專(zhuān)利名稱(chēng)：天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線(xiàn)，更具體地涉及一種包括寄生元件的半平面倒F天線(xiàn)(PIFA Planar Inverted F-Antenna)。
背景技術(shù)：
諸如蜂窩和其他無(wú)線(xiàn)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(WiLAN)組件、GPS接收機(jī)、移動(dòng)電臺(tái)、尋呼機(jī) 等的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備使用多頻帶天線(xiàn)在多個(gè)無(wú)線(xiàn)通信頻帶內(nèi)發(fā)射和接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)。因此，天 線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)設(shè)備的其中一個(gè)關(guān)鍵組件，這樣的天線(xiàn)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足對(duì)高信號(hào)強(qiáng)度、弱信號(hào)的良好接 收、帶寬增加(或變窄，如果需要)和小型封裝方面的高性能的要求。在移動(dòng)通信中，微波區(qū)域內(nèi)的電磁波被用于傳輸信息。因此，電信設(shè)備的必要部分 是使能接收和發(fā)射電磁波的天線(xiàn)。蜂窩系統(tǒng)可以在被稱(chēng)為GSM(全球移動(dòng)系統(tǒng))和DCS(數(shù)字通信系統(tǒng))的兩個(gè)不 同頻帶中工作。在歐洲，使用頻帶GSM 900 (從880MHz到960MHz)和GSM 1800 (DCS)(從 1710MHz到1880MHz)。此外，還存在著主要在美國(guó)使用的頻帶GSM850(從824MHz到894MHz) 和頻帶 GSM 1900 (PCS)(從 1850MHz 到 1990MHz)。平面倒F天線(xiàn)(PIFA)具有很多優(yōu)點(diǎn)。它們?nèi)菀字圃欤O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并且制造成本低。 現(xiàn)今，平面倒F天線(xiàn)廣泛應(yīng)用在如蜂窩電話(huà)的小型通信設(shè)備中。這是由于平面倒F天線(xiàn)的 緊湊尺寸使其很容易被集成到用于保護(hù)天線(xiàn)的設(shè)備外殼中。與例如常見(jiàn)的鞭狀天線(xiàn)相比， PIFA在輻射照射方面還具有一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)。鞭狀天線(xiàn)具有全向輻射場(chǎng)，而平面倒F天線(xiàn) 具有朝向用戶(hù)的相對(duì)受限的輻射場(chǎng)。平面倒F天線(xiàn)通常為λ /4諧振結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)使用導(dǎo)電壁、導(dǎo)電片或?qū)щ娭鶎⑤?射元件短接到接地平面而實(shí)現(xiàn)。因此，傳統(tǒng)的平面倒F天線(xiàn)結(jié)構(gòu)由與接地平面平行設(shè)置且 通過(guò)介電材料(通常為空氣)與接地平面絕緣的導(dǎo)電輻射元件組成。該輻射元件連接到通 常朝向該元件的一端設(shè)置的兩個(gè)引腳，使得其從側(cè)面看起來(lái)像一個(gè)倒置的字母“F”。第一個(gè) 引腳將輻射體電連接到接地平面，并且第二個(gè)引腳提供天線(xiàn)饋電。PIFA的頻率帶寬、增益和 諧振頻率取決于導(dǎo)電輻射元件的高度、寬度和厚度以及連接到輻射元件和接地的第一引腳 與連接到天線(xiàn)饋電的第二引腳之間的距離。圖2例示了傳統(tǒng)的PIFA 200設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的PIFA 200包括形成該天線(xiàn)的輻射元件 209的導(dǎo)電片。輻射元件209與在基底211上形成的接地平面210大致平行地設(shè)置。輻射 元件209與接地平面210之間的這種平行取向提供了最佳的性能，但其他取向也是可能的。 輻射元件209經(jīng)過(guò)調(diào)諧或短路元件212電連接到接地平面210，調(diào)諧或短路元件212在大 多數(shù)情況下被設(shè)置在輻射元件209和饋電元件213的一側(cè)。饋電元件213在某種程度上與 接地平面210電絕緣。當(dāng)電流通過(guò)饋電元件213饋入安裝在接地平面210上方的輻射元件 209時(shí)，輻射元件209和接地平面210受到激勵(lì)并成為輻射裝置。