專利名稱：天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及天線裝置。具體地，某些實施方式涉及 在相對小的通訊設(shè)備中提供相對寬的帶寬的天線裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的趨勢是減小包括無線通信設(shè)備的電子設(shè)備的尺寸。由于 設(shè)備尺寸的減小，典型的是，分配給包括天線的各種組件的體積也 有所減小。由于天線尺寸的減小，這將對天線輻射諧振模式的帶寬 和諧振頻率造成影響。這可能使得較小設(shè)備中的天線難以有效操作。
例如，在長度小于100 mm的移動蜂窩電話終端中，難以覆蓋
US-GSM和/或EGSM帶寬。然而在較大設(shè)備中，則可能利用寬帶寬
諧振覆蓋這兩種帶寬。
期望的是，對天線裝置的帶寬和/或諧振頻率提供調(diào)諧。
尤其是，期望對小設(shè)備中的天線裝置的帶寬和/或諧振頻率提供調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種天線裝置，包括耦 合元件；導(dǎo)電元件；擴展元件，用于對導(dǎo)電元件進行電擴展；以及 電感器40。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種創(chuàng)建天線裝置的方法， 天線裝置包括具有第一諧振頻率和第一帶寬的天線元件；導(dǎo)電元件； 具有一定尺寸的擴展元件，用于對導(dǎo)電元件進行電擴展；以及具有 電感值的電感器40，其中，擴展的導(dǎo)電元件具有擁有第二諧振頻率 和第二帶寬的諧振模式，所述方法包括選擇擴展元件的尺寸、電
5諧擴展的導(dǎo)電元件的諧振模式，使得 在第 一 諧振頻率的區(qū)域中的第二帶寬大于在第 一 諧振頻率的區(qū)域中 的第一帶寬。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考僅作為示例的附圖，在附圖
中
圖1示出了一個天線裝置的示例；
圖2A和圖2B針對擴展的導(dǎo)電元件的最低諧振模式分別示出了 電(E)場強度和磁場強度(H);
圖3A和圖3B針對擴展的導(dǎo)電元件的次低諧振模式分別示出了 電(E)場強度和磁場強度(H);
圖4示出了天線裝置的其他實施方式；以及
圖5示意性地示出了包括天線裝置的通信設(shè)備110。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的天線裝置2的示例。
天線裝置2包括耦合元件10、較大體積的導(dǎo)電元件20、擴展 元件30以及電抗元件40,諸如例如電感器。
典型的是，較大體積的導(dǎo)電元件20諸如是地平面的平面元件。 平面元件例如可以是通信設(shè)備110內(nèi)部的印刷線路板(PWB)或者 設(shè)備110的金屬底盤。導(dǎo)電元件20的形狀可以是矩形，具有由導(dǎo)電 元件長度分開的兩個相對端邊緣24、 26。
耦合元件10設(shè)計為具有在期望頻率的諧振電磁(EM)模式。 耦合元件10的反射系數(shù)Sll在期望頻率處是低的，并且耦合元件可 作為天線元件操作。天線元件IO在期望的天線諧振頻率處輻射和接 收良好。然而，如果耦合元件IO具有小的體積(即，小于10mm3), 或者導(dǎo)電元件20是短的(如同在手持便攜式通信設(shè)備中使用所期望 的那樣)，則其具有窄帶寬。
6耦合元件IO具有饋源12，其連接至通信設(shè)備110的射頻(RF) 電路112。饋源12激勵天線元件10中的諧振EM模式。
天線元件IO可以是平面金屬結(jié)構(gòu)。該平面金屬結(jié)構(gòu)可以是任何 合適的天線。所述天線可以是非平衡天線，諸如倒F天線(IFA)、 平面倒F天線(PIFA)或者螺旋天線。所述天線可以是回路、單極 等。
擴展30包括互連32以及擴展元件34?；ミB32是任意適合的導(dǎo) 電互連。擴展元件34是導(dǎo)電性的，并且可以是金屬平面元件(即， 平面擴展)。擴展30擴展導(dǎo)電元件20的電長度，以便創(chuàng)建已擴展 導(dǎo)電元件22,其操作為用于耦合天線元件10的地平面。
