RU2265264C2 - Internal antennas for mobile communication devices - Google Patents
Internal antennas for mobile communication devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265264C2 RU2265264C2 RU2003103850/09A RU2003103850A RU2265264C2 RU 2265264 C2 RU2265264 C2 RU 2265264C2 RU 2003103850/09 A RU2003103850/09 A RU 2003103850/09A RU 2003103850 A RU2003103850 A RU 2003103850A RU 2265264 C2 RU2265264 C2 RU 2265264C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ground plane
- antenna according
- antenna
- feeder line
- gap
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02B60/50—
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к антеннам и, более конкретно, к малогабаритным и высокоэффективным антеннам для мобильных и микротелефонных устройств связи.The present invention relates to antennas and, more particularly, to small-sized and high-performance antennas for mobile and micro-telephone communication devices.
Предшествующий уровень техникиState of the art
По мере развития технологии габариты мобильных устройств связи уменьшаются. Чтобы антенна работала надлежащим образом, она должна иметь размер, равный приблизительно половине длины волны, за исключением антенны в виде несимметричного вибратора (которая обычно работает над заземленной плоскостью), которая должна иметь размер четверти длины волны. Для современных мобильных устройств связи, например сотовых микротелефонных модулей, такие размеры непрактичны, поскольку полный размер микротелефонной трубки меньше половины длины волны подходящей частоты.As technology develops, the size of mobile communications devices decreases. For the antenna to work properly, it must have a size equal to approximately half the wavelength, with the exception of the antenna in the form of an asymmetric vibrator (which usually works on a grounded plane), which should be the size of a quarter wavelength. For modern mobile communication devices, such as cellular microtelephone modules, such dimensions are impractical because the total microtelephone size is less than half the wavelength of the appropriate frequency.
Использование малогабаритных антенн снижает их эффективность и, следовательно, требует подачи более высокой мощности для работы устройства. Более высокая мощность приводит к более коротким циклам между подзарядками батареи и увеличивает излучение в направлении головы/тела пользователя. Уровень мощности, излучаемый в направлении головы человека, является наиболее значительным и, чтобы защитить пользователей, предписываются серьезные ограничения и технические требования.The use of small antennas reduces their efficiency and, therefore, requires the supply of higher power for the operation of the device. Higher power results in shorter cycles between battery recharges and increases radiation in the direction of the user's head / body. The power level emitted towards the person’s head is the most significant and, in order to protect users, severe restrictions and technical requirements are prescribed.
Работа указанных устройств вблизи тела человека изменяет поле и/или распределение тока вдоль антенны и, следовательно, изменяет диаграмму излучения устройств, а также эффективность излучения. На практике снижение эффективности может быть в пределах 10-20 дБ или более. Результатом является требование более высокой мощности для работы устройства с вытекающими отсюда вышеописанными недостатками. Использование внешних штыревых антенн, таких как «обрубленные», или же убирающихся антенн, также неудобно, так как антенны часто «зацепляются» в кармане. Они также ухудшает эстетический вид мобильного устройства связи и, что наиболее важно, диаграмма излучения является квазивсенаправленной, так что не достигается никакого улучшения в отношении излучения в направлении головы/тела пользователя.The operation of these devices near the human body changes the field and / or current distribution along the antenna and, therefore, changes the radiation pattern of the devices, as well as the radiation efficiency. In practice, the decrease in efficiency may be in the range of 10-20 dB or more. The result is a higher power requirement for the device to work with the disadvantages described above. Using external whip antennas, such as chopped-off antennas, or retractable antennas, is also inconvenient, since antennas often “hook” in your pocket. They also degrade the aesthetic appearance of the mobile communication device and, most importantly, the radiation pattern is quasi-directional, so that no improvement is achieved with respect to radiation in the direction of the head / body of the user.
Внутренние антенны, поставляемые разными компаниями, являются относительно неэффективными по сравнению с внешними антеннами. Более того, указанные известные внутренние антенны, в основном, не уменьшают излучение в направлении головы/тела пользователя, а во многих случаях даже увеличивают такое излучение. Коэффициент усиления антенны в общем случае мал (особенно при их использовании рядом с головой/телом человека), а величины SAR (удельная мощность поглощения, УМП) являются в основном высокими.Internal antennas supplied by different companies are relatively inefficient compared to external antennas. Moreover, these known internal antennas generally do not reduce radiation in the direction of the user's head / body, and in many cases even increase such radiation. The antenna gain in the general case is small (especially when used next to the person’s head / body), and the SAR values (specific absorption power, SAR) are mostly high.
Другая проблема в известных внутренних антеннах состоит в узкой ширине полосы рабочих частот. Помимо узкой полосы рабочих частот, в которой входной импеданс согласован, эффективность излучения снижается дополнительно. Последнее обстоятельство считается даже более серьезной проблемой в случаях, когда требуется работа в двух или трех частотных диапазонах мобильных устройств связи, как, например, в случае стандартов сотовой связи GSM 900/1800, 900/1900, 900/1800/1900 МГц и т.д.Another problem with known indoor antennas is the narrow bandwidth of the operating frequencies. In addition to the narrow operating frequency band in which the input impedance is matched, the radiation efficiency is further reduced. The latter circumstance is considered even more serious in cases where work is required in two or three frequency ranges of mobile communication devices, such as, for example, in the case of
Известны внутренние антенны для мобильных устройств связи, которые используют резонансный излучающий элемент в качестве главного излучателя. В частности, очень удобными для использования являются печатные антенны, например микрополосковые и щелевые, из-за легкости их изготовления, их низкого профиля и их низкой себестоимости. Если бы такие печатные элементы можно было бы использовать в мобильных устройствах связи с учетом эффективности, коэффициента усиления, согласования импедансов и воспроизводимости, это было бы лучшим выбором. К сожалению, такие элементы из-за малого размера мобильного устройства связи демонстрируют очень низкую эффективность и, следовательно, низкий коэффициент усиления; кроме того, трудно согласовать их импеданс с импедансом мобильного устройства связи.Internal antennas are known for mobile communication devices that use a resonant emitting element as the main emitter. In particular, printed antennas, for example microstrip and slotted, are very convenient for use because of the ease of their manufacture, their low profile and their low cost. If such printing elements could be used in mobile communication devices, taking into account efficiency, gain, impedance matching and reproducibility, this would be a better choice. Unfortunately, such elements, due to the small size of the mobile communication device, exhibit very low efficiency and, therefore, low gain; in addition, it is difficult to match their impedance with the impedance of a mobile communication device.
В общем случае щели, возбуждаемые фидерами (например, микрополосковыми или полосковыми структурами) или коаксиальным кабелем, обычно являются узкополосными. Чтобы достичь согласования щели даже в узкой полосе, возбуждение щели обычно выполняется со смещением от центра, чтобы уменьшить входной импеданс щели, который является, по сути, очень высоким. Патент США №5068670, принадлежащий одному из изобретателей настоящего изобретения, включенный в настоящем описании посредством ссылки, описывает широкополосную щелевую антенну, реализуемую добавлением согласующих схем с обеих сторон щели. В предпочтительном варианте осуществления фидеры расположены со смещением от центра щели.In the general case, slots excited by feeders (e.g., microstrip or strip structures) or coaxial cable are typically narrowband. In order to achieve slit matching even in a narrow band, the slit is usually driven off-center to reduce the input impedance of the slit, which is essentially very high. US patent No. 5068670, owned by one of the inventors of the present invention, incorporated herein by reference, describes a broadband slot antenna, implemented by adding matching circuits on both sides of the slot. In a preferred embodiment, the feeders are offset from the center of the slot.
Направление максимального излучения возбуждаемой со смещением от центра щели изменяется с частотой вследствие асимметричных распределений электрического и магнитного полей, возбуждаемых вдоль щели. Хотя на узкополосные щели указанное явление оказывает незначительное влияние, оно существенно влияет на широкополосные щели. Наилучшее решение состоит в том, чтобы симметрично возбуждать щель двойной фидерной и нагрузочной линиями, которые могут ответвляться от одного возбуждающего фидера. Каждое из полосковых плеч имеет двойную согласующую схему для расширения ширины полосы частот антенны. Длина и ширина каждого плеча могут быть равны для реализации полностью симметричной структуры, но также могут и отличаться, чтобы максимизировать ширину полосы частот. Если плечи не идентичны, будет некоторое отклонение направления максимума излучения по частоте.The direction of the maximum radiation excited with an offset from the center of the gap varies with frequency due to asymmetric distributions of the electric and magnetic fields excited along the gap. Although this phenomenon has a minor effect on narrow-band slots, it significantly affects wide-band slots. The best solution is to symmetrically excite the slit with a double feeder and load lines, which can branch off from one exciting feeder. Each of the strip arms has a double matching circuit to expand the antenna bandwidth. The length and width of each arm may be equal to realize a fully symmetrical structure, but may also be different in order to maximize the bandwidth. If the shoulders are not identical, there will be some deviation in the direction of the maximum radiation frequency.
Щель может быть нерезонансной, если она на обоих концах открыта («с открытыми концами»), или резонансной, если она замкнута с обоих концов («с закороченными концами»). Эффективность излучения зависит от распределения поля - амплитуды и фазы, вдоль щели. Электромагнитные поля в щелях с закороченными концами должны пропадать на обоих концах щели и, следовательно, они являются непрерывными, их значение в любой точке вдоль щелей не может достигать требуемого уровня, как с более короткими щелями. Следовательно, щели с закороченными концами относительно велики, их размеры обычно лежат в диапазоне половины длины волны на рабочей частоте.The gap can be non-resonant if it is open at both ends ("with open ends"), or resonant if it is closed at both ends ("with shorted ends"). The radiation efficiency depends on the distribution of the field - the amplitude and phase, along the gap. Electromagnetic fields in slots with shorted ends must disappear at both ends of the slit and, therefore, they are continuous, their value at any point along the slots cannot reach the required level, as with shorter slots. Consequently, short-gap ends are relatively large; their sizes usually lie in the range of half the wavelength at the operating frequency.
Электромагнитные поля в щелях с открытыми концами могут иметь конечное значение на концах щелей, а не должны доходить до нуля. Из этого следует, что приемлемое значение поля может быть достигнуто даже для относительно коротких щелей. Далее, для одиночного или двойного фидеров может быть оптимизирована точка возбуждения. Следует учитывать, что диаграмма излучения будет отличаться от обычной. Кроме того, нагрузка полоскового типа для щелей с открытыми концами может быть предпочтительно выполнена в виде закорачивающей схемы, чтобы устранить плавающее заземление на дальнем конце щели. В результате, такая конфигурация является более сложной для согласования с помощью реактивной части импеданса щели. Кроме того, плавающее заземление могло бы снизить эффективность антенны.The electromagnetic fields in open-ended slots can have a finite value at the ends of the slots, and should not reach zero. It follows that an acceptable field value can be achieved even for relatively short slots. Further, for a single or double feeder, an excitation point can be optimized. Keep in mind that the radiation pattern will be different from normal. In addition, the strip type load for open-ended slots can preferably be in the form of a short circuit to eliminate floating ground at the far end of the slit. As a result, such a configuration is more difficult to match with the reactive portion of the gap impedance. In addition, floating grounding could reduce antenna efficiency.
