CN101057365A - 天线组件 - Google Patents

Abstract

一种用于形成介质天线的、适于小型无线电装置的天线组件。小的辅助电路板(210)用于天线的匹配，该匹配基于其上的导体图案。辐射器在其表面上的基底芯片(220)以及辅助板相互紧固，由此辐射器被电连接到所述导体图案。辐射器、其基底和辅助板形成单式的、立体天线组件(200)，该天线组件被安装到无线电装置的电路板(PWB)上。具有其馈电和匹配电路的天线可以被整体设计和测试，在这种情况下，再现性是良好的。在设计无线电装置的电路板时，天线需要仅通过在电路板上为天线组件保留空间来考虑。

Description

天线组件

本发明涉及一种用于形成介质天线的适于小型无线电装置的天线组件。

在小型无线电装置(诸如移动电话)中，天线必须也是小的。为了减小天线的尺寸，长期以来，单极天线的振动簧片已经被线圈状螺旋导体取代，或者例如被布置成弯管以形成弯曲图案。然而，为了使用的舒适性，出于选择将天线放置在装置的盖之内。内部天线通常具有平面结构，在这种情况下，这些内部天线包括辐射面和距该辐射面某一距离处的地平面。平面天线所占据的空间取决于辐射器的尺寸和辐射器距离地平面的距离。为了减小天线的尺寸，该距离可以安排得非常小，但是这样做的不利结果在于天线电特性的恶化。辐射器的电尺寸由天线的工作频率来确定。当前提是空气绝缘的天线时，以有利效率的方式，能够通过介电基质减小辐射器的物理尺寸以及整个天线的尺寸。这意味着，在辐射器与地平面之间存在具有相对高的介电性的大量材料。以增加天线的损耗为代价来实现较小的尺寸，但是可以通过选择材料来保持该增加合理。

在本说明书和权利要求中，具有带有如上所述的介电基质的导体辐射器的天线被称为“介质天线”。公知有具有稍微不同的结构的多种介质天线。根据图1所示的介质天线的实例从文献EP 0766340中公知。该介质天线包括无线电装置的电路板105，其中该电路板的一部分上表面属于导电地平面GND。在该电路板上有矩形介电片121，该矩形介电片121用作辐射器的基底。辐射器及其馈电和短路已通过给基底121涂上导电材料来实现。辐射器122是沿其纵向横跨基底上表面的带。辐射器的馈送导体由电路板105的表面上的第一部分110、基底的端面上的第二部分123以及基底的上表面上的第三部分124形成。第三部分在辐射器中间点处加入到辐射器。辐射器122的首端经基底的上述端面上的短路导体125而接地GND。在其尾端，辐射器能够延续到(在图2不可见的)基底的第二端面并且在该第二端面上延伸靠近电路板105上的接地，用于进一步减小天线的尺寸。具有其导电涂层的基底121形成单式天线组件120，该单式天线组件120如被连接到电路板那样与电路板一起构成整个天线。

根据图1所示的天线的阻抗通过短路导体120以及通过选择馈送导体连接到辐射器的连接点来匹配。然而，在天线的一部分工作频带中，该匹配不能令人满意，在这种情况下，另外在天线的馈电电路中，还必需使用单独的匹配组件。匹配组件在其上能被连接的电路板105上的区域150在图1中用点线画出。离散的匹配组件增加了天线的制造成本。另外，因为组件值的公差，天线单元的再现性差。这导致需要调谐天线，这也再次具有其自身实际困难。

本发明的目的是，减小现有技术的上述缺陷。根据本发明的天线组件的特征在于独立权利要求1中所阐述的内容。本发明的一些优选实施例在其它权利要求中被阐述。

本发明的基本思想如下：小的辅助电路用于介质天线的匹配，在这种情况下，匹配基于其上的导体图案。辐射器被定位于其表面上的基底芯片以及该辅助板相互紧固，由此将辐射器电连接到所述导体图案。辐射器、其基底和该辅助板形成单式的、立体天线组件，该天线组件被安装到无线电装置的电路板上。

