专利名称：天线承载体和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括天线图案(antenna pattern)的承载体(carrier)和包括这种承 载体的设备。
背景技术：
天线是一种被设计成发送和/或接收无线电、电视、微波、电话以及雷达信号的换 能器(transducer)，即，天线将特定频率的电流转换成电磁波和将电磁波转换成特定频率 的电流。物理上讲，天线是一种由一个或更多个导电体构成的排布结构(arrangement)，其 被设置成响应于所施加的交变电压和所关联的交变电流而生成辐射电磁场，或者可以放置 在电磁场中，以使该电磁场在该天线中感生出交变电流，和在该天线的端子之间感生出电 压。诸如移动电话的便携式无线通信电子设备典型地包括通过锡焊或焊接而连接至 印制电路板上的走线或触点的天线。这种电子设备的制造商在不断的压力下缩减设备的物 理尺寸、重量以及成本，并且改进它们的电气性能。这种较低成本的需求宣示了该电子设备 及其天线对于制造和装配来说应当较简单且廉价。制造商面临的另一挑战是，提供具有紧凑、高增益的多频带天线(即，能够利用不 同无线通信标准(如 GPS、Rx 分集(diversity)、W-LAN、Wi-Fi、Bluetooth 以及 UffB)同时 发送和/或接收信号的、具有良好前后比率(front-to-back ratio)的天线)的电子设备。天线的前后比率(其通常采用dB表示)被定义为天线在特定方向(通常为最大增 益的方向)上的增益与相对该特定方向180°方向的增益的比率。该前后比率正常情况下 被定义为远离该用户头部的辐射比率与朝向用户头部的辐射比率之比。朝向用户头部与远 离用户头部一样多地辐射的天线(当用户在讲话位置拿着包含天线的呼叫电话时)被称为 具有OdB的前后比率。远离用户头部比朝向用户头部辐射多了 IdB的天线被称为具有IdB 前后比率。该比率越高，包含天线的移动电话的通话性能就越好。已经发现，许多常规天线在放置在地平面上的直板型(stick type)移动电话的底 部时，具有大约OdB的前后比率。还公知的是，地平面上的平坦倒F型天线(PIFA)可以被 用于改进前后比率。然而，还公知的是，PIFA天线具有窄的低频带带宽，并且如果该天线占 用较小体积，则其难于在850MHz和900MHz GSM频带下获得良好的性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的天线。这个目的通过一种承载体来实现，该承载体在使用时按三个相互正交的方向X、Y、 Z延伸，并且该承载体包括限定了 XY平面的背表面，和限定了 XZ平面的侧表面。该承载 体包括天线图案，该天线图案包括位于该承载体的背表面上的宽分支部(branch)；和窄 分支部，该窄分支部包括大致沿该侧表面的Z方向延伸的第一部分(即，该窄分支部在Z方 向上相对于该宽分支部具有特定偏差)，和大致沿该侧表面的X方向延伸的第二部分。该承载体被设置成安装在印制电路板(PCB)上/中，或安装在一设备上/中，或者，该承载体本 身可以是PCB，S卩，由此可以将该天线图案直接设置在PCB上/中。本发明还涉及一种诸如便携式电子设备的设备，该设备包括根据本发明任一实施 方式的承载体。根据本发明的一实施方式，该设备包括用户界面正面(例如，移动电话的 IXD面)和背面，由此，该承载体的背表面被设置成最接近该设备的背面。表达“在使用时”意指，在准备使用或者正在使用至少部分地由承载体的天线图案 构成的天线时，即，当例如通过将承载体弯曲成期望形状而将该承载体安装在PCB上/中或 者安装在一设备上/中时，可以将该天线图案设置在大致平坦的该承载体上，该承载体被 设置成按沿三个相互正交的方向X、Y、Z延伸的方式形成。上述这种天线图案构成了具有良好通话性能的高增益多频带分支化单极子或半 PIFA天线的部件。宽分支部与窄分支部彼此相对的位置明确地导致在诸如DCS、PCS以及 UMTS频带1、2的高频带(如1710MHz-2170MHz)上具有良好方向性的天线，其导致高频带 方面朝向用户头部的较低发射，在天线的方向性测量功率密度的情况下，与辐射相同量的 总功率的理想各向同性辐射体天线所辐射的功率密度相对地，天线在其最强发射方向上辐 射。