專利名稱：加入防止天線和導(dǎo)體之間能量耦合的部件的襯底天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及對(duì)于無線裝置的天線，具體地說，涉及內(nèi)部安裝的天線。本發(fā)明還涉及用于無線裝置的內(nèi)部襯底天線，及其改善無線裝置能量耦合特性、增益和帶寬的寄生部件。
相關(guān)技術(shù)的描述天線是無線通信裝置和系統(tǒng)的重要構(gòu)件。雖然現(xiàn)有多種不同形狀和尺寸的天線，但是它們都是根據(jù)基本電磁原理進(jìn)行工作的。天線是一種涉及導(dǎo)波與自由空間波相互轉(zhuǎn)換區(qū)域的設(shè)備。按照一般原理，沿著展開的傳輸線傳播的導(dǎo)波輻射為自由空間波，后者也稱為電磁波。
近年來，隨著個(gè)人無線通信裝置(諸如，手持電話、移動(dòng)蜂窩電話和個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)電話)應(yīng)用的不斷增加，對(duì)適合這種無線裝置的小型天線的需求也不斷增加。近年來集成電路和電池技術(shù)的發(fā)展已使得這種通信裝置的尺寸比以往幾年大大減小，重量也大為減輕。但仍然需要減小通信裝置的天線的尺寸。這是因?yàn)樘炀€的尺寸在減小裝置的尺寸中扮演著重要的角色。此外，天線的尺寸和形狀影響著裝置的美觀和制造成本。
在設(shè)計(jì)無線通信裝置的天線時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素是天線輻射圖。在典型的應(yīng)用中，通信裝置必須能夠與可位于該裝置的任何方向上的另一個(gè)這樣的裝置或基站、集線器或衛(wèi)星進(jìn)行通信。因此，這種無線通信裝置具有近乎全向輻射圖或沿本地地平線向上延伸的輻射圖是至關(guān)重要的。
在設(shè)計(jì)無線通信裝置的天線上要考慮的另一個(gè)重要因素是天線的帶寬。例如，無線裝置(諸如，與PCS通信系統(tǒng)一起使用的電話)在頻帶1．85-1．99GHz的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，從而要求7．29％的有用帶寬。與典型蜂窩通信系統(tǒng)一起使用的電話在頻帶824-894MHz的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，它要求8．14％的帶寬。因此，必須將在這種無線通信裝置上使用的天線設(shè)計(jì)成滿足適當(dāng)?shù)膸捯?，否則通信信號(hào)將嚴(yán)重衰減。
在無線通信這種中通常用到的一種天線是鞭狀天線，當(dāng)不用時(shí)容易將它收縮到裝置中。然而，鞭狀天線帶有若干缺點(diǎn)，當(dāng)拉開使用時(shí)或甚至在收回不用時(shí)，天線常因碰到物體、人或表面而遭到損壞。即使當(dāng)將鞭狀天線設(shè)計(jì)成可收縮以便減小這種損壞，但是它仍然需要當(dāng)收縮時(shí)裝置外殼的尺寸最小，而當(dāng)前它的尺寸卻比理想的要大。
通常結(jié)合短螺旋狀天線一起使用鞭狀天線，當(dāng)將鞭狀天線收縮到電話中時(shí)啟動(dòng)上述短螺旋狀天線。螺旋狀天線在更加緊湊的空間中提供相同輻射器長(zhǎng)度以保持適當(dāng)輻射耦合特性。雖然螺旋狀天線較短，但是它仍然伸出無線裝置的表面一段距離，這影響了美觀并碰到其他物體。將這種天線設(shè)置在無線裝置的內(nèi)部要求一定體積，而這是不合需要的。此外，這種螺旋狀天線似乎對(duì)于無線裝置用戶的手負(fù)載非常敏感。
適于在無線通信裝置中使用的另一種天線是微帶天線或帶狀天線。然而，這種天線有一些缺陷。它們比理想尺寸要大、帶寬較低和缺乏理想的全向輻射圖。
從名稱中可見，微帶天線包括嵌片或微帶部件，一般將它稱為輻射器片。相對(duì)于諧振頻率f0的波長(zhǎng)λ0設(shè)定微帶部件的長(zhǎng)度，其中選擇諧振頻率與所關(guān)注的頻率(諸如800MHz或1900MHz)匹配。常用微帶部件的長(zhǎng)度是半波長(zhǎng)(λ0／2)和四分之一波長(zhǎng)(λ0／4)。雖然，近年來在無線通信裝置中用到幾種微帶天線，但是還需要在幾個(gè)方面有所改進(jìn)。需要進(jìn)一步改進(jìn)的一個(gè)方面是減小總尺寸。需要大大改進(jìn)的另一個(gè)方面是帶寬。按實(shí)際應(yīng)用的尺寸，當(dāng)前嵌片或微帶天線設(shè)計(jì)不能得到所需的7．29至8．14％或更大的帶寬特性，而這在大多數(shù)通信系統(tǒng)應(yīng)用中是所需的。
當(dāng)將傳統(tǒng)嵌片天線和帶狀天線設(shè)置在大多數(shù)無線裝置中都能找到的許多接地面附近時(shí)，這種天線還會(huì)產(chǎn)生其他問題。接地面會(huì)改變諧振頻率，形成制造設(shè)計(jì)不可重復(fù)。最小表面面積還阻止以優(yōu)化輻射圖的形式安裝。此外，“手負(fù)載”，即用戶的手放在天線的附近，使天線的諧振頻率和性能急劇偏移。
輻射圖非常重要，不僅用于建立如上所述的通信鏈路，而且涉及管理無線裝置用戶的輻射標(biāo)準(zhǔn)。必須控制或調(diào)節(jié)輻射圖，使裝置用戶吸收最小量輻射。對(duì)無線裝置用戶附近可允許的輻射量已建立管理標(biāo)準(zhǔn)。這些規(guī)定的一個(gè)影響是由于理論上用戶受到輻射，在無線裝置中的多個(gè)位置上不能設(shè)置內(nèi)部天線。
由于上述問題，誕生了一種被稱為襯底天線的新型天線，來為無線裝置提供內(nèi)部天線，使無線裝置帶寬特性適當(dāng)，尺寸減小，增益足夠，而且對(duì)手負(fù)載或者在現(xiàn)有技術(shù)中遇到的類似問題的反應(yīng)或影響減小。在待批美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9／028，510(律師檔案號(hào)QCPA518)(發(fā)明名稱為“襯底天線”，1998年2月23日申請(qǐng)，并作為參考資料在此引入)中揭示了這種天線。
雖然襯底天線改進(jìn)了內(nèi)部天線的技術(shù)，并解決了在現(xiàn)有技術(shù)中存在的若干問題，但是仍然存在天線不能獲得所需增益或能量分布狀態(tài)的情況。即，天線將輻射導(dǎo)入或耦合到不需要的模式或方向，造成天線增益減小。此外，由于被設(shè)置在無線裝置中的各種噪聲源附近，襯底和其他類型的小內(nèi)部天線還受到負(fù)面影響。當(dāng)安裝在無線裝置中時(shí)，會(huì)將天線設(shè)置在相對(duì)靠近用來傳遞信號(hào)或功率的導(dǎo)體的位置上。由于將來自無線裝置中的這些導(dǎo)體或各種源的信號(hào)或信號(hào)噪聲耦合到天線，天線增益和無線裝置靈敏度會(huì)降低。
因此，需要一種新的天線設(shè)備和用于制造并在無線裝置中安裝天線的技術(shù)，以便獲得具有所需增益和靈敏度或減小的噪聲特性的內(nèi)部天線。
發(fā)明概述由于在關(guān)于制造無線裝置的內(nèi)部天線的現(xiàn)有技術(shù)中存在上述和其他問題，所以本發(fā)明的一個(gè)目的在于減小內(nèi)部天線與無線裝置中的其他元件或?qū)w的交互作用，否則將降低性能。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于，增加或保持在無線裝置中的內(nèi)部天線的所需增益水平。
本發(fā)明的第三個(gè)目的在于增加無線裝置中的內(nèi)部天線的帶寬。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它提供有形體積小的內(nèi)部天線，同時(shí)保持所需工作特性。
