專利名稱：用于可折疊無(wú)線電設(shè)備的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)定在小型與可折疊無(wú)線電設(shè)備中使用的天線。本發(fā)明還涉及具有根據(jù)本發(fā)明的天線的無(wú)線電設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如移動(dòng)電話的商業(yè)便攜式無(wú)線電設(shè)備包括一些可折疊(即，抓斗式)模型。這些設(shè)備具有兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分能夠在鉸鏈上折疊起來(lái)，以使它們處于彼此的頂部或者在幾乎同一平面上鄰近地首尾相連接。在第一閉合位置中，此設(shè)備特別小，而在后來(lái)的打開(kāi)位置中，在通信期間使用此設(shè)備。
在可折疊移動(dòng)電話中使用的天線通常是單極型外部天線，其缺點(diǎn)是通常與凸型結(jié)構(gòu)部件有關(guān)的不現(xiàn)實(shí)性。自然，有可能使用內(nèi)部PIFA類型平面天線，但是移動(dòng)電話內(nèi)折疊部件的薄型結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致輻射平面與接地平面(groundplane)之間的距離太小，以致天線增益不能令人滿意。此外，有可能具有內(nèi)部的單極型平面天線，以使輻射平面與接地平面不會(huì)面對(duì)面地定位。在這種情況下，設(shè)備的厚度將不會(huì)產(chǎn)生這樣的問(wèn)題，但是諸如匹配和天線增益的電特性將再次不能令人滿意。能夠使用附加電路來(lái)改善匹配，但這將要求使用幾個(gè)分立部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是減少與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的天線的特征如獨(dú)立權(quán)利要求1中所具體描述的。根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電設(shè)備的特征如獨(dú)立權(quán)利要求10中所具體描述的。在其它的權(quán)利要求中具體描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的理念基本如下天線中的輻射元件是導(dǎo)體，所述導(dǎo)體具有形狀基本上類似于矩形的外形(outline)并定義與位于無(wú)線電設(shè)備的電路板上的接地平面垂直的平面。輻射元件是如此之狹窄，以致于它以所述垂直位置裝配在典型的可折疊設(shè)備的折疊部分之一內(nèi)。該元件僅通過(guò)其饋電點(diǎn)耦合到無(wú)線電設(shè)備。除了通過(guò)定形元件之外，也能夠利用分立部件，將該元件的諧振頻率設(shè)置在期望的位置上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有令人滿意的電特性的天線安裝在可折疊無(wú)線電設(shè)備內(nèi)。在此設(shè)備的使用期間，天線增益可大大高于諸如具有相同高度的PIFA的天線增益。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)提供在輻射元件和接地平面之間的適當(dāng)距離容易地設(shè)置天線匹配。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)本發(fā)明的天線非常緊湊并節(jié)省空間。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的天線在用戶頭部生成比現(xiàn)有技術(shù)的天線更低的SAR(特定吸收率specific absorption rate)值。


現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明。參照附圖進(jìn)行描述，在附圖中圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的第一實(shí)例，圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的第二實(shí)例，圖3圖示采用根據(jù)本發(fā)明的天線的無(wú)線電設(shè)備的實(shí)例，圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的頻率特性的實(shí)例，圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的匹配的實(shí)例，和圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的天線增益的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的一個(gè)例子。