CN101953022A - 小型化天线 - Google Patents

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Abstract

一种天线(20)，包括平面电介质基板(22)和在该基板上形成的导电接地面(21)。在该基板上形成导电单极子(30)，并且导电单极子(30)具有位于接地面的馈电区域附近的端点(38)。在该基板上形成导电耦合元件(34)，并且在接地面的耦合区域(46)处将导电耦合元件(34)耦合到接地面。该耦合元件围绕单极子而弯折。

Description

小型化天线
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年11月16日提交的美国临时专利申请60/859629的权益，该美国临时专利申请通过引用包含于此。
技术领域
本发明总体上涉及天线，具体涉及可在多个频带中使用的天线。
背景技术
随着诸如蜂窝电话之类的通信装置的尺寸被缩小，典型地也需要缩小天线的尺寸。然而，天线的基本特性可能限制设计者必须在不对总体天线性能产生不利影响的情况下缩小天线的尺寸的自由度。2003年11月在IEEE Conference on Ultra-Wideband Antennas中的作者为SChantz的题为“Introduction to Ultra-Wideband Antennas”的论文描述了该作者认为可能适用于天线的一些限制。该论文通过引用包含于此。
在发表在2002年10月的IEEE Transactions on Antennas andPropagation第50卷第10期中的、作者为Vainikainen等人的题为“Resonator-Based Analysis of the Combination of Mobile HandsetAntenna and Chassis”的论文中，评价了与天线耦合的底座的影响。该论文通过引用包含于此。
通过引用包含于此的被授权给Vainikainen等人的芬兰专利F11144260B描述了一种用于发送或接收射频(RF)信号的耦合装置。该专利描述了一种使用来自接地面的辐射的天线。
在1999年3月发表在Electronic Letters第35卷第6期中的、作者为Ollikainen等人的题为“Thin dual-resonant stacked shorted patchantenna for mobile communications”的论文中，作者描述了由两个层叠的贴片构成的天线。该论文通过引用包含于此。该贴片中的一个是驱动元件，而另一个用作寄生元件。在1.6mm的基板的一面上形成驱动贴片，在该基板的另一面上形成接地面。将无源贴片层叠在驱动贴片上，从而使得天线的总高度为4mm。
通过引用包含于此的Poilasne等人的美国专利申请2003/0201942A1描述了一种多频带天线。该天线包括一个或多个第一面板以及一个或多个第二面板。将面板装配在接地面上方。
在由Rennings等人于2005年10月在法国巴黎的EuropeanMicrowave Conference中发表的题为“A Low-Profile Antenna Solution forMobile Phones with GSM，UMTS and WLAN Operation”的论文中，作者描述了一种通过在基板上印刷双层而形成的天线。该论文通过引用包含于此。
在由Lee等人发表在IEEE Antennas and Propagation SocietyInternational Symposium 2002第3卷第26-29页的题为“Low-ProfilePlanar Monopole Antenna for GSM/DC S/PCS Triple-Band MobilePhone”中的论文中，作者描述了一种印刷在基板上的天线。该论文通过引用包含于此。该天线具有单个带有微带馈电线的馈电点(feed point)。
通过引用包含于此的Kadambi等人的PCT专利申请WO2004/027922描述了一种可被印刷在基板上的天线。该天线与基板上的接地面中的一个区域相连接。
发明内容
在本发明的实施例中，在平面电介质基板上形成包括至少两个元件的天线，并且在相同的基板上还形成导电接地面。天线的第一元件包括单极子，该单极子位于基板上以使得其端点之一接近于接地面的馈电区域(feed region)，在此将该端点称为馈电端点(feed end point)。馈电端点和馈电区域形成天线的馈电区(feed zone)。典型地，单极子的形状是线状的、弯折的或弯曲的导电扁平条(flat strip)，并且该条的长度被布置以使得单极子的阻抗基本上是电容性的。单极子可以是单频带单极子或多频带单极子。
天线的第二元件在这里被称为耦合元件，该元件包括在基板上形成的围绕单极子而弯折的导电条。可以形成该耦合元件以使得长度至少为单极子长度的1.5倍。典型地，耦合元件的长度是单极子的长度的两倍或更大。将耦合元件电流性地连接到或电容性地连接到典型地是与接地面的馈电区域不同的区域的、接地面的耦合区域。
单极子结合耦合元件和接地面而在高频频带中有效地进行辐射。另外，单极子经由耦合元件将低频频带电场耦合到在低频频带处有效地进行辐射的接地面。主要通过在接地面的边缘区域处强的电场来产生该经由耦合元件的耦合。借助于围绕单极子的弯折以及与单极子和接地面共平面，耦合元件不进行辐射。典型地，主要由接地面的尺寸决定单极子、耦合元件和接地面的组合结构的最宽可能总带宽，并且主要由耦合元件的长度结合接地面的谐振频率来决定该组合结构的中心频率。如果耦合元件和接地面的中心频率相对接近在一起，则耦合元件的窄带宽不妨碍宽带工作。因此，可以方便地将该组合结构配置成形成对于低频频带和高频频带都很好的天线。此外，只通过从基板的一个或两个外表面去除导电材料，就可以以平面形式非常紧凑地布置单极子和耦合元件，并且可以以很低的成本制造单极子和耦合元件。
在一个实施例中，可以将一个或多个无功装置连接到单极子和/或耦合元件，以改变该元件的电长度。
在替代性实施例中，单极子和耦合元件可以在基板的相对表面上。
在一些实施例中，单极子、耦合元件和接地面在基板的一个公共表面上。
馈电区域和耦合区域均典型地接近于接地面的公共边缘。替代性地，这两个区域中的一个或两者可以从该边缘凹陷，在这种情况下，可以相应地延长单极子和/或耦合元件。在所公开的实施例中，调整缺口的长度和缺口内的耦合元件的相应部分的长度，以通过减小天线的反射系数来提高天线的性能。在一些公开的实施例中，将缺口配置成具有多于一个方向(例如通过使形状为“L”形)，其中不同的方向提供对于来自天线辐射的极化方向的控制。还可以通过选择是将耦合元件的部分电耦合至还是电容性地耦合至接地面来控制该极化。替代性地或另外地，可以通过沿着与接近于馈电区域的边缘不相同的接地面的边缘定位耦合区域来控制该极化。
在替代性的公开的实施例中，除了上述耦合元件以外，天线还包括一个或多个另外的耦合元件。将各个另外的元件耦合至接地面的相应区域。在这些替代性实施例中，单极子的长度被配置得过短，以至于不能有效地进行辐射，并且主要用于经由耦合元件将电场或磁场耦合到接地面，其中该接地面具有选择的尺寸以使得其能够有效地辐射。例如，在一个另外的耦合元件的情况下，可以选择初始的耦合元件的长度，以使得其在高频频带处使能来自接地面的有效辐射，并且可以选择其它耦合元件的长度，以使得其在低频频带处使能来自接地面的有效辐射。
因此，根据本发明的实施例，提供了一种天线，包括：
平面电介质基板，
在基板上形成的导电接地面；
在基板上形成的、具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在基板上形成的、且在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，该耦合元件围绕单极子而弯折。
典型地，导电单极子具有单极子长度，并且导电耦合元件具有至少等于单极子长度的1.5倍的耦合元件长度。在实施例中，耦合元件长度至少等于单极子长度的两倍。
可以将单极子和耦合元件配置成使得单极子连同接地面一起在具有第一中心频率的第一频带和具有第二中心频率的第二频带中以30％或更大的效率进行辐射。第一和第二频带是分离的。在一个实施例中，第一频带包括介于820MHz和960MHz之间的频率，并且第二频带包括介于1.7GHz和2.2GHz之间的频率。
可以将单极子和耦合元件配置成使得单极子连同接地面一起以至少30％的效率进行辐射。
可以将单极子和耦合元件配置成使得单极子连同接地面一起在小于等于6GHz的频率处以至少30％的效率进行辐射。
典型地，导电单极子和导电耦合元件中的至少一个包括扁平条。
在一些实施例中，天线包括电连接到导电单极子和导电耦合元件中的至少一个的一个或多个无功元件。可以在导电耦合元件和接地面之间电连接一个或多个无功元件。
在公开的实施例中，在基板的相对表面上形成单极子和耦合元件。
接地面可以包括在基板的第一表面上形成的第一接地面部分以及在基板的第二表面上形成的第二接地面部分。
接地面可以包括缺口，并且馈电区域可以位于缺口附近。
在一个实施例中，接地面包括缺口，并且耦合元件的部分被布置在缺口内，以电耦合到缺口的端点。缺口和耦合元件的该部分可以是线状的。可以选择缺口的长度和该部分的长度，以优化天线在所选频率处的反射系数和辐射效率中的至少一个。替代性地，缺口和耦合元件的该部分可以是非线状的。缺口可以包括具有第一方向的第一缺口部分和具有不同于第一方向的第二方向的第二缺口部分，并且耦合元件的该部分可以包括被布置在第一缺口部分内的第一耦合元件部分以及被布置在第二缺口部分内的第二耦合元件部分。第一缺口部分和第一耦合元件部分之一可以具有第一尺寸，第二缺口部分和第二耦合元件部分之一可以具有第二尺寸，并且可以选择第一尺寸和第二尺寸以决定来自天线的辐射的极化特性。
