專利名稱：用于移動電信單元的雙頻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)送和接收射頻信號的天線，特別涉及一種能夠在雙頻帶工作的移動電信單元的雙頻帶天線。
今天，全世界范圍內(nèi)提供和正在提供多種商業(yè)性的移動電信服務(wù)。雖然這些移動電信服務(wù)中的一些通過采用單獨的調(diào)制系統(tǒng)而使用同樣的頻帶，但是這些移動電信服務(wù)中的大部分服務(wù)如蜂窩式系統(tǒng)和個人通信系統(tǒng)(PCS)通常彼此間都使用不同的頻帶，例如蜂窩式系統(tǒng)和個人通信系統(tǒng)(PCS)分別使用824到894MHz和1.75到1.87GHz的頻帶。
最廣泛使用的是一種收縮式天線，在這種天線中，一單極天線和一螺旋型天線彼此結(jié)合在一起，并且該收縮式天線以可收縮的方式安裝在移動電話單元的上部。
當(dāng)該收縮式天線從移動單元伸出時，該單極天線獨立地工作或與該螺旋型天線一起工作以發(fā)送和接收所需頻帶的信號。當(dāng)該收縮式天線收縮在該移動單元中時，只有螺旋型天線在工作。
這種收縮式天線適合于僅在一個頻帶中工作，而不適合于在兩個或多個其每一種電信服務(wù)工作在不同的頻帶中卻同時保持所需輻射圖形的不同移動電信服務(wù)中。其原因在于第一，由于蜂窩式系統(tǒng)和PCS之間的帶寬大約在1GHz左右，所以為了使得天線有可能工作在蜂窩式系統(tǒng)和PCS兩個頻帶上，必須要實現(xiàn)一使部分頻帶和所有頻帶相匹配的復(fù)雜的匹配電路；第二，由于一個移動電信頻帶的中心頻率不是其他移動電信頻帶的中心頻率的諧波的整數(shù)倍，因此對于兩個不同頻帶很難使用一個天線；第三，即便使一個天線可以匹配用于兩個或多個頻帶，也經(jīng)常很難使得天線在各個頻帶上實現(xiàn)所需的輻射圖形。換言之，為了得到移動電信的服務(wù)，用戶需要具有為其移動電話單元的具體頻帶設(shè)計的移動電話單元。
因此，為了解決這樣的問題，需要一種能夠用在工作在不同頻帶上的移動電信服務(wù)中使用的移動電話單元和構(gòu)成該單元的組成部件。


圖1中示出了一種工作在兩個頻帶上的傳統(tǒng)的雙頻帶螺旋型天線。如圖中所示，該雙頻帶螺旋型天線包括由絕緣材料制成的支撐件120，分別纏繞在支撐件120的上部100和下部110以形成兩個螺旋型天線的線圈130和140。該螺旋型天線分別設(shè)計成具有不同的諧振頻率。此外，該支撐件120的內(nèi)部具有一具有同心導(dǎo)線的電纜。在此情況下，纏繞在兩個螺旋型天線上的繞數(shù)和每個線圈的長度以及在螺旋型天線上的線圈間的距離等彼此是不同的，從而每個螺旋型天線具有不同的諧振頻率。
因此，當(dāng)通過支撐件120中的具有同心導(dǎo)線的電纜提供一電壓時，兩個螺旋型天線分別在不同頻帶上產(chǎn)生諧振。
然而，上述天線的缺陷在于由于螺旋型天線被分成支撐件的上部和下部，因此該螺旋型天線體積相當(dāng)龐大，并且占據(jù)了該移動電話單元中很大的空間，從而阻礙了當(dāng)前日趨降低移動電話尺寸以使得電話越來越輕巧，越來越靈敏的設(shè)計要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在兩個頻帶上工作的用于移動電信單元的雙頻帶天線。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于尺寸較小的移動通信單元的雙頻帶天線。
