專利名稱：：用于rf通信設備的具有阻抗匹配和減少的用戶交互的平面天線組件的制作方法
技術領域：
：本發明涉及射頻(RF)通信設備領域，更具體地，涉及包括在這種RF通信設備中的平面天線。
背景技術：
："通信設備"在這里表示適于與移動(或蜂窩)和/或WLAN和/或定位網絡建立單或多標準無線電通信的任何設備(移動或非移動)，以及特別地，表示移動電話(例如，GSM/GPRS、UMTS或WiMax移動電話)、個人數字助理(PDA)、膝上型電腦、基站(例如，節點B或BTS)、衛星定位設備(例如，GPS設備)、或者更一般地，表示RP通信模塊。由于RF通信設備或模塊的小型化，專用于天線組件的位置變得越來越有限。出于此因，提出了使用平面天線(組件)、例如PIFA(平面倒置F天線)類型的平面天線。這種平面天線組件通常包括i)在印刷電路板一面上限定的接地面和饋電電路，iO分別與饋電電路和接地面耦合的饋電片和短路片，以及iii)與該饋電片和短路片連接的輻射元件，其中在與接地面平行的平面內限定隙縫(slot)(包括開口端和封閉端)。這種平面天線組件的示例特別在專利文獻EP1502322中公開。這種天線組件的有利之處不僅是由于其有限的體積，而且還由于它可以在與開關電路連接時允許多頻工作(和多標準工作)。不幸地，在這種天線組件中，輸入阻抗隨著操作頻率而改變。因此，難以在寬頻率范圍或大量頻帶上將該天線組件匹配至RF通信設備或模塊通常使用的50歐姆的阻抗。此外，在諸如移動電話之類的設備中，隙縫位于與同用戶的手交互的區域內的前后蓋(限定了外殼)平行的平面內，這引起了無線電性能的失諧和惡化。
發明內容因此，本發明的目的是改善這種情況。為此，提供了一種用于RF通信模塊(或設備)的平面天線組件，包括-在印刷電路板的表面上限定的接地面和饋電電路，-分別與饋電電路和接地面耦合的饋電片和第一短路片，以及-與所述饋電片和第一短路片連接的輻射元件，其中限定了隙縫(包括開口端和封閉端)。這種平面天線之間的特征在于，它的福射元件包括-位于與接地面近似垂直的第一平面內的第一部件，其中限定了隙縫，所述饋電片和第一短路片平行并彼此靠近，并且在位于與隙縫開口端相距選定距離的選定位置處與第一部件連接，以限定選定輸入阻抗，以及-第二部件，近似垂直地延伸至第一部件，以位于面向接地面并與接地面近似平行的第二平面內。換言之，本發明提出了將隙縫放置在與前后蓋近似垂直的平面內，這里，由于用戶很少將手指放在RF通信設備的頂蓋部分而使得該隙縫不太可能受到用戶的交互作用。這個新的隙縫位置允許將饋電片與隙縫開口端相間隔，然后增加可降低輸入阻抗的輸入電流(尤其在高頻處)。根據本發明的平面天線組件可以包括單獨或組合考慮的附加特征，以及特別地-饋電片的選定位置可以位于與開口端和封閉端近似距離相等的位置；-該平面天線組件可以包括安裝在印刷電路板上的開關電路，該開關電路通過輔助片(auxiliarytab),在隙縫開口端的層面上與第一部件連接，并設置該開關電路處于允許在至少兩個不同的操作頻帶中分別進行無線電通信的至少兩個不同狀態的選定狀態中；>開關電路可以包括MEMS("微機電系統")裝置；>該開關電路可以包括第二短路片，該第二短路片與輔助片平行，并在隙縫開口端層面上與輻射元件第一部件和接地面連接；-該開關電路的饋電電路可以包括MEMS裝置；-該隙縫可以具有矩形形狀；-該平面天線組件可以限定平面倒置天線組件。本發明還提供了RF通信模塊，該RF通信模塊具有諸如以上所介紹的一種平面天線組件。這種RF通信模塊可以配備RF通信設備。本發明還提供了具有諸如以上所介紹的平面天線組件的RF通信設備。