CN101529651A

CN101529651A - 层叠贴片天线

Info

Publication number: CN101529651A
Application number: CNA2007800393259A
Authority: CN
Inventors: 谢赫·塔亚姆; 安德里亚·富克斯; 艾曼·杜兹达尔; 赖俊杰
Original assignee: Laird Technologies Inc
Current assignee: Laird Technologies Inc
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: CN101529651B; WO2008033623A2; TW200818599A; US7528780B2; US20080068270A1; WO2008033623A3; JP2009506730A; TWI345334B; US7277056B1; EP1901439A1

Abstract

在各种示例性实施方式中，天线组件大体上包括第一贴片天线(58)和第二贴片天线(60)。第一贴片天线包括第一馈电点(94)并被调谐到第一频率。第二贴片天线包括第二馈电点(96)并被调谐到第二频率。该天线组件还可以包括传输线(84)，该传输线的第一端与第一馈电点相连。该传输线的第二端可以与第二馈电点相连。该传输线的第一端和第二端之一针对由第一贴片天线和第二贴片天线接收到的信号而提供信号输出。该天线组件还可以包括低噪声放大器(82)，该低噪声放大器根据该传输线的信号输出来接收信号。

Description

层叠贴片天线

技术领域

本发明涉及层叠贴片天线。

背景技术

此部分中的陈述仅提供了与本发明相关的背景技术，并且可能不构成现有技术。

现在参照图1，其示出了无线接收机系统10。如图所示，系统10包括被调谐至第一中心频率fc1的第一贴片天线12。系统10还包括被调谐至第二中心频率fc2的第二贴片天线14。在一些实施方式中，第一中心频率fc1可以是由卫星数字音频无线业务(SDARS)所使用的频率(例如，在美国为2.320GHz到2.345GHz，等)，而第二中心频率fc2可以是由全球定位系统(GPS)所使用的频率(例如，至少1.575GHz等)。

如图1所示，第一低噪声放大器(LNA)16对来自第一贴片天线12的信号进行放大。第二LNA 18对来自第二贴片天线14的信号进行放大。来自第一LNA 16和第二LNA 18的信号与中心频率分别位于fc1和fc2处的相应带通滤波器20、22的输入端相连。第一放大器24对来自第一带通滤波器20的输出端的信号进行放大。第二放大器26对来自第二带通滤波器22的输出端的信号进行放大。

第一无线接收机28接收来自第一放大器24的信号。在一些实施方式中，第一无线接收机28可以是与SIRIUS卫星无线广播信号和/或XM卫星无线广播信号兼容的SDARS接收机。第二无线接收机30接收来自第二放大器26的信号。在一些实施方式中，第二无线接收机30可以是包括显示器和/或用户界面的GPS接收机。

可以将第一贴片天线12、第二贴片天线14、第一LNA 16、第二LNA18、第一带通滤波器20、第二带通滤波器22、第一放大器24和第二放大器26组装为紧凑天线组件32。天线组件32适于安装在诸如机动车顶部之类的结构上。

可以使用同轴电缆来实现第一放大器24与第一无线接收机28之间的连接以及第二放大器26与第二无线接收机30之间的连接。与天线组件32的其他组件相关的成本相比，第一LNA 16、第二LNA 18和同轴电缆往往格外昂贵。

发明内容

根据各种示例性实施方式，天线组件大体上包括第一贴片天线和第二贴片天线。第一贴片天线包括第一馈电点并被调谐到第一频率。第二贴片天线包括第二馈电点并被调谐到第二频率。该天线组件还可以包括传输线，该传输线的第一端与第一馈电点相连。该传输线的第二端可以与第二馈电点相连。该传输线的第一端和第二端之一可以针对由第一贴片天线和第二贴片天线接收到的信号而提供信号输出。该天线组件还可以包括低噪声放大器，该低噪声放大器根据该传输线的信号输出来接收信号。

在其他示例性实施方式中，天线组件大体上包括第一贴片天线和第二贴片天线。第一贴片天线包括第一馈电点并被调谐到第一频率。第二贴片天线包括第二馈电点并被调谐到第二频率。在这些实施方式中，该天线组件还可以包括分别用于从第一贴片天线和第二贴片天线接收信号的第一低噪声放大器和第二低噪声放大器。该天线组件还可以包括分别用于从第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出端接收信号的第一带通滤波器和第二带通滤波器。放大器可以从第一带通滤波器的输出端接收信号并从第二带通滤波器的输出端接收信号。该放大器可以生成该天线组件的输出信号。

