超宽带副天线和使用超宽带副天线的无线装置

摘要

本发明提供了一种无线通信终端中的副天线。所述副天线包括导电平面元件，所述导电平面元件包括大致直线的并且包括第一长度的第一边缘。所述导电平面元件可以包括第二边缘，所述第二边缘是大致直线的，与所述第一边缘相对并且包括小于第一长度的第二长度。至少一个弯曲边缘可以布置在第一边缘和第二边缘之间。与第二边缘大致垂直的至少一个细长槽可以源自位于所述至少一个弯曲边缘和所述第二边缘之间的过渡部分。

说明书

背景技术

取决于例如装置的相对大小和/或所使用的信号波长，具有无线通信功能的便携 式和手持式计算和通信装置会存在信号发送或信号接收问题。多种类型的天线已被用 于这种装置。取决于天线的外型、方向、尺寸和/或结构配置，特别是考虑到要发送 或接收的信号的波长，这种天线以不同程度的效力发射或接收电磁信号。

除了与手持式计算和通信装置的相对大小有关的挑战以外，这种装置还会包含与 多种通信协议和/或装置相对应的数量渐增的频带。例如，多频带和/或多系统通信在 手持式计算和/或通信装置的情况下会出现明显的发送和/或接收问题。

发明内容

本发明的实施方式可以提供一种无线通信终端中的副天线。该副天线包括导电平 面元件，该导电平面元件包括第一边缘，第一边缘是大致直线的并且包括第一长度。 大致直线的第二边缘与第一边缘相对地布置并且包括小于所述第一长度的第二长度。 至少一个弯曲边缘布置在所述第一边缘和所述第二边缘之间，并且至少一个细长槽与 所述第二边缘大致垂直，并且源自位于所述至少一个弯曲边缘和所述第二边缘之间的 过渡部分(transition portion)。

在某些实施方式中，所述至少一个弯曲边缘包括第一弯曲边缘和第二弯曲边缘和 /或其组合，使得所述第一弯曲边缘和所述第二弯曲边缘都包括大致相同的曲率半径。 某些实施方式提供的所述第一弯曲边缘和所述第二弯曲边缘布置在所述第一边缘和 所述第二边缘各自的端部之间，并且沿着其间的表面的至少主要部分连续地延伸。在 某些实施方式中，所述至少一个细长槽包括第一细长槽，所述第一细长槽大致垂直于 所述第二边缘并且布置在位于所述第一弯曲边缘和所述第二边缘之间的第一过渡部 分处。第二细长槽可以大致垂直于所述第二边缘并且可以布置在位于所述第二弯曲边 缘和所述第二边缘之间的第二过渡部分处。

某些实施方式包括从所述第二边缘延伸的细长部。在某些实施方式中，在所述第 二边缘和导电接地面的边缘之间限定了缝隙(gap)，所述缝隙包括绝缘材料。某些实 施方式提供的缝隙为约1mm。在某些实施方式中，所述缝隙可以包括空气和/或任何 其它绝缘材料。某些实施方式包括耦接至所述细长部的电感性负载和/或电阻性负载， 以提供与低频带限制相对应的调谐功能。

在某些实施方式中，所述导电平面元件包括具有多个槽的双切割(dual chop)圆 形单极辐射体。

某些实施方式提供的所述导电平面元件被配置为以沿着线形成的角度弯曲，该线 大致平行于所述第二边缘，并且位置大致邻近所述至少一个细长槽的内端部。

某些实施方式包括第三边缘，其中，所述第三边缘和所述至少一个弯曲边缘均布 置在所述第一边缘和所述第二边缘各自的端部之间，并且沿着其间的表面的至少主要 部分连续地延伸。某些实施方式包括从所述第二边缘延伸的细长部。在某些实施方式 中，在导电接地面的顶边缘和所述导电平面元件的所述第二边缘之间限定了包括绝缘 材料的狭缝。在某些实施方式中，所述缝隙是约1mm，并且所述绝缘材料是空气或 任何其它绝缘材料。某些实施方式提供的所述导电接地面包括大致平行于所述第三边 缘的第一细长部和附接至所述第一细长部并且在大致平行于并且大致邻近所述第一 边缘的方向上延伸的第二细长部。电感性负载和/或电阻性负载可以耦接至所述细长 部，以提供与低频带限制相对应的调谐功能。