本發明的其它特征和優點將通過檢驗以下的詳細說明和附圖而變得顯而易見，其中-圖1以透視圖示意性地示出了根據本發明的平面天線組件實施例的示例；-圖2以平面圖詳細地示意性示出了用于圖1中所示的平面天線組件的饋電電路和開關電路；-圖3A是示出了圖1所示平面55天線組件在824MHz到960MHz頻率范圍上的AMPS和GSM模式的仿真回波損耗Sn(以dB為單位)的史密斯圓圖；以及圖3B是示出了圖1所示平面天線組件在AMPS和GSM模式中的仿真回波損耗Sn(以dB為單位)對頻率(以MHz為單位)的圖示；-圖4A是示出了圖1所示平面天線組件在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的DCS模式的仿真回波損耗Su(以dB為單位)的史密斯圓圖；以及圖4B是示出了圖1所示平面天線組件在DCS模式中的仿真回波損耗Sn(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示；-圖5A是示出了圖1所示平面天線組件在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的PCS模式的仿真回波損耗Sn(以dB為單位)的史密斯圓圖；以及圖5B是示出了圖1所示平面天線組件在PCS模式中的仿真回波損耗S(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示；-圖6A是示出了圖1所示平面天線組件在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的UMTS模式的仿真回波損耗S(以dB為單位)的史密斯圓圖；以及圖6B是示出了圖l所示平面天線組件在UMTS模式中的仿真回波損耗Sn(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示。附圖不僅用于使發明完整，而且在需要時可以對發明的定義作出貢獻o具體實施例方式最初參考圖1，以便對根據本發明的平面天線組件AA的實施例示例進行簡要描述。在以下的描述中，將會考慮使平面天線組件AA用于諸如移動電話之類的RF通信設備，例如多標準移動電話(AMPS/GSM和DCS和PCS和UMTS)。但是注意本發明并不限于這種類型的RF通信設備或模塊，這很重要。實際上，本發明可以應用于適于與移動(或蜂窩)和/或WLAN禾口/或定位網絡建立單或多標準無線電通信的任何RF通信設備(或模塊)(移動或非移動)。所以該RF通信設備還可以是個人數字助理(PDA)、基站(例如，節點B或BTS)、衛星定位設備(例如，GPS設備)。此外，本發明不限于上述多標準組合。本發明可以應用于任何多標準組合，特別地，GSM/GPRS和/或UMTS/TD-SCDMA禾口/或WiMax禾口/或WLAN(例如，802.11a/b/g/n)和/或廣播(例如，DVB-H和DAB)和/或定位(例如GPS)組合。如圖1所示，平面天線組件AA安裝于印刷電路板PCB上，更精確地，安裝在印刷電路板的表面之一上，該表面具有接地面GP和至少一個饋電電路FC(之后將參照圖2進行詳細描述)。平面天線組件AA包括與饋電電路FC耦合的饋電片(或管腳)FT、以及與接地面GP耦合的第一短路片ST1。在所示出的示例中，第一短路片ST1是切換短路片。所以它通過饋電電路FC與接地面GP耦合。饋電片FT和第一短路片ST1彼此平行并靠近，并且位于與接地面GP(或印刷電路板PCB)近似垂直的第一平面內。根據由圖1中的向量X、Y和Z定義的框架，第一平面與以詢量X和Y構建的平面平行，而接地面GP位于與以向量X和Z構建的平面平行的平面內。平面天線組件AA還包括輻射元件RE，該輻射元件包括彼此近似垂直的第一P1和第二P2部件。更精確地，第一部件P1位于第一平面內，而第二部件P2位于與第一平面近似平行、繼而以選定距離與接地面GP(或印刷電路板PCB)近似平行的第二平面內。