CN102812595A - 介电负载天线与无线通讯设备 - Google Patents

Abstract

一种无线通讯设备，包括：a）一个背射介电负载天线（1），该背射介电负载天线（1）包括：一个由相对介电常数大于5的固体材料组成的电绝缘介电核心；一个三维天线元件结构，该三维天线元件结构包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分的上方或邻近位置；一个以轴向延伸的细长层压板形式构成的馈电结构，穿过核心内的通道从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸，该天线在核心近端表面部分的上方或邻近部位具有暴露的接触区域；b）无线通讯电路，其具有一个设备层压电路板（40），该设备层压电路板（40）具有多个接触的末端支撑区域，每个支撑区域传导结合各自的弹簧接头（42），从而弹性支承各个天线暴露接触区域。

Description

介电负载天线与无线通讯设备

本发明涉及一种以超过200 MHz的频率工作的介电负载型天线，具有一个固体材料的电绝缘核心，以及一个含有介电负载型天线的无线通讯设备。

已知介电负载型螺旋天线在UHF频率工作，尤其是紧凑天线，用于便携式无线通讯设备，例如手机、卫星电话、手持定位装置和移动定位装置。本发明可用于这些及其他领域，例如WiFi，如无线局域网络、设备，MIMO，如多重输入/多重输出系统和其他接收与发射无线系统。

通常，这种天线包括一个柱状陶瓷芯，其相对介电常数至少为5，核心外表面承托一个螺线导轨形式的天线元件结构。在所谓的“背射”天线中，轴向馈线封装在延伸于核心近侧和远端横向外表面部分之间孔内，馈线导体通过核心远端横向表面部分上的导电表面连接元件连接至螺线轨道。英国专利GB2292638、GB2309592、GB2399948、GB2441566、GB2445478，国际专利WO2006/136809和美国专利US2008-0174512A1中公开了这种天线。这些公开的文件公开了具有一对、两对、三对或四对螺旋天线元件或螺旋天线元件组。专利WO2006/136809、GB2441566、GB2445478和US2008-0174512A1分别公开了一个具有电阻抗匹配网络的天线，包括一个固定在核心远端外表面部分上的印刷电路层压板、位于馈线和螺旋元件之间连接器的网络成形部分。在每个情况下，馈线是一个同轴传输线，其外部屏蔽导体具有连接头，平行于经由层压板通道的轴线，内部导体同样穿过各自的通道。首先，通过将同轴馈线远端部分插入到层压板内的通道中来装配天线，构成一个单式馈线结构，与连接的层压板一起将馈线从通道远端插入到核心通道内，使馈线暴露在通道近端，层压板毗连核心的远端外表面部分。然后，将焊接涂铺的垫圈或套圈置于馈线近端部分，构成一个位于馈线外导体和核心近端外表面部分的传导表面之间的环形桥接器。该装置穿过一个加热炉，对层压板近端和远端表面上的预设位置进行焊接粘合，在上述垫圈或套圈上焊接，融合形成馈线与匹配网络之间（a），匹配网络与核心远端外表面上的表面连接元件之间（b），以及馈线与核心近端外表面部分上的传导层之间（c）的连接。因此，核心馈线结构的组装与固定有三个步骤，即插入，垫圈或套圈设置和加热。本发明的目的是为了提供一个容易组装的天线。

根据本发明的第一方面，提供了一个能够在超出200MHz频率上操作的介电负载型天线，其中该天线包括：一个由相对介电常数大于5的固体材料制成的电绝缘介电核心，含有沿天线轴横向延伸的远端或近端表面部分的外表面，以及一个介于横向延伸表面部分之间的侧表面部分，核心外表面限定了一个内部空间，其主要部分被制成核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，该对传导天线元件位于核心侧表面部分上方或邻近位置，从核心远端表面部分延伸至核心近端表面部分；一个以轴向延伸的细长层压板形式构成的馈电结构，包括至少一个作为馈线的传输线部分，在核心内的一个通道中从核心远端表面部分延伸到核心近端表面部分，以及一个天线连接部分，以整体成形的传输线部分的近侧延伸形式存在，在层压板平面上，其宽度大于通道的宽度，还有一个阻抗匹配部分将天线元件与馈电线路连接。与具有刚性金属外导体的同轴馈线相比，轴向延伸的细长层压板作为馈电结构的使用具有相对缺少刚性的优势。传输线部分近侧延伸的宽度增加为不同的连接元件提供了额外的区域，这将在下文进行描述。更具体地说，如果需要，可配备专有的小型连接装置。优选的层压板最少具有第一、第二和第三传导层，第二层是介于第一和第三层之间的中间层。以这种方式有可能构建馈电线路，从而具有一个由第二层和与内层导体重叠的外部防护导体构成细长内导体，分别位于后者的上方和下方，分别由第一和第三层构成。防护导体由位于线路上的联络线相互连接，平行于对面内部导体，联络线最好由介于第一和第三层之间的传导通道排构成。封闭内部导体，从而使传输线部分具有共轴线的特征。

在本发明的某些具体实施例中，轴向延伸层压板包含一个位于近端延伸部分的活性电路元件。因此，RF高频端电路，例如低噪声放大器可安装在层压板上，利用表面上升，将元件的输入导体与馈线导体连接。此外，当天线被用于发射时，层压板可携带一个RF功率放大器，或当用于收发设备时，有一个功率放大器和一个开关。还有可能包括其他活性电路元件，例如GPS接收芯片或其他RF接收芯片（甚至在低频（如，小于30 MHz）或数字输出的电路范围内），或收发芯片。在这种具体实施例中，层压板可具有附加的传导层。这允许天线连接至主设备，且不使用能够处理无线频率信号的专用连接器。这种情况也避免了RF连接施加的空间限制。层压板能够以这种方式作为任何电路元件单一载体构成作为一个完整装置的天线装置部分，例如，上文所述的活性电路元件，匹配组件等。

