CN108336479B

CN108336479B - 用于移动通信设备的天线

Info

Publication number: CN108336479B
Application number: CN201710849533.0A
Authority: CN
Inventors: B·博内特
Original assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Current assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: US11283153B2; CN108336479A; EP3352301A1; US20190356039A1; US20180205137A1; CN112599966A; US10403963B2; CN112599966B; EP3352301B1; CN207925662U

Abstract

一种用于移动通信设备的天线。本发明涉及一种天线，包括：伸长的导电带；天线插座；到大地的连接；可调节电容的至少一个第一电容性元件；以及与第一电容性元件串联的至少一个第一电感性元件。

Description

用于移动通信设备的天线

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月19日提交的法国专利申请No.1750418以及2017年1月19日提交的法国专利申请No.1750419的优先权，这两个申请特此通过引用并入本文。

技术领域

本描述一般地涉及电子设备，并且更特别地，涉及由移动通信设备所配备的发射电路使用的天线。本描述更特别地设想到用于移动电话类型的手持式电信装备的短路四分之一波长类型的天线(PIFA天线—平面倒F天线)。

背景技术

移动电话天线一般设置在电话的外壳或壳体的层级处以便不被金属元件所屏蔽。天线然后被链接到电话的内部电子发射电路。

移动电话中和平板中可使用的频带上的增长正驱动着对于宽带和/或频率可调谐天线的供应。

发明内容

将合意的是具有可以在各种频带中有效地操作的射频天线架构。

将合意的是具有特别被适配于移动电信设备中使用的频带的解决方案。

将合意的是具有被适配于已有发射电路的解决方案。

因此，一种实施例提供了一种天线，其包括伸长的导电带、天线插座、到大地的连接、可调节电容的至少一个第一电容性元件、以及与第一电容性元件串联的至少一个第一电感性元件。

根据一个实施例，第一电感性元件的电感值是到大地的连接的电感值的至少五倍大。

根据一个实施例，该天线此外包括将导电带链接到大地的可调节电容的第二电容性元件。

根据一个实施例，第二电容性元件与第一电容性元件和第一电感性元件的串联关联体到该带的相应附接点之间的距离小于第二电容性元件的附接点与到大地的连接之间的距离。

根据一个实施例，第二电容性元件与第一电容性元件和第一电感性元件的串联关联体并联。

根据一个实施例，该天线此外包括将导电带链接到大地的第二电感性元件。

根据一个实施例，第二电感性元件与第一电容性元件和第一电感性元件的串联关联体到该带的相应附接点之间的距离小于第二电容性元件的附接点与到大地的连接之间的距离。

根据一个实施例，第二电感性元件与第一电容性元件和第一电感性元件的串联关联体并联。

根据一个实施例，第二电感性元件的电感值是到大地的连接的电感值的至少五倍大。

根据一个实施例，该天线构成短路四分之一波长天线。

根据一个实施例，该天线被确定尺寸以用于位于大约700MHz与2.7GHz之间的范围中的通带。

根据一个实施例，该天线被确定尺寸以用于位于大约470MHz与3GHz之间的范围中的通带。

一种实施例还提供了包括至少一个天线的便携式电信设备。

附图说明

这些特性和优点以及其他特性和优点将在结合附图所给出的特定实施例的以下非限制性描述中详细阐述，在附图之中：

图1是将要描述的实施例所应用到的类型的示例性射频发射链1的框图；

图2A和图2B是短路四分之一波长天线的示意性表示；

图3是PIFA天线的实施例的示意性截面视图；

图4是PIFA天线的另一实施例的示意性截面视图；以及

图5表示图4的实施例的变体。

具体实施方式

相似的元件已经通过对各种附图的相似参考所标示。

为了清楚的缘故，仅是对将要描述的实施例的理解有用的元件已经被表示并且将被详述。特别地，整个射频发射链的操作方式和结构未被详述，所描述的实施例兼容于通常的发射链。在随后的描述中，在对术语“近似”、“大约”和“在……的量级”作出参考时，这表示在10％以内，优选在5％以内。

图1是将要描述的实施例所应用到的类型的示例性射频发射链1的框图。

在本描述设想到的应用中，这样的链在发射中和在接收中是多频率的。一个或(通常)若干个天线2个体地连接到频率调节电路12(调谐)。

在发射中，将被发射的信号Tx由电子电路14生成并且由一个或多个功率放大器(PA)提供给开关阵列15(开关)，它的作用是根据所考虑的频带来引导信号朝向滤波器阵列16(滤波器)中的滤波器。滤波器的输出(在发射中)被链接到另一天线开关阵列17(开关)，其负责选择所使用的滤波器的输出并且负责将它链接到天线2的调节电路12。

