CN1972008A - 多频段天线部件 - Google Patents

Abstract

用于实施小型化无线电设备的内部多频段天线的天线部件。天线部件(200)具有介质基片(210)，基片的导电涂层形成辐射单元(220)。该单元具有用于形成两个分开的频段的两个谐振。较低的谐振是基于整个单元，而较高的谐振是基于如从馈电端看的、单元的头部(221)。导电涂层具有图案，它用作为在单元的头部与尾部(222)之间的并联谐振电路。这个并联谐振电路的自然频率处在天线的高工作频段的范围。天线的谐振频率和它的工作频段可以互相独立地调谐到想要的位置，这样，不需要重复进行调谐循环。结构是相对较简单的和可靠的。

Description

多频段天线部件

本发明涉及用于实施小型化无线电设备的内部多频段天线的介质天线部件。本发明还涉及这样的整个天线。

在许多诸如大多数型号的移动电话那样的小型化无线电设备中，为了方便起见，把天线放置在设备的外壳中。非常普通的内部天线类型是平面天线，具有通过空气互相隔离的辐射面和接地面。当然，一直在尽力做出尽可能小的内部天线。通过在辐射平面下使用介质材料，这比起空气绝缘的天线可以减小尺寸。天线的中心部分是可以安装在无线电设备的电路板上的、部分涂覆以导电材料的芯片部件。材料的介电常数越高，具有一定的电尺寸的天线元件在物理上越小。

当无线电设备必须工作在互相相隔相对较远的频段的至少两个系统时，天线结构比起单频段天线变得复杂得多。一个解决方案例如是使用两个分开的天线，这样，每个频段有一个芯片型天线部件，在这种情形下可以形成各个频段，并互相独立地调谐。然而，一个缺点是在设备的电路板上另一个天线需要附加空间。另外，从共用天线端口对天线的馈电需要附加的部件，这也占用它们的空间和增加成本。

图1显示从专利JP 2001217631获知的、可被实施为双频段天线的介质天线。天线部件放置在无线电设备的电路板PCB，它的下表面靠着属于电路板的接地面GND。天线部件包括介质基片110和在它的表面上的两个辐射天线单元。主单元120覆盖基片110的一部分上表面。天线的馈电导体111在基片的侧面上行进，并在它的一端导电地连接到主单元。另一个天线单元130是寄生的。它覆盖基片110的另一部分上表面，并通过在馈电导体旁边行进的短路导体112导电地连接到接地面。此外，主单元延伸到基片的端面，寄生单元延伸到相反的端面，在这些端面上它们具有到地GND的电容耦合，用于增加单元的电尺寸。在基片的上表面上在主单元与寄生单元之间有一个缝隙，通过这个缝隙，寄生单元得到电磁的馈电。

天线的低工作频段是基于主单元120的谐振，而天线的高工作频段是基于较小的寄生单元130的谐振。另外，在某些情形下通过把主单元的谐波频率安排在高工作频段的范围中而可以利用主单元的谐波频率，以便展宽高工作频段。谐波比值可以通过在基本单元中提供的穿孔而被调节。寄生单元也可以穿孔，这提供调谐寄生单元的谐振频率的一个可能性。

按照图1的解决方案中包括的部件具有缺点：对于介质天线部件，它的尺寸是相当大的。而且，天线单元的调谐会互相影响，这使得调谐更困难，并增加生产成本。

本发明的目的是以与现有技术相比较更有利的新的方式实施多频段天线部件。按照本发明的天线部件的特征在于在独立权利要求1中阐述的内容。本发明的某些优选实施例在其它权利要求中阐述。

本发明的基本构思如下：天线的中心部分是具有介质基片的天线部件。基片的导电涂层形成辐射单元，它具有用于实施两个分开的频段的两个谐振。较低的谐振基于整个单元，而较高的谐振基于如从馈电端看时单元的头部。导电涂层具有图案，它用作为在单元的头部与尾部之间的并联谐振电路。这个并联谐振电路的自然频率处在天线的高工作频段的范围。

本发明具有下述优点：在多频段天线中只需要一个辐射单元和一个馈电端。另外，本发明具有优点：天线的谐振频率和它的工作频段可以互相独立地调谐到想要的位置，这样，不需要重复进行调谐循环。这是由于这样的事实：因为并联谐振电路，在高工作频段的频率上，单元的尾部变为与头部电绝缘。高工作频段首先通过影响辐射单元的头部的谐振频率被调谐，然后低工作频段通过影响辐射单元的尾部而被调谐。而且，本发明还具有优点：因为天线部件的小尺寸，天线所需要的空间尺寸是相对较小的。这再次是由于这样的事实，辐射单元在工作频段之间部分被共用，并且基片的介电常数可被选择为相对较高的。本发明的再一个优点是，按照本发明的结构是相对较简单的和可靠的。