然而，在本发明的一个实施例中，阻抗匹配部分位于第二层压板，其导体连接至馈线。在该实施了中，第二层压板垂直指向轴向延伸层压板，具有一个能够接收后者远端部分的孔。阻抗匹配部分最好包括至少一个电抗性匹配元件，以分路电容器的形式在其远端连接馈线的内部导体和屏蔽导体。该串联线圈可偶联其中一个馈线导体和至少一个细长的天线元件。电容最好是一个不连续的表面上升电容器，而线圈是一个位于电容器和一对细长天线元件中的一个元件之间的传导轨道。

有可能使用双源供电天线的首选天线。因此，在与本发明一致的四臂螺旋天线中，天线通常不仅是圆偏振辐射的四臂共振产生天线辐射模式，还是一个线性偏振信号的准单极共振。四臂共振产生一种心型的辐射模式，与天线轴同轴，因此适用于发射或接收卫星信号，然而准单级共振产生一种环形辐射模式，相对天线轴对称，可适用于传送和接收陆地线性极性信号。一个优先的天线具有以下特征，在与GNSS信号相关的第一频率波段内（例如，1575 MHz，GPS-L1频率）具有一个四臂共振，以及在蓝牙和WiFi系统适用的2.45 GHz ISM （工业-科学-医学）波段内的准单级共振。

在考虑双源供电操作的地方，阻抗匹配部分可以是一个两极匹配部分，包括两个线圈的串联组合，位于第一导体或馈线与每个传导天线元件对的一个天线元件，以及第一和第二支路电容器之间。第一支路电容如上所述连接，例如，位于馈线的第一和第二导体之间。第二分支电容一方面连接在馈线第二导体与另一个细长传导天线元件之间的连接部件之间，另一方面是位于第一和第二线圈之间的接头。

在下文所述的天线中，馈线中细长层压板的使用具有特定的优势，当需要对天线进行双源供电操作时，外部屏蔽导体构成部分导电回路或决定准单级共振频率的回路。具体地说，馈线屏蔽导体的电长度取决于屏蔽导体的宽度。这意味着如果需要的话，准单级共振频率可大体上独立从影响圆偏振频率的参数中选择。事实上，天线向其自身提供不同宽度屏蔽导体的细长层压板的制造过程，该过程包括根据天线的特定使用目的为每个天线挑选具有特定宽度的屏蔽导体的细长层压板。相同的选择步骤可用于减少因不同批次的陶瓷材料生产不同批次的天线核心之间相对介电常数的不同而产生的共振频率变化。

细长的层压板被对称地置于通过天线核心的通道内。因此，在圆形横切面的一个通道中，层压板最好是直接设置。这有助于共振的准单级模式内屏蔽导体的对称性。可以注意到的是，穿过天线核心的通道未经电镀。传输线部分的内导体集中位于屏蔽导体之间，以避免馈线内不对称的场集中。层压板与导体区域的横向对称也是优选的（例如，层压板传导层平面的对称）。

根据本发明的第二个方面，在超过200 MHz频率上操作的介电负载天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电核心，外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴横向延伸，一个在横向延伸表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定内部空间，其主要部分由核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分延伸到近侧核心表面部分；一个轴向延伸的层压板，从远端核心表面部分延伸到近端核心表面部分的核心内通道，该层压板具有第一、第二和第三传导层，第二层以三明治的形式夹在第一和第三层之间，包括一个发挥馈线作用的传输线，一个整体的远端阻抗匹配部分，将馈线与天线元件连接；其中第二层构成馈线的一个细长内导体，第一和第三层构成细长的屏蔽导体，该屏蔽导体的宽度大于内导体，沿其细长的边缘部分互相连接。天线包括一个连接至少某些细长传导元件近端部分的收集元件，连接至核心近端表面部分区域内的馈线。在准单级共振模式中，由细长天线元件、收集元件和馈线屏蔽导体的外表面或表面中的至少一个在馈线导体之间形成第二导体环中的电流。准单级共振模式是一种基本共振，在这种情况下，其共振频率高于四臂共振频率。

首选的细长层压板具有一个本质上固定宽度的传输线部分，例如，以固定宽度带的形式构成，穿过核心的通道具有一个圆形横截面，其直径至少与固定宽度带等宽，从而使条带的边缘被通道壁支撑，或者位于纵向直接相对的沟槽内。

根据本发明的第三个方面，它提供了无线通讯装置，包括一个天线和与天线连接的至少在大于200MHz的两个无线频率波段上操作的无线通讯电路，其中该天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电核心，一个包含直接相对的远端和近端表面部分的外表面，沿天线轴横向延伸，以及一个在远端和近端表面部分之间延伸的侧表面部分，馈线结构从远端表面部分穿过核心部分到近表面部分，位于核心外表面的上方或邻近处，多个细长传导天线元件的串联组合，以及具有一个与核心近端表面部分区域馈线结构的接地连接，与核心远端表面部分区域的馈线结构馈线连接的天线元件，其中无线通讯电路具有分别在第一和第二无线频率波段上操作的两部分，其中每个部分与各自的信号线路相关，用于在天线馈线结构与各自的电路方式部分的共同信号线之间传输信号，天线在第一频率波段的第一圆偏振模式和第二频率波段线性偏振模式中共振，第二频率波段位于第一频率波段上方，共振的第一和第二模式为共振的基本模式。无线通讯电路方式可以在天线共振的圆偏振和线性偏振模式中运行。

