專利名稱：寄生天線元件以及包含它的無線通信設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及與無線通信設備一起使用的天線。本發(fā)明尤其涉及用作無線通信設備內的一部分，以提升無線通信設備內部天線系統(tǒng)性能的寄生天線(parasitic antenna)。
背景技術：
無線通信系統(tǒng)為人熟知，它包括不同類型的系統(tǒng)，例如蜂窩電話系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)、雙邊射頻系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)、個人局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及它們的不同組合。我們知道，這樣的無線通信系統(tǒng)包括一個基礎結構系統(tǒng)和構成并被規(guī)劃運行于各自系統(tǒng)內的無線通信設備。系統(tǒng)的基礎結構包括固定網(wǎng)絡設備，例如收發(fā)基站系統(tǒng)控制器、開關、路由器、通信鏈路、天線塔以及其它不同的為人熟知的基礎結構元件。無線通信設備包括一個天線系統(tǒng)和其它為人熟知的元件，例如發(fā)射機、接收機、處理器、內存、用戶接口和用戶控制。
典型情況下，許多無線通信設備都包括固定長度的或可伸縮的螺旋天線，例如雙向無線裝置和蜂窩電話。由于在運行過程中它們的方位在自由空間中很有效，這種天線的典型特點是效率很高。然而，其它無線通信設備中的天線系統(tǒng)通常不是如此有效。例如，很多掌上電腦和PDA(個人數(shù)字助理)都包含至少一個用于擴展電腦或PDA的功能的PCMCIA(個人計算機存儲卡國際協(xié)會)插槽。無線通信公司與PDA及手持電腦制造商共同致力于在這樣的卡上配備無線通信電路和天線，以使得手持電腦和PDA可以進行無線通信。由于美學和人體工程學的不同原因，PCMCIA卡上的天線的特點是必須設置于PCMCIA插槽內，并且不能從插槽中突出。另外，許多PDA的PCMCIA插槽上都有門，在插入后或將PCMCIA卡從插槽拔出后將插槽遮蓋。天線狹小的縫隙以及天線處于封閉環(huán)境內的高可能性對用于PCMCIA卡的天線的選擇提出了嚴格的要求。不管選擇的是電(E)場天線還是磁(M)場天線，放置天線的PCMCIA插槽環(huán)境大大降低了天線的效率。
除了在內置PCMCIA卡上使用無線電路和天線的計算機及PDA，一些其它通信設備也使用內部天線，例如尋呼機。這樣的內部天線提供了令人滿意的設備美學(即看不到外部天線)；然而，正如所知的，這樣的內部天線的效率通常比相應的在自由空間中的外部天線低很多。為了克服內部天線的效率降低并保持其美學優(yōu)勢，研究了一種包含一個外部天線元件的射頻(RF)場強增強器，以提高尋呼機內部天線的效率。在美國專利No.5,050,236中介紹了這個RF場強增強器，題目為射頻(RF)場強增強器，該專利被授予Colman等人，并被授權給本發(fā)明的代理人。RF場強增強器的外部天線元件包括一個與一個可調電容并聯(lián)的離散電感。電容和電感附著在尋呼機的系載體上。當尋呼機被插入系載體中時，外部天線元件的位置與尋呼機的內部天線非常接近，因此增強了整個天線系統(tǒng)的效率。與單獨的無線通信設備的內部天線效率相比，RF場強增強器盡管確實增強了天線系統(tǒng)的效率，但RF場強增強器需要將無線通信設備放入一個系載器中才能獲得天線性能的增強。因此，在系載體之外的設備，例如在通話過程中由用戶手持的蜂窩電話，或者使用者正在操作的PDA，無法獲取天線效率的增強。進一步，外部天線元件含有一個可調電阻，將增強的效率限制到一個相當窄的頻率范圍內，因此需要根據(jù)無線通信系統(tǒng)所耦合的期望工作頻率手動調節(jié)RF場強增強器。
因此，存在對一種寄生天線元件的需要，其可以永久地附著在通信設備上，在相當寬的頻率范圍內提高無線通信設備的內部天線系統(tǒng)的射頻效率和/或增益，而無需調節(jié)寄生天線元件。
圖2為形成根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的寄生天線元件的導電跡線模式結構圖。
