CN101542918B - 天线装置以及包括该天线装置的便携式无线通信装置 - Google Patents

Abstract

用于便携式无线通信装置的天线装置包括辐射元件(10)和接收放大器(32)。在操作期间，该放大器的输出部连接到接收器电路(42)。设置了在发送操作期间对该辐射元件和发送器电路(40)的输出部进行互连的单元(34)。在发送操作和接收操作期间，导体(33)都互连该辐射元件和接收器电路的输入部，使得该辐射元件能够以最小的电路既用于发送又用于接收。

Description

天线装置以及包括该天线装置的便携式无线通信装置

技术领域

本发明一般涉及天线装置，特别是涉及用于无线通信装置如移动电话中的天线装置，该天线装置适用于具有相对较低的频率的无线信号，例如FM频带的无线信号。

背景技术

内置天线已在便携式无线通信装置中用了一段时间。使用内置天线具有许多优点，其中值得一提的是它们小而轻，这使它们适用于尺寸和重量很重要的应用场合，例如适合在移动电话中使用。

然而，内置天线在移动电话中的应用对天线振子的结构造成了一些限制。特别是，在便携式无线通信装置中用于安装内置天线的空间是受限的。这些限制可能使得很难找到提供宽工作频带的天线结构。这对于专用于相对较低频率的无线信号的天线尤其如此，因为这样的天线的期望物理长度与在相对较高频率下工作的天线相比更大。

在相对较低频带下工作的一种特定应用是FM无线应用。FM频带在欧洲被限定为88-108MHz之间的频率，而在美国被限定为76-110MHZ之间的频率。安装在便携式无线通信装置的外壳中的现有技术的传统天线结构，例如环形天线或单极天线，不能提供令人满意的操作，因为该天线要么在足够宽的频带中的性能太差，要么只能在太窄的频带中具有足够的性能。

针对便携式无线通信装置如MP3播放器和移动电话中的FM天线的新近应用，不仅对FM信号进行接收操作而且还对其进行发送操作。这可能出现在用于向安装在汽车中的汽车立体声系统发送低功率信号的FM发送器中，而FM装置的使用者坐在该汽车里。在上述或类似的情景中，具有用于发送和接收低频信号(如具有100MHz左右频率的FM信号)的简单的天线方案是有利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于便携式无线通信装置中的简单而便宜的天线装置，该天线装置既能发送又能接收射频信号，例如FM频带的信号。

本发明是基于这样的事实，即，无线通信装置的发送器部分和/或接收器部分在相应部分操作期间可以直接连接到同一辐射元件，也就是说，一个辐射元件被设置为既发送又接收信号，其具有最小的电路，而没有用于在发送和接收之间进行切换的单刀双掷开关。

根据本发明，提供了一种用于便携式无线通信装置的天线装置，所述天线装置适于接收至少第一工作频带的无线信号，其包括：辐射元件；具有输入部和输出部的放大器，其中，在操作期间该放大器的输出部连接到接收器电路；以及用于在发送操作期间对该辐射元件和发送器电路的输出部进行互连的单元，该天线装置的特征在于，包括在发送和接收操作期间都对该辐射元件和接收器电路的输入部进行互连的导体，并且该放大器被设置为邻近该辐射元件。

还提供了包括上述天线装置的便携式无线通信装置。

因此，本发明提供了这样一种天线装置，其中辐射元件能够以最小的电路既用于发送又用于接收。

在从属权利要求中限定了进一步优选的实施方式。

附图说明

下面将参考附图，以举例的方式对本发明进行描述，其中：

图1是示出了根据本发明的连接到发送器和接收器电路的天线装置的示意图；

图2是示出了根据本发明的天线装置的第一实施方式的图；

图3是示出了根据本发明的天线装置的第二实施方式的图；以及

图4是根据本发明的安装在便携式无线通信装置中的天线装置的部分剖切立体图。

具体实施方式

下面将详细描述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。

在下面的说明和权利要求中，使用了术语辐射元件。应当理解该术语覆盖了用于发送和/或接收无线信号的导电元件。

首先参考图1，示出了根据本发明的天线装置1的一般结构。它包括导电材料的非谐振片(如金属片或柔性膜)形式的辐射元件10。其尺寸例如是10毫米的30倍，安装在便携式无线通信装置的后盖上，这样就构成了内置天线辐射器。这种天线振子的典型阻抗值为5-j1000欧姆，但可以随应用而变化。

作为另一种选择，该辐射元件10是外部缆线的形式，优选地是外部耳机缆线的形式，但也可以是其他缆线。该第二辐射元件具有连接器，该第二天线元件10在该连接器处能够连接到该通信装置。

该辐射元件与滤波器和放大器级30连接，该滤波器和放大器级30被设置为通过使用某种合适的滤波器来阻止具有高于工作频带的频率的信号，并允许工作频带内的信号通过。优选地该滤波器对工作频带内的信号是带通滤波器。在工作于FM频带的情况下，通带在欧洲是在88-108MHz之间，在美国是在76-110MHz之间。

该滤波器的功能也可用作为ESD保护电路，用于有效地阻止ESD脉冲频谱中的主要部分。该滤波器还消除或者至少减少了由电磁干扰(EMI)信号和可能地来自设置在同一无线通信装置中的其他天线(如工作频率高于该FM天线的工作频率的蜂窝GSM天线)的信号造成的干扰。

该滤波器和放大器级30与发送器电路40如FM发送器电路的输出部41相连接。

该滤波器和放大器级30也用于放大由辐射元件10接收到的信号。由该天线装置1接收、滤波并放大的信号被提供给接收器电路42，如FM接收器电路。该FM接收器电路包括连接到滤波器和放大器级30的RF输入部43。

