專利名稱：多波段天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別適用于移動(dòng)臺(tái)的多波段天線。
移動(dòng)臺(tái)的開發(fā)正向著工作于多個(gè)頻段的裝置發(fā)展。最初，每個(gè)移動(dòng)電話僅工作在一個(gè)頻帶。然后，工作于兩個(gè)頻帶諸如GSM900和GSM1800系統(tǒng)的型號(hào)被引入市場(chǎng)。WCDMA(寬帶碼分多址)技術(shù)的引進(jìn)和GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))技術(shù)擴(kuò)展到由NMT450系統(tǒng)早先使用的頻帶，導(dǎo)致制造工作在甚至更多頻帶的型號(hào)。這意味著因而對(duì)所討論的移動(dòng)通信裝置的天線的附加的要求。
從先有技術(shù)中知道有幾種工作于至少兩個(gè)頻帶的天線結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)通常包括設(shè)置成調(diào)諧在不同頻帶的兩部分。這些部分可能為，例如，分開的螺旋元件，螺旋線和鞭狀線，平面倒F型天線(PIFA)的輻射面的分支，或者在印刷電路板表面上的曲折和平面元件。還知道一種配置，其中各個(gè)天線振子的基波頻率落在一個(gè)無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，而基波頻率的諧波落在另一個(gè)無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)。這種配置的實(shí)例示于

圖1中。圖中表示出螺旋型天線振子110、連接件120和天線饋電導(dǎo)線130。所述天線振子110在其下端連接在連接件120上，連接件120本身又可以擰入該裝置的機(jī)身或外殼結(jié)構(gòu)中。在振子110中，螺距或在振子的軸線方向測(cè)量的相連兩匝之間的距離，越逼近振子的上端變得越小。例如，螺距p1小于在振子的較低點(diǎn)的螺距p2。饋電導(dǎo)線130電連接到螺旋振子110的下端，并且通過連接件120中的軸心孔向下延伸。連接件可以是導(dǎo)電的，但是與螺旋線絕緣，由此它進(jìn)一步用作饋電導(dǎo)線的終端部分的屏蔽。圖1還以虛線表示了天線的保護(hù)罩的外形。
所有天線振子在一定的基波頻率以及在該基波頻率的諧波頻率上諧振。所述基波頻率這里指在該頻率下天線振子的電長(zhǎng)度等于波長(zhǎng)的四分之一。如果在螺旋天線中的螺距全部一致，則諧波為基頻的倍數(shù)。如果有不同的螺距，則諧波之間的關(guān)系改變。通過適當(dāng)?shù)剡x擇，尤其是，匝數(shù)和螺距，有可能具有這樣的諧振頻率值，使得該結(jié)構(gòu)在至少兩種無線系統(tǒng)的頻帶中都能使用。通常把基頻及其三次諧波設(shè)置在頻率軸上所需的位置。三次諧波意思是把基波頻率當(dāng)作“第一諧波”時(shí)的第三諧振頻率。
按照?qǐng)D1的配置中和關(guān)于多波段使用的可比擬的配置中的共同缺點(diǎn)是僅有兩個(gè)或最多三個(gè)能夠使用的波段。確實(shí)，通過增加元件可以想要多少就有多少波段，然而其匹配結(jié)構(gòu)變得龐大和復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是要減少所述與先有技術(shù)相關(guān)的缺點(diǎn)。按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)包括各導(dǎo)線圈之間具有不同距離的螺旋元件；和接合件，螺旋元件通過其一端連接該接合件，其中，螺旋元件的連接部分是導(dǎo)電的，接合件是導(dǎo)電的且未被電屏蔽并且其基波諧振頻率低于螺旋元件的七次諧波諧振頻率。