專利名稱：寬帶天線和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及用在無線或便攜式無線電裝置中的天線，且更明確地說，本發(fā)明在一個示范性方面涉及多頻帶天線的接地面設(shè)置以及利用所述天線的方法。
背景技術(shù)：
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機(jī)內(nèi)天線是見于大多數(shù)現(xiàn)代無線電裝置中的元件，所述無線電裝置例如移動計算機(jī)、移動電話、Blackberry 裝置、智能電話、個人數(shù)字助理(PDA)，或其它個人通信裝置(POT)。通常使用單極天線，單極天線包括平面輻射體和與平面輻射體平行的接地面，平面輻射體與接地面由短路導(dǎo)體彼此連接以便實(shí)現(xiàn)天線的匹配。所述結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)置，以使得所述結(jié)構(gòu)充當(dāng)所要操作頻率下的諧振器。通常也需要天線在一個以上頻帶中操作(例如，雙頻帶、三頻帶，或四頻帶移動電話)，在這種情況下使用兩個或兩個以上諧振器。圖IA和圖IB圖示典型現(xiàn)有技術(shù)平面單極天線的側(cè)視立面圖100和俯視立面圖。天線100包括矩形平面輻射體元件102，所述矩形平面輻射體元件102安置在接地面104上方某高度108處。饋電導(dǎo)體110將天線的平面元件102耦合到饋電點(diǎn)116。為了實(shí)現(xiàn)有效操作，單極輻射體102通常安裝在接地面104上面某距離108處，如圖IA中所示。理想地，接地面圍繞天線的饋電點(diǎn)展開至少四分之一波長或四分之一以上波長(如圖IB中所示)。接地面的大小影響天線的增益、諧振頻率和阻抗。輻射體元件的電長度主要決定天線的諧振頻率。通常，機(jī)內(nèi)天線經(jīng)建構(gòu)以包括印刷線路板(PWB)組合件的至少一部分，印刷線路板(PWB)組合件也常被稱作印刷電路板(PCB)。因此，天線性能參數(shù)(也就是，阻抗、帶寬、效率)變成取決于移動裝置接地面的大小、形狀和位置。理想單極輻射元件的最佳長度是波長(X)的四分之一，所述波長(X)對應(yīng)于相關(guān)頻帶的操作中心頻率f0。用于移動應(yīng)用的負(fù)擔(dān)得起且功率聞效的顯不技術(shù)(例如，液晶顯不器(IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(LED)顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)等)近來的開發(fā)進(jìn)展已導(dǎo)致在一些膝上型計算機(jī)中屏幕大小高達(dá)500mm(20英寸)的移動裝置的激增。為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，通常使用LCD接地面(或屏蔽件)。然而，所述較大的接地面(現(xiàn)代顯示器所要求的)對于無線天線操作來說不再是最佳的，因?yàn)榻拥孛娲笮≡谔炀€設(shè)計中起到重要作用。因此，至少部分因?yàn)樘炀€輻射體與接地面之間的阻抗失配，而使天線帶寬減小。在膝上型計算機(jī)的情況下，大接地面(大顯示器所要求的)同時針對低頻帶和高頻帶實(shí)現(xiàn)顯著天線性能優(yōu)化。另外，接地面大小和位置限制天線放置選項。
目前使用各種方法來解決天線-接地面失配，且目前使用各種方法來改進(jìn)(增加)天線帶寬。所述方法通常包含使用額外匹配組件、多個或混合式天線(例如，環(huán)形天線和單極天線)等等。所述方法一定會增加成本和復(fù)雜性，同時也降低天線的可靠性，以及增加主機(jī)移動無線電裝置的大小。 因此，極度需要一種供用在移動無線電裝置中的無線天線以及利用所述無線天線的方法，所述無線天線的帶寬和效率增加以及對天線諧振的控制得到改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尤其通過提供節(jié)省空間的天線和使用方法來滿足前述需要。在本發(fā)明的第一方面中，揭示一種天線設(shè)備。在一個實(shí)施例中，所述設(shè)備供用在便攜式無線電裝置中，所述便攜式無線電裝置包括饋電端口和接地面，且所述天線設(shè)備包括第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸；以及實(shí)質(zhì)上平面輻射體元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輻射體元件具有第三尺寸和第四尺寸，并且所述實(shí)質(zhì)上平面輻射體元件經(jīng)由饋電導(dǎo)體在饋電點(diǎn)流電地連接到所述饋電端口，且所述 實(shí)質(zhì)上平面輻射體元件在接地位置處流電地連接到所述輔助接地元件。所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在接地面和輻射體元件的外周邊外。在一個變體中，所述第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第三尺寸。在另一個變體中，輻射體元件、輔助元件和饋電導(dǎo)體經(jīng)布置以實(shí)現(xiàn)天線帶寬的增加。在另一個實(shí)施例中，所述設(shè)備包括單極輻射體；以及第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸。所述輻射體經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處被饋電，且所述輻射體在第二位置處接地到輔助接地元件。所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在接地面和輻射體元件的外周邊外。在再一個實(shí)施例中，所述設(shè)備包括單極輻射體；實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一部分和第二部分；以及切換設(shè)備，所述切換設(shè)備安置在接地面與第二部分之間，且所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將輔助接地元件選擇性地耦合到接地面。在一個變體中，輻射體經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處連接到饋電端口，且輻射體在第二位置處連接到第一輔助接地元件；輔助接地元件的第一投影實(shí)質(zhì)上布置在接地面的第二投影外部；且第一投影進(jìn)一步實(shí)質(zhì)上布置在輻射體的第三投影外部。在本發(fā)明的第二方面中，揭示一種便攜式無線電裝置。在一個實(shí)施例中，所述裝置包括饋電端口 ；接地面；以及天線設(shè)備。在一個變體中，所述天線設(shè)備包括輻射體；以及第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸。所述輻射體經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處耦合到饋電端口，且所述輻射體在第二位置處耦合到第一輔助接地元件；且第一輔助接地元件的第一投影實(shí)質(zhì)上布置在接地面的第二投影外部。第一投影進(jìn)一步實(shí)質(zhì)上布置在輻射體的第三投影外部。在另一個變體中，輻射體元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第三尺寸和第四尺寸；且第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于第三尺寸。在再一個變體中，便攜式無線電裝置選自由以下各者組成之群a)移動計算機(jī)；b)蜂窩式電話；和c)便攜式導(dǎo)航裝置。在另一變體中，輔助接地元件經(jīng)設(shè)置而與接地面實(shí)質(zhì)上共面。