典型地，将耦合元件电容性地耦合到接地面。
替代性地，将耦合元件电流性地连接到接地面。
天线可以包括在基板上形成的、在另外的耦合区域处连接到接地面的另外的导电耦合元件。导电耦合元件可以具有耦合元件长度，另外的导电耦合元件可以具有另外的耦合元件长度，并且可以选择耦合元件长度和另外的耦合元件长度，以使得耦合元件和另外的耦合元件分别在第一辐射频带和不同于第一辐射频带的第二辐射频带处进行辐射。导电单极子可以具有所选择的单极子长度，使得弯折单极子主要用于将电场耦合到导电耦合元件和另外的导电耦合元件。
在替代性实施例中，在基板的一个公共表面上形成导电接地面、导电单极子和导电耦合元件。
耦合区域和馈电区域可以处于不同位置。耦合区域和馈电区域可以部分重叠。
接地面典型地包括接地面边缘，并且耦合区域和馈电区域中的至少一个可以接近于接地面边缘。耦合区域和馈电区域中的至少一个与该边缘的端部相距至少3mm。
接地面可以具有接地面长度，并且单极子可以具有单极子长度，并且单极子长度和接地面长度之间的比在介于0.25和0.6之间的范围之内。
单极子可以包括弯折单极子、弯曲单极子或线状单极子。
接地面可以包括第一边缘和不同于第一边缘的第二边缘，可以在第一边缘附近形成馈电区域，并且可以在第二边缘附近形成耦合区域。耦合元件可以包括具有所选择的尺寸的线状元件，以决定来自天线的辐射的极化特性。
在所公开的实施例中，电介质基板包括多个电介质层，并且在电介质层中包括的不同层上形成接地面、单极子和耦合元件中的至少两个。
单极子可以包括单频带单极子或多频带单极子。
耦合元件可以包括电流性地连接到耦合元件、且电容性地耦合到接地面的另外的耦合区域的、另外的耦合元件。
典型地，将从馈电区域观看的单极子和从耦合区域看的耦合元件配置成以相反方向转折。替代性地，将从馈电区域观看的单极子和从耦合区域观看的耦合元件配置成以相似的方向转折。
可以将该端点配置成耦合到针对天线的馈电点的带电侧。
天线可以包括耦合到导电单极子且位于端点附近的匹配电路。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在基板上形成导电接地面；
在基板上形成导电单极子，该单极子具有位于接近接地面的馈电区域的端点；
在基板上形成导电耦合元件；
在接地面的耦合区域处，将导电耦合元件耦合至接地面；以及
围绕单极子弯折耦合元件。
根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括：
电介质基板；
在基板上形成的具有第一边缘和第二边缘的导电接地面；
在基板上形成的具有位于第一边缘附近的第一端点的第一导电单极子；
在基板上形成的、在接地面的第一耦合区域处耦合到接地面的第一导电耦合元件，其中第一耦合元件围绕第一单极子而弯折；
在基板上形成的具有位于第二边缘附近的第二端点的第二导电单极子；以及
在基板上形成的、在接地面的第二耦合区域处耦合到接地面的第二导电耦合元件，第二耦合元件围绕第二单极子而弯折。
典型地，将接地面、第一单极子和第一耦合元件配置成以第一频率工作，并且将接地面、第二单极子和第二耦合元件配置成以不同于第一频率的第二频率工作。
在一个实施例中，将接地面、第一单极子和第一耦合元件配置成以特定频率工作，并将接地面、第二单极子和第二耦合元件配置成以该特定频率工作。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造天线的方法，包括：
提供电介质基板；
在基板上形成具有第一边缘和第二边缘的导电接地面；
在基板上形成第一导电单极子，第一单极子具有位于第一边缘附近的第一端点；
在基板上形成第一导电耦合元件；
在接地面的第一耦合区域处将第一导电耦合元件耦合到接地面；
使第一耦合元件围绕第一单极子而弯折；
在基板上形成第二导电单极子，单极子具有位于第二边缘附近的第二端点；
在基板上形成第二导电耦合元件；
在接地面的第二耦合区域处将第二导电耦合元件耦合到接地面；以及
使第二耦合元件围绕第二单极子而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的具有接地面边缘的导电接地面；
在基板上在接地面边缘附近形成的、具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在基板上在接地面边缘附近形成的、在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，耦合元件被配置成使得导电单极子的部分位于元件的部分与接地面边缘之间。
典型地，馈电区域和耦合区域包括接地面边缘的相应的部分。
在实施例中，这些部分中的至少一个与该边缘的端部相距至少3mm。
根据本发明的实施例，还提供了一种通信装置，包括：
收发器；以及
耦合到收发器的天线；该天线包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的导电接地面；
在基板上形成的、具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在基板上形成的、在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，耦合元件围绕单极子而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造通信装置的方法，包括：
提供收发器；以及
将天线耦合到收发器，该天线包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的导电接地面；
在基板上形成的、具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在基板上形成的、在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，耦合元件围绕单极子而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的导电接地面；
在基板上形成的、具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电环；以及
在基板上形成的、在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，耦合元件围绕环而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在基板上形成导电接地面；
在基板上形成导电环，环具有位于接地面的馈电区域附近的端点；以及
在基板上形成导电耦合元件，并且在接地面的耦合区域处将耦合元件耦合到接地面，使得耦合元件围绕环而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的导电接地面；
具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在接地面的耦合区域处耦合到接地面的导电耦合元件，其中导电单极子和导电耦合元件中的至少一个具有在基板的平面的外部的部分，耦合元件在平面上的投影围绕单极子在平面上的投影而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在基板上形成导电接地面；
形成具有位于接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在接地面的耦合区域处将导电耦合元件耦合到接地面，导电单极子和导电耦合元件中的至少一个具有在基板的平面的外部的部分，耦合元件在平面上的投影围绕单极子在平面上的投影而弯折。
根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括：
平面电介质基板；
在基板上形成的、作为具有第一谐振频率的并联谐振电路而工作的导电接地面；
作为具有第一谐振频率的串联谐振电路而工作的导电耦合元件，导电耦合元件位于导电接地面附近，以经由选自第一电场和第一磁场中的至少一个的第一场而耦合到导电接地面；以及
作为具有第二谐振频率的串联谐振电路而工作的导电单极子，导电单极子位于导电耦合元件附近，以经由选自第二电场和第二磁场中的至少一个的第二场而耦合到导电耦合元件。
典型地，通过第一电场生成的第一电耦合大于通过第一磁场生成的第一磁耦合，并且通过第二电场生成的第二电耦合大于通过第二磁场生成的第二磁耦合。
在一个实施例中，导电单极子和导电接地面经由选自第三电场和第三磁场中的至少一个的第三场而相耦合。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在基板上形成导电接地面，其中导电接地面作为具有第一谐振频率的并联谐振电路而工作；
将作为具有第一谐振频率的串联谐振电路而工作的导电耦合元件定位在导电接地面附近，以使得经由选自第一电场和第一磁场中的至少一个的第一场而耦合到导电接地面；以及
将作为具有第二谐振频率的串联谐振电路而工作的导电单极子定位在导电耦合元件附近，以使得经由选自第二电场和第二磁场中的至少一个的第二场而耦合到导电耦合元件。
通过以下结合附图对本发明的实施例的详细描述，将更充分地理解本发明。
附图说明
图1是根据本发明实施例的通信装置的示意图；
