專利名稱：雙天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及小尺寸無線電設備的天線結構，該結構包括兩個相對電
隔離(electrically relatively separate)的部分。
背景技術：
在諸如移動電話的小尺寸便攜式無線電設備中，為方便使用優(yōu)選地 將天線放置在設備外殼里面。此外，當試圖讓天線占用盡可能小的空間 時，其設計變得非常苛求。如果該無線電設備必須工作在幾個頻率范圍， 則導致了額外的設計困難，這些頻率范圍越寬則困難越多。
內部天線大多是平面結構的，由此它們具有輻射平面和距其一定距 離的i也平面。通過在介電基才反(dielectric substrate)的表面上制造 輻射平面，而不是使輻射平面為空氣絕緣的，可以將平面天線做得較小。 自然，材料的介電常數(shù)越高，則具有一定電尺寸的天線元件物理尺寸更 小。通過使用例如具有高介電常數(shù)的陶瓷作為基板，天線部件成為待安 裝到電路板上的芯片。圖l示出了介質天線，或基于這種芯片部件的天 線的示例。在圖中可以看到無線電設備的電路板PCB的一部分。在電路 板上有天線部件110，其包括介電基板111，和在此表面上的兩個天線 元件。第一天線元件112覆蓋基板的頂面的一部分及其一個頭部表面 (head surface)。第二天線元件11 3覆蓋基板的頂面的另 一部分及其 另一個相對的頭部表面。天線元件在基板的底面一側延伸少許以構成接 觸表面。在元件之間的頂面中間有狹槽SL，狹槽SL在橫向上從基板的 一個側面延伸到另一側面。天線的饋給導體(feed conductor) 130是電 路板頂面上的條狀導體，且其與地平面或信號地GND,以及電路板材料 一起構成具有指定阻抗的饋線(feed line)。饋給導體130電連接到 第一天線元件112的接觸表面上。從第一天線元件的第二接觸表面，第 一天線元件電連接到地平面GND。在基板的相對端，第二天線元件113 從其接觸表面電連接到地平面GND。第二天線元件僅在所述狹槽SL之上 電磁地接收其饋給，在此情況下第二天線元件為寄生元件。
整個天線由天線部件110和地平面組成。在圖l的示例中，在天線
4部件下方沒有地平面，且地平面在該部件旁邊距其一定距離處。此距離
和延伸到寄生元件113的地平面部分的寬度和長度影響整個天線的阻抗
和固有頻率，因此可以通過優(yōu)化它們來調諧和匹配天線。天線元件至少 是幾乎以相同頻率輻射，因而天線是單頻段天線。
實現(xiàn)雙頻段或多頻段天線的一種常見方法是將輻射元件劃分為從
元件短接點(shorting point )看去的至少兩個不同長度的支^各。這樣， 在空氣絕緣的平面天線中獲得令人滿意的結果是相對容易的。相反，當 使用非常小尺寸的芯片部件時，難以獲得與例如兩個工作頻段的合理匹 配。此外，對應于不同頻段的天線部件之間的隔離仍不充分。
圖2示出了其中消除了某些前述缺點的已知介質天線。該結構為雙 天線；其包括兩個天線部件且在電路板PCB上具有陶瓷基板和對應于它 們的局部天線。該天線結構具有較低和較高的諧振，且其相應地具有兩 個頻段較低工作頻段由第一天線部件210構成，且較高工作頻段由第 二天線部件220構成。由于部件的分離，同樣分離了它們的電磁近場， 且在該關系中局部天線之間的隔離良好。所述局部天線具有連接到天線 端口 AP的共用饋給導體231,其饋給導體支路以饋給通往天線部件的導 體。如果這些饋給導體支路直接連接到輻射體，局部天線將經由它們的 共用饋給而不利地相互影響，從而使得一個局部天線的調諧將改變另一 個的調諧。此外，較高的諧振容易衰減或其根本不激發(fā)。為此，該結構 需要匹配部件。在圖2的示例中，線圈Ll和電容器Cl與第一天線部件 210的饋給導體串聯(lián)。由這些所構成的諧振電路的固有頻率與較低工作 頻段的中心頻率相同。電容器C2與第二天線部件220的饋給導體串聯(lián)， 線圏L2介于地平面GND與在該天線部件側的電容器C2的端部之間。由 電容器C2和線圈L2構成的高通濾波器的截止頻率略微低于該較高工作 頻段。
根據(jù)圖2的解決方案和其它類似布置的缺點是電路板上匹配元件所 需的空間和制造這些元件的額外費用?？梢岳斫饽苡秒娐钒灞砻嫔系膶?線分布圖進行所需匹配而不需要分離部件，但無論如何所有這些分布圖 將需要電路板上相對較大的面積。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是使得與現(xiàn)有技術有關的所述缺點最小化。根據(jù)本發(fā)
