專利名稱：內(nèi)部天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電設(shè)備的內(nèi)部天線.該天線尤其針對具有多個工作 頻帶的小型的和平面的無線電設(shè)備。
技術(shù)背景便攜式無線電設(shè)備中的理想天線為在所有方向上相等地發(fā)射和接 收。實踐中，發(fā)射和接收的效率隨著方向存在顯著變化。在移動站中， 這個缺陷由于環(huán)境所造成的無線電傳輸信號的多徑傳播而減輕，從而相 同的傳輸信號從多個方向到達天線，并且在大部分情況下部分傳輸信號 中的至少一個以關(guān)于接收有利的方向到達。相應(yīng)地，暫時離開有利方向 的部分移動站傳輸信號部分傳播到基站天線。因而，語音和文本信息的 傳輸通常會成功而不存在問題。當(dāng)移動站用于具有相對高速度的互聯(lián)網(wǎng) 連接時情況不同，因為此時的比特誤差概率較高。如杲天線具有全向方 向性圖，傳輸?shù)目煽啃詫⒒旧细纳?。?dāng)傳輸信號僅主要來自一個方向時，全向方向性圖也將是有利的，例如在GPS(全球定位系統(tǒng))接收中。在天線類型中，無線電設(shè)備外殼之外的拉桿天線在上述方面具有高 質(zhì)量。理論上，其方向性圖在垂直于拉桿的軸的平面內(nèi)具有圓環(huán)形狀。 然而，外部天線易損壞，并且由于需要額外的部件而顯著提高制造成本。 因此，大多數(shù)移動站模型轉(zhuǎn)向內(nèi)部天線。但隨著移動站尺寸的下降，內(nèi)部天線所能獲得的空間也變得越來越 小。這意味著設(shè)計變得更加要求苛刻。尤其在豎直方向上，越是平面型 的設(shè)備所能獲得的空間就越小。比通常更加平面化的結(jié)構(gòu)部件為，例如 兩部分型的無線電設(shè)備的部件，或者是一個部件在另一個之上或者是彼 此逐個延伸，取決于使用的情形。在這些情況下，通常所用的天線為單 極型，其在豎直方向上不需要如通常所用的PIFA型平面天線(平面倒F 型天線)所需的那么多空間。圖1顯示了一種已知的設(shè)備內(nèi)部天線的一個例子。圖中可以看到無 線電設(shè)備的電路板105的一部分。該電路板具有側(cè)邊和與其垂直的末端。 天線的輻射體120為單極類型。其具有平面以及細長矩形的形狀。矩形 的縱向軸與電路板末端的方向相同。輻射體固定到電路板的一端，從而邊上。連續(xù)地平面110或者信號地GND位于電路板上，與輻射體120隔 開一定距離。從其饋點FP來看，輻射體分為兩個不同長度的分支，以形 成兩個單獨的工作頻帶。較短的分支122為L形。從饋點開始，首先是 在電路板105的側(cè)邊方向上的較短部分，然后是在電路板末端方向上的 較長部分。較長分支121為U形。從饋點FP開始，具有延伸于電路板末 端方向上的較短分支旁邊的第一部分，然后是在電路板側(cè)邊方向上的第 二部分，最后是在較短分支的另一邊的在電路板末端方向上的第三部分。 當(dāng)在饋點的側(cè)邊方向上看，所述第三部分并排于饋點FP延伸。工作頻帶 中較低的一個基于所迷輻射體較長的分支，而較高的一個基于較短的分 支。當(dāng)希望天線具有至少兩個頻帶時，輻射體必須以如下方式成形祐: 提供有從其輪廓向內(nèi)定向的狹縫。在圖1的例子中，這樣的狹縫130靠 近輻射體120的拐角，位于較長分支121的尾部和較短分支122的拐角 點之間。作為缺點，這個天線的方向性圖在此情況下具有位于較高工作 頻帶的頻率處的最小點，該最小點位于狹縫側(cè)邊上其縱向方向上輻射體 平面中。當(dāng)天線處于直立位置從而無線電設(shè)備的地平面保持低于其時， 所述最小點出現(xiàn)在水平面的方向性圖內(nèi)。當(dāng)然，方向性圖在較低工作頻 帶的頻率處同樣有變化，但在本說明書中不予涉及。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是減小上述的缺點，而這一缺點在現(xiàn)有技術(shù)天線中是 典型的。