通過(guò)調(diào)整輻射元件209的 尺寸和形狀或通過(guò)移動(dòng)饋電元件213相對(duì)于調(diào)諧元件212的位置，可以修改PIFA 200的工 作頻率或諧振頻率。也可以通過(guò)改變調(diào)諧元件212的高度和寬度對(duì)諧振頻率進(jìn)行微調(diào)。因此，在傳統(tǒng)的PIFA中，操作頻率或諧振由饋電元件213、調(diào)諧元件212或輻射元件209各自 的尺寸、形狀或位置來(lái)固定。要改變PIFA 200的帶寬，就必須增加PIFA 200的高度，這會(huì) 導(dǎo)致天線(xiàn)總體尺寸的不合需要的增加。隨著終端更加小型化的趨勢(shì)(即，更薄和更短的移動(dòng)終端)，可用于天線(xiàn)元件 (GSM/WCDMA)的空間會(huì)非常有限，高頻帶(DCS、PCS 和 UMTS (1710MHz-> 2170MHz))在 _6dB Sll處的帶寬正在變得越來(lái)越難以實(shí)現(xiàn)。目前正在使用具有寄生元件的PIFA來(lái)增強(qiáng)高頻帶帶寬，但通常在天線(xiàn)載體上使 用彈性膜，該天線(xiàn)載體在PCB上具有其他連接(c形夾(c-clip)或彈簧引腳(Pogo Pin))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是使用微帶寄生元件(MPE :Microstrip Parasitic Element) 作為承載結(jié)構(gòu)(例如，印刷電路板(PCB))的接地層的一部分，通過(guò)這種方式改善和提高了 天線(xiàn)的匹配和帶寬。上述目的通過(guò)使用一種天線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括接地平面；饋電元件； 以及耦接到所述饋電元件的輻射元件，該輻射元件與被設(shè)置在承載結(jié)構(gòu)的第一表面上的所 述接地平面大體平行并且被所述饋電元件和短路元件從所述接地平面垂直地移開(kāi)。該天線(xiàn) 還包括作為所述承載結(jié)構(gòu)的接地層的一部分而被直接設(shè)置在所述承載結(jié)構(gòu)上的寄生元件。 優(yōu)選地，所述寄生元件是微帶并且設(shè)置在離地高度區(qū)域(ground clearance area)處。所 述寄生元件可以在所述承載結(jié)構(gòu)的邊緣上延伸。所述寄生元件也可以延伸到所述承載結(jié)構(gòu) 的第二表面。所述承載結(jié)構(gòu)是PCB (印刷電路板)。本發(fā)明還涉及一種包括天線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，所述天線(xiàn)包括設(shè)置在承載結(jié)構(gòu)上 的接地平面；饋電元件；以及耦接到所述饋電元件的輻射元件，該輻射元件與所述接地平 面大體平行并且被所述饋電元件和短路元件從所述接地平面垂直地移開(kāi)。所述天線(xiàn)還包括 作為所述承載結(jié)構(gòu)的接地層的一部分而被直接設(shè)置在所述承載結(jié)構(gòu)上的寄生元件。


附圖被包括在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的多個(gè)實(shí) 施方式，且與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明。在附圖中圖1例示了根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的框圖。圖2例示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)PIFA設(shè)計(jì)。圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的半PIFA。圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的框圖。圖5例示了 PCB —部分的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下面說(shuō)明中描述的天線(xiàn)設(shè)計(jì)是“平面型”天線(xiàn)?！捌矫嫘汀碧炀€(xiàn)具有總體上沿著 一個(gè)平面展開(kāi)的拉長(zhǎng)的形狀，即，天線(xiàn)可以具有三個(gè)維度，但其中一個(gè)維度在數(shù)量級(jí)上小于 其他兩個(gè)維度。圖1例示了示例性無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(10)的框圖。無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(10)包括外殼(11)、控制器(101)、存儲(chǔ)器(102)、用戶(hù)接口 (103)、收發(fā)機(jī)(104)、按鍵輸入單元(105)、顯示單元 (106)以及多頻帶天線(xiàn)(100)。