圖3為形成根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的寄生天線元件的導電跡線模式結構圖。
圖4為形成根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的寄生天線元件的導電跡線模式結構圖。
圖5為無線通信設備的透視圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例及另一實施例的寄生天線元件。
圖6為無線通信設備的透視圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的寄生天線元件。
圖7為表示圖5和6描述的寄生天線元件和內部天線的示意圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的可附著的寄生天線元件的透視圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可附著的寄生天線元件的透視圖。


圖10為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的可附著的寄生天線元件的透視圖。
圖11為與頻率對應的歸一化天線效率的示例圖，分別與一個單獨的內部通信設備天線以及包含內部天線和根據(jù)本發(fā)明的寄生天線元件的天線系統(tǒng)對應。
圖12為形成根據(jù)本發(fā)明一個可選實施例的多頻率寄生天線元件的導電跡線模式結構圖。
圖13、14、15和16為形成根據(jù)本發(fā)明可選實施例的寄生天線元件的導電跡線模式結構圖。
優(yōu)選實施例詳細說明總的來說，本發(fā)明包括了一個寄生天線元件與一個包含寄生天線元件的無線通信設備。寄生天線元件包括一個諸如聚酯薄膜或聚碳酸酯的絕緣襯底，以及在絕緣襯低上布置了至少一條導電跡線的導電模式。導電模式最好分布在平面上，并形成一個單獨的電磁回路，通過重疊平行的末端形成用于產(chǎn)生寄生天線元件諧振頻率的分布電容。寄生天線元件最好附著在無線通信設備的外殼上，或者其它與內部天線或內部天線元件非?？拷臒o線電子設備上，或者無線通信設備的其它耦合元件上，使得電磁能在內部天線元件和寄生天線元件間得到耦合，從而使得與沒有這樣的寄生天線元件時天線系統(tǒng)的增益與/或效率相比，整個天線系統(tǒng)在設備的工作帶寬上的設備增益與/或效率得到增強。
通過構造上面描述的寄生天線元件，本發(fā)明提出一種對無線通信設備內的通信線路接收或發(fā)出的電磁能進行耦合的易附著的寄生天線元件。寄生天線元件用于增強天線系統(tǒng)的效率與/或增益，特別是包括一個內部天線元件的通信系統(tǒng)，由于內部天線尺寸的限制或內部天線被安置在插槽(例如，PCMCIA插槽)內，引起天線系統(tǒng)相對地無效率。而且，與現(xiàn)有技術的天線效率增強設備不同，本發(fā)明的寄生天線元件可以附著于無線通信設備上而無需單獨的裝載器(carrying case)，而且通過其中的形成寄生天線元件諧振頻率的分布電容提供了固定調諧、增強的寬帶。
可以通過參考圖1-16得到對本發(fā)明更為深入的理解，其中相同的附圖標記表示相同的元件。圖1示意了根據(jù)本發(fā)明的示范無線通信設備的電子方塊圖。無線通信設備100中包括一個包含寄生天線元件115和下文中被稱為內部天線元件117的內部天線的天線系統(tǒng)、接收機103、處理器105、存儲器106、顯示器107或其它用戶接口(例如，揚聲器)和用戶控制109。若需要具有雙向運行能力，通信設備100進一步要包括接收機111，如果需要，在半雙工或全雙工狀態(tài)下，還要分別包括天線開關113或雙工器113。通信設備100可以包括雙向移動或便攜式無線電臺、無線電話、單向或雙向尋呼機、無線數(shù)據(jù)終端(例如掌上電腦、個人數(shù)字助理(PDA)，或者包括用于無線通信的PCMCIA卡的膝上電腦)或者它們的任意組合。