CN103427170B - 用于世界范围的移动手持机应用的紧凑型多频带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了多频带天线组件。多频带天线组件包括载体、第一天线阵列和第二天线阵列。载体由其特征在于介电常数至少大约是6的陶瓷材料组成，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域。第一天线阵列位于第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线。第二天线阵列位于第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线。

Description

用于世界范围的移动手持机应用的紧凑型多频带天线
技术领域
本发明通常涉及一种天线组件，具体涉及用于无线通信设备的多频带天线组件及相应的无线通信设备。
背景技术
可在无线通信中使用的技术可以包括全球移动通信系统(GDM)、IEEE802.11a/b/g/n(也被称为无线局域网或WLAN)、城域通信系统以及短程通信系统。每个这样的技术都可以在特定的频率范围内工作。此外，使用这种技术的设备也可以装备全球定位系统(GPS)，GPS也使用特定的频带。更具体地，GSM使用大致850、1800和1900兆赫兹(MHz)的频率，其在本文中将被分别称为GSM850、GSM1800和GSM1900频带。可以将GSM1800和GSM1900频带统一称为GSM1800/1900频带。WLAN使用频率范围2400-2500MHz和5160-5825MHz，其在本文中将被分别称为WLAN2.4和WLAN5频带。GPS使用1575MHz的频率，其在本文中将被称为GPS频带。
城域通信系统通常具有大致30英里的覆盖半径。城域通信系统的示例是WiMax频带3A，其使用2496-2690MHz的频率范围。之后，可以使用术语“WiMax”来统称具有这种覆盖半径和这种频率范围的任何城域通信系统，然而应该理解，这种系统不一定是WiMax系统。之后，可以将这种频率范围称为WiMax频带。
短程通信系统可具有小于100米的覆盖半径。短程通信系统的示例是蓝牙，其使用2400-2484MHz的频率范围。之后，可以使用术语“蓝牙”来统称具有这种覆盖半径和这种频率范围的任何短程通信系统，然而应该理解，这种系统不一定是蓝牙系统。在本文中，可以将这种频率范围称为蓝牙频带。
可以由相应的频带名称来指代将被设计来发送或接收上述频带之一的天线。例如，被设计来接收GPS信号的天线可被称为GPS天线。
可以在众多不同类型的设备(例如移动电话、个人数字助理、手持型计算机、膝上型计算机、平板计算机或类似设备)中使用天线(例如上述的天线)。可以使用本文中使用的术语(例如，“移动手持机”、“无线设备”等)来指代这种设备，然而应该理解，本文中公开的实施例可应用于可装备任何这些类型的天线的任何类型的设备，即使设备不是便携的。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种多频带天线组件，包括：载体，由其特征在于介电常数至少大约是6的陶瓷材料组成，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域；第一天线阵列，位于所述第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4千兆赫兹GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线；以及第二天线阵列，位于所述第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850兆赫兹MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1g00/1900MHz无线通信的第五天线。
根据本发明的另一方面，提供了一种无线通信设备，包括：多频带天线组件，所述多频带天线组件包括由其特征在于介电常数至少大约是6的陶瓷材料组成的载体，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域；所述多频带天线组件还包括：第一天线阵列，位于所述第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4千兆赫兹GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线；以及所述多频带天线组件还包括：所述多频带天线组件还包括：第二天线阵列，位于所述第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850兆赫兹MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线。
根据本发明的另一方面，提供了一种无线通信设备，包括：天线载体；以及天线阵列，位于所述天线载体上，其中，所述天线阵列包括适于大约2.4千兆赫兹GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在结合附图和详细描述来参考以下简要描述，其中相似的附图标记表示相似的部分。
图1示意了根据现有技术的包括多个天线载体的印制电路板。
图2示意了根据本公开的实施方式的包括天线载体的印制电路板。
图3示意了根据本公开的实施方式的包括天线载体的印制电路板的局部放大图。
图4示意了根据本公开的实施方式的包括天线阵列的印制电路板的一部分的局部放大图。
图5示意了根据本公开的实施方式的包括天线阵列的印制电路板的另一部分的局部放大图。
图6示意了根据本公开的实施方式的天线载体的上表面的视图。
图7示意了适于实现本公开的若干方面的无线设备。
具体实施方式
