專利名稱：緊湊、低外形、單饋電、多頻帶的印制天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電通信領(lǐng)域，且更具體言之，涉及用于(或內(nèi)埋于)相對(duì)小的無(wú)線電通信裝置中的天線，移動(dòng)蜂窩式電話是該等無(wú)線電通信裝置的一個(gè)非限制性實(shí)例。
背景技術(shù)：
在無(wú)線語(yǔ)音及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，包括在具有多頻帶及多系統(tǒng)容量的移動(dòng)系統(tǒng)中，減少諸如移動(dòng)蜂窩式電話的無(wú)線電發(fā)射/接收裝置的物理尺寸是重要的設(shè)計(jì)考慮因素。
對(duì)于內(nèi)埋于無(wú)線電裝置中的發(fā)射/接收天線(意即，內(nèi)部天線)而言，減少無(wú)線電裝置物理尺寸的需求嚴(yán)重地制約了每一個(gè)無(wú)線電裝置內(nèi)的分配給一個(gè)內(nèi)部天線及其發(fā)射/接收元件(以下稱為輻射元件)的物理體積。
一般將平面倒F型天線(PIFA)用作無(wú)線電裝置的內(nèi)部天線。減少在無(wú)線電裝置中用于容納PIFA的輻射元件的可用的物理體積會(huì)導(dǎo)致對(duì)PIFA的帶寬和增益都產(chǎn)生負(fù)面影響。
另外，隨著將此等內(nèi)部天線的高度限制為約3毫米(mm)到約5mm的發(fā)展趨勢(shì)，將難以提供具有必備帶寬及增益的多頻帶PIFA.。
雖然使用一種與光子帶隙(photonic band gap，PBG)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的PIFA設(shè)計(jì)來(lái)克服此一減少高度的負(fù)面影響確實(shí)是有可能的，但由為此一包括PBG現(xiàn)象的PIFA所設(shè)計(jì)的接地平面而強(qiáng)加的相關(guān)聯(lián)的幾何構(gòu)型是比較困難的。
因此，具有PIFA的一些或多數(shù)優(yōu)點(diǎn)但仍需要比傳統(tǒng)PIFA更小的體積的天線構(gòu)型對(duì)天線及系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言具有重要的價(jià)值。
本發(fā)明使用印制電路技術(shù)。在天線中使用印制電路技術(shù)是已知的，例如在美國(guó)專利第5,754,145號(hào)、第5,841,401號(hào)、第5,949,385號(hào)、第5,966,096號(hào)及第6,008,774號(hào)中所示，該等專利以引用的方式并入本文中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中，一個(gè)多頻帶的印制天線(在不平衡的狀態(tài)下)使其輻射元件形成在一個(gè)印制電路板(PCB)上與同樣形成在PCB上的一個(gè)接地平面元件共面，但物理上與該接地平面元件隔開(kāi)，該印制天線類似一個(gè)多頻帶的、印制的倒F天線(印制IFA)。
C.Soras等人在一篇題目為“Analysis and Design of an Inverted-FAntenna Printed On a PCMCIA Card for the 2.4GHz ISM Band”的文章(IEEE APS Magazine，第44卷，No.1，2002年2月，第37-44頁(yè))中描述了單頻帶IFA。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中，一個(gè)多頻帶的印制天線使其輻射元件位于一由一PCB支撐的中空的、具有四個(gè)側(cè)面且盒子狀的介電托架的頂面上，以使該輻射元件與一形成于該P(yáng)CB上的接地平面元件平行但與之隔開(kāi)，該印制天線類似一個(gè)曲折線型天線。
先前技術(shù)的曲折線型天線將曲折線型輻射元件放置在PCB本身上，然而，本發(fā)明將印制天線的輻射元件置于一個(gè)分離的介電表面上，該介電表面被設(shè)于該接地平面元件之上一理想的高度并與之側(cè)向隔開(kāi)。例如，將該接地平面元件放置在一個(gè)位于一無(wú)線電裝置內(nèi)的PCB上，此PCB也并入了該無(wú)線電裝置的電路組件。例如，接地平面元件也可充當(dāng)無(wú)線電裝置的通信電路的接地電位。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，使大體上平坦的輻射元件位于與大體上平坦的接地平面所占據(jù)的平面不同的平面上，此等兩個(gè)平面大體上是平行的，且本發(fā)明的實(shí)施例提供了該輻射元件上的一點(diǎn)到該接地平面上的一點(diǎn)之間的短路。
與先前已知的曲折線型天線不同的是，本發(fā)明提供了一介電托架，其側(cè)壁為印制天線的輻射元件提供了電抗性負(fù)載(例如電容性負(fù)載)。由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電金屬條或板來(lái)提供此電抗性負(fù)載，該等導(dǎo)電金屬條或板從曲折線型輻射元件的一個(gè)或多個(gè)邊緣向下延伸且大體上與該介電托架的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁的外表面齊平。此電抗性負(fù)載有助于降低或控制印制天線的共振頻率而不增加印制天線的曲折線型輻射元件的物理長(zhǎng)度。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)本發(fā)明的一種物理上緊湊、低外形、幾何形狀簡(jiǎn)單、單饋電、平面的以及印制的天線提供了具有令人滿意的增益及帶寬的多頻帶性能。
