CN103545606A - 宽带可变天线装置及具有宽带可变天线装置的便携式终端 - Google Patents

Abstract

一种宽带可变天线装置及具有宽带可变天线装置的便携式终端。公开了一种用于便携式终端的天线装置，所述天线装置包括：电路板，电路板的表面上形成有导电层；第一开口，通过部分地去除位于与电路板的一侧相邻的位置的导电层而形成，第一开口与电路板的外侧部平行地延伸；辐射部分，包括位于电路板的在第一开口的一侧的外侧部上的一部分导电层；馈线，位于第一开口上并且适于从第一开口的另一侧对辐射部分馈给。辐射部分还包括：第二开口，从第一开口横跨形成辐射部分的一部分导电层延伸到电路板的外侧部；频率调节元件，设置在第二开口上。

Description

宽带可变天线装置及具有宽带可变天线装置的便携式终端

技术领域

本公开涉及一种便携式终端，更具体地说，涉及一种天线装置和配备有该天线装置的便携式终端。

背景技术

通常，便携式终端指的是由用户携带以执行与另一用户的通信（例如，语音通信、短消息传输）、数据通信（例如，互联网、移动银行、多媒体文件传输）以及娱乐（例如，游戏、音乐和移动图像播放）的装置。通常，便携式终端专用于各自的功能（例如，通信、游戏、多媒体、电子记事本），但是电/电子技术和通信技术最近的发展使得利用单个移动通信终端享受各种功能成为可能。

伴随移动通信终端的广泛使用，是坚持不懈地努力给终端不仅配备由通信服务供应商提供的通信功能而且配备无线LAN或NFC（Near FieldCommunication，近场通信）功能，从而移动通信终端单独就足以控制车辆或家用电器、解决运输费用或者实现安全功能。结果，便携式终端（其典型示例为移动通信终端）需要配备各种天线装置。即，移动通信服务、无线LAN和NFC发生在不同的频带，需要相应的天线装置。

此外，最近向第四代通信方案（其典型示例包括WiBro和LTE（Long TermEvolution，长期演进））的过渡需要超高速宽带天线装置。因此，按照通信技术的发展，便携式终端需要高性能天线装置。

发明内容

为了解决在上面讨论的现有技术中的不足之处，主要目的在于提供一种适于使便携式终端紧凑和纤薄的天线装置。

此外，本公开提供一种适于高效地使用便携式终端的内部空间同时使便携式终端紧凑和纤薄的天线装置。

此外，本公开提供一种用于便携式终端的天线装置，其中，该天线装置具有多频带特性并且能够确保在不同的谐振频率的宽带特性。

根据本公开的一方面，提供一种用于便携式终端的天线装置，所述天线装置包括：电路板，电路板的表面上形成有导电层；第一开口，通过部分地去除位于与电路板的一侧相邻的位置的导电层而形成，第一开口与电路板的外侧部平行地延伸；辐射部分，包括位于电路板的在第一开口的一侧的外侧部上的一部分导电层；馈线，位于第一开口上并且适于从第一开口的另一侧对辐射部分馈给，其中，辐射部分还包括：第二开口，从第一开口横跨形成辐射部分的一部分导电层延伸到电路板的外侧部；频率调节元件，设置在第二开口上并且适于串联地连接被第二开口分开并位于第二开口两侧的导电层。

在下面进行本发明的详细描述之前，阐述在本专利文件中使用的特定词语和短语的定义，可能是有利的。术语“包括”和“包含”及其派生的意思是包括但是不限制。术语“或者”是概括性的，其意思是和/或。短语“与……相关”和“关联于”及其派生的意思可以是包括、包括在内、与……互连、包含、包含在内、连接到或与……连接、结合到或与……结合、与……可连通、与……协作、交错、并列、接近于、接合到或与……接合、具有、具有…..特性等。术语“控制器”的意思是控制至少一种操作的任何装置、系统或其部件，这样的装置可实施为硬件、固件或软件，或者硬件、固件或软件中的至少两个的某种组合。应该注意到，与任何具体控制器相关的功能可被集中或分配到本地或远程位置。在本专利文件中提供对特定词语和短语的定义，本领域的普通技术人员应该理解到，在多种情况下（如果不是大多数情况），这样的定义应用于这样定义的词语和短语的之前的使用以及未来的使用。

