專利名稱：具有差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方法的無線電話的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及天線結(jié)構(gòu)，且更具體地，涉及在非常近的兩天線間產(chǎn)生足夠高的去相關(guān)，以便保持多樣化的接收性能。
便攜無線通信裝置，如無線電話，有時用一個或多個天線發(fā)射和接收射頻信號。在用兩個天線的無線電話中，第二天線相對第一或主天線應(yīng)有可比的性能，且也應(yīng)有相對于第一天線足夠的去相關(guān)，以便在兩個天線都運(yùn)行時，兩個天線的性能不降低。天線性能是許多參數(shù)的組合。足夠的運(yùn)行頻帶寬度，高輻射頻率和希望的輻射方向圖，及低相關(guān)都是天線性能的希望的要素。相關(guān)被計(jì)算為兩天線的輻射方向圖歸一化的協(xié)方差。由于尺寸和通常接受的主天線沿如手持無線電話的裝置的主軸的放置，然而，極難達(dá)到效率和去相關(guān)的目標(biāo)。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)在手持無線電話130中實(shí)現(xiàn)的雙天線結(jié)構(gòu)。第一天線140是可伸縮線性天線。當(dāng)?shù)谝惶炀€140全部伸出時，如所示，第一天線140長度是感興趣的頻率的四分之一波長。注意第一天線140對準(zhǔn)平行于無線電話130的主軸145且相對于地190有垂直極化。
無線電話130也有微帶接線(patch)天線，作為第二天線150接到無線電話130內(nèi)的印刷線路板，且對準(zhǔn)平行于無線電話130的短軸155以發(fā)射和接收相對于地190有水平極化的信號。在隔離中，第二天線150可很好地產(chǎn)生水平極化信號，但當(dāng)?shù)诙炀€150接到印刷線路板且近于第一天線140時，第二天線150的極化沿?zé)o線電話130的主軸145重新定向。由于第二天線150的極化重新定向，第一天線140和第二天線150成為高相關(guān)且失去了許多雙天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。通常，在無線電話中實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)的雙天線結(jié)構(gòu)在兩天線之間有超過0.8的相關(guān)系數(shù)。有效的多樣化運(yùn)行需要在兩天線之間有小于0.6的相關(guān)系數(shù)。
來自第二天線150的信號的極化的重新定向是由于多個因素，包括手持無線電話典型有大于2∶1的主軸145和短軸155尺寸的縱橫比、和無線電話的主尺寸相對于運(yùn)行波長明顯而無線電話的其它尺寸相對于該波長小的事實(shí)。另外，由于無線電話的短軸尺寸相對于感興趣的波長小的事實(shí)，第二天線150易于干擾和去諧，這導(dǎo)致用戶110的手或頭對天線效率影響的可能性。
本發(fā)明的目的是提供具有差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方法的無線電話，以保持沿便攜無線通信裝置主軸對準(zhǔn)的第一天線和第二天線之間的去相關(guān)和效率。
本發(fā)明提供一種無線電話，包括第一天線，平行于所述無線電話的主軸對準(zhǔn)；第二天線，有平行于所述第一天線對準(zhǔn)的第一輻射單元和第二輻射單元；相移裝置，用于以相對所述第二輻射單元異相的相位差分驅(qū)動所述第一輻射單元。
本發(fā)明提供一種驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的方法包括對準(zhǔn)第一天線平行于通信裝置的軸；放置有第一輻射單元和第二輻射單元的第二天線平行于所述軸；用單個差分端，以不同于所述第二輻射單元的相位差分驅(qū)動所述第一輻射單元。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)多個天線間的去相關(guān)。另外，通信裝置體的天線電流被最小化，且減少靠近通信裝置的頭或身體的影響。