因而，可以获得至少IdB的前后比率。而且，该天线免接地，由此，其充当较低频带(如824MHz-960MHz)内的单极子天 线，并且即使该天线占用较小体积，也可以获得足够的带宽。该天线容易调谐至期望频带， 并且其对于制造来说简单且廉价。该天线还提供了窄分支部与宽分支部之间的良好隔离度 (即，在窄分支部与宽分支部之间具有非常小的电容耦合)。表达“承载体”在本文档中使用时意指被用于以机械方式支承天线图案的任何柔 性、非柔性、平坦或非平坦、大致不导电的基板。该承载体可以是印制电路板或PCB(也称作 印制线路板(PWB))，由此，其还可以包括至少一个微芯片或其它电子组件，和/或利用其上 蚀刻/印制/雕刻的或以其它方式设置的导电路径而以电方式连接其上支承的和/或连接 至其的组件。该承载体可以是具有大于1的相对介电常数(ε r)的任何电介质基板，并且例如 可以包括PTFR(聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)) /玻璃纤维合成物或具有高达20 或更大的相对介电常数(、)的任何其它合适的电介质材料。例如，可以利用光刻技术将 天线图案设置在承载体、PCB或设备上/内部。应注意到，可以将根据本发明的设置在承载体或设备上/中的天线图案设置成， 具有除了权利要求书中陈述的宽分支部和窄分支部以外的、沿任何希望方向延伸的至少一 个以上的附加分支部。根据本发明的一实施方式，该窄分支部的第二部分的长度比该窄分支部的第一部 分的长度长至少40%，优选为长至少50%，最优选为长至少60%。这确保了窄分支部的大 部分大致沿所述侧表面的X方向延伸，由此在将该承载体放置在背表面最靠近该设备的背 面设置的该设备中时，较宅分支部比宽分支部更靠近用户的头部。根据本发明的一实施方式，该窄分支部为0. 5到2. 5mm宽，优选为1. 0到2. Omm宽， 最优选为1. 5mm宽。根据本发明的另一实施方式，该宽分支部为至少4mm宽，优选为至少8mm宽，优选 为至少IOmm宽，最优选为至少12mm宽。该宽分支部越宽越好，尽管该宽分支部的宽度受设
5计和该承载体/PCB/设备的几何形状的约束。根据本发明的另一实施方式，该窄分支部的第一部分的长度为至少4mm(从而避 免对该天线的方向性造成不利影响)，优选为5到7mm，最优选为5. 5mm。根据本发明的一实施方式，该窄分支部的第一部分被设置成，大致沿该侧表面的 边缘延伸。根据本发明的一实施方式，该窄分支部的第二部分被设置成，大致沿该侧表面的、 距该背表面最远的边缘延伸。根据本发明的另一实施方式，该天线图案包括用于将该天线图案连接至馈电线 (即，用于将来自信号源的信号能量输送至该天线图案的介质)的馈电点。该承载体可以包 括用于经由电容性耦合和/或电感性耦合(即，LC负载)将该天线图案连接至地的接地点 和电路，以使该天线图案能够实现特定谐振频率，因此当该天线图案处于使用中时在特定 频带内发送信号。根据本发明的另一实施方式，该宽分支部和窄分支部从一公共点起延伸，并且该 公共点位于与该天线图案的从该天线图案的馈电点起至该公共馈电点然后至该窄分支部 的远端测得的总长度(即，天线图案的总长度等于该窄分支部的长度)的30%到50%相对 应的距离处。由此，该天线在该窄分支部和宽分支部彼此远离分开之前具有显著的长度。该窄分支部的总长度(沿该窄分支从该馈点点起经由该公共点至该窄分支部的 远端而测得的总长度)可以比该宽分支部的总长度(沿着该宽分支部从该公共点至该宽分 支部的远端而测得的总长度)长至少30%，优选为长至少40%，最优选为长至少50%。更 长的窄分支部构成了用于改进高频带的带宽的高阻抗区域。根据本发明的一实施方式，该天线图案包括寄生元件，该寄生元件用于改进部分 地由天线图案所构成的该天线的高带宽、增益以及匹配。该寄生元件的宽度可以为0. 2到 0. 6mm，优选为0. 3到0. 5mm，最优选为0. 4mm。还可以使用宽度高达3_4mm的宽寄生元件， 但通常会导致增益降低。