多频带天线布置的制作方法

专利名称：多频带天线布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电天线，并且更具体而言，涉及用于在例如便携式电 信i更备(诸如移动电话)中使用的内部多频带天线。
背景技术：
当前的无线通信系统利用若干不同的无线电通信标准，并且工作在很
多不同的频带。在该断裂(fractured)的服务环境中，工作在多个系统和 频带中的终端提供比单频带和单系统终端更好的服务覆盖。多频带通信终 端的一个例子是工作在例如四个GSM频带(即，GSM850( 824-894MHz )、 GSM卯O ( 880-960MHz ) 、 GSM1800 ( 1710-1880MHz ) 、 GSM1卯0 (1850-19卯MHz))以及进一步地工作在UMTS频带(1920-2170MHz) 的牙多动电i舌。
需要具有良好性能的小型多频带天线配置，以^^实现多频带移动终端 和/或基站。当前的移动终端通常具有用于GSM频带的一个多频带天线和 一个馈电(feed)以及用于UMTS的另一个天线和馈电。与此同时，随着 移动终端中用于天线的空间变得越来越有限，因此需要使越来越多的天线 适合安装于终端内部，例如以便实现移动天线分集。
天线分集可以用于并且被用于改进多径传播环境中无线电设备的性 能。在天线分集中，工作在相同频带的两个或多个天线被用于接收在独立 衰落无线电信道上的相同信息。当一个信道的信号衰落时，接收机可以依 靠其它天线来提供较高的信号电平。可选地，还可以以减少由其它发射设 备所引起的干扰的方式来组合两个或更多的信号。然而，改进性能的代价 是增加了复杂性。通常，分集可以在不使用额外频谱的情况下提供例如更 好的呼叫质量、改进的数据速率以及增加的网络容量。分集还可以提供更
5在移动终端中实现时，可以在不投资网络基 础{文施的情况下利用天线分集的好处。在移动终端中，对一个系统l吏用多 个天线还可以减少用户对天线性能的影响。
然而， 一些问题还涉及天线的大小。小天线的主要问题之一是小的工 作带宽。带宽与效率以及天线大小相关，以致于仅可以以其它特征为代价 来改进上述特征中的一个(减小的天线大小)。例如，如果对于新的通信 系统来说或者为了实现诸如分集这样的新的天线功能而需要较大的天线带 宽，则为此最简单的方式是增加天线的大小或对总效率中的一些进行折衷。 然而，在小的便携式无线电装备中，上述任何方法都不是值得期望的。通 常，它们仅在强制性情形下被接受。
幸运地，存在很多已知的方法，例如引入具有谐振匹配电路和寄生元
件的多重谐振(multiple resonances ),其可以-f皮用于在不降低效率的情况 下增加工作带宽达特定的限度。然而，这些方法通常增加了天线的复杂性。
此外，在相对小的终端中，小天线的性能还取决于天线的位置和定向 以及终端的大小和形状。在终端中为天线找到适当的位置对于性能来说可 能至少是和实际天线结构一样重要。
设计例如工作在四个GSM频带(GSM850/900/1800/l卯0 )和UMTS 频带的小型且高效的内部手持天线是非常富有挑战性的。如果工作在给定
频带的诸如分集天线这样的多个天线必须^:包括在移动终端中，则问题甚
至变得更为困难。如果当添加了新的天线或工作频带时不能增加总的天线 大小，那么必须减小现有天线的大小，这毫无例外地导致现有天线的性能 的降低。
当将工作在相同频率范围的两个天线彼此靠i^:置时，出现了进一步
的问题，因为它们易于彼此耦合。在分集和MIMO (多输入多输出)应用
中，相互耦合降低了所耦合的天线的效率，减少了从其获得的改进(而这
在完全隔离的天线的情况下将是可能的)，对此可以更为独立地进行:没计。 此外，相互耦合使天线设计复杂化，因为其造成对一个天线的修改，从而 还影响了其它天线。在工作于不同频带的天线之间的大的隔离性也是有用
6的，因为其可以允许简化RF前端。然而，在允许用于现代移动终端的内 部天线的有限空间中，设计具有例如超过10dB隔离性的天线可能是非常 富有挑战性的。
