CN102150326A - 利用电磁耦合的多频带天线 - Google Patents

利用电磁耦合的多频带天线 Download PDF

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Abstract

公开了一种利用电磁耦合的多频带天线。公开的天线包括：第一载体；形成于第一载体之上并包括馈电部和辐射部的第一天线图案；第二载体；形成与所述第二载体之上的第二天线图案，其中，所述第一载体和第二载体布置为使所述第一天线图案与所述第二天线图案相隔预定距离，所述第二天线图案没有与接地和馈电线路连接而是单独地形成于第二载体之上，从而通过与所述第一天线图案的馈电部的电磁耦合来接收馈入。公开的天线具有以下优点，即，多频带天线能够使用单一馈电的同时以更小的尺寸实现，能够降低终端产生的频率信号对于人体的影响，最小化手效应或头效应引起的天线的特性变化。

Description

利用电磁耦合的多频带天线
技术领域
本发明涉及多频带天线，更详细地讲，涉及一种利用电磁耦合的多频带天线。
背景技术
最近，随着移动通信服务的多媒体化和宽频带化，在终端的有限空间中集成了更多的功能。另外，随着移动通信终端的小型化的发展，天线设计的难度在加大，从而天线的性能将左右设备整体的性能。
随之，对于用于移动通信终端的天线的开发的关心逐渐增多，要求条件也变得苛刻，为了安装天线而提供的空间也逐渐减少。进一步，在成为终端携带便利性和外观上的负担的现有的固定型天线被安装到终端内部的趋势下，现状是内置型天线的需求在急剧增加。但是，内置型天线的使用在用户实际使用的环境中发生手效应(hand effect)和头效应(head effect)问题，从而出现了应考虑该情况来设计内置型天线的问题。
同时，随着移动通信终端的使用的增加，对于从终端辐射的电磁波的关注和忧虑在增加。与此相关地，国际机构将人体的电磁波吸收率(SAR，Specific Absorption Rate)制定为标准，美国FCC在97年之后应用法律对此进行了规定。
即，最近的移动通信终端不仅要以最小的尺寸来实现更多频带的信号，还需要同时考虑手效应/头效应以及对电磁波的影响。
图1是示出现有的用于多频带服务的移动通信终端的天线结构的示图。
参照图1，现有的用于多频带服务的移动通信终端包括第一载体100、第一天线102、第二载体104和第二天线106。第一天线102的图案形成于第一载体100之上，第二天线106的图案形成于第二载体104之上。第一载体100设置于终端的下端部，第二载体104设置于终端的侧部。
第一天线102执行收发已设置的第一频带的信号的功能，第二天线106执行收发已设置的第二频带的信号的功能。当然，第一天线和第二天线中的至少一个可以用作多频带天线，所述多频带天线不仅收发一个频带的频率还可以收发两个以上的频带的频率。作为一示例，第一天线102用作收发CDMA和PCS频带的信号的天线，第二天线106用作收发GPS频带的信号的天线。
如图1所示，当构成天线时，第一天线和第二天线单独设置，所以在终端内部天线所占用的空间只能增加。另外，单独地执行馈电(feeding)，因此只能具有复杂的馈电结构。进一步，当使用两个以上的馈电时，必然发生设置于有限的空间中的第一天线与第二天线之间的相互隔离问题，由于设置于终端的侧部的第二天线将接近用户的手或头部，所以存在易受手效应和头效应的影响的缺点。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种以更小的尺寸来实现并且能够使用单一的馈电的多频带内置型天线。
本发明的另一目的是提供一种利用电磁耦合现象的多频带内置型天线。
本发明的另一目的是提供一种能够降低终端产生的频率信号对人体的影响并最小化手效应和头效应引起的天线的特性变化的多频带内置型天线。
本发明的另一目的是提供一种无需考虑隔离(Isolation)而能够进行设计的多频带内置型天线。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一方面，提供一种利用电磁耦合的多频带天线，包括：第一载体；形成于所述第一载体之上，并包括馈电部和辐射部的第一天线图案；第二载体；形成与所述第二载体之上的第二天线图案，其中，所述第一载体和第二载体布置为使所述第一天线图案与所述第二天线图案相隔预定距离，所述第二天线图案没有与接地和馈电线路连接而是单独地形成于第二载体之上，从而通过与所述第一天线图案的馈电部的电磁耦合来接收馈电。
所述第二载体可设置于终端中的设置所述第一载体的部分的对面。
所述第一载体具有预定高度，所述第二载体可插入到所述第一载体的下部。
所述第一天线图案收发预设置的第一频率带的信号，所述第二天线图案通过与第一天线图案的电磁耦合馈电而用作预设置的第二频率带的辐射元件。
所述第二天线图案的长度设置为对于所述第二频率带的中心波长的大约1/4长度。
当收发所述第一频率带的信号时，所述第二天线图案不对辐射产生影响。
