CN102934246A

CN102934246A - 单分支多频带天线

Info

Publication number: CN102934246A
Application number: CN2011800281442A
Authority: CN
Inventors: 史蒂夫·克鲁帕; 马林·斯托伊切夫
Original assignee: Galtronics Corp Ltd
Current assignee: Galtronics Corp Ltd
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-02-13
Also published as: WO2011154955A3; WO2011154955A2

Abstract

一种多频带天线包括：接地平面；开放端辐射元件，相对于接地平面偏移并在馈电点处被馈电，该开放端辐射元件以第一频带进行辐射；以及导电的接地腿部，在馈电点与接地平面之间延伸，该导电的接地腿部将开放端辐射元件电连接到接地平面，该导电的接地腿部以第二频带进行辐射，并且该导电的接地腿部具有至少等于对应于第二频带的波长的约四分之一的电长度。

Description

单分支多频带天线

相关申请的引用

本申请引用了2011年6月9日提交的题为“SINGLE-BRANCHMULTI-BAND ANTENNA”的美国临时专利申请61/352,995，其公开内容通过引用合并于此，并依据37CFR 1.78(a)(4)和(5)(i)要求该美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及天线，更具体地，涉及能够以多个频带工作的紧凑天线（compact antenna）。

背景技术

下列专利文献被认为代表现有技术。

美国专利：7,053,844、7,835,707和6,975,278。

发明内容

本发明旨在提供一种在无线通信设备中使用的紧凑的单分支多频带天线。

因此，根据本发明的优选实施例，提供了一种多频带天线，该多频带天线包括：接地平面；开放端辐射元件，相对于接地平面偏移并在馈电点处被馈电，该开放端辐射元件以第一频带进行辐射；以及导电的接地腿部，在馈电点与接地平面之间延伸，该导电的接地腿部将开放端辐射元件电连接到接地平面，该导电的接地腿部以第二频带进行辐射，并且具有至少等于对应于第二频带的波长的约四分之一的电长度。

优选地，开放端辐射元件和导电的接地腿部被设置为紧邻接地平面，并且接地腿部是折叠的。

根据本发明的一个优选实施例，开放端辐射元件由不导电载体支撑。

优选地，开放端辐射元件包括位于载体的上表面上的起始区段（initialsection）和位于载体的下表面上的开放端末端区段（terminal section）。

优选地，起始区段和末端区段通过过孔或镀通孔部件而电连接。

优选地，接地腿部位于载体的上表面上。

优选地，接地腿部平行于开放端辐射元件的起始区段延伸，并且延伸到接地平面的边缘且与该边缘间隔有间隙。

优选地，第一频带包括低频带。

优选地，第二频带包括高频带。

优选地，高频带的带宽大于低频带的带宽。

根据本发明的另一个优选实施例，开放端辐射元件和接地腿部布置在接地平面之上。

优选地，开放端辐射元件和接地腿部由导电的支撑结构支撑。

优选地，第一频带包括高频带。

优选地，第二频带包括低频带。

根据本发明的又一个优选实施例，接地腿部变换开放端辐射元件的阻抗。

优选地，开放端辐射元件包括多频带天线的唯一开放端辐射元件。

优选地，开放端辐射元件和接地腿部包括整体式结构。

附图说明

根据以下结合附图所进行的详细描述，将更充分地了解和理解本发明，在附图中：

图1A、图1B和图1C分别是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的天线的简化俯视图、底面图和透视图；

图2是示出了图1A至图1C中示出的类型的天线的回波损耗的曲线图；

图3是根据本发明的另一个优选实施例构造和工作的天线的简化透视图；以及

图4是示出了图3中示出的类型的天线的回波损耗的曲线图。

具体实施方式

现在，参照图1A、图1B和图1C，其分别是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的天线的简化俯视图、底面图和透视图。

由图1A至图1C可知，提供了天线100，该天线100包括优选地与不导电载体104邻接的接地平面102。开放端辐射元件106被设置成紧邻接地平面102，并且且优选地由载体104来支撑。开放端辐射元件106优选地以第一频带进行辐射。根据对图1A至图1C的考虑容易理解，开放端辐射元件106是天线100的唯一开放端辐射分支。尽管如此，天线100仍作为多频带天线来工作且能够以至少两个频带进行辐射，如将在以下更详细地说明的那样。

