CN1273441A - 具有两个工作频带的天线装置 - Google Patents

Abstract

天线装置包括:辐射天线元件(101);把辐射天线元件连接到无线电设备的馈电点(304,703,804);和接地面(303,705,808)。在馈电点和接地面之间有某个显著大于1.5毫米的最短距离。天线装置具有两个不同的工作频带。该结构最好包括:把辐射天线元件连接到馈电点的导电连接元件(105,603,801);通过天线发射和接收电磁辐射的无线电设备功能元件(110,809);和在连接元件和无线电设备功能元件之间提供电连接的传输线(306,604,605)。

Description

具有两个工作频带的天线装置

本发明一般说来涉及无线电设备的天线装置，它包括：辐射天线元件或若干辐射天线元件；其固定到所述无线电设备的辅助装置；以及天线馈线，即，连接到所述无线电设备的功能部分的电连接线。准确地说，本发明涉及具有至少两个清楚地区别的工作频带。

图1a、1b和1c显示已知的具有一个工作频带的无线电设备的天线装置。所述辐射天线元件是通过其下端固定到由某种其它绝缘材料的塑料制成的座102的螺旋线101。在所述座的下端有套管103，所述天线借助套管103固定到无线电设备的外壳104上，并且，在套管103的内部有连接弹簧105，后者是天线馈线的一部分。连接弹簧105的上端电流耦合或电容耦合到螺旋线101的下端。连接弹簧105具有从一个孔伸出贴在套管103的侧壁上的弯头。所述无线电设备包括在第一表面上有馈电盘107而在第二表面上有接地面108的印刷电路板106。印刷电路板的第一表面上，在天线馈电盘107和无线电设备的功能元件、比方说双通滤波器(duplex filter)110之间有传输线109。在本说明书和权利要求书中，“传输线”指的是总的传输线的另一根导线。图1c描绘在没有天线和双通滤波器情况下的印刷电路板106，图中示出包括馈电盘107、传输线109和耦合盘111的导电图案，所述双通滤波器的天线部分连接到耦合盘111。根据图1a和1b，螺旋线101由介质盖112保护，后者还使天线具有所需要的外形。

图1d是根据图1a和1b的天线装置的电说明图，它包括天线120、无线电设备中的双通滤波器121以及它们之间的连接线，后者包括第一传输线122和第二传输线123。第一传输线122对应于把辐射天线元件的下端连接到印刷电路板上的馈电盘的连接弹簧。也可以认为它是辐射天线元件的一部分，在这种情况下，在天线120和双通滤波器121之间只有第二传输线123。因此，用虚线表示第一传输线122。

除了基于连接弹簧和印刷电路板表面上的馈电盘的馈线配置之外，还知道这样的天线装置，其中，把柔性的、导电的夹片固定在印刷电路板上，使得当把天线固定在无线电设备上时，把辐射天线元件的一定部分压在它上面。此外，还知道若干种其它辐射天线元件，例如，直导线或拉杆天线，印刷电路板表面上的直的或卷绕图案以及粗短(thick)单极天线。

图2a和2b示出上述天线装置的已知的变型，它具有两个工作频带。与图1a、1b和1c中描述的天线装置的差别在于：螺旋线201包括第一部分202和第二部分203，使得第一部分中螺旋线的各匝之间的螺距或距离显著地大于第二部分中螺旋线的各匝之间的螺距。用于工作在至少两个不同的蜂窝式无线电***的移动电话的天线装置尤其需要两个工作频带。例如，第一工作频带可以是大约900MHz，而第二工作频带可以是大约1800MHz。在每一个频带，天线必须具有足够的阻抗带宽，即，其中所述天线与无线电设备的天线部分具有良好匹配的带宽。

图2a和2b中描述的结构存在某些缺点。制造其中螺距按照规定的位置变化的螺旋线在技术上是困难的：必须精确地校准天线的尺寸，这降低了生产效率。此外，根据图2a和2b的天线装置具有比较小的阻抗带宽，这导致当无线电设备工作在其工作频带的边缘区域时丢失无线电信号。图2c描绘了测试结果，说明根据图2a和2b的天线装置的作为频率的函数的反射损耗。所述反射损耗在工作频带内必须尽可能地小。图2c表明，该天线装置具有大约900MHz的第一工作频带A-B和大约1800MHz的第二工作频带C-D。

