专利名称：包括天线用于交换射频信号的装置的制作方法
包括天线用于交换射频信号的装置笼统地说，本发明涉及包括天线用于和其它装置交换射频信号的 装置，还涉及一种天线， 一种交换方法以及一种调谐方法。这种装置的实例有家庭影院装置、环绕声装置、无线头戴式耳机 装置、第二室无线音频装置、生物传感装置、定位跟踪装置、移动终 端和无线接口。US 2002/0135525 Al公开了一种已有技术天线，在它的附图中公 开了包括导电平板的一种天线，导电平板具有缝隙，缝隙包括开口端 和闭合端。缝隙将导电平板划分成接地部分和辐射部分。辐射部分的 长度基本上是天线工作频率对应的四分之一波长的奇数倍。因此，通 过选择辐射部分的长度来确定工作频率。多数时候，世界上的不同地区需要不同的工作频率。例如，对于 无线头戴式耳机，欧洲要求采用864 MHz的工作频率，美国要求采 用914MHz的工作频率，香港要求釆用820MHz的工作频率，韩国 要求采用930 MHz的工作频率， 一些其它国家甚至要求采用434 MHz 的工作频率。除了其它原因以外，由于已知天线的尺寸取决于要在世界上哪个 地区销售包括这一天线的装置这一事实，已知天线存在缺点。除了其它目的以外，本发明的一个目的是提供包括天线的一种装 置，其中天线的尺寸不依赖于要在世界上哪个地区销售包括这种天线 的装置。除了其它目的以外，本发明进一步的目的是提供一种天线，这种 天线的尺寸不依赖于要在世界上哪个地区销售包括这种天线的装置； 提供一种交换方法和一种调谐方法，将它们和一种天线一起使用，这 种天线的尺寸不依赖于要在世界上哪个地区销售包括这种天线的装置。本发明的装置包括天线用于和其它装置交换射频信号，所述天线 包括导电平面，具有包括开口端和闭合端的缝隙；以及电抗电路，耦合到所述导电平面，与所述缝隙并联。 通过将电抗电路耦合到所述导电平面，与所述缝隙并联，其中电 抗电路包括——从定义上讲——依赖于频率的特性，再也不需要通过 选择这一天线的尺寸来将天线调谐到预定义工作频率(频带)。通过 选择(调整)电抗电路依赖于频率的特性，能够将这一天线调谐到预 定义工作频率(频带)。这种天线的另一个优点在于它是建立于平面缝隙的基础之上的， 这使得它尺寸很小。这种天线可以用于发射和接收射频信号。这种天 线具有足够的带宽，成本低，并且很容易制造。最后，仅仅通过调整电抗电路，这种天线可以用于例如350 MHz和1 GHz以上频率之间 的无线头戴式耳机。应当注意，WO 02/27865 Al公开了基于倒F技术的一种可调谐 天线。这是一种不同的技术(无缝隙技术)，利用它得到的天线较大， 不能在较大频率范围内调谐。WO 2004/109850 Al公幵了具有辐射电 极的一种频率可变天线，这种天线包括与这个辐射单元串连的频率可 变电路。这是一种不同的技术(无缝隙技术)，利用它得到的天线效 率较低，原因是这种天线的天线辐射电阻较小这样一个事实。最后， JP 2003298341公开了在导电膜两面都包括微带的一种可调谐天线。 这是一种基于不同技术(无单层平面技术)的天线。本发明中这种装置一个实施例的特征在于电抗电路，这种电抗电 路是一种可调谐电抗电路。通过使这种电抗电路是一种可调谐电抗电 路，针对每个地区对相同的这种电抗电路进行调谐，可以将同样的电 抗电路用于要在世界上要求不同工作频率的不同地区销售的装置的 天线。本发明中这种装置一个实施例的特征在于还包括基带电路，这一 基带电路耦合到上述电抗电路，用于对这一电抗电路进行调谐。已经存在用于其它目的这种基带电路，例如用于信号处理，因此能够有效 地利用这种电路。本发明中这种装置一个实施例的特征在于缝隙，这一缝隙将导电 平面划分成主交换平面和主耦合平面，主交换平面包括所述导电平面表面的90%或更多，主耦合平面包括这个表面的10%或更少。