CN1375117A - 用于无线通讯的扁平的双频带天线 - Google Patents

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Abstract

一个双频段天线包括一个电介质基片,该基片具有相对的第一和第二表面以及配置在该介质基片表面上的弯曲的导电迹线。该弯曲的导电迹线包括第一和第二弯曲段,配置其彼此电耦合,这样该天线谐振在两个分开的不同的频段内。至少第一和第二弯曲段的一段具有比导电迹线的宽度更宽的一部分。

Description

用于无线通讯的扁平的双频带天线
发明领域
本发明一般涉及天线，尤其涉及用于无线通讯装置的天线。
发明背景
无线电话一般称为通讯终端，其提供一个无线通讯链路到一个或多个另外的通讯终端。无线电话可用于多种不同的应用，包括蜂窝电话，陆地-移动(例如，治安和消防部门)，和卫星通讯系统。
无线电话典型地包括一个天线用于发送和/或接收无线通讯信号。历史上，在各种无线电话应用中最广泛使用多半为单极和偶极子天线，这是由于它们简单，宽带响应，宽方向图，和低成本。
然而，无线电话和其它无线通讯装置正在进行小型化。实际上，许多现代的无线电话小于11-12厘米长。结果，无线电话使用的天线也要进行小型化。此外，对无线电话还希望能工作在宽的分开的频带，以便使用多于一个的通讯系统。例如，GSM(用于移动通讯的全球系统)是一个数字移动电话系统，它通常工作在低频带，例如在880MHz和960MHz之间。DCS(数字通讯系统)是数字移动电话系统，它典型工作在高频带在1710MHz和1880MHz之间。
小型无线电话天线典型工作在窄频带。结果，对于常规的无线电话天线工作在宽的分开的频带可能是困难的。此外由于无线电话天线变得越小，它能工作的典型频带变得越窄。
螺旋线天线日益用在手持无线电话中，其工作在多频带。螺旋线天线一般包括一个导电的部件缠绕成螺旋线图形。由于螺旋线天线的辐射元件是绕轴缠绕，螺旋线天线的轴长可认为是小于可比的单极天线的长度。这样，螺旋线天线通常应用在单极天线长度受抑制的地方。
图1描绘一个常规的螺旋天线5配置来用于双频带工作。如图1所示，该天线5一般包括一个天线馈电结构6，一个辐射元件7，和一个寄生元件8。遗憾地，对制造螺旋线天线可能是有点复杂，特别关于定位辐射和寄生元件7，8。
分支天线也正用于手持无线电话中，它工作在多频带。分支天线典型地包括一对配置在基片上的导电迹线，其用作辐射元件并且与单独的馈电点脱节。图2表示一个常规的分支天线15配置用于双频带工作。如图2所示，天线15一般包括一个扁平的基片16，其上具有一对弯曲的辐射元件17a，17b配置。弯曲的辐射元件17a，17b与馈电点18脱节，该点18电连接该天线15到无线电话内的射频(RF)电路。弯曲的辐射元件17a，17b的每一个配置谐振在各自的频带内。
遗憾地，分支天线可在对无线电话工作是太窄的频带内发送和接收电信号。此外为了减小分支天线的尺寸，常常需要压缩每个辐射元件的弯曲图形。不幸地是，由于辐射元件的弯曲图形变得愈压紧，在其内辐射元件可工作的频带一般变得愈窄。
这样，鉴于上述对多频带无线电话的要求和以常规天线用于这种无线电话的问题，需要有用于小型无线电话天线，该天线能工作在多个宽的分开的频带上。
发明概述
本发明的一个目的是提供用于无线通信例如无线电话的小型天线，该天线能工作在多个宽的分开的频带。
本发明还一个目的是便于无线电话小型化。
本发明的这些和其它的目的可以借助具有配置在介质基片上的连续辐射元件的天线提供，其中连续辐射元件的弯曲段配置为彼此相连接，由此使天线谐振在不同的第一和第二频带。连续的辐射元件是一导电迹线(例如，铜迹线)它包括电连接到馈源点的第一端和一相对的自由端。
导电迹线的第一弯曲段从第一端扩展到第一端和自由端之间的中间段。中间段与导电迹线第一端最好以小于或等于大约2mm的距离分隔开。然而，该中间段与导电迹线第一端之间的距离可以依据天线的几何图形和希望天线谐振的谐振频率而变化。导电迹线的第二弯曲段从中间段扩展到自由端。该导电迹线第一和第二弯曲段配置为彼此电连接，这样天线谐振在两个分开的和不同的(即，低和高)频带。