该寄生元件可以位于该背表面上，并且可以大致沿该背表面的X 方向延伸。根据本发明的另一实施方式，该宽分支部的远端位于该窄分支部的远端的20mm 内(以这两个远端之间的最短距离来测量)，优选为IOmm内。根据本发明的设备例如是诸如翻盖型(clamshell)电话或直板型(stick-type) 电话的移动电话。然而，本发明可以涉及任何便携式或非便携式设备，如媒体播放器、个人 通信系统(PCS)终端、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、掌上型接收器、摄像机、电视机、 雷达或包括被设计成发送和/或接收无线电、电视、微波、电话以及/或雷达信号的换能器 的任何器具。然而，根据本发明的承载体旨在特别地、但非排它地供高频无线电设备使用。
下面参照附图，通过非限制实施例对本发明进行进一步说明，其中图1示出了根据本发明实施方式的天线图案，图2示出了包括根据本发明实施方式的承载体的移动电话的印制电路板的照片 和示意图，图3示出了从不同角度拍摄的、图2所示印制电路板的照片，
图4示意性地示出了根据本发明实施方式的设备，图5示意性地示出了穿过根据本发明实施方式的包括印制电路板的设备的底部 截取的截面图。应注意到，附图不必按比例绘制，并且为清楚起见，可能将具体特征的尺度夸大 了。
具体实施例方式图1示出了根据本发明实施方式的平坦天线图案10 (在图1中用深色表示)。该 天线图案10包括较短的宽分支部12和较长的窄分支部14。该较短的宽分支部12和较长 的窄分支部14从公共点16起延伸。天线图案10包括馈电点18，和用于改进天线图案10 的高带宽、增益以及匹配的薄寄生元件20。该寄生元件20经由接地点21连接至承载体/ PCB/设备上的接地点。较长的窄分支部14为0. 5到2. 5mm宽，优选为1. 0到2. Omm宽，最优选为1. 5mm 宽。宽分支部为至少4mm宽，优选为至少8mm宽，优选为至少IOmm宽，最优选为至少12mm
觅ο公共点16位于与天线图案10的总长度(即，从馈电点18至公共点16接着沿天 线图案10的窄分支部14测出的、从天线图案的馈电点18起至窄分支部14的远端14d的 距离)的30%到50%相对应的距离处。根据本发明的实施方式，窄分支部14的总长度(从馈电点18起经由公共点16至 窄分支部14的远端14d测得的总长度)比宽分支部12的总长度(从公共点18起至宽分支 部12的远端12d测得的总长度)长至少30%，优选为长至少40%，最优选为长至少50%。图2示出了包括根据本发明实施方式的承载体23的印制电路板(PCB)22的照片 和示意图。图1所示平坦天线图案10已经明确地环绕非平坦塑料/陶瓷承载体23的外表 面缠绕，该承载体23接着被安装在PCB22上，由此，减小了部分地由天线图案10所构成的 天线的体积。另选的是，可以将天线图案10设置在大致平坦的承载体23上/中，该承载体 接着被形成所需形状。而且，可以将天线图案10直接设置在PCB 22上/中。PCB 22沿三个相互正交的方向X、Y、Z延伸，并且包括限定第一 XY平面的前表面 24、限定第二 XY平面的背表面，以及限定XZ平面的侧表面28，该侧表面28在前表面24与 背表面26之间延伸。一旦将承载体23安装到了 PCB 22上，天线图案10的宽分支部12就位于PCB 22 的背表面26上。天线图案10的窄分支部14包括大致沿侧表面28的Z方向、沿侧表面 28的边缘延伸的第一部分14a，和大致沿侧表面28的X方向延伸的第二部分14b。窄分支 部14的第二部分14b被设置成大致沿侧表面28的、最靠近PCB 22的前表面26的边缘延 伸。在所示实施方式中，窄分支部14的第二部分14b中存在一个小弯，其允许天线图案10 容纳用于麦克风端口的开口。然而，窄分支部的第二部分14b并不是一定需要这种方式的 弯。窄分支部14的第一部分14b的长度为至少4mm、优选为5到7mm，最优选为5. 5mm。窄 分支部14的第二部分14b与宽分支部12之间的间隔或间隙为至少2mm，优选为4-lOmm的 范围内。宽分支部12的远端12d位于所述窄分支部14的远端14d的20mm内(以远端12d与14d之间的最短距离来测量)，优选为IOmm内。