專利名稱：一種天線布置的制作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及一種天線布置。具體地，本發明的實施方 式涉及用于無線收發機設備的天線布置。
背景技術：
近年來，希望諸如蜂窩電話的無線收發機設備能夠在電磁頻譜的 無線部分的多個頻帶上進行通信。出現這種情況是因為不同的國家傾
向于將不同的頻帶用于^^窩網絡。例如，美國WCDMA位于850MHz，
而歐洲WCDMA位于2100MHz。即使是在一個國家里，不同的服務
也可能在不同的無線頻帶處^是供，例如，PCS位于1900MHz,而PCN
位于1800MHz。因此，蜂窩電話需要能夠允許其在電磁頻譜的無線部
分的多個頻帶上進行通信的多頻帶天線布置。
多頻帶天線布置正在逐步使用多于一個的天線元件來發射和接
收電磁波。目前，這種天線布置中的每個"活躍的"天線元件需要其
自己的調諧電路，從而使得該天線元件可以在期望的可操作頻帶集中
進行操作。然而，每個調諧電路都需要無線收發機設備內的空間，并 且具有與其關聯的財務成本。因此，多頻帶天線布置正在日益變大并
變得昂貴。
因此，期望提供一種可替換的天線布置。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種天線布置，包括第一天線元 件；第二天線元件；耦合元件，用于電磁地耦合至第一天線元件和第 二天線元件；以及切換機構，其連接至耦合元件，用于在第一電配置 和第二電配置之間進行切換，其中，當切換機構處于第一電配置中時，
耦合元件具有第一阻抗，并且當切換機構處于第二電配置中時，耦合 元件具有第二阻抗。
當切換機構處于第一電配置中時，第一天線元件可以在第一可操 作頻帶中進行操作，并且第二天線元件可以在第二可操作頻帶中進行 操作。
當切換機構處于第二電配置中時，第 一 天線元件可以在第三可操 作頻帶中進行操作，并且第二天線元件可以在第四可操作頻帶中進行 操作。
切換機構可以包括第一阻抗匹配電路、第二阻抗匹配電路以及 開關。開關可以用于將耦合元件連接至第一阻抗匹配電路或者第二阻 4元匹配電3各。
當開關將第 一 阻抗匹配電路連接至耦合元件時，切換機構可以處 于第一電配置中。
當開關將第二阻抗匹配電路連接至耦合元件時，切換機構可以處 于第二電配置中。
耦合元件可以包括第一部分和第二部分。第一部分可布置為與第 一天線元件電石茲地耦合。第二部分可布置為與第二天線元件電i茲地耦 合。
該天線布置可以包括多個天線元件。耦合元件可布置為電磁地耦 合至多個天線的每一個。
當切換機構處于第一電配置中時，多個天線元件可以在第一可操 作頻帶集中進行操作。
當切換機構處于第二電配置中時，多個天線元件可以在第二可操 作頻帶集中進行操作。
每個天線元件可以經由饋電點連接至饋電。每個天線元件可以經 由接地點連4妾至地平面。
根據本發明的另一實施方式，提供一種用于對至少兩個天線的可 操作頻帶進行調諧的調諧布置，該布置包括耦合元件，用于電磁地 耦合至第一天線元件和第二天線元件；以及切換機構，其連接至耦合
元件，用于在第一電配置和第二電配置之間進行切換，其中，當切換 機構處于第一電配置中時，耦合元件具有第一阻抗，并且當切換機構 處于第二電配置中時，耦合元件具有第二阻抗。
根據本發明的另一實施方式，提供一種包括上文描述的天線布置 的模塊。
根據本發明的又一實施方式，提供一種包括上文描述的調諧布置 的模塊。
根據本發明的另一實施方式，提供一種包括上文描述的天線布置 的便攜式電子設備。
根據本發明的又一 實施方式，提供一種包括上文描述的調諧布置 的便攜式電子設備。
為了更好地理解本發明，現在將僅僅以示例的方式對附圖進行參 考，其中
