CN101385191B

CN101385191B - 一种天线布置

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Publication number: CN101385191B
Application number: CN2006800531945A
Authority: CN
Inventors: R·布赖特
Original assignee: RPX Corp
Current assignee: RPX Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: US20090167627A1; EP1987564A1; CN101385191A; US8072390B2; WO2007096693A1

Abstract

一种天线布置，包括：第一天线元件；第二天线元件；耦合元件，用于电磁地耦合至所述第一天线元件和所述第二天线元件；以及切换机构，其连接至所述耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间切换，其中，当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述耦合元件具有第一阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述耦合元件具有第二阻抗。

Description

一种天线布置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种天线布置。具体地，本发明的实施方式涉及用于无线收发机设备的天线布置。

背景技术

近年来，希望诸如蜂窝电话的无线收发机设备能够在电磁频谱的无线部分的多个频带上进行通信。出现这种情况是因为不同的国家倾向于将不同的频带用于蜂窝网络。例如，美国WCDMA位于850MHz，而欧洲WCDMA位于2100MHz。即使是在一个国家里，不同的服务也可能在不同的无线频带处提供，例如，PCS位于1900MHz，而PCN位于1800MHz。因此，蜂窝电话需要能够允许其在电磁频谱的无线部分的多个频带上进行通信的多频带天线布置。

多频带天线布置正在逐步使用多于一个的天线元件来发射和接收电磁波。目前，这种天线布置中的每个“活跃的”天线元件需要其自己的调谐电路，从而使得该天线元件可以在期望的可操作频带集中进行操作。然而，每个调谐电路都需要无线收发机设备内的空间，并且具有与其关联的财务成本。因此，多频带天线布置正在日益变大并变得昂贵。

因此，期望提供一种可替换的天线布置。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种天线布置，包括：第一天线元件；第二天线元件；耦合元件，用于电磁地耦合至第一天线元件和第二天线元件；以及切换机构，其连接至耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当切换机构处于第一电配置中时，耦合元件具有第一阻抗，并且当切换机构处于第二电配置中时，耦合元件具有第二阻抗。

当切换机构处于第一电配置中时，第一天线元件可以在第一可操作频带中进行操作，并且第二天线元件可以在第二可操作频带中进行操作。

当切换机构处于第二电配置中时，第一天线元件可以在第三可操作频带中进行操作，并且第二天线元件可以在第四可操作频带中进行操作。

切换机构可以包括：第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路以及开关。开关可以用于将耦合元件连接至第一阻抗匹配电路或者第二阻抗匹配电路。

当开关将第一阻抗匹配电路连接至耦合元件时，切换机构可以处于第一电配置中。

当开关将第二阻抗匹配电路连接至耦合元件时，切换机构可以处于第二电配置中。

耦合元件可以包括第一部分和第二部分。第一部分可布置为与第一天线元件电磁地耦合。第二部分可布置为与第二天线元件电磁地耦合。

该天线布置可以包括多个天线元件。耦合元件可布置为电磁地耦合至多个天线的每一个。

当切换机构处于第一电配置中时，多个天线元件可以在第一可操作频带集中进行操作。

当切换机构处于第二电配置中时，多个天线元件可以在第二可操作频带集中进行操作。

每个天线元件可以经由馈电点连接至馈电。每个天线元件可以经由接地点连接至接地面。

根据本发明的另一实施方式，提供一种用于对至少两个天线的可操作频带进行调谐的调谐布置，该布置包括：耦合元件，用于电磁地耦合至第一天线元件和第二天线元件；以及切换机构，其连接至耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当切换机构处于第一电配置中时，耦合元件具有第一阻抗，并且当切换机构处于第二电配置中时，耦合元件具有第二阻抗。

根据本发明的另一实施方式，提供一种包括上文描述的天线布置的模块。

根据本发明的又一实施方式，提供一种包括上文描述的调谐布置的模块。

根据本发明的另一实施方式，提供一种包括上文描述的天线布置的便携式电子设备。

根据本发明的又一实施方式，提供一种包括上文描述的调谐布置的便携式电子设备。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将仅仅以示例的方式对附图进行参考，其中：

