CN1274059C - 天线装置 - Google Patents

Abstract

一种天线装置包括一个弯折结构(100)，该弯折结构包括确定一段传输线的第一和第二部分(102，104)。该部分可以是弯曲线元件或其他物理缩短的电元件，例如一个螺旋元件。在该部分(102，104)的自由端提供各自的馈电点(103，105)，由此使独立的连接形成例如发射和接收不同的模式。在附加的实施例中可提供顶部加载和附加的短路元件以改进特性和减小天线的体积。通过调整导体宽度或者通过将该部分之一加工成多根并连连接的导体可将该部分(102，104)的阻抗配置得不相同。在该天线结构中可包含分立元件，以提供增强设计的可能性，同时通过在相同体积中制作附加的弯折结构而使其能工作在多频带。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及包括具有确定一条传输线的第一和第二部分的弯折结构的一种天线装置，和涉及包括这样一种装置的无线电通信设备。

背景技术

使用在无线电通信系统中的终端，例如蜂窝电话手持机，正变得越来越小。因此需要提供更小的天线而不损失辐射性能或效率。更进一步的要求是提供的天线能工作在不同的无线电系统的领域中，例如GSM(用于移动通信的全球系统)，UMTS(通用移动电信系统)和兰牙。

人们知道各种各样的小型天线，例如螺旋和弯曲线天线，后者如在国际专利申请WO 97/49141中所描述的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的小型天线。

本发明提供了一种天线装置，包括：弯折结构，该结构具有第一和第二部分，其中第一部分包括具有第一端和第二端的第一物理缩短的电元件，和第二部分包括具有第一端和第二端的第二物理缩短的电元件；耦合装置，耦合装置将该第一和第二电元件的第二端耦合在一起，该第一和第二电元件被安排用于构成传输线，其中用于连接第一信号源的第一馈电点耦合到该第一电元件的第一端，其中用于连接第二信号源的第二馈电点耦合到该第二电元件的第一端，并且其中提供了开关装置，用于当第一和第二馈电点的其中一个馈电点耦合到其对应的第一或第二信号源时，将第一和第二馈电点中的另一个馈电点接地。

按本发明的第一个方面，提供一种天线装置，其包括具有确定一段传输线的第一和第二部分的弯折结构，其中该第一和第二部分的每一部分包括在其自由端具有各自馈电点的物理缩短的电元件。

该第一和第二部分并不需要精确平行，例如它们可能确定一段锥形传输线。类似地，该第一和第二部分不需要精确对称，但是必需采用接近相同的路径，使得确定一段传输线。

这样的一种装置对每个工作模式能使用一个馈电点。不同的工作模式可由发射和接收功能，不同的系统(例如GSM和UMTS)，不同的频带所组成，或者是这些模式的任意结合。对每个模式通过使用分开的馈电点，则很容易提供所有模式的最佳加载和效率。

顶部加载(top load)可以在第一和第二部分之间提供，由此改进天线性能并提供更均匀的电流分布通过该弯折结构。附加短路电路元件可用来修整该装置的阻抗。

由馈电产生的相关阻抗可以通过配置第一和第二部分的导体具有不同的宽度来加以改变，或者通过配置该部分之一个部分包括多个并连连接的导体。

该天线装置可以包括分立元件，特别地它是在基片PCB或LTCC上制作的。这样的元件可改变弯折结构上的电流分布，或可实施一种切换功能。

通过在相同的体积中按缩小的比例成双该弯折结构就能获得多频段工作。

按本发明第二方面，提供了包括按本发明制作的天线装置的一个无线电通信设备。

本发明乃是基于这样一种在现有技术中未曾有的认识，即通过弯折弯曲线或其他物理缩短的电天线，能在一个减缩的体积中提供性能改进的天线。

附图说明

现在借助参照附图的实例将描述本发明的实施例，其中：

图1表示按本发明制作的一种基本天线装置；

图2表示具有顶部加载的一种天线装置；

图3表示具有不同阻抗部分的一种天线装置，不同的阻抗是通过改变径迹宽度提供的；

图4表示具有不同阻抗部分的一种天线装置，不同的阻抗是通过加入附加径迹提供的；

图5表示加入分立元件的一种天线装置；

图6表示一种切换天线装置；以及

图7表示一种多频带天线装置。

图中相同的参考号数用来表示相应的特性。

具体实施方式

参照图1，本发明的一个基本实施例包括一个弯折天线100，其包括第一和第二弯曲线部分102，104。部分102，104具有“Z字形”的形状，但可以是其他的形状，例如螺旋式的或方波式的(后者如在WO97/49141中所示)。设计弯曲线的主要技术条件在于水平电流分量(即垂直于部分102，104的轴的)抵消，而垂直电流分量不抵消。该天线并不必是完全对称的，但是弯折天线的两侧边102，104采用近似相同的路径，由此确定一条传输线。根据以下说明将显见这种要求的原因。