另夕卜，在天线信号之间的低相关性对于利用分集或MIMO改进无线电 链路性能来说是先决条件。通常，在允许用于现代移动终端的内部天线的 有限空间中可以实现低相关性并不是明显的。在当前的移动电话中，诸如 照相机、扬声器或者这二者的各种组件经常至少部分地祐J故置在内部天线 元件及其接地平面之间。这些附加组件可以降低天线性能。因而，会期望 找到一种天线解决方案，该天线解决方案在最小程度地降低天线性能的情 况下将使得能够集成其附近的其它组件。
此外，用户的手对于天线性能来说也可能成问题，因为它通常降低处 于所讨论的频率范围(0.8GHz-2.2GHz )的移动电话天线的性能。当手至 少部分地处于天线的顶部时，该影响非常强烈，并且不幸地，很常见的是 用户经常手持电话，以致于食指处于电话顶部附近的天线元件的顶部。会 期望找到这样的天线配置，即在该配置中，内部天线祐」故置得以便用户的 头、手或其它身体部分的效应对天线的性能具有最小的影响。
关于上述问题，已知的是使用谐振匹配电路和寄生元件可以增加小天 线的带宽。此外，已知的是通常增加天线之间的距离来增加它们之间的隔 离性。另外，广为接受的是隔离性取决于天线的相对定向。
然而，才艮据发明人的经验，当在待隔离的两个天线之间添加附加天线 时，隔离性是增加还是降低取决于附加天线的类型及其关于待隔离的天线 的相对定向。因此，仅仅在天线之间放置任何天线或谐振器来自动增加它 们之间的隔离性是不明显的；反之也会如此。

发明内容
本发明的目的是提供一种小型内部多频带移动终端天线布置以及简单 的RF前端解决方案，所述小型内部多频带移动终端天线布置有效地工作在 所有常用蜂窝通信系统频带并且进一步使得能够天线分集(以及MIMO )。本发明的另外的目的是所述小型内部多频带移动终端天线布置在天线信号
之间具有足够低的包络相关(例如，pe<0.7)用于良好的分集性能，并且 约10dB或更多的足够大的隔离性。
举例来说，利用用于移动终端的天线实现了本发明的目的，所述天线 包括非谐振天线元件；分别覆盖第一、第二、第三或第四频带中的至少任 何一个的两个谐振天线元件，所述两个谐振元件实质上处于相同的平面中， 并且限定了平坦表面(planar surface ),其中两个谐振元件分别位于所述 平坦表面的拐角处，并且非谐振元件位于沿所述平坦表面的边缘。
在本文档中使用了以下缩写词
CDMA 码分多址
GPS 全球定位系统
GSM全球移动通信系统
IFA 倒F天线(Inverted F-antenna )
MIMO 多输人多输出
PIFA 平面倒F天线
PWB 印刷线路板
RX 接收
TX 发射
UMTS 通用移动电信系统 WCDMA 宽带CDMA
本发明的示例性实施例涉及一种用于移动终端的天线，其包括通用接 地元件、覆盖GSM850/900频率的一个第一单独的低频带天线以及覆盖 GSM1800/1900/UMTS频率的两个第二双谐振短接补片天线 (dual-resonant shorted patch antennas ),其中每个所述天线均包括支路 部分(leg portion)，所述支路部分含有用于相对于接地元件对天线进行 馈电的馈电布置。根据本发明的有利实施例，两个第二天线都适于覆盖GSM1800、 GSM1900和UMTS频率。根据本发明的该实施例，所述两个第二天线中的 第一个天线可以被用作主(GSM/UMTS)天线，并且所述两个第二天线中 的第二个天线可以被用作分集天线。可选地，根据该实施例，所述两个第 二天线中的第一个天线可以被用作主GSM天线和UMTS分集天线，并且所 述两个第二天线中的笫二个天线可以被用作主UMTS天线和GSM分集天 线。
另外，4艮据本发明的实施例，对于GSM1800/l卯0/UMTS来i兌，如果 不需要分集，则所述两个第二天线中的第 一个天线可以^皮用作单独的TX天 线，并且所述两个第二天线中的第二个天线^皮用作RX天线。因为所述两个 第二天线(覆盖GSM1800/1卯0/UMTS)覆盖了TX和RX这两个频带，所以 还可以将所述天线用于TX和RX分集以及用于MIMO。此外，在单独的TX 和RX天线应用的情况下，可以使天线小得多，因为小得多的带宽将^够 的(例如，具有280MHz + 365MHz而不力x460MHz将;IX够的)。
