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CN102106038A - 天线装置及包括天线装置的无线电设备 - Google Patents

天线装置及包括天线装置的无线电设备 Download PDF

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CN102106038A
CN102106038A CN2009801286732A CN200980128673A CN102106038A CN 102106038 A CN102106038 A CN 102106038A CN 2009801286732 A CN2009801286732 A CN 2009801286732A CN 200980128673 A CN200980128673 A CN 200980128673A CN 102106038 A CN102106038 A CN 102106038A
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CN
China
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slit
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wall
antenna
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CN2009801286732A
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刘子栋
凯文·博伊尔
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

本申请公开了一种天线装置，包括接地面(14)以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件(30)。在接地面(14)中设置开口端狭缝(16)，该狭缝与接地面的边缘部分共同延伸，并且具有在接地面的边缘部分中开口的第一端(18)和第二封闭端(20)。天线馈电(22)在第一端和第二端的中间位置耦接至狭缝。该平面天线元件通过导电壁(28)连接至接地面的边缘部分，该导电壁(28)与狭缝(16)共同延伸。狭缝形状、狭缝位置和壁的组合用于增强天线装置的带宽。

Description

天线装置及包括天线装置的无线电设备
技术领域
本发明涉及天线装置和包括天线装置的无线电设备。本发明具体地(但非排他地)应用于多波段移动电话。
背景技术
现代的紧凑型移动电话通常包括内部天线，其中一个实例是平面倒置F天线(PIFA)。典型地，PIFA包括接地面以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件。平面天线元件具有与接地面耦接的接地连接、以及与移动电话的RF部分的RF输出/输入耦接相耦接的独立的RF馈电连接。可以在平面天线元件的接地连接和RF馈电连接中间的位置设置开口端狭缝，使得天线装置可以具有两种谐振，以便于双频带操作。
以下文章公开了宽频带凹口天线：Making Quarter Wavelength Notch Antennas Wideband，Peter J Massey，Kevin R.Boyle，A.J.M.De Grauw，M.Udink和D.L.Raynes，PIERS 2007，26-30Mar.，2007，以及Optimised UWB notch antennas for miniaturised consumer electronics applications，P.J.Massey，K.R.Boyle，A.de Graauw，M.Udink，D.L.Raynes，IEE Seminar on Ultra Wideband Systems，Technologies and Applications，Savoy Place，London，UK，20th April 2006。
发明内容
本发明的目的是展宽平面天线装置的工作带宽。
根据本发明的第一方面，提供一种天线装置，包括接地面以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件，其中在接地面中设置狭缝，该狭缝与接地面的边缘部分共同延伸，并且具有在接地面的边缘部分中开口的第一端和第二封闭端，天线馈电在第一端和第二端的中间位置耦接至狭缝，并且其中该平面天线元件通过导电壁连接至接地面的边缘部分，该导电壁与狭缝共同延伸。
根据本发明的第二方面，提供一种具有天线装置的无线电设备，该天线装置包括接地面以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件，其中在接地面中设置狭缝，该狭缝与接地面的边缘部分共同延伸，并且具有在接地面的边缘部分中开口的第一端和第二封闭端，天线馈电在第一端和第二端的中间位置耦接至狭缝，其中该平面天线元件通过导电壁连接至接地面的边缘部分，该导电壁与狭缝共同延伸，并且其中设置RF模块，该RF模块具有用于连接至天线馈电的输出/输入耦接。
如果需要，接地面中的狭缝可以是L形的平行边狭缝，具有较短的部分以及较长的部分，第一端设置在较短的部分中。替代地，狭缝可以具有从其第一端向其第二端收敛的成形部分。狭缝的开口的第一端可以位于接地面的边缘区域中，远离接地面的边沿部分。为了方便，接地面的边缘部分是直的。
在本发明的实施例中，狭缝在其第一端和第二端之间的长度大致是感兴趣的频带中的频率的波长的四分之一。
可以通过天线调节装置调节狭缝。
接地面可以包括印刷电路板(PCB)，在其上设置包括发送/接收电路的RF模块。
在本发明的另一实施例中，第二壁连接至接地面，并且从狭缝的第一端的相反侧延伸。
通过紧邻开口端狭缝天线地设置导电壁(例如金属壁)，导电壁实质上增加狭缝天线的带宽，达到与采用传统的狭缝天线相比可以实现更大的总带宽覆盖的程度。
通过在接地面中设置狭缝，如果需要，可以使用较为简单并且更加实用的天线调节电路，以采用频率调节而覆盖很宽的频带。
已经发现狭缝的特定成形提高根据本发明制作的天线装置的带宽潜力。此外，除了仅仅在PCB的拐角或顶部或底部之外，可以在移动电话PCB的各种位置实现天线装置。可以使用更加简化的调节电路。
