專(zhuān)利名稱(chēng)：便攜設(shè)備緊湊天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜緊湊天線，更具體地涉及這樣的天線，該天線被設(shè)計(jì)用來(lái)接收電視信號(hào)，特別是在諸如便攜計(jì)算機(jī)、PDA(個(gè)人助理)或需要天線來(lái)接收電磁信號(hào)的任何其他類(lèi)似設(shè)備的便攜電子設(shè)備上的數(shù)字信號(hào)的接收。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的附件市場(chǎng)上，存在可以在膝上型計(jì)算機(jī)上直接接收數(shù)字地面電視(TNT)的信號(hào)的設(shè)備零件。膝上型計(jì)算機(jī)上的數(shù)字地面電視信號(hào)的接收可受益于所述計(jì)算機(jī)用于將數(shù)字圖像解碼、特別是將MPEG2或MPEG4格式的數(shù)字圖像流解碼的計(jì)算能力。這種設(shè)備最常以具有兩個(gè)接口的單元的形式銷(xiāo)售，這兩個(gè)接口即一個(gè)RF(射頻)無(wú)線電接口，用于連接到內(nèi)部或外部VHF-UHF天線；以及USB接口，用于連接到計(jì)算機(jī)。
當(dāng)前在市場(chǎng)上的設(shè)備一般由諸如安裝在帶有USB連接器的單元上的鞭狀或環(huán)形天線的獨(dú)立天線構(gòu)成。
在2005年4月20日提交的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第0551009號(hào)中，申請(qǐng)人提出了一種緊湊的寬帶天線，它覆蓋整個(gè)UHF波段，并且由偶極型天線構(gòu)成。這種天線與特別是可以通過(guò)使用USB型連接器而連接到便攜設(shè)備的電子卡相關(guān)聯(lián)。
更具體地說(shuō)，在法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第0551009號(hào)中描述的天線包括被不同地提供的第一和第二導(dǎo)電臂，被稱(chēng)為第一臂的所述臂之一形成電子卡的至少一個(gè)外殼。更具體地說(shuō)，第一臂具有盒子的形式，包括由偶極型天線接收的信號(hào)的處理電路的電子卡被插入所述盒子中。這些電路往往被連接到使得能夠連接到膝上型計(jì)算機(jī)或任何其他類(lèi)似設(shè)備的USB型連接器。
在本專(zhuān)利申請(qǐng)中提出的解決方案覆蓋整個(gè)UHF波段。但是，為了能夠使用這種類(lèi)型的產(chǎn)品來(lái)提供最寬的可能的覆蓋，重要的是除了UHF波段(470-862MHz)之外，還至少能夠接收VHF-III波段(174-225...230MHz)，在所述VHF-III波段中，諸如德國(guó)或意大利的一些國(guó)家繼續(xù)廣播數(shù)字多路復(fù)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種能夠滿足此要求的便攜緊湊天線。
根據(jù)本發(fā)明的便攜緊湊天線包括偶極型的第一輻射元件，其在第一頻帶中操作，并且由被不同地提供的第一導(dǎo)電臂和至少一個(gè)第二導(dǎo)電臂形成，被稱(chēng)為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個(gè)外殼，其特征在于，被稱(chēng)為熱臂的第二臂通過(guò)導(dǎo)線元件(wire element)而延伸，選擇由第一臂、第二臂和導(dǎo)線元件形成的組件的長(zhǎng)度，以便提供在第二頻帶中的操作。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，所述組件的長(zhǎng)度等于λ2/(2×(1+α))，其中，λ2是在第二頻帶的中心頻率處的波長(zhǎng)，α是在0和1之間的系數(shù)。優(yōu)選的是，α是在0.15和0.2之間的系數(shù)。這個(gè)系數(shù)用于相對(duì)于使用頻率而以這樣的方式調(diào)整天線的理論諧振頻率以獲得阻抗匹配。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一頻帶是UHF波段，第二頻帶是VHF波段、優(yōu)選為VHF-III波段。
對(duì)于在UHF波段上的操作，第一和第二臂每個(gè)具有等于λ1/4的長(zhǎng)度，其中，λ1是在第一頻帶、即UHF波段的中心頻率處的波長(zhǎng)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在熱臂中提供導(dǎo)線元件。根據(jù)另一實(shí)施例，通過(guò)在與熱臂一體的套管中的可伸縮部分來(lái)形成所述導(dǎo)線元件。
