專利名稱：多波段天線的制作方法
多波段天線發明領域本發明通常涉及天線，更特別地，涉及多波段天線系統。 發明背景多波段天線使用在通信設備中，該通信設備操作于多個頻段以支 持多種通信協議的操作。目前這些設備中許多都具有與外部天線相對 的內部天線，其安裝在設備外殼內。內部天線的優點包括抗沖擊度增 強、生產成本降低、外形美觀的因素等等。某些內部天線通過充分平 坦的電路板上的鍍敷導體形成。設計內部天線所面臨的一個挑戰是與 無線通信設備內部其它部件及電路的干擾。另一個挑戰是在電路上有 足夠的空間來按照多個便攜式通信設備需要小的、便攜的尺寸來放置 天線。因此，在維持在多個頻段內以可接受的效率操作的能力時，為這 些設備設計內部天線所需的特征包括緊密的尺寸、與設備內其它部件 及電路的最小的干擾。在多波段天線操作中，為了適合于被設計為在給定頻段內操作的 多個通信系統或協議，天線可用于在多于一個頻段內操作。所需的是， 能夠制造可根據多于一個通信協議操作的無線通信設備。這可能使在 不同頻段內發射及接收信號成為必要的。因此，所需的是，能夠在操作于多個頻段內時最小化內部干擾的、 緊湊尺寸的內部天線。附圖的簡要說明通過在附圖中例示而非限制性地來例示本發明，其中相同的參考 指示相同的元件，并且其中
圖1例示了根據本發明的多波段天線系統的實施例；圖2是多波段天線系統的示例性實施例，其例示了在操作于低頻段時多波段天線系統內的傳導元件；圖3是多波段天線系統的示例性實施例，其例示了在操作于高頻段時多波段天線系統內的傳導元件；圖4是表示多波段天線系統的天線效率的表的組； 圖5是用于多波段天線系統的示例性回波損耗繪圖。本領域技術人員會認識到，圖中的元件是為了簡化和清楚而例示 的，沒有必要按比例繪制。例如，圖中某些元件的尺寸相對于其它元 件是被夸大的，從而有助于提高對本發明實施例的理解。本發明的詳細說明在詳細描述根據本發明的特定多波段天線系統及無線通信設備之 前，應當注意到，本發明主要存在于有關多波段天線系統及無線通信 設備的裝置部件的組合中。因而，在附圖中通過傳統的符號合適地面 示了裝置部件，僅表示那些理解本發明有關的特定細節，從而不會使 那些從本說明獲益的本領域普通技術人員容易理解的細節模糊了本公 開。在本文件中，相關的術語例如"第一"和"第二"等可單獨使用 來區分一個實體或動作與另一個實體或動作，而不必在這些實體或動 作間需要或暗示任何實際的這種關系或次序。術語"包括"、"包括 的"或任何其變化期望覆蓋非排他性的包括，這樣包括一系列元素的 過程、方法、物品或裝置就不僅包括這些元素，還可包括其它沒有明 確列舉的或這些過程、方法、物品或裝置固有的其它元素。在沒有更 多約束的情況下，前面有"包括……"的元素不排除在包括該元素的 過程、方法、物品或裝置中存在額外的同樣的元素。在此使用的術語"另一個"被定義為至少第二個或更多。在此使 用的術語"包括"和/或"具有"被定義為包含。在此參考電子技術使 用的術語"耦合"并定義為連接，盡管不必是直接的，也不必是機械 地。圖1例示了多波段天線系統100的一個示例性實施例。該多波段 天線系統100用于在多個無線通信設備、網絡或其組合內發送和接收 信號。該多波段天線系統100可實現為具有在多個頻段內操作的寬帶特征的內部天線。寬帶操作在提供足夠的帶寬以使多個通信協議適應于一個天線系統100是有用的，該天線系統100例如全球移動通信系 統(GSM)，該GSM通信系統是處于標稱的800 MHz及標稱的900 MHz 頻段一直到2400 MHz，從而包括例如802.11及藍牙通信。在一個例示的實施例中，多波段天線系統100被調諧為在兩個通 常的射頻范圍內操作，這兩個通常的射頻范圍通常稱作低波段及高波 段。在該示例性實施例中低波段低于1000 MHz，而高波段高于1000 MHz。在低波段和高波段內，多波段天線系統100可在多個頻率子波 段上操作。