由图1A中非常清楚地看出，开放端辐射元件106优选地包括位于载体104的上表面110上的起始区段108。由图1C中非常清楚地看出，开放端辐射元件106的起始区段108优选地在区域112穿过载体104。然后，区段108缠绕在载体104上以形成末端开放端区段114，该末端开放端区段114优选地位于载体104的下表面116上，由图1B非常清楚地看出。

在图1A至图1C中示出的实施例中，区段108被示为在区域112中向下延伸穿过载体104。区域112可以包括过孔或镀通孔部件，通过过孔或镀通孔部件建立了开放端辐射元件106的起始区段108和末端区段114之间的电接触。

开放端辐射元件106优选地在馈电点118处被馈电，该馈电点118优选地邻近于接地平面102的上边缘120且与接地平面102的上边缘120隔开。馈电点118优选地连接到馈线122，该馈线122可以可选地包括多个匹配电路部件并且优选地端接于射频输入点124处。

提供了电气且物理上延长的、优选地折叠的导电接地腿部126，该接地腿部126在馈电点118与接地平面102之间延伸且优选地设置成紧邻接地平面102。接地腿部126用于将开放端辐射元件106电连接到接地平面102。接地腿部126优选地位于载体104的上表面110上。接地腿部126优选地平行于开放端辐射元件106的第一区段108延伸，并且且延伸到接地平面的边缘120且与接地平面的边缘120间隔了小间隙128。然而，应理解，接地腿部126和/或开放端辐射元件106的其他定向也是可能的。

应进一步理解的是，虽然此处为了区别开放端辐射元件106和接地腿部126的不同功能而将开放端辐射元件106与接地腿部126区分开，但开放端辐射元件106和接地腿部126优选地形成为整体式结构。如在图1A至图1C中示出的实施例中，该整体式结构可以包括三维导电迹线。可替选地，开放端辐射元件106和接地腿部126可以作为平面印刷功能部件直接形成在接地平面102的表面上，由此可以省略载体104。

不导电载体104优选地包括相对介电常数大于1的介电材料，并且接地平面102优选地包括PCB接地平面。然而，应理解的是，接地平面102可以包括任何适合的导电结构，包括结合有天线100的无线设备的壳体的一部分。

在工作中，天线100作为多频带天线来工作，以至少两个频带进行辐射。天线100的如下能力是由于接地腿部126的独特的电气且物理上延长的结构而产生的：尽管仅包括单个开放端辐射元件106，但仍以多于一个频带进行辐射。该结构使得接地腿部126能够自身作为辐射元件来工作，以第二频带进行辐射。接地腿部126的电长度至少等于对应于第二频带的波长的约四分之一。

这样，天线100能够以分别由开放端辐射元件106和接地腿部126提供的两个频带来进行辐射。这样，天线100不同于传统的多频带天线之处在于，传统的多频带天线一般要求多个开放端辐射元件以便以多于一个频带进行辐射。

由于天线100仅包括单个开放端辐射元件，所以与传统的多频带天线相比，天线100更加紧凑且可以被设置成紧邻接地平面。然而，应理解的是，本领域技术人员可以容易将天线100修改成通过包括适当设置的附加开放端辐射分支，除由开放端辐射元件106和接地腿部126提供的频带以外，还以另外的频带进行辐射。

除了接地腿部126作为辐射元件工作外，接地腿部126在天线100内还具有作为阻抗匹配元件的第二功能。接地平面102、接地腿部126和开放端辐射元件106之间的近场耦合用于控制开放端辐射元件106与天线100的输入阻抗的阻抗匹配，该输入阻抗优选地是约50Ohm。在没有接地腿部126的情况下，由于开放端辐射元件106的特定拓扑结构并且其紧邻接地平面102，所以开放端辐射元件106的自然阻抗会易于显著低于50Ohm。