圖1示出了包括天線布置的無線收發機設備的示意性示圖2示出了根據本發明第一實施方式的天線布置的示意性示圖3示出了根據本發明第二實施方式的天線布置的框圖化俯視
圖4示出了圖3中所示的天線布置的框圖化透視圖5示出了根據本發明一種實施方式的切換機構的示意性示圖6A示出了圖3和圖4中所示的第一天線元件28的第一和第三
可操作頻帶的圖示；
圖6B示出了圖3和圖4中所示的第二天線元件30的第二和第四
可操作頻帶的圖示；
圖7示出了根據本發明另一實施方式的切換機構的示意性示以及
圖8示出了根據本發明又一實施方式的切換機構的示意性示圖。
具體實施例方式
附圖示出了天線布置12,包括第一天線元件28;第二天線元 件30;耦合元件20、 32,用于電》茲地耦合至第一天線元件28和第二 天線元件30;以及切換機構22,其連接至耦合元件20、 32，用于在 第一電配置和第二電配置之間進行切換，其中，當切換機構22處于 第一電配置中時，耦合元件20、 32具有第一阻抗，并且當切換機構 22處于第二電配置中時，耦合元件20、 32具有第二阻抗。
更具體地，圖1示出了無線收發機設備10的示意性示圖，其中 無線收發機設備IO諸如是移動蜂窩電話、膝上型計算機、用于此類 設備的其他無線通信設備或模塊。無線收發機設備10包括天線布置 12，連接至天線布置12的無線收發機電路14，以及連接至無線收發 機電路14的功能電路16。在無線收發機設備IO是移動蜂窩電話的實 施方式中，功能電路16包括處理器、存儲器和諸如麥克風、揚聲器 和顯示器的輸出/輸出設備。通常，提供無線收發機電路14和功能電 路16的電子部件通過印刷電路板(PWB) 17互連。PWB 17可以用 作天線布置12的地平面。
圖2示出了根據本發明第一實施方式的天線布置12的高度示意 性示圖。天線布置12包括多個天線元件18、耦合元件20以及切換機 構22。耦合元件20經由電連接器24與切換機構22電連接，并且布 置為與多個天線元件18中的兩個或更多天線元件電磁地耦合。
多個天線元件18中的每個天線元件都經由饋電點(未在此圖中 示出)連接至饋電(未在此圖中示出)，并且可以經由接地點(未在 此圖中示出)連接至地平面17 (參見圖1)。多個天線元件18中的 每個天線元件都位于地平面之上的預定高度處，并且多個天線元件18 可以是平面式倒F型天線(PIFA)、環形天線、螺旋天線、單極天線 和平面式倒L型天線(PILA)的任意組合。多個天線元件18與無線 收發機電路14電連接，并布置為向其他無線收發機設備發射電萬茲波 和/或從其他無線收發機設備接收電磁波。
如上所述，耦合元件20布置為與多個天線元件18中的兩個或更
多天線元件電磁地耦合。耦合元件20可以是單個元件，或者其可以 包括全部與切換機構22連接的多個元件。耦合元件20包括任意導電 材料，并且在一個實施方式中可以包括銅。耦合元件20的位置和尺 寸取決于多個天線元件18的定位以及其間所期望的電磁耦合。
切換^L構22至少可以在兩個電配置中#:作，并且在此實施方式 中，對電配置的選擇由功能電路16的處理器通過信號26進行控制。 在切換機構22的每個電配置中，切換機構22和耦合元件20之間的 接口基本上是反射式的，也即，接口處的反射系數的模基本上等于1。 然而，對于每個電配置，接口處的反射系數的相位可以從+1變化到-1 ， 其中+1代表開路(基本上無窮大的阻抗)，并且-1代表短路(近似 于0的阻抗)。
在一個實施方式中，當切換機構處于第一電配置中時，接口處的 反射系數的相位基本上等于+1 (耦合元件20有效地連接至具有基本 上無窮大阻抗的開路)。因此，天線元件18和耦合元件20之間的電 磁耦合較弱或者不存在，并且天線元件的可操作頻帶相對而言未受影
