[发明专利]超宽频带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通信设备中的小尺寸超宽频带天线装置。

背景技术

随着第二代和第三代无线通信技术的成功，第四代或长期演进(LTE)现在正在开发中。4G/LTE移动通信提供了高数据传输率的宽带多媒体服务。

LTE协议提供了至少为100Mbp的下行链路峰值速率和至少为50Mbp的上行链路峰值速率及少于10ms的RAN来回行程时间。LTE支持从1.4MHz到20MHz的可定标传输带宽并同时支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。LTE下一步演进为高级LTE并且在3GPP的版本10中被标准化。所述标准包括定义了从语音导向类到支持峰值数据速率的高端终端的5个不同的终端类别。所有的终端将能够处理20MHz的带宽。通过支持如1.4MHz样小的和如20MHz这样大的频谱切片，频谱灵活形得到了提高。IMT系统现在使用的所有频率计划将被使用。

LTE中的一个研究难题为用户设备(UE)和eNODE B之间的接口的宽频率范围如698MHz到2690MHz。如果使用标准的半偶极子或四分之一波长的单极子天线，那么用于低频率范围的天线的尺寸将会是大约21cm或10.5cm。对于应用在用户设备例如移动电话中，这样的尺寸将显得太大。此外，标准偶极子和单极子天线的带宽太窄，不能覆盖4G通信中的工作频带。

人们已经提出并使用了不同的天线设计，其中没有一个具有覆盖698MHz到2690MHz的整个频率范围的超宽频带特性。例如，可以使用其中天线元件由具有两个弯曲部分的线性导体形成的天线元件天线装置，天线元件其中，馈送端子被置于天线元件的预定位置并且天线元件的一个端部接地。天线装置还可以具有由具有四个弯曲部分的线性导体形成的天线元件。通过这种方式，由于单极子天线的天线元件弯曲，所以天线装置能够减小设备面积。

因此，这些是弯曲单极子天线，因而它们相比直的单极天线需要更小的长度。工作于多频带中的分支天线也被应用于手持无线电话中。

分支天线典型地包括置于基板上的一对导电迹线，所述导电迹线用作辐射元件并从馈送点分叉。所述天线一般包括具有一对蜿蜒的辐射元件的扁平基板，辐射元件置于基板上。所述蜿蜒的辐射元件从电连接天线和用户设备中的射频电路的馈送点分叉。每个蜿蜒的辐射元件构造为在各自的频带中谐振。

分支天线可在对4G工作而言太窄的频带内发射和接收电信号。此外，为了减小分支天线的尺寸，一般地需要压缩每个辐射元件的图案蜿蜒图案，这一般将使辐射元件能够工作的频带变窄。为了解决这个问题，可使用包括扁平的电介质基板的天线，在所述基板的表面上设置有一对辐射元件，如导电铜迹线。

辐射元件从电连接器分支到将天线电连接至用户设备(UE)中的射频(RF)电路的馈送点。每个辐射元件在各自的构造成在相应的频带中谐振的电长度上具有相应的图案蜿蜒图案，所述频带优选为一个高频带和一个低频带。电介质基板使用的材料优选地为FR4或聚酰亚胺()。电介质基板应当具有大约2到4之间的介电常数。电介质基板的大小和形状为调谐(tuning)参数。高频带和低频带辐射元件的尺寸可依据电介质基板的空间限制而变化。通过改变高频带和低频带辐射元件的图案蜿蜒图案的形状和构造，可调节天线的带宽。

天线的另一个例子中，主要原理为多频带天线的不同分支以不同的频率谐振。天线分支被连接到共用部分以在天线分支和用户设备的发射收发器电路之间交换信号。第一分支具有一定的长度和构造，以具有第一频带中的谐振频率，第二分支具有一定的长度和构造，以具有第二频带中的谐振频率。例如在制造时，天线的两个频带都被调谐到大约50Ω的阻抗。每个天线分支由相对柔性的电介质膜和由弯曲金属线形成的带状天线构成。金属线能够通过印制、刻蚀或其他合适的方法形成。因为膜为柔性材料，所以印制的膜能够被卷成大致的圆柱形状以作为天线分支使用。依据天线设计考虑，所述圆柱可部分开口或完全封闭。例如，通过所述圆柱直径的变化，天线的带宽能够变化。所述弯曲的金属线在天线分支之间变化使得不同的天线分支在不同的频率谐振。这样，通过选择合适的带尺寸和每个分支的图案，多谐振和多分支能够实现。所述天线分支与单极子天线类似。

遗憾的是，分支天线可发射和接收电线号的频带太窄而难以满足LTE和4G的需要，或者几乎没有余量以考虑用户设备的()环境。此外，为了减小手持天线的大小，一般必须压缩辐射元件的图案蜿蜒图案。

因而，考虑到超宽频带用户设备的需求和用于这样的移动通信设备的传统天线的问题，需要能够工作于LTE或4G频率范围的更小的超宽频带天线。