專利名稱：多頻帶狹槽環路天線設備和方法
技術領域：
本發明一般涉及供電子裝置(例如，無線裝置或便攜式無線電裝置)使用的天線設備，并且更特定來說在一個示范性方面中涉及多頻帶狹槽環路或環形天線和調諧并利用所述多頻帶狹槽環路或環形天線的方法。
背景技術：
內部天線為見于大多數現代無線電裝置中的元件，所述現代無線電裝置例如移動電腦、移動電話、BlaCkberTyK裝置、智能手機、個人數字助理(PDAs)或其它個人通信裝置(personal communication devices ;PQ)s)。通常,這些天線包含平坦福射面和平行于所述平坦輻射面的接地面，所述平坦輻射面和接地面通過短路導體彼此連接，以實現天線的匹配。所述結構配置成使得所述結構充當在期望的操作頻率下的諧振器。天線在多于一個頻帶(例如，雙頻帶、三頻帶或四頻帶移動電話)中操作也是常見要求，在這種情況下，使用兩個或兩個以上諧振器。在開發用于移動應用的實惠并且功率效率高的顯示器技術(例如，液晶顯示器(IXD)、發光二極管(LED)顯示器、有機發光二極管(organic light emitting diodes ；0LED)、薄膜晶體管(thin film transistors ；TFT)等)的過程中的新進展導致以大顯示器為特征的移動裝置大量產生，其中例如移動電話中的屏幕尺寸為89_至100_ (3. 5英寸至4英寸)，并且一些平板電腦中屏幕尺寸為大約180_(7英寸)。為實現最佳性能，通常使用顯示器接地面(或屏蔽)。現代顯示器需要這類較大的接地面，然而對于無線天線操作來說，這些較大的接地面不再是最理想的。具體來說，不再是最理想的是基于以下事實接地面尺寸在用于裝置的一或更多個空中接口的天線設計中發揮著十分重要的作用。結果，天線頻寬至少在某種程度上由于天線輻射器與大接地面之間的阻抗失配而減少。此外，目前趨勢增加了對于具有較大顯示器的較薄移動通信裝置的需要，所述較大顯示器通常用于用戶輸入(例如，觸摸屏)。這種較大顯示器又需要剛性結構來支撐顯示器總成，尤其是在觸摸屏操作期間支撐，以便使得接口穩固并且耐用，并減輕顯示器的移動或偏轉。通常利用金屬主體或金屬框架，以為移動裝置中的顯示器提供更好的支撐。使用金屬外殼/底架、較大接地面和對較薄裝置外殼的需求對射頻(RF)天線實施造成新的挑戰。典型的天線解決方案(例如，單極天線、PIFA天線)需要離地凈高區域和距接地面足夠的高度，以便在多個頻帶中有效地操作(現代便攜式裝置的典型要求)。這些天線解決方案通常不適用于前述具有金屬外殼和/或底架的薄裝置，因為分隔輻射器與接地面所需要的垂直距離不再有效。此外，尤其當需要天線在若干頻帶中操作時，移動裝置的金屬主體充當RF屏蔽并使天線性能降級。
目前采用各種方法來嘗試改善利用金屬外殼和/或底架的較薄通信裝置中的天線操作(例如，歐洲專利公開號EP1858112B1中描述的狹槽環形天線)。這種實施需要在印刷線路板(printed wired board ；PWB)內接近饋電點處以及沿裝置的整個高度制造狹槽。對于具有較大顯示器的裝置來說，最佳天線操作所需要的狹槽位置通常干擾裝置用戶接口功能(例如，按鈕、滾輪等)，因此限制裝置布局實施的靈活性。此外，這種金屬外殼必須在PCB兩側具有非常接近于狹槽的開口。為防止在裝置內產生射頻空腔模式，通常使用金屬壁連接開口。所有這些步驟會增加裝置復雜性和成本，并阻礙天線與期望操作頻帶匹配。另一個現有的實施采用多諧振耦合的饋電天線，所述多諧振耦合的饋電天線包含裝配在無線電裝置周邊周圍的金屬環輻射元件。在輻射器內(通常在兩側)制造若干狹槽，以便實現多頻帶天線功能；令人遺憾的是，這種方法增加裝置的成本和復雜性。假定裝置用戶通常通過通信裝置的側面/邊緣抓握通信裝置，那么這種配置容易受到由于當用戶的手觸摸狹槽上方的輻射器時所產生的短路造成的天線去諧和通信失效的影響。此外，需要較寬的狹槽(寬度通常為約3mm)來實現期望的低頻帶(通常700MHz至960MHz)操作，并且 較寬的狹槽因此可能對裝置的美學吸引力造成不利影響。因此，極需要用于(例如)便攜式無線電裝置的無線多頻帶天線解決方案，所述無線多頻帶天線解決方案具有較小的形狀因子并適合用于裝置周邊，并且所述無線多頻帶天線解決方案提供較低的成本和復雜性以及提供天線諧振的經改善控制。
發明內容
