專利名稱：無線終端的改進(jìn)或與其相關(guān)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線終端的改進(jìn)或與其相關(guān)的改進(jìn)。本發(fā)明具體(但并非專門地)應(yīng)用于可遵照諸如GSM(880至960MHz)、DCS(1710至1880MHz)和PCS(1850至1990MHz)之類的電話標(biāo)準(zhǔn)工作并且可根據(jù)需要按照藍(lán)牙TM(2.4GHz范圍中的ISM頻帶)標(biāo)準(zhǔn)工作的多標(biāo)準(zhǔn)蜂窩電話。本發(fā)明還涉及一種無線模塊，其具有天線和至少那些包括在耦合級(jí)中的元件。
背景技術(shù)：
在研發(fā)各代蜂窩電話的過程中，大量精力花在了減小無線終端的體積上。與此相配合，在仍然保持天線靈敏度的同時(shí)減小它的體積的目標(biāo)就是減小總體體積。外裝單極天線已經(jīng)被諸如PIFA(平面倒F天線)和切口天線之類的內(nèi)置天線所代替。
美國專利申請(qǐng)公開US2003/0103010A1公開了一種具有包括PIFA的雙頻帶天線配置的手機(jī)。PIFA很受某些手機(jī)制造商的歡迎，因?yàn)樗鼈冿@示出低的SAR(單位吸收率)性能(并因此對(duì)頭部的損耗小)，并且它們是安裝在電話電路上方的，并因此在一定程度上“再利用”了電話內(nèi)的空間。該文獻(xiàn)的說明書中公開的PIFA包括一個(gè)相鄰于接地導(dǎo)體安裝但是與接地導(dǎo)體間隔開的平面貼片導(dǎo)體，該接地導(dǎo)體通常是一個(gè)印刷電路板，其上至少安裝著RF組件。第一饋電導(dǎo)體在第一點(diǎn)處與貼片導(dǎo)體相連，第二饋電導(dǎo)體在第二點(diǎn)處與第二貼片導(dǎo)體相連，并且接地導(dǎo)體在位于第一和第二點(diǎn)之間的第三點(diǎn)處與貼片導(dǎo)體相連。天線所要匹配的阻抗可以通過改變第一、第二和接地導(dǎo)體的厚度來改變。PIFA由天線共用器進(jìn)行饋電，例如GSM和DCS電路與該天線共用器相連。按照變形方式，平面貼片天線具有一個(gè)縫隙，可以將該縫隙看作將平面導(dǎo)體分成兩個(gè)與公共饋線連接的不同尺寸的天線。將兩個(gè)天線中較小的一個(gè)連接成用來接收DCS頻率，而將兩個(gè)天線中較大的一個(gè)連接成用來接收GSM頻率。然而，這樣的天線在體形上是很大的，并且難以在超過兩個(gè)蜂窩頻帶上使用。
美國專利說明第6,424,300B1號(hào)公開了用于便攜式無線終端的切口天線。切口天線最好形成在印刷電路板(PCB)的接地平面導(dǎo)體中，該印刷電路板上具有接收和發(fā)射RF信號(hào)的RF電路。在這個(gè)說明書中，可以將切口天線用作接收無線通信信號(hào)的主天線，或用作用于接收諸如藍(lán)牙TM或全球定位信號(hào)(GPS)之類的信號(hào)的輔助天線。當(dāng)切口天線用作輔助天線時(shí)，主天線可以包括另一個(gè)切口天線、外部單極鞭狀天線或者PIFA。當(dāng)主和輔助天線均是切口天線時(shí)，它們最好具有正交的極化方向，這樣能夠在它們之間實(shí)現(xiàn)良好的隔離。這個(gè)說明書實(shí)質(zhì)上公開一種具有兩個(gè)天線的便攜式無線終端，這兩個(gè)天線中至少一個(gè)是切口天線，用于處理按照兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)一個(gè)來工作的信號(hào)。沒有公開用來在超過兩個(gè)頻帶上使用的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減小天線的體積或增加無線終端覆蓋的頻帶的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無線終端，包括基板，該基板上具有接地平面；RF組件，其安裝在該基板上；和PIFA(平面倒F天線)，具有與接地平面和RF組件電耦合的連接機(jī)構(gòu)，該RF組件的特征在于，該基板上設(shè)置了用于接收信號(hào)的切口天線，并且其特征還在于，設(shè)置了停用構(gòu)件以便當(dāng)正在使用PIFA發(fā)射信號(hào)的時(shí)候停用切口天線。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種無線模組，包括基板，該基板具有安裝于其上的RF組件；和用于連接PIFA(平面倒F天線)的構(gòu)件，特征在于，在基板上設(shè)置了切口天線，并且特征還在于，為了停用切口天線而設(shè)置了停用構(gòu)件。