一开始应理解，虽然以下提供了本公开的一个或更多方面的示意性实施方式，但可用任意数目的技术来实现所公开的系统和/或方法，而不管其是当前已知的还是将来开发的。本公开不应以任何方式受限于以下示出的示意性实施方式、附图和技术(包括在此示意和描述的示例设计和实现)，但在所附权利要求的范围以及其等同替换的全部范围内，可以进行修改。
图1示意了移动手持机或其他无线设备的典型的印制电路板(PCB)100。主天线载体110位于PCB100最大的表面上。主天线载体110是填充沿着PCB100最大表面的较短边缘的体积(volume)的材料薄块。被设计为覆盖GSM850频带和/或GSM1800/1900频带的一个或更多个天线可以呈现在主天线载体110中。天线是可以印制在主天线载体110的一个或更多个表面上或者可以嵌入在主天线载体110内的导电轨线。主天线载体110通常由塑料或者具有较低相对介电常数的一些其他材料制成。
主天线载体110通常位于PCB100的上部分上的离地高度区(groundclearancearea)120上。亦即，PCB100的下部分130可以基本由导电材料覆盖，以及PCB100的上部分可以基本由非导电材料覆盖，该非导电材料被称为离地高度区120。PCB100、主天线载体110和离地高度区120的宽度大致相同，然而离地高度区120的长度通常比主天线载体110的长度稍长。因此，离地高度区120的一部分朝向PCB100的下部分130延伸超过主天线载体110的长度。
如果要将GSM天线之外的天线包括在PCB100上，通常不将该附加天线包括在主天线载体110中，因为缺少空间和/或担心当将多个不同类型的天线紧靠彼此放置时可能出现的性能劣化。因此，通常将附加的天线包括在附加的天线体积(antennavolume)中，该附加的天线体积在彼此相对远离并远离主天线载体110的位置在PCB100上扩展。这些附加的天线载体可具有适于其所承载的天线类型的不同形状和体积。例如，第一附加天线载体140可以包括用于WiMax频带的天线，第二附加天线载体150可以包括用于GPS频带的天线，以及第三附加天线载体160可以包括用于一个或更多个WLAN频带的天线。这种附加天线载体可位于不同于图1中示出位置的位置，以及附加天线载体的大小和形状可以不同于所示出的大小和形状。
为了易于参考本文中的讨论，可以关于图1中的组件定义若干尺寸和相对方向。应该理解，在本文的讨论中所说的任何方向或尺寸是相对于其他组件的相对方向和尺寸，并且关于可以如何将本文中讨论的组件内部配置或布置在PCB100上，不应以限制性的方式来解释。此外，虽然这些尺寸和方向定义是关于现有技术PCB100来提供的，应该理解，也可以将这些定义应用于下面描述的实施例。
如箭头170所指示的，可以将由PCB100、主天线载体110和离地高度区120共同共享的维度认为是宽度。如箭头180所指示的，可以将主天线载体110与附加天线载体140、150和160之间的垂直移动所定义的PCB100的维度认为是长度。如箭头190所指示的，可以将主天线载体110与PCB100的表面之间的垂直移动所定义的PCB100的维度认为是高度。
可以将从主天线载体110向PCB100的表面的垂直移动认为是向下移动，以及可以将从PCB100的表面向主天线载体110的垂直移动认为是向上移动。可以将主天线载体110以及附加天线载体140、150和160所位于的PCB100的侧面认为是上侧面。可以将PCB100的沿向下方向垂直于上侧面的侧面认为是下侧面。
可以将在其上描绘了第一附加天线载体140和第二附加天线载体150的PCB100的上侧面的部分认为是西边部分，以及可以将与西边部分相邻的PCB100的侧面认为是左侧面。可以将在其上描绘了第三附加天线载体体积160的PCB100的上侧面的部分认为是东边部分，以及可以将与东边部分相邻的PCB100的侧面认为是右侧面。
可以将在其上描绘了主天线载体110的PCB100的上侧面的部分认为是北边部分，以及可以将与北边部分相邻的PCB100的侧面认为是后侧面。可以将在长度方向上与主天线载体110相对的PCB100的上侧面的部分认为是南边部分，以及可以将与南边部分相邻的PCB100的侧面认为是前侧面。
PCB100通常具有大致50毫米(mm)的宽度和大致110mm的长度。离地高度区120通常具有大致50mm的宽度和大致14mm的长度。主天线载体110通常具有大致50mm的宽度、大致10mm的长度以及大致3mm的高度。
本公开的实施例允许将除了GSM天线之外的多个天线包括在PCB上的主天线载体上。更具体地，可以将GSM850天线、GSM1800/1900天线、WLAN2.4天线、WLAN5天线、WiMax天线、蓝牙天线、GPS天线或这些天线的任意组合包括在PCB上的主天线载体上。在实施例中，将WLAN2.4、WLAN5、WiMax、蓝牙和GPS天线组合在可被称为辅助天线阵列的第一天线阵列中，以及将GSM850和GSM1800/1900天线组合在可被称为蜂窝天线阵列的第二天线阵列中。
图2示意了包括这种主天线载体210的PCB200。辅助天线阵列220位于主天线载体210的第一部分上，以及蜂窝天线阵列230位于主天线载体210的第二部分上。下面将详细描述辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230的内部结构。由第一端口240来馈接辅助天线阵列220，以及由第二端口250来馈接蜂窝天线阵列230。该两个馈接支持更容易地选择射频(RF)芯片集，并允许无需使用复用器的情况下频带之间的简单切换。地轨线260还连接到蜂窝天线阵列230。
可以将辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230的组合认为是单个多频带天线。然而，不是必须要将辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230彼此组合使用。辅助天线阵列220可以是单独的，而无需蜂窝天线阵列230，以及蜂窝天线阵列230可以是单独的，而无需辅助天线阵列220。
