CN102422484A - 天线组合 - Google Patents

Abstract

一种意在用于小型移动站的天线组合，其中存在两个被提供有它们自己的馈电的天线。一个天线主要被用于较低频带以及另一个被用于较高频带。前一天线的辐射器或第一辐射器(310)包括开始于其馈电点(FP1)的相对窄的第一部分(311)，以及接着的平面部分(312)，该平面部分相对于所述第一部分是宽的。此外，所述第一部分包括具有条导体(313，314)的导体图案(用于改善所述天线的匹配和带宽)，所述条导体(313，314)从所述第一部分的起始端在所述平面部分的尾端和所述第二辐射器之间延伸，所述条导体被提供有地耦合。所述辐射器与无线电设备的电路板(PCB)相分离。为针对较低和较高频带的天线结构的各部分实现了足够的能力，而在无线电设备的所述电路板上没有匹配电路，该电路需要空间并且是敏感的。

Description

天线组合

技术领域

本发明涉及天线组合，在其中在不同的频带内工作的至少两个天线具有它们自己的单独的馈电(feeds)，所述组合特别地意在为小型的(small)移动终端所用。

背景技术

因为所述移动终端的功能已经增加，单个的设备被设计为在若干不同的无线电系统中工作是常见的。这样的系统例如(i.a.)是US-GSM、或GSM850、GSM900、GSM1800、GSM1900(全球移动通信系统)、WCDMA(宽带码分多址)和WLAN(无线局域网)。所述无线电系统使用不同的频率范围，这意味着所述设备的天线结构的设计变得更困难，特别在其必须被实现为小型(small-sized)设备的内部结构时。我们可以设想：会为每个无线电系统制造单独的天线以获得在所要求的频率范围内的良好匹配。然而，在该情况下，具有它们的匹配电路的所述天线会占据(take up)太多的空间。相对的(contrary)解决方案是仅一个多频带天线被制造。这又意味着严重的匹配困难，这例如(i.a.)出于(appear from)如下事实：所述天线的工作频带的至少一部分太窄。此外，所述天线和所讨论的无线电设备的发送器和接收器之间需要相对多的额外电路，这些电路占据了电路板上的空间并增加了生产成本。

一种解决方案是构造两个天线，以便一个天线被用在其频率范围低于1GHz的系统中，以及另一个天线被用在其频率范围在2GHz左右的系统中。这里，前面的频率范围一起被称为较低频带以及后面的频率范围一起被称为较高频带。天线类型可以是在移动终端中通常使用的PIFA(平面倒F天线)，这种天线包括一个在另一个之上(one ontop of the other)的辐射平面和地平面，并且所述辐射平面和地平面通过短路导体而被彼此连接。所述PIFA的特性是相对良好的，并且它的匹配可以仅利用短路导体而成功。然而，特别地，当所述较高频带除了必须覆盖所述较高GSM系统的频率范围之外，也必须覆盖所述WCDMA系统的频率范围时，所述PIFA的工作频带对于所述较高频带仍然是太窄了。在该情况下，所述较高频带是1710-2170MHz。当所述无线电设备是非常平的(flat)时，所述PIFA的带宽的不足变得更明显，因为这时所述辐射平面和地平面之间的距离仍然是比最优值明显地更小。

当使用PILA(平面倒L天线)而不是PIFA时，所述天线可以被提供有匹配电路，以便与相应的PIFA相比所述带宽增加。图1作为电路图显示了这样的解决方案的例子。在该图中，用于所述较低频带的第一天线的辐射器(或第一辐射器)110、用于所述较高频带的第二天线的辐射器(或第二辐射器)120以及所讨论的所述无线电设备的电路板PCB的一部分是看得到的。在所述电路板上存在第一天线的匹配电路，所述匹配电路由线圈L11和电容器C11的并联电路构成。所述匹配电路的一端被连接到所述地平面(或地)GND，并且另一端被连接到第一天线的馈电导体，所述馈电导体开始于第一天线端口AP1并经由第一馈电点FP1而继续(continue)到第一辐射器110。相应地，在所述电路板PCB上存在第二天线的匹配电路，所述匹配电路由线圈L12和电容器C12的并联电路构成。该匹配电路的一端被连接到所述地平面GND以及另一端被连接到第二天线的馈电导体，所述馈电导体开始于第二天线端口AP2并经由第二馈电点FP2继续到第二辐射器120。在物理上，所述辐射器是类平面的(plane-like)，并且所述地平面GND在这些辐射器的下面延伸。

