CN1306683A - 天线设备、制造该天线设备的方法以及包括该天线设备的无线电通信设备 - Google Patents

天线设备、制造该天线设备的方法以及包括该天线设备的无线电通信设备 Download PDF

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Abstract

一种用于发射/接收RF波的天线设备,该天线设备设置在无线电通信设备中,它包括:具有第一和第二表面的支承件(10),在该第一表面上带有一个辐射结构(20);可与该无线电通信设备的收发信电路连接的馈送部分(25),该馈送部分(25)设置在该支承件(10)上,并且形成该辐射结构(20)的一部分;以及一个地面装置。该支承件具有弯曲部分(11—13),其中至少为两个的弯曲部分相交。而且,还公开了用于制造天线设备的方法,以及一种包括该天线设备的手持便携式无线电通信设备。

Description

天线设备，制造该天线设备的方法 以及包括该天线设备的无线电通信设备
本发明涉及一种用于发射/接收RF波的天线设备，该天线设备设置在无线电通信设备中，它包括：具有第一和第二表面的支承件，在该第一表面上带有一个辐射结构；可与该无线电通信设备的收发信电路连接的馈送部分，该馈送部分设置在该支承件上并且形成该辐射结构的一部分；以及一个接地装置。本发明也涉及一种制造这种天线的装置。而且，本发明还涉及包括这种天线设备的无线电通信设备。
在当今的无线电通信系统中，对于用户单元的可用性以及较小尺寸的要求日益增加。这就要求天线设备紧凑并且具有良好的天线性能。包括螺旋单元的天线装置与可延伸的鞭状天线相组合，用于手提便携式蜂窝电话，以便实现紧凑的尺寸以及耐用性，同时在呼叫模式中保持高效率。业已将兴趣聚焦在安装于手提便携式蜂窝电话外壳内的天线设备上。因而，避免了伸出的天线部分，并且一般得到较低的SAR(在人体中的特殊吸收率)。
WO97/06578公开了一种柔性衬底上的分形(fractal)天线，该天线被设置在收发信机中。然而，由于它的柔性，衬底很难设置在收发信机中。
US-A-3,956,701公开了一种寻呼接收机，该接收机带有设置于其中的旋转夹头和天线设备，并且天线设备可以在接收机所处的不同位置上工作。该天线设备包括一个在柔性介质基底上的电导体。而且，很难将该天线设备设置在接收机中，因为它的基底是柔性的。此外，支承在柔性衬底上的天线设备不能保证稳定性。
本发明的主要目的在于提供一种坚固、稳定、易于安装、易于连接的天线设备，该天线的设置能够有效地利用可利用空间，并且具有良好的天线性能。
本发明的其他目的在于提供一种具有低SAR(人体中的特殊吸收率)的天线设备。
本发明的目的还在于提供一种具有设计简单、易于制造、低生产成本并且适合于自动制造的天线设备。
根据所附的权利要求书可以得到天线设备的这些和其他目的。
通过权利要求2,3,4的特征可以实现更坚固、稳定并且易于安装的天线设备。
通过权利要求10-11的特征可以实现这样的天线设备，即在该天线设备中，可利用空间被有效地使用，并且接地装置有效地与信号地线相连接。
通过权利要求12的特征可以实现易于制造，并且具有坚固、稳定结构的天线设备。
通过权利要求13的特征可以实现这样的天线设备，即在该天线设备中，可利用空间被有效地利用，并且PCB有效地防止感生电流。
通过权利要求16和17的特征可以实现具有改进的天线性能的天线设备。
通过权利要求18的特征可以实现易于与收发信机电路连接的天线设备。
本发明的目的也在于提供一种制造该天线设备的方法，该方法使成本更加有效，并且易于适用于天线设备的不同最佳形状。
本发明的目的还在于提供一种制造该天线设备的方法，该方法具有短的开发生产时间。
根据所附权利要求20-24可以得到该方法的这些和其他目的。
本发明的目的也在于提供一种手持便携式无线电通信设备，该设备带有一种坚固、稳定、易于安装、易于连接、能够有效地利用可利用空间、并且具有良好的天线性能的天线设备。
本发明的目的还在于提供一种手持便携式无线电通信设备，该设备带有一种具有低SAR(人体中的特殊吸收比)的天线设备。
根据所附权利要求25-29可以得到该手持便携式无线电通信设备的这些和其他目的。