在实施例中，主天线载体210由相对介电常数(ε)大致为6.5以及损耗角正切值大致为0.0025的陶瓷材料制成。在其他实施例中，可以使用其他相对介电常数，然而可以预期：至少为6的相对介电常数可以提供本文中描述的效果，下面将对其进行更详细的描述。主天线载体210的组成和相对介电常数可以与之前的天线载体相比较，该之前的天线载体通常由塑料制成并具有大致为3的相对介电常数。与针对之前的天线载体上的类似天线使用的轨线相比，主天线载体210的高介电常数允许针对主天线载体210上的天线使用的轨线更短，同时仍提供等效的性能。与使用之前的天线载体将会可能的情况相比，更短的轨线进而允许将更大数目的天线放置在更小的空间中。因此，可以将用于GSM850、GSM1800/1900、WLAN2.4、WLAN5、WiMax、蓝牙和GPS的天线全部包括在单个天线载体210上，而不是如图1中的情况一样分布在多个天线载体上。
将辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230彼此接近地放置在相同的天线载体上在理论上可导致辅助天线阵列220与蜂窝天线阵列230之间不期望的耦合。在实施例中，通过在辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230之间放置短路片(shortingstrip)270来减小这种耦合。短路片270连接到PCB地，以减轻两个天线阵列220和230之间的互耦。
在备选实施例中，辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230可以位于分离的天线载体上。在这种情况下，短路片可以是不必要的。
图3提供了主天线载体210上的和接近主天线载体210的组件的更详细的视图。图3倾向于是辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230的理想化的、未按比例的二维描绘，并且不是必须描绘两个阵列220和230中的天线的实际配置。例如，图3中的所有天线都被描绘为在主天线载体210的上表面上，然而天线中的一些实际上可以位于主天线载体210的侧表面或下表面上。下面将提供与辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230中的天线的各种三维配置的实施例有关的细节。
在一个实施例中，辅助天线阵列220是单极天线的集合，其包括三个组件：C形天线310，用于WLAN2.4、WiMax和蓝牙频带；L形天线320，用于WLAN5频带；以及曲折形天线330，用于GPS频带。辅助天线阵列220通过第一馈电轨线340连接到第一端口240。如下面将要更详细地描述的，L形天线320的长臂的至少一部分与C形天线310的两条平行的臂所产生的空间相重叠。该重叠产生了C形天线310与L形天线320之间的耦合，这允许C形天线310和L形天线320在一起建设性地工作，以提高其在其相应的频带中的响应。
在实施例中，蜂窝天线阵列230包括充当GSM850天线350的第一平面倒F型天线(PIFA)以及充当GSM1800/1900天线360的第二PIFA。蜂窝天线阵列230通过第二馈电轨线370连接到第二端口250。蜂窝天线阵列230还连接到地轨线260。将第二馈电轨线370和地轨线260成形为使得在其之间存在L形间隙或槽380。如下面将更详细地描述的，L形槽380可以有助于GSM850天线350和GSM1800/1900天线360之间的阻抗匹配。
图4示意了对包括辅助天线阵列220的主天线载体210的部分的未按比例的局部放大图。图4中没有描绘主天线载体210的全部，以使得可以更加清楚地看出在主天线载体210上或在主天线载体210周围的辅助天线阵列220中的天线配置的实施例。虚线暗示了如果全部描绘主天线载体210，该主天线载体210将位于的位置。图4中的轨线描绘了C形天线310、L形天线320和曲折形天线330的理想化版本。轨线示出了三个天线的臂的一种可能配置，然而在其他实施例中，臂可以具有不同的内部方位或者相对于彼此的不同方位。
在实施例中，辅助天线阵列220中的C形天线310是包括以下部分的轨线：主天线载体210的下侧面上的第一部分310a、主天线载体210的后侧面上的第二部分310b、以及主天线载体210的上侧面上的第三部分310c。在其他实施例中，C形天线310的各部分可以在主天线载体210的其他侧面上，或者可以在主天线载体210内部。在实施例中，C形天线310的最左边部分与主天线载体210的左侧面相邻。C形天线310的各部分产生了C形天线310的适于WLAN2.4、WiMax和蓝牙频带的总长度。
在实施例中，辅助天线阵列220中的L形天线320包括都在主天线载体210的左侧面上的第一部分320a和第二部分320b。在其他实施例中，L形天线320的各部分可以在主天线载体210的其他侧面上，或者可以在主天线载体210内部。L形天线320的各部分产生了L形天线320的适于WLAN5频带的总长度。在图4的实施例中，L形天线320在靠近第一端口240处物理耦合到C形天线310，然而在其他实施例中，L形天线320可以在其他位置耦合到C形天线310。
在实施例中，L形天线320的长臂320b的至少一部分与C形天线310的两条平行的臂310a和310c所产生的空间相重叠。换言之，如果C形天线310的上部分310c的平面与C形天线310的上部分310c的长维度相垂直地延伸，则L形天线320的长臂320b的至少一部分将位于该延伸的平面之下。L形天线320的长臂320b与C形天线310的两条平行的臂310a和310c之间的重叠在L形天线320与C形天线310之间产生了电容。该电容可以与L形天线320和C形天线310的轨线的固有电感相组合，以产生一个或更多个谐振频率。L形天线320和C形天线310的臂的长度、L形天线320的长臂320b与C形天线310的两条平行的臂310a和310c所产生的空间之间的重叠量、以及L形天线320的长臂320b与C形天线310的两条平行的臂310a和310c之间的距离可被调节，以调节这些谐振频率。可以通过适于L形天线320和C形天线310在WLAN2.4、WLAN5、WiMax和蓝牙频带中的性能的方式来进行该调节。
