CN101755365B - 天线组件 - Google Patents

Abstract

天线组件(34)具有天线，其中所述天线组件(34)包括至少一个由导电材料构成的中断环/杆(36、38、40)，以及印刷电路板(32)。该印刷电路板(32)的至少一个部分(32a)与所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆(36、38、40)共同形成所述天线。

Description

天线组件

技术领域

本发明涉及具有用于发送和/或接收无线电信号的天线的天线组件。本发明还涉及用于在所述天线组件中使用的印刷电路板(PCB)以及包括所述天线组件或PCB的无线电通信设备。

背景技术

天线是被设计成用于发送和/或接收无线电波的换能器，即天线可将射频电流转换成电磁波，和将电磁波转换成射频电流。从物理上说，天线是被设置为响应于施加的交流电压以及相关的交流电流而产生辐射电磁场，或者可以置于电磁场中使得该场可在天线中感生交流电流且在其端子之间感生电压的一个或更多个导电体构成的结构。

便携式无线电通信电子设备(例如移动电话)通常包括通过钎焊或电焊而连接到印刷电路板上的导电轨或触点的天线。一直以来，这些电子设备的制造商们都面临着减小设备的物理尺寸、减轻其重量、降低其成本以及提高其电气性能的压力。这种低成本需求要求电子设备及其天线应当结构简单并且制造和组装的成本不高。而诸如线圈型的天线结构非常复杂，制造起来也很耗费时间和成本。将天线通过钎焊或电焊连接到印刷电路板也是一个复杂而且耗费时间和成本的过程，当天线空间小于最佳空间时更是如此。此外，钎焊和电焊连接在设备制造和使用期间容易失效。这些失效由振动、冲击、热应力或机械应力引起，使得设备制造期间返修次数增多而提高了制造成本，并且在设备的使用中由于保证期索赔和用户不满而导致成本升高。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的天线组件。

此目的由以下天线组件实现，所述天线组件包括至少一个由导电材料构成的中断环或杆，以及印刷电路板(PCB)，其中该PCB的至少一个部分与所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆共同形成所述天线。换言之，只有当PCB连接到所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆时才能形成所述天线。因此，该PCB的至少一个部分构成了天线的组成部分。

“至少一个由导电材料构成的中断环或杆”的表述指的是至少一个开路导体，其并未形成具有构成所需天线的必要性能的完整环或杆。这种由导电材料构成的中断环比例如线圈更易制造，并且包括这种中断环的天线易于组装，因为它可以利用机械压力来组装，而无需电焊或钎焊。

“印刷电路板”或“PCB”的表述指的是任何柔性或非柔性、平面或非平面的基本不导电的基板，其用于机械地支承至少一个微芯片或其它电子部件，和/或电连接其上支承的部件，并且/或者通过其上刻蚀/印刷/雕刻或以其它方式提供的导电通路而连接到所述部件。

此外，词语“天线(antenna)”和“天线(aerial)”在实践中可以相互替换使用；但是，刚性结构通常被称为天线(antenna)，而导线形式通常称为天线(aerial)。应当指出，本文所用的表述天线(antenna)包括天线(antenna)和天线(aerial)。

根据本发明的一个实施方式，天线组件包括用于将PCB的所述至少一个部分保持在形成天线的位置的机械保持装置，优选为可松脱的机械保持装置，例如弹簧加载或非弹簧加载夹具或可重复粘贴的粘合带。“机械保持装置”的表述包括任何传统位移最小化/防止机构或不采用钎焊或电焊的其它锁定机构。由于无需钎焊或电焊，这种天线组件可以简单、迅速而可靠地组装，并能节约制造时间和成本。此外，在制造这种天线组件时，制造公差不需要像通过电焊或钎焊连接到PCB上的天线那么高，从而进一步减少了制造的时间、复杂性和成本。

根据本发明的一个实施方式，天线组件包括保持器，所述保持器包括介电材料如液晶聚合物(LCP)介电材料或环氧树脂，所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆设置在该介电材料内/上/周围。所述保持器可包括至少一个插槽，所述插槽用于容纳和/或保持至少一个PCB或容纳和/或保持PCB的至少一个部分。

根据本发明的另一实施方式，该PCB的至少一个部分位于该PCB的至少一侧。

根据本发明的又一实施方式，所述天线组件包括多个由导电材料构成的中断环/杆，并且该PCB的所述至少一个部分被设置成在所述多个中断环/杆中的两个由导电材料构成的环/杆之间形成短路部。

