CN1201433C - 折叠双频带天线和无线通信装置 - Google Patents

Abstract

一种多频带天线和无线通信装置，具有折叠形状的U形介电基板包括对置的第一和第二部分，它们在各自相邻的端部上通过第三部分相连。一导电材质的连续线路作为辐射元件地设置在介电基板的第一、第二和第三部分的外表面上。设置在介电基板第一部分上的连续辐射元件部分被制成与设置在该介电基板第二部分上的连续辐射元件部分电耦合，从而产生至少两个独立且不同的频带段。

Description

折叠双频带天线和无线通信装置

技术领域

本发明总的涉及天线，尤其涉及用于无线通信装置的天线。

背景技术

无线电话通常是指提供与至少另一个通信终端的无线通信连接的通信终端。无线电话可以用于各种不同的应用领域，其中包括蜂窝式电话、陆地移动通信系统(如警察和消防部门)和卫星通信系统。

无线电话一般包括用于辐射和/或接收无线通信信号的天线。在过去，因其简易、宽带响应、宽的辐射图形和低成本，单极天线和偶极天线或许已被最广泛地应用在各种无线电话用途中。

但无线电话和其它无线通信装置正在经历小型化。实际上，许多现代的无线电话的长度小于11厘米-12厘米。结果，无线电话所用的天线也经历了小型化。另外，无线电话能够在相当分散的频带范围中工作以便使用一个以上的通信系统。例如，GSM(全球移动通信系统)是数字移动电话系统，它一般在如880MHz-960MHz的低频带内工作。DCS(数字通信系统)是一般在1710MHz-1880MHz的高频带下工作的数字移动电话系统。

小型无线电话天线一般在窄频带内工作。结果，传统的无线电话天线很难在相当分散的频带范围内工作。此外，随着无线电话的天线变小，其所工作的频带一般变得更窄。

螺旋天线正日益地被应用到可在多频带内工作的手持无线电话中。螺旋天线一般包括卷绕成螺旋形状的导电元件。因为螺旋天线的辐射元件绕轴线卷绕，可认为螺旋天线的轴向长度小于类似的单极天线的长度。因此，螺旋天线经常可被用在单极天线长度受限制的场合。

图1示出了构形成用于双频带工作的传统螺旋天线5。如图1所示，天线5通常包括天线馈入结构6、辐射元件7和寄生元件8。辐射元件7和寄生元件8被容纳在带端帽10的塑料管或天线壳9内。遗憾的是，螺旋天线的制造有些复杂，特别是在辐射元件7和寄生元件8的定位方面。

分支天线也正被用于在多频带范围内工作的手持无线电话。分支天线一般包括一对设置在基板上的导电轨迹，基板用作辐射元件并且自一个馈入点分支出来。图2示出了配置成用于在双频带范围内工作的传统分支天线15。如图2所示，天线15通常包括其上设有一对曲折辐射元件17a、17b的平面基板16。曲折辐射元件17a、17b自馈入点18分支出，馈入点将天线15电连接到无线电话内的RF电路。每个曲折的辐射元件17a、17b被制成可以在各自频带内谐振。

遗憾的是，分支天线可以在对无线电话工作来说过窄的频带内辐射和接收电信号。此外，为了缩小分支天线，一般需要缩减每个辐射元件的曲折结构。遗憾的是，当辐射元件的曲折结构被压缩时，辐射元件可工作的频带范围显著缩窄。

因而，鉴于上述对多频带无线电话的要求以及用于这类无线电话的传统天线所存在的问题，人们需要一种能在多个相当分散的频带内工作的小型无线电话天线。

发明内容

因而，本发明的一个目的是提供用于无线通信装置(如无线电话)的小型天线，所述天线能够在多个相当分散的频带内工作。

本发明的另一个目的是使无线电话易于小型化。

本发明的这些以及其它目的可以通过其内外表面设有连续辐射元件的折叠U形天线而实现。所述天线包括具有对置的第一、第二间隔开的部分的介电基板，第一、第二部分在各自相邻的端部通过第三部分连接。用作连续辐射元件的导电材质连续轨迹设置在介电基板的第一、第二和第三部分的内、外表面上。