根据图1的解决方案的缺点是：所述天线的工作频带的位置(place)对所述匹配电路的组件值的变化是敏感的。此外，当已经将所述线圈实现为平面(planar)时，改变匹配电路的电感值需要改变整个电路板的布局(layout)，这否则是有利的方式。所述匹配电路的组件也显著地占据所述电路板上的空间。

发明内容

本发明的目的是缓解(alleviate)与现有技术相关的前述缺点。根据本发明的天线由在独立权利要求1中所阐述(set forth)的技术方案特征化。在其他权利要求中公开了本发明的一些有利的实施例。

本发明的基本思想如下：无线电设备的天线结构包括两个被提供有它们自己的馈电的天线。一个天线主要被用于所述较低频带以及另一个天线主要被用于所述较高频带。前一天线的辐射器(或第一辐射器)包括从其馈电点起始的相对窄的第一部分以及接着的平面部分，所述平面部分相对于所述第一部分是宽的。此外，所述第一部分包括具有条导体(strip conductor)的导体图案(conductor pattern)(用于改善所述天线的匹配和带宽)，其从第一部分的起始端在所述平面部分的尾端和第二辐射器之间延伸，所述条导体被提供有地耦合。所述辐射器与无线电设备的所述电路板相分离(apart from)。

本发明的优点是为针对较低和较高频带的天线结构的各部分实现了足够的能力，而没有在无线电设备的所述电路板上的匹配电路，该电路需要空间并且是敏感的。关于所述较低频带，这是由于以下事实：被包括在所述辐射导体中的导体图案在所述馈电点和地之间具有感应部分。关于所述较高频带，所述改进是由于以下事实：由于在所述第一和第二辐射器之间延伸的所述导体图案的所述部分的影响，所述第一天线的基本谐振频率的第三谐波减低(decrease)到接近第二天线的谐振频率，因此所述第二天线的工作频带变得更宽。本发明的另一优点是：所述天线的调谐(tunning)不需要所述无线电设备的所述电路板上的改变，因为在所述辐射器图案中可以实现必要的变化。本发明的进一步的优点是：与相应的已知的天线相比，所述天线的效率提高了。

附图说明

下面更详细地(in closer detail)描述了本发明。在所述描述中，对附图进行了参考，其中

图1呈现了两个天线的已知组合的例子，

图2作为电路图呈现了根据本发明的天线组合的原理，

图3呈现了根据本发明的天线组合的实际例子，

图4呈现了根据本发明的天线组合的另一例子，

图5呈现了根据本发明的天线组合的频带特性的例子，以及

图6呈现了根据本发明的天线组合的效率的例子。

具体实施方式

已经连同现有技术的描述描述了图1。

图2是关于根据本发明的天线组合的原理性的呈现。在该图中，用于所述较低频带的第一天线的辐射器(或第一辐射器210)、用于所述较高频带的第二天线的辐射器(或第二辐射器220)以及所讨论的无线电设备的电路板PCB的一部分是看得到的。所述辐射器与所述电路板相分离。作为替代，在所述电路板上存在地平面GND，所述地平面GND是每个天线的一部分。所述天线具有独立的馈电：第一天线的馈电导体起始于第一天线端口AP1并经由第一馈电点FP1继续到第一辐射器210。相应地，第二天线的馈电导体起始于第二天线端口AP2并经由第二馈电点FP2继续到第二辐射器220。电容元件C21也在所述电路板PCB上，用于第一天线的匹配，该元件的一端被连接到地平面以及另一端靠近第一馈电点而被连接到第一馈电导体。

根据本发明，第一辐射器210包括适当的辐射部分21A和导体图案21B。该导体图案在原理性的图2中仅象征性地被显示。其包括从第一辐射器的第一端在其尾端和第二辐射器之间延伸的导体，以及从那个导体继续到第一接地点GP1中的地平面GND的另一导体。所述导体图案21B改进了第一天线的所述匹配。此外，所述导体图案21B导致了第一天线的基本谐振频率(basic resonance frequency)的第三谐波的减低，以致于所述第三谐波共振变得在所述较高频带中是有用的。

