专利名称：高效环形天线系统和方法
高效环形天线系统和方法
背景技术：
传统的室内电视天线通常包括两种天线，用于UHF接收的环形天线和用于VHF接收的伸缩天线。通常，在这种设置中，UHF环形天线与4:1平衡-不平衡转换器成对，以便将天线的输入阻抗与放大器的输入阻抗匹配以及将平衡天线输出转换成不平衡放大器输入。此外，尽管UHF环形天线通常使所接收的信号放大一些量，但电视接收机将接收不到这些增强的信号，因为平衡-不平衡转换器使它们某程度地衰减。例如，如果UHF天线的增益为约2dBi而由于平衡-不平衡转换器的信号损失为约2dB，则净信号增益为O。此外，由UHF和VHF天线接收到的电视信号在它们被传送到放大器前通常被双工处理(be diplexed)。双工器(diplexer)中的滤波器可能进一步衰减该信号。 图I是传统的室内电视天线系统100的功能框图。系统100包括两个天线，7. 5英寸直径的UHF环形天线102和VHF伸缩天线104。环形天线102接收UHF信号以及使它放大约2dBi。当传递到4:1平衡-不平衡转换器108时，环形天线输出信号106被平衡并且具有约300欧姆的阻抗。4:1平衡-不平衡转换器108使其不平衡和减小该阻抗，使得输出信号110不平衡并且具有约75欧的阻抗。此外，当天线输出信号106通过时，4:1平衡-不平衡转换器108使其衰减约2dB。伸缩天线104接收和发送平衡VHF信号至1:1平衡-不平衡转换器112。1:1平衡-不平衡转换器输出不平衡的输出信号114。然后，UHF输出信号110和VHF输出信号114通过双工器116，其中，由高通滤波器进一步衰减UHF信号。然后，不平衡的信号110和114接着通过由电力注入器120供电的不平衡的放大器118。最后，由电视接收机122接收UHF和VHF信号。因为电视天线系统100中固有的信号损失，因此，由UHF信号产生的电视画面通常不是完全令人满意。尽管现有的设备，例如上述所述的那些，对它们预期的目的来说通常已经足够，但它们不能在所有方面完全令人满意。本公开内容的实施例克服现有技术的一个或多个缺点。
发明内容
在一个示例性方面中，本公开内容涉及一种天线。该天线可以包括导电环，导电环具有第一顶面和第一底面，第一顶面和第一底面以第一厚度分开，导电环具有由定义馈电点的间隙截断的第一边缘部，以及导电环响应频带中的电磁信号。该天线还可以包括导电带，具有第二顶面和第二底面，第二顶面和第二底面以与第一厚度基本上类似的第二厚度分开，导电环位于由第二顶面定义的平面中，导电带具有第一远端和相对的第二远端以及在第一和第二远端之间延伸的第二边缘部，第二边缘部与第一边缘部分开，以及第二边缘部以距第一边缘部基本上恒定的距离，沿第一边缘部延伸。导电带与导电环电绝缘并且结构上相对于导电环构造和定位以便调整导电环的输入阻抗。在一些实例中，第二顶面可以与第一顶面基本上共面，使得第二边缘部与第一边缘部相对。
在其他实例中，第二顶面可以基本上垂直于第一顶面，使得第二边缘部与第一顶面相对。在其他实例中，第一边缘部可以基本上平行于第二边缘部。在其他实例中，第一和第二边缘部弯曲且基本上同心于一个轴，以及其中，导电环是圆形环。在另一示例性方面中，本公开内容涉及一种天线系统。该天线系统可以包括导电环，具有带第一端子和第二端子的馈电点部，导电环具有平衡的输出和第一输入阻抗。该天线系统还可以包括放大器，具有电耦接至所述第一端子的第三端子和电耦接至第二端子的第四端子，放大器具有平衡的输入和第二输入阻抗，其中，第一、第二、第三和第四端子形成在导电环和放大器之间的平衡的传输线。该天线系统还可以包括导电带，与导电环的所述馈电点部相邻并分开，导电带与环形天线电绝缘并且结构上相对于导电环构造和定位以便调整导电环的所述第一输入阻抗，从而与放大器的所述第二输入阻抗基本上匹配。该天线 系统还可以包括壳体，结构上构造成容纳导电环、放大器和导电带。在一些实例中，导电环包括其中具有馈电点部的第一顶面，以及导电带包括与第一顶面基本上共面的第二顶面。在其他实例中，导电环包括其中具有馈电点部的馈电点表面，以及导电带包括基本上垂直于馈电点表面的顶面。在其他实例中，导电环包括由定义馈电点部的间隙截断的第一边缘部，以及导电带包括第一远端和相对的第二远端，以及第二边缘部在第一和第二远端之间延伸。