紧凑的多频带天线的制作方法

专利名称：紧凑的多频带天线的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及天线，并且特别涉及可以用于多频带中的紧凑天线。
背景技术：
为了高效地生产通信装置，例如便携式电话或个人数字助理(PDA)，必须平衡许多 相矛盾的需求。成本必须被最小化，并且典型地装置自身越来越小却越来越复杂。另外，近 年来相对来说只需在一个或两个波长频带上有效操作的装置现在可能被要求在五个或更 多个频带下以大体相同的效率操作。实现这种高效操作的关键部件是满足成本、在多个频 带下操作的效率、尺寸，以及对本领域内的那些技术人员来说很熟悉的其他考虑例如装配 容易性，的所有这些相矛盾的需求的正确设计的天线。虽然在本领域内已广泛已知了在多 频带上操作的天线，但仍需要改进这种类型的天线。

发明内容
在本发明的一些实施例中，至少包括两个元件的天线被至少部分地形成于介电载 体的边界面上。在一个实施例中，天线的第一元件包括单极，其至少部分位于边界面上。单极被实 施成使其其中一个终端点(end point)靠近接地连接，这里称为馈电终端点。典型地，单极 是直线的、折叠的或者蜿蜒的导电带的形式，被布置为四分之一波长共振器。虽然单极可以 在两个方向上或甚至一个方向上配置，但其典型地被配置在三个方向上。单极可以是被配 置成在一个或多个高频带中，例如诸如1800MHz、1900MHz和/或2100MHz频带或更高频带 的频带，共振的单频带单极或多频带单极。天线的第二元件包括迷宫式耦合元件，其被靠近单极安装于边界面上。耦合元件 可以由一个导电部分形成。可替代地，耦合元件包括被流电地连接到一起的多个导电部分。 耦合元件部分包围单极，被连接至地线上，并且用于在单极和地线之间耦合电和磁场。被耦 合元件的部分包围典型地是三维的，并且允许天线具有很小的总体积。通过利用具有大体积以及对应的宽带宽的地线的辐射特性，而不是利用具有相对 小体积以及对应的小带宽的耦合元件的辐射特性，耦合使得天线的带宽被增加。耦合元件有效地耦合低频，例如850MHz和900MHz频带中的那些，以便将它们从单 极传输至地线，地线辐射低频。耦合的量可以被调整，并且如果对高频带配置的较高，单极 共振的高频带也很好地传输至地线，从地线辐射出去。因此，天线充当在低频和高频频带中 辐射的高效紧凑的辐射器。在一些实施例中，被增强的电容在耦合元件和单极之间得以实现。被增强的电容
5可以通过连接耦合元件和单极的一个或多个集中元件，和/或通过耦合元件和单极的分布 式布置，而形成。可替代地或另外地，在耦合元件和地线之间形成有另一被增强的电容，该 被增强的电容可以选择成促进单极和地线的理想耦合。
在本发明的可替代实施例中，耦合元件被配置为环。在本发明的另一替代实施例中，第一元件被配置成环。本发明的实施例可以被用作通信装置内的天线，这里，天线被耦合至在本装置内 操作的收发器。因此，根据本发明的实施例，提供了一种天线，包括具有边界面的介电载体；在第一频率下共振的导电单极，其包括安装于边界面上的至少一个导电部分；以 及迷宫式导电耦合元件，其被安装于边界面上以包含介电载体，耦合元件被相对于 导电单极布置，以从导电单极传输低于第一频率的第二频率。典型地，导电单极包括安装于介电载体内的另一部分，并且耦合元件包围该另一 部分。耦合元件可以在第二频率下共振。在一个实施例中，天线包括地线，其靠近耦合元件布置，以接收从耦合元件传输来 的第二频率。典型地，在耦合元件和地线之间具有耦合的阻抗，以增强第一频率和第二频率 中至少一个的传输。在一些实施例中，第一频率包括多个频带，并且，导电单极包括多频带单极，其被 配置为在所述多个频带下共振的串联电路。所述多个频带可以包括1700MHz和5. 6GHz之 间的频率。在一些实施例中，第二频率包括多个频带，并且，耦合元件被配置为在所述多个频 带下共振的串联电路。所述多个频带可以包括700MHz和1000MHz之间的频率。第一频率 可以包括多频带，并且，耦合元件可以被配置为在所述多频带下共振的并联电路。所述多频 带可以包括1700MHz和5. 6GHz之间的频率。在可替代实施例中，天线包括在耦合元件和单极之间耦合的电容，以增强第二频 率的传输。在另一可替代实施例中，介电载体包括介电元件，其在公共表面处被连接至印刷 电路板(PCB)的介电基板上，并且，导电单极的另一部分可以被安装于所述公共表面上。在其他可替代实施例中，介电载体包括介电元件，其被连接至印刷电路板(PCB) 的介电基板上，并且所述至少一个导电部分和PCB具有公共边缘。典型地，导电单极包括线性导电带、L形导电带、被折叠的导电带、蜿蜒的导电带以 及至少部分成环的导电带中的至少一个。在被公开的实施例中，天线包括接地面，其被流电地连接至耦合元件，以便接地面 和耦合元件的组合形成闭合环。在另一被公开的实施例中，导电耦合元件包括至少一个长槽，并且该至少一个长 槽的周长可以被配置成响应于导电元件的理想的共振频率。根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括