在無線通信裝置中與內(nèi)部天線一起使用的寄生部件實(shí)現(xiàn)這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)，其中上述無線通信裝置具有一個(gè)或多個(gè)位于天線附近的信號(hào)或功率傳送導(dǎo)體或饋源。一般，通過將至少一層導(dǎo)電材料設(shè)置在天線附近區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體附近(在其上面或下面)，形成寄生部件。寄生部件具有相對(duì)于導(dǎo)體的預(yù)選寬度以及沿著導(dǎo)體的足以阻止大部分能量在天線和導(dǎo)體之間耦合的預(yù)選長(zhǎng)度。
較佳內(nèi)部天線是襯底天線，它包括支承在預(yù)定厚度的電介質(zhì)襯底上的一根或多根輻射器線條。根據(jù)無線裝置關(guān)注的波長(zhǎng)以及所分配的空間，為線條的長(zhǎng)度和寬度選擇適當(dāng)?shù)某叽?。在較佳實(shí)施例中，將導(dǎo)電屏蔽材料設(shè)置在線條的預(yù)定部分附近和周圍，為近場(chǎng)輻射圖提供零電流電平。將支承襯底安裝在偏離且一般垂直于裝置中與天線一起使用的電路和構(gòu)件所涉及的接地面的位置上。襯底天線采用提供適當(dāng)帶寬的很薄且緊致的結(jié)構(gòu)。天線緊致性和更多種有用形狀允許將襯底天線更加有效地用作無線裝置的內(nèi)部天線。
然而，無線裝置一般采用在預(yù)選信號(hào)處理單元和電源之間延伸并具有緊挨著天線的部分的各種信號(hào)或功率傳遞導(dǎo)體，其中上述天線位于導(dǎo)體上面或旁邊。在較佳實(shí)施例中，將寄生部件設(shè)置在天線附近的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體附近(在其上面或下面)，可以阻止一定量噪聲從導(dǎo)體耦合到天線中。在天線附近形成寄生部件或嵌片，以將跨越無線裝置的天線和接地面之間的間隙或間隔的電荷分開。寄生部件增加天線的有效面積或?qū)嶋H面積，從而增加無線裝置的增益和帶寬達(dá)大約0．8至1．5dB。通過減小在天線上的噪聲，提高無線通信的靈敏度。
通過導(dǎo)體將寄生部件寄生耦合到接地面進(jìn)一步增加了無線裝置的增益和帶寬。在該實(shí)施例中，增益增加大約0．8至1．5dB。寄生部件和寄生耦合增加無線裝置的帶寬至少0．5倍。
在較佳實(shí)施例中，由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電材料層(諸如，銅、黃銅、鋁或銀)形成寄生部件?？蓪?dǎo)電材料設(shè)置在靠近天線附近的導(dǎo)體上，而且耦合到無線裝置的地電位。根據(jù)要禁止的能量或輻射的大小，實(shí)踐中寄生部件最好盡可能完全覆蓋導(dǎo)體。還可構(gòu)成或調(diào)節(jié)用來形成寄生部件的導(dǎo)電材料的尺寸或面積，從而按預(yù)選量增加有效面積和天線的相應(yīng)帶寬。
在較佳實(shí)施例中，將導(dǎo)電材料制成薄導(dǎo)電材料嵌片，可將它設(shè)置在位于天線附近的導(dǎo)體上?？捎么笾戮匦巍⒋笾聢A形、大致三角形或復(fù)雜的幾何形狀形成該嵌片，而且最好制成至少是導(dǎo)體寬度的兩倍。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可將多層導(dǎo)電材料直接相互重疊或與其他材料或?qū)w層交錯(cuò)。此外，可用多塊嵌片來覆蓋所需區(qū)域。
附圖簡(jiǎn)述參照附圖描述本發(fā)明，其中相同標(biāo)號(hào)一般表示相同、功能相似和／或結(jié)構(gòu)相似的元件，用標(biāo)號(hào)中最左邊的數(shù)字表示元件第一次出現(xiàn)的附圖。附圖中

圖1a和1b示出具有鞭狀和外部螺旋狀天線的無線電話的透視圖和側(cè)視圖2a和2b示出具有典型內(nèi)部電路的圖1b的電話的側(cè)剖視圖和后視圖；圖3a-3c示出在圖1的電話中得到實(shí)用的襯底天線；圖4a-4e示出幾個(gè)另一種襯底天線實(shí)施例；圖5a和5b示出運(yùn)用襯底天線的圖1b的電話的側(cè)剖視圖和后視圖；圖6示出運(yùn)用襯底天線的另一個(gè)實(shí)施例的圖1b的電話的側(cè)剖視圖；圖7示出具有從旋轉(zhuǎn)接頭的一部分延伸到另一部分的一系列導(dǎo)體的圖5a和5b的電話；圖8a示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成的寄生嵌片單元的俯視圖；圖8b示出圖8a的寄生嵌片的側(cè)剖視圖；圖9a-9d示出對(duì)于圖8a和8b的寄生嵌片的另一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述雖然傳統(tǒng)微帶天線(諸如，倒“F”天線)具有可在個(gè)人通信裝置中使用的一些特性，但是仍然需要在其他方面進(jìn)一步改進(jìn)以便使得這種天線能夠在無線通信裝置中使用，諸如用于蜂窩電話和PCS電話。需要進(jìn)一步改進(jìn)的一個(gè)這樣方面是帶寬。為了運(yùn)轉(zhuǎn)良好，PCS電話和蜂窩電話一般需要帶寬大于當(dāng)前微帶天線可獲得的帶寬，或者大于實(shí)際規(guī)模。
需要進(jìn)一步改進(jìn)的另一個(gè)方面是微帶天線的尺寸。例如，減小微帶天線的尺寸能使用到它的無線通信裝置更加緊致和美觀。實(shí)際上，這還可能完全確定是否可在無線通信裝置中使用這種天線。通過減小所采用的任何電介質(zhì)襯底的厚度或者增加介質(zhì)常數(shù)的值，可以減小傳統(tǒng)微帶天線的尺寸，從而縮短所需長(zhǎng)度。然而，這具有減小天線帶寬的不需要的效應(yīng)，從而使它不適合無線通信裝置。
此外，傳統(tǒng)微帶天線(諸如，嵌片輻射器)的場(chǎng)分布一般是方向性的。大多數(shù)嵌片輻射器只在相對(duì)于天線本地地平線的上半球輻射。這種輻射圖隨著裝置的移動(dòng)而移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生不需要的覆蓋零點(diǎn)。因此，在多種無線通信裝置中使用微帶天線并不是非常理想的。
襯底天線對(duì)上述和其他問題提供一種解決方法。襯底天線提供適當(dāng)?shù)膸挷⒈绕渌炀€設(shè)計(jì)的尺寸小，同時(shí)保持在無線通信裝置中使用所需的其他特性?？蓪⒁r底天線建立在無線或個(gè)人通信裝置(諸如，便攜式電話)的頂表面附近，或者可安裝在其他元部件(諸如，在無線裝置中的支柱、I／O電路、鍵盤，等等的附近或后面)。可直接在無線裝置的表面內(nèi)(諸如，通過嵌入形成外殼的塑料中)或表面上建立襯底天線。
與鞭狀或外部螺旋狀天線不同，襯底天線與其他內(nèi)部天線一樣不易因碰到物體或表面而遭到損壞。這種天線還不消耗新性能和電路所需的內(nèi)部空間，當(dāng)收縮時(shí)也不需要大外殼尺寸來容納它。此外，襯底天線輻射圖近乎全向輻射，從而使它適用于許多無線通信裝置。
從廣義上說，可在任何無線裝置中實(shí)施本發(fā)面，諸如個(gè)人通信裝置、無線電話、無線調(diào)制解調(diào)器、傳真裝置、便攜式計(jì)算機(jī)、尋呼機(jī)、消息廣播接收機(jī)，等等。一種這樣的環(huán)境是便攜式或手持無線電話，諸如用于蜂窩網(wǎng)、PCS或其他商業(yè)通信業(yè)務(wù)的電話。在現(xiàn)有技術(shù)中已知多種這樣的具有相應(yīng)不同外殼形狀和款式的無線電話。
圖1示出在無線通信裝置中用到的典型的無線電話，如上所述的蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)。如圖1(1a和1b)所示的電話是“蛤殼”狀或折疊機(jī)體型電話。此電話代表先進(jìn)入機(jī)工程設(shè)計(jì)的無線電話，用在無線通信系統(tǒng)，諸如上述蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)。因?yàn)槿鐝南旅娴挠懻撝锌梢姡嬖诳刹捎帽景l(fā)明的多種無線裝置和無線電話以及相關(guān)的物理結(jié)構(gòu)(包括這個(gè)和其他類型或款式)，所以這些電話僅用于說明。
