專利名稱：可調雙工天線和方法
技術領域：
在此公開的主題一般涉及用于通信網絡的雙工器。更具體地，在此公開的主題 涉及與通信天線結合使用的雙工器。
背景技術：
在通信系統中，雙工器能夠使用同一天線同時收發信號。在典型的發送操作 中，只有指定傳輸頻率的信號能被傳送給天線，該天線將這個信號作為射頻信號發送到 空中。在典型的接收操作中，天線接收的信號被發送給雙工器以僅選擇一個指定頻率的 信號。雙工器使用諧振電路來隔離發送機和接收機，使得發送機和接收機能同時作用在 同一天線上且發送機不會對接收機產生不利影響。雙工器使用諸如各種帶通濾波器和陷 波器的濾波器來實現信號傳輸中的隔離和連續性。在雙工器的操作中，濾波器必須在使 期望的信號通過的同時盡可能多地濾除不期望的信號。手機功能多樣性的增加導致雙工器設計的復雜度加大。例如，增加的手機功能 諸如雙模(例如模擬模式和數字模式的結合，或者多個數字模式的結合，諸如TDMA或 者CDMA)，以及雙頻(例如，800MHz的頻帶和1.9GHz的頻帶的結合，或者900MHz的 頻帶和1.8GHz的頻帶或1.5GHz的頻帶的結合)一直在增加手機的架構和電路的復雜度。 涉及功能的頻率實現的增加影響了天線的帶寬。天線帶寬通常是一個頻率范圍，在該頻 率范圍內天線能夠工作，同時其某些其他特性保持在給定范圍內。因此，增大的頻率范 圍提高了對若干頻道范圍內性能的要求，或者對寬帶寬天線的性能的要求。而且，為了 在發送機和接收機的工作中維持其間適當的隔離度和可靠的信號傳輸的同時，支持這些 多種多樣的功能，現有的通信設備使用固定的冗余電路，例如數量增加的開關和濾波器 以補償和擴展雙工器的性能。從而，這種濾波器的使用和數量的增長造成了對濾波器的 性能進行優化的需求。對于部件簡化和高性能的通信設備有持續性的需求。通信電子領域非常期望摒 棄多余的部件，功能或線路，同樣期望提高通信設備的性能而不增加設備尺寸或重量。 而且，對可靠的和高質量的信號傳輸，改善的發送機-接收機隔離度以及與雙工器有關 的超高Q值電路有持續性的需求。此外，進一步的考慮包括極化，隔離度和尺寸之間的 權衡，調諧精度，以及給定頻帶的發送/接收頻率間隔與頻帶之間批調諧的比。目前，微機電系統(Micro-electro-mechanical system，MEMS)技術應用于各種 濾波電路中。示例性的MEMS部件已經被用于包括MEMS電容和聲共振器的濾波中。 盡管MEMS部件在應用于濾波的發展中已經取得進步，對這些部件的改進的性能和穩定 性，以及優化性能和多頻段應用的可調性還有持續性的需求。
因此，在改進的雙工器電路、相關部件以及用于雙工器電路的改進的MEMS部 件中存在改進的空間。
發明內容
依照本公開，提供了一種用于通信網絡的雙工器及相關方法。尤其地，在一個 實施例中，提供了一種可包括第一天線和第二天線的可調輻射雙工器，該第一天線包括 第一可變電容，第二天線包括第二可變電容。本公開的主題的目的是提供一種可以結合天線和雙工器功能的可調雙工天線 (潛在地還有匹配網絡和/或濾波器)，其可以降低插入損耗，提供更小的整體解決方 案，而且可以提供多通信頻帶范圍內的操作。在此公開的主題的一些目的已經在上文中陳述，而且通過本公開的主題能夠實 現這些目的的全部或一部分，當結合如下文所最佳描述的附圖進行說明時，其它目的將 明顯。
通過下面的詳細說明，將更容易理解本主題的特征和優點，應該結合僅以示例 性和非限定性的示例的方式給出的附圖閱讀這些說明，其中圖1是根據本公開主題的實施例的可調輻射雙工器的示意圖；圖2A和圖2B是根據本公開主題的兩個不同實施例的可調輻射雙工器的可調天 線的設置的主視圖；圖3是根據本公開主題的成一直線的實施例的可調輻射雙工器的側視圖；圖4是根據本公開主題的并排式實施例的可調輻射雙工器的主視圖；圖5是根據本公開主題的并排式實施例的可調輻射雙工器的透視圖；圖6A至圖6C是圖5所示的可調輻射雙工器的不同結構的回流損耗曲線圖；圖7是根據本公開主題的并排式實施例的可調輻射雙工器的主視圖，圖中天線 彼此相對設置；圖8是根據本公開主題的并排式實施例的可調輻射雙工器的主視圖，圖中天線 被隔離欄分隔；圖9是根據本公開主題的實施例的可調輻射雙工器的示意圖。