图1示出了包括天线布置的无线收发机设备的示意性示图；

图2示出了根据本发明第一实施方式的天线布置的示意性示图；

图3示出了根据本发明第二实施方式的天线布置的框图化俯视图；

图4示出了图3中所示的天线布置的框图化透视图；

图5示出了根据本发明一种实施方式的切换机构的示意性示图；

图6A示出了图3和图4中所示的第一天线元件28的第一和第三可操作频带的图示；

图6B示出了图3和图4中所示的第二天线元件30的第二和第四可操作频带的图示；

图7示出了根据本发明另一实施方式的切换机构的示意性示图；以及

图8示出了根据本发明又一实施方式的切换机构的示意性示图。

具体实施方式

附图示出了天线布置12，包括：第一天线元件28；第二天线元件30；耦合元件20、32，用于电磁地耦合至第一天线元件28和第二天线元件30；以及切换机构22，其连接至耦合元件20、32，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当切换机构22处于第一电配置中时，耦合元件20、32具有第一阻抗，并且当切换机构22处于第二电配置中时，耦合元件20、32具有第二阻抗。

更具体地，图1示出了无线收发机设备10的示意性示图，其中无线收发机设备10诸如是移动蜂窝电话、膝上型计算机、用于此类设备的其他无线通信设备或模块。无线收发机设备10包括天线布置12，连接至天线布置12的无线收发机电路14，以及连接至无线收发机电路14的功能电路16。在无线收发机设备10是移动蜂窝电话的实施方式中，功能电路16包括处理器、存储器和诸如麦克风、扬声器和显示器的输出/输出设备。通常，提供无线收发机电路14和功能电路16的电子部件通过印刷电路板(PWB)17互连。PWB 17可以用作天线布置12的接地面。

图2示出了根据本发明第一实施方式的天线布置12的高度示意性示图。天线布置12包括多个天线元件18、耦合元件20以及切换机构22。耦合元件20经由电连接器24与切换机构22电连接，并且布置为与多个天线元件18中的两个或更多天线元件电磁地耦合。

多个天线元件18中的每个天线元件都经由馈电点(未在此图中示出)连接至馈电(未在此图中示出)，并且可以经由接地点(未在此图中示出)连接至接地面17(参见图1)。多个天线元件18中的每个天线元件都位于接地面之上的预定高度处，并且多个天线元件18可以是平面式倒F型天线(PIFA)、环形天线、螺旋天线、单极天线和平面式倒L型天线(PILA)的任意组合。多个天线元件18与无线收发机电路14电连接，并布置为向其他无线收发机设备发射电磁波和/或从其他无线收发机设备接收电磁波。

如上所述，耦合元件20布置为与多个天线元件18中的两个或更多天线元件电磁地耦合。耦合元件20可以是单个元件，或者其可以包括全部与切换机构22连接的多个元件。耦合元件20包括任意导电材料，并且在一个实施方式中可以包括铜。耦合元件20的位置和尺寸取决于多个天线元件18的定位以及其间所期望的电磁耦合。

切换机构22至少可以在两个电配置中操作，并且在此实施方式中，对电配置的选择由功能电路16的处理器通过信号26进行控制。在切换机构22的每个电配置中，切换机构22和耦合元件20之间的接口基本上是反射式的，也即，接口处的反射系数的模基本上等于1。然而，对于每个电配置，接口处的反射系数的相位可以从+1变化到-1，其中+1代表开路(基本上无穷大的阻抗)，并且-1代表短路(近似于0的阻抗)。

在一个实施方式中，当切换机构处于第一电配置中时，接口处的反射系数的相位基本上等于+1(耦合元件20有效地连接至具有基本上无穷大阻抗的开路)。因此，天线元件18和耦合元件20之间的电磁耦合较弱或者不存在，并且天线元件的可操作频带相对而言未受影响，也即，当切换机构22处于第一电配置中时，天线元件18可以在第一可操作频带集中操作。

当切换机构22处于第二电配置中时，接口处的反射系数的相位基本上等于-1(耦合元件20有效地连接至阻抗基本上为0的短路)。因此，天线元件18和耦合元件20之间的电磁耦合最大化，并且天线元件18的可操作频带在频率中向下平移，也即，当切换机构22处于第二电配置中时，天线元件18在第二可操作频带集中操作(第二可操作频带集不同于第一可操作频带集)。

第一和第二可操作频带集可以包括以下可操作频带中的任何频带：US-GSM 850(824-894MHz)，WCDMA 850，EGSM 900(880-960MHz)，PCN/DCS 1800(1710-1880MHz)，GSM 1800，PCS 1900(1850-1990MHz)，US-WCDMA1900(1850-1990)，GSM 1900，WCDMA21000频带(Tx：1920-1980，Rx：2110-2170)以及WLAN\蓝牙(2400MHz)。

