專利名稱：內(nèi)部單極天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線，該單極天線具有用 于改進(jìn)它的特性的布置。該天線特別試圖用于具有多個(gè)工作帶的小 型和平坦的無(wú)線電裝置。
背景技術(shù)：
比如移動(dòng)電話的小尺寸的便攜式無(wú)線電裝置的內(nèi)部天線大多常 常具有平面結(jié)構(gòu)，其包括輻射平面和地平面。為了實(shí)現(xiàn)充分的電特 性，這些平面之間的最小距離必須接近一厘米或更多。當(dāng)裝置相對(duì) 平坦時(shí)，這引起天線的設(shè)計(jì)方面的困難，諸如兩部分通信裝置的各 部分，其中所述各部分在彼此的頂部上，或一個(gè)接著一個(gè)地連續(xù)， 這取決于使用情況。為此，單極類型的天線不需要如上面提到的平 坦天線的那樣多的空間，通常用于這種通信裝置。
圖1示出了從申請(qǐng)公開(kāi)物Fl 20022295中已知的一種裝置的內(nèi)部 單極天線。在圖中看到無(wú)線電裝置的電路板PCB,其上表面主要是導(dǎo) 電地平面GND。在電路板的一端，存在小的天線電路板101,其形狀 類似拉長(zhǎng)的矩形，并被支撐至電路板PCB,且一長(zhǎng)側(cè)與它相對(duì)，從而 使那些電路板彼此成直角。天線的輻射元件，也就是輻射器，是天 線電路板上的導(dǎo)體條110，其饋電點(diǎn)FP在天線電路板101的下部拐 角處。從它開(kāi)始，導(dǎo)體條110在天線電路板的下邊緣上延伸至它的 一端，然后在天線電路板的中部，后退至饋電點(diǎn)的一側(cè)的一端，并 且進(jìn)一步在天線電路板的上邊緣上再次至其另一端。因此，輻射元 件形成曲折圖案，其類似非常寬闊和平坦的字母S?？紤]到天線的匹 配，地平面GND的邊緣在距離輻射器110的合適距離處。通過(guò)利用 分立的調(diào)諧部件，天線的基礎(chǔ)諧振頻率的諧波可被布置成為天線而 獲得兩個(gè)有用的工作帶。此外，通過(guò)形成導(dǎo)體條110的各部分之間 的狹縫的尺寸可以加寬較高工作帶，從而在其中激勵(lì)振蕩，該振蕩 的頻率稍微不同于上面提到的諧波諧振頻率。該結(jié)構(gòu)節(jié)省了空間， 并且例如它的天線增益高于相同高度的PIFA (平面反相F-天線)的
增益。然而，在非常平坦的無(wú)線電裝置的情況中天線電路板的高度 是一個(gè)缺陷。此外，天線的方向性圖的均勻度留有改進(jìn)的空間。
在圖2中，存在裝置的已知的內(nèi)部單極天線的另一個(gè)例子。在這 種情況中，天線200的輻射器210是導(dǎo)體板。輻射器被固定至無(wú)線 電裝置的電路板PCB的一端，以這種方式，它的平坦平面部分地與 電路板的上表面相對(duì)。在距離輻射器210的特定距離處在電路板上 存在連續(xù)的信號(hào)地GND。天線的饋電導(dǎo)體205將輻射器從饋電點(diǎn)FP 連接至電路板PCB的下表面上的天線端口。輻射器包括從其一個(gè)邊 緣開(kāi)始的狹縫215,從饋電點(diǎn)FP觀察，該狹縫將輻射器分成不同長(zhǎng) 度的兩個(gè)分支。為此，天線200具有兩個(gè)帶。形成輻射器的較長(zhǎng)分 支211的尺寸使得它在天線的較低工作帶中輻射，并且形成較短分 支212的尺寸使得它在天線的較高工作帶中輻射。結(jié)果是適于工作 在例如由GSM900系統(tǒng)(用于移動(dòng)電信的全球系統(tǒng))和GSM1800或 GSM1900系統(tǒng)使用的頻率范圍內(nèi)的平坦的無(wú)線電裝置的天線。然而， 帶寬是相對(duì)適度的；例如不能使較高帶覆蓋由GSM1800和GSM1900 系統(tǒng)使用的頻率范圍。此外，使天線增益滿足整個(gè)工作頻率范圍是 困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減小現(xiàn)有技術(shù)的所述缺陷。依據(jù)本發(fā)明的天線特 征在于獨(dú)立權(quán)利要求1中所闡述的。在其他權(quán)利要求中闡述了本發(fā) 明的一些優(yōu)選實(shí)施例。
