專利名稱：天線裝置和包括這種天線裝置的便攜式無線通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及天線裝置，更具體地說，涉及在諸如移動電話的 無線通信裝置中使用的天線裝置，其適于頻率相對較低的無線信號，如
FM頻帶的無線信號。
背景技術(shù)：
在便攜式無線通信裝置中，內(nèi)部天線已經(jīng)使用一段時間了。與使用 內(nèi)部天線有關(guān)的優(yōu)點很多，其中值得一提的是它們小且輕，使得它們適 于其中尺寸和重量占重要地位的應(yīng)用(例如在移動電話中)。
然而，內(nèi)部天線在移動電話中的應(yīng)用對于天線單元的構(gòu)造產(chǎn)生了--些限制。具體來說，在便攜式無線通信裝置中，供內(nèi)部天線結(jié)構(gòu)使用的 空間是有限的。這些限制可能使得難以找到提供寬工作頻帶的天線的構(gòu) 造。對于希望使用頻率相對較低的無線信號的天線來說尤其如此，這是 因為與工作在相對較高頻率下的天線相比，這種天線的期望物理長度較 大。
工作在相對較低頻帶下的一個具體應(yīng)用是FM無線應(yīng)用。FM頻帶在 歐洲被定義為88 108 MHz之間的頻率而在美國被定義為76 110MHz 之間的頻率?，F(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)天線構(gòu)造(如適配在便攜式無線通信裝置 的外殼內(nèi)的環(huán)形天線或單極天線)將使得其工作不能令人滿意，這是因 為這種天線要么是頻帶足夠?qū)挾阅芴?，要么是性能足夠而帶寬太窄?br> 相反，用于便攜式無線天線裝置的常規(guī)FM天線被設(shè)置在連接至該 天線裝置的頭戴式耳機線中。這種具有相對較長導(dǎo)線的構(gòu)造能夠得到對 于低頻應(yīng)用也足夠的天線長度。
用戶可以交替使用內(nèi)部FM天線和外部FM天線的天線解決方案是 有利的。然而，簡單的開關(guān)解決方案因常規(guī)50歐姆開關(guān)中的寄生電容和電感降低了天線的性能而不可用于有源天線。這種開關(guān)結(jié)構(gòu)還因噪聲指 數(shù)的增大而降低了內(nèi)部天線的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種在便攜式無線通信裝置中使用的內(nèi)部 天線裝置，其根據(jù)工作條件和用戶偏好而以內(nèi)部天線單元或者外部天線 單元來工作。
本發(fā)明基于這樣一種認知，即，外部和內(nèi)部輻射天線單元的組合可 用于有源天線裝置。
本發(fā)明提供了一種用于便攜式無線通信裝置的天線裝置，該便攜式 無線通信裝置適于接收至少第一工作頻帶中的無線信號，所述天線裝置 包括可連接至無線信號接收器裝置的第一輻射元件，該天線裝置的特征 在于還包括濾波器和放大器級，其互連了第一輻射元件和該無線信號 接收器裝置；可連接至連接器的第二輻射元件，該連接器連接至該濾波 器和放大器級，其中，在第一工作模式下，第二輻射元件連接至該連接 器，而在第二工作模式下，第二輻射元件與該連接器斷開，并且第一輻 射元件和該連接器共用與該濾波器和放大器級的同一連接，并且都直接 連接至該濾波器和放大器級。
本發(fā)明還提供了一種包括這種天線裝置的便攜式無線通信裝置。 因而，根據(jù)本發(fā)明的天線裝置可以根據(jù)工作條件和用戶偏好來工作。 在優(yōu)選實施方式中，設(shè)置了傳感器，該傳感器用于感測第二輻射元 件是否連接至該連接器，其中，該傳感器對該濾波器和放大器級的放大 器的工作進行控制。由此，可以將電流消耗保持最小。 所附權(quán)利要求中限定了進一步的優(yōu)選實施方式。


下面參照附圖舉例來說明本發(fā)明，圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的連接至FM接收器電路的天線裝置的示意
5圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第一實施方式的圖； 圖3是更詳細示出圖2所示天線裝置的圖； 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第二實施方式的圖； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第三實施方式的圖； 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第四實施方式的圖；而 圖7是安裝在便攜式無線通信裝置中的根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的立 體局部剖視圖。
具體實施例方式
下面，對根據(jù)本發(fā)明的天線裝置和便攜式無線通信裝置的優(yōu)選實施 方式進行詳細描述。
