CN1185762C - 用于通信终端装置的多频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明说明了一种用于通信终端装置(1)的天线(10)，它带有一个设置在载体(11)上或在其内的印制导体结构(12，13，26)。该印制导体结构(12，13，26)具有一个第一印制导体结构部分(12，20，27)，它在端部用一个第二印制导体结构部分(15，15’，16，16’，21，21’，22，22’，23，28)电容性加载以便把天线(10)调谐到一个希望的无线电信道上。

Description

用于通信终端装置的多频带天线

技术领域

本发明涉及一种用于通信终端装置的多频带天线，该天线具有在一个载体上或载体内设置的印制导体结构，以及涉及具有这种天线的通信终端装置。

背景技术

随着移动通信发送装置特别是移动电话的继续小型化，在将来总是需要尺寸更小的天线。因此，在移动电话的领域，最近时期绝大多数使用所谓的“末端天线”，它仅从外壳伸出很短的一段。这种“末端天线”具有缺点，它对机械结构敏感，并可能折断。此外，从设计角度出发，该天线应尽可能隐没在小型化的外壳中。完全集成天线的一种可能性在于，使用文首所述类的具有在一个载体内或载体上设置的印制导体结构的天线，例如所谓的“PCB天线”(印刷电路板天线)。

这样的集成天线必须在其位置上能够覆盖各无线电信道的总带宽。例如，在所谓的GSM 900MHz频带内发送880到915MHz的区域和接收925到960MHz的区域，则天线必须能很好覆盖880到960MHz的区域。对此特别是移动电话存在问题，即在通话期间可能出现天线不同强度的共振偏移，这是由于使用者手中的移动无线电装置的不同位置引起的。这种共振频率偏移必须相应地通过下述方式补偿，即天线带宽要比所需的频带更宽，以便即使在共振频率偏移时也能在总频带内工作。但是宽带天线通常在其几何尺寸大时才能得到，这与小型化天线的目标背道而驰。在920MHz的GSM 900MHz频带的情况下，一个理想的天线例如具有中间频率的四分之一波长(λ/4)整数倍的有效长度。但是这一长度由于在外壳里预先给定的空间而常常不能达到。

发明内容

本发明的任务是提供一种具有相对大带宽的天线，它价格便宜并可重复生产。

为此，本发明提供用于一种通信终端装置的多频带天线，具有一个在载体上和/或内设置的印制导体结构，其中该印制导体结构具有一个第一印制导体结构部分，它在端部通过一个第二印制导体结构部分电容性加载，从而将天线调谐到一个希望的无线电信道，其特征在于，为调谐到希望的另一个无线电信道，该天线具有一个带有一个第一印制导体结构的第一天线部分，和在一个平行于第一印制导体结构的并与之相对的平面内的、带有另一在载体上和/或内设置的或在另一个载体上设置的印制导体结构的另一个天线部分，其与第一印制导体结构电容和/或电感耦合，其中所述的另一印制导体结构具有一个第一印制导体结构部分，它在端部通过一个另外的第二印制导体结构部分电容性加载，从而将天线调谐到一个希望的无线电信道，其中该第二和该另外的第二印制导体结构部分每一横向于第一印制导体结构部分延伸，该第二和另外的第二印制导体结构部分从第一印制导体结构部分的末端，各自在两侧沿横向于第一印制导体结构部分所延伸的主延伸方向曲折延伸，或各自在该第一印制导体结构部分的末段延伸。

这种在第一印制导体结构部分的端部的电容性负载改善了天线的电流分布。这里电容性负载的作用是虚拟延长总天线，使得有效长度与理想长度的偏差可以通过电容性负载补偿。这里不增加天线的“高度”，因为电容性负载的绕行线路主要在高度的横向延伸。

因此电容性负载具有和从“正常”无线电天线构造领域公知的布设在建筑物等上端的顶部电容相似的作用，其设有垂直的单鞭状天线，然而这里附带要注意的是，由于较小的几何尺寸和靠近该装置的屏蔽罩、电路板、蓄电池组件或者其它部件，会出现对该装置的接地地线不可避免的电容，和由于用户的手而产生的上述失谐。

