CN101300713B - 具有分割的辐射器元件的天线 - Google Patents

Abstract

一种天线可以包括电介质物质(130)、辐射器元件(105)和射频馈送点(135)。作为一个例子，辐射器元件(105)可以至少具有互相耦合并相对于电介质物质(130)折叠的第一部分(110)和第二部分(115)。在一种配置中，辐射器元件(105)可以在辐射器元件(105)的第一部分(110)和第二部分(115)的至少一个中被分为多个辐射器分支(120、125)。

Description

具有分割的辐射器元件的天线

技术领域

本发明涉及天线和包含天线的通信设备。更具体地，本发明涉及通信设备中的全球定位系统(GPS)天线。

背景技术

近年来，便携式通信设备已经变得非常流行。考虑到其普通存在性，该设备可能在联系紧急人员时非常有用，因为有可能拥有该单元的人处于意外事故或犯罪的情景中。这样，联邦通信委员会(FCC)已经要求了在便携式通信设备中的用于GPS应用可靠操作的特定标准。

尽管几乎所有便携式通信设备都满足或将要满足FCC标准，但与大多GPS天线相关联的接收有时十分糟糕。在许多情况下，与合成优化用于GPS卫星接收的天线图型相关联的难题造成了问题。特别是，许多便携式通信设备依赖于主订户天线来捕获GPS信号。不幸的是，如果通信设备处于典型垂直位置的话，诸如蛤壳蜂窝电话，GPS辐射图型的主瓣通常指向朝下，其降低了从上半球发射的GPS卫星的链路裕度。实际上，在许多情况下，GPS辐射图型的特征为指向向上朝着GPS卫星的零位。电话机壳(特别是蛤壳手机的下部)上流动的射频(RF)电流，通常被看做该问题的根源。

发明内容

本发明涉及一种天线和包含天线的通信设备。

天线可以包括电介质物质、辐射器元件和耦合至辐射器元件的至少一个射频馈送点。该天线可以进一步包括地平面，其可以耦合到电介质物质。该辐射器元件可以具有至少互相耦合并相对于电介质物质折叠的第一部分和第二部分，使得辐射器元件在辐射器元件的第一部分和第二部分的至少一个中被分为多个辐射器分支。至少一个区域可以位于多个辐射器分支之间，使得可以在该区域中放置一个或多个部件。该辐射器元件可以置于电介质物质上或也可以置于无线通信设备外壳的内表面上。辐射器元件的第一部分的导纳至少基本上与辐射器元件的第二部分的导纳相等。

在辐射器元件的第一部分或第二部分中可以提供射频馈送点。射频馈送点可以进一步传导地、磁性地、或电容性地耦合到地平面。射频馈送点可以是不平衡的馈送点。在本发明的实施例中，电介质物质可以部分地包括空气。在另一种配置中，辐射器元件可以是自主天线，且电介质物质可以相对于地平面折叠。同时，辐射器元件可以包含在具有翻盖部分和基座部分的无线通信设备中。

在本发明的另一实施例中，提供了一种通信设备。该通信设备可以包括地平面、围绕地平面的至少一部分的电介质物质、具有互相耦合的第一部分和第二部分辐射器元件、以及耦合到辐射器元件的射频馈送点。辐射器元件可以相对于电介质物质折叠，并且辐射器元件的第一部分和第二部分的至少一个可以包含多个分段，其是通过可以允许耦合到地平面的部件置于各段之间的距离来分隔的。辐射器元件的第一部分的导纳可以基本上与辐射器元件的第二部分的导纳相等。该通信设备可以是无线通信设备，并且至少一个部件可以是换能器。通信设备可以进一步包括外壳，其中，辐射器元件可以置于电介质物质上或外壳的内表面上。

在本发明的示例实施例中，无线通信设备，例如移动电话，可以并入地平面和辐射器元件或天线。无线通信设备中的天线可以使得辐射器元件的第一部分和第二部分可以包含多个分段，其是通过可以允许耦合到地平面的部件置于各段之间的距离来分隔的。

