CN102326296A - 紧凑型多频带天线 - Google Patents

Abstract

一种多频带天线，包括导电接地平面构件、具有馈给点的导电受驱构件和导电耦合构件，导电耦合构件位于导电受驱构件的至少一侧但不是所有侧上并耦合于导电接地平面构件和耦合于导电受驱构件，其中与导电耦合构件相关联的共振频率是独立于导电接地平面构件的大小的。

Description

紧凑型多频带天线

相关申请的引用

在此参考于2009年2月19日提交的发明名称为“紧凑型多频带天线”的美国临时专利申请61/208,104，在此引用的方式加入其公开的内容，且在此根据37CFR 1.78(a)(4)和(5)(i)要求其优先权。

技术领域

本发明总得涉及天线，尤其涉及能在多个频带中工作的紧凑型天线。

背景技术

相信以下专利文献能代表目前的现有技术：

美国专利：6,429,818、6,573,867和6,661,380；和

美国公开申请号：2008/0180333。

发明内容

本发明寻求提供一种用于无线通信设备中的改进的紧凑型多频带天线。

因此这里根据本发明的优选实施例提供一种多频带天线，包括导电接地平面构件、具有馈给点的导电受驱构件和导电耦合构件，导电耦合构件位于导电受驱构件的至少一侧但不是所有侧上并耦合于导电接地平面构件和耦合于导电受驱构件，其中与导电耦合构件相关联的共振频率是独立于导电接地平面构件的大小的。

根据本发明的优选实施例，导电受驱构件和导电耦合构件被配置成导电受驱构件在第一频带中辐射并且导电受驱构件与导电耦合构件一起在第二频带中辐射。

优选地，第一频带高于第二频带且导电受驱构件包括1/4波长的单极辐射器。

根据本发明的优选实施例，导电耦合构件被电耦合到导电接地平面构件，并且与导电耦合构件相关联的共振频率只取决于C_se和L_sh，其中C_se相应于在导电受驱构件和导电耦合构件之间的耦合电容并且L_sh相应于导电耦合构件到导电接地平面构件的分路电感。

优选地，与导电耦合构件相关联的共振频率由

给出。

根据本发明的另一个优选实施例，导电耦合构件被以电容方式耦合到导电接地平面构件并且与导电耦合构件相关联的共振频率只取决于C_se、L_sh和C_sh，其中C_se相应于在导电受驱构件和导电耦合构件之间的耦合电容，L_sh相应于导电耦合构件到导电接地平面构件的分路电感和C_sh相应于导电耦合构件到导电接地平面构件的分路电容。

优选地，与导电耦合构件相关联的共振频率由

给出，其中

$\frac{1}{C_{\mathrm{eff}}}=\frac{1}{C_{\mathrm{se}}}+\frac{1}{C_{\mathrm{sh}}}.$

根据本发明的进一步优选实施例，导电受驱构件和导电耦合构件形成在介电基板的表面上。

优选地，介电基板包括PCB的一部分。另外地或可替换地，介电基板包括从一组材料中选择的介电材料，该组材料包括塑料、玻璃和陶瓷。

优选地，导电受驱构件和导电耦合构件使用从一组技术中选择的技术来形成，该组技术包括印刷、镀敷、粘合和成型。

优选地，导电受驱构件和导电耦合构件形成在介电基板的相同表面上。可替换地，导电受驱构件和导电耦合构件形成在介电基板的相反表面上。

优选地，介电基板由无线设备外壳的一部分封闭。另外地或可替换地，导电受驱构件和导电耦合构件中的至少一个被焊接到介电基板的表面上的焊垫上。

根据本发明的另一个优选实施例，导电受驱构件和导电耦合构件中的至少一个具有平面几何形状。

可替换地，导电受驱构件和导电耦合构件中的至少一个具有三维几何形状。

优选地，导电耦合构件包括多个不同形状的部分。

根据本发明的又一个优选实施例，天线组件包括至少两个多频带天线。

优选地，天线组件另外包括至少一个位于至少两个多频带天线之间的去耦构件。

优选地，至少一个去耦构件包括连接到导电接地平面构件的金属带并且金属带弯曲以便具有三维几何形状。

附图说明

结合附图，从以下详细说明中将更完全地理解和懂得本发明，其中：

图1A为根据本发明实施例构造和操作的多频带天线的示意图；图1B为其共振结构的等效电路原理图；

图2A为根据本发明另一个实施例构造和操作的多频带天线的示意图；图2B为其共振结构的等效电路原理图；

图3A和3B分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的多频带天线的简化的前视图和后视图；

图4A、4B和4C分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的多频带天线的简化的前视图、后视图和透视图；

