CN102396109A

CN102396109A - 多频带偶极子天线

Info

Publication number: CN102396109A
Application number: CN2009801586686A
Authority: CN
Inventors: 李定喜; 黄国俊
Original assignee: Laird Technologies Inc
Current assignee: Kedi (Shanghai) Trading Co., Ltd
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: TWI435498B; CN102396109B; US8810467B2; TW201042834A; US20120001818A1; WO2010120164A1

Abstract

本发明公开了一种用于无线应用装置的多频带偶极子天线。示例性天线包括至少一个偶极子，其包括谐振元件和接地元件。馈送点耦接到谐振元件，并且接地点耦接到接地元件。示例性天线还包括与谐振元件的至少一部分相邻的寄生元件。寄生元件耦接到接地元件并且配置以改变谐振元件的至少一部分的谐振频率。

Description

多频带偶极子天线

技术领域

本公开涉及用于无线应用装置的多频带天线。

背景技术

这个部分提供与本公开有关的背景信息，但是不一定是现有技术。

在无线操作中广泛使用诸如膝上型计算机、蜂窝电话等的无线应用装置。并且，这种使用不断地增加。因此，与使用的增加相适应，需要额外的频带，并且期望能够应对额外的不同频带的天线。

图1例示常规的半波偶极电线100。天线100包括辐射器元件102和接地元件104。辐射器元件102和接地元件104连接到信号馈送器106，并通过信号馈送器106向辐射器元件102和接地元件104进行馈送。辐射器元件102和接地元件104均具有天线的期望谐振频率的波长的约四分之一(1/4λ)的长度。辐射器元件102和接地元件104一起具有天线的期望谐振频率的波长的约二分之一(1/2λ)的长度108。

为了产生在超过一个频带中辐射的偶极子天线，有时将一个或者更多个附加辐射器添加或者搭接到偶极子天线的辐射器元件。另外，为了减小偶极子天线的大小，有时将偶极子天线元件(辐射器元件和接地元件两者)折叠、翻转、曲折等。图2例示了常规的多频带折叠偶极电线200。天线200包括第一辐射器元件202和第二辐射器元件204。第一辐射器元件202和第二辐射器元件204共同地形成辐射器205。天线200还包括第一接地元件206和第二接地元件208，它们共同地形成接地209。通过耦接到接地209和辐射器205的同轴电缆210将信号馈送到天线。

发明内容

本部分提供本公开的总的小结，而不是其完整范围或者其全部特征的详尽公开。

根据各个方面，提供配置用以安装到无线应用装置中的天线的示例性实施方式。在一种示例性实施方式中，多频带偶极子天线包括至少一个偶极子，该偶极子包括谐振元件和接地元件、耦接到谐振元件的馈送点和耦接到接地元件的接地点。寄生元件与谐振元件的至少一部分相邻。寄生元件耦接到接地元件并且被配置以改变至少一部分谐振元件的谐振频率。

在另一种示例性实施方式中，多频带偶极子天线包括基本上在单个平面中的谐振元件和在该平面中的接地元件。谐振元件包括第一臂和第二臂。第一臂连接到第二臂。寄生元件设置在该平面中，与第一臂的至少一部分相邻。寄生元件电连接到接地元件并且电容性地耦接到第一臂以改变谐振元件的至少一部分的谐振频率。

其它应用领域将从本文所提供的描述变得明显。该发明内容中的说明和具体示例仅旨在例示而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅是为了例示所选择的实施方式而不是为了例示所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是常规的偶极电线；

图2是例示现有的多频带折叠偶极子天线的顶视图，在该多频带折叠偶极子天线中，将同轴电缆耦接到天线的地和辐射器；

图3A是包括本公开的一个或者更多个方面的多频带半波偶极子天线的示例性实施方式的顶视图；

图3B是根据示例性实施方式的连接到信号电缆的图3A中的天线的顶视图；

图4是具有根据示例性实施方式的仅为了例示的目的而提供的示例性尺寸的、包括本公开的一个或者更多个方面的天线的示例性实施方式的顶视图；

图5是例示在约600兆赫到约3000兆赫的频带上针对图4的示例性天线的以分贝度量的反射损耗的曲线图和在约600兆赫到约3000兆赫的频带上针对图4的天线的史密斯图；

图6例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的图4的示例性天线的方位角辐射方向图(radiation pattern)；

图7A例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的图4的示例性天线的零度提升(elevation)辐射方向图；

