CN102067624A - 可调谐天线布置 - Google Patents

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Abstract

一种天线布置(12)，包括天线(22)；第一可变阻抗电路(30)，连接在接地(38)和天线的第一点(23)之间；以及第二可变阻抗电路(34)，连接在接地和天线的第二点(25)之间，以及从天线的第三点(61)到接地(62)的连接；天线的第一点(23)和天线的第二点(25)沿着天线的长度分开，第一可变阻抗电路(30)和第二可变阻抗电路(34)的阻抗控制天线布置的谐振频率。

Description

可调谐天线布置
技术领域
本发明的实施例涉及一种天线布置。特别是涉及一种用于无线电收发器设备的天线布置。
背景技术
近年来出现了一个趋势，即减小例如无线电收发器设备等设备中的天线布置的体积。重要的是，尽管天线布置的体积减小了，天线布置仍具有足够宽的操作带宽以使天线布置可以有效地工作。当天线布置的插入损耗超过例如-6dB的操作门限时，发生有效工作。
发明内容
根据本发明中多种的但并不必是全部的实施例，这里提供了一种天线布置，包括：天线；第一可变阻抗电路，连接在接地与天线的第一点之间；第二可变阻抗电路，连接在接地与天线的第二点之间；从天线元件的第三点到接地的连接；其中天线的第一点和天线的第二点沿着天线的长度分开，第一可变阻抗电路与第二可变阻抗电路的阻抗控制天线布置的谐振频率。
本发明提供的优点在于：天线布置的整体阻抗以及由此得出的电长度取决于两个可变阻抗电路的联合阻抗。由于两个可变阻抗电路连接到天线的不同点，天线布置的整体阻抗并不受到可变阻抗电路中的任何一个或天线自身各部分的阻抗的限制。
这使得可以实现一个更大范围的阻抗。特别的，这使得实现了一个比单一可变阻抗电路所能实现的范围更大的阻抗。因此，这使得实现了一个更大范围的谐振频率。通过改变适当电路的阻抗，可以控制天线布置的谐振频率以增大天线布置的操作带宽。由于操作带宽的增大是通过使用附加的电路而实现，这并没有在实质上增大天线布置的体积。
第二可变阻抗电路可以连接到天线的馈源。
第一可变阻抗电路可以包括调谐电路和用于将调谐电路与天线连接/断开连接的开关装置。开关装置可以具有多种配置，其中开关装置的不同配置将不同的调谐电路连接到天线以使天线布置由于开关装置的不同配置具有不同的谐振频率。
作为选择地，第一可变阻抗电路可以包括连续可变调谐电路。
第二可变阻抗电路可以包括调谐电路和用于将调谐电路与天线连接/断开连接的开关装置。开关装置可以包括多种配置，其中开关装置的不同配置将不同的调谐电路连接到天线以使天线布置由于开关元件的不同配置具有不同的谐振频率。第二可变阻抗电路的开关装置可以具有一种配置，其中将调谐电路从天线断开。
作为选择地，第二可变阻抗电路可以包括连续可变调谐电路。
可变阻抗电路可以连接到接地平面。
天线可以是F天线或环形天线。
根据本发明中多种的但并不必是全部的实施例，这里提供了一种方法，包括：控制连接在接地和天线的第一点之间的第一可变阻抗电路的阻抗；控制连接在接地和天线的第二点之间的第二可变阻抗电路的阻抗；提供从天线的第三点到接地的连接；其中天线的第一点和电线的第二点沿着天线的长度分开，第一可变阻抗电路和第二阻抗电路的阻抗控制天线的谐振频率。
根据本发明中多种的但并不必是全部的实施例，这里还提供了一种天线布置，包括：天线，具有从天线的第一点到接地的连接，馈源连接以及从天线的第三点到接地的连接；第一可变阻抗电路，串联在接地和天线的第一点之间；以及第二可变阻抗电路，连接到馈源连接，与第一可变阻抗电路并联。
根据本发明中多种的但并不必是全部的实施例，这里还提供了一种模块，包括如上面所述的天线。
根据本发明中多种的但并不必是全部的实施例，这里还提供了一种便携式电子设备，包括如上面所述的天线。
所述设备可以用于无线通信。
附图说明
为了更好的理解本发明实施例的各种示例，现在将仅通过示例的方式参考以下附图，其中：
图1为包括天线布置的无线电收发器设备的示意图；
图2为依照本发明第一实施例的天线布置的示意图；
图3为依照本发明第二实施例的天线布置的示意图；
图4为依照本发明实施例的可变阻抗电路的电路图；
图5为依照本发明实施例的天线布置的电路图。
具体实施方式
