专利名称：具有一个有源天线元件和无源天线元件的天线组件和相关方法
技术领域：
本发明一般涉及用于传送由工作在一个蜂窝通信系统或其他无线电通信系统中的一个移动终端产生的或接收的例如射频信号的天线设备。特别地，本发明涉及一种天线组件，和相关的方法，它使用一个无源元件与一个有源天线元件在一起。该无源天线的工作能降低该有源天线元件谐振的频率而无需相应地增加该有源元件的长度。因此，该天线组件相对可工作在一个谐振频率附近的普通天线其纵向尺寸能够减小。
背景技术：
一个通信系统允许借助一个通信信道进行发送站和接收站之间的信息通信。发送站工作，产生在该通信信道上允许其通信的通信信号特征。同时，该接收站工作，接收该通信信号的信息内容。
无线电通信系统是一个通信系统，其中基于其通信信号进行通信的通信信道形成一个无线电信道。基于电磁频谱定义该无线电信道。由于并不要求有线线路连接来形成发送和接收站之间的通信信道，因此当在该发送和接收站之间这样的有线线路连接不实际时，通信可能进行。通过使用一个无线电通信系统也可能改善通信的可移动性。
形成一个无线电通信系统的一个发送站包括一个发射机，用于将信息调制在一个载波频率的一个载波上，该载波频率至少部分地确定该通信信道在频率范围内。通过这样的一种处理，形成该信息的一个基带信号转换成要求频率特性的射频信号。
发射机一般包括一个或多个上行混频级，在这些级该基带信息转换到所选择的射频。混频级包括混频器电路，其连接来接收该信息和该信息与其相乘或组合的一个上行混频信号。以形成一个上行转换的信号。当使用多个混频级时，一个(中频)信号在混频级的第一个或第一组形成。在最终的混频级形成一射频信号。
可操作来接收在一个无线电通信信道上向其发射的射频通信信号的接收站类似地将该射频信号转换成一个基带电平。一个或多个下行转换级将该射频信号下行转换到一个基带电平。
蜂窝通信系统是无线电通信系统的示例。遍及全球主要部分已建立了按照各种蜂窝通信标准构造的蜂窝通信系统。当移动终端放置在由该通信系统环绕的区域中时，借助一个移动终端一个用户能对一个蜂窝系统进行通信。话音的和非话音信息的电话通信可用这样的通信系统来进行。移动终端由收发信机电路构成并包括发送站和接收站两者。
在一个蜂窝通信系统中或提供双向通信的另一通信系统中可操作的一个移动终端包括发射机和接收机以在那里允许发送和接收通信信号。
发射机和接收机一般都连接到天线换能器。该天线换能器将由该发射机产生的射频电信号转换成在该通信信道上通信的电磁形式。同样地，该天线换能器将在该通信信道上通信的并在该接收器处接收的电磁信号转换成电形式，以允许接收机操作在该最后的电信号上执行。当通过根据具有分开的发射和接收通带的频分多路复用方案实现时，通过应用滤波器双工器，单个天线换能器一般用于一个移动终端或另一双向通信设备的发射机和接收机。
在集成电路和其他工艺技术方面的优点已使例如其中形成一个移动终端的接收机和发射机的电子电路的物理尺寸减小。许多可工作在蜂窝通信系统中的移动终端例如都能装在外壳中，这就使如此形成的该移动终端由一个用户携带，以及不使用时例如储存在该用户的衬衣口袋内，等等。
但是，形成多数移动终端主要部分的天线换能器一般不呈现出它们物理尺寸方面的相应的减小。这样的天线换能器通常具有与由该天线换能器转换的信号的波长相关的长度。结果，当移动终端的其他部分增加较小的尺寸时，移动终端的天线换能器将形成构成该移动终端最后封装的增大部分。
如果能提供一种方式去减小天线换能器的纵向尺寸而同时仍保证天线换能器转换所选波长范围的信号的操作，包括这样一种天线换能器的无线电路的物理尺寸可以是被减小了的。
根据与天线设备有关的背景信息已得出本发明的重要的改进。
