CN102273010B - 用于导航和通信的钩形绕杆式天线 - Google Patents

Abstract

一种天线（100）包括：第一天线元件（102-1）和第二天线元件（102-2），其中所述第一天线元件（102-1）和第二天线元件（102-2）或者它们的导体（106-1，106-2）两者都被配置为钩形。所述天线（100）还包括：耦合到第一天线元件（102-1）的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路包括第一多个滤波器；以及耦合到第二天线元件（102-2）的第二阻抗匹配电路，其中第二阻抗匹配电路包括第二多个滤波器。

Description

用于导航和通信的钩形绕杆式天线

相关申请

本申请要求在2008年12月31日提交的美国临时专利申请第61/142,058号在35 U.S.C.§119下的优先权，该申请整体通过引用合并于此。

本申请与2008年2月26日提交的美国专利申请第12/037,908号有关，该申请整体通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及多频带天线，并且更具体地涉及针对在全球卫星定位和通信***中使用的钩形多频带天线。

背景技术

诸如全球定位***（GPS）之类的全球导航卫星***（GNSS's）中的接收机使用基于由卫星广播的视线信号的范围测量。接收机测量一个或者多个广播信号的到达时间。此到达时间测量包括基于信号的粗获取编码部分（被称为伪范围）的时间测量以及相位测量。

在GPS中，由卫星广播的信号具有处于一个或若干个频带中的频率，所述频带包括L1频带（1565至1585 MHz）、L2频带（1217至1237MHz）、L5频带（1164至1189MHz）以及L频带通信（1525至1560MHz）。其它GNSS's在相似频带中广播信号。为了接收一个或多个广播信号，GNSS's中的接收机通常具有对应于由卫星广播的信号的频带的多个天线。多个天线以及相关的前端电子设备增加GNSS's中接收机的复杂度和费用。另外，使用在物理上相对于彼此放置的多个天线可能使范围测量以及因而由接收机确定的定位的精度降级。另外，在汽车、农业、以及工业应用中，期望具有紧凑、坚固的导航接收机。这种紧凑且坚固的接收机取决于应用可以被安装在车辆内部或外部。

用于从GPS卫星接收信号的理想天线将对于朝向天空的上半球具有3dB各向同性的增益，并且对于朝向地面的下半球不具有增益。另外，其将具有右手圆极化（RHCP）。近年来，其它GNSS已增补了GPS信号，并且它们的信号最好地利用理想的GPS天线的相同的增益方向图和极化来接收。有时，这些GNSS信号的精度利用由参考接收机生成并在略低于GPS L1的频率处在卫星下行链路上传输的差分校正来增强。幸好，这些校正信号也是RHCP的，但是它们与GNSS信号相比趋于具有更低的功率并且可从更少的卫星获得。这些GNSS与通信频带所有一起覆盖从1150MHz至1610MHz的频率。

已经做出了利用具有期望的增益方向图以及适当的成本和尺寸的RHCP天线来接收所有这些频率的各种尝试。这些中的大多数具有在高仰角（即接近竖直）时相当好、但在更接近水平时迅速下降的增益方向图。

因此，存在对于用于GNSS's中的接收机以解决与现有天线相关联的问题的改进的紧凑天线的需要。

发明内容

一些实施例提供了一种包括第一天线元件和第二天线元件的天线，其中所述第一天线元件和第二天线元件两者都被配置为钩形。所述天线还包括与第一天线元件耦合的第一阻抗匹配电路和与第二天线元件耦合的第二阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路包括第一多个滤波器，其中所述第二阻抗匹配电路包括第二多个滤波器。

在一些实施例中，所述天线包括接地平面。在这些实施例中，相应的天线元件包括：基本上垂直于接地平面的第一部分、耦合到第一部分并且基本上平行于接地平面的第二部分、耦合到第二部分并且基本上垂直于接地平面的第三部分、以及耦合到第三部分并且基本上平行于接地平面的第四部分。

在一些实施例中，相应的阻抗匹配电路包括：低通滤波器和高通滤波器。

在一些实施例中，所述低通滤波器和所述高通滤波器串联耦合。

在一些实施例中，相应的阻抗匹配电路在第一频带以及更高的第二频带两者的中心频率处提供基本上50欧姆的阻抗。

在一些实施例中，所述天线包括接地平面，并且第一天线元件和第二天线元件每个具有辐射元件，其具有基本上平行于接地平面的预定义范围。在各实施例中，相对于具有带有具有基本上平行于接地平面的相同的预定义范围的辐射元件的倒L形天线元件的天线，钩形增加基本上在水平线处的仰角处接收的信号的增益。