本发明的优点在于，具有其馈电和匹配电路的几乎整个天线能够被整体设计和测试。与天线结构的部件会在无线电装置的电路板上的情形相比，这得到天线的良好再现性和更好的性能。另外，本发明的优点还在于，简化了无线电装置的电路板的设计，因为天线匹配不需要被考虑到其中。要求的是仅仅在板上保留天线组件的空间以及在板上提供接触表面以便连接天线组件。而且，本发明的优点还在于，可能以后对天线的改变相对简单和廉价，因为不需要更新无线电装置的主电路板。本发明的另一优点在于，天线组件的辅助电路板还能用作对天线的运行有影响的可能的额外组件的集成基础。另外，本发明的优点还在于，例如与在相同频率范围中工作的空气绝缘的平面天线相比，该天线小。

下面，将更加详细地说明本发明。参照附图，其中：

图1呈现出现有技术的介质天线的实例，

图2是根据本发明的天线组件的通用示意图，

图3a示出属于根据本发明的天线组件的辅助板的实例，

图3b呈现出适合图3a中的辅助板的辐射片的实例，

图4示出属于根据本发明的天线组件的辅助板的另一实例，

图5呈现出根据本发明的天线组件的另一实例，以及

图6呈现出根据本发明的天线组件的第三实例。

图2是根据本发明的天线组件的原理示意图以及无线电装置的电路板的原理示意图，该天线组件意图被安装到该电路板上。天线组件200在该图中被示在其安装面之上。该天线组件具有两个主要部件：辅助板210和辐射片220。辅助板是小的电路板，该辅助板主要用于天线的匹配。属于该辅助板的天线导体形成导体图案，该导体图案相对于匹配是有利的。天线导体能够在板的表面上或者在板之内。在天线导体在板之内的情况下，该辅助板为多层板，该多层板能再次基于普通电路板材料或者该多层板可以是由LTCC(低温共烧陶瓷)技术制成的陶瓷板。该辐射片包括介电芯片和其表面上的导体辐射器。在这幅图中为拉长形和矩形的介电芯片用作辐射器的基底，从而增加了其电尺寸。该介电芯片由例如某种陶瓷材料制成。该辐射器在图2中未示出。辐射片220已经通过例如焊接从一个长侧被紧固到辅助板210，并且因此，辐射片220和辅助板210形成单式的、立体天线组件。为了进行焊接，在相互面对的表面上有相互对准的导体焊盘(pad)。当必要时，该紧固可以通过某种粘合材料来加强。还可以通过层压来实现紧固，在这种情况下，在高温下将陶瓷辐射片压在辅助板上，直至陶瓷辐射片和辅助板相互粘结。

在无线电装置的电路板PWB的上表面上，看到有信号地GND，安装时，该信号地GND的边缘在距天线组件某一距离处。作为信号地的延伸，在图2中有两个并列导体带GC1和GC2，在这些带之间有属于天线馈电导体的导体带FC。这三个导体带在天线组件之下延伸，用于将天线组件连接到无线电装置。可以例如通过焊接来进行该连接，由此焊接接缝还用来将天线组件紧固到电路板PWB。另外，在电路板上能有导体带，仅用于紧固天线组件，诸如图2中的导体焊盘FP1和FP2。在那种情况下，当然在天线组件的下表面上也有类似的导体焊盘。

图3a示出如从上面来看的属于根据本发明的天线组件的辅助板的实例。对应于图2中的辅助板210的辅助板310包括相对薄的矩形介电板311，该介电板311在辅助板310的上表面具有两个导体焊盘和三个并列导体带。导体焊盘318和319用于将辐射片焊接其上。中间那个导体带是天线馈电导体312。在该天线馈电导体312的每侧都有接地导体，即第一接地导体313和第二接地导体314。在完整的天线中，使用图2的名称，通过辅助板的通孔将馈电导体312连接到无线电装置的主电路板PWB上的馈电导体的延伸FC。因此，第一接地导体313被连接到电路板PWB的接地带GC1，而第二接地导体314被连接到第二接地带GC2。