本發明通過提供尤其是一種省空間的多頻帶天線設備和調諧并使用所述多頻帶天線設備的方法，來滿足上文的需要。在本發明的第一方面中，公開一種移動通信裝置。在一個實施例中，裝置包含夕卜殼和電子總成，所述電子總成實質上含于所述外殼中，所述電子總成包含接地面和至少一個饋電口 ；和多頻帶天線設備。多頻帶天線設備包含第一天線結構，所述第一天線結構包含元件，所述元件設置于實質上外殼的外部周邊周圍；和第二天線結構，所述第二天線結構包含數個單極福射器分支。在一個變體中，第一天線結構在至少兩個接地點處連接至接地面，從而形成虛擬部分和操作部分，所述操作部分包含設置于接近外殼底側的元件中的狹槽；所述虛擬部分的外部周邊實質上包圍接地面；并且操作部分的外部周邊設置于接地面外部并實質上包圍第二天線結構。在另一個實施例中，移動裝置包含裝置外殼；和天線，所述天線具有實質上外部的輻射器元件，所述輻射器元件具有至少一個狹槽，所述至少一個狹槽相對于外殼設置成以便最小化由于用戶在裝置使用期間抓握裝置造成輻射器元件在狹槽間短路的可能性。在替代性實施例的一個變體中，輻射器元件包含實質上閉合的環路，并且至少一個狹槽包含單個狹槽，所述單個狹槽設置于實質上裝置外殼的底部邊緣上，所述底部邊緣在裝置使用期間未被用戶正常地抓取。在另一個變體中，輻射器元件包含實質上閉合的環路，所述實質上閉合的環路設置于移動裝置外殼的頂部邊緣、底部邊緣和側面邊緣上；且至少一個狹槽包含單個狹槽，所述單個狹槽設置于頂部邊緣或底部邊緣兩者中的任一者處。
在本發明的第二方面中，公開一種多頻帶天線設備。在一個實施例中，設備經調適以供便攜式無線電通信裝置使用，并且設備包含第一天線結構，所述第一天線結構包含元件，所述元件配置成設置于實質上裝置外殼的外部周邊周圍。在一個變體中，第一天線結構在至少兩個位置處連接至裝置的接地面，從而形成虛擬部分和操作部分；并且所述操作部分包含狹槽，所述狹槽形成于元件中，以便設置為接近外殼底側。在另一個變體中，虛擬部分的外部周邊實質上包圍接地面；并且第二天線結構的外部周邊設置于接地面的外部。在又一個變體中，狹槽經配置以實現至少一個較高頻帶中的天線諧振。在本發明的第三方面中，公開一種操作多頻帶天線設備的方法。在一個實施例中，天線設備供便攜式無線電裝置使用并具有饋電、環路輻射器元件，所述饋電、環路輻射器元件設置于實質上裝置外殼的周邊區域周圍。環路輻射器元件具有狹槽，所述狹槽設置于實質上外殼的底部邊緣處，并且無線電裝置的接地面設置于遠離環路輻射器元件的底部邊緣一定距離處。方法包含以下步驟用包含較低頻率分量和較高頻率分量的饋電信號激勵饋電；和至少在較高頻率下引起環路輻射器元件中的射頻振蕩。狹槽經配置以實現天線設備·在較高頻率范圍內的調諧。在本發明的第四方面中，公開一種減輕用戶干擾對輻射和接收移動裝置的影響的方法。在一個實施例中，移動裝置的特征在于優選的用戶抓取位置，并且方法包含以下步驟用包含至少第一頻率分量的信號激勵環路天線元件；環路輻射器元件設置于實質上裝置外殼的周邊區域周圍，并且在形成于環路天線元件內的狹槽間產生電磁場。狹槽位于相對于優選的抓取位置的遠側，以便減輕由于用戶抓取造成的電磁干擾。在本發明的第五方面中，公開一種調諧多頻帶天線設備的方法。將由附圖和以下詳細描述更顯而易見本發明的進一步特征結構、本發明的本質和各種優點。
本發明的特征結構、目標和優點將由下文結合諸圖闡述的詳細描述變得更顯而易見，其中圖I為詳細說明環形天線設備的移動裝置的側立視圖，所述環形天線設備根據本發明的一個實施例配置并安裝于所述移動裝置中。圖IA為圖示圖I的實施例的天線設備的移動裝置的俯視圖。圖IB為詳細說明根據本發明的一個實施例的多頻帶環形天線調諧配置的方塊圖。圖IC為詳細說明圖I的多頻帶環形天線的電容耦合的方塊圖。圖2為詳細說明根據本發明的一個實施例的多頻帶匹配電路的示意圖。圖3為曲線圖(i)已測量自由空間輸入回波損耗；(ii) CTIA v3. I頭、右臉頰旁邊回波損耗；和(iii)CTIA v3. I頭和手、右臉頰旁邊回波損耗測量，數據用根據圖IA的實施例配置的示范性五頻帶天線設備獲得。圖4為曲線圖(i)已測量總自由空間效率；(ii)CTIA v3. I頭、右臉頰旁邊的效率；和(iii)CTIA v3. I頭和手、右臉頰旁邊的效率測量，數據用根據圖IA的實施例配置的示范性多頻帶天線設備獲得。圖5為示范性五頻帶天線設備的已測量自由空間輸入回波損耗的曲線圖，所述示范性五頻帶天線設備根據圖IA的實施例配置并包含圖2的調諧電路。本文所公開的所有圖為 Copyright 2011 Pulse Finland Oy版權所有。
具體實施例方式現在參照諸圖，其中各處相同元件符號代表相同元件。如本文所使用的，術語“天線”、“天線系統”、“天線總成”和“多頻帶天線”是指(但不限于)并入接收/發送和/或傳播電磁輻射的一或更多個頻帶的單個元件、多個元件或一或更多個元件陣列的任何設備或系統。輻射可具有眾多類型，例如，微波、毫米波、射頻、數字調制、模擬、模擬/數字編碼、數字編碼的毫米波能量等等。·