图2A和2B是根据本发明实施例的多频带天线的示意图，图2C是根据本发明实施例的天线的示意性等效电路；
图3A、3B和3C是根据本发明实施例的多频带天线的正视图的示意图；
图4和5是根据本发明的替代性实施例的多频带天线的正视图的示意图；
图6是根据本发明的公开的实施例的多频带天线的示意图；
图7是根据本发明的另一实施例的多频带天线的视图的示意图；
图8A和8B是根据本发明另一实施例的多频带天线的视图的示意图；
图9A和9B是根据本发明的替代性实施例的多频带天线的示意图；
图9C是根据本发明实施例的天线效率相对于频率的示意图；
图10A和10B是根据本发明的其它替代性实施例的多频带天线的示意图；
图11是根据本发明的又一公开的实施例的多频带天线的示意图；
图12是根据本发明的另一替代性实施例的多频带天线的示意图；
图13是根据本发明的另一实施例的多频带天线的示意图；
图14是根据本发明的又一实施例的多频带天线的示意图；
图15A和15B是根据本发明实施例的多频带天线的示意图；
图16A和16B是根据本发明的另一实施例的多频带天线的视图的示意图；
图17是根据本发明实施例的多频带天线的示意图；
图18A和18B是根据本发明的又一实施例的多频带天线的视图的示意图；
图19A和19B是根据本发明的又一实施例的多频带天线的示意图；以及
图20是根据本发明实施例的多频带天线的示意图。
具体实施方式
现在参考作为根据本发明的实施例的通信装置10的示意图的图1。装置10典型地是蜂窝电话或个人数字助理(PDA)，在下文中假定该装置包括蜂窝电话。电话10具有外壳11，在外壳11内安装有电话的工作元件。电话10包括安装在电介质基板22上的收发器14。典型地，基板22是用于多层印刷电路板(PCB)12的平面电介质基板，并且收发器14的组件被安装在该基板上。在本发明的一些实施例中，基板22可以包括多层PCB 12的一个或多个电介质层，并且多层PCB的其它电介质层可以位于基板22的上方和/或下方。为了清楚起见，在图1中未示出这种其它的层。应该理解，基板22可以包括除了用于PCB的电介质之外的电介质。例如，本发明的范围包括例如由柔性电介质和/或可被涂覆和/或沉积和/或涂抹在表面上的电介质形成的基板。
基板22典型地为PCB 12的一层，PCB 12包括作为另一层的导电接地面21。这里以示例方式假定包括多频带天线的天线20被形成在基板22上，并且该天线被通过馈电点15而耦合至收发器14。馈电点15可以是在收发器和天线之间有效地传送辐射的任何方便的系统，并且这里以示例方式假定馈电点15包括同轴线缆。下面更详细地描述天线20。
图2A和2B是根据本发明实施例的多频带天线200的示意图。图2A和2B示出了天线20和基板22的两个视图：基板的正面24的正视图和基板的背面的后视图。相对于一组x、y、z正交轴而示出这两个视图。基板22被以示例方式假定为具有约为长115mm×宽40mm的尺寸的矩形。另外，该基板被以示例方式假定为约1mm厚。
在下面的描述中，假定形成具有平行于x轴的接地面边缘39的、接地面21的部分28，以覆盖背面26的下部的约100mm。典型地通过图2A和2B中未示出的偏置将接地面的部分29电流性地连接到部分28。部分29具有平行于x轴的接地面边缘35，并且假定部分29覆盖正面24的下部的约100mm。因此，分别限定基板正面的上部区域32和背面的上部区域41的接地面边缘35和39距基板22的上边缘37约15mm。除了下面所描述的之外，区域32和41不具有导电材料。
在上部区域32中形成导电的弯折单频带单极子30，典型地作为沿着约1mm的条的具有恒定宽度的导电材料条。然而，本发明的实施例可以使用导电材料的不同宽度，典型地在约0.5mm至约4mm的范围内。此外，在本发明的一些实施例中，导电材料的宽度可以沿着单极子30的长度而变化。将单极子30布置成具有分别平行于y轴和x轴的总长度约为3cm的两个相连接的正交线状部分31和33。典型地，例如对于蜂窝应用，单极子30的总长度在介于约2.5cm和约4cm之间的范围之内，使得单极子长度与接地面长度的比在介于约0.25和0.6之间的范围之内。在这些长度处，在介于约1.7GHz和约2.2GHz之间且具有约1.9GHz的中心频率的高频辐射带中，单极子用作单频带单极子，该单频带单极子是约四分之一波长的辐射器，因此在高频频带中有效地辐射。
该单极子被布置以使得端部36在接地面的区域38处接近于(但不接触)边缘35。馈电点15(图1)具有分别与端部36和区域38相连接的“带电(live)”侧和接地侧。因此，如果馈电点15包括同轴线缆，则该线缆的中心导体与端部36相连接，并且该线缆的屏蔽与区域38相连接。替代性地，可以使用诸如微带等的本领域中已知的其它系统来给天线馈电。这里，区域38被称为接地面馈电区域，并被假定为区域分界边缘35，并且在距端部36约5mm的距离之内。端部36和区域38用作天线20的馈电区40。
在上部区域32中还形成这里也称为耦合元件的第二元件34。由典型地具有与条形单极子30相同的宽度的导电条形元件34。典型地，将该耦合元件布置成具有约为单极子30的长度的1.5倍或1.5倍以上的长度。典型地，耦合元件34的长度约为单极子30的长度的两倍或两倍以上。
元件34在上部区域32中被配置成围绕单极子30而被弯折，以至少部分地围绕该单极子。如图所示，可以通过将元件34的不同线状部分布置成平行于x轴或y轴来实现弯折。在位于基板22的公共面上的单极子30、元件34和接地面边缘35的情况下，如果该元件的某一部分可被选择以使得单极子的一部分如同在该面中测量的那样地位于所选部分与接地面边缘35之间并与该边缘相垂直，则考虑使该元件围绕该单极子而被弯折。
替代性地，单极子30、元件34和接地面边缘35可以位于基板22的两个或多个不同面上，将单极子所位于其中的面称为单极子面。在这种情况下，如果该元件在单极子面上的投影的某一部分可被选择以使得单极子的一部分如同在单极子面中测量的那样地位于所选部分与接地面边缘35(或接地面边缘35在单极子面上的投影)之间并与该边缘相垂直，则考虑使该元件围绕单极子而被弯折。
对于术语“投影”，在本说明书和权利要求书中，如果元件在平面中，则假定该元件在平面上的投影与该元件相一致。
元件34具有第一端部42和第二端部44。端部42被定位以使得端部42典型地在区域46处电流性地连接到接地面21的边缘35，其中区域46具有与馈电区域38不同的分离的位置。这里将区域46称为接地面耦合区域，并且假定区域46为接地面分界边缘35的区域且在距端部42约5mm之内。有利地，元件34和部分29包括一个延伸的导电材料片。耦合区域46和馈电区域38的间隔典型地为至少5mm，并且这两个区域典型地位于距边缘35的端部至少3mm处。
元件34的终端线状部分48平行于y轴，并被布置成使得端部44和边缘35之间的距离在介于约1mm和约10mm之间的范围之内。在所公开的实施例中，该距离约为7mm。
这里假定低频频带在介于约820MHz和约960MHz之间的范围之内。低频频带具有约为880MHz的中心频率，该中心频率比上文提到的高频频带的中心频率大约低55％。在低频频带中，单极子30经由耦合元件34将电场耦合到接地面21，由于对于这些频率而言单极子30在长度上约为半波长，因此单极子30在低频频带中有效地辐射。耦合元件34用作不辐射的谐振耦合元件。由于元件34和单极子30的谐振频率处于不同的范围中，因此元件34不同于无源元件。典型地，这两个谐振频率之间的差比高频频带的中心频率大33％。因此，天线20在低频频带和高频频带中均用作有效的辐射器。另外，观察图2A可见，天线20十分紧凑，占据了约5cm2或更少的表面积，并且厚度为单个印刷电路板。可以容易地调整单极子30和/或耦合元件34的部分的长度，使得天线20在除了以上列出的典型地约为900MHz和约为2GHz的多频带频率之外的多频带频率处有效地辐射。应该理解，给出这类调整，可以保持天线的十分紧凑的特性。有利地，可以初始地使用典型地涉及矩量法分析的天线仿真软件来检验在长度方面的调整。例如，Santa Clara，California的AgilentTechnologies提供了可用于仿真天线的软件包GENESYSTM。
本发明人已经发现：在本发明的实施例中，接地面的尺寸典型地主要决定包括单极子、耦合元件和接地面的组合结构的最大可能带宽，并且耦合元件的长度结合接地面的谐振频率主要决定该带宽的中心频率。在诸如蜂窝电话等的通信装置的情况下，接地面的尺寸可能受限于蜂窝电话的尺寸。但是，在这些限制之内，通过调整耦合元件和/或接地面的尺寸，可以针对宽范围的频率而配置具有宽或窄的带宽且具有约30％或更高的效率的天线。
图2C是根据本发明实施例的天线20的示意性等效电路49。单极子30典型地用作包括电感器L1和电容器C1的第一串联谐振电路43。耦合元件34典型地用作包括电感器L2和电容器C2的第二串联谐振电路45。接地面21典型地用作包括电感器L3和电容器C3的并联谐振电路47。电路43具有在高频频带内的谐振频率，并且电路45和47具有在低频频带内的大约相等的谐振频率。
电路43被示出为经由场耦合FC1而被耦合到电路45。电路45被示出为经由场耦合FC2而被耦合到电路47。场耦合FC1和FC2利用电场或磁场。典型地，由于该耦合在其处电场高的接地面21的边缘附近发生，因此场耦合FC1和FC2基本上只包括电场，并且该耦合主要是电容性的。