即提出一种多频带天线，它包括：U形介电基板，其包括对置的第一、第二部分且该第一、第二部分在各自靠近的一个端部通过第三部分连接起来，其中介电基板的第一、第二和第三部分分别具有对置的内、外表面，介电基板的第一部分具有第一长度，介电基板的第二部分具有比第一长度短的第二长度；设置在介电基板第一部分上的第一辐射元件，其中第一辐射元件的一部分与设置在介电基板第一部分上的馈入点电连接；设置在介电基板第二部分上的第二辐射元件，其中第一、第二辐射元件被配置成可以相互电耦合，从而使该天线在至少两个独立的不同频带内谐振。

长条形的垫片最好设置在介电基板的第一、第二部分之间。长条形的垫片最好由开孔式微孔聚合物(open-celled microcellularpolymer)制成并具有相对的第一、第二表面的长形形的介电垫片。介电垫片的第一表面与介电基板的第一部分的内表面面对面地接触，介电垫片的第二表面与介电基板的第二部分的内表面面对面地接触。

但是，垫片显然不一定被用在介电基板的第一、第二部分之间。介电基板的第一、第二部分之间的气隙就能满足要求。

设置在介电基板的第一部分上的连续辐射元件的一部分具有曲折结构并且被电连接到馈入点上。设置在介电基板的第一部分上的连续辐射元件的一部分被配置成可与设置在介电基板第二部分上的连续辐射元件的局部电耦合，从而使天线在不同的第一、第二频带内谐振。

根据本发明的另一实施例，一个U形介电基板包括分别设置在基板第一、第二部分上的第一、第二辐射元件(如导电铜轨迹)。该第一、第二辐射元件被配置成可相互电耦合，从而使天线可以在独立且不同(即高和低)的频带内谐振。第一、第二辐射元件利用穿过介电垫片而形成的导电通路相互电连接。

本发明的天线尤其适于在使用多个相当分散的频带的各种通信系统内工作。此外，由于本发明天线尺寸小，所以它可以被应用到非常小型的通信装置中。另外，由于使用单块基板，所以与传统双频带天线相比，本发明的天线更容易制造。

还提出一种无线通信装置，它包括一个被制成可容纳辐射和接收无线通信信号的收发器的外壳和与该收发器电连接的多频带天线，所述天线包括：U形介电基板，其包括对置的第一、第二部分且第一、第二部分在各自靠近的端部通过第三部分连接起来，介电基板的第一、第二和第三部分分别具有对置的内、外表面，介电基板的第一部分具有第一长度，介电基板的第二部分具有比第一长度短的第二长度；设置在介电基板第一部分上的第一辐射元件，第一辐射元件的一部分与设置在介电基板第一部分上的馈入点电连接；设置在介电基板第二部分上的第二辐射元件，其中第一、第二辐射元件被制成相互电耦合，从而使天线在至少两个独立且不同的频带内谐振。

附图说明

图1是配置成用于双频带无线电话工作的传统螺旋天线的侧剖面图。

图2是配置成用于双频带无线电话工作的传统分支天线的平面图。

图3是可以包括本发明天线的示范性无线电话的透视图。

图4是实现无线电话发送和接收电信信号的电子器件的传统布置示意图。

图5是根据本发明一个实施例的天线的侧视图，所述天线被配置成用于双频带无线电话工作。

图6A是图5所示天线的前透视图，其中为清楚起见去掉了介电垫片。

图6B是图5所示天线的后透视图，其中为清楚起见去掉了介电垫片。

图7是图5所示天线的后透视图，其中沿折叠基板背面的辐射元件具有替换的形状。

图8是根据本发明另一实施例的天线的侧视图，该天线被制成用于双频带无线电话工作，其中第一、第二辐射元件利用穿过介电垫片而延伸的导电通路电连接。

具体实施方式

以下，参见附图来更充分地说明本发明，在所述附图中示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实施，不应认为本发明只限定于在此所述的具体实施方式；确切地说，例举这些实施例是为了让公开内容充分、完整以及向本领域的技术人员传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，将部件层厚和区域放大了。在全文中，同样的符号表示同样的部件。人们将认识到，当描述一个部件如层、区域或基板“位于”另一部件“之上”时，它可以直接位于另外的部件上，或者也可以有间隔件。相反地，当提到一个部件“直接位于”另一部件“之上”，就没有间隔件。此外，在此所述和所示的每个实施例也包括其互补电导率型实施例。

