CN1524321A - 用于移动通信设备的内部天线 - Google Patents

Abstract

在高频段和一个或多个较低的频段上是谐振的和辐射的多频段微波天线，包括在电介质基片(101)的一个面上的导电接地面(103)；在电介质基片的相反的面上的导电带线；被形成在接地面上的弯曲的缝隙(104)，其具有被电磁耦合到带线的馈电端的馈电侧(105)和被电磁耦合到带线的负载端的负载侧，使得缝隙在高频段上是谐振的和辐射的；以及被电连接到接地面的另一个导电体(110)，其用作接地面在缝隙的负载侧处的延续部分，并且在较低的频段上被电磁耦合到缝隙，使得缝隙在较低的频段上也是谐振的和辐射的。

Description

用于移动通信设备的内部天线

发明领域

本发明总的涉及天线，更具体地，涉及用于移动通信设备和手持通信设备的小型高效率天线。

发明背景

随着技术的发展，移动通信设备变得越来越小。对于正确地运行的天线，除了单极子那样的天线(它通常在接地板上运行)，需要四分之一波长外，通常在尺寸上应当是半波长左右。对于先进的移动通信设备，例如蜂窝手机，这样的尺寸是不实际的，因为总的手机尺寸小于所适宜的频率的半波长。

使用小的天线减小天线的效率，所以，为了运行通信设备，需要提供较高的功率。较高的功率造成在充电之间的较短的电池周期，以及增加对用户的头部/身体的辐射。辐射到人的头部的功率水平是最重要的，为了保护用户，规定了严格的限制和技术条件。

靠近人的头部的这样的设备的运行也改变沿天线的场和/或电流分布，所以改变它的辐射方向图，以及辐射效率。实际上，效率的减小甚至在10-20dB的范围或更多。结果是要求更高的功率运行设备，随之而来造成上述的缺点。外部鞭状天线的使用，诸如“粗短的”或可缩进的天线，也是不方便的，因为天线常常在口袋中被“挂住”。它们也有损于移动通信设备的美化的外貌，同时最重要的-辐射方向图是准全向的，所以在用户的头部/身体处的辐射没有得到改进。

由几个公司提供的内部天线，比起外部天线，是相对较低效率的。而且，这些已知的内部天线通常不减小对用户的头部/身体的辐射，而在许多情形下，甚至增加这样的辐射。天线增益通常也很差(特别是在靠近头部/身体被使用时)以及SAR(特别吸收比)结果通常很高。

在已知的内部天线中的另一个问题是窄的工作带宽。除了其中输入阻抗是匹配时的窄的带宽以外，辐射效率甚至进一步减小。后者被认为是在需要移动通信设备的双频段或三频段运行(诸如蜂窝GSM 900/1800，900/1900，900/1800/1900兆赫等)的情形下甚至是更困难的问题。

用于移动通信设备的内部天线是已知是利用谐振辐射单元作为主辐射器。具体地，印刷天线，诸如贴片或缝隙，因为它们易于制造、它们的低的剖面，和它们的低的生产成本，是非常便于使用的。如果这样的印刷的单元在效率、增益、阻抗匹配和可再制性方面可被使用于移动通信设备，则它是最好的选择。可惜的是，因为移动通信设备的小的尺寸，这样的单元将呈现非常低的效率，所以是低的增益，以及很难把它们的阻抗与移动通信设备的阻抗相匹配。

通常，通过馈电线(例如，通过微带或带线结构)或同轴电缆激励的缝隙通常是窄带的。为了即使在窄带频带内实现缝隙的匹配，缝隙的激励通常被做成偏离中心的，以减小缝隙的输入阻抗，该缝隙输入阻抗自然地非常高。本申请的发明者之一的美国专利No.5,068,670(该专利在此引用以供参考)描述了通过在缝隙的两条边上加上匹配网络而得到的宽带缝隙天线。在优选实施例中，馈电线是偏离缝隙的中心放置的。

由于沿缝隙激励的非对称的电场和磁场分布，偏离中心激励的缝隙的最大辐射的方向随频率而改变。尽管窄带宽缝隙没有很大地受到这种现象的影响，但宽带缝隙确实受到影响。最佳解决方案是通过双端馈电和负载线对称地激励缝隙，这些双端馈电和负载线可以从单个激励馈电分裂出。每个带线臂具有双匹配网络，以便加宽天线的带宽。每个臂的长度和宽度可以是相等的，以便得到完全对称的结构，但为了使得带宽最大，也可以是不同的。如果臂是不相同的，则随频率将有某些偏斜。

缝隙可以是通过把它做成在两个末端处是开放的(“终端开路”)而成为非谐振缝隙，或通过把它做成在两个末端处是闭合的(“终端短路”)而成为谐振缝隙。辐射效率取决于沿着缝隙的场分布-幅度和相位。短路终端的缝隙的电磁场必须在缝隙的两个末端处消失；并且由于它们是连续的，在沿着缝隙的任何点处它们的数值对于较短的缝隙不能达到需要的水平。所以，短路终端的缝隙是相对较大的，通常是工作频率的半波长范围。

开路终端的缝隙的电磁场在它们的两个末端处可以具有有限的数值，不应当消失。由此得出，场的合理的数值加上对于相对较短的缝隙也是可达到的。于是激励点对单或双端馈电是可以被优化的。应当考虑到辐射方向图是与通常的辐射方向图不同的。而且，用于开路终端的缝隙的带线的负载类型最好是短路的形式，以消除在缝隙的远端处的浮动接地。结果，这个结构利用缝隙阻抗的电抗部分的匹配是更复杂的。而且，浮动接地将减小天线效率。

EP 0924797描述了缝隙天线结构，其中缝隙是沿两个轴弯曲的，通过同轴电缆在它的中心点处被激励。这样的结构有多个正如本专利提出的缺点。因此，由于中心激励点，这样的缝隙的匹配是非常困难的(正如在上面和在美国专利No.5,068,670中描述的)。另外，有助于在想要的方向上辐射的缝隙部分是非常小的，而由于缝隙的折叠的臂(它们是平行的)，这些场在极化上是相反的，所以抵消在大多数想要的方向上的辐射。而且，激励的实施是复杂的和昂贵的。最后，在一个末端处开路的缝隙比起短路终端的缝隙是较低效率的，它造成在不想要的方向上的辐射。由于来自缝隙的开路的末端的辐射(因为如上所述，场没有消失)，辐射方向图将是非对称的。