耦合元件20和切换机构22可以集体称为调谐布置27，并且它们提供的有益效果在于支持多个天线元件18中的每个天线元件在两个或更多不同的可操作频带中进行操作。由于使用单个切换机构22来调谐多个天线元件20，所以可以节省无线收发机设备10中的空间，这可以导致无线收发机设备10的尺寸减小。而且，单个切换机构22可以减少无线收发机设备10中的部件数目，并由此降低成本并提高无线收发机设备10的可靠性。

图3到图5示出了根据本发明的天线布置的较为详细的实施方式。图3示出了根据本发明第二实施方式的天线布置12的框图化俯视图。天线布置12包括第一天线元件28、第二天线元件30以及耦合元件32。

第一天线元件28是PIFA，其经由接地点34连接至接地面17，并经由馈电点36连接至馈电(未示出)。第二天线元件30是PIFA，其经由接地点38连接至接地面17，并经由馈电点40连接至馈电(未示出)。耦合元件32经由连接器42连接至切换机构(未示出)。

为了辅助对第一天线元件28的结构的描述，可以将其视为被划分成第一部分44、第二部分46、第三部分48和第四部分50。应当意识到，并非在物理上将第一天线元件28划分成这些部分，而是提供这些部分仅仅是为了辅助对第一天线元件28的描述。

第一部分44从接地点34和馈电点36向上延伸并且具有矩形形状，由此其长度大于其宽度。第二部分46从第一部分44的右手侧的顶部垂直地延伸并且具有矩形形状，由此其宽度大于其长度。第三部分48从第二部分46底部的右手侧垂直地延伸并且具有矩形形状，由此其长度大于其宽度。第四部分50从第三部分48的右手侧的底部垂直地延伸并且具有矩形形状，由此其宽度大于其长度。

第二天线元件30具有矩形形状，并且接地点38和馈电点40位于天线30的底部左手侧拐角处。第二天线元件30与第一天线元件28的第四部分50相邻并位于该部分之上。第二天线元件30的右手侧基本上与第一天线元件28的第四部分50的右手侧基本上成一条直线。

耦合元件32包括从连接器42水平延伸的第一部分52和从连接器42垂直延伸的第二部分54。耦合元件32的第一部分52位于第一天线元件28的第四部分50附近并与其相邻，并且耦合元件32的第二部分54位于第二天线元件30的右手侧的附近并与其相邻。耦合元件32的第一部分52与第一天线元件28电容性耦合，并且耦合元件32的第二部分54与第二天线元件30电容性耦合。

为了辅助天线布置12的可视化，图4示出了图3中所示的天线布置12的透视图。在图4所示特征与图3所示特征相同或类似的情况下，使用相同的参考标记。

图5示出了根据本发明一个实施方式的切换机构22的示意性图示。切换机构22包括接口56，其连接至ESD滤波器58，ESD滤波器58继而连接至开关60。开关60可以与第一阻抗匹配电路62或者第二阻抗匹配电路64电连接。切换机构22经由接口56处的电连接器42连接至图3和图4所示的耦合元件32。

ESD滤波器58是公知的电子部件，因此这里将对其进行详细描述。简言之，ESD滤波器58用于降低来自耦合元件20的静电放电噪声，并用于对开关60所产生的谐波进行滤波。

在此实施方式中，开关60是单刀双掷(SPDT)开关，但是在其他实施方式中，根据阻抗匹配电路的数目，开关60可以是多路开关。SPDT开关和多路开关是本领域公知的，因此这里将不对其进行详细描述。SPDT开关60可以在第一电配置(在图5中示出)和第二电配置之间进行切换，其中，在第一电配置中，第一阻抗匹配电路62与耦合元件32连接，并且在第二电配置中，第二阻抗匹配电路64与耦合元件32连接。

相对于耦合元件32而言第一阻抗匹配电路62具有较大的阻抗。因此，当开关60处于第一电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不与第一天线元件28或第二天线元件30电容性耦合。在此配置中，第一天线元件28在第一可操作频带66(GSM 900，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第二可操作频带68(WCDMA 2100，参见图6B)中操作。