根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)構(gòu)型是成本有效的并且易于制造。
根據(jù)本發(fā)明的多頻帶、平面的以及印制的天線的必備帶寬性能可不需要使用該印制天線外部的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)而得以實(shí)現(xiàn)。
雖然諸如蜂窩式電話的無(wú)線電裝置的制造商對(duì)內(nèi)部天線的幾何形狀有所約束，但本發(fā)明提供了物理上緊湊、提供單饋電、多頻帶的且提供令人滿意的增益和帶寬性能的可行的印制天線的實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了物理上緊湊、且具有低外形或高度的單饋電、多頻帶、平面的及印制的天線的實(shí)施例。
本發(fā)明的多種實(shí)施例在需要多頻帶蜂窩式語(yǔ)音操作以及射頻數(shù)據(jù)操作的商業(yè)應(yīng)用中具有效用，包括在用于膝上型電腦應(yīng)用中的使用。
更具體而言，根據(jù)本發(fā)明的印制電路包括高度大約為約3mm的單饋電、兩頻帶或三頻帶的印制天線，包括其中使輻射元件形成在一PCB上的印制天線，該P(yáng)CB在一個(gè)無(wú)線電裝置內(nèi)且用于該無(wú)線電裝置內(nèi)的其它功能。
根據(jù)本發(fā)明的印制天線的實(shí)施例包括一個(gè)輻射元件，其表面外形與接地平面?zhèn)认蚋糸_(kāi)，并且既可與該接地平面平行也可與該接地平面垂直。
根據(jù)本發(fā)明的平面的且多頻帶的印制天線的構(gòu)造和排列最佳化以用于平衡狀態(tài)或不平衡狀態(tài)。
在平衡的狀態(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的印制天線不提供輻射元件與接地平面或無(wú)線電裝置的底盤間的直接物理連接。
在不平衡的狀態(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的印制天線提供輻射元件的一個(gè)區(qū)段與接地平面間的直接電連接。
當(dāng)使輻射元件直接電連接到接地平面時(shí)(意即，不平衡狀態(tài))，該輻射元件與該接地平面之間的短路連接降低了輻射元件的該(該等)共振頻率而且沒(méi)有增加輻射元件的物理尺寸。
此短路的相對(duì)于輻射元件的饋電點(diǎn)的物理位置的物理位置以及此短路的寬度也提供了可用于調(diào)諧輻射元件的該(該等)共振頻率以及影響阻抗匹配的調(diào)諧參數(shù)。
使用輻射元件與接地平面之間的此一短路也提供了更高級(jí)別的交叉極性輻射，此增長(zhǎng)是接地平面中的電流的增長(zhǎng)激勵(lì)的結(jié)果，而電流的增長(zhǎng)激勵(lì)則又歸因于輻射元件與接地平面之間的短路的存在。
也可將根據(jù)本發(fā)明的多頻帶、平面的印制天線歸類為平面單極天線。然而，不同于包括一線性線狀輻射元件的單極天線，根據(jù)本發(fā)明的印制電路類似一個(gè)具有以下重要區(qū)別的PIFA，該區(qū)別在于印制的平面單極的輻射元件不與直接位于其輻射元件下方的接地平面相關(guān)聯(lián)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，由印制天線提供多頻帶性能，其輻射元件類似于一個(gè)在PCB上形成的曲折線，該P(yáng)CB充當(dāng)或模仿無(wú)線電裝置的底盤。
由一個(gè)具有約37mm寬及約12mm長(zhǎng)的平面區(qū)域的輻射元件提供此一印制天線的三頻帶(AMPS/PCS/BT)性能。在本發(fā)明的一個(gè)額外實(shí)施例中，一個(gè)兩頻帶(GSM/DCS)印制天線包括一個(gè)具有約33mm寬及約13mm長(zhǎng)的平面區(qū)域的印制輻射元件。由于印制輻射元件形成在PCB的一個(gè)表面上，所以該印制天線的外形或高度非常小且大體上僅包含PCB的厚度。
本發(fā)明的此實(shí)施例的單饋電、多頻帶的印制天線提供了一個(gè)理想的帶寬性能，其無(wú)外部阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)且其可在平衡狀態(tài)或不平衡狀態(tài)的任一狀態(tài)下操作。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，將本發(fā)明的上述實(shí)施例修改為在一個(gè)盒子狀的介電托架上的頂面上形成一輻射元件，該介電托架位于PCB的頂面上，而該P(yáng)CB在一個(gè)諸如蜂窩式電話的無(wú)線電裝置內(nèi)。此一位于介電托架的頂上的輻射元件的構(gòu)造及排列以及用于該輻射元件的相關(guān)聯(lián)的饋電機(jī)制是為了使天線結(jié)構(gòu)提供容易且簡(jiǎn)單的整合至無(wú)線電裝置的PCB或底盤上。
在本發(fā)明的此實(shí)施例中，可如下形成該輻射元件使輻射元件的大體上平坦的表面與介電托架的頂面以及PCB的頂面平行，或者使輻射元件與介電托架的頂面和PCB的頂面垂直。因此，可將輻射元件設(shè)置成為了使其與由PCB承載的接地平面平行或與由PCB承載的接地平面垂直。
本發(fā)明的此實(shí)施例也提供了一個(gè)在平衡狀態(tài)或不平衡狀態(tài)的任一狀態(tài)下均起作用的多頻帶的印制天線。
