专利名称：天线装置及包括该天线装置的便携式无线通信设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及天线装置，更具体地，涉及一种用于无线通信设备(例如移动电话)中的天线装置，其适用于具有相对较低频率的无线信号，例如FM波段内的无线信号。
背景技术：
内置天线用于便携式无线通信设备已经有些时日了。与使用内置天线相关联的优点有很多，其中值得一提的是它们小且轻，这使得它们适用于尺寸和重量很重要的应用，例如移动电话。
然而，在移动电话中应用内置天线对天线振子的结构有所限制。具体地，在便携式无线通信设备中，用于设置内置天线的空间有限。这些限制使得很难得到提供宽工作波段的天线结构。对于意在利用相对较低频率的无线信号的天线尤其如此，这是因为与利用相对较高频率进行工作的天线相比，这种天线的所需物理长度较大。
工作在相对较低频率下的一种具体应用是FM无线应用。FM波段在欧洲被限定为88-108MHz之间的频率，或者在美国被限定为76-110MHz之间的频率。安装在便携式无线通信设备的外壳中的传统天线结构(例如环型天线或单极天线)会导致不合要求的操作，这是因为该天线在足够宽的频带上具有太差的性能，或者在太窄的频带上具有足够的性能。
相反地，用于便携式无线通信设备的传统FM天线被设置在与通信设备相连的耳机线中。这种具有相对较长导线的结构使得天线长度对于低频应用也足够。然而，如果不允许有外部天线，则该方案显然不可行。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于便携式无线通信设备的内置天线装置，其在包括诸如FM频带的相对较低频率的整个频带上以足够的性能进行工作。
本发明的另一个目的是提供包括很少组件的这种天线。
本发明基于以下事实可以将天线设置在便携式无线通信设备的外壳内部，该天线在包括相对较低频率的频带的整个窄子频带上具有良好的性能，并且可以在频率方面对该窄子频带进行调节，以使其覆盖整个频带。
根据本发明，提供了如所附权利要求1中限定的一种天线装置。
通过在辐射单元中设置可控电阻抗，可以对相对较窄的谐振频带的范围进行调节，由此提供工作在相对较窄频带中的小型天线装置。
还提供了一种包括这种天线装置的无线通信设备。
因为也使用了已被用于对接收器电路的谐振频率进行控制的相同信号来控制该天线装置的工作频带，所以本发明提供了一种涉及很少组件的解决方案。
从属权利要求中限定了其他优选实施例。
下面将参照附图，通过示例的方式对本发明进行说明，附图中图1是表示根据本发明的具有可变阻抗的天线装置的示意图；图2的视图与图1的相似，但是示出了可变电容器；图3更详细地示出了根据本发明的与FM接收器电路相连的天线装置；图4的视图与图3的相似，但是具有根据本发明的天线装置的另选图8表示三个辐射单元的组合。
具体实施例方式
以下将对根据本发明的天线装置和便携式无线通信设备的优选实施例进行详细说明。在这里说明的几个实施例中，为不同实施例的相同部分赋予相同的标号。
在以下说明书和权利要求书中使用了术语“辐射单元”。应该理解，该术语旨在涵盖被设置用来接收和/或发送无线信号的导电单元。另外，术语“馈电装置”应该被理解为可以从辐射单元接收信号或者向辐射单元发送信号的任意装置。
首先参照图1，图中示出了根据本发明的天线装置的总体结构，在本示例中为环型天线。通常被指定为1的该天线包括细导线的环路。第一馈电部分21和第二馈电部分22与该环路相连并且用于与馈电装置相连。该馈电可以是平衡的或者非平衡的。在非平衡馈电的情况下，第二馈电部分22连接至地平面，例如PCB上的导电区域，这具有短线匹配(stub match)的效果。该馈电装置提供了T匹配网络，其增大了辐射电阻。另外，环型天线相对稳定并且不易失谐，这是工作在不同地点和方位等的便携式无线通信设备的优点。
便携式无线通信设备中的天线体积很小，这导致了与波长相比，在物理上很小的天线。这导致非谐振环型天线，并且在辐射单元中的某处设置有电阻抗30，以在所需频率范围内提供谐振天线。然而，在固定阻抗的情况下，天线将以相对较小的带宽进行工作，例如大约1MHz。为了能够覆盖整个所需带宽，在大约20MHz的FM波段的情况下，将阻抗30设置为可变阻抗，如图1中的箭头所示。该可变阻抗用作调谐电路，可以利用该调谐电路对天线装置1的谐振频带进行调节。
在图2所示的优选实施例中，电阻抗30是用作可变电容器的变容二极管。
下面将参照图3来说明图1和2中表达的总体思想的实现。保留了天线装置1的总体结构。因此，其包括导线的环路10。与传统方式一样，馈电部分21和22经由匹配网络50与FM接收器电路40相连。图3中由虚线表示的可变电容器30包括第一电容器30a、二极管30c，以及第二电容器30b，它们都串联连接在环路10中。第一电感器30d连接在第一电容器30a和二极管30c之间。第二电感器30e连接在地与第二电容器30b和二极管30c之间的连接点之间。控制线32连接至第一电感器30d(如以下将详细说明的)，而第二电感器30e接地。
