專利名稱：具有改進輻射效率的內部多頻段天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及無線電天線，更具體地，涉及在手持式電信裝置例如移動電話中使用的內部多頻段天線。
背景技術：
用于移動電話的小天線的開發(fā)最近受到很大關注，因為隨著手機尺寸的減小，需要保持被使用者吸收的射頻(RF)功率量低于一定的水平而不管手機尺寸，以及多模式電話的引入。提供放置在手機機體里面的、內部多頻段天線是有利的、需要的和甚至是必須的，這些天線應當能夠工作在多個系統(tǒng)，諸如E-GSM900(880MHz-960MHz)，GSM1800(1710MHz-1880MHz)，和PCS1900(1859MHz-1990MHz)。短補片天線，或平板式倒F天線(PIFA)已被使用來提供兩個或多個諧振頻率。例如，Liu等(Dual-frequency planar irnverted-F antenna，IEEETransaction on Antennas and Propagation，Vol.45，No.10，October1997，pp.1451-1458)披露了雙頻段PIFA；Pankinaho(美國專利No.6，140，966)披露了用于幾個頻率范圍的雙諧振天線結構；Isohatala等(EP 0997974A1)披露了具有相對較低的單位吸收率(SAR)值的平板天線；以及Song等(Triple-band planar inverted-F antenna，IEEEAntennas and Propagation International Symposium Digest，Vol.2，Orlando，F(xiàn)lorida，July 11-16，1999，pp.908-911)披露了三頻段PIFA。
當前，天線是移動電話中最大的部件之一。為了在可獲得的空間內以可接受的性能裝配更多天線單元，一直在致力于減小它們的物理尺寸。隨著移動電話尺寸的減小，傳統(tǒng)的小型內部手機天線的輻射效率也在減小，特別是在具有相應于低于1GHz的諧振頻率的波長的天線系統(tǒng)中。輻射效率的減小是由于天線的輻射電阻比起機架的輻射電阻是非常小的。這意味著，大部分輻射是由機架電流造成的，而相對小部分的輻射是由天線貢獻的。而且，當手機中平板天線的接地板足夠小時，天線的電抗性近場包圍接地板。因此，接地板上的電流在接地板的兩個邊緣處基本上是均勻的。當手機的接地板的尺寸小于三分之一諧振波長時，這種現(xiàn)象變得顯著起來。把內部天線放置在手機的背面并沒有很大地改進由天線的接地板電流造成的單位吸收率(SAR)特性。對于內部天線，天線單元上的電流對于用戶的頭部只產生中等的SAR值。諧振波長與接地板尺寸之間的關系使得很難設計具有高的效率的內部天線，特別是對于GSM900系統(tǒng)。然而，對于GSM1800系統(tǒng)，諧振波長通常小于接地板尺寸。

發(fā)明內容
有利的并且需要的是，提供能夠用于工作在多個系統(tǒng)(諸如E-GSM900，GSM1800，和PCS1900)的移動電話中的三頻段內部無線電天線。所述天線制作簡單，同時天線的SAR特性也得到改善。
按照本發(fā)明的第一方面，用于手持式電信裝置中的多頻段無線電天線結構，包括接地板；第一平面輻射單元，其由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有接地點和靠近接地點的、用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元，其由具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，在第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，從而在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的側之間留出一個縫隙；第三輻射單元，其由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
優(yōu)選地，第一、第二和第三導電區(qū)域共同位于一個共同的平面上。
優(yōu)選地，第二導電區(qū)域的開放端的一段延伸到接地板的邊緣以外。