本發(fā)明的上述實(shí)施例即為如此，根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的印制天線的單饋電、多頻帶(GSM/DCS)性能不需要外部阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
此一多頻帶印制天線的尺寸的一個(gè)實(shí)例為約33mm寬、約13mm長(zhǎng)以及約3mm高，其中該天線的輻射元件大體上與一個(gè)由在無(wú)線電裝置內(nèi)的PCB承載的接地平面平行但側(cè)向隔開(kāi)而延伸。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種具有約3mm的低外形或高度的多頻帶的平面印制天線。如同先前的實(shí)施例，本發(fā)明的此實(shí)施例也不需要包括一個(gè)直接位于天線的輻射元件下方的接地平面。因此，此天線類似一個(gè)平面單極天線。然而，不同于線性單極天線的是，根據(jù)本發(fā)明可不需要使用外部阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，且不需要外部阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)所需要的分立電子組件。
在多頻帶PIFA設(shè)計(jì)中已知，本發(fā)明的此實(shí)施例包括一形成于輻射元件內(nèi)的U形槽，以由此為印制天線提供多頻帶性能。
以此方式，根據(jù)本發(fā)明的約33mm寬、約13mm長(zhǎng)及約3mm高的印制天線提供了兩頻帶(GSM/DCS)性能。
概括說(shuō)來(lái)，本發(fā)明提供了一種非常緊湊、具有非常低的外形或高度的兩頻帶及三頻帶印制天線的實(shí)施例，其中將天線的輻射元件的一部分經(jīng)由一個(gè)短路直接電連接到天線的接地平面(意即，不平衡狀態(tài))，或者其中并未將天線的輻射元件的一部分直接電連接到天線的接地平面(意即，平衡狀態(tài))。
根據(jù)本發(fā)明的平面印制天線的結(jié)構(gòu)構(gòu)型便于天線的輻射元件在由PCB承載的介電托架的頂面上或側(cè)壁上的成形，該介電托架又承載了一個(gè)位于與該輻射元件側(cè)向隔開(kāi)的位置處的接地平面。
通過(guò)使用一導(dǎo)電饋電導(dǎo)線(conductive feed lead)(意即，平衡狀態(tài))或一導(dǎo)電饋電導(dǎo)線和一導(dǎo)電短路導(dǎo)線(conductive shorting lead)(意即，不平衡狀態(tài))，可便于將根據(jù)本發(fā)明的印制天線整合到無(wú)線電裝置的PCB或底盤內(nèi)或其上，其中可使該(該等)導(dǎo)電導(dǎo)線在物理上位于與介電托架的側(cè)壁的外表面大體上齊平的位置。外部導(dǎo)電導(dǎo)線的此應(yīng)用簡(jiǎn)化了將印制天線整合入無(wú)線電裝置中的過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明的印制天線為多頻帶印制天線提供了平衡狀態(tài)或不平衡狀態(tài)的選擇。平衡狀態(tài)的使用確保了即使在天線的輻射元件與無(wú)線電裝置的底盤隔離開(kāi)時(shí)也有理想的天線性能。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，可鑒別出便于對(duì)根據(jù)本發(fā)明的兩/三頻帶印制天線的下部和上部共振特征進(jìn)行獨(dú)立控制的調(diào)諧參數(shù)。


圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、兩頻帶、印制天線的頂部透視圖，其中，使天線的五個(gè)區(qū)段、曲折線型金屬輻射元件形成在PCB的頂面的一端上，該P(yáng)CB充當(dāng)一個(gè)諸如無(wú)線電裝置內(nèi)的底盤的支撐構(gòu)件，天線的金屬曲折線型輻射元件與一個(gè)也形成在該P(yáng)CB的頂面上的天線的金屬接地平面元件共面且與該金屬接地平面元件側(cè)向隔開(kāi)，接地平面元件經(jīng)由一個(gè)印制電路連接與輻射元件的一個(gè)區(qū)段短路連接，來(lái)從而為天線提供一個(gè)不平衡狀態(tài)。
圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、兩頻帶、印制天線的頂部透視圖，其有些與圖1相似，其中，使天線的五個(gè)區(qū)段、曲折線型金屬輻射元件形成在一個(gè)中空的、盒子狀的介電托架的頂面上，由支持金屬接地平面元件的圖1中的PCB的一端支撐該介電托架的四個(gè)側(cè)壁，而且介電托架的頂面大體上與接地平面元件平行，而且接地平面元件經(jīng)由一個(gè)離散線或金屬條連接與輻射元件的一個(gè)區(qū)段連接從而為天線提供一不平衡狀態(tài)，并且該介電托架具有為天線提供電抗性負(fù)載的位于側(cè)面的且向下延伸的金屬板。
圖3是一個(gè)與圖2相似的視圖，其展示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的單饋電、三頻帶的印制天線，其中金屬曲折線型輻射元件包括一個(gè)附加金屬L形的區(qū)段。
