專利名稱：用于移動電信單元的多層螺旋天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射和接收射頻信號的天線；且更具體地，涉及一種用于移動電信單元中的多層螺旋天線，該天線其內(nèi)包括有多個介質(zhì)片，其中這些介質(zhì)片被疊放在相互的頂上，一些介質(zhì)片各自設置有一導體造型。
眾所周知，螺旋天線設置有一介質(zhì)體和盤旋地或螺旋地繞在其上的具有適當長度的一長形金屬導體。


圖1A和1B中示出一典型的螺旋天線。如圖所示，該螺旋天線包括一介質(zhì)體30，其中心處具有一通孔40；和一盤旋地或螺旋地繞在該介質(zhì)導體30上的一金屬線圈10或一金屬導體造型20，從而通過其的一同軸線饋送能量。而且，該螺旋天線包括一可延伸地且可接收地插入到該通孔40中從而使其可被用作為一可收縮的天線的一單極天線50。
通常，在這樣一天線中，如果構(gòu)成該螺旋天線的盤旋導體回路的一匝的長度與使用的波長類似，則沿該盤旋方向軸向地建立一主束。然而，如果該一匝的長度遠短于使用的波長，則垂直于該天線的軸建立該主束。這樣一天線被稱之為正常模式螺旋天線(NMHA)。在該NHMA中，電流路徑對應于該導體的總長度。作為該導體被螺旋地纏繞在該介質(zhì)體上的結(jié)果，其電流路徑與該天線的垂直長度相比是非常的大，及通常是該垂直長度的數(shù)十倍，使得該螺旋天線呈現(xiàn)出優(yōu)良的輻射電阻特性。該輻射電阻與增大的導體路徑的長度的平方成正比地增大到一限度，該限度是一波長。然而，當該長度增大到超出該限度時，該輻射電阻減小。換言之，該螺旋天線中的該盤旋導體的一匝半徑和繞組數(shù)不能無限度地增大且它們必須地被適當?shù)仄胶庖蕴峁┮蛔罴训男阅堋?br> 近來在移動通信單元的設計中的趨勢是朝向小型化且因此其中使用的天線必須被做得更小。然而，由于上述限制的結(jié)果，當前可得到的螺旋天線的可能的小型化的程度受到限制。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于移動電信單元的，尺寸減小的天線。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供有一種用于移動電信單元中的多層螺旋天線，包括中心設置有一通孔的第一介質(zhì)片；多個第二介質(zhì)片，除了一個以外的所有第二介質(zhì)片設置有一開始孔和一結(jié)束孔，該除外的一個第二介質(zhì)片僅具有一個開始孔，各設置有一部分開口的圓形金屬造型和在其中心處的一通孔，其中在除了該僅具有開始孔的介質(zhì)片以外的各自的第二介質(zhì)片中，該部分開口的圓形金屬造型從開始孔延伸至結(jié)束孔，在該僅具有開始孔的介質(zhì)片中，該部分開口的圓形金屬造型從開始孔延伸至一自由端；和多個第三介質(zhì)片，各設置有輔助孔和在其中心的一通孔，其中這些介質(zhì)片被以一預定次序進行疊放，該次序是第一介質(zhì)片被放置在該疊的頂部，隨后是帶有開始孔的第二介質(zhì)片，隨后是第三介質(zhì)片，隨后是第二介質(zhì)片，隨后是第三介質(zhì)片等依次類推，第三介質(zhì)片被放置在該疊的底部，這些輔助孔被填充有一導電材料，從而通過對應的開始孔和結(jié)束孔垂直地連接這些第二介質(zhì)片上的部分開口的圓形金屬造型，在該疊介質(zhì)片內(nèi)部形成一盤旋，從而形成一螺旋天線，且其內(nèi)這些通孔被使用以使一鞭狀天線沿該螺旋天線的中心軸向上和向下滑動，從而形成所述多層螺旋天線。
通過以下附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的以上及其它目的和特征將變得顯然，附圖中圖1A和1B是一常規(guī)的螺旋天線的分段的分解視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的一多層天線的結(jié)構(gòu)的分解透視圖3A至3C是用于說明一螺旋導體造型的一多層天線的平面視圖；圖4是圖2中所示的該多層螺旋天線的一盤旋導體的透視圖；圖5是安裝在一無線電移動站上的本發(fā)明的多層天線的部分截面視圖。
圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的一多層螺旋天線的詳細結(jié)構(gòu)。如圖所示，本發(fā)明的多層螺旋天線100包括第一介質(zhì)片130，多個第二介質(zhì)片120和多個第三介質(zhì)片110。各介質(zhì)片110至130具有基本上盤的形狀且由具有預定介質(zhì)常數(shù)的介質(zhì)材料制成并在其中心處設置有一通孔180，使一鞭狀天線200沿該螺旋天線100的一中心軸向上和向下滑動，該螺旋天線通過以一預定次序疊放這些介質(zhì)片而形成，該次序是第一介質(zhì)片130被放置在該疊的頂部，隨后是帶有開始孔的第二介質(zhì)片120，隨后是第三介質(zhì)片110，隨后是第二介質(zhì)片120，隨后是第三介質(zhì)片110等依次類推，第三介質(zhì)片110被放置在該疊的底部。
自然各介質(zhì)片120和130可以一預定厚度形成或可通過多個介質(zhì)片而被形成以獲得該預定厚度。
所有的第二介質(zhì)片120，除了一個以外，被各自設置有一開始孔122和一結(jié)束孔124，該除外的一個僅具有一開始孔。該帶有一開始孔122的第二介質(zhì)片總是位于第一介質(zhì)片130的正下方。開始孔122和結(jié)束孔124可具有約0.4mm直徑。
另一方面，各第三介質(zhì)片110設置有一輔助孔112。
而且，各第二介質(zhì)片120設置有一由導電材料，例如銀(Ag)或銅(Cu)制成，沿同一旋轉(zhuǎn)方向形成的一部分開口的圓形金屬造型132。在位于該疊的底部的第三介質(zhì)片110正上方的第二介質(zhì)片120的該部分開口的圓形金屬造型132從開始孔122延伸至結(jié)束孔124，在孔122和124之間帶有一弧角θ1，如圖3A所示。接連的第二介質(zhì)片120的該部分開口的圓形金屬造型132以與先前的第二介質(zhì)片120的該部分開口的圓形金屬造型132相同的方式被形成，在孔122和124之間帶有一弧角θ2，如圖3B所示。位于第一介質(zhì)片130的正下方的第二介質(zhì)片120的該部分開口的圓形金屬造型132從開始孔122延伸至其的一自由端，開始孔122與該自由端之間帶有一弧角θ3，如圖3C所示。較佳地是弧角θ3基本上等于或小于θ1和θ2且θ1和θ2相互相等。在一較佳實施例中，各部分開口的圓形金屬造型132的造型厚度、內(nèi)直徑、外直徑和造型寬度可根據(jù)使用的頻帶而被改變且在采用1.8GHz頻帶的個人通信系統(tǒng)(PCS)的情況下，各自為近似0.4mm、4.5至5mm、5至5.5mm和近似0.4至0.45mm。
而且，位于該疊的底部的第三介質(zhì)片110的輔助孔112對應于位于其上的第二介質(zhì)片120的開始孔122，位于在該疊的底部的第三介質(zhì)片110上方的第二介質(zhì)片120的結(jié)束孔對應于位于第一介質(zhì)片130下方的第二介質(zhì)片120的開始孔122和第三介質(zhì)片110的輔助孔112，且第三介質(zhì)片110的開始孔對應于位于第一介質(zhì)片130下方的第二介質(zhì)片120的開始孔122和位于其下方的第二介質(zhì)片120的結(jié)束孔124。
這些輔助孔124被填充有與這些部分開口的圓形金屬造型132相同的導電材料142，從而通過對應的開始孔122和結(jié)束孔124垂直地連接這些第二介質(zhì)片120上的部分開口的圓形金屬造型132。
當通過輔助孔112中的導電材料142和開始孔122及結(jié)束孔124垂直連接這些部分開口的圓形金屬造型132時，形成一盤旋。如圖4所示，使其能發(fā)送和接收水平和垂直極化。也就是說，這些部分開口的圓形金屬造型132在水平方向上保持圓形，從而形成一常規(guī)的螺旋天線結(jié)構(gòu)，同時輔助孔112中的導電材料142在垂直方向上形成一常規(guī)的單極天線結(jié)構(gòu)，從而提供帶有能夠發(fā)送和接收水平及垂直極化的全向天線特性的本發(fā)明的天線。