按照本發(fā)明，第一諧振頻率基本上在1710MHz到1880MHz的頻率范圍內，第二諧振頻率基本上在880MHz到960MHz的頻率范圍內，第三諧振頻率基本上在1850MHz到1990MHz的頻率范圍內。第三諧振頻率通常高于第一諧振頻率，但它們的頻率范圍具有重疊的部分。
按照本發(fā)明的第二方面，一種能夠以多個頻率工作的手持式電信裝置，所述手持式電信裝置包括
機殼，其包括前部和后蓋；機架，其被設置在機殼中的前部和后蓋之間，其中機架具有面對后蓋的背面和具有接地板的相對的前面，其中接地板具有位于機殼的頂端附近的頂部邊緣；天線結構，包括第一平面輻射單元，其由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有被連接到接地板的接地點和靠近接地點的用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元，其由具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，在第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的兩側之間留出縫隙，其中開放端在機殼的頂端附近具有延伸部分，并延伸到接地板的頂部邊緣之外。
優(yōu)選地，天線結構還包括第三輻射單元，它由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的、靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
優(yōu)選地，第一、第二和第三導電區(qū)域共同位于一個共同的平面上。
按照本發(fā)明的第三方面，一種改進手持式電信裝置中的多頻段天線結構的輻射效率和特性的方法，其中手持式電信裝置包括包括前部和后蓋的機殼；機架，其被設置機殼中的前部和后蓋之間，其中機架具有面對后蓋的背面和具有接地板的相反的前面，其中接地板具有位于機殼的頂端附近的頂部邊緣；天線結構，包括至少兩個平面輻射單元，其中第一平面輻射單元由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有被連接到接地板的接地點和靠近接地點的、用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，在第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的兩側之間留出縫隙，開放端在機殼的頂端附近具有延伸部分。所述方法包括以下步驟把接地板設置為與機殼的頂端離開，用于提供在接地板的頂部邊緣與機殼的頂端之間的另一個縫隙；以及把天線設置在機架上，這樣，第二導電區(qū)域的開放端的延伸部分延伸到接地板的頂部邊緣以外，位于接地板的頂部邊緣與機殼的頂端之間的另一個縫隙上方。
優(yōu)選地，天線結構還包括第三輻射單元，它由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的、靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
通過閱讀結合圖1和3的說明，將可以清楚地了解本發(fā)明。


圖1是示出按照本發(fā)明的多頻段天線結構的輻射單元的等角投影圖。
圖2是示出第二輻射單元與接地板的關系的頂視圖。
圖3是示出移動電話中的按照本發(fā)明的天線的優(yōu)選位置的分解圖。
具體實施例方式
圖1示出按照本發(fā)明的多頻段天線1。如圖所示，天線結構1具有第一輻射單元10，第二輻射單元20和第三輻射單元30。第一輻射單元10基本上是平面導電區(qū)域，具有接地端12，用于把第一輻射單元10在接地點G1接地到接地板5。這樣，第一輻射單元10是具有第一諧振頻率的短路的補片。優(yōu)選地，第一諧振頻率基本上是在1710MHz-1880MHz的頻率范圍內。在接地端12附近，饋電線14被提供到第一輻射單元10，用于饋電。第二輻射單元20基本上是條帶狀平面導電區(qū)域，具有接地端22，在接地端12附近連接到第一輻射單元10。這樣，第二輻射單元20是具有第二諧振頻率的短路的補片，同時，第二輻射單元20可以共用饋電線14，用于饋電。優(yōu)選地，第二諧振頻率基本上是在880MHz-960MHz的頻率范圍內。第二輻射單元20還具有圍繞第一輻射單元10的開放端24，在它們之間留出一個縫隙40。第三輻射單元30在物理上是與第一和第二輻射單元10，20分開的。如圖所示，第三輻射單元30基本上是平面導電單元，具有接地端32，用于把第三輻射單元30在接地點G2接地到接地板5。這樣，第三輻射單元30是具有第三諧振頻率的短路的補片。優(yōu)選地，第三諧振頻率基本上是在1850MHz-1990MHz的頻率范圍內。
