專利名稱：無線通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括天線的無線通信設(shè)備，該天線具有伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱、在芯柱頂部的外表面上或靠近外表面的伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元、以及環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體匯流器，例如導(dǎo)體套筒。本發(fā)明也涉及包括這樣的天線的天線系統(tǒng)和對(duì)該天線的新穎使用。
在申請(qǐng)人的以號(hào)碼2292638A公布的共同未決英國專利申請(qǐng)中揭示了以上描述的天線，該專利的主題內(nèi)容在本說明中被引用以供參考。在其優(yōu)選的形式中，該申請(qǐng)的天線具有圓柱的陶瓷芯柱，芯柱的固體陶瓷材料的體積占據(jù)了由伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元和套筒所確定的包絡(luò)的內(nèi)部體積的至少50％，導(dǎo)體單元位于芯柱的外圓柱面上。
天線具體地用來接收來自可以是直接在天線上方的，即在其軸上的源，或在垂直于天線軸并通過天線的平面上幾度的位置處的源，或來自位于立體角內(nèi)的任何地方的源的園極化信號(hào)。這樣的信號(hào)包括由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(例如GPS，全球定位系統(tǒng))的衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)。為了接收這樣的信號(hào)，伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元包括四個(gè)具有公共中心軸的共同延伸的螺旋單元，該公共中心軸是芯柱的軸，這些單元被安排為兩個(gè)側(cè)面地相對(duì)的單元對(duì)，一對(duì)單元具有的電長(zhǎng)度比另一對(duì)單元的電長(zhǎng)度長(zhǎng)。
這樣的天線比起空氣芯天線具有牢固和小尺寸的優(yōu)點(diǎn)，它比起貼片天線具有在發(fā)射衛(wèi)星源所位于的立體角內(nèi)的更均勻的增益的優(yōu)點(diǎn)。
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，有可能在可能互相間隔開的不同的頻段中使用這樣的天線。因此，本發(fā)明提供包括天線的無線通信設(shè)備，以及連接到天線的，能工作在至少兩個(gè)射頻頻段的無線通信電路裝置，其中天線包括伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱，幾乎傳送通過芯柱從芯柱的一端到另一端的位于芯柱外表面上或靠近該外表面的饋電器結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)伸長(zhǎng)導(dǎo)體天線單元和在芯柱的所述一端的區(qū)域中具有到饋電器結(jié)構(gòu)的接地連接的導(dǎo)體匯流器的串聯(lián)組合，每個(gè)天線單元被耦合到在芯柱的所述另一端的區(qū)域中的饋電器結(jié)構(gòu)的饋電連接，以及其中無線通信電路裝置具有兩個(gè)能分別工作在第一和第二射頻頻段的部分，每個(gè)部分與用于在天線饋電器結(jié)構(gòu)和各自的電路裝置部分之間輸送信號(hào)的各自的信號(hào)線路有關(guān)，天線在第一頻段以第一諧振模式諧振以及在第二頻段以第二諧振模式諧振。
第一諧振模式可以與在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端處的幾乎平衡的饋電電流有關(guān)，例如，當(dāng)匯流器把伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元和在天線基部處的接地連接幾乎隔離開時(shí)。在天線具有一對(duì)或多對(duì)作為輻射單元工作的伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元，和環(huán)繞介質(zhì)棒的以導(dǎo)體套筒形式的匯流器的情況下，每對(duì)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元起到環(huán)路的作用，電流環(huán)繞著在每對(duì)單元的互相相對(duì)的單元之間的套筒的邊框流動(dòng)。在天線具有兩對(duì)或多對(duì)構(gòu)成不同電長(zhǎng)度的環(huán)路的部分的螺旋單元的情況下，這樣的平衡工作可以典型地和在以螺旋單元的公共中心軸為中心的立體角內(nèi)發(fā)出的園極化信號(hào)有關(guān)。在這種第一模式下，天線在靠近或位于伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元到饋電器結(jié)構(gòu)的連接處以及在靠近或位于它們與套筒的邊框的接頭處，可以呈現(xiàn)電流最大值或電壓最小值。
第二諧振模式優(yōu)選地與在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端處的單端或非平衡的饋電電流有關(guān)，例如，典型地是當(dāng)天線在用于接收或發(fā)送線極化信號(hào)，特別是在天線中心軸方向上的極化的信號(hào)的單極子模式下諧振時(shí)的情況。這樣的諧振模式的特征在于，其駐波電流最小值幾乎是在天線棒末端之間的中點(diǎn)。
在第一諧振模式下，諧振頻率典型地是伸長(zhǎng)單元的電長(zhǎng)度的函數(shù)，而第二諧振模式的諧振頻率是(a)伸長(zhǎng)單元的電長(zhǎng)度和(b)套筒電長(zhǎng)度的和值的函數(shù)。在通常情況下，伸長(zhǎng)導(dǎo)體單元的電長(zhǎng)度是使得在與第一諧振模式有關(guān)的諧振頻率上產(chǎn)生至少大約180°的平均發(fā)送延時(shí)。第二諧振模式的頻率可以由在縱方向上伸長(zhǎng)導(dǎo)體單元的平均電長(zhǎng)度和套筒的平均電長(zhǎng)度的和值確定，相當(dāng)于在該頻率上至少大約180°的發(fā)送延時(shí)。
本發(fā)明也包括用于在至少兩個(gè)頻段上的射頻信號(hào)的天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)天線，具有固體的伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱、(具有伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱，)在芯柱頂部的外表面上的或靠近外表面的至少一個(gè)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元，環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體套筒、以及穿過芯柱延伸的縱向饋電器結(jié)構(gòu)，其中所述伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元在到饋電器結(jié)構(gòu)的頂端的連接和套筒的頂端邊框之間延伸，且套筒貼近地耦合到饋電器結(jié)構(gòu)；以及一個(gè)耦合級(jí)，具有與饋電器結(jié)構(gòu)有關(guān)的公共信號(hào)線、至少兩條用于連接到工作在所述頻段的無線信號(hào)處理設(shè)備的其它信號(hào)線，和被連接在饋電器結(jié)構(gòu)和該其它信號(hào)線之間的，阻抗匹配部分與信號(hào)導(dǎo)引部分，其中信號(hào)導(dǎo)引部分被設(shè)計(jì)來把公共信號(hào)線和兩條其它信號(hào)線中的一條線耦合到一起，以用于處于在第一諧振模式時(shí)天線諧振的一個(gè)頻段的信號(hào)，以及把公共信號(hào)線和兩條其它信號(hào)線中的另一條線耦合到一起，以用于處于在第二諧振模式時(shí)天線諧振的另一頻段的信號(hào)。
