CN1722514A - 具有可延伸部分的平面倒f天线 - Google Patents

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CN1722514A CNA2005100848897A CN200510084889A CN1722514A CN 1722514 A CN1722514 A CN 1722514A CN A2005100848897 A CNA2005100848897 A CN A2005100848897A CN 200510084889 A CN200510084889 A CN 200510084889A CN 1722514 A CN1722514 A CN 1722514A
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Abstract

一种天线结构(126)，包括平面倒F天线(PIFA)(104)和诸如鞭状元件(106)的可延伸部分。PIFA(104)在可延伸部分(106)收缩时正常工作，一旦延伸出来，在可延伸部分(106)和与PIFA(104)的馈结构(202、208)电相反的PIFA(104)的一端(122)，也就是沿PIFA的导电路径最远的一端(122)之间形成电接触。则复合天线(126)的电长度大致等于PIFA(104)和可延伸部分(106)的电长度的和。实施例在可延伸部分(106)延伸时断开PIFA馈结构的地路径，以提供恒定输入阻抗。

Description

具有可延伸部分的平面倒F天线
技术领域
本发明一般涉及射频天线领域，更具体涉及具有可移动元件的天线。
背景技术
小型、便携无线通信设备，诸如蜂窝电话、PDA等，面对着逐渐增长的与有效率的无线通信天线相关的挑战。内置天线能够嵌入到吸引人的波形因数(form factor)中，且通常用于无线通信设备中。但是，固定天线，诸如平面倒F天线(PIFA)在紧贴着用户头部使用时，出现了性能下降，诸如在蜂窝电话呼叫期间。这样的性能下降的原因在于，例如，辐射到天线或从天线辐射来的信号的堵塞。这个堵塞和下降的性能在无线通信信号覆盖十分糟糕的地区会成为一个问题。
一种克服这种性能下降的问题的方法是增加可延伸的天线部分，诸如四分之一波或半波鞭(whip)，用来提高便携手机的RF性能。但是，800-900MHz的半波天线通常在折叠(collapse)时长度不适合装入小型便携手机中。而四分之一波鞭状天线通常不提供相对于PIFA的显著性能改善。
因此，需要克服现有技术如上所述的问题。
发明内容
根据本发明的优选实施例，一种天线具有PIFA元件，该元件具有馈端和远端。馈端具有RF连接，用于驱动PIFA，远端位于接近与馈端电相反、通过PIFA元件的电长度进行电隔离的PIFA一端的位置上。天线还具有选择性接合的天线接触，其电连接到远端。天线还具有可移动的天线元件，其能够在至少第一位置和第二位置之间移动。天线还具有馈接触，与可移动天线元件物理连接以及电连接。当可移动天线元件处于第一位置时，馈接触形成了选择性接合天线接触与可移动天线元件之间的欧姆RF路径，从而从馈端大致通过PIFA元件的电长度到馈接触并且通过可移动天线元件而创建欧姆RF路径。可移动天线元件在至少处于第二位置时还与PIFA元件电绝缘。
附图说明
附图中相似的参考标号通篇指示相同或功能类似的元件，并且与下面的详细描述一起合并到说明书中，成为说明书的一部分，用于根据本发明进一步说明各种实施例，并解释各种原理和优点。
图1说明了根据本发明示例实施例的蜂窝电话，包含具有可延伸部分的PIFA天线。
图2说明了根据本发明示例实施例、具有可延伸部分的PIFA天线。
图3说明了根据本发明示例实施例、具有收缩的可延伸部分的PIFA天线。
图4说明了本发明示例实施例所执行的处理流程图。
图5说明了根据本发明示例实施例的蜂窝电话框图。
具体实施方式
如所需，下面将公开本发明的详细实施例；但是，应该理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种不同形式来实施。因此，这里公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制而应被解释为仅仅是权利要求的基础以及用来教导本领域技术人员实际上以任何合适的详细结构不同地利用本发明的表示基础。而且，这里使用的术语和短语都不想限制本发明而是提供对本发明的可理解的描述。
