CN1459887A - 外置型微芯片双频带天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种外置型微芯片双频带天线装置，包括一个连接至一个配置在便携式终端机壳内的印刷电路板的微芯片双频带天线。该微芯片双频带天线包括分别纵向环绕四边棱柱形绝缘体的上端和下端的上端和下端贴片单元；一个置于该绝缘体前表面的第一辐射贴片，从上端贴片单元曲折延伸至下端贴片单元；一个置于绝缘体后表面的第二辐射贴片，采用使第一和第二辐射贴片的曲折结构相互交错排列的方式，从上端贴片单元曲折延伸至下端贴片单元；以及一个馈线通道，设置于绝缘体的侧面并与下端贴片单元相邻，电镀该馈线通道，从而使第一辐射贴片和第二辐射贴片相互连接。

Description

外置型微芯片双频带天线装置

技术领域

本发明涉及一种外置型微芯片双频带天线装置，尤其涉及一种能在两个频率中获得适合通信终端的回波损耗和电压驻波比(VSWR)的外置型微芯片双频带天线装置，该外置型微芯片双频带天线装置能实现良好的辐射图，其尺寸能小型化，并能以小型状态安装在各种无线通信设备上。

技术背景

目前，随着便携式移动通信终端的小型化，在该技术领域中已公开了内置型天线。此外，由于提供了各种通信服务，为确保高通信质量，已开发出尺寸小、重量轻、并能够克服外置型天线缺点的微芯片天线。在微芯片天线中，一种双频带天线尤为突出，因为它能以一种集成的方式满足多种类型服务的需要。

然而，在现有技术中存在这样一个缺陷：微芯片天线不能适当地解决与通信终端的小型化及其设计相关的问题，而且在双频带天线中扩展带宽存在着固有的困难。特别是，由于大多数传统天线外置于通信终端上，使用了阻抗匹配电路，从而增加了工序数量及制造成本。

发明内容

因此，本发明试图解决现有技术中出现的问题，本发明的一个目的是提供一种适用于双频带的外置型微芯片双频带天线装置，该微芯片双频带天线能够获得适用于双频带的回波损耗和电压驻波比，可以获得良好的辐射图，并能以小型状态安装在各种无线通讯装置上。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种外置型微芯片双频带天线装置，包括一个与置于便携式终端机壳内的印刷电路板连接的微芯片双频带天线，该微芯片双频带天线包括：上端和下端贴片单元，分别环绕具有四棱柱形纵向的绝缘体的上端和下端；一个第一辐射贴片，置于该绝缘体的前表面，从上端贴片单元曲折延伸至下端贴片单元；一个第二辐射贴片，置于该绝缘体的后表面，采用使第一和第二辐射贴片的曲折结构相互交错排列的方式，从上端贴片单元曲折延伸至下端贴片单元；以及一个一个馈线通道，设置于绝缘体的侧面，并与下端贴片单元相邻，电镀馈线通道，从而使第一辐射贴片和第二辐射贴片相互连接。

本发明另一方面提供了一种外置型微芯片双频带天线装置，包括：一个与置于便携式终端机壳内的印刷电路板连接的微芯片双频带天线，该微芯片双频带天线从该机壳伸出以沿垂直方向竖立；一个与置于机壳内的印刷电路板连接的连接器，用于支撑该微芯片双频带天线的一个下端；以及一个用于包封和保护该微芯片双频带天线的罩，从该机壳伸出，沿垂直方向竖立。

附图说明

在结合附图阅读以下详细描述后，本发明的上述目的、其它特征和优点都会更明显，其中：

图1示出了根据本发明的装有一外置型微芯片双频带天线装置的便携式无线电话的局部放大和剖面正视图；

图2示出了根据本发明的装有一外置型微芯片双频带天线装置的便携式无线电话的局部放大和剖面侧视图；

图3示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的一个微芯片双频带天线的透视图；

图4示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线后部的示意性透视图；

图5示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的正视图；

图6示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的后视图；

图7示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的频率和回波损耗之间的关系图；

图8示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的频率和电压驻波比之间的关系图；

图9示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的史密斯圆图；以及

图10示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线的水平辐射图。

具体实施方式

下面参见本发明优选实施例的详细内容，实施例结合附图进行说明。在可能的情况下，用于所有附图和所有说明的同一标号表示相同或相似的部位。

随着信息时代的到来，由于个人的社会和经济活动逐渐增多，强调了信息传递的重要性，因而需要一种允许个人在不考虑时间、地点及另一方的情况下进行信息交换的系统。

为了满足这种需求，作为下一代移动通信系统的个人通信服务(PCS)电话以合理的服务费用提供接近有线电话的通讯质量，实现了便携性、小型化和重量轻的特点，并且其提供的数据服务有助于构建多媒体通信环境，等等。