图3示出了内部可以设有本发明天线的无线电话20。所示无线电话20的外壳22包括连在一起而形成空腔的上部24和下部26。上壳部和下壳部24、26容纳着包括一定数量键30的键盘28、显示器32以及可使无线电话20发送和接收无线电话通信信号的电子器件(未示出)。本发明的天线可以设置在所示的天线壳34内。

图4中示出了使无线电话发送和接收无线电话通信信号的电子元件的传统布局，这种传统的布局为无线电话通信领域的技术人员所熟知。用于接收和发送无线电话通信信号的天线40与射频收发器42电连接，该收发器进一步与控制器44如微处理器电连接。控制器44与把远方信号从控制器44传送到无线电话使用者的扬声器46电连接。控制器44也与从使用者那里接收声音信号并经过控制器44和收发器42将声音信号传送给远方装置的话筒48电连接。控制器44与方便无线电话工作的键盘28和显示器32电连接。

本发明的天线也可以用于只发送或接收无线电信号的无线通信装置。这类只接收信号的装置可以包括传统的AM/FM无线接收装置或任何使用天线的接收装置。只发送信号的装置可以包括远程数据输入装置。

如通信装置领域的技术人员所知道的那样，天线是用于发送和/或接收电信号的装置。发送天线一般包括感应或辐射(illuminate)一开口或反射面以辐射电磁场的馈入装置。接收天线一般包括一将入射辐射场汇聚于采集馈入器以产生与入射辐射成比例的电信号的小孔或表面。天线辐射或接收的能量取决于其开口面积并以增益形式来表示。

天线辐射图经常用极坐标来描绘。电压驻波比(VSWR)与天线馈入点和通信装置如无线电话的馈入或传输线之间的阻抗匹配有关。为了以最小损失辐射射频能量，或为了以最小损失将所接收的射频能量传送给无线电话接收机，无线电话天线的阻抗通常与传输线或馈入点的阻抗相匹配。

传统无线电话一般采用与一接收装置电连接的天线，该接收装置与内设印刷电路板上的信号处理电路有效连接。为使天线和接收装置之间的能量传输最大化，接收装置和天线最好如此相连，即，使它们各自的阻抗大致“匹配”，即进行电调谐滤出不理想的天线阻抗分量或对其进行补偿，以产生50欧姆(或想要的)馈入点阻抗值。

参照图5，示出了根据本发明实施例的双频带天线50。所示天线50包括其上设有连续辐射元件53(如导电铜线路)的U形介电基板52。U形介电基板52包括对置的第一、第二间隔部分54、55，这两部分在各自靠近的端部54a、55a通过第三部分56相连。第一、第二和第三部分54、55、56分别都具有对置的内、外表面52a、52b。在所示实施例中，介电基板的第一部分54具有第一长度L1，第二部分55的第二长度L2比第一部分54的长度L1短。

长条形的垫片57设置在介电基板的第一、第二部分54、55之间，如图所示，它最好由介电材料制成。长条形的垫片57具有对置的第一、第二表面57a、57b。垫片的第一表面57a与介电基板第一部分54的内表面52a面对面地相互接触。垫片的第二表面57b与介电基板的第二部分55的内表面52a面对面地接触。

垫片57最好由开孔式微孔聚合物制成，如PORON牌氨基甲酸乙脂，生产者是罗格斯公司，公司地址是美国伍德斯托克，伍德斯托克路245号，邮政区号CT 016281-1815。PORON牌氨基甲酸乙脂的平均孔径约为100微米并且大致相同。术语“开孔”意思是在形成透气材料的多数孔之间有小空隙。当被压缩时，这些空隙闭合而形成密封。但应理解的是，介电垫片可以由各种介电材料形成而不只限于PORON牌材料。

应理解的是，不一定在介电基板的第一、第二部分54、55之间使用垫片。介电基板的第一、第二部分54、55之间的气隙就可以满足要求。

如图所示，连续辐射元件53设置在介电基板的第一、第二和第三部分54、55、56的外表面52b上。连续辐射元件53包括设置在介电基板52的第一部分54上的第一部分53a、设置在介电基板52的第二部分55上的第二部分53b和设置在介电基板52的第三部分56上的第三部分53c。连续辐射元件53的第一部分53a与馈入点58电连接，馈入点58将天线50电连接到无线通信装置(如无线电话)内的射频电路。

