CN1788390A

CN1788390A - 无线终端的改进或与其相关的改进

Info

Publication number: CN1788390A
Application number: CN200480013033.4A
Authority: CN
Inventors: K·R·博伊勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: GB0403765D0; GB0311077D0; CN1788390B

Abstract

一种无线终端，其包括：一个外壳(10)，该外壳包括一个具有接地平面的基板(12)；安装在该基板上的RF组件；由该基板支承、并电耦合到RF组件用于发射和接收信号的PIFA(平面倒F天线)；处于该基板中的切口天线(14)，用于接收与该PIFA发射的某些信号的发射带宽至少部分重叠的频带内的信号。当正在使用PIFA(16)发射处于所述发射频带内的信号时，停用切口天线。

Description

无线终端的改进或与其相关的改进

技术领域

本发明涉及无线终端的改进或与其相关的改进。本发明具体(但并非专门地)应用于可遵照诸如GSM(880至960MHz)、DCS(1710至1880MHz)和PCS(1850至1990MHz)之类的电话标准工作并且可根据需要按照蓝牙^TM(2.4GHz范围中的ISM频带)标准工作的多标准蜂窝电话。本发明还涉及一种无线模块，其具有天线和至少那些包括在耦合级中的元件。

背景技术

在研发各代蜂窝电话的过程中，大量精力花在了减小无线终端的体积上。与此相配合，在仍然保持天线灵敏度的同时减小它的体积的目标就是减小总体体积。外装单极天线已经被诸如PIFA(平面倒F天线)和切口天线之类的内置天线所代替。

美国专利申请公开US2003/0103010A1公开了一种具有包括PIFA的双频带天线配置的手机。PIFA很受某些手机制造商的欢迎，因为它们显示出低的SAR(单位吸收率)性能(并因此对头部的损耗小)，并且它们是安装在电话电路上方的，并因此在一定程度上“再利用”了电话内的空间。该文献的说明书中公开的PIFA包括一个相邻于接地导体安装但是与接地导体间隔开的平面贴片导体，该接地导体通常是一个印刷电路板，其上至少安装着RF组件。第一馈电导体在第一点处与贴片导体相连，第二馈电导体在第二点处与第二贴片导体相连，并且接地导体在位于第一和第二点之间的第三点处与贴片导体相连。天线所要匹配的阻抗可以通过改变第一、第二和接地导体的厚度来改变。PIFA由天线共用器进行馈电，例如GSM和DCS电路与该天线共用器相连。按照变形方式，平面贴片天线具有一个缝隙，可以将该缝隙看作将平面导体分成两个与公共馈线连接的不同尺寸的天线。将两个天线中较小的一个连接成用来接收DCS频率，而将两个天线中较大的一个连接成用来接收GSM频率。然而，这样的天线在体形上是很大的，并且难以在超过两个蜂窝频带上使用。

美国专利说明第6,424,300B1号公开了用于便携式无线终端的切口天线。切口天线最好形成在印刷电路板(PCB)的接地平面导体中，该印刷电路板上具有接收和发射RF信号的RF电路。在这个说明书中，可以将切口天线用作接收无线通信信号的主天线，或用作用于接收诸如蓝牙^TM或全球定位信号(GPS)之类的信号的辅助天线。当切口天线用作辅助天线时，主天线可以包括另一个切口天线、外部单极鞭状天线或者PIFA。当主和辅助天线均是切口天线时，它们最好具有正交的极化方向，这样能够在它们之间实现良好的隔离。这个说明书实质上公开一种具有两个天线的便携式无线终端，这两个天线中至少一个是切口天线，用于处理按照两个标准中的相应一个来工作的信号。没有公开用来在超过两个频带上使用的结构。

发明内容

本发明的目的是减小天线的体积或增加无线终端覆盖的频带的数量。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线终端，包括：基板，该基板上具有接地平面；RF组件，其安装在该基板上；和PIFA(平面倒F天线)，具有与接地平面和RF组件电耦合的连接机构，该RF组件的特征在于，该基板上设置了用于接收信号的切口天线，并且其特征还在于，设置了停用构件以便当正在使用PIFA发射信号的时候停用切口天线。

