专利名称：用于计算装置的集成多波段天线的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线应用中使用的计算装置的集成多波段天线。更具体的讲，本发明涉及能够嵌入诸如便携膝上型计算机和蜂窝电话机的计算装置中的多波段天线，例如提供多频段的有效无线通信。
背景技术：
为了提供在计算装置(例如，便携膝上型计算机)和其他计算装置(膝上设备、服务器等)，外围设备(例如，打印机、鼠标、键盘等)或者通信装置(调制解调器、智能电话机等)之间的无线连接，需要为这些装置装备天线。例如，对于便携膝上型计算机，天线可以设置在该装置的外部或者集成(嵌入)在该装置内(例如，嵌入显示单元中)。
例如，
图1是表示为膝上型计算机提供外部天线的各种常规的实施例的图。单极天线10可以设置在膝上型计算机的显示单元的顶部。另一种选择，天线11可以设置在PC卡12上。通过安装在显示器顶部的天线10，由于非常好的RF(射频)清晰度，膝上型计算机将提供最佳的无线连接性能。然而，存在与具有外部天线的膝上型设计相关的一些缺点，比如制造成本高，天线强度可能下降(例如，对于PC卡天线12)，易损坏以及由于天线影响膝上设备的外观。
其他常规的膝上型天线设计包括嵌入设计，其中一个或多个天线集成地构造(嵌入天线)在膝上型设备内。例如，图2表示常规的嵌入天线的实现方式，其中一个或多个天线20，21，22(例如，鞭状或槽型嵌入天线)嵌入到膝上型显示器内。在一个常规的实施例中，两个嵌入天线20，21放置在显示器的左和右边缘。使用两个天线(与一个天线对比)将在某些方向上减少由显示器引起的阻塞，并为无线通信系统提供空间分集。在另一个常规的配置中，一个天线20或21设置在显示器的一侧，而第二个天线22设置在显示器的上部。这个常规的天线配置依赖于所使用的天线设计也可以提供天线极化分集。
虽然嵌入天线设计能够克服与外部天线设计相关的一些上述缺点(例如，不易损坏)，但是典型地嵌入天线设计性能不如外部天线那样好。一种改进嵌入天线性能的常规方法是将天线设置在远离膝上设备的任何金属部件一定距离。例如，取决于该膝上设计和使用的天线类型，天线和任意金属部件之间的距离应当至少10mm。与嵌入天线设计相关的另一个缺点是膝上设备的尺寸必须增加以容纳天线设置，特别是在使用两个或多个天线时(如图2所示)。
无线通信技术的不断进步已经对无线计算机应用的开发和实现产生了重要的兴趣。例如，2.4GHz ISM波段广泛用于无线网络连接。特别是，许多膝上型计算机将结合已有的蓝牙技术作为在便携和/或固定电子装置之间的电缆替代物，和结合WLAN(无线局域网)的IEEE 802.11b技术。如果使用802.11b设备，2.4GHz波段可提供高至11Mbps的数据速率。为了提供更高的数据速率并提供与世界范围的无线通信应用和环境的兼容性，工作在5.15-5.85GHz频率范围的5GHz波段的802.11a无线设备可提供高至54Mbps的数据速率。此外，工作在2.4GHz波段的802.11g设备也能达到54Mbps的数据速率。然而，802.11a设备具有建议的信道汇集(channel binding)技术，将扩展数据速率至108Mbps。另外，已经开发出了组合a/b/g的更新的WLAN设备。因此，对多波段天线的需求增加了，设计用于在多频段(例如，2.4GHz和5GHz波段)有效的工作。
发明内容
本发明的示例的实施例一般包括无线应用中使用的计算装置的集成多波段天线。更具体的讲，本发明的示例的实施例包括能够嵌入诸如便携膝上型计算机和蜂窝电话机的计算装置中的多波段天线，例如提供在多频段的有效的无线通信。
根据本发明的集成多波段天线的各种示例的实施例一般包括单极多波段天线框架和双极多波段天线框架，具有一个或多个耦合的和/或分支辐射振子，用于提供在两个或多个频段的多波段工作。此外，本发明的示例的实施例包括反F(INF)形多波段天线框架，具有一个或多个耦合的和/或分支辐射振子，用于提供在两个或多个频段的多波段工作。
更具体地讲，在本发明一个示例的实施例中，一种多波段天线包括双极辐射器，一个或多个耦合辐射器，和与该双极辐射器连接的一个或多个分支辐射器。
在本发明的另一个示例的实施例中，一种多波段天线包括单极辐射器，一个或多个耦合辐射器，和与该单极辐射器连接的一个或多个分支辐射器。该多波段天线以连接到该单极辐射器的单馈线(feed)来馈给信号。
