CN101257139A - 多频段天线以及具有多频段天线的移动通信终端 - Google Patents

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Abstract

提供了一种移动通信终端，包括：电介质基板；接地表面，形成在电介质基板的第一区域上；辐射部件，以距离电介质基板预设距离布置在没有形成接地表面的第二区域上，该辐射部件具有形成在其上的第一缝隙和第二缝隙；馈线，形成在电介质基板的第二区域上，并且一端连接到辐射部件；接地线，以距离馈线预定距离布置在电介质基板的第二区域上，并且一端连接到辐射部件，以及另一端连接到接地表面；以及匹配接地表面，形成在电介质基板的第二区域上，该匹配接地表面与辐射部件的一部分成重叠关系布置，并且从接地表面延伸以容性耦合到辐射部件。

Description

多频段天线以及具有多频段天线的移动通信终端
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年2月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2007-20302号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种多频段天线和具有该种多频段天线的移动通信终端，更具体地涉及一种在其中形成多个缝隙以保证多频段特性的天线，以及一种在其中形成有容性耦合至天线的匹配接地表面以实现宽带特性的移动通信终端。
背景技术
移动通信技术的快速发展不但减少了移动通信装置的尺寸，而且使移动通信装置的功能多样化。内置天线的引入符合便携终端的紧凑的趋势。同样，随着移动业务的多样化，更加致力于发展覆盖现有的各种频段的天线。
内置天线安装在终端内，从而带来各种问题。即，安装在终端内的小内置天线使增益减少，并且由于其靠近内部装置，所以周围的金属材料会影响天线特性。此外，可以利用相机、液晶面板(LCD)和电池来改变具有多样化功能的移动终端的天线特性。因此天线需要具有高增益和宽带频率，以使尽管受周围装置的影响而其特性却不改变。
图1是示出了传统平板倒置F天线(PIFA)的透视图。
参考图1，辐射器101位于接地表面100上，以及短路板102从辐射器101的边缘垂直弯曲以与接地表面100接触。馈电点103定位为使天线阻抗匹配。
平板倒置F天线被看作是一种短路微带天线，其中，短路板102形成在具有零电场的接地表面100和辐射器101之间，使得辐射器101在长度上被二等分。在此，辐射器101的宽度小于短路板102的宽度，增加了天线装置的有效电感，并减少了与辐射器等长度的通用短路微带天线上的共振频率。这就使得短路微带天线在长度上进一步减少，同时保持了PIFA结构。
传统PIFA呈现了双频段特性，但是被配置为具有边缘弯曲，所以降低了增益和效率。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种增加了增益和效率同时保持宽带和多频段特性的紧凑移动通信天线。
根据本发明的一个方面，提供了一种移动通信终端，包括：电介质基板；接地表面，形成在电介质基板的第一区域上；辐射部件，以距离电介质基板预设距离布置在没有形成接地表面的第二区域上，该辐射部件具有形成在其上的第一缝隙和第二缝隙；馈线，形成在电介质基板的第二区域上，并且一端连接到辐射部件；接地线，以距离馈线预定距离布置在电介质基板的第二区域上，并且一端连接到辐射部件，以及另一端连接到接地表面；以及匹配接地表面，形成在电介质基板的第二区域上，该匹配接地表面与辐射部件的一部分成重叠关系布置，并且从接地表面延伸以容性耦合到辐射部件。
移动通信终端还可以包括具有预定高度的非导电固定器，使得辐射部件被布置为距离电介质基板一段距离。
第一缝隙可以形成为使辐射部件呈现880至960MHz全球移动通信系统频段、1.575GHz全球定位系统频段、1.71至1.88GHz数字通信系统频段、以及1.85至1.99GHz个人通信业务频段中的频率特性，以及第二缝隙形成为使辐射部件呈现2.4GHz工业科学和医学频段中的频率特性。
