具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统的制作方法

具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统的制作方法
【专利摘要】公开了具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统。在示例性设计中，一种装置包括第一天线（310）、第二天线（320）、和寄生元件（330）。第一天线（310）具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。第二天线（320）也可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。寄生元件（330）位于第一和第二天线之间。第一和第二天线（310，320）可并排放置在板上、位于无线设备的或顶端或底端、和/或形成在板的相对面（例如，正面和背面）上。寄生元件（330）可形成在与其上形成第一和第二天线（310，320）的平面垂直的平面上。
【专利说明】具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统
[0001]背景
[0002]1.领域
[0003]本公开一般涉及通信，尤其涉及用于无线设备的天线系统。
[0004]I1.背景
[0005]无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可包括耦合至天线以支持双向通信的发射机和接收机。对于数据传送，发射机可用数据来调制射频(RF)载波信号以获得经调制信号，放大经调制信号以获得具有恰当信号电平的发射(TX)信号，并经由天线将该TX信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得接收(RX)信号并且可调理和处理该RX信号以恢复由基站发送的数据。
[0006]无线设备可包括耦合至多个天线的多个发射机和/或多个接收机以改善性能。例如，多个发射机可经由多个天线同时发射多个信号以针对不同功能(例如，语音和数据)发送多个传输、达成发射分集、支持多输入多输出(ΜΜ0)传输，等等。多个接收机也可同时从多个天线接收多个信号以恢复针对不同功能发送的传输、达成接收分集、支持ΜΙΜ0传输，等等。对于数据发射和数据接收两者而言，使用多个天线均可改善性能。
[0007]由于各种原因，在无线设备上设计和构建多个天线会是有挑战的。首先，无线设备可能是便携式的并具有较小的大小，因此将多个天线安装在无线设备中可能因小形状因子而具有挑战性。其次，关于所有天线都获得良好性能会是有挑战的。第三，在无线设备内的多个天线之间获得期望的隔离会是有挑战的。
[0008]附图简要说明
[0009]图1示出无线设备与多个无线系统通信。
[0010]图2示出该无线设备的框图。
[0011]图3示出具有两个天线和一个寄生元件的宽带天线系统的透视图。
[0012]图4Α和4Β示出天线载体上的宽带天线系统的两个透视图。
[0013]图5Α、5Β和5C示出天线载体上的宽带天线系统的正视图、后视图、以及侧视图。
[0014]图6Α到6D示出寄生元件的4种示例性设计。
[0015]图7Α和7Β分别示出对于低频带和高频带而言，宽带天线系统中的两个天线的效率。
[0016]图8示出用于在宽带天线系统中形成天线的过程。
[0017]图9示出用于在宽带天线系统中使用天线的过程。
[0018]详细描述
[0019]以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。[0020]本文中描述了具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统。该宽带天线系统可用于各种电子设备，诸如无线设备(例如，蜂窝电话、智能电话、无线调制解调器等)、平板计算机、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备、消费者电子设备、等等。为清楚起见，以下描述对无线设备使用宽带天线系统。
[0021]图1示出能够与多个无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120可以是码分多址(CDMA)系统，其可实现宽带CDMA (WCDMA)、cdma2000、或某种其他版本的CDMA。无线系统122可以是全球移动通信系统(GSM)系统、长期演进(LTE)系统、无线局域网(WLAN)系统等。出于简化起见，图1示出了无线系统120包括一个基站130和一个移动交换中心(MSC) 140，而系统122包括一个基站132和一个无线电网络控制器(RNC)。一般而言，每个系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