除了上述这两个耦合之外，在电路43和电路47之间还可能存在场耦合FC3。通过双头箭头表示的该耦合实质上类似于上述耦合，即，该耦合可以利用电场或磁场，并且典型地主要利用电场。本发明人未发现任何用来表示电容性耦合的好的符号，因此应该理解，图2C中的对场耦合FC1、FC2和FC3的表示纯粹是说明性的。对于这三个耦合而言，与磁场的磁耦合相比，电场的电耦合更大，并且典型地大得多。
这三个不同电路之间的耦合量取决于单极子30、耦合元件34和接地面21的尺寸，并且取决于单极子、耦合元件和接地面相对于彼此的相对位置。另外，耦合量取决于在其处发生耦合的频率。
作了适当的修正的大体上类似于等效电路49的等效电路适用于这里所述的本发明的其它实施例。对于具有本领域的普通技能的人员来说，对用于这种实施例的等效电路49的改变将是显而易见的。
图3A是根据本发明的实施例的多频带天线50的示意图。除了下面所述的差别之外，天线50的操作大体上类似于天线20(图2A和2B)的操作，并且这两个天线中用相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。天线50具有与天线20的后视图(图2B)基本上相类似的后视图。
天线50包括执行与耦合元件34(图2A)基本相同的功能的耦合元件54(图2A)。耦合元件54的端部52在接地面的耦合区域56处连接到部分29。耦合区域56具有大体上与耦合区域46相同的尺寸。与天线20相反地，耦合区域56相对接近于馈电区域38，并且这两个区域典型地部分交叠。对于天线20，天线50的耦合区域和馈电区域均与公共边缘35相邻近。
图3B是根据本发明实施例的多频带天线57的示意图。除了下面所述的差别之外，天线57的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的用相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体相类似。天线57具有与天线20的后视图(图2B)基本上相类似的后视图。
在天线57中，将一个或多个其它单极子电流性地连接至单极子30，以形成多频带单极子59。作为例子，在天线57中，将第二单极子58电流性地连接至单极子30。典型地，将多频带单极子59中的单极子的长度设置为不相同，使得多频带单极子在与单极子的数量相对应的多个频带中进行辐射。诸如单极子58等的一个或多个其它单极子典型地具有与单极子30的宽度大体上相类似的宽度。
图3C是根据本发明实施例的多频带天线70的示意图。除了下面所述的差别之外，天线70的操作与天线50(图3A)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。天线70具有与天线20的后视图(图2B)基本上相类似的后视图。
在天线70中，将其它耦合元件72电流性地连接至耦合元件54。元件72以倒“L”的形式，并具有约为1cm的总长度。在元件72的端部74和边缘35之间存在间隙78，该间隙典型地约为0.5mm左右或更小。因此，元件72电容性耦合至接地面21的第二耦合区域76。区域76包括与边缘35邻接并在距端部74约5mm之内的区域。本发明人已经发现：元件72增大了单极子30与接地面部分29之间的耦合，使得接地面在单极子的高频频带处进行辐射，并使得天线70的辐射效率得以改善。可以改变元件72的尺寸、端部74的x位置以及间隙78的宽度，以优化天线的辐射效率。
图4和5是根据本发明的替代性实施例的多频带天线90和100的正视图的示意图。除了下面所述的差别之外，天线90和100的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且天线20、90和100中的以相同附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。天线90和100具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。
在天线90中，以长度约与弯折单极子30相同的基本上为线状的单极子92替代该弯折单极子。在天线100中，以长度约与弯折单极子30相同的弯曲单极子102代替该弯折单极子。线状单极子92和弯曲单极子102典型地形成为约1mm宽的导电条，并且以与单极子30基本上相同的方式起作用。
图6是根据本发明实施例的多频带天线120的示意图。图6是天线120的正视图。天线120具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线120的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。在天线120中，一个或多个无功装置34连接耦合元件134的部分，耦合元件134基本上如同元件34那样地起作用。在一个实施例中，一个或多个无功装置包括具有使得该装置用作阻带滤波器的值的并联的电容器和电感器。在另一实施例中，装置122包括连接耦合元件134的部分126和部分128的感应元件124。
除了被分离成两个部分之外，元件134在布局上与耦合元件34大体上相类似。然而，无功装置122的存在允许减小部分126和/或128的实际长度，使得天线120的总尺寸可以比天线20的总尺寸更小。可以在基本上不影响天线120的整体性能的情况下进行对实际长度的改变。在感应元件124的情况下，可以选择值以使得尽管缩小了耦合元件134的实际长度，但是感应元件的存在允许耦合元件的电长度(即，元件在其处谐振的波长的数量)与耦合元件34的电长度基本相同。元件124的感应系数的典型值约为5nH。
替代性地或另外地，可以典型地通过在位置129处分离单极子30的部分33来使一个或多个无功装置122位于该单极子上。为了清楚起见，在图6中用虚线示出了单极子30上的装置122。如上文所述，位于单极子上的装置122执行与位于元件134上的装置122大体上相同的功能。
图7是根据本发明的另一实施例的多频带天线170的示意图。图7是天线170的正视图。天线170具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线170的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。替代耦合元件34地，天线170包括耦合元件174，其中除了元件174被配置成一个连续导电条之外，耦合元件174与元件134(图6)大体上相类似。耦合元件174基本上如同元件34那样地起作用。元件174的端部172在耦合区域176处电流性地连接到接地面21，其中耦合区域176具有与耦合区域46大体上相类似的尺寸。另外，一个或多个无功装置178被连接在接近于接地面21的边缘35的区域182与元件174的部分180之间。
在一个实施例中，无功装置178包括串联的(或替代性地并联的)电容器和电感器。可以定位装置178，即，区域182和/或至部分180的连接的位置；如虚线184所示，可以调整装置178以有效地改变耦合区域176的位置和/或尺寸以及改变耦合元件174的有效长度。
图8A和8B是根据本发明实施例的多频带天线220的示意图。图8A是该天线的正视图，图8B是该天线的后视图。除了下面所述的差别之外，天线220的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。在天线220中，耦合元件234和弯折单极子30位于基板22的相对面上，使得元件234位于区域41中。
元件234和34在操作和布局上大体上相类似，因此，如虚线236所示，元件234围绕单极子30而弯折。元件234的元件244、248和242分别对应于元件34的元件44、48和42。元件234的总长度与元件34的总长度基本上相类似，并且耦合元件234连接至接地面的部分28的耦合区域246，该耦合区域具有与耦合区域46的尺寸大体上相同的尺寸。与天线20相反地，该天线的馈电点和耦合区域与接地面21的不同的边缘(即，边缘35和39)相邻近。
在背面26上配置耦合元件234时，有利地，由一片连续导电材料制成该耦合元件和接地面的部分28。
图9A是根据本发明实施例的多频带天线320的示意图。图9A是天线320的正视图。天线320具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线320的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。在天线320中，弯折单极子330执行与基本上单极子30相同的功能。单极子330在形状、尺寸和位置上与单极子30大体上相类似。然而，单极子330的端部336与边缘35相对齐，并且在边缘35中做出第一缺口335，使得该对齐不会导致单极子330电接触部分29。具有与馈电区域38尺寸大体上相同的馈电区338接近于缺口335的下边缘。馈电区域338和端部336用作天线320的馈电区340。
耦合元件334在功能和尺寸上与元件34大体上相类似。然而，在部分29中作出典型地为线状且垂直于边缘35的第二缺口339，并且元件334包括在缺口339中延伸的部分337。部分337延伸以使得该部分的端部342与接地面部分29电接触，从而在该端部附近形成耦合区域346。耦合区域346是距端部342约5mm之内的区域。可以设置部分337的长度Lindent和该缺口的长度，以便利用在天线320工作时的部分29的不同的电流特性和电位特性来改善该天线所辐射的频率的阻抗匹配。