导电迹线除了第一或第二弯曲段具有一增加宽度的部分之外有一基本上固定的宽度。具有增加宽度的部分是一调谐参量，它可影响低的和高的频带两者的频带和中心频率。
按照本发明的另一实施例，导电元件可以以与导电迹线第一和第二弯曲段的一个或两个重叠并置的形式配置在介质基片的第二表面上。导电元件配置为寄生地与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个相耦合从而影响天线谐振的频带和中心频率。
按照本发明的天线特别适用于工作在使用多频带的各种通讯系统中。此外，因为它的尺寸小，按本发明的天线能用在很小的通讯装置中。另外，因为使用单一结构，按照本发明的天线可比常规的双频带天线更容易制造。
附图的简要说明
图1是常规的螺旋线天线的侧剖面视图，其配置用于双频带无线电话工作。
图2是常规的分支天线的平面视图，其配置用于双频带无线电话工作。
图3是按本发明的天线可包含其中的一个示范性的无线电话的透视图。
图4是用于使无线电话发送和接收电信信号的电子元件常规安排的示意说明。
图5是按照本发明一个实施例的天线的平面图，它配置用于双频带无线电话工作，其中第一弯曲段的一部分具有增加的宽度。
图6是按照本发明的另一个实施例的天线的平面图，它配置用于双频带无线电话工作，其中第二弯曲段的一部分具有增加的宽度。
图7是图5的天线与导电元件的平面图，该导电元件以与导电迹线第一弯曲段重叠并置的形式配置在介质基片的第二表面上。
本发明的详细说明
下面参照附图将更充分地说明本发明，本发明的优选实施例示于附图中。然而本发明可以按许多不同的形式实施而不必受限于这里所述实施例；相反地，提供这些实施例以便使这里的公开将是充分和完整的，而且对该领域的技术人员将彻底通报本发明的范围。图中为清晰起见层的厚度和面积被夸大了。相同的号码指的是相同的元件。应该理解当一个元件例如一个层，区域或基片被认为是在另一元件“上”时，它可能是直接存在在另一元件上或也可以存在插入元件。可是，当一个元件被认为是“直接在”另一元件上时，不存在插入元件。此外这里描绘和说明的每个实施例也包括它的辅助的导电型实施例。
现在参照图3，描述一个无线电话20，其中可装有按本发明的天线。所述无线电话20的机壳22包括一个上部24和一个底部分26在此相连以形成一个腔体。上和下机壳部分24，26装有键盘28其包含多个键30，一个显示器32，和一些电子元器件(未示出)，它们使无线电话20发送和接收无线电话通讯信号。按照本发明的天线可以放在描绘的天线罩34内。
图4中示意性地表示能使无线电话发送和接收无线电话通讯信号的电子元器件的常规配置，并且无线电话通讯技术领域的人员是了解的。用于发送和接收无线电话通讯信号的天线40电连接到一射频收发信机42，该收发信机42进一步电连接到一个控制器44，例如一个微处理器。该控制器44电连接到一个扬声器46，其发出一个远程信号从控制器44到一个无线电话的用户。该控制器44还电连接到一个话筒48，它接收来自用户的声音信号并通过控制器44和收发信机42发送该声音信号到一远程装置。该控制器44还电连接到一键盘28和一显示器32其便于无线电话工作。
按照本发明的天线还可以用于无线通讯装置，其仅仅发送或接收无线电频率信号。仅接收信号的这种装置可以包括常规的AM/FM无线电设备或任何使用天线的接收机。仅发送信号的装置可以包括远程数据输入装置。
正如通讯装置领域技术人员已知的那样，天线是一个用于发送和/或接收电信号的一个装置。一个发送天线典型地包括一馈源组件，其感应或照射一孔径或反射表面以辐射电磁场。接收天线典型地包括一孔径或一表面聚焦一入射的辐射场到一收集馈源，产生一电信号正比于入射的辐射。来自或由天线接收的辐射功率量取决于它的孔径面积并用增益来描述。
天线的辐射方向图通常用极座标来描绘。电压驻波比(VSWR)涉及天线馈源点与馈线或通讯装置例如无线电话传输线的阻抗匹配。为了辐射射频(RF)能量具有最小损耗，或为了通过接收的RF能量到无线电话接收机具有最小的损耗，无线电话天线的阻抗按常规与传输线或馈源点的阻抗相匹配。
