CN208315766U - 天线和天线*** - Google Patents

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Abstract

提供了天线以及包括所述天线的天线***的示例性实施方式。在示例性实施方式中，天线总体上包括具有环矩形形状的辐射贴片元件。天线接地平面与辐射贴片元件间隔开。馈电元件经由接近耦合电耦合至辐射贴片元件。该天线还包括将辐射贴片元件电耦合至天线接地平面的至少两个短路元件。

Description

天线和天线***
相关申请的交叉引用
本申请是2014年12月16日提交的美国专利申请No.14/571,580的PCT国际申请或部分延续案。上述申请的完整公开通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及具有接近耦合(proximity couple)的环矩形贴片的天线***。
背景技术
此部分提供与本公开有关的背景信息，其未必是现有技术。
随着新技术极大地进步，天线***设计的复杂性急剧增长。新频带LTE/4G的引入导致移动站需要更宽的带宽，并且市场期望天线在具有更好的性能的同时更小、更低轮廓。设计低轮廓天线的挑战在于不管低轮廓要求如何使它以全向辐射图案垂直地极化。传统平面倒F型天线由于其小尺寸和低轮廓应用而经常被选择。但是传统平面倒F型天线在所需的形状因子内遭受窄带宽。
实用新型内容
此部分提供本公开的一般概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线，该天线包括：辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线，该天线包括：辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点，所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，其中，所述水平馈电贴片与所述辐射贴片元件之间的间隙被加载有空气和/或介电基板。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线，该天线包括：辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，其中，所述馈电元件包括垂直传输线和高频带元件，并且所述高频带元件包括第一三角形部分和第二三角形部分，所述第一三角形部分和所述第二三角形部分连接至沿着所述馈电元件的垂直传输线的相反侧的第一水平部分和第二水平部分的对应端。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线，该天线包括：辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点，所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，其中，所述馈电元件的所述水平馈电贴片包括被配置为延伸所述天线的高频带的电长度的至少两个L形狭槽或至少两个渐缩L 形狭槽。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线，该天线包括：辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有为矩形的外周边以及为矩形的开放内部；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线***，该天线***包括：主动全球定位卫星天线；被动天线，该被动天线包括：辐射贴片元件；天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面；以及隔离器，该隔离器靠近所述辐射贴片元件，其中，所述辐射贴片元件包括为矩形的外周边以及为矩形的开放内部。
根据本文的描述，其它适用范围将变得显而易见。本实用新型内容的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于例示所选择的实施方式，而非所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据示例性实施方式的天线***或组件的立体图；
图2是绕垂直轴旋转的图1所示的天线***的俯视图，并且示出水平馈电贴片、环矩形辐射贴片、L形狭槽、主动GPS天线与蜂窝天线之间的相对接近的间距；
图3是图1所示的天线***的一部分的立体图；
图4是绕垂直轴旋转的图3所示的天线***的立体图；
图5是图1所示的天线组件的一部分的立体图；
图6是绕垂直轴旋转的图1所示的天线***的立体图；
图7是示出从图1至图6的示例性天线***测量的VSWR对频率的示例性线图；
图8a和图8b是示出在没有隔离器(图8a)和有隔离器(图8b)的情况下针对图1至图6的示例性天线***测量的隔离(以分贝(dB)为单位)对频率的示例性线图；
图9中的(a)和(b)、(c)和(d)、(e)和(f)、(g)和(h)、(i)和(j)、(k) 和(l)、(m)和(n)、(o)和(p)分别示出在698MHz、824MHz、894MHz、960 MHz、1710MHz、1880MHz、1990MHz和2170MHz的频率下图1至图6所示的天线***的辐射图案(方位平面和phi 0°平面)；