同时，为了改善模拟通信系统有限的信道容量、低通信质量、变差的性能等而开发的数字移动手机中，通过将声音完全编码，保证了安全性，容易修改错误，改善了抗干扰特性，并且增加了信道容量。

数字通信网络中应用的多路存取方法分为码分多路存取(CDMA)和时分多路存取(TDMA)。每个信道的容量受频带宽和所分配到的时间的限制。需要注意的是，即使在数字蜂窝移动通信中，由于多路衰减和频率复用，也可能会产生问题。

此时，在码分多路存取的情况下，对频率复用没有限制。然而，在时分多路存取的情况下，为了复用相同的频率，两个蜂窝单元彼此必须充分分离，以使它们互不干扰。

采用时分多路存取方法的组专用移动电话(GSM)系统是一种工作于900MHz频带的蜂窝系统，整个欧洲地区都使用这个频带。该GSM系统在信号质量，服务费用，国际漫游支持，频率利用率等方面具有优势。

一种通过提高该GSM的频带获得的个人通信网络(PCN)可作为一种工作于1,800MHz和1,900MHz频带的数字蜂窝系统(DCS)。。由于该个人通信网络基于GSM并且应用了用户识别模块(SIM)，因此它可以随GSM漫游。

本发明涉及一种外置型微芯片双频带天线装置30，该装置能够可靠地用于包括GSM频带和数字蜂窝系统频带的双频带。以下将给出关于该装置的详细说明。

图1示出了根据本发明的装有一外置型微芯片双频带天线装置30的便携式无线电话10的局部放大和剖面正视图；图2示出了根据本发明的装有一个外置型微芯片双频带天线装置30的便携式无线电话10的局部放大和剖面侧视图。该外置型微芯片双频带天线装置30包括一个微芯片双频带天线20。该微芯片双频带天线20和一个置于便携式终端10机壳11内的印刷电路板12相连，并从该机壳11伸出以沿垂直方向竖立。

连接器27连接至该微芯片双频带天线20的下端和置于该机壳11中的印刷电路板12。该微芯片双频带天线20的一部分从该机壳11伸出并沿垂直方向竖立，被包在罩28内以使其受到保护。

图3示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的透视图。在本发明的这个优选实施例中，将绝缘体21做成四棱柱形，长度L为20mm，宽度W为5mm，高度H为3.2mm。图4示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的后部示意性透视图。通过使用虚线省略或画出该绝缘体21的轮廓，能够确定后部的外观。该微芯片双频带天线20的绝缘体21采用环氧树脂成形，以减少生产成本。

图5示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的正视图，该图清楚地示出了第一辐射贴片24，图6示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的后视图，该图清楚地示出了第二辐射贴片25。

如图3至图6所示，应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20包括上端贴片单元22和下端贴片单元23，分别纵向围绕该四棱柱形绝缘体的上端和下端。

该第一辐射贴片24置于该绝缘体21的前表面，从上端贴片单元22曲折延伸至下端贴片单元23。该第一辐射贴片24用于谐振，例如用于GSM频带。该第二辐射贴片25置于该绝缘体的后表面，采用使第一辐射贴片24和第二辐射贴片25曲折结构相互交错排列的方式，从上端贴片单元22延伸至下端贴片单元23。该第二辐射贴片25用于谐振，例如，用于数字蜂窝系统频带。

因为该第一辐射贴片24和第二辐射贴片25分别置于该绝缘体21的前表面和后表面，所以它们的曲折结构彼此交错排列，从而将它们之间的辐射影响和干扰最小化。在一个实施例中，该第一辐射贴片24可以工作于900MHz频带，而该第二辐射贴片25可以工作于1,800MHz或1,900MHz频带。