在該示例性實施例中，多波段天線系統100可被調諧，這 樣天線按照在低波段和高波段內的7個頻段上操作的7波段天線而執 行。作為例子，在該實施例中使用的7個頻段包括低波段內的AMPS (800 MHz) 、 GSM (900 MHz)，以及高波段內的GPS (1500 MHz)、 DCS ( 1800 MHz) 、 PCS (1900 MHz) 、 3G (2100 MHz)和藍牙(2400 MHz)。本領域普通技術人員應理解，波段通常指的是對頻率值、或 中點頻率進行舍入(rounded off)，而不是組成操作頻段的特定頻率。 例如，通常用于蜂窩無線電話操作的800 MHz波段指的是具有從S24 MHz到894MHz范圍的操作頻率的800 MHz波段。還應當理解，多波段天線系統100還可被調諧為在其它頻段內操 作。該多波段天線系統100還可被調諧為，在比該示例性實施例中使用的7波段更低的頻段內操作。本領域普通技術人員可理解天線元件 及頻段的操作和調諧。圖1例示的多波段天線系統100包括地101或地面、或地平面 及其任何組合；在該示例性實施例中從地面隔開的第一導體102;耦合到第一導體102的第二導體104;饋送導體106;及接地導體108。在該示例性實施例中，通過電路板的一層提供地，該電路板在該實施例 中是多層電路板。該多層電路板還可支撐并互連無線通信設備中的多種電子部件。這些部件的例子包括麥克風、相機、射頻(RF)連接器、 揚聲器及振動機構。在例如一個實施例中，地面101包括多層電路板的若干相互連接的層。該多波段天線系統100可作為內部天線系統被并入在無線通信設 備中。在一個實施例中，多波段天線系統100可被嵌入/并入在移動手 機、啟用無線LAN的設備、衛星/GPS設備、個人數字助理(PDA)、 諸如具有無線連接的MP3播放器的音樂設備、計算機等中。第一導體102和第二導體104用于通過將無線波轉換成電信號來 發射和接收電磁能量，反之亦然。第一導體102具有第一物理長度。 在一個例示的實施例中，第一導體102是環導體(loop conductor)。 該第一導體102在低波段和在高波段的第一頻率子波段內諧振。該第 一物理長度是，(如果不是基本上等于的話)則至少部分等于與低波 段關聯的頻率(即子頻段)的半波長。該第一物理長度是，(如果不 是基本上等于的話)則至少部分等于與同第一頻率子波段關聯的頻率 (即子頻段)相對應的全波長。在該示例性實施例中，低波段包括800 MHz波段和900 MHz波段。 在該實施例中，例如，天線可在具有824MHz到894 MHz的頻率范圍 的800 MHz蜂窩波段、以及具有從880 MHz到960 MHz的頻率范圍的 900 MHz波段內操作。該第一頻率子波段是高波段的一部分。在該示例性實施例中，高頻段包括1500 MHz、 1800 MHz、 1900 MHz、 2100 MHz及2400 MHz 的頻段。第一導體102可有效地從1900 MHz帶寬到2400 MHz帶寬諧 振。在圖1所示的該示例性實施例中，第二導體104是具有偶極天線 結構的導體。在所例示的實施例中，偶極天線結構是具有第一和第二 彎曲的折疊偶極天線104。該第一和第二彎曲允許第二導體在遇到其它 物理約束(例如第一導體102環天線結構的尺寸)時，能維持第二物 理長度。第二導體104在高波段的一部分內諧振。在該示例性實施例 中，第二導體104在高波段的第二頻率子波段上諧振，該高波段基本 上沒有被第一導體102的操作頻率范圍覆蓋。第二導體104具有第二 物理長度。該第二物理長度等于高波段中至少一部分頻率的兩個四分 之一波長(即覆蓋第二子波段)。第一個四分之一波長部分在一個方 向上從信號源或饋送點延伸，而第二個四分之一波長在相反的方向上 從信號源延伸。在該示例性實施例中，第二導體104在第二頻率子波 段中諧振，該第二頻率子波段具有基本上1500 MHz到1900 MHz帶寬 的帶寬。