图1是根据本发明第一实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图2是根据本发明第二实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图3是根据本发明第三实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图4是根据本发明第四实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图5是沿图1的Ⅴ-Ⅴ线的剖视图；
图6是沿图1的Ⅵ-Ⅵ线的剖视图；
图7是沿图2的Ⅶ-Ⅶ线的剖视图；
图8是沿图3的Ⅷ-Ⅷ线的剖视图；
图9是沿图3的Ⅸ-Ⅸ线的剖视图；
图10是根据本发明第五实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图11是根据本发明第六实施例的辐射结构和支承件的示意图；
图12是沿图11的Ⅻ-Ⅻ线的剖视图；
图13是根据本发明工艺中用于形成本发明支承件的装置的示意图；
图14是根据本发明的支承件以及接地装置支架的示意图；
图15是根据本发明的带有天线设备的移动电话的剖视图。
参照图1，示出了根据本发明的天线设备，该设备与无线电通信设备相联，用于发射和接收RF波，它包括一个支承件10上的辐射结构20。支承件10相对较薄，具有从几十分之一毫米到几毫米范围的厚度，优选地为0.2-1毫米。支承件10优选地由介质聚合层状材料制成，它包括被做成适当片状的带形材料。如图中所示，该支承件的成形使得定义向上弯曲的部分11-13，该部分限制了一个基本上是平面或者非常平滑弯曲的部分15。围绕弯曲部分11-13，支承件10在低内壁部分16中延续。在图1中，示出了三个弯曲部分11-13，以便敞开基本上为平面或者非常平滑的弯曲部分15的一侧。
从层状材料中形成的支承件优选地为相对柔性的材料，这样易于处理。然而，通过设置弯曲部分，该支承件将得到很高程度的刚性和稳定性，这使得它适合用作较易安装在无线电通信设备中的部件。
支承件10为槽形，该槽形带有三个内壁部分16，即留出一个内壁，该支承件带有一个辐射结构20，该辐射结构在支承件10的第一表面上至少覆盖一部分基本上为平面或者非常平滑的弯曲部分15，在这种情况下，前述表面为由内壁部分16所包围的表面。该辐射结构通过粘接、熔接或者类似方法附加在支架上，它包括两个弯曲图形21，22和一个馈送部分25。然而，这两个弯曲图形或者其中一个可以由导电环、偶板子、拚片单元所取代。馈送部分通过适当的连接方式连接到无线电通信设备的收发信机电路。这种方式可以是导电弹簧或夹子，导电垫片或带有夹子的弹簧，以将馈送部分连接到支承收发信机电路的PCB(印制电路板)。
为了安装的目的，每个内壁部分16的顶部应装有一个边沿17。这些边沿在内壁16的顶部被成形为大约90°的向外折弯部分。边沿17用作支承件的支架或者接触表面，例如用于PCB(印制电路板)。边沿17可以用于加固的目的，例如通过瞬时动作或者夹紧。而且，边沿17改进了支承件的稳定性和刚性。
在图2示出了辐射结构20和支承件10包含于天线设备的第二实施例。它与前一个实施例的不同之处在于，辐射方向性图不同，即使它可以与前一个实施例中的相同，并且还在于斜坡18被设置成从部分15中伸出。馈送部分25被设置在斜坡18上，以便缩短从馈送部分25到与边沿17接触或相邻的PCB之间的距离。斜坡18优选地被形成为具有弹性，以便在接触面或者部件上施加压力。由此可以在馈送部分和PCB的接触部分，和/或可能的中间连接装置之间产生接触压力。这可以通过延伸斜坡18部分以高于边沿17来实现。
图3示出了根据本发明第三实施例的辐射结构20和支承件10。在该实施例中，部分15由四个向上弯曲的部分11-14和四个内壁部分16所包围。虽然可以向内壁部分16提供如前面实施例的边沿，但在内壁部分16的顶部没有示出边沿。虽然示出了一个辐射环，但辐射结构20可以与前面实施例的类型相同。在其他方面，该实施例类似于第一实施例。
图4所示的第四实施例和第三实施例不同之处在于，斜坡18被设置成从部分15中伸出，以及馈送部分被设置在该斜坡上，这与第二实施例类似。虽然示出了弯曲图形，但辐射结构20可以与前面实施例所示的类型相同。
图5-9示出了分别从图1,2,3的Ⅴ-Ⅴ,Ⅵ-Ⅵ,Ⅶ-Ⅶ,Ⅷ-Ⅷ,Ⅸ-Ⅸ线的剖面图。
