CN1650473A - 带有曲折结构的多带pif天线 - Google Patents

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Abstract

一种单带或多带平面翻转F天线(PIFA)结构，包括一个有一第一区的平面辐射元件和一个有一第二区的地线平面，该第二区基本上与辐射元件的第一区平行。该第二区还包括一个有一延长辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段。

Description

带有曲折结构的多带PIF天线
发明背景
本发明总的涉及天线，尤其涉及一种多带平面翻转F天线。
平面翻转F天线(PIFA)用于无线通信，如蜂窝式电话、无线个人数字助理(PDA)、无线局部区域网域(LAN)-蓝牙等。PIFA通常包括一个有一第一区的平面辐射元件和一个有一第二区的地线平面，该第二区平行于辐射元件第一区。在安置于辐射元件的一个面上的一个边缘上的第一接触位置处，一个导电第一线联接到辐射元件。该第一线也联接到地线平面。沿如第一线的同一面，但在该边缘上与第一线不同的接触位置处，一个导电第二线联接到辐射元件。该第一和第二线适合于以PIFA的操作频率联接一个所要阻抗如50欧姆。在PIFA中，该第一和第二线垂直于它们要联接的辐射元件的边缘，由此形成一个翻转的F形(因此有平面翻转F天线的描述性名称)。
PIFA的共振频率通常决定于辐射元件的面积，并在较小程度上决定于辐射元件和地线平面之间的距离(PIFA组件的厚度)。PIFA的带宽通常决定于PIFA组件的厚度与辐射元件和地线平面之间的电耦合。设计一种实用的PIFA用途中的重要问题是在获得一个所要的操作带宽和减小PIFA体积(面积×厚度)之间的折衷选择。其次，优选的是，较大的地线平面面积(屏蔽)有助于减小可能例如从移动式蜂窝式电话进入使用人头颅中的无线电频率能量(SAR值＝特定吸收速率)。但是，PIFA的体积随地线平面面积的增大而增大，除非厚度(辐射元件和地线平面面积之间的距离)减小。
当无线通讯用途的数目增大而无线装置的形体尺寸减小时，需要这些用途和装置用的天线。已知的先有技术的平面翻转F天线通过对于给定的无线用途要求减小PIFA的体积(厚度)而已经牺牲了带宽。
此外，不同的市场使用不同的操作频率。例如，北美洲最近设计了一种在850MHz的新的GSM带。现有的从欧洲GSM900MHz带的PIF天线解决方案需要适当地改造，也即共振频率需要从900MHz移动到850MHz带。因此需要能够重新设计一种用于不同频率的设计变化尽可能小的无线通讯产品。
但是，为了在较低的共振频率使用同一种天线，需要改变形体尺寸。作为例子，设计用于900MHz的PIFA的尺寸需要乘以一个900/850的因子而在850MHz操作。因此，显然，在850MHz下的PIF天线的尺寸要大些。因此，重新设计一种不同频率的产品能够产生重新设计对应天线的问题。
因此，需要一种能够在不同共振频率下操作的PIFA的设计而不需增大其尺寸。
发明概要
本发明通过提供一种用于增大PIFA的可用带宽的设备和系统而克服上述问题以及现有技术的其它缺点和不足。
按照一个示范的实施例，本发明提供一种包括一个地线平面和一个辐射元件的天线。该地线平面有一第一平表面和一第一区，而该辐射元件有一第二平表面和一第二区。辐射元件的第二平表面基本上与地线平面的第一平表面共平面，而该第二区包括一个有一延长辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段。
结合附图参照下列描述，可以更全面地理解本发明的特定实施例及其优点。
附图简述
图1是一种先有技术平面翻转F天线(PIFA)的示意图；
图2是按照本发明所述的平面翻转F天线(PIFA)的第一示范实施例的示意图；
图3和图4是按照本发明所述的一种PIFA的辐射元件的另外的示范实施例的顶视图；以及
图5-7是PIFA的不同示范实施例的顶视图，表示按照本发明的延长的子区段的各种形状。
特定实施例的详述
按照本发明的一个示范实施例，一种天线包括一个地线平面和一个辐射元件。该地线平面有一第一平表面和一第一区，而辐射元件有一第二平表面和一第二区。辐射元件的第二平表面基本上与地线平面的第一平表面共平面，而第二区包括一个延长辐射元件有效总长度的曲折形式。该天线还可以包括一第一连接线和一第二连接线。第一连接线联接在地线平面的第一边缘上和在一第一连接位置处联接在辐射元件的第二边缘上，而第二连接线在第二和第三接触位置处联接在辐射元件的第二边缘上。地线平面的第一区可以大于辐射元件的第二区或可以基本上与辐射元件的第二区相等。第一接触位置可以在第二和第三接触位置之间。其次，第二连接线可以在多个接触位置处联接在辐射元件的第二边缘上。第一和第二连接线可以适合于一个所要的阻抗，该阻抗例如可以是约50欧姆。辐射元件的第二区可能包括第一和第二区段，其中之一可以包括至少一个延长该区段的有效电气长度的子区段而第二区段可以有一L形。该曲折形状可以是正弦波形、三角形、矩形或任何其它适当的波形。地线平面可以在一绝缘衬底的一面上，而辐射元件可以在该绝缘衬底的另一面上。其次，该地线平面、绝缘衬底和辐射元件可以是柔性的。地线平面的第一区和辐射元件的第二区可以是矩形的或非矩形的。