在圖1a和1b中示出電話100具有主外殼或機(jī)體102，以支承鞭狀天線104和螺旋狀天線106。一般將天線104安裝得中心軸與天線106的相同，從而當(dāng)拉開時(shí)通過螺旋狀天線106的中央伸出，雖然固有的操作不需要這樣。制造這些天線，使其具有適合所關(guān)注頻率或用這些天線的具體無線裝置所用頻率的長(zhǎng)度。在相關(guān)技術(shù)中已知和理解它們的特定設(shè)計(jì)。
還示出外殼102的正面支承揚(yáng)聲器110、顯示板或屏幕112、鍵盤114和麥克風(fēng)或麥克風(fēng)開口116以及連接器118。在圖1b中，天線104位于在使用無線裝置期間一般遇到的伸長(zhǎng)位置，同時(shí)在圖1a中，示出天線104被收縮在外殼102中(由于視覺角度沒有看見)。此外，在該圖中可見的是安裝在無線電話的上部分中的電池或電源組120。
如上所述，鞭狀天線104具有若干缺點(diǎn)。一個(gè)是當(dāng)使用中拉開時(shí)，因碰到其他元件或表面而受到損壞。天線104還以諸如妨礙設(shè)置新性能用元件的方式，耗費(fèi)內(nèi)部空間，不合需要。此外，天線104需要當(dāng)收縮時(shí)外殼尺寸最小，而現(xiàn)在它卻是非常大。天線106還會(huì)碰到其他物體或表面，而且不能被收縮到電話外殼102內(nèi)。此外，天線還易受到手握或由于與裝置用戶的手接觸引起的諧振頻率偏移的影響。
只為了說明清楚和方便，根據(jù)該典型無線電話，描述本發(fā)明。無意將本發(fā)明限制在這種典型環(huán)境中的應(yīng)用。在讀取下面的描述之后，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員，如何在另一種環(huán)境中實(shí)施本發(fā)明是很明顯的。實(shí)際上，顯然可以在其他無線通信裝置中利用本發(fā)明，諸如(但不局限于)具有無線通信能力等并具有一些非襯底天線的便攜式傳真機(jī)和計(jì)算機(jī)。
典型的無線電話具有一般在一塊或多塊電路板上支承的多種內(nèi)部元件，以執(zhí)行所需的多種功能。圖2a和2b用來說明典型的無線電話的一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2a示出從一側(cè)觀看如圖1b所示的電話的截面，以示出如何在外殼102中支承電路或構(gòu)件。圖2b示出從背面，即鍵盤的反面，看到的相同電話的剖面，以示出一般外殼102中都有的電路或構(gòu)件的關(guān)系。
在圖2a和2b中，示出電路板202在支承各種元件(諸如，集成電路或芯片204、分立元件206(諸如，電阻器和電容器)和各種連接器208)的外殼102的內(nèi)部。一般將面板顯示器和鍵盤安裝在板202的背面，同時(shí)電線和連接器(未圖示)將揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)或其他類似元件連接在板202上的電路。將天線104和106位于一側(cè)，并運(yùn)用特殊導(dǎo)線接續(xù)器、夾子或金屬箍和用于該目的的導(dǎo)體或電線216，連接到電路板202上。
在典型的電話中，在螺旋狀天線106的底部運(yùn)用金屬箍214，以將天線安裝在外殼102的適當(dāng)位置上。安裝鞭狀天線以在螺旋狀天線內(nèi)滑動(dòng)，在運(yùn)用頂部的寬尖頭和底部的擴(kuò)展部分218來限制它在螺旋天線106內(nèi)移動(dòng)。天線104的擴(kuò)展部分218還是導(dǎo)電的，而且當(dāng)拉開天線時(shí)，一般與金屬箍214電氣接觸。通過導(dǎo)體式電線216將信號(hào)傳到金屬箍214，并通過擴(kuò)展部分218到天線106。
通常外殼102中運(yùn)用預(yù)定數(shù)量的支柱或支架210來將電路板或其他構(gòu)件安裝在外殼內(nèi)。還可用一個(gè)或多個(gè)支承脊或凸耳211來支承電路板。這些支柱可形成為外殼部分(諸如通過塑料注射成型)，或者固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?諸如通過粘合劑或其他已知機(jī)構(gòu))。此外，還有典型的一個(gè)或多個(gè)附加固定柱212用來承受螺絲釘、螺栓或類似緊固件213來將外殼102的各部分相互固定。即，運(yùn)用多個(gè)部件或主體部分和在電子器件上的護(hù)蓋來制造外殼102。然后用固定柱212承受元件213將外殼部分固定在一起。本發(fā)明易于容納或考慮多個(gè)柱210或212，同時(shí)還提供很有效的內(nèi)部天線設(shè)計(jì)。
如在圖2b的放大圖中所示，一般將電路板202制成多層電路板，它具有幾個(gè)粘合在一起的導(dǎo)體和電介質(zhì)襯底的交替層，以形成相當(dāng)復(fù)雜的電路互連結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知并理解這種電路板。作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的部件，板202至少具有一個(gè)，有時(shí)多個(gè)接地層或接地面，形成在最底層表面上或者被嵌入電路板的中間位置上。
已認(rèn)識(shí)到，由于在無線裝置中的天線激勵(lì)接地面電流的方式，所以能用小型且較緊致的天線單元來代替大型且不大實(shí)用無效的天線，假設(shè)將它設(shè)置在相對(duì)于無線裝置的接地面的適當(dāng)位置。這導(dǎo)致產(chǎn)生和發(fā)展襯底天線，如在上述待批申請(qǐng)中所述。
在圖3a-3c的俯視圖和側(cè)視圖中示出典型的襯底天線300。在圖3a和3b中，襯底天線300包括導(dǎo)電線條302(也將它稱為帶狀或延長(zhǎng)導(dǎo)體)、電介質(zhì)支承襯底304和信號(hào)饋送區(qū)域306?？蓪?dǎo)電線路制成電氣串聯(lián)在一起的多根線條，以形成所需的天線輻射器結(jié)構(gòu)。在或接近襯底304的一端的信號(hào)饋送區(qū)域306中，將線條302電氣連接到導(dǎo)電墊308。
用電介質(zhì)材料或電介質(zhì)基片(諸如，電路板或用于這種用途的柔性材料)制成襯底304。例如，可用小型玻璃纖維印刷電路板(PCB)。熟悉電子設(shè)備和天線設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的人員對(duì)于可購(gòu)得的各種產(chǎn)品十分熟悉，其中根據(jù)所需電介質(zhì)特性或天線帶寬特性，用上述各種產(chǎn)品可制成適當(dāng)?shù)奶炀€襯底。
由導(dǎo)電材料(例如，銅、黃銅、鋁、銀或金或已知在制造天線單元中有用的其他導(dǎo)電材料或混合物)制成線條。這可包括嵌入可作為襯底的塑料或?qū)щ姯h(huán)氧物的導(dǎo)電材料。運(yùn)用已知的技術(shù)可以沉積線條材料，其中已知技術(shù)包括例如，但不局限于，在電介質(zhì)襯底上的導(dǎo)電材料的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)刻蝕；將導(dǎo)電材料鍍?cè)诨虺练e在襯底上；或運(yùn)用粘合劑等將導(dǎo)電材料的薄片安裝在支承襯底上。此外，可用已知涂敷或沉積技術(shù)來將金屬或?qū)щ姴牧铣练e在可按照需要定型的塑料支承襯底上。
線條302的長(zhǎng)度主要確定襯底天線300的諧振頻率，而且對(duì)具體工作頻率適當(dāng)?shù)匾?guī)定其尺寸。通常使用約為所關(guān)注頻率的有效波長(zhǎng)(λ)的四分之一的導(dǎo)電單元，一根或多根線條。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員容易認(rèn)識(shí)到為了阻抗與相應(yīng)發(fā)送或接收電路匹配，使長(zhǎng)度稍大于或小于λ／4的好處。此外，諸如外露的電纜、電線或夾子等連接元件也影響天線的總長(zhǎng)度，而且在選擇線條尺寸時(shí)對(duì)它加以考慮，如已知的那樣。