附图说明

为了更加完整地理解本公开及其优点，现在结合附图作出下面的描述，在附图中，相同的标号指示相同的部件：

图1是示意性地示出用于便携式终端的倒F天线（IFA）装置的透视图；

图2是示出根据本公开的优选实施例的用于便携式终端的天线装置的透视图；

图3是图2中示出的天线装置的俯视图；

图4是示出图2中示出的天线装置的辅助板的底表面的俯视图；

图5是示出图3中示出的天线装置的电路板的俯视图；

图6是示出图5中示出的电路板的第二层的侧视图；

图7示出图2中示出的天线装置的剖面结构；

图8示出图2中示出的天线装置的替代物的剖面结构；

图9示出图2中示出的天线装置的总辐射效率的测量结果；

图10示出图2中示出的天线装置的辐射效率的测量结果；

图11示出图2中示出的天线装置的反射系数的测量结果。

具体实施方式

在本专利文件中，下面讨论的图1至图11以及用于描述本公开的原理的各种实施例仅仅是说明的方式，并且不应该以任何限制本公开的范围的方式解释。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可以在任何合适地布置的无线通信装置中实施。在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。此外，提供在下面的描述中找得到的各种具体定义，仅用于帮助大体上理解本发明，并且本领域技术人员将理解的是，在本发明的技术精神和范围内，可以对其进行各种修改和变形。在接下来的描述中，为了避免不必要地模糊本发明的主题，可以省略对于已知的现有的功能和结构的详细解释。

图1是示意性地示出用于便携式终端的基于倒F天线（IFA）结构的天线装置10的透视图。

天线装置10包括安装在电路板11上的载体21以及形成在载体21上的辐射部图案23。辐射部图案23被设计成匹配便携式终端所需的频带和辐射性能。短路销27设置在辐射部图案23的端部上并且连接到接地层13。馈线25形成在与短路销27相距预定的距离处。

在这种IFA结构的情况下，当辐射部图案23位于接地层13上时，将发送/接收信号施加到辐射部图案23的操作在接地层13中在与信号功率流过辐射部图案23的方向相反的方向上产生感应电流。接地层13中的反向电流的强度与施加到辐射部图案23的信号功率成正比，并且与接地层13和辐射部图案23之间的距离成反比。反向电流的产生降低天线性能，具体地说，降低辐射效率，为了抑制反向电流的产生，优选的是，将接地层13和辐射部图案23彼此远离地布置。

然而，当天线装置10安装在便携式终端上时，接地层13和辐射部图案23之间的大的距离（即，载体21在电路板11上的高度H）成为使便携式终端紧凑的障碍。

作为减小IFA结构中的载体的高度的替代方法，电路板11上的接地层13可以被部分地去除，以形成放置载体21的填充切割区域15。在这种结构中，辐射部图案23被布置在电路板11上并远离接地层13。辐射部图案23在填充切割区域15中的布置防止反向电流的产生，从而辐射部图案23可以设置得靠近电路板11。换言之，填充切割区域15的形成减小了天线装置10的厚度。然而，与电路板11的面积相比，在电路板11上的填充切割区域15中不能安装其它组件的事实降低了利用效率。

因此，IFA结构可以实现超高速宽带性能，并且用于安装在便携式终端上，但是仍成为使便携式终端紧凑和纤薄的障碍。

同时，不仅仅是针对上述的IFA或者平面IFA，而且还针对用作嵌入式天线的室顶天线或者单极型天线，可以采用可变的天线结构，以确保宽带、多频带特性。在IFA或者平面IFA的情况下，例如，可以将阻抗匹配调节元件设置在馈线25上，可以将开关元件设置为能够选择短路销27的短路路径，或者可以使用并联电容器元件以调节辐射部图案23的谐振频率。

然而，使用阻抗匹配调节元件或开关元件的问题在于，虽然可以相对容易地确保多频带特性，但是在谐振频带处宽带特性劣化。另外，使用并联电容器的问题在于，虽然可以在谐振频带相对容易地确保宽带特性，但是在低频带处辐射效率急剧降低。