因此，在边缘35处典型地存在提供高阻抗的高电位以及然而却是低的电流，而在部分29的中心线344处，典型地存在提供低阻抗的高电流以及然而却是低的电位。使用这些标准，可以选择Lindent的值以优化电压驻波比(VSWR)，即，优化天线320的反射系数和/或辐射效率。有利地，可以使用例如以上参考的矩量法软件包的方法来确定Lindent的最佳值。在一个实施例中，对于上面提及的高频频带和低频频带中的辐射，Lindent的值约为20mm。在一些实施例中，由于来自天线320的辐射的极化取决于接地面部分29中流动的电流的方向和大小，因此可以选择Lindent的值以设置天线320的极化特性，典型地为该天线的高频频带中的极化。
与元件34相反地，耦合元件334的终端线状部分341被配置成平行于x轴。在一个实施例中，部分341约5mm长，并且在部分341的边缘与边缘35之间存在约2mm的间隙。
图9B是根据本发明实施例的多频带天线360的示意图。图9B是天线360的正视图。天线360具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线360的操作与天线320(图9A)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与天线320相反地，端部342并不电流性地连接到接地面部分29。而是在端部342与接地面之间存在空间362，使得耦合元件334仅电容性地耦合到接地面。通过改变缺口339与部分337之间的空间的尺寸以及空间362的尺寸，可以调整在与部分337相邻近的接地面中流动的电流的方向和该电流的大小，因此可以相应地调整来自天线360的辐射的极化。
图9C是针对本发明实施例的天线效率相对于频率的示意图。该图示出了本发明人已测量的、用于大体上与图9A所示的实施例相类似的公开实施例的值。如该图所示，针对上面提及的低频频带和高频频带的效率典型地跨这两个频带地为50％或更佳。对于覆盖五个常用蜂窝频带GSM850/900/1800/1900和WCDMA2100的从约850MHz至2.2GHz的整个频率范围而言，效率约为40％或更大，并且典型地为50％或更大。这里描述的本发明的其它实施例具有与图9C的图示大体上相类似的效率相对于频率的图示。
如上文所述，典型地，接地面的尺寸主要决定单极子、耦合元件和接地面的组合结构的最宽可能总带宽，并且耦合元件的长度结合接地面的谐振频率主要决定中心频率。因此，通过调整耦合元件和接地面的尺寸，可以形成具有对于低至约400MHz和高至约6GHz的频率(包括2.4GHz和5.6GHz的无线局域网频带)而言典型地为30％或更大的效率的天线。
图10A是根据本发明实施例的多频带天线420的示意图。图10A是天线420的正视图。天线420具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线420的操作与天线320(图9A)的操作大体上相类似，并且这两个天线320和420中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
在天线420中，部分29中的缺口422不是线状的，但是作为例子，其被形成为“L”形，使得L的第一元件424平行于y轴且L的第二元件426平行于x轴。耦合元件434与耦合元件334大体上相类似。然而，元件434的终端部分436被布置成沿着缺口422且位于缺口422中，因此，在这里所示出的例子中，部分436也为L形，部分436具有平行于y轴的第一部分438和平行于x轴的第二部分440。部分440在端部442处终止，端部442电流性地连接到接地部分29。对于端部442，存在耦合区域444，该耦合区域444是距该端部约5mm之内的区域。部分438的长度为Lindenty，并且部分440的长度为Lindentx。
由于缺口422和被围绕部分436是非线状的，因此该缺口的不同部分与它们各自围绕的部分之间的电场是非平行的。因此，由于部分438而导致的元件424中的电场大体上平行于x轴，而由于部分440而导致的元件426中的电场大体上平行于y轴。终端部分436和接地面29之间的电场的方向影响接地面中流动的电流，而接地面中流动的电流又影响天线420发送的辐射的极化。因此，通过选择用于部分438和440的Lindenty和Lindentx的不同值，可以调整天线420所发送的辐射的极化的方向和/或椭圆率。在一个实施例中，Lindenty的值约为15mm，并且Lindentx的值约为10mm，以在上面提及的高频频带和低频频带中提供辐射。
可选地或另外地，可以通过改变缺口422和被围绕部分436的其它的尺寸来调整天线420所发送的辐射的极化的方向和/或椭圆率。例如，可以改变部分438的宽度Windenty和/或部分440的宽度Windentx。而且，也可以改变部分438与元件424的边缘之间的间隔的宽度、以及部分440与元件426的边缘之间的间隔的宽度。改变缺口422和被围绕部分436的尺寸使得在接地面中流动的电流的方向和大小改变，这又使得辐射的极化改变。可以调整该尺寸以使得：给定由于接地面上的边界条件而应用的电场限制，则在接地面中流动的电流的方向和大小使得辐射的极化以期望的方式改变。
图10B是根据本发明实施例的多频带天线450的示意图。图10B是天线450的正视图。天线450具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线450的操作与天线420(图10A)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与天线420相反地，端部442并不被电流性地连接到接地面部分29。而是在端部442与接地面之间存在空间452，使得耦合元件434仅电容性地耦合到接地面。通过改变空间452的尺寸，可以调整在与部分436相邻近的接地面中流动的电流的方向和该电流的大小，使得可以相应地调整来自天线450的辐射的极化。
图11是根据本发明另一实施例的多频带天线470的示意图。图11是天线470的正视图。天线470具有与天线20的后视图大体上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线470的操作与天线320(图9A)的操作大体上相类似，并且天线470和320中的以相同附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
替代耦合元件334地，天线470包括耦合元件472，耦合元件472与元件334大体上相类似，并执行基本上与元件334相同的功能。耦合元件472具有与终端线状部分341相类似的终端部分471。然而，替代部分337地，耦合元件472包括在接地面的部分29的缺口480中的、位于基板22的边缘473处的线状部分474。因此，部分474和部分29具有公共边缘473。在耦合区域478处，线状部分474在该部分的端部476处电流性地连接到接地面部分29。耦合区域478是在距端部476约5mm之内的区域。
基本上如同上文针对耦合元件334所描述的，通过调整线状部分474的长度，可以调整耦合元件372的阻抗。另外，如上文所述，调整线状部分374的尺寸可以允许调整由天线470辐射的辐射的极化。
图12是根据本发明实施例的多频带天线520的示意图。图12是天线520的正视图。天线520具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线520的操作与天线320(图9A)的操作大体上相类似，并且天线520和320中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。天线520包括耦合元件534，耦合元件534具有与元件334大体上相类似的尺寸，并执行大体上与元件334相类似的功能。然而，与元件334相反地，耦合元件534并不电流性地连接到接地面部分29。
更确切地，元件534包括与边缘35相平行且将元件534电容性地耦合到部分29的耦合区域538的部分536。耦合区域538是在距部分536的下边缘542约5mm之内的区域。部分536与边缘35之间的间隙540约为1mm或更小，并且典型地约为0.5mm。可以调整部分536的长度和间隙540的尺寸，以改变元件534与接地面部分29之间的电容性耦合。典型地，部分536的宽度大于元件534的其它部分的宽度。在一个实施例中，部分536的长度约为7mm，并且该部分的宽度约为2mm。
图13是根据本发明实施例的多频带天线620的示意图。图13是天线620的正视图。天线620具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线620的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且天线20和620中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。天线620包括部分29中的耦合元件34和耦合区域46。另外，天线620包括在基板22上形成的、电流性地连接到或电容性地耦合到接地面21的一个或多个另外的耦合元件。
作为例子，示出了天线620包括第二耦合元件632，第二耦合元件632具有电流性地连接到第二耦合区域642的端部641。第二耦合区域642是在距端部641约5mm之内的区域。天线620还包括弯折单极子630。然而，与天线20相反地，单极子630被配置成在长度上短于单极子30，因此，作为对通常用作辐射元件的替代，单极子630用于经由元件632和34而分别将高频频带电场或磁场和低频频带电场或磁场耦合到接地面21。
在包括部分29中的馈电区域638和单极子的端部636的馈电区640处向单极子630馈电。馈电区域638具有与馈电区域38大体上相类似的尺寸。
