多谐振天线的制作方法

专利名称：多谐振天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别意图用于小型无线电设备的天线，该天线具有多于一个谐振以便对工作带进行整形。
背景技术：
在诸如移动电话之类的小型无线电设备中，将被放置在设备内部的天线通常为 IFA型(反转F天线)或ILA型(反转L天线)。在这两种情况下，天线包括与其平行的接地平面和辐射平面，以便耦合到设备的天线端口。在IFA中，辐射体还从其特定点短路连接至接地平面以布置匹配。如果辐射体为片状，则使用名称PIFA (平面IFA)和PILA (平面ILA)。在天线设计中，可用空间是一个特别关键的因素，特别是当空气被用作辐射体和接地平面之间的绝缘体时，从天线效率的角度来看空气是有利的。辐射体和接地平面之间的距离具有特定的最优值，然而在空气绝缘的情况下，在现代相对扁平的无线电设备中所述最优值过长而无法实现。当所述距离减小时，天线的特性有所退化。例如，在没有该变化时可能已经很窄的带宽减少。由于天线的谐振频率易于受到外部导电材料的影响，所以窄带也是有害的。因此，甚至是设备用户的手也会导致天线工作带部分偏移到信号频谱所处的频率范围之外。一种加宽天线工作带的方法是为其布置至少两个彼此相对接近的谐振频率。这通常利用两个单独的辐射部件来实现，所述辐射部件于是具有几乎相同的谐振频率。一个部件是寄生的，在传送状态通过主部件接收其能量，所述主部件是直接馈进的。使用寄生部件的缺陷在于其与主部件的相互位置中已有的小幅变化使得天线的带特性显著退化。此外， 寄生部件需要其自身的短路布置。图1示出了从公开文本EP1678784所知的天线，其中通过单一辐射部件实现了位于相同工作带中的两个谐振。该天线是双带天线，下带处于900MHz的范围内而上带则低于 2GHz。无线电设备的电路板PCB的导电上表面作为天线的接地平面110，其是信号接地GND 的一部分。所述接地平面上方是天线的辐射平面120。在辐射平面的一侧上是连接到天线端口 AP的天线馈点FP以及连接到接地平面的短路点SP，其彼此接近。所述辐射平面的所讨论的一侧在这里被称作“前侧”。如从短路点SP所看到的，辐射平面包括不同长度的两个导体臂，它们与接地平面一起形成所述天线的PIFA部分。第一臂121从短路点延伸到辐射平面的相对侧并且最终向前侧转回。第二臂122向第一臂旁边的辐射平面的相对侧延伸， 从而形成辐射平面的一端。所述辐射平面还包括位于其前侧上的导体回路123。该回路的端点是以上所提到的馈点和短路点。当从馈点FP开始时，所述回路在第一臂121相对接近于短路点SP的开始部分接合辐射平面的其余部分。实际上，该接合点是所述天线的PIFA 部分的馈点。对应于第一臂121的所述天线部分的谐振频率处于该天线的下工作带中，其总体上基于所述第一臂。对应于第二臂122的所述天线部分的谐振频率再次处于所述天线的上工作带中。此外，设置回路123的大小使得其在所述天线的上工作带中发生谐振并且作为辐射体。因此，上工作带基于所述第二臂和回路二者。对应于这些部分的谐振频率例如为 1. 8GHz和1. 95GHz，在这种情况下上工作带变宽。这会获得成效，因为辐射平面的第一导体臂位于导体回路和第二导体臂之间，在这种情况下后二者之间的耦合相对较弱。除了作为辐射体之外，辐射平面的回路部分还以下工作带的频率作为匹配部件。以上所描述的解决方案的缺陷在于将根据其的双谐振布置在位于900MHz范围内的工作带中，要使得该带加宽需要空间并且无法在小型无线电设备中进行。同样已知的是，在辐射体外部对天线结构增加电抗电路，利用该电路能够使得所述天线以彼此接近的两个频率发生谐振。然而，额外的组件需要空间并且增加了设备的生产成本。

发明内容