В европейском патенте ЕР 0924797 описана конфигурация щелевой антенны, в которой щель искривлена по двум осям и возбуждается в ее центральной точке коаксиальным кабелем. Конфигурация, предложенная в указанном патенте, имеет ряд недостатков. Согласование указанной щели весьма затруднительно из-за центрированной точки возбуждения (что описано выше в патенте США № 5068670). Кроме того, часть щели, которая вносит вклад в излучение в требуемом направлении, является очень малой, поскольку благодаря согнутым плечам щели, которые параллельны, поля являются противоположными по поляризации и, следовательно, компенсируют излучение в большинстве требуемых направлений. Кроме того, возбуждение является сложным и дорогостоящим для реализации. Наконец, щели, которые открыты на одном конце, являются менее эффективными по сравнению со щелями с закороченными концами и вызывают излучение в нежелательных направлениях. Диаграмма излучения будет асимметричной вследствие излучения из открытого конца щели, поскольку поля не спадают до нуля, как упомянуто выше.In European patent EP 0924797, a slot antenna configuration is described in which a slit is curved along two axes and excited at its center point by a coaxial cable. The configuration proposed in this patent has several disadvantages. Matching this gap is very difficult due to the centered point of excitation (as described above in US patent No. 5068670). In addition, the portion of the gap that contributes to radiation in the desired direction is very small, because due to the bent shoulders of the gap, which are parallel, the fields are opposite in polarization and, therefore, compensate for radiation in most of the required directions. In addition, arousal is complex and expensive to implement. Finally, slots that are open at one end are less effective than slots with short ends and cause radiation in undesirable directions. The radiation pattern will be asymmetric due to radiation from the open end of the gap, because the fields do not fall to zero, as mentioned above.
В патентах США № 5929813 и 6025802 описаны подобные антенны. Такие антенны в действительности являются рамочными антеннами, в которых «проводная щель» создает рамочную антенну. Конфигурация, предложенная в указанных патентах, имеет ряд недостатков. «Проводная щель» открыта в соединительных точках, срезана вдоль края антенны и также изогнута на металлическом листе, следовательно, она вызывает излучение в нежелательных направлениях и с противоположной (горизонтальной) поляризацией. «Проводная щель» возбуждается антенным соединителем очень близко к краю антенны (и телефона); следовательно, излучение к голове пользователя не снижается. Действительно, поскольку печатные платы телефонов вносят вклад в излучение на частотах МДКР/МДВР/GSM (800 и 900 МГц), очевидно, что излучение к голове пользователя даже увеличивается.In US patent No. 5929813 and 6025802 described similar antennas. Such antennas are in fact loop antennas in which the “wire slot” creates a loop antenna. The configuration proposed in these patents has several disadvantages. The “wire gap” is open at the connecting points, cut along the edge of the antenna and also curved on a metal sheet, therefore, it causes radiation in undesirable directions and with opposite (horizontal) polarization. The “wire slot” is excited by the antenna connector very close to the edge of the antenna (and the telephone); therefore, radiation to the user's head is not reduced. Indeed, since the telephone circuit boards contribute to the radiation at the CDMA / TDMA / GSM frequencies (800 and 900 MHz), it is obvious that the radiation to the user's head even increases.
Кроме того, в варианте двухчастотного режима работы согласно указанным патентам диаграмма излучения в более высокой полосе имеет нули или, по меньшей мере, значительное уменьшение под некоторыми углами и далека от всенаправленной в азимутальной плоскости. В такой конфигурации каждая «проводная щель» влияет на работу другой полосы, где не предполагается, что она оказывает влияние на контур, создаваемый такой конфигурацией параллельно голове пользователя в «положении разговора» (например, положение, в котором пользователь держит мобильное устройство связи рядом с головой) и, следовательно, голова пользователя значительно изменяет распределения полей.In addition, in the dual-frequency mode of operation according to the indicated patents, the radiation pattern in the higher band has zeros or at least a significant decrease at certain angles and is far from omnidirectional in the azimuthal plane. In this configuration, each “wire gap” affects the operation of another band, where it is not assumed that it affects the circuit created by such a configuration parallel to the user's head in the “talk position” (for example, the position in which the user holds the mobile communication device next to head) and, therefore, the user's head significantly changes the distribution of the fields.
В результате характеристики антенны снижаются, требуется высокий уровень передаваемой мощности и чувствительность приема будет меньше, чем требуется.As a result, the characteristics of the antenna are reduced, a high level of transmitted power is required and the reception sensitivity will be less than required.
В патенте США № 6002367 описана микрополосково-щелевая антенна, возбуждаемая фидером, подобная структуре, описанной в патенте США № 5068670. Микрополосковый элемент возбуждается посредством электромагнитной связи фидера с микрополосковым элементом через щель вдоль ее центральной линии и является очень малым по сравнению с длиной волны на рабочей частоте; следовательно, он излучает неэффективно. Микрополосковый элемент или элементы, добавленные над щелью, возбуждаются фидером; нагрузочная линия (описанная в нескольких вариантах осуществления) и заземление микрополоскового элемента настраивают микрополосковый элемент. Указанный механизм антенны подобен механизму хорошо известной плоской антенны в виде инвертированной буквы «F» (PIFA), где заземление элемента настраивает антенну, за исключением подачи сигнала, которая выполняется фидером, а не зондом (PIFA). Эффективность антенны низка, а ее рабочая ширина полосы частот очень узкая. Она сложна в изготовлении и является относительно дорогостоящей, причем не достигается реального снижения излучения в направлении головы/тела пользователя. Кроме того, высота конструкции велика даже в простейшем варианте осуществления с одиночным микрополосковым элементом. Для современных мобильных устройств связи, которые являются очень компактными, такие размеры являются непрактичными. Другие конструкции антенн описаны в документах WO 99/13528, WO 99/36988 (US 5945954), однако такие антенны также имеют один или более вышеописанных недостатков.US Pat. No. 6,002,367 describes a microstrip slot antenna driven by a feeder similar to the structure described in US Pat. No. 5,068,670. The microstrip element is excited by electromagnetic coupling of the feeder to the microstrip element through a slit along its center line and is very small compared to the wavelength of operating frequency; therefore, it emits inefficiently. The microstrip element or elements added above the slit are excited by a feeder; a load line (described in several embodiments) and grounding of the microstrip element adjust the microstrip element. The specified antenna mechanism is similar to the mechanism of the well-known flat antenna in the form of an inverted letter "F" (PIFA), where the grounding of the element tunes the antenna, except for the signal, which is performed by the feeder, and not the probe (PIFA). The antenna efficiency is low, and its working bandwidth is very narrow. It is difficult to manufacture and is relatively expensive, and no real reduction in radiation is achieved in the direction of the head / body of the user. In addition, the height of the structure is great even in the simplest embodiment with a single microstrip element. For modern mobile communications devices that are very compact, such sizes are impractical. Other antenna designs are described in documents WO 99/13528, WO 99/36988 (US 5945954), however, such antennas also have one or more of the disadvantages described above.
Задачи изобретенияObjectives of the invention
Задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая хотя и является очень малой по сравнению с известными антеннами, все же, тем не менее, способна работать с высокой эффективностью.An object of the present invention is to provide an internal antenna for mobile communication devices, which, although very small in comparison with known antennas, is nevertheless capable of operating with high efficiency.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, показывающей низкую удельную мощность поглощения (SAR) по отношению к излучению в направлении головы/тела человека.Another objective of the present invention is to provide an internal antenna for mobile communication devices showing a low specific absorption power (SAR) with respect to radiation in the direction of the head / body of a person.
Также задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, для которой работа вблизи головы/тела человека оказывает незначительное влияние на характеристики антенны.It is also an object of the present invention to provide an internal antenna for mobile communication devices for which operation near a person’s head / body has little effect on the characteristics of the antenna.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая может эффективно работать в широкой полосе частот - одиночной, двойной или многополосной.Another objective of the present invention is to provide an internal antenna for mobile communication devices, which can effectively operate in a wide frequency band - single, double or multi-band.
Также задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая может изготавливаться экономичным образом в объеме, сравнимом с известными внешними антеннами.It is also an object of the present invention to provide an internal antenna for mobile communication devices, which can be manufactured economically in a volume comparable to known external antennas.
Еще одна задача и преимущество настоящего изобретения заключаются в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, имеющей более эстетический вид, чем сопоставимые устройства, оснащенные известными внешними антеннами.Another objective and advantage of the present invention is to provide an internal antenna for mobile communication devices having a more aesthetic appearance than comparable devices equipped with known external antennas.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена многодиапазонная микроволновая антенна, являющаяся резонансной и излучающей в полосе высоких частот, и, по меньшей мере, в одной полосе более низких частот, содержащая: диэлектрическую подложку, имеющую противоположные поверхности; электропроводный слой, служащий в качестве плоскости заземления на одной поверхности диэлектрической подложки, электропроводную фидерную линию, выполненную на противоположной поверхности диэлектрической подложки, причем фидерная линия имеет, по меньшей мере, один питающий конец и, по меньшей мере, один нагрузочный конец; щель, выполненную в плоскости заземления, имеющую питающую сторону и нагрузочную сторону по отношению к питающему концу и нагрузочному концу, причем щель электромагнитным способом связана с нагрузочным концом фидерной линии, так что щель является резонансной и излучающей в полосе высоких частот; а также дополнительный электрический проводник, электрически соединенный с плоскостью заземления, служащий в качестве ее продолжения на нагрузочной стороне щели, причем дополнительный электрический проводник имеет заданные размеры, расположен и связан электромагнитным способом со щелью в полосе более низких частот, так чтобы обеспечить резонанс щели и ее излучение, по меньшей мере, в одной полосе более низких частот.According to one aspect of the present invention, there is provided a multi-band microwave antenna that is resonant and radiating in a high frequency band and in at least one lower frequency band, comprising: a dielectric substrate having opposite surfaces; an electrical conductive layer serving as a ground plane on one surface of the dielectric substrate, an electrical conductive feeder line formed on the opposite surface of the dielectric substrate, the feeder line having at least one feed end and at least one load end; a slot made in the ground plane having a supply side and a load side with respect to the supply end and the load end, the slot being electromagnetically coupled to the load end of the feeder line, so that the slot is resonant and radiating in the high frequency band; as well as an additional electrical conductor, electrically connected to the ground plane, serving as its extension on the load side of the gap, the additional electrical conductor having predetermined dimensions, located and connected electromagnetically to the gap in the lower frequency band, so as to ensure resonance of the gap and its radiation in at least one band of lower frequencies.