第一和第二频率波段具有各自的中心频率，其第二频率波段最好高于第一中心频率，且是第一中心频率的两倍。

根据本发明的第四个方面，提供了一种在超过200MHz频率上操作的天线，包括：一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电核心，含有相对的天线轴横向延伸的远端和近端表面部分，以及一个在横向延伸的表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定内部容积，其主要部分被核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；一个轴向延伸的细长层压板，位于通过核心从远端核心表面部分向近端核心报名部分延伸的通道内，其层压板至少具有一个第一层，包括一个作为馈线的传输线部分，以及用于将馈线与天线元件连接馈线连接元件，传输线部分至少包括第一和第二馈线导体；其中层压板还包括一个传输线部分的近端延伸部分，其中一面是与馈线导体连接的活性线路元件，近端延伸的另一面具有一个接地层，通过电力连接至其中一个馈线导体。

根据本发明的第五个方面，一个在超过500MHz频率上操作的电介质负载的天线包括：一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘核心，一个包括直接相对的远端和近端表面部分的外表面，沿天线轴横向延伸，以及一个在横向延伸表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定内部容积，其主要部分被核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心部分向近端核心表面部分延伸；一个轴向延伸的细长层压板形式的馈线结构至少包括一个作为馈线的传输线部分，穿过位于核心内的通道，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；多个邻近天线核心基部的弹簧接头，以电力连接至馈线，构建并排列为弹性支持接触区域，作为设备层压电路板的一个或多个传导层，而后者邻近预选位置的天线。弹簧接头最好是金属弹簧片，根据天线轴向压缩力的方向产生弹性形变。当天线与设备线路板并置时，发生这种弹性形变，其平面与天线轴垂直。位于天线核心近表面部分的支架具有一个弹簧接头的金属固定支架。

另一种方案是，金属弹簧片接头可以在横向指向天线轴的压力下产生形变，例如，当天线与设备电路板并列，电路板平面与天线轴平行。

当弹簧接头被焊接到细长层压板上的支架导体时，弹簧接头与馈线导体连接。最好有三个弹簧接头并排排列在层压板近端延伸部分的表面，中间接头与馈线内部导体连接，第一和第三接头与馈线屏蔽导体连接。

每个弹簧接头最好是以折叠的金属弹簧元件的形式，具有一个用于固定到层压板传导支架的固定支柱，一个连接支柱，将连接区域啮合在连接天线的设备电路板上。弹簧元件材料的弹性允许受元件两个支柱根据施加的力推动连接支柱向固定支柱相对靠近产生的弹性形变。

本发明还提供了一种无线通讯元件，包括一个设备电路板，一个如上所述的天线，以及一个电路板和天线的外套。该元件设置为当天线和电路板安装在外壳内时，弹簧接头弹性支撑设备电路板导电层形成的连接区域，将天线连接至设备电路板。外壳最好分为两部分，具有一个天线接受器，该接受器可轴向放置天线。

根据本发明的另一方面，提供了一种组装上述无线通讯元件的方法，其中该设备还包括两部分的天线外壳和设备电路板，外壳的形状能够容纳天线，将其设置在相对于电路板的预选择位置，将弹簧接头设置在该位置，承受设备电路板上的各个接头区域，该方法包括将电路板固定在外壳内，将天线置于接受器内，将外壳的两部分共同置于装配状态，将两部分放在一起的作用能促使弹簧接头抵住设备电路板上的各个连接区域，从而压缩弹簧接头产生形变。外壳的两部分被锁定在一起。

根据本发明的另一方面，无线通讯设备包括：a）在200MHz频率以上操作的背射介电负载天线包括：一个由相对介电常数大于5的固体材料制成的电绝缘介电核心，外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴横向延伸，一个在横向延伸表面部分之间横向延伸的侧表面部分，核心外表面限定内部空间，其主要部分由核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；一个轴向延伸的细长层压板形式的馈线结构包括至少一个作为馈线的传输线部分，通过核心内的通道从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸，在核心近端表面部分的上方或邻近位置具有暴露连接区域的天线；b）无线通讯电路具有一个至少含有一层传导层的设备层压电路板，具有多个接触末端支撑区域的传导层弹性支撑各个天线暴露的连接区域。在一个具体实施例中，天线的暴露连接区域与设备层压电路板的平面平行，每个弹簧接头能够向设备板平面垂直施力。在另一个具体实施例中，天线的暴露连接区域与天线轴垂直。在这种情况下，弹簧接头可因天线轴向产生的压缩力产生弹性形变，无论天线是炮塔座设置还是边缘设置，或相对于设备电路板而边缘设置。

使用弹簧接头将天线连接至设备电路板的一个选择是向天线核心的近端表面部分提供传导层，具有一个隔离的传导槽脊，例如与构成分离器或平衡或不平衡变换器部分的近端传导层的剩余部分绝缘。该槽脊和传导层的剩余部分分别作为传导支架连接各个折叠的弹性接头或作为传导薄板的基座构成设备电路板上连接弹簧接头的连接区域。在弹簧接头固定至天线近端传导层的情况下，这种接头还可以在细长的层压板上提供一个弹性非焊接连接，特别是在传输线部分近端延伸对面上的连接区域。在天线的炮塔装置和其他连接配置中，弹簧接头向天线施加轴向接触支撑力的情况下，无需对层压板和设备电路板之间进行焊接连接。