在根据本发明的结构中，短路导体对第二天线的所述匹配而言是足够的，所述第二辐射器220通过所述短路导体被连接到第二接地点GP1中的地平面。由于上述第一天线的谐波共振，第二天线的带宽是足够的，在该情况下，像图1中的匹配电路那样的匹配电路则是不需要的。

图3显示了根据本发明的天线组合的实际例子。在该图中，无线电设备的电路板PCB的一部分和天线组件300是看得到的，所述天线组件在此处被安装在所述电路板的一端处。所述电路板的表面大部分是导电的信号地GND，该信号地GND起所述天线的地平面的作用。所述天线组件300包括电介质支撑架350，以及在其表面上的第一天线的辐射器(或第一辐射器)310和第二天线的辐射器(或第二辐射器)320。所述支撑架例如(i.a.)具有上表面、平行于该端的侧面上的电路板的所述端的头表面以及平行于邻近这些侧面的所述电路板的侧面的第一和第二侧表面。所述支撑架是空心的，换言之，其仅由薄壁构成。第一辐射器310的馈电点(或第一馈电点)FP1在所述电路板PCB上，在所述支撑架的所述头表面的较低边缘处。第一辐射器包括在所述支撑架的所述头表面上的相对窄的第一部分311，其起始于馈电点FP1，在该例子中朝向所述上表面做出

形的弯曲，随后靠近所述支撑架的第一侧表面在头的方向上继续并上升到所述上表面。在所述上表面上存在作为第一辐射器的第一部分的延续的平面部分312，所述平面部分312与第一部分相比是宽的。在所述头的方向上，所述平面部分延伸到第一部分的起始端的线，以及在图3的例子中第一馈电点FP1甚至越过了该线，或更靠近第二侧表面。第一辐射器的第一端和尾端因此位于相对于所述辐射器的大小而彼此靠近。所述平面部分312可以进一步包括到第一侧表面的延伸部(extension)。

第一辐射器310进一步包括耦合条313、314，该耦合条从第一部分311的起始端分叉并延伸到所述支撑架350的所述上表面，并且在那里在垂直于所述头方向的方向上紧邻(next to)所述平面部分312的尾端。在所述耦合条和所述平面部分312的尾端之间保留槽，该槽的宽度例如是第一辐射器的物理长度的百分之一，如以毫米计小于1mm(as millimetres less than 1mm)。这意味着这些部件之间显著的电磁耦合。所述耦合条已经由地条电流性地(galvanically)连接到地平面GND，所述地条在所述头和继续到所述上表面的尾部314的方向上在其交叉部分313的边界处从所述耦合条分叉。则第一辐射器也具有地点(ground point)(或第一接地点)GP1，所述第一接地点GP1在所述电路板PCB上、在所述支撑架的所述头表面的较低边缘处。在所述第一馈电点FP1和第一接地点GP1之间存在电感，该电感主要是由于所述耦合条的所述交叉部分313并且对应于所述电路板上的匹配线圈L11的电感，参见图1。此外，如在图2中，电容元件可以在所述电路板PCB上，所述电容元件被连接在馈电点FP1和地平面之间并属于第一天线的匹配电路。

在图3的例子中，第一辐射器310进一步包括辅助条315，所述辅助条315从其第一部分的起始端朝向所述支撑架的第一侧表面分叉。该条相对靠近所述上表面，以便它在其侧边缘处具有对所述辐射器的平面部分的显著的耦合。

第二辐射器320的馈电点(或第二馈电点)FP2在所述电路板PCB上，在所述支撑架的所述头表面的较低边缘处，紧邻上述第一接地点GP1。从所述馈电点FP2，所述辐射导体上升到所述支撑架的上表面，它在第二侧表面的所述侧上覆盖所述上表面的一部分，并且还延伸一些到所述第二侧表面。所述辐射器320的相对的边缘与所述耦合条的所述尾部314相近(run close to)，在其最小处所述距离至多为1毫米。第二辐射器在第二接地点GP2中被短路到所述地平面，所述第二接地点GP2位于所述电路板PCB上、在所述头表面和所述支撑架的第二侧表面的拐角(corner)中。槽SLT保留在所述上表面上、在第二辐射器联接第二接地点GP2的区域和第二辐射器联接第二馈电点FP2的区域之间，该槽的长度影响谐振频率，并且也影响第二天线的带宽。