壁没有按照与传统的谐振寄生元件类似的方式工作，并且没有按照相同的方式设计。
如果需要，可以通过将壁集成为移动电话机械装置/底架的一部分而实现该壁。
根据本发明制造的天线装置提供了带宽和比吸收率(SAR)之间的良好折中。这归因于狭缝形状、狭缝位置和导电壁的共同设计。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式描述本发明，其中：
图1是具有根据本发明制造的天线装置的便携无线电设备的示意图。
图2是包括具有壁的L形狭缝天线的P C B的示意图，但为了简明而省略了平面天线元件。
图3是包括具有壁的成形狭缝天线的P C B的示意图，但为了简明而省略了平面天线元件。
图4示出了比较L形狭缝的性能(连续线)和图3中示出的那种成型狭缝的性能(虚线)的图。
图5示出了比较L形狭缝的性能(连续线)和图3中示出的那种成型狭缝的性能(虚线)的S参数史密斯图。
图6是包括平面天线元件和壁的组件的透视图。
图7是安装在PCB上的平面天线元件和壁的组件的透视图。
图8是根据本发明制造的可调节天线装置的示意图。
图9示意性地示出了具有位于与PCB中的狭缝相对的开口的相对侧上的第二壁的PCB。
图10是示出没有壁以及具有图9所示的壁中的任一个或两个壁的效果的史密斯图。
图11示出了比较没有壁的性能和具有图9所示的壁中的任一个或两个壁的性能的图。
图12是示出具有单个开口端狭缝的接地面的测试件的图。
图13是说明针对不同的狭缝位置的分数带宽的变化的图。
在图中，相同的标记数字用于表示相同的特征。
具体实施方式
图1示出无线电设备10的简化图，例如移动电话，包括外壳12，包含印刷电路板(PCB)形式的接地面14。为了清楚，没有示出移动电话的常规特征，如键盘、显示屏、麦克风口和耳机口。在接地面14中设置四分之一波长开口端L形天线狭缝16。天线狭缝16包括较短的部分16S和较长的部分16L。较长的部分16L实质上与接地面的边缘部分平行但隔开。较短的部分16S在接地面的边缘中位于边缘的中间区域的位置具有开口18。较长的部分16L具有封闭端20。在与封闭端20间隔开的位置，横跨狭缝16的较长部分16L而设置天线馈电22。在接地面上安装包括发送和接收电路(未示出)的RF模块24，并且通过同轴线或带状线26耦接至馈电点22。通过邻近狭缝16附着至接地面14的边缘部分的导电壁28(例如金属壁)，在接地面14中的狭缝16上方安装平面天线元件30。为了方便制造，接地面的边缘部分是直的，但可以是弯曲的。
图2说明具有四分之一波长L形开口端狭缝16和壁28的接地面14，该壁28的长度大于狭缝的较长部分16L的长度。在工作中，向馈电点22供给的RF能量使得电流围绕狭缝16的封闭端20流动。这将产生第一谐振。壁28去除了对围绕狭缝16的封闭端20流动的电流的限制，并且壁中的电流提供了第二谐振。
图3说明图2的变化，在于狭缝的形状已经给出了与图2中所示的L形不同的形状设计。在图3中所示的实例中，狭缝从其开口端18朝着馈电点28连续收敛，随后与封闭端20平行。狭缝具有与感兴趣的频率的四分之一波相等的长度。正如将参照图4和5描述的那样，狭缝16的成形增强了天线装置的带宽。
图4和5示出了L形狭缝的性能(作为连续线)和成形的狭缝的性能(作为虚线)。图4绘制了以百分比为单位的带宽潜力(bandwidth potential)与0GHz至10GHz之间的频率的关系，在图4的情形下，成形狭缝的频率响应扩展到更高的频率并且具有更高的百分比带宽总计(bandwidth overall)。在图5中所示的史密斯图的情形下，与L形设计相比，采用成形狭缝设计的阻抗轨迹(impedance locus)明显更小。
图6说明包括壁28和平面天线元件30的子组件32的实施例。平面天线元件30为矩形，具有18mm的长度和5.5mm的宽度。壁长18mm并且高6mm。宽度为1.9mm的窄返回边缘34提供了用于将组件32安装在接地面14上的装置。
图7示出了沿着接地面14的顶部边缘安装的子组件32，L形狭缝16的开口端18位于接地面14的中间部分中。在所示的实例中，狭缝16的总长度为20mm，较短的部分16S为3mm，且较长的部分16L为17mm。
图8说明可以通过与天线馈电耦接的元件34调节的天线装置。典型地，通过微电磁系统(MEMS)开关实现调节，该微电磁系统开关受到数字开关36控制，使得诸如电容和/或电感的器件连接到天线馈电。每一个数字开关36通过位于接地面的伸长狭缝中的相应的dc线38连接至相应的MEMS器件。金属条按照间隔地将伸长狭缝接地，以防止它作为天线狭缝。
图9说明用于研究利用沿着接地面14的边缘的一个壁或两壁进行带宽增强的测试件。如图所示，狭缝16是L形狭缝，第一壁或下壁28沿着狭缝的较长部分16L的侧面延伸。第二壁或上壁40沿着远离开口端18的方向从狭缝16的开口端18的相对侧开始延伸。上壁40的尺寸对应于壁28的尺寸，即长20mm高5mm。接地面14包括0.8mm厚的矩形PCB：RO4003C，长度为100mm，宽度为40mm。在图10中示出的S参数史密斯图示出了阻抗特性与1.5GHz至6.5GHz范围内的频率的关系，在图11中示出的S11示出了在2GHz至7GHz的频率范围的不同阻抗特性。相应的线如下：点线-没有壁；连续线-一个下壁28；虚线-一个上壁40；以及点划线-两个壁28，40。结果显示：下壁28增加天线带宽，而添加上壁40没有实现额外的优点。
最后，图12和13涉及对狭缝16的位置的研究结果。在该研究中，狭缝长14mm，并且与接地面14的边缘正交地延伸。考虑狭缝在垂直的Z面中相对于参考点的不同位置。图13是相对于狭缝位置绘制的以百分比为单位的分数带宽的图，0表示参考点。从图13将推导出：为了获得可接受的分数带宽，狭缝16的开口端18应当位于远离接地面的边沿部分的接地面14的边缘部分的区域中，即不在拐角附近。
在本说明书和权利要求中，在元件之前的词语“一个”不排除多个这种元件的存在。并且，词语“包括”不排除所列以外的元件或步骤的存在。在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记都不应被解释为限制权利要求的范围。
通过阅读本公开内容，对于本领域的技术人员而言，其它修改将是明显的。这种修改可能包括在天线装置的设计、制造和使用中已经知道的其它特征及其部件，以及可以代替或附加于此处已经描述的特征而使用的其它特征。