本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識(shí)低SAR性能促進(jìn)了使用PIFA主要用來進(jìn)行發(fā)射，并且處于同一處的切口可以用于進(jìn)行接收(或者在認(rèn)為SAR不重要的那些應(yīng)用中)。這樣一個(gè)配置的好處是，如果在兩個(gè)或多個(gè)天線之間對(duì)所有發(fā)射和接收頻帶的覆蓋范圍進(jìn)行劃分，則天線的分?jǐn)?shù)帶寬可以得到減少。


現(xiàn)在將參照附圖、以舉例的方式對(duì)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行介紹，其中圖1說明了在美國和歐洲蜂窩電話頻帶如何分配；圖2是可攜無線終端的透視簡(jiǎn)圖，該終端包括一起沒置的PIFA和切口天線；圖3是一個(gè)與PIFA S11相關(guān)的史密斯圓圖；圖4是一個(gè)與切口天線S11相關(guān)的史密斯圓圖；圖5是一個(gè)操作圖2所示的天線配置的組合的示意性電路圖；圖6說明了端接無源網(wǎng)絡(luò)的切口天線；以及圖7是以分集模式工作的PIFA和切口天線的示意性方框圖。
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相應(yīng)的特征。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了歐洲和北美蜂窩頻帶。發(fā)射頻帶Tx用深灰色表示(在每一對(duì)的左邊)，而接收頻帶Rx用淺灰色表示(在右邊)。在歐洲，分別為880至960MHz和1710至1880MHz的GSM和DCS頻帶均供時(shí)分雙工系統(tǒng)使用，而1920至1980MHz(發(fā)射)和2110至2170MHz(接收)的UMTS頻帶主要是進(jìn)行全雙工頻分。在美國，在分別為824至894MHz和1850至1990MHz的AMPS和PCS頻帶中采用系統(tǒng)和雙工方式的混用。1710至1755MHz和2110至2155MHz的高級(jí)無線系統(tǒng)(AWS)頻帶最近分配給了3G系統(tǒng)，雖然如何使用這些頻道的問題還沒有得到解決。
目前，許多電話都制作成在支持歐洲GSM和DCS頻帶的同時(shí)還支持美國PCS頻帶(在TDMA IS54/136模式下)。由于許多其他國家已經(jīng)采用了歐洲或者美國的頻帶分配方案，因此這能夠?qū)崿F(xiàn)幾平全球漫游。為了覆蓋這些頻帶，需要15.1％的天線分?jǐn)?shù)帶寬(1710-1990MHz)。為了僅覆蓋發(fā)射頻帶，僅需要11％的的分?jǐn)?shù)帶寬，也就是說，所需的帶寬減小了大約三分之一。為了利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的無線終端為發(fā)射頻帶使用一個(gè)PIFA或多個(gè)PIFA，而為接收頻帶(例如PCS Rx頻帶)使用一個(gè)切口或多個(gè)切口。當(dāng)采用PIFA時(shí)，可以通過跨越切口的開口端進(jìn)行切換來停用該切口。由于PIFA和切口可以占據(jù)相同的體積，并且兩個(gè)天線僅需覆蓋整個(gè)帶寬的一個(gè)子部分，因此，與其它已知的方案相比，所占據(jù)的總體積可以減小。
圖2是包括外殼10的便攜式無線終端的立體透視簡(jiǎn)圖，該外殼包含一個(gè)印刷電路板形式(PCB)12的基板，該基板一般來說尺寸為40×100×1mm，支承著構(gòu)成無線終端的RF、AF和控制電路的模組和其它組件。pcb12還構(gòu)成天線組件的接地平面，該天線細(xì)件由在pcb12中形成的切口天線14以及安裝在切口天線14上方的雙頻帶GSM/DCS PIFA 16構(gòu)成，并且該P(yáng)IFA 16位于與pcb12平行但與其隔開的平面上。