按照本發(fā)明的一個方面所提供的用于移動通信單元的雙頻帶天線，包括由絕緣材料制成的支撐件；纏繞在該支撐件上且具有第一諧振頻率的第一螺旋型導(dǎo)體；纏繞在該支撐件上且具有第二諧振頻率的第二螺旋型導(dǎo)體，該第二螺旋型導(dǎo)體導(dǎo)體是與第一螺旋型導(dǎo)體分離的；連接在每個螺旋型導(dǎo)體的一端并提供一電壓的同軸饋線。
本發(fā)明的上述目的和特點將通過結(jié)合附圖對下述優(yōu)選實施例的描述變得越來越清楚，其中圖1是傳統(tǒng)雙頻帶天線的橫截面圖；圖2A和2B是按照本發(fā)明第一實施例的用于移動電信單元的雙頻帶天線的橫截面圖；圖3A和3B是按照本發(fā)明第二實施例的用于移動電信單元的雙頻帶天線的橫截面圖；圖4A和4B是按照本發(fā)明第三實施例的用于移動電信單元的雙頻帶天線的橫截面圖；圖5A和5B是按照本發(fā)明第四實施例的用于移動電信單元的雙頻帶天線的橫截面圖；圖6是移動電信單元的具有創(chuàng)造性的天線的特征曲線；和圖7A和7B是移動電信單元的具有創(chuàng)造性的天線的輻射圖形。
圖2A和2B示出本發(fā)明的移動電信單元的雙頻帶天線。如圖所示，該具有創(chuàng)造性的雙頻帶天線，包括由絕緣材料制成的支撐件15、第一和第二螺旋型導(dǎo)體11和13、以及同軸饋線20。
該第一和第二螺旋型導(dǎo)體11和13纏繞在支撐件15上，并分別具有第一諧振頻率和第二諧振頻率。該螺旋型導(dǎo)體11和13彼此間分離。
該同軸饋線20連接在每個螺旋型導(dǎo)體11和13的一端以向該端提供電壓。另外，第一螺旋型導(dǎo)體11的另一端連接到第一饋線分布中心21，而第二螺旋型導(dǎo)體13的另一端連接到第二饋線分布中心23。
螺旋型導(dǎo)體11和13的各自的長度和各自的繞數(shù)基本上是λ/8的整數(shù)倍，但是由于其相互作用可能有稍微的變化，螺旋型導(dǎo)體11和13各自的諧振頻率是由其各自的長度和各自的繞數(shù)決定的。
因此，圖2A中所示的螺旋型導(dǎo)體11和13的長度和繞數(shù)中的差別大會導(dǎo)致其諧振頻率的差別相應(yīng)也大，反之螺旋型導(dǎo)體11和13的長度和繞數(shù)中的差別小會導(dǎo)致其諧振頻率的差別相應(yīng)也小，如圖2B所示。
所以，若要生產(chǎn)能夠在兩個不同頻帶上工作的天線，每個螺旋型導(dǎo)體的長度和繞數(shù)要設(shè)計成在各自相應(yīng)頻率處諧振，而若要使得所生產(chǎn)的天線工作在一個頻帶上，則每個螺旋型導(dǎo)體的長度和繞數(shù)應(yīng)設(shè)計成彼此間基本上相等。
此外，依據(jù)使得螺旋型導(dǎo)體11和13在不同頻帶產(chǎn)生諧振所使用的支撐件15的絕緣常數(shù)，調(diào)整每個螺旋型導(dǎo)體的長度和繞數(shù)。
通過如上所述的天線的匹配電路(未示出)提供給同軸饋線20的電壓被提供給與其連接的螺旋型導(dǎo)體，從而使得螺旋型導(dǎo)體在不同頻率處產(chǎn)生諧振。
最好如圖6所示，包括上述螺旋型導(dǎo)體11和13的該具有創(chuàng)造性的天線能夠在兩個不同頻帶中工作，從而擴大了頻帶寬度，其結(jié)果是在各自諧振頻率處的回波損耗值，這里用fH和fL表示，變得最小。當(dāng)然，本發(fā)明可以通過利用兩個線圈以相同方向纏繞在由絕緣材料制成的支撐件上而獲得，也可以通過利用兩個線圈以相同方向在空氣中纏繞而獲得，或通過利用絕緣體、陶瓷體等上的金屬圖形如兩個線圈而形成。
圖3A和3B示出了按照本發(fā)明第二實施例的雙頻帶天線。除了同軸饋線20的相同饋線分布中心25用于使得每個螺旋型導(dǎo)體11和13的一端在其處連接從而電壓能夠通過相同饋線分布中心25提供給兩個螺旋型導(dǎo)體上以外，該實施例與上述的第一實施例類似。