介电基板；安装于基板上的全波长环，全波长环在第一频率下共振；靠近全波长环安装的接地面；以及导电耦合元件，其被流电地连接至接地面以形成完全包围全波长环的闭合环，导 电耦合元件在低于第一频率的第二频率下共振。典型地，导电耦合元件将第二频率从全波长环传输至接地面。在一个实施例中，导电耦合元件的一部分被配置以形成电容器，与接地面一起，增 强第一频率从全波长环至接地面的传输。电容器典型地位于闭合环外面。在被公开的实施例中，全波长环和闭合环被安装于基板的公共平面上，并且，当从 公共平面上测量时，闭合环完全包围全波长环。根据本发明的实施例，还提供了一种天线，包括介电基板；安装于基板上的单极，单极在第一频率下共振；靠近单极安装的接地面；以及导电耦合元件，其被流电地连接至接地面以形成完全包围单极的闭合环，导电耦 合元件在低于第一频率的第二频率下共振。典型地，导电耦合元件将第二频率从单极传输至接地面。在一个实施例中，导电耦合元件的一部分被配置以形成电容器，与接地面一起，增 强第一频率从单极至接地面的传输。电容器可以位于闭合环外面。在被公开的实施例中，单极和闭合环被安装于基板的公共平面上，并且，当在公共 平面内测量时，闭合环完全包围单极。根据本发明的实施例，还提供了一种形成天线的方法，包括提供具有边界面的介电载体；在边界面上安装在第一频率下共振的导电单极的至少一个导电部分；以及在边界面上安装迷宫式导电耦合元件以包含介电载体，耦合元件被相对于导电单 极布置，以从导电单极传输低于第一频率的第二频率。根据本发明的实施例，还提供了一种形成天线的方法，包括提供介电基板；在基板上安装全波长环，全波长环在第一频率下共振；靠近全波长环放置接地面；以及将导电耦合元件流电连接至接地面，以形成完全包围全波长环的闭合环，导电耦 合元件在低于第一频率的第二频率下共振。根据本发明的实施例，还提供了一种形成天线的方法，包括提供介电基板；在基板上安装单极，单极在第一频率下共振；靠近单极安装接地面；以及将导电耦合元件流电连接至接地面，以形成完全包围单极的闭合环，导电耦合元 件在低于第一频率的第二频率下共振。根据本发明的实施例，还提供了 一种通信装置，包括
收发器；以及这里描述的天线中的一个。从下面结合附图的实施例的详细描述中，本发明将得到更完全的理解，其中


图1A、1B和IC是根据本发明的实施例的天线的示意图；图2A、2B和2C是根据本发明的实施例的可替代天线的示意图；图3AJB和3C是根据本发明的实施例的另一可替代天线的示意性透视图；图4A-4D、5A-5E、6A-6D、7A-7D以及8A-8D是根据本发明的实施例的图3A、!3B和3C 的可替代天线的零件的示意性工程图；图9示出了根据本发明的实施例的另一可替代天线的示意性透视图；图IOA和IOB是根据本发明的实施例的另一可替代天线的示意性透视图；图11是根据本发明的实施例的另一天线的示意框图；图12是根据本发明的实施例的另一天线的示意框图；以及图13是根据本发明的实施例的通信装置的示意框图。
具体实施例方式概述这里描述的天线包括高频共振器和靠近共振器放置并与其绝缘的耦合元件。耦合 元件在共振器和地线之间耦合电和磁场。耦合元件可以方便地安装于或形成于介电载体 (dielectric carrier)的表面上，并且高频共振器的至少一部分也可以在此表面上。天线具有馈电区域(feed region)，馈电区域由共振器的端部和地线的一段构成。 如果馈电区域通过高频和低频馈电，那么耦合元件耦合并传输低频至地面，低频从地面辐 射。如果采用相对高的耦合以适用于更高的频率，则高频也传输并从地面辐射，并且天线的 带宽被加宽。因此，天线可以被配置作为用于低频和高频的很好的宽带宽辐射器。在一个实施例中，高频共振器是四分之一波长单极，高频通常从约1. 7GHz至约 2. 6GHz或更高变化。典型地，单极是倒L形式，但可以包括其他结构，例如具有一个或多个 分支，和/或是部分环。典型地，单极充当(act as)在高频下共振并且在低频下不共振的 串联共振电路。典型地，地线充当低频的并联共振电路，低频可以向下变化至约700MHz。典型地， 耦合元件充当与地线的低频相同低频的串联共振电路，以及用作高频的并联共振电路。耦合元件可以包括一个或多个在所选频率下共振的长槽，以增加带宽，和/或以 提供一个或多个额外的频带(band)。典型地，耦合元件包含或围绕介电载体，以包围(about)或部分环绕(surround) 单极折叠。耦合元件的折叠保证了本发明实施例的紧凑。在其他实施例中，高频共振器和耦合元件中的一个或两个是环。这里描述的天线可以通过任何适合传输(transfer)射频电流的装置馈电。典型 地，虽然不必须，但天线可以通过被导引的传输线路(guided transmission line)例如挠 性或刚性同轴电缆馈电。
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实施例描述现在参考图1A、1B和1C，它们是根据本发明的实施例的天线30的示意性透视图 以及天线的元件的示意性平面图。在下面的描述中，作为示例，图IA描述了天线30的正视 图，图IB描述了天线的后视图。作为示例，天线30至少部分被形成于印刷电路板(PCB)32 的一个或多个介电表面(dielectric surface)上，PCB 32的近似尺寸为55mm宽X 120mm 长X Imm厚。为清楚起见，在下面的描述中，PCB32与正交的xyz轴对正，并且天线30的尺 寸利用这些轴来给出。但是，应理解，天线30是在任何合宜的方向上可操作的。在下面的描述中，PCB32在电介质的相应表面上具有两个导电层，电介质将这两层 分开。然而，实际上，PCB可以具有被电介质分开的任何其它合宜(convenient)数目的导 电层。PCB的表面以及导电层可以是平面的或弯曲的。另外，本发明的实施例不要求至少部 分地形成于PCB上。而是，被形成作为本发明的实施例的天线的导电元件可以被形成为与 任何合宜的电介质，包括固体和气体的电介质，接触。因此，被形成作为本发明的实施例的 天线导电元件的至少一些部分可以基本上完全被介电空气(dielectric air)包围。如下面将更详细描述的，天线30体积很小，但能够在广阔范围的射频(RF)值上 有效地操作，从约700MHz至约2200MHz以及更高频率。另外，发明人已经发现天线30的 组件所要求的PCB32在y方向上的高度只需要约12mm，即使用于约700MHz的低操作频率， PCB的剩余部分用作接地面(ground plane)和/或用于连接至天线的安装电路(mounting circuitry)。