圖4A是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、雙頻帶、平衡的、印制天線的透視圖，其中僅展示了四個(gè)側(cè)壁的介電托架，此天線包括一個(gè)平坦的并且板狀的金屬輻射元件，該輻射元件包括一個(gè)具有三個(gè)槽區(qū)段、具有位于側(cè)面的并且向下延伸的金屬負(fù)載板、并且具有從輻射元件的一個(gè)邊緣向下延伸的金屬天線饋電的大體上U形的槽。
圖4B是一個(gè)與圖4A相似的視圖，其中，天線是一個(gè)由于短路金屬短柱(short-circuit metal stub)而不平衡的天線，使該短路金屬短柱與天線饋電側(cè)向隔開(kāi)并且電連接到PCB的接地平面元件，例如圖2中所示的PCB。
圖5A是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、三頻帶、不平衡的、印制天線的透視圖，其中僅展示了介電托架，此介電托架包括一個(gè)八區(qū)段的金屬輻射元件，該輻射元件位于介電托架的四個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面和外表面上，此天線包括一個(gè)向下延伸的天線饋電條以及一個(gè)向下延伸的與PCB的接地平面元件電連接的短路條，例如圖2中所示的PCB。
圖5B展示了在圖5A中隱埋了的介電托架的兩個(gè)側(cè)壁的外表面。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、兩頻帶(GSM頻段及DCS頻段)、印制天線10的頂部/側(cè)部/端部透視圖，該印制天線10位于PCB 18的一端上的一個(gè)小區(qū)域中。
參考數(shù)字17代表了PCB 18的一個(gè)平坦的、相對(duì)大面積的以及位于頂部的金屬表面，其以已知方式充當(dāng)無(wú)線電裝置(諸如蜂窩式電話)內(nèi)的底盤，其中尺寸19和20大體上對(duì)應(yīng)于蜂窩式電話的寬度和長(zhǎng)度。金屬表面17可充當(dāng)蜂窩式電話的組件的接地電位連接，其中由虛線盒26代表此等組件。
天線10包括一個(gè)金屬印制電路輻射元件11，其由五個(gè)金屬區(qū)段組成，意即，內(nèi)部區(qū)段12、大體上從區(qū)段12的一端垂直延伸出來(lái)的區(qū)段13、大體上從區(qū)段13的一端垂直延伸出來(lái)的區(qū)段14、大體上從區(qū)段14的一端垂直延伸出來(lái)的區(qū)段15和大體上從區(qū)段15的一端垂直延伸出來(lái)的區(qū)段16。如此，可將輻射元件11稱為矩形螺旋。
根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，大面積且平面的金屬表面17也可充當(dāng)天線10的接地平面元件17，此接地平面元件17與輻射元件11共面且與之側(cè)向隔開(kāi)，意即，輻射元件11不具有直接位于其下的接地平面元件。
本發(fā)明的此實(shí)施例通過(guò)提供一個(gè)將金屬輻射元件區(qū)段16的一端短路連接到金屬接地平面17的印制電路金屬區(qū)段21而提供了一個(gè)不平衡的天線10。
輻射元件區(qū)段16上的一點(diǎn)22包含一個(gè)天線饋電點(diǎn)，并且離散電導(dǎo)體25將天線饋電22連接至在無(wú)線電裝置內(nèi)的電子/電路組件26，該無(wú)線電裝置利用PCB 18作為無(wú)線電裝置的底盤。
作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，天線10所占據(jù)的體積的高度大體上等于PCB18的厚度、長(zhǎng)度23約為12mm且寬度24約為33mm。
圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、雙頻帶、印制天線30的頂部和側(cè)部透視圖，其與圖1略相似。
天線30與圖1中天線10的不同之處主要在于天線30包括一個(gè)中空的、具有四個(gè)側(cè)面且為盒子狀的介電托架31，其具有一個(gè)由該托架的四個(gè)側(cè)壁的頂面所界定的大體上平坦的頂面，以及一個(gè)大體上平行于該頂面且由該托架的四個(gè)壁的底面所界定的大體上平坦的底面，此底面被安裝在圖1中承載金屬接地平面元件17的PCB 18的一端上或由所述一端承載。
介電托架的四個(gè)側(cè)壁為例如約2mm厚，此厚度是大體上平行于介電托架31的頂面而延伸出的尺寸。
在此實(shí)施方式中所提及的介電托架較佳由具有一個(gè)約2.5到約3.0的介電常數(shù)的塑料材料形成。例如，可使用塑料材料聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和高密度聚乙烯(HDPE)來(lái)制造介電托架31。
在圖2中，使天線的五個(gè)區(qū)段12-16、印制電路、金屬輻射元件11形成在介電托架31的大體上平坦的頂面上，以使頂面大體上平行于PCB 18和接地平面元件17。
此外，天線30是一個(gè)不平衡的天線，因?yàn)檩椛鋮^(qū)段16經(jīng)由一個(gè)焊接到輻射區(qū)段16的一端且焊接到接地平面元件17的離散線接頭32而電連接至接地平面元件17。
圖2中介電托架31的構(gòu)造與排列的使用允許提供一個(gè)或多個(gè)向下延伸的金屬板35和36，這些金屬板與介電托架31的側(cè)壁齊平放置且充當(dāng)天線30的電抗性負(fù)載板35和36。這些負(fù)載板有助于獨(dú)立地控制天線的共振頻帶。例如，負(fù)載板36主要控制上部共振頻帶。
使每一個(gè)金屬板35和36的上邊緣分別電連接到兩個(gè)相鄰的輻射區(qū)段15和16或與它們成形為一個(gè)整體。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，介電托架31的高度37約為3mm。