優(yōu)選地，天線1位于手持式電信裝置(諸如移動電話)的頂端部分102附近，如圖2和3所示。如圖3所示，移動電話90包括機殼100，其具有前部110和后蓋130；和機架120，其被放置在前部110和后蓋130之間。機架120具有面對后蓋的背面124和具有相對的前面122，前面122用于設置接地板5。接地板5被設置為與機殼100的頂端102離開，以便在接地板5的頂部邊緣7與機殼100的頂端102之間留出縫隙。當用戶使用移動電話90時，用戶以直立位置握住移動電話90，這樣，機殼100的頂端102靠近用戶的耳部，并且前部110面對用戶的頭部。
如圖2所示，第二輻射單元20的開放端24具有延伸部分26，它延伸到接地板5的頂部邊緣7以外。這樣，天線1的補片電流的最大值在移動電話的頂部不產生本地單位吸收率(SAR)最大值。因此，達到在天線1的輻射效率與本地SAR值之間的最佳化。這樣，在天線1的輻射單元20與接地板5之間的耦合可被減小。而且，來自輻射單元20的電流最大值的輻射(它被認為會引起較高的本地SAR值)是在接地板5的后面。這樣，天線1的輻射電阻被增加。因此，移動電話的總的輻射的主要部分來自天線1，而不是來自機架120的電流(圖3)。通過把第一輻射單元很好地放置在接地板上面以及離開接地板的邊緣，移動電話輻射的方向性可被改進。如圖3所示，在第一輻射單元10(見圖1)和接地板5之間提供足夠的空間106。
如上所述的方向性改進方法可以應用到傳統(tǒng)的只使用一個較高頻段的補片的雙頻段天線。當使用較高頻段的補片以及用戶的手覆蓋內部天線單元時，這使得諧振頻率嚴重失諧以及天線效率降低。這被稱為手效應。通過使用短路的第三輻射單元作為寄生補片，寄生諧振和來自第一輻射單元的諧振在機殼的端部是互相分開的。這樣，手部效應對天線性能的影響可被減小，因為用戶的手不大可能同時覆蓋寄生補片和第二輻射單元。
如圖1所示，所有的輻射單元10，20，30基本上位于同一平面。這樣，輻射單元10，20和30可以用同一個導電層來制成。例如，它們可以由基片上的導電層被蝕刻得出。然而，輻射單元10，20和30不一定位于同一個平面。例如，有可能是三個輻射單元中只有兩個輻射單元位于共同的平面，或每個輻射單元都位于不同的平面。而且，每個輻射單元可以被折疊或彎曲，這樣，它們可以位于一個以上的平面上。而且，第一、第二和第三頻率被披露為分別在1710MHz-1880MHz，880MHz-960MHz，和1859MHz-1990MHz的頻率范圍內。然而，諧振頻率可以低于或高于各個范圍中的頻率，取決于每個短補片的尺寸和幾何形狀。
因此，雖然本發(fā)明對其優(yōu)選實施例進行了說明，但本領域技術人員可以知道，不脫離本發(fā)明的構思和范圍，可以在形式和細節(jié)上對本發(fā)明作出上述的和各種其它改變、省略和偏差。
權利要求
1.一種用于手持式電信裝置中的多頻段無線電天線結構，包括接地板；第一平面輻射單元，其由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有接地點和靠近接地點的用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元，其由具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，在第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，從而在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的側之間留出縫隙；第三輻射單元，其由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
2.如權利要求1的多頻段無線電天線結構，其特征在于，第一、第二和第三導電區(qū)域共同位于一個共同的平面上。
3.如權利要求1的多頻段無線電天線結構，其特征在于，第二導電區(qū)域的開放端的一段延伸到接地板的邊緣以外。
4.如權利要求1的多頻段無線電天線結構，其特征在于，第二諧振頻率基本上在880MHz到960MHz的頻率范圍內。
5.如權利要求1的多頻段無線電天線結構，其特征在于，第一諧振頻率基本上在1710MHz到1880MHz的頻率范圍內。