发明概述因此，本发明有利地提供天线设备和一种相关方法，其中一个无源天线元件放置在离一有源天线元件一选定的距离上。无源天线工作使得该有源天线元件谐振围绕的频率下降而不必增加该有源天线元件的长度。将无源天线元件和有源天线元件分开的分开距离确定可操作该有源天线元件转发和接收信号所围绕的谐振频率的降低。通过降低天线换能器谐振围绕的频率而不要求改变有源天线元件的纵向尺寸，使其中天线元件形成其部分的通信设备更加小型化成为可能。
在本发明的一个方面，为在蜂窝系统，或其他无线电通信系统中可工作的一个移动终端提供一个天线组件。该天线组件包括一个有源天线元件，按正向方向延伸放置，和一个无源天线元件，靠近有源天线放置并在相反方向延伸。无源天线元件间离该有源天线元件一选定的距离。通过其该无源天线元件间离该有源天线元件所选择的距离确定围绕它该有源天线谐振的频率的变化。通过适当降低该有源天线元件谐振的频率，相对于普通天线元件，在所选择频率范围可工作的一个有源天线元件的纵向尺寸的减小是可能的。
在这样的一个实施例中，该移动终端备有能变送通信信号的天线组件，在该有源天线元件组件谐振的谐振频率周围发射或接收信号。
在一个实施例中，有源天线元件安装在在其上配置至少部分移动终端的无线电电路的基片上，有源天线元件按正方向延伸放置，即有源天线元件的脊背侧边连接到该移动终端的无线电电路的接地部分。以及，该有源天线元件还连接到该移动终端的无线电电路的rf(射频)部分。该无源天线元件也安装在该基片上并按相反方向延伸放置，即无源天线在其末端侧边连接到移动终端的无线电电路的接地部分。在隔离情况下，有源天线围绕一第一谐振频率附近呈现谐振。
将无源天线放置偏离有源天线一选定的距离上使有源天线元件在其上谐振的谐振频率偏移到一个正向的偏移谐振频率。由于频率和波长之间的反比关系，和由于有源天线元件的纵向尺寸与在此变送的信号的波长有关，所以在其上由该无源天线元件引起的有源天线元件谐振的频率的偏移使得相对普通有源元件其纵向尺寸减小的有源天线元件被应用在移动终端上。在其中移动终端形成双模式装置的实施例中，在该移动终端上应用分开的有源天线元件，每一个相对它们的普通配对其纵向尺寸都减小。
在另一实施例中，天线组件包括一个按正向方向延伸放置的有源天线元件，即有源天线在其脊背侧边部分处连接到移动终端的无线电电路的接地部分。有源天线还连接到该无线电电路的rf部分。一个无源天线元件靠近该有源天线放置，离其一个选定的空间距离，并按一相反方向延伸放置，即该无源天线元件在其末端侧边部分连接到该无线电电路的接地部分。还应用了一第三天线元件，空间间离该无源天线元件，并按一正向方向延伸放置，即第三天线元件在其脊背侧边部分连接到该无线电电路的接地部分。该第三天线元件用来改变该合成天线组件的频率特性。通过放置该第三天线元件靠近无源天线元件并，进而靠近有源天线元件，该合成天线组件将谐振在单个谐振频率附近，而不是在两个或多个分开的谐振频率上。
在另一实施例中，有源天线元件和无源天线元件被纵列式放置并保持由选定的分开距离的间隔关系。合成天线组件可平行位移地耦合到一个基片，以允许有源天线元件与无源天线元件一起平移，由此可至少交替地按“上”位置和“下”位置放置。
因此，在这些和其他方面，提供了一个天线组件和相关的方法，用于无线电电路进行无线电信号通信，该无线电电路包括一个接地部分和一个rf(射频)部分。第一天线元件具有一个脊背侧边部分和末端侧边部分。第一天线元件在其脊背侧边部分的一个接地部分连接位置连接到该无线电电路的接地部分。第一天线元件在rf部分连接位置连接到无线电电路的rf部分。该rf部分连接位置在空间上间离该接地部分连接位置。在隔离状态第一天线元件谐振在第一谐振频率附近。第二天线元件也具有脊背侧边部分和末端侧边部分。第二天线元件在空间上间离第一天线元件一第一选定距离。第二天线元件在其末端侧边部分的一个接地部分连接位置连接到无线电电路的接地部分。在离第一天线元件该选定的距离上放置第二天线元件，将使得在隔离状态下该第一天线元件在其上谐振的第一谐振频率偏移而由此谐振在第一偏移频率。