第二边缘部可以与第一边缘部相对并且分开，第二边缘部以距第一边缘部基本上恒定的距离，沿第一边缘部延伸。在另一示例性方面中，本公开内容涉及一种接收电视信号的方法。该方法可以包括使用具有第一输入阻抗和由定义馈电点的间隙截断的第一边缘部的导电环来接收电磁信号。该方法还可以包括经由被电耦接至导电环的馈电点部的平衡的传输线，将电磁信号从导电环传输到具有第二输入阻抗的放大器。该方法还可以包括以及使用与导电环的馈电点部相邻并且分开的电绝缘的导电带，使导电环的第一输入阻抗与放大器的第二输入阻抗基本上匹配，导电带具有与第一边缘部分开且相对的第二边缘部，以及第二边缘部以基本上恒定的距离，沿第一边缘部延伸。在一些实例中，基本上匹配可以包括将导电环的第一输入阻抗从约300欧调整至约75欧。在其他实例中，导电环可以包括其中具有馈电点的第一顶面，以及导电带可以包括与第一顶面基本上共面的第二顶面。
图I是传统的室内电视天线系统的功能框图。图2是根据本公开内容的一个示例性方面的电视天线系统的功能框图。图3是根据本公开内容的一个示例性实施例的图2的平面环形天线的示意图。图4是图3的平面环形天线的示例性天线接收方向图的示例。图5是根据本公开内容的另一示例性实施例的环形天线的示意图。
图6是根据本公开内容的另一示例性实施例的圆形环形天线的示意图。
具体实施例方式为促进本公开内容的原理的理解目的，现在将参考在图中示出的实施例，以及将使用特定语言来描述。然而，应理解到，不打算限制本公开内容的范围。所描述的设备、仪器、方法和如在此所述的本公开内容的原理的任何另外应用的任何变更和进一步改进是预期的，如本公开内容所涉及的领域的技术人员通常会考虑到的。特别地，可以充分预期相对于一个实施例所描述的特征、部件和/或步骤可以与相对于本公开内容的其他实施例所述的特征、部件和/或步骤结合。如上所述，传统的天线系统通常包括4:1平衡-不平衡转换器以便使环形天线的输入阻抗与放大器的输入阻抗匹配。根据本公开内容的示例性天线系统不包括阻抗匹配的4:1平衡-不平衡转换器，由此避免通常由平衡-不平衡转换器强加的信号衰减。相反，在 此所述的示例性天线系统利用阻抗匹配技术，涉及将导电匹配带放置在环形天线的导电环附近。这些导电匹配带与它们相关的环形天线电绝缘并且减小天线的输入阻抗以便与下游放大器的输入阻抗匹配。因此，根据本公开内容的示例性天线系统可以产生比传统的系统更强的电视信号，以及以更高效的方式实现。图2是根据本公开内容的一个示例性方面的电视天线系统200的功能框图。电视天线系统200包括UHF环形天线202、放大器204、对放大器供电的电力注入器206以及电视接收机208。在所示的实施例中，环形天线202和放大器204包含在壳体205中，但在另外的实施例中，天线和放大器可以分开在不同壳体中。注意，代理人卷号2030. 454、在提交的名为“Configurable Antenna System and Method”的专利申请中公开了一种具有壳体的天线系统并且在此全部引入以供参考。环形天线202可用来接收具有在约470MHz和725MHz间的波长的数字电视信号。在其他实施例中，然而，环形天线202可以用来接收在其他波长范围中的TV信号。另外，在所示的实施例中，环形天线202具有约2dBi的增益，但是，可替代地，可以具有更小或更大的增益。环形天线202进一步具有平衡的输出和输入阻抗210。将结合图3，更详细地描述环形天线202。如图2所示，环形天线202将所接收的UHF信号发送到放大器204。放大器204是可用来放大从环形天线202接收的UHF信号的低噪声放大器。放大器204具有平衡的输入和输入阻抗212。如图2所示，放大器将所放大的UHF信号传送到电视接收机208，在此它被解码以产生电视画面。特别地，环形天线202的输入阻抗210与放大器204的输入阻抗212匹配。在所示的实施例中，输入阻抗210为约75欧以及输入阻抗212也为约75欧。在另外的实施例中，放大器的输入阻抗可以为约50欧，以及可以通过匹配带(如下所述)相应地调整环形天线的输入阻抗以便与它匹配。由此，因为环形天线202和放大器204具有约相同的输入阻抗以及两者为平衡电路，因此，在环形天线和放大器间不需要平衡-不平衡转换器。即，在平衡的传输线上，电磁信号可以直接从环形天线传递到放大器。因此，将环形天线202的约2dBi增益传递到放大器204，而不被平衡-不平衡转换器衰减。