用于无线通信的具有耦合器元件的天线配置的制作方法_3

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不同频率操作并且在移动设备上被紧邻在至少2400MHz到2484MHz处的频率范围中辐射的WLAN天线放置。此外,WLAN天线也可以在诸如例如5.6GHz左右的其他频率范围处辐射。
[0043]在另一方面,天线系统200被优化用于从1710MHz到2690MHz的蜂窝高频带操作,其具有7mm左右的印刷电路板(PCB)削减(cut back)和21mm左右的天线元件长度。PCB削减对于具有12_长度的WLAN 2.4GHz天线元件可以被保持在7_左右。蜂窝高频带天线和WLAN天线的尖端之间的距离例如可以是2mm左右。
[0044]现在参考图3,示出了根据所描述的各个方面的天线系统300。系统300类似于上文所述的系统并且还包括第三天线元件302,该第三天线元件302与第一天线元件202和第二天线元件204联合操作,用于对隔离进行优化同时维护同一体积中的三个天线元件在蜂窝高频带频率处的良好匹配。例如,系统300被配置为在主体102或移动设备中以第一体积104中的不同天线组件之间的提升的隔离进行操作。
[0045]第三天线元件302例如可以经由第三天线端口 306与耦合器110和第一天线元件202 一起驻留于第一体积104内,以在大约1710MHz到2690MHz的蜂窝高频带频率范围内的大约2500MHz到2690MHz的子集频率范围中操作。同时或同步地,第一天线元件202的谐振可以通过调整组件(tuning component) 304(例如,电感器或另一组件)被配置、调整、或再调整为覆盖蜂窝高频带频率的较低部分(例如,大约1710MHz到2170MHz),其中该调整组件可以被修改以经由到接地面116的连接将第一天线组件202的频率范围更改为涵盖蜂窝高频带频率范围的较低子集。调整组件304可以被配置为具有更改第一天线组件202的谐振频率的电感的预定组件。可替换地,调整组件304可以被配置为动态地更改或修改到接地面116的电感或其他电连接。第一天线元件202的谐振频率的修改因此可以是动态的,其基于网络参数和由调整组件304静态预定的或者更改的网络状况。
[0046]调整组件304可以在无需对第一天线元件202或体积空间104进行物理修改的情况下通过修改体积104内的天线元件202的谐振来进行操作。可替换地或者此外,诸如通过改变延伸臂208的长度之类的对天线元件202的物理修改也可以操作来修改第一天线元件202操作的谐振频率范围。因此,第三天线元件302和第一天线元件202的谐振有助于将WLAN天线的频率范围处的阻抗移动或推动到史密斯图的阻抗边缘,并因此获得与其他天线元件的提升的隔离度,同时维护蜂窝高频带频率处的匹配特性。
[0047]在一方面,耦合器110可以间接(电容性地或电感性地)耦合到同一体积104中的分别具有不同谐振频率范围(例如,约1710MHz到2170MHz以及2500MHz到2690MHz)内的不同谐振频率的不同天线元件(例如,第一天线元件202、第二天线元件204、和/或第三天线元件302)。耦合器110可以被配置为操作来将第一天线元件202调整为在某频率范围处谐振,并且调整组件304可以操作来将第一天线组件202再调整为在其能够在其中操作的蜂窝高频带频率范围的较低范围内操作。例如,第三天线组件302因此可以操作以覆盖蜂窝高频带的从2500MHz左右到2690MHz左右的子集,而第一天线组件202同步地在同一体积内操作以覆盖蜂窝高频带频率的例如1710MHz左右到2170MHz左右的更低子集。同时,第二天线元件204也可以在例如针对无线网络的约2170MHz到2400MHz的范围内操作。耦合器110因此操作以间接地电磁耦合主体110的同一体积104或部分内的在不同频率处操作的第一天线元件202、第二天线元件、和/或第三天线元件302。
