内置天线及使用该内置天线的便携通信终端

摘要

本发明涉及一种内置天线及使用该内置天线的便携通信终端。该内置天线包括具有形成在第一电介质层上的第一天线图案的第一天线，和具有形成在第二电介质层上的第二天线图案的第二天线。第二电介质层的介电常数高于第一电介质层。第一和第二天线图案彼此电连接。

说明书

技术领域

本发明大体涉及天线，更具体地，涉及能够安装在便携通信终端中的小尺寸天线。

背景技术

随着现代半导体技术和各种通信技术的进步，已经开发了小尺寸便携通信终端。例如，具有无线通信功能的装置包括笔记本电脑、便携式多媒体播放器(PMP)、移动电话、导航系统等等。

上述装置提供的无线通信服务包括广播服务(人造卫星和/或地面数字多媒体广播(DMB))、通信服务、互联网服务等等。具体地，在使用者移动时能够使用的广播服务可以由具有内置和外置天线的装置提供。

上述装置是便携式的并需要天线，该天线具有小尺寸和实现上述各种服务的高性能的能力。结果，装置采用内置天线为手段来满足尺寸和设计因素的要求。

图1为示出常规内置天线的图形。内置天线100包括电介质层110和形成在电介质层110上的辐射表面(radiant surface)130。

辐射表面130被沿电介质层110的水平方向设置的电源线激发。同轴电缆(未示出)可以用作连接电缆。同轴电缆的内置导体电连接到辐射表面130。

内置天线100可应用于便携通信终端，因此，由于尺寸的限制电介质层110具有低的介电常数。

然而，具有低介电常数的电介质层110可以引发天线的辐射特性变化，诸如，手幻影(hand phantom)或手效应(hand effect)，其中当使用者的身体接触该终端时接收频带偏移。

图2示出了由于常规内置天线的手幻影而导致的频带偏移的实验结果。图2所示的虚线表示内置天线期望接收的频带f₁′和f₂′的图形。图2所示的实线表示由于手幻影或手效应而导致的由内置天线接收的频带f₁和f₂的图形。

为了最小化由手幻影导致的内置天线辐射特性的变化，频繁接触使用者的部分可以尽可能远地与安装内置天线的部分分离，可以使用外置天线，且可以使用宽带天线。

然而，将抑制手幻影的这些方法应用于有限尺寸的便携通信终端存在着问题。

虽然已经提出了使用具有高介电常数的电介质层，但是这同样导致诸如损耗增大、带宽减小和产生寄生参数的问题。特别地，当考虑天线的物理长度而使用具有高介电常数的电介质层时，天线的带宽减小且天线的传播损耗增大。

发明内容

本发明被提出用于解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下述优点。因此，本发明的方面提供了内置天线，该内置天线能够安装到有限空间中并能够最小化天线的辐射特性的变化，诸如，由使用者物理接触而导致的频率偏移。

根据本发明一方面，内置天线包括具有形成在第一电介质层上的第一天线图案的第一天线，和具有形成在第二电介质层上的第二天线图案的第二天线。第二电介质层的介电常数高于第一电介质层，第一和第二天线图案彼此电连接。

根据本发明另一方面，内置天线提供为包括形成在各自的电介质层上并具有不同介电常数的第一天线和第二天线。第一天线的供给点延伸为接触第二天线的天线图案。

根据本发明的附加方面，便携通信终端提供为具有壳体和内置天线。该内置天线包括具有形成在第一电介质层上的第一天线图案的第一天线，和具有形成在第二电介质层上的第二天线图案的第二天线。第二电介质层的介电常数高于第一电介质层，第一和第二天线图案彼此电连接，内置天线被安装到壳体中。

根据本发明另一方面，便携通信终端提供为具有壳体和内置天线，该内置天线包括具有形成在壳体上或壳体中的第一天线图案的第一天线以及具有形成在电介质层上的第二天线图案的第二天线。电介质层的介电常数高于壳体。第一天线图案和第二天线图案彼此电连接。