在接收中，所接收的信号Rx执行类似但相反的行程，从天线2的电路12拾取适当频带中的信号，通过开关阵列17以便由滤波器阵列16中的一个滤波器来滤波，并且然后由开关阵列15引导至电路14的接收放大器(一般是低噪声放大器—LNA)。

图2A和图2B是由所描述的实施例更特别设想到的短路四分之一波长天线(也称为倒F天线)的示意性表示。确实，这一类型的天线一般使用在移动电话中和平板中。更准确地说，优选设想到的天线是PIFA天线(平面倒F天线)，它们基于导电平面被形成，经常采用导电平面带22的形式，作为内部面被覆叠或构成电话的壳体4的外围区域的一部分。在后一种情况中，导电平面带22然后通过壳体4的电绝缘部分42从壳体4的其余部分被绝缘。

图2A和图2B图示了电话的壳体4的外围的小侧部上形成的示例性天线2。假设矩形的总体形状的电话的情况。然而，将要描述的每一事物更一般地适用于任何PIFA天线，不论它是否由电话的壳体的外围所承载。这些附图图解地示出了电话壳体4部分的截面视图。

图2A图示了天线2的长度要求它突出在小侧部之上的情况。天线2因此部分地延伸到壳体4的侧边缘上方。

图2B图示了天线2的长度使得它完全包含在壳体4的外围的小侧部中的情况。

PIFA天线至少包括伸长的导电带22；天线插座24(馈电)，其意图被连接到电话的电路(在接收中或在发射中)，例如，连接到图1的电路12或直接连接到阵列17；以及到大地的连接26。

插座24和连接26设置在带22的一个且相同的侧部，通常在带22的末尾四分之一中。连接26等同于将带22链接到大地的电感L1的电感性元件23(虚线表示)。根据实施例，这一电感L1源自连接26的固有电感或是分立电感性组件的固有电感。

在本描述设想到的PIFA天线(它们是多频带天线)中，天线2此外包括将带22链接到大地的可调节电容C的电容性元件28。从电容性元件28到带22的连接位于关于带22的接纳插座24和连接26的一半长度而言的带22的另一半长度中。插座24可以关于元件28在连接26的任一侧。电容性元件28由电路14(图1)根据所期望的操作频带或多个操作频带来控制。

对于天线，针对具有值为3的驻波比(电压驻波比—VSWR)定义通带，其等同于-6dB的反射损耗(回波损耗—RL)。以其他方式来陈述，这对应于在其中至少75％的功率被传输到天线的频带。

连接26和电容性元件28的相应位置以及电感L1和电容C的相应值确定了天线2的谐振频率，否则由带22的尺寸所固定。以简化的方式，在带22的末尾不具有电容性元件28并且具有连接26的情况下，矩形带22的长度和宽度的总和对应于波长的四分之一(λ/4)。电容性元件28使得有可能减小带22的尺寸。仍然以简化的方式，插座24关于带22的末尾的位置调整天线22的反射系数。在实践中，天线2的设计者执行许多仿真以确定连接24和26以及元件28的相应位置和值。

利用移动电话中使用的频带，当前的天线未使得有可能获得足够的通带宽度以覆盖移动电信标准的低频和高频两者。

通常，为了覆盖4G标准或甚至5G标准的频带，需要朝向高频展宽天线的操作频率的频带(从用于3G的2.17GHz到用于4G的2.7GHz，并且然后到用于5G的3GHz或更高)。这意味着PIFA天线的当前架构不再适合于在频率中下降到足够低(对于4G，期望具有下降到大约700MHz的通带，并且对于5G，到小于500MHz)。

此外，此后期望电话能够同时拾取或覆盖若干频带(载波聚合)以便能够增大通带和数据通信的比特率。这对于4G和5G标准是特别真实的。

下文描述的实施例提出了天线的新架构，除了其他之外，其目的在于改进针对导电带22的给定尺寸的通带，其通过对电话的壳体4的约束或更一般地通过可用于天线2的空间被实行。

图3是PIFA天线的实施例的示意性截面视图。

在图3中，采用被生产具有图2B的天线的类型的带22的天线2作为示例。然而，下文描述的每一事物也适用于如下的天线：它的带22部分地在电话的纵向侧的外围延伸(图2A)。

除了导电带22，其中所描绘的还有插座24、到大地的连接26(直接的或通过虚线图示的电感性组件23)和电容性元件28。根据这一实施例，电感性元件32在电容性元件28附近将带22链接到大地。借助于附近意指元件32和元件28到带22的相应附接点之间的距离d32小于元件32的附接点与到大地的连接26之间的距离d32’。

电感性元件32可以在电容性元件28的任一侧。

优选地，元件28和元件32共享到带22的一个且相同的附接点，也就是说距离d32为零并且元件28和元件32是并联的。

电感性元件32添加了与电容性元件28并联的电感L2。这一电感L2使得有可能改进可调节电容性元件28的变化范围，并且使得有可能朝向低频展宽通带，同时促进低频的调谐和选取。对于给定的低频限制，距离d32越小，在元件28和元件32的附接点之间由带22的部分所负担的线路长度越小，并且电感L2的值可以越高且效率越好。

