CN1190870C - 平面天线结构和无线电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双频段平面天线的结构。包括辐射元件和接地板，所述辐射元件具有延伸到其边缘的缝隙，以便建立两个分开的工作频段，其特征在于：所述缝隙包括第一部分(216)，它是纵向的且延伸到辐射元件(210)的馈入点(S)附近，以及第二部分(217)，其一端的开口伸至所述第一部分内，另一端的开口则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5且小于7.5。本发明的优点在于，双频段平面天线的带宽大于同样尺寸的现有技术结构的带宽。

Description

平面天线结构和无线电设备
技术领域
本发明涉及一种可以在移动通信设备中使用的双频段平面天线结构，以及一种包括该天线结构的无线电设备。
背景技术
近年来，在应用大约2GHz左右的频段以后，移动通信设备，特别是运行在两个频段上的移动通信设备变得更流行了。较低的频段通常是GSM(全球移动通信系统)系统使用的890-960MHz，或是美国AMPS(高级移动电话系统)网络使用的824-894MHz。较高的工作频段可以是DCS(数字蜂窝系统)和PCN(个人通信网)使用的1710-1880MHz，或是PCS(个人通信系统)使用的1850-1990MHz。将来的UMTS(通用移动电信系统)已在1900-2170MHz范围内分配了发送和接收频带。因此，很明显，工作频带可以很宽，这给移动通信设备的天线提出了附加的要求。
从现有技术可获知多种具有至少两个工作频段的天线结构。移动通信设备使用各种组合天线，例如，鞭状天线和螺旋天线的组合，以及鞭状天线和平面倒F形天线(PIFA)的组合。此外，已经知道PIFA型天线本身就工作在两个频段。图1示出了一个这样的现有技术的天线结构。它包括辐射元件110、平行于所述辐射元件的接地板120、和在这两个板之间的短路元件102。在本例中，天线是在其边缘的一个位置101处馈入的。辐射元件110在其上具有相当窄的缝隙115，它从辐射元件的一个边缘开始，作出一个直角拐弯，并延伸到紧靠馈入位置101。从馈入位置看，缝隙115把平板110划分成两个分部111和112。能工作在两个频段上是基于这样的事实：这两个分部具有十分不同的谐振频率。天线匹配可以通过改变馈入位置101以及短路102位置来进行调整。天线谐振频率的所需数值可以通过改变缝隙115的位置和其上的拐弯数目而得到。该结构的缺点在于，它很难在两个运行频段上实现足够的带宽。频带可以通过增加辐射元件与接地板之间的距离而加宽，但这种安排有使得天线太大的缺点。
发明内容
本发明的主要目的是改进双频段PIFA的频带特性。
根据本发明的天线结构，包括辐射元件和接地板，所述辐射元件具有延伸到其边缘的缝隙，以便建立两个分开的工作频段，所述缝隙包括第一部分，它是纵向的且延伸到辐射元件的馈入点附近，以及第二部分，其一端的开口伸至所述第一部分内，另一端的开口则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5且小于7.5。
优选地，所述第一部分的形状为长方形，该长方形的短边长度是上述第一部分宽度，第一部分与第二部分在第一部分的长边上相交。
优选地，所述第一部分的形状为长方形，该长方形的短边长度是上述第一部分宽度，第一部分与第二部分在第一部分的短边上相交。
有利地，所述第二部分是直的。所述第二部分至少具有一个拐弯。
有利地，所述第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于2和小于4。
本发明还提供一种无线电设备，它的天线包括辐射元件和接地板，该辐射元件具有缝隙，以便建立两个分开的工作频段，该缝隙包括为纵向且延伸到辐射元件的馈入点附近的第一部分，以及第二部分，该第二部分一端的开口伸至所述第一部分内，另一端则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5。
简略地说，本发明如下：在PIFA的辐射元件中，提供了由两个不同宽度的部分组成的缝隙。缝隙较宽的部分的一端接近于辐射元件的馈入点。缝隙较窄的部分从较宽部分上的一点开始，并延伸到辐射元件的边缘。缝隙部分有利地为直的，但较窄的部分可以在其上具有拐弯，以便形成辐射元件的分部。两缝隙部分的宽度比值为3左右。