如本文所使用的，術語“板”和“基板”通常是指(但不限于)任何實質上平坦或彎曲的表面或組件，在所述表面或組件上可設置其它組件。舉例來說，基板可包含單層或多層印刷電路板(例如，FR4)、半導體芯片(die)或晶片乃至外殼表面或其它裝置組件，并且基板可為實質上剛性的或者至少稍有柔性的。術語“頻率范圍”、“頻帶”和“頻域”是指(但不限于)用于通信信號的任何頻率范圍。這些信號可按照一或更多個標準或無線空中接口通信。如本文所使用的，術語“便攜式裝置”、“移動計算裝置”、“客戶端裝置”、“便攜式計算裝置”和“終端用戶裝置”包括但不限于個人電腦(PCs)和微型電腦，無論是臺式機、筆記本電腦或機頂盒、個人數字助理(PDAs)、手提電腦、個人通信器、平板電腦、便攜式導航輔助設備、裝有J2ME的裝置、蜂窩式電話、智能手機、個人集成通信或娛樂裝置或照字面意義能夠與網絡或另一個裝置交換數據的任何其它裝置。此外，如本文所使用的，術語“輻射器”、“輻射面”和“輻射元件”是指(但不限于)可充當系統接收和/或發送射頻電磁輻射的部分的元件；例如，天線或所述天線的部分。術語“RF饋電”、“饋電”、“饋電導體”和“饋電網絡”是指(但不限于)任何能量導體和一或更多個耦合元件，所述任何能量導體和一或更多個耦合元件可轉移能量、變換阻抗、增強性能特征并使輸入/輸出RF能量信號之間的阻抗性質符合一或更多個連接元件(例如，輻射器)的阻抗性質。如本文所使用的，術語“環路”和“環形”通常是指(但不限于)閉合的(或幾乎閉合的)路徑，不論任何形狀或大小或對稱性。如本文所使用的，術語“頂部”、“底部”、“側面”、“向上”、“向下”、“左”、“右”等等僅
僅暗示一個組件對于另一個組件的相對位置或幾何結構，并且決不暗示絕對參考坐標或任何需要的方向。舉例來說，當組件安裝至另一個裝置(例如，安裝至PCB的下側)時，組件的“頂部”部分實際上可存在于“底部”部分下方。如本文所使用的，術語“無線”意味著任何無線信號、數據、通信或其它接口，所述其它接口包括(但不限于)Wi-Fi、藍牙、3G(例如，3GPP、3GPP2和UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA, CDMA(例如，IS-95A、WCDMA 等)、FHSS, DSSS、GSM、PAN/802. 15、WiMAX(802. 16)、802. 20、窄頻帶 /FDMA, OFDM、PCS/DCS、長期演進(LTE)或先進的 LTE (LTE-Advanced ；LTE-A)、模擬蜂窩式、⑶H)、例如GPS的衛星系統、毫米波或微波系統、光學的、聲學的和紅外線(gp，IrDA)。概述在一個顯著的方面中，本發明提供供移動無線電裝置使用的多頻帶天線設備。天線設備有利地提供與背景技術解決方案相比較降低的復雜性和成本以及改善的天線性能。在一個實施例中，移動無線電裝置包含金屬結構(例如，環路或環)，所述金屬結構至少部分地環繞裝置外殼的外部周邊并充當天線輻射元件。在一個實施中“環路”輻射器包含單個較窄狹槽，所述單個較窄狹槽設置成以便最小化由于在使用期間的裝置抓握造成輻射器在狹槽上方短路的可能性并改善裝置的視覺吸引力。多頻帶天線設備的示范性實施例進一步包含調諧電路，所述調諧電路包括多個分支，所述多個分支各自經配置以實現預定頻帶中的天線調諧。金屬環路在多個位置處接地至裝置接地面，因此控制天線的電長度。狹槽的大小經選擇以最佳化較高操作頻帶中的天線性能。狹槽位置影響低頻帶較低頻帶諧振頻率，所述諧振頻率配置成存在于遠低于用于 無線電裝置正常操作的天線的最低操作頻率。在一種方法中，使用串聯在饋電與較低頻帶諧振電路之間的電感器來調諧天線較低頻帶操作。有利的是，耦接至具有本文所公開的示范性天線的電子裝置的天線被大大簡化，因為僅需要單個饋電連接(雖然不限于單個饋電)。在一個特定實施中，較高頻帶調諧條電流地連接至環路元件，從而允許調諧最高的較高頻帶諧振而不改變裝置的視覺外觀或對裝置的視覺外觀造成不利影響。在另一個實施中，調諧元件通過電磁場電容耦合，所述電磁場在調諧條與環路輻射器之間的非導電間隙上方感應。也公開調諧和操作天線設備的方法。示范性實施例的詳細描述現在提供各種實施例的詳細描述以及本發明的設備和方法的變體。盡管主要在移動裝置的背景中論述，但本文論述的各種設備和方法并不限制于此。實際上，本文所述的設備和方法中的許多設備和方法可用于任何數目的復雜天線，無論所述復雜天線與移動裝置還是固定裝置、蜂窩式或其它類型的裝置相關聯。示范性天線設備現在參照圖I至圖2，詳細描述本發明的無線電天線設備的示范性實施例。供移動無線電裝置使用的天線設備的一個示范性實施例呈現于圖I中，所述圖I圖示主機移動裝置100的側立視圖。裝置100包含顯示模塊104和相應的接地面106，所述接地面106設置于兩個電介質蓋102、103中間。在一個變體中，電介質蓋103中的一個電介質蓋103包含開口，所述開口對應于顯示器周邊，以便允許(例如)觸摸屏或其它交互功能。