CN102834966B - 具有罩辐射体的天线 - Google Patents

Abstract

一种尤其适用于小型移动站的单极天线。该天线的辐射体（331）是槽形的，使得其在该设备的端部处覆盖该无线电设备的电解质罩（310）的头部表面、前表面和后表面以及两侧表面。在侧表面的侧面上，在辐射体中存在从其边缘开始的槽（SL1, SL2），用于增加电尺寸。该辐射体由分离的元件（320）所电磁地馈送，该分离的元件（320）被如此成形，使得该天线具有至少两个操作频带。该天线的接地平面远离该辐射体，因此不在该“槽”内侧延伸。

Description

具有罩辐射体的天线

技术领域

本发明涉及单极天线，该单极天线的辐射体在形状上遵循设备的外罩，该天线尤其适用于小型移动站。

背景技术

在诸如移动电话的小尺寸无线电设备中，追求空间节省是在设计设备时的持续的因素。关于天线，即，使用辐射体的电介质衬底，使用单极辐射体来代替PIFA（平面倒F天线）和无线电设备的外罩中的辐射体的以上提到的实现方式，是节省空间的解决方案。

使辐射体作为设备的外罩的一部分同样是已知的。这样的布置的示例是用于图1中所示的无线电设备的天线的解决方案，其从公布EP1439603所获知。可从后面看见无线电设备以及在天线结构处的它的截面。设备的外罩的后部的上部130具有导电材料，并作为天线的辐射体而起作用。该辐射体130无中断地接合外罩的电介质的其余部分150。

在横截面图中，看出辐射体130和在它下面的该设备的电路板PCB，在该电路板的上表面上定位了天线的接地平面GND。辐射体和接地平面之间存在导电馈送元件120，该导电馈送元件120通过独特的薄电介质层DIE与该辐射体电分离。该辐射体没有与该无线电设备的任何导电部分的电耦合。而是，该馈送元件120通过馈送导体116电耦合到该无线电设备的天线端口，并且通过短路导体115电耦合到接地平面。馈送元件120的形状的示例在无线电设备的附图中可见。当从它的短路点SP观察时，它是一种导电条，包括具有不同长度的两臂，以便为该天线实现两个操作频带。该馈送元件的较长的臂、辐射体130和接地平面GND组成了谐振器，该谐振器的自然频率处于较低的操作频带中，以及该馈送元件的较短的臂、辐射体和接地平面组成谐振器，该谐振器的自然频率处于较高的操作频带中。

使用分离的馈送元件是有利的，因为在该情况下，该天线的操作频带的地点和天线的匹配可以在不干扰辐射体的形状的情况下被布置。然而，图1中的解决方案的缺点在于，良好的频带特性和足够的效率需要辐射体和接地平面GND之间的显著长的距离。这再次意味着在该情况下对于天线间隔的需要也大于所期望的。

发明内容

本发明的目的是以新的且有利的方式来实现具有罩辐射体（cover radiator）的天线。根据本发明的天线的特征在于由独立权利要求1中所阐述的内容。本发明的一些有利的实施例在其它权利要求中被公开。

本发明的基本思想如下：天线的辐射体是槽形的，使得设备的电介质罩的头部表面、前表面和后表面以及两侧表面在该无线电设备的末端处被该辐射体所覆盖。在侧表面的侧面上，在辐射体中存在从其边缘开始的缝，用于增加电尺寸。该辐射体由分离的元件所电磁地馈送，该分离的元件被如此成形，使得该天线具有至少两个操作频带。天线的接地平面远离该辐射体，因此不在该“槽”内侧延伸。

本发明的优点在于，天线的辐射体在无线电设备的纵向上是较短的，并且在该无线电设备中由该天线所需要的空间因此是相对小的。这归因于该辐射体的槽形形状和它的侧面上的缝。由于该缝，以一定频率谐振的辐射体变得更小。而且，该单极结构或远离辐射体的接地平面的位置，导致了该辐射体的更小的尺寸。本发明的另一个优点在于，为该天线提供了可以被单独调谐的若干个谐振。