根据本发明的第二方面，提供了一种无线模组，包括：基板，该基板具有安装于其上的RF组件；和用于连接PIFA(平面倒F天线)的构件，特征在于，在基板上设置了切口天线，并且特征还在于，为了停用切口天线而设置了停用构件。

本发明是基于这样的认识：低SAR性能促进了使用PIFA主要用来进行发射，并且处于同一处的切口可以用于进行接收(或者在认为SAR不重要的那些应用中)。这样一个配置的好处是，如果在两个或多个天线之间对所有发射和接收频带的覆盖范围进行划分，则天线的分数带宽可以得到减少。

附图说明

现在将参照附图、以举例的方式对对本发明进行介绍，其中：

图1说明了在美国和欧洲蜂窝电话频带如何分配；

图2是可携无线终端的透视简图，该终端包括一起没置的PIFA和切口天线；

图3是一个与PIFA S₁₁相关的史密斯圆图；

图4是一个与切口天线S₁₁相关的史密斯圆图；

图5是一个操作图2所示的天线配置的组合的示意性电路图；

图6说明了端接无源网络的切口天线；以及

图7是以分集模式工作的PIFA和切口天线的示意性方框图。

在附图中，相同的附图标记用来表示相应的特征。

具体实施方式

图1示出了欧洲和北美蜂窝频带。发射频带Tx用深灰色表示(在每一对的左边)，而接收频带Rx用浅灰色表示(在右边)。在欧洲，分别为880至960MHz和1710至1880MHz的GSM和DCS频带均供时分双工系统使用，而1920至1980MHz(发射)和2110至2170MHz(接收)的UMTS频带主要是进行全双工频分。在美国，在分别为824至894MHz和1850至1990MHz的AMPS和PCS频带中采用系统和双工方式的混用。1710至1755MHz和2110至2155MHz的高级无线系统(AWS)频带最近分配给了3G系统，虽然如何使用这些频道的问题还没有得到解决。

目前，许多电话都制作成在支持欧洲GSM和DCS频带的同时还支持美国PCS频带(在TDMA IS54/136模式下)。由于许多其他国家已经采用了欧洲或者美国的频带分配方案，因此这能够实现几平全球漫游。为了覆盖这些频带，需要15.1％的天线分数带宽(1710-1990MHz)。为了仅覆盖发射频带，仅需要11％的的分数带宽，也就是说，所需的带宽减小了大约三分之一。为了利用这个优点，根据本发明的无线终端为发射频带使用一个PIFA或多个PIFA，而为接收频带(例如PCS Rx频带)使用一个切口或多个切口。当采用PIFA时，可以通过跨越切口的开口端进行切换来停用该切口。由于PIFA和切口可以占据相同的体积，并且两个天线仅需覆盖整个带宽的一个子部分，因此，与其它已知的方案相比，所占据的总体积可以减小。

图2是包括外壳10的便携式无线终端的立体透视简图，该外壳包含一个印刷电路板形式(PCB)12的基板，该基板一般来说尺寸为40×100×1mm，支承着构成无线终端的RF、AF和控制电路的模组和其它组件。pcb12还构成天线组件的接地平面，该天线细件由在pcb12中形成的切口天线14以及安装在切口天线14上方的双频带GSM/DCS PIFA 16构成，并且该PIFA 16位于与pcb12平行但与其隔开的平面上。

切口天线14包括pcb12中的L形切口N。切口N包括沿pcb12的横向延伸的第一个终端闭合的分支B1。第一分支B1的开口端与第二分支B2的一端相通，分支B2的另一端开口到pcb12的边缘上。在接近第一分支B1的封闭端的选定点18处对切口N馈电，并且在与第二分支B2的开放端相邻的选定点20处施加调谐/切换信号。可以通过将调谐电容器22放置在选定点20来调谐切口天线14。在使用小调谐电容器的情况下，切口天线14可以用于蓝牙^TM和2.4GHz区域(国家与国家之间是不同的)内的ISM频带中的其它任何频率，而不会对双频带PIFA 16的性能产生不利的影响。在使用大调谐电容器的情况下，切口天线14可以用于PCS接收频带(从1930-1990MHz)。