在天線系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，耦合級(jí)是具有耦合在公共信號(hào)線和其它信號(hào)線之間的濾波器的雙工器，這些濾波器包括與兩條其它信號(hào)線中的一條線有關(guān)的并調(diào)諧到位于所述兩個(gè)頻段的一個(gè)頻段的較高頻率的第一濾波器和與兩條其它信號(hào)線中的另一條線有關(guān)的并調(diào)諧到位于所述兩個(gè)頻段的另一個(gè)頻段的較低頻率的第二濾波器。雙工器可以包括阻抗變換單元，被耦合在公共信號(hào)線和連接濾波器與阻抗補(bǔ)償分支線的節(jié)點(diǎn)之間。變換單元、濾波器、和分支線都方便地以微帶元件來構(gòu)成。在這樣的結(jié)構(gòu)中，變換單元可以包括在絕緣基片上的導(dǎo)體條帶，該基片反面有導(dǎo)體接地層。該條帶與接地層一起形成預(yù)定特性阻抗的傳輸線。同樣地，分支線可被做成為具有開路端的導(dǎo)體條帶。雖然濾波器可以是傳統(tǒng)的“機(jī)械塊”濾波器，但它們可代之以由在與變換單元和分支線的同一個(gè)基片上的微帶元件來構(gòu)成。這些濾波器通過比起變換單元電長(zhǎng)度是電氣上短的導(dǎo)體，能如希望地被連接到上面提到的節(jié)點(diǎn)。
變換單元也可包括在天線饋電器結(jié)構(gòu)和雙工器節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)的一段電纜，或它可包括這樣的電纜和在饋電器結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)之間的一段微帶的串聯(lián)組合，電纜具有的特性阻抗是在由天線給出的源阻抗和對(duì)于該節(jié)點(diǎn)的選擇的負(fù)載阻抗之間。
雙工器的使用提供了無線通信設(shè)備在兩個(gè)頻段上的同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)不需要同時(shí)運(yùn)行時(shí)，耦合級(jí)可以具有較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，包括用作為信號(hào)導(dǎo)引部分的一個(gè)開關(guān)，用于在公共信號(hào)線和所述的一條其它信號(hào)線之間路由信號(hào)，或在公共信號(hào)線和所述的另一條其它信號(hào)線之間路由信號(hào)。
天線系統(tǒng)典型地只工作在兩個(gè)頻段上，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，有可能提供一個(gè)工作在三個(gè)或三個(gè)以上間隔開的頻段的系統(tǒng)，天線具有相應(yīng)數(shù)目的諧振模式。
按照本發(fā)明的第三方面，提供有無線通信系統(tǒng)，它包括如上所述的天線系統(tǒng)、連接到耦合級(jí)的一條其它信號(hào)線的衛(wèi)星定位或定時(shí)接收機(jī)(例如，GPS接收機(jī))，以及連接到耦合級(jí)的另一條其它信號(hào)線的蜂窩或移動(dòng)電話。在耦合級(jí)是雙工器的情況下，天線和濾波器被配置為使得與天線的不同諧振模式有關(guān)的諧振頻率分別位于接收機(jī)的工作頻段和電話的工作頻段。
雙工器也是本發(fā)明的第四方面的主題，它提供工作在超過200MHz的頻率上的雙工器，包括天線端口；以一段傳輸線的形式的阻抗變換器，其一端耦合到天線端口，及另一端形成電路節(jié)點(diǎn)；第一和第二設(shè)備端口；調(diào)諧到一個(gè)頻率并連接在節(jié)點(diǎn)和第一設(shè)備端口之間的第一帶通濾波器；調(diào)諧到另一個(gè)頻率并連接在節(jié)點(diǎn)和第二設(shè)備端口之間的第二帶通濾波器；以及連接到節(jié)點(diǎn)的電抗補(bǔ)償單元，例如開路分支線單元。
在耦合級(jí)具有作為信號(hào)導(dǎo)引部分的開關(guān)器件的情況下，阻抗匹配部分同樣可以以傳輸線和電抗補(bǔ)償單元的形式被構(gòu)成為阻抗變換器，開關(guān)器件被連接到在這兩者之間的節(jié)點(diǎn)上。
構(gòu)成阻抗變換器的傳輸線的長(zhǎng)度可以這樣，以使得在較高的和較低的頻率之間的一個(gè)頻率上實(shí)現(xiàn)電阻性阻抗變換，由此由于該變換器在兩個(gè)頻率上在所述節(jié)點(diǎn)處的阻抗分別是容抗分量和感抗分量，而其中分支線長(zhǎng)度可以這樣，即使得分別在兩個(gè)頻率上產(chǎn)生感抗和容抗，借此至少部分地補(bǔ)償由于變換器的容抗和感抗，以便在該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生在兩個(gè)頻率中的每個(gè)頻率上的最終合成的阻抗，它比起由于傳輸線的阻抗來說更接近于電阻性。
典型地，傳輸線長(zhǎng)度是這樣，以使得提供在較高和較低之間的至少接近中點(diǎn)的一個(gè)頻率上大約90°的傳輸延時(shí)。
按照本發(fā)明的第五方面，本發(fā)明還提供對(duì)天線的新穎使用，它包括具有相對(duì)介電常數(shù)大于5的伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱，至少一對(duì)在芯柱頂部的外表面上的或靠近外表面的以縱向共同延伸的與側(cè)面地互相相對(duì)的關(guān)系的伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元，環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體套筒，以及延伸穿過芯柱的縱向饋電器結(jié)構(gòu)，所述伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元延伸在到饋電器結(jié)構(gòu)的頂端連接和套筒的頂端邊框之間，其中新穎使用包括使天線工作在至少兩個(gè)間隔開的頻段，一個(gè)頻段包含天線呈現(xiàn)第一諧振模式的頻率的一個(gè)，以及另一個(gè)頻段包含天線呈現(xiàn)的不同于第一模式的第二諧振模式的頻率。
現(xiàn)在將參照附圖以實(shí)例方式描述本發(fā)明，其中

圖1是顯示按照本發(fā)明的無線通信設(shè)備的示意圖；圖2是圖1的系統(tǒng)的天線的透視圖；圖3是安裝在導(dǎo)體接地平面上的天線的軸向截面圖；圖4A、4B和4C是天線的透視圖，表示當(dāng)天線工作在不同諧振模式時(shí)在天線外表面上的導(dǎo)體上的不同駐波圖形；圖5是微帶雙工器的平面視圖；圖6A到6E是顯示圖5的雙工器的工作的斯密思園圖；圖7是按照本發(fā)明的天線系統(tǒng)的示意圖，具有圖2和3所示的天線，通過使用信號(hào)和導(dǎo)引開關(guān)的耦合級(jí)相結(jié)合；圖8是按照本發(fā)明的替換的無線通信設(shè)備的示意圖；圖9是顯示按照本發(fā)明的集成的無線通信單元的示意圖。
