CN1343380A - 一种在通信器件中的微波传输带天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在通信器件中的微波传输带天线装置,该天线装置包括在互不相同的波长下谐振的至少两个谐振天线元件(11、12),天线元件相对于至少一个共享地平面(14)布置,至少两个天线元件(11、12)的每一个建立一个方向辐射图案。

Description

一种在通信器件中的微波传输带天线装置
本发明涉及一种根据权利要求1的在通信器件中的微波传输带天线装置和一种根据权利要求7和8的通信器件。
当确定通信器件的尺寸时,多个重要设计参数之一是最终产品的尺寸。特别是在设计移动通信器件的技术中,产品的尺寸已经转化成一个重要的竞争参数。
一个更重要的设计参数涉及得到坚固的结构。当设计移动手持通信器件时,至关重要的是得到坚固的器件,因为在器件的日常使用期间移动器件经常偶然或多或少地损坏。移动器件最容易损坏的部分一般是外部天线,例如鞭状天线。
作为避免这种严重问题的一种偿试,一些移动器件设计者已经选择依赖于内部天线设计,如补片状天线。这种类型的天线具有这样的优点,所有活性天线元件可以包括在移动器件的壳体中,并因此显著改进天线元件的坚固性。
内部补片状天线的一个缺点在于,它需要非常高熟练程度的设计者,因为天线元件的内部布置占据比器件内适用的大的空间。尽管如此,但还是有可能设计非常紧凑的和小型高质量的器件。
在过去几年期间,一个与移动远程通信有关的一般问题是蜂窝远程通信的严重扩展,因为一直增大的客户数量需要传输容量的相应增大。尤其是,网络操作者已经选择建立双带蜂窝网络,如GSM和DCS1800。
因此,如果他的或她的蜂窝电话能够传输和接收峰窝网络,则移动客户完全能从这些措施获得好处。
在过去几年期间,多种类型的双带蜂窝电话已经进入市场。在市场上双带蜂窝电话的适用性意味着,电话已经装有外部导线天线,这些天线基本上通过把一根辅助导线添加到原始导线上而开发,而不是开发带有一根内部天线的蜂窝电话。这种类型的天线设计已经使得有可能保持传统的外部天线设计,因为相对于空间占用元件可以或多或少地保持蜂窝电话的内部结构。
至今,与向越来越小的蜂窝电话的市场趋势配对的新多带策略,似乎已经转变了移动制造公司的策略,甚至在外部天线的方向上更是如此,因为内部天线,特别是方向微波传输带天线,需要蜂窝电话内部空间的相当部分。
本发明的一个目的在于,提供一种具有方向辐射的多带蜂窝电话。
当一种在通信器件中的微波传输带天线装置包括在互不相同的波长下谐振的至少两个谐振天线元件、所述天线元件相对于至少一个共享地平面布置、并且所述至少两个天线元件的每一个建立一个方向辐射图案时,已经得到适于多带操作的一种多带天线装置。特别是,得到的天线装置适于用在为机械布置提供很小空间的用途中。上述布置容许在布置的方向天线的辐射图案之间的一定差异。
地平面的最小尺寸应该最好大于主操作谐振频率的0.095倍,因而保证足够的方向性和在天线之间方向的最小相互差异。
本发明讲授,如果地平面由两个或多个天线共享,则可以得到天线的方向性能,因为需要一个较宽广的地平面,以便得到用于两个天线的方向特性。在上述实施例中,双带方向辐射图案的代价是在两个特性的方向之间的小倾斜。
当如权利要求2所述,所述辐射图案的方向φ1、φ2定义一个不是0°的角φ时,已经得到一个便利的实施例,因为在辐射元件之间的相互空隙应该尽可能低的保持。
应该注意,角φ主要定义在辐射图案的方向与地平面法线之间的一个水平角,因为φ相对于法线是两个角更关键的一个,见图4。
还应该注意,角φ应该广义地解释为包括角θ,因为根据本发明可以容许地平面纵向的倾斜。
按照文献,分别在地平面的横向和纵向都应该尽可能小地保持θ和φ。