PIFA 16包括具有曲折线形缝隙24的平面导体，该缝隙由多个相互连接的直线部分L1、L2、L3和L4形成。部分L1一端闭合，并且部分L4开口在平面导体的上边缘上，如图2所示。可以将缝隙24看作将贴片导体分成两个与公共的馈点相连的天线，即用于DCS/PCS频带的较小中心辐射体以及用于GSM频带的围绕着中心辐射体的较长辐射体。馈点连接机构26将贴片导体的一角28与处于pcb12的对应角上的连接点30连接起来，并且接地连接机构32将pcb12上的接地平面与贴片导体上的点34连接起来，该点34与角28处于缝隙24开放端的同一侧。

在工作中，切口天线14可以利用大电容器调谐到PCS接收频带。由于这个频率接近于PIFA 16工作的较高频率，因此需要在使用PIFA时将切口的开放端短路。这可以通过放置在选定点20的简单的开关SW2(例如PIN二极管、FET或MEM(微电磁系统)装置)来实现。

当开关SW2闭合时，即导电时，40×100×1mm pcb12上的双频带PIFA 16的S₁₁性能为图3中史密斯圆图所示那样。史密斯圆图示出了800MHz和3.0GHz之间的频率f的模拟结果，源阻抗是50Ω。符号s1和s2表示GSM频带边缘，而符号s3和s4表示DCS频带边缘。可以看出切口天线14对PIFA的输入阻抗没有影响。可以相信切口天线14不会对SAR产生不利的影响。

在上面介绍的模拟过程中，天线的总效率(包括失配)在GSM和DCS/PCS频带上大于60％，尽管假设开关仅具有10Ω的导通电阻。因此证明，在闭合状态下，开关品质不是重要因素。

开关SW2断开，即不导电，并且在切口N的开放端上应用了用于PCS接收的最佳调谐电容22，切口天线14针对800MHz和3.0GHz之间的频率f的S₁₁性能如图4所示。在图4中，符号s1和s2表示PCS Rx频带边缘。在进行这一模拟的过程中，假设断开状态是由反向偏置电容为0.2pF且Q为20的PIN二极管提供的。在这些条件下，实现了50％的最坏情况效率(包括失配)。可以相信，使用品质更好的开关(比如MEM装置)可以实现更好的性能。

图5示意性地示出了用于PIFA 16和切口天线14的上述电路模组。

在GSM(发射/接收模式)和DCS发射模式下，与开关SW2同时工作的开关SW1被连接到PIFA馈点26上。被开关SW2短路的调谐电容器22被连接到切口天线14上。开关SW2的操作受控制器36的控制。馈点18经由电容器C1耦合到PCS接收器38的输入端。另一个电容器C2将该输入端耦合到地。

PIFA 16的馈电连接机构26经由串联开关SW1耦合到天线共用器40。开关SW1受控制器36的控制。GSM/DCS/PCS发射器42与天线共用器40的输入端耦合，并且天线共用器的输出端与GSM/DCS接收器44相耦合。

在发射/接收模式下，控制器36同时操作开关SW1和SW2，以便同时闭合或断开。

在GSM/DCS/PCS发射模式下，开关SW1和SW2处于闭合状态。发射器42经由开关SW1耦合到PIFA 16的馈点26。开关SW2在其闭合状态下旁路调谐电容器22，因而使切口天线14失谐。

当开关SW1和SW2处于断开状态时，于是没有发射信号供应给馈点26，并且调谐电容器22被耦合到切口天线14，以便使其能够接收PCS信号。所接收的信号经由电容器C1被传送到PCS接收器。

图6示出了采用无源网络46来防止切口天线14发射信号。无源网络46具有带阻滤波器特性，这种特性表现为在切口天线的频率上开路而在PIFA的频率上短路。例如，PIFA 16可以用于UMTS Tx，而切口天线14用于UMTS Rx。由于UMTS同时需要Tx和Rx，因此，在UMTS发射频率上，可以通过使调谐电容器和滤波器(即，无源网络46)得到有效短路，使切口天线14看上去不工作，而在UMTS接收频率上，通过由于网络46表现为开路而使调谐电容器和滤波器有效，使切口天线14工作。无源网络可以实施为体声波(BAW)谐振器。

