緊湊型介質諧振天線的製作方法

2023-04-28 04:24:06 1

專利名稱：緊湊型介質諧振天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及天線領域，更具體地來講，涉及一種介質諧振天線布置，
這種介質諧淨展天線(dielectric resonator antenna )布置"i殳在接地平面上方， 本發明還涉及包括這種天線布置的可攜式通信設備。
背景技術：
MIMO (多輸入多輸出)是一種用於無線通信的天線技術，其中， 將多個天線用在源(發射機)和目標(接收機)上。將處於該通信電路 每端的這些天線進行結合以減少誤差並優化數據速度。MIMO在通信方 面尤為重要，如在數字電一見、WLAN及在移動通信方面。
因此，將這種技術用在無線通信中尤為重要，例如在可攜式通信裝 置中，如蜂窩電話。
不過，需要蜂窩電話的尺寸小，因此，將多於一條天線包含在這種 裝置就存在問題。當蜂窩電話需要在不同類型的系統中通信時，這種情 況變得尤為嚴重。這就意味著，若將MIMO概念用於小型可攜式通信設 備中，可能難以將天線設在彼此之間具有低耦合度的裝置中，尤其是在 保持這種設備小時尤為如此。
最近幾年已經開發出一種新型天線，這種天線是小型的並具有高輻 射效率，因此，將這種天線用在蜂窩電話中尤為重要，而且這種新型天 線確實是介質諧振天線，其中探針能夠激勵在諧振的介質天線體積中的 發射模式。
US 2004/0155817描述了一種多極化介質諧振天線，這種天線具有 三個相互成直角的饋源(feed),其中，這些饋源從該體積的中心軸徑 向伸出。這些饋源具有相互成120度角的極化度，從而允許在三個極化 度中同時傳輸或接收信號。
不過，當在MIMO系統中應用介質諧振天線類型並且將這種天線類 型用於兩個或多個使用相同頻率的信號的傳輸時，在這些不同的天線信 號之間通常有高耦合度。這就將這種天線的性能嚴重降低。
因此，提供一種介質諧振天線尤為重要，這種介質諧振天線可用於同時傳輸或接收相同頻率的多於一個的信號，而且在這種天線中降低這 些天線信號之間的耦合度。

發明內容
本發明總體上是涉及提供一種介質諧振天線布置，這種介質諧振天 線可布置用於同時傳輸和接收處於相同頻率的多於一個的信號並且降 低這些天線信號之間的耦合度。
因此，本發明的目的在於提供一種介質諧振天線布置，該介質諧振 天線布置可用於同時傳輸並接收相同頻率的多於一個的信號，而且在這 種天線布置中降低這些天線信號之間的耦合度。
根據本發明的第 一方面，通過設在接地平面的上方的介質諧振天線
布置來實現這種目的，這種介質諧振天線布置包括
介質體積，該介質體積具有在該介質體積中心的中心軸，該中心軸
作為4^地平面的法線；以及
多個模式激勵元件，這些模式激勵元件包括第一模式激勵元件和 第二模式激勵元件，該第一模式激勵元件設在該介質體積中或附接到該 介質體積並在這樣的平面內延伸，即以距該中心軸的第 一距離提供該平 面且該平面垂直於接地平面，該第二才莫式激勵元件設在該介質體積中或 附接到該介質體積並在這樣的平面內延伸，即以距該中心軸的第二距離 提供該平面且該平面垂直於接地平面和該第 一才莫式激勵元件的平面。
本發明的第二方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第一個方面 的特徵，其中，該第一距離和第二距離相等。
本發明的第三方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第一方面的 特徵，其中，該第一^t式激勵元件和第二才莫式激勵元件設在該接地平面 附近。
本發明的第四方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第一方面的 特徵，而且還包括在該介質體積的中心內的第三^t式激勵元件，該第三 才莫式激勵元件沿著離開該接地平面的法線方向的該中心軸延伸。
本發明的第五方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第四方面的 特徵，其中，該第三沖莫式激勵元件從該介質體積的底部伸出，該底部平 4亍於並且朝向該接i也平面。
本發明的第六方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第一方面的特徵，其中，至少一個^t式激勵元件是電容饋給槽。