如图2至图7中所示，根据本公开的优选实施例的用于便携式终端的天线装置100包括：电路板101，导电层111形成在电路板101上；第一开口113，通过部分地去除导电层111而形成；辐射部分，包括位于电路板101的在第一开口113的一侧上的外侧部中的一部分导电层111；馈线115，位于第一开口113中，以从第一开口113的另一侧对辐射部分馈给。辐射部分还包括横跨一部分导电层111延伸的第二开口213以及位于第二开口213上以串联地连接在第二开口213的两侧上分开的导电层的频率调节元件113e。

在电路板101上，安装有用于通过天线装置100发送/接收信号的通信电路以及用于控制便携式终端的操作或用于存储信息的各种存储器和控制电路。导电层111设置在电路板101的表面上，以提供接地的电路。如此，电路板101可以被用作便携式终端的主电路板。

如上所述，第一开口113通过去除一部分导电层111形成，并且沿一个方向在电路板101上延伸。优选地，第一开口113的一端打开到导电层111的外侧，第一开口113的另一端位于导电层111内并且是关闭的。第一开口113在靠近电路板101的外侧部的位置与电路板101的外侧部平行地延伸。

辐射部分包括一部分导电层111并且绕过第一开口113的另一端，以连接到导电层111的其余部分。与第一开口113的另一端平行地设置并且连接到导电层111的其余部分的那部分用作辐射部分的短路销113d。设置在辐射部分上的第二开口213从第一开口113延伸到电路板101的外侧部，并且平分导电层111的位于第一开口113的一侧的那部分。更具体地说，如在第一开口113的情况下，第二开口213通过去除形成辐射部分的一部分导电层而形成。设置在第二开口213上的频率调节元件113e串联地连接在导电层111的位于第二开口213的两侧上分开的部分113b和113c（第二开口213使部分113b和113c分开）。在导电层111的由第二开口213分开的部分113b和113c中，通过短路销113d连接到导电层111的其余部分的那部分将在下文中被称作第一辐射部分131b，通过频率调节元件113e串联地连接到第一辐射部分113b的那部分将在下文中被称作第二辐射部分113c。

馈线115从第一开口113的另一侧113a跨过第一开口113延伸并且连接到位于第一开口113的一侧上的辐射部分，具体地说，连接到第一辐射部分113b。出于阻抗匹配、谐振频率调节、天线装置100的整体操作特性的精确调节等的目的，可变电容IC芯片119（可变电容集成电路芯片，诸如阻抗匹配元件或者可变电容器）可以设置在馈线115上或者设置在馈线115周围。当然，阻挡匹配等可以通过调节馈线115的位置（例如，第一开口113的另一端和馈线115之间的距离d）实现。然而，在多频带天线的谐振频率的修改期间，可变电容IC芯片119可以被用于天线装置的操作特性的精确调节。

频率调节元件113e适于响应于通过安装在电路板101上的通信电路施加的控制信号来调节天线装置100的谐振频率。对于频率调节元件113e，例如，可以使用SPDT（Single Pole Double Throw，单刀双掷）天线开关和集总元件的组合或者可以使用可变电容器。为了传递操作频率调节元件113e所需的功率、控制信号、数据信号等，电路板101具有单独的信号线113f（图6中所示）。

参照图5至图7，电路板101包括多个层。本领域技术人员可以理解的是，虽然为了描述的清晰，假设根据本公开的一个实施例的电路板101仅包括第一层101a和第二层101b，但是组成电路板101的层的数量可以改变。

在第一层101a的表面上，大致在电路板101的表面上，布置导电层111、第一开口113、辐射部分和频率调节元件113e，如图5中所示。第二层101b面对第一层101a的另一表面而结合，同时与第一层101a绝缘。在第二层101b的表面上，特别是在其面对第一层101a的表面上，形成至少一对信号线113f，以传递提供给频率调节元件113e的功率、控制信号和数据信号。通过信号线113f传递的功率、控制信号和数据信号通过穿透第一层101a形成的至少一个通孔113g传递到频率调节元件113e。

