专利名称：多波段无线转发器的制作方法
技术领域：
本发明的领域为无线转发器(I^peater)。
背景技术：
拥有蜂窝电话的个人很容易察觉到信号丧失，特别是在建筑物内或在其它可能衰减无线信号的结构内。可以响应于蜂窝电话和附近的蜂窝塔使用的频带，通过使用无线转发器来增强信号。蜂窝电话无线转发器可以通过接收、放大和再发送信号来增强蜂窝电话和塔之间的信号。这种转发器使用双天线，其中，一个天线与蜂窝塔通信，而另一个天线与蜂窝电话通信。转发器可以大大增强蜂窝电话在建筑物内的操作，其中在建筑物内蜂窝电话信号被建筑物墙壁衰减。无线转发器的天线应该优选地相互电隔离，以防止天线相互干扰。已知的无线转发器通过在物理上分开米或更大的量级上的某个距离的天线来实现一定水平的电隔离。由于难看的天线分离、布线或转发器所需的物理空间，不期望这种转发器。已经作出了一些努力来解决无线转发器的不希望的特性。例如，在授予!doctor 等人的、2007 年 12 月 11 日提交的、名称为 “Multiple-Antenna Device Having an Isolation Element”的U. S.专利公开2008/0136736中描述了具有两个被屏蔽的收发器的转发器，所述两个被屏蔽的收发器提供了所述收发器之间的电隔离。然而，Proctor采用的方法没有在通过天线提供足够的覆盖范围的同时提供天线之间的足够的电隔离。在此讨论的该资料以及所有其它外部资料通过引用而被全部并入。在所并入的参考文献中术语的定义或使用与在此提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，适用在此提供的该术语的定义，而所述参考文献中该术语的定义不适用。由此，仍需要具有被电隔离的天线的无线转发器。
发明内容
本发明提供其中无线转发器包括至少两个多波段(multi-band)天线的装置、系统和方法，其中所述天线被电隔离。在本发明主题的一个方面中，多波段天线包括多天线环 (loop)，其中每个环响应一频带。优选地，所述环每个都具有与其各自的频带中的频率的近似一个波长相对应的长度。天线可以置于导电接地面(conductive ground plane)的相反侧。天线和接地面的配置在天线之间提供了优选地至少30dB的电隔离度(isolation)，并且更优选地至少45dB的电隔离度。所考虑的转发器支持1710-2170MHZ和824_960MHz的频带。除非在上下文中出现相反的意图，否则在此叙述的所有范围包括其端点，并且开放式 (open-ended)范围应被解释为仅包括在商业上实际可行的值。本发明主题的另一个方面包括无线转发器，其具有响应单一频带的第一天线和第二天线。每一个天线优选地包括天线环，所述天线环被标定尺寸为具有频带内的频率的近似一个波长的长度。在优选实施例中，天线被电隔离至少30dB，并且被导电接地面分开。
在另一个方面中，本发明主题包括提供无线转发器的方法。多个天线被置于导电接地面的相反侧，所述多个天线中的每一个包括响应一频带的一个波长的天线环。通过将天线靠近接地面放置来实现天线之间的至少30dB的电隔离度。在优选实施例中，天线与接地面隔开一个距离，该距离小于所述频带内的频率的波长的一半。根据下面的对优选实施例的详细描述以及附图，本发明主题的各种目的、特征、方面和优点变得更加明显，在附图中相同的标号表示相同的元件。
图1图示了无线转发器的使用。图2是具有多波段天线的无线转发器的示意概图。图3A是无线转发器的天线布置的示意性概图，其中所述天线是半波长偶极天线。图IBB是无线转发器的天线布置的示意性概图，其中所述天线是四分之一波长单极天线。图3C是无线转发器的天线布置的示意性概图，其中所述天线是倒F天线。图4是多波段的一个波长的天线的示意图。图5是具有被移离接地面的一个波长的天线的无线转发器的示意图。
