CN101283479A - 内部天线 - Google Patents

Abstract

一种内部天线，尤其是针对平面无线电设备的内部天线。所述天线包括平面辐射体(220)，该辐射体具有构成天线的较低工作频带的分支(221)和构成较高工作频带的第二分支(222)。所述分支典型地构成框架形图案。在分支之间保留狭缝(230)，开口于辐射体的外侧边缘，靠近该边缘的中间，所述边缘延伸于电路板(205)的末端方向上并且从上面看时位于电路板的外部。与相应的已知天线相比，该天线在其较高工作频带上的全向辐射得以改善，并且由于平均天线增益的提高而改善了效率。

Description

内部天线

技术领域

本发明涉及无线电设备的内部天线。该天线尤其针对具有多个工作频带的小型的和平面的无线电设备。

背景技术

便携式无线电设备中的理想天线为在所有方向上相等地发射和接收。实践中，发射和接收的效率随着方向存在显著变化。在移动站中，这个缺陷由于环境所造成的无线电传输信号的多径传播而减轻，从而相同的传输信号从多个方向到达天线，并且在大部分情况下部分传输信号中的至少一个以关于接收有利的方向到达。相应地，暂时离开有利方向的部分移动站传输信号部分传播到基站天线。因而，语音和文本信息的传输通常会成功而不存在问题。当移动站用于具有相对高速度的互联网连接时情况不同，因为此时的比特误差概率较高。如果天线具有全向方向性图，传输的可靠性将基本上改善。当传输信号仅主要来自一个方向时，全向方向性图也将是有利的，例如在GPS(全球定位系统)接收中。

在天线类型中，无线电设备外壳之外的拉杆天线在上述方面具有高质量。理论上，其方向性图在垂直于拉杆的轴的平面内具有圆环形状。然而，外部天线易损坏，并且由于需要额外的部件而显著提高制造成本。因此，大多数移动站模型转向内部天线。

但随着移动站尺寸的下降，内部天线所能获得的空间也变得越来越小。这意味着设计变得更加要求苛刻。尤其在竖直方向上，越是平面型的设备所能获得的空间就越小。比通常更加平面化的结构部件为，例如两部分型的无线电设备的部件，或者是一个部件在另一个之上或者是彼此逐个延伸，取决于使用的情形。在这些情况下，通常所用的天线为单极型，其在竖直方向上不需要如通常所用的PIFA型平面天线(平面倒F型天线)所需的那么多空间。

图1显示了一种已知的设备内部天线的一个例子。图中可以看到无线电设备的电路板105的一部分。该电路板具有侧边和与其垂直的末端。天线的辐射体120为单极类型。其具有平面以及细长矩形的形状。矩形的纵向轴与电路板末端的方向相同。辐射体固定到电路板的一端，从而基本上处于电路板的相同平面并且从上面观察时大部分位于电路板的侧边上。连续地平面110或者信号地GND位于电路板上，与辐射体120隔开一定距离。从其馈点FP来看，辐射体分为两个不同长度的分支，以形成两个单独的工作频带。较短的分支122为L形。从馈点开始，首先是在电路板105的侧边方向上的较短部分，然后是在电路板末端方向上的较长部分。较长分支121为U形。从馈点FP开始，具有延伸于电路板末端方向上的较短分支旁边的第一部分，然后是在电路板侧边方向上的第二部分，最后是在较短分支的另一边的在电路板末端方向上的第三部分。当在馈点的侧边方向上看，所述第三部分并排于馈点FP延伸。工作频带中较低的一个基于所述辐射体较长的分支，而较高的一个基于较短的分支。

当希望天线具有至少两个频带时，辐射体必须以如下方式成形：被提供有从其轮廓向内定向的狭缝。在图1的例子中，这样的狭缝130靠近辐射体120的拐角，位于较长分支121的尾部和较短分支122的拐角点之间。作为缺点，这个天线的方向性图在此情况下具有位于较高工作频带的频率处的最小点，该最小点位于狭缝侧边上其纵向方向上辐射体平面中。当天线处于直立位置从而无线电设备的地平面保持低于其时，所述最小点出现在水平面的方向性图内。当然，方向性图在较低工作频带的频率处同样有变化，但在本说明书中不予涉及。

