專利名稱：雙頻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線，尤其涉及用于移動通信的雙頻帶天線。
相關(guān)技術(shù)的說明隨著移動通信的快速發(fā)展，現(xiàn)有系統(tǒng)的容量已趨于飽和，這樣，就要在新的頻段上開發(fā)新系統(tǒng)，以增加容量。因此，在設(shè)計移動通信設(shè)備時必須考慮已有系統(tǒng)和新系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。對于移動通信用天線，設(shè)計時主要關(guān)注的是功率效率和對頻率的有效使用。
實際上，在大韓民國(南韓)，需要將已有CDMA(碼分多址)系統(tǒng)與新的PCS(個人通信系統(tǒng))系統(tǒng)鏈接；在美國，需要將已有的AMPS(高級移動電話業(yè)務(wù))與PCS系統(tǒng)鏈接；在歐洲，需要將已有的GSM(移動通信特別研究組)系統(tǒng)與DCS(數(shù)字通信系統(tǒng))1800系統(tǒng)鏈接。通常，“雙頻帶系統(tǒng)”是這樣一種系統(tǒng)，它考慮了在不同頻帶的兩個不同的系統(tǒng)內(nèi)的通信，正象上面的例子那樣。需要制造能在雙頻帶系統(tǒng)內(nèi)工作的通信裝置。
至今，在雙頻帶系統(tǒng)內(nèi)的每個一個無線電話終端都具有用在兩個不同頻帶上的兩個分立的微型天線，這會造成制造成本的增加。同時，出于這一目的而使用兩個天線對無線電話終端的小型化是一個障礙，還會給用戶造成不方便。出于這一原因，需要開發(fā)一種適用于這兩個頻帶的雙頻帶天線。
美國專利No.4,509,056公開了一種采用了調(diào)諧套筒扼流圈的多頻天線。參見圖1，在圖中顯示了上述專利中所公開的這種類型的天線。這種天線能有效地工作于其工作頻率之間的頻率比為1.25或更高的系統(tǒng)中。內(nèi)部導(dǎo)體10連接到同軸饋線2上，而套筒扼流圈12i用作一個輻射元。套筒扼流圈12i的饋點是短路的，其另一端是開路的。如此設(shè)計導(dǎo)體10的長度和套筒扼流圈12i，以便能在所需頻率上得到最高效率。
套筒扼流圈12i被部分填充了標(biāo)明尺寸的電介質(zhì)材料16i，這樣該套筒就構(gòu)成了一個1/4波長的傳輸線，并能防止在最高頻率下，外殼14i和延伸10在扼流圈開路端相耦合。在某些較低的工作頻率上，扼流圈12i變得象一個絕緣器件一樣不起作用，且該構(gòu)件的從接地層到導(dǎo)體一端的全部長度P在低諧振頻率下變?yōu)橐粋€單極天線。
導(dǎo)體10和套筒扼流圈12iλ之間的耦合出現(xiàn)在套筒扼流圈12i的開路端。這即是，當(dāng)長度l＝4時，扼流圈呈現(xiàn)一個高阻抗，而導(dǎo)體10和套筒扼流圈12i之間的耦合最低。當(dāng)4≠l時，扼流圈呈現(xiàn)低阻抗，而導(dǎo)體10和扼流圈12i之間的耦合較高?？赏ㄟ^改變電介質(zhì)材料16i的介電常數(shù)來調(diào)整扼流圈12i的電長度。
由內(nèi)部和外部導(dǎo)體10、14i構(gòu)成的構(gòu)件被看作是一個同軸傳輸線，其特性阻抗表示如下Zc=59.95/ϵr1n(D/d)------(1)]]>其中εr是介電常數(shù)，D是外部導(dǎo)體的直徑，d是內(nèi)部導(dǎo)體的直徑。外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體10、14i之間的輸入阻抗是由以下等式表示的Zin=ZcZL+jZctanhγ·lZc+jZLtanhγ·l-------(2)]]>其中γ＝α+jβ，α是衰減系數(shù)，β是傳播常數(shù)，l是傳輸線長度，ZL是負(fù)載阻抗。
在圖1的天線中，接地層20和外部導(dǎo)體14i在結(jié)構(gòu)上是彼此相鄰的，因此，產(chǎn)生了寄生電容，這會降低天線效率。為提高天線效率，可以減小寄生電容。因此，在圖1的結(jié)構(gòu)中，外部導(dǎo)體14i的直徑必須要為這一目的而減小，按照上述等式(1)，這種做法最終也等于減小了扼流圈12i的特性阻抗。即，對扼流圈12i的特性阻抗的這種減小改變了耦合量，從而使得天線性能下降。
這樣，為使對耦合量的影響降到最低，也為了使扼流圈12i的特性阻抗與先前的(即在導(dǎo)體14i的直徑變化之前)基本相同，必須降低內(nèi)部導(dǎo)體10的直徑。因此，當(dāng)用這種方式制造天線時，同一天線仍然不能令人滿意地覆蓋系統(tǒng)所需的頻帶寬度。