在本發(fā)明的精神與范疇之內(nèi)，也可用兩次射出成型方法來(lái)形成介電托架31，其中將托架的第二次射出塑料材料金屬化以提供上述的輻射區(qū)段和負(fù)載板。
圖3展示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的單饋電、三頻帶(AMPS頻帶、PCS頻帶和BT頻帶)的印制天線40，其中天線40大體上與圖2中的天線30相同，但天線40的輻射元件還包括一個(gè)額外的L形印制電路金屬區(qū)段41，該金屬區(qū)段41從輻射元件區(qū)段16的大體上中間部分向輻射區(qū)段12延伸。更具體而言，L形區(qū)段41包括一個(gè)大體上垂直于輻射區(qū)段16而延伸的第一金屬部分42，以及一個(gè)與輻射區(qū)段12隔開(kāi)并且大體上平行于該輻射區(qū)段12的第二金屬部分43。
圖4A和圖4B說(shuō)明了本發(fā)明的另外兩個(gè)實(shí)施例，其中僅展示了每一實(shí)施例的介電托架。例如，圖4A和圖4B中所示的介電托架取代了圖2中所示的介電托架。
圖4A是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的單饋電、雙頻帶、平衡的印制天線50的透視圖，如上所述，其中僅展示了具有四個(gè)側(cè)壁的介電托架51。
天線50包括一個(gè)平坦且板狀的金屬輻射元件52，該輻射元件52具有一個(gè)形成于其中的大體為U形的槽53，槽53由三個(gè)大體上線性的槽區(qū)段54、55和56形成。
天線50也包括至少兩個(gè)位于側(cè)面的且向下延伸的金屬負(fù)載板57和58，使該等金屬負(fù)載板57和58與輻射元件52的兩個(gè)相對(duì)邊緣60和61成形為一個(gè)整體或與它們電連接。
使金屬天線饋電59與輻射元件52的邊緣63成形為一個(gè)整體或與之電連接。
圖4B是與圖4A相似的視圖，其中天線70是一個(gè)由于短路金屬短柱71而不平衡的天線，該短路金屬短柱71從輻射元件52的邊緣63向下延伸。使短路短柱71與天線饋電59側(cè)向隔開(kāi)并且短路短柱71被電連接到PCB的接地平面元件，例如圖1中所示的PCB 18和接地平面17。
圖4A和圖4B中展示的兩個(gè)介電托架的三個(gè)尺寸23、24和37與上述相對(duì)于圖2和圖3中的尺寸基本一致。
圖5A和圖5B是本發(fā)明的另一多頻帶實(shí)施例的兩個(gè)不同的透視圖，其中天線的印制輻射元件包括八個(gè)大體上線性的金屬區(qū)段，該等金屬區(qū)段個(gè)別地位于大體上垂直于一個(gè)與輻射單元相關(guān)聯(lián)的接地平面元件的平面而延伸的平面上，并且其中該等八個(gè)金屬區(qū)段也占據(jù)了一個(gè)共同的平面，該平面在此接地平面元件上方與其隔開(kāi)且大體上平行于該接地平面。例如，圖5A和圖5B中所示的介電托架取代了圖2中所示的介電托架。
圖5A是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)單饋電、多頻帶、不平衡的印制天線80的透視圖，其中展示了具有四個(gè)側(cè)壁的介電托架81，圖5B展示了隱藏在圖5A中的介電托架的兩個(gè)側(cè)壁的外表面。
介電托架81包括四個(gè)大體上正交排列的側(cè)壁82、83、84和85。應(yīng)注意，在本發(fā)明的此實(shí)施例中，介電托架壁84包括一個(gè)在各種上述介電托架的任一側(cè)壁中均不需要的缺口86，提供缺口86是為了便于將天線80的八區(qū)段輻射元件放置在介電托架81的四個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面和外表面上。
組成圖5A和圖5B的輻射元件的八個(gè)金屬區(qū)段包含區(qū)段90(圖5B)、區(qū)段91(圖5A)、區(qū)段92(圖5A)、區(qū)段93(圖5B)、區(qū)段94(圖5B)、區(qū)段95(圖5A)、區(qū)段96(圖5A)和區(qū)段97(圖5A)。
如圖5A中所示，圖5A和圖5B的天線80包括一個(gè)從輻射區(qū)段91延伸出來(lái)的金屬饋電條100，且天線80是一個(gè)由于短路條101而不平衡的天線，該短路條101在與饋電條100隔開(kāi)的位置從輻射元件91延伸出來(lái)。提供了短路條101以便于將輻射區(qū)段91直接電連接至一接地平面元件，例如圖2中的接地平面元件17。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包含(1)如圖5A和圖5B中所示的輻射元件與(2)如圖2、圖3、圖4A和圖5B中所示的輻射元件的組合。
意即，在本發(fā)明的此實(shí)施例中提供了一個(gè)介電托架，使一第一輻射元件位于介電托架的頂面上以使其與接地平面平行但不共面，使一第二輻射元件位于介電托架的側(cè)壁的表面上以使其位于接地平面上方且以使其大體上垂直于接地平面而延伸。
雖然以上的實(shí)施方式主要涉及使用印制電路技術(shù)來(lái)形成多種上述天線的輻射元件、接地平面元件、天線饋電與短路條，但使用兩次射出成型方法(其中將第二次射出塑料材料金屬化以形成天線的這些金屬部分)來(lái)制造如上所述的天線也在本發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)。
概括言之，本發(fā)明的多種實(shí)施例既提供了平衡的單饋電天線也提供了不平衡的單饋電天線，其中使一個(gè)輻射元件與接地平面?zhèn)认蚋糸_(kāi)以提供一個(gè)具有非常低的外形或高度的天線。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的天線在諸如蜂窩式電話的手持無(wú)線電裝置中極其有用。