下面是本發(fā)明的基本構(gòu)想無(wú)線電裝置的內(nèi)部天線包括平面單極 輻射器，或平面元件，以及輔助元件，沿其法線方向觀察，其位于 平面元件處。輔助元件可以是純粹的導(dǎo)體條或部分涂敷有導(dǎo)體的陶 瓷板。輔助元件的導(dǎo)體在相對(duì)接近平面元件的饋電點(diǎn)的點(diǎn)處接地。 平面元件可被成形為形成天線的兩個(gè)工作帶。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的輔助元件可以增加內(nèi)部 單極天線的帶寬。這是由于輔助元件可以被定尺寸以用作在接近例 如起主輻射器作用的平面元件的較高諧振頻率的頻率處的輔助輻射 器。此外，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是依據(jù)本發(fā)明的輔助元件可以用于改
從而使無(wú)線電裝置的地平面保持低于它。本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是 內(nèi)部單極天線的效率以及由此的天線增益能夠在至少一部分工作頻 率范圍內(nèi)被改進(jìn)。這是由于輔助元件構(gòu)成主輻射器和無(wú)線電裝置的 其他導(dǎo)電部分之間的屏蔽。


在下面，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。參照附圖，其中
圖1表示無(wú)線電裝置的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部單極天線的例子；
圖2示出了無(wú)線電裝置的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部單極天線的另一個(gè)例
子；
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線的例子； 圖4a，b示出了圖3的天線的平面元件和輔助元件； 圖5a-c表示依據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線的另一個(gè) 例子；
圖6示出了依據(jù)圖3的天線的變型； 圖7表示依據(jù)圖5a-c的天線的變型；
圖8示出了本發(fā)明對(duì)天線的方向特性的作用的例子，以及 圖9表示依據(jù)本發(fā)明的天線的帶特性的例子。
具體實(shí)施例方式
已經(jīng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的描述解釋了圖l和圖2。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線的例子。天線 300的主輻射器310是類似于圖2中的輻射器210的處于無(wú)線電裝置 的電路板PCB的一端處的平面元件。在該例子中，平面元件的長(zhǎng)側(cè) 稍微重疊于電路板。當(dāng)從上面觀察時(shí)，其也可以在電路板之外。當(dāng) 從它的饋電點(diǎn)FP觀察時(shí)，平面元件310具有不同長(zhǎng)度的兩個(gè)分支， 用于形成兩個(gè)單獨(dú)的工作帶。較長(zhǎng)的分支311沿著較短分支312的 一端周圍的平面元件的邊緣延伸。在電路板PCB上，存在一些導(dǎo)電 涂層330，其起在距離輻射器310的特定距離處的信號(hào)地GND的作 用，或者簡(jiǎn)單地說(shuō)起地的作用。天線300也包括輔助元件320，在該 例子中，其是定位在平面元件310之下的金屬條。輔助元件是附加 的(parasitic),以這種方式，它僅具有與主輻射器的電磁耦合。
輔助元件連接至在短路點(diǎn)SP處的地，其接近平面元件的饋電點(diǎn)FP 和電路板PCB上的整個(gè)天線。短路點(diǎn)SP通過(guò)它的條狀突起331接合 至較大的信號(hào)地330。