从原理上说，两个印制导体结构部分可以适应相对任意的预定的技术参数和可用的空间尺寸。然而，第二印制导体结构部分基本上横向第一印制导体结构部分延伸。这里第一印制导体结构部分在一定程度上相应于具有主延伸方向的鞭状天线，该主延伸方向在“正常”的无线电天线构造中表示垂直方向；第二印制导体结构部分相应于水平顶载电容。这里优选第一印制导体结构部分具有一个伸长的印制导体段，该导体段在其端部构成第二印制导体结构部分。

优选第二印制导体结构部分具有在第一印制导体结构部分的端部形成的T形件下延伸的印制导体段。在最简单的情况下，该第二印制导体结构部分仅包括这一个印制导体段，使得整个印制导体结构具有一个T形形状。但是为使顶部电容精确匹配，特别可以用曲折形或者一定分段的曲折形来形成第二印制导体结构部分。不同的特殊实施例还要根据附图说明。

根据需要，第二印制导体结构部分可以关于第一印制导体结构部分对称或者不对称设置。与对称设置不同，第二印制导体结构部分中的不对称导致，由于两个与第一印制导体结构部分不同距离的反射位置，在顶载电容的端部出现具有稍微不同相位的两个波的重叠。这一方面减弱了天线的性能，但是另一方面却按照希望的数值放大了带宽。

可以这样设置印制导体结构，使得第一印制导体结构部分在与第二印制导体结构部分相对的端部区域具有一个连接元件，例如一个接触垫，使用该接触元件通过一个接触弹簧实现与通信终端装置的发送/接收装置的连接。这一连接点相应于具有顶载电容的垂直天线的基部。另外的方案也可以是，第一印制导体结构部分在两端用一个第二印制导体结构部分电容性加载。在这种情况下，第一印制导体结构部分中的天线中的功率由电容性或电感性耦合。

为了能够使该天线作为所谓的“多频带天线”在不同频率范围内工作，它优选具有一个带一个第一印制导体结构的第一天线部分和在一个基本上平行于第一印制导体结构的平面内的带另一个印制导体结构的另一个天线部分，因此该天线调谐在希望的另一个无线电信道，亦即一个第二共振频率上。这里该另一个印制导体结构与第一印制导体结构电容性或者电感性耦合。在最简单的情况下，载体是一个电路板，它在一个上表面上具有该第一印制导体结构，在相对的表面上具有一个第二印制导体结构。但是可以理解，其也可以是一种多层电路板，并且它在不同的平面上还具有另外的印制导体结构，由此，该天线不仅可以在两个，而且可以在多个共振区域内工作。

在一个优选的实施例中，该第一印制导体结构的第一印制导体结构部分在一端具有一个连接元件，例如接触垫，另一个印制导体结构的第一印制导体结构部分在两端由一个第二印制导体结构部分电容加载。为保证在第二印制导体结构和第一印制导体结构之间的最优桥接，这两个印制导体结构或者说每一个另外的印制导体结构彼此平行于各自的第一印制导体结构部分的主延伸方向取向，也就是说，“垂直”天线部分每个都基本平行，因为主要在这些段上进行桥接。

下面参考附图根据实施例详细说明本发明。所表示的特征不仅可以在所述组合中实现，而且可以单独地或者以本发明的另外的组合实现。

附图说明

图1表示具有一个按照本发明的多频带天线的移动电话的截面简图；

图2a到8b每一个表示双侧多频带天线的不同实施例的印制导体结构，其中，图2a到8a每一个表示具有第一印制导体结构的前面，图2b到8b表示具有第二印制导体结构的所属背面；

图9表示一个三层多频带天线实施例的不同平面上的不同结构。

具体实施方式

因为本发明的天线10的主应用领域在移动电话1的领域，并且这里特别对由于用户的手覆盖天线的问题提供特别大的优点，因此在下面的实施例中说明移动电话的天线。但是再一次指出，可以理解这种天线的使用不限于移动电话。

图1表示这样一种典型的移动电话1，它带有一个外壳2和一个集成的按照本发明的天线10。移动电话1的其它部件仅部分和简要示出。该移动电话具有一个电路板3，在电路板3的上部区域安装有耳机罩6，下面安装显示器5。键盘(未示出)在显示器5的下面。电路板3的背面除其它零件外安装蓄电池组件4。电路板3和蓄电池组件4通常由一个屏蔽罩8将电导体材料屏蔽。在外壳的上部自由空间内、在耳机罩6的后面、在电路板3的背面和蓄电池组4件的上部之间有一个自由空间9，天线10就安装在这里。