另选的是，该PCB的所述至少一个部分被设置成连接至少两个由导电材料构成的环/杆，使得电荷能沿着所述由导电材料构成的环/杆流动。该PCB的所述至少一个部分可包括至少一个导电轨或触点，和/或电路和/或至少一个电子部件如电阻器、电感器或电容器。因此，该PCB的所述至少一个部分可改变环/杆的长度和/或改变环/杆的电气性能。

根据本发明的一个实施方式，该PCB的所述至少一个导电轨或触点和/或所述至少一个电子部件包括用于接合所述天线的弹簧触点，以便在该PCB和所述天线之间提供电接触，由此所述弹簧触点也可作为机械保持装置。另选或附加的是，所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆包括用于接合该PCB的弹簧触点，以便在所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆和该PCB之间提供电接触。

根据本发明的又一实施方式，所述天线组件包括至少两个由导电材料构成的中断环/杆以及一馈电部。所述至少两个由导电材料构成的中断环和该PCB的所述至少一个部分共同形成包括至少两匝和一馈电部的线圈型天线。该PCB的所述至少一个部分在所述线圈型天线的最外匝(即距离所述线圈型天线的馈电部最远的匝)以及与所述最外匝相邻的匝之间形成短路部。现已发现这种天线组件会在无线电通信设备中产生质量块(mass block)，从而全方位且高效地发送无线电信号。根据本发明的实施方式，所述短路部被设置在所述最外匝的远端。

应当指出，当上述天线被包含在小型便携式无线电通信设备(如移动电话)中时，该天线可以称为“天线元件”(而非“天线”)，因为其仅对该设备所发送或接收的无线电波的发送或接收做出了部分贡献。该设备的其它较大的导电部件(如底座、电池或印刷电路板)也会影响无线电信号的发送和/或接收。该天线元件容性和/或感性耦合到所述质量块，使得以期望阻抗提供了完整的天线(即天线元件和质量块)。随后，通常被认为是“天线”而实际上作为这些质量块的励磁器的组件可以被指定为“天线元件”而非“天线”。然而，本文中“天线”的表述包括了可以被认为是“天线元件”而非“天线”的组件。

上述线圈型天线还可包括返回部，所述返回部连接到所述最外匝的远端，并且在所述多匝之内或之外沿基本平行于所述线圈型天线的中心轴线的方向朝着所述馈电部延伸。

根据本发明的一个实施方式，所述天线包括馈电部，所述PCB包括射频(RF)功能组件，并被设置成连接到所述天线的所述馈电部。另选地，形成所述天线的一部分的所述PCB不包括上述组件，而所述天线组件的所述馈电部被设置成连接到包括射频(RF)功能组件的第二PCB。

本发明还涉及一种用于在根据本发明任一前述实施方式的天线组件中使用的印刷电路板，由此该PCB的至少一个部分包括至少一个由导电材料构成的中断环/杆的一部分，该一部分被设置为形成包括至少一个由导电材料构成的中断环/杆的天线的一部分。所附的权利要求提供了这种印刷电路板的更多实施方式。

本发明还涉及一种便携式或非便携式无线电通信设备，例如电话、个人通信系统(PCS)终端、个人数据助理(PDA)、膝上型计算机、掌上型接收机、摄像机、电视、雷达或者包括无线电发射机和/或接收机的任何电器设备，该无线电通信设备包括根据本发明任一前述实施方式的至少一个天线组件或至少一个PCB。

本发明还涉及一种用于组装天线的方法。所述方法包括将根据本发明任一前述实施方式的PCB的至少一个部分插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环/杆。该PCB的所述至少一个部分与所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆共同形成所述天线。

本发明还涉及一种用于组装具有天线的天线组件的方法。所述方法包括将根据本发明任一前述实施方式的PCB的至少一个部分插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环/杆。该PCB的所述至少一个部分与所述至少一个由导电材料构成的中断环/杆共同形成所述天线。

附图说明

以下通过非限制性实施例并参照附图对本发明作进一步说明，其中：

图1示出了根据现有技术的线圈型天线；

图2-4示出了根据本发明第一实施方式的天线组件；

图5-8示出了根据本发明第二实施方式的天线组件；以及

图9示出了根据本发明一实施方式的持有便携无线电通信设备的用户。

应当注意，上述附图并未按照比例绘制，并且为了清楚起见对某些特征的尺寸进行了放大。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的天线10(即，线圈型天线)的立体图，天线10例如被设置在小型便携式无线电通信设备内。