通过这里提供的说明书，其他应用领域将会变得明了。应该理解的是，本说明书和具体示例仅用于例示目的，而非用来限制本发明的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于例示目的，而绝非用来限制本发明的范围。

图1是根据现有技术的双频无线接收机系统的功能框图；

图2是根据示例性实施方式的无线接收机系统的功能框图；

图3是无线接收机系统的另一实施方式的功能框图；

图4是包括在图3所示的无线接收机系统中的层叠贴片天线的立体图；

图5是图4所示的层叠贴片天线的截面图；而

图6是位于图4所示的层叠贴片天线上的印制电路板的平面图。

具体实施方式

实质上，以下的说明书仅是示例性的，而非用于限制本公开、应用和用途。应该理解的是，贯穿所有附图，对应的标号表示相同或对应的部件和特征。

图2例示了实施本公开的一个或更多个方面的示例性无线接收机系统50。如图所示，系统50采用这样的机制：使得单根同轴电缆52(或其他适当的通信线路)能够从放大器70向分路器或双工器72传送输出信号，该分路器或双工器72随后将输出信号划分为分别针对第一无线接收机54和第二无线接收机56的相应第一信号。第一信号和第二信号的中心频率分别位于fc1和fc2处。在一些实施方式中，第一无线接收机54可以是与SIRIUS卫星无线广播信号和/或XM卫星无线广播信号兼容的SDARS接收机。在一些实施方式中，第二无线接收机56可以是包括显示器和/或用户界面的GPS接收机。

系统50包括被调谐至第一中心频率fc1的第一贴片天线58。系统50还包括被调谐至第二中心频率fc2的第二贴片天线60。在一些实施方式中，fc1(例如)可以是由全球定位系统(GPS)所使用的频率，而fc2可以是由卫星数字音频无线业务(SDARS)所使用的频率。另选的是，可以例如通过调整天线结构的尺寸，将贴片天线58和/或贴片天线60中的任一个或二者配置为分别接收GPS和SDARS以外的其他信号，和/或调谐到较高或较低频带。另外或另选的是，可以通过相应地改变基板的介电材料来为第一贴片天线58和/或第二贴片天线60选择频带范围以获得特定频带。

可以按照2004年7月20日提交的德国专利申请No.102004035064.7和/或2005年7月20日提交的美国专利申请No.11/185,015中公开的示例性方式将第二贴片天线60层叠在第一贴片天线58上，此处通过引用将这两个公开的全部内容并入。

第一低噪声放大器(LNA)62对来自第一贴片天线58的信号进行放大。第二LNA 64对来自第二贴片天线60的信号进行放大。来自第一LNA 62和第二LNA 64的信号经过中心频率分别在fc1和fc2处的相应带通滤波器66、68。对来自第一带通滤波器66和第二带通滤波器68的输出信号进行组合并施加给放大器70的输入端。

分路器或双工器72接收来自放大器70的信号，并将该信号划分为以fc1为中心的第一信号和以fc2为中心的第二信号。第一接收机54接收第一信号。第二无线接收机56接收第二信号。

可以将第一贴片天线58、第二贴片天线60、第一LNA 62、第二LNA64、第一带通滤波器66、第二带通滤波器68以及放大器70组装为紧凑天线组件74。这个紧凑天线组件74适于安装在诸如机动车顶部之类的结构上。

现在参照图3，其示出了无线接收机系统80的第二实施方式。系统80采用了这样的机制：使得单个LNA 82能够对来自第一贴片天线58的信号进行放大并能够对来自第二贴片天线60的信号进行放大。系统80还采用单根同轴电缆52来从放大器70向双工器72传送信号。可以按照2004年7月20日提交的德国专利申请No.10 2004 035 064.7和/或2005年7月20日提交的美国专利申请No.11/185,015中公开的示例性方式将第一贴片天线58层叠在第二贴片天线60上，此处通过引用将这两个公开的全部内容并入。

第一贴片天线58的馈电点与第二贴片天线60的馈电点之间连接有传输线84。传输线84可以被形成为图6所示的印制电路板(PCB)90上的迹线。下面将对传输线84进行更详细的说明。

