專利名稱：用于減少通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(sar)值的方法
用于減少通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率值
的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是在2010年3月30日提交的題為“Multimode Antenna Structure (多模式天線結(jié)構(gòu))，，的美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/750，196的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而該申請(qǐng)又是2008年 4月8日提交的題為“Multimode Antenna Structure (多模式天線結(jié)構(gòu))”的美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/099，320(已被公告為美國專利號(hào)7，688，27 的繼續(xù)申請(qǐng)，而該申請(qǐng)又是2007年 6月27日提交的題為“Multimode Antenna Structure (多模式天線結(jié)構(gòu))”的美國專利申請(qǐng)?zhí)?1/769，565(已被公告為美國專利號(hào)7，688，275)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該申請(qǐng)基于在 2007年4月20日提交的題為“Multimode Antenna Mructure (多模式天線結(jié)構(gòu))”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/925，394和在2007年5月8日提交的標(biāo)題也為"Multimode Antenna Mructure (多模式天線結(jié)構(gòu))”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/916，655。本申請(qǐng)還基于2009 年5月沈日提交的標(biāo)題也為“Multimode Antenna Mructure (多模式天線結(jié)構(gòu))”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/181，176。上面標(biāo)識(shí)的申請(qǐng)中的每個(gè)申請(qǐng)通過援引并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及無線通信設(shè)備，尤其涉及用于減小這些設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法。許多通信設(shè)備具有多個(gè)靠近在一起(例如，相距小于波長的1/4)封裝并且能同時(shí)在相同頻帶內(nèi)工作的天線。這些通信設(shè)備的常見示例包括便攜式通信產(chǎn)品，諸如蜂窩手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、以及無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或用于個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的數(shù)據(jù)卡。許多系統(tǒng)架構(gòu)(諸如多入多出(MIMO))和用于移動(dòng)無線通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(諸如用于無線LAN的 802. lln、以及3G數(shù)據(jù)通信，諸如802. 16e (WiMAX)、HSDPA和IxEVDO)需要多個(gè)天線同時(shí)工作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供一種用于減小通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法。該通信設(shè)備包括發(fā)送和接收電磁信號(hào)的多模式天線結(jié)構(gòu)以及用于處理往來于天線結(jié)構(gòu)傳遞的信號(hào)的電路。該天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到所述電路的多個(gè)天線端口 ；多個(gè)天線元件，每個(gè)天線元件可操作地耦合到所述天線端口中的不同的天線端口 ； 以及一個(gè)或多個(gè)連接元件，該一個(gè)或多個(gè)連接元件在與耦合到其的天線端口間隔開的每個(gè)天線元件上的位置處電氣連接所述天線元件的，以形成單個(gè)輻射結(jié)構(gòu)以及使得一個(gè)天線元件上的電流流向連接的相鄰天線元件并大體繞過耦合于所述相鄰天線元件的天線端口，流過所述一個(gè)天線元件和所述相鄰天線元件的電流在幅度上大體相等，以使得在給定期望信號(hào)頻率范圍處由一個(gè)天線端口激勵(lì)的天線模式與由另一天線端口所激勵(lì)的模式基本上電氣隔離，且所述天線結(jié)構(gòu)生成不同的天線方向圖。該方法包括調(diào)整饋送到所述天線結(jié)構(gòu)的相鄰天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以使得饋送到所述一個(gè)天線端口的信號(hào)具有與饋送到所述相鄰天線端口的信號(hào)不同的相位以提供天線方向圖控制并且增加朝向接收點(diǎn)的選定方向上的增益。該方法特征在于使用低于在天線結(jié)構(gòu)的非方向圖(non-pattern)控制操作中使用的發(fā)送功率的發(fā)送功率以使得所述通信設(shè)備獲得大體等同的無線鏈路性能，其中所述接收點(diǎn)使用與所述非方向圖控制操作相比減小的發(fā)送功率，由此減少所述特殊吸收比率。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例，提供一種用于減小通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法。該通信設(shè)備包括發(fā)送和接收電磁信號(hào)的天線陣列以及用于處理往來于所述天線陣列傳遞的信號(hào)的電路。該天線陣列包括多個(gè)輻射元件，每個(gè)輻射元件具有可操作地耦合到該電路的天線端口。該方法包括調(diào)整饋送到所述天線陣列的所述天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以使得饋送到一個(gè)天線端口的信號(hào)具有與饋送到另一天線端口的信號(hào)不同的相位以提供天線方向圖控制并且增加朝向接收點(diǎn)的選定方向上的增益。該方法特征在于使用低于在天線陣列的非方向圖控制操作中使用的發(fā)送功率的發(fā)送功率以使得所述通信設(shè)備獲得大體等同的無線鏈路性能，其中所述接收點(diǎn)使用與所述非方向圖控制操作相比減小的發(fā)送功率，由此減少所述特殊吸收比率。


