CN101682103A - 用于移动终端单元的天线 - Google Patents

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Abstract

一种天线(201)被提供，所述天线(201)包括至少一个利用移动终端单元的非导电壳体(203)来模制的天线辐射器(201)。通过被集成到壳体中的介质接口(209)使得到移动终端单元的电子电路的连接是电流无法通过的。

Description

用于移动终端单元的天线
技术领域
本发明涉及一种用于诸如移动电话之类的移动终端单元的天线，包括电子电路和至少一个利用移动终端单元的非导电壳体(non-conductive cover)模制(moulde)的天线辐射器(antennaradiator)，以及在电路和至少一个天线辐射器之间的连接。天线被设计成(intend for)可在一个或几个频带内运行。本发明还包括具有这样的天线的移动终端。
背景技术
当今存在几种类型的被设计为集成在移动终端中的天线。最常见的类型是所谓的PIFA(Planar Inverted F Antenna，平面倒F天线)天线。这些天线通常由辐射器元件组成，所述辐射器元件由应用于安装在地面上方特定距离处的塑料载体的金属片(sheet)或挠性膜(flex-film)制成。还存在其他的类型，所有这些类型的共同之处在于它们都被集成在电话的壳体内部并且都占用了宝贵的空间。
在当今的移动终端中，需要更紧凑的终端，尤其是更薄的终端，这对诸如移动电话之类的移动终端而言是十分重要的。
因此已经提出过将终端的辐射元件集成到外壳中的解决方案。以这种方式可以减少部件的数目，并且壳体的厚度可被用于将辐射器与地尽可能隔离，这对良好的天线性能而言是正面的。因为将辐射器包含在内的壳体变为天线的一部分，所以这还可以减少电话的厚度。这意味着在壳体内部不需要容纳辐射器的空间，传统的解决方案通常就是这样，因此使得电话变得更薄。
EP1439603提出了将天线辐射器集成到壳体中并通过特定馈给元件进行馈给的解决方案。
在现有技术的解决方案中将天线辐射器集成到壳体中的问题在于其对移动终端用户的手的影响变得更为敏感。当手覆盖到天线或者部分天线时，天线的信号强度和频率都将受到影响，从而导致天线的覆盖区域减小，并可能造成呼叫丢失，以及通话时间减少，原因是终端必须提高输出功率以补偿降低的天线性能。
因此存在对改善天线性能的需求，其中天线辐射器被集成到移动电话的壳体中。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以集成到移动终端单元(以后以移动电话为例进行说明)的壳体中的天线，所述天线消除了现有技术的缺点并能以简单容易且经济合算的制造方式来实现具有非常紧凑外观尺寸的解决方案。
为了利用移动电话的相对大的壳体面积，诸如GSM、TV和FM天线或用于接收和发送的单独天线之类的几个天线可以被集成到壳体中，因此减少了部件的数目，还使得组装变得高效和经济合算。
通过提供一种用于移动终端单元的天线可以实现这些目的，所述天线包括射频电路和至少一个利用移动终端的非导电壳体模制的天线辐射器，以及在射频电路和至少一个天线辐射器之间的连接，其中通过被集成到壳体一起的至少一个介质接口(dielectric interface)使得在移动终端单元的射频电路和天线辐射器之间的连接是电流无法通过的(non-galvanic)。
通过使用具有相对较高介电常数(优选地大约20)的介质接口，天线将对持有移动电话并覆盖或部分覆盖天线的手的影响变得较不敏感。然而，具有较高值的、以及具有低至至少10的较低值的介电常数都可以被使用。相对于在手和介质接口之间的介电常数上的差，敏感性将被降低。
本发明的另一个优点是可以改善匹配(matching)，也就是将天线的阻抗调整为移动电话的RF电路的阻抗。良好的匹配意味着在RF电路和天线之间的传输损失将被最小化。如下文中将详细描述的那样，本发明实现了通过调整介质接口的不同参数的方式来执行匹配。这消除了执行与分立部件匹配的需要。
包容在壳体内的天线辐射器可以是接地相关(ground dependent)或接地无关(ground independent)的类型。在移动电话中接地相关天线与接地层(ground plane)相互作用，所述接地层通常是包括移动电话的电子部件的多层印刷电路板(multilayer Printed Circuit Board，PCB)中的一层。接地无关类型的天线可在不与接地层相互作用的情况下工作。
