通过可变阻抗部件的弱耦合进行天线调谐的技术的制作方法
【专利说明】通过可变阻抗部件的弱輔合进行天线调谐的技术
[000。发明背景
技术领域
[0002] 本发明的实施例总体设及适合用于在1OOM监到5GHZ范围的高频及射频频带下工 作的移动设备的小型天线。
【背景技术】
[0003] 要求IOOM监~5GHZ的频谱内的无线电通信的缩小尺寸的便携式设备正面临与合 适的天线设计相关的问题。当在运种频谱中工作的天线需要符合较小的物理体积时存在基 本和实用性的限制。结果是不足的福射功率水平和差的接收机灵敏度。运两个问题都与天 线福射效率过低相关。
[0004] 现有天线设计技术能够使用特定宽带或复谐振天线设计来缓解运样的问题。运些 技术能够解决与特定设备有关的某些具体设计问题，但是还不能提供一种能够在小型天线 体积的约束内满足福射相关规格的、可普遍采用的天线设计技术。
[0005] 因此，本领域中需要一种技术，该技术借助于禪合至可变阻抗装置的电磁禪合寄 生元件来在不影响多频带天线的其它频带的情况下调谐该天线的某一频带的天线谐振频 率。
【发明内容】
[0006] 本发明总体设及适合用于在IOOM监到5G监范围的高频及射频频带下工作的移动 设备的小型天线。所述天线可W禪合至诸如微机电系统(MEMS)DVC之类的数字可变电容器 (DVC)。所述天线可W禪合至通常诸如开关电感器和/或电容器组之类的可变阻抗装置。所 述天线可W禪合至布置在诸如移动电话或智能电话之类的移动设备内部的印刷电路板。
[0007] 在一个实施例中，天线结构包含禪合至印刷电路板的天线导体;和禪合至印刷电 路板的禪合电容器板。在另一个实施例中，移动设备包含该天线结构。
[000引在另一个实施例中，天线结构包含禪合至印刷电路板的天线导体;和禪合至印刷 电路板的寄生元件。在另一个实施例中，移动设备包含该天线结构。
【附图说明】
[0009] 为了能够详细地理解本发明的上述特征，通过参照实施例可W获得W上简要概述 的本发明的更具体的说明，其中在附图中示出了所述实施例的一些。然而，应注意，附图仅 示出了本发明的典型实施例，因此不应视为限制本发明的范围，运是因为本发明可W允许 其他等同有效的实施例。
[0010] 图1为包含根据一个实施例的天线的移动电话的等距示意图。
[0011] 图2为天线结构的示意图。
[0012] 图3为根据一个实施例的天线结构的示意图。
[0013] 图4为根据一个实施例的、禪合至印刷电路板的天线结构的示意图。
[0014] 图5为根据一个实施例的DVC的示意图。
[001引图6为根据一个实施例的MEMS器件的示意图。
[0016] 图7为根据一个实施例的双频带天线的示意图。
[0017] 图8为根据另一个实施例的、禪合至印刷电路板的天线结构的示意图。
[0018] 图9为根据另一个实施例的、禪合至印刷电路板的天线结构的示意图。
[0019] 为帮助理解，在适用的情况下已经使用相同的附图标记来表示附图所共有的相同 元件。可W预见的是，在没有具体声明的情况下，一个实施例中公开的元素可W有利地用于 其它实施例。
【具体实施方式】
[0020] 本发明总体设及适合用于在IOOM监到5G监范围的高频及射频频带下工作的移动 设备的小型天线。所述天线可W禪合至诸如MEMS DVC之类的DVC。通常地，所述天线可W禪 合至诸如开关电感器和/或电容器组之类的可变阻抗装置。所述天线可W禪合至布置在诸 如移动电话或智能电话之类的移动设备内部的印刷电路板。
[0021] 适合用于集成到诸如如图1中所示的移动电话之类的便携式射频设备中的小型天 线通常安装在移动设备的顶部或背部，并且该移动设备作为天线的有源反极。运样的小型 天线通常被设计为简单单极天线的变型，采用例如(平面)倒F天线(P)IFA的形式。运种天线 的图案能够被修改，W在保持其福射特性的同时适应设备的机械约束。尽管如此，该天线设 计的本质总是能够如图2所示的那样来描述。
[0022] 在W下的描述中，将采用术语"接地"、"接地连接"、"接地平面"。在诸如移动电话 或智能电话或平板电脑之类的电池供电的设备中，"接地"的定义与电池的电位参考（"负" 极)相关，所述电位参考禪合至设备的主体(底座）。
