CN1345106A - 移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法 - Google Patents

移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种在移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法。在该内置双频带天线装置中,内置双频带天线具有第一传导天线方向图,在从主PCB的上侧伸出的板上形成;和第二传导天线方向图,在从主PCB的上侧以直角伸出的板上。拉杆天线被连接到内置双频带天线,当拉杆天线被缩回时,被包含在移动终端中。拉杆天线驱动器,伸出或缩回拉杆天线。双工器分离从内置双频带天线接收的无线电频率(RF)信号和要发送到内置双频带天线的RF信号。控制器处理从双工器接收的RF信号和发送到双工器的RF信号,控制拉杆天线驱动器,以便在谈话状态下或一旦用户尝试呼叫时,伸出拉杆天线。

Description

移动终端中的内置双频带天线装置 及其操作方法
                         技术领域
本发明涉及移动终端，尤其涉及移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法。
                         背景技术
通常，在移动终端中的天线装置包括突出终端外面的螺旋天线和拉杆或鞭状天线。当鞭状的天线缩回到终端里面时，则螺旋状的天线工作，而当鞭状的天线从终端伸出时，鞭状的天线工作。
具有传统的可伸展鞭状天线和螺旋状天线交互工作结构的，在终端外面突出的螺旋状的天线，妨碍了沿小型化潮流的终端的多样化设计，降低了可携带性。同样，当用户无意地从一定高度掉落终端时，螺旋状的天线很容易折断。螺旋状的天线在终端一侧的突出使终端的结构不对称。所带来的无线电频带中的辐射方向图的不对称恶化了与方向性有关的性能。
由于近来终端已经被小型化，它们更可能在接听电话时接触用户的身体。这种身体接触使天线特性不同于其在自由空间的特性，从而恶化了终端的整个性能。
                         发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法，以克服传统移动终端所带来的对移动通信的设计局限性、低可靠性和不方便性的问题。
为了实现上面的目的，提供了一种在移动终端中的内置双频带天线装置及其操作方法。在该内置双频带天线装置中，内置双频带天线具有第一传导天线方向图，在从主PCB的上侧伸出的板上形成；和第二传导天线方向图，在从主PCB的上侧以直角伸出的板上形成。拉杆天线被连接到内置双频带天线，当拉杆天线被缩回时，被包含在移动终端中。拉杆天线驱动器，伸出或缩回拉杆天线。双工器分离从内置双频带天线接收的RF信号和要发送到内置双频带天线的RF信号。控制器，处理从双工器接收的RF信号和发送到双工器的RF信号，控制拉杆天线驱动器，以便在谈话状态下或一旦用户尝试呼叫时，伸出拉杆天线。
操作内置双频带天线和拉杆天线的方法依是否该移动终端处于谈话状态下或空闲状态下而变化。在空闲状态下，内置双频带天线被连接到双工器，在谈话状态下，拉杆天线被连接到双工器并被伸出。
                         附图说明
通过结合附图的以下详细的说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加清楚。附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的内置双频带天线装置的方框图；
图2是根据本发明的实施例的内置双频带天线装置的侧视图；
图3是根据本发明的另一个实施例的内置双频带天线装置的方框图；
图4A、4B和4C图示了根据本发明的内置双频带天线的详细结构；
图5A、5B和5C图示了图4A所示的内置双频带天线的等效示意电路；
图6A和6B是示出具有根据本发明的内置双频带天线装置的移动终端的阻抗匹配状态的图；
图7A和7B是示出具有根据本发明的内置双频带天线装置的移动终端的天线辐射方向图的图；
图8A和图8B是示出具有根据本发明的内置双频带天线装置的移动终端中，根据拉杆天线的工作的天线阻抗匹配状态的图；
图9A和图9B是示出具有根据本发明的内置双频带天线装置的移动终端中，根据拉杆天线的工作的在GSM(全球移动通信系统)频带的天线辐射特性的图；
图10A和图10B是示出根据本发明的拉杆天线的工作的在DCS(数字通信系统)频带的天线辐射特性的图；
图11A和图11B是示出具有根据本发明的内置双频带天线的移动终端的天线阻抗匹配状态，和具有可伸出双频带天线的传统移动终端中的天线阻抗匹配状态的图；