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，接收機103是常規(guī)的調頻(FM)接收機，用于通過使用的雙工器/天線開關113從天線系統(tǒng)100接收電磁能(即無線信號)，并用于降頻轉換以及解調接收到的信號，以向處理器105提供基帶信息。接收機中包含熟知的元件，例如濾波器、混頻器、小信號放大器、解調器，以及按照通信設備100運行的系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議對信號進行接收、降頻和解調所必需的其它已知元件。若使用了發(fā)送機，它也為人們熟知并包括濾波器、混頻器、調制器、大信號放大器，以及產(chǎn)生從天線系統(tǒng)101以電磁能形式傳播的、搭載信息的射頻或微波信號所需的已知元件。
處理器105包括一個或多個微處理器與/或一個或多個數(shù)字信號處理器。存儲器106與處理器105連接，最好包括一個只讀存儲器(ROM)、一個隨機存儲器(RAM)、一個可編程ROM(PROM)與/或一個電可擦除只讀存儲器(EEPROM)。存儲器106中最好包括多個存儲區(qū)域用于在其它事務中儲存處理器105執(zhí)行的計算機程序、分配給無線通信設備100的一個或多個地址、無線通信設備100的用戶后來獲得的接收到的信息。計算機程序最好存入ROM或PROM，指導處理器控制無線通信設備100的運行。無線通信設備100的一個或多個地址最好存入EEPROM。用于后來重新獲取的接收到的信息最好存入RAM。
處理器105最好能通過報警設備(未示出)例如常規(guī)的振動或音頻報警機制用程序向無線通信設備100的用戶通知設備中信息的接收或存儲。一旦用戶接到報警，用戶可以通過用戶控制109調用可用功能，檢查存儲信息，若需要還可以做出響應。用戶控制109最好包括一個或多個不同的已知輸入設備，例如一個或多個單獨開關、小鍵盤、觸摸墊或觸摸屏。
或者對用戶控制109發(fā)出的信息進行響應，或者自動接收接收機103傳來的特定信息，處理器105將可應用的存儲信息或接收到的信息導入顯示器107。通過常規(guī)的液晶顯示屏(LCD)或其它可見顯示方式，或者通過常規(guī)的音頻設備(例如揚聲器)播放聲音信息，顯示器107向用戶提供選定的信息。此外，處理器105還能通知顯示器自動向無線通信設備100的用戶提供至少一個可見的指示(例如一個圖標或伴隨周期性聲音的圖標)以通知用戶最新接收到的信息已被存入存儲器106。
無線通信設備100的新穎之處在于，使用了天線系統(tǒng)101，其中在內部天線元件117的基礎上增加了寄生天線元件115。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，內部天線元件包含一個置于PCMCIA卡上的電磁回路天線，該卡已經(jīng)插入無線通信設備100外殼中插槽內。這樣的電磁回路天線的特點是，含有一個按照已知技術配置的離散電容(discretecapacitor)(未示出)以形成內部天線元件117的諧振頻率。離散電容的使用限制了內部天線元件117的帶寬。內部天線元件117的作用是耦合在寄生天線元件115與內部天線元件117之間獲取的電磁能量。
除寄生天線元件115外，圖1中方塊圖描述的無線通信設備100的全部元件都放置于無線通信設備100的外殼內。圖5和圖6描述了外殼501的示例的透視圖，以及寄生天線元件115在根據(jù)本發(fā)明的外殼501上的不同位置。
由于在外殼之內的位置以及PCMCIA插槽縫隙狹小的面積的特點(例如典型的160mm2)，縫隙可以被圖5所示的外殼501的門505封閉，內部天線元件117是一個效率相當?shù)偷慕邮掌?輻射器，尤其在頻率低于1GHZ時。為了提高輻射效率(最好是天線增益，其中天線增益(G)等于效率(e)乘方向性(D))，本發(fā)明的無線通信設備100包含位置與內部天線元件117非?？拷?例如，在內部天線117的近場范圍內或緊挨著內部天線117)的寄生天線元件115。天線的近場范圍是為人熟知的概念，包括在天線的工作頻率偏離天線通常小于1/2波長的半徑距離。
