CN101385197A - 天线装置，包括该天线装置的便携式无线通信装置，以及用于便携式无线通信装置的电池封装 - Google Patents

Abstract

一种用于在便携式无线通信装置中使用的天线装置包括接地面(110)、连接于馈送和/或接收射频信号的馈电点(116)的微带线(114)。所述无线通信装置中设有包括导电外壳(122)的封装(120)，其中所述外壳置于所述接地面和所述微带线上方，其中所述外壳与所述微带线电流绝缘，并且其中所述外壳电容耦合于所述微带线。因此所述天线装置具有较大的辐射面积，并且由此提供了更好的装置性能。另外，所述无线通信装置中的已存在部分，例如，电池封装，也可用作辐射元件，这节省了空间和成本。

Description

天线装置，包括该天线装置的便携式无线通信装置，以及用于便携式无线通信装置的电池封装

技术领域

本发明总体上涉及内部天线装置，更具体地涉及使用例如电池封装的封装作为天线装置一部分的天线装置。本发明还涉及便携式无线通信装置，该便携式无线通信装置包括用于该便携式无线通信装置的天线装置和电池封装。

背景技术

便携式通信装置，例如移动电话和GPS装置，正在全世界的人们中变得常见。这些装置设有用于蜂窝或GPS应用的内部或外部天线。然而，对于更小的装置和增加的功能存在逐步增长的需求，因此许多新的移动电话设有辅助蜂窝天线的附加内部天线。

例如蜂窝电话的便携式无线通信装置的内部天线的辐射元件，通常位于外壳的背部，优选地被制造得尽可能大，因为增大的天线体积将导致改进的性能。然而，包含为通信装置供电的电池的电池封装通常也位于通信装置的外壳的背部。与天线一样，电池封装的尺寸越大，导致电池的性能越好，即，不需要频繁地对电池充电。

电池封装和内部天线装置因此争用通信装置背部的空间，因此要在天线空间和电池空间之间进行折衷。

大多数电池具有可承载电流的金属壳体。壳体通常为矩形盒，因此可以具有与贴片天线对应的总体形状，由此可以在多种不同的贴片结构中用作这种贴片天线。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于例如移动电话的便携式通信装置的天线装置，其中，可以将所述天线装置设置为不从已有组件占用过多空间。

本发明的另一目的是提供一种使得能够使用更大电池封装的天线装置。

本发明的另一目的是提供一种比现有技术的装置更便宜的天线和电池装置的组合。

本发明基于以下认识，即，便携式无线通信装置的多个现有技术组件，例如电池、显示部以及盖子，具有适合用作便携式通信装置的内部天线元件的一部分的形状。

根据本发明，提供了一种如所附权利要求1限定的天线装置。

还提供了一种如所附权利要求12限定的便携式无线通信装置。

还提供了一种如所附权利要求13限定的用于便携式无线通信装置且包括天线装置的电池封装。

根据本发明的天线装置，消除或者至少减轻了现有技术中的上述缺点。由所附的权利要求限定的天线装置与现有技术的天线相比具有更大的辐射面积，由此提供更好的装置性能。另外，无线通信装置中的已有部分，例如电池封装，也可用作辐射元件，这节省了空间和成本。

在优选实施方式中，导电的带缝隙贴片置于接地面和所述封装之间。这使得容易调谐且加宽了带宽。

在所附的从属权利要求中限定了进一步优选的实施方式。

附图说明

下面参考附图通过示例描述本发明，其中：

图1是设有根据本发明第一实施方式的天线装置的移动电话的总体图；

图2是设有根据本发明第二实施方式的天线装置的移动电话的总体图；

图3是图2中所示的天线装置的细节图；

图4是图2中所示的天线装置中包括的带缝隙贴片的图；

图4a是示出带缝隙贴片的缝隙和微带线之间的关系的图；

图5和图6是分别示出根据本发明的天线装置的总效率和辐射效率的图；

图7是示出根据本发明的天线装置的回波损耗(returnloss)的图；

图8和图9分别是示出调节缝隙长度和相对介电常数的调谐效果的图；

图10和图11是分别示出调节根据本发明的天线装置中包括的电池封装的长度和宽度的调谐效果的图；

图12和图13示出了根据本发明的天线装置中包括的带缝隙贴片的另选缝隙结构；以及

图14示出了将显示部用作天线的一部分的另选实施方式。

具体实施方式

下面，将给出根据本发明的天线装置的各个实施方式的详细描述。在描述中，出于说明而非限制的目的，阐述了具体细节，例如具体硬件、应用程序、技术等，以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，本发明可应用于偏离这些具体细节的其他实施方式中。另外，略去对公知的方法和装置的详细描述，以避免因不必要的细节而掩盖对本发明的描述。