美国专利No.5,929,813和6,025,802描述了类似的天线。这样的天线实际上是环状天线，其中“连线的缝隙”产生环状天线。这样的结构具有多个正如本专利提出的缺点。因此，“连线的缝隙”在连接点处开路，沿着天线的边缘被切割，以及也在金属片上被折弯，所以它造成在不想要的方向上的辐射，以及具有相反的(水平)极化。“连线的缝隙”通过非常靠近天线(和电话)边缘的天线连接头被激励；所以，在用户的头部处的辐射没有减小。实际上，因为电话的PCB，它很大地有助于在CDMA/TDMA/GSM频率(800和900MHz)上的辐射，将会看到，在用户的头部的辐射甚至增加。

而且，在按照这些参考的专利的双频运行的实施例中，在较高的频带上的辐射方向图具有零点，或在某些角度上至少很大地减小，以及它决不是在方位面上全向的。在这个结构中，每个“连线的缝隙”影响另一个频段的运行，其中它被假设为不影响由这个结构产生的环路，在“谈话位置”时平行于用户的头部(例如，其中用户把移动通信设备保持在靠近他的头部时的位置)，所以，场分布被人的身体大大地改变。

结果，天线的性能被降低，需要高的发射功率电平，而接收灵敏度将比所需要的小。

美国专利No.6,002,367描述了通过馈线激励的贴片-缝隙天线，它类似于在美国专利No.5,068,670中描述的结构。该贴片通过沿着缝隙的中心线穿过缝隙到贴片的馈线的电磁耦合被激励，它比起工作频率时的波长来说是非常小的；所以，它不能有效地辐射。加在缝隙上的贴片通过馈线被激励；负载线(在几个实施例中描述的)和贴片的接地调谐贴片。这个天线机制类似于熟知的平面倒”F”天线(PIFA)的机制(其中单元的接地调谐天线)，除了信号馈电不同外，它是由馈线制成，而不是由探针(PIFA)制成。该天线的性能很差，以及它的工作带宽非常窄。它的构建很复杂，且相当昂贵，没有达到在用户的头部/身体处的辐射的真正减小。另外，即使在单个贴片的最简单的实施例中，结构的高度仍旧是大的。对于尺寸非常紧凑的现代移动通信设备，这样的尺寸是不实际的。在WO99/13528和WO 99/36988(US 5,945,954)中描述了其它的天线结构，但这样的天线也有以上讨论的一个或多个缺点。

发明目的和概要

本发明的一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，它虽然比起传统的天线是非常小的，但能够高效率地运行。

本发明的另一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，前在人的头部/身体处的辐射方面呈现出低的特别吸收比(SAR)。

本发明的再一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，其中在人的头部/身体附近的运行并不明显地妨碍天线的性能。

本发明的另一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，它可以在宽的频段(单频段，双频段或多频段)中有效地运行。

本发明的再一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，与传统的外部天线相比较，它可廉价地大量生产。

本发明的又一个目的是提供用于移动通信设备的内部天线，所述设备比起配备有传统的外部天线的可比较的设备来说，呈现更美化的外观。

按照本发明的一个方面，提供了多频段微波天线，它在高的频段和至少一个较低的频段上是谐振的和辐射的，包括：具有相对的两个面的电介质基片；导电层，用作在电介质基片的一个面上的接地面；在电介质基片的相反的面上承载的导电馈线，馈线具有至少一个馈电端和至少一个负载端；在具有与馈电端和负载端有关的馈电边和负载边的接地面内形成的缝隙，缝隙被电磁耦合到馈线的负载端，以使得缝隙在高的频段上是谐振的和辐射的；以及被电连接到接地面的另一个导电体，用作它在缝隙的负载端处的延续部分。另一个导电体在较低的频段上被定尺寸、被放置和被电磁耦合到缝隙，以使得缝隙在至少一个较低的频段也是谐振的和辐射的。

对于在较低的工作频率上的增强的说明为如下：电流沿着天线的接地面产生，它有助于天线的辐射。在有限的接地面上，这些电流在接地面的两端(垂直于电流的传播方向的那两端)产生电场和磁场，起到类似贴片天线的作用。沿着接地面产生的电流必须是连续的，所以，如果接地板的尺寸很小，则将得到不重要的电流幅度(理论上，为了要产生最大电流需要约半波长)。通过加上第二接地板，产生的电流不需要在第一接地面上消失，因此，有助于缝隙的辐射。半个波长的量级的理由是基于电流的相位在两个边缘处有180°的差值。在边缘处产生的电磁场，它是电流和边缘的法线(它在两个边缘处在方向上是相反的)的相乘的乘积，产生同相电磁场，所以有助于在想要的方向上的辐射。

为了保持天线面与通常对于移动通信设备所要求的一样小，第二接地面可被折叠或被放置在第一接地面的上面或下面，然后这两层可以通过接触片或其他金属部件被连接，达到接地面和产生的电流的延续部分。后者使得电流能够延续，而不影响天线的附近区域。这个附加的层可被放置在天线与通信设备之间的所需要的间隙中，这样，总的体积保持不变。这个间隙是为了消除由于从移动通信设备的PCB离开的反射场造成的电磁场的抵消而需要的。

折叠的接地面可借助于例如第三层再被折叠，以便进一步增大它的长度，代价是生产的复杂性。

如上所述，折叠的第二接地板也用作反射器，它将电磁场沿脱离用户的头部方向反射。这样的反射器减小在用户的头部/身体处的辐射，以及增加主要朝向与用户相反的一半的自由空间的天线增益。

而且，天线的接地面也可被延伸以及在它的馈电的一侧被折叠(代替或除了在负载一侧延伸以外)，以使得在用户方向上的这样的辐射最小化。实施这样的在接地面的馈电一侧的第二延伸的实际的方法是，在设备的PCB和天线之间的间隙中，在天线下面加上另一个导电层，它被电连接到接地连接片(或多个连接片)。

