CN101005155B - 折叠式偶极天线设备和移动无线电终端 - Google Patents

折叠式偶极天线设备和移动无线电终端 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不平衡馈送类型的折叠式偶极天线设备,其包括近似平板状环形结构的天线元件,该天线元件连接到提供在基板上的天线馈点和天线地。在该折叠式偶极天线设备中,该环形结构的天线元件包括:一对第一元件部分,所述第一元件部分近似地平行于该基板延伸;第二元件部分,该第二元件部分是通过合并从第一元件部分的两端折叠回来并且近似地平行于所述第一元件部分延伸的元件部分而形成的;以及第三元件部分,其从第二元件部分的折叠的顶部向第一元件部分延伸,并且其端部靠近第一元件部分。

Description

折叠式偶极天线设备和移动无线电终端
相关申请的交叉引用
本发明包含关于2005年11月8日在日本专利局提交的日本专利申请JP2005-333783的主题内容,该申请的所有内容在此合并以作为参考。
技术领域
本发明涉及一种合并在诸如蜂窝电话的移动无线电终端中的折叠式偶极天线以及一种移动无线电终端。
背景技术
到目前为止,折叠式偶极天线只支持单一频带(大约2GHz),并且在合并到蜂窝电话中时对于大小及形状都有限制。
另一方面,专利文献1公开了一种支持多个频带的单片成对折叠式偶极天线。
此外,专利文献2和专利文献3公开了一种合并在移动终端内的折叠式偶极天线,其能够在无需加载复杂的无源元件或使用昂贵的匹配设备的情况下在很宽的带宽上实现阻抗匹配。
专利文献4公开了一种小尺寸宽带天线设备,即使当接近人体使用时该设备也不会有大的增益下降。
[专利文献1]日本专利申请公开号2004-23797
[专利文献2]日本专利申请公开号2004-228917
[专利文献3]日本专利申请公开号2004-228918
[专利文献4]日本专利申请公开号2002-43826
发明内容
近年来随着移动无线电终端的发展和增多,为了更加方便,已经开始研究使得一个内部天线设备具有更多频带。在专利文献1中所描述的天线设备相对于地平面以V字形延伸,这个形状不适于合并在移动终端中的天线。尽管专利文献2和3公开了一种合并在移动终端中的天线并且所述天线能够在很宽的带宽上实现阻抗匹配,但是在具有更多频带方面仍然有发展的空间。专利文献4提到三个谐振特性;然而这是通过使用无源元件来实现的。
鉴于前面的内容,本发明提供一种折叠式偶极天线设备以作为合并在移动无线电终端内的带宽更宽的天线设备而无需使用无源元件,本发明还提供一种移动无线电终端。
根据本发明的一个实施例的折叠式偶极天线设备是不平衡的馈送类型,其包括近似平板状环形结构的天线元件,其连接到提供在基板上的天线馈点和天线地。在该折叠式偶极天线设备中,该环形结构的天线元件包括:一对第一元件部分,所述第一元件部分近似地平行于该基板延伸;第二元件部分,该第二元件部分是通过合并从第一元件部分的两端折叠回来并且近似地平行于所述第一元件部分延伸的元件部分而形成的;以及第三元件部分,其从第二元件部分的折叠的顶部向第一元件部分延伸,并且其端部靠近第一元件部分。
利用包括第一元件部分和第二元件部分的折叠式偶极天线结构,可以在其半波长(λ/2)对应于包括第一元件部分和第二元件部分的天线元件长度的频率下以及在其波长(λ)对应于天线元件长度的频率下获得第一和第二谐振点。此外,在添加了第三元件部分之后,可以在其四分之三波长(3/4λ)对应于天线元件长度的频率下获得第三谐振点。因此,有可能实现带宽极宽的天线设备。此外,所述折叠式天线元件结构可以减小内部天线的尺寸。
根据本发明的另一个实施例,提供一种合并有所述折叠式偶极天线设备的移动无线电终端。
本发明的具体结构和进一步的操作优点将在下面的实施例中进行描述。
本发明的实施例使得有可能通过设计无需添加无源元件的天线元件结构来提供一种能够合并在移动无线电终端内的带宽更宽的天线设备,从而允许比以前具有更多的频带。
附图说明
基于下面的附图对本发明的实施例进行详细描述,其中:
图1A和1B是示出了从不同视点获得的根据本发明的一个实施例的折叠式偶极天线设备的主要部分的透视图。
图2A、2B、2C分别是图1A和1B所示的天线设备的前视图、俯视图和左侧视图。
图3是示出了图1A和1B所示的天线设备的天线元件结构的开发视图。
图4的曲线图示出了图1A和1B所示的实施例的天线设备的特性测量结果。
图5是示出了电流矢量的图示,其表示在900MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图6A和6B是从不同于图5的两个视点获得的示出电流矢量的图示,其表示在900MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图7是示出了电流矢量的图示,其表示在1800MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图8A和8B是从不同于图7的两个视点获得的示出电流矢量的图示,其表示在1800MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图9是示出了电流矢量的图示,其表示在2100MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图10A和10B是从不同于图9的两个视点获得的示出电流矢量的图示,其表示在2100MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。
图11是使用根据所述实施例的天线设备的通信终端设备的示意框图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例。
图1A和1B是示出了从不同视点获得的根据该实施例的折叠式偶极天线设备的主要部分的透视图。