图10示出了根据本发明的第五实施例。然而，辐射结构20位于部分15不是由内壁部分16所封闭的支承件的表面上，即在槽形支承件的外部，该表面将是第一表面。虽然示出了折弯的偶极子，但辐射结构20可以是与前面实施例相同的类型。馈送部分可以从支承件中的洞30中引出，以便在面向支承无线电通信设备的收发信机电路的PCB的一侧被连接。
在图11所示第六实施例中，除了凹槽19，支承件具有与第五实施例中相同的形状。凹口19在上述的槽形结构中对应于另一侧上突出的斜坡。辐射结构20包括带有馈送部分25的两个弯曲图形。馈送部分25与匹配装置31相连，该匹配装置31借助于连接32与收发信机电路相连，该连接可能通过洞30伸出。匹配装置用于向连接电路提供辐射结构的预定阻抗，优选地为50欧姆。或者辐射结构20可以是如上所述的任何类型。而且，馈送部分25可以从支承件10中的洞30中伸出，以便在另一侧被连接。
在图10和11中，示出了不带边沿17的内壁16。然而，内壁部分16可以带有这种边沿，如前面实施例中所示。
图12示出了沿图11的Ⅻ-Ⅻ线的剖面图。
在前面的实施例中，辐射结构20业已设置在支承件的第一表面上。然而，当辐射结构20设置在支承件20的两个表面上时，将会非常有利。于是可以设置不同的结构以工作于不同的频带。即使是一个辐射结构20，也可以被设置成工作于不同的频带。
对于前面所有的实施例，接地装置优选地设置成基本上与相应的辐射结构并联。接地装置可以包括一个介质支承件或者带有导电涂层、导电层或图形的支架，该支承件或支架与无线电通信设备的信号地线相连。该连接可以是导电性或者电容性的。优选地是边沿或者内壁部分的自由边或者其中的部分与接地装置接触，接地装置设置在无线电通信设备收发信电路的PCB上。通过这些设置，电路被有效地屏蔽，并且由辐射结构在电路中感生的电流被避免或者减少。也可以通过这种设置得到接地装置与辐射结构的良好隔离。在可能带有辐射结构的支承件侧与外壳的对应部分相一致，且靠近或者与外壳的对应部分接触时，这时辐射结构面向无线电通信设备外壳，并且在接地装置设置在无线电通信设备的收发信机电路的印制电路板上时，隔离将被优化。这将非常有利，因为辐射结构20与接地装置之间的优化后的体积优化了天线设备的性能。本领域技术人员业已知道相对带宽乘以效率由波长平方所表示的体积来限定，或者：Δf/f×n=k×λ2，其中k为常数。
图13示意性地示出了用于成形支承件的方法。聚合层40或者薄带41例如首先由辐射加热器加热，接着设置在真空压模中。随后，空气通过抽气洞43从压模中(都未示出)或者设置在压模中的通道中抽出。通过这样产生的真空，加热的聚合层将实现与压模内壁的接触，并且在冷却之后成形。此外，气密腔可以设置在压模的顶部，并且该气密腔带有用于得到压模与气密室之间气密连接的装置。在气密腔中产生的气压施加在该聚合层上，将其紧压在压模的内壁上，从而除了由真空产生的压力之外，在该聚合层上增加额外的压力。优选地，该聚合层很大或者该薄带很宽，以便多个压模可以设置在一起，从而可以同时成形多个支承件。接着，真空形成或者真空热形成的支承件例如通过压模切割从聚合层中切掉。由于在内壁部分16顶部的大约为90°的折弯部分在真空成形工艺中成形，无论支承件10是否带有边沿，折弯部分也可以通过选择压模切割工具来确定。
辐射结构20优选地附加在与真空成形技术相关的支承件上。辐射结构20可以在成形之前放在压模中，并且在成形期间借助于粘接或者熔接来粘接到聚合层。或者，辐射结构20例如可以在成形之前借助于粘接来附加在聚合层。
在图13中，压模42为阴模。然而，该压模也可以为阳模。
为了得到带有与无线电通信设备的外壳部分相一致的辐射结构20的支承件10，且该辐射结构在外壳中被安装成优化可利用空间的使用，压模42具有与该外壳的所述部分基本上相同的形状。
当通过真空成形或者真空热成形来成形该支承件时，在同一工艺中成形支承件和接地装置支架将会很有利。在图14中，示出了从同一聚合层中这样形成并且形成单一部分的支承件10和接地装置支架50。连接支承件10和接地装置支架50的部分带有折弯指示线，例如折弯线或者穿孔。