附图示出了一种天线布置12，包括：天线22；第一可变阻抗电路30，连接在接地与天线22的第一点23之间；第二可变阻抗电路34，连接在接地与天线22的第二点25之间；从天线22的第三点61到接地的连接62；其中天线22的第一点23和天线22的第二点25沿着天线22的长度分开，第一可变阻抗电路30与第二可变阻抗电路34的阻抗控制天线布置12的谐振频率。
图1图示了一种装置10，包括依照本发明实施例的天线布置12。装置10可以是任何便携式设备，举例而言，可以是移动蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、掌上计算机、便携式WLAN或WiFi设备，或这些设备的模块。在这里使用的“模块”指代不包含某些可以被最终制造者或用户添加的部件/元件的单元或装置。
装置10包括天线布置12、收发器14和功能性电路16。在其中装置10是例如移动蜂窝电话等设备的实施例中，功能性电路16包括处理器、存储器和例如麦克风、扬声器、显示器的输入/输出设备以及例如小键盘的用户输入设备。
收发器14连接到功能性电路16和天线布置12。功能性电路16被布置成向收发器14提供数据。收发器14被布置成把该数据编码并将其提供给天线布置12以用于传输。天线布置12被布置成将被编码的数据作为无线电信号进行传输。
天线布置12还被布置成接收无线电信号。而后，天线布置12将接收到的无线电信号提供给收发器14，收发器14将无线电信号解码为数据并将该数据提供给功能性电路16。
天线布置12可以被布置成通过多个不同的协议在多个不同的可操作无线电频段中工作。举例来说，不同频段和协议可以包括(但不限于)AM无线电(0.535-1.705MHz)；FM无线电(76-108MHz)；蓝牙(2400-2483.5MHz)；WLAN(2400-2483.5MHz)；HLAN(5150-5850MHz)；GPS(1570.42-1580.42MHz)；US-GSM 850(824-894MHz)；EGSM 900(880-960MHz)；EU-WCDMA 900(880-960MHz)；PCN/DCS 1800(1710-1880MHz)；US-WCDMA1900(1850-1990MHz)；WCDMA 2100(Tx：1920-1980MHz Rx：2110-2180MHz)；PCS1900(1850-1990MHz)；UWB Lower(3100-4900MHz)；UWB Upper(6000-10600MHz)；DVB-H(470-702MHz)；DVB-H US(1670-1675MHz)；DRM(0.15-30MHz)；WiMax(2300-2400MHz，2305-2360MHz，2496-2690MHz，3300-3400MHz，3400-3800MHz，5250-5875MHz)；DAB(174.928-239.2MHz，1452.96-1490.62MHz)；RFID LF(0.125-0.134MHz)；RFID HF(13.56-13.56MHz)；RFID UHF(433MHz，865-956MHz，2450MHz)。天线布置的电长度可以被调谐以实现这些频率和协议。
图2是依照本发明一实施例的天线布置12的示意图。天线布置12包括天线22、第一可变阻抗电路30和第二可变阻抗电路34。
在图2所示的实施例中，天线22是一PIFA天线，在其它实施例中天线元件可以是任何具有馈电点和接地连接的F天线，或环形天线。
在所示出的实施例中，天线22包括单辐射元件。在本发明的其它实施例中，天线22可以包括多个可以互相电性连接或者电磁性耦合在一起的辐射元件。
在图2所示的实施例中，天线22通过第一点23连接到接地38。第一点23还连接至可变阻抗电路30并可以被认为是调谐连接。天线还通过馈电点25连接到馈源24。天线22包括位于第一点23和馈电点25之间的第一部分26和位于馈电点25和天线22的自由端29之间的第二部分28。
在所示出的实施例中，天线22还包括从天线22的第三点61到接地的第三连接62。在所示出的实施例中，第三点在位于第一点23和馈电点25之间的天线元件的第一部分26中。在其它实施例中，第三点可以位于天线22中的不同部分。
第一可变阻抗电路30连接在接地与天线22的第一点23之间。第一可变阻抗电路30可以被认为是与天线22的第一部分26串联。第一控制信号32控制第一可变阻抗电路30的阻抗。天线布置12的电长度取决于第一可变阻抗电路30的阻抗。天线布置12的电长度可以通过控制第一可变阻抗电路30的阻抗进行控制。这使得天线布置12可以被调谐以具有特定的电长度并因此在特定的频率谐振。