另外，由于采用電介質(zhì)材料來調(diào)節(jié)耦合量，所以對適當(dāng)?shù)鸟詈?，必須精確選擇介電常數(shù)和電介質(zhì)材料的尺寸。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種提高了性能和帶寬的雙頻帶天線，這種提高是通過使該天線的接地層和外部導(dǎo)體之間的寄生電容最小而實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種雙頻帶天線，它具有簡單和緊湊的結(jié)構(gòu)，以及高性能。
本發(fā)明還有另一個目的是提供一種不貴的且使用方便的雙頻帶天線。
在本發(fā)明的典型實施例中，雙頻帶天線包括一個電感器、連接在該導(dǎo)體相對兩端的第一和第二棒狀輻射元，以及環(huán)繞電感器和在電感器各個端上的連接部的電介質(zhì)材料。一個例如是圓柱形金屬外殼的導(dǎo)體支撐外殼環(huán)繞著電介質(zhì)，并支撐著電感器以及第一和第二輻射元的連接部，該外殼和電介質(zhì)構(gòu)成了一個電容，這樣該電容與所述電感器一起構(gòu)成了一個LC諧振電路。如此設(shè)計LC電路，使得在雙工作頻帶的較高頻帶上只有一個輻射元執(zhí)行輻射，而在其較低頻帶，兩個輻射元都能執(zhí)行輻射。


圖1是依據(jù)采用調(diào)諧套筒扼流圈的多頻天線的常規(guī)實施例的工作于雙頻段的單極天線的剖面圖；圖2是說明依據(jù)本發(fā)明一實施例的雙頻帶天線的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3是說明圖1和2中所示天線的等效電路的電路圖；圖4是說明依據(jù)本發(fā)明一個實施例而進(jìn)行實驗的雙頻帶天線的駐波比(SWR)的圖；圖5是一個史密斯圓圖，它說明了依據(jù)本發(fā)明一個實施例，對一個雙頻帶天線的測量結(jié)果。
最佳實施例的詳細(xì)說明下面，將參見僅通過舉例而附帶的附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更清楚的說明。附圖中所用的相似的參考號和特征指相似的構(gòu)成元件。
參見圖2，其中顯示了依據(jù)本發(fā)明的典型雙頻帶天線的一個截面。該天線包括一個電感器40、第一和第二棒狀輻射元32a、32b，其中每個輻射元都連接在電感器40的相應(yīng)的端上，該天線中還有電介質(zhì)材料35環(huán)繞整個電感器，并環(huán)繞連接在電感器40的相應(yīng)端上的第一和第二輻射元32a、32b的連接部。諸如是圓柱形金屬外殼的一個導(dǎo)電圓柱支撐外殼42，將電感器40固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希⒅嗡?，同時還支撐相關(guān)的第一和第二輻射元32a、32b的連接部。支撐外殼42和電介質(zhì)35一起構(gòu)成了一個電容結(jié)構(gòu)，而該電容又與電感器40一起構(gòu)成了一個LC諧振電路。
第一和第二輻射元32a、32b中的每一個都具有填充了電解質(zhì)材料35的凹槽39。由于只有從圓柱形金屬外殼42向電介質(zhì)材料35施加的一律是水平方向的力，所以就形成了輻射元32a、32b的一個支承結(jié)構(gòu)。第二輻射元32b的另一端與同軸饋線2的內(nèi)部導(dǎo)體8相連。同軸線2的外部導(dǎo)體6與接地層20相連。參考號37a和37b表示電感器40和第一及第二輻射元32a、32b之間的連接部。例如，這些連接點可以是焊接的。
圖3顯示了一個電路圖，它說明了用于圖1或2的匯總的器件等效電路。在等效電路中，用電容器C和電感器L來表示第一和第二輻射元32a、32b之間的耦合。
請同時看圖2和3，在本發(fā)明的實施例中，可通過電感器40、電介質(zhì)材料35以及圓柱形金屬外殼42來控制第一和第二輻射元32a、32b之間的耦合量。天線的總體長度是依據(jù)第一和第二輻射元32a、32b、電感器40以及工作頻帶而確定的。尤其是，在較低工作頻帶中，總體天線長度L1是被當(dāng)作波長的函數(shù)而確定的。在較低工作頻帶中，第一和第二輻射元32a、32b都輻射電磁能量。最好如此選擇物理長度L1，使得包含L1的整體天線的電長度在較低頻帶的中心頻率處例如為λ/4或5λ/8。