本发明的目的是提供一种无线电设备用的天线装置，它具有至少两个工作频带，易于制造，并且在每一个工作频带具有足够的阻抗带宽。

本发明的另一个目的是：根据本发明的天线装置可以容易地适应所需要的工作频带。

通过这样设置天线馈线、使得所述接地面位于离开天线的馈电点较远的位置来实现本发明的所述目的。

根据本发明的天线装置具有以下特征：所述馈电点和接地面之间有显著大于1.5毫米的某个最小距离，从而，所述天线装置具有两个不同的工作频带。

本发明还涉及无线电设备，它具有以下特征：它包括传输线，以便在馈电点和无线电设备的功能元件之间提供电连接，所述传输线包括连续的第一部分和第二部分，使得位于第一部分中任意位置的某个参考点和第一部分与第二部分之间的界面之间的距离越长，所述参考点和所述接地面之间的所述最短距离越大；位于第二部分中任意位置的某个参考点和所述接地面之间的最短距离与所述参考点与所述界面之间的距离无关；以及所述馈电点和接地面之间有显著大于1.5毫米的某个最小距离。

本发明基于以下的观察结果：接地面和天线馈电点之间的距离影响天线的工作频带和带宽。在这种情况下，“天线馈电点”指的是把天线与无线电设备的功能元件连接起来的传输线的外端。“接地面”指的是连接到固定电位的、对天线的电操作有重大影响的比较大的导电元件。在实际实现中，馈电点和接地面通常位于同一块印刷电路板上，该印刷电路板还包括无线电设备的大部分功能元件。

在先有技术的解决方法中，馈电点和接地面之间的典型距离是1.5毫米。根据本发明，把接地面和天线馈电点之间的距离设置成显著地大于这个值，从而，即使辐射天线元件和用于具有一个工作频范围的先有技术中的相同，所述辐射天线元件也能够具有两个工作频带。导出本发明的研究还表明：对于每一个工作频带，天线馈电点和接地面之间的足够的距离还产生比较大的阻抗带宽。

下面参考作为例子提供的最佳实施例并且参考附图更详细地描述本发明，附图中：

图1a是已知的天线装置的局部纵剖面的侧视图；

图1b是图1a的天线装置的局部纵剖面的正视图；

图1c显示用于根据图1a和1b的天线装置的印刷电路板；

图1d是根据图1a和1b的天线装置的电说明图；

图2a是第二种已知的天线装置的局部纵剖面的侧视图；

图2b是图2a的天线装置的局部纵剖面的正视图；

图2c显示用于根据图2a和2b的天线装置的工作频带；

图3显示可以用于根据本发明的天线装置的印刷电路板；

图4是根据本发明的实施例的天线装置的局部纵剖面的正视图；

图5显示根据图4的天线装置的工作频带；

图6是根据本发明的天线装置的电说明图；

图7a-7e显示可供选择的印刷电路板图案；

图8显示可供选择的本发明的实施例；以及

图9示意地显示根据本发明的无线电设备。

上文关于先有技术的描述涉及图1a至2c，而下文关于本发明及其最佳实施例的描述将主要涉及图3至图9。各图中相同的元件用相同的标号表示。

图3显示印刷电路板301的一部分，在其第一表面上有用以把天线馈电点连接到无线电设备中的双通滤波器的导电图案302，而在其第二表面上(在所描绘的位置上，在该印刷电路板的背面)有导电的接地面303。可以通过光刻法或某种其它已知技术在该电路板上形成导电图案302。它包括：连接到天线的天线馈电盘304；连接到所述双通滤波器的天线部分的耦合盘305；以及所述两个部件之间的传输线306。图3中示出直的并且具有均匀宽度的传输线，但是，它可以包括弯曲和宽度变化的部分。接地面303可以位于双面印刷电路板的另一面，或者多层板中除了导电图案302所在的层之外的任何一层上。接地面不必是实心的，而例如可以是网状的。