在下面的文字說明和權(quán)利要求中，使用了術(shù)語"輻射元件"。應(yīng)當明 白，這個術(shù)語旨在涵蓋設(shè)計用來接收無線信號的導(dǎo)電元件。
首先，參照圖1，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置1的總體構(gòu)造。 它包括第一輻射元件10，該第一輻射元件的形式為導(dǎo)電材料制成的非諧 振件，如金屬片或軟膜(flexfilm)。其尺寸的示例為30毫米X10毫米， 置于便攜式無線通信裝置的后蓋上，由此構(gòu)成內(nèi)部天線輻射器。
天線裝置1還包括第二輻射元件20，該第二輻射元件的形式為外部 電纜，優(yōu)選地為外部頭戴式耳機線，但也可以是其它電纜。第二輻射元 件20可連接至設(shè)置有該天線裝置的通信裝置上的連接器21 。
第一輻射元件10和工作期間的第二輻射元件20連接至濾波器和放 大器級30，該濾波器和放大器級被設(shè)置用于阻斷頻率高于工作頻帶的信 號，而允許工作頻帶中的信號。優(yōu)選的是，該濾波器充當針對工作頻帶 中的信號的帶通濾波器。在工作于FM頻帶中的情況下，通帶在歐洲為 88 108MHz之間而在美國為76 110MHz之間。
該濾波器的功能還在于充當ESD保護電路，從而有效阻斷ESD脈 沖頻譜的主要部分。該濾波器還消除或者至少減少了來自電磁干擾(EMI)
信號的干擾以及可能來自設(shè)置在同一無線通信裝置中的其它天線(例如 工作在完全超出FM天線的頻率下的蜂窩GSM天線)的信號的干擾。
6該濾波器和放大器級30還被設(shè)置用于對輻射元件10、 20接收到的 信號進行放大。
經(jīng)天線裝置1接收、濾波且放大的信號被供應(yīng)給FM接收器電路40， 該FM接收器電路可以是飛利浦半導(dǎo)體公司制造的按名稱HVQFN40銷 售的常規(guī)電路。該FM接收器電路包括可連接至放大器30的RF輸入部 41。
優(yōu)選的是，該濾波器和放大器級被設(shè)置得相對靠近輻射元件10和連 接器21，以便最小化寄生效應(yīng)和來自外部源的干擾。
下面將參照圖2對實現(xiàn)圖1所表達的總體思路的第一實施方式進行 描述。這里可以看出，第一內(nèi)部輻射元件10和第二外部輻射元件20都 通過互連而直接連接至濾波器和放大器級30。因而，第一內(nèi)部輻射元件 10和連接器21共用與濾波器和放大器30的同一連接，并且都直接連接 至該濾波器和放大器級30。它們與濾波器和放大器級30之間沒有設(shè)置任 何開關(guān)。
圖3示出了實現(xiàn)第一實施方式的的詳細圖。濾波器和放大器級30在 此被實現(xiàn)為接地LC電路32的形式的濾波器，該接地LC電路包括并聯(lián) 連接并且位于饋電(feeding)部分21與地之間的電感器和電容器。在一 個實施方式中，電感器的電感近似為40 nH，而電容器的電容近似為60 pF。低通濾波器33在優(yōu)選實施方式中包括在帶通濾波器32之前或之后 串聯(lián)連接在RF信號路徑中的電感器。電感器的優(yōu)選電感值在50-200 nH 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地大約為100nH。
濾波器和放大器級30的放大器34包括場效應(yīng)晶體管(FET) 35， FET35的柵極連接至濾波器31，源極直接接地，而漏極可連接至FM接 收器電路40的輸入部41。晶體管31的漏極與饋電電壓Vdd之間還連接 有負載電阻器36。
為了使天線裝置1工作，該晶體管優(yōu)選地在工作頻帶中具有低于1 dB的最小噪聲指數(shù)和高于15 dB的增益。而且，優(yōu)選的是，該晶體管具 有小于10歐姆的噪聲電阻Rn，以便獲得針對任意天線構(gòu)造的最高可能 信號接收質(zhì)量。
7圖2示出了第一輻射元件10和第二輻射元件20的典型阻抗值。這
些值僅僅作為示例給出，但示出了第一輻射元件io (即，內(nèi)部天線單元)
的阻抗明顯高于第二輻射元件20 (即，頭戴式耳機線等)的阻抗。在圖 2給出的示例中，第一輻射元件的阻抗大約為第二輻射元件的阻抗的10 倍。這意味著，第一輻射元件基本上不改變或擔負(load)第二輻射元件。 因此，第二輻射元件20將以基本上相同的性能來工作，好像第一輻射元 件沒有連接至同一濾波器和放大器模塊30 —樣。
如果第二輻射元件(如頭戴式耳機線)與連接器21斷開，則第一(即， 內(nèi)部)輻射元件作為天線裝置1的輻射元件來工作。
以連接至連接器21的第二輻射元件工作的大線裝置的性能得到了 顯著改善，因為它工作在有源模式下。
