CN1266542A - 板式天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于便携设备的板式内部天线元件,包括:一个介电材料块(10);一个覆盖介电材料块的上表面的导电片(24);一个导电板(28),覆盖介电材料块的一个侧表面(18),沿其上边缘与所述导电片电连接,并具有若干电连接装置,用来将导电板连接到一个接地面(26),后者沿着介电材料块的下表面(14)设置,所述介电材料块的另外三个侧表面没有金属层;贯穿介电材料块的装置(30,32),用来将一天线热点导体电连接到所述导电片;以及构成电容(34)的装置,用来在天线元件安装到所述接地面上时在导电片和接地面之间实现一个电容器,所述装置设置在介电材料块的与由导电板所覆盖的侧表面相对的侧表面(16)附近。

Description

板式天线

本发明涉及板式天线，尤其是但不仅仅是可用于便携式无线电话的天线。

人们知道，在许多国家，便携式无线电话已有了非常大的发展。无线电话设计者要追求的目标之一就是使无线电话机尽可能地小型化，以便使用起来越来越方便。提出小型化问题的部件之一就是无线电话的天线。在绝大多数的无线电话的现有技术中，天线是外部的，因而加大了话机的体积。

与无线电话的设计相关联的另一个问题在于，在便携式无线电话网络中，实际上使用的有两个频带。其中一个频带是所谓的GSM频带，所对应的频率为890MHz到960MHz，另一个频带是所谓的DCS1800，其频率为1710MHz到1880MHz。

因此，无线电话最好能够随着所使用的网络的不同而能够在一个或者另一个频带中工作。

相对而言，为无线电话提供能够处理通常如上所述的两种不同频带的信号的发送和接收的电子线路是比较容易的。相反地，解决双频带天线的问题就要艰难一些。

人们已经提出过一种用在无线电话中的板式天线。这种天线能够安装在无线电话自身的内部，从而相当大程度地减小了电话体积。但是，在这种已知的解决方案中，板式天线只能在单频带下工作。

因此，存在一种现实的需要，需要具有尤其是可用于便携式无线电话的、能够在两个不同频带尤其是上述频带下工作的板式天线。

所以，本发明的一个目的就是提供一种板式天线元件或者完整天线，能够在便携设备中在两种不同频带下工作。

为了达到所述目的，根据本发明，用于便携设备的板式内部天线元件的特征在于，它包括：

—一个介电材料块，具有一个下表面、一个上表面和四个侧表面，

—一个覆盖上表面的导电片，

—一个导电板，覆盖侧表面中的一个，沿其上边缘与导电片的一个边缘电连接，并具有若干电连接装置，后者沿着与第一边缘相平行的一个第二边缘延伸，用来将导电板连接到一个接地面，后者沿着介电材料块的下表面设置；侧表面中的另外三个表面没有金属层，

—若干在介电材料块的下表面和上表面间穿过介电材料块的装置，用来将一天线导体的热点电连接到导电片，以及

—若干构成电容的装置，用来在天线元件安装到接地面上时在导电片和接地面之间实现一个电容器，这些装置设置在介电材料块的与由导电板所覆盖的侧表面相对的一个侧表面附近，通过这些装置，与装有导电板的侧表面相对的侧表面形成一个对应于一个第一频带的辐射缝，另外两个相对的没有覆盖金属的侧表面则构成一个第二频带的辐射缝。

人们知道，一方面由于对应于短路片的辐射缝的存在，另一方面由于另两个辐射缝表面的存在，能够有效地将天线用于两种不同的频带，如同人们所理解的，两种频带分别对应于半波长、四分之一波长和半波长。

人们还知道，由于电容的存在，对于两种天线在其中工作的频带，可以在探头或者说天线导体与天线本身之间取得良好的协调。

本发明还涉及一种用于便携设备的板式内部天线，其特征在于它包括一个前述类型的天线元件，一导电板构成接地面，一电源，其热点连接到导电片，其电源地线连接到形成天线接地面的导电板。