例如并如圖1所示，第一Pl和第二P2部件均具有矩形形狀，但是并不是必須的。在輻射元件RE的第一部件P1內限定隙縫SO。例如并如圖l所示，該隙縫具有矩形形狀，但是并不是必須的。在所示出的示例中，隙縫SO通過輻射元件第一部件Pl的四個子部件進行限制。更精確地，隙縫SO的兩個最長邊通過第一SP1和第二SP2"線性"子部件(平行于向量X)進行限制，SP1與饋電片FT和第一短路片ST1連接，以及SP2通過輻射元件第二部件P2垂直延伸。隙縫SO的兩個最短邊通過垂直連接于第一SP1和第二SP2"線性"子部件其間的第三"矩形"子部件SP3、以及從第二"線性"子部件SP2向印刷電路板PCB垂直延伸的第四"線性"子部件SP4進行限制。第二"線性"子部件SP2長于第一"線性"子部件SP1，隙縫SO在第四"線性"子部件SP4層面上包括開口端OE。第三"矩形"子部件SP3連接于第一SP1和第二SP2"線性"子部件其間，隙縫SO包括與開口端OE相對的封閉端CE(在第三"矩形"子部件SP3的層面上)。第一部件Pl的第一到第四子部件的相應大小和形狀取決于操作頻帶。利用這種設置，隙縫SO位于第一平面(XY)內。所以，當將平面天線組件AA安裝在移動電話(或設備)的殼內時，其印刷電路板PCB和輻射元件第二部件P2夾在前后蓋之間并與它們近似平行，而隙縫SO(在輻射元件第一部件P1內限定)位于與頂蓋部分(通常與前后蓋近似垂直)近似平行的平面內。因此，由于用戶很少將他的手指放在移動電話(或RF通信設備)的頂蓋殼部分，所以隙縫SO不太可能受到用戶的交互作用。圖1中示出的平面天線組件AA是改進的PIFA(平面倒置F天線)。但是本發明還可以應用于其它類型的平面或"類單極"天線。與接地面GP(或印刷電路板PCB)垂直的位置上的隙縫位置允許饋電片FT與開口端OE相間隔。如本領域技術人員所知，在靠近隙縫SO的封閉端CE的地方輸入電流最大。因此饋電片TF距離隙縫開口端OE越遠，輸入電流越大并且輸入阻抗越低(尤其在更高操作頻率處)。所以，通過選擇饋電片FT與輻射元件第一部件Pl的第一子部件SP1相連接接的位置，可以限定平面天線組件AA的輸入阻抗。因而可以將平面天線組件AA與移動電話(或任何其他RF通信設備或模塊)通常使用的50歐姆的阻抗相匹配。這允許移動電話更加容易的多標準工作。例如，如圖1所示，饋電片FT可以在與隙縫SO的開口端OE和封閉端近似距離相等的層面(或位置)處與輻射元件第一部件P1的第一子部件SP1連接。在圖l所示的示例中，平面天線組件AA包括開關電路SC，以重新配置并允許多標準工作。該開關電路SC與第四子部件SP4的末端連接，其中第四子部件SP4通過輔助片(或管腳)AT與第二子部件SP2相對。如在圖2中更好地示出的，第一子部件SP1(與第三子部件SP3相對)的末端優選通過第二短路片(或管腳)ST2與(地平面GP的)地連接。圖2中示出了適于圖1所示的平面天線組件AA的饋電電路FC和開關電路SC的非限制性實施例示例。在本示例中，饋電電路FC包括與控制模塊Diel耦合的偏置電路，控制模塊Diel與饋電片FT和短路片ST1耦合。例如，偏置電路包括具有固定電容的兩個電容器CD1和CB1、以及電阻器R1。控制模塊Diel包括實質上由電容器構成的饋電模塊CDT、以及包括并聯安裝的兩個可變電容器CMla和CMlb的命令模塊CMl。例如，兩個可變電容器CMla和CMlb是兩個MEMS裝置，更精確地，兩個MEMS開關。每個MEMS開關是可以通過DC電壓VDC1在低和高電容狀態之間切換的電容器。例如，對于無DC偏置出現低電容(或"關狀態")，而對于明顯的DC偏置VDC1(約40伏)則出現高電容(或"開狀態")，該DC偏置VDC1通過饋電電路FC的偏置電路產生。例如，所施加的電壓VDCl使得頂電容器板在物理上移動而更靠近于底電容器板，這引起了電容的變化。