在另一個實(shí)施例中，所述裝置的天線設(shè)備包括實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一部分和第二部分；以及切換設(shè)備，所述切換設(shè)備安置在接地面與第二部分之間，且所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將輔助接地元件選擇性地耦合到接地面。在本發(fā)明的第三方面中，揭示一種供用在無線電裝置的天線中的設(shè)備。在一個實(shí)施例中，所述無線電裝置包括接地面，且所述設(shè)備包括單極輻射體，所述單極輻射體連接到饋電導(dǎo)體；以及實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸，實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸，所述輔助接地元件經(jīng)設(shè)置以在第二位置處使輻射體接地，所述第二位置不同于所述輻射體經(jīng)設(shè)置以經(jīng)由所述饋電導(dǎo)體饋電的位置。在一個變體中，輔助接地元件的投影實(shí)質(zhì)上布置在接地面的投影外部；且輔助接地的投影進(jìn)一步實(shí)質(zhì)上布置在輻射體的投影外部。在本發(fā)明的第四方面中，揭示一種調(diào)諧便攜式無線電裝置的天線的方法。在一個實(shí)施例中，所述方法包括提供單極天線輻射體和第一輔助接地元件。所述第一輔助接地元 件實(shí)質(zhì)上布置在接地面和單極輻射體外部。所述輻射體經(jīng)設(shè)置以經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處耦合到無線電裝置的饋電端口，且所述輻射體經(jīng)設(shè)置以在第二位置處耦合到第一輔助接地元件。天線的調(diào)諧是經(jīng)由相對于接地面和輻射體設(shè)置輔助接地元件的尺寸和放置來實(shí)現(xiàn)。參考如下文給出的附圖和示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員便能立刻認(rèn)識到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


當(dāng)結(jié)合圖式來考慮時，由下文陳述的詳細(xì)描述將能更顯而易見本發(fā)明的特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖IA是典型現(xiàn)有技術(shù)單極天線的側(cè)視立面圖。圖IB是圖示圖IA的天線的中間設(shè)置的俯視立面圖。圖2A是圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的第一示范性實(shí)施例的俯視立面圖。圖2B是圖示根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)置的天線的第二示范性實(shí)施例的俯視立面圖。圖3是圖2A的示范性天線實(shí)施例的等角視圖，所述圖2A的示范性天線實(shí)施例針對安裝在膝上型顯示器機(jī)殼內(nèi)而設(shè)置。圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例設(shè)置的天線的俯視立面圖。圖5A是用圖2A的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的自由空間輸入回波損耗的圖。圖5B是用圖2A的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的總效率的圖。圖6A是用在低頻頻帶中操作的圖4的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的自由空間輸入回波損耗的圖。圖6B是用在高頻頻帶中操作的圖4的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的總效率的圖。圖7A是用在低頻頻帶中操作的圖4的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的自由空間輸入回波損耗的圖。
圖7B是用在高頻頻帶中操作的圖4的示范性天線實(shí)施例獲得的所測量的總效率的圖。本文中所揭示的所有圖式版權(quán)歸芬蘭普斯(Pulse)公司所有( Copyright2010-2011)。保留所有權(quán)利。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參看圖式，在圖式中，相同元件符號貫穿全文指代相同零件。術(shù)語“天線”、“天線系統(tǒng)”和“多頻帶天線”在本文中使用時一般是指但不限于并有單個元件、多個元件，或一或多個元件陣列的任何系統(tǒng)，所述一或多個元件陣列接收/發(fā)射和/或傳播一或多個頻帶的電磁輻射。輻射可以是眾多類型的，例如，微波、毫米波、射頻、數(shù)字調(diào)制的、模擬的、模擬/數(shù)字編碼的、數(shù)字編碼的毫米波能量等等。可以使用一或多個中繼器鏈路將能量從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置，且一或多個位置相對于地面上的一個位置(例如，基站)可以是移動的、靜止的，或固定的。
如本文中所使用，術(shù)語“板”和“襯底”一般是指但不限于上面可安置其它組件的任一實(shí)質(zhì)上平面或彎曲的表面或組件。舉例來說，襯底可包括單層或多層印刷電路板(例如，F(xiàn)R4)、半導(dǎo)電性裸片或晶片，或甚至外殼或其它裝置組件的表面，且襯底可以是實(shí)質(zhì)上剛性的或者至少稍具柔性。術(shù)語“連接”、“流電地連接”、“饋電”和“接地”一般是指但不限于任兩個元件(例如輻射體和接地)之間的直接實(shí)體和/或電連接，而術(shù)語“電磁耦合”一般是指但不限于彼此并不直接電接觸的兩個元件之間的電磁場耦合。術(shù)語“頻率范圍”、“頻帶”和“頻域” 一般是指但不限于用于傳達(dá)信號的任何頻率范圍。此類信號可以按照一或多個標(biāo)準(zhǔn)或無線空中接口來傳達(dá)。術(shù)語“饋電”、“RF饋電”、“饋電導(dǎo)體”和“饋電網(wǎng)絡(luò)”一般是指但不限于任何能量導(dǎo)體和耦合元件，所述能量導(dǎo)體和耦合元件可傳遞能量、變換阻抗、增強(qiáng)性能特性，并使傳入/傳出RF能量信號之間的阻抗性質(zhì)與一或多個連接元件(例如，輻射體)的阻抗性質(zhì)一致。如本文中所使用，術(shù)語“便攜式裝置”、“移動計算裝置”、“客戶端裝置”、“便攜式計算裝置”和“終端用戶裝置”包含但不限于個人計算機(jī)(PC)和小型計算機(jī)(無論是桌上型、膝上型還是其它類型計算機(jī))、機(jī)頂盒、個人數(shù)字助理(PDA)、手提計算機(jī)、個人發(fā)信機(jī)、平板計算機(jī)、便攜式導(dǎo)航輔助裝置、裝備有J2ME的裝置、蜂窩式電話、智能電話、個人集成式通信或娛樂裝置，或能夠與網(wǎng)絡(luò)或另一個裝置交換數(shù)據(jù)的簡直任何其它裝置。此外，如本文中所使用，術(shù)語“輻射體”、“輻射平面”和“輻射元件” 一般是指但不限于以下元件，所述元件可充當(dāng)接收和/或發(fā)射射頻電磁輻射的系統(tǒng)(例如，天線)的一部分。如本文中所使用，術(shù)語“頂部”、“底部”、“側(cè)部”、“上”、“下”等等僅意味著一個組件與另一個組件的相對位置或幾何形狀，且所述術(shù)語決不意味著絕對的參照系或任何所要求的定向。舉例來說，當(dāng)組件安裝到另一個裝置(例如，安裝到PCB的下側(cè))時，所述組件的“頂部”部分可實(shí)際上駐留在“底部”部分下方。如本文中所使用，術(shù)語“無線”意味任何無線信號、數(shù)據(jù)、通信或其它接口，包含但不限于 Wi-Fi、藍(lán)牙、3G(例如，3GPP、3GPP2 和 UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA, CDMA(例如，IS-95A、WCDMA 等)、FHSS, DSSS、GSM、PAN/802. 15、WiMAX (802. 16) ,802. 20、窄帶 /FDMA、OFDM、PCS/DCS、長期演進(jìn)(LTE)或高級LTE(LTE-A)、模擬蜂窩式、CDH)、衛(wèi)星系統(tǒng)、毫米波或微波系統(tǒng)、光、聲和紅外線(也就是，IrDA)。概述在一個顯著方面中，本發(fā)明提供一種用在便攜式無線電裝置中的帶寬得到改進(jìn)的天線設(shè)備，以及用于調(diào)諧和利用所述天線設(shè)備的方法。在一個實(shí)施例中，所述移動無線電裝置包括接地面和單極天線，所述單極天線包含輻射體和輔助接地元件。為了增加天線帶寬和改進(jìn)調(diào)諧，兩個天線元件一般位于接地面區(qū)域外部，同時兩個天線元件還與接地面共面。在一個示范性實(shí)施中，天線輻射體沿接地面的上水平邊放置，而輔助接地元件位于接地面的左垂直邊外部。輻射體在接地點(diǎn)處電連接到輔助接地元件，且輻射體在饋電點(diǎn)處連接到便攜式無線電裝置的饋電引擎。在另一個實(shí)施中，第二輔助接地元件與第一輔助接地結(jié)合使用以最小化空間并改進(jìn)阻抗匹配，同時維持寬的帶寬。在一個變體中，第二輔助接地元件安置在輻射體與接地面 之間，且第二輔助接地元件經(jīng)定向以實(shí)質(zhì)上平行于輻射體元件。第二輔助接地電耦合到第一輔助接地以形成用于天線組合件的單個輔助電接地。