典型地，如果可得到更大的高度，则天线30可以配置成在比如上给出的那些 更广阔范围的频率下操作。PCB32包括电介质34，其最初在电介质的前表面33上被前导电层36覆盖，在电介 质的后表面35上被后导电层38覆盖。这里电介质34也被称作PCB电介质34。通过除去 导电层的部分，天线30可以至少部分地形成于PCB电介质34上。除形成天线30的元件 外，导电层的剩余部分形成前接地面40和后接地面42。典型地，接地面被流电连接，例如 通过过孔，并且可被天线30用作天线的地线(ground for the antenna)。然而，对天线30 的地线来说不必须通过接地面提供，并且天线的地线可以全部或部分通过其他导电元件提 供，例如电路(circuitry)和/或电路工作于其内的外壳。天线30包括单极(m0n0p0le)44。单极44被形成作为平行于y轴的第一导电部 分46和平行于χ轴的第二导电部分48。这两个部分46、48大约为矩形，各自的近似尺寸为 3mmX IOmm和34mmX3mm。这两个部分通过过孔50流电连接。通过去除前导电层36的一 部分，在前表面33上形成部分46 ；通过去除后导电层38的一部分，而在后表面35上形成 部分48。这两个部分被如此布置，以使单极44是倒L的形式，有效长度约40mm，在部分46 的下面部分具有馈电点52，这里馈电点52被称为直播馈电点(live feed point)。前接地面40具有平行于χ轴的间断的边缘M。约2mm的绝缘间隙57形成于边缘 54和部分46的下边缘之间。边缘M和部分46附近的接地面40的区域56被用作另一馈 电点，这里称为接地连接(ground connection)。因此，单极44具有由直播馈电点52和面 积56形成的馈电区域58。对于上面给出的单极44的长度，当通过馈电区域58馈电时，单 极充当四分之一波长串联共振电路，共振频率带在1800MHz (1710-1880MHZ)频带内。在一 些实施例中，在一个或多个其它频带中，例如2100MHz (1920-2170MHz)频带，单极44可以实 施为(implemented as)多频带单极。天线领域内的那些普通技术人员知道将单极44实施为为多频带单极的方法。除单极44外，天线30包括由许多流电连接的部分制成的迷宫式接地耦合元件60。 如下面将更详细描述的，耦合元件充当低频的串联共振电路，并且充当高频的并联共振电 路。图IC是平面形式的元件60的示意性图示。耦合元件60的一个部分62被形成为与前 接地面40的边缘M连续(be continuous with)，并且位于PCB-电介质的前表面33上。耦 合元件的其他部分64、66、68和70被形成在盒子形状的介电元件61 (dielectric element) 的相应表面72、74、76和78上。部分64的一部分还形成于PCB-电介质34的边缘上方。介 电元件61的近似尺寸为55mmX 12mmX 10mm。在去除后层38的对应区域后，典型地通过粘 合(cementing)，元件61被连接至PCB-电介质的表面35上，以便该元件与PCB-电介质具 有公共表面。可替代地，后层38的一些可以不被去除，并且没有去除的那部分可以用来与 单极44之间提供电容。元件61被对正以与PCB-电介质的上面和侧面边缘近似齐平。如图IC中所示意的，耦合元件60可以考虑形成为细长矩形82，近似尺寸为 IlOmmX 6mm。包括部分66和部分64的一部分的第二矩形84被连接至该细长矩形，并且近 似尺寸为25mmX6mm。第三区域86将该细长矩形连接至前接地面40。如在图IA和IB中所示意的，耦合元件60环绕或包围组合介电载体88，其由元件 61以及载体被连接于其上的PCB-电介质的一部分组成。耦合元件被安装于介电载体的边 界面(bounding surface)上，边界面包括载体的表面72、74、76和78、PCB32的对应边缘以 及表面33的一部分。作为示例，载体88是矩形平行六面体的形式，虽然应理解，载体可以是任何合宜 的三维实体。如在图IA和IB中所示意的，介电载体被耦合元件60的环绕典型地发生在三 个方向上，以便在天线30中，载体88的五个侧面具有安装于其上的耦合元件60的部分。 在其他实施例中，通过将耦合元件60的部分安装于载体88的至少两个侧面上实现此环绕。 仍如在图IA和IB中所示意的，耦合元件60有效地包围单极44的导电部分48。耦合元件60包括形成于该元件中的一个或多个长槽。这些长槽可以完全封闭于 耦合元件里面，或部分地封闭于该元件里面，以有效地在该元件的边缘里面形成缺口。作为 示例，在此处的描述中，该元件具有两个形成于矩形82里面的矩形长槽。第一长槽90的近 似尺寸为5mmX3mm ；第二长槽92的近似尺寸为55mmX3mm。这些长槽近似位于矩形82的 中心线上、区域86附近，并且被宽度约为3mm的元件60的导电区域分开。改变这些槽的尺 寸和位置能够改变耦合元件60共振的频率。耦合电容器94可以被连接在部分62的下边缘和接地面40的边缘M之间。可 替代地或另外地，可以通过使耦合元件60的下边缘的一部分形成得比此下边缘的剩余部 分更靠近边缘M，实现约等于电容器94电容的电容。典型地，可以通过约(ofthe order of)0. Imm的间隙将该部分与边缘M分开。集中元件94和/或由耦合元件60的下边缘生 成的那部分的电容在耦合元件和接地面40之间提供增强的电容。在一个实施例中，电容器 94具有约2. 2pF的电容。如果馈给区域57高频，例如单极44共振的频率，则耦合元件60将这些频率从它 们辐射的地方传输至地线或接地面40。通过改变耦合电容器94，和/或如上所述的替代电 容，的数值和位置可以改进高频的耦合和传输。为了实现理想的改进，这种改变可以由本领 域内普通的技术人员实现，而无需作过多的试验。