电感L2的值大于由到大地的连接所负担的电感L1的值。优选地，电感L2的值是电感L1的值至少5倍大，优选地在10倍量级。

例如，生产了具有高频的频带(在大约1.7GHz与2.7GHz之间)和低频的频带(在大约700MHz与1GHz之间)的天线，这特别适合于移动电话。

通过特定的示例性实施例的方式，在到移动电话的应用中，利用5至10厘米量级的长度的导电带22，电感L2的值为数十纳亨。电容性元件28的电容C的值的大小的量级是皮法。这样的天线使得有可能将低频带降低到大约700MHz，或甚至更小。

图4是PIFA天线的另一实施例的示意性截面视图。

在图4中，采用被生产具有图2A的天线的类型的带22的天线2作为示例。然而，下文描述的每一事物也适用于如下的天线：它的带22不延伸超出电话的侧部(图2B)。

除了导电带22，其中所描绘的还有插座24、到大地的连接26(直接的或通过虚线图示的电感性组件23)和电容性元件28。根据这一实施例，电感性元件34与电容性元件28串联连接。因此，带22通过电容C的可调节电容性元件28和电感L3的电感性元件34的串联关联体(association)而链接到大地。

此处，电感性元件34也使得有可能改进可调节电容性元件28的变化范围，并且使得有可能朝向低频展宽低通带。

电感L3的值大于电感L1的值。优选地，电感L3的值是电感L1的值至少5倍大，优选地在10倍量级。

图3和图4的实施例可以被组合，也就是说有可能生产如下的天线2，其具有与可调节电容性元件28和电感性元件34的串联关联体并联的电感性元件32。在这种情况下，电感性元件32以及电容性元件28和电感性元件34的串联关联体到带22的相应附接点之间的距离d32(图3)小于电感性元件32的附接点与到大地的连接26之间的距离d32’。

这种组合的优点是天线的操作频率的范围进一步被改进。通常，然后有可能覆盖所有频带并且特别地也覆盖5G标准的频率，也就是说从470MHz到GHz的范围中。它特别地有可能覆盖三个频带：从大约470MHz到大约960MHz(大约490MHz的通带)、从大约1.350GHz到大约1.535GHz(大约175MHz的通带)、以及从大约1.7GHz到大约2.7GHz，或甚至大约3GHz。

图5表示图4的实施例的变体实施例，根据该变体实施例，可调节电容C’的第二电容性元件36被连接在电容性元件28和电感性元件34的串联关联体附近。正如对于图3的实施例那样，借助于附近意指元件36以及元件28和元件34的串联关联体到带22的相应附接点之间的距离d36小于元件36的附接点与到大地的连接26之间的距离d36’。

正如对于电感性元件32(图3)那样，电容性元件36可以在电容性元件28的任一侧。

优选地，附接点是共用的，也就是说距离d34为零并且元件36与元件28和元件34的串联关联体是并联的。

图5的实施例的优点是通过保持其他元件相同，并且特别是没有修改带22，因此没有修改电话的壳体4的架构，有可能移置中心频率，由此使得有可能移置通带以便改进频率覆盖。

已经描述的实施例的优点是它们使得有可能在使用移动电话的标准和频带的应用中改进PIFA天线的通带。

另一优点是所描述的解决方案使得有可能生产兼容于如下操作的天线，在该操作中，利用两个天线同时覆盖所有频带(载波聚合)。确实，移动电话一般具有两个天线。

已经描述的实施例的另一优点是它们兼容于当前的电话模型。特别地，它们不要求对电子电路或导电带22(因此对壳体4)的任何修改，而仅要求添加无源组件((多个)电感L2和/或L3和/或电容C’)。

已经描述了多样的实施例和变体。某些实施例和变体将能够被组合并且其他变体和修改对本领域的技术人员将是明显的。此外，没有详述对可调节电容性元件的控制。这一控制源自使用所描述的频率可调谐多频带天线的设备的电子电路，并且以用于通常天线的相同方式被生成和确定。最后，已经描述的实施例的实际实施方式基于上文给出的功能性指示而在本领域的技术人员的范围内。特别地，对电感性组件和电容性组件的确定尺寸取决于集成了PIFA天线的电子设备并且在本领域的技术人员的范围内。