耦合元件10和導(dǎo)電元件20彼此相對設(shè)置，從而，在它們之間 的EM能量耦合例如在期望的操作頻率處被最優(yōu)化。耦合元件10的 諧振EM模式在已擴展導(dǎo)電元件22中激勵EM模式。已擴展耦合元 件22具有大于耦合元件20的電性體積，并且由此在反射系數(shù)Sll 中具有較大帶寬。
導(dǎo)電元件中的諧振EM模式典型的是入/2。如果導(dǎo)電元件20的 電長度是X，并且諧振波長是入，則X-n入/2,其中n是諧振模式的 階，并且是整數(shù)1、 2…。
在如圖2A、圖2B中所示出的最低諧振模式(n=l )中，電(E) 場中的最大值處于(已擴展)導(dǎo)電元件22的端部，并且磁場強度(H) 的最大值處于已擴展導(dǎo)電元件22的電長度的中心。如果使用電容性 EM耦合來將EM能量從耦合元件10耦合至導(dǎo)電元件20，則耦合元 件典型地定位于E場為高的位置處、或者定位于E場為高的位置附 近，諸如導(dǎo)電元件20的邊緣24 (如圖1中所示)。如果使用電感性 EM耦合來將EM能量從耦合元件10耦合至導(dǎo)電元件20，則耦合元 件典型地定位于其中H場為高的位置處、或者定位在H場為高的位 置附近，諸如已擴展導(dǎo)電元件22的電長度的中部。
在如圖3A、圖3B中所示出的次最低諧振模式(11=2)中，電(E) 場中的最大值處于(已擴展)導(dǎo)電元件22的端部，并且處于已擴展導(dǎo)電元件22的電長度的中心。如果使用電容性EM耦合來將EM能 量從耦合元件10耦合至導(dǎo)電元件20,則耦合元件典型地定位于E 場為高的位置處、或者定位于E場為高的位置附近，諸如導(dǎo)電元件 20的邊緣24 (如圖1中所示)。磁場強度(H)中的最大值定位在 距離已擴展導(dǎo)電元件22的電長度中心1/4電長度的位置。如果使用 電感性EM耦合來將EM能量從耦合元件10耦合至導(dǎo)電元件20，則 耦合元件典型地定位于其中H場為高的位置處、或者定位在H場為 高的位置附近。
耦合天線元件IO可以設(shè)置為非平衡天線元件，使得其可以更為 有力地與地平面相耦合。
為了節(jié)省空間，可以將平面擴展元件34布置為與平面導(dǎo)電元件 20的平面平行但相分離。平面擴展元件34和平面導(dǎo)電元件可以部分 地重疊，例如，整個平面擴展元件34可以與平面導(dǎo)電元件20的一 部分相重疊。
設(shè)計天線裝置2，以便天線耦合元件10的EM模式的諧振頻率 基本對應(yīng)于(即，靠近但不必匹配于)已擴展導(dǎo)電元件22的模式的
諧振頻率。
可以通過控制已擴展導(dǎo)電元件22的電長度來控制已擴展導(dǎo)電元 件的諧振頻率。實現(xiàn)這一點的一種方式是，控制導(dǎo)電互連32的長度 和/或控制擴展元件34的尺寸。增加導(dǎo)電元件32的長度和/或增加擴 展元件34的尺寸，這會增加電長度，從而增加諧振波長并且減小諧
振頻率。
電抗元件40典型地是可以組件或者組件集合，組件可以是集總 (lump)組件和/或芯片。電抗元件40定位在導(dǎo)電元件和擴展30之 間的電流;咯徑中。
電抗元件40還可用以控制已擴展導(dǎo)電元件22的電長度。例如， 具有電感值L的電感器電抗元件40的存在增加了已擴展導(dǎo)電元件22 的電長度(增加已擴展導(dǎo)電元件22的諧振波長，并且減小已擴展導(dǎo) 電元件22的諧振頻率)。電感器電抗元件40的存在還減小了在諧振頻率處的反射系數(shù) Sll的帶寬。
電感器40的效果還取決于相對于由已擴展導(dǎo)電元件22生成 的H場來說，將所述電感器定位在何處。盡管如果將電感器40放置 在高磁場強度H(即，高電流密度)的位置，則電感器40的效果較 強，但并不必須將電感器40定位在此處。最大H場的位置隨著已擴 展平面元件的電長度的變化而變化。
盡管可以通過將電感器40放置在導(dǎo)電元件20的邊緣26處而獲 得對電長度的最大擴展，然而電感器40可以定位在任何位置。這一 位置還對應(yīng)于較高E場的位置，其結(jié)果是在擴展30中的較小電流以 及由此功率損失較少。