如果馈给区域57低频，约1000MHz以下，则耦合元件60从单极44耦合和传输低 频至相邻的地线，和/或耦合和传输至接地面40。典型地，通过电容器94或如上所述的被 增强的电容对高频的改进相比，其在更小程度上改进了低频的耦合。相邻的地线或接地面 40充当低频的并联共振电路，在近似与耦合元件60的共振频率相同的低频下共振。因此， 地线或接地面辐射这些低频。在一些实施例中，典型地具有约20nH数值的耦合感应器(coupling inductor) 95 可以被连接在部分62的下边缘和接地面40的边缘M之间。使用感应器95可以增强低频 的耦合，并且用于理想增强的感应器的数值和位置可以在无不当实验的情况下被确定。发明者已经发现，如上所述形成的天线30作为五频(penta-band)天线在如下 频带中工作良好850MHz (824-894MHz)、900MHz (880-960MHz)、1800MHz (1710_1880MHz)、 1900MHz (1850-1990MHz)和 2100MHz (1920-2170MHz)，并且在低至约 700MHz 下工作良好。天 线30的元件的尺寸和参数可以在无不当实验的情况下改变以形成在这些和其它频带下辐 射良好的天线。这些尺寸和参数包括单极的导电元件以及/或者耦合元件的数目、大小、形 状和位置，以及耦合电容器和/或耦合感应器的位置和/或数值。例如，发明者已经发现根 据这里描述的原理构造的多频带天线用作天线30在约2. 4GHz和高至约5. 6GHz下工作良 好。图2A、2B和2C是根据本发明实施例的天线130的示意性透视图以及天线元件的 示意性平面图。除下面描述的不同点之外，天线130的操作大致上类似于天线30 (图1A、1B 和1C)，并且在天线30和130中用相同参考标记表示的元件在结构和操作上大体类似。在天线30中，作为示例，长槽92是矩形的。在天线130中，长槽92通过从耦合元 件60的部分64和66上去除导电矩形部分132而被改变了，以形成具有复杂形状的长槽 134。长槽134的周长远远大于长槽92的周长，以便RF电流围绕长槽134采取的路径相应 地大于长槽92。以这种方式配置周长以增长路径是实现耦合元件60共振频率改变的简单 且有效的方式。图3AJB和3C示出了根据本发明的实施例的天线210以及其其中一个零件的示 意性透视图，并且图4A-4D、5A-5E、6A-6D、7A-7D以及8A-8D是天线210的零件的工程图。在 此处描述的示例型实施例中，天线210的外部尺寸近似为19mmX12mmX3. 2mm，所以体积远 远小于1cm3。典型地，天线210在如下频带内的射频下有效地工作850MHz (824-894MHz)、 900MHz(880-960MHz)、1800MHz(1710-1880MHz)、1900MHz(1850-1990MHz)禾口 2100MHz (1920-2170MHz)频带。然而，通过相对轻微地调整零件尺寸，可以配置大体上类似 于天线210的天线以在其他RF频带中有效地操作。这种调整可以由天线领域内普通技术 人员在无不当实验的情况下进行。天线210由三个零件形成此处也称为介电保持器(dielectric holder) 212的介 电载体212、导电辐射器214以及由第一部分216和第二部分218形成的导电接地耦合元 件215。天线210大致类似于天线30，因此，天线210的保持器212、辐射器214和耦合元件 215在功能和操作上分别对应于天线30的载体88、单极44和耦合元件60。第一部分216 是两件式的，这将在下面进一步描述，并且这两个零件在图6A-6D和图7A-7D中示出了。第 二部分218在图5A-5E中示出了。保持器212在图3C和图4A-4D示出了，这里没有其他的 天线零件，保持器212具有第一侧220和与第一侧相反的第二侧222。图3A示出了在天线“后视图”中的第一侧220，而图3B示出了在“前视图”中的第二侧222。图4A、4B、4C和4D 分别示意保持器212的正视图、后视图、剖视图和俯视图。保持器212的每个侧面包括平面，其典型地具有一个或多个缝隙和/或一个或多 个突起。因此，第一侧220具有平面224，缝隙2 从缺口进入该表面，并且突起2 突出到 该表面上方。第二侧222具有平面230，也在图3A中示出了，其具有突起232和缝隙234。 保持器212典型地由刚性塑料例如聚碳酸酯形成，介电常数约为3。图8A、8B、8C和8D是示意出导电辐射器214的相应正视图、侧视图、平面图和透视 图。典型地，辐射器214通过弯曲一件平面片材金属而形成(图8C)，以形成大体平面的辐 射元件，并且这里辐射器214也被称为平面导电辐射器214。平面导电辐射器214被放置成 与第二侧面222配合，以便辐射器的表面接触表面230。辐射器214具有与侧面222的突起 232中的一些配合的孔，并且这些突起和配合孔被设置成，当辐射器被推到突起上时保持辐 射器214相对于保持器212大体固定。典型地，突起和配合孔保持辐射器的下面表面与表 面230接触。在图3AJB和3C中示出的示例型实施例中，辐射器214是倒L单极的形式，其第 一馈线部分236被连接至L的臂238，该臂238被流电连接至平行于该臂的元件M0，以便 辐射器214具有通过折叠臂238和元件240而形成的延长了的长度。如图中所示意的，第 一馈线部分236可以被连接至“直播”馈电点M2，馈电点242通过绕保持器212的边缘252 弯曲辐射器214的一部分到侧面220上而形成。接地耦合元件215的部分216由两个零件形成，第一零件244和第二零件M6。