而且，為了獲得以分集操作的天線，第一輻射元件包括在第一臂的一個(gè)末端處旋轉(zhuǎn)安裝的兩個(gè)第二臂，每個(gè)第二臂通過(guò)導(dǎo)線元件而延伸。


當(dāng)閱讀對(duì)不同實(shí)施例的描述時(shí)，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯現(xiàn)，所述說(shuō)明是參考在附錄中所附的圖進(jìn)行的，其中圖1是用申請(qǐng)人名義的法國(guó)專(zhuān)利第0551009號(hào)中描述的天線的概略透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的天線的第一實(shí)施例的概略透視圖。
圖3是示出形成根據(jù)本發(fā)明的天線的不同元件的長(zhǎng)度的圖。
圖4示出在VHF和UHF頻帶上的、具有在圖3中提供的尺寸的天線的阻抗的實(shí)部和虛部。
圖5示出兩條阻抗匹配曲線，一條是不使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的天線的S11響應(yīng)，另一條是使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的天線的S11響應(yīng)。
圖6是用于獲得圖5的結(jié)果的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的概略表示。
圖7是示出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的損耗的曲線。
圖8是示出在VHF和UHF波段中的天線增益的曲線。
圖9是示出在VHF和UHF波段中的天線效率的曲線。
圖10示出通過(guò)模擬根據(jù)圖3和圖4的天線獲得的分別在UHF和VHF波段中的輻射圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的天線的另一實(shí)施例的概略透視圖表示。
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的天線的一部分的概略透視圖表示。
圖13示出具有或不具有槽(slot)的圖12的天線的阻抗的實(shí)部和虛部的模擬結(jié)果。
圖14概略地示出圖2的天線的導(dǎo)線元件的不同方位。
圖15示出圖14的不同實(shí)施例的阻抗匹配曲線。
圖16是使得能夠獲得分集的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的概略視圖。
圖17是與根據(jù)本發(fā)明的天線一起使用的電子卡的概略表示。
為了簡(jiǎn)化描述，相同的元件在附圖中具有相同的附圖標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，首先將描述依照以申請(qǐng)人名義的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第0551009號(hào)的偶極型天線的實(shí)施例，其可用于在膝上型計(jì)算機(jī)或類(lèi)似設(shè)備上接收地面數(shù)字電視。
如圖1所示，這個(gè)偶極型天線包括也被稱(chēng)為冷臂的第一導(dǎo)電臂1和也被稱(chēng)為熱臂的第二導(dǎo)電臂2，兩臂通過(guò)位于每個(gè)臂的末端之一處的鉸接區(qū)域3而彼此連接。
更具體地說(shuō)，臂1明顯具有特別是能夠接納電子卡的盒子的形狀。所述盒子具有明顯矩形形式的部分1a，其通過(guò)逐漸展開(kāi)的彎曲部分1b延伸，使得逐漸地輻射能量，這提高了在更寬頻帶上的阻抗匹配。臂1的長(zhǎng)度明顯等于λ1/4，其中，λ1是在中心操作頻率處的波長(zhǎng)。因此，對(duì)于在UHF波段(在470和862MHz之間的頻帶)中的操作，臂1的長(zhǎng)度接近112mm。
如圖1所示，所述天線包括圍繞軸或銷(xiāo)3而旋轉(zhuǎn)安裝的第二臂2，所述軸或銷(xiāo)3也是所述天線到信號(hào)處理電路、即到被插入由臂1形成的盒子的未示出的電子卡的連接點(diǎn)。通過(guò)金屬絞合線(strand)(例如同軸或類(lèi)似電纜)來(lái)進(jìn)行天線的電連接，而旋轉(zhuǎn)軸是由對(duì)于電磁波相對(duì)透明的材料構(gòu)成的。
如圖1所示，可圍繞銷(xiāo)3而鉸接的臂2具有明顯等于λ1/4的長(zhǎng)度。臂2也具有彎曲的輪廓，后面跟隨著扁平的矩形部分，使得在閉合位置上能夠?qū)⑺鄬?duì)于臂1而完全折疊回去。將臂2相對(duì)于臂1而旋轉(zhuǎn)安裝在3上，這使得能夠更改臂2的方位，以便優(yōu)化電視信號(hào)的接收。