天线10主要包括载体11和一个在载体11上面向电路板3的前面的第一印制导体结构12和一个安装在背面的第二印制导体结构13。

在一个特别简单和可经济制造的情况下，天线10主要包括一个双面电路板，其上两侧用通常的蚀刻方法产生印制导体结构12、13。可以理解，印制导体结构也可以在两侧压制或者以另外适当的方式在适当的载体11上形成。

图2a表示按照第一实施例的一个天线的前面的第一印制导体结构12。

第一印制导体结构12在这里包括一个第一印制导体结构部分14，该部分又包括一个平行于移动电话1的纵轴的“垂直”印制导体段17和在下端的“水平”印制导体段18。

第一“垂直”印制导体段17在上端具有一个作为顶部电容的第二印制导体结构部分15。第一印制导体结构部分14的第二“水平”印制导体段18用于使第一印制导体段17的下端与接触垫19连接，接触垫19安装在平面图上载体11的左下角。通过这一接触垫19，天线1通过一个接触弹簧7与一个在电路板3上的相应的通向发送/接收单元(未示出)的引线连接(见图1)。在本实施例中接触弹簧7跨接大约6到12mm的距离。

在所示实施例的全部附图中表示出的接触垫19均在同一个位置。但是这一位置仅由各移动电话1的结构决定。可以理解，接触垫也可以安装在任意一个其它位置，例如在中下部或者在载体11的右下角。

这里整个第一印制导体结构部分14构成一个，从向发送/接收单元的作为所谓“基部”的输出耦合位置，一直到上端的单极天线，它在一定程度上相应于在无线电天线结构中公知的“鞭状天线”。该“鞭状天线”在其端部通过第二印制导体结构部分15电容性加载。

为制成这种“顶载电容”15，印制导体段17在端部分叉，也就是说，第二印制导体结构部分15具有一个印制导体段29，它在第一印制导体结构部分14的印制导体段17的端部如一个T形件延伸。

在构成该T形件的印制导体段29的两端，在平行于第一印制导体结构部分14的主延伸方向R的方向上，亦即印制导体段17的方向上，有另一个曲折形伸长的印制导体段24延伸，这一曲折形印制导体段24又包括直的、垂直于和平行于印制导体段17方向的单个导体段。在所示实施例中，该导体段24从T形件的端部出发向下，亦即沿第一印制导体结构部分14的垂直印制导体段17逆着主延伸方向R的方向。可以理解，该导体段24也可以在R的方向上亦即向上延伸。通过精确形成曲折线段的形状，特别是与天线长度相比空间延伸可以改变，由此可以相应调整对屏蔽罩8和对移动电话1的其它部件的电容，以便使该天线匹配希望的共振频率。

第二印制导体结构部分15在这里关于第一印制导体结构部分14的第一印制导体段17镜像对称设置。

在载体11的背面设置有带有另一印制导体结构13的另一个天线部分。这一印制导体结构13与前面的印制导体结构14非常相似。这里，该第二印制导体结构13的第一印制导体结构部分20相应于前面的印制导体结构12的第一印制导体结构部分14的垂直印制导体段17。但是这一印制导体结构部分20在其两端各配备另一个用作电容性负载的印制导体结构部分21，这里该部分21完全相应于前面的第二印制导体结构部分15。

在本实施例中，前面的天线部分，亦即印制导体结构12这样实现，使得天线的一个共振频率在GMS系统的900MHz频带的范围内，这里可以理解，要考虑背面结构13的影响。后面的结构13电容或电感耦合前面的结构12，反之亦然。后面的结构13这样实现，使得一个第二共振频率位于GMS系统的1800MHz频带。这意味着，这样构成总结构，从而把原本位于相应于3/4λ的频率大约为2700MHz的具有良好的实部的下一较高共振部分拉下到大约1800MHz。共振的精确调谐主要通过在前面和后面的印制导体结构12和13实现。可以理解，除结构12、13的各种特殊的形状外，载体11的厚度、从而两个印制导体结构12、13彼此的距离、以及载体材料的材料常数，例如介电常数，都对总天线10的共振调谐有影响，必须做相应考虑，或者可以进行适当选择。

