CN100541910C - 使用双耦合馈送的多带多层芯片天线 - Google Patents
使用双耦合馈送的多带多层芯片天线 Download PDFInfo
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Abstract
这里公开了一种使用双耦合馈送的多层芯片天线。所述多层芯片天线的组成部分有：包含第一馈送电极的第一馈送辐射元件，沿预定方向形成在第一平面，所述第一馈送电极在其一侧连接到馈送线并且在其另外侧连接到接地表面，所述第一馈送辐射元件被连接到所述第一馈送电极，以便所述第一馈送辐射元件具有空间曲折线结构；第二馈送辐射元件，在平行于所述第一平面的第二平面连接到所述第一馈送电极的部分，这样所述第二馈送辐射元件具有平面曲折线结构；第二馈送电极，在平行于所述第一平面的第三平面连接到所述第一馈送电极的部分；第一寄生辐射元件，电耦合到所述所述第二馈送电极；以及第二寄生辐射元件，电耦合到所述第二馈送电极，并包含多个寄生图形。
Description
技术领域
本发明涉及可安装在GSM(全球移动通信***)、DCS(欧洲数字无绳电话)和BT(蓝牙)终端的多带多层芯片天线，特别涉及使用双耦合馈送的多带多层芯片天线，在所述芯片天线中使用馈送辐射元件和双寄生辐射元件实现多带特性，以便通过所述双寄生元件之间的阻抗调整，实现频率和带宽的控制、阻抗特性和辐射效率的增强、以及所述辐射元件之间互阻抗影响的最小化。
背景技术
通常，对于可用于诸如GSM、DCS、BT等便携终端的天线，主要使用在通信终端上形成的向外突出的螺旋天线或可收回到通信终端内的直线状单极天线。虽然这样的螺旋天线或单极天线具有不定向辐射特性的优点，但由于这些天线属于从终端向外突出的外部型天线，会存在因外力而损坏外观的隐患，并导致其特性的恶化，而且近来有人提出这类天线具有低的比吸收率(SAR)。
同时，近来对便携通信终端的要求是小型化、轻便化和多功能化。为了满足这些需求，在便携终端中使用的内置电路和器件也有朝小型化和多功能化发展的趋势。天线作为通信终端中最重要的器件之一，这些小型化和多功能化的趋势也同样是天线的要求。
对于传统的内置型天线，有微带贴片天线、平面倒F型天线、芯片天线等。存在这些内置型天线的有效小型化的建议方法。例如，有这样的方法，利用小孔耦合馈送结构来缩小具有相对较高增益和较宽带宽的微带贴片天线。根据这种方法，具有微带贴片天线的TM01模式的电场分布的绝缘体沿着谐振贴片的纵向被***到所述贴片边缘的下部，这里电场分布最高，由于电容率的提高，可有效缩小天线并最小化增益减少，因此可提供重量轻、小型化的天线。
但是，这种对当前可用天线的小型化方法基于平面结构，在小型化方面受到限制，并且考虑到由于PDA(个人数字助理)服务的增加而使安装在PDA上的天线的容纳空间缩小的趋势，需要提供更有力的方法。
还有，尽管用在传统天线里的倒L型、倒F型等被用作馈送型天线，考虑到空间的效率，还需要增强这种馈送型。
图1是示出传统多层芯片天线结构的透视图。
如图1所示的传统多层芯片天线是一种被小型化的天线，以便这种天线可以用于多带，其中所述天线的第一辐射贴片30和第二辐射贴片40通过馈送件20在接地金属板10的一个边缘的上部互相耦合在一起，并且馈送件20沿垂直方向连接到接地金属板10。
第一辐射贴片30形成在所述天线的上表面，具有迷宫状曲折狭缝贴片结构，并且平行于接地金属板10的平坦上表面。
第二辐射贴片40位于第一辐射贴片30和接地金属板10之间，同时平行于第一辐射贴片30和接地金属板10。第二辐射贴片40包含多个带状贴片41和43，分别具有相互不同的长度和宽度，带状贴片41和43中的每一个可以被安置在相同的平面上，或者可以互相层叠。