在無線裝置能夠以一個(gè)以上的頻率進(jìn)行通信的情況下，線條302的長(zhǎng)度則根據(jù)那些頻率的關(guān)系。即，可以容納多個(gè)頻率，假設(shè)各頻率通過波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)相關(guān)。例如，一個(gè)頻率的λ／4長(zhǎng)度與第二個(gè)頻率的3λ／4或λ／2相對(duì)應(yīng)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知運(yùn)用多個(gè)頻率的單輻射器的這種關(guān)系。
一根或多根線條302的總長(zhǎng)度大約為λ／4，但是應(yīng)理解線條可以折疊或者重定向，沿著它本身向后延伸，從而整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大大小于λ／4。導(dǎo)體、支承襯底和總長(zhǎng)度尺寸組合起來使得天線總尺寸比傳統(tǒng)帶狀或嵌片天線的長(zhǎng)度大大減小，從而使它更適合在個(gè)人通信裝置中使用。例如，此結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)接地面微帶天線相比，后者為了正常工作，其長(zhǎng)度至少是λ／4。
如圖3a和3c所示，將導(dǎo)電墊308定位在信號(hào)饋送區(qū)域306中，并電耦合或連接到線條302。一般，運(yùn)用相同制造技術(shù)，可以單個(gè)結(jié)構(gòu)用相同材料形成墊308和線條302，雖然并不需要這樣。墊308僅需要與線條302電接觸良好，以便進(jìn)行信號(hào)傳遞，而沒有對(duì)天線阻抗或性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
在一些結(jié)構(gòu)中，線條朝著離電路板或信號(hào)源或接收器的方向，而且將襯底定位在線條和電路板之間。這里，導(dǎo)電墊308不適當(dāng)定位，以便易于從電路板直接接入，而不需要電線或其他導(dǎo)體在襯底周圍伸展。這比需要的復(fù)雜。因此，如圖3c所示，可在襯底的相對(duì)側(cè)上使用第二接觸墊(contact pad)310，而且用導(dǎo)電通孔通過襯底傳遞信號(hào)。
運(yùn)用墊308(和310)將傳饋信號(hào)耦合到襯底天線300，其中上述墊308(和310)允許通過“彈簧”型(或裝彈簧的)觸點(diǎn)或夾子進(jìn)行方便的電氣連接和信號(hào)傳遞，其結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中已知。這通過消除人工安裝專用連接器或觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了無線裝置的構(gòu)成和制造。這還意味著當(dāng)需要時(shí)(例如，維修、升級(jí)或改造時(shí))，可方便地替換天線。如上所述，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)于天線輻射器總長(zhǎng)度有影響，因此在選擇線條尺寸時(shí)應(yīng)將它考慮在內(nèi)。
信號(hào)饋源將來自電路板202上的信號(hào)處理單元或電路(未詳細(xì)示出)的信號(hào)耦合到襯底天線300。注意，一般用“電路”或信號(hào)單元來指由包括接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、放大器、濾波器、收發(fā)機(jī)等等信號(hào)處理電路提供的功能。
圖4a-4e示出用于根據(jù)本發(fā)明形成天線300的線條幾個(gè)其他實(shí)施例。在圖4a中，示出線條302’作為沿著襯底304的長(zhǎng)度延伸的單個(gè)薄導(dǎo)電帶(大致示出)，而且在一端連接到圓形接觸墊308或與圓形接觸墊308一起形成，并具有在非接觸端形成的放大或圓形部分402。該線條具有“八字試塊”的形狀。
在圖4b中，形成線條302’’作為較長(zhǎng)薄導(dǎo)電帶，連接到另外的方形觸墊308或與它一起形成。這里，導(dǎo)電帶沿著襯底304的長(zhǎng)度延伸。在圖4c中，形成線條302＇’’，也沿著襯底304的長(zhǎng)度伸展，并在非接觸遠(yuǎn)端404附近折疊或彎曲，從而將它重定向?yàn)橄蚝蟪佑|墊。這允許天線的總長(zhǎng)度比用于形成λ／4長(zhǎng)度單元的線條的長(zhǎng)度短。如下所述，應(yīng)理解可在沿著不同方向重定向或折疊線條過程中使用多種模式或形狀。例如，方角、圓帶或其他形狀均可用于該功能，而與本發(fā)明的主張無差異。在后折疊部分中的線條比在其他部分中的寬。如圖4b和4c所示，增加的寬度為天線提供“大負(fù)載”或改善帶寬，這在一些應(yīng)用中十分有用。然而，本發(fā)明并不需要附加寬度。
在圖4d中，線條302’’’’隨著襯底的邊緣呈現(xiàn)較復(fù)雜的形狀，其中將襯底制成沿著一側(cè)邊緣有突出部或突起而沿著相對(duì)側(cè)邊緣有相應(yīng)的嵌入部或凹陷。沿著襯底長(zhǎng)度的這種突出和其他角度和凹陷用作與無線裝置外殼和各種支承元件的側(cè)面或外形吻合。即，將襯底304的邊緣取為各種形狀，以裝配在外殼中?？尚薅ㄟ吘壍男螤钜耘c外殼壁的相應(yīng)變化緊密配合或定位在其周圍，并圍繞外殼壁的表面上的各凸部、伸出部、不規(guī)則部或已知突起物，或者甚至對(duì)需要在無線裝置中設(shè)置的電線、導(dǎo)體和電纜留出空隙。襯底的側(cè)面或邊緣可采用各種圓形、正方形或其他形狀以達(dá)到上述目的。注意，在后折疊的線條端部和襯底的邊緣之間的空間406，該空間用作設(shè)置從天線邊緣返回的線條。
此外，線條302(302’、302’’、302’’’、302’’’’)或襯底天線300的形狀可在三維空間中變化。即，雖然一般將線條形成為平面形狀，但是可彎曲或拱曲襯底或襯底表面，以容納各種安裝結(jié)構(gòu)。即，由于它一般很薄但是強(qiáng)硬的本質(zhì)，可將襯底制成彎曲的或拱曲結(jié)構(gòu)、可變表面或僅通過在安裝期間變形制成。對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很清楚，可在此三維空間下使用各種彎曲或拱曲。例如，襯底表面還可形成某種“蜿蜒”狀。
圖4e的正視圖示出當(dāng)用在圖1的已構(gòu)成并測(cè)試的電話中時(shí)的襯底天線的較佳實(shí)施例。這里，襯底304的總長(zhǎng)度大約為52毫米，而線條寬度約1毫米。在這種結(jié)構(gòu)中，無需后折疊一部分，而且寬度基本是一致的，而沒有加寬。接觸墊308和310(在相反表面上)是大約4．5×6mm正方形，帶有一系列適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電通孔，它們延伸過襯底以將兩者連接。運(yùn)用玻璃纖維襯底，其厚度大約是1mm，而線條和墊大約是0．01mm厚。
在圖5a和5b中，用襯底天線300代替天線104和106。圖5a中示出電路板202包括多層導(dǎo)電材料和電介質(zhì)材料，諸如銅和玻璃纖維，形成在現(xiàn)有技術(shù)中被稱為多層板或多層印刷電路板(PCB)的結(jié)構(gòu)。將這示為電介質(zhì)材料層502在金屬導(dǎo)電體層504之后，金屬導(dǎo)電體層504在電介質(zhì)層506之后，而電介質(zhì)層506緊挨著或支承金屬導(dǎo)電體層508。用導(dǎo)電通孔(未圖示)來將在不同層上的各種導(dǎo)電體與在外表面上的構(gòu)件互連。在任何給定層上的蝕刻圖案確定該層的互連圖。該結(jié)構(gòu)中，層504或508可以形成接地層或接地面，因?yàn)槿缭诂F(xiàn)有技術(shù)中已公知，電路202共同參照該層。
