CN102119467A

CN102119467A - 无天线无线装置

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Publication number: CN102119467A
Application number: CN2009801307048A
Authority: CN
Inventors: 乔米·安古拉; 奥萝拉·安杜哈尔; 卡勒斯·普恩特; 约瑟普·蒙布鲁
Original assignee: Fractus SA
Current assignee: Fractus SA
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-07-06
Also published as: WO2010015365A2; US20220077581A1; EP2319121B1; US8203492B2; WO2010015365A3; US20230198127A1; EP2319121A2; US20230282963A1; US11557827B2; EP4224283A3; CN102084542B; EP2319122A2; CN102084542A; US20100188300A1; US20220115784A1; EP2319121C0; EP4224283A2

Abstract

本发明涉及无天线无线手持或可携装置(100)，其包括：用户界面模块(101)、处理模块(102)、存储器模块(103)、通信模块(104)和动力管理模块(101)；所述通信模块(104)包括能够传送和接收第一频率区域内的电磁波信号的辐射系统(200)；所述辐射系统(200)包括辐射结构(201)，该辐射结构(201)包括或由以下部分组成：包括连接点(207)的至少一个接地平面层(206)、包括连接点(205)和内部端口(208)的至少一个辐射增能器(204)，其中所述内部端口(208)被限定在所述至少一个辐射增能器(204)的所述连接点(205)与所述至少一个接地平面层(206)的所述连接点(207)之间；其中接地平面矩形(450)被限定为包围所述至少一个接地平面层(206，402)的最小尺寸的矩形，从而所述接地平面矩形(450)的侧边正切于所述至少一个接地平面层(206，402)的至少一个点，其中所述接地平面矩形(450)的一侧与对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长之间的比率大于0.1，从而所述接地平面层支持辐射模式；其中所述至少一个辐射增能器(204)在传送时将电磁能从无线电频率系统(202)耦合到所述接地平面层(206)，并在接收时从所述接地平面层(206)耦合到所述无线电频率系统(202)；其中所述至少一个辐射增能器(204)具有最大尺寸，该最大尺寸小于对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/30；所述辐射系统(200)进一步包括无线电频率系统(202)和外部端口(203)；所述无线电系统(202)包括连接到所述辐射结构(201)的所述内部端口(208)的第一端口(209)以及连接到所述辐射系统(200)的所述外部端口(203)的第二端口(210)；其中所述辐射结构(201)的在所述内部端口(208)处的输入阻抗在与所述无线电频率系统(202)断开时具有虚部，其对于所述第一频率区域的任何频率都不等于零；并且其中所述无线电频率系统(202)修改所述辐射结构(201)的阻抗，从而在所述辐射系统(200)的运行的所述第一频率区域内提供与所述辐射系统(200)匹配的阻抗。

Description

无天线无线装置

技术领域

本发明涉及无线手持装置，具体而言涉及要求传送和接收电磁波信号的无线可携装置。

背景技术

无线手持或可携装置典型地运行一个或多个手机通信标准和/或无线连接标准，每个标准被分配在一个或多个频率带中，所述频率带被包含在电磁波频谱的一个或多个区域内。

为此目的，无线手持或可携装置内的一定空间通常专门用于集成辐射系统。然而，辐射系统希望很小，以占据装置内的尽可能少的空间，这于是允许获得更小的装置，或者向该装置添加更多个特殊设备和功能。同时，有时要求辐射系统是平坦的，这是因为这允许获得纤薄的装置，或者特别是获得具有能够相对于彼此移位或扭转的两个部分的装置。

对无线手持或可携装置的许多要求也转移到对其辐射系统的特殊要求上。

典型的无线手持装置必须包括辐射系统，其能够在一个或多个频率区域内运行并具有良好的无线电性能(例如就输入阻抗水平、阻抗带宽、增益、效率或辐射图而言)。而且，必须正确地将辐射系统集成在无线手持装置内，以确保该无线装置自身获得良好的无线电性能(例如就辐射功率、接收功率或敏感度而言)。

这在无线手持装置为多功能无线装置的情况下甚至更为关键。共同所有人的专利申请WO2008/009391和US2008/0018543描述一种多功能无线装置。所述申请号WO2008/009391和US2008/0018543的全部公开内容通过引用并入于此。

为了良好的无线连接，进一步要求高增益和高效率。针对辐射系统的其他更多常用设计要求有电压驻波比(VSWR)和假设为约50欧姆的阻抗。

针对用于无线手持或可携装置的辐射系统的其他要求有低成本和低比吸收率(SAR)。

而且，辐射系统必须被集成到装置中，或者换言之无线手持或可携装置必须被构造为使得合适的辐射系统可被集成在其中，这通过考虑机械配合、电配合和组装配合而提出额外的限制。

通常还重要的有辐射系统的鲁棒性，这意味着辐射系统在装置受到较小冲击时不会改变其性质。

用于无线装置的辐射系统典型地包括辐射结构，该辐射结构包括与接地平面层组合操作的天线元件，接地平面层在电磁波频谱的一个或多个频率区域内提供预定无线电性能。这例示于图28中，其中示出传统辐射结构2800，其包括天线元件2801和接地平面层2802。典型地，天线元件具有的尺寸接近在辐射结构的运行频率下的波长的四分之一的整数倍，从而天线元件在所述频率下处于谐振，辐射模式在所述天线元件上受到激发。

尽管辐射结构通常在天线元件的谐振频率下是非常有效的，并在限定在所述谐振频率(或多个谐振频率)附近的频率范围内保持相似的性能，在所述频率范围之外，频率和其他相关天线参数变差，与所述谐振频率具有增大的距离。

而且，在天线元件的谐振频率下运行的辐射结构典型地对外界影响(例如存在围绕无线装置的塑料罩或介电罩)、对放置在天线元件附近或甚至下面的无线装置的部件(例如但不限于扬声器、麦克风、连接器、显示器、防护壳、振动模块、电池或电子模块或子系统)和/或对无线装置的用户的存在非常敏感。

任何上述方面可改变天线元件的辐射模式的电流分布和/或电磁场分布，这通常转移为失调效果、使辐射结构的无线电性能和/或无线装置的无线电性能下降和/或与用户形成较大交互作用(例如增大SAR水平)。

与无线装置中的辐射结构的集成(特别是天线元件的集成)相关的另外的问题在于，专门用于这种集成的体积由于针对无线装置的新的较小和/或较薄形式因素的出现并由于在同一无线装置中增加的不同功能覆盖度而不断减小。

用于小型化和/或优化天线元件的多频带行为的一些技术已被描述在现有技术中。然而，这里描述的辐射结构仍然依赖于激发天线元件上的辐射模式。

例如，共同所有人的共同悬而未决的专利申请US2007/0152886描述一种基于空间填充曲线的几何结构的新的天线族。此外，共同所有人的共同悬而未决的专利申请US2008/0042909涉及一种新的天线族，涉及由相似几何结构的元件组成的电磁组形成的多水平天线。前述申请号US2007/0152886和US2008/0042909的全部内容通过引用并入于此。

一些其他尝试致力于不要求复杂几何结构的天线元件，同时通过使用在无线装置的运行的一个或多个频率范围中不谐振的天线元件，仍然提供一定程度的小型化。

例如，WO2007/128340公开一种无线可携装置，包括非谐振天线元件，用于接收广播信号(例如，DVB-H、DMB、T-DMB或FM)。无线可携装置进一步包括与所述天线元件组合使用的接地平面层。尽管天线元件具有高于无线装置的运行的频率范围的第一谐振频率，但天线元件仍然主要负责无线装置的辐射过程和电磁性能。这根据如下事实很明显，即，由于接地平面层在运行频率下电短路(即，其尺寸远小于波长)，因此在接地平面层上无法激发出辐射模式。

在这种限制下，尽管无线可携装置的性能可足以接收电磁波信号(例如广播服务的电磁波信号)，但天线元件无法针对还要求传送电磁波信号的手机通信标准提供充足的性能(例如，就输入回波损耗或增益而言)。

未公开的共同所有人的专利申请PCT/EP2008/053526描述一种无线手持或可携装置，包括能够在两个频率区域内运行的辐射系统。该辐射系统包括具有在两个频率区域外的谐振频率的天线元件以及接地平面层。在该无线装置中，尽管接地平面层致力于在两个运行的频率区域内提高辐射系统的电磁性能，但仍然需要在天线元件上激发辐射模式。事实上，该辐射系统依赖于天线元件的谐振频率与接地平面层的谐振频率之间的关系，以使辐射系统在所述两个频率区域内适当地运行。

前述申请号PCT/EP2008/053526的全部内容通过引用并入于此。

用于提高天线元件的行为的一些另外的技术涉及优化与所述天线元件相关的接地平面层的几何结构。例如，共同所有人的共同悬而未决的专利申请US12/033446描述一种基于多水平结构和/或空间填充曲线的几何结构的新的接地平面层族。前述申请号US12/033446的全部公开内容通过引用并入于此。

当前无线手持或可携装置的另一限制涉及的事实在于，将用于辐射结构的天线元件设计和集成在无线装置中典型地针对每个装置定制化。装置的功能块的不同形式的因素或平台或者不同的干扰将导致几乎重新起草设计天线元件及其在装置内部的集成。

至少为了上述原因，无线装置制造商不得不为专门用于集成辐射结构特别是天线元件的体积付出代价，以针对手持或可携装置提供无线能力。

发明内容

因此，一种不要求天线元件的无线装置是有利的，这是因为其可易于将辐射结构集成到无线手持或可携装置中。由于没有天线元件而空置出的体积可允许获得较小和/或较薄的装置，或者甚至允许采用目前由于天线元件的存在而不可行的完全新形式的因素。而且，通过精确去除要求定制化的元件，可得出仅要求在不同无线装置中进行较小调节的标准方案。

不要求天线元件的无线手持或可携装置但含有充分的无线电性能的特征的无线装置可为有利的方案。该问题通过根据本发明的无天线无线手持或可携装置得到解决。

本发明的目的在于提供一种无线手持或可携装置(例如但不限于移动电话、敏捷电话(智能手机)、PDA、MP3播放器、头戴送受话器、USB接收器、膝上电脑、赌博装置、数字照相机、PCMCIA或Cardbus 32位卡或具体而言多功能无线装置)，其不要求用于传送和接收电磁波信号的天线元件。但这种无天线无线装置能够在电磁波频谱的一个或多个频率区域内运行，具有提高的无线电性能、增大的对外界影响和无线装置的相邻部件的鲁棒性和/或减小的与用户的相互作用。

本发明的另一目的在于一种方法，其使无线手持或可携装置能够在电磁波频谱的一个或多个频率区域内运行，具有提高的无线电性能、增大的对外界影响和无线装置的相邻部件的鲁棒性和/或减小的与用户的相互作用，而不需要使用天线元件。

根据本发明的无天线无线手持或可携装置运行一个、两个、三个、四个或更多个手机通信标准(例如，GSM 850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、UMTS、HSDPA、CDMA、W-CDMA、LTE、CDMA2000、TD-SCDMA等)、无线连接标准(例如，WiFi、IEEES02.11 standards、Bluetooth、ZigBee、UWB、WiMAX、WiBro或其他高速标准)和/或广播标准(例如，FM、DAB、XDARS、SDARS、DVB-H、DMB、T-DMB或其他相关数字或模拟视频和/或音频标准)，每个标准被分配在一个或多个频率带中，所述频率带被包含在电磁波频谱的一个、两个、三个或更多个频率区域内。