图3示出传输线306的第一部分307和第二部分308，在第一部分307的位置上，所述印刷电路板的另一面上没有接地面，而在第二部分308的位置上，所述印刷电路板的另一面上有接地面。图3表明：传输线的第一部分307的长度、同时接地面303和天线馈电盘之间的最短距离是10毫米。导出本发明的研究表明：所述10毫米距离产生对900/1800Mhz天线装置有利的电性能，但是，本发明并不要求所述距离准确地等于10毫米。当天线装置的工作频带和带宽已知时，可以通过实验来寻找接地面和馈电盘之间的最佳距离。图3还示出无线电设备的外壳104的一部分，它由绝缘材料制成，并且可以与先有技术一致。

图4示出利用根据图3的印刷电路板的天线装置。辐射天线元件101、座102和套管103、无线电设备的外壳104以及连接弹簧105可以同用于图1a和1b中描绘的先有技术单频带天线装置中的相同。本发明不限制双通滤波器110在印刷电路板301上的定位，只要将它这样定位、使得所述双通滤波器的天线部分(未示出)可以连接到导电图案302的耦合盘上即可。例如，可以利用穿过印刷电路板的通孔，把双通滤波器的外壳以已知的方式电流耦合到无线电设备的接地面。从制造的观点出发，重要的是，所述辐射天线元件可以是沿着整个螺旋线长度方向具有均匀的螺距的传统的螺旋线。这消除了由改变螺旋线螺距引起的先有技术的典型的问题。但是，本发明不要求辐射天线元件是传统的螺旋线。

在根据图4的天线装置中，螺旋线101的长度、螺距和直径决定了天线馈电盘和接地面之间的最佳距离。由于从制造的观点出发，具有均匀螺距的螺旋线是最有利的，所以，一种设计方法可能要这样选择天线馈电盘和接地面之间的距离，使得具有均匀螺距的螺旋线同样起在两个频带(比方说，900和1800MHz)匹配的天线的作用。当选择具有均匀螺距的螺旋线作为辐射天线元件时，可以通过实验来寻找所述最佳距离。如果选择不同于具有均匀螺距的螺旋线的某种元件作为辐射天线元件，则类似地可以通过实验来寻找关于所述辐射天线元件的所述最佳距离。

图5显示描绘根据图4的天线装置的、作为频率的函数的反射损耗的测量结果。比较图5与图2c，可以看到，在两个工作频带，根据本发明的天线装置的最小反射损耗小于根据先有技术的天线装置的最小反射损耗。此外，根据本发明的天线装置的阻抗带宽大于先有技术中的阻抗带宽，尤其是在比较低的工作频带，例如，从以下的事实可以明白这一点：其中反射损耗小于-10dB的频带是比较宽的。

图6是根据图4的天线装置的电说明图。图6显示无线电设备的天线601和双通滤波器602以及它们之间的包括三根接连的传输线603、604和605的电路。传输线603对应于把辐射天线元件的低端连接到印刷电路板上的馈电盘的连接弹簧。还可以把它当作辐射天线元件的一部分，在这种情况下，天线601和双通滤波器602之间只剩下传输线604和605。因此，在图6中传输线603用虚线表示。

传输线604对应于图3中的传输线306的第一部分307，而传输线605对应于图3中的传输线306的第二部分308。这些传输线具有不同的特性阻抗，因为，在对应于所述第一部分的位置的位置上，印刷电路板的第二表面上(或者在多层板的中间层上)没有接地面，并且第二部分的总长度和接地面之间的距离不大于电路板的厚度(或者，如果所述板具有多层并且接地面在中间层上，则不大于位于接地面和用于天线馈电的导电图案之间的各层的总厚度)。在根据本发明的天线装置中，改变接地面和天线馈电点之间的距离相当于改变传输线604和605的长度，以便产生天线装置的、对上述应用来说可能是最好的电特性。应当指出，传输线604和605的最佳长度取决于所使用的辐射天线元件。导出本发明的研究表明：当辐射天线元件是具有均匀螺距的螺旋线并且正确地选择传输线604和605的长度(天线馈电盘和接地面之间的距离)时，实现了天线装置的最好的电特性。