當(dāng)使天線的金屬接地平面元件與金屬輻射元件形成在一個(gè)PCB的相同的表面上時(shí)，意即，接地平面與輻射元件共面時(shí)，此天線外形或高度是最小的。
然而，隨著薄的介電托架的使用，天線的外形或高度僅以小量增加，且可在介電托架的側(cè)壁上提供金屬負(fù)載板，從而提供天線的電抗性負(fù)載，該等金屬負(fù)載板也便于對(duì)天線的共振頻帶進(jìn)行獨(dú)立的控制。
以便于提供雙頻帶和三頻帶天線的幾何形式來(lái)提供本發(fā)明的實(shí)施例的輻射元件。
由于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)本發(fā)明的其它實(shí)施例，所以不應(yīng)將以上實(shí)施方式作為對(duì)本發(fā)明的精神和范疇的限制。
權(quán)利要求
1.一種低外形天線，其包含一印制電路板，在所述印制電路板的一個(gè)表面的第一部分上具有一金屬接地平面元件；一金屬輻射元件，其在所述印制電路板的所述一個(gè)表面的第二部分上，所述金屬輻射元件與所述接地平面元件共面且與之側(cè)向隔開(kāi)；及一金屬天線饋電條，其從所述輻射元件延伸出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低外形天線，其中所述輻射元件是形成在一幾何構(gòu)型中以為所述天線提供多頻帶響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低外形天線，其中所述印制電路板是包含在一手持式發(fā)射/接收無(wú)線電通信裝置內(nèi)，其包括用于所述無(wú)線電通信裝置的電發(fā)射/接收組件，其在所述印制電路板的所述一個(gè)表面的所述第一部分上；所述電組件具有一輸出/輸入終端；所述金屬接地平面元件為所述電組件提供一諸如接地電位的共同電位源極；及將所述天線饋電條連接到所述輸出/輸入終端的構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低外形天線，其包括一在所述印制電路板的所述一個(gè)表面上的短路金屬條，所述短路金屬條從所述印制電路板的所述第二部分延伸至所述印制電路板的所述第一部分，且將所述輻射元件的一部分直接連接至所述接地平面元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低外形天線，其中所述輻射元件是形成在一矩形螺旋狀的幾何構(gòu)型中，以為所述天線提供多頻帶響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低外形天線，其中所述印制電路板是包含在一手持式發(fā)射/接收無(wú)線電通信裝置內(nèi)，其包括用于所述無(wú)線電通信裝置的電發(fā)射-接收組件，其在所述印制電路板的所述一個(gè)表面的所述第一部分上；所述電組件具有一輸出/輸入終端；所述金屬接地平面元件為所述電組件提供一接地電位的共同源極；及將所述天線饋電條連接到所述輸出/輸入終端的構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低外形天線，其中所述金屬輻射元件是螺旋金屬模形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低外形天線，其中所述螺旋形金屬模包含一具有復(fù)數(shù)個(gè)大體上直的金屬區(qū)段的大體為矩形的螺旋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低外形天線，其包括一從所述復(fù)數(shù)個(gè)金屬區(qū)段之一延伸出來(lái)的大體上為L(zhǎng)形的金屬區(qū)段。
10.一種移動(dòng)無(wú)線電裝置，其包含一印制電路板，在所述印制電路板的一第一部分上具有一金屬接地平面元件；用于所述移動(dòng)無(wú)線電裝置的電路，其與所述接地平面元件物理上相關(guān)聯(lián)，所述接地平面為所述電路提供了一共同電位連接，例如一接地連接；一金屬天線輻射元件，其在所述印制電路板的一第二部分上，所述天線輻射元件與所述接地平面元件共面且與所述接地平面元件側(cè)向隔開(kāi)；及一金屬天線饋電條，其從所述天線輻射元件的一第一部分延伸至所述電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動(dòng)無(wú)線電裝置，其中所述天線輻射元件是形成在一為所述移動(dòng)無(wú)線電裝置提供多頻帶響應(yīng)的幾何構(gòu)型中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動(dòng)無(wú)線電裝置，其包括一在所述印制電路板上的短路金屬條，所述短路金屬條從所述印制電路板的所述第二部分延伸至所述印制電路板的所述第一部分，且將所述天線輻射元件的一第二部分直接連接至所述接地平面元件，所述天線輻射元件的所述第二部分與所述天線輻射元件的所述第一部分物理上隔開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的移動(dòng)無(wú)線電裝置，其中所述天線輻射元件是形成在一為所述移動(dòng)無(wú)線電裝置提供多頻帶響應(yīng)的幾何構(gòu)型中。