FM接收器电路40可以是由Philips Semiconductors制造并销售的名称为HVQFN40的传统电路，如上所述，其包括与天线环路10相连的两个馈电输入40a、40b。该FM接收器电路40还包括VCO控制输出40c，其通常用于控制外部调谐电路42的谐振频率，该外部调谐电路42用于获得接收器40的正确谐振频率。在该优选实施例中，该调谐电路包括压控振荡器(VCO)，通过施加给该VCO的电压来控制其频率。设置在FM接收器电路40上的VCO控制输出40c与该VCO相连，并且从输出40c输出电压，以针对FM接收器电路的所需工作频率产生正确的VCO频率。该VCO进而与用于接收该正确谐振频率的FM接收器电路上的输入40d、40e相连，以将所接收的无线信号解调为基带频率。
除了与VCO42相连以外，该VCO控制输出40还经由控制电路60与变容二极管30相连，该控制电路60用于放大或者使VCO控制信号适于变容二极管30的操作。更具体地，经由控制线32向该变容二极管的第一电感器30d施加经调整的VCO控制信号。通过对VCO控制信号进行正确的调整，天线装置1将表现出与FM接收器电路40的当前工作频率范围相对应的工作频率范围，即，由当前VCO谐振频率确定的频率范围。对VCO控制信号的调整和对组件30a-e的值的选择处于本领域技术人员的能力范围内。
本实施例利用了以下总体思想使相对窄带的天线装置具有可以通过天线中的可调阻抗(在本示例中为可调电容器)进行调节的工作波段。图3所示的结构包括非常少的组件，因为已被用于对VCO42的谐振频率进行控制的相同信号(VCO控制)也被用于对天线装置1的工作频段进行控制，以使其符合FM接收器电路40的工作频段。
图4示出了与图3所示相似的天线装置结构，但是其具有被指定为30′并且显示在虚线内的不同的可变阻抗。因此，馈电部分21、22在环路中的连接点之间设置有电容器30f。在第一馈电部分21和控制电路60之间设置有第一电感器30g，而在第二馈电部分22和地之间设置有第二电感器30h。这在环型天线中提供了可控阻抗。
通常，优选地将多个组件安装在PCB上。因此，在图4的示例中，可以将所有组件30f-h安装在PCB上，而只将二极管30c安装在辐射单元10中。
下面将参照图5来说明根据本发明的天线装置的优选位置，图5中示出了便携式无线通信设备200(例如移动电话)的外壳的总体轮廓。该外壳被显示为部分切除，以不遮挡天线装置的位置，该天线装置可以是图3所示的装置。
该外壳中设置有印刷电路板(PCB)210，其具有通常设置在移动电话中的电路(未示出)。在该PCB上还安装有FM接收器电路40。在该外壳的上部设置有天线振子220，用于针对移动电话系统(例如GSM系统)接收和发送RF信号。
还朝向外壳200的背面设置有电池组件230。该电池组件通过连接器(未示出)连接至PCB。天线装置1设置在该电池组件的背面上，优选地被设置为附在该组件上的导电柔性膜。该天线装置的馈电部分以与电池相同的方式，即，通过设置在电池组件上并且与PCB上的对应连接器协同工作的连接器连接至PCB。
通过在电池组件上设置FM天线1，在FM天线和移动电话天线220之间获得了足够的距离，以避免它们之间的干扰。
图6中示出了另选的天线结构。单极或环型天线的辐射单元10’以多匝的形式设置在PCB 210的边缘外侧，以尽可能地占用很少面积。由此沿外壳200的内侧设置该辐射单元。在单极天线中的某处设置可控电阻抗30，以使得工作频率范围可调节。该天线以某种适当的方式连接至FM接收器电路40。通过以多匝的形式设置天线，可以在较小面积中获得非常长的物理长度。
在图7所示的另选实施例中，天线装置具有螺旋天线10″的形式的辐射单元。该天线图案设置在安装于便携式无线通信设备的外壳200中的电池组件230的背面。螺旋天线图案提供了相对宽的频带并且还具有适于该接收器的阻抗(大约200Ohm)。通过螺旋天线，可以省略图3和4中所示的匹配网络50。
另外，还有许多对螺旋天线进行馈电的另选方式。因此，可以作为单极或双极天线对其进行馈电。可以在内端部(即该装置中心的端部)或者外端部对其进行馈电。
缩短物理天线长度的一种方法是在电介质材料上设置上述天线图案中的任意一种。这在小型无线通信设备中尤其重要。
为了进一步加强对FM信号的接收，可以组合两个或更多个天线振子。图8中示出了可以如何将三个上述类型的天线振子10设置为正交关系，以消除方向性和偏振性差的问题。与前述实施例相同，每一个辐射单元都包括馈电部分和可控电阻抗。仅利用两个正交天线也可以实现改进。
以上对根据本发明的天线装置的优选实施例进行了说明。然而，本领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明的思想的情况下，可以在所附权利要求的范围内对这些优选实施例进行变化。因此，尽管图3的实施例中示出了控制电路60，但是应该理解，该控制电路在某些情况下可以省略。
应该理解，根据本发明的天线装置的形状和尺寸可以在由所附权利要求限定的范围内改变。因此，可以改变实际的天线结构，以与无线通信设备的形状、所需的性能等相对应。