Claims

1.一种终端，包括：

第一侧部、第二侧部、第三侧部和第四侧部，所述第一侧部和相对的所述第二侧部比所述第三侧部和相对的所述第四侧部短；

天线，设置在所述第一侧部中，所述天线包括：

导电带，突出在所述第一侧部之上并且部分地在沿着所述第三侧部和所述第四侧部的侧边缘上方延伸；

天线插座，在第一位置处附接到所述导电带；

到大地的连接，在第二位置处附接到所述导电带；

可调节电容的第一可变电容器，在第三位置处附接到所述导电带，其中所述第一位置在所述第二位置与所述第三位置之间；

与所述第一可变电容器串联的第一电感性元件，所述第一电感性元件将所述第一可变电容器耦合到所述大地；以及

将所述导电带链接到所述大地的可调节电容的第二可变电容器，所述第二可变电容器在第四位置处附接到所述导电带，其中所述第三位置设置在所述第四位置与所述第一位置之间。

2.根据权利要求1所述的终端，其中所述第一电感性元件的电感值是到大地的所述连接的电感值的至少五倍大。

3.根据权利要求1所述的终端，其中所述第三位置与所述第一位置之间的第一距离大于所述第一位置与所述第二位置之间的第二距离，并且其中所述第四位置与所述第三位置之间的第三距离小于所述第四位置与所述第二位置之间的第四距离。

4.根据权利要求3所述的终端，还包括将所述导电带链接到所述大地的第二电感性元件。

5.根据权利要求4所述的终端，其中所述第二电感性元件在第五位置处附接到所述导电带，其中所述第五位置与所述第三位置之间的第五距离小于所述第五位置与所述第二位置之间的第六距离。

6.根据权利要求5所述的终端，其中所述第二电感性元件与所述第一可变电容器和所述第一电感性元件并联。

7.根据权利要求4所述的终端，其中所述第二电感性元件的电感值是到大地的所述连接的电感值的至少五倍大。

8.根据权利要求1所述的终端，其中所述第二可变电容器与所述第一可变电容器和所述第一电感性元件并联。

9.根据权利要求1所述的终端，其中所述天线包括短路四分之一波长天线。

10.根据权利要求1所述的终端，其中所述天线包括位于大约700MHz与2.7GHz之间的范围中的通带。

11.根据权利要求1所述的终端，其中所述天线包括位于大约470MHz与3GHz之间的范围中的通带。

12.一种天线，包括：

导电带；

天线插座，在第一位置处附接到所述导电带；

到大地的连接，在第二位置处附接到所述导电带；

将所述导电带链接到大地的可调节电容的第一可变电容器，所述第一可变电容器在第三位置处附接到所述导电带，其中所述第一位置在所述第二位置与所述第三位置之间；

与将所述导电带链接到大地的所述第一可变电容器串联的第一电感性元件，所述第一电感性元件将所述第一可变电容器耦合到大地；以及

将所述导电带链接到大地的可调节电容的第二可变电容器，所述第二可变电容器在第四位置处附接到所述导电带，其中所述第三位置设置在所述第四位置与所述第一位置之间，其中所述第三位置与所述第一位置之间的第一距离大于所述第一位置与所述第二位置之间的第二距离，并且其中所述第四位置与所述第三位置之间的第三距离小于所述第四位置与所述第二位置之间的第四距离。

13.根据权利要求12所述的天线，进一步包括与所述第一可变电容器并联并且链接到所述大地的第二电感性元件。

14.一种便携式电信设备，包括：

开关，耦合到被配置为生成和接收信号的电子电路；

滤波器，耦合到所述开关；

天线开关，耦合到所述滤波器；以及

天线，耦合到所述天线开关，所述天线包括：

天线插座，在第一位置处附接到所述导电带；

到大地的连接，在第二位置处附接到所述导电带；

可调节电容的第一可变电容器，在第三位置处附接到所述导电带，其中所述第一位置在所述第二位置与所述第三位置之间，其中所述第三位置与所述第一位置之间的第一距离大于所述第一位置与所述第二位置之间的第二距离；

将所述导电带链接到所述大地的可调节电容的第二可变电容器，所述第二可变电容器在第四位置处附接到所述导电带，其中所述第三位置设置在所述第四位置与所述第一位置之间，并且其中所述第四位置与所述第三位置之间的第三距离小于所述第四位置与所述第二位置之间的第四距离。

15.根据权利要求14所述的便携式电信设备，进一步包括耦合在所述天线与所述天线开关之间的频率调节电路。

16.根据权利要求14所述的便携式电信设备，其中所述第二可变电容器与所述第一可变电容器和所述第一电感性元件并联。

17.根据权利要求14所述的便携式电信设备，进一步包括将所述导电带链接到大地的第二电感性元件。

18.根据权利要求17所述的便携式电信设备，其中所述第二电感性元件在第五位置处附接到所述导电带，其中所述第五位置与所述第三位置之间的第五距离小于所述第五位置与所述第二位置之间的第六距离。

19.根据权利要求18所述的便携式电信设备，其中所述第二电感性元件与所述第一可变电容器和所述第一电感性元件并联。