在本发明的另一个示例的实施例中，一种多波段天线包括反F辐射器，一个或多个耦合辐射器，和连接该反F辐射器的一个或多个分支辐射器。该多波段天线以连接到该反F辐射器的单馈线来馈给信号。一个耦合辐射器可以是反L辐射器。一个或多个分支辐射器可以在反F辐射器的馈线接头(feedtab)处与该反F辐射器连接。
在本发明的另一个示例的实施例中，一种多波段天线包括单极辐射器，和与该单极辐射器连接的一个或多个分支辐射器。该单极辐射器可以弯曲形成反F辐射器。该反F辐射器可以包括一个馈线接头，并且一个或多个分支辐射器可以在反F辐射器馈线接头的一点接到该反F辐射器。
本发明的这些和其他示例的实施例，目的，实施例，特征和优点将在以下较佳实施例的具体描述中叙述或变得清楚了，这将结合附图阅读。
附图简要说明图1是表示膝上型计算机外部天线的各种常规实施例的示意图；图2是表示膝上型计算机的嵌入(集成)天线的各种常规实施例的示意图；图3和图4是表示在膝上显示单元上安装嵌入天线的新颖方法的示意图；图5示意地表示根据本发明的示例的实施例的双极多波段天线，具有耦合及分支辐射振子；图6示意地表示根据本发明的示例的实施例的单极多波段天线，具有耦合及分支辐射振子；图7A～7I示意地表示根据本发明的示例的实施例的各种反F多波段天线，包括耦合及分支振子；图8A～8C是根据本发明的各示例的实施例的多波段天线框架的示意图；
图9表示诸如图5所示的示例的双极多波段天线的各种尺寸和参数，它们可被调整用于调谐该天线；图10表示诸如图6所示的示例的单极多波段天线的各种尺寸和参数，它们可被调整用于调谐该天线；图11表示诸如图8C所示的示例的反F多波段天线的各种尺寸和参数，它们可被调整用于调谐该天线；图12示意地表示根据本发明另一个示例的实施例的多波段天线的透视图；图13示意地表示根据本发明另一个示例的实施例的多波段天线，表示图12的示例的天线实施例的尺寸，用于提供在2.4和5GHz波段的多波段工作；图14是表示基于图13的示例天线的计算机模拟计算的回波损耗的图形表示；图15是表示基于图13的示例天线的计算机模拟，在2.4GHz波段中在频率2.40，2.45和2.50GHz、θ＝90°的方位平面辐射图；图16是表示根据图13的示例天线的计算机模拟，在5GHz波段中在频率5.15，5.50和5.85GHz、θ＝90°的方位平面辐射图；图17示意地表示根据本发明的另一个示例的实施例的多波段天线的透视图；图18示意地表示根据本发明另一个示例的实施例的多波段天线，表示图17的天线实施例的示例尺寸，提供在2.4和5GHz波段的多波段工作；图19是表示基于图18的示例天线的计算机的模拟计算的回波损耗的图；图20是表示基于图18的示例天线的计算机模拟，在2.4GHz波段中在频率2.40，2.45和2.50GHz、θ＝90°的方位平面辐射图；图21是表示基于图18的示例天线的计算机模拟，在5GHz波段中在频率5.15，5.50和5.85GHz、θ＝90°的方位平面辐射图。
示例实施例的详细叙述一般地，这里描述的本发明的示例实施例包括集成多波段天线设计，与计算装置(例如，膝上型计算机，蜂窝电话机，PDA等)一起用于无线应用。例如，根据本发明的集成多波段天线的各种示例实施例通常包括单极多波段天线框架和双极多波段天线框架，具有一个或多个耦合的和/或分支辐射振子，提供在两个或多个频段的多波段工作。此外，本发明的示例实施例包括反F(INF)形多波段天线框架，具有一个或多个耦合和/或分支辐射振子，提供在两个或多个频段的多波段工作。
根据本发明的示例多波段天线框架提供灵活的和低成本的设计能够实现各种无线应用。例如，根据本发明的多波段天线可以用于WLAN(无线局域网)应用以提供在2.4-2.5GHz，4.9-5.35GHz和5.47-5.85GHz频率范围内的三波段工作。而且，根据本发明的示例天线框架能够实现蜂窝电话应用的双波段，三波段或四波段各种(例如，824-894MHz AMPS或数字蜂窝电话，880-960MHz GSM，1710-1880MHz DC1800，和/或1850-1990MHz PCS)。根据本发明，具有单馈线的多波段天线提供比在蜂窝电话和WLAN应用中的多馈线天线诸多优点，诸如节省非常昂贵的RF连接器和同轴电缆。