然而，顯示器104可包含(例如)配置成僅顯示信息的僅顯示裝置、允許用戶提供通過顯示器104輸入至裝置中的輸入的觸摸屏顯示器(例如，電容性的或其它技術)，或其它技術。顯示器104可包含(例如)液晶顯示器(IXD)、發光二極管(LED)顯示器、LED-IXD顯示器、有機發光二極管(OLED)顯示器或基于TFT的裝置。本領域的技術人員應了解本發明的方法同等地適用于任何未來顯示技術，只要顯示模塊與裝置和天線配置(例如，圖I至圖2中描述的裝置和天線配置)大體機械地相容。金屬環路或環110設置于實質上裝置外殼的外部周邊處，如圖I中所示。本實施例的環形結構為裝置提供機械剛性、結構完整性并增強美學吸引力。在一個變體(未圖示)中，用金屬段(例如，環路的部分)替換環110，所述金屬段環繞裝置周邊的部分。可使用各種適合方法中的任何方法制造圖I的環110，所述方法包括(例如)金屬鑄件、沖壓制品、金屬條或設置于非導電載體(例如，塑料)上的導電涂層。圖IA為詳細說明圖I的實施例的示范性天線結構的俯視平面圖。環110在多個位置116、117、119處連接至接地面106。此外，環的頂部部分沿頂部周邊結構115附接至接地面。接地點116、接地點117用于天線調諧，并且所述接地點116、接地點117的位置有效地界定環形或環路天線操作部分(即，天線發射/接收RF輻射的部分)的長度。接地點115、接地點119優選為分隔一定距離，所述距離小于天線的四分之一波長(在最高操作頻率下)。在一個變體中，接地結構115經配置以覆蓋環的上邊緣的大部分，如圖IA中所示。在另一個變體(未圖示)中，接地點115使上部環邊緣的部分接地。 環上部部分(S卩，以接地點116、接地點117、接地點119、接地點115為界限并通過圖IA中的虛線矩形112來標記)形成接地(或虛擬)部分。虛擬天線部分配置成處于與接地面的電勢相同的電勢。這種配置最小化自天線接地部分發射的不需要的天線RF輻射，并進一步降低天線對由于用戶在操作期間抓握移動裝置造成的短路和負載效應的敏感度。在一個變體中，可通過外殼設計按需要移除上部環部分，以簡化總成并降低無線電裝置的成本。在另一個變體中，環用以提供裝置結構支撐和視覺吸引力。簡要地說，圖I至圖IA中所示實施例的天線經配置以在低頻與高頻(相對于彼此)操作范圍兩者中操作。在一個變體中，低操作頻率范圍介于約800MHz與約960MHz之間，并且高操作頻率范圍介于約1700MHz與2200MHz之間。本領域的技術人員將了解，以上頻率界限為示范性的，并且以上頻率界限可基于具體的設計要求和參數(例如，天線尺寸、裝置操作的目標國家等)自一個實施至另一個實施之間變化。通常，操作頻率范圍中的每一個操作頻率范圍可支持根據管理有關無線應用系統的規格(例如，LTE/LTE-A或GSM)配置的一或更多個不同的頻帶。本文關于圖IA圖示并描述的一個天線實施例可支持一個或兩個較低頻帶(LFB1、LFB2)和至少三個較高頻帶(UFB1、UFB2、UFB3)。在另一個實施例中，高頻操作范圍(例如，介于約2500MHz與約2700MHz之間)用以實現第四較高頻帶(UFB4)中的天線操作。現在返回圖1A，環路或環形結構的底部部分(設置于虛擬部分112下方)形成天線輻射器的操作結構，并在本文被稱為環形或環路操作部分。一個接地點116確定操作部分在高頻范圍內的電長度，而另一個接地點117確定低頻范圍內的天線電長度。本實施例的環110包含較窄狹槽114，所述較窄狹槽114沿主機裝置的底部邊緣設置，并且本實施例的環110經配置以實現高頻范圍內的天線調諧。在一個變體中，狹槽的寬度為約O. 8_，但可取決于期望的性能和物理屬性而使用其它值。為了維持裝置的美學吸引力并增加外殼的結構完整性，可用電介質材料(例如，塑料)填充狹槽。此外，本發明預期使用(i)具有變化或不恒定寬度(即在整個環厚度上的不同位置處槽寬不同)的狹槽；和(ii)使用兩個或兩個以上狹槽。在圖IA的實施例中，接地面106距環110的底部邊緣間隔規定距離118 ;例如，約13mm。裝置的無接地底部部分108容納天線調諧結構120。調諧結構120經配置以實現天線在便攜式無線電裝置100的較低操作頻帶與較高操作頻帶中的同時操作。結構120在饋電點138處耦接至饋電電子裝置，并且結構120包含若干調諧分支122、124、128、130。如下實現所示實施例中的天線頻率調諧調諧分支124實現第一較低頻帶(LFBl)中的天線調諧，所述LFBl對應于天線低頻諧振f\。在一個變體中，LFBl包含自824MHz至894MHz的頻帶，并且以約850MHz為中心(也稱為850MHz頻帶)。在另一個變體中，LFBl包含自880MHz至960MHz的頻帶，并且以約900MHz為中心(也稱為900MHz頻帶)。在圖IA的實施例的一個變體中，串聯調諧電路136設置于饋電136與分支124的水平部分之間。