寄生天線元件115最好由用印刷、淀積、蝕刻或其它方法在絕緣襯底上例如聚酯膜薄或聚碳酸酯上布置的平面導電模式構造。在這個實施例中，可以將絕緣襯底附著在無線通信設備外殼的內表面或外表面上(例如用已知的膠粘方法)、與內部天線元件117靠近的地方以獲得希望的增強效率。與內部天線元件117不同，寄生天線元件的優(yōu)點是包含一個分布電容，可以用來調節(jié)品質因數(shù)(Q)和寄生天線元件115的諧振頻率，并因此可以使寄生天線元件115在相當寬的帶寬內運行，而無需進行外部調節(jié)。由于在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，寄生天線元件115和內部天線元件117都是電磁回路天線，在無線通信設備100的運行中對彼此之間的電磁能進行了磁性耦合。下面介紹無線通信設備外殼上寄生天線元件115的不同示例位置，以及實現(xiàn)寄生天線元件115的不同導電模式。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，寄生天線元件115的諧振頻率比內部天線元件117的諧振頻率稍高一些。例如，當無線通信設備100期望的工作頻率范圍在700兆赫茲(MHz)到1000MHz之間時，作為例子，寄生天線元件115的諧振頻率將為1050MHz，內部天線元件117的諧振頻率在700MHz到1000MHz的工作頻率范圍之間可調。盡管寄生天線元件115的諧振頻率最好比內部天線元件117的僅稍高一點，對于比內部天線元件117的諧振頻率大或相等的寄生天線元件諧振頻率可以獲得提高的效率性能。另外，為了獲得寬帶的增強效率(例如，在850MHz時超過35％的帶寬)，寄生天線元件115的構造最好包括分布電容，以形成它的諧振頻率并保持它的Q與內部天線元件117的Q相比相對較低，特別是當內部天線元件117是放置于PCMCIA卡上的典型的電磁回路天線時。
圖2-4描述了用于形成寄生天線元件115的導電模式的不同實施例，寄生天線元件用于與根據(jù)本發(fā)明的內部天線元件進行耦合。其它實施例將在下面進行詳細介紹。首先參見圖2，寄生天線元件115包括由多條鄰接的導電跡線202、204、206、208和210排列成的單個電磁回路形成的導電模式。在圖2描述的實施例中，跡線202跡線210分別形成了單個電磁回路的起始跡線和末端跡線，彼此互相充分平行并以預先確定的距離212分離。可以理解的是，跡線202和跡線210之間重疊的部分形成一個用于形成寄生天線元件115的諧振頻率的分布電容。分布電容的容量可以由重疊部分的數(shù)量和跡線202與跡線210之間提供的空間并按照本領域普通技術人員熟知的方法控制。導電跡線202、204、206、208和210的寬度和長度依賴于絕緣襯底材料201的厚度與絕緣常數(shù)，以及期望的輸入阻抗、諧振頻率和寄生天線元件115的帶寬，在所述絕緣襯底材料201上放置跡線202、204、206、208、210或者附著有絕緣襯底材料201附著的殼上的組合。
倘若通過使用圖2所示的平行的相鄰跡線202和210得到的分布電容，使得寄生天線元件在相對于內部天線元件117的帶寬及相對于無線通信設備100接收與/或發(fā)送信息的帶寬在很寬的帶寬內的運行令人滿意。例如，如圖2的描述形成的、諧振頻率為1000MHz的寄生天線元件可以為典型的PCMCIA卡天線提供在115MHz帶寬內的5分貝(db)的增益增強?？紤]到典型的通信信道包含的信息僅在25kHz的帶寬進行發(fā)送和接收，可以將寄生天線元件115與多個不同的窄帶無線通信設備一起使用，以增強窄帶無線通信設備的效率和增益，而無需對每個窄帶無線通信設備重新調節(jié)寄生天線元件115的諧振頻率。
在使用圖2描述的實施例無法獲得形成希望諧振頻率所需的足夠電容的情況下，可以用圖3所示的導電模式構造寄生天線元件115。類似于圖2的實施例，圖3的導電模式中包括多個鄰接的跡線302、304和306以及308、310和312，在絕緣襯底201上排列形成一個單獨的電磁回路。然而，與圖2描述的模式不同，圖3描述的模式包含兩個或多個由兩組或多組平行跡線形成的分布電容(例如，平行的跡線302和跡線312形成一個電容，平行的跡線306和跡線308形成另一個電容)。電磁回路的連續(xù)是通過在平行的跡線302和312以及平行的跡線306和308之間的電磁能進行容性耦合實現(xiàn)的。平行跡線間的距離314和316形成各個分布電容的電容值?？梢岳斫獾氖?，根據(jù)電磁回路諧振所要求的電容值，距離314和316的大小可以相同也可以不同。圖3的模式中兩個分布點容在電氣上并聯(lián)，因此與圖2的模式相比可以提供增加容量的電容值。因此，圖3的模式在低天線諧振頻率時尤為有用。
