专利名称：一种天线布置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种天线布置。具体地，本发明的实施方 式涉及用于无线收发机设备的天线布置。
背景技术：
近年来，希望诸如蜂窝电话的无线收发机设备能够在电磁频谱的 无线部分的多个频带上进行通信。出现这种情况是因为不同的国家倾
向于将不同的频带用于^^窝网络。例如，美国WCDMA位于850MHz，
而欧洲WCDMA位于2100MHz。即使是在一个国家里，不同的服务
也可能在不同的无线频带处^是供，例如，PCS位于1900MHz,而PCN
位于1800MHz。因此，蜂窝电话需要能够允许其在电磁频谱的无线部
分的多个频带上进行通信的多频带天线布置。
多频带天线布置正在逐步使用多于一个的天线元件来发射和接
收电磁波。目前，这种天线布置中的每个"活跃的"天线元件需要其
自己的调谐电路，从而使得该天线元件可以在期望的可操作频带集中
进行操作。然而，每个调谐电路都需要无线收发机设备内的空间，并 且具有与其关联的财务成本。因此，多频带天线布置正在日益变大并
变得昂贵。
因此，期望提供一种可替换的天线布置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种天线布置，包括第一天线元 件；第二天线元件；耦合元件，用于电磁地耦合至第一天线元件和第 二天线元件；以及切换机构，其连接至耦合元件，用于在第一电配置 和第二电配置之间进行切换，其中，当切换机构处于第一电配置中时，
耦合元件具有第一阻抗，并且当切换机构处于第二电配置中时，耦合 元件具有第二阻抗。
当切换机构处于第一电配置中时，第一天线元件可以在第一可操 作频带中进行操作，并且第二天线元件可以在第二可操作频带中进行 操作。
当切换机构处于第二电配置中时，第 一 天线元件可以在第三可操 作频带中进行操作，并且第二天线元件可以在第四可操作频带中进行 操作。
切换机构可以包括第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路以及 开关。开关可以用于将耦合元件连接至第一阻抗匹配电路或者第二阻 4元匹配电3各。
当开关将第 一 阻抗匹配电路连接至耦合元件时，切换机构可以处 于第一电配置中。
当开关将第二阻抗匹配电路连接至耦合元件时，切换机构可以处 于第二电配置中。
耦合元件可以包括第一部分和第二部分。第一部分可布置为与第 一天线元件电石兹地耦合。第二部分可布置为与第二天线元件电i兹地耦 合。
该天线布置可以包括多个天线元件。耦合元件可布置为电磁地耦 合至多个天线的每一个。
当切换机构处于第一电配置中时，多个天线元件可以在第一可操 作频带集中进行操作。
当切换机构处于第二电配置中时，多个天线元件可以在第二可操 作频带集中进行操作。
每个天线元件可以经由馈电点连接至馈电。每个天线元件可以经 由接地点连4妾至地平面。
根据本发明的另一实施方式，提供一种用于对至少两个天线的可 操作频带进行调谐的调谐布置，该布置包括耦合元件，用于电磁地 耦合至第一天线元件和第二天线元件；以及切换机构，其连接至耦合
元件，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当切换 机构处于第一电配置中时，耦合元件具有第一阻抗，并且当切换机构 处于第二电配置中时，耦合元件具有第二阻抗。
根据本发明的另一实施方式，提供一种包括上文描述的天线布置 的模块。
根据本发明的又一实施方式，提供一种包括上文描述的调谐布置 的模块。
根据本发明的另一实施方式，提供一种包括上文描述的天线布置 的便携式电子设备。
根据本发明的又一 实施方式，提供一种包括上文描述的调谐布置 的便携式电子设备。
为了更好地理解本发明，现在将仅仅以示例的方式对附图进行参 考，其中
图1示出了包括天线布置的无线收发机设备的示意性示图2示出了根据本发明第一实施方式的天线布置的示意性示图3示出了根据本发明第二实施方式的天线布置的框图化俯视
图4示出了图3中所示的天线布置的框图化透视图5示出了根据本发明一种实施方式的切换机构的示意性示图6A示出了图3和图4中所示的第一天线元件28的第一和第三
可操作频带的图示；
图6B示出了图3和图4中所示的第二天线元件30的第二和第四
可操作频带的图示；
图7示出了根据本发明另一实施方式的切换机构的示意性示以及
图8示出了根据本发明又一实施方式的切换机构的示意性示图。
具体实施例方式