例示的天线10包括由导电材料构成的导线。所述导线具有构成馈电部的第一馈送端12和第二馈送端14，第一馈送端12和第二馈送端14被设置为用于连接到PCB 32以及用于接地连接，该PCB 32提供无线电通信单元。第一馈送端12设置在天线10的输入部16中，输入部16沿大致直线延伸并连接到绕组部20的第一匝18。绕组部20包括导线围绕中心轴线26所绕成的多匝18、22、24。输入部16在平行于中心轴线26的方向上延伸，从而以大致直角连接到绕组部20。

绕组部20的距离第一馈送端12最远的最外匝24的一部分与相邻匝22物理接触。其余匝通过间隙相互隔开。通过这种方式，绕组部20具有在中心轴线26的方向上测量的高度D1，此高度由匝数、导线截面积以及匝间间隙确定。绕组部20的所有匝18、22、24都具有从中心轴线26测量的直径D2。最外匝24在其远端以大约90°的角度与返回部28相连接，返回部28在平行于中心轴线26的方向上向最内匝18延伸并经过最内匝18。返回部28不与天线的除最外匝24之外的其它任何匝接触。

在最外匝24与返回部28的连接点处设置有最外匝24与相邻匝22之间的接触区域或接触点30。代替在该接触区域或接触点30处最外匝24与相邻匝22物理接触之外，在该区域或在该点处，最外匝24还可以通过钎焊或电焊而与相邻匝22连接。此外，例示天线的返回部28位于绕组部20内侧。该例示天线的返回部28另选地可以位于绕组部20外侧。

天线10在朝着页面顶部的方向上从绕组部20顶部沿中心轴线26具有低阻抗，而在朝着页面底部的方向上从绕组部20底部沿中心轴线26具有低阻抗，通常为大约50欧姆。天线10在从中心轴线26起的径向方向上从绕组部20也具有高阻抗。因此，这样的天线10虽有利于使用，但是结构复杂并且制造和组装所耗的时间和成本较高。

图2示出了根据本发明第一实施方式的天线组件34。天线组件34包括三个由导电材料构成的中断环36、38、40以及一印刷电路板(PCB)32。该三个由导电材料构成的中断环36、38、40设置在包含介电材料的保持器42的外侧周围。保持器42例示为矩形块，包括用于在其外表面周围容纳三个由导电材料构成的中断环36、38、40的槽。当然，保持器42可为任何形状和尺寸，并且可被设置成用于在其任何部分之内、之上或周围容纳长度、间距和取向各异的任意数量的由导电材料构成的中断环36、38、40。导电材料例如可以被设置成至少部分地嵌入保持器42的介电材料中。

PCB 32被插入保持器42的插槽44中，并优选被机械保持装置(未示出)锁定到位。当PCB 32被插入插槽44中之后，PCB 32的一部分和三个由导电材料构成的中断环36、38、40共同形成和图1所示的线圈型天线10等效的天线(尽管图2例示的导电材料和天线具有矩形截面而非如图1所示的圆形或椭圆形截面)。当然，导电材料、保持器42和绕组部20可为任意截面。

插入的PCB 32电连接各个由导电材料构成的中断环36、38、40使之完整，以形成线圈从而形成天线。插入的PCB 32还在线圈的最外环40和相邻环38之间形成短路部。

根据本发明的一个实施方式，插入的PCB 32除了使天线完整之外，还可向天线提供馈电部，还可包括射频(RF)功能组件并被设置成连接到馈电部。另选地，馈电部可以被提供为由导电材料36构成的中断环的一部分而连接到插入的PCB 32或第二PCB。当然，第二PCB可以通过图2的PCB 32所用方式或其它任何方式连接到天线。

图3示出了由导电材料构成的中断环18，该中断环包括用于接合PCB 32的弹簧触点46，以在其自身与PCB 32上的导电轨或触点之间提供电接触。另选地或附加地，弹簧触点46可以作为机械保持装置而设置在保持器42上和/或设置PCB 32的导电或非导电部分上，以便将PCB 32保持到位。PCB 32和至少一个由导电材料构成的中断环36、38、40之间的电接触也可以通过机械压力来建立。从而通过天线组件的构成材料的弹性及其构成部件之间的摩擦来实现机械强度。