虽然第一可变阻抗电路30的阻抗可以被控制，但它连接到具有固定阻抗的天线22的第一部分26。第一部分26的阻抗因而在天线布置12位于接地38和馈电点25之间部分的阻抗上施加了一个限制，并因此对天线布置12可以实现的谐振频率的范围施加了一个限制。
第二可变阻抗电路34连接到天线22的馈电点25。馈电点25被天线22的第一部分26沿着天线22的长度与第一点23分开。第二可变阻抗电路34可以被认为是与第一可变阻抗电路30和天线22的第一部分26并联连接。第二可变阻抗电路34的阻抗被第二控制信号36所控制。
在所示出的实施例中，第二可变阻抗电路34并联连接至馈源连接24。在其它实施例中，第二可变阻抗电路34可以连接在提供馈源信号的收发器14与馈电点25之间，即第二可变阻抗电路可以与馈源连接串联。在其它实施例中，第二可变阻抗电路34可以既与馈源连接24并联，又串联在收发器14和馈电点25之间。举例来说，第二可变阻抗电路34可以包括两部分，与馈源并联连接的第一部分以及串联连接的第二部分。
天线布置12的电长度还取决于第二可变阻抗电路34的阻抗。天线布置12的电长度可以通过控制第一可变阻抗电路30和/或第二可变阻抗电路34的阻抗进行控制。
由于第二可变阻抗电路34连接到与天线22第一部分26的天线元件不同的点，第一部分26的阻抗没有在电路部分的阻抗上施加限制。这意味着通过将第二可变阻抗电路34连接到天线22可以实现更大范围的阻抗，并因此使天线布置12可以实现更大范围的操作谐振频率。
通过为可变阻抗电路30、34的阻抗选择适当的值，天线布置12可以被调谐成在多个不同频率谐振，并因此增大天线布置12的操作带宽。天线布置12的操作带宽是可供天线布置12有效工作的频率范围。当天线布置的插入损耗超过例如-6dB的操作门限时，发生有效工作。
图3示出了依照本发明第二实施例的天线布置12。本发明此实施例中的天线布置12也包括与图2所示的实施例中的连接方式相同的天线22、第一可变阻抗电路32和第二可变阻抗电路34。
在本实施例中，天线22是PIFA。PIFA 22被配置成可以在两个不同的频段中工作。天线布置12包括寄生元件60，在本实施例中，它在操作的高频段模式中耦合到天线22。在其它实施例中，寄生元件60可以在操作的低频段模式中耦合到天线22或可以没有寄生元件60。
PIFA具有3个连接62、63和24。第一连接62是直接接地的连接。第二连接63是调谐连接。在所示出的实施例中，调谐连接63包括连接在接地和天线22的第一点23之间的第一可变阻抗电路30。第三连接24是馈源连接，连接到天线22的第二点25。第二点25被天线22的第一部分26从第一点23分开。
第一可变阻抗电路30连接到接地并包括被配置成将多个调谐电路42与天线22进行连接和断开连接的开关装置40。在图3所示的特定实施例中，开关装置是SP4T(单刀4掷)开关，可使4个不同调谐电路42中的任何一个连接到天线22。天线布置12的电长度和由此得到的谐振频率取决于4个调谐电路中的哪一个连接到天线22。第一控制信号32通过控制开关装置40的配置控制第一可变阻抗电路30的阻抗。
第一可变阻抗电路30连接到PIFA 22以使得第一可变阻抗电路30与PIFA 22的第一部分26串联。
第二可变阻抗电路34也包括开关装置50，开关装置50也被配置成对多个调谐电路52进行连接和断开连接。在图3所示的特定实施例中，连接到第二可变阻抗电路34的开关装置50也是SP4T(单刀4掷)开关，并也可使4个不同调谐电路52中的任何一个连接到天线22。控制信号36通过控制开关装置50的配置控制第二可变阻抗电路34的阻抗。
在所示出的实施例中，第二可变阻抗电路34的开关装置50拥有与第一可变阻抗电路30的开关装置40相同数量的开关位置。在其它实施例中，两个开关装置40、50可以拥有不同数量的开关位置，举例来说，第一开关装置40可以拥有4个开关位置而第二开关装置50可以只有两个。
第二可变阻抗电路34连接到天线22的馈电点25，并可以被认为是与第一可变阻抗电路30和PIFA的第一部分26并联连接。
本发明的第二实施例以与第一实施例相同的方式工作。由于可变阻抗电路30、34连接到天线22的不同点，天线布置12的整体阻抗并不受到可变阻抗电路30、34中任何一个或天线22的任何部分的阻抗的限制。通过为调谐电路选择适当的阻抗值，多个不同的谐振频率可以被实现并因此增大天线布置12的操作带宽。
图4是可以在如图3所示出的实施例那样的本发明的实施例中作为第二可变阻抗电路34使用的可变阻抗电路的电路图。