圖IA示出了具有兩個(gè)平行的偶極天線(dipole)的天線結(jié)構(gòu)。圖IB示出了激勵(lì)圖IA的天線結(jié)構(gòu)中的一個(gè)偶極天線所產(chǎn)生的電流。圖IC示出了與圖IA的天線結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的模型。圖ID是示出圖IC的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖IE是示出圖IC的天線結(jié)構(gòu)的電流比的圖。圖IF是示出圖IC的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖(gain pattern)的圖。圖IG是示出圖IC的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)相關(guān)性的圖。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有由連接元件連接的兩個(gè)平行的偶極天線的天線結(jié)構(gòu)。圖2B示出了與圖2A的天線結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的模型。圖2C是示出圖2B的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖2D是示出圖2B的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖，其中在兩個(gè)端口處具有集總元件的阻抗匹配。圖2E是示出圖2B的天線結(jié)構(gòu)的電流比的圖。圖2F是示出圖2B的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的圖。圖2G是示出圖2B的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)相關(guān)性的圖。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有由迂回連接元件連接的兩個(gè)平行的偶極天線的天線結(jié)構(gòu)。圖;3B是示出圖3A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖3C是示出圖3A的天線結(jié)構(gòu)的電流比的圖。圖3D是示出圖3A的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的圖。圖3E是示出圖3A的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)相關(guān)性的圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有接地或平衡器(counterpoise)的天線結(jié)構(gòu)。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的平衡式天線結(jié)構(gòu)。圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)。圖6B是示出對(duì)于特定偶極天線寬度尺寸的圖6A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖6C是示出對(duì)于另一偶極天線寬度尺寸的圖6A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的制造在印刷電路板上的天線結(jié)構(gòu)。圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有雙共振的天線結(jié)構(gòu)。圖8B是示出圖8A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的可調(diào)諧天線結(jié)構(gòu)。圖IOA和圖IOB示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有位于沿該天線元件的長度的不同位置處的連接元件的天線結(jié)構(gòu)。圖IOC和圖IOD分別是示出圖IOA和圖IOB的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的圖。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的包括具有開關(guān)的連接元件的天線結(jié)構(gòu)。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的包括具有與其耦合的濾波器的連接元件的天線結(jié)構(gòu)。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的包括具有與其耦合的濾波器的兩個(gè)連接元件的天線結(jié)構(gòu)。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有可調(diào)諧連接元件的天線結(jié)構(gòu)。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的安裝在PCB組件上的天線結(jié)構(gòu)。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的安裝在PCB組件上的另一天線結(jié)構(gòu)。圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的可被安裝在PCB組件上的替代天線結(jié)構(gòu)。圖18A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的三模式天線結(jié)構(gòu)。圖18B是示出圖18A的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的圖。圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于天線結(jié)構(gòu)的天線和功率放大器組合器應(yīng)用。圖20A和圖20B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的能在例如WiMAX USB或ExpressCard/34設(shè)備中使用的多模式天線結(jié)構(gòu)。圖20C示出了用于測量圖20A和圖20B的天線的性能的測試組件。圖20D到圖20J示出了圖20A和圖20B的天線的測試測量結(jié)果。圖21A和圖21B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替換實(shí)施例的能在例如WiMAX USB加密狗(dongle)中使用的多模式天線結(jié)構(gòu)。圖22A和圖22B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替換實(shí)施例的能在例如WiMAX USB加密狗中使用的多模式天線結(jié)構(gòu)。圖23A示出了用于測量圖21A和圖21B的天線的性能的測試組件。圖2 到圖21示出了圖21A和圖21B的天線的測試測量結(jié)果。
圖M是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有波束轉(zhuǎn)向(beam steering)機(jī)制的天線結(jié)構(gòu)的示意框圖。圖25A到25G示出了圖25A的天線的測試測量結(jié)果。圖沈示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例隨饋電點(diǎn)之間的相位角度差而變的天線結(jié)構(gòu)的增益優(yōu)勢。圖27A是示出簡單雙頻帶支線單極天線結(jié)構(gòu)的示意圖。圖27B示出了圖27A的天線結(jié)構(gòu)中的電流分布。圖27C是示出支線帶阻濾波器的示意圖。圖27D和圖27E是示出圖27A的天線結(jié)構(gòu)的頻率抑制的測試結(jié)果。圖觀是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有頻帶抑制槽的天線結(jié)構(gòu)的示意圖。圖29A示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有頻帶抑制槽的替代天線結(jié)構(gòu)。圖29B和圖29C示出了圖29A的天線結(jié)構(gòu)的測試測量結(jié)果。圖30示出了用于1900MHz頻帶中的方向圖控制應(yīng)用的具有兩端口天線結(jié)構(gòu)的示例性USB加密狗。圖31示出通過模擬圖30的設(shè)備確定的SAR值。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，提供通信設(shè)備中用于發(fā)送和接收電磁信號(hào)的多模式天線結(jié)構(gòu)。這些通信設(shè)備包括用于處理傳遞到和來自天線結(jié)構(gòu)的信號(hào)的電路。