專利名稱：集成到外殼中的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電信設(shè)備，該電信設(shè)備具有至少一個(gè)集成到其外殼中的天線。
在移動(dòng)電信領(lǐng)域中，使用微波頻段內(nèi)的電磁波來發(fā)送信息。其實(shí)例是在890到960MHz(GSM900)、1710到1880MHz(GSM1800或DCS)和1850到1990MHz(GSM1900或PCS)頻段內(nèi)的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，以及在下一代移動(dòng)電信中是UMTS頻帶(1885到2200MHz)和2400到2480MHz頻段內(nèi)的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，使用上述這些標(biāo)準(zhǔn)以便允許例如在移動(dòng)電話和其它電子設(shè)備(諸如計(jì)算機(jī)、其它移動(dòng)電話等等)之間交換數(shù)據(jù)。
由于GSM頻段內(nèi)的當(dāng)前應(yīng)用將一直使用到2010年前后，所以特別在今后幾年內(nèi)將投放市場(chǎng)的終端必須能夠操作在GSM以及UMTS頻段中。同時(shí)，也可以看出使用內(nèi)部天線的趨勢(shì)。下一代移動(dòng)電話可能不會(huì)比現(xiàn)有的移動(dòng)電話更大，因此，由于必須合并附加的功能，可用空間將變得更小。因此將需要更小的、同時(shí)性能更高的天線。也可以看出，電環(huán)境對(duì)于性能有顯著的影響。因此，對(duì)于天線來說重要的不僅僅是尺寸，同時(shí)還需要將天線匹配在應(yīng)用中，這是對(duì)天線結(jié)構(gòu)有效尺寸的重要的共同決定因素之一。
所使用的天線通過建立電磁諧振來輻射電磁能量。在這種情況下，天線的長(zhǎng)度必須等于所發(fā)射的電磁輻射波長(zhǎng)的至少四分之一。因此當(dāng)空氣作為電介質(zhì)時(shí)(εr＝1)，對(duì)于1GHz的頻率，所獲得天線長(zhǎng)度是75mm。例如通過在所謂的短截線天線(stub antenna)中將天線的線體繞成螺旋形狀，可以減小天線的長(zhǎng)度。
為了使天線尺寸最小化，對(duì)于所發(fā)射的給定波長(zhǎng)的電磁輻射，可以將電介質(zhì)常數(shù)εr＞1的電介質(zhì)用作天線的基本構(gòu)建塊。這導(dǎo)致在該電介質(zhì)中將電磁輻射的波長(zhǎng)減小了 倍。因此，在此類電介質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的天線的尺寸也會(huì)減小 倍。
這種類型的天線包括一個(gè)電介質(zhì)材料塊(襯底)。取決于想要的一個(gè)或多個(gè)操作頻帶，將一個(gè)或多個(gè)諧振金屬化結(jié)構(gòu)施加到該襯底的各表面。所述諧振頻率值取決于所印制的金屬化結(jié)構(gòu)的大小和該襯底的電介質(zhì)常數(shù)值。在這種情況下，隨著所述金屬化結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度增加以及隨著所述電介質(zhì)常數(shù)值的增加，各個(gè)諧振頻率值減小。這種天線也稱作印制線天線(PWA)或者電介質(zhì)塊天線(DBA)，并且例如在EP1195845 A2和EP 1204160 A2中做了公開。
如果可以容易地裝配天線的話將是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。為此，通過表面安裝(SMD)技術(shù)(也就是通過在板上焊接和制作平坦的接觸件)將天線和所需的其它部件直接施加到印刷電路板(PCB)上。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是天線的高度較低。
然而，這種天線的一個(gè)缺點(diǎn)在于它們?cè)谟∷㈦娐钒迳闲枰鄬?duì)較大的空間，因此對(duì)于電路板的設(shè)計(jì)有很大影響。舉例來說，在天線下面一定不能有接地金屬化，因?yàn)檫@樣做對(duì)于天線的輸入和輸出特性將有不利影響。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠在盡可能節(jié)省空間的情況下集成到設(shè)備中的天線。
所述目的是通過一種集成到設(shè)備外殼中的天線來實(shí)現(xiàn)的，該天線包括-至少一個(gè)襯底，-至少一個(gè)諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，-至少一個(gè)第一接觸引腳和一個(gè)第二接觸引腳，該第一接觸引腳連接到地電勢(shì)，并且該第二接觸引腳被提供來向印刷電路板給出高頻饋入。
