[發明專利]可配置的多頻帶天線裝置及其設計方法

有效

• 申請號: 201710695405.5
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107768813B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: J-P·庫佩
• 申請（專利權）人: 法國礦業電信學校聯盟/法國國立高等電信布列塔尼學院
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q5/28;H01Q5/307;H01Q9/40;H01Q9/42
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

本發明公開了一種天線裝置及其設計方法，該天線裝置被調諧為在多個頻帶中輻射。天線裝置包括第一導電元件，該第一導電元件具有緊湊的線性2D或3D形狀因子。它還包括附接到第一導電元件的葉片，葉片的位置、尺寸、形狀因子和取向基于它們對基模和諧波模的頻移的影響來定義，以使得天線裝置在多個預定義的頻率輻射。該設計方法使用熱區的圖，在該熱區中對針對葉片定義的參數的靈敏度最大。有利地，按照使用葉片的參數對于不同輻射模的影響的正交性的方式來執行該設計方法。天線裝置緊湊，并且非常適于對IoT和消費者通信設備的應用。

技術領域

本發明涉及在VHF、UHF、S、C、X或更高頻帶中具有多個頻率模式的天線裝置。具體而言，可以以簡單的方式設計和調諧根據本發明的天線裝置，以便以緊湊的形狀因子在多個頻率(特別是在微波或VHF/UHF域中)發送/接收(T/R)射頻信號。

背景技術

飛行器、船舶、火車、卡車、汽車上載有的或行人攜帶的終端或智能電話在行進中需要被連接。這些設備需要在高吞吐量和低功率預算下對語音和數據的短距離和極遠距離通信能力，包括觀看或收聽多媒體內容(視頻或音頻)或參與交互游戲。車輛上載有的或位于制造廠、辦公室、倉庫、儲存設施、零售店、醫院、體育場館或家庭中的各種物體都連接到物聯網(IoT)：用以定位并識別庫存中的物體或者將人員保留在限制區域內或外部的標簽；用以監測其用戶的身體活動或健康參數的設備；用以捕獲環境參數(污染物濃度；測濕法；風速等)的傳感器；用以遠程控制和指揮各種家用器具的致動器，或更一般地，可以是智能化指揮控制通信系統的一部分的任何類型的電子設備，該系統例如被編程以捕獲/處理信號/數據，將其發送到另一個電子設備、或服務器，使用實施基于人工智能或知識的推理的處理邏輯來處理數據和返回信息或者激活由致動器實施的命令。

對于連接這些類型的物體或平臺，RF通信比固定線路通信用途更廣。因此，射頻T/R模塊在專業和消費者應用中已經很普及并將越來越普及。多個T/R模塊可以實施在同一設備上。作為示例，智能電話通常包括蜂窩通信T/R模塊、Wi-Fi/藍牙T/R模塊、衛星定位信號(來自全球導航衛星系統或GNSS)的接收機。WiFi、藍牙和3G或4G蜂窩通信在2.5GHz頻帶(S頻帶)中。GNSS接收機通常在1.5GHz頻帶(L頻帶)中工作。射頻識別(RFID)標簽在900MHz頻帶(UHF)或更低頻帶中工作。近場通信(NFC)標簽在13MHz頻帶(HF)中以極短的距離(約10cm)工作。

似乎針對IoT連接的一種良好折衷在于VHF或UHF頻帶(30-300MHz和300MHz至3GHz)以獲得足夠的可用帶寬和范圍、對多徑反射的良好恢復力以及低功率預算。

針對處于這些頻帶的T/R模塊的設計，要解決的問題是獲得足夠緊湊以適應連接對象的形狀因子的天線。一種適用于VHF頻帶的單極型傳統全向天線長度在25cm與2.5m(λ/4)之間。公開號為WO2015007746的PCT申請特別提供了針對這個問題的解決方案，該申請具有相同的發明人并且共同轉讓給本申請的申請人。本申請公開了一種塞子(bung)類型的天線裝置，其中，組合多個天線元件，以使得裝置的最大尺寸與波長之間的比率遠低于波長的十分之一，甚至低于波長的二十分之一，或在一些實施例中低于波長的五十分之一。為了實現這樣的效果，控制天線的基模的天線元件被卷繞成3D形狀因子(例如，螺旋形)，以使得其外部尺寸相對于其長度減小。

但是，還需要所連接的設備與使用WiFi或藍牙頻帶和協議進行通信的終端兼容。在這種用例中，T/R模塊的一些級必須與VHF和S頻帶都兼容。如果添加了GNSS接收機，則還需要在L頻帶中的T/R能力。這意味著這種設備的天線裝置應該能夠同時或相繼地以不同的頻帶進行通信。添加與頻帶一樣多的天線在形狀因子、功率預算和材料方面是昂貴的。這對于天線的設計產生了另一個具有挑戰性的問題。公開號為WO200122528和WO200334544的PCT申請公開了針對基站天線的一些解決方案。但是這些解決方案并非在VHF頻帶中工作，并且未提供在這些頻帶中足夠緊湊的裝置。

因此，本發明的目的在于提供一種天線裝置，其足夠緊湊以適應小形狀因子并且可以在例如從VHF頻帶到S或C頻帶的頻帶下進行工作。