在一些实施例中，所述天线包括耦合到第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的馈送网络电路，其中馈送网络电路具有对应于由第一天线元件和第二天线元件接收的信号的组合的输出。

在一些实施例中，相应的天线元件包括：绝缘基板，其具有指定的厚度和指定的介电常数；以及绝缘基板的两侧上的导电材料。

在一些实施例中，第一天线元件和第二天线元件基本上沿着天线的第一轴布置。

在一些实施例中，所述天线包括第三天线元件和第四天线元件，其中所述第三天线元件和第四天线元件两者都被配置为钩形。所述天线还包括耦合到第三天线元件的第三阻抗匹配电路以及耦合到第四天线元件的第四阻抗匹配电路，其中所述第三阻抗匹配电路包括第三多个滤波器，其中所述第四阻抗匹配电路包括第四多个滤波器。

在一些实施例中，第一天线元件和第二天线元件基本上沿着天线的第一轴布置。第三天线元件和第四天线元件基本上沿着天线的第二轴布置。

在一些实施例中，第一轴和第二轴基本上彼此垂直。

在一些实施例中，所述天线包括耦合到第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路、第三阻抗匹配电路、以及第四阻抗匹配电路的馈送网络电路，其中所述馈送网络电路具有对应于由第一天线元件、第二天线元件、第三天线元件、以及第四天线元件接收的信号的组合的输出。

在一些实施例中，所述馈送网络电路被配置为将从相应的天线元件接收的信号相对于从天线中相邻的天线元件接收的信号相移基本上90度。

在一些实施例中，第一天线元件、第二天线元件、第三天线元件、以及第四天线元件被配置为接收圆极化的辐射。

在一些实施例中，辐射是右手圆极化的辐射。

一些实施例提供了一种***，其包括天线、阻抗匹配电路、馈送网络电路、低噪声放大器、以及采样电路。所述天线包括多个天线元件，每个被配置为钩形。阻抗匹配电源耦合到天线，其中所述阻抗匹配电路包括多个滤波器。馈送网络电路耦合到阻抗匹配电路。低噪声放大器耦合到馈送网络电路。采样电路耦合到低噪声放大器输出。

附图说明

图1A是图示根据一些实施例的钩形多频带天线的侧视图的框图。

图1B是图示根据一些实施例的钩形多频带天线的顶视图的框图。

图2A是图示根据一些实施例的四元钩形多频带天线的侧视图的框图。

图2B是图示根据一些实施例的四元钩形多频带天线的顶视图的框图。

图2C是图示根据一些实施例的用于使用矢量网络分析器来测试四元钩形多频带天线的装置的框图。

图3A是图示根据一些实施例的用于多频带天线的馈送网络电路的框图。

图3B是图示根据一些实施例的具有馈送网络、低噪声放大器、以及数字电子设备模块的多频带天线***的框图。

图3C是图示根据一些实施例的用于四元钩形多频带天线的另一个馈送网络电路的框图。

图4A是根据一些实施例的具有用于多频带天线的共享元件的阻抗匹配电路的框图。

图4B是根据一些实施例的具有带有共享元件的多个滤波器的阻抗匹配电路的电路图。

图5A是根据一些实施例的用于示例性钩形多频带天线的顶点处的增益与频率之间的关系的曲线图。

图5B是根据一些实施例的用于示例性钩形多频带天线的L1增益与仰角之间的关系的曲线图。

图5C是根据一些实施例的用于示例性钩形多频带天线的L2增益与仰角之间的关系的曲线图。

图5D是根据一些实施例的用于示例性倒L多频带天线的顶点处的增益与频率之间的关系的曲线图。

图5E是根据一些实施例的用于示例性倒L多频带天线的L1增益与仰角之间的关系的曲线图。

图5F是根据一些实施例的用于示例性倒L多频带天线的L2增益与仰角之间的关系的曲线图。

图6示出根据一些实施例的对应于全球卫星导航***的频带。

图7是图示根据一些实施例的使用用于多频带天线的集总的元件阻抗匹配电路的方法的实施例的流程图。

图8是根据一些实施例的带有组合网络和低噪声放大器的、具有包括集总的元件阻抗匹配电路的四元多频带钩形天线的***的实施例的混合的框图和电路图。

图9A和9B示出根据一些实施例的阻抗匹配电路的替代实施例。

贯穿各附图，相似的参考标号指代对应的部件。

具体实施方式

现在将对本发明的实施例进行详细的参考，所述实施例的示例在附图中图示。在以下的详细描述中，阐述许多特定细节以便提供本发明的彻底的理解。然而，对于本领域普通技术人员而言将是明显的是：可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述公知的方法、程序、组件、以及电路，以便不会非必要地混淆本发明的各方面。