在某些实施方式中，所述导电平面元件包括具有槽的双切割圆形单极辐射体的垂 直切割部。

本发明的某些实施方式包括具有本文所描述的副天线的无线装置。根据某些实施 方式的无线装置可以包括能够与第一频带相对应的主天线。所述副天线能够与不同于 所述第一频带的第二频带相对应。切换装置能够响应于所述无线装置工作在所述第一 频带还是所述第二频带而选择性地连接所述主天线或所述副天线。

在某些实施方式中，所述切换装置包括多路复用器，所述多路复用器被配置为选 择性地将与多个频带中的频带相对应的多个收发器中的收发器与所述主天线或所述 副天线中的一个通信地耦接。某些实施方式所提供的所述第一频带包括约700MHz 至960MHz的范围，并且所述第二频带包括约1.35GHz至11.5GHz的范围。

本发明的某些实施方式包括无线装置，所述无线装置包括：可调谐主天线，所述 可调谐主天线被调谐为工作在蜂窝通信频带；包括多个槽的双切割圆形单极辐射体； 以及切换装置，所述切换装置能够选择性地将所述可调谐主天线或者所述双切割圆形 单极辐射体耦接至分别与多个频带相对应的多个收发器中的至少一个。

附图说明

图1是例示根据本发明某些实施方式的包括副天线的无线装置的框图。

图2A和图2B是例示根据本发明某些实施方式的包括副天线的天线配置的正面 和侧面的示意图。

图3是例示根据本发明某些实施方式的包括副天线的天线配置的侧面的示意图。

图4A和图4B是例示根据本发明某些实施方式的包括副天线的天线配置的正面 和侧面的示意图。

图5是绘出根据本发明某些实施方式的具有不同槽宽度的双切割单极副天线的 回波损耗的仿真结果的图。

图6是绘出根据本发明某些实施方式的具有不同槽高度的双切割单极副天线的 回波损耗的仿真结果的图。

图7是绘出根据本发明某些实施方式的相对于馈线具有不同槽位置的双切割单 极副天线的回波损耗的仿真结果的图。

图8是绘出根据本发明某些实施方式的具有槽和接地面细长部的双切割圆形单 极辐射体的垂直切割部的回波损耗的仿真结果的图。

图9是例示根据本发明某些实施方式的用于提供与无线装置中的多频率协议收 发器、功能和/或应用相结合的副天线的切换功能的示例性结构的框图。

具体描述

下面参照附图更加充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施方式。 然而，本发明可以具体实施为许多不同的形式，并且不应解读为将本发明限制于本文 所阐述的实施方式；相反地，提供这些实施方式使得本公开变得透彻和完整，并且将 向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的标号将通篇指代相同的元件。如 在本文所使用的，措辞“和/或”包括一个或更多个相关列出的项目的任何组合和全部 组合。

除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术的和科学的术语)均具有 与本发明所属技术领域的技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非在本 文明确定义，否则例如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在的相关技术和 该特定的公开的情况下的含义相一致的含义，并且将不解释为理想化的或过分正式的 含义。

应强调的是，当在该说明书使用时，措辞“包含/包括”是指定特定的特征、要素、 步骤或组件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤、组件或其组的 存在或附加。

应理解的是，虽然可以在本文使用措辞第一和第二来描述各种组件，但是这些组 件不应被这些措辞所限制。这些措辞仅用于从另一组件区分一个组件。因而，例如， 在不背离本发明的教导的情况下，下面描述的第一组件可以被称为第二组件。

应理解的是，根据本发明的移动终端和/或无线装置可以工作在任何类型的无线 通信网络中。例如，在根据本发明的某些实施方式中，网络可以广泛地提供称为PCS (个人通信服务)的服务，该服务包括符合例如IS-136和IS-95的标准的增强型数字 蜂窝系统、例如DECT(数字增强无绳电话)的低功耗系统、例如CDPD(蜂窝数字 分组数据)的数据通信服务以及例如CDMA-2000(利用通常称为宽带码分多址 (WCDMA)的格式)的其它系统。

仅为了例示和说明的目的，在移动终端被配置为执行蜂窝通信(例如，蜂窝语音 和/或数据通信)和/或短距离通信(例如，无线局域网络和/或蓝牙)的背景下在本文 描述本发明的各种实施方式。然而，应理解的是，本发明不限于这种实施方式，并且 通常可以实现为被配置为利用例如多种不同的协议、功能和/或应用通过超宽频带进 行通信的任何无线通信终端。

