專利名稱：對“倒l型”平面天線的調(diào)諧改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對或涉及平面天線的改進(jìn)，尤其但并非專門地，涉及用在便攜式電話中的雙頻天線。這樣的電話可以遵照GSM和DCS 1800標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作。
背景技術(shù)：
PIFA(平面倒F型天線)在便攜式天線中得到了廣泛使用，因為具有它們很低的SAR(特性吸收比)，這意味著會有更少的發(fā)射能量散失到頭部中，并且PIFA天線都是很緊湊的，這一特點(diǎn)使得它們能夠安裝在電話電路上方，從而更加有效地利用了電話外殼內(nèi)部的空間。
在所附的附圖的圖1中給出了PIFA 10的立體示意圖。由介質(zhì)14將PIFA 10與印刷電路板(PCB)12隔離開，在所示的例子中，介質(zhì)14是空氣。按照典型的情況，處于rf屏蔽罩(也稱為rf罐)中18的電子元器件安裝在PCB 10的兩側(cè)上，并且導(dǎo)電接地平面16圍繞著這些元器件并且覆蓋了PCB 12的剩余區(qū)域。
PIFA 10包括具有切縫20的頂片，切縫20的一端22閉合，而它的另一端24通到頂片的上邊緣。該切縫本身包括四個相互連通的直線段25、26、27和28，這些直線段是相對于彼此正交延伸的。切縫20將頂片分成一個中央?yún)^(qū)域30和一個通常為U形的區(qū)域32，該U形區(qū)域32圍繞著中央?yún)^(qū)域30。這兩個區(qū)域從公共基礎(chǔ)區(qū)域34伸出。饋電短柱36一端連接在基礎(chǔ)區(qū)域34的一角上，并且其另一端連接到在PCB 12上安裝的元器件(未示出)上。短路短柱38一端連接在基礎(chǔ)區(qū)域34的一角和切縫20的開口端上，并且其另一端彈性接觸接地平面16。
諸如附圖1所示的那樣的結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是，雙頻操作是通過將低頻和高頻諧振器(即，分別是由中央?yún)^(qū)域30形成的單元和由U形區(qū)域32形成的單元)整合在同一個結(jié)構(gòu)中來實現(xiàn)的。認(rèn)為切縫20在給出公共饋點(diǎn)36的同時將這些諧振器分隔開。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的將PIFA安裝在便攜式電話的外殼內(nèi)部并且將它們剛好置于外蓋之下的缺點(diǎn)是，它們非常容易因人手握電話而失諧。這種失諧看來與天線和PCB有關(guān)或者與切縫有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是緩解由用戶造成的天線失調(diào)的問題。
按照本發(fā)明的第一個方面，給出了一種平面天線套件，包括印刷電路板(PCB)，在印刷電路板上有接地平面和rf電路；平板天線；用于將該平板天線安裝成與接地平面分隔開的裝置；和用于將平板天線與rf電路耦合起來的饋線，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
按照本發(fā)明的第二個方面，給出了一種通信設(shè)備，包括外殼，該外殼包含印刷電路板(PCB)，在印刷電路板上，有接地平面和rf電路；與接地平面間隔開的平面天線；介于PCB和平面天線之間的介質(zhì)；和將平面天線與rf電路耦合起來的饋線，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
按照本發(fā)明的第三個方面，給出了一種rf模塊，包括印刷電路板(PCB)，在印刷電路板上，有接地平面和rf電路；與接地平面間隔開的平面天線；在介于PCB和平面天線之間的空間內(nèi)的介質(zhì)；和將平面天線與rf電路耦合起來的饋線，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
本發(fā)明是基于切縫PIFA的雙頻工作的另一種觀點(diǎn)。這個另一種觀點(diǎn)是，附圖1中所示類型的PIFA在兩個所需頻率之間具有單一的諧振。雙頻性能是通過切縫的電抗調(diào)諧實現(xiàn)的，該切縫近似(取決于天線的大小)起到接近于天線的諧振頻率的四分之一波長傳輸線的作用。這個另一種觀點(diǎn)表明，切縫可由分立的或分布式的(多個)組件代替，例如并聯(lián)調(diào)諧L-C電路、傳輸線或任何其它主流電抗網(wǎng)絡(luò)，例如濾波器，這一(或這些)組件位于天線結(jié)構(gòu)的一部分上，該部分不會因用戶手持便攜式電話而遭受失調(diào)。