图7a显示可供选择的印刷电路板图案，其中，导电图案701本身具有几个弯曲部分，并且最靠近天线馈电点的接地面边缘被做成曲线形的。图7b中，导电图案702本身具有几个弯曲部分，使得它交替地包含在其位置上在印刷电路板的另一个面上有接地面的部分和在其位置上在印刷电路板的另一个面上没有接地面的部分。图7c中，天线馈电盘703不位于所述电路板的角落，而是最靠近所述板的边缘，使得可以把最靠近天线馈电点的接地面边缘做成例如半圆形或矩形。图7d中，导电图案704和接地面705位于印刷电路板的同一个面上，从而，导电图案的周围没有接地面围绕的部分对应于图6中的传输线604，而导电图案的周围有接地面围绕的部分对应于传输线605。图7e中，导电图案和接地面位于印刷电路板的同一个面上，并且导电图案706包括三个部分，其最靠近天线馈电盘的部分完全不被接地面围绕，第二部分以其边缘之一靠近所述接地面，而最后一部分被接地面所包围。此外，可以公开本发明的以下的实施例，其中，天线馈电点和双通滤波器中的天线端口耦合盘之间的传输线在一个位置穿过部分穿通印刷电路板的通孔，或者穿过多个穿通印刷电路板的通孔，这些通孔中的某些通过可以是多层板的不同层之间的局部的穿孔。

图8示出本发明的实施例，其中天线的结构稍微不同于以上描述的结构。辐射天线元件101的下端电流耦合或电容耦合到导电的***物801，后者和绝缘座802一起构成用来把天线固定到无线电设备的装置。无线电设备中的印刷电路板803具有由传输线806互连的第一连接盘804和第二连接盘805。固定到第一连接盘的有夹片807，当把所述天线安装到无线电设备上时，夹片807按压***物801的边缘。在印刷电路板803的另一个面上有接地面808，后者这样成形，使得可以这样选择第连接盘804和接地面之间的最短距离，以便当辐射天线元件是具有均匀螺距的螺旋线时，所述天线装置工作在所需要的两个工作频带。在这种情况下，例如，所述距离可以是大约10毫米。双通滤波器809的天线端口连接到第二连接盘805。

以上描述了根据本发明的一种天线装置，其中，辐射元件通过传输线连接到双通滤波器。但是，根据无线电设备的结构和预期的用途，连接到天线的功能元件可以不是双通滤波器，而是比方说某种其它滤波器或放大器。就本发明而论，天线连接到无线电设备的什么功能元件是无关紧要的。就本发明而论，使用什么类型的辐射天线元件也没有关系：代替或者除了螺旋线之外，辐射天线元件可以包括在印刷电路板或某些其它机械支承绝缘材料上形成的图案、由刚性的本身可以保持直立导体制成的鞭状元件、或者本来就已知的其它辐射天线元件结构。此外，就本发明而论，为天线装置选择什么工作频带并不重要；但是，本发明最好用于其中工作频带相差几百兆赫兹的情况下。

图9举例说明根据本发明的无线电设备。作为例子，可以假定根据图9的无线电设备是蜂窝式无线电网络的移动终端，可用于同一个蜂窝式无线电***的两个不同的频带，或者各***具有不同的工作频带时作为两个不同的蜂窝式无线电***的移动终端。例如，所述移动终端可以起移动电话、数据终端设备和传呼设备的作用。

滤波块902连接到天线901，滤波块902以这样的方式把不同工作频率的信号传送到第一射频块903，即，所述滤波块沿着下行链路方向传送第一频带的接收频率信号，并且沿着上行链路方向传送第一频带的发射频率信号。相反，所述滤波块沿着下行链路方向把第二频带的接收频率信号传送到第二射频块904，并且沿着上行链路方向把第一频带的发射频率信号传送到第二射频块904。所述各射频块连接到公共基带和控制块905，后者根据不同的工作方式进一步连接到应用块906、907和908。此外，在块905和射频块903、904之间存在控制连接。

