CN1937425B - 用于蜂窝通信终端的天线布局 - Google Patents

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Abstract

一种可操作用以在第一通信频带和第二通信频带中发射/接收的天线布局，包括：接地平面；用于发射/接收的第一传导单元；第二传导单元，与第一传导单元和接地平面相分离，而且具有与第一传导单元相邻近但又相分离的第一部分和与接地平面相邻近但又相分离的第二部分；以及开关单元，用于将第二传导单元连接到接地平面/从接地平面断开，其中第一传导单元在开关单元将第二传导单元从接地平面断开时可操作用以在第一通信频带中发射/接收而不可操作用以在第二通信频带中发射/接收，而且第一传导单元在开关单元将第二传导单元从接地平面断开时可操作用以在所述第二通信频带中发射/接收而不可操作用以在所述第一通信频带中发射/接收。

Description

用于蜂窝通信终端的天线布局
技术领域
本发明的实施例涉及适合于蜂窝通信终端的天线布局。
背景技术
目前有一种使用于手持射频蜂窝通信终端便得更小以便它们能够容易地装配于小型终端之内的趋势。小型终端的例子包括翻盖或滑盖式移动蜂窝电话。然而，当使得天线变小时，与它的谐振相关联的带宽就趋于下降。
现代移动蜂窝通信终端通常是多频终端而且可以是多模的。多模终端能使用数个不同协议之一进行操作。例如，多模终端可以能使用GSM或WCDMA协议进行发射/接收。多频带终端能使用不同的许可频带进行发射/接收。GSM许可频带是US-GSM(824-894MHz)、E-GSM(880-960MHz)、PCN1800(1710-1880MHz)、PCS1900(1850-1990MHz)。WCDMA许可频带是US-WCDMA1900(1850-1990)；WCDMA21000(Tx：1920-1980|Rx：2110-2180)。
通常，GSM多频带终端使用的天线具有两个谐振。最低谐振的带宽适合于覆盖US-GSM和/或E-GSM通信频带，而第二低的谐振适合于覆盖PCN和/或PCS通信频带。第二最低谐振模式的带宽并不是宽得足以覆盖WCDMA2100通信频带。因此，单个小型天线不能在多模/多频带终端中用来覆盖四个GSM频带以及WCDMA2100频带。
因此，将希望能改进天线使得它的谐振之一适应于覆盖所期望通信频带同时保持天线可为其它通信频带接受的性能。
特别地，将希望能改进天线使得它第二低的谐振的带宽增加到覆盖WCDMA2100通信频带，同时又保持天线在GSM通信频带中可接受的性能。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种可操作用以在第一通信频带和第二通信频带中发射/接收的天线布局，包括：接地平面；用于发射/接收的第一传导单元；第二传导单元，与第一传导单元和接地平面相分离，而且具有与第一传导单元相邻近但又相分离的第一部分和与接地平面相邻近但又相分离的第二部分；以及开关单元，用于将第二传导单元连接到接地平面/从接地平面断开，其中第一传导单元在开关单元将第二传导单元从接地平面断开时可操作用以在第一通信频带中发射/接收而不可操作用以在第二通信频带中发射/接收，而且第一传导单元在开关单元将第二传导单元连接到接地平面时可操作用以在第二通信频带中发射/接收而不可操作用以在第一通信频带中发射/接收。
根据本发明的另一实施例，提供了一种有选择地控制天线布局以在至少第一通信频带中操作或者在至少第二通信频带中操作的方法，包括：通过将第二传导单元从接地平面断开来控制第一传导单元的谐振以在第一通信频带中允许操作而在第二通信频带中禁止操作，其中第二传导单元与第一传导单元和接地平面相分离，并且具有与第一传导单元相邻进但又相分离的第一部分和与接地平面相邻近但又相分离的第二部分；以及通过将第二传导单元连接到接地平面来控制第一传导单元的谐振以在第二通信频带中允许操作而在第一通信频带中禁止操作。
