CN101999191B - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置，该天线装置包括：在第一平面中延伸的中央部；包括在天线部中的天线振子，所述天线部和所述天线振子在第二平面中从所述中央部伸出；在第三平面中从所述中央部伸出的第一地网部；以及在第四平面中从所述中央部伸出的第二地网部，所述天线装置布置在功能位置中。所述功能位置意味着折叠的所述第一地网部和所述第二地网部一起代表地网，并且所述天线振子和所述地网一起谐振，从而使整个所述天线装置用作天线。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及无线通信。具体地说，本发明涉及天线装置和包括这种天线装置的无线通信装置。

背景技术

通常在短距离分开的相关的成对装置之间希望提供无线通信而非利用电缆的有线通信。利用电缆通信的装置常常要求装置由电缆的长度所部分决定地彼此接近定位。相比之下，无线通信减少了电子装置之间的布线量并且因而增加了易用性和使用者的便利。此外无线通信装置(诸如便携式电子装置)可以增加更多的安全性并且可以更有美感。在无线通信的情况下，相关装置之间的距离通常仅受限于无线信号传输和接收系统的限制。相关的成对装置的实例包括一方面的无线耳机和另一方面的电话、计算机、个人数字助理(PDA)、电视接收机、VCR(录像机)、数字影碟机、电视游戏机、立体声收音机、激光唱机以及MP3播放机。相关的成对装置的另一个实例包括计算机和其各种外部设备(诸如监视器、打印机、键盘、鼠标、电话以及扬声器)。

便携式电子装置包括高性能的小的内置天线以根据需要运行。该天线使便携式电子装置中的无线电单元和相应装置中的无线电单元之间能够无线通信。通常希望使便携式电子装置的尺寸最小，从而提供尽可能分离并且实用的装置。因而便携式通信装置中用于天线的空间几乎日渐减小，导致迫切需要改进天线的小型化。

便携式电子装置内的容积受工业设计控制并且可以限制天线和接地平面的尺寸。然而位于便携式电子装置内的天线的尺寸由天线要接收和传输的信号的波长以及天线的形式决定。这种信号波长的实例是例如与自由空间中大约12cm的波长对应的蓝牙2400-2483.5MHz。因而天线和便携式电子装置在互相考虑下设计，以便将天线容纳在便携式电子装置内。

许多类型的天线技术可以被选为便携式电子装置的内置天线。该选择取决于天线必须装配在其内的便携式通信装置容积的大小和形状、以及天线的系统性能要求。

通常已知的天线是T型天线。该T型天线包括两根导线，第一垂直或倾斜导线和第二笔直水平导线。垂直导线与笔直水平导线的近似中心相连接，从而形成特有的“T”形。正如偶极天线一样，T型天线的辐射图是全向的。T型天线可容易地相对于使用频率伸缩。拉线天线1/2波偶极子或T型天线的缺点是其总体物理长度。这使它很难结合在小型产品中。

曲折单极天线通常也用于便携式通信装置。天线的曲折图案使天线振子的总体物理长度能够减小，同时保持相同的电气长度。因而曲折单极天线比拉线偶极天线更可伸缩。曲折单极天线的总长优选地选为希望的谐振频率的波长的四分之一。然而，其他长度也可以用于谐振器元件，包括四分之三、一又四分之一、1/5等。曲折单极的缺点仍是它需要相对大的面积。与由直导线使用的面积比较，天线的曲折使用相对大的面积。此外曲折线之间的空间未被利用。假如该空间被折衷到最小值，则天线的带宽也受损。这很大程度上取决于曲折图案之间的间隙和曲折的数量。

倒F天线(IFA)是具有低外形或扁平结构的平面天线，该倒F天线通常用作配置在以例如1900MHz射频带操作的便携式通信装置(诸如手机)内部的内置天线。传统的平面倒F天线(PIFA)包括辐射元件、导线以及接地平面。平面倒F天线成形为字母F状。平面倒F天线以及倒F天线都需要相对大的接地平面以正确地工作。这大大地限制了F天线类型的可伸缩性。此外，F天线收到窄带宽特征的影响，这是很大的限制。