Пояснение улучшения на более низкой рабочей частоте заключается в следующем. По плоскости заземления антенны генерируются электрические токи, которые вносят вклад в излучение антенны. В плоскости заземления конечных размеров эти токи генерируют электрические и магнитные поля на обоих концах плоскости заземления (это концы, которые перпендикулярны направлению распространения токов), действующих как микрополосковая антенна. Токи, генерируемые по плоскости заземления, должны быть непрерывными и, следовательно, если размер плоскости заземления мал, то не будет достигаться значительная амплитуда тока (теоретически, чтобы генерировать максимальный ток, требуется приблизительно половина длины волны). При добавлении второй плоскости заземления не требуется, чтобы генерируемые токи сводились к нулю на краю первой плоскости заземления, и таким образом они вносят вклад в излучение щели. Выбор размера порядка половины длины волны основан на фазе тока, которая имеет разность 180° на обоих краях. Генерируемые электромагнитные поля на краях, представляющие собой результат умножения тока на нормаль к краю (который противоположен по направлению на обоих краях), дают синфазные электромагнитные поля и, следовательно, вносят вклад в излучение в желаемых направлениях.An explanation of the improvement at a lower operating frequency is as follows. Electric currents are generated along the ground plane of the antenna, which contribute to the radiation of the antenna. In a ground plane of finite dimensions, these currents generate electric and magnetic fields at both ends of the ground plane (these are the ends that are perpendicular to the direction of current propagation), acting as a microstrip antenna. The currents generated along the ground plane must be continuous and, therefore, if the size of the ground plane is small, then a significant amplitude of the current will not be achieved (theoretically, to generate the maximum current, approximately half the wavelength is required). When adding a second ground plane, it is not required that the generated currents be reduced to zero on the edge of the first ground plane, and thus they contribute to the radiation of the gap. The choice of the size of the order of half the wavelength is based on the phase of the current, which has a difference of 180 ° at both edges. The generated electromagnetic fields at the edges, which are the result of multiplying the current by the normal to the edge (which is opposite in direction at both edges), give in-phase electromagnetic fields and, therefore, contribute to the radiation in the desired directions.
Для того чтобы поддерживать поверхность антенны малой, как это обычно требуется для мобильных устройств связи, вторая плоскость заземления может быть согнута или помещена над или под первой плоскостью заземления, а затем два слоя могут быть соединены штырями или металлическими элементами для обеспечения непрерывности плоскости заземления и генерируемых токов. Последнее обеспечивает возможность непрерывности токов, не влияя на окрестность антенны. Указанный добавленный слой может быть расположен в зазоре, требуемом между антенной и устройством связи, так что суммарный объем остается таким же. Зазор требуется для устранения компенсации электромагнитного поля (полей), обусловленной отраженными полями от печатной платы (ПСП) мобильного устройства связи.In order to keep the antenna surface small, as is usually required for mobile communication devices, the second ground plane can be bent or placed above or below the first ground plane, and then the two layers can be connected by pins or metal elements to ensure continuity of the ground plane and the generated currents. The latter provides the possibility of continuity of currents without affecting the vicinity of the antenna. The specified added layer may be located in the gap required between the antenna and the communication device, so that the total volume remains the same. A clearance is required to eliminate compensation of the electromagnetic field (s) due to reflected fields from the printed circuit board (PCB) of the mobile communication device.
Согнутая плоскость заземления может быть дополнительно согнута, например, посредством третьего слоя, чтобы дополнительно увеличить его длину ценой усложнения изготовления.The bent ground plane can be further bent, for example, by means of a third layer, in order to further increase its length at the cost of complicating manufacturing.
Как упоминалось, согнутая вторая плоскость заземления служит также в качестве рефлектора, который отражает электромагнитные поля от направления к голове/телу пользователя. Такой рефлектор снижает излучение к голове/телу пользователя и повышает коэффициент усиления антенны главным образом по направлению половины свободного пространства, противоположной пользователю.As mentioned, the bent second ground plane also serves as a reflector that reflects electromagnetic fields from the direction to the user's head / body. Such a reflector reduces radiation to the head / body of the user and increases the antenna gain mainly in the direction of half the free space opposite to the user.
Кроме того, плоскость заземления антенны также может быть продлена и сложена на ее питающей стороне (вместо продления или же в дополнение к нему, на ее нагрузочной стороне), чтобы минимизировать такое излучение в направлении пользователя. Практический способ выполнения такого второго продления на питающей стороне плоскости заземления состоит в том, чтобы добавить еще один электропроводный слой снизу антенны, в зазоре между печатной платой устройства и антенной, который электрически соединен с заземленным выводом (или выводами).In addition, the ground plane of the antenna can also be extended and folded on its supply side (instead of extension or, in addition to it, on its load side) to minimize such radiation in the direction of the user. A practical way to perform such a second extension on the supply side of the ground plane is to add another conductive layer at the bottom of the antenna, in the gap between the device circuit board and the antenna, which is electrically connected to the ground terminal (or terminals).
Электрический проводник, служащий в качестве продолжения плоскости заземления, также может быть представлен в форме добавленного шлейфа. Такая реализация изобретения устраняет потребность в лишнем слое, упрощая процессы изготовления и сборки, а также снижая стоимость антенны. Металлизированные сквозные отверстия, металлические выводы, контактные площадки или электропроводные элементы любого типа могут соединять плоскость заземления на одной стороне и добавленный шлейф - на другой стороне.An electrical conductor serving as a continuation of the ground plane may also be in the form of an added loop. This implementation of the invention eliminates the need for an extra layer, simplifying the manufacturing and assembly processes, as well as reducing the cost of the antenna. Metallized through holes, metal leads, pads or conductive elements of any type can connect the ground plane on one side and the added loop on the other side.
Вся антенна может быть изготовлена на гибкой однослойной печатной схемной плате, затем сгибаемой, тем самым устраняя потребность отдельного второго слоя и специальных соединений с ним. Она также может быть изготовлена на одной диэлектрической подложке, в которой электрический проводник, служащий в качестве продолжения плоскости заземления, сформирован на той же поверхности, что и фидерные линии, но изолированно от них.The entire antenna can be made on a flexible single-layer printed circuit board, then bent, thereby eliminating the need for a separate second layer and special connections with it. It can also be made on a single dielectric substrate in which an electrical conductor serving as a continuation of the ground plane is formed on the same surface as the feeder lines, but isolated from them.
Ширина электрических контактов управляет рабочей частотой полосы более низких частот. Узкое соединение понижает рабочую частоту полосы более низких частот, тогда как более широкое соединение повышает рабочую частоту полосы более низких частот. Соединение может быть индуктивного типа, чтобы действовать как фильтр нижних частот, и поэтому может сильно влиять на полосу более высоких частот.The width of the electrical contacts controls the operating frequency of the lower frequency band. A narrower connection reduces the operating frequency of the lower frequency band, while a wider connection increases the operating frequency of the lower frequency band. The connection can be of an inductive type to act as a low pass filter, and therefore can greatly affect the higher frequency band.
Соединение антенны с мобильным устройством связи может быть выполнено посредством проводящих выводов. Могут использоваться либо цилиндрические, плоские, либо выводы с другими поперечными сечениями. Выводы могут быть подпружиненными выводами, жесткими выводами с упругими элементами, расположенными на печатной плате устройства связи или на антенне, или жесткими резьбовыми выводами. В другом варианте осуществления проводящие выводы могут припаиваться к устройству связи.The connection of the antenna with a mobile communication device can be made through conductive pins. Either cylindrical, flat, or leads with other cross sections can be used. The findings can be spring-loaded terminals, hard terminals with elastic elements located on the printed circuit board of the communication device or antenna, or rigid threaded terminals. In another embodiment, the conductive leads may be soldered to a communication device.
Другой способ соединения может быть осуществлен посредством коаксиального соединителя. Соединение также может быть выполнено с использованием гибкой печатной платы в качестве подложки антенны, которая может быть смонтирована непосредственно или соединена через разъем или выводы с печатной платой устройства связи.Another connection method may be carried out by means of a coaxial connector. The connection can also be made using a flexible printed circuit board as an antenna substrate, which can be mounted directly or connected via a connector or terminals to the printed circuit board of the communication device.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных ниже, антенна является антенной типа, описанного в вышеупомянутом патенте США №5068670 (одного из соавторов настоящей заявки), включенном в настоящее описание посредством ссылки. Антенна включает в себя электропроводную фидерную линию, размещенную на поверхности диэлектрической подложки, противоположной той поверхности, которая служит в качестве плоскости заземления, и щель, сформированную в плоскости заземления, имеющую питающую сторону, связанную электромагнитным способом с питающим концом фидерной линии, и нагрузочную сторону, связанную электромагнитным способом с нагрузочным концом фидерной линии, так что щель является резонансной и излучающей в заданной полосе высоких частот.In the preferred embodiments of the present invention described below, the antenna is an antenna of the type described in the aforementioned US Patent No. 5068670 (one of the co-authors of this application), incorporated herein by reference. The antenna includes an electrically conductive feeder line located on the surface of the dielectric substrate opposite to that which serves as the ground plane, and a slot formed in the ground plane, having a supply side electromagnetically coupled to the feed end of the feeder line, and a load side, connected electromagnetically to the load end of the feeder line, so that the gap is resonant and radiating in a given high-frequency band.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения щель, сформированная в плоскости заземления такой антенны, является искривленной.According to another aspect of the present invention, a gap formed in the ground plane of such an antenna is curved.
Улучшение, достигаемое искривлением щели, состоит в уменьшении общего размера платы антенны. Особенно в случае щели с обоими закороченными концами влияние искривления щели является минимальным относительно ее рабочих характеристик, поскольку боковые плечи такой щели находятся по соседству с концами щели. Как описано ранее, электрические и магнитные поля в закороченной на конце щели сводятся к нулю на конце указанной щели, и, поскольку они должны быть непрерывными, из этого следует, что их значения вблизи концов щели являются низкими и, следовательно, на них не влияет искривление щели. Область вблизи центра такой щели является наиболее значимой, и значения полей в этой области высоки.The improvement achieved by curving the slit consists in reducing the overall size of the antenna board. Especially in the case of a gap with both shorted ends, the effect of curvature of the gap is minimal relative to its performance, since the lateral shoulders of such a gap are adjacent to the ends of the gap. As described previously, the electric and magnetic fields in the gap shorted at the end of the gap are reduced to zero at the end of the specified gap, and since they must be continuous, it follows that their values near the ends of the gap are low and, therefore, they are not affected by curvature cracks. The region near the center of such a gap is the most significant, and the field values in this region are high.
