專利名稱：具有超寬帶天線的便攜式通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式通信裝置的領(lǐng)域，更具體地涉及一種具有適于在超寬帶頻率范圍中使用的天線設(shè)備(antenna arrangement)的便攜式通信裝置以及這種天線設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如蜂窩電話的便攜式通信裝置變得越來越小，而同時提供了多種功能和特性，因此便攜式通信裝置在其內(nèi)部設(shè)置有許多組件。這些功能中的一些提供了位置檢測(室內(nèi)或室外)以及裝置與裝置之間的短程通信。這種通信當(dāng)然需要天線。但是，重要的是，為了不在裝置內(nèi)占用太多的空間，針對這種應(yīng)用的天線要盡可能地小。
由于該原因已提出許多小天線。例如在US 2003/0001793中，描述了包括由電介質(zhì)材料制成的基塊(base block)的芯片天線(chip antenna)，該基塊包括充當(dāng)用于短程通信(如BluetoothTM)的天線振子的螺旋導(dǎo)體圖案。
對于這種類型的通信，近些年已進行了關(guān)于超寬帶頻率范圍內(nèi)的使用的調(diào)查。已證明對該類型的通信具有良好特性的一種天線是盤錐形天線(discone antenna)。但是，盤錐形天線大而且笨重，不適于在小的便攜式通信裝置中使用。
因此，提供一種針對該頻率范圍的在便攜式通信裝置中占用很少空間的另選的天線設(shè)備是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決這樣的問題提供一種占用很少空間并且適于在超寬帶頻率范圍中使用的通信解決方案。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種便攜式通信裝置，該裝置具有占用很少空間并且適于在超寬帶頻率范圍中使用的通信結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一種便攜式通信裝置來實現(xiàn)該目的，該便攜式通信裝置包括具有兩個側(cè)邊的電路板，該兩個側(cè)邊至少在它們以小于180度的角度相交以形成角的區(qū)域中是直的，在除所述電路板的所述角處的自由區(qū)域(free area)之外的所述兩個側(cè)邊之間延伸的接地面，以及在所述角處的自由區(qū)域中設(shè)置的輻射天線振子。
本發(fā)明的第二方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中將自由區(qū)域形成為三角形。
本發(fā)明的第三方面旨在提供一種包括上述第二方面特征的便攜式通信裝置，該裝置還包括電連接部，該電連接部跨越所述接地面和所述自由區(qū)域之間的邊界線地對所述天線饋電。
本發(fā)明的第四方面旨在提供一種包括上述第三方面特征的便攜式通信裝置，其中所述電連接部被設(shè)置為跨越所述邊界線的中部。
本發(fā)明的第五方面旨在提供一種包括上述第四方面特征的便攜式通信裝置，其中所述電連接部被設(shè)置為對邊界線成直角。
本發(fā)明的第六方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述接地面包括形成為帶有經(jīng)截平的頂部的三角形的部分，該經(jīng)截平的頂部面對所述自由區(qū)域。
本發(fā)明的第七方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述接地面覆蓋了所述自由區(qū)域之外的全部電路板。
本發(fā)明的第八方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，該裝置還包括所述電路板上的無線電通信電路，其中所述輻射天線振子通過與所述接地面絕緣的電連接部連接到所述無線電通信電路。
本發(fā)明的第九方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述電路板的所述側(cè)邊的長度比特定頻率的四分之一長，該頻率是所述天線將在其中使用的波段的最低頻率。
本發(fā)明的第十方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子具有彎曲的形狀。
本發(fā)明的第十一方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子具有螺旋形狀。
本發(fā)明的第十二方面旨在提供一種包括上述第十一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子具有三維結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第十三方面旨在提供一種包括上述第十二方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子設(shè)置在由陶瓷或電介質(zhì)材料制成的組件中。
本發(fā)明的第十四方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子具有二維形狀。
本發(fā)明的第十五方面旨在提供一種包括上述第十四方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子是印刷在所述電路板上。
本發(fā)明的第十六方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中所述輻射天線振子是單極天線振子。