[0022]无线设备110也可被称为用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可装备有任何数目的天线。在示例性设计中，无线设备110包括两个天线。多个天线可被用来同时支持多个服务(例如，语音和数据)、用以提供对抗有害路径效应(例如，衰落、多径、和干扰)的分集、用以支持ΜΙΜ0传输以增大数据率、和/或用以获得其他益处。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110还可以能够接收来自广播站(例如，广播站134)的信号。无线设备110还可以能够接收来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号。
[0023]一般而言，无线设备110可支持与任何数目的无线系统的通信，这些无线系统可采用任何无线电技术，诸如WCDMA、cdma2000、GSM、LTE、GPS等。无线设备110还可支持任何数目的频带上的操作。
[0024]图2示出具有两个天线的无线设备110的示例性设计的框图。在此示例性设计中，无线设备110包括耦合至第一区段212的第一天线210 (天线1)以及耦合至第二区段222的第二天线220 (天线2)。区段212包括支持多个(K个)频带上的数据传送的发射(TX)模块230以及支持K个频带上的数据接收的接收(RX)模块240，其中K可以是任何整数值。区段222包括支持一个或多个频带上的数据传送的TX模块250以及支持多个(M个)频带上的数据接收的RX模块260。一般而言，TX模块230和250可支持相同或不同频带。同样，RX模块240和260可支持相同或不同频带。
[0025]在第一区段212内，开关共用器(switchplexer) /双工器214执行切换和/或路由以(i)将或者TX模块230、或者RX模块240耦合至第一天线210，(ii)在数据传送期间将TX模块230内的恰适发射路径耦合至第一天线210，以及(iii)在数据接收期间将RX模块240内的恰适接收路径耦合至第一天线210。开关共用器/双工器214具有耦合至第一天线210的天线端口、以及耦合至TX模块230内的K条发射路径和RX模块240内的K条接收路径的输入/输出(I/O)端口。开关共用器214在任何给定时刻将天线端口耦合至这些I/O端口之一。
[0026]TX模块230包括K条发射路径，它们可支持不同的频带和/或不同的无线系统。例如，可为每一个感兴趣的频带使用一条发射路径。每条发射路径包括TX滤波器232和功率放大器(PA)234。K条发射路径的TX滤波器232a到232k从RF后端270接收输出RF信号(其可针对不同频带)并将经滤波信号分别提供给PA234a到234k。PA234a到234k放大它们的经滤波信号并提供TX信号，TX信号被路由通过开关共用器/双工器214并经由第一天线210被发射。
[0027]RX模块240包括K条接收路径，它们可支持不同的频带和/或不同的无线系统。例如，可为每一个感兴趣的频带使用一条接收路径。每条接收路径包括耦合至低噪声放大器(LNA) 244的RX滤波器242。K条接收路径的RX滤波器242a到242k对它们的RX信号进行滤波(其可针对不同频带)并将经滤波信号分别提供给LNA244a到244k。LNA244a到244k放大它们的经滤波信号并将输入RF信号提供给RF后端270。开关共用器/双工器214选择第一区段212的工作频带并将来自第一天线210的RX信号耦合至所选频带的接收路径。
[0028]在第二区段222内，开关共用器/双工器224具有耦合至第二天线220的天线端口以及耦合至TX模块250内的发射路径和RX模块260内的Μ条接收路径的I/O端口。ΤΧ模块250包括用于一条发射路径的ΤΧ滤波器252和功率放大器254。RX模块260关于每条接收路径包括RX滤波器262和LNA264。开关共用器224选择第二区段222的工作频带并将来自第二天线220的RX信号耦合至所选频带的接收路径。
[0029]RF后端270可包括各种电路块，诸如下变频器、上变频器、放大器、滤波器、缓冲器等。RF后端270可对来自任何一个LNA的输入RF信号进行下变频、放大和滤波并将输入基带信号提供给数据处理器280。RF后端270还可对输出基带信号进行放大、滤波和上变频并将输出RF信号提供给ΤΧ滤波器232和252之一。模块230、240、250和260以及RF后端270中的全部或一部分可实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号1C等之上。
