专利名称：带有阶梯形元件的切口天线结构的制作方法
带有阶梯形元件的切口天线结构技术领域
本发明总体上涉及通信设备，并且更具体地涉及使用接地平面中的可以使用现有 无线电特性架构的阶梯结构来形成天线的方法和系统。
背景技术：
在增益和带宽方面具有广泛需求范围的无线电设备或者蜂窝电话中的现有天线 通常在装置内部以集成独立结构或者在无线电设备的印刷电路板上作为标准贴片天线的 形式出现。集成到诸如螺旋型天线、单极天线或者贴片天线的标准天线中并不总是可能的 或者可行的，特别是对于更低的频率而言。标准的贴片天线不够大而不能恰当执行以满足 带宽和增益方面的所有需求。标准天线面临的进一步恶化的问题是使无线电设备变得更小 的趋势。现有的最小体积的天线通常是具有高Q馈电线(feeder)的部件，或者是对当前无 线电需求而言在增益和带宽方面有缺陷的谐振器。一些问题是由于随机接地激励引起的。发明内容
根据本发明的实施例可提供一种在包括在接地平面中的阶梯形的天线组件，该天 线组件可以利用诸如无线电设备上的功能性旋钮的现有架构，以在减小整体体积的情况下 有效地提供灵活多变的天线性能。
在本发明第一实施例中，无线电设备中的天线组件可包括形成于无线电设备的基 座上的接地平面(其中接地平面具有形成天线元件的阶梯形状)、在接地平面中基本上与 阶梯形状相邻的或者在阶梯形状中且长度小于1/4波长的切口元件、以及向天线元件馈电 的同轴电缆。同轴电缆的屏蔽件可以直接连接到接地平面，并且同轴电缆的中心导体可以 直接耦合至阶梯形状以提供用于窄带性能的电流连接，或者替代地，中心导体可以电磁耦 合至阶梯形状用于宽带性能。天线组件可以产生零体积切口型的接地激励。切口元件的布 置和方向确定了天线元件的极化和辐射模式。天线组件可以在无线电设备内部以不同的极 化和辐射模式被形成用于集成的多个MIMO天线。切口元件可以是形成接地平面一部分的 阶梯形状附近的非常短的切口元件。注意到，切口元件可以被并行激励，从而以至少两个不 同频率提供至阶梯形状的用于窄带性能的电流连接以及用于宽带性能的电磁耦合。进一步 注意到，阶梯形状形成了用于无线电设备的功能性旋钮的一部分，并且可与基座的至少一 部分重叠。在一个变形中，电流连接可以存在于功能性旋钮和形成在无线电设备基座上的 接地平面之间，其中例如短路元件在功能性旋钮和基座之间形成电流连接。功能性旋钮可 以是用于静噪的旋转开关、或者用于信道选择的旋钮、或者用于音量选择的旋钮。天线可以 具有在功能性旋钮的主体和同轴电缆之间没有机械连接的耦合馈电系统，其中功能性旋钮 根据形成天线的阶梯形状而形成。
在本发明第二实施例中，无线电设备中的天线组件可以包括形成于无线电设备的 基座上的接地平面、用于无线电设备的功能性旋钮(该功能性旋钮的至少一部分进一步用 作天线元件)、在天线元件和基座之间的预定尺寸的接地平面中的切口元件、以及向天线元件馈电的同轴电缆(馈线)和短路元件。天线组件可以进一步包括在功能性旋钮和馈线的 中心导体之间的用于窄带性能的电流连接，或者在功能性旋钮和馈线的中心导体之间的用 于宽带性能的电磁耦合，或者两个方式都使用。电流连接可以存在于功能性旋钮和形成于 无线电设备的基座上的接地平面之间。进一步注意到，功能性旋钮可以与形成于无线电设 备的基座上的接地平面的至少一部分重叠。短路元件可以在功能性旋钮和基座之间形成电 流连接。功能性旋钮可以是用于静噪的、用于信道选择的、或者用于音量的旋转开关。天线 组件可以具有在功能性旋钮的主体和同轴电缆之间没有机械连接的耦合馈电系统。注意 到，基座和形成功能性旋钮的一部分的阶梯形状可以在单个平面上。