調諧電路136經配置以調整較低頻率天線諧振器的電長度并增加較低頻帶中的天線操作頻寬。這種增加的較低頻率帶寬實現兩個較低頻帶LFB1、LFB2中的天線操作。在一個實施中，調諧電路136包含線圈，所述線圈經配置以向輻射器分支124提供約10納亨(nH)的串聯電感，其中LFBl為850MHz頻帶，并且LFB2為900MHz頻帶。本領域的技術人員將了解，其它調諧元件實施同等地適用于本發明，所述其它調諧元件實施包括但不限于分立電感器、電容元件或上述的組合。圖IA中所示實施例在LFBl (和LFB2)頻帶中的天線操作通過諧振器124的整體長度和調諧元件136的電抗值來調諧。環形結構底部部分的長區段126 (形成于接地點117與狹槽114之間)在頻率fQ下形成諧振。為了在較低頻率(例如，LFB1、LFB2)下實現期望的天線操作并防止耦合的低頻諧振，將L諧振調諧至低于天線低操作頻率范圍(例如，820MHz至960MHz)。在一個變體中，在約600MHz處選擇底部部分諧振頻率4。天線高頻操作范圍通過至少兩個高頻諧振形成，所述至少兩個高頻諧振以下稱為f2諧振和f3諧振。第一高頻諧振(f2)通過環110的較短部分127形成，所述環110形成于狹槽114與接地點116之間。在所示實施例中，這種諧振的天線調諧通過改變調諧分支130中條的長度來實現。調諧分支130電流地或者電容地耦合至環110，如下文關于圖IB至圖IC詳細描述。直接饋電天線高頻調諧結構128經配置以在第二高頻諧振(f3)下形成諧振。在所示實施例中，f3諧振的值通過調諧分支128的長度(和調諧分支128接近環的底部部分 的程度)來調諧。f2諧振與&諧振中的每一者可經配置以提供一或更多個較高頻帶中的天線功能。在一個變體中，f2諧振頻帶和f3諧振頻帶的組合跨越自約1710MHz至2170MHz的頻率范圍，因此允許符合LTE的系統的以下高頻帶中的裝置操作分別對應于UFBl至UFB3的 1710MHz 至 1880MHz、1850MHz 至 1990MHz 和 1930MHz 至 2170MHz。在另一個實施例中，結合調諧分支124使用直接饋電低頻范圍輻射結構122，來形成低頻范圍的頻率分量的稱為&諧振的諧波諧振，從而實現第四較高頻帶(UFB4)中的天線操作。UFB4的值通過C形結構(具有兩個轉彎)的水平分支122的長度來調諧，所述C形結構由圖IA的調諧分支122、調諧分支124形成。現在參照圖IB至圖1C，圖示并描述天線調諧結構的兩個示范性實施例。圖IB的天線調諧結構120對應于圖IA的天線實施例并包含f2調諧分支130，所述f2調諧分支130在點139處直接連接至環形結構110。
在另一個實施例(圖IC中所示)中，調諧結構140的調諧分支142包含兩個垂直條145、146和環路結構144，所述環路結構144設置于所述兩個垂直條145、146之間。垂直條146在接地點148處接地。調諧分支142與環110電氣隔離。在一個變體中，隔離通過沿環110的內表面設置的電介質材料的薄層實現。調諧分支142通過電場電容地耦合至環110,所述電場在非導電間隙150、非導電間隙152上方感應。在一個實施中，間隙的寬度選定為約O. 3mm,但可同樣成功地使用其它值。在電容耦合設置中，調諧條與金屬環的操作部分之間的電介質間隙需要足夠地小，以便在天線的最高操作頻率以上形成間隙諧振。調諧分支電容耦合至環形結構不需要調諧結構至環的任何物理附接(例如，釬焊、焊接)，因此有利地有助于天線制造并允許較寬范圍的材料選擇。環部分127與調諧分支142之間的間隙由于環部分127的表面與調諧分支142的表面之間的較強電場，而在一定頻率下引起間隙諧振，所述頻率由環部分127的表面與調諧分支142的表面之間的電容界定。減小間隙產生這些元件之間的更緊密耦合，并且減小間隙使間隙諧振頻率變得更高并超過天線操作頻帶。間隙諧振頻率進一步受到調諧分支 142的條144、條146與環部分127之間重疊表面區域(也稱為耦合區域)的尺寸的影響。較大的耦合區域允許較大的間隙。在另一個實施例(未圖示)中，多頻帶天線配置成不具有調諧元件136，從而形成具有單個較低頻帶LFBl和三個較高頻帶(UFB1、UFB2、UFB3)的4頻帶諧振器。在本發明的另一個方面中，天線結構(例如，圖IA中所示天線結構)裝配有調諧網絡，以便最佳化天線性能；例如，增加天線效率和減小損耗。圖2圖示這種調諧網絡的一個實施例，所述調諧網絡經配置以在四個或四個以上頻帶中操作，此處是在自約800kHz至2700MHz的頻率范圍內操作。網絡200包含輸入口 202，所述輸入口 202的特征在于標稱阻抗為50歐姆，所述輸入口 202連接至便攜式電子裝置的饋電口。電路接地點216連接至裝置接地面，并且電路輸出口 214連接至天線輻射結構，例如，圖IA中的饋電點138。