普通的无线电话典型地使用一个天线，该天线电连接到一收发信机，该收发信机工作时与一个位于内部配置的印刷电路板上的信号处理电路有关。为了在天线和收发信机之间最大功率传输，收发信机和天线最好是内连以便它们的相应阻抗基本上是“匹配的”，即，电调谐到滤波器输出或补偿不希望的天线阻抗分量以便在馈源点提供一个50(Ω)(或所希望的)阻抗值。
现在参照图5和6，举例说明按本发明的一个实施例的双频带天线50。所说明的天线50包括一个具有相反的第一和第二表面52a，52b的介质基片52。像所说明的那样，一个馈源点51配置在该介质基片52上。一个弯曲的导电迹线53配置在介质基片第一表面52a上。
用作介质基片52实际上最好的材料是FR4或聚酰亚胺，这对通讯装置技术领域的技术人员是已知的。虽然，各种介质材料可以用作介质基片52。最好，介质基片52对所说明的实施例而言具有约2和4之间的介电常数。然而，应该理解具有不同介电常数的介质基片可以利用而不会偏离本发明的精神和意图。
弯曲的导电迹线53包含第一端54，电连接到馈源点51和一相对的自由端55。正如本技术领域人员了解的那样，馈源点51将天线50电连接到无线通讯装置例如无线电话的射频(RF)电路内。第一弯曲段56由第一端54延伸到第一端54和自由端55之间的中间段57。按照本发明的实施例，中间段57是离开导电迹线第一端一距离D1，该距离D1小于或等于约2毫米(mm)。导电迹线53的中间段57和第一端54之间的距离D1是调谐参量，它能影响频段和中心频率，在其内第一和第二弯曲段56，58谐振。第二弯曲段58从中间段57延伸到自由端55。
导电迹线第一和第二弯曲段56，58可以有相等或不同的电长度。第一和第二弯曲段56，58被配置为彼此电耦合以便产生两个分开的和截然不同的(即，低和高的)频带。中间段57也可以与第一和第二弯曲段56，58耦合以产生两个分开的和不同的频带。例如，导电迹线的各个段能配置在824MHz和960MHz之间(即，低频带)和1710MHz和1990MHz之间(即，高频带)谐振。正像本技术领域人员之一已知的那样，术语“耦合(Coupling)”系指两个或更多的电路或系统以这样一种方式组合使得功率或信号信息可以从一个传送到另一个。
在图5说明的实施例中，导电迹线53除了第一弯曲段56的56a部分有一基本上不变的宽度W1，56a部分有一宽度W2大于导电迹线其余段宽度W1。借助至少用导电材料部分地填充导电迹线53的相邻部分可形成56a部分。
类似地在图6中，导电迹线53除了第二弯曲段58的58a部分有一基本固定的宽度W1，58a部分有一宽度W2大于导电迹线53的其余段的宽度W1。借助至少用导电材料部分地填充导电迹线53的相邻部分可以形成58a部分。第一弯曲段56的相应部分56a(图5)的宽度W2是调谐参量，可调节它来调准两个谐振频带的频带和中心频率。类似地，第二弯曲段58的相应的相应部分58a的宽度W2是调谐参量，可调节它以调准两个谐振频带的频带和中心频率。
按照图7说明的本发明的另一个实施例，导电元件60是配置在介质基片52的第二表面52b上。最好，导电元件60按与导电迹线第一和第二弯曲段56，58(以及与中间段57)的一个或两个上面交叉重叠并置的方式配置在介质基片第二表面52b上。导电元件60寄生地被配置至少与导电迹线第一和第二弯曲段56，58之一耦合以便由此影响频带和中心频率，在其内第一和第二弯曲段的一个或两个谐振。导电元件60的尺寸是调谐参量，可调节该参量以调准频带和中心频率在其上第一和第二段56，58的任何一个或两个能谐振。
图5-7中说明的第一和第二弯曲段56，58的弯曲图形可以依据基片外表面52a的空间限制而变化。中间段57可以离开导电迹线第一端54小于或等于约2毫米(mm)的距离D1。
用作导电迹线53的优选材料是铜。典型地，导电迹线53的厚度是在约0.05-1.0mm之间。如上所述，天线50的带宽可以由改变导电迹线53的配置，相应部分56a和58a的宽度W2以及导电元件60配置在第二表面52b上的位置和形状来调节。