5明的雙天線的特征在于獨立權利要求1中所陳述的內容。在其它權利要 求中說明了本發(fā)明的某些有利實施例。
本發(fā)明的基本思想如下介質天線(dielectric antenna )為雙天 線，用該雙天線的一個局部天線實施天線的較低工作頻段，且用該雙天 線的另一個局部天線實施較高工作頻段。所述局部天線在天線結構中具 有共用的饋電點(feed point),例如在一個局部天線的輻射元件的一 端，在此情況下另一個局部天線通過所述輻射元件藉由短的中間導體接 收其電饋給。所述局部天線定位成使得它們的基板為頭部面對面，且輻
射元件(即從共用饋電點開始的基板的導電涂層)的主方向相反。
本發(fā)明的優(yōu)點是彼此獨立地獲得對應于不同工作頻段的局部天線 的調諧，而不需要分立的匹配部件，即便它們具有共用的饋電點。相對 于前述內容，本發(fā)明的優(yōu)點是該天線結構所需空間非常小。本發(fā)明的又 一優(yōu)點是對于介質天線而言天線效率良好。


現(xiàn)在將詳細說明本發(fā)明。該說明將引用附圖，其中:
圖1示出了已知的介質天線的示例，
圖2示出了已知的介質雙天線的示例，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的示例，
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的第二示例，
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的第三示例，
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的天線的效率的示例。
具體實施例方式
已結合現(xiàn)有技術的說明而描述了圖1和2。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的示例。在圖中可以看到無線 電設備的電路板PCB的一部分。在電路板上有兩個天線部件310和320, 如圖2中所示。這些部件將被稱為"局部天線"。這兩個局部天線包括 介電基板，其具有頭部、頂面和底面及側面。該基板定位成頭部面對面 地;波此相對接近，且它們具有相同的縱向方向，所述縱向方向是指頭部 的法線方向。所述基板的面對面定位的頭部將^f皮稱為第一頭部。在此示 例中第一局部天線310還包括在其基板311表面上的兩個輻射元件第
6一輻射元件312覆蓋基板311的頂面的一部分并至少局部覆蓋其第一頭 部，且第二輻射元件313覆蓋基板311的頂面的另一部分并至少局部覆 蓋其第二頭部。輻射元件經由頭部延伸少許到底面角落中的基板底面的 一側，用于構成接觸表面。第一輻射元件從其第一接觸表面316連接到 天線的饋給導體331,并從第二接觸表面連接到地GND。第二輻射元件 313是寄生的，從其兩個接觸表面318、 319連接到地GND。對應于第一 和第二輻射元件的天線部分具有相同的諧振頻率。在此示例中第二局部 天線320還包括在其基板321表面上的一個輻射元件。該元件，或第三 輻射元件322至少局部覆蓋第二J4反321的頂面及其第一和第二頭部二 者。
因為基板的相互位置，從共用饋電點看去第 一局部天線的輻射元件 的主方向和第二局部天線的輻射元件的主方向是相反的。
該天線的饋給導體331是電路板PCB的頂面上的條狀導體。饋給導 體331在第一基板311的第一頭部一側的端部處在第一局部天線310下 方延伸，并如上所述連接到基板311的底面角落里的其接觸表面316上 的第一輻射元件312。在第一福射元件中的此點是局部天線的共用饋電 點FP。根據(jù)本發(fā)明其定位在局部天線之間所謂的耦合空間中。"耦合空 間"在此說明書和權利要求書中意為由基板的第一頭部限定的、并延伸 少許到所有三個尺度中的兩個方向的基本具有矩形棱柱形狀的空間。 "少許"意為與基板長寬相比較小的距離。
第二局部天線320通過短的中間導體332得到其饋給，中間導體332 的一端在第一基板311的第一頭部處連接到第一輻射元件312,且其另 一端在第二基板321的第一頭部處連接到第三輻射元件322。此中間導 體因而在耦合空間中。此第三輻射元件僅電連接到中間導體332,因而 在此示例中第二局部天線為單極型。第 一 和第二局部天線和中間導體一 起構成了雙天線300。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的第二示例。雙天線400包括 第一局部天線和第二局部天線，第一局部天線包括其基板"1、第一輻 射元件412和第二輻射元件413,且第二局部天線包括其基板421和第 三輻射元件422,如圖3中的一樣。與圖3中所示結構的不同在于所述 基板4U、 421現(xiàn)構成了單一的總基板440。因此，在此情況下局部天線 的基板被稱為局部基板。用從其頂面貫穿基板4 4 0延伸到其底面的兩個