同时，对于高频波，辐射部分用作天线装置100的辐射器，但是对于低频波，辐射部分提供电接地。换言之，辐射部分用作天线装置100的辐射器并且能够给频率调节元件提供接地。因此，频率调节元件113e的接地销连接并接地到辐射部分，具体地说，连接并接地到第一辐射部分113b。

例如，使用可变电容器使频率调节元件串联在辐射部分内的这种布置方式确保了能够不同地获得天线装置100的谐振频率。稍后将参照图9至图11更加详细地描述当可变电容器被安装为频率调节元件113e时天线装置100的操作特性。

例如，可以根据应用天线装置100的便携式终端的规格使用额外的辐射器或可变电容IC芯片。

图2中示出的天线装置100具有通过在辅助板121上形成辐射部图案123来提供额外的辐射器的示例性结构。为了将辐射部图案123连接到辐射部分，具体地说，连接到第二辐射部分113c，将连接端子117安装在电路板上。连接端子117以通过加工板簧获得的C-夹子为例。C-夹子固定并电连接到第二辐射部分113c。

进一步参照图3、图4和图7，辅助板121位于第一开口113的上方，同时面对电路板101的表面。从图3的俯视图看，第一开口113被辅助板121遮住。辅助板121可以由用于制造传统电路板的电介质材料或合成树脂制成。

辐射部图案123可以通过加工印刷电路图案或薄金属板并将印刷电路图案或薄金属板附着在辅助板121的表面上而形成。例如，使用印刷电路图案的辐射部图案通过镀覆/蚀刻工艺直接形成在辅助板121上，或者通过将柔性印刷电路板附着到辅助板121而形成。使用薄金属板的辐射部图案通过根据所需的图案将金属材料（例如，铜）的薄板切割并且将切割得到的薄板附着到辅助板121来形成。优选地，辐射部图案123延伸以部分围绕第一开口113的一侧、另一端和另一侧中的至少每一个。

参照图3，辐射部图案123包括第一延伸部123a、第二延伸部123b和第三延伸部123c。第一延伸部123a位于第一开口113的另一侧上的导电层111上方，并且与第一开口113平行地延伸。第二延伸部123b从第一延伸部123a的一端延伸以围绕第一开口113的另一端（即，第一开口113的关闭端）。第二延伸部123b的一部分可以与第一开口113的另一端叠置。第三延伸部123c从第二延伸部123b的一端与第一开口113平行地延伸，并且位于第一开口113的一侧上的辐射部分上方。

即，辐射部图案123的部分分别在第一开口113的两侧上方平行地延伸，并且在第一开口113的另一端彼此连接。辐射部图案123还可以包括作为自由图案从第三延伸部123c的端部延伸的额外的延伸部。额外的延伸部的图案被确定为优化天线装置100操作的频带、辐射效率等。

应注意的是，结合对辐射部图案123的解释，表述“形成或布置为围绕第一开口”实际上并不意味着辐射部图案123在与第一开口113的高度相同的高度围绕第一开口113设置。更具体地说，第一开口113形成在导电层111上，辐射部图案123形成在布置为面对导电层111的辅助板121上，这意味着辐射部图案123和第一开口113相对于电路板101设置在不同的高度。然而，根据天线装置100的俯视图（例如，图3），辐射部图案123似乎是围绕第一开口113设置，这被表述为“形成或布置为围绕开口”。

在具有上述结构的天线装置100的情况下，因流过辐射部图案123的信号功率，而在包括辐射部分的导电层111中产生感应电流。然而，可以根据用于将信号施加到辐射部图案123的结构在导电层111中感应出电流。即，与流经辐射部图案123的信号功率的方向相同的方向产生流经导电层111的电流，这会抑制反向电流的产生。通过使第一开口113的一侧（即，导电层111的其上方设置第三延伸部123c的部分区域）用作辐射部图案123，这会成为可能。虽然根据本公开的一个实施例的形成在辅助板121上的图案被称作辐射部图案123，但是为了描述的清晰，天线装置100使一部分导电层111（即，辐射部分）用作辐射器。