接地腿部126与为了阻抗匹配而采用的传统的电短路接地连接的区别在于接地腿部126的电气且物理上延长的、折叠的结构。传统的接地连接由于电尺寸小而一般不像接地腿部126那样还起到辐射元件的作用。

在天线100的工作中，开放端辐射元件106优选地以低频带进行辐射，并且接地腿部126优选地以高频带进行辐射。接地腿部126优选地具有至少等于对应于高频带的波长的约四分之一的电长度。应理解的是，多频带天线100的高频带在其性质方面与通常与低频单极或PIFA天线相关联的较高阶谐振模式区别很大。后者的较高阶谐振模式通常是在为天线的基本工作频率的两倍或三倍的频率处观察并且根据该基本工作频率的变化而变化。

相比之下，天线100的高频带和低频带不是显著地相互依赖，而是可以通过修改开放端辐射元件106和接地腿部126的设计而分别调整。然而，应注意，接地腿部126的变化很可能会在某种程度上影响开放端辐射元件106的工作特性，这是因为接地腿部作为用于开放端发射元件106的阻抗变换器的功能随之发生了变化。

现在，参照图2，图2是示出了在图1A至图1C中示出的类型的天线的回波损耗的曲线图。

曲线图的第一局部极小值A一般对应于低频带，优选地由开放端辐射元件106提供，而第二局部极小值B一般对应于高频带，优选地由接地腿部126提供。

根据对区域A和区域B的考虑显而易见的是，高频带的带宽比低频带的带宽宽。这是由于图1A中所示的在接地腿部126与接地平面102的边缘120之间存在间隙128，该间隙128形成了提高高频带宽的谐振结构。

如图2所示，作为示例，天线100的工作频率可以位于700MHz至2100MHz的范围内。然而，应理解的是，天线100可适于在宽范围的工作频率内工作，包括蜂窝通信频率、WiFi、WiMax和LTE频带。天线100的工作频率可以通过修改天线100的各种几何参数来进行调整，这些几何参数包括但不限于开放端辐射元件106的长度、接地腿部126的长度和间隙128的大小。

现在参照图3，图3是根据本发明的另一个优选实施例构造和工作的天线的简化透视图。

由图3可知，提供了天线300，该天线300包括与垂直地伸出的导电支撑结构304邻接的接地平面302。开放端辐射元件306相对于接地平面302偏移。开放端辐射元件306优选地设置成紧邻接地平面302，并且尤其优选地布置在接地平面302之上。开放端辐射元件306优选地以第一频带进行辐射。

由视图A明显可知，开放端辐射元件306优选地在馈电点308处由馈线310馈电。在图3所示的实施例中，作为示例，馈线310被示为同轴电缆。然而，应理解的是，可替选地，馈线310可以是任何其他适合的馈电结构。

提供了在馈电点308和支撑结构304之间延伸的在电气且物理上延长的、优选地折叠的接地腿部312，该接地腿部312用于通过支撑结构304将开放端辐射元件306电连接到接地平面302。接地腿部312以第二频带进行辐射，并且接地腿部312的电长度至少等于对应于第二频带的波长的约四分之一。

接地腿部312优选地布置在接地平面302之上且紧邻接地平面302。这样，支撑结构304既起到将接地腿部312和开放端辐射元件306支撑在接地平面302之上预定高度处的作用，又起到在两个连接点314和316处将接地腿部312和开放端辐射元件306电连接到接地平面302的作用。应理解的是，在图3中仅作为示例示出了支撑结构304的垂直伸出设计，并且支撑结构304的各种其它形状、尺寸和定向也都是可能的，包括更多或更少数量的至接地平面302的连接点。

根据对图3的考虑应理解的是，天线300仅包括单个开放端辐射元件，即开放端辐射元件306。尽管如此，天线300仍作为多频带天线来工作并能够至少以第一频带和第二频带进行辐射。天线300以多个频带进行工作的能力是由于接地腿部312的独特的电气且物理上延长的结构而得到的，该结构使得接地腿部312能够如以上关于天线100的接地腿部126所述的那样既用作辐射元件又用作阻抗匹配元件。这样，接地腿部312的结构使得天线300能够作为多频带天线来工作，从而以分别由开放端辐射元件306和接地腿部312提供的至少两个频带进行辐射。