这样，人们知道，只需在天线元件上添加一个接地面就可以轻易地实现所述完整天线。

按照所述天线的另一种实施例，属于天线元件的一部分的导电片及覆盖住介电材料块的一个侧表面的导电板，以及构成接地面的导电板，均由弯折并固定在介电材料块上的同一金属片构成。

按照该实施例的一种最佳实施方式，金属片的构成接地面的部分包括一个第一孔，该孔由一个电连接环所环绕，后者突出于金属片之外，构成对金属片的延伸；同时，所述热点由一个导体元件构成，该导体元件穿过介电材料块，其第一端与导电片电连接，其第二端突出于介电材料块在电连接环内部的表面。

可以知道，按照所述实施方式，所述电连接环和导体元件的第二端形成天线的连接装置，直接适合于与设置在装有此种天线的便携设备的印刷电路上的连接座相配合。

在许多情况下，装有内部板式天线的便携设备应当能够使用外部天线进行工作，例如使用汽车天线。那么，内部天线就应当能够与便携设备的天线电路断开，而使外部天线连接到该设备的天线电路上。

为了解决此问题，按照一种能够与前述实施方式并合使用的实施方式，所述天线的特征在于，金属片的构成导电片的部分包括一个与第一孔相对的第二孔，其特征还在于导体元件的第一端突出于介电材料块的上表面之外，介电材料块具有一个环绕导体元件的孔腔，且金属片包括一个可弹性变形的第二延伸部，该延伸部环绕第二孔，其自由端伸到孔腔内，并弹性作用于导体元件。

可以理解，可弹性变形的第二延伸部构成一个电开关机构。在平时，也就是设备用内部天线工作时，导体元件通过开关元件与构成板式天线的辐射板的导电片电连接。相反地，当接通外部天线的接头时，该接头就将导体元件的构成开关的第二延伸部分开，从而将内部天线断开。

本发明还涉及将前述类型的便携设备板式内部天线应用于便携式无线电话，其特征在于，构成接地面的导电板由无线电话电路的接地板构成。

另外，导电板最好夹在无线电话印刷电路和天线元件之间，这样，导电板就构成一个天线的反射面，从而形成一定的方向性，以保护使用者不受电磁辐射的侵害。

通过下文对本发明的几个非限制性实施例的说明，本发明的其它特征和优点将更加明晰。说明参照附图进行，附图中：

图1是一个立体图，示出所述板式天线的实现原理；

图2是所述天线的电容的第一种实施方式的细部图；

图2a示出了所述电容的另一种实施方式；

图3是一个立体图，示出了天线元件在接地面上的一种安装模式；

图4是装有一个天线连接器的板式天线的垂直剖面简图；

图5是装有一个天线连接器和一个外部天线开关的板式天线的垂直剖面简图；

图6a和图6b示出图5中的天线的一种最佳实施方式；

图7简要示出了天线在无线电话中的安装。

首先参看图1，下面对本发明的板式天线的总体结构加以说明。如图1所示，所述天线包括一个介电材料块10，具有一个上表面12、一个下表面14和四个分别两两平行的侧表面16和18、20和22。在示于图1的实施例中，上表面12和下表面14形成一个二面角α，该二面角在0到45°之间，最好为0到25°。介电材料块10的上表面12覆盖了一层导电金属24，后者形成一个导电片，下表面14也置放在一个导电板26上，后者构成接地面。侧表面18也覆盖有一个金属层28，后者与接地面26和导电片24电连接，从而形成一个短路片。相反地，侧表面20、22和16没有金属层。天线还具有一个探头30或者说电源导体，具有一个与导电片24相连的热点32和一个与接地面26相连的地线。在所述实施例中，电源导体为同轴导体形式，但也有可能是其它的实现方式。最好，天线的电源30邻近有短路片28的边缘18及侧表面22设置。天线还具有一个电容，后者在图中以标号34表示，它与接地面26和导电片24电连接。最好，该电容34设置在邻近侧表面20和侧表面16处。换句话说，可以说电容34位于天线电源30的斜对角。

如此构造的板式天线可以在分别由侧表面20和22以及与短路片28相对的侧表面构成的辐射缝所确定的两种频带下工作。侧表面20和22的长度为L，与短路片相对的侧表面16的长度为L’，则辐射缝16对应于其四分之一波长基本为L的频带，辐射缝20和22则可在其半波长基本为L’的频带下工作。