如上所述，第一導體102基本上在1900 MHz及2400 MHz間、 第一頻率子波段諧振，這樣整個高波段由兩個天線所覆蓋。第一導體 102和第二導體104還耦合到相同饋送點。在一個實施例中，第一導體 102和第二導體104除耦合到相同饋送點外，還被電容性地耦合。在圖l所示的例示性實施例中，第一導體102和第二導體104被 承載在電介質支撐件110上。該電介質支撐件110可以是由電介質支 撐件中的空隙形成的中空支撐件，從而當地平面是印刷電路板的一層 時，使第一導體102和第二導體104同地面或電路板表面及地平面隔 開。可制造電介質支撐件110的材料的例子包括具有低介電常數的材 料、具有低損耗角正切(loss tangent)等的材料。這些材料可包括但不 限于聚酰亞胺及聚碳酸酯等。該第一和第二導體還可以是承載在例如電介質支撐件的平坦表面上的導線或傳導材料的形式。該傳導材料可被印刷、沉積、噴射、蝕刻、用膠帶附著(taped)等在電路板上。偶 極可以是金屬棒，并且環天線部分可以是柔性導線環。所述材料可以 采用本領域普通技術人員了解的各種形式。在一個例示性的實施例中，電介質支撐件iio利用至少兩個塑料 材料選擇地進行模塑。第一個塑料材料能夠用金屬傳導材料進行鍍敷， 而第二個塑料材料則不接收金屬鍍敷材料。這允許金屬被選擇性地鍍 敷在僅形成在那些具有第一塑料的區域上的電介質支撐件上。導體的 形狀因而由傳導塑料的形狀規定。在一個例示性的實施例中，在保持多波段天線系統100性能的非 顯著下降的同時，在電介質支撐件110內形成的空隙可被成型為容納 其它的部件，例如揚聲器。因而，以有效使用可用空間的方式來容納 多波段天線系統100。小的無線通信設備是需要的，因此，空間的有效 使用是有益的。第一導體102和第二導體104被耦合到單一饋送點或饋送導體 106。在該實施例中，饋送導體106是天線長度的一部分。當饋送導體 存在時，饋送導體106將第一導體102和第二導體104連接到單一饋 送點。該單一饋送點被耦合到單一源，并且該單一饋送點向第一導體 102和第二導體104兩者提供信號。該單一饋送點產生無線電波所需頻 率的均勻行波。第一導體102和第二導體104還耦合到接地導體108。在該實施例 中，接地導體108將第一導體102和第二導體104連接到地面101。如 圖1所示，在電介質支撐件110的一部分上承載該饋送導體106及接 地導體108。該饋送導體106及接地導體108可被鍍在電介質支撐件上， 或者以粘附方式限定在電介質支撐件110上。饋送導體106和接地導 體108在第一導體102和第二導體104間形成電連接。電介質表面可釆用各種形狀。在一個實施例中，如圖1一3所示，該電介質表面是六面的矩形形狀。在該實施例中，第一導體102和第 二導體104位于(即承載于)電介質表面110的一個或多個部分上。 在圖1所例示的示例性實施例中，第一導體102和第二導體104在電 介質支撐件110的四個表面上延伸。在另一示例性實施例中，第一導 體102位于電介質支撐件110的邊緣上。該電介質支撐件110的形狀 可與設備外殼一致。該形狀可與外殼內的部件一致，例如PCB、揚聲 器、麥克風、芯片部件、IC等。該形狀可以是外殼及內部約束兩者的 函數。圖2例示了多波段天線系統100，其表示在低頻段中操作的多波段 天線系統100中的導體元件102、 104。圖2還表示了第一導體102和 第二導體104的線疊置(line overlay)圖。第一線疊置202表示第一導 體102的基本形狀，而第二線疊置210表示第二導體104的基本形狀。 點208表示低頻段內第一導體102中的開路(高阻抗)點。點204和 206表示在低波段處諧振的第一導體102中的短路(低阻抗)點。短路點204和206間的部分、以及第一導體102的開路點202，形 成了低頻段內多波段天線系統100中的天線元件。