图10是根据另一示例性实施方式的天线***或组件的立体图；
图11是绕垂直轴旋转的图10的天线***的俯视图，并且示出水平馈电贴片、环形辐射贴片和渐缩L形狭槽；
图12是图10所示的天线***的一部分的立体图；
图13是绕垂直轴旋转的图12所示的天线***的一部分的立体图，并且示出两个短路元件和开放式狭槽；
图14是示出从图10至图13的示例性天线***测量的VSWR对频率的示例性线图；
图15中的(a)和(b)、(c)和(d)、(e)和(f)、(g)和(h)、(i)和(j)、(k) 和(l)、(m)和(n)、(o)和(p)分别示出在698MHz、824MHz、894MHz、960 MHz、1710MHz、1880MHz、1990MHz和2170MHz的频率下图10至图13所示的天线***的辐射图案(方位平面和phi 0°平面)；
图16是根据另一示例性实施方式的天线***或组件的立体图，并且还示出馈电元件、贴片、短路元件以及接地平面或元件的示例；
图17是图16所示的天线***的立体图，并且还示出根据示例性实施方式的示例性基底(例如，塑料基板等)；
图18是图16的天线***的俯视图；
图19包括图16所示的馈电元件的正面和背面立体图；
图20包括图19所示的馈电元件的正面和背面视图；
图21是图16所示的短路元件的立体图；
图22示出图21所示的短路元件；
图23是图16所示的接地平面或元件的立体图；
图24示出图23所示的接地平面或元件；
图25是示出从图16至图18的示例性天线***测量的VSWR对频率的示例性线图；以及
图26中的(a)和(b)、图27中的(a)和(b)、图28中的(a)和(b)、图29 中的(a)和(b)、图30中的(a)和(b)、图31中的(a)和(b)、图32中的(a) 和(b)、图33中的(a)和(b)、图34中的(a)和(b)、图35中的(a)和(b) 分别示出在698MHz、824MHz、894MHz、960MHz、1710MHz、1880MHz、1990 MHz、2170MHz、2500MHz和2700MHz的频率下图16至图18所示的天线***的辐射图案(方位平面和phi 0°平面)。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述示例实施方式。
本文的发明人认识到需要用于具有低轮廓要求的传统PIFA天线的良好和/或改进的带宽(例如，从约698MHz至约960MHz以及从约1710MHz至约2170或2700 MHz等)、减少和/或不再需要与较大接地平面的电流接触、良好和/或改进的垂直极化辐射图案、均紧邻设置的主动(active)全球定位卫星(GPS)天线与蜂窝辐射器之间的良好和/或改进的隔离等。因此，本文公开了包括上述特征中的一个或更多个的天线以及包括该天线的天线***(例如，100(图1至图6)、1300(图10至图13)、 2200(图16至图18)等)的示例性实施方式。
在一些示例性实施方式中，天线可以是两端口车载天线，并且可包括蜂窝辐射器、主动GPS天线和隔离器。天线可具有覆盖约698MHz至约960MHz和/或约1710MHz 至约2170MHz的频率范围的宽带宽。天线可被安装在接地平面(例如，车辆、机器的金属顶篷等)上。接地平面的直径可为至少30厘米。因此，天线可被视为依赖于接地(例如，具有较小的直径、具有较低轮廓特征等)。天线的辐射元件(例如，辐射器等)可能无需与车辆的接地平面或其它表面电流接触，并且在辐射元件与接地平面之间具有合适的绝缘高度的情况下可被视为具有接近耦合。
在一些示例性实施方式中，天线可包括蜂窝辐射器，其具有宽带宽并可在约698MHz至约960MHz和/或约1710MHz至约2170或2700MHz的频率范围内操作。天线可具有全向辐射图案，其在较低轮廓和较小直径的天线组件的情况下横跨操作频率在地平线处具有优势垂直极化。天线可被安装在接地平面(例如，机器的金属顶篷等) 上，并且在约30厘米或以上的接地平面直径的情况下可表现良好。天线在小直径和低轮廓形状因子的情况下可依赖于接地。天线可包括不需要与机器的接地平面电流接触的辐射元件，并且在辐射元件与接地平面之间具有合适的绝缘高度(例如，距离等) 的情况下可被视为具有接近耦合。
现在参照附图，图1和图2示出具体实现本公开的一个或更多个方面的天线***或组件的示例性实施方式。具体地讲，天线***包括可在从约698MHz至约960MHz 以及从约1710MHz至约2170MHz的频率上或利用所述频率操作的天线100。例如，天线100可在从约698MHz至约960MHz的第一频率范围以及从约1710MHz至约 2170MHz的第二频率范围内操作。或者，例如，天线100可横跨从约698MHz至约 2170MHz的单个宽频率范围操作。
天线100包括辐射贴片元件102、与辐射贴片元件102间隔开的天线接地平面 104、将辐射贴片元件102(例如，经由接近耦合或直接电流耦合)电耦合至馈电点 106的馈电元件108以及将辐射贴片元件102(例如，经由直接电流耦合等)电耦合至天线接地平面104的两个短路元件110。天线***可被称作两端口天线。
在此示例中，辐射贴片元件102(或者更广义地，辐射表面或辐射器)基本上被设置在天线接地平面104的中心。这样的配置可允许天线100对于一个或更多个频带(例如，从698MHz至960MHz以及从1710MHz至2170MHz等)内的频率具有期望的辐射图案并且提供全向特性等。另选地，如果需要，辐射贴片元件102可相对于天线接地平面104被设置在另一合适的位置(例如，偏离中心等)。