響，也即，當切換機構22處于第一電配置中時，天線元件18可以在 第一可操作頻帶集中操作。
當切換機構22處于第二電配置中時，接口處的反射系數的相位 基本上等于-1 (耦合元件20有效地連接至阻抗基本上為0的短路)。 因此，天線元件18和耦合元件20之間的電磁耦合最大化，并且天線 元件18的可操作頻帶在頻率中向下平移，也即，當切換機構22處于 第二電配置中時，天線元件18在第二可操作頻帶集中操作(第二可 操作頻帶集不同于第一可操作頻帶集)。
第 一和第二可操作頻帶集可以包括以下可操作頻帶中的任何頻 帶US-GSM 850 ( 824-894 MHz), WCDMA 850， EGSM 900 ( 880-960 MHz) ， PCN/DCS1800 ( 1710-1880 MHz) , GSM 1800, PCS1900
(1850-1990 MHz) ， US匿WCDMAl900 ( 1850-1990 ) , GSM 1900, WCDMA21000頻帶(Tx: 1920-1980, Rx: 2110-2170 )以及WLAN\ 藍牙(2400 MHz)。
耦合元件20和切換機構22可以集體稱為調諧布置27,并且它們 提供的有益效果在于支持多個天線元件18中的每個天線元件在兩個 或更多不同的可操作頻帶中進行操作。由于使用單個切換機構22來 調諧多個天線元件20,所以可以節省無線收發機設備10中的空間， 這可以導致無線收發機設備10的尺寸減小。而且，單個切換機構22 可以減少無線收發機設備10中的部件數目，并由此降低成本并提高 無線收發機設備10的可靠性。
圖3到圖5示出了根據本發明的天線布置的較為詳細的實施方 式。圖3示出了根據本發明第二實施方式的天線布置12的框圖化俯 視圖。天線布置12包括第一天線元件28、第二天線元件30以及耦合 元件32。
第一天線元件28是PIFA，其經由接地點34連接至地平面17, 并經由饋電點36連接至饋電(未示出)。第二天線元件30是PIFA, 其經由接地點38連接至地平面17,并經由饋電點40連接至饋電(未 示出)。耦合元件32經由連接器42連接至切換機構(未示出)。
為了輔助對第一天線元件28的結構的描述，可以將其視為被劃 分成第一部分44、第二部分46、第三部分48和第四部分50。應當意 識到，并非在物理上將第一天線元件28劃分成這些部分，而是提供 這些部分僅僅是為了輔助對第一天線元件28的描述。
第一部分44從接地點34和饋電點36向上延伸并且具有矩形形 狀，由此其長度大于其寬度。第二部分46從第一部分44的右手側的 頂部垂直地延伸并且具有矩形形狀，由此其寬度大于其長度。第三部 分48從第二部分46底部的右手側垂直地延伸并且具有矩形形狀，由 此其長度大于其寬度。第四部分50從第三部分48的右手側的底部垂 直地延伸并且具有矩形形狀，由此其寬度大于其長度。
第二天線元件30具有矩形形狀，并且接地點38和饋電點40位 于天線30的底部左手側拐角處。第二天線元件30與第一天線元件28 的第四部分50相鄰并位于該部分之上。第二天線元件30的右手側基 本上與第一天線元件28的第四部分50的右手側基本上成一條直線。
耦合元件32包括從連接器42水平延伸的第一部分52和從連接 器42垂直延伸的第二部分54。耦合元件32的第一部分52位于第一 天線元件28的第四部分50附近并與其相鄰，并且耦合元件32的第 二部分54位于第二天線元件30的右手側的附近并與其相鄰。耦合元 件32的第一部分52與第一天線元件28電容性耦合，并且耦合元件 32的第二部分54與第二天線元件30電容性耦合。
