РАМОЧНАЯ АНТЕННА(ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК H01Q1/38 

[0001] Изобретение относится к рамочной антенне для мобильного телефона и других применений и в особенности к рамочной антенне, которая может работать в нескольких частотных диапазонах.

Предшествующий уровень техники

[0002] В промышленных образцах современных мобильных телефонов остается совсем немного места для антенн на печатной плате, и часто антенна должна иметь очень низкий профиль, особенно в телефонах с малой толщиной. В то же время возрастает число частотных диапазонов, в которых, как ожидается, будут работать такие антенны.

[0003] Когда на одной платформе мобильного телефона используется несколько протоколов радиосвязи, первая проблема состоит в том, чтобы решить, должна ли использоваться одна широкополосная антенна или более подходящими были бы несколько более узкополосных антенн. Проектирование мобильного телефона с одной широкополосной антенной затрагивает проблемы не только с получением достаточной ширины полосы для покрытия всех требуемых диапазонов, но также с затруднениями, связанными с вносимыми потерями, стоимостью, шириной полосы и размером схем, которые необходимы для диплексной передачи сигналов. С другой стороны, решения с несколькими узкополосными антеннами связаны с проблемами, основными из которых являются связь между ними и недостаток места для антенн в мобильном телефоне. Вообще говоря, проблемы, связанные с несколькими антеннами, труднее решать, чем проблемы, относящиеся к одной широкополосной антенне.

[0004] В большинстве мобильных телефонов обычно используются несимметричные вибраторы (монополи) или PIFA (планарные инвертированные F-антенны). Несимметричные вибраторы работают наиболее эффективно в областях, свободных от заземляющего слоя печатной платы или других проводящих поверхностей. PIFA, напротив, хорошо работают вблизи проводящих поверхностей. Проводились обширные исследования по выполнению несимметричных вибраторов и PIFA для работы в качестве широкополосных антенн, чтобы избежать проблем, связанных с использованием нескольких антенн.

[0005] Один способ увеличения ширины полосы электрически малой антенны заключается в использовании многомодового режима. В самых низких диапазонах могут формироваться нечетные резонансные моды, которые могут обозначаться по-разному как "несимметричные моды", "дифференциальные моды" или монополеподобные. На более высоких частотах могут формироваться как четные, так и нечетные резонансные моды. Четные моды могут обозначаться по-разному как "симметричные моды", "общие моды" или диполеподобные.

[0006] Рамочные антенны хорошо изучены и широко использовались в мобильных телефонах. Например, в US 2008/0291100 описывается однодиапазонная заземленная рамка, излучающая в низком диапазоне, вместе с паразитным заземленным несимметричным вибратором, излучающим в высоком диапазоне. Другим примером является WO 2006/049382, где раскрывается конструкция симметричной рамочной антенны, размеры которой уменьшены за счет складывания рамки по вертикали. Широкополосная характеристика была получена в диапазоне высоких частот путем прикрепления шлейфа к верхнему патчу (микрополосковому излучателю) антенны. Такая конфигурация создает многомодовую антенну, полезную в областях беспроводной связи.

[0007] Идея многомодовой антенны также не нова. Примером хорошей практики проектирования является конформная сложенная инвертированная антенна Motorola (FICA), которая возбуждает резонансы в структуре, которая проявляет нечетные и четные резонансные моды [Di Nallo, С. and Faraone, А.: "Multiband internal antenna for mobile phones", Electronics Letters, 28^th April 2005, Vol. 41, №9]. Описаны две моды, синтезируемые для высокого диапазона: "дифференциальная мода", которая характеризуется противоположно фазированными токами в плечах FICA и поперечными токами в заземлении печатной платы, и "щелевая мода", которая представляет собой общую моду более высокого порядка, характеризующуюся сильным возбуждением щели FICA. Для получения широкой непрерывной полосы излучения может использоваться комбинация мод. Однако упомянутая структура FICA является модификацией PIFA, и в статье Nallo и Faraone не раскрываются рамочные антенны, работающие в многомодовом режиме.

Краткая сущность раскрытия

[0008] В вариантах осуществления настоящего изобретения используется конструкция многомодовой рамочной антенны. Варианты осуществления изобретения могут использоваться в мобильных телефонах, а также в мобильных модемных устройствах, например в USB-адаптерах и т.п., которые позволяют ноутбукам осуществлять связь с Интернетом через сеть мобильной связи.

[0009] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены точка питания и точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от точки питания и точки заземления, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением с соответствующими сторонами проводящей структуры, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, причем проводящая структура содержит индуктивные и емкостные элементы.