可以从附图得到本发明的更完全的了解和其方面，以下将简要地综述附图，本发明的优选实施例的详细说明，和附加的权利要求。
附图的简要说明
图1说明可工作在一个无线电通信系统中的一个移动终端的功能方块图，并且包括一个本发明的实施例。
图2说明本发明一个实施例的天线组件的部分功能块，部分功能透视图。
图3说明图2中所示的天线组件的频率特性的图形表示。
图4表示本发明另一实施例的天线组件的部分功能块，部分功能透视图。
图5A表示图4中所示天线组件的截面图。
图5B表示一个截面图，类似于图5中所表示的，但是本发明另一实施例的天线组件组的截面图。
图6说明本发明一个实施例的方法的列成步骤的方法流程图。
优选实施例的详细说明首先参照图1，一般用10表示的一个移动终端可工作在一个无线电通信系统中以收发在此由一个公共陆地移动网络(PLMN)的基站系统(BSS)12表示的一个远程通信站的通信信号。由该基站系统在正向链路信道上产生的正向链路信号14发射到移动终端10，而由移动终端产生的反向链路信号16在反向链路信道上传送到基站系统。
移动终端10包括一个发射部分，在此表示的该发射部分包括一个数据源18，在此产生由该移动终端通信的信息，或从其检索这样的信息，数据源连接到发射电路22，其可操作来产生形成反向链路信号16的通信信号。该发射电路执行例如调制和上变频操作的功能。发射部分还包括在此形成滤波器双工器26部分的发射滤波器24。
移动终端10还包括一个接收部分，在此包括形成滤波器双工器26一部分的接收滤波器28。该接收滤波器连接到接收电路32。接收电路执行例如下变频和解调操作功能。以及，该接收电路依次连接到一个数据变换器34。
移动终端的发射部分和接收部分都连接到本发明的一个实施例的天线组件44。天线组件可工作来变送由移动终端发射部分以电方式提供的通信信号为电磁形式，以形成在反向链路信道上发射的反向链路信号16。天线组件还可工作来以电方式变送由该变换器检测的正向链路信号14。
通常，天线换能器包括由长度正比于在此变送的正向和反向链路信号14和16波长的金属的或其他导电材料形成的一个部分。例如有时该选择的长度相应于变送信号的波长的1/4长度。信号的频率和信号的波长是成反比关系的，即，如果信号的频率增加，则信号的波长减小，而天线换能器相应的长度相应地减小。因此，如果由天线换能器变送的信号的频率减小，则信号的波长，进而天线换能器的相应长度将增加。
各种现存的和推荐的蜂窝通信系统都可工作在相对高频率，例如在850MHz范围。在结构上形成一个移动终端一部分并可工作在1/4波长配置这样的频率范围上的天线换能器一般在长度上是几乎为九个厘米。当移动终端的电路日益能小型化时，通常在尺寸上不减小的天线组件的天线换能器将日益成为移动终端更加小型化的限制因素。本发明的一个实施例的天线组件相对于相应的普通天线换能器具有减小的纵向尺寸，由此促进了一个移动终端的更加的小型化。
图2说明图1中所示移动终端的一部分，包括该移动终端的天线组件44。这里，无线电电路48形成在印刷电路板52上。无线电电路包括rf(射频)部分，即偏置在一个伏特电平上的电路部分，和接地部分，即在接地电位上的电路部分。接地路径54在电路板的表面上形成。以及，rf路径56也在电路板的表面上形成。接地路径形成无线电电路的接地部分的部分，而rf路径56形成无线电电路的rf部分的部分。
天线组件44包括第一天线元件62，第二天线元件64，和第三天线元件66。天线元件62，64，和66被支撑在电路板52的表面上，并且按基本上一致的纵向延伸方向延伸放置。每个天线元件62，64和66都由例如金属带的金属材料形成。
