專利名稱：天線裝置和具有該天線裝置的便攜式無線通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及天線裝置，更具體地說涉及用于適用于具有相
對較低頻率的信號(例如FM頻帶的無線電信號)的無線通信裝置(例如 移動電話)的天線裝置。
背景技術(shù)：
在便攜式無線通信裝置中使用內(nèi)置天線己經(jīng)有一段時間了 。使用內(nèi) 置天線具有很多優(yōu)點，其中，體積小、重量輕的優(yōu)點使其適合于非?？?重尺寸和重量的應(yīng)用，例如移動電話。
然而，內(nèi)置天線在移動電話中的應(yīng)用對天線元件的結(jié)構(gòu)有一定約束。 更具體地說，在便攜式無線電通信裝置中，用于安置內(nèi)置天線的空間有 限。這些約束導致難以找到適用于寬工作頻帶的天線結(jié)構(gòu)。由于用于相 對較低頻率的無線電信號的天線需要的物理長度大于工作于相對較高頻 率的天線，所以對這種天線而言這種困難更加明顯。
工作于相對較低頻帶的一種具體應(yīng)用是FM無線電應(yīng)用。FM頻帶在歐 洲限定為88-108MHz之間的頻率，在美國為76-llOMHz之間的頻率。如 果將現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)，例如環(huán)形天線或單極天線，安裝在便 攜式無線通信裝置的殼體中，將導致天線工作不充分，不是在足夠?qū)挼?工作頻帶上性能太差，就是性能足夠好但頻帶太窄。
作為替代，在連接到便攜式無線通信裝置的耳機線中設(shè)置了用于該 通信裝置的傳統(tǒng)FM天線。這種具有相對較長導線的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對于低頻 應(yīng)用也足夠的天線長度。然而，如果不允許存在外部天線，這種解決方 案顯然不可行。
另-一個問題是，在與FM天線相同的通信裝置中設(shè)置第二天線，例如 GSM天線，該第二天線會干擾FM天線的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于便攜式無線通信裝置的內(nèi)置天線 裝置，該裝置可以以足夠的性能工作于具有相對較低頻率的整個頻帶上， 例如FM無線電頻帶。本發(fā)明基于以下認識，即有源內(nèi)置天線可以被構(gòu)成 為半環(huán)天線。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于適于接收至少第一工作頻帶內(nèi)無線電 信號的便攜式無線通信裝置的天線裝置，所述天線裝置包括具有饋電部 分的第一輻射元件，接地面和直接連接于所述第一輻射元件的所述饋電 部分并可連接到無線電信號的接收裝置的放大級，其中所述第一輻射元 件是包括所述接地面的一部分的環(huán)的一部分。所述天線裝置的特征在于 所述第一輻射元件的饋電部分，所述接地面和所述放大級設(shè)置在共同的 印刷電路板上，所述放大級與所述第一輻射元件的饋電部分共同定位于 所述電路板上。
還提供了一種包括上述天線裝置的便攜式無線通信裝置。 根據(jù)本發(fā)明的天線裝置，可以以足夠的性能在具有相對較低頻率的
整個頻帶(例如FM無線電頻帶)上工作。已發(fā)現(xiàn)通過使用半環(huán)天線，噪 聲系數(shù)在整個工作頻率范圍內(nèi)基本平坦，盡管有增益差異，也能提供足 夠的信噪比。
在優(yōu)選實施方式中，所述第一輻射元件的饋電部分設(shè)置在所述印刷 電路板的一端或靠近該一端的位置，所述第一輻射元件的與所述饋電部 分相對的一端在所述印刷電路板的另一端或靠近該另一端的位置處接 地。這樣，最大限度地使用了印刷電路板的面積。
優(yōu)選地，設(shè)置電容，所述電容具有在所述饋電部分附近直接連接于 所述第一輻射元件的第一端，以及連接于所述接地面的第二端。該電容 的優(yōu)選值為10-40pF，該電容提高了由放大器晶體管看過去的源電阻 (source resistance),從而匹配噪聲，提高穩(wěn)定性。并且，由于所述第 一輻射元件在所述印刷電路板的端部或靠近端部處實質(zhì)上接地，在此處 主天線裝置(例如GSM天線)的E場很大，所以來自該主天線的串擾最其他優(yōu)選實施方式在從屬權(quán)利要求中限定。


現(xiàn)將參考附圖來通過示例描述本發(fā)明，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的連接到FM接收器電路的天線裝置的示意
圖2詳細地示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第一實施方式的圖； 圖3詳細地示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第二實施方式的圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的天線裝置中的第一輻射元件結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的天線裝置中的多匝第一輻射元件結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的置于便攜式無線通信裝置內(nèi)的天線裝置的部分
