天线布置与装置制造方法
【专利摘要】电子装置的天线布置和装置。天线布置包括两个辐射元件(2、3)。所述两个辐射元件中的第一辐射元件(2)连接到馈送元件(5)。所述两个辐射元件中的第二辐射元件(3)为无源元件并且连接到接地平面(7)。第一辐射元件(2)被布置为通过辐射能量向第二辐射元件(3)馈送。
【专利说明】天线布置与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括两个辐射元件的天线布置。
[0002]本发明进一步涉及包括至少两个辐射元件的电子装置。
【背景技术】
[0003]对使用多频带的无线通信的需求一直在增加。
[0004]但存在以下问题:传统的天线布置在不使用诸如交换器的有源组件的情况下无法专门覆盖低频带。
【发明内容】
[0005]从第一方面来看，可提供这样的天线布置:该天线布置包括连接到馈送元件的所述两个辐射元件中的第一辐射元件，作为无源元件并且连接到接地平面的所述两个辐射元件中的第二辐射元件，第一辐射元件被布置为通过辐射能量向第二辐射元件馈送。
[0006]因此可实现能够覆盖低频带的简单天线布置。
[0007]从进一步的方面来看，可提供这样的电子装置:该电子装置包括通过馈送元件连接到电子装置的电子元件的所述两个辐射元件中的第一辐射元件，作为无源元件并且连接到电子装置的接地平面的所述两个辐射元件中的第二辐射元件，第一辐射元件被布置为通过福射能量向第二福射元件馈送。
[0008]本发明还可提供在电子装置内以节省空间的方式实施天线的优点。
[0009]本发明的一个实施例也可提供覆盖大范围频带的优点。
[0010]天线布置和电子装置的特征在于独立权利要求的特征部分所陈述的内容。一些其它实施例的特征在于其它权利要求中所陈述的内容。发明实施例还在本专利申请的说明书及附图中公开。本专利申请的
【发明内容】
还可以以如下权利要求中限定的方式以外的方式限定。
【发明内容】
也可由多个单独的发明形成，尤其是当发明根据明示或暗示的子任务或鉴于已获取的优势或优势组推究时。鉴于单独的发明理念，在如下权利要求中包含的某些限定是不必要的。在基本发明理念范围内，本发明不同实施例的特征可应用于其它实施例。
[0011]在优选结构中，天线布置包括两个辐射元件，其中所述两个辐射元件中的第一辐射元件连接到馈送元件，所述两个辐射元件中的第二辐射元件作为无源元件并且连接到接地平面，第一辐射元件被布置为通过辐射能量向第二辐射元件馈送。
[0012]在一个实施例中，第一辐射元件为螺旋状元件。
[0013]在一个实施例中，第二辐射元件为倒L元件。
[0014]在一个实施例中，第二辐射元件为蜿蜒状元件。
[0015]在一个实施例中，第一辐射元件通过第二辐射元件匹配到50欧姆。
[0016]在一个实施例中，天线布置包括两个第一辐射元件和两个第二辐射元件，从而构成两个天线。
[0017]在另一优选结构中，一种电子装置包括至少两个辐射元件，其中所述两个辐射元件中的第一辐射元件通过馈送元件连接到电子装置的电子元件，所述两个辐射元件中的第二辐射元件为无源元件并且连接到电子装置的接地平面，并且第一辐射元件被布置为通过福射能量向所述第二福射元件馈送。
[0018]在一个实施例中，第一辐射元件为螺旋状元件。
[0019]在一个实施例中，第二辐射元件为倒L元件。
[0020]在一个实施例中，第二辐射元件为蜿蜒状元件。
[0021]在一个实施例中，第一辐射元件通过第二辐射元件匹配到50欧姆。
[0022]在一个实施例中，电子装置包括两个第一辐射元件和两个第二辐射元件，从而构成两个天线。
[0023]在一个实施例中，第一辐射元件的主轴被布置为平行于电子装置的宽度。
[0024]在一个实施例中，第一辐射元件的主轴被布置为平行于电子装置的长度。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]在附图中更详细地描述说明本公开的一些实施例，其中