图5A和5B分别为图3A和3B中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图和后视图；

图6A、6B和6C分别为图4A-4C中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图、后视图和透视图；

图7A和7B分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的两个接近地隔开的多频带天线的简化的俯视图和仰视图；

图8A和8B分别为根据本发明进一步的实施例构造和操作的两个接近地隔开的多频带天线的简化的俯视图和仰视图；

图9A和9B分别为图5A和5B中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图和后视图，其由平面去耦构件分隔；

图10A、10B和10C分别为图6A、6B和6C中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图、后视图和透视图，其由三维去耦构件分隔。

具体实施方式

现在参考图1A和图1B，图1A是根据本发明实施例构造和操作的多频带天线的示意图；和图1B是其共振结构的等效电路原理图。

如图1A和1B所示，设置的天线100包括受驱导体构件102和耦合导体构件104，均优选相对接地平面构件106布置。耦合导体构件104优选通过电连接部108电连接到接地平面构件106。

受驱导体构件102、耦合导体构件104和接地平面构件106优选形成在基板110的共同表面上，其中基板110优选为平面介电基板，其包括PCB的一部分。基板110也可由除了传统用于PCB之外的多种介电材料形成，如塑料、玻璃和陶瓷。基板110可以是专用介电载体或可以由无线设备外壳的一部分包围。

受驱导体构件102和耦合导体构件104可以被直接印刷在基板110的表面或焊接到基板110表面上的专用焊垫上。可替换地，受驱导体构件102和耦合导体构件104也可通过多种其它技术应用，包括镀敷、粘合或成型。

天线100进一步包括馈给点112，其优选位于受驱导体构件102上，导体如来自无线通信设备的电缆或传输线可以耦合到馈给点。可以意识到馈给点112的位置可以基于受驱导体构件102和接地平面构件106的拓扑结构变化，以便获得最佳的天线性能。

耦合导体构件104优选与受驱导体构件102间隔开并且邻近受驱导体构件102定位。通过图1中的例子，示出了耦合导体构件104在受驱导体构件102下方并与其平行。然而，可以意识到耦合导体构件104可以定位于受驱导体构件102的任意侧，包括左、右、上、下、前或后侧。此外，受驱导体构件102和耦合导体构件104可以位于相同或不同的平面且相对彼此成任何角度，这借助于所述构件至基板110表面上的成角度的垫的连接。

在受驱导体构件102的一侧的耦合导体构件104的位置不同于使用在多频带天线中的受驱和耦合构件的典型布置，其中要求耦合构件包围受驱构件。这种需求由于设备大小的限制使得很难设计这种天线。相比之下，在受驱构件一侧的耦合构件的位置，如图1A所示，有利于天线100到无线设备的更容易的最佳装配。

受驱导体构件102优选具有预定长度，从而其作为1/4波长单极导体来操作，因而在天线100工作的高频带中有效地辐射。耦合导体构件104优选以电容方式耦合到受驱导体构件106，由此形成共振结构，其在天线10工作的低频带中有效地辐射。

与耦合导体构件104相关联的共振频率可以根据等效电路来描述，其优选包括电感器114，其具有相应于耦合导体构件104到接地平面构件106的分路电感的分路电感L_sh，和电容器116，其具有相应于在受驱导体构件102和耦合导体构件104之间的耦合电容的串联电容C_se。等效电路优选通过辐射电阻118和AC电压源120来完成。

已发现与耦合导体构件104相关联的共振频率f₀优选按照以下公式由串联电容C_se和分路电感L_sh确定：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{C_{\mathrm{se}}{L}_{\mathrm{sh}}}}---\left(1\right)$

确定共振频率的参数被很好地限定并且耦合导体构件104的共振频率因此可以容易地通过这些参数的适当调整来控制。这与可比较的传统的使用耦合和受驱构件的多频带天线不同，在传统的多频带天线中通常没有清楚地限定那些确定与耦合构件相关联的共振模式的频率的参数。因为必须使用试错法，这使得用于特定工作频率的天线设计困难且低效。