第一天线元件62包括一个脊背侧边部分68，它包括一个后角端部分72，该后角端部分具有形成接地连接位置74的边缘部分74。该接地连接位置74例如通过低温焊料连接电连接到接地路径54。第一天线元件62确定延伸到该天线元件的末端边部分82的一个中心体部分。在该处天线元件62电连接到无线电路径56的rf连接位置76在此借助凸出印刷电路板表面上的安装元件78将该天线元件电连接到无线电电路的射电部分。相对于脊背侧边部分68的天线元件62的侧边部分确定该天线元件的末端侧边部分82。由于天线元件对接地部分和无线电电路的射电部分的电连接，天线元件62形成一个有源天线元件。在示例性实施例中，该天线元件形成一个PIFA(平面倒F天线)元件。
第二天线元件64在与延伸第一天线元件62正向方向相反的方向延伸。第二元件64确定具有后角部分88的末端侧边部分86。末端侧边部分86的底边缘确定例如由低温焊料连接电连接到接地路径54的接地连接位置92。第二天线元件包括延伸到天线元件的脊背侧边部分94并包括它的一个中心体部分。由于该第二天线元件只连接到无线电电路的接地部分，所以该天线元件形成一个寄生元件。
第三天线元件66也包括一个具有后角部分104的脊背侧边部分102。该后角部分的边缘确定了电连接到例如用低温焊料连接固定的一个接地路径54的接地连接位置106。第三天线元件也包括延伸到末端侧边部分108并包括它的一个中心体部分。第三天线元件66类似于第一天线元件62按一个正向方向延伸，并也形成一个PIFA(平面倒F天线)。
构成第一天线元件62的有源天线元件选择的长度为L。而普通天线换能器的长度相应于一个分数，例如相应于在那里变送的信号的波长的1/4波长。按图中所指示的方式使用第二天线元件使得其相对于普通天线所要求的长度减小的纵向尺寸为L-X。那就是说，第二天线元件64是放置在离第一天线元件62的所选距离L上。第一天线元件围绕其附近谐振的频率的降低和要求该天线元件长度上相应的减小与该分开距离L成反比。因此，对于一个给定的信号频率，使用形成第二天线元件64的寄生天线元件使得该天线元件可工作在一个较低的频率上而不改变该天线元件所要求的纵向尺寸，该给定频率的信号是由该天线元件62转发。第三天线元件66可一起操作来组合天线组件10谐振的谐振点。通过适当选择天线元件66间离天线元件62的分开距离，将形成天线组件的信号谐振频率特性。
图3一般用122图示说明天线组件的天线元件62的谐振频率的图形表示。如所说明的，天线谐振在一个谐振频率fr附近。即，天线可操作来变送在该谐振频率附近的谐振频率的范围内的信号。使用寄生天线元件64，对于给定纵向尺寸的有源天线元件，将按箭头124所指方式降低该谐振频率，结果偏移初始谐振频率fr’到所指示的谐振频率fr。同样地，使用第三天线元件66将如虚线所示从曲线124一起拉动该天线元件的谐振频率。由此，通过使用本发明的一个实施例的天线组件44，对于给定纵向尺寸的有源天线元件，天线元件的工作频率范围将减小，许可移动终端，或包括这种天线组件的其他无线电设备的更加小型化。
图4说明移动终端10的部分，包括本发明另一实施例的天线组件44作为其一部分。类似于图2中所示的实施例，天线组件44包括第一天线元件62和第二天线元件64。而在图中未表示第三天线元件，这样的一个天线也能形成在图中表示的天线组件44的一部分。在该实施例中，天线元件62和64一前一后地放置，并且在垂直尺度上由分开距离L分开。适当的支持结构，例如在图中表示其一部分134的热塑料，支持围绕物将保持天线元件之间为所选定的分开距离L。元件62和64平行位移地耦合到电路板52，在这里是借助一个固定件136使天线组件以箭头所指示的方向前后平行位移。由此天线组件可按上位置或下位置选择放置。天线组件另外可按以上相对图2所描述的方式操作。
图5A和5B说明按照两个单独的实施例通过图4的线5-5获得的天线组件的截面图。在每个实施例中，天线组件表示成由分开距离L分开形成的第一天线元件62和第二天线元件64。