考虑到天线的独特设计，在无线通信设备中可以实现特定频率中的改进性能以及更好的空间使用。在一个特定配置中，本发明可以改进接收GPS信号的通信设备的信号接收。

附图说明

具体通过所附权利要求来阐述本发明的被认为新颖的特征。通过参考下面的描述，并考虑结合附图，可以更好地理解本发明及其进一步的目标与优点，在这些附图的几幅图中，相似的参考标记标识相似的元素。

图1说明了根据本发明配置的实施例的天线。

图2说明根据本发明配置的另一实施例的可以并入图1的天线的通信设备。

图3说明根据本发明配置的实施例的图2的通信设备的一部分。

图4说明根据本发明配置的一个实施例的无线通信设备的天线所产生的辐射图型。

图5说明根据本发明配置的实施例的无线通信设备中的天线所产生的更多的辐射图型。

具体实施方式

尽管本文的权利要求书限定了本发明被认为新颖的特征，但相信，通过考虑下面的描述，并结合附图，将更好地理解本发明，在附图中，使用相似的参考标记。

如所需，这里公开本发明的详细实施例；但是，应该理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以体现为各种形式。因此，这里公开的特定结构和功能细节不应被解释为限定，而仅仅是权利要求的基础以及用于教导本领域技术人员以实际任何适当详细的结构来不同地利用本发明的代表性基础。进而，这里使用的术语和短语不想限制而是提供对本发明的可理解的描述。

这里使用的术语“一”、“一个”被定义为一个或一个以上。这里使用的术语“多个”被定义为至少两个或两个以上。这里使用的术语“另一”被限定为至少第二或更多。这里使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放语言)。这里使用的术语“耦合”被定义为连接，尽管不必是直接地，也不必是机械地。这里使用的术语“程序”、“软件应用程序”等被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。“程序”、“计算机程序”或“软件应用程序”可以包括子程序、函数、流程、对象方法、对象实现、可执行应用程序、applet、servlet、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。

本发明涉及一种天线及包含一种天线的通信设备，其能够使得用户可以以各种位置使用通信设备，而具有均匀的覆盖及改善的信号接收。更具体地，本发明涉及一种通信设备中的天线，其能够改善GPS信号接收和质量。

图1说明了根据本发明的实施例具有前视图101和后视图102的天线100。天线100可以包括电介质物质130、辐射器元件105和至少一个射频馈送点135。辐射器元件105可以至少具有第一部分110和第二部分115，该第一部分110和第二部分115是互相耦合的并且可以相对于电介质物质130折叠。作为一个例子，辐射器元件105在辐射器元件105的第一部分110和第二部分115的至少一个中可以被分成多个辐射器分支120和125。尽管在图1中只示出了两个分支120、125，但应该理解，第一部分110和/或第二部分115可以包括任何合适数量的这样的分支。

射频馈送点135可以耦合到第一部分110中的、或者第二部分115中的、或者甚至二者中的辐射器元件105。本领域技术人员将认识到，可以在在辐射器元件105的第一部分110中、或第二部分115中、或第一部分110和第二部分115两者中、或者任何其他合适的(一个或多个)部分中，提供多个辐射器分支120和125，并且本发明应该具有权利要求书的完全的范围。作为另一个例子，分支120、125可以互相平行，这是图1中所示的配置。但是，应该理解，本发明不是这样限定的，因为可以以任何其他合适的方式安置多个分支。作为一个例子，分支120、125可以具有约为二分之一波长的基本上相等的长度，尽管本领域技术人员将认识到，其他配置也在本发明的范围内。

在一种配置中，电介质物质130可以耦合到地平面145且相对于地平面145折叠。此外，射频馈送点135可以传导地、磁性地、或电容性地耦合到地平面145。但是，应该理解，地平面145在该配置中是可选的。本领域技术人员将认识到，如果不包括任何地平面145的话，本发明可以包括一个以上的射频馈送点135。

辐射器元件105还可以包括一个或多个辐射边缘148。作为一个例子，第一部分110和第二部分115两者均可以具有辐射边缘148。而且，如果第一部分110或第二部分115包括多个分支120、125的话，分支120、125也可以包括辐射边缘148，如图1中所示。如本领域所知，辐射边缘148是辐射元件105中的来自辐射元件105的大多数辐射起源的位置。