原文说明书中所使用的术语“a”或者“an”定义为一个或一个以上。这里使用的术语“多个”定义为两个或两个以上。这里使用的术语“另一”定义为至少第二或更多。这里使用的术语“包括”和/或“具有”定义为开放语言的包括。
图1说明了根据本发明示例实施例，包含有具有可延伸部分的平面倒F天线(此处称为“PIFA”)的蜂窝电话100。示例的蜂窝电话100包括机壳102和电路板124。
蜂窝电话100具有复合的天线结构126，该结构包括PIFA元件104和鞭状天线元件106。鞭状天线元件106在本示例实施例中是可延伸的天线部分。示例实施例的鞭状天线元件106可在所示的第一位置(延伸)和第二位置(在下面示出，其中收缩鞭状天线元件106)之间移动。鞭状天线元件106包括在其底端的馈接触112和靠近其顶端的传导带114。这些部件的操作将在后面进行详细描述。PIFA天线结构104被显示位于地平面区域部分118附近。地平面区域部分118是较大地平面的一个示例部分，能够延伸到大部分电路板124。地平面区域部分118出于说明性的目的而显示，用来帮助解释PIFA元件104上的地连接与电路板124的地平面之间的连接，这将在下面详述。
示例蜂窝电话100包括RF电路122，RF电路包括RF接收电路，用来从天线接收信号并从中恢复基带信号，RF电路还包括RF发射电路，用来调制和混合基带信号，并将这些基带信号上变频到RF信号，通过复合天线126发射。RF电路122包括RF双工电路，允许同时发射和接收。RF电路122还包括阻抗匹配电路，用来改善示例蜂窝电话100的RF电路122和天线结构126之间的RF能量的耦合，相关领域普通技术人员应该会理解这一点。RF馈线116将RF电路122的RF端口连接到天线结构126。示例实施例的RF馈线116包括在电路板124上形成的传导传输迹线。本发明的进一步的实施例利用各种不同的RF馈线设计，诸如同轴电缆和其他结构和技术。RF电路122和天线结构126形成了该示例实施例中的无线通信部分。
示例的蜂窝电话100还包括基带电路120，用于处理数据、音频、图像、和视频数据，与用户接口电路相通信从而与RF电路122进行这些信息的对接，用户接口电路诸如有扬声器、显示器、照相机、键盘、按钮、触摸板、操纵杆、以及其他接口电路(没有全部示出)，其通信方式是本领域普通技术人员公知的。无线设备100内的其他电路包括，诸如控制器、存储器、通信接口、音频信号调节电路、数据信号调节电路，如相关领域普通技术人员所公知，但是这里没有全部显示，是为了提高这幅图的清楚度和可理解度。
示例的蜂窝电话100具有机壳102，其对于本示例实施例是外壳和支持结构。电子设备外壳，诸如机壳102，能够构造为各种形状并且包括多个不同的人机接口，诸如键盘、显示器等等。机壳102还形成对示例实施例的天线结构126的物理支持。天线结构126的可移动部分从机壳中延伸、收缩回机壳，如这里所描述的。
相关领域普通技术人员已知的设计技术包括运用计算机仿真软件来对天线结构的电磁特征进行建模，其能够将这样的天线结构设计成符合各种不同的机壳轮廓和形状。
图2说明了根据本发明示例实施例的PIFA天线布置200，延伸了可延伸的部分201。具有延伸了的可延伸部分201的PIFA天线布置200说明了PIFA元件104，PIFA元件104包括RF连接205，位于PIFA元件104的馈端220。在本示例实施例中，具有延伸了的可延伸部分201的PIFA天线布置200还包括鞭状天线元件106。鞭状天线元件106包括天线的可延伸部分，并且在这幅图中显示为其延伸的位置。在这幅图所示出的鞭状天线元件106的延伸位置，鞭状天线元件106大部分从机壳或外壳102中延伸出来，使得更有效地辐射和接收RF能量。
这个示例实施例的RF连接205具有RF馈给202和一部分地路径204，所述一部分地路径包括顶地接触208和底地接触210。RF馈给202欧姆地(ohmically)连接到RF线116，以在RF连接205和RF电路122之间发送和接收RF能量。