這種解決方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于設(shè)備內(nèi)的印刷電路板上的天線不需要專用的空閑空間，并且不再需要調(diào)整印刷電路板的設(shè)計(jì)以便將天線適當(dāng)定位在該印刷電路板上。特別有利的是能夠增大可用于設(shè)計(jì)諧振結(jié)構(gòu)的面積，這是因?yàn)椴恍枰附拥慕佑|點(diǎn)來固定天線。與此同時(shí)，對(duì)于印刷電路板的設(shè)計(jì)的影響也被顯著減小。
在權(quán)利要求2-4所述的實(shí)施例中，屬于天線的第一印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通過第一接觸點(diǎn)連接到印刷電路板的地電勢(shì)。同時(shí)，印刷電路板上的第二印刷導(dǎo)體通過第二接觸點(diǎn)連接到屬于天線的第二印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該天線還可以具有其它的印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，這些其它的印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)不與該印刷電路板接觸，并且通過這些其它的印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生其它的諧振。
所述第一和第二印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分別從所述第一和第二接觸點(diǎn)開始，并且以分開的對(duì)應(yīng)終點(diǎn)結(jié)束。各個(gè)印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度(li)在本例中近似對(duì)應(yīng)于諧振頻率(fi)的波長(zhǎng)的一半。各個(gè)長(zhǎng)度(li)近似等于li≅λi2ϵr]]>本發(fā)明還涉及一種具有至少一個(gè)集成到其外殼中的天線的設(shè)備。該天線具有至少一個(gè)第一諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和一個(gè)第二諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)通過第一連接點(diǎn)連接到印刷電路板上的第一印刷導(dǎo)體。該天線具有至少兩個(gè)其它的連接點(diǎn)，借助于所述其它的連接點(diǎn)，在該印刷電路板上提供兩個(gè)其它的印刷導(dǎo)體以作為用于該天線的連接。
在權(quán)利要求7-9所述的實(shí)施例中，將可以彼此分開驅(qū)動(dòng)的至少兩個(gè)天線集成到設(shè)備的外殼中。該實(shí)施例的特別有利的地方在于，由于在該例中存在另一個(gè)天線，所以特別在2GHz的頻段內(nèi)增加了帶寬。
在接收特性方面，由于存在由第一和第二天線構(gòu)成的子模塊，所以例如可以利用所謂的極化分集。極化分集的意思是兩個(gè)天線對(duì)于不同極化的電磁輻射的接收并不同樣好，也就是說，取決于設(shè)備(例如移動(dòng)電話)的位置，兩個(gè)天線中的一個(gè)給出更好的接收。通過同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)天線但是改變兩個(gè)信號(hào)間的相位偏移，能夠有效地影響發(fā)射屬性(并且特別是方向性)。這樣就可以在從用戶頭部指出的方向上定向該天線的最大輻射級(jí)別。
本發(fā)明還涉及一種印刷電路板(PCB)，該印刷電路板具有至少一個(gè)所述類型的天線，該天線被集成到設(shè)備外殼中，并且通過各接觸引腳連接到該印刷電路板。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的這些和其它方面。
在附圖中

圖1示出被集成到設(shè)備外殼中的第一天線。
圖2示出包括兩個(gè)電介質(zhì)塊天線(DBA)的所謂的分集天線子模塊。
圖3是天線的第一實(shí)施例的S11參數(shù)的曲線表示。
圖4是天線的第二實(shí)施例的S11參數(shù)的曲線表示。
在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一天線1的第一實(shí)施例，該天線被集成到外殼2中。天線1通過接觸引腳3和4連接到印刷電路板5。接觸引腳3和4被近似放置在天線1的中段，因此天線1相對(duì)于印刷電路板5被居中安排。
