专利名称：具有极化分集的天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是用于便携式电视的具有极化分集的天线。具体地，本发明涉及在未来采用TDT(陆地数字电视)的网络。
背景技术：
尽管针对数字信道传输而选择的符合DVB-T(数字视频广播陆地)标准的OFDM(正交频分复用)多载波调制的鲁棒性，测量活动已经揭示了接收问题，尤其是在便携式电视接收的环境下。
与其中发生逐步恶化的模拟信号不同，在给定时间、给定区域上影响数字信号的衰减现象产生了从质量接收到整体信号损失的快速转变。结果是DVB-T节目的启动取决于针对能够进行质量接收的天线的设计技术方案。
在UHF频带内的电视接收的环境下，当前所研发的天线提供了几个dB(分贝)的方向性，其中极化的选择完全是手动的。这些大型并且相当不实际的天线提供了有限的接收质量。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种小型且便宜的天线来弥补这些问题，特别是针对便携式电视，通过极化(polarization)分集提供了可靠接收和质量接收。
为了该目的，本发明提出了特别是用于便携式电视的天线。所述天线包括与至少一个辐射元件耦合的两个端口，所述两个端口以彼此90度且相对于水平面45度的角度设置在辐射元件上。所述两个端口与宽带切换和相移块相连，所述宽带切换和相移块受到控制以提供极化分集信号，作为输出。
利用该结构，易于获得四阶极化分集(水平极化、垂直极化、在+/-45度的极化)，以改善天线的链路预算，并且首先，避免了在给定方向上的接收信号的衰减。通过在这些端口处引入与0或180度不同的相移，还能够获得更高阶的极化分集。
根据本发明的天线还可以具有以下特征-所述天线包括两个共面辐射半盘形式的两个辐射元件，所述辐射元件的边缘的朝向为彼此90度，每一个端口包括沿着半盘的边缘延伸的探针。
-所述天线包括两个共面辐射半盘形式的两个辐射元件，所述辐射元件的旋转轴的朝向为彼此90度，每一个端口包括沿着辐射球体的旋转轴延伸的探针。
-所述辐射元件采用了辐射盘的形式，并且两个端口分别包括沿着辐射盘的圆周径向延伸的、彼此为90度的两个探针；-具有半盘或球体形式的每一个辐射元件与锥状接地面板(ground plane)耦合，所述锥体的内容积可能用于尤其容纳切换和相移电路；-具有盘形式的辐射元件与由两个盘形成的接地面板耦合，所述两个盘彼此共面，并且所述盘形成了辐射元件。
在一个特定实施例中，将所述辐射元件划分为两个机械分离的部分，设计为分别包括在电视的右侧和左侧上，以便产生空间分集。
根据本发明的另外特征，优选地，天线包括经由匹配电路与宽带切换和相移电路相连的平衡低噪声放大器，所述匹配电路设计用于对由天线的最小化所产生的天线接收频谱的底部中的匹配损失进行偏移。由此，该匹配电路能够使如上所述的天线的尺寸进一步减小，同时从射频的观点来看，保持了较好的性能，从而使将其应用于进行陆地数字接收的室内便携式电视时具有更强的功能。匹配电路的简单实现包括高通网络，该网络设计用于控制天线恶化的频率域中的低噪声放大器的匹配；以及无源相移电路，设计用于控制在整个天线的有效频带内的不匹配的最大幅度，所述无源相移电路由微带线构成。而且，有效地，所述平衡低噪声放大器包括在输入处和在输出处的混合耦合器，以便隔离匹配和噪声系数参数。
以下参考仅作为非限定性示例提供的附图，更详细地示出了本发明的多个典型示例-图1示意地示出了利用根据本发明的天线所获得的极化分集的原理；-图2示出了根据本发明的天线的第一典型实施例；-图3示出了根据本发明的天线的第二典型实施例；-图4示出了根据本发明的天线的第三典型实施例；-图5示出了根据本发明的天线的第四典型实施例；-图6示出了配备了根据本发明的天线的便携式电视；-图7示意地示出了针对根据本发明的天线，来自低噪声放大器的匹配子系统上行线路；以及-图8更详细地示出了针对根据本发明的天线的匹配块的典型实施例。
具体实施例方式
根据本发明的天线包括按照以下方式与辐射元件耦合的两个端口，所述方式为将两个端口以彼此90度并且以相对于水平平面45度的角度放置在辐射元件上，从而能够通过与端口相连的受控宽带切换和相移装置(电子电路)来提供极化分集信号。
图1示意地示出了由根据本发明的天线的两个端口所产生的信号A1和A2，每一个信号分别在+45度和-45度处发生极化。图1所示的箭头方向和倾斜表示极化的方向。由矩形1来表示该天线。将这些信号A1、A2发送到电子电路或宽带切换和相移块2，所述块2使其受到控制，从而作为输出而分别选择性地产生根据四个极化状态，即垂直、水平、+45度、-45度的合成信号的方式，来组合信号A1和A2。
