[發明專利]三維天線陣列和結構

有效

• 申請號: 201010596716.4
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102136635A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·G·亞歷克索普洛斯;劉運宏
• 申請（專利權）人: 美國博通公司
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q1/38
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 蔡曉紅

技術領域

本發明涉及無線通信系統，更具體地說，涉及一種用于上述系統的天線。

背景技術

眾所周知的，通信系統支持無線和/或有線連接的通信設備間進行無線和有線連接通信。這些通信系統包括了從全國移動電話和/或國際移動電話到互聯網到點對點家庭無線網絡再到射頻識別(RFID)系統。每種類型的通信系統都依據一個或多個通信標準構建繼而運行。例如，射頻(RF)無線通信系統運行中依據的標準包括RFID、IEEE?802.11、藍牙，高級移動電話系統(AMPS)、數字AMPS、全球移動通訊系統(GSM)、碼分多址(CDMA)、WCDMA、本地多點分配系統(LMDS)、多路多點分配系統(MMDS)、LTE、WiMAX和/或上述各種的變形，但并不僅限于此。在另一個范例中，紅外(IR)通信系統在運行中依據的一個或多個標準包括IrDA(紅外數據組織)，但并不僅限于此。

包括移動電話、雙向無線通信、個人數字助理(PDA)、個人計算機(PC)、筆記本電腦、家庭娛樂裝置、RFID閱讀器、RFID標簽等在內的無線通信設備根據RF無線通信系統的類型與其它通信設備直接地或間接地進行通信。直接通信(又稱為點對點通信)中，參與的無線通信設備調諧其接收器和發射器到同一信道或相同的多個信道(例如，無線通信系統中多個射頻(RF)載波的一個)，并在該/這些信道上通信。間接通信中，每個無線通信設備經由指定信道與相關基站(例如，移動電話服務)和/或相關接入點(例如，家庭網絡或建筑內網絡)直接通信。為完成無線通信設備間的無線通信連接，相關基站和/或相關接入點相互間進行通信，方式包括直接地、通過系統控制器、通過公共交換電話網絡、通過互聯網地和/或一些其它廣域網。

參與無線通信的每個RF無線通信設備可以內置無線收發器(即接收器和發射器)，也可以連接相關無線收發器(例如，服務家庭和/或建筑內無線通信網絡的基站、RF調制解調器等)。已熟知的是，接收器連接天線，并且包含低噪聲放大器，一個或多個中頻級、過濾級、和數據恢復級。低噪聲放大器通過天線接收入站RF信號并放大。一個或多個中頻級通過混合放大的RF信號和一個或多個本地振蕩將放大的RF信號轉換成基帶信號或中頻(IF)信號。過濾級從頻帶信號中濾去天線不需要的基帶信號或IF信號后生成過濾信號。數據恢復級依據特定的無線通信標準從過濾信號恢復原始數據。

同樣熟知的，發射器包含數據調制級、一個或多個中頻級和功率放大器。數據調制級依據特定的無線通信標準將原始數據轉換成基帶信號。一個或多個中頻級通過混合基帶信號和一個或多個本地振蕩生成RF信號。功率放大器在經天線發射前放大該RF信號。

由于無線通信的無線部分都是從天線開始和結束，所以正確設計的天線結構是無線通信設備的重要部件。已熟知的，天線結構設計有工作頻率對應的所需阻抗(如50Ohms)、中心為所需工作頻率的所需帶寬、所需長度(例如，對單極天線取工作頻率的四分之一波長)。進一步熟知的是，天線結構包括單極或雙極天線、分集天線結構、相同極化、不同極化和/或任何數量的其它電磁性質。

RF接收器上的一種流行天線結構是三維室外螺旋天線，像拉伸的彈簧。室外螺旋天線提供磁性全方位單極天線。其它類型的三維天線包括長方形、角形等形狀的孔徑天線；三維雙極天線的形狀包括錐形、筒形、橢圓形等；反射天線包含平面反射器、角反射器或拋物線反射器。這些三維天線的問題是它們無法在基板中實質的二維空間內實施，例如集成電路(IC)和/或支撐IC的印刷電路板(PCB)。

已知的二維天線包含彎曲的圖樣或微帶構造。為了有效天線操作，天線長度應在單極天線中取四分之一波長以及雙極天線中取二分之一波長，波長λ＝c/f，其中c是光速，f是頻率。例如，1/4波長的天線在900MHz時的總長度約為8.3厘米(即0.25*(3×10⁸m/s)/(900×10⁶c/s)＝0.25*33cm，其中m/s為米每秒，c/s?為周期每秒)。另一個范例中，1/4波長的天線在2400MHz時的總長度約為3.1厘米(即0.25*(3×108m/s)/(2.4×109c/s)＝0.25*12.5em)。