根据本发明的另一方面，提供一种利用电磁耦合的多频带内置型天线，包括：包括馈电部和辐射部的第一天线图案；布置为与第一天线图案相隔预定距离并且不与接地和馈电线路结合而单独形成的第二天线图案，其中，从所述馈电部馈电第一频率带的信号和第二频率带的信号，当馈电所述第二频率带的信号时，所述第二天线通过与馈电部的电磁耦合而接收第二频率带的信号以用作针对第二频率带的信号的辐射体。
有益效果
根据本发明，利用了耦合现象，所以多频带天线具有使用单一馈电的同时能够以更小的尺寸实现的优点。
另外，根据本发明，本发明的另一目的是具有能够降低终端产生的频率信号对人体的影响并最小化手效应和头效应引起的天线的特性变化的优点。
同时，根据本发明，利用单一馈电的同时通过电磁耦合来添加另一频带的共振，从而不用考虑天线之间的隔离(Isolation)可以方便地进行天线设计。
附图说明
图1是示出现有的用于多频带服务的移动通信终端的天线的结构的示图；
图2是示出根据本发明第一实施例的利用耦合的多频带天线的上部立体图的示图；
图3是示出根据本发明的第一实施例的利用耦合馈电的多频带天线的下部立体图的示图；
图4是示出在根据本发明的第一实施例的多频带天线中形成于第二载体的第二天线图案的示图；
图5是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带天线的上部立体图的示图；
图6是示出在根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线中的第二载体的设置状态的示图；
图7是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线的剖面图的示图；
图8是示出根据本发明第一实施例的利用耦合的多频带内置型天线手持时的反射损失的示图；
图9是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线的反射损失的示图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明根据本发明的利用耦合的多频带天线的优选实施例。
图2是示出根据本发明第一实施例的利用耦合的多频带天线的上部立体图的示图，图3是示出根据本发明的第一实施例的利用耦合馈电的多频带天线的下部立体图的示图，图4是示出在根据本发明的第一实施例的多频带天线中形成于第二载体的第二天线图案的示图。
参照图2至图4，根据本发明的第一实施例的利用耦合的多频带内置型天线包括第一载体200、第一天线图案202、第二载体204和第二天线载体206。
第一载体200设置于终端的预定位置，第一载体200上形成有第一天线图案202，第一载体200由介电材料形成。第一天线图案202可利用热熔接、焊接(bonding)、超声波熔接等方式形成于第一载体200之上。图2至图4示出第一载体位于终端下端的情况，但是第一载体的设置位置可根据终端结构而灵活地变化。
形成于第一载体200上的第一天线图案202可以是在824MHz～894MHz的CDMA频带和1.85GHz～1.99GHz的US PCS频带工作的天线图案，但是不限于此。
第一天线图案202可包括馈电部250、接地连接部252、低频带辐射部254和高频带辐射部256。
馈电部250是与馈电线路电性连接的部分，RF信号通过馈电部250施加到天线图案。接地连接部252是与终端内的接地面电性连接的部分。即，虽然图1图示的天线是辐射体在特定点上与接地和馈电点结合的平面反向F天线(PIFA，Planner Inverted-F Antenna)形态的天线，但是形成于第一载体200的天线图案不限于PIFA天线，本领域的技术人员应该理解，还可形成单极形态的天线等各种形态的天线图案。
图2示出的第一天线图案250是具有低频带辐射部254和高频带辐射部256的收发双重频带(即，第一频带是双重频带)的信号的天线。根据本发明的一实施例，低频带辐射部254收发CDMA频带的信号，高频带辐射部256收发US PCS频带的信号。当然，第一天线图案可以是不同于图2示出的收发单一频带的信号的天线。
天线的共振频带与辐射体的长度成比例，因此，低频带辐射体254的长度设置为大于高频带辐射体256的长度。
第二载体204设置于第一载体200附着到终端的位置的背面。即，第二载体204设置为与第一载体200相隔预定距离。
如图4所示，第二载体204上形成第二天线图案206。第二载体204也是由介电材料形成并执行第二天线图案的主体的功能。虽然图2示出基板形态的第二载体204，但是第二载体204的形态可以多样地变化。
第二天线图案206通过电磁耦合从第一天线图案的馈电部接收第二频率信号并作为对于第二频率信号的辐射体而工作。
第二天线图案不与馈电线路和接地连接的同时形成于第二载体204之上。虽然在现有的多频带天线中存在通过与接地连接的寄生图案的耦合来形成多频带的技术，但是在本发明中，第二天线图案不与接地连接而单独地形成于第二载体204之上，并通过第一天线的馈电部接收耦合馈电。
虽然图4示出弯曲线形态的第二天线图案，但是天线图案的形状不限于此，可以形成各种形态的图案。
