CN101019272A - 天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置。本发明涉及至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置，天线装置包括：第一导电辐射元件，其包括可连接到无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送和接收射频信号的第一馈电部分；与所述第一辐射元件隔开设置的接地面；在第一位置连接第一导电辐射元件和接地面的DC阻断装置；以及在第二位置连接第一导电辐射元件和接地面的可控开关。

Description

天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置
技术领域
本发明总体上涉及一种天线装置，更具体地涉及一种用于诸如移动电话的便携式无线电通信装置的可控内部多频带天线装置。本发明还涉及包括该天线装置的便携式无线电通信装置。
背景技术
将内部天线用于便携式无线电通信装置已经有一段时间。有许多与使用内部天线相关联的优点，可以列出以下优点：其小且轻，使得它们适合于尺寸和重量很重要的应用，例如移动电话中的应用。经常用于便携式无线电通信装置的一类内部天线是所谓的平面倒F天线(PIFA)。
然而，在移动电话中应用内部天线给天线结构带来一些限制，比如辐射元件的尺寸、馈电部分和接地部分的精确定位等。这些限制可能使得很难找到提供宽工作频带的天线结构。这对于希望进行多频带工作的天线(其中天线适于在两个或更多个分隔开的频带中工作)尤为重要。在典型的双频带电话中，低频带的中心在900MHz(所谓的GSM900频带)，而高频带的中心在1800MHz或1900MHz附近(分别是DCS和PCS频带)。如果使得天线装置的高频带足够宽、覆盖1800MHz和1900MHz频带，则获得在三个不同的标准频带下工作的电话。在不久的将来，可能出现在四个甚至更多个不同频带下工作的天线装置。
无源天线中的频带数量受到天线尺寸的限制。为了能够进一步增大频带数量和/或减小天线尺寸，可以使用有源频率控制。在日本10190347号专利摘要中公开了有源频率控制的示例，其公开了一种能够处理多个频率的接线(patch)天线装置。为此，提供了基本接线部分和附加接线部分，它们通过PIN二极管互相连接，PIN二极管被设置成选择性地互连和断开接线部分。虽然这提供了频率控制，但是，天线装置仍然具有很大的尺寸，不太适于在两个或更多个相对分隔开的频带之间(例如在GSM与DASMP和/或DCS与PCS频带之间)进行切换。
然而，该现有技术装置的示例很典型：已经利用接入和断开附加接线来进行调谐，而不是与第一频带隔开地创建附加频带。
日本特开2000-236209号公报的专利摘要公开了一种包括线性导体或位于介电基板上的单极天线，参见图1。天线的辐射部分包括通过二极管开关电路相连接的至少两个金属片。辐射元件具有连接到滤波电路一端的馈电点，该滤波电路截止高频信号。信号VSwitch用于控制二极管开关。所公开的结构仅限于单极或双极天线。此外，根据上述日本文献的天线的目的并不是提供小尺寸的天线。
因此，现有技术的天线装置的问题在于，提供一种PIFA类型的多频带天线，其尺寸和体积小、频带宽，并保持良好的性能。
发明内容
本发明的主要目的是提供至少减轻以上问题的装置和方法。
本发明的一个目的是提供一种最初提到的类型的天线装置，其中频率特性提供至少两个相对较宽的频带，同时天线装置的总尺寸较小。
另一个目的是提供一种多频带性能优于现有技术装置的天线装置。
本发明基于以下认识：通过设置天线以使得可以通过控制开关来控制辐射元件的有效频带，从而可以在物理上很小的天线中提供几个频带。即，通过操作开关，可以在第一模式中将辐射元件调谐到第一频带或第一频带组，并且在第二模式中将其调谐到第二频带或第二频带组。
由本申请的同一申请人在瑞典提出的专利申请SE0301200-2、SE0302979-0和SE0400203-6涉及与本发明类似的内容，因此通过此引用将其并入。同一申请人与本申请同日在瑞典提出的同时申请也涉及相同领域，因此也通过此引用将其并入。
已经提出了应将辐射元件划分为两部分、并用开关将其连接以实现以上目的。这样的开关元件可以是二极管。然而，二极管并不是理想的部件，这是由于已经发现二极管可能导致在一些标准中可能不容许的剧烈谐波。
此外，如果不需要频繁地对开关进行操作，则很有益。如果无线电通信装置需要收听不同频率(这只能通过操作开关来实现)，那么，仅仅基于例如无线电通信装置的操作者的地理位置来进行操作会简化无线电通信装置的操作。
本发明的主要目的是提供至少减轻以上问题的装置和方法。