发明内容

本发明的目的是减小上述的缺点，而这一缺点在现有技术天线中是典型的。依照本发明的天线特征如独立权利要求1中所阐明的。在其它权利要求中阐明了本发明的一些优选实施例。

本发明的基本设想如下：无线电设备的内部天线包括平面辐射体，该平面辐射体具有构成天线的较低工作频带的分支和构成较高工作频带的第二分支。所述分支典型地构成框架形图案。在所述分支之间保留狭缝，对于辐射体的外侧边缘的开口大约靠近边缘的中间，所述边缘延伸于电路板的末端方向上并且从上面看时位于电路板之外。

本发明具有如下优点，当辐射体处于直立位置从而无线电设备的地平面位于其下面时所述内部天线在其较高工作频带的全向辐射在水平面内得以改善。这是由于如上所述位于辐射体分支之间的狭缝。然后辐射在所讨论的边缘方向的两个方向上更加等同地发射。此外，本发明具有改善内部天线效率的优点，这是因为平均天线增益的提高。

附图说明

下面，将对本发明进行详细描述。将对附图进行参照，其中

图1显示了现有技术的无线电设备内部天线的一个例子，

图2显示了依照本发明的无线电设备内部天线的一个例子，

图3显示了本发明对天线方向特性的影响的一个例子，

图4显示了本发明对天线方向特性的影响的另一个例子，

图5显示了依照本发明的无线电设备内部天线的另一个例子，

图6显示了依照本发明的无线电设备内部天线的第三个例子，

图7显示了依照本发明的无线电设备内部天线的第四个例子，

图8显示了依照本发明的无线电设备内部天线的第五个例子，而

图9显示了在依照本发明的天线中辐射体位置的一个例子。

具体实施方式

图1的描述与现有技术的描述有关。

图2显示了位于无线电设备中的依照本发明的天线的例子。在图中可以看到无线电设备的电路板205的一部分以及天线的单极型辐射体220。如图1中所示，其为平面类型并且轮廓为细长的矩形，其纵向方向与电路板的末端的方向相同。辐射体附着在电路板的末端，从而与电路板基本处于相同的平面内，并且从上面观察时大部分位于电路板以外。在电路板上在离开辐射体220的一定距离处具有连续的地平面210或信号地GND。此外，与图1中类似，辐射体从其馈点FP观察时分为长度不同的两个分支，形成了两个单独的工作频带。馈点位于辐射体的两个拐角之一，这两个拐角在电路板的顶部。分支的形状与图1中所示的不同。从馈点开始，第二较短的分支222具有从电路板205的末端向外定向的第一部分，形成辐射体的一端，然后是在电路板的末端方向上延伸的第二部分，其形成辐射体的外侧长侧边的大约一半。从馈点开始，第一较长分支221具有在电路板末端方向上延伸的第一部分，形成反射体靠近电路板的长侧边，然后是垂直于前者的第二部分，其形成辐射体的第二端。在此之后，第一分支具有在电路板末端方向上延伸的第三部分，其形成辐射体的外侧长侧边的一部分。所述第三部分延伸到靠近第二分支222的自由端的点，从而在两者之间保持相对狭窄的狭缝230。在这个例子中，第一分支221进一步向辐射体的内部区域弯曲，并且在馈点的侧边上朝向辐射体的末端、在第二分支的第二部分旁边延伸，形成第一分支的末端部分221e。狭缝230在所述末端部分和第二分支222的第二部分之间延伸。在狭缝上的耦合增加了两个分支的电学长度，在此情况下狭缝的宽度和末端部分221e的长度可以用作适当地设定天线的工作频带的参数。出于同样的目的，辐射体具有调谐条带223，其开始于靠近馈点FP并且在第一分支的第一部分和末端之间延伸。

依照上面所描述的，狭缝230开口于辐射体的边缘，靠近外侧的中间在电路板的末端方向上延伸。作为结果，在较高工作频带的频率处天线的场附近的形状变化，使得这样的结构在辐射体的纵向的两个方向上进行相对相等的辐射。在无线电设备和其天线处于直立位置从而设备的电路板上的地平面在天线以下时，这属于水平平面。