简要地参照图1，图1是例示根据本发明某些实施方式的包括副天线的无线装置 的框图。无线装置10可以包括电路板20(CB)(例如，印刷电路板)，其上可以安装 并且/或者连接有多个电子元件。例如，CB 20可以包括能够利用多种不同的通信协议 在多种不同的频带中发送/接收通信的多个收发器模块和/或电路。例如，无线装置10 可以被配置为利用下列中的一项进行通信：蜂窝频带、多信道协议(分集)、全球定 位系统(GPS)、多输入多输出(MIMO)、例如IEEE 802.11(WiFi)的无线局域网络 标准、个人局域网络协议(蓝牙)、宽带无线(WiMax)和/或超宽带(UWB)应用。

主要和/或主天线30可以电耦接至CB 20，并且能够在例如与一个或更多个蜂窝 频带和/或协议相对应的频率范围内发送和/或接收电磁波。副天线100可以电耦接至 CB 20并且能够在例如与一个或更多个非蜂窝频带和/或协议相对应的频率范围发送 和/或接收电磁波。例如，副天线100能够发送和/或接收多信道协议(分集)、全球定 位系统(GPS)、多输入多输出(MIMO)、例如IEEE 802.11(WiFi)的无线局域网络 标准、个人局域网络协议(蓝牙)、宽带无线(WiMax)和/或超宽带(UWB)应用 中的一种。在某些实施方式中，根据一个或更多个频带、协议和/或应用，多个副天 线100可被用于选择性地和/或同时地衰减。

现在参照图2A和图2B，图2A和图2B是例示根据本发明某些实施方式的包括 副天线的天线配置的正面和侧面的示意图。参照图2A，可以提供其上接合有导电接 地面40的CB 20。某些实施方式提供可以安装在CB 20上和/或附接至CB 20的接地 面40。

副天线100可以附接至CB 20和/或安装在CB 20上，以补充主要和/或主天线(此 处未示出)的衰减特性。副天线100可以包括导电平面元件120。平面元件120可以 利用例如金属片产品来形成。平面元件120可以包括第一边缘122和与第一边缘122 大致相对的第二边缘124。第一边缘122可以大致是直线，并且可以包括比可以大致 是直线的第二边缘124的第二长度更长的第一长度。

至少一个弯曲边缘126可以布置在第一边缘122和第二边缘124之间。弯曲边缘 126可以沿着该边缘的至少主要部分连续地延伸。某些实施方式提供了可以对称地布 置在第一边缘122和第二边缘124各自的端部之间的第一弯曲边缘126A和第二弯曲 边缘126B。弯曲边缘126A和126B可以包括大致相似的曲率半径和/或其组合。

可以设置大致垂直于第二边缘124的至少一个细长槽128。至少一个细长槽128 可以源自平面元件120的位于至少一个弯曲边缘126和第二边缘124之间的边缘(近 似是过渡部分)。某些实施方式提供第一细长槽128A和第二细长槽128B并且分别近 似为第一弯曲边缘126A和第二弯曲边缘126B。在某些实施方式中，第一细长槽128A 和第二细长槽128B可以位于沿着第二边缘124距离平面元件120的中心线限定距离 的位置。第一细长槽128A和第二细长槽128B的尺寸、方向和/或位置方面可以大致 上彼此相似。

本发明的某些实施方式可以包括从第二边缘124延伸的细长部129。如图2B所 示，接地面40和副天线100可以位于CB 20的相对侧。在某些未例示的实施方式中， 接地面40和副天线100可以大致共面。就此而言，细长部129可以包括微带馈线 (microstrip feedline)。某些实施方式提供的细长部129可以包括电感性负载和/或电 阻性负载，以调谐副天线100的频率响应。例如，负载可以提供与低频带限制相对应 的调谐功能。

本发明的某些实施方式提供了可以在第二边缘124和接地面40的边缘之间限定 的缝隙。该缝隙可以包括绝缘材料(包括，例如空气)。在某些实施方式中，缝隙可 以是大约1mm，并且绝缘材料可以包括空气。