剖視圖7是根據(jù)本發(fā)明的置于便攜式無線通信裝置內(nèi)的另一個天線裝置 的部分剖視圖。
具體實施例方式
下面將具體描述根據(jù)本發(fā)明的天線裝置和便攜式無線通信裝置的優(yōu) 選實施方式。
在下面的描述和權(quán)利要求中使用了術(shù)語"輻射元件"。應(yīng)當理解，該 術(shù)語是要涵蓋用于接收和/或發(fā)射無線電信號的導電元件。
首先，參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置1的總體結(jié)構(gòu)。它包 括導電材料的非諧振件形式的第一輻射元件10。該第一輻射元件是半環(huán) 天線的一部分，下面將對此詳細描述。半環(huán)天線的意思是，第一輻射元 件是環(huán)的一部分，其中該環(huán)包括接地面的部分。因此，導電材料的非諧 振件實質(zhì)上形成了一個半環(huán)，并且該環(huán)通過接地面封閉。
第一輻射元件具有饋電部分11,其直接連接到被設(shè)置為與第一輻射 元件諧振的分路電容(shunt capacitor) 20，并直接連接到放大器輸入 端，并可選地連接到ESD保護電路。諧振頻率響應(yīng)用作為工作頻帶內(nèi)的信號的帶通濾波器。在FM頻帶中工作的情況下，通帶在歐洲是88-10腦Hz 之間，在美國是76-110腿z之間。
諧振頻率響應(yīng)的功能還用作ESD保護電路，可以有效阻斷大部分ESD 脈沖頻譜。該濾波器還可以消除或至少降低來自電磁干擾(EMI)信號和 可能的來自同一無線通信裝置中設(shè)置的其它天線(例如在遠比FM天線高 的頻率上工作的蜂窩GSM天線)的信號的干擾。
放大級30設(shè)置在分路電容20之后，用于放大由第一輻射元件10接 收的信號。
由天線裝置1接收并放大的信號提供給FM接收器電路40，該電路可 以是由Philips Semiconductors公司制造、并以名稱HVQFN40銷售的傳 統(tǒng)電路。FM接收器電路包括連接到放大器30的RF輸入端41。
優(yōu)選的，分路電容20和放大級30相對靠近第一輻射元件10，以使 寄生效應(yīng)和來自外部源的干擾最小化。因此，它們設(shè)置在第一輻射元件 10的饋電部分的附近。
現(xiàn)在將參考圖2來描述圖1中所述的總體構(gòu)思的實現(xiàn)。
放大級30包括場效應(yīng)晶體管(FET) 31，其柵極連接至分路電容20， 源極直接接地，漏極可連接至FM接收器電路40的輸入端41。在晶體管 31的漏極和饋電電壓Vdd之間還連有負載電阻32。
為使天線裝置1工作，晶體管優(yōu)選地在工作頻帶內(nèi)具有低于1dB的 最小噪聲系數(shù)和高于15dB的增益。并且，優(yōu)選地，所述晶體管具有小于 10歐姆的噪聲電阻Rn，以便對任意天線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最高的可能信號接收質(zhì) 量。為了獲得高輸入阻抗，晶體管進一步的優(yōu)選特性是輸入電容較低， 優(yōu)選小于3pF。
應(yīng)當理解所述天線裝置是有源裝置。所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選使得第一輻射元 件直接與放大級協(xié)同設(shè)計。
現(xiàn)在參考圖3以第二實施方式的形式描述本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的一個 替代實現(xiàn)。與上述第一實施方式一樣，該天線裝置包括具有饋電部分11 的第一輻射元件IO，分路電容和放大級30。然而在該第二實施方式中， 分路電容是可調(diào)的，也就是說，實現(xiàn)為所謂的變?nèi)荻O管120，提供可控天線裝置。此外，放大級為所謂的共發(fā)共基放大器130。該共發(fā)共基放大
器包括場效應(yīng)晶體管131，場效應(yīng)晶體管131的柵極連接至第一輻射元件 和分路電容，源極直接接地，漏極連接至第二場效應(yīng)晶體管133的源極。 第二晶體管133的柵極經(jīng)由電容134接地。第二晶體管133的漏極可連 接到FM接收器電路40的輸入端41。在第二晶體管133的漏極和饋電電 壓Vdd之間還連有負載電阻132。
在該第二實施方式中，F(xiàn)M發(fā)射器電路140經(jīng)由開關(guān)141連接至第一 輻射元件。如果發(fā)射器電路的輸入阻抗Z漢比接收器電路40之前的放大 器130的輸入阻抗Z/"低得多，例如低十倍，則該開關(guān)是必需的。然而， 如果發(fā)射器電路的輸入阻抗^與放大器130的輸入阻抗Z^在同一數(shù)量 級，則該開關(guān)141可以省略。
通過提供連接到第一輻射元件10的發(fā)射器電路，該輻射元件能夠被 共享，因此能夠起發(fā)射和接收的作用。發(fā)射器電路優(yōu)選地在饋電部分11 的附近連接到第一輻射元件。