電感元件204和電容元件206形成第一諧振電路(L2C2)，所述L2C2經配置以實現LFB2頻帶和UFB4頻帶中的天線調諧。電容元件206、電容元件208、電容元件210和電感元件204、電感元件212的示范性值如圖2中所示。第一電感元件212和第一電容元件208控制天線輻射器與L2C2電路之間的阻抗變換。第二電容元件210用于調諧目的，并且在需要時可在一些實施中省略第二電容元件210。應認識到精確的組件值和/或調諧網絡配置是基于具體應用和參數要求來選擇的，并且精確的組件值和/或調諧網絡配置可自一個應用至另一個應用變化，在給定本公開內容的情況下，電子領域的技術人員較容易確定這些值。性能圖3至圖5提供在由受讓人對根據本發明的一個實施例構造的示范性天線設備模擬和測試期間獲得的性能結果。圖3圖示作為頻率的函數的自由空間回波損耗Sll (以dB計)的曲線圖，所述自由空間回波損耗Sll用類似于圖IA中所示實施例構造的四頻帶多頻帶天線測量。天線的四個頻帶包括一個900MHz的較低頻帶和三個較高頻帶(1710MHz至1880MHz、1850MHz至1990MHz和1930MHz至2170MHz)。在圖3中用標志符302指定的實線標記較低頻帶的界限，而用標志符304指定的線標記1710MHz與2170MHz之間的高頻范圍的界限。用標志符306至標志符310標記的曲線對應于在以下裝置配置中獲得的測量(i)第一曲線306取自自由空間中；(ii)第二曲線308根據CTIA v3. I取自頭、右臉頰(BHR)的測量配置旁邊；和(iii)第三曲線310根據CTIA v3. I取自頭和手、右臉頰(BHHR)的測量配置旁邊。呈現于圖3中的數據表明，包含沿裝置底部定位的單個較小狹槽的示范性天線有利地未因為用戶的手的存在而偏離頻帶去諧，并且在整個BHHR測量中維持6dB回波損耗。圖4呈現和與上文關于圖3描述的天線相同的天線的已測量自由空間效率相關的數據。將天線的效率(以dB計)定義為已輻射功率與輸入功率的比率的十進制對數
f PJgM功率 Λ天線效率=IOlog10 補砰Eqn. (I)
V 輸入功率J 零(0)dB的效率對應于理想的理論輻射器，其中所有輸入功率以電磁能量的形式輻射。圖4中用標志符402至標志符412標記的曲線對應于在以下裝置配置中獲得的測量(i)曲線402、曲線408取自自由空間中；(ii)曲線404、曲線410根據CTIA v3. I取自頭、右臉頰(BHR)的測量配置旁邊；和(iii)曲線406-412根據CTIA v3. I取自頭和手、右臉頰(BHHR)的測量配置旁邊。圖4中的數據表明，根據本發明的原理構造的天線實施例并不容易受到由于用戶手和頭接近造成的較高損耗的影響，從而允許無線電裝置的穩固操作。圖5圖示作為頻率的函數的自由空間回波損耗Sll (以dB計)的曲線圖，所述自由空間回波損耗Sll針對根據圖IA中所示實施例構造的五頻帶多頻帶天線獲得，并且利用本文圖2的實施例的調諧電路。天線頻帶包括850MHz和900MHz (兩個較低頻帶)以及1710MHz 至 1880MHz、1850MHz 至 1990MHz 和 1930MHz 至 2170MHz (三個較高頻帶)。標志符502、標志符504標記較低頻率范圍的較低(824MHz)程度和較高(960MHz)程度，而標志符506、標志符508分別標記較高頻率范圍的較低(1710MHz)程度和較高(2170MHz)程度。具有標志符512的曲線對應于上文關于圖3描述的4頻帶天線的測量響應。用標志符510標記的曲線圖示使用圖2的實施例的匹配電路200模擬的天線響應。電路200的已測量散射參數(s-parameter)用于模擬響應510。兩個天線響應510、512之間的比較表明響應510的較低頻率范圍中的天線頻寬增力口，這種天線頻寬增加允許850MHz和900MHz較低頻帶中的天線操作。呈現于圖3至圖5中的數據表明，配置有較窄狹槽的環路或環形天線能夠在寬頻率范圍內操作；即，覆蓋自824MHz至960MHz的較低頻帶以及自1710MHz至2170MHz的較高頻帶。這種能力有利地允許用單個天線在若干移動頻帶內操作便攜式計算裝置，所述若干移動頻帶例如，GSM850、GSM900、GSM1900、GSM1800、PCS-1900 以及 LTE/LTE-A 和 / 或WiMAXdEEE Std. 802. 16)頻帶。此外，使用單獨的調諧分支允許形成較高階天線諧振，因此允許額外高頻帶(例如,2500MHz至2600MHz頻帶)中的天線操作。這種能力進一步將天線的用途擴展至Wi-Fi (802. 11)和額外的LTE/LTE-A頻帶。本領域的技術人員將了解，可根據一或更多個特定應用按需要修改上文給定的頻帶組成，并且還可支持/使用額外的頻帶。