CN101427421A - 天线配置的改变 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携通信装置以及在其内部的一种天线布置(20)。该天线布置具有天线元件组合，该天线元件组合包括：第一辐射天线元件(34)，其连接(22)到馈电电位且其尺寸适于在第一个频带上谐振；和第二辐射天线元件(36)，其尺寸适于在第二频带上谐振。该天线布置还具有：至少一个第一元件结合开关(SW1，SW2)，其在闭合时使天线元件组合的元件相互连接使得该组合的尺寸适于在第三频带上谐振，且在断开时使这些元件分开；以及接地开关(SW3)，其在闭合位置时将第二辐射天线元件结合至接地电位(30)，且在断开位置时使第二辐射天线元件与接地电位分开。通过这种方式在有限大小的天线布置中提供多频段功能。

Description

天线配置的改变

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其是涉及一种设于便携通信装置内部的天线布置，和一种具有这样的天线布置的便携通信装置。

背景技术

在便携通信装置领域，尤其是在蜂窝电话领域内，在电话本身内置天线成为一种趋势。同时，这样的电话常常需要有几个频带。提供不同频带的原因有几种。首先，一些网络提供几个频带是为了在网络中更好地分配流量。例如，GSM提供能被使用的两个单独的频带。在不同国家也存在使用不同频带的不同类型的网络。

提供能以较高的效率在几个这样的频段内使用的天线布置不是个简单任务，尤其是在天线基于PIFA天线且也许设于小型电话中的情况下。

为了实现额外的带宽，已研究出各种方法，例如使用端耦合或边耦合的寄生元件。

当提供这样的一个天线布置时，通常另外还需要保持天线布置尽可能地小。当同时期望提供几个频带时，得到这种结果不是简单的任务。因为既要使得天线小，并且还需要尽可能有效的利用天线体积。

因此需要为便携通信装置提供内置天线布置，其需要很小的空间，从而允许在不同的频段进行辐射同时以一种有效的方式利用天线体积。

发明内容

本发明是针对于解决为便携通信装置提供内置天线布置的问题，这种天线布置需要很小的空间，并且允许在不同频段进行辐射。

因此，本发明的一个目的在于为便携通信装置提供天线布置，其需要很小的空间，并且允许在不同的频段上进行辐射。

依照本发明的第一方面，通过在便携通信装置内部提供天线布置来达到这个目的，这种天线布置包括：

天线元件组合，其包含

第一辐射天线元件，其连接到馈电电位且其尺寸适于在第一频带上谐振，和

第二辐射天线元件，其尺寸适于在在第二频带上谐振，

至少一个第一元件结合开关，其在闭合位置使天线元件组合的元件相互连接，使得天线组合的尺寸适于在第三频带上谐振，且在断开位置使这些元件相互分开，和

接地开关，其在闭合位置将第二辐射天线元件结合到接地电位，且在断开位置使得第二辐射天线元件与接地电位分开。

本发明的第二方面针对于包含第一方面特性的天线布置，其中，天线元件组合包括桥接天线元件且进一步包括第二元件结合开关，其中第一结合开关在闭合位置使辐射天线元件中的一个与桥接天线元件相互连接，且在断开位置时使辐射天线元件与桥接元件分开，并且第二结合开关在闭合位置时使另一个辐射天线元件和桥接元件相互连接，而在断开位置时使该辐射天线元件与桥接元件分开。

