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CN102763398A - 用于增强天线隔离的具有新颖电流分布和辐射图的天线 - Google Patents

用于增强天线隔离的具有新颖电流分布和辐射图的天线 Download PDF

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CN102763398A
CN102763398A CN2011800096808A CN201180009680A CN102763398A CN 102763398 A CN102763398 A CN 102763398A CN 2011800096808 A CN2011800096808 A CN 2011800096808A CN 201180009680 A CN201180009680 A CN 201180009680A CN 102763398 A CN102763398 A CN 102763398A
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CN
China
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ground plane
transport element
antenna
multiaerial system
terminal
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CN2011800096808A
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什尼尔·阿苏莱
马蒂·马蒂斯凯宁
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Galtronics Corp Ltd
Original Assignee
Galtronics Corp Ltd
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Abstract

一种天线，包括：接地平面；至少一个第一传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及至少一个第二传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述接地平面相接触。

Description

用于增强天线隔离的具有新颖电流分布和辐射图的天线
对相关申请的引用
在此对2010年2月17日申请的名称为“INDUCEDCANCELLATION ANTENNA TECHNOLOGY”的美国临时专利申请61/338,378进行引用，该专利申请的公开通过引用结合于此，并且依据37CFR 1.78(a)(4)和(5)(i)在此要求其优先权。
技术领域
本发明一般涉及天线，并且更加具体地涉及用于在无线通信装置中使用的天线。
背景技术
以下公布被认为代表了本领域的当前状态：
‘MIMO Antenna Design for Small Handheld Devices’，Q.Rao，Researchin Motion Ltd.，IWPC Workshop，Sweden(2009)；
‘Multiband MIMOAntenna with a Band Stop Matching Circuit for NextGeneration Mobile Applications’，M.Han et.al.，PIERS Proceedings，Russia(2009)；
‘Study and Reduction of the Mutual Coupling between Two MobilePhone PIFAs Operating in the DCS1800 and UMTS Bands’，A.Diallo et.al.，IEEETransactions on Antennas and Propagation，Part 1，Vol.54(11)，p.3063-3074(2006)；
‘The High Isolation Dual-Band Inverted F Antenna Diversity Systemwith the Small N-Section Resonators on the Ground Plane’，K.Kim et.al.，Microwaveand Optical Technology Letters，Vol.49(3)，p.731-734(2007)；
美国专利：7,825,863、7,688,273和5,764,190；以及
美国公布申请第2010/0053022号。