辐射部件可以包括：主辐射器；以及至少一个副辐射器，从主辐射器的边缘垂直弯曲。在此，主辐射器是矩形形状的，以及至少一个副辐射器可以包括：第一副辐射器，连接到主辐射器的一侧；以及第二副辐射器，连接到邻近所述一侧的主辐射器的另一侧。
第一缝隙可以包括：第一缝隙段，沿主辐射器和第一副辐射器之间的边界形成，并具有一个开放端；第二缝隙段，一端垂直连接到第一缝隙段的另一端；第三缝隙段，从第二缝隙段的另一端垂直于第二缝隙段在相对方向上延伸；第四缝隙段，从第三缝隙段的一端垂直延伸；以及第五缝隙段，从第三缝隙段的另一端垂直延伸到第二副辐射器。
第二缝隙可以包括：第一缝隙段，一端对主辐射器的又一侧开放；第二缝隙段，一端连接到第一缝隙段的另一端；第三缝隙段，一端连接到第二缝隙段的另一端；第四缝隙段，从第二缝隙段的另一端延伸到第二副辐射器以与第三缝隙段垂直，其中第一缝隙段具有大于其他缝隙段的宽度的宽度。
馈线和接地线可以分别由微带线形成。馈线和接地线中的每一个均可以在其一端处设置有具有预定高度以连接到辐射部件的接触端。
根据本发明的另一方面，提供了一种多频段天线，包括：矩形的主辐射器；第一副辐射器，从主辐射器的一端垂直弯曲；第二副辐射器，从邻近所述一端的主辐射器的另一端垂直弯曲；第一缝隙包括：第一缝隙段，沿主辐射器和第一副辐射器之间的边界形成，并具有一个开放端；第二缝隙段，一端垂直连接到第一缝隙段的另一端；第三缝隙段，从第二缝隙段的另一端垂直于第二缝隙段在相对方向上延伸；第四缝隙段，从第三缝隙段的一端垂直延伸；以及第五缝隙段，从第三缝隙段的另一端垂直延伸至第二副辐射器；以及第二缝隙包括：第一缝隙段，一端对主辐射器的又一侧开放；第二缝隙段，一端连接到第一缝隙段的另一端；第三缝隙段，一端连接到第二缝隙段的另一端；第四缝隙段，从第二缝隙段的另一端延伸至第二副辐射器以与第三缝隙段垂直。
第一缝隙可以形成为使天线呈现880MHz至960MHz全球移动通信系统频段、1.575GHz全球定位系统频段、1.71GHz至1.88GHz数字通信系统频段、以及1.85GHz至1.99GHz个人通信业务频段的频率特性，以及第二缝隙可以形成为使天线呈现2.4GHz工业科学和医学频段的频率特性。
附图说明
本发明的其它特征、目标和优点将由以下结合附图的详细描述而更易于理解。其中：
图1是示出了传统平板倒置F天线(PIFA)的透视图；
图2是示出了根据本发明的示例性实施例的应用在移动通信终端中的基板和辐射部件的分解透视图；
图3是示出了根据本发明的示例性实施例的应用在移动通信终端中的辐射部件的展开视图；
图4是示出了根据本发明的示例性实施例的应用在移动通信终端中基板和辐射部件的后视图；
图5是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的回波损耗相对于频率的曲线图；
图6是示出了馈线和接地线之间的距离的变化相对于回波损耗的曲线图；
图7是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的匹配接地表面的尺寸变化的频率特征变化的曲线图；以及
图8A和8B是分别示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的天线的增益和辐射效率的曲线图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的示例性实施例进行具体描述。
图2是示出了根据本发明的示例性实施例的应用在移动通信终端中的基板和辐射部件的分解透视图。
参考图2，本实施例的移动通信终端200包括电介质基板210和辐射部件240。电介质基板210可以由具有预定介电常数的材料形成。例如，电介质基板210可以使用陶瓷和FR-4。
接地表面220形成在电介质基板210的一个区域上。接地表面220在移动通信终端所需的其他的无源和有源器件(未示出)安装在电介质基板上时作为屏蔽。
辐射部件240布置在没有形成接地表面220的电介质基板的另一区域上。
辐射部件240设置在距离电介质基板210预定距离的位置处。
第一缝隙250和第二缝隙260形成在辐射部件240上以实现多频段特性。
馈线270和接地线280形成在电介质基板210上，每条线都有一端连接到辐射部件240。
