CN102224638B - 用于手持通信设备的低矮型折叠天线套件 - Google Patents
用于手持通信设备的低矮型折叠天线套件 Download PDFInfo
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Abstract
在矩形多面体支架上形成天线套件，该矩形多面体具有从不导电的基底的相对的面上突起的两个部分。导电条纹缠绕所述支架，并包括在所述支架的不同表面上的多个段。导电片位于所述支架的两个表面上，以在天线和射频电路之间提供阻抗匹配。通过将天线套件的部分放置在基底的两侧，并将导电条纹缠绕这些部分，与一些现有天线设计相比，减少了在通信设备的外壳内容纳天线套件所需的空间。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求申请号12/323,664，于2008年11月26日提交的美国专利申请的权益，该申请的题目为LOW PROFILE，FOLDED ANTENNAAS SEMBLY FOR HANDHELD COMMUNICATION DEVICES。
在此特别地，以引用的形式将以上专利申请的内容并入本文的详细描述中。
技术领域
本发明总的涉及天线，更特定地，涉及多频段天线，多频段天线特别适于在无线移动通信设备中使用，例如个人数字助理、蜂窝电话和无线双向电子邮件通信设备。
背景技术
不同类型的无线移动通信设备是可用的，例如个人数字助理、蜂窝电话和无线双向电子邮件通信装置。这些设备中的很多都旨在易于为用户个人携带，通常适合放在衬衣或外套的口袋中。
移动通信设备的天线套件配置可以显著地影响到设备的整体尺寸或占用面积。例如，蜂窝电话典型地具有支持在多个工作频段(例如，GSM800MHz/900MHz/1800MHz/1900MHz频段，UMTS 2100MHz频段以及5GHz频段)中的通信的天线套件结构。此外，移动通信设备通常能够与使用2450MHz频段的外部设备以及例如的无线技术(Bluetooth Sig，Inc.，Bellevue，WA，USA的注册商标)进行连接。使用了用于移动设备的各种类型的天线，例如，如螺旋形、“倒F”型、折叠偶极子型和可伸缩的天线套件结构。螺旋形和可伸缩的天线典型地安装在移动设备外部，而倒F型天线常常被置于设备的外罩或外壳的内部。总的来说，出于机械和人体工程学的原因，将内部天线而非外部天线用于移动通信设备。内部天线由移动设备的外罩或外壳所保护，并因此与外部天线相比，倾向于更加耐用。外部天线还可能在物理上与移动设备的周围环境相妨碍，并使得移动设备难以使用，特别是在有限空间环境下。
然而，在一些类型的移动通信设备中，已知的内部结构和设计技术提供了相对差的通信信号放射和接收，至少在特定的操作位置处是这样。移动设备设计的最大的挑战之一是确保天线套件对于各种应用有效地工作，该各种应用确定了天线套件相对于人体的位置。移动设备的典型操作位置包括例如：数据输入位置，在该位置处，一只或两只手握着移动设备，例如当用户输入电话号码或电子邮件消息时；语音通信位置，在该位置处，可以紧邻用户的头部握着移动设备，并且使用扬声器和麦克风来进行对话；以及“放下”位置，在该位置处，用户没有使用移动设备，而是将其放到表面上、放在固定器中或者放在其他一些存放装置中或存放装置上。在这些位置中，用户身体和其他的环境对象的一部分可能阻挡天线套件，并使其性能退化。已知的嵌入到设备外壳中的内部天线倾向于相对差地进行执行，特别是当移动设备处于语音通信位置中时。虽然当处于放下位置中时用户未主动地使用移动设备，天线套件应该仍然至少在接收通信信号方面起作用。
将移动通信设备的配置维持在使其方便地适合用户的手的大小的期望对天线套件设计提出了挑战。这展示了天线套件性能(其要求相对较大的尺寸)和天线套件在设备中的可用空间之间的折中。较大的内部天线套件通常直接影响到移动通信设备的厚度。