參照附圖的圖1，在高于200MHZ的頻率上使用的按照本發(fā)明的無線通信設(shè)備能夠完成不同的功能。它引用一個(gè)天線系統(tǒng)，首先包括一個(gè)以伸長(zhǎng)的圓柱陶瓷棒的形式的天線，具有覆蓋在其外面的金屬單元，以構(gòu)成分成四部分的螺旋天線單元結(jié)構(gòu)，基部的導(dǎo)體套筒形成在天線的輻射單元和在其較低端處的接地連接之間的匯流器。在本說明中，術(shù)語“輻射”是指起到從天線輻射電磁能量的作用的單元，如果從發(fā)射機(jī)適當(dāng)?shù)仞侂姷脑挘窃诎ń邮諜C(jī)的設(shè)備中它起到吸收這樣的能量并把它轉(zhuǎn)換成天線中的歐姆電流。
天線1被安裝在側(cè)面地延伸的導(dǎo)體面2，在本實(shí)施例中，該導(dǎo)體面由雙工器單元3形式的耦合級(jí)的機(jī)盒壁形成。天線的內(nèi)部饋電器結(jié)構(gòu)1A與雙工器單元3在其公共端口3A處相耦合。無線通信設(shè)備包括連接到雙工器單元3的第一設(shè)備端口3B的GPS接收機(jī)4和連接到雙工器單元3的第二設(shè)備端口3C的蜂窩電話接收機(jī)5。
正如將在下面描述的，天線1在間隔開的頻段具有不同的諧振模式。在本例中，第一諧振模式與1.575GHz的諧振頻率有關(guān)，天線對(duì)于在該頻率上的園極化信號(hào)呈現(xiàn)增益的最大值，信號(hào)通常是垂直指向的，即平行于天線的中心軸。這個(gè)頻率是GPS L1頻率。在本實(shí)施例中，天線1的第二諧振模式與860MHz左右的諧振頻率有關(guān)，且信號(hào)是在平行于天線1的中心軸的方向上的線極化。860MHz是處于蜂窩電話頻段的頻率的一個(gè)例子。
雙工器單元3在天線1的單元和第二諧振模式下提供單元4和5到天線1的阻抗匹配，并隔離兩個(gè)單元4和5，這樣它們可獨(dú)立地運(yùn)行，即一個(gè)單元運(yùn)行很大地不受另一個(gè)運(yùn)行的干擾。下面將更詳細(xì)地描述雙工器單元3。
圖1中所描述的設(shè)備適合于對(duì)定位信息和通過蜂窩電話進(jìn)行通信的能力都需要的許多應(yīng)用。這種設(shè)備對(duì)于在汽車中的裝置特別有用，在這種情況下，接收機(jī)4可通過同樣的天線把導(dǎo)航信息提供給駕駛員，正如永久安裝的汽車電話或插入到汽車線路中的便攜式蜂窩電話。天線1和雙工器單元，是小型而堅(jiān)固的，很適合于汽車和其它移動(dòng)應(yīng)用。有可能用雙工器把GPS接收機(jī)和電話一起組合到單個(gè)單元內(nèi)，如果需要的話。
圖2和3更詳細(xì)地顯示了天線1，它是如在申請(qǐng)人的共同未決的英國專利申請(qǐng)N0.9603914.4中所公開的，該申請(qǐng)的內(nèi)容在本說明中被引用，以供參考。在它的優(yōu)選形式中，天線分成四部分，具有以四個(gè)縱向延伸的天線單元10A,10B,10C，和10D的天線單元結(jié)構(gòu)，形成為在圓柱形陶瓷芯柱的圓柱外表面上的金屬導(dǎo)體軌條，陶瓷芯柱取棒狀的形式。芯柱12具有一個(gè)帶有內(nèi)部的金屬底襯16的軸向孔道14，孔道裝有軸向饋電器導(dǎo)體18。內(nèi)導(dǎo)體18和底襯16在這種情況下形成軸向饋電器結(jié)構(gòu)14，用來把饋線連接到天線單元10A-10D。天線單元結(jié)構(gòu)也包括相應(yīng)的徑向天線單元10AR,10BR,10CR，和10DR，形成為在芯柱12的頂端面12D上的金屬導(dǎo)體軌條，把各個(gè)縱向延伸單元10A-10D的末端連接到饋電器結(jié)構(gòu)。天線單元10A-10D的另一端被連接到以環(huán)繞芯柱12的基部端部的鍍敷的套筒20的形式的公共導(dǎo)體。這個(gè)套筒20又通過在芯柱12的基部端面12P上的片22被連接到軸向孔道14的底襯16。芯柱12的材料占據(jù)了由天線單元10A-10D和套筒20確定的內(nèi)部體積的大部分。
芯柱12的優(yōu)選材料是基于酞酸鋯的材料。這種材料具有上面所述的36的相對(duì)介電常數(shù)，對(duì)于變化的溫度的它的尺寸和電穩(wěn)定性也是值得注意的。介質(zhì)損耗是能忽略的。芯柱可以通過擠壓或壓模來生產(chǎn)。
天線單元10A-10D,10AR-10DR都是粘接在芯柱12的外圓柱面和端面上的金屬導(dǎo)體軌條，在其工作長(zhǎng)度上，每條軌條具有的寬度至少是它的厚度的四倍。軌條可以通過一開始用金屬層鍍敷在表面上，然后選擇地去除金屬層露出芯柱，而形成的。金屬層的去除可通過類似于光刻印刷電路板地按照照片中的圖案進(jìn)行光刻來實(shí)現(xiàn)。替換地，金屬材料可通過選擇地沉積或通過印刷技術(shù)而被加上。在所有的情況下，作為在尺寸上穩(wěn)定的芯柱的外表面上的整體層的軌條的格式造成具有尺度上穩(wěn)定的天線單元的天線。構(gòu)成導(dǎo)體的另一種方法包括在芯柱材料上開槽，鍍敷整個(gè)芯柱外表面，然后通過無心磨削去除鍍敷層的外層，留下陶瓷材料的島區(qū)，如在待審查的英國專利申請(qǐng)No.9622798.8中所公開的，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容在本申請(qǐng)中引用，以供參考。
導(dǎo)體套筒20被同樣地鍍敷，覆蓋天線芯柱12的基部，借此包圍饋電器結(jié)構(gòu)16,18，芯柱12的材料填充了在套筒20和軸向孔道14的金屬底襯16之間的整個(gè)空間。套筒20形成具有平均軸向長(zhǎng)度LB的圓柱體，如圖2所示，并被芯柱12的基部端面12P的鍍敷層22連接到底襯16。在第一諧振模式下，套筒20和鍍敷層22的組合具有的效果是在由饋電器結(jié)構(gòu)16,18形成的傳輸線中的信號(hào)是在天線基部端處的非平衡狀態(tài)和通常在離基部端的與套筒20的上部連接邊緣20U的平均軸向位置相同的軸向距離的軸向位置處的幾乎平衡狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
如從圖2所看到的，套筒20具有不規(guī)則的上部連接邊緣或邊框20U，在其中它在頂峰20P和低谷20T之間上升或下降。四個(gè)縱向延伸單元10A-10D具有不同的長(zhǎng)度，其中兩個(gè)單元10B,10D比另兩個(gè)單元10A,10C長(zhǎng)，較長(zhǎng)的單元在邊框20U的低谷處被耦合到套筒20，而另外的單元10A,10C被耦合到頂峰。在本實(shí)施例中，當(dāng)諧振在第一諧振模式時(shí)，是想要接收?qǐng)@極化信號(hào)，縱向延伸單元10A-10C是簡(jiǎn)單的螺旋，每個(gè)繞芯柱12的軸走半圈。較長(zhǎng)的單元10B,10D具有的螺旋間距比起較短的單元10A,10C的螺旋間距長(zhǎng)。每一對(duì)縱向延伸的單元和相應(yīng)的徑向單元(例如10A,10AR)構(gòu)成具有預(yù)定電長(zhǎng)度的導(dǎo)體。在本實(shí)施例中，安排為具有較短長(zhǎng)度的單元對(duì)10A,10AR；10C,10CR的每一對(duì)的總長(zhǎng)度在第一諧振模式下相應(yīng)于大約以工作波長(zhǎng)的1350的傳輸延時(shí)，而單元對(duì)10B,10BR；10D,10DR的每一對(duì)產(chǎn)生更長(zhǎng)的延時(shí)，約相應(yīng)于2250。這樣，平均傳輸延時(shí)是1800，等效于工作波長(zhǎng)的λ/2的電長(zhǎng)度。不同的長(zhǎng)度產(chǎn)生了在Kilgus,“Resonant Quadrifilar HelixDesign(諧振的分成四部分的螺旋線的設(shè)計(jì))”,The MicrowaveJournal,Dec.1970,pp49-54中所規(guī)定的對(duì)于用于園極化信號(hào)的分成四部分的螺旋天線所需要的移相條件。兩對(duì)單元對(duì)10C,10CR；10D,10DR(即一對(duì)長(zhǎng)的單元對(duì)和一對(duì)短的單元對(duì))在徑向單元10CR,10DR的內(nèi)端被連接到在芯柱12的頂端處的饋電器結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體18，而另兩對(duì)10A,10AR；10B,10BR的徑向單元被連接到由金屬底襯16形成的饋電器屏蔽層。在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端，在內(nèi)導(dǎo)體18和饋電器屏蔽層16上呈現(xiàn)的信號(hào)是幾乎平衡的，這樣天線單元被連接到幾乎平衡的源或負(fù)載，如將在下面解釋的。