在另一個變體中，用于天線的輔助接地元件沿便攜式計算裝置顯示器的垂直(或垂直和水平)側(cè)而安置。在再一個變體中，輔助接地放置在顯示器轉(zhuǎn)角附近。在一個實(shí)施例中，輔助接地元件由一條窄銅箔帶(Cu帶)或薄金屬片制造,所述窄銅帶或薄金屬片充當(dāng)天線的接地面。天線輻射元件經(jīng)設(shè)置，以使得除了輔助接地耦合外，天線輻射元件與任何其它接地(也就是，PCB、顯示器屏蔽件或類似裝置)不存在電接觸。天線輻射體經(jīng)由具有屏蔽件的同軸導(dǎo)體而連接到無線電裝置的饋電端口。為了獲得最佳性能，饋電導(dǎo)體屏蔽件在一個實(shí)施例中電連接到輔助接地元件。在一個變體中，屏蔽件在沿導(dǎo)體的多個位置處接地。天線操作的其它控制(尤其在一或多個低頻頻帶中)通過利用開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，所述開關(guān)耦合在便攜式無線電裝置顯示器的主接地面與天線之間。在一個實(shí)施例中，開關(guān)緊挨著天線來安置，且開關(guān)接地到顯示器的接地面。為了獲得有效的空間利用，在一個實(shí)施例中，開關(guān)將天線的輔助元件連接到接地面。開關(guān)用以通過將寄生天線元件連接到不同輔助接地元件和主接地面來選擇性地改變寄生天線元件的有效電長度。在一個變體中，不同離散組件(例如，電感器)連接到開關(guān)的輸出路徑的不同點(diǎn)處。這種設(shè)置允許獨(dú)立于高頻帶來控制低頻帶操作，其中高頻帶操作不受開關(guān)顯著影響。示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在提供本發(fā)明的設(shè)備和方法的各種實(shí)施例和變體的詳細(xì)描述。雖然主要在便攜式無線電裝置的情形中進(jìn)行論述，但本文中所論述的各種設(shè)備和方法并不限于此。事實(shí)上，本文中所描述的設(shè)備和方法中許多者可用于任何數(shù)目種天線，無論所述天線是與移動位置裝置還是固定位置裝置相關(guān)聯(lián)，所述任何數(shù)目種天線可受益于本文中所描述的分布式天線方法和設(shè)備。示范性天線設(shè)備
現(xiàn)在參看圖2A到圖4，描述可用于便攜式計算機(jī)裝置(例如，膝上型計算機(jī)、平板計算機(jī)或個人數(shù)字助理(PDA))中的天線設(shè)備的本發(fā)明的示范性實(shí)施例。應(yīng)了解，雖然本發(fā)明的天線設(shè)備的所述示范性實(shí)施例是使用平面單極天線(在所述實(shí)施例中針對平面單極天線的所要屬性和性能來選擇)來實(shí)施，但本發(fā)明決非限于基于單極天線的設(shè)置，而是事實(shí)上，所述示范性實(shí)施例可以使用其它技術(shù)(例如，平面倒F(PIFA)、平面倒L(PILA)、片狀或微帶)來實(shí)施。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，雖然使用膝上型計算機(jī)設(shè)置在下文描述示范性實(shí)施例，但是本發(fā)明涵蓋用于各種便攜式計算裝置的其它額外天線結(jié)構(gòu)，所述便攜式計算裝置尤其包含手提計算機(jī)、智能電話、便攜式導(dǎo)航輔助裝置、便攜式媒體裝置等。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的原理的經(jīng)設(shè)置以用在便攜式計算機(jī)中的移動無線電裝置天線組合件的一個實(shí)施例的俯視圖。便攜式計算機(jī)200包括連接到接地面210的顯示器，接地面210通常具有矩形形狀(也就是，長度214、寬度216)。
天線組合件包括輻射體元件202，輻射體元件202經(jīng)由饋電導(dǎo)體230而耦合到便攜式計算機(jī)的饋電端口(未圖示)。通常，饋電端口位于便攜式計算機(jī)電子印刷線路板(PWB)的RF區(qū)段內(nèi)，所述RF區(qū)段也被稱作RF引擎。在一個變體中，RF區(qū)段實(shí)施在單獨(dú)PWB上。饋電導(dǎo)體230在饋電點(diǎn)232處電耦合到輻射體202。輻射體202優(yōu)選地安置在辨證襯底(例如，ABS、聚碳酸酯，或其它合適材料)上，所述襯底具有矩形形狀(長度204、寬度206)，其中長度尺寸大于寬度尺寸以便優(yōu)化空間使用。然而，其它設(shè)置是可能的，其中輻射體包括正方形或垂直定向的矩形(例如，尺寸204、206顛倒)。在另一個變體中，輻射體202和輔助接地元件220的位置顛倒即，輻射體206沿左垂直邊216放置，且輔助接地元件沿接地面的上水平邊214放置。輻射體寬度和高度是基于特定天線設(shè)計要求來加以選擇，所述設(shè)計要求包含頻帶、帶寬和效率，給出本發(fā)明，所述設(shè)計要求可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員易于獲得。圖2A的示范性接地面包括長度約235mm (9. 3英寸)且寬度約144mm (5. 7英寸)的矩形形狀。圖2A的天線輻射體元件的長度204約48(1. 9英寸)，且寬度206約IOmm(0. 4英寸)。在一個變體中，輻射體202與接地面在垂直方向上隔開約4mm到5mm，如圖2A中所示。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，此距離208為應(yīng)用特定的。通常，與接地面隔開較大垂直間隙改進(jìn)天線性能，但天線高度要增加。類似地，輔助接地220與主接地面210之間的水平間隙是基于天線的性能與大小之間的折衷來加以選擇。在一個變體中，距離228經(jīng)選擇以不小于約4mm到5mm，從而防止兩個接地元件之間的過多耦合。在一個實(shí)施例中，輻射體202包括在共同轉(zhuǎn)讓且同在申請中的第11/883，945號美國專利申請案中所描述的類型的平面單極天線，但應(yīng)認(rèn)識到，可同樣成功地使用其它設(shè)計和設(shè)置，第11/883,945號美國專利申請案標(biāo)題為“機(jī)內(nèi)單極天線(INTERNAL M0N0P0LEANTENNA)”、于2006年I月11日申請，并以引用方式全文并入本文中。示范性平面單極輻射體元件經(jīng)成形以針對天線形成兩(2)個操作頻帶。在另一個實(shí)施例中，使用在共同擁有且同在申請中的第12/764,826號美國專利申請案中所描述的類型的分布式多頻帶天線設(shè)備來促進(jìn)兩個頻帶中的天線操作，第12/764，826號美國專利申請案標(biāo)題為“分布式多頻帶天線和方法(DISTRIBUTED MULTIBANDANTENNA AND METHODS) ”、于2010年4月21日申請，并以引用方式全文并入本文中。天線組合件包括針對低頻帶操作匹配的單極天線和針對高頻帶操作匹配的PIFA天線。單獨(dú)低頻天線元件的使用促進(jìn)頻率特定天線匹配，且因此單獨(dú)低頻天線元件的使用改進(jìn)多頻帶天線的總體性能。在再一個實(shí)施例中，使用在共同擁有且同在申請中的第12/082,882號美國專利申請案中所描述的類型的可調(diào)單極天線，第12/082，882號美國專利申請案標(biāo)題為“可調(diào)天線和方法(ADJUSTABLE ANTENNAAND METHODS) ”、于2008年4月14日申請，且以引用方式全文并入本文中?？烧{(diào)單極天線包括耦合在天線輻射體與饋電端口之間的調(diào)整電路，且可調(diào)單極天線經(jīng)設(shè)置以通過調(diào)整饋電導(dǎo)體和與饋電導(dǎo)體串聯(lián)的接地之間的電抗來調(diào)諧輻射體操作頻帶。此實(shí)施允許實(shí)現(xiàn)最佳天線輻射體202操作，同時最小化天線組合件所需的空間。其它可用輻射體實(shí)施描述于共同擁有且同在申請中的第11/989,451號美國專利申請案中，第11/989,451號美國專利申請案標(biāo)題為“可調(diào)多頻帶天線和方法(ADJUSTABLEMULTIBAND ANTENNA AND METHODS) ”、于2006年7月13日申請，且以引用方式全文并入本文中。此申請案描述一種包括切換設(shè)備的可調(diào)多平面天線，所述切換設(shè)備能夠通過選擇性 地切換寄生輻射元件來選擇性地調(diào)諧天線高頻帶操作。共同擁有且同在申請中的第12/673，966號美國專利申請案描述了可用于本發(fā)明的其它額外天線實(shí)施例，第12/673，966號美國專利申請案標(biāo)題為“可調(diào)多頻帶天線和方法(ADJUSTABLE MULTI-BAND ANTENNA AND METHODS) ”、于 2010 年 2 月 17 日申請，并以引用方式全文并入本文中。