因此，期望降低天线套件的厚度，以使得可以尽可能薄地制造移动通信设备。
附图说明
图1是移动无线通信设备的示意性表示；
图2是移动无线通信设备的电子电路的示意性框图；
图3是从上看，通信设备的天线套件所安装在的介质基底的透视图；
图4是从上看，介质基底的另一透视图；
图5是从下看，介质基底的透视图；
图6是从第一角度看的放大的透视图，示出了在其上形成天线套件的支架的三个表面；
图7是从第二角度看的放大的透视图，示出了支架的三个表面的细节；以及
图8是从介质基底和支架底部看的放大的透视图。
具体实施方式
本天线套件特别适于在移动无线通信设备中使用，例如个人数字助理、蜂窝电话和无线双向电子邮件通信设备，并且为了简洁，在此将这些移动无线通信设备称为“移动设备”，以及单个地称为“移动设备”。此外，将在作为蜂窝电话的一部分加以使用的特定上下文中，描述本天线套件。
首先参考图1和图2，移动设备20(例如，移动蜂窝设备)示意性地包括外壳21，外壳21可以是静态的、翻盖的或者滑盖类型的外壳，与在很多蜂窝电话中所使用的外壳相似。然而，也可以使用这些以及其他的外壳配置。
外壳21包含主介质基底22，例如，印制电路板(PCB)基底，在主介质基底22上安装了移动设备20的基本电路24。如图2中更详细地示出的，基本电路24典型地包括微处理器25、包括随机存取存储器(RAM)26和闪存27(提供非易失性存储)在内的存储器。串口28构成了通过其可以将外部设备(例如，个人计算机)连接到移动设备20的机制。显示器29和键盘30提供了用于控制移动设备的用户接口。
音频输入设备(例如，麦克风31)和音频输出设备(例如，扬声器33)起到至用户的音频接口的功能，并连接到基本电路24。将电池23携带在外壳21内，用于向内部组件供电。
通过射频电路34执行通信功能，射频电路34包括连接到多频段天线套件40的无线信号接收机36和无线信号发射机38。天线套件40被携带在外壳21较低的位置内，这有利地增加了当电话正在使用中时天线套件和用户的头部之间的距离，以助于遵守可应用的SAR要求。在此，后续将更详细地描述天线套件。
射频电路34还包括数字信号处理器(DSP)42和本地振荡器(LO)44。射频电路34的特定设计和实现取决于移动设备20预期进行操作的通信网络。例如，预定在北美使用的设备可以被设计为在MobitexTM移动通信***或DataTACTM移动通信***中使用，而意在欧洲使用的设备可以并入通用分组无线服务(GPRS)通信子***。
当所要求的网络登记或激活过程已经完成后，移动设备20在通信网络46上发送并接收信号。将多频段天线套件40从通信网络46中接收到的信号输入到接收机36，接收机36执行信号放大、下变频、滤波、信道选择以及模数转换。接收到的信号的模数转换使得DSP 42可以执行更复杂的通信功能，如解调和解码。以相似的方式，DSP 42对要发送的信号进行处理，并将其发送到发射机38以进行数模变换、上变频、滤波、放大并经由天线套件40在通信网络46上发送。
移动设备20还可以包括一个或多个辅助的输入/输出设备48，例如，针对WLAN(如，IEEE.802.11)通信能力的WALN天线套件和电路，和/或用于提供定位能力的卫星定位***(如GPS、Galileo等)接收机和天线套件，这将为本领域技术人员所意识到。辅助I/O设备48的其他示例包括第二音频输出传感器(如，用于免提电话操作的扬声器)以及用于提供数字相机能力的相机镜头、电子设备连接器(如，USB、头戴式耳机、安全数字(SD)或存储卡等)。
