專利名稱：天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線電設(shè)備的天線裝置，以及涉及包含這樣一種天線裝置的無線電設(shè)備。
背景技術(shù)：
各種各樣的天線裝置已經(jīng)用于無線電設(shè)備。許多上述的設(shè)備利用具有單端饋送裝置的單極或者類似的天線，其中射頻(RF)信源有效地施加在該設(shè)備上的天線的一端和接地導(dǎo)體之間。接地導(dǎo)體可以采取各種各樣的形式，例如在印刷電路板(PCB)或者金屬(或者噴涂金屬)設(shè)備外殼上的接地面。在這樣一個(gè)裝置中，流入該天線(它產(chǎn)生需要的輻射)的電流與流動在接地導(dǎo)體上的電流是平衡的。
在接地導(dǎo)體上流動的電流取決于該導(dǎo)體的幾何形狀隨機(jī)地定向，并且可以導(dǎo)致在不需要的方向中不需要的極化輻射。此外，導(dǎo)體附近的有損耗的部件可以降低該系統(tǒng)的效率，同時(shí)在接地導(dǎo)體中射頻電流的存在可以導(dǎo)致接收機(jī)的感受性下降，以及與電磁兼容性(EMC)相關(guān)的問題。
已經(jīng)建議一些不同的措施去降低在接地導(dǎo)體上的電流，包括*使用同軸偶極子，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)偶極子天線，這里饋電經(jīng)由該偶極子的一個(gè)臂被同軸地提供給其中心饋電點(diǎn)，例如參見移動式天線系統(tǒng)手冊，KFujimoto和J R James，Artech House，1994，203至210頁。這要求一個(gè)大型的結(jié)構(gòu)。
*一個(gè)具有波長的3/8長度的磁單極子。這樣一個(gè)天線在其底部具有低電流，但是具有適當(dāng)?shù)淖杩??？墒?，從接地?dǎo)體耦合到天線底部的電流顯著地降低其性能。
*接地線通常以繞組的形式，它是被添加以接受大部分接地電流的接地導(dǎo)體的一個(gè)附加部分。這樣一個(gè)天線在EP-A-0 635 898中被公開。雖然接地電流未被降低，它具有更高的可預(yù)測性。
*一種包括一對串行耦合磁單極子單元的天線，分別具有一半和四方之一波長的電氣長度，經(jīng)傳輸線單元耦合到地。這樣一個(gè)天線在US-A-4,138,681中被公開。盡管有效，它是相當(dāng)龐大的和復(fù)雜的。
*一種經(jīng)一對線圈饋電的天線在US-A-5,583,520中公開。同樣，盡管有效，該裝置是龐大的和復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于減少流入接地導(dǎo)體電流的改進(jìn)的天線裝置。
按照本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用于無線電設(shè)備的天線裝置，該設(shè)備包括至少一個(gè)接地導(dǎo)體，并且該天線裝置包括至少一個(gè)天線，其中每個(gè)天線具有大于波長一半的電氣長度，該電氣長度被選擇使得在至少一個(gè)接地導(dǎo)體的每個(gè)中的總電流大體上是最小的。
按照本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種包含一個(gè)按照本發(fā)明制作的天線裝置的無線電設(shè)備。
本發(fā)明是基于不存在于現(xiàn)有技術(shù)的公認(rèn)，即使用一種電氣長度長于波長一半的天線導(dǎo)致從接地導(dǎo)體中取出的均衡電流與由天線在該導(dǎo)體上導(dǎo)出的電流是不同相的。這導(dǎo)致在接地導(dǎo)體中電流的抵消，并且使來自它的無用輻射減到最小。該天線的電氣長度應(yīng)該參考在該天線上的電流分布，而不是該天線的實(shí)際長度來確定。
因?yàn)樵撎炀€利用在遠(yuǎn)處的諧振，可以獲得一個(gè)適當(dāng)?shù)妮斎胱杩?。一般地，可以使用諸如標(biāo)準(zhǔn)模式螺旋狀的或者曲折線的實(shí)際上縮短的電場天線。


現(xiàn)在將參考附圖通過舉例來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是一個(gè)DECT基站的總體布置的示意圖；圖2是用于具有一個(gè)天線被激活的傳統(tǒng)的天線裝置的在基站的PCB附近的一塊電場數(shù)值；
圖3示出用于來自具有一個(gè)傳統(tǒng)的被激活天線基站的垂直(V)和水平(H)極化的地平經(jīng)度的輻射圖；圖4是沿著一種改進(jìn)的螺旋型天線裝置的長度(d)的電流(I)圖；圖5是用于一種包括單個(gè)天線的改進(jìn)天線裝置的在基站的PCB附近的電場數(shù)值圖；圖6示出用于來自具有一種改進(jìn)天線裝置基站的垂直(V)和水平(H)極化的地平經(jīng)度的輻射圖；和圖7示出用于來自具有二種具有90°相位差饋電改進(jìn)的天線基站的垂直(V)和水平(H)極化的地平經(jīng)度的輻射圖。