优选地天线被集成到移动电话的后壳(rear cover)中。然而，还可以在移动电话的内部非导电壳体或在任何适合的非导电部分中执行集成。
本发明还包括具有根据权利要求1所述的天线的移动终端。如果本发明还被给予根据上述未提及的从属权利要求的一个或几个特性，那么还可以获得其它的优点。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1示意地示出了根据本发明包括天线的移动电话。
图2是壳体的截面图，示出了模制到壳体中的辐射元件和介质接口(Dielectric Interface，DI)。
图3是壳体的截面图，示出了卡扣(snap)到壳体中的辐射元件和介质接口(DI)。
图4是本发明的一个实施方式的示意性俯视图，示出了传统PIFA类型的多波段天线结构，其中RF介质接口和接地介质接口被嵌入到移动电话的后壳中。
图5是具有RF和接地介质接口的PIFA类型结构的天线辐射器的示意性俯视图。
图6是天线辐射器的示意性俯视图，所述天线辐射器具有由公共介质元件馈给的三个半波谐振(resonant)、接地无关元件。
图7是天线辐射器的示意性俯视图，所述天线辐射器具有带有不同谐振的“树结构(treestructure)”的四分之一波长元件。
图8是天线辐射器的示意性俯视图，所述天线辐射器包括贴片元件(patch element)。
图9是天线辐射器的示意性俯视图，所述天线辐射器具有双谐振的线圈结构。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明。
图1示出了包括控制单元107的移动电话101，所述控制单元107被配置成控制与移动通信系统103的通信。键盘113、显示器115和射频(radio frequency，RF)电路109与控制单元107相连接，所述控制单元107连同天线111一起被设置用于建立无线接口(radio-interface)105以与移动通信系统103进行通信。
图2示出了被嵌入后壳203的辐射器201。壳体可以是移动电话的后部非导电壳体、内部非导电壳体或诸如扬声器的塑料载体之类的内部非导电部件。在翻盖类型(clam shell type)电话的情况下，辐射器优选地被嵌入到后壳的顶端或底部。
辐射器可以利用IMF(In Mould Foil，模内铺箔)、IMD(In MouldDecoration，模内装饰)或IML(In Mould Label，模内贴标)技术来嵌入到壳体中。辐射器可被设置成接近壳体的外表面205或者内表面207。当辐射器被设置在表面205上时，在成型工艺(moulding process)之前或之后可以在外表面上应用保护膜。
辐射器201可以被弯成两或三个方向，其形状遵循壳体203的形状。辐射器可以是所属技术领域的技术人员熟知的任何类型的RF适用的导电材料。优选地使用具有5μm厚度或更厚的铜箔。具有辐射器图案的挠性膜也可以被使用。当使用IML技术时，作为辐射器的标签(label)可以被预先成形为期望的形式。
在辐射器201的模入(in-mould)之后，位于壳体203的槽内的DI(介质接口)209被模制到壳体203中。做为选择，其可以被包含在上述的任何模入处理中。例如胶粘之类的任何其他传统的方法都可被用于将DI 209附着到壳体203上。DI具有导电焊盘(conductive pad)211以与射频电路109接触。所述接触可以用诸如弹针(pogo-pin)213或触针215之类的任何常规方法来建立。这些接触元件213和215附着在包含有RF电路109的印刷电路板(PCB)的焊盘上，或者附着在DI的导电焊盘211上。该附着可以以例如通过焊接之类的任何传统的方式实现，以便在DI和RF电路109之间建立电流接触(galvaniccontact)。DI是由具有相对较高介电常数的介质材料制成的，该介电常数优选地为大约20，但较高值或低至至少10的较低值都可以被使用。DI可以以具有导电焊盘211的介质材料块或介质材料盘(puck)的形式实现。DI的一个实施方式是诸如本领域技术人员所熟知的同轴谐振器之类的陶瓷谐振器。在优选实施方式中，DI的上表面217基本上与辐射器201平行。
间隔219的距离可以改变以在辐射器和RF电路109之间获得良好的阻抗匹配。阻抗匹配还可以通过使用DI的不同ε值以及通过改变朝向辐射器201的DI表面面积来调谐。本发明因此提供用于调谐阻抗的几个参数，诸如ε值、间隔距离和朝向辐射器的DI表面面积之类。这使得获得良好的匹配并避免需要在RF电路109中使用分立电子部件成为可能。
