CN1197198C

CN1197198C - 缝隙天线设备

Info

Publication number: CN1197198C
Application number: CNB008172765A
Authority: CN
Inventors: T·斯科尔迪利斯
Original assignee: AMC Centurion AB
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: EP1250725A1; KR20020056960A; KR100799719B1; WO2001045199A1; US6384793B2; SE9904617L; SE9904617D0; SE515832C2; CN1411620A; US20010015705A1; AU2241001A

Abstract

一种可连接到包括信号处理电路、用于发射和/或接收射频(RF)波的缝隙天线设备包括一个基本平面的导电天线元件(23)，其具有一个缝隙(25)，馈电和接地点分别放置在所说缝隙(25)的相对侧；一个基本平面的RF接地平面导体一般基本上被放置得与所说平面的导体天线元件相平行；一个接地连接器将所说接地平面导体连接到所说接地点；和一个馈电连接器将所说信号处理电路连接到所说馈电点，其中所说天线设备可连接到所说无线电通信设备，使得所说接地平面导体将放置在所说导电天线元件(23)和所说信号处理电路之间，以有效地将所说信号处理电路与所说发射的和/或接收的RF波相屏蔽。

Description

缝隙天线设备

技术领域

本发明一般涉及天线领域，特别涉及发射和/或接收射频波的一种缝隙天线设备，还涉及包括这种缝隙天线设备的便携式无线电通信设备。

背景技术

在今天的无线电通信系统中对其用户终端的工作效率和小的尺寸提出高的要求。人们将这种高要求寄于紧凑并显示良好天线性能的这些用户终端的天线设备。

为得到紧凑的尺寸和耐用性，同时保持高辐射效率，手持便携式用户终端已使用包括与一个可延伸鞭状天线相组合的螺旋元件的天线设备。同时大范围地使用永久地伸出的外部天线设备。

目前，注意力也已集中到安装在手持便携式终端外壳内的天线设备。因此，回避了天线的突出部分，可以得到更低的朝向用户的辐射强度，以及有可能进一步减小该终端的尺寸，因为许多这些内部天线设备可借助于薄膜技术实现。

颁发给K.Takei等的美国专利US 5,914,693公开了一种安装在一个无线电设备中的同轴开槽天线，其包括配置在一个平的导电立方体内的完整的带状导体，使得该带状导体与导电立方体隔离。该立方体备有一个U-形槽，其沿带状导体的长度并在其高处方向与该带状导体交叉。在本专利的一个实施例中，公开的一个无线电设备具有放入一个多层RF电路板(PCB)中的同轴开槽天线，该多层RF电路板平行于并架高于基频段终端PCB安装。此外，该天线RF PCB备有RF电路和其他的电路。天线RF PCB和终端基频段PCB由一个连接器互连。

最上层包括同轴开槽天线和在侧面与其分开的RF电路，第二层备有电源和控制电路，而第三层连接到地。第四层备有中频部件，其连接到配置在终端PCB上的基频段电路。

然而，这样的天线结构不容易制作得很紧凑，不可能工作在多个频段或合适的阻抗匹配。此外，其结构复杂，这是由于对与馈电耦合所要求的容差使得制造起来困难且昂贵，以及围绕RF电路的屏蔽手段不明显。

其他的内部配置天线设备公开在以下专利文件中：EP 0,878,863，A2(T.Suesada)，EP 0,851,531，A2(D.Hicks等)，EP 0,623,967，A1(N.Erkocevic)，US 4,924,237，颁发给K.Honda等，US5,874,920，颁发给T.Araki等，EP 0,738,023，A2(T.Tsuru)，WO99/13528(G.Johnson)，WO 94/15378(L.J.Vannatta等)，WO 98/49743(E.Cassel)，和EP 0,752,735，A1(D.Müller)，其进一步说明本发明的背景。

制作的终端越小，各种部件，例如基频段电路，RF电路，和该终端的辐射结构之间的距离越小，由此获得各种部件之间的更多的电干扰和相互影响。本发明涉及安装在紧凑终端中的容易制作的紧凑的天线设备，所说的天线设备将减小在所说终端中的干扰和相互影响的程度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于无线电通信设备的天线设备，与现有技术的天线设备相比，它呈现出全部改进的性能。