依照本發(fā)明的天線特征如獨立權(quán)利要求1中所闡明的。在其它 權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例。本發(fā)明的基本設(shè)想如下無線電設(shè)備的內(nèi)部天線包括平面輻射體， 該平面輻射體具有構(gòu)成天線的較低工作頻帶的分支和構(gòu)成較高工作頻帶 的第二分支。所述分支典型地構(gòu)成框架形圖案。在所述分支之間保留狹 縫，對于輻射體的外側(cè)邊緣的開口大約靠近邊緣的中間，所述邊緣延伸 于電路板的末端方向上并且從上面看時位于電路板之外。本發(fā)明具有如下優(yōu)點，當(dāng)輻射體處于直立位置從而無線電設(shè)備的地 平面位于其下面時所述內(nèi)部天線在其較高工作頻帶的全向輻射在水平面 內(nèi)得以改善。這是由于如上所述位于輻射體分支之間的狹縫。然后輻射 在所討論的邊緣方向的兩個方向上更加等同地發(fā)射。此外，本發(fā)明具有改善內(nèi)部天線效率的優(yōu)點，這是因為平均天線增益的提高。


下面，將對本發(fā)明進行詳細描迷。將對附圖進行參照，其中 圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的一個例子，圖2顯示了依照本發(fā)明的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的一個例子， 圖3顯示了本發(fā)明對天線方向特性的影響的一個例子， 圖4顯示了本發(fā)明對天線方向特性的影響的另一個例子， 圖5顯示了依照本發(fā)明的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的另一個例子， 圖6顯示了依照本發(fā)明的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的第三個例子， 圖7顯示了依照本發(fā)明的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的第四個例子， 圖8顯示了依照本發(fā)明的無線電設(shè)備內(nèi)部天線的第五個例子，而 圖9顯示了在依照本發(fā)明的天線中輻射體位置的一個例子。
具體實施方式
圖1的描述與現(xiàn)有技術(shù)的描述有關(guān)。圖2顯示了位于無線電設(shè)備中的依照本發(fā)明的天線的例子。在圖中 可以看到無線電設(shè)備的電路板205的一部分以及天線的單極型輻射體 220。如圖1中所示，其為平面類型并且輪廓為細長的矩形，其縱向方向 與電路板的末端的方向相同。輻射體附著在電路板的末端，從而與電路 板基本處于相同的平面內(nèi)，并且從上面觀察時大部分位于電路板以外。 在電路板上在離開輻射體220的一定距離處具有連續(xù)的地平面210或信 號地GND。此外，與圖l中類似，輻射體從其饋點FP觀察時分為長度不 同的兩個分支，形成了兩個單獨的工作頻帶。饋點位于輻射體的兩個拐 角之一，這兩個拐角在電路板的頂部。分支的形狀與圖1中所示的不同。 從饋點開始，第二較短的分支222具有從電路板205的末端向外定向的 第一部分，形成輻射體的一端，然后是在電路板的末端方向上延伸的第 二部分，其形成輻射體的外側(cè)長側(cè)邊的大約一半。從饋點開始，第一較 長分支221具有在電路板末端方向上延伸的第一部分，形成反射體靠近 電路板的長側(cè)邊，然后是垂直于前者的第二部分，其形成輻射體的第二 端。在此之后，第一分支具有在電路板末端方向上延伸的第三部分，其 形成輻射體的外側(cè)長側(cè)邊的一部分。所述第三部分延伸到靠近第二分支 222的自由端的點，從而在兩者之間保持相對狹窄的狹縫230。在這個例 子中，第一分支221進一步向輻射體的內(nèi)部區(qū)域彎曲，并且在饋點的側(cè)5邊上朝向輻射體的末端、在第二分支的第二部分旁邊延伸，形成第一分支的末端部分221e。