現(xiàn)在將參照附圖以舉例的方式介紹本發(fā)明，其中附圖1是切縫PIFA的立體示意圖，附圖2是按照本發(fā)明制作的便攜式通信設(shè)備的立體圖，
附圖3是平面天線背面的立體示意圖，其中饋線包括串聯(lián)連接的并聯(lián)L-C電路，附圖4是PCB和PIFA的立體示意圖，其中并聯(lián)L-C電路與rf電路的輸出端串聯(lián)連接，附圖5是平面天線背面的立體示意圖，其中饋線包括傳輸線，附圖6是平面天線背面的立體示意圖，其中饋線包括具有濾波器形式的電抗網(wǎng)絡(luò)，附圖7是具有有載短路銷的PIFA和PCB的示意圖以及它們的等效輻射和平衡模式的示意圖，附圖8是三饋線PIFA的立體示意圖，附圖9是附圖8中所示的PIFA結(jié)構(gòu)在沒有切縫并且具有相等饋線的情況下的S11圓圖，附圖10是附圖8中所示的PIFA結(jié)構(gòu)在開路輻射、平衡和總和模式下的S11圓圖，和附圖11是附圖8中所示的PIFA結(jié)構(gòu)在饋線1和2同相并且除掉了饋線3的情況下的S11圓圖。
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于指代相應(yīng)的特征。
具體實施例方式
由于附圖1已經(jīng)在本說明書的背景技術(shù)部分進(jìn)行過介紹，因此這里不再重述。
附圖2和附圖3表示便攜式通信設(shè)備，比如便攜式無線電話，它包括外殼40，該外殼裝容有PIFA 10，該P(yáng)IFA 10通過饋電短柱36與安裝在PCB 12上的rf電路(未示出)相耦合。一個短路短柱38與PCB 12上的接地面16彈性接觸。短路短柱38實現(xiàn)阻抗變換。安裝在天線背面或承載該天線的基板上的并聯(lián)LC電路42串聯(lián)連接在饋電短柱36和該平面天線上的饋電穿銷46之間。在實踐中，饋電穿銷46可以靠近饋電銷36，以便不對天線10的操作造成影響。對該電路的電感50和電容48的值進(jìn)行選擇，以對該天線進(jìn)行電抗性調(diào)諧。在雙頻天線用于所述的GSM和DCS頻率的情況下，較低的GSM頻率是電感性調(diào)諧的，而較高的DCS頻率是電容性調(diào)諧的。電感50和電容48可以是分立或分布式元件。
附圖4表示附圖2和3中所示的實施方式的第一種變形，其中天線10是PIFA，并聯(lián)LC電路42安裝在PCB 12遠(yuǎn)離天線10的表面上并且連接在rf塊電路52和饋電短柱36之間。在這種實現(xiàn)方式中，不需要短路短柱38，因為它的阻抗變換功能由rf電路塊52中的阻抗變換電路取代了。
附圖5表示附圖2和3中所示的實施方式的第二種變形，其中一段傳輸線54安裝在天線10的背面上，該天線10在這種實施方式中是PILA(平面倒L型天線)。傳輸線54用于對天線進(jìn)行電抗性調(diào)諧。也可以將傳輸線54設(shè)置在PCB 12上，用來將rf電路與饋電短柱36連接起來。在實踐中，銷46可以緊靠著饋電短柱36。
附圖6表示第三種變形，其中將任何其它的主流電抗網(wǎng)絡(luò)56(比如濾波器)安裝在PILA 10的背面，并且用于對該天線進(jìn)行電抗性調(diào)諧。網(wǎng)絡(luò)56也可以設(shè)置在PCB 12上，用來將rf電路與饋電短柱36連接起來。在實踐中，銷46可以緊靠著饋電短柱36。
為了證明切縫PIFA的雙頻操作的另一個觀點(diǎn)是正確的，將參照附圖中的附圖7給出下述原理的解釋說明。附圖7表示PIFA 10和具有有載短路短柱38的PCB 12，及其等效輻射模式RAD和平衡模式BAL示意圖。
在輻射模式分析中，可以通過用與跨越負(fù)載的壓降幅度和極性相同的電壓源替代該負(fù)載來計入負(fù)載。
輸入電流I1由下式給出I1=IR1+IB=V′(1+α)ZR+V(1+α)ZB---(1)]]>其中α是電流分配系數(shù)IR2/IR1，并且輻射模式電壓是由下式給出的V′＝V+I2ZL＝V+(IB-αIR1)ZL(2)使用等式(1)中的兩項，得到V′=V+V(1+α)ZBZL-αV′(1+α)ZRZL---(3)]]>針對V和V’進(jìn)行合并，得到V′(1+αZL(1+α)ZR)=V(1+(1+α)ZBZL)---(4)]]>
整理得到，V′=V(1+α)ZRZB+(1+α)2ZRZL(1+α)ZRZB+αZLZB---(5)]]>這樣，建立了輻射和平衡模式電壓之間的關(guān)系。也可以針對輸入電壓V1得出一個關(guān)系，由下式給出V1＝V′+αV (6)將(5)代入(6)中并且整理得到V1=V(1+α)2ZR(ZL+ZB)+α2ZLZB(1+α)ZRZB+αZLZB---(7)]]>輸入電流可以由(1)和(5)得出，并且由下式給出I1=VZB+(1+α)ZL(1+α)ZRZB+αZLZB+V(1+α)ZB---(8)]]>整理得到I1=V(1+α)2(ZL+ZR)+ZB(1+α)ZRZB+αZLZB---(9)]]>等式(7)和(9)的比直接給出阻抗，因為這兩個等式具有相同的分母。