图 6A、6B、6C和6D是示意第一零件M4的相应正视图、侧视图、平面图和透视图；图7A、7B、7C 和7D是示意第二零件246的相应正视图、侧视图、平面图和透视图。典型地，这两个零件中 的每一个通过弯曲一件片材金属而形成(图6C、图7C)，以形成大体平面的接地元件，这里 部分216也被称为平面部分216。这两个零件被配置成，典型地以与上面对辐射器214与侧 面222的配合相同的方式，与第二侧面222配合，以便这些零件的相应表面接触表面230。 零件244和M6中的至少一个围绕，也就是至少部分围绕，辐射器214折叠。如图3A和;3B中所示，接地耦合元件215是迷宫式部件，其具有许多被流电连接的 部分。第一零件244具有连接至第一导电边缘元件250的上部分M8。第一零件244还连 接至第二导电边缘元件251。第一导电边缘元件250被放置于保持器212的边缘252上，并 且该元件在触点2M处连接至部分218。耦合元件的部分218在触点256处通过第三导电 边缘元件258连接至零件M6。第三导电边缘元件258位于边缘252上，并且通过近似直角 的弯曲连接至第二零件对6。因此，接地耦合元件215在保持器的两侧并且还在保持器的边 缘上包围保持器212。接地耦合元件215的第二馈线部分260可以被连接至接地馈电点沈2。部分260 和馈电点262可以通过绕边缘252弯曲第二零件M6的一部分到侧面220上而形成。图3AJB和3C的考虑显示天线210具有下述特征 零件244和M6中的至少一个绕辐射器214弯曲； 接地耦合元件215通过在保持器的两侧并且还在保持器的边缘上具有部分而 包围介电保持器212 ； 辐射器214到侧面20上的正投影与接地耦合元件215的部分218的一部分重
12叠。典型地，此重叠很大，以便与辐射器和该部分之间的小距离一起，在辐射器214和部分 218之间具有很强的电容耦合。操作中，辐射器214典型地充当串联共振电路，其具有高共振频率，例如如上所述 的在1800MHz、1900MHz和2100MHz的频带内。可以被认为是四分之一波长单极的辐射器 214还用于有效地耦合低频，例如在850MHz和900MHz频带内的那些，至接地耦合元件215。 此耦合基本上是电容性耦合。元件215典型地充当低频的串联共振电路，以将更低的频带 耦合至导体，允许该频带从连接至该元件上的导体有效辐射。典型地，元件215还充当高频 带下的并联共振电路。该导体可以是底座，充当地线，或如在下面关于图9描述的天线中举 例示出的充当导电接地面，导电接地面典型地充当近似与耦合元件的低串联共振频率相同 频率的并联共振电路。对于本领域内的那些技术人员来说很显然的，通过选择形成保持器212的材料以 具有不同的介电常数，可以改变并且典型地可以减小天线210的尺寸。本领域内的技术人 员可以在无不当实验的情况下调整辐射器214和元件215以及保持器212的尺寸，以优化 天线210的性能的效率，并且这种调整还可以对除上面所述的那些之外的RF频带内的频率 进行。图9示出了根据本发明的替代实施例的天线300的示意性透视图。除下面描述的 不同点外，天线300的操作大体上类似于天线210(图3AJB和3C)，并且天线210和300中 被相同参考标记表示的元件在结构和操作上大体类似。在天线300中，三个部件介电保持器212、平面导电辐射器214和导电接地耦合 元件215被耦合至印刷电路板(PCB) 302。PCB 302具有导电接地面304和非导电部分306。 部分306被设置成被一些突起2 抓住，以便该部分的下表面与第二平面部分218的上表 面固定地配合，并且以便这些突起充当PCB的锚座(anchor)。PCB 302包括接地馈通件(ground feed-through) 308以及“直播”馈通件 (“live” feed-through) 310，馈通件被置于部分306内。接地馈通件308被设置用以与接 地馈电点沈2(图2A)连接，并且可以通过馈通件和接地面之间的导体(未示出)直接连 接至接地面304。可替代地，接地匹配电路(未示出)可以连接接地馈通件308和接地面 304。直播馈通件310被设置用以与直播馈电点242连接。天线300的直播馈电垫(live feed-pad)312可以通过导体直接连接至馈通件310，或可替代地，直播匹配电路可以连接 馈电垫和馈通件。为清楚简单起见，用于馈通件310的导体和匹配电路被从图9中省略了。天线300的操作大致类似于天线210，元件215充当耦合至接地面304的耦合元 件。另外，通过改变接地面304的一个或多个尺寸，典型地通过改变接地面的长度L，可以改 变天线300操作的低频带。在本发明的一些实施例中，天线210和/或天线300被用作无线调制解调器的一 部分。调制解调器可以被设置用以耦合至USB (通用串行总线)端口，例如笔记本电脑的USB 端口，以便计算机可以在天线被调谐至的频带内有效地接收和发射。即使存在PCB 302，天 线300典型地占用约Icm3的极小的体积。图IOA和IOB是根据本发明的实施例的天线400的示意性透视图。天线400在与 天线30、210和300大致相同的频率下作为高效辐射器操作。天线400被形成于印刷电路板 (PCB) 402上，其尺寸约等于IOOmm长X 40mm宽。PCB 402深度约1mm。图IOA示出了 PCB的上表面404，图IOB示出了 PCB的下表面406。PCB 402包括被导电材料覆盖的介电基板408。如下面更详细描述的，可以去除一 些导电材料以留下导电元件，以便基板408充当该元件的介电保持器。接地面410形成于基板408的上表面405上。典型地，接地面410通过过孔与形 成于基板下表面407上的接地面412流电地连接。导电辐射器414也形成于上表面405上。辐射器被配置为高频的四分之一波长天 线，并且是与接地面410流电地绝缘的倒L单极的形式。