切口天線14包括pcb12中的L形切口N。切口N包括沿pcb12的橫向延伸的第一個(gè)終端閉合的分支B1。第一分支B1的開口端與第二分支B2的一端相通，分支B2的另一端開口到pcb12的邊緣上。在接近第一分支B1的封閉端的選定點(diǎn)18處對(duì)切口N饋電，并且在與第二分支B2的開放端相鄰的選定點(diǎn)20處施加調(diào)諧/切換信號(hào)?？梢酝ㄟ^將調(diào)諧電容器22放置在選定點(diǎn)20來調(diào)諧切口天線14。在使用小調(diào)諧電容器的情況下，切口天線14可以用于藍(lán)牙TM和2.4GHz區(qū)域(國家與國家之間是不同的)內(nèi)的ISM頻帶中的其它任何頻率，而不會(huì)對(duì)雙頻帶PIFA 16的性能產(chǎn)生不利的影響。在使用大調(diào)諧電容器的情況下，切口天線14可以用于PCS接收頻帶(從1930-1990MHz)。
PIFA 16包括具有曲折線形縫隙24的平面導(dǎo)體，該縫隙由多個(gè)相互連接的直線部分L1、L2、L3和L4形成。部分L1一端閉合，并且部分L4開口在平面導(dǎo)體的上邊緣上，如圖2所示?？梢詫⒖p隙24看作將貼片導(dǎo)體分成兩個(gè)與公共的饋點(diǎn)相連的天線，即用于DCS/PCS頻帶的較小中心輻射體以及用于GSM頻帶的圍繞著中心輻射體的較長輻射體。饋點(diǎn)連接機(jī)構(gòu)26將貼片導(dǎo)體的一角28與處于pcb12的對(duì)應(yīng)角上的連接點(diǎn)30連接起來，并且接地連接機(jī)構(gòu)32將pcb12上的接地平面與貼片導(dǎo)體上的點(diǎn)34連接起來，該點(diǎn)34與角28處于縫隙24開放端的同一側(cè)。
在工作中，切口天線14可以利用大電容器調(diào)諧到PCS接收頻帶。由于這個(gè)頻率接近于PIFA 16工作的較高頻率，因此需要在使用PIFA時(shí)將切口的開放端短路。這可以通過放置在選定點(diǎn)20的簡(jiǎn)單的開關(guān)SW2(例如PIN二極管、FET或MEM(微電磁系統(tǒng))裝置)來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)開關(guān)SW2閉合時(shí)，即導(dǎo)電時(shí)，40×100×1mm pcb12上的雙頻帶PIFA 16的S11性能為圖3中史密斯圓圖所示那樣。史密斯圓圖示出了800MHz和3.0GHz之間的頻率f的模擬結(jié)果，源阻抗是50Ω。符號(hào)s1和s2表示GSM頻帶邊緣，而符號(hào)s3和s4表示DCS頻帶邊緣?？梢钥闯銮锌谔炀€14對(duì)PIFA的輸入阻抗沒有影響?？梢韵嘈徘锌谔炀€14不會(huì)對(duì)SAR產(chǎn)生不利的影響。
在上面介紹的模擬過程中，天線的總效率(包括失配)在GSM和DCS/PCS頻帶上大于60％，盡管假設(shè)開關(guān)僅具有10Ω的導(dǎo)通電阻。因此證明，在閉合狀態(tài)下，開關(guān)品質(zhì)不是重要因素。
開關(guān)SW2斷開，即不導(dǎo)電，并且在切口N的開放端上應(yīng)用了用于PCS接收的最佳調(diào)諧電容22，切口天線14針對(duì)800MHz和3.0GHz之間的頻率f的S11性能如圖4所示。在圖4中，符號(hào)s1和s2表示PCS Rx頻帶邊緣。在進(jìn)行這一模擬的過程中，假設(shè)斷開狀態(tài)是由反向偏置電容為0.2pF且Q為20的PIN二極管提供的。在這些條件下，實(shí)現(xiàn)了50％的最壞情況效率(包括失配)?？梢韵嘈牛褂闷焚|(zhì)更好的開關(guān)(比如MEM裝置)可以實(shí)現(xiàn)更好的性能。
圖5示意性地示出了用于PIFA 16和切口天線14的上述電路模組。
在GSM(發(fā)射/接收模式)和DCS發(fā)射模式下，與開關(guān)SW2同時(shí)工作的開關(guān)SW1被連接到PIFA饋點(diǎn)26上。被開關(guān)SW2短路的調(diào)諧電容器22被連接到切口天線14上。開關(guān)SW2的操作受控制器36的控制。饋點(diǎn)18經(jīng)由電容器C1耦合到PCS接收器38的輸入端。另一個(gè)電容器C2將該輸入端耦合到地。
PIFA 16的饋電連接機(jī)構(gòu)26經(jīng)由串聯(lián)開關(guān)SW1耦合到天線共用器40。開關(guān)SW1受控制器36的控制。GSM/DCS/PCS發(fā)射器42與天線共用器40的輸入端耦合，并且天線共用器的輸出端與GSM/DCS接收器44相耦合。
在發(fā)射/接收模式下，控制器36同時(shí)操作開關(guān)SW1和SW2，以便同時(shí)閉合或斷開。