Комбинация такой искривленной щели и распределенной фидерной линии (предпочтительно подобной описанному в патенте США № 5068670), в частности, обеспечивает хорошие результаты, особенно с такими малыми антеннами.The combination of such a curved slit and a distributed feeder line (preferably similar to that described in US Pat. No. 5,068,670), in particular, provides good results, especially with such small antennas.
Размер типичной антенны на типичных частотах системы DCS/PCS (передачи данных/персональной системы связи) (1800 и 1900 МГц) должен быть порядка 60-80 мм. Указанный размер нереализуем на практике в современных мобильных устройствах связи, в которых пространство для внутренней антенны составляет порядка (35-45) мм на (12-30) мм. Известные щелевые антенны, используемые в настоящее время, такие как, например, в патентах США № 5929813 и 6025802 (компании Nokia), возбуждаются непосредственно штырями. Кроме того, структуры, предложенные в указанных патентах, по существу являются рамочными антеннами, а не щелевыми антеннами.The size of a typical antenna at typical frequencies of the DCS / PCS system (data transmission / personal communication system) (1800 and 1900 MHz) should be about 60-80 mm. The indicated size cannot be put into practice in modern mobile communication devices in which the space for the internal antenna is about (35-45) mm by (12-30) mm. Known slot antennas currently in use, such as, for example, in US Pat. Nos. 5,929,813 and 6,025,802 (Nokia), are directly driven by pins. In addition, the structures proposed in these patents are essentially loop antennas, not slot antennas.
Патенты PCT/US99/0085, WO 99/36988 (принадлежащие Rangestar) представляют щелевые антенны для сотовых телефонов. Подобная предложенная сотовая антенна запитывается коаксиальным кабелем, и, следовательно, в данном случае нет места для размещения средств согласования импедансов, кроме положения точки возбуждения вдоль щели. Такая конфигурация также является сложной в отношении сборки ввиду необходимости использования пайки, причем провода коаксиального кабеля часто могут ломаться. Кроме того, щель является прямой, а не искривленной, и очень мала по длине по сравнению с длиной волны на рабочей частоте;Patents PCT / US99 / 0085, WO 99/36988 (owned by Rangestar) represent slot antennas for cell phones. Such a proposed cellular antenna is powered by a coaxial cable, and, therefore, in this case there is no place for placement of impedance matching means, except for the position of the excitation point along the slit. This configuration is also difficult to assemble due to the need to use soldering, and coaxial cable wires can often break. In addition, the slit is straight, not curved, and very small in length compared to the wavelength at the operating frequency;
следовательно, ее эффективность и особенно ее ширина полосы рабочих частот являются низкими.therefore, its efficiency and especially its operating frequency bandwidth are low.
Таким образом, искривление щели при одновременном ее возбуждении распределенной фидерной линией, имеющей питающий конец (предпочтительно, включающий преобразователь, реализуемый за счет изменения его длины и ширины, чтобы согласовать импеданс щели), и нагрузочный конец (включающий реактивную нагрузку - разомкнутый шлейф, закороченный шлейф или элементы, предназначенные, главным образом, для уменьшения реактивной части импеданса щели до нулевого уровня) обеспечивает особенно хорошие результаты (в отношении эффективности излучения, коэффициента усиления и рабочей ширины полосы) при искривлении щели и возбуждении ее распределенной фидерной линией.Thus, the curvature of the slit while it is excited by a distributed feeder line having a supply end (preferably including a converter implemented by changing its length and width to match the impedance of the slot) and the load end (including reactive load - open loop, shorted loop or elements designed primarily to reduce the reactive part of the gap impedance to zero) provides particularly good results (in terms of radiation efficiency, coe cient gain and operating bandwidth) at a curvature of the gap and its excitation distributed feed line.
Соответственно, была изготовлена пятидиапазонная антенна, полностью покрывающая все полосы на частотах 800, 900, 1800, 1900 и 2400 МГц.Accordingly, a five-band antenna was manufactured that completely covers all the bands at frequencies of 800, 900, 1800, 1900 and 2400 MHz.
Согласно настоящему изобретению многощелевая конфигурация может быть выполнена с использованием двух щелей, возбуждаемых последовательно одной фидерной линией, например пересекающей первую щель в ее точке возбуждения, продолжающейся до второй щели, пересекающей вторую щель в ее точке возбуждения, и затем части нагрузочного конца фидерной линии. Указанный вариант осуществления позволяет всей антенне работать в дополнительных полосах частот.According to the present invention, a multi-slot configuration can be made using two slots excited in series by one feeder line, for example, intersecting the first slot at its excitation point, extending to the second slot, intersecting the second slot at its excitation point, and then part of the load end of the feeder line. This embodiment allows the entire antenna to operate in additional frequency bands.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения каждая из щелей может возбуждаться отдельной фидерной линией, причем фидерные линии расположены параллельно друг другу.According to another embodiment of the present invention, each of the slots can be driven by a separate feeder line, the feeder lines being parallel to each other.
Согласно настоящему изобретению в другой конфигурации дополнительная фидерная линия может возбуждать каждую из двух щелей, при этом каждая из фидерных линий выполняется последовательным или параллельным способом, как упомянуто выше. Ясно, что любая комбинация последовательных и параллельных фидерных линий применима к такой антенне, выполненной согласно настоящему изобретению.According to the present invention, in another configuration, an additional feeder line can drive each of the two slots, with each of the feeder lines being executed in a serial or parallel manner, as mentioned above. It is clear that any combination of serial and parallel feeder lines is applicable to such an antenna made according to the present invention.
Электрическое соединение с антенной может быть выполнено в любой подходящей точке антенны. Например, металлизированные отверстия могут быть выполнены на печатной плате антенны на стадии предварительного проектирования, а выводы от печатной платы устройства связи могут быть вставлены в эти отверстия и запаяны. В другой возможной компоновке подпружиненные выводы могут создавать электрическое соединение за счет непосредственного контакта с контактными площадками на печатных платах антенны и устройства связи. Еще в одной возможной компоновке электрическое соединение с антенной может быть выполнено за счет электромагнитной связи между фидерной линией и печатной платой устройства связи.An electrical connection to the antenna can be made at any suitable point on the antenna. For example, metallized holes can be made on the antenna circuit board at the preliminary design stage, and the conclusions from the communication device circuit board can be inserted into these holes and sealed. In another possible arrangement, the spring-loaded terminals can create an electrical connection due to direct contact with the contact pads on the printed circuit boards of the antenna and communication device. In yet another possible arrangement, the electrical connection to the antenna can be made through electromagnetic coupling between the feeder line and the printed circuit board of the communication device.
Предпочтительный вариант осуществления заключается в выполнении антенны в виде интегральной части печатной платы устройства связи. В наиболее общем случае печатная плата устройства связи представляет собой многослойную печатную плату, и антенна может быть легко выполнена непосредственно на этой печатной плате, тем самым устраняя любую потребность в любом дополнительном соединении или отдельной печатной плате. Проводящий отражатель, при его выполнении в виде отдельного слоя, в таком случае может представлять собой простой металлический лист, размещенный близко к передней крышке печатной платы устройства, электрически подсоединяемый к антенне, например посредством проводящих выводов.A preferred embodiment consists in designing an antenna as an integral part of a printed circuit board of a communication device. In the most general case, the communication device’s printed circuit board is a multilayer printed circuit board, and the antenna can be easily made directly on this printed circuit board, thereby eliminating any need for any additional connection or separate printed circuit board. The conductive reflector, when it is implemented as a separate layer, in this case may be a simple metal sheet placed close to the front cover of the device circuit board, electrically connected to the antenna, for example, via conductive leads.
В другой реализации верхний слой печатной платы устройства выполнен в виде гибкого слоя, содержащего антенну и проводящий отражатель на ней, при этом панель заземления или панель проводящего отражателя сгибается для получения законченной антенны.In another implementation, the upper layer of the device circuit board is made in the form of a flexible layer containing an antenna and a conductive reflector on it, while the ground panel or the panel of the conductive reflector is bent to obtain a complete antenna.
Другой предпочтительный вариант осуществления заключается в выполнении антенны в виде интегральной части батареи устройства связи, которая обычно помещается на задней стороне устройства связи. В такой конструкции контактные элементы будут предпочтительно выполняться в виде подпружиненных штырьков. Предпочтительное положение для размещения антенны - в верхней части на задней стороне устройства связи для уменьшения помех ее работе, ее эффективности, когда устройство связи удерживается в руках и/или вблизи головы/тела пользователя.Another preferred embodiment is to design the antenna as an integral part of the battery of the communication device, which is usually located on the back side of the communication device. In this design, the contact elements will preferably be in the form of spring-loaded pins. The preferred position for placing the antenna is in the upper part on the rear side of the communication device to reduce interference with its operation, its effectiveness, when the communication device is held in the hands and / or near the head / body of the user.
Таким образом, видно, что настоящее изобретение может быть реализовано в виде антенны, образованной резонансной щелью (т.е. «закороченной на концах щели»), вырезанной в плоскости заземления платы печатной схемы и возбуждаемой, по меньшей мере, одной фидерной линией, пересекающей щель, по меньшей мере, в одной точке возбуждения вдоль щели. Указанная точка возбуждения выбирается таким образом, чтобы оптимизировать импеданс щели по отношению к точке фидерной линии на требуемой рабочей частоте. Возбуждение также может реализовываться двойной фидерной линией, чтобы возбуждать щель симметрично для обеспечения симметричного излучения щели или асимметрично для расширения полосы рабочих частот за счет комбинации двух различных возбудителей. Для того чтобы увеличить эффективность антенны, сторона нагрузочного конца фидерной линии является предпочтительно нагрузкой реактивного типа, а не согласованной нагрузкой. Конструкция питающего конца фидерной линии и нагрузочного конца фидерной линии может быть выполнена согласно патенту США №5068670, чтобы максимизировать ширину полосы рабочих частот антенны. Щель предпочтительно искривляется в плоскости заземления, в которой она вырезана, для обеспечения малого размера антенны.Thus, it is seen that the present invention can be implemented in the form of an antenna formed by a resonant slit (ie, “shorted at the ends of the slit”) cut in the ground plane of the printed circuit board and excited by at least one feeder line crossing gap at least at one point of excitation along the gap. The specified excitation point is selected in such a way as to optimize the impedance of the slit with respect to the point of the feeder line at the desired operating frequency. The excitation can also be realized by a double feeder line to excite the gap symmetrically to provide symmetrical radiation of the gap or asymmetrically to expand the frequency band due to a combination of two different pathogens. In order to increase the efficiency of the antenna, the side of the load end of the feeder line is preferably a reactive type load rather than a matched load. The design of the feed end of the feeder line and the load end of the feeder line can be performed according to US patent No. 5068670, to maximize the working frequency band of the antenna. The slot is preferably curved in the ground plane in which it is cut to provide a small antenna size.
