1.本公开描述一种天线系统，并且更特别地涉及一种环型接地辐射天线。
背景技术：
2.网络连接设备的爆发已经导致对一些无线协议的使用增加。例如，简单的无线网络设备被实现为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、运动传感器、相机、光传感器、调光器、光源和其它功能。附加地，这些无线网络设备已经变得越来越小。
3.这些无线网络设备典型地配备有嵌入式天线。在典型的产品设计中，天线被匹配并且设计用于该特定的印刷电路板(pcb)和机械结构。
4.然而，在模块的情况下，与最终产品的安装是不能由模块制造商控制的。本质上，天线特性和阻抗取决于各种因素，诸如pcb的大小和形状。因此，这对于在模块中使用的天线产生了挑战。如果天线失谐，并且天线的阻抗不在该特定的rf前端设计所要求的规范内，则可能造成增加的杂散发射或劣化的evm性能。
5.例如，传统的接地天线利用矩形的接地空环(clearance)和单个电容器。围绕接地空环的电流路径形成天线辐射器环。换句话说，强电流环允许接地层上的环型电流分布的扩布向外辐射。在这种配置中，电容器的值和接地平面的尺寸控制天线的输入阻抗和谐振频率这两者。
6.因此，如果存在可以在宽范围的容限上工作的天线设计和pcb设计，则将是有利的。
技术实现要素：
7.公开了一种具有双谐振的环型接地辐射天线。天线包括穿过接地空环的馈电路径，产生第一部分和第二部分。一个或多个第一电容器被沿着在接地空环和接地层的边缘之间的第一导电路径部署，靠近第一部分，而一个或多个第二电容器被沿着在接地空环和接地层的边缘之间的第二导电路径部署，靠近第二部分。输入电容器被用于对馈电路径进行馈电。输入电容器和第一电容器的值确定第一馈电环的谐振频率，而输入电容器和第二电容器的值确定第二馈电环的谐振频率。通过适当地选择电容器的值，可以产生宽的带宽。
8.根据一个实施例，公开了一种环型接地辐射天线。环型接地辐射天线包括两个谐振频率。在一些实施例中，天线包括一个或多个第一电容器和一个或多个第二电容器，其中一个或多个第一电容器和一个或多个第二电容器的值被用于确定两个谐振频率。在一些实施例中，接地空环被馈电路径划分成第一部分和第二部分，并且其中第一部分的面积和第二部分的面积也被用于确定两个谐振频率。在一些实施例中，工作频率是2.45ghz。在一些实施例中，第一谐振频率在2.1ghz和2.45ghz之间并且第二谐振频率在2.45ghz和2.8ghz之间。在一些实施例中，在大于800mhz的范围上回波损耗小于-10db。
9.根据另一实施例，公开了一种环型接地辐射天线。环型接地辐射天线包括：导电接地层；接地空环，其被部署在接地层中，其中接地空环是不导电的，并且其中接地空环被部
署在接地层的边缘附近，使得在接地空环和接地层的边缘之间存在导电通路；馈电路径，其穿过接地空环以产生第一部分和第二部分，其中馈电路径的第一端部接触导电通路，将导电通路划分成第一导电通路和第二导电通路；输入电容器，其与馈电路径的第二端部连通；一个或多个第一电容器，其被沿着第一导电通路串联布置；以及一个或多个第二电容器，其被沿着第二导电通路串联布置。在一些实施例中，第一部分的面积以及一个或多个第一电容器的总电容确定第一谐振频率。在一些实施例中，第二部分的面积以及一个或多个第二电容器的总电容确定第二谐振频率。在一些实施例中，第一谐振频率不同于第二谐振频率。在一些实施例中，工作频率是2.45ghz。在一些实施例中，第一谐振频率在2.1ghz和2.45ghz之间并且第二谐振频率在2.45ghz和2.8ghz之间。在一些实施例中，在大于800mhz的范围上回波损耗小于-10db。
10.根据另一实施例，公开了一种包括上面描述的环型接地辐射天线的模块。在一些实施例中，环型接地辐射天线的接地层被适配为电连接到印刷电路板的接地层。在一些实施例中，工作频率是2.45ghz。在一些实施例中，对于具有40mm和80mm之间的宽度和40mm和80mm之间的长度的接地层而言，在从2.4ghz至2.48ghz的频率范围上回波损耗小于-10db。
11.根据另一实施例，公开了一种组件。组件包括上面描述的模块和印刷电路板，其中印刷电路板的接地层与环型接地辐射天线的接地层连通。在一些实施例中，工作频率是2.45ghz。在一些实施例中，对于具有40mm和80mm之间的宽度和40mm和80mm之间的长度的接地层而言，在从2.4ghz至2.48ghz的频率范围上回波损耗小于-10db。
附图说明