圖1所示的天線被確定尺寸以便在UHF波段中工作。但是，為了保證最寬的可能商業(yè)覆蓋范圍，所感興趣的是這種類(lèi)型的天線除了UHF頻帶之外還可以接收VHF頻帶、特別是VHF-III頻帶(174-225...230MHz)，其中在所述VHF-III頻帶中，諸如德國(guó)或意大利的一些國(guó)家繼續(xù)廣播數(shù)字多路復(fù)用。
因此。在圖2上，以根據(jù)本發(fā)明的天線示出第一實(shí)施例，所述天線能夠在UHF和VHF波段中工作，如將在下面更詳細(xì)地解釋的那樣。因此，在銷(xiāo)3的位置(level)上進(jìn)行到信號(hào)處理電路的連接。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的天線包含第一臂1或冷臂，其像圖1的天線的臂1那樣具有盒子的形狀。這個(gè)臂1通過(guò)臂2或熱臂而延伸，所述臂2或熱臂通過(guò)銷(xiāo)或軸3而連接到旋轉(zhuǎn)臂1。
根據(jù)本發(fā)明并且如圖2所示，熱臂2通過(guò)導(dǎo)線元件或絞合線4而延伸。由臂1、臂2和導(dǎo)線元件4構(gòu)成的組件是由導(dǎo)電材料、最好是金屬或可金屬化的材料構(gòu)成的。
根據(jù)本發(fā)明并且如參照?qǐng)D3的圖更詳細(xì)地解釋的那樣，選擇由臂1、臂2和導(dǎo)線元件4形成的組件的總長(zhǎng)度、即電長(zhǎng)度，以便允許在VHF-III(174-230MHz)和UHF(470-862MHz)波段中的天線的阻抗匹配。因此，總長(zhǎng)度明顯等于0.5×λ2/(1+α)，其中，λ2是在VHF-III波段的中心頻率處的波長(zhǎng)，α是在0和1之間、優(yōu)選為在0.15和0.2之間的系數(shù)，這個(gè)系數(shù)用于相對(duì)于使用頻率而調(diào)整天線的理論諧振頻率，以便能夠提供其阻抗匹配，如將在下面更詳細(xì)地解釋的那樣。為了能夠接收UHF波段，如上面參照?qǐng)D1所述，臂1和臂2具有明顯相等的長(zhǎng)度L1和L2，使得L1 λ1/4并且L λ1/4，其中，λ1是UHF波段的中心頻率處的波長(zhǎng)。因此，對(duì)于666MHz的中心UHF頻率，所述偶極的每個(gè)臂1和2的長(zhǎng)度明顯等于11cm。
為了保證在VHF波段中的操作，如圖3所示，由臂1、臂2和導(dǎo)線元件4構(gòu)成的組件的總長(zhǎng)度等于大約λ2/2(2×(1+α))，其中λ2是在VHF波段的中心頻率處的波長(zhǎng)。優(yōu)選地，α在0.15和0.2之間。這意味著在比中心頻率略高的頻率(即f f2×(1+α))上對(duì)天線進(jìn)行阻抗匹配。實(shí)際上，這一偏移使得能夠在保持良好效率的同時(shí)在工作頻率上對(duì)天線進(jìn)行阻抗匹配。事實(shí)上，如圖4所示，天線所呈現(xiàn)出的阻抗在諧振時(shí)、即在虛部為0時(shí)為高。這個(gè)阻抗具有大約1000歐姆的值。因此，難以對(duì)在例如50或75歐姆量級(jí)(order)上的負(fù)載阻抗來(lái)匹配天線。為了獲得較低的天線阻抗，有可能搜索位于諧振頻率之上的較低工作頻率。但是，為了減小導(dǎo)線元件的尺寸，更優(yōu)選的是在諧振頻率之下操作天線；這是為什么將諧振頻率選擇為大于工作頻率以便減小天線尺寸的原因。
因此，如圖3所示，導(dǎo)線元件4的長(zhǎng)度等于L3 0.5×λ2/(1+α)-λ2/2。因此，對(duì)于在F2＝200MHz的VHF波段中的工作頻率和系數(shù)α＝0.175，獲得約41cm的導(dǎo)線元件長(zhǎng)度。
對(duì)于上述實(shí)施例，在VHF波段中，可以將天線視為不對(duì)稱(chēng)的偶極。而且，在UHF頻率上，由導(dǎo)線元件帶到熱臂(即臂2)邊緣的電阻抗平面等同于開(kāi)路平面，因此對(duì)于UHF頻率相當(dāng)透明。通過(guò)使用上述設(shè)計(jì)規(guī)則，在熱元件末端增加金屬導(dǎo)線元件對(duì)于天線在UHF波段中的操作干擾很小。
參照?qǐng)D5-10，將描述如上所述使用根據(jù)本發(fā)明的天線獲得的模擬結(jié)果。利用Zeland的IE3D軟件來(lái)進(jìn)行天線模擬。使用4.9×107(S/m)的導(dǎo)電率和35微米的厚度來(lái)定義用于模擬的材料。使用Agilent Technologies的ADS軟件來(lái)執(zhí)行圖6的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。
