CN101053120A

CN101053120A - 多频带天线设置

Info

Publication number: CN101053120A
Application number: CNA2005800276701A
Authority: CN
Inventors: 郑明�; 王汉阳
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2007-10-10
Also published as: KR20070033041A; US7307591B2; EP1776736A1; KR20090016481A; US20080231517A1; WO2006011008A1; US20100060542A1; WO2006011008A8; US20060017635A1

Abstract

一种多频带天线设置，具有多个谐振模式并且包括：接地平面；以及第一天线，在接地点与馈点之间形成回路状结构，其中第一天线定位成邻近于接地平面并且在X/2和X处具有谐振模式。

Description

多频带天线设置

技术领域

本发明的实施例涉及一种多频带天线设置。具体而言，本发明的实施例涉及一种用于移动蜂窝电话的多频带天线设置。

背景技术

近年来，已经变得希望蜂窝电话能够通过电磁频谱无线电部分的多个频带进行通信。之所以出现这一点是因为不同国家往往将不同频率频带用于蜂窝网络，例如US WCDMA是在850MHz而EU WCDMA是在2100MHz。即使在单个国家内仍然可以在不同射频频带提供不同业务，例如PCS是在1900MHz而PCN是在1800MHz。因而，蜂窝电话要求可以允许它们通过电磁频谱无线电部分的多个频带进行通信的多频带天线设置。

目前，用于蜂窝电话的多频带天线设置包括用于通过所需射频进行通信的多个天线。每个天线连接到它自己对应的馈点，并且每个天线被设置用以在不同射频频带发送和接收无线电信号。通常提供开关以有选择地启用和禁用天线，使得天线设置可以在所需射频带宽进行发送和接收。

与现有多频带天线设置相关联的一个问题在于，由于在所需射频带宽进行发送和接收所需要的天线和馈点的数目，它们占据了相对大的体积。此外，由于在使用之中的天线与天线设置的其它天线之间的电磁干扰而出现不希望的天线耦合，这可能有损于多频带天线设置的性能。

因此，希望提供一种可供选择的多频带天线设置。

发明内容

根据本发明的第一实施例，提供了一种多频带天线设置，具有多个谐振模式并且包括：接地平面；以及第一天线，在接地点与馈点之间形成回路状结构，其中第一天线定位成邻近于接地平面并且在λ/2和λ处具有谐振模式。

该第一天线可以在3λ/2处具有又一谐振模式。

可以经由馈点直接地对第一天线进行馈送。可供选择的是，可以经由馈点间接地对第一天线进行馈送。

第一天线中近似地位于接地点和馈点正中间的一点可以邻近于接地点和馈点。这可以形成“拉平”回路状结构。

多频带天线设置还可以包括从接地点延伸的第二天线。该第二天线可以沿着它的长度的至少部分与第一天线相邻近但是间隔开。该第二天线可以沿着其与第一天线相邻近但是间隔开的长度的该部分，电磁地耦合到第一天线，以向第二天线提供馈送。

第一天线可以电磁地耦合到第二天线，使得第一天线的λ/2谐振模式与在第二天线中的λ/4谐振模式电磁地耦合。

第一天线可以电磁地耦合到第二天线，使得第一天线的λ谐振模式与第二天线的3λ/4谐振模式电磁地耦合。

第一天线可以电磁地耦合到第二天线，使得第一天线的3λ/2谐振模式与在第二天线中的3λ/4谐振模式电磁地耦合。

第一天线的电长度可以近似地为第二天线的电长度的两倍。

第二天线可以沿着它的整个电长度邻近于第一天线。第一天线可以电磁地耦合到第二天线，使得第一天线的3λ/2谐振模式与在第二天线中的λ/4谐振模式电磁地耦合。第一天线的长度可以近似地为第二天线的电长度的六倍。

根据本发明的第二实施例，提供了一种多频带天线设置，具有多个谐振模式并且包括：馈点；接地点；接地平面；第一天线，连接到接地点和馈点以形成回路状结构；第二天线，连接到接地点并且沿着它的长度的至少部分与第一天线相邻近但是间隔开，其中第一天线定位成邻近于接地平面。第二天线电磁地耦合到第一天线以便为第二天线提供馈送。