可以提供辐射器元件105，使得辐射器元件105的第一部分110的导纳可以至少基本上与辐射器元件105的第二部分115的导纳相等。特别地，辐射元件105的每单位长度(PUL)导纳沿着辐射元件105的长度(诸如从第一部分110的(一个或多个)辐射边缘148到第二部分115的(一个或多个)辐射边缘148)可以基本上恒定。该配置还可以应用于当第一部分110和第二部分115中的一个或两个包括多个分支120、125时。也就是说，分支120、125的PUL导纳可以组合，以形成包含分支120、125的辐射器元件的该部分的导纳。在任何情况下，通过使辐射元件105的导纳沿其长度基本上恒定，可以确保辐射电流能够以沿电流路径的最小反射从一个辐射边缘148流动到另一辐射边缘。

在一种配置中，辐射器元件105可以是自主(self-consistent)天线，如本领域中所知，其可以意味着，辐射器元件105不必依赖于地平面145来谐振。这样，如本领域技术人员将认识到的，地平面145上的RF电流在辐射器元件105的投射区域之外可以相对弱，并且基本上不会影响天线100的性能。本领域技术人员还将认识到，因为地平面145可以夹在电介质物质130之间，因此射频馈送点135可以是非平衡的馈送点，其可以利用不平衡馈送线，诸如同轴电缆、带状线或微带线。通过使用地平面145上的不平衡传输线来发起射频馈送，可以消除对引入平衡-不平衡变压器(balun)来馈送辐射器元件105的需要。

在本发明的实施例中，辐射器元件105可以位于电介质物质130上。电介质物质130可以包括以下至少一个：空气、陶瓷、云母、玻璃、塑料和各种金属氧化物。电介质物质还可以部分地包括空气。例如，电介质物质130可以部分地包括陶瓷和部分地包括空气。为了描述电介质物质130可以怎样是空气，参看图1和2，其示出了能够并入图1的天线100的无线通信设备200。在一种配置中，设备200可以包括具有内表面(未示出)的外壳205，并且天线100的辐射器元件105可以置于外壳205的内表面上。在辐射器元件105和地平面145之间可以存在空气间隙，并且该空气间隙就可以作为电介质物质130。在这个例子中，射频馈送点135可以根据任何合适的方式耦合到辐射器元件105和/或地平面145。

再一次参看图1，在本发明的特定实施例中，在多个辐射器分支120和125之间可以提供至少一个区域140，使得一个或多个部件150可以放置于该区域140中。例如，部件150可以耦合到地平面145并且可以是扬声器、照相机、麦克风或通信设备200(参看图2)的任何其他合适的元件，其可以适当地位于区域140中。

再次参看图2，作为一个例子，无线通信设备200可以包括翻盖(flip)部分305和基座部分310。参看图3，示出了表示通信设备200的翻盖部分305和基座部分310的例子。尽管这样的配置涉及蛤壳或翻盖型蜂窝电话，但应理解，本发明不限于这样的设备。天线100可以在任何其他合适的通信产品中实现。天线100可以并入到设备200的翻盖部分305或基座部分310的至少一个中。在本发明的示例实施例中且如这里所示，天线100可以置于设备的翻盖部分305上。在本发明的另一实施例中且如较早前所述，天线100可以置于无线通信设备200的外壳205的内表面上。

本发明提供了若干优点。例如，因为辐射器元件105可以是自主天线，因此地平面上的RF电流可以是弱的。因为其是弱的，这些RF电流基本上不会影响辐射器元件105的辐射图型。这个原理还应用于用户将他或她的手放置在通信设备200上时。而且，因为地平面145可以夹在电介质物质130之间，因此不平衡传输线可以与射频馈送点135一起使用。也就是说，对于平衡-不平衡变压器的需要可以被消除。通过使用不平衡传输线，需要较小的空间来在通信设备800中实现天线100，并且地平面145可以保持其绝缘属性。

天线100可以被设计为以任何合适频率或频率范围操作。在一个特定配置中，天线100可以被设计接收通信设备200的GPS信号。如图4中所示，示出了通信设备200中的天线100的辐射图型400和辐射图型410。辐射图型400表示如果用户的手没有握住通信设备200时的图型，以及辐射图型410表示如果用户的手握住了通信设备200时的图型。还与通信设备200的特定定位相关地示出了辐射图型400、410。特别地，如果通信设备200是蛤壳或翻盖型手机，图型400和410的X、Y、Z轴可以放置为对应于设备200的翻盖部分305。而且，图型400、410的较深阴影区域可以表示信号接收最强的区域。