[0010] Проводящая структура может рассматриваться как электрически комплексная, поскольку она содержит индуктивные и емкостные элементы. Индуктивные и емкостные элементы могут быть компонентами с сосредоточенными параметрами (дискретными индуктивностями или конденсаторами поверхностного монтажа), однако в предпочтительных вариантах они сформированы или выполнены печатью как распределенные компоненты, например, в форме участков проводящей дорожки, имеющих соответствующую форму, на или во второй поверхности подложки.

[0011] Эта структура отличается от того, что раскрыто в документе WO 2006/049382, тем, что в последнем описывается сложенная рамочная антенна, имеющая шлейф на верхней поверхности, который расширяет ширину полосы высокочастотного диапазона антенны. В WO 2006/04 9382 четко указывается, что "шлейф является линией, которая дополнительно соединена с линией передачи для частотной настройки или широкополосной характеристики". Шлейф представляет собой "шунтирующий шлейф, соединенный параллельно верхнему патчу, и является разомкнутым шлейфом, длина которого меньше λ/4". Также в WO 2006/04 9382 четко указано, что "если длина [шлейфа] L меньше λ/4, разомкнутый шлейф действует как конденсатор". В настоящем изобретении антенна содержит последовательную комплексную структуру в центре рамки или вблизи него, вместо простого емкостного шунтирующего шлейфа, описанного в WO 2006/049382.

[0012] В обоих случаях, дискретных и распределенных компонентов, проводящая структура в вариантах осуществления настоящего изобретения имеет меньшие размеры по сравнению с шунтирующим шлейфом, описанным в WO 2006/049382, и позволяет выполнить всю конструкцию антенны более компактной. Другое достоинство предложенной структуры заключается в том, что она позволяет настраивать импедансную ширину полосы высокого диапазона без какого-либо негативного воздействия на низкий диапазон. Это позволяет существенно улучшить согласование высокого диапазона.

[0013] Индуктивные и емкостные элементы могут быть обеспечены в центральной зоне рамки на второй поверхности подложки путем формирования проводящих дорожек на второй поверхности подложки, чтобы определять по меньшей мере одну щель, например, путем проведения одной дорожки в центральную зону и затем в основном параллельно другой дорожке, но без гальванического контакта с другой дорожкой.

[0014] Следует отметить, что проводящая дорожка формирует рамку с двумя плечами, рамка начинается в точке питания и заканчивается в точке заземления. Два плеча рамки сначала расходятся друг от друга, начинаясь в точке питания и в точке заземления, соответственно, перед продолжением к краю диэлектрической подложки. В предпочтительных вариантах осуществления плечи коллинеарны, когда они вначале отходят от точек питания и заземления, и практически или по существу параллельны, когда они проходят до края диэлектрической подложки, хотя не исключаются и другие конфигурации (например, расходящиеся или сходящиеся в направлении края диэлектрической подложки).

[0015] В наиболее предпочтительных вариантах осуществления плечи рамки проходят в направлении друг к другу вдоль края или близко к краю диэлектрической подложки. Плечи могут проходить так, что они подходят близко друг к другу (например, расстояние между ними равно или меньше расстояния между точкой питания и точкой заземления) или менее близко друг к другу. В других вариантах осуществления одно плечо рамки может проходить вдоль края или близко к краю подложки, а другое - нет. В других вариантах осуществления возможно, что плечи не проходят в направлении друг к другу.

[0016] Проводящая дорожка на первой поверхности диэлектрической подложки может проходить через диэлектрическую подложку на вторую поверхность через межслойные переходы или отверстия. Альтернативно, проводящая дорожка может переходить через край диэлектрической подложки с одной поверхности на другую. Следует понимать, что проводящая дорожка переходит с одной стороны подложки на другую сторону подложки в двух местах. Оба эти перехода могут осуществляться через межслойные переходы или отверстия, или оба они могут осуществляться через край подложки, или один переход может осуществляться через межслойный переход или отверстие, а другой - через край.

[0017] Рамка, сформированная проводящей дорожкой и нагрузочной платой, может быть симметричной в зеркальной плоскости, перпендикулярной плоскости диэлектрической подложки и проходящей между точкой питания и точкой заземления к краю подложки. Кроме того, проводящая дорожка, без учета нагрузочной платы, может быть в целом симметричной относительно зеркальной плоскости, определенной между первой и второй поверхностями подложки. Однако в других вариантах осуществления проводящая дорожка может не быть симметричной в этих плоскостях. Несимметричные варианты осуществления могут быть полезны для формирования несимметричной рамки, что может улучшить ширину полосы, особенно в верхних диапазонах. Однако следствием этого является то, что антенна становится менее устойчивой к расстройке, когда имеет место изменение в форме или размере заземляющего слоя.