在图4所示的特定实施例中，开关装置50是SP4T开关。开关装置50的4个位置中的每一个都连接到不同的调谐电路52。调谐电路52连接到接地38。
当开关被配置到第一位置70时，包括有与第一电容器82并联的第一电感器80的调谐电路52连接到天线22。第二电容器84连接在接地和调谐电路52之间。在这个特定的实施例中，电感器的电感为5.5nH，第一电容器的电容为7pF，第二电容器的电容为100pF。第二电容器84被作为DC阻塞元件。
当开关被配置到第二位置72时，调谐电路52与天线22断开连接。
当开关被配置到第三位置74时，调谐电路52和电容器84与第二电感器86串联连接到天线22。在这个特定的实施例中，第二电感器86的电感为1nH。
当开关被配置到第四位置76时，调谐电路52和电容器84与第三电感器88串联连接到天线22。在这个特定的实施例中，第三电感器88的电感为6nH。
开关位置中的每一个因而将具有不同阻抗的不同电路连接到天线22。因此开关装置的每个位置都对应天线布置12的一个不同的电长度，并由此使天线22能够以不同的谐振频率进行谐振。
以上给出的可变电感电路中元件的值和布置特定于所描述的特定实施例。需要理解到的是，在其它实施例中，调谐电路中元件的值可以被选择以使天线布置12在特定频率谐振，并且因此也可以具有其它值。而且，元件可以用不同的配置进行布置，或可以使用如微带线、带状线和延迟线等不同元件。
图5是本发明一实施例的电路图。本实施例包括连接到天线22的如图4中所示的第二可变阻抗电路34。开关装置50和调谐电路52如以上所描述并参照图4所示。第二可变阻抗电路34连接到馈源24。附加电容器100连接在第二可变阻抗电路34和馈源24之间。附加电容器100作为DC阻塞元件。在这个具体实施例中，附加电容器100的电容为100pF。
在图5所示的实施例中，第一开关装置40也是具有4个开关位置的SP4T开关。当开关装置40被配置到第一位置120时，电容器130连接到天线22。在所示出的实施例中，电容器的电容为2pF。从电容器130到天线22的连接增大了天线布置12的电长度并因此降低了天线布置12的谐振频率。
当开关装置40被配置到第二位置121时，电容器132连接到天线22。在所示出的实施例中，电容器132的电容为100pF并在无线电频率处被馈通，以使这个连接作为短路。在一些实施例中，电容器132可以被省略以使天线22直接连接到接地。
当开关装置40被配置到第三位置122时，电感器134连接到天线22。在所示出的实施例中，电感器134的电感为5.1nH。从电感器134到天线22的连接减小了天线布置12的电长度并因此增大了天线布置12的谐振频率。
当开关装置40被配置到第四位置123时，天线元件连接到开路136。
静电放电(ESD)滤波器106连接在开关装置40和天线22之间。ESD滤波器减小天线布置12中的ESD噪声。在本实施例中，ESD滤波器106包括分流连接的电容为8.2pF的电容器108以及电感为6.8nH的电感器110。
开关装置40和50可以是半导体开关，举例来说，可以是场效应晶体管(FET)或双极结型晶体管(BJT)，或MEM(微电子机械)开关，或机械开关，或任何种类的开关设备。
尽管本发明的实施例已经通过参考多种示例而在之前的段落中进行了描述，应当理解的是，对给出的示例可以进行修改而不会背离所要求的本发明的范围。举例来说，在上述实施例中所使用的开关装置每个都具有4种状态。需要注意的是具有任何状态数量的开关都可以使用。作为选择地，可变阻抗电路可以是连续可变调谐电路。
在之前描述中所描述的特征可以依照与之前已清楚描述的结合所不同的方式结合使用。
尽管已经通过参照特定特征描述了功能，这些功能同样可以通过其它特征来实现，无论是否已描述过。
尽管已经通过参照特定实施例的方式描述了特征，这些特征同样可以出现在其它实施例中，无论是否已描述过。
尽管在前面的说明书中一直努力地试图引起对那些被认为是特别重要的发明的特征的注意，应当注意的是，申请人对之前提及的和/或在图中所示出的任何可取得专利的特征或特征的结合均要求保护，无论是否对其进行了特别的强调。

Claims (25)

1.一种天线布置，包括：
天线；
第一可变阻抗电路，连接在接地和所述天线的第一点之间；以及
第二可变阻抗电路，连接在接地和所述天线的第二点之间，以及从所述天线的第三点到接地的连接；
其中所述天线的所述第一点和所述天线的所述第二点沿着所述天线的长度分开，并且所述第一可变阻抗电路和所述第二可变阻抗电路的阻抗控制所述天线布置的谐振频率。