发明内容
本发明寻求提供一种新颖的天线，其特别适合于结合在多输入多输出天线系统中，供无线通信装置使用。
因此根据本发明的优选实施例提供了一种天线，该天线包括：接地平面；至少一个第一传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及至少一个第二传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述接地平面相接触。
优选地，所述至少一个第一传导元件包括折叠单极，并且所述至少一个第二传导元件包括与所述第一传导元件电容性且电感性接触的寄生元件。
优选地，所述至少一个第二传导元件的第二末端和所述接地平面之间的接触包括电流接触。
优选地，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件包括传导材料的带，所述带具有宽度和长度。
优选地，所述宽度沿着所述长度是恒定的。代替地，所述宽度沿着所述长度变化。
优选地，所述馈送点位于所述接地平面的边缘。
根据本发明的优选实施例，所述接地平面、所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件形成在介电基板的表面上。
优选地，所述介电基板包括PCB基板。
根据本发明的另一个优选实施例，所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗匹配50欧姆输入阻抗。
优选地，所述天线不包括匹配网络。
优选地，由所述接地平面上的电流生成的电场集中在所述接地平面的边缘。
根据本发明的还有另一个优选实施例，多天线系统包括所述天线中的至少两个天线，其中，所述接地平面包括公共接地平面。
优选地，所述多天线系统包括MIMO系统。
另外或者代替地，所述多天线系统包括3GPP-LTE系统。
优选地，所述多天线系统具有平面几何形状。代替地，所述多天线系统具有三维几何形状。
优选地，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件安装在塑料载体上。
优选地，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件安装在所述塑料载体的外表面上。代替地，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件中的至少一个安装在所述塑料载体的内表面上。
根据本发明的还有另一个优选实施例，所述多天线系统还包括从所述公共接地平面延伸的至少一个传导元件，由此所述多天线系统中的至少一个天线能够在两个频带中谐振。
优选地，所述两个频带包括高频带和低频带。
优选地，所述高频带包括1.7GHz和2.2GHz之间的频率，并且所述低频带包括698MHz和960MHz之间的频率。
优选地，所述两个频带相互独立。
根据本发明的还有另一个优选实施例，所述多天线系统包括USB保护器(dongle)。
根据本发明的进一步的优选实施例，所述多天线系统还包括电流连接到所述接地平面并且与所述至少一个第一传导元件的第一末端电容性接触的至少一个传导元件，由此所述天线的至少一个频带的带宽被拓宽。
根据本发明的还有进一步的优选实施例，所述至少一个第一传导元件包括分支传导元件，并且所述至少一个第二传导元件围绕所述分支传导元件折叠。
另外根据本发明的优选实施例提供了一种多天线系统，该系统包括公共接地平面和位于所述公共接地平面附近的至少两个天线，所述至少两个天线中的每一个包括：至少一个第一传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及至少一个第二传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述公共接地平面相接触。
根据本发明的优选实施例进一步提供了一种用于阻抗匹配的方法，该方法包括：提供接地平面；提供至少一个第一传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及提供至少一个第二传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述接地平面相接触，由此所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗实质上增加。
优选地，所述至少一个第一传导元件包括折叠单极。
优选地，所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗等于近似50欧姆。