近来，已经提出了新颖的嵌入天线设计，使得计算装置，诸如膝上型计算机，能够提供例如在2.4-2.5GHz，5.15-5.35GHz和/或5.47-5.85GHz波段的多波段工作，并提供比常规嵌入天线设计的显著的改进。例如，美国专利No.6,339,400，2002年1月15日授予Flint等人，名称为“Integrated AntennaFor Laptop Applications”和美国专利申请No.09/876,557，2001年6月7日申请，名称为“Display Device，Computer Terminal and Antenna”，这些是普通转让的和引用在此供参考，它们公开了用于膝上型计算机的各种嵌入单波段天线设计，可以实现例如在2.4GHz ISM波段频率工作。
此外，美国专利申请No.09/866,974，2001年5月29日申请，名称为“AnIntegrated Antenna for Laptop Applications”和美国专利申请No.10/370,976，2003年2月20日申请，名称为“An Integrated Dual-Band Antenna for LaptopApplications”，二者是普通转让的和引用在此供参考，描述了膝上型计算机的嵌入双波段天线，能够例如在2.4GHz ISM波段和5.15-5.35GHz波段各种。另外，美国专利申请No.10/318,816，2002年12月13日申请，名称为“AnIntegrated Tri-Band Antenna for Laptop Applications”，它是普通转让的和引用在此供参考，它公开了膝上型计算机的各种嵌入三波段天线，例如能够工作在2.4-2.5GHz，5.15-5.35GHz和/或5.47-5.85GHz波段。
以上结合的专利和专利申请描述了各种嵌入(集成)天线，例如能够与便携计算机一起使用，其中天线是安装在显示装置(例如，LCD屏)的金属支撑架或框架上，或其他内部金属支撑结构上，以及描述了能够集成在位于显示单元背面的RF屏蔽金属片内的各种天线，。例如，可以通过在PCB上形成一个或多个天线振子图案，然后将形成图案的PCB连接到显示屏的金属支撑框架上来设计天线，其中显示单元的金属框架用作天线的接地面。同轴传输线可以用于给嵌入天线馈给信号，其中中心导体与天线的辐射振子耦合，而外导体(地连接器)与显示单元的金属框耦合。有利地，这些嵌入(集成)天线设计支持许多天线类型，例如槽形天线，反F天线和切口天线，并提供许多优点，诸如较小的天线尺寸，制造成本低，与标准工业的膝上/显示结构的兼容性，和可靠性能等。
图3和图4是表示在膝上显示单元上安装集成天线的各种取向的示意图，比如在上述引用的专利和申请中公开的，以及根据本发明的多波段天线框架。例如，图3示意地表示一对多波段天线31，32，安装在膝上显示单元的金属支撑架33(或LCD的金属框)上，其中每个多波段天线31或32的平面基本上平行于支撑架33的平面(或沿着该平面)。图4表示一对多波段天线41，42，安装在膝上显示单元的金属支撑架43上，其中每个多波段天线41，42的平面都基本上与支撑架43的平面垂直设置。图4表示与LCD垂直的集成天线。这些天线安装在LCD的金属框上或显示器的金属支撑结构上。在大多数膝上显示器设计中，这是一种节省空间的实现方式。有利地，例如对膝上型计算机，以上引用的专利和申请中的嵌入天线设计提供了节省空间的实现方式，从而显示单元的显示外壳不必比容纳这些天线所需要的大(这与图2所示的常规的嵌入设计相反)。
根据本发明的集成多波段天线框架的示例的实施例包括以上引用的专利和申请中描述的双波段和三波段集成天线设计的扩展。图5，6和7A～7I是示意地表示根据本发明的示例实施例的多波段天线框架图。一般地，图5示意地表示示例的双极多波段天线50，具有耦合及分支辐射振子；图6示意地表示示例的单极多波段天线60，具有耦合及分支辐射振子；图7A～7I示意地表示各种示例的反F多波段天线，包括耦合及分支振子，用于提供多波段工作。更具体地讲，图5示意地表示根据本发明的示例实施例的多波段双极天线50，其中该多波段双极天线50使用具有线52和53的平衡传输线51来馈给信号。该多波段双极天线50包括辐射振子54和55，提供在第一频段的双极工作(具有最低的谐振频率)。另外，该双极多波段天线50包括耦合辐射振子58和分支辐射振子56与57。该示例的多波段双极天线50能够提供双波段或三波段工作并能实现要求平衡馈线的应用或不需要接地面(即与接地面无关)。