下面參照圖4，對根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第二實施方式進行描述。 與上述第一實施方式相同，該天線裝置包括連接至濾波器和放大器級30 的第一輻射元件10和第二輻射元件20。然而，在該實施方式中，設(shè)置了 傳感器37，該傳感器用于感測第二輻射元件20是否連接至連接器21。 該傳感器37優(yōu)選地包括開關(guān)和電阻器等(未示出)，以提供根據(jù)第二輻 射元件是連接還是斷開而改變的輸出信號。
該傳感器對放大器34的工作進行控制，從而如果第二輻射元件20 斷開則該放大器以較高增益水平工作，而如果第二輻射元件20連接則該 放大器以較低增益水平工作。通過在以第二輻射元件(其具有比第一天 線單元更好的接收特性)工作期間將增益調(diào)節(jié)成較低水平，將電流消耗 保持為最小，如lmA。
下面參照圖5，對根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第三實施方式進行描述。 與上述第一和第二實施方式相同，該天線裝置包括連接至濾波器和放大 器級30的第一輻射元件10和第二輻射元件20。然而，在該實施方式中， 設(shè)置了自動增益控制(AGC)電路38，用以調(diào)節(jié)放大器34的增益。該 AGC電路的輸入部連接至FM接收器電路40上的AGC輸出部(未示出)， 并且其常規(guī)上設(shè)置在市場可買到的FM接收器電路上。與第二實施方式 相同，這種構(gòu)造在連接第二輻射元件的情況下最小化了電流消耗。
8下面參照圖6，對根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第四實施方式進行描述。 與上述實施方式相同，該天線裝置包括連接至濾波器和放大器級30的第
-一輻射元件10和第二輻射元件20。然而，在該實施方式中，該天線裝置 包括匹配電路22，第二輻射元件(即，頭戴式耳機線)經(jīng)由連接器21連 接至該匹配電路。該匹配電路將第二輻射元件匹配成FM接收器電路40 的構(gòu)造所要求的希望阻抗值，優(yōu)選為50歐姆。存在可選的開關(guān)39，該開 關(guān)的輸出部可連接至FM接收器電路40的輸入部41。開關(guān)39的第一輸 入部連接至放大器34的輸出部，而幵關(guān)39的第二輸入部連接至匹配電 路22的輸出部。該開關(guān)防止了在工作于無源模式時擔負第二輻射元件20。 使用開關(guān)的另選方案是簡單地將匹配電路22的輸出部與放大器34 的輸出部互連。
因而，第四實施方式如下工作。當?shù)诙椛湓?0連接至連接器 21時，它工作在無源模式下，即，沒有任何前置放大等。這意味著，當 天線裝置在第二輻射元件連接的情況下工作時基本上沒有消耗電流。而 在第二輻射元件20斷開的情況下，天線裝置1工作在有源模式下，艮口， 第一輻射元件接收到的信號經(jīng)放大器34放大，并且被轉(zhuǎn)發(fā)至FM接收器 電路40。
下面參照圖7，對如上所述參照圖1 6的根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的 優(yōu)選位置進行描述，圖7中描繪了諸如移動電話的便攜式無線天線裝置 300的外殼的整體概況。局部剖視地示出了該外殼，以清楚示出天線裝置 的位置，該天線裝置可以是參照圖1 6描述的天線裝置中的任意一個。
外殼中設(shè)置有印制電路板(PCB) 310，該PCB具有在移動電話中 常見的電路(未示出)。該PCB上還安裝有FM接收器電路40。在外殼 的上部設(shè)置有用于接收和發(fā)送蜂窩移動電話系統(tǒng)(諸如GSM系統(tǒng))的 RF信號的天線輻射元件320。
朝向外殼300的背面還設(shè)置有電池包330。該電池包通過連接器(未 示出)連接至該PCB。第一內(nèi)部輻射元件IO優(yōu)選地設(shè)置在后蓋上。該輻 射元件可以包括環(huán)繞電池的細條。在后蓋由金屬制成的情況下，它可以 被直接用作FM天線輻射器元件。頭戴式耳機線20被設(shè)置為第二外部輻射元件。
已經(jīng)對根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的優(yōu)選實施方式進行了描述。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，在不脫離本發(fā)明思想的情況下，可以在所 附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對這些實施方式進行改變。
應(yīng)當認識到，根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的形狀和尺寸可以在所附權(quán)利 要求限定的范圍內(nèi)改變。因而，可以改變確切的天線構(gòu)造，使之對應(yīng)于 無線通信裝置的形狀、期望性能等。