在天线300工作中，开放端辐射元件306优选地以高频带进行辐射，并且接地腿部312优选地以低频带进行辐射。接地腿部312优选地具有至少等于对应于低频带的波长的约四分之一的电长度。应理解的是，天线300的工作因而通常会类似于天线100的工作，区别在于，在天线300中，开放端辐射元件306以高频带进行辐射并且接地腿部312以低频带进行辐射，而在天线100中，开放端辐射元件106以低频带进行辐射并且接地腿部126以高频带进行辐射。

天线300通常同样具有以上关于天线100描述的优点，包括其紧凑性和其低频带和高频带的低相互依赖性。

例如借助于插入天线300的本体的多个孔318中的热熔桩（heatstake），开放端辐射元件306和接地腿部312可适于附接到要结合天线300的无线设备。

现在参照图4，图4是示出了图3中示出的类型的天线的回波损耗的曲线图。

曲线图的第一局部极小值A一般对应于低频带，优选地由接地腿部312提供，而第二局部极小值B一般对应于高频带，优选地由开放端辐射元件306提供。

如图4所示，作为示例，天线300的工作频率可以位于2360MHz至2660MHz和/或4900MHz至6000MHz范围之间。然而，应理解的是，天线300可适于在宽范围的工作频率内工作，包括WiFi、WiMax、蓝牙、ZigBee、6-LoWPAN、蜂窝通信和LTE工作频带。天线300的工作频率可以通过修改天线300的各种几何参数来进行调整，包括但不限于开放端辐射元件306的长度、接地腿部312的长度以及开放端辐射元件306和接地腿部312与接地平面302的间隔。

本领域技术人员应理解的是，本发明不限于下文具体要求保护的内容。更确切地，本发明的范围包括本领域技术人员在参照附图阅读以上描述时会想到的且不落入现有技术内的上文所述的特征的各种组合和子组合及其修改和变型。

Claims

1.一种多频带天线，包括：

接地平面；

开放端辐射元件，相对于所述接地平面偏移并在馈电点处被馈电，所述开放端辐射元件以第一频带进行辐射；以及

导电的接地腿部，在所述馈电点与所述接地平面之间延伸，所述导电的接地腿部将所述开放端辐射元件电连接到所述接地平面，所述导电的接地腿部以第二频带进行辐射，并且具有至少等于对应于所述第二频带的波长的约四分之一的电长度。

2.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件和所述接地腿部被设置成紧邻所述接地平面。

3.根据权利要求2所述的多频带天线，其中，所述接地腿部是折叠的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件由不导电载体支撑。

5.根据权利要求4所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件包括位于所述载体的上表面上的起始区段和位于所述载体的下表面上的开放端末端区段。

6.根据权利要求5所述的多频带天线，其中，所述起始区段和所述末端区段通过过孔或镀通孔部件来电连接。

7.根据权利要求5所述的多频带天线，其中，所述接地腿部位于所述载体的所述上表面上。

8.根据权利要求7所述的多频带天线，其中，所述接地腿部平行于所述开放端辐射元件的所述起始区段延伸，并且延伸到所述接地平面的边缘且与所述边缘间隔有间隙。

9.根据前述权利要求中任一项所述的多频带天线，其中，所述第一频带包括低频带。

10.根据权利要求9所述的多频带天线，其中，所述第二频带包括高频带。

11.根据权利要求10所述的多频带天线，其中，所述高频带的带宽大于所述低频带的带宽。

12.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件和所述接地腿部布置在所述接地平面之上。

13.根据权利要求12所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件和所述接地腿部由导电的支撑结构支撑。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的多频带天线，其中，所述第一频带包括高频带。

15.根据权利要求14所述的多频带天线，其中，所述第二频带包括低频带。

16.根据前述权利要求中任一项所述的多频带天线，其中，所述接地腿部变换所述开放端辐射元件的阻抗。

17.根据前述权利要求中任一项所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件包括所述多频带天线的唯一开放端辐射元件。

18.根据前述权利要求中任一项所述的多频带天线，其中，所述开放端辐射元件和所述接地腿部包括整体式结构。