在本發(fā)明的螺旋天線中，較佳地是在期望的工作中心頻率的圖4中所示的盤旋的總長度是λ/4并可根據(jù)該介質(zhì)片的介質(zhì)常數(shù)而被選擇地控制。
而且，較佳地是對于用在1.8GHz，該螺旋天線可使用具有2.5匝的螺線，即兩個和半個部分開口的圓形金屬造型132而被構(gòu)成，而對于用在1.2GHz，是4匝。而且較佳地是各部分開口的圓形金屬造型132盡可能接近成一360°的圓以發(fā)送和接收水平極化，但通常包括5至15°的開口。
如上所述的這些介質(zhì)片110至130通過在高溫和高壓的一疊放處理被集成以形成該螺旋天線100，如圖5所示。該螺旋天線100的高度可根據(jù)使用的頻率、這些部分開口的圓形金屬造型132的長度和輔助孔112的深度，即這些介質(zhì)片的厚度而改變，由于該螺旋天線100的一垂直元件由填充輔助孔112的導電材料142而形成。例如，其用作為移動通信天線時的長度近似為5至15mm。
在圖5中，本發(fā)明的多層天線包括一螺旋天線100和一鞭狀天線200，該螺旋天線100在其中心有一通孔180并安裝在一單元體300的一同軸饋線310上，該鞭狀天線200是一金屬單極天線，沿中心軸，即螺旋天線100的中心軸可移動地配置。應注意到這里使用的螺旋天線具有下述的結(jié)構(gòu)。通孔180的直徑可根據(jù)鞭狀天線200的直徑而被改變，且通常是2.5至3mm。而且，鞭狀天線200的長度基本上是λ/8的倍數(shù)，但可以被選擇地改變。
當鞭狀天線200通過螺旋天線100的中心從單元300延伸出時，在鞭狀天線200的下部上形成的一饋送端子102與單元300的同軸饋線310相接觸。結(jié)果，一電壓通過該饋送端子102從一匹配電路(未示出)施加給該鞭狀天線200。而且，由于該螺旋天線100被固定至該同軸饋線310，能量被饋送給螺旋天線100而不管該能量是否被饋送給鞭狀天線200。
另一方面，當鞭狀天線200通過螺旋天線100的中心被推入單元300的內(nèi)部時，形成在鞭狀天線200的下部上的饋送端子102被與單元300的同軸饋線310電斷開。結(jié)果，一電壓不能被施加給鞭狀天線200且因此鞭狀天線200變成不起作用而僅螺旋天線100工作來發(fā)送和接收信號。
如上所述，本發(fā)明的螺旋天線能通過自身發(fā)送和接收水平及垂直極化。而且，由于盤旋造型被直接形成在這些介質(zhì)片上，能夠使制做過程變得簡單。
盡管參照具體實施例對本發(fā)明進行了圖示和描述，顯然不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍，本領域的熟練技術人員可作出許多變化和改型。
權利要求
1.一種用于移動電信單元中的多層螺旋天線，包括中心設置有一通孔的第一介質(zhì)片；多個第二介質(zhì)片，除了一個以外的所有第二介質(zhì)片設置有一開始孔和一結(jié)束孔，該除外的一個第二介質(zhì)片僅具有一個開始孔，各設置有一部分開口的圓形金屬造型和在其中心處的一通孔，其中在除了該僅具有開始孔的介質(zhì)片以外的各自的第二介質(zhì)片中，該部分開口的圓形金屬造型從開始孔延伸至結(jié)束孔，在該僅具有開始孔的介質(zhì)片中，該部分開口的圓形金屬造型從開始孔延伸至一自由端；和多個第三介質(zhì)片，各設置有輔助孔和在其中心的一通孔，其中這些介質(zhì)片被以一預定次序進行疊放，該次序是第一介質(zhì)片被放置在該疊的頂部，隨后是帶有開始孔的第二介質(zhì)片，隨后是第三介質(zhì)片，隨后是第二介質(zhì)片，隨后是第三介質(zhì)片等依次類推，第三介質(zhì)片被放置在該疊的底部，這些輔助孔被填充有一導電材料，從而通過對應的開始孔和結(jié)束孔垂直地連接這些第二介質(zhì)片上的部分開口的圓形金屬造型，在該疊介質(zhì)片內(nèi)部形成一盤旋，從而形成一螺旋天線，且其內(nèi)這些通孔被使用以使一鞭狀天線沿該螺旋天線的中心軸向上和向下滑動，從而形成所述多層螺旋天線。