附图示出了天线布置12,包括第一天线元件28;第二天线元 件30;耦合元件20、 32,用于电》兹地耦合至第一天线元件28和第二 天线元件30;以及切换机构22,其连接至耦合元件20、 32，用于在 第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当切换机构22处于 第一电配置中时，耦合元件20、 32具有第一阻抗，并且当切换机构 22处于第二电配置中时，耦合元件20、 32具有第二阻抗。
更具体地，图1示出了无线收发机设备10的示意性示图，其中 无线收发机设备IO诸如是移动蜂窝电话、膝上型计算机、用于此类 设备的其他无线通信设备或模块。无线收发机设备10包括天线布置 12，连接至天线布置12的无线收发机电路14，以及连接至无线收发 机电路14的功能电路16。在无线收发机设备IO是移动蜂窝电话的实 施方式中，功能电路16包括处理器、存储器和诸如麦克风、扬声器 和显示器的输出/输出设备。通常，提供无线收发机电路14和功能电 路16的电子部件通过印刷电路板(PWB) 17互连。PWB 17可以用 作天线布置12的地平面。
图2示出了根据本发明第一实施方式的天线布置12的高度示意 性示图。天线布置12包括多个天线元件18、耦合元件20以及切换机 构22。耦合元件20经由电连接器24与切换机构22电连接，并且布 置为与多个天线元件18中的两个或更多天线元件电磁地耦合。
多个天线元件18中的每个天线元件都经由馈电点(未在此图中 示出)连接至馈电(未在此图中示出)，并且可以经由接地点(未在 此图中示出)连接至地平面17 (参见图1)。多个天线元件18中的 每个天线元件都位于地平面之上的预定高度处，并且多个天线元件18 可以是平面式倒F型天线(PIFA)、环形天线、螺旋天线、单极天线 和平面式倒L型天线(PILA)的任意组合。多个天线元件18与无线 收发机电路14电连接，并布置为向其他无线收发机设备发射电万兹波 和/或从其他无线收发机设备接收电磁波。
如上所述，耦合元件20布置为与多个天线元件18中的两个或更
多天线元件电磁地耦合。耦合元件20可以是单个元件，或者其可以 包括全部与切换机构22连接的多个元件。耦合元件20包括任意导电 材料，并且在一个实施方式中可以包括铜。耦合元件20的位置和尺 寸取决于多个天线元件18的定位以及其间所期望的电磁耦合。
切换^L构22至少可以在两个电配置中#:作，并且在此实施方式 中，对电配置的选择由功能电路16的处理器通过信号26进行控制。 在切换机构22的每个电配置中，切换机构22和耦合元件20之间的 接口基本上是反射式的，也即，接口处的反射系数的模基本上等于1。 然而，对于每个电配置，接口处的反射系数的相位可以从+1变化到-1 ， 其中+1代表开路(基本上无穷大的阻抗)，并且-1代表短路(近似 于0的阻抗)。
在一个实施方式中，当切换机构处于第一电配置中时，接口处的 反射系数的相位基本上等于+1 (耦合元件20有效地连接至具有基本 上无穷大阻抗的开路)。因此，天线元件18和耦合元件20之间的电 磁耦合较弱或者不存在，并且天线元件的可操作频带相对而言未受影
响，也即，当切换机构22处于第一电配置中时，天线元件18可以在 第一可操作频带集中操作。
当切换机构22处于第二电配置中时，接口处的反射系数的相位 基本上等于-1 (耦合元件20有效地连接至阻抗基本上为0的短路)。 因此，天线元件18和耦合元件20之间的电磁耦合最大化，并且天线 元件18的可操作频带在频率中向下平移，也即，当切换机构22处于 第二电配置中时，天线元件18在第二可操作频带集中操作(第二可 操作频带集不同于第一可操作频带集)。
第 一和第二可操作频带集可以包括以下可操作频带中的任何频 带US-GSM 850 ( 824-894 MHz), WCDMA 850， EGSM 900 ( 880-960 MHz) ， PCN/DCS1800 ( 1710-1880 MHz) , GSM 1800, PCS1900
(1850-1990 MHz) ， US匿WCDMAl900 ( 1850-1990 ) , GSM 1900, WCDMA21000频带(Tx: 1920-1980, Rx: 2110-2170 )以及WLAN\ 蓝牙(2400 MHz)。
耦合元件20和切换机构22可以集体称为调谐布置27,并且它们 提供的有益效果在于支持多个天线元件18中的每个天线元件在两个 或更多不同的可操作频带中进行操作。由于使用单个切换机构22来 调谐多个天线元件20,所以可以节省无线收发机设备10中的空间， 这可以导致无线收发机设备10的尺寸减小。而且，单个切换机构22 可以减少无线收发机设备10中的部件数目，并由此降低成本并提高 无线收发机设备10的可靠性。