第一天线可以在近似地位于接地点和馈点正中间的一点处邻近于接地点和馈点。第一天线可以具有λ/2、λ和3λ/2谐振模式。

第一天线的λ/2谐振模式可以与第二天线的λ/4谐振模式电磁地耦合。第一天线的λ或者3λ/2谐振模式可以与第二天线的3λ/4谐振模式电磁地耦合。第一天线的电长度可以近似地为第二天线的电长度的两倍。

可供选择的是，第一天线的3λ/2谐振模式可以与第二天线的λ/4谐振模式电磁地耦合。第一天线的电长度可以近似地为第二天线的电长度的六倍。

根据本发明的第三实施例，提供了一种收发器设备，包括如任一前述自然段所述的天线设置。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将仅作为例子对附图进行参照，在附图中：

图1图示了包括天线设置的无线电收发器设备的示意图；

图2图示了多频带天线设置的一个实施例的顶视图；

图3图示了图2所示的多频带天线设置在沿着箭头A观察时的侧视图；

图4A、4B、4C图示了图2和图3所示的多频带天线设置的谐振模式(0，0)、(1，0)和(0，1)的简化电场曲线图；

图5图示了例如图2和图3所示的天线设置的谐振频率曲线图；

图6图示了多频带天线设置的第二实施例的顶视图；

图7图示了图6所示的多频带天线设置在沿着箭头A观察时的侧视图；

图8A、8B图示了图6和图7所示的PILA天线的谐振模式(0)、(1)的简化电场曲线图；

图9图示了图6和图7所示的多频带天线设置的谐振频率曲线图；

图10图示了图6和图7所示的多频带天线设置的效率比对频率的曲线图；以及

图11图示了多频带天线设置的第三实施例的顶视图。

具体实施方式

图2、图3、图6、图7和图10图示了多频带天线设置12，该设置具有多个谐振模式并且包括：接地平面30；以及在接地点20与馈点22之间形成回路状结构的第一天线18，其中第一天线18被定位成邻近于接地平面30并且在λ/2和λ处具有谐振模式。

具体而言，图1图示了例如移动蜂窝电话、蜂窝基站、其它无线电通信设备或者用于此类设备的模块的无线电收发器设备10。该无线电收发器设备10包括多频带天线设置12、连接到多频带天线设置12的馈点的无线电收发器电路14和连接到无线电收发器电路14的功能电路16。在无线电收发器设备10是移动蜂窝电话的实施例中，功能电路16包括处理器、存储器和例如麦克风、扬声器和显示器的输入/输出设备。通常，提供无线电收发器电路14和功能电路16的电子组件经由印刷线路板(PWB)相互连接。PWB可以用作为用于多频带天线设置12的接地平面。

图2和图3图示了包括天线18的多频带天线设置12。天线18是平面型折叠单极、折叠偶极天线，并且具有多个工作谐振频率。图示的特定天线具有分别地覆盖GSM频带(900MHz)、PCN频带(1800MHz)和PCS频带(1900MHz)的三个谐振。天线18特别地适合于用作例如移动电话的移动蜂窝无线电终端的内部天线。

天线18是回路状的，具有邻近于单个馈点22的单个接地点20和在单个回路状结构中从接地点20延伸到馈点22的单个天线轨道24。在一个实施例中，经由馈点22直接地对天线18进行馈送。在另一实施例中，例如通过电磁耦合经由馈点22间接地对天线18进行馈送。

天线18的结构为非环形的并且封闭了空间26的区域。天线轨道24具有多个直角弯曲(＝90°)并且位于平坦几何平面28中，该平面在这一实施例中定位于接地平面30上方并且平行于接地平面30。天线18定位成邻近于接地平面30。例如，天线18可以是邻近于接地平面30，与接地平面30至少部分地交迭或者与接地平面30成角度地倾斜。天线18可以装配于视手持设备形状而定的模块上。天线18与接地平面30的邻近造成它们之间的电磁耦合，该电磁耦合允许(至少是部分地允许)天线18起到折叠单极、折叠偶极天线的作用。天线轨道24在这一实施例中关于线B基本上对称并且具有恒定宽度。天线轨道24具有电长度L₁。在天线轨道24与接地平面30之间的间隔h₁可以制作成数毫米量级。