[0030]数据处理器280可执行无线设备110的各种功能，例如，对正被传送和接收的数据进行处理。存储器282可存储供数据处理器280使用的程序代码和数据。数据处理器280可实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他1C上。
[0031]无线设备110的设计由于各种原因会是有挑战的。首先，无线设备110可能是便携式的并具有较小的大小。因此，无线设备110的大小、厚度、以及天线体积应当尽可能的小。第二，无线设备110可能要求天线210和220既发射也接收，例如以支持同时语音和数据。因此，两个天线210和220应当具有良好的天线效率。这与天线220为仅用于数据接收的分集/副天线并因此可具有较低天线效率的情形是相反的。第三，无线设备110可支持宽频率范围上的操作，该宽频率范围可覆盖多个频带。例如，天线210可支持从704MHz到960MHz的操作并且还支持从1710MHz到2170MHz的操作。因此，天线210和/或220应当在无线设备110支持的宽频率范围上具有良好性能。第四，由于天线210和220均可以发射，因此天线210和220应当具有良好的隔离以减小互调制效应。天线210和220的隔离要求可能比具有既发射又接收的主天线以及仅接收的分集天线的天线系统更为苛刻。
[0032]在一方面，本文中描述了具有多个天线和至少一个寄生元件的宽带天线系统寄生元件是传导电流并且不被直接施加任何信号的导体(例如，布置成环的导电金属迹线或金属丝)。然而，寄生元件可经由通过空气进行耦合和/或一些其他手段来从近旁天线和/或电路拾取信号。寄生元件也可以被称为寄生环、接地环等。在一种设计中，宽带天线系统包括以相对较小体积来实现且在宽频率范围上具有良好性能(例如，高天线效率)和良好隔离的两个天线。这两个天线可被用于无线设备110中的天线210和220。宽带天线系统还可具有其他期望特性，如以下所述。[0033]图3示出具有良好性能和良好隔离的宽带天线系统300的示例性设计的透视图。宽带天线系统300包括第一天线310 (或即天线1)、第二天线320 (或即天线2)、以及寄生元件330。天线310和320可被分别用于图2中的无线设备110的天线210和220。在示例性设计中，天线310和320是单极天线。天线310和320也可用其他天线结构来实现。
[0034]在图3中所示的示例性设计中，天线310用末端开口式环312形成，末端开口式环312具有交叠且分开一间隙的两个末端314和316，即，这两个末端彼此不接触并且不触及。该间隙可以是任何合适的宽度，可用包括空气在内的任何不导电材料形成，并且可防止两个末端314和316的电接触。在示例性设计中，环312的长度可为特定工作频率处的波长的约三分之一到二分之一。天线310具有天线输入端318，其从第一发射机(图3中未示出)接收第一 TX信号并将第一 RX信号提供给第一接收机(图3中也未示出)。天线310的各个部分的布局和尺寸可被选择以获得期望频率范围上的良好性能。
[0035]在图3中所示的示例性设计中，天线320用末端开口式环322形成，末端开口式环322具有交叠且分开一间隙的两个末端324和326。在示例性设计中，环322可具有的长度为波长的约三分之一到二分之一。天线320具有天线输入端328，其从第二发射机(图3中未示出)接收第二 TX信号并将第二 RX信号提供给第二接收机(图3中也未示出)。天线320的各个部分的布局和尺寸可被选择以获得期望频率范围上的良好性能。
[0036]在图3中所示的示例性设计中，寄生元件330由布置成闭合环332并具有耦合至接地平面的两个末端334和336的导电金属迹线形成。寄生元件330位于天线310与320之间并执行若干功能。首先，寄生元件330提供天线310和320之间的隔离并减小这两个天线之间的信号泄漏。其次，寄生元件330帮助调谐天线310和320并改善它们的性能。
[0037]在示例性设计中，宽带天线系统300可被实现在天线载体上，天线载体可被匹配到电路板。天线载体可用不导电的介电材料制造，该介电材料可以是工业塑料，诸如聚碳酸酯。该电路板可为无线设备承载各种电路组件。宽带天线系统300可被实现成使得它占据尽可能小的空间和体积，从而天线载体可以尽可能的小。此外，宽带天线系统300可被实现成使得它对电路板上的其他电路组件的放置和布线具有尽可能小的影响。
[0038]图4A和4B示出在天线载体350上实现宽带天线系统300的示例性设计的两个透视图。天线载体350可被匹配到电路板360的一端，这一端可对应于无线设备的顶端或底端。电路板360可包括无线设备的各种电路组件(图4A和4B中未示出)。图4A示出电路板360的正面的透视图，而图4B示出电路板360的背面的透视图。