图6示意地表示根据本发明的示例实施例的多波段单极天线60，使用单馈线结构馈给信号，例如同轴电缆61，并且提供接地面62。该多波段单极天线60包括辐射振子64，连接在同轴电缆61的中心导体63。另外，该多波段单极天线60包括耦合辐射振子65和连接到辐射(馈线)振子64的分支辐射振子66。
一般地，与该多波段双极天线50相比，该多波段单极天线60提供大约50％的空间节省，并利用单端馈线，这对许多应用是方便的。多波段双极和单极天线结构的性能是类似的。
图7A～7I示意地表示根据本发明的示例实施例的各种反F(INF)多波段天线。如图所示，每个反F(INF)多波段天线通常包括接地面振子71，振子72和73构成的反F(INF)振子，以及振子74和78构成的反L(INL)振子。INF振子的振子73使用单同轴电缆70馈给信号，该同轴电缆70具有连接到振子73的中心导体75和连接到接地振子71的外部屏蔽振子77。该振子73可以包括连接到中心导体75的馈线接头(未示出)。该反L振子(振子74和78)是连接到接地振子71的耦合辐射振子。
图7A～7I描述的每个INF多波段天线设计还分别包括分支辐射振子80～88。图7A～7F示意地表示与INF天线振子的振子73连接的分支振子80～85的各种形状和方向，而图7G～7I示意地表示与馈给振子75连接的分支振子86～88的各种形状和方向。图7A～7I描述的INF多波段天线框架只是示例性的，本领域普通技术人员基于这里的教导可以很容易地想象到其他结构。例如，在其他示例实施例中，INF多波段天线可以包括与INF振子的振子72连接的分支辐射振子。而且，INF多波段天线可以不包括耦合振子，而只是连接到INF振子72和/或INF馈给振子75的一个或多个分支振子。
图7A～7I表示根据本发明的多波段天线的灵活性。本领域的普通技术人员很容易地可以理解，各种天线振子的尺寸，形状和/或位置例如取决于用于构造天线的部件的类型(例如，导线，平面金属带，PCB等)，天线环境，天线可用的空间和用于不同应用时相关的频段而改变。
图8A～8C是根据本发明各示例实施例的多波段天线框架的示意图。一般地，图8A描述一种示例的单极多波段天线90，具有基于图6的单极多波段天线60的结构。图8B描述一种示例的单极多波段天线91，具有类似于图8A所示的结构，而馈给天线振子接地。图8C描述根据本发明另一种示例实施例的INF多波段天线92，例如，它是基于对图7A～7F所讨论的框架。
更具体的讲，图8A～8C分别示意地表示多波段天线90～92，每个天线包括三个辐射振子R1，R2，和R3。在辐射振子R1，R2，和R3设计为在分开的、离散的波段具有不同谐振频率时，该多波段天线90～92可以提供三波段工作。此外，该多波段天线90～92可以实现双波段应用，辐射振子R1设计用于第一(低)波段，而其中辐射振子R2和R3，例如，设计为提供第二(高)波段的宽频率间隔(宽带宽)。
在每个天线90，91和92中，振子R1连接到信号馈线(例如，同轴传输线的中心导体)。此外，振子R1是最长的振子并且谐振在最低的频率F1，长度大约为频率F1的波长的四分之一。实质上，每个多波段天线90～92在低波段相当于四分之一波长单极。此外，在每个天线90，91和92中，振子R1连接到信号馈线(例如，同轴传输线的中心导体)，但是振子线90中的振子R1不接地，而天线91和92中的振子R1接地。
此外，在设计提供三波段工作时，多波段天线90，91和92中的辐射振子R2和R3谐振在不同的频率F2和F3，其中F1＜F2＜F3或者F1＜F3＜F2。天线振子R2是耦合辐射振子，并接地。另外，天线振子R3是分支振子，与辐射振子R1连接。
图8A表示多波段天线90，具有设置在振子R1相对侧的振子R2和R3，但是应当懂得，其他结构也可以。例如，振子R2可以设置在R1的北边，使得R2-R1-R3形成90度角。多波段天线90的输入阻抗在每个波段的中心约为36欧姆。图8B的多波段天线91类似于图8A的多波段天线90，除了馈给天线振子R1接地之外。取决于馈线与振子R1的连接位置，该多波段天线91能够使改善的阻抗与50欧姆匹配，这是标准的工业阻抗值。
图8C的多波段天线92类似与图8B的多波段天线91，除了天线振子R1，R2和R3弯曲以减小天线的高度并提供了更紧凑的设计。应当注意，分支振子R3可以以不同方式弯曲、安排或连接来形成图7A～7I所示天线结构的各种变化。由于较小、紧凑的天线设计以及工作的可靠性，多波段天线92的结构有利于与便携装置例如膝上型设备一起使用。