該天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到該電路的多個(gè)天線端口，以及多個(gè)天線元件，每個(gè)天線元件可操作地耦合到不同的天線端口。該天線結(jié)構(gòu)還包括電氣連接這些天線元件的一個(gè)或多個(gè)連接元件以使得在給定信號(hào)頻率范圍處由一個(gè)天線端口激勵(lì)的天線模式與由另一天線端口激勵(lì)的模式基本上電氣隔離。此外，這些天線所創(chuàng)建的天線方向圖呈現(xiàn)出具有低相關(guān)的定義明確的方向圖多樣個(gè)生(pattern diversity)。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)在需要將多個(gè)天線靠近在一起(例如，相距小于1/4波長)封裝的通信設(shè)備中，包括在同時(shí)特別是在相同頻帶內(nèi)使用超過一個(gè)天線的設(shè)備中，特別有用?？梢允褂迷撎炀€結(jié)構(gòu)的這些設(shè)備的常見示例包括便攜式通信產(chǎn)品，諸如蜂窩手機(jī)、PDA、以及無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或用于PC的數(shù)據(jù)卡。該天線結(jié)構(gòu)還與需要多個(gè)天線同時(shí)操作的諸如MIMO的系統(tǒng)架構(gòu)和用于移動(dòng)無線通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(諸如用于無線LAN的 802. lln、以及諸如802. 16e (WiMAX)、HSDPA和IxEVDO的3G數(shù)據(jù)通信)一起使用時(shí)特別有用。圖1A-1G示出了天線結(jié)構(gòu)100的操作。圖IA示意性地示出了具有兩個(gè)長度為L 的平行天線的天線結(jié)構(gòu)100，具體是平行偶極天線102、104。偶極天線102、104相距距離 d，并且沒有通過任何連接元件連接起來。偶極天線102、104具有大體與L= λ/2相等的基波共振頻率。每個(gè)偶極天線連接于獨(dú)立的發(fā)送/接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在相同頻率處操作。對(duì)于兩個(gè)天線，此系統(tǒng)連接可以具有相同的特征阻抗ζΟ，在本示例中該特征阻抗為50 歐姆。當(dāng)一個(gè)偶極天線正發(fā)送信號(hào)時(shí)，該偶極天線所正在發(fā)送的信號(hào)的一部分將被直接耦合到相鄰的偶極天線。耦合的最大量通常出現(xiàn)在該單個(gè)的偶極天線的半波共振頻率附近，并且當(dāng)相距距離d變小時(shí)增大。例如，對(duì)于d< λ/3，耦合的幅度大于0. 1或-IOdBJi 于(1< λ/8，耦合的幅度大于_5dB。在天線間沒有耦合(即，完全隔離)或者減少天線間的耦合是所期望的。如果耦合是例如-10dB，則發(fā)送功率的百分之十由于那么大的量的功率被直接耦合到相鄰的天線中而被損失掉。還可能存在負(fù)面系統(tǒng)影響，諸如連接到相鄰天線的接收器的飽和或靈敏度降低，或者連接到相鄰天線的發(fā)送器的性能的降低。在相鄰天線上感應(yīng)的電流使增益方向圖與單個(gè)偶極天線所生成的增益方向圖相比發(fā)生失真。已經(jīng)知道，這種影響減少了偶極天線所生成的增益方向圖之間的相關(guān)。因此，盡管耦合可以提供某種方向圖多樣性，然而它具有上面所述的負(fù)面系統(tǒng)影響。因?yàn)榭拷詈?，所以天線不是獨(dú)立工作的，并且可以被認(rèn)為是具有與兩個(gè)不同的增益方向圖相對(duì)應(yīng)的兩對(duì)端子或端口的天線系統(tǒng)。使用任何一對(duì)端口基本上涉及整個(gè)結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)偶極天線。相鄰偶極天線的寄生激勵(lì)使得能夠以靠近的偶極間隔實(shí)現(xiàn)分集，然而在該偶極天線上激勵(lì)的電流流過源阻抗，并因此表現(xiàn)出端口間的相互耦合。圖IC示出了用于模擬的與圖1中示出的天線結(jié)構(gòu)100相對(duì)應(yīng)的模型偶極天線對(duì)。 在本示例中，偶極天線102、104具有Imm χ Imm的方形截面以及56mm的長度(L)。當(dāng)附接于50歐姆的源時(shí)，這些尺寸產(chǎn)生2. 45GHz的中心共振頻率。此頻率處的自由空間波長是 122mm。圖ID中示出了對(duì)于IOmm的相距距離(d)(或大約λ/12)的散射參數(shù)Sll和S12 的圖。由于對(duì)稱性和互反性，S22 = Sll并且S12 = S21。為了簡明，只示出并討論Sll和 S12。在此配置中，由S12表示的偶極天線之間的耦合達(dá)到-3. 7dB的最大值。圖IE示出了端口 106被激勵(lì)且端口 108被無源地終止的狀況下該天線結(jié)構(gòu)的偶極天線104上的垂直電流與偶極天線102上的垂直電流的比(在圖中被標(biāo)識(shí)為“幅度12/ II”)。該電流比(偶極天線104/偶極天線102)為最大值處的頻率對(duì)應(yīng)于該偶極天線電流間的180度相位微分頻率，并且在頻率上僅略高于圖ID中示出的最大耦合點(diǎn)。圖IF示出了在端口 106被激勵(lì)的情況下若干頻率的方位角(azimuthal)增益方向圖。這些方向圖不是均勻地全方向的，而是由于耦合的幅度和相位的改變而隨著頻率改變。由于對(duì)稱性，從端口 108的激勵(lì)而得出的方向圖應(yīng)當(dāng)是端口 106的方向圖的鏡像。因此，該方向圖從左到右越不對(duì)稱，這些方向圖在增益幅度方面越不同。方向圖間的相關(guān)性系數(shù)的計(jì)算提供了方向圖多樣性的量化特征。圖IG示出了端口 106和端口 108的天線方向圖之間的所計(jì)算的相關(guān)。該相關(guān)比理想的偶極天線的克拉克模型所預(yù)測的要低得多。這是由于相互耦合所引入的方向圖的差異。圖2A-2F示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例性兩端口天線結(jié)構(gòu)200的操作。兩端口天線結(jié)構(gòu)200包括兩個(gè)靠近地間隔開的共振天線元件202、204并且提供既低的方向圖相關(guān)性(pattern correlation)又端口 206、208間的低耦合。圖2A示意性地示出了兩端口天線結(jié)構(gòu)200。本結(jié)構(gòu)類似于圖IB中示出的包括該對(duì)偶極天線的天線結(jié)構(gòu)100， 但是還包括在端口 206、208的任何一側(cè)的偶極天線之間的水平導(dǎo)電連接元件210、212。兩個(gè)端口 206、208與圖1的天線結(jié)構(gòu)位于相同位置。當(dāng)一個(gè)端口被激勵(lì)時(shí)，組合結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出與非附接的偶極天線對(duì)類似的共振，但是耦合明顯減小而方向圖多樣性增加。圖2B中示出了具有IOmm偶極天線間隔的天線結(jié)構(gòu)200的示例性模型。本結(jié)構(gòu)與圖IC中示出的天線結(jié)構(gòu)100具有大體相同的幾何形狀，但是附加了電氣連接略高于和略低于端口的天線元件的兩個(gè)水平連接元件210、212。本結(jié)構(gòu)顯示出在與非附接偶極天線相同頻率處的強(qiáng)共振，但是具有如圖2C中所示的非常不同的散射參數(shù)。存在耦合的很大的降低 (低于-20dB)以及由Sll指示的輸入阻抗的偏移。在本示例中，最佳阻抗匹配(Sll最小值)不與最低耦合(S12最小值)一致。匹配網(wǎng)絡(luò)可用于改善輸入阻抗匹配，同時(shí)仍舊實(shí)現(xiàn)非常低的耦合，如圖2D中所示。在本示例中，包括串聯(lián)電感器后面是旁路電容器的集總元件匹配網(wǎng)絡(luò)被添加在每個(gè)端口和該結(jié)構(gòu)之間。圖2E示出了由端口 206的激勵(lì)得到的偶極天線元件204與偶極天線元件202上的電流的比(在圖中被指示為“幅度12/11”)。