从公式(1)明显看出，共振频率f₀优选地独立于接地平面构件106的大小。当需要非常低的共振频率时这是特别有利的，因为具有适当电容和电感值的共振结构可以在这样的空间中产生，该空间大大小于必须的来满足典型的多频带天线的接地平面构件的大小的空间。

现在参考图2A和2B，图2A是根据本发明另一个实施例构造和操作的多频带天线的示意图；图2B是其共振结构的等效电路原理图。

如图2A和2B所示，提供了天线200，其包括受驱导体构件202和耦合导体构件204，每个均优选相对于接地平面构件206布置。天线200在每个方面类似于天线100，除了耦合导体构件204到接地平面构件206的耦合类型。与天线100不同，在天线100中耦合导体构件104优选地电连接到接地平面构件106，在天线200中耦合导体构件204优选地通过电容连接部208电容地连接到接地平面构件206。

天线200额外包括基板210和馈给点212，具体细节参见如上面关于天线100的相应特征所述。

与耦合导体构件204相关联的共振频率可根据等效电路来描述，优选包括电感器214，其具有相应于耦合导体构件204到接地平面构件206的分路电感L_sh，第一电容器216，其具有相应于在受驱导体构件202和耦合导体构件204之间的耦合电容的串联电容C_se，以及第二电容器218，其具有相应于耦合导体构件204到接地平面构件206的分路电容的分路电容C_sh。分路电容C_sh从耦合导体构件204和接地平面构件206之间的电容耦合产生并且因此不存在于相应于天线100的电路中，其中在耦合导体构件204和接地平面构件206之间不存在这样的电容耦合。

天线200的等效电路优选由辐射电阻220和AC电压源222来完成。

已发现与耦合导体构件204相关联的共振频率f₀优选地按照以下公式由串联电容C_se、分路电感L_sh和分路电容C_sh确定：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{C_{\mathrm{eff}}{L}_{\mathrm{sh}}}}---\left(2\right)$

其中C_eff为相应于C_se和C_sh的等效电容并由以下公式得出：

$\frac{1}{C_{\mathrm{eff}}}=\frac{1}{C_{\mathrm{se}}}+\frac{1}{C_{\mathrm{sh}}}---\left(3\right)$

天线200的所有其它特征和优点如上面关于天线100所述。

现在参考图3A和3B，它们分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的多频带天线的简化的前视图和后视图。

如图3A和3B所示，天线300包括受驱导体构件302、耦合导体构件304和接地平面构件306。受驱导体构件302和接地平面构件306中的一个接地平面构件优选形成在基板308的前表面上，如图3A所示，耦合导体构件304和另一个接地平面构件306优选形成在基板308的后表面上，如图3B所示。

天线300的其它细节和特征参见如上关于天线100的描述。

现在参考图4A、4B和4C，它们分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的多频带天线的简化的前视图、后视图和透视图。

如图4A-4C所示，天线400包括受驱导体构件402、耦合导体构件404和接地平面构件406。受驱导体构件402和接地平面构件406中的一个接地平面构件优选形成在基板408的前表面，如图4A和4C所示，并且耦合导体构件404和另一个接地平面构件406优选形成在基板408的后表面上，如图4B所示。

与天线100、200和300不同，其中耦合导体构件104、204和304具有平面几何形状，耦合导体构件404的侧臂410优选垂直于基板408的平面弯曲，因此形成延伸出基板408的平面的三维结构。

耦合导体构件404优选由压制的金属构件形成，耦合导体构件404的至少一部分在基板408上方延伸。可替换地，基于设计需要，受驱导体构件402和耦合导体构件404均可以具有三维几何形状。

可以意识到图4A-4C的实施例比图1A-3B的实施例更紧凑，因为耦合导体构件404利用了该设备的高度范围，天线400结合到该设备中。

天线400的其它细节和特征参见如上关于天线100的描述。

现在参考图5A和5B，它们分别为图3A和3B中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图和后视图。

如图5A和5B所示，天线500和502分别包括第一受驱导体构件504和第一耦合导体构件506以及第二受驱导体构件508和第二耦合导体构件510。天线500和502优选共用共同的接地平面构件512。第一和第二受驱导体构件504和508以及接地平面构件512中的一个接地平面构件优选形成在基板514的前表面上，如图5A所示，并且第一和第二耦合导体构件506和510以及另一个接地平面构件512优选形成在基板514的后表面上，如图5B所示。