在一個實(shí)施中，天線的饋電由多路開關(guān)連接到輻射體組合件內(nèi)的多個饋電點(diǎn)。經(jīng)由開關(guān)選擇適當(dāng)饋電點(diǎn)的舉動改變了天線的諧振頻率且因此改變了操作頻帶。揭示不同輻射體設(shè)置，所述設(shè)置包含(i)單極型、(ii)倒L天線(ILA)結(jié)構(gòu)，和(iii)具有額外接地觸點(diǎn)的平面倒F天線(PIFA)結(jié)構(gòu)。在另一個實(shí)施例中，天線(200)包括平面輻射體，所述平面輻射體具有形成天線的低頻操作頻帶的第一分支和形成高頻操作頻帶的第二分支。在一個變體中，分支通常形成框架狀形狀。非導(dǎo)電性狹槽安置在分支之間，如共同擁有且同在申請中的第12/082,514號美國專利申請案和第11/901，611號美國專利申請案中所描述，第12/082，514號美國專利申請案標(biāo)題為“機(jī)內(nèi)天線和方法(INTERNAL ANTENNA AND METHODS) ”且在2008年4月11日申請，第11/901，611號美國專利申請案標(biāo)題為“天線組件和方法(ANTENNA COMPONENTAND METHODS) ”且在2007年9月17日申請，所述兩個申請案以引用方式全文并入本文中。在另一個實(shí)施例中，使用經(jīng)設(shè)置以影響若干頻帶的多個輻射元件(由狹槽分隔的主要元件和寄生元件)，所述實(shí)施例描述在共同擁有的第11/648，429號美國專利申請案(現(xiàn)在是第7，786，938號專利)中，第11/648，429號美國專利申請案標(biāo)題為“天線組件和方法(ANTENNA COMPONENT AND METHODS) ”、在2006年12月28日申請且以引用方式全文并入本文中。主要輻射體元件流電地耦合到饋電和接地，而寄生元件僅流電地耦合到接地且寄生元件經(jīng)由狹槽上面的電磁耦合而獲得寄生元件的饋電。輻射元件和狹槽的成形允許進(jìn)一步控制天線操作頻帶。此實(shí)施在相對于接地面設(shè)置天線元件和優(yōu)化空間利用方面提供額外靈活性。在又一個實(shí)施例中，使用具有形成單獨(dú)頻帶的多個諧振電路的多頻帶天線。一個此類天線詳細(xì)描述于共同擁有的第11/603,511號美國專利申請案(現(xiàn)在是第7，663，551號專利)中，第11/603,511號美國專利申請案標(biāo)題為“多頻帶天線設(shè)備和方法(MULTIBANDANTENNA APPARATUS AND METHODS) ”、在2006年11月22日申請，且以引用方式全文并入本文中。導(dǎo)電涂層安置在電介質(zhì)襯底上且導(dǎo)電涂層具有圖案，所述導(dǎo)電涂層充當(dāng)元件的頭部部分與尾部部分之間的并聯(lián)諧振電路。天線的諧振頻率和因此天線的操作頻帶可彼此獨(dú)立地調(diào)諧。輻射元件和狹槽的成形允許進(jìn)一步控制天線操作頻帶。可用于本發(fā)明的天線輻射體的又一不同實(shí)施例描述于共同擁有且同在申請中的第11/922，976號美國專利申請案中，第11/922，976號美國專利申請案標(biāo)題為“機(jī)內(nèi)多頻帶天線和方法(INTERNAL MULTIBAND ANTENNA AND METHODS) ”、于 2005 年 11 月 15 日申請，且以引用方式全文并入本文中。所述天線包括連接到天線饋電導(dǎo)體的主元件和短路寄生元件。所述元件通常為細(xì)長的，且所述元件的對應(yīng)于某一操作頻帶的至少多個部分彼此實(shí)質(zhì)上垂直。頻率落在天線的兩個不同操作頻帶內(nèi)的兩個諧振也由寄生元件激勵。為了實(shí)施寄生元件的諧振，元件之間的耦合經(jīng)由寄生元件的饋電點(diǎn)和短路點(diǎn)附近的極窄狹槽來發(fā)生。
涵蓋另外的其它變體與本發(fā)明一致地使用，例如在共同擁有且同在申請中的第11/801，894號美國專利申請案中所描述的類型的經(jīng)設(shè)置以實(shí)現(xiàn)不同頻帶中的天線操作的輻射體結(jié)構(gòu)，第11/801，894號美國專利申請案標(biāo)題為“天線組件和方法(ANTENNACOMPONENT AND METHODS) ”、于2007年5月11日申請，并以引用方式全文并入本文中。此實(shí)施利用安置在天線輻射體與接地面之間的小輔助電路板，以提供特定操作頻帶與輻射體模式之間的天線匹配，同時維持小的占據(jù)面積。如上文所論述，安置在接地面上方的單極天線輻射體(也就是，圖1A)的操作一定會受接地面的特性(例如，尺寸、材料和接近性)影響。便攜式計算機(jī)顯示器(例如，IXD、LED、OLED等)使用某種接地面，所述接地面通常匹配屏幕大小，且所述接地面與典型RF天線的大小(40mm到80mm)相比可相當(dāng)大(100mm到250mm或4英寸到20英寸)。大顯示器接地面與天線輻射體之間的相互作用不利地影響天線帶寬和效率，尤其是針對經(jīng)設(shè)置以在不同頻帶(例如，低頻帶700MHz到900MHz和高頻帶1700MHz到2400MHz)中操作的天線。在一個變體中，示范性實(shí)施例的平面天線輻射體元件安置在顯示器正面處顯示器接地面的占據(jù)面積外部。在圖2A的特定實(shí)施中，輻射體202位于左上角附近與接地面210相距預(yù)定距離208處。確切的橫向位置和垂直距離208是基于特定天線設(shè)計參數(shù)來加以選擇。輻射體202具有這樣一個位置，使得輻射體202與接地面210之間不發(fā)生電接觸，且輻射體在正交于輻射體的平面(也就是，正交于圖2A的平面)的方向上所取的投影不與接地面的投影重疊，接地面的投影也是在同一個方向上取得。為了將電接地功能性賦予圖2A中所示的實(shí)施例的天線設(shè)置，將輔助接地元件220放置在接地面210的垂直尺寸216旁。輔助接地元件與接地面相隔距離228，且輔助接地元件優(yōu)選地包括窄矩形，所述窄矩形的寬度224小于高度226。輔助接地元件220由一條窄銅箔帶(Cu帶)制成,或輔助接地元件220包括薄金屬片元件。天線福射體202在接地點(diǎn)324處電耦合到輔助接地元件220，從而實(shí)現(xiàn)不具有其它接地觸點(diǎn)(也就是，主計算機(jī)PWB、顯示器屏蔽件或類似裝置)的天線組合件的接地面。
饋電導(dǎo)體230的電屏蔽件在一或多個位置236處電耦合到輔助接地面，以實(shí)現(xiàn)天線的最佳電性能。在一個變體中，單個耦合位置是足夠的(未圖示)。在另一個變體中，使用多個接地位置(如圖2A中所示)。接地連接236優(yōu)選地經(jīng)由軟釬焊來實(shí)現(xiàn)。然而，可同樣成功地使用例如卷曲、機(jī)械夾緊等其它技術(shù)。在所示實(shí)施例中，饋電導(dǎo)體是從主PWB(通常位于膝上型計算機(jī)的底座處)起沿顯示器的垂直邊選路。圖2A的實(shí)施例的天線輔助接地元件的長度226約135mm (5. 3英寸)，且寬度224約3mm (0. I英寸)。輔助接地元件220與接地面210在水平方向上相隔約4mm到5mm之距離228，如圖2A中所示。在一個實(shí)施例中，饋電導(dǎo)體是具有屏蔽件的同軸電纜，所述屏蔽件經(jīng)由連接器連接到主PWB。同軸饋電電纜的饋電導(dǎo)體將天線饋電點(diǎn)連接到RF引擎饋電，且屏蔽導(dǎo)體連接 到接地。其它電纜設(shè)置是可能的，例如，也可使用雙絞線、撓曲電路。PWB連接也可以經(jīng)由軟釬焊、機(jī)械摩擦連接(卷曲、推進(jìn))來實(shí)現(xiàn)。在所示實(shí)施例中，饋電導(dǎo)體的長度約60mm(2.4英寸)，且饋電導(dǎo)體的長度是根據(jù)便攜式計算裝置的大小和設(shè)置來調(diào)整。將輔助接地面用于圖2A的天線設(shè)置使得能夠?qū)μ炀€性能進(jìn)行更精確控制。低頻帶中的天線操作至少部分基于使輔助元件在接地點(diǎn)234處接地來實(shí)現(xiàn)，接地點(diǎn)234安置在饋電點(diǎn)232附近。通過將輔助接地面用于單極膝上型計算機(jī)天線，圖2A和2B的天線的寬帶性能得到顯著改進(jìn)。此舉尤其因?yàn)樘炀€性能對電大小(也就是，與波長相比的實(shí)體大小)的敏感性。參看圖2A和圖2B描述的示范性實(shí)施例通過減小多個福射體元件和個別匹配組件覆蓋天線設(shè)備的若干操作頻帶的需要來有利地提供節(jié)省成本的解決方案。根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)置的天線設(shè)備適合于任何便攜式無線電裝置，所述裝置包含不為天線提供經(jīng)適當(dāng)設(shè)置的接地面的便攜式無線電裝置。為了實(shí)現(xiàn)最好性能，希望設(shè)置輔助接地元件，使得輔助接地元件與便攜式裝置的導(dǎo)電元件(例如，金屬底盤、顯示器屏蔽件、主PWB等)不具有任何其它電接觸，參看圖2A、圖2B和圖3的實(shí)施例所述的除外。