在本文件的背景中，频率带优选指由特殊手机通信标准、无线连接标准或广播标准适用的频率范围；频率区域优选指电磁波频谱的频率的连续谱。例如，GSM 1800标准被分配在从1710MHz到1880MHz的频率带中，GSM 1900标准被分配在从1850MHz到1990MHz的频率带中。运行GSM 1800和GSM 1900标准的无线装置必须具有能够在从1710MHz到1990MHz的频率区域中运行的辐射系统。

根据本发明的无天线无线手持或可携装置可具有糖果车的形状，这意味着其构造由单体给定。其也可具有二体式构造，例如蚌壳式、翻盖型、旋转型或滑动式结构。在一些其他情况下，该装置可具有包括三个或更多个主体的构造。其可进一步或另外具有扭转构造，其中主体部分(例如，带有屏幕)可扭转(例如，围绕优选不平行的两个或更多个旋转轴线旋转)。

对于无线手持或可携装置(其为纤薄式和/或其构造包括两个或更多个主体)，对天线元件的最大高度的要求非常严格，这是因为该装置的两个或更多个主体中的每一个的最大厚度可限于5、6、7、8或9mm。本文公开的技术可以使无线手持或可携装置含有提高的无线电性能的特征而不需要天线元件，因而解决与这种装置相关的空间受限的问题。

在本文件的背景中，无线手持或可携装置在具有的厚度小于14mm、13mm、12mm、11mm、10mm、9mm或8mm时被视为是纤薄的。

根据本发明，一种无天线无线手持或可携装置优选包括至少五个功能块：用户界面模块、处理模块、存储器模块、通信模块和动力管理模块。所述用户界面模块包括显示器(例如高分辨率的LCD、OLED或等价物)，其为能量消耗模块，大部分能量耗竭典型地来自于背光灯的使用。用户界面模块还可包括键盘和/或触摸屏和/或嵌入触笔。处理模块(其为微处理器或CPU)和关联的存储器模块也为动力消耗的主要来源。负责能量消耗的第四个模块为通信模块，其本质部分为辐射系统。该无天线无线手持或可携装置的动力管理模块包括能量源(例如但不限于电池或燃料电池)和管理该装置能量的动力管理电路。

根据本发明，所述无天线无线手持或可携装置的通信模块包括能够在第一频率区域中传送和接收电磁波信号的辐射系统。所述辐射系统包括辐射结构，该辐射结构包括：包括连接点的至少一个接地平面层，包括连接点和内部端口的至少一个辐射增能器。所述内部端口被限定在所述至少一个辐射增能器的所述连接点与所述至少一个接地平面层的所述连接点之间。所述辐射系统进一步包括无线电频率系统和外部端口。

在一些情况下，无天线无线手持或可携装置的辐射系统包括辐射结构，其包括：包括连接点的至少一个接地平面层、包括连接点和内部端口的至少一个辐射增能器。

所述无线电频率系统包括连接到所述辐射结构的所述内部端口的第一端口以及连接到所述辐射系统的所述外部端口的第二端口。所述无线电频率系统修改所述辐射结构的阻抗，从而至少在所述辐射系统的运行的所述第一频率区域中提供与所述辐射系统匹配的阻抗。

在本文中，所述辐射结构的端口指内部端口；而所述辐射系统的端口指外部端口。在该背景下，术语“内部”和“外部”在指端口时简单地用于将所述辐射结构的端口与所述辐射系统的端口区分开，且不指示端口是否从外部可以够到。

本发明的一方面涉及将所述辐射结构的接地平面层用作有效辐射源，以在所述无线手持或可携装置的运行的一个或多个频率区域中提供提高的无线电性能，从而消除对天线元件的需求。所述接地平面层的辐射模式可有利地在所述接地层的尺寸等于或者甚至大于对应于辐射系统的运行频率的波长的一半时被激发。

因此，在根据本发明的无天线无线装置中，无线手持或可携装置的部分或部件对辐射过程没有显著贡献。

在一些实施例中，所述辐射模式在有利地超过(即，高于)所述无线手持或可携装置的运行的第一频率区域的频率下出现。在一些其他实施例中，所述辐射模式的频率在所述第一频率区域内。

接地平面矩形被限定为包围辐射结构的接地平面层的最小尺寸的矩形。也就是，所述接地平面矩形为侧边正切于所述接地平面层的至少一个点的矩形。

在一些情况下，所述接地平面矩形的一侧(优选所述接地平面矩形的长侧)和对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长之间的比率优选大于最小比率。一些可能的最小比率为0.1、0.16、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1、1.2和1.4。所述比例可另外小于最大比率(即，所述比率可大于最小比率但小于最大比率。一些可能的最大比率为0.4、0.5、0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.6、2、3、4、5、6、8和10。

设定所述接地平面矩形相对于这些范围内的波长的尺寸(优选其长边的尺寸)可以使所述接地平面层支持有效辐射模式，其中在所述接地平面层上的电流被基本对齐并同相地有利于辐射过程。

辐射结构的增益取决于诸如其方向、其辐射效率和其输入回波损耗的因素。辐射结构的辐射效率和输入回波损耗都取决于频率(甚至方向严格取决于频率)。辐射结构通常在接地平面层中激发的辐射模式的效率附近非常有效，并在由所述频率附近的其阻抗带宽限定的频率范围内保持相似的无线电性能。由于接地平面层的尺寸(或接地平面矩形的尺寸)相当于或大于在无线装置的运行的频率下的波长，所述辐射模式可在频率的宽范围内有效。

在本文中，表述“阻抗带宽”被解释为指无线手持或可携装置和辐射系统与取决于无线装置所适用的服务的特定规格相符时所处的频率区域。例如，对于适用于传送和接收手机通信标准的信号的装置，具有至少5％的相对阻抗带宽(更优选地不小于8％、10％、15％或20％)且不小于30％的效率(优选地不小于40％，更优选地不小于50％)的辐射系统可是有利的。此外，-3dB或更佳在对应的频率区域内的输入返回损失可是有利的。

无线手持或可携装置通常包括承载有电子元件的一个、两个、三个或更多个多层印刷电路板(PCB)。在无天线无线手持或可携装置的优选实施例中，辐射结构的接地平面层至少部分地或完全地被包含在多层PCB的层中的至少一个中。

在一些情况下，无线手持或可携装置可包括两个、三个、四个或更多个接地平面层。例如，蚌壳式、翻盖型、旋转型或滑动式无线装置可有利地包括两个PCB，其各自都包括接地平面层。

所述至少一个辐射增能器在传送时将电磁能从无线电频率系统耦合到接地平面层，在接收时从接地平面层耦合到无线电频率系统。由此辐射增能器增加电磁辐射的辐射或接收。

在一些示例中，所述至少一个辐射增能器具有最大尺寸，该最大尺寸小于对应于无天线无线手持或可携装置的运行的所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/30、1/40、1/50、1/60、1/80、1/100、1/140或甚至1/180。

在现有技术中，一般而言，天线元件在其可被配合在与给定操作波长相当的小空间中时被说成是小型的(或小型化的)。更精确而言，弧度球(radiansphere)通常被视为用于对天线元件是否是小型的进行分类的参照物。该弧度球为半径等于所述运行波长除以两倍的π的假想球。因此，天线元件的最大尺寸必须一定不大于所述弧度球的直径(即，近似等于自由空间运行波长的1/3)，以在所述给定运行波长下被视为小型的。

如由H.Wheeler和L.J.Chu在20世纪40年代中期所设立的那样，小型天线元件典型地具有高质量因素(Q)，这意味着输送到天线元件的大部分功率以电抗能量的形式被储存在天线元件附近而不是被辐射到空间中。换言之，具有小于自由空间运行波长的1/3的最大尺寸的天线元件可被本领域技术人员视为辐射较差。

根据本发明的用于辐射结构的所述至少一个辐射增能器具有最大尺寸，该最大尺寸至少小于对应于运行的第一频率区域内的最低频率的自由空间波长的1/30。也就是，所述辐射增能器配合在假想球中，该假想球具有的直径在所述相同运行波长下十倍(10)小于弧度球的直径。

将辐射增能器的尺寸设定为这样的小值是有利的，原因在于辐射增能器基本用作针对第一频率区域内的所有频率的非辐射元件，由此基本减小由于不希望的辐射增能器的辐射效果而引起的能量到自由空间的损失，并因而提高能量在辐射增能器与接地平面层之间的传递。因此，本领域技术人员不可能将辐射增能器视为天线元件。

所述最大尺寸优选由增能箱的最大尺寸限定，增能箱完全封装所述辐射增能器，且在增能箱中辐射增能器被内切。

更具体而言，用于辐射增能器的增能箱被限定为最小尺寸的具有正方形或矩形端面的平行六面体，其完全封装辐射增能器，并且其中所述最小尺寸的平行六面体的端面中的每一个正切于所述辐射增能器的至少一点。而且，所述最小尺寸的平行六面体的共用一边的每对可能的端面形成90°的内角。

在一些示例中，增能箱的尺寸之一可基本小于其他另外两个尺寸中的任一个，或甚至接近零。在这种情况下，所述增能箱塌缩为实际的二维实体。术语“尺寸”优选指所述平行六面体的两个端面之间的边缘。

另外，在这些示例的一些中，所述至少一个辐射增能器具有最大尺寸，该最大尺寸大于对应于所述第一频率区域内的最低频率的自由空间波长的1/1400、1/700、1/350、1/250、1/180、1/140或1/120倍。因此，在一些示例中，所述至少一个辐射增能器具有最大尺寸，该最大尺寸优选小于对应于所述第一频率区域内的最低频率的自由空间波长的第一分数，但大于所述自由空间波长的第二分数。

将辐射增能器的尺寸设定为超过一些特定最小值有利地获得辐射结构的输入阻抗的实数部分的较高水平(在辐射结构与无线电频率系统断开时的内部端口处测量到的)，因而提高能量在所述辐射增能器与所述接地平面层之间的传递。

在一些其他情况下，优选结合针对辐射增能器的最大尺寸的上限的以上特征但不总是需要，以甚至进一步减小由于剩余辐射效果引起的辐射增能器的损失，辐射增能器被设计为使得在远高于运行的第一频率区域内的各频率的频率下辐射结构具有第一谐振频率(这在所述辐射结构在与无线电频率系统断开时的内部端口处测量到)。在一些示例中，连接到所述内部端口的辐射增能器具有的尺寸基本接近于对应于所述第一谐振频率的波长的四分之一。在一些示例中，所述辐射结构在与无线电频率系统断开时在其内部端口处的第一谐振频率与所述第一频率区域的最高频率之间的比率优选大于特定最小比率。一些可能的最小比率为3.0、3.4、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.6或7.0。

在本文件的背景中，辐射结构的谐振频率优选指所述辐射结构的输入阻抗(在与无线电频率系统断开时在其内部端口处测量到)具有等于零的虚部所处的频率。

利用这种小型辐射增能器，并利用包括在远低于所述第一谐振频率的频率范围内运行的所述辐射增能器的辐射结构，辐射结构的输入阻抗(在无线电频率系统被断开时在其内部端口处测量到)含有在运行的第一频率区域的频率的范围内的显著电抗分量(电容或电感)的特征。也就是，辐射结构在与无线电频率系统断开时在所述内部端口处的输入阻抗针对第一频率区域内的任何频率具有不等于零的虚部。

