專利名稱：多頻段天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)部多頻段天線，特別打算供小尺寸無線電設(shè)備使用。本發(fā)明還涉及包括按本發(fā)明的天線的無線電設(shè)備。
背景技術(shù)：
在便攜式無線電設(shè)備中，特別在移動(dòng)站中，為方便起見我們偏愛回避使用突出在該設(shè)備蓋外的天線。在多數(shù)情況中，移動(dòng)站的內(nèi)部天線具有一平面的結(jié)構(gòu)該天線包括一個(gè)輻射平面和與其平行的一個(gè)接地平面。為方便阻抗匹配，該輻射平面和接地平面通常在合適位置用一個(gè)短路導(dǎo)體相互連接，由此生產(chǎn)出一種平面倒F天線(PIFA)。該平面天線的電氣特性，例如帶寬和天線增蓋，尤其取決于所說平面之間的距離。當(dāng)該移動(dòng)站在厚度方向越薄時(shí)，所說距離不可避免地減小，而因此該電氣特性越差。該問題特別與可折疊移動(dòng)電話相關(guān)，只要其折疊部分相對(duì)地扁平。實(shí)際中，這樣的可折疊模式具有伸出的天線。
如所知道的那樣，尤其通過配置該天線的輻射元件為該設(shè)備蓋子的一部分，將能改進(jìn)一個(gè)無線電設(shè)備的空間使用。申請(qǐng)人知道在其自己的申請(qǐng)F(tuán)I20030059中描述的這種配置，在那里該輻射蓋子元件具有電磁饋給以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。圖1a和1b表示該類型的一種解決方案。圖1a表示天線100的放大了的截面。該無線電設(shè)備的蓋子的一部分130起輻射器作用，在它下面存在該天線的接地平面110。一個(gè)薄介質(zhì)層105靠著該輻射器130稍彎曲的內(nèi)部表面放置和該天線的帶狀饋電元件120放置在該介質(zhì)層的表面上。該層105和該饋電元件120例如可一起形成一塊靈活的電路板。在該輻射器和該饋電元件之間僅存在電磁耦合，由于該介質(zhì)層薄，所以這種電磁耦合是相當(dāng)強(qiáng)的。天線的饋電導(dǎo)體116和短路導(dǎo)體115電連接到該饋電元件120。該饋電導(dǎo)體通過該接地平面延長(zhǎng)到與該接地平面隔離的該無線電設(shè)備的天線端口。該短路導(dǎo)體在短路電路點(diǎn)S直接將該饋電元件連接到該接地平面。
圖1b表示從該設(shè)備外部的天線100。這里輻射器130例如是該移動(dòng)電話后蓋的一半。饋電元件120由虛線表示。在該例中它是類T字母形狀的導(dǎo)體帶，其桿狀物在該無線電設(shè)備的寬度方向橫跨輻射器延長(zhǎng)，而垂直的“交叉束”在該無線電設(shè)備的長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)，靠近該輻射器的一邊的邊緣。上述天線的饋電點(diǎn)F和短路電路點(diǎn)S位于該桿狀物的中間。短路電路點(diǎn)將該饋電元件分成兩部分。以使該天線具有兩個(gè)工作頻段。該饋電元件的第一部分121與輻射器和接地平面一起諧振在該天線的較低工作頻段范圍，而該饋電元件的另一部分122與輻射器和接地平面一起諧振在該天線的較高工作頻段范圍。這樣該第一和第二部分的長(zhǎng)度不必如此相應(yīng)于該工作頻段的波長(zhǎng)，但對(duì)相對(duì)大的輻射元件的耦合將增加該饋電元件部分的電長(zhǎng)度，使得它們相應(yīng)于打算要求的波長(zhǎng)。有可能激勵(lì)天線結(jié)構(gòu)100中的這樣的一些諧振，其主要地僅取決于該輻射器的尺寸和離接地平面的距離。這樣類型的一個(gè)諧振可以例如配置在較高工作頻段的范圍中，以便擴(kuò)展它。為此目的，圖1b表示由虛線描繪的一個(gè)調(diào)諧元件140，該元件是靠近饋電元件120的導(dǎo)體帶，和它以與該饋電元件相同方式從輻射器130分開。調(diào)諧元件140電耦合到接地平面。圖1b用圖形符號(hào)表示出這種連接，和該短路電路點(diǎn)S的接地連接。
