宽带天线的制作方法

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本申请主张2015年2月19日提交的美国临时专利申请第61/118,122号的权益，其内容以参考文献并入本文。

本发明是涉及一种天线，特别是关于一种宽带多输入多输出天线。

背景技术：

天线通常能够基于天线的谐振部分的长度在一定频率范围内谐振。通常，偶极天线能够谐振在中心频率的正负百分之十。换句话说，如偶极天线设计的谐振，例如1千兆赫在900兆赫及1.1千兆赫之间谐振，以及偶极天线设计的谐振，例如5千兆赫兹在4.5及5.5千兆赫之间谐振。因此，由于单一个天线的谐振频率的范围有限，需要可操作的频率范围大于单个偶极天线的可操作范围的通信装置，被要求使用多个偶极天线来覆盖频率范围。

技术实现要素：

例如在一实施例中，为一种多输入多输出天线，所述多输入多输出天线包括但不限于：至少一第一偶极天线，配置用以在一第一频率内辐射，所述至少一第一偶极天线但不限于：一第一偶极臂；一第二偶极臂；及一平衡不平衡转换器，所述平衡不平衡转换器具有但不限于：一第一弯曲导电组件，电连接至所述第一偶极臂；及一第二弯曲导电组件，电连接至所述第二偶极臂且电连接至所述第一弯曲导电组件；及至少一第二偶极天线，配置用以在一第二频率内辐射，所述第二频率范围不同于所述第一频率范围，所述至少一第二偶极天线包含但不限于：一第三偶极臂；一第四偶极臂；一u形平衡不平衡转换器，电耦合至所述第三偶极臂及所述第四偶极臂；一第一导电组件，与所述第三偶极臂、所述第四偶极臂及所述u形平衡不平衡转换器电隔离，所述第一导电组件配置用以电容耦合至所述第三偶极臂及所述第四偶极臂；及一第二导电组件，电连接至所述u形平衡不平衡转换器，所述第二导电组件配置用以电容耦合至所述第三偶极臂。

例如在另一实施例中，为一种多输入多输出天线，所述多输入多输出天线包括但不限于：一第一偶极臂；一第二偶极臂；及一平衡不平衡转换器，所述平衡不平衡转换器具有：一第一弯曲导电组件，电连接至所述第一偶极臂；及一第二弯曲导电组件，电连接至所述第二偶极臂且电连接至所述第一弯曲导电组件。

例如在又一实施例中，为一种多输入多输出天线，所述多输入多输出天线包括但不限于：一第一偶极臂；一第二偶极臂；及一u形平衡不平衡转换器，电耦合至所述第一偶极臂及所述第二偶极臂；一第一导电组件，与所述第一偶极臂、所述第二偶极臂及所述u形平衡不平衡转换器电隔离，所述第一导电组件配置用以电容耦合至所述第一偶极臂及所述第二偶极臂；及一第二导电组件，电连接至所述u形平衡不平衡转换器，所述第二导电组件配置用以电容耦合至所述第一偶极臂。

附图说明

以下将结合附图说明详细描述，相同的数字表示相同的组件，其中：

图1是根据一实施例一种多输入多输出(mimo)天线的一框图。

图2是根据一实施例说明用于mimo天线的一示例性安装表面。

图3是根据一实施例的一示例性偶极天线的一侧视图。

图4是根据一实施例的另一示例性偶极天线的一立体图。

图5是根据一实施例的一示例性偶极天线的一侧视图。

图6是根据一实施例说明具有一示例性馈送组件的一示例性偶极天线的一侧视图。

图7是根据一实施例的另一示例性偶极天线的一立体图。

具体实施方式

以下的详细描述本质上仅仅是示例性的，并不限制本发明或本发明的应用及用途。如本文所使用的，“示例性”一用语是指“当作示例、实例或说明”。因此，本文中描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例还优选或有利。本文所描述的所有实施例是为了使本领域技术人员能够制造或使用本发明而提供的示例性实施例，而不是限制由权利要求限定的本发明的范围。此外，没有意图受到上述技术领域中提出的任何明示或暗示的理论的约束、背景、简要概述或以下详细描述的细节。

