專利名稱：包括電容耦合的輻射單元的天線裝置以及使用這種天線裝置的手持無線電通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種包括電容耦合的輻射單元的天線裝置以及包括這種天線裝置的手持無線電通信設(shè)備，尤其涉及一種天線裝置以及手持無線電通信設(shè)備，該手持無線電裝置包括用于接收和發(fā)送圓極化RF信號的天線裝置，以便與衛(wèi)星通信。
今天移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的一種驅(qū)動(dòng)力是可利用性，另一種驅(qū)動(dòng)力是大小。手持無線電通信設(shè)備的用戶要求無論他的位置在哪里都要被服務(wù)。這就要求運(yùn)營商對他們的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的覆蓋，但是由于某些合理的經(jīng)濟(jì)方面原因，這對于人口稀少的區(qū)域是不可能的。對于經(jīng)常到人口稀少區(qū)域去的用戶來說，一種解決方案是使用衛(wèi)星電話。
這種用戶仍然會對他的衛(wèi)星電話的大小提出要求，因?yàn)楹翢o疑問，他會將他的普通蜂窩通信裝置與他的衛(wèi)星通信裝置相比較。由于軌道衛(wèi)星的距離非常遠(yuǎn)，與蜂窩通信裝置的天線相比，衛(wèi)星電話所用的天線將會較大，因此衛(wèi)星通信裝置將占用相當(dāng)大的空間。因而非常需要減少衛(wèi)星通信裝置的天線的尺寸，能夠減少這種天線尺寸的任何人將具有相當(dāng)有競爭力的優(yōu)勢。
在美國專利US-5,191,352中，公開了一種用于從地球軌道衛(wèi)星接收信號的四線射頻天線。該天線具有四個(gè)成形并設(shè)置成螺旋線形狀的振子，以便定義一個(gè)圓柱形包絡(luò)。這些振子在包絡(luò)的軸線方向上共同延伸。
WO96/06468公開了一種帶有陶瓷磁心的天線裝置，該裝置帶有至少為5的相對介電常數(shù)，其中每個(gè)第二螺旋振子都較長，以便實(shí)現(xiàn)自相位天線。每個(gè)第二振子通過一個(gè)彎曲形狀而加工得較大。
在1995年6/7月的《歐洲微波工程》雜志中，公開了一種用于個(gè)人手持終端的天線。該天線為四線螺旋類型。
下述專利申請涉及與本申請的發(fā)明相同的技術(shù)領(lǐng)域，從而作為參考包含于此。
-瑞典專利申請SE 9801754-4的名稱為“An antenna system anda radio communication device including an antenna system”,1998年5月18日(與本申請同一天)在瑞典申請，申請人Allgon AB。
-瑞典專利申請SE 9801753-6的名稱為“Antenna devicecomprising feeding means and a hand held radio communicationdevice for such antenna device”,1998年5月18日(與本申請同一天)在瑞典申請，申請人Allgon AB。
-瑞典專利申請SE 9704938-1，申請日1997年10月30日，申請人Allgon AB，名稱為“Antenna system for circularly polarized radiowaves including antenna means and interface network.”本發(fā)明的主要目的在于實(shí)現(xiàn)一種既能接收又能傳送圓極化RF信號的天線，該天線比現(xiàn)有的天線小且輕。
本發(fā)明的其他目的在于實(shí)現(xiàn)一種既能接收又能傳送圓極化RF信號的天線，該天線對于給定物理長度具有比現(xiàn)有天線更好的特性。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的其他目的在于實(shí)現(xiàn)一種在兩個(gè)不同頻帶中接收和傳送RF信號的天線。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的其他目的在于實(shí)現(xiàn)一種在通信系統(tǒng)內(nèi)既能接收又能傳送圓極化RF信號的天線，在該通信系統(tǒng)中，用于接收信號的RF頻帶與用于傳送信號的RF頻帶被分開。
上述的問題以及如何實(shí)現(xiàn)一種用于接收和傳送圓極化RF信號的更小且更有效的天線，通過提供一種帶有N個(gè)輻射單元的N形螺旋線天線來解決，其中N為大于1的整數(shù)，這些輻射單元同軸設(shè)置，并且定義了一個(gè)圓柱形包絡(luò)，其中各個(gè)輻射單元電容耦合到另一個(gè)輻射單元。
上述的問題以及如何實(shí)現(xiàn)一種用于接收和傳送圓極化RF信號的更小且更有效的天線，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過提供一種帶有N個(gè)輻射單元的N形螺旋線天線來解決，其中N為大于1的整數(shù)，這些輻射單元同軸設(shè)置，并且定義了一個(gè)圓柱形包絡(luò)，其中各個(gè)輻射單元具有疊加在主螺旋形上的彎曲形狀。