图9表示图5所示的示例双极多波段天线50的各种尺寸和参数，它们可被调节以调谐该天线50。第一(最低)谐振频率F1是由双极振子(包括振子54和55)的的长度(DL)确定的。在一个实施例中，双极长度(DL)大约是F1波长的1/2。第二谐振频率F2是由耦合振子58的长度(CL)确定的。在第二谐振频率F2的阻抗是由耦合振子58和双极振子(55和54)之间的耦合距离(CS)确定的。第三谐振频率F3是由分支振子56和57的长度(BS+BL)确定的。此外，分支振子56和57之间的距离(BO)以及平衡线51的中点可以调节以改变在第三谐振频率F3的阻抗，这也在一定程度上移动F3。
图10表示图6所示的示例单极多波段天线60(和图8A的天线90)的各种尺寸和参数，它们可被调节用于调谐该天线60。第一(最低)谐振频率F1是由单极振子64的长度(ML)确定的。第二谐振频率F2是由耦合振子65的长度(CL)确定的。在第二谐振频率F2的阻抗是由单极振子64和耦合振子65之间的距离(CS)确定的。第三谐振频率F3是由分支振子66的总长度(BS+BL)确定的。此外，接地振子62和分支振子66之间的距离(BH)可以调节以改变在第三谐振频率F3的阻抗，这也在一定程度上移动F3。
图11表示图8C所示的示例INF多波段天线92的各种尺寸和参数，它们可被调节以调谐该天线92。第一(最低)谐振频率F1主要是由沿振子R1的长度(IH+IL)确定的。高度IH可以调节以改变第一谐振频率F1和第一谐振频率F1附近的天线带宽(通常，增加高度IH将增大带宽)。此外，距离IG可以调节用来改变在第一谐振频率F1的天线输入阻抗。减小距离IG也会影响第一谐振频率F1，但是其影响没有IH和IL的影响显著。
另外，对于多波段天线92的结构，第二谐振频率F2主要是由耦合振子R2的总长度(CH+CL)确定的。在第二谐振频率F2的天线阻抗是由R1的振子73和R2的振子78之间的耦合距离(IC)以及R2的振子74和馈给振子75之间的耦合距离CO确定的。如果距离IC或CO减小，耦合是强的。第三谐振频率F3主要是由分支振子R3的长度(BH+BL)确定的。分支振子R3到R1的振子73的连接位置确定第三谐振频率F3的天线阻抗，并且这样的连接位置也会影响谐振频率F3。
如上结合图7A～7I所述的，图11中多波段天线92的分支振子R3可以包括各种不同的形状并设置在沿R1的振子72和73或沿馈给振子75的不同位置。以上参照图11所述的调谐方法，例如，基本上适用于图7A～7F的每个示例天线实施例，其中分支振子R3连接到馈给天线振子R1，但是例如由于分支振子R3的耦合而些微不同的考虑。
例如，在图7C中，调谐对于天线振子R1和R2是类似的。此外，分支振子82的长度主要确定F3。然而，因为分支振子82从振子73延伸出并且不向着振子73弯曲(与图11的振子R3相比)，在分支振子82和R1的振子73之间有较小的耦合，这导致更小的阻抗和在F3附近的更宽的带宽。图7F类似于图7C，除了分支振子85被弯曲并定向以减少天线高度及使分支振子85和振子73之间的耦合最小。此外，图7A，7B，7D和7E中的分支振子80，81，83和84分别具有一个或多个弯曲，但是谐振频率F3主要是由分支振子的总长度确定的。与图7F相比，弯曲的分支振子80，81，83和84的朝向导致与振子73更强的耦合(这影响在谐振频率F3的阻抗和带宽，以及在一定程度上影响F3)。然而，与弯曲的分支振子80和83的朝向相比，弯曲的分支振子81和84的朝向导致较弱的耦合。
此外，以上参照图11描述的调谐方法，例如，大部分适用于图7G～7I的每个示例天线实施例，其中分支振子86，87和88分别连接到馈给振子75。更具体的讲，调谐方法对辐射振子R1和R2是类似的。而且，谐振频率F3主要是由分支振子86，87和88的总长度决定。然而，在谐振频率F3的阻抗和带宽将随着分支振子和馈给振子75之间的连接位置而变化。
应当懂得，取决于应用，图5-7所示的示例多波段天线设计可以由薄片金属压印或印刷在PCB上或者由薄金属线制成，并且非常适于便携应用，例如膝上型计算机和蜂窝电话机。对于膝上设备的应用，接地面可以由显示器框或金属支架或显示器背面的RF屏蔽金属箔提供。天线可以分别与图3和4所示的显示器平行或垂直设置，取决于工业设计要求。