本发明的目标是减少与现有技术相关的所述缺陷。根据本发明的多谐振天线的特征在独立权利要求1中给出。本发明的一些有利实施例在从属权利要求中公开。本发明的基本思想如下从其馈点看，无线电设备的天线的辐射部件包括电长度近似相等的第一和第二臂。所述臂的尾端位于辐射部件轮廓所限制的区域的不同侧上并且指向互相远离的实质上相对的方向，以便激励所述天线中的双谐振。所述第二臂具有朝向所述第一臂的尾部的至少一个延伸。本发明的优势在于可以利用额外的谐振在没有额外部件的情况下加宽无线电设备的内部天线的工作带。这还在于多带天线的900MHZ范围内的带中获得成效。本发明的另一个优势在于根据其的解决方案在其它方面也很简单且几乎不会导致生产成本上升。


以下将对本发明进行详细描述。在描述中将参见附图，其中 图1示出了根据现有技术的多谐振天线的示例；
图2a-C示出了作为本发明引言的可能的辐射体形式； 图3示出了根据本发明的天线的示例； 图4示出了根据图3的天线的带特性； 图5示出了根据本发明的天线的另一个示例； 图6示出了根据图3的天线的补充；以及图7示出了根据图6的天线的带特性。
具体实施例方式图1已经结合现有技术的描述进行了描述。图2a_c示出了作为本发明引言的可能的辐射体形式。在所有示例中，从馈点看， 辐射体包括两条臂，并且辐射体的轮廓形成拉长区域，所述拉长区域进而具有纵向方向和横向方向。在图2a中，辐射体的馈点FP位于该辐射体的轮廓所形成区域的一端，处于该区域的一角。在从馈点FP开始时，辐射体的臂首先具有相对短的横向共享部分。在第一臂 A21中，在所述共享部分之后存在纵向的第一部分、U形弯曲和纵向尾部。所述尾部相对接近于该臂的开始端和馈点FP进行延伸。在第二臂A22中，作为所述共享部分的继续，存在横向的第一部分和纵向的第二部分，其通过第一臂的弯曲进行延伸而进一步远离馈点。

在图2b中，辐射体B20的第一臂B21完全为纵向的。在该辐射体的第二臂B22中， 作为该臂的共享部分的继续，存在横向的第一部分、与第一臂相同方向的第二部分、U形弯曲，以及通过横向的第一部分延伸特定距离的纵向的第三部分。在图2c中，辐射体C20的第一臂C21具有纵向的第一部分、U形弯曲、以及相对接近于该臂的开始点和馈点FP进行延伸的纵向的尾部。第二臂C22具有远离第一臂的区域的横向的第一部分，通过第一臂的弯曲进一步远离馈点进行延伸的纵向的第二部分，以横向方向向第一部分的尾端的线进行延伸的第三部分，以及远离馈点和第一臂的纵向第四部分。与以上描述相一致，在2a_c的每种情况下，第一臂的尾端ΑΕΙ、BE1、CEl和第二臂的尾端ΑΕ2、ΒΕ2、CE2都彼此远离地指向相对方向，从而在尾端的垂直方向看，它们及其连续线并不重叠。臂的“尾端”意味着该臂相对短的部分，其终止于该臂的开头(open head)。 “相对短”再次意味着大约10-20%。辐射体结构将不会与偶极相混淆，所述偶极的臂完全分离并且以馈进源的相对相位耦合到终端。辐射体具有两条臂来激励天线中的两个谐振，惯例即是如此。在根据本发明的天线中，辐射体臂的电长度彼此非常接近，从而与它们相对应的谐振为所述天线构成连续、相对宽的工作带。利用以上所描述的布置，这也在900MHz的频率范围或者一般移动终端的下工作带中获得成效。实际上，将所讨论的双谐振布置在下工作带中比布置在上工作带更为困难。在图2a_c中的辐射体中标记出了馈点FP。如果有利于天线匹配，则该辐射体还可以具有接近于所述馈点的短路点。通常，可以说所述该辐射体从馈进区域看具有两条臂，其中“馈进区域”意味着辐射体中馈点和短路点二者均位于其中或者仅馈点位于其中的部分。图3示出了根据本发明的天线的示例。该天线包括辐射体320和接地平面。该示例中的辐射体320为小型电介质片305的导电涂层，其被支撑在距离无线电设备的电路板 PCB例如5mm的高度。该电路板的上表面主要为导电信号接地GND，其同时作为所述天线的接地平面。