在更詳細(xì)的本發(fā)明目的中，即如何實(shí)現(xiàn)一種用于接收和傳送圓極化RF信號的更小且更有效的天線，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過提供一種帶有N個(gè)輻射單元的N形螺旋線天線來得到，其中N為大于1的整數(shù)，這些輻射單元同軸設(shè)置，并且定義了一個(gè)圓柱形包絡(luò)，其中各個(gè)輻射單元具有覆蓋在主螺旋形上的彎曲形狀，并且各個(gè)輻射單元在至少一個(gè)遠(yuǎn)離饋送點(diǎn)的端上電容耦合到它的相鄰單元。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)一種接收和傳送圓極化RF信號的較小天線。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)天線可以在多于一個(gè)的頻帶中使用一個(gè)天線來接收和傳送圓極化信號。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)在于，即使當(dāng)用于接收RF信號的頻帶遠(yuǎn)離用于傳送RF信號時(shí)，僅需要一個(gè)天線來接收和傳送圓極化RF信號。
本發(fā)明的進(jìn)一步適用范圍通過下文給出的詳細(xì)描述而變得清楚。然而，應(yīng)該理解的是，在表述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)給出的詳細(xì)描述以及特定實(shí)例，目的只是示意，因?yàn)楦鶕?jù)這些詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種變化以及修改。
本發(fā)明通過下文給出的詳細(xì)描述以及附圖將被變得更加容易理解。本發(fā)明僅借助于具體說明而給出，因而這些具體說明不應(yīng)是對本發(fā)明的限制。其中

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的天線；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的彎曲輻射方向圖天線；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的帶有頂部電容的彎曲輻射方向圖天線；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的帶有頂部電容以及第二排電容的彎曲輻射方向圖天線；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的彎曲輻射螺旋天線；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的帶有圓盤的彎曲輻射螺旋天線；圖7a,7b和7c示出了圖5和圖6公開的支承件/電容圓盤；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的彎曲輻射方向圖天線；圖9示出了帶有根據(jù)本發(fā)明天線的手持通信裝置；圖10a和10b示出了不同的彎曲方向圖。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的天線。101表示支承件，102表示饋送裝置。饋送裝置102包括第一、第二、第三和第四饋送點(diǎn)102a、102b、102c和102d。所述的饋送點(diǎn)連接到由103a、103b、103c和103d所表示的第一、第二、第三和第四輻射單元，這些單元通常由103表示。這些輻射單元同軸環(huán)繞在共軸上，從而定義了一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)。RF信號從電路104通過移相網(wǎng)絡(luò)105被饋送到輻射單元103。移相網(wǎng)絡(luò)105將RF信號轉(zhuǎn)換為四個(gè)帶有相位差360°/4=90°的信號，每個(gè)信號分別被饋送到一個(gè)饋送點(diǎn)，使得天線能夠產(chǎn)生圓極化RF信號。這些信號可以是左旋極化或者右旋極化。不同的極化是通過在左旋或者右旋方向上饒制輻射單元，并且相應(yīng)地饋送RF信號而實(shí)現(xiàn)的。
在本文的描述中，雖然主要描述了RF信號的傳輸，當(dāng)然該天線裝置也能夠接收信號。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的天線。201表示支承件，202a,202b和202c分別表示第一，第二和第三饋送點(diǎn)。所述的饋送點(diǎn)分別耦合到第一，第二和第三饋送單元203a,203b和203c，這三個(gè)饋送單元通常由203表示。所述的輻射單元203在本實(shí)施例中利用MID(模壓注入技術(shù))直接模壓到所述的支承件上。所述的輻射單元203的設(shè)置使得在所述支承件上形成一個(gè)圓柱形包絡(luò)。也就是說，每個(gè)輻射單元圍繞由所述支承件所定義的共軸饒制，以圓柱形的方式延伸，以便定義一個(gè)帶有共用半徑和螺旋線間隔的螺旋形。