CN101641829B

CN101641829B - 用于通信终端的天线

Info

Publication number: CN101641829B
Application number: CN2007800524908A
Authority: CN
Inventors: Z·赢; J·安德森
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications AB
Current assignee: Sony Mobile Communications AB
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: CN101641829A; US20080246690A1; WO2008122316A1; ATE514203T1; US7903032B2; EP2143170B1; EP2143170A1

Abstract

一种用于例如移动电话的无线电通信终端的无线电天线装置，其包括平坦的接地平面和天线元件，该天线元件具有安置于接地平面的无线电信号馈送点。该天线元件为折叠的三维盒状。本发明的天线设计提供用于大小紧凑的天线装置，其同时可在UWB(超宽带)频率区中操作。该天线装置因此可有利地合并到诸如移动电话之类的便携式通信终端内。

Description

用于通信终端的天线

技术领域

本发明大体涉及用于无线电通信终端的天线。更具体而言，本发明涉及可在超宽带(UWB)频率区域中操作且同时适于合并到例如移动电话的小尺寸便携式通信终端内的天线。

背景技术

自从20世纪末以来，蜂窝电话工业在世界上得到了巨大发展。从诸如由标准AMPS(高级移动电话系统)和NMT(北欧移动电话)所定义的系统那样的最初模拟系统开始，近年来的发展几乎专门集中于用于蜂窝无线电网络系统的数字方案的标准，诸如D-AMPS(例如，如在EIA/TIA-IS-54-B和IS-136中所规定的)和GSM(全球移动通信系统)。在不同系统中使用不同的数字传输机制，例如，时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)。目前，蜂窝技术进入所谓的第三代，提供优于上文所提到的之前第二代数字系统的几个优点。在这些优点中，将提供增加的带宽，允许更有效地传送更复杂的数据。第三代移动系统在欧洲被称作UMTS(通用移动电信系统)且在美国被称作CDMA2000。此外，认为可通过例如使用下一代数字蜂窝系统基础结构的蜂窝载体来提供采用低成本、袖珍型、无绳电话的第一代个人通信网络(PCN)，这种低成本袖珍型无绳电话可被舒适地携带并用于在家里、办公室、街道上、车中等进行呼叫或接收呼叫。

蜂窝通信服务中的一个进展涉及采用附加频带来处理移动通信，例如个人通信服务(PCS)业务。以美国为例，蜂窝超频带被分配两个频带(通常被称作A频带和B频带)用于在800MHz区域中进行通信和控制通信。另一方面，在美国规定PCS超频带包括1900MHz区域中的六个不同的频带(A、B、C、D、E和F)。因此，目前在美国的任何给定服务区中有八个频带可用以促进通信服务。某些标准已被批准用于PCS超频带(例如，PCS 1900(J-STD-007))，而其他标准则被批准用于蜂窝超频带(例如，D-AMPS(IS-136))。这些装置将在其中操作的其他频带包括GPS(在1.5GHz范围操作)和UMTS(在2.0GHz范围操作)。对蜂窝和PCS超频带所规定的频带中的每一个被分配多个业务信道和至少一个接入或控制信道。控制信道用于通过传输到移动站和从移动站接收的信息来控制或监督移动站的操作。这样的信息可包括呼入信号、呼出信号、寻呼信号、寻呼响应信号、位置登记信号、语音信道分配、维护指令、切换(hand-off)以及当移动站从一个小区的无线电覆盖区移出并且进入另一个小区的无线电覆盖区时的小区选择或再选择指令。控制信道和语音信道可使用模拟调制或数字调制来操作。