對于較高的頻帶，由于LC諧振電路的諧振，所以只有較低的輻射元32b執(zhí)行輻射。因此，最好如此選擇輻射元32b的長度L2，使得在較高頻帶的中心頻率上的器件32的電長度例如為λ/4或5λ/8。舉個例子，較低頻帶可被用于大約824MHz-894MHz的范圍，而較高頻帶可被用于大約1,750MHz-1870MMHz的范圍。
電感器40、電介質(zhì)材料35以及圓柱形金屬外殼42如圖2所示進(jìn)行連接，以形成圖3中的LC諧振電路，如此設(shè)計該諧振電路，使得能在較高頻帶內(nèi)產(chǎn)生諧振，由此提供一個高阻抗。因此，在較高頻帶，在第一和第二輻射元32a、32b之間不會發(fā)生耦合，而僅僅是較低的輻射元32b執(zhí)行輻射。在較低頻帶中，如此設(shè)計電感器40、電介質(zhì)35和外殼42，使得LC諧振電路能保證相對較低的阻抗值，因此第二輻射元32b與第一輻射元32a耦合，從而使彼此電耦合以形成一個低頻天線。
圖4是一張圖，它說明了依據(jù)本發(fā)明的一個典型雙頻帶天線的駐波比(SWR)。該圖表示了從Samsung電子有限公司制造的CDMA系統(tǒng)的手持電話終端(型號No.SCH-100)得到的實驗值。在實驗點Δ1，在0.8240GHz處的駐波比是1.1732。在實驗點Δ2，在頻率0.8940GHz處的駐波比是1.2542。同樣，很明顯，本發(fā)明的實施例對范圍在849MHz-894MHz的用于CDMA系統(tǒng)中的發(fā)送/接收可實現(xiàn)良好的SWR特性。
圖5是一張史密斯圓圖，它說明了對依據(jù)本發(fā)明實施例而制造的典型的雙頻帶天線的進(jìn)行測量所得到的輸入阻抗。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定實施例對本發(fā)明的原理進(jìn)行了詳細(xì)說明，但它決不能被看作是對本發(fā)明的限制，且顯而易見，在未脫離本發(fā)明主旨的情況下可以對本發(fā)明作出許多改動和修正。附加的權(quán)利要求覆蓋了落入本發(fā)明真實主旨和范圍內(nèi)的所有這種改動和修正。
如上所述，上述有創(chuàng)造性的天線可被應(yīng)用于諸如是GSM/DECT、GSM/DCS1800、AMPS或CDMA(824MHz-894MHz)/PCS系統(tǒng)這樣的雙頻帶系統(tǒng)。另外，如果所需的兩個工作頻帶之間的頻率分割不是1/4波長的整數(shù)倍，則依然可以通過改變電感器的電感以及/或改變電介質(zhì)材料的尺寸或常數(shù)而很容易地制造出依據(jù)本發(fā)明的天線。同樣，對于上述5λ/8的相對較長的天線長度，天線輻射圖在方位角上依然是各向同性的。因此上述有創(chuàng)造性的天線可被方便地應(yīng)用于象車載移動電話這樣的移動通信系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的優(yōu)勢在于地和外部導(dǎo)體之間的寄生電容可被最小化，以提高天線性能。此外，這種結(jié)構(gòu)還顧及了對重量和天線尺寸的減小。
權(quán)利要求
1.一種雙頻帶天線，包括一個電感器；與所述電感器的相對兩端相連的第一和第二棒狀輻射元；電介質(zhì)材料，環(huán)繞所述電感器、與所述電感器的一端相連的所述第一輻射元的一部分，以及與所述電感器的另一端相連的所述第二輻射元的一部分；以及一個導(dǎo)電外殼，環(huán)繞所述電介質(zhì)材料，并支撐所述電感器還有所述第一和第二輻射元的連接部分，從而與所述電介質(zhì)材料一起形成了電容。
2.如權(quán)利要求1的所述天線，其特征在于所述導(dǎo)電外殼包括一個圓柱形金屬外殼。