在第一和第二部分102，104的自由端分别提供第一和第二馈电点103，105，由来自第一和第二信号源106，108的信号馈电。当第一信号源106处使用状态时，第二信号源108通过一个二极管110连接到地。类似地，当第二信号源108处使用状态时，第一信号源由开关装置(未示)连接到地。对于二极管110这样的开关装置可由多种方案来完成，例如在芯片上的一个晶体管，甚至用无源LC谐振电路或类似的电路，如果信号源106，108工作在不同的频率。

如在我们的未决未公开的联合王国专利申请0025709.7(申请人参考PH GB 000145)中所描述的，在图1中所示的配置允许廉价使用，低失真切换。如在我们的未决未公开的国际专利申请PCT/EP01/06760(申请人参考PH GB000083)中所描述的，该天线也可以配备多个馈电，由此能使用一个分布的多路复用器进行工作。

该弯折天线100的电气特性可以考虑成以相同方向流动在该两部分102，104中的非平衡电流和以相反方向流动在该两部分102，104中的平衡电流的叠加。辐射仅由该非平衡电流产生。辐射模式的阻抗近似四倍于相同总长度的非弯折结构的阻抗，典型地允许一个短天线的低阻抗被转换到大约50Ω。平衡模式的阻抗近似两倍于一条适当长度的短路传输线的阻抗。

由天线100产生的总阻抗是该两个模式的阻抗的并联组合。通过使每部分102，104的总电长度小于1/4波长，则平衡模式的阻抗就是具有小于1/4波长的短路短截线的阻抗，即电感。由此该阻抗可以用来失谐平衡模式的容性电抗。

因此该基本实施例提供了一种小型天线，其长度短于等效的非弯折天线，支持有效切换和多频率工作(通过多馈电)。它通常实施成一种印刷结构，或作为无线电收发信机中现存电路板的部分，或作为单独的模件。通过对每个模式(例如发射和接收)独立地馈电，该天线可制作成窄带，因此体积小，同时简化了匹配电路的设计。

使用印刷结构还提供了新的可能性。图2表示一个实施例，其中，天线200地而由附加的顶部加载202短路，如已知的那样，其改进了天线阻抗并给出更均匀的电流分布。

在部分102，104之间还提供了短路电路204，由此改变了平衡模式的阻抗(通过改变该短路短截线的长度)而不影响辐射模式的性能(因为在辐射模式，在天线的两部分102，104的每个部分上的相应点处在相同的电位上)。因此通过调整该短路电路204的位置能容易地将馈电阻抗调整到一个合适的值。

在馈电处的天线阻抗也可用其他方法改变。一种方法是在每个馈电点103，105处附加独立的匹配电路，由此使得更有效的匹配每个馈电点并拓宽其频带。另一种方法是通过改变径迹宽度，或导线半径，或径迹或导线的数量来改变天线每个侧边的相对阻抗。

图3表示天线的一个实施例300，其中第一部分302使用更宽的径迹，而第二部分104的宽度不变。因此在第一馈电点103处呈现的阻抗相对在第二馈电点105呈现的阻抗低。因此，在一个收发信机中第一馈电点103连接到发射机功放，而第二馈电点105连接到接收机低噪声放大器，由此提供改善的工作条件。

图4表示天线的另一个实施例400，其中第一部分使用两根平行的径迹402，类似地，与第二馈电点105相比，在第一馈电点103呈现降低的阻抗。显然一个宽频范围变化是可能的，其将满足给定应用的特定要求。

天线的另一优点是容易在例如PCB(印刷电路板)，LTCC(低温并和烧结陶瓷)这样的基片上制作成印刷结构，或类似地在该天线结构中包括分立元件的可能性。图5表示一个天线实施例500，它可加入集总的无源元件502，504以改变天线电流分配。

切换元件也可加入到该天线结构中，例如通过该天线结构的切换部分加入和不加入运行使天线能多模式工作。图6表示基于图1天线的一个双调谐天线600的例子。第一和第二部分102，104由分路开关610链接，以及还由第一和第二串联开关612，614链接到另一个弯曲线部分602，604。

如图6中所示的，分路开关610是闭合的，而串联开关612，614是开路的，由此切换天线顶部脱离电路。反转所有三个开关的状态，电流将沿另外部分602，604流动。因此对任选的频带对双频带工作成为可能。因此天线600是LC滤波器(trap whip)的电等效，这里LC谐振电路改变了天线在其谐振频率上的有效长度。更多的开关还可用来使多频带工作成为可能，以及用由图2的短路径迹204所提供的相同方式改变天线的阻抗。这样的切换也可用于切换其他的分立元件加入电路和脱离电路。