2.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各介質(zhì)片具有基本上盤的形狀且由具有預定介質(zhì)常數(shù)的介質(zhì)材料制成。
3.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各介質(zhì)片可以一預定厚度形成或可通過多個介質(zhì)片而被形成以獲得該預定厚度。
4.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各開始孔和結(jié)束孔具有約0.4mm直徑。
5.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中該部分開口的圓形金屬造型沿同一旋轉(zhuǎn)方向形成。
6.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中該開始孔和自由端之間的弧角基本上等于或小于開始孔和結(jié)束孔之間的弧角，且開始孔和結(jié)束孔之間弧角相互相等。
7.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各部分開口的圓形金屬造型的造型厚度、內(nèi)直徑、外直徑和造型寬度根據(jù)使用的頻帶而被改變且在采用1.8GHz頻帶的個人通信系統(tǒng)(PCS)的情況下，各自為近似0.4mm、4.5至5mm、5至5.5mm和近似0.4至0.45mm。
8.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中這些部分開口的圓形金屬造型在水平方向上保持圓形，從而形成一常規(guī)的螺旋天線結(jié)構(gòu)，同時輔助孔中的導電材料在垂直方向上形成一常規(guī)的單極天線結(jié)構(gòu)，從而提供帶有能夠發(fā)送和接收水平及垂直極化的全向天線特性的多層天線。
9.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中在期望的工作中心頻率的盤旋的總長度是λ/4。
10.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中這些部分開口的圓形金屬造型由例如銀(Ag)或銅(Cu)的導電材料制成。
11.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中對于用在1.8GHz，該盤旋具有兩個半匝的部分開口的圓形金屬造型，對于用在1.2GHz，該盤旋具有四匝的部分開口的圓形金屬造型。
12.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各部分開口的圓形金屬造型盡可能接近成一360°的圓以發(fā)送和接收水平極化。
13.根據(jù)權利要求1的多層螺旋天線，其中各部分開口的圓形金屬造型具有一5至15°的開口。
全文摘要
多層螺旋天線:包括有中心孔的第一介質(zhì)片;多個第二介質(zhì)片,除一個僅有開始孔,其余還設結(jié)束孔,各有開口圓形金屬物和中心孔,僅有開始孔的介質(zhì)片的金屬物從開始孔延至自由端,其余延至結(jié)束孔;多個第三介質(zhì)片,設輔助孔和中心孔。第一介質(zhì)片在上,后是僅有開始孔的第二介質(zhì)片,后是第三及第二介質(zhì)片交替,第三介質(zhì)片在下,輔助孔充導電物,通過開始和結(jié)束孔連接金屬物,形成螺旋,鞭狀天線沿其中心軸滑動,形成多層。
文檔編號H01Q11/00GK1257322SQ9912553
公開日2000年6月21日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權日1998年12月1日
發(fā)明者金種圭, 樸寅植, 徐哠碩 申請人:電子部品研究院