用这种方式，传递到电视接收机208的UHF信号可以提高至少2dB。尽管上面描述了约75欧和50欧的输入阻抗，可以预期其他更高或更低的输入阻抗。图3是根据本公开内容的一个示例性实施例的图2的平面环形天线202的示意图。环形天线202包括具有馈电点252的导电环250和导电匹配带254，两者均容纳在壳体209中。在本实施例中，放大器204也容纳在壳体209中，但为了清楚，在图3中未示出放大器。匹配带254通过电介质例如空气与环250电绝缘。通常，根据相对于环250的位置，匹配带254可用来降低天线202的输入阻抗210，使得大约地匹配放大器204的输入阻抗 212。更详细地，在所示的实施例中，环250和匹配带254是0. 2mm厚的锌金属片，但在其他实施例中，它们可以是另外的导电金属，诸如铜或铝或合金以及可以是不同厚度。应注意到，导电金属可以是任何导电金属，以及不限于在此明确引用的那些。环250具有宽度256和高度258，在所示的实施例中，两者均为190. 5mm(即环250为方形环)。此外，环250的导电部具有宽度260，在所示的实施例中，为28. 575mm。此外，匹配带254具有长度262和高度264，在所示的实施例中，分别为158. 75mm和 12. 7mm。关于匹配带254相对于环250的方位，匹配带的边缘沿包含馈电输入252的环250的相对边缘，以平行方式延伸。换句话说，沿匹配带254的边缘的所有点与环的馈电点边缘上的相对点以相同的距离266分开。在所示的实施例中，匹配带254和环250间的距离266为12. 7mm。此外，在壳体209内，沿相同平面(即共面)对齐环250的平面表面268和匹配带254的平面表面270。平面表面268中的间隙定义馈电点252。在所示的实施例中，触点(端子)272和274位于馈电点252的任一面上并且将环250电耦接至放大器204。如上所述，匹配带254可用来影响环250的输入阻抗。更具体地说，将匹配带254放在环250附近干扰环的磁场的分布，以及进而，影响环的阻抗。在所示的实施例中，将匹配带254放在环250的馈电输入252下12. 7mm将约300欧的环的固有阻抗降低到约75欧。匹配带254的结构特性和相对于环250的位置和方位确定环的磁场的干扰量。由此，改变匹配带254与环250的距离、环的平面表面268相对于带的平面表面270的方位、匹配带的长度262，以及匹配带的高度264的至少一个可能影响天线202的输入阻抗210。此外，相对于传统环天线，将匹配带254放在环250附近不会显著地改变天线接收方向图。在所示的实施例中，天线202为“全向”并且在UHF频率，具有“数字8”天线方向图。例如，在598MHz，环形天线202具有图4中所示的“数字8”天线方向图280。使用如上所述的导电匹配带的阻抗匹配技术不限于图3中所示的环和带结构。例如，现在参考图5，所示的是根据本公开内容的另一示例性实施例的环形天线300的示意图。如图3的环形天线202，环形天线300包括具有馈电点304的导电环302和通过空气与环302电绝缘的导电匹配带306。同时，如图3的匹配带254，匹配带306可用来降低天线300的输入阻抗，使得与下游的平衡的放大器的输入阻抗大约地匹配。然而，在图5的实施例中，匹配带306不与环302共面。特别地，环302包括具有定义馈电点304的间隙的平面馈电点表面308。同时，如图5所示，匹配带306包括大约垂直于环302中的平面表面308的平面表面310。因此，由匹配带306的平面表面310定义的平面通过导电环302。更详细地，在所示的实施例中，环302和匹配带306为0. 2mm厚锌金属片，但在其他实施例中，它们可以是另外的导电金属，诸如铜或铝或合金以及可以是不同厚度。应注意至IJ，导电金属可以是任何导电金属，以及不限于在此明确引用的那些。环302具有宽度312和高度314，在所示的实施例中，均为177. 8mm(即，环302为方形环)。此外，环302的平面导电表面308具有深度316，在所示的实施例中，为6mm。此外，匹配带306具有(平面表面310的)长度318和高度320，在所示的实施例中，分别为165. Imm和12mm。关于匹配带306相对于环302的方位，匹配带的边缘沿环的表面308以平行方式延伸。更具体地，沿匹配带306的边缘的所有点与表面308上的相对点以相同距离322分开。在所示的实施例中，匹配带306和环302间的距离322为3mm。此外，用于天线300的天线接收方向图为全向并且与图4中所示的“数字8”图案类似。进一步地，触点(端子)可以位于馈电点304的任一面上以便使环302电耦接至放大器，诸如图2中的放大器204。使用导电匹配带的阻抗匹配技术也不限于方形环天线，诸如图3和5所示的天线202和300。该阻抗匹配技术可以与其他形状环形天线，诸如矩形环形天线和圆形环形天线