[0018] Предпочтительным образом проводящая дорожка может быть снабжена одной или несколькими ветвями, отходящими от рамки, определенной в общем проводящей дорожкой. Одна или несколько ветвей могут входить в рамку и/или отходить от нее. Дополнительная ветвь или ветви действуют как излучающие несимметричные вибраторы и добавляют в спектр дополнительные резонансы, тем самым увеличивая ширину полосы антенны.

[0019] Альтернативно или дополнительно, может быть обеспечен по меньшей мере один паразитный (пассивный) излучающий элемент. Он может быть сформирован на первой или на второй поверхности подложки или на другой подложке (например, на системной плате, на которой смонтирована антенна и ее подложка). Пассивный излучающий элемент представляет собой проводящий элемент, который может быть заземлен (соединен с заземленным слоем) или не заземлен. За счет использования пассивного излучающего элемента можно добавить дополнительный резонанс, который может использоваться для другого протокола радиосвязи, например для работы Bluetooth® или GPS (глобальная система позиционирования).

[0020] В некоторых вариантах осуществления антенны согласно настоящему изобретению могут работать по меньшей мере в четырех, предпочтительно по меньшей мере в пяти разных частотных диапазонах.

[0021] В соответствии с вторым аспектом настоящего изобретения предложена пассивная рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены первая точка заземления и вторая точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от первой и второй точек заземления, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением на проводящей нагрузочной плате, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, при этом дополнительно предусмотрена отдельная, непосредственно возбуждаемая антенна, сконфигурированная для возбуждения пассивной рамочной антенны.

[0022] Отдельная возбуждаемая антенна может принимать форму меньшей рамочной антенны, расположенной возле части проводящей дорожки, отходящей от первой точки заземления, причем вторая рамочная антенна имеет точку питания и точку заземления и сконфигурирована для возбуждения пассивной рамочной антенны посредством индуктивной связи между ними. Эта антенна возбуждения может быть сформирована на системной плате, к которой прикреплена пассивная рамочная антенна и ее подложка.

[0023] Альтернативно, отдельная антенна возбуждения может принимать форму несимметричного вибратора, предпочтительно короткого несимметричного вибратора, расположенного и сконфигурированного для возбуждения пассивной рамочной антенны с использованием емкостной связи между ними. Этот несимметричный вибратор может быть сформирован на обратной стороне системной платы, к которой прикреплена пассивная рамочная антенна и ее подложка.

[0024] WO 2006/04 9382 описывает классическую полурамочную антенну, компактность которой обеспечивается конструкцией, сложенной по вертикали. Обычно полурамочная антенна содержит проводящий элемент, на один конец которого подается питание, а другой конец заземлен. Второй аспект настоящего изобретения предусматривает излучающую рамочную антенну, которая заземлена на обоих концах и потому является пассивной антенной. Эта пассивная рамочная антенна возбуждается отдельной возбуждаемой антенной, обычно меньшей, чем пассивная рамочная антенна. Возбуждаемая или возбуждающая антенна может быть сконфигурирована для излучения на более высокой частоте, представляющей интерес, такой как один из частотных диапазонов WiFi.

[0025] Нагрузочная плата может иметь в основном прямоугольную форму или может иметь другие формы, например треугольную форму. Нагрузочная плата может быть дополнительно снабжена плечами, или ветвями, или другими продолжениями, отходящими от основной части нагрузочной платы. Нагрузочная плата формируется как проводящая плата на второй поверхности подложки, параллельно подложке в целом. Один край нагрузочной платы может следовать, на второй поверхности, линии, сформированной между точкой питания и точкой заземления на первой поверхности. Противолежащий край нагрузочной платы может быть расположен в основном в центре рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности.

[0026] В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложена пассивная рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены первая точка заземления и вторая точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от первой и второй точек заземления, соответственно, доходит до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением с соответствующими сторонами проводящей структуры, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, причем проводящая структура содержит индуктивные и емкостные элементы, при этом дополнительно предусмотрена отдельная, непосредственно возбуждаемая антенна, сконфигурированная для возбуждения пассивной рамочной антенны.

[0027] Третий аспект настоящего изобретения комбинирует механизм пассивного возбуждения второго аспекта с электрически комплексной проводящей структурой первого аспекта.

[0028] В четвертом аспекте, который может быть скомбинирован с любым из первого по третий аспект, рамочная антенна, вместо того чтобы заземляться непосредственно, заземляется через комплексную нагрузку, выбранную из группы, содержащей: по меньшей мере одну индуктивность; по меньшей мере одну емкость; по меньшей мере один отрезок линии передачи и любое сочетание указанных элементов, соединенных последовательно или параллельно.

[0029] Кроме того, точка заземления рамочной антенны может переключаться между несколькими разными комплексными нагрузками, чтобы позволить антенне перекрывать разные частотные диапазоны.