本发明的优点在于，双频段PIFA的带宽可以做得大于相同尺寸的现有技术结构的带宽。本发明的另一个优点在于，本发明的结构很简单，以及具有相当低的制造成本。
附图说明
现在将详细描述本发明。参照附图，其中：
图1示出了按照现有技术的PIFA的例子，
图2示出了按照本发明的PIFA的例子，
图3a示出了缝隙较窄部分对天线特性的影响的例子，
图3b示出了缝隙部分的宽度比值对天线带宽的影响的例子，
图4示出了按照本发明的另一个辐射元件的形状，以及
图5示出了安装有本发明天线的移动通信设备的例子。
具体实施方式
结合现有技术的说明已对图1作出了讨论。
图2示出了按照本发明的天线结构的例子，图上为简单起见，没有示出任何支撑结构。天线200包括辐射元件210，接地板220，和在这二者之间的短路元件202。天线馈线201的外导体从图的下方连接到接地板上。天线馈线的内导体通过接地板上的开孔在点S处连接到辐射元件210上，在这个图上，点S靠近辐射元件的前部边缘。本发明的实质是辐射元件中的缝隙形状。该缝隙由两个部分组成。第一部分216是具有宽度为w1的长方形，其长边被纵向地放置。缝隙的第一部分216完全位于元件210的区域内，且它延伸到相当接近于元件馈入点S。在本例中，缝隙的第二部分也是长方形的。第二部分在第一部分216的长边上开了一道口，并横向地延伸到辐射元件的左面纵向边缘。第二部分217的宽度是w2。从馈入点S看来，第一和第二部分一起把辐射元件210划分成具有不同谐振频率的两个分部211和212。
在本说明书中，横方向是指辐射元件的前面边缘的方向，即最靠近馈入点S的边缘的方向。相反地，在本说明中和权利要求中，纵方向是指基本垂直于辐射元件横方向的方向。
在按照本发明的结构中，缝隙部分的宽度w1和w2是相当大的，这是为了增加天线带宽的目的。把缝隙做得更宽，减小了分部211和212之间的耦合，这使得带宽更大。而且，另一种辐射机理开始以很大程度而作用到天线上：对于分部211和212、以及它们在缝隙217中的相互电容，当它们被做成适当的尺寸时，便可在高工作频段上起到环路天线的作用，这可被用来使高工作频段变得更宽。
图2所示结构的有利尺寸为：辐射元件210的横向长度s1是20mm，辐射元件的纵向长度s2是35mm，以及天线结构的高度h是5-6mm。
图3a示出了辐射元件中缝隙的第二部分(即，较窄部分)宽度w2对天线的带宽特性的影响。图上示出的是较低工作频带ΔB1、较高工作频带ΔB2、以及较高和较低工作频段的中心频率比值f2/f1等对缝隙第二部分宽度的函数。当缝隙宽度w2从0.6mm增加到2.8mm时，较低工作频带的宽度ΔB1增加略高于20％，它一开始相当快速地增加，在结尾处变得较为缓慢。较高工作频带的宽度ΔB2增加约10％，一开始较慢增加，在结尾处增加较快。当缝隙宽度w2从0.6mm增加到2.8mm时，较高和较低工作频段的中心频率比值f2/f1从约1.85增加到约2.1。这些结果对于缝隙第一部分的宽度w1为4.5mm的天线尺寸是正确的。
图3b示出了辐射元件中缝隙各部分的宽度比值对天线带宽的影响。图上示出了缝隙宽度的比值w1/w2从1增加到7时，较低工作频带的宽度ΔB1降低约25％，一开始降低较慢，在结尾处降低较快。同样地，当缝隙宽度的比值w1/w2从1增加到6时，较高工作频带的宽度ΔB2增加约40％，一开始增加相当快，在结尾处增加较慢。随着比值w1/w2进一步增加，带宽ΔB2开始慢慢地降低。
现有技术相应于辐射元件内各缝隙部分宽度都相当小(远低于1mm)的一种结构。图3a和3b示出了，本发明的结构使带宽有可能大于20％，至少对于较高工作频段是如此。例如，假定想要的中心频率是f1＝925MHz和f2＝1795MHz。则比值f2/f1是1.94。按照图3a，这相应于宽度w2大约为1.3mm。如果宽度w1是4.5mm，如图3b所示，则比值w1/w2大约是3.4。与想象的情形(其中宽度w1和w2均为0.6mm)相比，较低工作频带的宽度B1内的增加大约是10-2＝8％，而较高工作频带的宽度B2的增加大约是29+1＝30％。
实际上，天线的尺寸不是直接从图3a和3b的曲线得出的。首先，对于宽度w1要选择一个相当大的数值。然后找到宽度w2的一个数值，以使得频率比值f2/f1正确。该过程被迭代地进行，直至频率值f1和f2以及它们的比值都正确。其目标是使缝隙宽度的比值w1/w2位于2和4之间。这确保了较高工作频带的宽度B2内将有相当大的增加，而在较低工作频带的宽度B1内，所产生的减小将不会大大低于在宽度w2较大时的值。