将在此描述的天线套件40的结构进行按大小制作和定型，以对天线套件进行调整以用于多个频段中的操作。在以下详细描述的本发明的实施例中，多频段天线套件包括主要与不同的操作频段相关联从而使得该天线套件起到多频段移动设备中的天线套件的功能的结构。例如，多频段天线套件40适于在全球移动通信***(GSM)900MHz频段和数字蜂窝***(DCS)频段处工作。本领域技术人员将意识到，GSM-900频段包括880-915MHz发射子频段和925-960MHz接收子频段。DCS频段类似地包括1710-1785范围内的发射子频段和1805-1880范围内的接收子频段。天线套件40还在通用移动通信***(UMTS)2100MHz频段中工作，并在5GHz频段中工作。移动设备20还能够在2450MHz频段中与使用协议的外部设备连接。本领域技术人员将意识到，这些频段仅用于示意的目的，可以应用本天线套件的基本思想以在其他频段对中工作。
参考图3、4和5，不导电基底22(其上形成了移动设备的电子电路)包括介质材料的平片，该介质材料是常规针对印制电路板使用的类型。介质基底可以由FR-4层压板制成，FR-4层压板是以环氧树脂粘合剂注入的连续的玻璃纤维织物。例如，介质基底为1.5mm厚，并具有由移动设备外壳21的尺寸和设备的组件所指定的长度和宽度。与平坦相反，介质基底22可以是依轮廓的，以适应外壳21的内部形状。介质基底22具有第一主表面50，第一主表面50具有一层或多层导电图案，电路组件通过例如焊接连接到该一层或多层导电图案。介质基底22的相对的第二主表面51具有镀在其上的导电材料(例如，铜)层52。导电层52在第二主表面51的主要部分上延伸，除了临近安装在介质基底22的一角处的天线套件40的一部分外。导电层52形成移动设备20的接地层。
多频天线套件40包括在矩形多面体的表面上的特定导电图案，矩形多面体形成天线套件的支架54。在一个实施例中，天线套件支架54由与基底22的介质材料相似的介质材料构建。将基底22夹在矩形多面体支架54的两部分55和56之间。作为特定配置的示例，包括基底22的厚度在内，矩形多面体支架54为7.5mm高，其中，支架的每个部分55和56远离1.5mm厚的基底22的对应表面50和51延伸3.0mm。在该示例中，天线套件支架54是实心体，大约20mm长，9mm宽，具有将介质基底22保护在其中的槽。备选地，天线套件支架54是空心的，由1.5mm厚的介质材料面板构成，并使用适当的方式(例如，粘合剂)将该介质材料面板在其边缘处固定并固定到介质基底22的主表面50和51。
参考图6-8，六面的矩形多面体支架54具有第一侧面61、第二侧面62、第三侧面63和第四侧面64，所有这些面都在第五侧面65和第六侧面66之间延伸。第五侧面65与介质基底22的第一主表面50相间隔并平行于该第一主表面50，第六侧面66与第二主表面51相间隔并平行于该第二主表面51。天线套件支架54可以位于介质基底22的一角，第一侧面61和第二侧面62与该基底的两个边缘的一部分齐平，并并入该基底的两个边缘的该一部分。从图7和图8可以特定地看出，基底22的主表面毗邻支架的第三侧面63，从而对该侧面临近第一主表面50并远离第一主表面50延伸的第一部分68进行了限定，以及对临近第二主表面51并远离第二主表面51延伸的第二部分70进行了限定。第三侧面63的链接部分72连接第一部分68和第二部分70。如图6所示，以相似的方式，基底22的主表面跨第四侧面64的整个长度延伸，将该面划分成第三部分74和第四部分76。第三侧面64的第三部分74毗邻介质基底22的第一主表面并远离该第一主表面延伸，而第四部分76毗邻第二主表面51并远离该第二主表面51延伸。如果支架54是空心的，该支架的第四侧面在介质基底22的一侧或两侧上是敞开的。
导电条纹80形成缠绕支架54的天线单元，并包括在该支架的不同侧面上的多个段。通过向天线套件支架54的对应表面整体镀上导电材料(例如，铜)层，然后使用照相平版印刷过程将导电材料从该表面上不需要导电部分的区域蚀刻掉，形成导电条纹和其他导电部分。