12.为了更好地理解本公开，参照随附附图，其中同样的要素用同样的标号指代，并且其中：图1示出根据一个实施例的天线的拓扑；图2是图1中的天线的示意性表示；图3a示出在高频下生成的表面电流；图3b示出在较低频率下生成的表面电流；图4示出在宽频率范围上的天线的回波损耗；图5示出在宽频率范围上的天线的总效率；图6示出作为模块的一部分的天线；以及图7示出作为不同接地平面尺寸的函数的频率上的回波损耗。
具体实施方式
13.图1示出克服现有技术的问题的天线的拓扑。天线经由接地层10进行辐射，接地层10可以是印刷电路板的一个层。天线可以被认为是环型接地辐射天线。
14.接地层10包括被分离成两个部分的接地空环15。接地空环15是接地层10的不导电的区。在一些实施例中，移除典型地驻留在该区中的金属。接地空环15在形状上可以是矩形的。可以基于天线的合期望的性能来选择接地空环15的尺寸。例如，接地空环15的宽度影响谐振频率，而其它尺寸影响天线的带宽。为了实现2.4ghz左右的频率，接地空环可以是大约6.5mm
×
8.5mm，虽然针对不同的频带允许用其它尺寸。
15.在接地空环15的外部周围产生天线辐射器环90。该天线辐射器环90允许接地层10上的环型电流分布的扩布向外辐射。
16.馈电路径40被部署为通过接地空环15，由此将接地空环15划分成两个部分；第一部分20和第二部分30。馈电路径40可以被配置从而第一部分20和第二部分30具有不同的面积。
17.与接地层10的其余部分一样，馈电路径40是诸如铜的导电材料的。馈电路径40的宽度被标记为d2，其可以是大约0.5至1.0mm。
18.虽然图1示出馈电路径40具有三个直的分段——该三个直的分段具有直角转弯，但是本公开不限制于该实施例。馈电路径40可以是直的，具有任何数量的转弯，或者是弯曲的。
19.接地空环15可以形成在接地层10的边缘附近，使得接地层10的边缘和靠近该边缘的接地空环15之间的距离d1是大约0.5mm。在一些实施例中，d1可以等于d2。因此，在接地空环15和接地层10的边缘之间存在导电通路。
20.进一步地，该导电通路包括两部分，其被限定为在馈电路径40的任一侧上。存在被部署在第一部分20和接地层10的边缘之间的第一导电通路21；以及被部署在第二部分30和接地层10的边缘之间的第二导电通路31。
21.一个或多个第一电容器50a、50b、50c被沿着第一导电通路21串联部署，使得沿着第一导电通路21通过的电流必须通过一个或多个第一电容器50a、50b、50c。一个或多个第一电容器50a、50b、50c可以具有相同的值或不同的值。
22.类似地，一个或多个第二电容器60a、60b、60c被沿着第二导电通路31串联部署，使得沿着第二导电通路31通过的电流必须通过一个或多个第二电容器60a、60b、60c。
23.附加地，输入电容器70被部署在馈电路径40和输入源80之间。输入源80可以包括阻抗匹配电路82，其进而与无线电电路的功率放大器81连通。
24.因此，输入电容器70、第一电容器50a、50b、50c和馈电路径40形成一个谐振器，而输入电容器70、第二电容器60a、60b、60c和馈电路径40形成第二谐振器。附加地，接地层10形成辐射器。
25.用于输入电容器70、第一电容器50a、50b、50c和第二电容器60a、60b、60c中的每个的值可以是经由仿真或经验测试确定的。在一些实施例中，这些值都小于10pf。
26.图2示出表示图1中示出的拓扑的示意图。注意的是，输入源80、输入电容器70、馈电路径40、第一电容器50a、50b、50c以及第一导电通路21形成第一馈电环22。同样地，输入源80、输入电容器70、馈电路径40、第二电容器60a、60b、60c以及第二导电通路31形成第二馈电环32。在一些实施例中，第一馈电环22可以是较高频率的馈电环并且第二馈电环32可以是较低频率的馈电环。当然配置可以被颠倒，使得第一馈电环22是较低频率的馈电环。附加地，如图1中示出那样，存在围绕接地空环15的周界行进的天线辐射器环。
27.一个或多个第一电容器50a、50b、50c的值和第一部分20的面积建立第一馈电环22的谐振频率。类似地，一个或多个第二电容器60a、60b、60c的值和第二部分30的面积建立第二馈电环32的谐振频率。
28.天线的带宽可以与两个谐振频率之间的差有关。换句话说，如果谐振峰值彼此分离，则这两个峰值之间的频率范围可以具有合期望的特性。因此，第一电容器50a、50b、50c
的总电容与第二电容器60a、60b、60c的总电容的比率可以限定天线的带宽。
29.进一步地，天线的中心频率和阻抗也受输入电容器70影响，并且更具体地，受输入电容器70的电容与第一电容器50a、50b、50c和第二电容器60a、60b、60c的总电容的比率影响。