為了輔助天線布置12的可視化，圖4示出了圖3中所示的天線 布置12的透視圖。在圖4所示特征與圖3所示特征相同或類似的情 況下，使用相同的參考標記。
圖5示出了根據本發明一個實施方式的切換機構22的示意性圖 示。切換機構22包括接口 56，其連接至ESD濾波器58, ESD濾波 器58繼而連接至開關60。開關60可以與第一阻抗匹配電路62或者 第二阻抗匹配電路64電連接。切換機構22經由接口 56處的電連接 器42連接至圖3和圖4所示的耦合元件32。
ESD濾波器58是公知的電子部件，因此這里將對其進行詳細描 述。簡言之，ESD濾波器58用于降低來自耦合元件20的靜電放電噪 聲，并用于對開關60所產生的諧波進行濾波。
在此實施方式中，開關60是單刀雙擲(SPDT)開關，但是在其 他實施方式中，根據阻抗匹配電路的數目，開關60可以是多路開關。 SPDT開關和多路開關是本領域公知的，因此這里將不對其進行詳細 描述。SPDT開關60可以在第一電配置(在圖5中示出)和第二電配 置之間進行切換，其中，在第一電配置中，第一阻抗匹配電路62與 耦合元件32連接，并且在第二電配置中，第二阻抗匹配電路64與耦 合元件32連接。
相對于耦合元件32而言第一阻抗匹配電路62具有較大的阻抗。 因此，當開關60處于第一電配置中時，接口 56處的反射系數基本上 等于+1。耦合元件32有效地與開路連接，并且基本上不與第一天線 元件28或第二天線元件30電容性耦合。在此配置中，第一天線元件 28在第一可操作頻帶66 (GSM900,參見圖6A)中操作，并且第二
天線元件30在第二可操作頻帶68 (WCDMA 2100，參見圖6B )中操作。
第二阻抗匹配電路64具有相對于耦合元件32而言較小的阻抗。 因此，當開關60處于第二電配置中時，接口 56處的反射系數基本上 等于-1。耦合元件32有效地與短路連接，并且基本上與第一天線元 件28和第二天線元件30電容性耦合。具體地，耦合元件32的第一 部分52與第一天線元件28電容性耦合，并且耦合元件32的第二部 分54與第二天線元件30電容性耦合。電容性耦合使得第一天線元件 28和第二天線元件30的可操作頻帶的頻率向下平移。因此，第一天 線元件28在第三可操作頻帶70( GSM 850/WCDMA 850，參見圖6A ) 中操作，并且第二天線元件30在第四可操作頻帶72(GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900,參見圖6B)中操作。
在此實施方式中，第一阻抗匹配電路62和第二阻抗匹配電路64 每個都包含傳輸線(未示出)。傳輸線是金屬材料(例如，銅)帶， 其阻抗取決于傳輸線材料、傳輸線長度和傳輸線寬度。通過改變傳輸 線的這些屬性，可以獲得用于第一阻抗匹配電路62和用于第二阻抗 匹配電路64的期望阻抗。
圖7示出了根據本發明另一實施方式的切換機構22的示意性示 圖。圖7所示的切換機構與圖5所示的切換機構類似，并且在它們具 有類似特征的情況下使用了相同的參考標記。在此實施方式中，ESD 過濾器58連接至第一阻抗匹配電路74，第一阻抗匹配電路74繼而連 接至單刀單擲(SPST)開關76。 SPST開關76可與第二阻抗匹配電 路78連接。
SPST開關76可以在第一電配置(圖7中示出)和第二電配置之 間進行切換，其中在第一電配置中，開關76打開，并且耦合元件32 與第一阻抗匹配電路連接，并且在第二電配置中，開關76閉合，并 且耦合元件32與第一阻抗匹配電路74和第二阻抗匹配電路78連接 (并由此與地面79連"J矣)。
當開關76處于第一電配置中時，相對于耦合元件32而言第一阻