[0030] Различные вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть сконфигурированы либо как компоненты поверхностного монтажа (SMT), которые припаяны на участке основной печатной платы, не имеющем заземляющего слоя, либо как навесные структуры, которые работают над заземляющим слоем.

[0031] Было также обнаружено, что для снижения потерь может использоваться удаление материала подложки в зоне высокой напряженности электрического поля. Например, центральный вырез может быть выполнен в материале подложки рамочной антенны, где напряженность электрического поля является наивысшей, в результате чего улучшаются характеристики антенны в верхнем частотном диапазоне.

[0032] Для антенны с комплексной центральной нагрузочной структурой было найдено предпочтительным выполнить два выреза с каждой стороны от центральной линии. Вновь, эффективность улучшается главным образом в верхнем частотном диапазоне.

[0033] Рамочная антенна может быть выполнена таким образом, чтобы оставить центральную зону свободной для выреза прямо в части подложки антенны. Целью здесь является не столько снижение потерь, сколько создание пространства, в котором может быть размещен микро-USB разъем или тому подобное. Часто желательно размещать антенну в одном месте с разъемами, например в нижней части мобильного телефона.

[0034] В другом варианте осуществления было обнаружено, что к возбуждаемой или пассивной рамочной антенне могут быть присоединены короткозамкнутые емкостные или индуктивные шлейфы для улучшения ширины полосы, согласования импеданса и/или эффективности. Идея использования одного шунтирующего емкостного шлейфа была раскрыта ранее в GB 0912368.8 и WO 2006/049382, однако было обнаружено, что особенно предпочтительно использовать несколько таких шлейфов в качестве части центральной комплексной нагрузки. Шлейфы могут также использоваться предпочтительно при соединении с другими частями рамочной структуры, как это уже было описано заявителем в совместно поданной патентной заявке Великобритании GB 0912368.8.

[0035] Было обнаружено, что варианты осуществления настоящего изобретения могут использоваться совместно с электрически малой FM-радиоантенной, настроенной на диапазон 88-108 МГц, причем одна антенна устанавливается на каждой стороне основной печатной платы, то есть одна на верхней поверхности и одна непосредственно под ней на нижней поверхности. Обычно возникает проблема использования двух антенн, расположенных так близко, из-за связи между ними, однако было обнаружено, что рамочная конструкция вариантов осуществления настоящего изобретения и характер FM-антенны (типа рамки) таковы, что между ними может существовать очень хорошая развязка.

[0036] Электрически малые несимметричные вибраторы и PIFA характеризуются высоким реактивным импедансом, имеющим емкостной характер, подобно тому как разомкнутый на конце шлейф на линии передачи является емкостным. Большинство конфигураций рамочных антенн имеют низкий реактивный импеданс, имеющий индуктивный характер, подобно тому как короткозамкнутый шлейф на линии передачи является индуктивным. Существуют проблемы согласования обоих этих типов антенн с 50-омной радиосистемой. Подобно несимметричным вибраторам и PIFA, рамочные антенны могут быть закорочены на землю, так что они становятся несимметричными или монополеподобными. В этом случае рамка может действовать как полурамочная антенна и наблюдать свое изображение в заземляющем слое. Альтернативно, рамочная антенна может быть полной рамкой с симметричными модами, не требующей заземляющего слоя для работы.

[0037] Варианты осуществления настоящего изобретения содержат заземленную рамку, которая возбуждается как четными, так и нечетными модами, чтобы работать в очень широкой полосе частот. Работа антенны будет пояснена ниже более подробно.

Краткое описание чертежей

[0038] Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

фиг. 1 - схематичный вид конструкции известной рамочной антенны, сложенной по вертикали;

фиг. 2 - вариант осуществления настоящего изобретения с электрически комплексной центральной нагрузкой;

фиг. 3 - альтернативный вариант осуществления, в котором электрически комплексная центральная нагрузка сформирована щелью;

фиг. 4 - компоновка, в которой отдельная питающая рамочная антенна используется для возбуждения основной рамочной антенны посредством индуктивной связи между ними;

фиг. 5 - график рабочей характеристики варианта осуществления по фиг. 4 до согласования и после него;

фиг. 6 - схема соединений, показывающая, как варианты осуществления антенны согласно настоящему изобретению могут быть заземлены через разные нагрузки;

фиг. 7 - компоновка, в которой рамочная антенна компактно сложена по вертикали через противолежащие стороны диэлектрической подложки и в которой в диэлектрической подложке выполнен центральный вырез;

фиг. 8 - модификация варианта осуществления по фиг. 2, в которой на каждой стороне центральной комплексной нагрузки вырезаны или удалены части подложки;

фиг. 9, 10 - вариант, в котором рамочная антенна расположена так и в диэлектрической подложке выполнен вырез таким образом, чтобы в него входил разъем, такой как, например, микро-USB разъем;

фиг. 11 - вариант, в котором к рамочной антенне присоединены короткозамкнутые емкостной или индуктивный шлейфы;

фиг. 12 - вариант осуществления настоящего изобретения в комбинации с FM-радиоантенной;

фиг. 13 - график, показывающий связь между рамочной антенной и FM-радиоантенной варианта осуществления по фиг. 12.