在本實施例中，螺旋型導(dǎo)體11和13之間的電流分布具有小的相差，因此防止了天線性能降低。
參見圖4，圖4示出了本發(fā)明第三實施例的雙頻帶天線。圖中與上述第一實施例中類似的部件用相同的參考符合表示。如圖中所示，一雙頻帶天線包括一由絕緣材料制成的且其內(nèi)部為中空的支撐件15，一安裝在單元40的上端的同軸饋線20，固定在同軸饋線20上的螺旋型天線10，以及以可延伸的和可容放的方式置于螺旋型天線10的中空部分里的鞭狀或單極天線。
具有內(nèi)螺紋狀的金屬螺紋部分22固定在單元40的上部，并且導(dǎo)電環(huán)24纏繞在螺紋部分22上并通過饋線連接器43連接到匹配電路41。
螺旋型天線10包括纏繞在支撐件15上且具有第一諧振頻率的第一螺旋型導(dǎo)體11，和纏繞在支撐件15上且具有第二諧振頻率的第二螺旋型導(dǎo)體13，該第二螺旋型導(dǎo)體與第一螺旋型導(dǎo)體分離設(shè)置。保護罩17固定在單元40上，以保護螺旋型導(dǎo)體11和13的外表。
螺旋型導(dǎo)體11和13的每個下部固定到螺紋部分22的上端以固定地連接到如第一實施例所述的各自不同的饋線分布中心，或連接到在第二實施例中所述的同樣的饋線分布中心。
鞭狀天線30是一種金屬單極天線，其上端具有一鞭狀天線罩31且其下端具有一金屬饋電終端33，該鞭狀天線30受到一保護殼的保護。此外，該鞭狀天線30的安裝以可延伸的和可容放的方式貫穿于支撐件15的中空部?；旧?，鞭狀天線30的長度基本是λ/8的整數(shù)倍，但是該長度可以根據(jù)設(shè)計需要而變化。
當(dāng)鞭狀天線30貫穿螺旋型天線10的中空部分而延伸到單元40的外部時，如圖4A所示，形成在該鞭狀天線30下部的該饋電終端33插入該同軸饋線20的螺紋部分22中，并與該螺紋部分22相接觸。這樣，依次地，從匹配電路41輸出的電壓通過饋線連接器43、導(dǎo)電環(huán)24和螺紋部分22提供給饋電終端33，完成鞭狀天線30的能量饋送。此時，螺旋型天線10總是保持在能量饋送狀態(tài)而不管鞭狀天線30的工作，這是由于螺旋型天線10的螺旋型導(dǎo)體11和13固定在同軸饋線20上，允許螺旋型天線10工作在兩個頻帶，從而允許電信服務(wù)使用兩個不同的頻帶。
相反，當(dāng)鞭狀天線30插入螺旋型天線10的中空部分，從而在單元40內(nèi)部容放時，如圖4B所示，形成在鞭狀天線30的下部的饋電終端33與同軸饋線20的螺紋部分22分離，不與同軸饋線20進行電連接，使得從匹配電路41輸出的電壓不提供給饋電終端33。這導(dǎo)致只有螺旋型天線10在工作。此外，形成在鞭狀天線30頂端的一罩子被螺旋型天線10的保護罩17阻擋，從而防止了鞭狀天線30插入單元40的內(nèi)部。
參照圖5所示，圖中示出按照本發(fā)明第四實施例的雙頻帶天線。圖中與上述第一實施例中類似的部件用相同的參考符合表示。如圖中所示，一雙頻帶天線包括一由絕緣材料制成的支撐件15，一安裝在單元40的上部的同軸饋線20，以可延伸的和可容放的方式置于同軸饋線20的螺紋部分22內(nèi)的鞭狀或單極天線30，以及一置于鞭狀天線30的頂部的螺旋型天線10。
同軸饋線20、鞭狀天線30和螺旋型天線10的結(jié)構(gòu)類似于本發(fā)明的第三實施例，為了避免冗余的描述，這里不再對其進行進一步的探討。
鞭狀天線30的上部具有一使螺旋型天線10連接到鞭狀天線30的導(dǎo)電連接器35。用于能量饋送的連接終端19形成在螺旋型天線10的保護罩17的下部以使螺旋型導(dǎo)體11和13固定在螺旋型天線10的保護罩17的下部。雖然如圖5所示，該螺旋型天線10的支撐件15沒有中空部分，但是，它也可以如第三實施例所述的具有一中空部分。