根据本发明的第一方面，通过用于至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置的天线装置来实现这些和其他目的，该天线装置包括：第一导电辐射元件，其包括第一馈电部分，所述第一馈电部分可以连接到无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送和接收射频信号；与第一辐射元件隔开设置的接地面；在第一位置连接第一导电辐射元件和接地面的DC阻断装置；以及在第二位置连接第一导电辐射元件和接地面的可控开关。
根据本发明的第二方面，通过实现天线的多频带特性的方法来实现以上和其他目的，所述天线在接地面上方设置有至少一个辐射元件，其中辐射元件在第一位置通过DC阻断装置而连接到第一接地面部分，所述方法包括以下步骤：将射频信号馈送到辐射元件；并且对设置在辐射元件与接地面之间的开关进行操作，其中，在第一模式中使开关对射频信号开路，在第二模式中使开关对射频信号闭路，以改变天线的有效工作频带。
根据本发明的第三方面，通过包括上述天线装置的便携式无线电通信装置来实现以上和其他目的。
通过以上设置，可以减少二极管引入的谐波。此外，可以实现在第一模式中具有与美国使用的频率(即对应于DAMPS和PCS的850MHz和1900MHz)对应的谐振频率并且在第二模式中具有与欧洲使用的频率(即对应于GSM和DCS的900MHz和1800MHz)对应的谐振频率的天线。
根据本发明的一个变型例，开关包括PIN二极管，DC阻断装置包括电容器。
根据本发明的一个变型例，开关可以呈现两种状态，并由控制电压输入(VSwitch)控制。
根据本发明的一个变型例，辐射元件包括第二馈电部分，该第二馈电部分用于向辐射元件馈送DC电压，由此来控制开关。
根据本发明的一个变型例，其中辐射元件大体为平面。
根据本发明的一个变型例，在第一馈电部分与辐射元件之间设置有第一滤波器，该第一滤波器是高通滤波器，阻断为控制开关而提供的几乎所有DC信号。
根据本发明的一个变型例，在第二馈电部分与辐射元件之间设置有第二滤波器，该第二滤波器是低通滤波器，阻断天线装置接收或发送的几乎所有射频信号。
根据本发明的一个变型例，天线装置包括第二辐射元件。
根据本发明的一个变型例，第一辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
根据本发明的一个变型例，第二辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
根据本发明的一个变型例，通过在辐射元件上提供第一DC电压而将开关设置为第一模式，通过在辐射元件上提供第二DC电压而将开关设置为第二模式。
根据以下对本发明实施例的详细描述，本发明的进一步特征及其优点将显而易见。
附图说明
根据本文以下给出的对本发明实施例的详细描述以及附图1和2(它们只是作为示例而给出，因此不是对本发明的限制)，可以更充分地理解本发明。
图1是根据本发明的一个变型例的天线装置的示意性立体图。
图2是表示图1中的天线装置的工作模式的频率图。
具体实施方式
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，出于说明而不是限制的目的，对诸如具体技术和应用的具体细节进行阐述。然而，本领域技术人员容易想到可以按脱离这些具体细节的其他实施例来实施本发明。在其他例子中，略去对公知方法和装置的详细描述，从而不会由于不必要的细节而使得对本发明的描述模糊。
图1是根据本发明的一个变型例的天线装置的示意性立体图，该天线装置具有设置在接地面102上方的辐射元件101。虽然将辐射元件101示出为大致矩形的片，但是如现有技术中进行了很多论述的，辐射元件101可以采用调谐到理想频带的其他形式。这些形式包括U形、E形、W形、曲折形或任何其他合适的形状，并且可以包括有源或无源部件。辐射元件101甚至可以包括由电感、电容或诸如二极管的有源部件连接的几个部分。然而，它通常是平面的，但可以包括折叠为向接地面突出的部分。
辐射元件101包括可连接到无线电通信装置(未示出)以将射频信号104馈送到辐射元件101的第一馈电部分103。射频信号通过高通滤波器107，该高通滤波器107防止任何DC分量经第一馈电部分103到达无线电通信装置。
辐射元件101进一步包括可连接到无线电通信装置以将DC电压106VSwitch馈送到辐射元件101的第二馈电部分105。DC电压通过低通滤波器108，该低通滤波器108防止任何RF分量经第二馈电部分105到达无线电通信装置。
辐射元件101在第一位置通过DC阻断装置109连接到接地面。DC阻断装置防止DC信号从辐射元件经其到达接地面，但是允许RF信号从辐射元件经其到达接地面。这样，DC阻断装置对于RF信号用作连接PIFA天线中的辐射元件与接地面的接地针，但是对DC信号用作开路。
在使用二极管110来实现的本发明的该变型例中，辐射元件进一步在第二位置通过开关连接到接地面。