在圖4a,b中示出圖3的平面元件310和輔助元件320。當(dāng)無(wú)線 電裝置的電路板和天線的平面元件被假定為水平的時(shí)，在圖4a中， 它們是從上面被觀察的，在圖4b中是從一側(cè)被觀察的。在這里，輔 助元件在矩形平面元件的較長(zhǎng)側(cè)的方向上延伸，具有大約平面元件 的長(zhǎng)度，并且在從上面觀察時(shí)定位于其較短分支312處，也就是在 平面的法線方向上。在圖4b中，可以看出，在輔助元件320的短路 點(diǎn)SP的一側(cè)的一端處，其與平面元件310的距離小于在輔助元件的 相對(duì)端處的距離。前者距離ln例如是0.5mm，并且后者距離ti2例如 是2mm。天線的總高度然后保持小于3mm,這意味著該天線非常地適 合于非常平坦的無(wú)線電裝置。為此目的，自然有利的是，將該天線 放置在與無(wú)線電裝置的電路板PCB基本相同的幾何平面內(nèi)。通過(guò)電 介質(zhì)支撐件，比如支撐件351，輔助元件被固定至平面元件。
在該例子中，目的是通過(guò)輔助元件320改進(jìn)天線主要在它的較高 工作帶中的功能。由輔助元件的作用，天線的全方向輻射改進(jìn)，也 就是它的方向性圖變得更均勻。其例子在圖7中示出。此外，如果 輔助元件的電長(zhǎng)度已被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，則它起有效的輔助輻射器的作 用。該電長(zhǎng)度優(yōu)選被設(shè)置成使輔助元件的諧振頻率稍微不同于平面 元件的較高諧振頻率，在這種情況中，天線的較高工作帶將更寬。 關(guān)于方向性圖，有利的是使輔助元件物理地盡可能長(zhǎng)。如果它的長(zhǎng) 度就帶特征而言太長(zhǎng)，則可以通過(guò)例如借助分立電容器在輔助元件 和它的短路點(diǎn)SP之間設(shè)置一些電容來(lái)減小該電長(zhǎng)度。這將替代在圖 4a中看到的短路導(dǎo)體332。
通過(guò)加強(qiáng)輔助元件的諧振，上述距離h!小于距離h2的事實(shí)改進(jìn) 了較高工作帶中的天線匹配。為了相同的原因，其上設(shè)置了饋電點(diǎn) FP和短路點(diǎn)SP的導(dǎo)體條處于彼此的近距離處。在電路板PCB上，該 距離小于例如l毫米。在本說(shuō)明書和權(quán)利要求中，限定詞"近距離" 表示一個(gè)距離，其數(shù)量級(jí)在對(duì)應(yīng)于工作頻率的波長(zhǎng)的至多百分之
圖5a，b和c表示依據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線的另
一個(gè)例子。當(dāng)假定無(wú)線電裝置的電路板和天線的平面元件是水平的
時(shí)，在圖5a中該結(jié)構(gòu)是從上面看到的，在圖5b中是從一側(cè)看到的， 并且在圖5c中是從下面看到的。天線500的主輻射器510是類似于 圖2和4a中示出的輻射器的平面元件；僅稍微不同地定形輻射分 支，并且相應(yīng)不同地選擇饋電點(diǎn)和短路點(diǎn)的位置。在該例子中，屬 于天線500的輔助元件520也定位于平面元件510的下面。輔助元 件包括陶瓷板521和在它的下表面上的導(dǎo)電涂層522。該導(dǎo)電涂層是 主輻射器的附加元件，并且它被短路導(dǎo)體532連接至短路點(diǎn)SP處的 地，其接近平面元件的饋電點(diǎn)FP和無(wú)線電裝置的電路板上的整個(gè)天 線。當(dāng)從上面或沿平面的法線方向觀察時(shí)，輔助元件520定位于平 面元件的較短分支512處。圖5b示出輔助元件被固定至平面元件， 并且同時(shí)通過(guò)支撐件比如支撐件551與它分離。所述支撐件是電介 質(zhì)材料的，其具有比陶瓷521更低的介電常數(shù)。輔助元件和平面元 件之間的距離是例如lmm，并且輔助元件的厚度是例如2mm。天線的 總高度是大約3mm，這意味著在這種情況中該天線也適合于平坦的無(wú) 線電裝置。為此目的，有利的是也將該例子的天線放置在與無(wú)線電 裝置的電路板基本相同的幾何平面內(nèi)。