收發(fā)機(jī)(104)利用天線(xiàn)(100)將無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(10)與無(wú)線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。應(yīng)當(dāng)理解的是，收發(fā)機(jī)(104)可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何已知的 無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)或更多個(gè)來(lái)發(fā)射或接收信號(hào)?？刂破?101)響應(yīng)于在存儲(chǔ)器(102) 中存儲(chǔ)的程序和用戶(hù)通過(guò)接口(10 提供的指令來(lái)控制無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(10)的操作。根據(jù)本發(fā)明的天線(xiàn)設(shè)計(jì)具有作為PCB上的接地平面的一部分的微帶寄生元件，這 種天線(xiàn)設(shè)計(jì)改善并提高了匹配和帶寬。圖3公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的被稱(chēng)為半平面倒F天線(xiàn)的天線(xiàn)。PIFA(300)包括在基底 (311)上形成的接地平面(310)。在該具體實(shí)施方式
中，接地平面(310)被例示為直接嵌入 到基底(311)(例如，印刷電路板(PCB))上，基底(311)還可以承載該裝置的其他電子元件 (未示出)。這提供了可以相對(duì)靠近PCB安裝天線(xiàn)從而節(jié)約無(wú)線(xiàn)設(shè)備中的容積的優(yōu)點(diǎn)。該 PIFA還包括輻射元件(309)，輻射元件(309)可以分別包括低頻輻射元件和高頻輻射元件。 輻射元件(309)可以包括任何已知的結(jié)構(gòu)或圖案，并且其尺寸可變以使得帶寬、工作頻率、 輻射圖等最優(yōu)化。輻射元件(309)通過(guò)調(diào)諧或短路元件(312)電連接到接地平面(310)。 饋電元件(31 將來(lái)自電臺(tái)或其他射頻發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或收發(fā)機(jī)(未示出)的信號(hào)源連接 到輻射元件(309)。有利的是，饋電元件(31 在某種程度上與接地平面(310)電絕緣以防 止從饋電元件(313)接地。為了增強(qiáng)高頻帶的匹配和帶寬，設(shè)置沿著接地平面(310)延伸的寄生原件(315)， 優(yōu)選地將寄生原件設(shè)置在天線(xiàn)離地高度區(qū)域(316)處。該寄生元件可以是諸如矩形、圓形、 彎曲形狀等任何期望的形狀。如果寄生元件的尺寸(例如，長(zhǎng)度和寬度)不足(例如，天線(xiàn)離地高度區(qū)域小于 IOmm)，則還可以使微帶延伸到PCB的另一側(cè)或合適的方向。圖5中例示的315’和315”分 別表示該寄生元件在PCB 311的邊緣上和在PCB 311的另一側(cè)上的延伸。寄生元件315”’ 還可以穿過(guò)過(guò)孔延伸。根據(jù)本發(fā)明的寄生元件可以是窄帶、寬束天線(xiàn)，該寄生元件是通過(guò)將天線(xiàn)元件圖 案刻蝕為接合到絕緣介電基底的金屬跡線(xiàn)而制作成的，所述絕緣介電基底具有接合到該基 底以形成接地平面的連續(xù)金屬層。常見(jiàn)的微帶天線(xiàn)輻射體的形狀是正方形、矩形、圓形和橢 圓形，但是任何連續(xù)的形狀都是可能的。最常用的微帶天線(xiàn)是矩形貼片。矩形貼片天線(xiàn)大 約是矩形微帶傳輸線(xiàn)的波長(zhǎng)長(zhǎng)部分的一半。當(dāng)天線(xiàn)基底是空氣時(shí)，矩形微帶天線(xiàn)的長(zhǎng)度大 約是自由空間波長(zhǎng)的一半。由于使用電介質(zhì)作為基底來(lái)安裝天線(xiàn)，天線(xiàn)長(zhǎng)度隨著基底的相 對(duì)介電常數(shù)的增大而減小。圖4例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的移動(dòng)通信終端00)的結(jié)構(gòu)的框圖。參照?qǐng)D4，移 動(dòng)通信終端GO)包括存儲(chǔ)器G02)、按鍵輸入單元005)、顯示單元006)、收發(fā)機(jī)004)、 PIFA000)、寄生元件(415)及控制器001)?？刂破?401)根據(jù)用于電話(huà)呼叫、數(shù)據(jù)通信或 無(wú)線(xiàn)因特網(wǎng)接入的協(xié)議來(lái)處理聲音信號(hào)和數(shù)據(jù)，并且控制該移動(dòng)通信終端的各個(gè)組件。此 外，控制器(401)接收來(lái)自按鍵輸入單元(40 的按鍵輸入，并且響應(yīng)于按鍵輸入而控制顯 示單元(406)產(chǎn)生和提供圖像信息?？刂破?401)從用戶(hù)或基站接收當(dāng)前位置信息。通過(guò) 接收到的位置信息，控制器G01)從存儲(chǔ)器002)中包括的區(qū)域頻率存儲(chǔ)器008)中識(shí)別 出映射到當(dāng)前位置的頻帶。