图2中的辐射器201是具有RF馈给的单个辐射器，该RF馈给是通过DI 209实现的。在这种情况下辐射器可以是无需接地层以执行其操作的单极天线或任何其它类型的接地无关天线类型。
图3与图2不同仅在于DI附着到壳体的方式。在该实施方式中DI通过利用开口盖(hatch)301或本领域技术人员所熟知的一些其它卡扣装置(snapping means)将其卡扣到壳体上而被附着。
图4是利用壳体400模制的辐射器401的俯视图。在这种情况下辐射器具有典型的PIFA配置，其中从接地点可以看到两个分支。这使得可以具有两个谐振、每个支路一个谐振，因此实现了双频带天线。该天线类型需要与接地层的协作。在移动电话中PCB的接地层能被使用。与接地层的连接是通过DI 405实现的，其中该DI 405以与如上所述的DI 209同样的方式被设计。DI 405与辐射器401的间隔距离典型地为大约0.1mm，从而在辐射器和地之间以最低操作频率建立充分耦合。RF馈给是利用DI 403以与上文中为图2描述的同样的方式实现的。辐射器的模入以及两个DI的附着以与如上所述同样的方式实现。以这种方法，实现这样的单独单元，该单独单元包括壳体、天线、通过DI和接触焊盘到移动电话的RF部分的阻抗匹配。
在利用挠性膜作为辐射元件的实施方式中，DI可被齐平安装到挠性膜基片的下表面，而挠性膜基片然后变为DI和应用在挠性膜基片的上表面上的辐射器之间的介质材料。
通过使用优选具有大约20的介电常数的DI接口，较高的和低至至少10的较低的值都能被使用，就可以在持有电话并覆盖嵌入到壳体中的部分或全部辐射器的手和电话中的RF及接地部件之间实现“绝缘(insulation)”。在传统的解决方案中，手将会以负面方式影响天线的性能。所接收或发送的信号的幅度将被减小，天线的频率响应将被改变(shift)，这两种影响都会降低天线的性能。借由通过DI和高介电常数引入“绝缘”，这些负面的影响将被大大降低。
附图中未示出的另一个实施方式是两个DI 403和405可以置于像PCB之类的公共基片上，或者PCB本身构成介质材料并分成所需数量的DI单元，每个DI具有导电焊盘以用于接触RF电路109。
图5是一种天线的俯视图，该天线包括一个具有PIFA配置的辐射器501和单独的接地部件503。用于接地馈给(ground feed)的DI 504位于接地部件503之上。RF馈给由DI 505处理。以这种方法，将有明确的PIFA的接地点507，可以将接地馈给定位在“离开(off)”PIFA位置的便利位置。
图6是另一个实施方式的俯视图，其中天线由三个辐射器元件601、602和603组成。因为每个元件的长度是不同的，所以每个元件是具有不同谐振频率的半波谐振。元件由大致位于每个元件中心处的公共DI 605馈给。中途(halfway)谐振天线不依赖于接地层的协作，因此在该实施方式中不需要接地馈给。半波谐振天线的电长度为天线的谐振频率的半波长，这是所属技术领域的技术人员所熟知的。
图7是包括“树结构”的四分之一波长元件701、702、703和704的辐射器的俯视图，其具有与谐振频率的1/4波长相对应的电长度。这类辐射器是接地相关的，因此需要接地馈给。接地馈给焊盘705以及RF馈给焊盘707因此被包括在辐射器图案(radiator patter)中。馈给提供有用于接地的DI 706和用于RF的DI 708。在移动电话和天线中，单独的馈给焊盘确保在RF馈给和地之间的高效电磁耦合。焊盘还可以位于便于与移动电话中适合的馈给点进行匹配的位置。
图8示出了辐射器的另一个实施方式。图8是通过DI 803馈给特定点的贴片辐射器(patch radiator)801的俯视图。贴片辐射器必须与接地层协作，在这种情况下该接地层可以是移动电话的PCB的接地层，但是贴片辐射器不需要单独的接地馈给。贴片可以被设计成是本领域众所周知的单谐或多谐的。选择馈给位置，以获得良好的阻抗匹配。
图9是从顶端所见的双谐振线圈类型的辐射器元件的又一个实施方式。辐射器具有线圈901，该线圈901具有接地馈给焊盘905和短路(shortcircuiting)部件或短路器(short)909。短路器对于较高频率是有效的，因此使得对于这些频率线圈长度更短。对较低频率而言短路器是不起作用的，并且较低频率的电长度将与总线圈长度相对应。通过DI 903进行接地馈给，而通过DI 907进行RF馈给。这实现了一种高效且紧凑的双谐振天线。