图7B例示了针对约1710兆赫、约1850兆赫、约1990兆赫、和约2170兆赫的频率的图4的示例性天线的零度提升辐射方向图；

图8A例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的图4的示例性天线的90度提升辐射方向图；

图8B例示了针对约1710兆赫、约1850兆赫、约1990兆赫、和约2170兆赫的频率的图4的示例性天线的90度提升辐射方向图；

图9是针对从约824兆赫到约2170兆赫的各个频率的图4的示例性天线的效率(以百分比以及以分贝度量)和总峰值增益(以分贝度量，称为各向同性增益(dBi))的表；

图10是包括本公开的一个或者更多个方面的天线的另一示例性实施方式的顶视图；

图11是包括本公开的一个或者更多个方面的天线的另一示例性实施方式的顶视图；

图12是包括本公开的一个或者更多个方面的天线的另一示例性实施方式的顶视图；

图13是包括本公开的一个或者更多个方面的天线的另一示例性实施方式的顶视图；

图14是包括本公开的一个或者更多个方面的天线的另一示例性实施方式的顶视图。

具体实施方式

下面将参照附图更充分地描述示例性实施方式。

提供这些示例性实施方式使得本公开透彻，并向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。阐述了多个具体细节，诸如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的彻底理解。对本领域技术人员明显地不需要采用这些具体细节，可以以多种不同的形式实现这些示例性实施方式，并且不应将任何一个理解为限制本公开的范围。在某些示例性实施方式中，没有详细描述已知的处理、已知的装置结构、和已知的技术。

本文所使用的术语仅是为了描述具体的示例性实施方式，并不旨在进行限制。如本文所使用的，除非上下文清楚地另有指明，否则单数形式的“一个”、“该”、“所述”旨在还包括复数形式。措辞“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，因此指定所陈述的特征、要素、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或者更多个其它特征、要素、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者添加。除非明确标识为进行的顺序，否则不将本文所描述的方法步骤、处理和操作解读为一定需要以所讨论或者例示的具体顺序进行。还应理解的是，可以采用额外的或者替代的步骤。

当元件或者层被称为在另一元件或者层“上”、“啮合到”、“连接到”或者“耦接到”另一元件或者层时，其可以直接在该另一元件或者层上、啮合、连接或者耦接到该另一元件或者层，或者可以存在中间元件或者层。相反地，当元件被称为“直接”在另一元件或者层“上”、“直接啮合到”、“直接连接到”或者“直接耦接到”另一元件或者层时，不存在中间元件或者层。用于描述元件之间的关系的其它措辞应以类似方式理解(例如“在......之间”相比于“直接在......之间”，“相邻”相比于“直接相邻”等)。如本文所使用的，措辞“和/或”包括相关列出项目的一个或更多个的任何的和所有的组合。

尽管本文可以使用措辞第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或区，但是这些元件、部件、区域、层和/或区不应被这些措辞所限制。这些措辞可以仅用于从另一个区域、层或者区中区分一个元件、部件、区域、层或者区。除非上下文清楚地指出，否则当在本文中使用诸如“第一”、“第二”的措辞和其它数值的措辞时，不暗指序列或者顺序。由此，在不背离示例性实施方式的教导的情况下，可以将以下所讨论的第一元素、部件、区域、层或者区称为第二元素、部件、区域、层或者区。

可以在本文为了便于描述而使用诸如“内部”、“外部”、“以下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上部”等的空间关系措辞，以描述在附图中所例示的一个元件或者特征与另一(另一些)元素或者特征的关系。除了附图中所描绘的方向以外，空间关系措辞旨在还可以包括使用中或者操作中的装置的不同方向。例如，如果在附图中装置被翻转，则描述为在其它元件或者特征的“下方”、或者“以下”的元件将定向为在该其它元件或者特征“以上”。由此，示例性措辞“下方”可以包括上方和下方两者的方向。装置可以以其它方式定向(旋转90度或者在其它方向)，并且对本文所使用的空间关系描述语进行相应地理解。

现在参照附图，图3A和图3B以标号300总体上例示了包括本公开的一个或者更多个方面的天线的示例性实施方式。在本公开的范围内，所例示的天线300可以集成在、内置在、安装在无线应用装置(未示出)中，所述无线应用装置包括例如个人计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等。

如图3所示，所例示的天线300是多频带半波偶极子天线。天线300包括具有第一臂304和第二臂306的谐振元件302。谐振元件302与接地元件308形成至少一个偶极子。天线300包括耦接到谐振元件302的馈送点310和耦接到接地元件308的接地点312。天线300还包括与第一臂304相邻设置的寄生元件314。