[0039]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，天线310和320在天线载体350上并排放置并且位于无线设备的一端。此天线配置可导致天线310和320的较紧凑布局以及对电路组件的放置和布线的较小影响。天线310和320可以位于无线设备的顶部或底部，这可提供设计灵活性以满足比吸收率(SAR)要求以及其他联邦通信委员会(FCC)规定。与其中一个天线位于无线设备的顶部并且另一个天线位于该无线设备的底部的天线配置相比，图3、4A和4B中所示的天线配置可使用更小体积，达成更佳的隔离和天线相关，并且提供其他优点。
[0040]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，天线310和320被实现在天线载体350的不同面上。具体而言，天线310被实现在天线载体350的一面上，而天线320被实现在天线载体350的另一面上。此天线放置可提供各种优点，诸如，两个天线之间的更佳隔离、两个天线都被平面物体(诸如，桌子)解谐的较低可能性、因为这两个天线并不从同一面辐射从而对用户的较小辐射等。
[0041]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，天线310和320具有相同的开环结构，但具有不同形状和尺寸。可以选择天线310的形状和尺寸以达成天线310的良好性能。类似地，可以选择天线320的形状和尺寸以达成天线320的良好性能。天线310和320的形状和尺寸还可基于其他约束(诸如，天线载体350的尺寸、其上利用天线310和320的无线设备的大小，等等)来确定。图3中所示的示例性设计可允许天线310和320被个体地定制化以基于每个天线的需求获得该天线的良好性能。
[0042]在图3、4A和4B中未示出的另一示例性设计中，天线310和320可具有相同的开环结构以及相同的形状和尺寸。例如，天线310或者320可被复制且翻转180度。两个等同天线就可被并排放置在天线载体350的相对角落处，如图3、4A和4B中所示。
[0043]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，天线320主要形成在天线载体350的背面上。然而，天线310形成在天线载体350的正面和顶部边缘两者上，如图4A和4B中所示。该示例性设计可提供某些优点。顶部边缘通常具有离接地平面的最大净空。因此，如有可能，天线设计应当尝试利用顶部边缘上的区域。然而，顶部边缘被用于零个、一个、还是两个天线可取决于各天线的总体性能。在另一示例性设计中，每个天线形成在天线载体350的仅一面上。在此示例性设计中，天线310形成在天线载体350的仅正面上，且不在顶部边缘上。
[0044]天线310和320的并排和正反配置可提供更大的灵活性以解决手部效应和SAR问题。如果这两个天线310和320都被放置于无线设备的顶部，则这两个天线更不太可能被该无线设备的用户的手覆盖。如果这两个天线310和320都被放置于无线设备的底部，则不太可能两个天线均将被用户的手覆盖，因为一个天线位于正面，而另一个天线位于背面。天线310和320的此并排和正反配置由此可导致较小的因手部放置引起的影响。相反，一个天线在无线设备的顶部而另一个天线在无线设备的底部的上下配置可能更容易被用户的手覆盖。天线310和320可被设计和放置成使得可获得SAR和手部效应之间的良好平衡。
[0045]与上下配置相比，天线310和320的并排和正反配置还可使得两个天线以更小体积来实现。例如，天线310和320可用高度约为15毫米(mm)的天线载体350实现。相反，对于上下配置而言，具有相当性能的两个天线可实现在两个天线载体上，其中一个天线实现在高度约为11_的一个天线载体上，而另一个天线实现在高度约为9_的另一个天线载体上。与上下配置相比，并排和正反配置由此可使无线设备的总长度减小约5mm。并排和正反配置可在使用无线设备上的体积资源方面更为高效。
[0046]—般而言，天线的总体性能(例如，效率和带宽)可能与天线的大小有关，并且较佳的性能通常可用更大的天线来获得，反之亦然。在示例性设计中，天线310和320具有不同的带宽需求，其中天线310所需的带宽比天线320所需的带宽宽。天线310则可用比天线320大的大小来实现。在示例性设计中，天线310可占据这两个天线的总体积的约56%，而天线320可占据总体积的约44%。总体积还可基于55/45拆分、60/40拆分、65/35拆分或其他某一拆分来在天线310与330之间进行划分。天线310和330之间的百分比拆分可取决于两个天线的带宽需求和/或其他因素。
[0047]一般而言，天线310和320可各自具有任何合适的形状、大小、和布置。每个天线的形状、大小、和布置可取决于该天线的需求、无线设备的空间约束、和/或其他因素。图