在第三实施例中，无线电设备中的天线组件可以包括形成于无线电设备的基座上 的接地平面(其中该接地平面具有形成天线元件的阶梯形状)、用于无线电设备的功能性 旋钮(该功能性旋钮的至少一部分进一步用作天线元件)、在天线元件和基座之间的预定 尺寸的接地平面中的切口元件、向天线元件馈电的同轴电缆(馈线)、以及在功能性旋钮和 馈线之间的用于窄带性能的电流连接以及在阶梯形状与馈线之间的用于宽带性能的电磁 華禹合。
此处使用的术语“一”被定义为一个或者多于一个。此处使用的术语“多个”被定 义为两个或者多于两个。此处使用的术语“另一个”被定义为至少是第二或者更多。此处 使用的术语“包括”和/或者“具有”被定义为“包含”(即，开放式语言)。此处使用的术语 “耦合”被定义为连接，尽管不一定是直接连接，并且不一定是机械连接。术语“抑制”被定 义为部分或完全地减小或者消除。
此处使用的术语“切口 ”、“插槽”等可以包括在包含接地平面的无线电设备的接地 平面或者基座中的缺失部分。此处预期的阶梯元件或者部分可以用作天线，或者可以在与 基座上的接地平面同一平面上的辐射元件，或者可以从接地平面稍微偏移的辐射元件。阶 梯元件可以形成无线电设备的功能性旋钮的一部分，诸如用于静噪、信道选择、或者音量的 旋钮，但不一定限制成这样的功能性旋钮。阶梯元件也可以形成常规天线的一部分，常规天 线例如可以使用SMA连接器连接至无线电设备的基座。可预期的，如下面进一步描述的，阶 梯元件可以形成现有无线电架构的任何部分以提供额外功能和性能。
当根据此处公开的发明安排来配置时，其它实施例可以包括用于执行此处公开的 各种处理和方法的系统、和用于促使机器执行此处公开的各种处理和方法的机器可读储存ο
图1是根据本发明实施例的包括具有切口的接地平面以及形成天线元件的功能 性旋钮的天线组件的图示。
图2是根据本发明实施例的带有电磁耦合馈电系统的天线组件的立体图。
图3是根据本发明实施例的图2的天线组件的另一立体图。
图4-7图示了均根据本发明实施例的具有不同阶梯形状的不同天线组件架构，其 中图4和5图示了在基座中具有开口的无线电设备，图6图示了 SMA接地连接器，并且图7 图示了 SMA接地连接器和天线接地。
图8图示了根据本发明实施例的具有至形成天线的阶梯形状的电流连接的同轴电缆的天线组件。
图9图示了根据本发明实施例的具有至形成天线的阶梯形状的电磁耦合的同轴 电缆的天线组件。
图10图示了根据本发明实施例的具有或并行至阶梯形状的电流连接以及至阶梯 形状的电磁耦合两者的天线组件。
具体实施方式
尽管说明书归纳出的权利要求定义了被认为是新颖的本发明的实施例的特征，但 是相信结合附图根据以下的描述的考虑将更好地理解本发明，在附图中附图标记接续使用。
此处描述的天线和天线组件与其他内部天线相比可以非常小，并且在体积大小上 可以只有百分之十(10%)。此外，此处的天线组件也可以利用或者合并已经在无线电设备 上发现的现有的架构或者结构，以减小这样的无线电设备的整体大小和体积，并由此使该 天线能够胜过所有其他内部天线。这些天线可以增强或者补充天线类型的范围，并且对于 具有诸如信道选择器、或者静噪或音量旋钮的功能性旋钮的警用无线电设备是有用的。替 代主要天线作为主要寄生元件。
参考图1-3，示出了无线电设备中的天线组件10，天线组件10包括形成于无线电 设备的基座12上的接地平面以及形成天线元件11的功能性旋钮。天线组件进一步包括 在接地平面中基本上与功能性旋钮相邻且长度小于1/4波长的切口元件14，以及向天线元 件11馈电的同轴电缆13。同轴电缆的屏蔽件可以直接连接至接地平面，并且同轴电缆的 中心导体可以直接耦合至功能性按钮以提供用于天线的窄带性能的电流连接，或者替代地 中心导体可以电磁耦合(如图2和3所示)至功能性旋钮用于天线的宽带性能。天线组件 可以产生零体积切口型接地激励。切口元件的布置和方向确定了天线元件的极化和辐射模 式。天线组件可以以不同的极化和辐射模式在无线电设备内形成多个集成的多输入多输出 (MIMO)天线。