在本文献中，术语“基本上平行”和“基本上垂直”分别意味着相对于平行或垂直的五度（5^o）内；术语“基本上沿着”特定轴意味着相对于该轴的十度（10^o）内；术语“基本上恒定的阻抗”意味着阻抗的幅度的变化小于百分之十；术语“频带基本上被通过”意味着该频带中的信号在幅度上衰减小于1dB（百分之二十六）。被称为“近似”的值和测量这里被定义为相对于所述值或测量结果的百分之十五（15%）内。

在一些实施例中，钩形多频带天线实现与尺寸相当倒L形天线相比、关于上半球中的仰角在增益上更一致的增益方向图，同时在下半球中具有低增益。通过天线元件的钩形并且通过在其上放置天线元件的基板材料的高介电常数而使钩形多频带天线的物理高度最小化。在一些实施例中，钩形多频带天线被配置为通过具有四个相同的天线元件以及正交馈送网络电路来传送和/或接收右手圆极化（RHCP）辐射。尽管增益方向图在感兴趣的频带上是相对一致的，但是天线的阻抗不是恒定的，并且不是典型的50欧姆。由此，在一些实施例中，将阻抗匹配网络用在四个天线元件中的每一个上，以将感兴趣的频带处天线元件的阻抗变换为大约50欧姆（例如50欧姆±20欧姆），以使得可以通过传统的电路来传送和处理信号。

钩形多频带天线覆盖可能分开得太远而不能使用单个现有的天线来覆盖的频率范围。在示例性实施例中，钩形多频带天线用于在L1频带（1565至1585 MHz）、L2频带（1217至1237MHz）、L5频带（1164至1189MHz）以及L频带通信（1525至1560MHz）中传送和/或接收信号。这些四个L频带被当作两个不同的频带：范围是从大约1160至1252MHz的第一频带，以及范围是从大约1525至1610MHz的第二频带。这些两个频带的中心频率大约位于1206MHz（f₁）和1567MHz（f-₂）处。这些特定频率和频带仅为示例性的，在其它实施例中可以使用其它频率和频带。

在一些实施例中，钩形多频带天线被配置为在第一频带和第二频带中具有基本上恒定的阻抗（有时被称为共用阻抗）。这些特征可以允许诸如GPS之类的GNSS’s中的接收机使用较少的或者甚至一个天线来接收多个频带中的信号。

尽管用于GPS的钩形多频带天线的实施例在以下的讨论中被用作说明性示例，但是应当理解：钩形多频带天线可被应用于各种应用，包括无线通信、蜂窝电话、以及其它GNSS’s。这里描述的技术可被广泛应用于用于在不同频率范围中使用的各种天线类型和设计。

现在注意力朝向钩形多频带天线的实施例。图1A和图1B是图示根据一些实施例的钩形多频带天线100的侧视图和顶视图的框图。钩形多频带天线100包括接地平面110以及两个钩形天线元件102。钩形天线元件102基本上沿着钩形多频带天线100的第一轴布置。在一些实施例中，导体106被放置在基板104上以形成钩形天线元件102。例如导体106可以是使用标准印刷电路板（PCB）制造技术放置在基板104上的金属层。在一些实施例中，导体106被放置在基板104的两侧上，并且具有宽度122。使用信号线130将电信号132耦合到钩形天线元件102并将该钩形天线元件102耦合到电信号132。在一些实施例中，信号线130是同轴电缆，并且接地平面110是适合于微波应用的金属层（例如在PCB中或者在PCB上）。

