CN101283478A - 设置有陷波器的天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线结构,所述天线结构包括至少第一天线元件和一接地面装置,其中,所述天线结构设置在所述接地面装置的第一端部。本发明的特征在于,在所述接地面装置的第二端部设置有陷波器,并且所述第二端部与所述第一端部相对。

Description

设置有陷波器的天线结构
技术领域
本发明涉及用于发送和接收RF信号的天线结构。本发明更具体地涉及在至少一个较高频带中具有增加的带宽的用于发送和接收RF信号的天线结构。
背景技术
在改进用于移动通信设备中的天线结构的带宽特性的技术方面存在持续的驱动力。这一般已经通过使用不同构形的天线元件、寄生元件,以及天线元件相对于彼此及相对于接地面(ground plane)的不同定位来实现。
一般的蜂窝设备使用几种不同的频带来在不同的标准化通信协议(如GSM、DCS、DAMPS等)中进行通信。现在普遍设计能够在不少于三个不同的频带(如GSM 800、GSM 900和DCS 1900)中工作的移动电话。始终期望增加所有这些频率的带宽。
发明内容
天线结构的带宽随着接地面装置的长度而改变。在现代蜂窝电话中接地面装置的一般长度约为100mm。该长度是由多种因素设定的。这些因素包括握持移动设备的舒适长度,即移动设备应该很好地握在使用者的手掌中,在移动设备中具有足够的用于电子部件的空间等。
不幸的是,如图1中所示,针对频带2GHz的带宽对于大约100mm的接地面装置长度而具有最小值。
通过在天线装置的相对端部对接地面装置提供陷波器,可以调节天线装置所感知到的接地面装置的电气长度,由此增加该天线结构的带宽。
本发明的一个主要目的是提供至少减轻上述问题的装置。
在该方面,本发明的一个具体目的是提供这样的装置,所述装置为移动通信设备提供更大的带宽。
根据本发明的一个方面,除其他以外,这些目的是通过这样的天线结构来实现的,所述天线结构包括至少第一天线元件和一接地面装置,其中,所述天线结构设置在所述接地面装置的第一端部。本发明的特征在于,在所述接地面装置上设置有陷波器。
根据本发明的一个变型例,所述陷波器被设置在距所述接地面装置的第二端部的规定距离处,其中,所述第二端部与所述接地面装置的所述第一端部相对。
位于所述天线辐射装置的相对端部处并且连接到所述接地面的所述陷波器,将缩短接地面装置的电气长度,从而使得天线辐射装置所感知到的所述接地面装置的电气长度不等于在针对某规定频率的带宽和接地面装置长度之间的关系中的最小值。因此,带宽增加。
根据本发明的一个变型例,所述天线元件是设置在所述接地面装置上方的PIFA天线。
根据本发明的另一个变型例,所述陷波器包括第一导体,所述第一导体电连接到所述第二端部,并在朝向所述第一端部的总方向上延伸。
根据本发明的一个变型例,所述天线元件是被设置为在至少两个不同频带中发送和接收RF信号的PIFA天线。
根据本发明的另一个变型例,所述陷波器包括第一导体和第二导体,所述第一导体和第二导体电连接到所述第二端部,并在朝向所述第一端部的总方向上延伸,并且其中,所述第一导体和第二导体位于所述接地面装置的相对两侧。
根据本发明的另一个变型例,所述第一导体和/或所述第二导体是使所述天线结构发送和接收RF信号的一个频率的波长的四分之一。通过该结构,陷波器将在导体梢部的位置处针对设计频率“切断”所述接地面,所述设计频率是使所述导体具有四分之一波长的频率。通过合适地定位所述导体,针对所述设计频率的所述接地面的电气长度可以被选择为使带宽最佳化,或者至少避免由于所述接地面的特定长度而导致的带宽最小值。
根据本发明的另一个变型例,所述接地面装置具有基本上平坦的矩形形状,其中,所述矩形的长边为70到130mm长,优选为80到120mm长,或者90到110mm长,更优选为大约100mm长。
根据本发明的另一个变型例,所述天线结构被设置为至少在1700MHz到2300MHz的频带中,优选为在1800MHz到2000MHz的频带中,更优选为在约1800MHz和1900MHz的频带中,发送和接收RF信号。
根据本发明的一个变型例,所述第一导体和所述第二导体是导线。
根据本发明的一个变型例,所述第一导体和第二导体是通过在所述接地面中提供第一L形切口和第二L形切口来设置的。
根据以下对本发明的实施方式的详细描述,将清楚本发明的进一步的特征及其优点。