在图4的示例中，L形天线320的平面垂直于C形天线310的两条平行的臂310a和310c的平面。此外，由于L形天线320在主天线载体210的左侧面上，以及C形天线310的两条平行的臂310a和310c分别在主天线载体210的下侧面和上侧面上，L形天线320在物理上没有插入到C形天线310的间隙中。在其他实施例中，可以相对于C形天线310将L形天线320定位在不同的方向上。例如，通过将L形天线320嵌入在主天线载体210的内部，可以在物理上将L形天线320插入在C形天线320的间隙中。这可以允许L形天线320的平面相对于C形天线310的两条平行的臂310a和310c以平行的方式或以某一其他方位排列。然而，可与将L形天线320嵌入到主天线载体210内部相关联的制造成本可以排除L形天线320的这种方位。此外，L形天线320和C形天线310之间的电容并不通过除图4中示出的方式之外的其他方式来定位L形天线320而显著改变。
在实施例中，辅助天线阵列220中的曲折形天线330具有使得可以适当地接收GPS传输的总长度。曲折形天线330的各个臂具有适于GPS信号接收的长度、宽度以及彼此间的间隔。在图4的实施例中，曲折形天线330在主天线载体210的后侧面附近物理耦合到C形天线310，然而在其他实施例中，曲折形天线330可以在其他位置物理耦合到C形天线310。
辅助天线阵列220的多频带操作由三个1/4波长的单极天线的三倍基模(triplefundamentalmode)产生。天线体积的增加导致较宽的带宽，并通过使用主天线载体210的高介电陶瓷材料来增强。C形天线310提供大约2.5千兆赫兹(GHz)的谐振，并且其宽度可以微调带宽。曲折形天线330还增强了带宽。C形天线310的轨线长度确定了组合WLAN2.4和WiMax频带的中心频率。这些构建连接(tie)的轨线提供了覆盖WLAN2.4、蓝牙和WiMax频带的足够带宽。突出到C形天线310中的L形天线320产生所需的用于WLAN5频带的带宽。通常，单个单极天线本质上不能提供覆盖5160-5825MHz的足够带宽，并且可能需要依靠相邻的材料和部件，这些相邻材料和部件中的一些对天线可具有负面影响。在主天线载体210中使用高绝缘、低损耗的陶瓷材料(与GSM频带相比，对于5GHz相对较厚)可以显著地提高带宽，而不损失辐射性能。
图5示意了对包括蜂窝天线阵列230部分的主天线载体210的未按比例的局部放大图。在图5中，仅由虚线来暗示主天线载体210的位置而不是将其整体描绘，以使得可以更清楚地看出在主天线载体210上和在主天线载体210周围的蜂窝天线阵列230中的天线配置的实施例。图5中的轨线描绘了GSM850天线350和GSM1800/1900天线360的理想化的版本，其示出了该两个天线的臂的一个可能配置。在其他实施例中，臂可以具有不同的内部方位或者不同的相对彼此的方位。
针对一种可能的方式，在图4和图5中都将短路片270示出为充当参考点，在该方式中，可以将图4的辅助天线阵列220和图5的蜂窝天线阵列230相对于彼此来定位。在其他实施例中，可以通过其他方式将辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230相对于彼此来定位。
在实施例中，蜂窝天线阵列230中的GSM850天线350是包括以下部分的轨线：在主天线载体210的下侧面上的第一部分350a，在主天线载体210的右侧面上的第二部分350b，在主天线载体210的后侧面上的第三部分350c，在主天线载体210的上侧面上的第四部分350d，以及垂直于第四部分350d的在主天线载体210的上侧面上的第五部分350e。第五部分350e垂直地邻接到第二馈电轨线370的西侧中。
在实施例中，蜂窝天线阵列230中的GSM1800/1900天线360是包括主天线载体210的上侧面上的第一部分360a的轨线。在GSM850天线350的第五部分350e邻接到第二馈电轨线370中的位置的北部，第一部分360a垂直地邻接到第二馈电轨线370的西侧中。第一部分360a在GSM850天线350的第四部分350d往东的位置处结束。GSM1800/1900天线360的第二部分360b邻接第一部分360a的北侧的西端，并垂直于第一部分360a。第二部分360b在GSM850天线350的第三部分350c往南的位置处结束。GSM1800/1900天线360的第三部分360c邻接第二部分360b的北端，并向东垂直于第二部分360b延伸。第三部分360c在第二馈电轨线370向东以及GSM850天线350的第二部分350b向西的位置处结束。
从而，可以看出，GSM1800/1900天线360的第一、第二和第三部分在主天线载体210的上侧面上形成大致的C形，其中，由第一部分360a形成的臂比由第三部分360c形成的臂短。该C形的西侧和南侧分别在GSM850天线350的第四和第五部分内部，并分别平行于GSM850天线350的第四和第五部分。
地轨线260包括离地高度区120中的第一部分260a和向主天线载体210的上侧面升起的第二部分260b。主天线载体210的上侧面上的其他部分260c、260d和260e形成不规则的形状，其一端邻接地轨线260的上升的部分260b，以及其另一端邻接第二馈电轨线370的东侧的北端。该不规则的形状与第二馈电轨线370在主天线载体210的上侧面上的部分相组合，在主天线载体210的上侧面上勾画出L形槽380。
蜂窝天线阵列230中的两个主要的轨线提供了低频带和高频带处的两个谐振，该两个谐振受轨线长度的控制。长分叉和短分叉的轨线分别在850MHz和1800/1900MHz处工作。还通过短轨线360的第二谐波扩宽了1800/1900MHz处的带宽。由第二馈电轨线370和地轨线260形成的L形槽380表现得如同与其电感器-电容器(LC)值可以受槽380的长度和宽度控制的电路相匹配的LC阻抗一样。L形槽380可以有助于阻抗匹配，特别是低频带的阻抗匹配。