具体实施例方式下面关于本发明主题的讨论呈现了具有关于导电接地面(conducting ground plane)的对称性的无线转发器。虽然优选实施例近似围绕接地面对称，但应注意，非对称的配置也被考虑到。例如，第一天线可以包括用于与蜂窝塔通信的一个波长的天线，而第二天线可以使用偶极天线来与建筑物内部的设备通信。转发器环境在图1中，无线转发器100包括天线105A和105B。天线105B从蜂窝塔120接收信号140。转发器100放大信号140并再发送该信号至移动设备110。优选地，转发器100 存在于允许天线105B容易地接收信号140的位置。例如，转发器100可以靠近窗户132设置，窗户132比障碍物134(例如，建筑物的墙)具有更小的信号衰减。移动设备110表示能够接收无线信号的无线设备，优选地为蜂窝电话。本领域的技术人员将认识到，移动设备110可以是除蜂窝电话之外的许多其它设备，包括游戏系统、 个人数据助理、音乐播放器、视频播放器或其它可以经由无线信号进行通信的设备。转发器概述图2图示了示例转发器200，其包括接地面210、天线205A和205B、以及收发器215A和215B。在优选实施例中，天线205A和205B分别与可以放置在导电屏蔽物 (shielding)内的收发器215A和215B电通信。当天线205B接收到电磁信号时，天线205B 将信号传送至相应的收发器215B。收发器215B可以放大信号并将信号传送穿过导电接地面210至收发器215A。收发器215A也可以放大信号并且使天线205A发送已放大的信号。 本领域的技术人员将认识到信号也可以以相似的方式通过转发器200从天线205A传送至天线205B。天线205A和205B优选地共同位于转发器200的接地面210附近，并且具有至少15dB的电隔离度。在优选实施例中，天线205A和205B与接地面210 —起被设置在转发器 200的公共外壳内。该公共外壳也优选包裹收发器215A和215B。这种转发器提供了紧凑型产品(compact product)，其可以部署在建筑物内并可以具有美观的构造。还可以想到天线205A和205B可以放置在转发器200的外部。例如，天线205A和205B可以安装在转发器200的外壳上或转发器200附近(例如，60cm以内)。具有高电隔离度的天线205A和 205B通过减少或甚至消除对长同轴电缆连接或除了接地面210以外的附加的导电屏蔽物的需要，来允许将天线放置在转发器200内或靠近转发器200放置。天线配置图3A JB和3C图示了可以在转发器中使用的天线配置的各种实施例。在图3A中， 天线305A和306A表示设置在导电接地面3IOA的相反侧的半波长偶极天线。在图中， 天线305B和306B表示被导电接地面310B分离开的四分之一波长单极天线。在另一个实施例中，在图3C中，天线305C和306C表示放置在接地面3IOC的相反侧的倒F天线。可以在天线之间的电隔离度大约是15dB的转发器中使用前面的配置。在更加优选的实施例中，转发器包括提供高增益、同时也提供比在图3AJB和3C 中图示的那些天线更高的电隔离度的天线。可接受的高增益天线优选地包括一个波长的天线，其具有至少3dBi的高增益，更加优选地具有至少SdBi的高增益。高增益的一个波长的天线为接收器提供了提高的信噪比，这可以提高接收质量。此外，与以图3AJB和3C的配置通常实现的通信范围相比，使用高增益的一个波长的环型天线的转发器具有附加的扩展的通信范围。附加的益处也通过使用一个波长实现。一个益处包括天线的高增益减小了两个天线之间必需的最小隔离度，因为在收发器中使用的放大增益被减小了所述天线增益的量。另一个益处包括允许天线被放置得在物理上更靠近在一起，减小了整个转发器的物理占用空间。图4呈现了一个波长的天线405的平面图和侧视图，该一个波长的天线405被配置成作为具有多个天线环420A和420B的多波段的一个波长的环型天线操作。在示例图示中，天线405包括低频环420A和高频环420B。每个环420A和420B还分别包括馈点425A 和425B。馈点425A和425B可以通过50欧姆阻抗的同轴电缆可接受地连接至收发器，而无需匹配组件。虽然图4图示了具有两个天线环的天线405的示例，应该注意也可以想到具有单个环或多于两个环的天线。环被配置为响应不同的频带。