当没有通过第二馈电部分105向辐射元件101施加DC电压时，二极管110是开路，根据辐射元件的具体设计，天线装置具有某一谐振频率或某些谐振频率。将这种天线设计为具有例如针对850MHz和1900MHz频带的两个谐振频率是公知常识。
通过经馈电部分105向辐射元件101施加DC电压VSwitch来操作开关，DC电压VSwitch优选为在1伏特到5伏特的范围内。由于DC阻断装置109不传递DC信号，因此DC信号通过二极管110到达接地面。此时，二极管导通，并且对于RF信号也为短路，换句话说，它在辐射元件101与接地面102之间提供第二接地针，天线装置的谐振频率发生变化。如果将天线设计为具有两个谐振频率，则这两个谐振频率被推到一起。即，如图2所示，当开关断开时，可以将天线设计为用于850MHz和1900MHz(这是美国使用的频率)，当开关接通时，可以将天线设计为用于900MHz和1800MHz(这是欧洲使用的频率)。由于不必频繁地对开关进行操作，因此这很有益。
显然，可以按多种方式来修改本发明。不应认为这些修改脱离本发明的范围。旨在将本领域技术人员容易想到的所有这些修改包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1、一种天线装置，该天线装置用于至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置，所述天线装置包括：
第一导电辐射元件，其包括第一馈电部分，所述第一馈电部分可连接到所述无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送和接收射频信号；
与所述第一辐射元件隔开设置的接地面，
所述天线装置的特征在于，
在第一位置连接所述第一导电辐射元件和所述接地面的DC阻断装置，
设置在所述第一馈电部分与所述辐射元件之间的第一滤波器，以及
在第二位置连接所述第一导电辐射元件和所述接地面的可控开关。
2、根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述开关包括PIN二极管。
3、根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述DC阻断装置包括电容器。
4、根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述开关可以呈现两种状态，并由控制电压输入(VSwitch)控制。
5、根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，
所述辐射元件包括第二馈电部分，所述第二馈电部分用于向所述辐射元件馈送DC电压以控制所述开关。
6、根据权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
其中所述辐射元件大致为平面。
7、根据权利要求1至6中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一滤波器是阻断用于控制所述开关的几乎所有DC信号的高通滤波器。
8、根据权利要求1至7中的任一项所述的天线装置，其中，
在所述第二馈电部分与所述辐射元件之间设置有第二滤波器。
9、根据权利要求8所述的天线装置，其中，
所述第二滤波器是阻断所述天线装置接收或发送的几乎所有射频信号的低通滤波器。
10、根据权利要求1至9中的任一项所述的天线装置，其中，
所述天线装置包括第二辐射元件。
11、根据权利要求1至10中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
12、根据权利要求10所述的天线装置，其中，
所述第二辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
13、一种便携式无线电通信装置，该便携式无线电通信装置包括根据权利要求1至12中的任一项所述的天线装置。
14、一种实现天线的多频带特性的方法，所述天线具有设置在接地面上方的至少一个辐射元件，其中所述辐射元件在第一位置通过DC阻断装置而连接到所述第一接地面部分，并且所述天线包括设置在所述第一馈电部分与所述辐射元件之间的第一滤波器，所述方法包括以下步骤：
将射频信号馈送到所述辐射元件，
对设置在所述辐射元件与所述接地面之间的开关进行操作，其中使所述开关在第一模式中对射频信号开路并且在第二模式中对射频信号闭路，以改变所述天线的有效工作频带。
15、根据权利要求14所述的方法，其中，
通过在所述辐射元件上提供第一DC电压而将所述开关设置为所述第一模式，通过在所述辐射元件上提供第二DC电压而将所述开关设置为所述第二模式。
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