圖4也描述了寄生天線元件115的另一種導電模式。這種模式在用于寄生天線的雙波段運行時尤其有用。該模式包括兩個容性耦合的調諧短截線(tuning stub)，調諧短截線402與調諧短截線404的作用是，在比未包含調諧短截線時寄生天線元件115的諧振頻率高的頻率上形成寄生天線元件115的第二個諧振頻率。從而，調諧短截線有效地減小了電磁回路的尺寸，并減小了調諧短截線之間的容性阻抗很小時的頻率(即第二個諧振頻率)下電磁回路中的自感系數(shù)。根據(jù)期望的寄生電容第二個諧振頻率按照已知的技術確定調諧短截線間分開的距離，以及用于產(chǎn)生容性耦合的短截線402與短截線406重疊部分的長度。
如前所述，圖5和6示意了包括根據(jù)本發(fā)明不同實施例的寄生電容115的無線通信設備示例的透視圖。首先參見圖5，描述了一個無線通信設備的示例500，包括帶有門505的外殼501，門遮蓋了可以插入無線PCMCIA卡的插槽。無線PCMCIA卡可以包括一塊附著內部天線元件117的印刷電路板503。無線通信設備500中還包含圖1描述的電路，盡管這個電路未在圖5中示出。圖1的電路可以整個置于印刷電路板503上，但是更好的是把一部分放置于印刷電路板503(例如，內部天線元件117、雙工器/天線開關113(如果使用)、接收機103、發(fā)送機111(如果使用)和處理器105的一部分與存儲器106)，部分放置于永遠附著在外殼501內面的一塊或多塊其它電路板(未示出)上。
寄生天線元件115最好包括形成單獨電磁回路的導電模式，而且最好放置在很接近于內部天線117(在近場范圍之內)的位置。導電模式最好包含至少一個形成寄生天線元件115的諧振頻率的分布電容。前面分別用圖2-4介紹了用于形成寄生天線元件115的不同導電模式實施例的示例。關于寄生天線元件115的位置，如圖5所示，寄生天線元件115可以放置在內部天線元件117正上方的在外殼501頂部的外表面的位置；或者寄生天線元件115也可以被放置在PCMCIA門505的內側或外側表面上，作為實例，圖中將寄生天線元件115放置在門505的內表面。在這個例子中需要理解的是，只有在PCMCIA門505關閉時，寄生天線元件115才能與內部天線元件117很靠近。當內部天線元件117與寄生天線元件115都是如圖5所示的電磁回路時，在寄生天線元件115與內部天線元件117之間交換電磁能的機制是磁耦合。因此，寄生天線元件115和內部天線元件17被放置的方向是使它們之間的磁耦合最大。
當寄生天線元件115按照前面介紹的被粘貼到外殼上時，需要理解的是，外殼501的特點是包括可以安置寄生天線元件115的凹槽。凹槽提供了對寄生天線元件115的襯底邊緣的保護，并確保寄生天線元件115相對于內部天線元件117被正確定位。
本發(fā)明的另一個實施例是包含圖6所示的寄生天線元件115的無線通信設備600。在這個實施例中，與圖5中示出的實施例不同，無線通信設備600不包括上述的門。在所示的例子中，寄生天線元件被粘貼在用于插入PCMCIA卡的插槽507附近的外殼501表面上。
圖7是表示圖5和6中描述的寄生天線元件115和內部天線元件117的等效示意圖。寄生天線元件115有效地包括與一個固定電容703(即由相鄰的平行電磁回路跡線(例如跡線202和跡線210)形成的分布電容形成的等效電容)并聯(lián)的一個電感701(即電磁回路中的等效電感)。內部天線元件等效于包括與電容707(例如，穿過電磁回路電氣連接的離散電容)并聯(lián)的電感705(即電磁回路的等效電感)。電感701、705的方向選擇適合于使它們之間電磁能達到磁耦合。寄生天線元件的諧振頻率為(2·)-1[(L)(C)]-1/2，其中L為電感701的電感值，C為電容703的電容值。內部天線元件的諧振頻率為(2·)-1[(L)(C)]-1/2，其中L為電感705的電感值，C為電容707的電容值。如上面討論的，寄生天線元件115的諧振頻率最好比內部天線元件117的諧振頻率稍高一點。