在本例中，開關電路FC包括與輔助片AT和三個偏置電路耦合的控制模塊Die2。控制模塊Die2包括三個命令模塊CM2至CM4，每個命令模塊專用于一頻帶，以及每個模塊包括兩個可變電容器CMia和CMib(i-2至4)。在所示出的示例中，命令模塊CM4的設置不同于命令模塊CM1、CM2和CM3之一，因為所需電容范圍是不同的。例如，兩個可變電容器CMia和CMib是兩個MEMS裝置，以及更精確地，兩個MEMS開關。每個MEMS開關是可以通過DC電壓VDCi在低和高電容狀態之間切換的電容器。例如，對于無DC偏置出現低電容(或"關狀態")，而對于明顯的DC偏置VDCi(約40伏)則出現高電容(或"開狀態")，該DC偏置VDCi通過相應的偏置電路產生。例如，所施加的電壓VDCi使得頂電容器板在物理上移動而更靠近于底電容器板，這引起了電容的變化。例如，專用于命令模塊CMi的DC偏置VDCi生成的每個偏置電路包括具有固定電容的電容器CDi和電阻器Ri。三個命令模塊CM2至CM4與LC電路連接，該LC電路包括具有固定電容的電容器CB2和電感Ll。此外，在所示出的示例中，控制模塊Die2通過命令模塊CM2的端子與輔助片AT耦合。在所示出的示例中，通過在Cmin和Cmax之間改變MEMS電容值來執行天線模式幵關。MEMS電容值變化的示例在下表中示出(電容值單位是皮法(pf))。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在該表中，Cmin/Cmax是最小電容值(低態)和最大電容值(高態)之差(以pF為單位)。在圖3至6中示出了參照50歐姆的根據本發明的平面天線組件AA的仿真性能。圖3A和3B示出了當工作在824MHz到960MHz頻率范圍上的AMPS和GSM模式時的平面天線組件AA的仿真性能。更精確地，圖3A是示出了仿真回波損耗Sn(以dB為單位)的史密斯圓圖，而圖3B是仿真回波損耗Su(以dB為單位)對頻率(以MHz為單位)的圖示。圖4A和4B示出了當工作在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的DCS模式時的平面天線組件AA的仿真性能。更精確地，圖4A是示出了仿真回波損耗S'j(以dB為單位)的史密斯圓圖，而圖4B是仿真回波損耗Su(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示。圖4A中的箭頭dl和d2分別與圖4B中的箭頭dl和d2相對應。圖5A和5B示出了當工作在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的PCS模式時的平面天線組件AA的仿真性能。更精確地，圖5A是示出了仿真回波損耗Sn(以dB為單位)的史密斯圓圖，而圖5B是仿真回波損耗Sn(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示。圖5A中的箭頭bl和b2分別與圖5B中的箭頭bl鄰b2相對應。圖6A和6B示出了當工作在1.710GHz到2.170GHz頻率范圍上的UMTS模式時的平面天線組件AA的仿真性能。更精確地，圖6A是示出了仿真回波損耗Sn(以dB為單位)的史密斯圓圖，而圖6B是仿真回波損耗Su(以dB為單位)對頻率(以GHz為單位)的圖示。圖6A中的箭頭cl和c2分別與圖6B中的箭頭cl和c2相對應。仿真性能指示根據本發明的單個平面天線組件AA可以覆蓋五個蜂窩頻帶，這是類似的傳統雙帶或三帶天線組件的大小的近似一半。本發明不限于以上所描述的平面天線組件AA和RF通信設備或模塊的實施例，而僅是作為示例，但是本發明包括本領域技術人員可在所附權利要求范圍內想到的所有可選實施例。