当收发作为第一天线的共振频带的第一频率信号时，第二天线图案206不会对第一天线的工作或辐射产生影响。即，当收发第一频率信号时，第一天线将工作，但是不会发生馈电部与第二天线之间的电磁耦合，从而第一天线的工作状态与没有第二天线图案时的工作状态相同。
但是，当收发第二频率信号时，发生馈电部与第二天线图案之间的电磁耦合，第二天线图案作为收发第二频带的信号的天线来工作。
第二天线图案的长度设置为对应于第二频率。根据本发明的一实施例，当假设第二频带的中心频率的波长为1时，第二天线图案的长度可被设置为大约0.25。只是，根据图案的形态，物理长度与电性长度可能会不同，第二天线图案的长度以0.25为基准稍微发生变化。
根据本发明的一实施例，第二频带可以是GPS频率带，但是不限于此。
对于图1示出的现有的实施例，为了收发三重频带的信号，单独形成GPS天线和CDMA/PCS天线并且单独地形成馈电。但是，依据图2至图4示出的实施例，可以对三重频带的信号形成单一馈电结构的天线，因此具有能够设计无需考虑单独的隔离的多重频带天线的优点。
此外，以耦合的形态形成馈电，因此，相比于直接形成馈电的情况，能够最小化手效应和头效应引起的影响和电磁波引起的影响。
同时，与现有的用于形成多频带的寄生补丁(parasitic patch)不同，单独形成的第二天线图案具有不会对第一频率带产生任何影响并且容易实现对于第二共振频带的调谐的优点。
进一步，对于三重频带的天线以单一结构来实现，因此具有能够使天线的整体尺寸变小的优点。
图8是示出根据本发明第一实施例的利用耦合的多频带天线中手持时的反射损失的示图。
图8中，红线是没有手持时的反射损失，蓝线是手持时的反射损失。如图8所示，根据本发明的天线结构，能够确认，在CDMA频带(824MHz～894MHz)，、GPS频带(1.575GHz)和US PCS频带(1.85GHz～1.99MHz)形成合适的共振，以及手持时的GPS频带的频率特性变化微小。
图5是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线的上部立体图的示图，图6是示出在根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线中的第二载体的设置状态的示图，图7是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带内置型天线的剖面图的示图。
根据本发明第二实施例的利用多频带内置型天线可包括第一载体300、第一天线图案302、第二载体304和第二天线图案306。
参照图5至图7，与第一实施例相比较，根据第二实施例的天线中第一载体与第二载体的位置关系不同。在第一实施例中，第二载体204设置于安装第一载体的位置的背面。但是，在第二实施例中，第二载体304设置于第一载体300的下部。
如图5至图7所示，第一载体300具有预定的高度，第一载体300的一部分形状呈弧形，下部形成有能够插入第二载体的预定空间。
第二载体304插入到形成于具有所述预定高度的第一载体的下部的空间。
第一天线图案302形成于第一载体之上，第二载体306形成于第二载体304之上。如上述的第一实施例相同，第二天线302和第二天线306可利用热熔接、焊接(bonding)、超声波熔接等方式形成于第一载体300及第二载体304之上。
当如同图5至图7所示的实施例布置第一载体300和第二载体304时，第一天线图案302和第二天线图案相隔预定距离而布置，因此可以形成第一天线图案302的馈电部至第二天线的电磁耦合。
第二实施例中的地天线图案302的形态与第一实施例相同。第一天线图案300包括馈电部350、接地连接部352、低频带辐射部354和高频带辐射部356，并作为在第一频率带(例如，CDMA频带和US PCS频带)共振的天线而工作。形成于第二载体304之上的第二天线图案306没有与接地和馈电线路电性连接，独立地形成到第二载体304之上。如前述的，第一天线图案302和第二天线图案306的形状可多样地变化。
在图5至图7的结构中，第一天线图案和第二天线图案布置为相隔预定距离，第二天线图案作为在第二频率带的耦合元件而工作。
当收发对于第一频带的信号时，第一天线图案302与第二天线图案304之间不会发生耦合，这是由于第二天线图案的长度不会对于第一频率带形成共振。第一天线图案收发对于第一频率带的信号。当收发对于第二频率带的信号时，发生从第一天线图案302的馈电部至第二天线图案306的耦合现象，第二天线图案304作为收发第二频率带的信号的天线而工作。
如上所述，为了在第二频率带形成辐射，第二天线图案306的整体长度可被设置为0.25，根据图案的形态，物理长度和电性长度会不同，第二天线图案的长度以0.25为基准稍微发生变化。
图9是示出根据本发明第二实施例的利用耦合的多频带天线中手持时的反射损失的示图。参照图9，根据本发明第二实施例的天线中，能够确认在CDMA频带(824MHz～894MHz)，GPS频带(1.575GHz)和US PCS频带(1.85GHz～1.99MHz)形成合适的共振。
虽然，以上参照本发明的优选实施例进行了描述，本领域的熟练的技术人员可以理解，在不脱离权利要求所记载的本发明的思想及领域的范围内，可以修改和变化本发明。