在一些示例中，辐射增能器为基本平面的，限定二维结构，而在其他情况下，辐射增能器为占据一定体积的三维结构。具体而言，在一些示例中，增能箱的最小尺寸不小于限定带有体积的几何结构的所述增能箱的最大尺寸的70％、80％或甚至90％。具有带有体积的几何结构的辐射增能器可有利地提高辐射结构的无线电性能，特别是在辐射增能器的最大尺寸相对于对应于第一频率区域的最低频率的自由空间波长非常小的情况下。

而且，提供具有带有体积的几何结构的辐射增能器可有利地减小其辐射器箱的其他二维尺寸，从而获得非常紧凑的方案。因此，在辐射增能器具有带有体积的几何结构的一些示例中，优选将所述辐射结构在与所述无线电频率系统断开时在其内部端口处的所述第一谐振频率与所述第一频率区域内的最高频率之间的比率设定为高于4.8或甚至高于5.4。

在优选实施例中，辐射增能器包括导电部分。在一些情况下，所述导电部分可采用例如但不限于包括一段或多段的导电带、多边形形状(包括例如三角形、正方形、矩形、六边形，或甚至圆形或椭圆形即具有大量边缘的多边形的极限情况)、包括多个端面的多面体形状(也包括圆柱形或球形，即具有大量的端面的多面体的极限情况)或其组合的形式。

在一些示例中，辐射增能器的导电部分可为电路分量的接触装置，例如集成电路封装或表面安装技术(SMT)电子元件的引线、焊锡球或焊盘。

在一些示例中，辐射增能器的连接点优选被定位为基本接近所述导电部分的一端或一拐角。

在一些示例中，导电部分连接到接地平面层，在其他示例中，所述导电部分不连接到接地平面层。将辐射增能器的导电部分连接到接地平面层有效降低辐射结构在与无线电频率系统断开时在其内部端口处的输入阻抗的实数部分，由此控制辐射增能器与接地平面层之间的能量传递。

在另一优选示例中，辐射增能器包括限定在接地平面层中的间隙(即，不存在导电材料)。所述间隙由限定曲线的一段或更多段限界。辐射增能器的连接点位于沿所述曲线的第一点处。接地平面层的连接点位于沿所述曲线的第二点处，所述第二点不同于所述第一点。

在一示例中，所述间隙与接地平面层的周长相交。也就是，由限界所述间隙的一段或更多段限定的曲线是开式的。在另一示例中，所述间隙不与接地平面层的周长相交(即，由限界所述间隙的一段或更多段限定的曲线是闭合的。

在本发明的优选示例中，所述至少一个辐射增能器的主要部分(例如所述辐射增能器的至少50％或60％或70％或80％表面)被放置在基本平行于接地平面层的一个或多个平面上。在本文件的背景下，如果垂直于两个表面之一的第一线和垂直于两个表面中的另一个的第二线之间的最小角度不大于30°、并优选不大于20°、或甚至更优选地不大于10°，则两个表面被视为基本平行的。

在一些示例中，基本平行于所述接地平面层并包含所述辐射结构的辐射增能器的主要部分的所述一个或多个平面优选在相对于所述接地平面层的一定高度处不大于对应于所述辐射系统的运行的第一频率区域的最低频率的自由波长的2％。在一些情况下，所述高度小于7mm，优选小于5mm，更优选小于3mm。

在一些实施例中，所述至少一个辐射增能器与所述接地平面层基本共面。而且，在一些情况下，所述至少一个辐射增能器优选嵌入与包含接地平面层的PCB相同的PCB中，这导致辐射结构具有非常小的轮廓。

在优选示例中，辐射结构被布置在无线手持或可携装置中，使得在辐射增能器向包含接地平面层的平面的正交投影中没有接地平面。在一些示例中，在辐射增能器的投影与接地平面层之间存在一些重叠。在一些实施例中，辐射增能器的投影的10％、20％、30％、40％、50％、60％或甚至70％的面积与接地平面层重叠。但在一些其他示例中，辐射增能器向接地平面层的投影完全重叠接地平面层。

在一些情况下，优选使辐射增能器的正交投影的至少一部分突出超过接地平面层，或者可替代地将接地平面从辐射增能器的投影的至少一部分移除，以调节阻抗的水平并提高辐射结构的阻抗带宽。该方面特别适于用于集成辐射结构的体积具有很小高度的示例，这即是特别针对纤薄无线手持或可携装置的情况。

在一些示例中，辐射增能器优选被定位为基本接近于接地平面层的一边缘，优选地所述边缘与接地平面矩形的一侧边共用。在一些示例中，辐射增能器更优选地被定位为基本接近于所述边缘的一端或所述边缘的中点。

在一些实施例中，所述边缘优选为基本矩形或细长的接地平面层的一边缘。

在一示例中，辐射增能器优选被定位为基本接近于接地平面矩形的短边，更优选地基本接近于所述短边的一端或所述短边的中点。在无线电频率系统被断开，输入阻抗针对运行的第一频率区域的各频率具有电容分量的情况下，当辐射结构在其内部端口处含有特征时，辐射增能器相对于接地平面层的这种放置特别有利。

在另一示例中，辐射增能器优选被定位为基本接近于接地平面矩形的长边，更优选地基本接近于所述长边的一端或所述长边的中点。在无线电频率系统被断开，输入阻抗针对所述第一频率区域的各频率具有电感分量的情况下，当辐射结构在其内部端口处含有特征时，用于辐射增能器的这种放置特别有利。

在一些其他示例中，辐射增能器优选被定位为基本接近于接地平面层的一拐角，优选地所述拐角与接地平面矩形的一拐角相同。

在本文件的背景下，如果两个点之间的距离小于辐射系统的运行的最低频率的5％(更优选地小于3％、2％、1％或0.5％)，则所述两个点基本接近于彼此。采用相同方式，如果两个线性尺寸之差小于运行的所述最低频率的5％(更优选地小于3％、2％、1％或0.5％)，则所述两个线性尺寸基本接近于彼此。

在一些示例中，接地平面层的连接点优选被定位为接近于辐射增能器的连接点，以有利于无线电频率系统与辐射结构的互连。因此，以上优选针对辐射增能器的放置列出的位置对于接地平面层的连接点的位置也是优选的。因此，在一些示例中，所述连接点被定位为基本接近于接地平面层的一边缘，优选为与接地平面矩形的一侧边共用的边缘，或者基本接近于接地平面层的一拐角，优选所述拐角与接地平面矩形的一拐角相同。接地平面层的连接点的位置的这种选择可有利地向流动在接地平面层上的电流提供较长的路径，从而降低接地平面层的辅助模式的频率。

在一些实施例中，所述无线电频率系统包括匹配网络，其变换所述辐射结构的输入阻抗，从而至少在所述辐射系统的运行的所述第一频率区域中提供与所述辐射系统匹配的阻抗。

所述匹配网络可包括单个级或多个级。在一些示例中，匹配网络包括至少两个、至少三个、至少四个、至少五个、至少六个、至少七个、至少八个或更多级。

级包括一个或多个电路元件(例如但不限于电感器、电容器、电阻、跳线、短路、开关、延迟线、谐振器或其他电抗或电阻元件)。在一些情况下，级在辐射系统的运行的第一频率区域中具有基本电感行为，另一级在第一频率区域中具有基本电容行为，但第三级在所述第一频率区域中可具有基本电阻行为。

级可串联或并联连接到另一级和/或无线电频率系统的至少一个端口。

在一些示例中，匹配网络将串联连接(即，级联)的级与并联连接(即，旁联)的级交替设置，从而形成阶梯结构。在一些情况下，包括两个级的匹配网络形成L形结构(即，串联-并联或并联-串联)。在一些其他情况下，包括三个级的匹配网络形成pi形结构(即，并联-串联-并联)或T形结构(即，串联-并联-串联)。

在一些示例中，匹配电路将具有基本电感行为的级与具有基本电容行为的级交替布置。

在一示例中，级可在辐射系统的运行的第一频率区域中基本用作谐振电路(例如，并联LC谐振电路或串联LC谐振电路)。具有谐振电路行为的级的使用针对频率的给定范围允许匹配网络的一个部分有效连接到所述匹配网络的另一部分，并针对频率的另一范围有效禁用。

在一示例中，匹配网络在至少一个级中包括至少一个有效电路元件(例如但不限于晶体管、二极管、MEMS器件、继电器或放大器)。

在一些实施例中，匹配网络优选包括包含一个或多个级的电抗抵消电路，所述一个或多个级之一连接到无线电频率系统的第一端口。

在本文件的背景下，电抗抵消优选指补偿辐射结构在与无线电频率系统断开时的内部端口处的输入阻抗的虚部，从而辐射系统在其外部端口处的输入阻抗具有针对优选在第一频率区域内的频率基本接近于零的虚部。在一些较不优选的示例中，所述频率也可高于第一频率区域的最高频率(但优选不高于所述最高频率的1.1、1.2、1.3或1.4倍)或低于第一频率区域的最低频率(但优选不低于所述最低频率的0.9、0.8或0.7)。而且，如果阻抗的虚部(绝对值)不大于15欧姆、优选不大于10欧姆且更优选不大于5欧姆，则其被视为基本接近于零。

在优选实施例中，当无线电频率系统被断开时，辐射结构在其内部端口处含有针对运行的第一频率区域的各频率具有电容分量的输入阻抗的特征。在该实施例中，电抗抵消电路包括第一级，其针对辐射系统的运行的第一频率区域的所有频率具有基本电感行为。更优选地，所述第一级包括电感器。在一些情况下，所述电感器可为集总电感器。所述第一级优选与无线电频率系统的第一端口串联连接，所述第一端口被连接到辐射系统的辐射结构的内部端口。

在另一优选实施例中，当无线电频率系统被断开时，辐射结构在其内部端口处含有针对运行的第一频率区域的各频率具有电感分量的输入阻抗的特征。在该实施例中，电抗抵消电路包括形成L形结构的第一级和第二级，所述第一级并联连接，所述第二级串联连接。第一级和第二级中的每一个针对辐射系统的运行的第一频率范围的所有频率具有基本电容行为。更优选地，所述第一级和所述第二级各自包括电容器。在一些情况下，所述电容器可为集总电容器。所述第一级优选与无线电频率系统的第一端口并联连接，所述第二级连接到所述第一级。

在一些实施例中，匹配网络可进一步包括宽带匹配电路，所述宽带匹配电路优选与电抗抵消电路级联。利用宽带匹配电路，辐射结构的阻抗带宽可被有利地增加。这对于第一频率区域的相对带宽很大的情况可能特别有利。

在优选实施例中，宽带匹配电路包括级，该级在辐射系统的运行的第一频率区域中基本用作谐振电路(优选为并联LC谐振电路或为串联LC谐振电路)。

在一些示例中，匹配网络可除了电抗抵消电路和/或宽带匹配电路以外进一步包括精细调谐电路(也称为第三调谐电路)，以纠正辐射系统的输入阻抗相对于某给定目标规格的小变动。

在优选示例中，电抗抵消电路连接到无线电频率系统的第一端口(即，连接到辐射结构的内部端口的端口)，精细调谐电路连接到无线电频率系统的第二端口(即，连接到辐射系统的外部端口的端口)。在一示例中，宽带匹配电路被操作性地级联在电抗抵消电路与精细调谐电路之间。在另一示例中，匹配网络不包括宽带匹配电路，且电抗抵消电路直接与精细调谐电路级联。

