CN1871742B - 多频带天线和包含该多频带天线的无线电装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于无线电通信设备的天线(100)包括接地面(140)和叠加在接地面之上的导体回路(110)。单极(120)延伸到接地面之外，并且单极和导体回路被耦合在公共馈电点(150)上。在一些实施例中，导体回路是矩形。在其他实施例中，天线还可以包括螺旋元件(130)，其与单极同轴布置并且耦合到公共馈电点。接地面，导体回路，单极和螺旋元件可以被配置为在用于蜂窝电话、全球定位服务，和特设网无线网络的很宽的频率范围上提供期望的电压驻波比(VSWR)。还公开了包含这种天线的无线电通信设备。

Description

多频带天线和包含该多频带天线的无线电装置
技术领域
本发明涉及无线电通信，更具体而言，本发明涉及无线电通信天线和包含该无线电通信天线的无线电通信设备。
背景技术
诸如蜂窝电话和可无线连接的便携式电脑和个人数字助理(PDA)之类的无线终端，现在通常设计为在多个频率范围中操作。例如，现在许多蜂窝电话设计为操作在额定频率为850MHz，900MHz，1800MHz和/或1900MHz的GSM和CDMA模式的双频带或三频带上。现在越来越希望这些设备还能够在其他频带中提供业务，诸如用于GPS(全球定位业务)和蓝牙无线特设(ad hoc)网络的频带。
具有单独馈电点的多个天线通常用来提供这样的多频带性能。例如，SonyEricsson T206型号的无线电话包括2个单独的天线，一个用于850/1900MHz频带，一个用于GPS；SonyEricsson的Z1010型号的电话具有一个工作在GSM900/1800/UMTS(UMTS的频率范围是用于传送的1920-1980MHz和用于接收的2110-2170MHz)的天线和一个用于蓝牙通信的单独天线；SonyEricsson型号T68i电话具有一个用于900/1800/1900MHz的天线和用于蓝牙通信的单独天线；SonyEricssonT616具有分别用于850/1800/1900MHz和蓝牙的单独天线。欧洲专利No.1237224中描述了具有回路天线结构和刀形天线结构的组合天线结构的多带天线。
根据无线终端预期将在其之上操作的频率数量的增加，需要在多个频带上提供期望操作特性的天线。
发明内容
在本发明的一些实施例中，一种无线电通信天线包括一个接地面和叠加在该接地面上的导体回路。一个单极(monopole)延伸到该接地面之外，并且该单极和导体回路被配置成在公共馈电点上耦合。在本发明的一些实施例中，该导体回路在其中具有反射特性，诸如角。
在本发明的另一些实施例中，导体回路是矩形的。该导体回路可以被布置为基本平行于接地面，并且该单极可以基本平行于导体回路。该单极可以在其角处耦合到导体回路。在一些实施例中，接地面，导体回路和单极可以被配置来在大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上提供小于大约3的电压驻波比(VSWR)。
在本发明的另一些实施例中，导体回路被放置在邻近接地面的边缘，单极延伸到接地面的边缘之外。接地面可以包括在印刷电路基片上的导电层。公共的馈电点可以包括在印刷电路基片上的焊点(pad)。
根据本发明的又另一些实施例，天线还可以包括与单极同轴布置并耦合到公共馈电点的螺旋元件。接地面，导体回路，单极和螺旋元件可以被配置来在大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上提供小于大约3的电压驻波比(VSWR)，和在大约800MHz到大约900MHz的频率范围上提供小于3的VSWR。在一些实施例中，单极包括可收缩的单极，其配置来通过螺旋元件延伸和收缩，并配置来连接到延伸位置中的公共馈电点。当该可收缩单极在延伸位置时该螺旋元件可以被配置来从公共馈电点断开连接，当该可收缩单极在收缩位置时该螺旋元件可以被配置来连接公共馈电点。