在一個變體中，輔助接地元件并入到顯示器的塑料罩中。在一個實(shí)施例中，輔助接地制造成適合厚度的金屬片?；蛘撸o助接地實(shí)現(xiàn)為安裝到塑料框上的撓曲安裝段。確切的尺寸取決于特定應(yīng)用，但長度由天線調(diào)諧和低頻帶頻率決定。本文中所描述的示范性天線實(shí)施例的另一個優(yōu)點(diǎn)是能夠通過使輔助接地元件的大小和放置變化而相對容易地調(diào)整天線操作頻帶和其它性能參數(shù)。通常，在便攜式計算裝置的設(shè)計階段就界定接地面210的大小，且接地面的大小由于裝置機(jī)殼的機(jī)械約束而無法容易地更改。此外，輻射體元件通常使用精確制造方法來制造，所述精確制造方法例如蝕亥IJ、撓曲電路、低溫共燒陶瓷(LTCC)、表面金屬沉積或微帶。因此，在希望在裝置設(shè)計階段并沒有考慮到的新頻帶中操作便攜式計算機(jī)時更改輻射體的大小或形狀以便修改天線頻率響應(yīng)或其它操作參數(shù)(敏感性、總效率、帶寬、方向性，或回波損耗)通常是不切實(shí)際。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖2A的示范性天線的操作參數(shù)的調(diào)整是通過使輔助接地面元件220的大小(例如，尺寸224、226)和放置(例如，距離228、208)變化來實(shí)現(xiàn)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，許多易調(diào)的輔助接地面元件可經(jīng)設(shè)置以適合特定天線設(shè)計要求，而不會招致輻射體或主接地面設(shè)置的任何改變。圖2A的示范性天線經(jīng)設(shè)置以在700MHz到960MHz的低頻頻帶中以及在1710MHz到2170MHz的高頻頻帶中操作。此能力有利地允許便攜式計算裝置用單個天線在若干移動頻帶中操作，所述頻帶例如 GSM710、GSM750、GSM850、GSM810、GSM1900、GSM1800、PCS-1900以及LTE頻帶。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，上文給出的頻帶組成可在所要特定應(yīng)用要求時加以修改，且也可支持/使用額外頻帶。第二示范性天線設(shè)備現(xiàn)在參看圖2B，詳細(xì)圖示根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)置的天線設(shè)備的第二示范性實(shí)施例。圖2B的示范性天線250包括輻射體元件202、接地面210和饋電導(dǎo)體230。然而，輔助接地面元件260的設(shè)置與圖2A的輔助接地元件220相比是不同的。具體來說，如圖2B中所示，輔助接地面元件260為L型的，且輔助接地面元件260包括兩個部分(i)垂直部分220 (具有長度226和寬度224)，和(ii)水平部分252。垂直部分位于接地面210的左垂直邊旁且垂直部分與接地面相隔距離228。水平元件252沿接地面210的水平邊214定 位且水平元件252與接地面相隔距離258。在一個示范性實(shí)施中，水平元件252與輻射體202的水平邊進(jìn)一步相隔距離262，如圖2B中所示。在替代實(shí)施(未圖示)中，間距262是可忽略的，且元件252放置在鄰近輻射體下邊204處。有效地，圖2B的實(shí)施例的天線允許輔助接地元件的較長有效電長度(LG)，因?yàn)長G可近似為尺寸226、254的總和，在圖2B的實(shí)施例的天線中，輔助接地面元件260 “環(huán)繞”顯示器接地面210的上轉(zhuǎn)角。圖2B的示范性天線的操作參數(shù)的調(diào)整是通過使輔助接地面元件260的大小(例如，尺寸224、226、252、256)和放置(例如，距離228、258、262、264)變化來實(shí)現(xiàn)。在替代實(shí)施例(未圖示)中，L型輔助接地元件至少環(huán)繞輻射體202長度204的一部分和主接地面210的鄰近垂直邊216的一部分。此實(shí)施減少天線所需的空間?，F(xiàn)在參看圖3，詳細(xì)圖示根據(jù)圖2A的實(shí)施例設(shè)置且經(jīng)設(shè)計以配合到便攜式計算機(jī)的顯示器罩中的示范性天線組合件300。天線組合件300包括塑料載體302，輻射體202部分安置在塑料載體302上。高頻頻帶部分304安置在上(寬)邊上，而低頻帶輻射體部分安置在窄邊上、垂直于高頻帶部分304而定向。然而，應(yīng)了解，也可使用用于額外頻帶的額外部分。輻射體202在接地點(diǎn)234處耦合到輔助接地元件220，且輻射體202在饋電點(diǎn)232處耦合到饋電導(dǎo)體220。饋電導(dǎo)體屏蔽件在多個位置236處電耦合到輔助接地元件220。組合件300進(jìn)一步包括多個凸緣312，多個凸緣312經(jīng)設(shè)置以使得組合件能夠安裝在便攜式裝置的外殼中。參看圖2A、圖2B和圖3描述的示范性天線實(shí)施例提供優(yōu)于現(xiàn)有解決方案的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)。具體來說，所述優(yōu)點(diǎn)包含改進(jìn)的帶寬、較低成本和較低復(fù)雜性，因?yàn)樗鰧?shí)施例減少實(shí)施離散匹配組件以覆蓋天線的若干(兩個或兩個以上)操作頻帶的需要。根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)置的天線設(shè)備也提供對天線諧振且尤其是帶寬的更好控制，且所述天線設(shè)備極大地促進(jìn)針對便攜式計算裝置(例如，膝上型計算機(jī)或平板計算機(jī))的有效寬帶和多頻帶天線實(shí)施，且因此克服先前存在的與便攜式計算機(jī)顯示器的大接地面相關(guān)的限制。輔助接地切換圖4圖示本發(fā)明的天線組合件的另一個示范性實(shí)施例，所述實(shí)施例包括切換設(shè)備。圖4的天線組合件400包括輻射結(jié)構(gòu)420，所述輻射結(jié)構(gòu)420安置在電介質(zhì)支撐元件412上。示范性輻射體包括實(shí)現(xiàn)以下兩個頻帶中的天線操作的兩個部分(i)高頻帶部分426和(ii)低頻帶部分424。兩個部分424、426經(jīng)設(shè)置以在所述兩個部分424、426間形成狹槽428、430，如圖4的示范性實(shí)施例中所示。其它設(shè)置是可能的且詳細(xì)描述于先前所描述并以引用方式并入本文中的同在申請中且共同擁有的美國專利申請案中。支撐元件422優(yōu)選地包括例如塑料、陶瓷、FR4或其它合適襯底等電介質(zhì)材料。在一個實(shí)施例中，輻射體元件是預(yù)制撓曲電路。其它制造方法是可能的，所述方法包含例如蝕亥IJ、撓曲電路、低溫共燒陶瓷(LTCC)、表面金屬沉積或微帶。輻射結(jié)構(gòu)420經(jīng)由饋電導(dǎo)體(未圖示)在饋電點(diǎn)432處被饋電。在一個實(shí)施例中，饋電導(dǎo)體為同軸電纜，其中饋電導(dǎo)體連接到饋電點(diǎn)432且屏蔽件連接到接地點(diǎn)234。在一個實(shí)施中，饋電電纜經(jīng)由RF連接器而連接到無線電裝置的RF區(qū)段。其它電纜設(shè)置是可能的，例如屏蔽雙絞線、撓曲電路。PWB連接也可以經(jīng)由軟釬焊、機(jī)械摩擦連接(卷曲、推挽)來實(shí)現(xiàn)。在所示實(shí)施例中，饋電導(dǎo)體的長度是60mm(2. 4英寸)，且饋電導(dǎo)體的長度是根據(jù)便攜式計算裝置的大小和設(shè)置來調(diào)整。在一種方法中，同軸電纜是從天線的饋電點(diǎn)(顯示器正面)選路到裝置背面處的RF引擎，其中電纜屏蔽件接地到主接地面(例如，顯示器屏蔽 件或金屬底盤)。輻射體元件與接地面相隔距離438，距離438是基于特定應(yīng)用的天線大小與性能之間的折衷來加以選擇。距接地面的距離越大，天線的性能越好。在一個變體中，距離438約 4mm 至Ij 5mm。在一個變體中，輻射體元件424、426安置在支撐元件424的同一平面表面上，如圖4中所示。天線組合件400進(jìn)一步包括輔助(‘寄生’)接地元件402。在圖4的實(shí)施例中，輔助元件402由水平部分406和垂直部分404形成。在另一實(shí)施例(未圖示)中，輔助元件包括單個線性元件。輔助接地元件經(jīng)放置以‘環(huán)繞’輻射體支撐元件422以優(yōu)化空間利用。元件402尤其通過主輻射體表面電流的電磁場而耦合到主輻射體,所述主輻射體表面電流以電磁方式在輔助元件402中引發(fā)對應(yīng)的表面電流。輔助接地元件經(jīng)由開關(guān)412在接地點(diǎn)408處進(jìn)一步連接到主接地面210。