本发明的第三方面针对于包括第一方面特性的天线布置，其中，当接地开关闭合时每个元件结合开关将断开，且当接地开关断开时每个元件结合开关将闭合。

本发明的第四方面针对于包含第一方面特性的天线布置，其中，每个开关被布置为电启动。

本发明的第五方面针对于包含第四方面特性的天线布置，其中，开关是半导体开关。

本发明的第六方面针对于包含第四方面特性的天线布置，其中，开关是MEMS开关。

本发明的第七方面针对于包含第一方面特性的天线布置，其中，第一辐射天线元件也连接到接地电位。

本发明的另一个目的在于提供一种具有天线布置的便携通信装置，该天线布置需要很小空间并允许在不同频带上进行辐射。

根据本发明的第八方面，由便携通信装置来实现这个目的，该便携通信装置内部包含以下元件：

接地平面，和

天线布置，其包括

天线元件组合，其具有

第一辐射天线元件，其连接到馈电电位且其尺寸适于在第一频带上谐振，和

第二辐射天线元件，其尺寸适于在第二频带上谐振，

至少一个第一元件结合开关，其在闭合位置时使天线元件组合的元件相互连接，从而使得天线元件组合的尺寸适于在第三频带上谐振，且在断开位置时使这些元件相互分开，和

接地开关，其在闭合位置将第二辐射天线元件结合到接地平面，在断开位置时使第二辐射天线元件与接地平面分开。

本发明的第九方面针对于包含第八方面特性的便携通信装置，其中，天线元件组合包含桥接天线元件，并且进一步包含第二元件结合开关，其中当第一结合开关在闭合位置时使得辐射天线元件中的一个与桥接天线元件相互连接，在断开位置时使该辐射天线元件与桥接天线元件分开，并且当第二结合开关在闭合位置时使得另一个辐射天线元件与桥接元件相互连接，且在断开位置时使得辐射天线元件与桥接元件分开。

本发明的第十方面针对于包含第八方面特性的便携通信装置，其中当接地开关闭合时每个元件结合开关将断开，且当接地开关断开时每个元件结合开关将闭合。

本发明的第十一方面针对于包含第八方面特性的便携通信装置，其中，每个开关被布置为电启动。

本发明的第十二方面针对于包含第十一方面特性的便携通信装置，其中开关是半导体开关。

本发明的第十三方面针对于包含第十一方面特性的便携通信装置，其中开关是MEMS开关。

本发明的第十四方面针对于包含第十一方面特性的便携通信装置，更进一步包括电子开关启动单元，被布置为基于频带选择来启动开关。

本发明的第十五方面针对于包含第八方面特性的便携通信装置，其中第一辐射天线元件也连接到接地平面。

本发明的第十六方面针对于包含第八方面特性的便携通信装置，其中它是蜂窝电话。

本发明有下列优点。它提供了一种小型天线布置，其允许在不同的频带进行辐射同时以一种有效的方式利用天线体积，其中第一辐射天线元件和第二辐射天线元件都在天线布置的不同配置中进行辐射。此外，通过使用开关，在天线布置的两个不同的天线配置之间进行切换成为可能，其中为了获得良好的性能而设计每个配置。因此本发明允许为每个配置提供良好的性能。

需要强调的是，说明书中使用的术语“包含/包括”是用来规定所述的特征、整体、步骤或者构件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、构件或者群组的存在或添加。

附图说明

现在将结合附图更详细地描述本发明，其中：

图1示意性地示出条形电话的前视图，

图2示出了公开在图1的电话中一些构件和元件的侧视图，

图3A和3B示意性地示出了根据本发明的一个实施例的接地平面和天线布置的两个透视图，其中天线布置具有设置为在一个频带上发射的开关装置，

图4A和4B示意性地示出了在图3A和3B中示出的接地平面和同样的天线布置的两个透视图，其中开关被设置为在两个其它的频带发射，

图5示意性地示出了天线布置的天线元件通过开关连接彼此，连接到天线馈电和接地，以及控制开关的电子开关启动单元，和

图6示出了公开的天线布置和不同开关位置的回波损耗图。

具体实施方式

现将关于蜂窝电话来描述根据本发明的便携通信装置，蜂窝电话是本发明的一个优选的变型。另外在这个实例中，电话是所谓的条形电话，但是其也能够是另外类型的电话，如翻盖电话，翻转式电话、掀盖电话、或滑盖电话。便携通信装置也能够是另外类型的装置，如通信模块、PDA(个人数字助理)或以无线电波通信的其它任何类型的便携装置。

图1示意性地示出了根据本发明的条形电话的正视图。电话10包括显示屏12和键盘14。此处值得注意的是没有天线从电话中突出来。天线是内置的。

图2示意性地示出了电话10内部有关元件的侧视图。在前表面设有键盘14和显示屏12。在这些元件的下面，设有电路板16，在电路板上设有无线电电路26。提供无线电电路26是为了馈电给本发明的天线布置20。电路板16还包含接地平面30，其在电路板16内部贯穿整个电路板16伸展。当然，电路板16上也设有其它构件和元件。然而为了把重点放在针对天线布置20的本发明上，将省略它们。在电路板16的下面接近电话后表面的地方，在电池盒中设有电池18。电池18用来给电话提供电力。电池18基本上从电话底端几乎一直伸展到电话顶端。然而电池18的大小和放置不是本发明的重点。在电池顶端设有根据本发明的天线布置20。在显示屏和电路板16的下面并在电池18的旁侧，设有天线布置20，天线布置20包括第一辐射天线元件34和第二辐射天线元件36，且具有连接到无线电电路26的馈电引脚22和连接到电路板16的接地平面的第二接地引脚24和28，馈电引脚22连接到无线电电路26以接收无线电信号，从而能够在合适的频率上发射无线电信号。