用作接地面的延续部分导电体也可以采用附加的短截线的形式。本发明的这样的实施方案节省了对于额外层的需要，简化制造和组装过程，以及减小天线成本。镀通孔(PTH)、金属连接片、垫板或任何其他类型的导电部件可以以一个边连接接地面，以另一个边连接附加的短截线。

整个天线可以被制作在单层挠性的印刷电路板上，然后被折弯，由此消除对于分开的第二层和与它的特定的连接的需要。天线也可以被制作在单个电介质基片上，其中用作接地面的延续部分的导电体作为馈线被形成在同一个面上，但与天线是互相绝缘的。

电接触片的宽度控制较低的频段的工作频率。窄的连接片降低较低的频段的工作频率，而较宽的连接片提高较低的频段的工作频率。连接片可以是电感型的，用作低通滤波器，所以，很难影响较高的频段。

天线到移动通信设备的连接可以是通过导电连接片。可以使用圆柱形，平的或其他的截面的连接片。连接片可以是弹簧加载的连接片，在通信设备的PCB上或天线上的带有弹性元件的刚性连接片，或带螺纹的刚性连接片。在另一个实施例中，导电连接片可被焊接在通信设备上。

另一个连接的方法可以是通过同轴电缆。连接可以通过使用挠性的PCB作为天线的基片而被做成，它可以直接被安装在通信设备的PCB上，或通过连接器或通过连接片被连接到通信设备的PCB。

在下面描述的本发明的优选实施例中，天线是在(本申请的联合发明人之一的)上述的美国专利No.5,068,670(该专利在此引用，以供参考)中描述的类型，天线包括被附在电介质基片的与用作接地面的相反的一面上的导电馈线，以及被形成在接地面上的缝隙，接地面具有被电磁耦合到馈线的馈电端的馈电侧，和被电磁耦合到馈线的负载端的负载侧，这样，缝隙在预定的高的频段上是谐振的和辐射的。

按照本发明的另一个方面，被形成在这样的天线的接地面上的缝隙是弯曲的。

通过弯曲缝隙得到的改进是天线板的总尺寸的减小。特别是在缝隙具有两个短路的末端的情形下，缝隙弯曲的效果对于性能影响是极小的，因为这样的缝隙的侧臂是与缝隙的末端相邻。如前所述，在短路末端的缝隙中的电场和磁场在这样的缝隙的末端处消失，并因为它们必须是连续的，由此得出，在缝隙的末端附近的电场和磁场的数值是低的，所以，它们不受缝隙弯曲的影响。靠近这样的缝隙的中心的区域是最重要的，以及场的数值是高的。

这样的弯曲的缝隙和分布的馈线的组合(优选地，类似于在美国专利5,068,670中描述的情形)，特别是对于这样的小的天线，提供特别好的结果。

在典型的DCS/PCS频率(1800和1900MHz)下典型的天线尺寸应当是60-80mm左右。这个尺寸对于现代移动通信设备是不实际的，其中用于内部天线的典型的占用空间是在仅仅(35-45)mm×(12-30)mm的范围内。至今为止使用的现有技术缝隙(诸如Nokia的美国专利No.5,929,813和6,025,802)通过连接片被直接馈电。而且，本专利提出的结构，事实上，是环状天线而不是缝隙天线。

PCT/US99/0085，WO 99/36988(由Rangestar拥有)提出用于蜂窝手机的缝隙天线。这个建议的天线由同轴线馈电，所以，没有用于任何阻抗匹配的占用空间，而不是沿着缝隙的激励点位置。这个结构对于组装来说也是复杂的，因为它必须被焊接，且同轴线的连线常常断开。而且，缝隙是直的而不是弯曲的，在长度上比起工作频率的波长是非常小的，所以，它的效率以及特别是它的工作带宽固有地是非常差的。

因此，把缝隙弯曲而且通过具有馈电端(优选地，包括通过改变它的长度和宽度实现的变压器，用来匹配缝隙阻抗)和负载端(它包括电抗负载-开路短截线，短路短截线或集总参数元件，主要用于减小缝隙阻抗的电抗部分到零水平)的分布馈电线来激励该缝隙，当弯曲缝隙并由分布的馈电线来激励该缝隙时，可提供特别优越的结构(在辐射效率、增益和工作带宽方面)。

因此，构建了五频段天线，完全覆盖全部800，900，1800，1900和2400MHz频段。

按照本发明的多缝隙结构可以通过由同一个馈电线串联地激励两个缝隙，例如，在它的激励点处穿过第一缝隙，继续进行到第二缝隙，在它的激励点处穿过第二缝隙，然后具有馈线的负载端部分，而被做成。这个实施例使得整个天线能够工作在另外的频段。

按照另一个优选实施例，每个缝隙(在多缝隙结构中的)可以由分开的馈电线激励，馈电线是互相平行的。

按照本发明的另一个结构，另外的馈电线可以激励两个缝隙的每个缝隙，而每个馈电线按照上述的串联或并联的方法被制作。将会看到，串联或并联馈电线的任何组合可应用到按照本发明的后一种天线。

到天线的电连接可以是在天线的任何适当的点。例如，可以在预设计阶段在天线PCB上产生镀通孔，以及在通信设备的PCB上的连接片可以插入到这些通孔以及被焊接。在另一个可能的安排中，弹簧加载的连接片可以通过与天线和通信设备的PCB上的焊盘的直接接触而产生电连接。在再一个可能的安排中，通信设备的PCB上的馈电线与天线之间的电磁耦合可以造成到天线的电连接。

优选的实施方案是把天线(或至少它的一层，如果大于一层的话)做成通信设备的PCB的一个整体部分。在大多数通常的情形下，设备的PCB是多层PCB，且天线可以容易地直接制作在该PCB上，由此消除大于任何另外的连接或分开的PCB的需要。导电反射器，如果可用作分开的层，则可以是放置在靠近设备的PCB的前盖处的简单的金属片，例如通过导电连接片被电连接到天线。

再一个实施例是把设备的PCB的较上面的层造成挠性的层，在其上包含天线和导电的反射器，其中接地板或导电反射器板被折叠，产生最后的天线。

另一个优选实施例是把天线做成通信设备的电池的一个整体部分，该电池通常被放置在通信设备的后侧。在这样的结构中，接触元件优选地是弹簧加载的连接片类型。放置天线的优选位置是在通信设备的后侧的顶部，以便在把通信设备握持在用户的手中和/或在用户的身体/头部附近的同时，减小对于它的运行和性能的干扰。

