CN1485950A - 天线单元和包括天线单元的通信设备 - Google Patents

Abstract

一种包括天线体和衬底的天线单元，天线体带有馈电辐射电极和非馈电辐射电极，它们产生双谐振态并被装配在电介质衬底上，衬底用于在其上装配天线体。地电极部署在衬底上除衬底上的无地电极部分之外的预定区域内。无地电极部分从至少一部分天线体装配区域延伸出来，以便延伸出并离开天线体装配区域。馈电辐射电极和非馈电辐射电极的接地端通过部署在无地电极部分的预定部分上的接地线而与地电极相连，该预定部分位于天线体装配区域之外。

Description

天线单元和包括天线单元的通信设备

(1)技术领域

本发明涉及能用于通信终端或其它适当设备的天线单元，并且还涉及包括这种天线单元的通信设备。

(2)背景技术

图12是通信设备内提供的天线20的图解透视图。该天线20具有电介质衬底21、装配在电介质衬底21上的馈电辐射电极22和非馈电辐射电极23、位于电介质衬底21的预定侧表面上并把信号馈电馈电辐射电极22的馈电电极(未示出)、以及部署在电介质衬底21的全部下表面上的天线接地端极(未示出)。

馈电辐射电极22具有两端。两端之一是接地端22a，另一端是馈电端，从馈电电极发射的信号被馈送于此。非馈电辐射电极23具有两端。两端之一是接地端23a，另一端是开路端。

该天线20是表面装配在通信设备的电路衬底25的地电极26上。随后，馈电电极与电路衬底25的信号馈电器相连。接地端22a和23a直接与地电极26相连。

这样，例如，当信号馈电器27把用于通信的信号发射到天线20的馈电电极时，馈电电极把该信号发射到馈电辐射电极22。信号进一步从馈电辐射电极22被发射到非馈电辐射电极23，这通过其中的电磁耦合完成，借此馈电辐射电极22和非馈电辐射电极23谐振并执行天线操作。

在以适当方式调节诸如馈电辐射电极22和非馈电辐射电极23的电长度及其间的距离等各种条件时，馈电辐射电极22和非馈电辐射电极23会产生双谐振态。这种双谐振态增加了天线20的特性。

最近，需要小且低截面的天线。然而，当使电介质衬底21变小且低截面时，馈电辐射电极22和非馈电辐射电极的效率降低。这样，减少了天线20的特性。

(3)发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了能不降低其中天线效率的小型化且低截面的天线单元，以及包括这种天线单元的通信设备。

根据本发明的优选实施例，用于发射并接收预定无线电波的天线单元包括天线体，它具有电介质衬底以及带有第一开路端和第一接地端的馈电辐射电极。馈电辐射电极装配在电介质衬底上。天线体还有带有第二开路端和第二接地端的非馈电辐射电极。非馈电辐射电极在馈电辐射电极附近并且装配在电介质衬底上。天线单元还包括用于在其上装配天线体的衬底。衬底具有其上的地电极；为了从天线体装配区域延伸出来而从至少一部分天线体装配区域延伸的无地电极部分；部署在无地电极部分的预定区域上的至少一根接地线。预定区域在天线体装配区域外。从信号馈电器发射的信号馈入馈电辐射电极。此外，第一和第二接地端中的至少一个通过接地线与地电极相连。

按照本发明的优选实施例，馈电辐射电极和非馈电辐射电极的接地端中至少一个通过部署在无地电极部分的预定区域上的接地线而与地电极相连，该预定区域位于衬底地电极上的天线体装配区域之外。接地线可以执行与馈电辐射电极和非馈电辐射电极有关的天线操作，这意味着天线部署在天线体之外。因此，可以增加天线体的有效尺寸而无须增加其中的实际尺寸和天线效率。

