专利名称：用于无线通信装置的正交可调谐式天线阵列的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及射频(RF)天线，且更特定来说涉及多频带RF天线。
背景技术：
在许多无线通信装置中，存在对支持多个频带及操作模式的需求。操作模式的一些实例包括多个语音/数据通信链路(WAN或广域网)_GSM、CDMA、WCDMA, LTE, EVDO-各自处于多个频带(CDMA450、US 蜂窝式 CDMA/GSM、US PCS CDMA/GSM/WCDMA/LTE/EVDO、IMT CDMA/WCDMA/LTE、GSM900、DCS)、短程通信链路(蓝牙(Bluetooth)、UffB)、广播媒体接收 (MediaFLO、DVB-H)、高速因特网接入(UMB、HSPA、802. lla/b/g/n、EVD0)及位置定位技术 (GPS.Galileo)。就无线通信装置中的这些操作模式中的每一者来说，无线电及频带的数目增量式地增加，且支持每一频带的多频带天线以及可能多个天线(用于接收及/或发射分集，连同以多个模式的同时操作)的复杂性及设计挑战可能显著增加。多频带天线的一个解决方案是设计在多个频带中谐振的结构。控制多频带天线输入阻抗以及增强天线辐射效率(跨越广泛范围的操作频带)受到多频带天线结构的几何形状及无线通信装置内的多频带天线与(多个)无线电之间的匹配电路限制。通常，当采用此设计方法时，天线结构的几何形状非常复杂，且天线的物理面积/体积增加。在一个实例中，可能需要同时操作无线装置中的CDMA/WCDMA/GSM(在其它可能的情况当中)发射器与GPS接收器。在此例子中，对于单一多频带天线，操作频带与模式之间的隔离非常有限，且同时操作可能并不可行。因此，GPS接收器通常具有单独的专用天线； 即，需要两个单独的电隔离天线用于同时操作GPS及CDMA/WCDMA/GSM。此实例可扩展到其它同时操作模式，例如CDMA与蓝牙、MediaFLO或802. lla/b/g/n。在每一例子中，如果需要同时操作，则通常需要另一单频带或多频带天线。关于设计具有高天线辐射效率的多频带天线及相关联的匹配电路中的限制，另一解决方案是利用多个天线元件(天线元件的阵列)来覆盖多个操作频带。在一特定应用中，具有US蜂窝式、US PCS及GPS无线电的蜂窝式电话可针对每一操作频带利用一个天线 (每一天线在单一射频频带中操作)。此方法的传统缺点是多个单频带天线元件的额外面积/体积及额外成本。需要在无传统设计的大小损失的情况下支持多个操作模式的同时操作的多频带天线阵列。无线通信装置也需要具有跨越广范围的操作频率的改善辐射效率的多频带天线
发明内容
图1展示根据示范性实施例的具有与包含ANT A、ANT B及ANT C的多频带天线阵列成对的多个无线电的无线通信装置的图。
图2展示图1的多频带天线阵列的三维图。图3展示ANT A的俯视图(XY平面)。图4展示ANT B的俯视图(YZ平面)。图5展示ANT C的俯视图(XZ平面)。图6展示具有如图2到图5中所示而配置的ANT A、ANT B及ANT C的多频带阵列的从700MHz到1600MHz的天线辐射效率的曲线图。图7展示具有如图2到图5中所示而配置的ANT A、ANT B及ANT C的多频带阵列 100的从700MHz到1600MHz的天线回程损耗的曲线图。图8展示具有如图2到图5中所示而配置的ANT A、ANT B及ANT C的多频带阵列 100的从700MHz到1600MHz的天线耦合的曲线图。为促进理解，在可能的情况下已使用相同参考标号来指明图式中所共有的相同元件，除了在适当时可添加下标来区分所述元件。图式中的图像出于说明性目的而简化，且未必按比例描绘。所附图式说明本发明的示范性配置，且因而不应被视为限制本发明的范围，其可承认其它同样有效的配置。相应地，已预期，在无进一步叙述的情况下一些配置的特征可有益地并入于其它配置中。
具体实施例方式词“示范性”在本文中用以意味着“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施例未必解释为比其它实施例优选或有利。下文结合所附图式所阐述的实施方式既定作为对本发明的示范性实施例的描述且既定不表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且将未必解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的，实施方式包括特定细节。所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形式展示众所周知的结构及装置以便避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。本文中所描述的装置可用于各种多频带天线阵列设计，包括(但不限于)用于蜂窝式、PCS及IMT频带及例如CDMA、TDMA, FDMA, OFDMA及SC-FDMA等空中接口的无线通信装置。除了蜂窝式、PCS或IMT网络标准及频带外，此装置也可用于局域网或个域网标准、 WLAN、蓝牙及超宽带(UWB)，以及位置定位技术(GPS)。图1展示根据示范性实施例的具有与多频带天线阵列(ANTA、ANT B及ANT C)成对的多个无线电的无线通信装置的图。无线通信装置10支持三个不同无线电的同时操作。 在以下的表中展示用于无线通信装置10的可能的操作模式的示范性子集。
模式ANT AANT BANT C802.Iln(MIMO)2412MHz2412MHz2412MHzPCS EVDO (RX 分集)+GPS1900MHz1900MHz1575MHz
权利要求
1.一种包括至少两个环形天线元件的多频带天线阵列，所述至少两个环形天线元件中的每一者相对于所述至少两个环形天线元件中的另一者正交且以嵌入式方式布置。
2.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中每一环形天线元件包括用于将所述对应环形天线元件调谐到所要谐振频率的相关联调谐元件。
3.根据权利要求2所述的多频带天线阵列，其中每一环形天线元件分开成上半部及下半部，其中所述相关联调谐元件耦合于其间。
