CN1836350B - 天线装置以及配备有该天线装置的模块和无线电通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于无线电通信设备(例如移动电话)的天线装置，其包括一个具有用于连接到无线电电路的第一馈电连接点(18)和用于连接到接地平面的第二馈电连接点(20)的基本平面的贴片导体(14)、在该第一连接点和该第二连接点之间的该贴片导体中的第一差动槽(22)以及位于该第一连接点和该第二连接点之间的区域之外的该贴片导体中的第二双频带槽(24)，其中第一槽(22)的长度大于0/4波长(例如是半波长)，并且提供一个增加了天线带宽的第三谐振频率。在该第一槽和该第二槽之间的贴片导体的宽度(A)被选择成获得一个低阻抗变换，从而获得一个导致该天线失谐的低天线电阻。手持该电话的用户增加了天线电阻，并从而调谐该天线。

Description

天线装置以及配备有该天线装置的模块和无线电通信设备
本发明涉及一种包括基本上是平面的贴片导体的天线装置以及配备有该天线装置的模块和无线电通信设备。
现代的移动电话手机通常包括内部天线，例如平面倒F型天线(PIFA)或类似的天线。由于它们具有低SAR并且安装在电话电路之上，因此PIFA普遍应用于移动电话手机中，从而更充分地使用电话外壳内的空间。
这种天线较小(相对于一个波长)，并且由于小型天线的基本限制，其频带较窄。然而，蜂窝式无线电通信***通常具有10％或更大的分数带宽。例如，为从一个PIFA得到这样的一个带宽需要相当大的体积，因为在一个贴片天线的带宽和它的体积之间存在一种直接关系，但是随着目前倾向于小型手机，因此这样的一个体积不容易获得。而且，随着贴片高度的增加，在谐振时PIFA变成电抗性的，而这是提高带宽所必须的。
而且当需要双频带天线时会发生另一个问题。在这种情况中，单个结构需要双谐振，这样通常需要在两个频带之间进行折衷。
本申请的申请人的共同待审PCT专利申请02/060005公开了一种基于传统PIFA的变型，其中在PIFA中的馈电引脚和短路引脚之间引入一个槽。具有这种结构的天线比起传统PIFA具有大大改善的阻抗特性，同时只需要较小的体积。
本申请的申请人的共同待审PCT专利申请02/071535公开了一种天线装置，该装置包括一个基本上与接地平面平行支撑的相对小的贴片导体。该贴片导体包括用于连接到无线电电路和接地平面的第一连接点和第二连接点，并且还在该第一连接点和第二连接点之间引入了一个槽。该天线可以通过连接在该第一连接点和该第二连接点之间的阻抗变化而在多个模式下工作。例如，如果信号被馈送给该第一连接点，则通过将第二连接点接地就可以获得高频天线，以及通过将该第二连接点开路而获得低频天线。还公开了多种其它的可选择的连接安排。在这些可选择的安排之一中，提供第三连接点，以及在该第二连接点和该第三连接点之间提供第二差动槽(differentialslot)。用来控制阻抗的该第二槽具有大约1/4波长的长度，并且由于贴片导体较小，其延伸到接近于该贴片导体的边缘。该第二槽的存在使得该低频模式能够作为具有改进阻抗特性的差动开槽PIFA进行工作。
在电话外壳的外表面内部安装PIFA的问题在于，它们对于用户失谐(userdetuning)非常敏感。失谐引起天线阻抗在相对低的900MHz的GSM频率和相对高的1.8GHz的DCS频率下都增加。该失谐引起辐射功率的损失并且降低了无线电的性能。
本发明的一个目的是减轻平面天线装置的用户失谐。
根据本发明的第一方面，提供了一种天线装置，其包括一个具有用于连接到无线电电路的第一馈电连接点(18)和用于连接到接地平面的第二馈电连接点(20)的基本平面的贴片导体(14)、位于该第一馈电连接点和该第二馈电连接点之间的区域之外的该贴片导体中的第一双频带槽(24)以及在该第一馈电连接点和该第二馈电连接点之间的该贴片导体中的第二差动槽(22)，该无线电电路具有预定的阻抗，其特征在于，该第一双频带槽(24)和第二差动槽(22)是共延的、基本平行的曲折线槽，该贴片导体上的第一双频带槽(24)和第二差动槽(22)的相邻边缘之间的宽度(A)是基本固定的，其中该第二差动槽(22)的长度被设置成提供一个附加谐振，其中，贴片导体在该第一双频带槽和该第二差动槽的相邻边缘之间的宽度(A)被选择成给出一个小于***阻抗的阻抗。