仍然根据本发明的有利实施例，第一单独的低频带天线和所述两个第 二双谐振天线中的第一个天线可以适于覆盖四个GSM频带 (GSM850A00/1800/1900 )，并且所述两个第二双谐振天线中的第二个天 线是单独的UMTS天线。这种情况还因为较小的带宽要求而允许显著减小 两个第二双谐振天线的大小。因为适当的输入阻抗以及在第一低频带天线 与两个第二双谐振天线之间的大隔离性，所以可以直接将分离的馈电组合 成一个馈电端口 ，以便使得天线模块与当前使用的RF前端兼容。仅需要对 天线几何形状进行较'J 、的调整来重新优化性能。
此外，通过在第一低频带天线的馈电与两个第二天线中的至少一个的 馈电之间插入传输线的短的部分(short sections),从而使得第一低频带 天线在GSM1800/1900/UMTS频带处具有优化的高阻抗，并且两个第二天 线中的所述至少一个在GSM850/900频带处具有优化的高阻抗，端口之间的 隔离性可以被最大化，并且在组合端口之后不需要任何的优化。
9另外，根据本发明的第一实施例，通过两个第二双谐振共面短接贴片 天线可以实现两个第二天线。而且，根据本发明的第二实施例，通过两个
第二双谐振层叠(stacked)短接贴片天线可以实现两个第二双谐振短接贴 片天线。
根据本发明进一 步的有利实施例，第 一单独的低频带天线是T型低频 带元件。所述T型低频带元件的目的是激励(excite)接地元件的纵向型类 偶极(longitudinally dipole-like )谐振模式。折叠的T型元件本身是非谐振 的，但却与提供适当的并联电感并且转换阻抗的单独的匹配电路进行谐振。
所述匹配电路在此被实现为微带线(microstrip line )的短接电路部分 (short-circuited section )。然而，其还可以(至少部分地)利用任何其它 已知的微波技术(例如集总组件(lumped component))来实现。根据本 发明的实施例，所述匹配电iE^f立于两个第二双谐振短接贴片天线之间的中 心区域。其还可以位于较靠近所述两个第二双谐振短接贴片天线中的一个 或者甚至在接地平面的相对侧(opposite side)上(这将出于某种其它的目 的而空出所述中心区域)。
因为(根据实施例)利用单独的馈电实现了第一低频带天线，所以可 以4艮容易添加和优化多谐(multiresonant)匹配电路。然而，第一低频带 天线的馈电可以与高频带(upper band)元件的馈电进行组合，以便其与 当前使用的前端解决方案兼容。还应当可以设计第一低频带天线的多频带 匹配电路，以便其还将工作在GSM1800/1900频带，并且必要时甚至会工作 在UMTS频带。
根据本发明的实施例，有利地，两个第二天线基本上对称地位于接地 元件的拐角处。此外，所述天线按照通用接地元件的形式所允许的而有利 地位于彼此远离的位置。另外，所述天线按照移动终端的金属底盘(metal chassis)所允许的而有利地位于彼此远离的位置。而且，第一单独的低频 带天线可以被布置成至少部分地延伸出通用接地元件或印刷电路板 (PWB )的外部，或者可选地，完全位于通用接地元件或印刷电路板(PWB ) 的顶部。
10相对于已知的现有技术，本发明提供了有效工作在所有常用蜂窝通信 系统频带的显著优点。进一步地，举例来说，其使得能够构建一种包括三
频带分集天线的小型四频带GSM和UMTS天线。可选地，其使得能够将 GSM1800/1900/UMTS的RX和TX功能分离到单独的天线，这能够有助于简 化RF前端。所分离的TX和RX天线具有尽可能好的隔离性。
当前的移动终端通常仅具有用于GSM频带的一个多频带天线和一个 馈电以及用于UMTS的另 一个天线和馈电。在TX和RX频带之间的隔离性 是使用开关和滤波器来实现的。按照本发明中将TX和RX功能分离到单独 的天线可以在TX和RX频带之间提供一些必要的隔离性，并且使得在RF前 端中能够使用更简单并且更便宜的滤波解决方案。
进一步地，根据本发明的天线模块具有足够低的包络相关(例如， pe< 0.7 )用于良好的分集性能，并且可以同时实现在两个 GSM1800/1900/UMTS天线的信号之间约10dB或更多的足够大的隔离性。 此外，分集天线具有宽的带宽覆盖了 GSM1800/1900和UMTS频带； 1710MHz-2170MHz以及良好的效率。