14.一種物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其包含一印制電路板，其具有一位于所述印制電路板的一表面的一相對(duì)大面積部分上的金屬接地平面；用于所述無(wú)線電裝置的電路，其與所述接地平面物理上相關(guān)聯(lián)，所述接地平面為所述電路提供了一共同電位連接；一位于所述印制電路板的所述表面的一相對(duì)小面積部分上的薄的介電托架，其中所述印制電路板的所述小面積部分與所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分鄰接；所述介電托架具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)壁，其頂面界定了所述介電托架的頂面且其底面界定了所述介電托架的底面；所述介電托架的所述頂面大體上與所述介電托架的所述底面平行；所述介電托架的所述底面位于所述印制電路板的所述表面的所述第二相對(duì)小面積部分上；一在所述介電托架上的金屬天線元件，所述天線元件位于所述接地平面上方且與所述接地平面?zhèn)认蚋糸_(kāi)；至少一個(gè)金屬負(fù)載條，其被連接到所述天線元件的至少一個(gè)部分且沿所述介電托架的至少一個(gè)側(cè)壁延伸；及一金屬天線饋電條，其從所述天線元件的一第一部分延伸至所述電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是(1)位于所述介電托架的所述頂面上以與所述接地平面大體上平行但不共面，或(2)位于所述介電托架的所述側(cè)壁上以位于所述接地平面的該平面上方并且大體上與之垂直。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是形成在一為所述物理上緊湊的無(wú)線電裝置提供多頻帶響應(yīng)的幾何構(gòu)型中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是螺旋金屬模形式。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述螺旋金屬模包含一具有復(fù)數(shù)個(gè)大體上直的金屬區(qū)段的大體為矩形的螺旋。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其包括一從所述復(fù)數(shù)個(gè)金屬區(qū)段之一延伸出的大體為L(zhǎng)形的金屬區(qū)段。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述介電托架具有一在所述介電托架的所述頂面與所述底面之間所測(cè)量到的約3mm的高度。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其包括一短路金屬條，其直接將所述天線元件的一第二部分連接到所述接地平面，所述天線元件的所述第二部分與所述天線元件的所述第一部分物理上隔開(kāi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是形成在一為所述物理上緊湊的移動(dòng)無(wú)線電裝置提供多頻帶響應(yīng)的幾何構(gòu)型中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是位于所述介電托架的所述頂面上以與所述接地平面大體上平行，或者其中所述天線元件位于所述介電托架的所述側(cè)壁上以與所述接地平面大體上垂直。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述介電托架具有一在所述介電托架的所述頂面與所述底面之間所測(cè)量到的約3mm的高度。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述介電托架是由一具有一在約2.5到約3.0范圍內(nèi)的介電常數(shù)的大體上硬性介電材料構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述介電托架具有一在所述介電托架的所述頂面與所述底面之間所測(cè)量到的約3mm的高度。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述大體上硬性介電材料是選自由聚碳酸酯、ABS、HDPE組成的群組。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其中所述天線元件是位于所述介電托架的所述頂面上以與所述接地平面大體上平行，或者其中所述天線元件位于所述介電托架的所述側(cè)壁上以與所述接地平面大體上垂直。
29.一種物理上緊湊的天線，其包含一印制電路板，其具有一位于所述印制電路板的一表面的一相對(duì)大面積部分上的金屬接地平面；一位于所述印制電路板的所述表面的一相對(duì)小面積部分上的薄的介電托架，其中所述印制電路板的所述小面積部分與所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分鄰接；所述介電托架具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)壁，其頂面界定了所述介電托架的頂面且其底面界定了所述介電托架的底面；所述介電托架的所述頂面大體上與所述介電托架的所述底面平行；所述介電托架的所述底面位于所述印制電路板的所述表面的所述第二相對(duì)小面積部分上；一缺口，其形成在所述介電托架的所述側(cè)壁之一中；一金屬天線元件，其形成在所述介電托架的所述側(cè)壁上以延伸穿過(guò)所述缺口且以位于所述側(cè)壁的內(nèi)表面與外表面兩者上；所述天線元件位于所述接地平面上方與其側(cè)向隔開(kāi)，且大體上平行于所述接地平面而延伸；及一金屬天線饋電條，其從所述天線元件延伸出來(lái)。