附图说明

在下面详细描述了本发明。在该描述中，对附图进行参考，其中

图1呈现了根据现有技术的天线的示例，其中辐射体是罩结构的一部分，

图2呈现了具有根据本发明的天线的无线电设备的示例，

图3呈现了根据图2的无线电设备中的天线结构的示例，

图4呈现了根据本发明的天线的馈送元件的示例，

图5呈现了根据本发明的天线的频带特性的示例，以及

图6呈现了根据本发明的天线的效率的示例。

具体实施方式

已经结合现有技术的描述对图1进行了描述。

图2示出了具有根据本发明的天线的无线电设备的示例。该无线电设备RD是细长的和相对扁平的，使得它具有两个端、与这些端对应的头部表面、前表面和后表面以及第一和第二侧表面。天线辐射体位于设备的一端，该一端可以是在设备的扬声器侧面上的端，或对置端。在图中看出了设备的外罩，其包括罩的主体COV和天线罩332。在这个示例中，该天线罩具有导电材料，由于该原因，它作为辐射结构的一部分而起作用。该辐射体正好在它的下面。并且，在该示例中，罩的主体COV具有导电材料，由于该原因，在它和天线罩332之间存在外罩的相对窄的非导电部分SPL。

该天线罩在形状上是槽形的，开口自然地朝向无线电设备的中间部分。诸如第一缝SL3的缝从天线罩的两个侧表面的侧面的边缘开始而位于该侧面上。在图3的描述中，将回到这些缝。

图3示出了根据本发明的结构的示例。图2中呈现的无线电设备的天线被用作示例。该结构包括电介质罩310、馈送元件320、辐射体331和以上提到的天线罩332。为清楚起见，在图中该天线罩已经被单独绘制；在该设备中，它自然地在该天线结构的其它部分之上。

该电介质罩310形成了该无线电设备的端部的框架，同时，形成天线架。其在形状上是槽形的使得其具有底部、对置的短侧和对置的长侧。该底部与整个设备的头部表面相对应，该短侧在正讨论的设备端部处与整个设备的侧表面相对应，以及，该长侧在该设备的端部处与整个设备的前表面和后表面相对应。在电介质罩310的外表面上，存在辐射体331。这已经通过对该外表面金属化来实现，例如，用LDS方法（激光直接成型）。因此，在对无线电设备的头部表面、前表面和后表面以及侧表面进行成形后，该辐射体也是槽形的。从其短侧的边缘开始的该电介质罩的外表面的区域在没有金属化的情况下被留下，使得在该无线电设备的侧表面的侧面上存在从该辐射体的边缘向其底部指引的缝。在第一侧表面的侧面上存在第一缝SL1，以及在第二侧表面的侧面上存在第二缝SL2。这些缝增加了辐射体的电尺寸。这导致了与天线的最低操作频带相对应的谐振可以借助于与没有所述缝的辐射体相比的物理上更小的辐射体来实现。无线电设备的宽度确定了辐射体的长度，在该情况下，尺寸上的减少意味着在设备的纵向上或在辐射体的深度方向上缩短辐射体。

在电介质罩310的内表面上，存在辐射体的馈送元件320。在该示例中，它在深度方向上从电介质罩的开口边缘延伸到该罩的底部表面。该馈送元件从其某个点FP被连接到无线电设备的发射器和接收器，该某个点FP则是天线的馈送点。在该馈送元件和辐射体之间仅存在电磁耦合。该馈送元件被如此成形，使得它具有与辐射体和接地平面一起的若干谐振。双带天线的操作频带基于这些谐振。这个情况的示例在图4和5中。馈送元件还从其短路点SP连接到天线的接地平面。

在完成的结构中，天线罩332紧密地在辐射体之上。如果天线罩是导电材料的，如在这个实例中，则在设备的侧表面的侧面上,多个缝也必须在天线罩中，以防止该辐射体的缝SL1、SL2的短路。天线罩中的第三缝SL3在以上提到的第一缝SL1处，以及第四缝SL4在第二缝SL2处。如果设备具有钢罩，则为了外观的缘故，该天线罩也是钢的。作为导体，钢明显比用作辐射体331的金属差。由于这个原因，由钢制成的天线罩几乎没有作为辐射体的意义，尽管它原则上作为辐射结构的一部分而起作用。该天线罩也可以由非导电材料制成，在该情况下，其没有图3中所看见的缝SL3和SL4。