术语“不可操作”或“禁止操作”是相对性的而未必绝对性的。术语“不可操作”意味着，第一传导单元在第二通信频带中发射/接收的效率在开关单元将第二传导单元从接地平面断开时比在开关单元将第二传导单元连接到接地平面时要小。“不可操作”并不旨在排除如下可能：当开关单元将第二传导单元从接地平面断开时，第一传导单元可能实际上能在第二通信频带中以某一有限的程度进行发射/接收。类似地，术语“不可操作”意味着：第一传导单元在第一通信频带中发射/接收的效率在开关单元将第二传导单元连接到接地平面时比在开关单元将第二传导单元从接地平面断开时要小。“不可操作”并不旨在排除如下可能：当开关单元将第二传导单元连接到接地平面时，第一传导单元可能实际上能在第一通信频带中以某一有限的程度进行发射/接收。
根据本发明的另一实施例，提供了一种天线布局，包括：接地平面；具有第一谐振和第二谐振的第一传导单元；第二传导单元，与第一传导单元和接地平面相分离，而且被布局为比接近于第一传导单元更接近于接地平面；以及开关单元，用于将第二传导单元连接到接地平面/从接地平面断开。
根据本发明的另一实施例，提供了一种有选择地控制天线布局以在至少第一通信频带中操作或者在至少第二通信频带中操作的方法，包括：通过将第二传导单元从接地平面断开来控制第一传导单元的谐振以在第一通信频带中允许操作而在第二通信频带中禁止操作，其中第二传导单元与第一传导单元和接地平面相分离，并且其处于比接近于第一传导单元更接近于接地平面的位置；以及通过将第二传导单元连接到接地平面来控制第一传导单元的谐振以在第二通信频带中允许操作而在第一通信频带中禁止操作。
根据本发明的另一实施例，提供了一种天线布局，包括：接地平面；具有第一谐振和第二谐振的第一传导单元；第二传导单元，与第一传导单元和接地平面相分离，其中第二传导单元具有对应于λ/4的电长度，其中λ是位于通信频带之内的频率的波长，而且第二传导单元被布局为使得第二传导单元的第一终结自由端部分与接地平面相邻近，而第二传导单元的第二部分与第一传导单元相邻近；以及开关单元，用于将第二传导单元连接到接地平面/从接地平面断开。
开关单元的使用是重要的，因为它提供第二传导单元到接地平面的有选择的连接，并因此提供第一传导单元的有选择的调谐。第二传导单元到接地平面的连接通常调节了第一传导单元的第一谐振和第二谐振。尽管此调节允许第一传导单元覆盖以别的方式所没有覆盖的所期望的频带，但是它降级了第一传导单元在除所期望频带以外的一个或多个频带中的性能。开关单元因此在天线布局要覆盖所期望频带时将第二传单单元连接到接地而在天线布局要覆盖一个或多个其它频带时将第二传导单元从接地断开。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将仅以例子的方式对附图进行参照，在附图中：
图1示意性地图示了有源天线布局；
图2以曲线图说明了当天线布局处于GSM模式时以及当天线布局处于WCDMA2100模式时的天线布局输入阻抗；以及
图3A和3B图示了用于本发明一个实施例的史密斯图表。
具体实施方式
图1示意性地图示了有源天线布局10，该布局包括：第一传导单元20，其作为辐射单元来操作而且被连接到馈点22；第二传导单元30，其作为不同于辐射单元20的调谐单元30来操作；接地平面12，可以是印刷接线板(PWB)；以及开关单元40。天线布局10特别地适合于用于滑盖和翻盖/蛤壳式移动蜂窝电话中。
开关单元40位于接地平面12与调谐单元30之间。它可以电可控为打开或闭合。它例如可以是场效应晶体管。当该开关闭合时调谐单元30连接到接地平面12，使得在调谐单元30与接地平面12之间有直流电流通路。当开关单元40打开时调谐单元30不连接到接地平面12，而且在调谐单元30与接地平面12之间没有直流电流通路。