图1是根据一实施例一种多输入多输出(mimo)天线的一框图。所述mimo天线100可以作为一通信系统的一部分，例如：wi-fi通信系统、hspa+通信系统、wimax通信系统、长期演进(lte)，或任何其他通信系统及其组合。

所述mimo天线100包括一安装表面110。在一个实施例中，例如：安所述装表面110可以是一印刷电路板(pcb)。在其他实施例中，例如：所述安装表面可以是一低损耗介电表面等。所述安装表面110可以包括一个或多个非导电层及一个或多个导电层，其中并没有显示在图1中。所述导电层可以包括如追溯耦合至所述mimo天线100的各种组件。

配置在第一频率范围内操作的至少一偶极天线120及配置在第二频率范围内操作的至少一偶极天线130被安装在所述安装表面110上。在一个实施例中，例如所述mimo天线100可以包括一偶极阵列120及一偶极阵列130。所述偶极阵列120、130可以被布置为一组或多组偶极，每组偶极被布置成大致正方形或菱形图案，进一步详细讨论如下。

在一实施例中，例如所述mimo天线100还可以包括一控制系统140。所述控制系统140可以包括例如：一处理器，如中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)、微控制器、现场可编程门阵列(fpga)或任何更是逻辑的逻辑器件或其组合。所述控制系统140还可以包括由所述控制系统140的处理器控制的至少一个无线电单元，所述无线电单元被配置为向一个或多个偶极120、130提供射频(rf)信号。所述控制系统140可以经由同轴电缆连接至偶极120、130、在安装表面110的导电层、移相器、rf开关或其任何组合上追踪。

图2是根据一实施例说明用于mimo天线100的一示例性安装表面110。如图2所示，所述示例性mimo天线100包括十二个偶极120及十二个偶极130。然而，所述偶极120、130的数量以及它们在所述安装表面110上的布置可以改变。

在图2所示的实施例中，所述偶极120被布置成三组四个偶极120。每一组中的每个偶极120垂直布置于相邻的偶极天线120，使得所述组偶极120呈方形的形式。如图2所示的方形结构被布置成使得每个偶极天线120相对于所述安装表面110的边缘以四十五度的角度布置。换句话说，每个方形结构大致呈菱形，使得所述偶极120具有正及负45度偏振。然而，在其他实施例中，例如偶极120的方形的形式可以布置成与所述安装表面的边缘正交，使得所述偶极120具有垂直及水平极化。

在图2所示的实施例中，所述偶极130以与偶极120类似的方式布置。然而，所述偶极120的数量及偶极130的数量以及偶极120及130的形式不必相匹配。换句话说，所述mimo天线100可以具有布置在所述安装表面110上的任何形式中的任何数量的偶极120及任意数量的偶极130。

图3是根据一实施例的一示例性偶极天线的一侧视图。所述偶极天线120包括多个偶极臂300。在图3所示的实施例中，所述偶极臂300基本上是多个直导电条。然而，在其他实施例中，所述偶极臂300可以具有多个弯曲端部。所述弯曲端部缩短偶极臂300的实际长度，而不缩短偶极臂的电长度，从而在相同的频率范围内保持操作，同时占用较少的物理空间。在一个实施例中，例如所述偶极天线120可以由单个导电片冲压、切割或以其它方式形成。所述偶极臂300可以在最初形成为具有任何角度的弯曲形状。然而，在其他实施例中，例如偶极臂可以直线形成，然后弯曲成弯曲端部。在其他实施例中，例如可以使用初始形成及随后的弯曲的组合来形成所述偶极臂300的形状。

所述偶极天线120还包括多个弯曲导电组件310、320。在一个实施例中，例如所述偶极天线还可以包括一导电基座330。在所述实施例中，例如所述弯曲导电组件310将所述偶极臂300中的一个耦合至所述导电基座330，并且所述弯曲导电组件320将另一偶极臂300耦合至所述导电基座330。然而，在另一个实施例中，例如所述弯曲导电组件310、320可以直接彼此耦合，而不是通过所述导电基座330来耦合。在所述实施例中，例如所述双极天线120可以包括非导电基座，所述非导电基座可以作为安装位置，用于将所述双极天线120安装至所述安装表面110。

