專利名稱：用于地面蜂窩式通信和衛(wèi)星通信的小型雙模式綜合天線系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及天線技術(shù)。本發(fā)明特別涉及能在多個(gè)頻段上進(jìn)行通信的多種天線的綜合。
2.相關(guān)技術(shù)近年來，地面蜂窩天線服務(wù)的有效性和使用已有顯著的發(fā)展。同時(shí)新一代的基于衛(wèi)星的電話系統(tǒng)已可利用。其結(jié)果，日益要求諸如無線電話設(shè)備之類的無線裝置能進(jìn)入由地面蜂窩式和基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)所提供的服務(wù)。因此，這種設(shè)備所用的天線必須能夠雙模式、雙頻率運(yùn)作。
當(dāng)用現(xiàn)行的天線技術(shù)來滿足這種要求時(shí)出現(xiàn)一些問題。覆蓋蜂窩頻段(約824至960MHz)和典型的衛(wèi)星通信波段(例如2484至2500MHz)的單個(gè)天線孔徑設(shè)計(jì)，將要求多倍頻程帶寬運(yùn)作。此外，由于每個(gè)模式的較佳極化不同，孔徑要求雙極化能力。蜂窩通信一般使用垂直極化，而衛(wèi)星通信典型地使用圓極化。用單一天線組件支持兩類通信極為困難。疊積的微帶拼接天線是一種可能，因?yàn)樗鼈兲峁╇p帶運(yùn)作的潛力。但當(dāng)考慮在手持無線裝置或電話中來實(shí)現(xiàn)時(shí)，它們的尺寸在蜂窩頻率上是不可行的。
如果對(duì)每個(gè)頻段使用各別的天線如偶極子、單極或螺旋天線，則兩個(gè)天線之間的電磁耦合將在天線的各自輻射圖案中引起嚴(yán)重的失真，從而降低每個(gè)天線的有效性。對(duì)手持電話而言，這意味著在展開另一天線時(shí)必須將一個(gè)天線縮回，以減少電磁耦合的有害影響。對(duì)于固定的或車用天線而言，各別的天線意味多個(gè)安裝位置，使一個(gè)天線與另一個(gè)離得足夠遠(yuǎn)以減小它們之間的相互作用。多天線安裝增加了電話裝置的尺寸、成本和復(fù)雜性。
因此，對(duì)天線組件的要求是能在蜂窩和衛(wèi)星頻段上通信，并且尺寸緊湊，但當(dāng)在其中一個(gè)頻段工作時(shí)，不受電磁耦合問題的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出包括蜂窩式通信天線和衛(wèi)星通信天線的綜合天線組件。這種天線組件可用于其中任一個(gè)頻段的通信。采用這種組件的無線電話可工作于地面蜂窩式通信系統(tǒng)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，衛(wèi)星通信天線是四線螺旋天線，而蜂窩式通信天線是套管式偶極子。套管式偶極子的鞭狀部分軸向地定位于四線螺旋天線的中心。這種定向使得即能在衛(wèi)星頻段又能在蜂窩頻段內(nèi)工作而無顯著的電磁耦合。
特征和優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明具備以單個(gè)天線組件提供蜂窩和衛(wèi)星頻率能力的特點(diǎn)。
本發(fā)明還具備提供組裝在天線組件內(nèi)如信號(hào)濾波和低噪聲放大電路的電路，以防止電磁干擾的特點(diǎn)。
本發(fā)明具有以天線間電磁耦合為最小的方式提供雙頻工作的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還具有以天線組件相對(duì)緊湊的方式提供雙頻工作的優(yōu)點(diǎn)。
通過下述結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的具體說明，本發(fā)明的上述和其他的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更明顯。


圖1示出按本發(fā)明的實(shí)施例的套管式偶極子和四線螺旋天線的組合。
圖2示出按本發(fā)明的實(shí)施例的套管式偶極子和二線螺旋天線的組合。