在一個實(shí)施例中，開關(guān)412是低損耗、高功率的線性單極四擲固態(tài)開關(guān)，例如RFMD高功率GaAs SP4T模塊。也可使用任何其它固態(tài)RF開關(guān)技術(shù)。在此實(shí)施例中，開關(guān)412安裝在單獨(dú)的小型(例如，13mmX 14mm)PffB上，所述PWB緊挨著天線輻射體放置在主接地面點(diǎn)414與輔助接地元件的垂直部分404的下邊之間。所述開關(guān)是經(jīng)由控制導(dǎo)體(未圖示)由例如便攜式計算機(jī)處理電路內(nèi)的合適邏輯元件或IC來控制，所述控制導(dǎo)體使輔助接地元件402能夠選擇性地耦合到主接地面410。當(dāng)開關(guān)412打開時，輔助接地與主接地面斷開，從而有效地斷開天線輻射體。當(dāng)開關(guān)處于閉合位置中時，輔助接地元件連接到開關(guān)的輸入408，且接地面點(diǎn)414連接到開關(guān)的輸出，因此此舉會改變輔助元件的電長度且因此改變天線的電長度。天線電長度的改變使得能夠獨(dú)立于高頻帶操作來控制天線低頻帶操作參數(shù)(例如，帶寬和效率)。低頻帶中的天線操作至少部分基于將輔助元件接地408放置在輻射體饋電點(diǎn)432附近而受影響。在一個方法中，開關(guān)412包括4個“異或”(XOR)閉合狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)閉合時，來自開關(guān)的輸入的信號經(jīng)由開關(guān)傳播到開關(guān)的輸出。開關(guān)的輸出在每一狀態(tài)下以不同方式來連接。在狀態(tài)I中，輸出直接連接到接地/接地面210。在狀態(tài)2到4中，不同電元件(例如，電感器L1、L2、L3)串聯(lián)地放置在相應(yīng)開關(guān)輸出端口與接地之間。不同組件串聯(lián)地出現(xiàn)在開關(guān)的輸出處且在接地之前會改變輔助接地元件的電長度。由于寄生接地控制低頻帶(LB)天線操作，因此不同切換狀態(tài)改變天線低頻操作頻帶。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，其它電元件與本發(fā)明相容且其它電元件可用于本發(fā)明，所述其它電元件例如電容器、電容器-電感器組合，和/或電容性、電感性和分路/串聯(lián)元件的組合。在另一個變體(未圖示)中，輔助接地包括多個L型和/或筆直導(dǎo)體，所述導(dǎo)體經(jīng)安置而代替圖4的單個輔助接地元件402。開關(guān)412的不同輸出端口 440連接到不同的個別輔助接地元件有利地實(shí)現(xiàn)對天線電長度和低頻帶性能調(diào)整的出色控制。圖4的實(shí)施例的天線設(shè)置提供優(yōu)于常規(guī)設(shè)計的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)，尤其是針對天線低頻 帶操作。具體來說，輔助接地元件經(jīng)由不同開關(guān)路徑(所述開關(guān)路徑具有不同的電元件，例如電感器)選擇性耦合到接地會改變天線的寄生元件的電長度，因此控制低頻頻帶中的天線操作。由于上述LB切換，當(dāng)經(jīng)由阻抗改變而將切換應(yīng)用于高頻頻帶時，與常規(guī)設(shè)計相t匕，減少電磁損耗。在一個實(shí)施例中，輔助接地元件402由一條窄銅箔帶(Cu帶)制成,或輔助接地元件402包括薄金屬片元件。各個部分404、406優(yōu)選地包括長度大于寬度的窄矩形。在所示實(shí)施例中，輔助接地元件的垂直部分404的長度約70mm (5. 3英寸)，且寬度約3mm (0. I英寸)。輔助接地元件的水平部分406的長度約65mm (5. 3英寸)，且寬度約3mm (0. I英寸)。所述輔助接地元件與接地面相隔距離436，距離436由開關(guān)和可用空間的大小決定。用戶對較小且最有效封裝的便攜式計算機(jī)裝置的需求通常導(dǎo)致在顯示器元件附近或顯示器元件上有限量的空間可用于放置離散電子組件。為了順應(yīng)起見，膝上型天線通常放置在顯示器側(cè)面(在這里空間最少用到)上，以便減少比吸收率(SAR)。為了克服所述限制，在一個實(shí)施例中，天線組合件400位于便攜式計算機(jī)機(jī)殼的上轉(zhuǎn)角附近；所述便攜式計算機(jī)機(jī)殼也就是在膝上型計算機(jī)或“平板”裝置的主外殼的情況下的顯示器罩(蓋)。切換組合件放置在平板裝置的轉(zhuǎn)角中。在一個變體中，筆記本顯示器大小在長度方面約230mm，且在寬度方面約140mm。在一個方法中，天線輻射體420長度約65mm，寬度約12mm，而另一方面，經(jīng)設(shè)置而垂直于主輻射體的平面的寄生元件402的寬度約2mm且長度約65mm。因此,組合天線為三維結(jié)構(gòu)。圖4的示范性天線經(jīng)設(shè)置以在700MHz到960MHz的低頻頻帶中以及在1710MHz到2170MHz的高頻頻帶中操作。如先前所述，此允許便攜式計算裝置用單個天線在若干移動頻帶中操作，所述頻帶例如 GSM710、GSM750、GSM850、GSM810、GSM1900、GSM1800、PCS-1900 以
及LTE頻帶。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，上文參考圖4的實(shí)施例描述的確切大小只是說明性的，且所述確切大小對應(yīng)于本發(fā)明的一個特定實(shí)施例。因?yàn)楸銛y式計算機(jī)大小和便攜式計算機(jī)的操作頻率可急劇變化，因此根據(jù)特定要求選擇的輻射體元件、輔助接地面和主接地面的尺寸將不同于上文引用的值。此外，上文給出的頻帶組成可在所要特定應(yīng)用要求時加以修改，包含更多和/或不同的頻帶。
性能現(xiàn)在參看圖5A和圖5B，呈現(xiàn)圖2A的實(shí)施例的示范性天線設(shè)備的性能特性。圖5A圖示隨頻率而變的自由空間回波損耗Sll (以dB為單位)的圖，所述自由空間回波損耗Sll是針對用135mm(5. 3英寸)的輔助接地元件長度226設(shè)置的示范性天線來測量的。圖5A的測量值是在低頻頻帶(也就是，700MHz到960MHz)和高頻頻帶(也就是，1710MHz到2170MHz)上取得的。第一(三角形)標(biāo)記符號510、512表示低頻帶的邊界，且第二標(biāo)記符號514、516表示高頻帶的邊界。用天線測量的回波損耗在_6dB到-12dB之間。圖5B呈現(xiàn)關(guān)于上文參看圖5A描述的同一天線的測量自由空間效率的數(shù)據(jù)。天線總效率(以dB為單位)被定義為輻射電磁功率與輸入電功率的比的十進(jìn)制對數(shù)
天線效率=101ogJ方程式⑴零(0)dB的效率對應(yīng)于理想的理論輻射體，其中所有輸入電功率都以電磁能的形式輻射出去。圖5B中的數(shù)據(jù)證明了根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的示范性天線實(shí)施例在700MHz與960MHz之間的大多數(shù)低頻頻帶上實(shí)現(xiàn)了 -2. 5與-I. 7dB之間的總效率。所述結(jié)果有利地證明了本發(fā)明的示范性天線的改進(jìn)性能。用現(xiàn)有技術(shù)平面天線并不能獲得圖5A到圖5B中所示的效率結(jié)果，且所述效率結(jié)果要求一種三維天線結(jié)構(gòu)，所述三維天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)類似于圖5A到圖5B中所示的性能的天線效率。現(xiàn)在參看圖6A到圖6C，呈現(xiàn)圖4的實(shí)施例的示范性天線設(shè)備的性能特性。圖6A到6B圖示隨頻率而變的自由空間回波損耗Sll (以dB為單位)的圖。在此特定實(shí)施例中，天線輔助接地元件402的電長度約135mm(5. 3英寸)，且饋電導(dǎo)體的長度約60mm(2. 4英寸)。圖6A的測量值是在低頻頻帶(也就是，700MHz到960MHz)上取得的，且圖6B的測量值是在高頻頻帶(也就是，1710MHz到2170MHz)上取得的。所示的不同曲線對應(yīng)于以下切換狀態(tài)(i)608-狀態(tài)‘01’ ；(ii)604-狀態(tài)‘00’ ；(iii)602_狀態(tài)‘10’ ；及(iv)606-狀態(tài)‘11’。線610標(biāo)記-6dB電平。圖6A中所示的結(jié)果證明了經(jīng)由切換狀態(tài)的改變對天線低頻操作頻帶(單個銳利反諧振)的選擇性控制。圖6B呈現(xiàn)針對與上文參看圖6A所描述的切換狀態(tài)相同的切換狀態(tài)在高頻頻帶(也就是，1710MHz到2170MHz)中測量的自由空間回波損耗數(shù)據(jù)。