CN1121737C - 包含馈送装置的天线设备和使用这种无线设备的手持无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是实现一种方便安装的天线设备(104)，用于在至少一个且最好为两个的频带上接收和/或发射圆极化RF信号，且与手持移动通信设备电路的接口设计良好。通过提供N个辐射单元、用于支承所述辐射单元的支承件(106)、外罩(105)、以及用于方便连接第一印刷电路载体(102)上电路的至少一根连接线，第一印刷电路载体配置在所述手持移动通信设备。此外，提供至少一个调相网络(112)，它包含N个第一端口用于连接所述辐射单元，以及至少一个第二端口用于连接所述连接线。

Description

包含馈送装置的天线设备和使用 这种无线设备的手持无线通信设备

技术领域

本发明涉及一种包含馈送装置的天线设备以及一种包含这种天线的手持移动通信设备，一般地，更具体指涉及一种包含馈送装置的天线设备以及一种包含这种天线的手持移动通信设备，用于接收和发射圆极化RF信号以通过卫星进行通信。

背景技术

使用卫星作为通信中第一链路的手持卫星通信设备正变得越来越普及，且能满足在人烟稀少地域通信的需要，而在这种地域，普通蜂窝型移动通信由于如经济原因而无法满足需要。

由于无法知道卫星在空间的定向，因此手持卫星通信设备使用圆极化RF信号与卫星通信。与普通的蜂窝天线相比，圆极化RF信号的使用对这种设备的天线要求有点不同。常用的技术解决方案是采用一种包含四个螺旋辐射单元的四线天线，4个辐射单元同轴排列且共同伸展，每个单元被馈入90°的相差。该天线包含在一个圆柱形外罩内。为实现最佳性能，通常在天线和手持移动通信设备之间也有某种匹配装置。

当生产手持移动通信设备的厂家组装设备时，使组装尽可能简单、组装步骤尽可能少当然是很重要的。而且这样也更有利，因为每个步骤本身在过程中会引入可能的错误。组装过程的理想特征是具有一个模块结构，该模块结构中单独组装和测试的几个标准部件，以发现有错误的组件，然后这些标准部件被组装成更大的组件，直到最后组装成完整的产品。在组装过程中，天线就是这样一种部件，将被组装到手持设备上，并且与手持设备的电路相连。

我们希望组装天线设备到手持移动通信设备的步骤数很少，对于上述的四线螺旋天线设备QHA，要连接的辐射单元数为4，这个数量能减小当然更好。一般情况下，NHA表示N线螺旋天线，N为辐射单元的数量，且大于1。

如果要求手持移动通信设备在相隔相对远的两个频带上接收和发射，通常的技术解决方案是采用两个不同天线，每个天线调谐到各自的频率。这就导致有8根导线以连接辐射单元与手持移动通信设备的电路。

这种天线在由法国电信申请的法国专利申请FR-2746548上公开，其中公开的一种双频带天线具有两个独立的四线螺旋天线部件。每个这种天线部件工作于专用频带，并且带有独立的调相网络。每个天线部件制作在柔性衬底上，而该衬底又置于柱面衬底上，只是一个天线部件在柱面内，而另一个在柱面外。这种天线的制作很复杂，要求有两个天线振子，而且生产成本高，此外因天线外形太高而不受欢迎。

只要一个天线被使用，那么就要求该天线使用手持移动通信设备中的专用电路，专用电路是根据所选天线的特定性能来选择的。对于手持移动通信设备的独立生产厂家来说，如果必须增加依赖于当前所选天线供应商的专用电路的话，这显然是个问题。

因此，如果手持设备和天线之间的接口可做得很简单的话，那将会很有利。

Quallcom申请的PCT专利申请WO97/11507示出了一种位于衬底馈送部分的馈送网络，它可向辐射器提供调相信号。这个技术解决方案与采用分离部件相比，通常尺寸要大，因此天线也要大些。而且很难添加分离部件到形成柱面的柔性衬底上。