下面更详细地描述本发明。将参考附图，其中：

图1显示现有技术多频段天线的例子，

图2显示按照本发明的天线部件和多频段天线的例子，

图3显示从下面看的、按照图2的天线部件，

图4显示按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的另一个例子，

图5显示按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的第三例，

图6显示按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的第四例，

图7显示按照本发明的天线的匹配的例子，以及

图8显示按照本发明的天线的效率的例子。

图1已在上面的现有技术的说明部分被说明。

图2给出按照本发明的天线部件和多频段天线的例子。无线电设备的电路板PCB的一部分和在它的表面上的天线部件200在图上放大地示出。天线部件包括细长的介质基片210和它的导电涂层220，导电涂层用作为辐射天线单元。它大部分处在基片的上表面，但通过基片的一个末端延伸到基片的下表面，其中导电涂层形成用于把天线单元连接到天线的馈电导体215的接触点。要被连接到馈电导体的天线单元的末端被称为馈电端。

本例的天线具有两个工作频段，即低的和高的工作频段。为了形成这低的和高的工作频段，天线自然具有两个重要的谐振。对于本发明重要的是，虽然只有一个天线单元，但作为辐射的基础的这两个谐振是互相相对较独立的。天线单元220被成形为使得，从它的馈电端看来，它在高工作频段的频率时比起在低的频率时被“看”成为更小的。天线单元的图案，从它的馈电端开始，把天线单元划分成头部221和尾部222，这样，在这两个部分之间有并联的电感和电容。电感是由只把头部和尾部互相电连接的、窄的互联的导体223造成的。在本例中，互联的导体是直的，在基片的上表面的中心区域上沿基片的纵向方向行进，正如沿横截方向看到的。电容是由头部和尾部在它的两侧上的互联的导体处互相靠近延伸而造成的。因为电感和电容，在功能上具有在天线单元的头部与尾部之间的并联谐振。单元的图案被设计成使得这个并联谐振电路的谐振频率处在天线的高工作频段的范围。由此得出，在高工作频段的频率上，在头部与尾部之间有高的阻抗，因此尾部与头部和天线馈电端互相电隔离。头部与基片和接地面合在一起形成在高工作频段时谐振的四分之一波长谐振器。天线的等效电路由谐振器仅仅基于头部谐振时的阻抗形成，或在理想条件下由相应的辐射器的辐射阻抗形成。在低工作频段的频率，并联谐振电路的阻抗是低的，在这种情形下，头部和尾部在功能上形成联合的辐射器。整个辐射器220与基片和接地面合在一起形成在低工作频段时谐振的四分之一波长谐振器。低工作频段是基于整个辐射单元的谐振。

根据以上说明，天线的调谐不需要迭代性质的重复调谐步骤。首先，通过以某种方式影响辐射单元的头部的电尺寸而调谐高工作频段。然后，通过以某种方式影响辐射单元的尾部的电尺寸而调谐低工作频段。后者的调谐对于前者没有影响。

另外，在图2上看到被连接在馈电导体215与在辐射单元220的馈电端附近的地之间的分开的线圈216。线圈的用途是使得天线的匹配最佳化，这不是在每种情形下都需要的。在图2的例子中，天线也可以通过从在天线部件的下面和旁边的区域中去除接地面至某个距离s而被匹配。接地面也可以延伸到天线部件的下面，结果是具有相对较窄的频带但具有良好的匹配的天线。接地面的形状自然也影响天线的谐振频率；距离s越长，谐振频率越高。

图3显示从下面看的、按照图2的天线部件200。在基片210的下表面上，在它的每个末端有导电区域。其中的一个区域225是上述的辐射单元的延伸部分，用于把单元连接到馈电导体。在相反的末端的另一个导电区域226是用于把天线部件通过焊接固定到电路板。自然，在馈电端处的导电区域也可以用作为这个用途。

在图4上，有按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的另一个例子。在图上部件是从上面看到的。在辐射单元的头部421与尾部422之间的互联的导体423是直的，沿部件的纵向方向行进，以及位于基片的上表面的边缘。互联的导体具有某个电感值L。相对较窄的非导电的缝隙431从非导电区域横截基片的上表面的相对的边缘延伸，它把互联的导体与单元的其余部分分隔开。在头部与尾部之间，通过这个缝隙有某个电容值C。另外，在基片的上表面，在头部421一侧有横截的非导电区域432，并将它成形区域的延伸部分，把互联的导体与单元的其余部分分隔开。藉助于这样的成形，增加头部的电尺寸，在这种情形下，相应的工作频段向下移位。

在图5上，有按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的第三例。另外，在本例中，在辐射单元的头部521与尾部522之间的互联的导体523是直的，沿部件的纵向方向行进，以及位于基片的上表面的边缘。为了形成电容，相对较窄的非导电的缝隙531从非导电区域再次延伸到基片的上表面的相对的边缘延伸，它把互联的导体与单元的其余部分分隔开。在本例中，这个缝隙造成对头部521一侧的相对较长的分割，这样，像手指的凸起从尾部522在属于头部的区域之间延伸。这样的成形增加在头部与尾部之间的电容。

