CN101454942A

CN101454942A - 双天线

Info

Publication number: CN101454942A
Application number: CNA2007800194378A
Authority: CN
Inventors: P·尼辛恩; P·安纳马亚
Original assignee: Pulse Finland Oy
Current assignee: Pulse Finland Oy
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2009-06-10
Also published as: FI20065357A; EP2022140A1; US8098202B2; FI118837B; WO2007138157A1; US20090231201A1; FI20065357A0; EP2022140A4

Abstract

一种用于小尺寸无线电设备的具有双频段工作的介质双天线(300)，包括一个局部天线(310)以实现天线的较低工作频段和另一个局部天线(320)以实现较高工作频段。局部天线在天线结构中具有共用的馈电点(FP)，例如在一个局部天线(312)的辐射元件的端部处，在此情况下另一个局部天线通过所述辐射元件藉由短的中间导体(332)接收其电馈给。局部天线定位成使得它们的基板(311，321)为头部面对面，且辐射元件(即从共用馈电点开始的基板的导电涂层)的主方向相反。彼此独立地获得对应于不同工作频段的局部天线的调谐，而不需要分立的匹配部件。

Description

双天线

技术领域

本发明涉及小尺寸无线电设备的天线结构，该结构包括两个相对电隔离(electrically relatively separate)的部分。

背景技术

在诸如移动电话的小尺寸便携式无线电设备中，为方便使用优选地将天线放置在设备外壳里面。此外，当试图让天线占用尽可能小的空间时，其设计变得非常苛求。如果该无线电设备必须工作在几个频率范围，则导致了额外的设计困难，这些频率范围越宽则困难越多。

内部天线大多是平面结构的，由此它们具有辐射平面和距其一定距离的地平面。通过在介电基板(dielectric substrate)的表面上制造辐射平面，而不是使辐射平面为空气绝缘的，可以将平面天线做得较小。自然，材料的介电常数越高，则具有一定电尺寸的天线元件物理尺寸更小。通过使用例如具有高介电常数的陶瓷作为基板，天线部件成为待安装到电路板上的芯片。图1示出了介质天线，或基于这种芯片部件的天线的示例。在图中可以看到无线电设备的电路板PCB的一部分。在电路板上有天线部件110，其包括介电基板111，和在此表面上的两个天线元件。第一天线元件112覆盖基板的顶面的一部分及其一个头部表面(head surface)。第二天线元件113覆盖基板的顶面的另一部分及其另一个相对的头部表面。天线元件在基板的底面一侧延伸少许以构成接触表面。在元件之间的顶面中间有狭槽SL，狭槽SL在横向上从基板的一个侧面延伸到另一侧面。天线的馈给导体(feed conductor)130是电路板顶面上的条状导体，且其与地平面或信号地GND，以及电路板材料一起构成具有指定阻抗的馈线(feed line)。馈给导体130电连接到第一天线元件112的接触表面上。从第一天线元件的第二接触表面，第一天线元件电连接到地平面GND。在基板的相对端，第二天线元件113从其接触表面电连接到地平面GND。第二天线元件仅在所述狭槽SL之上电磁地接收其馈给，在此情况下第二天线元件为寄生元件。

整个天线由天线部件110和地平面组成。在图1的示例中，在天线部件下方没有地平面，且地平面在该部件旁边距其一定距离处。此距离和延伸到寄生元件113的地平面部分的宽度和长度影响整个天线的阻抗和固有频率，因此可以通过优化它们来调谐和匹配天线。天线元件至少是几乎以相同频率辐射，因而天线是单频段天线。

实现双频段或多频段天线的一种常见方法是将辐射元件划分为从元件短接点(shorting point)看去的至少两个不同长度的支路。这样，在空气绝缘的平面天线中获得令人满意的结果是相对容易的。相反，当使用非常小尺寸的芯片部件时，难以获得与例如两个工作频段的合理匹配。此外，对应于不同频段的天线部件之间的隔离仍不充分。