這實現了創建兩個 天線元件，每一個在低頻段內具有四分之一波長的長度。在低頻段內， 每個天線元件或者獨立諧振，或者增加多波段天線系統100的總操作 帶寬。例示的低頻段包括上述的800 MHz波段和900MHz波段。圖3例示了多波段天線系統100，其表示了導體元件102、 104和 對應的線疊置208、 210，但是天線在高頻段內操作。點302、 304及 306表示第一導體102和第二導體104內的短路(即低阻抗)點。點 308、 310、 312及314表示第一導體102和第二導體104內的開路(高 阻抗)點。第一導體102和第二導體104的短路點302、 304和306與開路點 308、 310、 312、和314間的部分，形成了高頻段內多波段天線系統100 內的天線元件。這允許創建高頻段內的6個四分之一波長的天線元件。例如，在6 個天線元件中， 一個天線元件由短路點302和開路點308之間的部分 形成。每一個天線元件或者獨立諧振，或者增加高頻段內的總操作帶寬°圖4是表示對于不同頻率多波段天線系統100的天線效率的表 400。天線效率用于表達總輻射功率除以多波段天線系統100接收到的 凈功率的比率。表400表示在多波段天線系統100所操作的多個例示 性頻段處的天線效率。例如，該表表示了894 MHz處的天線效率是63.32 %，以及1575 MHz處的天線效率是66.07%。應當理解，該測量可以 變化，并且這些都是用于表示高波段和低波段內多個子波段上的天線 系統效率的示例性測量。結合圖4,圖5是表示用于多波段天線系統100的7個RF操作波 段的示例性回波損耗圖。回波損耗圖500例示了多波段天線操作在哪 個波段，以及哪個導體(即第一導體102或第二導體104)在相應RF 波段內操作。在該實施例中，第一RF操作波段502和第二RF操作波 段504在低波段內。在該實施例中還表示了在高波段內的第三操作波 段506、第四操作波段508、第五操作波段510、第六操作波段512、 以及第七操作波段514。第一導體102在圓501表示的高波段的第一子波段內諧振，其包 括1900 MHz操作波段510的一部分、2100 MHz操作波段512以及2400 MHz操作波段514。第二導體104在圓503表示的高波段的第二子波 段內諧振，其包括1500 MHz操作波段506、 1800 MHz操作波段508 以及1900 MHz操作波段510的一部分。第一導體還在圓505表示的低波段內諧振，其包括800 MHz操作波段502和900 MHz操作波段504。 該操作波段還可稱為第一和第二子波段的子波段。本發明各個實施例中描述的多波段天線系統是可嵌入在無線通信 設備內的緊湊的內部天線系統。在表示的實施例中，可在具有不超過 100 mm長度的地平面上建立該天線系統。該多波段天線系統展示了允 許在7個頻段上操作的寬帶能力，例如AMPS、 GSM、 GPS、 DCS、 PCS、 3G及藍牙。在前述規范中，已經參考特定的實施例描述了本發明及其益處和 優點。然而，本領域普通技術人員理解，可進行不超出以下權利要求 所述的本發明范圍的各種修改及改變。因而，該說明書和附圖應例示 性而非限制性的理解，并且所有這些修改都期望包括在本發明的范圍 之內。益處、優點、問題的解決方案，以及可引發任何益處、優點或 解決方案發生或更加顯著的的任何元素不構成任何或所有權利要求的 關鍵的、必需的或本質的特征及元素。本發明通過所附的權利要求單 獨定義，其包括在本申請及提出的這些權利要求的等價物未決期間所 進行的改進。
權利要求
1.一種多波段天線系統，包括地；耦合到所述地的第一導體，所述第一導體具有第一物理長度，該第一物理長度在操作中等于第一RF波段內的半波長及在操作中等于第二RF波段內的全波長；耦合到所述第一導體并耦合到所述地的第二導體，該第二導體具有第二物理長度，該第二物理長度在操作中等于第三RF波段內的半波長；及耦合到所述第一導體及所述第二導體的公共饋送導體。