在所示实施例中，辐射元件的第一部分53a具有被制成与辐射元件第二部分53b耦合的曲折结构，这种结构具有各自的电长度，以便产生至少两个独立的不同频带如824MHz-960MHz(即低频带)和1710MHz-1990MHz(即高频带)。如该领域的技术人员所知道的那样，术语“耦合”指的是两个或更多的电路或系统以能量或信号信息从一个传递到另一个的方式连接。

图6A、6B分别是图5所示天线的前、后透视图，其中为清楚起见而去掉了垫片。在所示的图5和图6A、6B中，辐射元件53具有曲折结构。但应理解的是，辐射元件53的第一、第二和第三部分53a、53b、53c可以分别具有各种形状。例如，如图7所示，辐射元件53的第二部分53b可以具有非曲折形的形状。

尤其优选地用作介电基板52的材料是FR4或聚酰亚胺，所述材料对电信装置领域的技术人员来说是非常熟悉的。但是，很多种介电材料可以被用于介电基板52。介电基板52最好具有介于2-4的介电常数。但应清楚的是，可以在不脱离本发明精神和目的前提下采用具有不同介电常数的介电基板。

所示辐射元件的第一、第二部分53a、53b的尺寸可以根据介电基板外表面52b的空间限制而变化。用作辐射元件的优选导电材料是铜。辐射元件的第一、第二部分53a、53b的厚度一般为0.05mm-1.0mm之间。

辐射元件的第一、第二部分53a、53b的电长度是本领域技术人员所知的调谐参数。天线50的带宽可以通过改变辐射元件的第一、第二部分53a、53b的曲折结构形状和构造加以调整，这也是本领域技术人员所熟知的。

参照图8，示出了根据本发明另一实施例的双频带天线70。所示天线70包括在第一、第二部分72a、72b上分别设有第一、第二辐射元件(如导电铜线路)73a、73b的U形介电基板72。第一、第二辐射元件73a、73b被制成可相互电耦合，以便使天线70可以在至少两个独立的不同频带内谐振。

第一辐射元件73a被电连接到设置在介电基板第一部分72a上的馈入点58上。第一、第二辐射元件73a、73b由穿过垫片57形成的导电通路7 4相互电连接。在所示实施例中，电引线75a、75b有助于第一、第二辐射元件73a、74b分别与导电通路74电连接。

GSM的低频带在880MHz-960MHz之间，相应的带宽是80MHz。AMPS(高级移动电话服务)低频带在824MHz-894MHz之间，相应的带宽是70MHz。PCS(个人通信系统)的高频带为1850MHz-1990MHz，相应的带宽是140MHz。DCS的高频带为1710MHz-1880MHz，相应的带宽是170MHz。因而，为了让无线电话天线在低频带(如在GSM或AMPS)充分工作，它应具有约70MHz-80MHz的带宽。相似地，为了让无线电话天线在高频带(如在PCS或DCS)充分工作，它应具有约140MHz-170MHz的带宽。

下面的表1示出了图5和图6A、6B所示的天线在不同的辐射元件第二部分53b的长度L2的情况下所获得的带宽。

                       低频带                                        高频带

L2(mm)	谐振中心频率(MHz)	2∶1VSWR的带宽(MHz)	谐振中心频率(MHz)	2∶1VSWR带宽(MHz)
					23	962	103	1838	232
20	1004	163	1906	311
					17	1043	166	1965	212
14	1086	144	2074	163

                                     表1

如表1所示，辐射元件第二部分53b的最佳长度L2是20毫米(mm)。在长度L2为20mm时，图5和图6A、6B中的天线具有带宽为163MHz的1004MHz低频带中心频带率以及带宽为311MHz的1906MHz高频带中心频带率。在长度L2为20mm时，图5和图6A、6B中的天线具有在GSM、AMPS、PCS和DCS的相当分散的频带内工作的足够带宽。