图2示出了其中消除了某些前述缺点的已知介质天线。该结构为双天线；其包括两个天线部件且在电路板PCB上具有陶瓷基板和对应于它们的局部天线。该天线结构具有较低和较高的谐振，且其相应地具有两个频段：较低工作频段由第一天线部件210构成，且较高工作频段由第二天线部件220构成。由于部件的分离，同样分离了它们的电磁近场，且在该关系中局部天线之间的隔离良好。所述局部天线具有连接到天线端口AP的共用馈给导体231，其馈给导体支路以馈给通往天线部件的导体。如果这些馈给导体支路直接连接到辐射体，局部天线将经由它们的共用馈给而不利地相互影响，从而使得一个局部天线的调谐将改变另一个的调谐。此外，较高的谐振容易衰减或其根本不激发。为此，该结构需要匹配部件。在图2的示例中，线圈L1和电容器C1与第一天线部件210的馈给导体串联。由这些所构成的谐振电路的固有频率与较低工作频段的中心频率相同。电容器C2与第二天线部件220的馈给导体串联，线圈L2介于地平面GND与在该天线部件侧的电容器C2的端部之间。由电容器C2和线圈L2构成的高通滤波器的截止频率略微低于该较高工作频段。

根据图2的解决方案和其它类似布置的缺点是电路板上匹配元件所需的空间和制造这些元件的额外费用。可以理解能用电路板表面上的导线分布图进行所需匹配而不需要分离部件，但无论如何所有这些分布图将需要电路板上相对较大的面积。

发明内容

本发明的目的是使得与现有技术有关的所述缺点最小化。根据本发明的双天线的特征在于独立权利要求1中所陈述的内容。在其它权利要求中说明了本发明的某些有利实施例。

本发明的基本思想如下：介质天线(dielectric antenna)为双天线，用该双天线的一个局部天线实施天线的较低工作频段，且用该双天线的另一个局部天线实施较高工作频段。所述局部天线在天线结构中具有共用的馈电点(feed point)，例如在一个局部天线的辐射元件的一端，在此情况下另一个局部天线通过所述辐射元件藉由短的中间导体接收其电馈给。所述局部天线定位成使得它们的基板为头部面对面，且辐射元件(即从共用馈电点开始的基板的导电涂层)的主方向相反。

本发明的优点是彼此独立地获得对应于不同工作频段的局部天线的调谐，而不需要分立的匹配部件，即便它们具有共用的馈电点。相对于前述内容，本发明的优点是该天线结构所需空间非常小。本发明的又一优点是对于介质天线而言天线效率良好。

附图说明

现在将详细说明本发明。该说明将引用附图，其中：

图1示出了已知的介质天线的示例，

图2示出了已知的介质双天线的示例，

图3示出了根据本发明的介质双天线的示例，

图4示出了根据本发明的介质双天线的第二示例，

图5示出了根据本发明的介质双天线的第三示例，

图6示出了根据本发明的天线的效率的示例。

具体实施方式

已结合现有技术的说明而描述了图1和2。

图3示出了根据本发明的介质双天线的示例。在图中可以看到无线电设备的电路板PCB的一部分。在电路板上有两个天线部件310和320，如图2中所示。这些部件将被称为“局部天线”。这两个局部天线包括介电基板，其具有头部、顶面和底面及侧面。该基板定位成头部面对面地彼此相对接近，且它们具有相同的纵向方向，所述纵向方向是指头部的法线方向。所述基板的面对面定位的头部将被称为第一头部。在此示例中第一局部天线310还包括在其基板311表面上的两个辐射元件：第一辐射元件312覆盖基板311的顶面的一部分并至少局部覆盖其第一头部，且第二辐射元件313覆盖基板311的顶面的另一部分并至少局部覆盖其第二头部。辐射元件经由头部延伸少许到底面角落中的基板底面的一侧，用于构成接触表面。第一辐射元件从其第一接触表面316连接到天线的馈给导体331，并从第二接触表面连接到地GND。第二辐射元件313是寄生的，从其两个接触表面318、319连接到地GND。对应于第一和第二辐射元件的天线部分具有相同的谐振频率。在此示例中第二局部天线320还包括在其基板321表面上的一个辐射元件。该元件，或第三辐射元件322至少局部覆盖第二基板321的顶面及其第一和第二头部二者。

因为基板的相互位置，从共用馈电点看去第一局部天线的辐射元件的主方向和第二局部天线的辐射元件的主方向是相反的。

该天线的馈给导体331是电路板PCB的顶面上的条状导体。馈给导体331在第一基板311的第一头部一侧的端部处在第一局部天线310下方延伸，并如上所述连接到基板311的底面角落里的其接触表面316上的第一辐射元件312。在第一辐射元件中的此点是局部天线的共用馈电点FP。根据本发明其定位在局部天线之间所谓的耦合空间中。“耦合空间”在此说明书和权利要求书中意为由基板的第一头部限定的、并延伸少许到所有三个尺度中的两个方向的基本具有矩形棱柱形状的空间。“少许”意为与基板长宽相比较小的距离。