根据本发明的第二方面，提供了一种模块，其包括一个提供接地平面的印刷电路板PCB(12)、安装在该PCB上的无线电电路以及根据本发明的第一方面的天线装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种无线电通信设备，其包括一个包含有提供接地平面的印刷电路板PCB(12)的外壳(10)、安装在该PCB上的无线电电路以及根据本发明的第一方面的天线装置。
由于具有一个附加谐振，通过将该附加谐振与另一个谐振相结合可以增加天线装置的带宽。
该第一槽还提供改进用户交互干扰的阻抗控制。
本发明是基于这样的实现方式：一个PIFA和手机PCB(印刷电路板)/外壳基本上充当一个串联谐振结构。因此，对于给定的***阻抗Z0和所需要的天线传输系数|τ|2，可以看出，当谐振下的天线电阻为 R = Z 0 2 | τ | 2 - 1 时带宽最大。通过举例的方式，考虑以优于-6dB的回波损耗与50Ω的***阻抗相匹配所需的天线。通过计算，最佳天线电阻为30Ω。
由于该电阻低于***阻抗，所以使用该电阻将对用户失谐有一定弹性，其中用户失谐往往会使天线电阻朝***阻抗增加。具有更低的天线电阻以便允许更高程度的用户失谐可能是有利的。用户的这种效应往往会增加天线带宽。
与PIFA相关的一个实际问题是馈电引脚和短路引脚充当一个向上的阻抗变换网络。在根据本发明制成的天线装置中，通过在天线顶板中的馈电引脚和短路引脚之间设置一个差动槽而产生一个低变换因子，并且因此产生一个低天线电阻。然而，通过制造比在PCT专利申请02/071535中公开的天线装置所使用的更长的差动槽，比如长度大于1/4波长(例如半波长)，该槽自身发生谐振并且引入第三谐振，该第三谐振提供增加天线带宽的附加优点。例如，该天线装置可以在GSM、DCS和UMTS频率下谐振。如果该差动槽进一步延伸，则该第三谐振的频率降低，从而使得与该第二谐振一同产生一个同时覆盖DCS1800、PCS 1900和UMTS频带的宽谐振频带。
现在借助实施例并参考附图来描述本发明，其中：
图1是无线电通信设备的透视图；
图2是根据本发明制造的PIFA装置的一个实施例的透视图；
图3是图2中示出的PIFA装置的S11曲线；
图4是与图2中示出的装置相关的史密斯圆图；
图5是根据本发明制造的PIFA装置的第二实施例的透视图；以及
图6是图5中示出的PIFA装置的S11曲线。
在附图中，相同的附图标记用来表示相应的特征。
图1示出的无线电通信设备包括以虚线示出的包含印刷电路板(PCB)12的外壳10，该印刷电路板在两侧承载无线电电路组件(未示出)，并具有覆盖在其上没有安装组件的那些表面区域的接地平面(未示出)。平面贴片天线14(例如平面倒F天线(PIFA))被安装在该外壳内部，并且通过电介质16与PCB分离，在示出的实施例中该电介质是空气。馈电引脚18和短路引脚20连接在PCB 12和天线14上的对应连接点之间。馈电引脚18与短路引脚20彼此横向隔开。
可以用几种已知方法的其中之一(例如用金属片或者作为基板上的金属层)来制造天线14，其基本上是PCB 12的宽度。差动槽22被设置在该贴片天线中，并且在馈电引脚和短路引脚之间的某一点通向天线边缘。包括多个相互通信的直线部分的槽22具有介于1/4波长和半波长之间的长度。双频带槽24被设置在天线14中，并且在由馈电引脚和短路引脚限定的区域之外的某一位置处通向天线的边缘。与槽22具有相似形状的槽24平行于槽22，并且与槽22具有恒定距离。将槽24的长度选择成大于1.8GHz下的1/4波长并且小于900MHz下的1/4波长。
图2以更详细的方式示出了天线14。尺寸A和B的比值控制阻抗变换。B的值沿着槽22的长度变化，参见例如B’和B”，并且在任何阻抗计算中，在计算阻抗的过程中使用的比值A/B在槽22的整个长度上被平均。当A较小时，阻抗变换较低。