顶地接触208连接到PIFA元件104的馈端220。底地接触210在本示例实施例中连接到地平面部分118。如所示，在该配置中，顶地接触208与底地接触210电隔离。这导致这幅图中所示的一部分地路径204在鞭状天线元件106处于其拔出或延伸位置201时断开。在鞭状天线元件106处于其收缩位置时所实现的完成的地路径204如下描述。
PIFA元件104还显示为包括选择性接合天线接触212。选择性接合天线接触212位于PIFA元件104的远端222附近。PIFA元件104的远端222是PIFA上遵从来自馈端220沿着PIFA元件104的传导路径的最长路径的电流可达到的一端。相关领域普通技术人员知道，这个传导距离，这里也称为PIFA元件的电长度，相当于PIFA元件104设计工作的RF信号的四分之一波长。这导致PIFA元件104的远端222通过这个近似为PIFA元件104设计工作的RF信号的四分之一波长的电长度而与馈端220电隔离。很清楚，远端222与馈端220电相反，因为这两点之间的电路径是PIFA元件104中的最长传导路径。本发明的实施例将选择性接合天线接触212仅靠近(但不必需)PIFA元件的远端222放置。
鞭状元件106被显示为包括馈接触112和鞭状辐射器214。鞭状辐射器214是导电元件，在示例实施例中，其形成RF辐射元件。鞭状辐射器214上包围着基本电绝缘的材料224，其包在鞭状辐射器214上且沿着其长度而与鞭状辐射器214电绝缘。鞭状辐射器214与馈接触112有电接触。馈接触112是形成在鞭状元件106的底部的导电区。馈接触112推动与选择性接合天线接触212的物理和电接触，由此，在鞭状天线106位于其延伸或第一位置时，形成选择性接合天线接触212与鞭状天线106的鞭状辐射器214之间的欧姆接触。
如图2所示，PIFA元件104和鞭状辐射器214，与馈接触112和选择性接合天线接触212相结合，在可移动天线元件106处于其延伸或第一位置时，创建来自馈端220、大致通过PIFA元件104的电路径到馈接触112以及通过可移动天线元件106的欧姆RF路径。在示例实施例中，PIFA元件104具有从馈端220到远端222、具有延伸了的可延伸部分201的PIFA设计工作的RF信号的四分之一波长的电长度。鞭状发射器214具有相等的电长度，即也是复合天线结构126设计工作的RF信号的四分之一波长的电长度。具有延伸了的可延伸部分200的PIFA因此具有的总电长度实质上等于具有标称RF波长的RF信号的RF波长的一半，其中，具有延伸了的可延伸部分201的PIFA被设计在该标称RF波长发射和接收RF信号。
本发明的进一步的实施例包括组合了鞭状元件106的PIFA元件，鞭状元件106具有的鞭状辐射器214的的电长度等于具有延伸了的可延伸部分201的PIFA设计工作的RF信号的标称RF波长的四分之三。例如，PIFA元件104的电长度是设计工作的RF信号的四分之一波长，鞭状辐射器214的电长度是复合天线126设计工作的RF信号的四分之三波长，这为天线提供了总长度等于具有延伸了的可延伸部分201的PIFA设计工作的RF信号标称RF波长的RF信号一个全波长的电长度。
有的实施例还使用电长度大于或小于具有RF标称波长的RF信号四分之一波长的鞭状天线，其中具有可延伸部分201的PIFA设计用于在该标称波长工作。另外的实施例具有的鞭状天线的标称电长度是具有可延伸部分的PIFA设计工作的RF信号的四分之一波长的整数倍。其他的实施例是用具有任何可能长度的鞭状天线，这应该是本领域普通技术人员在考虑到本讨论之后而显而易见的。
图3说明了收缩了可延伸部分301的PIFA天线布置300，其根据本发明的示例实施例。在其收缩位置301，鞭状天线106显示为基本包含在无线设备的机壳或外壳102内。馈接触112被显示为离开任何RF连接，因此在鞭状元件106位于其收缩或第二位置301时，鞭状辐射器214的可移动天线元件与PIFA元件104电绝缘。
鞭状天线106具有传导带114，这是一种导电元件，物理上安装在包围着鞭状辐射器214的基本电绝缘的材料224之上，因此物理上依附鞭状辐射器214。传导带114通过安装在基本电绝缘的材料224之外而与鞭状辐射器214电绝缘。如图3所示，当鞭状天线106处于其收缩位置时，传导带114与顶地接触208和底地接触210物理接触和电接触，由此形成其间的传导路径。当这样放置时，顶地接触208、底地接触210以及传导带114的组合为示例实施例的RF连接205形成了地路径204。传导带114的安装，如图3所示，提供了导电元件106，其相关于可移动天线元件放置，从而在可移动天线元件106位于其收缩或第二位置301时闭合地路径204。