Детальное описание

[0039] Фиг. 1 показывает в схематичной форме известную рамочную антенну, по существу подобную той, которая описана в WO 2006/049382. Диэлектрическая подложка, которая обычно представляет собой пластину материала FR4 подложки печатной платы, на фиг. 1 не показана, чтобы не загромождать чертеж. Антенна 1 содержит рамку, сформированную проводящей дорожкой 2, проходящей между точкой 3 питания и точкой 4 заземления, которые расположены рядом друг с другом на первой поверхности (в данном случае нижней стороне) подложки. Проводящая дорожка 2 продолжается в основном в противоположных направлениях 5, 6 от точки 3 питания и точки 4 заземления, соответственно, затем продолжается 7, 8 до края диэлектрической подложки, затем проходит 9, 10 вдоль края диэлектрической подложки и переходит 11, 12 на вторую поверхность диэлектрической подложки. Затем проводящая дорожка 2 проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в целом соответствующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, прежде чем соединиться с проводящей нагрузочной платой 13, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть 14 рамки 15, сформированной проводящей дорожкой 2 на второй поверхности диэлектрической подложки.

[0040] Можно видеть, что проводящая дорожка 2 сложена таким образом, что она покрывает верхний и нижний слои пластины материала FR4 подложки. Точка 3 питания и точка 4 заземления находятся на нижней поверхности, и их можно поменять местами, если заземляющий слой симметричен относительно той же оси симметрии, что и в целом антенна 1. Иначе говоря, если антенна 1 симметрична, то любая из конечных точек 3, 4 может использоваться в качестве точки питания, а другая - для заземления. В общем случае точка 3 питания и точка 4 заземления будут на одной и той же поверхности подложки антенны, поскольку системная плата, на которой будет смонтирована антенна 1 в целом, может запитывать точки 3 и 4 только с одной из ее поверхностей. Однако можно использовать отверстия или межслойные переходы через подложку, так что питающие дорожки могут быть сформированы на любой поверхности и при этом соединяться с соответствующей точкой 3 питания или точкой 4 заземления. Проводящая нагрузочная плата 13 расположена на верхней поверхности антенны вблизи электрического центра рамки 15.

[0041] Если принять, что наибольший размер рамки 15 составляет 40 мм, можно считать, что длина проводящей дорожки 2 в целом составляет примерно половину длины волны в нижнем диапазоне (824-960 МГц) мобильной связи, где длина волны равна примерно 310-360 мм. В этом случае входной импеданс рамки имеет емкостной характер и приводит к увеличенному сопротивлению излучения и сниженной Q (большей ширине полосы), по сравнению с типичными характеристиками рамочной антенны. Таким образом, антенна хорошо работает в нижнем диапазоне и обеспечение согласования в требуемой ширине полосы не вызывает затруднений. Поскольку антенна 1 сформирована в виде сложенной рамки, ее собственная емкость способствует в некоторых вариантах осуществления снижению рабочей частоты.

[0042] Фиг. 2 показывает усовершенствование по сравнению с известной антенной по фиг. 1. На фиг. 2 показана подложка 20 печатной платы с проводящим заземляющим слоем 21. Подложка 20 печатной платы имеет краевую часть 22, на которой отсутствует заземляющий слой 21, для монтажа конструкции 22 антенны согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Конструкция 22 антенны содержит диэлектрическую подложку 23 (например, из FR4 или Duroid® или т.п.), имеющую первую и вторую противолежащие поверхности. На подложке 23 сформирована проводящая дорожка 24 (например, способом печати), конфигурация которой в целом аналогична той, которая показана на фиг. 1, а именно в форме рамки, сложенной по вертикали, с точкой 26 питания и точкой 25 заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка 24 продолжается от точки 26 питания и от точки 25 заземления по существу в противоположных направлениях, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки 23, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки 23 и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки 23 вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки 23. Затем два конца проводящей дорожки 24 на второй поверхности подложки 23 соединяются с соответствующими сторонами проводящей структуры 27, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки 23, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой 24 на второй поверхности диэлектрической подложки 23, причем проводящая структура 27 содержит как индуктивные, так и емкостные элементы. По сравнению с выполнением согласно фиг. 1 в данном случае существенно улучшается согласование в верхнем диапазоне.