一个馈线通道26设定在侧面上，与该绝缘体21的下端贴片单元23相邻。电镀该馈线通道26，从而使第一辐射贴片24和第二辐射贴片25相互连接。该馈线通道26连接至该连接器27并和置于该机壳11上的印刷电路板12电路匹配。

如上所述，根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置经过该单馈线通道26应用了置于该绝缘体21的前表面和后表面的第一辐射贴片24和第二辐射贴片25，也就是，运行于GSM和数字蜂窝系统频带的双频带能够在移动通信中可靠地实现。而且，因为本发明的微芯片双频带天线装置30被外置于移动通信终端10，同传统的螺旋天线及单极天线比较，这就可能使该终端小型化。而且，由于该微芯片双频带天线20通过该连接器27连接至该印刷电路板12并被包封在罩28内，所以能够有效地改善该便携式无线电话10的组装性和便携性。此外，通过将第一辐射贴片24和第二辐射贴片25与该绝缘体21协作，可能有效地解决和非统一格式电源线布线相关的问题。

根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30能够用于使用蜂窝电话和PCS电话的个人移动通信业务，无线局域环路(WLL)业务，未来的公用地域移动通讯业务(FPLMTS)，以及包括卫星通信的无线电通信，所以能很容易地使其应用于在一个基站和该便携式终端10之间发射和接受信号。

在现有技术中，就微带多层天线其固有特征而言，它属于谐振天线，其劣势在于频带宽显著地减少了几个百分点，并降低了辐射增益。由于这种低辐射增益，多个贴片必须依次排列或堆叠，所以不得不增加该天线的尺寸和厚度。由于这个原因，现有技术中的微带多层天线在安装于个人便携式终端，或作为便携式通信发射器的天线，或用于无线电通信设备等情况下，就会产生一些困难。

然而，应用于根据本发明的外置型微芯片双频带装置30中的该微芯片双频带天线20具有一个宽的频带宽和减少的漏电流，由此获得了高增益。特别是，由于电压驻波比得到改进，而且天线尺寸减小，从而有可能使各种无线电通信设备小型化。

应用于根据本发明的外置型微芯片双频带装置30中的具有上述应用的该微芯片双频带天线20的特征将在下文详细说明。

图7示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的频率和回波损耗之间的关系图。

如图7所示，应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的专用业务频带实现了双频带，包括用于该第一辐射贴片24的880～960MHz频带(参见标记1～标记2)和用于该第二辐射贴片25的1,710～1,990MHz频带(参见标记3～标记5)。

图8示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的频率和电压驻波比之间的关系图。从图8中容易看出，在GSM的工作频率，以50Ω的谐振阻抗可以获得1∶2.4321～2.5627的最大电压驻波比，在数字蜂窝系统的工作频率，以50Ω的谐振阻抗可以获得1∶1.8757～2.2649的最大电压驻波比。

也就是说，当假设该微芯片双频带天线20的理想电压驻波比值为1时，在包含于GSM频带的标记1中，以880MHz的频率可以获得2.5627的电压驻波比，在标记2中，以960MHz的频率可以获得2.4321的电压驻波比。在包含于数字蜂窝系统频带的标记3中，以1,710MHz的频率可以获得2.0179的电压驻波比。并且，在标记4中，以1,880MHz的频率可以获得1.8757的电压驻波比，以及在标记5中，以1,990MHz的频率可以获得2.2649的电压驻波比。因此，易于理解，在GSM频带和数字蜂窝系统频带中，以50Ω的谐振阻抗可以获得很好的电压驻波比。

图9示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的史密斯圆图。

如图9所示，当以50Ω作为GSM和数字蜂窝系统频带中的谐振阻抗的参考值时，在包含于GSM频带中的标记1处，以880MHz的频率可以获得124.54Ω的谐振阻抗，在标记2处以960MHz的频率可以获得48.250Ω的谐振阻抗。在包含于数字蜂窝系统频带的标记3处，以1,710MHz的频率可以获得38.104Ω的谐振阻抗。并且，在标记4处，以1,880MHz的频率可以获得42.947Ω的谐振阻抗，以及在标记5处，以1,990MHz频率可以获得29.725Ω的谐振阻抗。从而，在GSM频带中，实现了范围在48.250～124.54Ω的全部谐振阻抗，在数字蜂窝系统频带中，实现了范围在29.725～42.947Ω的全部谐振阻抗。因此，该微芯片双频段天线20能够可靠地工作于上述双频带。