在块2的输出处，可以看到，如果信号A1的相位未由块2改变，并且信号A2相移了180度，则利用天线的两个端口，在输出处成了具有水平极化的合成信号R2。如果两个输入信号A1和A2保持为在块2中没有发生相移或切换，则获得了具有垂直极化的合成信号R1。如果在块2中阻塞了第二信号A2，并且在块2中未改变第一信号A2，则获得了与第一信号A1相对应的在+45度处极化的合成信号R3。相反，如果在块2中阻塞了第一信号A1，并且在块2中未改变第二信号A2，则获得了与第二信号A2相对应的在-45处极化的合成信号R4。
由此，使用切换和相移块2能够获得四个主要的极化状态。显然，如果为了获得圆极化，将块2设计为对输入信号A1、A2诸如提供90度的相移，则可以获得高于四阶的极化。可以使用从0度到180度(包括0度和180度)的不同的相移，以便利用两个端口获得另外的不同极化。利用电子控制线和二极管开关，可以容易地制造切换和相移电路2。
该极化分集可以用于避免在给定方向上接收信号衰减的问题，由此，简单地提高了天线的接收质量。
图2到5示出了根据本发明的天线的典型实施例。利用这些天线，在整个天线的有效带宽(470-862MHz)内可以获得小于-10dB的匹配水平。
在图2中，天线1包括两个共面半盘11A、11B形式的辐射元件11，所述共面半盘11A、11B的辐射缘或辐射边11A、11B1的朝向为彼此90度并且相对于水平面45度。每一个辐射半盘分别通过同轴导体(例如，50欧姆)13A、13B的屏蔽，分别与接地面板12A、12B耦合。每一个同轴导体的线芯的自由端形成了放置在与构成相应辐射元件的半盘的边缘的电触点处的探针13A、13B1，如图2所示，该探针沿着该辐射元件的边缘延伸，从而获得了90度朝向的天线的两个端口。与辐射半盘相连的每一个接地面板采用了锥形形式，同轴导体沿着其旋转轴线通过该接地面板。在图2中，可以看到，两个锥体12A、12B相交而由看起来像一对耳朵的两个辐射半盘形成了位于锥形的顶点上的单件(singlepiece)。可以对半盘和接地面板的尺寸、每一个半盘和接地面板之间的距离进行修改，以提供穿过UHF带宽的天线匹配，同时保持较小的天线覆盖范围(footprint)。作为示例，利用具有以下尺寸的天线，已经获得了通过整个470-862MHz频带的具有-10dB的匹配水平
每一个半盘的直径11cm每一个半盘的厚度4cm每一个锥形接地面板的高度11cm每一个锥形接地面板的倾角45度可以通过对塑胶进行模制，以便产生具有半盘和锥形形状的中空塑料体，来产生元件11A、11B、12A、12B。然后，对这些中空体的外表面进行电镀，以产生辐射表面或接地面板。可以使用泡沫塑料技术中的实施例来获得更轻的天线。在这种情况下，通过挖出泡沫塑料块来产生元件11A、11B、12A、12B，然后，按照已知的方式对挖出空间的内表面进行电镀。该天线结构易于制造。可以将电子切换和相移块2容纳在两个锥体的内容积之内，以便与两个同轴导体13A、13B相连。
图3示出根据本发明的天线1’的另一实施例，再次将两个锥形接地面板12A’、12B’组合为单件，但是辐射元件采用了两个球体11A’、11B’的形式。两个辐射球体11A’、11B’的旋转轴朝向为彼此90度并且每一个相对于水平面为45度。每一个同轴导体13A’、13B’的线芯的自由端形成了探针13A’1、13B’1，这里，其沿着相应球体的旋转轴延伸，从而对天线的辐射元件的两个端口再次彼此朝向90度。可以通过对由模制塑料制成的相应中空形状进行电镀，或者通过对泡沫塑料块中相应挖空空间进行电镀，可以制成球体11A’、11B’和锥形接地面板12A’和12B’。利用该结构，再次将切换和相移块2安装在锥形接地面板的内容积中。利用以下的尺寸，已经制成了具有穿过整个470-862MHz频带的-10dB数量级的匹配水平的天线1’，所述尺寸为辐射球体的直径11cm每一个锥形接地面板的高度11cm每一个锥形接地面板的倾角45度。