馈送件20包含馈送图形21、馈送图形延伸22和馈送图形接地部分23等。馈送图形21用来在所述PDA的机身和所述天线的第一辐射贴片30及第二辐射贴片40之间传送信号，并垂直地连接到在接地金属板的一侧形成的馈送金属导体。馈送图形延伸22从馈送图形21的预定部位垂直于馈送图形21延伸，并且馈送图形延伸22的长度可以不同。馈送图形延伸22在馈送图形延伸的端部朝接地金属板弯曲，并接地到接地金属板10。
但是，尽管传统的多层芯片天线可被用于多频带，并且具有小型化结构，仍然存在下面的问题。
首先，构成所述天线的第一辐射贴片30具有图形，几乎所有这些图形都形成在一个平面上，并且第二辐射贴片具有另外的图形，几乎所有这些图形都形成在另一个平面，这样就存在天线的最小化受到限制的问题。
其次，因为构成所述天线的第一辐射贴片30和第二辐射贴片40的图形都分别具有大体上是直线的形状，这样也存在天线的最小化受到限制的问题。
再次，由于所述第一辐射贴片和第二辐射贴片被直接连接到所述馈送线，如果当所述天线根据预定的设计被制造之后，因处理发生变化而需要调整频率，一个贴片的改变对连接到该贴片的另一个贴片有直接的影响，这样就使得频率操作很困难。
发明内容
为了解决上述问题，提出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种使用双耦合馈送的多带多层芯片天线，利用芯片天线的馈送辐射元件和双寄生辐射元件实现多带特性，以便通过所述双寄生元件之间的阻抗调整实现频率和带宽的控制、阻抗特性和辐射效率的增强、以及所述辐射元件之间互阻抗影响的最小化。
根据本发明的一个方面，可以通过提供一种使用双耦合馈送的多带多层芯片天线实现上述和其他的目的，所述芯片天线的组成部分有：
包括第一馈送电极的第一馈送辐射元件，沿预定方向形成在第一平面，所述第一馈送电极在其一侧连接到馈送线，在其另一侧连接到接地表面，所述第一馈送辐射元件被连接到所述第一馈送电极，以便所述第一馈送辐射元件具有空间曲折线结构；
第二馈送辐射元件，在平行于所述第一平面的第二平面上连接到一部分所述第一馈送电极，以便所述第二馈送辐射元件具有平面曲折线结构；
第二馈送电极，在平行于所述第一平面的第三平面上连接到一部分所述第一馈送电极；
第一寄生辐射元件，电耦合到所述第二馈送电极；以及
第二寄生辐射元件，电耦合到所述第一寄生辐射元件，并包含有多个寄生图形；
其中，所述第一馈送辐射元件包含：
多个带状线，以预定的距离互相间隔，同时平行于所述第一馈送电极；
第一连接图形，用于将所述多个带状线中与所述第一馈送电极相邻的一个带状线连接到所述第一馈送电极；以及
第二连接图形，包含多个图形，分别连接所述多个带状线中两个相邻的带状线，以形成所述曲折线结构；
其中，所述第一馈送辐射元件的所述第一连接图形包含：
第一垂直连接图形，从所述第一馈送电极的端部向上形成，
第二垂直连接图形，从所述多个带状线中与所述第一馈送电极邻接的所述带状线的端部向上形成；以及
水平连接图形，用于在不同于所述第一平面而与所述第一平面平行的平面上连接所述第一和第二垂直连接图形，
其中，所述第二馈送辐射元件包含：
馈送图形，连接到所述第一馈送电极的一个图形；以及
辐射图形，连接到所述第一馈送电极的另外图形，以形成所述曲折线结构，
其中，所述第二馈送电极平行于所述第一馈送电极的一个馈送图形并且沿着与所述第一馈送电极的一个馈送图形相同的方向形成。
附图说明
下面结合附图的详细说明将使本发明的上述和其他目的和特征得到更加清楚的理解。这些附图包括：
图1是示出传统多层芯片天线结构的透视图；
图2是示出根据本发明的多层芯片天线结构的透视图；
图3是图2所示的多层芯片天线的正视图；
图4是本发明的第一馈送辐射元件的透视图；
图5是示出图4中部分A的放大透视图；
图6是本发明的第二馈送辐射元件的透视图；
图7是本发明的双寄生元件的透视图；
图8是示出图7中部分B的放大透视图；以及
图9a和图9b是根据本发明的芯片天线的VSWR特性的图形表示。
具体实施方式
现在将结合附图详细说明优选实施例。
具有大体相同的结构和功能的同样组件，被标以相同的参考标号。