已经在上面提到的连接端子117接触连接图案125，连接图案125形成在辅助板121的另一表面上，以被电连接到辐射部图案123。如图3和图4中示出的，连接图案125从辅助板121的另一表面延伸，以围绕辅助板121的侧表面，从而连接图案125从辅助板121的另一表面连接到辐射部图案123。可选地，连接图案125仅形成在辅助板121的另一表面上，如图7所示，连接图案125通过穿透辅助板121形成的通孔127电连接到辐射部图案123。

天线装置100通过馈线115接收发送信号。施加到馈线115的发送信号依次经过第一辐射部分113b、频率调节元件113e和第二辐射部分113c，并且通过连接端子117前进到辐射部图案123。因此，位于第一开口113的一侧上的第一辐射部分113b和第二辐射部分113c与辐射部图案123一起被用作天线装置100的辐射器。

在将发送信号施加到馈线115的同时，围绕第一开口113形成电流。这种电流围绕图5中示出的第一开口113沿着逆时针方向流动。响应于施加到馈线115的发送信号而流经辐射部图案123的信号功率也围绕第一开口113沿着逆时针方向流动，这意味着围绕第一开口113的电流以及流经辐射部图案123的信号功率流沿着相同的方向流动。这防止在信号发送/接收期间围绕第一开口113感应出反向电流。

使用施加到辐射部图案123的信号功率这样来防止在导电层111中产生反向电流，这确保了辐射部图案123可以布置得靠近提供接地的导电层111。因此，根据本公开的天线装置可以确保稳定的天线性能且容易减小天线装置的尺寸，具体地说，减小天线装置的厚度。即，与IFA相比，例如，提供接地的导电层111和辐射部图案123之间的距离h可以减小。在应用于便携式终端的传统嵌入式天线的情况下，需要在接地层11和辐射部图案23之间维持至少5mm的间隔，以确保稳定的天线性能。相比之下，根据本公开的天线装置100即使在辐射部图案123形成为与导电层111相距2mm或更小的距离的情况下仍可以确保比得上或者优于传统天线装置的性能。

此外，当设置嵌入式天线（例如，IFA）时，需要部分地去除接地层，以形成填充切割区域，来确保天线性能。然而，导电层111的用作辐射器的部分区域（即，第一辐射部分113b和第二辐射部分113c）仍可以提供接地。换言之，在天线装置100操作的高频范围内，第一辐射部分113b和第二辐射部分113c用作辐射器的一部分，但是针对于在低频范围内操作的一些电元件或用于装配的紧固构件，第一辐射部分113b和第二辐射部分113c仍可以提供接地。因此，与传统嵌入式天线相比，根据本公开的天线装置100可以容易地减小电路板101的厚度并增加电路板101的利用效率。

同时，除了辅助板121和辐射部图案123之外，根据本公开的一个实施例的天线装置100可以具有形成在电路板101的另一表面上的不同的辐射部图案223（图8中所示）作为辐射器。辐射部图案223可以通过将印刷电路图案或薄金属板附着到电路板101的另一表面上而获得。辐射部图案223通过穿透电路板101形成的通孔113h电连接到第二辐射部分113c。如在辅助板121上形成辐射部图案123的情况，辐射部图案223被提出为防止反向电流的产生。即，辐射部图案223可以形成在电路板101的另一表面上，以具有与图3中示出的辐射部图案123的形状相同的形状。

由于不需要单独的辅助板或连接端子，所以在电路板101的另一表面上布置额外的辐射器的这种方式对减少天线装置的厚度更加有益。

上述天线装置100的操作频率可以根据第一开口113的宽度S、辐射部图案123的形状或宽度等来调节。还可以通过例如在辐射部图案123或第一开口113上布置集总电路元件来调节操作频率或频率带宽。此外，可以在第一辐射部分113b和第二辐射部分113c上形成额外的开口，或者可以根据辐射部图案123和223的形状调节天线装置100的操作特性。

操作特性（即，通过使可变电容器用作频率调节元件113e获得的天线装置的总辐射效率、辐射效率和反射系数）的测试结果在图9至图11中示出。清楚的是，当可变电容器的静电容量分别被设置为1.5pF、2.2pF和5.0pF时，确保谐振频率在900MHz、850MHz和700MHz的频带中，并且无论可变电容器的静电容量如何，都可以确保谐振频率在大约1.8GHz、大约2.1GHz等的频带中。因此，从图9至图11中清楚的是，根据本公开的天线装置可以通过控制频率调节元件来确保谐振频率在不同频带中。