在附圖中，相同的參考數(shù)字用于表示相應(yīng)的部件。
實(shí)施例說明本發(fā)明將參考在圖1中用示意圖示出的DECT(數(shù)字增強(qiáng)無繩無線電通信)基站的實(shí)施例來描述。該基站包括一個(gè)塑料外殼(未示出)，PCB(印刷電路板)100安裝在其內(nèi)部，在PCB 100上安裝有第一和第二天線102a、102b，并且從其伸出。連同也作為接地導(dǎo)體的RF模塊的金屬外殼106，在PCB本身上存在三個(gè)較大的接地導(dǎo)體區(qū)域104a、104b、104c。
使用中該外殼是以PCB 100和天線102a、102b在垂直位置安裝的。天線102a，102b是垂直極化的，并且作為空間分集對工作，具有11cm間距或者在1890MHz的DECT頻率上大約0.7波長。(應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明同樣地適用于具有單個(gè)天線的裝置)。以天線102a，102b的一個(gè)運(yùn)行期望的輻射模式在水平(地平經(jīng)度的)平面是大體上無方向性的，并且垂直地極化。
這個(gè)基站的電磁模擬使用有限單元電磁模擬程序包來施行。在未修改的基站的模擬中，天線102a，102b兩個(gè)都被模型化為四分之一的波長磁單極子，在1890MHz上具有大約4cm長度的。圖2示出在平行(和接近)于PCB平面的平面上電場的大小。較高的場強(qiáng)由深顏色陰影表示，較低的場強(qiáng)由較淺的陰影表示。這個(gè)圖給出很好的顯示，在接地導(dǎo)體上流動的電流有助于從基站的輻射。
在這個(gè)模擬中，第二天線102b是有源的，同時(shí)第一天線102a通過在其饋電點(diǎn)使用一個(gè)開式回路已經(jīng)失調(diào)。但是，存在很大的電流流入接地導(dǎo)體，尤其是上部的接地面104a，104b，其產(chǎn)生很大的輻射。在圖3中示出的輻射圖舉例說明這個(gè)結(jié)果。在這個(gè)圖中(和在隨后的輻射模式圖中)網(wǎng)格線是以5dB為間隔的，以及外部的格網(wǎng)線取準(zhǔn)于垂直極化輻射模式(V)的最大值增益。這個(gè)圖型完全不是無方向性的，同時(shí)水平極化圖型(H)示出一個(gè)類似于垂直極化的輻射電平。也發(fā)現(xiàn)在頂點(diǎn)方向水平極化輻射的類似的電平被發(fā)射，其輻射非常有助于降低系統(tǒng)效率。水平極化只能由在接地導(dǎo)體(因?yàn)榈诙炀€102b產(chǎn)生大體上垂直的極化輻射)上流動的電流產(chǎn)生，表示在接地導(dǎo)體上存在這些電流是一個(gè)值得注意的問題。
這個(gè)問題可以按照本發(fā)明通過安排每個(gè)天線102a，102b去具有大于波長一半的電氣長度來解決。該天線的電氣長度最好是在0.5和0.8波長之間，因?yàn)槿绻褂酶L的天線，在接地導(dǎo)體中會再次引起很大電流。
基站的模擬以單個(gè)螺旋形天線102a施行，它決定最適宜的電長度大約是0.6λ。圖4示出電流(I)沿著螺旋形天線102a的長度(d)的近似分布，示出一個(gè)在天線102a的大部分上反相電流具有饋電電流(在圖的左手端)的正弦電流分布。該天線被以大約8.5圈形成，具有大約0.4cm直徑，大約0.8cm間距。該尺寸被選擇去保證以相對寬的頻帶寬度，該輻射被顯著地線性極化。該天線饋電的阻抗具有大約20-J150 ohms的適當(dāng)?shù)闹怠?br> 在接地導(dǎo)體上該改進(jìn)的天線裝置在電流分布上的效果是顯著的。此外，對具有上述討論到的尺寸的單個(gè)螺旋形天線102a的基站，在圖5中舉例說明結(jié)果。以也具有相同含義的陰影，如在圖2中使用的這個(gè)示出在相同的平面中電場的大小。僅有的很大電場現(xiàn)在接近于天線102a本身，表示在接地導(dǎo)體104a，104b，104c上的電流已經(jīng)極大地減少了。
圖6示出由改進(jìn)的天線裝置引起的角向的輻射圖。垂直地極化輻射(V)現(xiàn)在大體上是全方向的，具有小于2dB的峰-峰值。水平極化輻射(H)現(xiàn)在是非常小的，平均起來大約低于垂直極化10dB。
也已經(jīng)研究了在一個(gè)分集裝置中具有兩個(gè)天線102a，102b的改進(jìn)天線裝置的使用。如上所述類型的模擬以兩個(gè)螺旋形天線102a，102b施行，以6cm隔開，在1890MHz上其大約是波長的3/8。通過以均等的功率和在天線之間90°的相位差饋給作為兩個(gè)單元陣列的天線，可以獲得定向波束。作為一個(gè)有效陣列具有在波束之間最小相關(guān)性，如何饋給兩個(gè)天線單元的更詳細(xì)的資料在我們的共同申請中的專利申請中給出(我們參考PHGB 000033)。
用于垂直(V)和水平(H)極化的作為結(jié)果而發(fā)生的圖型在圖7中示出?？梢钥闯鰧τ谙胍拇怪睒O化獲得好的方向性。當(dāng)天線102a，102b作為一個(gè)陣列饋電時(shí)，通過經(jīng)平均至少10dB抵消直接和耦合的電流，因此保持不需要的水平極化的抑制。