第二阻抗匹配电路64具有相对于耦合元件32而言较小的阻抗。因此，当开关60处于第二电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于-1。耦合元件32有效地与短路连接，并且基本上与第一天线元件28和第二天线元件30电容性耦合。具体地，耦合元件32的第一部分52与第一天线元件28电容性耦合，并且耦合元件32的第二部分54与第二天线元件30电容性耦合。电容性耦合使得第一天线元件28和第二天线元件30的可操作频带的频率向下平移。因此，第一天线元件28在第三可操作频带70(GSM 850/WCDMA 850，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第四可操作频带72(GSM 1800/GSM1900/WCDMA 1900，参见图6B)中操作。

在此实施方式中，第一阻抗匹配电路62和第二阻抗匹配电路64每个都包含传输线(未示出)。传输线是金属材料(例如，铜)带，其阻抗取决于传输线材料、传输线长度和传输线宽度。通过改变传输线的这些属性，可以获得用于第一阻抗匹配电路62和用于第二阻抗匹配电路64的期望阻抗。

图7示出了根据本发明另一实施方式的切换机构22的示意性示图。图7所示的切换机构与图5所示的切换机构类似，并且在它们具有类似特征的情况下使用了相同的参考标记。在此实施方式中，ESD过滤器58连接至第一阻抗匹配电路74，第一阻抗匹配电路74继而连接至单刀单掷(SPST)开关76。SPST开关76可与第二阻抗匹配电路78连接。

SPST开关76可以在第一电配置(图7中示出)和第二电配置之间进行切换，其中在第一电配置中，开关76打开，并且耦合元件32与第一阻抗匹配电路连接，并且在第二电配置中，开关76闭合，并且耦合元件32与第一阻抗匹配电路74和第二阻抗匹配电路78连接(并由此与地面79连接)。

当开关76处于第一电配置中时，相对于耦合元件32而言第一阻抗匹配电路74具有较大的阻抗(因为第一阻抗匹配电路74没有与地面连接)。因此，当开关76处于第一电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不与第一天线元件28或者第二天线元件30电容性耦合。在此配置中，第一天线元件28在第一可操作频带66(GSM 900，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第二可操作频带68(WCDMA，参见图6B)中操作。

当开关76处于第二电配置中时，第一阻抗匹配电路74和第二阻抗匹配电路78相对于耦合元件32而言具有较小的合成阻抗(因为第二阻抗匹配电路78与地面79连接)。因此，当开关76处于第二电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于-1。如上所述，耦合元件有效地耦合至短路，并且基本上与第一天线元件28和第二天线元件30电容性耦合。因此，第一天线元件28在第三可操作频带70(GSM850/WCDMA 850，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第四可操作频带72(GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900，参见图6B)中操作。

如上所述，第一阻抗匹配电路74和第二阻抗匹配电路78每个都可以包括传输线。

图8示出了根据本发明又一实施方式的切换机构22的示意性示图。图8所示的切换机构22与图5和图7所示的切换机构22类似，并且在它们具有类似特征的情况下使用了相同的参考标记。在此实施方式中，ESD滤波器58连接至单刀单掷(SPST)开关80和第一阻抗匹配电路82。SPST开关80可连接至第二阻抗匹配电路84。

SPST开关80可以在第一电配置(图8中示出)和第二电配置之间进行切换，其中在第一电配置中，开关80打开，并且耦合元件与第一阻抗匹配电路82连接，并且在第二电配置中，开关80闭合，并且耦合元件32与第二阻抗匹配电路84连接(并由此与地面79连接)。

第一阻抗匹配电路82相对于耦合元件32而言具有较大的阻抗。因此，当开关80处于第一电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不与第一天线元件28或者第二天线元件30电容性耦合。在此配置中，第一天线元件在第一可操作频带66(GSM 900，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第二可操作频带68(WCDMA，参见图6B)中操作。

第二阻抗匹配电路84相对于耦合元件32而言具有较小的阻抗(由于第二阻抗匹配电路84与地面79连接)。因此，当开关80处于第二电配置中时，接口56处的反射系数基本上等于-1。如上所述，耦合元件32有效地与短路耦合并且基本上与第一天线元件28和第二天线元件30电容性耦合。因此，第一天线元件28在第三可操作频带70(GSM 850/WCDMA 850，参见图6A)中操作，并且第二天线元件30在第四可操作频带72(GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900，参见图6B)中操作。