在该示例中，电介质片305大致为矩形，其一个拐角缺少直角部分从而该片的第一端比第二端更短，并且该片仅具有一个直的长边。不同于第二长边，存在阶梯状的边缘， 其进而形成片305中的内拐角。辐射体的轮廓顺着电介质片305的边缘。轮廓所限制的区域或辐射体区域由此沿着该片的长边方向具有纵向方向并且具有垂直于所述纵向方向的横向方向。所述辐射体的馈点FP位于电介质片中第一端的侧上的拐角中。所述辐射体包括开始于所述馈点的两条臂。在第一臂321中，存在从馈点向纵向方向开始并且在第二端转向横向方向的第一部分，朝向所述片的中心的U形弯曲，以及在第一部分旁边行进的尾部，其相对接近于所述馈点纵向延伸。在第二臂322中，存在开始于馈点FP的横向的第一部分，和顺着片305的所述阶梯状边缘的第二部分。所述第二臂在其尾端向辐射体区域的第二端纵向延伸。与以上描述相一致，所述辐射体的第一臂321的尾端指向辐射体区域的第一端 (图中为左端)，而第二臂322的尾端指向辐射体区域的第二端(图中为右端)。所述尾端彼此远离定向，从而在从横向方向看时它们的连续线并不重叠。此外，所述臂的尾端处于辐射体区域的不同侧，从而如果该区域被通过其中心的纵向和横向直线划分为四块，则所述臂的尾端位于相对的 块中。特别地，辐射体的第二臂322的宽度有所变化。在接近馈点FP的开始端，该臂相对窄。大约在电介质片的内拐角处，第二臂具有延伸EX1，从而其与第一臂的尾部的距离明显减小。这意味着在所讨论的位置处臂之间更强的电磁耦合。第二臂继续相对宽，远至其开端(open end)为止。接近于该开端，第二臂具有附加延伸EX2，其加强了第一臂的U形弯曲处臂之间的耦合。在延伸EXl和EX2处，臂之间的耦合由于其位置而主要是电容性的。 第二臂的变宽具有使得天线的工作带加宽的效果。加强臂之间的电容耦合再次提高了它们的电尺寸并且进而有助于在更小空间中实现在确定带中工作的天线。辐射臂接近于馈点的收窄提供了相同的好处，原因在于这意味着那里更高的电感以及因此更大的电尺寸。图3还示出了根据本发明的天线的匹配电路的示例。该示例的匹配电路MCI是无线电设备的电路板PCB表面上的导体图案。其结构在图3中的辅助图中看到。连接到设备天线端口 AP的馈进导体FC连同在两侧围绕馈进导体的接地平面GND—起构成平面传输线，这是所述天线的馈线。从所述馈线分支出平面传输线，其短于四分之一波并且在尾端开路，并且在另一点分支出平面传输线，其短于四分之一波并且在尾端短路。因此，前者的线在工作频率处表示特定并联电容C，而后者的线则表示馈线的特定电感L。馈进导体FC作为短的中间导体继续至馈点FP。通过适当选择馈线的长度以及分支传输线的位置和长度， 在天线端口处所测量的天线阻抗在工作带的范围内至少近似额定。此外，可以利用匹配电路在天线中激励用于加宽所讨论工作带的第三有用谐振。图4示出了根据图3的天线的带特性。该天线被设计为在900MHz的频率范围内进行工作。所给出的曲线示出了作为频率函数的天线反射系数的波动。在所述天线的三个谐振的接地上形成工作带。第一谐振rl大约在870MHz的频率处出现，并且其基于辐射体的第一臂321。第二谐振r2大约在950MHz的频率处出现，并且其基于辐射体的第二臂322。 第三谐振r3大约在850MHz的频率处出现，并且其基于匹配电路MCI和整个辐射体320。接地平面固有地在所有谐振中作为贡献方。由于多个谐振，天线的工作带变得相当宽。如果使用数值为_6dB的反射系数作为带的边界频率的标准，则工作带大约为815 - 985MHz。该带覆盖了美国GSM系统所使用的 824-894MHz的范围以及欧洲EGSM系统(扩展型GSM)所使用的880_960MHz的范围。根据图3的天线的自由空间中的效率在820-980MHZ的频率范围中在数值_3. 5dB 的两侧变化。图5示出了根据本发明的天线的另一实际示例。