圖3示出按本發(fā)明的實(shí)施例的單極天線和四線螺旋天線的組合。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明I.概述本發(fā)明滿足了可進(jìn)行蜂窩和衛(wèi)星通信并以單個(gè)、小型的裝置加以實(shí)施的天線組件的需要。通過采用套管式偶極子或單極天線提供蜂窩連通性，并采用四線螺旋天線提供衛(wèi)星連通性來實(shí)現(xiàn)這種天線組件。蜂窩天線的線狀(或鞭狀)部分軸向地定位在四線螺旋天線的中心。這種安裝使兩天線之間的電磁耦合為最小，同時(shí)使整體組件的尺寸為最小。下面，對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行說明。
II.偶極子和四線螺旋天線的組合本發(fā)明的蜂窩天線可由偶極子天線來實(shí)施。本節(jié)將說明在與用作衛(wèi)星通信的四線螺旋天線的組合中套管式偶極子特別有用。這種組合使電磁耦合最小并能有效地進(jìn)行具體組裝。對(duì)衛(wèi)星通信而言如果天線組件只作接收運(yùn)作，則可采用單個(gè)四線螺旋天線。在組件上可加上第一四線螺旋天線。這可使第一四線螺旋天線專門用于接收衛(wèi)星RF信號(hào)，而第二四線螺旋天線可用于發(fā)送衛(wèi)星RF信號(hào)。
A.套管式偶極子與單接收四線螺旋天線的組合本發(fā)明的較佳實(shí)施例包括套管式偶極子天線和四線螺旋天線。當(dāng)將這種天線組件接到如移動(dòng)或便攜電話的電信裝置中，可使該電話裝置工作在蜂窩和衛(wèi)星頻率上。圖1示出這種實(shí)施例的特點(diǎn)。天線組件100一般為圓柱形并以其縱向截面示出。天線100通過兩種電纜即同軸電纜102和衛(wèi)星通信電纜118連接到電信裝置(未圖示)。同軸電纜102的中心導(dǎo)體104通過裝置100的上部的軸中心。同軸電纜的屏蔽層被接地至饋線套管106的頂部。中心導(dǎo)體104和饋線套管106一起構(gòu)成蜂窩通信的套管式偶極子天線。饋線套管106和中心導(dǎo)體104的長(zhǎng)度各為蜂窩頻率的波長(zhǎng)的四分之一。這種天線輻射出十分適合于蜂窩應(yīng)用的軸向?yàn)榱愕妮椛鋱D案，并提供垂直極化的、峰值增益接近地平線的全方位覆蓋。
圖1所示的實(shí)施例中，中心導(dǎo)體104由四線螺旋天線108所包圍。四線螺旋天線使得所裝的電信裝置工作在衛(wèi)星頻段中。四線螺旋天線提供更適合于衛(wèi)星通信應(yīng)用的圓極化、上半球覆蓋。所示的實(shí)施例中用介質(zhì)芯隔開中心導(dǎo)體104和四線螺旋天線108。
本發(fā)明的一些應(yīng)用中，四線螺旋天線用于單接收模式。如果要求連通全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)就是這種情況。在這種應(yīng)用中，四線螺旋天線108接收到的信號(hào)需要處理以改進(jìn)整體接收機(jī)靈敏度。圖1所示的實(shí)施例中，由微帶110將四線螺旋天線的輸出連接到安裝在印刷電路板(PCB)112或類似的已知支撐基板上的電路中。此電路包含前置放大濾波器114和低噪聲放大器(LNA)116。這些部件的設(shè)計(jì)是本專業(yè)技術(shù)人員所熟知的。然后LNA116的輸出接到衛(wèi)星通信電纜118，后者連接到電信裝置。
圖1所示的實(shí)施例中，饋線套管106除用作偶極子天線的下部以外，還屏蔽LNA116和濾波器104使不受外部的電磁干擾。而且，饋線套管106的開路端對(duì)流在饋線套管106的外部上的電流呈現(xiàn)高阻抗。這樣，使流在饋線套管106的終端的電流為最小。結(jié)果使從饋線套管106伸出的衛(wèi)星通信電纜118和同軸電纜102之間的耦合為最小。實(shí)際套管長(zhǎng)度可作調(diào)節(jié)以考慮饋線套管106中LNA116和濾波器114的負(fù)載影響。
由于四線螺旋天線的中心上的電磁場(chǎng)持性，四線螺旋天線對(duì)中心導(dǎo)體104的電磁耦合得以減小。因?yàn)樵谥睆缴舷鄬?duì)的線對(duì)的每個(gè)線臂被反相地激勵(lì)，故該對(duì)的每個(gè)線臂上的電流流向相反。結(jié)果由這些電流沿四線螺旋天線108的軸感應(yīng)的軸向電場(chǎng)趨于抵消。對(duì)中心導(dǎo)體108的耦合為最小。因而四線螺旋天線108的輻射圖案和增益受到軸向安裝的中心導(dǎo)體104的影響為最小。