为了进一步阐明辅助天线阵列220和蜂窝天线阵列230中天线的各部分之间的关系并提供这些关系的可能变型，图6描绘了从直接向下看的视角来看的主天线载体210的上表面。图6中的大小、形状和距离未按比例绘制，并且不是必须描绘所表示的组件的实际大小、形状和位置。天线可以是导电材料的连续轨线，然而为了易于描述，可以将天线描述为由各部分或各段组成。亦即，当本文中的描述称彼此邻接或彼此连接的两个部分时，应该理解，该两个部分实际上可以是单个实体，仅是在将各部分视为块而不是单个轨线的连续的段时给出邻接或连接的表象。
C形天线310的第三部分310c占据了主天线载体210的上表面的左侧。短路片270在C形天线310的第三部分310c与蜂窝天线阵列230的在主天线载体210的上表面上的部分之间。
GSM850天线350的第四部分350d平行于短路片270，并平行于C形天线310的第三部分310c，并从主天线载体210的北侧向南延伸。GSM850天线350的第四部分350d与GSM850天线350的第五部分350e的北侧邻接。GSM850天线350的第五部分350e垂直于GSM850天线350的第四部分350d，并与主天线载体210的南边缘相邻。GSM850天线350的第五部分350e的东侧与第二馈电轨线370的西侧邻接。
第二馈电轨线370垂直于GSM850天线350的第五部分350e，并向北朝主天线载体210的北边缘以南的点延伸。从第二馈电轨线370起，GSM1800/1900天线360的第一部分360a从GSM850天线350的第五部分350e与第二馈电轨线370邻接之处的点以北的点垂直向西延伸。GSM1800/1900天线360的第一部分360a在GSM850天线350的第四部分350d以东的点处结束。GSM1800/1900天线360的第二部分360b在GSM1800/1900天线360的第一部分360a的西边缘处，从GSM1800/1900天线360的第一部分360a垂直向北延伸。GSM1800/1900天线360的第二部分360b在靠近GSM1800/1900天线360的第三部分360c的西边缘处，与GSM1800/1900天线360的第三部分360c的南侧邻接。GSM1800/1900天线360的第三部分360c与主天线载体210的北边缘相邻。GSM1800/1900天线360的第三部分360c从GSM1800/1900天线360的第二部分360b向东垂直延伸，并在主天线载体210的东边缘以西以及第二馈电轨线370以东的位置处结束。
地轨线260的第五部分260e从第二馈电轨线370的东边缘靠近第二馈电轨线370的北端向东垂直延伸。地轨线260的第五部分260e在靠近地轨线260的第四部分260d的北端与地轨线260的第四部分260d的西边缘邻接。地轨线260的第四部分260d向南朝主天线载体210的南边缘以北的点垂直延伸。地轨线260的第三部分260c平行于地轨线260的第四部分260d延伸。地轨线260的第三部分260c的北端东侧的一部分与地轨线260的第四部分260d的南端西侧的一部分相邻。地轨线260的第三部分260c的南端朝主天线载体210的南边缘延伸。
第二馈电轨线370的东边缘、地轨线260的第五部分260e的南边缘、地轨线260的第四部分260d的西边缘以及地轨线260的第三部分260c的西边缘形成上述的L形槽380。
在该向下的视图中看不到天线轨线在主天线载体210的各侧面以及下表面上的部分，但在图6中包括了虚线，以表示轨线的这些部分将会位于的大致位置。线610指示L形天线320在主天线载体210的左侧面上的大致位置。线620指示C形天线310的第二部分310b在主天线载体210的后侧面上的大致位置。线630指示GSM850天线350的第三部分350c在主天线载体210的后侧面上的大致位置。线640指示GSM850天线350的第二部分350b在主天线载体210的右侧面上的大致位置。线650指示GSM850天线350的第一部分350a在主天线载体210的下侧面上的大致位置。框660指示曲折形天线330在主天线载体210的下侧面上的大致位置。在与C形天线310的第三部分310c被描绘为在主天线载体210的上侧面上之处大致相同的位置处，C形天线310的第一部分310a位于主天线载体210的下侧面上。
在实施例中，主天线载体210可以具有大致50×10×3mm的体积。蜂窝天线阵列230可以具有大致30×10×3mm的体积，以及辅助天线阵列220可以具有大致10×10×3mm的体积。
如上所述，在实施例中，主天线载体210的介电常数大致是6.5。如果使得介电常数大于6.5，还可以减小主天线载体210上的天线的大小。这可以允许将覆盖其他频带的附加天线放置在主天线载体210上。然而，随着天线的大小减少，天线的效率可能降低，以及如果天线的大小降得太多，效率可变得不可接受得低。如果使介电常数小于6.5，本文中描述的天线的大小可能必须增加，并且会降低将所有的天线安装在主天线载体210上的可能性。然而，至少等于6的介电常数可以提供本文中描述的效果。
此外，已经发现：如果降低主天线载体210的厚度，本文中描述的实施例仍然有效。然而，在该情况下，可能需要扩展各个轨线的总长度，以补偿频率偏移。还可能需要相应地改变轨线宽度，以保持宽的带宽。
以各种工作频率在蜂窝天线阵列和辅助天线阵列上执行的电流分布测试指示了蜂窝天线辐射依靠该单元以及PCB地，而辅助天线阵列主要取决于辐射单元。850MHz的PIFA天线在轨线上提供较长的电流分布，并在1800/1900MHz处给出了较短的电流分布。从电流分布测试来看，来自蜂窝天线阵列的L形槽的阻抗匹配也是明显的，因为L形槽周围的电流很强。在辅助天线阵列中，在曲折形天线处发生1575MHz的谐振。在2.5GHz处，电流在C形天线和某一曲折形天线处较强，这增加了总的天线体积并因此提供了高的辐射效率。在5GHz处，来自L形天线的能量耦合到C形天线。
还执行了S参数测试，其中，各个频带的所需带宽的阈值是手持机天线通常接受的-6dB。蜂窝天线阵列能够支持GSM850、GSM1800和GSM1900频带。辅助天线阵列在各个所支持的频带(特别是5GHzWLAN频带(IEEE802.11a))中具有非常宽的带宽。已经示出了位于蜂窝天线阵列和辅助天线阵列之间的短路片，以协助提供端口对端口的隔离。在多数频带中，隔离好于-12.5dB。短路片在关键频带处将互耦提高了4dB。在GSM1800/1900、WLAN2.4和WiMax频带中，可以提高隔离14至20dB。因为GPS天线仅被用于接收并且不发送任何功率，较低的隔离可以不像其他频带中一样明显。