與現(xiàn)有技術中包含可調離散電容的效率增強裝置不同，本發(fā)明通過應用分布電容提供了增強的寬帶，并且因此在相當寬的帶寬內(在850MHz大約35％)寄生天線元件115無需調節(jié)諧振頻率。取消對寄生天線元件中諧振頻率的調節(jié)的需要使得寄生天線元件可以被不顯眼地放置在無線通信設備外殼的內側或外側表面，或者在設備標簽的底部，而仍能提供足夠的天線效率與/或增強的增益。
圖8、9和10示意了根據(jù)本發(fā)明的可貼裝的寄生電容天線115的透視圖。圖8的寄生天線元件800包括有一個具有上表面803與下表面805的襯底201。襯底201最好由聚酯薄膜(聚酯)或聚碳酸酯構成，但是也可以由其它已知材料構成，例如特氟綸、Kapton(聚酰亞胺)或紙。在圖8描述的實施例中，形成寄生天線元件800的諧振頻率的導電模式807可以將例如金屬箔或者導電油墨的導電物質通過淀積、絲網(wǎng)印刷(screen printing)、電鍍、蝕刻或其它方法淀積到絕緣襯底201上(最好在下表面805，以使其對電子或無線通信設備500的用戶不顯眼)形成，用于標識無線或電子設備，例如型號、廠商標識、序列號、警示標牌或其它信息的信息809被印刷在襯底的反面(最好在上表面803)。需要理解的是，導電模式807淀積于襯底201的方法依賴于使用的實際物質的性質。至少在導電模式807淀積到襯底201的表面805之后，將在包含模式807的表面805上使用諸如3M壓力敏感(PSA)膠的粘接膠，以使表面805附著在設備500的外殼501上。一旦通過膠附著到外殼501上，包含導電模式807的襯底201的表面805將在與任意內部耦合或天線117足夠接近的區(qū)域上與外殼501接觸。盡管最好將導電模式807放置于襯底201的下表面805上，以使模式807對電子設備500的用戶而言不明顯，這樣的模式807的位置并不需要依照本發(fā)明的要求，模式807也可以被放置在襯底201的上表面803。當放置于襯底201的上表面803時，可以在其上覆蓋一薄層透明或不透明的薄膜(未示出)以保護模式807，并且提供放置標識信息809的表面。
如圖8所描述的，襯底201的下表面805上印刷導電模式807的面積與襯第201的下表面805的整個面積相比很小。這可能發(fā)生在模式807放置于相當大的粘貼標簽襯底的下表面805時的情況，此時襯底的上表面包括了廠商標識、設備型號、設備序列號或者其它附加信息。另外可選擇的情況如圖9所示，襯底201的表面905上印刷導電模式907的面積幾乎與襯底201的表面905的整個面積相等。這可能發(fā)生在模式807放置于相當小的粘貼標簽襯底的下表面905時的情況，此時襯底的上表面903僅包括廠商名稱或設備序列號。
另一個可選的實施例如圖10所示，具有上表面1003和下表面1005的襯第201包含一個開口1011，通過它可以將PCMCIA卡插入外殼501的插槽507，如圖6所示。寄生天線結構1007的結構如上所述。用來標識無線通信設備的標識信息1009，例如廠商標識或者其它信息，可以被印刷在襯底的反面(最好是上表面1003)。
計算機仿真與消音室測試(anechoic chamber testing)證明，增加了上述介紹的寄生天線元件115后，如圖1所示的天線系統(tǒng)101的效率與單獨的內部天線元件117的效率相比得到提高。圖11描述的圖形12是與頻率對應的歸一化效率的一個計算機仿真結果，對應于按照圖2構成的、放置在無線通信設備外殼501上外表面的寄生天線元件115，通常按照圖5所示距離內部天線元件1毫米(mm)。內部天線元件是置于PCMCIA卡內的典型的電磁回路天線。寄生天線元件115的諧振頻率為980MHz，Q為60，內部天線元件117的諧振頻率為930MHz，空載Q為60。
如圖11所示，與只包含內部天線元件117的天線系統(tǒng)的歸一化效率1201相比，包含寄生天線元件115的天線系統(tǒng)101的歸一化效率1203有6分貝(db)的優(yōu)勢。此外，由寄生天線元件115提供的增強效率在相當寬的頻率范圍內(寄生元件諧振頻率為980MHz時，接近300MHz)被保持。