[0023] 天线导体图案200负责产生不平衡电流，所述不平衡电流将导致福射电磁功率。在 PIFA实施方式中，所述功率借助于通常非常接近于接地连接204的馈源202馈送至天线中。 诸如倒L(ILA)或单极之类的替代天线类型将没有接地连接，但尽管如此，此处描述的一般 方法仍然适用。
[0024] 通过使导体图案200适当成形，所期望的频带能够被天线谐振覆盖，并且因此针对 那些频率来福射电磁功率。运与发生器的具体阻抗无关，原因在于在此阶段天线的福射效 率是首要关注点，其被定义为福射功率对天线的输入功率。
[0026] 总效率包含回波损耗并能够与福射效率Ilrad及天线馈源处的散射参数Sii有关。
[0027] nt〇t=(l-| Sn P)nrad
[0028] 通常，能够^馈源处增加匹配网络，W在不影响天线的固有福射特性的情况下优 化总效率。由于本文中讨论的实施例在给定带宽内调谐谐振的同时使天线福射效率最大 化，所W在不失一般性的情况下将假定谐振时的天线阻抗接近于源阻抗(一般为50欧姆）。
[0029] 图3示出了一种通过使用电容器302将可变阻抗300禪合至天线的导体图案来调谐 天线的谐振频率的方法。
[0030] 在本发明的一个具体实施例中，禪合电容器302能够通过与用于实施天线导体图 案200相同装置来实施。如图4所示，运能够通过增加平行于天线导体图案但使用厚度402的 间隔材料层间隔开的导体板400来实现。
[0031] 在该具体实施中，天线图案悬于接地平面404(通常为印刷电路板(PCB))的边缘之 夕h并且传输线406将发生器连接到天线馈源202。可变阻抗部件300安装在PCB的表面上，并 通过与用于将馈源202和接地部204连接至天线图案的相同的装置408被连接到禪合电容器 板400。
[0032] 在一个具体实施中，图4中的连接桥202、204和408为C型夹子(弹黃)或微型弹黃式 顶针式连接器，其被表面安装在PCB上并在天线+PCB系统被机械组装时产生与在天线主体 上的暴露导体的特定区域的电气接触。
[0033] 在本发明的一个具体实施例中，可变阻抗部件300包含数字可变电容器。通过使电 容器其值在Cmin到Cmax范围内变化，天线谐振频率在fMiN到fMAx范围变化。天线导体图案200的 合适设计、禪合电容器板400的位置及尺寸的合适设计将允许覆盖在fMIN到fMAX的总带宽内 的所要求的感兴趣的电信频带。
[0034] 图5为根据一个实施例的DVC 300的示意图。DVC 300包含多个空腔500。虽然仅详 细示出一个空腔500,但是应该理解的是，虽然每一个空腔500的电容可能不同，但每个空腔 500可W具有相似配置。
[0035] 每个空腔都有RF电极504,该RF电极504禪合至RF连接部/焊接凸点510。此外，每个 空腔具有一个或多个吸合(pull-in)电极506和一个或多个接地电极508。所述开关元件502 (示出了两个）布置于电极504、506、508之上。事实上，开关元件502电气禪合至接地电极 508。由于施加到吸合电极506的电流/电势，使得开关元件502能够移动至距RF电极508的不 同间距处。
[0036] 图6是根据一个实施例的MEMS装置600的示意图。该MEMS装置包含电极504、506、 508和开关元件502,开关元件502布置于空腔500中并能够从接近RF电极504的位置(被称为 Cmax位置)和与邻近上拉(pull-up)电极602间隔开的位置(被称为Cmin位置)移动。开关元件 502在空腔500内的位置决定了特定空腔的电容。通过在DVC中使用MEMS装置，能够如本文中 讨论的那样对天线进行调谐。
[0037] 图7是根据一个实施例的双频带天线的示意图。该天线具有直接馈自于RF源的低 频带部分，而高频带馈自于电磁禪合。能够通过将可变阻抗702连接至电磁禪合寄生元件 704来调谐该天线的高频带谐振频率。
[003引在一个实施例中，可变阻抗部件702包含DVC。通过使电容器在值Cmin到Cmax范围内 变化，天线高频带谐振频率在f