除了也是因?yàn)榻拥仄矫婧宛侂娫g的距離該輻射器不在設(shè)備中占有空間這個(gè)事實(shí)之外，上述天線結(jié)構(gòu)提供相當(dāng)寬的帶寬，甚至在一個(gè)扁平的無線電設(shè)備中，在一個(gè)相應(yīng)的PIFA中，由于相對(duì)寬的輻射器，天線結(jié)構(gòu)可以做得比接地平面和該輻射平面之間的距離稍短。但總是希望改進(jìn)天線的電特性，以保證無線電連接的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以一種新的和更有利的方法實(shí)施小尺寸無線電設(shè)備中的多頻段天線。按本發(fā)明的天線的特征在于表示在獨(dú)立權(quán)利1中的內(nèi)容。按本發(fā)明一個(gè)無線電設(shè)備的特征在于表示在獨(dú)立權(quán)利要求12中的內(nèi)容。在其他的權(quán)利要求中表示本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的基本概念如下該天線具有一個(gè)相對(duì)寬的表面輻射器，其通過一個(gè)單獨(dú)的饋電元件電磁耦合到該無線電設(shè)備的天線端口。借助該饋電元件產(chǎn)生至少兩個(gè)有用的諧振，和至少該輻射器的一個(gè)諧振本身也是加以利用的。輻射器具有一個(gè)孔，通過它產(chǎn)生一個(gè)有用的附加諧振。通過定位饋電元件靠近其邊緣并選擇在該饋電元件上用于饋電和短路點(diǎn)的合適位置在該孔中激勵(lì)一個(gè)振蕩。通過在適當(dāng)位置改變孔邊緣和接地平面之間的電容來細(xì)調(diào)該孔諧振的頻率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于借助所說附加諧振可以展寬天線的某個(gè)工作頻帶。帶寬的增加是由于該附加諧振的頻率是位于所說工作頻帶中的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)不同于用來形成該工作頻帶的某個(gè)其他諧振的頻率。由于該改進(jìn)的頻帶特性，天線可制作得比現(xiàn)有技術(shù)天線更低的頻帶特性。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)應(yīng)用它于備有備用顯示器的一個(gè)移動(dòng)站中時(shí)，該孔不要求單獨(dú)的制造步驟，因?yàn)樵谌魏吻闆r下，輻射器具有用于顯示的一個(gè)孔。


下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。在說明書中對(duì)包括的附圖進(jìn)行參考，其中圖1a、b表示現(xiàn)有技術(shù)多頻段天線的一個(gè)例子；圖2a、b表示按本發(fā)明的一個(gè)孔輻射器原理的結(jié)構(gòu)的例子；圖3a、b表示按本發(fā)明的一個(gè)多頻段天線的例子；圖4表示按本發(fā)明的天線的頻率特性的例子；以及圖5表示按本發(fā)明的一個(gè)無線電設(shè)備的例子。
發(fā)明的詳細(xì)說明在圖2a和2b中表示用在按本發(fā)明的天線中的孔輻射器的原理的例子。圖2a表示頂視圖中的結(jié)構(gòu)，即從在該輻射元件的外表面的外面觀察的，和圖2b表示無輻射元件的結(jié)構(gòu)。該輻射元件230是平面的，并具有相對(duì)寬的矩形孔250。“孔”意味在無導(dǎo)電材料延長(zhǎng)到該導(dǎo)體平面任何邊緣的一個(gè)導(dǎo)體平面中的一個(gè)范圍。在輻射元件230下面有與該輻射元件尺寸相同并與其平行的接地平面210。饋電元件220位于接地平面和輻射元件之間，并由圖2a中的虛線表示。饋電元件與輻射元件電分開，并且通過短路導(dǎo)體215從饋電元件的短路電路點(diǎn)S電連接到該接地平面。在使用期間，該饋電元件進(jìn)而通過饋電導(dǎo)體216從該饋電點(diǎn)F連接到無線電設(shè)備的天線端口。
在該例中，該饋電元件220是直導(dǎo)體帶，它沿孔250的一個(gè)邊緣追蹤。在垂直于該輻射元件的方向上觀察，饋電元件是在該導(dǎo)體表面上，稍微在該孔的外邊。該短路電路點(diǎn)S位于大約孔的邊緣的中間，而饋電點(diǎn)F相對(duì)靠近該短路電路點(diǎn)。由于它們之間的短的距離，在該饋電元件和該輻射元件之間的電磁耦合是相當(dāng)強(qiáng)的。用某一頻率饋送該天線然后使在該輻射元件中的一個(gè)電流分布沿著該孔從而在該孔中激勵(lì)起一個(gè)振蕩，并輻射電磁能。所說該孔的頻率，或諧振頻率當(dāng)然取決于該孔的尺度。另外還取決于到接地平面的距離和沿孔的導(dǎo)體的細(xì)節(jié)形狀。