特别是也可以改变第一印制导体结构部分的印制导体的宽度和电容性负载。印制导体宽度通常对天线的性能有影响，因此也对共振带宽有强烈的影响。这对只有一个天线部分的天线也成立。

图3a和3b表示作了一些改变的前面和后面的印制导体结构12、13。与按照图2a和2b的天线不同，这里构成顶部电容的两个印制导体结构部分15’、21’不关于主延伸方向R镜像对称。通过在印制导体结构部分15’、21’的端部的两个反射位置的不对称，产生两个具有微小相位差别的波的重叠。这一方面虽然减弱了天线的性能，但是另一方面导致带宽如希望的那样变大。在按照图2a和2b那样对称的情况下，在两端的每一端都产生具有相同相位的波，使得这些端部如一个公共的共振部分那样作用。带宽的放大在移动电话中特别重要，这是因为此时由于用户的手会引起天线的共振失谐。

图4a和4b表示按照本发明的天线10的另一个实施例。这里，第一印制导体结构部分14、20分别相应于图2a到3b的实施例。然而第二印制导体结构部分16、22的形状发生了改变。第二印制导体结构部分16、22在第一印制导体结构部分14、20的端部，在基本横交第一印制导体结构部分14、20行进的主延伸方向上各向两侧曲折地延伸出去。这意味着，这里的“T形件”自身就是曲折形形成的。第二印制导体结构部分16、22的这一形式既在前面的印制导体结构12中也在后面的印制导体结构13中如此形成。

图5a表示另一个实施例的前面。这里与按照图4a的第二印制导体结构部分16’的形状不同，是在第一印制导体结构部分14的端部形成弧形。由此稍微提高了电容。此外该实施例还表示出，通过适当选择第二印制导体结构部分16’的形状，该天线也可以配合装入圆形外壳中。为此，载体11也要相应地剪切。背面的印制导体结构13也应与前面的印制导体结构12相匹配，这意味着，第二印制导体结构部分22’在上侧相应于前面的印制导体结构12的第二印制导体结构部分16’。与此相反，下面的第二印制导体结构部分21相似于按照图2b的天线的第二印制导体结构部分21设置。

图6a和6b表示一个实施例，其中，前面的印制导体结构12精确相应于图2a的前面的印制导体结构12。然而，对于后面的印制导体结构20，第二印制导体结构部分23的每一个如此构造，从而一个曲折导体段24在第一印制导体结构部分20的相对端延伸，另一个曲折形的导体段25向外延伸。这附带提高了电容。

图7a到8b表示天线的两个不同的实施例，其中，后面的印制导体结构13各自只在第一印制导体结构部分20的一端具有一个第二印制导体结构部分21’、22’，也就是说，结构13的“垂直”部分仅是单侧电容性加载。按照图7a和8a的天线的前面相应于按照图3a和5a的天线。垂直元件的单侧电容性加载同样是可能的，并且在限定的条件下有意义。但是它导致电流的最大值不再在第一印制导体结构部分20的中间。为获得对前面的印制导体结构12的第一印制导体结构部分14的垂直印制导体段17良好的桥接，优选在后面的印制导体结构13上的第一印制导体结构部分20具有双侧电容负载的实施形式。

图9表示另一个多频带天线，它为3个不同的频带而设置的。相应地该天线具有在三个平面上彼此叠置的结构12、13、26。第一印制导体结构12和位于中间的第二印制导体结构13在这里相应于按照图2a和2b的天线的前面和后面上的印制导体结构12、13。此外，还有一个第三印制导体结构26，其结构相应于按照图4b的天线的后面的印制导体结构20。可以理解，这些平面彼此上下的位置可以任意交换。特别是具有第一印制导体结构的平面，亦即具有接触垫的平面也可以位于中间，即在其它平面之间。在这种情况下，位于该接触垫上的载体层必须具有相应的空隙或等同的结构，以便允许接触垫的接触。另外可选择的方案为，该接触垫也可以通过位于其上或其下的平面以适当的方式向外通孔敷镀。