参考图6和图7，导电条纹80在第五侧面65上具有直的第一段81，第一段81从大约在第五侧面的长度中点处的末端82向毗邻第三侧面63的边缘，平行且相邻于第四侧面64地延伸。第一段81的末端82由接线条(terninal strip)83连接，接线条83跨第四侧面64的第三部分74并延伸到介质基底22的第一主表面50上。该接线条83提供了馈送连接，通过该馈送连接，天线套件连接到图2中的射频电路34。如果支架的第四侧面是敞开的，使用导线或其他导体将第一段81的末端82电连接到介质基底22上的射频电路34。
在如图7和图8中可见的支架54的第三侧面63和第五侧面65之间的边缘处，导电条纹80的第一段81连接到第三侧面上U形的第二段84的一个末端。特别地，第二段84沿着支架54的第三侧面63的第一部分68、链接部分72和第二部分70延伸。在U型与至第一段81的连接相对的末端，第二段84耦合到被镀到第六侧面66的第三段86(参见图8)。第三段86具有包括第一臂(leg)87的L型，第一臂87从至第二段84的连接沿着第六侧面66的毗邻第四侧面64的边缘，向大约沿着第六侧面的长度的中点延伸。在该中点处，第三段86的第二臂88与在第六侧面66的毗邻第二侧面62的边缘处端接的第一臂87垂直地延伸。
在图8中示出的后一边缘处，第三段86连接到在天线套件支架54的第二侧面62上的第四段90。第四段90是U型的，在所示意的设备的定向中，该U型是倒U型。该U型的一个末端连接到第三段86的第二臂88的终点，并向上延伸到第二侧面62毗邻第五侧面65的边缘。从该点，第四段90沿着第二侧面边缘向毗邻第一侧面61的另一边缘延伸，在该点处，第四段向下转，在第二侧面62毗邻第六侧面66的边缘处终止。从第四段90的该终点，导电条纹80继续至第五段92，第五段92被镀到第六侧面66，并且平行于第三段86的第二臂88延伸。导电条纹80在第五段92的相对的末端处终止。
再次参考图6和图7，将导电片94分别镀到第一侧面61和第五侧面65。该片94包括矩形的导电区域96，包括第一侧面61的整个表面。该导电区域96连接到片94在第五侧面65上的L型条纹98。L型条纹98具有第一臂97，该第一臂97沿着第一侧面61和第五侧面65之间的公共边缘延伸，并连接到导电区域96。L型条纹98的第二臂99从第一条纹97向该公共边缘垂直延伸。还将片94的矩形导电区域96在第一表面和第二表面毗邻的边缘处电连接到第四段90，并在第一表面和第六表面毗邻的边缘处电连接到第五段92。片94改进了天线在低频频段和高频频段处的阻抗匹配。选择片94的位置和尺寸以对天线性能进行优化，并在通过将天线折叠在介质基底22周围来降低有效天线高度后再次获得阻抗匹配。
从而，本天线套件40在安装了电子电路的其他组件的介质基底22的两侧上都有部分。以这种方式划分天线套件减少了在设备外壳21内所需的空间，并从而与一些现有的设计相比，降低了移动设备20的总体厚度。然而，通过对天线单元进行缠绕，该独特的天线套件40提供了按大小进行制造以在多个频段上操作的天线。
之前的描述主要集中在本发明的一个实施例上。虽然给出了对在本发明的范围之内的各种备选的一些关注，预期本领技术人员将很可能实现此外的备选，该此外的备选由于本发明实施例的公开现在将是显而易见的。相应地，本发明的范围应该从以下的权利要求来确定，而不是由以上公开限制。
Claims (17)
1.一种用于移动无线通信设备的天线套件，包括：
不导电材料的基底，具有第一主表面和第二主表面，外边缘表面在所述第一主表面和所述第二主表面之间延伸；
支架，毗邻所述基底，并具有都在第五侧面和第六侧面之间延伸的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，其中，所述支架具有毗邻所述第一主表面并从所述第一主表面突起的第一部分，以及具有毗邻所述第二主表面并从所述第二主表面突起的第二部分，以及所述第三侧面毗邻所述基底的所述第一主表面和所述第二主表面以及所述外边缘表面；以及
导电单元，具有在所述支架的多个侧面上的导电段，