天线图案10的寄生元件20的宽度为0. 2到0. 6mm，优选为0. 3到0. 5mm，最优选 为0. 4mm，其位于PCB 22的背表面26上，并且大致沿其X方向延伸。天线图案10的宽分支部12、窄分支部14以及寄生元件20例如通过将例如由金属 制成的连续导电层淀积/焊接在承载体23上来设置。图3示出了从不同角度拍摄的、图2所示印制电路板22的照片。图4示出了根据本发明实施方式的设备30，即，便携式直板型电话。该设备30包 括诸如图2和3中例示的PCB的PCB。该设备包括用户界面正面32，用户的头部在他/她 进行电话呼叫时位于该用户界面正面上。该设备还包括背面34，其是在用户进行电话呼叫 时离他/她的头部所位于的地方最远的一面。应注意到，当根据本发明的任一实施方式的天线图案10被包括在小型便携式无 线通信设备(如移动电话)中时，其仅部分地有助于发送或接收该设备所发送或接收的无 线电波。该设备的其它较大的导电组件(如其底板、其电池，或印制电路板)还影响无线 电信号的发送和/或接收。天线图案10按照使完整的天线(即，天线图案10和密集模块 (mass block))以希望阻抗来设置的方式，以电容方式和/或电感方式耦合至这些密集模 块。图5示意性地示出了沿Y轴(即，沿设备30的纵轴)看到的、贯穿图4所示设备 30的底部的截面。该设备30包括图2和3所示的PCB 22、被设置成最靠近该设备30的 用户界面正面32的前表面24，以及被设置成最靠近该设备30的背面34的背表面26。PCB 22的侧表面28被设置在设备30的底面33处，S卩，当设备30被使用该设备30的用户拿着 时该设备30的最下面。天线图案10的宽分支部12由此位于设备30的、当用户使用该设 备30进行电话呼叫时远离该用户头部的背面34处。图1-3所示天线图案10的窄分支部14在高频带中具有与高频带宽分支部12相 对的相位偏移。通过如图2、3以及5所示来定位分支部12和14( S卩，窄分支部14更靠近 用户的头部，而较短的宽分支部12更远离用户的头部)，可以获得比常规设计更高的前后 比率。在图2和3所示的实施方式中，在高频带中获得了 1.8dB的前后比率。这是对与已 知设计相对的大约1. 3dB的改进。测量已经显示，前后比率的增大反映在来自设备的用户界面正面32的较低辐射 上(即，低E和H场)。权利要求书的范围内的本发明的进一步修改对于技术人员来说是容易想到的。例 如，应注意到，本文档中描述的天线图案(其被承载体以机械方式支承)当然可以利用不需 要承载体的半支承天线结构来替换。由此，还将包括如本文档中所述那样定位的宽分支部 和窄分支部的半支承天线视为落在所附权利要求书的范围内。
权利要求
一种承载体(23)，该承载体在使用时沿三个相互正交的方向X、Y、Z延伸，并且该承载体包括限定了第一XY平面的背表面(26)，和限定了XZ平面的侧表面(28)，由此，该承载体(23)包括天线图案(10)，其中，所述天线图案(10)包括宽分支部(12)，其位于该承载体(23)的所述背表面上，和窄分支部(14)，其包括大致沿所述侧表面(28)的Z方向延伸的第一部分，和大致沿所述侧表面(28)的X方向延伸的第二部分。
2.根据权利要求1所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)的所述第二部分 (14b)的长度比所述窄分支部(14b)的所述第一部分(14a)的长度长至少40%，优选为长 至少50%，最优选为长至少60%。
3.根据权利要求1或2所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)为0.5到2. 5mm 宽，优选为1. 0到2. Omm宽，最优选为1. 5mm宽。
4.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述宽分支部(12)为至少 4mm宽，优选为至少8mm宽，优选为至少IOmm宽，最优选为至少12mm宽。