7孔HL1、 HL2將局部基板相互分離。這些孔在基板的橫向上延長從而使 得僅三個相對狹窄的管頸(neck)將局部基板相互接合。為此，兩個局 部天線的場在基板內僅可以小范圍傳播到另 一 天線側，且局部天線的電 隔離因而是相對較好的。
在圖4中，已經從上方繪制了雙天線400,且在另一個子圖中沿縱 向線A-A將雙天線400 —側剖切到第一孔HL1為止。因此在后面的子圖 中可見第一開孔HL1的內表面的狹窄后部，該后部從其一邊緣接合第一 局部基板411的第一頭部，且從其另一邊緣接合第二局部基板421的第 一頭部。這些頭部被涂覆了導電材料，從而使得第一輻射元件412經由 孔HL1和HL2在基板的底面上延伸，且第三輻射元件422經由相同孔的 相對表面延伸到距基板底面一定距離處。第一孔HL1的內表面的前述后 部被局部涂覆了導電材料。此導電涂層432將第三輻射元件連接到第一 輻射元件，因而用作饋給第二局部天線的中間導體。中間導體432在天 線400的耦合空間中。該中間導體也可以在孔HL1與HL2之間的基板411 的頂面上。
圖4的剖面圖示出了接觸表面417,接觸表面417為基板底面上的 第一輻射元件412的接觸表面的又一背面(one further back)。這可 以連接到天線的饋給導體或者連接到信號地。同樣可以看到的是接觸表 面419，其為寄生的第二輻射元件413的接觸表面的又一背面，該接觸 表面連接到信號地。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的介質雙天線的第三示例。從上方和側面繪 制了雙天線500。其包括第一局部天線和第二局部天線，第一局部天線 包括其基板511、第一輻射元件512和第二輻射元件513,且第二局部 天線包括其基板521和第三輻射元件522,如前圖中的一樣。第一局部 天線的基板(或第一局部基板511)和第二局部天線的基板(或第二局 部基板521)構成了單一的總基板540,如圖4中的一樣。所述局部基 板在此情況下藉由垂直延伸通過基板540的三個孔HL1、 HL2、 HL3以及 由兩個凹槽CH1、 CH2而相互分離。第一凹槽CH1是在從基板的頂面向 下的孔處，且第二凹槽CH2是在從基板的底面向上的孔處。因而，四個 相對狹窄的管頸仍連接局部基板，所述管頸的高度顯著小于基板高度。 這樣，局部天線的電隔離布置得相對較好。
與圖4中所示結構的最顯著差異是饋給第二局部天線的中間導體532現(xiàn)在是在基板540的一個側面上。該側面被涂覆了導體，從而使得 第一輻射元件512和第三輻射元件522的相對端成為彼此耦合的。在此 情況下，中間導體5 3 2必須繞過第 一 凹槽的端部因而形成了 U形彎曲。
在此情況下雙天線500的饋電點FP也在天線的耦合空間中第一局 部基板511 —側的基板540底面上。該饋電點經由第一孔HL1的導電涂 層電連接到在基板頂面上的第一輻射元件512的部分。
圖6示出了根據(jù)圖3的天線的效率的示例。該曲線示出了作為頻率 的函數(shù)的效率。該天線的較低工作頻段被調諧到GSM900系統(tǒng)(全球移 動通信系統(tǒng))的接收頻段，且較高工作頻段被調諧到GSM1900系統(tǒng)的接 收頻段。可以看出在較低頻段中的效率平均為大約0.35且在較高頻段 中效率平均為大約0. 45。因而，考慮天線的小尺寸，尤其在較高頻段中 效率良好。
在此說明書和權利要求書中，"局部天線"意為包括輻射體的純芯 片部件或其一部分。相應地，"天線"意為"局部天線"的組合。在功 能上，天線也包括一個(或多個)芯片部件周圍的地布置。前綴"底"、 "頂"、"水平"和"垂直，，及形容詞"下方"、"上方"和"從上方"
指的是天線安裝到水平電路板的頂面上的天線位置。天線的工作位置可 以自然:地為4壬<可一處。
根據(jù)本發(fā)明的天線可以自然地與上述天線有細節(jié)的不同。例如，天 線的饋給導體可以連接到對應于較高工作頻段的局部天線，而不是連接 到對應于較低工作頻段的局部天線。將局部天線彼此連接的中間導體的 位置可以在天線的耦合空間中變動。對應于較低工作頻段的局部天線可 以包括僅一個輻射體而不是兩個，且對應于較高工作頻段的局部天線可 以包括兩個輻射體而不是一個。除了其饋電點，單獨的輻射體也可以連 接到地。如果天線具有單一基板，分離局部基板的孔的數(shù)目和形狀可以 變動。它們也可以水平地通過基板。除了孔或代替孔，可以有分離局部