将第二耦合元件632配置成在高频频带中进行辐射，因此第二耦合元件632总长度约为3cm。区域46、638和642是分离的区域，并且耦合元件34和632围绕单极子630而弯折。
图14是根据本发明实施例的多频带天线720的示意图。图14是天线720的正视图。天线720具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线720的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且天线20和720中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
替代单极子30地，天线720包括由大体上如同上文针对单极子30所描述的导电条配置成的环722。对于上面参考的蜂窝频带，环722具有约3cm的长度，并执行与单极子30基本上相同的功能(尽管该环不是单极子族的成员)。环722具有接近于该环的第一端部724的接地面馈电区域728。区域728是在距端部724约5mm之内的区域。第一端部724和区域728用作天线720的馈电区730。端部724、区域728和区730在结构和操作上分别类似于天线20的端部36、区域38和馈电区40。环722具有电流性地连接到接地面部分29的第二端部726。
图15A和15B是根据本发明实施例的多频带天线820的示意图。图15A是天线820的正视图，图15B是天线820的后视图。除了下面所述的差别之外，天线820的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且天线20和820中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
部分29的区域822和部分28的相应区域824被从这些部分去除，从而形成缩短后的部分的下边缘826和828。区域822和824在长度上基本上相等，该长度典型地约为10mm。在区域822中形成元件830，元件830在边缘826处电流性地连接到部分29。元件830被配置用于改善天线820的比吸收率(SAR)。如果可以根据天线20的尺寸来调整单极子30和耦合元件34的必要尺寸，从而使得与天线20的效率相比、元件830不会显著地影响天线820的效率。可以使用诸如以上作为示例的天线仿真软件之类的天线仿真软件来方便地进行这种调整。
图16A和图16B是根据本发明实施例的多频带天线920的示意图。图16A是天线920的正视图，图16B是天线920的后视图。除了下面所描述的差别之外，天线920的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且天线20和920中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与延伸跨越基板22的宽度的天线20的接地面21相反地，在天线920中，部分29的矩形区域922以及部分28的相应区域924被从这些部分去除。对区域922和924的去除留下了平行于y轴的相应的边缘926和928。这两个区域的宽度相等且典型地具有约为7mm的值。
在区域922中形成第二弯折单极子920和第二耦合元件934。单极子930和耦合元件934的组合935典型地在几何形状上与单极子30和耦合元件34的组合937相类似。然而，与组合937的尺寸相比，组合935典型地被缩小大于1的因子。在此，作为例子，假定将组合935缩小因子2。对于组合937，将组合935转动90°。
对于单极子30，单极子930的端部936接近于但不接触在第二接地面馈电区域938处的边缘926，并且该区域和该端部形成馈电区940。假定区域938为区域分界边缘926，并且在距端部936约3mm的距离之内。
元件934的端部942在第二接地面耦合区域946处电流性地连接到接地面部分29的边缘926。假定区域946是在距端部942约3mm的距离之内的区域。
根据与上文针对天线20描述的原理基本上相类似的原理，组合935连同接地面21一起形成在两个频带中工作的天线947。然而，与其中根据接地面21的长度来近似地确定低频频带的天线20相反地，根据接地面21的宽度来近似地确定天线947的低频频带(这里也被称为第二低频频带)。根据单极子930的长度来近似地确定天线947的高频频带(这里也被称为第二高频频带)。因此，天线920可以在四个不同的频带中工作。
在本发明的一些实施例中，收发器14(图1)包括单个收发器，并且馈电点15是在区40和940处与单极子30和单极子930相耦合的单个馈电点，因而单个收发器在四个频带中工作。
替代性地，收发器14包括两个子收发器，并且馈电点15包括针对每个子收发器的相应的馈电点。在区40处将子收发器中的一个连接至单极子30，并且在区940处将第二子收发器连接至单极子930。可以将组合935的第二低频频带配置成近似于与组合937的高频频带相同。在该配置中，组合937和935的不同的实际位置和/或取向使得这两个子收发器能够以不同的模式运行，其中，将子收发器中的一个配置成主收发器，并将第二子收发器配置成不同的收发器。在不同模式下的运行提高了电话10所接收的信号的总体质量。
本发明的范围包括下面参考图17所描述的、以天线1020作为例子的线状的和/或弯曲的天线的元件。
图17是根据本发明实施例的多频带天线1020的示意图。图17是天线1020的正视图。天线1020具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线1020的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与天线20相反地，天线1020包括一个或多个具有非线状部分的元件。作为例子，单极子1022在特性上与单极子30大体上相类似。然而，单极子1022被形成为弯曲元件(而不是由两个正交的部分构成)，并且通常在与单极子30一样的高频频带处发生谐振。另外，作为例子，耦合元件1034在特性上与耦合元件34大体上相类似。然而，耦合元件1034包括第一弯曲元件1024，第一弯曲元件1034连接该耦合元件的两个线状元件。耦合元件1034还包括在该耦合元件的终端的第二弯曲元件1026、以及第三弯曲元件1028。如图17所示，可以在基板的拐角处方便地使基板22弯曲，以与弯曲元件1024和1026相适应。
图18A和18B是根据本发明实施例的多频带天线1120的示意图。图18A是天线1120的正视图。图18B是该天线的侧视图。天线1120具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线1120的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与其中耦合元件34与单极子30和接地面部分29基本上共平面的天线20相反地，天线1120包括不是平面的、且不与单极子和接地面部分共平面的耦合元件1134，尽管耦合元件1134执行与元件34基本上相同的功能。耦合元件1134包括通常垂直于单极子和接地面部分所位于的平面1138的第一部分1136。典型地具有约为5mm的长度的部分1136在区域46处电流性地连接到接地面部分29，并且电流性地连接到该耦合元件的第二部分1140。典型地由具有大体上平行于平面1138的平面的电介质元件1142来支持第二部分1140，并且耦合元件1134被配置成使得该元件在平面1138上的投影围绕单极子30而弯折且在尺寸上与耦合元件34大体上相类似。
图19A和19B是根据本发明实施例的多频带天线1160的示意图。图19A是天线1160的正视图。图19B是该天线的侧视图。天线1160具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线1160的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
与其中单极子30与耦合元件34和接地面部分29基本上共平面的天线20相反地，天线1160包括不是平面的、且不与该耦合元件和接地面部分共平面的单极子1162，尽管具有与部分33和31大体上相类似的部分的1164和1166的单极子1162执行与单极子30基本上相同的功能。单极子1162包括大体上垂直于该耦合元件和接地面部分所位于的平面1170的部分1168。典型地具有约4mm的长度的部分1168具有电流性地连接到单极子的部分1166的第一端部、以及在接地面的区域38处接近于(但不接触)边缘35且耦合到馈电点15的带电侧的第二端部。因此，在部分1168的第二端部与接地面部分29的区域38之间存在间隙1172。典型地由具有大体上平行于平面1178的平面的电介质元件1174来支持单极子1162，并且该单极子被配置成使得耦合元件34围绕该单极子在平面1170上的投影而弯折。该投影在尺寸上与单极子30大体上相类似。
图20是根据本发明实施例的多频带天线1220的示意图。图20是天线1220的正视图。天线1220具有与天线20的后视图基本上相类似的后视图。除了下面所述的差别之外，天线1220的操作与天线20(图2A和2B)的操作大体上相类似，并且这两个天线中的以相同的附图标记表示的元件在结构和操作上大体上相类似。
天线1220包括在尺寸上与耦合元件34大体上相类似的耦合元件1226。因此，元件1226在平行于y轴的线状部分1230处终止，部分1230对应于元件34的部分48。元件1226具有分别对应于端部42和44的、且与端部42和44一样具有与边缘35大体上相类似的空间关系的第一端部1222和第二端部1228。端部1222典型地电流性地连接到边缘35的接地面耦合区域1244。区域1224对应于天线20的区域46。