每个所述弯曲导电组件310、320的总高度优选地相等，使得所述偶极臂300平行于所述安装表面110。在一个实施例中，例如由箭头370表示的弯曲导电组件310、320以及所述导电基座330的总高度为1/4λ，其中λ是以偶极臂300的谐振频率为中心的波长。因此，从所述mimo天线的所述安装表面110至所述偶极臂300的一距离为1/4λ。所述距离允许从所述安装表面110反射的rf波与从偶极臂300发出的射频波相同。

所述弯曲导电组件310、320具有相应部分312,322,314及324，分别对应于所述弯曲导电组件310、320的上述部分及弯曲点316、326。如图3所示，所述弯曲导电组件310、320可以不对称地形成。换句话说，所述部分312,322,314及324的物理长度可以不相等。然而，在一些实施例中，所述弯曲导电组件310、320可以对称地形成。通过调整所述导电组件310、320的部分312,322,314及324的长度，可以调节偶极天线120的阻抗。因此，所述导电组件310、320以及导电基座330可作为偶极天线120的不平衡转换器，使得偶极天线120的阻抗可匹配供给偶极天线120的馈送组件340的阻抗。在图3所示的实施例中，所述馈送组件340是与这些导电组件之一平行的同轴电缆，在所述示例中是导电组件310。

在一个实施例中，例如弯曲导电组件310、320的部分312及322可各自具有1/4λ的电长度。当偶极臂300从所述馈送组件340接收馈送信号时，所述信号传播所述弯曲导电组件310及320的部分312、322的长度。由于所述弯曲导电组件310、320的部分312、322具有1/4λ的电长度，所述弯曲导电组件310、320的部分314、324似乎是来自所述馈送组件340的馈送信号的一开路电路。当rf信号到达不连续性时，例如开路电路，所述rf信号的一部分可以被辐射。因此，所述弯曲导电组件310、320的部分312、322作为在取决于相应部分312、322的电长度的频率范围内辐射的附加天线组件。可以在结构312,322,314,324的不同位置观察到不连续点的微小点。在一个实施例中，例如弯曲导电组件310、320的部分312、322的电长度可以被选择为不同。在所述实施例中，所述弯曲导电组件310、320的部分312、322中的每一个可以在不同的频率范围内辐射，从而进一步拓宽带偶极天线120的可操作频率范围。

在一个实施例中，例如可以选择偶极臂300的长度，使得所述偶极天线120在大约1.7-2.2千兆赫(ghz)的频率范围内操作。因此，在本实施例中，所述偶极天线120围绕大约1.9ghz的中心频率辐射约16％。换句话说，所述偶极天线120的带宽在不考虑所述弯曲导电组件310、320的部分312、322的情况下，在跨越1.9ghz+/-(-0.16*1.9ghz)的一频带内操作。当考虑所述弯曲导电组件310、320的部分312、322时，所述偶极天线120能够在跨越1.690ghz至2.7ghz的频带中操作。因此，在本实施例中，所述偶极天线120围绕大约2.2ghz的中心频率辐射大约百分之二十二，增加所述天线的带宽。换句话说，当考虑所述弯曲导电组件310、320的部分312、322时，所述偶极天线120的带宽在跨越2.2ghz+/-(-0.22*2.2ghz)的频带内工作。因此，所述弯曲导电组件310、320的部分312、322允许每个偶极天线120在更宽的范围上操作。如上所述，典型的偶极天线仅在+/-5％的范围内谐振，而本文所讨论的示例性偶极天线120能够在+/-20％的范围内谐振。

在一个实施例中，例如偶极天线120还包括一非导电盖350。所述非导电盖350可以由一塑料或任何其它绝缘材料形成。所述偶极天线120的偶极臂300可以通过摩擦配合、胶水、螺钉、螺栓等中的一种或多种来接触所述非导电盖350。例如，所述非导电盖350可以帮助将偶极臂保持在一预定位置。