辐射贴片元件102可具有环矩形形状，使得辐射贴片元件的外周边基本上为矩形，内部开放(例如，环形状等)。内周边也可基本上为矩形。尽管图1和图2示出辐射贴片元件102的示例形状，其它实施方式可包括具有不同形状的辐射贴片元件 102。
如图5所示，辐射贴片元件102还在两个位置处(例如，经由短路元件110等) 短路至天线接地平面104。低频带中的谐振频率比受短路元件110的短路位置和辐射贴片元件102的尺寸影响。短路元件110的位置和辐射贴片元件102的尺寸在影响第一谐振频率的频率698MHz的约最大四分之一波长处被优化。
图3和图4示出天线100的一部分，其中辐射贴片元件102被移除以便进一步示出馈电元件108的细节。如图3所示，馈电元件108包括垂直传输线112和水平馈电贴片114(图3中未示出)。水平馈电贴片114示出于图2中。馈电点106包括耦合至垂直传输线112的同轴探针116。此馈电配置可有效地减小具有电容贴片(水平馈电贴片114)的长探针的电感。
垂直传输线112耦合至印刷电路板118(PCB)(例如，被限定在印刷电路板118 上、与印刷电路板118成一体等)。低频带中的谐振频率比还受垂直传输线112的位置影响。垂直传输线112可向水平馈电贴片114的一端偏移以实现谐振频率之间的正确分离，从而得到宽带宽特性。垂直传输线PCB 118包括在垂直传输线PCB 118的背面的延伸接地平面120。如图4所示，延伸接地平面120可延伸至垂直传输线PCB 118的高度的约一半。在其它实施方式中，延伸接地平面120可延伸至多于或少于垂直传输线PCB 118的高度的一半。该配置可改进(例如，优化等)天线100的低频带 (例如，698MHz至960MHz等)中的两个谐振频率之间的分离以得到更宽的带宽特性并进一步改进高频带(例如，1710MHz至2170MHz等)的阻抗匹配。
馈电元件108可经由电容方式将电磁波耦合至辐射贴片元件102。馈电元件108 与辐射贴片元件102之间可存在间隙，该间隙可被调整(例如，优化等)以生成基本上使天线100与期望的操作频率范围(例如，698MHz至960MHz、1710MHz至2170 MHz等)匹配的频率比。间隙可加载有介电材料(例如，填充有介电材料、分散于介电材料之间等)、被空气加载等。在一些实施方式中，空气加载可为天线100提供更好的频率匹配。
如图2所示，水平馈电贴片114中限定的两个L形狭槽122可延伸高频带的电长度。在没有这两个L形狭槽122的情况下，对于约1700MHz的频率而言水平馈电贴片114的电长度可能过短。在其它实施方式中，狭槽122可具有不同的形状、被设置在水平馈电贴片114上的不同位置等。水平馈电贴片114与辐射贴片元件102之间的间隙可被相应地调节以匹配高频带。
如图3所示，向第二短路元件110增加短路元件贴片128以实现更好的阻抗匹配。短路元件贴片128可缩短信号的电路径并改变低频带处的第一谐振的天线阻抗。
如图2所示，天线100可包括主动GPS天线124，其可与被动(passive)辐射贴片元件102相邻或紧密间隔来设置。天线100还包括隔离器126以改进主动GPS天线124与被动辐射贴片元件102之间的隔离。例如，隔离器126在约1575MHz的频率处可提供约-5分贝(dB)的改进。
图7、图8a、图8b和图9提供针对图1至图6所示的天线100测量的结果。图 7、图8a、图8b和图9所示的这些结果仅是为了例示而提供，而非为了限制。
更具体地，图7是示出针对天线100测量的电压驻波比(VSWR)对频率的示例性线图。通常，图7示出针对操作带宽(例如，约698MHz至约960MHz以及约1710 MHz至约2170MHz)，天线100能够以相对良好的VSWR来操作。
图8a示出在没有隔离器126的情况下针对天线100测量的主动GPS天线124与被动辐射贴片元件102之间的隔离(以分贝(dB)为单位)对频率。为了比较，图 8b示出在有隔离器126的情况下针对天线100测量的主动GPS天线124与被动辐射贴片元件102之间的隔离(以分贝(dB)为单位)对频率。通常，图8a和图8b的比较示出当天线100中包括隔离器126时可实现隔离的改进。例如，对于1.575GHz的频率，与没有隔离器的情况下的约-2.8分贝相比，在有隔离器的情况下隔离为约-8分贝。
图9示出天线100的各种辐射图案。更具体地，图9示出在698MHz、824MHZ、 960MHz、1710MHz、1880MHz、1990MHz和2170MHz的频率下对于方位平面(左侧)和phi 0°平面(右侧)，辐射图案的共面极化分量和交叉极化分量(虚线)。通常，图9示出可被识别为垂直极化的天线的接近地平线上的辐射图案。
图10和图11示出具体实现本公开的一个或更多个方面的天线***或组件1300 的另一示例性实施方式。具体地讲，天线***包括可在从约698MHz至约960MHz 以及从约1710MHz至约2170MHz的频率上或利用所述频率操作的天线1300。例如，天线1300可在从约698MHz至约960MHz的第一频率范围以及从约1710MHz至约 2170MHz的第二频率范围内操作。或者，例如，天线1300可横跨从约698MHz至约2170MHz的单个宽频率范围操作。