在本发明的一些实施例中，该接地面包括矩形接地面，该导体回路包括矩形导体回路，该矩形导体回路具有基本上与矩形接地面的较短边对齐的一边，并且单极包括基本上线性的导体，该线性的导体从接地面边缘的矩形导体回路的角的耦合点基本上垂直地延伸到接地面边缘。在某些实施例中，导体回路具有大约18mm×8mm的尺寸，其较长边基本上与接地面的边缘对齐，并且与接地面分离大约5mm到大约10mm的频率范围，单极具有大约36mm的长度。接地面可以包括基本上矩形的接地面，其长度大于大约110mm，宽度大于大约40mm。螺旋元件可以缠绕着单极并且耦合到公共馈电点。
根据本发明的其他实施例，一种无线电通信设备包括一种框架，该框架支撑的无线电通信电路，和该框架支撑的导体接地面。一个导体回路由该框架支撑并且叠加在该接地面之上。单极由该框架支撑并且延伸到接地面之外。单极和导体回路被配置来在公共馈电点耦合到无线电通信电路。该导体回路其中可以具有反射特征，例如导体回路可以是矩形。接地面，导体回路和单极可以被配置来在大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上提供小于大约3的电压驻波比(VSWR)。一个螺旋元件可以与单极同轴布置并耦合到公共馈电点，并且接地面，导体回路，单极和螺旋元件可以被配置来在大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上提供小于大约3的电压驻波比(VSWR)，和在大约800MHz到大约900MHz的频率范围上提供小于3的VSWR。
在另一些实施例中，该框架包括一个具有第一和第二可旋转耦合部分的掀盖式外壳(clamshell housing)，接地面可以包括分别放置在第一和第二外壳部分的之一的电耦合的第一和第二部分。该第一和第二外壳部分可以由铰链机械地连接，单极和螺旋元件可以放置在第一和第二外壳部分之间，并且基本上与铰链的旋转轴平行对齐。
根据本发明的另一些实施例，无线电通信设备包括框架，该框架支撑的无线电通信电路，电耦合到该无线电通信电路并且由该框架支撑的天线，该天线包括公共馈电导体回路，单极和螺旋元件。该导体回路元件其中可以具有反射特征，例如该导体回路元件可以包括矩形导体回路。该设备还可以包括由该框架支撑的接地面，该导体回路元件可以被放置叠加在接地面之上。接地面，导体回路元件，单极元件和螺旋元件可以被配置来在大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上提供小于大约3的电压驻波比(VSWR)，和在大约800MHz到大约900MHz的频率范围上提供小于3的VSWR。
附图说明
图1是根据本发明一些实施例的天线的平面图。
图2是图1天线的透视图。
图3是根据本发明一些实施例的天线的电压驻波比(VSWR)曲线。
图4是根据本发明一些实施例的适合于蜂窝电话使用的天线配置图。
图5是图4的天线的VSWR曲线。
图6是根据本发明另一些实施例的具有修改尺寸的天线的VSWR曲线。
图7是根据本发明一些实施例的适合于无线PDA电话使用的天线配置图。
图8是图7的天线的VSWR曲线。
图9是根据本发明一些实施例的适合于便携式计算机使用的天线配置图。
图10是图9的天线的VSWR曲线。
图11说明了根据本发明其他一些实施例的适合于掀盖式(clamshell)外壳使用的天线配置。
图12是图11的天线的VSWR曲线。
图13说明了根据本发明其他一些实施例的在收缩位置的适合于掀盖式通信设备使用的可伸缩天线配置。
图14是图13的收缩的天线的VSWR曲线。
图15说明了在延伸位置的图13的可收缩天线。
图16是图15的延伸的天线的VSWR曲线。
图17说明了根据本发明其他实施例的无线电通信设备。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明具体的示例性实施例。然而本发明可以用许多不同的形式实现并且不应该解释为限制为这里所述的实施例；相反，提供这些实施例是为了让该说明书公开的彻底完全，并完全向本领域的普通技术人员传达本发明的范围。在附图中，相似的数字表示相似的元件。应该理解，当一个元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可以直接连接或耦合到该另一个元件，或者也可以存在中间元件。