因此，将会看到，本发明可以通过包括在印刷电路板的接地面上切割的谐振缝隙(即，“终端短路的”缝隙)的天线而被实施，该谐振缝隙由至少在沿着缝隙的单个激励点处穿过缝隙的至少一个馈电线激励。这个激励点被设计成使得在想要的工作频率上对于馈电线点的缝隙阻抗最佳化。激励也可以通过双端馈电线被执行，对称地激励缝隙，确保缝隙的对称辐射，或非对称地，通过两种不同的激励的组合来加宽工作频率带宽。为了提高天线效率，馈电的负载端侧优选地是电抗型而不是匹配负载。馈电线的馈电端和馈电线的负载端的结构可以按照美国专利No.5,068,670被制作，使得天线的工作带宽最大化。缝隙优选地是在接地面上弯曲的，在该接地面切割出缝隙，以便确保天线的小的尺寸。

如上所述，负载端是电抗负载类型。它可以是短路短截线(模拟一个短路，其中短截线的末端例如通过镀通孔被连接到接地面)，开路短截线(模拟一个开路)，或集总参数元件(模拟电抗负载，它可代表除短路或开路外的阻抗)。电抗负载的任何组合可用作在所述的天线结构中的负载端。

如前所述，现代移动通信设备需要双频段或三频段运行。所以，缝隙被设计成在更高的频段(例如，用于蜂窝电话设备的1800和/或1900MHz)上工作。为了天线也能在较低的频段(例如，用于蜂窝电话设备的800和/或900MHz)上工作，可以在缝隙的远端通过被电连接到接地面的边缘的金属片而制成接地面的延伸部分，从而把另一个工作频段加到天线上(例如，用于蜂窝电话设备的800和/或900MHz)。接地面的附加片连同移动通信设备的PCB一起调谐较低的工作频段。因为通信设备的PCB是预先制成的，在大多数情形下，是与天线设计无关的，调谐通常通过延伸的接地面的形状、长度、宽度和连接的类型进行控制。

上述的延伸的接地面可被加到对于天线的PCB的另一个侧被折叠的PCB上，或作为以一个角度或平行地放置在天线的PCB上的第二层，以便节省天线表面。在优选实施方案中，接地面延伸是通过在天线的PCB的另一面上的侧馈电线短截线被作成的，以及通过镀通孔或导电连接片被电连接到接地面。这些短截线被设计成使得它们不会很大地干扰激励缝隙的馈电线的馈电端和负载端，或缝隙本身。

从下面的说明将明白本发明的进一步的特性和优点。

附图简述

现在参照附图仅以举例方式描述本发明，其中：

图1示出移动通信设备的一种形式，其包括用于把按照本发明构建的内部天线结合在其中的一种安排；

图2示出移动通信设备，包括用于把按照本发明构建的内部天线合并在其中的另一种安排；

图3示出在其未折叠的状态下按照本发明构建的内部天线的一种形式，图3a-3c示意地示出这样的天线可以如何被折叠；

图4示出类似于图3的结构，但缝隙在反射器处的一个末端处开放，而不是如图3所示的在两个末端处闭合。

图5示出也是在其未折叠的状态下按照本发明构建的内部天线的另一种形式，图5a-5c示意地示出这样的天线可以如何被折叠；

图6示出在其未折叠的条件下按照本发明被构建在单个挠性的PCB(印刷电路板)上的内部天线，图6a-6c示意地示出这样的天线可以如何被折叠；

图7示出按照本发明被构建在单个挠性的PCB上的内部天线；

图7a-7c示出图7的PCB可以如何被折叠；

图8，8a，和8b示出被构建在单个刚性PCB层上的内部天线；

图8a和8b示出图8的PCB的相对的两个面；

图9，9a，和9b是相应于图8，8a，和8b的那些图，但示出那种天线的结构的改进；

图10，10a，10b和10c示出与图8相比较有某些修正的、被构建在单个刚性PCB层上的内部天线；

图11示出带有双反射器的内部天线的另一个形式，图11a-11c示意地示出这样的天线可以如何被折叠两次；

图12，12a，12b和12c示出具有另外的改进的、被构建在单个刚性PCB层上的内部天线；

图13和13a-13c示出按照本发明的、被构建在单个PCB上的内部天线，它具有由两条馈电线馈电的两个缝隙，图13a和13b示出图13的PCB的相对的两个面，图13c示出所述视图；

图14和14a-14c示出与图13类似的结构，但带有一条馈电线；

图15示出类似于图3的天线，但在反射器上有一个开放的缝隙，图15a是侧视图，以及图15b和15c示出组件。

优选实施例描述

图1示出按照本发明构建的、移动通信设备诸如蜂窝电话手机的主要部件。这样的设备，总的表示为2，包括前盖3，主PCB(印刷电路板)4，和后盖5，通常也包含电池(未示出)。上述的部件可以是常用的，所以不进一步阐述其细节。

按照本发明，移动设备2包括内部天线，总的表示为6，被放置在主PCB 4与后盖5之间，其通过馈电连接片8被连接到PCB。在图1所示的实施例中，内部天线6被放置成基本上平行于主PCB 4的平面，内部天线通过馈电连接片8被连接到该主PCB 4。图2示出一个变型，其中内部天线，在这里表示为16，基本上垂直于主PCB4地被设置，它通过馈电连接片18被连接到该主PCB 4上。

本发明主要涉及内部天线6，16的结构，正如下面具体对于这样的内部天线的各种实施例描述的，如图3-15所示。

图3和3a-3c示出对于图1的内部天线6或图2的内部天线16的一个优选的结构。

因此，如图3和3a-3c所示，内部天线，在这里表示为100，由两个板101，102组成，这两个板沿着一个边缘通过穿过镀通孔(PTH)111a，111b的一个或多个导电连接片112(只示出一个连接片)，被机械地和导电地连接在一起。将会看到，弹簧加载的连接片，或其他连接片类型可被使用来连接这两个层。