当弹簧接头设置在天线上的情况下，有三个弹簧接头，并排设置在设备电路板上，占据天线细长层压板近端延伸一个面上的三个相应的分开的连接区域。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种在超过200MHz频率上操作的背射电介负载天线，它包括：一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电核心，外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴横向延伸，一个在横向延伸表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定内部空间，其主要部分由核心的固体材料占据；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；一个馈线结构，包括第一和第二馈线导体，通过核心内的通道从远端核心表面部分向近端核心表面部分轴向延伸；其中近端核心表面部分具有一个传导涂层，构成至少两个彼此分隔开的传导区域，在通道近端，天线还包括电连接，位于每个馈线导体和近端核心表面部分的一个传导区域之间，这种排列可提供至少一对位于近端核心表面部分上的平面接触表面，用于将天线安装在主设备板，其天线轴于设备板垂直。

根据另一种方法，本发明提供了一种装配任何之前的权利要求所述的无线通讯设备的方法，该装置还包括两部分天线的外壳和设备电路板，该外壳具有一个能够容纳天线的接受器，将它设置在相对于电路板的预设位置，弹簧接头在该位置配准并承受天线的各个接触区域，该方法包括将电路板固定在外壳内，将天线置于接受器内，并将外壳的两部分共同设置为装配状态，将两部分放在一起的作用能促使弹簧接头抵住天线上各自的连接区域，从而压缩弹簧接头产生形变。

本发明将参考以下附图进行描述：

图1A和图1B分别是第一天线的透视装配图和部件分解图；

图1C和图1D分别是图1A和图1B所示天线的单级和双极匹配网络的电路图；

图2是包含图1A和图1B所示天线的无线通讯元件部分的透视图；

图3A至图3F是图2所示无线通讯元件的图式透视图，显示一系列的装配步骤；

图4A和图4B分别是第二天线的透视装配图和部件分解图；

图5A和图5B分别是第一天线装配的透视装配图和部件分解图；

图6A和图6B分别是第二天线装配的透视装配图和部件分解图；

图7A和图7B分别是第三天线的透视装配图和部件分解图；

图8A和图8B分别是第四天线的透视装配图和部件分解图；

图9A至图9F是第五天线及部件的多个视图；

图10A和图10B分别是第六天线的透视装配图和部件分解图；

图11是包括第六天线的无线通讯元件部分的透视图；

图12是包括第六天线的另一种无线通讯元件部分的透视图；

图13A和图13B分别是第七天线的透视装配图和部件分解图。

如图1A和图1B所示，本发明第一方面所述的天线具有一个天线元件结构，含4个轴向共延伸的螺旋轨道10A，10B，10C和1D，在柱状陶瓷核心12的柱状外表面上电镀或镀金属。核心陶瓷材料的相对介电常数通常大于20。相对介电常数为80的钡-钐-钛材料尤为适用。

核心12具有一个轴向通道，以镗孔12B的形式穿过孔，从远端表面部分12D向近端表面部分12P延伸。这两个表面部分都是相对于核心中轴13横向和垂直延伸的平面表面。二者彼此反向相对，其中一个指向远侧，另一个指向近侧。分装在镗孔12B内的是一个细长层压板14形式的馈线结构，具有一个传输线部分14A，一个拼配网络连接部分14B和一个天线连接部分14C，分别以传输线部分的整体构成的远端和近端延伸的形式存在。

层压板14具有三层传导层，图1B仅显示了其中一层。第一传导层暴露在层压板14的上表面14U。第三传导层同样暴露于层压板14的下表面14L，第二中间的传导层嵌入层压板14的绝缘材料内，位于第一和第三传导层的中间。在层压板14的传输线部分14A，第二中央传导层是以窄的细长轨道的形式，沿传输线部分14A集中延伸形成一个内部馈线导体（未显示）。上覆的和下伏的内部导体较分别由第一和第三传导层形成的细长传导轨道宽。这些更宽的轨道构成上部和下部屏蔽导体16U，16L，保护内导体。

屏蔽导体16U，16L由电镀导通孔17互连，沿线路在相对的一侧与内导体平行，导通孔与内导体的轴向边缘分隔开，从而被层压板14的绝缘材料与后者隔开。可以认为在传输线部分14A由三个传导层构成的细长轨道和互连导通孔17的组合形成一个同轴的馈线，具有一个内导体和一个外屏蔽罩，后者由上方和下方传导轨道16U，16L和导通孔17组成。通常，这种同轴馈线的特征阻抗为50欧姆。

在层压板14的远端延伸部分14B内，内部导体（未显示）通过内部导体远端导通孔18V与暴露的上导体18U连接。同样，在远端延长部分14B的下表面上具有一个暴露的连接导体18L（图1B中未显示），该导体是下面的屏蔽导体16L的延长部分。

在层压板14的近端延伸部分14C内，内部导体（未显示）与层压板14上表面14U暴露的中心连接区域18W连接，该连接区域18W通过近端导通孔18X与内导体连接。在相同的上层压板层14U上，有两个外部暴露的连接区域16V，16W，位于中央连接区域18W相对的面上。这三个并排的连接区域组成一套连接，用于将组装天线连接至诸如设备模板上的弹簧接头，这将在下文进行描述。

可以注意到的是，层压板14的天线连接部分14C呈矩形，矩形的宽大于平行侧的传输线部分14A的宽度，从而在装配过程中，当层压板14从近端插入天线1的核心12时，天线连接部分14C与天线核心12的近端表面部分12P毗连，从而近侧暴露天线连接部分。