当如权利要求3所述,角θ在0°与170°之间,最好在0°与50°之间时,得到本发明一个另外便利的实施例。
当如权利要求4所述,在φ=0°下每个天线的辐射图案大于φ=180°下至少3dB时,得到本发明的一个另外便利的实施例,因为所有天线的组合性能应该在天线的正半平面中保持得尽可能的高,而在天线的负半平面中尽可能的低。
当如权利要求5所述,天线装置包括两个天线元件、每个适于分别基本上在900MHz下和基本上在1800MHz下的频带时,得到本发明的一个最佳和便利的实施例,因为物理要求GSM和DCS***的一种双带样式可以组合,得益于可以修改现存的GSM方向补片布置而基本上不改变例如蜂窝电话的机械***设计的事实。
当如权利要求6所述,每个天线作为TM 10模式天线工作,即具有一个主导激励频率时,得到本发明的一个另外最佳的实施例。
应该注意,多种微波传输带辐射器形状在本发明的范围内是可能的,如上述和最佳矩形或基本上矩形的补片、圆形补片或环形补片。通过增大补片天线的基片的电气厚度和选择具有低介电常数的基片,能得到较大的带宽。
在本发明范围内相对于微波传输带设计的其他变化包括一种叠置微波传输带天线,其中寄生补片向负载添加一种双层结构。
当如权利要求7所述,至少两个辐射图案的方向远离用户,通过建立远离用户取向的辐射可以得到本发明一个另外最佳的实施例,因而得到最小SAR值和最大效率。
当如权利要求8所述,一种通信器件带有一个多带天线、所述多带天线带有共享一个地平面的至少两个辐射器天线元件、所述至少两个辐射器元件的每一个适于电磁波长λj的辐射、所述辐射器天线元件和所述地平面包括一种电子导电材料、所述共享地平面的最小有效尺寸W大于或等于0.095λm、λm作为波长λi的最长波长、及最好大于0.1λm时,得到本发明的一个便利实施例。
一个共享地平面是一个其中至少部分地平面由辐射器共享的地平面。
本发明的一个重要方面在于,多带天线的共享地平面提供辐射器天线元件的方向辐射特性。应该注意,不同的辐射器适于不同的波长,并且因此具有不同的物理尺寸。即使当对于多带辐射器的每一个共享适于作为谐振元件操作的一个普通物理尺寸的相同地平面时,也认识到,对于辐射器的每一个有可能得到方向特性。应该注意,即使不同的辐射元件相互隔开也得到希望的方向特性,因为根据本发明可以容许方向特性的小差异。
当共享地平面时,得到一种紧凑的天线装置,因为使地平面的有效尺寸最小,特别当与分离的天线装置相比时。
根据本发明,较多天线元件可以布置在相同地平面的顶部,并且不需要必须相对于在地平面与天线元件之间的相对定位对称,以便提供多方向辐射图案。可是,所有辐射图案可以指在相同的方向,即经常远离用户的头部。
当如权利要求9所述,天线辐射器元件借助于一个邻近耦合馈电时,得到本发明的一个另外便利的实施例。
当如权利要求10所述,天线辐射器元件借助于一个共享邻近耦合馈电时,得到天线的一种非常紧凑样式,因为借助于仅一根馈电线可以实施邻近耦合。
当如权利要求11所述,天线辐射器包括至少两个TM10模式天线辐射器元件时,每个天线元件基本上具有一个主导谐振频率。
带有至少两个辐射器天线元件的所述多带天线具有一个共享地平面,每个辐射元件适于电磁波长的辐射,
所述辐射器天线元件和所述地平面包括一种导电材料,
所述辐射器天线元件(11、12)的至少两个对于所述地平面(14)接地,并且带有自由谐振端的天线元件(11、12)以这样一种方式延伸,从而所述自由谐振端(11A、12A)基本上彼此面对着,得到本发明一个便利实施例。
特别是高于地平面的高度和自由谐振端宽度的组合是便利的。
当如权利要求12所述,一种从辐射器天线元件的至少一个至所述地平面的耦合具有尺寸比所述辐射器天线元件小的宽度时,有可能减小辐射器天线元件的长度。