Claims (12)

1.一种利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，包括：
第一载体；
形成于第一载体之上并包括馈电部和辐射部的第一天线图案；
第二载体；
形成与所述第二载体之上的第二天线图案，
其中，所述第一载体和第二载体布置为使所述第一天线图案与所述第二天线图案相隔预定距离，所述第二天线图案没有与接地和馈电线路连接而是单独地形成于第二载体之上，从而通过与所述第一天线图案的馈电部的电磁耦合来接收馈电。
2.如权利要求1所述的利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，所述第二载体设置于在终端中设置所述第一载体的部分的对面。
3.如权利要求1所述的利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，所述第一载体具有预定高度，所述第二载体插入到所述第一载体的下部。
4.如权利要求1所述的利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，所述第一天线图案收发预设置的第一频率带的信号，所述第二天线图案通过与第一天线图案的电磁耦合馈电而在预设置的第二频率带作为辐射元件而工作。
5.如权利要求4所述的利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，所述第二天线图案的长度设置为所述第二频率带的中心波长的大约1/4长度。
6.如权利要求5所述的利用电磁耦合的多频带天线，其特征在于，当收发所述第一频率带的信号时，所述第二天线图案对辐射不产生影响。
7.一种利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，包括：
包括馈电部和辐射部的第一天线图案；
布置为与第一天线图案相隔预定距离并且不与接地和馈电线路结合而单独形成的第二天线图案，
其中，从所述馈电部馈电第一频率带的信号和第二频率带的信号，当馈电所述第二频率带的信号时，所述第二天线通过与馈电部的电磁耦合而接收第二频率带的信号以作为针对第二频率带的信号的辐射体而工作。
8.如权利要求7所述的利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，第二天线图案的长度被设置为所述第二频率带的中心波长的大约1/4。
9.如权利要求8所述的利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，还包括：形成所述第一天线图案的第一载体和形成所述第二天线图案的第二载体。
10.如权利要求8所述的利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，当收发所述第一频率带的信号时，所述第二天线图案对辐射不产生影响。
11.如权利要求9所述的利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，所述第二载体设置于在终端中设置所述第一载体的位置的对面。
12.如权利要求9所述的利用电磁耦合的多频带内置型天线，其特征在于，所述第一载体具有预定高度，所述第二载体插入到所述第一载体的下部。
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