附圖簡單描述圖1示出在無線電話中實(shí)現(xiàn)的雙天線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)；圖2示出根據(jù)無線電話中的第一優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的簡化圖；圖3示出圖2所示的第一天線的Eθ極化的輻射方向圖；圖4示出圖2所示的第二天線的E極化的輻射方向圖；圖5示出圖2所示的第二天線的Eθ極化的輻射方向圖；圖6示出根據(jù)無線電話中的第二優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的簡化圖；圖7示出根據(jù)無線電話中的第三優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的簡化圖8示出根據(jù)無線電話中的第四優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的簡化圖。
用于便攜無線通信裝置的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)和方法對準(zhǔn)第一線性天線平行于通信裝置的主軸且以同樣幅度、相差180度驅(qū)動第二天線的雙輻射器。在便攜無線通信裝置中實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)保持在雙輻射器的共同頻率范圍上第一天線和第二天線之間的明顯的去相關(guān)。另外，在通信裝置本體上的天線電流被最小化且減少了靠近通信裝置的手和軀體的影響。
圖2示出根據(jù)無線電話230中的第一優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)200的簡化圖。第一天線240，如可伸縮線狀天線，平行對準(zhǔn)于無線電話230的主軸245。該軸將被認(rèn)作為Z軸。當(dāng)?shù)谝惶炀€240全展開時，如所示，天線長度是感興趣的頻率的四分之一波長。運(yùn)行期間，第一天線240產(chǎn)生相對主軸垂直極化的信號，位于XY平面。
第二天線250有雙輻射器252、254，它們由通用腿(leg)275連接。通用腿275耦合到電路板270接地。在這個實(shí)施方案中，每個輻射器是通用的在也接地到電路板270的導(dǎo)電面中實(shí)現(xiàn)的四分之一波長縫。第一輻射器252對準(zhǔn)于無線電話230的電路板270的一邊平行于主軸245，第二輻射器254對準(zhǔn)于電路板270的對邊。雖然輻射器不需要放在電路板270的對邊，兩輻射器間分開的距離增加時，第二天線250的性能增加。
雙輻射器252、254用每個輻射器的單個差分端相差180度但同幅度驅(qū)動。相移器260，如平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)或傳輸線，被用于為每個輻射器252、254產(chǎn)生驅(qū)動信號。在對每個輻射器252、254通用的頻率范圍，差分驅(qū)動第二天線250的雙輻射器252、254產(chǎn)生在XY平面中電場矢量的Eθ和E分量，正交于第一天線240的Eθ分量。第一天線240產(chǎn)生電場矢量的主要Eθ分量，因此事實(shí)上與第二天線250的E分量不相關(guān)，因?yàn)镋θ和E正交極化。所有正交極化的組合整個和完全地去相關(guān)，因此，它們有零協(xié)方差并對相關(guān)系數(shù)零貢獻(xiàn)。
對第一天線240和第二天線250間的相關(guān)僅有的顯著貢獻(xiàn)是兩天線240、250的輻射方向圖中的Eθ分量，當(dāng)它們發(fā)生在共同角范圍時。最小化相關(guān)的現(xiàn)象通過檢查兩天線的輻射方向圖深入理解。
圖3示出圖2所示的第一天線240的θ極化的輻射方向圖300。輻射方向圖的軸根據(jù)圖2所示的軸對準(zhǔn)。示出在給定的距電話的半徑r處，來自第一天線240的電場E的Q分量的幅度。Eθ輻射方向圖的幅度以從原點(diǎn)的距離表示，即，輻射方向圖離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，輻射分量越強(qiáng)。Eθ輻射方向圖300通常有在XY平面定向的環(huán)形。換句話說，Eθ輻射方向圖示出沿Z軸可忽略的Eθ輻射分量。圖2所示的第一天線240的E極化的輻射方向圖可忽略。