GSM的低频带是在约880MHz和960MHz之间，相应80MHz带宽。AMPS(高级移动电话业务)的低频带是在约824MHz-894MHz之间，相应70MHz带宽。DCS(个人通讯系统)的高频带是在约1850MHz-1990MHz之间，相应140MHz带宽。DCS的高频带是约在1710MHz-1880MHz之间，相应170MHz带宽。因此为适合工作在低频带(例如，对GSM或AMPS)，对无线电话天线而言，它应该具有在约70MHz-80MHz之间的带宽。类似地，为适合工作在高频带(例如，对PCS或DCS)，对无线电话天线而言，它应该具有在约140MHz-170MHz之间的带宽。
下面表1说明由图5-7描绘的天线可达到的带宽。
                                     表1
                          低频带                                    高频带
 谐振中心频率(MHz)  2∶1电压驻波比的带宽(MHz) 谐振的中心频率(MHz) 2∶1电压驻波比的带宽(MHz)
具有固定迹线宽度的天线     892     49.2     2,017     77
    图5     976     98.3     2,031     112
    图6     899     49.2     2,087     85
    图7     987     93.7     2,233     81
如表1中所描述的，类似于图5和6中描述的但其中通过其全长导电迹线有固定的宽度的天线具有892MHz的低频带中心频率和49.2MHz的带宽和2017MHz的高频带中心频率77MHz的带宽。图5的天线具有976MHz的低频带中心频率98.3MHz带宽和2031MHz高频带中心频率112MHz带宽。图6的天线具有899MHz低频带的中心频率49.2MHz带宽和2087MHz高频带的中心频率85MHz的带宽。图7的天线具有987MHz低频带的中心频率93.7MHz带宽和2233MHz高频带中心频率81MHz带宽。
如表1说明的，增加第一或第二弯曲段部分的宽度影响带宽以及高和低频带两者中心频率的位置。导电迹线宽度增加的位置和长度还确定哪一个频带(低或高)受影响最大。
正如表1所说明的，通过增加所述配置中导电迹线53的宽度，图5中描绘的第一弯曲段部分56a从W1到W2，增加了低频带和高频带两者的带宽。类似地，通过增加导电迹线53的宽度，图6中描绘的第二弯曲段部分58a从W1到W2，增加了低频带和高频带两者的带宽。
应该理解本发明不受图5-7所述实施例的限制。把本发明的观点包括进去的各种其它配置可以利用，没有限制。
上述是对本发明的说明而不是看作对其限制。虽然已描述了该发明的几个例举的实施例，本领域的技术人员应容易地理解在例举实施例中许多修改是可能的，实际上不会偏离本发明的新技术和优点。因此所有这样的修改意味着包含在该发明的精神中正如权利要求中所指定的那样。因此应理解上面是本发明的说明而不是看作为限制到揭示的特定的实施例，对揭示的实施例以及其它实施例的修改意味着包含在附加权利要求的精神之内。本发明由下面的权利要求，以及已包含在其中的权利要求的同等物来加以限定。

Claims (16)

1.一个多频带的天线包括：
一个介质基片包括相对的第一和第二表面；以及
一个配置在介质基片上的馈源点；和
一个弯曲的导电迹线具有配置在介质基片第一表面上的基本固定的宽度，包括：
一个第一端电连接到馈源点和一个相对的自由端；
一个在第一端和自由端之间的中间段；
一个第一弯曲段从第一端延伸到中间段；
一个第二弯曲段从中间段延伸到自由端；
其中第一和第二弯曲段配置为彼此电耦合以便天线谐振在至少两个分开的和截然不同的频带内；和
其中至少导电迹线第一和第二弯曲段之一的一部分具有大于第一宽度的第二宽度。
2.按照权利要求1的多频带天线，其中中间段离开导电迹线第一端小于或等于约2毫米(mm)的距离。
3.按照权利要求1的多频带天线还包括一个配置在介质基片第二表面上的导电元件，其中导电元件被配置为与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个相寄生地耦合。
4.按权利要求3的多频带天线，其中导电元件按与导电迹线第一和第二弯曲段之至少一个上面交叉重叠并置的方式配置在介质基片第二表面上。