图1和2说明了根据本发明一些实施例的天线100。该天线包括导体回路110，该导体回路110耦合到单极120，该单极120在公共馈电点150具有长度c。导体回路110被放置叠加在接地面140之上并基本上平行于该接地面140，并且与其间隔h。如图所示，所示的导体回路110具有通常的矩形配置，其边的尺寸为a，a′，b和b′。如图所示，天线100还包括螺旋元件130，该螺旋元件130缠绕在单极120上(例如与该天线同轴)，并且还耦合到公共馈电点150。正如以下将详细介绍的，在本发明的不同实施例中，根据是否需要较低频率操作频带，可以包括或者省略螺旋元件130。
现在参考图3，其示出了根据图1和2的线所配置的原型天线的VSWR曲线，其中接地面140是矩形，其尺寸为110mm×40mm，并且其中a，a′，b，b′的尺寸如下：
a＝a′＝18mm；
b＝b′＝8mm；
c＝36mm；以及
h＝5到10mm。
公共馈电点150通过使用在印刷电路板上的50欧姆的馈电焊点来提供，在该印刷电路板上形成了接地面140。可以理解无线电通信电路(未示出)，例如接收机、发射机或收发机，可以连到馈电点以经由天线100传送无线电信号。
如图3所示，原型天线展现了期望的VSWR，该VSWR在从大约1.5GHz到大约2.5GHz的频率范围上是3或小于3，该频率范围涵盖了GPS，DCS，PCS，UMTS和蓝牙频率。这可以归因于导体回路和单极的组合，即由于导体回路中的角引起的反射，在这些频率上该导体回路在其自身和单极中引起谐振。
仍然参考图3，根据本发明的另一些实施例，可以添加螺旋元件以便在大约800MHz到大约900MHz的范围内提供附加频带。例如，如图3所示，该螺旋元件130可以在大约800MHz到大约900MHz的频率范围上提供小于3的期望VSWR。在具有上述配置的原型天线上执行的测量显示了以下增益特征：
在849MHz上为1.3dBi
在1.575GHz上为-0.5dBi
在1.71GHz上为0.5dBi
在1.85GHz上为1.8dBi
在1.99GHz上为2.0dBi
在2.11GHz上为0.5dBi；和
在2.45GHz上为2.0dBi
图4说明了根据本发明其他实施例的天线400，包括公共馈电单极420和叠加在矩形接地面430之上的矩形导体回路410，该矩形接地面430在基片上形成，具有尺寸为40mm×110mm。该配置可以适合于用在例如非折叠(直板)蜂窝电话中。如图所示，天线400不包括螺旋天线。图5说明了对于这种天线的VSWR特征。图6说明了修改的天线400的VSWR特征，其中天线尺寸加倍从而在大约900MHz的中心谐振频率处具有50％的带宽，即带宽覆盖大约700MHz到大约1100MHz。
图7说明了根据本发明其他实施例的天线700，包括公共馈电单极720和矩形导体回路710，该矩形导体回路710叠加在矩形接地面730之上，该矩形接地面730在基片上形成，其具有80mm×120mm的尺寸。该配置适合用于例如无线PDA。图8显示了这种天线的VSWR特征。
图9说明了根据本发明的其他实施例的天线900，包括公共馈电单极920和矩形导体回路910，该矩形导体回路910叠加在矩形接地面630之上，该矩形接地面630在基片上形成，其具有8in×12in的尺寸。该配置适合用于例如便携式或笔记本计算机。图10显示了这种天线的VSWR特征。
图11说明了根据本发明的其他实施例的的天线装置，尤其是适合于无线电通信设备(诸如蜂窝电话)使用的天线装置，其具有掀盖式外壳形式的框架，包括第一和第二外壳部分1150a，1150b，它们可旋转地通过铰链(未示出)耦合。天线1100包括公共馈电单极1120和矩形导体回路1110，该矩形导体回路1110叠加在第一接地面部分1140a之上，该第一接地面部分1140a被安装在第一掀盖式外壳部分1150a中。第二接地面部分1140b被安装在第二掀盖式外壳部分1150b中并通过接地面导体1140c耦合到第一接地面部分1140a。螺旋元件1130由单极1120和导体回路1110公共地馈电，并且被设置与单极1120同轴布置。如图所示，单极1120和螺旋元件1130被布置延伸到接地面部分1140a之外，并且布置成平行于连接外壳部分1150a和1150b的掀盖式铰链的旋转轴。应当理解，无线电通信电路(未示出)可以被包括在外壳1150a，1150b中，并连接到导体回路1110，单极1120和螺旋元件1130的公共馈电点。图12说明了图11的天线配置的模拟VSWR。