本发明的一个具体目的在于提供一种天线设备，制作容易并便宜，易安装，并能有效使用可利用的空间，并显示出良好的天线性能。

本发明的另一目的在于提供一种天线设备，其对于在该天线设备的近环境中的导电部分不敏感，例如导电的无线电通信设备的外壳或一个用户的手。

本发明的另一目的在于提供一种天线设备当安装在一个无线电通信设备中时，与该无线电通信设备一起显现出损耗下降，例如，如与已知无线电通信设备相比那样，这是由于连接线的稳定性所致。

本发明的再一目的在于提供一种天线设备作为可容易安装的模块，这种模块包括用于RF信号的处理电路。

本发明的再一目的在于提供一种天线设备，其小巧，重量轻并可靠，特别具有机械上的耐用性。

本发明的一个附加目的在于提供适合于用作一个无线电通信设备的整体部分的天线设备。

本发明再一附加目的在于提供适合于工作在至少两个不同频段的天线设备。

按本发明，这些目的连同其他目的是由缝隙天线设备和由包括该缝隙天线设备的无线电通信设备实现的。

在该公开中要理解的是可操作本发明的天线系统以发射或接收射频信号。即使在此使用的术语建议一个特定的信号方向，该方向应理解为能覆盖那个信号方向和/或其相反的方向的这样一种情况。

按照本发明，提供了一种缝隙天线设备，用于发射和/或接收射频波，可连接到包括信号处理电路的无线电通信设备，其特征在于，所说缝隙天线设备包括：一个平的导电天线元件，它分别备有一个馈电点和一个接地点，以及放置在所说馈电点和所说接地点之间的一个缝隙；一个平的导电接地平面导体，一般放置在与所说平的导电天线元件平行的一个平面内；一个接地连接器，将所说接地平面导体连接到所说接地点；以及一个馈电连接器，将所说信号处理电路连接到所说馈电点，其中所说天线设备可连接到所说无线电通信设备，使得所说接地平面导体放置在所说导电天线元件和所说信号处理电路之间，以有效地将所说信号处理电路与所说发射和/或接收的射频波相屏蔽。

按照本发明，还提供了一种用于发射和/或接收射频波的缝隙天线设备，可连接到无线电通信设备，该无线电通讯设备包括信号处理电路，其特征在于，所说缝隙天线设备包括：一个平的导电天线元件，分别具有一馈电点和一接地点，和具有位于所说馈电点和所说接地点之间的一个缝隙；一个平的射频接地平面导体，通常位于与所说平的导电天线元件平行的平面内；一个接地连接器，将所说接地平面导体连接到所说的接地点；一个馈电连接器，将所说的信号处理电路连接到所说的馈电点；和至少一个电气射频元部件，连接在所说的馈电点和所说的信号处理电路之间；其中配置所说的天线设备使所说接地平面导体位于所说导电天线元件和所说的至少一个电气射频元部件之间，以便有效地将所说的至少一个电气射频元部件与发射的和/或接收的射频波屏蔽。

附图说明

根据以下给出的本发明的实施例详细说明和附图1-4将更充分地理解本发明，但它们仅仅给出说明，因此并不是本发明的限制。

图1a是无外壳的便携式电话的透视图，而图1b是同一电话的分解透视图，所说电话包括按本发明一个实施例的缝隙天线。

图2a-b分别是图1缝隙天线透视图和分解透视图。

图3a是包括在图2缝隙天线设备中的一个三层结构的分解透视图和

图3b是所说三层结构的截面图。

图4示意地显示缝隙天线层的部分，该缝隙天线层备有起辐射作用的元部件，它们连接在按本发明另一实施例的缝隙上。

具体实施方式

在以下说明中，其目的是说明而不是限制，陈述特别详细是为了提供对本发明的全面理解。但是本专业技术人员将明白本发明可按其他实施例实现，而这些其他实施例将偏离这些特别详细的说明。在另外的例子中，忽略对已知设备和方法的详细说明为的是不使本发明的说明相形见绌。

图1a和1b表示用于发射和接收射频(RF)波的一个便携式电话。分别按装配透视图和分解透视图表示的电话，如从后所看到的那样没有外壳。在图中标号1是便携式电话的底盘。确定电话的主印刷电路板PCB3安装在底盘1的前边。PCB 3包括任意的技术中已知的合适的信号处理电路(未示)以操作电话。确定本发明的缝隙天线设备5与电池7一起安装在底盘1的后边。天线设备5包括一个多层基于PCB的天线9，一个连接器11用于连接一个外部天线(未示)，和一个屏蔽盒13安装在多层天线9的底表面上，用于屏蔽电子设备。此外，天线设备包括一个顶15和底17的盖子。该天线可选择地配置在可弯曲的基片上或者在一个MID(模压的互连装置)结构上(在图中未示)。