层压板14的长度如下，当天线连接部分毗邻近端表面部分12P时，匹配网络连接部分14B从其远端的核心12B上伸出较短的距离。传输线部分的宽度通常与镗孔12B（横断面为圆形）的直径类似，从而将外部屏蔽导体16U，16L与核心12的陶瓷材料隔开。（注意镗孔12B未经电镀）。该实施例中的层压板绝缘材料的相对介电常数约4.5。

层压板14的角位置由镗孔12B内的轴向沟槽12BG所辅助，如图1B所示。

核心近端表面部分12P上电镀的是表面连接元件，形成辐射轨道10AR，10BR，10CR，10DR。每个表面连接元件从各个螺旋轨道10A-10D的远端延伸到镗孔12B末端的邻近位置。这可理解为辐射轨道10AR-10DR由弓形传导纽带相互连接，从而使四个螺旋轨道10A-10D在远端配对互连。

天线元件10A-10D的近端与共同的实质接地导体连接，以电镀套管20的形式围绕核心12的近端部分。套管20延伸至核心近端表面部分12P的传导涂层（未显示）。

核心12远端表面部分12D覆盖的是第二层压板30，以近似正方形瓷砖的形式相对于轴13位于中央。横向宽度与辐射轨道10AR，10BR，10CR，10DR内末端及其各自的弓形联络线重叠。第二层压板30的下侧具有一个单独的传导层，例如，面对核心远端表面部分12D的表面。该传导层提供馈线连接和天线元件连接，用于通过核心表面部分12D上的传导表面连接元件10AR-10DR偶联传输线部分14A的传导层16U，16L，18与天线元件10A-10D。层压板传导层还包括与其下侧的表面悬挂电容器（未显示）连接的阻抗匹配网络，用于匹配天线元件结构上的电阻抗和传输线部分14A的特征阻抗（50欧姆）。

图1C所示的是阻抗匹配网络的电路图。如图1C所示，阻抗匹配网络具有一个支路电容C，连接馈线的导体16，18，以及一系列位于一个馈线导体18和天线辐射元件10A-10D之间的线圈，由负载或电源36表示，馈线的另一个导体16直接与负载/电源36的侧面连接。在这方面，馈线至天线元件10A-10B的联络线与专利WO2006/136809中所公开的是相同的，其内容作为参考包含于此。第二层压板30与核心近端表面部分12D上导体之间的连接是由球状高压输电线阵列32构成的，如同时待审的英国专利申请0914440.3，该专利的内容页作为参考合并于此。

第二层压板30具有一个中央插槽34，接收细长层压板14的伸出匹配网络连接部分14B，如图1A所示，传导区域之间的焊合连接，包括层压板14的上层传导区域18U和第二层压板30下侧的传导层导体（未显示）。

在装配的天线中，层压板14的近端部分14C毗邻核心电镀的近端表面部分12P，在天线的装配过程中，第一和第三暴露的连接区域16V，16W（见图1B）以电连接至电镀的表层部分12P。

上述组件及其联络线产生一个电介质负载的四臂螺旋天线，从电力上来说，与上述优先的专利中公开的四臂天线类似。因此，核心12近端表面部分12P上的传导套管20和电镀层（未显示）与屏蔽导体16U，16L形成的馈线屏蔽板一起构成四分之一波长的平衡-不平衡变换器，提供与设备隔开的天线元件结构10A-10D的共模分隔，当安装时与天线连接。天线元件10A-10D形成的镀金属导体元件和核心上的其他镀金属层限定一个前体积，其大部分被核心的介电材料所占据。

天线具有一个在1575MHz的GPS L1频率上的圆极化共振模式。

在这种圆极化共振模式中，四分之一波长的平衡-不平衡变换器作为陷波器阻止电流从天线元件10A-10D流向核心近端表面部分12P的屏蔽导体16U，16L，从而使天线元件、套管20的边缘20U和辐射轨道10AR-10DR构成限定共振频率的传导回路。因此，在圆极性共振模式中，从其中一个馈线导体回到另一个馈线电路的电流通过诸如第一螺旋天线元件10A，围绕套管20的边缘20U，反向位于螺旋天线元件10C，背撑后者元件10C。

天线还展示出一种线性极共振模式。在这种模式中，电流在不同传导线圈相互连接的馈线导体内流动。更具体的说，在这种情况下，具有四个传导回路，其中每个回路依次包括辐射轨道10AR-10DR中的一个、相关联的螺旋天线元件10A-10D、套管20（与轴13平行）、近端表面部分12P上的镀层和屏蔽导体16U，16L及互连导通孔17构成的馈线屏蔽外表面。（可以注意到的是，在传输线部分14A构成的馈线内流动的电流沿屏蔽导体16U，16L构成的屏蔽内侧流动。）馈线的长度和屏蔽导体的长度、宽度，及其接近的核心12陶瓷材料决定线性极性共振的频率。

由于核心12陶瓷材料的屏蔽导体16U，16L相对轻微的电介质负载，这种情况下的传导回路的电力长度小于传导回路的平均电力长度，后者是以圆极性共振模式作用。因此，线性极性共振模式集中于较圆极性共振模式高的频率。线性极性共振模式具有一种相关联的辐射模式，螺旋管形与天线轴13同轴。从而当天线与轴13垂直时，尤为适用于接收与陆地垂直的极性信号。

通过改变屏蔽导体轨道16U，16L的宽度，线性极性模式共振频率的调节大体上可受到圆极性模式共振频率单独影响。在这种实例中，线性极性模式的共振频率为2.45GHz（例如，在ISM波段内）。