在图2和图3中包含了坐标系32。坐标系32包括与y向量正交的x向量。馈点22在-x方向上距接地点20移位地放置。

单个天线轨道24在+x方向上从接地点20延伸开来，在点(a)处形成直角右弯曲，然后在-y方向上延伸。天线轨道24然后在点(b)处形成两个直角左弯曲，使得它在+y方向上延伸。天线轨道24然后在点(c)处形成直角左弯曲并且在-x方向上延伸经过接地点20和馈点22。天线轨道然后在点(d)处形成直角左弯曲、然后在-y方向上延伸。天线轨道24然后在点(e)处形成两个直角左手弯曲、然后在+y方向上延伸。天线轨道24然后在点(f)处形成直角右弯曲并且在+x方向上延伸到馈点22。

天线轨道24在点C处邻近于接地点20和馈点22。点C近似地位于接地点20与馈点22的正中间处，因此在与接地点20相距L₁/2处。由于天线轨道24在点C处邻近于馈点22和接地点20，所以对于折叠单极模式，天线轨道24在位于L₁/2处的点C的附近电容地负载。

如上所述，天线18是平面型折叠偶极、折叠单极天线。作为折叠偶极，天线18可以视为分成两个并联λ/2偶极，每个偶极具有长度L₁/2并且在它们的四个开放端处连接。因此，天线18在它的长度L₁之上在λ处具有谐振模式，但是也可以在视为在折叠λ/2处具有谐振模式。折叠偶极的谐振模式可以表示为：

L₁＝n_d×λ

其中n_d是代表谐振折叠偶极模式的总数目，而λ是用于那一模式的谐振频率的电磁波长。当n_d＝0时没有谐振模式。

作为折叠单极，天线18可以视为被分成两个并联λ/4单极，每个单极具有长度L₁/2并且在它们的两个开放端处连接。因此，天线18在它的长度L₁之上在λ/2或者3λ/2处具有谐振模式，但是也可以视为分别地在折叠λ/4或者折叠3λ/4处具有谐振模式。折叠单极的谐振模式可以表示为：

L_{1} = ({2 n}_{m} + 1) \times \frac{λ}{2}

其中n_m是代表谐振折叠单极模式的总数目，而λ是用于那一模式的谐振频率的电磁波长。

折叠偶极的最大电场(E_max)相对于接地点20的位置(y_d)可以如下给出：

y_{d} = \frac{(2 \times a_{d} - 1)}{n_{d}} \times \frac{L_{1}}{4}

其中a_d＝1，...，2n_d。

折叠单极的最大电场(E_max)相对于接地点20的位置(y_m)可以如下给出：

y_{m} = \frac{(2 \times a_{m} - 1)}{(2 \times n_{m} + 1)} \times \frac{L_{1}}{2}

其中a_m＝1，...，2n_m+1。

下表给出了折叠单极、折叠偶极天线18和最大电场位置的较低的三个模式。为了方便起见，每个模式可以指代为(n_d，n_m)。为了方便起见，可以使用λ_nd nm来指代与模式(n_d，n_m)的谐振频率相对应的波长。

应当注意，对于n_d＞0和n_m＝0的模式，最大电场的位置由y_d而不是y_m给定。应当注意，对于n_d＝0的模式，最大电场的位置由y_m而不是y_d给定。

n_d	n_m	λ_nd nm	频率	最大电场位置
n_d	n_m	λ_nd nm	频率	最大电场位置	0	0	2L₁	¹/₂1/L₁c	L₁/2
1	0	L₁	1/L₁*c	L₁/4，3L₁/4	0	0	2L₁	¹/₂1/L₁c	L₁/2
1	0	L₁	1/L₁*c	L₁/4，3L₁/4	0	1	2L₁/3	3/21/L₁c	L₁/6 L₁/2 5L₁/6

c：电磁波的速率

如图4A所示，在(0，0)模式中天线18作为在最大电场位置L₁/2处连接的两个λ/4单极结构进行工作。λ₀₀对应于2L₁。如图4B所示，在(1，0)模式中该天线作为在与最大电场位置L/4和3L/4相重合的位置处并联连接的两个λ/2偶极结构进行工作。λ₁₀对应于L₁。如图4C所示，在(0，1)模式中该天线在于最大电场位置L₁/2处连接的两个λ3/4单极结构的谐振模式中工作。λ₀₁对应于2L₁/3。