圖4示出圖2所示的第二天線250的E極化的輻射方向圖400。輻射方向圖的軸根據(jù)圖2所示的軸對準(zhǔn)。示出在給定的距電話的半徑r處，來自第二天線250的電場E的分量的幅度。E輻射方向圖的幅度以從原點(diǎn)的距離表示，即，輻射方向圖離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，輻射分量越強(qiáng)。E輻射方向圖400通常有由XY平面形象的雙球形波瓣形。換句話說，E輻射方向圖400示出在XZ平面可忽略的E輻射分量。另一方面，輻射方向圖400的數(shù)字“8”形主軸450沿Y軸成峰，這些峰將物理地對應(yīng)于圖2所示的無線電話250的“前”或鍵盤面和“背”或電池面。
圖5示出圖2所示的第二天線250的Eθ極化的輻射方向圖500。輻射方向圖的軸根據(jù)圖2所示的軸對準(zhǔn)。示出在給定的距電話的半徑r處，來自第二天線250的電場E的θ分量的幅度。Eθ輻射方向圖的幅度以從原點(diǎn)的距離表示，即，輻射方向圖離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，輻射分量越強(qiáng)。Eθ輻射方向圖500通常有由YZ平面鏡象的雙球形波瓣形。換言之，Eθ輻射方向圖示出在YZ平面中可忽略的Eθ輻射分量。另一方面，輻射方向圖500的數(shù)字“8”形主軸550有沿X軸的峰。這些峰將物理地對應(yīng)于圖2所示的無線電話250的“左”面和“右”面。
對相關(guān)貢獻(xiàn)最顯著的Eθ輻射發(fā)生在XY平面。示于圖3中的第一偶極子天線輻射方向圖是示出一致的幅度和相位的響應(yīng)的圓。圖5所示的第二天線輻射方向圖是數(shù)字“8”形同尺寸反相的雙瓣。這兩種響應(yīng)方向圖的復(fù)合和集成導(dǎo)致零協(xié)方差和零相關(guān)。其它平面，XZ平面和YZ平面示出相似的計(jì)算結(jié)果。從這個理想形狀的微小偏差導(dǎo)致小分量而非上述的零分量。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，容易達(dá)到非常低但不是零的相關(guān)。
因此，甚至第一天線240運(yùn)行于很接近第二天線250，兩天線240、250有低相關(guān)。性能測試示出兩天線240、250之間的相關(guān)很好地低于0.6相關(guān)目標(biāo)。
其它差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)也能產(chǎn)生圖3-圖5所示的高去相關(guān)輻射方向圖。圖6示出根據(jù)無線電話630中的第二優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)600的簡化圖。在這個實(shí)施方案中，代替圖2所示的四分之一波長縫天線，輻射器652、654使用F天線結(jié)構(gòu)。這允許差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)600運(yùn)行于一個以上頻段。
第一天線640，如可伸縮線狀天線，對準(zhǔn)平行于無線電話630的主軸645。該軸將被認(rèn)作為Z軸，當(dāng)?shù)谝惶炀€640全展開時，如所示，天線長度是感興趣的頻率的四分之一波長。運(yùn)行期間，第一天線640產(chǎn)生相對主軸垂直極化的Eθ的信號，位于XY平面。
第二天線650有雙輻射器652、654。在這個實(shí)施方案中，每個輻射器652、654有一對反相的F天線651、653；657、658。一對反相的F天線651、658調(diào)諧到低頻段，另一對反相的F天線653、657調(diào)諧到高頻段。四個反相的F天線的通用腿675耦合到電路板670接地。略改變通用腿675的位置，反相的F天線配置能容易地由紙巾架形(towelbar)天線配置代替。對反相的F天線配置，第一輻射器652對準(zhǔn)于無線電話630的電路板670的一邊，平行于主軸645，第二輻射器654對準(zhǔn)于電路板670的對邊。雖然輻射器不需放置在電路板670的對邊，兩輻射器間距離增加時，第二天線650性能增加。
雙輻射器652、654用每個輻射器的單差分端相差180度但同幅度驅(qū)動。相移器660，如平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)或傳輸線，被用于為每個輻射器652、654產(chǎn)生驅(qū)動信號。在對每個輻射器652、654通用的頻率范圍，差分驅(qū)動第二天線650的兩輻射器652、654產(chǎn)生在XY平面中電場矢量的Eθ和E分量，它們?nèi)缜八鋈ハ嚓P(guān)于第一天線640的Eθ分量。第一天線640的E分量可忽略。因此，甚至在第一天線640非常接近第二天線650運(yùn)行，兩天線640、650低相關(guān)。性能測試表明，兩天線640、650間的相關(guān)很好地低于0.6的性能目標(biāo)。