图12A和图12B是示出当拉杆天线被缩回在终端中时，具有根据本发明的内置双频带天线的移动终端的在GSM频带的天线辐射方向图特性，和具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在GSM频带的天线辐射方向图特性的图；
图13A和图13B是示出当拉杆天线被缩回在终端中时，具有根据本发明的内置双频带天线的移动终端的在DCS频带的天线辐射方向图特性，和具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在DCS频带的天线辐射方向图特性的图；和
图14A和14B是示出当其拉杆天线被伸出时具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在GSM频带和DCS频带的天线辐射方向图特性的图。
                     具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，不详细描述已知功能和结构，由于在不必要的详述，它们会模糊本发明。
图1是根据本发明的一个实施例的在移动终端中的内置双频带天线装置的方框图。参考图1，内置双频带天线装置包括内置双频带天线108、RF开关106、双工器102、控制器100、拉杆天线驱动器104和拉杆天线110。内置双频带天线108包括用于高频带的第一频带天线ANT1，其在从主PCB(印刷电路板)112伸出的板114上形成为蜿蜒的线条图形；和用于低频的第二频带天线ANT2，其在从主PCB112的上侧以直角伸出的板116上形成为蜿蜒的线条图形。板116用于保证低频频带天线的长度。如果两种频带的天线都在板114上形成，则板114必须伸出足够长，以形成其中的天线辐射图，导致了终端大小的增加。
两种频带的天线可以以多种图案来设计。第一和第二频带天线ANT1和ANT2被设计为，它们在主PCB112的中心有一馈点。这防止了在用传统可伸展天线的移动终端中所遇到的性能恶化。如上所述，该问题是由因不可能的中心功率馈送而在高频带中形成的不对称天线辐射方向图而引起的。
拉杆天线驱动器104在控制器100的控制下，通过驱动在拉杆天线110的两侧的两个驱动滚筒(未示出)，来上下移动拉杆天线110。RF开关106在控制器100的控制下，选择性地切换内置双频带天线108和拉杆天线110到双工器102。
控制器100提供了移动终端的整个控制。根据本发明的实施例，控制器100通过控制RF开关106，选择性地连接内置双频带天线108或拉杆天线110到双工器102。在呼叫过程中或当用户例如通过打开翻盖尝试一呼叫时，控制器100控制拉杆天线驱动器104以拉出拉杆天线110到终端的外面。如图1所示，在本发明的实施例中，内置双频带天线108在板114和116上形成为蜿蜒的线条图形，拉杆天线110被自动拉出或缩进。
图2是带有图1所示的内置双频带天线的移动终端的侧视图。从图2可以注意到，内置双频带天线108容易地形成在从主PCB112的上侧伸出的板114上和从主PCB112的上侧以直角伸出的板116上。拉杆天线110通常被包含在终端中。在呼叫过程中或当用户尝试一呼叫时，拉杆天线110由拉杆天线驱动器104拉出，从而保证了便携性。
在操作中，RF开关106在控制器100的控制下，切换发射到双工器102或从双工器102接收的RF信号到内置双频带天线108或拉杆天线110。两个天线108和110独立工作。在空闲状态或当使用耳机时，控制器100控制RF开关106以切换内置双频带天线108到双工器102。在谈话状态下，控制器100控制RF开关106以切换拉杆天线110到双工器102。
在空闲状态下，控制器100切换RF开关106到内置双频带天线108，接通无源开关118，连接端c和d，从而内置双频带天线108被连接到双工器102。当在该状态下呼叫进入且用户通过打开翻盖或按下谈话键接听该呼叫时，或当用户通过打开翻盖尝试发出一呼叫时，控制器100控制拉杆天线驱动器104以伸出拉杆天线110到终端的外面，并控制RF开关106以建立拉杆天线110和双工器102之间的信号通路。因此，在双工器102和内置双频带天线108之间的连接被释放，仅拉杆天线110工作。
尽管在本发明的图1所示的实施例中，内置双频带天线108和拉杆天线110由RF开关106选择性地连接到双工器102，也可以考虑内置双频带天线108一直都连接到拉杆天线110，如图3所示。同样在这种情况下，当用户打开翻盖以接听一呼叫或发出一呼叫时，控制器100控制拉杆天线驱动器104以拉出拉杆天线110以保证通过拉杆天线110的稳定的信号接收。
总之，在空闲状态下当拉杆天线110被包含在终端内时，内置双频带天线108工作，从而带来了终端的便携性。另一方面，在呼叫过程中拉杆天线110工作，从而改进了RF信号接收特性，从而增加了通信质量。同时，如果在工作测试状态下在测试点插入一测试线缆，无源开关118被从双工器102的端d打开，RF开关106切换到内置双频带天线108，这样拉杆天线110和内置双频带天线108都不连接到双工器102。