[0043] На фиг. 3 представлена модификация варианта выполнения по фиг. 2, причем одинаковые части обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг. 2. В этом варианте осуществления обеспечивается электрически комплексная (т.е. индуктивная и емкостная) нагрузка в центральной области второй поверхности подложки 23 с помощью шлейфа 28 и щелей 29, 30. Этот метод также добавляет индуктивность и емкость вблизи центра рамки.

[0044] На фиг. 4 представлен вариант (для наглядности на чертеже опущена подложка 23 и верхняя половина антенны), в котором основная рамочная антенна, определенная проводящей дорожкой 24, соединена с заземлением 21 в обоих выводах 25, 25′. Иначе говоря, основная рамочная антенна не возбуждается непосредственно фидером 26, как на фиг. 2 и 3. Вместо этого основная рамочная антенна возбуждается отдельной меньшей рамочной антенной 33 возбуждения, сформированной на краю 22 подложки 20 печатной платы, на котором отсутствует заземляющий слой 21, причем рамочная антенна 33 возбуждения имеет фидер 31 и соединение заземления 32. Меньшая рамочная антенна 33 возбуждения может быть сконфигурирована для излучения на более высокой частоте, представляющей интерес, такой как один из частотных диапазонов WiFi.

[0045] Эта индуктивно связанная питающая компоновка имеет несколько параметров, которые можно изменять для обеспечения оптимального согласования импеданса. На фиг. 5 показан пример рабочих характеристик антенны до согласования и после него. К заземлению малой рамки 33 связи могут быть подсоединены постоянные или регулируемые элементы L и С для настройки импедансного отклика антенны в целом.

[0046] В отличие от индуктивной запитки пассивной рамочной антенны 33, пассивная основная рамка может запитываться емкостным способом посредством короткого несимметричного вибратора на нижней стороне подложки 20 основной печатной платы, связывающегося с секцией антенны на верхней стороне основной печатной платы 20. Такая компоновка раскрыта в предыдущей патентной заявке Великобритании GB0914280.3, принадлежащей заявителю по настоящей заявке.

[0047] Вместо непосредственного заземления основной рамочной антенны, иногда целесообразно заземлять антенну через комплексную нагрузку, содержащую индуктивности, емкости или отрезки линии передачи или их любые сочетания с последовательным или параллельным соединением. Кроме того, точка заземления антенны может переключаться между несколькими разными комплексными нагрузками, чтобы позволить антенне перекрывать различные частотные диапазоны, как показано на фиг. 6. Фиг. 6 показывает заземляющее соединение 25 и заземляющий слой 21 подложки 20 основной печатной платы. Заземляющее соединение 25 соединяется с заземляющим слоем 21 с помощью переключателя 34, который может подключать разные индуктивные и/или емкостные компоненты 35 или 36 или обеспечивать непосредственное соединение 37. В нижеприведенном примере комплексные заземляющие нагрузки выбраны таким образом, чтобы в положении 1 переключателя нижний диапазон антенны перекрывал LTE диапазон 700-760 МГц; в положении 2 переключателя - диапазон 750-800 МГц; и в положении 3 переключателя - GSM диапазон 842-960 МГц.

[0048] Было обнаружено, что для снижения потерь может использоваться удаление материала подложки 23 в зоне высокой напряженности электрического поля. В примере, представленном на фиг. 7, центральный вырез 38 выполнен в материале подложки 23 там, где напряженность электрического поля является наивысшей, что приводит в результате к улучшению характеристики антенны в верхнем частотном диапазоне.

[0049] На фиг. 8 представлена модификация варианта осуществления по фиг. 2, где из второй поверхности с каждой стороны от центральной комплексной нагрузки 27 вырезаны части подложки 23. В этом примере вырезы имеют в целом кубовидную форму, хотя могут использоваться и другие формы и объемы. Эффективность повышается главным образом в верхнем частотном диапазоне.

[0050] На фиг. 9 и 10 представлен вариант, в котором основная рамочная антенна определена дорожкой 24 и комплексная нагрузка 27 на подложке 23 расположена так, чтобы оставлять центральную зону 42 свободной для выреза 40 прямо через часть подложки 23 антенны. Целью здесь является не столько снижение потерь, сколько создание объема, в котором может быть размещен микро-USB разъем 41 или тому подобное. Часто желательно размещать антенну в одном месте с разъемами, например в нижней части мобильного телефона.