当捕获双拼操作指令时，匹配网络最好是两级网络，如图1D所示。

作为细长层压板馈线结构的构建作为天线与主设备特有的经济型连接。如图2所示，当天线1与设备电路板40上的电路元件连接，平面与天线轴平行的天线馈线与电路板40之间的直接电力连接可由传导性的固定金属弹簧接头42与电路板的边缘40E并排邻近，由细长天线层压板14的天线连接部分14C上的连接区域16V，18W和16W的间隔所隔开（图1B）。当天线被安装在相对于电路板40的所需位置时，根据天线的天线连接部分14C的位置定位弹簧接头42的位置。

每个弹簧接头包括一个具有折叠构造的金属弹簧片，该弹簧片的一个固定支柱42L被固定到电路板40上的各个导体（未显示），以及一个连接支柱42U，沿固定支柱42L延伸，但被分隔开，从而当向连接支柱42U施加垂直于电路板40平面的力时，靠近固定支柱42L。因此，可以理解的是，当天线1与电路板40并列排布时，如图所示，连接区域16V，18W，16W（图1B）与弹簧接头42配准，弹簧接头发生弹性形变，支撑他们各自的连接区域16V，18W，16W，构成天线1与电路板40电路元件之间的电力连接。

可以注意到的是，天线与电路板40电路之间没有独立的连接设备。更确切地说，每个弹簧接头42个别且独立地以与其他表面安装组件相同的方式应用于电路板40。

这种配置使其自身成为一种简单的设备装配过程，如图3A至3F所示。根据图3A至3F，一个典型的装配过程包括，首先将电路板40置于第一个设备屏蔽部分50A中（图3A和3B）。第二，将天线1引入屏蔽部分50A内的成形天线接受器52内（图3C和3D），天线细长板14的天线连接部分支撑线路板40上的弹簧接头42，如图3D所示。然后，同样具有一个能够容纳天线1形状的内表面的第二屏蔽部分50B与第一屏蔽部分50A配准，使天线1完全进入屏蔽部分50A的接受器52内，弹簧接头42在屏蔽闭合阶段发生形变（图3E）。这两个屏蔽部分50A，50B具有锁点特征，从而使最终的闭合运动与两个屏蔽部分锁点在一起结合。

由两个屏蔽部分50A，50B对天线的支撑和定位如图3F的剖面所示。如果需要，接受器52和直接相对的屏蔽覆盖部分50B内的接受器一起构成天线轴横向设置或轴向设置的天线。也可以注意到的是，除了提供一种简单廉价的装配过程，天线与电路板之间的互连配置允许天线与电路板40之间的轴向运动，且不打断弹簧接头42构成的连接。这具有的优势是，设备可能受到严重的冲击（例如，在放下手持无线通讯元件的情况下），天线1与电路板40之间刚性连接的缺乏避免了焊合接头上的拉紧，例如，天线细长层压板14与支撑匹配网络天线的第二层压板30之间，以及横向安装的层压板30与天线核心远端表面部分12D上的电镀导体之间的焊合接头（见图1A和1B）

参照图4A和图4B，本发明所述的第二天线具有位于细长层压板14近端伸出的天线连接部分14C上的弹簧接头42。如图2所述的系统中，弹簧接头是金属弹簧片，其中每个接头具有一个固定支柱和连接支柱。在这种情况下，固定支柱各自分别与天线连接部分14C的各个连接区域16V，18W，16W焊合。设备电路板（未显示）具有一个相应的分隔开的连接区域，从而当天线1被压入相对于电路板的所需位置时，弹簧接头42被压缩。这种配置具有图2所述部分相同的优势。

参照图5A和5B，馈线的层压板结构也提供了一种整合支持活性电路元件的可能性，例如一种RF正面端低噪放大器60。在这种情况下，层压板14具有一个更大的近侧延长部分14C，传输线部分14A的馈线导体（未显示）直接与暴露的连接区域62连接，如图5A和图5B所示，使用图2所示的弹簧接头与设备电路板连接。天线核心12（见图5B）镗孔12B内的层压板14位置受层压板14对面上的弹簧加偏磁元件的辅助。这些对镗孔12B壁的支撑有助于将层压板定位在轴13上。在这种情况下，馈线的馈线导体与近端表面部分12P（未显示）上的辐射轨道直接连接可由平面传导耳或连接板66来实现，后者毗连层压板14远端延伸部分14B上的远端连接区域，焊剂至辐射轨道。

如图6A和图6B所示，层压板14的另一个放大图允许一种天线装配，其中馈线直接供给低噪放大器60，后者反过来供给接受器集成电路芯片，也安装在层压板14的近端延伸部分14B上。这种经济的装配具有根除层压板14与设备电路板之间连接处高频电流的潜在优势，无论是否由不连续的连接器70构成连接，如图6A和6B所示，一个灵活的印刷电路板，或图2所述弹簧连接配置。此外，所有电路都位于层压板14连续的基板上能够减少来自设备电路板上的噪声发射电路的共模噪声与层压板14电路的耦合机会。

参照图5B描述的另一种传导耳66的选择，作为馈线导体与核心远端表面12P上的辐射轨道连接的方式，可以使用如图7A和7B所示的弹簧接头。这些弹簧接头中的每一个都具有一个平面连接基底，用于将传导层焊接在远端表面12D和依赖拼合的弹簧部分，刺入细长层压板14对侧上的镗孔12B，从而连接传输线部分14A远端延长部分14B的远端连接区域。这提供了馈线14与天线元件10A-10B的抗震互连。

