專利名稱：一種在通信器件中的微波傳輸帶天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的在通信器件中的微波傳輸帶天線裝置和一種根據(jù)權(quán)利要求7和8的通信器件。
當(dāng)確定通信器件的尺寸時，多個重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一是最終產(chǎn)品的尺寸。特別是在設(shè)計(jì)移動通信器件的技術(shù)中，產(chǎn)品的尺寸已經(jīng)轉(zhuǎn)化成一個重要的競爭參數(shù)。
一個更重要的設(shè)計(jì)參數(shù)涉及得到堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)移動手持通信器件時，至關(guān)重要的是得到堅(jiān)固的器件，因?yàn)樵谄骷娜粘Ｊ褂闷陂g移動器件經(jīng)常偶然或多或少地?fù)p壞。移動器件最容易損壞的部分一般是外部天線，例如鞭狀天線。
作為避免這種嚴(yán)重問題的一種償試，一些移動器件設(shè)計(jì)者已經(jīng)選擇依賴于內(nèi)部天線設(shè)計(jì)，如補(bǔ)片狀天線。這種類型的天線具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，所有活性天線元件可以包括在移動器件的殼體中，并因此顯著改進(jìn)天線元件的堅(jiān)固性。
內(nèi)部補(bǔ)片狀天線的一個缺點(diǎn)在于，它需要非常高熟練程度的設(shè)計(jì)者，因?yàn)樘炀€元件的內(nèi)部布置占據(jù)比器件內(nèi)適用的大的空間。盡管如此，但還是有可能設(shè)計(jì)非常緊湊的和小型高質(zhì)量的器件。
在過去幾年期間，一個與移動遠(yuǎn)程通信有關(guān)的一般問題是蜂窩遠(yuǎn)程通信的嚴(yán)重?cái)U(kuò)展，因?yàn)橐恢痹龃蟮目蛻魯?shù)量需要傳輸容量的相應(yīng)增大。尤其是，網(wǎng)絡(luò)操作者已經(jīng)選擇建立雙帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)，如GSM和DCS1800。
因此，如果他的或她的蜂窩電話能夠傳輸和接收峰窩網(wǎng)絡(luò)，則移動客戶完全能從這些措施獲得好處。
在過去幾年期間，多種類型的雙帶蜂窩電話已經(jīng)進(jìn)入市場。在市場上雙帶蜂窩電話的適用性意味著，電話已經(jīng)裝有外部導(dǎo)線天線，這些天線基本上通過把一根輔助導(dǎo)線添加到原始導(dǎo)線上而開發(fā)，而不是開發(fā)帶有一根內(nèi)部天線的蜂窩電話。這種類型的天線設(shè)計(jì)已經(jīng)使得有可能保持傳統(tǒng)的外部天線設(shè)計(jì)，因?yàn)橄鄬τ诳臻g占用元件可以或多或少地保持蜂窩電話的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
至今，與向越來越小的蜂窩電話的市場趨勢配對的新多帶策略，似乎已經(jīng)轉(zhuǎn)變了移動制造公司的策略，甚至在外部天線的方向上更是如此，因?yàn)閮?nèi)部天線，特別是方向微波傳輸帶天線，需要蜂窩電話內(nèi)部空間的相當(dāng)部分。
本發(fā)明的一個目的在于，提供一種具有方向輻射的多帶蜂窩電話。
當(dāng)一種在通信器件中的微波傳輸帶天線裝置包括在互不相同的波長下諧振的至少兩個諧振天線元件、所述天線元件相對于至少一個共享地平面布置、并且所述至少兩個天線元件的每一個建立一個方向輻射圖案時，已經(jīng)得到適于多帶操作的一種多帶天線裝置。特別是，得到的天線裝置適于用在為機(jī)械布置提供很小空間的用途中。上述布置容許在布置的方向天線的輻射圖案之間的一定差異。
地平面的最小尺寸應(yīng)該最好大于主操作諧振頻率的0.095倍，因而保證足夠的方向性和在天線之間方向的最小相互差異。
本發(fā)明講授，如果地平面由兩個或多個天線共享，則可以得到天線的方向性能，因?yàn)樾枰粋€較寬廣的地平面，以便得到用于兩個天線的方向特性。在上述實(shí)施例中，雙帶方向輻射圖案的代價是在兩個特性的方向之間的小傾斜。
當(dāng)如權(quán)利要求2所述，所述輻射圖案的方向φ1、φ2定義一個不是0°的角φ時，已經(jīng)得到一個便利的實(shí)施例，因?yàn)樵谳椛湓g的相互空隙應(yīng)該盡可能低的保持。
應(yīng)該注意，角φ主要定義在輻射圖案的方向與地平面法線之間的一個水平角，因?yàn)棣障鄬τ诜ň€是兩個角更關(guān)鍵的一個，見圖4。
還應(yīng)該注意，角φ應(yīng)該廣義地解釋為包括角θ，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明可以容許地平面縱向的傾斜。
