CN101057366A - 具有超宽带天线的便携式通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有超宽带天线的便携式通信装置。本发明涉及一种便携式通信装置和天线设备。该装置包括：具有两个侧边(26，28)的电路板(16)，该两个侧边至少在它们以小于180度的角度相交以形成角(30)的区域中是直的；接地面(18)，除了所述电路板的所述角处的自由区域之外，接地面(18)在所述两个侧边之间延伸；以及设置在所述角处的所述自由区域中的辐射天线振子(22)。包括所述接地面和所述辐射天线振子的天线设备适于在超宽带频率范围中使用，同时在便携式通信装置中占用很少的空间。

Description

具有超宽带天线的便携式通信装置
技术领域
本发明涉及便携式通信装置的领域，更具体地涉及一种具有适于在超宽带频率范围中使用的天线设备(antenna arrangement)的便携式通信装置以及这种天线设备。
背景技术
诸如蜂窝电话的便携式通信装置变得越来越小，而同时提供了多种功能和特性，因此便携式通信装置在其内部设置有许多组件。这些功能中的一些提供了位置检测(室内或室外)以及装置与装置之间的短程通信。这种通信当然需要天线。但是，重要的是，为了不在装置内占用太多的空间，针对这种应用的天线要尽可能地小。
由于该原因已提出许多小天线。例如在US 2003/0001793中，描述了包括由电介质材料制成的基块(base block)的芯片天线(chip antenna)，该基块包括充当用于短程通信(如BluetoothTM)的天线振子的螺旋导体图案。
对于这种类型的通信，近些年已进行了关于超宽带频率范围内的使用的调查。已证明对该类型的通信具有良好特性的一种天线是盘锥形天线(discone antenna)。但是，盘锥形天线大而且笨重，不适于在小的便携式通信装置中使用。
因此，提供一种针对该频率范围的在便携式通信装置中占用很少空间的另选的天线设备是有益的。
发明内容
本发明旨在解决这样的问题：提供一种占用很少空间并且适于在超宽带频率范围中使用的通信解决方案。
因此，本发明的一个目的是提供一种便携式通信装置，该装置具有占用很少空间并且适于在超宽带频率范围中使用的通信结构。
根据本发明的第一方面，通过一种便携式通信装置来实现该目的，该便携式通信装置包括：
具有两个侧边的电路板，该两个侧边至少在它们以小于180度的角度相交以形成角的区域中是直的，
在除所述电路板的所述角处的自由区域(free area)之外的所述两个侧边之间延伸的接地面，以及
在所述角处的自由区域中设置的辐射天线振子。
本发明的第二方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中将自由区域形成为三角形。
本发明的第三方面旨在提供一种包括上述第二方面特征的便携式通信装置，该装置还包括电连接部，该电连接部跨越所述接地面和所述自由区域之间的边界线地对所述天线馈电。
本发明的第四方面旨在提供一种包括上述第三方面特征的便携式通信装置，其中所述电连接部被设置为跨越所述边界线的中部。
本发明的第五方面旨在提供一种包括上述第四方面特征的便携式通信装置，其中所述电连接部被设置为对边界线成直角。
本发明的第六方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述接地面包括形成为带有经截平的顶部的三角形的部分，该经截平的顶部面对所述自由区域。
本发明的第七方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述接地面覆盖了所述自由区域之外的全部电路板。
本发明的第八方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，该装置还包括所述电路板上的无线电通信电路，其中所述辐射天线振子通过与所述接地面绝缘的电连接部连接到所述无线电通信电路。
本发明的第九方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述电路板的所述侧边的长度比特定频率的四分之一长，该频率是所述天线将在其中使用的波段的最低频率。
本发明的第十方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子具有弯曲的形状。
本发明的第十一方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子具有螺旋形状。