转让给摩托罗拉公司的美国专利US-5,628,057描述了一种具有外部变换网络的自调相天线。变换网络向辐射天线提供调相信号作为一个独立实体。电缆的时延使天线的在工作频带上变窄，这可能对某些应用有作用，但对于要求两个频带或需要更宽频带的应用会造成一些问题。该特定技术解决方案不考虑天线中包含额外部件的情况。

下面的专利申请涉及与本申请发明相同的技术领域，因此在此作为参考：

—瑞典专利申请SE9801754-4，名为“一种天线系统和包含这种天线系统的无线通信设备”，在瑞典申请，与本申请的申请日期相同，即1998年5月18日，申请人为Allgon AB，

—瑞典专利申请SE9801755-1，名称为“包含电容耦合辐射单元的天线设备和使用这种天线设备的手持无线电通信设备”，在瑞典申请，与本申请的申请日期相同，即1998年5月18日，申请人为AllgonAB，以及

—瑞典专利申请SE9704938-1，1997年12月30日申请，申请人Allgon AB，名称“包含天线装置和接口网络的用于圆极化无线电波的天线系统”。

发明内容

因此，本发明的目的是实现一种容易安装的天线设备，用于在至少一个且最好为两个的频带上接收和/或发射圆极化RF信号，且与手持移动通信设备电路的接口设计良好。

通过提供N个辐射单元(N为大于1的整数)，用于支承所述辐射单元的支承件，以及用于方便连接到第一印刷电路载体上电路的至少一根连接线，第一印刷电路载体位于所述手持移动通信设备内，就可解决上述问题，即如何实现一种容易安装的NHA(N线螺旋天线，N＞1)，其用于在至少一个，最好为两个的不同频带上接收和/或发射圆极化RF信号。此外，提供至少一个调相网络，它包含N个第一端口用于连接所述辐射单元，以及至少一个第二端口用于连接所述连接线，所述调相网络安装到所述支承件。

更具体来说，本发明的目的，即如何实现方便安装具有简单和设计良好接口的天线设备，根据一个实施例，除上述组成部分外，还可通过提供一个主要为圆柱形的支承件，牢固地安装在所述支承件上的第二印刷电路载体，所述第二印刷电路载体的法线平行于大抵上为圆柱形支承件的轴，而且印刷电路载体的外接圆半径不大于大抵上为圆柱形支承件的半径，第二印刷电路载体的一侧与N个辐射单元相连，以及提供牢固安装在第二印刷电路载体上的第三印刷电路载体来实现，第三印刷电路载体的法线垂直于第二印刷电路载体的法线，而且它的一端连接至少一根连接线。

所述调相网络配置于第三印刷电路载体上，而且第一和第二印刷电路载体通过所述调相网络连接所述连接线与所述N个辐射单元。

所述天线设备还包括一个双工器，用于从调相网络收发RF信号，复用RF信号为至少一个第一Tx频率和至少一个第一Rx频率，以及收发至少第一Tx和至少第一Rx频率到第一和第二连接线，其中所述双工器配置于第三印刷电路载体，且基本上封装在所述外罩内。

更具体地说，本发明的目的，即如何实现方便安装具有简单和设计良好接口的天线设备，根据另一个实施例，可通过提供一种还包含N个双工器的天线设备实现，双工器用于从N个辐射单元收发RF信号，复用RF信号为至少一个第一Tx频率和至少一个第一Rx频率，收发至少第一Tx频率到第一调相网络，收发至少第一Rx频率到第二调相网络，所述第一调相网络连接第一连接线，而第二调相网络连接第二连接线，其中双工器安装到所述支承件上，且基本上封装在外罩内。

本发明的一个优点在于，用于在至少一个、且最好为两个或多个相对间隔较远的频带上接收和发射圆极化RF信号，且设计非常适合于生产过程的安装方便的天线设备，可通过设计一个良好的手持通信设备电路接口来实现。这种天线非常适合于大规模生产。