應(yīng)當(dāng)注意的是，詞語(yǔ)“包括”并不排除除了所列舉的元件或步驟之外的其他元件或 步驟的存在，而置于元件之前的不定冠詞不排除存在多個(gè)這樣的元件。還應(yīng)當(dāng)注意的是，任 何附圖標(biāo)記都不限制權(quán)利要求的范圍，本發(fā)明可以至少部分地通過(guò)硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并 且若干個(gè)“裝置”、“單元”或“設(shè)備”可以由相同的硬件表示。以上提及和描述的實(shí)施方式僅作為示例給出，而并不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明。以下專(zhuān)利 權(quán)利要求中所要求的本發(fā)明范圍內(nèi)的其他方案、用途、目的和作用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種天線(xiàn)結(jié)構(gòu)(100、300)，該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括 接地平面(310)；饋電元件(313)；以及耦接到所述饋電元件(31 的輻射元件(309)，該輻射元件(309)與被設(shè)置在承載結(jié)構(gòu) (311)的第一表面上的所述接地平面(310)大體平行并且被所述饋電元件和短路元件從所 述接地平面垂直地移開(kāi)，其特征在于，所述天線(xiàn)還包括作為所述承載結(jié)構(gòu)的接地層的一部 分而被直接設(shè)置在所述承載結(jié)構(gòu)上的寄生元件(315、415)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線(xiàn)，其中，所述寄生元件是微帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線(xiàn)，其中，所述寄生元件被設(shè)置在離地高度區(qū)域處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的天線(xiàn)，其中，所述寄生元件在所述承載結(jié)構(gòu)的邊 緣上延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的天線(xiàn)，其中，所述寄生元件延伸到所述承載結(jié)構(gòu)的第二表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的天線(xiàn)，其中，所述承載結(jié)構(gòu)是印刷電路板。
7.一種包括天線(xiàn)(300、400)的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(40)，所述天線(xiàn)包括 設(shè)置在承載結(jié)構(gòu)(311)上的接地平面(310)；饋電元件；以及耦接到所述饋電元件的輻射元件，該輻射元件與所述接地平面大體平行并且被所述饋 電元件和短路元件從所述接地平面垂直地移開(kāi)，其特征在于，所述天線(xiàn)(300、400)還包括 作為所述承載結(jié)構(gòu)(311)的接地層的一部分而被直接設(shè)置在所述承載結(jié)構(gòu)(311)上的寄生 元件(315,415)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型天線(xiàn)結(jié)構(gòu)，該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括接地平面；饋電元件；以及耦接到該饋電元件的輻射元件，該輻射元件與被設(shè)置在承載結(jié)構(gòu)的第一表面上的接地平面大體平行并且被饋電元件和短路元件從該接地平面垂直地移開(kāi)。所述天線(xiàn)還包括作為所述承載結(jié)構(gòu)的接地層的一部分而被直接設(shè)置在所述承載結(jié)構(gòu)上的寄生元件。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK102099962SQ200980128209
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者亞歷山大·阿茲哈里 申請(qǐng)人:索尼愛(ài)立信移動(dòng)通訊有限公司