圖7示出簡化的根據(jù)無線電話730中的第三優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)750圖。在這個實(shí)施方案中，多波段縫天線結(jié)構(gòu)，如在由Louis J.Vannatta和Hugh K.Smith發(fā)明的“多波段縫天線結(jié)構(gòu)和方法”所透露，被用于輻射器752、754，代替圖2所示的四分之一波長縫天線。像反相的F天線結(jié)構(gòu)，這允許差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)700運(yùn)行于一個以上頻段。另外，在這個實(shí)施方案中，輻射器752、754對準(zhǔn)平行于無線電話230的短軸。
第一天線740，如可伸縮線狀天線，平行對準(zhǔn)于無線電話730的主軸745。該軸將被認(rèn)作為Z軸。當(dāng)?shù)谝惶炀€740全展開時，如所示，天線長度是感興趣的頻率的四分之一波長。運(yùn)行期間，第一天線740產(chǎn)生相對主軸垂直極化的信號，位于XY平面。
第二天線750有雙輻射器752、754，在本實(shí)施方案中，每個輻射器752、754有一對在導(dǎo)電面中實(shí)現(xiàn)的四分之一波長縫天線751，753；757，758。四個縫天線的通用腿775被耦合到電路板770接地。一對縫天線751、758被調(diào)諧到低頻段，且另一對縫天線753、757被調(diào)諧到高頻段。在這個實(shí)施方案中，第一輻射器752沿?zé)o線電話730的電路板770的平行于短軸755的一邊對準(zhǔn)，且第二輻射器754沿電路板770的對邊對準(zhǔn)。雖然輻射器不需放在電路板770的對邊，兩輻射器間分開的距離增加時，第二天線750的性能增加。許多情況中，由平行于短軸755對準(zhǔn)輻射器752、754允許的增加的最大分開距離將提高差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的性能。
兩輻射器752、754用每個輻射器的單個差分端相差180度但同幅度驅(qū)動。相移器760，如平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)或傳輸線，被用于為每個輻射器752、754產(chǎn)生驅(qū)動信號。在對各個輻射器752、754通用的頻率范圍，差分驅(qū)動第二天線750的兩輻射器752、754產(chǎn)生在XY平面中電場矢量的E和Eθ分量，它們?nèi)ハ嚓P(guān)于第一天線740的Eθ分量。第一天線740的E分量可忽略。因此，甚至在第一天線740非常接近第二天線750運(yùn)行時，兩天線740、750有低相關(guān)。
圖8示出簡化的根據(jù)無線電話830中的第四優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)800圖。在這個實(shí)施方案中，多層壓制(compact)縫天線結(jié)構(gòu)，如由David R.Haub，Louis J.Vannatta和Hugh K.Smith發(fā)明的“多層壓制(compact)縫天線結(jié)構(gòu)和方法”所透露的，被用于輻射器852、854，代替圖2所示的四分之一波長縫天線。許多其它天線結(jié)構(gòu)，如螺旋線，臨時接線，環(huán)和偶極子，也能用于透露的結(jié)構(gòu)處。
第一天線840，如可伸縮線狀天線，對準(zhǔn)平行于無線電話830的主軸845。該軸將被認(rèn)作為Z軸。當(dāng)?shù)谝惶炀€840全展開時，如所示，天線長度是感興趣的頻率的四分之一波長。運(yùn)行期間，第一天線840產(chǎn)生相對主軸垂直極化的信號，位于XY平面。
第二天線850有雙輻射器852、854。在這個實(shí)施方案中，每個輻射器852、854有一對用兩導(dǎo)電層夾介電層實(shí)現(xiàn)的多層壓制縫天線851、853；857、858。四個縫天線的通用腿875被耦合到電路板870接地。一對多層壓制縫天線851、858被調(diào)諧到低頻段，另一對多層壓制縫天線853、857被調(diào)諧到高頻段。在這個實(shí)施方案中，第一輻射器852沿?zé)o線電話830的電路板870的平行于主軸845的一邊對準(zhǔn)，且第二輻射器854沿電路板870的對邊對準(zhǔn)。雖然輻射器不需放在電路板870的相對邊，兩輻射器間分開的距離增加時，第二天線850的性能增加。