Как упомянуто выше, нагрузочный конец является нагрузкой реактивного типа. Он может быть закороченным шлейфом (имитирующим цепь короткого замыкания, где конец шлейфа соединен с плоскостью заземления, например посредством сквозного отверстия), разомкнутым шлейфом (имитирующим разомкнутую цепь) или смешанным элементом(-ами) (имитирующим реактивную нагрузку, которая может представлять импеданс, отличный от импеданса цепи короткого замыкания или разомкнутой цепи). В описанных конструкциях антенн в качестве нагрузочного конца может служить любая комбинация реактивных нагрузок.As mentioned above, the load end is a reactive type load. It can be a shorted loop (simulating a short circuit, where the end of the loop is connected to the ground plane, for example through a hole), an open loop (simulating an open circuit) or a mixed element (s) (simulating a reactive load that can represent an impedance that is excellent from the impedance of a short circuit or open circuit). In the described antenna designs, any combination of reactive loads can serve as the load end.
Как упомянуто выше, современные мобильные устройства связи теперь требуют двойной или тройной полосы рабочих частот. Следовательно, щель конструируется для работы в более высокочастотной полосе(-ах) (т.е. для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 1800 и/или 1900 МГц). Для того чтобы антенна работала также в полосе более низких частот (например, для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 800 и/или 900 МГц), на дальнем конце щели может быть выполнено увеличение плоскости заземления за счет металлического листа, электрически соединенного с краем плоскости заземления, чтобы добавить к антенне дополнительную рабочую полосу (например, для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 800 и/или 900 МГц). Добавленный участок плоскости заземления вместе с печатной платой мобильного устройства связи служат для настройки на более низкую полосу рабочих частот. Поскольку печатная плата устройств связи изготавливается заранее и в большинстве случаев не зависит от конструкции антенны, настройка обычно определяется формой, длиной, шириной и типом соединения удлиненной таким образом плоскости заземления.As mentioned above, modern mobile communications devices now require a double or triple band of operating frequencies. Therefore, the slot is designed to operate in a higher frequency band (s) (i.e., for cellular telephone devices operating at 1800 and / or 1900 MHz). In order for the antenna to work also in the lower frequency band (for example, for cellular telephone devices operating at 800 and / or 900 MHz), an increase in the ground plane can be made at the far end of the slot due to a metal sheet electrically connected to the edge of the plane grounding to add an additional operating band to the antenna (for example, for cellular telephone devices operating at 800 and / or 900 MHz). The added portion of the ground plane along with the printed circuit board of the mobile communication device serves to tune to a lower operating frequency band. Since the printed circuit board of communication devices is prefabricated and in most cases does not depend on the antenna design, the setting is usually determined by the shape, length, width and type of connection of the ground plane extended in this way.
Вышеупомянутая удлиненная плоскость заземления может быть наложена на печатную плату, согнутую к другой стороне печатной платы антенны, или в качестве второго слоя, размещенного под углом или параллельно печатной плате антенны, чтобы сэкономить поверхность антенны. В предпочтительном варианте осуществления удлинение плоскости заземления выполняется посредством шлейфов фидерной линии на другой стороне печатной платы антенны и электрически соединяется с плоскостью заземления посредством металлизированных отверстий или проводящих выводов. Шлейфы выполнены так, что они не создают существенных помех питающим и нагрузочным концам фидерной линии, возбуждающей щель, или самой щели.The aforementioned elongated ground plane may be superimposed on a circuit board bent to the other side of the antenna circuit board, or as a second layer placed at an angle or parallel to the antenna circuit board to save the surface of the antenna. In a preferred embodiment, the extension of the ground plane is carried out by loops of the feeder line on the other side of the antenna circuit board and is electrically connected to the ground plane by means of metallized holes or conductive leads. The loops are designed so that they do not create significant interference to the supply and load ends of the feeder line, exciting the gap, or the gap itself.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется описанием конкретных вариантов осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:The invention is illustrated by the description of specific embodiments with reference to the drawings, which show the following:
фиг.1 - одна из форм мобильного устройства связи, выполненного с возможностью введения в него внутренней антенны, соответствующей настоящему изобретению;figure 1 is one form of a mobile communication device configured to introduce an internal antenna in accordance with the present invention;
фиг.2 - другой вариант мобильного устройства связи, выполненного с возможностью введения в него внутренней антенны, соответствующей настоящему изобретению;FIG. 2 is another embodiment of a mobile communication device configured to insert an internal antenna in accordance with the present invention;
фиг.3 - одна из форм внутренней антенны, выполненной согласно настоящему изобретению, в ее разогнутом состоянии; фиг.3а-3в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;figure 3 - one of the forms of the internal antenna made according to the present invention, in its unbent state; 3a-3c schematically illustrate how such an antenna can be bent;
фиг.4 - конструкция, подобная показанной на фиг.3, но со щелью, разомкнутой на одном конце в отражателе, а не замкнутой на обоих концах, как на фиг.3;4 is a design similar to that shown in figure 3, but with a slit open at one end in the reflector, and not closed at both ends, as in figure 3;
фиг.5 - другая форма внутренней антенны, выполненной согласно настоящему изобретению, также в ее разогнутом состоянии; фиг.5а-5в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;5 is another form of an internal antenna made according to the present invention, also in its unbent state; 5a-5c schematically illustrate how such an antenna can be bent;
фиг.6 - внутренняя антенна, выполненная согласно настоящему изобретению на одной гибкой плате печатной схемы в разогнутом состоянии; фиг.6а-6в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;6 is an internal antenna made according to the present invention on one flexible printed circuit board in an unbent state; 6a-6c schematically illustrate how such an antenna can be bent;
фиг.7 - внутренняя антенна, выполненная на одной гибкой плате печатной схемы согласно настоящему изобретению, фиг.7а-7в иллюстрируют, как может быть согнута плата печатной схемы;7 is an internal antenna made on one flexible printed circuit board according to the present invention; FIGS. 7a-7c illustrate how a printed circuit board can be bent;
фиг.8, 8а и 8б - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое платы печатной схемы (ППС), фиг.8а и 8б иллюстрируют противоположные поверхности ППС платы фиг.8;FIGS. 8, 8a and 8b show an internal antenna made on one hard layer of a printed circuit board (PPS) board; FIGS. 8a and 8b illustrate opposing surfaces of the PPS board of FIG. 8;
фиг.9, 9а и 9б - виды, соответствующие фиг.8, 8а и 8б, иллюстрирующие модификации конструкции такой антенны;Figs. 9, 9a and 9b are views corresponding to Figs. 8, 8a and 8b illustrating structural modifications of such an antenna;
фиг.10, 10а, 10б и 10в - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое ППС, с некоторыми модификациями по сравнению с фиг.8;figure 10, 10A, 10B and 10B - an internal antenna made on one hard layer of the faculty, with some modifications in comparison with Fig;
фиг.11 - другая форма внутренней антенны с двойными отражателями; фиг.11а-11в схематично иллюстрируют, как такая антенна может быть согнута дважды;11 is another form of an internal antenna with double reflectors; 11a-11c schematically illustrate how such an antenna can be bent twice;
фиг.12, 12а, 126 и 12в - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое ППС, с дополнительными модификациями;12, 12a, 126 and 12c show an internal antenna made on one hard layer of the faculty, with additional modifications;
фиг.13 и 13а-13в - внутренняя антенна, выполненная согласно настоящему изобретению на одной ППС, имеющей две щели, возбуждаемые двумя фидерными линиями; фиг.13а и 13б иллюстрируют противоположные поверхности ППС по фиг.13 и фиг.13в, иллюстрирующим боковой вид;13 and 13a-13b show an internal antenna made according to the present invention at one faculty having two slots driven by two feeder lines; figa and 13b illustrate the opposite surfaces of the faculty of Fig.13 and figv illustrating a side view;
фиг.14 и 14а-14в - конструкция, подобная показанной на фиг.13, но с одной фидерной линией;Figs. 14 and 14a-14c show a structure similar to that shown in Fig. 13, but with one feeder line;
фиг.15 - антенна, подобная показанной на фиг.3, но с разомкнутой щелью в отражателе; на фиг.15а показан вид сбоку, на фиг.156 и 15в показан вид в сборке.Fig. 15 is an antenna similar to that shown in Fig. 3, but with an open slot in the reflector; on figa shows a side view, on Fig and 15B shows a view of the assembly.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Фиг.1 иллюстрирует основные компоненты мобильного устройства связи, такого как трубка сотового телефона, выполненного согласно настоящему изобретению. Указанное устройство, в целом обозначенное ссылочной позицией 2, содержит переднюю крышку 3, главную ППС 4 и заднюю крышку 5, обычно содержащую также батарею (не показана). Вышеупомянутые компоненты могут быть известными и поэтому не описываются более подробно.Figure 1 illustrates the main components of a mobile communication device, such as a handset of a cell phone made in accordance with the present invention. Said device, generally indicated by reference numeral 2, comprises a