將天線300安裝在鄰近于電路板202的位置，但是偏離接地面并與基本上垂直于接地面的襯底304一起放置。這種結(jié)構(gòu)提供很薄的天線300輪廓，允許將它放置在十分有限的空間中，并鄰近外殼102的表面。例如，可將天線300設(shè)置在固定柱或安裝柱和外殼102側(cè)面(頂部)之間，運(yùn)用傳統(tǒng)的微帶天線設(shè)計(jì)可能不可獲得。
作為一個(gè)選項(xiàng)，這種柱還可用來自動(dòng)定位或支承天線300，無需要求附加支承結(jié)構(gòu)或附件。這提供非常簡(jiǎn)單的安裝結(jié)構(gòu)或?qū)⒁r底安定在適當(dāng)位置的裝置，減小了安裝天線的勞動(dòng)成本并有可能允許自動(dòng)組裝。在另一種方法中，運(yùn)用托架或運(yùn)用以用來制成外殼102壁的材料形成的柱、凸部、脊、槽、溝道，等等，可將襯底304固定在適當(dāng)位置。即，當(dāng)制造時(shí)，在裝置壁內(nèi)，模塑或者形成這種支承物，諸如通過注射成型法。在組裝電話期間，當(dāng)對(duì)支承元件插入襯底或把襯底插入這些元件之間或內(nèi)部時(shí)，或運(yùn)用附在它們上的緊固件，這些支承元件可將襯底固定在位置上。其他安裝手段是運(yùn)用粘合劑或帶來將襯底固定在無線裝置的側(cè)壁或一些其他部分或元件上。
如圖5b所示，可彎曲或拱曲襯底304以準(zhǔn)確符合外殼形狀或容納無線裝置中的其他元件、特征或構(gòu)件?？梢园惭b期間的這種形狀或變形制作襯底。運(yùn)用薄襯底允許安裝時(shí)彎曲或拱曲襯底，導(dǎo)致襯底對(duì)鄰近表面的張力或壓力。這種壓力一般用來將襯底固定在適當(dāng)位置，而無需緊固件。于是，僅通過安裝以適當(dāng)位置固定的鄰近電路板和護(hù)蓋或外殼部分，就完成一些捕獲。然而，為了本發(fā)明適當(dāng)工作，在制造或安裝過程中，無需變形或彎曲襯底。
運(yùn)用彈簧觸點(diǎn)或夾子516，將導(dǎo)電墊308定位在板202附近，或與它電耦合或連接。運(yùn)用已知技術(shù)(諸如，焊接或?qū)щ娬澈?，將彈簧觸點(diǎn)或夾子安裝在電路板202上。將夾子516一端電連接在適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電體或?qū)щ娡祝詫?duì)無線裝置中所用要耦合到天線300的一個(gè)或多個(gè)所需發(fā)送電路和接收電路收、發(fā)信號(hào)。一般，夾子的另一端是自由浮動(dòng)的，而且從電路板202向放置天線300的地方延伸。具體地說，將夾子516定位在線條516的接觸墊308或310所在處。如圖所示，將夾子彎成圓形或弓形，通過這種結(jié)構(gòu)工作起來更加靈活和簡(jiǎn)單。然而，已知其他類型的夾子也很有用。一般，用諸如銅或黃銅的金屬材料制成彈簧觸點(diǎn)或夾子516，但是對(duì)于這種應(yīng)用類型已知的任何可變形導(dǎo)電材料都會(huì)有信號(hào)衰減或其他所需觸點(diǎn)特性，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。
由于沒有將天線300設(shè)置在接地面(諸如，層504)上或與它平行或緊挨著接地面，所以天線具有或保持很大輻射性電阻。這意味著可為天線提供適當(dāng)匹配，而不會(huì)遭到大量損耗，即，天線具有良好的匹配阻抗。即使當(dāng)天線300移到偏移電路板202的一側(cè)的各位置(即，它側(cè)移但不靠近板202)，也能保持這種效率。
通過將天線設(shè)置在接地面相對(duì)于外殼的邊緣附近和上面或超出邊緣，天線提供比傳統(tǒng)鞭狀天線充分的全向輻射圖。天線的這種定位還意味著所得輻射圖基本是是垂直極化的，如大多數(shù)無線通信裝置所需的那樣。
襯底天線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不要求去除一部分要安裝或?qū)⑵涠ㄎ辉谶m當(dāng)位置上的接地面或電路板。大嵌片天線或無線單元要求很大的空間或面積，從而它們需要去除部分電路板或者電路，從而留下安裝的空間。然而，有望本發(fā)明的主張通過減小噪聲拾取并增加相關(guān)帶寬，也改善這種其他類型的內(nèi)部天線的工作。
有三個(gè)主要能量損耗影響著在無線裝置中的天線300的工作。這些是由于用戶手介質(zhì)負(fù)載導(dǎo)致的阻抗失配損耗，用戶頭部吸收和用戶手部吸收。這種能量吸收或失配損耗會(huì)降低性能。例如，手部或頭部吸收會(huì)大大衰減無線裝置用的信號(hào)，從而降低性能。
認(rèn)為對(duì)于這些效果最敏感的一部分天線300是線條302的開路、非饋送、末端和鄰近拱曲部分。這部分天線可設(shè)置或定位在電話外殼內(nèi)，從而用戶的手最少接觸或保持與手的大量間隔。這種天線設(shè)計(jì)允許在無線裝置中靈活設(shè)置，以使手吸收最小，而且更重要的是減小由于在天線附近出現(xiàn)手部或其他物體(除了需要這種位移之外)所產(chǎn)生的失配損耗。
為了減小手負(fù)載的影響、改善能量分布并提供其他優(yōu)點(diǎn)，天線可具有緊挨著天線線條的導(dǎo)電屏蔽。對(duì)于一些應(yīng)用，理想的是將導(dǎo)電屏蔽材料設(shè)置在襯底天線部分附近或周圍。這產(chǎn)生了“屏蔽”襯底天線，其中通過建立零電流近場(chǎng)布局，將能量直接導(dǎo)向天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖，可改進(jìn)輻射特性。通常將屏蔽作成設(shè)置在與天線線條平行的平面中或其上或下的導(dǎo)電材料層。一般這可通過運(yùn)用附加電介質(zhì)襯底或沉積在線條上的介質(zhì)材料，然后將導(dǎo)電材料涂沉積或涂敷在它上面來完成?？捎枚喾N導(dǎo)電材料、形狀、類型或尺寸來形成天線的屏蔽層或結(jié)構(gòu)。在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9／059，605(發(fā)明名稱為“屏蔽襯底天線”，作為參考資料在此引入)中揭示了這種天線。
為了進(jìn)一步輔助減小天線尺寸或允許在外殼102中靈活安裝，還可通過將導(dǎo)電材料定位或沉積在外殼或無線裝置內(nèi)的表面上，形成天線。即，在沿著外殼側(cè)壁有相對(duì)清晰或無阻礙路徑的情況下，可以沉積或在壁上直接形成線條。這在圖6的剖面?zhèn)纫晥D中示出，其中直接將線條302設(shè)置在作為支承襯底的外殼上。
在用到的一部分外殼壁是用金屬涂敷或由金屬或其他導(dǎo)電材料制成的情況下，可在外殼和線條302之間使用絕緣材料的中間層。在這種結(jié)構(gòu)中，可在具有粘合劑背襯(backing)的材料薄層上形成具有所需線條結(jié)構(gòu)的金屬層，該背襯允許通過對(duì)外殼壁的簡(jiǎn)單施壓，容易地將它安裝在無線裝置中。運(yùn)用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的“摘嵌”機(jī)，可使此安裝步驟自動(dòng)化。
然而，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員顯而易見的是，將天線或?qū)щ姴牧舷鄬?duì)于接地面的相對(duì)定位可與上述相同。
不幸的是，當(dāng)在一些無線裝置中使用時(shí)，諸如用于圖1a-1b的電話時(shí)，存在襯底天線趨于具有低于所需增益的情況，可使無線裝置成為對(duì)噪聲“不敏感”并呈現(xiàn)不需要的能量分配模式。
將襯底和其他內(nèi)部天線原本就定位在可導(dǎo)致天線拾取噪聲或信號(hào)的多個(gè)信號(hào)源和導(dǎo)體附近。這要求無線裝置不太敏感消除內(nèi)部噪聲拾取(增益減小)。因而，導(dǎo)致對(duì)所需通信信號(hào)也不太敏感。內(nèi)部天線還允許將能量或輻射導(dǎo)向或耦合到裝置或電路內(nèi)的不需要的模式或方向，也減小可用天線增益。與此同時(shí)，能量耦合可導(dǎo)致從除了天線之外的其他元件沿著朝裝置用戶的方向不需要地輻射一些能量。