一个模式的最大电场(E_max)相对于接地点的位置处的电容负载减少了那一模式的谐振频率。如上所述，天线18在L₁/2处的电容负载减少了折叠单极模式(0，0)、(0，1)的谐振频率。在L₁/2处的电容负载增加了折叠偶极模式(1，0)的谐振频率，因为它减少了在L₁/2处的电感。在图5中图示了用于负载平面型折叠单极、折叠偶极天线的谐振模式(0，0)、(1，0)和(0，1)。

(0，0)模式在适合于GSM的900MHz处具有谐振频率。(1，0)模式在1800MHz处具有谐振频率并且适合于PCN。(0，1)模式在1900MHz处具有谐振频率并且适合于PCS和US WCDMA。

天线18必须满足一些电磁边界条件。在馈点处的电阻抗接近50Ohm而在接地点处的电阻抗接近0Ohm。天线18也被优化用以在蜂窝频带获得可接受的回程损耗(例如6dB)。

图6和图7图示了本发明的第二实施例。在这一实施例中，多频带天线设置12包括第一天线18和第二天线32。第一天线18与在图2和图3中所示的天线18基本上相同，并且在特征相似之处使用相同标号。第二天线32具有分别地覆盖US GSM和US WCDMA频带(850MHz)和EU WCDMA频带(210MHz)的两个谐振。

第二天线32在这一实施例中是具有电长度L₂的平面型反相L天线(PILA)。PILA 32经由接地点20连接到接地平面30。因此，第一天线18和PILA 32共用同一接地点。PILA 32的至少部分33邻近于第一天线18。在所示的例子中，该部分33和第一天线18并行地伸展并且相隔从十分之一毫米到数毫米的量级。正如将在下文中具体所述，PILA 32电磁地耦合到第一天线18，因此没有直接地电连接到馈点。

PILA 32具有多个直角弯曲(＝90°)并且位于与接地平面30平行的平坦几何平面28中。在天线32与接地平面30之间的间隔h₂可以制作成数毫米级，并且通常与h₁相同。

PILA 32在-x方向上从接地点20延伸并且在点(g)处形成直角左转。PILA 32然后在-y方向上延伸并且在点(h)处形成直角右转。PILA 32然后在-x方向上延伸并且在点(i)处形成直角右转。PILA 32的长度L₂的其余部分然后在+y方向上延伸。在这一实施例中，PILA 32在接地点20与点(g)之间以及在点(g)与(h)之间的近似2/3长度邻近于第一天线18。因此，PILA 32的近似前1/3电长度L₂邻近于第一天线18。

PILA 32例如在它邻近于第一天线18之处电磁地耦合到第一天线18。因此，当第一天线18具有流过它的电流时，它与PILA 32电磁地(电容地或者电感地)耦合从而在PILA 32中产生电流。因此，第一天线18充当PILA 32的馈送。

PILA 32可以视为单极天线。单极天线的谐振模式可以表示为：

L = ({2 n}_{p} + 1) \times \frac{λ}{4}

其中n_p是代表单极模式的总数目，而λ是用于那一模式的谐振频率的电磁波长。

单极的最大电场(E_max)相对于接地点的位置(y_p)可以如下给出：

y_{p} = \frac{({2 a}_{p} - 1)}{({2 n}_{p} + 1)} \times L

其中a_p＝1，...，n_p+1。

下表给出了PILA 32和最大电场位置的2个较低模式。为了方便起见，每个模式可以指代为(n_p)。为了方便起见，可以使用λ_np来指代与模式(n_p)的谐振频率相对应的波长。

n_p	λ_np	频率(Hz)	最大电场位置
n_p	λ_np	频率(Hz)	最大电场位置	0	4L₂	(1/4L₂)×c	L₂
1	4L₂/3	(3/4L₂)×c	1/3L₂，L₂	0	4L₂	(1/4L₂)×c	L₂