还针对所测量的总效率和峰值增益来执行测试，包括所有的GSM、GPS、WLAN(2.4和5GHz)、蓝牙和WiMax频带。蜂窝天线阵列在GSM低频带/高频带处的峰值效率大约是60％至70％。对于辅助天线阵列，1575MHz处的效率是36％。2400-2700MHz和5150-5825MHz中的平均效率分别是50％和40％，而其峰值是65％和49％。
本公开的实施例提供了可支持世界范围的移动电话操作的紧凑型多频带天线。天线具有两个馈电端口以易于频带选择，并具有较小的电尺寸。所覆盖的频率包括蜂窝和无线局域网的通用频带，例如，GSM、GPS、WLAN(2.4和5GHz)、WiMax和蓝牙。天线被印制在低损耗的陶瓷材料上，与之前的商用手持机天线大小相比，这可以允许天线的大小缩短大致25％。为了放置的灵活性，可以将二端口天线分割为可彼此分隔的两个独立的天线。
如上所述，可以通过移动电话、个人数字助理、手持计算机、膝上型计算机、平板计算机或者其他类型的设备来实现本文中描述的实施例。下面关于图7来描述这种设备的示例。设备3200可以包括具有语音和数据通信能力的双向无线通信设备。在一些实施例中，语音通信能力是可选的。设备3200通常具有与互联网上的其它计算机系统通信的能力。取决于所提供的确切功能，作为示例，设备可被称为数据消息收发设备、双向寻呼机、无线电子邮件设备、具有数据消息收发能力的蜂窝电话、无线互联网装置、无线设备、智能电话、移动设备或数据通信设备。
在使设备3200能够进行双向通信的情况下，设备3200可以并入通信子系统3211，通信子系统3211包括接收机3212和发射机3214以及相关联的组件，例如一个或多个天线单元3216和3218、本地振荡器(LO)3213和诸如数字信号处理器(DSP)3220的处理模块。通信子系统3211的具体设计可以取决于设备3200倾向于在其中工作的通信网络。虽然仅示出了两个天线单元3216和3218，如本文中描述的，可以存在多个天线。
取决于网络3219的类型，网络接入要求也可以改变。在一些网络中，网络接入与设备3200的订户或用户相关联。为了在网络上工作，设备3200可以要求可拆卸的用户标识模块(RUIM)或订户标识模块(SIM)卡。SIM/RUIM接口3244通常类似于SIM/RUIM卡可被插入的卡槽。SIM/RUIM卡可以具有存储器，并且可以保存很多关键配置3251以及其他信息3253，如标识和订户相关的信息。
当所要求的网络登记或激活过程已经完成后，设备3200可以在网络3219上发送和接收通信信号。如所示意的，网络3219可以由与设备3200通信的多个基站组成。
天线3216通过通信网络3219接收到的信号被输入到接收机3212，接收机3212可以执行普通的接收机功能，例如，信号放大、下变频、滤波、信道选择等等。对接收信号的模数(A/D)转换使得在DSP3220中可以执行更复杂的通信功能，例如，解调和解码。以相似的方式，DSP3220对要发送的信号进行处理，例如包括调制和编码，并将其发送到发射机3214以进行数模(D/A)转换、上变频、滤波、放大并经由天线3219通过通信网络3218发送。DSP3220不仅处理通信信号，还提供接收机和发射机控制。例如，通过在DSP3214中实现的自动增益控制算法，可以自适应地对施加到接收机3212和发射机3220中的通信信号的增益进行控制。
设备3200一般包括控制设备的整体操作的处理器3238。通过通信子系统3211来执行包括数据和语音通信在内的通信功能。处理器3238还与其他设备子系统进行互动，其他设备子系统例如显示器3222、闪存3224、随机存取存储器(RAM)3226、辅助输入/输出(I/O)子系统3228、串口3230、一个或更多键盘或键区3232、扬声器3234、麦克风3236、其他通信子系统3240(例如短程通信子系统)以及被总体指定为3242的其它任何的设备子系统。串口3230可以包括USB端口或者当前已知或将来开发的端口。
一些所示意的子系统执行与通信相关的功能，而其他子系统可以提供“驻留”或机上功能。值得注意地，一些子系统(如键盘3232和显示器3222)可被用于通信相关的功能和驻机功能，通信相关的功能例如输入用于在通信网络上发送的文本消息，驻机功能例如计算器或任务列表。
可以将处理器3238所使用的操作系统软件存储在持久性存储器如闪存3224中，代之，持久性存储器可以是只读存储器(ROM)或类似的存储单元(未示出)。可以将操作系统、专用设备应用或其部分临时加载到易失性存储器(例如RAM3226)中。还可以将接收到的通信信号存储在RAM3226中。
如图所示，可以将闪存3224分段为不同的区域，用于计算机程序3258以及程序数据存储3250、3252、3254和3256。这些不同的存储器类型指示了每个程序可以针对其自己的数据存储要求来分配闪存3224的一部分。除了其操作系统功能外，处理器3238可以使得在设备3200上执行软件应用。在制造期间，通常可以将控制基本操作的预定的应用集(例如，至少包括数据和语音通信应用)安装在设备3200上。可以在后续或者动态地安装其他应用。
可以将应用和软件存储在任何计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可以是实际的或者暂时/非暂时的介质，例如光(例如，CD、DVD等)、磁(例如，磁带)或者其他当前已知或将来开发的存储器。
一个软件应用可以是个人信息管理器(PIM)应用，PIM应用有能力组织和管理与设备的用户相关的数据项，该数据项例如但不限于电子邮件、日程安排、语音邮件、预约和任务项。在设备上，一个或更多的存储器可以是可用的，以方便PIM数据项的存储。这种PIM应用可以具有经由无线网络3219发送和接收数据项的能力。还可以通过网络3219、辅助I/O子系统3228、串口3230、短程通信子系统3240或者任何其他适合的子系统3242将其他应用加载到设备3200上，并由用户安装到RAM3226中，或者安装到非易失性存储器(未示出)中，以由处理器3238来执行。应用安装中的这种灵活性可以增加设备3200的功能，并且可以提供增强的机上功能、通信相关功能或其两者。例如，安全通信应用可以使得使用设备3200来实现电子商务功能和其他这种金融交易。