馈线270的一端271与辐射部件240接触，另一端开放以连接到外部馈电线。
接地线280的一端281与辐射部件240接触，另一端与接地表面220接触。
馈线270和接地线280以微带线印刷在电介质基板210上。在此，馈线270和接电线280中的每一条都设计为具有50Ω的电阻。
馈线270和接电线280的相应端271和281与辐射部件240接触。在本实施例中，辐射部件被布置为不与电介质基板直接接触，因此，馈线和接地线的相应端271和281可以以预定高度形成。
馈线270和接地线280彼此以预定距离分开。
馈线270和接地线280之间的距离可以改变以调节频率特性。在本实施例中，可以通过改变馈线270和接地线280之间的距离来在频率特性上调节880MHz至960MHz的全球移动通信系统(GSM)频段。
匹配接地表面230形成在没有形成接地表面220的电介质基板210的一个区域上。匹配接地表面230与辐射部件的一部分成重叠关系布置以容性耦合到辐射部件240。匹配接地表面230从接地表面220延伸。
匹配接地表面230不与辐射部件240直接接触，但是用于通过容性耦合至其的辐射器来调节阻抗。该容性耦合的幅度通过匹配接地表面230和辐射部件240之间的距离及其重叠的面积来调节。因此，匹配接地表面230在尺寸上可以被调节以实现天线的宽带特性。
匹配接地表面230可以有一部分与辐射部件240的一部分成重叠关系，并且可以由与接地表面220相同的材料形成。
图3是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中采用的辐射部件的展开视图。
参考图3，本实施例的辐射部件240包括主辐射器241，第一副辐射器242，以及第二副辐射器243。
在本实施例中，主辐射器241是矩形形状。第一副辐射器242从主辐射器的一侧垂直延伸，以及第二副辐射器243从主辐射器241的另一侧垂直延伸。
如上所述，辐射部件的一边缘垂直弯曲以实现较小尺寸的天线。
第一缝隙250和第二缝隙260形成在辐射部件上。
第一缝隙250和第二缝隙260将主辐射器241限定为3个区域241a、241b和241c，从而实现多频段特性。
第一缝隙250包括第一至第五缝隙段251至255。第一缝隙段251沿主辐射器241和第一副辐射器242之间的边界形成，并具有一个开放端。第二缝隙段252的一端垂直连接到第一缝隙段251的另一端。第三缝隙段253垂直于第二缝隙段从第二缝隙段252的另一端在相对方向上延伸。第四缝隙段254从第三缝隙段253的一端垂直延伸。第五缝隙段255从第三缝隙段253的另一端垂直延伸。
第三缝隙段253可以被分成两个区域253a和253b，以及这些区域中的一个区域253a可以延伸至第二副辐射器243。
在本实施例中，包括第一缝隙段251、第二缝隙段252、第三缝隙段253a、以及第五缝隙段255的第一缝隙250的一部分限定了辐射部件中的电流路径以实现满足GSM频段的特性。
此外，包括第三缝隙段253和第四缝隙段254的第一缝隙250的一部分限定了辐射部件中的另一电流路径以实现满足全球定位系统(GPS)、数字通信系统(DCS)以及个人通信业务(PCS)频段的特性。
第二缝隙260包括第一至第四缝隙段261至264。第一缝隙段261一端对主辐射器241的又一侧开放。第二缝隙段262一端连接到第一缝隙段261的另一端。第三缝隙段263一端连接到第二缝隙段262的另一端。第四缝隙段264从第二缝隙段262的另一端垂直于第三缝隙段263延伸至第二副辐射器243。
第二缝隙260的第一缝隙段261可以具有大于另一缝隙段的宽度的宽度。
在本实施例中，包括第一至第四段261、262、263、和264的第二缝隙260限定了辐射部件中的又一电流路径以实现满足工业科学和医学(ISM)频段的特性。
第一缝隙和第二缝隙长度可以变化以调节天线的共振特性。缝隙长度的变化导致形成在辐射部件中的电流路径中的变化。
图4是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中使用的基板和辐射部件的后视图。
参考图4，本实施例的移动通信终端包括电介质基板410、辐射部件440、匹配接地表面430、以及固定器491和492。
