專利名稱：多頻帶天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及天線，和，更具體地，涉及線圈用于饋電多頻帶天線結(jié)構(gòu)。
用于耦合到一可伸的、直線天線的螺旋線圈已為本領(lǐng)域所知，例如通過授予Irwin以及其他人的美國第4,121,218號專利。螺旋線圈和可伸直線天線被加工成所需的尺寸，以在如蜂窩電話的便攜無線電的一特定頻帶諧振。
由于不同的模擬和數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)已在全球普及，對應(yīng)于每一個不同蜂窩系統(tǒng)的天線已為公眾所知。穿過不同系統(tǒng)或在有超過一個系統(tǒng)的地理區(qū)域中使用一部蜂窩電話的蜂窩電話手機用戶希望一部蜂窩電話可用于超過一個系統(tǒng)。因此同一無線電在不同頻率的頻帶上通信是所希望的。因為不同頻帶的天線用于同一蜂窩電話很可能對用戶不便，單一天線結(jié)構(gòu)能工作在超過一個頻帶是所希望的。
蜂窩電話新的設(shè)計正在發(fā)展以方便用戶。大多數(shù)用戶欣賞便于攜帶和使用的小型裝置。袖珍設(shè)計的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，同時又達到低制造成本是所希望的。進一步設(shè)計能有裝載的下行位置和伸展的上行位置是所希望的，以實現(xiàn)袖珍裝載的裝置。
達到有現(xiàn)有單一頻帶天線結(jié)構(gòu)的高增益特性的袖珍和多頻帶的天線結(jié)構(gòu)是困難的。如用于便攜、手持無線電的小型天線依靠在工作頻率諧振來實現(xiàn)經(jīng)濟和有效。已知的在一個頻帶上有最大增益的優(yōu)化的天線結(jié)構(gòu)具有在其它頻帶產(chǎn)生次優(yōu)增益的設(shè)計特性。天線典型地由諧振元件組合。對單一、袖珍天線結(jié)構(gòu)的全部頻帶，天線增益特性等于或優(yōu)于現(xiàn)有單一頻帶天線是所希望的。這個條件對固定在便攜無線電上的單一頻率、單一位置的天線是易于達到的。
本發(fā)明的目的是提供一種多頻帶天線結(jié)構(gòu)，它能運行于多個頻段，其天線增益特性等于或優(yōu)于現(xiàn)有單一頻帶天線。
本發(fā)明提供一種多頻帶天線結(jié)構(gòu)，包括天線元件，有導(dǎo)電的平直部分；
第一螺旋線圈，按在第一頻帶諧振采用第一圓周的第一匝數(shù)形成，和置于所述天線元件的旁邊，與所述導(dǎo)電的平直部分電磁耦合；和第二螺旋線圈，按在不同于所述第一頻帶的第二頻帶諧振采用第二圓周的第二匝數(shù)形成，和置于相鄰所述天線元件，與所述導(dǎo)電的平直部分電磁耦合；和其中至少所述第一和第二螺旋線圈從所述天線元件的導(dǎo)電的平直部分的底端以桿距分開，和從所述第二螺旋線圈和所述第一螺旋線圈的另一個以線圈距離分開，以降低與所述另一個螺旋線圈的電磁耦合和增強與所述導(dǎo)電的平直部分的電磁耦合。
本發(fā)明的優(yōu)點是能在超過一個頻帶諧振，具有良好的增益性，結(jié)構(gòu)緊湊。
附圖簡要說明

圖1示出一多頻帶天線結(jié)構(gòu)的實施方案的側(cè)視圖；圖2示出圖1的頂、截面視圖；圖3示出多頻帶天線結(jié)構(gòu)的另一實施方案的側(cè)視圖；圖4示出圖3天線的截面圖；和圖5示出多頻帶便攜無線電。
圖1示出一實施方案的多頻帶天線的側(cè)視圖。第一螺旋線圈110、第二螺旋線圈120、和第三螺旋線圈130耦合到天線元件的導(dǎo)電的平直部分140和上部線圈150。第一螺旋線圈110、第二螺旋線圈120和第三螺旋線圈130各自在整個天線結(jié)構(gòu)它們的環(huán)境中在不同于其它螺旋線圈的頻率諧振。
第一螺旋線圈110、第二螺旋線圈120和第三螺旋線圈130分別有第一、第二和第三圓周。每個圓周分別小于第一、第二和第三螺旋線圈各自的第一、第二或第三頻帶的波長。第一和第三螺旋線圈110和130以相同方向纏繞，和第二螺旋線圈120以與第一和第三螺旋線圈110和130方向相反的方向纏繞。