此外，雖然襯底天線呈現(xiàn)帶寬改善，但是仍不斷關(guān)注具有加大帶寬的無線裝置設(shè)計(jì)。這對(duì)在多個(gè)通信系統(tǒng)中、在多個(gè)國(guó)家或用多個(gè)頻率的不同工作“模式”下用到的裝置特別有用。
結(jié)果是雖然襯底天線是可定位得使手負(fù)載影響最小的內(nèi)部天線，而且它比現(xiàn)有技術(shù)的天線的靈敏度低，但是需要做附加工作來減小失配損耗和噪聲，同時(shí)帶寬和增益全改善。為了解決在某些無線裝置結(jié)構(gòu)中存在的這些和其他問題，已產(chǎn)生與襯底天線組合工作的新寄生部件或嵌片。下面示出這種部件的構(gòu)成和操作。
如圖7所示，諸如圖1a和1b所示的蛤殼或折疊型無線裝置或電話700具有在選擇連接頭706固定在一起的上外殼段或部分702和下段或部分704。通過這種布局，一般用上部分702來支承或裝電話揚(yáng)聲器110、顯示器112(可能有)、電池或電源組120和告警裝置(可能有)(未圖示)，諸如振動(dòng)器或?qū)Ｓ寐曇粜盘?hào)裝置模塊，這些在現(xiàn)有技術(shù)中已知。
用軟電纜、軟線或非常精細(xì)、扁平或小型柔性導(dǎo)體或電纜在被安裝在上部分702中的電池觸點(diǎn)組710、揚(yáng)聲器110或告警元件和在下外殼部分704中的電路板202之間傳遞功率或信號(hào)。然而，在無線裝置中用多種已知電纜或電線對(duì)各種已知單元往返傳遞這種信號(hào)元件，而不偏離本發(fā)明的主張。在這種傳遞中包含的信號(hào)是很低的功率和頻率，而且一般對(duì)于電話操作或無線裝置用戶沒有任何問題。根據(jù)應(yīng)用和特定信號(hào)，這些信號(hào)可以是模擬或數(shù)字形式。
圖7以扁平多導(dǎo)體軟電纜712的形式示出一組上述的導(dǎo)體，從在板202正下方的位置跨過接頭伸展到電池觸點(diǎn)710和揚(yáng)聲器觸點(diǎn)組714。不幸的是，這些導(dǎo)體至少在很靠近天線300的線條302的一端伸展。在如圖7所示的實(shí)施例中，與對(duì)于如圖2所示的被屏蔽并遠(yuǎn)離這些導(dǎo)體的鞭狀天線的連接器或觸點(diǎn)不同，將導(dǎo)體設(shè)置在靠近天線300的饋送部分并靠近夾子516的位置，該夾子實(shí)際上起到部分天線300的作用。這導(dǎo)致無線裝置出現(xiàn)幾個(gè)問題。
導(dǎo)體的這種定位允許由它們產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與天線交互作用，其中天線捕獲或“拾取”來自導(dǎo)體周圍的場(chǎng)或從導(dǎo)體發(fā)出的一些能量。此外，可將來自其他源的信號(hào)強(qiáng)加在未屏蔽導(dǎo)體或由它拾取，并傳遞到靠近天線的區(qū)域。結(jié)果是在導(dǎo)體上穿行或由它拾取的至少一些信號(hào)傳入天線。從這些導(dǎo)體耦合到天線上的信號(hào)會(huì)傳遞到無線裝置的接收電路中，在那里將它們放大。這些不是有用通信信號(hào)而是噪聲，因而不需要。即，會(huì)將預(yù)定供揚(yáng)聲器(110)用的輸出音頻信號(hào)、用于觸發(fā)告警裝置的命令或信號(hào)或者甚至來自電池導(dǎo)線的信號(hào)強(qiáng)加在天線(300)上。此外，一些其他信號(hào)可能被這些沒有被屏蔽的導(dǎo)體截取，包括來自天線或發(fā)送電路的輸出。
在任何情況下，在無線裝置中必須忽略或抑制這種噪聲。這要求或?qū)е陆档脱b置接收電路的靈敏度以顧及噪聲。即，這種電路必須對(duì)低電平信號(hào)(噪聲)不太靈敏，從而不放大這些噪聲或?qū)⑦@些噪聲反饋到剩余的處理電路。不幸的是，這還導(dǎo)致減小或降低檢測(cè)或運(yùn)用較低功率“真實(shí)”所需通信信號(hào)的能力。另一個(gè)遠(yuǎn)端效應(yīng)是會(huì)要求通信系統(tǒng)運(yùn)用較大的平均功率來接通一些無線裝置，從而產(chǎn)生對(duì)其他系統(tǒng)用戶的更大干擾，并減小整個(gè)系統(tǒng)的容量。
同時(shí)，在某種程度上，導(dǎo)體能夠與有天線產(chǎn)生的場(chǎng)諧振，而且將小部分天線輻射或能置再引入導(dǎo)體中。雖然比起通過彈簧夾子觸點(diǎn)516傳遞的能量或功率，該影響很小，但是它仍然可代表大量損耗，并通過幾種方式影響無線電話的操作。首先，從天線再引入到電話的一些其他部分的能量代表通信的損耗功率。這轉(zhuǎn)換成消耗有限資源(諸如，電磁)的更多功率，以便保持某一輸出功率電平或預(yù)算資源，如在現(xiàn)有技術(shù)中指出的那樣。這對(duì)通信質(zhì)量和操作或電話可提供的備用時(shí)間都有潛在的影響。
因此，本發(fā)明改變將導(dǎo)體配置在天線周圍或附近的方法，以便減小由天線輻射或通過導(dǎo)體傳遞到天線的能量。與襯底天線一齊工作，該技術(shù)增加了天線增益、無線裝置接收靈敏度和天線帶寬，改進(jìn)了阻抗匹配并減小的不需要的輻射。
在圖8a的俯視圖和圖8b的側(cè)面剖視圖中示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。在圖8a和8b以及下面的附圖中，為了說明清除，只示出電路板202的輪廓。包括一系列導(dǎo)體的薄型的幾乎扁平的線束或軟電纜712從電路板202的下側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體延伸，或從該板的上表面延伸，這依賴于特定設(shè)計(jì)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員對(duì)于這種導(dǎo)體組件以及與它相連的連接器非常熟悉。
線束712通過天線300末端附近，并沿上部分702的外表面通過。注意在線束712的上端附近，不同導(dǎo)體沿著不同方向或沿著不同路徑延伸，從而連接到一個(gè)或多個(gè)電池觸點(diǎn)710、揚(yáng)聲器觸點(diǎn)714或用于傳遞其他類型的已知信號(hào)或電壓的其他觸點(diǎn)中的每個(gè)觸點(diǎn)。在這種結(jié)構(gòu)中，由于線束或電纜712貼近天線300通過，天線遭遇寄生噪聲或噪聲耦合到天線中。這意味著必須減小連接到天線的接收電路或處理元件的靈敏度，以減小噪聲的影響。這導(dǎo)致相應(yīng)減小或降低無線裝置對(duì)通信信號(hào)的總靈敏度。已確定減小幅度在3-4dB的范圍內(nèi)，這是很明顯的。
為了使在電纜712和天線300之間耦合的能量或耦合到電話機(jī)周圍空中的能量最小或者阻止該耦合，用寄生部件或嵌片800來起到屏蔽元件的作用，或者改變電纜或?qū)w的諧振或能量耦合特性。同時(shí)，寄生部件800用于將跨越天線300和電路板202的接地面之間的間隔、間隙或隙縫的電荷分開，這增加了在關(guān)注的功率下的天線有效面積或?qū)嶋H面積。這相應(yīng)增加了天線300的增益和帶寬。無線裝置的增益增加大約0．8至1．5dB的范圍。
通過運(yùn)用電纜712將寄生部件寄生耦合到電路板202的接地面，可以進(jìn)一步增加無線裝置的增益和帶寬。這可導(dǎo)致增益增加大約0．8至1．5dB。寄生部件和寄生耦合增加無線裝置的帶寬達(dá)至少大約0．5倍。另一方面，需要時(shí)，可用導(dǎo)體(諸如，電線908，下面進(jìn)一步討論)將寄生部件耦合到接地面。
用導(dǎo)體材料(諸如，銅、黃銅、鋁、銀、金或其他導(dǎo)電材料或在制造天線單元中有用的已知復(fù)合物)制造寄生部件或嵌片800。這可包括埋入塑料、樹脂或?qū)щ姯h(huán)氧物的導(dǎo)電材料。