本發明的第七方面涉及一種天線布置，該天線布置包括第一方面的 特徵，其中，該體積包括具有不同介電常數的多於一種的介質材料，以 從該中心軸的方向並向外提供這些材料，且每種外部材料完全包圍內部材料。
本發明的第八方面涉及一種天線布置，這種天線布置包括第一方面 的特徵，其中，該介質體積呈立方形。
本發明的另一個目的在於提供一種通信設備，這種通信設備包括一 種介質諧振天線布置，這種介質諧振天線布置可用於同時傳輸並接收相 同頻率的多於一個的信號，而且在這種天線布置中降低這些天線信號之 間的耦合度。
根據本發明的第九方面，通過一種通信設備來實現這種目的，這種
通信設備包括 接地平面；
介質諧振天線布置，該介質諧振天線布置包括介質體積以及多個衝莫 式激勵元件，該介質體積具有在該介質體積中心的中心軸，該中心軸作 為接地平面的法線，這些才莫式激勵元件包括第一才莫式激勵元件和第二才莫 式激勵元件，該第一^f莫式激勵元件設在該介質體積中或附接到該介質體 積並在這樣的平面內延伸，即，以距該中心軸的第一距離提供該平面且 該平面垂直於接地平面，該第二;f莫式激勵元件設在該介質體積中或附接 到該介質體積並在這樣的平面內延伸，即，以距該中心軸的第二距離提 供該平面且該平面垂直於接地平面和該第 一沖莫式激勵元件的平面；以及
分離信號饋線(feeder),這種分離信號饋線用於每個模式的激勵元件。
本發明的第十方面涉及一種通信設備，該通信設備包括第九方面的 特徵，其中，這種通信設備是可攜式通信設備。
本發明的第十一方面涉及一種通信設備，該通信設備包括第十方面 的特徵，其中，這種通信設備是蜂窩電話。
本發明具有多種優點。本發明提供了與具有相互正交的不同模式相 關的輻射圖案。將極化也正交。出於這種原因，還有在這些模式之間的 低相關性或低耦合度，以及高效率。這樣，使這些模式能夠同時用於相 同的頻率，如在MIMO應用中。還可能提供這種天線布置以作為單個器件，這種單個器件可以是表面安裝器件。這種器件可非常小，並因此而 並不在通信設備中佔據很大的空間。這種器件還可容易地進行大規模生 產，並因此而允許提供廉價的天線布置。由於是器件，所以這種天線布 置更易於安裝在電路板上。
應強調的是，在用在本說明書中時，術語"包括/包含"用於明確所 陳述的特徵、整體、步驟或器件的存在，但並不排除一個或多個其他的 特徵、整體、步驟、器件或它們的組群的存在或添加。


將結合附圖對本發明進行更詳盡的描述，在附圖中
圖1示出了以蜂窩電話形式的可攜式通信設備的主視圖，
圖2示意性地示出了設在包括接地平面的電路板上方的根據本發明
的介質諧振天線布置的側視圖，
圖3示出了設在接地平面上方的根據本發明的介質諧振天線布置的
透視圖，
圖4示出了設在接地平面上方的根據本發明的介質諧振天線布置的
俯視圖，
圖5示意性地示出了在根據本發明的介質諧振天線布置中的才莫式激 勵元件的電容饋給，以及
圖6示意性地示出了包括具有不同介電常數的材料的介質體積。
具體實施例方式
圖1示出了以蜂窩電話形式的可攜式通信設備10的主視圖。該電 話10的不同功能單元設在殼體內，在該殼體的前側設有開口，通過這 些開口設有顯示器14及鍵區12。該電話IO還包括至少一個天線布置， 根據本發明，這種天線布置設在該電話的內部。電話只是在其中可以實 現本發明的可攜式通信設備中的 一種類型。其它實例有PDA (個人數字 助理)及膝上計算機。而且，本發明並不僅限於可攜式通信設備，而是 還可用在固定通信設備中，如基站。
圖2示出了設在包括接地平面17的電路板16上的根據本發明的天 線布置18的側一見圖。在板16上還設有無線電電路(未示出)，將該無 線電電路布置成向該天線饋送多個信號，在本發明中是三個信號。這些信號還可具有相同的頻率。另外，將天線布置18布置成還通過空氣接 收可具有相同的頻率的三個信號，並且將這些信號發送到該無線電電路
以進行進一步處理。出於這種原因，可提供天線布置18用於MIMO系統。
天線布置18是介質諧振天線並因此而具有體積，在本實施例中， 該體積是充有介質材料20的立方體。因此，該體積是介質體積。在此， 確定該體積的形狀以按照前面所提及的頻率並用至少兩個不同才莫式進 行諧振，這兩個模式一個是TEM模式， 一個是HEM模式。天線布置 18還包括三個才莫式激勵元件22、 24、 26,將這三個元件22、 24、 26布 置成在該立方體中激勵三種模式。