3、4A和4B示出具有被选为在宽频率范围上达成良好性能的特定形状、大小、和布置的天线310和320的示例性设计，如以下所述。每个天线的形状、大小、和布置也可不同于图3、4A和4B中所示的示例性设计,并且这在本公开的范围内。
[0048]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，寄生元件330位于天线310与320之间并且由两个天线共享。寄生元件330有助于改善天线310与320之间的隔离，尤其在这两个天线同时进行发射时。具体而言，寄生元件330既为电场创建了屏蔽(因为寄生元件330用导电金属迹线来实现)，又为磁场创建了屏蔽(因为寄生元件330为环)。对电场和磁场两者的屏蔽有助于改善天线310与320之间的隔离。
[0049]寄生元件330还有助于在不同频率创建不同电流模式，这可扩展天线310和/或320的带宽。在低频带(例如，800MHz附近)，寄生元件330具有沿环332绕圈子地流动的表面电流。在高频带(例如，2100MHz附近)，寄生元件330具有在环332中的一个点为零的电流。该零点之上的电流朝向接地平面，并且该零点之下的电流也朝向接地平面。该零点取决于频率并且可随着工作频率的变化而移动。
[0050]在图3、4A和4B中所示的示例性设计中，天线310和320以及寄生元件330实现在三维(3D)空间中的不同平面上。具体而言，天线310和320实现在3D空间中的三个可能的平面(例如，X、y和z平面)中的第一平面(例如，X平面)上。第一平面对应于天线载体350的平面。寄生元件330实现在与第一平面垂直的第二平面(例如，y平面)上，如图3中所示。此配置可提供某些优点，例如，可允许寄生元件占据较小体积。在另一示例性设计中，寄生元件330可形成在与天线310和320相同的平面上。例如，寄生元件330可以翻转90度并形成在天线载体350的正面或背面上。
[0051]在另一示例性设计中，多个寄生元件可位于天线310和320之间。例如，寄生元件330可被复制，并且所复制的寄生元件可被放置成邻近寄生元件330。作为另一个示例，一个寄生元件可在正面上邻近天线310地定位，而另一个寄生元件可在背面上邻近天线320地定位。
[0052]在示例性设计中，寄生元件330可以用形成环的导电金属迹线实现，如图3中所示。在另一示例性设计中，寄生元件330包括与环串联耦合的电容器。例如，寄生元件330可在图3中数字330之下的箭头所指示的点处断开，并且串联电容器340可插入在此点。在一个示例性设计中，电容器340可具有固定值，其可被选为获得寄生元件330的期望谐振频率并且获得天线310和/或330的良好性能。在另一示例性设计中，电容器340可具有可调节值，其可被设置以获得良好性能。例如，天线310和/或320的性能可针对电容器340的不同可能值来表征(例如，在设计阶段和/或制造阶段期间)并存储在无线设备上。该性能可通过效率、隔离等来量化。其后，可基于无线设备的当前工作频率和所存储的表征来选择电容器340的合适值，从而可为天线310和/或320获得良好性能。
[0053]如图3、4A和4B中所示，可以用简单、紧凑、且低成本结构来实现宽带天线系统300。宽带天线系统300还可以易于构建，并且相比于其他天线系统可具有其他优点。
[0054]图5A示出具有宽带天线系统300的天线载体350和电路板360的正视图。在此正视图中，天线310和寄生元件330的一半是可见的，而天线320不可见。
[0055]图5B示出具有宽带天线系统300的天线载体350和电路板360的后视图。在此后视图中，天线320和寄生元件330的一半是可见的，而天线310不可见。
[0056]图5C示出具有宽带天线系统300的天线载体350和电路板360的侧视图。在此侧视图中，仅天线310的一部分是可见的。
[0057]图5A和5C示出根据一个示例性设计的天线载体350和电路板360的各种尺寸。在此示例性设计中，天线载体350具有约58mm的宽度、约15mm的高度、以及约8mm的厚度。电路板360具有约58mm的宽度和约123mm的高度。天线载体350和电路板360的尺寸由包含天线载体350和电路板360的无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)的较小尺寸决定。如图5A和5C中所示，约58mmX15mmX8mm的较小尺寸可能足以实现具有良好性能的两个天线310和320。
[0058]图5A到5C示出用于宽带天线系统300的天线载体350和电路板360 —个示例性设计的的具体尺寸。天线载体350和电路板360还可具有其他尺寸，这可取决于无线设备的大小、天线310和320的需求等等。
[0059]图3到4B示出具有导电金属迹线的寄生元件330的示例性设计。寄生元件还可以用其他方式来实现。