图8A和8B显示了使用传导耳66将馈线与远端表面部分传导轨道进行远端连接。

核心12的电镀近端表面部分12P与馈线屏蔽导体16U，16L的近段部分之间的连接可能会受到焊锡涂层垫圈76的影响，如图9A，9B，9C和9D所示，当天线穿过加热炉来融化环形物76焊剂时，进行连接，从而使焊剂流向细长层压板14的近端表面电镀平板与外出传导层上。

焊剂涂铺垫圈76的内部边缘之间的紧密连接是由狭缝孔实现的，如图9E所示。在这种情况下，层压板14的远端延伸14B宽度大于传输线部分14A，从而更容易容纳直接位于细长层压板14上的匹配组件，如图9B所示。

参照图9F，对图9A-9D所示的天线层压板14的结构进行更为详细的描述。该层压板具有以下三个传导层：一个上层传导层14-1，一个中间传导层14-2和一个下层外部传导层（如图9F假想线内所示）14-3。内层构成一个窄的细长馈线导体18。外层构成上述的屏蔽导体16U，16L。这里所述屏蔽导体16U，16L之间的延伸是两条电镀导通孔17，后者与屏蔽导体16U，16L接合，构成一个屏蔽罩包围内部导体18。传输线部分14A的近端延伸部分14C具有与馈线导体连接的连接区域16V，18W，16W，如图1B所示。

在该实例中，扩大的远端延伸部分14B包括一个取代图1A和图1B所述第一天线的第二层压板30的匹配部分。匹配部分具有一个由不连续的表面贴装电容器80提供的支路电容，该组件被安装在外部传导层14-1中形成的垫子上，通过一个导通孔18V分别连接至内导体和馈线屏蔽导体16U的延伸部分81。横向元件82和相关导通孔在中间层14-2内形成一系列电感。

层压板14远端延伸部分14B上的匹配网络连接受到远端延伸部分14B的侧面延伸部分上的外部传导层与核心远端表面部分上的图案传导层提供的导体之间的焊合接头影响。

天线馈线与设备电路板之间的连接不必要通过平行于天线轴的平板内接触区域延展构成。参照图10A和10B，垂直指向天线轴的连接区域可位于核心12的近端表面部分12P上。在这种情况下，近端表面部分12P的镀层可具有一定的图案，从而提供构成传导套管20延拓部分与电镀层88B绝缘的隔离“槽脊”88A。核心12上近端传导层88A，88B的图案以这种方式提供传导基底区域，用于附加弧形传导支承元件90，其内部末端成形以连接位于传输线部分14A（这种区域位于层压板14的对面）近端延伸部分14C上的连接区域（例如，传导电器18W）。支承元件90被粘合至各自的传导层部分88A，88B，以构成牢固的耐磨损连接区域，垂直指向天线轴，从而接收毗邻的弹簧接头，如图11所示。

参照图11，在这种情况下，一个设备电路板40具有直竖的金属弹簧片接头42，它有固定支柱42F固定在孔内（未显示），邻近电路板40的边缘，分隔开，从而与分隔开的支承元件90粘合到天线核心12的近端表面部分12P。每个弹簧接头具有一个连接支柱42U，弹性支撑支承元件90，其方向与天线轴平行。

相同垂直取向的支承元件可用于将天线“六角砖头”固定在设备电路板40的表面，如图12所示。在这种情况下，弹簧接头42被表面固定在电路板40上，如图12所示。当天线1被推进电路板40上方的位置时，弹簧接头42的连接支柱在固定支柱方向上以图2所述同样的方式发生弹性靠近运动，在天线装配到局部电路板40设备内的过程中，电路板40的近端表面部分12P和对面之间具有预设的间隔。

以炮塔座的配置将天线连接至设备电路板的另一种方式如图13A和13B所示。在这种情况下，天线核心12近端表面部分12P上的传导层的模式如图10A和10B所示。在这种情况下，细长层压板14馈线的连接是由一对弹簧连接元件42构成，以完全相反的方式分别固定在槽脊传导区域88A和套筒连接的传导区域88B上。在每种情况下，固定支柱42L被焊合在各自的传导区域，从而使连接支柱42U指向支承设备电路板（未显示）上的接触区域，与天线核心的近端表面部分平行，与天线轴13垂直，根据所需弹簧接头42的压缩，天线位于预设的间隔位置。此外，这些弹簧接头是定向的，从而使固定支柱和接触支柱之间的弹性互连向内面对轴线并隔开，以支承层压板14传输线部分14A的近端延伸部分14B上接触区域，如图13A和13B所示。

Claims (19)

1.一种无线通讯设备，其特征在于，包含：

a）一个以超过200 MHz频率工作的背射介电负载天线，其包括：

一个由相对介电常数大于5的固体材料制成的电绝缘介电核心，该电绝缘介电核心的外表面具有相对指向的沿天线轴横向延伸的远端和近端表面部分，一个在横向延伸表面部分之间延伸的侧表面部分；核心外表面限定内部空间，该内部空间的主要部分由制成核心的固体材料占据；

一个三维天线元件结构，其包括至少一对细长的传导天线元件，该对传导天线元件位于核心侧表面部分上方或邻近位置，从核心远端表面部分延伸到核心近端表面部分；

一个以轴向延伸的细长层压板形式构成的馈电结构，其包括至少一个作为馈线的传输线部分，穿过位于核心内的通道，从核心远端表面部分向核心近端表面部分延伸；该天线具有暴露的接触区域，位于核心近端表面部分的上方或邻近位置；以及

b）无线通讯电路，其具有一个至少含有一个传导层的设备层压电路板，一个或多个传导层具有多个接触终端支撑区域，每个接触终端支撑区域传导性地接合各自的弹簧接头，从而弹性支撑天线各个暴露的接触区域。

