CN1519978A - 一种平面无线电装置的天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可用于小型和平面的无线电装置的天线，和设有本发明天线的无线电装置。天线的基本元件是位于装置内的单极型导线(110)。该导线可设计成用最接近基本谐振频率的谐波来提供上工作频带。除了基本元件，天线结构还包括寄生元件(120)，其既可作为辅助发射天线，也可作为天线匹配元件。利用电感元件(125)来优化匹配，电感元件连接寄生元件到信号地线。实现的天线增益比已有的占据相同空间(h)的天线结构要大很多，与已有的内部单极天线相比，改进了天线的匹配。

Description

一种平面无线电装置的天线
发明领域
本发明涉及一种可用于小型和平面无线电装置的天线。本发明还涉及带有根据本发明的天线的无线电装置。
背景技术
买到的便携式无线电装置，如移动电话，包括整个装置厚度大约为1分米的款式。这样的平面结构特别适合于翻开型移动电话的折叠部分。翻开型移动电话具有两个部分，可通过铰链进行折叠，使一部分位于另一部分的顶部，或端部对端部地相连于几乎同一平面上。在第一折叠位置，装置变小；进行连接通讯时处于翻开位置。
用于翻开型移动电话的天线一般是单极型外部天线，这种天线的缺点是突出的结构件带来的不便。当然可以采用PIFA型内部平面天线，但是移动电话的折叠部分的薄结构可导致这种发射天线部分和接地平面之间的距离过小，天线增益会有损失。此外还可以采用一种内部单极型平面天线，使其发射平面不面对接地平面。在这种情况下，装置的平面度不会带来问题，但是电性能，如匹配性和天线增益同样不令人满意。匹配可使用另外的电路来得到改进，但是这将使用许多单独的元件。
发明内容
本发明的一个目的是克服前面提到的现有技术存在的缺点。本发明提出一种用于平面无线电装置的内部天线，包括带有馈电导线的单极型基本元件，其特征在于，还包括寄生元件，其可用作辅助发射天线；和单个匹配元件，其连接在所述寄生元件和无线电装置的信号地线之间，以优化天线的匹配。本发明还提出一种具有内部天线的无线电装置，所述内部天线包括带有馈电导线的单极型基本元件，其特征在于，所述天线包括还包括寄生元件，其可用作辅助发射天线；和单个匹配元件，其连接在所述寄生元件和无线电装置的信号地线之间，以优化天线的匹配。本发明的优选实施例在其他的权利要求中给出。
本发明的主要想法如下：平面无线电装置的天线的基本元件是内部单极型导线。该导线设计成最接近主要谐振频率的谐波可用来提供上工作频带。除基本元件之外，天线结构包括寄生元件，可用作辅助发射天线和天线匹配元件。匹配通过电感结构元件得到优化，其中电感结构元件连接寄生元件到信号地线。
本发明的一个优点是实现的天线增益比已有的占据相同空间的天线结构要大很多。本发明的另一个优点是与已有的内部单极型天线相比，天线增益要高很多。本发明的又一优点是根据本发明的寄生天线可通过使其谐振频率与基本元件的对应谐振频率适当偏置来展宽至少一个工作频带。本发明另外的优点是根据本发明的设置是简单的，只需要较少的生产成本。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图中，
图1显示了根据本发明的天线的实施例；
图2a显示了根据本发明的天线的第二实施例；
图2b显示了图2a的天线的侧视图；
图3a显示了根据本发明的天线的第三实施例；
图3b显示了图3a的天线的侧视图；
图4a，b显示了带有根据本发明的天线的无线电装置的实施例；
图5显示了根据本发明的天线的匹配的示例；
图6显示了根据本发明的天线的效率的示例。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的天线的第一实施例。显示出无线电装置电路板101，其一端连接到天线。天线的主要部件是基本元件110和寄生元件120。在这个示例中，基本元件是刚性的导线，设置成开口的矩形环。在基本元件110的角部，在电路板101的旁边设置了馈电点F，其通过馈电导线105连接到无线电装置的天线端口。无线电装置的天线端口、发送器和接收器位于电路板101的另一面，在图1中看不到。电路板的上表面大部分为导电的信号地线GND。地线不延伸到天线，基本元件110与馈电导线105共同构成单极型发射天线。在这个实施例中，单极发射天线具有两个频带。其主要谐振频率落入第一无线电系统使用的频率范围，最接近主要谐振频率的谐波落入第二无线电系统使用的频率范围。为了谐波和主要谐振频率之间具有适当比例，基本元件110具有两个分路，从馈电点F看去，可分为第一分路B11和第二较短的分路B12。在分路的外部端之间存在电磁耦合，可减少谐波和主要谐振频率之间的所述比例。
寄生元件120在这个实施例中也是刚性导线，其位于基本元件之下，接近电路板101的平面。寄生元件在点G通过电感元件125连接到信号地线GND。电感元件是形成圈的导线。点G将寄生元件分为两个部分B21，B22。第一部分B21与电感元件一起在天线的下工作频带谐振，即在第一无线电系统使用的频率范围。第二部分B22与电感元件一起在天线的上工作频带谐振，即在第二无线电系统使用的频率范围。自然地，振动能从基本元件的场通过电磁耦合产生。因此，在这个实施例中，寄生元件可用作辅助发射天线，可提高天线在两个工作频带的增益。选择寄生元件和电感元件125的部件尺寸可实现整个天线的最佳匹配。
通过如同上面本发明目的中介绍的结构，实现了天线适合安装于平面无线电装置并具有良好的电特性。这意味着，与同样良好的PIFA天线相比，天线的高度h，即基本元件110与无线电装置的电路板101的之间距离，可以减少。
寄生元件120还可用于展宽一个或两个工作频带。这可通过这样的方式来实现，即使基本元件的谐振频率和寄生元件的谐振频率有所不同。但是，频率的差异要受到限制，不能使整个谐振频率范围的天线匹配性能不好。
图2a，b显示了根据本发明的天线的第二实施例。在图2a是结构的顶视图，图2b是侧视图。如同图1，天线包括无线电装置的电路板201，天线基本元件210，寄生元件220，和电感元件225，其连接寄生元件到信号地线。这种结构与图1结构不同之处在于，寄生元件和电感元件都是设置在电路板201上的导电带。电感元件225形成螺旋图案，其位于与寄生元件220相对的电路板侧面上。
图3a，b显示了根据本发明的第三实施例。图3a是结构的顶视图，图3b是侧视图。天线包括无线电装置的电路板301，天线基本元件310，寄生元件320，和电感元件325，其连接寄生元件到信号地线。在这个实施例中，基本元件310是设置在电路板301上的导电带。基本元件未如同图1和2那样设有分路，而是其远端312位于从馈电点F开始延伸的部分311的旁边，以形成较强的电磁耦合。这样的设计可使基本谐振频率和其最接近的谐波之间具有适当的比例。现在寄生元件320位于基本元件之上，即在电路板301上方，由切割而成的金属片形成。电感元件325是刚性导线形成的小线圈，设置在寄生元件的延伸部和接地平面之间。图3b还显示了在电路板上支承寄生元件的绝缘体370。
图4显示了根据本发明的无线电装置的实施例。无线电装置400是翻开型移动电话，具有第一部分402和第二部分403，这两部分通过铰链支承。这些部分要比普通的单壳移动电话要平坦很多。在图4a中，第一和第二部分之间可形成几乎平角。图4b中移动电话转动成互相面对。上面介绍的天线400位于第一部分402。当然，天线也可以置于第二部分401当中。
图5显示了根据本发明的天线的匹配的示例。该示例涉及图1所示翻开型移动电话的天线。天线的高度h是3.5毫米。匹配的质量用反射系数S11的值表示。曲线51显示了当移动电话的折叠部分位于面对位置时，作为频率的函数的反射系数的变化。曲线52显示了当移动电话翻开时的反射系数的变化。曲线显示出天线的两个工作频带的下工作频带BD1覆盖GSM(全球移动电信系统)900的频带。上工作频带BD2覆盖GSM1800和GSM1900系统的频带。应选择寄生元件的尺寸使上工作频带非常宽。翻开电话可改进匹配，尤其是下工作频带的匹配，同时可向下移动下工作频带。对上工作频带的改变要小一点。
图6显示了根据本发明的天线的效率。效率通过与测量图5匹配曲线类似的结构进行测量。曲线61显示了当移动电话的折叠部分位于面对位置时下和上工作频带的效率的变化。曲线62显示了当移动电话翻开时效率的变化。从这些曲线，可看到翻开电话可改进下和上工作频带的效率，从大约0.4提高到大约0.5到0.55。使天线增益，如最有利方向测得的相对场强，读数对应大于1的值。
当翻开型电话处于闭合位置，电话和基站之间有满意的信号。图5和6显示的结果说明根据本发明的天线在这方面是可接受的。
上面介绍了本发明的某些天线结构，本发明的天线元件的形状和设置不限于上面所作介绍。在由独立权利要求1限定的范围内，本发明的想法可通过不同的方式来实施。

