CN101501926A - 天线装置和包括这种天线装置的便携式无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于便携式无线通信装置的四频带天线装置(10)，该天线装置包括两个不同长度的辐射元件(12，14)和两个不同长度的公共导体(18，20)。其中一个公共导体可以选择性地与射频信号连接或断开，以调节该天线装置的总电气长度，由此使其能工作在四个不同的频带上。

Description

天线装置和包括这种天线装置的便携式无线通信装置
技术领域
本发明总体上涉及天线装置，更具体地涉及一种用于便携式无线通信装置(例如移动电话)的可控内置多频带天线装置。本发明还涉及包括这种天线装置的便携式无线通信装置。
背景技术
内置天线应用在便携式无线通信装置中已经有一段时间了。使用内置天线有许多的优点，其中值得一提的是它们小且轻，使得它们适用于尺寸和重量很重要的应用，例如在移动电话中。便携式无线通信装置中经常使用的一类内置天线是单极天线。
然而，单极天线的固有性质是在一个频带上谐振。如果需要多频带工作，其中天线适于在两个或更多个分离开的频带上工作，则可能要提供两个具有不同谐振频率的单极天线。在典型的双频带电话中，下频带的中心为900MHz，即所谓的GSM 900频带，而上频带的中心在1800或1900MHz左右，分别为所谓的DCS和PCS频带。如果天线装置的上频带足够宽，同时覆盖了1800和1900MHz频带，就得到了工作在三个不同标准频带上的电话。然而，随着如今对于功能性的较高需求，需要工作在四个或更多不同频带上的天线装置。考虑到天线装置在成本和尺寸上的限制，这种四频带工作难以实现。
因此，现有技术天线装置的问题是提供一种尺寸和体积小且频带宽，并且保持良好性能的多频带天线。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种前面提到过的天线装置，其中频率特性提供了四个相对宽的频带同时天线装置的整体尺寸较小。
另一个目的是提供一种具有比现有技术装置更好的多频带性能的天线装置。
本发明基于这样的认知，即，可以通过为天线安排两个不同长度的分支和用于调节这些分支的电气长度的开关结构而提供四个不同的谐振频率，在天线装置中提供多个频带。
本发明的第一方面提供了如权利要求1中限定的天线装置。
本发明的第二方面提供了如权利要求10中限定的便携式无线通信装置。
进一步的优选实施方式在从属权利要求中做了限定。
本发明提供了一种天线装置和一种便携式无线通信装置，其中通过提供开关解决或者至少减轻了现有技术装置中的问题。因而，提供了一种在至少四个不同频带上工作的小尺寸低成本的多频带天线装置。
该开关优选为PIN二极管，其在用作电控RF开关时具有良好的性能。
附图说明
现在参照附图举例来描述本发明，图中：
图1为包括根据本发明的天线装置的便携式无线通信设备的概图；
图2示出了根据本发明的天线装置的第一实施方式的示意图；
图3为图2中所示的天线的工作模式的频率图表；
图4示出了根据本发明的天线装置的第二实施方式的示意图；
图5示出了根据本发明的天线装置的包括寄生元件的第三实施方式的示意图；而
图6示出了根据本发明的天线装置的包括PIFA的第四实施方式的示意图。
具体实施方式
下面将给出根据本发明的天线装置的优选实施方式的详细说明。在说明中，出于解释而非限制的目的给出了细节的描述，例如特定硬件、应用、技术等，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员可以想到，本发明可以应用于不同于这些特定细节的其他实施方式中。在其他情况下，省略了众所周知的方法、设备和电路的详细描述以免不必要的细节造成本发明的描述不清。
图1示出了便携式无线通信设备1(例如移动电话)的轮廓。天线装置10设置于通信装置的顶部，邻近印刷电路板(PCB)2，并且连接到RF馈电和接地装置(未示出)。
图2中示出了常规的包括由导电材料制成的第一延长单极辐射元件12(例如柔性薄膜)的天线装置10。平行于第一辐射元件设置有第二延长单极辐射元件14。
第一和第二辐射元件12、14在结合点16处连接到第一公共延长导体18。第一公共导体又连接到射频频率信号RF的源，例如图1中所示的便携式无线通信装置1中的RF电路。
串联连接的第一公共导体18和第一辐射元件12一起被设置为在第一下频带LB1(例如GSM 850频带)上谐振。相应地，第一公共导体18和第二辐射元件14一起被设置为在第一上频带HB1(例如GSM 1800频带)上谐振。
