[发明专利]超宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带天线，具体地，涉及适合用在便携式设备中的低成本超宽带天线。

背景技术

超宽带是跨越3.1GHz至10.6GHz的非常宽频率范围传输数字数据的无线电技术。其利用超低传输能量(通常小于-41dBm/MHz)，使得该技术在其他传输频率(诸如现有的Wi-Fi、GSM和蓝牙)下可以完全隐藏。这意味着超宽带可以与其他无线电频率技术共存。然而，这具有将通信限制到通常5至20米的距离的限制。

存在对于UWB的两种方法：时域方法，其利用UWB特性根据脉冲波形来构造信号；以及频域调制方法，在多(频)带上使用传统的基于FFT的正交频分复用(OFDM)，给出MB-OFDM。这两种UWB方法都导致谱分量覆盖频谱中非常宽的带宽，由此称为超带宽，从而带宽占用了中心频率的百分之二十以上，通常至少为500MHz。

与非常宽的带宽结合的超带宽的这些特性意味着UWB是用于在家庭或办公环境中提供高速无线通信的理想技术，从而通信设备在另一个通信设备的20m的范围内。

图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM)系统中的频带的配置。MB-OFDM系统包括每个都为528MHz的14个子带，并在子带之间使用每312ns的跳频作为访问方法。在每个子带中，采用OFDM和QPSK或DCM编码来传输数据。注意，约为5GHz(通常为5.1至5.8GHz)的子带被保留为空闲，以避免与现有的窄带系统(例如，802.11a WLAN系统、安全代理通信系统或航空工业)发生干扰。

将14个子带组织成为5个带组，其中，4个带组具有3个528MHz的子带，并且1个带组具有2个528MHz的子带。如图1所示，第一带组包括子带1、子带2和子带3。示例性UWB系统将在带组的子带之间采用跳频，使得第一数据符号在带组的第一频率子带中的第一个312.5ns持续时间间隔中被传输，第二数据符号在带组的第二频率子带中的第二个312.5ns持续时间间隔中被传输，以及第三据符号在带组的第三频率子带中的第三个312.5ns持续时间间隔中被传输。因此，在每个时间间隔内，数据符号在具有528MHz带宽的各个子带(例如，具有以3960MHz为中心的528MHz基带信号的子带2)中被传输。

超宽带的技术特性意味着其正被配置用于数据通信领域的应用。例如，存在多种应用，其集中于下列环境中的电缆置换：

-PC和外围设备(即，诸如硬盘驱动器、CD刻录机、打印机、扫描器等)之间的通信。

-家庭娱乐，诸如电视机和通过无线装置、无线扬声器等连接的设备。

-手持设备与PC之间的通信，例如移动电话和PDA、数码相机和MP3播放器等。

与这种应用相关联的大带宽和大数据率要求天线在整个超带宽范围上具有极好的特性。结果，许多超宽带系统采用了复杂的天线解决方案，诸如智能天线或天线阵列。

然而，这种类型的天线不适合用在小的便携式设备中，因为智能天线或天线阵列倾向于相对较大且昂贵。

所需要的是能够始终在所有现有制定的带频上操作的天线设计，其具有较小机体(footprint)，适合用于大规模生产，以及还具有低成本。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种超宽带天线，包括：基板；以及金属层，沉积在基板上。金属层包括在其中限定的第一和第二非金属区，第一和第二非金属区被配置在纵轴的任一侧上，纵轴对应于天线的馈电轴(feed axis)。第一和第二非金属区朝向纵轴逐渐变细以形成蝴蝶结图案(bowtie pattern)。第一和第二非金属区中的每一个都包括至少一个调谐槽，至少一个调谐槽关于各自的第一轴进行配置，第一轴与纵轴平行，并且其中，至少一个调谐槽沿着其各自的轴延伸，以在由各个第一和第二非金属区限定的非金属区域外侧形成非金属区域。

根据本发明的天线具有能够在至少整个UWB频率范围上(即，至少在3.1GHz至10.6GHz之间)发送和接收频率的优点。此外，该天线结构具有小型机体用于集成在消费性设备中。

优选地，天线基板由FR4PCB材料制成。这具有低成本且与主要PCB处理和技术相兼容的优点。

附图说明

为了更好地理解本发明并更加清楚地示出如何实现本发明，仅通过实例的方式，参照附图进行描述，其中：

图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM)中的频带配置；

图2示出了根据本发明实施例的天线的透视图；