該示可折疊無(wú)線電設(shè)備內(nèi)的電路板111，該電路板的上表面主要是導(dǎo)電的接地平面GND。該電路板包括在可折疊無(wú)線電設(shè)備的第一部分內(nèi)。該圖還以虛線圖示了處于打開(kāi)位置中的可折疊無(wú)線電設(shè)備的第二部分102。在無(wú)線電設(shè)備的電路板的一端上是長(zhǎng)方形天線電路板112。天線電路板利用長(zhǎng)側(cè)邊相對(duì)無(wú)線電設(shè)備電路板被支撐在無(wú)線電設(shè)備電路板上，因此所述電路板相互成直角。天線中的輻射元件是在天線電路板上的導(dǎo)電條(conductive strip)120。因此，輻射元件的平面垂直于接地平面，這是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)所在。導(dǎo)電條120位于天線電路板的外表面上，即，位于處于無(wú)線電設(shè)備電路板111的一端的側(cè)面上。輻射元件的饋電點(diǎn)F位于天線電路板112的下部角落上。導(dǎo)電條120從那開(kāi)始沿著天線電路板的下邊緣延伸到其一端，然后在天線電路板的中部返回至饋電點(diǎn)F所在側(cè)的一端，并進(jìn)一步沿著天線電路板的上邊緣返回至電路板的另一端。輻射元件因此構(gòu)成一種在該情況下類似于S的彎曲模式(meandering pattern)，該S非常地寬和低。低的原因是天線電路板的寬度，即天線的高度h相對(duì)小。
在圖1的實(shí)例中，在導(dǎo)電條120的中部有一個(gè)斷點(diǎn)(break)BR，因此此導(dǎo)電條實(shí)際上具有兩個(gè)部分。但是，在功能上，該導(dǎo)電條是連續(xù)的，這是因?yàn)榉至⒕€圈L跨接在該斷點(diǎn)上，該線圈具有很小的阻抗。該示例結(jié)構(gòu)還包括另一個(gè)分立部件，電容器C，它跨接在導(dǎo)電條120的最低部分和中部之間的槽(slot)125上，距饋電點(diǎn)F所在側(cè)的那一端的距離比距其相對(duì)端更遠(yuǎn)。通過(guò)為線圈L選擇適合的電感和為電容器C選擇適合的電容以及為這些部件選擇合適的位置，并且當(dāng)然通過(guò)為導(dǎo)電條本身選擇合適的尺寸，能夠?qū)?dǎo)電條的基本諧振頻率以及最近的諧波調(diào)諧到所期望的位置。圖1中圖示的分立部件的位置是有利的。通過(guò)將導(dǎo)電條在中間部分和較高部分之間斷開(kāi)，并在其中放置線圈，也能夠得到好的結(jié)果。為此天線提供兩個(gè)操作頻帶，以使基本諧振頻率落入無(wú)線電系統(tǒng)的頻帶內(nèi)，而基本諧振頻率的最近諧波頻率落入另一個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)的頻帶內(nèi)。如果需要的話，通過(guò)選擇在導(dǎo)電條的這些部分之間的槽125的尺寸，能夠展寬上操作頻帶，以便在其頻率稍不同于所述諧波諧振頻率的槽中激勵(lì)振蕩。
在所有的單極型結(jié)構(gòu)中，與圖1所示結(jié)構(gòu)類似的是，天線的電特征幾乎完全取決于接地平面的位置、形狀和大小。上文公開(kāi)了在根據(jù)本發(fā)明的天線中，輻射元件與接地平面互相垂直。另外，利用在輻射元件和接地平面之間的距離能夠設(shè)置天線匹配。在圖1中，導(dǎo)電條120的最低部分最靠近接地平面。利用在天線電路板的較低邊緣上的非導(dǎo)電條以及通過(guò)將接地平面限制為遠(yuǎn)離天線電路板一定距離，獲得有利的距離。在根據(jù)本發(fā)明的天線中，在IFA(倒F天線)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的短路導(dǎo)體是沒(méi)有用處的。
詞語(yǔ)“較高的”和“較低的”以及“垂直的”和“水平的”在此說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中是指如圖1和圖2所示的設(shè)備的位置，而與設(shè)備的操作位置無(wú)關(guān)。