天线1300包括辐射贴片元件1302、与辐射贴片元件1302间隔开的天线接地平面1304、将辐射贴片元件1302(例如，经由接近耦合或直接电流耦合)电耦合至馈电点1306的馈电元件1308以及将辐射贴片元件1302(例如，经由直接电流耦合等) 电耦合至天线接地平面1304的两个短路元件1310。
在此示例中，辐射贴片元件1302(或者更广义地，辐射表面或辐射器)基本上被设置在天线接地平面1304的中心。如上面所说明的，这样的配置可允许天线1300 对于一个或更多个频带(例如，从698MHz至960MHz以及从1710MHz至2170MHz 等)内的频率具有期望的辐射图案并且提供全向特性等。另选地，如果需要，辐射贴片元件1302可相对于天线接地平面1304被设置在另一合适的位置(例如，偏离中心等)。
辐射贴片元件1302可具有环矩形形状，使得辐射贴片元件的外周边基本上为矩形(例如，如图10和图11所示，一个或更多个边缘可具有略微弯曲的形状等)，内部开放(例如，环形状等)。内周边也可基本上为矩形。尽管图10和图11示出辐射贴片元件1302的示例形状，其它实施方式可包括具有不同形状的辐射贴片元件1304。
如图10所示，辐射贴片元件1302还在两个位置处(例如，经由短路元件1310 等)短路至天线接地平面1304。低频带中的谐振频率比受短路元件1310的短路位置和辐射贴片元件1302的尺寸影响。短路元件1310的位置和辐射贴片元件1302的尺寸在影响第一谐振频率的频率698MHz的约最大四分之一波长处被优化。
图12和图13示出天线1300的一部分，其中辐射贴片元件1302被移除以便进一步示出馈电元件1308的细节。如图12所示，馈电元件1308包括垂直传输线1312 和水平馈电贴片1314(图12中未示出)。水平馈电贴片1314示出于图11中。馈电点1306包括耦合至垂直传输线1312的同轴探针1316。此馈电配置可有效地减小具有电容贴片(水平馈电贴片1314)的长探针的电感。
垂直传输线1312耦合至印刷电路板1318(PCB)(例如，被限定在印刷电路板 1318上、与印刷电路板1318成一体等)。低频带中的谐振频率比还受垂直传输线1312 的位置影响。垂直传输线1312可向水平馈电贴片1314的一端偏移以实现谐振频率之间的正确分离，从而得到宽带宽特性。垂直传输线PCB 1318包括在垂直传输线PCB 1318的背面的延伸接地平面1320。如图13所示，延伸接地平面1320可延伸至垂直传输线PCB 1318的高度的约一半。在其它实施方式中，延伸接地平面1320可延伸至多于或少于垂直传输线PCB 1318的高度的一半。该配置可改进(例如，优化等) 天线1300的低频带(例如，698MHz至960MHz等)中的两个谐振频率之间的分离以得到更宽的带宽特性并进一步改进高频带(例如，1710MHz至2170MHz等)的阻抗匹配。
馈电元件1308可经由电容方式将电磁波耦合至辐射贴片元件1302。馈电元件1308与辐射贴片元件1302之间可存在间隙，该间隙可被调整(例如，优化等)以生成基本上使天线1300与期望的操作频率范围(例如，698MHz至960MHz、1710MHz 至2170MHz等)匹配的频率比。间隙可加载有介电材料(例如，填充有介电材料、分散于介电材料之间等)、被空气加载等。在一些实施方式中，空气加载可为天线1300 提供更好的频率匹配。
如图11所示，水平馈电贴片1314中限定的两个渐缩L形狭槽1322可延伸针对高频带的电长度。在没有这两个渐缩L形狭槽1322的情况下，对于约1700MHz的频率而言水平馈电贴片1314的电长度可能过短。在其它实施方式中，狭槽1322可具有不同的形状、被设置在水平馈电贴片1314上的不同位置等。水平馈电贴片1314 与辐射贴片元件1302之间的间隙可被相应地调节以匹配高频带。
如图13所示，向第二短路元件1310增加短路元件贴片1328以实现更好的阻抗匹配。短路元件贴片1328可缩短信号的电路径并改变低频带处的第一谐振的天线阻抗。
天线接地平面1304可包括长的开放式狭槽1330以改进阻抗匹配，从而在VSWR 上提供改进的裕度。天线接地平面1304上还存在小狭槽以创建附加短路元件，其可从天线接地平面1304弯曲而无需添加额外天线部件，并且不会对天线1300的射频 (RF)性能有任何影响。
图14和图15提供针对图10至图13所示的天线1300测量的结果。图14和图15所示的这些结果仅是为了例示而提供，而非为了限制。
更具体地，图14是示出针对天线1300测量的电压驻波比(VSWR)对频率的示例性线图。通常，图14示出针对操作带宽(例如，约698MHz至约960MHz以及约 1710MHz至约2170MHz)，天线1300能够以相对良好的VSWR来操作。
图15示出天线1300的各种辐射图案。更具体地，图15示出在698MHz、824 MHZ、894MHz、960MHz、1710MHz、1880MHz、1990MHz和2170MHz的频率下对于方位平面(左侧)和phi0°平面(右侧)，辐射图案的共面极化分量和交叉极化分量(虚线)。通常，图15示出可被识别为垂直极化的天线的接近地平线上的辐射图案。
图16至图18示出具体实现本公开的一个或更多个方面的天线***或组件的另一示例性实施方式。在此示例性实施方式中，天线2200具有宽带宽并且可在从约698 MHz至约960MHz的第一频率范围以及从约1710MHz至约2700MHz的第二频率范围内操作。