LNA 82对来自第二贴片天线60的信号进行放大。LNA 82还对来自第一贴片天线58的信号进行放大。传输线84将信号从第一贴片天线58传送至LNA 82的输入端。LNA 82的输出端与第一带通滤波器66的输入端和第二带通滤波器68的输入端相连。第一带通滤波器66的输出端和第二带通滤波器68的输出端耦接并与放大器70的输入端相连。

放大器70的输出端与双工器72的输入端相连。双工器72从放大器70的输出端接收信号，并将该信号划分为以fc1为中心的第一信号和以fc2为中心的第二信号。第一无线接收机54接收第一信号。第二无线接收机56接收第二信号。

可以将第一贴片天线58、第二贴片天线60、LNA 82、带通滤波器66、68以及放大器70组装为紧凑天线组件86。这个紧凑天线组件86适于安装在诸如机动车顶部之类的结构上。

现在将对传输线84进行更详细的说明。为了使层叠组合后的第一贴片天线58和第二贴片天线60适当地工作，优选地应该最小化或至少减少这两个贴片天线之间的任何干扰。减少第一贴片天线58与第二贴片天线60之间的干扰可以等同于增大二者之间的隔离度(isolation)。

在下面的示例中，fc1是2320MHz到2345MHz之间的SDARS频率，而fc2是1575MHz的GPS频率。一种增大由传输线84提供的隔离度的示例性方式是确保从第一贴片天线58看去的阻抗在GPS频率处为高，还确保(第二贴片天线60看到的)第一贴片天线58的阻抗在SDARS频率处保持为高。可以利用位于第一贴片天线58与第二贴片天线60之间、特性阻抗为50欧姆的传输线84来实现这一点。在一些实施方式中，传输线84在该GPS频率处为四分之一波长。

在无损耗且均质(homogenous)的介电介质(以介电常数ξ_r和渗透率μ来表征)中，可以通过以下等式来分析传输线84的作用：

Z_{in} = \frac{Z_{load} + jtgβl}{1 + j z_{load} tgβl}

(等式1)

β＝2π/λ (等式2)

λ = \frac{C}{f \sqrt{ξ_{r}}}

(等式3)

其中

C＝光速，

f＝频率，

ξ_r＝介质的相对介电常数，

Z_in＝在输入端变换后的阻抗(变换阻抗)，

z_load＝在输入端的相对侧的阻抗(负载阻抗)，而

λ＝波长。

如果传输线84的长度l在GPS频率处为λ/4，则第一贴片天线58的低阻抗被变换为下面等式4所示的高阻抗。

Z_in≈jtgβl≈jtg(π/2)＝∞ (等式4)

在SDARS频率处，传输线84的长度l为1.47λ(约1.5λ)。由于第二贴片天线60具有高阻抗，因此从第二贴片天线60看去第一贴片天线58具有以下阻抗：

Z_in≈jtgβl≈jtg(π/2)＝∞ (等式5)

因此，传输线84在第一贴片天线58与第二贴片天线60之间提供了令人满意的隔离度。

在一些实施方式中，传输线84包括(GPS频率处的)四分之一波长变换器，该四分之一波长变换器可用作射频扼流圈(radio frequencychoke)，将来自第一贴片天线58的输出或信号与来自第二贴片天线60的不同输出或信号隔离开。例如，一些实施方式可以使传输线84将第一贴片天线58接收到的SDARS信号与第二贴片天线60接收到的GPS信号隔离开。然而，如这里所提到的，可以例如通过调整贴片天线58和/或60各自的介电常数和/或各自的天线结构的尺寸，将贴片天线58和/或60中的任一个或二者配置为分别接收SDARS信号和GPS信号以外的其他信号和/或调谐成更高或更低的频带。在一些实施方式中，贴片天线58和/或60各包括设置在下基板的上表面上的二分之一波长(λ/2)天线结构以接收GHz范围内的天线发射频率。

现在参照图4，其示出了天线组件86的立体图。第一贴片天线58被表示为位于第二贴片天线60上。第二贴片天线60位于PCB 90上。PCB90的元件侧92包括用于容纳元件LNA 82、带通滤波器66和68、放大器70以及传输线84的电路迹线和焊盘。第一导线94提供了到第一贴片天线58的馈电点的连接。第二导线96提供了到第二贴片天线60的馈电点的连接。第一贴片天线58包括第一介电层98。在一些实施方式中，第一介电层98的介电常数大约为20。第二贴片天线60包括第二介电层99。在一些实施方式中，第二介电层99的介电常数可以在2到4之间(包括2和4)。在这些实施方式中，第一介电层98的介电常数一般大于第二介电层99的介电常数。这种关系总体上确保了第二贴片天线60具有足够的表面积来容纳第一贴片天线58。