当调谐单元30从接地平面12断开时，辐射单元20具有一个或多个谐振，其能够使得辐射单元20在一个或多个通信频带中有效地进行发射/接收，但是该辐射单元20在目标通信频带没有充分低的输入阻抗以便能在目标通信频带有效地进行发射/接收。当调谐单元30连接到接地平面12时，它与辐射单元20相耦合。这一耦合调节了辐射单元20的一个或多个谐振而且使得辐射单元20能够在目标频带中有效地发射/接收。
更具体而言，在图1中图示的例子中，辐射单元20是具有单个馈线22而不使用接地平面12的单极天线。接地平面12不位于辐射单元20之下。这种天线的带宽依赖于天线容量。降低天线容量将降低天线的带宽。
调谐单元30由比如金属箔的传导材料制成。调谐单元30在本例中包括：连接到开关单元40的部分31；伸长部分33，其朝着辐射单元20的馈点22伸展；弯曲部分35，其与辐射单元20接近馈点22的一部分平行地延伸；以及返回部分37，其与伸长部分33基本上平行地伸展离开馈点22而且在自由端终结。返回部分37位于伸长部分33与接地平面12的边缘14之间。调谐单元30非常接近于接地平面12。在图示的例子中，返回部分37和接地平面12间隔有约1mm的间隙16。
由于接地平面很接近于调谐单元30的自由端，所以可能在它们之间出现强耦合。接地平面12例如能够经由容性耦合从调谐单元30吸收辐射。调谐单元30本身没有显著程度的辐射，并且仅用于耦合目的而不用于辐射。
调谐单元在它最接近于辐射单元20的点(弯曲部分35)处与天线馈点22间隔有约2-6mm的间隙17。间隙17大于间隙16。
由于辐射单元20的馈点22因为高的H场电平而很灵敏，所以调谐单元30的弯曲部分35能够容易地耦合到辐射单元20而且由此偏移辐射单元20的谐振频率和带宽。辐射单元20的H场在馈点22处最强。调谐单元30的弯曲部分35与H场最强之处的邻近提供了辐射单元20与调谐单元30之间良好的感性耦合。
当开关单元40打开时(GSM模式)，辐射单元20覆盖四个GSM频带——US-GSM、E-GSM、PCN、PCS。天线布局S11在GSM模式中的输入阻抗在图2中标记为O。
当开关单元闭合时(WCDMA模式)，辐射单元20覆盖WCDMA2100频带。天线布局S11在WCDMA模式中的输入阻抗在图2中标记为C。
能够看出在闭合开关单元40时，最低谐振的带宽从B1O下降到B1C，而它的谐振频率从F1O下降到F1C，并且第二低谐振的带宽从B2O下降到B2C，而它的谐振频率从F2O下降到F2C。
当开关单元40闭合时，带宽B1C没有覆盖E-GSM但覆盖US-GSM，而带宽B2C没有有效地覆盖PCN或PCS而覆盖WCDMA2100。
当开关单元40打开时，带宽B1O覆盖E-GSM和US-GSM，而带宽B2O覆盖PCN或PCS，但没有有效地覆盖WCDMA2100。
当开关单元40闭合时用于天线布局10的一个例子的史密斯图表在图3A中示出，而当开关单元40打开时用于相同天线布局10的史密斯图表在图3B中示出。标记1代表频率880MHz，标记2代表频率2.17GHz，而标记3代表频率1.95GHz。
将理解到，在迹线40上的标记1附近的较低频率F1C和F1O在开关单元40打开时位于史密斯图表的低阻抗区域处，而在开关单元40闭合时位于史密斯图表的较高阻抗部分处。
也将理解到，在该迹线40上的标记2和3附近的较高频率F2O和F2C在开关单元40闭合时位于史密斯图表的低阻抗区域处，而在开关单元40打开时位于史密斯图表的较高阻抗部分处。
可以认为，对于较低频率F1C和F1O的低阻抗在开关单元40打开时造成辐射单元20经由调谐单元30容性耦合到接地平面12。这使得谐振模式能够从接地平面12经由调谐单元30耦合到辐射单元20，而且在较低频率F1C和F1O处产生大的带宽。然而，当开关单元40闭合时，对于较低频率F1C和F1O的较高阻抗造成调谐单元30不再将辐射单元20有效地耦合到接地平面12。较低频率处的带宽因此变窄而且谐振频率将不同，在本例中会变高。