图4A、4B和4C是示出根据本发明的内置双频带天线的详细结构的图。参考图4A，内置双频带天线108包括顶上加载的单极(top loaded monopole)型的高频带天线ANT1，在DSC频带下工作；和之字型的低频带天线ANT2，形成为蜿蜒的线条图形，在GSM频带下工作。DCS天线ANT1在从主PCB112的上侧伸出的板114上形成，GMS天线ANT2在从主PCB112的上侧以直角伸出的板116上形成。两个天线被设计成由线A彼此连接，共享从DCS天线ANT1下开始的一个馈点B。
图4B是图示DCS天线ANT1的详细图。参考图4B，DCS天线ANT1主要地被分为垂直部分302和水平部分300。水平部分300水平对称，布置在垂直部分302的地线GND的对面。水平部分300用作垂直部分302的容性负载，起到统一电流分布的作用，实质上延伸了天线的长度。因此，它帮助实现了更宽的带宽和更高的天线增益。为了DCS天线ANT1更好的匹配，可以形成蜿蜒的线条图形304以连接水平部分300，如图4B所示。
图4C是图示GMS天线ANT2的详细图。参考图4C，GMS天线ANT2是之字型，在板116上以蜿蜒的线条图形形成，如上所述。GMS天线ANT2是1/4波长长。由于GMS天线ANT2的直线部分308和309比弯曲部分310靠近DCS天线ANT1的水平部分300，在直线部分308和309和水平部分300之间发生耦合。调整直线部分308和309和水平部分300之间的距离，可以改变GSM频带和DCS频带的输入阻抗。当距离增加时，两个频带的谐振点彼此远离，在DCS频带的传输率是DCS频带的两倍。当距离减少时，结果与前面相反。可以通过控制GMS天线ANT2的长度或DCS天线ANT1的水平部分300的长度，改变谐振频率。因此，通过合适地结合耦合引起的谐振点改变和由天线长度的控制引起的谐振点改变，可以实现所需要的天线。这适用于所有的GSM/DSC以及CDMA/US PCS双频带天线或三频带天线。在本发明的实施例中，GMS天线ANT2和地线GND之间的距离被限定为6mm。在这种情况下，在GSM/DSC天线中的输入阻抗的实部小于50Ω，其虚部具有容性分量。为了理想的阻抗匹配，在馈线中，由串联的电感和并联的电容构成L型匹配电路。
图5A是图4A所示的内置双频带天线的示意图。图5B图示了根据本发明的实施例的GSM/DCS双频带天线的等效电路。参考图4B，顶负载单极型DSC天线ANT1的总阻抗Z由下式计算
            Ztotal＝ZGSM+ZDCS+Zmutual+ηZwhip
                                                       ……(1)
在图5B中所示各个点的阻抗Z1，Z2和Z3是
            Z1＝ZGSM，Z2＝ZDCS，Z3＝Zmutua1
                                                       ……(2)
总阻抗可以被分为DCS天线ANT1和GMS天线ANT2的相应阻抗、在两个天线之间的耦合产生的阻抗、当拉杆天线110与内置双频带天线108一起工作时拉杆天线110的金属部分和GMS天线ANT2之间的耦合系数η和拉杆天线110的阻抗。上述阻抗的总和是DCS天线ANT1的总阻抗。这意味着，耦合系数η越大，在拉杆天线110和内置双频带天线108之间发生越多偶合。因此，耦合系数η应该小。
内置天线108和拉杆天线110可在各种情形下工作。第一，利用开关，在空闲状态下，馈线被连接到内置双频带天线108，在谈话状态下，馈线被连接到拉杆天线110。对于谈话状态下的强电场的情况，仍然使用内置双频带天线108。
第二种方法依赖于内置双频带天线108和拉杆天线110之间的耦合。虽然在上面的切换方法中必须避免内置双频带天线108和拉杆天线110之间的耦合，以防止天线性能的恶化，但利用耦合从内置双频带天线108馈给功率到拉杆天线110避免了需要开关。只要耦合被控制到对天线匹配状态和天线辐射方向图具有最小的影响，这种功率馈给是可行的。
第三，通过在内置双频带天线108和拉杆天线110之间连接低电容量的电容，可以获得更明显的耦合馈给效果。后两种方法在大量生产中避免了需要开关，因而减少了产品成本。
图6A是示出当在内置双频带天线108中仅GMS天线ANT2工作时的天线阻抗匹配状态的图，图6B是示出当在内置双频带天线108中仅DCS天线ANT1工作时的天线阻抗匹配状态的图。
图7A是示出当在内置双频带天线108中仅GMS天线ANT2工作时的天线辐射方向图的图，图6B是示出当在内置双频带天线108中仅DCS天线ANT1工作时的天线辐射方向图的图。