如所例示的，副天线100可以是在下侧切割的大致上半圆形的天线，可以将其称 为双切割圆形单极天线。接地面40可以大致上是矩形的。在某些实施方式中，接地 面40的宽度可以是波长的大约一半，高度可以是最小谐振频率的波长的大约四分之 一。某些实施方式所提供的最小谐振频率是大约3.2GHz。就此而言，副天线100的 直径(第一边缘122的长度)可以是大约30mm。由于双切割，天线的高度可以是大 约16mm。

第二边缘124和接地面40的接近可以在其间产生强电容耦合。就此而言，强电 流分布可以集中在第二边缘124处，会明显地影响天线特性。

细长槽128A、128B可以相对于副天线120的中心线对称地放置。某些实施方式 提供的细长槽128A、128B可以具有约1mm的均匀宽度和约3mm的均匀高度，并 且可以置于距离细长部129约6.4mm的位置。细长槽128A、128B与中心线之间的 距离会影响带宽特性。例如，当细长槽128A、128B到中心线的距离增大或减小时， 带宽特性会劣化。同样地，细长槽128A、128B的高度和/或宽度的改变也会影响天 线特性。

虽然在图2A和图2B中被例示为大致上是平面的，但是副天线100可以被形成 为非平面的配置。例如，简明地参照图3，图3是例示了根据本发明某些实施方式的 包括弯曲的副天线100的天线配置的侧面的示意图。某些实施方式所提供的平面元件 120可按照沿着大致平行于第二边缘(124，图2B)的线所形成的角度而弯曲。在某 些实施方式中，所述线可以近似位于至少一个细长槽128的内端部。例如，所述线可 以在第一和第二细长槽(128A、128B，图2B)的内端部之间延伸。

通过这种方式，可以将副天线100设计为使得平面元件120可以垂直地和/或以 弓形弯曲90°，因而可以位于CB 20的边缘。通过弯曲CB 20和平面元件120，可以 减小必需的空间。通过这种方式，副天线100可以置于移动电话、膝上型PC和/或任 何其它类型的便携式设备中，其中，接地面包括大致上两倍天线直径的宽度。

在某些实施方式中，无论是否弯曲，副天线都可以以良好的性能覆盖从约2.4GHz 到约12.5GHz的频带。

现在参照图4A和图4B，图4A和图4B是例示根据本发明某些实施方式的包括 副天线的天线配置的正面和侧面的示意图。副天线100的某些实施方式可以包括具有 槽的双切割圆形单极辐射体的垂直切割部。例如，导电平面元件220可以包括第一边 缘222和与第一边缘大致相对的、长度小于第一边缘222的长度的第二边缘224。弯 曲边缘226可以布置在第一边缘222与第二边缘224的对应端部之间。第三边缘230 可以布置在第一边缘222和第二边缘224的其它对应端部之间。在某些实施方式中， 第三边缘230的方向可以大致垂直于第一边缘222和第二边缘224。可以设置大致垂 直于第二边缘224的细长槽228。细长槽228可以源于平面元件220的位于弯曲边缘 226与第二边缘224之间的边缘(近似是过渡部分)。某些实施方式提供了细长槽228 并且可以近似为弯曲边缘226。

本发明的某些实施方式可以包括从第二边缘224延伸的细长部229。如图4B所 例示的，接地面40和副天线100可以位于CB 20的相对侧。在某些未例示的实施方 式中，接地面40和副天线100可以是大致共面的。就此而言，细长部229可以包括 微带馈线。某些实施方式提供的细长部229可以包括电感性负载和/或电阻性负载， 以调谐副天线100的频率响应。例如，负载可以提供与低频带限制相对应的调谐功能。

某些实施方式提供的接地面40包括大致平行于第三边缘230的第一细长部42 和在大致平行并大致邻近第一边缘222的方向上从第一细长部42的端部延伸的第二 细长部44。在某些实施方式中，包括具有槽的双切割圆形单极辐射体的垂直切割部 和接地面42、44的第一和第二细长部的组合可以向低频端延伸带宽并减小尺寸。某 些实施方式提供的天线100可以在从约1.35GHz至11.5GHz的频带中工作。