图4示出了PCB 32，该PCB 32的一部分32a包括以下特征48中的至少一个：位于PCB 32的顶侧32t和底侧32b的导电轨或触点和/或电子组件，由此所述至少一个特征48构成天线的组成部分。当然，所述至少一个特征48也可位于PCB 32的仅一侧或者边缘。此外，PCB 32的两个或更多个部分可以被设置成插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环36、38、40。另选地，多个PCB可以被设置成插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环36、38、40。

应当指出，PCB 32可包含允许其在连接到至少一个由导电材料构成的中断环36、38、40之前弯曲成例如U形的柔性材料。例如，图5示出了周围设置有两个由导电材料构成的中断环36、38的保持器42。保持器42包括用于插入PCB 32的两个插槽44(如图6所示)。PCB 32自身可以包括导电环(未示出)，该导电环用于形成包括三个导电环的线圈型天线的一部分。PCB 32在被插入保持器42之后呈U形形状(如图7的PCB32的侧视图所示)。应当指出，PCB 32可以另选为刚性的并具有U形形状，如图8所示。

图9示出了持有包括根据本发明实施方式的天线组件的小型便携式无线电通信设备52(即，移动电话)的用户50。移动电话52通常与基站交换无线电信号。当移动电话52待机，没有拨打电话，和位于例如用户50手中、衣袋中、腰部或者围绕用户50颈部的绳线上时，会产生一些信号交换。当拨打电话或接听来电时也会产生信号交换，此时移动电话52通常位于用户50的耳朵和嘴之间，或者位于用户50的衣袋中或腰部并与耳机或耳塞以及麦克风连接。

如果天线离用户50身体很近，天线的效率将会降低，因为人体能够吸收无线电能并且解谐(de-tuning)移动电话的内部天线。然而，通过使用全向天线(例如如图1、2、6所示的天线)，可始终从用户50的身体发出辐射，而无论天线相对于用户50的位置或方向如何，这是因为天线或励磁器以及至少一个移动电话的质量块均作为三维结构而提供。

如果无线电通信设备52使用短程高频通信(如蓝牙通信协议)，同时能够在特定频带内工作(采用蓝牙时约为2.45GHz或更高)，则在这样的设备52中使用的天线需要足够小。因此，采用根据本发明实施方式的天线组件和组装方法对使用短程高频通信的设备尤为有利。

在权利要求书范围内的本发明的进一步变型对于本领域技术人员来说是清楚的。

Claims (25)

1.具有天线的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）包括至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），和印刷电路板（32），其中该印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）与所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）共同形成所述天线，

其中，所述天线组件（34）包括保持器（42），所述保持器（42）包括介电材料，所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）设置在该介电材料内、上或周围，并且

其中，所述保持器（42）包括至少一个插槽，所述插槽用于容纳至少一个印刷电路板（32）或者容纳印刷电路板（32）的至少一个部分。

2.根据权利要求1所述的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）包括机械保持装置（46），所述机械保持装置（46）用于将所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）保持在用于形成所述天线的位置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件（34），其中，所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分位于所述印刷电路板（32）的至少一侧。

4.根据权利要求1或2所述的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）包括多个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），并且所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）被设置成在所述多个中断环或杆中的两个由导电材料构成的环或杆（38、40）之间形成短路部。

5.根据权利要求1或2所述的天线组件（34），其中，所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）被设置成连接至少两个由导电材料构成的环（36、38、40）。

6.根据权利要求5所述的天线组件（34），其中，所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）包括至少一个导电轨或触点（48），和/或电路（48）和/或至少一个电子部件（48）如电阻器、电感器或电容器。

7.根据权利要求6所述的天线组件（34），其中，所述印刷电路板（32）的所述至少一个导电轨或触点（48）和/或所述至少一个电子部件（48）包括用于接合所述天线的弹簧触点（46），以便在所述印刷电路板（32）和所述天线之间提供电接触。

8.根据权利要求1或2所述的天线组件（34），其中，所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）包括用于接合所述印刷电路板（32）的弹簧触点（46），以便在所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）与所述印刷电路板（32）之间提供电接触。