因而所需要的是供便携式通信装置使用的天线，该天线满足所需的通信性能而不会性能下降或性能下降最小化。此外，非常希望天线较小、节省空间并且较轻，从而避免笨重且不实用的装置。在以无线耳机为代表的便携式通信装置的情况下，还希望当耳机被放在通话位置中，即，接近于使用者的身体布置时，天线具有高效率。

天线优选还应该构造成允许更好地布置便携式通信装置的控制开关、电子元件和/或按钮。理想的是，天线制造成本低并且易于组装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线装置，该天线装置较小、节省空间并且较轻，同时仍满足所需的通信性能而不会性能下降或者性能下降最小化。

根据本发明的第一方面，所述目的通过用于无线通信的天线装置来实现。所述天线装置包括在第一平面中延伸的中央部和包括在天线部中的天线振子，所述天线部和所述天线振子在第二平面中从所述中央部伸出。所述天线装置还包括在第三平面中从所述中央部伸出的第一地网部和在第四平面中从该中央部伸出的第二地网部。所述天线装置布置在功能位置中。当所述天线装置被折叠成满足以下条件时获得功能位置：所述天线振子的所述第二平面大体上垂直于所述中央部的所述第一平面，所述第一地网部的所述第三平面大体上垂直于所述中央部的所述第一平面并且大体上垂直于所述天线振子的所述第二平面，所述第二地网部的所述第四平面大体上垂直于所述中央部的所述第一平面并且大体上平行于所述天线振子的所述第二平面，并且大体上垂直于所述第一地网部的所述第三平面。

所述功能位置意味着折叠的所述第一地网部和所述第二地网部一起代表地网，并且所述天线振子和所述地网一起谐振，从而使整个所述天线装置用作天线。

在一个实施方式中，所述天线装置还包括在第五平面中从所述中央部伸出的第三地网部。当所述天线装置被折叠成使得进一步地所述第三地网部的所述第五平面大体上平行于所述第一地网部的所述第三平面时，获得所述功能位置。所述功能位置意味着折叠的所述第一地网部、所述第二地网部以及所述第三地网部一起代表地网，并且所述天线振子和所述地网一起谐振，从而使整个所述天线装置用作天线。

在所述天线装置的一个实施方式中，所述天线振子是T型天线或单极天线。

在一个实施方式中，所述天线振子以诸如铜的导电材料为代表。

在一个实施方式中，所述功能位置以器皿、外壳、盒子、容器、壳体支架、贮槽、储器的形状为代表。

在一个实施方式中，所述天线装置以印刷电路板、柔性印刷电路板、导电材料为代表。

在一个实施方式中，所述天线装置包括孔和/或贯穿腔。

在一个实施方式中，所述天线装置通过调节所述天线振子的臂中的一个或多个的长度和宽度而被调谐到想要的谐振频率。

在一个实施方式中，所述谐振频率是1-80GHz，例如2.5GHz。

根据本发明的第二方面，所述目的通过包括根据本发明的第一方面的天线装置的无线通信装置来实现。

在一些实施方式中，所述无线通信装置以耳机、无绳电话、无线鼠标、无线计算机或个人数字助理(PDA)为代表。

本发明与现有技术解决方案(例如设计成仅围绕天线面积集中射频电流的倒F天线和平面倒F天线)比较是非常有利的。根据本解决方案的所述天线装置改为使用相对小的3D结构接地平面(地网)而同样辐射。这样使处于功能位置的天线装置100的益处在于，所述天线装置是非常节省空间的，并且在人体近旁具有良好的天线效率，但仍然尺寸较小。

附图说明

现在将关于附图更加详细地描述本发明，附图中：

图1是示出天线装置的实施方式的框图；

图2是示出天线振子的实施方式的框图；

图3是示出天线装置的实施方式的框图；

图4是示出天线装置的细节的实施方式的框图；

图5是示出无线通信装置的实施方式的框图。

具体实施方式

本发明限定为可以在下面描述的实施方式中实现的天线装置。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文提出的实施方式。相反地，提供这些实施方式使得本公开内容将是完全和完整的，并且将发明的范围完全地传达给本领域技术人员。应当理解，并没有旨在将本方法或装置限于公开的具体形式中的任何一种，而是正相反，本方法和装置旨在覆盖落入如权利要求所限定的发明的范围内的所有修改、等同物以及替换物。