[0026]图1a是示例天线布置和电子装置的示意性透视图， [0027]图1b是图1a所示的示例天线布置和电子装置的另一示意性透视图，
[0028]图1c是图1a和Ib所示的示例天线布置和电子装置的示意性侧视图，
[0029]图2a是另一示例天线布置和电子装置的示意性透视图，
[0030]图2b是图2a所示的示例天线布置和电子装置的另一示意性透视图，
[0031]图2c是图2a和2b所示的示例天线布置和电子装置的示意性侧视图，
[0032]图3是第三示例天线布置的示意性透视图，
[0033]图4是第四示例天线布置的示意图，
[0034]图5a_5b是第五示例天线布置的示意性透视图，
[0035]图6是第六示例天线布置的示意性透视图，
[0036]图7a_7c是第七示例天线布置的示意性透视图，
[0037]图8a_8b是第八示例天线布置的示意性透视图，
[0038]图9是第九示例天线布置的示意性透视图，
[0039]图1Oa-1Ob是示例天线布置的特性测量的示意性表示，
[0040]图1la-1lc是另一示例天线布置的测量的示意性表示，以及
[0041]图12是示例螺旋状元件的示意性侧视图。
[0042]在附图中，为清晰起见，某些实施例以简化的形式示出。在附图中，相似的部件以相同的参考标号标注。
【具体实施方式】
[0043]图1a是示例天线布置和电子装置的示意性透视图，图1b是示例天线布置和电子装置的另一示意性透视图，图1c是示例天线布置和电子装置的示意性侧视图。
[0044]天线布置I是电子装置4的一部分，电子装置4在图1a中以虚线示出。
[0045]电子装置4可以是移动电话、至少部分地以无线方式工作的某个其它便携式或固定安装的通信装置(诸如发报机)、或某个其它便携式电子装置(诸如掌上型计算机、便携式计算机、游戏控制台或控制器、音频和/或视频材料的回放装置、脉冲计数器、读码器、被设计为用于测量目的并且以无线方式工作的发射机和/或接收机等)。
[0046]天线布置I构成包括两个辐射元件的天线10，这两个辐射元件即第一辐射元件2和第二辐射元件3。但需要注意，天线布置I可包括两个以上辐射元件，并且还包括一个以上的天线10。
[0047]第一福射元件2包括螺旋状元件9。该螺旋状元件由导电材料制成,例如在螺旋状配置中缠绕的金属带或金属线。螺旋状配置可放置于核心元件上(附图中未示出)。螺旋状元件9的尺寸可变化。其长度优选在5-30mm范围内并且直径优选在3_5mm范围内。该螺旋状元件包括至少一匝金属带或金属线，但是优选为2-10匝，甚至更多。图12是示例螺旋状元件的示意性侧视图。螺旋状元件9包括两个螺旋部。第一螺旋部的螺距间隔Pl大于第二螺旋部的螺距间隔P2。Pl例如可以为3.2mm,P2例如可以为1.2mm。这种双间隔螺旋可产生两个谐振，从而能够设计覆盖两个频带的单馈送天线布置，其中一个谐振用于较低频带，例如GSM850和/或GSM900，而另一谐振用于较高频带，例如GSM1800和/或GSM1900和/或UMTS。根据另一实施例，螺旋状元件9的螺距间隔可在所有长度上保持恒定。
[0048]第一辐射元件2的主轴A平行于电子装置I的宽度方向W。根据另一实施例，该主轴A可被布置为平行于电子装置I的长度方向L。根据又一实施例，该主轴A可被布置为平行于一个既不与电子装置I的宽度方向W平行，也不与电子装置I的长度方向L平行的轴。该主轴A也可被布置为平行于装置盖的高度(即，垂直于方向L和W)。
[0049]第一辐射元件21连接到馈送元件5，然后再连接到电子装置I的电子元件，即装置的天线。所述电子元件可被布置到电路板8，例如PWB(印刷线路板)。馈送元件5被配置为在特定频率处接收和/或发送电磁信号。
[0050]图1a-1c所示的馈送元件5为电流耦合元件。备选地，馈送元件5可包括第一辐射元件2与天线端口之间电容耦合或电感耦合。
[0051]馈送元件5可包括匹配元件和/或天线共用器。用于匹配第一辐射元件2的谐振频率范围的匹配元件(如果有)优选邻近天线端口布置。
[0052]此处需要注意，第一辐射元件2不一定是螺旋状，也可利用一些其它天线配置。