一個(gè)彎曲的圖形疊加在所述螺旋形上，構(gòu)成一個(gè)帶有彎曲圖形的公用螺旋形。換句話說，每個(gè)所述的輻射單元203a,203b和203c包括多個(gè)小的彎曲或者轉(zhuǎn)彎，而不帶有一個(gè)整的轉(zhuǎn)彎，以便在所述支承件上定義一個(gè)樓梯形的圖形。對于同一物理長度來說，該彎曲圖形增加了輻射單元的電長度，并且將每個(gè)輻射單元電容耦合到其相鄰的輻射單元，從而能夠?qū)τ谥T如銥系統(tǒng)，全球星系統(tǒng)等特定應(yīng)用，設(shè)計(jì)一種帶有給定電長度的較短天線。電路204將RF信號通過一個(gè)移相網(wǎng)絡(luò)205饋送到所述饋送點(diǎn)202。所述移相網(wǎng)絡(luò)205將該RF信號轉(zhuǎn)換為三個(gè)帶有相位差360°/3=120°的不同信號，并且分別將這三個(gè)信號饋送到每個(gè)所述的饋送點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)圓極化RF信號的產(chǎn)生。該信號可以是左旋或者右旋極化信號。不同的極化通過在左旋或者右旋方向上饒制輻射單元，并且通過相應(yīng)地饋送信號來實(shí)現(xiàn)?？梢詫⑤椛鋯卧O(shè)置成彎曲形，以便在不同的輻射單元之間產(chǎn)生電容耦合。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。301表示支承件，在所述支承件301的第一端，302a,302b分別表示第一，第二饋送點(diǎn)。第一，第二饋送單元表示為303a,303b，這兩個(gè)饋送單元通常由303表示。所述的輻射單元303的設(shè)置使得在所述支承件上形成一個(gè)圓柱形包絡(luò)，該圓柱形包絡(luò)帶有覆蓋的彎曲圖形。也就是說，每個(gè)輻射單元圍繞由所述支承件所定義的共軸饒制，以圓柱形的方式延伸，以便定義一個(gè)螺旋形。換句話說，每個(gè)所述的輻射單元303包括多個(gè)來回的小彎曲或者轉(zhuǎn)彎，而不帶有一個(gè)整的轉(zhuǎn)彎，以便在所述支承件上定義一個(gè)樓梯形的圖形。輻射方向圖在薄的介電載體(carrier)上印制、蝕刻。所述載體固定安裝在所述支承件上，例如利用粘接劑。每個(gè)輻射單元還包括一個(gè)耦合部分304，該耦合部分用于在遠(yuǎn)離所述第一端305的第二端，將所述第一輻射單元303a電容耦合到所述第二輻射單元303b。所述耦合部分304包括一個(gè)接收部件307和一個(gè)延伸部件308，其中所述的延伸部件308適配于所述接收部件307，以便將其認(rèn)作一個(gè)電容。對于給定的電長度來說，頂部電容能夠使天線設(shè)計(jì)得更小，這也改進(jìn)了天線的總的效率。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例。401表示支承件，402a,402b,402c和402d分別表示第一，第二，第三和第四饋送點(diǎn)。403a,403b,403c和403d分別表示第一，第二，第三和第四輻射單元。404表示包括饋送點(diǎn)402的第一端。405表示遠(yuǎn)離所述第一端的第二端。406表示第一耦合部分，407表示第二耦合部分。所述耦合部分406和407包括接收部件和延伸部件。這些接收部件和延伸部件類似于第二優(yōu)選實(shí)施例和圖3所述的接收部件和延伸部件。圖4的天線用于在兩個(gè)不同的獨(dú)立頻帶中接收和/或傳送RF信號。與物理長度相比，在第一輻射單元403a與其相鄰單元之間電容耦合的第一耦合部分406有效地延長了所述天線的電長度，該天線調(diào)節(jié)到第一頻帶以接收和/或傳送RF信號，前述第一輻射單元的相鄰單元為第二和第四輻射單元403b和403d。第二耦合部分407設(shè)置在遠(yuǎn)離第一或第二端404或405的地方，以便調(diào)節(jié)所述的天線，在第二頻帶以增加的效率傳送和/或接收RF信號。所述的兩個(gè)頻帶可以一個(gè)用于接收RF信號，另一個(gè)用于傳送RF信號，或者兩個(gè)都用于接收和傳送信號。因而本發(fā)明可以設(shè)計(jì)出手持無線電通信設(shè)備，該裝置帶有一個(gè)用于在兩個(gè)獨(dú)立頻帶中接收和/或傳送RF信號的天線。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例。501表示支承件，502a,502b分別表示第一，第二饋送點(diǎn)。503a,503b分別表示第一，第二輻射單元。所述第一和第二輻射裝置同軸設(shè)置并成型，以便形成一個(gè)圓柱形螺旋包絡(luò)，而且每個(gè)輻射單元包括多個(gè)來回的小彎曲或者轉(zhuǎn)彎，而不帶有一個(gè)整的轉(zhuǎn)彎，以便在螺旋結(jié)構(gòu)上定義一個(gè)重疊的彎曲圖形。第一圓盤設(shè)置在在第一端，并且固定到所述支承件501、所述饋送裝置502以及所述輻射裝置503，并且能夠耦合在饋送裝置502和輻射裝置503之間。