可以意识到尽管图5A和5B中的实施例仅示出了两对受驱构件和耦合构件，但是包括更多数量的受驱和耦合构件的多个天线也包含在本发明的范围内。

天线500和502中每个的细节和特征参见如上关于天线300的描述。

为了改进天线的隔离和减少在天线500和502之间的耦合，可提供平面去耦构件902，如图9A和9B所示。平面去耦构件902优选由预定长度的金属带形成，其连接到基板514的后侧上的接地平面构件512，如图9B所示。可以意识到尽管图9A和9B中仅示出了一个去耦构件902，但是包含不只一个这样的去耦构件也是可能的。

现在参考图6A、6B和6C，它们分别为图4A-4C中所示类型的两个接近地隔开的多频带天线的简化的前视图、后视图和透视图。

如图6A-6C所示，天线600和602分别包括第一受驱导体构件604和第一耦合导体构件606以及第二受驱导体构件608和第二耦合导体构件610。天线600和602优选共用共同的接地平面构件612。第一和第二受驱导体构件604和608以及接地平面构件612中的一个优选形成在基板614的前表面上，如图6A和6C所示，并且第一和第二耦合导体构件606和610以及另一个接地平面构件612优选形成在基板614的后表面上，如图6B所示。

天线600和602中每个的细节和特征参见如上关于天线400和402的描述。

可以意识到尽管图6A-6C中的实施例仅示出了两对受驱构件和耦合构件，但是包括更多数量的受驱和耦合构件的多个天线也包含在本发明的范围内。

可以进一步意识到第一和第二耦合导体构件606和610的三维本质使得天线600和602比它们的平面对应部件500和502更紧凑。在给定大小的设备中，第一和第二耦合导体构件606和610的三维几何形状因此允许在天线之间更大的分隔，从而增加天线的隔离并且改进性能。

为了进一步增加天线的隔离和减少在天线600和602之间的耦合，提供了三维去耦构件1002，如图10A-10C所示。去耦构件1002优选由预定长度的金属带形成，其连接到基板614后表面上的接地平面构件612，如图10B所示。已发现三维去耦构件如去耦构件1002的存在改善天线的隔离超过6dB以上。与图9A和9B中的平面去耦构件902相比，三维去耦构件1002节省空间并提供了更大的天线设计的灵活性。

可以意识到尽管图10A-10C中仅仅示出了一个去耦构件1002，但是包含多于一个的这种去耦构件也是可能的。

现在参考图7A和7B，它们分别为根据本发明又一个实施例构造和操作的两个接近地隔开的多频带天线的简化的俯视图和仰视图。

如图7A和7B所示，天线700和702分别包括第一受驱导体构件704和第一耦合导体构件706以及第二受驱导体构件708和第二耦合导体构件710。天线700和702优选共用共同的接地平面构件712。第一和第二受驱导体构件704和708以及接地平面构件712中的一个接地平面构件优选形成在基板714的前表面上，如图7A所示，并且第一和第二耦合导体构件706和710以及另一个接地平面构件712优选形成在基板714的后表面上，如图7B所示。

特别清楚地如图7B所示，第一和第二耦合导体构件706和710中的每个具有复杂的三维几何形状，优选由互连的相互垂直的金属板构成。为了实现根据天线700和702的操作需求的达到最佳天线性能，该复杂的几何形状可以通过模拟和本领域已知的其它工具获得。

第一和第二耦合导体构件706和710中的每个优选通过连接板716连接到基板714前表面上的接地平面构件712，其中连接板716优选结合在一起以便向该三维结构提供机械稳定性。

图7A和7B中的两个天线的操作参见如上关于天线100所述。

现在参考图8A和8B，它们分别为根据本发明进一步的实施例构造和操作的两个接近地隔开的多频带天线的简化的俯视图和仰视图。

如图8A和8B所示，天线800和802分别包括第一受驱导体构件804和第一耦合导体构件806以及第二受驱导体构件808和第二耦合导体构件810。天线800和802优选共用共同的接地平面构件812。第一和第二受驱导体构件804和808以及接地平面构件812中的一个接地平面构件优选形成在基板814的前表面上，如图8A所示。

