通過可變阻抗部件的弱耦合進行天線調諧的技術的制作方法
【專利說明】通過可變阻抗部件的弱輔合進行天線調諧的技術
[000。發明背景
技術領域
[0002] 本發明的實施例總體設及適合用于在1OOM監到5GHZ范圍的高頻及射頻頻帶下工 作的移動設備的小型天線。
【背景技術】
[0003] 要求IOOM監~5GHZ的頻譜內的無線電通信的縮小尺寸的便攜式設備正面臨與合 適的天線設計相關的問題。當在運種頻譜中工作的天線需要符合較小的物理體積時存在基 本和實用性的限制。結果是不足的福射功率水平和差的接收機靈敏度。運兩個問題都與天 線福射效率過低相關。
[0004] 現有天線設計技術能夠使用特定寬帶或復諧振天線設計來緩解運樣的問題。運些 技術能夠解決與特定設備有關的某些具體設計問題，但是還不能提供一種能夠在小型天線 體積的約束內滿足福射相關規格的、可普遍采用的天線設計技術。
[0005] 因此，本領域中需要一種技術，該技術借助于禪合至可變阻抗裝置的電磁禪合寄 生元件來在不影響多頻帶天線的其它頻帶的情況下調諧該天線的某一頻帶的天線諧振頻 率。
【發明內容】
[0006] 本發明總體設及適合用于在IOOM監到5G監范圍的高頻及射頻頻帶下工作的移動 設備的小型天線。所述天線可W禪合至諸如微機電系統(MEMS)DVC之類的數字可變電容器 (DVC)。所述天線可W禪合至通常諸如開關電感器和/或電容器組之類的可變阻抗裝置。所 述天線可W禪合至布置在諸如移動電話或智能電話之類的移動設備內部的印刷電路板。
[0007] 在一個實施例中，天線結構包含禪合至印刷電路板的天線導體;和禪合至印刷電 路板的禪合電容器板。在另一個實施例中，移動設備包含該天線結構。
[000引在另一個實施例中，天線結構包含禪合至印刷電路板的天線導體;和禪合至印刷 電路板的寄生元件。在另一個實施例中，移動設備包含該天線結構。
【附圖說明】
[0009] 為了能夠詳細地理解本發明的上述特征，通過參照實施例可W獲得W上簡要概述 的本發明的更具體的說明，其中在附圖中示出了所述實施例的一些。然而，應注意，附圖僅 示出了本發明的典型實施例，因此不應視為限制本發明的范圍，運是因為本發明可W允許 其他等同有效的實施例。
[0010] 圖1為包含根據一個實施例的天線的移動電話的等距示意圖。
[0011] 圖2為天線結構的示意圖。
[0012] 圖3為根據一個實施例的天線結構的示意圖。
[0013] 圖4為根據一個實施例的、禪合至印刷電路板的天線結構的示意圖。
[0014] 圖5為根據一個實施例的DVC的示意圖。
[001引圖6為根據一個實施例的MEMS器件的示意圖。
[0016] 圖7為根據一個實施例的雙頻帶天線的示意圖。
[0017] 圖8為根據另一個實施例的、禪合至印刷電路板的天線結構的示意圖。
[0018] 圖9為根據另一個實施例的、禪合至印刷電路板的天線結構的示意圖。
[0019] 為幫助理解，在適用的情況下已經使用相同的附圖標記來表示附圖所共有的相同 元件。可W預見的是，在沒有具體聲明的情況下，一個實施例中公開的元素可W有利地用于 其它實施例。
【具體實施方式】
[0020] 本發明總體設及適合用于在IOOM監到5G監范圍的高頻及射頻頻帶下工作的移動 設備的小型天線。所述天線可W禪合至諸如MEMS DVC之類的DVC。通常地，所述天線可W禪 合至諸如開關電感器和/或電容器組之類的可變阻抗裝置。所述天線可W禪合至布置在諸 如移動電話或智能電話之類的移動設備內部的印刷電路板。
[0021] 適合用于集成到諸如如圖1中所示的移動電話之類的便攜式射頻設備中的小型天 線通常安裝在移動設備的頂部或背部，并且該移動設備作為天線的有源反極。運樣的小型 天線通常被設計為簡單單極天線的變型，采用例如(平面)倒F天線(P)IFA的形式。運種天線 的圖案能夠被修改，W在保持其福射特性的同時適應設備的機械約束。盡管如此，該天線設 計的本質總是能夠如圖2所示的那樣來描述。
[0022] 在W下的描述中，將采用術語"接地"、"接地連接"、"接地平面"。在諸如移動電話 或智能電話或平板電腦之類的電池供電的設備中，"接地"的定義與電池的電位參考（"負" 極)相關，所述電位參考禪合至設備的主體(底座）。