天線1是一個(gè)多頻帶天線，并且包括一個(gè)陶瓷襯底，該襯底具有基本上是平行六面體塊的形式，該平行六面體塊的尺寸近似地是17*13*2mm3。用作襯底材料的載體材料具有大于1的電介質(zhì)常數(shù)或者相對(duì)磁導(dǎo)率。典型的材料是適于高頻使用的襯底，這種襯底具有較低損耗并且其高頻特性只在很低程度上受溫度影響(NPO或者所謂的SL材料)。也可以使用這樣的襯底通過在聚合物矩陣中嵌入陶瓷粉末，這種襯底的電介質(zhì)常數(shù)εr和相對(duì)磁導(dǎo)率μr不等于1。
替代平行六面體襯底，其它幾何形狀也是可能的，例如在其上施加了適當(dāng)?shù)挠∷?dǎo)體結(jié)構(gòu)的圓柱體。然而，襯底應(yīng)該盡可能淺，以確保能夠容易地集成到外殼中，例如如圖1中所示的那樣。
所述天線具有兩個(gè)電連接。第一電連接A與該應(yīng)用(例如電信終端)的地電極接觸，并且包括第一接觸引腳3。第二電連接B與到印刷電路板5的高頻饋線(通常50Ω)接觸，并且同樣包括一個(gè)接觸引腳，即第二接觸引腳4。這兩個(gè)連接形成金屬化的對(duì)應(yīng)端點(diǎn)，所述金屬化從這兩個(gè)連接向上延伸，并且其寬度可以改變。從連接A分叉的金屬化的整體長(zhǎng)度定義最低的諧振頻率(例如GSM900)。例如可以通過特定的耦合機(jī)制偏移到理想頻帶(例如DCS1800)內(nèi)的第一諧波確定了另一個(gè)頻帶，在該頻帶中天線能夠有效地操作。借助于與所述高頻饋線或者地金屬化沒有導(dǎo)電連接的附加的金屬化區(qū)域，可以產(chǎn)生其它諧振。
所述天線的金屬化結(jié)構(gòu)由具有高電導(dǎo)率的材料構(gòu)成，例如銀、銅、金、鋁或者超導(dǎo)體。
在圖2中，用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部件。在圖2所示的第二實(shí)施例中，一個(gè)所謂的分集天線子模塊包括安裝在印刷電路板5上的兩個(gè)電介質(zhì)塊天線(DBA)1和6。通過接觸引腳7和8，第二天線6也連接到印刷電路板5。在圖2所示的第二實(shí)施例中，第一天線1和第二天線2具有相同的構(gòu)造。
該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)還在于可以彼此分開地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)天線1和6。在該情況下，由于存在另一個(gè)天線，所以特別在2GHz的頻段內(nèi)增加了帶寬。在接收特性方面，例如通過該子模塊可以利用所謂的極化分集。在本例中，所述兩個(gè)天線對(duì)于不同極化的電磁輻射的接收并不同樣好，也就是說，取決于移動(dòng)電話的位置，兩個(gè)天線中的一個(gè)給出更好的接收。通過同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)天線但是改變兩個(gè)信號(hào)間的相位偏移，能夠有效地影響發(fā)射屬性(并且特別是方向性)。這樣就可以在從用戶頭部指出的方向上定向該天線的最大輻射級(jí)別。由于天線1和6非常小，所以在它們之間還獲得了至少10dB的可接受的隔離。此外，通過稍微改變各個(gè)天線的設(shè)計(jì)，可以覆蓋多個(gè)頻帶(例如由天線1覆蓋AMPS+DCS，同時(shí)由天線2覆蓋GSM 900+PCS)。
在圖3中，以對(duì)于印刷電路板5上的天線1的兩個(gè)不同位置的S11參數(shù)的形式示出了天線1的輸入特性。實(shí)線是圖1所示的安裝在該印刷電路板較短一側(cè)的天線1的S11參數(shù)曲線，而虛線是安裝在該印刷電路板較長(zhǎng)一側(cè)的同一天線1的S11參數(shù)曲線。
在所述兩個(gè)位置中，該天線都具有GSM 900頻帶區(qū)域中的諧振。然而，上諧振所在的頻率點(diǎn)取決于天線被安裝在印刷電路板的較短側(cè)還是較長(zhǎng)側(cè)。在第一種情況下，諧振位于DCS頻帶中，而在第二種情況下，諧振位于PCS頻帶和部分UMTS頻帶的區(qū)域中。通過稍微改變?cè)O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，可以對(duì)這些頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償，或者去除這些頻率偏移。
圖4中示出了圖2所見的分集天線子模塊的所測(cè)得的S11參數(shù)(實(shí)線)。其中的點(diǎn)劃線是該分集天線子模塊的S22參數(shù)的曲線。這兩條曲線清楚地表明，天線1和6之間的交互作用造成DCS/PCS頻譜(1850到1990MHz)和部分UMTS頻譜(1885到2200MHz)中的帶寬增加。