具體實施例方式本主題提供了一種可調雙工天線的設計和方法。一方面，本主題提供了一種可 調輻射雙工器，通常在圖1中標記為100，其可以包括在一個單基板內或一個單基板上的 兩個或更多個可調窄頻帶天線。例如，可調輻射雙工器100可以包括與接收終端RX通 信的第一天線101，以及與發送終端TX通信的第二天線102。第一天線101還可以包括 第一可調濾波器Fl (例如TX濾波器和/或匹配網絡，如有需要)，第二天線102可以包 括第二可調濾波器F2(例如諧波濾波器和/或匹配網絡，如有需要)。第一天線101和第 二天線102可以被調諧，以尋址多頻帶，還可以被調諧以調整部件之間的頻率間隔。例 如，第一天線和第二天線之間的距離可以小于自由空間波長的大約1/4，并且/或第一天線101和第二天線102的尺寸可以小于自由空間波長的大約1/4。而且，第一天線和第二 天線可以共極化。因此，圖1所示類型的可調天線可以比全頻帶天線小，并比多頻帶天線小得 多。尤其地，兩個以上的可調天線可以被配置為適應已固定天線的體積。此外，如果具 有各自饋源的兩個天線離得很近但頻率被調諧為略有不同，則兩個天線的端口之間實質 上隔離。因此，可調雙工天線具有多個優于現有的雙工器設計的優點。尤其地，可調 雙工天線能夠結合天線，雙工器，匹配網絡，和/或濾波器的功能。而且，通過優化匹 配(例如大約IdB)，提高天線效率(例如大約0.5dB)，以及消除雙工器損耗(例如大約 3dB)，可調雙工天線能夠降低插入損耗。如圖2A和圖2B所示，可調輻射雙工器100可以具有各種不同的結構。例如， 參見圖2A，可調輻射雙工器100可以包括設置為背對背結構的第一天線101和第二天線 102。通過這種設置，第一天線101和第二天線102可以定位為使得它們能夠共用一個公 共短路(Si，S2)并且分別具有可調端負載111和端負載112。特別地，端負載111和端 負載112可以分別為第一可變電容和第二可變電容，例如MEMS電容。具有背對背設置 的第一天線101和第二天線102的這種結構能夠為第一天線101和第二天線102提供期望 的隔離度。可選地，如圖2B所示，第一天線101和第二天線102可以設置為并排式結構。 這種并排式結構可以包括第一天線101和第二天線102如所示出的沿相同的方向對齊， 或者第一天線101和第二天線102沿相對的方向對齊。通過這種配置，第一天線101和 第二天線102中的每一個都可以分別與獨立短路Sl和獨立短路S2相連接。每種不同的結構都為可調輻射雙工器100提供不同的性能。例如，成一直線的 結構(即圖2A中所示的背對背結構)中，耦合由互感支配，而在并排式結構中，耦合是 互感和互容的結合，而且大地回流可產生磁四極。但是，無論特殊設置，相似的元件都 會被并入系統中。具體地，可調輻射雙工器100可以被設置為使得第一天線101和第二 天線102中的每一個包括可調端負載(例如，可變電容)和天線，其中可調端負載包括第 一終端和第二終端，天線包括第一傳輸線和第二傳輸線，第一傳輸線和第二傳輸線中的 每一個包括第一端和第二端。傳輸線的第一端可以與電路終端連接，傳輸線的第二端可 以與可變電容的第一終端以及地面終端連接。而且，可調電容的第二終端可以與地面終 端連接。再根據圖1的描述，在圖2A和圖2B所示的雙工器或天線的兩個實施例中，第 一天線101可以與接收終端RX通信，第二天線102可以與發送終端TX通信。圖3提供了一種背對背結構的可調輻射雙工器100的特定實施例的更詳細的圖。 可調輻射雙工器100可以包括基板200 (例如RogerR4350PCB)，基板200上面可形成第 一天線101和第二天線102。第一天線101可以具有通常分別被標為Tl-I和T1-2的第 一傳輸線和第二傳輸線，通過第一傳輸線Tl-I將接收終端RX與端負載111 (例如可調電 容)的第一終端連接，并且第二傳輸線T1-2接地Gnd。類似地，第二天線102可以具有 第一傳輸線T2-1和第二傳輸線T2-2，分別地，通過第一傳輸線T2-1將發送終端TX與 端負載112(例如可調電容)的第一終端連接，并且第二傳輸線T2-2接地Gnd。第一天 線101和第二天線102中至少一個的第一傳輸線和第二傳輸線可以附著至基板200的相對 的側。而且，如上所述，可調輻射雙工器100可以包括至少一個短路(Si，S2)，其中第一傳輸線的第二端可以與該至少一個短路連接。第一和第二天線101，102的第一傳輸線可以分別與第一和第二天線101，102的 第二傳輸線大致平行。進一步地，在圖3所示的背對背結構中，第一天線101和第二天 線102的第一傳輸線可以至少大致對齊以便彼此共線。此外，第一天線101和第二天線 102的第一傳輸線可以至少大致互相平行，且長度在自由空間波長的1/50到1/4之間。 類似地，第一天線101的第二傳輸線T1-2和第二天線102的第二傳輸線T2-2中的一個或 兩個的尺寸分別可以在自由空間波長的1/50到1/4之間。第一天線101和第二天線102的第一傳輸線分別具有不同的長度dl和d2，其比 值近似等于默認的發送/接收頻率比。例如，第一天線101的第一傳輸線Tl-I的長度dl 可以大約為10mm，而第二天線102的第一傳輸線T2-1的長度d2可以大于10mm。可選 地，第一天線101和第二天線102的第一傳輸線可以具有大致相等的長度。圖4和圖5描述了可調輻射雙工器100的不同的結構。在這種可選的結構中， 第一天線101和第二天線102可以設置為并排式結構(例如，作為平面倒F型天線的一部 分)。