運(yùn)用幾種已知技術(shù)中的一種(諸如，但不局限于，將金屬或?qū)щ姴牧铣练e在塑料支承元件或安裝在適當(dāng)位置上的襯底上)，可以采用產(chǎn)生寄生部件的材料。在另一種方法中，可使用導(dǎo)電材料或金屬薄片或金屬箔，諸如通過帶系或運(yùn)用粘合復(fù)合物將它固定在適當(dāng)位置上?？蓪⒉牧媳旧硇纬蔀榇笮∵m度的薄金屬帶或“背粘標(biāo)簽”狀材料，然后壓在線束712上的適當(dāng)位置上。即，運(yùn)用各種已知方法(諸如粘合復(fù)合物或帶)，將較薄且較柔軟的部件固定在適當(dāng)位置上。一般，特別是如果還將該嵌片安裝在襯底上時(shí)，用夾子、螺絲釘或按扣固定較厚的材料或嵌片材料，以便于運(yùn)輸和移開嵌片維修線束712。還可以用標(biāo)準(zhǔn)電鍍或其他沉積技術(shù)來將導(dǎo)電材料層涂敷在電纜以及無線裝置外殼的表面上。這包括運(yùn)用液體狀的導(dǎo)電材料，與在討論制造襯底天線時(shí)提到的相類似。
此外，雖然按單層導(dǎo)電材料說明嵌片單元，但是本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)所攔阻的頻率或能量幅度，可用多層材料來覆蓋特定區(qū)域，或者獲得寄生部件所需的總厚度。可利用多層獲得特別復(fù)雜的形狀或簡(jiǎn)化制造過程。還可將多層材料沉積在其他材料上(諸如，支承襯底)，或與其他材料交錯(cuò)。另一方面，在將嵌片或?qū)щ妼佣ㄎ辉趯?dǎo)體的相對(duì)側(cè)或與它交錯(cuò)(這與將它定位在單側(cè)上的相反)的地方用到多層。
安裝寄生部件來覆蓋至少大量電纜或線束。趨于不必按準(zhǔn)確的比例覆蓋電纜，而寧愿根據(jù)在給定應(yīng)用中要阻止或要使之最小的能量耦合或重輻射。較佳的是，覆蓋整個(gè)電纜，特別是在內(nèi)部天線下面或附近的區(qū)域中。寄生部件的寬度至少是被覆蓋的電纜或?qū)w組的兩倍，以便抑制與天線的場(chǎng)耦合。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員知道對(duì)于給定無線裝置設(shè)計(jì)他們需要抑制的噪聲量，或者出現(xiàn)和應(yīng)計(jì)算的噪聲量從而獲得裝置的預(yù)選目標(biāo)靈敏度值。他們還知道對(duì)于特定裝置應(yīng)用，需要增加有效天線面積的因倍數(shù)以及相應(yīng)的增益和帶寬。用這些因素來選擇嵌片單元的特定尺寸。
在圖8a和8b中，示出寄生嵌片800覆蓋在接頭706和電池觸點(diǎn)710之間的整個(gè)區(qū)域。雖然這種布局是較佳的，因?yàn)樗赡芷鹱饔没蚓哂欣硐氲男Ч?，但是要適當(dāng)工作，或者改善無線裝置的操作，嵌片并不總是要求那么大。
如圖8a和8b所示的寄生部件采用矩形或正方形或整個(gè)輪廓。然而，只要覆蓋適當(dāng)量的電纜，嵌片單元800可采取多種其他形狀或結(jié)構(gòu)。在圖9a-9d的平面圖中示出圖8a和8b的寄生嵌片單元的另一種實(shí)施例或結(jié)構(gòu)。在圖9a中，用圓圈或橢圓的形狀示出寄生部件900；在圖9b中，寄生部件902采用三角形；在圖9c中，寄生部件904采用比較細(xì)長(zhǎng)的形狀，其邊緣是圓形的；在圖9d中，寄生部件906具有一系列較復(fù)雜的直線邊和角度緣。
在上述每個(gè)附圖中，示出寄生部件(800，900，902，904和906)連接到或耦合到無線裝置的地。這里，該地位于電路板202上，而且是電路板202的接地面，但這不需要是唯一的情況。在圖9a中，示出這種耦合為寄生，其方式為信號(hào)通過一根電纜耦合到地，該電纜與線束712一起伸展或形成線束712的一部分。在圖9b、9c和9d中，示出這種耦合運(yùn)用電線、電纜或類似導(dǎo)體908。在圖9b中，導(dǎo)體908通過連接器910連接到電路板202中的接地面。在圖9c中，導(dǎo)體908連到電池端子710的地線，而在圖9d中，導(dǎo)體908通過線束712中的一個(gè)導(dǎo)體連接到電路板202中的接地面?？蛇\(yùn)用各種已知的連接技術(shù)或裝置(諸如，但不局限于，焊接、導(dǎo)電粘合劑或封裝復(fù)合物、線夾、接頭片、壓接材料或公知電連接器)，完成將寄生部件連接到接地導(dǎo)體908或線束712或板202。在一些應(yīng)用中，導(dǎo)體可在一端具有接觸表面，用無線裝置中的緊固件、柱等將它簡(jiǎn)單地壓在寄生部件上。從寄生部件要減小或消除的預(yù)期或預(yù)計(jì)信號(hào)的頻率來看，也可以調(diào)節(jié)寄生部件800的面積或大小。
在圖8a、8b和9a-9d中，示出寄生部件800相對(duì)于電話的正面和背面，設(shè)置在的線束或電纜上。即，在組裝電話期間，首先將電纜或線束安裝在適當(dāng)位置，然后將嵌片單元定位在線束上。然而，可以先安裝嵌片單元，再裝線束。這具有使線束處于不必移開嵌片較能維修的好處。這還使電話制造期間較容易自動(dòng)放置或沉積嵌片材料。
此外，雖然在圖8a、8b和9a-9d中只示出一個(gè)嵌片單元，但是本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，可用多個(gè)嵌片來覆蓋其中輻射耦合最嚴(yán)重或較易于控制的特定區(qū)域。多個(gè)嵌片可用來獲得特別復(fù)雜的形狀，或者簡(jiǎn)化安裝。另一方面，在將嵌片或?qū)щ妼釉O(shè)置在導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上(這與單側(cè)相反)的情況下，還可用多個(gè)嵌片。
上述寄生嵌片單元的一個(gè)實(shí)施例用薄金屬“背粘標(biāo)簽”的形式制造該嵌片單元，其大小大約是51mm乘41mm，而且設(shè)置在無線電話中的軟電纜結(jié)構(gòu)上。在電話中采用屏蔽襯底天線形式的內(nèi)部天線，該襯底天線具有上面就圖4d所討論的尺寸。運(yùn)用本發(fā)明的寄生部件的結(jié)果是將無線電話的增益大致增加2-3dB，而且天線帶寬增加約0．8倍，或者增加約80％。此外，改善與連接到天線的其他元件的阻抗匹配，減小失配損耗。這些結(jié)果清楚地表示了新寄生嵌片單元減小噪聲的影響，增加帶寬并提供其他特性和效果，從而使得它在無線通信裝置中十分有用。
在圖5c的側(cè)面圖中可清楚地看見運(yùn)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)部天線并去除鞭狀天線104和螺旋狀天線106的實(shí)體結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)和結(jié)果。在圖5c中，示出電話100’與圖1b的電話相同，但它運(yùn)用本發(fā)明而不是天線104和106。在該結(jié)構(gòu)中，制成外殼102’沒有一般關(guān)于外部天線的開口，提供更加美的外觀。
提供前面對(duì)較佳實(shí)施例的描述，使得熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員能夠進(jìn)行或運(yùn)用本發(fā)明。對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員，對(duì)這些實(shí)施例的各種變化是顯而易見的，諸如所用到的無線裝置的類型，而且可將這里限定的一般原理用于其他實(shí)施例，而不必進(jìn)行創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，本發(fā)明原本不限制在這里所示的實(shí)施例，而是要符合與這里揭示的原理和新穎性一致的最寬范圍。
本發(fā)明所要求的權(quán)利是
權(quán)利要求
1．一種與在無線通信裝置中的內(nèi)部天線一起使用的寄生部件，其中所述無線通信裝置具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)或功率傳遞導(dǎo)體或位于所述天線附近的信號(hào)饋源，其特征在于，包括設(shè)置在靠近所述天線的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)體附近的至少一個(gè)導(dǎo)電材料層，該導(dǎo)電材料層具有相對(duì)于所述導(dǎo)體的預(yù)選寬度，以及沿著所述導(dǎo)體的足以阻止在所述層的區(qū)域中在所述天線和導(dǎo)體之間耦合能量的預(yù)選長(zhǎng)度。