在一些示例中，在匹配网络的级中的至少一些电路元件为离散的集总元件(例如SMT元件)，在一些其他示例中匹配网络的所有电路元件都为离散的集总元件。在一些示例中，在匹配网络的级中的至少一些电路元件为分布元件(例如印刷或嵌入在包含辐射结构的接地平面层的PCB中的传送线)，在一些其他示例中，匹配网络的所有电路元件为分布元件。

在一些示例中，在匹配网络的级中的至少一些或甚至所有电路元件可集成到一集成电路中，例如CMOS集成电路或混合集成电路。

在一些实施例中，无线电频率系统可包括频率选择元件，例如天线共用器或滤波器组，以分开不同频率的电信号。

在一些实施例中，无线电频率系统包括两个、三个、四个或更多匹配网络和转换矩阵。转换矩阵允许选择两个或更多匹配网络中的一个操作性地连接到无线电频率系统的端口。在这些实施例中，无线电频率系统进一步包括控制电路，以选择匹配网络在任何给定时间被选定，因而向无线电频率系统提供重新配置能力。

在一些优选实施例中，切换矩阵优选连接到无线电频率系统的第一端口(即，连接到辐射结构的内部端口的端口)。

而且，在更优选的实施例中，无线电频率系统包括第二切换矩阵，所述第二切换矩阵连接到无线电频率系统的第二端口(即，连接到辐射系统的外部端口的端口)。

包括这种重新配置无线电频率系统的辐射系统可有利地使辐射系统适应不同作业环境，或者适应无线装置的运行的不同模式。还可以针对不同时使用的不同频率区域允许重新使用相同的辐射系统。例如，相同的手机通信标准可根据地理区域被分配在电磁波频谱的不同频率区域中。无天线无线手持或可携装置可根据使用该无线装置在任何给定时刻所在的地点，有利地选择例如针对对应于欧洲标准、美国标准或亚洲标准的频率区域进行优化的匹配网络。

在一些示例中，匹配网络的一个、两个、三个或甚至所有级可有助于所述匹配网络的多于一个功能。给定级可例如有助于包括如下的组中的两个或更多如下功能：电抗抵消、阻抗变换(优选地，所述阻抗的实数部分的变换)、宽带匹配和精细调谐匹配。换言之，匹配网络的相同级可优选属于如下电路中的两个或三个：电抗抵消电路、宽带匹配电路和精细调谐电路。针对多个目的使用匹配网络的相同级可有利地减少用于无线电频率系统的匹配网络所需的级和/或电路元件的数量，从而减小对集成有辐射系统的无天线无线手持或可携装置的PCB的实际要求。

在其他示例中，匹配网络的每一级仅用于匹配网络内的一个功能。当例如具有较差容差行为、更大标称热关系和/或低质量因素的下端电路元件用于实现所述匹配网络时优选的采用这样的选择。

在一些示例中，辐射系统能够在无线电频率系统的至少两个、三个、四个、五个或更多频率区域中运行，所述频率区域允许分配在手机通信、无线连接和/或广播服务的一个或多个标准中使用的两个、三个、四个、五个、六个或更多频率带中。

在一些示例中，辐射系统的运行的频率区域(例如第一频率区域)优选为如下之一：824-960MHz、1710-2170MHz、2.4-2.5GHz、3.4-3.6GHz、4.9-5.875GHz或3.1-10.6GHz。

在一些实施例中，辐射结构包括两个、三个、四个或更多辐射增能器，所述辐射增能器中的每一个都包括连接点，所述连接点中的每一个都与接地平面层的连接点一同限定辐射结构的内部端口。因此，在一些实施例中，辐射结构包括两个、三个、四个或更多辐射增能器，以及对应的两个、三个、四个或更多内部端口。在这种实施例中，无线电频率系统包括另外的端口，以被连接到辐射结构的一些或甚至所有内部端口。

在一些示例中，接地平面层的相同连接点用于限定辐射结构的至少两个或甚至所有内部端口。

在一些示例中，辐射结构包括第二外部端口，无线电频率系统包括另外的端口，所述另外的端口连接到所述第二外部端口。也就是，所述辐射系统含有两个外部端口的特征。

在一些实施例中，辐射结构包括塑性支架或绝缘支架(例如由聚碳酸酯、液晶聚合物、聚甲醛Poly Oxide Methylene)、PC-ABS或PVC制成)，其向所述辐射结构的至少一个辐射增能器提供机械支撑。在其他情况下，所述至少一个辐射增能器依附到无线手持或可携装置的塑性罩。

在一些实施例中，辐射增能器可优选布置在集成电路封装(即，用于集成电路封装的具有形状因数的封装)中。

在一些实施例中，所述集成电路封装优选包括布置在封装内的半导体芯片或钢模。而且，辐射增能器优选被布置在该封装中而不在所述半导体钢模或芯片中。

在一些情况下，集成电路封装具有选自包括如下列表的形状因数：单列直插式(SIL)封装、双列直插式(DIL)封装、具有表面安装技术的双列直插式(DIL-SMT)封装、四面扁平封装(QFP)封装、方形扁平式无引脚(OFN)封装、引脚栅格阵列(PGA)封装、球形栅格阵列(BGA)封装、塑料球形栅格阵列(PBGA)封装、陶瓷球形栅格阵列(CBGA)封装、带球栅格阵列(TBGA)封装、超级球栅阵列(SBGA)封装、微型球栅阵列(μBGA)封装、小外廓封装和无引线框架封装。而且，在一些示例中，任何这些形状因子可在其CSP(芯片级封装)版本中使用，其中半导体芯片或钢模典型地填充高达封装面积的85％。

集成电路封装进一步包括至少一个端子(例如但不限于盘、引脚或引线)或更优选地多个端子。

在一些优选示例中，辐射增能器的接触点连接到集成电路封装的端子。而且，在这些示例中，无线电频率系统至少部分地未被包括在集成电路封装中。使无线电频率系统的至少一部分在集成电路封装之外可向用户提供对匹配网络的定制化和特定电路元件的选择的更大的柔性，从而获得辐射系统的希望的无线电性能。

在根据本发明的一些情况下，集成电路封装的端子可构成辐射增能器的导电部分。

在一些示例中，辐射结构的接地平面层的连接点连接到集成电路封装的至少一个端子。在这些示例中，集成电路封装包括无线电频率系统的至少一部分。使无线电频率系统的至少一部分在集成电路内部可允许例如有效电路分量的使用，或者具有可被配置用于不同作业环境和条件的适配匹配网络。在这些情况下，无线电频率系统可优选进一步包括控制电路，其优选被被包括在半导体芯片或钢模中，以配置这种适配匹配网络。

附图说明

本发明的各实施例被示于附图中。这里示出：

图1(a)为根据本发明的包括辐射系统的无天线无线手持或可携装置的示例；(b)为例示出其基本功能块的无天线无线手持或可携装置的框图。

图2为根据本发明的辐射系统的示意图。

图3为根据本发明的用于辐射系统的无线电频率系统的三个示例的框图。

图4为用于辐射系统的辐射结构的示例，该辐射结构包括辐射增能器，该辐射增能器包含导电部分：(a)局部透视图；(b)俯视平面图。

图5为用于辐射系统的无线电频率系统的示意图，该辐射系统的辐射结构示于图4中。

图6为图5的无线电频率系统对图4的辐射结构的输入阻抗的典型阻抗变换：(a)在辐射结构在与无线电频率系统断开时的内部端口处的输入阻抗；(b)在无线电频率系统的电抗抵消电路与辐射结构的内部端口连接之后的输入阻抗；(c)在宽带匹配电路与电抗抵消电流级联之后在辐射系统的外部端口处的输入阻抗。

图7为在图4的辐射结构的内部端口处的典型输入回波损耗与在图4的辐射结构与图5的无线电频率系统互连之后在辐射系统的外部端口处获得的典型输入回波损耗的比较。

图8为包括辐射增能器的辐射结构的另一示例，该辐射增能器包括导电部分：(a)局部透视图；(b)俯视平面图。

图9为用于辐射系统的无线电频率系统的示意图，该辐射系统的辐射结构示于图8中。

图10为的图9的无线电频率系统对图8的辐射结构的输入阻抗的典型阻抗变换：(a)在辐射结构在于无线电频率系统断开时的内部端口处的输入阻抗；(b)在辐射系统的外部端口处的输入阻抗。

图11为在图8的辐射结构的内部端口处的典型输入回波损耗与在图8的辐射结构与图9的无线电频率系统互连之后在辐射系统的外部端口处获得的典型输入回波损耗的比较。

图12为用于辐射系统的辐射结构的示例，该辐射结构包括辐射增能器，该辐射增能器包括间隙：(a)局部透视图；(b)俯视平面图。

图13为用于辐射系统的无线电频率系统的示意图，该辐射系统的辐射结构示于图12中。

图14为图13的无线电频率系统对图12的辐射结构的输入阻抗的典型阻抗变换：(a)在辐射结构在与无线电频率系统断开时的内部端口处的输入阻抗；(b)在无线电频率系统的电抗抵消电路与辐射结构的内部端口连接之后的输入阻抗；(c)在宽带匹配电路与电抗抵消电路级联之后的输入阻抗；(d)在精细调谐电路与宽带匹配电路级联之后在辐射系统的外部端口处的输入阻抗。

图15为在图12的辐射结构的内部端口处的典型输入回波损耗与在图13的辐射结构与图12的无线电频率系统互连之后在辐射系统的外部端口处获得的典型输入回波损耗的比较。

图16为包括导电部分的辐射增能器的示例。

图17为图16的辐射增能器相对于辐射结构的接地平面层的一些优选放置的示例。

图18为包括导电部分的辐射增能器的另一示例，其中所述导电部分被连接到辐射结构的接地平面层。

图19为图18的辐射增能器相对于辐射结构的接地平面层的一些优选放置的示例。

图20为包括间隙的辐射增能器的示例。

图21为图20的辐射增能器相对于辐射结构的接地平面层的一些优选放置的示例。

图22为包括辐射增能器的优选辐射结构的示例，该辐射增能器包括间隙。

图23(a)为包括辐射增能器的另一优选辐射结构的示例，该辐射增能器包括间隙；(b)为该辐射增能器的详细视图。

图24为包括辐射增能器的优选辐射结构的进一步的示例，该辐射增能器包括间隙。

图25为包括辐射增能器的优选辐射结构的示例，该辐射增能器具有基本平坦的导电部分。

图26为重新构造的用于辐射系统的无线电频率系统的示例，包括可控开关矩阵和控制电路。

图27为重新构造的用于辐射系统的无线电频率系统的另一示例，包括两个可控开关矩阵和控制电路。

图28为典型无线手持或可携装置的辐射结构。

具体实施方式

本发明的进一步的特征和优点参照下文对一些优选实施例的详细描述将变得明显。参照附图对本发明的一些优选实施例的所述详细描述仅出于例示目的而给出，绝不意味着限制本发明的含义。

图1示出根据本发明的无天线无线手持或可携装置100的例示性示例。在图1a中，示出无天线无线手持或可携装置100的分解透视图，其包括辐射结构，该辐射结构包括辐射增能器151和接地平面层152(其可被包括在多层PCB的层中)。无天线无线手持或可携装置100还包括无线电频率系统153，其与所述辐射结构互连。