此圖示出了在共振頻率之下，電流實(shí)際上在偶極天線元件204上更大。在共振附近，隨著頻率的增大，偶極天線元件204上的電流開始相對(duì)于偶極天線元件202上的電流減小。最小耦合點(diǎn)(在此示例中為2. 44GHz)出現(xiàn)在這兩個(gè)偶極天線元件上的電流在幅度上大體相等的頻率附近。在此頻率處，偶極天線元件204 上的電流的相位比偶極天線元件202的電流的相位滯后約160度。與圖IC的沒有連接元件的偶極天線不同，圖2B的組合天線結(jié)構(gòu)200的天線元件 204上的電流不被迫使穿過端口 208的端子阻抗。相反，在電流向下流過天線元件204、跨越連接元件210和212、并向上流過天線元件202時(shí)產(chǎn)生共振模式，如圖2A上示出的箭頭所指示的。(注意，此電流表示共振循環(huán)的一半；在另一半期間，電流方向相反)。組合結(jié)構(gòu)的共振模式的特征如下(1)天線元件204上的電流大部分繞過端口 208，從而為端口 206和 208之間的高度隔離創(chuàng)造條件，以及( 兩個(gè)天線元件202、204上的電流的幅度大致相等， 這為不類似且不相關(guān)的增益方向圖創(chuàng)造條件，如同下面更詳細(xì)地描述的那樣。因?yàn)殡娏鞯姆仍谔炀€元件上近乎相等，所以與比圖IC中的具有非附接的偶極天線的天線結(jié)構(gòu)的情況相比，產(chǎn)生更加多方向性的方向圖(如圖2F所示)。當(dāng)電流相等時(shí)， 在χ方向(或Φ =0)上使方向圖歸零的條件是偶極天線204上的電流的相位比偶極天線 202上的電流的相位滯后π-kd的量(其中1 = 2π/λ，而λ是有效波長)。在此條件下， Φ = 0方向上從偶極天線204傳播的場將與從偶極天線202傳播的場異相180度，因此這兩個(gè)的組合將在Φ =0的方向上具有零值。在圖2Β的模型示例中，d是IOmm或λ/12有效電氣長度。在此情況下，kd等于 η/6或30度，并且因此朝Φ =0的零值和朝Φ = 180的最大增益的方向性方位角輻射方向圖的條件是針對(duì)偶極天線204上的電流比偶極天線202上的電流滯后150度。在共振處，電流靠近此條件流過(如圖2Ε中所示)，這解釋了方向圖的方向性。在激勵(lì)偶極天線 204的情況下，輻射方向圖是圖2F的輻射方向圖的鏡像相反，且最大增益在Φ = 0的方向上。由兩個(gè)端口產(chǎn)生的天線方向圖之間的差異具有如圖2G所示的相關(guān)聯(lián)的低預(yù)測包絡(luò)相關(guān)性。因此，組合天線結(jié)構(gòu)具有彼此隔離的兩個(gè)端口并且產(chǎn)生低相關(guān)的增益方向圖。相應(yīng)地，耦合的頻率響應(yīng)取決于連接元件210、212的特征，包括它們的阻抗和電氣長度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，可在其上保持期望隔離量的頻率或帶寬通過適當(dāng)配置連接元件來控制。一種配置交叉連接的方式是改變連接元件的物理長度。這一點(diǎn)的示例如圖3Α的多模式天線結(jié)構(gòu)300所示，其中向連接元件310、312的交叉連接路徑增加了迂回。這帶來了增加兩個(gè)天線元件302、304之間的連接的電氣長度和阻抗兩者的大致影響。圖:3B、3C、3D和3Ε分別示出了此結(jié)構(gòu)的性能特征，包括散射參數(shù)、電流比、增益方向圖、以及方向圖相關(guān)性。在本實(shí)施例中，物理長度的變化還沒有顯著改變?cè)摻Y(jié)構(gòu)的共振頻率，但是S12存在顯著變化，與沒有迂回的結(jié)構(gòu)相比具有更大的帶寬和更大的最小值。因此，通過改變連接元件的電氣特征來優(yōu)化或改善隔離性能是可能的。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的示例性多模式天線結(jié)構(gòu)可被設(shè)計(jì)為從地或平衡器402 激勵(lì)(如圖4的天線結(jié)構(gòu)400所示)，或者作為平衡結(jié)構(gòu)(如圖5的天線結(jié)構(gòu)所示)。在任何一種情況下，每個(gè)天線結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或更多個(gè)天線元件(圖4中的402、404以及圖5中的502、504)以及一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電連接元件(圖4中的406以及圖5中的506、508)。為了描繪，示例圖中僅示出了兩端口結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，將該結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為包括多于兩個(gè)端口是可能的。在每個(gè)天線元件處提供到天線結(jié)構(gòu)或端口(圖4的418、412和圖5的510、51幻的信號(hào)連接。該連接元件在所關(guān)注的頻率處或頻率范圍內(nèi)提供兩個(gè)天線元件之間的電氣連接。盡管該天線在物理上和電氣上是一個(gè)結(jié)構(gòu)，然而可以通過將其當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立的天線來解釋其操作。對(duì)于不包括連接元件的天線結(jié)構(gòu)(諸如天線結(jié)構(gòu)100)，該結(jié)構(gòu)的端口 106可被稱為連接到天線102，而端口 108可被稱為連接到天線104。然而，在此組合結(jié)構(gòu)(諸如天線結(jié)構(gòu)400)的情況中，端口 418可被稱為與一個(gè)天線模式相關(guān)聯(lián)，而端口 412可被稱為與另一天線模式相關(guān)聯(lián)。這些天線元件被設(shè)計(jì)為在期望的工作頻率處或工作頻率范圍內(nèi)是共振的。最低階共振在天線元件具有四分之一波長的電氣長度時(shí)出現(xiàn)。因此，在非平衡配置的情況中，一種簡單的元件設(shè)計(jì)是四分之一波的單極天線。使用更高階的模式也是可能的。例如，由四分之一波單極天線形成的結(jié)構(gòu)還呈現(xiàn)出雙模式天線性能，在三倍基頻的頻率處具有高隔離。因此，可以利用更高階模式來創(chuàng)建多頻帶天線。類似地，在平衡配置中，這些天線元件可以是如在半波中心饋送(center-fed)偶極天線中的互補(bǔ)四分之一波長元件。然而，該天線結(jié)構(gòu)還可以由在期望頻率處或頻率范圍中共振的其他類型的天線元件構(gòu)成。其他可能的天線元件配置包括但不限于，螺旋線圈、寬帶平面形狀、芯片天線、迂回形狀、環(huán)以及電感式旁路形式，諸如平面倒F天線(PIFA)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)的天線元件不需要具有相同的幾何結(jié)構(gòu)或是相同類型的天線元件。這些天線元件應(yīng)當(dāng)每一個(gè)都具有在期望的工作頻率處或工作頻率范圍內(nèi)的共振。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，天線結(jié)構(gòu)的天線元件具有相同的幾何結(jié)構(gòu)。這通常是設(shè)計(jì)簡單性所期望的，特別是當(dāng)對(duì)任一端口的連接而言天線性能要求是相同的時(shí)候。組合天線結(jié)構(gòu)的帶寬和共振頻率能夠由這些天線元件的帶寬和共振頻率控制。因此，對(duì)于如在圖6A、6B和6C中所示的組合結(jié)構(gòu)的模式，更寬的帶寬元件可用于產(chǎn)生更寬的帶寬。圖6A示出了包括由連接元件606、608連接的兩個(gè)偶極天線602、604的多模式天線結(jié)構(gòu)600。偶極天線602、604各自具有寬(W)和長(L)并被間隔開距離(d)。圖6B示出了具有如下示例性的尺寸的結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)W = 1mm, L = 57. 2mm,以及d = 10mm。圖6C示出了具有如下示例性的尺寸的結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)W = 10mm,L = 50. 4mm,以及d = 10mm。如所示，將W從Imm增加到10mm，同時(shí)保持其他尺寸大致相同，帶來該天線結(jié)構(gòu)的更寬的隔離帶寬和阻抗帶寬。還已發(fā)現(xiàn)，增加天線元件間的間隔增加了天線結(jié)構(gòu)的隔離帶寬和阻抗帶寬。