根据本发明，以上述方式布置天线901和滤波块902之间的连接：无线电设备的接地面910和馈电点之间的距离显著地大于1.5毫米。这样，实现了关于无线电设备的工作的若干优点。对滤波块902的频率响应特性的要求不必像根据先有技术的解决方法中那样严格，因为，作为其固有元件的天线装置的损耗降低了，尤其在工作频带的边缘区域。此外，与通常在先有技术解决方法中的情况不同，不对射频块903和904提出关于增益和线性的不利的高适应性要求，在先有技术解决方法中，由天线装置引起的损耗的量在很大程度上随着所使用的频率在工作频带中的位置而变化。

Claims (9)

1.一种天线装置，它包括：

-辐射天线元件(101)；

-馈电点(304，703，804)，用来把所述辐射天线元件连接到无线电设备；以及

-接地面(303，705，808)；

其特征在于：

所述馈电点和接地面之间有某个最短距离，它显著地大于1.5毫米，从而，所述天线装置具有两个不同的工作频带。

2.根据权利要求1的天线装置，其特征在于：所述馈电点和接地面之间的所述最短距离是大约10毫米。

3.根据权利要求1的天线装置，其特征在于它包括：

-导电连接元件(105，603，801)，用来把所述辐射天线元件连接到所述馈电点；

-无线电设备的功能元件(110，809)，用来通过天线发射和接收电磁辐射；以及

-传输线(306，604，605)，用来在所述连接元件和所述无线电设备的所述功能元件之间提供电连接，从而，所述传输线接连地包括第一部分(307，604)和第二部分(308，605)，使得所述第一部分中的给定的参考点和所述第一部分与第二部分之间的界面之间的距离越长，所述参考点和所述接地面之间的所述最短距离越大；以及所述第二部分中的给定的参考点和所述接地面之间的最短距离与所述参考点与所述界面之间的距离无关。

4.根据权利要求3的天线装置，其特征在于它包括印刷电路板(301，803)，后者具有第一平面和第二平面，使得：

-所述接地面(303，803)位于所述印刷电路板的所述第一平面；

-所述传输线(306)位于所述印刷电路板的所述第二平面；以及

-所述传输线的所述第二部分以这样的方式位于所述第二平面上，使得所述印刷电路板的所述第一平面的对应位置被所述接地面所覆盖。

5.根据权利要求3的天线装置，其特征在于它包括具有第一平面的印刷电路板，从而，所述接地面(705)和传输线位于所述印刷电路板的所述第一平面上，并且，所述接地面包围所述传输线的所述第二部分，或者所述接地面将所述第二部分镶边。

6.根据权利要求3的天线装置，其特征在于：所述传输线的所述第一部分位于所述连接元件和所述界面之间，并且，所述传输线的所述第二部分位于所述界面和所述无线电设备的所述功能元件之间。

7.根据权利要求3的天线装置，其特征在于：所述传输线还包括其它部分，从而，所述传输线的所述第一部分位于所述连接元件和所述界面之间，并且，所述传输线的所述第二部分位于所述界面和所述传输线的某其它部分之间。

8.根据权利要求1的天线装置，其特征在于：所述辐射天线元件(101)是具有均匀螺距的螺旋线。

9.一种无线电设备，它具有两个工作频带并且包括：

-辐射天线元件(901)；

-馈电点(911)，用来把所述辐射天线元件连接到所述无线电设备；

-接地面(910)；以及

-功能元件(902)，它电连接到所述接地面，用来通过天线发射和接收电磁辐射；

其特征在于它包括用来在所述馈电点和所述无线电设备的所述功能元件之间提供电连接的传输线，从而，

所述传输线接连地包括第一部分和第二部分，使得所述第一部分中的给定的参考点和所述第一部分与第二部分之间的界面之间的距离越长，所述参考点和所述接地面之间的所述最短距离越大；

所述第二部分中的给定的参考点和所述接地面之间的所述最短距离与所述参考点与所述界面之间的距离无关；以及

所述馈电点和接地面之间有显著大于1.5毫米的某个最小距离。

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