30.一種物理上緊湊的無(wú)線電裝置，其包含一印制電路板，其具有一位于所述印制電路板的一表面的一相對(duì)大面積部分上的金屬接地平面；一位于所述印制電路板的所述表面的一相對(duì)小面積部分上的薄的介電托架，其中所述印制電路板的所述小面積部分與所述印制電路板的所述相對(duì)大面積的部分鄰接；所述介電托架具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)壁，其頂面界定了所述介電托架的頂面且其底面界定了所述介電托架的底面；所述介電托架的所述頂面大體上與所述介電托架的所述底面平行；所述介電托架的所述底面位于所述印制電路板的所述表面的所述第二相對(duì)小面積部分上；一在所述介電托架的所述頂面上的第一金屬輻射元件，所述第一輻射元件位于所述接地平面上方與其側(cè)向隔開(kāi)，且大體上平行于所述接地平面而延伸；及一形成在所述介電托架的所述側(cè)壁上的第二金屬輻射元件，所述第二輻射元件位于所述接地平面上方與其側(cè)向隔開(kāi)，且大體上垂直于所述接地平面而延伸。
31.一種物理上緊湊的平面單極天線，其包含一印制電路板，其具有一位于所述印制電路板的一表面的一相對(duì)大面積部分上的金屬接地平面；一位于所述印制電路板的所述表面的一相對(duì)小面積部分上的薄的介電托架；所述印制電路板的所述小面積部分與所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分鄰接；所述介電托架具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)壁，其頂面界定了所述介電托架的頂面且其底面界定了所述介電托架的底面；所述介電托架的所述頂面大體上與所述介電托架的所述底面平行；所述介電托架的所述底面位于所述印制電路板的所述表面的所述第二相對(duì)小面積部分上；一在所述介電托架的所述頂面上的大體上平坦的金屬天線元件；所述天線元件具有形成于其中的大體上U形的槽；所述大體上U形的槽具有一位于所述天線元件的一個(gè)邊緣上的開(kāi)口槽端；至少一個(gè)金屬負(fù)載板緊密地鄰接于至少一個(gè)所述側(cè)壁且從所述天線元件在朝向所述印制電路板的所述表面的方向中延伸；及一金屬天線饋電條，其從所述天線元件的所述一個(gè)邊緣延伸出來(lái)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的天線，其包括電發(fā)射/接收組件，其在所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分上；及將所述天線饋電條電連接到所述發(fā)射/接收組件的輸入/輸出的構(gòu)件。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的天線，其中所述大體上U形的槽包括三個(gè)大體上線性的槽區(qū)段，該等槽區(qū)段被連接以形成一具有一關(guān)閉槽端且具有所述開(kāi)口槽端的連續(xù)槽。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的天線，其中該天線是一由于將所述天線元件與所述接地平面電隔離而平衡的天線。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的天線，其包括電發(fā)射/接收組件，其在所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分上；及將所述天線饋電條電連接到所述發(fā)射/接收組件的輸入/輸出的構(gòu)件。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的天線，其中所述天線是一由于從所述天線元件的所述邊緣延伸的短路金屬短柱來(lái)將所述天線元件電連接到所述接地平面之不平衡的天線。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的天線，其中所述短路短柱與所述天線饋電側(cè)向隔開(kāi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的天線，其包括電發(fā)射/接收組件，其在所述印制電路板的所述相對(duì)大面積部分上；及將所述天線饋電條電連接到所述發(fā)射/接收組件的輸入/輸出的構(gòu)件。
全文摘要
印制電路(18)和兩次射出成型技術(shù)是用于在內(nèi)埋于諸如移動(dòng)蜂窩式電話的發(fā)射/接收無(wú)線電裝置的小天線內(nèi)形成一個(gè)金屬輻射元件(16)、一個(gè)金屬接地平面元件、一個(gè)金屬天線饋電、一個(gè)金屬短路條以及金屬電容性負(fù)載板。本發(fā)明提供了平衡的和不平衡的、單饋電、兩頻帶及三頻帶天線，其中輻射元件(16)與接地平面元件側(cè)向隔開(kāi)，從而提供一個(gè)具有非常低的外形或高度的天線，包括其中將接地平面元件與輻射元件(16)共面放置在PCB(18)的相同表面上的天線。一個(gè)在PCB上的薄的介電托架(31)允許將金屬電容性負(fù)載板放置在介電托架(31)的側(cè)壁，從而為在介電托架(31)頂面上的輻射元件提供電抗性負(fù)載。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1643727SQ03805828
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者戈文德·R·卡達(dá)姆比, 斯瑞帕斯·亞拉希, 西奧多·S·赫布朗 申請(qǐng)人:圣韻無(wú)線技術(shù)公司