另外，参引了不同的方向，例如“上”和“下”。这种参引是指在各个图中所示的方向。

下面参考图1描述根据本发明的天线装置的第一实施方式。总体上标以2的便携式无线通信装置，例如蜂窝电话，包括通信装置外壳4，该通信装置外壳4具有此类装置中通常具有的特征，例如显示部和小键盘(未示出)。

外壳4包围了总体上为平面且其上安装有用于实现无线通信装置功能的电子电路的印刷电路板或PCB 10。这些电子电路还包括用于向天线辐射元件馈电以发射和接收电磁RF波的RF电子装置。此外，PCB用作无线通信装置的天线装置的接地面。

总体上标以20的电池封装置于PCB 10上方。该电池封装包括由金属或其他导电材料制成的电池外壳22。

在电池外壳和PCB之间设有高度为h的间隔件12。该间隔件包括介电材料，例如塑料或空气。导电的电池外壳由此位于PCB上方的距离h处。

由导电材料制成的微带线14置于PCB 10上，并连接于用于馈送和接收RF信号的馈电点16。该馈电点连接于上述置于无线通信装置中的RF电子装置。微带线14置于电池外壳22下方，以实现彼此间的电容耦合。

介电间隔件12防止PCB和/或微带线与电池外壳之间的任何电流接触。通过提供微带线14与导电的电池外壳22之间的电容耦合，当向微带线馈电或者相反时，在电池外壳中感应了电流。由此，电池外壳包括于还包括微带线的天线装置中。

在工作模式下，当用户将无线通信装置置于头部附近时，电池封装朝向远离用户的方向，这从辐射的角度而言是优选的。

许多常规的现有技术电池封装所具有的长度和宽度，使得电池外壳呈现适于在以下常用频带中工作的谐振频率，例如蓝牙(2400-2484MHz)、WLAN(2400-2480MHz)，以及GPS(1575MHz)频带。

图1中所示的天线装置的调谐，例如可以通过改变微带线14的位置，通过调节介电间隔件12的介电常数，或者通过调节微带线和电池外壳之间的距离h，来实现。

下面将参考图2到图11描述根据本发明的天线装置的第二实施方式。本实施方式就总体结构而言与图1所示的实施方式类似。由此，总体上标以102的移动电话包括外壳104，外壳104具有移动电话通常具有的特征，例如显示部和小键盘(未示出)。

外壳104包围了总体为平面且其上安装有用于实现装置功能的电子电路的印刷电路板或PCB 110。这些电子电路还包括用于向天线辐射元件馈电以发射和接收电磁RF波的RF电子装置。

由导电材料制成的微带线114置于PCB 110上，并连接于用于馈送和接收RF信号的馈电点116。

总体上标以120的电池封装置于PCB 110上方。电池封装包括由例如铝的金属或其他导电材料制成的电池外壳122。

第一实施方式中的间隔件在第二实施方式中替换为3层，参见图3。与第一实施方式类似，第一介电层112置于PCB上以避免PCB与电池外壳之间的任何电流耦合。在第一介电层112之上设有由例如铜的一些合适的导电材料制成的带缝隙贴片113。在贴片113中设有形状为缝隙113a的开口，参见图4。该缝隙是狭长的，具有的长宽比为至少3:1，更优选地为至少5:1，更进一步优选地为至少10:1，最优选地为至少20:1。

在带缝隙贴片113和电池外壳122之间，设有确保在带缝隙贴片113和电池外壳122之间不存在电流接触的第二介电层115。

缝隙113a和微带线114的相对位置如图4a所示。微带线大致垂直于缝隙113a的延伸，并结束于该缝隙下方的位置。这意味着，所述缝隙由在第一介电层112下方且恰在该缝隙之下结束的微带线的开口端激励。缝隙113a又激励导电的电池外壳122，由此该电池外壳122用作天线装置的辐射元件。由此，带缝隙贴片和导电的电池外壳一起形成叠置贴片结构。