本发明的第十二方面旨在提供一种包括上述第十一方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子具有三维结构。
本发明的第十三方面旨在提供一种包括上述第十二方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子设置在由陶瓷或电介质材料制成的组件中。
本发明的第十四方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子具有二维形状。
本发明的第十五方面旨在提供一种包括上述第十四方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子是印刷在所述电路板上。
本发明的第十六方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中所述辐射天线振子是单极天线振子。
本发明的第十七方面旨在提供一种包括上述第一方面特征的便携式通信装置，其中该通信装置是蜂窝电话。
本发明的另一目的是提供一种占用很少空间并且适于在超宽带频率范围中使用的天线设备。
根据本发明的第十八方面，通过一种天线设备来实现该目的，该天线设备包括：
接地面，该接地面包括形成为带有经截平的顶部的三角形的部分，该经截平的顶部面对自由区域，以及
在所述自由区域中设置的辐射天线振子，所述自由区域当与所述接地面的所述部分结合时形成完整三角形，和
电连接部，该电连接部跨越所述接地面和所述自由区域之间的边界线对所述天线馈电。
本发明的第十九方面旨在提供一种包括上述第十八方面特征的天线设备，其中所述电连接部被设置为跨越所述边界线的中部。
本发明的第二十方面旨在提供一种包括上述第十九方面特征的天线设备，其中所述电连接部被设置为与所述边界线成直角。
本发明具有下面的优点。它在装置内占用很有限的额外空间。通信元件中的最大部分是接地面。但是，由于通常装置中无论如何都要设置接地面，因此根据本发明的天线设备不增加便携式通信装置的大小。因此同样可以廉价地制造。本发明还适于超宽带频率通信，同时提供良好的宽带特性。因而可以将通信用于位置检测(例如室内)，或用于在不同装置之间使能实现高数据传输速率的短程通信。
辐射天线振子的表述是要表示能够收发无线电信号的天线振子，而不管天线振子是只用于发送、或只用于接收或者用于发送与接收二者的组合。
应强调的是，在本说明书中使用术语“包括/由...组成”时，这是为了指出所陈述的特征、整体、步骤或组成部分的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、组成部分或它们的组的存在或添加。
附图说明
现将参照附图来更详细地描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出了蜂窝电话形式的便携式通信装置的正视图，
图2示出图1中的电话中的电路板和布置在其上的组件的侧视图，
图3示出具有布置在其上的组件的电路板的正视图，
图4示意性地示出了包括有在根据本发明第一实施例的便携式通信装置中使用的辐射天线振子的电介质立方体的立体图，以及
图5示意性地示出了在根据本发明第二实施例的便携式通信装置中使用的辐射天线振子的立体图。
具体实施方式
现在将参照作为本发明的优选变型例的蜂窝电话来描述根据本发明的便携式通信装置。该电话进一步优选地是所谓直板型电话(stick typephone)，但它可以是其他类型的电话，例如翻盖型电话(clamshell phone)。便携式通信装置还可以是其他类型的装置，如无绳电话、通信模块、PDA或膝上型计算机或者利用无线电波进行通信的任何其他类型的便携式通信装置。
图1示意性地示出根据本发明的电话10的正视图。电话10包括显示器14、在该显示器之下设置的键盘12上的多个键、以及在显示器14之上设置的声孔。
图2示意性地示出了电话内部与本发明有关的部分的侧视图。该电话包括电路板16，在电路板16中设置有接地面18。该接地面是作为电路板16内的一层而设置的，并且除了后面将进一步描述的某处之外，基本上延伸遍及整个电路板16。该接地面18充当电路板上布置的组件的地。但是，它还充当电话中的天线(如未示出的可能为PIFA天线的通信天线)的地。在电路板16上，还设置了另外的组件，在此是显示器14、无线电通信电路20以及电介质立方体22形式的组件(其包括超宽带频率范围内短程通信使用的辐射天线振子)。立方体22中的辐射天线振子经由同轴电缆28连接到无线电通信单元。