在馈电引脚18和短路引脚20之间的槽22引入第三谐振，当该槽的长度在大约λ/4和λ/2之间时发生第三谐振。在此，该槽大约为40mm长，这给出在大约2.5GHz下的谐振。这在图3和图4中已示出。在图3中示出了在大约900MHz、1.75GHz和2.5GHz下的谐振。在图3示出的史密斯圆图中，标记1、2和3分别在920、1740和2540MHz下。因此，这种配置可以覆盖GSM高频带和GSM低频带以及第三个更高的频带。该高频谐振可以用于覆盖在2.4至2.5GHz下的蓝牙或IEEE 802.11b、在2.3至2.4GHz下的TD-SDCMA、在2.5至2.7GHz下的UMTS将来扩展等等。为了说明用户失谐的影响，图4还示出所有3个谐振可以同时与故意较低的阻抗匹配。如果不存在差动槽22，则在史密斯圆图上的S11曲线将电感性地移动。槽22抵消该效应，并且减少轴上电阻。用户接听电话的效应将S11曲线向中间移动，也就是移向1.00。
图5示出的本发明的第二实施例与图2中示出的不同，其槽22延伸得更长。双频带槽24的长度保持相同。延伸槽22的效果是组合该第二和第三谐振，以给出更宽的第二谐振。这允许同时覆盖DCS 1800、PCS 1900和UMTS频带。
图6给出了在图5中示出的结构的S11。同样，电阻故意较低以便考虑用户相互作用的影响。借助槽22的位置可以控制该电阻。然而，可以清楚地看出，现在上频带非常宽。
可以对该已说明的天线进行各种修改，例如槽22、24可以具有更多弯曲和/或具有其它方向。然而槽22的长度仍然决定第三谐振，并且比值A/B(图2)仍然决定阻抗。
在本说明书和权利要求书中，元件前的“一个”并不排除多个这种元件的存在。而且，“包括”一词不排除所列出的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。
通过阅读本公开内容，其它修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。这种修改可以包括已经在设计、制造和使用平面天线装置及其零件的领域中公知的、并且可以用于代替或者补充在此已经描述的特征之外的其它特征。尽管在本申请中已经将权利要求书制定成特定的特征组合，但是应该理解，本申请的公开内容的范围还包括在此明确地或者隐含地公开的任何新颖特征或这些特征的任何新颖组合以及推广，而不管其是否涉及与目前在任一权利要求中所主张的相同发明以及是否解决与本发明所解决的技术问题相同的任何或所有技术问题。因此申请人在此提请注意，在本申请或者由此衍生的任何其它申请的审查过程中，可以以这些特征和/或这些特征的组合来制定新的权利要求。

Claims (4)

1.一种天线装置，包括一个具有用于连接到无线电电路的第一馈电连接点(18)和用于连接到接地平面的第二馈电连接点(20)的基本平面的贴片导体(14)、位于该第一馈电连接点和该第二馈电连接点之间的区域之外的该贴片导体中的第一双频带槽(24)以及在该第一馈电连接点和该第二馈电连接点之间的该贴片导体中的第二差动槽(22)，该无线电电路具有预定的阻抗，其特征在于，该第一双频带槽(24)和第二差动槽(22)是共延的、基本平行的曲折线槽，该贴片导体上的第一双频带槽(24)和第二差动槽(22)的相邻边缘之间的宽度(A)是基本固定的，其中该第二差动槽(22)的长度被设置成提供一个附加谐振，
其中，贴片导体在该第一双频带槽和该第二差动槽的相邻边缘之间的宽度(A)被选择成给出一个小于***阻抗的阻抗。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该第二差动槽(22)的长度使得该附加谐振与一个相邻谐振相组合。
3.一种模块，包括一个提供接地平面的印刷电路板PCB(12)、安装在该PCB上的无线电电路以及根据权利要求1-2中任一项所述的天线装置。
4.一种无线电通信设备，包括一个包含有提供接地平面的印刷电路板PCB(12)的外壳(10)、安装在该PCB上的无线电电路以及根据权利要求1-2中任一项所述的天线装置。
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