鏡像抑制天線的製作方法

2023-05-06 15:04:36

專利名稱：鏡像抑制天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有用於從天線接收的信號中攔截(intercept)鏡像頻率信號功能的鏡像抑制天線。
背景技術：
目前，用於無線通信的接收機的模擬單元包括天線和用於將從天線接收的電子信號轉換成低頻信號或居於直流上的基帶信號的功能。在接收機結構中鏡像頻率存在(例如，外差式系統)的結構中，用於抑制鏡像頻帶中的噪聲信號的功能是確定接收機的接收性能的重要因素。用於抑制鏡像的方法包括使用鏡像抑制濾波器、鏡像抑制混頻器、或編織器(weaver)等方法，並且這些方法已經研究了很長時間。傳統的抑制鏡像的方法是當從天線接收的信號通過阻抗匹配電路後，在後面的含有頻帶選擇濾波器的電路中抑制鏡像成分。
圖1表示外差式接收機的方塊圖，它是在接收信號中有鏡像頻率成分的接收機的代表性例子。圖2是表示當有用信號和鏡像信號通過圖1的外差式接收機的鏡像抑制濾波器(image-reject filter)和下變頻器(downconversionmixer)時，鏡像抑制濾波器的射頻輸入信號和下變頻器的輸出信號的頻域頻譜；在這種情況下，假設在從天線接收的並通過匹配電路的信號中的鏡像頻帶中存在大的幹擾信號。
考慮到電子特性，根據頻率，天線具有不同的特性。根據傳統的天線和匹配電路的設計原理，天線被設計成有效地將有用頻帶中的空中廣播信號(over-the-air broadcast signal)轉化成電子信號，並且相應的匹配電路被設計成將在有用頻率上的天線的輸入阻抗無損地轉變成標準阻抗(通常，50歐姆)。即，設計的天線和匹配電路兩者的關注頻率(interest frequency)被限制在有用頻帶，不考慮在有用頻帶之外的頻率上的天線和匹配電路的特性。
因而，還不知道用於有效接收具有有用頻帶的信號並抑制天線和用於以規定的阻抗線(line)匹配天線的匹配電路中的鏡像噪聲信號的方法。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的一個目的提供一種抑制用於接收無線信號的天線中的鏡像成分信號的鏡像抑制天線和一種用於以規定的阻抗值匹配天線的匹配電路。
因此，為了達到上述目的，這裡提供了一種鏡像抑制天線。鏡像抑制天線包括用於接收空間的無線信號而不接收鏡像噪聲成分的天線單元，和一種消除了從天線單元接收的信號中的具有預定頻率的鏡像噪聲的阻抗匹配單元。


參考如下附圖，詳細說明優選實施例，本發明的上述目的和優點將會很清楚圖1是表示外差式接收機的方塊圖，該接收機作為在接收的信號中具有鏡像頻率成分的接收機的代表性例子；圖2是表示當有用信號和鏡像信號通過圖1的外差式接收機中的鏡像抑制濾波器(image-reject filter)和下變頻器(downconversion mixer)時，鏡像抑制濾波器的射頻輸入信號和下變頻器的輸出信號的頻域頻譜；圖3是表示具有附加的鏡像抑制功能的偶極天線和單極天線；圖4是表示對應於用於韓國PCS通信頻帶的鏡像抑制偶極天線和一般天線兩者的50歐姆規定阻抗的反射損耗大小的圖表；圖5是表示在圖4的反射阻抗被轉換成阻抗不匹配因子和抑制鏡像天線和普通天線接收和發送信號的效率的情況的圖；圖6是表示一種結構，其中，其包含通過具有鏡像頻率的信號、並聯於阻抗匹配電路末端的帶通濾波器(BPF)；圖7是表示一種結構，其中，其包含不通過具有鏡像頻率的信號、串聯於阻抗匹配電路末端的陷波濾波器；及圖8是表示其中使用開放式導線(open stub)調諧器，鏡像頻率的輸入阻抗為0的結構。
具體實施萬式在下文中，通過參考附圖，描述本發明的優選實施例，詳細地說明本發明。
如果鏡像頻率存在方法(image frequency existence method)被採用來設計接收機的結構，則不能精確地知道相應的鏡像頻帶。因而，在存在鏡像信號的鏡像頻帶中的噪聲分量應當在電路中被抑制，這可以被用來設計天線和天線匹配器。因此，天線可以被設計成高效接收具有有用頻率的信號，同時不接收具有鏡像頻帶的信號。此外，天線匹配電路可以被設計成能通過在有用信號的頻帶上的信號，而不能通過具有鏡像頻帶的信號。如果天線和天線匹配電路如上單獨構造或互相結合，即使存在空中廣播波形大鏡像噪聲成分(over-the-air broadcast-shaped large image noise component)，小噪聲被接收並且更小量的鏡像噪聲被發送給後面電路。