图4示出了根据本发明的天线的馈送元件的示例，如在平面上展开的。而且天线的接地平面GND在图中是可见的，该接地平面位于馈送元件旁边，并且因此也位于该辐射体431旁边，如在接地平面的法线方向上所看到的。该接地平面与无线电设备的前表面和后表面平行。

在馈送元件420中存在其整个天线的短路点SP和馈送点FP，并且其在这里包括三部分。第一部分421包括六个连续的段，这些段形成简单的螺旋样式：第一部分的第一段从馈送点FP开始，并远离接地平面而被引导，即，朝向辐射体的底部。第二段与接地平面的边缘平行，或垂直于该第一段。第三段朝向接地平面被相回引导，第四段朝向第一段、第五段朝向第二段以及第六段朝向第三段。在第六段的末端TE中，存在朝向第二段的延伸，用于加强所述末端和第二段之间的电磁耦合。

馈送元件420的第二部分422是接地平面GND和由第一部分421所形成的螺旋之间的大体上直的导体条。第二部分从馈送点FP开始，并且在馈送元件连接到接地平面所开始的点或短路点SP处结束。在图4的示例中，在馈送点和第二部分的开始端之间存在电容元件C41。借助于该电容，在较低操作频带中的天线匹配被改善，使得该带被稍微加宽。

馈送元件的第三部分423是第二部分从短路点SP向前的延续。它具有与第二部分相同的方向，并且在它的外端处开口。

馈送元件420具有与辐射体和接地平面一起的三个显著的谐振。最低频率的谐振或第一谐振基于了由馈送元件的第一部分421和第二部分422以及这些部分之间的电容元件所构成的结构的电长度。较高频率的谐振或第二谐振基于了由第二部分422和第三部分423所构成的导体的电长度。其可通过改变第三部分的实际长度来进行调整。最高频率的谐振或第三谐振是第一谐振的谐波谐振。其可通过成形第六段的末端TE来改变第一部分421的第二和第六段之间的所述电磁耦合来进行调整。

在图4中还看见了调谐元件440。其是电介质罩的内表面上的导体条，从其一端被连接到接地平面。借助于该调谐元件，该辐射体所独有的谐振被影响（自然地利用该接地平面的协作），该谐振则是要被考虑的天线的第四显著谐振。该谐振元件可以相对于馈送元件来被定位，例如，在由电介质罩所形成的槽的相对侧上。

图5示出了根据本发明的天线的频带特性的示例。该天线与先前的图中所出现的天线类似；馈送点和馈送元件的第二部分之间的匹配电容器C41的电容为4.7 pF。该曲线示出了作为频率的函数的天线的反射系数S11的波动。反射系数越低，天线就已经被匹配得越好。该馈送元件被如此成形，使得该天线具有两个操作频带，较高的操作频带和较低的操作频带。较低的操作频带基于了以上提到的第一谐振r1，其频率为大约0.9 GHz。从曲线看出，当反射系数的值-5dB被认为是频带的边界频率的标准时，较低的操作频带覆盖了由EGSM系统（扩展的GSM）所使用的频率范围880-960 MHz（图中的w1）。较高的操作频带基于了以上提到的第二、第三和第四谐振。第二谐振r2的频率为大约1.75 GHz，第三谐振r3的频率为大约2.1 GHz，以及第四谐振r4的频率为大约2.0 GHz。从该曲线看出，较高的操作频带很好地覆盖了由系统GSM1800、GSM1900和WCDMA总共所使用的频率范围1710- 2170 MHz（图中的w2）。在频率标度上在第二和第三谐振之间调谐第四谐振，借此可在整个大的操作频带中使反射系数保持较低。在没有该第四谐振的情况下，天线匹配将在该频带的中间范围中是较差的。