因此，两个分支12、14和公共导体18的结合充当了双频带天线装置。
与第一公共导体并联连接有第二公共导体20，第二公共导体比第一公共导体的电气长度要短。与第二公共导体串联地，优选地靠近公共连接点16设置有开关元件22。该开关元件优选为PIN二极管，即具有轻掺杂本质层的硅结二极管，其中本质层充当了P层和N层之间的绝缘屏障。理想情况下，PIN二极管开关在打开模式下表现为具有无限隔离度的开路而在闭合模式下表现为没有阻抗损耗的短路，这使其适合作为电开关。而在实际当中PIN二极管开关并不是理想的。在打开模式下PIN二极管开关具有电容特性(0.1～0.4pF)，这导致了有限的隔离度(15～25dB@1GHz)，而在闭合模式下该开关具有阻抗特性(0.5～3欧姆)，这导致了阻抗损耗(0.05～0.2dB)。
与第二公共导体串联设置的还有高通滤波器24，其功能将在下面说明。第二公共导体20最后经由被设置用于阻挡所有射频信号的低通滤波器26而接地。低通滤波器26可以被设置在天线装置本身中或PCB 2上的电路中。
最终，用于控制PIN二极管22的工作的DC控制输入，在图中表示为VSwitch，经由滤波器模块28连接到RF输入以避免影响天线装置的RF特性。这意味着滤波器模块28的滤波特性被设计为阻隔所有的射频信号。在优选实施方式中，滤波器模块28包括低通滤波器。
优选地提供对于该天线装置的接口，图中用点划线表示。这意味着滤波器模块28被设置在PCB 2上的电路中，并且基于工作模式，提供给该天线装置的信号是DC偏置或者非DC偏置的RF信号，这将在下面进行解释。
天线优选地被设计为50欧姆。
该天线装置的切换如下进行。通信装置的RF源和其他电路工作在给定电压水平上，例如1.5伏特。标准是电压水平高得足以在PIN二极管上产生需要的电压降，例如大约1伏特。这意味着控制电压VSwitch在两个电压“高”和“低”(例如分别为1.5和0伏特)之间切换。当VSwitch为高时，DC电流从DC控制输入流出，经过低通滤波器28、第一公共导体18、PIN二极管22和第二公共导体20的一部分，最终经由低通滤波器26接地。该DC电流在PIN二极管22上产生了电压降以及穿过它的大约5～15mA的相应电流。该电压降使得二极管导通，从而有效地使第二公共导体20传导RF信号。当控制电压VSwitch为“低”时，PIN二极管22上没有足够的电压降使其导通，即其为“打开”，从而有效地阻隔第二公共导体20中的任何RF信号。
当开关闭合时，电气长度比第一公共导体18要短的第二公共导体20将决定天线装置的总电气长度。因此，串联连接的第二公共导体20和第一辐射元件12一起被设置为在第二下频带LB2(例如GSM 900频带)上谐振。相应地，第一公共导体16和第二辐射元件14一起被设置为在第二上频带HB2(例如GSM 1900频带)上谐振。
总之，选择两个延长辐射元件12、14和两个公共导体18、20的尺寸和构造，从而获得需要的谐振频率，例如开关打开时的850和1800MHz频带以及开关闭合时的900和1900MHz频带。
有效辐射元件的这种几何变化调整了天线装置的谐振频率。如图3所示，其中虚线对应于开关打开，即VSwitch为低时的工作模式，而实线对应于开关闭合，即VSwitch为高时的工作模式。这意味着得到了能够工作在四个不同频带，例如前面提到的850/900/1800/1900MHz频带上的天线装置。
图3中所示的谐振频率的调整可以有利地用于所谓翻盖手机。在这种通信装置中，内置天线元件的谐振频率在手机的状态由折叠变为翻开模式时趋向于频率下移。而在有本发明的天线装置的情况下，当手机翻开时，谐振频率的移动可以通过闭合开关22来抵消。因此，在手机折叠时控制电压VSwitch为低，而在手机翻开时控制电压为高。于是该天线装置作为双频带天线而工作，其具有与通信装置的工作模式(折叠/翻开)无关的基本恒定的谐振频率。
图3中所示的谐振频率的调整也可以有利地用于双频带直板手机。在移动通信所用的频带中，发送(TX)和接收(RX)频率间隔大约为45～90MHz。利用频率调整，可以通过将频率调整到TX和RX频率而不是合并了TX和RX频率的更宽频带来实现近似最优的效率。
图4中示出了根据本发明的天线装置的第二实施方式。其与针对图2描述的实施方式的大部分方面都相同。然而，在高通滤波器24和第一公共导体18之间、第二公共导体的与设置有第一开关元件22的一端相反的一端设置了PIN二极管形式的第二开关元件30。在开关打开的情况下工作时，它改进了第二公共导体20的退耦(decoupling)。
