[发明专利]混合天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括线路板天线和PIFA天线的混合天线。这些天线之一能够与发电机相连，另外一个天线通过电容耦合而耦合到第一个天线。本发明特别适用于电信领域，例如WiFi天线。

背景技术

数字放射盒或数字放射性暗盒(digital radiological cassette)使得存储经X射线透射的病人的一幅或多幅数字图像成为可能，并且不需要将病人安置在严格隔离的机械环境中，这种盒便于携带因而易于操作。如果这种盒进一步是无线的，将提升它的移动性和使用的简易性。但是不使用线路使得它必须通过无线发射天线来向医院信息系统发送该数字图像。这造成了实际应用上的困难。

在一方面，盒需要一定的机械稳健性来保证跌落或者碰撞情况下的可靠性，同时也能够防止外部的电磁干扰。这要求将设备封闭在一个形成法拉第笼并且确保屏蔽的金属壳体中。无论天线被放置在内部还是外部，这一金属体的影响阻止了PCB上的平面天线的使用：天线被放置在内部时，这是最差的电磁箱体；天线被放置在外部时，这是关于机械保护的最差的箱体。无线电的约束被认为相对于机械性能的约束要大，天线一定要放置在金属壳体的外部。然而，外部的可用空间非常狭小并且限定的是一个区域而不是一个体积。也必须防止天线遭受碰撞以及在医务环境下为清洁器械而经常使用的液体的损坏。

此外，医用环境要求在无线电发射功率方面符合严格的医用标准。IEC 60601-1-2标准将辐射发射的瞬时功率(IPRT)的最大值限制为1毫瓦。这一功率限制导致难以使用非定制的天线，例如一种“WiFi”型天线，其标称功率大致为100毫瓦数量级。它们可以被轻松地限制在1毫瓦，但是由该盒所构建的金属环境将导致在这一功率级的天线的严重失配。因此非定制的“WiFi”天线最终不适用于数字放射盒。但是制造专门适用于数字放射盒的“WiFi”天线仍然面临着许多技术难题。

事实上，由于各国之间制订规则的差异，这样一种天线首先要求覆盖一个宽的频带或者实际上几个频带。因此出台了大量商业上称为“WiFi”的标准：这些标准为例如IEEE 802.11a，IEEE 802.11b，IEEE802.11g或者IEEE 802.11n。IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准提供了在2.4GHz和2.5GHz之间的若干通信信道。IEEE 802.11a标准提供了5GHz和6GHz之间的若干通信信道。这样，一种几乎多目标的、至少与IEEE 802.11a，IEEE 802.11b和IEEE 802.11g三个标准兼容的WiFi链路需要使用一种能够在若干个频带内发送和接收信息的多频带天线。关于这种天线产生了众多局限。首先存在涉及操作方向和功率的传统天线的局限性。但最重要的是，也存在尺寸上的局限。实际上，WiFi链路的使用被证明对于便携装置是不可或缺的以提供减小的重量和尺寸。这典型地见于数字放射盒的情形。

这种天线必须是全向性的，或者它必须至少具有在空间内尽可能一致的辐射方向图。这样用户就不必担心盒关于WiFi接收机的相对位置或方向。

这种天线必须具有一定的发射范围，这一范围通常取决于使用的环境。例如，安装在便携式或者办公用计算机中的非定制的WiFi卡具有可变的范围，用户可以选择他的卡(以及他希望为之分配的预算)以满足与诸如覆盖面积、层数或者墙壁厚度这些使用条件之间的函数关系。如今，天线的范围与它的发射功率成正比，而这一发射功率在医务环境下将被限制在1毫瓦这个所制订的限制值内。在这种条件下，既要满足范围的要求又要同时符合天线发射功率的限制非常的复杂。即使涉及的问题本质上是医用标准的问题，也不能忽略天线必须形成为便携装置的一个完整的部分的事实，该便携装置由可再充电的电池系统供电，其因此具有有限的电力。因此这种天线的效率必须很高，也就是说将通过电池提供给它的能量最大限度地重构为辐射的形式。

该天线必须是多频带的，至少与WiFi标准中的多个频带相匹配。如今，通常一个天线与一个给定的频率相匹配。在这个给定的频率，如果天线通过电缆供给能量，它必须将能量最大限度地辐射出去，并最少地朝电缆返回能量。因此，如果供电系统具有例如50欧姆的阻抗，则天线的阻抗必须也是50欧姆。这对于工作在单一频带内的天线来说是容易实现的，特别是一个窄的频带。但这在天线必须工作在几个频带内的情况下就要困难得多，有可能诸如IEEE 802.11a标准中的宽频带允许巨大的数据吞吐量。

该天线必须同时具有缩减了的尺寸从而能够集成到便携装置之中。