這樣該孔250是上述實(shí)際的輻射器。但是，如果不能存在無導(dǎo)體平面的孔，則該平面將被稱為一個(gè)輻射元件。
圖3a和3b表示按本發(fā)明的天線的例子，它具有至少兩個(gè)工作頻段。圖3a表示天線的內(nèi)幕，移除接地平面，而圖3b表示它的截面。該天線是圖1中已知天線和按圖2結(jié)構(gòu)的組合。輻射元件330是平面的，具有彎曲邊緣的幾乎是矩形的塊，使得它適合作為一個(gè)無線電設(shè)備的蓋的一部分。該輻射元件具有一個(gè)孔350，它占據(jù)其一半面積的大部分。在另外的內(nèi)部表面繼續(xù)的一半上，存在一個(gè)薄介質(zhì)層305，它將帶狀饋電元件320與該輻射元件隔離。在輻射元件330的寬度方向上，饋電元件具有一個(gè)中央部分，其沿著孔350的一個(gè)邊緣，在該邊緣的整個(gè)長(zhǎng)度上延長(zhǎng)。該饋電元件繼續(xù)在該輻射元件的長(zhǎng)度方向離開該中心部分的兩端。在該中央部分，在該短路電路點(diǎn)S，該天線短路導(dǎo)體315連接到饋電元件，該短路導(dǎo)體將該饋電元件連接到接地平面310。該接地平面表示在圖3b中，在那里它是在該饋電元件中央部分處的天線的截面。在該例中，該接地平面是電路板301的一個(gè)導(dǎo)電表面。此外，天線饋電導(dǎo)體316連接到饋電元件的中央部分饋電點(diǎn)F。該短距電路點(diǎn)S將該饋電元件320分成第一分支321和第二較短分支322。類似于圖1天線中的方法，該第一分支饋電元件在此還與輻射元件330和接地平面一起諧振在該天線的較低工作頻段的范圍中，而第二分支饋電元件與該輻射元件和接地平面一起將諧振在較高工作頻段的范圍中。
除饋電元件外，在介質(zhì)層305的表面上存在一個(gè)帶狀調(diào)諧元件340。該調(diào)諧元件在一點(diǎn)上具有通過接地導(dǎo)體345連接到接地平面的電連接。該調(diào)諧元件的目的在于偏移由該輻射元件330和接地平面310對(duì)形成的諧振腔的諧振頻率到一個(gè)要求的點(diǎn)。該要求的點(diǎn)例如可位于較高的工作頻帶的范圍內(nèi)，以加寬該頻帶。
本發(fā)明最基本的本質(zhì)在于使用孔350。當(dāng)孔適當(dāng)定尺度時(shí)，按照?qǐng)D2的說明在其中將激勵(lì)在所要求頻率上的振蕩。這將增加一個(gè)有用的諧振來改進(jìn)該天線的特性。借助該孔諧振，能形成一個(gè)單獨(dú)的工作頻段，或在雙頻段天線情況下該孔諧振例如可用來加寬較高工作頻段。為調(diào)整該諧振頻率，該輻射元件330在該孔350的邊緣具有指向接地平面的一個(gè)延長(zhǎng)部分331。這將增加輻射元件和接地平面之間的電容而稍許降低該孔的諧振頻率。當(dāng)然也可能將類似延長(zhǎng)部分331的一個(gè)調(diào)諧元件放置在接地平面的一側(cè)。
在圖3a中該介質(zhì)層305，饋電元件320和調(diào)諧元件340可一起形成例如一塊靈活的電路板。導(dǎo)體315，316和345可附加到該電路板301，以及在一個(gè)組裝的設(shè)備中它們例如通過內(nèi)部彈簧的力量將形成對(duì)饋電或調(diào)諧元件的可靠的接觸。
圖4表示按本發(fā)明天線的頻率特性的例子。該圖表示反射系數(shù)S11隨頻率變化的曲線41。被測(cè)天線被設(shè)計(jì)來工作在GSM850(用于移動(dòng)電信的全球系統(tǒng))，GSM900，GSM1800和GSM1900系統(tǒng)中。前兩者所要求的頻段位于824-960MHz頻率范圍中，它是該天線的較低工作頻段B1。后兩者所要求的頻段位于1710-1990MHz頻率范圍中，它是該天線的較高工作頻段Bu。該圖表示在該較低頻段中天線的反射系數(shù)小于-5dB。在較高工作頻段該天線的反射系數(shù)小于-7dB。在該工作頻段中曲線41具有三個(gè)不同的諧振點(diǎn)。