图12示意地表示根据本发明的示例实施例的多波段天线100的透视图。更具体的讲，图12表示根据本发明的一个示例实施例的INF多波段天线100，其中天线振子由薄片金属形成，例如铜或黄铜。该INF多波段天线100包括接地振子101；INF振子102，与地101连接并具有由此延伸出的馈线接头103；与地101连接的耦合(INL)振子104；和与INF振子102连接的分支振子105。图12中的天线的朝取向表示天线100的振子是平面的(x-y平面)，但是分支振子105基本上与天线100的平面(x-y)垂直设置(在x-z平面)。天线100例如由同轴电缆馈给信号，同轴电缆的中心导体通过焊接与馈给振子103电连接，同轴电缆的外导体(地)通过焊接与接地振子101电连接。
图12表示多波段天线100的一个示例实施例，可以由压印薄片金属形成，其中天线振子和接地条是由金属平片压印形成，之后所形成的结构被折叠使得分支振子105被折叠(沿着与振子102连接的折叠线)为基本上垂直于天线100的平面(x-y平面)的位置。
图13示意地表示根据本发明的另一示例实施例的多波段天线100’的透视图。更具体的讲，图13表示图12的示例多波段天线100的结构尺寸(以毫米为单位)，用于在第一(低)频段(例如2.4GHz-2.5GHz)和第二(高)频段(例如5.15GHz-5.85GHz)中双波段工作。
图14-16是计算机生成的结果，是从基于天线100’框架(即，图12和13所示的框架和尺寸)的天线模型的计算机模拟获得的，表示天线100’的模拟的回波损耗和辐射图。更具体的讲，图14图解地表示图13的多波段天线100’的模拟回波损耗的结果。图14图解地表示天线100’在2～6GHz的模拟回波损耗，具有三次谐振，其中一个谐振用于2.4GHz到2.5GHz波段，两个谐振用于从5.15GHz到5.85GHz的5GHz波段。
图15-16是基于图13示例天线100’的天线模型在不同频率的模拟辐射图的图解图。图12描述的天线方向应用于在图15-16所示的辐射图的曲线图。更具体的讲，图15图解地表示在2.4GHz波段在2.40，2.45和2.50GHz频率、θ＝90°的方位面辐射图。如图所示，在辐射图中没有大的零点(major null)。另外，该辐射图在整个频段中保持一致，表明应用的天线带宽非常宽。图15描述反F天线的典型的辐射图，表明示例多波段天线结构100’在较低频段相当于反F天线。
此外，图16图解地表示在5GHz波段在频率为5.15，5.50和5.85GHz、θ＝90°计算的方位面辐射图。如图所示，在模拟的辐射图中没有大的零点，并且模拟的辐射图在整个频段中变化不大。
图17示意地表示根据本发明的另一示例实施例的多波段天线200的透视图。更具体的讲，图17表示根据本发明的另一示例实施例的INF多波段天线200，其中天线振子是由金属片形成的。INF多波段天线200包括接地振子201；连接到地201并具有延伸出的馈线接头203的外部INF振子202；连接到地201的耦合(INL)振子204；和分支振子205，与馈给振子203连接。图17中描述的天线朝向表示天线200的振子是平面的(x-y平面)，但是分支振子205基本上与天线200的平面(x-y)垂直设置(在x-z平面)。天线200例如由同轴电缆馈给信号，其中同轴电缆中中心导体通过焊接与馈给振子203电连接，同轴电缆的外导体(地)通过焊接与接地振子201电连接。
图17表示多波段天线200的一个示例实施例，可以由压印薄片金属形成，其中天线振子和接地条是由金属平片压印形成的，随后分支振子205可以连接(焊接)到馈给振子203。
图18示意地表示根据本发明的另一示例实施例的多波段天线200’的透视图。更具体的讲，图18描述图17的示例多波段天线200’的结构尺寸(以mm为单位)，以在第一(低)频段(例如2.4GHz-2.5GHz)和第二(高)频段(例如5.15GHz-5.85GHz)多波段工作。
图19-21是计算机生成的结果，从基于天线200’框架(即，图17和18所示的框架和尺寸)的天线模型的计算机模拟获得的，表示天线200’的模拟回波损耗和辐射图。更具体的讲，图19图解地表示根据图18的多波段天线200’的模拟回波损耗的结果。图19表示天线200’在2～6GHz的模拟回波损耗，其中表示三个谐振，一个谐振用于2.4GHz到2.5GHz波段，两个谐振用于从5.15GHz到5.85GHz的5GHz波段。