按照文獻(xiàn)，分別在地平面的橫向和縱向都應(yīng)該盡可能小地保持θ和φ。
當(dāng)如權(quán)利要求3所述，角θ在0°與170°之間，最好在0°與50°之間時，得到本發(fā)明一個另外便利的實(shí)施例。
當(dāng)如權(quán)利要求4所述，在φ＝0°下每個天線的輻射圖案大于φ＝180°下至少3dB時，得到本發(fā)明的一個另外便利的實(shí)施例，因?yàn)樗刑炀€的組合性能應(yīng)該在天線的正半平面中保持得盡可能的高，而在天線的負(fù)半平面中盡可能的低。
當(dāng)如權(quán)利要求5所述，天線裝置包括兩個天線元件、每個適于分別基本上在900MHz下和基本上在1800MHz下的頻帶時，得到本發(fā)明的一個最佳和便利的實(shí)施例，因?yàn)槲锢硪驡SM和DCS系統(tǒng)的一種雙帶樣式可以組合，得益于可以修改現(xiàn)存的GSM方向補(bǔ)片布置而基本上不改變例如蜂窩電話的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的事實(shí)。
當(dāng)如權(quán)利要求6所述，每個天線作為TM 10模式天線工作，即具有一個主導(dǎo)激勵頻率時，得到本發(fā)明的一個另外最佳的實(shí)施例。
應(yīng)該注意，多種微波傳輸帶輻射器形狀在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的，如上述和最佳矩形或基本上矩形的補(bǔ)片、圓形補(bǔ)片或環(huán)形補(bǔ)片。通過增大補(bǔ)片天線的基片的電氣厚度和選擇具有低介電常數(shù)的基片，能得到較大的帶寬。
在本發(fā)明范圍內(nèi)相對于微波傳輸帶設(shè)計(jì)的其他變化包括一種疊置微波傳輸帶天線，其中寄生補(bǔ)片向負(fù)載添加一種雙層結(jié)構(gòu)。
當(dāng)如權(quán)利要求7所述，至少兩個輻射圖案的方向遠(yuǎn)離用戶，通過建立遠(yuǎn)離用戶取向的輻射可以得到本發(fā)明一個另外最佳的實(shí)施例，因而得到最小SAR值和最大效率。
當(dāng)如權(quán)利要求8所述，一種通信器件帶有一個多帶天線、所述多帶天線帶有共享一個地平面的至少兩個輻射器天線元件、所述至少兩個輻射器元件的每一個適于電磁波長λj的輻射、所述輻射器天線元件和所述地平面包括一種電子導(dǎo)電材料、所述共享地平面的最小有效尺寸W大于或等于0.095λm、λm作為波長λi的最長波長、及最好大于0.1λm時，得到本發(fā)明的一個便利實(shí)施例。
一個共享地平面是一個其中至少部分地平面由輻射器共享的地平面。
本發(fā)明的一個重要方面在于，多帶天線的共享地平面提供輻射器天線元件的方向輻射特性。應(yīng)該注意，不同的輻射器適于不同的波長，并且因此具有不同的物理尺寸。即使當(dāng)對于多帶輻射器的每一個共享適于作為諧振元件操作的一個普通物理尺寸的相同地平面時，也認(rèn)識到，對于輻射器的每一個有可能得到方向特性。應(yīng)該注意，即使不同的輻射元件相互隔開也得到希望的方向特性，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明可以容許方向特性的小差異。
當(dāng)共享地平面時，得到一種緊湊的天線裝置，因?yàn)槭沟仄矫娴挠行С叽缱钚?，特別當(dāng)與分離的天線裝置相比時。
根據(jù)本發(fā)明，較多天線元件可以布置在相同地平面的頂部，并且不需要必須相對于在地平面與天線元件之間的相對定位對稱，以便提供多方向輻射圖案。可是，所有輻射圖案可以指在相同的方向，即經(jīng)常遠(yuǎn)離用戶的頭部。
當(dāng)如權(quán)利要求9所述，天線輻射器元件借助于一個鄰近耦合饋電時，得到本發(fā)明的一個另外便利的實(shí)施例。
當(dāng)如權(quán)利要求10所述，天線輻射器元件借助于一個共享鄰近耦合饋電時，得到天線的一種非常緊湊樣式，因?yàn)榻柚趦H一根饋電線可以實(shí)施鄰近耦合。
當(dāng)如權(quán)利要求11所述，天線輻射器包括至少兩個TM10模式天線輻射器元件時，每個天線元件基本上具有一個主導(dǎo)諧振頻率。
帶有至少兩個輻射器天線元件的所述多帶天線具有一個共享地平面，每個輻射元件適于電磁波長的輻射，所述輻射器天線元件和所述地平面包括一種導(dǎo)電材料，所述輻射器天線元件(11、12)的至少兩個對于所述地平面(14)接地，并且?guī)в凶杂芍C振端的天線元件(11、12)以這樣一種方式延伸，從而所述自由諧振端(11A、12A)基本上彼此面對著，得到本發(fā)明一個便利實(shí)施例。
特別是高于地平面的高度和自由諧振端寬度的組合是便利的。
當(dāng)如權(quán)利要求12所述，一種從輻射器天線元件的至少一個至所述地平面的耦合具有尺寸比所述輻射器天線元件小的寬度時，有可能減小輻射器天線元件的長度。
一般地，該長度控制天線元件的頻率，其中較長天線意味著較低頻率輻射。通過用電氣方法部分分離地平面與天線元件，由天線元件能得到較低頻率，而不用延伸長度。