第一臂304和第二臂306是四分之一波长(1/4λ)辐射臂。各臂304、306的尺寸近似为天线300的期望谐振频率的波长的四分之一。在该实施方式中，第一臂304是高频辐射器，并且第二臂306是低频辐射器。因此，第一臂304比第二臂306更短。如图3A所例示的，为了帮助天线300最小化或者至少减小天线300的整体尺寸，第二臂306被折叠。然而，根据本公开的天线不限于具有折叠元件的天线。如本领域技术人员将理解的，虽然设计为在某些频率具有主谐振，但是第一臂304将在第一频率范围上谐振并且第二臂306将在第二频率范围上谐振。第一和第二频率范围均具有其频率范围中从最低到最高频率的带宽。根据某些示例性实施方式，第一臂304(连同以下所描述的寄生元件314)在从约824兆赫到约960兆赫的频率范围上谐振，并且第二臂306在从约1710兆赫到约2170兆赫的频率范围上谐振。

寄生元件314耦接到接地元件308、并且被设置为与谐振元件302的一部分相邻。寄生元件314和谐振元件302之间的电容耦接改变谐振元件302的一部分的谐振频率。在该特定的实施方式中，寄生元件314被设置为与第一臂304相邻。寄生元件314和第一臂304之间的电容耦接改变第一臂304的谐振频率并且增加第一臂304所覆盖的带宽。

第二臂306包括第一调谐元件316和第二调谐元件318。这两个调谐元件316、318激励额外的谐振频率以与第二臂306的其余的谐振频率组合。额外的频率的这种激励增加了第二臂306的频率范围的带宽。

接地元件308允许天线300单独地接地。因此，天线300不依赖分立的接地元件或者接地平面。接地元件308包括狭缝320。该狭缝320增加接地元件308的电长度。通过增加接地元件308的电长度，天线300(特别是第二臂302)的谐振频率偏移到更低频率。

如图3B所示，可以通过信号电缆322(例如，同轴电缆等)向天线300进行馈送。电缆322的接地部分324连接到接地点312。电缆322的信号部分326连接到馈送点310。可以通过诸如焊接、熔接等的任何适当的方式将电缆322连接到接地点312和馈送点310。馈送点310和接地点312的位置允许对信号电缆322进行布线的灵活性。可以用用于将天线300连接到无线应用装置的接收机/发射机的任何合适的连接器来终接电缆322的另一端(未示出)。合适的连接器包括例如U.FL、SMA、MMCX等。

在某些实施方式中，天线300包括诸如基板328的基板，并且/或者被诸如基板328的基板所支撑。基板328可以是刚性绝缘体，诸如电路板基板(例如，4号阻燃剂或者说FR4等)、塑料载体等。另选地，基板328可以是柔性绝缘体，诸如柔性电路板、柔性膜等。天线300可以是印刷电路板(刚性的或者柔性的)或者可以是其一部分，其中，谐振元件302、馈送点310、接地点312、和寄生元件314全部是电路板基板上的导电迹线。天线300可以是单面PCB天线。另选地，可以通过切割、冲压、蚀刻等从金属片构造天线300(安装或者不安装在基板上)。

天线300可以是集成在或者安装在无线应用装置上的内置天线。可以通过双面泡沫胶带或者螺丝将天线300安装至无线应用装置(在装置壳体内部或者外部)。如果用螺丝安装，则孔(未示出)可以钻通天线300(优选地钻通基板328)。天线300还可以用作外置天线。可以将天线300安装在其自己的壳体中，并且可以用用于连接到无线应用装置的外置天线连接器的连接器来终接电缆322。这种实施方式允许天线300用于任何合适的无线应用装置，而不需要设计为安装到无线应用装置壳体的内部。

图4例示了根据本公开的一个或者更多个方面的天线400的示例性实施方式，其仅为了例示而不为了限制的目的包括以毫米为单位的尺寸。在图4所示的具体的实施方式中，天线400的基板可以包括具有每平方英尺1盎司的铜的单面的0.8毫米厚度的FR4。天线400的元件可以包括铜迹线，铜迹线上镀有浸镀镍，浸镀镍上镀有浸镀锡。本文所提供的材料和尺寸仅为了例示的目的，因为根据例如期望的具体频率范围、存在或者不存在基板、任何基板的介电常数、空间考虑等，可以由不同的材料来配置天线、并且/或者具有不同尺寸。

