CN100517863C - 宽带内置天线 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种宽带内置天线。该宽带内置天线包括第一辐射器和第二辐射器。第一辐射器具有辐射部分，其中，具有不同间距的一个或多个线圈彼此串联连接。第二辐射器具有至少一条平行于第一辐射器的纵向排列的导电带状线。流经第一辐射器的电流和流经带状线的电流形成不同方向的电流通路，这样，可利用电磁(EM)互耦而设定一定的宽带。

Description

宽带内置天线

相关申请

本发明要求于2004年10月13日提交的韩国专利申请第2004-81860号的优先权，将其全部内容结合于本文中作为参考。

技术领域

本发明涉及一种设置在移动通信终端中用来发送和接收无线电信号的天线，更具体地说，本发明涉及一种设置在移动通信终端中用来处理宽带信号的宽带内置天线。

背景技术

当前，移动通信终端要求能够提供各种各样的服务，并要求小型化和轻质化。为了满足这些要求，在移动通信终端内采用的内部电路和部件不仅趋向于多功能性，而且还趋向于微型化。对于作为移动通信终端的主要部件中的一种，天线同样适用于这种趋势。

图1是示出常见的平面反F天线(PIFA)的结构视图。

PIFA是一种能够安装在移动终端内的天线。如图1所示，PIFA主要包括平面辐射部分2、与平面辐射部分2相连的短针4、同轴线5、和接地板9。辐射部分2通过同轴线5供电，并且通过使用短针4来使接地板9短路而形成阻抗匹配。PIFA必须根据短针4的宽度W_p和辐射部分2的宽度W，并且考虑导辐射部分2的长度L和天线的高度H进行设计。

这种PIFA所具有的方向性，不仅通过衰减波束(针对人体的)使得所有的波束(通过对辐射部分2感应的电流而生成，并且指向接地)中的一束再次感应而提高了合成孔径雷达(SAR)的特性，而且还增强了对辐射部分2的方向感应的波束。此外，PIFA可在矩形的平面辐射部分2的长度减半的情况下用作矩形微带天线，从而实现了低轮廓结构。而且，PIFA可作为内置天线安装在终端，使得能够美观地设计终端的外观，并且使终端具有不易遭受外部冲击破坏的特性。这种PIFA经过改进而符合了多功能性的趋势。在多种PIFA中，使用了如图2所示的多频带天线。

图2是示出传统的内置双频带天线的视图。

参照图2，该传统的内置双频带天线包括辐射部分20、供电针25、和接地针26。该传统的内置双频带天线的辐射部分20包括：高频带辐射部分21，位于辐射部分20中心，用来处理高频带信号；以及低频带辐射部分22～24，沿高频带辐射部分21的周边与高频带辐射部分21间隔一定距离，用来处理低频带信号。也就是说，高频带辐射部分21和低频带辐射部分22～24彼此并联连接。此外，供电针25和接地针26与辐射部分20的一端相连。

然而，传统的内置双频带天线中所有的辐射部分都形成在同一个平面上，以使其尺寸变大、单位成本升高，从而降低了最近移动通信终端的竞争力。

图3是示出传统的陶瓷芯片天线的视图。

参照图3，在该传统的陶瓷芯片天线中，利用芯片层叠工艺形成可进行辐射的导体34和36。虽然图3中示出了导体34和36形成为螺旋线圈形状，但各种变体也都是可行的。所形成的导体34和36是由平行于底面32印刷的水平带状线34、和通过将导电浆料填充到垂直于底面32的通孔中形成的竖直带状线36组成。

这种传统的陶瓷芯片天线30能够以小尺寸制造，并且具有所需要的效率。然而，该传统陶瓷芯片天线30的问题在于，由于其带宽较窄而对于外部因素很敏感，并且由于其制造成本较高而难以应用于实际的移动终端中。

发明内容

因此，考虑到现有技术中出现的问题而进行了本发明，本发明的一个目的在于提供一种能够安装到移动中心终端中、能够微型化、并且能够很容易地实现的天线。

本发明的另一目的是提供一种具有优异的宽带特性的移动通信终端的内置天线。

为了实现上述目的，本发明提供了一种宽带内置天线，包括：第一辐射器，具有辐射部分，其内部一个或多个具有不同间距的线圈彼此串联连接；以及第二辐射器，具有至少一条平行于第一辐射器的纵向排列的导电带状线；其中，流经第一辐射器的电流和流经带状线的电流形成不同方向的电流通路，从而利用电磁(EM)互耦设定了一定的宽带。