Claims (11)

1.一种用于平面的无线电装置的内部天线，包括带有馈电导线(105)的单极型基本元件(110，210，310)，其特征在于，还包括寄生元件(120，220，320)，其可用作辅助发射天线；和单个匹配元件(125，225，325)，其连接在所述寄生元件和无线电装置的信号地线之间，以优化天线的匹配。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述基本元件的第一支路(B11，311)和第二支路(B12，312)之间存在电磁耦合，以设定所述基本元件的基本谐振频率和其最接近的谐波的比例，使所述基本谐振频率落入第一无线电系统的频率范围，所述最接近的谐波落入第二无线电系统的频率范围。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，包括所述寄生元件和所述匹配元件的所述结构具有第一谐振频率，其设置成落入第一无线电系统的频率范围；和第二谐振频率，其设置成落入第二无线电系统的频率范围。
4.根据权利要求1所述的天线，所述无线电装置带有电路板(101，201，301)，其特征在于，沿正交于所述无线电装置的电路板的方向看，所述基本元件和寄生元件基本是重叠的。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述基本元件(110)和所述寄生元件(120)是刚性的导线，沿正交于电路板的方向看，位于所述电路板(101)的旁边。
6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述寄生元件是所述电路板表面上的导电带(220)，所述基本元件是刚性导电片(210)。
7.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述基本元件是所述电路板表面上的导电带(310)，所述寄生元件是刚性导电片(320)。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述匹配元件是导线绕组(125，325)。
9.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述匹配元件是所述电路板的表面上的导电带(225)。
10.一种具有内部天线的无线电装置，所述内部天线包括带有馈电导线的单极型基本元件，其特征在于，所述天线还包括寄生元件，其可用作辅助发射天线；和单个匹配元件，其连接在所述寄生元件和无线电装置的信号地线之间，可优化天线的匹配。
11.根据权利要求10所述的无线电装置(400)，具有第一部分和第二部分，这两部分可通过铰链转动成互相面对，其特征在于，所述天线(440)位于第一部分(402)之内。
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