每个环具有与频带的高端频率的波长相对应的较小的内周长和与频带的低端频率的波长相对应的较大的外周长。例如，高频环452A可以被配置为接收并发送从1710MHz至2170MHz的频带中的频率。对于这种环，对于频率2170MHz 的波长，较小的内周长为大约13. 8cm，而对于频率1710MHz的波长，较大的外周长为大约 17.5cm。应理解前面的值假设了理想的材料或条件。本领域的技术人员应理解环的长度、 形状或其它参数可以根据需要进行调整，以适合被用来制造天线405的材料或方法。可以使用适合的已知技术制造天线405。如所示的，天线405包括作为PCB 460上的迹线(trace)的环420A和420B。物理迹线可以包括任何适合的材料，优选地包括铜。该环迹线可以根据需要被标定大小和尺寸，以响应期望的频带。虽然所述环被示出为近似方形，但也想到其它的形状，包括圆形、椭圆形、长方形或其它形状。在优选实施例中，环420A 和420B是共面的，优选是嵌套的并形成在PCB 460的共同侧上，以减少制造时间。此外，环420A和420B优选是同心的，以减小天线405的总占用空间(foot print)。在替代实施例中，天线405可以包括一个或多个导线环。例如，环420A和420B 可以由导线导体形成。而且，导线导体可以以如下方式包括弹簧导线(spring wire)，在该方式中，每个环表示转发器内的一弹簧，并且通过弹簧(spring)的张力而被保持在适当位置。在优选实施例中，低频环被配置为响应近似从824MHz至960MHz的频带，更优选地从824MHz至894MHz的频带，以提供用于GSM或其它蜂窝频带的信号覆盖。而且，优选的实施例具有高频环，其被配置为响应近似从1710MHz至2170MHz的频带，更优选地从1850MHz 至1990MHz的频带，以提供用于3G、4G或其它类似频带的信号覆盖。一旦构建了多波段天线405，其优选地能够提供足以覆盖建筑物内部的波束宽度 (beam width)。天线405的波束宽度优选地在70度和120度之间，更优选地在90度和105 度之间。这些波束宽度提供了对于建筑物内的大的内部空间的覆盖，并增加了与外部蜂窝塔或其它信号源通信的可能性。无线转发器在图5中，转发器500表示包括收发器515A和多波段天线505A的优选实施例，导电接地面510将收发器515A和多波段天线505A与收发器515B和多波段天线505B分离开。 收发器515A和515B经由连接516(优选经由同轴电缆)穿过接地面510而相互进行电通信。天线505A和505B可以包括分别在PCB 560A和560B上的环520A和520B，如前面描述的。天线505A和505B 二者被一个或多个介电间隔件525与导电面510间隔开一距离 550，从而获得高电隔离度。用于30dB隔离度的适合的距离550优选地小于天线所响应的频带内的频率的0.5个波长。在一些实施例中，依据与较低频带相关联的频率来确定距离 550。也想到环520A和520B每一个可以根据其各自的频带被单独地放置在不同距离处，导致了非共面的配置。在更优选实施例中，距离550介于0.02和0.25个波长之间。在更优选的实施例中，距离550是大约0. 064个波长，这可以获得至少45dB的电隔离度。应当注意，本发明主题还包括为了电隔离度，通过调节每个元件的距离550来调谐天线505A或505B、或者环520A或520B的构思。在优选实施例中，在制造时调节距离 550，以通过将每个天线或每个环与接地面510间隔开一定距离来获得天线505A和505B之间的至少30dB的电隔离度，其中，所述距离不大于与天线505A或505B相关联的频带内的频率的0.5个波长。当使用天线505A或505B的替代形式时，可以从转发器500中移除介电间隔件 525。例如，在环520A或520B包括导电线弹簧的实施例中，弹簧可以以适当距离将自身保持在适当的位置处。此外，天线优选经由同轴馈线535A、536A、535B和536B电耦合至其各自的收发器。 