4.根据权利要求3所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列用于无线通信装置中，且所述将每一环形天线元件调谐到对应所要谐振频率涉及所述无线通信装置选择对于每一对应调谐元件相关联的所要调谐值，以便将所述多频带天线阵列中的每一环形天线元件调谐到所要操作频带。
5.根据权利要求4所述的多频带天线阵列，其中所述无线通信装置包括数/模转换器及数字控制信号，所述数字控制信号经配置为到所述数/模转换器的输入以用于选择每一调谐元件的所述调谐值，且数/模转换器输出经配置为模拟控制电压。
6.根据权利要求5所述的多频带天线阵列，其中每一调谐元件包括由对应模拟控制电压控制的持续可变电容器。
7.根据权利要求5所述的多频带天线阵列，其中每一调谐元件包括由对应模拟控制电压控制的MEMS可变电容器。
8.根据权利要求2所述的多频带天线阵列，其中每一调谐元件是各自具有η个位置的一对单端口多掷开关(SPnT)及跨越η个多掷开关端口的η个固定无源元件的阵列。
9.根据权利要求8所述的多频带天线阵列，其中η个固定无源元件的所述阵列包括电容器、电感器及电压可变电容器中的至少一者。
10.根据权利要求8所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列用于具有数字控制信号的无线通信装置中，所述调谐到多个谐振频率中的一者涉及所述数字控制信号更改所述对单端口多掷开关(SPnT)的所述位置以用于所述对应环形天线元件。
11.根据权利要求10所述的多频带天线阵列，其中到每一对单端口多掷开关(SPnT)的所述数字控制信号由所述无线通信装置基于所述多频带天线阵列内的每一环形天线元件的操作射频信道及频带来控制。
12.根据权利要求2所述的多频带天线阵列，其中每一调谐元件为集成电路。
13.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列包括在至少一个射频馈送端口与至少一个无线通信装置射频端口之间的匹配电路。
14.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于用于每一环形天线元件的单独的柔性薄膜上。
15.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于用于每一环形天线元件的单独的电介质衬底上。
16.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于三维注射模制衬底上。
17.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列是通过在三维非金属对象上的选择性金属化而形成。
18.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中至少一个多频带天线阵列为手持式无线通信装置的一部分。
19.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其中至少一个多频带天线阵列为具有嵌入式无线通信装置的便携式计算机的一部分。
20.一种多频带天线阵列，其包含处于XY平面中的具有第一射频馈送端口的第一环形天线元件；处于H平面中的第二环形天线元件，其占据所述第一天线元件的空隙且具有第二射频馈送端口 ；及处于TL平面中的第三环形天线元件，其占据所述第一天线元件及所述第二天线元件的空隙且具有第三射频馈送端口。
21.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于用于每一环形天线元件的单独的柔性薄膜上。
22.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于用于每一环形天线元件的单独的电介质衬底上。
23.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列印刷于三维注射模制衬底上。
24.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述多频带天线阵列是通过在三维非金属对象上的选择性金属化而形成。
25.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中至少一个多频带天线阵列为具有嵌入式无线通信装置的便携式计算机的部分。
26.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述处于所述^平面中的第二环形天线元件在所述第一环形天线元件的所述XY平面中被旋转θ度，且所述处于所述)(Ζ平面中的第三环形天线元件被移除。
27.根据权利要求20所述的多频带天线阵列，其中所述处于所述^平面中的第二环形天线元件及所述处于所述)(Ζ平面中的第三环形天线元件在所述第一环形天线元件的所述 XY平面中被旋转θ度。
28.—种包括多频带天线阵列的装置，其包含至少两个环形天线元件，其中每一者相对于彼此正交且以嵌入式方式布置；及用于将所述至少两个环形天线元件调谐到对应谐振频率的装置。
29.根据权利要求观所述的装置，其中每一环形天线元件分开成上半部及下半部，所述调谐元件装置包含至少两个调谐元件，所述至少两个调谐元件各自耦合于所述至少两个环形天线元件中的相关联一者的所述上半部与所述下半部之间。
30.根据权利要求观所述的装置，其中所述多频带天线阵列适用于无线通信装置中， 所述无线通信装置操作以将所述第一环形天线元件、第二环形天线元件及第三环形天线元件中的每一者调谐到所要操作频带。
全文摘要
本发明描述一种用于具有高达三个同时操作模式的无线通信装置中的多频带天线阵列，其具有跨越广范围的操作频带的改善的天线效率及减小的天线耦合，且具有减小的物理大小。所述多频带天线阵列包括至少两个环形天线元件(105、125、145)，其中每一者相对于彼此正交且以嵌入式方式布置。所述多频带天线阵列中的每一环形天线可包括用于调谐到所要谐振频率的对应调谐元件(116、136、156)，且包含上半部及下半部，其中所述对应调谐元件耦合于其间。
文档编号H01Q7/00GK102349190SQ201080011570
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年3月13日
发明者艾伦·明-哲·陈 申请人:高通股份有限公司