现在参照图5，沿图4中的截线5-5以截面图示出了天线组件86。第二贴片天线60为第一贴片天线58提供了金属化层。为第二贴片天线60提供了第二金属化层102。第二金属化层102层叠在PCB 90与第二介电层99之间。

现在参照图6，其示出了PCB 90的元件侧92。在所例示的实施方式中，可以将传输线84形成为PCB 90上弯曲的电路迹线。元件侧92还包括容纳和连接以下元件的多个焊盘和迹线104：LNA 82、第一带通滤波器66、第二带通滤波器68和放大器70。

应该注意的是，本公开的实施方式和各方面可以被用在广泛的天线应用中，例如，贴片天线、车载通信天线(telematics antenna)、被配置用于接收卫星信号(例如，卫星数字音频无线业务(SDARS)信号、全球定位系统(GPS)信号、蜂窝信号等)、地面信号的天线、被配置用于接收RF能量或无线传输(例如，AM/FM广播信号等)的天线、这些天线的组合，以及在天线之间传送无线信号的其他应用中。相应地，本发明的范围不应仅限于一种具体形式/类型的天线组件。

另外，可以将这里公开的各种天线组件和元件安装到广泛的支撑结构上，包括静态平台和移动平台。例如，可以将这里公开的天线组件安装到公共汽车、火车、飞机以及其他移动平台的支撑结构上。相应地，不应将对这里的机动车辆的具体引用理解成将本发明的范围限制为任何具体类型的支持结构或环境。

这里仅出于参考目的而使用了特定术语，因而不希望这些特定术语是限制性的。例如，诸如“上”、“下”、“上方”、“下方”之类的措辞是指所引用的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后方”“底部”和“侧面”之类的措辞描述了部件部分在通过引用描述正讨论的元件的文本和相关附图而清楚阐述的引用的一致但任意框架内的定向。这种措辞可以包括上面具体提到的词、其派生词以及类似方式引入的词。类似地，除非上下文中明确指出，措辞“第一”、“第二”以及涉及结构的这种其他数字措辞不暗含次序或顺序。

在介绍要素或特征以及示例性实施方式时，冠词“一个”、“该”和“所述”是为了表示存在一个或更多个这种要素和特征。措辞“包括”和“具有”是涵盖性的，表示可以存在除具体指出的要素或特征以外的其他要素或特征。还应理解的是，除非具体指定执行顺序，这里描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求按所描述或例示的特定顺序来执行。还应该理解的是，可以采用另外或另选步骤。

实质上本发明的说明书仅是示例性的，因此希望将不脱离本发明的要旨的变型例包括在本发明的范围内。不应认为这些变型例脱离了本发明的主旨和范围。

Claims

1、一种天线组件，该天线组件包括：

第一贴片天线，其包括第一馈电点，该第一贴片天线被调谐到第一频率；

第二贴片天线，其包括第二馈电点，该第二贴片天线被调谐到第二频率；

传输线，其具有与第一馈电点相连的第一端和与第二馈电点相连的第二端，该传输线的第一端和第二端之一针对由第一贴片天线和第二贴片天线接收到的信号而提供信号输出；

低噪声放大器，其根据该传输线的信号输出来接收信号。

2、根据权利要求1所述的天线组件，其中第一频率与卫星数字无线业务相关联，而第二频率与全球定位系统相关联。

3、根据权利要求1所述的天线组件，其中第一贴片天线与第二贴片天线层叠在一起。

4、根据权利要求1所述的天线组件，其中所述传输线形成在印制电路板上。

5、根据权利要求4所述的天线组件，其中所述传输线包括电路板迹线。

6、根据权利要求5所述的天线组件，其中所述电路板迹线包括弯曲的图案。

7、根据权利要求1所述的天线组件，其中所述传输线包括在与全球定位系统相关联的频率处的四分之一波长变换器。

8、根据权利要求1所述的天线组件，其中该天线组件包括仅仅一个所述低噪声放大器。

9、根据权利要求1所述的天线组件，该天线组件还包括从所述低噪声放大器的输出端接收信号的第一带通滤波器和第二带通滤波器。

10、根据权利要求9所述的天线组件，该天线组件还包括放大器，该放大器从第一带通滤波器的输出端接收信号并从第二带通滤波器的输出端接收信号，其中所述放大器生成该天线组件的输出信号。

