CN1278955A - 具有多频带天线系统的便携式电子通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种便携的电子通信设备(10)例如移动电话机具有第一和第二外壳单元(12,14),它们是彼此相对可动的,和一个天线系统(40;50;60;70),用于在至少两个不同的频带内电磁通信。该天线系统是由导电材料的印刷图案(40;50;60;70)构成的,它安排在第二外壳单元(14)并且连接到在第一外壳单元极(12)内用于无线电通信的装置。该印刷图案(40)的第一部分(42;52;62;72)谐振在第一频带内的一个频率,而该印刷图案的第二部分(44;54;64;74)谐振在第二频带内的一个频率。

Description

具有多频带天线系统的便携式电子通信设备
技术领域
本发明涉及一种便携的电子通信设备，包括第一外壳单元，第二外壳单元，它相对于第一外壳单元是可动的，和一个天线系统，用于在至少两个不同的频带中的电磁通信。
现有技术说明
移动或者蜂窝电话机现在也许是根据上面的便携的电子通信设备的最通常的例子。用于移动通信的许多不同的数字系统最近几年已经进入市场。例如GSM(全球移动通信系统)事实上是在全部欧洲的国家以及在亚洲的许多区域，澳大利亚和美国完全扩展开。其它通用的例子是DCS(数字通信系统)，PCS(个人通信系统)等等。正常地这些移动电信系统在不同的频率范围中工作。在欧洲，例如，GSM使用890-960MHz频带，而DCS使用1710-1880MHz和PCS使用1850-1990MHz。在许多国家彼此并行使用正常地在不同的频带工作的多个系统，因此需要多频带移动电话机已经全部变成更加紧急。事实强调的需要是新种类的移动电信业务，诸如基于家庭的无线电话，无线免提装置，无线局域网(在2，4-2，5GHz波段操作)等等是在不久的未来引入的，或者实际上已经在这里。因此，显而易见的和强烈的需要和要求具有多频带天线的通信设备。
例如在WO96／38882(Ericsson有限公司)公开的一般的双频带或者多频带天线设计，其中多频带印刷单极天线是在两个不同的频带操作的，由于接近于该单极天线安排的寄生的单元。安排单极天线以常规的方式放置在电话装置外壳的顶上。印刷的单极天线是由具有电长的导电迹线构成，以致在第一频带中出现基本的谐振。安排没有与导电迹线直接电连接的寄生的元件调谐该导电迹线为在第二频带中辅助谐振。
WO94／25999(Motorola有限公司)公开一种天线，它安排在电子设备的翻板(flip)中，诸如无线电电话机。在铰链机构安排一个变压器以便连接该翻板到主装置外壳。一个变压器线圈位于该设备外壳中，而第二线圈位于该翻板中。变压器的目的是耦合在该翻板的天线与位于该装置外壳中的其它电子设备之间电磁能量以及起阻抗匹配单元的作用安排根据WO94／25999的天线仅仅在一个单频率波段工作。
US-A-5337 061(Shaye通信有限公司)涉及具有枢轴地连接的可折叠的翻板的无线电话机。安排第一天线在该翻板中，和第二天线是位于该电话机的主部分，即装置外壳中。通过认真地选择两个天线的设计，不需要分开的装置用于两个天线之间转换。然而，安排两个天线在相同的频带操作，因为在进行的呼叫(其中该第一天线是操作的，而该翻板是折叠向下)，以及在备用模式(其中第二天线是操作的，和该翻板是折叠向上的)期间根据US-A-5337 061的电话机目的是获得最佳的天线性能。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种便携的电子通信设备，包括铰接到该成形器、与现有技术比较具有改进效率的多频带天线系统的一个主外壳单元和一个可折叠的外壳单元。特别地，本发明目的是提供用于这样的通信设备的新颖的和创造性的天线设计，所述天线系统能够以至少两个不同的频带操作而不需要任何阻抗匹配网络或者用于在频带之间转换的分开的设备。