相鄰的定義包括同軸和旁邊。旁邊是并列的另一種表述。在圖1的實施方案，第二螺旋線圈120與導(dǎo)電的平直部分140同軸和因此被認(rèn)為與平直部分140二者相鄰。第一螺旋線圈110和第三螺旋線圈130都在導(dǎo)電的平直部分140旁邊但不相鄰圖1中導(dǎo)電的平直部分140。在圖3的另一實施方案，第一、第二和第三螺旋線圈全部在導(dǎo)電的平直部分240旁邊。
第一、第二和第三螺旋線圈110、120和130相互以一線圈距離分開以避免耦合干擾。線圈間的耦合干擾降低天線結(jié)構(gòu)的增益效率，因為應(yīng)被耦合到導(dǎo)電的平直部分和關(guān)注的線圈間的能量卻被耦合到其它線圈。當(dāng)能量從天線結(jié)構(gòu)發(fā)射時，優(yōu)選能量全部從導(dǎo)電的平直部分輻射。例如，當(dāng)天線結(jié)構(gòu)用于無線電以通過第一線圈110在第一頻帶發(fā)射輻射能量時，輻射能量全部從天線元件的導(dǎo)電的平直部分140輻射是所希望的。然而，一部分能量將從第一線圈110自身輻射，和進一步從第一線圈110被耦合到第二線圈120和第三線圈130，和由此被連接到第二線圈120和第三線圈130的無線電電路吸收。由線圈110輻射的和由另外線圈120和130吸收的能量消耗功率導(dǎo)致天線結(jié)構(gòu)無效工作。
導(dǎo)電的平直部分140與第二螺旋線圈120同軸放置。第一螺旋線圈110和第三螺旋線圈130鄰近第二螺旋線圈120并列安放。第一螺旋線圈110和第二螺旋線圈120間的線圈距離與第三螺旋線圈130和第二螺旋線圈120間的線圈距離如將在下文所述被選擇以避免螺旋線圈間的耦合干擾。
通過電場實現(xiàn)的耦合是有關(guān)和適當(dāng)?shù)乇环Q作容性耦合。通過磁場實現(xiàn)的耦合是有關(guān)和適當(dāng)?shù)乇环Q作感性耦合。電和磁場耦合為矢量和經(jīng)常同時發(fā)生。因而它們的矢量能被疊加或相減和因此能相互增強或相互抵消。人們發(fā)現(xiàn)通過幾何地并列排列多個螺旋線圈，電和磁(容性的和感性的)矢量能進行疊加和相減，來降低與其它螺旋線圈的電磁耦合和增強與導(dǎo)電的平直部分的電磁耦合。電和磁場的結(jié)合為電磁場。第一螺旋線圈110和第二螺旋線圈120從天線元件140以桿(mast)距分開和相互以線圈距離分開，以降低與其它各螺旋線圈的電磁耦合和增強與導(dǎo)電的平直部分140的電磁耦合。
螺旋線圈相互分離的線圈距離被選擇以使電和磁耦合強度相等。
螺旋線圈匝相對于其它螺旋線圈的方向優(yōu)先選擇以使矢量相減和因而將耦合降至最低。通過方向相反的匝，一線圈的磁場相對于另一線圈為負(fù)。因而相反纏繞的并列線圈相互相減而不是疊加磁場分量，但仍有效耦合到天線元件的導(dǎo)電的平直部分140。
當(dāng)線圈間的距離增加時相反地電場耦合降低。當(dāng)線圈間的距離增加時磁場耦合也降低。但相對于線圈間的距離磁場耦合比電場耦合降低更迅速。假定數(shù)學(xué)近似法在便攜裝置采用的尺寸中的小距離中有效，磁場以線圈距離的平方降低。因而，線圈優(yōu)選在電和磁場耦合強度相等之處相互分開。
導(dǎo)電的平直部分140的底端安放在靠近螺旋線圈的上端。在圖1和2的實施方案，導(dǎo)電的平直部分140的底端安放在靠近中部--第二螺旋線圈120的上端，和在圖3和4的實施方案導(dǎo)電的平直部分240的底端安放在靠近多個螺旋線圈210、220和230各自的上端。導(dǎo)電的平直部分的底端和螺旋線圈的上端間分離的桿距決定電場耦合的強度。分離越大，電場耦合越弱。這種天線結(jié)構(gòu)優(yōu)選首先通過采用如數(shù)字電磁碼(NumericalElectromagnetic Code)(NEC4.0)的計算機程序在計算機上的電磁模擬被近似，和然后通過在實驗室中精確調(diào)諧物理模型被優(yōu)化。適當(dāng)?shù)鸟詈媳恢甘驹谔炀€增益特性和做為頻率函數(shù)測量的天線的輸入阻抗。當(dāng)導(dǎo)電的平直部分140和線圈110、120和130間的桿距變化時，最佳耦合條件發(fā)生在較小峰值出現(xiàn)于Smith圖表上的普通的循環(huán)阻抗曲線中。通過朝螺旋線圈頂部方向移動導(dǎo)電的平直部分的底端直到這個較小峰值出現(xiàn)，該桿距能被發(fā)現(xiàn)。