可以认为，对于较高频率F2C和F2O的低阻抗在开关单元40闭合时造成辐射单元20感性耦合到接地的调谐单元30。这使得谐振模式能够从调谐单元30耦合到辐射单元20。调谐单元30被设计成在该区域中具有λ/4(对于F2C)的电长度，因此在约F2C处具有谐振模式。将此谐振模式跨过间隙17耦合到辐射单元20而且在较高频率处产生大的带宽。然而，当开关单元40打开时，对于较高频率F2O和F2C的较高阻抗造成调谐单元20在这些频率处不再将辐射单元20有效地耦合到调谐单元30。另外，调谐单元30从接地平面12的断开停止了它的谐振。
调谐单元30与接地平面12的邻近在开关单元40闭合时防止了调谐单元30进行辐射。它也在开关单元30打开时辅助辐射单元20在低频率处经由调谐单元30耦合到接地平面12。
可以认为调谐单元30与辐射单元20的邻近辅助了当开关单元40闭合时在高频率处、在接地的调谐单元30与辐射单元20之间的耦合以及当开关单元40断开时在低频率处、在调谐单元30与辐射单元20之间的耦合。
可以通过改变调谐单元30的物理长度，或者通过在开关单元40与调谐单元30之间放置包括集总部件的调谐电路而且通过变化该调谐电路，来改变调谐单元30的电长度。
尽管已经参照各种例子在前面的段落中描述了本发明的实施例，但是应当理解在不背离如请求保护的本发明范围情况下能够进行对这些例子的修改。例如，尽管前面的实施例描述了单极天线，但是在其它实施例中可以使用IFA天线。
尽管在前面的说明书中尽力将关注引向认为特别重要的那些本发明特征，但是应当理解，申请人关于在上文中提及的和/或在附图中示出的任何可专利特征或特征组合来请求保护，而无论是否已经对之加以着重强调。

Claims (17)

1.一种可操作用以在第一通信频带和第二通信频带中发射/接收的天线布局(10)，包括：
接地平面(12)；
用于发射/接收的第一传导单元(20)；
第二传导单元(30)，与所述第一传导单元(20)和所述接地平面(12)相分离，而且具有在与所述第一传导单元最接近的第一位置处与所述第一传导单元(20)相分离的第一部分和具有在与所述接地平面最接近的第二位置处与所述接地平面(12)相分离的第二部分，其中所述第一部分与所述第一传导单元(20)的邻近提供所述第一传导单元(20)与所述第二传导单元(30)之间的感性耦合，其中所述第二部分与所述接地平面(12)的邻近提供所述接地平面(12)与所述第二传导单元(30)之间的容性耦合，并且其中所述第二传导单元(30)的所述第二部分包括所述第二传导单元(30)的终结自由端，所述终结自由端与所述接地平面(12)相分离；以及
开关单元(40)，用于将所述第二传导单元(30)连接到所述接地平面(12)/从所述接地平面(12)断开，其中所述第一传导单元(20)在所述开关单元(40)将所述第二传导单元(20)从所述接地平面(12)断开时可操作用以在第一通信频带中发射/接收而不可操作用以在第二通信频带中发射/接收，而且所述第一传导单元(20)在所述开关单元(40)将所述第二传导单元(30)连接到所述接地平面(12)时可操作用以在所述第二通信频带中发射/接收而不可操作用以在所述第一通信频带中发射/接收。
2.如权利要求1中所述的天线布局(10)，其中所述第一传导单元(20)与所述接地平面(12)在物理上相分离。
3.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第一传导单元(20)是单极天线。
4.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)的所述第二部分与所述接地平面(12)的邻近抑制了所述第二传导单元(30)的发射/接收。
5.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)的所述第一部分不包括所述第二传导单元(30)的终结自由端。