本发明的目的通过提供具有电导电的材料的印刷图案的可折叠的外壳单元(例如一种翻板)来实现的，其中安排印刷图案的第一部分在第一频带内的一个频率谐振，同时安排印刷图案的第二部分在第二频带内的一个频率谐振。印刷图案起着一个多频带天线系统的作用，并且连接到用于在主外壳单元(例如电话机外壳)内的无线电通信的装置(例如无线电电路)。
本发明的另外的目的，特征和优点从本发明的几个实施例的下列详细的描述中和从所附的从属权利要求以及附图中显现。
附图简要说明
现在利用实施例的例子参考附图更详细地描述本发明，其中
图1根据现有技术说明便携的移动或者蜂窝电话机，
图2是说明根据本发明的便携的电子通信设备的示意图，
图3示意地说明根据本发明的多频带天线系统的操作原理，
图4根据本发明的第一实施例以印刷天线图案的Q类型图案的形式说明第一设计，
图5说明根据图4的印刷天线图案的替代图案，
图6说明根据本发明的一个实施例的印刷天线图案的一个设计例子，它特别地适合于提供极化分集，
图7说明根据图6的印刷天线图案的一个替代图案，和
图8是说明根据图4的实施例获得的实验的结果的曲线图。
发明的详细揭示
在图1中表示一个便携的电子通信设备10，或者更具体地说具有根据现有技术的多频带天线系统16的一个移动电话机。移动电话机10是常规的蜂窝电话机，它安排在两个不同的频带操作，诸如GSM频带和PCS频带。电话机10包括一个装置外壳12和一个可折叠的翻板14，它利用一个铰链机构26枢轴地安装到该装置外壳12。在常规的方式中翻板14正常地是沿着装置外壳12向上折叠，从而覆盖电话机前侧面的下面的部分。在该电话机用于应答来话呼叫或者始发去话呼叫时，该用户将向下折叠该翻板14，以使它呈现根据图1的位置。
该电话机包括一个多频带天线系统16，它包含两个天线16a和16b，其中第一天线16a例如是一个可缩回的拉杆天线，而第二天线16b是一个短棒或者螺旋天线。正如从图1看到的，天线系统16安排在装置外壳12的顶上。此外，该电话机包括一个耳机或者扬声器18，一个显示器20，一个袖珍键盘22和一个麦克风24。麦克风24安排在装置外壳12的底部并且连接到在翻板14内形成的伴音引导通道28的第一端。伴音引导通道28的第二端连接到翻板14中的开口30，用于从讲话用户的嘴接收声波。
图2在示意的平面上示出根据本发明的便携的电子通信设备10。为了举例但不是限定的原因，该通信设备作为一个移动电话机示出，它类似图1的现有技术电话机，包括一个设备外壳12和利用铰链机构26枢轴地安装到成形器的一个翻板14。此外，扬声器18，显示器20，袖珍键盘22和麦克风24本质上都与图1中相应的部件相同，因此在此不要求任何进一步的说明。另外，类似于图1，翻板14内部可以装备一个声音引导通道，它从在翻板的下面的部分中的伴音开口30延伸到麦克风24，麦克风位于设备外壳12底部内。为了清楚的原因，在图2中没有示出声音引导通道。
根据图1的现有技术电话机和根据图2的本发明电话机之间的主要区别是：安装在装置外壳12的外表面上部的图1中的常规的多频带天线设备16已经由发明的印刷天线40替换，它安排在翻板14上或者在翻板14中。印刷天线40连接到在装置外壳12内本来已知的无线电电路，因此可以提供和接收到和来自该无线电电路的高频电流。
在图3的原理图上描述印刷天线40。天线系统40包括第一部分1和第二部分2，二者在公共的节点3连接。天线部分1和2通过节点3，由接地的信号发生器4馈送。在实际的大量应用中，信号发生器例如代表在图2的移动电话机10中的无线电电路。第一部分1在第一频率f1谐振，而第二部分2在第二频率f2谐振。
根据本发明通过仔细地设计印刷天线图案，获得具有两个或者更多个谐振频率的多频带天线，正如将参见本发明的不同的实施例在下面更详细地描述的。印刷天线图案的不同的部分是在不同的频带谐振，因此该天线可以作为多频带天线工作，而不需要任何阻抗匹配网络或者用于在频带之间转换的装置。例如，因此可以通过设计天线的印刷图案获得三联的谐振天线(GSM，DCS或者PCS以及无线局域网)。通过变化印刷图案，该天线可以给出不同的极化作用和可以与常规的顶部安装的天线一起使用作为分集式天线，在此处不公开。