在图14所示的接地装置支架50的表面带有可与无线电通信设备的信号地线相连的导电层或者图形。导电层或者图形可以用与辐射结构相同的方式施加。接地装置支架50将通过沿着折弯指示线弯曲而在支承件10上折叠。接地装置支架50可以相对于支承件折叠大约180°，直到它沿着其边缘正对着边沿17。这些边缘可以借助于粘接、熔接或者其他适当的方式紧固到边沿17，以形成稳定和坚固的单元。为了改进空间的有效使用，接地装置支架50可以被成形为与PCB相一致，并且在无线电通信设备中与该PCB相连接。这是在真空成形工艺中实现的。在辐射结构和PCB之间较短的这类设备中，由于它们之间的耦合效应，因此需要具有接地装置。常规的接地装置，诸如PCB上金属化的塑料覆盖层，占用了多余的空间。因此，非常有利的是，当接地装置的支架与下面的PCB相一致，以便从PCB中伸出的平滑部件被在接地装置支架中形成的相应凹槽中接收时，例如在聚合层的真空热成形期间。
业已示出支承件10具有三个内壁部分，并且具有未在支承件表面示出的辐射结构20。然而，支承件10和辐射结构20可以以前面任何一个实施例所示的方式成形或者设置。
可以被真空成形并且适用于成形支承件的弹性材料例如是PVC,PP,PE,PS,PC或者如PC/聚酯的组合物。
在图15中，以剖面图的形式示出了手持便携式电话。电池63附加在外壳的后面部分62。外壳的前面部分62带有一个显示屏。附图标记65表示PCB。天线装置66具有一个支承件10，该支承件基本上与它所安装的外壳部分相一致。该支承件优选地被设置并成形为使得外壳的内壁部分与支承件的表面部分之间的空间最小，且该支承件可能带有一个附加的辐射结构。
接地装置支架被设置成与PCB相接触，并且被成形为接收从该PCB伸出的部件。天线装置66可以借助于粘接、箝位、瞬时动作或者类似动作来紧固到外壳的后部61或者PCB 65。
借助于折弯部分并且还借助于折弯部分，该支承件将会很坚固并且提供了良好的稳定性。这将非常有利，因为形状的稳定性非常重要，以便辐射结构20和接地装置以及其他相邻部分之间的距离被很好地定义，并且不会改变和引起失谐。
尽管借助于上述实例描述了本发明，但是很自然的是，可以在本发明内做出各种变化。例如支承件可以形成一部分外壳。而且馈送部分可以导电性或者电容性地连接到收发信机电路。

Claims (29)

1．一种用于发射/接收RF波的天线设备，该天线设备设置在无线电通信设备中，它包括：
具有第一和第二表面的支承件(10)，在该第一表面上带有一个辐射结构(20)；
可与该无线电通信设备的收发信电路连接的馈送部分(25)，该馈送部分(25)设置在该支承件(10)上，并且形成该辐射结构(20)的一部分；以及
一个地面装置；其特征在于：
在基本上与第一表面垂直的第一平面上，该支承件具有这样一个截面，即在该截面中，第一表面至少提供一个第一弯曲部分(12)；
在基本上与第一平面垂直、且基本上与第一表面垂直的第二平面上，该支承件具有这样一个截面，即在该截面中，第一表面至少提供一个第二弯曲部分(11,13)；并且
至少为两个的弯曲部分相交。
2．根据权利要求1的天线设备，其中
在第二平面上，支承件(10)具有这样一个截面，即在该截面中，第一表面还提供一个第三弯曲部分(13)。
3．根据权利要求1或2的天线设备，其中
在第一平面中，支承件(10)具有这样一个截面，即在该截面中，第一表面还提供一个第四弯曲部分(14)。
4．根据权利要求1到3中任何一个的天线设备，其中
弯曲部分(11-13；14)由基本上为平面或者非常平滑的弯曲部分(15)所包围；
支承件(10)具有围绕弯曲部分的内壁部分(16)；
每个内壁部分(16)带有一个边沿(17)，该边沿在相对于弯曲部分的内壁一侧上，被成形为大约90°的向外折弯部分。
5．根据权利要求1-4中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)在第二表面上带有一个辐射结构(20)，以便在至少两个频带中提供操作。
6．根据权利要求1-5中任何一个的天线设备，其中
每个辐射结构(20)可工作于至少两个频带中。
7．根据权利要求1-6中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)很薄，并且带有基本上均匀的厚度，该厚度具有从几十分之一毫米到几毫米范围的厚度，优选地为0.2-1毫米。