由基站在下行链路中通过业务和控制信道传输的信号由移动或便携式终端接收，移动终端或便携式终端中的每一个具有至少一个天线。在历史上，便携式终端采用多种不同类型的天线来通过空中接口接收信号和传输信号。举例而言，发现垂直地安装到传导表面的单极天线提供良好的辐射特性，期望的驱动点阻抗和相对简单的构造。可以各种物理形式形成单极天线。举例而言，杆状天线或鞭状天线常常和便携式终端一起使用。对于天线长度要最小化的高频应用而言，另一选择是螺旋天线。此外，移动终端制造商面临对越来越小的终端的恒定需求。这种对小型化的需求与对于附加功能的需要相组合，所述附加的功能诸如能在不同的频带和不同的蜂窝系统中使用该终端。

在已知的现有技术中，在商业上需要提供能在很多不同频带中操作的便携式通信终端，例如，位于800MHz、900MHz、1500MHz、1800MHz、1900MHz、2.0GHz和2.45GHz区域中的频带。但是，在不远的将来，预期会越来越需要提供同样能在通常被称作超宽带(UWB)的位于自3.1GHz直到10.6GHz且包括10.6GHz的范围内的频带中操作的便携式终端。

目前，内置天线的概念是移动电话的制造商(例如，SONY

和)熟知并常用的。但当需要更加宽的频带能力时，例如当要覆盖UWB频带时，性能仍是个问题。因此，在未来，当开发具有足够带宽的小尺寸便携式通信终端时，现有技术天线设计仍是一个限制因素。

鉴于上文所述，显然需要提供一种天线装置，其减轻、缓解或消除了已知现有技术中的一个或多个上述缺陷或缺点。更具体而言，显然需要提供一种天线装置，其具有适合于内置天线的结构，其同时能在例如从大约3.1GHz直到10.6GHz且包括10.6GHz的超宽带(UWB)频率区域中操作。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于无线电通信终端的无线电天线装置，该天线装置包括平坦的接地平面和天线元件，该天线元件具有安置于接地平面的无线电信号馈送点，其中该天线元件是折叠三维盒状的单极天线元件。

在一个实施例中，天线元件包括多个侧表面且所述侧表面中的至少一个在所述接地平面的延伸方向上位于与所述接地平面相同的平面中。

在一个实施例中，天线元件分别包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，其中所述第一侧表面垂直地邻接第二侧表面，第二侧表面垂直地邻接第三侧表面，第三侧表面垂直地邻接第四侧表面，且在第一侧与第四侧之间存在间隙，其中第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面一起封闭中空内部，该中空内部具有两个彼此相对定位的开口端，且其中第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面、中空内部以及中空内部的所述两个开口端相对于彼此布置成使得由第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面、中空内部和中空内部的所述两个开口端形成非闭合盒状。

在一个实施例中，第一侧表面还包括在第一侧表面的上边缘处的突伸构件(protruding member)，该突伸构件在一方向从所述第一侧表面基本上垂直地突伸出来使得突伸构件覆盖所述两个开口端中的上开口端的至少一部分。

在一个实施例中，第四侧表面还包括在第四侧表面的最外部侧边缘的突伸构件，其中所述最外部侧边缘并不邻接任何其他侧表面，且其中突伸构件从所述第四侧表面的上边缘基本上垂直地突伸出来。

在一个实施例中，天线装置还包括第五表面和第六表面，其中第三侧表面的下部垂直地邻接第五表面，且第五表面垂直地邻接第六表面，第六表面还附连到馈送部分，馈送部分连接到无线电信号馈送点。

在一个实施例中，接地平面还包括支承构件，该支承构件在所述接地平面的侧边缘附连到所述接地平面并从所述接地平面基本上垂直地进一步突伸出来，其中，第二无线电信号馈送点安置于所述支承构件的中部。

在一个实施例中，天线元件可在一频带中操作，该频带为位于1800MHz、1900MHz、2.0GHz、2.45GHz、3.1GHz、5.0GHz、5.8GHz或10.6GHz区域中的频带。

在一个实施例中，天线元件可在一频带中操作，该频带是位于3.1-10.6GHz范围内的频带。

可以任何组合来组合上述天线装置的不同特征。

本发明的另一方面涉及包括上述天线装置的通信终端。该通信终端可以是来自包括以下项的组中的装置：便携式无线电通信设备、移动无线电终端、移动电话、蜂窝电话、寻呼机、通信装置、电子管理器、智能电话和计算机。