6.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)的所述第一部分与所述第一传导单元(20)的高H场区域相邻近但又相分离。
7.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)的所述第一部分与用于所述第一传导单元(20)的馈点相邻近但又相分离。
8.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)位于并且被布局为使得所述第二传导单元(30)的所述第二部分与所述接地平面(12)之间的间隔小于所述第二传导单元(30)的所述第一部分与所述第一传导单元(20)之间的间隔。
9.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第一传导单元(20)、所述第二传导单元(30)和所述接地平面(12)相对地位于并且被布局为使得当所述开关单元(40)将所述第二传导单元(30)从所述接地平面(12)断开时，所述第二传导单元(30)将所述接地平面(12)电磁地耦合到所述第一传导单元(20)，并且当所述开关单元(40)将所述第二传导单元(30)连接到所述接地平面(12)时，接地的所述第二传导单元(30)电磁地耦合到所述第一传导单元(20)。
10.如权利要求8中所述的天线布局(10)，其中接地的所述第二传导单元(30)的所述第一部分与所述第一传导单元(20)之间的电磁耦合主要是感性耦合。
11.如权利要求8中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元(30)的所述第二部分与所述接地平面(12)之间的电磁耦合主要是容性耦合。
12.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二传导单元具有对应于λ/4的电长度，其中λ是位于所述第二通信频带之内的频率的波长。
13.如权利要求1或2中所述的天线布局(10)，其中所述第二通信频带覆盖WCDMA2100。
14.一种有选择地控制天线布局(10)以在至少第一通信频带中操作或者在至少第二通信频带中操作的方法，包括：
通过将第二传导单元(30)从接地平面(12)断开来控制第一传导单元(20)的谐振以在所述第一通信频带中允许操作而在所述第二通信频带中禁止操作，其中所述第二传导单元(30)与所述第一传导单元(20)和所述接地平面(12)相分离，并且具有在与所述第一传导单元最接近的第一位置处与所述第一传导单元(20)相分离的第一部分和具有在与所述接地平面最接近的第二位置处与所述接地平面(12)相分离的第二部分，其中所述第一部分与所述第一传导单元(20)的邻近提供所述第一传导单元(20)与所述第二传导单元(30)之间的感性耦合，其中所述第二部分与所述接地平面(12)的邻近提供所述接地平面(12)与所述第二传导单元(30)之间的容性耦合，并且其中所述第二传导单元(30)的所述第二部分包括所述第二传导单元(30)的终结自由端，所述终结自由端与所述接地平面(12)相分离；以及
通过将所述第二传导单元(30)连接到所述接地平面(12)来控制所述第一传导单元(20)的谐振以在所述第二通信频带中允许操作而在所述第一通信频带中禁止操作。
15.如权利要求14中所述的方法，其中所述第二传导单元(30)的所述第二部分与所述接地平面(12)的邻近引起所述接地平面(12)与所述第二传导单元(30)之间的耦合，并且引起所述接地平面(12)经由所述耦合吸收来自所述第二传导单元(30)的辐射，并由此抑制所述第二传导单元(30)的发射/接收。
16.如权利要求14或15中所述的方法，其中所述第二传导单元(30)的所述第一部分不包括所述第二传导单元(30)的终结自由端。
17.一种包括如权利要求1中所述天线布局(10)的移动蜂窝电话。
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