CN101167215A - 具有适合工作在多个频带上的天线配置的无线电设备 - Google Patents

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Abstract

工作在多个频带上的无线电设备，包括：具有前盖和后盖的外壳、天线配置、射频电路和用于将天线配置与射频电路连接的匹配单元。提出了以下措施：天线配置由至少两个天线部分组成，每个天线部分与频带集关联；天线部分被紧密地放置在一起；天线配置包括垂直于前盖的部分以及接近后盖和馈电点的另一部分；匹配单元包括控制开关装置，用于将天线配置调谐到每个频带。由于这些措施，以令人满意的性能获得了频带的覆盖区。

Description

具有适合工作在多个频带上的天线配置的无线电设备
技术领域
本发明涉及工作在多个频带上的无线电设备，其包括具有前盖和后盖的外壳、天线配置、射频电路和用于将天线配置与该射频电路连接的匹配单元。
背景技术
诸如移动电话手持机的无线电设备结合了内部天线。该天线(相对于工作波长)较小。因此，对较宽频带的匹配比较困难。而且，无线电设备必须在820MHz和2200MHz之间的多个频带上操作。另一需求是对于用户的头部所辐射的能量是尽可能最低的(SAR)。
发明内容
本发明的目的是满足所有这些多少有些矛盾的需求。
本发明基于以下专利文献：申请WO03/094290，显著地公开了用于匹配天线的装置；以及美国专利6,674,411，公开了平面倒F天线(PIFA天线)。
本发明提出在首段中定义的类型的无线电设备，其提供优良性能以满足所引述的需求。
本发明还提出适合上述无线电设备的天线配置。
这种无线电设备的特征在于：
天线配置由至少两个天线部分形成，每个天线部分与频带集关联；
天线部分被紧密地放置在一起；
所述装置包括垂直于前盖的部分以及靠近后盖和馈电点(feedingpoint)的另一部分；
所述匹配单元包括用于将该装置调谐到每个频带的控制开关装置。
通过非限制性的示例，参照下文中所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的并将被详细说明。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的无线电设备，该无线电设备具有包括高频部分和低频部分的天线配置；
图2是示出了低频天线部分的反射系数的史密斯圆图(Smithchart)；
图3是示出了高频天线部分的反射系数的史密斯圆图；
图4是表示两个天线部分之间的隔离的图表；
图5示出了具有根据本发明的天线配置的无线电设备的优选实施例；以及
图6是根据本发明的适用于图5设备的匹配单元的电路图。
具体实施方式
图1中示出了根据本发明的无线电设备1。该设备在图中未示出的外壳内部的PCB板12，其上放置有许多电路，其中，匹配电路单元14用于对RF电路(未示出)与天线配置15进行匹配。
根据本发明的方面，天线配置包括与较高频带关联的高频部分17和与较低频带关联的低频部分20。每个天线部分包括基本上与前盖(即PCB12)垂直的垂直子部分21和22(分别针对部分17和20)、以及与前盖平行的后盖子部分27和26(分别针对部分17和20)。所涉及的频带在820MHZ-2200MHZ范围内。所示出的天线配置被容纳在40×20×8mm的空间(大约与常规的双/三频带天线的体积相同)内。PCB的尺寸为100×40×1mm，并制作为铜片的样式。天线配置被设计为主要保持串联谐振特性：这允许仅使用串联元件来调谐天线，最小化了损耗。
图2和图3示出了低频和高频天线的反射系数(分别是S11和S22)。
图4示出了两根天线之间的隔离(S21)。必须注意的是，在两个天线部分17和20之间，即使其紧密邻近，在感兴趣的频带内要维持优于20dB的隔离。
在优选实施例中，提供了缝隙30和31。如图5中所示，缝隙30和31位于垂直于电话的前盖和后盖的天线的平面内。将缝隙放置于这个位置的优点是用户不太可能将手放在缝隙上而因此改变其电气性能。还可使用放置于天线基片上的离散组件或电感器/电容器来代替这些位置上的缝隙。为了降低开关和调谐组件中的损耗，首先将下面将公开的匹配单元14中包含的天线大致调谐到其覆盖的频带组的中心频率。这可以通过使用天线中的缝隙30和31或放置于天线上的离散电路组件来实现。缝隙(或离散组件)用作在其形成所在的天线的工作频带中的串联电感，以在保留带宽的情况下减小天线尺寸。还可以将缝隙配置为作为在其它天线的工作频带内的串联的带阻滤波器，这增加了天线之间的隔离。
图5的天线配置包括多个点：A是部分天线17的馈电点(supplypoint)，D是部分天线20的馈电点。点B和C分别是针对天线部分21和22的短路引脚40和41的短路触点。这些短接具有增加跨于天线的输入端上的并联电感(shunt inductance)的效果。可以使用一些并联电容(shunt capacitance)来产生所述电感：这提供了带通滤波器的效果，并提高了天线的带边电阻(band-edge resistance)(通过有限的“双调谐”)。这可以在保持主要的串联谐振天线特性的同时实现。相应地，由于仅需要串联调谐组件，所以最小化了匹配单元中的损耗。
与并联电容组合的缝隙以及馈电和短路引脚可以作为带通滤波器，提高两根天线间的隔离。与并联电容组合的缝隙以及短路引脚还可以减小天线的最差情况反射系数，最小化后续匹配单元中的损耗。
馈电和短路引脚宽度选择为使天线电阻的额定值低于系统阻抗。这最小化了每根天线必须覆盖的较宽带宽上的反射系数。还允许用户交互，这会增加天线电阻(同时降低其品质因子)。
注意，在每个频带上，天线电阻大于约20ohms。在没有其它装置的情况下，天线向前端电路提供的最差情况电阻将小于5ohms。由于传统的开关典型地具有几个ohms的“开”电阻，这将导致严重的损耗：需要MEMS开关以减少损耗。在使用缝隙、短路引脚和双调谐电容器的情况下，最差情况电阻约为25ohms。这里，可以使用传统的开关，且损耗是可接受的。
图6中所示的匹配单元适用于根据下表I中所示的频带的操作。
表I
  频带端口(Band Port)   系统   TX/RX     频带(MHz)
    B1   GSM EU     RX     925-960
    B2   GSM US     TX     824-829
    B3   GSM EU     TX     880-915
    B4   GSM US     RX     869-894
    B5   WCDMA US     RX     869-894
    B6   WCDMA US     TX     824-849
    B7   GSM EU     RX     1805-1880
    B8   GSM EU     TX     1710-1785
    B9   GSM US     TX     1850-1910
    B10   GSM US     RX     1930-1990
    B11   WCDMA US     RX     1930-1990
    B12   WCDMA US     TX     1850-1910
    B13   WCDMA EU     RX     2110-2170
    B14   WCDMA EU     TX     1920-1980
在图6中根据表I来标记端口。端口B1-B6与天线部分20链接，端口B7-B14与天线部分17链接。将该图中示出的滤波器F1-F8调谐到所考虑的频带的中间频率。考虑到改善匹配，通常将移相器与这些滤波器关联。移相器PS1-PS6分别与滤波器F2、F3、F5、F6、F7和F8关联。匹配单元14由七个支路BR1-BR7组成。端口B1与支路BR1连接，端口B2和B3与支路BR2连接，端口B4、B5和B6与支路BR3连接，端口B7与支路BR4连接，端口B8和B9与支路BR5连接，端口B11和B12与支路BR6连接，端口B13和B14与支路BR7连接。为了将天线配置与多种频带匹配，提供了多个控制装置。这些控制装置由开关构成。开关SW1，SW2，...，SW7分别与支路BR1，BR2，...BR7的输出连接。将开关SW10和SW11分别插入支路BR2和BR5中，依据在前频带端口的频带B2或B3以及在后频带端口的B8或B9控制开关SW10和SW11。根据在前频带端口B4和B5以及在后频带端口的B10和B11，对开关SW21和SW22进行开关。一些电容C1-C7与电感L1-L6相组合，改善了匹配。提供两个被放置于天线部分17-A和20-D附近的额外电容CM1和CM2，以完善匹配。必须注意的是，对于每个端口，仅使用两个开关以与天线配置连接，以最小化这些开关的损耗和寄生效应。

