CN1675796A - 小体积天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括辐射元件的小体积天线。该辐射元件由具有轴的线圈形成装置(16)构成，所述线圈形成装置连接到天线导体(18)。该天线进一步包括导体元件(10)，该导体元件平行于线圈形成装置的轴，并且包括被设置成面对所述线圈形成装置的槽形成装置(14)。

Description

小体积天线

本发明涉及一种小体积天线，特别用于，但不局限用于便携式无线电话。

众所周知，在便携式无线电话中，使用螺旋形状的天线，该螺旋形状的天线通常安装在无线电话的壳体的外部。这些天线具有相对小的尺寸，但是为了与接地平面相联，它们设置在壳体的外部，其中接地平面本身设置在无线电话壳体的内部。

目前制造无线电话的趋势是消除任何外部天线，以及将天线放置在壳体的内部。也存在一种趋势，即减小无线电话的尺寸，或者至少将日渐增多的多个元件集成在给定外部尺寸的无线电话中。

结果，当设计无线电话时，具有相对小尺寸的内部天线是有益的。

对于适合安装在无线电话内部的天线来说，建议使用PiFa型等平板天线。这些平板天线主要由接地平面和辐射板构成，辐射板通常为平行于接地平面的辐射元件，以及平板天线也包括辐射元件和接地平面之间的短路连接线和50欧姆(Ω)的天线馈电线，其中天线馈电线通常使用微波传输带线或者印制电路来实现。

在用于无线电话的频率范围内，以及特别在对应于GSM移动系统的频率范围内(大约为920兆赫兹(MHz))，至少当辐射元件和接地平面之间的电介质为空气时，辐射元件和接地平面之间的最小距离为大约7毫米(mm)到10mm。对于制作无线电话来说，大约7mm到10mm的厚度被认为太大。不幸的是，当寻求减小PiFa天线的厚度时，例如为了将其减少到小于5mm时，人们发现：天线的通频带极大地变窄，因此使其实际上不可用。因此，已知的平板天线也不能满足上述对相对小的尺寸的要求。

本发明的一个目的在于提供一种天线，其可特别使用在便携式无线电话中，该天线厚度薄且体积非常小。

根据本发明，小体积天线包括辐射元件，所述辐射元件由具有轴的线圈形成装置构成，所述线圈形成装置连接到天线导体，以及该天线还包括一个导体元件，该导体元件平行于所述线圈形成装置的轴，并且包括面向所述线圈形成装置放置的槽形成装置。

应当理解，本发明的天线由形成线圈的装置构成，该线圈具有平行于导体元件的轴，该导体元件具有槽或类似面向线圈形成装置的槽的配置。

正如以下更详细的解释，本天线配置具有很小的体积和小于5mm的厚度，然而在，特别是在对应于GSM系统的频率范围内，它仍然可以获得足够的增益以及通频带，该通频带不仅是足够的，而且比利用传统天线获得的通频带大得多，所述频率范围的所述通频带可以大至100Mhz到120MHz。

在优选实施例中，线圈形成装置由螺旋状线圈形式的导线构成。

所进行的多次测试表明，该线圈可以具有小的直径，例如大约3mm，以及槽形导体元件和线圈的轴之间的距离也可以很小，大约1.7mm到2mm。这使得天线具有小于4mm的总厚度。

线圈形成元件可以是通常术语意义上的线圈，即由导线构成的螺旋状物。线圈形成元件也可以是由在绝缘支撑上进行金属喷镀而构成的“扁平”线圈。

导体元件可以是导电表面，在这种情况下，对应于线圈的外表轮廓，该表面可以由天线接地平面构成，以及该槽是闭合的，并且基本上为矩形。该表面也可以是导电平板。在这种情况下，槽是张开的，即它张开(open out)到导电表面的外围。