每个钩形天线元件102分别具有A₁+A₂+A₃+A₄（例如分别为天线元件102的第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分）的总长度以及B₁+B₂+B₃+B₄的总长度。注意：部分A₁、A₃、B₁、以及B₃基本上垂直于接地平面110，并且部分A₂、A₄、B₂、以及B₄基本上平行于接地平面110。还应注意：“基本上平行”用于指相对于平行十度内的角度，并且“基本上垂直”用于指相对于垂直十度内的角度。参照图1B，基板104具有指定的厚度134和指定的介电常数。在一些实施例中，指定的厚度134大约为0.05英寸，并且介电常数大约为10.2。例如，来自Rogers Corporation的材料RO3210可被用于基板104。在一些实施例中，相应的钩形天线元件102的高度（例如A₁或B₁）大约为1.9英寸。注意：为了利用更传统的低介电常数的材料来实现等效的增益方向图，将需要元件的高度增加大约百分之五十。

钩形天线元件102的另一特征是钩形天线元件102的第四部分（例如A₄和B₄），其转向中心Z轴。这些部分具有将增益方向图向下拉、因此增加更接近水平线的仰角处的增益的效果。另外，这些部分为天线元件增加长度，因此改进其效率并且扩展其对更低频率的响应。

在一些实施例中，钩形多频带天线100可以包括附加的组件或者更少的组件。两个或者更多个组件的功能可被组合。一个或者多个组件的位置可被修改。

在一些实施例中，钩形多频带天线100（图1A和图1B）可以包括附加的钩形天线元件。这些实施例在图2A和图2B中图示。

图2A和图2B是图示根据一些实施例的四元钩形多频带天线200的侧视图和顶视图的框图。图2A和图2B图示了具有四个钩形天线元件102-1至102-4的四元钩形多频带天线200的实施例。图2A示出了四元钩形多频带天线200的侧视图。注意：由于是侧视图，所以仅三个钩形天线元件102可见，但是存在四个钩形天线元件102。图2B示出了具有四个钩形天线元件102-1至102-4的四元钩形多频带天线200的顶视图。每个钩形天线元件102具有厚度134。钩形天线元件102-1和102-2基本上沿着四元钩形多频带天线200的第一轴布置。钩形天线元件102-3和102-4基本上沿着四元钩形多频带天线200的第二轴布置。第二轴基本上垂直于第一轴（相对于第一轴旋转大约90^o）。在一些实施例中，导体106-1至106-4被放置在基板104-1至104-4上，以形成钩形天线元件102-1至102-4。例如，导体106可以是使用标准印刷电路板（PCB）制造技术放置在基板104上的金属层。使用四元信号线230将四元电信号232耦合到钩形天线元件102并将该钩形天线元件102耦合到该四元电信号232。在一些实施例中，四元信号线230是同轴电缆，并且接地平面110是适合于微波应用的金属层（例如在PCB中或者在PCB上）。注意：仅示出了四个四元信号232中的两个以及四个四元信号线230中的两个，但是存在四个。

如上面所讨论的，每个钩形天线元件102分别具有A₁+A₂+A₃+A₄以及B₁+B₂+B₃+B₄的总长度。此外，如上面所讨论的，基板104具有指定的厚度134和指定的介电常数。

图2C示出了图示用于使用矢量网络分析器270来测试四元钩形多频带天线200的装置的框图。待测试的钩形天线元件（102-3）经由屏蔽电缆280（具有屏蔽282）连接到矢量网络分析器270。其它的钩形天线元件（102-1、102-2、以及102-4）中的每一个耦合到相应电阻器272、274、以及276的一端（其另一端耦合到电压源，诸如电路接地）。在一些实施例中，电阻器272、274、以及276中的每一个具有50欧姆或者大约50欧姆（例如50欧姆加上或者减去0.5欧姆）的电阻。

图3A是图示根据一些实施例的用于四元钩形多频带天线200的馈送网络电路300的框图。馈送网络电路300可被耦合到四元钩形多频带天线200（图2A和图2B），以向钩形天线元件102提供适当定相的电信号310。

在传送实施例中，180^o混合电路312接受输入电信号310并且输出相对于彼此大约180^o异相的两个电信号。这些电信号中的每一个被耦合到90^o混合电路314中的一个。每个90^o混合电路314输出两个电信号232。诸如电信号232-1之类的相应的电信号可以因此相对于相邻的电信号232具有大约90^o的相移。在此配置中，馈送网络电路300被称为正交馈送网络电路。电信号232的相位配置导致具有圆极化的辐射方向图的四元钩形多频带天线200（图2A和图2B）。所述辐射可以是右手圆极化（RHCP）或者左手圆极化（LHCP）的。注意：电信号232的相对相移更接近90^o，并且电信号232的幅度彼此匹配得甚至更均匀，四元钩形多频带天线200（图2A和图2B）的轴比将更好。