上述的示例实施例工作以在鞭状元件106位于延伸201和收缩301位置时，通过在鞭状天线106处于其拔出位置201时电绝缘PIFA天线104的RF连接205的地路径204，而为具有可延伸部分126的PIFA天线保持可接受的恒定输入阻抗。实施例还提供了可切换的阻抗匹配电路，其电连接到PIFA元件104的RF连接205。这些可切换阻抗匹配电路选择性放置与RF连接205串联的第一阻抗和第二阻抗中的至少一个，以使在可移动天线元件(诸如鞭状元件106)处于第一位置时，第一阻抗与复合天线结构126串联，在可移动天线元件106处于第二位置301时，第二阻抗与复合天线结构126串联。这些实施例使用了各种不同的方法来电感应可移动天线元件106的位置，诸如电接触等等。
上述本发明的实施例通过包括放置在可移动天线元件106之上的传导带114的机械开关布置来断开和闭合RF连接的地路径204。本发明的进一步的实施例通过其他装置，诸如电操作开关等，来断开和闭合RF连接205的地路径204。
图4说明了本发明示例实施例所执行的处理流程图400。处理流程开始于步骤402，用RF信号驱动PIFA元件104的第一端220。处理前进到步骤404，确定可移动天线元件106是否处于第一位置201。如果确定可移动天线元件106处于第一位置201的话，处理随后在步骤408选择性断开地路径204的顶地接触208与底地接触210的电连接。PIFA元件104的第二端220与第一端222电相反，从而形成从第一端220大致通过PIFA元件104的电长度到第二端222并且通过可移动天线元件106的鞭状辐射器214的欧姆RF路径。否则，在可移动天线元件106处于离开第一位置201的至少一个位置时，处理在步骤406选择性地电连接地路径204的顶地接触208和底地接触210。该处理通过在可移动天线元件处于第一位置时，选择性将可移动天线元件电连接到PIFA元件的第二端而在示例实施例中执行，其中第二端与第一端电相反，从而形成从第一端大致通过PIFA元件的电长度到第二端并且通过可移动天线元件的欧姆RF路径。然后在步骤404，处理返回来确定可移动天线元件是否处于第一位置201，处理继续如上所述地进行。
图5说明了根据本发明的示例实施例的蜂窝电话框图500。蜂窝电话框图500说明了蜂窝电话中包括的电路，诸如示例的蜂窝电话100中包括的电路。蜂窝电话框图500包括RF天线502、接收机504和RF发射机506。RF发射机506和RF接收机504包含在示例实施例的RF电路122中，并且连接到RF天线502，以便支持双向RF通信。RF天线502包括示例实施例中的复合天线结构126。蜂窝电话100能够同时发射语音和/或数据信号到基站(未示出)，以及从基站接收语音和/或数据信号。RF接收机504提供语音数据给音频处理器508(在基带电路120中)，音频处理器508提供语音数据给RF发射机506，从而实现语音通信。音频处理器508麦克风510获取语音信号，并且向扬声器512提供语音信号。RF接收机504、RF发射机506、音频处理器508、麦克风510和扬声器512操作用于将语音信号传送到示例蜂窝电话100，以及从蜂窝电话100传送语音信号，其传送方式类似于传统蜂窝电话所使用的那些方式。
蜂窝电话框图500包括控制器516，其在示例实施例中控制蜂窝电话100的操作。控制器516通过控制总线522连接到蜂窝电话框图500的各种部件。控制器516还通过无线链路(未示出)将数据传送到外部设备，诸如基站和/或服务器。控制器516将数据提供给数据处理器514，并且从数据处理器514接受数据。示例实施例的数据处理器514执行实现与外部站的无线数据通信所必需的通信处理。数据处理器514提供用于传输的数据给RF发射机506并且从RF接收机504接受那些接收的数据。
控制器516通过显示器520提供视觉显示数据给用户。示例实施例的显示器520是液晶显示器，其能够显示字母数字和图形数据。控制器514还从键盘518接受用户输入。键盘518类似于传统蜂窝电话键盘，具有按钮来接受用户输入，从而支持本发明示例实施例的操作。