现在参照图1b，示出无天线无线手持或可携装置100的框图，根据本发明的无天线无线手持或可携装置100优选的包括：用户界面模块101、处理模块102、存储器模块103、通信模块104和动力管理模块105。在优选实施例中，处理模块102和存储器模块103在此已被列为单独的模块。然而，在另一实施例中，处理模块102和存储器模块103可为在单个模块或多个模块内的单独功能体。在进一步的实施例中，无天线无线手持或可携装置100的五个功能块中的两个或更多可为在单个模块或多个模块内的单独功能体。

在图2中，描绘出根据本发明的用于无天线无线手持或可携装置100的辐射系统200。辐射系统200包括辐射结构201、无线电频率系统202和外部端口203。辐射结构201包括辐射增能器204，辐射增能器204包括连接点205和接地平面层206，所述接地平面层也包括连接点207。辐射结构201进一步包括内部端口208，其被限定在辐射增能器的连接点205与接地平面层的连接点207之间。而且，无线电频率系统202包括两个端口：第一端口209被连接到辐射结构的内部端口208，第二端口210被连接到辐射系统的外部端口203。

图3示出包括第一端口301和第二端口302的无线电频率系统300的三个优选示例的框图。

具体而言，在图3a中无线电频率系统300包括匹配网络，该匹配网络包括电抗抵消电路303。在该示例中，电抗抵消电路的第一端口304可被操作性地连接到无线电频率系统的第一端口301，电抗抵消电路的另一端口305可被操作性地连接到无线电频率系统的第二端口302。

现在参照图3b，无线电频率系统300包括可替代的匹配网络，其包括电抗抵消电路303和宽带匹配电路330，该宽带匹配电路330优选与电抗抵消电路303级联。也就是，宽带匹配电路的端口331被连接到端口305。在该示例中，端口304被操作性地连接到无线电频率系统的第一端口301，而宽带匹配电路的另一端口332被操作性地连接到无线电频率系统的第二端口302。

图3c描绘出包括又一可替代匹配网络的无线电频率系统300的进一步的示例，所述匹配网络除了电抗抵消电路303和宽带匹配电路330以外还包括精细调谐电路360。所述三个电路优选级联，其中电抗抵消电路的端口(具体而言端口304)被连接到无线电频率系统的第一端口301，精细调谐电路的端口362被连接到无线电频率系统的第二端口302。在该示例中，宽带匹配电路330被操作性地互连在电抗抵消电路303与精细调谐电路360之间(即，端口331被连接到端口305，端口332被连接到精细调谐电路360的端口361)。

图4示出在824MHz与960MHz之间的电磁波频谱的第一频率区域中操作的适用于辐射系统的辐射结构的优选示例。包括这种辐射系统的无天线无线手持或可携装置可优选运行GSM850和GSM 900手机通信标准(即，两个不同的通信标准)。

辐射结构400包括辐射增能器401和接地平面层402。在图4b中，示出与接地平面层402关联的接地平面矩形450的俯视平面图。在该示例中，由于接地平面层402具有基本矩形的形状，因此其接地平面矩形450易于实现为所述接地平面层402的矩形周长。

接地平面矩形450具有约100mm的长侧和约40mm的短侧。因此，根据本发明的一方面，接地平面矩形450的长侧与对应于第一频率区域的最低频率(即，824MHz)的自由空间波长之间的比率优选大于0.2。而且，所述比率优选还小于1.0。

在该示例中，辐射增能器401包括导电部分，其含有包括六个端面的多面体形状的特征。而且，在该情况下，所述六个端面为具有约5mm边长的基本正方形，这意味着所述导电部分为正六面体。在该情况下，辐射增能器401的导电部分不被连接到接地平面层402。用于辐射增能器401的增能箱451与所述辐射增能器401的外部面积一致。在图4b中，示出辐射结构400的俯视平面图，其中增能箱451的顶端面可被观察到。

根据本发明的一方面，辐射增能器401的最大尺寸(所述最大尺寸为增能箱451的最大边)优选小于对应于辐射结构400的运行的第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/50。特别的，所述最大尺寸还优选大于所述自由空间波长的1/180。

在图4中，辐射增能器401相对于接地平面层布置，从而辐射增能器401的上端面和底端面基本平行于接地平面层402。而且，所述底端面优选与接地平面层402共面。利用这种设置结构，辐射增能器401相对于接地平面层的高度不大于对应于第一频率区域的最低频率的自由空间波长的2％。

在辐射结构400中，辐射增能器401突出超过接地平面层402。也就是，辐射增能器401相对于接地平面层402布置，使得在辐射增能器401向包含接地平面层402的平面上的正交投影中没有接地平面。辐射增能器401被定位为基本接近于接地平面层402的边缘，特别是接近于基本矩形的接地平面层402的短边，更精确而言，辐射增能器401被定位为基本接近于所述接地平面层402的拐角。

辐射增能器401包括位于辐射增能器401的底端面的右下拐角的连接点403。相应地，接地平面层402还包括基本位于接地平面层402的右上拐角的连接点404。辐射结构400的内部端口被限定在连接点403与连接点404之间。

辐射增能器401的非常小的尺寸导致所述辐射结构400具有在远高于第一频率区域内的各频率的频率下的第一谐振频率。在该情况下，辐射结构400在其内部端口(在没有连接到其的无线电频率系统时)处测量的第一谐振频率与第一频率区域内的最高频率之间的比率优选大于4.2。

利用这种小尺寸的辐射增能器401，在内部端口处测量的辐射结构400的输入阻抗含有在第一频率范围内的各频率内的显著电抗分量的特征，具体而言为电容分量。

这可在图6a中观察到，其中曲线600表示在没有无线电频率系统被连接到其内部端口时，天线结构400基于频率的典型复杂阻抗的史密斯图。具体而言，点601对应于在第一频率区域的最低频率下的输入阻抗，点602对应于在第一频率区域的最高频率下的输入阻抗。

曲线600位于史密斯图的下半部，其指示出所述输入阻抗针对第一频率范围的所有频率(即，在点601与点602之间)具有电容分量(即，输入阻抗的虚部具有负值)。

图5为适于与图4的辐射结构互连的无线电频率系统的示意图，以提供与运行的第一频率区域内的合成辐射系统匹配的阻抗。

无线电频率系统500包括连接到辐射结构400的内部端口的第一端口501以及连接到辐射系统的外部端口的第二端口502。在该示例中，无线电频率系统500进一步包括匹配网络，其包括电抗抵消电路507和宽带匹配电路508。

电抗抵消电路507包括一个级，该级包括单个电路元件504，该电路元件504串联布置并含有在第一频率区域内的基本电感行为的特征。在该特定示例中，电路元件504为集总电感器。电抗抵消电路507的电感行为优选补偿辐射结构400的输入阻抗的电容分量。

这种效果可在图6中观察到，其中辐射结构400的输入阻抗(图6a中的曲线600)被电抗抵消电路变换为具有在第一频率区域内基本接近于零的虚部的阻抗(见图6b)。图6b中的曲线630对应于输入阻抗，如果宽带匹配电路508被移除且所述第二端口502直接连接到端口503，则该输入阻抗会在无线电频率系统的第二端口502处观察到。所述曲线630在位于点601与点602之间的点631处穿过史密斯图的水平轴线，这意味着输入阻抗具有针对优选在第一频率区域的最低频率和最高频率之间的频率等于零的虚部。

宽带匹配电路508也包括一级并与电抗抵消电路507级联。宽带匹配电路508的所述级包括两个电路元件：第一电路元件505为集总电感器，第二电路元件506为集总电容器。电路元件505和506一同形成并联LC谐振电路(即，宽带匹配电路508的所述级基本用作在运行的第一频率区域内的谐振电路)。

比较图6b与图6c，可以注意到，宽带匹配电路508具有“封闭(closing in)”曲线630端部的有益效果(即，曲线630变换为另一曲线660，该另一曲线660含有在史密斯图的中心附近的小型闭环的特征)。因此，合成曲线660呈现出在频率的较宽范围内与50欧姆的参照阻抗相关的电压驻波比(VSWR)3∶1内的输入阻抗(现在，在第二端口502处、或者等同于在辐射系统的外部端口处测量到)。

可替代地，图5的无线电频率系统对图4的辐射结构的效果可就输入回波损耗而言进行比较。在图7中，曲线700(点划线)表示在无线电频率系统500未被连接到所述内部端口时辐射结构400在其内部端口处观察到的典型输入回波损耗。由所述曲线700清晰可见，辐射结构400在第一频率范围内不匹配，辐射增能器401在所述第一频率范围内不谐振。另一方面，曲线710(实线)对应于由于无线电频率系统500与辐射结构400互连造成的在辐射系统的外部端口处的输入回波损耗。无线电频率系统变换辐射结构400的输入阻抗，从而提高在第一频率区域内匹配的阻抗。曲线710示出辐射系统如何呈现出在第一频率区域(由曲线710上的点701和702限界)中的好于-6dB的回波损耗，从而可以使辐射系统提供针对GSM850和GSM900标准的操作性。

根据本发明的辐射结构的另一优选实施例被公开在图8中，其中辐射结构800包括辐射增能器801和接地平面层802。辐射结构800将被使用在能够运行GSM900手机通信标准(即，第一频率区域从880MHz延伸到960MHz)的辐射系统中。

辐射结构800非常类似于已结合图4论述的辐射结构400。例如，接地平面层802的尺寸以及辐射增能器801的形状和尺寸都与辐射结构400中的相应部分相同。而且，与接地平面层802关联的接地平面矩形850和与辐射增能器801关联的增能箱851以与图4中的示例相同的方式被限定。

然而，辐射增能器801相对于接地平面层802的放置不同于图4中所示。在辐射结构400中，辐射增能器401突出超过接地平面层402；在辐射结构800中，辐射增能器801向包含接地平面层802的平面上的投影与接地平面层802完全重叠。这可在图8b中的辐射结构800的俯视平面图中观察到，其中增能箱851向接地平面层802上的投影在接地平面矩形850内部。

尽管辐射增能器801位于接地平面层802上方，但所述辐射增能器801不被连接到所述接地平面层802。辐射结构800的内部端口被限定在辐射增能器801的连接点与接地平面层802的连接点之间。

现在参照图9，其描绘出适用于与辐射结构800互连的无线电频率系统900的示意图。无线电频率系统900包括匹配网络、第一端口901(待被连接到辐射结构800的内部端口)和第二端口902(与合成辐射系统的外部端口相连)。匹配网络包括与图5中所示的示例相同的电抗抵消电路910和宽带匹配电路911，并还包括精细调谐电路912。

电抗抵消电路910被连接到第一端口901，精细调谐电路912被连接到第二端口902。宽带匹配电路911被操作性地连接在电抗抵消电路910与精细调谐电路912之间，从而所述三个电路级联。

辐射结构800在其内部端口处测量到的输入阻抗(没有无线电频率系统900)具有含有重要电容分量的特征的虚部。在图10a中，所述输入阻抗由曲线1000表示，其针对第一频率区域的所有频率明显位于史密斯图的下半部分(由曲线1000的点1001和点1002之间的间隙表示)。因此，电抗抵消电路910包括具有基本电感行为(特别是集总电感器)的电路元件903。