附图说明

通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其他方面、特征和优点将更加显而易见，其中：

图1为示出常规内置天线的图形；

图2为示出因常规内置天线的手幻影而导致的频带偏移的图形；

图3A和3B为根据本发明第一实施例的内置天线的截面图；

图4为示出根据本发明第一实施例的内置天线的图形；

图5A和5B为根据本发明实施例的第一天线和第二天线的图形；

图6A和6B为比较因常规内置天线和根据本发明一实施例的内置天线的手幻影导致的频带变化的图形；

图7为示出根据本发明第二实施例的其中安装有内置天线的便携通信终端的图形；

图8为示出根据本发明第三实施例的便携通信终端的图形；和

图9A、9B和9C为示出根据本发明实施例在图8中示出的便携通信终端中安装内置天线的实例的截面图。

具体实施方式

现将参考附图详细描述本发明的实施例。在不同附图中示出的相同或相似部件可以由相同或相似的附图标记表示。本领域所知的结构或工艺的详细描述可以被省略以避免使得本发明主题不明显。

本发明的实施例提供了内置天线，其中具有形成在电介质层上的导电天线图案的天线被耦接以共振，该电介质层具有不同的介电常数。两个天线中具有更高介电常数(或更高Q值)的天线的中心频率位于期望的接收频带的边缘。Q值与共振系统的抗振效果有关。高Q值意味着低阻抗。Q值或Q因子可以定义为f₀/Δf，其中f₀是中心频率，Δf是带宽(即，频率范围的宽度)，对于该带宽在天线(或天线的谐振器)中存储的能量是其峰值的至少一半，或者天线的接收或辐射增益(或强度)是其峰值的至少3dB(70.7％)。按惯例，Δf被称为-3dB带宽或半功率带宽。

具体地，具有不同Q值的两个天线被耦接以共振。天线的具有较高Q值且不受使用者的物理接触影响的中心频率位于内置天线的可接收频带的边缘。因此，内置天线能最小化手幻影或手效应，诸如由使用者的物理接触导致的频带偏移。

图3A和3B为根据本发明实施例的内置天线的截面图。图3A和3B所示的每个内置天线200包括第一天线210和第二天线220，各自具有形成在电介质层213上的天线图案211和电介质层222上的天线图案221，该电介质层213和222具有不同的介电常数。

第一天线210包括第一电介质层213和形成在第一电介质层213上的第一天线图案211。第二天线220包括第二电介质层222和形成在第二电介质层222上的第二天线图案221，其中第二电介质层222的介电常数高于第一电介质层213的介电常数。第一天线210和第二天线220可以被电磁耦合且被竖直布置以产生共振。

第一天线图案211的馈电点(feed point)212延伸以接触第二天线图案221。第一天线图案211可以形成为基于相同的供给点而分叉到第二天线图案221。供给点212是天线图案在电介质层上开始的点，或者是外部电路连接到的连接部分。外部电路经由供给点212将即将被转换为无线电波的电信号(或电流)输出到第一天线210和第二天线220，外部电路通过供给点212接收被第一天线210和第二天线220由无线电波转换的电信号。即，第一天线图案211和第二天线图案221形成为从相同的供给点分叉，第一天线图案211和第二天线图案221彼此电连接。供给点212可以被认为是第一天线图案211的端部，第一天线图案211可延伸到第二天线图案221。供给点212可以被认为是设置在第一天线图案211和第二天线图案221的平坦基部之间的导电部分。

聚碳酸酯(它的相对介电常数ε_r＝3)可以用作第一电介质层213。具有比第一电介质层213更高的介电常数和更高Q值的材料可以用作第二电介质层222。第一电介质层213可以由相对介电常数在0至10范围的介电材料形成，第二电介质层222可以由相对介电常数在4至100范围的介电材料形成。虽然在第一电介质层213和第二电介质层222的相对介电常数范围在4至10之间交叠，但是如果第一电介质层222具有在交叠范围内的介电常数，那么第一电介质层213可以由介电常数低于第二电介质层222的材料形成。

