[发明专利]三维螺旋天线及其应用

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月23日提交的美国临时申请第61/614,685号、于2012年11月30日提交的美国临时申请第61/731,949号和于2012年12月19日提交的美国实用专利申请第13/720,565号的优先权，将其整体结合于此供参考并作为本申请的一部分。

技术领域

本发明总体上涉及无线通信系统，更具体地，涉及在该无线通信系统中使用的天线结构。

背景技术

已知通信系统支持无线和/或有线通信装置之间的无线和有线通信。这种通信系统的范围从国内和/或国际蜂窝电话系统到互联网、到点对点家庭无线网络、到射频识别（RFID）系统、再到射频雷达系统。每种类型的通信系统根据一种或多种通信标准来构建，并因此运行。例如，射频（RF）无线通信系统可根据一种或多种标准来运行，这些标准包括但不限于，RFID、IEEE802.11、蓝牙、高级移动电话服务（AMPS）、数字AMPS、全球移动通信系统（GSM）、码分多址（CDMA）、WCDMA、本地多点分配系统（LMDS）、多信道多点分配系统（MMDS）、LTE、WiMAX和/或其变形。作为另一实例，红外（IR）通信系统可根据一种或多种标准来运行，这些标准包括但不限于IrDA（红外数据协会）。

对于参与无线通信的RF无线通信装置而言，它包括内置无线电收发器（即，接收器和发送器）或者被耦接至相关联的无线电收发器（例如，用于家庭和/或室内无线通信网络的站点、RF调制解调器等）。接收器被耦接至天线且包括低噪声放大器、一个或多个中频级、滤波级和数据恢复级。发送器包括数据调制级、一个或多个中频级和功率放大器，该发送器被耦接至天线。

由于无线通信以天线开始和结束，所以适当设计的天线结构是无线通信装置的重要组成部分。众所周知，天线结构被设计为具有在工作频率处所需的阻抗（例如，50欧姆）、以所需工作频率为中心的所需带宽、以及所需长度（例如，用于单极天线的工作频率的1/4波长）。如进一步已知，天线结构可包括单一的单极或偶极天线、分集式天线结构、具有相同偏振（polarization，极化）的天线阵列、具有不同偏振的天线阵列和/或任何数目的其他电磁特性。

已知二维天线包括弯曲图形或微带配置。对于高效的天线操作而言，天线长度对于单极天线应为1/4波长，且对于偶极天线应为1/2波长，其中，波长（λ）=c/f，其中c为光速，以及f为频率。例如，900MHz的1/4波长天线具有约8.3厘米（即，0.25×(3×10⁸m/s)/(900×10⁶c/s)=0.25×33cm，其中，m/s为米每秒，c/s为周期每秒）的总长度。作为另一实例，2400MHz的1/4波长天线具有约3.1cm（即，0.25×(3×10⁸m/s)/(2.4×10⁹c/s)=0.25×12.5cm）的总长度。

尽管二维天线为许多无线通信装置提供了合理的天线性能，但当无线通信装置需要全双工操作和/或多输入和/或多输出（例如，单输入多输出、多输入多输出、多输入单输出）操作时存在问题。例如，为进行很好工作的全双工无线通信，所接收的RF信号必须与所发射的RF信号隔离（例如，>20dBm）。一种常用机制是使用隔离器。另一常用机制是使用双工器。

发明内容

本发明提供了一种三维螺旋天线，包括：基板，具有三维形状区（three-dimensional shaped region）；螺旋天线元件，被所述三维形状区支持且与所述三维形状区相匹配，使得所述螺旋天线元件具有接近三维形状的整体形状；以及馈电点（feed point），耦接至所述螺旋天线元件的连接点。

上述三维螺旋天线中，所述螺旋天线元件包括以下中的一个：阿基米德螺旋线形状；以及等角螺旋形状，其中，所述三维螺旋天线的增益具有螺旋增益分量和三维增益分量。

上述三维螺旋天线中，所述螺旋天线元件包括以下中的一个：对称螺旋图案；以及偏心螺旋图案。

上述三维螺旋天线中，所述基板包括以下中的一个：一个或多个印刷电路板；一个或多个集成电路封装基板；以及不导电装配式天线背衬结构（non-conductive fabricated antenna backing structure）。