本发明的多层芯片天线不是普通的PIFA型天线，而是一种内置型多层陶瓷芯片天线，其中，利用在所述芯片天线内形成的曲折线和倒F型基本实现GSM频带，并且利用在所述天线上层提供的寄生元件实现DCS频带。另外，本发明的多层芯片天线具有这样的优点：通过结构修改，在所述上层调整所述寄生元件的耦合，可以实现三频带实施例、中心频率的调整和带宽的放大。
图2是示出根据本发明的多层芯片天线结构的透视图，图3是图2所示的多层芯片天线的正视图。
参见图2和图3，根据本发明的多层芯片天线的组成部分有：包含第一馈送电极110的第一馈送辐射元件100，沿预定方向形成在第一平面，第一馈送电极110在其一侧连接到馈送线，在其另一侧连接到接地表面，第一馈送辐射元件100被连接到第一馈送电极110，以便第一馈送辐射元件100具有空间曲折线结构；第二馈送辐射元件200，在平行于所述第一平面的第二平面上连接到第一馈送电极110的部分，以便第二馈送辐射元件200具有平面曲折线结构；第二馈送电极300，在平行于所述第一平面的第三平面上连接到第一馈送电极110的另外部分；第一寄生辐射元件400，电连接到第二馈送电极300；以及第二寄生辐射元件500，电连接到第一寄生辐射元件400，并包含有多个寄生图形510至590和595。
本发明的多带芯片天线包含所述馈送辐射元件100和200以及双寄生辐射元件400和500，通过这些辐射元件分别产生GSM、DCS和BT的谐振频率。另外，本发明的多带芯片天线在单频中通过将其中的谐振频率相互连结还提高带宽。特别是，所述多带芯片天线包含具有用于提供880～960MHz的GSM频带和2.4～2.48GHz的蓝牙频带的所述曲折线结构的第二馈送辐射元件200，具有倒F结构和所述空间曲折线结构的第一馈送辐射元件100，以及用于提供1,710～1,880MHz的DCS频带的双寄生辐射元件400和500。
这里，所述第二馈送辐射元件200具有所述曲折线结构，在此结构中，通过控制所述线的宽度和间隔可以调整频率。另外，所述第一馈送辐射元件100具有所述倒F结构和所述空间曲折线结构，在这些结构中，通过控制所述线的宽度可以调整操作频率。
这样，通过第二馈送辐射结构200的所述曲折线结构与第一馈送辐射结构100的所述倒F结构和曲折线结构的组合结构，提供880～960MHz的GSM频带和2.4～2.48GHz的蓝牙频带。
图4是本发明的所述第一馈送辐射元件的透视图。
参见图4，第一馈送辐射元件100平行于第一馈送电极110，并包含：多个带状线120(120a～120m)，以预定的距离互相间隔，同时互相平行；第一连接图形131，用于将多个带状线120中与第一馈送电极110相邻的一个带状线120a连接到第一馈送电极110；第二连接图形132，包含多个图形132a～1321，分别连接多个带状线120中两个相邻的带状线，因此形成曲折线结构。
这里，第一连接图形131和第二连接图形132形成在不同于所述第一平面而与所述第一平面平行的平面上。也即，如图2和图4所示，用于连接所述多个带状线的连接图形形成在不同于所述带状线在其上形成的第一平面的平面，因此，第一馈送辐射元件100形成所述空间曲折线结构。
第一馈送辐射元件100的第一馈送电极110在第一馈送电极110的一侧被连接到所述馈送线，在其另一侧被连接到所述接地平面。第一馈送电极110包含两个平行于所述第一平面的馈送图形111和112，和用于连接馈送图形111和112邻近端的馈送连接图形113。第一馈送电极110具有倒F形状。
图5是示出图4的部分A的放大透视图。
参见图5，第一馈送辐射元件100的第一连接图形131包含从第一馈送电极110的端部向上形成的第一垂直连接图形1311，从多个带状线120a～120m中邻近第一馈送电极110的带状线120a的端部向上形成的第二垂直连接图形1312，以及在不同于所述第一平面而与所述第一平面平行的所述平面上连接第一垂直连接图形1311和第二垂直连接图形1312的水平连接图形1313。