Claims (7)

1.一种工作在多个频带上的无线电设备，包括：具有前盖和后盖的外壳、天线配置、射频电路和用于将天线配置与射频电路连接的匹配单元，其特征在于：
所述天线配置由至少两个天线部分组成，每个天线部分与频带集相关；
所述天线部分被紧密地放置在一起；
所述天线配置包括垂直于前盖的部分以及接近后盖和馈电点的另一部分；
所述匹配单元包括控制开关装置，用于将所述配置调谐到每个频带。
2.如权利要求1所述的无线电设备，其特征在于，在所述垂直部分中设置有缝隙，以调谐天线谐振频率并提供所述部分之间的隔离。
3.如权利要求1所述的无线电设备，其特征在于，在所述垂直部分中设置有离散元件，以调谐天线谐振频率并提供所述部分之间的隔离。
4.如权利要求1或2所述的无线电设备，其特征在于，在垂直部分中设置有短路引脚。
5.一种天线配置，包括多个天线部分，每个天线部分具有垂直于第二部分的第一部分，所述第一部分包括馈电点和短路引脚，所述第二部分包括辐射元件。
6.如权利要求5所述的天线配置，其特征在于，第一部分包括缝隙，以调谐天线谐振频率并提供所述部分之间的隔离。
7.如权利要求5所述的天线配置，其特征在于，第一部分包括离散元件，以调谐天线谐振频率并提供所述部分之间的隔离。
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