切口元件14可以是在功能性旋钮11附近的非常短的切口元件。注意到，切 口元件14可以被并行激励(如图10所示)，以提供至功能性旋钮的用于窄带性能的电流连 接和用于宽带性能的电磁耦合，用于两个不同频率。进一步注意到，如图1所示，功能性旋 钮11可以与接地平面或者基座12的一部分重叠。在一个变形中，电流连接可以存在于功 能性旋钮11和形成于无线电设备的基座12上的接地平面之间，其中短路元件15例如在功 能性旋钮11和基座12之间形成电流连接。功能性旋钮11可以是用于静噪的旋转开关、或 者用于信道选择的旋钮、或者用于音量选择的旋钮。天线元件11可以具有在功能性旋钮的 主体和同轴电缆之间没有机械连接(例如，没有短路元件15)的耦合馈电系统。上述天线 可以被称为单个平面切口激励天线，其用作带有受控辐射属性的最小体积集成天线。
此处的实施例通常被用作便携式或移动无线电设备的内部天线。现有的 无线电设备的内部天线是PIFA天线的典型变形，该PIFA天线在设备内部具有大约 0. 10X0. 15X0. 15 λ体积。通过利用0. 15X0. 05X0. 02 λ (其显著小于所述现有PIFA天线) 的(几乎)平面的结构，此处的实施例可以通过在选择的点植入小的切口来显著减小无线 电设备中使用的内部体积。
根据此处的实施例的该结构可以特别适用于蜂窝、GPS以及2. 4GHz天线，其中当6今的手持设备正寻求减小自身体积。在现代蜂窝电话或者手持终端中，使用的天线的位置 和类型很重要。注意到，此处的实施例可以用于不偏离所考虑的广泛范围的各种各样的配 置中。例如，参考图4-9，天线组件40、50、60、70、80和90分别呈现不同形式但仍然包含在 此处所要求保护的实施例中。一般而言，包含阶梯形元件的几乎任何接地平面都可以用于 根据实施例的天线组件的目的。例如，图4和5图示了在形成阶梯元件的具有不同大小的 开口的基座上具有接地平面的无线电设备。在图4的情况中，组件40包括基座41和用作 天线元件的阶梯元件42。在图5中，部件50包括基座51和用作天线元件的阶梯元件52。 图5和6中的阶梯元件42和52可以分别是基座41和51的接地平面的一部分。图6的天 线组件60可以包括基座61和阶梯元件62。阶梯元件62可以是SMA连接器的主体或者功 能性旋钮。阶梯元件62与基座61的接地平面的一部分重叠。阶梯元件62和基座61上的 接地平面之间的连接可以是耦合至地面的SMA连接器的主体。类似地，图7的天线组件70 可以包括基座71和阶梯元件72，其中阶梯元件72和在基座71上的接地平面之间的连接可 以是耦合到地面的SMA连接器的主体，其中SMA连接器是同样接地的外部天线的一部分。
参考图8和9，应当注意，对馈线(诸如同轴馈线)的修改可以提供额外的灵活性 和超出前面已经讨论过的大小益处的性能。利用对馈线的修改，通过使用电磁耦合馈电系 统代替直接(电流)馈电系统可以实现对主要频率的非常宽的带宽。此外，修改的馈线还 可以提供对额外极化的控制，这对于GPS应用是有用的。参考图8，天线组件80可以包括基 座81和阶梯元件82，其中馈线83和阶梯元件82之间的连接可以是电流连接。参考图9， 天线组件90可以包括基座91和阶梯元件92 (用作天线元件)，其中馈线93和阶梯元件92 之间的连接可以是电磁连接。
参考图10，无线电设备的天线组件100可以包括基座101和用作可以是功能性旋 钮的一部分的天线元件的阶梯元件102。天线组件100可以进一步包括在阶梯元件102和 馈线103之间的用于窄带性能的电流连接、以及在阶梯元件102和馈线104之间的用于宽 带性能的电磁耦合。这两个馈线可以将天线的一个主体激励为两个不同的频率。