另外，添加GSM低频带元件并不显著增加天线之间的耦合(降低隔离 性)。将低(850/900)和高(1800/1卯0) GSM频带分离到不同的天线允 许独立地优化天线，从而使得更容易例如使元件用于两个频带双谐振或多 谐振(以及更大的宽带)。由于在低和高GSM频带之间的大隔离性，因此 如果需要的话，可以很容易通过RF前端体系结构来组合分离的馈电。
所有天线都位于相当小的体积中，并且可以位于例如接近单体式 (monoblock)电话的顶部，从而使得它们不太可能被用户的手覆盖。所 有的天线都可以;故集成到一个天线模块中，这简化了终端的制造(组装)。 因为所有的天线的位置都彼此靠近，所以发射器和接收器也可以被放置得 彼此靠近(被集成)，并且因而避免了长的且有损耗的RF线路。另外，移 动终端仅具有有限数目的良好的天线位置，因此具有如此多天线的小型天 线模块节省了用于例如补充(或非蜂窝)的其它无线电天线的天线位置。本发明涉及一种用于通信设备的天线，其包括非谐振天线元件；分别 覆盖第一、第二、第三或第四频带中的至少任何一个的两个谐振天线元件， 所述两个谐振元件实质上处于相同的平面中，并且限定了平坦表面，其中 所述两个谐振元件分别位于所述平坦表面的拐角处，并且非谐振元件位于 沿所述平坦表面的边缘，并且本发明进一步涉及一种包括所述天线的天线 模块。
本发明进一步涉及一种天线模块，所述天线模块包括非谐振天线元件； 覆盖第一、第二、第三或第四频带中的至少任何一个的两个谐振天线元件， 所述两个谐振元件实质上处于相同的平面中，并且限定了平坦表面，并且 所述两个谐振元件分别位于所述平坦表面的拐角处，并且非谐振元件位于 沿所述平坦表面的边缘，其中所述天线模块耦合于包括接地平面和匹配电 路的印刷电路板，并且非谐振元件、匹配电路和接地平面形成了覆盖第五 频率范围的第三谐振元件，并且本发明进一步涉及一种包括所述天线模块 的移动终端。
另外，本发明进一步涉及一种操作用于移动通信网络的移动终端的方 法，所述移动终端具有天线才莫块和通用接地元件，所述天线才莫块包括覆 盖GSM850/900频率的一个第一单独的低频带天线，以及覆盖 GSM1800/1卯0/UMTS频率的两个第二双谐振短接贴片天线，其中每个所 述天线均包括支路部分，所述支路部分含有用于相对于接地元件对天线进 行馈电的馈电布置，其中所述方法包括以下步骤
-第一单独的低频带天线被用于GSM850/900频率；以及 誦两个第二双谐振短接贴片天线中的至少一个被用于
GSM1800/1卯0/UMTS频率。


接下来将依照附图参照示例性实施例来较为详细地描述本发明，在附 图中
12图la和lb图示了根据本发明的有利实施例的天线模块的第一示例性布
置；
图2a-2c图示了在自由空间中对天线模块的第 一示例性布置的S参数所 仿真和测量的频率响应；
图3a-3c图示了所仿真的3-D (三维)辐射图的例子，其示出了在自由 空间中，天线;f莫块的第一示例性布置的总的实现增益(dBi)以及极化椭圆 (polarization ellipse);
图4a和4b图示了根据本发明的有利实施例的天线模块的第二示例性布
置；
图5a和5b图示了天线模块的第二示例性布置的S参数的频率响应；
图6a-6c图示了所仿真的3-D辐射图的例子，其示出了天线模块的第二 示例性布置的总的实现增益(dBi)以及极化椭圆；
图7a和7b图示了根据本发明的有利实施例的经修改的第一示例性天线 模块的几何结构；以及
图8a-8c图示了在自由空间中经修改的第一示例性天线模块的S参数 的仿真频率响应。
具体实施例方式
图la和lb图示了根据本发明的有利实施例的天线模块100的第一示 例性布置，其中天线^^块100包括单独的低频带天线102，其被有利地设 计用于GSM850 (824-894MHz )以及E-GSM900频带。另夕卜，天线模块 IOO还包括两个双谐振共面短接贴片天线104、 106。有利地，这两个双谐 振共面短接贴片天线104、 106对称地位于接地元件110的拐角处。
在可选实施例中，双谐振共面短接贴片天线可以是任何的天线元件， 例如，其可以是谐振或非谐振天线元件。非谐振天线元件可以使用匹配电 路来进行谐振，并且耦合到接地平面结构。使用双谐振天线元件是优选的 实施例，因为这将允许工作在多个频带。