在圖3中的透視圖和圖4中的俯視圖中還更詳細地示出了這種結 構。就這種立方體而言，示出了具有x軸、y軸、z軸的三維坐標系，其 中，z軸從該立方體的中間向上延伸，該立方體的中間在此立方體的底 側，該底側朝向該接地平面17。因此，z軸是該接地平面17的法線並 且以這種方式限定該立方體的中心軸。x軸/人該立方體的中間的同一點 開始，並在該立方體的右底側與左底側之間的中間繼續延伸，並且以朝 向接地平面17的遠短側的方向平行於右底側與左底側，並因此而以直 角穿過該立方體的遠底側。y軸從居中的該立方體中間的同一點開始， 並在該立方體的前底側與後底側之間繼續延伸，並且以朝向4妻地平面27 的右長側的方向平4亍於前底側與後底側，並因此而以直角穿過該立方體 的右底側。呈矩形探針形式的第 一模式激勵元件22設在這樣的平面內， 該平面以距中心軸z的3巨離dl平4亍於xz平面，且該第一才莫式激勵元件 處於該立方體的右垂直側上，該右垂直側在該立方體的底側處。第一才莫 式激勵元件22設在其中的平面也垂直於接地平面17。呈矩形探針形式 的第二才莫式激勵元件24設在這樣的平面內，該平面以距中心軸z的距 離d2平行於xy平面，且該第二才莫式激勵元件處於該立方體的遠垂直側 上，該遠垂直側在該立方體的底側處。第二^t式激勵元件24設在其中 的平面垂直於接地平面17,並且也垂直於第一模式激勵元件22設在其 中的平面。因此，鄰近於該接地平面提供第一模式激勵元件和第二模式 激勵元件。呈插腳形式的第三才莫式激勵元件26從面向接地平面17的該 立方體的底側沿著z軸伸出，即沿著該中心軸。每個才莫式激勵元件進一 步連接到該電話的分離信號饋線(未示出)，以接收分離信號。利用第一探針22的這種置放來激勵該立方體的電場的HEM才莫式， 這種電場提供第一輻射圖案rpl，第一輻射圖案rpl呈半球形並在這樣 的平面內對稱地i殳在y軸周圍，即該平面平4亍於xy平面或在xy平面內， 且第一輻射圖案rpl具有水平延伸。該第二^t笨針24也激勵該立方體的電 場的HEM模式，這種電場提供第二輻射圖案rp2,第二輻射圖案rp2呈 半球形並在這樣的平面內對稱地設在x軸周圍，即該平面平行於xy平 面或在xy平面內，且第二輻射圖案rp2具有水平延伸。該第三探針26 提供第三輻射圖案rp3,第三輻射圖案rp3是在yz平面中提供的垂直全 向(omm direction )輻射圖案。
利用這些探針的這種置放，提供相互正交的輻射圖案rpl、 rp2和 rp3。而且，這些偏振才及也正交。出於這種原因，還在這些才莫式之間進一 步有低的相關性或耦合度，並有高效率。這樣，使這些模式能夠同時用 於MIMO應用中的相同頻率。
可對本發明的這種天線布置進行多種變更。在前面所描述的第一實 施例中，第一距離dl和第二距離d2相等。作為一種替代方案，第一距 離dl和第二距離d2可以互相不同，^旦它們應始終互相正交。在此，也 可在該接地平面上方以相同的距離提供第一距離dl和第二距離d2,但 可按照距該接地平面不同的距離提供第一距離dl和第二距離d2。也可 進一步遠離該接地平面提供第一距離dl和第二距離d2中的每一個。在 前面所描述的實施例中，每個探針也由來自該無線電電路的無線電信號 直接饋給。作為一種替代方案，可提供該第一模式激勵元件或該第二模 式激勵元件或該第一和第二模式激勵元件兩者，以作為電路板16中的 槽28和30。然後，這種槽一皮電容性地々貴給，以激勵該立方體內的HEM 模式。這在圖5中示意性地示出，圖5在所有其他方面包括與圖3的元 件相同的元件。
還可向這種體積提供一種以上的介質材料，其中，每種材料具有不 同的介電常數。因此，第一材料20可由第二材料32完全包圍，其中， 以從該中心軸的方向向外提供這些材料，且第二種材料完全包圍第 一材 料。這總體上在圖6的透視圖中示出。此外，還可按照同樣的方式提供 更多不同的材料。
在所描述的實施例中，以立方體的形式提供這種體積。應認識到， 本發明決不僅限於立方體。例如，本發明可以呈球形、半球形、圓柱形、半圓柱形、圓形、半圓形、具有角錐形狀或這些形狀的組合。實際上， 本發明可具有任何類型的公知介質諧振天線形狀。在所描述的實施例 中，該第一^t式激勵元件和第二^t式激勵元件設在該介質材料的外側。 實際上，該第一模式激勵元件和第二模式激勵元件也可設在這種材料的 內部，只要該第一^t式激勵元件和第二才莫式激勵元件與該中心軸有距離 且相互正交。這樣就可在設在該介質材料內的(多個)腔體內提供該第 一^f莫式激勵元件和第二模式激勵元件。
可通過在該介質材料上的印刷或塗覆金屬，或通過在該介質材料中 的多個鑽孔內插入金屬元件來提供這些模式激勵元件。出於這種原因， 還可提供這種天線布置，以作為單個器件，這種單個器件可以是表面安 裝器件。這種器件可非常小，並因此而並不在可攜式通信設備中佔據很 大的空間。這種器件還可容易地進行大規模生產，並因此而允許提供廉 價的天線布置。由於是器件，所以這種天線布置更易於安裝在電路板上。