在图6上，给出按照本发明的天线部件中辐射单元的形状的第四例。在本例中，在辐射单元的头部621与尾部622之间的互联的导体623上，有曲流图案形状的弯曲，它位于基片的上表面的中心区域。这种成形增加头部与尾部之间的电感。相对较窄的和短的非导电的缝隙从把互联的导体与单元的其余部分分隔开的非导电区域在互联的导体处延伸到基片的上表面的每个纵向边缘，以形成电容。

图7给出按照本发明的天线的匹配的例子。图上显示反射系数S11作为频率的函数的曲线。曲线是对于按照图2的天线测量的，其中天线部件的基片是由陶瓷材料制成的，尺寸为10·3·1.5mm³。部件被放置在大约一个长边的中部的、尺寸为3.7·9cm²的电路板的边缘。在图2上看到的、从部件的边到接地面边缘的距离s约为2mm。分开的匹配线圈的电感是2.2nH。天线的尺寸被做成用于WLAN(无线局域网)。低工作频段约为2.35-2.55GHz，在工作频段的中部，反射系数约为-13dB。高工作频段甚至是相对更宽的，大约为5.1-6.3GHz，反射系数在具有1GHz的宽度的范围内优于-10dB。

图8给出按照本发明的天线的效率的例子。效率曲线是从与图7的反射系数曲线相同的天线测量的。可以看到，在低工作频段，效率优于0.5，以及在高工作频段，效率优于0.6。对于使用介质基片的天线来说这是相当高的数值。

通过把天线放置在板的末端的电路板上而不是在长边上，它的特性在低工作频段上稍微变差，而在高工作频段上保持相同的。

在本说明和权利要求中，修饰语“下面”、“上面”、和“从上面”是指装置的位置，在其中天线部件处在水平电路板的顶部。自然，天线在使用时可以处在任何位置。

以上描述了按照本发明的天线部件和天线。它们的结构部分在细节上可以是与给出的部分不同的。例如，天线单元的形状可以很大地变化。本发明的概念可以在由独立权利要求1规定的范围内以不同的方式被应用。

Claims (10)

1.一种用于实施无线电设备的天线的天线部件，天线具有至少低的和高的工作频段，天线部件包括具有纵向和横向方向的基片(210)以及作为基片的导电涂层的辐射天线单元(220)，辐射天线单元具有用于连接到天线的馈电导体的馈电端，其特征在于，天线单元(220)从馈电端开始被划分成头部(221；421；521；621)和尾部(222；422；522；622)，此后，这些部分仅仅通过属于基片的导电涂层的互联的导体(223；423；523；623)被互相电连接，形成在头部与尾部之间的电感，并且这些部分通过基片上的非导电缝隙(431；531)在互联的导体处互相电容耦合，这样形成的并联谐振电路的谐振频率处在天线的高工作频段的范围内，以便在高工作频段的频率上把尾部与头部电隔离，在这种情形下，高工作频段基于头部的谐振，而低工作频段基于整个辐射单元的谐振。

2.按照权利要求1的天线部件，其特征在于，所述互联的导体(223)是直的，当沿横向方向看时，在基片的上表面的中心区域沿基片的纵向方向行进，所述非导电缝隙处在互联的导体的两边。

3.按照权利要求1的天线部件，其特征在于，所述互联的导体(423；523)是直的，在基片的上表面的边缘上沿基片的纵向方向行进，以及所述非导电缝隙(431；531)仅仅处在互联的导体的一边。

4.按照权利要求1的天线部件，其特征在于，在所述互联的导体(623)上有弯曲，以增加它的电感。

5.按照权利要求1的天线部件，其特征在于，在所述非导电的缝隙(531)上有弯曲，以增加头部(521)与尾部(522)之间的电容。

6.按照权利要求1的天线部件，其特征在于，介质基片由陶瓷材料制成。

7.一种无线电设备的天线，该设备包括电路板(PCB)，电路板的导电表面用作无线电设备和天线的接地面(GND)，其特征在于，它包括按照权利要求1的天线部件(200)，天线部件放置在电路板上，它的下表面靠在电路板上，辐射单元(220)的馈电端被连接到天线的馈电导体(215)。

8.按照权利要求7的天线，其特征在于，接地面(GND)的边缘与天线部件沿天线部件侧面的法线方向上具有一定距离，以便匹配和调谐天线。

9.按照权利要求7的天线，其特征在于，头部(221)连同基片(210)与接地面(GND)一起形成在高工作频段中谐振的四分之一波长谐振器，以及整个辐射器(220)连同基片与接地面一起形成在低工作频段中谐振的四分之一波长谐振器。

10.按照权利要求7的天线部件，其特征在于，线圈(216)被连接在馈电导体与接地面之间，以便匹配天线。

Images