一般而言，連接元件在該組合共振結(jié)構(gòu)的高電流區(qū)域中。因此，連接元件具有高導(dǎo)電性是優(yōu)選的。這些端口位于該天線元件的饋電點(diǎn)處，如它們作為分離的天線操作時(shí)一樣。匹配元件或結(jié)構(gòu)可用于將端口阻抗匹配到期望的系統(tǒng)阻抗。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，該多模式天線結(jié)構(gòu)可以是被結(jié)合到例如印刷電路板中的平面結(jié)構(gòu)，如圖7所示。在本示例中，天線結(jié)構(gòu)700包括在端口 708、710處由連接元件706連接起來的天線元件702、704。該天線結(jié)構(gòu)被制造在印刷電路板基板712上。圖中示出的天線元件是簡單的四分之一波單極天線。然而，這些天線元件可以是產(chǎn)生等效有效電氣長度的任何幾何結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，具有雙共振頻率的天線元件可用于產(chǎn)生具有雙共振頻率并因此具有雙工作頻率的組合天線結(jié)構(gòu)。圖8A示出了多模式偶極天線結(jié)構(gòu)800的示例模型，其中偶極天線元件802、804分別被分為兩個(gè)長度不等的指狀物806、808和810、 812。偶極天線元件具有每個(gè)都與兩個(gè)不同指狀物長度相關(guān)聯(lián)的共振頻率并相應(yīng)地呈現(xiàn)出雙共振。類似地，使用雙共振偶極天線臂的多模式天線結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出兩個(gè)頻帶，其中獲得了高隔離(或更小的S21)，如圖8B中所示。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了圖9中示出的多模式天線結(jié)構(gòu)900，該結(jié)構(gòu)具有形成可調(diào)諧天線的可變長度天線元件902、904。通過用諸如在每個(gè)天線元件902、 904處的RF開關(guān)906、908的可控制器件改變這些天線元件的有效電氣長度來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 在本示例中，該開關(guān)可以被打開(通過操作可控制器件)來創(chuàng)建更短的電氣路徑(以用于更高頻率的操作)或被關(guān)閉以創(chuàng)建更長的電氣路徑(以用于更低頻率的操作)。包括高隔離的特征在內(nèi)的天線結(jié)構(gòu)900的工作頻帶可以通過協(xié)同調(diào)諧這兩個(gè)天線元件來調(diào)諧。此方法可與多種改變天線元件的有效電氣長度的方法一起使用，該有效電氣長度的方法包括， 例如，使用可控制介電材料、用諸如MEM器件、可變電抗器或可調(diào)諧介電電容器的可變電容器來加載該天線元件，以及接通或斷開寄生元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，該一個(gè)或多個(gè)連接元件在天線元件之間提供電氣長度大致等于元件之間的電氣距離的電氣連接。在此條件下，并且當(dāng)連接元件附接在天線元件的端口末端處時(shí)，端口在天線元件的共振頻率附近的頻率處隔離。此布置可以在特定頻率處產(chǎn)生近乎完美的隔離。替代地，如同先前討論的，該連接元件的電氣長度可以被增加以擴(kuò)展在其上隔離超出特定值的帶寬。例如，天線元件之間的直接連接可在特定頻率處產(chǎn)生_25dB的最小 S21，并且S21 <-IOdB的帶寬可以是IOOMHz。通過增加該電氣長度，可以獲得新的響應(yīng)，其中最小S21被增加到-15dB但是S21 < -IOdB的帶寬可以被增加到150MHz0根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的各種其他多模式天線結(jié)構(gòu)是可能的。例如，連接元件可具有變化的幾何結(jié)構(gòu)或者可以被構(gòu)造為包括改變?cè)撎炀€結(jié)構(gòu)的屬性的部件。這些部件可以包括，例如無源電感器和電容器元件、共振器或?yàn)V波器結(jié)構(gòu)、或諸如移相器的有源部件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，該連接元件沿著該天線元件的長度的位置可被改變以調(diào)整該天線結(jié)構(gòu)的屬性。通過將天線元件上的連接元件的附接點(diǎn)遠(yuǎn)離端口而朝著天線元件的遠(yuǎn)端移動(dòng)，可以將端口在其上被隔離的頻帶在頻率上向上偏移。圖IOA和IOB分別示出了多模式天線結(jié)構(gòu)1000、1002，每個(gè)天線結(jié)構(gòu)具有電氣連接到天線元件的連接元件。在圖IOA的天線結(jié)構(gòu)1000中，連接元件1004位于該結(jié)構(gòu)中以使得連接元件1004和接地平面 1006的頂部邊緣之間的間隙是3mm。圖IOC示出了這樣的結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)，該結(jié)構(gòu)示出在此配置中在1. 15GHz的頻率處獲得高隔離。旁路電容/串聯(lián)電感匹配網(wǎng)絡(luò)用于提供1. 15GHz 處的阻抗匹配。圖IOD示出了圖IOB的結(jié)構(gòu)1002的散射參數(shù)，其中連接元件1008和接地平面的頂部邊緣1010之間的間隙是19mm。圖IOB的天線結(jié)構(gòu)1002呈現(xiàn)出在約1. 50GHz處具有高隔離的工作頻帶。圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu) 1100。天線結(jié)構(gòu)1100包括兩個(gè)或更多個(gè)連接元件1102、1104，每個(gè)連接元件將天線元件 1106、1108電氣連接。(為了描繪，圖中只示出了兩個(gè)連接元件。應(yīng)當(dāng)理解，還構(gòu)想了使用超過兩個(gè)連接元件。)連接元件1102、1104沿著天線元件1106、1108彼此間隔開。連接元件1102、1104中的每一個(gè)包括開關(guān)1112、1110?？梢酝ㄟ^控制開關(guān)1110、1112來選擇峰值隔離頻率。例如，可以通過關(guān)閉開關(guān)1110并打開開關(guān)1112來選擇頻率fl。可以通過關(guān)閉開關(guān)1112并打開開關(guān)1110來選擇不同的頻率f2。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1200。天線結(jié)構(gòu)1200包括具有可操作地與其耦合的濾波器1204的連接元件1202。濾波器1204可以是如此選擇的低通或帶通濾波器以使得天線元件1206、1208之間的連接元件連接只在期望頻帶內(nèi)(諸如高隔離共振頻率)是有效的。在較高頻率處，該結(jié)構(gòu)將像沒有被導(dǎo)電連接元件(其是開路的)耦合的兩個(gè)分離的天線元件來運(yùn)作。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1300。天線結(jié)構(gòu)1300包括兩個(gè)或更多個(gè)連接元件1302、1304，它們分別包括濾波器1306、1308。(為了描繪，圖中只示出了兩個(gè)連接元件。應(yīng)當(dāng)理解，還構(gòu)想了使用超過兩個(gè)連接元件。)在一種可能的實(shí)施例中，天線結(jié)構(gòu)1300在連接元件1304(其更靠近天線端口)上具有低通濾波器1308和在連接元件1302上具有高通濾波器1306以創(chuàng)建具有兩個(gè)高隔離的頻帶的天線結(jié)構(gòu)，即，雙頻帶結(jié)構(gòu)。