抗匹配電路74具有較大的阻抗(因為第一阻抗匹配電路74沒有與地 面連接)。因此，當開關76處于第一電配置中時，接口56處的反射 系數基本上等于+1。耦合元件32有效地與開路連接，并且基本上不 與第一天線元件28或者第二天線元件30電容性耦合。在此配置中， 第一天線元件28在第一可操作頻帶66 (GSM900，參見圖6A)中操 作，并且第二天線元件30在第二可操作頻帶68 ( WCDMA,參見圖 6B)中才喿作。
當開關76處于第二電配置中時，第一阻抗匹配電路74和第二阻 抗匹配電路78相對于耦合元件32而言具有較小的合成阻抗(因為第 二阻抗匹配電路78與地面79連接)。因此，當開關76處于第二電 配置中時，接口 56處的反射系數基本上等于-1。如上所述，耦合元 件有效地耦合至短路，并且基本上與第一天線元件28和第二天線元 件30電容性耦合。因此，第一天線元件28在第三可操作頻帶70( GSM 850/WCDMA 850，參見圖6A )中操作，并且第二天線元件30在第 四可操作頻帶72 ( GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900，參見圖6B ) 中操作。
如上所述，第一阻抗匹配電路74和第二阻抗匹配電路78每個都 可以包括傳輸線。
圖8示出了根據本發明又一實施方式的切換機構22的示意性示 圖。圖8所示的切換機構22與圖5和圖7所示的切換機構22類似， 并且在它們具有類似特征的情況下使用了相同的參考標記。在此實施 方式中，ESD濾波器58連接至單刀單擲(SPST)開關80和第一阻 抗匹配電路82。 SPST開關80可連接至第二阻抗匹配電路84。
SPST開關80可以在第一電配置(圖8中示出)和第二電配置之 間進行切換，其中在第一電配置中，開關80打開，并且耦合元件與 第一阻抗匹配電路82連接，并且在第二電配置中，開關80閉合，并 且耦合元件32與第二阻抗匹配電路84連接(并由此與地面79連接)。
第一阻抗匹配電路82相對于耦合元件32而言具有較大的阻抗。 因此，當開關80處于第一電配置中時，接口 56處的反射系數基本上
等于+1。耦合元件32有效地與開路連接，并且基本上不與第一天線 元件28或者第二天線元件30電容性耦合。在此配置中，第一天線元 件在第一可操作頻帶66 (GSM 900，參見圖6A)中操作，并且第二 天線元件30在第二可操作頻帶68 ( WCDMA，參見圖6B)中操作。 第二阻抗匹配電路84相對于耦合元件32而言具有較小的阻抗 (由于第二阻抗匹配電路84與地面79連接)。因此，當開關80處 于第二電配置中時，接口 56處的反射系數基本上等于-1。如上所述， 耦合元件32有效地與短路耦合并且基本上與第一天線元件28和第二 天線元件30電容性耦合。因此，第一天線元件28在第三可操作頻帶 70 (GSM 850/WCDMA 850，參見圖6A )中操作，并且第二天線元件 30在第四可操作頻帶72 ( GSM 1800/GSM 1900/WCDMA 1900,參見 圖6B)中才乘作。
如上所述，第一阻抗匹配電路82和第二阻抗匹配電路84每個都 可以包括傳輸線。
提供圖7和圖8中分別示出的第一阻抗匹配電路74和82,使得 當開關76和80處于開配置(第一電配置)中時，第一阻抗匹配電路 74和82修正開關76和80引起的相移，從而使得耦合元件32有效地 與開路連接。
盡管上文已經參考各種示例描述了本發明的實施方式，但是應當 意識到，可以對這些示例進行修改而不脫離本發明所要求的范圍。例 如， 一個或多個天線元件18、 28、 30中的至少部分可以延伸到地平 面17的外圍之外。
盡管在上文描述中努力將注意力集中在被認為是特別重要的本 發明的特征上，但應當理解，申請人要求保護此前參考附圖和/或在附 圖中示出的任何專利特征和特征組合，而不論是否對其進行了特別地 強調。