9.根据权利要求1所述的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）包括至少两个由导电材料构成的中断环（36、38、40）和一馈电部，由此所述至少两个由导电材料构成的中断环（36、38、40）和所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）共同形成具有至少两匝的线圈型天线，其中所述印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）在所述线圈型天线的最外匝（40）和与所述最外匝（40）相邻的匝（38）之间形成短路部，所述最外匝（40）是被设置为距离所述线圈型天线的所述馈电部最远的匝。

10.根据权利要求9所述的天线组件（34），其中，所述短路部设置在所述最外匝（40）的远端。

11.根据权利要求9或10所述的天线组件（34），其中，所述线圈型天线还包括返回部，所述返回部连接到所述最外匝的远端，并且在所述多匝内侧或外侧沿基本平行于所述线圈型天线的中心轴线的方向朝着所述馈电部延伸。

12.根据权利要求1或2所述的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）还包括天线馈电部，并且所述印刷电路板（32）包括射频功能部件并被设置成连接到所述天线的所述馈电部。

13.根据权利要求9或10所述的天线组件（34），其中，所述天线组件（34）被设置成连接到第二印刷电路板，所述第二印刷电路板包括射频功能部件并且被设置成连接到所述天线的馈电部。

14.根据权利要求1所述的天线组件（34），其中，所述介电材料是液晶聚合物介电材料或环氧树脂。

15.用于在根据权利要求1所述的天线组件（34）中使用的印刷电路板（32），其中，该印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）包括至少一个由导电材料构成的环或杆（36、38、40）的一部分，该一部分被设置为形成包括至少一个由导电材料构成的环或杆（36、38、40）的天线的一部分。

16.根据权利要求15所述的印刷电路板（32），其中，该印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）位于该印刷电路板（32）的至少一侧（32t、32b）。

17.根据权利要求15或16所述的印刷电路板（32），其中，该印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）被设置成在天线的两个由导电材料构成的环或杆（36、38、40）之间形成短路部。

18.根据权利要求15或16所述的印刷电路板（32），其中，该印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）被设置成连接至少两个由导电材料构成的环或杆。

19.根据权利要求15或16所述的印刷电路板（32），其中，该印刷电路板（32）的所述至少一个部分（32a）包括至少一个导电轨或触点（48），和/或电路（48）和/或至少一个电子部件（48）如电阻器、电感器或电容器。

20.根据权利要求19所述的印刷电路板（32），其中，所述至少一个导电轨或触点（48）和/或所述至少一个电子部件（48）包括用于接合天线的弹簧触点，以便在所述印刷电路板（32）和所述天线之间提供电接触。

21.根据权利要求15或16所述的印刷电路板（32），其中，所述印刷电路板（32）包括射频功能部件，并被设置成连接到天线的馈电部。

22.便携式或非便携式无线电通信设备（52），所述便携式或非便携式无线电通信设备（52）包括如权利要求1所述的天线组件（34）或者如权利要求15所述的印刷电路板（32）。

23.根据权利要求22所述的便携式或非便携式无线电通信设备（52），其中，所述便携式或非便携式无线电通信设备（52）是电话、个人通信系统终端、个人数据助理、膝上型计算机、掌上型接收机、摄像机、电视、雷达或者包括无线电发射机和/或接收机的任何电器设备。

24.用于组装天线的方法，其中，所述方法包括将印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），其中，所述印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）与所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）共同形成所述天线，

其中，所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）和所述印刷电路板（32）包括在具有所述天线的天线组件（34）中，

其中，所述天线组件（34）包括保持器（42），所述保持器（42）包括介电材料，在该介电材料内、上或周围设置有所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），并且

其中，所述保持器（42）包括至少一个插槽，所述插槽用于容纳至少一个印刷电路板（32）或者容纳印刷电路板（32）的至少一个部分。

25.用于组装具有天线的天线组件（34）的方法，

其中，所述天线组件（34）包括至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40）和印刷电路板（32），

其中，所述方法包括将所述印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）插入或附接到至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），其中，所述印刷电路板（32）的至少一个部分（32a）与所述至少一个由导电材料构成的环或杆（36、38、40）共同形成所述天线，

其中，所述天线组件（34）包括保持器（42），所述保持器（42）包括介电材料，在该介电材料内、上或周围设置有所述至少一个由导电材料构成的中断环或杆（36、38、40），并且

其中，所述保持器（42）包括至少一个插槽，所述插槽用于容纳至少一个印刷电路板（32）或者容纳印刷电路板（32）的至少一个部分。

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