本发明的缝隙天线设备更详细地表示在图2a和2b中。图2a表示装配的缝隙天线设备5的透视图。最好天线设备提供成能容易插入的模块的形式以便于装到便携式电话中，同样便于从其移开。

现在参照图2b，将描述该天线设备的某些进一步的方面。天线9和顶盖15包括彼此对准的各自的孔19，21，其中这样安装连接器11，使得一个外部天线，例如一个车辆的天线(未示)可以连接到手持便携式电话。此外，天线9包括基本平面的导电路径23，其中形成一个U-形缝隙25。但缝隙25的形状可具有任何适宜的形状，例如V，W，H和Ω之任一形状。在缝隙25的相对侧边分别配置馈电点27和接地点29，在那里馈电点27连接(图2中未示)到配置在图1的PCB 3上的信号处理电路，而接地点29连接到包括在天线9中的基本平的RF接地平面连接器(图2中未示)。

天线9可适于发射和/或接收在至少两个不同频段中的RF波，其中设计缝隙25和导电天线层23的延伸长度以获得在两个不同频段中工作。

在图3a和3b中更详细地表示天线9。图3a是天线9的示意分解透视图，其中包括三个金属层结构，而图3b是三层结构的截面图，该截面图沿着分别交叉通过馈电点和接地点27和29的一条线得到的。

最上层23是上述导电补片层，备有缝隙25，馈电点27和接地点29。

接着导电层31，最好基本上平行于补片层23，为上述基本平的RF接地平面导体。提供了一个金属的基本垂直的导体33，其阻性地或容性地将接地点29连接到接地平面导体31。参考标号35表示层31的RF接地，该层31可以与图1中的PCB3的接地共同接地(这种互连在图中没有明显表示)或者可以单独接地。此外，在层31中提供了一个孔37，用于接收馈电连接器39，该馈电连接器39阻性或容性地将馈电点27连接到电话PCB的信号处理电路。馈电连接器39可包括一个同轴线连接器。

底层41提供对馈电连接器39和任选电气RF电路的电连接。在图3a中，层41包括电导电器43，它将馈电连接器39连接到双工器45，依次该双工器连接到并行配置的功率放大器47和低噪声放大器49。功率放大器47和低噪声放大器49进一步分别连接到馈电电路和接收电路，所说电路配置在图1中电话的PCB3上。

此外，如在图2a中所示的天线9的孔19在图3中分别由层23、31和41中的参考标号19a，19b和19c表示。从双工器45到孔19a的电连接是通过连接器51和53提供的。

在金属层之间提供两个介质层，以彼此电隔离导电层(为简化在图3a中未示)。然而在图3b中，这些层用54和55表示。选择层54的厚度以获得天线9的合适的天线性能。

应当理解，在层41上的电连接43，51和电元部件45，47，49放置在介质的底表面上，其可以是层55，但也可选择一个介质薄膜，例如可弯曲的膜(未示)。

配置元部件45，47，49和辐射屏蔽盒13(参见图2a)使得屏蔽盒13围绕所有方向的元件，而接地平面导体31的方向除外。最好，辐射屏蔽盒13是一个屏蔽罩。该屏蔽盒13可以是一种导电材料或可包括在其一个表面上的导电膜。

可以用多种实施例在天线设备5处放置电气元部件，其包括任一双工器，用于分开发射和接收线路；带通滤波器，用于带通过滤馈送到馈电点和/或从该馈送点接收的信号；功率放大器，用于放大馈送到馈电点的信号；至少一个低噪声放大器，用于放大从馈电点接收的信号；一个频率转换器，用于频率转换馈送到馈送点和/或从该馈送点接收的信号；一个模拟数字转换器，用于将从馈电点接收的模拟信号转换到数字形式和一个数-模转换器，用于将来自信号处理电路的数字信号转换到馈送到馈送点的模拟信号。

天线PCB9和电话PCB3之间的接口可选择在沿任意RF电路线路的合适的位置；例如，如果所有以上元部件配置在天线PCB9上，则天线设备5仅具有数字部分，而这样它可认为是一个数字控制的天线(DCA)。

本发明的天线设备的确包括包含在天线设备中的任何不同的元部件和特征，其在我们的共同未决的瑞典(Swedish)专利申请中描绘并详细说明，标题为“用于发射和接收无线电波的天线设备和方法”，“用于发射和/或接收RF波的天线设备”，“用于发射和接收无线电波的天线设备和方法”，“用于发射和/或接收射波的天线设备和与其相关的方法”，所有文件都是在1999年10月29日申请的，它们因此结合在此作为参考。