还要补充的是，为了对刚刚所述的天线进行调谐以在两个频带下工作，需要装备实现调谐的电容34。

最好，组成介电材料块10的介电材料的相对介电常数εr＝6，损耗角的正切为10^-4。陶瓷就是一种可用的材料。

在两个频带就是前文所述的两个频带即GSM和DCS1800频带的情况下，长度L和L’可以等于3厘米。辐射缝16的高度h为5毫米，短路片的高度h’为2毫米。

另外，导电片24和短路片18，既可以由固定在介电材料块10的相应表面上的导电板实现，也可以由在这些表面上实现的金属层实现。接地面26由一导电板构成。

这样就实现了一个由介电材料块及其金属层24和28以及其电容34构成的天线元件，电容34形成一个自主元件。只需将该天线元件固定到一个底座板上即可构成一个板式天线。

下面参照图2对电容34的一种最佳实施例加以说明。该电容由导电片24的一个延伸部36构成，该延伸部具有一个弯折部38，后者平行于介电材料块的表面20。该折回端38与表面20之间有距离，在接地面26的上方，在其末端处为向介电材料块10的侧表面弯折的部分39。

人们知道，电容的这种实施方式非常有利，因为这样的话不需要任何特殊的元件。但是，不言而喻，电容34也可以由电连接到导电片24和接地面26的普通电容构成。

图2a示出了电容34的另一种实施方式，在此情况下该电容是可调的。该电容由一段包括轴心导体37和圆柱形导体39的同轴电缆35构成。圆柱形导体39电连接到导电片24，而轴心导体37的端部则通过一个导线41连接到接地面26。通过逐渐地削减电缆35的长度，可以精确地调适电容34的值。

当天线安装到无线电话中时，可以将无线电话电子线路的接地板用作天线的接地面。在此情况下，连接示于图3中的固定在一接地导电板52上的天线元件50即构成严格意义上的天线。在此情况下，天线元件50包括前已说明的介电材料块10、导电片24及短路片28。为了在将天线元件50安装到导电板52上时保证电连续性，可以在短路片28的下缘28a上设置一个可压缩的导电垫片54，后者在将天线元件固定到导电板52上时可确保电接触。

图7简要示出了一天线在一无线电话60中的安装。在该图中，简要地示出了具有送话器64和受话器66的机壳62。图中还示出了该无线电话的键板68及显示屏69。在机壳62的内部，示出了无线电话电子线路72的接地板70，以及电池74。在该接地板70上，装有示于图3中的天线元件50。

可以理解，天线元件的设置是非常有用的，因为这种天线元件体积较小，可以将无线电话电子线路的接地板用作天线的接地面，而且，具有接地面70的天线50可以相对于导电板70如此设置，使得导电板70构成天线的一个反射面，从而使得由天线发出的电磁辐射具有方向性而保护天线的使用者不身受其害。

下面参看图4，对天线的第一种实施方式加以说明，其中，天线装有其自己的天线连接器。天线80具有与示于图1到图3的介电材料块相同性质的一个介电材料块81、一个上辐射片82、一个接地面84和一个将辐射片82和接地板84连接起来的短路片86。与前文所述的一样，短路片86只占据介电材料块81的四个侧表面之一。另外，天线还具有一个与前述相同的但在图中未示出的电容34。在本实施例中，辐射片82、接地板84及短路片86由同一个导电片88构成，后者被弯折并固定在介电材料块81的相应表面上。导电片的构成接地板84的部分被加工出一个孔90及一个构成电连接环92的延伸部。另外，天线轴心导体94由一个金属棒构成，其第一端94a与辐射片82电连接，其第二端94b突出于介电材料块81的下表面，伸入由电连接环92限定的空间内部。在该图中，还示出了装有天线80的便携设备的印刷电路96。在该图中，示出了连接内部天线80和便携设备的电路的连接座98。可以理解，为了安装并连接天线，只需将该连接座98卡到电连接环92内即可，这样就可确保天线和印刷电路96间的连接。