6.如權利要求1的多頻段無線電天線結構，其特征在于，第三諧振頻率基本上在1850MHz到1990MHz的頻率范圍內。
7.一種能夠以多個頻段頻率工作的手持式電信裝置，所述手持式電信裝置包括機殼，其包括前部和后蓋；機架，其被設置機殼中的前部和后蓋之間，其中機架具有面對后蓋的背面和具有接地板的相反的前面；天線結構，包括第一平面輻射單元，其由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有被連接到接地板的接地點和靠近接地點的、用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元，其由具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，在第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，從而在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的兩側之間留出縫隙。
8.如權利要求7的手持式電信裝置，其特征在于，天線結構還包括第三輻射單元，它由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
9.如權利要求8的手持式電信裝置，其特征在于，第一、第二和第三導電區(qū)域共同位于一個共同的平面上。
10.如權利要求7的手持式電信裝置，其特征在于，第二諧振頻率基本上在880MHz到960MHz的頻率范圍內。
11.如權利要求7的手持式電信裝置，其特征在于，第一諧振頻率基本上在1710MHz到1880MHz的頻率范圍內。
12.如權利要求8的手持式電信裝置，其特征在于，第三諧振頻率基本上在1850MHz到1990MHz的頻率范圍內。
13.如權利要求7的手持式電信裝置，其特征在于，接地板具有頂部邊緣，并且開放端在接地板的頂部邊緣附近具有延伸的部分。
14.如權利要求7的手持式電信裝置，其特征在于，接地板在機殼的頂端附近具有頂部邊緣，并且開放端在機殼的頂端附近具有延伸的部分，延伸的部分延伸到接地板的頂部邊緣以外。
15.一種改進手持式電信裝置中的多頻段天線結構的輻射效率和特性的方法，其中手持式電信裝置包括包括前部和后蓋的機殼；機架，其被設置機殼中的前部和后蓋之間，其中機架具有面對后蓋的背面和具有接地板的相反的前面，其中接地板具有位于機殼的頂端附近的頂部邊緣；天線結構，包括至少兩個平面輻射單元，其中第一平面輻射單元由具有第一諧振頻率的第一導電區(qū)域形成，其中第一平面輻射單元具有被連接到接地板的接地點和靠近接地點的用于饋電的饋電點；第二平面輻射單元由具有大大地低于第一諧振頻率的第二諧振頻率的第二導電區(qū)域形成，其中第二導電區(qū)域具有接地端，接地端被連接到靠近第一平面輻射單元的接地點的第一導電區(qū)域，第一導電區(qū)域的至少兩側圍繞有開放端，從而在第二導電區(qū)域與第一導電區(qū)域的被包圍的兩側之間留下一個縫隙，開放端在機殼的頂端附近具有延伸部分，所述方法包括以下步驟把接地板設置為與機殼的頂端離開，用于在接地板的頂部邊緣與機殼的頂端之間提供另一個縫隙；把天線放置在機架上，從而第二導電區(qū)域的開放端的延伸部分延伸到接地板的頂部邊緣以外，處于接地板的頂部邊緣與機殼的頂端之間的另一個縫隙上方。
16.如權利要求15的方法，其特征在于，天線結構還包括第三輻射單元，其由具有通常高于第一諧振頻率的第三諧振頻率的靠近第二平面輻射單元的第三導電區(qū)域形成，其中第三導電區(qū)域具有另一個接地點。
全文摘要
一種無線電天線，包括具有第一諧振頻率例如GSM1800的第一短補片；具有第二諧振頻率例如E－GSM的第二短補片，第二短補片被連接到第一短補片，以便共用饋電點；具有第三諧振頻率例如GSM1900的第三短補片，其位于第二短補片附近。第二短補片具有延伸部分，它圍繞第一短補片的至少兩側，并在它們之間留下一個縫隙。第三短補片用作為寄生補片，用來增加第二短補片的帶寬。第二短補片的延伸部分的一部分延伸到將補片接地的接地板的頂部邊緣以外。
文檔編號H01Q9/04GK1409570SQ0214297
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權日2001年9月14日
發(fā)明者J·奧利凱寧, A·萊托拉 申請人:諾基亞有限公司