在一个实施例中，例如，所述偶极可进一步包括一导电盖360，安装在所述非导电盖350上。所述导电盖360可由任何导电材料形成。所述导电盖360可以通过摩擦配合、胶水、螺钉、螺栓等中的一个或多个固定到非导电盖350。来自所述馈送组件340的一进料线可以连接至所述导电盖360，使得所述导电盖360从所述控制系统140接收与所述偶极相同的rf信号。所述导电盖360的形状可以修改，以调节所述偶极天线120的一阻抗。因此，所述导电盖360协助弯曲导电组件310、320匹配所述偶极天线120的阻抗与馈送组件340的阻抗。根据所述导电盖360的形状，将所述导电盖360增加至所述偶极天线120，可以将所述偶极天线的电压驻波比(vswr)提高至1.5或更小。

图4是根据一实施例的另一示例性偶极天线120的一立体图。如图4所示的导电盖360。基本上是增加(即“+”形)，具有所述正弯曲的臂。所述导电盖360的臂的弯曲允许调节所述偶极120的阻抗。因此，所述导电盖360可以被认为是偶极臂300之间的耦合组件，或者换句话说，是偶极臂300之间的可变间隙。

图4还显示偶极臂300、弯曲导电组件310、320、导电基座330、馈送组件340及非导电盖350的一可能的实施例。如图4所示，所述偶极臂300包括在偶极臂的两端的弯曲部分、形成大致呈s形的一组件。如上所述，通过弯曲偶极，可以减小偶极的物理长度，减小天线的总体尺寸，而不会降低天线的有效电长度，从而降低天线的工作频率。

如图4所示的导电基座330，包括一弯曲部400。所述弯曲部可以插入至所述安装表面110中的对应孔中，从而允许偶极天线120根据需要在所述安装表面上对准。

图5是根据一实施例的一示例性偶极天线130的一侧视图。所述所述偶极天线130包括多个偶极臂500。在如图5所示的实施例中，所述偶极臂基本上是直导电条。然而，在其他实施例中，所述偶极臂500可以具有弯曲端部。弯曲端部缩短所述偶极臂500的实际长度，而不是缩短所述偶极臂500的电长度，从而在占用较少的物理空间的同时，保持在相同频率范围内的操作。

所述偶极天线130还包括一平衡不平衡转换器510。所述平衡不平衡转换器510是所述偶极天线130的一大致呈u形导电部分。所述平衡不平衡转换器510允许将所述对称偶极天线130连接至一非对称馈送组件(未示出)。所述馈送组件可以是例如同轴电缆或连接至所述控制系统140的其它导电组件。

所述偶极子还包括一导电组件520。所述导电组件520基本上呈l形，并且包括一部分522，及基本垂直于所述部分522的一部分524。如图5所示，所述部分522平行所述偶极臂500，且垂直所述平衡不平衡转换器510的一臂，所述部分524垂直所述偶极臂500，且平行所述平衡不平衡转换器510的一臂。所述导电组件520的部分522电耦合至所述平衡不平衡变换器510朝向所述偶极天线130的底部。在一实施例中，例如所述偶极臂500与所述部分522之间的距离约为1/4λ。

如图5所示，所述导电组件520的部分524与所述平衡不平衡转换器510分开如箭头530所示的一距离，并与所述偶极臂300分开如箭头535所示的一距离。在一实施例中，例如由箭头530指示的距离可以是9毫米，并且箭头535所指示的距离可以在2.6及3.0毫米之间。所述导电组件520通过箭头535所指示的间隙电容耦合至所述偶极臂300，并且当所述偶极馈送来自所述控制系统140的馈送信号时，所述导电组件520通过箭头530所指示的间隙电容耦合至平衡不平衡转换器510。在一实施例中，例如所述导电组件520可具有约54毫米的电长度。然而，所述导电组件220的功能不是辐射的，因为偏振将垂直于所述偶极臂500的辐射。当所述偶极馈送来自所述控制系统140的馈送信号时，通过箭头535所指示的间隙，及通过箭头530所指示的间隙至平衡不平衡转换器510的所述偶极臂300的电容耦合，增加所述偶极臂500的带宽。

所述偶极天线130还包括一导电条540。所述导电条540通过所述安装组件550耦合至所述偶极臂。所述安装组件550可以由如塑料等非导电材料构成，用以将所述导电带540与所述偶极臂500电隔离。所述安装组件550可以通过如螺钉、螺栓、胶水等附接至所述偶极臂及导电条。