對(duì)于縱向延伸單元10A-10D的左旋方向的螺旋路徑，天線對(duì)于右旋園極化信號(hào)具有最高的增益。
如果天線要被用于左旋園極化信號(hào)，則螺旋方向被反過來，且徑向單元的連接的圖案旋轉(zhuǎn)90°。在天線適合于接收左旋和右旋園極化信號(hào)，即使具有較低的增益的情況下，縱向延伸單元可被做成遵循總的平行于軸線的路徑。
作為一個(gè)替換例，天線可以具有如上述的不同長(zhǎng)度的螺旋單元，但是長(zhǎng)度上的差別是通過把較長(zhǎng)的單元繞各自的螺旋中心線迂回而達(dá)到的。在這種情況下，導(dǎo)體套筒具有恒定的軸向長(zhǎng)度，如在上面提及的待審查的英國專利申請(qǐng)No.2292638A中所揭示的。
天線優(yōu)選地被直接安裝在導(dǎo)體面上，例如由金屬片的平板24所提供的面，如圖3所示，鍍敷的基部端面12P例如通過焊接被電連接到該平板。在本實(shí)施例中，金屬板24是雙工器單元外殼的一部分，且天線的內(nèi)導(dǎo)體18用于直接連接到雙工器電路，如將在下面描述的。天線芯柱的內(nèi)部的軸向孔道14的導(dǎo)體底襯16被連接到天線的基部端面12P的鍍敷層22。
從圖2和3，將會(huì)看到，天線是在其頂端電流-饋電的。在第一諧振模式下，套筒20起到匯流單元的作用，把天線單元10A-10D與接地板基本上隔離開。如圖4A所示，在單元10A-10D中駐波電流的幅度是在套筒20的邊框20U處為最大值，其中電流環(huán)繞邊框流過，這樣兩對(duì)單元對(duì)10A,10C和10B,10D形成兩個(gè)環(huán)路的一部分，它們與天線的接地的基部端面12P隔離開。電壓最大值H和最小值L分別出現(xiàn)在電流最小值和最大值的位置。在這種諧振模式下，天線對(duì)于右旋園極化信號(hào)的輻射方向圖通常是以芯柱的中心軸為中心指向頂端的心形的形式。在這種分成四部分的模式下，天線按向上的方向來鑒別左旋園極化，如上面所描述的。在本實(shí)施例中，第二諧振模式是在較低的頻率，它代表相當(dāng)不同于第一諧振模式的一種模式，如圖4B所示。次外，天線是在頂部處進(jìn)行電流-饋電的，但是，在或靠近套筒的邊框20U處(具體地是在離邊框20U上面一點(diǎn)的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域大約是在頂端饋電點(diǎn)和基部接地連接點(diǎn)之間的中點(diǎn))，駐波電流下降到最小值及電壓到最大值H。電流最大值和電壓最小值(L)出現(xiàn)在兩個(gè)極端位置，即在頂端饋電點(diǎn)和基部接地連接點(diǎn)。在套筒20的內(nèi)表面電流是相對(duì)較大的，但這里它們并不影響天線的輻射方向圖。天線呈現(xiàn)了非常類似于傳統(tǒng)的以流行的單端饋電的倒相單極子的方式的四分之一波長(zhǎng)諧振。在邊框20U附近幾乎沒有電流，這是和單端饋電相一致的。在這種模式下，天線呈現(xiàn)單極子天線的經(jīng)典的圓環(huán)形方向圖，其信號(hào)是平行于芯柱的中心軸的線極化。對(duì)于水平極化有強(qiáng)烈的抑制。
天線1也具有第三諧振模式，如圖4C所示。這是一個(gè)較高的頻率的單端模式，其中天線具有的電長(zhǎng)度對(duì)于其有關(guān)的工作波長(zhǎng)，不是大約1800，而是大約3600(即從頂端饋電點(diǎn)到套筒的接地連接點(diǎn))。諧振頻率約為第二諧振模式時(shí)的諧振頻率的兩倍。正如在第二模式中那樣，駐波圖形在兩個(gè)極端位置呈現(xiàn)電流最大值和電壓最小值，但是在這種情況下，在極端位置之間的電的中點(diǎn)也有電流最大值和電壓最小值L，以及兩個(gè)電壓最大值的中間位置，如圖4C所示。圖1的無線通信設(shè)備并不利用第三諧振模式，但對(duì)耦合級(jí)2的作適當(dāng)修正能允許將電路連接成可工作在有關(guān)的諧振頻率上。
因此，雖然所描述的和顯示的設(shè)備是想要用于1575MHz上和在800-900MHz的蜂窩電話頻段中使用，但替換的裝置有可能又可在1700-1800MHz蜂窩電話頻段中使用。天線或類似于它的天線也可能只用于較高的和較低的蜂窩電話頻段，即，800-900MHz和1700-1800MHz，或GPS頻率和僅僅較高的蜂窩電話頻段。當(dāng)然，其它的組合是可能的，且天線部分的尺寸可隨之改變。然而，通常多個(gè)單端諧振模式是可能的，其中在頂端饋電器的連接和匯流器或套筒的接地連接之間的導(dǎo)體部分的電長(zhǎng)度在各自的諧振頻率上等于n×180°,n是整數(shù)，即，1,2,3…。在上面所述的兩個(gè)單端模式中，n分別等于1和2。這些模式的每個(gè)模式的特征在于，在匯流器或套筒和饋電器結(jié)構(gòu)的連接頭處，即在套筒的接地連接處的電流最大值，以及每對(duì)的直徑上互相相對(duì)的螺旋單元中的電流是在空間上互相同相。相反地，在平衡模式中，這樣的電流是反相的，即等于以相反方向流動(dòng)的電流。
同樣地，有可能在比上述的第一諧振模式更高的頻率上具有平衡模式，在該模式中，頂端饋電連接和匯流環(huán)(具體地是套筒的邊框)之間的平均電長(zhǎng)度約為m×180°，其中m=1,2,3…。
對(duì)于能接收在1.575GHz的GPS信號(hào)和在800到900MHz范圍內(nèi)的蜂窩電話信號(hào)的天線，芯柱12的長(zhǎng)度和直徑典型地分別是在20到35mm和3到7mm的范圍內(nèi)，套筒20的平均軸向延伸是在8mm到16mm的范圍。圖2和3中所示的特定的優(yōu)選天線具有約28.25mm的芯柱長(zhǎng)度，和約5mm的直徑，套筒20的平均軸向長(zhǎng)度是約12mm。分成四部分的諧振模式的一個(gè)驚人的特性是，在這個(gè)模式下的性能容許在套筒20的平均軸向長(zhǎng)度上的某些變化，從相應(yīng)于90°的傳輸延時(shí)的量改變到這樣的程度，使得該長(zhǎng)度可被調(diào)整成在第二諧振模式下得出所需要的諧振頻率。然而，如果必須把套筒20的軸向長(zhǎng)度從四分之一波長(zhǎng)改變到這樣，而使得天線在分成四部分的模式下的性能惡化到不能接受的程度，則有可能在套筒20和雙工器單元2之間串聯(lián)插入一個(gè)扼流圈(具體地是鄰近天線的導(dǎo)體面(見圖1))，以便至少恢復(fù)在天線頂端面12D處的近似平衡的電流驅(qū)動(dòng)。
在用來確定以上尺寸的設(shè)計(jì)過程中，粗略的近似忽略了天線中出現(xiàn)干涉的或損散的場(chǎng)的那些區(qū)域，正如和其中幾何圖形是易于作為傳輸線進(jìn)行模型化的區(qū)域相反的。這樣，干涉路徑可被看作為由頂端輻射單元10AR-10DR，套筒20的邊框20U，以及基部面22(見圖2和3)提供的那些路徑。螺旋單元10A-10D中的電流可被看作為泄漏導(dǎo)波傳播的結(jié)果，而套筒20中縱向出現(xiàn)的電流產(chǎn)生非泄漏導(dǎo)波傳播，就像它們?cè)跇?gòu)成套筒的導(dǎo)體層的內(nèi)表面上出現(xiàn)的那樣。