固定器491和492使得辐射部件440与电介质基板410可支撑地分开预定距离H。固定器491和492不可以由导电材料形成，而可以由电介质材料形成。固定器491和492可以由塑料、陶瓷等形成。
固定器491和492使得辐射部件440与形成在电介质基板410上的匹配接地表面430分开预定距离H。辐射部件440和匹配接地表面430之间的距离使得电容耦合的幅度变化。因此，可以改变固定器491和492的高度来调节天线特性。
为了增加辐射部件440和匹配接地表面430之间的距离H，固定器491和492可以形成为具有更高的高度，或辐射部件的副辐射器可以形成为具有更小的宽度。然而，辐射部件440应该至少接触形成在电介质基板上的馈线端和地线端。分别增加馈线端471和地线端481的高度可能伴随有工艺局限。因此，对应于馈线端和地线端471和472的辐射部件440的部分可以被引出。
图5是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的回波损耗相对于频率的曲线图。
在图5中，采用了根据图2中所示的实施例的移动通信终端中使用的电介质基板和辐射部件。在此，电介质基板是尺寸为40mm×90mm×0.4mm、介电常数为4.5的FR-4电介质基板，以及辐射部件(主辐射器)具有36mm×20mm的尺寸。
参考图5，移动通信终端具有-6dB或更低的878MHz至970MHz、1.47GHz至2.0GHz、以及2.2GHz至2.5GHz的频率，其中VSWR＝3∶1。因此，移动通信终端可以在GSM(880至960MHz)、GPS(1.575GHz)、DCS(1.71至1.88GHz)、PCS(1.85至1.99GHz)、以及ISM(2.4GHz)的频段中操作。
图6是示出了馈线和接地线之间的距离的变化相对于回波损耗的曲线图。
参考图6，在馈线和接地线之间彼此分开5mm距离的情况下，如图左部所示，移动通信终端在GSM(880至960MHz)频段具有低共振频率。另一方面，在馈线和接地线之间彼此分开9mm距离的情况下，如图右部所示，移动通信终端具有高共振频率。在馈线和接地线之间的距离为11mm的情况下，移动通信终端在GSM频段具有在距离为5mm时的共振频率和距离为9mm时的共振频率之间变化的共振频率。
因此，可以改变馈线和接地线之间的距离来调节GSM(880至960MHz)频段的共振频率。
图7是示出了相对于根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的匹配接地表面的尺寸变化的频率特性的曲线图。在本实施例中，匹配接地表面具有保持恒定的长度和变化的宽度。
参考图7，在匹配接地表面的宽度为14mm的情况下，移动通信终端呈现了比匹配接地表面的宽度为10mm的情况下更宽的带宽。然而，移动通信终端在匹配接地表面的宽度为18mm的情况下呈现较窄的带宽。
因此，通过改变匹配接地表面的宽度，可以实现宽带特性。
图8A和图8B是示出了根据本发明的示例性实施例的移动通信终端中的天线的增益和辐射效率的曲线图。
参考图8A和图8B，在本实施例中，在GSM(880至960MHz)频段示出了1.83[dBi]的增益和0.95的效率，在GPS(1.575GHz)频段示出了3.13[dBi]的增益和0.98的效率，在DCS(1.71至1.88GHz)频段示出了3.7[dBi]的增益和0.99的效率，在PCS(1.85至1.99GHz)频段示出了4.03[dBi]的增益和0.99的效率，以及在ISM(2.4GHz)频段示出了3.59[dBi]的增益和0.98的效率。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，天线由于多个缝隙而实现多频段特性，以及移动通信终端通过容性连接到天线的匹配接地表面来实现宽带特性。
尽管结合示例性实施例示出并描述了本发明，本领域的技术人员应该理解在不脱离由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以实现各种修改和变化。

Claims (11)

1.一种移动通信终端，包括：
电介质基板；