主耦 合平面是主要用途不是辐射的平面。在这里"主"这个词指的是本发 明中这一装置天线耦合平面的耦合功能多于50%，辐射功能少于 50%。本发明中这种装置一个实施例的特征在于电抗电路，在缝隙的两 端，这一电抗电路耦合到交换平面，并且耦合到耦合平面。这一电抗 电路形成这一缝隙的桥。本发明中这种装置一个实施例的特征在于天线，这一天线还包括馈电点，位于耦合平面内，在缝隙的闭合端和电抗电路之间。 天线输入阻抗依赖于例如缝隙的尺寸和/或形状，并且依赖于馈电点的位置。耦合平面内缝隙闭合端和电抗电路之间的馈电点的位置具有优势。本发明中这种装置一个实施例的特征在于交换平面，这一交换平 面形成印刷电路板或其它分层材料的一部分，包括与基带电路耦合的 射频电路。将这样的交换平面用于两个目的，因此更加有效，这两个 目的是天线目的和承载目的。最好是利用铜来填充射频电路和/或基 带电路之间的空地。本发明中这种装置一个实施例的特征在于电抗电路，这一电抗电 路包括可变电容器。能够很容易地对可变电容器进行调谐。本发明中这种装置一个实施例的特征在于可变电容器，这一可变 电容器包括一组可切换电容器和/或包括与可变电容二极管串行耦合 的固定电容器。可变电容器实施例效果不错。不排除其它串行结构和 /或并行结构。本发明中这种装置一个实施例的特征在于电抗电路，这一电抗电 路还包括与可变电容器并行耦合的线圈。这一并行线圈效果不错。不排除其它串行结构和/或并行结构。缝隙的长度最好是在射频信号波长的10%和50%之间。缝隙长 度是一个匹配参数，在最佳情况下，这个长度大约是射频信号波长的 25%。在这个缝隙是弯曲或折合缝隙的情况下，缝隙长度是缝隙组成 部分的长度之和。本发明中天线的实施例，本发明中交换方法的实施例，以及本发 明中调谐方法的实施例，与本发明中装置的实施例对应。除了其它基础以外，本发明基于如下认识在理想情况下，天线的尺寸应该与世界上要销售包括这一天线的装置的地区无关；除了其 它基础以外，本发明还基于如下基本思想应该给建立在具有缝隙的 导电平面基础之上的天线提供耦合到与缝隙并联的导电平面的依赖 于频率的电路。除了其它问题以外，本发明解决了如下问题提供一种天线，这 种天线的尺寸不依赖于要在世界上哪个地区销售包括这一天线的装 置；除了其它优点以外，本发明还具有如下优点它是建立在平面缝 隙技术的基础之上的，这种技术使得它尺寸小。可以将这种天线用于 发射和接收射频信号。这种天线具有足够的带宽，成本低，容易制造。 最后，通过调整电抗电路，可以将这种天线用于例如350 MHz和1 GHz以上频率之间的无线头戴式耳机。通过参考后面介绍的实施例，就会明白本发明的这些方面和其它 方面。在附图中
图1说明本发明中包括本发明的天线的装置；图2更加详细地说明本发明中的天线；图3更加详细地说明本发明中的天线；图4更加详细地说明本发明中用于天线的电抗电路；图5是本发明中天线的顶视图(上图)和底视图(下图)；图6说明测量得到的本发明中天线一种实现的返回损耗；图7说明本发明中天线工作频率和电抗电路的电容之间的关系;以及图8说明测量得到的本发明中天线电抗电路的电容不同设置的 返回损耗。本发明的装置1，如图1所示，例如家庭影院装置、环绕声装置、 无线头戴式耳机装置、第二室无线音频装置、生物传感装置、定位跟 踪装置、移动终端或无线接口，包括本发明中耦合到射频电路501的 天线2。射频电路501还耦合到基带电路502。基带电路502包括例 如处理器和放大器，还耦合到扬声器504。本发明中如图2和3所示的天线2包括导电平面201~202，这个 导电平面201 202具有缝隙205，缝隙205包括开口端和闭合端。缝 隙205将导电平面201 202划分成主交换平面201和主耦合平面202。 