另外根据本发明的优选实施例提供了一种用于增加手机或其它小型接收器装置中的协同布置的天线之间的隔离的方法，该方法包括：提供公共接地平面和提供位于所述公共接地平面附近的至少两个天线，所述至少两个天线中的每一个包括：至少一个第一传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及至少一个第二传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述公共接地平面相接触，由此所述至少两个天线之间的隔离增加。
附图说明
从结合附图的以下详细描述中，将会更加充分地理解和意识到本发明，在附图中：
图1是根据本发明的优选实施例构造和操作的天线的示意图；
图2是根据本发明的优选实施例构造和操作的多天线系统的示意图；
图3A、3B和3C分别是根据本发明的另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的侧视图、顶视图和透视图；
图4A、4B和4C分别是根据本发明的还有另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的下侧视图、顶视图和透视图；
图5A和5B分别是根据本发明的还有另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的顶视图和透视图；
图6是根据本发明的进一步的优选实施例构造和操作的多天线系统的示意图；
图7A是示出图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的辐射图的简化曲线图；
图7B和7C分别是图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的电场分布的简化的顶视图和侧视图；以及
图7D、7E和7F是分别示出图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的效率、返回损耗和隔离的简化曲线图。
具体实施方式
现在参考图1，图1是根据本发明的优选实施例构造和操作的天线的示意图。
如在图1中看到的那样，提供了一种天线100，该天线100包括接地平面102，这里包括第一传导元件104和第二传导元件106的至少第一和第二传导元件位于所述接地平面102的边缘附近。第一和第二传导元件104和106的末端优选地弯曲，以便大致彼此平行地且平行于接地平面102延伸。可以意识到的是，尽管在图1所示的实施例中仅示出了第一和第二传导元件104和106，但是包括类似于第一和第二传导元件104和106进行配置的另外的传导元件也是可能的。
至少第一和第二传导元件如元件104和106以及接地平面102优选地在诸如FR-4之类的刚性介电基板108的表面上形成为平面元件，使得天线100可以被认为具有二维结构。然而可以意识到的是，诸如第一和/或第二传导元件104和106之类的第一和第二传导元件中的至少一个可以代替地支撑在垂直于接地平面102的平面内，从而形成三维天线结构。刚性介电基板108优选地包括印刷电路板（PCB）的一部分。
第一和第二传导元件104和106典型地形成为传导材料的带，其具有近似1mm的沿着带的恒定宽度。然而，本发明的实施例可以使用各种和/或不同宽度的传导材料，优选地在近似0.5mm至近似4mm的范围内。进而，在本发明的一些实施例中，宽度可以沿着传导元件104和106的长度变化。
第一传导元件104优选地在其末端中之一110处连接到馈送点112，因此也可以被称为馈送元件104。馈送元件104具有等于1/4λ的长度，并且由于其弯曲结构而类似于折叠单极。馈送点112优选地位于接地平面102的边缘，并且优选地以50欧姆的输入阻抗对馈送元件104进行馈送，尽管可以意识到的是，天线100可以被配置，以便兼容于其它输入阻抗。
第二传导元件106优选地在其末端中之一处电流连接到接地平面102，并且位于馈送元件104附近。第二传导元件106是寄生元件，电容性并且电感性耦合到馈送元件104，因此也可以被称为耦合元件106。
在天线100的操作中，射频（RF）信号经由馈送点112被供应到馈送元件104，使馈送元件104进行辐射，并且使电容性和电感性耦合在馈送元件104、耦合元件106和接地平面102之间发生。本发明的特殊特征和优点是，如典型地对耦合的寄生元件期待的那样，与拓宽馈送元件104的操作带宽相比，耦合元件106的存在更多用来增加馈送元件104的末端110处的阻抗。
在没有耦合元件106的情况下，馈送元件104的末端处的阻抗会非常低，并且会需要馈送元件104和50欧姆输入阻抗点之间的匹配电路。耦合元件106的存在消除了对匹配电路的需要，尽管可选地包括匹配网络或伽马(gamma)匹配对于某些应用可能是有利的。