8．根据权利要求1-7中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)是由聚合层状材料制成。
9．根据权利要求1-8中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)是由真空成形的聚合层状材料制成。
10．根据权利要求8-9中任何一个的天线设备，其中
接地装置支架(50)是由与支承件(10)相同的层状材料形成；
可能与无线电通信设备的收发信机电路的信号地线导电性连接的导电结构设置在该接地装置支架上。
11．根据权利要求8-9中任何一个的天线设备，其中
接地装置支架(50)是由与支承件(10)相同的层状材料形成；
可能与无线电通信设备的收发信机电路的信号地线电容性连接的导电结构设置在该接地装置支架上。
12．根据权利要求10-11中任何一个的天线设备，其中
折弯指示线(51)设置在支承件(10)和接地装置支架(50)之间，以便使该接地装置支架相对于支承件折弯大约180°。
13．根据权利要求1-12中任何一个的天线设备，其中
接地装置具有这样一个表面，即该表面基本上与该无线电通信设备的印制电路板相一致，该接地装置被安装成与所述印制电路板相连接。
14．根据权利要求1-13中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)本设置成基本上与该无线电通信设备的外壳的里面部分(61)相一致。
15．根据权利要求1-14中任何一个的天线设备，其中
支承件(10)基本上为槽形。
16．根据权利要求1-15中任何一个的天线设备，其中
辐射结构(20)至少包括从包含弯曲图形、导电环、偶极子、拚片单元以及分形的组中选出的其中一个辐射结构。
17．根据权利要求1-16中任何一个的天线设备，其中
该辐射结构(20)在至少其中一个所述弯曲部分(11-14)上延伸。
18．根据权利要求1-17中任何一个的天线设备，其中
一个凸面和一个凹面通过弯曲部分(11-14)形成在支承件(10)上；
在支承件(10)上带有馈送部分(25)的斜坡(18)从凸面(15)中伸出。
19．根据权利要求1-18中任何一个的天线设备，其中
匹配装置(31)设置在支承件(10)上，并且在第一端连接到馈送部分，并且可在第二端连接到该无线电通信设备的收发信机电路，以便该辐射结构(20)可以通过该匹配装置(31)连接到收发信机电路。
20．一种用于制造权利要求1-19中任何一个的天线设备的方法，其特征在于：
至少支承件(10)的一部分借助于压模(42)来成形，该压模基本上具有与该无线电通信设备外壳的内壁部分相同的形状。
21．根据权利要求20的方法，其中
辐射结构(20)在支承件(10)成形之前放置在压模(42)中；并且
辐射结构(20)在成形工艺期间提供给支承件(10)。
22．根据权利要求20的方法，其中
辐射结构(20)在支承件(10)成形之前提供给将被成形为支承件的材料。
23．根据权利要求20-22中任何一个的方法，其中
支承件(20)是由聚合层形成的。
24．根据权利要求20-23中任何一个的方法，其中
支承件(10)是通过真空成形来形成的。
25．一种手持便携式通信设备，包括
具有非导电部分(61)的外壳，以及包含于该外壳中的收发信机电路，其特征在于：
还包括根据权利要求1-19中任何一个的天线设备，该天线设备位于所述非导电部分。
26．根据权利要求25的手持便携式无线电通信设备，其中
支承件(10)被设置并成形为使得外壳的内壁部分与支承件的主要表面部分之间的空间最小，且该支承件可能带有一个附加的辐射结构。
27．根据权利要求25或者26的手持便携式无线电通信设备，其中天线设备位于外壳的顶部。
28．根据权利要求25-27中任何一个的手持便携式无线电通信设备，其中该支承件附加在外壳上。
29．根据权利要求25-28中任何一个的手持便携式无线电通信设备，其中该支承件附加在该无线电通信设备的印制电路板上。
CNB998076910A 1998-06-24 1999-06-23 天线设备及其制造方法以及包括该天线设备的便携式蜂窝电话 Expired - Lifetime CN1148833C (zh)

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