典型地，辐射器414通过去除覆盖 表面405的一些导电材料而形成。辐射器414被形成为具有辐射器的限制边缘416，该边缘 靠近表面205的边缘418或与其共用。辐射器414充当串联共振电路，典型地在如上面关 于天线30、210和300描述的高频带下操作和共振。导电耦合元件422具有第一部分似4和第二部分426。部分似4被流电连接至接 地面410。如图示中所示，这两个部分通过形成于介电元件420上的其他导电元件423流电 连接。介电元件420被附接，典型地通过粘合，于下表面407上，并且典型地与边缘418齐 平。典型地，元件420高度约5mm。第一部分似4典型地通过从表面405上去除导电材料而被形成于该表面上，并且 被配置为具有大体平行于辐射器414的部分。部分4M被与辐射器流电地绝缘。第二部分似6被形成于介电元件420上，并且具有被设置成平行于并且非常靠近 边缘418的边缘428。典型地，边缘似8和限制边缘416之间的缝隙430约0. 1mm。由于它 们边缘的靠近，部分似6和辐射器414之间具有被增强的电容，并且被增强的电容的值可以 通过改变部分426的长度和/或改变缝隙430的宽度而改变。被增强的电容增加了元件 422和辐射器414之间的耦合。从图IOA和IOB中很显然的，元件422有效地围绕辐射器414折叠。因为元件422 具有三维特征，所以折叠发生在三个方向上，并且元件422有效地包围介电载体431，介电 载体431由介电元件420和连接至元件422上的基板408的那部分形成。在一些实施例中，导电的第三部分432被流电连接至位于元件420上的耦合元件 422的另一导电元件423上。元件432可以被形成于元件420的下表面409上。可替代地 或另外地，第三部分可以形成于元件420下方的表面407上。第三部分与辐射器414形成 平行板电容器，并且还增加了耦合元件和辐射器之间的电容。在操作中，耦合元件422对应于天线30的耦合元件60，典型地充当与关于天线30 描述的那些类似低频的串联共振电路，并且用作高频的并联共振电路。置于天线30，天线 400的耦合元件将其串联共振的低频传输至接地面410。接地面410典型地充当近似与耦 合元件422相同的串联共振频率下的并联共振电路，并且辐射这些频率。另外，如上面对天 线30描述的，耦合元件422可以被配置成从辐射器414传输高频至接地面，接地面也能够 辐射这些频率。图11是根据本发明的实施例的天线500的示意框图。作为示例，天线500被形成 于PCB 502的介电基板503的一个平面表面501上，以便天线500大体上是二维的。然而， 本领域内的那些普通技术人员将能够适应下面的描述(如有必要可做一定修正)即实施 类似于天线500的三维天线，以及实施部分形成于平面表面上或至少部分形成于非平面表 面上的天线。
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典型地，天线500通过去除初始位于表面501上的导电材料而形成。天线500包 括全波长环504，该环的尺寸设置成使其充当在高频带例如5. 6GHz频带内共振的串联共振 电路。下文中环504也被称为共振器环504。作为示例，共振器环504包括被彼此流电连接 并且彼此成直角或平行的直线导电部分512。然而，环504可以由任何其他合宜的导电部分 形成，例如弯曲的导体。共振器环504具有与接地面508分开的第一端506和第二端，第二端包括接地面 的区域510。虚线示意性表示用于封闭环504的接地面508的部分511。环的端部506被 用作第一、直播、馈电点。靠近端部506的接地面508的区域510被用作第二、接地、连接， 以便天线的馈电区域由端部506和区域510组成。天线500还包括导电耦合元件516。耦合元件516是近似半波环，其具有第一端 部区域518和第二端部区域520。两个端部是接地面508的区域。作为示例，耦合元件516 由大体平行于环504的部分的直线部分形成。至于504，不要求元件516由直线部分形成。 典型地，元件516的部分的方向被设置成平行于环504的部分。耦合元件516被区域518和520之间的接地面508的部分522封闭。元件516和 部分522充当封闭环524，下文中也被称为耦合环524。封闭的耦合环524，也就是耦合元件516和接地面部分522，被设置成当在表面501 内测量时使共振器环504完全被耦合环包围。因此，天线500可以被认为是“环内环”天线。 典型地，耦合环5M被配置充当在低于共振器环504的共振频率的频率下的串联共振电路， 并且充当在环504的共振频率下共振的并联电路。在一个实施例中，耦合环5 在2. 4GHz 波带内串联共振。耦合环5 在馈电点514耦合并传输频率输入至接地面508，其充当在近似上面提 及的低频下共振的并联电路。可以通过改变耦合环和接地面之间的电容调整耦合环和接地 面之间的耦合，以增强频率从环524的传输。发明人已经发现调整电容的简单且有效的方 式是改变元件516的边缘5 和接地面的边缘5 之间的距离L。如果此耦合被调整的相 对较高，则低和高频被有效地从馈电点514传输至辐射各种类型的频率的接地面508。在作为2. 4GHz和5. 6GHz频带内的宽带宽天线操作的天线500的一个实施例中， PCB 502的宽度约等于50mm，并且边缘5 距PCB的上边缘约14mm。边缘5 和5 长度 约25讓，并且距离L约4讓。图12是根据本发明的实施例的天线550的示意框图。除下面描述的不同点外，天 线550的操作大体上类似于天线500(图11)，天线550和500中被相同参考标记表示的元 件在结构和操作上大体类似。代替天线500的全波长共振器环504，天线550包括四分之一波长单极554，其充 当诸如5. 