在GSM/DCS/PCS發(fā)射模式下，開關(guān)SW1和SW2處于閉合狀態(tài)。發(fā)射器42經(jīng)由開關(guān)SW1耦合到PIFA 16的饋點(diǎn)26。開關(guān)SW2在其閉合狀態(tài)下旁路調(diào)諧電容器22，因而使切口天線14失諧。
當(dāng)開關(guān)SW1和SW2處于斷開狀態(tài)時(shí)，于是沒有發(fā)射信號(hào)供應(yīng)給饋點(diǎn)26，并且調(diào)諧電容器22被耦合到切口天線14，以便使其能夠接收PCS信號(hào)。所接收的信號(hào)經(jīng)由電容器C1被傳送到PCS接收器。
圖6示出了采用無源網(wǎng)絡(luò)46來防止切口天線14發(fā)射信號(hào)。無源網(wǎng)絡(luò)46具有帶阻濾波器特性，這種特性表現(xiàn)為在切口天線的頻率上開路而在PIFA的頻率上短路。例如，PIFA 16可以用于UMTS Tx，而切口天線14用于UMTS Rx。由于UMTS同時(shí)需要Tx和Rx，因此，在UMTS發(fā)射頻率上，可以通過使調(diào)諧電容器和濾波器(即，無源網(wǎng)絡(luò)46)得到有效短路，使切口天線14看上去不工作，而在UMTS接收頻率上，通過由于網(wǎng)絡(luò)46表現(xiàn)為開路而使調(diào)諧電容器和濾波器有效，使切口天線14工作。無源網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)施為體聲波(BAW)諧振器。
可以使用超過一個(gè)切口天線，例如，來同時(shí)提供GSM/DCS/PCS和藍(lán)牙RTM或者提供分集。
圖7示出了采月PIFA和切口天線來實(shí)現(xiàn)切換分集和同時(shí)分集的簡(jiǎn)單電路配置，在該切換分集中，基于信號(hào)質(zhì)量/強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果來選定這些天線的一個(gè)或另一個(gè)；在同時(shí)分集中，將兩個(gè)天線接收的信號(hào)進(jìn)行合成。兩個(gè)天線的輸出端與相應(yīng)放大器48和50的輸入端相連接。這些放大器的輸出端與求和級(jí)52相連接，該求和級(jí)對(duì)放大器的輸出進(jìn)行合成。
放大器48和50的輸出端與信號(hào)質(zhì)量/強(qiáng)度測(cè)量級(jí)54相連接，該級(jí)具有與控制器36相耦合的輸出端。
在切換分集的情況下，控制器36以參照?qǐng)D5介紹的方式控制開關(guān)SW1和SW2，即，它們二者均處于閉合狀態(tài)或均處于斷開狀態(tài)，以致任何一次只有PIFA和切口天線中的一個(gè)或另一個(gè)在使用。在操作中，假設(shè)PIFA被選定，則由測(cè)量級(jí)54執(zhí)行質(zhì)量/強(qiáng)度測(cè)量?？刂破?6改變開關(guān)的狀態(tài)，使得利用切口天線14進(jìn)行測(cè)量。將結(jié)果進(jìn)行時(shí)比，并由控制器36選出較好的天線。
在同時(shí)的情況下，控制器控制開關(guān)SW1和SW2，使得SW1處于閉合狀態(tài)并且SW2處于斷開狀態(tài)，如圖所示。來自兩個(gè)天線的信號(hào)在求和級(jí)52中進(jìn)行相加。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于任何僅有某些頻帶需要低SAR的多頻帶系統(tǒng)。這對(duì)所有目前的和將來的無線通信系統(tǒng)來說是特別合適的。
雖然本發(fā)明是參照具有PIFA天線并工作在GSM、DCS和PCS頻帶中的無線終端加以說明的。但是本發(fā)明還可以應(yīng)用到任何多頻帶無線電設(shè)備和應(yīng)用到其它雙頻的應(yīng)用系統(tǒng)中。
在本說明書和權(quán)利要求書中，置于元件前面的詞“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的元件的可能。另外，措詞“包括”不排除除了所列的元件或步驟之外還存在其它元件或步驟的可能。