權利要求
1. 一種天線布置，包括:第一天線元件；第二天線元件；耦合元件，用于電磁地耦合至所述第一天線元件和所述第二天線元件；以及切換機構，其連接至所述耦合元件，用于在第一電配置和第二電配置之間進行切換，其中，當所述切換機構處于所述第一電配置中時，所述耦合元件具有第一阻抗，并且當所述切換機構處于所述第二電配置中時，所述耦合元件具有第二阻抗。
2. 根據權利要求1所述的天線布置，其中，當所述切換機構處于 所述第 一電配置中時，所述第 一天線元件在第 一可操作頻帶中操作， 并且所述第二天線元件在第二可操作頻帶中操作。
3. 根據權利要求1或2所述的天線布置，其中，當所述切換機構 處于所述第二電配置中時，所述第一天線元件在第三可操作頻帶中操 作，并且所述第二天線元件在第四可操作頻帶中操作。
4. 根據前述權利要求中任意一項所述的天線布置，其中，所述切 換機構包括第一阻抗匹配電路，第二阻抗匹配電路，以及用于將所 述耦合元件連4妄至所述第一阻抗匹配電路或者所述第二阻抗匹配電 路的開關。
5. 根據權利要求4所述的天線布置，其中，當所述開關將所述第 一阻抗匹配電路連接至所述耦合元件時，所述切換機構處于所述第一 電配置中。
6. 根據權利要求4或5所述的天線布置，其中，當所述開關將所 述第二阻抗匹配電路連接至所述耦合元件時，所述切換機構處于所述 第二電配置中。
7. 根據前述權利要求中任意一項所述的天線布置，其中，所述耦 合元件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分布置為與所述 第一天線元件電磁地耦合，并且所述第二部分布置為與所述第二天線 元件電磁地耦合。
8. 根據前述權利要求中任意一項所述的天線布置，包括多個天線 元件，其中，所述耦合元件布置為與所述多個天線中的每一個電》茲地
9. 根據權利要求8所述的天線布置，其中，當所述切換機構處于 所述第一電配置中時，所述多個天線元件在第一可操作頻帶集中操 作。
10. 根據權利要求8或9所述的天線布置，其中，當所述切換機 構處于所述第二電配置中時，所述多個天線元件在第二可操作頻帶集 中操作。
11. 根據前述權利要求中任意一項所述的天線布置，其中，每個 天線元件經由饋電點連接至饋電，并且經由接地點連接至地平面。
12. —種用于對至少兩個天線的可操作頻帶進行調諧的調諧布 置，包括耦合元件，用于電/f茲地耦合至第一天線元件和第二天線元件；以及切換機構，其連接至所述耦合元件，用于在第一電配置和第二電 配置之間進行切換，其中，當所述切換機構處于所述第一電配置中時， 所述耦合元件具有第 一 阻抗，并且當所述切換機構處于所述第二電配 置中時，所述耦合元件具有第二阻抗。
13. —種模塊，包括如權利要求1所述的天線布置。
14. 一種模塊，包括如權利要求12所述的調諧布置。
15. —種便攜式電子設備，包括如權利要求1所述的天線布置。
16. —種便攜式電子設備，包括如權利要求12所述的調諧布置。
全文摘要
一種天線布置，包括第一天線元件；第二天線元件；耦合元件，用于電磁地耦合至所述第一天線元件和所述第二天線元件；以及切換機構，其連接至所述耦合元件，用于在第一電配置和第二電配置之間切換，其中，當所述切換機構處于所述第一電配置中時，所述耦合元件具有第一阻抗，并且當所述切換機構處于所述第二電配置中時，所述耦合元件具有第二阻抗。
文檔編號H01Q1/24GK101385191SQ200680053194
公開日2009年3月11日 申請日期2006年2月22日 優先權日2006年2月22日
發明者R·布賴特 申請人:諾基亞公司