在該例子中，輔助元件520的目的也是改進(jìn)天線主要在它的較高 工作帶中的功能。輔助元件被定尺寸使得在陶瓷板中激勵(lì)振蕩，并 且它起在稍微不同于平面元件的較高諧振頻率的頻率處的輔助輻射 器的作用。于是天線的較高工作帶將更寬。通過(guò)定形其導(dǎo)電涂層522 可以調(diào)諧陶瓷諧振器。因此，在圖4c中從它的邊緣開(kāi)始在導(dǎo)電涂層 中看到狹縫。此外，輔助元件改進(jìn)了較高工作帶中的天線增益，盡 管陶瓷自身引起一些損耗的事實(shí)。也就是，輔助元件減小了主輻射 器和無(wú)線電裝置的其他導(dǎo)電部分之間的耦合，并且由此減小了不屬 于無(wú)線電裝置的天線的部分中的損耗。
在圖6中，存在依據(jù)圖3的天線的變型。在圖6中，天線是從與 在圖4b中相同的方向從一側(cè)看到的，也就是從無(wú)線電裝置的電路板 的相對(duì)端看到的。輔助元件620現(xiàn)在在平面元件610之上，并且不 是如同在圖4b中在它之下。
在圖7中，存在依據(jù)圖5a，b，c的天線的變型。在圖7中，天線 是從與在圖5b中相同的方向從一側(cè)看到的，也就是從無(wú)線電裝置的
電路板的相對(duì)端看到的。輔助元件720現(xiàn)在在平面元件710之上， 并且不是如同在圖5b中在它之下。此外，在該例子中，屬于輔助元 件的陶瓷板721的導(dǎo)電涂層722也延伸至陶瓷板的橫向表面。
在圖8中，存在本發(fā)明對(duì)天線的方向特征的作用的例子。曲線 81和82表示當(dāng)電路板PCB在垂直位置上時(shí)作為方向角度的函數(shù)的天 線的水平方向性圖，也就是天線增益。曲線81涉及依據(jù)圖2的已知 天線，并且曲線82涉及依據(jù)圖3的天線，其包括作為圖2的附加物 的依據(jù)本發(fā)明的輔助元件。其中，這些天線被設(shè)計(jì)用于1.8GHz范圍， 并且測(cè)量頻率是1805MHz?？梢钥闯觯谧钕喾吹姆较蛏?，已知天線 的增益是大約-14dB。另一方面，依據(jù)本發(fā)明的相應(yīng)天線的增益在最 相反的方向上是大約-9dB,也就是高5 dB。此外，在大約180度的 范圍中獲得高了 1-2 dB的增益。
圖9示出了依據(jù)本發(fā)明的天線的帶特性的例子。該天線類似于在 圖5a，b，c中示出的天線，其中除了導(dǎo)體以外，輔助元件還包括陶瓷 板。該圖示出了作為頻率的函數(shù)的回程損耗RL的曲線。從其可以看 出，天線具有三個(gè)有效諧振。第一諧振rl基于天線的平面元件的較 長(zhǎng)分支，并且它的頻率是大約920MHz。通過(guò)第一諧振形成天線的較 低工作帶。第二諧振r2基于天線的平面元件的較短分支，并且它的 頻率是大約1.90GHz。第三諧振r3基于天線的輔助元件，并且它的 頻率是大約1.79 GHz。通過(guò)第二和第三諧振形成天線的較高工作帶。 從該曲線看出，借助輔助元件的作用，較高工作帶被加寬了大約 50MHz。
權(quán)利要求中的限定詞"較低"和"較高"涉及無(wú)線電裝置的位置，
其中無(wú)線電裝置的電路板和天線的平面元件是水平的，以這種方
式，被連接至天線的饋電點(diǎn)和短路點(diǎn)在電路板的上表面上。這些限 定詞與其中使用裝置的位置無(wú)關(guān)。
在上面已經(jīng)描述了依據(jù)本發(fā)明的單極天線。在它的細(xì)節(jié)中，實(shí)施 方式可以不同于所提出的那些。例如，可以定形雙帶天線的平面元 件的狹縫，以這種方式，使得它起在較高工作帶中的有效輻射器的 作用。如果在這種情況中狹縫不在平面元件的中央?yún)^(qū)域中形成清楚 的導(dǎo)體分支，則依據(jù)本發(fā)明的輔助元件基本上在狹縫處。
在圖4b和5b的描述中，提到當(dāng)天線被放置在與非常平坦的無(wú)線
電裝置的電路板相同的水平上時(shí)，該天線甚至適合于該非常平坦的 無(wú)線電裝置。這并不阻止以這種方式放置天線例如使得它的平面與 該裝置的電路板的平面成直角，如果這種布置在一些無(wú)線電裝置中 合適的話。在由獨(dú)立權(quán)利要求1限定的范圍內(nèi)，可以以不同的方式 應(yīng)用本發(fā)明的概念。