连同板311一起，辅助板上的带导体形成天线馈电线。该馈电线的阻抗通过如何选择板311的宽度、相互距离和材料来确定。天线的匹配再次取决于该馈电线的阻抗并且也取决于其长度。在图3a的实例中，馈电线的并列导体从靠近板的一端的辅助板的一个长侧开始，沿该长侧的方向分布，靠近板的相对端转向该端的方向，并且延伸靠近板的相对的长侧。当馈电线在其尾端被连接到某类辐射器时，整个导体图案已被设计来实现良好的阻抗匹配，如图3b中所示。因此同时，该馈电线用作天线匹配电路。在图3a中，根据本发明的辐射片在其底部被紧固到其的区域A利用虚线在板311上标出。馈电线的导体的尾端在其一端横跨区域A，并且当在适当的位置焊接辐射片时，这些导体的尾端还用来紧固辐射片。上述导体焊盘318和319在区域A的相对端。

该实例的辅助板311是单层板。当使用多层板时，一个接地导体被放置在馈电导体之上，而一个接地导体被放置在馈电导体之下。另外，在馈电导体层上有接地导体。这增加了找到良好匹配的概率，并使得天线的馈电线更好地屏蔽外界干扰。

图3b示出属于根据本发明的天线组件的辐射片的实例，该实例适于图3a中所示的辅助板。辐射片320包括平面辐射器322及其基底321。该基底是形状像直角棱镜的介电芯片，该基底的长度为l，高度为h，而厚度为t。在该实例中，在这些参数中，长度尺寸明显是最大的。辐射片从其底部相对于天线组件的辅助板来放置，该底部是长度为l和宽度为t的一侧。在该实例中，辐射器322覆盖长度为l和宽度为h的基底一侧的大部分。当底部水平时，辐射器的平面因此是垂直的。另外，辐射器在某种程度上能到达基底的上表面或端面上，以便形成辐射图案。

辐射片320还包括辐射器连接带。这些辐射器连接带包括第一连接带323和第二连接带324。第二连接带324沿辐射片的底部的一端的方向在该端处，并且延续到辐射器所定位的那侧，从而适当地在所讨论的那侧的那端的上部分处连接辐射器。第一连接带323沿辐射片的底部的端部方向在第二连接带旁边，以及延续到辐射器所定位的那侧，在那里适当地连接辐射器。当辐射片在区域A处被放置在根据图3a的辅助板310上从而如从馈电线看过去那样辐射器322达到该片的相对垂直面时，馈电线的馈电导体312的尾端被连接到第一连接带323，而馈电线的第一接地导体313被连接到第二连接带323。该拉长的辐射器的一端因此接地，而辐射器的馈电点紧靠该端。在辐射片的底部，在如从连接带323和324看过去那样的相对端，有两个导体焊盘328和329，用于紧固辐射片。当辐射片被设置在适当的位置时，导体焊盘328和329在(图3a中所示的)辅助板的导体焊盘318和319处对准。

在本说明书和权利要求中，辐射片的“前表面”是指根据上述内容辐射器所处的表面，也就是，距离天线组件的馈电点最远的辐射片的垂直侧之一。限定词“上”和“下”指的是天线组件的位置，其中辅助板是水平的。

图4示出如从上面看来的属于根据本发明的天线组件的辅助板的另一实例。辅助板410具有与在图3a中所示的板310中的馈电和匹配排列类似的馈电和匹配排列。与图3相比的区别在于，在辅助板410上有附加组件417及其布线。该布线包括用于控制该附加组件的带415、将该附加组件连接到辅助板的第二接地导体414的带、以及从该附加组件开始在完整的天线组件的辐射片之下延伸的导体带416。从导体带416开始，电耦合或电磁耦合到辐射器的某个点。该附加组件可以例如是开关，在这种情况下，例如改变开关的状态来转换天线的工作频带。