圖3是本發明被應用到偶極和單極導線天線的例子。整個導線的長度是lRF，陷波(帶阻)濾波器設置在離饋電點(feeding point)lIM的位置。陷波濾波器的阻斷頻帶等於鏡像頻帶。因此，根據電子特性，圖3的天線在鏡像頻帶上具有長度lIM，在包含有用頻率的其它頻帶上具有長度lRF。
根據天線工程，如果導線天線的長度比操作頻率的波長小很多，天線的輸入阻抗的實部接近0，它的虛部變得非常大。假設天線與具有標準阻抗(例如，50歐姆)的饋電線路連接，天線幾乎不能在相應頻率上執行發送和接收功能。如果陷波濾波器被設置在接近饋電點，以便天線的長度小於相應的鏡像噪聲頻帶的波長，天線幾乎不能接收具有鏡像頻帶的信號。鏡像頻率是fIM，對應於鏡像頻率fIM的波長是λIM。滿足關係lIM＜＜λIM/4。而且，有用頻率是fRF，對應於頻率fRF的波長是λRF。在陷波濾波器插入的情況下，調整天線的長度lRF，以便在頻率fRF上，更加有效地執行接收功能。即，天線的輸入阻抗接近所用的標準阻抗。
天線在頻率fRF上執行發送和接收功能，而在頻率fIM上幾乎不能執行發送和接收功能。傳統天線的問題是，傳統天線被設計成在頻率fRF上有效地執行接收和發送功能，而且與根據本發明的天線相比，在鏡像頻率fIM上接收了大量鏡像噪聲。
圖4和圖5表示本發明應用到用於韓國PCS無線終端的偶極天線的仿真結果。圖4和圖5表示了由感興趣的天線設計者測量的天線輸入終端的頻率函數分別表示的反射損耗S11和阻抗不匹配因子q＝1-|S11|2的情況。當S11的值越小，在相應頻率上，更加有效地執行發送和接收功能，而當S11的值越大，由於阻抗不匹配，幾乎不能執行發送和接收功能。反過來看，當q的值接近0dB，發送和接收功能被有效地執行。在韓國PCS通信中，發送頻率1750MHz到1780MHz以及接收頻率1840MHz到1870MHz被使用，PCS終端採用外差式接收方法，它的中間頻率是220.38MHz。從這些標準的要求，鏡像頻率帶被設置為1399.2MHz到1429.2MHz。
虛線表示傳統偶極天線的S11，實線表示根據本發明的偶極天線的S11。LC並聯諧振濾波器被用作帶通濾波器(BPF)，LC並聯諧振濾波器的諧振點被設置為1414MHz，其作為鏡像頻帶的中間點。根據本發明，S11在PCS的發送和接收頻帶(1750MHz到1870MHz)上增加很小，因而帶寬減小很少。然而，S11的增加導致了在q上幾分鐘內的1dB的差值。
在發送和接收頻帶上，根據本發明的天線的q值最少低於傳統天線的q值10dB，因而，根據本發明的天線接收比以空中廣播信號形狀存在的鏡像頻率的噪聲信號最少低10dB的噪聲成分。
匹配電路能夠被設計成具有抑制鏡像的功能。具有鏡像抑制功能的匹配電路可以和前面的鏡像抑制天線或傳統天線結合在一起。
當在天線的輸入阻抗和有用頻帶的標準阻抗之間存在很大的差值時，阻抗匹配電路能夠將天線的阻抗轉換成標準阻抗，同時最小化匹配電路的損耗。在用於設計匹配電路的傳統方法中，有用阻抗轉換在有用頻帶上執行，但是其它頻帶的阻抗轉換特性沒有被考慮。如果匹配電路被設計成在有用頻帶上執行阻抗轉換並在有用鏡像頻帶上阻抗不匹配，則在匹配電路中，能夠獲得鏡像抑制效果。
從電路中看天線和匹配電路，將反射損耗S11的大小設置到1是一個目的。當使用沒有損耗的匹配電路時，為了將S11的大小設置為1，天線和匹配電路的輸入阻抗可以具有純虛數數字成分或無限大的實部成分。因而，匹配電路只被設計成在鏡像頻帶上，具有「短路」或「斷路」電特性。
如圖6所示，電特性「短路」可通過將BPF並聯在已知傳統匹配電路的前端或後端獲得，其中BPF只能通過鏡像頻帶。以這種方式，因為BPF，從鏡像頻帶看天線和匹配電路，S11的大小變成1。新匹配電路的剩下部分用傳統方法設計，以便在頻率fRF上的天線的阻抗被轉換成響應BPF的fRF頻率的標準阻抗。
電特性「斷路」可通過只在鏡像頻帶上串聯下述陷波濾波器獲得，陷波濾波器僅僅不能通過鏡像頻帶，如圖7所示。除了陷波濾波器之外的匹配電路的剩下部分用傳統方法設計來將在頻率fRF上的天線的阻抗轉換成標準阻抗。