[0053]第二辐射元件3通过接地元件6连接到接地平面7。接地平面7例如可被布置到装置的电路板8。
[0054]第二辐射元件3并不直接连接到天线端口。第二辐射元件3为无源元件，其通过第一辐射元件2中产生的辐射能量馈送。在一个实施例中，由第一辐射元件2产生的第一谐振和由第二辐射元件3产生的第二谐振可组合为一个谐振。
[0055]第一辐射元件2或其谐振通过第二辐射元件3被匹配到例如50欧姆或其它合适的阻抗。
[0056]根据本发明的构思，第一和第二辐射元件2通过天线10发送和/或接收所处理的
辐射能量。
[0057]图1a-1c所示的第二辐射元件3的类型为倒L元件。
[0058]辐射元件2、3可由金属板制成，例如铝板、锌板、钢板、不锈钢板、镁板、铜板或合金板。
[0059]备选地，辐射元件2、3的材料可以是导电塑料或通过在其中掺杂导电材料(金属、陶瓷、各种形式的碳等)而起到导电作用的塑料混合物。辐射元件2、3还可以通过上面列出的材料的任意组合(例如，金属与塑料的组合)制造。
[0060]图2a是另一示例天线布置和电子装置的示意性透视图，图2b是其另一示意性透视图，图2c是其意性侧视图。
[0061]第二辐射元件3现在为蜿蜒状元件。蜿蜒状类型元件尤其有利于扩展天线布置的谐振长度和频率范围。需要注意，第二辐射元件3还可具有适合放入电子装置4的任何合适形状和天线类型。这样，第二辐射元件3可具有类似折叠偶极天线、环形天线、F型天线、PIFA天线等天线形状。如参考图1a-1c的上下文所述，可实现装置的电子元件的连接、第二辐射元件3的接地和第一辐射元件的特性。
[0062]图3是第三示例天线布置的示意性透视图。在图la_2c所示的实施例中，天线布置I包括一个第一辐射元件2和一个第二辐射元件3，它们构成天线10。图3所示的天线布置I的实施例与所述实施例的不同之处在于:图3中的天线布置I包括两个第一辐射元件2、2’和两个第二辐射元件3、3’。所述辐射元件构成两个天线:第一天线10和第二天线10，。
[0063]天线10、10’两者包括一个第一辐射元件2、2’和一个第二辐射元件3、3’。所述天线10、10’按上述方式操作，但优选地在不同频带上操作。
[0064]天线的谐振频率一般位于400MHz至2.5GHz的频率范围内。根据一个实施例，谐振频率范围为700至960MHz。根据另一实施例，谐振频率范围为1700至2200MHz。根据第三实施例，天线布置包括两个天线10、10’，其中第一天线10被调谐到第一频率范围1700至2200MHz，第二天线10’被调谐到第二频率范围1700至2200MHz。
[0065] 天线布置I可适合于一个或多个GSM频率范围GSM850、GSM900、GSM1800和/或GSM1900，或者适合于例如根据W1-F1、Wlan, UMTS、WCDMA, LTE或其它相应无线网络技术的频率范围。自然地，其它适当的更高频率和频率范围也是可能的。
[0066]例如，图1所示的包括作为第一辐射元件和第二辐射元件的螺旋状元件的单馈送天线布置可同时覆盖较低频率范围(694至960MHz)处和较高频率范围(1710至2170MHz)处的GSM和LTE频率。
[0067]第一天线10具有较小的尺寸，并且可针对较高的频带调谐，而第二天线10’具有较大的尺寸，并且可针对较低的频带调谐。
[0068]第一辐射元件2、2’两者分别通过馈送元件5、5’连接到自己的天线端口。第二辐射元件3、3’分别通过接地元件6、6’连接到接地平面7。根据另一实施例，第一天线10具有不同于第二天线10’的接地平面。所述接地平面可彼此电隔离。
[0069]此处需要注意，在所有实施例中，接地平面7不仅可被配置为装置的电路板，而且还可被配置为显示单元、电池、辅助电路板等，和/或被配置为其它足够大的导电材料区域。接地平面7例如可通过铜片、弹性薄膜、不锈钢等制造。
[0070]天线布置I可以各种方式位于电子装置内，例如，位于装置的上端、装置的下端、装置的左侧或右侧，和/或位于装置的顶盖和/或底盖侧。包括两个甚至更多天线10、10’的天线布置I同样可分散放置，例如第一天线10位于装置的上端，第二天线10’位于装置的下端。