現(xiàn)在參考圖4和圖5描述根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第一輻射元件的 總體布局。適當?shù)卦诒銛y式無線通信裝置中(圖中未示出)設(shè)置印刷電 路板(PCB) 310。在PCB板上設(shè)置接地面312。在該PCB上還設(shè)置與上述 放大器30、 130相對應(yīng)的信號負載，該PCB優(yōu)選地是多層PCB。第一輻射 元件10優(yōu)選地是細長的(且可以是線狀的)電導體，第一輻射元件10 (優(yōu)選地在PCB的一端，或接近該一端的位置處)直接連接到饋電部分11 處的放大器。因此，放大器和饋電部分共同定位于此端。從而，在共同 的PCB上設(shè)置了第一輻射元件的饋電部分、接地面和放大級。該導體在 其大部分長度上基本平行于該PCB 310延伸，且與PCB 310的距離為h。 導體10的與連接到信號源的一端相對的另一端在PCB板的相對另一端或 靠近該另一端處連接至PCB板310上設(shè)置的接地面312。這就意味著形成 了半環(huán)的第一輻射元件利用了盡可能多的空間，因為環(huán)面積對天線性能 是重要的。
電容20設(shè)置在第一輻射元件和地之間，相對靠近于饋電部分ll，也 就是說，它設(shè)置在饋電部分11附近。電容20的第一端在饋電部分11附近直接連到第一輻射元件，第二端接地。該電容(其優(yōu)選值為10-40pF)
提高了由放大器晶體管看去的源電阻，從而匹配噪聲，提高穩(wěn)定性。
在替代實施方式中，導體10設(shè)置為多于一匝，圖5示出的示例為兩 匝。第一半環(huán)的導體從PCB的孔314中穿過，到達下側(cè)。在下側(cè)，導體 沿著PCB (優(yōu)選地，以微帶線10a的形式)從PCB的一端延伸到另一端。 在那里，導體穿過PCB上的第二個孔316到達其上側(cè)，與PCB板相隔一 段距離并沿著PCB延伸，最終在PCB的第二端接地。這樣，增加了輻射 阻抗(其與環(huán)的匝數(shù)的平方成比例)，提高了天線的性能。
為了提高天線裝置的性能，在圖4和圖5的實施方式中可以在環(huán)內(nèi) 使用鐵氧體，如圖中標記14所示。
現(xiàn)在參考圖6來描述以上參考圖1-3所述的根據(jù)本發(fā)明的天線裝置 的第一優(yōu)選位置，其中描繪了便攜式無線通信裝置300 (例如移動電話) 的殼體的總體略圖。該殼體被部分切除而顯示，以便不遮掩天線裝置的 位置，該天線裝置可以是參考圖l-3描述的任何裝置。
PCB310設(shè)置在殼體中，其中具有移動電話通常具有的電路(未示出)。 PCB上還安裝有FM接收器電路40。在殼體的上部設(shè)置了第二天線輻射元 件320，用于接收和發(fā)送蜂窩移動電話系統(tǒng)(例如GSM系統(tǒng))的RF信號。 該第二輻射元件320與第一天線輻射元件的饋電部分設(shè)置在電路板的同
電池組(未示出)也被設(shè)置為朝向殼體300的背面。
第一輻射元件10優(yōu)選地放置成使得它在PCB的與第二輻射元件320 所在端相對的一端處連接到FM電路上。隨后，第一輻射元件沿著PCB的 長邊延伸，直到它到達PCB的另一端，在那里連接到PCB 310上設(shè)置的 接地面312上接地。
為降低天線裝置對方向的敏感度，如圖6所示，第一輻射元件10在 接地到PCB上設(shè)置的接地面312之前，還沿著PCB板的短邊延伸。
以上描述了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的優(yōu)選實施方式。然而，本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)當意識到，允許在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的情況下在所附權(quán)利要 求的范圍內(nèi)改變這些實施方式。應(yīng)當意識到，能夠在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)改變根據(jù)本發(fā)明的天線裝 置的形狀和尺寸。從而，也可以改變具體的天線結(jié)構(gòu)，以符合無線通信 裝置的形狀、期望性能等等。
根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的上述實施方式被描述為適用于接收FM頻帶
的無線電信號的天線裝置。然而，也可能有其它應(yīng)用，例如用于頻率范
圍約為400-800麗z的數(shù)字視頻廣播(DVB)信號。
盡管已通過參考在移動電話中的應(yīng)用描述了便攜式無線通信裝置的 天線裝置，應(yīng)當了解，本發(fā)明的構(gòu)思也能夠應(yīng)用于其它便攜式通信裝置 和輕便但主要用于固定使用的設(shè)備中。其示例可以是小型時鐘，例如旅 行鬧鐘，電視接收器，或游戲操縱臺。然而根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的可 能應(yīng)用也可以是用于個人數(shù)字助理(PDA)、 MP3和CD播放器、FM收音機、 以及便攜式電腦。進一步可以應(yīng)用在車中。因此，術(shù)語"便攜式無線通 信裝置"應(yīng)采用廣義的解釋。