图5到图9例示了图4中的天线400的分析结果。图5例示了从600兆赫到3吉赫频率带宽上的天线400的S22反射损耗(return loss)的图和史密斯图。图6例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的天线400的90度方位角辐射方向图。图7A例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的天线400的零度提升辐射方向图。图7B例示了针对约1710兆赫、约1850兆赫、约1990兆赫、和约2170兆赫的频率的天线400的零度提升辐射方向图。图8A例示了针对约824兆赫、约880兆赫、约894兆赫、和约960兆赫的频率的天线400的90度提升辐射方向图。图8B例示了针对约1710兆赫、约1850兆赫、约1990兆赫、和约2170兆赫的频率的天线400的90度提升辐射方向图。图9是天线400在从约824兆赫到约2170兆赫的各个频率的效率和总峰值增益的表。如图5到图9所示的天线400的性能显示天线400可以至少适用于GSM 850、GSM900、GSM 1800、GSM 1900、IMT-2000/UMTS和GPS无线应用装置。

图10到图14例示了根据本公开的一个或者更多个方面的天线500、600、700、800、900的多个其它示例性实施方式。所有这些天线500、600、700、800、900类似于以上讨论的天线300、400，但是在谐振元件的臂的形状和/或接地元件的狭缝的形状上有一些差异。例如，图11例示天线600，其包括在其低频或者第二臂606中的曲折部分630，而在图13中，天线800具有在其更高频或者第一臂804中的大致三角形的部分830。

连续参照图10到图14，每个例示的天线500、600、700、800、900包括具有第一臂504、604、704、804、904和第二臂506、606、706、806、906的谐振元件502、602、702、802、902。谐振元件502、602、702、802、902与接地元件508、608、708、808、908形成至少一个偶极子。将寄生元件514、614、714、814、914设置为与第一臂504、604、704、804、904相邻。第二臂506、606、706、806、906包括第一调谐元件516、616、716、816、916和第二调谐元件518、618、718、818、918。接地元件508、608、708、808、908包括狭缝520、620、720、820、920。类似于图3A，各天线508、608、708、808、908还可以包括耦接到谐振元件的馈送点以及耦接到接地元件的接地点。

根据所例示的天线300、400、500、600、700、800、900的各种配置，明显地，根据本公开的天线可以在不背离本公开的范围的情况下改变，并且本文所公开的具体配置仅是示例性实施方式、而不旨在限制本公开。例如，如图3与图10到图14的比较所示，可以改变臂、调谐元件、和/或狭缝的大小、形状、长度、宽度、内容等。另外地，或者另选地，可以改变寄生元件的大小和形状以及其与第一臂的距离。如本领域技术人员将理解的，可以进行一个或者更多个这种变化以使天线适用于不同的频率范围、任何基板的不同的介电常数(或者缺少任何基板)，以增加一个或者更多个谐振臂的带宽、增强一个或者更多个其它特征等。

为了说明和描述的目的提供了实施方式前述描述。其目的不是穷举性的，也不是限制本发明。具体实施方式的各个元件或者特征总体上不限于该具体实施方式，在应用时，即使没有具体示出或者描述，也可互换并且可在选择的实施方式中使用。其也可以按照多种方式改变。这些改变不认为是背离本发明，并且全部这些修改旨在被包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种多频带偶极子天线，所述天线包括：

至少一个偶极子，所述至少一个偶极子包括谐振元件和接地元件；

耦接到所述谐振元件的馈送点；

耦接到所述接地元件的接地点；以及

与所述谐振元件的至少一部分相邻的寄生元件，所述寄生元件耦接到所述接地元件，所述寄生元件被配置为改变所述谐振元件的至少一部分的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述谐振元件包括：

在至少第一频率范围谐振的第一臂；以及

在至少第二频率范围谐振的第二臂。

3.根据权利要求2所述的天线，其中，所述第一频率范围不同于所述第二频率范围。

4.根据权利要求2所述的天线，其中：

所述第一频率范围具有第一中心频率；

所述第二频率范围具有第二中心频率；并且

所述第一中心频率大于所述第二中心频率。

5.根据权利要求2、3或者4所述的天线，其中，所述第一频率范围和所述第二频率范围不交叠。

6.根据权利要求2、3、4或者5所述的天线，其中，所述第一频率范围是约1710兆赫到2170兆赫。

7.根据权利要求2、3、4、5或者6所述的天线，其中，所述第二频率范围是约824兆赫到960兆赫。

8.根据权利要求2、3、4、5、6或者7所述的天线，其中，所述寄生元件与所述第一臂的至少一部分相邻。

9.根据权利要求2、3、4、5、6、7或者8所述的天线，其中，所述寄生元件电容性地耦接到所述第一臂。

10.根据权利要求2、3、4、5、6、7、8或者9所述的天线，其中，所述寄生元件被配置为增加所述第一频率范围的带宽。

11.根据上述权利要求中任意一项所述的天线，其中，所述接地元件包括绝缘的狭缝。

12.根据权利要求11所述的天线，其中，所述绝缘的狭缝被配置为增加所述天线的电长度。

13.根据权利要求2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或者12所述的天线，其中，所述第二臂包括用于增加所述第二频率范围的带宽的第一调谐元件。