延伸部92可以由金属片的一部分变形而成，或者由一个环绕孔96焊接到金属片88上的一个补片构成。

下面结合图5和图6对天线的第二种实施方式进行描述。在该实施例中，不仅有内部天线连接器，而且有外部天线连接开关。

图5简要示出了该种天线的原理。图中，仍有介电材料块81及构成上辐射片82、短路片86和接地面84的金属片88。该实施例中仍然有构成内部天线连接器的电连接环92及等同于金属棒94的金属棒94’，其端部94’b伸入电连接环92的内部。在本实施例中，最好，有一个孔腔100环绕金属棒94’的一部分，后者以其第二端94’a突出于介电材料块81的上表面外。在上辐射片82上加工形成一个金属棒的端部94’a伸入其中的第二孔102以及若干弯折的弹簧片104，后者的自由端104a压在金属棒94’上。另外，在辐射片82上固定一个第二导电环106，突出于该辐射片外，形成外部天线108的电连接环。如图5所示，金属棒94’的端部94’a伸入到第二连接环106的内部。

当便携设备需要用内部天线工作时，这种情况对应于图5所示的情形。此时，导电簧片104压在金属棒94’上，因此后者的端部94’a就连接到辐射片82。这样，就建立起了与图4所示相同的电路连接。相反地，当将外部天线108的接头插入时，该外部天线的绝缘部分110就将导电簧片104分开，从而切断了辐射片82和金属棒94’之间的电连接。此时，天线接地面仍然通过连接环106和92连接到印刷电路接地面，天线108的轴心导体则与金属棒94’相连。

可以看出，导电弹簧片104构成一个电开关，在平时，允许便携设备利用内部天线80’工作，而当插入外部天线的接头时，则可以实现该外部天线与便携设备电路96之间的连接。

为了进一步改善天线的工作性能，尤其是当外部天线连接到板式天线上时的工作性能，最好使孔腔100从一侧到另一侧贯穿介电材料块，以便当装上天线108的接头时，该天线的外层导体可与连接座98的外层导体电连接。这样，环绕轴心导体94的圆柱形导体就消除或者相当大程度地减少了板式天线被正在工作的外部天线所激励的危险。

事实上，这样的连接的目的是减少外部天线上的有效能量。

下面结合图6a和图6b，对简要示于图5中的天线的一种最佳实施例进行更为详细的说明。

在该实施例中，介电材料块81具有一个在辐射片82和接地面84之间贯穿该介电材料块的孔腔100’。接地面84具有一个环形的延伸部92，后者构成固定在印刷电路96上的连接座98的外连接环。连接座98由一个轴心导体110和一个外层导体112构成，轴心导体穿过孔腔100’，伸出辐射片82之外。

与孔腔100’垂直的辐射片82具有一个总体上为截锥形的可弹性变形的延伸部114。在平时，也就是当未连接外部天线时，该延伸部114的自由边缘116与轴心导体110的端部110a电接触。这样，就在天线辐射片82和印刷电路96之间建立起了电连接。

当需要将外部天线借由其天线接头120连接起来时，将接头插入孔腔100’。其中心导体122于是连接到轴心导体110。其外层导体124令延伸部114变形，后者于是与天线接头120的外层导体124电连接。另外，天线接头120的外层导体124的端部124a与连接座98的外层导体112的端部112a也电接触。这样，就实现了一个穿过介电材料块81、环绕轴心导体110和122的一个导电圆柱面。这样，当用外部天线工作时，就不会存在由辐射片82和接地面84形成的与内部天线的连接。

Claims (17)

1.一种用于便携设备的板式内部天线元件，其特征在于，它包括：

—一个介电材料块，具有一个下表面、一个上表面和四个侧表面，

—一个覆盖所述上表面的导电片，

—一个导电板，覆盖所述侧表面中的一个，沿其上边缘与所述导电片的一个边缘电连接，并具有若干电连接装置，后者沿着与所述第一边缘相平行的一个第二边缘延伸，用来将所述导电板连接到一个接地面，后者用来沿着所述介电材料块的下表面设置；所述侧表面中的另外三个表面没有金属层，