因而，例如，對(duì)于各種不同的螺旋線螺距可以用由天線單元形成的線的導(dǎo)波參量εeff來表征。每條螺旋線可被看作為用于軸向傳播，正如由相對(duì)介電常數(shù)εeff的介質(zhì)所包圍的傳輸線，該相對(duì)介電常數(shù)εeff取決于芯柱的相對(duì)介電常數(shù)εr、以及芯柱和單元的幾何尺寸。這個(gè)參量εeff可以通過進(jìn)行本征值延時(shí)測(cè)量來測(cè)量，它產(chǎn)生沿線的相速，再產(chǎn)生在軸向方向所分解的εeff數(shù)值。例如，可以對(duì)于5mm的芯柱的直徑和不同螺旋螺距進(jìn)行測(cè)量，以產(chǎn)生一個(gè)圖，圖上把εeff相對(duì)于螺距角畫出，它允許對(duì)中間的螺距角作出對(duì)εeff的估值。
特征線參量然后可被用來構(gòu)建天線，其中把每對(duì)相反的螺旋單元對(duì)定尺寸為使得大約相應(yīng)于所需要的λ的總的電長(zhǎng)度，即對(duì)于平衡工作所需要的(上面所指的“第一”諧振模式)在諧振頻率時(shí)的360°的相位。事實(shí)上，為達(dá)到最佳園極化增益，一對(duì)應(yīng)當(dāng)?shù)刃в谠诼愿哂谒枰闹C振頻率的頻率時(shí)的360°，而另一對(duì)應(yīng)當(dāng)?shù)刃в谠诼缘陀谥C振的頻率時(shí)的360°。
在這樣地計(jì)算了螺旋單元的長(zhǎng)度后，那些單元在第二諧振模式下所需要的諧振頻率時(shí)的電長(zhǎng)度可以通過簡(jiǎn)單地按兩種諧振模式的兩個(gè)頻率的比值換算，以及從180°的總的單極子電長(zhǎng)度減去比例縮減的長(zhǎng)度，以產(chǎn)生所需要的套筒的電長(zhǎng)度，而來確定。在這種情況下，如果在比“第一”模式低的頻率上需要單端工作，相應(yīng)于圖4B所示的“第二”諧振模式，則我們選擇180°。這樣，有可能在知道對(duì)于這個(gè)第二諧振模式的所需要的較低頻率時(shí)來估值套筒的近似長(zhǎng)度。
如果代之以對(duì)于單端工作需要較高的頻率，則選擇360°作為螺旋單元和套筒的總的電長(zhǎng)度，因?yàn)槭褂昧藞D4C所示的第三諧振模式(或具有更多的駐波峰值數(shù)目的模式)。
現(xiàn)在來考慮天線到無線通信電路的耦合，圖1的雙工器單元3包含一對(duì)濾波器、電抗補(bǔ)償分支線和阻抗變換單元，用來使天線匹配到單元4和5以及使一個(gè)單元的信號(hào)與另一個(gè)單元的信號(hào)隔離開。
在替換的裝置中，天線可與雙工器單元3互相間隔地安裝，如將在下面參照?qǐng)D8描述的。
參照?qǐng)D5，圖1的雙工器單元3具有屏蔽盒(如圖1所示)，內(nèi)有單個(gè)絕緣底板，其一側(cè)有導(dǎo)電接地層(如圖5上所示的板30的背面)，板的另一側(cè)上有導(dǎo)體，如圖所示。這些導(dǎo)體包括，首先是阻抗變換段32，作為構(gòu)成傳輸線的導(dǎo)體帶條，它在被連接到天線內(nèi)導(dǎo)體的一端33與形成為電路節(jié)點(diǎn)的另一端34之間延伸。其次是，兩個(gè)帶通濾波器36、38，被連接到節(jié)點(diǎn)34。每個(gè)濾波器由三個(gè)電感耦合的并聯(lián)諧振單元構(gòu)成，每個(gè)諧振單元由窄的電感性帶條36A、38A形成，其一端通過基板通孔36B、38B接地，在另一端具有電容板36C、38C，以形成與基片另一面上的接地導(dǎo)體之間的電容器。在每個(gè)濾波器36、38中，靠近節(jié)點(diǎn)34的電感性帶條36A、38A通過電短的分支導(dǎo)體40連接到節(jié)點(diǎn)34，該分支導(dǎo)體40是漸變的，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的阻抗變換。在每種情形中，離節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的電感性帶條被耦合到分支線42(它在靠近濾波器處也是漸變的)，它把濾波器耦合到各自的設(shè)備連接點(diǎn)44。
正如從濾波器36、38的不同尺寸將明顯看出，它們是調(diào)諧到不同的頻段，事實(shí)上，這兩個(gè)頻段相應(yīng)于天線1的兩個(gè)諧振模式。
在兩個(gè)諧振頻率上的阻抗匹配是通過變換段32和從節(jié)點(diǎn)34延伸的終端開路的分支線46的組合而達(dá)到的，如圖5所示。
變換段32被確定尺寸，以使得具有由下式給出的傳輸線特性阻抗Z0=ZSZL]]>其中ZS是天線1在諧振時(shí)的特性阻抗，ZL是在節(jié)點(diǎn)34處為適合于濾波器36和38所選擇的負(fù)載阻抗。變換段32的長(zhǎng)度被做成相應(yīng)于在兩個(gè)頻段之間的大約中間點(diǎn)的頻率處的約900的傳輸延時(shí)，該兩個(gè)頻段相應(yīng)于第一和第二諧振模式，在這種情況下是1.22GHz。變換段32在不同頻率的影響通過圖6A的斯密思園圖被顯示，它表示從0.1到1.6GHz的頻率范圍內(nèi)由于變換段32沒有分支線段46在節(jié)點(diǎn)34處看到的阻抗。曲線段A和B表示中心為860MHz和1.575GHz的兩個(gè)頻段，并且將會(huì)看到，在園圖中心，即在如上所述的兩個(gè)頻段之間的一個(gè)頻率上，得出電阻性阻抗?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6B的斯密思園圖考慮分支線段46(見圖5)的影響。在低頻率處，在節(jié)點(diǎn)34處僅由分支線段46呈現(xiàn)的阻抗相對(duì)較高，正如從圖6B的接近園圖右端的曲線末端所看到的。隨著頻率提高，阻抗環(huán)繞園圖的圓周通過一個(gè)零阻抗點(diǎn)，相應(yīng)于在由于分支線段46的所選擇的長(zhǎng)度的頻段A和B之間的大約中點(diǎn)的一個(gè)頻率。
比較圖6A和6B，將要指出，在頻段A由于變換段32的在節(jié)點(diǎn)34處的阻抗具有感抗分量，而在頻段B具有容抗分量。在斯密思園圖上，從右手端發(fā)出的曲線是等電抗線。從圖6B將會(huì)看到，分支線段46是這樣被確定尺寸的，使得在頻段A在節(jié)點(diǎn)34處僅由分支線段46給出的阻抗的電抗分量是容性的并且至少近似等于圖6A所示的在頻段A的感抗。同樣地，在頻段B由于分支線段46的阻抗具有感抗分量，它至少近似等于圖6A所示的在頻段B的容抗分量。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6C，由于變換段32和分支線段46的組合的在節(jié)點(diǎn)34處的阻抗的軌跡走一個(gè)圓環(huán)，它在低頻處，以相應(yīng)于圖1所示的在端口3A處的源阻抗的阻抗開始。隨著頻率提高，軌跡走一個(gè)圓環(huán)，穿過電抗線兩次。第一次穿過近似相應(yīng)于頻段A的中心，如圖6D的曲線所示，它僅僅是圖6C所示的相應(yīng)于頻段A的曲線的一部分，而第二次穿過電抗線表示頻段B的近似中心，如圖6E的曲線所示，它也是圖6C所示的曲線的一部分。這樣，雙工器的元件完成了天線1在頻段A和B的到濾波器36、38的良好的阻抗匹配。分支線段46至少部分地補(bǔ)償了由于變換段的電抗。每個(gè)濾波器在另一個(gè)濾波器的頻率上給出了相對(duì)的高阻抗，借此提供了在兩個(gè)頻段上的信號(hào)之間的隔離。
在圖1所示的例子中，使用了這種隔離，來使得GPS接收機(jī)與來自電話單元5的和被饋送到電話單元5的蜂窩電話信號(hào)相隔離。
