專利名稱：多諧振天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種特別意圖用于小型無線電設備的天線，該天線具有多于一個諧振以便對工作帶進行整形。
背景技術：
在諸如移動電話之類的小型無線電設備中，將被放置在設備內部的天線通常為 IFA型(反轉F天線)或ILA型(反轉L天線)。在這兩種情況下，天線包括與其平行的接地平面和輻射平面，以便耦合到設備的天線端口。在IFA中，輻射體還從其特定點短路連接至接地平面以布置匹配。如果輻射體為片狀，則使用名稱PIFA (平面IFA)和PILA (平面ILA)。在天線設計中，可用空間是一個特別關鍵的因素，特別是當空氣被用作輻射體和接地平面之間的絕緣體時，從天線效率的角度來看空氣是有利的。輻射體和接地平面之間的距離具有特定的最優(yōu)值，然而在空氣絕緣的情況下，在現代相對扁平的無線電設備中所述最優(yōu)值過長而無法實現。當所述距離減小時，天線的特性有所退化。例如，在沒有該變化時可能已經很窄的帶寬減少。由于天線的諧振頻率易于受到外部導電材料的影響，所以窄帶也是有害的。因此，甚至是設備用戶的手也會導致天線工作帶部分偏移到信號頻譜所處的頻率范圍之外。一種加寬天線工作帶的方法是為其布置至少兩個彼此相對接近的諧振頻率。這通常利用兩個單獨的輻射部件來實現，所述輻射部件于是具有幾乎相同的諧振頻率。一個部件是寄生的，在傳送狀態(tài)通過主部件接收其能量，所述主部件是直接饋進的。使用寄生部件的缺陷在于其與主部件的相互位置中已有的小幅變化使得天線的帶特性顯著退化。此外， 寄生部件需要其自身的短路布置。圖1示出了從公開文本EP1678784所知的天線，其中通過單一輻射部件實現了位于相同工作帶中的兩個諧振。該天線是雙帶天線，下帶處于900MHz的范圍內而上帶則低于 2GHz。無線電設備的電路板PCB的導電上表面作為天線的接地平面110，其是信號接地GND 的一部分。所述接地平面上方是天線的輻射平面120。在輻射平面的一側上是連接到天線端口 AP的天線饋點FP以及連接到接地平面的短路點SP，其彼此接近。所述輻射平面的所討論的一側在這里被稱作“前側”。如從短路點SP所看到的，輻射平面包括不同長度的兩個導體臂，它們與接地平面一起形成所述天線的PIFA部分。第一臂121從短路點延伸到輻射平面的相對側并且最終向前側轉回。第二臂122向第一臂旁邊的輻射平面的相對側延伸， 從而形成輻射平面的一端。所述輻射平面還包括位于其前側上的導體回路123。該回路的端點是以上所提到的饋點和短路點。當從饋點FP開始時，所述回路在第一臂121相對接近于短路點SP的開始部分接合輻射平面的其余部分。實際上，該接合點是所述天線的PIFA 部分的饋點。對應于第一臂121的所述天線部分的諧振頻率處于該天線的下工作帶中，其總體上基于所述第一臂。對應于第二臂122的所述天線部分的諧振頻率再次處于所述天線的上工作帶中。此外，設置回路123的大小使得其在所述天線的上工作帶中發(fā)生諧振并且作為輻射體。因此，上工作帶基于所述第二臂和回路二者。對應于這些部分的諧振頻率例如為 1. 8GHz和1. 95GHz，在這種情況下上工作帶變寬。這會獲得成效，因為輻射平面的第一導體臂位于導體回路和第二導體臂之間，在這種情況下后二者之間的耦合相對較弱。除了作為輻射體之外，輻射平面的回路部分還以下工作帶的頻率作為匹配部件。以上所描述的解決方案的缺陷在于將根據其的雙諧振布置在位于900MHz范圍內的工作帶中，要使得該帶加寬需要空間并且無法在小型無線電設備中進行。同樣已知的是，在輻射體外部對天線結構增加電抗電路，利用該電路能夠使得所述天線以彼此接近的兩個頻率發(fā)生諧振。然而，額外的組件需要空間并且增加了設備的生產成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是減少與現有技術相關的所述缺陷。根據本發(fā)明的多諧振天線的特征在獨立權利要求1中給出。