另一实施例是包括一地线平面和一辐射元件的平面翻转F天线。地线平面有一第一平表面和一第一区，而辐射元件有一第二平表面和一第二区。辐射元件的第二平表面与地线平面的第一平表面基本上共平面，而第二区包括一个有一延长辐射元件有效总长度的曲折形式。该天线也包括一个联接到地线平面的一个边缘和辐射元件的一个边缘上的第一连接线与一个在第一连接线联接于其上的任一面上联接到辐射元件的边缘的第二连接线。
又一实施例是一个包括一地线平面和一辐射元件的平面翻转F天线。地线平面有一第一平表面、一第一周边和第一周边上的第一多个边缘，而辐射元件有一第二平表面、一第二周边和第二周边上的第二多个边缘。辐射元件的第二平表面基本上与地线平面的第一平表面共平面，而第二区包括一个有一延长辐射元件有效总长度的曲折形式。该天线还有一个联接到第一多个边缘的第一边缘和第二多个边缘的第一边缘的第一连接线与一个在第一连接线的任一侧上的联接到第二多个边缘的第一边缘上的第二连接线。
另一实施例是一个有一平面翻转F天线(PIFA)的无线电系统。该系统包括一个地线平面和一个辐射元件。地线平面有一第一平表面和一第一区，而辐射元件有一第二平表面和一第二区。辐射元件的第二平表面基本上与地线平面的第一平表面共平面，而该第二区包括一个有一延长辐射元件有效总长度的曲折形式。该系统还包括一个在一第一接触位置处联接到地线平面的第一边缘和辐射元件的第二边缘的第一连接线与一个在第二和第三接触位置处联接到辐射元件的第二边缘上的第二连接线。第一和第二连接线适合于以所要阻抗联接到一个无线电设备上。
现在参照附图，该图示意地例示本发明的一个示范的特定实施例的细节。图1例示一个先有技术平面翻转F天线(PIFA)的示意图。先有技术PIFA总的用100标示。PIFA100包括一辐射元件102、一地线平面104、一在接触位置108处联接到辐射元件102的第一连接线110和一在接触位置106处联接到辐射元件102的第二连接线112。第一连接线110也通过连接件116联接到地线平面104。连接线110和112适合于通过连接件114和116联接到一无线电系统(未示出)。连接件114和116通常在PIFA的操作频率下适合于一个所要的阻抗如50欧姆。连接件114通常为“热”连接件，而连接件116通常为地线连接件。
参照作为本发明的一种平面翻转F天线(PIFA)的示范实施例的示意图的图2。该PIFA的特定示范实施例总的用200标示。PIFA200包括一辐射元件202、一地线平面204、一在接触位置208处联接到辐射元件202的第一连接线210和一联接到第三连接线220的第二连接线212，第三连接线220在连接位置206和218处联接到辐射元件202。第一连接线210也通过联接线211联接到地线平面204。连接线210和212适合于通过连接件214和216联接到一个无线电系统(未示出)。连接线214和216通常在PIFA200的操作频率下适合于一个所要的阻抗，如20欧姆、50欧姆、75欧姆或约20-300欧姆。连接件214通常为“热”连接件，而连接件216通常为地线连接件。在多个连接位置(206，218)处联接到辐射元件202能增大PIFA200的带宽。按照示出的实施例，辐射元件202包括两个区段240和250。区段250包括一个子区段230，后者包括一个延长区段250的曲折结构。
通常，辐射元件202的面积决定共振频率；而厚度(即辐射元件202和地线平面204之间的距离)决定PIF天线的带宽。其次，其振频率越低，天线就越长，换句话说，天线的尺寸或轮廓就越大。图2中示出的多带PIF天线的图形基本上包括两个不同的区段，即矩形区段240和L形区段250。每个区段有其自有的共振频率。因此，这样一种天线可以支承两个频率带。连接“热”连接件214与辅助元件202的联接件220还增强两个天线元件。利用这种连接，两个天线元件平行接通。
按照本发明，天线区段250内的子区段230有效地延长区段250的长度并减小共振频率而不变化天线的总尺寸。
图3表示本发明另一实施例的辐射元件的顶视图。在该实施例中，辐射元件包括两个独立的天线元件340和350而非一个单独元件。第一天线元件340有一基本上矩形的形状而第二元件350有一基本上L形形状。两个元件340和350可以如图所示地安置，其中L形的第二元件350部分地成为元件340的框架。地线连接件315通过一个桥式连接件310与两个天线元件340和350的连接点联接。“热”连接件325在连接点上通过各自的导线或传输线300和320联接到每个天线元件340、350。按照本发明，L形天线元件350的设计包括一个子区段330以增大天线元件350的有效长度。该子区段330有一曲折的形状。这样一种天线元件的制造能够使用(例如)金属板材通过一种冲压程序或刻蚀工艺或任何其它合适的方法来获得。L形的天线元件350有一对应于子区段330的有效部分长度d。通过使用一种曲折形状，该有效的导电长度将成为长度d的几倍，从而延长了对应的天线元件350。