第二局部天线320通过短的中间导体332得到其馈给，中间导体332的一端在第一基板311的第一头部处连接到第一辐射元件312，且其另一端在第二基板321的第一头部处连接到第三辐射元件322。此中间导体因而在耦合空间中。此第三辐射元件仅电连接到中间导体332，因而在此示例中第二局部天线为单极型。第一和第二局部天线和中间导体一起构成了双天线300。

图4示出了根据本发明的介质双天线的第二示例。双天线400包括第一局部天线和第二局部天线，第一局部天线包括其基板411、第一辐射元件412和第二辐射元件413，且第二局部天线包括其基板421和第三辐射元件422，如图3中的一样。与图3中所示结构的不同在于所述基板411、421现构成了单一的总基板440。因此，在此情况下局部天线的基板被称为局部基板。用从其顶面贯穿基板440延伸到其底面的两个孔HL1、HL2将局部基板相互分离。这些孔在基板的横向上延长从而使得仅三个相对狭窄的管颈(neck)将局部基板相互接合。为此，两个局部天线的场在基板内仅可以小范围传播到另一天线侧，且局部天线的电隔离因而是相对较好的。

在图4中，已经从上方绘制了双天线400，且在另一个子图中沿纵向线A-A将双天线400一侧剖切到第一孔HL1为止。因此在后面的子图中可见第一开孔HL1的内表面的狭窄后部，该后部从其一边缘接合第一局部基板411的第一头部，且从其另一边缘接合第二局部基板421的第一头部。这些头部被涂覆了导电材料，从而使得第一辐射元件412经由孔HL1和HL2在基板的底面上延伸，且第三辐射元件422经由相同孔的相对表面延伸到距基板底面一定距离处。第一孔HL1的内表面的前述后部被局部涂覆了导电材料。此导电涂层432将第三辐射元件连接到第一辐射元件，因而用作馈给第二局部天线的中间导体。中间导体432在天线400的耦合空间中。该中间导体也可以在孔HL1与HL2之间的基板411的顶面上。

图4的剖面图示出了接触表面417，接触表面417为基板底面上的第一辐射元件412的接触表面的又一背面(one further back)。这可以连接到天线的馈给导体或者连接到信号地。同样可以看到的是接触表面419，其为寄生的第二辐射元件413的接触表面的又一背面，该接触表面连接到信号地。

图5示出了根据本发明的介质双天线的第三示例。从上方和侧面绘制了双天线500。其包括第一局部天线和第二局部天线，第一局部天线包括其基板511、第一辐射元件512和第二辐射元件513，且第二局部天线包括其基板521和第三辐射元件522，如前图中的一样。第一局部天线的基板(或第一局部基板511)和第二局部天线的基板(或第二局部基板521)构成了单一的总基板540，如图4中的一样。所述局部基板在此情况下藉由垂直延伸通过基板540的三个孔HL1、HL2、HL3以及由两个凹槽CH1、CH2而相互分离。第一凹槽CH1是在从基板的顶面向下的孔处，且第二凹槽CH2是在从基板的底面向上的孔处。因而，四个相对狭窄的管颈仍连接局部基板，所述管颈的高度显著小于基板高度。这样，局部天线的电隔离布置得相对较好。

与图4中所示结构的最显著差异是馈给第二局部天线的中间导体532现在是在基板540的一个侧面上。该侧面被涂覆了导体，从而使得第一辐射元件512和第三辐射元件522的相对端成为彼此耦合的。在此情况下，中间导体532必须绕过第一凹槽的端部因而形成了U形弯曲。

在此情况下双天线500的馈电点FP也在天线的耦合空间中第一局部基板511一侧的基板540底面上。该馈电点经由第一孔HL1的导电涂层电连接到在基板顶面上的第一辐射元件512的部分。

图6示出了根据图3的天线的效率的示例。该曲线示出了作为频率的函数的效率。该天线的较低工作频段被调谐到GSM900系统(全球移动通信系统)的接收频段，且较高工作频段被调谐到GSM1900系统的接收频段。可以看出在较低频段中的效率平均为大约0.35且在较高频段中效率平均为大约0.45。因而，考虑天线的小尺寸，尤其在较高频段中效率良好。