图3A示出第一天线图案211形成在第一电介质层213的上表面上的结构。图3B示出第一天线图案211形成在第一电介质层213的下表面上的结构，该下表面面对第二电介质层222的上表面。构成内置天线200的第一天线210和第二天线220被耦接以在内置天线200期望接收的频带共振。第一天线图案211和第二天线图案221的每个都可以形成在相应的电介质层213、222的上表面或下表面上，或者缠绕在相应的电介质层213、222周围。第一天线图案211和第二天线图案221的至少一个可以埋入相应的电介质层213、222中。

第一天线210的频带(中心频带f₁)和第二天线220的频带(中心频带f₂)被电磁耦合(f₁+f₂)以产生共振。这意谓着获得了内置天线200的期望接收频带的波形，如图4中具有中心频率f₃的频带的图形所示。

为了电磁共振，第一天线图案211和第二天线图案221应当彼此对应。在第一天线210和第二天线220之间的三轴x、y和z上的分离间隔L不大于1mm。第一电介质层213的厚度d₁不大于2mm，第二电介质层222的厚度d₂不大于4mm。在图3A中，分离间隔L是第一电介质层213的下表面和第二电介质层222的上表面之间的距离；在图3B中，分离间隔L是第一天线图案211的平坦基部与第二电介质层222的上表面之间的距离。

图4为示出根据本发明实施例的内置天线的天线接收损耗与频率之间的关系的图形。传统地，天线接收损耗由天线回波损耗(S11)表示。图4中所示的实线表示根据本发明的内置天线期望接收的频带以及在该频带中的中心频率f₃和f₃′。

图4所示的虚线表示第一天线的中心频率f₁和f₁′及可接收频带的图形。图4所示的虚点划线表示第二天线的中心频率f₂和f₂′及可接收频带的图形。

内置天线具有在可接收频带A和B中的中心频率f₃和f₃′，可接收频带A和B具有四个边缘e₁、e₂、e₃和e₄。

由于内置天线的可接收频带(实线图形)会因手幻影而偏移，所以第一天线的可接收频带位于从实际期望的可接收频带偏移的频带(中心频率f₁和f₁′)处。

第二天线形成在具有比第一天线更高的介电常数的电介质层上。因此，第二天线可以具有比第一天线更高的Q值，该更高的Q值的中心频率f₂和f₂′位于内置天线的可接收频带的边缘处。

第二天线的中心频率f₂和f₂′的每个都可形成在对应于内置天线的频带边缘e₁、e₂、e₃和e₄之一的频率的±30％内。例如，如果内置天线的频带的边缘频率为820MHz，则第二天线的中心频率可以位于570MHz至1.3GHz之间。如另一实例，如果边缘频率为1.8GHz，则第二天线的中心频率可以位于1.26至2.7GHz之间。更期望地，第二天线的中心频率f₂和f₂′的每个都可以形成在对应于内置天线的频带边缘e₁、e₂、e₃和e₄之一的频率的±20％内。

根据本发明实施例的内置天线配置为使得第一天线和第二天线能交互共振(mutually resonant)。因此，信号能在内置天线实际期望接收的频带被发送和接收。此外，由于具有高Q值的第二天线的中心频率位于内置天线的边缘e₁、e₂、e₃和e₄的预设范围内，所以因与使用者接触而导致的介电材料的介电特性(介电常数)变化以及频带的偏移能够最小化。

根据本发明的实施例的内置天线能最小化由手幻影和接收敏感性的退化而导致的频带偏移，而不增加其尺寸。特别地，因为第一天线的长度能被设计成短于相应于内置天线的频带的长度，所以根据本发明的实施例的内置天线能最小化所需的空间。

图5A和5B为根据本发明实施例示出第一和第二天线的天线接收损耗与频率之间关系的图形。图5A为示出第一天线的中心频率f₁和f₁′和频带的图形。图5B为示出第二天线的中心频率f₂和f₂′和频带(实线)以及在第二天线与第一天线耦接后的频带(虚线)图形。

图6A和6B为比较常规内置天线的频带和根据本发明实施例的内置天线的频带中由手幻影导致的变化的图形。图6A和6B中，虚点划线示出期望接收频带，实线示出因手幻影导致的偏移频带。