如上所述，盘锥形天线具有适于超宽带频率范围(该范围在3.1GHz与10.6GHz之间)内的通信的结构。盘锥形天线是由锥形体制成的，在该锥形体顶部设置有圆板形式的辐射振子。该圆板由穿过该锥形体的中心而设置的同轴电缆馈电。锥形体(其是接地的)因而与辐射板分离。但是，对于可用的空间有限的大多数通信应用来说，该天线结构的尺寸太大了。因此，尝试修改该盘锥体的结构，使得它可以用于较小的装置是有益的。在图3中示出了这样的变型例。
图3示出了电路板16的顶视图。在该电路板上示出了组件14、20和22以及同轴电缆24。还示出了由阴影线表示的接地面18。在该图中看起来组件是设置在接地面上的。但这并不是实际情况。接地面实际上设置在电路板中的一层中，但这里示出它是为了更好地描述本发明。
图3中明显的是，电路板16具有用于限定角30的相互以直角结合的直的下侧边26和直的长侧边28。在该图中还明显的是，接地面18基本覆盖了除该角30处的自由区域之外的全部电路板，该自由区域是三角形。因而接地面18具有经修改的矩形的形状，其中一个角被切去。此外，该切去部是对称的，以使得在角30处沿着下侧边26和长侧边28设置相同量的自由空间。这意味着接地面18具有面对角30的侧边或边界线32，该侧边或边界线32形成了三角形的斜边(该三角形形成了所述自由区域)。在该自由区域中(优选地在其中部)设置有包括辐射天线振子的电介质立方体22。同轴电缆24从电路板以直角跨越侧边32而延伸到该自由区域，以将通信单元20和电介质立方体30互连。电介质立方体中的辐射天线振子具有这样的长度，该长度对应于所使用的频率波段中的最低频率(也表示截止频率(cut frequency))的波长的四分之一。稍后将更详细地描述如何设置立方体22内的该辐射天线振子。接地面和具有辐射天线振子的电介质立方体组成天线设备，虽然在此处，同轴电缆被包括在天线设备中，但其可以作为对天线设备进行馈电的部件。
下侧边26的长度通常比截止频率长，如同长侧边28一样。因此，使显示器14布置得尽可能远离电介质立方体22是有利的，这是因为显示器14可以吸收天线的一些辐射。自由区域的材料还应该具有良好的导电性质。
利用上述结构，可以将接地面视为设置了两个部分，其中一个部分是具有经截平的顶部的三角形部分，该经截平的顶部面对角。图3中虚线表示了将接地面分割为两个部分。三角形的部分表示盘锥形天线中的锥形体的二维形式，其中辐射振子相当于盘锥形天线的辐射盘。以该方式设置了相当于盘锥形天线的小尺寸的天线，该天线适于超宽带通信，同时提供良好的宽带特性。此外，具有经截平的顶部的三角形部分与自由区域一起组成了完整的三角形。
通过在自由区域的中部布置具有辐射天线振子的电介质立方体并通过侧边32的中部对它馈电，该天线还是对称的。
利用上述类型的天线，可以提供在超宽带频率范围内的通信，并优选地在3.1至4.8GHz的范围内提供通信。接着可以将通信用于位置检测(如室内)、在不同装置之间使能实现高数据传输速率的短程通信或者芯片间通信。超宽带范围具有许多优点。其干扰小、楼层和墙壁穿透性好、位置分辨率高，并且功率低。还可以廉价地生产所使用的无线电通信电路。此外，根据本发明的天线设备是很小的，不添加大量另外的材料，这是由于无论如何通常都要在装置中设置接地面。因此它是廉价的。
为了在可用的有限自由区域处提供需要的长度，电介质立方体内的辐射天线振子可以具有多种形状。
图4示出了作为陶瓷立方体的立方体22的立体图，立方体22包括根据本发明的当前预期的第一优选实施例的螺旋单极天线振子。在辐射天线振子24的末端设置有接触焊盘34(其焊接到电路板上以连接到同轴电缆)。这里，利用多层立方体成形技术在立方体的内部设置辐射天线振子。如可以看到的，这里的辐射天线振子具有三维结构。作为另一种选择，辐射天线振子还可以具有其他形状，如弯曲形状。立方体还可以按照多种方式(例如通过粘贴或通过将特定接触焊盘焊接到电路板)固定到电路板。后一种方法具有的优点是，在与进行必需的电连接的相同步骤中提供了紧固。作为另选例，例如可以使用印刷技术将辐射天线振子设置在立方体的外侧。作为另选例，还可以在辐射天线振子的中部执行对辐射天线振子的馈电。
图5示出根据本发明第二实施例的辐射天线振子36的另一变型例，它是二维的并具有弯曲的形状。这里按照二维的方式设置辐射天线振子。该天线振子还作为单极天线振子，例如可以通过印刷而直接设置在电路板上。在该图中，从一端对振子馈电，但是也可以从中部馈电。