如本文所公开的，天线2200包括将辐射贴片元件2202(例如，经由接近耦合或直接电流耦合)电耦合至馈电点2206的馈电元件2208。天线2200还包括与辐射贴片元件2202间隔开的天线接地平面2204以及将辐射贴片元件2202(例如，经由直接电流耦合等)电耦合至天线接地平面2204的两个短路元件2210、2211。
在此示例中，如图18所示，辐射贴片元件2202(或者更广义地，辐射表面或辐射器)基本上被设置在天线接地平面2204的中心。这样的配置可允许天线2200对于一个或更多个频带(例如，从698MHz至960MHz以及从1710MHz至2700MHz 等)内的频率具有期望的辐射图案，提供全向特性等。另选地，如果需要，辐射贴片元件2202可相对于天线接地平面2204被设置在另一合适的位置(例如，偏离中心等)。
辐射贴片元件2202可具有环矩形形状，使得辐射贴片元件2202的外周边基本上为矩形。例如，辐射贴片元件2202可基本上为一个或更多个边缘具有略微弯曲的形状并且内部开放(例如，环形状等)的矩形。如图18所示，辐射贴片元件2202可被视为具有大致为字母D的形状的外周边。辐射贴片元件2202的内周边可基本上为矩形。尽管图16至图18示出辐射贴片元件2202的示例形状，其它实施方式可包括具有不同形状的辐射贴片元件2202。
如图16和图17所示，辐射贴片元件2202还在两个位置处(例如，经由短路元件2210和2211等)短路至天线接地平面2204。低频带中的谐振频率比受短路元件 2210、2211的短路位置和辐射贴片元件2202的尺寸影响。短路元件2210、2211的位置和辐射贴片元件2202的尺寸在影响第一谐振频率的频率698MHz的约最大四分之一波长处被优化。
如图19所示，馈电元件2208包括垂直传输线2212和水平馈电贴片2214。同轴线缆2216在垂直传输线2212的底部或朝着该底部耦合(例如，焊接等)至馈电点 2206。此馈电配置可有效地减小具有电容贴片(水平馈电贴片2214)的长探针的电感。
垂直传输线2212耦合至印刷电路板2218(PCB)(例如，被限定在印刷电路板 2218上、与印刷电路板2218成一体等)。低频带中的谐振频率比还受垂直传输线2212 的位置影响。垂直传输线2212可向水平馈电贴片2214的一端偏移以实现谐振频率之间的正确分离，从而得到宽带宽特性。如图19所示，垂直传输线PCB2218包括在垂直传输线PCB 2218的背面的延伸接地平面2220(例如，导电迹线等)。如图20所示，延伸接地平面2220可延伸至垂直传输线PCB 2218的高度的约一半或以上。在其它实施方式中，延伸接地平面2220可延伸至少于垂直传输线PCB 2218的高度的一半。该配置可改进(例如，优化等)天线2200的低频带(例如，698MHz至960MHz等) 中的两个谐振频率之间的分离以得到更宽的带宽特性并进一步改进高频带(例如， 1710MHz至2700MHz等)的阻抗匹配。
馈电元件2208可经由电容方式将电磁波耦合至辐射贴片元件2202。馈电元件2208的水平馈电贴片2214与辐射贴片元件2202之间可存在间隙，该间隙可被调整 (例如，优化等)以生成基本上使天线2200与期望的操作频率范围(例如，698MHz 至960MHz、1710MHz至2700MHz等)匹配的频率比。间隙可加载有介电材料(例如，填充有介电材料、之间分散有介电材料等)、被空气加载等。在一些实施方式中，空气加载可为天线2200提供更好的频率匹配。
如图18所示，在水平馈电贴片2214中或由水平馈电贴片2214限定两个渐缩L 形或三角形狭槽2222。狭槽2222可延伸高频带的电长度。在没有狭槽2222的情况下，对于约1700MHz的频率而言水平馈电贴片2214的电长度可能过短。在此示例性实施方式中，狭槽2222包括沿着不存在导电材料的介电基板2223的区域。如图 18所示，介电基板2223横跨辐射贴片元件2202的开放内部延伸并且连接至辐射贴片元件2202的相对侧。按照此示例性方式，馈电贴片2214以及介电基板2223上的其它导电材料2225(例如，迹线等)可通过介电基板2223被支撑或悬挂在辐射贴片元件2202的开放内部内。在其它实施方式中，狭槽2222可具有不同的形状、被设置在水平馈电贴片2214上的不同位置等。水平馈电贴片2214与辐射贴片元件2202之间的间隙可被相应地调节以匹配高频带。
天线2200包括附加高频带元件2209以激励从2170MHz至2700MHz的第二频率范围的更高边缘。高频带元件2209可在约2700MHz下作为接近短路单极来操作。如图19和图20所示，高频带元件2209是设置在馈电元件2208的印刷电路板(PCB) 2218上的附加导电迹线。在此示例中，高频带元件2209不与辐射贴片元件2202电流接触。在此示例中，高频带元件2209包括第一和第二三角形部分2213，其连接至沿着馈电元件2208的垂直传输线2212的相反侧的第一和第二水平部分2215的对应端。
如图21所示，向第二短路元件2210增加短路元件贴片2228以实现更好的阻抗匹配。短路元件贴片2228可缩短信号的电路径并改变低频带处的第一谐振的天线阻抗。短路元件贴片2228可包括设置在短路元件2210的印刷电路板(PCB)2229上的导电迹线。
天线接地平面2204可包括长的开放式狭槽2230以改进阻抗匹配，从而在VSWR 上提供改进的裕度。天线接地平面2204上还存在小狭槽以创建短路元件2211，其可从天线接地平面2204弯曲而无需添加额外天线部件，并且不会对天线2200的射频 (RF)性能有任何影响。