本發(fā)明的第十七方面旨在提供一種包括上述第一方面特征的便攜式通信裝置，其中該通信裝置是蜂窩電話。
本發(fā)明的另一目的是提供一種占用很少空間并且適于在超寬帶頻率范圍中使用的天線設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，通過一種天線設(shè)備來實現(xiàn)該目的，該天線設(shè)備包括接地面，該接地面包括形成為帶有經(jīng)截平的頂部的三角形的部分，該經(jīng)截平的頂部面對自由區(qū)域，以及在所述自由區(qū)域中設(shè)置的輻射天線振子，所述自由區(qū)域當(dāng)與所述接地面的所述部分結(jié)合時形成完整三角形，和電連接部，該電連接部跨越所述接地面和所述自由區(qū)域之間的邊界線對所述天線饋電。
本發(fā)明的第十九方面旨在提供一種包括上述第十八方面特征的天線設(shè)備，其中所述電連接部被設(shè)置為跨越所述邊界線的中部。
本發(fā)明的第二十方面旨在提供一種包括上述第十九方面特征的天線設(shè)備，其中所述電連接部被設(shè)置為與所述邊界線成直角。
本發(fā)明具有下面的優(yōu)點。它在裝置內(nèi)占用很有限的額外空間。通信元件中的最大部分是接地面。但是，由于通常裝置中無論如何都要設(shè)置接地面，因此根據(jù)本發(fā)明的天線設(shè)備不增加便攜式通信裝置的大小。因此同樣可以廉價地制造。本發(fā)明還適于超寬帶頻率通信，同時提供良好的寬帶特性。因而可以將通信用于位置檢測(例如室內(nèi))，或用于在不同裝置之間使能實現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率的短程通信。
輻射天線振子的表述是要表示能夠收發(fā)無線電信號的天線振子，而不管天線振子是只用于發(fā)送、或只用于接收或者用于發(fā)送與接收二者的組合。
應(yīng)強調(diào)的是，在本說明書中使用術(shù)語“包括/由...組成”時，這是為了指出所陳述的特征、整體、步驟或組成部分的存在，但不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、組成部分或它們的組的存在或添加。


現(xiàn)將參照附圖來更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中圖1示意性地示出了蜂窩電話形式的便攜式通信裝置的正視圖，圖2示出圖1中的電話中的電路板和布置在其上的組件的側(cè)視圖，圖3示出具有布置在其上的組件的電路板的正視圖，圖4示意性地示出了包括有在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的便攜式通信裝置中使用的輻射天線振子的電介質(zhì)立方體的立體圖，以及圖5示意性地示出了在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的便攜式通信裝置中使用的輻射天線振子的立體圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照作為本發(fā)明的優(yōu)選變型例的蜂窩電話來描述根據(jù)本發(fā)明的便攜式通信裝置。該電話進一步優(yōu)選地是所謂直板型電話(stick typephone)，但它可以是其他類型的電話，例如翻蓋型電話(clamshell phone)。便攜式通信裝置還可以是其他類型的裝置，如無繩電話、通信模塊、PDA或膝上型計算機或者利用無線電波進行通信的任何其他類型的便攜式通信裝置。
圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的電話10的正視圖。電話10包括顯示器14、在該顯示器之下設(shè)置的鍵盤12上的多個鍵、以及在顯示器14之上設(shè)置的聲孔。
圖2示意性地示出了電話內(nèi)部與本發(fā)明有關(guān)的部分的側(cè)視圖。該電話包括電路板16，在電路板16中設(shè)置有接地面18。該接地面是作為電路板16內(nèi)的一層而設(shè)置的，并且除了后面將進一步描述的某處之外，基本上延伸遍及整個電路板16。該接地面18充當(dāng)電路板上布置的組件的地。但是，它還充當(dāng)電話中的天線(如未示出的可能為PIFA天線的通信天線)的地。在電路板16上，還設(shè)置了另外的組件，在此是顯示器14、無線電通信電路20以及電介質(zhì)立方體22形式的組件(其包括超寬帶頻率范圍內(nèi)短程通信使用的輻射天線振子)。立方體22中的輻射天線振子經(jīng)由同軸電纜28連接到無線電通信單元。
如上所述，盤錐形天線具有適于超寬帶頻率范圍(該范圍在3.1GHz與10.6GHz之間)內(nèi)的通信的結(jié)構(gòu)。盤錐形天線是由錐形體制成的，在該錐形體頂部設(shè)置有圓板形式的輻射振子。該圓板由穿過該錐形體的中心而設(shè)置的同軸電纜饋電。錐形體(其是接地的)因而與輻射板分離。但是，對于可用的空間有限的大多數(shù)通信應(yīng)用來說，該天線結(jié)構(gòu)的尺寸太大了。因此，嘗試修改該盤錐體的結(jié)構(gòu)，使得它可以用于較小的裝置是有益的。在圖3中示出了這樣的變型例。
圖3示出了電路板16的頂視圖。在該電路板上示出了組件14、20和22以及同軸電纜24。還示出了由陰影線表示的接地面18。在該圖中看起來組件是設(shè)置在接地面上的。但這并不是實際情況。接地面實際上設(shè)置在電路板中的一層中，但這里示出它是為了更好地描述本發(fā)明。