如图8A所示，在(0)模式中(n_p＝0)，PILA 32工作为使得最大电场位置是L₂。如图8B所示，在(1)模式中(n_p＝1)，PILA 32工作为使得最大电场位置是L₂/3和L₂。在图9中图示了PILA天线32的谐振模式n_p＝0和n_p＝1以及第一天线18的谐振模式。图10图示了在图6和图7中所示的多频带天线设置12的效率比对频率的曲线图。

第一天线18和PILA 32电磁地耦合。第一天线18的(0，0)模式与PILA 32的(0)模式电磁地耦合。第一天线(18)的(0，1)模式与PILA 32的(1)模式电磁地耦合。

为了实现此电磁耦合，第一天线18的电长度L₁近似地为PILA 32的电长度的两倍。这造成这些模式的谐振频率近似地相同。在这一实施中第一天线18的电长度L₁略小于PILA 32电长度的两倍。

在可供选择的实施例中，第一天线18的(0，0)模式与PILA 32的(1)模式电磁地耦合。在这一实施例中，PILA 32的电长度是第一天线18长度的1.5倍。

在另一实施例中，第一天线18的(1，0)模式与PILA 32的(1)模式电磁地耦合。在这一实施例中，PILA 32的电长度是第一天线18电长度的3/4倍。

第一天线18的谐振模式((0，1)、(1，0)和(0，1))与图5所示的谐振模式基本上相同。PILA 32的(0)模式(n_p＝0)在适合于GSM和US WCDMA的850MHz处具有谐振频率带宽(824MHz到894MHz)。PILA 32的(1)模式(n_p＝1)在适合于EU WCDMA的2100MHz处具有谐振频率带宽(2110MHz到2170MHz)。

在图6和图7中所示的天线设置12所提供的一个优点在于它提供了可以用于蜂窝通信的五个工作谐振频率。此外，天线设置12仅使用单个馈点。这一特征所提供的一个优点在于天线设置12几乎或者完全没有受例如本发明背景技术中概述的在单独天线结构之间的所不希望的天线耦合所影响。另外，天线元件和馈点占据天线设置中的空间，因此天线设置12可以占据蜂窝电话中的较少空间，因为它仅使用两个天线元件和一个馈点。此外，具有单个馈点可以减少天线设置的成本和制造复杂度。

图11图示了多频带天线设置12的第三实施例。在这一实施例中，多频带天线设置12包括第一天线18和第三天线34。第一天线18与在图2、图3、图6和图7中所示的天线18基本上相同，并且在特征相似之处使用相同标号。第三天线34具有覆盖EU WCDMA频带(2100MHz)的一个谐振模式。

第三天线34在这一实施例中是具有电长度L₃的平面型反相L天线(PILA)。PILA 34经由接地点20连接到接地平面30。因此，第一天线18和PILA 34共用同一接地点。在这一实施例中，PILA 34的整个电长度L₃近似于第一天线18。PILA 34电磁地耦合到第一天线18，因此没有直接地电连接到馈点。

PILA 34基本上是直的并且位于与接地平面30平行的平坦几何平面中。在PILA 34与接地平面30之间的间隔可以制作成数毫米的量级。PILA 34的整个长度L₃在-x方向上从接地点20延伸。P1LA 34沿着它的整个电长度L₃电磁地耦合到第一天线18(如上所言)。因此，当第一天线18具有流过它的电流时，它与PILA 34电磁地(电容地或者电感地)耦合并且在PILA 34中产生电流。因此，第一天线18充当PILA34的馈送。

PILA 34 n_p＝0模式电磁地耦合到第一天线18的(0，1)模式，即L₃＝λ/4。这一模式的谐振频率是2100MHz(2110MHz到2170MHz)并且适合于EU WCDMA。为了实现此电磁耦合，第一天线18的电长度L₁近似地为PILA 34的电长度的六倍。这造成这些模式的谐振频率基本上相同。在这一实施中，第一天线18的电长度L₁略小于PILA 34电长度的六倍。