而且，至少一部分天线体装配区域充当无地电极部分，这也提高了天线效率。因此，本发明的优选实施例能提供小且低截面的天线体而不降低天线效率。

而且，当接地线在预定区域内跨过馈电辐射电极和非馈电辐射电极的电流通过方向而延伸时，便于独立地控制电流通过方向上的极化波以及接地线延伸方向上的极化波。因此，天线单元可以使用受到馈电辐射电极和非馈电辐射电极的电流通过方向上的极化波影响的频带、以及受到接地线延伸方向上的极化波影响的频带，借此能独立地调节不同频带内的谐振频率。由于能容易地调节天线单元的谐振频率，因此可能无延时地应付设计修改或其它变化。

第一和第二接地端部署在电介质衬底的一侧表面上以便在预定距离上彼此相邻，或者分别在电介质衬底的不同侧表面上。而且，第一和第二接地端都通过接地线分别与地电极相连，接地线从第一和第二接地端延伸以便彼此间隔，并且与地电极相连。按照上述配置，接地线延伸方向上的极化波强度增加。因此，可以减少馈电辐射电极和非馈电辐射电极的电流通过方向上极化波的相互作用。随后，更加便于分别调节天线单元不同频带的谐振频率。

无地电极部分是从天线体装配区域延伸到衬底边缘部分的区域，且接地线侧边缘的至少一部分部署在衬底边缘部分上。按照上述配置，可以使用较不适用于其中的装配部分并且很可能被浪费的边缘部分。因此，可以产生天线单元而无须减少用于在其上形成元件和轨迹图案的衬底的大多数有效区域。

由于天线单元小型化并且低截面，因此包括天线单元的通信设备得以小型化。而且，由于天线效率增加，因此通信设备的可靠性增加。

通过下面参考附图的优选实施例的详细描述，本发明的其它特征、元件、特性和优点将变得更为明显。

(4)附图说明

图1A是按照本发明第一和第二优选实施例的天线单元的透视图；

图1B是按照本发明第一和第二优选实施例的天线单元的部件透视图；

图2是图1A和1B中所示天线单元的透视图，该透视图示出天线单元的后部；

图3是定义图1A和1B中所示天线单元的天线体的展开图；

图4示出天线单元和已知天线的频率特性，以及天线单元和已知天线的示例回波损耗的比较；

图5示出天线单元和已知天线的频率特性，以及天线单元的水平极化波和垂直极化波的最大增益比较，以及已知天线的水平极化波和垂直极化波的最大增益比较；

图6A示出本发明第一和第二优选实施例的天线单元的效果；

图6B示出本发明第一和第二优选实施例的天线单元的另一效果；

图7A示出本发明另一优选实施例；

图7B示出本发明另一优选实施例；

图8示出其上装配了天线体的示例位置；

图9示出形状与本发明第一和第二优选实施例情况下不同的接地线；

图10示出包括直接馈电的辐射电极的示例天线单元；

图11示出形状与本发明第一和第二优选实施例情况下不同的电介质衬底；以及

图12示出示例已知天线。

(5)具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的优选实施例。

图1A是按照本发明第一优选实施例的天线单元1的透视图。图1B是天线单元1的图解部件图。图2示出图1A和1B所示天线单元1的后部。

天线单元1包括芯片形天线体2和用于在其上装配天线体2的电路衬底3。图3是天线体2的展开图。

天线体2包括电介质衬底4和部署在电介质衬底4上的馈电辐射电极5、非馈电辐射电极6、馈电电极7和地电极8。特别是，布置馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6，使它们在电介质衬底4上表面上的预定距离上彼此相邻。馈电辐射电极5具有端点5a，非馈电辐射电极6具有端点6a。这些端点5a和6a从上表面4a通过侧表面4b延伸到下表面4d并且充当接地端。馈电辐射电极5的另一端是开路端5b，馈电辐射电极6的另一端是开路端6b。开路端5b充当馈电端。

馈电电极7部署在电介质衬底4的侧表面4c上以便在预定距离上与馈电端5b相对。馈电电极7的外部连接端延伸到下表面4d。接地端8被布置在下表面4d上的未放置接地端5a和6a以及馈电电极7的外部连接端的区域内。

尽管地电极10不覆盖电路衬底3的整个表面，然而它被布置在电路衬底3上。即，电路衬底3上提供了其中不放置地电极10的部分(下文中称为无地电极部分11)。这个无地电极部分11从用于在其上装配天线体2的区域A的预定部分(下文中称为天线体装配区域A)延伸到电路衬底3的边缘部分。

