CN1230801A - 具有减低的对人体感应的便携电话天线及其实现的方法 - Google Patents

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Abstract

一种可以防止当电话与人体接触时驻波比增加的便携电话天线电路,该天线电路包括阻抗为50Ω的射频模块;阻抗为450—500Ω的天线,用于将从射频模块输出的射频信号发射到空中,并将在空中捕捉的射频信号输出到射频模块;以及接在射频模块与天线之间,以将射频模块的阻抗特性与天线的阻抗特性匹配的匹配电路,其中匹配电路包括接在射频模块输出与天线之间的24mH的电感和接在天线与地之间的1PF的电容,电容与电感并联耦合。

Description

具有减低的对人体感应的便携电话天线及其实现的方法
本发明涉及便携电话的天线，具体讲，涉及具有减低的对人体感应的便携电话天线电路及其实现方法。
诸如移动电话和无绳电话的便携天线通常采用螺旋天线、λ/4天线、λ/2偶极子天线或λ/2单极天线。螺旋天线因其将大量电能转变成热能的较差性能而很少用于便携电话。
但是，通常用于便携电话的λ/4天线、λ/2偶极子天线和λ/2单极天线如图1A-1C所示会由人体产生漏电。当周户手握手机通话时，漏电流会流过用户的身体。漏电流的增加会使便携电话的覆盖区减小。见图1A-1C，λ/4天线(见图1A）具有较大的漏电流，λ/2偶极子天线(见图1C)的漏电流量其次，λ/2(图1B)单极天线的漏电流最小。也就是说，在图1A-1C中，λ/2单极天线可为便携电话提供最宽的覆盖区域。因此，λ/2单极天线被广泛地用于便携电话。
但当采用了λ/2单极天线的便携电话与人体靠近时，驻波比(SWR)增加，因此天线的特性劣化了。SWR的增加将导致便携电话覆盖区的减小。
当然，便携电话的天线可在充分考虑了这种天线特性之后来加以设计。但此时天线的长度可能会长于便携电话体本身的长度。例如，在将λ/2单极天线用于900MHz的无绳电话上时，天线应当约为16cm，它远远长于普通无绳电话本身的长度。
本发明的目的在于提供一种具有减少的对人体感应的便携电话天线电路，以及实现它的方法。
本发明的另一目的在于提供一种当便携电话靠近人体时防止驻波比增加的便携电话天线电路，以及实现它的方法。
本发明的第三个目的在于提供一种用于提高便携电话的覆盖的天线电路，以及实现它的方法。
本发明的第四个目的在于提供一种用于减小便携电话的天线长度的天线电路，以及实现它的方法。
为了达到上述目的，提供了一种便携电话的天线电路，该天线电路包括：具有阻抗为50Ω的射频模块；阻抗为450-500Ω的天线，用于将从射频模块输出的射频信号发射到空中，并将在空中捕捉的射频信号输出到射频模块；以及接在射频模块与天线之间，以将射频模块的阻抗特性与天线的阻抗特性匹配的匹配电路，其中匹配电路包括接在射频模块输出与天线之间的24mH的电感和接在天线与地之间的1PF的电容，电容与电感并联耦合。此处的天线为11cm长的λ/2单极天线。
为了达到上述目的，还提供了一种实现天线电路的方法，其中天线电路包括具有第一阻抗的射频模块、具有第二阻抗的天线和接在射频模块与天线之间以将第一阻抗与第二阻抗匹配的匹配电路，该方法包括步骤：研究天线和射频模块的实电阻分量值的史密斯图，并指定作为第一位置值的天线的实电阻分量值和作为第二位置值的射频模块的实电阻分量值；通过分别使用史密斯图的导纳图和阻抗图，计算用于将第一位置移到第二位置的并联电容值和串联电感值；以及将接在射频模块输出与天线之间具有计算出的电感值的电感加以耦合，并将接在天线与地之间的具有计算出的电容值的电容耦合，该电容是与该电感并联耦合的。第一阻抗为50Ω，而第二阻抗为450-500Ω。电感具有24mH的电感量。电容具有1PF的电容量。天线为11cm长的λ/2单极天线。
图1A-1C为示意图，示出当用于便携电话的各种天线在与人体接触时的漏电流；
图2为根据本发明实施例的天线电路示意图；
图3示出根据本发明的长度减少后的天线结构示意图；
图4为用于计算图2的匹配电路的电感和电容的史密斯图；
图5为示意图，示出在采用本发明的天线的便携电话时与人体分开时测出的SWR图；
图6为示意图，示出在采用本发明的天线的便携电话与人体接触时所测出的SWR图。
图2示出了本发明的便携电话的天线电路，它采用了λ/2单极天线。常规上讲，λ/2单极天线约为16.7cm长。见图2，天线电路包括联在便携电话的射频(RF)模块10与天线ANT之间的匹配电路30。匹配电路30由RF模块10与天线之间的电感L和天线ANT与地之间的电容C构成，且电容C与电感L并联耦合。RF模块10通常具有50Ω的阻抗，而长度减少的天线的阻抗则与模块10的不同。因此，匹配电路30是用于将于天线ANT的阻抗与RF模块10的阻抗相匹配的电路。
当图2中的电话与人体接触时，漏电流流过人体从而使天线特性变差。根据对阻抗特性为(Z=Rjx)的λ/2单极天线的分析，λ/2单极天线具有200-300Ω的实阻抗和-300至-400Ω的电抗。当具有这种阻抗特性的天线与人体接触后，天线ANT的阻抗就与RF模块10的阻抗失配，它会使SWR增加且天线效率降低。因此，需要使天线的电抗分量为零而阻抗分量尽可能高以增加阻抗来减少人体对天线的感应。
见图2，本发明的天线电路包括RF模块10、天线ANT和匹配电路30。RF模块10将中频(IF)信号转换成RF信号，以在发射模式下输出到天线ANT上，并且还在接收模式下将从天线ANT接收的RF信号转换成IF信号。天线ANT将RF模块10输出的RF信号发射到空中，并将空中捕捉的RF信号送到RF模块10上。此处，RF模块10与天线ANT的阻抗特性彼此不同。即RF模块10的阻抗为50Ω，而天线ANT的阻抗则为450-500Ω。因此匹配电路30接在RF模块10与天线ANT之间以用于二者的阻抗匹配。匹配电路30包括RF模块10的输出与天线ANT之间的电感L和天线ANT与地之间的电容C，且电容C与电感L并联耦合。
图2的天线电路甚至在用户将电话天线贴近耳朵时仍可防止λ/2单极天线的低阻抗分量和高电抗分量所引起的通信质量的劣化。另外，本发明的天线电路适用于小型化的便携电话。为此，本发明的天线电路应设计成具有零电抗和高阻抗，从而确保阻抗高。为了达致此要求，天线设计者将天线电路接在数字分析仪上，以得出在减少天线ANT长度的同时天线最高实电阻R的情况下的史密斯图。
图3示出实现本发明的天线结构，其中本发明的天线长度与传统的长度为16.7cm的天线相比减至约11cm长(110.8mm)。此天线长度是通过研究最高阻抗R的史密斯图而确定的。
图4的史密斯图用于确定构成匹配电路30的电感L和电容C的值，以实现11cm的天线ANT。
为了实现本发明的天线电路，天线设计者应首先研究天线ANT实电阻值和RF模块10的实电阻值的图4的史密斯图。图4中，位置“A”与天线ANT的阻抗对应，而电阻分量为零且仅有实阻抗分量。也就是说，位置“A”为11cm天线受人体感应最小的位置，且其实阻抗为450-500Ω。位置“B”与RF模块10的阻抗对应。
接着，应当确定电路30的电感L和电容C的值以使RF模块10和具有与之不同的阻抗特性的天线ANT匹配。根据匹配原则，通过将图4的史密斯图上的位置“A”移到位置“B”来确定电感和电容值。也就是说，为了将位置“A”移到位置“B”，位置“A”应通过导纳图上的路径和阻抗图上的路径，其中在导纳图上的路径(A→C)代表并联电容值，而在阻抗图上的路径(C→B)代表串联电感值。结果，确定出电容C为1PF而电感L为24mH。
如在已有技术中那样，电路30的电感L和电容C分别由下式确定：
Z1(=α×特性阻抗)=1/ωC=1/2πfC    ………(1)
Z2(=β×特性阻抗)=ωL=2πfL        ………(2)
其中α代表0.3的圆周角，其中位置“C”与导纳图相符，β代表为3的圆周角，其中位置“C”与阻抗图相符。另外，在方程(1)和(2)中的特性阻抗代表电话的RF模块10的50Ω的特性阻抗，而f代表900MHz的无绳电话的工作频率。
图5为在包括本发明的匹配电路30的便携电话与人体分开时测出的SWR图，而图6则示出在与人体接触时的SWR图。见图5，900MHz无绳电话的SWR在工作频率914.8MHz和959.5MHz处低1.5。见图6,900MHz无绳电话的SWR在914.8MHz和959.5MHz工作频率处低1.8。也就是说在与人体分开时测的SWR与人体接触时测的SWR相似。因此应当注意甚至便携电话与人体接触时SWR的特性几乎不变。
如上所述，根据本发明的便携电话其SWR特性甚至在便携电话与人体接触后其SWR特性几乎不变。因此可以增加便携电话的覆盖区，从而提高通信质量。另外，天线可以减至约11cm长，因此它可适用于小型的便携电话。