在較低工作頻段存在第一諧振點(diǎn)r1是由于由饋電元件第一部分與輻射元件和接地平面一起形成的結(jié)構(gòu)而形成的。關(guān)于較高工作頻段，存在第二和第三諧振點(diǎn)r2和r3。第二諧振點(diǎn)位于該較高工作頻段Bu的較低邊界處，并且是由于該饋電元件的第二部分與該輻射元件和該接地平面一起形成的結(jié)構(gòu)而形成的。第三諧振點(diǎn)r3靠近該較高工作頻段的較高邊界。兩個(gè)不同的諧振在該點(diǎn)起作用。一個(gè)是孔諧振而另一個(gè)是由輻射元件和接地平面對(duì)形成的諧振腔的諧振。天線的該較高頻段復(fù)蓋整個(gè)1670-2030MHz范圍，使用-5dB的反射系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)。則相對(duì)帶寬為20％。雖然被測(cè)天線的高度僅為4mm，卻得到了這樣寬的帶寬。
在圖4中還看到在頻率1.16GHz處，換言之在該工作頻段外存在另一個(gè)第四諧振點(diǎn)r0。這是由輻射元件和接地平面一起形成的諧振器的基本諧振頻率。上述這種結(jié)構(gòu)的諧振頻率位于較高工作頻帶中，是該基本諧振頻率的一個(gè)諧波。
圖5是按本發(fā)明的一個(gè)無線電設(shè)備的例子。該無線電設(shè)備RD是一個(gè)可折疊的移動(dòng)站。它具有第一折疊部分FD1和第二折疊部FD2，兩者都是從其后面看的。這兩部分圍繞活頁HG彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)站的主顯示器位于該第一折疊部分的前邊上，在該圖中這邊看不見，而該移動(dòng)站的鍵盤位于該第二折疊部分的前邊上。該第一可折疊部分蓋的背邊530是由導(dǎo)電材料制作的并起輻射元件作用。該移動(dòng)站的第二顯示器DP2位于該第一折疊部分的背邊上。這要求一個(gè)孔550在該輻射元件530中。按本發(fā)明通過與該蓋的導(dǎo)體輻射器相同的饋電元件對(duì)孔550饋電來使用它，該饋電元件與該蓋絕緣。
在說明書和權(quán)利要求中渾名“clos to”或“close by”意指一個(gè)距離，其至少為發(fā)生在所描述部分中的振蕩的波長(zhǎng)更短的量級(jí)上。
以上我們已描述了按本發(fā)明的一種多頻段天線。在該天線中元件的形狀可不同于在此所示的形狀，和本發(fā)明不限于這些元件和整個(gè)天線的制作方法。例如，該輻射元件可以是該介質(zhì)蓋的外表面或內(nèi)表面上的一個(gè)導(dǎo)體層，而天線的饋電元件可以是直接附在該蓋內(nèi)表面上的導(dǎo)體帶。本發(fā)明的概念可按不同方式應(yīng)用，其中由獨(dú)立權(quán)利要求1和13限定。
權(quán)利要求
1.一種用于無線電設(shè)備的多頻段天線，該天線具有至少第一和第二工作頻段并包括一個(gè)接地平面(310)，一個(gè)輻射元件(330；530)，一個(gè)饋電元件(320；520)，一個(gè)饋電導(dǎo)體(316)和一個(gè)短路導(dǎo)體(315)，其特征在于-該輻射元件與該無線電設(shè)備的其他導(dǎo)電部分電絕緣，和該饋電導(dǎo)體和短路導(dǎo)體連接到該饋電元件，-該短路導(dǎo)體的一個(gè)連接點(diǎn)(S)將該饋電元件分成第一部分(321)和第二部分(322)，-配置該饋電元件的第一部分與該輻射元件和接地平面一起，以便諧振在該天線的第一工作頻段(B1)的一個(gè)范圍中，和配置該饋電元件的第二部分與該輻射元件和該接地平面一起，以便諧振在該天線的第二工作頻段(Bu)的一個(gè)范圍中，以及-該輻射元件具有一個(gè)孔(350；550)，它被配置來諧振在一個(gè)第三頻率。
2.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于為配置所說孔的一個(gè)諧振，至少該饋電導(dǎo)體和短路導(dǎo)體連接到的饋電元件(320；520)的那個(gè)部分位于靠近該孔(350；550)的一個(gè)邊緣。
3.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于它包括第一調(diào)諧元件，其改變?cè)撦椛湓徒拥仄矫嬷g的電容，以便設(shè)置在該孔中激勵(lì)的振蕩的頻率或所說第三頻率。