[0060]图6A到6D示出可用于宽带天线系统的寄生元件的4种示例性设计。图6A示出用导电金属迹线实现的寄生元件630的示例性设计。寄生元件630类似于图3中的寄生元件330。图6B示出用具有较厚厚度的导电金属迹线实现的寄生元件632的示例性设计。图6C示出用实心板实现的寄生元件634的示例性设计。图6D示出用更窄的板或杆实现的寄生元件636的示例性设计。寄生元件还可用其他形状、大小等来实现。一般而言，寄生元件的最佳形状可取决于各种因素，诸如，频率需求，板的尺寸，等等。
[0061]图7A示出宽带天线系统300中的天线310和320关于低频带的效率。横轴表示频率并以MHz为单位给出。纵轴表不效率并以分贝(dB)为单位给出。如图7A中所不，天线310从约700MHz到约1180MHz具有_4dB或更好的效率。天线310由此可支持低频带中从704MHz到960MHz的操作。还是如图7A中所示，天线320从约820MHz到约930MHz具有-4dB或更好的效率。天线320可支持跨此频率范围以良好效率进行的数据发射和接收两者。这可使得天线320能够为语音和/或其他服务提供良好性能。天线320从700MHz到1200MHz具有-9dB或更好的效率，并且可支持跨此频率范围的发射和/或接收分集。
[0062]图7B示出宽带天线系统300中的天线310和320关于高频带的效率。如图7B中所示，天线310从1600MHz到2800MHz具有_4dB或更好的效率。还是如图7B中所示，天线320从约1860MHz到约2050MHz具有_4dB或更好的效率。天线320由此可在此频率范围上为语音和/或其他服务提供良好性能。此外，天线320从约1700MHz到约2320MHz具有-10dB或更好的效率，并且由此可支持跨此频率范围的发射和/或接收分集。
[0063]如图7A和7B中所示，基于图3到5C中所示的示例性设计，天线310具有从700MHz到1200MHz、以及从1600MHz到2800MHz的宽频带。天线320支持更窄的带宽。宽带天线系统300可为在宽频率范围上利用多个天线的各种应用提供良好性能。
[0064]还测量了宽带天线系统300中的天线310和320之间的隔离，并且发现该隔离跨从500MHz到3000MHz的整个频率范围为9dB或更好。
[0065]出于清楚起见，以上已详细描述了具有两个天线310和320以及一个寄生元件330的特定宽带天线系统300。一般而言，宽带天线系统可包括任何数目的天线和任何数目的寄生元件。天线的数目可取决于无线设备的需求。在示例性设计中，至少一个寄生元件可位于每一对天线之间以提供隔离并且可能地执行其他功能。每个天线可具有任何合适的形状和大小，其可取决于天线的需求以及可用空间和体积。
[0066]在示例性设计中，一种装置(例如，无线设备、板(诸如，天线载体)、1C等)可包括第一天线、第二天线、和寄生元件。第一天线(例如，图3和4A中的天线310)可配置成发射和接收第一信号集并且可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。第二天线(例如，图3和4B中的天线320)可配置成发射和接收第二信号集并且也可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。寄生元件(例如，图3、4A和4B中的寄生元件330)可位于第一和第二天线之间。
[0067]在示例性设计中，第一和第二天线可并排放置在板(例如，天线载体)上，如图3中所示。第一和第二天线可在无线设备内部并且可位于无线设备的顶端或底端。在示例性设计中，第一天线可形成在板的第一面(例如，正面)上，并且第二天线可形成在板的与第一面相对的第二面(例如，背面)上，如图4A和4B中所示。在示例性设计中，第一天线可形成在板的一面上且还在板的一个边缘上，并且第二天线可形成在板的仅一面上，如图4A和4B所示。一般而言，每个天线可形成在板的仅一面上、或者板的两面上、或者板的一面和一个边缘上、或者板的两面和多个边缘上。
[0068]在示例性设计中，第一和第二天线可形成在3D空间中的第一平面(例如，X平面)上。寄生元件可形成在3D空间中与第一平面垂直的第二平面(例如，y平面)上，如图3中所示。在另一示例性设计中，第一和第二天线以及寄生元件可形成在相同平面上。
[0069]在示例性设计中，第一和第二天线可具有不同形状和/或不同总体尺寸，例如，如图3中所示。例如，第一天线可具有矩形形状，而第二天线可具有“L”形状。第一和第二天线还可具有其他形状。在另一示例性设计中，第一和第二天线可具有相同形状和相同尺寸。在示例性设计中，第一和第二天线可实现在宽度小于60mm、高度小于20mm、并且厚度小于10_的体积内。在其他示例性设计中，第一和第二天线可实现在其他尺寸的体积内，这可取决于其上利用这些天线的无线设备的大小。