狹縫230在所述末端部分和第二分支222的第二部 分之間延伸。在狹縫上的耦合增加了兩個分支的電學(xué)長度，在此情況下 狹縫的寬度和末端部分221e的長度可以用作適當(dāng)?shù)卦O(shè)定天線的工作頻帶 的參數(shù)。出于同樣的目的，輻射體具有調(diào)諧條帶223,其開始于靠近饋點 FP并且在第一分支的第一部分和末端之間延伸。依照上面所描述的，狹縫230開口于輻射體的邊緣，靠近外側(cè)的中 間在電路板的末端方向上延伸。作為結(jié)果，在較高工作頻帶的頻率處天 線的場附近的形狀變化，^^得這樣的結(jié)構(gòu)在輻射體的縱向的兩個方向上 進行相對相等的輻射。在無線電設(shè)備和其天線處于直立位置從而設(shè)備的 電路板上的地平面在天線以下時，這屬于水平平面。圖3和4顯示了在較高工作頻帶中天線方向特征方面本發(fā)明效果的 一個例子。曲線顯示了水平方向性圖、即天線增益，當(dāng)設(shè)備位于如上面 所述的直立位置時作為方向角度的函數(shù)。圖3中的曲線31和圖4中的曲 線41與依照圖1的現(xiàn)有技術(shù)的天線相關(guān)，圖3中的曲線32和圖4中的 曲線42與依照圖2所示本發(fā)明的天線相關(guān)。天線被設(shè)計為其較高的工作 頻帶覆蓋GSM1900 (全球移動通信系統(tǒng))所使用的頻率范圍1850-1990。圖 3的方向性圖為在這個范圍的下邊界頻率進行的測量，而圖4的方向性圖 對應(yīng)這個范圍的上邊界頻率。才艮據(jù)圖3可以看出，在最不利的方向上，已知天線在工作頻帶的下 邊界上的增益為大約-UdB。依照本發(fā)明的天線的相應(yīng)增益近似為-6口 dB,即提高了近4口dB。此外，在近似180度的區(qū)域內(nèi)增益提高了至少 ldB。從圖4可以看出，在最不利的方向上，已知天線在工作頻帶的上邊 界上的增益為大約-27dB,實踐中其為零增益。依照本發(fā)明的天線的相應(yīng) 增益近似為-ll口dB，即提高了近15dB。此外，在近似150度的區(qū)域內(nèi)增 益獲得至少3dB的提高，并且在水平面的所有方向上增益提高了至少 ldB。當(dāng)使用依照本發(fā)明的天線時，已知天線的方向性圖的深最小點得以 完全避免。圖5展示了依照本發(fā)明天線的另一個例子，位于無線電設(shè)備的內(nèi)部。 圖中僅顯示了輻射體520。其結(jié)構(gòu)略簡單于圖2中的結(jié)構(gòu)。輻射體的第一 分支521和第二分支522現(xiàn)在形成了純粹的矩形框架，其中狹縫530仍 然位于兩個分支的末端之間。狹縫530所在的輻射體的長側(cè)邊上的兩個分支部分在這個例子中長度相同，從而狹縫恰好位于側(cè)邊的中間。狹縫的寬度d對于全向輻射來說不是關(guān)鍵性的參數(shù)；其可以在例如0. 5-5mm 的范圍內(nèi)。在這個例子中，分支521、 522所開始于的輻射體的饋點FP 位于輻射體的小突出部分中，該突出部分從框架延伸到無線電設(shè)備的電 路板。更一般地，在依照本發(fā)明的天線中，狹縫可以在邊緣的中央?yún)^(qū)域中 開始，該邊緣在中點的任意一側(cè)上在電路板的末端方向上延伸。在當(dāng)前 的說明書和權(quán)利要求書中，"中央?yún)^(qū)域"意思是距離邊緣的末端的一定距 離(O. 3-0. 7)s處的區(qū)域，其中s是邊緣的長度。圖6顯示了依照本發(fā)明的天線的第三個例子，位于無線電設(shè)備的內(nèi) 部。在圖中可以看到輻射體620和電路板605的末端。當(dāng)開始于饋點FP, 輻射體的第二分支622具有從電路板的末端向外定向的第一部分，形成 輻射體的一個末端，而第二部分在電路板的末端方向上，在這個例子中 其形成輻射體的外側(cè)長邊的稍許超過一半。