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1400。天線結(jié)構(gòu)1400包括具有可操作地與其連接的可調(diào)諧元件1406的一個(gè)或多個(gè)連接元件1402。天線結(jié)構(gòu)1400還包括天線元件1408、1410?？烧{(diào)諧元件1406改變電氣連接的延遲或相位或改變電氣連接的電抗性阻抗。散射參數(shù)S21/S12的幅度和頻率響應(yīng)受電氣延遲或阻抗的變化的影響并且因此使用可調(diào)諧元件1406可以針對(duì)特定頻率處的隔離來改造或一般性地優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1500。多模式天線結(jié)構(gòu)1500可以例如在WIMAX USB加密狗中使用。天線結(jié)構(gòu)1500可以被配置為例如在從2300到2700MHz的WiMAX頻帶中工作。天線結(jié)構(gòu)1500包括由導(dǎo)電連接元件1506連接的兩個(gè)天線元件1502、1504。這些天線元件包括槽以增加元件的電氣長度以獲得期望的工作頻率范圍。在本示例中，天線結(jié)構(gòu)被優(yōu)化用于2350MHz的中心頻率。這些槽的長度可以被減小以獲得更高的中心頻率。該天線結(jié)構(gòu)被安裝在印刷電路板組件1508上。在每個(gè)天線饋電處提供集總兩部件的元件匹配。
天線結(jié)構(gòu)1500可以例如通過金屬?zèng)_壓來制造。例如，它可以由0. 2mm厚的銅合金片來制造。天線結(jié)構(gòu)1500包括在該結(jié)構(gòu)的主體的中心處的連接元件上的拾取特征1510， 該特征可以在自動(dòng)拾取-及-放置裝配過程中使用。該天線結(jié)構(gòu)還與表面安裝回流裝配兼容。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1600。如圖 15的天線結(jié)構(gòu)1500 —樣，天線結(jié)構(gòu)1600也可以例如在WIMAX USB加密狗中使用。該天線結(jié)構(gòu)可以被配置為例如在從2300到2700MHz的WiMAX頻帶中工作。天線結(jié)構(gòu)1600包括兩個(gè)天線元件1602、1604，每個(gè)天線元件包括迂回的單極天線。迂回的長度確定了中心頻率。圖中示出的示例性設(shè)計(jì)被優(yōu)化用于2350MHz的中心頻率。 為了獲得更高的中心頻率，可以減小迂回的長度。連接元件1606將天線元件電氣連接。在每個(gè)天線饋電處提供集總兩部件的元件匹配。該天線結(jié)構(gòu)可以例如由銅制造，作為安裝在可塑載體1608上的柔性印刷電路 (FPC)。該天線結(jié)構(gòu)可以由該FPC的金屬化部分來創(chuàng)建。該可塑載體提供機(jī)械支撐并便于安裝到PCB組件1610上。替代地，該天線結(jié)構(gòu)可以由片狀金屬形成。圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1700。此天線設(shè)計(jì)可以例如用于USB、Express 34、以及Express M數(shù)據(jù)卡格式。圖中示出的示例性天線結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為在從2. 3到6GHz的頻率處工作。該天線結(jié)構(gòu)例如可以由片狀金屬制造或者通過在可塑載體702上的FPC制造。圖18A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1800。天線結(jié)構(gòu)1800 包括具有三個(gè)端口的三模式天線。在本結(jié)構(gòu)中，使用連接元件1808將三個(gè)單極天線元件 1802、1804、1806連接起來，連接元件1808包括連接相鄰天線元件的導(dǎo)電環(huán)。這些天線元件由共用平衡器、或套管1810，來平衡，套管1810是單個(gè)中空的導(dǎo)電柱。該天線具有三個(gè)同軸線纜1812、1814、1816，用于將該天線結(jié)構(gòu)連接到通信設(shè)備。同軸線纜1812、1814、1816 穿過套管1810的中空內(nèi)部。該天線組件可以是由卷成柱體的單個(gè)柔性印刷電路構(gòu)造的，并且可以被封裝在柱形可塑殼體中以提供占用三個(gè)分開的天線的地方的單個(gè)天線組件。在一個(gè)示例性布置中，柱體的直徑是IOmm而天線的總長度是56mm以使得在2. 45GHz處在端口間以高隔離工作。此天線結(jié)構(gòu)可以與多個(gè)天線無線電系統(tǒng)(諸如在2. 4到2. 5GHz頻帶中工作的MIMO或802. IlN系統(tǒng))一起使用。除了端口到端口隔離外，每個(gè)端口有利地產(chǎn)生如圖18B中所示的不同的增益方向圖。盡管這是一個(gè)具體的示例，然而應(yīng)當(dāng)理解，此結(jié)構(gòu)可以被縮放以在任何期望頻率處操作。還應(yīng)當(dāng)理解，先前在兩端口天線的背景中描述的用于調(diào)諧、操控帶寬以及創(chuàng)建多頻帶結(jié)構(gòu)的方法也可應(yīng)用于此多端口結(jié)構(gòu)。盡管上述實(shí)施例被示出為真實(shí)的柱體，然而使用能夠產(chǎn)生相同優(yōu)點(diǎn)的三個(gè)天線元件和連接元件的其他布置也是可能的。這包括但不限于具有直接連接以使各連接元件形成三角形或另一多邊形幾何結(jié)構(gòu)的布置。通過類似地用共用平衡器連接三個(gè)分開的偶極天線元件而不是三個(gè)單極天線元件來構(gòu)造類似的結(jié)構(gòu)也是可能的。而且，盡管對(duì)于每個(gè)端口而言天線元件的對(duì)稱布置有利地產(chǎn)生相同的性能，例如，相同的帶寬、隔離、阻抗匹配，然而取決于應(yīng)用而不對(duì)稱地或以不相等的間隔來布置天線元件也是可能的。圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu)1900在組合器應(yīng)用中的使用。如圖中所示，發(fā)送信號(hào)可被同時(shí)應(yīng)用到天線結(jié)構(gòu)1900的兩個(gè)天線端口。在此配置中，該多模式天線可以充當(dāng)天線和功率放大器組合器兩者。天線端口間的高隔離限制了兩個(gè)放大器1902、1904之間的交互，已經(jīng)知道這具有不期望的影響，諸如信號(hào)失真和效率損失?？稍谔炀€端口處提供在1906處的可選阻抗匹配。圖20A和20B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu) 2000。天線結(jié)構(gòu)200也能夠在WiMAX USB或ExpressCard/IM器件中使用。該天線結(jié)構(gòu)可以被配置為例如在從2300到6000MHz的WiMAX頻帶中工作。天線結(jié)構(gòu)2000包括兩個(gè)天線元件2001、2004，每個(gè)天線元件包括寬的單極天線。 連接元件2002將天線元件電氣連接。槽(或其他切口)2005被用于改善5000MHz之上的輸入阻抗匹配。圖中示出的示例性設(shè)計(jì)被優(yōu)化以覆蓋從2300MHz到6000MHz的頻率。天線結(jié)構(gòu)2000可以例如通過金屬?zèng)_壓來制造。例如，它可以由0. 2mm厚的銅合金片來制造。天線結(jié)構(gòu)2000包括大致在該結(jié)構(gòu)的主體的中心處的連接元件2002上的拾取特征2003，該特征可以在自動(dòng)拾取-及-放置裝配過程中使用。該天線結(jié)構(gòu)還與表面安裝回流裝配兼容。該天線的饋電點(diǎn)2006提供到PCB上的無線電電路的連接點(diǎn)，并且還擔(dān)當(dāng)用于將天線在結(jié)構(gòu)上安裝到PCB的支撐。附加的接觸點(diǎn)2007提供了結(jié)構(gòu)上的支撐。圖20C示出了用于測量天線2000的性能的測試組件2010。