一般地,该长度控制天线元件的频率,其中较长天线意味着较低频率辐射。通过用电气方法部分分离地平面与天线元件,由天线元件能得到较低频率,而不用延伸长度。
下面参照附图将描述本发明,在附图中
图1表示根据本发明的一种最佳补片天线装置,
图2表示根据本发明的补片天线倾斜的原理,
图3是根据本发明实施例的一些关键元件的布置的说明图,及
图4表示在天线装置的横截面中在本发明的两个辐射图案之间的方向性。
参照图1,根据本发明的双带补片天线装置表示在立体图中。
天线装置包括并入在PCB中的一个地平面14、和经两个接地17A和17B电镀耦合到地平面14上的两个补片天线11和12。地平面14的宽度最好是在由天线需要的最低频率下信号波长的至少0.095倍。
补片天线12以其整个宽度连接到地平面14上,即接地17B必须刚好与天线一样宽。天线11通过其宽度部分仅连接到地平面14上,即接地17A仅覆盖天线宽度的一部分。宽度的其余部分在从天线11至地平面14的小距离19处。该距离19最好能通过削去补片天线11的适当部分形成。
每个天线11、12具有一个自由谐振端11A或12A。这些端部彼此面对着,并且由电介质18B的沟道分离。电介质18B的宽度,即从11A至12A的距离在范围0.1mm至10.0mm中,2.0mm作为最佳宽度。
天线11、12都经一根馈电线13馈电,该馈电线建立对于两个天线11、12的一种共享邻近耦合。馈电线13通过电介质18A的沟道远离天线11、12。
馈电线经一个馈电针16穿过地平面14连接到一个接收和发射电路(未表示)上。
上述天线元件布置在固体电介质15上。固体电介质15的形状是一个楔,给两个天线11、12一种倾斜。
天线11、12的每一个适于专用频带。根据表示的最佳实施例,天线11适于900MHz GSM信号,而天线12适于1800 MHz DCS信号,及自由谐振端11A和12A起有源辐射器的作用。
天线的倾斜保证电介质15的厚度足以保证对于每个天线11、12的希望带宽。
当共享地平面14和电介质楔15时,对于两个天线得到天线的改进带宽和改进信号性能的组合,即使由于在前边缘12A与地平面14之间的较远距离,在该实施例中的天线前边缘12A的电容性耦合稍小于在11A中天线前边缘的电容性耦合时也是如此。
描述的微波传输带天线装置是得益于天线11、12的常规形式的补片天线装置,即前谐振边缘11A和12A是主辐射源。
在图2中,表明补片天线上述倾斜的原理。
基本上,图2表明图1中天线11和12的倾斜。相对于地平面14表示天线11、12的谐振端11A和12A,并且至地平面14的对应垂直距离表示为DH和DL。
应该注意,提供上述信号质量改进的自由谐振端11A和12A的电容性耦合,由于在DH和DL之间的差别是不同的。虽然,分别在地平面14与DH和DL之间的耦合是可比较的,并且天线12A的电容性耦合受较远距离即较低电容属于具有最高频率的天线的事实的影响,因而导致对于地平面14的有效耦合的改进。
根据本发明的所示最佳实施例,较低的电容性合总属于具有最高频率的天线。
在一些实施例中,天线装置的改进设计是可能的,因为较短的天线12能比天线11更倾斜,因而导致短波天线12前端的改进电容性耦合。
在图3中,通过上述双带补片天线的一些关键元件表示和表明本发明的其他重要特征。
图3是图1中天线的剖视图,其中相对于共享地平面14的横截面314表示天线11的横截面311和天线12的横截面312。而且,表示馈电线13的横截面313。
每个图案建立具有对应方向111和112的方向辐射图案φ1、φ2
元件和表示的方向为了解释天线装置的基本性质的目的稍微失真。
图4表示上述倾斜,其中方向111表示天线11辐射图案的主方向而方向112表示天线12辐射的主方向。