對(duì)該分集天線子模塊的各天線進(jìn)行匹配，以使得安裝在較短側(cè)的天線1(S11)的諧振在GSM900頻帶區(qū)域中給出最佳的Tx(發(fā)射)覆蓋范圍，同時(shí)安裝在印刷電路板較長(zhǎng)側(cè)的天線2(S22)在Rx(接收)范圍方面是最佳的。如果不執(zhí)行這種對(duì)于頻段的各部分的優(yōu)化，則各諧振幾乎會(huì)彼此重疊，從而允許對(duì)上述分集原理進(jìn)行最佳利用。在上頻段中，DCS頻帶由天線2覆蓋。另一方面，由于增大了帶寬，所以所述兩個(gè)天線都在PCS頻帶和部分UMTS頻帶中諧振，從而允許在該頻段中利用所述分集原理。
在圖5中示出了在所述分集天線子模塊的各天線之間所測(cè)得的隔離。該隔離好于-10dB，盡管在900MHz下所述天線之間的距離遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的四分之一。
權(quán)利要求
1.一種集成到設(shè)備外殼中的天線，包括-至少一個(gè)襯底，-至少一個(gè)諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，-至少一個(gè)第一接觸引腳和一個(gè)第二接觸引腳，該第一接觸引腳連接到地電勢(shì)，并且該第二接觸引腳被提供來向印刷電路板給出一個(gè)高頻饋入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述第一和第二接觸引腳通過接觸點(diǎn)連接到對(duì)應(yīng)的印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，該第一接觸引腳通過第一接觸點(diǎn)連接到第一諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且該第一諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度被調(diào)諧到第一頻帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述天線具有另一個(gè)印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該另一個(gè)印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)不與所述印刷電路板接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述接觸引腳具有彈簧引腳的形式。
6.一種具有集成到其外殼中的第一天線的設(shè)備，該第一天線包括-至少一個(gè)襯底，-至少一個(gè)諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，-至少一個(gè)第一接觸引腳和一個(gè)第二接觸引腳，該第一接觸引腳連接到地電勢(shì)，并且該第二接觸引腳被提供來給出一個(gè)高頻饋入。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，在所述外殼中提供至少一個(gè)第一天線和一個(gè)第二天線以用于發(fā)射或接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，彼此分開地驅(qū)動(dòng)所述第一和第二天線(1、6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述第一天線和第二天線在所述印刷電路板的兩個(gè)不同側(cè)與該印刷電路板接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述第一天線和/或第二天線是以無源諧振結(jié)構(gòu)的形式提供的。
11.一種特別用于表面安裝電子部件的印刷電路板，該印刷電路板具有一個(gè)如權(quán)利要求1所述的天線。
全文摘要
本發(fā)明涉及至少一個(gè)被集成到設(shè)備外殼中的天線，該天線具有一個(gè)襯底、一個(gè)諧振印刷導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及一個(gè)第一接觸引腳和一個(gè)第二接觸引腳。該第一接觸引腳在本例中連接到地電勢(shì)，并且該第二接觸引腳被提供來向印刷電路板給出一個(gè)高頻饋入。本發(fā)明還涉及一種在其外殼中集成了兩個(gè)天線的設(shè)備，所述兩個(gè)天線被彼此分開地驅(qū)動(dòng)。在該實(shí)施例的情況下，特別有利的是由于在該例中存在另一個(gè)天線，所以特別在2GHz頻段中得到了帶寬增加。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1784808SQ200480012502
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者H·佩爾策爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司