主交换平面201主要是与(从和/或到)图中没有画出的其它装置交 换(接收和/或发射)射频信号。主耦合平面202主要是耦合主交换 平面和电路300。天线2还包括耦合到与缝隙205并联的导电平面 201~202的电抗电路203。电路300包括例如如图1所示的射频电路 501和基带电路502。天线2还包括位于耦合平面202中在缝隙205 闭合端和电抗电路203之间的馈电点204。缝隙205具有宽度401， 主耦合平面具有宽度402。这些宽度401和402通常都具有相同量级。 平面201和202形成例如印刷电路板或其它分层材料的一部分。如图4所示的电抗电路203是可调谐电抗电路203,包括例如固 定电容器221耦合到可变电容二极管222的串联电路形式的可变电容 器。可变电容器也可以换成包括一组可切换电容器。电抗电路203还 包括与可变电容器并行耦合的线圈223。电抗电路203的主端子210 和214耦合到平面201和202，电抗电路203的控制端212通过例如 电阻器224耦合到上述串联电路的公共点，还耦合到用于对电抗电路 203进行调谐的基带电路502。电路501和502用于进行例如滤波、放大、混频、检波等等。与 所关心的波长相比，平面201和202之间缝隙205的宽度401较小。 可变电抗电路203使天线2能够调谐到想要的频率(频带)。这可以利用数字信号处理器以连续的方式或者离散的方式来实现，也可以选择为预置频率，其中的数字信号处理器形成基带电路502的一部分。 可以利用控制端212上的电压来对电抗电路203进行调谐。天线2的 性能还依赖于主交换平面201的尺寸和形状，其中尺寸和形状通常由 装置l (最终产品)的外部尺寸决定。图5示出了本发明中天线的顶视图(上图)和底视图(下图)， 这个天线作为目前正在开发的无线数字头戴式耳机板HD1000的实 现的一个部分。主交换平面201至少包括大部分电子元件。利用FR4 1.6毫米的印制板材料上铺设的铜箔来实现平面201和202。板的整 体尺寸为58X60X 1.6毫米。图6示出测量出来的本发明中无线数字音频头戴式耳机的天线 的一种实现的返回损耗(以分贝为单位的返回损耗随以MHz为单位 的频率的变化)。这一头戴式耳机应该能够在例如从800 MHz到930 MHz的频率上工作，天线应该能够针对人头的去调谐效应来加以调 整。很显然，这一天线在很宽的频率范围内具有非常良好的返回损耗。图7说明本发明中天线的工作频率和电抗电路的电容(以皮法为 单位的电容随以MHz为单位的频率的变化)之间的关系。这一电容 是例如通过可变电容222与电容器221的串联电路实现的。图8说明测量出来的本发明中天线的电抗电路的电容的不同设 置的返回损耗(以分贝为单位的幅度随以MHz为单位的频率的变 化)。同样，这一电容是例如通过可变电容222与电容器221的串联 电路实现的。应当注意，上述实施例只是对本发明进行说明而不是进行限制， 本领域技术人员能够设计出许多替换实施例而不会偏离后面的权利 要求的范围。在这些权利要求中，在括号中的任何标号都不应该被理 解为是对权利要求的限制。使用"包括"这个动词以及它的词性变化 不排除除了权利要求中给出的以外，其它单元或步骤的存在。单元前 面的"一个"不排除多个这种单元的存在。本发明可以用包括几个独 立单元的硬件实现。在列出多个模块的装置权利要求中，那些模块中 的多个可以用一个或多个硬件实现。在互不相同的权利要求中引用特定措施这样一个事实并不表明不能使用这些措施的组合<
权利要求
1.装置(1)包括天线(2)用于和其它装置交换射频信号，所述天线(2)包括导电平面(201～202)，具有包括开口端和闭合端的缝隙(205)；以及电抗电路(203)，耦合到所述导电平面(201～202)，与所述缝隙(205)并联。