图3和4显示了在较高工作频带中天线方向特征方面本发明效果的一个例子。曲线显示了水平方向性图、即天线增益，当设备位于如上面所述的直立位置时作为方向角度的函数。图3中的曲线31和图4中的曲线41与依照图1的现有技术的天线相关，图3中的曲线32和图4中的曲线42与依照图2所示本发明的天线相关。天线被设计为其较高的工作频带覆盖GSM1900(全球移动通信系统)所使用的频率范围1850-1990。图3的方向性图为在这个范围的下边界频率进行的测量，而图4的方向性图对应这个范围的上边界频率。

根据图3可以看出，在最不利的方向上，已知天线在工作频带的下边界上的增益为大约-11dB。依照本发明的天线的相应增益近似为-6□dB，即提高了近4□dB。此外，在近似180度的区域内增益提高了至少1dB。从图4可以看出，在最不利的方向上，已知天线在工作频带的上边界上的增益为大约-27dB，实践中其为零增益。依照本发明的天线的相应增益近似为-11□dB，即提高了近15dB。此外，在近似150度的区域内增益获得至少3dB的提高，并且在水平面的所有方向上增益提高了至少1dB。当使用依照本发明的天线时，已知天线的方向性图的深最小点得以完全避免。

图5展示了依照本发明天线的另一个例子，位于无线电设备的内部。图中仅显示了辐射体520。其结构略简单于图2中的结构。辐射体的第一分支521和第二分支522现在形成了纯粹的矩形框架，其中狭缝530仍然位于两个分支的末端之间。狭缝530所在的辐射体的长侧边上的两个分支部分在这个例子中长度相同，从而狭缝恰好位于侧边的中间。狭缝的宽度d对于全向辐射来说不是关键性的参数；其可以在例如0.5-5mm的范围内。在这个例子中，分支521、522所开始于的辐射体的馈点FP位于辐射体的小突出部分中，该突出部分从框架延伸到无线电设备的电路板。

更一般地，在依照本发明的天线中，狭缝可以在边缘的中央区域中开始，该边缘在中点的任意一侧上在电路板的末端方向上延伸。在当前的说明书和权利要求书中，“中央区域”意思是距离边缘的末端的一定距离(0.3-0.7)s处的区域，其中s是边缘的长度。

图6显示了依照本发明的天线的第三个例子，位于无线电设备的内部。在图中可以看到辐射体620和电路板605的末端。当开始于馈点FP，辐射体的第二分支622具有从电路板的末端向外定向的第一部分，形成辐射体的一个末端，而第二部分在电路板的末端方向上，在这个例子中其形成辐射体的外侧长边的稍许超过一半。当开始于馈点FP，辐射体的第一分支621具有延伸于第二分支的第一部分方向上并且短于所述第二分支的第一部分的第一部分，延伸于第二分支的第二部分方向上并且延伸到其末端的第二部分，然后是朝向电路板605定向的第三部分，第四部分在电路板的末端方向上定向远离馈点，第五部分从电路板的末端向外定向并且形成辐射体的第二末端，以及第六部分再次延伸于电路板的末端方向上并且结束于靠近第一分支的第二部分变化为第三部分的点附近。相对狭窄的狭缝630开口于辐射体的中央区域中，仍然在第一分支的第二部分和第二分支的第二部分之间。在这个例子中，狭缝开口于电路板的末端方向上的外侧边缘，因为第一分支的第六部分定向朝向其第二部分的末端而不是朝向第二分支的第二部分的末端。

图7显示了依照本发明的天线的第四个例子，位于无线电设备内部。显示了天线的主辐射体720，其大体上类似于图2中的辐射体220，但是没有调谐条带223。由主辐射体构成的框架在拐角处还被彻底圆形化，除了馈点FP的拐角以外。此外，现在的天线包含辐射寄生元件740，其位于辐射体下面并且在一个点上连接到无线电设备的信号地GND。寄生元件的形状遵循着主辐射体的分支，但其不延伸靠近主辐射体的狭缝730，从而不妨碍依照本发明的操作。