在接收实施例中，电信号232由钩形天线元件102接收，并且通过馈送网络电路300组合，从而产生被提供给接收电路以进行处理的信号310。注意：接收实施例与传送实施例相同，但信号以相反方向（接收，而非传送）来处理，如下面所描述的。

图3B是图示根据一些实施例的具有馈送网络电路300、低噪声放大器330、以及数字电子设备模块370的多频带天线***的框图。图3B示出天线模块360，其包括耦合到四个相应的阻抗匹配电路350（分别是350-1至350-4）的四个钩形天线元件102（102-1至102-4）。阻抗匹配电路350向馈送网络电路300提供四元电信号232（例如图3A）。馈送网络电路300向低噪声放大器300提供组合的信号310。低噪声放大器330的功能是放大弱的接收信号，而不引入（或仅引入最小或额定的）失真或噪声。低噪声放大器330的输出被耦合到数字电子设备模块370，其包括采样电路340和其它电路342。在一些实施例中，采样电路340包括模拟到数字（A/D）转换器（ADC）并且可以包括诸如下变频器之类的频率变换电路。例如，其它电路342可以包括数字信号处理（DSP）电路、存储器、微处理器、以及一个或多个用于将信息传达给其它设备的通信接口。在一个实施例中，数字电子设备模块370处理所接收的信号以确定位置。在一个实施例中，天线模块360在单个紧凑电路板上，并且以适合于在户外和苛刻的环境中使用的方式而被封装。

图3C是图示根据一些实施例的用于四元钩形多频带天线的替代馈送网络电路380的框图。在馈送网络电路380中，四元信号232（232-1至232-4）被耦合到第一组的180^o混合电路（有时被称为相移器）364。180^o混合电路被耦合到90^o混合电路（有时被称为相移器）362。90^o混合电路362也被耦合到组合的信号310。与馈送网络电路300一样，馈送网络电路380可被用在接收模式或传送模式。

在一些实施例中，馈送网络电路300或380可以包括附加的组件或者较少的组件。两个或者更多个组件的功能可被组合。一个或者多个组件的位置可被修改。

现在注意力朝向在感兴趣的两个或者更多个频带中发生的多频带天线和相位关系的说明性实施例。尽管讨论关注于四元钩形多频带天线200（图2A和图2B），应当理解所述方法可被应用于其它天线实施例。

参照图2A和图2B，可以基于对应于第一频带（诸如第一频带的中心频率f₁）的波长λ（真空中）来确定钩形天线元件102的几何形状。（中心频率f₁的波长λ等于c/f₁，其中c是真空中的光速。）在一些实施例中，通过基本上垂直于接地平面110的印刷电路板来支撑钩形天线元件102。例如，钩形天线元件102可以是放置在印刷电路板104上的金属层导体106，所述印刷电路板104被垂直于接地平面110安装，从而实现图1和图2中图示的几何形状。在一些实施例中，印刷电路板材料是0.05英寸厚的Rogers RO3210，其是适合于微波应用的印刷电路板材料（其具有低损耗特性并且其10.2的介电常数ε非常始终如一）。使用图1A、图1B、图2A、以及图2B作为说明，长度A₁（以及B₁）是1.8英寸，A₂（以及B₂）是1.8英寸，A₃（以及B₃）是1.4英寸，A₄（以及B₄）是0.6英寸，导体106的宽度122是0.4英寸，导体124之间的间距是0.375英寸，并且印刷电路板的厚度134是0.05英寸。注意：这些对于A₁/B₁-至A₄/B₄的值是从基于计算机的电磁仿真器获得的预测值，以便在上述GNSS频率范围中产生所期望的频率响应。

如果使用具有更低介电常数ε的基板，并且类似的增益与仰角之间的关系的方向图是期望的，则钩形天线元件102的导体106的长度对于给定的中心频率f₁将较大。将必须通过实验或者通过基于计算机的电磁仿真器来确定确切的尺寸。注意：天线元件102之间的分离距离124近似依赖于ε。