[0071]图4是第四示例天线布置的示意图。[0072]第二辐射元件3在一个以上的点处连接到接地平面7。在图4所示的实施例中，第二辐射元件3不仅通过接地元件6，而且还通过第二接地元件11和第三接地元件12连接到接地平面7。需要注意，附加的接地元件数可以是一个或更多。
[0073]第二接地元件11和第三接地元件12可包括一个或多个匹配元件13。匹配元件13可包括例如具有电容或电感的无源元件，和/或例如具有可变电容的交换器或组件的有源元件。
[0074]同样，第一辐射元件2可包括第二匹配元件14，第一辐射元件2通过该匹配元件连接到接地平面7。
[0075]图5a_5b是第五示例天线布置的示意性透视图。这包括作为第二辐射元件3的蜿蜒状元件。该蜿蜒状元件的主要部分布置在与接地平面7的平面垂直的平面内，但是它还包括第二部分，该部分布置在与接地平面7的所述平面平行的平面内。
[0076]图5b示出可选的第二接地元件11，第二辐射元件3可通过该接地元件11连接到诸如接地平面7的接地平面。
[0077]如在前面的图la-4的上下文中所述，可实现装置电子元件的连接、第二辐射元件3的接地和第一辐射元件的特性。
[0078]图6是第六示例天线布置的示意性透视图。该布置包括一个第一辐射元件2和两个第二辐射元件3、3’。第二辐射元件3、3’针对不同的频率范围设定尺寸和调谐。
[0079]图7a_7c是第 七示例天线布置的示意性透视图。该布置包括平面形状的第二辐射元件3，该元件布置在与接地平面7平行的平面内。
[0080]图8a_8b是第八示例天线布置的示意性透视图。第二辐射元件3具有与螺旋状元件9的轴平行，另外与螺旋状天线的轴正交的形状。
[0081]图9是第九示例天线布置的示意性透视图。在此，第二辐射元件3是环形或折叠偶极类型辐射元件。它通过两个接地元件6、11接地到接地平面7。需要注意，接地元件6、11的位置可能变化。
[0082]在另一实施例中，环形或折叠偶极类型的第二辐射元件3仅通过一个接地元件连接到接地平面。
[0083]图1Oa-1Ob是示例天线布置的特性测量的示意性表示。
[0084]示例天线布置I的布局类似于图1a所示的布局。示例天线布置I包括作为第一福射元件2的螺旋状元件。螺旋状元件9由直径为0.4mm的铜线构成,该铜线沿着塑料制成的圆柱形载体元件绕七匝。该螺旋状元件的长度为14_并且圆柱形载体元件的直径为4mm ο
[0085]接地平面7为矩形，其规格为105mm x55mm。它由Imm FR-4铜片制成。
[0086]图1Oa示出示例天线布置的回波损耗(Sll)。可以立即注意到，在700至960MHz之间的低频率处的回波损耗处于良好的水平。此处需要注意，使用针对所测量的频率范围校准到50欧姆的网络分析器完成测量。
[0087]图1Ob示出示例天线布置的总辐射效率。需要注意，“FS”代表自由空间。“BH”代表头部旁边，“左”和“右”代表在测量期间放在头部模型的哪一侧。可看出，最重要的量(即，自由空间中的辐射效率)处于极好的水平。
[0088]图1la-1lc是第二示例天线布置的测量的示意性表示。[0089]示例天线布置I的布局类似于图3所示的布局，即，它包含低频带天线和高频带天线。这两个天线均包括作为第一辐射元件或有源元件的螺旋状元件和作为第二元件或无源元件的倒L元件。
[0090]螺旋状元件由直径为0.4mm的铜线制成。低频带天线的螺旋状元件由5.5匝铜线构成，其长度为12mm,直径为4mm。
[0091]高频带天线的螺旋状元件由2.5阻铜线构成,其长度为6mm,直径为4_。
[0092]天线高度为5mm。这是从第二辐射元件顶部到接地平面7的距离。
[0093]天线的接地平面7为矩形，其尺寸为110mmx55mm。它由Imm厚的FR4铜片制成。
[0094]图1la示出第二示例天线布置的S参数测量结果。可看出，双馈送解决方案非常有效并且针对特定频率范围设计的双天线可彼此接近放置。