图11所示的天线设置12可以比图6和图7所示的天线设置12占据较小体积，并且在设备内体积有限之时可以是更优选的。

虽然已经参照各种实施例在上文中描述了本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出对所给例子的修改。例如，第一天线18可以是任何折叠偶极、折叠单极天线，而第二天线和第三天线可以是任何非平衡天线。

尽管在前述说明书中努力关注那些被认为是本发明中特别重要的特征，但是应当理解，无论是否已经有特别的强调，在前文提及的和/或附图中示出的任何可获得专利的特征或者特征组合方面，申请人都要求获得保护。

Claims

1.一种多频带天线设置，具有多个谐振模式并且包括：

接地平面；以及

第一天线，在接地点与馈点之间形成回路状结构，其中所述第一天线定位成邻近于所述接地平面并且在λ/2和λ处具有谐振模式。

2.如权利要求1所述的多频带天线设置，其中所述第一天线在3λ/2处具有又一谐振模式。

3.如权利要求1或2所述的多频带天线设置，其中经由所述馈点直接地或者经由所述馈点间接地对所述第一天线进行馈送。

4.如任一前述权利要求所述的多频带天线设置，其中所述第一天线在近似地位于所述接地点和所述馈点正中间的一点处邻近于所述接地点和所述馈点。

5.如任一前述权利要求所述的多频带天线设置，还包括第二天线，所述第二天线从所述接地点延伸并且沿着它的长度的至少部分邻近于所述第一天线。

6.如权利要求5所述的多频带天线设置，其中所述第二天线沿着其邻近于所述第一天线的长度的所述部分电磁地耦合到所述第一天线以便为所述第二天线提供馈送。

7.如权利要求6所述的多频带天线设置，其中所述第一天线电磁地耦合到所述第二天线，使得所述第一天线的所述λ/2谐振模式与所述第二天线中的λ/4谐振模式电磁地耦合。

8.如权利要求6或7所述的多频带天线设置，其中所述第一天线电磁地耦合到所述第二天线，使得所述第一天线的所述3λ/2谐振模式与所述第二天线中的3λ/4谐振模式电磁地耦合。

9.如权利要求5到8中任一权利要求所述的多频带天线设置，其中所述第一天线的电长度近似地为所述第二天线的电长度的两倍。

10.如权利要求6所述的多频带天线设置，其中所述第二天线沿着它的整个电长度邻近于所述第一天线。

11.如权利要求10所述的多频带天线设置，其中所述第一天线电磁地耦合到所述第二天线，使得所述第一天线的所述3λ/2谐振模式与所述第二天线中的λ/4谐振模式电磁地耦合。

12.如权利要求10或11所述的多频带天线设置，其中所述第一天线的电长度近似地为所述第二天线的长度的六倍。

13.一种多频带天线设置，具有多个谐振模式并且包括：

馈点；

接地点；

接地平面；

第一天线，连接到所述接地点和所述馈点以形成回路状结构；

第二天线，连接到所述接地点并且沿着它的长度的至少部分邻近于所述第一天线，其中所述第二天线沿着其邻近于所述第一天线的长度中的所述部分电磁地耦合到所述第一天线以便为所述第二天线提供馈送，以及其中所述第一天线定位成邻近于所述接地平面。

14.如权利要求13所述的多频带天线设置，其中所述第一天线在近似地位于所述接地点和所述馈点正中间的一点处邻近于所述接地点和所述馈点。

15.如权利要求13或14所述的多频带天线设置，其中所述第一天线具有λ/2、λ和3λ/2谐振模式。

16.如权利要求15所述的多频带天线设置，其中所述第一天线的所述λ/2谐振模式与所述第二天线的λ/4谐振模式电磁地耦合。

17.如权利要求15或16所述的多频带天线设置，其中所述第一天线的所述3λ/2谐振模式与所述第二天线的3λ/4谐振模式电磁地耦合。

18.如权利要求15所述的多频带天线设置，其中所述第一天线的所述3λ/2谐振模式与所述第二天线的λ/4谐振模式电磁地耦合。

19.一种收发器设备，包括如任一前述权利要求所述的天线设置。

20.一种天线设置，与参照附图描述的和/或在附图中示出的天线设置基本上相同。