典型的電感器值是幾個mH至幾十nH。在例如2 GHz的高頻率 處，電感器40代表開路。
使用擴展元件34的尺寸以及電感器40的位置和值來調(diào)諧已擴 展地平面22的諧振模式，使得其諧振頻率接近天線元件10諧振頻 率或者與天線元件IO諧振頻率相匹配，并且使得其在該諧振頻率的 帶寬足夠大。
由此，可以通過增加互連32的長度和/或還可以通過增加擴展元 件34的最大維度的尺寸來增加已擴展導(dǎo)體22的電長度。還可以通 過增加電感器40的值和/或通過將其定位在大電流的位置處，來增加 已擴展導(dǎo)體22的電長度。然而，這還可以降低帶寬。
通過適當(dāng)選擇電感器值L、擴展30 (尤其是擴展元件34)的尺 寸以及電感器40 (以及由此擴展30)的位置，可以將已擴展導(dǎo)電元 件22的諧振模式調(diào)諧至期望的諧振頻率和期望的帶寬。
電感值L的增加可以增加天線裝置帶寬，這是因為，盡管L的 增加可以降低已擴展導(dǎo)電元件諧振模式的帶寬，但這還可以將其偏 移至不同于耦合元件IO諧振頻率的較低頻率。
選擇平面擴展的尺寸、電感器的值以及電感器的位置的選擇，
使得在選擇頻率范圍之上，反射系數(shù)Sl 1小于期望的值(例如，6 dB ),所述選擇頻率范圍諸如例如在蜂窩無線電信協(xié)議雙帶(例如，對于
US-GSM ( 824-894 MHz)以及E-GSM (880-960 MHz)或者對于PCN1800 ( 1710-1880 MHz)以及PCS 1900 ( 1850-1990 MHz ))。
典型的是，期望將已擴展導(dǎo)電元件22的諧振頻率調(diào)諧至接近耦合元件10的諧振頻率，或者將其調(diào)諧至匹配于耦合元件10的諧振頻率，同時保持適當(dāng)大的帶寬。
由此，天線裝置2能夠覆蓋寬的頻率范圍，而不必在地平面中彎曲(meander)或者設(shè)置縫隙。
圖4示出了本發(fā)明的其他實施方式。在此示例中，天線裝置2能夠動態(tài)地改變電抗元件40或者感應(yīng)電抗元件40。可控元件70操作以提供例如受控電感L作為電感器40。例如，可控元件可以控制電感來具有L1、 L2、 L3、 L4等值中的一個值?？煽卦?0可以是可變電抗或者開關(guān)元件(如所示出)。開關(guān)元件70在線路中連接不同電感器401、 402、 403、 404中的一個，使得其連接導(dǎo)電元件20和擴展30。開關(guān)元件可以以機械方式或者以電方式操作。
不同電感器可以是具有電感的阻抗。例如，電感器404是與電容器并聯(lián)的電感器。
已擴展導(dǎo)電元件22可以具有非輻射EM諧振模式。電感器值L調(diào)諧非輻射模式的頻率位置。電感器值L的增加將降低非輻射模式的頻率。
圖5示意性地示出了包括天線裝置2和RF電路112的通信設(shè)備110。通信設(shè)備可以是諸如移動蜂窩電話的手持便攜式終端。承載RF電路112的設(shè)備的PWB可以操作為大體積導(dǎo)電元件20。 PWB的長度可以小于110mm和/或大于75 mm。耦合天線元件IO可以具有相對小的體積，例如，小于5 mm3 。
所示出的通信設(shè)備110具有已擴展配置以及非擴展配置。大體積的導(dǎo)電元件20包括至少兩個部分，當(dāng)"i文備配置變化時所述兩個部分相對;波此移動。例如，在閉合配置中，所述兩個部分可以重疊；而在開》文配置中，所述兩個部分可以分開，使得作為組合，它們具有較大的最大維度，并且由此具有較大的電長度?？梢酝ㄟ^使用可
控元件70(針對圖4所述)來補償在大體積導(dǎo)電元件20的電長度中的變化，以增加電長度。
前述段落已經(jīng)描述了具有單一天線元件10以及導(dǎo)電元件20的天線裝置2，導(dǎo)電元件20具有已擴展的或者可擴展的電長度。然而，應(yīng)該理解，第一天線元件10以及不同的第二天線元件IO可以共享相同的公共導(dǎo)電元件。第一和第二天線元件10可以設(shè)計為具有不同諧振頻率。在此情況下，當(dāng)使用固定值的電抗元件時，導(dǎo)電元件的電長度的擴展是固定的，并且典型的是，增強天線元件之一的帶寬但不必增強其他天線元件的帶寬。然而，在此情況下，當(dāng)使用具有多個設(shè)置的動態(tài)電抗元件時，可以控制導(dǎo)電元件的電長度，以便在一個設(shè)置中增強天線元件之一的帶寬(而不增強其他天線元件的帶寬)，并且在其他設(shè)置中增強其他天線元件的帶寬。
