專利名稱：多頻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尤其是用于移動站中的多頻帶天線。
具有滿意的特性的裝在小型裝置內(nèi)部的天線實際上最容易制成平面結(jié)構(gòu)所述天線包括一個輻射平面和與其平行的接地平面。通過把輻射平面分成從饋入點看具有不同長度的兩個分支，可以把工作頻帶的數(shù)量增加到2個。在專利申請公開FI991359中披露的圖1所示的結(jié)構(gòu)表示這種已知的天線。其包括接地平面GND，輻射平面元件120，輻射平面元件的饋入導(dǎo)體103，以及用于使輻射平面和接地平面相連的短路導(dǎo)體104。因此，在這種結(jié)構(gòu)中，認(rèn)為天線是一種平面的倒F形天線(PIFA)。平面元件120包括槽130，其從平面元件的邊沿開始，在經(jīng)過U形彎曲之后，在平面元件的內(nèi)部區(qū)域結(jié)束。平面元件的饋入點F位于槽130的U形彎附近。從饋入點看來，在向U形彎的內(nèi)部彎曲的平面元件的第一分支B1在電氣上顯然長于在平面元件的另一側(cè)上的第二分支B2。因而PIFA具有兩個單獨的諧振頻率和各自的工作頻帶。圖1的天線結(jié)構(gòu)還包括可動的鞭狀元件111，在其下端有一個導(dǎo)電的連接部分112。當(dāng)鞭狀元件處于其較低的位置時，其和PIFA部分沒有有效的連接。當(dāng)鞭狀元件處于其較高的位置時，如圖1所示，連接部分112和輻射平面元件120在其饋入點F附近處于電接觸狀態(tài)。因此，鞭狀元件通過平面元件被饋給。鞭狀元件的尺寸使得其在PIFA部分的較低的工作頻帶內(nèi)諧振，從而使其改善天線的電性能。因而整個結(jié)構(gòu)具有兩個工作頻帶。如果試圖通過使用例如鞭狀元件提供第三工作頻帶，則具有匹配問題，并且使得天線的特性在至少一個工作頻帶內(nèi)是不滿意的。第三工作頻帶可以通過一個單獨的輻射元件和天線端口來提供，但是這將占據(jù)空間并需要附加的成本。
由專利申請FI990006可知，使用槽輻射器為天線提供第二工作頻帶。所述專利公開披露了一種PIFA型天線，其中輻射平面元件包括從邊沿向中部區(qū)域延伸的槽。天線的饋入和短路部分靠近槽的開口端。槽的尺寸是這樣的，使得其在所需的工作頻帶的較高的一個頻帶諧振。自然，導(dǎo)電的平面元件在另一個頻帶內(nèi)即較低的頻帶內(nèi)諧振。這種天線結(jié)構(gòu)也只具有兩個工作頻帶。此外，用已知的方式增加鞭狀元件將引起在PIFA的工作頻帶中的匹配問題。
本發(fā)明的基本構(gòu)思如下本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)包括被設(shè)置在移動站的蓋的內(nèi)部的PIFA型天線，所述天線具有由在平面元件的饋入點和短路點附近開始的第一槽構(gòu)成的槽輻射器。此外，所述平面元件具有第二槽，使得當(dāng)從饋入點看時，形成有不同長度的兩個輻射導(dǎo)電分支。3個輻射器的每一個具有其自身的單獨的工作頻帶。所述結(jié)構(gòu)還包括可以相對于PIFA部分移動的鞭狀元件。當(dāng)所述鞭狀元件被推入時，其和天線饋入點或PIFA部分沒有有效的連接。當(dāng)被拉出時，所述鞭狀元件的下端和平面元件的較短的分支電連接。為了實現(xiàn)所述連接，較短的分支具有相當(dāng)窄的側(cè)分支。其中的尺寸被這樣選擇，使得所述鞭狀元件尤其在最低的工作頻帶中增強天線的工作。拉出的鞭狀元件對最高工作頻帶的位置的影響由在平面元件中形成的第三槽補償。同時，利用所述的第三槽，形成平面元件的較短的分支。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，不用任何專門的匹配裝置便可以連接能夠增強天線的工作的鞭狀元件。在任何情況下，通過使平面元件中具有的導(dǎo)電圖形形成所需的形狀來進行匹配。由此可見，按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，并且其制造也經(jīng)濟。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，其不用鞭狀元件便提供了一種有用的三頻帶平面天線。