在数据通信模式下，接收信号(例如，文本消息或网页下载)可以由通信子系统3211来处理，并输入处理器3238，处理器3238还可以对接收信号进行处理，以输出到显示器3222，或者备选地输出到辅助I/O设备3228。
设备3200的用户还可以例如使用键盘3232结合显示器3222以及可能的辅助I/O设备3228来编写数据项(例如，电子邮件消息)，键盘3232可以是完整字母数字键盘或电话类型的小键盘。然后，可以通过通信子系统3211在通信网络上发送这种已编写的项。
对于语音通信，除了通常可以将接收信号输出到扬声器3234，以及可以由麦克风3236来产生用于发送的信号之外，设备3200的整体操作类似。还可以在设备3200上实现备选的语音或音频I/O子系统，例如语音消息录制子系统。虽然可以主要通过扬声器3234来完成语音或音频信号输出，也可以使用显示器3222来提供对例如主叫方的标识、语音呼叫的持续时间或者其他语音呼叫相关信息的指示。
可以将在个人数字助理(PDA)类型的设备中实现串口3230，对于个人数字助理(PDA)类型的移动设备，与用户的桌面计算机(未示出)同步可以是所期望的，然而这种端口是可选的设备组件。这种端口3230可以使得用户通过外部设备或软件应用来设置偏好，并且除了通过无线通信网络以外，还可以通过将信息或软件下载提供到设备3200来扩展设备3200的能力。例如，可以使用备选下载路径来通过直接并从而可靠和可信的连接，将加密密钥加载到设备3200上，由此使得可以进行安全的设备通信。还可以使用串口3230来将设备连接到计算机，以充当调制解调器。
其它通信子系统3240(如短程通信子系统)是此外的可选组件，其使得可以进行设备3200与不同的系统或设备之间的通信，这些设备不是必须是相似的设备。例如，子系统3240可以包括红外设备以及相关电路和组件或者蓝牙TM通信模块，以提供与类似使能的系统和设备的通信。子系统3240还可以包括非蜂窝通信，例如，WiFi、WiMax、近场通信(NFC)和/或射频识别(RFID)。还可以使用其他通信单元3240来与辅助设备(例如，平板显示器、键盘或投影仪)通信。
在一实施方式中，提供多频带天线组件。多频带天线组件包括载体、第一天线阵列和第二天线阵列。载体由其特征在于介电常数至少大约是6的陶瓷材料组成，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域。第一天线阵列位于第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线。第二天线阵列位于第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线。
在另一实施方式中，提供了无线电信设备。该设备包括多频带天线组件，多频带天线组件包括载体、第一天线阵列和第二天线阵列。载体由其特征在于介电常数至少大约是6的陶瓷材料组成，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域。第一天线阵列位于第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线。第二天线阵列位于第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线。
在另一实施方式中，提供了无线电信设备。该设备包括天线载体和位于天线载体上的天线阵列。天线阵列包括适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线。
虽然本公开中已提供若干实施方式，应该理解，在不背离本公开的原理和范围的情况下，可以通过很多其他特定的形式来实施所公开的系统和方法。当前示例应被认为是示意性而非限制性的，并且本发明不限于这里给出的细节。例如，各个元件或组件可以组合或集成在另一系统中，或者可以省略或不实现特定的特征。
同样地，在不脱离本公开的范围的情况下，在各种实现中被描述和示意为离散或单独状态的技术、系统和方法可以与其他系统、模件、技术或方法组合或集成。示出或讨论为耦合或直接耦合或彼此通信的其他项目可以通过某种接口、设备或中间组件(不论以电、机械还是其他方式)来间接耦合或彼此通信。在不脱离这里公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够发现，并可以做出改变、替代和替换的其他示例。

Claims (24)

1.一种多频带天线组件，包括：
载体，其特征在于由介电常数至少是6的陶瓷材料组成，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域；
第一天线阵列，位于所述第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线；
第二天线阵列，位于所述第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线；以及
用于耦合到所述第二天线阵列的第二馈电轨线，
其中，在所述第二馈电轨线的与所述第四天线和所述第五天线连接到所述第二馈电轨线的侧相对的一侧上，地轨线连接到所述第二馈电轨线，以及所述地轨线具有使得所述地轨线和所述第二馈电轨线勾画出L形间隙的形状，所述第二馈电轨线形成所述L形间隙的最长一侧。
2.根据权利要求1所述的多频带天线组件，还包括：位于所述载体上所述第一区域和所述第二区域之间的短路片，用于减小所述第一天线阵列和所述第二天线阵列之间的耦合。
3.根据权利要求1所述的多频带天线组件，其中，所述第一天线适于从由无线局域网系统、无线城域网系统、以及无线短程通信系统组成的组中选择的无线通信系统。