图13说明了根据本发明的其他实施例的天线装置，更具体而言是可收缩天线1300，适合用于无线电通信设备，诸如蜂窝电话。天线1300包括可收缩单极1310，螺旋元件1330和矩形导体回路1320。这些元件被配置来从馈电1340馈电。导体回路1320叠加在第一接地面部分1350a之上，其通过接地面导体1355连接到第二接地面部分1350b。应当理解，无线电通信电路(未示出)可以耦合到馈电1340。图14说明了图13所示的缩回位置的天线1300的模拟VSWR。图15说明了在延伸位置的天线1300，图16说明了在延伸位置的天线1300的模拟VSWR。
当可收缩单极1310在缩回位置(图13)时，螺旋元件1330连接到回路1320和公共馈电1340，单极1310断开连接。如图14所示，这在跨越850MHz，GPS，1800MHz，1900MHz，UMTS和BT频带上产生了小于2.5的VSWR。当单极1310如图15所示完全延伸时，单极1310连接到回路1320和馈电1340，螺旋元件1330断开连接。在跨越850MHz，1800MHz，1900MHz，UMTS和BT频带上的相应的VSWR小于2.6，如图16所示。
可收缩单极1310可以包括四分之一波长的单极(例如，对于850或900MHz频带)，而螺旋元件1330可以是双频带的：850/1900MHz或者900/1800MHz频带。单极1310，回路1320和螺旋元件1330的组合可以用于850/1800/1900/UMTS/BT频带的组合或者是900/1800/1900/UMTS/BT频带的组合。回路1320的尺寸可以与图1和2的回路的尺寸相似。当在掀盖式设备中使用(例如蜂窝电话)时，图13和15所示的配置尤其是有利的。更具体而言，当使用天线1300的设备处于打开的位置时，用户可以将可收缩单极1310拉出(例如在乡村区域或边缘区域)以便改善该设备的通信。
图17说明了根据本发明其他实施例的无线电通信设备1700。该设备1700包括框架1710(例如，外壳或其他支撑结构)，该框架支撑无线电通信电路1720。该无线电通信电路1720可以操作性地耦合到其他电子组件，诸如处理器1730和用户接口电路1740。可以理解这些组件可以用许多不同的方式布置。该无线电通信电路1720被耦合到用于(叠加在接地面1754之上的)导体回路1751、单极1752和螺旋天线元件1753的公共馈电点1755。应该理解，该设备1700可以有几种形式，包括但不限于，移动终端(MT)设备(例如蜂窝电话)，PDA，桌上计算机、便携式计算机，笔记本计算机、PCMCIA卡和PCI总线卡。
在附图和说明书中，公开了本发明的示例性实施例。虽然使用了特定的术语，但是它们使用在普通的和描述性的理解，并不是为了限制的目的，本发明的范围可以由以下权利要求限定。

Claims (35)

1.一种天线，包括
接地面；
叠加在接地面之上的导体回路；和
延伸到接地面之外的单极，
其中，单极和导体回路被配置为耦合到公共馈电点，所述的天线还包括螺旋元件，所述螺旋元件缠绕在单极周围并且耦合到公共馈电点；其中，导体回路包括闭合的导体回路。
2.如权利要求1所述的天线，其中，导体回路其中具有反射特征。
3.如权利要求2所述的天线，其中，反射特征包括角。
4.如权利要求3所述的天线，其中，导体回路是矩形。
5.如权利要求4所述的天线，其中，导体回路平行于接地面。
6.如权利要求4所述的天线，其中，单极平行于导体回路。
7.如权利要求4所述的天线，其中，单极在导体回路的角处耦合到导体回路。
8.如权利要求4所述的天线，其中，接地面、导体回路和单极被配置来在1.5GHz到2.5GHz的频率范周上提供小于3的电压驻波比VSWR。
9.如权利要求4所述的天线，其中，导体回路被放置在邻近接地面边缘，并且其中该单极延伸到接地面边缘之外。
10.如权利要求4所述的天线，其中，接地面包括在印刷电路基片上的导电层。
11.如权利要求10所述的天线，其中，公共馈电点包括在印刷电路基片上的焊点。