图4表示按照本发明的辐射元件的又一个实施例。在该实施例中，使用单独一张金属板，例如进行冲压而基本上提供两个区段440和450。区段450有一带曲折结构或形状的子区段430。只需一个单独的地线连接件425。该连接件最好位于连接两个天线元件的结合点处。“热”连接件415以图2和图3中所示的相似方式安置。
该天线元件包括一个曲折的结构或形状的子区段可以有多种不同的形状。但是，重要的是，该子区段的有效长度长于该子区段的形体长度d，以延长该天线元件有效的总导电长度。而且，不需要补充的制造步骤，因为该曲折状结构是在辐射元件的表面平面内形成的。
图5-7表示按照本发明的多带PIF天线的辐射元件的各种不同实施例。例如，图5A-5D、6C和6E使用一种安置在该L形天线元件的不同部分中的有一正弦波波形的曲折形状。图5E和5F使用安置在该L形天线元件的不同部分中的提供一种三角形波形的延长的子区段。同时，图6A、6B和6D表示有一矩形波形的延长的曲折子区段。图6F、7A和7B每图表示辐射元件中使用不同形状的曲折子区段的组合的两个延长的曲折的子区段。如图6F、7A和7B中所示，可以提供多于一个的子区段。多个子区段可以有相同的或相似的形状或取决于所要共振频率的不同形状。
图7C表示本发明的又一实施例。在该实施例中，该曲折状子区段设置在基本上矩形的天线元件中。这样，取决于地线连接件的安置，或者是延长L形元件，或者是延长矩形元件。
按照本发明，对于增加的PIFA带宽，可以使用在多于两个的接触位置处联接到辐射元件上，这被考虑而处在本发明的范围内。
地线平面和/或辐射元件可以有开口，如孔或切口，以便减少机械支承件如保持地线平面和/或辐射元件的介电绝缘支承件(未示出)的重量和/或附件。
本发明不限于如图5-7中所示的任何一种形状、尺寸和/或形式。地线平面和辐射元件可以用任何类型的导电材料如金属、合金、充满石墨的布、其上有导电涂层的膜片等制成。辐射元件和地线平面之间的距离不需恒定。本发明的多接触位置的实施例也可以有效地用于平面结构，作为推动式弯曲天线的构型而不增加制造费用。
当然，延伸的曲折子区段的应用不限于多带天线而也能用于任何类型的单带天线。取决于地线和“热”连接件的连接，可以使用图7C中所示的天线，例如，作为单带天线。任何使用一个类似于上面所示的多带天线的天线类型的其它单带天线可以按照本发明的原理进行修改。
如上所述，多带天线中辐射元件上不同接触位置的组合形成一种多共振、紧密联接的“交错调谐的”PIFA结构。
采用PIFA的辐射元件中的曲折结构，PIF天线的形体尺寸或轮廓可以保持不变而共振频率可以降低。因此，按照本发明的PIFA可以提供一个较低的频率范围而不改变机械部件或不用将话筒尺寸做得更大，以容纳如果不使用本发明就会形成的更大的天线轮廓。其次，当不希望变化频率时，使用甚至更小的轮廓就能制造现有的电话机，因为带有曲折结构的在给定的操作频率带下的PIF天线需要的体积小于不带曲折结构的同一操作频率带的PIF天线。
已经就特定的示范实施例描述了本发明。按照本发明，系统的参数可以变化，通常一位设计工程师为所要的用途而列举和选择这些参数。其次，可以认为，该技术的普通专业人员基于此处提出的说明而可以容易地设计的其它实施例都可在由附属的权利要求书所界定的本发明的范围内。该技术领域的专业人员很清楚，按照本文所作的说明，本发明可以按不同而等效的方式进行修改和实施。

Claims (28)

1.一种天线，包括：
一个具有一第一平表面和一第一区的地线平面；
一个具有一第二平表面和一第二区的辐射元件，其中所述辐射元件的第二平表面基本上与所述地线平面的第一平表面共平面，而所述第二区包括一个有一延长该辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段。
2.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：
在一第一接触位置处联接到所述地线平面的第一边缘和所述辐射元件的第二边缘的第一连接线；以及
在第二和第三接触位置处联接到所述辐射元件的第二边缘的第二连接线。
3.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地线平面的第一区大于所述辐射元件的第二区。
4.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地线平面的第一区基本上与所述辐射元件的第二区相等。