由天线100的结构引起的进一步的独特特征是天线在接地平面102上的电流分布。手持式通信装置中的传统天线的辐射图典型地类似于简单的偶极，为水平平面上的全方向和环形。这个图是通过沿着装置PCB来回行进的电流而创建的，作为所述电流的结果，天线能够利用PCB和底盘的自谐振。与此形成对照，使用本发明的实施例的天线设计执行的仿真表明，电流将会集中在馈送和耦合元件104和106的区域中以及馈送和耦合元件与其相邻的接地平面102的边缘处。这减少了天线的谐振频率对接地平面的尺寸和形状的依赖性。在下面名称为“仿真结果”的部分中呈现了基于天线100的仿真的天线辐射图。
天线100的改变了的电流路径的可能有利的开发是在多天线系统中，其中天线100的这个特征导致了协同布置的天线之间的改进的隔离，如参考下面在此描述的本发明的各种多天线系统实施例来更加详细地说明的那样。
现在参考图2，图2是根据本发明的优选实施例构造和操作的多天线系统的示意图。
如在图2中看到的那样，提供了一种多天线系统200，该系统200包括接地平面202，第一辐射组件210和第二辐射组件220位于所述接地平面202的边缘附近。可以意识到的是，尽管在图2所示的实施例中仅示出了两个辐射组件210和220，但是如图2所示的本发明可以被本领域技术人员容易地修改以包括更大数目的位于接地平面202附近的辐射组件。接地平面202与辐射组件210和220优选地形成在诸如FR-4之类的刚性PCB基板222的表面上。
辐射组件210和220中的每一个优选地包括一对馈送和耦合元件，其在它们的结构和操作方面大致类似于天线100的馈送和耦合元件。辐射组件210因此包括传导馈送元件224和传导耦合元件226，并且辐射组件220包括传导馈送元件228和传导耦合元件230。馈送元件224优选地在馈送点232处进行馈送，并且馈送元件228优选地在馈送点234处进行馈送。关于辐射组件210和220的单独元件的其它细节如参考天线100的类似特征在上面描述的那样。
辐射组件210和220优选地位于接地平面202的相对边缘附近。接地平面202因此对于辐射组件210和220两者而言充当公共接地平面。
辐射组件210和220优选地配置成每个在分开的RF辐射通道中辐射，使得天线系统200构成多输入多输出（MIMO）系统。在手持式装置中的传统MIMO天线系统中，紧密间隔的辐射组件之间的强相互耦合趋向于显著限制能实现的辐射效率。如参考图1在上面描述的那样，由于与每个辐射组件相关联的电流在接地平面之上的分布，这种强相互耦合部分地由典型地共享接地平面的公共区域的多个辐射组件造成。
这个问题在本发明的实施例的多天线系统中在很大程度上被克服，其中电流集中在辐射组件210和220中以及接地平面202的边缘，并且实质上在接地平面的中心处减少，如参考天线100在上面描述的那样。进而，仿真表明这些电流沿着每个辐射组件所邻接的接地平面202的边缘流动，并且在到达另一个辐射组件所邻接的接地平面的相对边缘之前实质上降低。辐射组件210和220因此在公共接地平面202的基本上非重叠部分中激发电流。作为公共接地平面202的这种有效划分的结果，当辐射组件210和220中的一个分别经由馈送点232或234被激发时，只有最小的电流在另一个非激发的辐射组件上被感应，所述最小电流在二次电流辐射和相互天线耦合这两者方面都具有相应的最小净效应。
借助于负责抑制感应二次电流的额外机构，辐射组件210和220之间的隔离进一步增加。当辐射组件210或220中的第一个被激发时，可以在第二个非激发的辐射组件中感应电流。然而，仿真已表明非激发的辐射组件的耦合元件中感应的电流被沿着接地平面202的近端边缘在相对方向上流动的平行电流部分地抵消。非激发的辐射组件中感应的净电流因此降低。
辐射组件210和220之间的增强隔离使得多天线系统200特别好地适合于MIMO应用，并且适合于满足3GPP长期演进（LTE）通信标准。
通过增加馈送元件224和馈送元件228与接地平面202之间各自的距离，可以使辐射组件210和220之间的隔离最大化。通过降低辐射组件210中的馈送元件224和耦合元件226之间的分离以及辐射组件220中的馈送元件228和耦合元件230之间的分离，也可以改进隔离。随着每个辐射组件的馈送和耦合元件的长度会聚，辐射组件之间的隔离也已被发现得以改进。然而，这种隔离的改进可能是以辐射组件的操作带宽为代价。
现在参考图3A、3B和3C，图3A、3B和3C分别是根据本发明的另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的侧视图、顶视图和透视图。
如在图3A-3C中看到的那样，提供了一种多天线系统300，该系统300包括接地平面302，至少两个辐射组件310和320优选地位于所述接地平面302的边缘附近。可以意识到的是，尽管在图3A-3C所示的实施例中仅示出了两个辐射组件310和320，但是如图3A-3C所示的本发明可以被本领域技术人员容易地修改以包括更大数目的位于接地平面302附近的辐射组件。接地平面302优选地形成在诸如FR-4之类的刚性PCB基板322的表面上。