图5和图6分别给出了蓝牙频带中的总效率和辐射效率。从这些图中可见，天线装置的效率很令人满意。而且，在该频带中的回波损耗也令人满意，这从图7中可见。

根据本发明的天线装置的优点是，无线通信装置中的已有部分，即，电池封装，还可以用作辐射元件，这节省了空间和成本。而且，图2到图4所示的天线装置容易调谐，下面将结合图8到图11对此进行描述。

调谐所述天线装置的一种方式是调节缝隙113的长度。在图8所示的图中，针对缝隙长度在19mm到25mm之间给出了天线装置的谐振频率，其中缝隙宽度为2mm。

调谐所述天线装置的另一种方式是调节第一介电层112和第二介电层115的相对介电常数。在图9所示的图中，针对介电材料的相对介电常数在2.8到4.0之间给出了天线装置的谐振频率，其中每个介电层的厚度为1mm。

调谐所述天线装置的又一种方式是调节介电层112和115的厚度。在图10中示出了天线装置的谐振频率为第一介电层112的厚度的函数，而在图11中示出了天线装置的谐振频率为第二介电层115的厚度的函数。

在图8到图11中，示出了在蓝牙频带中的调谐。在本实施方式中，还可以提供一种工作于与蓝牙频带不同的频带(如GPS或GSM1800频带)中的天线装置。总体而言，第二实施方式提供的叠置贴片天线结构提供了比传统的贴片天线更宽的带宽。

以上描述的实施方式适于工作于线性偏振无线电波下。利用本发明的概念，还可以提供工作于圆偏振无线电波下的天线装置。图12示出了工作于圆偏振无线电波下的根据本发明的天线装置的第三实施方式，其中仅示出了微带线和带缝隙贴片。这里假定还设有PCB、介电层等。

在该第三实施方式中，PCB上设有两个微带线114、114′。这两个微带线沿彼此大致垂直的方向延伸，并分别连接于第一馈电点116和第二馈电点116′。这两个馈电点被馈入相同的但相位相差90度的信号。

第一和第二实施方式中的单缝隙被替换为双缝隙，该双缝隙大致包括两个沿相互垂直的方向延伸的缝隙113、113′。从图12可见，这两个缝隙一起形成十字状开口。

和第一和第二实施方式中相同，对第一缝隙113a馈电的第一微带线114沿大致垂直于该第一缝隙的方向延伸，而对第二缝隙113a′馈电的第二微带线114′沿大致垂直于该第二缝隙的方向延伸。

按与第二实施方式的调谐方式对应的方式调谐该第三实施方式。

上面描述的实施方式中的缝隙均为直线。在图13所示的第四实施方式中，带缝隙贴片113＂设有由微带线114＂激励的弯曲缝隙113a＂。本实施方式就所有其他方面而言均类似于上面描述的实施方式。

上面描述的实施方式均示出了电池封装用作天线的一部分。在图14所示的另选实施方式中，用显示部封装220替换了电池。该显示部封装就全部实质方面而言，与上述电池封装类似，作为天线装置的一部分工作。

以上描述了根据本发明的天线装置的优选实施方式。本领域技术人员将认识到这些可在所附权利要求的范围内变化。

尽管示出了大致平面的电池封装，它也可采用其他形状。由此，可能的形状为略微弯曲或弯折的电池封装。

描述了导电的电池外壳在电池封装的所有侧面延伸。可理解的是，电池外壳的导电材料可仅限于电池封装的一些侧面。

描述了带缝隙贴片为单独的部分。可替换的是，它可以被设置为与置于电池封装120上的标签盖集成到一起。还可想到的是，带缝隙贴片集成在电池保持件中。

描述了微带线直接结束于缝隙下方。可理解的是，微带线的结束点的准确位置可以变化，但必须位于缝隙的附近。

上面描述了可拆卸的电池封装。然而，可考虑到，将来电池所具有的使用寿命与设有该电池的便携式无线通信装置的其他部件的使用寿命相当。这就不需要单独的封装电池了。相反，电池可集成于无线通信装置本身的外壳中。这就提供了一种更加便宜的装置。