有利的是，狹槽環路或環形天線配置(如本文所述的圖示實施例中的配置)進一步允許除前述操作頻帶的寬度和多樣性之外，通過減小由于用戶抓握造成天線短路(和相關聯副效應)的可能性來改善裝置操作。此外，使用放置在底部的間隙(例如，本文示范性實施例中所示的較小單個間隙)改善裝置的美學吸引力，因為裝置底部在使用期間極少看到并且所述間隙降低對于非導電覆蓋元件或裝飾性覆蓋元件(通常在背景技術解決方案中需要)的需要，從而還會降低裝置成本。應認識到，盡管按照方法的步驟的具體順序描述了本發明的某些方面，但這些描述僅為本發明的較寬泛方法的說明，并且可根據特定應用按需要修改這些描述。在某些情況下可不必要提出某些步驟或某些步驟可選。此外，可向所公開的實施例添加某些步驟或功能，或變更兩個或兩個以上步驟的執行順序。所有這些變化視為涵蓋在本文公開并主張的發明內。盡管以上詳細描述已顯示、描述并指出本發明應用于各種實施例的新穎特征結構，但應理解，本領域的技術人員在不脫離本發明的情況下可對所圖示裝置或工藝的形式和細節進行各種省略、替代和改變。上文描述為目前預期的執行本發明的最佳模式。這種描述決不意味著限制性的，而應視為本發明一般原理的說明。本發明的范圍應參照權利要 求書來確定。
權利要求
1.一種供便攜式無線電通信裝置使用的多頻帶天線設備，所述天線設備包含 第一天線結構，所述第一天線結構包含輻射器構件，所述輻射器構件配置成設置于實質上裝置外殼的外部周邊周圍； 其中所述輻射器構件包含狹槽，所述狹槽相對于所述外殼設置成以便最小化由于用戶抓握所述裝置外殼造成所述輻射器構件在所述狹槽間短路的可能性。
2.如權利要求I所述的天線設備，其中 所述第一天線結構在至少兩個位置處連接至所述裝置的接地面，從而形成虛擬部分和操作部分；并且 所述操作部分包含所述狹槽，所述狹槽形成于所述輻射器構件中，以便設置為接近所述外殼的底側。
3.如權利要求I所述的天線設備，其中所述狹槽經配置以實現至少一個較高頻帶中的天線諧振。
4.如權利要求I所述的天線設備，所述天線設備進一步包含第二天線結構，所述第二天線結構包含數個單極輻射器分支，其中所述數個單極輻射器分支包含 第一輻射器分支，所述第一輻射器分支電氣耦接至所述裝置的饋電口并經配置以在第一較高頻帶中操作； 第二輻射器分支，所述第二輻射器分支耦接至所述裝置的所述饋電口并經配置以在第二較高頻帶中操作；和 第三輻射器分支，所述第三輻射器分支電氣耦接至所述裝置的所述饋電口并經配置以在第一較低頻帶中操作。
5.如權利要求4所述的天線設備，其中 所述虛擬部分的外部周邊實質上包圍所述接地面；并且 所述第二天線結構的外部周邊設置于所述接地面的外部。
6.如權利要求4所述的天線設備，所述天線設備進一步包含電抗電路，所述電抗電路耦接于所述第三輻射器分支與所述饋電口之間。
7.如權利要求6所述的天線設備，其中所述電抗電路包含(i)電感元件和/或(ii)電容元件中的至少一者。
8.如權利要求6所述的天線設備，其中第二電抗電路經配置以調整所述第三輻射器分支的電長度。
9.如權利要求6所述的天線設備，其中所述第一較低頻帶包含GSM頻帶，并且所述第一較高頻帶和所述第二較高頻帶選自由1700MHz頻帶、2100MHz頻帶和2500MHz頻帶組成的群組。
10.如權利要求4所述的天線設備，其中所述狹槽設置為接近所述裝置外殼的下部角落。
11.如權利要求2所述的天線設備，其中所述至少兩個位置經配置以影響所述輻射器構件的電長度。
12.如權利要求11所述的天線設備，其中所述至少兩個位置包含(i)第一接地結構，所述第一接地結構設置于所述輻射器構件的第一側上；和(ii)第二接地結構，所述第二接地結構設置于所述輻射器構件的第二側上，所述第二側與所述第一側相對，以使得所述第一接地結構和所述第二接地結構配置在所述狹槽的遠側。
13.如權利要求I所述的天線設備，其中所述元件的部分設置為接近所述底側且沿所述底側的實質上橫向范圍與所述接地面間隔。
14.一種移動裝置，所述移動裝置包含 裝置外殼；和 天線，所述天線具有實質上外部的輻射器元件，所述輻射器元件具有至少一個狹槽，所述至少一個狹槽相對于所述外殼設置以便最小化由于用戶在所述裝置使用期間抓握裝置造成輻射器元件在所述狹槽間短路的可能性。
15.如權利要求14所述的移動裝置，其中所述輻射器元件包含實質上閉合的環路，并且所述至少一個狹槽包含單個狹槽，所述單個狹槽設置于實質上所述裝置的所述外殼的底部邊緣上，所述底部邊緣在所述裝置的所述使用期間未被所述用戶正常地抓取。
16.如權利要求14所述的移動裝置，其中 所述輻射器元件包含實質上閉合的環路，所述實質上閉合的環路設置于所述移動裝置的所述外殼的頂部邊緣、底部邊緣和側面邊緣上；并且 所述至少一個狹槽包含單個狹槽，所述單個狹槽設置于所述頂部邊緣或所述底部邊緣兩者中的任一者處。