然而，在天线1220中，耦合元件1226和单极子30以例如从馈电区域38(针对单极子)和耦合区域1224(针对耦合元件)观看的相同的方向而转折。因此，将该馈电区域和耦合区域作为起点，并从天线1220的x-y平面的上方观看，则该单极子和耦合元件两者均以顺时针方向转折或弯曲。
这与天线20中的耦合元件34和单极子30的转折方向相反。如图2A所示，元件34和单极子30以从它们的耦合区域和馈电区域来看的相反的方向而转折。因此，将耦合区域46和馈电区域38作为起点，并且从x-y平面的上方观看，则元件34以逆时针方向转折或弯曲，而单极子30以顺时针方向转折或弯曲。
在天线1220的替代性实施例中，可以在靠近端点36的位置处向单极子30添加匹配电路1232，以改变该天线在低频频带中的有效电抗。
应该理解，本发明的范围包括除了以上例举的以外的天线的方面的组合。作为第一例子，可以将与参考天线120(图6)来描述的感应元件大体上相类似的一个或多个感应元件包含在天线329(图9A)的单极子330和/或耦合元件334中，并且可以相应地调整该单极子或元件的尺寸。作为第二例子，可以经由诸如在天线320(图9A)和天线420(图10A)中例举的缺口等的线状的和/或非线状的缺口而将天线620(图13)的耦合元件34和632中的一个或两者连接到接地面29。作为第三例子，大体上如同针对天线220(图8A和8B)所描述的，天线620(图13)的耦合元件34和632中的一个或两者可以位于背面26上，并且可以适当地去除接地面部分28。
作为第四例子，大体上如同针对天线470(图11)所描述的，天线620的耦合元件34和632中的一个或两者可以具有沿着基板22的边缘而形成的部分。作为第五例子，如果基板22包括多层基板，则可以在相同层的不同面上或不同层上形成特定天线的各个分离组件，即，单极子、一个或多个耦合元件和接地面的部分。作为第六例子，可以组合天线1120和1160(图18A、18、19A、19B)，使得耦合元件和单极子均处于与包含接地面的平面不相同的平面中。此外，耦合元件、单极子和接地面可以包括三个不同平面。作为第七例子，可以向天线20(图2A)的单极子30添加与匹配电路1232(图20)大体上相类似的匹配电路。对于本领域技术人员来说，元件组合的其它例子是显而易见的。上述实施例中的尺寸仅仅是以示例方式来提供的，并且可以根据期望的天线工作频率和其它限制来调整该尺寸。
因此，应当理解，上述实施例是以示例方式来引用的，并且本发明不限于以上的具体示出和描述的。相反地，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合、以及本领域技术人员在阅读前述说明书时能想到的、且在现有技术中未公开的对这些特征的改变和修改。

Claims (66)

1.一种天线，包括：
平面电介质基板，
在所述基板上形成的导电接地面；
在所述基板上形成的、具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述基板上形成的、且在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，所述耦合元件围绕所述单极子而弯折。
2.根据权利要求1所述的天线，其中所述导电单极子具有单极子长度，并且其中所述导电耦合元件具有至少等于所述单极子长度的1.5倍的耦合元件长度。
3.根据权利要求2所述的天线，其中所述耦合元件长度至少等于所述单极子长度的两倍。
4.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子和所述耦合元件被配置成使得所述单极子连同所述接地面一起在具有第一中心频率的第一频带和具有第二中心频率的第二频带中以30％或更大的效率进行辐射。
5.根据权利要求4所述的天线，其中所述第一频带和第二频带是分离的。
6.根据权利要求4所述的天线，其中所述第一频带包括介于820MHz和960MHz之间的频率，并且其中所述第二频带包括介于1.7GHz和2.2GHz之间的频率。
7.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子和所述耦合元件被配置成使得所述单极子连同所述接地面一起以至少30％的效率进行辐射。
8.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子和所述耦合元件被配置成使得所述单极子连同所述接地面一起在小于等于6GHz的频率处以至少30％的效率进行辐射。
9.根据权利要求1所述的天线，其中所述导电单极子和所述导电耦合元件中的至少一个包括扁平条。
10.根据权利要求1所述的天线，包括电连接到所述导电单极子和所述导电耦合元件中的至少一个的一个或多个无功元件。
11.根据权利要求10所述的天线，其中所述一个或多个无功元件被电连接在所述导电耦合元件和所述接地面之间。
12.根据权利要求1所述的天线，其中在所述基板的相对表面上形成所述单极子和所述耦合元件。
13.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面包括在所述基板的第一表面上形成的第一接地面部分以及在所述基板的第二表面上形成的第二接地面部分。
14.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面包括缺口，并且其中所述馈电区域位于所述缺口附近。
15.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面包括缺口，并且其中所述耦合元件的部分被布置在所述缺口中，以电耦合到所述缺口的端点。
16.根据权利要求15所述的天线，其中所述缺口和所述耦合元件的所述部分是线状的。
17.根据权利要求15所述的天线，其中所述缺口的长度和所述部分的长度被选择以优化所述天线在所选频率处的反射系数和辐射效率中的至少一个。
18.根据权利要求15所述的天线，其中所述缺口和所述耦合元件的所述部分是非线状的。
19.根据权利要求18所述的天线，其中所述缺口包括具有第一方向的第一缺口部分以及具有不同于所述第一方向的第二方向的第二缺口部分，并且其中所述耦合元件的所述部分包括被布置在所述第一缺口部分内的第一耦合元件部分以及被布置在所述第二缺口部分内的第二耦合元件部分。
20.根据权利要求19所述的天线，其中所述第一缺口部分和所述第一耦合元件部分之一具有第一尺寸，并且其中所述第二缺口部分和所述第二耦合元件部分之一具有第二尺寸，并且其中所述第一尺寸和第二尺寸被选择以决定来自所述天线的辐射的极化特性。
21.根据权利要求1所述的天线，其中所述耦合元件被电容性地耦合到所述接地面。
22.根据权利要求1所述的天线，其中所述耦合元件被电流性地耦合到所述接地面。
23.根据权利要求1所述的天线，包括在所述基板上形成的、在另外的耦合区域处连接到所述接地面的另外的导电耦合元件。
24.根据权利要求23所述的天线，其中所述导电耦合元件具有耦合元件长度，并且其中所述另外的导电耦合元件具有另外的耦合元件长度，并且其中所述耦合元件长度和所述另外的耦合元件长度被选择以使得所述耦合元件和所述另外的耦合元件分别在第一辐射频带处和不同于所述第一辐射频带的第二辐射频带处进行辐射。
25.根据权利要求24所述的天线，其中所述导电单极子具有单极子长度，所述单极子长度被选择以使得所述弯折单极子主要用于将电场耦合到所述导电耦合元件和所述另外的导电耦合元件。
26.根据权利要求1所述的天线，其中在所述基板的一个公共表面上形成所述导电接地面、所述导电单极子和所述导电耦合元件。
27.根据权利要求1所述的天线，其中所述耦合区域和所述馈电区域处于不同位置。
28.根据权利要求1所述的天线，其中所述耦合区域和所述馈电区域部分重叠。
29.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面包括接地面边缘，并且其中所述耦合区域和所述馈电区域中的至少一个接近于所述接地面边缘。
30.根据权利要求29所述的天线，其中所述耦合区域和所述馈电区域中的至少一个与所述边缘的端部相距至少3mm。
31.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面具有接地面长度，并且所述单极子具有单极子长度，并且其中所述单极子长度和所述接地面长度之间的比在介于0.25和0.6之间的范围内。
32.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子包括弯折单极子。
33.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子包括弯曲单极子。
34.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子包括线状单极子。
35.根据权利要求1所述的天线，其中所述接地面包括第一边缘和不同于所述第一边缘的第二边缘，其中所述馈电区域形成在所述第一边缘附近，并且其中所述耦合区域在所述第二边缘附近形成。
36.根据权利要求35所述的天线，其中所述耦合元件包括具有尺寸的线状元件，所述尺寸被选择以决定来自所述天线的辐射的极化特性。
37.根据权利要求1所述的天线，其中所述电介质基板包括多个电介质层，并且其中在所述电介质层中包括的不同层上形成所述接地面、所述单极子和所述耦合元件中的至少两个。