Согласно настоящему изобретению мобильное устройство 2 содержит внутреннюю антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 6, расположенную между главной ППС 4 и задней крышкой 5, и соединенную с ППС питающими вводами 8. В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1, внутренняя антенна 6 расположена, по существу, параллельно плоскости главной ППС 4, с которой она соединяется питающими выводами 8. Фиг.2 иллюстрирует вариант, в котором внутренняя антенна 16 расположена, по существу, перпендикулярно главной ППС 4, с которой она соединяется питающими выводами 18.According to the present invention, the mobile device 2 comprises an internal antenna, generally indicated by 6, located between the
Настоящее изобретение в первую очередь относится к конструкции внутренней антенны такой, как антенна 6, 16, как описано ниже для различных вариантов осуществления указанной внутренней антенны, представленных на фиг.3-15.The present invention primarily relates to the construction of an internal antenna such as
Фиг.3 и 3а-3в иллюстрируют одну из предпочтительных конструкций внутренней антенны 6 по фиг.1 или внутренней антенны 16 по фиг.2.Figure 3 and 3A-3B illustrate one of the preferred designs of the internal antenna 6 of figure 1 or the
Таким образом, как показано на фиг.3 и 3а-3в, внутренняя антенна 100 состоит из двух панелей 101, 102, механически и электрически соединенных между собой вдоль одного края одним или более электропроводными выводами 112 (показан только один), проходящими через металлизированные сквозные отверстия 111a, 111b. Понятно, что для соединения двух слоев могут быть использованы подпружиненные выводы или выводы другого типа.Thus, as shown in FIGS. 3 and 3a-3c, the
Панель 101 представляет собой плату печатной схемы (ППС), состоящую из диэлектрической подложки, имеющей электропроводный слой 103 на одной поверхности, служащий в качестве плоскости заземления, с вырезанной резонансной щелью 104. Щель 104 имеет искривленную U-образную конфигурацию, замкнута на обоих ее концах для получения двух замкнутых боковых плеч 104а, 104b, соединенных мостом 104с. Резонансная щель 104 возбуждается электропроводной фидерной линией 105, проведенной на поверхности диэлектрической панели 101, противоположной поверхности плоскости 103 заземления.The
Вариант осуществления, иллюстрируемый на фиг.3, представляет собой симметричную конструкцию, в которой два боковых плеча 104а, 104b являются, по существу, параллельными, по существу, одинаковой длины и ширины, и возбуждаются посредством общей точки возбуждения, а именно точки, в которой фидерная линия 105 пересекает щель. Однако должно быть понятно, что антенна может быть непараллельной и/или асимметричной структурой, в которой боковые плечи 104а, 104b не параллельны, имеют различные длину и ширину и/или несимметрично возбуждаются фидерными линиями соответственно.The embodiment illustrated in FIG. 3 is a symmetrical structure in which two
Электропроводная фидерная линия 105 (пунктирная линия на фиг.3), проведенная на противоположной стороне ППС, возбуждает щель 104. Главное плечо фидерной линии 105а соединяет вывод 108а входного сигнала, проходящий через ППС, деля мощность на две секции 105b и 105с преобразователя фидерной линии, возбуждая щель 104 в двух точках. Секции 105b и 105с преобразователя могут быть либо идентичными, как на фиг.3, либо различными по длине и/или по ширине. Секции 105b и 105с фидерной линии продолжаются от точек возбуждения под щелью и выполняют функцию реактивных нагрузок 106а и 106b соответственно.An electrically conductive feeder line 105 (dashed line in FIG. 3) drawn on the opposite side of the BPS excites the
Реактивные нагрузки для данного варианта осуществления закорачиваются на плоскость 103 заземления на другой стороне ППС через сквозные металлизированные отверстия 107а, 107b, соответственно. Указанные реактивные нагрузки усиливают и улучшают согласование импеданса щели; то есть они, в основном, снижают реактивную часть импеданса щели приблизительно до нуля в широком диапазоне частот. Таким образом, передаваемая мощность передается за счет электромагнитной связи от фидерных линий 105b и 105с к щели 104, обеспечивая возможность излучения из щели 104. Те же самые рассуждения применимы для приема, когда принимаемая мощность за счет электромагнитной связи передается от щели 104 к фидерным линиям 105b и 105с.The reactive loads for this embodiment are shorted to the
Длина и/или ширина каждого плеча фидерной линии 105, и/или реактивная нагрузка 106, и/или каждая часть щели 104а-104с может быть изменена. Данные параметры, а также точка возбуждения щели, высота над главной ППС 4, угол между антенной 6 или 16 и главной ППС 4, расстояние между выводами 8 и их диаметр, тип и толщина подложки и т.п. определяют более высокочастотную полосу антенны. В данном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения структура является полностью симметричной, и, следовательно, диаграмма излучения щели 104 будет симметричной.The length and / or width of each arm of the
Важная особенность настоящего изобретения состоит в том, что внутренняя антенна является резонансной и излучающей не только на заданной высокой частоте, которая определяется щелью 104, вырезанной в плоскости 103 заземления, фидерной линией 105 и реактивными нагрузками 106, но и в более низкочастотной полосе, так что ее можно использовать в качестве многодиапазонной микроволновой антенны. Для этой цели антенна 100 по фиг.3 содержит дополнительную панель 102 (например ППС), являющуюся электрическим проводником 110, электрически соединенную с плоскостью 103 заземления электропроводным выводом 112 (фиг.3b, 3с), вставленным в сквозные металлизированные отверстия 111a, 111b, предварительно выполненные в панелях 101 и 102 соответственно. Таким образом, электрический проводник 110 служит продолжением плоскости 103 заземления на нагрузочной стороне щели 104. Щель 109, вырезанная в электрическом проводнике 110, действует в качестве электромагнитной нагрузки для щели 104 в полосе более низких частот. Длина и/или ширина каждого плеча 109а-109с щели 109 может изменяться так же, как сторона размыкания щели и положение щели на электрическом проводнике 110. Щель 109 может быть отличающейся по длине, ширине и форме по сравнению со щелью 6 или 16. Указанные параметры влияют на низкочастотные характеристики антенны 100.An important feature of the present invention is that the internal antenna is resonant and radiating not only at a given high frequency, which is determined by a
Электрический проводник 110, в дополнение к его вкладу в полосу более низких частот, также способствует снижению излучения в направлении головы пользователя, служа отражателем, предназначенным для отражения электромагнитных волн, рассеиваемых щелью 104, тем самым он также снижает уровень удельной мощности поглощения (УМП). В зависимости от типа и структуры антенны, УМП снижается приблизительно на 3 дБ в типичных полосах частот МДКР/МДВР/GSM (800 и 900 МГц), и более чем на 5 дБ в типичных полосах частот системы DCS/PCS (передачи данных/персональной системы связи) (1800 и 1900 МГц). Дополнительно, очень высокая эффективность антенны позволяет снижать уровень передаваемой радиочастотной мощности устройства связи и тем самым повышает безопасность для пользователя, а также срок службы батареи между подзарядками.The
Как указано ранее, фиг.3 иллюстрирует щель 104, имеющую симметричную структуру двойной фидерной линии, образованную посредством секций 105b и 105с преобразователя и реактивных нагрузок 106а и 106b. Фиг.3 иллюстрирует три питающих вывода, используемых согласно указанному варианту осуществления: вывод 108а входного сигнала и пара заземляющих выводов 108b и 108с на противоположных сторонах от него. Такая композиция обеспечивает симметрию структуры и снижает характеристический импеданс линии передачи, представляемый выводами. Характеристический импеданс симметричной структуры с тремя выводами составляет приблизительно половину характеристического импеданса структуры с двумя выводами. Это в большинстве случаев облегчает согласование антенны с входным импедансом передатчика и/или с входным импедансом приемника через эти выводы.As previously indicated, FIG. 3 illustrates a
Реактивная нагрузка 106 согласует реактивную часть импеданса щели 104 в каждой точке возбуждения в более высокочастотной полосе. Отражатель 102, в дополнение ко всем параметрам, описанным выше, влияющим на высокочастотную полосу, также согласует импеданс щели в полосе более низких частот. Объединенный импеданс, создаваемый щелью 104 и реактивной нагрузкой 106 или отражателем 102, передается секциями 105b и 105с преобразователя в точку соединения между главным питающим плечом 105а и секциями 105а и 105b преобразователя. Оба импеданса с двух сторон объединяются и отражаются через главное питающее плечо 105а и входные штырьки 8 в микротелефонную трубку. Щель 104, реактивная нагрузка 106, панель 102 (отражатель 110), фидерная линия 105 и входные выводы 8 могут быть рассчитаны так, чтобы гарантировать широкую полосу рабочих частот для антенны, т.е. как в полосе более низких частот, так и в одной или более высокочастотных полос.The
Фиг.3а иллюстрирует вид сбоку двух панелей 101 и 102 перед тем, как они соединяются механически и электрически; фиг.3б иллюстрирует один из способов соединения двух панелей, при котором панель 101, содержащая плоскость 103 заземления, щель 104 и фидерную линию 105, накладывается на панель 102, содержащую отражатель 110 и щель 109 (может быть также асимметричной); в то время как фиг.3в иллюстрирует обратную компоновку, в которой панель 102 накладывается на панель 101. Важным параметром антенны является угол, образованный между двумя панелями 101, 102. Можно изменять угол между панелями, изменять панель, которая накладывается, а также изменять поверхность панели, обращенную вверх, но такие изменения потребуют точной настройки фидерной линии. Кроме того, хотя фиг.3, 3а и 36 иллюстрируют две панели, механически и электрически соединенные между собой одним выводом 112, входящим в металлизированные отверстия (РТН) 111a, 111b, в двух панелях соответственно, должно быть понятно, что для этой цели можно использовать множество таких выводов и сквозных металлизированных отверстий.Fig. 3a illustrates a side view of two
Фиг.4 иллюстрирует антенну 1000, подобную антенне 100 по фиг.3, за исключением того, что щель 109 в проводящем отражателе 110 разомкнута на одном конце, как показано плечом 109d на фиг.4.FIG. 4 illustrates an