[0048]现在参考图4-9,示出了天线元件202和204以及耦合器110在没有第三天线元件302和具有第三天线元件302的情况下的阻抗和隔离效果的图示的示例,用于比较。
[0049]例如,图4示出了天线元件202在各种频率处的阻抗的曲线(plot)402。史密斯图400提供了表示零天线阻抗的左参考点404和表示无限大阻抗的右参考点406。曲线402具有第一点或开始点408和第二点或结束点410。图400的上半部分的点表示具有正虚部的阻抗,图400的下半部分的点表示具有负虚部的阻抗。第一点408提供了天线在约1.3GHz的频率处的阻抗的指示。第二点410提供了在约3GHz的频率处的阻抗的指示。一般,随着频率的增加,天线的阻抗从高阻抗点向低阻抗点顺时针移动。曲线402包括旋环(curl)412。旋环412提供了阻抗曲线402与其自身相交的交点414。沿旋环412的点表示天线元件202处于谐振状态的频率(例如,天线的频率带宽)。
[0050]天线元件202意图在其处谐振的频率是由天线元件的预期用途确定的。设计者可以根据预期用途对天线元件的谐振频率进行移位。例如,如果天线元件202未在足够低的频率处谐振,那么天线元件202的谐振频率可以被移位到更低处,这可以沿史密斯图中所示的曲线逆时针移位旋环412。除了调整天线元件202以提供期望频率处的谐振之外,天线元件202的性能还可以通过更改天线的带宽来优化。一旦旋环是期望的大小,例如系统200或300可以被进一步优化从而将耦合器110的阻抗与收发机212的阻抗相匹配。
[0051]1.0的驻波比(SWR)可以由主中心点416表示。在此中心点416处,馈送112的阻抗与耦合器110的阻抗完美地匹配,例如没有提供任何反射功率。然而在任何给定的天线中,都会存在阻抗的一些失配,但是目标是尽可能地将天线元件或天线的阻抗与馈送的阻抗紧密匹配,使得天线阻抗的曲线尽可能地接近主中心点416。通常,3.0或更低的SWR被认为提供了可接受范围的反射。因此,史密斯图中所示的圆圈418的3.0的SWR表示具有为3的SWR的天线。因此,天线元件202的带宽可以通过观察落入3.0的SWR的圆圈418内的曲线402的部分并且确定与曲线412的该部分相关联的频率来确定(其中,这些频率增大了旋环的频率范围(例如,增大了旋环的大小))。已经确定,通常存在对于增大旋环的大小的益处的限制,因为仍然期望旋环在为3的SWR圆圈中适配,因此大于为3的SWR圆圈的旋环实际上可能会降低天线系统的可用带宽。因此,通过改变耦合器110并进一步利用适当的匹配网络将旋环的位置朝向中心移动来将旋环的大小增大到不同的大小是有益的,这可以在无需更改天线元件202的物理尺寸的情况下完成。
[0052]当前示出的曲线402因此示出了针对馈送元件112的、曲线402沿各种频率的部分的阻抗。天线元件202可以被配置为在蜂窝高频带天线的范围(例如,从1710MHz左右到2690MHz左右)内操作,其中始于1.71GHz处的频率可以由始于交点414并结束于点420的点划线示出。在点420之后,在大约2.17GHz到2.5GHz之间的频率可以沿始于点422并结束于交点414的短划线被看到。作为比较,图5示出了天线元件204的阻抗的曲线502,该天线元件204例如可以作为天线系统的WLAN天线元件来操作以在第一天线元件202或第三天线元件302经由一个或多个其他不同网络进行通信的同一时间同步地或同时地与W1-Fi网络通信。天线元件204例如可以利用具有直接来自馈送或发射机的信号连接的标准直接馈送进行操作,而非还经由耦合器元件和天线元件204之间与馈送或发射机或者其他类似通信组件的电磁耦合。第二天线元件204的其他配置也可以被预见到,其中第二天线元件可以是包括通信组件和天线之间的直接耦合或间接耦合器中的一个或多个的双馈送双谐振天线,或者例如将在以下进一步论述的单馈送双谐振组件。