例如，天线505A可以通过经由耦合535A连接其低频环以及经由耦合536A连接其高频环而耦合至收发器515A。以类似的方式，环520B经由耦合535B和536B耦合至收发器515B。如图5所示，天线环520A和520B上的馈点优选地相对于彼此大约90度定向，以使天线交叉极化，这进一步增加了天线之间的电隔离度。同轴馈线535A、536A、535B和536B可以垂直于每个天线505A或505B中的天线环520A或520B的平面。在一些实施例中，铁氧体材料可以放置在同轴线周围，以减小来自同轴线的潜在的射频辐射。导电接地面510优选地被构造为具有如下尺寸，该尺寸适合于生产可以在消费者、SMB或SOHO环境中部署的转发器产品。优选的导电接地面具有允许紧凑型产品的大约 20cm乘20cm量级的尺寸。例如，在一些紧凑型实施例中，天线505A在物理上与天线505B 分离开小于10cm，即使这两个天线也被接地面510分离开。对于本领域技术人员而言明显的是除了那些已经描述的实施例之外，在不背离在此的发明构思的情况下，更多的修改是可能的。因此，除了在所附权利要求中的精神中， 本发明主题并不受限制。而且，在解释说明书和权利要求二者时，所有的术语应该以与上下文一致的最宽的可能方式来解释。具体地，术语“包括”和“包含”应当被解释为以非排他的方式指代元件、组件或步骤，说明可以存在或使用所提到的元件、组件或步骤，或者所提到的元件、组件或步骤可以与其它未明确提到的元件、组件或步骤组合。在说明书权利要求提到从由A、B、C...和N组成的组中选择的一些东西中的至少一个时，该文字应当被解释为仅要求来自该组中的一个元件，而不是A加N或B加N等。
权利要求
1.一种无线转发器，包括第一和第二多波段天线，其每一个包括响应第一频带的第一天线环和响应不同的第二频带的第二天线环，并且每个环具有在其各自的频带内的频率的近似一个波长的长度；第一收发器，其电耦合至所述第一天线；第二收发器，其电耦合至所述第二天线；导电接地面，其将(a)所述第一天线和所述第一收发器与(b)所述第二天线和所述第二收发器分离开，其中所述第一和第二多波段天线的每一个与所述导电接地面在物理上隔开小于与所述第一和第二频带中的至少一个频带相关联的频率的0. 5个波长的距离；其中，所述第一多波段天线与所述第二多波段天线电隔离开至少30dB ；并且其中，所述第一和第二收发器穿过所述导电接地面而进行电通信。
2.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一多波段天线与所述第二多波段天线电隔离开至少45dB。
3.如权利要求1所述的转发器，还包括公共外壳，所述第一多波段天线、第二多波段天线和导电接地面设置于所述公共外壳内。
4.如权利要求3所述的转发器，其中，所述第一和第二收发器设置于所述公共外壳内。
5.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一和第二多波段天线在物理上间隔开小于大约10cm。
6.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一天线的第一环响应高频带，而所述第一天线的第二环响应低频带，并且所述第一环和第二环同心。
7.如权利要求6所述的转发器，其中，所述第一环响应包括1710MHz与2170MHz在内的、从1710MHz至2170MHz的频率。
8.如权利要求7所述的转发器，其中，所述第一环响应包括1850MHz与1990MHz在内的、从1850MHz至1990MHz的频率。
9.如权利要求6所述的转发器，其中，所述第二环响应包括824MHz与960MHz在内的、 从824MHz至960MHz的频率。
10.如权利要求9所述的转发器，其中，所述第二环响应包括824MHz与894MHz在内的、 从824MHz至894MHz的频率。
11.如权利要求6所述的转发器，其中，所述第一环和第二环在物理上与所述接地面分隔开不同的距离。
12.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一天线的第一和第二天线环包括设置在 PCB的共同侧的迹线。