辐射组件310和320中的每一个优选地包括一对馈送和耦合元件，其类型大致类似于多天线系统200的辐射组件210和220中包括的以及天线100中包括的馈送和耦合元件的类型。辐射组件310因此包括传导馈送元件324和传导耦合元件326，并且辐射组件320包括传导馈送元件328和传导耦合元件330。馈送元件324优选地在馈送点332处进行馈送，并且馈送元件328优选地在馈送点334处进行馈送，所述馈送点332和334优选地分别连接到两个传输线336和338。作为图3A-3C中的例子，传输线336和338被示出为呈同轴线缆的形式。然而，使用任何适当的传输线结构都是可能的。可以意识到的是，馈送元件238优选地以与馈送元件324连接到传输线336相类似的方式连接到传输线338，该方式可以在图3C中的气球中最清楚地看到。
辐射组件310和320优选地位于接地平面302的相对边缘附近，使得辐射组件310和320跨越接地平面302的宽度彼此面对。接地平面302因此对于辐射组件310和320两者而言充当公共接地平面。
除了辐射组件的几何形状之外，多天线系统300可以在每一个相关方面都类似于多天线系统200。尽管多天线系统200具有平面几何形状，其中辐射组件210和220优选地位于与接地平面202相同的平面内，但是多天线系统300具有三维几何形状，其中辐射组件310和320优选地定位成垂直于接地平面302。辐射组件310和320优选地安装在塑料载体340上。每个辐射组件的成对的馈送和耦合元件324和326、328和330可以安装在塑料载体340的外表面上，如在图3A中最清楚地看到的那样。代替地，每对馈送和耦合元件324和326、328和330中之一可以安装在塑料载体340的内表面上。通过便利于它们更近的放置，后者的设计可以改进每对的馈送和耦合元件之间的耦合。
与多天线系统200的二维结构相比，多天线系统300的三维结构的有利之处在于，它允许添加更多谐振元件的更大自由度，并且增加了天线的体积，从而增加了它们的带宽响应。
借助于基于天线的高频带元件的添加，辐射组件310和320结合接地平面302可以作为多频带天线进行操作。如在图3B中最清楚地看到的那样，优选地分别位于辐射组件310和320附近的两个高频带元件342和344从接地平面302的任一侧向外延伸。高频带元件342和344允许辐射组件310和320每个除了它们的近似698MHz-960MHz的低频带之外，还以近似1.7GHz-2.2GHz的高频带进行操作。本发明的天线系统的特别优点在于，高频带操作频率和低频带操作频率优选地相互独立。这与传统的多频带天线形成对照，在传统的多频带天线中，多个操作频带的频率典型地相互依赖。
优选地为辐射组件310和320中的每一个分别设置高频带元件342和344。然而，可以意识到的是，仅为辐射组件中之一设置高频带元件也是可能的，由此一个辐射组件将会作为多频带天线进行操作，而另一个则会作为单频带天线进行操作。类似地，可以意识到的是，尽管高频带元件342和344在图3B中被示出为等同，但是根据操作需要，它们可以代替地在长度、厚度或任何其它相关参数方面彼此不同。
多天线系统300的其它优点和操作细节，包括辐射组件310和320之间由于它们在接地平面上的分离的电流路径而引起的改进的隔离，以及在一个辐射组件中感应的作为另一个激发的结果的电流之抵消，都如同参考多天线系统200在上面概述的那样。仿真已发现多天线系统300中的辐射组件之间的隔离好于-10dB，意味着少于10%的由辐射组件中之一传输的信号耦合到相邻的辐射组件。
现在参考图4A、4B和4C，图4A、4B和4C分别是根据本发明的还有另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的下侧视图、顶视图和透视图。
如在图4A-4C中看到的那样，提供了一种多天线系统400，该系统400包括接地平面402，至少两个辐射组件410和420优选地位于所述接地平面402的边缘附近。接地平面402优选地形成在诸如FR-4之类的刚性PCB基板422的表面上。
辐射组件410和420中的每一个优选地包括一对馈送和耦合元件，其在它们的结构和操作方面大致类似于图3A-3C的辐射组件310和320中包括的馈送和耦合元件。辐射组件410因此包括传导馈送元件424和传导耦合元件426，并且辐射组件420包括传导馈送元件428和传导耦合元件430。成对的馈送和耦合元件424和426、428和430优选地安装在塑料载体432的表面上。
馈送元件424和428优选地分别在两个馈送点434和436处进行馈送，所述馈送点434和436优选地分别连接到两个传输线438和440。两个高频带元件442和444优选地从接地平面402向外延伸，允许辐射组件410和420作为既辐射低频带又辐射高频带的多频带天线结合接地平面402进行操作。
