CN1682454A - 双接地内置天线 - Google Patents

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CN1682454A CN03821422.9A CN03821422A CN1682454A CN 1682454 A CN1682454 A CN 1682454A CN 03821422 A CN03821422 A CN 03821422A CN 1682454 A CN1682454 A CN 1682454A
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周光平
奇丹巴拉姆·尚卡尔
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Abstract

本发明公开一种双接地内置天线(110)。该双接地内置天线(110)包括第一地平面(310)、第二地平面(320)和辐射元件(330)。第二地平面(320)可通过第一连接(342)操作地连接到第一地平面(310)。辐射元件(330)可通过第二连接(344)操作地连接到第一地平面(310)。而且，辐射元件(330)可通过第三连接(346)操作地连接到第二地平面(320)。

Description

双接地内置天线
技术领域
本公开涉及无线通信***，更具体涉及双接地内置天线。
背景技术
传统无线设备，诸如蜂窝电话，使用从蜂窝电话顶部延伸出来的鞭状或螺旋状天线。如果对蜂窝电话误操作，例如如果电话掉在地上，鞭状和螺旋状天线很容易被折断。因此，内置天线，诸如平面反向F天线(PIFA)、双L天线和微带天线，可以被放置在蜂窝电话内。此外，无线设备使用时通常都是非常靠近人体的。典型地，用手持蜂窝电话，然后贴近使用者的耳朵。但是，这可能会造成蜂窝电话性能的潜在恶化。也就是说，发射的信号可能会丢失，天线响应进入的信号的效率可能会变低。
通过使用诸如地平面的导体表面来分离辐射元件和使用者的身体，可能会减轻使用者吸收而带来的低效率。尽管单地PIFA通常用于毫米波应用，它还可用作蜂窝电话的内置天线，用来降低存在人体情况下的性能恶化。具体地说，PIFA可包括地平面，用于调谐频率和带宽。但是，PIFA的频率和带宽可能会有折中，因为地平面可能在一个时间里仅调谐频率或带宽。尽管可能增加带宽，但是可能需要增加内置天线的尺寸(例如厚度)才能增加带宽，这就又会增加蜂窝电话的尺寸。由于蜂窝电话固有的小尺寸，PIFA的带宽可能会较窄，而这又导致糟糕的辐射性能。因此，需要改进对天线频率和带宽的控制，同时不会影响天线尺寸。
附图说明
本公开将描述几个实施例来说明其宽泛的教导。引用如下的附图：
图1是表示无线通信***的框图。
图2是表示移动站的框图。
图3和4是表示双接地内置天线的示意图。
图5是说明用于提供双接地内置天线的方法的流程图。
具体实施方式
在此公开一种双接地内置天线和一种用于提供双接地内置天线的方法。双接地内置天线可以集成到无线设备中，无线设备诸如，但不限于，蜂窝电话、个人数字助理(PDA)和寻呼机。具体地说，天线可包括第一地平面、第二地平面和辐射元件。第一和第二地平面中的每个可以是导体材料，诸如，但不限于，铜。第二地平面可以通过第一连接操作地连接到第一地平面。第一连接可以是多个带宽调谐插脚(pin)中的一个。辐射元件可以通过第二连接操作地连接到第一地平面。而且，辐射元件可以通过第三连接操作地连接到第二地平面。辐射元件可以是金属材料。第二连接可以是馈电(feeding)插脚，第三连接可以是频率调谐插脚。
尽管这里公开的实施例具体地适用于蜂窝电话，本领域普通技术人员将易于认识到，这里的教导并不想限于蜂窝电话。相反地，本领域普通技术人员将易于认识到，该教导能够用于可发射或接收信号的其他无线设备，诸如个人数字助理(PDA)和寻呼机。
无线通信***是***和元件的复合网络。典型的***和元件包括(1)到移动站(例如用于接入无线通信***的蜂窝电话或用户设备)的无线链路，其通常由至少一个基站、典型的是几个基站来提供，(2)基站之间的通信链路，(3)控制器，典型是一个或多个基站控制器或中央基站控制器(BSC/CBSC)，用以控制基站之间的通信并管理基站的操作和交互，(4)交换***，典型包括移动交换中心(MSC)，用以进行***内的呼叫处理，和(5)到陆线(即公共交换电话网(PSTN)或综合业务数字网(ISDN))的链路。
基站子***(BSS)或无线接入网(RAN)通常包括一个或多个基站控制器和多个基站，其提供所有的有关无线的功能。基站控制器提供所有控制功能以及交换***与基站之间的物理链路。基站控制器还是高容量交换机，提供诸如切换、小区配置和控制基站中射频(RF)功率级的功能。
基站控制到移动站的无线接口。基站包括服务***中每个通信小区所需的无线设备(收发机、天线、放大器等等)。基站的群组受到基站控制器的控制。因此，基站控制器与基站联合操作，作为基站子***的一部分，向移动站提供实时语音、数据和多媒体服务(例如呼叫)。
根据几个优选实施例、尤其是根据遵照几个标准中至少一个来工作的无线通信***来描述遵照本发明的通信***。这些标准包括模拟、数字或双模通信***协议，诸如，但不限于，高级移动电话***(AMPS)、窄带高级移动电话***(NAMPS)、全球移动通信***(GSM)、IS-55时分多址(TDMA)数字蜂窝***、IS-95码分多址(CDMA)数字蜂窝***、CDMA 2000、个人通信***(PCS)、3G、通用移动电信***(UMTS)和这些协议的各种变型和演化。参看图1，无线通信***100包括通信网络110以及多个基站控制器(BSC)，通常示为120和122，用于服务总服务区130。对于这样的***已知的是，每个BSC 120和122关联于多个基站(BS)，这些基站通常示为140、142、144和146，用于服务总服务区130内通常示为150、152、154和156的通信小区。规定BSC 120和122以及基站140、142、144和146遵照适用的一个或多个标准来工作，用以向工作在通信小区150、152、154和156中的通常示为160、162、164和166的移动站(MS)提供无线通信服务，并且这些组件中的每个都可从伊利诺斯州绍姆堡的摩托罗拉公司那里买到。
