CN101542827A

CN101542827A - 天线装置和包括这种天线装置的便携式无线通信装置

Info

Publication number: CN101542827A
Application number: CNA2008800002226A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·凯科宁; 彼得·林德伯格; 史蒂芬·勒夫格伦
Original assignee: Laird Technologies Inc
Current assignee: Laird Technologies AB; Laird Technologies Inc
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: ATE489775T1; WO2008105710A1; EP1965502A1; TW200845476A; JP2010520660A; EP1965502B1; CN101542827B; DE602007010723D1

Abstract

本发明提供了一种用于便携式无线通信装置的天线装置，该便携式无线通信装置适于接收无线信号，该天线装置具有第一辐射元件(10)和第二辐射元件(20)。滤波器和放大器级(30)将第一辐射元件与无线信号接收器装置互连。通过工作在其中第二辐射元件(20)分别连接和断开的两种模式下，天线装置可以根据工作条件和用户偏好而工作。

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，更具体地说，涉及在诸如移动电话的无线通信装置中使用的天线装置，其适于频率相对较低的无线信号，如FM频带的无线信号。

背景技术

在便携式无线通信装置中，内部天线已经使用一段时间了。与使用内部天线有关的优点很多，其中值得一提的是它们小且轻，使得它们适于其中尺寸和重量占重要地位的应用(例如在移动电话中)。

然而，内部天线在移动电话中的应用对于天线单元的构造产生了一些限制。具体来说，在便携式无线通信装置中，供内部天线结构使用的空间是有限的。这些限制可能使得难以找到提供宽工作频带的天线的构造。对于希望使用频率相对较低的无线信号的天线来说尤其如此，这是因为与工作在相对较高频率下的天线相比，这种天线的期望物理长度较大。

工作在相对较低频带下的一个具体应用是FM无线应用。FM频带在欧洲被定义为88～108MHz之间的频率而在美国被定义为76～110MHz之间的频率。现有技术的常规天线构造(如适配在便携式无线通信装置的外壳内的环形天线或单极天线)将使得其工作不能令人满意，这是因为这种天线要么是频带足够宽而性能太差，要么是性能足够而带宽太窄。

相反，用于便携式无线天线装置的常规FM天线被设置在连接至该天线装置的头戴式耳机线中。这种具有相对较长导线的构造能够得到对于低频应用也足够的天线长度。

用户可以交替使用内部FM天线和外部FM天线的天线解决方案是有利的。然而，简单的开关解决方案因常规50欧姆开关中的寄生电容和电感降低了天线的性能而不可用于有源天线。这种开关结构还因噪声指数的增大而降低了内部天线的性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在便携式无线通信装置中使用的内部天线装置，其根据工作条件和用户偏好而以内部天线单元或者外部天线单元来工作。

本发明基于这样一种认知，即，外部和内部辐射天线单元的组合可用于有源天线装置。

本发明提供了一种用于便携式无线通信装置的天线装置，该便携式无线通信装置适于接收至少第一工作频带中的无线信号，所述天线装置包括可连接至无线信号接收器装置的第一辐射元件，该天线装置的特征在于还包括：滤波器和放大器级，其互连了第一辐射元件和该无线信号接收器装置；可连接至连接器的第二辐射元件，该连接器连接至该滤波器和放大器级，其中，在第一工作模式下，第二辐射元件连接至该连接器，而在第二工作模式下，第二辐射元件与该连接器断开，并且第一辐射元件和该连接器共用与该滤波器和放大器级的同一连接，并且都直接连接至该滤波器和放大器级。

本发明还提供了一种包括这种天线装置的便携式无线通信装置。

因而，根据本发明的天线装置可以根据工作条件和用户偏好来工作。

在优选实施方式中，设置了传感器，该传感器用于感测第二辐射元件是否连接至该连接器，其中，该传感器对该滤波器和放大器级的放大器的工作进行控制。由此，可以将电流消耗保持最小。