圖6B中所示的結(jié)果證實(shí)，經(jīng)由切換實(shí)現(xiàn)低頻帶控制實(shí)質(zhì)上不影響天線在高頻帶中的性能，如由圖6B中的狀態(tài)602、604,606,608的穩(wěn)定行為所圖示。在低頻帶和高頻帶中針對圖4的天線所測量的總效率數(shù)據(jù)分別呈現(xiàn)在圖7A和7B中。所示的不同曲線對應(yīng)于以下切換狀態(tài)(i)虛線702對應(yīng)于切換狀態(tài)‘01’；(ii)由三角形標(biāo)記的線704對應(yīng)于切換狀態(tài)‘00’ ；(iii)由正方形標(biāo)記的線706對應(yīng)于切換狀態(tài)‘10’ ；及(iv)由圓圈標(biāo)記的線708對應(yīng)于切換狀態(tài)‘11’。所示實(shí)線710對應(yīng)于被動接地設(shè)置；也就是，輔助接地元件繞過開關(guān)直接連接到接地。圖7A的數(shù)據(jù)(曲線702、704、706、708)證明，在寬頻帶內(nèi)通過改變切換狀態(tài)來控制天線帶寬。同時，不同切換狀態(tài)之間的效率損失并不顯著(小于0.8dB)。此情形與現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)接地切換形成對比，其中高頻帶切換引發(fā)實(shí)質(zhì)損失，且高頻帶切換實(shí)質(zhì)上減少天線效率。曲線702、704、706、708的數(shù)據(jù)與被動情況數(shù)據(jù)710的比較展示了開關(guān)的存在使天線效率因開關(guān)造成的信號衰減而減少了約I. I到I. 6dB。
圖4的天線在高頻帶中測量的總效率數(shù)據(jù)在圖7B中給出。所示的不同曲線對應(yīng)于以下切換狀態(tài)(i)虛線712對應(yīng)于切換狀態(tài)‘01’ ； (ii)由三角形標(biāo)記的線714對應(yīng)于切換狀態(tài)‘00’；及(iii)由圓圈標(biāo)記的線718對應(yīng)于切換狀態(tài)‘11’。所示實(shí)線720對應(yīng)于被動接地設(shè)置；也就是，輔助接地元件繞過開關(guān)直接連接到接地。在高頻帶中收集到的數(shù)據(jù)證明了切換(曲線712、714、718、720)對高頻帶天線操作的可忽略影響，但如圖7B中所示的切換狀態(tài)‘01’除外。有利地，如在所示實(shí)施例中使用單獨(dú)輔助接地元件的低頻帶切換的天線設(shè)置允許獨(dú)立于高頻帶操作來優(yōu)化低頻頻帶中的天線操作。此外，單獨(dú)輔助接地元件的使用允許天線實(shí)現(xiàn)與操作頻帶的更好天線匹配。單獨(dú)輔助接地元件的使用還移除了對依賴于多個離散組件的專門接地和調(diào)諧方法的需要，從而減少總體天線大小、成本和復(fù)雜性，同時還改進(jìn)可靠性。此解決方案是非常節(jié)省成本的，因?yàn)榇私鉀Q方案減少了像在現(xiàn)有技術(shù)中對覆蓋許多頻帶所需的匹配組件的需要。
將認(rèn)識到，雖然本發(fā)明的某些方面是按照方法的一序列具體步驟來描述，但是所述描述只是說明本發(fā)明的較廣泛方法，且在特定應(yīng)用要求時可對本發(fā)明進(jìn)行修改。在某些情形下，可使某些步驟為不必要的或可選的。另外，可將某些步驟或功能性添加到所揭示的實(shí)施例，或兩個或兩個以上步驟的執(zhí)行次序可置換。所有此類變化都被視為包含在本文中所揭示并主張的本發(fā)明內(nèi)。雖然上文的詳細(xì)描述已展示、描述并指出如應(yīng)用于各種實(shí)施例的本發(fā)明的新穎特征，但是應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可對所示的裝置或方法的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種省略、取代和改變。前述描述是目前預(yù)期的執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。此描述決不意在為限制性的，而是此描述應(yīng)被視為說明本發(fā)明的一般原理。本發(fā)明的范圍應(yīng)參考權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種供用在便攜式無線電裝置中的天線設(shè)備，所述無線電裝置包括饋電端口和接地面，所述天線設(shè)備包括 第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸；以及 實(shí)質(zhì)上平面輻射體構(gòu)件，所述實(shí)質(zhì)上平面輻射體構(gòu)件具有第三尺寸和第四尺寸，并且所述實(shí)質(zhì)上平面輻射體構(gòu)件經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處流電地連接到所述饋電端口，且所述實(shí)質(zhì)上平面輻射體構(gòu)件在第二位置處流電地連接到所述輔助接地元件； 其中 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述接地面周邊外但仍與所述接地面共面； 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述輻射體構(gòu)件周邊外但仍與所述輻射體構(gòu)件共面； 所述第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第三尺寸；且 所述輔助元件經(jīng)設(shè)置以增加天線帶寬。
2.如權(quán)利要求I所述的天線設(shè)備，其中所述輔助接地元件和所述輻射體構(gòu)件的至少一部分經(jīng)設(shè)置而與所述接地面共面。
3.一種供用在無線電裝置中的天線設(shè)備，所述無線電裝置包括饋電和接地面，所述設(shè)備包括 單極輻射體元件；以及 第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸； 其中 所述福射體元件在接地點(diǎn)處接地到所述第一輔助接地元件，且所述福射體元件在饋電點(diǎn)處經(jīng)由饋電導(dǎo)體由所述裝置饋電； 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述接地面的外周邊外；且 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述輻射體元件的外周邊外。
4.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，其中所述第一輔助接地元件是沿所述接地面的第一條邊而安置。
5.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，其中所述第一輔助接地元件經(jīng)設(shè)置而與所述接地面 實(shí)質(zhì)上共面。
6.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，進(jìn)一步包括切換設(shè)備，所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將所述第一輔助接地元件選擇性地耦合到所述接地面。
7.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，其中所述饋電導(dǎo)體包括屏蔽件，所述屏蔽件在多個位置處耦合到所述第一輔助接地元件。
8.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，其中所述天線設(shè)備適合于在至少兩個頻帶中操作；且 所述至少兩個頻帶中的至少一者包括一頻帶，所述頻帶與長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)相容。
9.如權(quán)利要求8所述的天線設(shè)備，其中所述至少兩個頻帶中的一者包括約700MHz到約960MHz的頻率范圍，且所述至少兩個頻帶中的另一者包括約1700MHz到約2200MHz的頻帶。
10.如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，其中所述輻射體元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第三尺寸和第四尺寸；且 所述第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第三尺寸。