下面參照附圖詳細說明本發(fā)明，其中圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的天線結(jié)構(gòu)的一個例子；圖2表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個例子；圖3以側(cè)視圖的形式表示圖2中的天線結(jié)構(gòu)；圖4表示按照本發(fā)明的天線的頻率特性的例子；圖5表示配備有按照本發(fā)明的天線的移動站的例子。
圖2以放大的形式表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個例子。所示的天線具有3個工作頻帶第一頻帶或最高頻帶，第二頻帶或中頻帶和第三頻帶或最低頻帶。天線結(jié)構(gòu)包括接地平面GND，和接地平面平行的輻射平面元件220以及在所述平面元件的一側(cè)上的鞭狀元件221。在所示的例子中，接地平面是在相關(guān)的無線電通信裝置中的電路板201的表面上的一個導(dǎo)電層。接地平面還可以是例如無線電通信裝置的框架的一部分。在本例中，輻射平面元件是在天線電路板202上的一個導(dǎo)電層。還可以是一個剛性的導(dǎo)電板。所述天線電路板被這樣支撐著，使得其從無線電通信裝置的較大的電路板201被抬高某個距離。與輻射平面元件220在點F的電連接中，具有整個天線結(jié)構(gòu)的饋入導(dǎo)體，在相當(dāng)接近所述饋入點的另一個點S，具有用于連接輻射平面元件和接地平面的短路導(dǎo)體。因而，這種天線結(jié)構(gòu)的平面部分是PIFA型的。在平面元件220中，具有第一槽231，其從元件的上邊沿在短路點S附近開始，在平面元件的中心區(qū)域結(jié)束。第一槽的尺寸是這樣的，使得和周圍的導(dǎo)電平面以及接地平面一道，形成四分之一波諧振器，并作為在天線的最上工作頻帶中的輻射器。在平面元件220中，還具有第二槽232，其從元件的上邊沿在饋入點F附近開始，并在經(jīng)過3個直角彎之后在平面元件的下部結(jié)束。從饋入?yún)^(qū)域看，第二元件把平面元件分為第一分支B1和第二分支B2。第一分支同時大部分是第二分支的開始端。第一分支的尺寸使得其和接地平面一道形成四分之一波諧振器，并作為在天線的中工作頻帶中工作的輻射器。第二分支B2的尺寸使得其和接地平面一道形成四分之一波諧振器，并作為在天線的最低工作頻帶中工作的輻射器。為了調(diào)節(jié)諧振頻率的精確位置，第二分支包括由短路槽234構(gòu)成的附加的彎曲部分和位于這些槽之間的第二分支232的延伸部分，所述短路槽從右邊沿垂直地開始。此外，第二分支的電長度借助于導(dǎo)電板221和222而增加，所述導(dǎo)電板從平面元件220指向第二分支的開口端的接地平面，從而增加其間的電容。
第一分支B1還在設(shè)置有鞭狀元件211的平面元件的左側(cè)上分成兩個部分。較大的子分支B11指向下方，并且除去平面元件的邊沿之外，其由從平面元件的下邊沿開始的平面元件的第三槽233限定。第二子分支B12較窄并較短，其指向上方，并除去平面元件的邊沿之外，由平面元件的第一槽231限定。
鞭狀元件211可以沿著其軸線方向移動。在圖2中，所示的鞭狀元件處于其較低的位置，即被推入無線電通信裝置內(nèi)。在此位置，其和天線結(jié)構(gòu)即平面天線的其余部分沒有有效的連接。在鞭狀元件的下端的導(dǎo)電連接部分212通過接地平面中的凸起208和接地平面電相連，這減少了和平面天線的不利的連接。鞭狀元件的上部分的一部分被繪制成透明的，以便能夠較好地看到第一分支的下面第二子分支B12。
圖3表示從鞭狀元件側(cè)看的圖2的天線結(jié)構(gòu)。其中示出了無線電通信裝置的較大的電路板201和天線電路板202。后者和前者分開一個合適的距離，并利用絕緣框架209被固定在一起。所示的鞭狀元件211處于其較高位置，即被拉出的位置。在此位置，在其下端的連接部分212和平面元件220的第一分支的第二子分支的端部電連接。鞭狀元件的長度被這樣選擇，使得使得其和平面元件的第一子分支以及接地平面一道構(gòu)成一個四分之一波諧振器，并作為輻射器在天線的最低工作頻帶內(nèi)工作。因而，拉出的天線能夠改善天線在最低頻帶內(nèi)的輻射和接收特性。較低的頻帶越低，這就越重要，這是因為隨著頻率的降低，制造足夠好的內(nèi)部天線就越困難。