图4A是根据一些实施例的用于钩形多频带天线的阻抗匹配电路420的框图400。阻抗匹配电路420被耦合到馈送网络电路300、以及位于接地平面410上的钩形天线元件102-1。阻抗匹配电路420“匹配”钩形天线元件102-1与负载（例如馈送网络电路300）之间的阻抗（或者更确切地说，降低阻抗失配），以便最小化（或减少）反射并且最大化（或者提高）能量传送。电信号232-1耦合在馈送网络电路300与阻抗匹配电路420之间。

图4B是根据一些实施例的用于钩形多频带天线的具有带有共享元件的多个滤波器的阻抗匹配电路420的电路图。在此实施例中，阻抗匹配电路420包括与低通滤波器440串联耦合的高通滤波器430。高通滤波器430包括接地的并联电感器（L2）、以及串联连接的电容器（C1）和电感器（L1）。低通滤波器440包括接地的电容器（C2）、以及串联连接的电容器（C1）和电感器（L1）。由此，高通滤波器430和低通滤波器440具有共享元件450，即串联的电容器（C1）以及电感器（L1）。电信号232-1耦合在负载、馈送网络电路300、以及阻抗匹配电路420的并联的L2电感器和串联的C1电容器之间。在一些实施例中，阻抗匹配电路420中元件的大小大约如下：电容器C1：1.8pF，电感器L1: 6.2nH，电容器C2：1.2pF，以及电感器L2：3.9nH。当然，在其它实施例中可以使用许多其他组的组件值。在这些实施例中，阻抗匹配电路420导致具有小于10%的幅度的图6所示的第一和第二频带612-1和612-2内的通过天线元件102的信号反射。

图5A是根据一些实施例的用于示例性钩形多频带天线的顶点处的增益与频率之间的关系的曲线图500。通过组合两组正交线性极化响应（对应于电场的极化的Hpol和Vpol）来得出圆极化响应（RHCP）。曲线图500中图示的测量结果在源在顶点处（例如直接在示例性钩形多频带天线的上方）的情况下取得。已经通过测量结果确定了增益相对于频率的变化随着入射角改变得非常少。曲线图500反映了阻抗变换网络（例如阻抗匹配电路420）的两个频带性质，并且示出钩形多频带天线在较低频率处比在较高频率处更高效（具有更高的增益）。图5D中的曲线图530图示了用于类似尺寸的倒L天线的顶点处的增益与频率之间的关系。

图5B是根据一些实施例的用于示例性钩形多频带天线的L1增益（即，L1频带中的增益）与仰角之间的关系的曲线图510。曲线图510图示了各向同性的RHCP增益如何作为仰角的函数而变化。可以看到：增益在顶点（90度）处最大，并且在水平线（0度）处向下降到大约-3dBi。相似尺寸的倒L天线在水平线处具有更接近于-4dBi的增益（L1频带中），如图5E的曲线图540中所图示的。

图5C是根据一些实施例的、用于示例性钩形多频带天线的L2增益（即，L2频带中的增益）与仰角之间的关系的曲线图520。曲线图520类似于图5B中的曲线图510。图5F中的曲线图550图示了用于类似尺寸的倒L天线的增益与仰角之间的关系。

注意：图5A-5F中的曲线图反映了在传统的消声室中进行、以使得仅直接能量而没有反射的能量将从参考源天线到达测试天线的测量。此外，测试天线安装在机动***上，以使得入射波的角度可以被改变。

图6是示出了对应于全球卫星导航***的频带612的图600，所述***包括：L1频带（1565至1585 MHz）、L2频带（1217至1237MHz）、L5频带（1164至1189MHz）以及L频带（1525至1560MHz）。频率610在x轴上示出。在钩形多频带天线的一些实施例中，第一频带612-1包括1160-1252MHz，并且第二频带612-2包括1525-1610MHz。这些频带的中心频率（也被称为频带中心频率）分别为1206MHz和1567.5MHz。出于计算期望的天线特性的目的，可以使用近似的中心频率（例如1206MHz和1567MHz）来代替它们的确切值。钩形多频带天线组件（即，钩形元件、相关联的匹配网络以及组合网络）在第一频带612-1以及第二频带612-2两者中具有低回波损耗（例如小于百分之十）。此外，第一频带612-1包含L2和L5频带，且第二频带612-2包含L1频带和L频带。由此，单个钩形多频带天线能够在这些四个GNSS频带中传送和/或接收信号。

