专利名称：内部单极天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电装置的内部单极天线，该单极天线具有用 于改进它的特性的布置。该天线特别试图用于具有多个工作带的小 型和平坦的无线电装置。
背景技术：
比如移动电话的小尺寸的便携式无线电装置的内部天线大多常 常具有平面结构，其包括辐射平面和地平面。为了实现充分的电特 性，这些平面之间的最小距离必须接近一厘米或更多。当装置相对 平坦时，这引起天线的设计方面的困难，诸如两部分通信装置的各 部分，其中所述各部分在彼此的顶部上，或一个接着一个地连续， 这取决于使用情况。为此，单极类型的天线不需要如上面提到的平 坦天线的那样多的空间，通常用于这种通信装置。
图1示出了从申请公开物Fl 20022295中已知的一种装置的内部 单极天线。在图中看到无线电装置的电路板PCB,其上表面主要是导 电地平面GND。在电路板的一端，存在小的天线电路板101,其形状 类似拉长的矩形，并被支撑至电路板PCB,且一长侧与它相对，从而 使那些电路板彼此成直角。天线的辐射元件，也就是辐射器，是天 线电路板上的导体条110，其馈电点FP在天线电路板101的下部拐 角处。从它开始，导体条110在天线电路板的下边缘上延伸至它的 一端，然后在天线电路板的中部，后退至馈电点的一侧的一端，并 且进一步在天线电路板的上边缘上再次至其另一端。因此，辐射元 件形成曲折图案，其类似非常宽阔和平坦的字母S。考虑到天线的匹 配，地平面GND的边缘在距离辐射器110的合适距离处。通过利用 分立的调谐部件，天线的基础谐振频率的谐波可被布置成为天线而 获得两个有用的工作带。此外，通过形成导体条110的各部分之间 的狭缝的尺寸可以加宽较高工作带，从而在其中激励振荡，该振荡 的频率稍微不同于上面提到的谐波谐振频率。该结构节省了空间， 并且例如它的天线增益高于相同高度的PIFA (平面反相F-天线)的
增益。然而，在非常平坦的无线电装置的情况中天线电路板的高度 是一个缺陷。此外，天线的方向性图的均匀度留有改进的空间。
在图2中，存在装置的已知的内部单极天线的另一个例子。在这 种情况中，天线200的辐射器210是导体板。辐射器被固定至无线 电装置的电路板PCB的一端，以这种方式，它的平坦平面部分地与 电路板的上表面相对。在距离辐射器210的特定距离处在电路板上 存在连续的信号地GND。天线的馈电导体205将辐射器从馈电点FP 连接至电路板PCB的下表面上的天线端口。辐射器包括从其一个边 缘开始的狭缝215,从馈电点FP观察，该狭缝将辐射器分成不同长 度的两个分支。为此，天线200具有两个带。形成辐射器的较长分 支211的尺寸使得它在天线的较低工作带中辐射，并且形成较短分 支212的尺寸使得它在天线的较高工作带中辐射。结果是适于工作 在例如由GSM900系统(用于移动电信的全球系统)和GSM1800或 GSM1900系统使用的频率范围内的平坦的无线电装置的天线。然而， 带宽是相对适度的；例如不能使较高带覆盖由GSM1800和GSM1900 系统使用的频率范围。此外，使天线增益满足整个工作频率范围是 困难的。
发明内容
本发明的目的是减小现有技术的所述缺陷。依据本发明的天线特 征在于独立权利要求1中所阐述的。在其他权利要求中阐述了本发 明的一些优选实施例。
下面是本发明的基本构想无线电装置的内部天线包括平面单极 辐射器，或平面元件，以及辅助元件，沿其法线方向观察，其位于 平面元件处。辅助元件可以是纯粹的导体条或部分涂敷有导体的陶 瓷板。辅助元件的导体在相对接近平面元件的馈电点的点处接地。 平面元件可被成形为形成天线的两个工作带。
本发明具有的优点是通过依据本发明的辅助元件可以增加内部 单极天线的带宽。这是由于辅助元件可以被定尺寸以用作在接近例 如起主辐射器作用的平面元件的较高谐振频率的频率处的辅助辐射 器。此外，本发明具有的优点是依据本发明的辅助元件可以用于改