板101是由电介质基片组成的PCB(印刷电路板)，在一个面上具有导电层103，用作接地板，以及被切割出一个谐振缝隙104。缝隙104是弯曲的、U形结构，在它的两个末端处被闭合，以限定由桥路104c连接的两个闭合的侧臂104a，104b。谐振缝隙104由被附在电介质板101的、与接地面103相反的一个面上的导电馈电线105激励。

图3所示的实施例是对称结构，其中两个侧臂104a，104b是基本上平行的，具有基本上相同的长度和宽度，以及通过公共的激励点(即，其中馈电线105穿过缝隙的点)被激励。然而，将会看到，天线可以是非平行的和/或非对称的结构，其中闭合的侧臂104a，104b是非平行的，具有不同的长度或宽度，和/或分别被馈电线非对称地激励。

被附在PCB的相反的一个面上的导电馈电线105(图3上的虚线)激励缝隙104。主馈电线臂105a连接输入信号连接片108a，穿过PTH，把功率分成两个馈电线变压器段105b和105c，在两个点激励缝隙104。变压器段105b和105c可以是与图3相同的，或在长度和/或宽度上是不同的。馈电线段105b和105c在缝隙下面从激励点延续，以及分别执行电抗负载106a和106b的功能。

用于本实施例的电抗负载分别通过PTH 107a和107b在PCB的另一个面上被短路到地103。这些电抗负载增强和改进缝隙阻抗的匹配；也就是，它们主要把缝隙阻抗的电抗部分在宽的频率范围内减小到零。因此，发射功率从馈电线105b和105c发出被电磁耦合到缝隙104，使得能够从缝隙104辐射出。同样的方法应用到接收，其中接收功率从缝隙104发出被电磁耦合到馈电线105b和105c。

馈电线105的每个臂的长度和/或宽度，和/或电抗负载106，和/或缝隙104a-104c的每个部分可被改变。这些参量和缝隙的激励点、在主PCB 4上面的高度、以及在天线6或16与主PCB 4之间的角度、在连接片8之间的距离以及它们的直径、基片类型和厚度等，设置天线的较高的频段。在本发明的这个示出的优选实施例中，结构是完全对称的，所以从缝隙发出的辐射方向图将是对称的。

本发明的一个重要的特性是，内部天线100不单在由在接地面103上切割的缝隙104、馈电线105和电抗负载106确定的预定的高频上，而且在较低的频段上，是谐振的和辐射的，从而能够用作多频段微波天线。为此，图3上的天线100包括另一个板102(例如，PCB)，其是导电体110，通过分别在板101和102中实现的被插入在PTH 111a和111b中的导电连接片112(图3b，3c)被电连接到接地面103。导电体110因此用作在缝隙104的负载侧处接地面103的延续部分。在导电体110上切割的缝隙109用作在较低的频段上用于缝隙104的电磁负载，这样，造成缝隙在较低的频段上也是谐振的和辐射的。缝隙109的每个臂109a-109c的长度和/或宽度，以及缝隙的开放的方向和缝隙在导电体110上的位置可被改变。与缝隙6或16相比较，缝隙109在长度、宽度和形状上是不同的。这些参量影响天线100的低频的特性。

导电体110，除了它有助于较低的频段以外，通过用作用于反射由缝隙104散射的电磁波的反射器，也有助于减小在用户的头部处的辐射；由此，它也减小SAR水平。取决于天线的类型和结构，SAR在典型的CDMA/TDMA/GSM频段(800和900MHz)中被减小约3dB，以及在典型的PCS/DCS频段(1800和1900MHz)中被减小5dB以上。而且，天线的非常高的效率使得通信设备的发射的RF功率电平能够减小，由此，增加用户的安全性以及在两次充电之间的电池工作周期。

正如早先表示的，图3示出缝隙104，它具有通过变压器段105b和105c以及电抗负载106a和106b实现的对称的双端馈电结构。图3示出按照该实施例使用的三个馈电连接片：信号馈电连接片108a，和在相反的两个面上的一对接地连接片108b和108c。这样的安排保持结构的对称性，以及也减小代表连接片的传输线的特性阻抗。三连接片对称结构的特性阻抗约为二连接片结构的特性阻抗的一半。这在大多数情形下使得天线更容易通过这些连接片匹配到发射机的输出阻抗和/或接收机的输入阻抗。

电抗负载106在较高的频段匹配在每个激励点处缝隙104的阻抗的电抗部分。反射器102，除了以上描述的影响高频段的所有的参量以外，也在较低的频段匹配缝隙阻抗。由缝隙104和电抗负载106或反射器102产生的组合的阻抗被变压器段105b或105c传输到在主馈电臂105a与变压器段105a和105c之间的接头。来自两个面的两个阻抗被组合以及通过主馈电臂105a和输入连接片8被反映到手机。缝隙104，电抗负载106，板102(反射器110)，馈电线105，和输入连接片8可被设计成确保天线在较低的频段和在一个或多个较高的频段的宽频带运行。

图3a示出两个板101，102在它们被机械地和导电地连接之前的侧视图；图3b示出连接两个板的一种方式，这样，包含接地面103，缝隙104和馈电线105的板101覆盖包含反射器110和缝隙109(也可以是非对称的)的板102；而图3c示出相反的安排，其中板102覆盖板101。重要的天线参量是在两个板101，102之间形成的角度。有可能改变在这些板之间的角度，以便改变作为覆盖板的板，以及改变面向上的板的面，但这样的改变需要细调谐馈电线。另外，虽然图3，3a和3b示出两个板通过单个连接片112被机械地和导电地互联在一起，连接片112分别被接纳在两个板上的镀通孔111a和111b内，将会看到，多个这样的连接片和PTH可以用于这个目的。

图4示出一天线，被表示为1000，它类似于图3的天线100，除了在导电反射器110上的缝隙109在一个末端处开放(如图4上的臂109d所示)以外。

图5示出内部天线的另一个结构，这里总的表示为200，它类似于图3中示出的天线100，除了它只包括两个馈电连接片，即一个信号连接片208a和一个接地连接片208b以外。这改变代表在天线与手机之间的电接口的传输线的特性阻抗。两个馈电连接片208a，208b的位置是偏离天线的中心；所以，辐射方向图是非对称的。