在图2示意的例子中，印刷天线图案40的第一部分42例如谐振在GSM频带中的第一频率。图案40的第二部分44不谐振，因此对于在第一频带内的频率是不起作用的。
另一方面，第二部分44谐振在不同的频带，例如在大约1800MHz的DCS或者PCS频带，而第一部分42不谐振，在大约900MHz的第一频带(GSM)外部的频率不起作用。
因此，当根据图2该翻板处于它的打开位置时，天线40可以分别在不同的频带中利用部分42和44操作，取决于从装置外壳12内的无线电电路供给的电流的频率。
当翻板关闭时，即沿着装置外壳12向上折叠时，从而覆盖袖珍键盘22，该天线仍然可以在至少较高频带中操作。与现有技术比较，安排在根据本发明的翻板中的多频带天线图具有一个重要的优点：该用户的人体和该天线之间的交互作用基本上减小了，因为该天线和人体之间的距离大于例如根据图1的现有技术电话机的相应的距离。因此，天线的效率改进了。作为另外的优点，与在装置外壳内的声频电路的无线电频率干扰也同样减小了。此外，根据本发明建议的天线设计使得外部天线和该设备外壳12内的无线电电路之间的连接容易了。另一个重要的优点是印刷天线图案的设计可以非常容易地修改或者适合于不同的应用，诸如不同的频带，不同的极化等等。这样的修改的一些例子在下面参见其余的图进行描述。
在图4中，公开了根据本发明的印刷天线图的第一实施例。正如先前描述的，天线图40由安排在翻板14上的或者在翻板14内的电导体的印刷的迹线构成。图形可以描述为具有Q字符形状，包括一个大矩形的框部分42和一个较小的线性部分44。部分42和44彼此电连接和通过安排接近于铰链机构(在这个图中未公开)电连接到该装置外壳12。大矩形的部分42是在GSM频带(在900MHz周围)谐振的，和短的线性条状44是在DCS和／或者PCS频带(在1800-1900MHz周围)谐振的。这个实施例中，天线40的极化是与常规短截线天线相同的。
图5说明图4实施例的一个可选型式，即修改的Q类型图案。印刷天线图50安排在翻板14中或者在翻板14上，根据上面的安排它铰接到该装置外壳12。根据图3，印刷图案的第一大部分52给出环绕印刷图案50的第二较小部分54的主要部分的弯曲形状，所述第二部分54具有线性延伸和通过外部天线连接器56连接到装置外壳12。根据图5的可选实施例特别地适合于具有有限尺寸的翻板的小电话机。该第一大部分52是谐振在GSM频段，而第二较小的部分54谐振在DCS或PCS频段。
图6说明本发明的另一个实施例，其中该天线作为一个不平衡的偶极天线60实现，与短截线天线比较具有垂直极化。不平衡的偶极天线60包括第一较大分支62以及第二较小分支64，二者垂直地延伸到印刷天线图60的线性基本部分66。基本部分66对接地条68平行地安排，它电连接到装置外壳12。该基本部分66是经过一个外部天线连接器67，连接到装置外壳12内的该无线电电路。因此，天线60是F型天线。较大分支62操作(即谐振)在GSM频带，而较小分支64操作在DCS和／或者PCS频带。
图7说明图6实施例的一个替代方案。在这里，印刷天线图案70的较大分支部分72以及较小分支部分74二者给出一个曲折形状。
类似于图6中的相应的分支部分62，较大分支部分72安排谐振在GSM频带中的一个频率，而较小分支部分74安排谐振在较高的DCS和／或者PCS频带中的一个频率。如在图6中那样，线性基本部分76连接到外部天线连接器77和安排平行于连接到装置外壳12的接地条78。