2.如权利要求1所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路连接到所述天线的馈源。
3.如前述任一权利要求所述的天线布置，其中所述第一可变阻抗电路包括调谐电路和用于将所述调谐电路与所述天线连接/断开连接的开关装置。
4.如权利要求3所述的天线布置，其中所述第一可变阻抗电路的所述开关装置具有多种配置，其中所述开关装置的不同配置将不同的调谐电路连接到所述天线，以使所述天线布置由于所述开关装置的不同的配置而具有不同的谐振频率。
5.如权利要求1-2之任一所述的天线布置，其中所述第一可变阻抗电路包括连续可变调谐电路。
6.如前述任一权利要求所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路包括调谐电路和用于将所述调谐电路与所述天线连接/断开连接的开关装置。
7.如权利要求6所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路的所述开关装置具有多种配置，其中所述开关装置的不同配置将不同的调谐电路连接到所述天线，以使所述天线布置由于所述开关装置的不同的配置而具有不同的谐振频率。
8.如权利要求7所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路的所述开关装置具有使所述调谐电路与所述天线断开连接的配置。
9.如权利要求1-5中任一所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路包括连续可变调谐电路。
10.如前述任一权利要求所述的天线布置，其中所述可变阻抗电路连接到接地平面。
11.如前述任一权利要求所述的天线布置，其中所述天线是F天线。
12.如权利要求1-10所述的天线布置，其中所述天线是环形天线。
13.一种模块，包括如权利要求1-12之任一所述的天线。
14.一种便携式电子设备，包括如权利要求1-12之任一所述的天线。
15.一种方法，包括：
控制连接在接地和天线的第一点之间的第一可变阻抗电路的阻抗；
控制连接在接地和所述天线的第二点之间的第二可变阻抗电路的阻抗，提供从所述天线的第三点到接地的连接；
其中所述天线的所述第一点和所述天线的所述第二点沿着所述天线的长度分开，所述第一可变阻抗电路和所述第二可变阻抗电路的阻抗控制包括所述天线的天线布置的谐振频率。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第一可变阻抗电路的阻抗通过控制开关装置的配置以使调谐电路与所述天线连接/断开连接进行控制。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述第一可变阻抗电路的阻抗通过改变连续可变调谐电路的阻抗进行控制。
18.如权利要求15-17之任一所述的方法，其中所述第二可变阻抗电路的阻抗通过控制开关装置的配置以使至少一个调谐电路与所述天线连接/断开连接进行控制。
19.如权利要求15-17之任一所述的方法，其中所述第二可变阻抗电路的阻抗通过改变连续可变调谐电路的阻抗进行控制。
20.一种天线布置，包括：
天线，具有从所述天线的第一点到接地的连接，馈源连接以及从所述天线的第三点到接地的连接；
第一可变阻抗电路，串联连接在接地和所述天线的所述第一点之间；以及
第二可变阻抗电路，连接到所述馈源连接，与所述第一可变阻抗电路并联连接。
21.如权利要求20所述的天线布置，其中所述天线包括位于所述第一点和所述馈源连接之间的第一部分，并且所述天线的所述第一部分具有固有阻抗。
22.如权利要求20-21之任一所述的天线布置，其中所述第一可变阻抗电路包括调谐电路和用于对至少一调谐电路与所述天线进行连接/断开连接的开关装置。
23.如权利要求20-22之任一所述的天线布置，其中所述第一可变阻抗电路包括连续可变调谐电路。
24.如权利要求20-21之任一所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路包括调谐电路和用于将至少一个调谐电路与所述天线连接/断开连接的开关装置。
25.如权利要求20-21之任一所述的天线布置，其中所述第二可变阻抗电路包括连续可变调谐电路。
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