现在将注意力转向使用具有集总的元件阻抗匹配的多频带天线的过程的实施例。图7是图示使用钩形多带天线的方法700的流程图。该方法包括对耦合到天线中的第一天线元件的电信号进行滤波，并对耦合到天线中的第二天线元件的电信号进行滤波（710）。在一些实施例中，该方法包括对从多频带天线的每个天线元件（例如全部四个天线元件102-1至102-4，图2B）接收的电信号进行滤波（或者对发送到所述每个天线元件的电信号进行滤波）。用于完成此步骤的电路在图3B以及本文献的其他附图中示出，如上文和下文所讨论的。所述方法包括对电信号进行变换，以使得通过上频带和下频带（712）。在一些实施例中，所述方法包括对电信号进行变换，以使得高于上频带且低于下频带的信号被衰减并且基本上通过中心频带（714）。在一些实施例中，所述方法包括对电信号进行变换，以使得通过上频带和下频带并且中心频带被衰减（716）。在一些实施例中，所述方法在中心频带的两个子频带（例如图6的子频带612-1和612-2）中提供基本上类似的阻抗。

在一些实施例中，使用钩形多频带天线的方法700包括更少的或者附加的操作。可以改变操作的顺序。可以将至少两个操作组合为单个操作。

图8描绘了具有包括集总的元件阻抗匹配元件812、814、816和818的四元钩形多频带天线的***800，其具有正交馈送网络电路820以及低噪声放大器（LNA）830。在阻抗匹配元件812中，钩形天线元件102-1被耦合到阻抗匹配电路（例如图8所图示的）。阻抗变换元件812的输出被耦合到正交馈送网络电路820。正交馈送网络电路820被耦合到LNA 830。类似地，第二（814）、第三（816）、以及第四（818）阻抗变换元件每个都包括耦合到阻抗匹配电路的钩形天线元件，并且被耦合到正交馈送网络电路820。在一些实施例中，使用集总的元件阻抗匹配电路来实现***800。在一些实施例中，***800（不包括天线元件102）在具有大约六英寸的直径的单个紧凑电路板上实现。在一些实施例中，这种电路板提供了用于GNSS接收的期望的增益方向图。通过使得直径更大或更小，可以改变增益方向图以在较低的仰角处提供较多的增益并且在高仰角处提供较少的增益，反之亦然。确切的效果将随频率变化。在特定实现方式中，发现天线元件阻抗特性是电路板（以及因此接地平面）的直径的非常弱的函数。在一些实施例中，***800在具有大约三英寸和六英寸之间的直径的紧凑电路板上实现。在一些实施例中，***800在具有大约五英寸和七英寸之间的直径的紧凑电路板上实现。在一些实施例中，***800在具有大约三英寸和八英寸之间的直径的紧凑电路板上实现。在一些实施例中，***800在具有大约二英寸和九英寸之间的直径的紧凑电路板上实现。在一些实施例中，***800在具有大约一英寸和十二英寸之间的直径的紧凑电路板上实现。具有小于三英寸（例如直径在大约1英寸和三英寸之间）的直径的紧凑电路板的实施例可与比适用于上面讨论的频带的钩形天线元件更小的钩形天线元件一起使用，并因此将适用于在比上面讨论的频带更高的频带中进行接收和/或传送。上面讨论了作为要被接收或传送的频带的中心频率的波长的函数来确定钩形天线元件的尺寸的示例。

图9A和图9B示出了替代的阻抗匹配电路。图9A示出了根据一些实施例的用于六极共享元件阻抗匹配电路的电路900。图9B示出了根据一些实施例的用于八极共享元件阻抗匹配电路的电路950。在一些实施例中，所描述的阻抗匹配电路可以包括更少的或者附加的元件或者极。可以改变元件的顺序。可以将至少两个元件组合为单个元件。

已经参照特定实施例描述了用于解释的目的的上述描述。然而，上面的说明性讨论不意在是穷举的或者将本发明限于所公开的确切形式。鉴于上面的教导，许多修改和变化是可能的。选择并且描述实施例，以便最好地解释本发明及其实际应用的原理，从而使得本领域技术人员能够最好地利用适合于所设想的特定用途的本发明以及具有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种天线包括：

导电接地平面；

第一天线元件和第二天线元件，其中所述第一天线元件和第二天线元件两者都被配置为钩形，并且其中每个相应的天线元件的钩形形成在基本上垂直于接地平面的平面中；

耦合到第一天线元件的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路包括第一多个滤波器；以及

耦合到第二天线元件的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路包括第二多个滤波器，其中第一和第二天线元件中的每个包括相应的信号环路，所述信号环路具有：