图8A是示出当内置双频带天线108不工作而拉杆天线110工作时的天线阻抗匹配状态的图，图8B是示出当内置双频带天线108和拉杆天线110一起工作时的天线阻抗匹配状态的图。
图9A是示出当仅拉杆天线110如图8A工作时在GSM频带的天线辐射方向图的图，图9B是示出当内置双频带天线108和拉杆天线110如图8B一起工作时在GSM频带的天线辐射方向图的图。
图10A是示出当仅拉杆天线110如图8A工作时在DCS频带的天线辐射方向图的图，图10B是示出当内置双频带天线108和拉杆天线110如图8B一起工作时在DCS频带的天线辐射方向图的图。
图11A是示出当GMS天线ANT2和DCS天线ANT1一起工作时在具有内置双频带天线108的移动终端中的天线阻抗匹配状态的图，图11B是示出在具有可伸出双频带天线的传统移动终端中的天线阻抗匹配状态的图。
图12A是示出当拉杆天线110被缩回时具有内置双频带天线108的移动终端的在GSM频带的天线辐射方向图的图，图12B是示出当其拉杆天线被缩回时具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在GSM频带的天线辐射方向图的图。
图13A是示出当拉杆天线110被缩回时具有内置双频带天线108的移动终端的在DCS频带的天线辐射方向图的图，图13B是示出当其拉杆天线被缩回时具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在DCS频带的天线辐射方向图的图。
图14A和14B分别是示出当其拉杆天线被伸出时具有可伸出双频带天线的传统移动终端的在GSM频带和DCS频带的天线辐射方向图的图。
从图6A到14B可以看出，具有根据本发明的内置双频带天线的移动终端的天线阻抗匹配状态和天线辐射方向图型特性，类似于或好于具有可伸出双频带天线的传统移动终端。根据本发明的移动终端表现出更好的便携性，由于它没有突出的天直线部分，同时它具有与传统移动终端相同的通信质量。
尽管在本发明的实施例中，在空闲状态内置双频带天线被连接到双工器，且如果用户通过打开翻盖或按下谈话按钮接听来电或通过打开翻盖发出一呼叫时，拉杆天线被连接到双工器，但这对用户是可选的。尽管本发明的天线装置基本上构造为，拉杆天线被用于谈话状态，但是如果用户不想用拉杆天线，使用内置双频带天线而不切换天线也可以进行通话。同样，拉杆天线的自动缩回可以根据移动终端的特性而不同地设定。
另外，尽管高频的DCS天线在从主PCB的上侧伸出的板上形成，低频的GSM天线在从主PCB以直角伸出的板上形成，该结构可以根据移动终端的特性而修改。
因此，本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。

Claims (28)

1.一种在移动终端中的内置双频带天线装置，包括
内置双频带天线，具有用于两个频带的第一和第二天线，在从主印刷电路板(PCB)的一侧伸出的板上形成为不同的导电图；
双工器，用于分离从所述内置双频带天线接收的无线电频率(RF)信号和要发送到所述内置双频带天线的RF信号；和
控制器，用于处理从所述内置双频带天线导入所述双工器的信号。
2.如权利要求1所述的内置双频带天线装置，其中所述内置双频带天线的第一天线在从所述主PCB的上侧伸出的板上形成为第一传导天线方向图，第二天线在从所述主PCB以一定角度伸出的板上形成为第二传导天线方向图。
3.如权利要求2所述的内置双频带天线装置，其中所述第一传导天线方向图是高频带天线方向图，用于发送和接收高频信号，所述第二传导天线方向图是低频带天线方向图，用于发送和接收低频信号。
4.如权利要求3所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图在从所述主PCB的上侧伸出的所述板上，被形成为中央馈送最高负载单极型图案。
5.如权利要求3所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图在从所述主PCB的上侧以直角伸出的所述板上，被形成为之字型图案。
6.如权利要求5所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图被连接到所述高频带天线方向图的中央馈线，用于中央馈送。
7.如权利要求2所述的内置双频带天线装置，其中所述第一传导天线方向图是低频带天线方向图，用于发送和接收低频信号，所述第二传导天线方向图是高频带天线方向图，用于发送和接收高频信号。
8.如权利要求3所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图发送和接收高频带中的PCS信号和DCS信号。
9.如权利要求7所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图发送和接收高频带中的PCS信号和DCS信号。