另外，参见图5，第一馈送辐射元件100的第二连接图形132包含从多个带状线120a～120m的每个端部向上形成的多个垂直连接图形1321，在平行于所述第一平面的所述另一平面上将多个垂直连接图形1321中两个相邻的垂直图形互相连接起来成为一对垂直图形的多个水平图形。所述多个水平图形就是多个水平连接图形1322，它们不互相重叠和/或连接，而是以Z形互相分离。
第一馈送辐射元件100的多个水平连接图形1322形成在由第二馈送辐射元件200形成的所述第二平面和由第二馈送电极300形成的所述第三平面之间的所述平面上。另外，第一馈送辐射元件100的水平连接图形1322可以按非直线图形形成或按直线图形形成。
图6是本发明的第二馈送辐射元件的透视图。
参见图6，第二馈送辐射元件200包含连接到第一馈送元件110的一个图形的馈送图形210，以及连接到第一馈送元件110的另外图形112的辐射图形220，以形成曲折线结构。
另外，第二馈送电极300平行于第一馈送元件110的一个馈送图形111并且沿着与一个馈送图形111相同的方向在不同于所述第一平面而与所述第一平面平行的所述平面上形成。
图7是本发明的双寄生辐射元件的透视图。
如图7所示，第一寄生辐射元件400垂直于第二馈送电极300形成，这样连同第二馈送电极300形成第一耦合。第二寄生辐射元件500垂直于第一馈送电极400形成，因此连同第一寄生辐射元件400形成第二耦合。
图8是示出图7的部分B的放大透视图。
参见图7，第二寄生辐射元件500的多个寄生图形510～590和595分别包含沿垂直于第一寄生辐射元件400的方向形成在第一寄生辐射元件400下方的下图形502。
另外，除了沿垂直于第一寄生辐射元件400的方向形成在第一寄生辐射元件400下方的下图形502外，第二寄生辐射元件500的多个寄生图形510～590和595中的每一个都包含：两侧图形501，包含第一图形501a和第二图形501b，分别具有预定长度，沿垂直于第一寄生辐射元件400的方向、在第一寄生辐射元件400的每一侧以预定距离与第一寄生辐射元件400间隔；第一连接图形503，连接第一图形501a的一端和下图形502的一端，以使它们相互垂直；以及第二连接图形504，连接第二图形501b的一端和下图形502的另一端，以使它们相互垂直。
这里，第二寄生辐射元件500具有实现第二耦合馈送的结构。例如，所述耦合可以仅利用在第一寄生辐射元件400的下方垂直形成的下图形502来控制。另外，可取的是，第二寄生辐射元件500又包含两侧图形501，经由第一连接图形503和第二连接图形504连接到下图形502。利用上述结构的耦合，可以调整DCS频带的带宽、辐射特性、寄生元件之间的阻抗和所述天线的总体阻抗。
这里，第二寄生辐射元件500的多个寄生图形510～590和595可以均匀地相互间隔。
也就是说，参见图7和图8，本发明的第一寄生辐射元件400和第二寄生辐射元件500是提供DCS频带的寄生辐射元件。第一寄生辐射元件400沿所述天线的纵向延伸，而第二寄生辐射元件500的多个寄生图形510～590和595均匀地相互间隔，中心对准第一寄生辐射元件400，同时垂直于第一寄生辐射元件400。
第一寄生辐射元件400耦合到通过馈送通孔连接到第一馈送电极110的第二馈送电极300，并在DCS频带谐振，由此，通过控制第二寄生辐射元件500的垂直于第一寄生辐射元件400的多个寄生图形之间的间隔以及第二寄生辐射元件500的寄生图形的数量可以调整所述中心频率。
另外，参见图7和图8，本发明的第一和第二寄生辐射元件是实现DCS频带的寄生辐射元件。不同于根据导体图形的长度(即电感)控制操作频率的馈送辐射元件，本发明的第一和第二寄生辐射元件可利用所述耦合(即电容)调整频率以实现DCS频带。也就是说，由于通过互耦合(第一耦合馈送)在第一寄生辐射元件400中感应出电流，可通过垂直于第一寄生辐射元件400形成的第二寄生辐射元件调整电感，连同第一寄生辐射元件400形成电容，因此可以控制所述操作频率。