示例实施例的控制器516储存数据，并从易失性存储器524和非易失性存储器526中提取数据。非易失性存储器526包括计算机程序产品以及很少改变的其他数据来支持蜂窝电话100的操作。尽管非易失性存储器526包含的数据在蜂窝电话100的操作期间不会经常改变，但非易失性存储器526的内容能够在需要重新编程的时候得到改变。非易失性存储器526能够包括电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)和相关领域普通技术人员已知的其他这样的设备。易失性存储器525储存的数据能够在蜂窝电话100的正常操作期间改变，在示例实施例中包括随机存取存储器(RAM)。
本发明的示例实施例的优点包括提供简洁的、制造起来不昂贵的天线结构，其可以轻易结合到便携无线设备中。示例实施例还提供了具有可收缩的鞭状元件的天线结构，其在鞭状元件收缩时有效操作，在鞭状天线拔出时提供增强操作。
尽管公开了本发明的具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，可以对具体实施例做出改变，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的范围不受具体实施例的限制，权利要求覆盖了本发明范围内的任意和所有这样的应用、修改和实施例。

Claims (10)

1.一种天线，包括：
PIFA元件，具有馈端和远端，馈端具有RF连接，用于驱动PIFA元件，远端位于接近与馈端电相反且与馈端通过PIFA元件的电长度而电隔离的PIFA元件的一端的位置；
选择性接合天线接触，电连接到远端；
可移动天线元件，可在至少第一位置和第二位置之间移动；和
馈接触，与可移动天线元件物理和电连接，当可移动天线元件处于第一位置时，馈接触形成选择性接合天线接触和可移动天线元件之间的欧姆RF路径，从而创建从馈端大致通过PIFA的电长度到馈接触且通过可移动天线元件的欧姆RF路径，其中，可移动天线元件在处于除第一位置以外的位置时，与PIFA元件电绝缘。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述可移动天线元件包括鞭状天线。
3.如权利要求2所述的天线，其中，所述第一位置包括使鞭状天线从外壳中延伸出来。
4.如权利要求2所述的天线，其中，所述第二位置包括使鞭状天线收缩到外壳中。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述RF连接包括RF路径和地路径，其中，地路径在可移动天线元件处于第一位置时断开，在可移动天线处于至少第二位置时闭合。
6.如权利要求2所述的天线，其中，所述可移动天线元件物理上依附导电元件，并与该导电元件电绝缘，所述导电元件相关于可移动天线元件放置，使得在可移动天线元件处于至少第二位置时闭合地路径。
7.如权利要求1所述的天线，还包括可切换阻抗匹配电路，电连接到RF连接，其选择性地放置与RF连接串联的第一阻抗和第二阻抗中的至少一个中的一个，由此使得在可移动天线元件处于第一位置时，放置第一阻抗串联，当可移动天线元件处于除第一位置以外的位置时，放置第二阻抗串联。
8.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线设计用于在标称RF波长进行发射和接收RF信号中的至少一个操作，其中，从馈端、大致通过PIFA元件的电长度到馈接触、并且通过可移动天线元件的电RF长度大致等于标称RF波长的一半。
9.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线设计用于在标称RF波长进行发射和接收RF信号中的至少一个操作，其中，可移动天线元件的电RF长度实质上等于标称RF波长的四分之一。
10.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线设计用于在标称RF波长进行发射和接收RF信号中的至少一个操作，其中，从馈端、大致通过PIFA元件的电长度到馈接触、并且通过可移动天线元件的电RF长度实质上等于所述RF波长。
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