2. 如權利要求1的多波段天線系統，其中所述第一導體是環導體。
3. 如權利要求2的多波段天線系統，其中所述第二導體是偶極導體。
4. 如權利要求3的多波段天線系統，其中所述環導體包圍所述偶 極導體。
5. 如權利要求1的多波段天線系統，其中所述第二導體是偶極導體。
6. 如權利要求1的多波段天線系統，其中所述第一導體和所述第 二導體是容性地耦合的。
7. 如權利要求1的多波段天線系統，電介質支撐件承載所述第一 導體、所述第二導體及所述公共饋送導體。
8. 如權利要求7的多波段天線系統，其中所述第一導體和所述第二導體承載在所述電介質支撐件的四個表面上。
9. 如權利要求1的多波段天線系統，其中所述第一波段是低波段,并且其中所述第二 RF波段和第三RF波段在高波段內。
10. 如權利要求9的多波段天線系統，其中所述低波段基本上在 800 MHz和900 MHz之間并包括800 MHz和900 MHz。
11. 如權利要求IO的多波段天線系統，其中所述高波段基本上在 1500 MHz和2500 MHz之間并包括1500 MHz和2500 MHz。
12. 如權利要求9的多波段天線系統，其中所述第一RF波段在824 MHz和960 MHz之間并包括824 MHz和960 MHz。
13. 如權利要求9的多波段天線系統，其中所述第二RF波段基本 上在1500 MHz和1900 MHz之間并包括1500 MHz和1900 MHz。
14. 如權利要求9的多波段天線系統，其中所述第三RF波段基本 上在1900 MHz和2500 MHz之間并包括1900 MHz和2500 MHz。
15. 如權利要求7的多波段天線系統，其中所述電介質支撐件具 有空腔。
16. —種多波段天線系統，包括 地面；第一導體，該第一導體同所述地面隔開且具有第一頻段處的第一 波長和第二頻段處的第二波長；第二導體，該第二導體耦合到所述第一導體且具有所述第二頻段 處的第三波長；耦合到所述第一導體和第二導體的饋送導體；及耦合到所述第一導體和第二導體的接地導體。
17. 如權利要求16的多波段天線系統，其中所述多波段天線系統 是7波段天線。
18. 如權利要求16的多波段天線系統，其中所述多波段天線系統 包括電介質支撐件，該電介質支撐件在所述地面上支撐第一導體、所 述第二導體、所述公共饋送導體和所述公共接地導體。
19. 如權利要求18的多波段天線系統，其中所述第一導體位于所 述電介質支撐件的邊緣上。
20. —種無線通信設備，包括 多波段天線系統，包括 地面；第一導體，該第一導體同所述地面隔開且具有第一頻段處的第一 波長和第二頻段處的2倍的所述第一波長；第二導體，該第二導體耦合到所述第一導體且具有所述第二頻段 處的第三波長；及耦合到所述第一導體和第二導體的饋送導體；及耦合到所述第一導體和第二導體的接地導體。
全文摘要
公開了一種多波段天線系統(100)和無線通信設備。該多波段天線系統提供多個頻段上的覆蓋。該多波段天線系統包括地面、第一導體(102)、第二導體(104)、耦合到所述第一導體和第二導體的公共饋送導體(106)、以及耦合到所述第一導體和第二導體的接地導體(108)。該第一導體具有第一物理長度，該第一物理長度在操作中等于第一RF波段內的半波長及操作中等于第二RF波段內的全波長。該第二導體具有操作中等于第三RF波段內的半波長的第二物理長度。
文檔編號H01Q1/38GK101273490SQ200680035082
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月14日 優先權日2005年9月26日
發明者唐納德·L·小坎特雷爾, 羅伯特·肯農 申請人:摩托羅拉公司