专利名称：用于接收具有广播频率的信号的天线模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在移动终端中用于接收具有广播频率的信号的天线模块，尤其涉及一种通过使用有源元件来对用于接收具有广播频率的信号的天线模块的阻抗进行匹配的装置。
背景技术：
近来，广播业务(即数字音频广播(DAB)和数字多媒体广播(DMB))已经被提供给大众，并且用户通常使用诸如便携式电话、个人笔记本电脑(PC)和个人数字助理(PDA)之类的移动终端以通过VHF或者UHF频段来接收广播信号。而且可以期望在不久的将来，将向大众提供包括AM或FM广播、数字TV和HDTV的通信和广播业务。
图1是示出了根据现有技术的用以接收具有广播频率的信号的天线模块的框图。如图1所示，天线模块使用无源元件120来匹配阻抗。即，使用无源元件的常规天线模块具有通过谐振来简单操作的结构。因此，常规的天线模块必须被设计为具有合适的长度以便天线模块被接收信号的频率谐振。例如，偶极天线必须具有对应于接收信号频率的1/2波长的长度，而单极天线必须具有对应于接收信号频率的1/4波长的长度。具有对应于接收信号频率的1/2波长的长度的常规天线模块只是转换自由空间的阻抗以等于标准接收机的阻抗，例如，75欧姆。具有这种特性的天线模块被广泛用于接收目前可用的广播业务。
如果常规天线模块被用以接收诸如VHF、UHF、AM和FM等频段的信号，则天线模块必须被加长，这是因为天线模块的长度与频率成反比。举例来说，为了接收200MHz广播频段的信号，1/2波长的偶极天线就必须被加长到75cm。在1/4波长的单极天线的情况下，单极天线的长度就必须被加长到37.5cm以接收200MHz的信号。因此，由于移动终端已经被小型化和集成化，所以在移动终端中实现使用无源元件的常规天线模块存在限制。
当使用具有长度比接收信号的1/8波长小的天线模块的天线接收广播信号时，仅仅利用无源阻抗来匹配在接收机和天线模块之间的阻抗是很困难的。虽然实现了接收机和天线模块之间的阻抗匹配，但是由于在非常窄的频段内进行阻抗匹配，所以很难得到适于广播信号接收的频带特性。因此，为了在天线模块中得到宽带特性，阻抗匹配单元120的设计变得十分复杂。虽然阻抗匹配单元120被设计为具有宽带特性，但是在阻抗匹配单元120中将产生较大的损耗。因此，由于阻抗匹配单元120中的较大损耗的产生，天线特性将会下降。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于接收具有广播频率的信号的天线模块，该模块包括通过使用有源阻抗匹配单元而具有宽带特性的小规模天线元件。
根据本发明的一个方面，提供一种在移动终端中使用的、用于接收广播频率信号的天线模块，该天线模块包括天线元件，其具有比对应于接收信号的1/2波长小的长度；以及连接到天线元件一端的有源阻抗匹配单元，用以把天线元件的阻抗匹配到预定的负载阻抗。
有源阻抗匹配单元可以包括用于在接收信号的频带内维持高输入阻抗的高输入阻抗单元；以及连接到高输入阻抗单元以匹配预定负载阻抗的放大电路。
该放大电路可以包括连接到高输入阻抗单元的栅极、连接到偏置和输出单元的漏极以及通过稳定单元连接到地的源极。
偏置和输出单元可以被提供DC电压并输出信号，该信号能够在接收信号的频率上被容易地转换成50或75ohm信号。
天线元件可以是偶极天线、单极天线、接线天线、螺旋天线和倒F天线之一。
天线元件可以配置在移动终端内部或其外部。
优选的，天线元件的长度可以和频率的1/8波长大致相同，或是比它小。
放大元件可以是场效应晶体管(FET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)或者是双极型结式晶体管(BJT)。
基于下面结合附图给出的对优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特点将得到更好的理解，其中图1是图解根据现有技术的用于接收广播频率信号的天线模块的框图；图2是根据本发明的优选实施例的用于接收广播频率信号的天线模块的框图；图3是根据本发明的优选实施例的用于接收广播频率信号的天线模块的等效电路框；
图4是根据本发明的优选实施例的、表示当频率为200MHz时的、在阻抗匹配单元中的输入端与输出端之间的增益是14.215db的仿真结果的图。
图5示出了根据本发明的优选实施例的、表示当频率为200MHz时的、阻抗匹配单元的输出端的回波损耗是-21.918db的仿真结果。
具体实施例方式
下文中，将参考附图对接收广播频率信号的天线模块进行详细的描述。
图2是根据本发明优选实施例的接收广播频率信号的天线模块的框图。
参照图2，根据本发明的天线模块包括天线元件210和有源阻抗匹配单元220。
天线元件210短于对应于辐射信号的1/2波长的长度。举例来说，天线元件210与对应于接收信号频率的1/8波长的长度大致相同或是比它短。如果是200MHz的1/10波长的天线元件，则天线元件的长度可以是15cm。
有源阻抗匹配单元220连接到天线元件210的一端，并包括高输入阻抗单元221、放大元件222、偏置和输出单元223以及稳定单元224。