宽带匹配电路911类似于用于无线电频率系统500的宽带匹配电路，并包括一个级，该级基本上用作包括并联连接的电感器904和电容器905的LC并联谐振电路。

精细调谐电路912将另外两级加入无线电频率系统900的匹配网络中。所述两级形成L形结构，其具有串联的电感器906和并联地电容器907。在该特殊示例中，精细调谐电路912提供阻抗的另外变换，以获得匹配在第一频率区域中的所需水平的阻抗。

图10b示出无线电频率系统900对辐射结构800的输入阻抗上的效果，其中曲线1050对应于通过辐射结构800和无线电频率系统900的互连获得的在辐射系统的外部端口处观察到的输入阻抗。由于电抗抵消电路910、宽带匹配电路911和精细调谐电路912的贡献，曲线1000变换为曲线1050，曲线1050含有在史密斯图的中心附近的闭环的特征。

相同的典型结果就输入回波损耗而言示于图11中。无线电频率系统900将曲线1100(点划线)变换为曲线1110(实线)，曲线1100对应于当无线电频率系统900没被连接到所述内部端口时辐射结构800在其内部端口处观察到的输入回波损耗，曲线1110对应于通过所述无线电频率系统900与辐射结构800的互连造成的在辐射系统的外部端口出的输入回波损耗。所述曲线1110含有针对第一频率区域(由曲线1110上的点1101和1102限界)的所有频率的好于-4dB的回波损耗的特征。

图12示出在923MHz与969MHz之间的电磁波频谱的第一频率区域中运行的适用于辐射系统的辐射结构的另一优选示例。

辐射结构1200包括辐射增能器2000和接地平面层2010，具有基本矩形的形状。在图12b中，示出于接地平面层2010关联的接地平面矩形1250，在该示例中其对应于所述接地平面层2010的矩形周长。根据本发明，接地平面矩形1250具有长侧和短侧，所述长侧与对应于第一频率区域的最低频率之间的比率优选大于0.16。而且，所述比率优选还小于1.2。

在该示例中，辐射增能器2000包括限定在接地平面层2010中的间隙。所述辐射增能器2000的更近视图被提供在图20a中。辐射增能器2000的所述间隙具有由限定曲线的多段(段2001、2002和2003)限界的多边形形状。辐射增能器2004的连接点位于沿所述曲线的第一点(具体而言在段2003上的点)处，接地平面层2011的连接点位于沿所述曲线的第二点(具体而言在段2001上的点)处。根据本发明，在一些示例中，与在该特殊示例中相同，辐射增能器2004的连接点和接地平面层2011的连接点位于辐射增能器2000的间隙的相对侧的两段上。辐射结构1200的内部端口因此被限定在辐射增能器2004的连接点和接地平面层2011的连接点之间。

在该示例中，所述间隙与接地平面层的周长相交，这意味着限界所述间隙的曲线是开式的。由图20a可见，段2001和2003与接地平面层2010的周长相交。

在辐射结构1200中使用辐射增能器2000导致有利的平面方案，从而简化其在无线手持或可携装置中的集成。在该示例中，用于辐射增能器2000的增能箱1251为基本平面的(即，其尺寸之一基本接近于零)。而且，由于辐射增能器2000的间隙具有基本正方形的形状，因此增能箱1251包含段2001、2002和2003。

根据本发明的一方面，辐射增能器2000的最大尺寸(所述最大尺寸为增能箱1251的最大边)优选小于对应于辐射结构1200的运行的第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/40。另外，在该示例中所述最大尺寸还优选大于所述自由空间波长的1/250。

利用这种小尺寸的辐射增能器2000，辐射结构1200含有在远高于第一频率区域的各频率的频率下的第一谐振频率的特征，因此辐射结构1200在其内部端口处测量到的输入阻抗(无线电频率系统没有连接到其)具有在所述第一频率区域的各频率内的显著电抗分量，具体而言电感分量。在该情况下，辐射结构1200在其内部端口(在没有连接到其的无线电频率系统时)处测量的第一谐振频率与第一频率区域内的最高频率之间的比率优选大于5.0。

在辐射结构1200中，辐射增能器2000相对于接地平面层2010定位，使得辐射增能器2000的间隙与接地平面层2010的边缘(具体而言基本矩形的接地平面层2010的长边)相交。更精确而言，辐射增能器2000被定位为基本接近于所述长边的中点。

图13描绘出适用于与辐射结构1200互连的无线电频率系统1300的示意图。无线电频率系统1300包括匹配网络、第一端口1301(待被连接到辐射结构1200的内部端口)和第二端口1302(与合成辐射系统的外部端口相连)。在该示例中，匹配网络包括级联的电抗抵消电路1310、宽带匹配电路1311和精细调谐电路1312。

辐射结构1200在其内部端口处测量到的输入阻抗(没有无线电频率系统1300)具有含有显著电感分量的特征的虚部，这可由图14a中观看到。所述输入阻抗由曲线1400表示，其针对第一频率区域的所有频率位于史密斯图的上半部分(由曲线1400的点1401和点1402之间的间隙表示)。

电抗抵消电路1310被连接到第一端口1301并包括两个级，所述两个级具有基本电容行为且由并联的电容器1301和串联的电容器1304形成L形结构。电抗抵消电路1310的电容行为有利地补偿辐射结构1200的输入阻抗的电感分量，从而将曲线1400(图14a)变换为曲线1420(图14b)。所述曲线1420对应于一输入阻抗，如果宽带匹配电路1311和精细调谐电路1312被移除且所述第二端口1302被直接连接到端口1320，该输入阻抗可在第二端口1302处观察到。事实上，曲线1420在位于点1401和点1402之间的点1421处穿过史密斯图的水平轴线(即，输入阻抗的虚部等于零)。

宽带匹配电路1311与电抗抵消电路1310级联，且在布局上类似于已结合图5和图9论述的宽带匹配电路。同样，宽带匹配电路1311包括一个级，该级基本上用作包括并联连接的电容器1305和电感器1306的LC并联谐振电路。

宽带匹配电路1311进一步变换天线结构的输入阻抗，并将曲线1420转变为曲线1440，所述曲线1440为如果精细调谐电路1312被移除且所述第二端口1302被直接连接到端口1321的话可在第二端口1302处观察到的输入阻抗。曲线1440含有遗憾的朝向史密斯图的上半部移位的小型闭环的特征。如果所述闭环居中地位于史密斯图的中心，则可在较宽范围的频率上获得匹配的阳抗。

最后，精细调谐电路1312级联在宽带匹配电路1311与第二端口1302之间，并包括一个级，该级具有针对第一频率区域的所有频率的基本电容行为。具体而言，所述级包括串联的电路元件(集总电容器1307)。精细调谐电路1312提供用于使曲线1440的闭环在史密斯图的中心重新居中所需的输入阻抗的另外变换。在图14d中，曲线1460表示在第二端口1402处或等同地在辐射系统的外部端口处测量到的输入阻抗。所述曲线1460得到用于向辐射系统在其第一频率区域中提供操作性所需的VSWR的水平。

现在参照图15，其示出在无线电频率系统1300断开时在辐射结构1200的内部端口处观察到的典型输入回波损耗(见点划线的曲线1500)与由于所述无线电频率系统1300与辐射结构1200互联导致的在辐射系统的外部端口处的典型输入回波损耗(见实线的曲线1510)之间的比较。无线电频率系统1300的存在基本提高针对第一频率区域的所有频率(在附图中由曲线1510上的点1501和点1502限界)的辐射结构1200的回波损耗。

图16示出包括导电部分的辐射增能器的三个优选示例。每个辐射增能器1600、1630、1660可有利地在接地平面层1610上激发辐射模式。在这些示例中，辐射增能器1600、1630、1660优选没被连接到接地平面层1610。

图16a描绘出包括导电部分的辐射增能器1600，该导电部分含有包括多个端面的多面体形状的特征。更精确而言，所述导电部分采用具有六个基本正方形的端面的正六面体的形状。但是，其他多面体形状也可以。

在该特殊示例中，辐射增能器的端面中的两个(即，顶端面1601和底端面1602)基本平行于接地平面层1610，这可通过将所述辐射增能器1600安装在无线装置的PCB(具体而言还包括接地平面层1610的PCB)上而有利于将辐射增能器1600集成到无线手持或可携装置中。然而，在其他示例中，辐射增能器1600可不必基本平行于接地平面层1610。

在该情况下，与所述辐射增能器1600关联的增能箱与辐射增能器1600的外表面一致。由于所述增能箱的最小尺寸不小于所述增能箱的最大尺寸的90％，因此辐射增能器1600完全利用了占据一定体积的三维结构。

辐射增能器1600还包括优选被定位为基本接近于辐射增能器1600的拐角的连接点1603，所述拐角具体而言也为底端面1602的拐角。所述连接点1603与接地平面层1611的连接点一同限定辐射结构的内部端口。

图16b示出包括导电部分的辐射增能器1630，导电部分也含有多面体形状的特征。在该示例中，所述导电部分采取平行六面体的形式，该平行六面体具有基本正方形的顶端面、底端面和四个基本矩形的侧端面。然而，用于顶端面和底端面和/或侧端面的其他形状也是可以的(例如但不限于三角形、五边形、六边形、八边形、圆形或椭圆形)。而且，辐射增能器的导电部分也可成形为具有圆形或椭圆形顶端面和底端面的圆柱形。辐射增能器1630的导电部分相对于接地平面层安装，使得所述辐射增能器1630的导电部分的顶端面和底端面基本平行于接地平面层1610。

如同图16a中的示例，与辐射增能器1630关联的增能箱也与辐射增能器1630的外表面一致。然而在图16b的情况下，与辐射增能器1630关联的增能箱的最小尺寸远小于所述增能箱的最大尺寸的70％。因此，虽然辐射增能器1630不是平面的(即二维的)，但其无法完全利用三维结构的优势。

辐射增能器1630进一步包括被定位为基本接近于辐射增能器1630的拐角的连接点1631，其与接地平面层1611一同限定辐射结构的内部端口。

在图16c中，其示出也包括导电部分的辐射增能器1660。所述导电部分包括导电多边形形状1661，其为基本正方形且以相对于接地平面层1610的预定高度基本平行于接地平面层1610布置。在其他示例中，导电多边形形状1661可不同地成形(例如，成形为具有相同或不同长度的不同数目的侧边的多边形，或成形为圆形或椭圆形)。

所述导电部分进一步包括导电带1662，其具有基本细长形状且两个端部含有如下特征：导电带1662的第一端被连接到导电多边形形状1661；导电带1662的第二端包括连接点1663，其与接地平面层1611的连接点一同限定辐射结构的内部端口。在该示例中，导电带1662基本平行于接地平面层1610布置。

由图16中的任意辐射增能器1600、1630、1660与接地平面层1610的组合导致的辐射结构含有一输入阻抗的特征，该输入阻抗(在没有无线电频率系统的情况下在辐射结构的内部端口处测量到)具有带有显著电容分量的虚部。因此，这种辐射结构可有利地与诸如图5或图9中的无线电频率系统互连。

现在参照图17，其示出图16的辐射增能器相对于辐射结构的接地平面层的一些优选放置。

具体而言，图17a示出辐射结构1700包括辐射增能器1660和接地平面层1610。接地平面层1610含有具有长边1701和短边1702的基本矩形形状的特征。在该示例中，辐射增能器1660相对于接地平面层1610基本居中地布置。也就是，辐射增能器1660基本上接近于由相交的第一线1703(垂直于长边1701并在其中点穿过所述长边1701)和第二线1704(垂直于短边1702并在其中点穿过所述短边1702)限定的接地平面层1610的点。因此，在该示例中，辐射增能器1660向包含接地平面层1610的平面上的投影与接地平面层1610完全重合。