2. 如权利要求1所述的装置(1)，所述电抗电路(203)是可调 谐电抗电路(203)。
3. 如权利要求2所述的装置(1)，还包括耦合到所述电抗电路 (203)用于对这个电抗电路(203)进行调谐的基带电路(502)。
4. 如权利要求1所述的装置(1)，所述缝隙(205)将所述导电 平面(201 202)划分成主交换平面(201)和主耦合平面(202)，所 述主交换平面(201)包括所述导电平面(201 202)表面的90%或更 多，所述主耦合平面(202)包括这个表面的10%或更少。
5. 如权利要求4所述的装置(1)，在所述缝隙(205)的两边， 所述电抗电路(203)耦合到所述交换平面(201)和所述耦合平面(202)。
6. 如权利要求4所述的装置(1)，所述天线(2)还包括 馈电点(204)，位于所述耦合平面(202)内，在所述缝隙(205)的闭合端和所述电抗电路(203)之间。
7. 如权利要求4所述的装置(1)，所述交换平面(201)形成印 刷电路板或其它分层材料的一部分，包括耦合到基带电路(502)的射频电路(501)。
8. 如权利要求1所述的装置(1)，所述电抗电路(203)包括可 变电容器。
9. 如权利要求8所述的装置(1)，所述可变电容器包括一组可 切换电容器和/或包括与可变电容二极管(222)串行耦合的固定电容 器(221)。
10. 如权利要求8所述的装置(1)，所述电抗电路(203)还包 括与所述可变电容器并行耦合的线圈(223)。
11. 用于权利要求1~10中任意一个定义的装置(1)的天线(2)。
12. 用于交换射频信号的交换方法，这一交换方法包括使用天线 (2)的步骤，这一天线(2)包括导电平面(201~202)，该导电平面(201-202)具有包括开口端 和闭合端的缝隙(205);以及电抗电路(203),耦合到所述导电平面(201-202)，与所述缝隙 (205)并联。
13. 用于对天线(2)进行调谐的调谐方法，这一天线(2)包括 导电平面(201-202)，该导电平面(201~202)具有包括开口端和闭合端的缝隙(205);以及可调谐电抗电路(203)，耦合到所述导电平面(201~202)，与所 述缝隙(205)并联，所述调谐方法包括对所述可调谐电抗电路(203)进行调谐的步骤。
全文摘要
提供装置(1)包括天线(2)，天线(2)具有导电平面(201～202)，导电平面(201～202)具有包括开口端和闭合端的缝隙(205)，用于交换射频信号；天线(2)还具有电抗电路(203)，电抗电路(203)耦合到导电平面(201～202)，与缝隙(205)并联，通过调整电抗电路(203)依赖于频率的特性，能够将天线(2)调谐到预定义工作频率(频带)。电抗电路(203)是可调谐电抗电路(203)，通过基带电路(502)加以调谐。缝隙(205)将导电平面(201～202)划分成主交换平面(201)和主耦合平面(202)。馈电点(204)位于耦合平面(202)内，在所述缝隙(205)的闭合端和所述电抗电路(203)之间。交换平面(201)形成印刷电路板或其它分层材料的一部分，包括耦合到基带电路(502)的射频电路(501)。电抗电路(203)包括可变电容器，例如可切换电容器和/或耦合到可变电容二极管(222)的固定电容器(221)。
文档编号H01Q13/10GK101243583SQ200680030411
公开日2008年8月13日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月24日
发明者A·克西莱尔斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司