2.根据权利要求1所述的无线通讯设备，其特征在于，每个所述的弹簧接头包括一个金属制弹簧片元件，分别接合到各自的接触终端支撑区域。

3.根据权利要求1或2所述的无线通讯设备，其特征在于，天线的暴露的接触区域与设备层压电路板的平面相平行。

4.根据上述任一权利要求所述的无线通讯设备，其特征在于，每个所述的弹簧接头能够施加垂直于设备层压电路板的平面的插入力。

5.根据上述任一权利要求所述的无线通讯设备，其特征在于，天线的暴露的接触区域垂直于天线轴，所述弹簧接头在指向天线轴的压缩力的作用下发生弹性形变。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的无线通讯设备，其特征在于，天线的暴露的接触区域平行于天线轴，所述弹簧接头在垂直指向天线轴的压缩力的作用下发生弹性形变。

7.根据权利要求5所述的无线通讯设备，其特征在于，暴露的接触区域位于天线核心的近端表面部分上。

8.根据权利要求7所述的无线通讯设备，其特征在于，天线核心的近端表面部分具有一个传导层，该传导层具有彼此电绝缘的第一和第二传导区域，所述第一传导区域与馈线的第一导体连接，所述第二传导区域与馈线的第二导体连接；其中，天线还包括与各自传导区域接合的导电片构件，构成馈线导体与所述传导区域之间的连接，所述导电片构件构成上述暴露的接触区域。

9.根据权利要求6所述的无线通讯设备，其特征在于，沿天线轴向延伸的细长层压板具有一个传输线部分的整体成型的近端延伸部分，其中天线的暴露的接触区域具有多个位于所述近端延伸部分上的传导区域，该多个传导区域与各自相应的馈线导体连接。

10.根据权利要求9所述的无线通讯设备，其特征在于，所述设备层压电路板上具有三个并排设置的弹簧接头，天线上的暴露的接触区域设置在设备层压电路板近端延伸部分的一面上，每个暴露的接触区域分别与三个弹簧接头中相应的一个配准。

11.根据上述任一权利要求所述的无线通讯设备，其特征在于，每个弹簧接头具有一个分别折叠的金属弹簧元件，具有一个固定支柱和一个接触支柱，当弹簧在压缩接触力作用下产生形变时，接触支柱靠近固定支柱。

12.一种装配上述任一项权利要求所述的无线通讯设备的方法，其特征在于，所述无线通讯设备还包括一个天线的两部分屏蔽套和设备电路板，该屏蔽套具有一个接受器，用于接收天线，并将其设置在对应于电路板的预选位置，弹簧接头在该预选位置对准并抵着天线相应的接触区域；所述方法包括：将设备电路板固定在屏蔽套内，将天线设置在接受器内，在一种组装条件下将屏蔽套的两部分连接设置在一起，将屏蔽套的两部分设置在一起能促使弹簧接头抵住天线相应的接触区域，从而使弹簧接头产生压缩形变。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，屏蔽套的两部分是被锁定在一起的。

14.一种背射电介负载天线，在200MHz以上的频率工作，其特征在于，包括：

一个由相对介电常数大于5的固体材料制成的电绝缘介电核心，该电绝缘介电核心的外表面具有相对指向的沿天线轴横向延伸的远端和近端表面部分，一个在横向延伸表面部分之间延伸的侧表面部分；核心外表面限定内部空间，该内部空间的主要部分由制成核心的固体材料占据；

一个三维天线元件结构，其包括至少一对细长的传导天线元件，该对传导天线元件位于核心侧表面部分上方或邻近位置，从核心远端表面部分延伸到核心近端表面部分；以及

一个馈电结构，包括第一和第二馈线导体，通过核心内的通道从核心远端表面部分向核心近端表面部分轴向延伸；

其中，核心近端表面部分具有一个传导涂层，构成至少两个彼此分隔开的传导区域；在通道近端，天线还包括多个电连接，分别位于每个馈线导体和核心近端表面部分的相对应的一个传导区域之间；这种排列可提供至少一对位于核心近端表面部分上的平面接触表面，用于将天线安装在主设备板上，并且天线轴与主设备板垂直。

15.根据权利要求14所述的背射电介负载天线，其特征在于，所述馈电结构是一个轴向延伸的细长层压板，包括至少一个作为馈线的传输线部分，穿过核心内的通道延伸。

16.根据权利要求15所述的背射电介负载天线，其特征在于，所述层压板具有一个近端部分，与核心近端表面部分配准；该近端部分至少承受位于层压板相对面上的两个传导垫，其中一个传导垫与传输线部分的第一馈线导体连接；该天线还包括传导桥接元件，连接传导垫与核心近端表面部分外层的传导区域。

17.根据权利要求16所述的背射电介负载天线，其特征在于，所述层压板具有第一、第二和第三传导层，第二传导层是介于第一和第三传导层之间的中间层；其中馈线包括一个由第二导体层和外层屏蔽导体构成的细长的内导体，分别与第一和第三传导层形成的内导体重叠，其中一个屏蔽导体终止在层压板近端部分，内部馈线导体与层压板近端部分上的传导垫连接，位于所述屏蔽导体层压板相同的表面，且与屏蔽导体隔开。

18.根据权利要求1所述无线通讯设备，其构建和设置如上所述，且在附图中表示出来。

19.根据权利要求12所述的无线通讯设备的装配方法如上所述，且在附图中表示出来。

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