所附权利要求中限定了进一步的优选实施方式。

附图说明

下面参照附图举例来说明本发明，图中：

图1是示出根据本发明的连接至FM接收器电路的天线装置的示意图；

图2是示出根据本发明的天线装置的第一实施方式的图；

图3是更详细示出图2所示天线装置的图；

图4是示出根据本发明的天线装置的第二实施方式的图；

图5是示出根据本发明的天线装置的第三实施方式的图；

图6是示出根据本发明的天线装置的第四实施方式的图；而

图7是安装在便携式无线通信装置中的根据本发明的天线装置的立体局部剖视图。

具体实施方式

下面，对根据本发明的天线装置和便携式无线通信装置的优选实施方式进行详细描述。

在下面的文字说明和权利要求中，使用了术语“辐射元件”。应当明白，这个术语旨在涵盖设计用来接收无线信号的导电元件。

首先，参照图1，该图示出了根据本发明的天线装置1的总体构造。它包括第一辐射元件10，该第一辐射元件的形式为导电材料制成的非谐振件，如金属片或软膜(flex film)。其尺寸的示例为30毫米×10毫米，置于便携式无线通信装置的后盖上，由此构成内部天线辐射器。

天线装置1还包括第二辐射元件20，该第二辐射元件的形式为外部电缆，优选地为外部头戴式耳机线，但也可以是其它电缆。第二辐射元件20可连接至设置有该天线装置的通信装置上的连接器21。

第一辐射元件10和工作期间的第二辐射元件20连接至滤波器和放大器级30，该滤波器和放大器级被设置用于阻断频率高于工作频带的信号，而允许工作频带中的信号。优选的是，该滤波器充当针对工作频带中的信号的带通滤波器。在工作于FM频带中的情况下，通带在欧洲为88～108MHz之间而在美国为76～110MHz之间。

该滤波器的功能还在于充当ESD保护电路，从而有效阻断ESD脉冲频谱的主要部分。该滤波器还消除或者至少减少了来自电磁干扰(EMI)信号的干扰以及可能来自设置在同一无线通信装置中的其它天线(例如工作在完全超出FM天线的频率下的蜂窝GSM天线)的信号的干扰。

该滤波器和放大器级30还被设置用于对辐射元件10、20接收到的信号进行放大。

经天线装置1接收、滤波且放大的信号被供应给FM接收器电路40，该FM接收器电路可以是飞利浦半导体公司制造的按名称HVQFN40销售的常规电路。该FM接收器电路包括可连接至放大器30的RF输入部41。

优选的是，该滤波器和放大器级被设置得相对靠近辐射元件10和连接器21，以便最小化寄生效应和来自外部源的干扰。

下面将参照图2对实现图1所表达的总体思路的第一实施方式进行描述。这里可以看出，第一内部辐射元件10和第二外部辐射元件20都通过互连而直接连接至滤波器和放大器级30。因而，第一内部辐射元件10和连接器21共用与滤波器和放大器30的同一连接，并且都直接连接至该滤波器和放大器级30。它们与滤波器和放大器级30之间没有设置任何开关。

图3示出了实现第一实施方式的的详细图。滤波器和放大器级30在此被实现为接地LC电路32的形式的滤波器，该接地LC电路包括并联连接并且位于馈电(feeding)部分21与地之间的电感器和电容器。在一个实施方式中，电感器的电感近似为40nH，而电容器的电容近似为60pF。低通滤波器33在优选实施方式中包括在带通滤波器32之前或之后串联连接在RF信号路径中的电感器。电感器的优选电感值在50-200nH的范围内，更优选地大约为100nH。

滤波器和放大器级30的放大器34包括场效应晶体管(FET)35，FET 35的栅极连接至滤波器31，源极直接接地，而漏极可连接至FM接收器电路40的输入部41。晶体管31的漏极与馈电电压Vdd之间还连接有负载电阻器36。

为了使天线装置1工作，该晶体管优选地在工作频带中具有低于1dB的最小噪声指数和高于15dB的增益。而且，优选的是，该晶体管具有小于10欧姆的噪声电阻Rn，以便获得针对任意天线构造的最高可能信号接收质量。

