專利名稱：天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明分別涉及一種用于無線通信設(shè)備的天線和天線模塊，尤其是用于手持通信設(shè)備，如移動電話。
背景技術(shù)：
在移動無線電通信中，微波領(lǐng)域中的電磁波常用于傳輸信息。因此無線電設(shè)備的一個必備部件就是天線，它能接收和傳輸電磁波。
第二代蜂窩系統(tǒng)運行在兩個不同的頻帶上，即GSM(全球移動系統(tǒng))和DCS(數(shù)字通信系統(tǒng))。在歐洲使用的頻帶是位于880MHz到960MHz之間的GSM900和位于1710MHz到1880MHz之間的GSM1800(DCS)。另外，美國使用的主要是頻帶位于824MHz到894MHz之間的GSM850和頻帶位于1850MHz到1990MHz之間的GSM1900(PCS)。
無線通信設(shè)備運行在兩個或者更多的頻帶上，例如，在GSM和DCS/PCS頻帶上工作，需要一個或者更多的濾波器將射頻前端分隔成GSM通道和DCS/PCS通道。為此將采用有源或無源電路或復(fù)雜的濾波器單元，諸如雙工器(或用于在傳輸和接收子頻帶之間進(jìn)行分離的雙工機(jī))。這些濾波器被連接到天線，用于從一個頻帶切換到另一個頻帶。
為滿足無線通信設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢，人們致力于改進(jìn)和簡化這些濾波器，使它們能做得更小。例如EP1119069A2公開了一種雙工器，其頻率轉(zhuǎn)換度的適應(yīng)性程度高且尺寸小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是簡化無線雙頻帶和多頻帶通信設(shè)備。
通過提供獨立權(quán)利要求所述的特征，實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。通過提供從屬權(quán)利要求所述的特征，實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。值得強(qiáng)調(diào)的是，權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不解釋為對本發(fā)明范圍的限制。
根據(jù)本發(fā)明，采用一種用于無線通信設(shè)備的天線解決上述問題，所述天線包括表面具有兩對金屬諧振器結(jié)構(gòu)的絕緣基片，每對諧振器結(jié)構(gòu)包括連接饋線的第一諧振器結(jié)構(gòu)，和具有接地連接的第二諧振器結(jié)構(gòu)，第一和第二諧振器結(jié)構(gòu)彼此電隔離且彼此鄰近布置。
在基片表面提供的第一對金屬諧振器結(jié)構(gòu)具有與第一頻帶相應(yīng)的第一諧振頻率。由此，第二對金屬諧振器結(jié)構(gòu)具有與第二頻帶相應(yīng)的第二諧振頻率。因而，所述天線允許雙頻帶運行。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到，將其推廣至由印制在基片表面的三對、四對、五對等諧振器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的具有三個、四個、五個等頻帶中的諧振頻率的天線。
絕緣基片的材料具有較大值的介電常數(shù)εr，以確保天線的最大伸出量特別小。在此方面，基片優(yōu)選采用陶磁、塑料或混合物，尤其是，其介電常數(shù)εr在2到100之間，最好在4到25之間。
諧振器結(jié)構(gòu)具有很高的導(dǎo)電性，盡可能是金屬，最好由純銀構(gòu)成，也可以采用金或者其它高導(dǎo)電性金屬或合金。它們相互間不交叉且從而彼此電隔離。
每對諧振器結(jié)構(gòu)包括第一諧振器結(jié)構(gòu)和第二諧振器結(jié)構(gòu)。
第一諧振器結(jié)構(gòu)優(yōu)選是一個圍繞絕緣基片的細(xì)長結(jié)構(gòu)，優(yōu)選的是帶狀導(dǎo)體形式。其一端作為饋電點并經(jīng)由饋線，例如50Ω的饋線，連接到射頻發(fā)生器。其另一端開路。
第二諧振器結(jié)構(gòu)最好是一個圍繞絕緣基片的細(xì)長結(jié)構(gòu)，優(yōu)選的是帶狀導(dǎo)體形式。其一端接地，另一端開路。第二諧振器結(jié)構(gòu)與第一諧振器結(jié)構(gòu)之間電隔離，并與第一諧振器結(jié)構(gòu)鄰近布置。