[0051] В другом варианте осуществления было обнаружено, что короткозамкнутые емкостные или индуктивные шлейфы 43 могут быть присоединены к возбуждаемой или пассивной рамочной антенне 24 для улучшения ширины полосы, согласования импеданса и/или эффективности, как показано на фиг. 11. В частности, было обнаружено, что особенно полезно использовать нескольких таких шлейфов 43 в качестве части центральной комплексной нагрузки 27. Шлейфы 43 могут также преимущественно использоваться при соединении их с другими частями рамочной структуры 24. Для повышения эффективности в подложке 23 также могут быть выполнены вырезы 39.

[0052] На фиг. 12 представлен вариант осуществления настоящего изобретения, соответствующий в целом варианту по фиг. 9 и 10, в комбинации с электрически малой FM-радиоантенной 44, настроенной на диапазон 88-108 МГц и смонтированной на стороне основной печатной платы 20, обратной той, на которой смонтирована рамочная антенна 24. Иначе говоря, одна антенна расположена на верхней поверхности печатной платы 20, а другая - непосредственно под ней на нижней поверхности основной печатной платы 20. Обычно возникает проблема использования двух антенн, расположенных так близко, из-за связи между ними, однако было обнаружено, что рамочная конструкция вариантов осуществления согласно настоящему изобретению и характер FM-антенны (типа рамки) таковы, что между ними может существовать очень хорошая развязка.

[0053] Фиг. 13 показывает, что связь между двумя антеннами 24 и 44 (нижний график) ниже чем -30 дБ по всему диапазону сотовой связи.

[0054] По всему описанию и формуле изобретения настоящей спецификации слова "содержат" и "включают, а также их производные означают "включая, но не ограничиваясь", то есть они не предназначаются, чтобы исключать (и не исключают) других частей, добавлений, компонентов, целых чисел или этапов. По всему описанию и формуле изобретения настоящей спецификации указание единственного числа охватывает и множество, если из контекста не следует иное. В частности, если в тексте используется форма единственного числа, то ее следует понимать как предполагающую как множественное число, так и единственное число, если из контекста не следует иное.

[0055] Признаки, целые числа, характеристики, соединения, химические компоненты или группы, описанные в связи с конкретным аспектом, вариантом осуществления или примером изобретения, должны пониматься как применимые к любому другому аспекту, варианту осуществления или примеру, описанному здесь, если только не возникает несовместимость с таковым. Все признаки, раскрытые в настоящей спецификации (включая приложенную формулу изобретения, реферат и чертежи), и/или все из этапов любого способа или процесса, раскрытого таким образом, могут быть скомбинированы в любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими. Изобретение не ограничено деталями любого из предшествующих вариантов осуществления. Изобретение охватывает любой новый признак или любую новую комбинацию признаков, раскрытых в настоящей спецификации (включая приложенную формулу изобретения, реферат и чертежи), или любой новый этап или любую новую комбинацию этапов любого способа или процесса, раскрытых таким образом.

[0056] Следует обратить внимание читающего на все материалы и документы, которые поданы одновременно или ранее настоящей спецификации в связи с данной заявкой и которые доступны для публичного ознакомления с настоящей спецификацией, и содержание всех таких материалов и документов включено в настоящий документ посредством ссылки.

Изобретение относится к антеннам. Антенна содержит диэлектрическую пластинку с первой и второй противолежащими поверхностями и проводящей дорожкой, сформированной на этой пластинке. На первой поверхности диэлектрической пластинки расположены рядом друг с другом точка питания и точка заземления, и проводящая дорожка отходит в целом в противоположных направлениях от этих точек. Затем проводящая дорожка проходит к краю диэлектрической пластинки, переходит на вторую ее поверхность и проходит по этой второй поверхности по линии, примерно соответствующей линии, по которой она проходит на первой поверхности диэлектрической пластинки. Затем проводящие дорожки соединяются с соответствующими сторонами проводящего устройства, сформированного на второй поверхности диэлектрической пластинки, которое выступает в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической пластинки. Проводящее устройство содержит индуктивные и емкостные элементы. Антенна может быть многомодовой и может работать в нескольких диапазонах частот. Технический результат заключается в увеличении компактности антенны. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены точка питания и точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от точки питания и точки заземления, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением с соответствующими сторонами проводящей структуры, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, причем проводящая структура содержит индуктивные и емкостные элементы.

2. Антенна по п. 1, в которой индуктивные и емкостные компоненты представляют собой дискретные элементы или элементы с сосредоточенными параметрами.

3. Антенна по п. 1, в которой индуктивные и емкостные элементы представляют собой распределенные элементы.

4. Антенна по п. 3, в которой индуктивные и емкостные элементы сформированы как дорожки или печатные проводящие участки на второй поверхности диэлектрической подложки.