如图5所示，在本实施例中，在板101上的缝隙104的激励是通过单个馈电线205和单个激励点进行的；电抗负载206也是末端开路的。这种馈电也造成天线辐射方向图是非对称的。

馈电线的长度和宽度或电抗负载以及激励点，可被改变。反射器板102包括在导电层110上切割的闭合的缝隙109，如图3所示。反射器缝隙109的特征可以是与在接地面103上的辐射缝隙104不同的。反射器缝隙109的闭合边的臂109a和109b在长度和宽度上可以是相同的或可以是互相不同的。

两个板101，102可以以想要的关系，以及以想要的角度，通过一个或多个导电连接片(在图5b和5c上表示为112)被机械地和导电地固定在一起。正如以上相对于图3和3a-3c描述的，两个板之间的关系和由两个板确定的角度，可以按照特定的应用被改变，馈电线可以按照想要的板的次序和在两个板之间的角度被精细地调谐。

图6示出内部天线，这里总的表示为300，它类似于图3的天线，但它被构建在单个、双倍尺寸、双面、挠性的PCB板上，而不是在两个刚性PCB板上。这样的结构消除了在图3的组件中对于PTH111和连接片112的需要。图6所示的单个挠性的板的两个面A，B配备有如以上参照图3描述的各种元件，并且如图6a的侧视图所示；然后单个板按照特定的应用仅仅沿着折叠轴317被折叠成如图6b或6c所示的预定的环状位置。

馈电连接片108a-108c和馈电线105类似于以上参照图3描述的那些。电抗负载206是开路电抗负载，如图5所示。图6的天线中的主要差别是加上末端开路的调谐短截线313。这个短截线增加天线的带宽，以及改进天线与手机的匹配。它的长度和宽度可按照具体应用被改变。

在板的一侧确定接地面103的导电层被形成为在确定反射器的板的相反的面上具有加长的切割或中断(即，没有任何导体的区域)314，由此确定板的两个相反端处的两个短截线反射器316a，316b。短截线反射器316a，316b的长度和/或宽度对于对称结构可以是相同的或对于提供更宽的带宽的非对称结构可以是不同的。两个短截线反射器316a，316b通过反射器馈电部分318a，318b和电接合部分315被电连接到接地面103。两个反射器馈电部分318a，318b对于对称结构可以是具有相同的长度和宽度，或对于提供更宽的带宽的非对称结构可以具有不同的长度和/或宽度。结合部分315用作滤波器，所以它的尺寸(长度或宽度)影响低频段。

图6a是图6的板在被折叠以前的末端视图；以及图6b和6c示出将板进行折叠的两种可能的方式，相应于分别在图3b和3c上示出的安排。电介质基片部分314的形状，可以按要求变化，以便改变短截线反射器316a，316b的长度和/或宽度以及反射器馈电部分318a，318b的长度和/或宽度。另外，电介质基片部分314可被形成为具有一个或多个开孔，以容纳馈电连接片108。

图7中示出的天线，这里总的表示为400，类似于图6中示出的天线，也被构建在单个挠性的板上，该板被折叠，产生在一个面上的接地面、缝隙和馈电线，以及在相反的面上的反射器。然而，在这种情形下，现在被形成在接地面103上的辐射缝隙(这里被表示为404)在两个末端处是终端开路的；也就是，它的两个侧臂404a，404b在一侧是开路的，并且在相反的一侧处由桥路404c连接在一起。为此，缝隙404的激励是与以上参照图6描述的激励不同的。

因此，在图7所示的天线结构中，调谐短截线313通过镀通孔(PTH)419被短路到接地面103，以进行缝隙404的主要激励。带有电抗负载206的馈电线105用作缝隙的第二激励，以得到多馈电激励的缝隙。开路的侧臂404a和404b对于对称结构可以互相相同的，或对于非对称结构可以是互相具有不同的长度和/或宽度。馈电线对缝隙404的激励点，正如上所述，可以是对称的或非对称的。

图7a是图7的挠性的板的侧视图，以及图7b和7c示出用于将挠性的板进行折叠的两种可能的方式，相应于分别在图6b和6c上示出的安排。

图8上示出另一个天线结构，总的表示为500，其中天线被构建在单个刚性PCB板上，具有如图8a所示的上面和如图8b所示的下面。在把天线组装到手机时，这样的安排消除对于折叠挠性的板或把两个板连接在一起的需要。

板的上面(图8a)配备有用作接地面103的导电层，和在接地面上切割的的辐射缝隙104。另外，在接地面103的相反的边缘处的导电层被去除，以提供在接地面上的中断521a，521b，也就是没有任何导体的区域。

如图8b所示的、PCB的相反的面被形成为具有馈电线105，调谐短截线313，和反射器，反射器包括由反射器馈电线522a，522b(相应于图7上的反射器馈电线318a，318b)连接的两个短截线反射器520a，520b的反射器(相应于图7上的短截线反射器316a，316b)。然而，在图8的结构中，短截线反射器520a，520b由在PCB的相反的(上)面上被连接到接地面103的PTH 523激励。反射器馈电部分522a，522b因此起到对于短截线反射器520a，520b的变压器的作用，这样，在图7的天线结构中的反射器功能现在通过被形成在PCB板的同一个面(下面)上的短截线反射器520a，520b和反射器馈电线522a，522b作为在图8的天线结构中的馈电线105和调谐短截线313被满足。在接地面上的中断521a，521b提供用于较低的频段的另一个控制参量，也可以增强天线的辐射和阻抗匹配。

在接地面上的中断521a，521b、短截线反射器520a，520b和反射器馈电线522a，522b可以是对称的(如图8所示)，或可以是非对称的。这些元件的尺寸，包括它们的长度和/或宽度，可被改变以便控制天线的低频段性能。在接地面103上被切割的缝隙104、馈电线105、调谐短截线313，和电抗负载206a，206b可以是与以上具体地相对于图6的天线所描述的相同的结构，但它们的尺寸将是不同的，这是由于存在中断521a，521b，接地面103的长度是较小的。