權利要求1、一種用于RF通信模塊的平面天線組件(AA)，包括i)在印刷電路板(PCB)的表面上限定的接地面(GP)和饋電電路(FC)，ii)分別與所述饋電電路(FC)和所述接地面(GP)耦合的饋電片(FT1)和第一短路片(ST1)，以及iii)與所述饋電片(FT)和第一短路片(ST1)連接的輻射元件(RE)，其中限定了隙縫(SO)，所述隙縫包括開口端(OE)和封閉端(CE)，其特征在于，所述輻射元件(RE)包括第一部件(P1)和第二部件(P2)，第一部件(P1)位于與所述接地面(GP)近似垂直的第一平面內，其中限定了所述隙縫(SO)，所述饋電片(FT)和第一短路片(ST1)平行并彼此靠近，并且在位于與所述隙縫開口端(OE)相距選定距離的選定位置處與第一部件(P1)連接，以便限定選定輸入阻抗，第二部件(P2)近似垂直地延伸至所述第一部件(P1)，以便位于面向所述接地面(GP)并與所述接地面(GP)近似平行的第二平面內。2、根據權利要求l所述的平面天線組件，其特征在于，所述選定位置位于與所述開口端(OE)和封閉端(CE)近似距離相等的位置。3、根據權利要求1或2所述的平面天線組件，其特征在于，所述平面天線組件包括安裝在所述印刷電路板(PCB)上的開關電路(SC)，所述開關電路(SC)通過輔助片(AT)在所述隙縫開口端(OE)的層面上與所述第一部件(PI)連接，并設置所述開關電路(SC)處于允許在至少兩個不同的操作頻帶中分別進行無線電通信的至少兩個不同狀態的選定狀態中。4、根據權利要求3所述的平面天線組件，其特征在于，所述開關電路(SC)包括MEMS裝置(CM2-CM4)。5、根據權利要求3或4所述的平面天線組件，其特征在于，所述平面天線組件包括第二短路片(ST2)，所述第二短路片(ST2)與所述輔助片(AT)平行，并在所述隙縫開口端(OE)層面上與所述第一部件(PI)和所述接地面(GP)連接。6、根據權利要求1至5任一項所述的平面天線組件，其特征在于，所述饋電電路(FC)包括MEMS裝置(CM1)。7、根據權利要求1至6任一項所述的平面天線組件，其特征在于，所述隙縫(SO)具有矩形形狀。8、根據權利要求1至7任一項所述的平面天線組件，其特征在于，所述平面天線組件限定平面倒置天線組件。9、一種射頻通信模塊，其特征在于，所述射頻通信模塊包括根據前述權利要求任一項所述的平面天線組件(AA)。10、一種射頻通信設備，其特征在于，所述射頻通信設備包括根據權利要求9所述的射頻通信模塊。11、一種射頻通信設備，其特征在于，所述射頻通信設備包括與根據權利要求1至8任一項所述的平面天線組件(AA)連接的射頻通信模塊。全文摘要一種用于RF通信模塊的平面天線組件(AA)，包括i)在印刷電路板(PCB)的表面上限定的接地面(GP)和饋電電路(FC)；ii)分別與所述饋電電路(FC)和所述接地面(GP)耦合的饋電片(FT1)和第一短路片(ST1)；以及iii)包括第一部件(P1)和第二部件(P2)的輻射元件(RE)，第一部件(P1)與所述饋電片(FT)和第一短路片(ST1)連接，位于與所述接地面(GP)近似垂直的第一平面內，并且其中限定了隙縫(SO)，所述隙縫包括開口端(OE)和封閉端(CE)，第二部件(P2)近似垂直地從所述第一部件(P1)延伸到位于面向所述接地面(GP)并與所述接地面(GP)近似平行的第二平面內。饋電片(FT)和第一短路片(ST1)彼此平行且靠近，并且在位于與所述隙縫開口端(OE)相距選定距離的選定位置處與第一部件(P1)連接，以限定選定輸入阻抗。文檔編號H01Q9/04GK101185198SQ200680018736公開日2008年5月21日申請日期2006年5月23日優先權日2005年5月31日發明者凱文·博伊爾申請人:Nxp股份有限公司