根据上面的描述，属于第一辐射器的耦合条的尾端314位于第一辐射器的平面部分312和第二辐射器320之间，到两个方向的电磁耦合是显著的。这导致：第一辐射器被做成起第二辐射器的寄生辅助辐射器的作用，以便第一天线的基本谐振频率的第三谐波频率落在邻近第二天线的谐振频率，因而拓宽了第二天线的工作频带。没有所述耦合条314，当所述基本谐振频率位于所述较低频带中的固定点处时，所述第三谐波会位于显著较高的频率处。由于所述耦合条314和第一辐射器的平面部分之间的耦合的影响以及也由于所述辅助条315和第一辐射器的所述平面部分之间的耦合的影响，第三谐波与所述基本谐振频率的比值变小。此处所述基本谐振频率被认为是(is accountedas)第一谐波。

除去所述支撑架的侧表面上的所述条以外，所述天线的地平面GND在第一和第二辐射器之下延伸。

属于天线组件300的支撑架350可以形成(几乎)闭合的室(closed room)，所述室同时起所述无线电设备的扬声器腔的作用。

图4显示了根据本发明的天线组合的另一例子。在该例子中，这些辐射器具有小电介质板的导电涂层(the radiators are ofconductive coating of a small dielectric plate)，并且它们一起构成类似板的天线组件400。这被支撑到所述地平面GND之上的无线电设备的电路板PCB。第一辐射器410包括：从其馈电点FP1开始，首先是相对窄的第一部分411，以及随后是在相对方向上相对宽的平面部分412。第一辐射器进一步包括被连接到所述地平面的耦合条413、414，其从第一部分411的起始端分叉并且延伸到紧邻(next to)所述平面部分412的尾端，如在图3中。并且在该情况下，属于所述耦合条的交叉部分413导致第一馈电点FP1和第一接地点GP1之间的电感，用于所述天线的匹配。

第二辐射器420具有第二馈电点FP2和第二接地点GP2，并且其延伸而靠近所述耦合条的尾端414，用于利用第一天线的基本谐振的第三谐波，如在图3中。

图5作为反射系数S11的曲线显示了根据本发明的天线组合的频带特性的例子。所述例子涉及根据图3的结构。曲线51显示了当第一天线被馈电时所述反射系数作为频率的函数，并且曲线52显示了当第二天线被馈电时所述反射系数作为频率的函数。当测量一个天线时，具有标称阻抗50Ω的电阻器已被连接到另一天线的天线端口。

从所述曲线51看到：所述天线组合的较低工作频带良好地覆盖了较低频带w1，或由系统GSM850和GSM900共同使用的频率范围824-960MHz。从所述曲线52看到：所述天线组合的较高工作频带良好地覆盖了较高频带w2，或由系统GSM1800、GSM1900和WCDMA共同使用的频率范围1710-2170MHz。所述天线组合的较高工作频带是基于第二天线的谐振r2并且基于第一天线的基本谐振r1的第三谐波共振r3。所述谐振r3的频率是大约2.1GHz，在该情况下所述WCDMA系统的频率范围的覆盖借助于它而被实现。

图6显示了根据本发明的天线组合的效率的例子。该例子涉及在自由空间中根据图3的结构。已经用分贝数指示该效率，0dB则对应于理想的情况，或无损耗的情况。曲线61显示了当第一天线被馈电时所述效率的波动(fluctuation)作为频率的函数，并且曲线62显示了当第二天线被馈电时所述效率的波动作为频率的函数。当测量一个天线时，具有标称阻抗50Ω的电阻器已被连接到另一天线的天线端口。

从图6看到：在较低频带w1中，所述天线组合的效率平均是大约-2.6dB，以及在较高频带w2中平均是大约-2.0dB。即使考虑了所述天线之上不存在所述移动终端的外壳(outer cover)，这些也是良好的值。