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的天線的第二實(shí)例。該圖顯示了無(wú)線電設(shè)備的水平電路板211，其上表面主要是導(dǎo)電的接地平面GND。與圖1中類似，天線的輻射元件220位于無(wú)線電設(shè)備的電路板的一端上，以使由此定義的平面垂直于接地平面。輻射元件現(xiàn)在是不需要天線電路板來(lái)支撐的硬(rigid)導(dǎo)線。導(dǎo)線220形成了一種彎曲模式，在這種情況下垂直部分在高度上等于整個(gè)元件，并且水平部分與整個(gè)元件的長(zhǎng)度相比相對(duì)短。輻射元件的饋電點(diǎn)F在其一端上，并且該元件沒(méi)有短路點(diǎn)。此輻射元件的每個(gè)第二水平部分，即，導(dǎo)線220，在距接地平面GND的某個(gè)距離上，依靠著電路板211，該距離適于匹配目的。以圖1相同的方式，利用分立部件，能夠調(diào)諧此輻射元件。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電設(shè)備的實(shí)例。無(wú)線電設(shè)備300是可折疊移動(dòng)電話，其中包括在鉸鏈上的第一部分301和第二部分302。這些部分都比具有單個(gè)連續(xù)蓋子的常規(guī)移動(dòng)電話平坦得多。在圖3中，此電話被打開(kāi)，即第一部分和第二部分被翻轉(zhuǎn)到幾乎互為平角。如上所述的，天線的輻射元件320在靠近設(shè)備鉸鏈的第一部分301中。在此實(shí)例中，第一部分301除了別的部分還包括鍵盤，而第二部分302除了別的部分之外還包括顯示器。第一部分有利地還包括此設(shè)備的射頻部分，因此不需要跨越折疊接合處的中間電纜。自然，此天線也可位于包括顯示器的那個(gè)部分中。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的天線的頻率特性的實(shí)例。該實(shí)例涉及圖1所示的在等同于移動(dòng)電話的打開(kāi)測(cè)試結(jié)構(gòu)中的天線。天線高度h是6.4mm，長(zhǎng)度為39mm。曲線41表示作為頻率函數(shù)的天線的回程衰減中的變化。該示了天線的兩個(gè)操作頻帶，較低的一個(gè)頻帶完全覆蓋了GSM900系統(tǒng)(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))的頻帶890-960MHz。對(duì)于由于電話的折疊部分在另一個(gè)部分的上部翻轉(zhuǎn)引起的操作頻帶的下移，具有好的余量(margin)。由于除了別的部分以外還使用了槽形輻射器，所以高的操作頻帶非常寬。如果對(duì)于操作頻帶來(lái)說(shuō)截止頻率是5dB的回程衰減值，則高操作頻帶很好地覆蓋了GSM1800系統(tǒng)的頻帶1710-1880MHz和GSM1900系統(tǒng)的頻帶1850-1990MHz。
圖5使用Smith圖表來(lái)圖解說(shuō)明天線匹配的質(zhì)量，為此繪制了回程衰減曲線41。曲線51圖示作為頻率函數(shù)的復(fù)反射系數(shù)中的變化。在曲線上的點(diǎn)距離外圓的中點(diǎn)越近，在所關(guān)注的頻率上的匹配越好。以虛線描繪的圓52表示這樣的限制，在此限制內(nèi)反射系數(shù)的絕對(duì)值小于0.56，即，低于-5dB?？梢钥吹?，當(dāng)頻率在上述的范圍內(nèi)變化時(shí)，曲線保持在這個(gè)圓內(nèi)。
圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的天線的天線增益的實(shí)例。曲線61表示在較低和較高操作頻帶中，在最有利的方向上測(cè)量的天線增益Gmax的變化。該測(cè)量涉及將無(wú)線電設(shè)備相對(duì)著用戶耳朵放置的操作狀態(tài)。在較低頻帶中，增益大約為-1dB，而在較高頻帶中增益在-3至+0.5dB之間變化。為了參照，圖6圖示了現(xiàn)有技術(shù)的雙頻帶PIFA(平面IFA)的相應(yīng)曲線62，其高度與根據(jù)本發(fā)明天線的高度相等。在較低頻帶中，PIFA的增益幾乎小了6dB，并且在較高頻帶中比根據(jù)本發(fā)明的天線平均小了大約2dB。在自由空間中測(cè)量時(shí)，天線增益之間的差異變得更小，在較高頻帶中PIFA甚至更佳。
對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)的SAR值的測(cè)量說(shuō)明在較低操作頻帶中，根據(jù)本發(fā)明的天線產(chǎn)生的值大約比PIFA的值小20％。而且，在較高操作頻帶中，利用較少的附加結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較小的值。
上面描述了根據(jù)本發(fā)明的一些天線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明并不將天線振子的形狀和實(shí)現(xiàn)技術(shù)限制到已描述的那些內(nèi)容。在利用獨(dú)立權(quán)利要求1定義的范圍之內(nèi)，能夠以不同的方式應(yīng)用本發(fā)明的理念。