当使用词“包括”或“包含”时，应当被解释为非限制的，意思是“至少由…组成”。

图1描绘了在布置并且折叠成功能位置之前的根据本解决方案的一些实施方式的天线装置100。该天线装置100可以适合用于无线设备。这种无线设备的实例是例如无线耳机、无线鼠标、无线打印机、用于计算机和/或电话和/或个人数字助理(PDA)的无线监视器、通过相应的计算机坞通信的无线计算机。

如图1所绘的天线装置100布置在第一位置中，在该第一位置中天线装置100主要沿二维延伸。这是由于天线装置100也具有一定深度。根据一些实施方式，处于第一位置的天线装置100可以是扁平的并且可以是展开的。天线装置100在第一位置中不用作高效率天线，但也可以是运行良好的天线。天线装置100可以由例如印刷电路板(PCB)、柔性PCB或任何较好的导电材料制成。

天线装置100包括在第一平面中延伸的中央部120。

天线装置100还包括天线振子115。天线振子115被包括在天线部110中。天线部110和天线振子115在第二平面中从中央部120伸出。天线装置100适于转换接收到的信号和/或待由天线振子115输出的信号。

天线部110还包括在第三平面中从中央部120伸出的第一地网部130，和在第四平面中从中央部120伸出的第二地网部140。

天线装置100还可以包括在第五平面中从中央部120伸出的第三地网部150。

在图1所绘的该第一位置中，在布置成功能位置之前，天线振子115、中央部120、第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)都在相同平面中延伸。当第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)被折叠成功能位置时，它们一起代表地网。这在下面进一步描述。

在一些实施方式中，天线装置100大致形成为图3中的盒状(将在下面描述)，当天线装置被布置在功能位置，即功能位置(图3)中时，盒状对获得对称的近场特性是非常有利的。

天线装置100还可以包括能工作的普通部件(例如信号变换器、信号接触件以及称作地网的小接地平面(没有真实的接地平面))。

根据一些实施方式，天线振子115和天线装置100应该被小心设计，并且应该至少包含一层具有良好导电性的导电覆盖物。中央部120、第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)的平面可以具有较小的覆盖面积。但是平均起来，这些应该是用于天线的足够好的地网，覆盖物可以仅是中央部120、第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)的部分。这是因为当天线装置100被布置在第二位置，即功能位置中时，天线装置100的整体设计有助于天线装置100的高性能，所以诸如PCB的天线装置100的整体设计用作天线。

地网只是小/劣质的接地平面，该接地平面相对于装置的相关使用的最长波长是极好的。相对好的接地平面至少覆盖比1/2波长的平方大的面积。

假如作为部分115的天线振子被安装在称为地网的小接地平面上，则地网也开始辐射并且有效地变成整个天线的一部分。假如地网太小，则天线结构不再有效地工作。

天线振子115可以用诸如铜的导电材料或导电材料的组合制成。天线振子115可以适合于诸如1GHz至80GHz的波长。天线振子115可以是小型的内置天线，因而天线振子115是可以天线装置100的布置在天线部110上或结合在该天线部110中的一部分。

根据天线装置100用绝缘材料制成的实施方式，可能需要导线将天线振子115连接至例如放置在中央部120和天线部110之间的折叠部处的励磁点。通常可以执行阻抗匹配，以便使功率传送最大并且使返回源的信号反射最小。

根据一些实施方式，天线振子115可以是例如T型天线、单极天线或任何形状的导电元件，该天线振子115和地网一起谐振以放大天线振子115，从而使整个天线装置100能够用作天线。天线装置100用作具有匹配网络或不具有匹配网络的天线。普通的匹配网络可以包括变压器、电阻器、感应器以及电容器的组合。匹配网络未在任何图中绘出。

图2描绘了其中天线振子115是T型天线的示例性方案。天线振子包括第一臂210，该第一臂210在第一端211连接至第二臂220的中心点。第一臂210大致沿天线振子115的纵向长度延伸。第二臂220大致沿天线振子115的纬度方向长度延伸。第二臂220用作信号发射和接收元件，并且第一臂210也用作信号发射和接收元件。如图2所示，根据一些实施方式，第二臂220可以在一端或两端弯曲。第二臂220可以弯曲，以能够将天线振子装配在天线装置100内。因而天线振子115的形状可以取决于天线装置100的形状。因而根据本方案的天线振子115是非常省空间的。