应该认识到的是，本发明不只局限于图5、图6A-图6B、图7和图8所举的实施例。也可以不受限制地应用包括本发明各方面的各种其它构造。

以上是对本发明的示范说明，它绝不应被解释为是对本发明的限制。虽然已经对本发明的一些优选实施例进行了说明，但本领域的技术人员不难意识到，可以在实质上不脱离本发明的新颖教导和优点的前提下对这些优选实施例进行各种改动。因而，所有这些改动都要被包括在如权利要求书所述的本发明范围内。因而，应该理解的是，以上是对本发明的示范说明，而并不应理解释为本发明局限于在此所述的具体实施例，对这些所述的实施例的改进以及其它实施例也要被包括在后续权利要求书的范围内。包括权利要求书的等同形式在内地，本发明的保护范围由后续的权利要求书限定。

Claims (18)

1、一种多频带天线，它包括：

U形介电基板，其包括对置的第一、第二部分且该第一、第二部分在各自靠近的一个端部通过第三部分连接起来，其中介电基板的第一、第二和第三部分分别具有对置的内、外表面，介电基板的第一部分具有第一长度，介电基板的第二部分具有比第一长度短的第二长度；

设置在介电基板第一部分上的第一辐射元件，其中第一辐射元件的一部分与设置在介电基板第一部分上的馈入点电连接；

设置在介电基板第二部分上的第二辐射元件，其中第一、第二辐射元件被配置成相互电耦合，从而使该天线在至少两个独立的不同频带内谐振。

2、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，包括设置在第一、第二部分之间的修长的介电垫片；所述长条形的介电垫片包括相对的第一、第二表面，其中所述介电垫片的第一表面与介电基板第一部分的内表面面对面地相互接触，所述介电垫片的第二表面与介电基板第二部分面对面地相互接触。

3、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，至少第一、第二辐射元件中的一个具有曲折结构。

4、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，第一、第二辐射元件都为由导电材质形成的轨迹。

5、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，第一、第二辐射元件具有不同的电长度。

6、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，至少第一、第二辐射元件中的一个设置在介电基板的第一、第二部分的相应的一个内。

7、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，介电垫片含有开孔式微孔聚合物。

8、根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，包括设置在第一、第二部分之间的修长的介电垫片；并且第一、第二辐射元件由穿过介电垫片形成的导电通路相连。

9、根据权利要求1-7之一所述的多频带天线，其特征在于，第一、第二辐射元件通过设置在介电基板的第三部分的外表面上的第三部分电连接而形成一种连续辐射元件。

10、一种无线通信装置，它包括一个被制成可容纳辐射和接收无线通信信号的收发器的外壳和与该收发器电连接的多频带天线，所述天线包括：

U形介电基板，其包括对置的第一、第二部分且第一、第二部分在各自靠近的端部通过第三部分连接起来，介电基板的第一、第二和第三部分分别具有对置的内、外表面，介电基板的第一部分具有第一长度，介电基板的第二部分具有比第一长度短的第二长度；

设置在介电基板第一部分上的第一辐射元件，第一辐射元件的一部分与设置在介电基板第一部分上的馈入点电连接；

设置在介电基板第二部分上的第二辐射元件，其中第一、第二辐射元件被制成相互电耦合，从而使天线在至少两个独立且不同的频带内谐振。

11、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，它还包括：设置在第一、第二部分之间的长条形的的介电垫片，所述长条形的的介电垫片包括相对的第一、第二表面，其中所述介电垫片的第一表面与介电基板第一部分的内表面面对面地相互接触，所述介电垫片的第二表面与介电基板第二部分的内表面面对面地相互接触。

12、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，该第一、第二辐射元件中的至少一个具有曲折结构。

13、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，第一、第二辐射元件都为由导电材质形成的轨迹。

14、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，第一、第二辐射元件具有不同的电长度。

15、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，至少第一、第二辐射元件中的一个设置在介电基板第一、第二部分中的相应的一个内。

16、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，介电垫片含有开孔式微孔聚合物。

17、根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于，包括设置在第一、第二部分之间的修长的介电垫片；第一、第二辐射元件由穿过介电垫片形成的导电通路相连。

18、根据权利要求10-16之一所述的无线通信装置，其特征在于，第一、第二辐射元件通过设置在介电基板的第三部分的外表面上的第三部分电连接而形成一种连续辐射元件。

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