第一天線101和第二天線102可以設置為使其面向同一方向(即，端負載111和端 負載112相對于彼此分別位于第一天線101和第二天線102的同一端上)。第一天線101 可以具有第一寬度wl，第二天線102可以具有第二寬度W2，而且第一天線101和第二天 線102間隔距離d3。例如，第一天線101和第二天線102的第一傳輸線可以互相間隔大 約自由空間波長的1/50至1/4。天線的寬度wl和w2會影響頻率和耦合，而天線之間的 距離d3會影響各自的射頻和隔離度。第一天線101和第二天線102可以分別與第一端負載111和第二端負載112連 接，第一端負載111和第二端負載112可以為具有多端子的調諧電容或單部件。如前述 結構，第一天線101和第二天線102的第一傳輸線分別具有不同的長度dl和d2，其比值 近似與默認的發送/接收頻率比相等。例如，圖5示出了可調PCB平面倒F型天線雙工 器的例子，在該雙工器中，第一天線101和第二天線102的長度可以被抵消，使得在相同 的端負載條件下，發送終端TX的頻率比接收終端RX的頻率低。可選的，其長度也可以 設置為相等，但第二天線102的電容(即與發送終端TX相連接的)更高。再如前所 述，在圖2A和圖2B所示的雙工器或天線的實施例中，第一天線101可以與接收終端RX 通信，第二天線102可以與發送終端TX通信。參見圖6A到圖6C，其提供了可調PCB平面倒F型天線雙工器的回流損耗曲線 圖。參見圖6A，可以看出，如果端負載111和端負載112(例如MEMS電容器組)作 為一對被一起調諧，以掃描發送和接收信號(即TX/RX)，則隔離度可以在12-14dB之 間，回流損耗大約為14-15dB，頻率間隔大約為169-187MHz。然而，參見圖6B，可以 看出，端負載111和端負載112中的一個(端負載111在圖6B中)被調諧，以調整發送 /接收頻率之間的間隔，隔離度可以是大約8-15dB，回流損耗可以是大約14-16dB，且調 諧的間隔可以在111-263MHZ之間，且具有0.2pF的變化。而且，在圖6C所示的第三示 例結構中，可以看出，如果天線部件之間的橫向間距被調整(即，間距在l-6mm的范圍 內變化)，而且端負載111和端負載112保持為常數lpF，低間距(例如大約Imm)處的 隔離度僅為大約5dB。然而，當該間距近似為天線長度的一半(例如，對IOmm的天線 取大約6mm)時，能獲得好的隔離度。還應注意到，互耦也影響頻率間隔，由此導致更大的發送/接收分離。進一步可選的結構如圖7和圖8所示，在圖7所示的結構中，第一天線101和第 二天線102設置為背對背結構，但沿相對的方向(即，端負載111和端負載112相對于彼 此分別位于第一天線101和第二天線102的不同的端上)，這樣會增加隔離度。可調輻射 雙工器100還可以可選擇地包括位于第一天線101和第二天線102之間的接地隔離欄IF， 其也可以用于提高隔離度。在圖8所示的結構中，第一天線101和第二天線102被設置為 面向同一方向的并排式結構，其間具有一個接地隔離欄IF。當然，除了平面倒F型天線 (PIFA)設計之外，可調輻射雙工器100可以用于各種應用，包括環路，直接調諧蜂窩天 線，DVB-H天線，蜂窩多樣性天線，或者任何其它負載天線設計，不管它們是基于PCB 還是基于支撐架。無論第一天線101和第二天線102的特殊結構，可調輻射雙工器100可以包括位 于第一天線101和第二天線102中的一個的電路終端上的可調匹配網絡。尤其地，可調 輻射雙工器100可以包括與任一或兩個天線電路端口連接的RF電路，以提供用于發送和 接收信號的放大和濾波。例如，參見圖9，放大器，濾波器，和/或匹配電路都可以包 括在可調輻射雙工器100的設計中。尤其地，可以提供諸如低噪聲放大器LNA和/或第 一濾波器Fl (例如匹配網絡，TX濾波器或者其他阻波器)等部件，以與接收終端RX 通信，并且提供諸如功率放大器PA或者第二濾波器F2(例如諧波或者工作點匹配濾波 器)的其他部件，以與發送終端TX通信。在不脫離本主題的精神和范圍的情況下，可以以其他形式實施本主題。這里描 述的實施例可以在各方面被理解為示意性且不構成限制的。盡管已依照一定的優選實施 例描述了本主題，但對本領域普通技術人員來說顯而易見的其他實施例也落入本主題的 保護范圍之內。
8
權利要求
1.一種可調輻射雙工器，包括第一天線，包括第一可變電容；以及第二天線，包括第二可變電容。
2.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一可變電容和第二可變電容為 微機電系統電容。
3.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線共極化。
4.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線被調諧以尋 址多頻帶。