如上所述，第一阻抗匹配电路82和第二阻抗匹配电路84每个都可以包括传输线。

提供图7和图8中分别示出的第一阻抗匹配电路74和82，使得当开关76和80处于开配置(第一电配置)中时，第一阻抗匹配电路74和82修正开关76和80引起的相移，从而使得耦合元件32有效地与开路连接。

尽管上文已经参考各种示例描述了本发明的实施方式，但是应当意识到，可以对这些示例进行修改而不脱离本发明所要求的范围。例如，一个或多个天线元件18、28、30中的至少部分可以延伸到接地面17的外围之外。

尽管在上文描述中努力将注意力集中在被认为是特别重要的本发明的特征上，但应当理解，申请人要求保护此前参考附图和/或在附图中示出的任何专利特征和特征组合，而不论是否对其进行了特别地强调。

Claims

1.一种调谐装置，包括：

耦合元件，包括第一部分和第二部分，所述第一部分配置为与第一天线元件电磁地耦合，并且所述第二部分配置为与第二天线元件电磁地耦合；以及

切换机构，其经由连接器连接至所述耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述耦合元件具有第一阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述耦合元件具有第二阻抗；并且所述耦合元件的第一部分在第一方向上从所述连接器延伸，并且所述耦合元件的第二部分在第二不同方向上从所述连接器延伸，其中所述第一方向和所述第二不同方向之间的角度为90度或180度。

2.根据权利要求1所述的调谐装置，其中当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述第一天线元件在第一可操作频带中操作，并且所述第二天线元件在第二可操作频带中操作。

3.根据权利要求1所述的调谐装置，其中当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述第一天线元件在第三可操作频带中操作，并且所述第二天线元件在第四可操作频带中操作。

4.根据权利要求1所述的调谐装置，其中所述切换机构包括：第一阻抗匹配电路，第二阻抗匹配电路，以及用于将所述耦合元件连接至所述第一阻抗匹配电路或者所述第二阻抗匹配电路的开关。

5.根据权利要求4所述的调谐装置，其中当所述开关将所述第一阻抗匹配电路连接至所述耦合元件时，所述切换机构处于所述第一电配置中。

6.根据权利要求4所述的调谐装置，其中当所述开关将所述第二阻抗匹配电路连接至所述耦合元件时，所述切换机构处于所述第二电配置中。

7.根据权利要求1所述的调谐装置，包括多个天线元件，所述多个天线元件包括所述第一天线元件和所述第二天线元件，其中所述耦合元件布置为与所述多个天线元件中的每个天线元件电磁地耦合。

8.根据权利要求7所述的调谐装置，其中当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述多个天线元件在第一可操作频带集中操作。

9.根据权利要求7所述的调谐装置，其中当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述多个天线元件在第二可操作频带集中操作。

10.根据权利要求1所述的调谐装置，其中每个天线元件经由馈电点连接至馈电，并且经由接地点连接至接地面。

11.一种天线装置，包括：

第一天线元件；

第二天线元件；

耦合元件，其包括第一部分和第二部分，所述第一部分配置为与所述第一天线元件电磁地耦合，并且所述第二部分配置为与所述第二天线元件电磁地耦合；以及

12.一种模块，包括如权利要求11所述的天线装置。

13.一种模块，包括如权利要求1到10中任意一项所述的调谐装置。

14.一种便携式电子设备，包括如权利要求11所述的天线装置。

15.一种便携式电子设备，包括如权利要求1到10中任意一项所述的调谐装置。

16.一种用于改变耦合元件的阻抗的方法，包括：

控制切换机构在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中所述切换机构经由连接器连接至耦合元件，所述耦合元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分配置为与第一天线元件电磁地耦合，并且所述第二部分配置为与第二天线元件电磁地耦合，其中当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述耦合元件具有第一阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述耦合元件具有第二阻抗；并且所述耦合元件的第一部分在第一方向上从所述连接器延伸，并且所述耦合元件的第二部分在第二不同方向上从所述连接器延伸，其中所述第一方向和所述第二不同方向之间的角度为90度或180度。

17.根据权利要求16所述的方法，其中当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述第一天线元件在第一可操作频带中操作，并且所述第二天线元件在第二可操作频带中操作。

18.根据权利要求16所述的方法，其中当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述第一天线元件在第三可操作频带中操作，并且所述第二天线元件在第四可操作频带中操作。