图5示出根据本发明的天线组件的另一实例。辐射器522现在在辐射片的上表面上，而在天线组件的辅助板510上，在辐射片之下有被连接到信号地的导体平面519。该馈电导体523以及将辐射器连接到导体平面519的导体524连接辐射器，因此整个天线成为PIFA型的天线。辐射器已被成形，使得天线具有两个频带。在辅助板上还有导体图案518，这改善了天线的匹配。

图6示出根据本发明的天线组件的第三实例。在天线组件600的辅助板610上，现在有两个辐射片，即第一辐射片620和第二辐射片630。这些辐射片被定位在辅助板的相对端处。天线馈电线在辅助板上被分开，使得一个分支通向第一辐射片，而另一分支通向第二辐射片。第一辐射片的辐射器622主要在介电基质的前表面上，还延伸到其外侧表面(如从辅助板的中心看过去那样)，以及延伸到其上表面。第二辐射片的辐射器632相对于第一辐射器622对称定位。

在上述情况下，辐射器的谐振频率相同。当有两个或更多个辐射片时，辐射器还能被调谐到不同频率，以拓宽频带或者形成单独的工作频带。在形成单独的工作频带的情况下，如果适宜地将辐射器基底的介电性选择为不同，则是有帮助的。

上面已经说明根据本发明的天线组件。其实现方案的细节当然可不同于那些所介绍的内容。可以大大改变辐射器的导体图案的形状以及用于天线的匹配的导体图案的形状。在由独立权利要求1所设置的范围内，可以通过多种方式应用本发明的思想。

Claims (18)

1.一种用于形成介质天线的天线组件(200)，该组件包括至少一个辐射片(220；320；620，630)，该至少一个辐射片具有介电基质和其表面上的天线辐射器，其特征在于，该天线组件还包括具有导体图案的辅助板(210；310；410；510；610)，以对辐射器进行馈电以及匹配天线，该导体图案包括天线馈电导体(312)和在该天线馈电导体(312)旁边的、要被连接到信号地的至少一个接地导体(313，314)，并且辐射片永久地被紧固到辅助板，该辐射器被电耦合到所述导体图案。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辅助板是单层电路板。

3.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辅助板是多层电路板。

4.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述接地导体(313，314)的数量为二，一个接地导体在相同层上的馈电导体的每侧上。

5.根据权利要求3所述的天线组件，其特征在于，所述接地导体(313，314)的数量为二，一个接地导体在馈电导体之上，而另一个接地导体在馈电导体之下。

6.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，辐射器(322)的大部分在辐射片(320)的前表面，并且辐射器(322)的大部分电连接到馈电导体(312)和一个接地导体(313)。

7.根据权利要求6所述的天线组件，其特征在于，所述辐射器还延伸到辐射片的上表面。

8.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，在辅助板上定位至少一个离散组件，以影响天线的特性。

9.根据权利要求8所述的天线组件，其特征在于，所述离散组件是以电气方式在辐射器和信号地之间的开关。

10.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，在辅助板上有至少两个辐射片。

11.根据权利要求10所述的天线组件，其特征在于，辐射片(620，630)的数量为二，并且辐射片(620，630)的辐射器(622，632)相互对称定位，在这种情况下，辐射器(622，632)的谐振频率相等。

12.根据权利要求10所述的天线组件，其特征在于，辐射器的谐振频率不相等，以便拓宽天线的工作频带或者形成单独的工作频带。

13.一种天线组件(500)，其特征在于，辐射器(522)的大部分在辐射片的上表面上，并且在辐射片之下，在辅助板(510)上有接地平面(519)，在这种情况下，天线组件形成平面天线。

14.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，辐射片通过焊接已被紧固到辅助板。

15.根据权利要求14所述的天线组件，其特征在于，辐射片还通过胶结已被紧固到辅助板。

16.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，辐射片通过层压已被紧固到辅助板。

17.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述介电基质是某种陶瓷材料的介电基质。

18.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，在天线组件的下表面上有导体焊盘，以通过进行焊接来紧固该天线组件。

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