第二圓盤505設(shè)置在遠(yuǎn)離第一端的第二端，并且固定到所述支承件501、所述第一和第二輻射單元503a和503b。所述第二圓盤505可以包括也可以不包括一個(gè)在所述輻射單元503a和503b之間的電容耦合。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例。該實(shí)施例類似于剛描述過的上述實(shí)施例，區(qū)別在于帶有一個(gè)第三圓盤601，該圓盤在離第一端604距離為L的地方，它能夠在第一和第二輻射單元602a和602b之間電容耦合。如果選擇天線總的長度來對于接收和發(fā)送RF信號的第一頻帶優(yōu)化性能，則選擇距離L以改進(jìn)對于接收和發(fā)送RF信號的第二頻帶的天線特性。當(dāng)然也可以有利地對第一頻帶的性能上作出折中，以改進(jìn)第二頻帶的特性。
在圖7a中，公開了電容耦合在輻射單元703之間的圓盤701。圖7b也公開了用于帶有4根導(dǎo)線的天線的圓盤。圖7c示出了一種圓盤，其中電容耦合在公用連接點(diǎn)704，并且天線振子并不對成地設(shè)置，而是在第一輻射單元703和第二輻射單元705之間以及與第三輻射單元706之間具有90°的相位差，第二輻射單元705對于第一輻射單元703具有90°的相位差，對于第三輻射單元706具有180°的相位差，第三輻射單元706對于第一輻射單元703具有90°的相位差，對于第二輻射單元705具有180°的相位差。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例。5個(gè)輻射單元801以螺旋形設(shè)置，在支承件802上形成圓柱形包絡(luò)。在該實(shí)施例中，使用了帶有彎曲邊的輻射方向圖。該方向圖包括了交替的較寬和較窄的通路，以便方向圖的邊形成一個(gè)彎曲的形狀。因而，這種方向圖也可以包含于彎曲方向圖或者彎曲輻射單元。耦合部分803在第一端將每個(gè)輻射單元電容耦合到其相鄰單元，也就是說，第一單元電容耦合到第二單元以及第四單元，第二單元電容耦合到第三和第一單元，以此類推到電容耦合到第四和第一單元的第五單元。
圖9公開了根據(jù)本發(fā)明的手持無線電通信設(shè)備。
圖10a和10b示出了不同的輻射方向圖，這些輻射方向圖將施加到薄柔性載體并且利用諸如粘接劑固定到支承件。
因而很顯然的是，可以用多種方式對所描述的本發(fā)明作出變化。例如很顯然的是，盡管在附圖中僅公開了一種方向，但輻射單元可以以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向饒制。這些變化不應(yīng)被看成是背離了本發(fā)明的精神和范圍，并且所有對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的變化都將應(yīng)包含于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于接收和傳送RF信號的天線裝置，包括支承件(201；301 401；501；802)，N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)，其中N是大于1的整數(shù)，N個(gè)饋送點(diǎn)(202；302；402；502)，這些饋送點(diǎn)用來將RF信號饋送到所述的N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)，所述的N個(gè)饋送點(diǎn)(202；302；402；502)被設(shè)置成可連接到收發(fā)信電路，所述的N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)被設(shè)置成在至少一個(gè)第一頻帶內(nèi)傳送RF信號，所述電路被設(shè)置成向每個(gè)饋送點(diǎn)(202；302；402；502)饋送RF信號，以便傳送圓極化RF信號，每個(gè)所述的N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)以大體螺旋的形式同軸設(shè)置在所述的支承件(201；301 401；501；802)上，以便定義一個(gè)圓柱形包絡(luò)，其特征在于，至少一個(gè)耦合裝置(203a-203c；307；308；406；503；602；801)用于至少將所述N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)中的第一單元電容耦合到所述N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)的第二單元。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的天線裝置，其中用來向每個(gè)饋送點(diǎn)(202；302；402；502)饋送RF信號的所述電路帶有一個(gè)大體為360°/N的相位差，以便傳送圓極化RF信號。