附图说明
根据以下给出的对本发明的实施方式的详细描述以及附图1到6,将更全面地理解本发明,所述附图仅是作为例示给出的,而非对本发明的限制。
图1a是针对900和1800MHz频带的带宽与接地面装置长度之间的关系的示意性标绘图。
图1b是针对使用PIFA的2000MHz频带的带宽与接地面装置长度之间的关系的示意性标绘图。
图2a是根据本发明的一个变型例的示意性顶视图。
图2b是图2a中所示本发明的变型例的示意性侧视图。
图3a是根据本发明的另一变型例的示意性顶视图。
图3b是图3a中所示本发明的变型例的示意性侧视图。
图4a是对根据本发明的具有陷波器的双频带天线结构与常规的不具有陷波器的天线结构进行比较的测量标绘图。
图4b是对根据本发明的具有陷波器的双频带天线结构与常规的不具有陷波器的天线结构进行比较的仿真标绘图。
图5是根据本发明的陷波器的位置的三种不同配置的示意性顶视图。
图6是对根据本发明的具有陷波器的单频带天线结构(2GHz频带)与常规的不具有陷波器的天线结构进行比较的仿真标绘图。
具体实施方式
在以下描述中,出于解释而非限制的目的,阐述了很多具体的细节,例如特定的技术和应用,以提供对本发明的完整理解。然而,本领域技术人员应当清楚,可以按偏离这些具体细节的其他实施方式实现本发明。另外,省略了对公知方法和装置的描述,以免不必要的细节掩盖对本发明的描述。
图1a和1b是示出带宽是如何随接地面装置的长度而变化的示意性标绘图(图1a:针对900MHz和1800MHz频带;图1b:针对2000MHz频带)。从图中可以容易地看出,取决于设计频率,所述带宽针对接地面装置的一些特定长度具有最小值。对于大致对应于新的第三代标准的频率2GHz,该长度大约为100mm。不幸的是,这也是移动通信设备的通常长度,因而是被设置为在接近2GHz的频带中接收和发送RF信号的辐射装置即天线所经历的接地面的通常长度。
因此,对于无线电信令传送来说,有益的是,接地面可以被缩短或延长为不与该带宽最小值一致。然而,在移动通信设备中,集成度已经非常高,每一平方毫米通常都被电子部件占据。因此,延长或缩短接地面的实际长度是不可行的。
图2a是本发明的一个变型例的示意性顶视图。接地面装置201设置在移动通信设备202中。该接地面装置201大多数时候被设置为印刷电路板(未示出)的一部分,但是也可以以其他方式设置。
图2b是图2a中公开的结构的示意性侧视图。在图2b中以与图2a中相同的标号指代相同的细节。
从图2a和2b中可见,接地面装置201具有基本上平面的矩形形状,其中天线装置包括设置在接地面装置201的第一端部201a的介电部分203a和辐射元件203b和203c。辐射元件203b和203c被分别调谐到800MHz和2000MHz频带。天线装置可以被设置为完全覆盖接地面装置201、部分覆盖接地面装置201或者在接地面装置201的侧边。此外,所述天线装置可以是PIFA、IFA、L天线、半环、单极天线或任何其他在接地面中诱发辐射电流的天线装置。
在第一端部201a的相对端部201b设置有第一导线204a和第二导线204b。导线204a和204b从接地面装置稍微延伸出,或者以与接地面装置垂直的方式弯曲90度,并且在接地面装置201的侧边在朝向第一端部201a的方向上进一步延伸。导线204a和204b的长度大约为2GHz的波长的四分之一,即,在真空中大约为3.75cm。如果导线和接地面之间的空间填充有电介质,则该长度可以缩短。这可能影响电阻抗,但是随后这又可以通过调节导线和接地面之间的间隔来校正。
导线204a和204b可以方便地设置在移动设备的外壳中或设置在任何其他方便的位置处。导线204a和204b与接地面装置201之间的空间可以填充有合适的介电材料以进一步调节带宽。
图3a是本发明的另一变型例的示意性顶视图,示出了接地面装置301。图3b是根据图3a的结构的示意性侧视图。在接地面装置301的第一端部301a设置有包括介电部分303a和辐射天线装置303b和303c的天线装置303。辐射装置303b和303c被分别调谐到800MHz频带和2000MHz频带。
第一导电装置304a和第二导电装置304b设置在接地面装置301的与第一端部301a相对的第二端部301b。通过在接地面装置301中提供切口来提供导电装置304a和304b。从图3a中可见,该切口为L形。