圖5示出了兩條阻抗匹配曲線，一條是不使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)而模擬的天線的S11響應(yīng)，另一條是使用諸如圖6所示的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)而模擬的天線的S11響應(yīng)。在所示出的實(shí)施例中，該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由具有值Zc＝75歐姆的阻抗Z構(gòu)成。它包括在天線A和阻抗Z之間串聯(lián)安裝的自阻抗L1。自阻抗L1具有20nH的值。這個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)允許對(duì)VHF波段和UHF波段二者、對(duì)75歐姆負(fù)載進(jìn)行阻抗匹配。圖5示出了在這兩個(gè)VHF和UHF頻帶上由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)作出的S11響應(yīng)的改善。因此，在VHF頻帶(相應(yīng)地，UHF)中的S11水平(level)好于-0.7dB(相應(yīng)地，-4dB)，標(biāo)記(m3、m7、m10和m12)指定在利用其阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)天線進(jìn)行優(yōu)化之后獲得的S11水平。
而且，如圖7所示，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的損耗在UHF波段中(即在470和862MHz之間)是2.5dB，并且在VHF波段中(即在174和230MHz之間)是8dB。
表示在這兩個(gè)波段上的天線增益的圖8示出VHF波段增益在-6dB和1.8dB之間，而UHF波段增益在0.5dB和3dB之間。
而且，如表示在兩個(gè)波段中的天線效率的圖9所示，天線在VHF波段中具有至少20％的效率，并且在UHF波段中具有至少58％的效率。
此外，圖10示出了分別在UHF和VHF波段中的諸如圖2所示的天線的模擬輻射圖。這些準(zhǔn)全向圖確認(rèn)所述天線在兩種情況下具有偶極型行為。
現(xiàn)在將描述實(shí)施例的不同變化形式。因此，圖11示出了第一種變化形式，其中，由可伸縮元件4a、4b、4c構(gòu)成導(dǎo)線元件。所述元件之一4a形成被固定在熱臂2上的金屬套管4a，形成絞合線的另兩個(gè)元件4a、4b可被插入其中。這使得能夠僅在需要VHF波段接收時(shí)通過(guò)使用絞合線來(lái)對(duì)天線進(jìn)行阻抗匹配。在這種情況下，UHF操作顯然相同，因?yàn)槌^(guò)熱臂的可伸縮元件的長(zhǎng)度給這個(gè)臂的末端帶來(lái)開(kāi)路平面，這使得可伸縮元件比較透明。而且，位于金屬套管4a的位置上的熱臂的較小的厚度增大不會(huì)使UHF操作變差，況且由于本領(lǐng)域技術(shù)人員知道偶極天線的體積增大趨向于增大其阻抗匹配波段，所以更是如此。
在圖12中，示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。在這種情況下，熱臂2特征在于槽2’，緊跟在其后插入導(dǎo)線元件4。這個(gè)實(shí)施例可以減小導(dǎo)線元件的長(zhǎng)度。事實(shí)上，如示出具有或不具有槽的天線阻抗的實(shí)部和虛部的圖13所示，可以看出增加0.2mm寬和9cm長(zhǎng)的槽將諧振頻率降低14MHz。事實(shí)上，在相等的諧振頻率上，導(dǎo)電導(dǎo)線元件的長(zhǎng)度減小4cm。
在槽2a的長(zhǎng)度和導(dǎo)線元件的減小量(reduction)之間的比率取決于空中的導(dǎo)電導(dǎo)線元件和導(dǎo)線元件沿著臂2的延伸部分之間的相對(duì)波長(zhǎng)。
參照?qǐng)D14和15，現(xiàn)在將描述導(dǎo)電導(dǎo)線元件4的位置相對(duì)于天線的熱臂2而可具有的影響。事實(shí)上，導(dǎo)電導(dǎo)線元件4在熱臂2的延伸部分中不一定是拉緊的。如表示對(duì)于圖4所示的三個(gè)位置V1、V2和V3的S11阻抗匹配的圖15所示，可以看出天線在VHF和UHF波段中保持完全可以接受的行為，而與導(dǎo)線元件4的位置無(wú)關(guān)。因此，在導(dǎo)線元件形狀上的這種修改允許對(duì)于給定的接收信道、對(duì)天線的阻抗匹配獲得一定的靈活性。