如图19和图20所示，馈电元件2208包括向上突出部分2240，其可经由焊点被焊接到水平馈电贴片2214。垂直传输线2212的下部2242可被焊接到同轴线缆2216。延伸接地平面2220(例如，导电迹线等)的下部2244可经由焊点被焊接到天线接地平面2204。高频带元件2209和延伸接地平面2220可通过蚀刻PCB 2218来限定。例如，可在以铜或其它合适的材料涂覆(例如，每平方英尺涂覆一盎司的铜(相当于大约35um厚度)等)的PCB 2218上蚀刻高频带元件2209和延伸接地平面2220。
如图21和图22所示，短路元件2210包括向上突出部分2246，其可经由焊点被焊接至辐射贴片元件2202。短路元件贴片2228的下部2248可经由焊点被焊接至天线接地平面2204。短路元件贴片2228可通过蚀刻PCB 2229来限定。例如，可在以铜或其它合适的材料涂覆(例如，每平方英尺涂覆一盎司的铜(相当于大约35um厚度)等)的PCB 2229上蚀刻短路元件贴片2228。
图24示出可经由焊点被焊接至馈电元件2208的PCB 2218、天线接地平面2204 的短路元件2211以及短路元件2210的PCB 2229的区域2250、2254、2258。更具体地，馈电元件2208的PCB 2218和馈电贴片2214可经由在部分2240(图20)和2250 (图24)之间的焊点被焊接。天线接地平面2204的短路元件2211和辐射贴片元件 2202可经由在短路元件2211(图17)的上部与部分2254(图24)之间的焊点被焊接。短路元件2210和辐射贴片元件2202可经由在部分2246(图22)和部分2258(图 24)之间的焊点被焊接。
如图16所示，同轴线缆2216(例如，与SMA阳连接器或RTNC阳连接器端接的2英尺长的同轴线缆等)电连接至馈电元件2208的馈电点2206。同轴线缆2216 也可与馈电点2206相邻或在馈电点2206附近接地。例如，如图16所示，同轴线缆 2216的内导体可被焊接至垂直传输线2212的下部2242，而同轴线缆2216的外编织物可被焊接至通过接地平面2204一体地形成或限定(例如，压印等)的特征2262(例如，线缆支架或接地点等)。同轴线缆2216从馈电点2206出来并穿过接地平面2204 中的狭槽或开口2230。然后，同轴线缆2216穿过导电(例如，铝、其它金属等)安装构件2268。
图25至图35提供针对图16至图18所示的天线2200测量的结果。图25至图 35所示的这些结果仅是为了例示而提供，而非为了限制。
更具体地，图25是示出针对图16至图18的示例性天线2200测量的VSWR对频率的示例性线图。通常，图25示出针对从约698MHz至约960MHz以及从约1710 MHz至约2700MHz的操作带宽，天线2200能够以相对良好的VSWR来操作。
图26至图35示出天线2200的各种辐射图案。更具体地，图26至图35分别示出在698MHz、880MHz、960MHz、1710MHz、1950MHz、2170MHz和2700MHz 的频率下对于方位平面(左侧)和phi 0°平面(右侧)，辐射图案的共面极化分量和交叉极化分量(虚线)。通常，图26至图35示出可被识别为垂直极化的天线的接近地平线上的辐射图案。
本文所公开的包括辐射贴片元件、天线接地平面、馈电元件、短路元件等的天线***可具有任何合适的尺寸(例如，高度、直径等)。天线***的各个组件的尺寸可基于特定规格、期望的结果等来确定。例如，本文所公开的馈电元件的高度可被确定为使得可基本上实现高频带中的阻抗匹配。
另外，天线***的各个组件的形状可为任何合适的形状。例如，根据形状的可制造性、成本效益、特定规格、期望的结果等，辐射贴片元件、馈电元件、短路元件等可为正方形、椭圆形、五边形等。
另外，尽管本文所公开的天线***被示出为包括一个天线、两个天线或四个天线，在不脱离本公开的情况下，可采用任何数量的天线。例如，天线***可包括三个天线、五个或更多个天线等。
本文所公开的天线***的示例性实施方式可适合于宽范围的应用，例如使用不止一个天线的应用，诸如LTE/4G应用、车载天线***和/或基础设施天线***(例如，用户端设备(CPE)、终端站、中心站、建筑内天线***等)。本文所公开的天线***可被配置为用作全向MIMO(多输入多输出)或SISO(单输入单输出)天线，但是本公开的各方面不仅仅限于全向天线和/或MIMO或SISO天线。本文所公开的天线***可被实现于诸如机器对机器(M2M)、车载、建筑内单元等的电子装置内部。在这种情况下，内部天线组件通常将在电子装置壳体内部并被电子装置壳体覆盖。作为另一示例，天线***可相反被容纳于可具有低轮廓的天线罩内。在这后一种情况下，内部天线组件将被容纳在天线罩内并被天线罩覆盖。因此，本文所公开的天线***不应限于任一种特定最终用途。
提供示例实施方式，使得本公开透彻，并将范围充分传达给本领域技术人员。陈述诸如特定部件、装置和方法的示例这样的许多具体细节，来提供本公开的实施方式的透彻理解。对本领域技术人员显而易见的是，不必采用具体细节，示例实施方式可以以许多不同形式来实施，且示例实施方式不应解释为限制公开的范围。在某些示例性实施方式中，不对已知工艺、已知装置结构和已知技术进行详细描述。另外，可以凭借本公开的一个或更多个示例性实施方式实现的优点和改进仅是为了例示的目的而提供的，并且不限制本公开的范围，这是因为本文所公开的示例性实施方式可以提供所有上述优点和改进或都不提供，并且仍然落在本公开的范围内。