在上述实施方式中，所示出的电池相当薄，这在用于便携式无线通信装置中时在大多数情况下是优选的。然而，可认识到的是，具有较厚电池的天线装置也落入所附权利要求限定的保护范围内。

仅描述了根据本发明的天线装置。可理解的是，该天线装置可用作补充的天线装置，并且在便携式无线通信装置中可存在其他天线装置。

描述了圆偏振。可理解的是，本发明的思想也适用于椭圆偏振，即，其中的相位差不同于0度或90度的倍数。

描述了不连接到接地的电池。可理解的是，包括接地的电池的天线装置也将落入所附权利要求的范围内。在电池接地的情况下谐振频率略低，但总体功能得到保持。

在电池造成将RF电力引入通信装置的其他部分内的问题的情况下，可在电池的连接部中设置低通滤波器。

描述了单频带天线。另外，如果提供多于一个馈电微带线并且相应地配置电池，例如，为每个微带线设置一个缝隙，则多频带天线也可具有本发明的概念。这些缝隙应互不交叠，并且优选地设置为相互垂直。在此情况下，电池的宽度提供第一谐振频率，电池的长度提供第二谐振频率。

描述了电池封装和显示部封装用作根据本发明的天线装置的可能部分。可理解的是，也可以按类似方式使用便携式无线通信装置的其他部分，例如盖子。

Claims (14)

1、一种用于在便携式无线通信装置中使用的天线装置，其包括：

接地面(10；110)；

连接于用于馈送和/或接收射频信号的馈电点(16；116；116′；116＂)的微带线(14；114；114′；114＂)；

其特征是：

具有导电外壳(22；122)的封装(20；120；220)；

其中，所述外壳置于所述接地面和所述微带线上方；

其中，所述外壳与所述微带线电流绝缘；并且

其中，所述外壳电容耦合于所述微带线。

2、根据权利要求1所述的天线装置，其包括置于所述微带线(14；114；114′；114＂)和所述外壳(22；122)之间的间隔件(12；112，113，115)。

3、根据权利要求1或2所述的天线装置，其包括：

置于所述微带线(114；114′；114＂)和所述外壳(122)之间的带缝隙贴片(113；113′；113＂)，其中所述带缝隙贴片设有缝隙(113a；113a′；113a＂)，

置于所述微带线和所述带缝隙贴片之间的第一介电层(112)；以及

置于所述带缝隙贴片和所述外壳之间的第二介电层(115)。

4、根据权利要求3所述的天线装置，其中，所述缝隙是狭长的，其长宽比为至少3:1，更优选地为至少5:1，更进一步优选地为至少10:1，最优选地为至少20:1。

5、根据权利要求3或4所述的天线装置，其中，所述微带线(14；114；114′；114＂)与所述缝隙(113a；113a′；113a＂)的延伸大致垂直。

6、根据权利要求3至5中的任一项所述的天线装置，其中，所述微带线(14；114；114′；114＂)的端部置于所述缝隙(113a；113a′；113a＂)的附近，优选地直接置于所述缝隙下方。

7、根据权利要求1至6中的任一项所述的天线装置，其中，所述封装集成于所述无线通信装置的所述外壳内。

8、根据权利要求1至7中的任一项所述的天线装置，其中，所述带缝隙贴片(113)设有另一缝隙(113a′)，并包括连接于馈电点(114′)并与所述另一缝隙的延伸大致垂直的另一微带线(114′)。

9、根据权利要求1至8中的任一项所述的天线装置，其中，所述天线装置能够工作于任一以下频带中：蓝牙频带，WLAN频带，以及GPS频带。

10、根据权利要求1至9中的任一项所述的天线装置，其中，所述封装是电池封装。

11、根据权利要求1至9中的任一项所述的天线装置，其中，所述封装是显示部封装。

12、一种便携式无线通信装置，其包括根据权利要求1至11中的任一项所述的天线装置。

13、一种用于便携式无线通信装置的电池封装(20；120)，所述电池封装包括导电的电池外壳(22，122)，

其特征是，

由导电材料制成且具有缝隙(13a；113a；113a′；113a＂)的带缝隙贴片(13；113；113′；113＂)，

其中，所述缝隙与所述导电的电池外壳交叠。

14、根据权利要求13所述的电池封装，其中，所述带缝隙贴片与置于所述电池封装(120)上的标签盖集成在一起。

Images