6GHz频带的高频带中的串联共振电路。作为示例，单极5M包括一个或多个直线 导电部分，它们被彼此流电连接并且彼此成直角或平行。然而，单极5M可以由任何其他合 宜的导电部分形成，例如弯曲导体。单极5M具有端部556，其被与接地面508绝缘，并且被用作第一、直播、馈电点。 靠近端部556的接地面508的区域560被用作第二、接地、连接点，以便天线的馈电区域564 由端部556和区域560组成。当在表面501内测量时，包括耦合元件516和接地面部分522的封闭耦合环5M完全包围单极554。因此，天线550可以被认为是环内单极。发明人已经发现，当高频和低频被溃给它们相应的馈电区域514、564时，诸如天 线500的“环内环”天线以及诸如天线550的环内单极有效地辐射这些频率。至于如上所 述的天线，低频，例如在如上所述的2. 4GHz频带内的频率，被从环504或单极5M经由闭合 耦合环5M耦合并传输至接地面508。通过将耦合环至接地面的耦合设置得相对较高，如上 面关于图11所描述的，高频也耦合并传输至接地面508。高频和低频可以因此有效地从接 地面辐射。应理解，上面描述的实施例的元件可以被采用以形成本发明的其他实施例。作为 第一实例，天线可以被大致类似于天线30地实施，但其采用例如上面关于天线500和550 所描述的封闭的耦合环和/或全波长共振器环。作为第二实例，单极和耦合元件之间的被 增强的电容，如上面关于天线220和300描述的，可以被引入大致类似于天线30的天线中。 在这种情况下，得到的天线在耦合元件和单极之间具有被增强的电容，以及在耦合元件和 接地面之间具有被增强的电容(通过耦合电容器和/或靠近接地面的耦合元件的一部分在 天线30内形成)。还应了解，本发明的实施例可以用于形成为同一电路工作的多个天线。例如，返回 参考图1A、1B和1C，类似于天线30的第二天线可以形成在PCB 32的相反端部，以便耦合至 PCB上的电路能够使用两根天线。这多个天线可以具有优势地用作主天线和分集式天线以 改进信噪比，和/或可以用于多入多出(MIMO)应用中。图13是根据本发明的实施例的通信装置600的示意框图。典型地，装置600是便 携式电话或个人数字助理(PDA)，并且在下文中该装置包括便携式电话。电话600具有外壳 611，在外壳内安装有电话的操作元件，操作元件包括收发器614。作为示例，天线30 (图1A、1B和1C)通过馈电615被耦合至收发器614。还作为示 例，收发器614被安装于PCB 32上，如上面关于天线30所述的。然而，应理解，此处上面描 述的任何其他天线可以代替天线30，并且通过馈电615被耦合至收发器614。馈电615可 以是在收发器和天线之间有效地传输射频电流的任何合宜系统，并且在这里作为示例，馈 电615包括同轴电缆。应了解，上面描述的实施例被作为示例引用，并且本发明不被限制于上面特别示 出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上面描述的各种特征的组合和部分组合，以及本 领域内的技术人员在阅读了前面的描述后得到的并且现有技术中没有公开的内容的变异 和修改。
权利要求
1. 一种天线，包括具有边界面的介电载体；在第一频率下共振的导电单极，其包括安装于所述边界面上的至少一个导电部分；以及迷宫式导电耦合元件，其被安装于所述边界面上以包含所述介电载体，所述耦合元件 被相对于所述导电单极布置，以从所述导电单极上传输低于所述第一频率的第二频率。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述导电单极包括安装于所述介电载体 内的另一部分。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述耦合元件包围所述另一部分。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述耦合元件在所述第二频率下共振。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线包括地线，其靠近所述耦合元件 布置，以接收从所述耦合元件传输来的所述第二频率。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线包括在所述耦合元件和所述地 线之间耦合的阻抗，以增强所述第一频率和所述第二频率中至少一个的传输。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一频率包括多个频带，并且其中， 所述导电单极包括多频带单极，其被配置为在所述多个频带下共振的串联电路。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述多个频带包括1700MHz和5.6GHz之 间的频率。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二频率包括多个频带，并且其中， 所述耦合元件被配置为在所述多个频带下共振的串联电路。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述多个频带包括700MHz和1000MHz之 间的频率。
11.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第一频率包括多频带，并且其中，所 述耦合元件被配置为在所述多频带下共振的并联电路。
12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述多频带包括1700MHz和5.6GHz之 间的频率。