雙工器3在無線通信單元4和5是要同時(shí)工作時(shí)是合適的。在本發(fā)明能應(yīng)用的某些例子中，不需要同時(shí)工作，包括射頻(RF)開關(guān)的耦合級(jí)是更合適的，如圖7所示。在天線1的基部端處的饋電器結(jié)構(gòu)通過公共信號(hào)線或經(jīng)過阻抗匹配段48的端口47A被耦合到雙向射頻(RF)開關(guān)49，它典型地是P.I.N二極管器件。取決于開關(guān)的狀態(tài)，公共線47A被耦合到兩條另外信號(hào)線中的一條或另一條或可以連接不同通信電路的端口47B,47C。
阻抗匹配段48的特性取決于要被包容的頻率。在某些例子中，例如想要使天線連同工作在接近的頻率的單元一起使用的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的90°傳輸線變壓器，像圖5的雙工器中的段32，可能是合適的。這樣的系統(tǒng)的例子是把PCN蜂窩電話(在1710-1785MHz和1805-1880MHz)運(yùn)行和DECT無線本地環(huán)電話運(yùn)行(在1880-1900MHz)相結(jié)合的系統(tǒng)。替換地，在頻帶更寬地間隔開的情況下，可使用雙峰阻抗匹配裝置，例如90°變換器和開路分支線段的組合，像圖5的雙工器的變換器32和分支線段46。在這種情況下，開關(guān)49被連接到變換器和分支線段的連接點(diǎn)。
圖8顯示了替換的天線系統(tǒng)。在這種情況下，天線1被安裝在側(cè)向地延伸的導(dǎo)體面2上，它不是雙工器外殼的一部分，而是構(gòu)成另一個(gè)金屬結(jié)構(gòu)的一部分，例如汽車車體的一部分。天線通過表面2上的一個(gè)孔進(jìn)行耦合，借助于饋電電纜50耦合到雙工器3的公共部分，該雙工器類似于上面參照?qǐng)D1描述的實(shí)施例的雙工器。饋電電纜3具有內(nèi)導(dǎo)體，耦合到天線1的軸向內(nèi)導(dǎo)體，以及外屏蔽層，被連接到天線的鍍敷的基部面。在電纜50的雙工器端，屏蔽層被連接到雙工器外殼，并直接或間接地連到在機(jī)殼內(nèi)的微帶雙工器板的地板，類似于圖4所示。
除非饋電電纜50的特性阻抗是和天線1給出的源阻抗相同，否則電纜50還起到阻抗變換元件的作用。這一情形出現(xiàn)的程度取決于電纜的長(zhǎng)度和特性阻抗的數(shù)值，并且微帶雙工器元件被相應(yīng)地改變，以使得在天線1和雙工器的節(jié)點(diǎn)34(見圖4)之間出現(xiàn)的所需要的總的阻抗變換具有和上面所述的第一實(shí)施例的雙工器的變換段32相同的效果，如圖1和4所示。因而，電纜50和雙工器3的阻抗變換段的組合的電長(zhǎng)度在相應(yīng)于第一和第二諧振模式的兩個(gè)頻帶之間的大約中點(diǎn)的頻率上是約為90°。所以，對(duì)于微帶雙工器有可能是如圖4所示，但是阻抗變換段32具有大大減小的長(zhǎng)度，或至少部分由具有特性阻抗為在負(fù)載34處的負(fù)載阻抗的微帶段構(gòu)成。典型地，饋電電纜50具有10歐姆的特性阻抗。
圖8的系統(tǒng)使用上面提及的替換的天線，雖然有四個(gè)螺旋單元，它們通常是共同延伸的和共軸的，兩個(gè)相對(duì)放置的單元走曲折的路徑，以得到長(zhǎng)度上的差別，這導(dǎo)致一個(gè)分成四部分的螺旋天線對(duì)于園極化信號(hào)所需要的移相條件。一對(duì)單元的迂回發(fā)生在套筒的不規(guī)則的邊框上，如圖2所示，這樣，在本實(shí)施例中，套筒20具有圓形的上邊緣，它離開基部端的恒定距離，環(huán)繞天線芯柱延伸。對(duì)于曲折的單元的導(dǎo)波參量的特征可如上面所述地用擴(kuò)張因子得出，作為對(duì)于相同平均螺距角的螺旋得到的εeff的倍數(shù)。
在上面描述的實(shí)施例中，天線1及其耦合級(jí)2被顯示為連接到分開的無線通信裝置，將會(huì)看到，本發(fā)明可被應(yīng)用到集成電路器件，例如圖9所示的器件。在這個(gè)例子中，單個(gè)手持單元引用GPS和蜂窩電話電路，具體地是GPS接收機(jī)4’和電話收發(fā)信機(jī)5’。這些電路連同雙工器2’和天線1都被裝在單個(gè)機(jī)殼60內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種無線通信設(shè)備，包括一個(gè)天線，和連接到天線的，能工作在至少兩個(gè)射頻頻段的無線通信電路裝置，其中天線包括一個(gè)伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱，一個(gè)基本上從芯柱的一端穿通到另一端的位于芯柱外表面上或靠近該外表面的饋電器結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)伸長(zhǎng)導(dǎo)體天線單元和在芯柱的所述一端的區(qū)域中具有到饋電器結(jié)構(gòu)的接地連接的導(dǎo)體匯流器的串聯(lián)組合，每個(gè)天線單元被耦合到在芯柱的所述另一端的區(qū)域中的饋電器結(jié)構(gòu)的饋電連接，以及其中無線通信電路裝置具有兩個(gè)能分別工作在第一和第二射頻頻段的部分，每個(gè)部分與用于在天線饋電器結(jié)構(gòu)和各自的電路裝置部分之間輸送信號(hào)的各自的信號(hào)線路相關(guān)聯(lián)，天線在第一頻段以第一諧振模式諧振以及在第二頻段以第二諧振模式諧振。
2．按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，其中第一和第二諧振模式分別與在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端處的幾乎平衡的饋電電流和單端的饋電電流有關(guān)。
3．按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，其中串聯(lián)組合的導(dǎo)體單元，與介質(zhì)芯柱構(gòu)成具有多個(gè)不同諧振模式的整體結(jié)構(gòu)，這些諧振模式是以整體結(jié)構(gòu)中的不同圖案的駐波最大值和最小值為特征的。
4．按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，其中天線不是由把天線分成分開的諧振部件的分立式濾波元件所構(gòu)成的，以及其中整體結(jié)構(gòu)的全部傳導(dǎo)路徑可供所有頻率的電流使用，在每個(gè)諧振頻率上的諧振路徑是在該頻率上的最優(yōu)選的路徑。
5．按照任何的前面所述的權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，其中芯柱是相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體介質(zhì)材料棒，以及其中所述串聯(lián)組合包括至少一對(duì)縱向地共同延伸的天線單元，以及匯流器單元是在介質(zhì)棒表面上的環(huán)繞介質(zhì)棒的導(dǎo)體套筒。