将会看到，图8所示的单板结构简化了天线的制造和组装，所以减小它的成本。

图9示出一种天线结构，总的表示为600，它非常类似于图8的天线结构，除了辐射缝隙(这里表示为604)是半开放缝隙以外。也就是一个侧臂604a是开放的，而另一个侧臂604b是闭合的，两个侧臂一起被连接到桥路604c。

图9所示的天线结构600的另一个变例是，它包括两个馈电连接片208a，208b，而不是图8中的三个馈电连接片108a-108c。馈电线105是双端馈电类型，激励缝隙604的两个侧臂604a，604b。

另一个改进方案是，为了能够在高频段上进行宽带运行，在图9所示的天线600中提供两种电抗负载，即：通过PTH 107短路到接地面103的电抗负载，和终端开路的电抗负载206。这样的安排提供非对称结构，在低频段的运行是与图8所示的天线500的运行相同的。

图10示出一种天线结构，总的表示为700，它类似于图8中给出的设计500，但具有几个重要的改进。天线设计700被构建在单个刚性PCB上，它具有图10a所示的上面和图10b所示的下面。图10c给出侧视图。

上面(图10a)配备有如在设计500中那样的在接地面103上切割的的缝隙104，但这里在接地面103中只有一个中断521，而在上面的另一侧，反射器延伸部分724通过PTH 523a被连接到在较低端处的短截线反射器520a。因此，在接地面103与反射器延伸部分724之间产生一个间隙725。缝隙104不是U形的，但在它的末端处进一步被折叠。

如图10b所示的、天线设计700的下面，与设计500相比较，呈现很大的差别。短截线反射器520a和520b的激励点、PTH 523是非对称的，所以，反射器馈电线522a，和522b是非对称的。再者，在一端，短截线反射器520a被延伸到天线的上面，通过PTH 523a被连接到反射器延伸部分724，而在另一端，短截线反射器520b被折叠，产生臂反射器726。

因此，通过反射器的非对称结构在低频段上附加的频段可被加到天线上。通过控制PTH 523、每个反射器馈电部分522a和522b、每个短截线反射器520a和520b、臂反射器726、反射器延伸部分724和间隙725的位置，天线可被分开调谐，以便工作在两个低频段。

另一个差别是不存在如结构500中那样的调谐短截线313。而是，调谐短截线被直接连接到信号输入连接片108a。

虽然所示出的短截线反射器是终端开路的，但将会看到，每个短截线反射器也可在它的末端处通过PTH或甚至直接地被接地，-在延伸的短截线反射器724的情形下。

图11示出一种天线结构，总的表示为800，它类似于图5的设计200，但具有两个主要的改进。第一，限定反射器的导电层110是连续的和不开槽的，而不是被形成具有如图5中以109示出的缝隙。第二，给出另一个具有连续的导电层110’的板102’。这个板102’利用通过PTH 111c和111d的连接片112’被连接到板102。图11b和11c给出在其双折叠的位置时的天线。

图12示出一种天线，总的表示为900，它类似于图8的天线500，除了这里短截线反射器520a和520b分别在馈电线105的电抗负载206a和206b的内部。

图13示出一种天线，总的表示为1100，其中天线被构建在单个刚性PCB板上，具有图13a所示的上面和图13b所示的下面。在接地面103上被切割的两个缝隙104和104’具有双端馈电的和对称的结构。馈电线105和它的电抗负载206a和206b对称地激励缝隙104。带有它的电抗负载206a’和206b’的馈电线105’对缝隙104’起到同样的作用。每个缝隙与它的电抗负载和它的馈电线的组合的阻抗被并联相加到输入连接片108上。虽然这里示出的结构是总体对称的，但缝隙104和104’、馈电线105和105’、电抗负载206和206’以及它们每个的激励点可以是非对称的。

图13c示出天线1100的侧视图，其中天线的上面和下面可以交换。

图14示出一种天线，总的表示为1200，它类似于天线1100(图13)，除了在接地面103内被切割的缝隙104和104’具有单个馈电点和单个馈电线205以外。这两个馈电线205具有在两个缝隙之间的变压器段，用来改进匹配。因此，缝隙具有单个电抗负载。这里，阻抗被串联相加。缝隙104和104’具有对称结构，但这不是本质的。图14a示出上面和图14b示出下面，而图14c是侧视图。

图15示出一种天线，总的表示为1300，它类似于图3的天线100，除了在板102的接地延续部分100内被切割的缝隙1309b是在两端处终端开路的以外。因此，通过桥路1309c被连接的两个相同的和并行的侧臂1309a和1309b在一端是开放的。侧臂1309a和1309b可以是互相不同的，以具有非对称结构。导电板110因此是浮动的。

虽然本发明是相对于几个优选实施例描述的，但应知道，这些仅仅当作为例子被阐述的，以及可以作出本发明的许多其他变化。例如，任何想要的天线结构可以包括任何的想要的馈电连接片，以及相对于主PCB处于任何角度。从基片的一面到相反的一面的导电路径可以是通过导体连接片、镀通孔(PTH)，或二者。信号馈电连接片的数目可以按照具体应用被改变；例如，在某些应用中，可以希望具有一个信号连接片和接地连接片的圆形阵列(例如，四个连接片)，以便模拟同轴线馈电。

本发明的许多其它变化、改进和应用对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (45)

1.一种多频段天线，其在高频段和至少一个较低的频段上是谐振的和辐射的，包括：

具有相对的面的电介质基片；

位于电介质基片的一个面上的导电层，其用作接地面；

被附着在电介质基片的相对的面上的导电馈电线，所述馈电线具有至少一个馈电端和至少一个负载端；

被形成在所述接地面上的缝隙，其具有相对于所述馈电端和负载端的馈电侧和负载侧，所述缝隙被电磁耦合到所述馈电线，使得所述缝隙在所述高频段上是谐振的和辐射的；以及

被连接到所述接地面的另一个导电体，其用作接地面在所述缝隙的负载侧的延续部分，所述另一个导电体在所述较低的频段上被定尺寸、定位并被电磁耦合到所述缝隙，以使所述缝隙在所述至少一个较低的频段上也是谐振的和辐射的。

2.按照权利要求1的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体也具有导电层的形式，而且也用作反射器。