当将整个天线装置100调谐到想要的谐振频率时，必须调节天线振子115的形状。想要的谐振频率的实例可以是在用于蓝牙通信的1-80GHz(例如2.5GHz)的范围内。谐振频率的调谐可以通过调节天线振子115的图形T的第一臂210和/或第二臂220的长度和宽度来执行。这意味着可以通过调节天线振子115的臂210、220中的一个或多个的长度和宽度而将天线装置100调谐到想要的谐振频率。

第一臂210可以包括连接至励磁端口的第二端212。天线振子115的第一臂210的第二端212可以通过利用螺钉、铆钉、波普空心铆钉通过焊接、蚀刻铜迹线等附接至天线装置100。

当被布置在如图3中可见的第二位置(从现在开始称作功能位置)300中时，天线振子115适于被使用。

也可称作功能位置的功能位置300包括将地网中的一些或全部沿三维空间布置(例如折叠、弯曲、弯成弓形、弯成弧形)。当在本文中使用词“折叠”时。应当被解释为折叠、弯曲、弯成弓形或弯成弧形中的任何一种。

根据其中天线装置100被包括在诸如耳机的便携式通信装置中的实施方式，可以用接近使用者的身体定位的竖直通话位置(诸如左通话位置和/或右通话位置)代表功能位置300。

天线装置100可以以不同方式布置在功能位置300中。在图3的实施例中，为用作天线，天线装置100布置在功能位置中。当天线装置100被折叠，即，被折叠、被弯曲、被弯成弓形或被弯成弧形等，使得满足以下条件时，获得功能位置：

天线振子115的第二平面大体上垂直于中央部120的第一平面；

第一地网部130的第三平面大体上垂直于中央部120的第一平面并且大体上垂直于天线振子115的第二平面；以及

第二地网部140的第四平面大体上垂直于中央部120的第一平面并且大体上平行于天线振子115的第二平面，并且大体上垂直于第一地网部130的第三平面。

假如天线装置100还包括第三地网部150，则当天线装置100被折叠成使得更进一步地第三地网部150的第五平面大体上平行于第一地网部130的第三平面时，获得功能位置。

功能位置意味着折叠的第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)一起代表地网，并且天线振子115和地网130、140、150一起谐振，从而使整个天线装置100用作天线。

以上提到所述部分被折叠成“大体上垂直”和“大体上平行”。这意味着当折叠所述部分，即天线振子115、中央部120、第一地网部130、第二地网部140以及第三地网部150(如果可用的话)时，即使是不精确地垂直或平行而是大体上垂直或平行，天线装置也令人满意地用作天线，

即，可以通过朝向中央部120将天线部110折叠大约90度并且朝向中央部120将第二地网部140折叠大约90度来获得功能位置。这导致天线部110和第二地网部140彼此平行或接近于平行地并排布置。此外，第一地网部130朝向中央部120被折叠大约90度，并且第三地网部150朝向中央部120被折叠大约90度。这导致第一地网部130和第三地网部150彼此平行或接近于平行地并排布置。当天线被布置在功能位置300中时，地网部中的一些或全部布置在三维空间中，该三维空间形成例如器皿、外壳、盒子、容器、壳体支架、贮槽、储器。

天线装置100的折叠的第二位置是非常有利的，因为它使得实际空间的使用效率高，这样产生小型设计。

根据一些实施方式，天线装置100的一些部分或全部可以用来如图1和3所示将至少一个部件175放置在其上或附近。天线装置100优选地可以构造成允许节省空间地放置可以包括天线装置100的部件175(例如便携式通信装置的控制开关、电子元件和/或按钮)。这使得天线装置100能具有良好的空间效率。这是非常有利的，因为它有助于使天线装置100和可以使用该天线装置100的便携式通信装置最小化。

根据一些实施方式，部件175可以主要由导电材料制成，从而使该部件能够有助于操作天线装置100。

天线装置100根据一些实施方式几乎是100％节省空间的，因为天线100的一些部分或全部可以用来将部件175放在其上或附近。

当被布置在第二位置300中时，天线装置100的性能是非常有利的。首先因为天线装置100提供相对于完整天线装置100的中心频率的高带宽33％。其次因为当天线装置100被布置在第二位置300(例如放置在竖直位置)中时，天线效率与扁平天线(例如偶极天线或倒F天线)的天线效率相比好得多。所有这些原因一起使这成为非常有力的组合，尤其是当天线非常接近身体被叫通话位置而用于耳机操作时。在自由空间中，两个天线的效率可以完全相同。