两个双谐振共面短接贴片天线104、 106均有利地覆盖了 GSM1800、GSM1卯0以及UMTS频率。举例来说，还可以使用它们来使得例如天线 104是主(GSM/UMTS)天线，并且天线106是分集天线。可选地，天线 104可以;陂用作主GSM天线和UMTS分集天线，而天线106净皮用作主 UMTS天线和GSM分集天线。如果不需要分集的话，则它们104、 106可 以-陂用作单独的TX和RX天线。在这种情况下，它们的大小可以被减小， 因为所需要的工作带宽较小。
低频带天线102有利地包括T型元件以及单独的匹配电路108,在该 实现中，该T型元件部分地延伸出印刷电路板(PWB)之外，而该单独的 匹配电路108提供适当的并联电感用于使天线谐振并且转换输入阻抗级 别。可选地，T型元件还可以完全位于PWB的顶部。匹配电路108在此 被实现为微带线的短接电路部分。然而，其还可以(至少部分地)利用任 何其它已知的微波技术(例如集总组件)来实现。在该实施例中，匹配电 路108位于两个天线104、 106之间的中心区域中。其还可以位于较靠近例 如天线104或者甚至在接地元件110的相对侧上，这会是出于某种其它的 目的(例如照相机或扬声器)而空出该中心区域。因为利用单独的馈电112 实现了 GSM低频带天线102，所以可以很容易添加和优化多谐匹配电路。 天线102的馈电112可以与高频带天线104、 106的馈电114、 116进行组 合，以便其与当前使用的前端解决方案兼容。
在该实施例中，天线模块100的最大尺寸是40mm x 29.4mm x 8.2mm (WxLxH(宽x长x高))。其占用总体积9.6cm3 (并未减去两个双谐 振共面短接贴片天线104、 106之间的空隙)。仍然有可能可使得两个双谐 振共面短接贴片天线104、 106更为紧凑并且增加它们之间的空隙。图la 和lb中的天线模块100依附于40mm x 115.2mm x 0.2mm (WxLxH) 的接地元件IIO。天线的顶部延伸出接地元件110之外4mm。电话模型的 总长度是119.2111111。天线102、 104、 106和接地元件110是由0.2mm厚的 锡青铜板光刻蚀而成的。
图2a和2b图示了在自由空间中根据所实施的本发明的天线模块100 (图la和lb中所描述)的第一示例性布置的S参数的仿真和测量频率响应。尤其图2a中的图解200a图示了所仿真和测量的反射系数(Sn、 S22、 S33 )，并且图2b中的图解200b图示了在天线之间所仿真和测量的耦^( S21 、 S31、 S32) 。 Sn曲线上的标记是处于824、 960、 1710和2170MHz,并且 822&833曲线上的标记是处于1710和2170MHz。举例来说，可以利用某种 市售的基于矩量法(MoM， Method of Moments)的全波电》兹仿真器来实 现这些仿真。图解200a和200b具有以GHz为单位表示频率的x轴以及以 dB为单位表示S参数的幅度的y轴。
所测量和仿真的结果足以4艮好地符合对天线概念的功能性的证明。所 测量的两个双谐振共面短接贴片天线的中心频率稍微有些低，但是可以通 过缩短条带(strip )以l更在高的GSM和UMTS频率上获得至少6dB的回 波损耗来轻易地对它们进行校正。
此外，在天线之间所仿真和测量的耦合(图2b中的制图200b)示出 了相同的特征。尽管高频带轻微失谐，然而还是可以在测量中获得由仿真 结果显示的10dB的隔离性。
图2c图示了图2a中的制图200a所示的对应曲线的Smith (史密斯)图。
图3a-3c图示了所仿真的三维(3-D)辐射图的例子，其示出了在自由 空间中根据所实施的本发明的天线模块100 (图la和lb中所描述)的第 一示例性布置的总的实现增益(dBi)以及极化椭圆，尤其针对处于915MHz 的第一低频带天线102 (图3a中表示为天线1)以及针对处于2110MHz 的两个双谐振共面短接贴片天线104、 106 (在图3b和3c中分别表示为天 线2和天线3 )。
这些图示出了总的实现增益(G^+G^)以及在不同方向上的极化椭 圆。极化椭圆中的箭头指示极化的旋向性(handedness)。正如所预期的， 在915MHz处，原型(prototype)的自由空间辐射图类似于半波偶极子的 辐射图，其指示辐射主要来自于接地平面的纵向型半波类偶极谐振电流。 两个双谐振共面短接贴片天线104、 106的图(图3b和3c)示出了天线信 号之间的去相关主要是由于不同方向上天线的不同极化。主波束指向稍微不同的方向，但是假设其影响小于不同极化的影响。