当所述偶极臂500从所述控制系统140馈送一馈送信号时，所述导电条540电容耦合至所述偶极臂500。所述电容耦合使得所述导电条540在以所述导电条540的电长度的频带内辐射。在一实施例中，例如所述导电条可具有约130毫米的电长度。因此，在所述实施例中，所述导电条540可以在约900-1100mhz的频率范围内辐射。

所述偶极臂500可以具有例如694-900mhz的固有谐振频率范围。所述导电组件520的增加允许所述偶极天线130在694-920mhz的频率范围内操作。所述导电条540进一步增加允许所述偶极天线在694-960mhz的频率范围内操作。因此，所述导电带520、540将所述偶极天线130的带宽增加约29％。

图6是根据一实施例说明具有一示例性馈送组件的一示例性偶极天线的一侧视图。如图6所示的偶极天线130，包括多个偶极臂500、平衡不平衡转换器510、一导电组件520(图6中未显示)、一导电条540及安装组件550，如上所描述。

所述偶极天线130还包括一馈送组件600，其包括隔离层610及一导电馈送层620。所述隔离层610耦合至所述平衡不平衡转换器510的一侧。换句话说，所述隔离层610可以在平行所述平衡不平衡转换器510所在的平面中。然而，所述隔离层610还可以包括平行所述安装表面110的部分，并且可以用于将所述偶极天线130安装至所述安装表面110。所述隔离层610将平衡不平衡转换器510与所述导电馈送层620隔离。在一实施例中，例如所述隔离层610可以由塑料或任何其它绝缘材料形成。

在一实施例中，例如所述隔离层610可经由摩擦配合固定至平衡不平衡变换器510。在所述实施例中，例如所述平衡不平衡变换器510及所述隔离层610中的一个可以包括突起，并且所述平衡不平衡转换器510及所述隔离层610中的另一个可以包括对应于突起的内含物。在另一实施例中，例如所述隔离层610可以通过胶水、塑料、螺钉等固定至所述平衡不平衡转换器510。

所述导电馈送层620耦合至隔离层610。在一实施例中，例如所述导电馈送层620可以通过摩擦配合固定至所述隔离层610。在所述实施例中，例如所述导电馈送层620及所述隔离层610中的一个可以包括突起，并且所述导电馈送层620及所述隔离层610中的另一个可以包括对应于突起的内含物。在另一实施例中，例如所述隔离层610可以通过胶水、塑料、螺钉等固定至所述导电馈送层620。

如图6所示，所述导电馈电层620耦合至所述偶极臂500，用以向所述偶极臂500提供馈送信号。在一实施例中，例如所述导电馈送层620可以焊接至所述偶极臂500。然而，可以使用任何类型的导电耦合来将所述导电馈送层620耦合至所述偶极臂500。所述导电馈送层620较长的下段部分作为抵靠绝缘体610,510的相对侧上的金属(平行于510)的带状线连接到地面。

图7是根据一实施例的另一示例性偶极天线的一立体图。如图7所示的偶极天线130，包括多个偶极臂500。如图7所示的偶极臂500，包括多个端部505。在所述实施例中，所述偶极臂500可形成为基本上呈l形。所述l形可缩短所述偶极臂500的实际长度，而不缩短所述偶极臂500的电长度。然后可以将所述端部505弯曲，使得l形偶极臂的一部分垂直于连接至所述平衡不平衡变换器510的所述偶极臂500的所述部分。所述弯曲进一步缩小所述偶极臂500的实际长度，而不缩短电长度，从而将操作保持在相同的频率范围内，同时占用较少的物理空间。

在如图7所示的实施例中，所述导电组件540包括多个外部弯曲部分。通过所述弯曲导电组件的一个或多个部分，可以实现所述导电组件540及所述偶极臂500之间的电容耦合的调谐。如图7所示的实施例中，所述偶极臂各自包括锥形部分。然而，所述偶极臂500的形状可以由多种方式进行修改，以缩短偶极子的物理长度，同时提供较宽的带宽。

尽管在上述本发明的详细描述中已经提出至少一个示例性实施例，但是应当理解的是，存在大量变化。还应当理解的是，示例性例子或示例性实施例仅是示例，并且不再以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反地，前述的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例方便的路线图。应当理解的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的组件的功能及配置中进行各种改变。