图3到图5示出了根据本发明的天线布置的较为详细的实施方 式。图3示出了根据本发明第二实施方式的天线布置12的框图化俯 视图。天线布置12包括第一天线元件28、第二天线元件30以及耦合 元件32。
第一天线元件28是PIFA，其经由接地点34连接至地平面17, 并经由馈电点36连接至馈电(未示出)。第二天线元件30是PIFA, 其经由接地点38连接至地平面17,并经由馈电点40连接至馈电(未 示出)。耦合元件32经由连接器42连接至切换机构(未示出)。
为了辅助对第一天线元件28的结构的描述，可以将其视为被划 分成第一部分44、第二部分46、第三部分48和第四部分50。应当意 识到，并非在物理上将第一天线元件28划分成这些部分，而是提供 这些部分仅仅是为了辅助对第一天线元件28的描述。
第一部分44从接地点34和馈电点36向上延伸并且具有矩形形 状，由此其长度大于其宽度。第二部分46从第一部分44的右手侧的 顶部垂直地延伸并且具有矩形形状，由此其宽度大于其长度。第三部 分48从第二部分46底部的右手侧垂直地延伸并且具有矩形形状，由 此其长度大于其宽度。第四部分50从第三部分48的右手侧的底部垂 直地延伸并且具有矩形形状，由此其宽度大于其长度。
第二天线元件30具有矩形形状，并且接地点38和馈电点40位 于天线30的底部左手侧拐角处。第二天线元件30与第一天线元件28 的第四部分50相邻并位于该部分之上。第二天线元件30的右手侧基 本上与第一天线元件28的第四部分50的右手侧基本上成一条直线。
耦合元件32包括从连接器42水平延伸的第一部分52和从连接 器42垂直延伸的第二部分54。耦合元件32的第一部分52位于第一 天线元件28的第四部分50附近并与其相邻，并且耦合元件32的第 二部分54位于第二天线元件30的右手侧的附近并与其相邻。耦合元 件32的第一部分52与第一天线元件28电容性耦合，并且耦合元件 32的第二部分54与第二天线元件30电容性耦合。
为了辅助天线布置12的可视化，图4示出了图3中所示的天线 布置12的透视图。在图4所示特征与图3所示特征相同或类似的情 况下，使用相同的参考标记。
图5示出了根据本发明一个实施方式的切换机构22的示意性图 示。切换机构22包括接口 56，其连接至ESD滤波器58, ESD滤波 器58继而连接至开关60。开关60可以与第一阻抗匹配电路62或者 第二阻抗匹配电路64电连接。切换机构22经由接口 56处的电连接 器42连接至图3和图4所示的耦合元件32。
ESD滤波器58是公知的电子部件，因此这里将对其进行详细描 述。简言之，ESD滤波器58用于降低来自耦合元件20的静电放电噪 声，并用于对开关60所产生的谐波进行滤波。
在此实施方式中，开关60是单刀双掷(SPDT)开关，但是在其 他实施方式中，根据阻抗匹配电路的数目，开关60可以是多路开关。 SPDT开关和多路开关是本领域公知的，因此这里将不对其进行详细 描述。SPDT开关60可以在第一电配置(在图5中示出)和第二电配 置之间进行切换，其中，在第一电配置中，第一阻抗匹配电路62与 耦合元件32连接，并且在第二电配置中，第二阻抗匹配电路64与耦 合元件32连接。
相对于耦合元件32而言第一阻抗匹配电路62具有较大的阻抗。 因此，当开关60处于第一电配置中时，接口 56处的反射系数基本上 等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不与第一天线 元件28或第二天线元件30电容性耦合。在此配置中，第一天线元件 28在第一可操作频带66 (GSM900,参见图6A)中操作，并且第二
天线元件30在第二可操作频带68 (WCDMA 2100，参见图6B )中操作。
第二阻抗匹配电路64具有相对于耦合元件32而言较小的阻抗。 因此，当开关60处于第二电配置中时，接口 56处的反射系数基本上 等于-1。耦合元件32有效地与短路连接，并且基本上与第一天线元 件28和第二天线元件30电容性耦合。具体地，耦合元件32的第一 部分52与第一天线元件28电容性耦合，并且耦合元件32的第二部 分54与第二天线元件30电容性耦合。电容性耦合使得第一天线元件 28和第二天线元件30的可操作频带的频率向下平移。因此，第一天 线元件28在第三可操作频带70( GSM 850/WCDMA 850，参见图6A ) 中操作，并且第二天线元件30在第四可操作频带72(GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900,参见图6B)中操作。