如图3所示，高输入阻抗单元221使得有源阻抗匹配单元220能够在位置B处具有比在位置A处的天线元件210的阻抗大的阻抗。例如，在位置B处的有源阻抗匹配单元220的阻抗可以比在位置A处的天线元件210的阻抗大10倍以上。由于位置B处的阻抗较大，所以接收信号频率的接收信号电压大部分被施加在位置B和地之间。因此，能够在后端获得高功率增益。此外，天线模块可以具有把在放大元件的后端处的阻抗固定作为在整个宽带内的预定级别(predetermined level)的特点。
和无源元件相比，由于放大元件222具有与在高输入阻抗单元221施加的阻抗级别(level ofimpedance)无关的恒定级别的阻抗(impedance of constant level)的特性，因此易于将阻抗转换到一般在放大元件222的输出端使用的50至75ohm的范围。
即，放大元件222把信号的电压分量进行较大地分压以具有比施加在高输入阻抗221的阻抗大的阻抗。(分压法则)优选的，使用场效应晶体管(FET)作为放大元件。
偏置和输出单元223接收DC电压，向放大元件222施加偏置电压，匹配目标阻抗，并输出接收信号的频率。特别地，偏置和输出单元223适当地确定输出匹配单元225的设备值(device value)以匹配目标阻抗。
下面将对图3中的方程式进行描述。
参照图3，方程式v＝E·AL意味着接收信号的电压由电场强度和天线元件尺寸的乘积来表示，
方程式ZA＝RA-jX4表示天线元件的阻抗。
方程式ZIN＝RG+jXG代表了在阻抗匹配单元输入端的阻抗。
VIN表示了由阻抗匹配单元的输入端阻抗施加在阻抗输入端的信号的电压分量。
NG表示了附加在阻抗匹配单元上的噪声和功率分量。
G表示在阻抗匹配单元处获得的增益。
方程式|RG+jXG|＞＞|ZA|表示阻抗匹配单元具有比天线元件大的阻抗。
方程式VOUT＝GVIN表示输入信号的电压分量被放大增益的倍数并被输出到阻抗匹配单元的输出端。
方程式ZOUT＝RL表示阻抗匹配单元的输出端的阻抗是阻抗匹配单元的输出端的负载。
图4和图5是示出根据本发明优选实施例的仿真结果的图。
图4是表示在频率是200MHz时的、阻抗匹配单元的输入端与输出端之间的增益是14.215db的仿真结果的图。图5示出了在频率是200MHz时的、阻抗匹配单元的输出端的回波损耗是-21.918db的仿真结果。
根据本发明用以接收广播频率信号的天线模块适合于集成化和小型化的移动终端。并且，根据本发明的天线模块具有用于接收广播频率信号的优良的宽带特性。
如上所述，根据本发明的天线模块包括放大元件。因此，由于放大元件增加了噪声电平，所以噪声功率可以变大。但是，它可以忽略不计，这是因为在大约200Mz以下的频带，空气中的热噪声远大于由放大元件增加的噪声值。
本申请包含涉及于2003年12月18日、在韩国专利局提交的韩国专利申请第KR2003-0093207号的主题，其全部内容在此包含作为参考。
尽管通过参照某些优选实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，很明显，在不脱离下面权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种变化和改进。
权利要求
1.一种用于在移动终端中接收具有广播频率的信号的天线模块，该天线模块包括天线元件，具有小于接收信号的1/2波长的长度；有源阻抗匹配单元，连接到天线元件的一端，用以将天线元件的阻抗匹配到预定的负载阻抗。
2.如权利要求1所述的天线模块，其中有源阻抗匹配单元包括高输入阻抗单元，用以在接收信号的频带内维持高输入阻抗；以及放大电路，连接到高输入阻抗单元，用以匹配预定的负载阻抗。
3.如权利要求2所述的天线模块，其中放大电路包括连接到高输入阻抗单元的栅极、连接到偏置和输出单元的漏极以及通过稳定器连接到地的源极，其中偏置和输出单元被提供有DC电压，并施加偏置电压和输出接收信号。
4.如权利要求3所述的天线模块，其中天线元件的长度与接收信号频率的1/8波长大致相同或是比其小。
5.如权利要求1所述的天线模块，其中天线元件是偶极天线、单极天线、接线天线、螺旋天线和倒F天线之一。
6.如权利要求5所述的天线模块，其中天线元件被配置于移动终端的内部。
7.如权利要求6所述的天线模块，其中放大元件是场效应晶体管(FET)或高电子迁移率晶体管(HEMT)。
8.如权利要求5所述的天线模块，其中天线元件被配置于移动终端的外部。
9.如权利要求8所述的天线模块，其中放大元件是场效应晶体管(FET)或高电子迁移率晶体管(HEMT)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在移动终端中接收具有广播频率的信号的天线模块。该天线模块包括天线元件，具有比接收频率的1/2波长小的长度；以及有源阻抗匹配单元，连接到天线元件的一端，用以将天线元件的阻抗匹配到预定负载阻抗。
文档编号H03H11/28GK1773851SQ200510129189
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月7日 优先权日2004年11月5日
发明者洪周奭, 李天熙 申请人:Ace技术株式会社