在该优选实施例中，无地电极部分11上部署了用于分别把接地端5a和6a连接至地电极10的接地线13和14。

而且，如图2所示，电路衬底3上提供了无地电极部分15，无地电极部分15上部署了馈电着陆迹线16。该馈电着陆迹线16与信号馈电器17相连。

在该天线单元1中，馈电电极7的外部连接端与馈电着陆迹线16相连，接地端5a与馈电侧的接地线13相连。而且，接地端6a与非馈电侧的接地线14相连。这样，在电路衬底3上装配了天线体2。

在该天线单元1中，例如，当用于通信的信号从信号馈电器17被发射到馈电电极7时，该信号从馈电电极7通过电容被发射到馈电辐射电极5。而且，信号从馈电辐射电极5被发射到非馈电辐射电极6，这通过其中的电磁耦合完成，借此馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6谐振并执行天线操作。而且，在该优选实施例中，馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6会产生双谐振态。因此，天线单元1具有图4所示的频率特性，它示出由实线A表示的回波损耗，并且能执行两个不同频带内的无线电波通信。

在该优选实施例中，接地端5a和6a分别通过接地线13和14而与地电极10相连。因此，馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6谐振产生的电流通过接地线13和14，且接地线13和14与馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6合作执行天线操作。

在该优选实施例中，接地线13和14分别从接地端5a和6a延伸出来，并且通过无地电极部分11的预定区域而与地电极10相连，该预定区域位于天线体装配区域之外。即，另一天线部署在天线体装配区域A之外的区域，借此增加了天线体2的有效尺寸。因此，天线单元1的效率比已知天线单元的效率高，后者中接地端5a和6a直接与地电极10相连。

而且，在该优选实施例中，接地线13和14分别从接地端5a和6a中延伸出来，以便在方向β上彼此间隔，方向β垂直于馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6的谐振所产生的电流的通过方向α。然后，接地线13和14与地电极10相连，无地电极部分11从天线体装配区域A延伸到电路衬底3的边缘部分，而接地线13和接地线14的侧边缘的部分部署在电路衬底3的边缘部分上。

按照上述配置，天线单元1具有用于通信的两个不同频带H和L。频带H的频率高于另一频带的频率，它受到α方向上极化波(下文中称为水平极化波)的影响。频带L的频率低于另一频带的频率，它受到β方向上极化波的影响(下文中称为垂直极化波)。

特别是，如图6A所示，在频带H内，具有最强磁场的部分M存在于接地线13上，具有最强电场的部分E存在于馈电端5b上。因此，与最强电场部分E和最强磁场部分M耦合的水平极化波的强度变高。如图6B所示，在频带L内，即使最强磁场部分M的位置与在频带H的情况下的位置相同，最强电场部分E也存在于开路端6b上。在这种情况下，接地线13和14的电流是同相的。而且，由接地线13产生的电场强度和由接地线14产生的电场强度相互影响并且变高。因此，垂直极化波的强度变高。

上述配置已经由发明者进行的实验所确认。实验结果如图5所示。这张图表示出天线单元1和已知天线的频率特性(其中对应于馈电辐射电极5的馈电辐射电极22和对应于非馈电辐射电极6的非馈电辐射电极23的接地端直接与电路衬底25上的地电极26相连，地电极26对应于地电极10)。在该图中，实线P_H表示天线单元1的水平极化波的最大增益，点划线P_L表示天线单元1的垂直极化波的最大增益。而且，点双划线Q_H表示已知天线的水平极化波的最大增益，虚线Q_L表示垂直极化波的最大增益。

如上所示，如点双划线Q_H和虚线Q_L所示，过去，水平极化波的最大增益和垂直极化波的最大增益彼此相似。然而，按照第一优选实施例的配置，水平极化波的趋势和垂直极化波的趋势渐渐不同。特别是，如实线P_H所示，水平极化波在较高频带H内比在频带L内变大，如点划线P_L所示，垂直极化波在频带L内变大。