多天线系统400可以可选地以通用串行总线（USB）保护器的形式建立，其中接地平面402的一个末端446适合于插入到USB端口中，如在图4B和4C中最清楚地看到的那样。这允许多天线系统400通过USB接口连接到计算机，以便提供无线局域网（LAN）连接。对于本领域技术人员而言将会明显的是，尽管只有多天线系统400被示出呈USB保护器的形式，但是在此描述的其它多天线系统可以容易地适应具有相同的形式。
多天线系统400的特殊特征是，系统包括另外的传导元件450，其优选地位于接地平面402的拐角452处并与其电流连接。传导元件450分支成传导臂454，然后缠绕塑料载体432的上表面，如在图4A中最清楚地看到的那样。传导臂454优选地与馈送元件424隔开并交迭，以便在臂454和馈送元件424的交迭部分之间发生电容性耦合。这种电容性耦合用来拓宽辐射组件410的低频带宽。
可以意识到的是，尽管为了简单起见，仅在辐射组件410附近示出了额外的传导元件450，但是可以在辐射组件420附近添加第二传导元件。
多天线系统400的其它优点和操作细节，包括辐射组件410和420之间由于它们在接地平面402上的分离的电流路径而引起的改进的隔离，以及在一个辐射组件中感应的作为另一个激发的结果的电流之抵消，都如同参考多天线系统200和300在上面概述的那样。
现在参考图5A和5B，图5A和5B分别是根据本发明的还有另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的简化的顶视图和透视图。
如在图5A和5B中看到的那样，提供了一种多天线系统500。除了下面详细描述的某些特征之外，多天线系统500在结构和操作方面大致类似于多天线系统300。多天线系统500包括公共接地平面502和两个辐射组件510和520。公共接地平面502优选地形成在诸如FR-4之类的PCB基板522的表面上。
辐射组件510包括馈送元件524和耦合元件526，并且辐射组件520包括馈送元件528和耦合元件530。成对的馈送和耦合元件524和526、528和530优选地安装在塑料载体532的表面上。馈送元件524和528优选地分别在馈送点534和536处进行馈送，所述馈送点534和536优选地分别连接到两个传输线538和540。如在图5A中最清楚地看到的那样，两个多高频带传导元件542和544优选地从接地平面502的边缘向外延伸。包括多高频带元件542和544而不是如多天线系统300和400中那样的单高频带元件，用来既在低频带中又在高频带中拓宽辐射组件510和520的辐射带宽。
图5A和5B中示出的本发明实施例的特殊特征是，馈送和耦合元件524和526的宽度是不均匀的，如在图5B中最清楚地看到的那样。这种宽度的变化影响了耦合元件526和馈送元件524之间的电感性对电容性耦合的比率，由此可以优化辐射组件510的高低操作带宽。
多天线系统500的其它优点和操作细节，包括辐射组件510和520之间由于它们在接地平面502上的分离的电流路径而引起的改进的隔离，以及在一个辐射组件中感应的作为另一个激发的结果的电流之抵消，都如同参考多天线系统300在上面概述的那样。
现在参考图6，图6是根据本发明的另一个优选实施例构造和操作的多天线系统的示意图。
如在图6中看到的那样，提供了一种多天线系统600，该系统600包括接地平面602和两个辐射组件610和620。接地平面602和辐射组件610和620优选地在诸如FR-4之类的PCB基板622的表面上形成为平面元件。
辐射组件610包括第一分支馈送元件624和围绕分支馈送元件624折叠的第一耦合元件626，并且辐射组件620包括第二分支馈送元件628和围绕分支馈送元件628折叠的第二耦合元件630。第一和第二分支馈送元件624和628优选地分别在馈送点632和634处进行馈送。第一和第二耦合元件626和630优选地在至少一个末端处连接到接地平面602。
除了馈送元件624和628的分支配置之外，多天线系统600的特征大致类似于多天线系统200。与多天线系统200的单频带天线相反，馈送元件624和628的分支性质允许辐射组件610和620作为多频带天线结合接地平面602进行操作。这样一来，辐射组件610和620就不再需要另外的高频带辐射元件。这与图3A-5B所示的天线系统形成对照，在图3A-5B所示的天线系统中，优选地提供从接地平面延伸的分开的高频带元件。
多天线系统600的其它优点和操作细节，包括辐射组件610和620之间由于它们在接地平面602上的分离的电流路径而引起的改进的隔离，以及在一个辐射组件中感应的作为另一个激发的结果的电流之抵消，都如同参考多天线系统200在上面概述的那样。仿真已发现多天线系统600中的两个辐射组件之间的隔离好于-10dB，意味着少于10%的由辐射组件中之一传输的信号耦合到它相邻的辐射组件。
仿真结果
在这个部分中，呈现了针对图5A和5B所示的根据本发明的实施例构造和操作的多天线系统而生成的仿真数据。可以意识到的是，获得的结果表示了上面描述的根据本发明的实施例中的任何一个构造的多天线系统的性能。