图4示出了几种替换的辐射元件形状。最左面的子图(a)示出了相应于图2的形状。在该形状中，缝隙的较宽部分(即第一部分)相对于辐射元件410是纵向的，而且相当靠近元件410的纵向边缘，它示出在该图的较下方。缝隙的较窄部分(即第二部分)大约在第一部分的中间开始，而且横向和直接地延伸到元件410的纵向边缘上，图上示出它在较上方。子图(b)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置起始。子图(c)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件的馈入点S)的位置起始。子图(d)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件馈入点S)的位置起始，并倾斜地延长，且在最接近馈入点边缘处的元件纵向边缘处开出口子。子图(e)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置起始，并倾斜地延长，且在接近于边缘(该边缘与馈入点相对)的元件纵向边缘处开出口子。子图(f)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从第一部分最靠近元件馈入点S的末端起始，作一个长方形的转弯，并横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(g)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置横向地起始，朝着元件的相反端纵向地延长，最后横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(h)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端与元件馈入点S相对)的位置横向地起始，朝着最靠近元件馈入点的一端纵向地延长，最后横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(i)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件馈入点S)的位置起始，并且以曲线到达最靠近馈入点的元件边缘。
图5示出了移动通信设备500。它包括按照本发明的天线200，该天线整个地被放置在移动通信设备的机壳内。
以上描述了本发明的基本解决办法及其某些方案。就辐射元件的设计来说，本发明并不局限于所描述的解决办法。而且，本发明既不限制平板天线的其它结构的解决办法，也不限制它的制造方法。

Claims (6)

1.一种天线结构，包括辐射元件和接地板，所述辐射元件具有延伸到其边缘的缝隙，以便建立两个分开的工作频段，其特征在于：所述缝隙包括第一部分(216)，它是纵向的且延伸到辐射元件(210)的馈入点(S)附近，以及第二部分(217)，其一端的开口伸至所述第一部分内，另一端的开口则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5且小于7.5。
2.权利要求1的结构，其中所述第一部分的形状为长方形，该长方形的短边的长度是上述第一部分宽度，其特征在于，第一部分与第二部分在第一部分的长边上相交。
3.权利要求1的结构，其中所述第一部分的形状为长方形，该长方形的短边的长度是上述第一部分宽度，其特征在于，第一部分与第二部分在第一部分的短边上相交。
4.权利要求1的结构，其特征在于，所述第二部分是直的。
5.权利要求1的结构，其特征在于，所述第二部分至少具有一个拐弯。
6.一种无线电设备(500)，其特征在于，它的天线(200)包括辐射元件和接地板，该辐射元件具有缝隙，以便建立两个分开的工作频段，该缝隙包括为纵向且延伸到辐射元件的馈入点附近的第一部分，以及第二部分，该第二部分一端的开口伸至所述第一部分内，另一端则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5且小于7.5。
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