[發明專利]無線電模塊及其雙頻帶高分離度天線結構

有效

• 申請號: 201110067345.5
• 申請日: 2011-03-21
• 公開（公告）號: CN102201614A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·G·亞歷克索普洛斯;尹承煥
• 申請（專利權）人: 美國博通公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q21/00;H01Q21/30;H04B1/38
• 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;李琴

技術領域

本發明涉及無線通訊系統，特別是在無線通訊系統內使用的天線。

背景技術

眾所周知，通訊系統是在有線和/或無線通訊設備之間用來支持有線通訊和無線通訊的。這種通訊系統的應用范圍從國內和/或國際蜂窩電話系統到互聯網到家庭點對點無線網絡再到無線電頻率識別(RFID)系統。每種通訊系統都依據一個或多個通訊標準來構建和操作。例如，無線電頻率(RF)無線通訊系統可以依據以下的一個或多個標準操作，包括但不局限于以下標準：無線電頻率識別(RFID)、IEEE802.11、藍牙、高級移動電話系統(AMPS)、數字高級移動電話系統、全球移動通信系統(GSM)、碼分多址(CDMA)、WCDMA、本地多點分配系統(LMDS)、多通道多點分配業務(MMDS)、LTE、WiMAX、和/或其各種變形。再例如，紅外線(IR)通訊系統可以依據以下一個或多個標準操作，包括但不局限于紅外線數據傳輸協議(Infrared?Data?Association，IrDA)。

根據無線電頻率無線通訊系統的種類，一個無線通訊裝置，例如便攜式電話系統、雙向無線電、個人數字助理(PDA)、個人電腦(PC)、便攜式計算機、家庭娛樂設施、RFID讀取器、RFID標簽等，直接或間接和其它無線通訊裝置通信連接。對直接通信(另稱為點對點通訊)，參與通訊的無線通訊裝置把它們的接收器和發射器調整到相同的信道(例如無線通訊系統的眾多無線電頻率(RF)載波中的一個)，并通過這些信道來通訊。對間接無線通訊，每個無線通訊裝置和一個相關聯的基站(例如用于蜂窩服務)和/或一個相關聯的接入點(例如用于室內或建筑內無線網絡)通過已分配的信道直接通訊。為了完成無線通訊裝置之間的通訊連接，相關聯的基站和/或相關聯的接入點通過系統控制器、公共電話交換網絡、互聯網和/或一些其它的廣域網相互直接通訊。

對每一個參加無線通訊的RF無線通訊裝置，都有內置的無線電收發器(例如接收器和發射器)，或者和相關聯的無線電收發器(例如室內或建筑內無線通信網絡的基站、RF調制解調器等)連接。眾所周知，接收器和天線連接，包括：低噪聲放大器、一個或多個中頻階、濾波階和數據恢復階。低噪聲放大器通過天線接收入站RF信號并將其放大。一個或多個中頻階把放大后的RF信號和一個或多個本機振蕩混在一起，把放大后的RF信號轉化成基帶信號或中頻信號。濾波階對基帶信號或中頻信號濾波以減弱不需要的帶外信號，生成經濾波的信號。數據恢復階依據特定的無線通訊標準從經濾波的信號里恢復原始數據。

眾所周知，發射器包括數據調制階、一個或多個中頻階和功率放大器。數據調制階依據特定的無線通訊標準把原始數據轉化成基帶信號。一個或多個中頻階把基帶信號和一個或多個本機振蕩混頻以生成RF信號。功率放大器放大該RF信號然后通過天線傳播。

由于無線通訊的無線部分起始和終止于天線，一個適當設計的天線結構是無線通訊裝置的一個重要元件。眾所周知，天線結構被設計成具有工作頻率上的期望阻抗值(例如50歐姆)、以期望的工作頻率為中心的期望帶寬和期望的長度(例如，對于單極天線，是工作頻率的1/4波長)。大家進一步知道，天線結構可以包括單極或雙極天線、分集式天線結構，具有相同的極化、不同的極化、和/或一些其它的電磁特性。

RF收發器所廣泛采用的一種天線結構是三維空中螺旋形天線，其類似于一個擴張的彈簧。空中螺旋形天線提供的是全方位磁單極天線。其它種類的三維天線有矩形狀、號角狀等形狀的孔式天線；三維雙極天線有圓錐形、圓柱形、橢圓形等形狀的天線；反射面天線有平面反射器、角反射器或者拋物線反射器。這種三維天線的問題在于，他們不能用于基底(例如集成電路(IC)和/或支持集成電路(IC)的印刷電路板)的實質上的二維空間里。

眾所周知，二維天線包括曲形結構或微帶結構。為了更有效率的操作天線，單極天線的長度應該是波長的1/4，雙極天線的長度應該是波長的1/2，其中波長λ＝c/f(其中c是光速，f是頻率)。例如，頻率是900MHz的1/4波長的天線的總長度大概是8.3厘米(也就是0.25*(3x10⁸m/s)/(900x10⁶c/s)＝0.25*33cm，其中m/s是米每秒，c/s是每秒周數)。另外一個例子中，頻率是2400MHz的1/4波長的天線的總長度大概是3.1厘米(也就是0.25*(3x10⁸m/s)/(2.4x10⁹c/s)＝0.25*12.5厘米)。

發明內容