当使用由第一寄生辐射元件400和第二寄生辐射元件500组成的双寄生辐射元件实现DCS频带时，例如，当使用连接到所述馈送电极的辐射元件实现DCS频带，一个馈送辐射元件的改变可以防止天线的总体阻抗变形(deform)，并且，利用辐射元件之间互阻抗的影响，可以容易地提供和控制中心频率。其结果是，当实现所述双寄生辐射元件，不仅可以通过只考虑由寄生元件引起的互阻抗的寄生元件的结构修改(如维数、形状和数量)获得对频率和中心频率的控制，还可利用所述耦合扩大带宽。
而且，可以通过改变第二寄生辐射元件500的多个寄生图形510～590和595的数量来调整带宽，并且，在多个寄生图形510-590和595保持在纵向同一结构中的情况下，可以通过调整在垂直方向寄生元件之间的间隔来控制操作频率。例如，沿着垂直方向形成的所述第二寄生元件的间隔可以被设置在大约2/λ～8/λ的范围内。
在本发明中，根据耦合到所述第一寄生辐射元件的所述第二寄生辐射元件的数量增长，多层芯片天线的带宽特性在图9a和图9b中示出。
图9a和图9b是根据本发明的芯片天线的VSWR特性的图形表示。
在固定GSM和BT带宽的情况下，在实际装置中，安装了实现DCS带宽的所述第一和第二寄生辐射元件之后，测量本发明的芯片天线的VSWR特性，并且结果在图9a和图9b中示出。结果表明，当实际装置中安装所述芯片天线，操作频率从所设计的操作频率变化，以操作在各个不同的操作频带上。
图9a示出了当使用本发明的双寄生辐射元件时的结果，由此可以看出，在点VSWR[1:1.1480]，由该频带的上极(upper pole)形成的频率大约在1.87GHz。在图9b中，可以看出，随着沿垂直方向形成的所述第二寄生辐射元件数量的增加，在点VSWR[2:1.2460]，由该频带的上极(upper pole)形成的频率大约在1.915GHz，同图9a的频率相比，高出45MHz。
根据这个结果，所述多层芯片天线的频带可以根据耦合到所述第一寄生辐射元件的所述第二寄生辐射元件的数量的增加而得到调整，带宽也可以得到增加。
由于所述馈送辐射元件和寄生辐射元件要在一个芯片内实现，本发明的陶瓷芯片天线必须调整困难的特性，例如互耦合效应、互阻抗和每个频带中的辐射特性。因此，本发明将这些特性实现到可应用的水平。
从上述的说明容易看出，根据本发明，所述多带多层芯片天线具有有益的效果，可以安装在GSM、DCS和BT终端中，利用所述芯片天线的馈送辐射元件和双寄生元件实现多带特性，以便可以通过调整双寄生元件之间的阻抗来获得频率和带宽的控制、阻抗特性和辐射频率的增强、辐射元件之间的互阻抗影响的最小化。
应该理解，上述的实施例和附图是为了解说性的目的而被说明的。本发明由本发明的权利要求书来限制。另外，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的权利要求书中所定义的精神和范围内，可以做各种修改、添加和替换。
Claims (10)
1.一种使用双耦合馈送的多带多层芯片天线，包含：
包括第一馈送电极的第一馈送辐射元件，沿预定方向形成在第一平面，所述第一馈送电极在其一侧连接到馈送线，在其另一侧连接到接地表面，所述第一馈送辐射元件被连接到所述第一馈送电极，以便所述第一馈送辐射元件具有空间曲折线结构；
第二馈送辐射元件，在平行于所述第一平面的第二平面上连接到一部分所述第一馈送电极，以便所述第二馈送辐射元件具有平面曲折线结构；
第二馈送电极，在平行于所述第一平面的第三平面上连接到一部分所述第一馈送电极；
第一寄生辐射元件，电耦合到所述第二馈送电极；以及
第二寄生辐射元件，电耦合到所述第一寄生辐射元件，并包含有多个寄生图形；
其中，所述第一馈送辐射元件包含：
多个带状线，以预定的距离互相间隔，同时平行于所述第一馈送电极；
第一连接图形，用于将所述多个带状线中与所述第一馈送电极相邻的一个带状线连接到所述第一馈送电极；以及