图10示出了应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20的水平辐射图。在图10中，水平辐射图实现了全向辐射图。因此，可以不考虑方位而实现信号的发射和接收，由此可以有效地解决与辐射方向相关的问题。这时，对应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置30的微芯片双频带天线20进行测定，该测定是在无电干扰的消音室内或在前后50米内无障碍的区域内进行的。就此而言，本发明的测定是在消音室中进行的。当在消音室中测量时，在GSM频带，得到1dBi的辐射增益，在数字蜂窝系统频带，得到2dBi的辐射增益。因此，可以在便携移动通信中能以更有效的方式实现辐射。通过在主电场表面上和主磁场表面上测定每个标记点的辐射图，可以发现，在主电场表面上和主磁场表面上以每个测量频率测定的辐射图都显示了全方向的特性。因此，根据本发明的微芯片双频带天线20能适用于发射和接收GSM和数字蜂窝系统频带的信号。

从上述显然可知，根据本发明的外置型双频带天线装置提供了以下优点，经过一个单馈线通道应用了置于绝缘体的上表面和下表面的第一辐射贴片和第二辐射贴片，也就是，运行于GSM和数字蜂窝系统频带的双频带能够在移动通信中可靠地实现。同样，现有的微芯片双频带天线装置能被外置于移动通信终端，从而，可能使该终端小型化。进而，由于微芯片双频带天线能通过连接器容易地连接至印刷电路板并被包封在罩内，所以能够有效地改善该便携无线电话的组装性和便携性。此外，通过与第一和第二辐射贴片协作，可有效地解决和非统一格式电源线布线相关的问题。

而且，应用于根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置的微芯片双频带天线在GSM和数字蜂窝系统频带能获得不大于-7dB的回波损耗。在GSM工作频带，获得了足够的电压驻波比1∶2.4321～2.5627，在数字蜂窝系统工作频带，获得了足够的电压驻波比1∶1.8757～2.2649。在GSM和数字蜂窝系统频带分别获得了48.250～124.54Ω和29.725～42.947Ω的谐振阻抗。在GSM和数字蜂窝系统频带分别获得了1dBi和2dBi的水平辐射图。在所有方向实现了该水平辐射图。该微芯片双频带天线能够应用于使用蜂窝电话和PCS电话的个人移动通信业务、无线局域环路业务、FPLMTS、IMT-2000、以及包括卫星通信的无线电通信，所以它可以容易地适用于发射和接收便携式终端之间以及无线局域网(LAN)内的信号。

特别地，因为根据本发明的外置型微芯片双频带天线装置只用一个馈线通道实现了双频带，故具有如下优点：减小了漏电流以获得高增益，改善了电压驻波比，而且该外置型微芯片双频带天线可以小型化的状态安装于各种无线电通信设备上。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改，变化，和等同物由所附的权利要求书的内容涵盖。

Claims (2)

1.一种外置型微芯片双频带天线装置，包括一个连接至一个印刷电路板上的微芯片双频带天线，所述印刷电路板配置在一个便携式终端的机壳中，所述微芯片双频带天线包括：

上端和下端贴片单元，分别纵向环绕一个四边棱柱形绝缘体的上端和下端；

一个第一辐射贴片，置于所述绝缘体前表面，从上端贴片单元曲折延伸至下端贴片单元；

一个第二辐射贴片，置于所述绝缘体后表面，采用使所述第一和第二辐射贴片的曲折结构相互交错排列的方式，从所述上端贴片单元曲折延伸至所述下端贴片单元；以及

一个馈线通道，所述馈线通道设置于绝缘体的侧面，并与下端贴片单元相邻，电镀所述馈线通道，从而使所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片相互连接。

2.一种外置型微芯片双频带天线装置，包括：

一个微芯片双频带天线，连接至一个印刷电路板，所述印刷电路板配置在一个便携式终端的机壳内，并从所述机壳伸出以沿垂直方向竖立；

一个连接器，连接至配置在所述机壳内的印刷电路板，用于支撑所述微芯片双频带天线的底端；以及

一个罩，用于包封和保护所述微芯片双频带天线，所述罩从所述机壳伸出并沿垂直方向竖立。

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