4.按權(quán)利要求3的多頻段天線，其特征在于第一調(diào)諧元件是該輻射元件的擴(kuò)展(331)，從靠近該孔(350)的邊緣的一個(gè)位置指向該接地平面。
5.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于所說第三頻率位于該天線的第二工作頻段(Bu)的一個(gè)范圍中，以擴(kuò)展該頻段。
6.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于進(jìn)一步配置該輻射元件與該接地平面在一起，以便諧振在一第四頻率。
7.按權(quán)利要求6的多頻段天線，其特征在于它包括改變?cè)撦椛湓徒拥仄矫嬷g的電容的第二調(diào)諧元件，以設(shè)置所說第四頻率。
8.按權(quán)利要求7的多頻段天線，其特征在于該第二調(diào)諧元件是由一個(gè)接地導(dǎo)體(345)連接到該接地平面的導(dǎo)體帶(340)。
9.按權(quán)利要求6的多頻段天線，其特征在于所說第四頻率位于該天線的第二工作頻段(Bu)的一個(gè)范圍中，以擴(kuò)展該頻段。
10.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于該輻射元件(530)是該無線電設(shè)備(RD)的蓋子的一部分。
11.按權(quán)利要求1的多頻段天線，其特征在于該饋電元件是在介質(zhì)層(305)表面上的一個(gè)導(dǎo)體帶(320)，而該介質(zhì)層依靠該輻射元件(330)放置。
12.一種備有一個(gè)多頻段天線的無線電設(shè)備(RD)，該多頻段天線具有至少第一和第二工作頻段，該天線包括一個(gè)接地平面，一個(gè)輻射元件(530)，一個(gè)饋電元件(520)，一個(gè)饋電導(dǎo)體和一個(gè)短路導(dǎo)體，其特征在于-該輻射元件與該無線電設(shè)備的其他導(dǎo)電部分電絕緣，和該饋電導(dǎo)體以及該短路導(dǎo)體連接到該饋電元件，-該短路導(dǎo)體的一個(gè)連接點(diǎn)將該饋電元件分成第一部分和第二部分。-配置該饋電元件的第一部分與該輻射元件和接地平面一起以諧振在該天線的第一工作頻段的一個(gè)范圍中，和配置該饋電元件的第二部分與該輻射元件和接地平面一起以諧振在該天線的第二工作頻段的一個(gè)范圍中，以及-該輻射元件具有一個(gè)孔(550)，其被配置來諧振在一個(gè)工作頻段的一個(gè)范圍上。
13.按權(quán)利要求12的無線電設(shè)備，包括第一顯示器和第二顯示器(DP2)，其特征在于該輻射元件(530)是該無線電設(shè)備的蓋子的一部分，而同時(shí)所說孔(550)是在所說蓋子部分中形成的并用于第二顯示器。
14.按權(quán)利要求13的無線電設(shè)備，其特征在于它是可折疊類型的，具有第一和第二折疊部分，和蓋子的所說部分(530)是該第二折疊部分的后蓋(FD1)。
全文摘要
特別打算供小尺寸無線電設(shè)備使用的一種內(nèi)部多頻段天線和無線電設(shè)備。該天線具有一個(gè)相對(duì)寬的表面輻射器(330)，通過一個(gè)分開的饋電元件(320)電磁連接到該無線電設(shè)備的天線端口。借助于饋電元件產(chǎn)生至少兩個(gè)有用的諧振，和還利用該輻射器的至少一個(gè)固有的諧振。該輻射器具有一個(gè)孔(350)，由它將產(chǎn)生一個(gè)有用的附加諧振，通過設(shè)置該饋電元件靠近其邊緣和通過適當(dāng)?shù)剡x擇該饋電元件的饋電點(diǎn)(F)和短路點(diǎn)(S)的位置在該孔中激勵(lì)一個(gè)振蕩。該孔諧振的頻率通過在適當(dāng)位置(331)改變?cè)摽走吘壓驮摻拥仄矫嬷g電容進(jìn)行細(xì)調(diào)諧。該天線的工作頻段可借助于所說附加諧振展寬。只要一個(gè)移動(dòng)站具有一個(gè)備用顯示器，則有可能在同一時(shí)間使用其孔作為一個(gè)輻射器。
文檔編號(hào)H01Q5/00GK1518159SQ20041000186
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者H·科爾瓦, H 科爾瓦 申請(qǐng)人:菲爾特朗尼克Lk有限公司