图6说明一般用148表示的方法流程图，表示本发明一个实施例操作方法的方法步骤。该方法可操作来变送无线电信号。
首先，如由块152所指示，第一天线元件按正向延伸方向放置。之后，如由块154所指示，该第一天线连接到无线电电路接地部分和rf部分，由此在隔离状态下使第一天线元件在第一谐振频率附近谐振。
之后，如块156所指示，第二天线元件按反向延伸方向放置，间离第一天线元件一第一选择距离。之后，如块158所指示，第二天线元件连接到无线电电路的接地部分，由此使在隔离状态下第一天线元件谐振的第一谐振频率偏移，从而使其谐振在第一偏移频率上。
以上说明是实施本发明的优选例子，然而本发明的范围不应受到该说明的限制。本发明的范围由下列权利要求所限定。
权利要求
1.一种天线组件，用于无线电电路，该电路可操作来通信无线电信号，并具有接地部分和rf(射频)部分，所说天线组件包括第一天线元件，具有一个脊背侧边部分和末端侧边部分，所说第一天线元件在其脊背侧边部分的接地部分连接位置连接到无线电电路的接地部分和在rf部分连接位置连接到该无线电电路的rf部分，rf部分连接位置间离接地部分连接位置，所说第一天线在隔离状态谐振在一第一谐振频率附近；以及第二天线元件，也具有一个脊背侧边部分和末端侧边部分，所说第二天线元件间离所说第一天线元件一第一选择距离和在一其末端侧边部分的接地部分连接位置连接到该无线电电路的接地部分，在离所说第一天线元件选择的距离上放置所说第二天线元件，由此使在隔离状态下所说第一天线元件谐振的第一谐振频率偏移而使其谐振在第一偏移频率上。
2.权利要求1的天线组件，其中无线电电路配置在一个基片上和其中所说第一天线元件和所说第二天线元件附加在该基片上。
3.权利要求2的天线组件，其中所说第一天线元件和所说第二天线元件是可平行位移地附加到该基片上，一起可平行位移在第一平移位置和第二平移位置之间。
4.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件包括按第一纵向方向延伸的一个本体部分，和其中所说第二天线元件也包括一个本体部分，所说第二天线元件的本体部分基本上按第一纵向方向延伸。
5.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件的脊背侧边部分包括一个后角端部分，所说第一天线元件的接地部分连接位置放置在其后角端部分上。
6.权利要求5的天线组件，其中所说第二天线元件的末端侧边部分包括一个后角端部分，所说第二天线元件的接地部分连接位置放置在其后角端部分上。
7.权利要求6的天线组件，其中超出其脊背侧边部分的后角端部分延伸的所说第一天线元件部分按第一纵向方向延伸。
8.权利要求7的天线组件，其中超出其脊背侧边部分的后角端部分延伸的所说第二天线元件部分按第二纵向方向延伸，该第二纵向方向基本上相应于第一纵向方向。
9.权利要求8的天线组件，其中超出其脊背侧边部分的后角端部分延伸的所说第一天线元件部分具有第一纵向尺寸，和其中超出其末端侧边部分的后角端部分延伸的所说第二天线元件部分具有第二纵向尺寸，该第一和第二纵向尺寸分别基本上具有相似的长度。
10.权利要求1的天线组件，其中还包括第三天线元件，也具有脊背侧边部分和末端侧边部分，所说第三天线元件在其脊背侧边部分的接地部分连接位置连接到无线电电路的接地部分，所说第三天线元件形成间距所说第一天线元件一第二选择距离的寄生元件，所说第三天线元件间离所说第一天线元件的该第二选择距离部分地确定天线组件的频率响应。
11.权利要求10的天线组件，其中该第二选择距离大于所说第二天线元件的宽度尺寸和第一选择距离之和，以及其中所说第二天线元件分别放置在所说第一天线元件和所说第三天线元件之间。