Фиг.5 иллюстрирует другую конструкцию внутренней антенны 200, которая подобна антенне, показанной на фиг.3, за исключением того, что она содержит только два питающих вывода, а именно вывод 208а сигнала и вывод 208b заземления. Тем самым изменяется характеристический импеданс линии передачи, представляющий электрический интерфейс между антенной и микротелефонной трубкой. Местоположение двух питающих выводов смещено от центра антенны, следовательно, диаграмма излучения является асимметричной.FIG. 5 illustrates another design of the
Как видно на фиг.5, в таком варианте осуществления возбуждение щели 104 на панели 101 реализуются посредством одной фидерной линии 205 и одной точки возбуждения; также, реактивная нагрузка 206 является разомкнутой на концах. Такая фидерная линия также делает диаграмму излучения антенны асимметричной.As can be seen in FIG. 5, in such an embodiment, the excitation of the
Длина и/или ширина фидерной линии или реактивной нагрузки, так же как и точки возбуждения, может изменяться. Панель 102 отражателя включает закрытую щель 109, вырезанную в проводящем слое 110, как на фиг.3. Характеристика щели 109 отражателя может быть отличной от излучающей щели 104 в плоскости 103 заземления. Плечи 109а и 109Ь замкнутой стороны щели 109 отражателя могут либо быть идентичными, либо отличаться по длине и ширине друг от друга.The length and / or width of the feeder line or reactive load, as well as the excitation points, can vary. The
Две панели 101, 102 могут быть механически или электрически скреплены между собой в требуемом соотношении, под требуемым углом, посредством одного или нескольких электропроводящих выводов 112, показанных на фиг.5b и 5с. Как было описано выше в отношении фиг.3 и фиг.3а-3с, соотношение между двумя панелями, а также угол, образуемый двумя панелями, могут изменяться в соответствии с конкретным применением, и фидерная линия может быть точно настроена в соответствии с требуемым порядком панелей и углом между панелями.The two
Фиг.6 иллюстрирует внутреннюю антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 300, которая подобна антенне по фиг.3, но построена на одной гибкой панели ППС двойного размера, с двумя сторонами, а не на двух жестких панелях ППС. Такая конструкция исключает необходимость металлизированных отверстий 111 и выводов 112 в сборке, показанной на фиг.3. Подготавливаются две поверхности А, В одной гибкой панели, показанной на фиг.6, с различными элементами, как описано выше со ссылками на фиг.3 и показано на виде сбоку на фиг.6а; и затем одну панель просто сгибают вдоль оси 317 сгиба до заданного углового положения, как показано на фиг.6б и фиг.6в в соответствии с конкретным применением.FIG. 6 illustrates an internal antenna, generally indicated at 300, which is similar to the antenna of FIG. 3, but built on one double-sided flexible PPP panel, with two sides, rather than two hard PPP panels. This design eliminates the need for metallized holes 111 and
Питающие выводы 108а-108с и фидерная линия 105 подобны соответствующим элементам, описанным выше со ссылками на фиг.3. Реактивная нагрузка 206 является разомкнутой реактивной нагрузкой, как на фиг.5. Основное отличие в антенне по фиг.6 заключается в добавлении настроечного шлейфа 313 с разомкнутыми концами. Указанный шлейф улучшает ширину полосы антенны и улучшает согласование антенны с микротелефонной трубкой. Его длина и ширина могут изменяться в соответствии с конкретным применением.The
Электропроводный слой, определяющий плоскость 103 заземления, на одной стороне панели формируется с увеличенным вырезом или прерыванием 314 (например, с участком вообще без проводника) на противоположной стороне панели, определяющей отражатель, чтобы таким образом определить два шлейфовых отражателя 316а, 316b на противоположных концах панели. Длина и/или ширина шлейфовых отражателей 316а, 316Ь могут быть одинаковыми для симметричной структуры или же отличаться для несимметричной структуры, обеспечивая более широкую полосу. Два шлейфовых отражателя 316а, 316b электрически соединяются к плоскости 103 заземления через фидерные линии 318а, 318b отражателей и секцию 315 электрического соединения. Две фидерные линии 318а, 318b отражателей могут иметь одинаковые длину и ширину для симметричной структуры или различные длину и/или ширину для несимметричной структуры, обеспечивая более широкую полосу. Соединение 315 действует как фильтр, и поэтому его размеры (длина и ширина) влияют на низкочастотную полосу.An electrical conductive layer defining a
На фиг.6а показан вид с торца панели по фиг.6 перед ее сгибанием; фиг.6б и 6в иллюстрируют два возможных способа сгибания панели, соответствующих компоновкам, иллюстрируемым на фиг.3б и 3в соответственно. Форма участка 314 диэлектрической подложки может варьироваться по желанию, для того чтобы изменить длину и/или ширину шлейфовых отражателей 316а, 316b и фидерных линий 318а, 318Ь отражателей. Кроме того, часть 314 диэлектрической подложки может быть сформирована с одним или более отверстиями для размещения питающих выводов 108.On figa shows an end view of the panel of Fig.6 before bending it; 6b and 6c illustrate two possible methods of folding the panel corresponding to the arrangements illustrated in FIGS. 3b and 3c, respectively. The shape of the
Антенна, иллюстрируемая на фиг.7, обозначенная в целом ссылочной позицией 400, подобна антенне 300, показанной на фиг.6, и также построена на одной гибкой панели, которая сгибается для формирования плоскости заземления, щели и фидерной линии на одной стороне, и отражателя - на противоположной стороне. Однако в этом случае излучающая щель, обозначенная ссылочной позицией 404, сформированная теперь в плоскости 103 заземления, является разомкнутой на обоих концах; т.е. два ее боковых плеча 404а и 404b разомкнуты на одной стороне, а на противоположной стороне соединены перемычкой 404с. По этой причине возбуждение щели 404 отличается от вышеописанного со ссылками на фиг.6.The antenna illustrated in FIG. 7, generally designated 400, is similar to the
Таким образом, в структуре антенны, иллюстрируемой на фиг.7, настроечный шлейф 313 закорачивается на плоскость 103 заземления через металлизированные отверстия 419 для реализации основного возбуждения щели 404. Фидерная линия 105 с реактивными нагрузками 206 обеспечивает вторичное возбуждение щели для реализации многофидерного возбуждения щели. Разомкнутые боковые плечи 404а и 404b могут либо быть идентичными друг другу для симметричной структуры, либо могут иметь отличные друг от друга значения длины и/или ширины для несимметричной структуры.Thus, in the antenna structure illustrated in Fig. 7, the
Точки возбуждения щели 404 фидерной линии могут быть симметричными или несимметричными, как описано выше.The excitation points of the feeder line slit 404 may be symmetric or asymmetrical, as described above.
Фиг.7а изображает вид сбоку панели фиг.7; фиг.7б и 7в иллюстрируют две возможные компоновки для сгибания гибкой панели, соответствующие компоновкам, иллюстрируемым на фиг.6б и 6в соответственно.Fig. 7a is a side view of the panel of Fig. 7; FIGS. 7b and 7c illustrate two possible arrangements for folding a flexible panel corresponding to the arrangements illustrated in FIGS. 6b and 6c, respectively.
Фиг.8 иллюстрирует другую конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 500, согласно которой антенна выполняется на одной жесткой панели ППС, имеющей верхнюю поверхность, как показано на фиг.8а, и нижнюю поверхность, как показано на фиг.8б. Такая компоновка устраняет необходимость сгибания гибкой панели или соединения между собой двух панелей, при сборке антенны в конструкции микротелефонной трубки.Fig. 8 illustrates another antenna design, generally indicated at 500, whereby the antenna is performed on one rigid PPP panel having an upper surface as shown in Fig. 8a and a lower surface as shown in Fig. 8b. This arrangement eliminates the need for bending a flexible panel or connecting two panels together, when assembling the antenna in the design of the handset.
Верхняя поверхность панели (фиг.8а) снабжена электропроводным слоем, служащим в качестве плоскости 103 заземления, и излучающей щелью 104, вырезанной в плоскости заземления. Кроме того, электропроводный слой на противоположных концах плоскости 103 заземления удаляется, чтобы обеспечить прерывания 521a, 521b в плоскости заземления, т.е. участки без проводника.The upper surface of the panel (Fig. 8a) is provided with an electrically conductive layer serving as the
Противоположная поверхность платы ППС, как показано на фиг.8б, выполняется с фидерной линией 105, настроечным шлейфом 313 и с отражателем, содержащим два шлейфовых отражателя 520а, 520b (соответствующих двум шлейфовым отражателям 316а, 316b на фиг.7). В конструкции по фиг.8, однако, шлейфовые отражатели 520а, 520b возбуждаются посредством металлизированного отверстия 523, связанного с плоскостью 103 заземления на противоположной (верхней) стороне ППС. Таким образом, питающие отражатели 522а, 522b действуют как преобразователи для шлейфовых отражателей 520а, 520b, так что функция отражателя в конструкции антенны по фиг.7 теперь дополняется шлейфовыми отражателями 520а, 520b и питающими отражателями 522а, 522b, сформированными на той же поверхности (нижней поверхности) панели ППС в качестве фидерной линии 105 и настроечного шлейфа 313 в конструкции антенны по фиг.8. Прерывания 521а, 521b в плоскости заземления обеспечивают дополнительный параметр управления для более низкочастотной полосы и могут также улучшить излучение и согласование импеданса антенны.The opposite surface of the PPS board, as shown in FIG. 8b, is provided with a
Прерывания 521а, 521b в плоскости 103 заземления, шлейфовые отражатели 520а, 520b и питающие отражатели 522а, 522b могут быть симметричными, как показано на фиг.8, или могут быть несимметричными. Размеры этих элементов, включая их длины и/или ширины, могут варьироваться, управляя характеристиками полосы низких частот антенны. Щель 104, вырезанная в плоскости 103 заземления, фидерная линия 105, настроечный шлейф 313 и реактивные нагрузки 206а, 206b могут иметь ту же самую конфигурацию, что и описанная выше, в частности для антенны по фиг.6, но их размеры могут отличаться ввиду того, что длина плоскости 103 заземления меньше из-за прерываний 521а, 521b.Interrupts 521a, 521b in the
Должно быть понятно, что конструкция с одной панелью, иллюстрируемая на фиг.8, упрощает изготовление узла антенны и поэтому снижает ее стоимость.It should be understood that the single-panel design illustrated in FIG. 8 simplifies the manufacture of the antenna assembly and therefore reduces its cost.