每个移动站可包括双接地内置天线来提高其发射信号和/或接收信号的能力。参看图2，示出了适于包括双接地内置天线的移动站(图1中示为160的那个)。移动站160通常包括控制器210和内置天线220。控制器210包括处理器250和存储器260。处理器250操作连接到存储器260，存储器260储存用于处理器250的程序或操作指令集。处理器250执行程序或操作指令集，以使移动站160如这里所述地工作。程序或操作指令集可内嵌到计算机可读介质中，计算机可读介质诸如，但不限于，纸张、可编程门阵列、专用集成电路(ASIC)、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁介质和光介质。控制器210可操作连接到内置天线220。内置天线220可置于印刷电路板(PCB)上。例如，内置天线220可由移动站160的制造商集成到移动站160中。另外，内置天线220可以是由使用者集成到移动站160中的附加组件。
内置天线220通常包括第一地平面310、第二地平面320、辐射元件330和多个短插脚340，如图3所示。第一和第二地平面310、320可以是导电材料，诸如，但不限于，铜。第一地平面310的长度(L1)可以比第二地平面(320)的长度(L2)短，即，L1＜L2。辐射元件330可以是，但不限于，金属材料。多个连接340通常包括第一插脚342、第二插脚344和第三插脚346。第一地平面310可通过第一插脚342操作连接到第二地平面320。第一插脚342可以是，但不限于，多个带宽调谐插脚中的一个。此外，第一地平面310可通过第二插脚344操作连接到辐射元件330。第二插脚344可以是，但不限于，本领域普通技术人员易于认识到的馈电插脚。也就是说，第二插脚344可以耦合能量进和/或出辐射元件330。此外，第二地平面320和辐射元件330可以通过第三插脚346而操作连接在一起。第三插脚346可以是，但不限于，频率调谐地插脚，用以变化辐射元件330的谐振。辐射元件330可放置在第一和第二地平面310、320之上。辐射元件330还可以平行于第一和第二地平面310、320。
内置天线220的性能取决于第一地平面310、第二地平面320和辐射元件330之间的电磁耦合。第一地平面310、第二地平面320和辐射元件330的适当安排能够改善内置天线220的带宽和增益。参看图4，第一地平面310可包括***桥350，即第一地平面310的一部分放置在第二地平面320和辐射元件330的中间(即，夹在第二地平面320和辐射元件330之间)。***桥350的区域作为第二地平面320和辐射元件330之间的一种电磁耦合形式，可以决定内置天线220的带宽。具体地说，***桥350的长度(1)可大于辐射元件330长度(L)的1/4，小于辐射元件330长度(L)的1/2，即，L/4＜1＜L/2。否则，双接地内置天线220可简单地作为一个单一接地的内置天线。也就是说，如果***桥350的长度(1)小于辐射元件330长度(L)的1/4，即L/4，则内置天线220可以作为一个仅具有第二地平面320和辐射元件330的单接地内置天线。类似地，如果***桥350的长度(1)大于辐射元件330长度(L)的1/2，即，L/2，则第二地平面320和辐射元件330之间的谐振强度(resonant volume)将会太小。也就是说，第一地平面310可能通过从辐射元件330反射大量电磁波而覆没(overwhelm)第二地平面320。因此，当***桥350的长度(1)大于辐射元件330长度(L)的1/2，即，L/2时，内置天线220可能用作为仅具有第一地平面310和辐射元件330的单接地内置天线。
另外，可以在***桥350中形成空隙，诸如，但不限于，各种尺寸和形状的洞(hole)、槽(slot)、裂缝(slit)、腔(cavity)、凹槽(groove)、槽口(notch)、孔道(passage)以及开口(opening)，用来为适当的天线谐振提供电磁耦合。例如，可以在***桥350中形成洞(示为360)或槽(示为370)。本领域普通技术人员将易于认识到，***桥350上的洞360和/或槽370可用作为电感元件(例如集总LC元件)来调谐内置天线220的频率和带宽。
尽管这里公开的第一地平面310、第二地平面320和辐射元件330的实施例是矩形的，本领域普通技术人员将易于理解，这里的教导并不想限于该形状。相反地，本领域普通技术人员将易于理解，该教导可以用于任意其他形状，诸如，但不限于，方形和圆形。而且，用于为内置天线220提供更宽带宽和更高增益的第一地平面310、第二地平面320和辐射元件330的相对尺寸也并不限于图3和4所示。
典型地，当人们使用移动站160时，第二地平面320可能靠在人手上，而辐射元件330可能处于自由空间的方向。因此，大部分来自辐射元件330的辐射电磁波都被第二地平面320反射，而这就导致了更好的单向性能。
参看图5，用于提供图3和4所示的双接地内置天线220的基本流程开始于在步骤510提供第一地平面310。具体地说，可配置第一地平面310来控制内置天线220的频率。因此，内置天线220可根据各种不同的无线通信协议来工作，这些无线通信协议诸如，但不限于，上述的那些可在不同频率工作的协议。在步骤520，第二地平面320可通过第一插脚342操作连接到第一地平面310。可配置第二地平面来控制内置天线220的带宽。典型地，内置天线可在特定频率的有限带宽内工作。例如，内置天线220可通过第二地平面来调节到在更宽的带宽内工作。在步骤530，辐射元件330可通过第二插脚344操作连接到第一地平面310。可配置辐射元件330来向空中辐射能量和从空中接收能量。进而，在步骤540，辐射元件330可通过第三插脚246操作连接到第二地平面320。因此，第一和第二地平面310、320可用于对辐射元件330辐射(即相对地平衡辐射元件330)来发射或接收信号。也就是说，第一和第二地平面310、320可用作本领域普通技术人员易于认识到的辐射元件330的反射点，从而完成用于发射的信号和/或接收的信号的路径。因此，内置天线220的频率和带宽可分别由第一和第二地平面310、320独立地进行控制。通过独立调节频率和带宽，内置天线220的尺寸(例如高度和宽度)可得到优化，且不会增加移动站160的尺寸。
可对本发明作出许多的变化和修改，而不会背离本发明的合理范围和精神。上面讨论了一些变化的范围。其他的范围可从权利要求书中清楚地看出。