當通過組合沒有損耗的元件，例如L和C，構造匹配電路時，如果在鏡像頻帶上的BPF或陷波濾波器被使用，確保了在鏡像頻率fIM上S11是1。如果考慮BPF和陷波濾波器的頻率上的效果來設計匹配電路的剩下部分，可以在頻率fRF最小化S11的大小，因而，方法非常清楚。此外，當BPF或陷波濾波器被使用時，濾波器不必位於匹配電路的天線的末端或RF電路的末端，如圖6和圖7所示。甚至，當濾波器的元件/功能部分位於中間位置，而不是整個匹配電路的兩端時，匹配電路執行鏡像抑制功能。圖6和圖7表示濾波器位於匹配電路的兩端的實施例。
圖8表示其中從短導線(stub)的輸入端看的阻抗是0和開放式短導線(open stub)的長度是λg/4的結構，它可以使用印刷電路技術很容易地實現。在這裡，λg表示在印刷電路底層上的傳輸線的導波長(guided wavelength)。
根據本發明，當設計天線和匹配電路時，通過包含鏡像抑制功能可以最小化或消除傳輸到後續電路的鏡像頻率的噪聲成分，因而實現整個接收機的改善的鏡像抑制性能。此外，如果定義用於所需的鏡像抑制性能的系統標準要求，可以設計電路來解決在天線和阻抗匹配電路的部分系統要求，以及獲得在電路設計部分的剩餘抑制量。因而，減少加到電路的鏡像抑制性能的標準要求。本發明的鏡像抑制效果分別應用到天線和匹配電路，因而在已經生產的無線通信設備中，天線和天線匹配電路中一個，或同時被修改，從而獲得鏡像抑制性能。
雖然，本發明參考優選實施例被詳細展示和說明，本領域的技術人員應當理解，在沒有脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上，作出各種變化。因而，公開的實施例不應當認為形成限制的觀點，而是描述的觀點。本發明的範圍不是在上述描述中，而是在權利要求中公開，在等價範圍之內的不同應該解釋為包含在本發明之內。
權利要求
1.一種鏡像抑制天線，包括天線單元，用於從空中接收無線信號；及鏡像抑制單元，用於消除從天線單元接收的信號中的具有預定頻率的鏡像信號。
2.如權利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元被連接到天線單元和接地點，並且在從天線單元接收的信號中的鏡像成分信號的頻率上短路。
3.如權利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元通過具有鏡像成分信號的1/4波長長度的開放式短導線製成。
4.如權利要求2所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元通過具有鏡像成分信號的1/4波長長度的開放式短導線製成。
5.如權利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，在鏡像抑制單元中，在從天線單元接收的信號的虛部數字成分的頻率上諧振的陷波濾波器被安置在小於從天線單元的虛部數字成分的波長的距離上。
6.一種接收預定信號並向用於執行預定功能的RF電路提供信號的天線，該天線包括天線單元，用於從空中接收無線信號；鏡像抑制單元，用於在從天線單元接收的信號中去除具有預定頻率的鏡像信號；及阻抗匹配單元，用於匹配天線的阻抗和RF電路的阻抗，並向RF電路單元提供去除鏡像信號的接收信號。
7.如權利要求6所述的天線，其中，鏡像抑制單元是並聯在阻抗匹配單元的前後端的並且只通過從天線單元接收的信號中的鏡像成分的頻率的帶通濾波器(BPF)。
8.如權利要求6所述的天線，其中，鏡像抑制單元是串聯在阻抗匹配單元的前端或後端的並且僅僅不能通過從天線單元接收的信號中的鏡像成分的頻率的陷波濾波器。
全文摘要
一種鏡像抑制天線，具有用於從天線接收的信號中攔截鏡像頻率信號的功能。鏡像抑制天線包括天線單元，用於從空中接收無線信號，或將預定信號發送到空中，並且在接收信號時，不接收鏡像噪聲；和阻抗匹配單元，用於去除在從天線單元接收的信號中的具有預定頻率的鏡像噪聲。傳輸到後面電路的鏡像頻率的噪聲成分可以被最小化，或通過在設計天線和匹配電路時，包含鏡像抑制功能去除噪聲成分，因而實現整個接收機的改善的鏡像抑制性能。
文檔編號H04B1/18GK1457150SQ0310444
公開日2003年11月19日 申請日期2003年2月14日 優先權日2002年5月6日
發明者權度薰 申請人:三星電子株式會社