图17b示出类似于图17a的辐射结构1720，但其中辐射增能器1660已相对于接地平面层1610布置为使得辐射增能器基本接近于长边1701的中点。因此，在该辐射结构1720中，辐射增能器1660向包含接地平面层1610的平面上的投影的大约仅50％的面积与接地平面层1610重叠。当需要在接地平面层1610上激发辐射模式时(其中电流基本上相对于短边1702对准)，诸如图17b中的辐射结构可能是有利的。

图17c和图17d示出两个另外的辐射结构，其包括被定位为基本接近于短边1702的辐射增能器1630。在辐射结构1740的情况下，辐射增能器1630优选位于接地平面层1610的一拐角上，所述拐角由相交的长边1701和短边1702限定。另一方面，在辐射结构1760中，辐射增能器被定位为基本接近于短边1702的中点。

最后，图17e示出辐射结构1780，其类似于图17d中的辐射结构，但是用辐射增能器1600代替。在该示例中，优选地将辐射增能器1600突出超过短边1702，从而避免辐射增能器1600向接地平面层1610的平面上的投影与接地平面层1610之间的任何重叠。

尽管图17a至图17e示出使用如图16a至图16c中描述的辐射增能器的辐射结构的一些示例，但根据本发明的其他可能的实施例可用图16a至图16c中所示的任何其他辐射增能器代替图17a至图17e中所示的特殊辐射增能器而得到。

现在参照图18，其示出辐射增能器的另一示例。辐射增能器1800包括导电部分，该导电部分包括多个导电带。在附图中，所述导电部分包括三个导电带，但在其他示例中所述导电带可包括多于或少于三个的导电带。如图18所示，第一导电带1801和第三导电带1803被布置为基本垂直于接地平面层1810。第二带1802被布置为基本平行于接地平面层1810并连接到另外两个导电带，从而第二导电带1802的第一端被连接到第一导电带1801的第一端，且第二导电带1802的第二端被连接到第三导电带1803的第一端。

在该示例中，辐射增能器1800的所述导电部分被连接到接地平面层1810。为此目的，第三导电带1803的第二端被连接到接地平面层1810。

辐射增能器包括位于第一导电带1801的第二端的连接点1804，所述连接点1804与接地平面层1811的连接点一同限定辐射结构1820的内部端口。当希望使辐射结构含有在内部端口1820处的输入阻抗具有针对第一频率区域的所有频率的正虚部的特征(即，所述虚部为电感分量)时，这种辐射增能器1800可能是有利的。

图19示出辐射增能器1800相对于接地平面层1810的一些优选放置。接地平面层1810含有具有长边1901和短边1902的基本矩形形状的特征。

在图19a中，其示出辐射结构1900，其中辐射增能器1800被布置为基本接近于接地平面层1901的长边。更精确而言，辐射增能器1800基本接近于所述长边1901的中点。而且，辐射增能器1800的第二导电带1802基本平行于接地平面层1902的短边定向，从而第一导电带1801比第三导电带1803更接近于长边1901。这种设置结构呈现的优势在于提供能量在辐射增能器与接地平面层之间的耦合。

图19b示出辐射结构1920的另一示例，其中辐射增能器1800也如先前的情况一样被布置为基本接近于长边1901。然而，现在辐射增能器1800优选位于接地平面层的拐角(所述拐角由相交的长边1901和短边1902限定)，其第二导电带1802基本平行于接地平面层1901的长边定向。也就是，辐射增能器1800被布置为使得第一导电带1801比第三导电带1803更接近于接地平面层1810的所述拐角。

图19c示出进一步的包括辐射增能器1800的辐射结构1940，辐射增能器1800仍然被布置为使得其第二导电带1802如同图19b一样基本平行于接地平面层的长边1901定向。然而，现在辐射增能器1800被布置为基本接近于接地平面层的短边1902，更精确而言近似位于所述短边1902的中点。另外，辐射增能器的第一导电带1801比第三导电带1803更接近于短边1902。

辐射增能器1800在辐射结构1960中的另一可能放置如图19d所示，其中辐射增能器1800基本居中地位于接地平面层1810上。如同先前的示例，优选将所述辐射增能器1800布置为使得其第二导电带1802基本平行于接地平面层的长边1901对齐。

图19e示出稍微不同的辐射结构，其包括受图18中示出的辐射增能器启示的辐射增能器。辐射结构1980包括辐射增能器1800’，该辐射增能器1800’包括具有三个导电带1801’、1802’、1803’的导电部分。不同于先前的示例，辐射增能器1800’与接地平面层1810共面，从而可以将辐射增能器1800’和接地平面层1810嵌入在同一PCB中。

导电带1801’包括连接点，该连接点与接地平面层1810的连接点一同限定辐射结构1820’的内部端口。导电带1803’被连接到接地平面层1810。导电带1802’将导电带1801’与导电带1803’相连。

可以观察到，辐射增能器1800’突出超过接地平面层1902的短边，从而在所述辐射增能器1800’向包含接地平面层1810的平面上的投影中没有接地平面。而且，辐射增能器1800’优选位于接地平面层1810的拐角上(具体而言，由相交的长边1901和短边1902限定的拐角)，并且导电带1803’比导电带1801’更接近于所述拐角。

尽管图19a至图19e示出使用如图18描述的辐射增能器的辐射结构的一些示例，根据本发明的其他可能实施例可将辐射增能器1800重新定向为使其第二导电带1802相对于接地平面层1810的给定边缘对准而得出，或者通过将辐射增能器1800替换为其共面等价物(例如辐射增能器1800’)而得到。

在图20中，其示出包括间隙的辐射增能器的两个示例。图20a中的辐射增能器2000已结合图12的辐射结构进行论述。在图20b中描绘出可替代辐射增能器，其中辐射增能器2050包括由限定闭合曲线(与接地平面层2010的周长不相交的曲线)的多段限界的间隙。在该示例中，段2051-2054限界具有多边形形状(实际上为正方形的形状)的间隙。

辐射增能器2050包括位于沿限界所述间隙的曲线的第一点处的连接点2055。具体而言，所述连接点2055位于段2053的一点上。接地平面层2010还包括连接点2011，所述连接点2011位于沿所述曲线的第二点处，更精确而言位于段2051的一点上。尽管不总是要求，但辐射增能器2055的连接点和接地平面层2011的连接点优选位于辐射增能器2050的所述间隙的相对侧的段上(分别为段2053和段2051)。

当然，图20a和图20b示出辐射增能器的两个示例。其他可能的示例可包括不同数量的段以限界间隙(例如，两个、三个、四个、五个、六个或更多个)，和/或所述段可为直的、曲线的或其组合。

图21示出辐射增能器2000和2050相对于接地平面层2010的一些优选放置。接地平面层2010含有具有长边2101和短边2102的基本矩形形状的特征。

在图21a中，其示出类似于图12中所示的辐射结构2100，但其中使用辐射增能器2050代替。所述辐射增能器2050被布置为基本接近于接地平面层2101的长边。具体而言，辐射增能器2050基本接近于所述长边2101的中点。在该示例中，段2051和2053(即，包含连接点的段)被布置为使得它们基本平行于接地平面层2102的短边。这种设置结构有利于在接地平面层2010上适当的激发辐射模式。

图21c示出辐射结构2140，其也包括如图21a中的辐射增能器2050，但其中所述辐射增能器2050被布置为相对于接地平面层2010基本居中。也就是，辐射增能器2050基本接近于由相交的第一线2103(垂直于长边2101并在其中点处穿过所述长边2101)和第二线2104(垂直于短边2102并在其中点处穿过所述短边2102)限定的接地平面层2010的点。同样，在辐射结构2140中，段2051和2053(即，包含连接点的段)被布置为使得它们基本平行于接地平面层2102的短边。

图21b示出包括辐射增能器2000的另一辐射结构2120，辐射增能器2000被放置为与接地平面层的短边2102相交近似在所述短边2102的中点。可替代地，图21d中的辐射结构2160包括辐射增能器2000，其被布置为与接地平面层的另一长边2105相交。现在，辐射增能器2000优选被定位为基本接近于接地平面层的拐角(所述拐角为由相交的长边2105和短边2102限定)。

图22至图24示出包括辐射增能器的辐射结构的一些进一步的示例，所述辐射增能器包括间隙。

现在参照图22，辐射结构2200包括辐射增能器2201和基本矩形的接地平面层2202。在该示例中，辐射增能器2201包括具有蜿蜒形状的间隙。所述间隙由限定曲线的多段限界，该曲线包括多余十个(10)段，且与接地平面层2202的周长相交(即，曲线是开式的)。

图24示出辐射结构2400的另一示例，其包括辐射增能器2401和接地平面层2402。辐射增能器2401包括具有U形的间隙。所述间隙由限定曲线的多段限界，该曲线与接地平面层的周长2402相交(即，该曲线是开式的)。在该示例中所述曲线包括七个(7)段。

在图23中描绘出进一步的示例，其中辐射结构2300具有辐射增能器2301和基本矩形的接地平面层2302。辐射增能器2301包括内部间隙2303、外部间隙2305和将所述内部间隙2303与所述外部间隙2305分开的导电带2304。导电带2304含有休伯特曲线启示的形状的特征。内部间隙2303由段2310-2312和导电带2304的多个段限界，从而限定与接地平面层2302的周长相交的曲线。

辐射增能器2301包括位于沿所述曲线的第一点处的连接点2306，所述第一点位于导电带2304的一端。接地平面层2302还包括位于沿限界内部间隙2303的所述曲线的第二点处的连接点2307，具体而言所述第二点基本接近于段2310的一端。

在这些示例中，辐射增能器2201、2301、2401相对于接地平面层2202、2302、2402布置为使得所述辐射增能器2201、2301、2401被定位为基本接近于接地平面层2202、2302、2402的长边，具体而言相对于所述长边基本居中。当辐射结构的输入阻抗具有电感分量时，这种设置结构特别有利。然而，用于辐射增能器2201、2301、2401的其他布置也是可以的。

而且，这些辐射增能器2201、2301、2401的连接点优选位于限界所述辐射增能器2201、2301、2401的间隙的曲线的第一段的点上，所述第一段与接地平面层2202、2302、2402的周长相交。类似地，接地平面层的连接点优选被定位在所述曲线的第二段的点上，所述第二段与所述第一段相对，所述第二段也与接地平面层2202、2302、2402的周长相交。

这些辐射结构2200、2300、2400含有具有带有电感分量的虚部的输入阻抗(当与无线电频率系统断开时在其内部端口处测量到)的特征。因此，这种辐射结构可有利地与如图13所示的无线电频率系统互连。

在图25中描绘出进一步的辐射结构，其中辐射结构2500包括辐射增能器2501和基本矩形的接地平面层2502。辐射增能器2501包括导电部分，该导电部分具有基本正方形的导电多边形2503并与接地平面层2502共面。辐射增能器2501相对于接地平面层的设置结构类似于图4中的示例的设置结构。

图26和图27为包括转换矩阵的无线电频率系统的两个示例。

现在参照图26，其示出无线电频率系统2600，其包括切换矩阵2604、第一匹配网络2605和第二匹配网络2606。无线电频率系统2600进一步包括用于与辐射结构的内部端口互连的第一端口2601。