5. Антенна по п. 3, в которой, по меньшей мере, некоторые из индуктивных и емкостных элементов образованы щелями, сформированными между проводящими дорожками.

6. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка расположена так, чтобы образовывать два плеча, по одному на каждой стороне от проводящей структуры.

7. Антенна по п. 6, в которой плечи расположены симметрично.

8. Антенна по п. 6, в которой плечи расположены несимметрично.

9. Антенна по п. 8, в которой одно плечо длиннее другого.

10. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка на первой поверхности диэлектрической подложки проходит через диэлектрическую подложку на ее вторую поверхность посредством межслойных переходов или отверстий.

11. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка переходит по краю диэлектрической подложки с одной поверхности на другую.

12. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка, без учета проводящей структуры, в основном симметрична относительно зеркальной плоскости, определенной между первой и второй поверхностями подложки.

13. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка асимметрична относительно зеркальной плоскости, образованной между первой и второй поверхностями подложки.

14. Антенна по п. 1, в которой проводящая дорожка снабжена плечами, ветвями или другими удлинениями, продолжающимися в центральную часть рамки или из нее.

15. Антенна по п. 1, дополнительно оснащенная по меньшей мере одним пассивным излучающим элементом.

16. Антенна по п. 15, в которой пассивный излучающий элемент заземлен (соединен с заземляющим слоем).

17. Антенна по п. 15, в которой пассивный излучающий элемент не заземлен.

18. Антенна по п. 1, установленная на участке системной платы, на котором отсутствует заземляющий слой.

19. Пассивная рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены первая точка заземления и вторая точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от первой и второй точек заземления, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением на проводящей нагрузочной плате, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, при этом дополнительно предусмотрена отдельная, непосредственно возбуждаемая антенна, сконфигурированная для возбуждения пассивной рамочной антенны.

20. Пассивная рамочная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, и проводящую дорожку, сформированную на подложке, при этом предусмотрены первая точка заземления и вторая точка заземления рядом друг с другом на первой поверхности подложки, причем проводящая дорожка продолжается в основном в противоположных направлениях от первой и второй точек заземления, соответственно, затем продолжается до края диэлектрической подложки, затем переходит на вторую поверхность диэлектрической подложки и затем проходит по второй поверхности диэлектрической подложки вдоль пути, в основном следующего пути, проходимому на первой поверхности диэлектрической подложки, перед соединением с соответствующими сторонами проводящей структуры, сформированной на второй поверхности диэлектрической подложки, которая продолжается в центральную часть рамки, сформированной проводящей дорожкой на второй поверхности диэлектрической подложки, причем проводящая структура содержит индуктивные и емкостные элементы, при этом дополнительно предусмотрена отдельная, непосредственно возбуждаемая антенна, сконфигурированная для возбуждения пассивной рамочной антенны.

21. Антенна по п. 20, в которой упомянутая отдельная возбуждаемая антенна имеет форму меньшей рамочной антенны, расположенной возле части проводящей дорожки, продолжающейся от первой точки заземления, причем вторая рамочная антенна имеет точку питания и точку заземления и сконфигурирована для возбуждения пассивной рамочной антенны посредством индуктивной связи между ними.

22. Антенна по п. 20, в которой упомянутая отдельная антенна возбуждения имеет форму несимметричного вибратора, расположенного и сконфигурированного для возбуждения пассивной рамочной антенны посредством емкостной связи между ними.

23. Антенна по п. 20, в которой рамочная антенна заземлена через комплексную нагрузку, выбранную из группы, содержащей: по меньшей мере одну индуктивность, по меньшей мере одну емкость, по меньшей мере один отрезок линии передачи и любую комбинацию указанных элементов, соединенных последовательно или параллельно.

24. Антенна по п. 23, в которой точка заземления рамочной антенны является переключаемой между разными комплексными нагрузками, чтобы позволить антенне перекрывать разные частотные диапазоны.

25. Антенна по п. 20, в которой в диэлектрической подложке сформирован центральный вырез.

26. Антенна по п. 20, в которой на второй поверхности диэлектрической подложки с каждой стороны от ее центральной линии выполнен вырез.

27. Антенна по п. 20, в которой в диэлектрической подложке выполнен вырез для создания пространства, в котором может быть размещен разъем.

28. Антенна по п. 27, дополнительно содержащая разъем, расположенный в указанном пространстве.

29. Антенна по п. 20, дополнительно содержащая по меньшей мере один емкостной или индуктивный шлейф, установленный на диэлектрической подложке.

30. Антенна по п. 20, установленная на одной стороне основной диэлектрической подложки в комбинации со второй антенной, установленной напротив на другой стороне основной диэлектрической подложки.

31. Антенна по п. 30, в которой вторая антенна является FM-радиоантенной.