当今的移动电话经常需要若干用于不同功能的电话天线，如TV、FM无线电、GPS、蓝牙等。有时其还需要具有单独的接收和发射天线。因为本发明可以将大面积用于天线，例如移动电话的整个后壳，所以可以将例如GSM和TV天线的若干天线集成到壳体中。
如上所述的实施方式仅是如何实现本发明的可能实例，不应被看作是限制性的。除如上所述实施方式以外，只要包括任何适合的辐射元件、无论是接地相关还是接地无关的，都自然可能落入本发明的范畴。还可以包括单独的寄生元件，所述寄生元件仅从主辐射器被馈给。

Claims (14)

1.一种用于移动终端单元的天线，所述移动终端单元包括射频电路(109)和至少一个利用移动终端单元(101)的非导电壳体(203)模制的天线辐射器(201，401，501，601-603，701-704，801，901)，以及在射频电路和至少一个天线辐射器之间的连接，其特征在于：通过与壳体集成的至少一个介质接口(209，403，405，504，505，605，706，708，803，907，903)使得在移动终端单元的射频电路(109)和天线辐射器之间的连接是电流无法通过的。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述至少一个天线辐射器(201，401，501，601-603，701-704，801，901)是与接地层协作的接地相关天线。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述至少一个接地相关天线辐射器(401，501，701-704，901)通过接地介质接口(405，504，706，903)与地相连接，且通过RF介质接口(403，505，708，907)与RF相连接。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：至少一个天线辐射器(201，605)是不需要与接地层协作的非接地相关天线。
5.根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：所述壳体(203，400)是移动终端单元的外壳。
6.根据权利要求1-4中的任一个所述的天线，其特征在于：所述壳体(203，400)是移动终端单元的内壳。
7.根据权利要求1-4中的任一个所述的天线，其特征在于：所述壳体(203，400)是移动终端单元的内部非导电部件。
8根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：所述介质接口(209，403，405，504，505，605，706，708，803，907，903)包括具有导电焊盘(211)的介质单元，所述导电焊盘(211)在背向壳体的部分侧面或整个侧面上被敷以金属以便与移动终端单元(101)的RF电路(109)相连接，并以模制方式附着到壳体(203，400)上。
9.根据权利要求1-7中的任一个所述的天线，其特征在于：所述介质接口(209，403，405，504，505，605，706，708，803，907，903)包括具有导电焊盘(211)的介质单元，所述导电焊盘(211)在背向壳体的侧面上被敷以金属以便与移动终端单元(101)的RF电路(109)相连接，并由卡扣装置附着于壳体(203，400)上。
10.根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：所述RF介质接口(209，403，505，605，708，803，907)和接地介质接口(405，504，706，903)被集成到公共介质基片中或公共介质基片上。
11.根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：具有一个以上的嵌入式天线辐射器，每个都具有单独的介质接口并被设计成用于不同的频带。
12.根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：具有用于发射天线和接收天线的单独辐射器，每个都具有自己的介质接口。
13.根据前述权利要求中的任一个所述的天线，其特征在于：所述至少一个辐射器(201，401，501，601-603，701-704，801，901)被集成到移动终端单元(101)的后壳(203，400)中。
14.一种移动终端单元(101)，其特征在于：包括根据前述权利要求中任一项所述的天线。
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