[0070]在示例性设计中，第一天线可具有第一带宽，并且第二天线可具有不同于第一带宽的第二带宽，例如，如图7A和7B中所示。在另一示例性设计中，第一和第二天线可具有相似的带宽。在示例性设计中，第一天线可支持特定频率之下的第一频率范围(例如，700MHz到1200MHz内)中的操作，并且还支持该特定频率之上的第二频率范围(例如，1600MHz到2800MHz内)中的操作。第二天线可支持与第一天线相同或不同的频率范围上的操作。
[0071]在示例性设计中，寄生元件可包括布置成闭合环且对第一和第二天线之间的电场和磁场两者提供屏蔽的导电金属迹线。在示例性设计中，没有其他电路组件耦合至寄生元件。在另一示例性设计中，电容器可与寄生元件串联耦合。电容器可具有固定值以获得寄生元件的固定谐振频率。替换地，电容器可具有可调节值以获得寄生元件的可变谐振频率。第一和/或第二天线的性能可通过寄生元件的谐振频率来改变。
[0072]图8示出用于形成天线的过程800的示例性设计。可形成用来发射和接收第一信号集的第一天线。第一天线可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状，例如，如图3中所示(框812)。还可形成用来发射和接收第二信号集的第二天线(框814)。第二天线也可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状，例如，如图3中所示。可在第一和第二天线之间形成寄生元件，例如，如图3中所示(框816)。
[0073]在示例性设计中，第一和第二天线并排形成在板上。第一和第二天线可在无线设备内部并且可位于无线设备的或者顶端、或者底端。在示例性设计中，第一天线可形成在板的第一面(例如，正面)上，并且第二天线可形成在板的与第一面相对的第二面(例如，背面)上。第一和第二天线可具有各种特性和属性，如以上所述。
[0074]图9示出用于使用天线的过程900的示例性设计。可经由具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状的第一天线发射和接收第一信号集(框912)。可经由第二天线发射和接收第二信号集，第二天线可通过位于第一和第二天线之间的寄生元件与第一天线分开(框914)。第二天线也可具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。
[0075]在示例性设计中，第一天线可在第一频率范围上工作，第一频率范围可覆盖一个或多个频带。第二天线可在第二频率范围上工作，第二频率范围可以类似于或不同于第一频率范围。第一和第二天线可具有各种特性和属性，如以上所述。
[0076]在示例性设计中，与寄生元件串联耦合的电容器的值可被调节以改变寄生元件的谐振频率。此调节可改善第一和/或第二天线的性能。
[0077]本文中描述的宽带天线系统可实现在1C、模拟1C、RFIC、混合信号1C、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上。宽带天线系统还可用各种1C工艺技术来制造。
[0078]实现本文中所描述的宽带天线系统的装置可以是独立设备或者可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)独立的IC，(ii)可包括用于存储数据和/或指令的存储器1C的一个或多个1C的集合，(iii)RFIC，诸如RF接收机(RFR)或RF发射机/接收机(RTR)，(iv)ASIC，诸如移动站调制解调器(MSM)，(v)可嵌入在其他设备内的模块，(vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机或者移动单元，(vii)其他等等。
[0079]在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的，盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(⑶)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
[0080]提供对本公开的先前描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
【权利要求】