从而使无线电装置的地平面保持低于它。本发明的进一步的优点是 内部单极天线的效率以及由此的天线增益能够在至少一部分工作频 率范围内被改进。这是由于辅助元件构成主辐射器和无线电装置的 其他导电部分之间的屏蔽。
在下面，将更详细地描述本发明。参照附图，其中
图1表示无线电装置的现有技术内部单极天线的例子；
图2示出了无线电装置的现有技术内部单极天线的另一个例
子；
图3表示依据本发明的无线电装置的内部单极天线的例子； 图4a，b示出了图3的天线的平面元件和辅助元件； 图5a-c表示依据本发明的无线电装置的内部单极天线的另一个 例子；
图6示出了依据图3的天线的变型； 图7表示依据图5a-c的天线的变型；
图8示出了本发明对天线的方向特性的作用的例子，以及 图9表示依据本发明的天线的带特性的例子。
具体实施例方式
已经结合现有技术的描述解释了图l和图2。
图3表示依据本发明的无线电装置的内部单极天线的例子。天线 300的主辐射器310是类似于图2中的辐射器210的处于无线电装置 的电路板PCB的一端处的平面元件。在该例子中，平面元件的长侧 稍微重叠于电路板。当从上面观察时，其也可以在电路板之外。当 从它的馈电点FP观察时，平面元件310具有不同长度的两个分支， 用于形成两个单独的工作带。较长的分支311沿着较短分支312的 一端周围的平面元件的边缘延伸。在电路板PCB上，存在一些导电 涂层330，其起在距离辐射器310的特定距离处的信号地GND的作 用，或者简单地说起地的作用。天线300也包括辅助元件320，在该 例子中，其是定位在平面元件310之下的金属条。辅助元件是附加 的(parasitic),以这种方式，它仅具有与主辐射器的电磁耦合。
辅助元件连接至在短路点SP处的地，其接近平面元件的馈电点FP 和电路板PCB上的整个天线。短路点SP通过它的条状突起331接合 至较大的信号地330。
在图4a,b中示出图3的平面元件310和辅助元件320。当无线 电装置的电路板和天线的平面元件被假定为水平的时，在图4a中， 它们是从上面被观察的，在图4b中是从一侧被观察的。在这里，辅 助元件在矩形平面元件的较长侧的方向上延伸，具有大约平面元件 的长度，并且在从上面观察时定位于其较短分支312处，也就是在 平面的法线方向上。在图4b中，可以看出，在辅助元件320的短路 点SP的一侧的一端处，其与平面元件310的距离小于在辅助元件的 相对端处的距离。前者距离ln例如是0.5mm，并且后者距离ti2例如 是2mm。天线的总高度然后保持小于3mm,这意味着该天线非常地适 合于非常平坦的无线电装置。为此目的，自然有利的是，将该天线 放置在与无线电装置的电路板PCB基本相同的几何平面内。通过电 介质支撑件，比如支撑件351，辅助元件被固定至平面元件。
在该例子中，目的是通过辅助元件320改进天线主要在它的较高 工作带中的功能。由辅助元件的作用，天线的全方向辐射改进，也 就是它的方向性图变得更均匀。其例子在图7中示出。此外，如果 辅助元件的电长度已被适当地设置，则它起有效的辅助辐射器的作 用。该电长度优选被设置成使辅助元件的谐振频率稍微不同于平面 元件的较高谐振频率，在这种情况中，天线的较高工作带将更宽。 关于方向性图，有利的是使辅助元件物理地尽可能长。如果它的长 度就带特征而言太长，则可以通过例如借助分立电容器在辅助元件 和它的短路点SP之间设置一些电容来减小该电长度。这将替代在图 4a中看到的短路导体332。
通过加强辅助元件的谐振，上述距离h!小于距离h2的事实改进 了较高工作带中的天线匹配。为了相同的原因，其上设置了馈电点 FP和短路点SP的导体条处于彼此的近距离处。在电路板PCB上，该 距离小于例如l毫米。在本说明书和权利要求中，限定词"近距离" 表示一个距离，其数量级在对应于工作频率的波长的至多百分之