當(dāng)開始于饋點FP，輻射體的 第一分支621具有延伸于第二分支的第一部分方向上并且短于所述第二 分支的第一部分的第一部分，延伸于第二分支的第二部分方向上并且延 伸到其末端的第二部分，然后是朝向電路板605定向的第三部分，第四 部分在電路板的末端方向上定向遠離饋點，第五部分從電路板的末端向 外定向并且形成輻射體的第二末端，以及第六部分再次延伸于電路板的 末端方向上并且結(jié)束于靠近第一分支的第二部分變化為第三部分的點附 近。相對狹窄的狹縫630開口于輻射體的中央?yún)^(qū)域中，仍然在第一分支 的第二部分和第二分支的第二部分之間。在這個例子中，狹縫開口于電 路板的末端方向上的外側(cè)邊緣，因為第一分支的第六部分定向朝向其第 二部分的末端而不是朝向第二分支的第二部分的末端。圖7顯示了依照本發(fā)明的天線的第四個例子，位于無線電設(shè)備內(nèi)部。 顯示了天線的主輻射體720，其大體上類似于圖2中的輻射體220,但是 沒有調(diào)諧條帶223。由主輻射體構(gòu)成的框架在拐角處還凈皮徹底圃形化，除 了饋點FP的拐角以外。此外，現(xiàn)在的天線包含輻射寄生元件740,其位 于輻射體下面并且在一個點上連接到無線電設(shè)備的信號地GND。寄生元件 的形狀遵循著主輻射體的分支，但其不延伸靠近主輻射體的狹縫730,從 而不妨礙依照本發(fā)明的操作。圖8展示了依照本發(fā)明的天線的第五個例子，位于無線電設(shè)備內(nèi)部。在圖中可以看到無線電設(shè)備的電路板805的一部分以及天線的輻射體 820。輻射體形成矩形框架，其中在此情況下縱向方向與電路板的縱向方 向或側(cè)邊的方向相同。從上面看時，輻射體框架的第二或外側(cè)末端和長 側(cè)邊的一小部分位于電路板的一端的外面。因而，在這個例子中輻射體 大部分位于電路板以及其上的地平面810上面，當(dāng)然是與地平面分離的。 在此情況下，當(dāng)從饋點FP來看，輻射體820也分為長度不同的兩個分支， 形成兩個單獨的工作頻帶。饋點位于輻射體的一個較長側(cè)邊上，并且狹 縫830位于輻射體的外側(cè)末端的中間的分支末端之間。輻射體的第二較 短的分支822由這樣的部分形成該部分從輻射體的較長側(cè)邊的饋點FP 延伸到外側(cè)末端并且延伸到外側(cè)末端的一半。相對應(yīng)的，第一較長的分 支821由這樣的部分形成該部分從輻射體的較長側(cè)邊的饋點延伸到相 對的末端、相對的末端、相對的較長側(cè)邊并且延伸到外側(cè)末端的另一半。 圖9顯示了依照本發(fā)明的天線中輻射體的位置的一個例子。在圖中 可以從側(cè)面看到無線電設(shè)備的電路板905的一部分和天線的輻射體920。 這個例子的輻射體從電路板抬高，類似于圖8中的輻射體。在這種情況 下，當(dāng)從上面看時輻射體的大部分在電路板的外側(cè)，但其也有相當(dāng)一部 分位于電路板上面的地平面910的頂部上。輻射體通過饋送導(dǎo)體925從 其饋點FP連接到電路板上的天線端口。當(dāng)從電路板看時，輻射體的分支 之間的狹縫930位于其外側(cè)。當(dāng)然，輻射體需要絕緣體支撐結(jié)構(gòu)，這在 圖中沒有示出。權(quán)利要求中的限定語"從上面"、"位于……頂部"和"位于……下 面"指的是無線電設(shè)備的位置，其中無線電設(shè)備的電路板和天線的輻射 體水平放置從而輻射體的饋點位于電路板的上表面的一側(cè)。當(dāng)然，在使 用時天線可以處于任何位置。上面已經(jīng)描述了依照本發(fā)明的內(nèi)部天線。其實現(xiàn)方式可以與所描述 的細節(jié)不同。例如，天線的輻射體的導(dǎo)體中的狹縫可以成形為其在較 高工作頻帶上作為重要的輔助輻射體。也可以將輻射體連接到一個短路 導(dǎo)體以進行匹配。例如，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，這樣的導(dǎo)體可以從電路 板上的輻射體的邊緣延伸到地平面。本發(fā)明不限制天線的制造方法。例 如，輻射體可以由相對剛性條的金屬片制成，或者由電路板的導(dǎo)體覆層 制成。在由獨立權(quán)利要求1限定的范圍內(nèi)，這個獨創(chuàng)性的設(shè)想可以以不 同的方式應(yīng)用。