5.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線被調諧以調 整部件之間的頻率間隔。
6.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線被設置為并 排式結構。
7.如權利要求6所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線彼此大致平行。
8.如權利要求6所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線沿大致相同 的方向設置。
9.如權利要求8所述的可調輻射雙工器，包括設置于所述第一天線和第二天線之 間的接地欄。
10.如權利要求6所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線沿大致相 反的方向設置。
11.如權利要求10所述的可調輻射雙工器，包括設置于所述第一天線和第二天線 之間的接地欄。
12.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線設置為背 對背結構。
13.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線之間的距 離小于自由空間波長的大約1/4。
14.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線和第二天線的尺寸小 于自由空間波長的大約1/4。
15.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，包括所述第一天線和第二天線中的每一 個的電路終端上的可調匹配網絡。
16.如權利要求15所述的可調輻射雙工器，包括連接至任一或兩個天線電路端口 的RF電路，以對發送和接收信號提供放大和濾波。
17.如權利要求1所述的可調輻射雙工器，其中，所述可調天線中的每一個包括可變 電容和天線，所述可變電容包括第一終端和第二終端，所述天線包括第一傳輸線和第二 傳輸線，第一傳輸線和第二傳輸線中的每一個包括第一端和第二端，其中，所述傳輸線 的第一端與電路終端相連接，所述傳輸線的第二端與所述可變電容的第一終端和地面終 端分別相連接，其中，所述可變電容的第二終端與地面終端相連接。
18.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第 二天線的第一傳輸線分別與所述第一天線的第二傳輸線和第二天線的第二傳輸線大致平行。
19.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第二 天線的第一傳輸線彼此大致平行。
20.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第二 天線的第一傳輸線具有不同的長度，長度比值近似等于默認的發送/接收頻率比。
21.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第二 天線的第一傳輸線的長度大致相同。
22.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第二 天線的第一傳輸線大致彼此共線。
23.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，其中，所述第一天線的第一傳輸線和第二 天線的第一傳輸線的長度在自由空間波長的1/50到1/4之間。
24.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，包括基板，其中，所述第一天線和第二天 線中的至少一個的第一傳輸線和第二傳輸線附著至所述基板的相對側。
25.如權利要求17所述的可調輻射雙工器，包括至少一個短路，其中，所述第一傳輸 線的第二端與所述至少一個短路相連接。
26.—種可調輻射雙工器，包括基板；形成于所述基板上的第一天線，所述第一天線包括第一可變電容；以及形成于所述基板上的第二天線，所述第二天線包括第二可變電容。
27.如權利要求26所述的可調輻射雙工器，其中，所述可調天線中的每一個包括第一 傳輸線和第二傳輸線，其中所述第一天線和第二天線中的至少一個的第一傳輸線和第二 傳輸線附著至所述基板的相對側。
全文摘要
公開了一種用于通信網絡的可調雙工器及相關方法。可調輻射雙工器可以包括第一天線和第二天線，其中第一天線包括第一可變電容，第二天線包括第二可變電容。
文檔編號H01Q1/24GK102017300SQ200980113013
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月28日 優先權日2008年4月28日
發明者亞瑟·S.·Ⅲ·瑪瑞斯 申請人:維斯普瑞公司