水平极化波和垂直极化波近乎彼此垂直并且抵抗互相影响。因此，第一优选实施例的天线单元1能独立地调节频带H和频带L内的谐振频率。而且，便于独立地控制频带H和频带L内天线体2和电路衬底3之间的匹配。因此，天线体2和电路衬底3之间的匹配质量比带有由图4虚线B所示回波损耗的已知天线情况下要高。图4的实线A按照频率特性示出天线单元2的回波损耗。即，天线效率增加了。

而且，按照第一优选实施例，电路衬底3上天线体装配区域A的部分充当无地电极部分11，这也增加了天线效率。

如上所述，天线体2装配在地电极10和无地电极部分11上，它们部署在电路衬底3上。接地端5a和6a通过部署在无地电极部分11内预定区域上的接地线13和14而与地电极10相连，该预定区域位于天线体装配区域A之外。因此，如表1所示，天线效率比在已知天线的情况下更高。即，便于形成小型化且低截面的天线体2，而无须降低天线效率。

               表1

频率(MHz)	天线效率[dBd]
			已知示例	实施例
	1950	-7.0			-2.3
2110			-1.5	-0.7

现在将描述本发明的第二优选实施例。该优选实施例涉及包括本发明第一优选实施例的天线单元1的通信设备。由于已经在第一优选实施例中描述了天线单元1的配置，因此下面不再描述。而且将不描述通信设备的配置，这是因为天线单元1可以使用许多类型的通信设备。

通过使用第一优选实施例的天线单元1，该通信装置1得以小型化并且具有适当的天线效率。

本发明不限于第一和第二优选实施例，而可以用各种形式来实现。例如，在上述优选实施例中，接地端5a和6a分别通过接地线13和14而与地电极10相连。然而，接地端5a和6a中仅有一个可能通过接地线13和14之一而与地电极10相连，另一个可能直接与地电极10相连。在这种情况下，通过或使用接地线13或使用接地线14，天线效率也比使用已知天线的情况下要高。

而且，按照上述优选实施例，天线体2装配在电路衬底3的一角上。然而，天线体2的装配位置不限于上述优选实施例。即，如图8所示，天线体2可以装配在电路衬底3上的预定位置处，譬如其上边缘部分的中部、其上的中部等等，考虑到了电路衬底3用于装配电路元件和其上迹线的预定位置。而且，可以安排使得接地线13和14中至少一根的长度足够用于增加天线效率，且天线体装配区域A外无地电极部分11的预定区域具有一个区域，其上可以装配接地线13和14中的至少一根。因此，例如，当天线体2装配在电路衬底3的中部时，无地电极部分11可能不从天线体装配区域A延伸到电路衬底3的边缘部分。在这种情况下，接地线13和14中至少一根的侧边缘未被部署在电路衬底3的边缘部分上。

按照上述优选实施例，接地线13和14排成一直线。然而，如图9所示，接地线13和14中至少一根具有曲折的配置。在这种情况下，接地线13和14中至少一根的电感增加，借此可以减少其上装配接地线13和14中至少一根的区域。因此，可以减少天线体装配区域A外部无地电极部分11的区域。

在上述优选实施例中，馈电辐射电极5最好是电容性馈电的辐射电极。即，信号从馈电电极7被发射到馈电辐射电极5，这通过其间的电容完成。然而，馈电辐射电极5可以是直接从信号馈电器接收信号的直接馈电的辐射电极。在这种情况下，从信号馈电器17发出的信号通过与接地线13相连的馈电电极18被直接发射至馈电辐射电极5，如图10所示。

在上述优选实施例中，电介质衬底4最好大致为矩形。然而，如图11所示，馈电辐射电极5最好具有一个曲面。在这种情况下，电介质衬底4最好由包括树脂和陶瓷的材料形成，并且由***铸模方法或外插铸模方法进行铸模。这样，可以容易地形成带有曲面的电介质衬底4。

在上述优选实施例中，地电极8部署在电介质衬底4下表面4d的预定部分上。然而，可以不形成地电极8。而且，在上述优选实施例中，电路衬底3上的天线体装配区域A的部分充当无地电极部分11。然而，天线体装配区域A的整个区域可以充当无地电极部分11。