安排螺旋元件與接合件的公共基波頻率以便其落在第一無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)；通過改變螺旋線的螺距安排螺旋元件的三次諧波頻率以便其落在第二無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)；通過改變螺旋線的螺距安排螺旋元件的五次諧波頻率以便其落在第三無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)；安排接合件的基波頻率以便其落在第四無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)；通過改變螺旋線的螺距安排螺旋元件的七次諧波頻率以便其落在第五無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)。第一無線系統(tǒng)是GSM450；第二無線系統(tǒng)是GSM900；第三無線系統(tǒng)是GSM1800；第四無線系統(tǒng)是PCS1900；以及第五無線系統(tǒng)是WCDMA。
接合件包括可導(dǎo)電的突出物以便減小諧振的接合件的物理長(zhǎng)度。
接合件包括要連接到絕緣支撐材料上的配合物，其中，配合物本質(zhì)上比接合件的其余部分寬以便減小諧振的接合件的物理長(zhǎng)度。
螺旋元件的軸向是垂直的，而接合件的軸向基本上是水平的。
一種無線裝置，它包括天線，后者包括各導(dǎo)線圈之間具有不同距離的螺旋元件；以及接合件，螺旋元件通過其一端連接該接合件，其中，螺旋元件的連接部分是導(dǎo)電的，接合件是導(dǎo)電的且未電屏蔽，并且其基波諧振頻率低于螺旋元件的七次諧波諧振頻率。
本發(fā)明的基本構(gòu)思如下天線結(jié)構(gòu)中不僅具有作為它的輻射單元的螺旋線，還具有把螺旋線附于該裝置上的接合件。這樣設(shè)計(jì)所述螺旋線，使得其各圈導(dǎo)線之間的距離變化。借助于例如保持在所述裝置的機(jī)殼之內(nèi)的導(dǎo)電凸出物來增加接合件的電長(zhǎng)度。通過適當(dāng)?shù)剡x定各元件的尺寸，在頻率標(biāo)尺的有用的位置上設(shè)置螺旋線和接合件共同具有的至少五個(gè)諧振點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它使天線容易適用于移動(dòng)臺(tái)，這種天線具有比先有技術(shù)的天線更多的波段。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本相對(duì)小些。
下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。將參考下面的附圖，其中圖1表示先有技術(shù)的天線結(jié)構(gòu)，圖2a，b表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的實(shí)例，圖3表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例，圖4表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例，圖5表示按照本發(fā)明的天線的頻率特性的實(shí)例，圖6表示配有按照本發(fā)明的天線的移動(dòng)臺(tái)的實(shí)例。
已經(jīng)結(jié)合先有技術(shù)的描述對(duì)圖1作了討論。
圖2a表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的實(shí)例的側(cè)視圖。它包括螺旋型天線振子210，接合件220和天線饋電導(dǎo)線230。與圖1中所示結(jié)構(gòu)類似，在螺旋振子中的螺距從振子的下端至上端變得越來越小。術(shù)語“下”，“上”，“水平”，“垂直”在這些描述和權(quán)利要求中指的是圖2所示的天線結(jié)構(gòu)的位置，而且他們與天線的工作位置無關(guān)。接合件220包括頂部221、螺紋部分222、底部223、連接部分224、配對(duì)物225、和凸出部分226。所有這些部分是導(dǎo)電的并且相互之間電接觸。水平凸出部分226一端連接到配對(duì)物225。它可以為例如獨(dú)立的平板或正好為所述機(jī)殼的內(nèi)表面上的金屬板。配對(duì)物已經(jīng)有內(nèi)螺紋。在圖2的實(shí)例中，它是類似螺母的零件，連接在所述裝置的絕緣機(jī)殼240上。頂部221、螺紋部分222、底部223和連接部分224形成一個(gè)擰入配對(duì)物225的整體。螺旋振子210通過其下端連接在接合件220的頂部。連接部分224是接合件中最下面的部分。饋電導(dǎo)線230包括當(dāng)在該裝置中安裝天線時(shí)對(duì)連接部分224施加彈力的彎曲部分。