图20-21是基于图18示例天线200’的天线模型在不同频率的模拟辐射图的曲线图。图18描述的天线方向应用于在图20-21所示的辐射图曲线。更具体的讲，图20图解地表示在2.4GHz波段在2.40，2.45和2.50GHz频率、θ＝90°的方位面辐射图。如图所示，在该辐射图中没有大的零点。另外，该辐射图在整个频段中保持一致，表明应用天线带宽非常宽。图20描述反F天线的典型的辐射图，表明示例多波段天线结构200’在较低频段相当于反F天线。
此外，图21图解地表示在5GHz波段在频率5.15，5.50和5.85GHz、θ＝90°的计算的方位面辐射图。如图所示，在该模拟辐射图中没有大的零点，并且模拟的辐射图在整个频段中变化不大。
应当懂得，这里描述的示例实施例只是示例性的，而且本领域普通技术人员基于这里的教导可以很容易地想象到其他多波段天线结构。例如，虽然如图7A～7I，13，17表示INF振子和耦合振子是在同一平面内，这些振子可以偏移(offset)。例如，耦合振子可以设置在INF振子的一侧，而分支振子可以设置在INF振子的另一侧。此外，如上提到的，多波段天线可以没有耦合振子，而只包括具有一个或多个分支振子的INF振子，该分支振子连接该INF振子和/或该INF振子的馈线接头。此外，多波段天线可以有一个或多个耦合振子，和具有一个或多个分支振子的INF振子，连接该INF振子和/或该INF振子的馈线接头。
此外，这里描述的示例多波段天线可以使用多层PCB实现。例如，包括平面衬底、且该衬底背面具有薄金属层的PCB可以用于构造根据本发明的多波段天线。具体的讲，通过举例，INF和耦合振子可以在PCB衬底的一侧形成图案，而分支振子可以在PCB衬底的另一侧形成图案，其中可以形成穿过衬底的连接通孔来连接INF和分支振子。利用PCB的实现方式，示例天线尺寸和调谐参数可以考虑衬底的压电常数进行修改。
虽然这里参考附图描述了示例的实施例，但是应当懂得，本发明不限于这些实际的实施例，本领域技术人员在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种其他变化和修改。
权利要求
1.一种多波段天线，包括双极辐射器；耦合辐射器；和连接该双极辐射器的分支辐射器。
2.根据权利要求1所述的多波段天线，其中所述双极辐射器通过平衡馈线馈给信号。
3.根据权利要求1所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供双波段工作。
4.根据权利要求3所述的多波段天线，其中所述双极辐射器具有在工作的第一频段中的谐振频率，并且所述耦合辐射器和分支辐射器具有在工作的第二频段中的谐振频率。
5.根据权利要求1所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供三波段工作。
6.根据权利要求5所述的多波段天线，其中所述双极辐射器具有在工作的第一频段中的第一谐振频率，所述耦合辐射器具有在工作的第二频段中的第二谐振频率，并且所述分支辐射器具有在工作的第三频段中的第三谐振频率。
7.根据权利要求1所述的多波段天线，其中所述多波段双极天线提供2.4GHz和5GHz波段的多波段工作。
8.一种无线装置，具有集成地形成在所述无线装置的权利要求1的多波段天线，用于无线通信。
9.一种便携计算机，具有集成地形成在所述便携计算机的显示单元的权利要求1的多波段天线。
10.一种多波段天线，包括单极辐射器；耦合辐射器；和连接该单极辐射器的分支辐射器。
11.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述多波段天线通过与所述单极辐射器连接的单馈线馈给信号。
12.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供双波段工作。
13.根据权利要求12所述的多波段天线，其中所述单极辐射器具有在工作的第一频段内的谐振频率，而所述耦合辐射器和分支辐射器具有在工作的第二频段内的谐振频率。
14.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供三波段工作。
15.根据权利要求14所述的多波段天线，其中所述单极辐射器具有在工作的第一频段内的第一谐振频率，所述耦合辐射器具有在工作的第二频段内的第二谐振频率，而所述分支辐射器具有在工作的第三频段内的第三谐振频率。
16.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供2.4GHz和5GHz波段的多波段工作。