图5a，b和c表示依据本发明的无线电装置的内部单极天线的另
一个例子。当假定无线电装置的电路板和天线的平面元件是水平的
时，在图5a中该结构是从上面看到的，在图5b中是从一侧看到的， 并且在图5c中是从下面看到的。天线500的主辐射器510是类似于 图2和4a中示出的辐射器的平面元件；仅稍微不同地定形辐射分 支，并且相应不同地选择馈电点和短路点的位置。在该例子中，属 于天线500的辅助元件520也定位于平面元件510的下面。辅助元 件包括陶瓷板521和在它的下表面上的导电涂层522。该导电涂层是 主辐射器的附加元件，并且它被短路导体532连接至短路点SP处的 地，其接近平面元件的馈电点FP和无线电装置的电路板上的整个天 线。当从上面或沿平面的法线方向观察时，辅助元件520定位于平 面元件的较短分支512处。图5b示出辅助元件被固定至平面元件， 并且同时通过支撑件比如支撑件551与它分离。所述支撑件是电介 质材料的，其具有比陶瓷521更低的介电常数。辅助元件和平面元 件之间的距离是例如lmm，并且辅助元件的厚度是例如2mm。天线的 总高度是大约3mm，这意味着在这种情况中该天线也适合于平坦的无 线电装置。为此目的，有利的是也将该例子的天线放置在与无线电 装置的电路板基本相同的几何平面内。
在该例子中，辅助元件520的目的也是改进天线主要在它的较高 工作带中的功能。辅助元件被定尺寸使得在陶瓷板中激励振荡，并 且它起在稍微不同于平面元件的较高谐振频率的频率处的辅助辐射 器的作用。于是天线的较高工作带将更宽。通过定形其导电涂层522 可以调谐陶瓷谐振器。因此，在图4c中从它的边缘开始在导电涂层 中看到狭缝。此外，辅助元件改进了较高工作带中的天线增益，尽 管陶瓷自身引起一些损耗的事实。也就是，辅助元件减小了主辐射 器和无线电装置的其他导电部分之间的耦合，并且由此减小了不属 于无线电装置的天线的部分中的损耗。
在图6中，存在依据图3的天线的变型。在图6中，天线是从与 在图4b中相同的方向从一侧看到的，也就是从无线电装置的电路板 的相对端看到的。辅助元件620现在在平面元件610之上，并且不 是如同在图4b中在它之下。
在图7中，存在依据图5a，b，c的天线的变型。在图7中，天线 是从与在图5b中相同的方向从一侧看到的，也就是从无线电装置的
电路板的相对端看到的。辅助元件720现在在平面元件710之上， 并且不是如同在图5b中在它之下。此外，在该例子中，属于辅助元 件的陶瓷板721的导电涂层722也延伸至陶瓷板的横向表面。
在图8中，存在本发明对天线的方向特征的作用的例子。曲线 81和82表示当电路板PCB在垂直位置上时作为方向角度的函数的天 线的水平方向性图，也就是天线增益。曲线81涉及依据图2的已知 天线，并且曲线82涉及依据图3的天线，其包括作为图2的附加物 的依据本发明的辅助元件。其中，这些天线被设计用于1.8GHz范围， 并且测量频率是1805MHz。可以看出，在最相反的方向上，已知天线 的增益是大约-14dB。另一方面，依据本发明的相应天线的增益在最 相反的方向上是大约-9dB,也就是高5 dB。此外，在大约180度的 范围中获得高了 1-2 dB的增益。
图9示出了依据本发明的天线的带特性的例子。该天线类似于在 图5a，b，c中示出的天线，其中除了导体以外，辅助元件还包括陶瓷 板。该图示出了作为频率的函数的回程损耗RL的曲线。从其可以看 出，天线具有三个有效谐振。第一谐振rl基于天线的平面元件的较 长分支，并且它的频率是大约920MHz。通过第一谐振形成天线的较 低工作带。第二谐振r2基于天线的平面元件的较短分支，并且它的 频率是大约1.90GHz。第三谐振r3基于天线的辅助元件，并且它的 频率是大约1.79 GHz。通过第二和第三谐振形成天线的较高工作带。 从该曲线看出，借助辅助元件的作用，较高工作带被加宽了大约 50MHz。