參照?qǐng)D16，現(xiàn)在將描述允許獲得具有分集的天線系統(tǒng)的所述天線的特定實(shí)施例，所述天線系統(tǒng)可以在UHF波段和VHF波段中操作。在這種情況下，冷導(dǎo)電臂1連接到兩個(gè)熱臂、即臂2和2a。如同圖2的實(shí)施例那樣，每個(gè)熱臂通過(guò)導(dǎo)電絞合線(4，4’)延伸，在所示出的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電絞合線(4，4’)被安裝在覆蓋這兩個(gè)絞合線4和4’的非導(dǎo)電套管5中。這個(gè)特定實(shí)施例使得能夠形成環(huán)以懸掛天線。如對(duì)于圖2的天線描述的那樣，計(jì)算這個(gè)天線系統(tǒng)的不同元件的尺寸。
而且，參照?qǐng)D17，將描述電子卡的示例，其可以與根據(jù)本發(fā)明的天線一起使用，如在圖2中所述。這個(gè)電子卡被設(shè)計(jì)為被插入包含作為外殼或作為盒子元件的冷臂1的盒子中。這個(gè)電子卡10包括LNA放大器11，天線的同軸電纜在鉸鏈3的位置上連接到所述LNA放大器11。LNA11連接到處理VHF波段和UHF波段二者的所合并的調(diào)諧器12。調(diào)諧器12連接到解調(diào)器13，解調(diào)器13的輸出連接到USB接口14，其本身連接到USB連接器15。因此，有可能利用這一系統(tǒng)將天線連接到膝上型計(jì)算機(jī)或任何其他顯示元件的USB輸入，這尤其使得能夠在計(jì)算機(jī)、PDA或其他便攜設(shè)備上接收地面數(shù)字電。
權(quán)利要求
1.一種便攜緊湊天線，包括偶極型的第一輻射元件，其在第一頻帶中操作，并且由被不同地提供(3)的第一臂(1)和至少一個(gè)第二導(dǎo)電臂(2)形成，被稱(chēng)為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個(gè)外殼，其特征在于，被稱(chēng)為熱臂的第二臂通過(guò)導(dǎo)電導(dǎo)線元件(4；4a，4b，4c)延伸，選擇由第一臂、第二臂和導(dǎo)線元件形成的組件的長(zhǎng)度，以便提供在第二頻帶中的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其特征在于，所述組件的長(zhǎng)度等于λ2/(2×(1+α))，其中，λ2是在第二頻帶的中心頻率處的波長(zhǎng)，α是在0和1之間的系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其特征在于，α在0.15和0.2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的天線，其特征在于，第一頻帶是UHF波段，第二頻帶是VHF波段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的天線，其特征在于，所述VHF頻帶是VHF-III波段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的天線，其特征在于，緊鄰著在熱臂(2)中提供的槽(2’)而插入導(dǎo)線元件(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的天線，其特征在于，通過(guò)在與熱臂(2)集成的套管(4a)中的可伸縮元件(4a，4b，4c)來(lái)形成導(dǎo)線元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的天線，其特征在于，第一輻射元件包括在第一臂的一個(gè)末端旋轉(zhuǎn)安裝的兩個(gè)第二臂(2，2’)，每個(gè)第二臂通過(guò)導(dǎo)線元件(4，4’)而延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的天線，其特征在于，第一和第二臂每個(gè)具有等于λ1/4的長(zhǎng)度，其中，λ1是在第一頻帶的中心頻率處的波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜緊湊天線，其包括偶極型的第一輻射元件，該第一輻射元件在第一頻帶中操作，并且由不同地提供3的第一臂1和至少一個(gè)第二導(dǎo)電臂2形成，被稱(chēng)為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個(gè)外殼，其特征在于，被稱(chēng)為熱臂的第二臂通過(guò)導(dǎo)電導(dǎo)線元件4延伸，選擇由第一臂1、第二臂2和導(dǎo)線元件4形成的組件的長(zhǎng)度，以便提供在第二頻帶中的操作。
文檔編號(hào)H01Q5/01GK101013773SQ20071000148
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者菲利普·米納德, 讓-弗朗科伊斯·平托斯, 艾利·洛齊爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司