Фиг.9 иллюстрирует конструкцию антенны, обозначенную в целом ссылочной позицией 600, которая очень похожа на конструкцию по фиг.8, за исключением того, что излучающая щель, обозначенная здесь ссылочной позицией 604, является наполовину разомкнутой щелью. То есть одно боковое плечо 604а разомкнуто, а другое боковое плечо 60 4b замкнуто, причем два боковых плеча соединены между собой перемычкой 604с.FIG. 9 illustrates an antenna structure generally designated 600, which is very similar to that of FIG. 8, except that the radiating slit, designated 604 here, is a half open slot. That is, one
Другой вариант конструкции антенны 600, иллюстрируемой на фиг.9, содержит два питающих вывода 208а, 208b, а не три питающих вывода 108а-108с, как на фиг.8. Фидер 105 является фидером двойного типа, возбуждающим два боковых плеча 604а, 604b щели 604.Another embodiment of the
Еще одна модификация заключается в том, что для получения широкой рабочей полосы в высокочастотном диапазоне, в антенне 600, иллюстрируемой на фиг.9, обеспечивается два типа реактивных нагрузок, а именно: реактивная нагрузка 106, закороченная через металлизированное отверстие 107 на плоскость 103 заземления, и реактивная нагрузка 206, разомкнутая на концах. Такая конфигурация обеспечивает несимметричную структуру для функционирования в низкочастотной полосе, подобную антенне 500 по фиг.8.Another modification is that in order to obtain a wide working band in the high-frequency range, two types of reactive loads are provided in the
Фиг.10 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 700, подобную антенне 500, представленной на фиг.8, но с несколькими важными модификациями. Конструкция антенны 700 основана на одной жесткой ППС, имеющей верхнюю поверхность, показанную на фиг.10а, и нижнюю поверхность, показанную на фиг.106. Фиг.10в представляет вид сбоку.Figure 10 illustrates the design of the antenna, generally indicated by the
Верхняя поверхность (фиг.10 а) имеет щель 104, вырезанную в плоскости 103 заземления, как в антенне 500, но здесь имеется только одно прерывание 521 в плоскости 103 заземления, тогда как на другой стороне верхней поверхности продолжение 724 отражателя соединяется с шлейфовым отражателем 520а на нижней стороне через металлизированное отверстие 523а. Таким образом, между плоскостью 103 заземления и продолжением 724 отражателя создается зазор 725. Щель 104 не имеет U-образную форму, но дополнительно согнута на концах.The upper surface (Fig. 10 a) has a
Нижняя поверхность конструкции 700 антенны, показанная на фиг.10б, демонстрирует важное различие по сравнению с антенной 500. Точка возбуждения, т.е. металлизированное отверстие 523, шлейфовых отражателей 520а и 520b не является симметричной, поэтому питающие отражатели 522а и 522b не симметричны. Более того, на одной стороне шлейфовый отражатель 520а проходит до верхней поверхности антенны, соединенной через металлизированное отверстие 523а с продолжением 724 отражателя, тогда как на другой стороне шлейфовый отражатель 520b согнут, создавая плечо-отражатель 726.The lower surface of the
Таким образом, за счет несимметричной структуры отражателей к низкочастотной полосе антенны может быть добавлена дополнительная полоса частот. Для того чтобы антенна работала в двух низкочастотных полосах, можно по отдельности настраивать антенну, изменяя положение металлизированного отверстия 523, ширину и длину каждого питающего отражателя 522а и 522b, каждого шлейфового отражателя 520а и 520b, плеча-отражателя 726, продолжения 724 отражателя и зазора 725.Thus, due to the asymmetric structure of the reflectors, an additional frequency band can be added to the low-frequency band of the antenna. In order for the antenna to operate in two low-frequency bands, it is possible to individually tune the antenna by changing the position of the metallized
Другое различие состоит в отсутствии настроечного шлейфа 313, имеющегося в антенне 500. Вместо этого настроечный шлейф 313 соединяется непосредственно с выводом 108а входного сигнала.Another difference is the absence of a
Хотя шлейфовые отражатели показаны как разомкнутые на концах, должно быть понятно, что каждый шлейфовый отражатель также должен быть заземлен на его конце либо посредством металлизированного отверстия, либо непосредственно - в случае удлиненного шлейфового отражателя 724.Although the stub reflectors are shown as open at the ends, it should be understood that each stub reflector must also be grounded at its end either through a metallized hole or directly in the case of an
Фиг.11 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 800, которая очень похожа на антенну 200 по фиг.5, с двумя важными модификациями. Во-первых, электропроводный слой 110, определяющий отражатель, является непрерывным и без щели, в отличие от отражателя со щелью, как показано ссылочной позицией 109 на фиг.5. Во-вторых, имеется другая панель 102′ с непрерывным электропроводным слоем 110'. Указанная панель 102′ соединяется с панелью 102 выводом 112' через металлизированные отверстия 111c, 111d. Фиг.11б и 11в представляют антенну в ее дважды согнутом положении.11 illustrates the design of the antenna, generally indicated by 800, which is very similar to the
Фиг.12 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 900, которая очень похожа на антенну 500 по фиг.8, за исключением того, что здесь шлейфовые отражатели 520а и 520b находятся внутри реактивных нагрузок 206а и 206b фидера 105 соответственно.FIG. 12 illustrates an antenna structure generally indicated by 900, which is very similar to the
Фиг.13 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 1100, в которой антенна выполнена на одной жесткой панели ППС, имеющей верхнюю поверхность, показанную на фиг.13а, и нижнюю поверхность, показанную на фиг.136. Две щели 104 и 104', вырезанные в плоскости 103 заземления, имеют двойное питание и симметричную конструкцию. Фидерная линия 105 и реактивные нагрузки 206а и 206b симметрично возбуждают щель 104. Фидерная линия 105' со своими реактивными нагрузками 206а' и 206b' также симметрично возбуждает щель 104'. Объединенные импедансы каждой щели с ее реактивными нагрузками и ее фидерной линией параллельно суммируются по отношению к входным выводам 108. Хотя показанная конструкция является полностью симметричной, щели 104 и 104', фидерные линии 105 и 105', реактивные нагрузки 206 и 206' и точка возбуждения каждой одной из них могут быть асимметричными.FIG. 13 illustrates an antenna structure, generally indicated at 1100, in which the antenna is formed on one rigid PPP panel having an upper surface shown in FIG. 13 a and a lower surface shown in FIG. 136. Two
Фиг.13в изображает вид сбоку антенны 1100, в которой верхняя и нижняя стороны антенны могут изменяться.13b is a side view of an
Фиг.14 иллюстрирует антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 1200, которая очень похожа на антенну 1100 по фиг.13, за исключением того, что щели 104 и 104', вырезанные в плоскости 103 заземления, имеют одну точку питания и одну фидерную линию 205. Фидерная линия 205 имеет секцию преобразователя между двумя щелями для улучшения согласования. Таким образом, обе щели имеют одну реактивную нагрузку. Импедансы здесь суммируются последовательно. Щели 104 и 104' имеют симметричную структуру, но это несущественно. Фиг.14а иллюстрирует верхнюю сторону, фиг.14б - нижнюю сторону, а фиг.14в - вид сбоку.FIG. 14 illustrates an antenna, generally indicated at 1200, which is very similar to
Фиг.15 иллюстрирует антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 1300, которая очень похожа на антенну 100 по фиг.3, за исключением того, что щель 1309, вырезанная в продолжении плоскости 110 заземления панели 102, разомкнута с обеих сторон. Таким образом, оба идентичных и параллельных боковых плеча 1309а и 1309b, соединенных перемычкой 1309с, разомкнуты на одном конце. Боковые плечи 1309а и 1309b могут отличаться друг от друга для получения асимметричной конструкции. Таким образом, электропроводная плоскость 110 является плавающей.FIG. 15 illustrates an antenna, generally indicated at 1300, which is very similar to the
Хотя изобретение описано в отношении нескольких предпочтительных вариантов осуществления, должно быть понятно, что они изложены в иллюстративных целях и что могут быть реализованы различные другие варианты изобретения. Например, любая из описанных конструкций антенны может включать любой из описанных питающих выводов, расположенных под любым углом к основной ППС. Проводящие дорожки с одной стороны подложки на противоположную сторону могут быть образованы посредством проводящих выводов, металлизированных отверстий или того и другого. Число выводов подачи сигнала может варьироваться согласно конкретному применению; например, в некоторых применениях может быть желательным иметь один сигнальный вывод и кольцевую конфигурацию заземляющих выводов (например, четыре), чтобы имитировать коаксиальное питание.Although the invention has been described with respect to several preferred embodiments, it should be understood that they are set forth for illustrative purposes and that various other embodiments of the invention may be implemented. For example, any of the described antenna designs may include any of the described supply leads located at any angle to the main faculty. Conductive paths from one side of the substrate to the opposite side can be formed by conductive leads, metallized holes, or both. The number of signal pins can vary according to the specific application; for example, in some applications it may be desirable to have one signal terminal and a ring configuration of grounding terminals (for example, four) to simulate coaxial power.
Для специалистов в данной области техники очевидны различные другие вариации, модификации и применения изобретения.Various other variations, modifications, and applications of the invention are apparent to those skilled in the art.
Claims (44)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US21702100P | 2000-07-11 | 2000-07-11 | |
| US60/217,021 | 2000-07-11 | ||
| US09/649,023 | 2000-08-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003103850A RU2003103850A (en) | 2004-06-10 |
| RU2265264C2 true RU2265264C2 (en) | 2005-11-27 |
Family
ID=32849318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003103850/09A RU2265264C2 (en) | 2000-07-11 | 2001-07-09 | Internal antennas for mobile communication devices |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2265264C2 (en) |
| ZA (1) | ZA200300242B (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2507645C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-02-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna |
| RU2514094C1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-04-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Multi-pole antenna (versions) |
| RU2545058C1 (en) * | 2011-11-22 | 2015-03-27 | Кхватек Ко., Лтд. | Antenna for device of control and diagnostics in power supply line |
| RU2673689C2 (en) * | 2014-04-15 | 2018-11-29 | Зе Боинг Компани | Configurable antenna assembly |
| RU2815618C2 (en) * | 2019-05-14 | 2024-03-19 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Electronic wireless communication device (embodiments) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101435492B1 (en) * | 2008-10-30 | 2014-08-28 | 삼성전자주식회사 | Antenna deviece for portable wireless terminal |
-
2001
- 2001-07-09 RU RU2003103850/09A patent/RU2265264C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-01-09 ZA ZA200300242A patent/ZA200300242B/en unknown
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2545058C1 (en) * | 2011-11-22 | 2015-03-27 | Кхватек Ко., Лтд. | Antenna for device of control and diagnostics in power supply line |
| RU2507645C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-02-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna |
| RU2514094C1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-04-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Multi-pole antenna (versions) |
| RU2673689C2 (en) * | 2014-04-15 | 2018-11-29 | Зе Боинг Компани | Configurable antenna assembly |
| RU2815618C2 (en) * | 2019-05-14 | 2024-03-19 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Electronic wireless communication device (embodiments) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA200300242B (en) | 2004-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1307947B1 (en) | Internal antennas for mobile communication devices | |
| AU2001269413A1 (en) | Internal antennas for mobile communication devices | |
| US6940460B2 (en) | Apparatus and method for enhancing low-frequency operation of mobile communication antennas | |
| US6903686B2 (en) | Multi-branch planar antennas having multiple resonant frequency bands and wireless terminals incorporating the same | |
| JP3864127B2 (en) | Multi-band chip antenna having dual feeding port and mobile communication device using the same | |
| KR100903445B1 (en) | Wireless terminal with a plurality of antennas | |
| JP2002151949A (en) | Mobile terminal | |
| JP2004506363A (en) | Wireless terminal | |
| JP3982692B2 (en) | Antenna device | |
| RU2265264C2 (en) | Internal antennas for mobile communication devices | |
| EP1386374A1 (en) | Built-in patch antenna | |
| KR200289575Y1 (en) | A multi-band antenna embodied on PCB for mobile phone | |
| JP3574420B2 (en) | Portable terminal | |
| KR100861865B1 (en) | Wireless terminal | |
| KR100834672B1 (en) | Handheld terminal | |
| US7149540B2 (en) | Antenna | |
| KR100533625B1 (en) | Triple-band internal antenna using em-coupled feeding method | |
| KR20010111334A (en) | Multi-band ceramic internal antenna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110710 |