模型的细节
PCB的尺度为50mm×100mm。PCB基板包括FR-4，具有4.4的介电常数。在具有3.14的介电常数的塑料载体上垂直于PCB安装辐射组件。包括馈送和耦合臂两者的辐射组件中的每一个的尺度为68mm×9mm。每个辐射组件在连接到同轴线缆传输线的馈送点处进行馈送。系统的谐振频率为925MHz（低频带）和1990MHz（高频带）。
使用第12版本的Ansoft HFSS软件来仿真上面描述的系统的辐射图、电场分布、终端效率、返回增益和隔离。
辐射图
现在参考图7A，图7A是示出图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的辐射图的简化曲线图。曲线702表示天线在925MHz的仿真辐射图，而曲线704则表示天线在1990MHz的仿真辐射图。如从它们的非圆形形状明显看到的那样，辐射图是方向性的，因此显著不同于典型地与手持式装置中的天线相关联的全方向偶极状辐射图。
电场分布
现在参考图7B和7C，图7B和7C分别是图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的电场分布的简化的顶视图和侧视图。可以意识到的是，尽管一个同轴线缆被示出为已从图7B和7C中的PCB去除，但这只是为了展示的目的，以便不遮蔽电场分布的视图。
925MHz下的仿真近电场被看到高度定位于激发的馈送元件及其关联的耦合元件的区域中，如在图7C中最清楚地看到的那样，并且朝向接地平面的中心以及接地平面的与激发的辐射组件相对的边缘显著降低，如在图7B中最清楚地看到的那样。这个电场分布显著不同于与用于手持式装置的传统天线相关联的电场分布，在传统天线中，电流典型地沿着接地平面来回行进。电场集中在接地平面的边缘被认为是负责本发明的协同布置的天线之间展示的增强隔离的机制之一。
终端效率、返回损耗和隔离
现在参考图7D、7E和7F，图7D、7E和7F是分别示出图5A和5B所示类型的多天线系统中天线的效率、返回损耗和隔离的简化曲线图。
如在图7D中看到的那样，峰值天线效率在低频带和高频带两者中都在80%之上。应当记住的是，当考虑天线的返回损耗时，如在图7E中看到的那样，天线并不包括匹配电路。通过添加匹配电路，天线有潜力覆盖LTE 700MHz、GSM 850/900和1800/1900MHz以及WCDMA 2100MHz频带。由于天线的良好隔离，如在图7F中看到的那样，天线理想地适合于在这些频带中支持诸如LTE和HSPA+之类的MIMO应用。
本领域技术人员将会意识到的是，本发明并不受到在下文中已具体声明的内容限制。相反地，本发明的范围包括在上文中描述的特征的各种组合和再组合及其修改和变更，如本领域技术人员在参考附图阅读前述描述之后将会发生的那样，并且它们不在现有技术之内。特别地，将会意识到的是，多于一个的在上文中描述的不同类型的天线可以包括在一个多天线系统中。类似地，将会意识到的是，如包括在多天线系统中那样的在上文中描述的不同类型的天线中的任何一个可以代替地用作单天线。

Claims (34)

1.一种天线，包括：
接地平面；
至少一个第一传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及
至少一个第二传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述接地平面相接触。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个第一传导元件包括折叠单极。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其中，所述至少一个第二传导元件包括与所述至少一个第一传导元件电容性且电感性接触的寄生元件。
4.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，所述至少一个第二传导元件的第二末端和所述接地平面之间的接触包括电流接触。
5.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件包括传导材料的带，所述带具有宽度和长度。
6.根据权利要求5所述的天线，其中，所述宽度沿着所述长度是恒定的。
7.根据权利要求5所述的天线，其中，所述宽度沿着所述长度变化。
8.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，所述馈送点位于所述接地平面的边缘。
9.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，所述接地平面、所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件形成在介电基板的表面上。