图6示出了在自由空间中的根据本发明的天线的效率的示例。曲线61示出了在较低操作频带中的效率的波动。在范围w1中，-1dB和-3dB之间效率的波动平均为大约1.6dB。曲线62示出了在较高的操作频带中的效率的波动。在范围w2中，-0.5 dB和-3.7 dB之间效率的波动平均为大约-2.4 dB。效率的值则是非常好的。

以上已经描述了根据本发明的可调整的天线。在细节上，它的结构可以自然地与所呈现的不同。天线的馈送元件的形状可以广泛地变化。天线的谐振频率也可被如此布置，使得操作频带的数量大于两个。馈送元件还可以位于分离的薄且柔性的电介质盘的表面上，该电介质盘被固定在天线架的表面上。除了与天线电介质罩相同以外，该天线架再者也可以是要被放置在该电介质罩内侧的分离的电介质物体。影响辐射体的谐振频率的调谐元件可以位于天线结构中的不同地方。发明性思想能在由独立权利要求1所设立的范围内以不同方式被应用。

Claims (8)

1.一种无线电设备的天线，该无线电设备具有前表面和后表面、第一头部表面和第二头部表面以及第一侧表面和第二侧表面，该天线包括辐射体（331），该辐射体是该无线电设备的罩结构的一部分，馈送元件（320），该馈送元件仅具有与该辐射体的电磁耦合，和接地平面（GND），当在无线电设备的前表面和后表面的法线方向上观看时该接地平面位于该辐射体旁边，以及该天线具有至少较低和较高的操作频带，其特征在于，该辐射体（331）位于该无线电设备（RD）的端部，是形成在该无线电设备的电介质罩（310）的外表面上的导电材料，该辐射体（331）是槽形的，并且该电介质罩在形状上是槽形的使得其具有底部、对置的短侧和对置的长侧，使得其底部与该无线电设备的头部表面相对应，其短侧在无线电设备端部处与整个无线电设备的侧表面相对应，其长侧在无线电设备的端部处与整个无线电设备的前表面和后表面相对应，以及在该辐射体上存在天线罩（332），该天线罩是该无线电设备的外罩的一部分，以及在该辐射体中，在对应第一侧表面和第二侧表面的侧面上，存在从其边缘开始的缝（SL1, SL2），以增加辐射体的电尺寸，或减少其在该天线的较低的操作频带的频率下的实际尺寸，并且

其中，在天线罩上对应辐射体缝（SL1，SL2）的位置，设置有相应的缝。

2.根据权利要求1的天线，其特征在于，在所述馈送元件中，存在要与无线电设备的发射器和接收器相耦合的馈送点（FP），和连接到接地平面（GND）的短路点（SP），以及该馈送元件与该辐射体和接地平面一起具有该天线的较低操作频带所基于的谐振，和该天线的较高操作频带所基于的至少一个谐振。

3.根据权利要求2的天线，其特征在于，该馈送元件（320）包括从该馈送点（FP）开始并形成简单的螺旋样式的第一部分（421），和从该馈送点（FP）开始并在该短路点（SP）处结束的第二部分（422），该第二部分在该第一部分和该接地平面之间，以及从该短路点开始并在其外端处开口的第三部分（423），基于由该馈送元件的第一和第二部分所形成的结构的电长度，建立了较低操作频带的谐振；基于由该第二和第三部分所形成的导体的电长度，建立了较高操作频带的谐振；以及基于该较低操作频带的谐波谐振，建立了最高操作频带的谐振。

4.根据权利要求3的天线，其特征在于，在该馈送点（FP）和该第二部分（422）的开始端之间存在电容元件（C41），以改善该较低操作频带中的天线匹配。

5.根据权利要求1的天线，其特征在于，其进一步包括调谐元件（440），该调谐元件从其一端连接到该接地平面（GND），以将该辐射体与该接地平面一起具有的谐振的频率移动到期望的点。

6.根据权利要求1的天线，其特征在于，该馈送元件（320）位于所述电介质罩（310）的内表面上。

7.根据权利要求1的天线，其特征在于，所述天线罩（332）是导电材料的，所述天线罩接着形成辐射结构的一部分。

8.根据权利要求1的天线，其特征在于，所述天线罩是非导电材料的。