[0023] 天線導體圖案200負責產生不平衡電流，所述不平衡電流將導致福射電磁功率。在 PIFA實施方式中，所述功率借助于通常非常接近于接地連接204的饋源202饋送至天線中。 諸如倒L(ILA)或單極之類的替代天線類型將沒有接地連接，但盡管如此，此處描述的一般 方法仍然適用。
[0024] 通過使導體圖案200適當成形，所期望的頻帶能夠被天線諧振覆蓋，并且因此針對 那些頻率來福射電磁功率。運與發生器的具體阻抗無關，原因在于在此階段天線的福射效 率是首要關注點，其被定義為福射功率對天線的輸入功率。
[0026] 總效率包含回波損耗并能夠與福射效率Ilrad及天線饋源處的散射參數Sii有關。
[0027] nt〇t=(l-| Sn P)nrad
[0028] 通常，能夠^饋源處增加匹配網絡，W在不影響天線的固有福射特性的情況下優 化總效率。由于本文中討論的實施例在給定帶寬內調諧諧振的同時使天線福射效率最大 化，所W在不失一般性的情況下將假定諧振時的天線阻抗接近于源阻抗(一般為50歐姆）。
[0029] 圖3示出了一種通過使用電容器302將可變阻抗300禪合至天線的導體圖案來調諧 天線的諧振頻率的方法。
[0030] 在本發明的一個具體實施例中，禪合電容器302能夠通過與用于實施天線導體圖 案200相同裝置來實施。如圖4所示，運能夠通過增加平行于天線導體圖案但使用厚度402的 間隔材料層間隔開的導體板400來實現。
[0031] 在該具體實施中，天線圖案懸于接地平面404(通常為印刷電路板(PCB))的邊緣之 夕h并且傳輸線406將發生器連接到天線饋源202。可變阻抗部件300安裝在PCB的表面上，并 通過與用于將饋源202和接地部204連接至天線圖案的相同的裝置408被連接到禪合電容器 板400。
[0032] 在一個具體實施中，圖4中的連接橋202、204和408為C型夾子(彈黃)或微型彈黃式 頂針式連接器，其被表面安裝在PCB上并在天線+PCB系統被機械組裝時產生與在天線主體 上的暴露導體的特定區域的電氣接觸。
[0033] 在本發明的一個具體實施例中，可變阻抗部件300包含數字可變電容器。通過使電 容器其值在Cmin到Cmax范圍內變化，天線諧振頻率在fMiN到fMAx范圍變化。天線導體圖案200的 合適設計、禪合電容器板400的位置及尺寸的合適設計將允許覆蓋在fMIN到fMAX的總帶寬內 的所要求的感興趣的電信頻帶。
[0034] 圖5為根據一個實施例的DVC 300的示意圖。DVC 300包含多個空腔500。雖然僅詳 細示出一個空腔500,但是應該理解的是，雖然每一個空腔500的電容可能不同，但每個空腔 500可W具有相似配置。
[0035] 每個空腔都有RF電極504,該RF電極504禪合至RF連接部/焊接凸點510。此外，每個 空腔具有一個或多個吸合(pull-in)電極506和一個或多個接地電極508。所述開關元件502 (示出了兩個）布置于電極504、506、508之上。事實上，開關元件502電氣禪合至接地電極 508。由于施加到吸合電極506的電流/電勢，使得開關元件502能夠移動至距RF電極508的不 同間距處。
[0036] 圖6是根據一個實施例的MEMS裝置600的示意圖。該MEMS裝置包含電極504、506、 508和開關元件502,開關元件502布置于空腔500中并能夠從接近RF電極504的位置(被稱為 Cmax位置)和與鄰近上拉(pull-up)電極602間隔開的位置(被稱為Cmin位置)移動。開關元件 502在空腔500內的位置決定了特定空腔的電容。通過在DVC中使用MEMS裝置，能夠如本文中 討論的那樣對天線進行調諧。
[0037] 圖7是根據一個實施例的雙頻帶天線的示意圖。該天線具有直接饋自于RF源的低 頻帶部分，而高頻帶饋自于電磁禪合。能夠通過將可變阻抗702連接至電磁禪合寄生元件 704來調諧該天線的高頻帶諧振頻率。
[003引在一個實施例中，可變阻抗部件702包含DVC。通過使電容器在值Cmin到Cmax范圍內 變化，天線高頻帶諧振頻率在f