10.如权利要求3所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图发送和接收低频带中的CDMA信号和GSM信号。
11.如权利要求7所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图发送和接收低频带中的CDMA信号和GSM信号。
12.一种在移动终端中的内置双频带天线装置，包括
内置双频带天线，具有用于两个频带的第一和第二天线，在从主印刷电路板(PCB)的一侧伸出的板上形成为不同的导电图；
拉杆天线，当所述拉杆天线被缩回时，被包含在所述移动终端的内部；
拉杆天线驱动器，用于伸出或缩回所述拉杆天线；
双工器，用于分离从所述内置双频带天线接收的无线电频率(RF)信号和要发送到所述内置双频带天线的RF信号；
RF开关，用于选择性地切换所述内置双频带天线和所述拉杆天线到所述双工器；和
控制器，用于控制所述RF开关，以切换所述内置双频带天线或所述拉杆天线到所述双工器。
13.如权利要求12所述的内置双频带天线装置，其中所述内置双频带天线的第一天线在从所述主PCB的上侧伸出的板上形成为第一传导天线方向图，第二天线在从所述主PCB以一定角度伸出的板上形成为第二传导天线方向图。
14.如权利要求13所述的内置双频带天线装置，其中所述第一传导天线方向图是高频带天线方向图，用于发送和接收高频信号，所述第二传导天线方向图是低频带天线方向图，用于发送和接收低频信号。
15.如权利要求14所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图在从所述主PCB的上侧伸出的所述板上，被形成为中央馈送最高负载单极型图案。
16.如权利要求14所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图在从所述主PCB的上侧以直角伸出的所述板上，被形成为之字型图案。
17.如权利要求16所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图被连接到所述高频带天线方向图的中央馈线，用于中央馈送。
18.如权利要求13所述的内置双频带天线装置，其中所述第一传导天线方向图是低频带天线方向图，用于发送和接收低频信号，所述第二传导天线方向图是高频带天线方向图，用于发送和接收高频信号。
19.如权利要求14所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图发送和接收高频带中的PCS信号和DCS信号。
20.如权利要求18所述的内置双频带天线装置，其中所述高频带天线方向图发送和接收高频带中的PCS信号和DCS信号。
21.如权利要求14所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图发送和接收低频带中的CDMA信号和GSM信号。
22.如权利要求18所述的内置双频带天线装置，其中所述低频带天线方向图发送和接收低频带中的CDMA信号和GSM信号。
23.如权利要求12所述的内置双频带天线装置，其中所述控制器控制所述RF开关，以便在空闲状态下切换所述内置双频带天线到所述双工器，和在谈话状态下或一旦用户尝试呼叫时切换所述拉杆天线到所述双工器。
24.如权利要求12所述的内置双频带天线装置，其中所述控制器控制所述拉杆天线驱动器，以便在谈话状态下或一旦用户尝试呼叫时，将连接到所述双工器的所述拉杆天线伸出到所述移动终端的外边。
25.如权利要求12所述的内置双频带天线装置，其中所述拉杆天线驱动器包括：
两个驱动滚筒，与所述拉杆天线接触；和
驱动电机，用于旋转所述驱动滚筒以伸出或缩回所述拉杆天线。
26.一种在移动终端中的内置双频带天线装置，包括
内置双频带天线，具有第一传导天线方向图，在从所述主PCB的上侧伸出的板上形成；和第二传导天线方向图，在从所述主PCB的上侧以直角伸出的板上；
拉杆天线，连接到所述内置双频带天线，当所述拉杆天线被缩回时，被包含在所述移动终端中；
拉杆天线驱动器，用于伸出或缩回所述拉杆天线；
双工器，用于分离从所述内置双频带天线接收的无线电频率(RF)信号和要发送到所述内置双频带天线的RF信号；
控制器，用于处理从所述双工器接收的RF信号和发送到所述双工器的RF信号，和用于控制所述拉杆天线驱动器，以便在谈话状态下或一旦用户尝试呼叫时，伸出所述拉杆天线。
27.一种操作在移动终端中的内置双频带天线和拉杆天线的方法，包括以下步骤；
检查所述移动终端的状态；
在空闲状态下，将所述内置双频带天线连接到双工器；和
在谈话状态下，连接所述拉杆天线到所述双工器和伸出所述拉杆天线。
28.如权利要求27所述的方法，还包括当用户尝试发出一个呼叫时连接所述拉杆天线到所述双工器的步骤。
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