应当指出，天线设备可安装在电话中并可连接到该电话，使得接地平面导体31将定位在导电天线元件23，25和在PCB 3上的信号处理电路之间，以有效地将所说电路与发射的和/或接收的RF波屏蔽。

接地平面导体31进而处于导电天线元件23，25和定位在层41的任何电气RF元部件之间，以有效地将电气RF元部件与发射的和/或接收的RF波屏蔽。

如从图3a可看到的，接地平面导体31至少有与导电天线元件23、25长度相同的长度。最好该接地平面导体31具有至少这个尺寸，以得到良好的天线性能并将电气电路与辐射相屏蔽。

图4示意地显示按本发明另一实施例的天线层23’，其备有辐射有效元件C₁，C₂，L₁和连接在缝隙25’上的D₁。上图表示连接在缝隙25’上的电等效符号和用于馈电缝隙25’的馈电设备57，而下图说明表示在上图中的电气元件的实施例，还表示馈电点27’和接地点29’。

两个电容C₁和C₂跨接在缝隙上，C₁实施成缝隙25’相对边上两个凹口，而C₂实施成三个凸口，其两个在缝隙25’的一边上，而第三个在缝隙25’的相对边。此外，电感L₁跨接在缝隙上，L₁实施成跨缝隙25’的一条窄带。还提供一个有源元件跨于该缝隙，这里是以互连在缝隙25’的相对边的一个二极管D₁的形式。

为获得合适的天线性能，可以选择在缝隙25’处这样的电气电路设计，并与设计补片层23’和缝隙25’一起进行。这种设计可明显影响任一组与辐射相关的参数，例如谐振频率，输入阻抗，带宽，辐射方向图，增益，极化和近场方向图。

将显见的是本发明可以多种方式变化。这样的改变并不认为偏离本发明的范围。所有对本专业技术人员是显见的改变都认为包括在所附权利要求的范围之内。

Claims

1.一种缝隙天线设备，用于发射和/或接收射频波，可连接到包括信号处理电路的无线电通信设备，其特征在于，所说缝隙天线设备包括：

一个平的导电天线元件(23)，它分别备有一个馈电点(27)和一个接地点(29)，以及放置在所说馈电点(27)和所说接地点(29)之间的一个缝隙(25)；

一个平的导电接地平面导体(31)，一般放置在与所说平的导电天线元件(23)平行的一个平面内；

一个接地连接器(33)，将所说接地平面导体(31)连接到所说接地点(29)；以及

一个馈电连接器(39)，将所说信号处理电路连接到所说馈电点(27)，其中

所说天线设备(5)可连接到所说无线电通信设备，使得所说接地平面导体(31)放置在所说导电天线元件(23)和所说信号处理电路之间，以有效地将所说信号处理电路与所说发射和/或接收的射频波相屏蔽。

2.如权利要求1的天线设备，其中所说接地平面导体(31)至少有与所说导电天线元件(23)长度相同的长度。

3.如权利要求1或2的天线设备，其中具有预定厚度的介质层(54)提供在所说导电天线元件(23)和所说接地平面导体(31)之间。

4.如权利要求1或2的天线设备，其中所说接地连接器(33)将所说接地平面导体(31)阻性地连接到所说接地点(29)。

5.如权利要求1或2的天线设备，其中所说接地连接器(33)将所说接地平面连接器(31)容性地连接到所说接地点(29)。

6.如权利要求1或2的天线设备，其中所说馈电点(27)是阻性馈电。

7.如权利要求1或2的天线设备，其中所说馈电点(27)是容性馈电。

8.如权利要求1或2的天线设备，其中所说馈电连接器(39)是同轴线连接器。

9.如权利要求1或2的天线设备，其中它包括至少一个连接在所说馈电点(27)和所说信号处理电路之间的电气射频元部件(45-49)，并被安排使得所说接地平面导体(31)放置在所说导电天线元件(23)和所说至少一个电气射频元部件(45-49)之间，以有效地将所说电气射频元部件与所说发射和/或接收的射频波相屏蔽。