在此说明书和权利要求书中，“局部天线”意为包括辐射体的纯芯片部件或其一部分。相应地，“天线”意为“局部天线”的组合。在功能上，天线也包括一个(或多个)芯片部件周围的地布置。前缀“底”、“顶”、“水平”和“垂直”及形容词“下方”、“上方”和“从上方”指的是天线安装到水平电路板的顶面上的天线位置。天线的工作位置可以自然地为任何一处。

根据本发明的天线可以自然地与上述天线有细节的不同。例如，天线的馈给导体可以连接到对应于较高工作频段的局部天线，而不是连接到对应于较低工作频段的局部天线。将局部天线彼此连接的中间导体的位置可以在天线的耦合空间中变动。对应于较低工作频段的局部天线可以包括仅一个辐射体而不是两个，且对应于较高工作频段的局部天线可以包括两个辐射体而不是一个。除了其馈电点，单独的辐射体也可以连接到地。如果天线具有单一基板，分离局部基板的孔的数目和形状可以变动。它们也可以水平地通过基板。除了孔或代替孔，可以有分离局部基板的凹槽。将局部天线相互连接的中间导体可以在孔或凹槽的表面上或在整个基板的外表面上，而与如何减少改善局部天线电隔离的基板材料无关。例如可以通过用导体局部涂覆陶瓷片、或通过用制造半导体器件中所使用技术在例如硅的表面上生长出金属层并将其一部分移除，而实现制造根据本发明的天线。可以在由独立权利要求1设定的限制内以不同方法应用此创造性理念。

Claims

1.一种双天线(300；400；500)，包括实现该天线的较低工作频段的第一局部天线(310)和实现较高工作频段的第二局部天线(320)，这两个局部天线都包括介电基板(311，321；411，421；511，521)和作为其导电涂层的至少一个辐射元件(312，313，322；412，413，422；512，513，522)，这两个基板都具有第一和第二头部、顶面、底面和侧面，该头部的法线方向为该基板的纵向，其特征在于所述局部天线的基板(311，321；411，421；511，521)被定位成它们的第一头部面对面，它们具有基本相同的纵向，且所述局部天线具有在一个局部天线的基板的第一头部一侧的辐射元件端部处的由第一头部所限定的耦合空间中的共用馈电点(FP)，且另一个局部天线通过中间导体(332；432；532)得到其馈给，所述中间导体在所述耦合空间中从最后提及的辐射元件延伸到后一局部天线的辐射元件。

2.根据权利要求1的双天线，其特征在于，所述共用馈电点(FP)在第一局部天线的辐射元件中。

3.根据权利要求1的双天线，其特征在于，第一局部天线的基板(311)和第二局部天线的基板(321)被分开，且所述中间导体(332)是连接到第一局部天线的辐射体(312)和第二局部天线的辐射体(322)的分离导体。

4.根据权利要求1的双天线，其特征在于，第一局部天线的基板(411；511)和第二局部天线的基板(421；521)构成单一的总基板(440；540)，其中在所述局部天线之间已减少了基板材料以便改善它们的电隔离。

5.根据权利要求4的双天线，其特征在于，已减少了基板材料从而使得至少一个孔(HL1、HL2)穿过基板(440；540)。

6.根据权利要求4的双天线，其特征在于，已减少了基板材料从而使得基板(540)中有至少一个凹槽(CH1、CH2)。

7.根据权利要求4的双天线，其特征在于，所述中间导体(532)是从第一局部天线的辐射体(512)延伸到第二局部天线的辐射体(522)的基板(540)侧面上的导电涂层。

8.根据权利要求5的双天线，其特征在于，所述中间导体(432)是在所述类型孔(HL1)的内表面上的导电涂层，该涂层从第一局部天线的辐射体(412)延伸到第二局部天线的辐射体(422)。

9.根据权利要求1的双天线，其特征在于，第一局部天线包括第一辐射元件(312；412；512)和第二辐射元件(313；413；513)，所述第一辐射元件(312；412；512)覆盖其基板(311；411；511)的一部分顶面及其基板的第一头部的至少一部分，所述第二辐射元件(313；413；513)覆盖所讨论的基板(311；411；511)的另一部分顶面和所述基板的另一头部的至少一部分，该辐射元件经由基板头部在基板底面的一侧延伸以形成所述馈电点(FP)和到第一辐射元件的接地点，并形成到第二辐射元件的至少一个接地点。

10.根据权利要求1的双天线，其特征在于，所述基板是陶瓷材料的。