具有上述构造的用于便携式终端的天线装置具有下述优点：导电层形成在电路板的表面上，使用一部分导电层形成开口作为辐射部分，频率调节元件串联地布置在辐射部分上，使得该天线装置容易确保多频带特性。位于电路板上的一部分导电层用作辐射部分，并且导电层的其余部分被用作接地部分。接地部分和辐射部分被布置在同一层上，使得天线装置紧凑。形成在导电层上的额外的辐射部图案防止围绕开口产生反向电流并且因此防止辐射性能降低。因此，即使额外的辐射部图案形成在电路板上，便携式终端的厚度的增加仍被最小化。

虽然已经通过示例性实施例描述了本公开，但是本领域的技术人员可想到各种修改和改变。其意图是使本公开包括落入权利要求的范围内的这样的修改和改变。

Claims (16)

1.一种用于便携式终端的天线装置，所述天线装置包括：

电路板，电路板的表面上形成有导电层；

第一开口，通过部分地去除位于与电路板的一侧相邻的位置的导电层而形成，第一开口与电路板的外侧部平行地延伸；

辐射部分，包括位于电路板的在第一开口的一侧的外侧部上的一部分导电层；

馈线，位于第一开口上并且适于从第一开口的另一侧对辐射部分馈给，

其中，辐射部分还包括：第二开口，从第一开口横跨形成辐射部分的一部分导电层延伸到电路板的外侧部；频率调节元件，设置在第二开口上并且适于串联地连接被第二开口分开并位于第二开口两侧的导电层。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，辐射部分包括绕过第一开口并且连接到在第一开口的另一侧的导电层的第一辐射部分、以及通过第二开口与第一辐射部分分开的第二辐射部分，馈线连接到第一辐射部分。

3.如权利要求1所述的天线装置，其中，电路板包括表面上形成有导电层的第一层、面对第一层的相对表面而结合同时与第一层绝缘的第二层、以及形成在第二层的上表面上的信号线，通过信号线给频率调节元件提供功率信号和控制信号。

4.如权利要求3所述的天线装置，其中，电路板还包括穿透第一层形成的多个第一通孔，每个信号线分别通过所述多个第一通孔中的一个第一通孔连接到频率调节元件。

5.如权利要求1所述的天线装置，其中，频率调节元件是单刀双掷天线开关和集总元件的组合或者是可变电容器。

6.如权利要求1所述的天线装置，其中，频率调节元件具有连接并接地到辐射部分的接地销。

7.如权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括位于第一开口上方并且设置为面对电路板的表面的辅助板、以及形成在辅助板上并且布置为部分地围绕第一开口的辐射部图案。

8.如权利要求7所述的天线装置，其中，辐射部图案具有在第一开口的两侧与第一开口平行地延伸的部分，所述部分彼此连接，以围绕第一开口的关闭端。

9.如权利要求7所述的天线装置，所述天线装置还包括：

连接端子，安装在位于第一开口的一侧上的导电层上；

连接图案，设置在辅助板的第一表面上，连接端子与连接图案接触。

10.如权利要求9所述的天线装置，其中，辐射部图案设置在辅助板的第二表面上，连接图案延伸为围绕辅助板的侧表面并且连接到位于辅助板的第二表面上的辐射部图案。

11.如权利要求9所述的天线装置，其中，第三通孔穿透辅助板形成，并且连接图案通过通孔电连接到辐射部图案。

12.如权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括设置在馈线上的阻抗匹配元件。

13.如权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括形成在电路板的不同表面上的第二辐射部图案以及穿透电路板形成的第二通孔，第二辐射部图案通过第二通孔连接到辐射部分。

14.如权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括可变电容IC芯片，所述可变电容IC芯片连接位于第一开口的另一侧上的导电层与辐射部分。

15.如权利要求14所述的天线装置，其中，可变电容IC芯片设置在馈线上。

16.一种无线通信终端，包括如权利要求1至15所述的天线装置。

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