直線140能伸展到上行位置和收縮到下行位置。下行位置本身沒有在附圖中示出。盡管不是必需的，上部螺旋線圈150出現(xiàn)于下行位置。
天線元件的直線140形成偶極子。當(dāng)在上行位置直線140置于靠近螺旋線圈時，天線元件在一較低頻率頻帶的二分之一波長的整數(shù)倍和在一較高頻率頻帶的二分之一波長的相同或較大的整數(shù)倍同時發(fā)生諧振。在下行位置，當(dāng)上部線圈置于靠近螺旋線圈時，天線元件的上部線圈在一較低頻率頻帶的四分之一波長的整數(shù)倍和在一較高頻率頻帶的四分之一波長的整數(shù)倍同時發(fā)生諧振。
圖2示出圖1所示的第一、第二和第三螺旋線圈110、120和130相對于導(dǎo)電的平直部分140排列的截面圖。為使扁平裝置結(jié)構(gòu)緊湊，三個螺旋線圈優(yōu)選以直線排列，然而，螺旋線圈能以L形狀、或其它形狀排列。在下面的圖3中，螺旋線圈圍繞天線元件的導(dǎo)電的平直部分以三角形排列。
圖3示出天線另一實施方案的側(cè)視圖，和圖4示出圖3的截面圖。在圖3和圖4，第一螺旋線圈210、第二螺旋線圈220和第三螺旋線圈230從天線元件的導(dǎo)電的平直部分240等距離地分開。圖3和4的實施方案中的導(dǎo)電的平直部分240不含上部螺旋線圈。然而，如果希望，可使用該上部螺旋線圈。進一步，如果希望，可去除圖1和2的上部螺旋線圈150。當(dāng)在下行位置時，上部線圈的使用改進移動天線元件的增益方向圖的特性。
圖1和2的導(dǎo)電的平直部分140與圖3和4的導(dǎo)電的平直部分240可垂直移動到上行和下行位置。
做為三螺旋線圈用于三頻帶天線的替換，四螺旋線圈可被應(yīng)用于四頻帶天線，或可用更多的螺旋線圈。同樣，二螺旋線圈可被應(yīng)用于雙頻帶天線。
圖5示出有多頻帶功能的多頻帶便攜電話。多頻帶天線結(jié)構(gòu)與滑動置于此的天線元件330固定在便攜無線電話391的頂部。多頻帶無線電話391有多個發(fā)射機393、395和397，一個發(fā)射機用于一個頻帶。第一發(fā)射機393的有效輸出連接到第一螺旋線圈310。這個第一發(fā)射機393的相關(guān)接地輸出優(yōu)選連接到無線電話391的接地層部分。第二發(fā)射機395和第三發(fā)射機397的有效輸出優(yōu)選分別連接到第二螺旋線圈320和第三螺旋線圈330。發(fā)射機395和397的相關(guān)接地輸出優(yōu)選接相關(guān)接地。因此，天線結(jié)構(gòu)的每個螺旋線圈對應(yīng)于發(fā)射機的不同頻率。人們知道發(fā)射機393、395和397能替換為接收機和/或收發(fā)信機。進一步，單一無線電電路能被應(yīng)用，能多頻帶工作和因此分離的發(fā)射機393、395和397可是不必要的。
盡管本發(fā)明已在上文和附圖中被描述和圖示，人們知道這些描述僅做為例子，和本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明實質(zhì)精神和范圍內(nèi)能進行許多變化和改進。例如，基于封裝要求不同形狀的上部線圈可被應(yīng)用。于1997年2月19日申請的、Degroot以及其他人的名為“多頻帶天線結(jié)構(gòu)”的美國第08/801975號的專利申請，具體結(jié)合在此被參考，該申請也在中國提出。
權(quán)利要求