[0053]曲线504例如开始于点504并随着频率的增大结束于点510。只有一部分曲线驻留于SWR圆圈518内,其中该部分表示不会损坏收发机、接收机、发射机、或其他通信组件的期望频率。曲线因此反映了 2.4GHz左右到2.484GHz左右的频率范围是接近完美匹配的或者在这些频率处具有与天线元件202的非常良好的阻抗匹配。
[0054]参考图6和图7,分别示出了第二天线端口 108的间接馈送112和直接馈送的阻抗的对数幅度图600和700。曲线602和702示出了天线系统的效率,并且曲线604和704表示相对于天线的GHz频率的隔离分贝曲线。曲线606和706还示出了反射系数曲线,其表示被反射的通信信号的幅度与入射波的幅度的比例。换言之,曲线606和706示出了朝向源的阻抗与朝向负载的阻抗的比例。曲线606的点划部分608示出了在1.71GHz左右与2.17GHz左右之间的频率范围中的天线元件202,而部分610表示约2.5GHz到2.69GHz的频率范围。
[0055]如图4-7所示,天线系统包括良好匹配的阻抗,但通过虚线在隔离曲线704的部分708中示出的WLAN 2.4GHz处的隔离仅在6到7dB之间,这低于10到15dB的期望目标。不好的隔离会导致效率损失,因为一部分能量被耦合到其他天线端口而未被辐射。此外,不好的隔离会导致自干扰,其中来自一个天线的高功率发送信号会扰乱另一天线上的非常低功率的接收信号。设置对于天线系统的隔离函数的限制或者用作天线系统的隔离函数进行操作是通常的自干扰要求。此外,当前天线系统的优点是:在天线之间具有较好的隔离能够放松对于接收机或收发机中的Rx链路中的滤波器的要求并且降低天线系统总体的物理大小、价格、或插入损耗。
[0056]现在参考图8和图9,示出了反映上文所述的天线系统的附加细节的阻抗图800和900以及对数幅度图802和902的示例。曲线804表示天线元件的效率,曲线806示出了对于频率的以分贝为单位的隔离度。
[0057]第一天线元件202包括蜂窝高频带元件,其中第一体积104包括上文所述的先前示例中的相同天线元件,但第三天线元件302被添加以在操作的蜂窝高频带频率范围(1.71GHz到2.69GHz左右)的较高频率部分(2.5GHz到2690MHz左右)内操作。调整组件304例如可以是耦合到第一天线元件202和接地面116的电感器或其他组件,其能够作为再调整组件进行操作以动态地或静态地帮助蜂窝高频带天线元件被指定在1710MHz到2170MHz的频率范围中并且在该频率范围的1710MHz左右到2690MHz左右的较低区域中操作。通过调整第一元件202的频率范围低于约2400MHz并调整第三天线元件302的谐振频率高于约2484MHz将有助于提升WLAN天线的隔离度。另外,在无需显著地更改任何尺寸的情况下维持了第一天线元件202的物理形状,同时还获得了被指定用于W1-Fi网络的相邻第二天线元件204的良好隔离。
[0058]图800示出了作为耦合器110的物理形状和第一天线元件202的谐振频率的再调整的结果的中心的更小旋环。再调整组件可以修改例如电感从而控制第一天线元件202的范围。通过降低耦合器110到第一天线元件202的耦合,由点划线表示的旋环会变得比图4中所示的旋环更小,这表示由第一天线元件202控制的频率范围更加集中并且由第三天线元件302控制的频率范围可以利用由短划线所示的不同阻抗和针对2.5GHz到2.69GHz的频率范围的不同旋环来进行操作。因此,两个元件利用不同的谐振阻抗进行操作,并且部分808处的反射系数曲线803表示以dB为单位的匹配(类似于先前的对数幅度图),这对于通信是高效的。此外,等于W1-Fi或第二天线元件204的匹配频率范围可以被逐出,从而使得针对第二天线元件204的隔离发生而不论是否与其他的第一和第三天线元件相邻近,如隔离图802中的2.4GHz到2.5GHz左右的频率范围内所示。
[0059]如图9中所示,图900示出
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