在这个实施例中,设计该天线设备的程序如下所述。首先,为了在GSM(全球移动通信系统)850/900中产生谐振,天线元件长度被设置成相对于这个频带的近似λ/2。此外,为了紧密地容纳在移动无线电终端的外壳内,该天线元件沿着底座(对应于基板4)的形状被折叠成两部分。在2GHz频带(PCS(个人通信系统)和UMTS(通用移动电信系统)频带)中的元件长度是λ。相应地,通过天线的自平衡动作,即使在不平衡馈送的情况下该天线自身也变成平衡的天线。此外,在该折叠元件的顶部提供附加的延伸部分,从而使得在1.8GHz频带中产生谐振也成为可能。因此就有可能支持多频带(5个频带)。
如图1A和1B所示,在这个实施例中,天线馈点1和天线地2彼此相对接近地被近似设置在基板(地)4的一端的中心部分。天线馈点1和天线地2连接到天线辐射板3。本发明所应用的天线设备是不平衡馈送类型。天线辐射板3被构造成关于天线馈点1和天线地2对称。
更具体来说,天线馈点1和天线地2各具有垂直立在基板4上的部分。该垂直部分的末端与元件部分3g相连,元件部分3g从那里平行于基板4向外延伸。元件部分3g的末端与元件部分3f相连,元件部分3f沿着基板4的侧边缘近似直角弯曲。元件部分3f延伸预定长度并且其末端连接到元件部分3e(上折部分),所述元件部分3e垂直于基板4向上延伸。此外,元件部分3e与元件部分3d连接,该元件部分3d近似地平行于元件部分3f返回到基板4的端部。元件部分3d的宽度被设置成大于元件部分3f的宽度,从而有利于元件部分3d辐射无线电波。两个元件部分3d连接到存在于它们之间的元件部分3c。元件部分3c的外边缘连接到元件部分3a,元件部分3a向元件部分3g弯曲。此外,元件部分3a的两侧连接到从中突出的元件部分3b。两个元件部分3b向对应的元件部分3e弯曲。
元件部分3g和3f构成一对第一元件部分,其近似地平行于基板4延伸。元件部分3e、3d和3c构成第二元件部分,第二元件部分通过合并折叠回去并且近似地平行于第一部分延伸的元件部分而形成。此外,元件部分3a构成第三元件部分,该第三元件部分从第二元件部分的折叠的顶部向第一元件部分延伸,并且其端部靠近第一元件部分。元件部分3b构成第四元件部分,该第四元件部分在第一元件部分和第二元件部分之间延伸。
图2A、2B、2C分别是图1A和1B所示的天线设备的前视图、俯视图和左侧视图。
整个天线元件可以被构造成形状类似一块金属板的导电元件。图3是其开发视图。在图3中,虚线表示折痕在外折叠(mountain-fold)部分,并且长短交替的线表示折痕在内折叠(valley-fod)部分。然而,根据本发明的天线元件不一定需要利用这样的一块平板形成,其可以由电接合的分离组件构造。然而,一块平板的结构消除了对于接合工作的需求。
图4的曲线图示出了图1A和1B所示的该实施例的天线设备的特性测量结果。在图4中,竖轴代表电压驻波比(VSWR),横轴代表频率。用于测量的天线设备的部件尺寸如下所述。
所有的尺寸以mm计。
基板4的尺寸(Y1×X1×Z2):99×39×1
从基板4到天线元件3c的高度(Z1):7
天线元件3d的长度(Y2):28
天线元件3d的宽度(X2):5
从该曲线图可以看到,通过图1A和1B所示的天线设备得到三个谐振点I、II、III,从而向天线提供了比以前宽得多的频带特性。例如,这个带宽能够覆盖作为现有的无线电通信频带的5个GSM频带850/900/1800/1900/UMTS。
根据本发明的发明人的考虑,添加元件部分3a(和元件部分3b)就有了新的谐振点II。元件部分3a的条件是从元件部分3c的一边延伸到元件部分3g的附近。元件部分3b从元件部分3a的两侧延伸。元件部分3a的长度和元件部分3b的长度可以微调谐振点II处的频率。
图5、6A和6B示出了从三个视点获得电流矢量,其表示在900MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。在图中,三角标记的方向指示电流方向,并且三角标记的大小指示电流大小。如图中所看到的那样,电流关于天线馈点1和天线地2近似对称地流动。也就是说,电流的流动是反相的。天线设备的元件长度对应于关于该频带的λ/2。
图7、8A和8B示出了从三个视点获得电流矢量,其表示在1800MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。在这种情况下,电流的流动是 相的。天线设备的元件长度对应于关于该频带的3/4λ。
图9、10A和10B示出了从三个视点获得电流矢量,其表示在2100MHz频带内流经天线设备的每一部分的电流的状态。在这种情况下,电流的流动是反相的。天线设备的元件长度对应于关于该频带的λ。
图11是使用根据该实施例的天线设备的通信终端设备100的示意框图。作为例子,该设备是蜂窝电话,但不限于此。通信终端设备100包含具有任一如上所述的结构的天线设备101、天线双工器102、发送/接收处理器103、调制/解调处理器105、数据处理器107、D/A转换器109、扬声器110、A/D转换器111和麦克风112。通信终端设备100还包括:控制器125,该控制器包括用于控制每个单元的CPU、ROM等等;存储器127,其由该控制器用作临时存储数据的存储区域和工作区域;显示器120;以及操作单元123。控制器125的ROM包括只读存储器和电可擦写可编程只读存储器(EEPROM),其存储用于不同操作(例如操作输入接受、通信、电子邮件处理、web处理、显示、音频输入/输出、电话目录管理、时间表管理等等)的控制程序以及在通常的通信终端设备中使用的固定数据。
如上所述,根据该实施例,提供了一种能够支持五个射频频带的宽带天线设备。此外,这个实施例的结构能够相对减少流经基板的电流量,从而对人体的影响更小。此外,所述天线辐射板的设计允许实现阻抗匹配,从而省去了对于电路匹配的需求。由于所述天线元件可以被形成为在基板上有空的内部空间,因此可以利用该空间来安装诸如摄影机、扬声器等设备。
尽管已经描述了本发明的一个优选实施例,但是本领域技术人员应该明白,取决于设计需求和其他因素,在所附权利要求书或其等效表述的范围内可以有多种修改、组合、子组合以及改变。