开关610，612，614可以使用任何合适的元件实施。包括二极管以及新近开发的例如微电磁系统(MEMS)开关。MEMS也可用作可变电容而没有与普通可变电容相关的非线性问题。

图7表示另一实施例，其中，通过使天线结构成双而体积变化最小获得一个多频带天线700，其除包括第一和第二部分102，104的第一弯折弯曲线外，还包括另一弯折弯曲线，该另一弯折弯曲线包括第三和第四部分702，704以及第三和第四馈电点706，708。所说明的配置可工作在四个频带中。如果该另一弯曲线印刷在该基片的不同的层上或侧边上，则它甚至可以同第一弯曲线相重叠。如果要求更少数量的馈电点，则可以可组合第一和第三馈电点103，703，或第二和第四馈电点105，705，或两组馈电点。

可容易地组合所有上述技术以使设计适合于广泛应用的小体积天线成为可能。

虽然上述实施例与弯折的单极天线相关，其中每个部分102，104具有包括一单条直线的轴，但是其他的结构是可能的，例如“L”形状的。唯一的限制在于部分102，104遵循一条充分类似的典型的是基本平行的路径以确定一条传输线。

上述本发明的实施例使用一种弯曲线天线100。然而可替代使用另外类型的物理缩短的电天线。这样的天线是物理上比它们的电长度小的单极或双极式天线，并且占主导地接收电场。这种另外天线的一个例子是螺旋天线。

根据阅读本发明的公开，对本专业技术人员而言其他的修改将是显而易见的。这样的修改可以包括在设计，制造和使用天线配置和其元件部分中已经知道的其他特征，其可以用来替代在此已描述的特征或除在此已描述的特征以外的特征。

在本发明说明书和权利要求中冠于一个元件前的字“a”或“an”不排除多个这样的元件的存在。另外，字“comprising”并不排除存在例举的那些之外的元件或步骤。

Claims (11)

1.一种天线装置，包括：弯折结构，该结构具有第一和第二部分，其中第一部分包括具有第一端和第二端的第一物理缩短的电元件，和第二部分包括具有第一端和第二端的第二物理缩短的电元件；耦合装置，耦合装置将该第一和第二电元件的第二端耦合在一起，该第一和第二电元件被安排用于构成传输线，其中用于连接第一信号源的第一馈电点耦合到该第一电元件的第一端，其中用于连接第二信号源的第二馈电点耦合到该第二电元件的第一端，并且其中提供了开关装置，用于当第一和第二馈电点的其中一个馈电点耦合到其对应的第一或第二信号源时，将第一和第二馈电点中的另一个馈电点接地。

2.如权利要求1的装置，其特征在于该第一和第二电元件彼此平行地排列。

3.如权利要求1或2的装置，其特征在于该第一和第二电元件分别包括一个弯曲线元件。

4.如权利要求1的装置，其特征在于耦合装置包括一个顶部加载。

5.如权利要求1装置，其特征在耦合装置包括一个短路电路。

6.如权利要求1装置，其特征在于该第一和第二物理缩短的电元件包括相应的第一和第二导体，并且第一导体的宽度与第二导体不同。

7.如权利要求1装置，其特征在于该第一物理缩短的电元件包括至少一个导体，该第二物理缩短的电元件包括至少一个导体，并且该第一和第二物理缩短的电元件之一包括并联的形状相似的多个导体。

8.如权利要求1的装置，其特征在于至少第一和第二电元件之一包含一个分立元件。

9.如权利要求1的装置，其特征在于耦合装置包括一个附加的天线结构和开关装置，该开关装置用于可选地将附加的天线结构连接到第一和第二电元件的第二端，由此天线装置构成双调谐天线。

10.如权利要求1的装置，其特征在于第二弯折结构由第三部分和第四部分构成，其中第三部分包括具有第三端和第四端的第三物理缩短的电元件，第四部分包括具有第三端和第四端的第四物理缩短的电元件，并且耦合装置将该第三和第四电元件的第四端耦合在一起，该第三和第四电元件被安排用于构成传输线，其中用于连接第三信号源的第三馈电点耦合到该第三电元件的第三端，其中用于连接第四信号源的第四馈电点耦合到该第四电元件的第三端，并且其中提供了开关装置，用于当第三和第四馈电点的其中一个馈电点耦合到其对应的第三或第四信号源时，将第三和第四馈电点中的另一个馈电点接地。

11.一种无线电通信设备，包括如权利要求1中的天线装置。

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