第一和第二耦合导体构件806和810优选处于矩形板的形式，沿着基板814的边缘延伸并垂直于基板814的边缘。第一和第二耦合导体构件806和810中的每个优选通过共同结构816连接到基板814的后表面上的接地平面构件812。共同结构816优选安装在具有PCB安装结构820的塑料载体818上。该设计增强了三维结构的机械稳定性。

第一和第二受驱导体构件804和808优选由传输线822馈给。可替换地，第一和第二受驱导体构件804和808可以通过电缆馈给。

图8A和8B中的两个天线的其它特征和优点参见如上关于天线600和602的描述。

本领域技术人员可以意识到本发明不局限于在权利要求中所特别要求的内容。而本发明的范围包括上述特征的各种组合和子组合以及本领域技术人员在参考附图阅读前述说明书时能想到的且在现有技术中未公开的对这些特征的修改和变化。特别地，可以意识到图1A-10C中所示的受驱和耦合构件的形状仅仅通过例子示出，并且其中受驱和耦合构件可通过各种不同的方式实施。

Claims (23)

1.一种多频带天线包括：

导电接地平面构件；

导电受驱构件，其具有馈给点；和

导电耦合构件，其位于所述导电受驱构件的至少一侧但不是所有侧上并耦合于所述导电接地平面构件和耦合于所述导电受驱构件；

其中与所述导电耦合构件相关联的共振频率独立于所述导电接地平面构件的大小。

2.如权利要求1的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件被配置成所述导电受驱构件在第一频带中辐射并且所述导电受驱构件与所述导电耦合构件一起在第二频带中辐射。

3.如权利要求2的多频带天线，其中所述第一频带高于所述第二频带。

4.如前述任一项权利要求的多频带天线，其中所述导电受驱构件包括1/4波长单极辐射器。

5.如权利要求1的多频带天线，其中所述导电耦合构件被电耦合到所述导电接地平面构件，并且与所述导电耦合构件相关联的所述共振频率只取决于C_se和L_sh，其中C_se相应于在所述导电受驱构件和所述导电耦合构件之间的耦合电容并且L_sh相应于所述导电耦合构件到所述导电接地平面构件的分路电感。

6.如权利要求5的多频带天线，其中与所述导电耦合构件相关联的所述共振频率由

给出。

7.如权利要求1的多频带天线，其中所述导电耦合构件被以电容方式耦合到所述导电接地平面构件，并且与所述导电耦合构件相关联的所述共振频率只取决于C_se、L_sh和C_sh，其中C_se相应于在所述导电受驱构件和所述导电耦合构件之间的耦合电容，L_sh相应于所述导电耦合构件到所述导电接地平面构件的分路电感和C_sh相应于所述导电耦合构件到所述导电接地平面构件的分路电容。

8.如权利要求7的多频带天线，其中与所述导电耦合构件相关联的所述共振频率由给出，其中

9.如前述任一项权利要求的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件形成在介电基板的表面上。

10.如权利要求9的多频带天线，其中所述介电基板包括PCB的一部分。

11.如权利要求9的多频带天线，其中所述介电基板包括从一组材料中选择的介电材料，该组材料包括塑料、玻璃和陶瓷。

12.如权利要求9的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件使用从一组技术中选择的技术来形成，该组技术包括印刷、镀敷、粘合和成型。

13.如权利要求9的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件形成在所述介电基板的相同表面上。

14.如权利要求9的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件形成在所述介电基板的相反表面上。

15.如权利要求9的多频带天线，其中所述介电基板由无线设备外壳的一部分封闭。

16.如权利要求9的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件中的至少一个被焊接到所述介电基板的所述表面上的焊垫上。

17.如前述任一项权利要求的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件中的至少一个具有平面几何形状。

18.如权利要求1-16的多频带天线，其中所述导电受驱构件和所述导电耦合构件中的至少一个具有三维几何形状。

19.如前述任一项权利要求的多频带天线，其中所述导电耦合构件包括多个不同形状的部分。

20.一种天线组件，包括至少两个前述任一项权利要求所述的多频带天线。

21.如权利要求20的天线组件，另外地包括至少一个位于所述至少两个多频带天线之间的去耦构件。

22.如权利要求21的天线组件，其中所述至少一个去耦构件包括连接到所述导电接地平面构件上的金属带。

23.如权利要求22的天线组件，其中所述金属带弯曲以便具有三维几何形状。

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