權利要求
1. 設在接地平面(17)上方的介質諧振天線布置(18)，所述介質諧振天線布置(18)包括介質(20；20，32)體積，所述介質(20；20，32)體積具有在所述介質體積中心的中心軸(z)，該中心軸(z)作為所述接地平面(17)的法線；以及多個模式激勵元件(22，24，26；26，28，30)，所述模式激勵元件包括第一模式激勵元件(22；28)，所述第一模式激勵元件設在所述介質體積(20)中或附接到所述介質體積(20)並在這樣的平面內延伸，即以距所述中心軸(z)的第一距離(d1)提供所述平面且所述平面垂直於所述接地平面(17)，以及第二模式激勵元件(24；30)，所述第二模式激勵元件設在所述介質體積(20)中或附接到所述介質體積(20)並在這樣的平面內延伸，即以距所述中心軸(z)的第二距離(d2)提供所述平面且所述平面垂直於所述接地平面(17)和所述第一模式激勵元件的平面。
2. 如權利要求1所述的天線布置，其中所述第一距離(dl)和所 述第二距離(d2)相等。
3. 如權利要求1或2所述的天線布置，其中所述第一和第二模式 激勵元件(22, 24; 28， 30)設在所述接地平面附近。
4. 如前面的^又利要求中的任一項所述的天線布置，還包括在所述介 質(20)體積的中心內的第三模式激勵元件(26),所述第三模式激勵 元件沿著離開所述接地平面(17)的法線方向的所述中心軸(z)延伸。
5. 如權利要求4所述的天線布置，其中所述第三^t式激勵元件 (26)從所述介質體積的底部表面伸出，所述底部表面平行於並且朝向所述接地平面。
6. 如前面的權利要求中的任一項所述的天線布置，其中至少一個 模式激勵元件(28, 30)是電容饋給槽。
7. 如前面的權利要求中的任一項所述的天線布置，其中所述體積 包括具有不同介電常數的多於一種的介質材料(20, 32),以從所述中 心軸的方向並向外提供所述材料，且每種外部材料(32)完全包圍內部 材料(20 )。
8. 如前面的權利要求中的任一項所述的天線布置，其中所述介質 體積呈立方形。
9. 通信設備(10),所述通信設備包括 接地平面(17);介質諧振天線布置(18),所述介質諧振天線布置包括 介質體積(20; 20， 32),所述介質體積具有在所述介質體積中心的中心軸(z),該中心軸作為所述接地平面(17)的法線，以及多個才莫式激勵元件(22， 24， 26; 26， 28, 30),所述才莫式激勵元件包括第一模式激勵元件(22; 28),所述第一模式激勵元件設在該介質 體積(20)中或附接到所述介質體積(20)並在這樣的平面內延伸，即 以距所述中心軸(z)的第一距離(dl)提供所述平面且所述平面垂直 於所述接地平面(17),以及第二模式激勵元件(24; 30),所述第二模式激勵元件設在該介質 體積(20)中或附接到所述介質體積(20)並在這樣的平面內延伸，即 以距所述中心軸(z)的第二距離(d2)提供所述平面且所述平面垂直 於所述接地平面(17)和所述第一模式激勵元件的平面；以及分離信號饋線，這種分離信號饋線用於每個模式激勵元件。
10. 如權利要求9所述的通信設備，其中所述通信設備是可攜式 通信設備。
11. 如權利要求IO所述的通信設備，其中所述通信設備是蜂窩電話。
全文摘要
一種具有接地平面(17)的用於通信設備的介質輻射天線布置(18)，包括介質體積和模式激勵元件(22，24，26)。該介質體積具有在該介質體積中心的中心軸，提供該中心軸以作為該接地平面的法線。這些模式激勵元件包括第一模式激勵元件(22)和第二模式激勵元件(24)，該第一模式激勵元件設在該介質體積內或附接到該介質體積並且在這樣的平面內延伸，即以距該中心軸的第一距離(d1)提供該平面且該平面垂直於接地平面，第二模式激勵元件(24)設在該介質體積內或附接到該介質體積並在這樣的平面內延伸，即以距該中心軸的第二距離(d2)提供該平面且該平面垂直於接地平面和該第一模式激勵元件的平面。該天線布置可以用來同時發射並接收具有降低的耦合度的處於一個頻率的多於一個的信號。
文檔編號H01Q9/04GK101473491SQ200680055076
公開日2009年7月1日 申請日期2006年12月5日 優先權日2006年6月22日
發明者Z·迎 申請人:索尼愛立信移動通訊股份有限公司