12.权利要求10的天线组件，其中所说第一天线元件包括按第一纵向方向延伸的一个本体部分，和其中所说第三天线元件也包括一个本体部分，所说第三天线元件的本体部分基本上按第一纵向方向延伸。
13.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件的脊背侧边部分包括一个后角端部分，所说第一天线元件的接地部分连接位置放置在其后角端部分上。
14.权利要求13的天线组件，其中所说第三天线元件包括一个PIFA(平面倒F天线)。
15.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件包括一个PIFA(平面倒F天线)。
16.一种用于同一个无线电设备通信的方法，该无线电设备具有可操作来通信无线电信号的无线电电路，该无线电电路安装在一个基片上，并具有一个接地部分和rf(射频)部分，一种改进用于变送无线电信号的方法，所说方法包括按正向延伸方向放置第一天线元件；将第一天线元件连接到无线电电路的接地部分和rf部分，由此使第一天线元件在隔离状态下谐振在第一谐振频率周围；按相反延伸方向放置第二天线元件，其间离第一天线元件一第一选择距离；将第二天线元件连接到无线电电路的接地部分，由此偏移第一天线元件在隔离状态下谐振的第一谐振频率而之后其谐振在第一偏移频率。
17.权利要求16的方法包括附加操作按正向延伸方向放置第三天线元件，其间离第二天线元件一第二选择距离；以及将第三天线元件连接到无线电电路的接地部分。
18.权利要求16的方法，其中在所说连接第一天线元件的操作是平行位移地连接到无线电电路的接地部分和rf部分时连接第一天线元件，和其中在所说连接第二天线元件的操作是平行位移地连接到该无线电电路的接地部分时连接第二天线元件，第一天线元件和第二天线元件可一起一致平行位移。
19.权利要求18的天线组件包括附加操作对于第一天线元件的纵向尺寸，确定由其偏移第一谐振频率所要求的偏移；以及选择放置第二天线元件以使第一谐振频率由所要求偏移所偏移的第一间离距离。
20.在具有可操作来通信无线电信号的无线电电路的无线电设备中，无线电电路安装在一基片上，并具有一个接地部分和rf(射频)部分，改进天线组件以变送无线电信号，所说天线组件包括第一天线元件，具有第一纵向尺寸，所说第一天线元件按第一纵向方向延伸并具有脊背侧边部分和末端侧边部分，所说第一天线元件在其脊背侧边部分上连接到无线电电路的接地部分，和所说第一天线元件在离该脊背侧边部分一选择的距离上连接到无线电电路的rf部分，在该部分上所说第一天线元件连接到接地部分，所说第一天线元件在隔离状态下谐振在第一谐振频率附近。第二天线元件，具有第二选择的纵向尺寸，放置得使它具有按基本上相应于第一天线元件延伸的第一纵向方向延伸的部分和具有脊背侧边部分和末端侧边部分，所说第二天线元件在其末端侧边部分连接到无线电电路的接地部分，所说第二天线元件间离所说第一天线元件一选择的距离，由此降低所说第一天线元件谐振的第一谐振频率，由此所说第一天线元件谐振在一个降低了的综合频率上。
全文摘要
用于例如可工作在一个蜂窝通信系统中的一个移动终端的无线电设备的一种天线组件以及相关的方法。该天线组件包括一个有源天线元件和至少一个寄生元件。该有源天线元件具有选定的纵向尺寸并且在隔离状态谐振在第一谐振频率上。该寄生天线元件靠近该有源天线元件放置并且离开一选定的偏离距离。该选定的偏离距离是降低频率的决定性因素，该有源天线谐振在该降低的频率上。因此，对于给定的长度，降低该有源天线元件的谐振频率使得该有源天线元件形成在其中的该天线换能器的纵向尺寸要求相对普通天线换能器降低。
文档编号H01Q13/08GK1434990SQ00819134
公开日2003年8月6日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月28日
发明者S·埃格勒斯顿 申请人:诺基亚有限公司