优选地，第一辐射器被缠绕成基本为长方体形状。

优选地，第一辐射器包括缠绕成长方体形状而具有一定间距的第一线圈和具有大于第一线圈的间距的间距的第二线圈；以及利用第一和第二线圈的总长来设定第一通带，利用第二线圈来设定第二通带。

优选地，第二辐射器还包括连接部分，第一辐射器的第一端与其相连，并且，用于向天线输送电流的供电部分和用于使天线接地的接地部分形成在其中。

优选地，第一辐射器的第一端与用于输送电流的供电线相连，并且供电线与供电部分相连接。

优选地，第一辐射器的第二端与输出电流的输电线(drawingline)相连，并且，通过将输电线连接到形成在第二辐射器上的连接垫片上而与第二辐射器相连接。

优选地，天线的共振频率和带宽通过改变带状线的长度进行控制。

优选地，宽带内置天线还包括由介电体制成以包裹第一辐射器的壳体。

优选地，壳体由介电常数为2～3之间的介电体制成。

优选地，第二辐射器由印刷电路板(PCB)构成，或利用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺而形成。

附图说明

通过下文的详细描述，并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将更容易理解，在附图中：

图1是示出常见PIFA的结构的视图；

图2是示出传统的内置双频带天线的视图；

图3是示出传统的陶瓷芯片天线的视图；

图4是示出根据本发明的一个实施例的宽带内置天线的基本结构的视图；

图5是示出根据本发明的实施例的第一辐射器的详细结构的视图；

图6a和图6b是示出根据本发明的实施例的第二辐射器的详细结构的视图；

图7是示出安装在根据本发明的一个实施例的壳体中的宽带内置天线的视图；

图8是示出安装在根据本发明的一个实施例的移动通信终端中的天线的定位的视图；

图9是示出根据本发明的一个实施例的第一辐射器的电压驻波比(VSWR)特性的曲线图；

图10是示出根据本发明的一个实施例的宽带内置天线的VSWR特性的曲线图；以及

图11a～11i是示出其他根据本发明的实施例的宽带内置天线的辐射图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。在下面对本发明的描述中，在确定对相关公知功能和结构的详细描述可能使本发明的主旨不清楚的情况下，将省去对其的详细描述。

图4是示出根据本发明的一个实施例的宽带内置天线40的基本结构的视图。

参照图4，根据本发明的实施例的宽带内置天线40包括第一辐射器41和第二辐射器42。

第一辐射器41的结构中，具有不同间距的一个或多个线圈串联连接。第一辐射器41可以利用这些具有不同间距的线圈形成复式带。

第二辐射器42具有一个或多个导电带状线，并且与第一辐射器41的纵向平行排列。由于第一辐射器41被缠绕成螺旋形状，因而流经第一辐射器41的电流的通路的方向不同于流经直线形状的第二辐射器42的带状线的电流的通路。这样构造根据本发明的天线40，使得具有不同方向的电流通路的第一和第二辐射器41和42能够设定所需要的利用电磁(EM)互耦的宽带。

图5是示出根据本发明的实施例的第一辐射器的详细结构的视图。

参照图5，根据本发明的实施例的第一辐射器41包括：辐射部分50，由缠绕成矩形形状而具有一个或多个间距的线圈构成，从而辐射或接收两组或多组频带的信号；供电线53，与提供有电信号的辐射部分50相连；以及输电线54，电信号从其中输出。

辐射部分50经缠绕具有不同的间距，由彼此串联连接的第一线圈51和第二线圈52构成。也就是说，第一线圈51被缠绕以具有第一间距，并且与输电线54相连。此外，第二线圈52在第一线圈51和供电线53之间被缠绕，具有大于第一间距的第二间距。此外，第一线圈和第二线圈51和52的中心轴连续地排列在同一条线上，并且第一线圈和第二线圈51和52形成为长方体形状，而不是圆柱体形状。

通过适当地控制第一线圈和第二线圈51和52的间距、匝数和总长，辐射部分50能够获得两个或多个所需要的共振频带。图5的辐射部分50以这种方式构造，使得位于辐射部分50上部的第一线圈51的间距较小，而位于辐射部分50下部的第二线圈52的间距较大。在这种情况下，通过适当地控制第一上部线圈51的间距，能够在某一高频频带中，例如在第一频带(1.575GHz＝GPS频带)中，获得相当大的阻抗。因此，在高频频带中，电流不在第一线圈51中流动，而具有较大间距的第二下部线圈52用作天线。