權(quán)利要求
1. 一種無線電設(shè)備的內(nèi)部天線，所述無線電設(shè)備包括被提供地平面(210；610；810)的電路板(205；605；805)，并且所述天線包括平面單極型輻射體(220；520；620；720；820)，從天線的饋點來看該輻射體分為構(gòu)成天線的較低工作頻帶的第一分支(221；521；621；821)、以及構(gòu)成天線的較高工作頻帶的第二分支(222；522；622；822)，在這兩個分支之間保留開口于輻射體的外側(cè)邊緣的狹縫(230；530；630；730；830)，其特征在于該輻射體的所述外側(cè)邊緣基本延伸于電路板的一個末端的方向上并且從上面看時位于該電路板的外部，并且所述狹縫(230；530；630；730；830)開口于外側(cè)邊緣的中央?yún)^(qū)域以改善天線在其較高工作頻帶上的全向輻射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所述輻射體(220)基本上位于 與無線電設(shè)備的電路板(205)相同的幾何平面內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所迷輻射體(820; 920)從無線 電設(shè)備的電路板(805; 905)抬高，其一部分位于地平面(810; 910)的頂部 上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的天線，其特征在于所迷輻射體(820)的大部分位 于地平面(810)的頂部上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于還包括輻射寄生元件(740), 其位于所述輻射體(720)的下面并且在其一點處連接到無線電設(shè)備的地 平面或者信號地(GND)。
6，根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所述第一分支(221)具有位于 輻射體的中央?yún)^(qū)域內(nèi)的端部(221e),該端部在第二分支(222)的自由端的 旁邊以便將所述工作頻帶設(shè)定于所希望的頻率范圍位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所迷輻射體(220; 820)是條形 狀金屬片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所述狹縫(230; 830)開口于基 本與電路板(205; 805)的末端垂直的輻射體(220; 820)的外側(cè)邊緣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于所述狹縫(630)開口于在電 路板(605)的末端方向上的輻射體(620)的外側(cè)邊緣。
全文摘要
一種內(nèi)部天線，尤其是針對平面無線電設(shè)備的內(nèi)部天線。所述天線包括平面輻射體(220)，該輻射體具有構(gòu)成天線的較低工作頻帶的分支(221)和構(gòu)成較高工作頻帶的第二分支(222)。所述分支典型地構(gòu)成框架形圖案。在分支之間保留狹縫(230)，開口于輻射體的外側(cè)邊緣，靠近該邊緣的中間，所述邊緣延伸于電路板(205)的末端方向上并且從上面看時位于電路板的外部。與相應(yīng)的已知天線相比，該天線在其較高工作頻帶上的全向輻射得以改善，并且由于平均天線增益的提高而改善了效率。
文檔編號H01QGK101283479SQ200680037728
公開日2008年10月8日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者A·拉帕納, J·米科拉, P·克斯基塔洛, P·尼西南 申請人:脈沖芬蘭有限公司