本发明的另一方面涉及用于无线电通信终端的无线电天线装置，该天线装置包括平坦的接地平面和天线元件，该天线元件具有安置于接地平面的无线电信号馈送点，其中天线元件具有附图中的图1、图2、图3或图4中任一个图所图示的形状。

在一个实施例中，天线元件可在一频带中操作，该频带为位于3.1-10.6GHz范围内的频带。

本发明的某些实施例提供一种大小紧凑的天线装置，其同时能在UWB(超宽带)频率区域中操作。这使得该天线装置对于实施于未来的例如移动电话的无线电通信终端中特别适合和有吸引力，未来的无线电通信终端将要用于目前和未来的移动通信技术中，诸如GSM 800、GSM850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、4GSM、9UMTS、2WLAN、

等。

附图说明

根据本发明的实施例的以下详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将会显而易见，其中将参看附图来更详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明实施例的无线电天线装置的上部的三维(3D)视图；

图2至图4是图1的天线装置的上部的不同角度的3D视图。

图5是合并了图1至图4所示天线装置的示范性通信终端；以及

图6示出了本发明的实施例的天线设计的电压驻波比(VSWR)特性。

具体实施方式

下面将参看附图更全面地描述本发明的实施例。提供本发明的实施例使得本公开内容将是全面和完整的，并向本领域技术人员全面传达本发明的范围。在所有附图中相似的元件符号指代相似的元件。本描述将无线电终端称作其中将实施根据本发明实施例的无线电天线设计的装置。术语无线电终端包括被设计用于与无线电站进行无线电通信的所有移动设备，所述无线电站也可为移动终端或者例如固定基站。因此，术语无线电终端包括移动电话、寻呼机、通信装置、电子管理器、智能电话、个人数字助理(PDA)、车载无线电通信装置等，以及被设计用于在例如WLAN(无线局域网)中进行无线通信的便携式膝上型计算机。而且，由于这样的天线装置适用于但不限于移动使用，术语无线电终端也应被理解为包括被布置成进行无线电通信的任何固定装置，诸如台式计算机、打印机、传真机等，它们被设计成进行与彼此或与某些其他无线电站进行无线电通信的操作。因此，尽管在本文中作为示例主要在移动电话的实施中描述了根据本发明实施例的天线设计的结构和特性，这不应被理解为排除本发明的天线设计在其他类型的无线电终端(诸如上文所列出的那些)中的实施。

本发明的某些实施例提供一种天线设计，这种天线设计能在UWB频带，即在从大约3.1GHz直到10.6GHz且包括10.6GHz的范围内操作。同时，紧凑的天线设计使得其适合用作例如移动电话的便携式通信终端中的内置天线。如本文所用的术语内置天线用于表示天线置于无线电通信终端的外壳或底座内部或者附近。紧凑的大小和同时能在UWB频率操作的能力使得这个天线设计实施于未来的无线电通信终端中是特别适合和有吸引力的，未来的无线电通信终端用于目前和未来的移动通信技术，诸如GSM 800、GSM 850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、4GSM、9UMTS、2WLAN、

等。

将参看附图在本文中描述天线概念或设计，包括天线结构，其与地面的关系和其在无线电终端中的实施方式。本发明的天线设计的一个实施例的某些特征是具有如在图1、图2、图3或图4中任一个所示的形状的一个天线元件。由于在附图中所示的天线元件的形状，在计算机模拟中证明的确可以提供具有相对较小大小的天线装置，考虑到天线元件的相对较小的尺寸，其同时在UWB频带中示出意想不到的良好特性。使用来自COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY的仿真工具CSTMicrowave