10.如权利要求9的天线设备，其中所说至少一个电气射频元部件包括一个带通滤波器，以便带通过滤馈送到所说馈电点(27)或从该馈电点(27)接收的信号。

11.如权利要求9的天线设备，其中所说至少一个电气射频元部件包括一个功率放大器(47)，用于放大馈送到所说馈电点(27)的信号。

12.如权利要求9的天线设备，其中所说至少一个电气射频元部件包括至少一个低噪声放大器(49)，用于放大从所说馈电点(27)接收的信号。

13.如权利要求9的天线设备，其中所说至少一个电气射频元部件包括一个频率转换器，用于频率转换馈送到所说馈电点(27)或从所说馈电点接收的信号。

14.如权利要求9的天线设备，其中所说至少一个电气射频元部件包括一个模-数转换器，用于将从所说馈电点(27)接收的模拟信号转换到数字形式和/或一个数-模转换器，用于将来自所说处理电路的数字信号转换到将被馈送到所说馈电点(27)的模拟信号。

15.如权利要求9的天线设备，其中它包括一个辐射屏蔽结构(13)，除接地平面导体(31)方向之外在所有方向围绕所说至少一个电气射频元部件(45-49)。

16.如权利要求15的天线设备，其中所说辐射屏蔽结构(13)是屏蔽罩形状的。

17.如权利要求15或16的天线设备，其中所说辐射屏蔽结构(13)由一种导电材料制成或包括在其表面上的一层导电膜。

18.如权利要求9的天线设备，其中所说平的导电天线元件、所说接地平面导体和所说至少一个电气射频元部件配置在一块多层板上。

19.如权利要求18的天线设备，其中所说印刷电路板包括导电顶层的第一层、介质层的第二层(54)、第三层、介质层的第四层(55)、和底层的第五层，其中，

在所说第一层中形成所说具有缝隙(25)的平的导电天线元件(23)，

所说第二层(54)用于将所说第一层与所说第三层隔离，

在所说第三层中形成所说接地平面导体(31)，

所说第四层(55)用于将所说第三层与所说第五层隔离，以及

在所说第五层中安排所说至少一个电气射频元部件(45-49)。

20.如权利要求1或2的天线设备，其中在至少两个不同频段上它适用发射和/或接收射频波。

21.如权利要求20的天线设备，其中设计所说缝隙(25)和所说平的导电天线元件(23)以便获得工作在所说至少两个不同频段上。

22.如权利要求1或2的天线设备，其中缝隙(25)一般具有字母U、V、W、H和Ω一组中任一个形状。

23.如权利要求1或2的天线设备，其中缝隙(25’)具有阻抗或谐振频率影响电路(C₁，C₂，L₁，D₁)。

24.如权利要求23的天线设备，其中所说谐振频率影响电路包括一电容(C₁，C₂)和/或电感(L₁)元部件。

25.如权利要求24的天线设备，其中所说的电容和/或电感元部件(C₁，C₂，L₁，D₁)跨接在缝隙(25’)上，从而互连其相对侧。

26.如权利要求23的天线设备，其中所说的谐振频率影响电路包括一个二极管(D₁)。

27.如权利要求1或2的天线设备，其中所说的平的导电天线元件(23)包括一第二馈电点并且天线设备包括一个连接到所说第二馈电点的连接器(11)并配置为可连接到外部的天线。

28.如权利要求1或2的天线设备，其中所说的接地平面导体(31)可连接到提供在所说无线电通信设备中的接地导体。

29.如权利要求1或2的天线设备，其中它包括介质顶(15)和底(17)覆盖部分。

30.一种用于发射和/或接收射频波的缝隙天线设备，可连接到无线电通信设备，该无线电通讯设备包括信号处理电路，其特征在于，所说缝隙天线设备包括：

一个平的导电天线元件(23)，分别具有一馈电点(27)和一接地点(29)，和具有位于所说馈电点(27)和所说接地点(29)之间的一个缝隙(25)；

一个平的射频接地平面导体(31)，通常位于与所说平的导电天线元件(23)平行的平面内；

一个接地连接器(33)，将所说接地平面导体(31)连接到所说的接地点(29)；

一个馈电连接器(39)，将所说的信号处理电路连接到所说的馈电点(27)；和

至少一个电气射频元部件(45-49)，连接在所说的馈电点(27)和所说的信号处理电路之间；其中

配置所说的天线设备(5)使所说接地平面导体(31)位于所说导电天线元件(23)和所说的至少一个电气射频元部件(45-49)之间，以便有效地将所说的至少一个电气射频元部件(45-49)与发射的和/或接收的射频波屏蔽。

31.一种无线电通信设备，包括一个按前述权利要求1或30所说的缝隙天线设备(5)。