17.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述单极和耦合辐射器接地。
18.根据权利要求10所述的多波段天线，其中所述耦合辐射器接地。
19.一种无线装置，具有集成形成在其中的权利要求10的多波段天线，用于无线通信。
20.一种便携计算机，具有集成地形成在所述便携计算机的显示单元的权利要求10的多波段天线。
21.一种多波段天线，包括反F辐射器；耦合辐射器；和与该反F辐射器连接的分支辐射器。
22.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述多波段天线通过与所述反F辐射器连接的单馈线馈给信号。
23.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供双波段工作。
24.根据权利要求23所述的多波段天线，其中所述反F辐射器具有在工作的第一频段内的谐振频率，而所述耦合辐射器和分支辐射器具有在工作的第二频段内的谐振频率。
25.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供三波段工作。
26.根据权利要求25所述的多波段天线，其中所述反F辐射器具有在工作的第一频段内的第一谐振频率，所述耦合辐射器具有在工作的第二频段内的第二谐振频率，和所述分支辐射器具有在工作的第三频段内的第三谐振频率。
27.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述多波段天线提供2.4GHz和5GHz波段的多波段工作。
28.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述反F辐射器和耦合辐射器相互平行朝向。
29.根据权利要求28所述的多波段天线，其中所述反F辐射器和耦合辐射器在同一平面内相互平行朝向。
30.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述耦合辐射器是反L辐射器。
31.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述分支辐射器与所述反F辐射器在所述反F辐射器的馈线接头处连接。
32.根据权利要求21所述的多波段天线，其中所述反F和耦合辐射器接地。
33.一种无线装置，具有集成地形成在该无线装置的权利要求21的多波段天线，用于无线通信。
34.一种便携计算机，具有集成形成在所述便携计算机的显示单元的权利要求21的多波段天线。
35.一种多波段天线，包括单极辐射器；和与该单极辐射器连接的至少一个分支辐射器。
36.根据权利要求35所述的多波段天线，其中所述单极辐射器被弯曲形成反F辐射器。
37.根据权利要求36所述的多波段天线，其中所述反F辐射器接地。
38.根据权利要求37所述的多波段天线，其中所述反F辐射器包括馈线接头，且所述至少一个分支辐射器在所述馈线接头的一点固定到该反F辐射器。
39.根据权利要求38所述的多波段天线，还包括与所述反F辐射器连接的第二分支辐射器。
40.根据权利要求35所述的多波段天线，还包括一个或多个耦合辐射器。
全文摘要
提供一种多波段天线，能够嵌入诸如便携膝上型计算机和蜂窝电话机的计算装置，例如提供多频段的有效无线通信。示例的实施例包括单极多波段天线，双极多波段天线和反F天线，具有一个或多个耦合和/或分支辐射振子，提供在两个或更多频段的多波段工作。例如一种示例的多波段天线(100)包括接地振子(101)；与接地振子(101)连接并具有延伸的馈线接头(103)的单极辐射器(102)；与接地振子(101)连接的耦合辐射器(104)；和与单极辐射器(102)连接的分支辐射器(105)。天线振子可由薄片金属形成，诸如铜或黄铜。天线(100)例如使用同轴电缆馈给，其中心导体通过焊接电连接到馈给振子(103)，同轴电缆的外导体(地)通过焊接电连接到接地振子(101)。
文档编号H01Q9/04GK1930732SQ200580007149
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年3月5日
发明者布赖恩·保罗·高切尔, 彼得·李, 刘兑现, 吴长宇 申请人:联想(新加坡)私人有限公司