2006B来执行计算机仿真。

将在下文中结合图1至图4来描述根据本发明实施例的本发明的天线设计，其中从不同的视角示出了这种天线设计。图1至图4公开了天线装置1，天线装置1包括例如单极天线元件的天线元件2和接地平面或基板3。在图1至图4中，限定了三维坐标系统。因此，对于天线装置1而言，限定了x轴、y轴和z轴。如在附图中可以看出，y轴代表天线装置1的纵向。而且，x轴代表天线装置1的纬向。

在优选和公开的实施例中，接地平面3的长度L1，即，接地平面3的高度，大约为100mm。而且，在图1中的宽度W1为大约40mm。但应了解长度L1和宽度W1可取决于天线设计的目的而不同且因此在每种具体情况下必须进行测试和评估。

如在附图中可以看出，天线元件2具有折叠形状。天线元件包括多个侧表面201、202、203和204。如在图1至图4中可以看出，天线元件2的侧表面中的一个(即，表示为204的侧表面)位于与所述接地平面3基本上相同的平面中且在接地平面3的延伸方向y中。而且，接地平面3还可包括突伸的支承构件4。支承构件4可为矩形支承构件。举例而言，支承构件4的宽度W2可为大约5mm且支承构件4的长度L2可为大约20mm。但应了解支承构件4的确切尺寸可取决于天线设计的目的而不同，因此在每种具体情况下必须进行测试和评估。支承构件4可附连到接地平面3的上侧边缘31。而且，支承构件4可从接地平面3基本上垂直地突伸出来。在天线装置1的优选且公开的实施例中，天线元件2在无线电信号馈送点5馈送，所述无线电信号馈送点安置于支承构件4的中部，如图1所示。

天线元件2包括第一侧表面201、第二侧表面202、第三侧表面203和第四侧表面204，它们相对于彼此折叠使得这些侧表面201、202、203和204一起形成三维盒状。在优选和公开的实施例中，第一侧表面201垂直地邻接第二侧表面202。同样，第二侧表面202垂直地邻接第三侧表面203。以相同方式，第三侧表面203垂直地邻接第四侧表面204。可能有利的是，上述侧表面彼此垂直地邻接，即彼此之间成大约90°的角。但当然，应了解上述表面不必精确地彼此垂直地邻接。其他角度也同样是可能的，例如，在大约60°至90°范围的角。如在附图中可以看出，特别是在图2中，三维盒状还包括中空内部205，其具有两个相对的开口端，即上开口端205a和下开口端205b。下开口端205b与所述上开口端205a相对定位。此外，如在附图中所示出的，特别是在图2中，在第一侧表面201与第四侧表面204之间存在相对较窄的开口或间隙206。因此，由四个侧表面201、202、203、204，中空内部205，上开口端205a和下开口端205b以及间隙206形成非闭合的盒状。间隙206的距离可为例如2mm。但实际上，对于天线元件2的功能而言，间隙206的确切距离并非至关重要的。应了解这个距离可取决于天线设计的目的而不同，因此在每种具体情况下必须进行测试和评估。

第三侧203的下部203a垂直地邻接第五表面207，第五表面207位于分别远离第二侧表面202和第四侧表面204的下部202a和204a一定距离处。因此，在第五表面207与下部202a和204a之间形成相对较窄的开口或间隙208。应了解对于天线元件2的功能而言，窄间隙208的确切距离并非至关重要的。因此，应了解到这个距离可取决于天线设计的目的而不同，因此在每种具体情况下必须进行测试和评估。在所公开且优选的实施例中，第五表面207还垂直地邻接第六表面209，第六表面209又附连到馈送部分210。馈送部分210连接到无线电信号馈送点5，无线电信号馈送点5安置于接地平面3的支承构件4处。

如在附图中可以看出，第一侧表面201还可包括在第一侧表面201的上边缘201a处的突伸构件201′。如在附图中清楚地且明显地公开的，突伸构件201′在x方向从所述第一侧表面201′基本上垂直地突伸出来。以此方式，突伸构件201′在x方向延伸使得突伸构件201′覆盖非闭合盒状天线电元件2的上开口端205a的至少一部分。