在此实施方式中，第一阻抗匹配电路62和第二阻抗匹配电路64 每个都包含传输线(未示出)。传输线是金属材料(例如，铜)带， 其阻抗取决于传输线材料、传输线长度和传输线宽度。通过改变传输 线的这些属性，可以获得用于第一阻抗匹配电路62和用于第二阻抗 匹配电路64的期望阻抗。
图7示出了根据本发明另一实施方式的切换机构22的示意性示 图。图7所示的切换机构与图5所示的切换机构类似，并且在它们具 有类似特征的情况下使用了相同的参考标记。在此实施方式中，ESD 过滤器58连接至第一阻抗匹配电路74，第一阻抗匹配电路74继而连 接至单刀单掷(SPST)开关76。 SPST开关76可与第二阻抗匹配电 路78连接。
SPST开关76可以在第一电配置(图7中示出)和第二电配置之 间进行切换，其中在第一电配置中，开关76打开，并且耦合元件32 与第一阻抗匹配电路连接，并且在第二电配置中，开关76闭合，并 且耦合元件32与第一阻抗匹配电路74和第二阻抗匹配电路78连接 (并由此与地面79连"J矣)。
当开关76处于第一电配置中时，相对于耦合元件32而言第一阻
抗匹配电路74具有较大的阻抗(因为第一阻抗匹配电路74没有与地 面连接)。因此，当开关76处于第一电配置中时，接口56处的反射 系数基本上等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不 与第一天线元件28或者第二天线元件30电容性耦合。在此配置中， 第一天线元件28在第一可操作频带66 (GSM900，参见图6A)中操 作，并且第二天线元件30在第二可操作频带68 ( WCDMA,参见图 6B)中才喿作。
当开关76处于第二电配置中时，第一阻抗匹配电路74和第二阻 抗匹配电路78相对于耦合元件32而言具有较小的合成阻抗(因为第 二阻抗匹配电路78与地面79连接)。因此，当开关76处于第二电 配置中时，接口 56处的反射系数基本上等于-1。如上所述，耦合元 件有效地耦合至短路，并且基本上与第一天线元件28和第二天线元 件30电容性耦合。因此，第一天线元件28在第三可操作频带70( GSM 850/WCDMA 850，参见图6A )中操作，并且第二天线元件30在第 四可操作频带72 ( GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900，参见图6B ) 中操作。
如上所述，第一阻抗匹配电路74和第二阻抗匹配电路78每个都 可以包括传输线。
图8示出了根据本发明又一实施方式的切换机构22的示意性示 图。图8所示的切换机构22与图5和图7所示的切换机构22类似， 并且在它们具有类似特征的情况下使用了相同的参考标记。在此实施 方式中，ESD滤波器58连接至单刀单掷(SPST)开关80和第一阻 抗匹配电路82。 SPST开关80可连接至第二阻抗匹配电路84。
SPST开关80可以在第一电配置(图8中示出)和第二电配置之 间进行切换，其中在第一电配置中，开关80打开，并且耦合元件与 第一阻抗匹配电路82连接，并且在第二电配置中，开关80闭合，并 且耦合元件32与第二阻抗匹配电路84连接(并由此与地面79连接)。
第一阻抗匹配电路82相对于耦合元件32而言具有较大的阻抗。 因此，当开关80处于第一电配置中时，接口 56处的反射系数基本上
等于+1。耦合元件32有效地与开路连接，并且基本上不与第一天线 元件28或者第二天线元件30电容性耦合。在此配置中，第一天线元 件在第一可操作频带66 (GSM 900，参见图6A)中操作，并且第二 天线元件30在第二可操作频带68 ( WCDMA，参见图6B)中操作。 第二阻抗匹配电路84相对于耦合元件32而言具有较小的阻抗 (由于第二阻抗匹配电路84与地面79连接)。因此，当开关80处 于第二电配置中时，接口 56处的反射系数基本上等于-1。如上所述， 耦合元件32有效地与短路耦合并且基本上与第一天线元件28和第二 天线元件30电容性耦合。因此，第一天线元件28在第三可操作频带 70 (GSM 850/WCDMA 850，参见图6A )中操作，并且第二天线元件 30在第四可操作频带72 ( GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900,参见 图6B)中才乘作。
如上所述，第一阻抗匹配电路82和第二阻抗匹配电路84每个都 可以包括传输线。