在图3A和3B中示意性地示出根据本发明的一个实施例的天线布置20以及接地平面30，其中图3A示出了从天线布置的右顶侧的视角所看到的透视图，图3B是从左顶侧的视角所看到的透视图。天线布置20是一个多频段PIFA(倒F形平面天线，Planar Inverted-F Antenna)天线布置。它具有第一辐射天线元件34，第一辐射天线元件34设于与接地平面30平行并在接地平面30上方的天线供应平面中。第一辐射天线元件34连接到第一接地引脚24和馈电引脚22，第一地线引脚24连接到接地30以提供接地电位，且馈电引脚22依次连接到图2的无线电电路从而接收天线馈电电位。在此，第一辐射天线元件34基本上成形为金属条，其尺寸适于在第一频带上谐振。优选地，第一辐射天线元件34被提供为直条，其在天线供应平面内从接地平面30的第一边在朝向接地平面30的第二相对边的方向延伸。优选地，两边是接地平面30的长边，其实质上也是电话的长边。此外，第一辐射天线元件34通过第一元件结合开关SW1连接到桥接元件38。在这个实施例中，桥接元件38有第一部分，该第一部分在所述的天线供应平面内从第一元件结合开关SW1径直伸展到接地平面30的第二相对边，在这里它连接至第二U形部分，第二U形部分设于垂直于接地平面30和天线供应平面两者的平面里，在这里该U形部分从天线供应平面朝向接地平面30伸展。U的一条腿与第一部分连接且U的另一条腿与第三直部连接，第三直部设于天线供应平面内平行于第一部分。因此第三部分在天线供应平面内从接地平面30的第二相对边在朝向接地平面30的第一边的方向伸展。由此可见，桥接元件38是一个折叠元件。而桥接元件38的第三部分通过第二元件结合开关SW2连接到第二辐射天线元件36，其中第二辐射天线元件36在所述天线供应平面内与第一辐射天线元件34平行地伸展到接地平面30的第一边。在此，第二辐射天线元件36尺寸适于在第二频带上谐振。在此，第二辐射天线元件36连接到接地平面30，其通过第二接地引脚28和接地开关SW3提供接地电位。辐射天线元件34和36和桥接元件38一起形成天线元件组合，当元件结合开关SW1和SW2使这些元件相互连接时，其提供折叠PIFA天线配置。天线元件组合的尺寸适于在第三频带上谐振。在此，元件结合开关SW1和SW2由在辐射天线元件34和36与桥接元件38之间提供的间隙表示，且接地开关SW3由在第二接地引脚28与接地平面30之间提供的间隙表示。此外，更优选地，整个天线布置20设于靠近地平面的短边的位置，在接地平面的顶角或者底角，且与连接第一边和第二边的接地平面30的短边对准。天线元件通常是在薄片上的印刷金属条，典型的是铜，但是也可提供为合适的金属片。在此应该认识到，为了安装于有限大小的区域内，这些元件的形状能够以多种方式变化。但是，重要的是，它们在长度和宽度方面的尺寸适于在不同的频带上谐振。不同的元件也包围天线体积，在此形成矩形盒子的形状。然而，应该认识到天线体积可以是任何想要的形状，例如圆柱形。

在图3A和3B中，天线布置被提供为折叠PIFA配置，且天线结合开关SW1和SW2闭合，这在图中通过在辐射天线元件34和36与桥接元件38之间间隙被填充来表示，而接地开关SW3断开从而使第二辐射天线元件36与接地平面30分开，其通过在第二接地引脚28与接地平面30之间的间隙未被填充来表示。

图4A示出了从与图3A同侧观察的透视图，同时图4B示出了从图3B同侧观察的天线布置的透视图，图4A和4B示出了与图3A和B相同的元件。在此唯一的区别在于元件结合开关SW1和SW2断开从而使天线元件组合的元件分开，其通过辐射天线元件34和36与桥接元件38之间的间隙未被填充来表示，且接地开关SW3是闭合的从而将第二辐射天线元件36连接到接地电位，其通过在接地平面30与第二接地引脚28之间的间隙被填充来表示。通过这种配置，提供具有寄生元件的PIFA天线，其中第一辐射天线元件34是PIFA天线，第二辐射天线元件36充当寄生元件。桥接元件38没有被使用。