Claims (10)

1.一种用于无线设备的天线，所述天线包括：
第一地平面；
第二地平面，通过第一连接操作地连接到所述第一地平面；和
辐射元件，通过第二连接操作地连接到所述第一地平面，通过第三连接操作地连接到所述第二地平面。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一和第二地平面中的每个都是导体材料。
3.如权利要求1所述的天线，其中，所述辐射元件是金属材料。
4.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一连接是多个带宽调谐插脚中的一个。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述第二连接是馈电插脚。
6.如权利要求1所述的天线，其中，所述第三连接是频率调谐地插脚。
7.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一地平面是具有放置在所述第二地平面和所述辐射元件的中间的一部分的地平面。
8.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一地平面是具有洞、槽、裂缝、腔、凹槽、槽口、孔道以及开口之一的地平面。
9.如权利要求1所述的天线，所述天线集成到蜂窝电话、个人数字助理(PDA)和寻呼机之一中。
10.在一种无线通信***中，其中，移动站包括一种双接地内置天线，所述内置天线包括：
第一地平面，配置用于控制频率；
第二地平面，配置用于控制带宽，所述第二地平面通过第一插脚操作连接到所述第一地平面；和
辐射元件，配置用于发射和接收信号，所述辐射元件通过第二插脚操作连接到所述第一地平面，通过第三插脚操作连接到所述第二地平面。
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