除了上述已公开的方式之外，还可以按照多种方式来改变根据本发明的便携式通信装置。电介质立方体可以具有适合自由区域的任何形状，因而还可以具有三角形形状。对辐射天线振子的馈电不必使用同轴电缆来进行。可以是任何的连接装置，只要信号导体与地绝缘(这可以通过地与信号导体之间的间隙来实现)即可。通过在如膝上型计算机的较大装置中设置辐射天线振子和接地面，可以使角中的自由区域较大，而同时允许较大的接地面。因此也可以设置不具有上述结构的辐射天线振子，而例如设置有T形形状的辐射天线振子。这样可以在整个频段(即，直到10.6HGz)中得到良好的天线特性。此外，侧边不必一直是直的，而只在接地面设置了具有经截平的顶部的三角形的区域中是直的。此外，下侧边和长侧边形成的角不必是90度，而可以是小于180度的任何角度。另外，应该认识到，天线不限于超宽带频率范围，而可以预期是其他频率。

Claims (20)

1、一种便携式通信装置(10)，该便携式通信装置包括：
具有两个侧边(26，28)的电路板(16)，该两个侧边至少在它们以小于180度的角度相交以形成角(30)的区域中是直的；
接地面(18)，除了所述电路板的所述角处的自由区域之外，所述接地面(18)在所述两个侧边之间延伸，以及
辐射天线振子(24；36)，其设置在所述角处的所述自由区域中。
2、根据权利要求1所述的便携式通信装置，其中，所述自由区域形成为三角形。
3、根据权利要求2所述的便携式通信装置，该便携式通信装置还包括电连接部(24)，该电连接部跨越所述接地面和所述自由区域之间的边界线(32)对所述天线馈电。
4、根据权利要求3所述的便携式通信装置，其中，所述电连接部被设置为跨越所述边界线的中部。
5、根据权利要求4所述的便携式通信装置，其中，所述电连接部被设置为与所述边界线成直角。
6、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述接地面包括形成为具有经截平的顶部的三角形的部分，该经截平的顶部面对所述自由区域。
7、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述接地面覆盖了所述自由区域之外的整个电路板。
8、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，该便携式通信装置还包括所述电路板上的无线电通信电路(20)，其中所述辐射天线振子通过与接地面绝缘的电连接部(24)连接到所述无线电通信电路。
9、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述电路板的所述侧边的长度比特定频率的四分之一长，所述特定频率是所述天线将要在其中使用的波段的最低频率。
10、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子具有弯曲的形状(36)。
11、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子具有螺旋形状(24)。
12、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子具有三维结构。
13、根据权利要求12所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子设置在由陶瓷或电介质材料制成的组件(22)中。
14、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子具有二维形状。
15、根据权利要求14所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子印刷在所述电路板上。
16、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述辐射天线振子是单极天线振子。
17、根据上述任意一项权利要求所述的便携式通信装置，其中，所述便携式通信装置是移动电话。
18、一种天线设备，该天线设备包括：
接地面(18)，该接地面包括形成为具有经截平的顶部的三角形的部分，该经截平的顶部面对自由区域，
在所述自由区域中设置的辐射天线振子(24；36)，所述自由区域当与所述接地面的所述部分结合时形成了完整的三角形，和
电连接部(24)，该电连接部跨越所述接地面和所述自由区域之间的边界线(32)对所述天线馈电。
19、根据权利要求18所述的天线设备，其中，所述电连接部被设置为跨越所述边界线的中部。
20、根据权利要求19所述的天线设备，其中，所述电连接部被设置为与所述边界线成直角。
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