38.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子包括单频带单极子。
39.根据权利要求1所述的天线，其中所述单极子包括多频带单极子。
40.根据权利要求1所述的天线，其中所述耦合元件包括电流性地连接到所述耦合元件的、且电容性地耦合到所述接地面的另外的耦合区域的、另外的耦合元件。
41.根据权利要求1所述的天线，其中从所述馈电区域观看的所述单极子和从所述耦合区域观看的所述耦合元件被配置成以相反的方向转折。
42.根据权利要求1所述的天线，其中从所述馈电区域观看的所述单极子和从所述耦合区域观看的所述耦合元件被配置成以相似的方向转折。
43.根据权利要求1所述的天线，其中所述端点被配置成耦合到针对所述天线的馈电点的带电侧。
44.根据权利要求1所述的天线，包括耦合到所述导电单极子且位于所述端点附近的匹配电路。
45.一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在所述基板上形成导电接地面；
在所述基板上形成导电单极子，所述单极子具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点；
在所述基板上形成导电耦合元件；
在所述接地面的耦合区域处将所述导电耦合元件耦合到所述接地面；以及
使所述耦合元件围绕所述单极子而弯折。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述导电单极子具有单极子长度，并且所述导电耦合元件具有至少等于所述单极子长度的1.5倍的耦合元件长度。
47.根据权利要求45所述的方法，包括：将所述单极子和所述耦合元件配置成使得所述单极子连同所述接地面一起在具有第一中心频率的第一频带和具有第二中心频率的第二频带中以30％或更大的效率进行辐射。
48.根据权利要求45所述的方法，其中所述接地面包括缺口，所述方法包括将所述耦合元件的部分布置在所述缺口内以电耦合到所述缺口的端点。
49.根据权利要求45所述的方法，包括：在所述基板上形成另外的导电耦合元件，以及在另外的耦合区域处将所述另外的导电耦合元件连接到所述接地面。
50.一种天线，包括：
电介质基板；
在所述基板上形成的具有第一边缘和第二边缘的导电接地面；
在所述基板上形成的具有位于所述第一边缘附近的第一端点的第一导电单极子；
在所述基板上形成的、在所述接地面的第一耦合区域处耦合到所述接地面的第一导电耦合元件，其中所述第一耦合元件围绕所述第一单极子而弯折；
在所述基板上形成的具有位于所述第二边缘附近的第二端点的第二导电单极子；以及
在所述基板上形成的、在所述接地面的第二耦合区域处耦合到所述接地面的第二导电耦合元件，所述第二耦合元件围绕所述第二单极子而弯折。
51.根据权利要求50所述的天线，其中将所述接地面、所述第一单极子和所述第一耦合元件配置成以第一频率工作，并且其中将所述接地面、所述第二单极子和所述第二耦合元件配置成以不同于所述第一频率的第二频率工作。
52.根据权利要求50所述的天线，其中将所述接地面、所述第一单极子和所述第一耦合元件配置成以特定频率工作，并且其中将所述接地面、所述第二单极子和所述第二耦合元件配置成以所述特定频率工作。
53.一种用于制造天线的方法，包括：
提供电介质基板；
在所述基板上形成具有第一边缘和第二边缘的导电接地面；
在所述基板上形成第一导电单极子，所述第一单极子具有位于所述第一边缘附近的第一端点；
在所述基板上形成第一导电耦合元件；
在所述接地面的第一耦合区域处将所述第一导电耦合元件耦合到所述接地面；
使所述第一耦合元件围绕所述第一单极子而弯折；
在所述基板上形成第二导电单极子，所述单极子具有位于所述第二边缘附近的第二端点；
在所述基板上形成第二导电耦合元件；
在所述接地面的第二耦合区域处将所述第二导电耦合元件耦合到所述接地面；以及
使所述第二耦合元件围绕所述第二单极子而弯折。
54.一种天线，包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的具有接地面边缘的导电接地面；
在所述基板上在所述接地面边缘附近形成的、具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述基板上在所述接地面边缘附近形成的、在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，所述耦合元件被配置成使得所述导电单极子的部分位于所述元件的部分与所述接地面边缘之间。
55.根据权利要求54所述的天线，其中所述馈电区域和所述耦合区域包括所述接地面边缘的相应的部分。
56.根据权利要求54所述的天线，其中所述部分中的至少一个与所述边缘的端部相距至少3mm。
57.一种通信装置，包括：
收发器；以及
耦合到所述收发器的天线；所述天线包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的导电接地面；
在所述基板上形成的、具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述基板上形成的、在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，所述耦合元件围绕所述单极子而弯折。
58.一种用于制造通信装置的方法，包括：
提供收发器；以及
将天线耦合到所述收发器，所述天线包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的导电接地面；
在所述基板上形成的、具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述基板上形成的、在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，所述耦合元件围绕所述单极子而弯折。
59.一种天线，包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的导电接地面；
在所述基板上形成的、具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电环；以及
在所述基板上形成的、在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，所述耦合元件围绕所述环而弯折。
60.一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在所述基板上形成导电接地面；
在所述基板上形成导电环，所述环具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点；以及
在所述基板上形成导电耦合元件，并且在所述接地面的耦合区域处将所述耦合元件耦合到所述接地面，使得所述耦合元件围绕所述环而弯折。
61.一种天线，包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的导电接地面；
具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述接地面的耦合区域处耦合到所述接地面的导电耦合元件，其中所述导电单极子和所述导电耦合元件中的至少一个具有在所述基板的平面的外部的部分，所述耦合元件在所述平面上的投影围绕所述单极子在所述平面上的投影而弯折。
62.一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在所述基板上形成导电接地面；
形成具有位于所述接地面的馈电区域附近的端点的导电单极子；以及
在所述接地面的耦合区域处将导电耦合元件耦合到所述接地面，所述导电单极子和所述导电耦合元件中的至少一个具有在所述基板的平面的外部的部分，所述耦合元件在所述平面上的投影围绕所述单极子在所述平面上的投影而弯折。
63.一种天线，包括：
平面电介质基板；
在所述基板上形成的、作为具有第一谐振频率的并联谐振电路而工作的导电接地面；
作为具有所述第一谐振频率的串联谐振电路而工作的导电耦合元件，所述导电耦合元件位于所述导电接地面附近，以经由选自第一电场和第一磁场中的至少一个的第一场而耦合到所述导电接地面；以及
作为具有第二谐振频率的串联谐振电路而工作的导电单极子，所述导电单极子位于所述导电耦合元件附近，以经由选自第二电场和第二磁场中的至少一个的第二场而耦合到所述导电耦合元件。
64.根据权利要求63所述的天线，其中通过所述第一电场生成的第一电耦合大于通过所述第一磁场生成的第一磁耦合，并且通过所述第二电场生成的第二电耦合大于通过所述第二磁场生成的第二磁耦合。
65.根据权利要求63所述的天线，其中所述导电单极子和所述导电接地面经由选自第三电场和第三磁场中的至少一个的第三场而相耦合。
66.一种用于制造天线的方法，包括：
提供平面电介质基板；
在所述基板上形成导电接地面，其中所述导电接地面作为具有第一谐振频率的并联谐振电路而工作；
将作为具有所述第一谐振频率的串联谐振电路而工作的导电耦合元件定位在所述导电接地面附近，以使得经由选自第一电场和第一磁场中的至少一个的第一场而耦合到所述导电接地面；以及
将作为具有第二谐振频率的串联谐振电路而工作的导电单极子定位在所述导电耦合元件附近，以使得经由选自第二电场和第二磁场中的至少一个的第二场而耦合到所述导电耦合元件。
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