图2示出了第一辐射元件10和第二辐射元件20的典型阻抗值。这些值仅仅作为示例给出，但示出了第一辐射元件10(即，内部天线单元)的阻抗明显高于第二辐射元件20(即，头戴式耳机线等)的阻抗。在图2给出的示例中，第一辐射元件的阻抗大约为第二辐射元件的阻抗的10倍。这意味着，第一辐射元件基本上不改变或担负(load)第二辐射元件。因此，第二辐射元件20将以基本上相同的性能来工作，好像第一辐射元件没有连接至同一滤波器和放大器模块30一样。

如果第二辐射元件(如头戴式耳机线)与连接器21断开，则第一(即，内部)辐射元件作为天线装置1的辐射元件来工作。

以连接至连接器21的第二辐射元件工作的天线装置的性能得到了显著改善，因为它工作在有源模式下。

下面参照图4，对根据本发明的天线装置的第二实施方式进行描述。与上述第一实施方式相同，该天线装置包括连接至滤波器和放大器级30的第一辐射元件10和第二辐射元件20。然而，在该实施方式中，设置了传感器37，该传感器用于感测第二辐射元件20是否连接至连接器21。该传感器37优选地包括开关和电阻器等(未示出)，以提供根据第二辐射元件是连接还是断开而改变的输出信号。

该传感器对放大器34的工作进行控制，从而如果第二辐射元件20断开则该放大器以较高增益水平工作，而如果第二辐射元件20连接则该放大器以较低增益水平工作。通过在以第二辐射元件(其具有比第一天线单元更好的接收特性)工作期间将增益调节成较低水平，将电流消耗保持为最小，如1mA。

下面参照图5，对根据本发明的天线装置的第三实施方式进行描述。与上述第一和第二实施方式相同，该天线装置包括连接至滤波器和放大器级30的第一辐射元件10和第二辐射元件20。然而，在该实施方式中，设置了自动增益控制(AGC)电路38，用以调节放大器34的增益。该AGC电路的输入部连接至FM接收器电路40上的AGC输出部(未示出)，并且其常规上设置在市场可买到的FM接收器电路上。与第二实施方式相同，这种构造在连接第二辐射元件的情况下最小化了电流消耗。

下面参照图6，对根据本发明的天线装置的第四实施方式进行描述。与上述实施方式相同，该天线装置包括连接至滤波器和放大器级30的第一辐射元件10和第二辐射元件20。然而，在该实施方式中，该天线装置包括匹配电路22，第二辐射元件(即，头戴式耳机线)经由连接器21连接至该匹配电路。该匹配电路将第二辐射元件匹配成FM接收器电路40的构造所要求的希望阻抗值，优选为50欧姆。存在可选的开关39，该开关的输出部可连接至FM接收器电路40的输入部41。开关39的第一输入部连接至放大器34的输出部，而开关39的第二输入部连接至匹配电路22的输出部。该开关防止了在工作于无源模式时担负第二辐射元件20。

使用开关的另选方案是简单地将匹配电路22的输出部与放大器34的输出部互连。

因而，第四实施方式如下工作。当第二辐射元件20连接至连接器21时，它工作在无源模式下，即，没有任何前置放大等。这意味着，当天线装置在第二辐射元件连接的情况下工作时基本上没有消耗电流。而在第二辐射元件20断开的情况下，天线装置1工作在有源模式下，即，第一辐射元件接收到的信号经放大器34放大，并且被转发至FM接收器电路40。

下面参照图7，对如上所述参照图1～6的根据本发明的天线装置的优选位置进行描述，图7中描绘了诸如移动电话的便携式无线天线装置300的外壳的整体概况。局部剖视地示出了该外壳，以清楚示出天线装置的位置，该天线装置可以是参照图1～6描述的天线装置中的任意一个。

外壳中设置有印制电路板(PCB)310，该PCB具有在移动电话中常见的电路(未示出)。该PCB上还安装有FM接收器电路40。在外壳的上部设置有用于接收和发送蜂窝移动电话系统(诸如GSM系统)的RF信号的天线辐射元件320。