通過閱讀本發(fā)明的公開內(nèi)容，其它的修改實(shí)施方式將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些修改實(shí)施方式可以涉及在無線終端及其組成部分的設(shè)計(jì)、制造和使用中公知的以及可以代替或附加于本文已經(jīng)介紹過的特征使用的其它特征。
工業(yè)適用性天線、無線模塊和無線終端，例如多標(biāo)準(zhǔn)蜂窩電話。
權(quán)利要求
1.一種無線終端，包括基板，該基板上具有接地平面(12)；RF組件，其安裝在該基板上；和PIFA(平面倒F天線)(16)，具有與接地平面和RF組件電連接的相耦合的機(jī)構(gòu)，該無線終端的特征在于，該基板上設(shè)置了用于接收信號(hào)的切口天線(14)，并且其特征還在于，設(shè)置了停用構(gòu)件(SW1、SW2、36)以便在正在使用PIFA(16)發(fā)射信號(hào)的時(shí)候停用切口天線。
2.如權(quán)利要求1所述的無線終端，特征在于PIFA是雙頻開縫平面貼片天線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無線終端，特征在于該停用構(gòu)件響應(yīng)于該切口天線的啟用來停用PIFA。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的無線終端，特征在于該停用構(gòu)件包括用于使切口天線失調(diào)的構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的無線終端，特征在于，跨越切口連接了容性構(gòu)件，用于對(duì)切口天線進(jìn)行調(diào)諧，并且特征還在于，用來停用該切口天線的構(gòu)件包括用于短路該容性構(gòu)件的構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求5所述的無線終端，特征在于，停用構(gòu)件包括無源網(wǎng)絡(luò)(46)，該網(wǎng)絡(luò)在切口天線的工作頻率上表現(xiàn)為開路，并在PIFA的工作頻率上表現(xiàn)為短路。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的無線終端，特征在于，停用構(gòu)件具有分集工作模式，在該模式下，PIFA和切口天線均工作于接收模式下，并且特征還在于，設(shè)置了用于對(duì)來自PIFA和切口天線的輸出信號(hào)進(jìn)行求和的構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的無線終端，特征在于，包括用于測(cè)量PIFA和切口天線接收到的信號(hào)的同期質(zhì)量并且用于針對(duì)接收信號(hào)選擇PIFA和切口天線中接收到較好質(zhì)量信號(hào)的一個(gè)的構(gòu)件(54)。
9.一種無線模組，包括基板(12)，該基板具有安裝于其上的RF組件；和用于連接PIFA(平面倒F天線)(16)的構(gòu)件，特征在于，在基板上設(shè)置了切口天線(14)，并且特征還在于，為了停用切口天線而設(shè)置了停用構(gòu)件(SW1、SW2)。
10.如權(quán)利要求9所述的無線模組，其特征在于，跨越切口連接了容性構(gòu)件，用于對(duì)該切口天線進(jìn)行調(diào)諧，并且特征還在于，用于停用切口天線的構(gòu)件包括用于短路所述容性構(gòu)件的構(gòu)件。
全文摘要
一種無線終端，其包括一個(gè)外殼(10)，該外殼包括一個(gè)具有接地平面的基板(12)；安裝在該基板上的RF組件；由該基板支承、并電耦合到RF組件用于發(fā)射和接收信號(hào)的PIFA(平面倒F天線)；處于該基板中的切口天線(14)，用于接收與該P(yáng)IFA發(fā)射的某些信號(hào)的發(fā)射帶寬至少部分重疊的頻帶內(nèi)的信號(hào)。當(dāng)正在使用PIFA(16)發(fā)射處于所述發(fā)射頻帶內(nèi)的信號(hào)時(shí)，停用切口天線。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK1788390SQ200480013033
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者K·R·博伊勒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司