圖2b表示圖2a的天線結(jié)構(gòu)的俯視圖。它展示凸出物226的寬度、螺旋線的圓形橫剖面和接合件的頂部221、以及用于接合件的配合物225的多角形橫剖面。
圖2和圖1的結(jié)構(gòu)之間的本質(zhì)不同在于，在圖2中，螺旋線的接合件還可以起輻射體的作用。它是一個(gè)連接到天線饋電線的內(nèi)部導(dǎo)體230的導(dǎo)電體，在它周圍沒有導(dǎo)電屏蔽。可以使用凸出物226在垂直方向上縮短接合件。所述裝置的機(jī)殼上部中帶狀凸出物所需要的空間是微小的。在接合件與螺旋線之間的界面存在電的不連續(xù)性。因而螺旋線單獨(dú)在某些頻率下諧振而接合件單獨(dú)在某些其他頻率下諧振。另外有一個(gè)頻率，螺旋線和接合件在該頻率一起諧振。這個(gè)共同的諧振頻率是所述結(jié)構(gòu)的諧振頻率中的最低頻率。實(shí)際上，例如，可能利用它和接合件的基本諧振頻率以及螺旋線的一個(gè)或一個(gè)以上的諧波。關(guān)于后者，按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)比先有技術(shù)的結(jié)構(gòu)更進(jìn)一層可以安排螺距的變化使得三次、五次、和如果有必要、七次諧波和基波之比為所期望的值。
圖3表示按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例。與圖2的結(jié)構(gòu)的不同之處是接合件現(xiàn)在為水平的，使得螺旋元件310從側(cè)面連接到它的一端。另外，接合件不具有類似圖2中的凸出部分226的凸出物。這意味著，如果天線工作在與圖2的結(jié)構(gòu)同樣的頻率下，接合件必須做得更長(zhǎng)。
圖4表示按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例。其中螺旋元件410和接合件420具有共同的軸線，類似于圖2。在這種情況下，接合件的配合物425也不包括凸出物。但是，配合物本身比圖2的結(jié)構(gòu)中的更大。所述更大尺寸的目的與所述凸出物的目的相同以便在較小的垂直物理長(zhǎng)度下獲得一定電長(zhǎng)度的接合件。
圖5表示按照本發(fā)明的天線的頻率特性的實(shí)例。它表示在結(jié)構(gòu)上都是按照?qǐng)D2的兩個(gè)天線的作為頻率的函數(shù)的反射系數(shù)S11。在第一個(gè)曲線51中可以看到六個(gè)諧振點(diǎn)。如果對(duì)于可行頻帶的準(zhǔn)則為所述反射系數(shù)低于、比方說-5dB，則由曲線51表示的結(jié)構(gòu)用作四波段天線430-480MHz，860-950MHz，1240-1280MHz和1550-2230MHz。在未來的GSM450系統(tǒng)中使用的頻率落在這些波段的第一波段內(nèi)。GSM900系統(tǒng)使用的頻率落在上述各波段的第二波段內(nèi)。借助于微調(diào)，在采用1227.6MHz頻率的GPS(全球定位系統(tǒng))中可利用第三波段。GSM1800、PCS1900和WCDMA系統(tǒng)使用的頻率落在非常寬的第四波段內(nèi)。另外，GPS頻率1575.42MHz落在同樣的波段內(nèi)。
第一波段430-480MHz基于天線的螺旋元件和接合件的公共諧振頻率。第二波段860-950MHz基于所述螺旋振子的基本諧振頻率的三次諧波。通過適當(dāng)減小接近螺旋線上端的螺距，安排它稍稍高于900MHz。通過把三個(gè)諧振頻率螺旋線的五次諧波、接合件的基波頻率和螺旋線的七次諧波安排在適當(dāng)點(diǎn)來產(chǎn)生第四波段1550-2230MHz。通過使螺紋向上適當(dāng)?shù)馗用芗?，已?jīng)把螺旋線的五次和七次諧波以及前述的三次諧波下拉。
第二條曲線52類似于曲線51。已經(jīng)通過輕微改變尺寸例如這樣安排天線的第二波段，以便其更好地落入GSM 900系統(tǒng)使用的波段內(nèi)。
圖6表示移動(dòng)臺(tái)MS。它具有按照本發(fā)明的天線600，其中所述天線具有位于所述移動(dòng)臺(tái)機(jī)殼外部的天線的螺旋元件610和位于所述機(jī)殼內(nèi)的接合件620。