Claims (8)

1．一种用于便携电话的天线电路，其特征在于包括：
具有阻抗为50Ω的射频模块；
阻抗为450-500Ω的天线，用于将从所述射频模块输出的射频信号发射到空中，并将在空中捕捉的射频信号输出到所述射频模块；以及
接在射频模块与天线之间，以将射频模块的阻抗特性与天线的阻抗特性匹配的匹配电路，其中所述匹配电路包括接在射频模块输出与天线之间的24mH的电感和接在天线与地之间的1PF的电容，所述电容与所述电感并联耦合。
2．如权利要求1的天线，其特征在于所述天线为λ/2单极天线。
3．如权利要求1的天线，其特征在于所述天线为11cm长。
4．一种实现便携电话天线电路的方法，其中包括具有第一阻抗的射频模块、具有第二阻抗的天线和接在所述射频模块与所述天线之间以将第一阻抗与第二阻抗匹配的匹配电路，所述方法包括步骤：
研究天线和射频模块的实电阻分量值的史密斯图，并指定作为第一位置值的天线的实电阻分量值和作为第二位置值的射频模块的实电阻分量值；
通过分别使用史密斯图的导纳图和阻抗图，计算用于将所述第一位置移到所述第二位置的并联电容值和串联电感值；以及
将接在射频模块输出与天线之间具有所述计算出的电感值的电感加以耦合，并将接在天线与地之间的具有所述计算出的电容值的电容耦合，所述电容是与所述电感并联耦合的。
5．如权利要求4的方法，其特征在于所述第一阻抗为50Ω，而所述第二阻抗为450-500Ω。
6．如权利要求5的方法，其特征在于所述电感具有24mH的电感量。
7．如权利要求5的方法，其特征在于所述电容具有1PF的电容量。
8．如权利要求4的方法，其特征在于所述天线为11cm长的λ/2单极天线。
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