11、根据权利要求10所述的天线组件，其中该天线组件包括仅仅一个所述放大器。

12、根据权利要求10所述的天线组件，其中所述放大器被配置为与双工器相连，该双工器接收来自所述放大器的输出信号并将该输出信号划分为针对第一无线接收机的以第一频率为中心的第一信号和针对第二无线接收机的以第二频率为中心的第二信号。

13、根据权利要求10所述的天线组件，该天线组件还包括用于将所述输出信号从所述放大器传送至双工器的单个通信链路。

14、根据权利要求13所述的天线组件，其中所述单个通信链路包括单根同轴电缆。

15、根据权利要求10所述的天线组件，其中来自第一带通滤波器和第二带通滤波器的信号被组合并施加给所述放大器的输入端，由此进行放大。

16、根据权利要求1所述的天线组件，其中所述传输线在第一贴片天线与第二贴片天线之间具有50欧姆的特性阻抗。

17、根据权利要求1所述的天线组件，其中所述传输线的长度在与全球定位系统相关联的频率处为四分之一波长，并且所述传输线的长度在与卫星数字无线业务相关联的频率处为约1.5倍波长。

18、一种天线组件，该天线组件包括：

第一低噪声放大器，其接收来自第一贴片天线的信号；

第二低噪声放大器，其接收来自第二贴片天线的信号；

第一带通滤波器，其接收来自第一低噪声放大器的输出端的信号；

第二带通滤波器，其接收来自第二低噪声放大器的输出端的信号；以及

放大器，其接收来自第一带通滤波器的输出端的信号并接收来自第二带通滤波器的输出端的信号，该放大器生成所述天线组件的输出信号。

19、根据权利要求18所述的天线组件，其中该天线组件包括仅仅一个所述放大器。

20、根据权利要求18所述的天线组件，其中所述放大器被配置为与双工器相连，该双工器接收来自所述放大器的输出信号并将该输出信号划分为针对第一无线接收机的以第一频率为中心的第一信号和针对第二无线接收机的以第二频率为中心的第二信号。

21、根据权利要求18所述的天线组件，该天线组件还包括用于将所述输出信号从所述放大器传送至双工器的单个通信链路。

22、根据权利要求21所述的天线组件，其中所述单个通信链路包括单根同轴电缆。

23、根据权利要求18所述的天线组件，其中来自第一带通滤波器和第二带通滤波器的信号被组合并施加给所述放大器的输入端，由此进行放大。

24、根据权利要求18所述的天线组件，其中第一频率与卫星数字无线业务相关联，而第二频率与全球定位系统相关联。

25、根据权利要求18所述的天线组件，其中第一贴片天线与第二贴片天线层叠在一起。

26、一种天线组件，该天线组件包括：

与第一贴片天线层叠在一起的第二贴片天线，该第二贴片天线包括第二馈电点，该第二贴片天线被调谐到与第一频率不同的第二频率；

低噪声放大器，其根据该传输线的信号输出来接收信号；

第一带通滤波器和第二带通滤波器，它们接收来自该低噪声放大器的输出端的信号；

放大器，其接收来自第一带通滤波器的输出端的信号并接收来自第二带通滤波器的输出端的信号，该放大器生成输出信号；

双工器，其接收来自该放大器的输出信号并将该输出信号划分为针对第一无线接收机的以第一频率为中心的第一信号和针对第二无线接收机的以第二频率为中心的第二信号；以及

同轴电缆，其用于将该输出信号从该放大器传送至该双工器。

27、根据权利要求26所述的天线组件，其中第一频率与卫星数字无线业务相关联，而第二频率与全球定位系统相关联。

28、根据权利要求26所述的天线组件，其中所述传输线是印制电路板上具有弯曲图案的电路板迹线。

29、根据权利要求26所述的天线组件，其中该天线组件包括仅仅一个所述低噪声放大器、仅仅一个所述放大器和将所述放大器连接到所述双工器的仅仅一根所述同轴电缆。

30、根据权利要求26所述的天线组件，其中所述传输线的长度在与全球定位系统相关联的频率处为四分之一波长，并且所述传输线的长度在与卫星数字无线业务相关联的频率处为约1.5倍波长。