13.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线包括在所述耦合元件和所述单 极之间耦合的电容，以增强所述第二频率的传输。
14.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介电载体包括介电元件，其在公共 表面上被连接至印刷电路板(PCB)的介电基板上，并且其中，所述导电单极的另一部分被 安装于所述公共表面上。
15.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介电载体包括介电元件，其被连接 至印刷电路板(PCB)的介电基板上，并且其中，所述至少一个导电部分和所述PCB具有公共 边缘。
16.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述导电单极包括线性导电带、L形导电 带、被折叠的导电带、蜿蜒的导电带以及至少部分成环的导电带中的至少一个。
17.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线包括接地面，其被流电地连接 至所述耦合元件，以便所述接地面和所述耦合元件的组合形成闭合环。
18.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述导电耦合元件包括至少一个长槽。
19.根据权利要求18所述的天线，其特征在于，所述至少一个长槽的周长被配置成响 应于所述导电元件的理想的共振频率。
20.一种天线，包括 介电基板；安装于所述基板上的全波长环，所述全波长环在第一频率下共振； 靠近所述全波长环安装的接地面；以及导电耦合元件，其被流电地连接至所述接地面以形成完全包围所述全波长环的闭环， 所述导电耦合元件在低于所述第一频率的第二频率下共振。
21.根据权利要求20所述的天线，其特征在于，所述导电耦合元件将所述第二频率从 所述全波长环传输至所述接地面。
22.根据权利要求20所述的天线，其特征在于，所述导电耦合元件的一部分被配置以 形成电容器，与所述接地面一起，增强所述第一频率从所述全波长环至所述接地面的传输。
23.根据权利要求22所述的天线，其特征在于，所述电容器位于所述闭合环外面。
24.根据权利要求20所述的天线，其特征在于，所述全波长环和所述闭合环被安装于 所述基板的公共平面上，并且其中，当从所述公共平面上测量时，所述闭合环完全包围所述 全波长环。
25.一种天线，包括 介电基板；安装于所述基板上的单极，所述单极在第一频率下共振； 靠近所述单极安装的接地面；以及导电耦合元件，其被流电地连接至所述接地面以形成完全包围所述单极的闭合环，所 述导电耦合元件在低于所述第一频率的第二频率下共振。
26.根据权利要求25所述的天线，其特征在于，所述导电耦合元件将所述第二频率从 所述单极传输至所述接地面。
27.根据权利要求25所述的天线，其特征在于，所述导电耦合元件的一部分被配置以 形成电容器，与所述接地面一起，增强所述第一频率从所述单极至所述接地面的传输。
28.根据权利要求27所述的天线，其特征在于，所述电容器位于所述闭合环外面。
29.根据权利要求25所述的天线，其特征在于，所述单极和所述闭合环被安装于所述 基板的公共平面上，并且其中，当在所述公共平面内测量时，所述闭合环完全包围所述单 极。
30.一种形成天线的方法，包括 提供介电基板；在所述基板上安装全波长环，所述全波长环在第一频率下共振； 靠近所述全波长环放置接地面；以及将导电耦合元件流电连接至所述接地面，以形成完全包围所述全波长环的闭合环，所 述导电耦合元件在低于所述第一频率的第二频率下共振。
31.一种形成天线的方法，包括 提供介电基板；在所述基板上安装单极，所述单极在第一频率下共振；靠近所述单极安装接地面；以及将导电耦合元件流电连接至所述接地面，以形成完全包围所述单极的闭合环，所述导 电耦合元件在低于所述第一频率的第二频率下共振。
32.一种通信装置，包括收发器；以及耦合至所述收发器的天线，所述天线包括具有边界面的介电载体；在第一频率下共振的导电单极，所述单极包括安装于所述边界面上的至少一个导电部 分；以及迷宫式导电耦合元件，其被安装于所述边界面上以包含所述介电载体，所述耦合元件 相对于所述导电单极布置，以从所述导电单极传输低于所述第一频率的第二频率。
33.一种生产通信装置的方法，包括提供收发器；以及将天线耦合至所述收发器，所述天线包括具有边界面的介电载体；在第一频率下共振的导电单极，所述单极包括安装于所述边界面上的至少一个导电部 分；以及在所述边界面上安装迷宫式导电耦合元件，以包含所述介电载体，所述耦合元件相对 于所述导电单极布置，以从所述导电单极传输低于所述第一频率的第二频率。
34.一种形成天线的方法，包括提供具有边界面的介电载体；在所述边界面上安装在第一频率下共振的导电单极的至少一个导电部分；在所述边界面上安装迷宫式导电耦合元件，以包含所述介电载体，所述耦合元件被相 对于所述导电单极布置，以从所述导电单极上传输低于所述第一频率的第二频率。
全文摘要
一种天线(30)，包括具有边界面(72、74、76、78、33)的介电载体(88)和在第一频率下共振的导电单极(44)，单极具有安装于边界面上的至少一个导电部分(46)。天线还包括迷宫式导电耦合元件(60)，其被安装于边界面上以包含介电载体。耦合元件被相对于导电单极布置，以从导电单极传输低于第一频率的第二频率。
文档编号H01L35/00GK102124584SQ200980132322
公开日2011年7月13日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年7月15日
发明者A·别列津, E·卡普兰斯基, M·马蒂斯凯宁, S·克鲁帕 申请人:盖尔创尼克斯有限公司