优选地，该滤波器和放大器级被设置为相对靠近该辐射元件10以最小化寄生效应和来自外部源的干扰。因此该滤波器和放大器级被设置为邻近辐射元件。

下面将参考图2描述实现图1中所示一般结构的第一实施方式。可以看到，滤波器和放大器级30包括形式为低噪声接收放大器32的接收器部分，该放大器32用于放大所述天线辐射元件10接收到的信号。该接收放大器通过导体33始终与辐射元件10相连接，即，在发送操作和接收操作期间都与辐射元件10相连接。该放大器可以是由AgilentTechnologies制造的型号为ATF55143的低噪声放大器。

该滤波器和放大器级30还包括置于辐射元件10和发送器电路40之间的50欧姆的单刀单掷(SPST)电开关34，以在接收操作期间使发送器级与辐射元件相断开。如果该发送器电路40在其输入部处具有低于1000欧姆的低阻抗，例如具有50欧姆的低阻抗，那么这个开关是必需的。

图2中示出了这种结构的典型阻抗值。这些值仅作为示例给出，而示出了发送器电路的输出阻抗远低于接收放大器32的输入阻抗。这意味着在接收操作期间开关34必须断开，从而有效地使发送放大器的输出部相对于辐射元件10以及接收放大器32的输入部而断开。这样，由于在接收操作期间开关34处于断开状态，所以其不会影响接收性能。

在发送操作期间，开关34是闭合的，从而有效地将发送器电路40的输出部直接连接到辐射元件10。因为辐射元件10和接收放大器32的输入部是永久互连的，所以在发送操作期间发送器电路的输出部和接收放大器的输入部也有效地互连。在发送操作期间，接收放大器32将被关闭。

现在将参考图3描述根据本发明的天线装置的另选的第二实施方式。该第二实施方式可应用于发送器电路具有高输出阻抗(在1000欧姆量级和以上)的情况。在这种情况中，发送器电路40的输出阻抗比前面的情况中高很多，与天线阻抗相当或更高。在该示例图中，发送器电路40的输出阻抗是1000欧姆，与天线阻抗5-j*1000欧姆和接收放大器32的输入阻抗10-j*1000欧姆相当。

因为发送器电路40具有高输出阻抗，所以在一方为发送器电路40的输出部与另一方为辐射元件10及接收放大器32的输入部之间不需要开关。这是因为，既然发送器和放大器具有与天线阻抗相当或更高的高阻抗，它们仅在边缘上构成彼此的负载。而导体134始终(即，在发送操作和接收操作期间)都互连辐射元件10和发送器电路40。

和第一实施方式中一样，在发送操作期间接收放大器32断开以避免由发送器电路40发送的功率造成的损害。

现在将参考图4描述上面参考图1-3描述的根据本发明的天线装置的优选位置，其中示出了便携式无线通信装置300如移动电话的外壳的总体轮廓。该外壳被显示为部分剖切，以便不遮挡该天线装置的位置，该天线装置可以是参考图1-3描述的装置中的任何一个。

在外壳中设有印刷电路板(PCB)310，该PCB 310具有通常在移动电话中都有的电路(未示出)。在PCB上也安装着FM接收器电路40。在外壳的上面部分设有用于蜂窝移动电话系统如GSM系统的接收和发送RF信号的天线辐射元件320。

向着外壳300的背部还设有电池封装330。该电池封装通过连接器(未示出)连接到PCB。该第一内置辐射元件10优选地设于背盖上。该辐射元件可以包括作为辐射元件而设置的耳机缆线10。

描述了根据本发明的天线装置的优选实施方式。然而，本领域技术人员应明白可以在所附权利要求的范围内不脱离发明思想地对这些优选实施方式进行改变。

应当明白，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变化。这样，可以根据无线通信装置的形状、希望的性能等来改变精确的天线结构。

上述根据本发明的天线装置的实施方式被描述为适于接收FM频带内的无线信号的天线装置。然而，也可以采用其他的应用，例如用于约400-800MHz频率范围内的数字视频广播(DVB)信号。

尽管参考在移动电话中的应用描述了用于便携式无线通信装置的天线装置，但应当理解，本发明的思想也适用于其他便携式无线通信装置，以及那些便携的但主要是固定使用的装置。例如可以是诸如旅行闹钟的小钟表、TV接收器或游戏控制台。根据本发明的天线装置还可以应用于个人数字助理(PDA)、MP3和CD播放器、FM无线接收器和膝上型电脑。还可以应用于汽车。因此，应当宽泛地理解术语便携式无线通信装置。

Claims (4)

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

辐射元件（10），

具有输入部和输出部的放大器（32），其中，在操作期间该放大器的输出部连接到接收器电路（42），

用于在发送操作期间对该辐射元件和发送器电路（40）的输出部进行互连的单元（134），以及

在发送操作和接收操作期间都对该辐射元件和该放大器的输入部进行互连的导体（33），并且

该放大器被设置为邻近该辐射元件，

其特征在于：

所述用于对该辐射元件和发送器电路的输出部进行互连的单元包括在一方为该发送器电路（40）的输出部（41）与另一方为该辐射元件（10）及该放大器（32）的输入部之间的导体（134），其中，该发送器电路（40）的输出阻抗与该放大器（32）的输入阻抗基本相等。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，该工作频带是FM频带。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，该辐射元件（10）是非谐振的。

4.一种便携式无线通信装置，其包括根据权利要求1所述的天线装置。

Images