兩個諧振器結(jié)構(gòu)鄰近布置導(dǎo)致它們之間產(chǎn)生電容耦合，基片的高介電常數(shù)使得耦合更強(qiáng)。所述電容耦合在第二諧振器結(jié)構(gòu)中激發(fā)出諧振。如果第二諧振器結(jié)構(gòu)是一個細(xì)長結(jié)構(gòu)，其長度(和基片的介電常數(shù)εr)決定諧振頻率的值。實際上，該值是通過改變第二諧振器結(jié)構(gòu)的長度來調(diào)節(jié)的。
利用第一諧振器結(jié)構(gòu)和第二諧振器結(jié)構(gòu)之間的距離來調(diào)節(jié)諧振頻率的精確值。距離越大，產(chǎn)生的耦合越弱，從而使諧振頻率的值變得更低。而且，將第一/第二諧振器結(jié)構(gòu)連接到一個或多個無源元件上是有可能，所述無源元件諸如電阻、電感電阻、或電容，或者這些元件的組合電路。這將再次通過元件和其實施的方式來調(diào)節(jié)諧振頻率(和/或擴(kuò)展帶寬)的精確值。
如上所述，天線具有至少兩對諧振器結(jié)構(gòu)，因此天線至少具有兩個諧振頻率，能在至少兩個頻帶中操作。如上所述，很清楚，兩個諧振頻率一般彼此不同。
產(chǎn)生本發(fā)明所述的特征的試驗表明，所述雙頻帶天線具有附加的濾波器功能，該天線能夠?qū)⒔邮盏男盘栠^濾到對應(yīng)于天線不同頻帶的通道中。
例如，如果天線收到頻率在與天線的第一諧振器結(jié)構(gòu)相應(yīng)的第一頻帶中的電磁波，那么與第一頻率范圍相應(yīng)的饋線處的輸出端為高。另一方面， 與第二頻率范圍相應(yīng)的饋線處的輸出端為低。當(dāng)天線收到頻率在與天線的第二諧振器結(jié)構(gòu)相應(yīng)的第二頻帶中的電磁波時，情況正好相反。
可見，本發(fā)明涉及單個元件，該元件是一個天線，同時是一個(頻率)濾波器或者雙工器。這將簡化無線通信設(shè)備的設(shè)計，因為其需要的元件要少一個。而且，由于安裝的元件少了一個，雙工天線允許具有更低價格、更輕質(zhì)量的更小無線通信設(shè)備。由于天線可以采用傳統(tǒng)的表面安裝技術(shù)安裝，并因而是兼容SMD的，所以無線通信設(shè)備的生產(chǎn)過程不需要改變。天線既可以平行也可以垂直與無線通信設(shè)備的印刷電路板對準(zhǔn)。
用于本發(fā)明范圍的天線是一種修改的介電共用天線(DBA)。這類型天線的更多細(xì)節(jié)，尤其是諧振器結(jié)構(gòu)的幾何形狀和材料，諧振器結(jié)構(gòu)的制造方法和作為基片所使用的材料都在EP1289053A2中所公開，這些在說明書中都明確提到。
一般，每個第二諧振器結(jié)構(gòu)都有自己的接地連接。然而，將至少兩個這樣的諧振器結(jié)構(gòu)共享一個接地連接也是有可能的。這種可能性可借助在具有分支到第二諧振器結(jié)構(gòu)中的單個接地線的天線來完成。這樣的好處是需要少一個的端口以簡化天線。
在一個最簡單的情況下，第一和第二諧振器結(jié)構(gòu)具有細(xì)長結(jié)構(gòu)，如果該對諧振器結(jié)構(gòu)大體相等，并且如果兩個或者更多的諧振器結(jié)構(gòu)以同樣的方式連接無源元件，那么，第二諧振器結(jié)構(gòu)的總長度確定激勵哪個諧振。
優(yōu)選地，第二諧振器結(jié)構(gòu)從分支點到開路端測量的長度不相同。這種情況下，該長度確定上述的諧振頻率。例如，以這樣一種方式選擇長度，即較短的結(jié)構(gòu)具有在DCS范圍中的諧振，較長的結(jié)構(gòu)具有在GSM中的諧振。
如果第二諧振器結(jié)構(gòu)具有不同的接地連接，那么至少一個第二諧振器結(jié)構(gòu)可連接一個或更多的無源元件。以這種方式，在不影響其它諧振頻率或其它帶寬的情況下，單個的諧振頻率可以被調(diào)整，帶寬可以被增寬。
如上所述，基片上的第一對諧振器結(jié)構(gòu)具有第一諧振頻率，優(yōu)選地，第一諧振頻率基本上在824MHz到960MHz的頻率范圍中，該范圍是GSM850和GSM900的頻帶范圍。
基片上的第二對諧振器結(jié)構(gòu)具有第二諧振頻率。優(yōu)選地，第二諧振頻率基本上在1710MHz到1990MHz的頻率范圍中，該范圍是PCS/PCS的頻帶范圍。