在所述实施例中，该天线装置被设置为柔性膜。当然，对于该天线装置，也可以使用其他制造工艺和材料。
已经示出了将根据本发明的天线装置设置在电池组件的背面或者PCB周围的情况。应该理解，还存在设置根据本发明的天线装置的另选方式。因此，可以将其设置在后盖(D-cover)的内部、PCB上面或下面，或者PCB之间等。
可控电阻抗被描述为位于辐射单元本身中的某处。应该理解，可以使用作为辐射单元的可控电阻抗的任意装置，以及没有设置在辐射单元本身中的装置。
尽管参照其在移动电话中应用对用于便携式无线通信设备的天线装置进行了说明，但是应该理解，本发明的思想也适用于其他便携式无线通信设备，以及可便携但主要倾向于静止使用的设备。其示例可以是小钟表(例如旅行闹钟)或者游戏控制台。
权利要求
1.一种用于便携式无线通信设备的天线装置，该便携式无线通信设备用于接收无线信号，所述天线装置包括内部辐射单元(10)，其包括与接收器电路(40)相连的至少一个馈电部分(21、22)，其特征在于所述辐射单元(10)包括电阻抗(30；30′；30″)，可以根据所接收信号的所需频率范围对该电阻抗进行控制，其中所述至少一个馈电部分(21、22)与所述接收器电路上的馈电输入(40a、40b)相连接，并且其中所述可控电阻抗(30)的控制输入与所述接收器电路(40)上的输出(40c)相连接，用于对所述接收器电路的VCO谐振频率进行控制。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述阻抗(30；30′；30″)为电容阻抗。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其中所述电阻抗为变容二极管(30)。
4.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述阻抗(30)为电感阻抗。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的天线装置，其中所述天线装置适用的无线信号具有低于110MHz的频率，优选地在76MHz到110MHz之间，更优选地在88MHz到108MHz之间。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的天线装置，其中所述辐射单元为环路(10)。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的天线装置，其中所述辐射单元(10′)被设置为多匝。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的天线装置，其中所述辐射单元(10)设置在电池组件(230)上。
9.根据权利要求8所述的天线装置，其中所述辐射单元(10)通过设置在所述电池组件(230)上的连接器与所述接收器电路(40)相连接。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的天线装置，其中所述辐射单元(10″)被设置为螺旋形。
11.根据权利要求1至9中的任意一项所述的天线装置，其中所述天线装置的辐射单元(10′)设置在PCB(210)的边缘外侧，该PCB(210)设置在所述无线通信设备中。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的天线装置，其中所述辐射单元(10)设置在电介质材料上。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的天线装置，包括至少两个正交辐射单元(10)，每一个正交辐射单元都包括与所述接收器电路相连的至少一个馈电部分(21、22)以及电阻抗。
14.一种便携式无线通信设备，其包括根据以上权利要求中的任意一项所述的天线装置。
全文摘要
一种用于适于接收无线信号的便携式无线通信设备的天线装置，该天线装置包括内部辐射单元(10)，其包括与接收器电路(40)相连的至少一个馈电部分(21、22)。该辐射单元(10)包括可以根据所接收信号的所需频率范围进行控制的电阻抗(30)，其中馈电部分(21、22)与接收器电路上的馈电输入(40a、40b)相连，并且可控电阻抗(30)的控制输入与接收器电路(40)上的输出(40c)相连，用于对接收器电路的VCO谐振频率进行控制。通过这种方式，可以将天线装置设置在小型便携式无线通信设备的外壳内部，该天线装置在具有相对较低频率的频带的整个窄子带上具有良好的性能，其中可以在频率方面对该窄子带进行调节，以覆盖整个频带，例如FM无线波段。
文档编号H03H7/38GK1823476SQ200480019974
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月11日
发明者克里斯特·克雷布思, 芒努斯·奥尔松, 约纳斯·斯塔克, 卡楚诺瑞·伊希迷娅, 阿克塞尔·冯·阿尔宾 申请人:Amc森托瑞恩股份公司