因而，天线装置100的第二位置300，即三维装配与现有技术相比对天线效率有积极影响。

天线装置100的设计是灵活的，使得天线装置100的轮廓可以以不同方式布置。一个实施例见图4。图4描绘了第二地网部140的示例性实施方式的特写，其中天线装置100的轮廓400包括笔直部分、角部以及圆角折弯。此外天线装置100的设计是灵活的，使得天线装置100可包括贯穿腔410。贯穿腔410可以用来使部件175穿过。这种部件175的实施例可以是非导电部件(例如塑料按钮、安装销等)。这是非常有利的，因为布置附接至天线装置100的部件175的地点和方式的设计可以被简化。因而天线装置100的灵活设计可以使天线装置100的尺寸和设计最小，因为布置在天线装置100上的部件175可以在物理空间方面以最优化方式定位。这可以进一步使可以包括天线装置100的无线电设备小型化。

图5绘制了包括天线装置100的无线通信装置500。无线通信装置500可以以耳机、无绳电话、无线鼠标、无线计算机、个人数字助理(PDA)等为代表。

Claims (14)

1.一种用于无线通信的天线装置（100），该天线装置（100）包括：在第一平面中延伸的中央部（120）；包括在天线部（110）中的天线振子（115），所述天线部（110）和所述天线振子（115）在第二平面中从所述中央部（120）伸出；在第三平面中从所述中央部（120）伸出的第一地网部（130）；以及在第四平面中从所述中央部（120）伸出的第二地网部（140），所述天线装置（100）的特征在于：

所述天线装置（100）布置在功能位置中，当所述天线装置（100）被折叠成使得满足以下情况时获得该功能位置：

所述天线振子（115）的所述第二平面大体上垂直于所述中央部（120）的所述第一平面，

所述第一地网部（130）的所述第三平面大体上垂直于所述中央部（120）的所述第一平面并且大体上垂直于所述天线振子（115）的所述第二平面；并且

所述第二地网部（140）的所述第四平面大体上垂直于所述中央部（120）的所述第一平面并且大体上平行于所述天线振子（115）的所述第二平面，并且大体上垂直于所述第一地网部（130）的所述第三平面，

该天线装置（100）还包括在第五平面中从所述中央部（120）伸出的第三地网部（150），当所述天线装置（100）被折叠成使得进一步地所述第三地网部（150）的所述第五平面大体上平行于所述第一地网部（130）的所述第三平面时，获得所述功能位置，

所述功能位置意味着折叠的所述第一地网部（130）、所述第二地网部（140）以及所述第三地网部（150）一起代表地网，并且所述天线振子（115）和所述地网一起谐振，从而使整个所述天线装置（100）用作天线。

2.根据权利要求1所述的天线装置（100），其中，所述天线振子（115）是T型天线、单极天线或偶极天线。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），其中，所述天线振子（115）为导电材料。

4.根据权利要求3所述的天线装置（100），其中，所述导电材料为铜。

5.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），其中，所述功能位置为器皿、外壳、壳体支架或贮槽的形状。

6.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），其中，所述功能位置为盒子、容器或储器的形状。

7.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），该天线装置（100）为印刷电路板或导电材料。

8.根据权利要求7所述的天线装置（100），其中，所述印刷电路板为柔性印刷电路板。

9.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），该天线装置（100）包括孔和/或贯穿腔（410）。

10.根据权利要求1或2所述的天线装置（100），该天线装置（100）通过调节所述天线振子（115）的臂（210，220）中的一个或多个的长度和宽度而被调谐到想要的谐振频率。

11.根据权利要求10所述的天线装置（100），其中，所述谐振频率的范围为1-80GHz。

12.根据权利要求11所述的天线装置（100），其中，所述谐振频率是2.5GHz。

13.一种包括根据权利要求1所述的天线装置（100）的无线通信装置（500）。

14.根据权利要求13所述的无线通信装置（500），该无线通信装置（500）为耳机、无绳电话、无线鼠标、无线计算机或个人数字助理（PDA）。

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