圖3中明顯的是，電路板16具有用于限定角30的相互以直角結(jié)合的直的下側(cè)邊26和直的長側(cè)邊28。在該圖中還明顯的是，接地面18基本覆蓋了除該角30處的自由區(qū)域之外的全部電路板，該自由區(qū)域是三角形。因而接地面18具有經(jīng)修改的矩形的形狀，其中一個角被切去。此外，該切去部是對稱的，以使得在角30處沿著下側(cè)邊26和長側(cè)邊28設(shè)置相同量的自由空間。這意味著接地面18具有面對角30的側(cè)邊或邊界線32，該側(cè)邊或邊界線32形成了三角形的斜邊(該三角形形成了所述自由區(qū)域)。在該自由區(qū)域中(優(yōu)選地在其中部)設(shè)置有包括輻射天線振子的電介質(zhì)立方體22。同軸電纜24從電路板以直角跨越側(cè)邊32而延伸到該自由區(qū)域，以將通信單元20和電介質(zhì)立方體30互連。電介質(zhì)立方體中的輻射天線振子具有這樣的長度，該長度對應(yīng)于所使用的頻率波段中的最低頻率(也表示截止頻率(cut frequency))的波長的四分之一。稍后將更詳細地描述如何設(shè)置立方體22內(nèi)的該輻射天線振子。接地面和具有輻射天線振子的電介質(zhì)立方體組成天線設(shè)備，雖然在此處，同軸電纜被包括在天線設(shè)備中，但其可以作為對天線設(shè)備進行饋電的部件。
下側(cè)邊26的長度通常比截止頻率長，如同長側(cè)邊28一樣。因此，使顯示器14布置得盡可能遠離電介質(zhì)立方體22是有利的，這是因為顯示器14可以吸收天線的一些輻射。自由區(qū)域的材料還應(yīng)該具有良好的導(dǎo)電性質(zhì)。
利用上述結(jié)構(gòu)，可以將接地面視為設(shè)置了兩個部分，其中一個部分是具有經(jīng)截平的頂部的三角形部分，該經(jīng)截平的頂部面對角。圖3中虛線表示了將接地面分割為兩個部分。三角形的部分表示盤錐形天線中的錐形體的二維形式，其中輻射振子相當(dāng)于盤錐形天線的輻射盤。以該方式設(shè)置了相當(dāng)于盤錐形天線的小尺寸的天線，該天線適于超寬帶通信，同時提供良好的寬帶特性。此外，具有經(jīng)截平的頂部的三角形部分與自由區(qū)域一起組成了完整的三角形。
通過在自由區(qū)域的中部布置具有輻射天線振子的電介質(zhì)立方體并通過側(cè)邊32的中部對它饋電，該天線還是對稱的。
利用上述類型的天線，可以提供在超寬帶頻率范圍內(nèi)的通信，并優(yōu)選地在3.1至4.8GHz的范圍內(nèi)提供通信。接著可以將通信用于位置檢測(如室內(nèi))、在不同裝置之間使能實現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率的短程通信或者芯片間通信。超寬帶范圍具有許多優(yōu)點。其干擾小、樓層和墻壁穿透性好、位置分辨率高，并且功率低。還可以廉價地生產(chǎn)所使用的無線電通信電路。此外，根據(jù)本發(fā)明的天線設(shè)備是很小的，不添加大量另外的材料，這是由于無論如何通常都要在裝置中設(shè)置接地面。因此它是廉價的。
為了在可用的有限自由區(qū)域處提供需要的長度，電介質(zhì)立方體內(nèi)的輻射天線振子可以具有多種形狀。
圖4示出了作為陶瓷立方體的立方體22的立體圖，立方體22包括根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前預(yù)期的第一優(yōu)選實施例的螺旋單極天線振子。在輻射天線振子24的末端設(shè)置有接觸焊盤34(其焊接到電路板上以連接到同軸電纜)。這里，利用多層立方體成形技術(shù)在立方體的內(nèi)部設(shè)置輻射天線振子。如可以看到的，這里的輻射天線振子具有三維結(jié)構(gòu)。作為另一種選擇，輻射天線振子還可以具有其他形狀，如彎曲形狀。立方體還可以按照多種方式(例如通過粘貼或通過將特定接觸焊盤焊接到電路板)固定到電路板。后一種方法具有的優(yōu)點是，在與進行必需的電連接的相同步驟中提供了緊固。作為另選例，例如可以使用印刷技術(shù)將輻射天線振子設(shè)置在立方體的外側(cè)。作為另選例，還可以在輻射天線振子的中部執(zhí)行對輻射天線振子的饋電。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輻射天線振子36的另一變型例，它是二維的并具有彎曲的形狀。這里按照二維的方式設(shè)置輻射天線振子。該天線振子還作為單極天線振子，例如可以通過印刷而直接設(shè)置在電路板上。在該圖中，從一端對振子饋電，但是也可以從中部饋電。
除了上述已公開的方式之外，還可以按照多種方式來改變根據(jù)本發(fā)明的便攜式通信裝置。電介質(zhì)立方體可以具有適合自由區(qū)域的任何形狀，因而還可以具有三角形形狀。對輻射天線振子的饋電不必使用同軸電纜來進行?？梢允侨魏蔚倪B接裝置，只要信號導(dǎo)體與地絕緣(這可以通過地與信號導(dǎo)體之間的間隙來實現(xiàn))即可。通過在如膝上型計算機的較大裝置中設(shè)置輻射天線振子和接地面，可以使角中的自由區(qū)域較大，而同時允許較大的接地面。因此也可以設(shè)置不具有上述結(jié)構(gòu)的輻射天線振子，而例如設(shè)置有T形形狀的輻射天線振子。這樣可以在整個頻段(即，直到10.6HGz)中得到良好的天線特性。此外，側(cè)邊不必一直是直的，而只在接地面設(shè)置了具有經(jīng)截平的頂部的三角形的區(qū)域中是直的。此外，下側(cè)邊和長側(cè)邊形成的角不必是90度，而可以是小于180度的任何角度。另外，應(yīng)該認識到，天線不限于超寬帶頻率范圍，而可以預(yù)期是其他頻率。