權(quán)利要求
1.一種天線，用于包括接地平面(GND)的可折疊無(wú)線電設(shè)備，所述天線的輻射元件(120；220)的外形形成具有一定寬度與長(zhǎng)度的平面圖形，其特征在于，由所述外形定義的平面大體上與所述無(wú)線電設(shè)備的接地平面垂直，所述寬度(h)小于所述無(wú)線電設(shè)備的內(nèi)部高度，并且所述輻射元件僅利用其饋電點(diǎn)(F)耦合到所述無(wú)線電設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，為了提供操作頻帶，將所述天線的基本振諧頻率設(shè)置為落入第一無(wú)線電系統(tǒng)的頻帶內(nèi)，并將基本振諧頻率的最近諧波設(shè)置為落入第二無(wú)線電系統(tǒng)的頻帶內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述輻射元件在電路板(112)的表面上具有至少一個(gè)導(dǎo)電條(120)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的天線，其特征在于，所述導(dǎo)電條(120)構(gòu)成彎曲模式，以使其水平部分在長(zhǎng)度上大體上等于整個(gè)輻射元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4的天線，其特征在于，具有兩個(gè)所述導(dǎo)電條，并通過(guò)電感部件(L)串聯(lián)連接這兩個(gè)導(dǎo)電條，以調(diào)諧所述天線的諧振頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2和4的天線，其特征在于，電容部件(C)被連接在所述水平部分之間，以調(diào)諧所述天線的諧振頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求2和4的天線，其特征在于，所述水平部分之間的至少一個(gè)槽(125)被設(shè)置為在所述天線的操作頻帶中輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述輻射元件是硬導(dǎo)線(220)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的天線，其特征在于，所述導(dǎo)線(220)構(gòu)成彎曲模式，以使其垂直部分大體等于整個(gè)輻射元件的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，在所述輻射元件(120；220)的垂直方向上，將所述接地平面(GND)的邊緣限制為遠(yuǎn)離所述輻射元件一定距離，以改善所述天線的匹配。
11.一種可折疊無(wú)線電設(shè)備(300)，包括第一折疊部分(301)與第二折疊部分(302)、天線和接地平面，所述天線的輻射元件的外形形成具有一定寬度和長(zhǎng)度的平面圖形，其特征在于，所述天線位于所述無(wú)線電設(shè)備的第一折疊部分內(nèi)，由所述外形定義的平面大體上與所述無(wú)線電設(shè)備的接地平面垂直，并且所述輻射元件(320)僅利用其饋電點(diǎn)耦合到所述無(wú)線電設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的天線，其特征在于，所述第一折疊部分包括所述無(wú)線電設(shè)備的射頻部分。
全文摘要
一種預(yù)定用于小型與可折疊無(wú)線電設(shè)備中的天線和一種具有根據(jù)本發(fā)明的天線的無(wú)線電設(shè)備。天線中的輻射元件(120)是導(dǎo)體，所述導(dǎo)體具有形狀基本上類似于矩形的外形并定義與位于無(wú)線電設(shè)備的電路板(111)上的接地平面(GND)垂直的平面。該輻射元件是如此之狹窄，以致于它以垂直位置裝配在可折疊設(shè)備內(nèi)。該元件僅利用其饋電點(diǎn)(F)連接至無(wú)線電設(shè)備。除了通過(guò)定形該元件之外，還能夠通過(guò)分立部件(L，C)，將該元件的諧振頻率設(shè)置在期望的位置上。通過(guò)提供在輻射元件和接地平面之間的適當(dāng)距離，容易地設(shè)置天線的匹配。在操作情況中，獲得比具有相同高度的PIFA高得多的天線增益。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK1514511SQ20031011475
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者P·安納馬亞, P 安納馬亞, J·米科拉, 評(píng), P·奧利特爾沃, 囟 申請(qǐng)人:菲爾特朗尼克Lk有限公司