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線，該天線的主輻射器是平面元件(310；510)，并且被連接至無(wú)線電裝置的電路板(PCB)上的天線饋電點(diǎn)(FP)，其特征在于它進(jìn)一步包括輔助元件(320；520)，當(dāng)沿其法線方向觀察時(shí)該輔助元件定位于平面元件處并且包括導(dǎo)體(320；522)，其被連接至定位在電路板上并且屬于信號(hào)地的短路點(diǎn)(SP)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的天線，其特征在于輔助元件的所述導(dǎo)體是 金屬條(320 )。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于輔助元件(520 )進(jìn)一步 包括陶瓷板(521)，并且輔助元件的所述導(dǎo)體由該陶資件的導(dǎo)電涂 層(522 )構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的天線，其特征在于所述平面元件定位于與 無(wú)線電裝置的電路板(PCB)基本相同的幾何平面內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的天線，其特征在于其上設(shè)置饋電點(diǎn)(FP) 和短路點(diǎn)(SP)的所述電路板(PCB)的導(dǎo)體條處于彼此的近距離處。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其特征在于在短路點(diǎn)(SP)的一側(cè) 輔助元件的一端處輔助元件(320 )距離平面元件(310)的距離基 本上小于在輔助元件的相對(duì)端處，以便改進(jìn)匹配。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其特征在于輔助元件電容耦接至短 路點(diǎn)，以便減小輔助元件的電長(zhǎng)度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，在其平面元件中，存在第一分支 (311; 511 )以形成天線的較低工作帶，以及第二分支(312; 512)以形成天線的較高工作帶，其特征在于當(dāng)沿平面元件的法線方向觀 察時(shí)，輔助元件(320; 520; 620; 720 )定位于第二分支處。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7的天線，其特征在于輔助元件(320; 520 ) 位于平面元件之上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7的天線，其特征在于輔助元件(620; 720 ) 位于平面元件之下。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于借助電介質(zhì)支撐件 (351; 551),輔助元件被支撐至平面元件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l的天線，其特征在于它的總高度小于4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別是平坦無(wú)線電裝置的內(nèi)部單極天線，該單極天線具有用于改進(jìn)它的特性的布置。該天線包括平面單極輻射器(310)和輔助元件(320)，當(dāng)沿其法線方向觀察時(shí)，該輔助元件定位于平面元件的點(diǎn)處。輔助元件可以是純粹的導(dǎo)體條或部分涂敷有導(dǎo)體的陶瓷板。輔助元件的導(dǎo)體連接至相對(duì)接近平面元件的饋電點(diǎn)(FP)的點(diǎn)(SP)處的地。平面元件(310)可被定形為形成天線的兩個(gè)工作帶。輔助元件可以用于增加內(nèi)部單極天線的帶寬和/或改進(jìn)天線的全方向輻射。
文檔編號(hào)H01Q5/02GK101116222SQ200680004355
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2006年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月8日
發(fā)明者A·伊索哈塔拉, A·拉帕納, J·米科拉, M·庫(kù)帕里, P·克斯基塔洛, P·安納馬, S·基洛南 申請(qǐng)人:脈沖芬蘭有限公司