与此对照，在某一低频频带中，例如在第二频带(800～900MHz＝CDMA频带)中，第一线圈51的阻抗不是很大，这样，第一线圈和第二线圈51和52都可用作天线。

因此，在辐射部分50中，通过适当地设计第一线圈和第二线圈51和52的间距、匝数和长度，能够获得两个所需要的共振频带，例如全球定位系统(GPS)频带、码分多路访问(CDMA)频带、数字单元系统(DCS)频带、和地球同步气象卫星(GSM)频带。

此外，辐射部分50的第一线圈和第二线圈51和52被缠绕成长方体形状，使得辐射部分50能够安装到移动通信终端的壳体中，或安装到例如芯片的电路板上，这样，它可以适用于内置型。

辐射部分50可通过将第一线圈和第二线圈51和52围绕矩形非导电基底缠绕的方式而形成，或者以这样的方式，即以一定间距缠绕线圈，并通过在竖直和水平方向上施加预定的压力，将线圈形成为具有需要的长*宽*高的长方体形状。

在辐射部分50的情况下，共振频率由线圈的总长确定，并且电容值随着各个线圈的间距而改变，这样，由于微型化引起的带宽特性的降低能够通过适当地控制第一线圈和第二线圈51和52的间距而克服。

图6a和图6b是示出根据本发明的实施例的第二辐射器的详细结构的视图。

图6a是根据本发明的实施例的第二辐射器的俯视图。参照图6a，根据本发明的实施例的第二辐射器42包括形成在基底60上的连接部分61、至少一条带状线64、和连接垫片65。

连接部分61形成在基底60的顶面上，而第一辐射器41与其相连。第一辐射器41的一端与连接部分61相连。此外，用于向天线40输送电流的供电部分62和用于将天线40接地的接地部分63形成在连接部分61中。供电部分62和接地部分63穿透基底60，经过通孔延伸至底面。第一辐射器41的供电线53与供电部分62相连，从而使得输送到供电部分62的电流能够流过第一和第二辐射器41和42。

带状线64由薄而长的导体构成，其第一端与连接部分61相连。带状线64形成在基底60上，并且平行于第一辐射器41的纵向进行排列。虽然图6a和图6b中示出了三条带状线，但带状线的数目可根据所需要的天线频带特性而改变。此外，根据本发明的天线40的共振频率和带宽能够通过控制带状线64的长度而进行控制。

连接垫片65形成在基底60的顶面上，并且第一辐射器41的输电线54与连接垫片65相连。因此，第一辐射器41平行于第二辐射器42进行排列，并且，第一和第二辐射器41和42被固定以保持规则的辐射图。

图6b为根据本发明的实施例的第二辐射器42的仰视图。参照图6b，可以理解，形成在第二辐射器42的顶面上的供电部分62和接地部分63穿透基底60延伸至底面。供电部分62与安装了天线40的移动终端的电力供电电路相连，以提供电流。此外，接地部分63与形成在移动终端上的地线相连，以使天线40接地。此外，基底60的底面上形成有支撑物66，用来使天线40能够稳定地安装在移动终端中。

基底60可由印刷电路板(PCB)构成，或由基于低温共烧陶瓷(LTCC)工艺的陶瓷制成。因此，连接部分61、带状线64和连接垫片65可以通过LTCC工艺以及PCB工艺形成。此外，利用基于表面安装技术(SMT)的紧固方法，天线40可以很容易地安装到移动通信终端中。

图7是示出安装在根据本发明的一个实施例的壳体中的宽带内置天线的视图。

参照图7，本发明可进一步包括包裹天线40的壳体。优选地，壳体70利用介电常数在2和3之间的介电体制得。根据壳体70存在与否，天线40中可产生约100MHz的频率变化。因此，壳体70通过降低工作频率的波长，减小了天线40的尺寸。