图5中示出了根据本发明的天线装置的第三实施方式。其与针对图2描述的实施方式的大部分方面都相同。然而，在第一公共导体18附近设置有导电延长寄生元件32。该寄生元件一端接地，提供了该天线装置的第五频带，例如工作在2.4GHz或3GHz附近的蓝牙频带。
图6中示出了根据本发明的天线装置的第四实施方式。其使用了上述通过切入和切出两个不同长度的平行导体来调节辐射元件长度的一般概念，但在此例中将此概念应用于所谓平面倒F天线(PIFA)。PIFA包括被缝隙分割为第一分支112和第二分支114的总体为平面的导电板。功能与上述第一辐射元件12相对应的第一分支112比功能与上述第二辐射元件14相对应的第二分支114要长。另外在导电板和地之间还提供了接地连接116。
适用于单极天线的切换概念也适用于PIFA，从而得到了可工作在四个不同频带上的天线装置。
已经描述了根据本发明的天线装置的优选实施方式。然而，应该理解，这些实施方式可以在所附权利要求的范围内进行改动。因此，PIN二极管可被描述为开关元件。应该理解，也可使用其他种类的开关元件，例如GaAs开关、最方便的单极双掷(SPDT)开关，或者晶体管开关。
尽管图6中示出了PIFA，但是应该理解，本发明的理念也适用于所谓倒F天线(IFA)。

Claims (10)

1、一种可工作在至少四个不同频带上的用于便携式无线通信装置的天线装置，该天线装置包括：
第一导电辐射元件(12；112)；
第二导电辐射元件(14；114)；
连接第一辐射元件和第二辐射元件的结合点(16)；
设置在该结合点与RF信号源之间的第一导体(18)；
该天线装置的特征在于还包括：
设置在该结合点与该RF信号源之间的第二导体(20)，其中第二导体的电气长度比第一导体(18)的电气长度要短；
与第二导体串联的可控开关元件(22)，所述开关可由流经该开关的电流来控制；以及
与第二导体串联的第一滤波器模块(24)，所述第一滤波器模块被设置用于阻隔频率低于所述至少四个不同频带的信号。
2、根据权利要求1所述的天线装置，该天线装置包括设置在第二导体与地之间的第二滤波器模块(26)，其中第二滤波器被设置用于阻隔所述至少四个不同频带中的信号。
3、根据权利要求1所述的天线装置，该天线装置包括设置在第一导体与控制电压输入(VSwitch)之间的第三滤波器模块(28)。
4、根据权利要求1～3中任一项所述的天线装置，其中该可控开关元件(30；130)包括PIN二极管。
5、根据权利要求1～3中任一项所述的天线装置，其中该可控开关元件(30；130)包括GaAs开关。
6、根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中第一辐射元件和第二辐射元件(12，14)是延长的单极辐射元件。
7、根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中第一辐射元件和第二辐射元件(112，114)是倒F天线的部分。
8、根据权利要求1～7中任一项所述的天线装置，该天线装置包括设置在第一滤波器模块(24)与第一导体(18)之间、第二导体的与设置有该可控开关元件(22)的一端相对的一端的另一个可控开关元件(30)。
9、根据权利要求1～8中任一项所述的天线装置，该天线装置包括靠近第一导体(18)设置的导电延长寄生元件(32)。
10、一种包括可工作在至少四个不同频带上的天线装置的便携式无线通信装置，该天线装置包括：
第一导电辐射元件(12；112)；
第二导电辐射元件(14；114)；
连接第一辐射元件和第二辐射元件的结合点(16)；
设置在该结合点与RF信号源之间的第一导体(18)；
该便携式无线通信装置的特征在于，该天线装置还包括：
设置在该结合点与该RF信号源之间的第二导体(20)，其中第二导体的电气长度比第一导体(18)的电气长度要短；
与第二导体串联的可控开关元件(22)，所述开关可由流经该开关的电流来控制；
与第二导体串联的第一滤波器模块(24)，所述第一滤波器模块被设置用于阻隔频率低于所述至少四个不同频带的信号；
设置在第二导体与地之间的第二滤波器模块(26)，其中该第一滤波器被设置用于阻隔所述至少四个不同频带中的信号；以及
设置在第一导体与控制电压输入(VSwitch)之间的第三滤波器模块(28)。
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