一起使用。现在参考图6，所示的是根据本公开内容的另一示例性实施例的圆形环形天线350的示意图。如图3的环形天线202，环形天线350包括具有馈电点354的导电环352和通过空气与环352电绝缘的导电匹配带356。同时，如图3的匹配带254，匹配带356可用来降低环352的输入阻抗，使大约地匹配电耦接至馈电点354上的端子的平衡的放大器的 输入阻抗。更详细地，在所示的实施例中，环352和匹配带356为0. 2_厚锌金属片，但在其他实施例中，可以是另外的导电金属，诸如铜或铝或合金以及可以是不同厚度。应注意到，导电金属可以是任何导电金属，并不限于在此明确引用的那些。环352具有内半径358，在所示的实施例中，为172. 5mm。此外，环302具有宽度362的平面表面360，在所示的实施例中，为18mm。匹配带356具有宽度366的平面表面364，在所示的实施例中，为16mm。此外，匹配带为具有如从与环352相同的中心点(轴)测量的内半径368的半圆形。在所示的实施例中，内半径368为212. 5mm。关于匹配带356相对于环352的方位，匹配带的边缘和包含馈电点354的环的相对边缘基本上同心。换句话说,沿匹配带的边缘的所有点与沿环352的外侧边缘的相对点等距离。特别地，在所示的实施例中，匹配带356绕环352的中心点延伸90°，根据其半径368，与环相隔22mm。此外，沿相同平面(即共面)对齐环352的平面表面360和匹配带356的平面表面364。平面表面360中的间隙定义馈电点354。触点(端子)可以位于馈电点354的任一侧上，以便将环352电耦接至放大器，诸如图2中的放大器204。尽管已经示出和描述了示例性实施例，就上述公开内容中，可以预期宽范围的改进、改变和替代，并且在一些实例中，可以采用本公开内容的一些特征，无需相应使用其他特征。例如，在一些实施例中，根据本公开内容的天线的部件可以具有与图3，5和6所示的天线不同的尺寸。同时，以与所述实施例中不同的方式，可以相对于它们相关的环定向和放置一些实施例中的匹配带。例如，匹配带可以位于与环倾斜的平面中。此外，在不同类型的天线系统中，诸如室外天线系统、商用天线系统、大型天线系统和受益于阻抗匹配而不使用平衡-不平衡转换器的任何其他天线系统，可以应用在此所述的阻抗匹配技术。应理解到，可以在上文的内容中做出变化，而不脱离本公开内容的范围。相应地，宽泛地并且以与本公开内容的范围一致的方式解释所附的权利要求是适当的。
权利要求
1.一种天线，包括 导电环，具有第一顶面和第一底面，所述第一顶面和所述第一底面以第一厚度分开，所述导电环具有由定义馈电点的间隙截断的第一边缘部，以及所述导电环响应频带中的电磁信号; 导电带，具有第二顶面和第二底面，所述第二顶面和所述第二底面以与所述第一厚度基本上类似的第二厚度分开，所述导电环位于由所述第二顶面定义的平面中，所述导电带具有第一远端和相对的第二远端以及在所述第一和第二远端之间延伸的第二边缘部，所述第二边缘部与所述第一边缘部分开，以及所述第二边缘部以距所述第一边缘部基本上恒定的距离，沿所述第一边缘部延伸；以及 其中，所述导电带与所述导电环电绝缘并且结构上相对于所述导电环构造和定位以便调整所述导电环的输入阻抗。
2.如权利要求I所述的天线，其中，所述第二顶面与所述第一顶面基本上共面，使得所述第二边缘部与所述第一边缘部相对。
3.如权利要求I所述的天线，其中，所述第二顶面基本上垂直于所述第一顶面，使得所述第二边缘部与所述第一顶面相对。
4.如权利要求I所述的天线，其中，所述导电带包括锌、铜和铝中的一种，以及其中，所述导电环包括锌、铜和铝中的一种。
5.如权利要求I所述的天线，其中，所述第一边缘部基本上平行于所述第二边缘部。
6.如权利要求5所述的天线，其中，所述导电环是方形环和矩形环中的一种。