2．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，將所述導(dǎo)電材料層設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)體上或下。
3．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體在所述無線裝置的預(yù)選信號(hào)處理單元和電源之間延伸，并有一部分處于緊挨著所述天線的位置上。
4．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，包括至少兩層導(dǎo)電材料。
5．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，所述內(nèi)部天線包括襯底天線。
6．如權(quán)利要求5所述的寄生部件，其特征在于，所述襯底天線包括被支承在具有預(yù)定厚度的電介質(zhì)襯底上的一根或多根導(dǎo)電線條；將所述支承襯底安裝在偏離所述無線裝置涉及的接地面并一般與所述接地面垂直的位置上。
7．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，所述預(yù)選寬度至少是所述導(dǎo)體的寬度的兩倍。
8．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，所述至少一層導(dǎo)電材料包括設(shè)置在靠近天線的所述導(dǎo)體上的薄導(dǎo)電材料嵌片。
9．如權(quán)利要求8所述的寄生部件，其特征在于，將所述嵌片寄生耦合到所述無線裝置的所述接地面。
10．如權(quán)利要求8所述的寄生部件，其特征在于，所述嵌片具有大致矩形形狀。
11．如權(quán)利要求8所述的寄生部件，其特征在于，所述嵌片具有大致圓形形狀。
12．如權(quán)利要求8所述的寄生部件，其特征在于，所述嵌片具有大致三角形形狀。
13．如權(quán)利要求8所述的寄生部件，其特征在于，所述嵌片具有復(fù)雜的幾何形狀。
14．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，按尺寸使所述導(dǎo)電材料成形，以便通過改變所述導(dǎo)體的諧振特性或能量耦合特性，減小在所述導(dǎo)體和天線之間耦合的大部分能量。
15．如權(quán)利要求1所述的寄生部件，其特征在于，按尺寸使所述導(dǎo)體材料成形，以便按預(yù)選量增加所述天線的有效面積及其相應(yīng)的增益和帶寬。
16．一種增加在無線通信裝置中的內(nèi)部天線的增益和帶寬的方法，其中所述無線通信裝置包括位于所述天線附近的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)或功率傳遞導(dǎo)體或信號(hào)饋源，所述方法包括將寄生部件定位在處于所述天線附近區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)體附近。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，將所述導(dǎo)電材料層定位在一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)體上或下。
18．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述寄生部件包括設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)體上的至少一個(gè)導(dǎo)電材料層，該導(dǎo)電材料層具有相對(duì)于所述導(dǎo)體的預(yù)選寬度，以及沿著所述導(dǎo)體的足以阻止在所述層區(qū)域中在所述天線和導(dǎo)體之間耦合能量的預(yù)選長(zhǎng)度。
19．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，通過所述導(dǎo)體將所述寄生部件寄生耦合到所述無線裝置的所述接地面。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所述寄生部件耦合到所述無線裝置的所述接地面增加該裝置增益達(dá)大約2至3dB，并增加該裝置帶寬至少0．5倍。
21．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述寄生部件至少包括兩個(gè)導(dǎo)電材料層。
22．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括將所述寄生部件為薄導(dǎo)電材料嵌片。
23．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括形成具有大致矩形形狀的所述嵌片。
24．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括使所述嵌片形成大致圓形形狀。
25．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，形成具有大致矩形形狀的所述嵌片。
26．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括形成具有復(fù)雜幾何形狀的所述嵌片。
27．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括形成至少具有所述導(dǎo)體的帶寬的兩倍帶寬的所述嵌片。
28．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括將所述嵌片電連接到所述無線裝置的地電位。
29．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括按尺寸形成所述導(dǎo)電材料，以便能改變所述導(dǎo)體的諧振特性或能量耦合特性，減小在所述導(dǎo)體和天線之間耦合的大部分能量部分。
30．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括按尺寸形成所述導(dǎo)電材料，以便按預(yù)選量增加所述天線的所述有效面積及其相應(yīng)的帶寬。
全文摘要
在無線裝置(100,700)中與內(nèi)部天線(300)一起使用的寄生部件(800,900)。一般,天線是襯底天線(300),具有一根或多根導(dǎo)電線條(302)被支承在襯底(304)上并安裝在偏離無線裝置涉及的接地面(504,508)的位置上。將一個(gè)或多個(gè)信號(hào)或功率傳遞導(dǎo)體、電纜或信號(hào)饋源(712)設(shè)置在緊挨著天線(300)的位置上,這些導(dǎo)體能夠?qū)⑿盘?hào)耦合到拾取來自導(dǎo)體周圍的場(chǎng)或從導(dǎo)體發(fā)出的能量的天線。另一方面,導(dǎo)體截取在天線(300)中傳遞的部分能量。寄生嵌片單元(800,900)采用設(shè)置在那些導(dǎo)體(712)附近、上面或下面的薄導(dǎo)電結(jié)構(gòu),通過改變導(dǎo)體的諧振特性或能量耦合特性減小在導(dǎo)體和天線之間耦合的大部分能量。寄生部件(800,900,902,904,906)禁止在導(dǎo)體和天線之間傳遞能量,從而增加總裝置增益。此外,寄生部件和寄生部件到接地面的寄生耦合增加了無線裝置的增益和帶寬。可由多種材料以多種形狀(800,900,902,904,906)制造寄生部件,并運(yùn)用定位和安裝薄導(dǎo)電金屬材料層的多種已知技術(shù)安裝。
文檔編號(hào)H04B1/38GK1291360SQ99803185
公開日2001年4月11日 申請(qǐng)日期1999年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
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