1.多頻帶天線結(jié)構(gòu)，包括天線元件，有導(dǎo)電的平直部分；第一螺旋線圈，按在第一頻帶諧振采用第一圓周的第一匝數(shù)形成，和置于所述天線元件的旁邊，與所述導(dǎo)電的平直部分電磁耦合；和第二螺旋線圈，按在不同于所述第一頻帶的第二頻帶諧振采用第二圓周的第二匝數(shù)形成，和置于相鄰所述天線元件，與所述導(dǎo)電的平直部分電磁耦合；和其中至少所述第一和第二螺旋線圈從所述天線元件的導(dǎo)電的平直部分的底端以桿距分開，和從所述第二螺旋線圈和所述第一螺旋線圈的另一個以線圈距離分開，以降低與所述另一個螺旋線圈的電磁耦合和增強與所述導(dǎo)電的平直部分的電磁耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中所述線圈距離是所述線圈間在所述電場耦合的強度和所述磁場耦合的強度大約相等處的所述距離。
3.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，進一步包括第三螺旋線圈，按在不同于所述第一頻帶和所述第二頻帶的第三頻帶諧振采用第三圓周的第三匝數(shù)形成，和置于所述天線元件旁邊，與所述導(dǎo)電的平直部分電磁耦合，其中所述第三螺旋線圈至少從所述第二螺旋線圈以線圈距離分開，以降低與所述第一和第二螺旋線圈的電磁耦合，和從所述導(dǎo)電的平直部分的所述底端以桿距分開，以增強與所述導(dǎo)電的平直部分的電磁耦合。
4.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中至少所述第二螺旋線圈與有所述導(dǎo)電的平直部分的所述天線元件同軸。
5.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第三螺旋線圈以相同方向纏繞，和其中所述第二螺旋線圈以與所述第一和第三螺旋線圈所述方向相反的方向纏繞。
6.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中至少所述第二螺旋線圈在有所述導(dǎo)電的平直部分的所述天線元件旁邊。
7.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電的平直部分放置在靠近所述螺旋線圈時，在上行位置，所述天線元件在一較低頻率的所述頻帶的二分之一波長的整數(shù)倍和在一較高頻率的所述頻帶的二分之一波長的相同的或較大的整數(shù)倍同時發(fā)生諧振。
8.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中所述天線元件包括一上部線圈，被連接到所述導(dǎo)電的平直部分的上端。
9.如權(quán)利要求8所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)所述上部線圈放置在靠近所述螺旋線圈時，在下行位置，所述天線元件的上部線圈在一所述較低頻率的頻帶的四分之一波長的整數(shù)倍和在一所述較高頻率的頻帶的四分之一波長的整數(shù)倍同時發(fā)生諧振。
10.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線結(jié)構(gòu)，進一步包括無線電電路，有效耦合到所述第一螺旋線圈和所述第二螺旋線圈，以在所述第一頻帶和在所述第二頻帶分別放大無線電頻率信號。
全文摘要
多個螺旋線圈并列放置和耦合到天線的導(dǎo)電的平直部分,以提供多頻帶天線結(jié)構(gòu)。螺旋線圈相互分開,以有效去除其間的耦合干擾。便攜無線電應(yīng)用單一、袖珍天線結(jié)構(gòu)能在許多不同頻帶通信。
文檔編號H01Q5/00GK1195906SQ9810446
公開日1998年10月14日 申請日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
發(fā)明者詹姆斯·P·非利普斯, 羅伯特·J·迪格魯特 申請人:摩托羅拉公司