權(quán)利要求
1.一種便攜式通信裝置(10)，該便攜式通信裝置包括具有兩個側(cè)邊(26，28)的電路板(16)，該兩個側(cè)邊至少在它們以小于180度的角度相交以形成角(30)的區(qū)域中是直的；接地面(18)，除了所述電路板的所述角處的自由區(qū)域之外，所述接地面(18)在所述兩個側(cè)邊之間延伸，以及輻射天線振子(24；36)，其設(shè)置在所述角處的所述自由區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式通信裝置，其中，所述自由區(qū)域形成為三角形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式通信裝置，該便攜式通信裝置還包括電連接部(24)，該電連接部跨越所述接地面和所述自由區(qū)域之間的邊界線(32)對所述天線饋電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式通信裝置，其中，所述電連接部被設(shè)置為跨越所述邊界線的中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式通信裝置，其中，所述電連接部被設(shè)置為與所述邊界線成直角。
6.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述接地面包括形成為具有經(jīng)截平的頂部的三角形的部分，該經(jīng)截平的頂部面對所述自由區(qū)域。
7.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述接地面覆蓋了所述自由區(qū)域之外的整個電路板。
8.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，該便攜式通信裝置還包括所述電路板上的無線電通信電路(20)，其中所述輻射天線振子通過與接地面絕緣的電連接部(24)連接到所述無線電通信電路。
9.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述電路板的所述側(cè)邊的長度比特定頻率的四分之一長，所述特定頻率是所述天線將要在其中使用的波段的最低頻率。
10.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子具有彎曲的形狀(36)。
11.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子具有螺旋形狀(24)。
12.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子具有三維結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子設(shè)置在由陶瓷或電介質(zhì)材料制成的組件(22)中。
14.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子具有二維形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子印刷在所述電路板上。
16.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述輻射天線振子是單極天線振子。
17.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的便攜式通信裝置，其中，所述便攜式通信裝置是移動電話。
18.一種天線設(shè)備，該天線設(shè)備包括接地面(18)，該接地面包括形成為具有經(jīng)截平的頂部的三角形的部分，該經(jīng)截平的頂部面對自由區(qū)域，在所述自由區(qū)域中設(shè)置的輻射天線振子(24；36)，所述自由區(qū)域當(dāng)與所述接地面的所述部分結(jié)合時形成了完整的三角形，和電連接部(24)，該電連接部跨越所述接地面和所述自由區(qū)域之間的邊界線(32)對所述天線饋電。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的天線設(shè)備，其中，所述電連接部被設(shè)置為跨越所述邊界線的中部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的天線設(shè)備，其中，所述電連接部被設(shè)置為與所述邊界線成直角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有超寬帶天線的便攜式通信裝置。本發(fā)明涉及一種便攜式通信裝置和天線設(shè)備。該裝置包括具有兩個側(cè)邊(26，28)的電路板(16)，該兩個側(cè)邊至少在它們以小于180度的角度相交以形成角(30)的區(qū)域中是直的；接地面(18)，除了所述電路板的所述角處的自由區(qū)域之外，接地面(18)在所述兩個側(cè)邊之間延伸；以及設(shè)置在所述角處的所述自由區(qū)域中的輻射天線振子(22)。包括所述接地面和所述輻射天線振子的天線設(shè)備適于在超寬帶頻率范圍中使用，同時在便攜式通信裝置中占用很少的空間。
文檔編號H01Q1/24GK101057366SQ200580038647
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者應(yīng)志農(nóng) 申請人:索尼愛立信移動通訊有限公司