拉出的鞭狀元件影響平面天線的調(diào)諧。通過按照上述把鞭狀元件的連接點設(shè)置在窄的側(cè)分支B12的端部可以減少對中頻帶的影響。實際上，在最高頻帶影響最大，其趨于向下移動。按照本發(fā)明，這通過以下措施被阻止了在平面元件中的所述第三槽233被這樣設(shè)計和設(shè)置，使得當(dāng)鞭狀元件被拉出時，產(chǎn)生其頻率大于對天線規(guī)定的最高工作頻帶的中心頻率的諧振。因而，由第一槽231和第三槽233形成的工作頻帶仍然覆蓋規(guī)定的工作頻帶，即仍然保持工作頻帶的匹配。此時，工作頻帶剛好變得較寬。
圖3還表示平面元件的第二分支B2的所述的延伸部分，即朝向接地平面的導(dǎo)電板221和222。此外，圖3還表示在無線電通信裝置的電路板的外表面上的整個天線結(jié)構(gòu)的饋入導(dǎo)體203的端部，以及在無線電通信裝置的電路板和天線電路板之間的短路導(dǎo)體。此外，還示出了接地平面凸起208，其用于在鞭狀元件處于較低位置時使鞭狀元件和接地平面相連。
在本說明中和權(quán)利要求中使用的屬性“較低”和“較高”以及“左”和“右”指的是如圖2所示的天線結(jié)構(gòu)的位置，它們和裝置的操作位置沒有任何關(guān)系。
圖4表示相應(yīng)于圖2和圖3的天線結(jié)構(gòu)的頻率特性的例子。圖中所示是作為頻率的函數(shù)的反射系數(shù)S11的曲線。曲線41表示在鞭狀元件處于推入位置時反射系數(shù)的變化，曲線42表示當(dāng)鞭狀元件處于拉出位置時反射系數(shù)的變化。天線結(jié)構(gòu)的尺寸被這樣選擇，使得最低的工作頻帶是GSM(全球數(shù)字移動電話系統(tǒng))450系統(tǒng)需要的頻帶，中間工作頻帶是GSM 900系統(tǒng)需要的頻帶，最高的頻帶是PCN(個人通信網(wǎng)絡(luò))系統(tǒng)需要的頻帶。比較這些曲線可以看出，鞭狀元件的拉出引起在最低頻帶中的小的向下移動，使中頻帶變窄，而使最高的頻帶變寬。結(jié)合圖3所述的按照本發(fā)明的裝置被用于阻止最高頻帶向下移動。如果沒有在平面元件220中的第三槽233，則發(fā)生所述的移動。在圖4中，由參考箭頭TU示出了由所述第三槽實現(xiàn)的調(diào)諧效果。
鞭狀元件的拉出自然增強所述天線結(jié)構(gòu)在發(fā)送和接收時的效率。這在反射系數(shù)曲線中沒有出現(xiàn)。
圖5表示配備有按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的移動站MS。屬于所述天線結(jié)構(gòu)的多頻帶輻射平面元件520完全位于移動站的蓋的內(nèi)部。所示的鞭狀元件511被完全從移動站的蓋中被拉出。
上面說明了按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不限于上述的天線元件的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明也不限制制造所述天線的方法和所使用的材料。在由獨立權(quán)利要求1限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的構(gòu)思可以用不同的方式來實施。
權(quán)利要求