应该注意,在这种说明中的角φ仅是在由图1的天线装置的横截面定义的平面中的辐射图案方向之间的两维角。
试验已经表明,由在两个天线辐射方向之间的角φ表示的倾斜是换取希望双带方向图案的较小代价,因为根据本发明的双带天线在两个辐射图案相对于接收和发射质量以及方向性能的意义上,提供一种满意的均匀辐图案。
本发明讲授了,如果地平面由两个或多个天线共享,则可以得到天线的方向性能,因为需要较宽广的平面,以便得到用于两个天线的方向特性。在上述实施例中,用于双带方向辐射图案的代价是在两个特性方向之间的较小倾斜。
熟悉本专业的技术人员将认识到,本发明的其他实施例是可能的。一个实施例包括使谐振端的每一个面对着辐射器天线元件的端部的可能性。对于地平面的耦合然后由辐射器天线元件共享,并且把固体电介质楔划分成两部分。
一个另外的实施例包括通过面对着固体电介质楔的后端或前端使每个谐振端面对着相同路线的可能性。对地平面的耦合然后在相对端处进行。

Claims (12)

1.在通信器件中的微波传输带天线装置,包括:
至少两个谐振天线元件(11、12),在互不相同的波长下谐振,
所述天线元件相对于至少一个共享地平面(14)布置,
所述至少两个天线元件(11、12)的每一个建立一个方向辐射图案。
2.根据权利要求1所述的微波传输带天线装置,其中所述辐射图案的方向φ1、φ2定义一个不是0°的角φ。
3.根据权利要求1或2所述的微波传输带天线装置,其中角θ在0°与170°之间,最好在0°与50°之间。
4.根据权利要求1至3所述的微波传输带天线装置,其中在φ=0°下每个天线的辐射图案大于φ=180°下至少3dB。
5.根据权利要求1至4所述的微波传输带天线装置,其中天线装置包括两个天线元件(11、12),每个适用于分别基本上在900MHz下和基本上在1800MHz下的频带。
6.根据权利要求1至5所述的微波传输带天线装置,其中每个天线作为TM10模式天线工作,即具有一个主导激励模式。
7.通信器件,最好是蜂窝电话,带有根据权利要求1-6的一种多带天线,其中至少两个辐射图案的方向远离用户。
8.带有多带天线的通信器件,
带有至少两个辐射器天线元件(11、12)的所述多带天线具有一个共享地平面(14),所述至少两个辐射器元件(11、12)的每一个适于电磁波长λi的辐射,
所述辐射器天线元件(11、12)和所述地平面(14)包括一种导电材料,
所述共享地平面(14)的最小有效尺寸W大于或等于0.095λm,λm作为波长λi的最长波长,并且最好大于0.1λm
9.根据权利要求8所述的通信器件,其中天线辐射器元件借助于至少一个邻近耦合馈电。
10.根据权利要求8或9所述的通信器件,其中天线辐射器元件借助于一个共享邻近耦合馈电。
11.根据权利要求8-10所述的通信器件,其中天线辐射器包括至少两个TM10模式天线辐射器元件,每个天线元件基本上具有一个主导谐振频率,
带有至少两个辐射器天线元件(11、12)的所述多带天线具有一个共享地平面(14),每个辐射元件(11、12)适于电磁波长λi的辐射,
所述辐射器天线元件(11、12)和所述地平面(14)包括一种导电材料,
所述辐射器天线元件(11、12)的至少两个对于所述地平面(14)接地,并且带有自由谐振端的天线元件(11、12)以这样一种方式延伸,从而所述自由谐振端(11A、12A)基本上彼此面对着。
12.根据权利要求11所述的通信器件,其中从辐射器天线元件(11、12)的至少一个至所述地平面(14)的耦合(17A)具有尺寸比所述辐射器天线元件(11、12)小的宽度。
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