上文中已經(jīng)對(duì)按照本發(fā)明的一些解決方案作了描述。本發(fā)明并不僅限于這些方案。例如，可以用許多方式修改接合件。本發(fā)明也不限制天線振子的制造方法。可以在獨(dú)立權(quán)利要求中定義的范圍之內(nèi)按照各種方式來應(yīng)用本發(fā)明的思想。
權(quán)利要求
1.一種天線結(jié)構(gòu)，它包括各導(dǎo)線圈之間具有不同距離的螺旋元件；和接合件，所述螺旋元件通過其一端連接該接合件，其特征在于所述螺旋元件的所述連接部分是通電的，所述接合件(220；320；420)是導(dǎo)電的且未被電屏蔽并且其基波諧振頻率低于所述螺旋元件(210；310；410)的七次諧波諧振頻率。
2.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于安排所述螺旋元件與所述接合件的公共基波頻率以便其落在第一無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，通過改變所述螺旋線的螺距安排所述螺旋元件的三次諧波頻率以便其落在第二無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，通過改變所述螺旋線的螺距安排所述螺旋元件的五次諧波頻率以便其落在第三無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，安排所述接合件的基波頻率以便其落在第四無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，通過改變所述螺旋線的螺距安排所述螺旋元件的七次諧波頻率以便其落在第五無線系統(tǒng)所用的頻帶內(nèi)，
3.權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一無線系統(tǒng)是GSM450，所述第二無線系統(tǒng)是GSM900，所述第三無線系統(tǒng)是GSM1800，所述第四無線系統(tǒng)是PCS1900，以及所述第五無線系統(tǒng)是WCDMA。
4.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接合件(220)包括可導(dǎo)電的突出物以便減小諧振的接合件的物理長(zhǎng)度。
5.按照權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其接合件包括要連接到絕緣支撐材料上的配合物(225；425)，其特征在于所述配合物(425)本質(zhì)上比所述接合件的其余部分寬以便減小所述諧振的接合件的物理長(zhǎng)度。
6.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述螺旋元件的軸向是垂直的，其特征在于所述接合件的軸向基本上水平。
7.一種無線裝置(MS)，它包括天線(600)，后者包括各導(dǎo)線圈之間具有不同的距離的螺旋元件(610)；以及接合件(620)，所述螺旋元件通過其一端連接該接合件(620)，其特征在于所述螺旋元件的連接部分是通電的，所述接合件是導(dǎo)電的且未電屏蔽，并且其基波諧振頻率低于所述螺旋元件的七次諧波諧振頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及特別適用于移動(dòng)臺(tái)的多波段天線結(jié)構(gòu)。天線的輻射元件不僅包括螺旋線(210)而且包括把螺旋線連接到所述裝置的接合件(220)。所述螺旋線做成這樣的形狀,使得各導(dǎo)線圈之間的距離變化。例如,通過可導(dǎo)電的凸出物(226)增加接合件的電長(zhǎng)度。通過適當(dāng)?shù)卮_定各部分的尺寸,在頻率標(biāo)尺的有用點(diǎn)上設(shè)置螺旋線和接合件共同的和單獨(dú)的至少五個(gè)諧振點(diǎn)。按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在七波段的情況下仍然是簡(jiǎn)單的且生產(chǎn)成本相對(duì)地低。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK1336700SQ01121089
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者P·安納馬爾 申請(qǐng)人:菲爾特朗尼克Lk有限公司