6．用于在至少兩個(gè)頻段上的射頻信號(hào)的天線系統(tǒng)，包括一個(gè)天線，具有固體的伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱、在芯柱頂部的外表面上的或靠近外表面的至少一個(gè)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元、環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體套筒、以及穿過芯柱延伸的縱向饋電器結(jié)構(gòu)，其中所述伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元在到饋電器結(jié)構(gòu)的頂端的連接和套筒的頂端邊框之間延伸，且套筒貼近地耦合到饋電器結(jié)構(gòu)；以及一個(gè)耦合級(jí)，具有與饋電器結(jié)構(gòu)有關(guān)的公共信號(hào)線、至少另外兩條用于連接到工作在所述頻段的無線電信號(hào)處理設(shè)備的信號(hào)線，和被連接在饋電器結(jié)構(gòu)和該其它信號(hào)線之間的，阻抗匹配部分與信號(hào)導(dǎo)引部分，其中信號(hào)導(dǎo)引部分被設(shè)計(jì)來把公共信號(hào)線和兩條其它信號(hào)線中的一條線耦合到一起，用于處于在第一諧振模式時(shí)天線諧振的一個(gè)頻段的信號(hào)，以及把公共信號(hào)線和兩條其它信號(hào)線中的另一條線耦合到一起，用于處于在第二諧振模式時(shí)天線諧振的另一頻段的信號(hào)。
7．按照權(quán)利要求6的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中耦合級(jí)是具有耦合在公共信號(hào)線和其它信號(hào)線之間的濾波器的雙工器，這些濾波器包括與兩條其它信號(hào)線中的一條線有關(guān)的并調(diào)諧到位于所述兩個(gè)頻段的一個(gè)頻段的較高頻率的第一濾波器和與兩條其它信號(hào)線中的另一條線有關(guān)的并調(diào)諧到位于所述兩個(gè)頻段的另一個(gè)頻段的較低頻率的第二濾波器。
8．按照權(quán)利要求6的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中耦合級(jí)包括用作為信號(hào)導(dǎo)引部分的一個(gè)開關(guān)，用于在公共信號(hào)線和所述的一條其它信號(hào)線之間路由信號(hào)，或在公共信號(hào)線和所述的另一條其它信號(hào)線之間路由信號(hào)。
9．按照權(quán)利要求6到8的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中天線具有至少兩個(gè)諧振模式，在這兩個(gè)諧振模式中，所述的這對(duì)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元和套筒聯(lián)合作用，以確定分別和所述諧振模式有關(guān)的諧振頻率。
10．按照權(quán)利要求9的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中至少一個(gè)諧振頻率是由套筒長(zhǎng)度與伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元長(zhǎng)度的總和所確定的。
11．按照權(quán)利要求6到10的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中套筒和饋電器結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)模式中一起用作為對(duì)稱轉(zhuǎn)換器。
12．按照權(quán)利要求6到11的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中第一和第二諧振模式分別和在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端處的幾乎平衡的饋電電流與單端饋電電流有關(guān)。
13．按照前面所述的任何的權(quán)利要求的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中介質(zhì)芯柱具有外表面，它限定內(nèi)部體積，其至少一半的體積由具有相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體絕緣材料占據(jù)，天線至少具有一對(duì)位于芯柱頂端部分的外表面上以縱向共同延伸的、和在側(cè)面的互相相對(duì)的關(guān)系的所述的伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元，每個(gè)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元各自末端連接到饋電器結(jié)構(gòu)和套筒的末端邊框，以及其中耦合級(jí)的公共信號(hào)線被耦合到饋電器結(jié)構(gòu)的基部端。
14．按照權(quán)利要求13的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中第一諧振模式的特征為在天線工作在較高頻率時(shí)，電流最大值在伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元到饋電器結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)處和在它們與套筒邊框的接頭處，套筒用作為匯流器，它把伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元與地隔離，以及其中第二諧振模式的特征為在天線工作在較低頻率時(shí)，電壓最小值出現(xiàn)在或靠近套筒到饋電器結(jié)構(gòu)的耦合點(diǎn)處。
15．按照權(quán)利要求14的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中較高頻率是伸長(zhǎng)單元的電長(zhǎng)度的函數(shù)，而較低頻率是伸長(zhǎng)單元的電長(zhǎng)度與套筒電長(zhǎng)度的和值的函數(shù)。
16．按照權(quán)利要求15的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元的平均電長(zhǎng)度在較高頻率至少約為180°，而在天線縱方向上伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元的平均電長(zhǎng)度和套筒的平均電長(zhǎng)度的總和在較高頻率至少約為180°。
17．按照權(quán)利要求6到16的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中至少一個(gè)導(dǎo)體單元和套筒，連同芯柱一起，構(gòu)成具有多個(gè)不同諧振模式的整體結(jié)構(gòu)，這些諧振模式是以整體結(jié)構(gòu)中的不同圖案的駐波最大值和最小值為特征的。
18．按照權(quán)利要求17的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的駐波最大值和最小值的圖案的每一個(gè)圖案出現(xiàn)在芯柱外表面上在至少一個(gè)伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元到饋電器結(jié)構(gòu)的末端連接點(diǎn)與套筒到饋電器結(jié)構(gòu)的基部耦合點(diǎn)之間。
19．按照權(quán)利要求6到18的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中芯柱是陶瓷材料的固體圓柱體，具有一個(gè)包含饋電器結(jié)構(gòu)的軸孔，以及其中伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元是螺旋線。
20．按照權(quán)利要求16的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元包含兩對(duì)螺旋單元，