中心導(dǎo)體104對(duì)線繞組本身的耦合由于繞組不完全地平行于軸向取向的中心導(dǎo)體104的事實(shí)而得以減小。例如，如果線臂平行于中心導(dǎo)體104地取向，則發(fā)生最大耦合。如果各線垂直于中心導(dǎo)體104，則發(fā)生最小耦合。既然由于螺旋繞組型式或形狀以及可變的節(jié)距而各線既不完全平行于也不完全垂直于中心導(dǎo)體104，故各線上感生的電流較偶極子上的來得弱。結(jié)果輻射圖案并不受到第一級(jí)的影響?？梢哉{(diào)整中心導(dǎo)體104的長(zhǎng)度和解決所產(chǎn)生的許多線負(fù)載的影響。
B.套管與收、發(fā)四線螺旋天線的組合存在實(shí)現(xiàn)圖1的基本方法的另一可能實(shí)施例。如圖2所示，如果要求對(duì)衛(wèi)星通信的發(fā)送能力，且發(fā)送頻率不同于進(jìn)入的衛(wèi)星通信的頻率，則可在發(fā)送四線螺旋天線的頂上疊上類似天線組件100的裝置。
要求這種天線組件的系統(tǒng)的例子是近地軌道(LEO)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。一個(gè)這樣的LEO系統(tǒng)使用8個(gè)不同軌道平面中約48個(gè)衛(wèi)星。這一系統(tǒng)采用上行鏈路(發(fā)送)頻段1610至1626MHz，而下行鏈路(接收)頻段2484至2500MHz。本專業(yè)技術(shù)人員將明白可利用其他衛(wèi)星和/或其他頻段而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
圖2中，子組件直接對(duì)應(yīng)于圖1的組件100。子組件201包括接收四線螺旋天線202，用于接收衛(wèi)星通信。子組件201還包括中心導(dǎo)體203和套管204，一起構(gòu)成套管式偶極子天線，用于蜂窩通信。第二四線螺旋天線205用作發(fā)送天線將RF信號(hào)發(fā)送給衛(wèi)星。同軸電纜206將電信裝置連接到套管式偶極子204。第一衛(wèi)星通信電纜208將電信裝置連接到接收四線螺旋天線202。第二衛(wèi)星通信電纜210將電信裝置連接到發(fā)送四線螺旋天線205。
如果將饋電給接收四線螺旋天線202和套管偶極子天線204，沿發(fā)送四線螺旋天線205的軸線定中心，則發(fā)送四線天線205受到接收四線天線202和套管偶極子天線204的影響為最小。這種“三模式”實(shí)施例對(duì)于接線蓋安裝的車輛的天線應(yīng)用是理想的，因?yàn)槟菚r(shí)必須使車頂對(duì)接收天線的障礙為最小。
應(yīng)當(dāng)注意如將發(fā)送四線螺旋天線205置于組件的頂部，則會(huì)產(chǎn)生電磁耦合的問題。這樣安排(未圖示)時(shí)，套管偶極子天線204對(duì)衛(wèi)星通信電纜210的耦合將損害套管偶極子天線204的輻射圖案和增益，因?yàn)樘坠芘紭O子天線204和衛(wèi)星通信電纜都軸向地取向。
III.單極和四線螺旋天線的組合適合于車項(xiàng)裝置的本發(fā)明的實(shí)施例如圖3所示。該實(shí)施例能同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)(如來自GPS)并進(jìn)入地面蜂窩服務(wù)。這一實(shí)施例使用單極天線而不是套管偶極子作蜂窩通信。
與上述實(shí)施例類似，天線組件300由同軸電纜301連接到無線電信裝置，與前述一樣，中心導(dǎo)體302從同軸電纜301伸出并位于天線組件300的中心。中心導(dǎo)體302用作蜂窩通信的單極天線。同軸電纜301的屏蔽層連接到平的饋線頂板304。四線螺旋天線306包圍中心導(dǎo)體302并由介質(zhì)芯307與其隔開。四線螺旋天線306用微帶308連接到安裝在PCB310上的電路。電路包括用于改善整體接收機(jī)靈敏度的前置放大濾波312和LNA314，如圖1和2的實(shí)施例中一樣。電路的輸出饋至衛(wèi)星通信電纜315。