將根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的上述實施方式描述成了適于接收FM頻 帶中的無線信號的天線裝置。然而，其它應(yīng)用也是可以的，如用于大約
400-800 MHz的頻率范圍的數(shù)字視頻廣播(DVB)信號。
盡管已經(jīng)參照其在移動電話中的使用對用于便攜式無線通信裝置的 天線裝置進行了描述，但應(yīng)當清楚，本發(fā)明思想還可應(yīng)用于其它便攜式 無線通信裝置、其他便攜的但主要固定使用的裝置。其示例可以是諸如 旅行鬧鐘的小型時鐘、TV接收器或游戲控制臺。另外，根據(jù)本發(fā)明的天 線裝置可以應(yīng)用于個人數(shù)字助理(PDA)、 MP3和CD播放器、FM無線 接收器以及膝上型計算機。進一步的應(yīng)用是用在汽車中。因而，術(shù)語"便 攜式無線通信裝置"應(yīng)當被廣義地理解。
將濾波器級31描述成了帶通濾波器。但是應(yīng)當理解，它還可以被設(shè) 置為低通濾波器，該低通濾波器阻斷頻率超過工作頻帶的信號，而允許 工作頻帶中的信號。
權(quán)利要求
1、一種用于便攜式無線通信裝置的天線裝置，該便攜式無線通信裝置適于接收至少第一工作頻帶中的無線信號，所述天線裝置包括可連接至無線信號接收器裝置(40)的第一輻射元件(10)，該天線裝置的特征在于還包括濾波器和放大器級(30)，其互連了第一輻射元件和該無線信號接收器裝置(40)；可連接至連接器(21)的第二輻射元件，該連接器連接至該濾波器和放大器級(30)，其中，在第一工作模式下，第二輻射元件連接至該連接器(21)，而在第二工作模式下，第二輻射元件與該連接器(21)斷開，并且第一輻射元件(10)和該連接器(21)共用與該濾波器和放大器級的同一連接，并且都直接連接至所述濾波器和放大器級。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中，第一輻射元件(10)的 阻抗明顯高于第二輻射元件(20)的阻抗。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線裝置，該天線裝置還包括該濾波 器和放大器級(30)的放大器(34)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線裝置，該天線裝置還包括傳感器 (37)，用于感測第二輻射元件(20)是否連接至該連接器(21)，其中，該傳感器被設(shè)置成控制該放大器的工作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線裝置，其中，該傳感器被設(shè)置成，通 過將以第二輻射元件工作期間的增益調(diào)節(jié)成與以第一輻射元件工作期間 相比較低的水平，來控制該放大器的工作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的天線裝置，該天線裝置還 包括用于調(diào)節(jié)該放大器(34)的增益的自動增益控制電路(38)，其中， 該自動增益控制電路具有可連接至FM接收器電路上的自動增益控制輸 出部的輸入部。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項所述的天線裝置，其中，該濾波器和放大器級(30)包括帶通濾波器(32)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項所述的天線裝置，該天線裝置還 包括連接至該連接器(21)的匹配電路(22)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線裝置，該天線裝置還包括具有至少兩 個輸入部的開關(guān)(39)，其中一個輸入部連接至該匹配電路，另一個輸入 部連接至該濾波器和放大器級(30)的放大器(34)的輸出部，該開關(guān) 的輸出部可連接至該無線信號接收器裝置(40)的輸入部(41)。
10、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置的便攜式無線通信裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于便攜式無線通信裝置的天線裝置，該便攜式無線通信裝置適于接收無線信號，該天線裝置具有第一輻射元件(10)和第二輻射元件(20)。濾波器和放大器級(30)將第一輻射元件與無線信號接收器裝置互連。通過工作在其中第二輻射元件(20)分別連接和斷開的兩種模式下，天線裝置可以根據(jù)工作條件和用戶偏好而工作。
文檔編號H01Q1/24GK101542827SQ200880000222
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者史蒂芬·勒夫格倫, 安德烈·凱科寧, 彼得·林德伯格 申請人:萊爾德技術(shù)股份有限公司