從上述介紹中需要理解的是，在絕緣襯底上應用寄生天線元件并不僅限于一個單獨元件。圖12表示了一個導電跡線的模式結構，至少形成了根據(jù)發(fā)明的一個可選實施例的多頻率寄生天線元件的一部分。如圖12所示，在平絕緣襯底201上形成了三個寄生天線元件。第一寄生天線元件1201被調節(jié)為在第一頻率范圍f1上運行，第二寄生天線元件1203被調節(jié)為在第二頻率范圍f2上運行，第三寄生天線元件1205被調節(jié)為在第三頻率范圍f3運行，其中f1＞f2＞f3。寄生電容調節(jié)至的頻率范圍可以互相交迭，因此擴展了無線通信設備可以調節(jié)的頻率范圍，或者可以將頻率范圍分離得很寬以適應運行所需要的不同頻帶。
圖13到16表示根據(jù)本發(fā)明的寄生天線元件的另一個可選實施例。如圖13所示，寄生天線元件的形狀無需被限制為方形，也可以包括其它形狀，例如單匝寄生天線元件為一個圓形(如圖)或者卵形或橢圓形(未示出)。如圖14所示，在用于更低工作頻率時，寄生天線元件可以配制成多匝。多匝可以制作在絕緣襯底的不同層上，通過饋線連接。寄生天線元件還可以包括寬導體元件，如圖15和16所示。這么“寬”的回路可以提供較低的Q，從而比窄線的集合形狀提供了更寬的帶寬。需要理解的是，也可以在薄的可附著襯底上用平面導體模式構成其它類型的寄生天線元件。
本發(fā)明包含了一個寄生天線元件和一個包括寄生天線元件的無線通信設備。在本發(fā)明中，例如系上電腦、掌上電腦和PDA之類的，通過利用置于可插入的PCMCIA卡射頻電路獲取無線功能的無線通信設備，通過將根據(jù)本發(fā)明的寄生天線元件作為附加元件，可以獲取改善的天線性能，并因此擴展了工作范圍。當無線通信設備的天線系統(tǒng)包括了這樣的寄生天線元件時，寄生天線元件的作用是增強天線系統(tǒng)的效率與/或增益，特別是由于放置內部天線元件的縫隙(例如PCMCIA插槽)的尺寸限制，天線系統(tǒng)包括了相對低效率的內部天線元件時。需要理解的是，寄生回路元件也可以用于其它含有內部回路天線的電子設備。
此外，由于直接放置在例如標簽提供的薄的粘貼襯底上，本發(fā)明的寄生天線元件保持了很低的輪廓(profile)，因此滿足了大多數(shù)用戶的人體工程學要求。更進一步，當放置于設備標簽的后面時，寄生天線元件在提供希望的增強效率時事實上不會被用戶發(fā)覺。而且，由于本發(fā)明的寄生天線元件可直接附著在無線通信設備上，與現(xiàn)有技術的天線效率增強不同，本發(fā)明不需要使用裝載器或者其它用于將寄生天線元件定位至與無線通信設備的內部天線元件很接近的附加外殼。最后，于現(xiàn)有技術中的人工調節(jié)天線增強裝置不同，本發(fā)明通過寄生天線元件包含分布電容形成寄生天線的諧振頻率，提供了固定調諧的、寬帶的天線增強。最后，按照上述方法，通過將寄生天線元件放入已經(jīng)放置在無線通信設備的外殼中提供的凹槽里的標簽，寄生天線元件的安裝很簡單。
盡管前面的介紹構成了本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例和可選實施例，應當理解，本發(fā)明并不僅限于此，且根據(jù)本發(fā)明公開的范圍，其它不同的實施例對本領域普通技術人員非常明顯。為此，希望所提供的權利要求覆蓋落在本發(fā)明的精神和范圍內所有的改變與改進。
權利要求
1.一種用于增強無線通信設備的內部天線元件的增益與效率中至少一項的寄生天線元件，所述內部天線元件在第一頻率產(chǎn)生諧振，并被放置于所述無線通信設備的外殼內，所述寄生天線元件包括絕緣襯底；和布置于所述絕緣襯底的表面上以形成一個電磁回路的導電模式，所述電磁回路在第二頻率上產(chǎn)生諧振，因此，當所述絕緣襯底附著在所述無線通信系統(tǒng)的外殼上、并在所述內部天線元件的近場范圍之內時，所述寄生天線元件增強了所述內部天線元件的增益與效率中的至少一項。
2.根據(jù)權利要求1所述的寄生天線元件，其中第二頻率大于或等于第一頻率。
3.根據(jù)權利要求1所述的寄生天線元件，進一步包括一種膠粘劑，放置于所述絕緣襯底的表面上，用于保護所述外殼上的所述絕緣襯底。
4.根據(jù)權利要求3所述的寄生天線元件，其中所述膠粘劑放置在所述絕緣襯底的所述表面上，在所述絕緣襯底上放置所述導電模式。
5.根據(jù)權利要求1所述的寄生天線元件，其中所述絕緣襯底包括聚酯薄膜與聚碳酸酯中至少一類中的一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的寄生天線元件，進一步包括放置在所述絕緣襯底第二表面上的標志，所述標志提供識別信息。