1.一種多頻帶天線，包括在無線電通信裝置內(nèi)部的接地平面和輻射平面元件，所述平面元件包括天線饋入點和平面元件短路點以及第一槽(231)，所述第一槽從平面元件的邊沿距離短路點相當(dāng)近的位置開始，并且被這樣設(shè)置，使得在天線的第一工作頻帶內(nèi)諧振，所述天線還包括相對于所述平面元件可以移動的鞭狀元件，所述鞭狀元件在被拉出時，具有和所述平面元件電連接的點，其特征在于，所述平面元件(220)還包括第二(232)和第三(233)槽，它們從所述平面元件的邊沿開始，當(dāng)從平面元件的饋入點(F)看時，所述第二槽把平面元件分成第一分支(B1)和第二分支(B2)，第一分支(B1)被設(shè)置成可以在天線的第二工作頻帶內(nèi)諧振，第二分支(B2)被設(shè)置成可以在天線的第三工作頻帶內(nèi)諧振，并且所述第三槽被設(shè)置成當(dāng)鞭狀元件被拉出時，可以在一個高于天線的第一工作頻帶的中心頻率的頻率上諧振，以便在第一工作頻帶的范圍內(nèi)使天線匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述鞭狀元件(211)和所述第一分支(B1)一起被設(shè)置成可以在天線的第三工作頻帶內(nèi)諧振。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，其中所述第一分支還被分成兩個子分支，其第二子分支(B12)由平面元件的邊沿和第一槽(231)限定，并且在第二子分支的端部設(shè)置有所述鞭狀元件連接點。
4.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第一子分支(B11)由平面元件的邊沿和第三槽(233)限定。
5.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述饋入點(F)和短路點(S)位于所述第一槽(231)和所述第二槽(232)之間。
6.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二分支(B2)包括至少一個指向接地平面的凸起(221，222)，以便增加第二分支的電長度。
7.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，當(dāng)所述鞭狀元件被推入無線電通信裝置內(nèi)部時，所述鞭狀元件的下端和接地平面電連接。
8.一種具有天線結(jié)構(gòu)的移動站(MS)，所述天線結(jié)構(gòu)包括多頻帶輻射平面元件和接地平面以及可以相對于兩者移動的鞭狀元件，所述鞭狀元件在被拉出時具有和所述平面元件的電連接點，所述平面元件具有天線饋入點，短路點和第一槽，所述第一槽從平面元件的邊沿相當(dāng)靠近短路點處開始，并被設(shè)置成可以在天線的第一工作頻帶內(nèi)諧振，其特征在于，所述平面元件(520)還包括第二和第三槽，它們從平面元件的邊沿開始，當(dāng)從平面元件的饋入點看時，所述第二槽把平面元件分成第一分支和第二分支，第一分支被設(shè)置成可以在天線的第二工作頻帶內(nèi)諧振，第二分支被設(shè)置成可以在天線的第三工作頻帶內(nèi)諧振，并且所述第三槽被這樣設(shè)置，使得當(dāng)鞭狀元件(511)被拉出時，在一個大于天線的第一工作頻帶的中心頻率的頻率上諧振，以便在第一工作頻帶的范圍內(nèi)使天線匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于移動站中的多頻帶天線,該天線結(jié)構(gòu)包括被設(shè)置在移動站的蓋內(nèi)的平面的倒F形天線型天線。所述天線包括槽輻射器(231)。在平面元件中具有第二槽(232),使得當(dāng)從饋入點(F)看時,形成兩個不同長度的輻射導(dǎo)電分支(B1,B2)。3個輻射器的每一個具有其自身的單獨的工作頻帶。所述結(jié)構(gòu)還包括可以相對于PIFA部分移動的鞭狀元件(211)。當(dāng)所述鞭狀元件被拉出時,所述鞭狀元件的下端利用其較窄的側(cè)分支(B12)和平面元件的較短的分支實現(xiàn)電連接。拉出的鞭狀元件對最高工作頻帶的位置的影響由在平面元件中形成的第三槽(233)補償。在任何情況下,通過使平面元件中具有的導(dǎo)電圖形形成所需的形狀來進行匹配。
文檔編號H01Q1/24GK1387281SQ02119780
公開日2002年12月25日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者J·米克科拉, P·安納馬亞, S·塔瓦斯, M·波努馬 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司