本文所公开的具体数值尺寸和值、具体材料和/或具体形状实质上是示例，并且不限制本公开的范围。本文所公开的给定参数的具体值和值的具体范围不排除可以在本文所公开的一个或更多个示例中使用的其它值和值的范围。而且，可以想到，本文所描述的具体参数的任意两个具体值可以限定可适合于给定参数的值的范围的端点 (即，公开给定参数的第一值和第二值可被解释为公开给定值也可以采用介于第一值与第二值之间的任何值)。例如，如果本文中参数X被例示为具有值A并且还被例示为具有值Z，则可以想到，参数X可以具有从约A至约Z的值范围。类似地，可以想到，公开参数的两个或更多个值范围(无论这些范围是嵌套的、交叠的还是相异的) 包含了可利用所公开的范围的端点主张的值范围的所有可能组合。例如，如果本文中参数X被示例为具有在1–10或者2–9或者3–8范围内的值，则也可以想到，参数X 可以具有其它值范围，包括1–9、1–8、1–3、1–2、2–10、2–8、2–3、3–10以及3–9。
本文所使用的术语仅仅是为了描述特定示例实施方式，并非旨在限制。如本文所使用的，除非上下文中明确指示，否则单数形式“一”、“一个”也旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”可兼用，因此指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。本文所描述的方法步骤、处理和操作不应被解释为必须要求它们按照所讨论或者示出的特定顺序来执行，除非明确地标识了执行顺序。还应理解，可以采用附加或另选步骤。
当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“接合到”另一元件或层、“连接到”另一元件或层或者“结合到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、接合到另一元件或层、连接到另一元件或层或者结合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称作“直接在”另一元件或层“上”、“直接接合到”另一元件或层、“直接连接到”另一元件或层或者“直接结合到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词应该按照类似方式来解释(例如，“在之间”与“直接在之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何以及所有组合。
术语“约”在应用于值时指示计算或测量允许值的一些轻微的不精确(与值的精确值有某些接近；近似或者合理地接近该值；差不多)。如果出于某些原因，“约”所提供的不精确在本领域中无法使用此普通含义来理解，则本文所使用的“约”至少指示可能由于普通测量方法或者使用这些参数而产生的变化。例如，本文中术语“通常”、“约”和“大致”可用于表示在制造容差内。
尽管本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。本文中所使用的诸如“第一”、“第二”的术语以及其它数字术语并不暗示顺序或次序，除非上下文明确指示。因此，在不脱离示例实施方式的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称作第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于描述，本文中可以使用诸如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”等的空间相对术语来描述如图所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语可以旨在除了图中所描绘的方位之外还涵盖装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件将在其它元件或特征“上面”。因此，示例术语“下面”可以涵盖上面和下面的两种方位。装置可以按照其它方式定位(旋转90度或者处于其它方位)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述词。
对实施方式的上述说明是为了例示和说明的目的而提供的。并非旨在对本公开进行穷尽，或者限制。具体实施方式的独立元件、所预期或所描述的用途或特征通常不限于该具体实施方式，而在适用情况下可互换，并且可用于所选实施方式中(即使没有具体示出或描述)。实施方式还可以以许多方式来改变。这种变型例不被认为偏离公开，并且所有这种修改例旨在包括在公开的范围内。

Claims (24)

1.一种天线，该天线包括：
辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述馈电元件包括能够在2700MHz下作为接近短路单极操作的高频带元件。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述馈电元件包括能够操作以激励从1710兆赫至2700兆赫的频率范围的更高边缘的高频带元件。
4.根据权利要求2或3所述的天线，其中：
所述馈电元件包括印刷电路板；并且
所述高频带元件包括所述馈电元件的所述印刷电路板上的导电迹线。