當(dāng)鞭狀天線30通過同軸饋線20的螺紋部分22延伸到單元40的外部時，如圖5A所示，形成在鞭狀天線30下端的饋電終端33插入到同軸饋線20的螺紋部分22中，從而與同軸饋線20的螺紋部分22相接觸。因此，從匹配電路41輸出的電壓經(jīng)饋線連接器43、導(dǎo)電環(huán)24和螺紋部分22提供給饋線終端33，從而完成鞭狀天線30的能量饋送。此外，提供給鞭狀天線30的電壓經(jīng)連接器35和連接終端19提供給螺旋型天線10，從而實現(xiàn)螺旋型天線10的能量饋送，使得鞭狀天線30和螺旋型天線10在同一時刻進行工作。
相反，當(dāng)鞭狀天線30插入同軸饋線20的螺紋部分22中，從而在單元40內(nèi)部容放時，如圖5B所示，形成在鞭狀天線30的下部的饋電終端33與同軸饋線20的螺紋部分22分離，不與同軸饋線20進行電連接。其結(jié)果是，形成在鞭狀天線30頂部的螺旋型天線10的保護罩17與形成在單元40內(nèi)的同軸饋線20相接觸，從而使得從匹配電路41輸出的電壓經(jīng)饋電連接器43、導(dǎo)電環(huán)24和形成在保護罩17底部的螺紋部分22和連接終端19提供給螺旋型天線10，并經(jīng)導(dǎo)電連接器35提供給鞭狀天線30。其結(jié)果使得螺旋型天線10和鞭狀天線30可以工作在螺旋型導(dǎo)體10和30分別在所期望的相應(yīng)頻率處產(chǎn)生諧振的狀態(tài)中，從而在不同頻帶發(fā)送和接收每個射頻信號。
最好形成在保護罩17底部的連接終端19是由非導(dǎo)電材料制成的，以使得螺旋型天線10電絕緣，或該連接終端是由具有電容成分的組件構(gòu)成，以通過耦合實現(xiàn)螺旋型天線10的能量饋送。
例如在移動電信商業(yè)化下，為了在蜂窩式系統(tǒng)和PCS中都可以使用，該螺旋型導(dǎo)體11和13可以利用下表1中的數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)，該第一螺旋型導(dǎo)體11諧振到850MHz的蜂窩式系統(tǒng)頻率，第二螺旋型導(dǎo)體13諧振到1.8GHz的PCS的頻率。
表1
在表1中，螺旋型導(dǎo)體11和13由直徑為0.4mm的銅線制成。利用表1中公布的值制成的螺旋型天線安裝在一具有120mm(高度)×50mm(寬度)×20mm(長度)的正交六面體的單元上。此外，該單元由鋁材料制成，并利用具有同軸導(dǎo)線之電纜實現(xiàn)能量饋送。
如上所述的螺旋型天線的輻射特征如圖7A和7B所示。由于客戶的位置相對于基站而言通常不是固定在一個方向上，因此天線最好是全向的。然而，不可能得到在三維空間中具有各向同性的輻射圖形的天線。所以，三維空間中的天線的輻射圖形被設(shè)計為具有一環(huán)形的輻射特征。
從利用表1公布的值制作的螺旋型天線得到的輻射圖形，如圖7A和7B所示，這些值是通過使用由Zeland生產(chǎn)的IE3D和HP的HFSS進行模擬得到的。
在850MHz頻率處時，具有創(chuàng)造性的螺旋型天線的輻射特征呈現(xiàn)為一蝶狀形式，如圖7A所示，在1.8GHz頻率處時，情形類似，如圖7B所示。因此，利用兩個分別具有不同長度的螺旋型導(dǎo)體，可以提供一能夠在兩個頻帶中工作且具有一最佳性能的天線。
如上所述，由于該具有創(chuàng)造性的雙頻帶天線尺寸小，卻保持了性能，因此可以加速移動電信單元的小型化。
此外，利用本發(fā)明的雙頻帶天線，客戶可以使用多于一種的移動電信服務(wù)，而不用更換移動電話單元。