朝向外壳300的背面还设置有电池包330。该电池包通过连接器(未示出)连接至该PCB。第一内部辐射元件10优选地设置在后盖上。该辐射元件可以包括环绕电池的细条。在后盖由金属制成的情况下，它可以被直接用作FM天线辐射器元件。头戴式耳机线20被设置为第二外部辐射元件。

已经对根据本发明的天线装置的优选实施方式进行了描述。然而，本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明思想的情况下，可以在所附权利要求的范围内对这些实施方式进行改变。

应当认识到，根据本发明的天线装置的形状和尺寸可以在所附权利要求限定的范围内改变。因而，可以改变确切的天线构造，使之对应于无线通信装置的形状、期望性能等。

将根据本发明的天线装置的上述实施方式描述成了适于接收FM频带中的无线信号的天线装置。然而，其它应用也是可以的，如用于大约400-800MHz的频率范围的数字视频广播(DVB)信号。

尽管已经参照其在移动电话中的使用对用于便携式无线通信装置的天线装置进行了描述，但应当清楚，本发明思想还可应用于其它便携式无线通信装置、其他便携的但主要固定使用的装置。其示例可以是诸如旅行闹钟的小型时钟、TV接收器或游戏控制台。另外，根据本发明的天线装置可以应用于个人数字助理(PDA)、MP3和CD播放器、FM无线接收器以及膝上型计算机。进一步的应用是用在汽车中。因而，术语“便携式无线通信装置”应当被广义地理解。

将滤波器级31描述成了带通滤波器。但是应当理解，它还可以被设置为低通滤波器，该低通滤波器阻断频率超过工作频带的信号，而允许工作频带中的信号。

Claims

1、一种用于便携式无线通信装置的天线装置，该便携式无线通信装置适于接收至少第一工作频带中的无线信号，所述天线装置包括：

可连接至无线信号接收器装置(40)的第一辐射元件(10)，

该天线装置的特征在于还包括：

滤波器和放大器级(30)，其互连了第一辐射元件和该无线信号接收器装置(40)；

可连接至连接器(21)的第二辐射元件，该连接器连接至该滤波器和放大器级(30)，其中，

在第一工作模式下，第二辐射元件连接至该连接器(21)，而

在第二工作模式下，第二辐射元件与该连接器(21)断开，并且

第一辐射元件(10)和该连接器(21)共用与该滤波器和放大器级的同一连接，并且都直接连接至所述滤波器和放大器级。

2、根据权利要求1所述的天线装置，其中，第一辐射元件(10)的阻抗明显高于第二辐射元件(20)的阻抗。

3、根据权利要求1或2所述的天线装置，该天线装置还包括该滤波器和放大器级(30)的放大器(34)。

4、根据权利要求3所述的天线装置，该天线装置还包括：传感器(37)，用于感测第二辐射元件(20)是否连接至该连接器(21)，其中，该传感器被设置成控制该放大器的工作。

5、根据权利要求4所述的天线装置，其中，该传感器被设置成，通过将以第二辐射元件工作期间的增益调节成与以第一辐射元件工作期间相比较低的水平，来控制该放大器的工作。

6、根据权利要求1～3中任意一项所述的天线装置，该天线装置还包括用于调节该放大器(34)的增益的自动增益控制电路(38)，其中，该自动增益控制电路具有可连接至FM接收器电路上的自动增益控制输出部的输入部。

7、根据权利要求1～6中任意一项所述的天线装置，其中，该滤波器和放大器级(30)包括带通滤波器(32)。

8、根据权利要求1～7中任意一项所述的天线装置，该天线装置还包括连接至该连接器(21)的匹配电路(22)。

9、根据权利要求8所述的天线装置，该天线装置还包括具有至少两个输入部的开关(39)，其中一个输入部连接至该匹配电路，另一个输入部连接至该滤波器和放大器级(30)的放大器(34)的输出部，该开关的输出部可连接至该无线信号接收器装置(40)的输入部(41)。

10、一种包括根据权利要求1所述的天线装置的便携式无线通信装置。