除在如上所述本發(fā)明的實(shí)施例中使用的螺旋形和單極天線之外，可以使用實(shí)際上縮短范圍的電動天線。這樣的天線是磁單極子或者偶極子類天線，即實(shí)際上小于它們的電氣長度，并且主要接收電場。這樣一個(gè)備選方案天線的例子是一個(gè)曲折線天線，為了便于構(gòu)造它可以印制在PCB 100上。通過減少來自接地導(dǎo)體104a，104b，104c，106極化對輻射模式的影響，輻射模式更確切地說對于設(shè)計(jì)的不同的天線的范圍可以控制。
本發(fā)明可應(yīng)用于任何具有不平衡天線饋電的無線電設(shè)備。其甚至適用于平衡天線，這里存在很大的共模電流(由于幾何不對稱性通常就是這樣)。適當(dāng)?shù)膽?yīng)用的典型實(shí)例是無線數(shù)據(jù)卡(PCMCIA和相似的東西)、移動電話(這里接地導(dǎo)體是手持機(jī)的EMC護(hù)罩)及其他無線用戶通信設(shè)備。
從閱讀本公開，其他的改進(jìn)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說將是顯而易見的。用于無線電設(shè)備天線裝置這樣的改進(jìn)、制造和使用可以涉及已經(jīng)在設(shè)計(jì)中公知的其他的部件，以及可以使用代替或者除了此處已經(jīng)描述的部件。雖然在這個(gè)申請中的權(quán)利要求已經(jīng)對部件特殊的組合闡明，應(yīng)該明白本申請公開的范圍也包括所有的非常規(guī)設(shè)計(jì)或者此處公開的所有的新的部件組合，或者明確地或者隱含地或者其所有的概括，不管其涉及作為在所有的權(quán)利要求中要求的同樣的發(fā)明，以及是否其減輕作為本發(fā)明做的任何或者所有相同的技術(shù)問題。因此，申請人通知在本申請的實(shí)行或者任何進(jìn)一步從中導(dǎo)出的申請期間，新的權(quán)利要求可以闡明這樣的部件和/或部件的組合。
在本說明書和權(quán)利要求書中，措詞“a”或者“an”冠以一個(gè)單元，不排除存在多個(gè)這樣的單元。此外，單詞“包括”除那些列出的之外不排除存在其他的單元或者步驟。
實(shí)用性本發(fā)明適用于各種各樣的無線電設(shè)備，例如DECT基站和移動電話手持機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于無線電設(shè)備的天線裝置，該設(shè)備包括至少一個(gè)接地導(dǎo)體，并且該天線裝置包括至少一個(gè)天線，其中每個(gè)天線具有大于波長一半的電氣長度，該電氣長度被選擇使得在至少一個(gè)接地導(dǎo)體的每個(gè)中的總電流大體上是最小的。
2.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，每個(gè)天線是一個(gè)螺旋天線。
3.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，每個(gè)天線是一個(gè)單極天線。
4.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，每個(gè)天線是一個(gè)實(shí)際上縮短的電動天線。
5.如權(quán)利要求1至4的任何一個(gè)所述的天線裝置，其特征在于，每個(gè)天線的電氣長度是在0.5和0.8波長之間。
6.如權(quán)利要求1至5的任何一個(gè)所述的天線裝置，其特征在于，該天線裝置包括至少兩個(gè)天線，并且進(jìn)一步包括用于饋給每個(gè)天線適當(dāng)?shù)姆群拖辔坏男盘柕难b置，使得該天線裝置起方向性陣列的作用。
7.一種包含如權(quán)利要求1至6的任何一個(gè)所述的天線裝置的無線電設(shè)備。
全文摘要
一種具有包含一個(gè)或多個(gè)天線(102a,102b)的天線裝置的無線終端,用來減少在該設(shè)備內(nèi)在接地導(dǎo)體(104a,104b,104c)上流動的大量電流。在公知的終端中,這些電流產(chǎn)生有害的極化輻射,和在不需要的方向的輻射,而且將會降低輻射效率。本發(fā)明的該天線裝置利用具有電氣長度稍微大于波長一半的天線(102a,102b)。因而從接地導(dǎo)體(104a,104b,104c)得出的饋電電流與在大多數(shù)天線上流動的電流不同相,因此消除感應(yīng)電流。流入接地導(dǎo)體(104a,104b,104c)的總電流減少了,從而將來自這些導(dǎo)體的輻射減到最小,并且改善整個(gè)輻射特性。此外,保持適當(dāng)?shù)脑撎炀€(102a,102b)的輸入阻抗。
文檔編號H01Q21/29GK1365526SQ01800609
公開日2002年8月21日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者K·R·博伊爾, P·J·馬西 申請人:皇家菲利浦電子有限公司