图8是示出天线在根据本发明的一个实施例的移动通信终端中的安装位置的视图。

参照图8，根据本发明的实施例的天线40可以安装在移动通信终端80的PCB 81上，并且可如图8所示连接到PCB 81的顶端。更确切地说，根据本发明的天线能够形成为长方体形状，其中，其长、宽和高分别为16mm、7mm和5mm。传统的微带平面天线(MPA)的尺寸为30*20*6mm，与之相比，本发明的天线40的尺寸显著减小。如图8所示，根据本发明的天线40在移动终端中只占据很小的空间，从而使得移动终端能够微型化，并提供较大的设计自由度。

图9是示出根据本发明的一个实施例的第一辐射器的VSWR特性的曲线图。

在图9的曲线图中，纵轴表示VSWR，其中，最小值为1，并且沿竖直方向以1递增。此外，水平轴表示频率。在用“Δ”表示的各个点处测得的频率和VSWR分别在右侧和顶端表示。

参照图9，可以理解的是，根据本发明的第一辐射器41在800MHz的低频频带中，由于第一线圈和第二线圈51和52的作用，保证了大约17％的带宽(150MHz)，而在1800MHz的高频频带中，由于第二线圈52的作用保证了约为16％的带宽(320MHz)。

图10是示出根据本发明的一个实施例的宽带内置天线的VSWR特性的曲线图。

图10的曲线图示出了根据本发明的、第一和第二辐射器41和42相连接的宽带内置天线40的VSWR。参照图10，可以理解的是，根据本发明的实施例的宽带内置天线40能够利用第一辐射器41的第一线圈和第二线圈51和52与第二辐射器42的带状线64之间的EM耦合，获得大约35％的带宽(500MHz)。

图11a～11i是示出其他根据本发明的实施例的宽带内置天线的辐射图的视图。

图11a～11c示出了位于GSM频带的宽带内置天线在自由空间中竖直辐射图和水平辐射图的测试结果。图11d～11f示出了处于DCS频带的宽带内置天线在自由空间中竖直辐射图和水平辐射图的测试结果。图11g～11i示出了位于PCS频带的宽带内置天线在自由空间中竖直辐射图和水平辐射图的测试结果。从图11a～11i中可以明白，在本发明的宽带内置天线的情况下，沿围绕处于GSM、DCS和PCS频带的天线的所有方向展示了规则的辐射特性，在向前和向后方向上辐射特性很优异。从上述的结果可以理解，与传统的PIFA和陶瓷芯片天线相比较，本发明的宽带内置天线展示出了足够的天线特性。

根据如上所述的本发明，安装在移动终端中的内置天线能够以小尺寸制造，并且具有优异的宽带特性。因此，在采用根据本发明的宽带内置天线的情况下，可以实现移动终端的微型化以及设计自由度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带内置天线，包括：

第一辐射器，具有辐射部分，在所述辐射部分中，具有不同间距的至少两个线圈彼此串联连接；以及

第二辐射器，具有至少一个平行于所述第一辐射器的纵向排列的导电带状线；

其中，流经所述第一辐射器的电流和流经所述带状线的电流形成了不同方向的电流通路，从而利用电磁互耦设定了一定的宽带，以及

所述第二辐射器包括连接部分，所述第一辐射器的第一端与所述连接部分相连，并且，在所述连接部分中，形成有用于向所述天线输送电流的供电部分和用于使所述天线接地的接地部分。

2.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述第一辐射器被基本上缠绕成长方体形状。

3.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中：

所述第一辐射器包括：第一线圈，被缠绕成长方体形状，以具有一定的间距；和第二线圈，具有大于所述第一线圈的间距的间距；以及

利用所述第一线圈和所述第二线圈的总长设定了第一通带，并且利用所述第二线圈设定了第二通带。

4.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述第一辐射器的所述第一端与用于输送电流的供电线相连，并且所述供电线与所述供电部分相连。

5.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述第一辐射器的第二端与输出电流的输电线相连，并且所述输电线通过与形成在所述第二辐射器上的连接垫片相连而连接到所述第二辐射器上。

6.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述天线的共振频率和带宽能够通过改变所述带状线的长度而进行控制。

7.根据权利要求1所述的宽带内置天线，进一步包括由介电体制成的壳体，以包裹所述第一辐射器。

8.根据权利要求7所述的宽带内置天线，其中，所述壳体由介电常数在2和3之间的介电体制成。

9.根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述第二辐射器由印刷电路板构成。

10. 根据权利要求1所述的宽带内置天线，其中，所述第二辐射器通过低温共烧陶瓷工艺制成。

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