12.如权利要求1所述的天线，其中，接地面，导体回路，单极和螺旋元件被配置来在1.5GHz到2.5GHz的频率范围上提供小于3的电压驻波比VSWR，和在800MHz到900MHz的频率范围上提供小于3的VSWR。
13.如权利要求1所述的天线，其中，单极包括可收缩单极，其配置来通过螺旋元件延伸和缩回并且配置为在延伸位置上连接到公共馈电点。
14.如权利要求13所述的天线，其中，当该可收缩单极在延伸位置时该螺旋元件被配置为从公共馈电点断开连接，当该可收缩单极在收缩位置时该螺旋元件被配置为连接到公共馈电点。
15.如权利要求4所述的天线，
其中，该接地面包括矩形接地面；
其中该导体回路包括矩形导体回路，具有与矩形接地面的较短边对齐的一边；
其中单极包括线性的导体，该线性的导体从接地面边缘的矩形导体回路的角处的耦合点垂直于接地面边缘延伸。
16.如权利要求15所述的天线，
其中，导体回路具有18mm×8mm的尺寸，其较长边与接地面的边缘对齐，并且与接地面分离从5mm到10mm的一个距离；并且
其中单极具有36mm的长度。
17.如权利要求16所述的天线，其中，接地面包括矩形的接地面，其长度大于110mm，宽度大于40mm。
18.一种无线电通信设备，包括：
框架；
该框架支撑的无线电通信电路；
放置在由框架支撑的基片上的导电接地面；
由框架支撑的导体回路，并且该导体回路叠加在接地面之上；和
由框架支撑并且延伸到接地面之外的单极，
其中，该单极和导体回路被配置来在公共馈电点上公共地耦合到无线电通信电路，所述的设备还包括与单极同轴布置并且耦合到公共馈电点的螺旋元件；其中，导体回路包括闭合的导体回路。
19.如权利要求18所述的设备，其中，导体回路其中具有反射特征。
20.如权利要求19所述的设备，其中，反射特征包括角。
21.如权利要求20所述的设备，其中，导体回路是矩形。
22.如权利要求21所述的设备，其中，导体回路平行于接地面。
23.如权利要求21所述的设备，其中，单极平行于导体回路。
24.如权利要求21所述的设备，其中，单极在导体回路的角处耦合到导体回路。
25.如权利要求21所述的设备，其中，接地面、导体回路和单极被配置来在从1.5GHz到2.5GHz的频率范围上提供小于3的电压驻波比VSWR。
26.如权利要求21所述的设备，其中，导体回路被放置在邻近接地面边缘，并且其中该单极延伸到接地面边缘之外。
27.如权利要求21所述的设备，其中，接地面被布置在印刷电路基片上，并且其中公共馈电点包括在印刷电路基片上的焊点。
28.如权利要求18所述的设备，其中，接地面、导体回路、单极和螺旋元件被配置来在1.5GHz到2.5GHz的频率范围上提供小于3的电压驻波比VSWR，和在800MHz到900MHz的频率范围上提供小于3的VSWR。
29.如权利要求18所述的设备，
其中该接地面包括矩形接地面；
其中该导体回路包括矩形导体回路，其具有与矩形接地面的较短边对齐的一边；
其中单极包括线性的导体，该线性的导体从接地面边缘的矩形导体回路的角处的耦合点垂直于接地面边缘延伸。
30.如权利要求29所述的设备，
其中，导体回路具有18mm×8mm的尺寸，其较长边与接地面的边缘对齐，并且与接地面分离从5mm到10mm的一段距离；并且
其中单极具有36mm的长度。
31.如权利要求29所述的设备，其中，接地面包括矩形的接地面，其长度大于110mm，宽度大于40mm。
32.如权利要求18所述的设备，其中，该框架包括一个具有第一和第二可旋转连接的部分的掀盖式外壳，其中该接地面包括基片，该基片包括分别放置在第一和第二外壳部分之一中的电耦合的第一和第二部分。
33.如权利要求32所述的设备，其中
该第一和第二外壳部分由铰链机械地连接，并且其中单极和螺旋元件放置在第一和第二外壳部分之间，并且与铰链的旋转轴平行对齐。
34.如权利要求32所述的设备，其中，单极包括可收缩的单极，其配置为通过螺旋元件延伸和缩回并且配置为在延伸位置上连接到公共馈电点。
35.如权利要求34所述的设备，其中，当该可收缩单极在延伸位置时该螺旋元件被配置为从公共馈电点断开连接，当该可收缩单极在收缩位置时该螺旋元件被配置为连接公共馈电点。
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