在图3a-3c中，在对于天线所使用的标准球坐标系中，x轴表示以度为 单位的-，并且y轴表示以度为单位的0。天线的定向由图la和lb中的 坐标轴给出，其中在标准球坐标系中，x轴指向方向6>=90。和0=0°, y轴 指向方向6>=卯°和0=90°，并且z轴指向方向6M)。和0=0°。
图4a和4b图示了根据本发明的有利实施例的天线模块400的第二示 例性布置，其中天线模块400也包括单独的低频带天线402，其被有利地 设计用于GSM850 ( 824 - 894MHz)以及E-GSM900频带。另夕卜，天线模 块400还包括两个双谐振层叠短接贴片天线404、 406。有利地，这两个双 谐振层叠短接贴片天线404、 406对称地位于接地元件410的拐角处。
两个双谐振层叠短接贴片天线404、 406均有利地覆盖了 GSM1800、 GSM1900和UMTS频率。举例来说，还可以4吏用它们4吏得例如天线404 是主(GSM/UMTS)天线，并且天线406是分集天线。可选地，天线404 可以被用作主GSM天线和UMTS分集天线，而天线406被用作主UMTS 天线和GSM分集天线。如果不需要分集的话，则它们404、 406可以被用 作单独的TX和RX天线。
低频带天线402本身是非谐振的。其与提供适当的并联电感并且转换阻抗的 单独的匹配电路408产生谐振。匹配电路408在此被实现为微带线的短接电 路部分，但是，其还可以利用任何其它已知的微波技术(例如集总组件) 来实现。在该实施例中，匹配电路408位于两个双谐振层叠短接贴片天线 404、406之间的中心区域中。匹配电路408还可以位于较为靠近例如天线404 或者甚至在接地元件410的相对侧上，这会是出于某种其它的目的(例如照 相机)而空出该中心区域。还应当可以对第一低频带天线402设计多频带匹 配电路，以便其还会工作在GSM1800/1卯0频带，并且必要时甚至可能工作 在UMTS频带。
在该实施例中，天线模块的最大尺寸是40mm x 21.5mm x 8mm ( W x LxH)。两个双谐振层叠短接贴片天线404、 406的高和低条带仅3mm宽。除去匹配电路410，天线模块占用的体积少于2.8cm3。两个双谐振层叠短接 贴片天线404、 406中一个天线的体积略少于0.8cm3。添加这两个双谐振层 叠短接贴片天线404、 406中的第二个天线(分集天线)可以估计使总的天 线体积增加38%。这些天线依附于40mm x U5mm( W x L )的接地平面410。 因为第一低频带天线402并不处于接地平面410的顶部之上，所以其将电话 模型的总长度增加到118.5mm 。
图5a和5b图示了根据所实施的本发明的天线模块400 (图4a和4b 中所描述)的第二示例性布置的S参数的仿真频率响应。Sn曲线上的标记 是处于824、 960、 2400和2500MHz，并且S22&S33曲线上的标记是处于 1710和2170MHz。举例来说，可以利用某种市售的基于矩量法(MoM) 的全波电磁仿真器来实现这些仿真。图5a中的图解具有以GHz为单位表 示频率的x轴以及以dB为单位表示S参数的幅度的y轴。
第一低频带天线覆盖GSM850和E-GSM900频带，iLretn^6dB。当 减少了接地元件的长度时，第一低频带天线的大小必须被增加，以获得相 同的带宽。第一低频带天线具有也在2.45GHz附近的谐振，这在所提供的 实施例中匹配得很差(Lretn^3dB)。然而，通过优化设计，应当可以在 Bluetooth (蓝牙)(WLAN)频带上获得Lret之6dB。两个双谐振层叠短 接贴片天线覆盖GSM1800、 GSM1卯0以及UMTS频带，且Lretn$ 6dB。 这两个双谐振层叠短接贴片天线之间的最小隔离性约为12dB。
图6a-6c图示了所仿真的三维(3-D)辐射图的例子，其示出了才艮据所 实施的本发明的天线才莫块400 (图4a和4b中所描述)的第二示例性布置 的总的实现增益(dBi)以及极化椭圓，尤其针对处于915MHz处的第一 低频带天线402 (图6a中表示为天线1)以及针对处于2110MHz处的两 个双谐振层叠短接贴片天线404、 406 (在图6b和6c中分别表示为天线2 和天线3 )。