7.如权利要求I所述的天线， 其中，所述第一和第二边缘部弯曲并且关于轴基本上同心；以及 其中，所述导电环是圆形环。
8.如权利要求I所述的天线，其中，所述频带在从约470MHz至725MHz的范围。
9.如权利要求I所述的天线，其中，所述导电带结构上相对于所述导电环构造和定位以便将所述导电环的输入阻抗从约300欧调整到约75欧。
10.一种天线系统，包括 导电环，具有带第一端子和第二端子的馈电点部，所述导电环具有平衡的输出和第一输入阻抗； 放大器，具有电耦接至所述第一端子的第三端子和电耦接至所述第二端子的第四端子，所述放大器具有平衡的输入和第二输入阻抗，其中，所述第一、第二、第三和第四端子形成在所述导电环和所述放大器之间的平衡的传输线； 导电带，与所述导电环的所述馈电点部相邻并分开，导电带与导电环电绝缘并且结构上相对于所述导电环构造和定位以便调整所述导电环的所述第一输入阻抗，以便与所述放大器的所述第二输入阻抗基本上匹配；以及 壳体，结构上构造成容纳所述导电环、放大器和导电带。
11.如权利要求10所述的天线系统， 其中，所述导电环包括其中具有所述馈电点部的第一顶面；以及 其中，所述导电带包括与所述第一顶面基本上共面的第二顶面。
12.如权利要求10所述的天线系统，其中，所述导电环包括其中具有所述馈电点部的馈电点表面；以及 其中，所述导电带包括基本上垂直于所述馈电点表面的顶面。
13.如权利要求10所述的天线系统， 其中，所述导电环包括由定义所述馈电点部的间隙截断的第一边缘部；以及其中，所述导电带包括第一远端和相对的第二远端以及在所述第一和第二远端之间延伸的第二边缘部，所述第二边缘部与所述第一边缘部相对并且分开，以及所述第二边缘部以距所述第一边缘部基本上恒定的距离，沿所述第一边缘部延伸。
14.如权利要求10所述的天线系统，其中，所述导电环为方形环、矩形环和圆形环中的一种。
15.如权利要求10所述的天线系统， 其中，所述导电带包括锌、铜和铝专的一种；以及 其中，所述导电环包括锌、铜和铝中的一种。
16.如权利要求10所述的天线系统，其中，所述导电带结构上相对于所述导电环构造和定位，以便将所述第一输入阻抗调整到约75欧。
17.一种接收电视信号的方法，包括 使用具有第一输入阻抗和由定义馈电点的间隙截断的第一边缘部的导电环来接收电磁信号； 经由被电耦接至所述导电环的所述馈电点部的平衡的传输线，将所述电磁信号从所述导电环传输到具有第二输入阻抗的放大器；以及 使用与所述导电环的所述馈电点部相邻并且分开的电绝缘的导电带，使所述导电环的所述第一输入阻抗与所述放大器的所述第二输入阻抗基本上匹配，所述导电带具有与所述第一边缘部分开且相对的第二边缘部，以及所述第二边缘部以基本上恒定的距离，沿所述第一边缘部延伸。
18.如权利要求17所述的方法，其中，接收电磁信号包括接收具有在从约470MHz到725MHz的范围中的波长的电磁信号。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述的基本上匹配包括将所述导电环的所述第一输入阻抗从约300欧调整至约75欧。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述的接收电磁信号包括使用方形环、矩形环和圆形环中的一种来接收电磁信号。
21.如权利要求17所述的方法， 其中，所述导电环包括其中具有所述馈电点的第一顶面；以及 其中，所述导电带包括与所述第一顶面基本上共面的第二顶面。
全文摘要
本发明涉及高效环形天线系统和方法。一种天线，包括导电环，其中具有第一顶面部，导电环具有由定义馈电点的间隙截断的第一边缘部；导电带，具有第二顶面，导电环位于由第二顶面定义的平面中，导电带具有在第一和第二相对的远端之间延伸的第二边缘部，第二边缘部与第一边缘部分开，以及第二边缘部以距第一边缘部基本上恒定的距离，沿第一边缘部延伸，以及其中，导电带与导电环电绝缘并且结构上相对于导电环构造和定位以便调整导电环的输入阻抗。
文档编号H04N5/44GK102751575SQ20111020444
公开日2012年10月24日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年4月21日
发明者林万隆 申请人:唐德电子有限公司