此圖還示出了用于遠(yuǎn)場方向圖(far-field pattern)的坐標(biāo)參考。天線2000被安裝在代表ExpressCard/M器件的30x88mm的PCB 2011上。PCB 2011的接地部分被附接到更大的金屬片2012(在本示例中具有16h254mm的尺寸)以代表為筆記本計(jì)算機(jī)的典型的平衡器大小。PCB 2011上的測試端口 2014、2016通過50歐姆的帶狀線連接到天線。圖20D示出了在測試端口 2014、2016處測量到的VSWR。圖20E示出了在這些測試端口之間測量到的耦合(S21或S12)。該VSWR和耦合是跨寬頻率范圍(例如，2300到 6000MHz)有利地為低。圖20F示出了根據(jù)測試端口 2014(端口 1)、2016(端口 2)參考的所測量的輻射效率。圖20G示出了激勵(lì)測試端口 2014(端口 1)所產(chǎn)生的輻射方向圖對(duì)激勵(lì)測試端口 2016(端口 2、所產(chǎn)生的輻射方向圖之間的所計(jì)算的相關(guān)性。輻射效率有利地為高，而方向圖間的相關(guān)性在所關(guān)注的頻率處有利地為低。圖20H示出了在2500MHz的頻率處激勵(lì)測試端口 2014(端口 1)或測試端口 2016(端口 2~)所產(chǎn)生遠(yuǎn)場增益方向圖。圖 201和20J分別示出了在頻率3500MHz和5200MHz處的相同方向圖測量。在Φ = 0或)(Z 平面以及在θ = 90或XY平面中，從測試端口 2014(端口 1)得出的方向圖與從測試端口 2016(端口 2、得出的方向圖是不同且互補(bǔ)的。圖21A和21B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例的多模式天線結(jié)構(gòu) 2100。天線結(jié)構(gòu)2100還可以例如在WiMAX USB加密狗中使用。該天線結(jié)構(gòu)可以被配置為例如在從2300到MOOMHz的WiMAX頻帶中工作。天線結(jié)構(gòu)2100包括兩個(gè)天線元件2102、2104，每個(gè)天線元件包括迂回的單極天線。迂回的長度確定了中心頻率。其他彎曲的配置，諸如螺旋線圈和環(huán)，也可以被用于提供期望的電氣長度。圖中示出的示例性設(shè)計(jì)被優(yōu)化用于2350MHz的中心頻率。連接元件 2106(在圖21B中示出)電氣連接天線元件2102、2104。在每個(gè)天線饋電處提供集總兩部件的元件匹配。該天線結(jié)構(gòu)可以例如由銅制造為安裝在可塑載體2101上的柔性印刷電路(FPC)2103。該天線結(jié)構(gòu)可以由FPC 2103的金屬化部分來創(chuàng)建。可塑載體2101提供用于將天線附接到PCB組件(未示出)上的安裝針腳或針頭(pip) 2107和用于將FPC 2103緊固到載體2101的針頭2105。2103的金屬化部分包括暴露的部分或焊盤2108以使該天線與該P(yáng)CB上的電路電氣接觸。為了獲得更高的中心頻率，可以減小元件2102、2104的電氣長度。圖22A和22B 示出了多模式天線結(jié)構(gòu)2200，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)被優(yōu)化用于^OOMHz的中心頻率。元件2202、 2204的電氣長度比圖21A和21B的元件2102、2104的電氣長度短，因?yàn)樵?202、2204的末端處的金屬化已經(jīng)被移除，而且已經(jīng)增加了饋送端處這些元件的寬度。圖23A示出了使用圖21A和圖21B的天線2100的測試組件2300，以及用于遠(yuǎn)場方向圖的坐標(biāo)參考。圖2 示出了在測試端口 2302(端口 1)、2304(端口 2)處測量到的 VSWR。圖23C示出了在測試端口 2302(端口 1)、2304(端口 2)之間測量到的耦合(S21或 S12)。VSffR和耦合是在所關(guān)注的頻率處(例如，2300到2400MHz)有利地為低。圖23D示出了根據(jù)這些測試端口所參考的測量到的輻射效率。圖23E示出了激勵(lì)測試端口 2302(端口 1)所產(chǎn)生的輻射方向圖對(duì)激勵(lì)測試端口 2304(端口 2、所產(chǎn)生的輻射方向圖之間的所計(jì)算的相關(guān)性。輻射效率有利地為高，而方向圖間的相關(guān)性在所關(guān)注的頻率處有利地為低。 圖23F示出了在MOOMHz的頻率處激勵(lì)測試端口 2302 (端口 1)或測試端口 2304 (端口 2) 所產(chǎn)生的遠(yuǎn)場增益方向圖。在Φ =0或)(Ζ平面以及在θ =90或XY平面中，從測試端口 2302(端口 1)得出的方向圖與從測試端口 2304(端口 2)得出的方向圖是不同且互補(bǔ)的。圖23G示出了在組件2300的測試端口處測量的VSWR，其中天線2200代替了天線 2100。圖23H示出了在這些測試端口之間測量的耦合(S21或S12)。VSWR和耦合在所關(guān)注的頻率處(例如，2500到2700MHz)有利地為低。圖231示出了根據(jù)這些測試端口參考到的所測量的輻射效率。圖23J示出了激勵(lì)測試端口 2302(端口 1)所產(chǎn)生的輻射方向圖對(duì)激勵(lì)測試端口 2304(端口 2、所產(chǎn)生的輻射方向圖之間的所計(jì)算的相關(guān)性。輻射效率有利地為高，而方向圖間的相關(guān)性在所關(guān)注的頻率處有利地為低。圖2 示出了在^OOMHz的頻率處激勵(lì)測試端口 2302(端口 1)或測試端口 2304(端口 2~)所產(chǎn)生的遠(yuǎn)場增益方向圖。 在Φ = 0或)(Ζ平面以及在θ = 90或XY平面中，從測試端口 2302(端口 1)得出的方向圖與從測試端口 2304(端口 2)得出的方向圖是不同且互補(bǔ)的。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例針對(duì)用于波束方向圖(beam pattern)控制的技術(shù)，以用于空值轉(zhuǎn)向(null steering)或波束指向(beam pointing)的目的。當(dāng)這樣的技術(shù)被應(yīng)用到傳統(tǒng)的陣列天線(包括以波長的某個(gè)分?jǐn)?shù)值大小間隔開的分開的天線元件) 時(shí)，用是參考信號(hào)或波形的相移版本的信號(hào)來饋送該陣列天線的每個(gè)元件。對(duì)于具有相等激勵(lì)的均勻線性陣列，所產(chǎn)生的波束方向圖可以用陣列因子F來描述，陣列因子F取決于每個(gè)單個(gè)元件的相位和元件間的元件間距d。
權(quán)利要求
1.一種減少通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法，所述通信設(shè)備包括發(fā)送和接收電磁信號(hào)的多模式天線結(jié)構(gòu)和用于處理傳送到所述天線結(jié)構(gòu)和從所述天線結(jié)構(gòu)傳送的信號(hào)的電路，所述天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到所述電路的多個(gè)天線端口 ； 多個(gè)天線元件，每個(gè)天線元件可操作地耦合到所述天線端口中的不同的天線端口 ；以及一個(gè)或多個(gè)連接元件，所述一個(gè)或多個(gè)連接元件在與耦合到其的天線端口間隔開的每個(gè)天線元件上的位置處電氣連接所述天線元件，以形成單個(gè)輻射結(jié)構(gòu)以及以使得一個(gè)天線元件上的電流流向連接的相鄰天線元件并大體繞過耦合于所述相鄰天線元件的所述天線端口，流過所述一個(gè)天線元件和所述相鄰天線元件的電流在幅度上大體相等，以使得在給定期望信號(hào)頻率范圍處由一個(gè)天線端口激勵(lì)的天線模式與由另一天線端口所激勵(lì)的模式大體電氣隔離，且所述天線結(jié)構(gòu)生成不同的天線方向圖；所述方法包括調(diào)整饋送到所述天線結(jié)構(gòu)的相鄰天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以使得饋送到所述一個(gè)天線端口的信號(hào)具有與饋送到所述相鄰天線端口的信號(hào)不同的相位以提供天線方向圖控制并且增加朝向接收點(diǎn)的選定方向上的增益；以及使用低于在所述天線結(jié)構(gòu)的非方向圖控制操作中使用的發(fā)送功率的發(fā)送功率以使得所述通信設(shè)備獲得大體等同的無線鏈路性能，其中所述接收點(diǎn)使用與所述非方向圖控制操作相比減小的發(fā)送功率，由此減少所述特殊吸收比率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括使用電氣受控相移設(shè)備來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括使用相移網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括通過控制在所述多個(gè)天線端口中的每一個(gè)天線端口處提供的載波信號(hào)的相位來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述通信設(shè)備是蜂窩手持設(shè)備、PDA、無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、 或用于PC的數(shù)據(jù)卡。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述天線元件包括螺線線圈、寬帶平面形狀、芯片天線、迂回形狀、環(huán)、或電感旁路形式。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多模式天線結(jié)構(gòu)包括在印刷電路板基板上制造的平面結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多模式天線結(jié)構(gòu)包括沖壓的金屬部件，所述金屬部件包括在所述部件的主體的中心處的撿拾特征以在自動(dòng)化撿拾和放置裝配過程中使用。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多模式天線結(jié)構(gòu)包括安裝在可塑載體上或設(shè)備的可塑殼體上的柔性印刷電路。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收點(diǎn)是基站、移動(dòng)終端、或路由器。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括動(dòng)態(tài)地調(diào)整饋送到相鄰天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以維持到所述接收點(diǎn)的基本上經(jīng)優(yōu)化的通信鏈路。
12.—種減少通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法，所述通信設(shè)備包括用于發(fā)送和接收電磁信號(hào)的天線陣列以及用于處理向所述天線陣列傳送以及從所述天線陣列傳送的信號(hào)的電路，所述天線陣列包括多個(gè)輻射元件，每個(gè)輻射元件具有可操作地耦合于所述電路的天線端口 ；所述方法包括調(diào)整饋送到所述天線陣列的所述天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以使得饋送到一個(gè)天線端口的信號(hào)具有與饋送到另一天線端口的信號(hào)不同的相位以提供天線方向圖控制并且增加朝向接收點(diǎn)的選定方向上的增益；以及使用低于在所述天線陣列的非方向圖控制操作中使用的發(fā)送功率的發(fā)送功率以使得所述通信設(shè)備獲得大體等同的無線鏈路性能，其中所述接收點(diǎn)使用與所述非方向圖控制操作相比減小的發(fā)送功率，由此減少所述特殊吸收比率。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括使用電氣受控相移設(shè)備來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括使用相移網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括通過控制在所述多個(gè)天線端口中的每一個(gè)天線端口處提供的載波信號(hào)的相位來調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述通信設(shè)備是蜂窩手持設(shè)備、PDA、無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、或用于PC的數(shù)據(jù)卡。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述輻射元件包括螺線線圈、寬帶平面形狀、芯片天線、迂回形狀、環(huán)、或電感旁路形式。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述天線陣列包括在印刷電路板基板上制造的平面結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述天線陣列包括沖壓的金屬部件，所述金屬部件包括在所述部件的主體的中心處的撿拾特征以在自動(dòng)化撿拾和放置裝配過程中使用。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述天線陣列包括安裝在可塑載體上或設(shè)備的可塑殼體上的柔性印刷電路。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收點(diǎn)是基站、移動(dòng)終端、或路由器。
22.如權(quán)利要求12所述的方法，其中調(diào)整信號(hào)之間的相對(duì)相位包括動(dòng)態(tài)地調(diào)整饋送到所述天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以維持到所述接收點(diǎn)的基本上經(jīng)優(yōu)化的通信鏈路。
全文摘要
提供用于減少通信設(shè)備中的近場輻射和特殊吸收比率(SAR)值的方法。該通信設(shè)備包括發(fā)送和接收電磁信號(hào)的多模式天線結(jié)構(gòu)以及用于處理傳送到該天線結(jié)構(gòu)和從其傳送的信號(hào)的電路。該天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到所述電路的多個(gè)天線端口；多個(gè)天線元件，每個(gè)天線元件可操作地耦合到所述天線端口中的不同的天線端口；以及一個(gè)或多個(gè)連接元件，其在與耦合到其的天線端口間隔開的每個(gè)天線元件上的位置處電氣連接所述天線元件，以形成單個(gè)輻射結(jié)構(gòu)以及以使得一個(gè)天線元件上的電流流向連接的相鄰天線元件并大體繞過耦合于所述相鄰天線元件的天線端口，流過所述一個(gè)天線元件和所述相鄰天線元件的電流在幅度上大體相等，以使得在給定期望信號(hào)頻率范圍處由一個(gè)天線端口激勵(lì)的天線模式與由另一天線端口所激勵(lì)的模式大體電氣隔離，且所述天線結(jié)構(gòu)生成不同的天線方向圖。該方法包括調(diào)整饋送到所述天線結(jié)構(gòu)的相鄰天線端口的信號(hào)之間的相對(duì)相位以使得饋送到所述一個(gè)天線端口的信號(hào)具有與饋送到所述相鄰天線端口的信號(hào)不同的相位以提供天線方向圖控制并且增加朝向接收點(diǎn)的選定方向上的增益。該方法特征在于使用低于在所述天線結(jié)構(gòu)的非方向圖控制操作中使用的發(fā)送功率的發(fā)送功率以使得所述通信設(shè)備獲得大體等同的無線鏈路性能，其中所述接收點(diǎn)使用與所述非方向圖控制操作相比減小的發(fā)送功率，由此減少所述特殊吸收比率。
文檔編號(hào)H01Q3/30GK102576936SQ201080033814
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者F·M·凱米, L·陳, M·T·蒙特戈梅里, M·W·基什勒, P·A·托爾納塔 申請(qǐng)人:斯凱克羅斯公司