7.根據(jù)權利要求6所述的寄生天線元件，其中所述絕緣襯底與布置在其上的所述導電模式及所述標志提供識別所述無線通信設備的標識。
8.一種無線通信設備，包括外殼；和天線系統(tǒng)，其包括位于所述外殼內的第一天線元件，所述第一天線元件在第一頻率產(chǎn)生諧振，與連接到所述外殼的表面、并在第二頻率產(chǎn)生諧振的第二天線元件，所述第二天線元件被放置在所述第一天線元件的近場范圍之內，使得電磁能在所述無線通信系統(tǒng)期望的工作帶寬內、在上述第二天線元件與上數(shù)第一天線元件間耦合。
9.根據(jù)權利要求8所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述第二天線元件淀積于絕緣襯底的表面上，所述絕緣襯底附著在所述外殼的所述表面。
10.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中用一種粘膠劑將所述絕緣襯底附著到所述外殼上。
11.根據(jù)權利要求8所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述第一天線元件是一個電磁回路天線，第二天線元件也是一個電磁回路天線。
12.根據(jù)權利要求8所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述第一天線元件的帶寬相當窄，而且其中所述第二天線元件的品質因數(shù)相當小，以向產(chǎn)生包括所述第二天線元件與第一天線元件的組合天線提供足夠的、相對所述第一天線元件的帶寬更寬的帶寬。
13.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中識別所述無線通信設備的信息被印刷在所述絕緣襯底的表面上，該表面與所述絕緣襯底上布置第二天線元件的所述表面相反。
14.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述無線通信設備被封裝在一個外殼之內，而且其中布置第二天線元件的所述絕緣襯底上的所述表面與在與所述第一天線元件鄰近的區(qū)域，在所述無線通信設備的所述外殼相接觸。
15.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中通過將一個金屬箔蝕刻淀積在所述絕緣襯底的所述表面上形成所述第二天線元件。
16.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中將導電油墨印刷到形成所述第二天線元件的所述絕緣襯底的所述表面上。
17.根據(jù)權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中與所述絕緣襯底的整個面積相比，在其上放置所述第二天線元件的所述絕緣襯底的所述表面的面積很小。
18.根據(jù)權利要求17所述的無線通信系統(tǒng)，其中在所述絕緣襯底的所述表面上放置所述第二天線元件的面積與絕緣襯底的整個面積基本上相等。
全文摘要
一種用于無線通信設備(100)的寄生天線元件(115)，包括外殼(501)、通信電路(103－109)，以及用于截獲電磁能、并進一步用于將由寄生天線元件(115)截獲的電磁能與通信電路(103－109)進行耦合的第一天線元件(117)。寄生天線元件(115)包含一個絕緣襯底(201)；和一個放置在絕緣襯底(201)的表面(805，905，1005)上的導電模式(202－210)，當絕緣襯底(201)附著到外殼(501)上與內部天線元件(117)很靠近的位置時，電磁能在內部天線元件(117)與導電模式(202－210)之間得到耦合。
文檔編號H01Q1/22GK1457530SQ02800490
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月20日 優(yōu)先權日2001年3月2日
發(fā)明者阿德里安·納波萊斯, 洛倫索A·龐塞德利昂, 克里斯·史蒂文·埃斯塔尼斯勞, 蘭德爾S·彭寧頓 申請人:摩托羅拉公司