17.如權利要求14所述的移動裝置，其中 所述輻射器元件包含第一結構，所述第一結構在至少兩個位置處連接至所述裝置的接地面，以便形成虛擬部分和操作部分；并且 所述狹槽設置于所述裝置外殼的底側上的所述操作部分中。
18.如權利要求17所述的移動裝置，其中 所述輻射器元件進一步包含輻射器結構，所述輻射器結構包含數個單極輻射器分支。
19.如權利要求18所述的移動裝置，其中所述操作部分的外部周邊設置于所述接地面的外部并實質上包圍所述輻射器結構。
20.如權利要求18所述的移動裝置，其中所述數個單極輻射器分支包含 第一輻射器分支，所述第一輻射器分支電氣耦接至所述裝置的饋電口并經配置以在第一頻帶中操作； 第二輻射器分支，所述第二輻射器分支耦接至所述裝置的所述饋電口并經配置以在第二頻帶中操作；和 第三輻射器分支，所述第三輻射器分支電氣耦接至所述裝置的所述饋電口并經配置以在第三頻帶中操作。
21.如權利要求20所述的移動裝置，所述數個單極輻射器分支中的每一個單極輻射器分支包含導電條，所述導電條具有至少一個轉彎。
22.如權利要求21所述的移動裝置，其中所述至少一個轉彎形成C形結構的至少一部分。
23.如權利要求20所述的移動裝置，其中所述第三輻射器分支進一步經配置以在第四頻帶中操作，所述第四頻帶具有諧振，所述諧振接近所述第三頻帶的諧振的諧波。
24.如權利要求20所述的移動裝置，其中 所述輻射器元件包含實質上閉合的環路；并且所述第二輻射器分支電氣耦接至接近所述狹槽的所述環路。
25.如權利要求20所述的移動裝置，其中 所述輻射器元件包含實質上閉合的環路元件；并且 所述第二輻射器分支在非導電間隙上方電磁耦合至接近所述狹槽的所述環路元件。
26.如權利要求14所述的移動裝置，其中所述輻射器元件包含實質上閉合的環路，所述環路形成單個連續結構。
27.—種移動通信裝置，所述移動通信裝置包含 外殼和電子總成，所述電子總成實質上含于所述外殼中，所述電子總成包含接地面和至少一個饋電口 ；和 多頻帶天線設備，所述多頻帶天線設備包含 第一天線結構，所述第一天線結構包含元件，所述元件設置于實質上所述外殼的外部周邊周圍；和 第二天線結構，所述第二天線結構包含數個單極福射器分支； 其中 所述第一天線結構在至少兩個接地點處連接至所述接地面，從而形成虛擬部分和操作部分，所述操作部分包含設置于接近所述外殼的底側的所述元件中的狹槽； 所述虛擬部分的外部周邊實質上包圍所述接地面；并且 所述操作部分的外部周邊設置于所述接地面的外部并實質上包圍所述第二天線結構。
28.一種操作供便攜式無線電裝置使用的多頻帶天線設備的方法，所述設備具有饋電、環路輻射器元件，所述饋電、環路輻射器元件設置于實質上所述裝置的外殼的周邊區域周圍，所述環路輻射器元件具有狹槽，所述狹槽設置于實質上所述外殼的底部邊緣處，并且所述無線電裝置的接地面設置于遠離所述環路輻射器元件的底部邊緣一定距離處，所述方法包含以下步驟 用包含較低頻率分量和較高頻率分量的饋電信號激勵所述饋電；和至少在所述較高頻率下引起所述環路輻射器元件中的射頻振蕩； 其中，所述狹槽經配置以實現所述天線設備在所述較高頻率下的調諧。
29.一種減輕用戶干擾對輻射和接收移動裝置的影響的方法，所述移動裝置的特征在于優選的用戶抓取位置，所述方法包含以下步驟 用包含至少第一頻率分量的信號激勵環路天線元件；所述環路天線元件設置于實質上所述裝置的外殼的周邊區域周圍，和 在形成于所述環路天線元件內的狹槽間產生電磁場； 其中所述狹槽位于相對于所述優選的抓取位置的遠側，以便減輕由于所述用戶的所述抓取造成的電磁干擾。
30.一種供便攜式無線電通信裝置使用的多頻帶天線設備，所述天線設備包含 第一天線結構，所述第一天線結構包含輻射器元件，所述輻射器元件配置成實質上設置于裝置外殼的外部周邊周圍； 其中所述輻射器元件包含狹槽，所述狹槽包含用于最小化由于用戶抓握所述裝置外殼造成的輻射器元件在所述狹槽間短路的構件。
全文摘要
一種多頻帶狹槽環路天線設備和調諧并利用所述多頻帶狹槽環路天線設備的方法。在一個實施例中，在手提移動裝置(例如，蜂窩式電話或智能手機)內使用天線配置。天線包含兩個輻射結構環形或環路結構，所述環形或環路結構實質上包圍裝置外殼的外部周邊；和調諧結構，所述調諧結構設置于外殼內部。環形結構接地至裝置的接地面，以便產生虛擬部分和操作部分。調諧結構與接地面間隔，并且調諧結構包括數個輻射器分支，所述數個輻射器分支影響各個頻帶中的天線操作；例如，至少一個較低頻帶和三個較高頻帶。在一個實施中，使用耦接于裝置饋電與輻射器分支之間的電抗匹配電路來影響第二較低頻帶輻射器。
文檔編號H01Q1/24GK102904003SQ201210260650
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者海基·科爾瓦, 彼得里·安娜馬 申請人:芬蘭帕斯有限公司