可以使用超过一个切口天线，例如，来同时提供GSM/DCS/PCS和蓝牙^RTM或者提供分集。

图7示出了采月PIFA和切口天线来实现切换分集和同时分集的简单电路配置，在该切换分集中，基于信号质量/强度测量结果来选定这些天线的一个或另一个；在同时分集中，将两个天线接收的信号进行合成。两个天线的输出端与相应放大器48和50的输入端相连接。这些放大器的输出端与求和级52相连接，该求和级对放大器的输出进行合成。

放大器48和50的输出端与信号质量/强度测量级54相连接，该级具有与控制器36相耦合的输出端。

在切换分集的情况下，控制器36以参照图5介绍的方式控制开关SW1和SW2，即，它们二者均处于闭合状态或均处于断开状态，以致任何一次只有PIFA和切口天线中的一个或另一个在使用。在操作中，假设PIFA被选定，则由测量级54执行质量/强度测量。控制器36改变开关的状态，使得利用切口天线14进行测量。将结果进行时比，并由控制器36选出较好的天线。

在同时的情况下，控制器控制开关SW1和SW2，使得SW1处于闭合状态并且SW2处于断开状态，如图所示。来自两个天线的信号在求和级52中进行相加。

本发明还可以应用于任何仅有某些频带需要低SAR的多频带系统。这对所有目前的和将来的无线通信系统来说是特别合适的。

虽然本发明是参照具有PIFA天线并工作在GSM、DCS和PCS频带中的无线终端加以说明的。但是本发明还可以应用到任何多频带无线电设备和应用到其它双频的应用系统中。

在本说明书和权利要求书中，置于元件前面的词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件的可能。另外，措词“包括”不排除除了所列的元件或步骤之外还存在其它元件或步骤的可能。

通过阅读本发明的公开内容，其它的修改实施方式将对本领域技术人员来说是显而易见的。这些修改实施方式可以涉及在无线终端及其组成部分的设计、制造和使用中公知的以及可以代替或附加于本文已经介绍过的特征使用的其它特征。

工业适用性

天线、无线模块和无线终端，例如多标准蜂窝电话。

Claims

1、一种无线终端，包括：基板，该基板上具有接地平面(12)；RF组件，其安装在该基板上；和PIFA(平面倒F天线)(16)，具有与接地平面和RF组件电连接的相耦合的机构，该无线终端的特征在于，该基板上设置了用于接收信号的切口天线(14)，并且其特征还在于，设置了停用构件(SW1、SW2、36)以便在正在使用PIFA(16)发射信号的时候停用切口天线。

2、如权利要求1所述的无线终端，特征在于PIFA是双频开缝平面贴片天线。

3、如权利要求1或2所述的无线终端，特征在于该停用构件响应于该切口天线的启用来停用PIFA。

4、如权利要求1、2或3所述的无线终端，特征在于该停用构件包括用于使切口天线失调的构件。

5、如权利要求1、2或3所述的无线终端，特征在于，跨越切口连接了容性构件，用于对切口天线进行调谐，并且特征还在于，用来停用该切口天线的构件包括用于短路该容性构件的构件。

6、如权利要求5所述的无线终端，特征在于，停用构件包括无源网络(46)，该网络在切口天线的工作频率上表现为开路，并在PIFA的工作频率上表现为短路。

7、如权利要求1至6中任一项所述的无线终端，特征在于，停用构件具有分集工作模式，在该模式下，PIFA和切口天线均工作于接收模式下，并且特征还在于，设置了用于对来自PIFA和切口天线的输出信号进行求和的构件。

8、如权利要求1至5中任一项所述的无线终端，特征在于，包括：用于测量PIFA和切口天线接收到的信号的同期质量并且用于针对接收信号选择PIFA和切口天线中接收到较好质量信号的一个的构件(54)。

9、一种无线模组，包括：基板(12)，该基板具有安装于其上的RF组件；和用于连接PIFA(平面倒F天线)(16)的构件，特征在于，在基板上设置了切口天线(14)，并且特征还在于，为了停用切口天线而设置了停用构件(SW1、SW2)。

10、如权利要求9所述的无线模组，其特征在于，跨越切口连接了容性构件，用于对该切口天线进行调谐，并且特征还在于，用于停用切口天线的构件包括用于短路所述容性构件的构件。