21．按照權(quán)利要求6到20的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中雙工器包括阻抗變換單元，被耦合在公共信號(hào)線和連接濾波器與阻抗補(bǔ)償分支線的節(jié)點(diǎn)之間。
22．按照權(quán)利要求21的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中阻抗變換單元。濾波器、和分支線被構(gòu)成為微帶元件，變換單元包括導(dǎo)體條帶，形成預(yù)定特性阻抗的傳輸線，以及分支線包括具有開路端的導(dǎo)體條帶。
23．按照權(quán)利要求21的天線系統(tǒng)，其特征在于，其中濾波器是微帶帶通濾波器，由導(dǎo)體連接到節(jié)點(diǎn)，這些導(dǎo)體比起變換單元的電長(zhǎng)度來說電氣上是很短的。
24．包括按照權(quán)利要求6到23的任一項(xiàng)的天線系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星定位或定時(shí)接收機(jī)，被連接到一個(gè)所述的進(jìn)一步的端口，以及移動(dòng)電話電路，被連接到另一個(gè)所述的進(jìn)一步的端口，天線和濾波器被做成為使得較高和較低頻率中的一個(gè)頻率處在接收機(jī)的工作頻段，以及較高和較低頻率中的另一個(gè)頻率處在移動(dòng)電話電路的工作頻段。
25．用于耦合到天線的以及用于工作在超過200MHz的頻率的雙工器，包括以一段傳輸線長(zhǎng)度形式的阻抗變換元件，具有耦合到或用于耦合到天線的一端，另一端形成電路節(jié)點(diǎn)，至少第一和第二設(shè)備連接點(diǎn)，調(diào)諧到一個(gè)頻率的并被連接在節(jié)點(diǎn)和第一設(shè)備端口之間的第一低通濾波器，調(diào)諧到另一個(gè)頻率的并被連接在節(jié)點(diǎn)和第二設(shè)備端口之間的第二低通濾波器，以及連接到節(jié)點(diǎn)的電抗補(bǔ)償元件。
26．按照權(quán)利要求25的雙工器，其特征在于，其中電抗補(bǔ)償元件是分支線元件。
27．按照權(quán)利要求26的雙工器，其特征在于，其中阻抗變換元件和分支線是微帶部件，其形式為在絕緣板的一面上的導(dǎo)體條，絕緣板的另一面具有用作為地平面的導(dǎo)體覆蓋層，以及其中分支線元件是開路線。
28．按照權(quán)利要求26和27的雙工器，其特征在于，其中構(gòu)成阻抗變換單元的傳輸線的長(zhǎng)度可以這樣，以使得在較高的和較低的頻率之間的一個(gè)頻率上實(shí)現(xiàn)電阻性阻抗變換，借此由于該變換單元在兩個(gè)頻率上在所述節(jié)點(diǎn)處的阻抗分別具有容抗分量和感抗分量，以及其中分支線長(zhǎng)度可以這樣，以使得分別在兩個(gè)頻率上產(chǎn)生感抗和容抗，借此至少部分地補(bǔ)償所述的由于變換單元引起的容抗和感抗，以便在該節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生在兩個(gè)頻率中的每個(gè)頻率上的最終合成的阻抗是更接近于電阻性的。
29．按照權(quán)利要求28的雙工器，其特征在于，其中傳輸線長(zhǎng)度是這樣，以使得在接近于在較高和較低頻率之間的中點(diǎn)的一個(gè)頻率上提供大約90°的傳輸延時(shí)。
30．按照權(quán)利要求26到29的任一項(xiàng)的雙工器，其特征在于，其中濾波器是由通過使用與阻抗變換元件與分支線相同的基板的微帶部件所構(gòu)成。
31．一種對(duì)天線的新穎使用，該天線它包括具有相對(duì)介電常數(shù)大于5的伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱，至少一對(duì)在芯柱頂部的外表面上的或靠近外表面的以縱向共同延伸的與在側(cè)面的互相相對(duì)的關(guān)系的伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元，環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體套筒，以及延伸穿過芯柱的縱向饋電器結(jié)構(gòu)，所述伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元延伸在到饋電器結(jié)構(gòu)的頂端連接和套筒的頂端邊框之間，其中新穎使用包括使天線工作在至少兩個(gè)間隔開的頻段，一個(gè)頻段包含天線呈現(xiàn)第一諧振模式的頻率，以及另一個(gè)頻段包含天線呈現(xiàn)的不同于第一模式的第二諧振模式的頻率。
32．按照權(quán)利要求31的對(duì)天線的新穎使用，其特征在于，其中第一和第二諧振模式分別和在饋電器結(jié)構(gòu)的頂端處的幾乎平衡的饋電電流與單端饋電電流有關(guān)。
33．按照權(quán)利要求31或32的對(duì)天線的新穎使用，其特征在于，其中第一模式的頻率由伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元的電長(zhǎng)度確定，而第二模式的頻率由伸長(zhǎng)的導(dǎo)體單元的平均電長(zhǎng)度和套筒的平均電長(zhǎng)度的總和確定。
34．按照權(quán)利要求31到33的任一項(xiàng)的對(duì)天線的新穎使用，其特征在于，其中第一諧振模式與園極化信號(hào)有關(guān)，而第二諧振模式與在天線縱方向上線極化的信號(hào)有關(guān)。
35．按照權(quán)利要求31到34的任一項(xiàng)的對(duì)天線的新穎使用，其特征在于，用于接收在所述一個(gè)頻段上的衛(wèi)星定位信號(hào)以及用于發(fā)送和/或接收在所述另一個(gè)頻段上的移動(dòng)電話信號(hào)。
全文摘要
在工作在200MHz以上的至少兩個(gè)間隔開的頻段中的無線通信系統(tǒng)中,分成四部分的螺旋天線(1)具有相對(duì)介電常數(shù)大于5的伸長(zhǎng)的介質(zhì)芯柱,該天線具有環(huán)繞芯柱基部的導(dǎo)體套筒和延伸穿過芯柱的縱向饋電器結(jié)構(gòu)(1A),在芯柱頂端與螺旋天線單元相連接。天線(1)工作在第一頻段,在該頻段它呈現(xiàn)第一的平衡諧振模式,其特征為電流最大值和電壓最小值出現(xiàn)在螺旋單元到饋電器結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)處和螺旋單元與套筒邊框的接頭處,以及天線(1)工作在較低的或較高的第二頻段,在該頻段它呈現(xiàn)第二的單端諧振模式,其特征為電流最大值和電壓最小值通常在芯柱的末端,以及電流最小值和電壓最大值出現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)中間位置。為允許雙模式工作,系統(tǒng)包括阻抗匹配耦合級(jí)(2),它可以是具有濾波器的雙工器,耦合在用于天線(1)的公共端口和用于連接到無線信號(hào)處理設(shè)備(例如工作在兩個(gè)頻段上的GPS接收機(jī)(4)與移動(dòng)電話(5))的另一個(gè)端口之間。濾波器和阻抗匹配元件可以以單個(gè)基片上的微帶元件來構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01Q5/00GK1219291SQ9719474
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1997年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月29日
發(fā)明者O·P·萊斯藤 申請(qǐng)人:西默特里科姆有限公司