以上這些和本發(fā)明的其他的方面將此后所述的實施例中顯而易見或者予以闡明。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有兩對帶有單個接地連接的諧振器結(jié)構(gòu)的天線的示意圖。
圖2示出圖1中所示天線的散射參數(shù)sxx的圖表。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的具有兩對諧振器結(jié)構(gòu)和兩個接地連接的天線的示意圖。
具體實施例方式圖1、所示根據(jù)本發(fā)明的天線的第一個實施例，該天線具有由介電常數(shù)εr為20.6的NPO材料制成的陶磁基片1。該基片具有體積為17×11×2mm3的正平行六面體形狀。
基片1的表面4上有兩對金屬諧振器結(jié)構(gòu)2，3。每個金屬諧振器結(jié)構(gòu)2，3由基片上的一層銀構(gòu)成。兩對金屬諧振器結(jié)構(gòu)2，3通過印制工藝貼附到基片1上。當(dāng)然也可以采用其它的工藝，諸如濺射工藝、電化學(xué)工藝和更多已知的工藝。
天線可以平行或者垂直與無線通信設(shè)備的印刷電路板(未示出)對準(zhǔn)。在后面的情況中，表面4的直線法線平行于印刷電路板。
第一對諧振器結(jié)構(gòu)2包括接有50Ω的饋線2C的第一諧振器結(jié)構(gòu)2A。這個第一諧振器結(jié)構(gòu)2A也叫饋電諧振器結(jié)構(gòu)，其具有相應(yīng)的連接到饋電點5的第二諧振器結(jié)構(gòu)2B。第二對諧振器結(jié)構(gòu)3包括接有50Ω的饋線3C的第一諧振器結(jié)構(gòu)3A。這個第二諧振器結(jié)構(gòu)2B也叫饋電諧振器結(jié)構(gòu)，其具有相應(yīng)的連接到接地點5的第二諧振器結(jié)構(gòu)3B。
第二諧振器結(jié)構(gòu)2B和3B有單個接地連接5，其特征在于這兩個諧振器結(jié)構(gòu)在分支點P處分叉。根據(jù)從分支點P到相應(yīng)的開路端的長度來測量第二諧振器結(jié)構(gòu)2B和3B的長度。該長度是如此使得在第二諧振器結(jié)構(gòu)2B中激勵大體上900MHz的諧振頻率，從而處于GSM900頻帶中；在第二諧振器結(jié)構(gòu)3B中激勵大體上1800MHz(DCS)的諧振頻率，從而處于DCS頻帶中。
饋線2C和3C都選擇具有50Ω的阻抗。為了使阻抗匹配所期望的值，第一諧振器結(jié)構(gòu)3A的開路端與相應(yīng)的第二諧振器結(jié)構(gòu)3B的開路端之間的距離s1是相應(yīng)可調(diào)的。s1的距離越小就使得相應(yīng)饋線3C的阻抗就越小。由此，s2的距離越小就使得相應(yīng)饋線2C的阻抗就越小。阻抗如此匹配良好，饋線2C和3C可以直接連接到電信設(shè)備的電路中。
圖2所示的是圖1中的天線的散射參數(shù)sxx作為頻率f的函數(shù)的圖表。圖中，虛曲線s11代表運行在GSM頻率范圍中的第一對諧振器結(jié)構(gòu)2的散射參數(shù)。點曲線s22代表運行在DCS頻率范圍中的第二對諧振器結(jié)構(gòu)3的散射參數(shù)。實曲線s12(＝s21)代表從一對諧振器結(jié)構(gòu)2，3到另一對諧振器結(jié)構(gòu)2，3的傳輸，反之亦然。
如果電信設(shè)備運行在GSM頻率范圍中，GSM端口將要調(diào)節(jié)到與50Ω饋線匹配良好。這種情況下，曲線s11在大約900MHz處有明顯的大小為-13dB的諧振傾斜，從而處于GSM900頻帶中。同時，DCS端口不匹配，曲線s22僅顯示有大小為-1.5dB的諧振傾斜。
另一方面，如果設(shè)備運行在DCS頻率范圍中，DCS端口將要調(diào)節(jié)到與50Ω饋線匹配良好。這種情況下，曲線s22在大約1710MHz處有非常深的大小為-30dB的諧振傾斜，從而處于DCS1800頻帶中。同時，GSM端口極不匹配，在DCS頻率范圍內(nèi)曲線s11顯示沒有諧振傾斜。
散射參數(shù)s12＝s21表示從第一端口到第二端口的傳輸或反之亦然，兩個端口之間的隔離在GSM頻率范圍內(nèi)好于-7.5dB，在DCS頻率范圍內(nèi)更好(-22dB)。