如上所述，此处的实施例不要求无线电单元内部或者外部的特殊体积，但是相反 可以促进现有单元架构的使用以容纳额外元件，而不用对机械部分和设备外在的形状作整 体改变。天线利用单元的现有元件的高度的差异和元件的重叠。这样，此处的实施例可以 包括主体或与无线电设备的基座(或者主板)重叠的旋转开关的一部分的使用。基座(或 者主板)具有带有切口的接地平面的作用。主体(即，具有接地平面和阶梯元件的基座或 天线)可以位于X轴的相同值上或者基本上在同一平面上，尽管实施例也可以包括轻微的 偏移。在典型的实施例中，同轴电缆的内部导体可以连接至主体旋转开关或者阶梯元件，其 中同轴电缆的外部导体连接至基座。
再次参考图1的天线组件，基座12可以与功能性旋钮11重叠，图中图示了功能性 旋钮11与基座具有沿Y轴方向的偏移W1。天线具有耦合馈电系统，其不一定要求在现有功 能性旋钮的主体(或者其它天线的主体)和同轴电缆13的中心导体之间有机械连接。同 轴电缆13的外部导体可以具有到基座12的电流连接。此处的不同实施例采用的辐射模式 适用于1. 9GHz左右频率(用于蜂窝)和2. 4GHz (用于WLAN应用)左右频率的蜂窝和GPS 应用两者。
鉴于前面的描述，应当意识到，根据本发明的实施例可以以硬件、软件、或者硬件和软件的组合来实现，如果软件用于控制和检测可以提供天线特性或者性能变化的某些要 求保护的元件之间的物理连接或者距离。还应当意识到，根据本发明的实施例可以在考虑 权利要求的范围和精神内以许多配置实现。另外，以上描述仅仅意在以示例方式描述，而不 意在对本发明作任何方式的限制，权利要求中的阐述除外。
权利要求
1.一种无线电设备中的天线组件，包括接地平面，所述接地平面形成于所述无线电设备的基座上，其中所述接地平面具有形 成天线元件的阶梯形状；切口元件，所述切口元件在所述接地平面中基本上与所述阶梯形状相邻或者在所述阶 梯形状中，且具有的长度小于1/4波长；以及同轴电缆，所述同轴电缆向所述天线元件馈电，其中所述同轴电缆的屏蔽件直接连接 至所述接地平面，并且其中所述同轴电缆的中心导体直接耦合至所述阶梯形状以提供用于 窄带性能的电流连接，或者电磁耦合至所述阶梯形状用于宽带性能。
2.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线组件产生零体积切口型接地激励。
3.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述切口元件的布置和方向确定了所述天线 元件的极化和辐射模式。
4.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述切口元件包括非常短的切口元件，所述非 常短的切口元件在形成所述接地平面一部分的所述阶梯形状附近。
5.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述切口元件能够被并行激励，从而以至少两 个不同频率提供至所述阶梯形状的用于窄带性能的电流连接和用于宽带性能的电磁耦合。
6.一种无线电设备中的天线组件，包括接地平面，所述接地平面形成于所述无线电设备的基座上，用于所述无线电设备的功能性旋钮，所述功能性旋钮进一步具有用作所述天线元件的 至少一部分所述功能性旋钮；切口元件，所述切口元件在所述天线元件和所述基座之间的预定尺寸的所述接地平面 中；以及同轴电缆，所述同轴电缆向所述天线元件馈电，其中所述同轴电缆的屏蔽件直接连接 至所述接地平面，并且其中所述同轴电缆的中心导体直接耦合至所述功能性旋钮以提供用 于窄带性能的电流连接，或者电磁耦合至所述功能性旋钮用于宽带性能。
7.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述天线组件产生零体积切口型接地激励。