11.如權(quán)利要求10所述的天線設(shè)備，進(jìn)一步包括第二輔助接地元件，所述第二輔助接地元件具有第七尺寸，所述第二輔助接地元件電耦合到所述第一輔助接地元件； 其中 所述第三尺寸實(shí)質(zhì)上平行于所述第七尺寸；且 所述第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第七尺寸；且 所述第二輔助接地元件耦合到所述第一輔助接地元件。
12.如權(quán)利要求11所述的天線設(shè)備，進(jìn)一步包括切換設(shè)備，所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將所述第二輔助接地元件選擇性地耦合到所述接地面。
13.如權(quán)利要求11所述的天線設(shè)備，其中 所述接地面包括第五尺寸和第六尺寸；且 所述第六尺寸實(shí)質(zhì)上平行于所述第一尺寸；且 所述第三尺寸實(shí)質(zhì)上平行于所述第五尺寸。
14.如權(quán)利要求10所述的天線設(shè)備，其中 所述第一輔助接地元件經(jīng)設(shè)置而與所述第一部分實(shí)質(zhì)上共面；且 所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
15.如權(quán)利要求14所述的天線設(shè)備，其中所述饋電導(dǎo)體包括屏蔽件，所述屏蔽件在至少一個位置處耦合到所述第一輔助接地元件。
16.一種便攜式無線電裝置，包括 饋電構(gòu)件； 接地面；以及 天線設(shè)備，包括 輻射體構(gòu)件；以及 第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述第一實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸； 其中 所述輻射體構(gòu)件經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處耦合到所述饋電端口，且所述輻射體構(gòu)件在第二位置處耦合到所述第一輔助接地元件； 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述接地面的外周邊外；且 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述輻射體構(gòu)件的外周邊外。
17.如權(quán)利要求16所述的便攜式無線電裝置，其中 所述輻射體構(gòu)件包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第三尺寸；且 所述第一尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第三尺寸。
18.如權(quán)利要求16所述的便攜式無線電裝置，進(jìn)一步包括第二輔助接地元件，所述第二輔助接地元件具有第五尺寸和第六尺寸，且所述第二輔助接地元件接地到所述第一輔助接地元件，其中所述第五尺寸實(shí)質(zhì)上垂直于所述第一尺寸。
19.如權(quán)利要求18所述的便攜式無線電裝置，其中所述第一輔助接地元件和所述第二輔助接地元件各自經(jīng)設(shè)置而與所述接地面實(shí)質(zhì)上共面。
20.如權(quán)利要求18所述的便攜式無線電裝置，其中所述第二輔助接地元件實(shí)質(zhì)上布置在所述第一輔助接地元件的外周邊外。
21.如權(quán)利要求18所述的便攜式無線電裝置，其中所述天線設(shè)備進(jìn)一步包括切換設(shè)備，所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將第二輔助接地元件選擇性地耦合到所述接地面。
22.如權(quán)利要求16所述的便攜式無線電裝置，其中所述便攜式無線電裝置選自由以下各者組成的群a)移動計算機(jī)；b)蜂窩式電話；和c)便攜式導(dǎo)航裝置。
23.如權(quán)利要求16所述的便攜式無線電裝置，其中天線設(shè)備進(jìn)一步包括切換設(shè)備，所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將所述第一輔助接地元件選擇性地耦合到所述接地面。
24.如權(quán)利要求23所述的便攜式無線電裝置，其中所述天線設(shè)備適合于在至少兩個頻帶中操作，所述頻帶中的至少一者包括一頻帶，所述頻帶與長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)相容。
25.如權(quán)利要求24所述的便攜式無線電裝置，其中所述切換設(shè)備適合于實(shí)現(xiàn)所述兩個頻帶中的至少一者的操作頻帶的切換。
26.一種供用在無線電裝置中的天線設(shè)備，所述無線電裝置可在低頻頻帶和高頻頻帶中操作，且所述無線電裝置包括饋電端口和接地面，所述設(shè)備包括 單極輻射體； 實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件；以及 切換設(shè)備，所述切換設(shè)備安置在所述接地面與所述輔助接地元件之間，且所述切換設(shè)備經(jīng)設(shè)置以將所述輔助接地元件選擇性地耦合到接地面； 其中 所述輻射體經(jīng)由饋電導(dǎo)體在第一位置處耦合到所述饋電端口，且所述輻射體在第二位置處耦合到所述第一輔助接地元件； 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述接地面的外周邊外；且 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述輻射體的外周邊外。
27.如權(quán)利要求26所述的天線設(shè)備，其中所述輻射體經(jīng)設(shè)置而與所述接地面實(shí)質(zhì)上共面。
28.如權(quán)利要求27所述的天線設(shè)備，其中所述輔助接地元件經(jīng)設(shè)置而在實(shí)質(zhì)上垂直于所述輻射體的平面中。
29.如權(quán)利要求26所述的天線設(shè)備，其中所述切換設(shè)備適合于切換所述低頻頻帶中的操作頻率。
30.如權(quán)利要求29所述的天線設(shè)備，其中所述低頻頻帶包括長期演進(jìn)(LTE)頻帶，所述長期演進(jìn)(LTE)頻帶覆蓋約700MHz到約960MHz的頻率范圍；且 所述高頻頻帶包括LTE頻帶，所述LTE頻帶覆蓋約1700MHz到約2200MHz的頻率范圍。
31.如權(quán)利要求26所述的天線設(shè)備，進(jìn)一步包括多個電抗電路，所述電抗電路各自耦合到所述接地面且各自可由開關(guān)選擇。
32.如權(quán)利要求31所述的天線設(shè)備，其中每一電抗電路包括電感器，所述電感器耦合到所述開關(guān)的相應(yīng)輸出端口。
33.如權(quán)利要求31所述的天線設(shè)備，其中每一電抗電路經(jīng)設(shè)置以改變所述輔助接地元件的電長度。
34.如權(quán)利要求26所述的天線設(shè)備，其中所述切換設(shè)備適合于至少部分通過在所述接地面與所述輔助接地元件之間選擇性地耦合多個電抗元件來控制所述低頻頻帶的操作頻率。
35.一種供用在無線電裝置的天線中的設(shè)備，所述無線電裝置包括接地面，所述設(shè)備包括 單極輻射體，所述單極輻射體經(jīng)設(shè)置以經(jīng)由饋電導(dǎo)體來饋電；以及實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件，所述實(shí)質(zhì)上平面輔助接地元件具有第一尺寸和第二尺寸，所述輔助接地元件在某位置處連接到所述輻射體，所述位置不同于所述輻射體經(jīng)設(shè)置以經(jīng)由所述饋電導(dǎo)體饋電的位置； 其中 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述接地面的外周邊外；且 所述輔助元件實(shí)質(zhì)上安置在所述輻射體元件的外周邊外。
全文摘要
一種供用在便攜式無線電裝置中的寬帶天線，以及用于操作所述寬帶天線的方法。在一個實(shí)施例中，在膝上型計算裝置內(nèi)使用單極天線。所述天線包括單極輻射體，所述單極輻射體耦合到輔助接地面元件，且所述天線實(shí)質(zhì)上放置在計算機(jī)顯示器接地面的占據(jù)面積外部。在一個實(shí)施中，所述輔助接地元件經(jīng)設(shè)置而不與膝上型計算機(jī)的接地面電連接。在另一個實(shí)施中，固態(tài)開關(guān)選擇性地將天線寄生元件連接到主接地，因此使得能夠選擇性地控制天線低頻操作頻帶。
文檔編號H01Q5/00GK102800926SQ20121011262
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者韋斯納·拉多伊科維奇 申請人:芬蘭帕斯有限公司