5.按权利要求1的多频带天线，其中导电迹线第一和第二弯曲段具有各自不同的电长度。
6.一个多频带天线包括：
一个介质基片包括相对的第一和第二表面；
一个配置在介质基片上的馈源点；和
一个弯曲的导电迹线具有一配置在介质基片第一表面上的基本上固定的第一宽度，包括：
一个电连接到馈源点的第一端和一个相对的自由端；
一个在第一端和自由端之间的中间段，其中中间段离开导电
迹线第一端小于或等于大约2毫米(mm)的距离；
一个第一弯曲段从第一端延伸到中间段；
一个第二弯曲段从中间段延伸到自由端；
其中第一和第二弯曲段被配置为彼此电耦合以便该天线谐振在至少两个分开的和截然不同的频带内；
其中导电迹线第一和第二弯曲段至少一个的一部分具有大于第一宽度的第二宽度；以及
一个配置在介质基片第二表面上的导电元件，其中导电元件被配置为与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个相寄生地耦合。
7.按权利要求6的一多频带天线，其中导电元件按与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个上面交叉重叠并置方式配置在介质基片第二表面上。
8.按权利要求6的多频带天线，其中导电迹线第一和第二弯曲段具有不同的各自的电长度。
9.一个无线通信装置，包括：
配置一个机壳包装入一收发信机，该收发信机发送和接收无线通信信号；和
电连接收发信机的一个多频带天线，其包括：
一个介质基片包括相对的第一和第二表面；
一个配置在介质基片上的馈源点；和
一个弯曲的导电迹线，具有基本上固定的第一宽度，配置在介质基片第一表面上，其包括：
一个第一端电连接到馈源点和一个相对的自由端；
一个在第一端和自由端之间的中间段；
第一弯曲段从第一端延伸到中间段；
第二弯曲段从中间段延伸到自由端；
其中第一和第二弯曲段被配置彼此电连接以便该天线谐振在两个分开的和截然不同的频带内；和
其中导电迹线第一和第二弯曲段的至少一个的一部分具有大于第一宽度的第二宽度。
10.按照权利要求9的无线通讯装置，其中中间段与导电迹线第一端隔开。小于或等于大约2毫米(mm)的距离。
11.按权利要求9的无线通信装置还包括一个导电元件配置在介质基片第二表面上，其中导电元件被配置与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个相寄生地耦合。
12.按照权利要求11的无线通信装置，其中导电元件按与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个上面交叉重叠并置的方式配置在介质基片第二表面上。
13.按权利要求9的无线通信装置，其中导电迹线第一和第二弯曲段具有各自不同的电长度。
14.一个无线通信装置，包括：
配置一个机壳包装收发信机，该收发信机发送和接收无线通信信号；以及
一个多频带天线与收发信机电连接，包括：
一个配置在介质基片上的馈源点；和
一个弯曲的导电迹线具有基本上固定的第一宽度配置在介质基片的第一表面上，包括：
电连接到馈源点的第一端和一相对的自由端；
在第一端和自由端之间的一中间段，其中中间段与导电迹线第一端隔开小于或等于约2毫米(mm)的一距离；
一个第一弯曲段从第一端延伸到中间段；
一个第二弯曲段从中间段延伸到自由端；
其中第一和第二弯曲段被配置为彼此电连接以便该天线谐振在两个分开的和截然不同的频带内；
其中导电迹线第一和第二弯曲段至少一个的一部分具有大于第一宽度的第二宽度；以及
一导电元件配置在介质基片第二表面上，其中安排导电元件与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个相寄生地耦合。
15.按权利要求14的天线通信装置，其中导电元件按与导电迹线第一和第二弯曲段至少一个上面交叉重叠并置的方式配置在介质基片的第二表面上。
16.按照权利要求14的无线通信装置，其中导电迹线第一和第二弯曲段具有各自不同的电长度。
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