提供图7和图8中分别示出的第一阻抗匹配电路74和82,使得 当开关76和80处于开配置(第一电配置)中时，第一阻抗匹配电路 74和82修正开关76和80引起的相移，从而使得耦合元件32有效地 与开路连接。
尽管上文已经参考各种示例描述了本发明的实施方式，但是应当 意识到，可以对这些示例进行修改而不脱离本发明所要求的范围。例 如， 一个或多个天线元件18、 28、 30中的至少部分可以延伸到地平 面17的外围之外。
尽管在上文描述中努力将注意力集中在被认为是特别重要的本 发明的特征上，但应当理解，申请人要求保护此前参考附图和/或在附 图中示出的任何专利特征和特征组合，而不论是否对其进行了特别地 强调。
权利要求
1. 一种天线布置，包括:第一天线元件；第二天线元件；耦合元件，用于电磁地耦合至所述第一天线元件和所述第二天线元件；以及切换机构，其连接至所述耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间进行切换，其中，当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述耦合元件具有第一阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述耦合元件具有第二阻抗。
2. 根据权利要求1所述的天线布置，其中，当所述切换机构处于 所述第 一电配置中时，所述第 一天线元件在第 一可操作频带中操作， 并且所述第二天线元件在第二可操作频带中操作。
3. 根据权利要求1或2所述的天线布置，其中，当所述切换机构 处于所述第二电配置中时，所述第一天线元件在第三可操作频带中操 作，并且所述第二天线元件在第四可操作频带中操作。
4. 根据前述权利要求中任意一项所述的天线布置，其中，所述切 换机构包括第一阻抗匹配电路，第二阻抗匹配电路，以及用于将所 述耦合元件连4妄至所述第一阻抗匹配电路或者所述第二阻抗匹配电 路的开关。
5. 根据权利要求4所述的天线布置，其中，当所述开关将所述第 一阻抗匹配电路连接至所述耦合元件时，所述切换机构处于所述第一 电配置中。
6. 根据权利要求4或5所述的天线布置，其中，当所述开关将所 述第二阻抗匹配电路连接至所述耦合元件时，所述切换机构处于所述 第二电配置中。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的天线布置，其中，所述耦 合元件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分布置为与所述 第一天线元件电磁地耦合，并且所述第二部分布置为与所述第二天线 元件电磁地耦合。
8. 根据前述权利要求中任意一项所述的天线布置，包括多个天线 元件，其中，所述耦合元件布置为与所述多个天线中的每一个电》兹地
9. 根据权利要求8所述的天线布置，其中，当所述切换机构处于 所述第一电配置中时，所述多个天线元件在第一可操作频带集中操 作。
10. 根据权利要求8或9所述的天线布置，其中，当所述切换机 构处于所述第二电配置中时，所述多个天线元件在第二可操作频带集 中操作。
11. 根据前述权利要求中任意一项所述的天线布置，其中，每个 天线元件经由馈电点连接至馈电，并且经由接地点连接至地平面。
12. —种用于对至少两个天线的可操作频带进行调谐的调谐布 置，包括耦合元件，用于电/f兹地耦合至第一天线元件和第二天线元件；以及切换机构，其连接至所述耦合元件，用于在第一电配置和第二电 配置之间进行切换，其中，当所述切换机构处于所述第一电配置中时， 所述耦合元件具有第 一 阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配 置中时，所述耦合元件具有第二阻抗。
13. —种模块，包括如权利要求1所述的天线布置。
14. 一种模块，包括如权利要求12所述的调谐布置。
15. —种便携式电子设备，包括如权利要求1所述的天线布置。
16. —种便携式电子设备，包括如权利要求12所述的调谐布置。
全文摘要
一种天线布置，包括第一天线元件；第二天线元件；耦合元件，用于电磁地耦合至所述第一天线元件和所述第二天线元件；以及切换机构，其连接至所述耦合元件，用于在第一电配置和第二电配置之间切换，其中，当所述切换机构处于所述第一电配置中时，所述耦合元件具有第一阻抗，并且当所述切换机构处于所述第二电配置中时，所述耦合元件具有第二阻抗。
文档编号H01Q1/24GK101385191SQ200680053194
公开日2009年3月11日 申请日期2006年2月22日 优先权日2006年2月22日
发明者R·布赖特 申请人:诺基亚公司