接地表面，形成在所述电介质基板的第一区域上；
辐射部件，以距离所述电介质基板预设距离布置在没有形成所述接地表面的所述电介质基板的第二区域上，所述辐射部件具有形成在其上的第一缝隙和第二缝隙；
馈线，形成在所述电介质基板的所述第二区域上，并且一端连接到所述辐射部件；
接地线，以距离所述馈线预定距离布置在所述电介质基板的所述第二区域上，并且一端连接到所述辐射部件，以及另一端连接到所述接地表面；以及
匹配接地表面，形成在所述电介质基板的所述第二区域上，所述匹配接地表面与所述辐射部件的一部分成重叠关系布置，并且从所述接地表面延伸以容性耦合到所述辐射部件。
2.根据权利要求1所述的移动通信终端，还包括：非导电固定器，其具有预定高度以使所述辐射部件距离所述电介质基板一段距离被布置。
3.根据权利要求1所述的移动通信终端，其中，所述第一缝隙形成为使所述辐射部件呈现880MHz至960MHz全球移动通信系统频段、1.575GHz全球定位系统频段、1.71GHz至1.88GHz数字通信系统频段、以及1.85GHz至1.99GHz个人通信业务频段中的频率特性；以及
所述第二缝隙形成为使所述辐射部件呈现2.4GHz工业科学和医学频段中的频率特性。
4.根据权利要求1所述的移动通信终端，其中，所述辐射部件包括：
主辐射器；以及
至少一个副辐射器，从所述主辐射器的边缘垂直弯曲。
5.根据权利要求4所述的移动通信终端，其中，所述主辐射器是矩形形状的，以及
所述至少一个副辐射器包括：
第一副辐射器，连接到所述主辐射器的一侧；以及
第二副辐射器，连接到邻近所述一侧的所述主辐射器的另一侧。
6.根据权利要求5所述的移动通信终端，其中，所述第一缝隙包括：
第一缝隙段，沿所述主辐射器和所述第一副辐射器之间的边界形成，并具有一个开放端；
第二缝隙段，一端垂直连接到所述第一缝隙段的另一端；
第三缝隙段，从所述第二缝隙段的另一端垂直于所述第二缝隙段在相对方向上延伸；
第四缝隙段，从所述第三缝隙段的一端垂直延伸；以及
第五缝隙段，从所述第三缝隙段的另一端垂直延伸到所述第二副辐射器。
7.根据权利要求5所述的移动通信终端，其中，所述第二缝隙包括：
第一缝隙段，一端对所述主辐射器的又一侧开放；
第二缝隙段，一端连接到所述第一缝隙段的另一端；
第三缝隙段，一端连接到所述第二缝隙段的另一端；
第四缝隙段，从所述第二缝隙段的另一端延伸到所述第二副辐射器以与所述第三缝隙段垂直，
其中，所述第一缝隙段具有大于其他缝隙段的宽度的宽度。
8.根据权利要求1所述的移动通信终端，其中，所述馈线和所述接地线分别由微带线形成。
9.根据权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述馈线和所述接地线中的每一个均在其一端处设置有具有预定高度以连接到所述辐射部件的接触端。
10.一种多频段天线，包括：
矩形形状的主辐射器；
第一副辐射器，从所述主辐射器的一端垂直弯曲；
第二副辐射器，从邻近所述一端的所述主辐射器的另一端垂直弯曲；
第一缝隙包括：
第一缝隙段，沿所述主辐射器和所述第一副辐射器之间的边界形成，并具有一个开放端；
第二缝隙段，一端垂直连接到所述第一缝隙段的另一端；
第三缝隙段，从所述第二缝隙段的另一端垂直于所述第二缝隙段在相对方向上延伸；
第四缝隙段，从所述第三缝隙段的一端垂直延伸；以及
第五缝隙段，从所述第三缝隙段的另一端垂直延伸至所述第二副辐射器；以及
第二缝隙包括：
第一缝隙段，一端对所述主辐射器的又一端开放；
第二缝隙段，一端连接到所述第一缝隙段的另一端；
第三缝隙段，一端连接到所述第二缝隙段的另一端；
第四缝隙段，从所述第二缝隙段的另一端延伸至所述第二副辐射器以与所述第三缝隙段垂直。
11.根据权利要求10所述的多频段天线，其中，所述第一缝隙形成为使天线呈现880MHz至960MHz全球移动通信系统频段、1.575GHz全球定位系统频段、1.71GHz至1.88GHz数字通信系统频段、以及1.85GHz至1.99GHz个人通信业务频段中的频率特性；以及
所述第二缝隙形成为使所述天线呈现2.4GHz工业科学和医学频段中的频率特性。
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