30.特别地，在一个测试中，选择第一馈电环22的面积以及输入电容器70和一个或多个第一电容器50a、50b、50c的值，以便实现2.7ghz的谐振频率。附加地，选择第二馈电环32的面积以及输入电容器70和一个或多个第二电容器60a、60b、60c的值，以便实现2.2ghz的谐振频率。
31.图3a示出与2.7ghz的较高频率关联的表面电流。注意的是与沿着第二导电通路31相比沿着第一导电通路21通过更多得多的电流。因此，在该频率下，大部分表面电流流动通过第一馈电环22。
32.图3b示出与2.2ghz的较低频率关联的表面电流。注意的是与沿着第一导电通路21相比沿着第二导电通路31通过更多得多的电流。因此，在该较低频率，大部分表面电流流动通过第二馈电环32。
33.因此，第一馈电环22和第二馈电环32可以被配置以便具有彼此接近的频率。这些馈电环22、32与天线辐射器环90耦合，这使得能够有针对整个频带的高效率辐射和均匀辐射图案。
34.因此，为了在2.45ghz的工作频率下实现可接受的性能，第一谐振频率可以在2.1ghz和2.45ghz之间，而第二谐振频率可以在2.45ghz和2.8ghz之间。
35.图4示出天线的回波损耗。对于该图和图5中的图而言，假定接地平面为50 mm
×
30mm。注意的是天线具有两个谐振频率，在该频率下这两个谐振频率是清楚的。因为这些频率彼此相对接近，所以它们产生回波损耗，其中回波损耗在超过800mhz的频带上小于-10db。
36.图5示出系统总效率，起是以db为单位测量的。在本公开中，总效率(e
t
)被限定为辐射效率(er)乘以阻抗失配损耗(m
l
)。进一步地，辐射效率被限定为辐射功率(p
rad
)除以输入功率(p
input
)；换句话说：er=p
rad
/p
input
注意，在超过800mhz的范围上，总效率大于-1.5db。
37.由该天线实现的带宽是重要的，尤其是当天线是附接到最终产品印刷电路板的模块的一部分时。
38.由于监管问题，常见的是与最终产品印刷电路板结合地利用已经由监管机构批准的天线模块。
39.图6示出部署在这样的模块600上的天线。在该实施例中，模块600包括图1的天线。第一电容器50a、50b、50c、第二电容器60a、60b、60c、输入电容器70、馈电路径40、第一部分20和第二部分30都是可见的。此外，还示出阻抗匹配电路82。附加地，模块可以包括晶体、集成电路和各种无源组件。集成电路可以包括用于驱动天线的功率放大器。附加地，在一些实施例中，集成电路可以包括与rf网络关联的其它硬件。
40.然后模块600被诸如通过焊接附接到最终产品印刷电路板。当模块600被附接到最终产品印刷电路时，接地平面被连接。因此，对于确定谐振频率和阻抗来说重要的接地平面
的总尺寸改变。
41.通过利用具有双谐振的天线，天线可以在宽范围的接地平面尺寸上实现可接受的性能。例如，图7示出在各种不同的接地平面尺寸的情况下测量的回波损耗。在该图中，不同的线图表示当耦合到具有一定的尺寸范围的接地平面上时的天线的性能，其中长度从40mm变化到80mm并且宽度从40mm变化到80mm。
42.注意，在所有的曲线中，在从2.4ghz到2.48ghz的频率范围上，回波损耗至少为-10db。
43.该系统和方法具有许多优点。通过沿着第一导电通路21和第二导电通路31引入不同的电容值，可能的是产生被接近地间隔开的两个谐振频率。以此方式，在800mhz的范围上回波损耗可以小于-10db。这允许相对于pcb设计和电容器值的高度容限。进一步地，该方法不要求使用电感器。
44.附加地，如上面描述那样，天线可以是稍后安装到最终产品印刷电路板的模块的一部分。这种最终产品印刷电路板的尺寸是未知的并且可能变化。因此，通过产生具有双谐振的天线，天线可以在宽范围的接地平面尺寸上呈现出可接受的性能。
45.本公开在范围上不受在此描述的具体实施例限制。实际上，除了在此描述的那些实施例之外，根据前述描述和随附附图，本公开的其它各种实施例和修改对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。因此，这样的其它实施例和修改旨在落入本公开的范围内。进一步地，虽然在此已经针对特定目的在特定环境中的特定实现的情形中描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识到其有用性不限制于此，并且可以针对任何数量的目的在任何数量的环境中有益地实现本公开。因此，应当鉴于如在此描述的本公开的全部广度和精神来解释下面阐述的权利要求。