如可以看到的，辐射图型400、410均被优化用于信号接收，并且不存在零位。该特征是基于天线100的独特设计，且与用户是否握住通信设备200无关。进而，辐射图型400、410的信号强度可以最大化用于从开放天空的信号接收，诸如用于从GPS卫星接收GPS信号。当然，必须要强调的是，本发明不限于在蛤壳手机中实现或不限于接收GPS信号。

图5说明了根据本发明实施例的从通信设备200产生的辐射图型500和辐射图型510，其中，通信设备200是具有翻盖部分305和基座部分310的蛤壳电话。与图4的辐射图型400、410相似，X、Y、Z轴可以对应于设备200的翻盖部分305(这里的X轴从纸面出来朝向观看者)，并且图型500、510的较深区域可以表示较强信号接收的区域。

辐射图型500可以表示在翻盖部分305与基座部分310从电气上断开时产生的辐射图型，并且辐射图型510可以表示翻盖部分305和基座部分310电气上连接时的图型。考虑到天线100的独特设计，可以看出，天线的性能基本上没有受到翻盖部分305与基座部分310的电连接或断开的影响。

在本发明更一般的实施例中，本发明中所规定的天线可以不仅用于接收还用于发射射频信号。射频信号包括但不限于GPS信号。这里规定的天线可以用于便携式通信设备，其中，便携式通信设备不限于蜂窝电话。进而，这里所规定的天线可以安装在蛤壳电话的翻盖部分上或基座部分上，而不仅限于翻盖部分。在蛤壳电话上安装天线也在本发明的范围内。技术人员应该认识到本发明的优点，包括使用的便利、接收的质量、改善的辐射图型、以及并入诸如耳机或扬声器的附加部件的优点，如上所述。本发明还提供了通信设备中的降低的射频电流的优点。本发明改善了通信设备的性能，并且使得GPS导航具有改进的质量且方便的使用。

本公开意图解释怎样实现和使用根据本发明的各种实施例，而不想限制其真实、意图和公平的范围和精神。上面的讨论意图不是穷尽的或者将本发明限制于所公开的精确形式。考虑到上面的教导，可能进行修改或变化。选择并描述实施例以提供对本发明的原理的最好的说明以及实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够在各种实施例中且以各种修改来利用本发明以便适合于所预期的特定使用。所有这样的修改和变化都在由所附权利要求以及所有等价物所确定的本发明的范围内，权利要求在本专利申请的审查阶段可以进行修改，且根据公正、合法、公平的宽度来解释。

Claims (10)

1.一种天线，包括：

电介质物质；

辐射器元件，该辐射器元件至少具有相互耦合且相对于所述电介质物质折叠的第一部分和第二部分，使得所述辐射器元件在所述辐射器元件的所述第一部分和所述第二部分的至少一个中被分为多个辐射器分支；以及

耦合到所述辐射器元件的至少一个射频馈送点；

其中，变换器或者照相机位于所述第一部分的所述辐射器分支之间。

2.根据权利要求1的天线，进一步包括：耦合到所述电介质物质的地平面。

3.根据权利要求1的天线，其中，在所述辐射器元件的所述第一部分或所述第二部分中提供所述射频馈送点。

4.根据权利要求1的天线，其中，所述辐射器元件的所述第一部分的导纳至少基本上与所述辐射器元件的所述第二部分的导纳相等。

5.根据权利要求1的天线，其中，所述射频馈送点是不平衡馈送点。

6.根据权利要求1的天线，其中，所述辐射器元件位于所述电介质物质上。

7.根据权利要求1的天线，其中，所述辐射器元件是自主天线，其中所述辐射器元件不必依赖于地平面来谐振。

8.根据权利要求2的天线，其中，所述电介质物质相对于所述地平面折叠。

9.根据权利要求1的天线，其中，所述辐射器元件包含在具有翻盖部分和基座部分的无线通信设备中。

10.根据权利要求1的天线，其中，所述辐射器元件在所述辐射器元件的所述第一部分中被分为多个辐射器分支。

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