其中，所述导电单元包括：在所述第五侧面上并平行于所述第四侧面延伸的第一段，在所述第三侧面上并连接到所述第一段的第二段，在所述第六侧面上并连接到所述第二段的第三段，在所述第二侧面上并连接到所述第三段的第四段，以及在所述第六侧面上并连接到所述第四段的第五段，
其中，所述第二段是U型的，所述U型围绕在所述第一主表面和所述第二主表面之间的所述基底的所述外边缘表面延伸，并具有连接到所述第一段的一个末端和连接到所述第三段的另一个末端。
2.根据权利要求1所述的天线套件，其中，所述导电单元的第三段是L型的，所述L型具有连接到所述第二段的一个末端以及连接到所述第四段的另一个末端。
3.根据权利要求1所述的天线套件，其中，所述第四段是U型的，所述U型具有连接到所述第三段的一个末端以及连接到所述第五段的另一个末端。
4.根据权利要求1所述的天线套件，还包括：在所述第五侧面上的导电片。
5.根据权利要求1所述的天线套件，还包括：在所述第一侧面上的导电片。
6.根据权利要求1所述的天线套件，还包括：导电片，所述导电片包括导电区域，所述导电区域在所述第一侧面上并连接到所述第五侧面上的L型导电区域。
7.根据权利要求1所述的天线套件，其中，所述支架的所述第三侧面具有在所述基底的一个侧面上的第一部分以及在所述基底的相对的侧面上的第二部分，且所述第二段覆盖所述第三侧面的所有暴露的区域。
8.根据权利要求1所述的天线套件，还包括：接线条，在所述支架上并紧连着所述导电单元的一个末端，以耦合到射频电路。
9.根据权利要求1所述的天线套件，其中，所述支架是实心的。
10.根据权利要求1所述的天线套件，其中，所述基底还包括：导电材料层，在所述第二主表面的一部分上，并与所述支架分隔开。
11.一种用于移动无线通信设备的天线套件，包括：
不导电材料的基底，具有第一主表面和第二主表面，并具有在所述第二主表面的第一部分上的导电材料层；
支架，具有都在第五侧面和第六侧面之间延伸的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，其中，所述基底毗邻所述支架，从而将所述第三侧面划分为在所述基底的临近所述第一主表面的一个侧面上的第一部分和在所述基底的临近所述第二主表面的相对侧面上的第二部分，以及将所述第四侧面划分为临近所述基底的所述一个侧面的第三部分和临近所述基底的所述相对侧面的第四部分；以及
导电条纹，在所述支架的侧面上，并包括：在所述第五侧面上并从所述第三侧面的边缘且与所述第三侧面的边缘垂直地延伸的第一段，在所述第三侧面的所述第一部分以及所述第二部分上并连接到所述第一段的第二段，在所述第六侧面上并连接到所述第二段的第三段，在所述第二侧面上并连接到所述第三段的第四段，以及在所述第六侧面上并连接到所述第四段的第五段；以及
导电片，包括在所述第一侧面上的第一导电区和在所述第五侧面上并连接到所述第一导电区的第二导电区，
其中，所述第二段是U型的，所述U型具有连接到所述第一段的一个末端以及连接到所述第三段的另一个末端。
12.根据权利要求11所述的天线套件，其中，所述导电片的第二导电区是L型的，所述L型具有连接到所述第一部分的第一臂以及从所述第一臂延伸的第二臂。
13.根据权利要求11所述的天线套件，其中，所述第二段覆盖所述支架的所述第三侧面的所有暴露的区域。
14.根据权利要求11所述的天线套件，其中，所述导电条纹的第三段是L型的，所述L型具有连接到所述第二段的一个末端以及连接到所述第四段的另一个末端。
15.根据权利要求11所述的天线套件，其中，所述第四段是U型的，所述U型具有连接到所述第三段的一个末端以及连接到所述第五段的另一个末端。
16.根据权利要求11所述的天线套件，还包括：接线条，在所述支架上并连接到所述第一段，以将所述导电条纹耦合到射频电路。
17.根据权利要求11所述的天线套件，其中，将在所述第二主表面的一部分上的所述导电材料层与所述支架分隔开。
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