下面參照附圖將描述本發(fā)明，在附圖中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一種最佳補(bǔ)片天線裝置，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)片天線傾斜的原理，圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一些關(guān)鍵元件的布置的說明圖，及圖4表示在天線裝置的橫截面中在本發(fā)明的兩個輻射圖案之間的方向性。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的雙帶補(bǔ)片天線裝置表示在立體圖中。
天線裝置包括并入在PCB中的一個地平面14、和經(jīng)兩個接地17A和17B電鍍耦合到地平面14上的兩個補(bǔ)片天線11和12。地平面14的寬度最好是在由天線需要的最低頻率下信號波長的至少0.095倍。
補(bǔ)片天線12以其整個寬度連接到地平面14上，即接地17B必須剛好與天線一樣寬。天線11通過其寬度部分僅連接到地平面14上，即接地17A僅覆蓋天線寬度的一部分。寬度的其余部分在從天線11至地平面14的小距離19處。該距離19最好能通過削去補(bǔ)片天線11的適當(dāng)部分形成。
每個天線11、12具有一個自由諧振端11A或12A。這些端部彼此面對著，并且由電介質(zhì)18B的溝道分離。電介質(zhì)18B的寬度，即從11A至12A的距離在范圍0.1mm至10.0mm中，2.0mm作為最佳寬度。
天線11、12都經(jīng)一根饋電線13饋電，該饋電線建立對于兩個天線11、12的一種共享鄰近耦合。饋電線13通過電介質(zhì)18A的溝道遠(yuǎn)離天線11、12。
饋電線經(jīng)一個饋電針16穿過地平面14連接到一個接收和發(fā)射電路(未表示)上。
上述天線元件布置在固體電介質(zhì)15上。固體電介質(zhì)15的形狀是一個楔，給兩個天線11、12一種傾斜。
天線11、12的每一個適于專用頻帶。根據(jù)表示的最佳實(shí)施例，天線11適于900MHz GSM信號，而天線12適于1800 MHz DCS信號，及自由諧振端11A和12A起有源輻射器的作用。
天線的傾斜保證電介質(zhì)15的厚度足以保證對于每個天線11、12的希望帶寬。
當(dāng)共享地平面14和電介質(zhì)楔15時，對于兩個天線得到天線的改進(jìn)帶寬和改進(jìn)信號性能的組合，即使由于在前邊緣12A與地平面14之間的較遠(yuǎn)距離，在該實(shí)施例中的天線前邊緣12A的電容性耦合稍小于在11A中天線前邊緣的電容性耦合時也是如此。
描述的微波傳輸帶天線裝置是得益于天線11、12的常規(guī)形式的補(bǔ)片天線裝置，即前諧振邊緣11A和12A是主輻射源。
在圖2中，表明補(bǔ)片天線上述傾斜的原理。
基本上，圖2表明圖1中天線11和12的傾斜。相對于地平面14表示天線11、12的諧振端11A和12A，并且至地平面14的對應(yīng)垂直距離表示為DH和DL。
應(yīng)該注意，提供上述信號質(zhì)量改進(jìn)的自由諧振端11A和12A的電容性耦合，由于在DH和DL之間的差別是不同的。雖然，分別在地平面14與DH和DL之間的耦合是可比較的，并且天線12A的電容性耦合受較遠(yuǎn)距離即較低電容屬于具有最高頻率的天線的事實(shí)的影響，因而導(dǎo)致對于地平面14的有效耦合的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的所示最佳實(shí)施例，較低的電容性合總屬于具有最高頻率的天線。
在一些實(shí)施例中，天線裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)是可能的，因?yàn)檩^短的天線12能比天線11更傾斜，因而導(dǎo)致短波天線12前端的改進(jìn)電容性耦合。
在圖3中，通過上述雙帶補(bǔ)片天線的一些關(guān)鍵元件表示和表明本發(fā)明的其他重要特征。
圖3是圖1中天線的剖視圖，其中相對于共享地平面14的橫截面314表示天線11的橫截面311和天線12的橫截面312。而且，表示饋電線13的橫截面313。
每個圖案建立具有對應(yīng)方向111和112的方向輻射圖案φ1、φ2。
元件和表示的方向?yàn)榱私忉屘炀€裝置的基本性質(zhì)的目的稍微失真。
圖4表示上述傾斜，其中方向111表示天線11輻射圖案的主方向而方向112表示天線12輻射的主方向。
應(yīng)該注意，在這種說明中的角φ僅是在由圖1的天線裝置的橫截面定義的平面中的輻射圖案方向之間的兩維角。
試驗(yàn)已經(jīng)表明，由在兩個天線輻射方向之間的角φ表示的傾斜是換取希望雙帶方向圖案的較小代價，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的雙帶天線在兩個輻射圖案相對于接收和發(fā)射質(zhì)量以及方向性能的意義上，提供一種滿意的均勻輻圖案。