陷波器的长度应该为设计频率的波长的四分之一,例如,对于2GHz,该长度为大约3.75cm。陷波器在接地面装置的侧边的定位取决于辐射结构的具体设计、接地面装置的设计、位于PCB上的电路、手持装置的设计等。一种确定最佳定位的简单过程可以是试错法(by try and error)。即,在实验环境中尝试不同的位置,并且测量所实现的带宽。另选的是,可以使用仿真。
图5a到5c是陷波器的三种不同位置的示意性顶视图。从图5中可见,陷波器501可以位于接地面装置502的侧边上的不同位置,而接地面装置可以在陷波器和接地面装置之间的连接部下方延伸。在图5a中,陷波器501在接地面装置502的与辐射元件503的位置相对的相对端部耦合到该接地面装置。在图5b中,陷波器501在距辐射体503的规定距离处耦合到接地面装置。因此,接地面装置502在与陷波器501的连接部下方延伸。在图5c中,陷波器501在端部连接到接地面装置502。陷波器沿接地面装置的端部延伸出去,接着进一步沿接地面装置的侧边延伸。这使得可以提供沿接地面装置的侧边延伸的长度短于四分之一波长的四分之一波长陷波器。
图4a和图4b分别是对根据本发明的具有陷波器的天线结构与不具有陷波器的天线结构进行比较的测量标绘图和仿真标绘图。从所述标绘图中可见,使用根据本发明的陷波器,实现了显著的带宽增加。
图6是针对2GHz频带对具有陷波器的单频带天线结构601与不具有陷波器的单频带天线结构602进行比较的仿真结果示意性标绘图。可以清楚地看到,在使用根据本发明的陷波器的情况下,带宽增加。
应当提及,电流仍将在位于陷波器的开口端下方的接地面装置中流动。在陷波器的开口端处存在电流最小值,而在陷波器和接地面装置之间的连接部处存在电流最大值。然而,开口端下方的接地面中的电流相对于陷波器中的电流呈差分模式,因此不会辐射。
应当清楚,本发明可以按多种方式变型。这些变型不应被视为偏离本发明的范围。本领域技术人员显见的所有这些修改都被包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (13)

1、一种天线结构,其包括至少第一天线元件和一接地面装置,并且所述天线结构设置在所述接地面装置的第一端部,
其特征在于:
在所述接地面装置上设置有陷波器。
2、根据权利要求1所述的天线结构,其中,
所述陷波器设置在距所述接地面装置的第二端部的规定距离处,并且
所述第二端部与所述接地面装置的所述第一端部相对。
3、根据权利要求2所述的天线结构,其中,
所述规定距离被选择为,使得所述天线结构与不具有陷波器的类似天线结构相比具有增加的带宽。
4、根据权利要求1到3中的任一项所述的天线结构,其中,
所述天线元件是设置在所述接地面装置上方的PIFA天线。
5、根据权利要求1到4中的任一项所述的天线结构,其中,
所述接地面装置具有基本上矩形的形状。
6、根据权利要求2到5中的任一项所述的天线结构,其中,
所述陷波器包括第一导体,所述第一导体电连接到所述第二端部,并在朝向所述第一端部的总方向上延伸。
7、根据权利要求1到6中的任一项所述的天线结构,其中,
所述天线元件是被设置为在至少两个不同频带中发送和接收RF信号的PIFA天线。
8、根据权利要求6所述的天线结构,其中,
所述第一导体是使所述天线结构发送和接收RF信号的最高频带的波长的四分之一。
9、根据权利要求6所述的天线结构,其中,
所述陷波器包括第二导体,所述第二导体电连接到所述第二端部,并在朝向所述第一端部的总方向上延伸,并且
所述第一导体和所述第二导体位于所述接地面装置的相对两侧。
10、根据权利要求1到9中的任一项所述的天线结构,其中,
所述接地面装置具有基本上平坦的矩形的形状,其中,所述矩形的长边为70到130mm长,优选为80到120mm长,或者90到110mm长,更优选为大约100mm长。
11、根据权利要求1到10中的任一项所述的天线结构,其中,
所述天线结构被设置为至少在1700MHz到2300MHz的频带中,优选在1800MHz到2000MHz的频带中,更优选在约1800MHz和1900MHz的频带中,发送和接收RF信号。
12、根据权利要求9所述的天线结构,其中,
所述第一导体和所述第二导体是导线。
13、根据权利要求9所述的天线结构,其中,
所述第一导体和所述第二导体是通过在所述接地面中提供第一L形切口和第二L形切口来提供的。
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