盡管在前述段落中已經(jīng)參考各種示例描述了本發(fā)明的實施方式，應(yīng)該理解，可以對示例進行變化，而并不脫離如權(quán)利要求書所
要求的本發(fā)明的范圍。
盡管在上文的說明書中盡力將注意力吸引至本發(fā)明的被認為特別重要的那些特征，然而應(yīng)該理解，申請人針對在上文中和/或在附圖中所涉及的可專利特征或者特征的結(jié)合來要求保護，而無論是否對其進行特別強調(diào)。
權(quán)利要求
1. 一種天線裝置，包括耦合元件；導(dǎo)電元件；擴展元件，用于對所述導(dǎo)電元件進行電擴展；以及電抗元件。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述耦合元件具 有帶寬，以及由所述擴展元件所擴展的導(dǎo)電元件具有帶寬，并且由 所述擴展元件擴展的導(dǎo)電元件的帶寬大于所述耦合元件的帶寬，以 及所述電抗元件是電感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的天線裝置，其中所述耦合元件 具有諧振頻率，以及由所述擴展元件所擴展的導(dǎo)電元件具有諧振頻 率，并且由所述擴展元件所擴展的導(dǎo)電元件的諧振頻率與所述耦合 元件的諧振頻率相對應(yīng)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述耦合 元件具有諧振頻率，所述電抗元件具有電感值，并且所述擴展元件 具有一尺寸，并且其中，所述擴展元件的尺寸、所述電感值以及所 述電感元件的位置對已擴展導(dǎo)電元件的諧振模式進行調(diào)諧，使得在 所述耦合元件的諧振頻率處的已擴展導(dǎo)電元件的帶寬大于在所述耦 合元件的諧振頻率處的耦合元件的帶寬。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述天線 裝置包括第一耦合元件和第二耦合元件，并且其中所述擴展元件和 電抗元件相結(jié)合地對所述導(dǎo)電元件進行電擴展，以增強所述第一耦 合元件的帶寬。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述天線 裝置包括第一耦合元件和第二耦合元件，其中所述電抗元件在第一設(shè)置和第二設(shè)置之間可變，并且其中，當(dāng)所 述電抗元件處于所述第 一 設(shè)置中時，所述擴展元件和電抗元件相結(jié)合地對所述導(dǎo)電元件進行電擴展，以增強所述第 一耦合元件的帶寬， 以及當(dāng)所述電抗元件處于所述笫二設(shè)置時，所述擴展元件和所述電 抗元件相結(jié)合地對所述導(dǎo)電元件進行電擴展，以增強所述第二耦合 元件的帶寬。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中已擴展導(dǎo) 電元件操作為用于所述耦合元件的地平面。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中已擴展導(dǎo)電元件的電體積大于所述耦合元件。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中與所述導(dǎo) 電元件相比，所述耦合元件是小體積的天線元件。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述耦合 元件具有基本平面的金屬結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述天線 元件是非平衡天線元件。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述耦合 元件定位在如下位置處或者定位在所述位置附近在所述位置處， 在使用中由所述導(dǎo)電元件生成的E場為高。