5.根据权利要求2或3所述的天线，其中：
所述馈电元件包括垂直传输线；并且
所述高频带元件包括第一三角形部分和第二三角形部分，所述第一三角形部分和所述第二三角形部分连接至沿着所述馈电元件的垂直传输线的相反侧的第一水平部分和第二水平部分的对应端。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的天线，其中，所述馈电元件经由接近耦合电耦合至所述辐射贴片元件。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的天线，其中：
所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；并且
所述馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点。
8.根据权利要求7所述的天线，其中，所述垂直传输线的位置朝着所述馈电元件的所述水平馈电贴片的一端偏移。
9.根据权利要求7所述的天线，其中，所述馈电元件包括印刷电路板PCB，该PCB在第一侧具有所述垂直传输线并且在与所述第一侧相反的第二侧具有延伸接地平面。
10.根据权利要求7所述的天线，其中，所述馈电元件的所述水平馈电贴片包括被配置为延伸所述天线的高频带的电长度的至少两个L形狭槽或至少两个渐缩L形狭槽。
11.根据权利要求7所述的天线，其中，所述水平馈电贴片与所述辐射贴片元件之间的间隙被加载有空气和/或介电基板。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的天线，其中，所述短路元件中的至少一个包括被配置为改进阻抗匹配的短路元件贴片。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的天线，其中，所述天线接地平面包括被配置为改进阻抗匹配的开放式狭槽。
14.一种天线，该天线包括：
辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点，所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，
其中，所述水平馈电贴片与所述辐射贴片元件之间的间隙被加载有空气和/或介电基板。
15.一种天线，该天线包括：
辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，
其中，所述馈电元件包括垂直传输线和高频带元件，并且
所述高频带元件包括第一三角形部分和第二三角形部分，所述第一三角形部分和所述第二三角形部分连接至沿着所述馈电元件的垂直传输线的相反侧的第一水平部分和第二水平部分的对应端。
16.一种天线，该天线包括：
辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有环矩形形状；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点，所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面，
其中，所述馈电元件的所述水平馈电贴片包括被配置为延伸所述天线的高频带的电长度的至少两个L形狭槽或至少两个渐缩L形狭槽。
17.一种天线，该天线包括：
辐射贴片元件，该辐射贴片元件具有为矩形的外周边以及为矩形的开放内部；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面。
18.根据权利要求17所述的天线，其中，所述辐射贴片元件包括为矩形的并且限定所述开放内部的内周边，并且其中，沿着所述辐射贴片元件的所述外周边的一个或更多个边缘是弯曲的。
19.一种天线***，该天线***包括：
主动全球定位卫星天线；
被动天线，该被动天线包括：
辐射贴片元件；
天线接地平面，该天线接地平面与所述辐射贴片元件间隔开；
馈电元件，该馈电元件电耦合至所述辐射贴片元件；以及
至少两个短路元件，所述至少两个短路元件将所述辐射贴片元件电耦合至所述天线接地平面；以及
隔离器，该隔离器靠近所述辐射贴片元件，
其中，所述辐射贴片元件包括为矩形的外周边以及为矩形的开放内部。
20.根据权利要求19所述的天线***，其中，所述辐射贴片元件包括为矩形的并且限定所述开放内部的内周边，并且其中，沿着所述辐射贴片元件的所述外周边的一个或更多个边缘是弯曲的。
21.根据权利要求19或20所述的天线***，其中，所述两个短路元件的位置被配置为创建频率698MHz的四分之一波长的电路径。
22.根据权利要求19或20所述的天线***，其中：
所述馈电元件经由接近耦合电耦合至所述辐射贴片元件；
所述馈电元件包括垂直传输线和水平馈电贴片；并且
所述馈电元件将所述辐射贴片元件电耦合至馈电点。
23.根据权利要求22所述的天线***，其中：
所述馈电元件包括印刷电路板PCB，该PCB在第一侧具有所述垂直传输线并且在与所述第一侧相反的第二侧具有延伸接地平面，所述延伸接地平面延伸至所述PCB的高度的一半；并且/或者
所述馈电点包括耦合至所述垂直传输线的同轴探针。
24.根据权利要求19或20所述的天线***，其中，所述馈电元件包括水平馈电贴片，所述水平馈电贴片包括被配置为延伸所述天线的高频带的电长度的一个或更多个狭槽。
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