Claims (8)

1.一种不平衡馈送类型的折叠式偶极天线设备,包括:
近似平板状环形结构的天线元件,其连接到提供在基板上的天线馈点和天线地,
其中,该环形结构的天线元件包括:
一对第一元件部分,所述第一元件部分近似地平行于该基板延伸;
第二元件部分,该第二元件部分是通过合并从第一元件部分的两端折叠回来并且近似地平行于所述第一元件部分延伸的元件部分而形成的;以及
第三元件部分,其从第二元件部分的折叠的顶部向第一元件部分延伸,并且其端部靠近第一元件部分。
2.如权利要求1所述的折叠式偶极天线设备,其中,
一对第一元件部分在所述基板上方朝彼此相反的方向延伸,其从所述天线馈点和天线地开始,并且从第一元件部分到该基板保持近似均匀的距离;接着在预定长度处在相同方向上近似地直角弯曲;接着延伸预定的长度,并且从第一元件部分到该基板保持近似均匀的距离,
第二元件部分与所述第一元件部分的末端相连,并且以U字形延伸以便覆盖第一元件部分,从第二元件部分到第一元件部分保持近似均匀的距离,以及
第三元件部分至少从第二元件部分的中间部分的外边缘向第一元件部分延伸。
3.如权利要求2所述的折叠式偶极天线设备,其中,所述环形结构的天线元件进一步包括第四元件部分,所述第四元件部分与第三元件部分的两端相连,并且在第一元件部分和第二元件部分之间延伸。
4.如权利要求1、2或3所述的折叠式偶极天线设备,其中,对应于第一元件部分的第二元件部分的宽度大于第一元件部分的宽度。
5.一种包括不平衡馈送类型的折叠式偶极天线设备的移动无线电终端,其中,
该偶极天线设备包括:
近似平板状环形结构的天线元件,其连接到提供在基板上的天线馈点和天线地,
该环形结构的天线元件包括:
一对第一元件部分,所述第一元件部分近似地平行于该基板延伸;
第二元件部分,该第二元件部分是通过合并从第一元件部分的两端折叠回来并且近似地平行于所述第一元件部分延伸的元件部分而形成的;以及
第三元件部分,其从第二元件部分的折叠的顶部向第一元件部分延伸,并且其端部靠近第一元件部分。
6.如权利要求5所述的移动无线电终端,其中,
一对第一元件部分在所述基板上方朝彼此相反的方向延伸,其从所述天线馈点和天线地开始,并且从第一元件部分到该基板保持近似均匀的距离;接着在预定长度处在相同方向上近似地直角弯曲;接着延伸预定的长度,并且从第一元件部分到该基板保持近似均匀的距离,
第二元件部分与所述第一元件部分的末端相连,并且以U字形延伸以便覆盖第一元件部分,从第二元件部分到第一元件部分保持近似均匀的距离,以及
第三元件部分至少从第二元件部分的中间部分的外边缘向第一元件部分延伸。
7.如权利要求6所述的移动无线电终端,其中,所述天线元件进一步包括第四元件部分,所述第四元件部分与第三元件部分的两端相连,并且在第一元件部分和第二元件部分之间延伸。
8.如权利要求5、6或7所述的移动无线电终端,其中,对应于第一元件部分的第二元件部分的宽度大于第一元件部分的宽度。
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