如在附图中还可以看出，第四侧表面204具有宽度W₂₀₄，其大于相对的第二侧表面202的宽度W₂₀₂。如在附图特别是图3中清楚地且明显地看出的，第四侧表面204在x方向延伸超过第一侧表面201。在最外部侧边缘204b设有突伸构件204′，最外部侧边缘204b不邻接任何其他侧表面。如在附图中所公开的，这个突伸构件204′在z方向上从所述第四侧表面204′的上边缘204c基本上垂直地突伸出来。

在所公开的示范性实施例中，第一侧表面201具有大约8mm的宽度W₂₀₁和大约18mm的长度L₂₀₁。而且，第二侧表面202具有大约10mm的宽度W₂₀₂和大约14mm的长度L₂₀₂。第四侧表面204具有大约13mm的宽度W₂₀₄和大约14mm的长度L₂₀₄。第三侧203具有大约10mm的宽度W₂₀₃。而且，第三侧表面203具有长度L₂₀₃，长度L₂₀₃分别比长度L₂₀₂和L₂₀₄更长。举例而言，长度L₂₀₃可为大约16mm。上述尺寸是合适尺寸的说明性实例。但应了解天线元件2的确切尺寸可依赖于天线设计的目的而不同。实际上，这些尺寸的确可取决于本领域技术人员的技术自由且因此应在每种具体情况下进行测试和评估。

在天线装置1的优选和公开实施例中，天线元件2具有折叠的三维非闭合盒状，如在图1至图4中所图示的。证明这种特定形状得到大的有效天线体积，这在UWB频带区域中贡献了意想不到的良好的VSWR特性，如将关于图6进一步展开描述。同时，如结合附图通过本文的描述显然可见的，这个三维盒状天线元件的尺寸使得其对于合并到例如便携式通信终端这样的小尺寸装置中是有吸引力的。因此，天线装置1可被配置成经调谐用于超宽频带，例如，位于1800MHz、1900MHz、2.0GHz、2.45GHz、3.1GHz、5.0GHz、5.8GHz或10.6GHz区域中的频带区域。在一个实施例中，当实施于例如移动电话50(参看图5)的通信终端中时，天线元件2被配置成与通信终端的底座共同起作用以从例如1.7GHz直到10.6GHz且包括10.6GHz频带区域匹配天线元件2。因此，天线元件2例如可被配置用于GSM 1800、GSM 1900、UMTS或上述其他技术。

图5示出了被设计用于无线电通信的蜂窝移动电话50的实施例中的通信无线电终端。应了解移动电话50的外观无需采取图5所示的形状。替代地，移动电话50例如可为翻盖型、折叠刀型等。终端50包括底座或外壳51，承载以麦克风52为形式的用户音频输入和以扬声器53或者到耳机(未图示)的连接器为形式的用户音频输出。根据确立的技术，一组键、按钮等构成数据输入接口54，其可用于例如拨号。还包括数据输出接口，其包括显示器55，被设计成以本领域技术人员已知的方式显示通信信息、地址列表等。无线电通信终端50还包括无线电传输和接收电子装置(未图示)且还被设计成具有在外壳51内的内置天线装置1。根据本发明的实施例，对应于图1至图4的这个天线装置1包括天线元件2和接地平面或基板3。天线元件2具有安置于接地平面3的无线电信号馈送点5。而且，天线元件2具有在图1至图4中任何图中所图示的形状。因此，参看图1至图4在上文所述的根据本发明的天线设计的其他特征对于图4的无线电终端实施的实施例自然同等有效。

图6示出了结合图1至图4所述的实施例中所给出的天线设计(即具有在优选且公开实施例中的尺寸)的VSWR性能。如从图6中可以看出的，对于从大约1.8GHz和以上的频率，VSWR 60低于5.0。因此，认为天线装置的性能从大约1.8GHz和以上和因此在UWB频带区域中具有足够好的性能频率。而且，通过所公开的实施例的尺寸显然可见的是，本发明的天线设计适合于内置于大小紧凑的通信终端内的天线。