Z1=(1+α)2ZR(ZL+ZB)+α2ZLZB(1+α)2(ZL+ZR)+ZB---(10)]]>設(shè)ZL＝∞，得到Z1=ZR+(α1+α)2ZB---(11)]]>平衡模式阻抗得到了向下變換(或者對于很大的電流分配系數(shù)，該阻抗根本沒有得到變換)并且與輻射模式串聯(lián)相加。
這個結(jié)果可以用于解釋頂板中切縫的工作，尤其是當(dāng)開口靠近并且緊挨著饋線時。
作為例子，考慮附圖8中所示的幾何結(jié)構(gòu)，所示的天線10具有三個饋線F1、F2、F3。饋線F3及其相關(guān)的銷是“偽”單元，目的是為了研究切縫20的效果。在最終設(shè)計方案中，可以將它們除掉。在這個例子中，PCB 12的尺寸是100×40×1mm，并且天線的尺寸是30×20×8mm。
附圖9表示尺寸相同但沒有切縫20的PILA的響應(yīng)。這是通過對各個饋線F1、F2和F3施加等幅、同相信號而得到的。S11圓圖覆蓋了800.00MHz到3.0GHz的頻帶，并且標(biāo)記S1和S2分別代表GSM900和DCS1800的中心頻率。該響應(yīng)是給定尺寸的PCB上的PILA的預(yù)期響應(yīng)。
具有開路負(fù)載的PIFA的阻抗是由等式(11)給出的。這可以用于模擬天線10頂板中的切縫的效果。
分析由將饋線F1和F2連接在一起并且對饋線F1和F2(一起)以及對饋線F3施加共同的和有差別的電壓開始。等式(11)用于借助輻射和平衡模式的和來模擬饋線F3開路的情況。在附圖10中給出了針對所有模式得到的S11。針對輻射+平衡模式的S11是使用“x”表示的，并且標(biāo)有RAD/BAL字樣，平衡模式是使用“◆”表示的，并且標(biāo)有BAL字樣，輻射模式是使用“●”表示的，并且標(biāo)有RAD字樣。在附圖10中，各個不同標(biāo)志含義如下r1輻射模式，GSM中心頻率下的ZRr2輻射模式，DCS中心頻率下的ZRb1平衡模式，GSM中心頻率下的ZBb2平衡模式，DCS中心頻率下的ZBrb1 GSM中心頻率下輻射和平衡模式的總和(包括Kα0倍乘)rb2 DCS中心頻率下輻射和平衡模式的總和(包括Kα0倍乘)在GSM和DCS頻率下，輻射模式阻抗接近于沒有切縫的PILA的阻抗，表明在這些頻率下切縫對輻射模式?jīng)]有什么影響。不過，在較高頻率下，有一定的影響。
在平衡模式下，切縫僅僅起到電抗的作用，就是說，短路傳輸線。
從附圖10中可以看出，切縫長度和電流分配系數(shù)都已經(jīng)得到了最優(yōu)化，使得輻射和平衡模式的總和(串聯(lián)連接)在GSM和DCS兩種頻率下都給出諧振。這需要很長的切縫長度，部分原因是因為天線稍小于常用的天線。
附圖11表示除掉饋線F3(附圖8)以及與其相關(guān)的銷時的S11(是最終設(shè)計方案中的情況)。可以觀察到，平衡模式傳輸線的長度有所縮短，增大了諧振頻率，然而在別的方面響應(yīng)名義上是一樣的。
前面的分析給出了對雙頻PIFA特性的新見解。天線并沒有作為兩個相連的諧振器工作，而是作為單獨(dú)一個諧振器，該諧振器是由短路傳輸線串聯(lián)電抗性調(diào)諧的。
這個傳輸線可由并聯(lián)L-C諧振器代替，如附圖2到4所示，而不會從本質(zhì)上改變天線的工作。而且由于例如在用戶將手指放在天線10上(在實踐中經(jīng)常發(fā)生)時切縫會遭到失諧，因此使用分立電路是很有益處的，分立電路很少或不會受到用戶交互作用的影響。
如附圖6中所示，傳輸線還可以由任何其它主流的電抗網(wǎng)絡(luò)56代替。
本發(fā)明可應(yīng)用于切縫由諧振器替代的雙頻天線，和切縫由簡單的電感替代的單頻天線。
在本說明書和權(quán)利要求書中，置于單元之前的詞“一個”或“一”并不排除存在多個這樣的單元的可能。此外，詞“包括”并不排除除了所列出的單元或步驟之外還存在其它單元或步驟的可能。
通過閱讀本發(fā)明的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，其它的修改實施方式是顯而易見的。這些修改實施方式可以牽涉到在平面天線以及用于平面天線的組成部分的設(shè)計、制造和應(yīng)用中已經(jīng)公知的其它特征，這些特征可以代替本文已經(jīng)介紹過的特征使用或者與已經(jīng)介紹過的特征結(jié)合使用。雖然在本申請中已經(jīng)對某些特征組合制訂了權(quán)利要求，但是應(yīng)該理解，本申請的公開范圍還包括本文明確或隱含公開的任何新穎特征或任何新穎的特征組合或者它們的任何概括，不管是否涉及與任何權(quán)利要求中目前要求保護(hù)的發(fā)明相同的發(fā)明，并且不管是否緩解了與本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題相同的任何或全部技術(shù)問題。