权利要求中的限定词"较低"和"较高"涉及无线电装置的位置，
其中无线电装置的电路板和天线的平面元件是水平的，以这种方
式，被连接至天线的馈电点和短路点在电路板的上表面上。这些限 定词与其中使用装置的位置无关。
在上面已经描述了依据本发明的单极天线。在它的细节中，实施 方式可以不同于所提出的那些。例如，可以定形双带天线的平面元 件的狭缝，以这种方式，使得它起在较高工作带中的有效辐射器的 作用。如果在这种情况中狭缝不在平面元件的中央区域中形成清楚 的导体分支，则依据本发明的辅助元件基本上在狭缝处。
在图4b和5b的描述中，提到当天线被放置在与非常平坦的无线
电装置的电路板相同的水平上时，该天线甚至适合于该非常平坦的 无线电装置。这并不阻止以这种方式放置天线例如使得它的平面与 该装置的电路板的平面成直角，如果这种布置在一些无线电装置中 合适的话。在由独立权利要求1限定的范围内，可以以不同的方式 应用本发明的概念。
权利要求
1、一种无线电装置的内部单极天线，该天线的主辐射器是平面元件(310；510)，并且被连接至无线电装置的电路板(PCB)上的天线馈电点(FP)，其特征在于它进一步包括辅助元件(320；520)，当沿其法线方向观察时该辅助元件定位于平面元件处并且包括导体(320；522)，其被连接至定位在电路板上并且属于信号地的短路点(SP)。
2、 根据权利要求l的天线，其特征在于辅助元件的所述导体是 金属条(320 )。
3、 根据权利要求1的天线，其特征在于辅助元件(520 )进一步 包括陶瓷板(521)，并且辅助元件的所述导体由该陶资件的导电涂 层(522 )构成。
4、 根据权利要求l的天线，其特征在于所述平面元件定位于与 无线电装置的电路板(PCB)基本相同的几何平面内。
5、 根据权利要求l的天线，其特征在于其上设置馈电点(FP) 和短路点(SP)的所述电路板(PCB)的导体条处于彼此的近距离处。
6、 根据权利要求2的天线，其特征在于在短路点(SP)的一侧 辅助元件的一端处辅助元件(320 )距离平面元件(310)的距离基 本上小于在辅助元件的相对端处，以便改进匹配。
7、 根据权利要求2的天线，其特征在于辅助元件电容耦接至短 路点，以便减小辅助元件的电长度。
8、 根据权利要求1的天线，在其平面元件中，存在第一分支 (311; 511 )以形成天线的较低工作带，以及第二分支(312; 512)以形成天线的较高工作带，其特征在于当沿平面元件的法线方向观 察时，辅助元件(320; 520; 620; 720 )定位于第二分支处。
9、 根据权利要求7的天线，其特征在于辅助元件(320; 520 ) 位于平面元件之上。
10、 根据权利要求7的天线，其特征在于辅助元件(620; 720 ) 位于平面元件之下。
11、 根据权利要求1的天线，其特征在于借助电介质支撑件 (351; 551),辅助元件被支撑至平面元件。
12、 根据权利要求l的天线，其特征在于它的总高度小于4mm。
全文摘要
本发明涉及一种特别是平坦无线电装置的内部单极天线，该单极天线具有用于改进它的特性的布置。该天线包括平面单极辐射器(310)和辅助元件(320)，当沿其法线方向观察时，该辅助元件定位于平面元件的点处。辅助元件可以是纯粹的导体条或部分涂敷有导体的陶瓷板。辅助元件的导体连接至相对接近平面元件的馈电点(FP)的点(SP)处的地。平面元件(310)可被定形为形成天线的两个工作带。辅助元件可以用于增加内部单极天线的带宽和/或改进天线的全方向辐射。
文档编号H01Q5/02GK101116222SQ200680004355
公开日2008年1月30日 申请日期2006年1月11日 优先权日2005年2月8日
发明者A·伊索哈塔拉, A·拉帕纳, J·米科拉, M·库帕里, P·克斯基塔洛, P·安纳马, S·基洛南 申请人:脉冲芬兰有限公司