兩輻射器852、854用每個輻射器的單個差分端相差180度但同幅度驅(qū)動。相移器860，如平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)或傳輸線，被用于為每個輻射器852、854產(chǎn)生驅(qū)動信號。在對各個輻射器852、854通用的頻率范圍，差分驅(qū)動第二天線850的兩輻射器852、854產(chǎn)生在XY平面中電場矢量的E和Eθ分量，它們?nèi)ハ嚓P(guān)于第一天線840的Eθ分量。第一天線840的E分量可忽略。因此，甚至在第一天線840非常接近第二天線850運(yùn)行時，兩天線840、850有低相關(guān)。
因此差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)保持在便攜無線通信裝置中實(shí)現(xiàn)的第一天線和第二天線間的高去相關(guān)性。這允許甚至在兩天線運(yùn)行在相互很接近和與電路板很接近時的高天線性能。這也減少裝置體上的天線電流。雖然上文描繪了差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的具體元件和功能，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)能使用較少或更多功能。
權(quán)利要求
1.無線電話，包括第一天線，平行于所述無線電話的主軸對準(zhǔn)；第二天線，有平行于所述第一天線對準(zhǔn)的第一輻射單元和第二輻射單元；相移裝置，用于以相對所述第二輻射單元異相的相位差分驅(qū)動所述第一輻射單元。
2.如權(quán)利要求1所述的無線電話，其中，所述第一輻射單元以相對所述第二輻射單元相差180度驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1所述的無線電話，其中，所述相移裝置也以同樣幅度差分驅(qū)動所述第一輻射單元和所述第二輻射單元。
4.如權(quán)利要求1所述的無線電話，其中，所述相移裝置是平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。
5.如權(quán)利要求1所述的無線電話，其中，所述相移裝置是傳輸線。
6.如權(quán)利要求1所述的無線電話，其中，所述第一輻射單元包括調(diào)諧到第一頻段的第一縫天線。
7.如權(quán)利要求6所述的無線電話，其中，所述第一輻射單元還包括調(diào)諧到不同于所述第一頻段的第二頻段的第二縫天線。
8.驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的方法包括對準(zhǔn)第一天線平行于通信裝置的軸；放置有第一輻射單元和第二輻射單元的第二天線平行于所述軸；用單個差分端，以不同于所述第二輻射單元的相位差分驅(qū)動所述第一輻射單元。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的方法還包括步驟以相對所述第二輻射單元相差180度驅(qū)動所述第一輻射單元。
10.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)的方法還包括步驟以同樣幅度驅(qū)動所述第一輻射單元和所述第二輻射單元。
全文摘要
用于便攜無線通信裝置的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)和方法,對準(zhǔn)第一線性天線平行于通信裝置的主軸,且在同樣幅度但相差180度驅(qū)動第二天線的兩輻射器。實(shí)現(xiàn)在便攜無線通信裝置的差分驅(qū)動多樣化天線結(jié)構(gòu)保持雙輻射器的共同頻率范圍的第一天線和第二天線間的去相關(guān)。另外,通信裝置體的天線電流被最小化,且減少靠近通信裝置的頭或身體的影響。
文檔編號H01Q21/29GK1207004SQ9810798
公開日1999年2月3日 申請日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者路易斯·杰伊·范納塔, 修·肯尼迪·史密斯, 詹姆斯P·菲利普斯, 戴維·瑞安·豪伯 申請人:摩托羅拉公司