在根据本发明的结构中，存在两个彼此靠近的天线，在该情况下，它们也以非意图之中的方式不可避免地彼此影响。所述天线之间的隔离衰减(isolation attenuation)表现了这样的影响，当具有变化频率的测试传送信号被馈送到一个天线端口并且在另一端口中测量该电平时该衰减被发现。所述隔离衰减是所述测试传送信号的电平与所述测量的电平的比率，该比率换言之应是尽可能地高。在根据图3的结构中，所述隔离衰减自然地在所述天线组合的工作频带的范围内具有最低的值。第一最小值(大约17dB)是在频率825MHz附近，并且第二最小值(大约7dB)是在频率2.1GHz附近。该频率是第一天线的第三谐波的频率，并且相对低的隔离衰减是由以下事实所导致的：在所讨论的频率处，第一辐射器被特别地(expressly)用作第二辐射器的寄生元件。

在本说明书和权利要求书中，修饰词(qualifier)“之下(below)”以及“上表面”和“较低边缘”指的是图3中的天线组件的位置。所述天线组件的使用位置自然地可以是任意的。

上面已经描述了根据本发明的天线组合。在细节上，它的结构自然地可以不同于图3和图4中所呈现的结构。例如，所述辐射器的形状可以变化，并且它们也可以是刚性导体而不是电介质材料的导电涂层。在由独立权利要求1所设定的范围内，可以以不同方式应用该发明思想。

Claims (7)

1.一种无线电设备的天线组合，所述天线组合包括具有主要用于低频带的第一辐射器(310；410)的第一天线和具有用于高频带的第二辐射器(320；420)的第二天线，所述第一辐射器具有要被连接到第一天线端口(AP1)的第一馈电点(FP1)，并且所述第一辐射器包括起始于那个馈电点的第一部分(311；411)以及接着的与所述第一部分相比宽的平面部分(312；412)，所述平面部分的尾端靠近所述第一部分的起始端，并且所述第二辐射器具有要被连接到第二天线端口(AP2)的第二馈电点(FP2)以及所述第二辐射器在第二接地点(GP2)中被短路到所述天线的地平面(GND)，其特征在于，所述第一辐射器(310；410)进一步包括包括耦合条(313，314；413，414)的导体图案(21B)，其从所述第一部分(311；411)的起始端在所述平面部分(312；412)的尾端和所述第二辐射器(320；420)之间延伸并且在第一接地点(GP1)中被连接到所述地平面(GND)，以改善两个天线的匹配。

2.根据权利要求1所述的天线组合，其特征在于，所述耦合条(314；414)的尾端距所述平面部分(312；412)的尾端和所述第二辐射器(320；420)两者的距离是至多1mm，以在所述高频带中使用所述第一辐射器作为所述第二辐射器的寄生辐射器。

3.根据权利要求1所述的天线组合，其中所述第一天线的匹配电路包括被连接在所述第一馈电点(FP1)和地平面(GND)之间的电感和电容(C21)元件，其特征在于，在所述第一馈电点(FP1)和第一接地点(GP1)之间的所述耦合条的交叉部分(313；413)同时是所述匹配电路的电感元件。

4.根据权利要求1所述的天线组合，其特征在于，其地平面(GND)在所述第一辐射器的所述平面部分(312；412)和所述第二辐射器(320)紧邻所述平面部分的一部分的下方延伸。

5.根据权利要求1所述的天线组合，其特征在于，辅助条(315)从所述第一辐射器的所述第一部分(311)的所述起始端分叉并且邻近所述平面部分(312)的边缘延伸，以按与所述基本谐振频率的比例减小所述第一天线的所述基本谐振频率的第三谐波频率。

6.一种天线组件(300；400)，所述天线组件(300；400)包括电介质支撑部分和在其表面上的辐射导体结构，其特征在于，所述辐射导体结构与权利要求1一致。

7.根据权利要求6所述的天线组件(300)，其特征在于，所述支撑部分是具有上表面、头表面和侧表面的空心支撑架(350)，在该情况下所述第一辐射器的所述第一部分(311)在所述头表面上并且所述平面部分(312)和所述第二辐射器(320)的主要部分在所述上表面上。

Images