第二连接图形，包含多个图形，分别连接所述多个带状线中两个相邻的带状线，以形成所述曲折线结构；
其中，所述第一馈送辐射元件的所述第一连接图形包含：
第一垂直连接图形，从所述第一馈送电极的端部向上形成，
第二垂直连接图形，从所述多个带状线中与所述第一馈送电极邻接的所述带状线的端部向上形成；以及
水平连接图形，用于在不同于所述第一平面而与所述第一平面平行的平面上连接所述第一和第二垂直连接图形，
其中，所述第二馈送辐射元件包含：
馈送图形，该馈送图形连接到所述第一馈送电极的一个图形；以及
辐射图形，该辐射图形连接到所述第一馈送电极的另外图形，以形成所述曲折线结构，
其中，所述第二馈送电极平行于所述第一馈送电极的一个馈送图形并且沿着与所述第一馈送电极的一个馈送图形相同的方向形成。
2.如权利要求1所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一馈送辐射元件的所述第一馈送电极包含：
在所述第一平面上形成的一个第一馈送图形和一个第二馈送图形，其中所述一个第一馈送图形平行于所述一个第二馈送图形；以及
馈送连接图形，用于连接所述第一和第二馈送图形的邻近端，并且
所述第一馈送图形的一端连接到所述第二馈送图形的一端，所述第一馈送图形的另一端连接到所述馈送线，所述第二馈送图形的另一端连接到所述接地表面，且所述第一馈送电极具有倒F形状。
3.如权利要求1所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一馈送辐射元件的所述第二连接图形包含：
多个垂直连接图形，从所述多个带状线的每个端部向上形成；以及
多个水平连接图形，在不同于所述第一平面而平行于所述第一平面的平面上将所述多个垂直连接图形中两个相邻的垂直图形互相连接起来成为一对垂直图形，所述多个水平图形互相分离地形成。
4.如权利要求3所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一馈送辐射元件的所述水平连接图形形成在由所述第二馈送辐射元件形成的所述第二平面和由所述第二馈送电极形成的所述第三平面之间的所述平面上。
5.如权利要求3所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一馈送辐射元件的所述多个水平连接图形的每一个按照非直线图形形成。
6.如权利要求3所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一馈送辐射元件的所述多个水平连接图形的每一个按照直线图形形成。
7.如权利要求1所述的多带多层芯片天线，其中，所述第一寄生辐射元件沿着垂直于所述第二馈送电极的方向形成。
8.如权利要求1所述的多带多层芯片天线，其中，所述第二寄生辐射元件的所述多个寄生图形的每一个包含沿垂直于所述第一寄生辐射元件的方向在所述第一寄生辐射元件下方的下图形。
9.如权利要求1所述的多带多层芯片天线，其中，所述第二寄生辐射元件的所述多个寄生图形的每一个包含：
包括第一和第二图形的两侧图形，分别具有预定长度，沿垂直于所述第一寄生辐射元件的方向、在所述第一寄生辐射元件的每一侧以预定距离与所述第一寄生辐射元件间隔；
下图形，沿垂直于所述第一寄生辐射元件的方向在所述第一寄生辐射元件的下方形成；
第一连接图形，连接所述两侧图形中所述第一图形的一端和所述下图形的一端，以便使所述第一连接图形和所述第一图形相互垂直，所述第一连接图形和所述下图形相互垂直；以及
第二连接图形，连接所述两侧图形中所述第二图形的一端和所述下图形另外端，以便使所述第二连接图形和所述第二图形相互垂直，所述第二连接图形和所述下图形相互垂直。
10.如权利要求9所述的多带多层芯片天线，其中，所述第二寄生辐射元件的所述多个寄生图形均匀地相互间隔。
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