1.一种装置，包括:第一天线，其配置成发射和接收第一信号集，所述第一天线具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状；第二天线，其配置成发射和接收第二信号集；以及寄生元件，其位于所述第一天线和所述第二天线之间。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二天线具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线并排放置在板上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线在无线设备内部并且位于所述无线设备的顶端或底端。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线形成在板的第一面上，并且所述第二天线形成在所述板的与所述第一面相对的第二面上。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线形成在三维(3D)空间中的第一平面上，并且所述寄生元件形成在3D空间中与所述第一平面垂直的第二平面上。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线具有不同形状。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线具有不同总体尺寸。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线形成在宽度小于60毫米(mm)且高度小于20mm的体积内。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线形成在厚度小于10毫米(mm)的体积内。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线具有第一带宽，并且所述第二天线具有不同于所述第一带宽的第二带宽。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一天线支持特定频率之下的第一频率范围中的操作，并且还支持所述特定频率之上的第二频率范围中的操作。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述寄生元件包括布置成闭合环且对所述第一天线和所述第二天线之间的电场和磁场两者提供屏蔽的导电金属迹线。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述寄生元件包括形成环的导电金属迹线或者金属丝。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括:与所述寄生元件的所述环串联耦合的电容器。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电容器具有可调节值以改变所述寄生元件的谐振频率。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括集成电路。
18.一种方法，包括:形成用来发射和接收第一信号集的第一天线，所述第一天线具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状；形成用来发射和接收第二信号集的第二天线；以及在所述第一天线和所述第二天线之间形成寄生元件。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，形成所述第二天线包括:形成具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状的所述第二天线。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线并排形成在板上、在无线设备内部、以及位于所述无线设备的顶端或底端。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一天线形成在板的第一面上，并且所述第二天线形成在所述板的与所述第一面相对的第二面上。
22.—种设备，包括:用于形成用来发射和接收第一信号集的第一天线的装置，所述第一天线具有其两个末端交叠且分开一间隙的末端开口式环的形状；用于形成用来发射和接收第二信号集的第二天线的装置；以及用于在所述第一天线和所述第二天线之间形成寄生元件的装置。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线并排形成在板上、在无 线设备内部、以及位于所述无线设备的顶端或底端。
【文档编号】H01Q5/00GK103650239SQ201280034679
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月13日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】G·史, A·M-T·特兰, E·M·瓦维奇 申请人:高通股份有限公司