4.根据权利要求3所述的多频带天线组件，其中，所述无线城域网系统是WiMax通信系统。
5.根据权利要求3所述的多频带天线组件，其中，所述无线短程通信系统是蓝牙通信系统。
6.根据权利要求1所述的多频带天线组件，其中，所述第二天线适于无线局域网的无线通信。
7.根据权利要求1所述的多频带天线组件，其中，所述第四天线和所述第五天线适于根据全球移动通信系统标准的无线通信系统。
8.根据权利要求1所述的多频带天线组件，还包括：用于耦合到所述第一天线阵列的第一馈电轨线。
9.根据权利要求1所述的多频带天线组件，其中，所述第一天线是单极天线，其特征在于呈现具有两个基本平行的臂的C形，以及所述第二天线是单极天线，其特征在于呈现具有长臂和短臂的L形，以及所述第三天线是单极天线，其特征在于呈现曲折形状。
10.根据权利要求9所述的多频带天线组件，其中，所述第二天线的所述L形的所述长臂的至少一部分位于由所述第一天线的所述C形的上平行臂所构成的平面之下。
11.根据权利要求10所述的多频带天线组件，其中，所述第一天线的所述C形的所述两个平行的臂位于所述载体的相对表面上，以及所述第二天线的所述L形的所述长臂的所述部分位于所述载体的所述相对表面之间的侧面上。
12.根据权利要求1所述的多频带天线组件，其中，所述第四天线和所述第五天线是平面倒F型天线PIFA；以及所述第四天线的第一段垂直于所述第二馈电轨线延伸，以及所述第四天线的第二段连接到所述第四天线的所述第一段与所述第二馈电轨线相对的一端，并沿与所述第二馈电轨线的馈电点相对的方向平行于所述第二馈电轨线延伸；以及所述第五天线的第一段在与所述第四天线的所述第一段连接到所述第二馈电轨线之处的点相比距离所述馈电点更远的点处连接到所述第二馈电轨线，以及所述第五天线的所述第一段从所述第二馈电轨线朝着所述第四天线的所述第二段垂直延伸到未及所述第四天线的所述第二段的点；以及所述第五天线的第二段连接到所述第五天线的所述第一段的与所述第二馈电轨线相对的一端，并沿与所述馈电点相对的方向平行于所述第二馈电轨线延伸；以及所述第五天线的第三段连接到所述第五天线的所述第二段的一端，并沿朝向所述第二馈电轨线的方向平行于所述第五天线的所述第一段延伸。
13.一种无线通信设备，包括：
多频带天线组件，所述多频带天线组件包括其特征在于由介电常数至少是6的陶瓷材料组成的载体，所述载体具有第一区域和不同于第一区域的第二区域；所述多频带天线组件还包括：第一天线阵列，位于所述第一区域上，并包括从由以下天线组成的组中选择的一个或更多个天线：适于大约2.4GHz无线通信的第一天线、适于大约5GHz无线通信的第二天线、以及适于全球定位系统的无线通信的第三天线；所述多频带天线组件还包括：第二天线阵列，位于所述第二区域上，并包括以下天线至少之一：适于大约850MHz无线通信的第四天线、或者适于大约1800/1900MHz无线通信的第五天线；所述多频带天线组件还包括：用于耦合到所述第二天线阵列的第二馈电轨线，
其中，在所述第二馈电轨线的与所述第四天线和所述第五天线连接到所述第二馈电轨线的侧相对的一侧上，地轨线连接到所述第二馈电轨线，以及所述地轨线具有使得所述地轨线和所述第二馈电轨线勾画出L形间隙的形状，所述第二馈电轨线形成所述L形间隙的最长一侧。
14.根据权利要求13所述的无线通信设备，还包括：位于所述载体上所述第一区域和所述第二区域之间短路片，用于减小所述第一天线阵列和所述第二天线阵列之间的耦合。
15.根据权利要求13所述的无线通信设备，其中，所述第一天线适于从由无线局域网系统、无线城域网系统、以及无线短程通信系统组成的组中选择的无线通信系统。
16.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中，所述无线城域网系统是WiMax通信系统。
17.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中，所述无线短程通信系统是蓝牙通信系统。
18.根据权利要求13所述的无线通信设备，其中，所述第二天线适于无线局域网的无线通信。
19.根据权利要求13所述的无线通信设备，其中，所述第四天线和所述第五天线适于根据全球移动通信系统标准的无线通信系统。
20.根据权利要求13所述的无线通信设备，还包括：用于耦合到所述第一天线阵列的第一馈电轨线。
21.根据权利要求13所述的无线通信设备，其中，所述第一天线是单极天线，其特征在于呈现具有两个基本平行的臂的C形，以及所述第二天线是单极天线，其特征在于呈现具有长臂和短臂的L形，以及所述第三天线是单极天线，其特征在于呈现曲折形状。
22.根据权利要求21所述的无线通信设备，其中，所述第二天线的所述L形的所述长臂的至少一部分位于由所述第一天线的所述C形的上平行臂所构成的平面之下。
23.根据权利要求22所述的无线通信设备，其中，所述第一天线的所述C形的所述两个平行的臂位于所述载体的相对表面上，以及所述第二天线的所述L形的所述长臂的所述部分位于所述载体的所述相对表面之间的侧面上。
24.根据权利要求13所述的无线通信设备，其中，所述第四天线和所述第五天线是平面倒F型天线PIFA；以及所述第四天线的第一段垂直于所述第二馈电轨线延伸，以及所述第四天线的第二段连接到所述第四天线的所述第一段与所述第二馈电轨线相对的一端，并沿与所述第二馈电轨线的馈电点相对的方向平行于所述第二馈电轨线延伸；以及所述第五天线的第一段在与所述第四天线的所述第一段连接到所述第二馈电轨线之处的点相比距离所述馈电点更远的点处连接到所述第二馈电轨线，以及所述第五天线的所述第一段从所述第二馈电轨线朝着所述第四天线的所述第二段垂直延伸到未及所述第四天线的所述第二段的点；以及所述第五天线的第二段连接到所述第五天线的所述第一段的与所述第二馈电轨线相对的一端，并沿与所述馈电点相对的方向平行于所述第二馈电轨线延伸；以及所述第五天线的第三段连接到所述第五天线的所述第二段的一端，并沿朝向所述第二馈电轨线的方向平行于所述第五天线的所述第一段延伸。
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