图6A示出常规天线的可接收频带(虚点划线)和因手幻影导致的可接收频带的偏移频带(实线)。图6B示出根据本发明实施例当在内置天线中发生手幻影时的频带。

当比较图6A与图6B时，因图6B中手幻影导致的可接收频带的变化宽度小于图6A中所示的变化宽度。具体地，图6B中，因手幻影导致的偏移频带包括内置天线期望接收的频带，因此由偏移的频带造成的接收率的退化能最小化。

图7为示出其中安装有根据本发明第二实施例的内置天线的便携通信终端的图表。

根据本发明实施例的便携通信终端300包括内置天线，该内置天线具有与结合图3A或3B描述的内置天线之一相同的形式，该内置天线的详细描述与图3A或3B的描述一致。

图8为示出其中安装有根据本发明第三实施例的内置天线的腕表(wristwatch)型便携通信终端的图形。便携通信终端400可包括内置天线，该内置天线具有与结合图3A或3B描述的内置天线相同的形式。重复的结构或构造的描述可以认为与图3A或3B中所示的内置天线的结构或构造相同。

图8的便携通信终端400具有包括第一天线和第二天线的内置天线，该第一天线具有形成在第一电介质层上的第一天线图案，第二天线具有形成在第二电介质层上的第二天线图案，该第二电介质层比第一电介质层的介电常数高。第一天线图案延伸到第二天线图案。内置天线安装在壳体(case)(或盒体(housing))的内部。在安装内置天线时，便携通信终端可以包括由金属形成的壳体或盒体。

便携通信终端400是使用者能够佩戴的腕表型。便携通信终端400包括销451、销支撑体442、孔443和从主体410延伸的带421和431。

根据本发明的便携通信终端可包括具有DMB功能、互联网和无线通信功能中一个或多个功能的便携数字器件(例如，个人数字助理(PDA)、PMP、笔记本电脑和微型手机)，以及可包括用于接收全球定位系统(GPS)信号的导航系统。具体地，便携通信终端可应用于需要天线和便携性的小尺寸电子器件。

图9A、9B和9C为示出根据本发明实施例在便携通信终端中安装内置天线的实例的截面图。在图9A、9B和9C中，便携通信终端的壳体由电介质材料形成。

图9A所示的便携通信终端包括第一天线421和第二天线422。第一天线421包括其中安装有便携通信终端的部件的壳体421b和形成在壳体421b的上表面(外表面)上的第一天线图案421a。第二天线422具有形成在电介质层422a上的第二天线图案422b，该电介质层422a比壳体421b的介电常数高。第一天线图案421a的供给点421c延伸到第二天线图案422b。具体地，图9A示出便携通信终端的实例，在该便携通信终端中第一天线图案421a形成在壳体421b的外表面上。

图9B为便携通信终端的实例，在该便携通信终端中第一天线图案421a形成在壳体421b的内表面上。在图9C中，第一天线图案421a是膜型并通过模内注入模塑(in-mold injection molding)被埋入壳体421b中。第二天线图案422b可以是膜型并被埋入壳体421b中而不是第一天线图案421a被埋入。

图9A至9C中示出的第一天线图案421a可以是埋入壳体中的膜型，或可以贴附到壳体421b的外表面或内表面。第二天线422可以形成在印刷电路板上。如果第二天线422形成在印刷电路板上，则第一天线图案421a的供给点421c可以延伸到印刷电路板。

根据本发明实施例，内置天线包括中心频率不同于期望接收频带的中心频率的第一天线以及形成在电介质层上的第二天线，该电介质层的介电常数比第一天线的电介质层高。因使用者物理接触导致频带变化而产生的接收敏感度退化被最小化。具体地，第二天线的中心频率位于内置天线的接收频带的边缘，由此，由使用者物理接触导致的接收频带的变化能最小化。

根据本发明实施例的内置天线保持小尺寸，这使得它可应用于诸如便携通信终端的有限空间，并最小化因使用者物理接触产生手幻影所导致的天线辐射特性的变化。

虽然参考其某些优选实施例已经显示和描述了本发明，但是本领域的一般技术人员可以理解在不脱离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的不同变化。