在图8中表示一个曲线图，表示第一实施例获得的实验的结果，它参见图2和4描述。这些实验已经证实这样的印刷的翻板天线可以调谐到几个谐振。两个谐振频率之间的间隔和每个频率的带宽取决于印刷天线图案的设计。最低的谐振频率(由箭头1指示)主要地取决于印刷图案的较大部分的大小，而较高谐振频率(由箭头2指示)取决于该天线的小部分。作为四分之一波天线的大框架部分谐振在GSM频带(900MHz)，和作为四分之一波天线的小的线性部分谐振在DCS和／或者PCS频带(1800-1900MHz)。对于起着四分之三波长天线的作用的大框架部分出现在大约2．4GHz的更高阶谐振(由箭头3表示)，它覆盖无线局域网频带。图8的曲线图说明所谓的反射波损耗性能(VSWR)，以及从该曲线图看出根据图2和4的Q类型翻板天线具有非常宽的带宽。此外，已经实现关于通话位置即当翻板向外折叠时的辐射图的测试。这些实验已经证实根据本发明的翻板天线系统与根据现有技术的正常短截线天线系统比较具有更均匀的辐射图。
在上面参照一组实施例描述了本发明，实施例的选择仅仅是举例的原因。因此，本发明决不应该认为被限定于这些实施例。相反地，本发明的范围应该仅仅由所附的独立权利要求的范围限定。特别应注意，在上面的描述中谈到的示例的频带，即GSM，DCS／PCS和无线局域网频带仅仅认为是例子。此外，印刷天线图案的设计可以以不同于在上面公开的方式变化，只要满足由独立权利要求定义的功能要求。另外，该翻板可以位于装置外壳12的顶部，在它的长侧等等。

Claims (11)

1．一种便携的电子通信设备(10)，包括第一外壳单元(12)，第二外壳单元(14)，它相对于第一外壳单元是可动的，和一个天线系统(16；40)，用于在至少两个不同的频带中的电磁通信，其特征在于
一个导电材料的印刷图案(40；50；60；70)，它安排在第二外壳单元(14)上或者在第二外壳单元(14)中，并且连接到第一外壳单元(12)内用于无线电通信的装置，安排所述印刷图案(40)的第一部分(42；52；62；72)谐振在第一频带内的一个频率，和安排所述印刷图案的第二部分(44；54；64；74)谐振在第二频带中的一个频率。
2．根据权利要求1的设备，其特征在于该印刷图案(40；50)的第一部分(42；52)沿着环形的迹线形成，和印刷图案的第二部分(44；54)沿着有限迹线形成，以使第一印刷图案部分(42；52)环绕第二印刷图案部分(44；54)的至少主要部分。
3．根据权利要求1或者2的设备，其特征在于第一印刷图案部分(52)是沿着环形的曲折形的迹线形成的。
4．根据权利要求1的设备，其特征在于所述印刷图案(60；70)的所说第一和第二部分(62，64；72，74)按照从该印刷图案(60；70)的线性基本部分(66；76)延伸的分支形成，安排所述线性基本部分(66；76)邻接接地条(68；78)，接地条连接到第一外壳单元(12)。
5．根据权利要求4的设备，其特征在于该印刷图案(70)的至少一个分支(72，74)沿着曲折形的迹线形成。
6．根据任何前述的权利要求的设备，其特征在于所述设备(10)是一个无线电电话机。
7．根据任何前述的权利要求的设备，其特征在于所述设备(10)是一个数字蜂窝电话机。
8．根据权利要求7的设备，其特征在于所述第一外壳单元(12)是电话机主体，而所说第二外壳单元(14)是一个翻板，它利用一个铰链结构(26)枢轴地安装到电话机主体。
9．根据任何前述的权利要求的设备，其特征在于安排所述第一印刷图案部分(42；52；62；72)谐振在GSM频带内的一个频率，而安排所说第二印刷图案部分(44；54；64；74)谐振在DCS或者PCS频带内的一个频率。
10．一种用于便携的电子通信设备最好是无线电电话机或者蜂窝电话机(10)的多频带天线系统，包括一个主设备外壳(12)和一个翻板(14)，该翻板利用一个铰链机构(26)枢轴地安装在该主设备部分(12)上，其特征在于
安排在翻板(14)上一个导电材料的印刷图案(40；50；60；70)，安排所述印刷图案(40；50；60；70)的第一部分(42；52；62；72)谐振在第一频带内的一个频率，和安排所述印刷图案的第二部分(44；54；64；74)谐振在第二频带中的一个频率。
11．根据权利要求10的天线系统，其特征在于所说第一频带是GSM频带，而所说第二频带是DCS或者PCS频带。
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