以上參考圖6和圖7描述的實施方式包括GSM天線。應(yīng)當了解，該 天線可以由不同的天線替代，只要該天線的工作頻率顯然高于較低頻帶， 例如FM頻帶。也可以省略第二天線。
將FET被描述為優(yōu)選的晶體管類型。應(yīng)當意識到，其它晶體管類型， 例如異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管(HBT)， 一樣可以使用。
應(yīng)當了解，在圖2的第一實施方式中也可以實現(xiàn)Tx部分。同樣的， 第一實施方式中的電容20也可以用變?nèi)荻O管代替。
10
權(quán)利要求
1、一種用于適于接收至少第一工作頻帶內(nèi)的無線電信號的便攜式無線通信裝置的天線裝置，所述天線裝置包括具有饋電部分(11；111)的第一輻射元件(10)，接地面(312)，和直接連接到所述第一輻射元件的所述饋電部分并可連接到無線電信號接收裝置的放大級(30)，其中所述第一輻射元件是包括所述接地面的一部分的環(huán)的一部分，其特征在于所述第一輻射元件的饋電部分、所述接地面和所述放大級被設(shè)置在共同的印刷電路板(310)上，所述放大級與所述第一輻射元件的饋電部分共同位于所述電路板上。
2、 如權(quán)利要求l所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件的饋電部 分(11)被設(shè)置成位于或者靠近所述接地面的一端，所述第一輻射元件 的與所述饋電部分相對的一端在所述接地面的另一端或靠近該另一端的 位置處接地。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的天線裝置，該天線裝置包括電容(20; 120)，所述電容具有在所述饋電部分(11)附近直接連接到所述第一輻 射元件的第一端，以及連接到所述接地面(312)的第二端。
4、 如權(quán)利要求3所述的天線裝置，其中所述電容(20; 120)的值 為10-40pF。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的天線裝置，其中所述電容(120)具有 可調(diào)的電容值。
6、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件 (10)是細長的，并沿著所述印刷電路板的長邊延伸。
7、 如權(quán)利要求6所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件(10)還 沿著所述印刷電路板(310)的短邊延伸。
8、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件(10)包括多個匝。
9、 如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其中所述輻射元件(10)的一部 分被部分地設(shè)置為微帶線(10a)。
10、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件 直接與所述放大級協(xié)同設(shè)計。
11、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，該天線裝置包括所述第 一輻射元件的所述半環(huán)內(nèi)的鐵氧體(14)。
12、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，其中所述第一輻射元件 (10)可連接到發(fā)射器電路(40)。
13、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，其中所述第一工作頻帶 是FM頻帶。
14、 如以上任一權(quán)利要求所述的天線裝置，該天線裝置還包括第二 輻射元件(320),其被配置成在至少第二工作頻帶內(nèi)工作。
15、 如權(quán)利要求14所述的天線裝置，其中所述第二輻射元件與所述 第一輻射元件的饋電部分設(shè)置在所述電路板的同一側(cè)，所述第一輻射元 件的饋電部分(11)設(shè)置在所述電路板的一端或靠近該一端的位置，所 述第二輻射元件設(shè)置在所述電路板上相對的另一端或靠近該另一端的位 置。
16、 一種便攜式無線通信裝置(300)，其包括如權(quán)利要求1-15中任 何一項權(quán)利要求所述的天線裝置。
全文摘要
一種用于便攜式無線通信裝置的天線裝置，特別適用于FM頻率范圍，其包括輻射元件(10)和放大級。通過將該輻射元件設(shè)置作為半環(huán)發(fā)射元件，噪聲系數(shù)在整個工作頻率范圍內(nèi)基本平坦，盡管存在增益變動，也能提供足夠的信噪比。
文檔編號H01Q1/24GK101542828SQ200880000272
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者安德烈·凱科寧, 彼得·林德伯格 申請人:萊爾德技術(shù)股份有限公司