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述導(dǎo)電 元件具有由所述導(dǎo)電元件的長度相分離的第一邊緣和第二相對邊 緣，其中所述耦合元件定位在所述第一邊緣處、或者定位在所述第 一邊緣附近。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述導(dǎo)電 元件是印刷線路板。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述擴展 元件是平面的，所述導(dǎo)電元件是平面的，以及所述擴展元件與所述 平面導(dǎo)電元件的平面平行j旦相分離。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線裝置，其中所述擴展元件以及 所述導(dǎo)電元件部分地重疊。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述導(dǎo)電元件具有由所述導(dǎo)電元件的長度分離的第一邊緣和第二相對邊緣， 其中所述電抗元件定位在所述第二邊緣處、或者定位在所述第二邊緣附近。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述電抗 元件定位在高的E場處、或者定位在高的E場附近。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中所述電抗 元件是電感器，所述電感器具有幾個nH至幾十nH的電感值。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中使用可控 元件來連"l妻/斷開所述電抗元件。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中使用可控 元件來控制所述電抗元件的電抗。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線裝置，其中使用可控 元件來選擇多個電抗元件中的一個。
23. —種通信設(shè)備，包括根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的天線 裝置。
24. —種通信設(shè)備，包括已擴展配置和非擴展配置，并且包括根 據(jù)權(quán)利要求1至24的任一項所述的天線裝置，其中所述電抗元件具 有電感值，當(dāng)所述設(shè)備的配置在所述非擴展配置和已擴展配置之間 變化時，控制所述電感值，以改變所述電感值。
25. —種用于創(chuàng)建天線裝置的方法，所述天線裝置包括具有第 一諧振頻率和第一帶寬的天線元件；導(dǎo)電元件；具有一定尺寸的擴 展元件，用于對所述導(dǎo)電元件進行電擴展；以及具有電感值的電抗 元件，其中，已擴展導(dǎo)電元件具有擁有第二諧振頻率和第二帶寬的諧振 模式，所述方法包括選擇所述擴展元件的尺寸、所述電感值以及所述電抗元件的位 置，以調(diào)諧所述已擴展導(dǎo)電元件的所述諧振模式，使得在所述第一 諧振頻率的區(qū)域中的第二帶寬大于在所述第 一諧振頻率的區(qū)域中的 第一帶寬。
全文摘要
一種天線裝置，包括耦合元件、導(dǎo)電元件；擴展元件，用于對導(dǎo)電元件進行擴展；以及電抗元件。一種用于創(chuàng)建天線裝置的方法，所述天線裝置包括具有第一諧振頻率和第一帶寬的天線元件；導(dǎo)電元件；具有一定尺寸的擴展元件，用于對所述導(dǎo)電元件進行電擴展；以及具有電感值的電感器40，其中，已擴展導(dǎo)電元件具有擁有第二諧振頻率和第二帶寬的諧振模式，所述方法包括選擇所述擴展元件的尺寸、所述電感值以及所述電感器的位置，以調(diào)諧所述已擴展導(dǎo)電元件的諧振模式，使得在第一諧振頻率的區(qū)域中的第二帶寬大于在第一諧振頻率的區(qū)域中的第一帶寬。
文檔編號H01Q1/24GK101461092SQ200780020953
公開日2009年6月17日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者J·埃拉, J·奧利凱南, T·朗塔, 趙安平 申請人:諾基亞公司