盡管本發(fā)明是參照相關(guān)的優(yōu)選實施例來描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種改進和變動。
權(quán)利要求
1.一種用于移動電信單元的雙頻帶天線，包括由絕緣材料制成的支撐件；纏繞在該支撐件上且具有第一諧振頻率的第一螺旋型導(dǎo)體；纏繞在該支撐件上且具有第二諧振頻率的第二螺旋型導(dǎo)體，該第二螺旋型導(dǎo)體是與該第一螺旋型導(dǎo)體分離的；連接每個螺旋型導(dǎo)體的一端并用于向每個螺旋型導(dǎo)體提供電壓的同軸饋線。
2.如權(quán)利要求1所述的雙頻帶天線，其中第一和第二螺旋型導(dǎo)體的長度和繞數(shù)各自不同。
3.如權(quán)利要求1所述的雙頻帶天線，其中各第一和第二螺旋型導(dǎo)體的長度和繞數(shù)基本上彼此相等。
4.如權(quán)利要求1所述的雙頻帶天線，其中同軸饋線包括兩個饋線分布中心，及與每個饋線分布中心相連接的螺旋型導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求1所述的雙頻帶天線，其中同軸饋線是其中一個饋線分布中心，且所述螺旋型導(dǎo)體連接到所述饋線分布中心。
6.一種用于移動電信單元的雙頻帶天線，包括由絕緣材料制成的支撐件，且該支撐件在其中心處具有一中空部分；第一天線，該第一天線包括纏繞在該支撐件上且具有第一諧振頻率的第一螺旋型導(dǎo)體和纏繞在該支撐件上且具有第二諧振頻率的第二螺旋型導(dǎo)體，該第二螺旋型導(dǎo)體是與該第一螺旋型導(dǎo)體分離的；通過該支撐件的中空部分從所述單元的內(nèi)部和外部以可延伸的方式安裝的第二天線，且在該第二天線的下部具有一饋電終端；和用于向與其連接的各螺旋型導(dǎo)體的一端提供電壓并向與其連接的延伸的第二天線中的饋電終端提供電壓的同軸饋線。
7.一種用于移動電信單元的雙頻帶天線，包括由絕緣材料制成的支撐件；第一天線，該第一天線包括纏繞在該支撐件上且具有第一諧振頻率的第一螺旋型導(dǎo)體和纏繞在該支撐件上且具有第二諧振頻率的第二螺旋型導(dǎo)體，該第二螺旋型導(dǎo)體是與該第一螺旋型導(dǎo)體分離的；從所述單元的內(nèi)部和外部以可延伸和可容放的方式安裝的第二天線，且在該第二天線的下部具有一饋電終端；和安裝在所述單元的上部并根據(jù)該第二天線的延伸或容放狀況連接該饋電終端以向第一和第二天線提供一電壓的同軸饋線。
8.如權(quán)利要求7所述的雙頻帶天線，其中當(dāng)?shù)诙炀€容納在所述單元的內(nèi)部時，所述同軸饋線連接到第一天線以向第一天線提供電壓，并且當(dāng)?shù)诙炀€從所述單元的外部延伸時，同軸饋線連接到該第二天線的饋電終端以向第二天線提供電壓。
全文摘要
一種移動通信單元的雙頻帶天線,其具有由絕緣材料制成的支撐件、第一和第二螺旋型導(dǎo)體、連接到各螺旋型導(dǎo)體的一端的同軸饋線,該第一和第二螺旋型導(dǎo)體纏繞在支撐件上并彼此分離且各自具有不同的諧振頻率;當(dāng)電壓通過同軸饋線提供給第一和第二螺旋型導(dǎo)體時,該天線在兩個頻帶具有最佳的工作性能;其結(jié)果使得該單元可以使用所需的不同移動電信服務(wù)而不用更換。此外,該具創(chuàng)造性的天線設(shè)計的尺寸較小以便應(yīng)用在移動電信單元中。
文檔編號H01Q1/27GK1301056SQ9912497
公開日2001年6月27日 申請日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者金穜圭, 樸室植, 徐哠碩 申請人:電子部品研究院