导体元件也可以是线导体元件，在这种情况下，可以把它折叠来提供两个基本上平行的伸长部分，在它们之间定义了张开的槽的等效物。

当阅读以下给定作为非限定例子的本发明各种实施例的描述时，本发明的其它特征和优势将表现得更加明显。参考以下附图进行描述，其中：

图1A是根据本发明的天线的第一实施例的垂直剖面图；

图1B是图1A所示天线的平面图；

图2是图1A所示的天线实施例的第一变型的视图；

图3是天线的部分视图，显示了螺旋状线圈的变型结构；

图4A是本发明的天线的第二实施例的垂直剖面图；

图4B是显示所用的“扁平”线圈的特殊形状的详细视图；

图5A和图5B是显示天线的第二变型实施例的垂直剖面图和平面图；

图6是本发明的第三变型实施例的垂直剖面图；以及

图7A和7B分别是具有导体元件的第二实施例的天线的正视图和平面图。

首先，参考图1A和图1B，下面描述本发明天线的优选的第一实施例。

天线主要由导电材料做成的接地平面10构成，并且安装或者存放在例如绝缘支撑12上。正如在图1B中可以更清楚地看到的，槽14制作在接地平面10中，该槽具有以下更详细说明的形状。天线也包括辐射元件，该辐射元件由具有平行于接地平面10的轴X-X’的螺旋状线圈16构成。线圈16的一个末端16a连接到天线馈电线18，天线馈电线18本身由例如同轴电缆20构成，同轴电缆20的中心导体20a电连接到线圈的末端16a，以及同轴电缆20的屏蔽20b连接到接地平面10。线圈16的长度为L，直径为d。

图1B更详细地显示了制作在接地平面10中的槽14的特殊形状。该槽14为矩形，它基本上限制了线圈16的轮廓。换句话说，矩形槽14的长度l基本上等于线圈的长度L，而其宽度l’基本上等于线圈16的直径d。该槽是闭合的，即，它没有张开到接地平面的外围。

在特定实施例中，线圈16的直径d等于3mm，以及接地平面10和线圈16的轴X-X’之间的距离h等于1.72mm。

为了获得天线的给定阻抗，典型情况下为50Ω，线圈与接地平面之间的距离h，和线圈的直径d通过下面的公式相联系：

$Z_0=\frac{138}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{\log }_{10}\left(\frac{4h}{d}\right)$

在公式中，对于空气ε_r＝1，以及Z₀等于50Ω。

另外，在本实施例中，线圈的长度L等于20mm。这样，槽14的尺寸为20mm×3mm。

上述对天线进行的测试表明：在对应于GSM系统的频率范围内，即，对于大约920MHz的中心频率，获得的通频带位于100MHz到120MHz的范围内。

此通频带不仅对于制造便携式无线电话是完全可接受的，而且它也大约是利用例如PiFa型天线的天线可以获得的通频带的两倍。

应当强调的是，天线的总厚度是小的，因为在所述的例子中，该厚度小于3.5mm，以及特别因为制作在接地平面中的槽14的矩形形状，天线的制造也是相对简单的。

图2显示了第一实施例的第一变型，其中线圈16通过天线电缆20来不同地馈电。电缆的轴导体20a沿着线圈16的长度连接到点22，而线圈的末端16a连接到接地平面10。这产生了一个并联馈电到天线，因此可以获得对应于电感分量的阻抗。

图3显示了线圈16的变型实施例，给出参考数字30。该线圈具有第一螺距P1的其匝的第一部分32，以及具有螺距P2的其匝的第二部分34，其中螺距P2不同于螺距P1。螺旋状天线也具有恒定的直径D。对这类螺旋状天线所进行的测试表明：在通过合理地选择用于螺旋状线圈的两部分的螺距P1和P2所定义的两个或者三个频带中，天线有效地操作。

参考图4A和4B，下面描述了天线的第二变型。在该变型中，可以看到设置有闭合的槽42的接地平面40和由图4B所示的扁平线圈44所构成的辐射元件44。扁平线圈44由Z字形的扁平导体元件46构成。它也可以通过在绝缘衬底上形成的镀金属而构成。扁平天线44的末端46a连接到由同轴电缆50构成的天线导体48上。更具体地，末端46a连接到电缆50的中心导体50a上。