基本上垂直于接地平面的第一部分；

耦合到第一部分并且基本上平行于接地平面的第二部分；

耦合到第二部分并且基本上垂直于接地平面的第三部分；以及

耦合到第三部分并且基本上平行于接地平面的第四部分，第四部分从第三部分向天线的中心竖直轴延伸。

2.如权利要求1所述的天线，其中第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的相应一个电路包括：

低通滤波器；以及

高通滤波器。

3.如权利要求2所述的天线，其中所述低通滤波器和所述高通滤波器串联耦合。

4.如权利要求2所述的天线，其中第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的相应的一个电路在第一频带以及更高的第二频带两者的中心频率处提供基本上50欧姆的阻抗。

5.如权利要求1所述的天线，其中相对于具有倒L形天线元件的天线，钩形增加基本上在水平线处的仰角处接收的信号的增益，所述倒L形天线元件带有平行于接地平面的辐射元件。

6.如权利要求1所述的天线，包括耦合到第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的馈送网络电路，其中所述馈送网络电路具有对应于由第一天线元件和第二天线元件接收的信号的组合的输出。

7.如权利要求1所述的天线，其中第一天线元件和第二天线元件基本上沿着天线的第一轴布置。

8.如权利要求1所述的天线，包括：

第三天线元件和第四天线元件，其中所述第三天线元件和第四天线元件两者都被配置为钩形；

耦合到第三天线元件的第三阻抗匹配电路，其中所述第三阻抗匹配电路包括第三多个滤波器；以及

耦合到第四天线元件的第四阻抗匹配电路，其中所述第四阻抗匹配电路包括第四多个滤波器。

9.如权利要求8所述的天线，

其中第一天线元件和第二天线元件基本上沿着天线的第一轴布置；以及

其中第三天线元件和第四天线元件基本上沿着天线的第二轴布置。

10.如权利要求9所述的天线，其中第一轴和第二轴基本上彼此垂直。

11.如权利要求8所述的天线，包括耦合到第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路、第三阻抗匹配电路、以及第四阻抗匹配电路的馈送网络电路，其中所述馈送网络电路具有对应于由第一天线元件、第二天线元件、第三天线元件、以及第四天线元件接收的信号的组合的输出。

12.如权利要求11所述的天线，其中所述馈送网络电路被配置为将从相应的天线元件接收的信号相对于从天线中相邻的天线元件接收的信号相移基本上90度。

13.如权利要求8所述的天线，其中第一天线元件、第二天线元件、第三天线元件、以及第四天线元件被配置为接收圆极化的辐射。

14.如权利要求13所述的天线，其中所述辐射是右手圆极化的辐射。

15.一种天线包括：

导电接地平面；

第一天线元件和第二天线元件，其中所述第一天线元件和第二天线元件被彼此电分离并且两者都被配置为钩形而一部分基本上平行于接地平面，并且其中每个相应的天线元件的钩形形成在基本上垂直于接地平面的平面中；

耦合到第一天线元件的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路包括第一多个滤波器；以及

耦合到第二天线元件的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路包括第二多个滤波器，

其中第一天线元件和第二天线元件的相应的一个元件包括：

绝缘基板，其具有指定的厚度和指定的介电常数，所述绝缘基板布置在基本上垂直于接地平面的平面中；以及

绝缘基板的两侧上的导电材料的平行组件。

16.一种天线***包括：

导电接地平面；

多个电不同的天线元件，每个所述天线元件都被配置为钩形，并且其中每个相应的天线元件的钩形形成在基本上垂直于接地平面的平面中；

多个阻抗匹配电路，其中所述多个阻抗匹配电路的相应一个电路耦合到所述多个天线元件的相应一个天线元件，其中每个阻抗匹配电路包括相应多个滤波器；

耦合到所述多个阻抗匹配电路的馈送网络电路；

耦合到馈送网络电路的低噪声放大器；以及

耦合到低噪声放大器的采样电路，

其中每个天线元件包括相应的信号环路，所述信号环路具有：

基本上垂直于接地平面的第一部分；

耦合到第一部分并且基本上平行于接地平面的第二部分；

耦合到第二部分并且基本上垂直于接地平面的第三部分；以及

耦合到第三部分并且基本上平行于接地平面的第四部分，第四部分从第三部分向天线的中心竖直轴延伸。

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