13.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一天线的第一和第二天线环包括自支撑导电线。
14.如权利要求13所述的转发器，其中，所述环包括弹簧。
15.如权利要求1所述的转发器，还包括介电间隔件，其将所述导电接地面与所述第一和第二多波段天线分离。
16.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一和第二多波段天线相对于彼此被交叉极化。
17.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一多波段天线的第一和第二天线环嵌套并且共面。
18.如权利要求1所述的转发器，其中，所述第一多波段天线具有包括70度和120度在内的、70度到120度之间的波束宽度。
19.如权利要求18所述的转发器，其中，所述波束宽度在包括90度和105度在内的、90 度和105度之间。
20.如权利要求1所述的转发器，其中，所述距离在与所述第一和第二频带中的至少一个频带相关联的所述频率的0. 02至0. 25个波长的范围内。
21.如权利要求20所述的转发器，其中，所述距离是与所述第一和第二频带中的至少一个频带相关联的所述频率的大约0. 064个波长。
22.一种无线转发器，包括第一和第二天线，其每一个包括响应一频带的天线环并且所述环具有所述频带内的频率的近似一个波长的长度；第一收发器，其电耦合至所述第一天线； 第二收发器，其电耦合至所述第二天线；导电接地面，其将(a)所述第一天线和所述第一收发器与(b)所述第二天线和所述第二收发器分离开，其中，所述第一和第二天线的每一个在物理上与所述导电接地面分隔开小于与所述频带相关联的频率的0. 5个波长的距离；其中，所述第一天线与所述第二天线电隔离开至少30dB ；并且其中，所述第一和第二收发器穿过所述导电接地面而进行电通信。
23.如权利要求22所述的转发器，其中，所述第一天线与所述第二天线电隔离开至少 45dB。
24.如权利要求22所述的转发器，其中，所述第一天线的天线环包括设置在PCB上的迹线。
25.如权利要求22所述的转发器，其中，所述第一天线的天线环包括自支撑导电线。
26.如权利要求22所述的转发器，其中，所述第一天线具有包括70度和120度在内的、 70度到120度之间的波束宽度。
27.如权利要求沈所述的转发器，其中，所述波束宽度在包括90度和105度在内的、90 度和105度之间。
28.如权利要求22所述的转发器，其中，所述距离在与所述频带相关联的所述频率的 0. 02至0. 25个波长的范围内。
29.如权利要求观所述的转发器，其中，所述距离是与所述频带相关联的所述频率的大约0. 064个波长。
30.一种提供无线转发器的方法，所述方法包括 获得导电接地面，所述导电接地面具有第一和第二侧；获得第一和第二天线，其每一个包括具有频带内的第一频率的近似一个波长的长度的天线环；以及通过以下实现所述第一和第二天线之间的至少30dB的电隔离度 (a)在所述导电接地面的第一侧上，在所述频带内的第二频率的0. 5波长内，间隔开所述第一天线；(b)在所述导电接地面的第二侧上，在所述第二频率的0.5波长内，间隔开所述第二天线；(c)穿过所述接地面、经由收发器将所述第一天线耦合至所述第二天线，所述收发器也被所述接地面分离开。
全文摘要
呈现了包括具有高电隔离度的天线的无线转发器。在导电接地面的相反侧上放置多波段天线，以便实现优选地高于30dB的高电隔离度。优选地，将天线放置在距接地面小于与该天线所响应的频带相关联的频率的0.5个波长的距离处。所呈现的天线系统减少了稳定操作所需的最小隔离度量。
文档编号H04B1/00GK102224680SQ200980146487
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者安东尼.德马科, 格雷戈里.F.约翰逊 申请人:塞林克斯股份有限公司