本發(fā)明的一些有利實施例在從屬權利要求中公開。本發(fā)明的基本思想如下從其饋點看，無線電設備的天線的輻射部件包括電長度近似相等的第一和第二臂。所述臂的尾端位于輻射部件輪廓所限制的區(qū)域的不同側上并且指向互相遠離的實質上相對的方向，以便激勵所述天線中的雙諧振。所述第二臂具有朝向所述第一臂的尾部的至少一個延伸。本發(fā)明的優(yōu)勢在于可以利用額外的諧振在沒有額外部件的情況下加寬無線電設備的內部天線的工作帶。這還在于多帶天線的900MHZ范圍內的帶中獲得成效。本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于根據其的解決方案在其它方面也很簡單且?guī)缀醪粫е律a成本上升。


以下將對本發(fā)明進行詳細描述。在描述中將參見附圖，其中 圖1示出了根據現有技術的多諧振天線的示例；
圖2a-C示出了作為本發(fā)明引言的可能的輻射體形式； 圖3示出了根據本發(fā)明的天線的示例； 圖4示出了根據圖3的天線的帶特性； 圖5示出了根據本發(fā)明的天線的另一個示例； 圖6示出了根據圖3的天線的補充；以及圖7示出了根據圖6的天線的帶特性。
具體實施例方式圖1已經結合現有技術的描述進行了描述。圖2a_c示出了作為本發(fā)明引言的可能的輻射體形式。在所有示例中，從饋點看， 輻射體包括兩條臂，并且輻射體的輪廓形成拉長區(qū)域，所述拉長區(qū)域進而具有縱向方向和橫向方向。在圖2a中，輻射體的饋點FP位于該輻射體的輪廓所形成區(qū)域的一端，處于該區(qū)域的一角。在從饋點FP開始時，輻射體的臂首先具有相對短的橫向共享部分。在第一臂 A21中，在所述共享部分之后存在縱向的第一部分、U形彎曲和縱向尾部。所述尾部相對接近于該臂的開始端和饋點FP進行延伸。在第二臂A22中，作為所述共享部分的繼續(xù)，存在橫向的第一部分和縱向的第二部分，其通過第一臂的彎曲進行延伸而進一步遠離饋點。

在圖2b中，輻射體B20的第一臂B21完全為縱向的。在該輻射體的第二臂B22中， 作為該臂的共享部分的繼續(xù)，存在橫向的第一部分、與第一臂相同方向的第二部分、U形彎曲，以及通過橫向的第一部分延伸特定距離的縱向的第三部分。在圖2c中，輻射體C20的第一臂C21具有縱向的第一部分、U形彎曲、以及相對接近于該臂的開始點和饋點FP進行延伸的縱向的尾部。第二臂C22具有遠離第一臂的區(qū)域的橫向的第一部分，通過第一臂的彎曲進一步遠離饋點進行延伸的縱向的第二部分，以橫向方向向第一部分的尾端的線進行延伸的第三部分，以及遠離饋點和第一臂的縱向第四部分。與以上描述相一致，在2a_c的每種情況下，第一臂的尾端ΑΕΙ、BE1、CEl和第二臂的尾端ΑΕ2、ΒΕ2、CE2都彼此遠離地指向相對方向，從而在尾端的垂直方向看，它們及其連續(xù)線并不重疊。臂的“尾端”意味著該臂相對短的部分，其終止于該臂的開頭(open head)。 “相對短”再次意味著大約10-20%。輻射體結構將不會與偶極相混淆，所述偶極的臂完全分離并且以饋進源的相對相位耦合到終端。輻射體具有兩條臂來激勵天線中的兩個諧振，慣例即是如此。在根據本發(fā)明的天線中，輻射體臂的電長度彼此非常接近，從而與它們相對應的諧振為所述天線構成連續(xù)、相對寬的工作帶。利用以上所描述的布置，這也在900MHz的頻率范圍或者一般移動終端的下工作帶中獲得成效。實際上，將所討論的雙諧振布置在下工作帶中比布置在上工作帶更為困難。在圖2a_c中的輻射體中標記出了饋點FP。如果有利于天線匹配，則該輻射體還可以具有接近于所述饋點的短路點。通常，可以說所述該輻射體從饋進區(qū)域看具有兩條臂，其中“饋進區(qū)域”意味著輻射體中饋點和短路點二者均位于其中或者僅饋點位于其中的部分。圖3示出了根據本發(fā)明的天線的示例。該天線包括輻射體320和接地平面。該示例中的輻射體320為小型電介質片305的導電涂層，其被支撐在距離無線電設備的電路板 PCB例如5mm的高度。