天線的全部效率取決于因不完全的匹配所造成的損耗和由于天線自身原因所產(chǎn)生的損耗。如果將這兩種損耗都計算在內(nèi)，則在GSM頻率范圍內(nèi)總效率是40％，在DCS頻率范圍內(nèi)總效率是72％。如果將因不完全的匹配(信號的反射)所造成的損耗計算在內(nèi)，則在GSM頻率范圍內(nèi)總效率是51.2％，在DCS頻率范圍內(nèi)總效率是72％。通過選擇較大的第一諧振器結(jié)構(gòu)2A和3A的開路端之間的距離d，使傳輸降低。
圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例，該實施例和第一個實施例十分相似。第一諧振器結(jié)構(gòu)2B的幾何形狀略有不同。更重要的是，第二諧振器結(jié)構(gòu)2B和3B具有分離的接地連接5和5’。這樣就使得通過將一個或者更多的無源元件6，6’連接到第二諧振器結(jié)構(gòu)2B，3B上，從而使各自調(diào)節(jié)兩對諧振器結(jié)構(gòu)的諧振頻率和/或增寬其帶寬成為可能。
值得提及的是，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)特征不僅可以運用在諸如移動電話的手持通信設(shè)備上，還可以用于射頻識別(RFID)領(lǐng)域中所謂的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。
根據(jù)本發(fā)明的包括絕緣基片的天線不僅具有兩對金屬諧振器結(jié)構(gòu)，還可以具有三對、四對或更多對的金屬諧振器結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信設(shè)備的天線，包括a)絕緣基片(1)，其表面(4)上具有兩對金屬諧振器結(jié)構(gòu)(2，3)，b)每對諧振器結(jié)構(gòu)(2，3)包括連接饋線(2C，3C)的第一諧振器結(jié)構(gòu)(2A，3A)，和具有接地連接(5，5’)的第二諧振器結(jié)構(gòu)(2B，3B)，所述第一和第二諧振器結(jié)構(gòu)彼此電隔離并彼此鄰近布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述第一和第二諧振器結(jié)構(gòu)是細(xì)長結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述天線具有分支到第二諧振器結(jié)構(gòu)(2B，3B)中的單個接地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于從所述分支點測量的第二諧振器結(jié)構(gòu)的長度是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于至少一個第一或第二諧振器結(jié)構(gòu)連接到一個或者多個無源元件(6，6’)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述第一對諧振器結(jié)構(gòu)的諧振頻率基本上在824MHz到960MHz的頻率范圍中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述第二對諧振器結(jié)構(gòu)的諧振頻率基本上在1710MHz到1990MHz的頻率范圍中。
8.一種移動通信設(shè)備，其特征在于所述移動通信設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線，其特征在于所述移動通信設(shè)備被設(shè)計成用于射頻鑒別(RFID)目的的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適宜于運行在GSM和DCS頻帶范圍內(nèi)的雙頻帶天線。同時，所述雙頻帶天線具有雙工器功能。本發(fā)明使利用一個或更少的元件制造無線通信設(shè)備成為可能，從而減輕其重量和生產(chǎn)成本。
文檔編號H01Q9/04GK101015089SQ200580005280
公開日2007年8月8日 申請日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者A·希爾格斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司