Claims (10)

1.一种天线装置，包括接地面(14)以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件(30)，其中在接地面(14)中设置狭缝(16)，该狭缝与接地面的边缘部分共同延伸，并且具有在接地面的边缘部分中开口的第一端(18)和第二封闭端(20)，天线馈电(22)在第一端和第二端的中间位置耦接至狭缝，并且其中该平面天线元件通过导电壁(28)连接至接地面的边缘部分，该导电壁(28)与狭缝(16)共同延伸。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中狭缝(16)是L形平行侧边的狭缝，具有较短部分(16S)和较长部分(16L)，并且在较短部分中设置第一端(18)。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中狭缝(16)具有从其第一端朝着其第二端收敛的部分。
4.根据权利要求1、2或3所述的天线装置，其中接地面的边缘部分是直的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置，其中狭缝在其第一端和第二端(18，20)之间的长度实质上是感兴趣的频带中的频率的波长的四分之一。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线装置，其中包括用于调节狭缝的调节装置(34，36，38)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线装置，其中接地面包括印刷电路板。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线装置，其中设置第二壁(40)，该第二壁(40)与接地面连接并且从狭缝的第一端的相对侧延伸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线装置，其中狭缝(16)的第一开口端(18)在远离接地面的边沿部分的接地面(14)的边缘的区域中开口。
10.一种具有天线装置的无线电设备，该天线装置包括接地面(14)以及安装成与接地面隔开并平行的平面天线元件(30)，其中：在接地面中设置狭缝(16)，该狭缝与接地面的边缘部分共同延伸，并且具有在接地面的边缘部分中开口的第一端(18)和第二封闭端(20)，天线馈电(22)在第一端和第二端的中间位置耦接至狭缝，其中该平面天线元件(30)通过导电壁(28)连接至接地面的边缘部分，该导电壁(28)与狭缝(16)共同延伸，以及设置RF模块，该RF模块(24)具有用于连接至天线馈电(22)的输出/输入耦接(26)。
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