这些图示出了总的实现增益(G^+G^)以及在不同方向上的极化椭 圆。在图6a-6c中，在对于天线所使用的标准球坐标系中，x轴表示以度为 单位的^，并且y轴表示以度为单位的6>。天线的定向由图4a和4b中的
17坐标轴给出，其中在标准球坐标系中，x轴指向方向6>==卯°和0=0°， y轴 指向方向6>=90°和0=卯°，并且z轴指向方向6>=0°和-=0°。
图7a和7b图示了根据本发明的有利实施例的经修改的第一示例性天 线才莫块700的几何结构。
图7a和7b中所示的经修改的第一示例性天线模块700被重新设计用 于分离的TX和RX天线的应用。在该实施例中，天线模块的大小被降低 到28.2mm x 40mm x 5mm (长x宽x高)。接地元件的尺寸是115mm x 40mm(长x宽)。在该实施例中，天线的T型顶部部分并不延伸出PWB 之夕卜。为了补偿带宽的减少，利用与原始天线馈电串联连接的串联谐振LC 电路来使得低频带元件双谐振(参见图8c)。
天线馈电703用于GSM850/900 TX和RX;馈电702用于 GSM1800/1卯0/UMTS RX;并且馈电701用于GSM1800/1卯0/UMTS TX。
图8a-8c图示了在自由空间中经^^改的第一示例性天线^^莫块(图7a和 7b中所描述)的S参数的仿真频率响应。尤其图8a图示了在天线元件之 间的耦合以M射系数，图8b在Smith图上图示了天线的反射系数，并 且图8c图示了用于GSM低频带的匹配电路(端口 3)。
在该实施例中，在GSM低频带处的阻抗带宽稍微小于所要求的阻抗 带宽。然而，基于图8b的Smith图，匹配电路并未被最优地调谐，但是 显然可以增加带宽，从而使得其在至少6dB的回波损耗的情况下覆盖 GSM850/900频带。在GSM和UMTS高频带处实现了所期望的6dB匹配。
在上述任何实施例中，可能的是，这些天线中的任何天线都可以是可 调谐频率的，以便根据移动通信设备的工作模式而覆盖不同的频带。
上面已经参照前述实施例解释了本发明，并且已经阐明了本发明的若 干优点。显然，本发明并不仅仅限于这些实施例，而是包括在本发明思想 和以下专利权利要求的精神和范围之内的所有可能的实施例。可以单独地
的时候)权利要求和附图。本领域的技术人员尤其应当清楚，诸如移动电 话的移动终端可以包括以下专利权利要求中所描述的天线模块的实施例中
18的至少一个。
权利要求
1. 一种用于通信设备的天线，所述天线包括非谐振天线元件；分别覆盖第一、第二、第三或第四频带中的至少任何一个的两个谐振天线元件，所述两个谐振元件实质上处于相同的平面中，并且限定了平坦表面，其中所述两个谐振元件分别位于所述平坦表面的拐角处，并且非谐振元件位于沿所述平坦表面的边缘。
2. 根据权利要求l所述的天线，其中所述非谐振天线元件被放置成其 邻近于所述两个谐振天线元件。
3. 根据权利要求2所述的天线，其进一步包括耦合于所述非谐振元件 的匹配电路以及耦合于所述天线的接地平面，其中所述非谐振元件、匹配 电路和接地平面形成了覆盖第五频率范围的谐振元件。
4. 一种天线模块，其包括根据权利要求l所述的天线。
5. —种天线模块，其包括非谐振天线元件；覆盖第一、第二、第三 或第四频带中的至少任何一个的两个谐振天线元件，所述两个谐振元件实 质上处于相同的平面中，并且限定了平坦表面，并且所述两个谐振元件分 别位于所述平坦表面的拐角处，并且非谐振元件位于沿所述平坦表面的边 缘，其中所述天线模块耦合于包括接地平面和匹配电路的印刷电路板，并 且所述非谐振元件、匹配电路和接地平面形成了覆盖第五频率范围的第三 谐振元件。
6. 根据权利要求5所述的天线模块，其中沿平行于所述印刷电路板的 边缘的轴放置所述非谐振元件。
7. 根据权利要求5所述的天线模块，其进一步包括支持结构，其中所 述非谐振元件和两个谐振元件位于所述支持结构的表面上。
8. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述非谐振元件和所述两个 谐振元件形成了实质上U型的模式。
9. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述两个谐振天线元件都是 双谐振天线。
10. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述两个谐振天线中的第 一个天线是主天线，并且所述两个天线中的第二个天线是分集天线。
11. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述两个谐振天线中的第 一个天线是单独的TX天线，并且所述两个谐振天线中的第二个天线是单 独的RX天线。
12. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述第三谐振元件和所述 两个谐振天线中的第一个天线覆盖所述第一、第二和第五频带，并且所述 两个谐振天线中的第二个天线覆盖所述第三和第四频带。
13. 根据权利要求12所述的天线模块，其中所述第一、第二和笫三 频带是GSM频带，并且所述第三和第四频带是WCDMA频带。
14. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述第三谐振元件的馈电 与所述两个第二谐振天线中的至少 一个的馈电进行组合。
15. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述两个谐振天线是通过 两个谐振层叠天线来实现的。
16. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述非谐振元件是T型天 线元件。
17. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述两个谐振天线被对称 地放置并且与所述接地平面所限定的拐角重合。
18. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述非谐振天线元件至少 部分地延伸出所述接地平面所限定的周界的外部。
19. 根据权利要求5所述的天线模块，其进一步包括调谐电路，其中 所述两个第二天线元件中的任何一个都能够被调谐，以便工作在所述第一、 第二、第三或第四频带中的任何一个。
20. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述匹配电路被实现为微 带线的短接电路部分。
21. 根据权利要求5所述的天线模块，其中所述匹配电路位于两个谐 振天线之间。
22. 根据权利要求5所述的天线模块，其中相比于天线元件，所述匹配电路位于所述接地平面的相对侧上。
23. —种移动终端，其包括根据权利要求5所述的天线模块。
24. —种操作用于移动通信网络的移动终端的方法，所述移动终端具 有天线模块和通用接地元件，所述天线模块包括覆盖GSM850/900频率 的一个第一单独的低频带天线，以瓦霞盖GSM1800/1900/UMTS频率的两 个第二双谐振短接贴片天线，其中每个所述天线均包括支路部分，所述支 路部分含有用于相对于所述接地元件对天线进行馈电的馈电布置，其中在 所述方法中-所述第一单独的低频带天线被用于GSM850/卯0频率；以及 -所述两个第二双谐振短接贴片天线中的至少一个被用于 GSM1800/1900/UMTS频率。
全文摘要
本发明涉及一种无线电天线(100)，并且更具体而言涉及一种用于例如在诸如移动电话的便携式电信设备中使用的内部多频带天线。特别地，本发明涉及一种用于移动终端的天线模块，其包括非谐振天线元件(102)；分别覆盖第一、第二、第三和第四频带中的至少任何一个的两个谐振天线元件(104，106)，所述两个谐振元件实质上处于相同的平面中，并且限定了平坦表面，其中所述两个谐振元件(104，106)分别位于所述平坦表面的拐角处，并且非谐振元件(102)位于沿所述平坦表面的边缘。
文档编号H01Q21/30GK101512835SQ200780032374
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年6月30日
发明者A·莱赫托拉, J·克罗盖鲁斯, J·奥利凯宁, J·拉霍拉 申请人:诺基亚公司