3.按照权利要求2的天线，其中所述后一导电层是连续的和未开槽的。

4.按照权利要求2的天线，其中所述后一导电层被形成为带有在两个末端处闭合的缝隙。

5.按照权利要求2的天线，其中所述后一导电层被形成为带有在至少一个末端处开放的缝隙。

6.按照权利要求1的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体是被成形为确定至少一个短截线反射器的导体。

7.按照权利要求6的天线，其中所述接地面在它的对准所述短截线反射器的一侧被中断。

8.按照权利要求1的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被成形为确定两个短截线反射器，每个短截线反射器通过反射器馈电线被电连接到所述接地面。

9.按照权利要求1的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被附着在以一个角度固定在接地面的所述电介质基片的第二电介质基片上，以形成一组件，其中两个导电层被电连接到一起。

10.按照权利要求1的天线，其中所述电介质基片是挠性的；被形成为在一个部分具有所述接地面、馈电线和缝隙，且在另一个部分具有用作接地面结构的所述另一个导电体；被以预定的角度折叠，使两个导电层连接在一起。

11.按照权利要求1的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被附着在与所述接地面相同的电介质基片上。

12.按照权利要求11的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被附着在所述电介质基片的与所述馈电线相同的面上，但与所述馈电线互相绝缘。

13.按照权利要求11的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体呈短截线反射器的形式。

14.按照权利要求1的天线，其中在接地面内的所述缝隙是弯曲的。

15.按照权利要求1的天线，其中所述馈电线包括至少一对馈电端和功率分配器，它在所述一对馈电端之间划分功率。

16.按照权利要求1的天线，其中每个馈电端包括尺寸上的改变，以便匹配在缝隙的馈电侧处缝隙的各个部分的阻抗。

17.按照权利要求1的天线，其中每个负载端包括尺寸上的改变，以便匹配缝隙的负载侧的缝隙的各个部分的阻抗。

18.按照权利要求1的天线，其中馈电线的每个负载端包括电抗负载。

19.按照权利要求1的天线，其中在接地面中的所述缝隙在两个末端处是闭合的。

20.按照权利要求1的天线，其中在接地面中的缝隙在至少一个末端处是开放的。

21.按照权利要求1的天线，其中所述接地面被形成为使两个弯曲的缝隙被电磁耦合到所述馈电线。

22.按照权利要求1的天线，其中所述接地面被形成为两个弯曲的缝隙，且所述电介质基片包括两个被电磁耦合到所述两个弯曲的缝隙的馈电线。

23.一种在高频段上谐振的和辐射的微波天线，包括：

具有相对的面的电介质基片；

电介质基片的一个面上的导电层，其用作接地面；

导电馈电线，其被附着在电介质基片的相对的面上，所述馈电线具有至少一个馈电端和至少一个负载端；以及

被形成在所述接地面上的弯曲的缝隙，其具有相对于所述馈电端和负载端的馈电侧和负载侧，所述缝隙被电磁耦合到所述馈电线，使得所述缝隙在所述高频段上是谐振的和辐射的。

24.按照权利要求23的天线，其中所述弯曲的缝隙基本上具有U形结构，包括由桥路连接的两个侧臂。

25.按照权利要求23的天线，其中所述馈电线包括至少一对馈电端和一功率分配器，功率分配器在所述一对馈电端之间划分功率。

26.按照权利要求25的天线，其中每个馈电线包括调谐短截线，用来匹配所述缝隙的输入阻抗。

27.按照权利要求25的天线，其中所述馈电线的所述一对馈电端被对称地耦合到所述弯曲的缝隙。

28.按照权利要求23的天线，其中每个馈电端包括尺寸上的改变，以便匹配缝隙的馈电侧的缝隙的各个部分的阻抗。

29.按照权利要求23的天线，其中每个负载端包括尺寸上的改变，以便匹配缝隙的负载侧的缝隙的各个部分的阻抗。

30.按照权利要求23的天线，其中所述馈电线的每个负载端包括电抗负载。

31.按照权利要求23的天线，其中接地面中的所述弯曲的缝隙在两个末端处是闭合的。

32.按照权利要求23的天线，其中接地面中的所述弯曲的缝隙在至少一个末端处是开放的。

33.按照权利要求23的天线，其中所述天线包括被电连接到所述接地面的另一个导电体，其用作接地面在所述缝隙的负载侧的延续部分，并且在至少一个较低的频段上被电磁耦合到所述缝隙，使得所述缝隙在所述较低的频率下是谐振的和辐射的。

34.按照权利要求33的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体也具有导电层的形式，并且也用作反射器。

35.按照权利要求34的天线，其中所述后一导电层是连续的和未开槽的。

36.按照权利要求34的天线，其中所述后一个导电层也被形成有一个缝隙。

37.按照权利要求33的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体是被成形为确定至少一个短截线反射器。

38.按照权利要求37的天线，其中所述接地面在它的对准所述短截线反射器的一侧被中断。

39.按照权利要求33的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被附着在以一个角度固定到接地面的所述电介质基片的第二电介质基片上。

40.按照权利要求33的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体被附着在所述电介质基片的附着有所述馈电线的面上，但与所述馈电线互相绝缘。

41.按照权利要求23的天线，其中所述接地面被形成为被电磁耦合到所述馈电线的两个弯曲的缝隙。

42.按照权利要求23的天线，其中所述接地面被形成有两个弯曲的缝隙，并且所述电介质基片包括两条被电磁耦合到所述两个弯曲的缝隙的馈电线。

43.一种天线，其在预定的频段上是谐振的和辐射的，包括：

导电接地面；

被连接到所述接地面以用作所述接地面的延续部分的导电体，所述导电体被定尺寸、定位并被电磁耦合到所述天线，以增强所述天线在所述预定的频段上的运行。

44.按照权利要求43的天线，其中用作接地面的延续部分的所述另一个导电体具有导电层的形式，并且也用作反射器。

45.按照权利要求43的天线，其中所述天线还包括：

具有至少一个馈电端和至少一个负载端的导电馈电线；

被形成在所述接地面上的缝隙，其具有相对于所述馈电端和负载端的馈电侧和负载侧，所述缝隙被电磁耦合到所述馈电线，使得所述缝隙在比所述预定的频段较高的频段上是谐振的和辐射的。

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