本申請人據(jù)此提請注意，在本申請或由其導(dǎo)出的任何其它申請的審查期間，可以針對這些特征和/或這些特征的組合制定新的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種平面天線套件，包括印刷電路板(PCB)(12)，在印刷電路板上，有接地平面(16)和rf電路；平板天線(10)；用于安裝該平板天線以使之與接地平面分隔開的裝置；和用于將平板天線(10)與rf電路耦合起來的饋線(36)，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
2.按照權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述組件包括串聯(lián)連接的并聯(lián)L-C網(wǎng)絡(luò)(42)。
3.一種通信設(shè)備，包括外殼(40)，該外殼包含印刷電路板(PCB)(12)，在印刷電路板上，有接地平面(16)和rf電路；與接地平面間隔開的平面天線(10)；介于PCB和平面天線之間的介質(zhì)(14)；和將平面天線(10)與rf電路耦合起來的饋線(36)，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述組件是由平面天線承載的。
5.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述組件安裝在PCB上。
6.按照權(quán)利要求3、4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述天線是平面倒L型天線(PILA)。
7.按照權(quán)利要求3到6中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述組件包括串聯(lián)連接的并聯(lián)L-C網(wǎng)絡(luò)(42)。
8.按照權(quán)利要求3到6中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述組件包括傳輸線(54)。
9.一種rf模塊，包括印刷電路板(PCB)(12)，在印刷電路板上，有接地平面(16)和rf電路；與接地平面間隔開的平面天線(10)；在介于PCB和平面天線之間的空間內(nèi)的介質(zhì)(14)；和將平面天線(10)與rf電路耦合起來的饋線(36)，該饋線包括用于通過對相對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對相對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧來電抗性調(diào)諧天線的組件。
10.按照權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，所述組件是由平面天線承載的。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的模塊，其特征在于，所述組件包括串聯(lián)連接的并聯(lián)L-C網(wǎng)絡(luò)(42)。
全文摘要
一種通信設(shè)備，比如便攜式無線電電話，包括外殼(40)，該外殼包含印刷電路板(PCB)(12)，在印刷電路板上，有接地平面(16)和處于rf屏蔽罩(18)中的電子元器件。與接地平面間隔開地安裝著平面天線(10)，例如平面倒L型天線(PILA)，并且介質(zhì)(14)，例如空氣，存在于PCB和平面天線之間的空間內(nèi)。饋線(36)將平面天線(10)與rf元器件耦合起來。該饋線包括并聯(lián)L－C諧振器電路組件(42)、傳輸線或用于電抗性調(diào)諧天線的任何其它主流電抗網(wǎng)絡(luò)。在雙頻天線的情況下，將所述組件選擇成使得對較低的頻率進(jìn)行電感性調(diào)諧和對較高的頻率進(jìn)行電容性調(diào)諧。所述組件安裝在PCB上或平面天線結(jié)構(gòu)的一部分上，所述組件可以是分立的或分布式的，所述平面天線結(jié)構(gòu)的一部分不會在該設(shè)備的正常工作中因用戶的作用而遭受失調(diào)。
文檔編號H01Q1/24GK1826708SQ200480021097
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者K·R·博伊爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司