切换矩阵2604连接在所述第一端口2601与第一和第二匹配网络2605、2606之间，并允许选择第一和第二匹配网络2605、2606中的一个操作性地连接到第一端口2601。无线电频率系统2600也包括控制电路2607，其作用于切换矩阵2604以选择第一和第二匹配网络2605、2606中的一个在任何给定时间被选定。

在该示例中，无线电频率系统2600包括第二端口2602以及分别连接到第一匹配网络2605和第二匹配网络2606的第三端口2603。

在图27中示出可替换示例，其中无线电频率系统2700包括第一切换矩阵2704、第一匹配网络2705、第二匹配网络2706和第二匹配矩阵2708。无线电频率系统2700还包括用于连接到辐射结构的内部端口的第一端口2701以及第二端口2702，该第二端口可变为用于无线手持或可携装置的辐射系统的外部端口。第一切换矩阵2704连接在第一端口与第一和第二匹配网络2705、2706之间，而第二匹配网络2708连接在第一和第二匹配网络2705、2706与第二端口2702之间。

包括无线电频率系统2700的控制电路2707作用于第一和第二切换矩阵2704、2708，以选择第一和第二匹配网络2705、2706中的一个操作性地连接到第一端口2701和第二端口2702。

尽管无线电频率系统2600、2700已被描述为包括两个匹配网络，但根据本发明的其他可能的无线电频率系统可包括可由一个或多个切换矩阵选定的三个、四个或更多匹配网络。

Claims

1.一种无天线无线手持或可携装置(100)包括：用户界面模块(101)、处理模块(102)、存储器模块(103)、通信模块(104)和动力管理模块(105)；所述通信模块(104)包括能够传送和接收第一频率区域内的电磁波信号的辐射系统(200)；所述辐射系统(200)包括辐射结构(201)，该辐射结构(201)包括或由以下部分组成：包括连接点(207)的至少一个接地平面层(206)、包括连接点(205)和内部端口(208)的至少一个辐射增能器(204)，其中所述内部端口(208)被限定在所述至少一个辐射增能器(204)的所述连接点(205)与所述至少一个接地平面层(206)的所述连接点(207)之间；其中接地平面矩形(450)被限定为包围所述至少一个接地平面层(206，402)的最小尺寸的矩形，从而所述接地平面矩形(450)的侧边正切于所述至少一个接地平面层(206，402)的至少一个点，其中所述接地平面矩形(450)的一侧与对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长之间的比率大于0.1，从而所述接地平面层支持辐射模式；其中所述至少一个辐射增能器(204)在传送时将电磁能从无线电频率系统(202)耦合到所述接地平面层(206)，并在接收时从所述接地平面层(206)耦合到所述无线电频率系统(202)；其中所述至少一个辐射增能器(204)具有最大尺寸，该最大尺寸小于对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/30；所述辐射系统(200)进一步包括无线电频率系统(202)和外部端口(203)；所述无线电频率系统(202)包括连接到所述辐射结构(201)的所述内部端口(208)的第一端口(209)以及连接到所述辐射系统(200)的所述外部端口(203)的第二端口(210)；

其中所述辐射结构(201)的在所述内部端口(208)处的输入阻抗在与所述无线电频率系统(202)断开时具有虚部，其对于所述第一频率区域的任何频率都不等于零；并且其中所述无线电频率系统(202)修改所述辐射结构(201)的阻抗，从而在所述辐射系统(200)的运行的所述第一频率区域内提供与所述辐射系统(200)匹配的阻抗。

2.根据权利要求1所述的无天线无线装置，其中所述接地平面矩形(450)的一侧与对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长之间的比率大于0.2。

3.根据权利要求2所述的无天线无线装置，其中所述接地平面矩形(450)的一侧与对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长之间的比率小于1.0。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增能器(401)具有最大尺寸，该最大尺寸小于对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/50。

5.根据权利要求4所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增能器(401)具有最大尺寸，该最大尺寸大于对应于所述第一频率区域的最低频率的自由空间波长的1/180。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的无天线无线装置，其中在频率高于所述第一频率区域内的频率的情况下，所述辐射结构(201)在与所述无线电频率系统(202)断开时具有在所述辐射结构(201)的所述内部端口(208)处测量到的第一谐振频率，其中优选地所述辐射结构(201)在与所述无线电频率系统(202)断开时在其内部端口处的所述第一谐振频率与所述第一频率区域内的最高频率之间的比率大于最小比率4.2。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的无天线无线装置，其中增能箱(451)被限定为最小尺寸的具有正方形或矩形端面的平行六面体，其完全包围所述辐射增能器(401)，并且其中所述最小尺寸的平行六面体的端面中的每一个正切于所述辐射增能器(401)的至少一点，并且所述最小尺寸的平行六面体的共用一边的每一对可能的端面形成90°的内角，所述增能箱(451)的最小尺寸小于所述增能箱(451)的最大尺寸的20％或10％或5％。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的无天线无线装置，其中增能箱(451)被限定为最小尺寸的具有正方形或矩形端面的平行六面体，其完全包围所述辐射增能器(401)，并且其中所述最小尺寸的平行六面体的端面中的每一个正切于所述辐射增能器(401)的至少一点，并且所述最小尺寸的平行六面体的共用一边的每一对可能的端面形成90°的内角，增能箱(451)的最小尺寸不小于所述增能箱(451)的最大尺寸的70％或80％或甚至90％，其中优选将所述辐射结构(201)在与所述无线电频率系统(202)断开时在其内部端口(208)处的所述第一谐振频率与所述第一频率区域内的最高频率之间的比率设定为高于4.8或甚至高于5.4。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的无天线无线装置，其中所述辐射增能器(401)包括导电部分或为导电部分，例如包括一段或两段的带，多边形形状，例如三角形、正方形、矩形、六边形、圆形或椭圆形、多面体形、圆柱体、球形或其组合，其中优选地辐射增能器(401)的所述连接点(403)基本接近于所述导电部分的一端或一拐角定位。

10.根据权利要求9所述的无天线无线装置，其中所述导电部分被连接到所述接地平面层。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的无天线无线装置，其中所述辐射增能器(2000)包括限定在所述接地平面层(2010)中的间隙或为该间隙，其中所述间隙优选由限定曲线的一段或多段限界，进一步优选地所述辐射增能器(2000)的所述连接点(2004)被定位在沿所述曲线的第一点处，所述接地平面层(2010)的所述连接点(2011)被定位在沿所述曲线的第二点处，所述第二点(2011)不同于所述第一点(2004)。

12.根据权利要求11所述的无天线无线装置，其中所述间隙与所述接地平面层的周长相交，从而由限界所述间隙的所述一段或多段限定的所述曲线是开式。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增能器(204)的表面的至少50％或60％或70％或80％置于基本平行于所述接地平面层(206)的一个或多个平面上。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的无天线无线装置，其中所述辐射结构(201)被布置在所述装置内，使得在辐射增压器(204)的向包含所述接地平面层(206)的平面上的正交投影中没有接地平面，或者在辐射增压器(204)的投影与所述接地平面层(206)之间存在一些重叠，其中辐射增压器(204)的小于10％、20％、30％、40％、50％、60％或甚至70％的投影面积与所述接地平面层(206)重叠。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增压器(204)基本接近于所述接地平面层的边缘定位，优选地所述边缘与所述接地平面矩形(450)的一侧相同，其中所述至少一个辐射增压器(204)优选基本接近于所述边缘的一端或所述边缘的中点定位，其中所述边缘优选为基本矩形或细长的接地平面层(206)的一边。

16.根据权利要求15所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增压器(204)基本接近于所述接地平面矩形(450)的短边定位，并优选基本接近于所述短边的一端或所述短边的中点定位，其中当所述无线电频率系统(202)被断开时，所述辐射结构(201)在其内部端口(208)处含有针对所述第一频率区域内的频率的具有电容分量的输入阻抗的特征。

17.根据权利要求15所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增压器(204)基本接近于所述接地平面矩形(450)的长边定位，并优选基本接近于所述长边的一端或所述长边的中点定位，其中当所述无线电频率系统(202)被断开时，所述辐射结构在其内部端口处含有针对所述第一频率区域内的频率的具有电感分量的输入阻抗的特征。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增能器(204)基本接近于所述接地平面层(206)的一拐角定位，优选所述拐角与所述接地平面矩形(450)的一拐角相同。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的无天线无线装置，其中所述无线电频率系统(202，300)包括匹配网络，其包括包含一个或多个级的电抗抵消电路(303)，其中所述一个或多个级中的一个被连接到所述无线电频率系统(300)的第一端口(301)。

20.根据权利要求19所述的无天线无线装置，其中当所述无线电频率系统(202)被断开时，所述辐射结构(201)在其内部端口(208)处含有针对所述第一频率区域内的频率的具有电容分量的输入阻抗的特征，所述电抗抵消电路(507，910)包括针对所述第一频率区域内的所有频率的具有基本电感行为的第一级，其中优选地所述第一级包括电感(504，903)。

21.根据权利要求19所述的无天线无线装置，其中当所述无线电频率系统(202)被断开时，所述辐射结构(201)在其内部端口(208)处含有针对所述第一频率区域内的频率的具有电感分量的输入阻抗的特征，所述电抗抵消电路(1310)包括形成L形结构的第一级和第二级，所述第一级被并联连接，所述第二级被串联连接，其中所述第一级和所述第二级中的每一个针对所述第一频率区域内的所有频率具有基本电容行为，其中优选地所述第一级和所述第二级各自都包括电容(1303，1304)。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的无天线无线装置，其中所述匹配网络包括宽带匹配电路(508，911，1311)，所述辐射结构的阻抗带宽利用该宽带匹配电路而增加，其中优选地所述宽带匹配电路(508，911，1311)包括在所述第一频率区域内的级，该级用作谐振电路，优选为并联LC谐振电路或串联LC谐振电路。

23.根据权利要求22所述的无天线无线装置，其中所述匹配网络除了所述电抗抵消电路(910，1310)和所述宽带匹配电路(911，1311)以外进一步包括第三调谐电路(912，1312)。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的无天线无线装置，其中所述无线电频率系统(2600)包括两个、三个、四个或更多个匹配网络(2605，2606)和开关矩阵(2604)，该开关矩阵(2604)允许选择所述两个或更多个匹配网络(2605，2606)中的一个被操作性地连接到所述无线电频率系统的端口，其中所述无线电频率系统(2600)进一步的包括控制电路(2607)以在任何给定时间选择匹配网络被选定。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的无天线无线装置，其中所述至少一个辐射增能器(204)被布置在集成电路封装中，并且其中所述集成电路封装优选包括布置在该封装内部的半导体芯片或钢模(die)，其中所述辐射增能器优选被布置在所述封装中而不在所述半导体芯片或钢模中。

26.根据权利要求25所述的无天线无线装置，其中所述辐射结构(201)的所述接地平面层(206)的所述连接点被连接到所述集成电路封装的至少一个端子，其中所述集成电路封装包括所述无线电频率系统(202)的至少一部分，并且其中所述集成电路具有能够针对不同的作业环境和条件而进行配置的自适应匹配网络，其中所述无线电频率系统(202)优选进一步包括控制电路，该控制电路优选被包括在所述半导体芯片或钢模中以对这种自适应匹配网络进行配置。