或在整個基板的外表面上，而與如何減少改善局部天線電隔離的基板材 料無關。例如可以通過用導體局部涂覆陶瓷片、或通過用制造半導體器 件中所使用技術在例如硅的表面上生長出金屬層并將其一部分移除，而 實現(xiàn)制造根據(jù)本發(fā)明的天線。可以在由獨立權利要求1設定的限制內以 不同方法應用此創(chuàng)造性理念。
9
權利要求
1. 一種雙天線(300；400；500)，包括實現(xiàn)該天線的較低工作頻段的第一局部天線(310)和實現(xiàn)較高工作頻段的第二局部天線(320)，這兩個局部天線都包括介電基板(311，321；411，421；511，521)和作為其導電涂層的至少一個輻射元件(312，313，322；412，413，422；512，513，522)，這兩個基板都具有第一和第二頭部、頂面、底面和側面，該頭部的法線方向為該基板的縱向，其特征在于所述局部天線的基板(311，321；411，421；511，521)被定位成它們的第一頭部面對面，它們具有基本相同的縱向，且所述局部天線具有在一個局部天線的基板的第一頭部一側的輻射元件端部處的由第一頭部所限定的耦合空間中的共用饋電點(FP)，且另一個局部天線通過中間導體(332；432；532)得到其饋給，所述中間導體在所述耦合空間中從最后提及的輻射元件延伸到后一局部天線的輻射元件。
2. 根據(jù)權利要求1的雙天線，其特征在于，所述共用饋電點(FP)在 第 一局部天線的輻射元件中。
3. 根據(jù)權利要求1的雙天線，其特征在于，第一局部天線的基板(311 ) 和第二局部天線的基板(321 )被分開，且所述中間導體(332 )是連接到 第一局部天線的輻射體(312 )和第二局部天線的輻射體(322 )的分離導 體。
4. 根據(jù)權利要求1的雙天線，其特征在于，第一局部天線的基板(411; 511)和第二局部天線的基板(421; 521)構成單一的總基板(440; 540 ), 其中在所述局部天線之間已減少了基板材料以便改善它們的電隔離。
5. 根據(jù)權利要求4的雙天線，其特征在于，已減少了基板材料從而使 得至少一個孔(HL1、 HL2)穿過基板(440; 540 )。
6. 根據(jù)權利要求4的雙天線，其特征在于，已減少了基板材料從而使 得基板(540 )中有至少一個凹槽(CH1、 CH2)。
7. 根據(jù)權利要求4的雙天線，其特征在于，所述中間導體(532 )是 從第一局部天線的輻射體(512)延伸到第二局部天線的輻射體(5")的 基板(540 )側面上的導電涂層。
8. 根據(jù)權利要求5的雙天線，其特征在于，所述中間導體(432 )是 在所述類型孔(HL1)的內表面上的導電涂層，該涂層從第一局部天線的 輻射體(412)延伸到第二局部天線的輻射體(422 )。
9. 根據(jù)權利要求1的雙天線，其特征在于，第一局部天線包括第一輻 射元件(312; 412; 512)和第二輻射元件(313; 413; 513),所述第一 輻射元件(312; 412; 512 )覆蓋其基板(311; 411; 511)的一部分頂面 及其基板的第一頭部的至少一部分，所述第二輻射元件(313; "3; 513) 覆蓋所討論的基板(311; 411; 511 )的另 一部分頂面和所述基板的另一 頭部的至少一部分，該輻射元件經由基板頭部在基板底面的一側延伸以形 成所述饋電點(FP)和到第一輻射元件的接地點，并形成到第二輻射元件 的至少一個接地點。
10. 根據(jù)權利要求1的雙天線，其特征在于，所述基板是陶瓷材料的。
全文摘要
一種用于小尺寸無線電設備的具有雙頻段工作的介質雙天線(300)，包括一個局部天線(310)以實現(xiàn)天線的較低工作頻段和另一個局部天線(320)以實現(xiàn)較高工作頻段。局部天線在天線結構中具有共用的饋電點(FP)，例如在一個局部天線(312)的輻射元件的端部處，在此情況下另一個局部天線通過所述輻射元件藉由短的中間導體(332)接收其電饋給。局部天線定位成使得它們的基板(311，321)為頭部面對面，且輻射元件(即從共用饋電點開始的基板的導電涂層)的主方向相反。彼此獨立地獲得對應于不同工作頻段的局部天線的調諧，而不需要分立的匹配部件。
文檔編號H01Q21/30GK101454942SQ200780019437
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權日2006年5月26日
發(fā)明者P·安納馬亞, P·尼辛恩 申請人:脈沖芬蘭有限公司