关于示例性尺寸，某些实施方式提供的第一边缘222可以是约17mm，从第一边 缘222至第二边缘224的距离可以是约16mm，并且接地面44的第二细长部的长度 可以是约26mm。在某些实施方式中，接地面44的第二细长部的端部可以大约邻近 第一边缘222与弯曲边缘226之间的交叉处。某些实施方式提供的接地面40可以大 致是矩形的，并且在第三边缘230的方向上是约56mm，在第二边缘224的方向上是 约50mm。

现在参照图5，图5是绘出根据本发明某些实施方式的具有不同槽宽度的双切割 单极副天线的回波损耗的仿真结果的图。该图包括作为频率的函数绘出的以dB为单 位表示的仿真S参数数据。S参数是用于描述当经历小信号的各种恒定态激励时线性 电网中的电气行为的特性。S参数可以用在工作在射频(RF)和微波频率的、对信号 和能量能够比电流和电压更容易进行量化的网络中。图5示出了针对具有0.5mm、 1.0mm和1.5mm的宽度的槽的双切割单极天线的反向传输系数。具有1.0mm的槽 宽度的双切割单极在-10dB的回波损耗下的范围是2.4GHz至12.7GHz。如所例示的， 当槽宽度从1mm到1.5mm到0.5mm变化时，带宽会在上端减小至约9GHz。此外， 关于1.5mm的槽宽度，阻抗匹配会在9GHz明显地劣化，并且会导致例如约2.4GHz 至约9GHz的带宽。

现在参照图6，图6是绘出根据本发明某些实施方式的具有不同槽高度的双切割 单极副天线的回波损耗的仿真结果的图。具有3mm高度的槽的双切割单极在-10dB 的回波损耗下的范围是从2.4GHz至12.7GHz。槽的高度从3mm的标称值向上摆动 至2mm的高度并向下摆动至4mm的高度。当槽高度减小至2mm时，阻抗带宽在 上端会减小至9.4GHz。此外，当槽高度增加至4mm时，阻抗带宽在上频率端也会 减小至9.4GHz。

现在参照图7，图7是绘出根据本发明某些实施方式的相对于馈线具有不同槽位 置的双切割单极副天线的回波损耗的仿真结果的图。如所例示的，具有距离馈线6.4 mm的槽的双切割单极在-10dB的回波损耗下的范围是从2.4GHz至12.7GHz。当相 对于馈线的槽位置增大或减小时，频带宽度会减小。例如，当槽处于距离馈线5.4mm 的位置时，带宽会在两端减小至约2.4GHz至约8GHz。虽然不严重，但是当槽处于 距离馈线7.4mm的位置时，带宽会在上端减小至约12GHz。

现在参照图8，图8是绘出根据本发明某些实施方式的具有槽和接地面细长部的 双切割圆形单极辐射体的垂直切割部的回波损耗的仿真结果的图。包括接地面细长部 可以产生在低频端延伸天线带宽的效果，同时，槽可以产生增加较高端的频率的效果。 就此而言，例如，天线于是可以覆盖1.5GHz处的GPS频带。如所例示的，在-10dB 的回波损耗下，带宽的范围可以是从约1.35GHz至11.5GHz。

图9是例示根据本发明某些实施方式的具有用于提供与无线装置中的多种频率 协议收发器、功能和/或应用相结合的副天线的切换功能的示例性结构的无线装置的 框图。无线装置10可以包括被配置为发送和/或接收具有宽带频率的电磁波的宽带副 天线302。无线装置10可以包括能够在多个频带和/或协议中进行发送和/或接收的多 种应用、收发器和/或功能310A至310G。这种应用、收发器和/或功能310A至310G 可以包括GPS无线电、WiFi、蓝牙、WiMax、UWB、3G/UMTS分集和/或4G/LTEMIMO 中的一种。

无线装置10可以包括切换装置300，其被配置为将主天线(未示出)、副天线302 和/或其组合选择性地连接至所述应用、收发器和/或功能310A至310G中的一个或更 多个。在某些实施方式中，主天线可以工作在约700MHz至960MHz的频率范围内， 副天线302可以工作在约1.35GHz至11.5GHz的频率范围内。在某些实施方式中， 切换装置300可以包括一个或更多个多路复用器。某些实施方式可以包括双工器320， 以提供多个应用、收发器和/或功能的同时操作。

附图和说明书中已经公开了本发明的实施方式，虽然采用了特定的术语，但是它 们仅用在一般的和叙述性的情况，并且不旨在进行限制，所附权利要求书中阐明了本 发明的范围。