單極即中心導(dǎo)體302輻射軸向?yàn)榱愕拇怪睒O化圖案，同時(shí)四線螺旋天線306提供圓極化半球覆蓋。與上述II.A.的理由一樣，接收衛(wèi)星通信天線即四線螺旋天線306大體上不受中心導(dǎo)體存在的影響，反之也然。
上述裝置一般用天線罩蓋住并保護(hù)。天線組件300的基座318可包括附裝到支持表面的機(jī)構(gòu)(未圖示)。例如使用一個(gè)或多個(gè)磁鐵陣列將它附裝到車輛的金屬頂或類似的表面上。
IV.結(jié)論雖然已在上面說明本發(fā)明的各實(shí)施例，應(yīng)理解它們作為例子提出來而并不是限制。本專業(yè)的技術(shù)人員將明白只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍可以在形式和細(xì)節(jié)上可作各種改變。因此，本發(fā)明不受上述示例實(shí)施例的限制，而僅受下述權(quán)利要求及其等價(jià)物的限定。
權(quán)利要求
1.一種綜合天線組件，其特征在于，包括能工作于蜂窩頻段的蜂窩式通信天線；和能工作于衛(wèi)星頻段的衛(wèi)星式通信天線。
2.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，所述衛(wèi)星通信天線包括用于接收來自衛(wèi)星的射頻(RF)信號(hào)的四線螺旋天線。
3.如權(quán)利要求2所述的天線組件，其特征在于，所述蜂窩式通信天線包括套管式偶極子天線。
4.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，所述蜂窩式通信天線包括套管式偶極子天線。
5.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，所述衛(wèi)星通信天線包括用于接收來自衛(wèi)星的射頻(RF)信號(hào)的四線螺旋天線，和所述蜂窩式通信天線包括套管式偶極子天線，其鞭狀部分沿所述四線螺旋天線的中心縱軸定位。
6.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，所述蜂窩式通信天線包括單極天線。
7.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，所述衛(wèi)星通信天線包括用于接收來自衛(wèi)星的射頻(RF)信號(hào)的四線螺旋天線，和所述蜂窩式通信天線包括沿所述四線螺旋天線的中心縱軸定位的單極天線。
8.如權(quán)利要求1所述的天線組件，其特征在于，進(jìn)一步包括第二衛(wèi)星通信天線，它工作于不同于第一衛(wèi)星通信天線工作頻段的衛(wèi)星頻段上。
9.如權(quán)利要求8所述的天線組件，其特征在于，所述蜂窩式通信天線包括套管式偶極子天線。
10.如權(quán)利要求8所述的天線組件，其特征在于，所述第一衛(wèi)星通信天線包括用于接收來自衛(wèi)星的RF信號(hào)的四線螺旋天線。
11.如權(quán)利要求8所述的天線組件，其特征在于，所述第一衛(wèi)星通信天線包括用于接收來自衛(wèi)星的RF信號(hào)的四線螺旋天線，和所述蜂窩式通信天線包括套管式偶極子天線，其鞭狀部分沿所述四線螺旋天線的中心縱軸定位。
12.如權(quán)利要求8所述的天線組件，其特征在于，所述第二衛(wèi)星通信天線包括用于發(fā)送RF信號(hào)到衛(wèi)星的四線螺旋天線。
全文摘要
本發(fā)明提出包括蜂窩式通信天線和衛(wèi)星通信天線的綜合天線組件。這種天線組件可用于其中任一個(gè)頻段的通信。采用這種組件的無線電話可工作于地面蜂窩式通信系統(tǒng)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中,衛(wèi)星通信天線是四線的螺旋天線,而蜂窩式通信天線是用套管式偶極子。套管式偶極子的鞭狀部分軸向地定位于四線螺旋天線的中心。這種定向使得既能在衛(wèi)星頻段又能在蜂窩頻段內(nèi)工作而無顯著的電磁耦合。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK1357164SQ00805661
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者J·L·尼貝克, E·T·厄扎基, M·A·塔桑德基 申請(qǐng)人:高通股份有限公司