—若干在所述介电材料块的下表面和上表面间穿过所述介电材料块的装置，用来将一天线导体的热点电连接到所述导电片，

一若干构成电容的装置，用来在所述天线元件安装到所述接地面上时在所述导电片和所述接地面之间实现一个电容器，这些装置设置在所述介电材料块的与由所述导电板所覆盖的侧表面相对的一个侧表面附近，通过这些装置，与所述装有所述导电板的侧表面相对的侧表面形成一个对应于一个第一频带的辐射缝，另外两个相对的没有覆盖金属的侧表面则构成一个第二频带的辐射缝。

2.如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，所述介电材料块的所述上表面和下表面形成一个在0到45°之间的二面角，由所述导电板覆盖的所述侧表面的高度至多等于与其相对的侧表面的高度。

3.如权利要求2所述的天线元件，其特征在于，所述二面角在0到25°之间。

4.如权利要求1或3所述的天线元件，其特征在于，所述介电材料块在垂直于所述导电板的方向上的长度基本等于所述第一种频带的波长的四分之一，所述介电材料块的长度基本为所述第二种频带的波长的一半。

5.如权利要求1或4所述的天线元件，其特征在于，所述形成电容的装置以及所述到电源的连接装置设置在所述介电材料块的不相邻的两角附近。

6.如权利要求1或5所述的天线元件，其特征在于，所述构成电容的装置包括所述导电片的一个延伸部，该延伸部形成一个平行于所述介电材料块的某个侧表面的的平面，其长度小于与所述侧表面相对的所述部分的长度。

7.如权利要求1到5之一所述的天线元件，其特征在于，所述形成电容的装置包括一个同轴电缆元件，其导体元件电连接到所述导电片，并可连接到所述接地面。

8.如权利要求1到7之一所述的天线元件，其特征在于，所述导电片和所述导电板由所述介电材料块各表面上的金属层构成。

9.如权利要求1到8之一所述的天线元件，其特征在于，所述导电板的电连接装置包括一个可压缩的导电材料条。

10.用于便携设备的板式内部天线，其特征在于，它包括：

—如权利要求1到7之一所述的天线元件；

—一个构成所述接地面的导电板；

—一个电源，其热点连接到所述导电片，其电源地线连接到形成所述天线接地面的导电板。

11.如权利要求10所述的天线，其特征在于，属于所述天线元件的一部分的所述导电片及覆盖住所述介电材料块的一个侧表面的所述导电板，以及构成所述接地面的所述导电板，均由弯折并固定在所述介电材料块上的同一金属片构成。

12.如权利要求11所述的天线，其特征在于，所述金属片的构成所述接地面的部分包括一个第一孔，该孔由一个电连接环所环绕，后者突出于所述金属片之外，构成对所述金属片的延伸，同时，所述热点由一个导体元件构成，该导体元件穿过所述介电材料块，其第一端与所述导电片电连接，其第二端突出于所述介电材料块在所述电连接环内部的表面。

13.如权利要求12所述的天线，其特征在于，所述金属片的构成所述导电片的部分包括一个与所述第一孔相对的第二孔，所述导体元件的所述第一端突出于所述介电材料块的上表面之外，所述介电材料块具有一个环绕所述导体元件的孔腔，且所述金属片具有一个可弹性变形的第二延伸部，该延伸部环绕所述第二孔，其自由端伸到所述孔腔内，并弹性作用于所述导体元件。

14.如权利要求13所述的天线，其特征在于，所述孔腔从一侧到另一侧贯穿所述介电材料块，所述孔腔适于接纳外部天线的接头。

15.如权利要求14所述的天线，其特征在于，所述导体元件是在其上啮合所述弹性连接环的连接座的组成部分。

16.如权利要求10所述的用于便携设备的板式内部天线在便携式无线电话中的应用，其特征在于，构成所述接地面的导电板由无线电话电路的接地板构成。

17.如权利要求10所述的用于便携设备的板式内部天线的应用，其特征在于，所述天线的接地板设置在所述无线电话中，以构成所述天线的一个反射面，从而使所述天线具有方向性，以保护使用者不受电磁辐射的侵害。

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