5.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)的所述第 一部分(14a)的长度为至少4mm，优选为5到7mm，最优选为5. 5mm。
6.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)的所述第 一部分(14a)被设置成，大致沿所述侧表面(28)的边缘延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)的所述第 二部分(14b)被设置成，大致沿所述侧表面(28)的、距所述背表面(26)最远的边缘延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述宽分支部(12)和所述窄 分支部(14)从一公共点(16)起延伸，并且所述公共点(16)位于与所述天线图案(10)的 总长度的30%到50%相对应的距离处，其中该总长度是从所述天线图案的馈电点(18)起 经由所述公共点(16)至所述窄分支部(14)的远端(14d)测得的。
9.根据权利要求7所述的承载体(23)，其中，所述窄分支部(14)的总长度比所述宽 分支部(12)的总长度长至少30%，优选长至少40%，最优选长至少50%，其中所述窄分支 部(14)的总长度是从所述馈电点(18)起经由所述公共点(16)至所述窄分支部(14)的远 端(14d)测得的，而所述宽分支部(12)的总长度是从所述公共点(16)起至所述宽分支部 (12)的远端(12d)测得的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述天线图案(10)包括寄 生元件(20)，该寄生元件用于改进所述天线图案(10)的高带宽、增益以及匹配。
11.根据权利要求9所述的承载体(23)，其中，所述寄生元件(20)的宽度为0.2到 0. 6mm,优选为0. 3到0. 5mm,最优选为4mm。
12.根据权利要求9或10所述的承载体(23)，其中，所述寄生元件(20)位于所述背表 面(26)上，并且大致沿该背表面的X方向延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述宽分支部(12)的远端 (12d)位于所述窄分支部(14)的远端(14d)的20mm内，优选为IOmm内，以所述远端(12d，14d)之间的最短距离来测量。
14.根据前述权利要求中任一项所述的承载体(23)，其中，所述承载体(23)被设置成 安装在印制电路板PCB(22)上/中，或安装在设备(30)上/中。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的承载体(23)，其中，所述承载体(23)是印制电 路板 PCB (22)。
16.一种设备(30)，例如便携式电子设备(30)，其中，该设备包括根据前述权利要求中 任一项所述的承载体(23)。
17.根据权利要求16所述的设备(30)，其中，该设备包括用户界面正面(32)和背面 (34)，由此，所述承载体(23)的所述背表面(26)被设置成最靠近所述设备(30)的所述背 面(34)。
18.根据权利要求16或17所述的设备(30)，其中，该设备是诸如翻盖型电话或直板型 电话的移动电话。
全文摘要
本发明涉及天线承载体和设备。提供了一种承载体(23)，该承载体在使用时按三个相互正交的方向X、Y以及Z延伸，并且该承载体包括限定第一XY平面的背表面(26)，和限定XZ平面的侧表面(28)，由此，该承载体(23)包括一天线图案(10)。该天线图案(10)包括宽分支部(12)，该宽分支部位于该承载体(23)的所述背表面上，和窄分支部(14)，该窄分支部包括大致沿所述侧表面(28)的Z方向延伸的第一部分，和大致沿所述侧表面(28)的X方向延伸的第二部分。
文档编号H01Q1/38GK101971417SQ200880128021
公开日2011年2月9日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年3月14日
发明者斯科特·万斯 申请人:索尼爱立信移动通讯有限公司