10.根据权利要求9所述的天线，其中，所述介电基板包括PCB基板。
11.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗匹配50欧姆输入阻抗。
12.根据权利要求11所述的天线，其中，所述天线不包括匹配网络。
13.根据在先权利要求中任何一项所述的天线，其中，由所述接地平面上的电流生成的电场集中在所述接地平面的边缘。
14.一种多天线系统，包括在先权利要求中任何一项所述的天线中的至少两个天线，其中，所述接地平面包括公共接地平面。
15.根据权利要求14所述的多天线系统，其中，所述多天线系统包括MIMO系统。
16.根据权利要求14或15所述的多天线系统，其中，所述多天线系统包括3GPP-LTE系统。
17.根据权利要求14-16中任何一项所述的多天线系统，其中，所述多天线系统具有平面几何形状。
18.根据权利要求14-16中任何一项所述的多天线系统，其中，所述多天线系统具有三维几何形状。
19.根据权利要求18所述的多天线系统，其中，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件安装在塑料载体上。
20.根据权利要求19所述的多天线系统，其中，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件安装在所述塑料载体的外表面上。
21.根据权利要求19所述的多天线系统，其中，所述至少一个第一传导元件和所述至少一个第二传导元件中的至少一个安装在所述塑料载体的内表面上。
22.根据权利要求14-21中任何一项所述的多天线系统，还包括从所述公共接地平面延伸的至少一个传导元件，由此所述多天线系统中的至少一个天线能够在两个频带中谐振。
23.根据权利要求22所述的多天线系统，其中，所述两个频带包括高频带和低频带。
24.根据权利要求23所述的多天线系统，其中，所述高频带包括1.7GHz和2.2GHz之间的频率。
25.根据权利要求23所述的多天线系统，其中，所述低频带包括698MHz和960MHz之间的频率。
26.根据权利要求22-25中任何一项所述的多天线系统，其中，所述两个频带相互独立。
27.根据权利要求14-26中任何一项所述的多天线系统，其中，所述多天线系统包括USB保护器。
28.根据权利要求14-27中任何一项所述的多天线系统，还包括电流连接到所述接地平面并且与所述至少一个第一传导元件的第一末端电容性接触的至少一个传导元件，由此所述天线的至少一个频带的带宽被拓宽。
29.根据权利要求14-28中任何一项所述的多天线系统，其中，所述至少一个第一传导元件包括分支传导元件，并且所述至少一个第二传导元件围绕所述分支传导元件折叠。
30.一种多天线系统，包括：
公共接地平面；以及
位于所述公共接地平面附近的至少两个天线，所述至少两个天线中的每一个包括：
至少一个第一传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及
至少一个第二传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述公共接地平面相接触。
31.一种用于阻抗匹配的方法，包括：
提供接地平面；
提供至少一个第一传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及
提供至少一个第二传导元件，其位于所述接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述接地平面相接触，
由此，所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗实质上增加。
32.根据权利要求31所述的用于阻抗匹配的方法，其中，所述至少一个第一传导元件包括折叠单极。
33.根据权利要求31或32所述的用于阻抗匹配的方法，其中，所述至少一个第一传导元件的第二末端的阻抗等于近似50欧姆。
34.一种用于增加手机或其它小型接收器装置中的协同布置的天线之间的隔离的方法，包括：
提供公共接地平面；以及
提供位于所述公共接地平面附近的至少两个天线，所述至少两个天线中的每一个包括：
至少一个第一传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面延伸，所述第二末端与馈送点相接触；以及
至少一个第二传导元件，其位于所述公共接地平面的边缘附近，并且具有第一末端和第二末端，所述第一末端大致平行于所述公共接地平面以及所述至少一个第一传导元件的第一末端延伸，所述第二末端与所述公共接地平面相接触，
由此，所述至少两个天线之间的隔离增加。
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