利用该第二变型进行测试给出了同样令人满意的结果，即使它们没有利用第一实施例获得的结果好。

参考图5A和5B，下面描述天线的第二实施例。该第二实施例与第一实施例的不同主要在于：在其中制作槽的导电表面不是天线的接地平面，而是导电板。术语“导电板”用于代表其中机器加工有张开槽的导电金属层，或者制作在绝缘衬底上的导电堆积物。

在图中，可以看到可以与图1A或者图3所示的线圈相同的线圈16。天线也包括平行于线圈16的轴X-X’的导电板50。线圈的轴与板之间的距离h与图1A中的相同。该板没有电连接到天线的任何其他部件。

板50设置有槽52，槽52的轮廓对应于线圈的形状。轮廓54通常可以为具有两个半圆形的短边54a和54b的矩形。在本实施例中，为了保证天线提供可接受的增益，槽52需要经由通向板50的外围50a的延伸部分56张开。板的长度L1可以等于35mm而宽度可以等于9mm，线圈具有上述参考图1A和1B所述的尺寸。这样，天线的尺寸很小。

线圈的末端16a连接到同轴馈电电缆62的中心导体60。板50与导体60电绝缘。

天线可以安装在便携式无线电话的印制电路64或者具有内部天线的任何其它设备上。电缆62的屏蔽62a连接到印制电路的合适的接地。

利用该第二实施例，可获得与第一实施例相同的性能。利用具有两个不同天线螺距的线圈16，可以在GSM和DCS两个频带下操作。

图6显示了本发明天线的另一实施例。在本实施例中，可以看到线圈16和具有张开的槽52的导电板50。线圈16的末端16a连接到导电板50，而天线电缆的轴导体60连接到线圈16的中间点16b。

图7A和7B显示了天线的一个实施例，其中导体元件不是由导电表面构成的，而是由线导体元件70构成的。导线元件的直径优选地不小于2.5mm。它具有两个基本上为直线的部分72和74，这两个直线部分72和74基本上相互平行。

直线部分的第一末端72a和74a通过弯曲部分76连接在一起。部分72的第二末端72b电连接到同轴电缆62的屏蔽，而部分74的第二末端74b是自由的。这样，导线元件70定义了张开的槽76的等价物。导线元件70的两部分72和74基本上是共平面的，并且位于平行于线圈16的轴X-X’的平面。

Claims (11)

1、一种包括辐射元件的小体积天线，该天线的特征在于：所述辐射元件由具有轴的线圈形成装置构成，所述线圈形成装置连接到天线导体，以及其特征在于：该天线进一步包括导体元件，该导体元件平行于所述线圈形成装置的轴，并且包括形成面对所述线圈形成装置设置的槽的装置。

2、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述线圈形成装置由螺旋状线圈形式的导线构成。

3、根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述导体元件是导电表面，以及其特征在于：所述槽形成装置由制作在所述导电表面中的槽构成。

4、根据权利要求3所述的天线，其特征在于：所述导电表面是所述天线的接地平面。

5、根据权利要求3所述的天线，其特征在于：所述导电表面是不同于接地平面的导电板，以及其特征在于：所述槽张开到所述板的外围。

6、根据权利要求4或者5所述的天线，其特征在于：所述槽为矩形，其具有长度基本上等于所述线圈的直径的一边，以及具有长度基本上等于所述线圈的长度的另一边。

7、根据权利要求4到6中任意一个权利要求所述的天线，其特征在于：所述天线导体连接到所述线圈的一个末端。

8、根据权利要求4所述的天线，其特征在于：所述线圈的末端之一电连接到所述接地平面，以及其特征在于：所述天线导体连接到沿着所述线圈的一点。

9、根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述导体元件是导线元件，该导线元件被折叠形成两个基本上相互平行的主要部分，每个主要部分具有连接到另一主要部分的第一末端的第一末端，所述槽形成装置由所述两个主要部分之间定义的空间构成。

10、根据权利要求9所述的天线，其特征在于：所述导线元件的所述两个主要部分基本上设置在平行于所述线圈的轴的同一平面上。

11、根据权利要求2到10中任意一个权利要求所述的天线，其特征在于：所述螺旋状线圈包括具有第一螺距的第一部分和具有第二螺距的第二部分，该第二螺距不同于第一螺距。

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