如不同的实施例所示，本发明的天线可以以不同形式实现，因此可以匹配不同的外壳和应用位置。以此最适宜设置在许多频带内具有相对较大带宽的非常小的天线。此外，与迄今为止用于双频带的螺旋线形天线相比，该天线在开发时具有通过纤焊或者除去印制导体部分而易于改变原型的优点。因为使天线精确地匹配不同的共振和阻抗依赖于许多外部的、不良影响参数，例如外壳和屏蔽罩的形状，位于电路板上的部件等，因此优化的结构极难甚至根本不能事先计算出来。因此通常在开发这种天线时需要使用不同原型进行多次尝试，以便对于每一种装置都找到最优的天线形状，所以使用本发明的天线也具有可以实现减少开发时间和费用的优点。

Claims (13)

1.用于通信终端装置(1)的多频带天线(10)，具有一个在载体(11)上和/或内设置的印制导体结构(12)，其中该印制导体结构(12)具有一个第一印制导体结构部分(14)，它在端部通过一个第二印制导体结构部分(16，16’)电容性加载，从而将天线(10)调谐到一个希望的无线电信道，其特征在于，为调谐到希望的另一个无线电信道，该天线具有一个带有一个第一印制导体结构(12)的第一天线部分，和在一个平行于第一印制导体结构(12)的并与之相对的平面内的、带有另一在载体(11)上和/或内设置的或在另一个载体上设置的印制导体结构(13)的另一个天线部分，其与第一印制导体结构(12)电容和/或电感耦合，其中所述的另一印制导体结构(13)具有一个第一印制导体结构部分(20)，它在端部通过一个另外的第二印制导体结构部分(22，22’)电容性加载，从而将天线(10)调谐到一个希望的无线电信道，其中该第二和该另外的第二印制导体结构部分(16，16’，22，22’)每一横向于第一印制导体结构部分(14，20)延伸，该第二和另外的第二印制导体结构部分(16，16’，22，22’)从第一印制导体结构部分(14，20)的末端，各自在两侧沿横向于第一印制导体结构部分(14，20)所延伸的主延伸方向曲折延伸，或各自在该第一印制导体结构部分(14，20)的末段延伸。

2.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第一印制导体结构部分(14，20，27)具有一个长形的印制导体，该印刷导体为构造第二印制导体结构部分(15，15’，16，16’，21，21’，22，22’，23，28)而在端部分叉。

3.根据权利要求2的天线，其特征在于，第二印制导体结构部分(15，15’，21，21’，23)具有一个在第一印制导体结构部分(14，20)末端延伸的印制导体段(29)，构成T形件。

4.根据权利要求3的天线，其特征在于，该第二印制导体结构部分(15，15’，21，21’，23)在构成T形件的印制导体段(29)的两个端部的每一端具有沿平行于第一印制导体结构部分(14，20)取向的主方向曲折形延伸的另一个印制导体段(24，25)。

5.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第二印制导体结构部分(15，21，28)关于第一印制导体结构部分(14，20，27)对称设置。

6.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第二印制导体结构部分(15’，21’)关于第一印制导体结构部分(14，20)不对称设置。

7.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第一印制导体结构部分(14)在与第二印制导体结构部分(15，15’，16，16’)相反的端部区域具有一个连接元件(19)。

8.根据权利要求7的天线，其特征在于，该第一印制导体结构部分(14)具有两个印制导体段(17，18)，其中，第一印制导体段(17)在一端由第二印制导体结构部分(15，15’，16，16’)电容性加载，第二印制导体段(18)将第一印制导体段(17)的另一端与连接元件(19)连接。

9.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第一印制导体结构部分(20，27)在两端通过一个第二印制导体结构部分(21，21’，22，22’，23，28)电容性加载。

10.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第一印制导体结构(12)的第一印制导体结构部分(14)在一端具有一个连接元件(19)，和另一印制导体结构(13，26)的第一印制导体结构部分(20，27)在两端具有一个作为电容性负载的第二印制导体结构部分(21，21’，22，22’，23，28)。

11.根据权利要求1的天线，其特征在于，该第一印制导体结构(12)和该另一个印制导体结构(13，26)关于它们各自的第一印制导体结构部分(14，20，27)彼此平行取向。

12.一种具有按照权利要求1到11中之一所述的天线的通信终端装置。

13.根据权利要求12的通信终端装置，其特征在于，该装置是移动电话(1)。

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