本發(fā)明講授了，如果地平面由兩個或多個天線共享，則可以得到天線的方向性能，因?yàn)樾枰^寬廣的平面，以便得到用于兩個天線的方向特性。在上述實(shí)施例中，用于雙帶方向輻射圖案的代價是在兩個特性方向之間的較小傾斜。
熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明的其他實(shí)施例是可能的。一個實(shí)施例包括使諧振端的每一個面對著輻射器天線元件的端部的可能性。對于地平面的耦合然后由輻射器天線元件共享，并且把固體電介質(zhì)楔劃分成兩部分。
一個另外的實(shí)施例包括通過面對著固體電介質(zhì)楔的后端或前端使每個諧振端面對著相同路線的可能性。對地平面的耦合然后在相對端處進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.在通信器件中的微波傳輸帶天線裝置，包括至少兩個諧振天線元件(11、12)，在互不相同的波長下諧振，所述天線元件相對于至少一個共享地平面(14)布置，所述至少兩個天線元件(11、12)的每一個建立一個方向輻射圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波傳輸帶天線裝置，其中所述輻射圖案的方向φ1、φ2定義一個不是0°的角φ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波傳輸帶天線裝置，其中角θ在0°與170°之間，最好在0°與50°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的微波傳輸帶天線裝置，其中在φ＝0°下每個天線的輻射圖案大于φ＝180°下至少3dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的微波傳輸帶天線裝置，其中天線裝置包括兩個天線元件(11、12)，每個適用于分別基本上在900MHz下和基本上在1800MHz下的頻帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的微波傳輸帶天線裝置，其中每個天線作為TM10模式天線工作，即具有一個主導(dǎo)激勵模式。
7.通信器件，最好是蜂窩電話，帶有根據(jù)權(quán)利要求1-6的一種多帶天線，其中至少兩個輻射圖案的方向遠(yuǎn)離用戶。
8.帶有多帶天線的通信器件，帶有至少兩個輻射器天線元件(11、12)的所述多帶天線具有一個共享地平面(14)，所述至少兩個輻射器元件(11、12)的每一個適于電磁波長λi的輻射，所述輻射器天線元件(11、12)和所述地平面(14)包括一種導(dǎo)電材料，所述共享地平面(14)的最小有效尺寸W大于或等于0.095λm，λm作為波長λi的最長波長，并且最好大于0.1λm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通信器件，其中天線輻射器元件借助于至少一個鄰近耦合饋電。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的通信器件，其中天線輻射器元件借助于一個共享鄰近耦合饋電。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10所述的通信器件，其中天線輻射器包括至少兩個TM10模式天線輻射器元件，每個天線元件基本上具有一個主導(dǎo)諧振頻率，帶有至少兩個輻射器天線元件(11、12)的所述多帶天線具有一個共享地平面(14)，每個輻射元件(11、12)適于電磁波長λi的輻射，所述輻射器天線元件(11、12)和所述地平面(14)包括一種導(dǎo)電材料，所述輻射器天線元件(11、12)的至少兩個對于所述地平面(14)接地，并且?guī)в凶杂芍C振端的天線元件(11、12)以這樣一種方式延伸，從而所述自由諧振端(11A、12A)基本上彼此面對著。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通信器件，其中從輻射器天線元件(11、12)的至少一個至所述地平面(14)的耦合(17A)具有尺寸比所述輻射器天線元件(11、12)小的寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在通信器件中的微波傳輸帶天線裝置,該天線裝置包括在互不相同的波長下諧振的至少兩個諧振天線元件(11、12),天線元件相對于至少一個共享地平面(14)布置,至少兩個天線元件(11、12)的每一個建立一個方向輻射圖案。
文檔編號H01Q1/38GK1343380SQ00804685
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月5日
發(fā)明者托本·阿姆托夫特, 卡特林·F·雅各布森 申請人:特利泰爾R&D丹麥有限公司