图4示出了根据本发明的天线1”的另一实施例，包括单一的辐射元件，包括采用盘11”形式的两个端口和盘形式的两个接地面板12A”、12B”，具有盘形式的接地面板和辐射元件在三角结构中是共面的。如在该图中可以看到，同轴导体13A”、13B”在盘状接地面板中分别以彼此90度的角度径向延伸，并且形成了探针13A”1、13B”1的这些导体的线芯的自由端与形成辐射元件11”的盘的外周进行径向接触，形成了彼此90度的角度、以及每一个相对于水平面45度的角度。利用该实施例，必须在两个接地面板之间形成链接弧12C”，以便将传输链路引导到切换和相移块2。必须将接地面板12A”、12B”彼此相对分隔，从而可以在其间建立场线，从而不会干扰辐射，以及天线的匹配。利用以下的尺寸已经制造了天线三个盘11”、12A”、12B”的厚度2cm形成辐射元件的盘的直径11cm形成接地面板的每一个盘的直径22cm链接弧的厚度1cm。
利用该结构，仍然存在朝向辐射元件的两个端口，这两个端口彼此为直角，并且以相对于水平面45度的角度倾斜。可以通过模制塑料或按照上述的泡沫塑料技术来制造元件11”、12A”、12B”。
图5示出了根据本发明的天线1的另一实施例，提供了高度的紧凑性，并且利用该天线，还可以实现具有较好的与射频相关的性能特性的空间分集。特别地，由于天线被划分为彼此机械分离的两个辐射部分，将该天线设计为内置在便携式电视的侧面中。图5示出了天线1的部分，包括扁平豆形式的辐射元件11和梯形形式的接地面板12，并且可以通过模制塑料，或者通过挖出泡沫塑料块并对适当的表面进行电镀，来制造这些元件11和12。如在图5中可以看到，天线的该部分整个占用了由矩形平行六面体所定义的空间，所述六面体的L、W、D尺寸分别为大约21.9cm、12.7cm和3.2cm。扁豆形式的辐射元件11包括没有尖锐的边缘的环形辐射表面(已电镀)。更具体地，辐射元件11的辐射环形表面包括相对于水平面135度倾斜的直线顶部线性部分11A、作为11A的延续的圆弧形式的顶部线性部分11B、大致上与线性部分11A平行并且作为线路部分11B的延续的直线底部线性部分11C、以及最后是互连线性部分11C和11A的椭圆弧形式的底部线性部分11D。
导电探针13A沿着相对于水平面形成了45度的角度的顶部线性部分11A，以电接触方式延伸，该探针形成了与辐射元件11的耦合部分。
与辐射元件11连接的接地面板12采用了梯形的形式，该梯形的顶部位于离辐射元件11较近的位置处。如在图5中可以看到，按照以下的方式来彼此相对地设置辐射元件11和接地面板12，所述方式为接地面板12的倾斜侧12A面向辐射元件11的底部线性部分11C。完全地对包括侧12A的接地面板12的周围表面进行电镀，除了绝缘通孔12B，从而绝缘通孔12B留在梯形的顶部以将由焊盘点电连接的微带线13B引导到探针13A，并且用于与切换和相移块2的输入相连。在通过模制塑料的实施例中，通过形成了平行六面体的两个相对面的两个平行塑料盘来固定辐射元件11的结构和接地面板12的结构。
图6示意地示出了便携式电视20，其右侧和左侧分别安装有诸如1的天线部分。在图5中可以看到，在电视左侧上的辐射元件11和接地面板12的相对朝向(该朝向与图5中所出现的情况相同)与在电视右侧上的辐射元件11和接地面板12的相对朝向相对称，从而分别在电视的右侧上的天线部分1和在电视左侧上的天线部分1的探针13A彼此朝向为90度，并且每一个相对于水平面的朝向为45度，如上所述，能够同时产生空间分集和极化分集。
已知的是，天线的匹配频带与其容量成正比地增加。由此，如果减小了诸如天线1的天线的尺寸，则随后会发生在频谱底部中其匹配水平的下降。按照该方式所产生的不匹配损失可以是几个dB的数量级的，并且可以表示所接收到的功率的一半。已经观察到不考虑相位信息，在其接收部分上和在与其接收部分相连的低噪声放大器上具有非常好的匹配水平的诸如天线1的天线具有与在其接收部分上具有恶化的匹配水平且具有较好匹配的相位的类似天线相同的性能特性。根据本发明，并且参考图7，可以将匹配块14(电子电路)插入在切换和相移块2和平衡低噪声放大器15之间，以便修改信号的不匹配区域中的幅度和相位信息，并因而使频谱的底部中的匹配损失发生偏移，同时保持噪声因数性能特性以获得最佳灵敏度。使用匹配块来将块2的输出处的信号的相位与放大器15的输入对齐，从而使信号的传输最佳，并且限制会降低匹配质量的驻波的形成。此外，可以使用其来控制在整个频谱内所传送的信号的幅度，并且消除伪分量。给定均衡的性能水平，使用这样的匹配块14提供了大约37％的天线1的尺寸的减小于是，所述平行六面体的L、W、D尺寸分别减小到16.9cm、10.5cm和3.2cm。由此，甚至可以更容易地将甚至更小尺寸的天线1内置到电视20等中。