根据本发明，优选地，不同开关的切换通过用来选择通信频带的电话软件来提供，其中可由电话本身或者由电话的使用者使用例如键盘来选择频段。

图5示出了天线布置和其它单元的方框图，来示出为了提供天线布置的配置改变，应该怎样控制切换。在图中，第一辐射天线元件34和第二辐射天线元件36和桥接元件38作为方框示出并通过元件结合开关SW1和SW2相互连接，该图也示出了接地开关SW3和无线电电路26，接地开关SW3将第二辐射天线元件36连接到接地30且无线电电路26连接到第一辐射天线元件34用来提供馈电电位。同时也示出了第一辐射天线元件34连接到接地30。此外还示出了电子开关启动单元40，其提供对于所有开关的控制，且其电启动所有开关，其中控制由在电子开关启动单元40与不同开关SW1、SW2、SW3之间的虚线箭头表示。

开关启动单元40可提供为用来执行开关闭合的处理器和相应的程序代码的形式，并且优选地，与其它频段选择软件一起提供。因此，其也可被提供为专用于这个目的的电路的一部分，如无线电电路26，或者提供于一些其它硬件单元里。而且更优选地，开关是所谓的MEMS(微电子机械系统，Micro-Electro-MechanicalSystem)开关，但是也可以是普通的半导体开关。

在本发明的一个较佳变型中，第一频段是1800MHZ，其可用于GSM(全球移动通信系统，Global System for Mobile Communication)或DCS(数字蜂窝系统，Digital Cellular System)中，第二频段是1900MHZ，其可用于PCS(个人通信服务，Personal Communication Services)中，同时，第三频段是850MHZ，其可用于GSM中。当选择第三频段时，为了提供在图3A和3B中示出的折叠PIFA天线配置，开关启动单元40使第一元件结合开关SW1和第二元件结合开关SW2闭合，并且使接地开关SW3断开，同时，当需要1800和/或1900MHZ频段中的一个时，开关启动单元40使第一元件结合开关SW1和第二元件结合开关SW2断开并且使接地开关SW3闭合，从而提供具有寄生元件配置的PIFA天线。

图6示出了对于两种不同天线配置所模拟的回波损耗曲线，即，用于第一频段B1和第二频段B2以及第三频段B3，当这些频段是1800、1900和850MHZ频段时。如图所示，结果表示用于三频天线的足够的带宽。应注意的是，折叠PIFA天线配置(由B3表示)也在覆盖1900MHZ频段的部分的高频段上谐振。

可对本发明做出许多可能的变型。天线配置都基于PIFA天线配置。这是一种优选的天线类型。然而本发明并不限于PIFA，而是也可实施其它类型的天线。在天线元件组合中可省略桥接元件，尤其是在仅可通过第一辐射天线元件与第二辐射天线元件的组合获得第三频段的情况下。在此情况下，因此仅布置一个元件结合开关来连接两个辐射天线元件。而且，其未必具有折叠结构，尽管它有使天线体积更有效利用的优点。示出了接地开关连接于接地平面与第二接地引脚之间。当然其也可连接于第二辐射天线元件与第二接地引脚之间或者连接于第二接地引脚的不同部分之间。因此它可以放置在任何地方，只要其提供在第二辐射天线元件与接地平面之间建立连接和断开连接的功能即可。此外，不同的辐射天线元件不需要是直的，而是可以有足够获得不同频段的任何结构。此也适用于可具有任何适当形状的桥接元件。还应该认识到，天线供应平面无需与接地平面平行或者U形部分无需垂直于地平面。第一天线元件和第二天线元件无需都设于同一平面中，而是实际上可具有提供不同频带的任何形状和相对于接地平面的对准。

根据本发明的天线布置具有一些优点。其在具有有限数目的辐射天线元件的有限大小的天线布置中提供多频带功能。因此天线布置较小。此外，其以一种有效的方式在两种配置中使用天线体积，其中第一辐射天线元件和第二辐射天线元件在这些配置中进行辐射。这种有效使用进一步通过桥接元件，当其被包含时，在接地平面的一边折叠和提供，因此提供在第三频带上谐振所需的长度，同时保证在接地平面与第一辐射天线元件和第二辐射天线元件之间保持所需的距离。另外，通过使用开关，在两种不同的天线配置之间进行切换成为可能，其中每个布置被设计成良好的性能。因此本发明允许不需要折衷就可以为每个布置提供良好的性能。另外不同频段都能保持高效率。