14.根据权利要求13所述的天线，其中，所述第二臂包括用于增加所述第二频率范围的所述带宽的第二调谐元件。

15.根据上述权利要求中任意一项所述的天线，所述天线还包括支撑所述偶极子、所述馈送点、所述接地点和所述寄生元件的基板。

16.根据权利要求15所述的天线，其中，所述偶极子、所述馈送点、所述接地点和所述寄生元件包括位于所述基板上的导电迹线。

17.根据权利要求15或者16所述的天线，其中，所述基板是刚性绝缘体。

18.根据权利要求15或者16所述的天线，其中，所述基板是柔性绝缘体。

19.根据上述权利要求中任意一项所述的天线，其中，从金属片构造所述天线。

20.根据上述权利要求中任意一项所述的天线，其中，从刚性导电材料构造所述天线。

21.一种包括根据上述权利要求中任意一项所述的天线的便携式通信装置。

22.一种多频带偶极子天线，所述多频带偶极子天线包括：

大致位于单个平面内的谐振元件，所述谐振元件包括第一臂和第二臂，所述第一臂连接到所述第二臂；

在所述平面中的接地元件；

在所述平面中的、在所述第一臂的至少一部分的旁边设置的寄生元件，所述寄生元件电耦接到所述接地元件，所述寄生元件电容性地耦接到所述第一臂、以改变所述谐振元件的至少一部分的谐振频率。

23.根据权利要求22所述的天线，其中：

所述第一臂在第一频率范围中谐振；并且

所述第二臂在第二频率范围中谐振。

24.根据权利要求23所述的天线，其中，所述第二臂包括用于增加所述第二频率范围的带宽的第一调谐元件。

25.根据权利要求24所述的天线，其中，所述第二臂包括用于增加所述第二频率范围的带宽的第二调谐元件。

26.根据权利要求22、23、24或者25所述的天线，其中，所述接地元件包括绝缘的狭缝。

27.根据权利要求26所述的天线，其中，所述绝缘的狭缝被配置为增加所述天线的电长度。

28.根据权利要求22、23、24、25、26或者27所述的天线，其中，所述第一臂具有大致矩形的形状。

29.根据权利要求22、23、24、25、26或者27所述的天线，其中，所述第一臂具有大致三角形的形状。

30.根据权利要求22、23、24、25、26、27、28或者29所述的天线，其中，所述第二臂包括曲折部分。

31.根据权利要求22、23、24、25、26、27、28、29或者30所述的天线，其中，所述天线包括位于印刷电路板上的迹线。

32.根据权利要求22、23、24、25、26、27、28、29、30或者31所述的天线，还包括支撑所述偶极子、所述馈送点、所述接地点和所述寄生元件的基板。

33.根据权利要求32所述的天线，其中，所述偶极子、所述馈送点、所述接地点和所述寄生元件包括位于所述基板上的导电迹线。

34.根据权利要求32或者33所述的天线，其中，所述基板是刚性绝缘体。

35.根据权利要求32或者33所述的天线，其中，所述基板是柔性绝缘体。

36.根据权利要求22、23、24、25、26、27、28、30、31、32、33、34或者35所述的天线，其中，从金属片构造所述天线。

37.根据权利要求22、23、24、25、26、27、28、30、31、32、33、34、35或者36所述的天线，其中，从刚性导电材料构造所述天线。

38.一种包括根据权利要求22、23、24、25、26、27、28、30、31、32、33、34、35、36或者37所述的天线的便携式通信装置。

39.根据权利要求23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37或者38所述的天线，其中，所述第一频率范围和所述第二频率范围不交叠。

40.根据权利要求23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38或者39所述的天线，其中，所述第一频率范围是约1710兆赫到2170兆赫。

41.根据权利要求23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或者40所述的天线，其中，所述第二频率范围是约824兆赫到960兆赫。