该天线包括辐射体520和接地平面GND，其在该示例中也是无线电设备的电路板PCB的导电涂层。辐射体520是小型电介质片505的导电涂层，其被支撑在距离电路板PCB的特定高度处并且因此距离接地平面具有特定高度。所述电介质片是具有第一和第二端以及纵向第一和第二侧的拉长矩形。辐射体轮廓所限制的区域或辐射体区域几乎与电介质片的区域相同。所述辐射体的馈点FP位于接近所述电介质片的第一端和第一侧所限定的拐角之处。在该示例中，所述辐射体还从短路点SP连接到接地平面。该点也位于电介质片的第一端处，接近于第一端和第二侧所限定的拐角。馈点和短路点之间的区域(包括这些点)形成了本描述之前所限定的馈进区域。当从所述馈进区域看时，所述辐射体包括两条臂。第一臂521在馈点FP附近开始。其包括所述片的第一侧的侧上的纵向的第一部分，第二端处的U形弯曲，以及相对接近于馈进区域延伸的纵向的尾部。所述辐射体的第二臂522在短路点SP附近开始并且在纵向方向上向第二侧的侧上的辐射体区域的第二端延伸。为了使得第二臂的谐振频率足够低， 其包括小型的矩形弯曲，从而该臂类似于弯曲图案。出于相同原因，在第二臂的尾端串联有线圈L52，并且所述矩形弯曲向第一臂521形成延伸，如延伸EX5。与以上描述相一致，所述辐射体的第一臂521的尾端处于辐射体区域的第一端一侧的一半中并且指向所述第一端。第二臂522的尾端再次处于辐射体区域的第二端一侧的一半中并且整体指向第二端。因此，在这种情况下，所述尾端也指向相对方向，从而在从横向方向看时它们及其连续线并不重叠。然而，弯曲形第二臂尾 端的最外面的部分是横向的， 远离第一臂的U形弯曲而指向。第二臂的谐振通过该细节而进一步得以小幅改善。图6给出了补充到天线结构中的与图3中的天线类似的天线，其具有两个/三个工作带。根据本发明，所述天线结构包括辐射体620，其与图3所示的天线相类似。在相同的电介质片605上，连同其存在第二辐射体630和第三辐射体640。第二辐射体630位于辐射体620的馈点FPl所处的一侧旁边。在第二辐射体中，存在相对彼此接近的其馈点(即第二馈点FP2)、短路点SP2和调节点XP，最后提到的最接近于辐射体620的馈点FP1。所述调节点可以以已知方式经由开关(不可见)耦合到接地。第三辐射体640是寄生的，通过第二辐射体630接收其能量。根据本发明，第三辐射体位于整体辐射体结构的一侧上，以使得第二辐射体处于它和辐射体620之间。所述第三辐射体从其短路点SP3短路连接到接地 GND，所述短路点SP3位于接近于第二馈点FP2之处。根据图6的天线结构在功能上包括两个天线，原因在于第二和第三辐射体连同接地平面一起针对单独馈进构成了其自己的天线。图7示出了根据图6的天线结构的带特性。曲线71示出了作为频率函数的天线结构部分的反射系数波动，所述部分基于根据本发明的辐射体620。其进而类似于图4所给出的曲线，由三个谐振rl、r2、r3所形成。曲线72示出了在调节点XP连接到接地时作为频率的函数的基于所述辐射体630和640的天线结构补充部分的反射系数波动。该曲线包括两个不同的谐振点。第四谐振r4大约在1950MHz的频率处出现，并且其基于第二辐射体630。对应于谐振r4的带位于GSM1900系统所使用的频率范围中。第五谐振r5大约在 2150MHz的频率处出现，并且其基于寄生的第三辐射体640。从终端的角度来看，对应于谐振r4的带位于WCDMA (宽带码分多址)系统的接收带中。曲线73示出了在调节点XP “处于空中”(也就是其和接地之间存在高阻抗)时作为频率函数的天线结构补充部分的反射系数的波动。与曲线72相比，第五谐振的频率保持在其位置，但是第五谐振的频率则偏移到点1740MHz。对应于此的带位于GSM1800系统所使用的频率范围中。之前已经对根据本发明的多谐振天线进行了描述。其结构可能与详细描述的那些有所不同。如图3和5的示例中所看到的，辐射体的形状可以大幅变化。支撑所述辐射体的电介质片可以为小型电介质腔体的一部分。所述辐射体也可以是没有任何支撑片的刚性导体。接地平面也可以仅部分地在辐射体以下进行延伸。天线的匹配电路的结构可以自然变化，并且其电抗可以通过离散组件而不是图3所示的传输线来实现。本发明的思想可以在独立权利要求1所限定的限制之内以不同方式得以应用。