[0095]图1lb在史密斯图中示出第二示例天线布置的天线阻抗图。这显示天线阻抗接近史密斯图的中心(50欧姆)，即，天线完美匹配。
[0096]图1lc示出第二示例天线布置的总辐射效率。该图示出天线布置的电气性能能够满足对移动电话或其它便携式电子装置的天线的需求。
[0097]本发明不仅限于上述实施例，而是，许多变形可以处于下面的权利要求限定的本发明概念的范围内。在本发明概念的范围内，不同实施例和应用的属性可结合/或替代其它实施例或应用的属性使用。
[0098]附图及其相关描述只是为了阐述本发明的构思。本发明可以在细节上在下面的权利要求限定的本发明构思的范围内变化。
[0099]参考标号
[0100]I 天线布置
[0101]2、2’ 第一辐射元件
[0102]3、3’ 第二辐射元件
[0103]4 电子装置
[0104]5、5’ 馈送元件
[0105]6、6’ 接地元件
[0106]7 接地平面
[0107]8电路板
[0108]9 螺旋状元件
[0109]10、10’ 天线
[0110]11 第二接地元件
[0111]12 第三接地元件
[0112]13 匹配元件
【权利要求】
1.一种天线布置，该天线布置包括两个辐射元件(2、3)，所述天线布置的特征在于: 连接到馈送元件(5)的所述两个辐射元件中的第一辐射元件(2)， 作为无源元件并且连接到接地平面(7)的所述两个辐射元件中的第二辐射元件(3)， 第一辐射元件(2)被布置为通过辐射能量向第二辐射元件(3)馈送。
2.根据权利要求1所述的天线布置，其特征在于第一辐射元件(2)为螺旋状元件。
3.根据权利要求1或2所述的天线布置，其特征在于第二辐射元件(3)为倒L元件。
4.根据权利要求1或2所述的天线布置，其特征在于第二辐射元件(3)为蜿蜒状元件。
5.根据任一前述权利要求所述的天线布置，其特征在于第一辐射元件(2)通过第二辐射元件⑶匹配到50欧姆。
6.根据任一前述权利要求所述的天线布置，其特征在于包括两个第一辐射元件(2、2’ )和两个第二辐射元件(3、3’)，从而构成两个天线(10、10’)。
7.一种电子装置，该电子装置包括至少两个辐射元件(2、3)，所述电子装置的特征在于 通过馈送元件(5)连接到电子装置(4)的电子元件的所述两个辐射元件中的第一辐射元件⑵， 作为无源元件并且连接到电子装置(4)的接地平面(7)的所述两个辐射元件中的第二辐射元件⑶， 第一辐射元件(2)被布置为通过辐射能量向第二辐射元件(3)馈送。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于第一辐射元件(2)为螺旋状元件。
9.根据权利要求7或8所述的电子装置，其特征在于第二辐射元件(3)为倒L元件。
10.根据权利要求7或8所述的电子装置，其特征在于第二辐射元件(3)为蜿蜒状元件。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的电子装置，其特征在于第一辐射元件(2)通过第二辐射元件(3)匹配到50欧姆。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的电子装置，其特征在于包括两个第一辐射元件(2、2’ )和两个第二辐射元件(3、3’)，从而构成两个天线(10、10’)。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的电子装置，其特征在于第一辐射元件(2)的主轴被布置为平行于电子装置(I)的宽度。
14.根据权利要求7至12中任一项所述的电子装置，其特征在于第一辐射元件(2)的主轴被布置为平行于电子装置(I)的长度。
【文档编号】H01Q7/04GK104025380SQ201280053980
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】P·巴斯拉特 申请人:光宝移动有限公司