3.如權(quán)利要求1的所述天線，其特征在于所述第二輻射元的另一端與同軸饋線的內(nèi)部導(dǎo)體相連，該同軸饋線具有與接地層相連的一個外部導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求1的所述天線，其特征在于所述第一和第二輻射元中的每一個都具有填充有所述電介質(zhì)材料的凹槽，這樣再借助于所述導(dǎo)電外殼就形成了所述第一和第二輻射元的支承結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4的所述天線，其特征在于所述第二輻射元的另一端與同軸饋線的一個內(nèi)部導(dǎo)體相連，該同軸饋線具有與接地層相連的一個外部導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求1的所述天線，其特征在于所述導(dǎo)電外殼和所述電介質(zhì)材料構(gòu)成了一個電容，所述電感器和所述電容器形成了一個LC諧振電路，該LC諧振電路在雙頻帶的高頻帶內(nèi)具有一個高阻抗，在雙頻帶的低頻帶內(nèi)具有一個低阻抗，由此兩個所述輻射元在所述高頻帶內(nèi)只有一個執(zhí)行輻射，而在所述高頻帶內(nèi)這兩個輻射元都執(zhí)行輻射。
7.如權(quán)利要求6的所述天線，其特征在于所述低頻帶是一個標(biāo)準(zhǔn)的CDMA頻帶，所述高頻帶是一個標(biāo)準(zhǔn)的PCS頻帶。
8.如權(quán)利要求1的所述天線，其特征在于所述電感器的相對兩端中的每一個都被焊接到所述第一或第二輻射元的相應(yīng)的所述接點部分。
9.一種雙頻帶天線，包括一個電感器；分別與所述電感器的第一和第二端相連的所述第一和第二棒狀輻射元；電介質(zhì)材料，環(huán)繞與所述電感器的一端相連的所述第一輻射元的一部分，以及與所述電感器的另一端相連的所述第二輻射元的一部分；以及一個導(dǎo)電支撐部件，用于將所述電感器固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，并用于支撐所述電感器以及所述第一和第二輻射元的相關(guān)部分，同時還用于支撐所述電介質(zhì)材料，因此與所述電介質(zhì)材料一起構(gòu)成了電容，這樣就形成了一個LC諧振電路。
10.如權(quán)利要求9的所述天線，其特征在于所述天線工作于特定頻帶，就象具有長度與所述第二輻射元一樣長的一個天線，所述天線工作于相對較低的頻帶，就象是具有其長度等于所述第一和第二輻射元的長度組合的一個天線。
11.如權(quán)利要求9的所述天線，其特征在于所述第一和第二輻射元中的每一個都具有特定的填充有所述電介質(zhì)材料的凹槽，以便施加一個一致水平的力從所述導(dǎo)電支撐部件到所述電介質(zhì)材料，從而形成所述第一和第二輻射元的支承結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11的所述天線，其特征在于所述天線工作于特定頻帶，就象是具有長度等于所述第二輻射元的長度的一個天線，所述天線工作于相對較低的頻帶，就象是其長度具有所述第一和第二輻射元的長度組的一個天線。
13.如權(quán)利要求12的所述天線，其特征在于所述低頻帶的范圍在824MHz-894MHz之間，所述相對較高的頻帶的范圍在1,750MHz-1,870MHz之間。
14.如權(quán)利要求12的所述天線，其特征在于所述天線在相應(yīng)頻帶的中心頻率處具有1/4波長的長度。
15.如權(quán)利要求12的所述天線，其特征在于所述第二輻射元的另一端與同軸饋線的一個內(nèi)部導(dǎo)體相連，該同軸饋線具有與接地層相連的一個外部導(dǎo)體。
16.如權(quán)利要求12的所述天線，其特征在于所述天線在相應(yīng)頻帶的中心頻率處具有5/8波長的長度。
17.如權(quán)利要求16的所述天線，其特征在于所述低頻帶的范圍是在824MHz-894MHz之間，所述相對較高的頻帶的范圍在1,750MHz-1,870MHz之間。
全文摘要
具有簡單且緊湊的結(jié)構(gòu)的一種雙頻帶天線包括一個電感器、連接在該電感器相對兩端的第一及第二棒狀輻射元,其中有電介質(zhì)材料環(huán)繞著該電感器并環(huán)繞著位于電感器各個端上的第一和第二輻射元的連接部。一個導(dǎo)電外殼圍繞著所述電介質(zhì)體,并支撐著所述電感器以及第一和第二輻射元的連接部。外殼和電介質(zhì)體構(gòu)成了一個電容,這樣該電容就和所述電感器一起構(gòu)成了一個LC諧振電路。設(shè)計所述LC電路,使得在雙頻工作頻帶的較高一個頻帶上,只有一個輻射元執(zhí)行輻射,而在較低頻帶上,兩個輻射元都能執(zhí)行輻射。
文檔編號H01Q9/30GK1260071SQ97182305
公開日2000年7月12日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月19日
發(fā)明者河?xùn)|寅, 徐豪秀, A·古德勒夫, K·克雷洛夫 申請人:三星電子株式會社