在图8中，更详细地示出了匹配块14和平衡低噪声放大器15的组件。匹配块14可以包括高通型网络14A，负责控制在恶化的频率域中的低噪声放大器15的匹配；以及无源型相移电路14B，可以由简单的微带线制成，其功能是控制在整个天线有效频带(47MHz-862MHz)内的不匹配的最大幅度。使用平衡性低噪声放大器15表示可以保持低噪声水平。图8所示的平衡低噪声放大器15基于在放大器的输入和输出处使用混合耦合器15A，这通过能够对驻波进行释放，优化了匹配参数和减小了噪声系数。可以利用本领域的技术人员已知的“随机”或“梯度”型优化算法，来计算这样的补偿系统的物理参数、微带线的尺寸参数(长度和宽度)和匹配补偿参数(电容、电感)。
应该理解，可以将诸如14的匹配块的使用扩展到天线实施例1、1’和1”，以获得小型天线，该天线利用极化分集进行操作，并且在整个UHF接收频谱中提供了较好的匹配水平。
如上所述，通过模制塑料和对通过模制获得的、且定义了辐射元件和接地面板的塑料的外表面进行电镀，可以制造这些天线1、1’、1”、1。还可以利用泡沫塑料技术来制造这些天线，换句话说，通过挖空泡沫塑料块，并且对在泡沫塑料块中所获得的挖空空间的内表面进行电镀来进行制造。泡沫塑料技术具有提供轻型天线的优点。
权利要求
1.一种天线，其特征在于所述天线包括与至少一个辐射元件(11，11’，11”，111)耦合的两个端口，所述两个端口以彼此成90度且相对于水平面45度的角度设置在辐射元件上，并且两个端口与宽带切换和相移块(2)相连，所述宽带切换和相移块(2)受到控制以在输出处提供极化分集信号。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述天线包括两个共面辐射半盘(11A，11B)形式的两个辐射元件(11)，所述辐射元件的边缘(11A1、11B1)的朝向为彼此成90度，每一个端口包括沿着半盘的边缘延伸的探针(13A1，13B1)。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述天线包括两个共面辐射球体(11A’，11B’)形式的两个辐射元件(11’)，所述辐射元件的旋转轴的朝向为彼此成90度，每一个端口包括沿着辐射球体的旋转轴延伸的探针(13A’1，13B’1)。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述辐射元件采用了辐射盘(11”)的形式，其中两个端口分别包括沿着辐射盘的圆周径向延伸的、彼此为90度的两个探针(13A”1，13B”1)。
5.根据权利要求2或3所述的天线，其特征在于具有半盘或球体形式的每一个辐射元件与锥状接地面板(12A，12B；12A’，12B’)耦合。
6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于具有盘(11”)形式的辐射元件与由两个盘(12A”，12B”)形成的接地面板耦合，所述两个盘(12A”，12B”)彼此共面，并且所述盘形成了辐射元件。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于将所述辐射元件划分为两个机械上分离的部分(1)，被分别包括在电视(20)的右侧和左侧上，以便产生空间分集。
8.根据前述权利要求之一所述的天线，其特征在于所述天线包括经由匹配电路(14)与宽带切换和相移电路(2)相连的平衡低噪声放大器(15)，所述匹配电路(14)用于对天线接收频谱的底部中的匹配损失进行偏移。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于所述匹配电路(14)包括高通网络(14A)，用于控制恶化的频域中的低噪声放大器(15)的匹配；以及无源相移电路(14B)，用于控制在整个天线的有效频带内的不匹配的最大幅度。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于所述无源相移电路是微带线。
11.根据权利要求8所述的天线，其特征在于所述平衡低噪声放大器(15)包括在输入处和在输出处的混合耦合器(15A)。
全文摘要
一种特别是用于便携式电视的天线，包括与辐射元件(11)耦合的两个端口，所述两个端口以彼此90度且相对于水平面45度的角度设置在辐射元件上。所述两个端口与宽带切换和相移块相连，所述宽带切换和相移块受到控制以提供极化分集信号，作为输出。
文档编号H01Q9/38GK1595722SQ20041007525
公开日2005年3月16日 申请日期2004年9月13日 优先权日2003年9月12日
发明者让-弗朗索瓦·平托斯, 让-吕克·罗贝尔, 奥利弗·莫卡尔, 阿里·卢齐耳, 弗兰克·图托 申请人:汤姆森许可贸易公司