5.按照权利要求2所述的天线，其特征在于，该第一接触位置处在该第二和第三接触位置之间。
6.按照权利要求2所述的天线，其特征在于，还包括在多个接触位置处联接到所述辐射元件的第二边缘的第二连接线。
7.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，该第一和第二连接线适合于一个所要的阻抗。
8.按照权利要求7所述的天线，其特征在于，该所要的阻抗约为50欧姆。
9.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，该辐射元件的第二区包括一第一和一第二区段。
10.按照权利要求9所述的天线，其特征在于，所述两个区段之一包括至少一个延长该区段的有效长度的子区段。
11.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述区段具有三角形波形形状。
12.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述区段具有矩形波形形状。
13.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地线平面在一个绝缘衬底的一面上，而所述辐射元件在该绝缘衬底的另一面上。
14.按照权利要求13所述的天线，其特征在于，所述地线平面、绝缘衬底和所述辐射元件是柔性的。
15.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地线平面的第一区和所述辐射元件的第二区是矩形的。
16.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地线平面的第一区和所述辐射元件的第二区是非矩形的。
17.一种平面翻转F天线，包括：
一个有一第一平表面和一第一区的地线平面；
一个有一第二平表面和一第二区的辐射元件，其中所述辐射元件的第二平表面基本上与所述地线平面的第一平表面共平面，而该第二区包括一个有一延长该辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段；
一个联接到所述地线平面的一个边缘和所述辐射元件的一个边缘的第一连接线；以及
一个在该第一连接线联接于其上的任一面上联接到所述辐射元件的该边缘的第二连接线。
18.一种平面翻转F天线，包括：
一个有一第一平表面、一第一周边和在该第一周边上的第一多个边缘的地线平面；
一个有一第二平表面、一第二周边和在该第二周边上的第二多个边缘的辐射元件，所述辐射元件的第二平表面基本上与所述地线平面的第一平表面共平面，而该第二区包括一个有一延长该辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段；
一个联接在该第一多个边缘的第一边缘和该第二多个边缘的第一边缘上的第一连接线；以及
一个在该第一连接线的任一面上联接到该第二多个边缘的第一边缘上的第二连接线。
19.一种有一平面翻转F天线(PIFA)的无线电系统，所述系统包括：
一个有一第一平表面和一第一区的地线平面；
一个有一第二平表面和一第二区的辐射元件，其中所述辐射元件的第二平表面基本上与所述地线平面的第一平表面共平面，而第二区包括一个有一延长该辐射元件的有效总长度的曲折形式的区段；
一个在一第一接触位置处联接到所述地线平面的一第一边缘和所述辐射元件的一第二边缘的第一连接线；以及
一个在第二和第三接触位置处联接到所述辐射元件的第二边缘的第二连接线，而第一和第二连接线适合于在一所要阻抗处联接到一无线电系统。
20.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，所述有效总长度包括一个有效的总导电长度。
21.按照权利要求2所述的天线，其特征在于，其特征在于，所述有效总长度包括一有效的总导电长度。
22.按照权利要求10所述的天线，其特征在于，所述有效总长度包括一有效的总导电长度。
23.按照权利要求17所述的平面翻转的F天线，其特征在于，所述有效总长度包括一有效的总导电长度。
24.按照权利要求17所述的平面翻转的F天线，其特征在于，所述曲折形式包括一种三角形波形形状、一种矩形波形形状或一种正弦波波形形状。
25.按照权利要求18所述的平面翻转的F天线，其特征在于，所述有效总长度包括一有效的总导电长度。
26.按照权利要求18所述的平面翻转的F天线，其特征在于，所述曲折形式包括一种三角形波形形状、一种矩形波形形状或一种正弦波波形形状。
27.按照权利要求19所述的无线电系统，所述有效总长度包括一有效的总导电长度。
28.按照权利要求19所述的无线电系统，其特征在于，所述曲折形式包括一种三角形波形形状、一种矩形波形形状或一种正弦波波形形状。
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