权利要求
1.一种无线电设备的天线，包括辐射体(320，520)和接地平面(GND)，在该辐射体中存在具有辐射体的馈点(FP)的馈进区域，从该馈进区域开始用以激励天线中的第一谐振 (rl)的第一臂(321，521)，以及用以激励天线中与第一谐振相同的天线的工作带的范围内的第二谐振(r2)的第二臂(322，522)，该辐射体的轮廓形成辐射体区域，其具有纵向和横向方向，其特征在于第一臂(321，521)包括纵向开始于馈点(FP)的第一部分、U形弯曲以及相对接近于馈点纵向延伸的尾部，并且从馈点看，第二臂(322，522)在纵向和横向方向二者都向所述辐射体区域的相对侧进行延伸，并且包括朝向第一臂的尾部的至少一个延伸 (EXl，EX2，EX5)以增加该臂的电长度。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于第二臂(322)包括开始于馈点的横向的第一部分以及主要为纵向的第二部分，该第二部分在其尾端实质上宽于其开始端用以加宽所述工作带。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于在辐射体的馈进区域中还存在短路点(SP)， 辐射体从该点连接到接地平面。
4.如权利要求3所述的天线，其特征在于所述第二臂(522)开始于短路点(SP)—侧上的馈进区域并且在第一臂(521)的尾部旁边纵向行进。
5.如权利要求4所述的天线，其特征在于辐射体的第二臂(522)为弯曲形状，并且/或者包括串联线圈(L52)，以增加其电长度并因此减小天线的尺寸。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于其进一步包括无线电设备的天线端口(AP)和辐射体的馈点(FP )之间的匹配电路(MCI)。
7.如权利要求6所述的天线，其特征在于匹配电路和辐射体共同具有第三谐振(r3)以加宽所述工作带。
8.如权利要求7所述的天线，其特征在于匹配电路(MCI)是无线电设备的电路板(PCB) 表面上的导体图案。
9.如权利要求1所述的天线，其特征在于辐射体(302)是电介质片(305)的导电涂层， 其被支撑在距离无线电设备的电路板(PCB)表面的特定高度处。
10.如权利要求1所述的天线，其特征在于所述工作带位于0.9GHz的频率范围内。
11.如权利要求10所述的天线，其特征在于除了其辐射体(620)之外，还存在具有其自己的馈点(FP2)的第二辐射体(630)，用以实现上工作带。
全文摘要
一种特别意图用于小型无线电设备的天线，该天线具有多于一个的谐振以用于对工作带进行整形。从其馈点(FP)看，所述天线的辐射部件(320)具有电长度近似相等的第一(321)和第二(322)臂。所述臂的尾端位于由辐射体轮廓所限制的区域的不同侧上并且指向互相远离的相对方向，以便激励所述天线中的双谐振。所述第二臂具有朝向所述第一臂的尾端的至少一个延伸。而且，可以利用额外的谐振在没有额外部件的情况下加宽900MHz范围内的工作带。该解决方案简单且几乎不会导致生产成本上升。
文档编号H01Q1/24GK102318139SQ201080006005
公开日2012年1月11日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月30日
发明者N. 伊斯拉姆 M. 申请人:脉冲芬兰有限公司