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的天線裝置，其中所述N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)中的每個(gè)輻射單元具有疊加的彎曲方向圖，以便所述彎曲方向圖中的每個(gè)轉(zhuǎn)角構(gòu)成到一個(gè)相鄰的所述輻射單元的電容耦合。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)的天線裝置，其中所述N個(gè)饋送點(diǎn)(202；302；402；502)以對稱的圓形方式設(shè)置在所述支承件的第一端，以便每個(gè)饋送點(diǎn)為到其相鄰饋送點(diǎn)的角度范圍大體為360°/N，并且具有相同半徑和螺旋線間距的所述N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)在空間上共同擴(kuò)展。
5．根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)的天線裝置，其中每個(gè)輻射單元通過至少一個(gè)耦合部分(307,308；406,407；505；601,604；803)電容耦合到與其相鄰最近的兩個(gè)輻射單元。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的天線裝置，其中所述輻射單元(403；602)包括一個(gè)位于所述第二端的第一耦合部分(406,604)，以及一個(gè)位于離所述第二端L距離處的第二耦合部分(407；601)。
7．根據(jù)權(quán)利要求5到6中任何一個(gè)的天線裝置，其中一至少一個(gè)所述耦合部分導(dǎo)電地耦合到所述輻射單元；一所述的至少一個(gè)所述耦合部分包括至少一個(gè)接收部件(307)；一所述的至少一個(gè)所述耦合部分包括至少一個(gè)擴(kuò)展部件(308)；一所述N個(gè)輻射單元的第一輻射單元的所述至少一個(gè)擴(kuò)展部件被設(shè)置成適配于所述N個(gè)輻射單元的第二輻射單元的所述至少一個(gè)接收部件，以實(shí)現(xiàn)電容耦合。
8．根據(jù)權(quán)利要求5到7中任何一個(gè)的天線裝置，其中所述耦合部分位于遠(yuǎn)離第一端(305)的第二端(304)。
9．根據(jù)權(quán)利要求5到7中任何一個(gè)的天線裝置，其中所述耦合部分位于離遠(yuǎn)離第一端(305)的第二端(304)距離為L的地方。
10．根據(jù)權(quán)利要求6到9中任何一個(gè)的天線裝置，其中所述天線裝置被設(shè)置成在第二頻帶中接收和傳送RF信號，并且選擇距離L以在所述第二頻帶內(nèi)增加所述天線裝置的效率。
11．根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)的天線裝置，其中所述耦合裝置為一個(gè)耦合圓盤(505；601,604)，該耦合圓盤帶有至少一個(gè)電容(702)，所述圓盤被牢固地固定到所述支承件(501)，并且將所述至少一個(gè)電容耦合到至少兩個(gè)所述的N個(gè)輻射單元(203；303；403；503；602；801)，以便在所述至少兩個(gè)輻射單元之間構(gòu)成一個(gè)電容耦合。
12．根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)的天線裝置，其中設(shè)置至少兩個(gè)電容(702)，以便每個(gè)電容位于連接到共用連接點(diǎn)(704)的第一端，以及連接到至少一個(gè)輻射單元(703,705,706)的第二端。
13．一種手持移動(dòng)通信裝置，包括根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的天線。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的手持移動(dòng)通信裝置，其中所述手持裝置用于接收和/或傳送從軌道衛(wèi)星往復(fù)的RF信號。
15．根據(jù)權(quán)利要求13或14的手持移動(dòng)通信裝置，其中所述裝置用于在至少兩個(gè)不同的獨(dú)立頻帶中接收和/或傳送RF信號，每個(gè)頻帶都用于接收和/或傳送RF信號。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種比現(xiàn)有天線更輕和更小的、用于接收和傳送圓極化RF信號的天線,并且對于給定的物理長度來說,實(shí)現(xiàn)一種具有比現(xiàn)有天線更好的特性的、用于接收和傳送圓極化RF信號的天線。這可以通過提供一種帶有N個(gè)同軸設(shè)置的N形螺旋線天線,以及定義一個(gè)圓柱形包絡(luò)來實(shí)現(xiàn),其中各個(gè)輻射單元電容耦合到另一個(gè)輻射單元。
文檔編號H01Q1/36GK1301416SQ9980624
公開日2001年6月27日 申請日期1999年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月18日
發(fā)明者奧勒夫·艾德瓦松, 理查德·伯翰南, 瑟里·寶思奎特, 加尼·巴勞恩 申請人:奧根公司