已描述了本发明可变化的多种方式。但还存在其它一些改变。例如本发明能应用至其它的频段，例如UMTS。实际上，所提到的频段仅仅是能使用本发明的频段实例。因此本发明仅由所附权利要求书限定。

Claims (16)

1、一种设于便携通信装置(10)内部的天线布置(20)，包括：

天线元件组合，其包括：

第一辐射天线元件(34)，其连接(22)到馈电电位且其尺寸适于在第一频带上谐振，和

第二辐射天线元件(36)，其尺寸适于在在第二频带上谐振，

至少一个第一元件结合开关(SW1，SW2)，其在闭合位置时使天线元件组合的元件相互连接，从而使得天线元件组合的尺寸适于在第三频带上谐振，且在断开位置时使这些元件相互分开；以及

接地开关(SW3)，其在闭合位置时将第二辐射天线元件(36)结合至接地电位(30)，在断开位置时使第二辐射天线元件(36)与接地电位(30)分开。

2、根据权利要求1所述的天线布置(20)，其中，所述天线元件组合包括桥接天线元件(38)，并且进一步包括第二元件结合开关(SW2)，其中第一结合开关(SW1)在闭合位置时使所述辐射天线元件(34)中的一个与桥接天线元件(38)相互连接，且在断开位置时使所述辐射天线元件(34)与所述桥接元件(38)分开，并且第二结合开关(SW2)在闭合位置时使另一个辐射天线元件(36)与桥接元件(38)相互连接，而在断开位置时使所述辐射天线元件(36)与所述桥接元件(38)分开。

3、根据权利要求1或2所述的天线布置(20)，其中当接地开关(SW3)闭合时每个元件结合开关(SW1，SW2)将断开，且当所述接地开关(SW3)断开时，每个元件结合开关(SW1，SW2)将闭合。

4、根据前述权利要求中任一项所述的天线布置(20)，其中每个开关(SW1，SW2，SW3)被布置成电启动。

5、根据权利要求4所述的天线布置(20)，其中所述开关是半导体开关。

6、根据权利要求4所述的天线布置(20)，其中所述开关是MEMS开关。

7、根据前述权利要求中任一项所述的天线布置(20)，其中所述第一辐射天线元件(34)也连接(24)到接地电位(30)。

8、一种便携通信装置(10)，在其内部包括：

接地平面(30)，和

天线布置(20)，其包括

天线元件组合，其具有

第一辐射天线元件(34)，其连接(22)到馈电电位且其尺寸适于在第一频带上谐振，以及

第二辐射天线元件(36)，其尺寸适于在第二频带上谐振，

至少一个第一元件结合开关(SW1，SW2)，其在闭合位置使天线元件组合的元件相互连接，以使天线元件组合的尺寸适于在第三频带上谐振，且在断开位置时使这些元件相互分开，和

接地开关(SW3)，其在闭合位置时使第二辐射天线元件(36)结合至接地平面(30)，且在断开位置使第二辐射天线元件(36)与接地平面(30)分开。

9、根据权利要求8所述的便携通信装置(10)，其中天线元件组合包括桥接天线元件(38)并且进一步包括第二元件结合开关(SW2)，其中第一结合开关(SW1)在闭合位置时使辐射天线元件(34)中的一个与桥接天线元件(38)相互连接，且在断开位置时使所述辐射天线元件(34)与所述桥接天线(38)分开，且第二结合开关(SW2)在闭合位置使另一个辐射天线元件(36)与所述桥接元件(38)相互连接，且在断开位置时使所述辐射天线元件(36)与所述桥接元件(38)分开。

10、根据权利要求8或9所述的便携通信装置(10)，其中当接地开关(SW3)闭合时，每个元件结合开关(SW1，SW2)将断开，且当接地开关(SW3)断开时每个元件结合开关(SW1，SW2)将闭合。

11、根据权利要求8至10中任一项所述的便携通信装置(10)，其中每个开关(SW1，SW2，SW3)被布置为电启动。

12、根据权利要求11所述的便携通信装置(10)，其中所述开关是半导体开关。

13、根据权利要求11所述的便携通信装置(10)，其中所述开关是MEMS开关。

14、根据权利要求11至13中任一项所述的便携通信装置(10)，进一步包括电子开关启动单元(40)，其被布置为基于频带选择来启动所述开关。

15、根据权利要求8至14中任一项所述的便携通信装置(10)，其中第一辐射天线元件(34)也被连接(24)到接地平面(30)。

16、根据权利要求8至15中任一项所述的便携通信装置(10)，其中所述的便携通信装置(10)是蜂窝电话。

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