該電路板的上表面主要為導電信號接地GND，其同時作為所述天線的接地平面。在該示例中，電介質片305大致為矩形，其一個拐角缺少直角部分從而該片的第一端比第二端更短，并且該片僅具有一個直的長邊。不同于第二長邊，存在階梯狀的邊緣， 其進而形成片305中的內拐角。輻射體的輪廓順著電介質片305的邊緣。輪廓所限制的區(qū)域或輻射體區(qū)域由此沿著該片的長邊方向具有縱向方向并且具有垂直于所述縱向方向的橫向方向。所述輻射體的饋點FP位于電介質片中第一端的側上的拐角中。所述輻射體包括開始于所述饋點的兩條臂。在第一臂321中，存在從饋點向縱向方向開始并且在第二端轉向橫向方向的第一部分，朝向所述片的中心的U形彎曲，以及在第一部分旁邊行進的尾部，其相對接近于所述饋點縱向延伸。在第二臂322中，存在開始于饋點FP的橫向的第一部分，和順著片305的所述階梯狀邊緣的第二部分。所述第二臂在其尾端向輻射體區(qū)域的第二端縱向延伸。與以上描述相一致，所述輻射體的第一臂321的尾端指向輻射體區(qū)域的第一端 (圖中為左端)，而第二臂322的尾端指向輻射體區(qū)域的第二端(圖中為右端)。所述尾端彼此遠離定向，從而在從橫向方向看時它們的連續(xù)線并不重疊。此外，所述臂的尾端處于輻射體區(qū)域的不同側，從而如果該區(qū)域被通過其中心的縱向和橫向直線劃分為四塊，則所述臂的尾端位于相對的 塊中。特別地，輻射體的第二臂322的寬度有所變化。在接近饋點FP的開始端，該臂相對窄。大約在電介質片的內拐角處，第二臂具有延伸EX1，從而其與第一臂的尾部的距離明顯減小。這意味著在所討論的位置處臂之間更強的電磁耦合。第二臂繼續(xù)相對寬，遠至其開端(open end)為止。接近于該開端，第二臂具有附加延伸EX2，其加強了第一臂的U形彎曲處臂之間的耦合。在延伸EXl和EX2處，臂之間的耦合由于其位置而主要是電容性的。 第二臂的變寬具有使得天線的工作帶加寬的效果。加強臂之間的電容耦合再次提高了它們的電尺寸并且進而有助于在更小空間中實現在確定帶中工作的天線。輻射臂接近于饋點的收窄提供了相同的好處，原因在于這意味著那里更高的電感以及因此更大的電尺寸。圖3還示出了根據本發(fā)明的天線的匹配電路的示例。該示例的匹配電路MCI是無線電設備的電路板PCB表面上的導體圖案。其結構在圖3中的輔助圖中看到。連接到設備天線端口 AP的饋進導體FC連同在兩側圍繞饋進導體的接地平面GND—起構成平面?zhèn)鬏斁€，這是所述天線的饋線。從所述饋線分支出平面?zhèn)鬏斁€，其短于四分之一波并且在尾端開路，并且在另一點分支出平面?zhèn)鬏斁€，其短于四分之一波并且在尾端短路。因此，前者的線在工作頻率處表示特定并聯(lián)電容C，而后者的線則表示饋線的特定電感L。饋進導體FC作為短的中間導體繼續(xù)至饋點FP。通過適當選擇饋線的長度以及分支傳輸線的位置和長度， 在天線端口處所測量的天線阻抗在工作帶的范圍內至少近似額定。此外，可以利用匹配電路在天線中激勵用于加寬所討論工作帶的第三有用諧振。圖4示出了根據圖3的天線的帶特性。該天線被設計為在900MHz的頻率范圍內進行工作。所給出的曲線示出了作為頻率函數的天線反射系數的波動。在所述天線的三個諧振的接地上形成工作帶。第一諧振rl大約在870MHz的頻率處出現，并且其基于輻射體的第一臂321。第二諧振r2大約在950MHz的頻率處出現，并且其基于輻射體的第二臂322。 第三諧振r3大約在850MHz的頻率處出現，并且其基于匹配電路MCI和整個輻射體320。接地平面固有地在所有諧振中作為貢獻方。由于多個諧振，天線的工作帶變得相當寬。如果使用數值為_6dB的反射系數作為帶的邊界頻率的標準，則工作帶大約為815 - 985MHz。該帶覆蓋了美國GSM系統(tǒng)所使用的 824-894MHz的范圍以及歐洲EGSM系統(tǒng)(擴展型GSM)所使用的880_960MHz的范圍。