在本说明书中所用的术语只是出于描述特定实施例的目的且并非意在限制本发明。除非上下文另有清楚声明，如本文所用的单数形式“一”、“该”和“所述”也意在包括复数形式。还应了解术语“包括”、“包含”当在本文中使用时指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

除非另外定义，本文所用的所有术语(包括科技术语)具有与本发明所属领域的一般技术人员所理解的一般意义相同的意义。还应了解本文所用的术语应被理解为具有与其在本说明书和相关技术中的意义一致的意义且除非在本文中明确地如此定义，不应被解释为具有理想化或过于正式的意义。

前文描述了本发明的原理、优选实施例和操作模式。但是，本发明不应被解释为限于上文所讨论的特定实施例。举例而言，虽然本发明的天线主要被讨论为适合于合并到例如便携式通信终端这样的小尺寸装置内的天线，但这种天线设计可同样能实施为外部天线装置等，例如，安装到便携式通信终端的底座上。而且，虽然本发明的天线主要被讨论为辐射器，但本领域技术人员应了解本发明的天线也可用作接收具体频率处的信息的传感器。同样，各种元件的尺寸可基于具体应用而不同。因此，上述实施例应被理解为是说明性的而不是限制性的，且应了解到在不偏离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可由本领域技术人员对这些实施例中做出多种修改。

Claims

1.一种用于无线电通信终端的无线电天线装置，所述天线装置包括：

平坦的接地平面；以及，

天线元件，其具有安置于所述接地平面的无线电信号馈送点，其中所述天线元件是具有折叠的三维盒状的单极天线元件，

其中所述天线元件包括：

多个侧表面且所述侧表面中的至少一个在所述接地平面的延伸方向上位于与所述接地平面相同的平面中，

分别地，第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，其中所述第一侧表面垂直地邻接所述第二侧表面，所述第二侧表面垂直地邻接所述第三侧表面，所述第三侧表面垂直地邻接所述第四侧表面，且在所述第一侧表面与第四侧表面之间存在间隙，其中所述第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面一起封闭中空内部，所述中空内部具有两个开口端，所述两个开口端彼此相对定位，且其中所述第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面、所述中空内部和所述中空内部的所述两个开口端相对于彼此布置成使得由所述第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面、所述中空内部和所述中空内部的所述两个开口端形成非闭合盒状，以及

其中所述第一侧表面还包括在所述第一侧表面的上边缘处的突伸构件，所述突伸构件朝一方向从所述第一侧表面基本上垂直地突伸出来，使得所述突伸构件覆盖所述两个开口端的上开口端的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述第四侧表面还包括在所述第四侧表面的最外部侧边缘处的突伸构件，其中所述最外部侧边缘不邻接任何其他侧表面，且其中所述突伸构件从所述第四侧表面的上边缘基本上垂直地突伸出来。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其还包括：

第五表面和第六表面，其中所述第三侧表面的下部垂直地邻接所述第五表面，且所述第五表面垂直地邻接所述第六表面，所述第六表面还附连到馈送部分，所述馈送部分连接到所述无线电信号馈送点。

4.根据权利要求3所述的天线装置，所述接地平面还包括支承构件，所述支承构件在所述接地平面的侧边缘处附连到所述接地平面且还从所述接地平面基本上垂直地突伸出来，其中第二无线电信号馈送点安置于所述支承构件的中部。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述天线元件可在一频带中操作，所述频带是位于1800MHz、1900MHz、2.0GHz、2.45GHz、3.1GHz、5.0GHz、5.8GHz或10.6GHz区域中的频带。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述天线元件可在一频带中操作，所述频带是位于3.1至10.6GHz范围内的频带。

7.一种包括根据权利要求1所述的天线装置的通信终端。

8.根据权利要求7所述的通信终端，其中所述通信终端是来自包括以下项的组中的装置：移动无线电终端、移动电话、蜂窝电话、寻呼机、电子管理器、智能电话和计算机。