在上述优选实施例中，1.9GHz频带和2.1GHz频带作为天线单元1的通信频带被示出。然而，按照馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6的设计，可以为天线单元1使用其它通信频带。而且，馈电辐射电极5和非馈电辐射电极6的形状可以改变，而不限于上述优选实施例。

在上述优选实施例中，接地线13和14沿着几乎与方向α垂直的方向β从接地端5a和6a中延伸出来，并且与地电极10相连。然而，只要接地线13和14的延伸方向跨过方向α，它也可以不与方向垂直α。

而且，在上述优选实施例中，接地端5a和6a部署在电介质衬底4的同一侧表面上。然而，接地端5a和6a可以分别部署在电介质衬底4的不同侧表面上，譬如彼此相邻的侧表面。

可以理解，上述描述仅仅说明了本发明。本领域的技术人员可以设计出各种替代和修改，而无须背离本发明。因此，本发明针对包含所有这样的替代、修改和变体，它们都在所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于发射和接收预定无线电波的天线单元，其特征在于包括：

带有电介质衬底的天线体，带有第一开路端和第一接地端的馈电辐射电极，以及带有第二开路端和第二接地端的非馈电辐射电极，该非馈电辐射电极在馈电辐射电极附近并且装配在电介质衬底上；以及

其上装配了天线体的衬底，该衬底上有地电极；为了延伸出并离开天线体装配区域而从至少一部分天线体装配区域延伸出来的无地电极部分；以及部署在无地电极部分的预定区域上的至少一根接地线，该预定区域位于天线体装配区域之外；

其中从信号馈电器发射的信号馈入馈电辐射电极，第一接地端和第二接地端中至少一个通过接地线与地电极相连。

2.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一和第二接地端分别通过接地线与地电极相连，接地线从第一和第二接地端延伸出来，以便彼此间隔并且与地电极相连。

3.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一和第二接地端部署在电介质衬底的侧表面上以便在预定距离上彼此相邻，或者分别部署在电介质衬底的不同侧表面上。

4.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述无地电极部分是从天线体装配区域延伸到衬底边缘部分的区域，且接地线侧边缘的至少一部分部署在衬底的边缘部分上。

5.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述接地线具有曲折配置。

6.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于还包括馈电电极，它与信号馈电器相连并被提供在与馈电辐射电极相连的接地线上，其中从信号馈电器发射的信号通过馈电电极直接馈入馈电辐射电极。

7.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于还包括与信号馈电器相连的馈电电极，其中馈电辐射电极被安排在从馈电电极开始的预定距离上，并被馈入一个用电容耦合由信号馈电器通过馈电电极发射的信号。

8.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线体具有芯片形配置。

9.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述馈电着陆迹线部署在无地电极部分上，且馈电着陆迹线与信号馈电器相连。

10.如权利要求9所述的天线单元，其特征在于，馈电电极的外部连接端与所述馈电着陆迹线相连，接地端与馈电侧的接地线相连。

11.如权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述接地端与非馈电侧的接地线相连。

12.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，信号从馈电辐射电极被发射到非馈电辐射电极，这通过其间的电磁耦合完成，使得馈电辐射电极和非馈电辐射电极谐振并执行天线操作。

13.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述馈电辐射电极和非馈电辐射电极用于产生双谐振态。

14.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述接地线分别从接地端延伸出来，并且通过无地电极部分的预定区域与地电极相连，该预定区域位于天线体装配区域之外。

15.如权利要求14所述的天线单元，其特征在于，所述接地线分别从接地端延伸出来，以便在方向β上彼此间隔，方向β与从馈电辐射电极和非馈电辐射电极谐振所产生的电流的通过方向α大致垂直。

16.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述无地电极部分从天线体装配区域延伸到电路衬底的边缘部分。

17.如权利要求14所述的天线单元，其特征在于，每一根接地线的一部分侧边缘部署在电路衬底的边缘部分上。

18.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元包括两个不同频带。

19.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述电路衬底上的一部分天线体装配区域定义了无地电极部分。

20.一种包括如权利要求1所述的天线单元的通信设备。

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