[发明专利]用于进行无线接收和发射的基于MEMS的可调天线

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2003年9月11日递交的美国临时申请No.60/502,466的优先权，通过引用将其内容并入此处。

技术领域

本发明的实施例涉及天线，特别涉及MEMS(微机电系统)可调天线。

背景技术

电子通信设备不必再受到线缆的束缚。最近，无线通信已经成为一种用于传送模拟和数字信息的普遍使用且通常经济方便的方法。特别地，蜂窝电话和其它移动通信设备，例如个人数字助理(PDA)、掌上电脑以及膝上型计算设备，经由无线链路连接到服务提供商。

这样的无线设备依靠天线技术来发出射频(RF)信号以进行发射(Tx)，并收集RF广播信号以进行接收(Rx)。通常，由同一天线或天线阵列执行所述发射和接收两种功能。尽管天线可能是无线系统中最重要的元件之一，但其也可能是最低效的元件之一，其通常造成较大部分的能量损失。

随着对缩小例如蜂窝电话这样的移动设备的尺寸的不断努力，人们也正在努力缩小天线的尺寸。为了进一步配合这种努力，现代的蜂窝电话可被设计为对于Tx/Rx使用双/三/四频工作。考虑到尺寸的因素，难以具有工作在每一个频带中的专用天线。例如，图1示出全球移动通信系统(GSM)850和GSM 900频带的频率范围，这两个频带一起的范围大约是824MHz到960MHz(兆赫兹)。目前，GSM是世界大多数国家的主要数字移动电话标准。如图所示，GSM 850分别对Tx和Rx使用25MHz，而GSM 900分别对Tx和Rx使用35MHz。GSM协议规定了移动电话与蜂窝塔的陆基网络进行通信的方式。因此，现代的移动通信设备需要一种能够在这样的大范围上高效工作的小型天线。

通常在蜂窝电话应用中使用的所谓微带或“贴片天线”的效率会随着其使用而显著地波动。例如，根据天线的位置或周围环境，辐射效率可能从80％下降到15％或更低。环境因素不仅包括地理地形，还包括更多动态因素，例如电话被放置在桌子上、被用户手持、靠近用户的头部、位于汽车内等。此外，对于任意给定的无线会话，当用户不断地改变电话的位置并因而改变天线的位置时，天线可能遇到所有的上述干扰。造成所述波动的主要原因可归于由来自环境的附加电容性负载所引起的天线中心频率的失调。

附图说明

图1是无线设备天线的频率响应的示意性表示，所述天线被调谐为工作在GSM 850和GSM 900范围上；

图2是用于例如蜂窝电话这样的无线设备的贴片天线的平面图；

图3是无线设备天线的频率响应的示意性表示，所述天线可动态地调谐到在GSM 850和GSM 900范围内的Tx和Rx频带的中心频率；以及

图4是动态可调天线的框图。

具体实施方式

现在参考图2，示出了可在例如蜂窝电话这样的移动设备中使用的贴片天线200。贴片天线200包括其中夹有电介质材料14的两个导电板10和12，并且可以采用与平行板电容器相类似的方式进行构造。对于天线，底部的导电板10可被称为“接地板”，而顶部的导电板12可被称为“贴片”。贴片12可包括例如铜或铝这样的薄金属片，并且可以小于接地板10且位于接地板10的中心之上。天线馈线16可连接到贴片12的一侧。接地板10、贴片12和馈线16可由相同的导电材料制成。电介质材料14可以是例如硅、氧化铝或者如FR-4这样的印刷电路板层压材料。

尽管贴片可以是任意形状，但为了简化说明，将其示为方形或矩形。可以与天线工作的频率相关地选择贴片12的尺寸，其中天线带宽与天线体积(长(L)×宽(W)×高(H)，(L×W×H))成比例。天线效率和质量或“Q值(Q-factor)”是用于衡量天线设计的两个度量。可以用符号“η”指示天线效率，其中η等于辐射功率/输入功率。Q值通常被认为是表示每震荡弧度中所存储的能量与损耗的能量的比，其可用于描述天线以及其它电感性或电容性设备。对于贴片天线，Q值取决于不仅由天线中的材料(金属和电介质)而且由天线的几何形状和其周围环境所确定的若干因素。