图8展示了依照本发明的天线的第五个例子，位于无线电设备内部。在图中可以看到无线电设备的电路板805的一部分以及天线的辐射体820。辐射体形成矩形框架，其中在此情况下纵向方向与电路板的纵向方向或侧边的方向相同。从上面看时，辐射体框架的第二或外侧末端和长侧边的一小部分位于电路板的一端的外面。因而，在这个例子中辐射体大部分位于电路板以及其上的地平面810上面，当然是与地平面分离的。在此情况下，当从馈点FP来看，辐射体820也分为长度不同的两个分支，形成两个单独的工作频带。馈点位于辐射体的一个较长侧边上，并且狭缝830位于辐射体的外侧末端的中间的分支末端之间。辐射体的第二较短的分支822由这样的部分形成：该部分从辐射体的较长侧边的馈点FP延伸到外侧末端并且延伸到外侧末端的一半。相对应的，第一较长的分支821由这样的部分形成：该部分从辐射体的较长侧边的馈点延伸到相对的末端、相对的末端、相对的较长侧边并且延伸到外侧末端的另一半。

图9显示了依照本发明的天线中辐射体的位置的一个例子。在图中可以从侧面看到无线电设备的电路板905的一部分和天线的辐射体920。这个例子的辐射体从电路板抬高，类似于图8中的辐射体。在这种情况下，当从上面看时辐射体的大部分在电路板的外侧，但其也有相当一部分位于电路板上面的地平面910的顶部上。辐射体通过馈送导体925从其馈点FP连接到电路板上的天线端口。当从电路板看时，辐射体的分支之间的狭缝930位于其外侧。当然，辐射体需要绝缘体支撑结构，这在图中没有示出。

权利要求中的限定语“从上面”、“位于……顶部”和“位于……下面”指的是无线电设备的位置，其中无线电设备的电路板和天线的辐射体水平放置从而辐射体的馈点位于电路板的上表面的一侧。当然，在使用时天线可以处于任何位置。

上面已经描述了依照本发明的内部天线。其实现方式可以与所描述的细节不同。例如，天线的辐射体的导体中的狭缝可以成形为：其在较高工作频带上作为重要的辅助辐射体。也可以将辐射体连接到一个短路导体以进行匹配。例如，在图2所示的结构中，这样的导体可以从电路板上的辐射体的边缘延伸到地平面。本发明不限制天线的制造方法。例如，辐射体可以由相对刚性条的金属片制成，或者由电路板的导体覆层制成。在由独立权利要求1限定的范围内，这个独创性的设想可以以不同的方式应用。

Claims (9)

1.一种无线电设备的内部天线，所述无线电设备包括被提供地平面(210；610；810)的电路板(205；605；805)，并且所述天线包括平面单极型辐射体(220；520；620；720；820)，从天线的馈点来看该辐射体分为构成天线的较低工作频带的第一分支(221；521；621；821)、以及构成天线的较高工作频带的第二分支(222；522；622；822)，在这两个分支之间保留开口于辐射体的外侧边缘的狭缝(230；530；630；730；830)，其特征在于该辐射体的所述外侧边缘基本延伸于电路板的一个末端的方向上并且从上面看时位于该电路板的外部，并且所述狭缝(230；530；630；730；830)开口于外侧边缘的中央区域以改善天线在其较高工作频带上的全向辐射。

2.根据权利要求1的天线，其特征在于所述辐射体(220)基本上位于与无线电设备的电路板(205)相同的几何平面内。

3.根据权利要求1的天线，其特征在于所述辐射体(820；920)从无线电设备的电路板(805；905)抬高，其一部分位于地平面(810；910)的顶部上。

4.根据权利要求3的天线，其特征在于所述辐射体(820)的大部分位于地平面(810)的顶部上。

5.根据权利要求1的天线，其特征在于还包括辐射寄生元件(740)，其位于所述辐射体(720)的下面并且在其一点处连接到无线电设备的地平面或者信号地(GND)。

6.根据权利要求1的天线，其特征在于所述第一分支(221)具有位于辐射体的中央区域内的端部(221e)，该端部在第二分支(222)的自由端的旁边以便将所述工作频带设定于所希望的频率范围位置。

7.根据权利要求1的天线，其特征在于所述辐射体(220；820)是条形状金属片。

8.根据权利要求1的天线，其特征在于所述狭缝(230；830)开口于基本与电路板(205；805)的末端垂直的辐射体(220；820)的外侧边缘。

9.根据权利要求1的天线，其特征在于所述狭缝(630)开口于在电路板(605)的末端方向上的辐射体(620)的外侧边缘。

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