8.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述切口元件的布置和方向确定了所述天线 元件的极化和辐射模式。
9.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述切口元件包括非常短的切口元件，所述非 常短的切口元件在形成所述接地平面一部分的所述阶梯形状附近。
10.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述天线组件进一步包括在所述功能性旋 钮和用于所述无线电设备的所述同轴馈线的中心导体之间的电流连接。
11.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述天线组件进一步包括在所述功能性旋 钮和用于所述无线电设备的所述同轴馈线的中心导体之间的电磁耦合。
12.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述天线组件进一步包括在至少两个不同 频率上的、在所述功能性旋钮和所述无线电设备的馈线之间用于窄带性能的电流连接以及 在所述阶梯形状和所述无线电设备的所述馈线之间用于宽带性能的电磁耦合。
13.如权利要求6所述的天线组件，其中，用于所述无线电设备的所述功能性旋钮的一 部分与形成于所述无线电设备的所述基座上的所述接地平面重叠。
14.如权利要求6所述的天线组件，其中，电流连接存在于所述功能性旋钮和形成于所述无线电设备所述基座上的所述接地平面之间。
15.如权利要求6所述的天线组件，其中，短路元件在所述功能性旋钮和形成于所述基 座上的所述接地平面之间形成电流连接。
16.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述功能性旋钮从用于静噪、信道和音量选 择的旋转型开关之中选择。
17.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述天线组件具有耦合馈电系统，在所述耦 合馈电系统中所述功能性旋钮的主体和所述同轴电缆之间没有机械连接。
18.如权利要求12所述的天线组件，其中，在所述基座上的所述接地平面以及形成一 部分所述功能性旋钮的所述阶梯形状位于单个平面上。
19.一种无线电设备中的天线组件，包括接地平面，所述接地平面形成于所述无线电设备的基座上，其中所述接地平面具有形 成天线元件的阶梯形状；用于无线电设备的功能性旋钮，所述功能性旋钮进一步具有用作所述天线元件的至少 一部分所述功能性旋钮；切口元件，所述切口元件在所述天线元件和所述基座之间的预定尺寸的所述接地平面中；同轴电缆，所述同轴电缆向所述天线元件馈电；以及在所述功能性旋钮和来自所述无线电设备的所述同轴电缆的馈线之间用于窄带性能 的电流连接，以及在所述阶梯形状和所述馈线之间用于宽带性能的电磁耦合。
全文摘要
天线组件(10)包括形成在无线电设备(radio)的基座(12)上的接地平面以及形成天线元件(11)的功能性旋钮。天线组件进一步包括在接地平面中的基本上与功能性旋钮相邻且长度小于1/4波长的插槽或者切口元件(14)，以及向天线元件馈电的同轴电缆(13)。同轴电缆的屏蔽件可以直接连接至接地平面，并且同轴电缆的中心导体可以直接耦合至功能性旋钮，以提供用于窄带性能的电流连接，或者中心导体可以电磁耦合至功能性旋钮用于宽带性能，或者两个方式都使用。天线组件可以产生零体积(volume)的切口型接地激励(excitation)。
文档编号H01Q9/04GK102037609SQ200980118399
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者奥瓦迪亚·格罗斯曼, 摩西·本·阿云, 马克·罗森塔尔, 马克西姆·别列津 申请人:摩托罗拉公司