根據圖3的天線的自由空間中的效率在820-980MHZ的頻率范圍中在數值_3. 5dB 的兩側變化。圖5示出了根據本發(fā)明的天線的另一實際示例。該天線包括輻射體520和接地平面GND，其在該示例中也是無線電設備的電路板PCB的導電涂層。輻射體520是小型電介質片505的導電涂層，其被支撐在距離電路板PCB的特定高度處并且因此距離接地平面具有特定高度。所述電介質片是具有第一和第二端以及縱向第一和第二側的拉長矩形。輻射體輪廓所限制的區(qū)域或輻射體區(qū)域幾乎與電介質片的區(qū)域相同。所述輻射體的饋點FP位于接近所述電介質片的第一端和第一側所限定的拐角之處。在該示例中，所述輻射體還從短路點SP連接到接地平面。該點也位于電介質片的第一端處，接近于第一端和第二側所限定的拐角。饋點和短路點之間的區(qū)域(包括這些點)形成了本描述之前所限定的饋進區(qū)域。當從所述饋進區(qū)域看時，所述輻射體包括兩條臂。第一臂521在饋點FP附近開始。其包括所述片的第一側的側上的縱向的第一部分，第二端處的U形彎曲，以及相對接近于饋進區(qū)域延伸的縱向的尾部。所述輻射體的第二臂522在短路點SP附近開始并且在縱向方向上向第二側的側上的輻射體區(qū)域的第二端延伸。為了使得第二臂的諧振頻率足夠低， 其包括小型的矩形彎曲，從而該臂類似于彎曲圖案。出于相同原因，在第二臂的尾端串聯(lián)有線圈L52，并且所述矩形彎曲向第一臂521形成延伸，如延伸EX5。與以上描述相一致，所述輻射體的第一臂521的尾端處于輻射體區(qū)域的第一端一側的一半中并且指向所述第一端。第二臂522的尾端再次處于輻射體區(qū)域的第二端一側的一半中并且整體指向第二端。因此，在這種情況下，所述尾端也指向相對方向，從而在從橫向方向看時它們及其連續(xù)線并不重疊。然而，彎曲形第二臂尾 端的最外面的部分是橫向的， 遠離第一臂的U形彎曲而指向。第二臂的諧振通過該細節(jié)而進一步得以小幅改善。圖6給出了補充到天線結構中的與圖3中的天線類似的天線，其具有兩個/三個工作帶。根據本發(fā)明，所述天線結構包括輻射體620，其與圖3所示的天線相類似。在相同的電介質片605上，連同其存在第二輻射體630和第三輻射體640。第二輻射體630位于輻射體620的饋點FPl所處的一側旁邊。在第二輻射體中，存在相對彼此接近的其饋點(即第二饋點FP2)、短路點SP2和調節(jié)點XP，最后提到的最接近于輻射體620的饋點FP1。所述調節(jié)點可以以已知方式經由開關(不可見)耦合到接地。第三輻射體640是寄生的，通過第二輻射體630接收其能量。根據本發(fā)明，第三輻射體位于整體輻射體結構的一側上，以使得第二輻射體處于它和輻射體620之間。所述第三輻射體從其短路點SP3短路連接到接地 GND，所述短路點SP3位于接近于第二饋點FP2之處。根據圖6的天線結構在功能上包括兩個天線，原因在于第二和第三輻射體連同接地平面一起針對單獨饋進構成了其自己的天線。圖7示出了根據圖6的天線結構的帶特性。曲線71示出了作為頻率函數的天線結構部分的反射系數波動，所述部分基于根據本發(fā)明的輻射體620。其進而類似于圖4所給出的曲線，由三個諧振rl、r2、r3所形成。曲線72示出了在調節(jié)點XP連接到接地時作為頻率的函數的基于所述輻射體630和640的天線結構補充部分的反射系數波動。該曲線包括兩個不同的諧振點。第四諧振r4大約在1950MHz的頻率處出現，并且其基于第二輻射體630。對應于諧振r4的帶位于GSM1900系統(tǒng)所使用的頻率范圍中。第五諧振r5大約在 2150MHz的頻率處出現，并且其基于寄生的第三輻射體640。從終端的角度來看，對應于諧振r4的帶位于WCDMA (寬帶碼分多址)系統(tǒng)的接收帶中。曲線73示出了在調節(jié)點XP “處于空中”(也就是其和接地之間存在高阻抗)時作為頻率函數的天線結構補充部分的反射系數的波動。與曲線72相比，第五諧振的頻率保持在其位置，但是第五諧振的頻率則偏移到點1740MHz。對應于此的帶位于GSM1800系統(tǒng)所使用的頻率范圍中。之前已經對根據本發(fā)明的多諧振天線進行了描述。其結構可能與詳細描述的那些有所不同。如圖3和5的示例中所看到的，輻射體的形狀可以大幅變化。支撐所述輻射體的電介質片可以為小型電介質腔體的一部分。所述輻射體也可以是沒有任何支撐片的剛性導體。接地平面也可以僅部分地在輻射體以下進行延伸。天線的匹配電路的結構可以自然變化，并且其電抗可以通過離散組件而不是圖3所示的傳輸線來實現。本發(fā)明的思想可以在獨立權利要求1所限定的限制之內以不同方式得以應用。
權利要求
1.一種無線電設備的天線，包括輻射體(320，520)和接地平面(GND)，在該輻射體中存在具有輻射體的饋點(FP)的饋進區(qū)域，從該饋進區(qū)域開始用以激勵天線中的第一諧振 (rl)的第一臂(321，521)，以及用以激勵天線中與第一諧振相同的天線的工作帶的范圍內的第二諧振(r2)的第二臂(322，522)，該輻射體的輪廓形成輻射體區(qū)域，其具有縱向和橫向方向，其特征在于第一臂(321，521)包括縱向開始于饋點(FP)的第一部分、U形彎曲以及相對接近于饋點縱向延伸的尾部，并且從饋點看，第二臂(322，522)在縱向和橫向方向二者都向所述輻射體區(qū)域的相對側進行延伸，并且包括朝向第一臂的尾部的至少一個延伸 (EXl，EX2，EX5)以增加該臂的電長度。
2.如權利要求1所述的天線，其特征在于第二臂(322)包括開始于饋點的橫向的第一部分以及主要為縱向的第二部分，該第二部分在其尾端實質上寬于其開始端用以加寬所述工作帶。
3.如權利要求1所述的天線，其特征在于在輻射體的饋進區(qū)域中還存在短路點(SP)， 輻射體從該點連接到接地平面。
4.如權利要求3所述的天線，其特征在于所述第二臂(522)開始于短路點(SP)—側上的饋進區(qū)域并且在第一臂(521)的尾部旁邊縱向行進。
5.如權利要求4所述的天線，其特征在于輻射體的第二臂(522)為彎曲形狀，并且/或者包括串聯(lián)線圈(L52)，以增加其電長度并因此減小天線的尺寸。
6.如權利要求1所述的天線，其特征在于其進一步包括無線電設備的天線端口(AP)和輻射體的饋點(FP )之間的匹配電路(MCI)。
7.如權利要求6所述的天線，其特征在于匹配電路和輻射體共同具有第三諧振(r3)以加寬所述工作帶。
8.如權利要求7所述的天線，其特征在于匹配電路(MCI)是無線電設備的電路板(PCB) 表面上的導體圖案。
9.如權利要求1所述的天線，其特征在于輻射體(302)是電介質片(305)的導電涂層， 其被支撐在距離無線電設備的電路板(PCB)表面的特定高度處。
10.如權利要求1所述的天線，其特征在于所述工作帶位于0.9GHz的頻率范圍內。
11.如權利要求10所述的天線，其特征在于除了其輻射體(620)之外，還存在具有其自己的饋點(FP2)的第二輻射體(630)，用以實現上工作帶。
全文摘要
一種特別意圖用于小型無線電設備的天線，該天線具有多于一個的諧振以用于對工作帶進行整形。從其饋點(FP)看，所述天線的輻射部件(320)具有電長度近似相等的第一(321)和第二(322)臂。所述臂的尾端位于由輻射體輪廓所限制的區(qū)域的不同側上并且指向互相遠離的相對方向，以便激勵所述天線中的雙諧振。所述第二臂具有朝向所述第一臂的尾端的至少一個延伸。而且，可以利用額外的諧振在沒有額外部件的情況下加寬900MHz范圍內的工作帶。該解決方案簡單且?guī)缀醪粫е律a成本上升。
文檔編號H01Q1/24GK102318139SQ201080006005
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權日2009年1月30日
發(fā)明者N. 伊斯拉姆 M. 申請人:脈沖芬蘭有限公司