根据本发明的一个实施例的优点在于，只需要一个天线在两个间隔相对较远的频带上接收和发射圆极化RF信号。

而本发明的另一个优点在于，由于天线设备中使用双工器，那么天线设备在接收支路上也可采用LNA(低噪声放大器)，因为相对强的发射信号可与相对弱的接收信号隔离开。因此天线接收的信号在从天线传输到收发电路之前可被放大，而且也可减小发生在天线和收发电路间连接部件的衰减。

通过下文的详细描述，本发明进一步的适用范围将变得更为清晰。然而，应理解的是，表述本发明的优选实施例时给出的详细描述和特定举例，目的只是示意，因为通过这些详细描述，本领域的技术人员将清楚本发明范围内的各种变化和改进。

附图说明

通过下文的详细描述和附图，可更充分地理解本发明，附图的提供目的只是示意，因此并不会限制本发明，其中，

图1示出了根据本发明的第一个实施例的安装在手持移动通信设备上的天线；

图2示出了图1中的天线的分解图；

图3a示出了图1天线中的第一印刷电路载体的第一侧面；

图3b示出了图1天线中图3a的第一印刷电路载体的第二侧面；

图4a示出了图1天线中的第二印刷电路载体的第一侧面；

图4b示出了图1天线中图4a的第二印刷电路载体的第二侧面；

图5示出了根据本发明的第一个实施例的调相和双工网络的原理图；

图6示出了双工器的可能电路图；

图7a示出了根据本发明的第二个实施例的天线；

图7b示出了图7a中的天线从I-I线的侧视图；

图8示出了根据本发明第二个实施例的薄膜电介质载体的辐射方向图和电路；

图9示出了根据本发明的第三个实施例的天线；

图10示出了根据本发明第四个实施例的调相和双工网络的原理图；

图11示出了带有根据本发明的天线的手持移动通信设备。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一个优选实施例，其中部分示出的手持移动通信设备标记为101，第一印刷电路板标记为102，第一收发电路标记为103，第一收发电路103配置于所述印刷电路板上，用于馈送RF信号到标记为104的天线组件。所述天线组件104包含外罩105、支承件106和辐射方向图107。所述辐射方向图107包括配置于所述支承件106上的四个共轴伸展的螺旋分支。所述天线组件104还包含一个基本上为圆形的第一印刷电路板108，它安装在所述支承件106上，其法线平行于所述支承件106的轴线，并且包含第二印刷电路板109，其法线垂直于所述支承件106的轴线，并且被固定到所述第一印刷电路板108。接收连接线110和发射连接线111连接天线组件104到第一电路103，它们可为，例如绝缘导线。接收连接线110和发射连接线111与固定装置一起构成一个机电接口，用于将天线设备固定到手持无线电通信设备。

尽管在这个优选实施例中，印刷电路板被描绘为印刷电路载体的一个例子，但也可能采用柔性塑料电路载体或MID(模块化互连设备)。

第二电路112通过发射连接线111从第一电路103接收RF信号。下面将详细描述第二电路。

图2示出了去除外罩105时图1中天线组件104的分解图。第一印刷电路板108用三个定位销201固定到支承件，三个定位销对准三个孔202。第二印刷电路板109可被焊接、拧紧、或胶合、或以任何其它方式牢固地安装到第一印刷电路板108上。

图3a详细示出了带有示例性电路图的第一圆形印刷电路板108。图3a所示的侧面为面向第二印刷电路板109的侧面。图3b为带有示例性电路图的第一印刷电路板108面向支承件106的侧面。第一、第二、第三和第四接触区分别标记为301、302、303和304。接触区连接电路112和每个相应的辐射单元。

图4a和图4b均示出了图1中的第二印刷电路板109。图4a示出了第一侧面，其中第一平衡/不平衡变换器标记为401，第二平衡/不平衡变换器标记为402，而耦合器标记为403。耦合器将接收的信号变换为相差90°的两个信号，以便相位为0°的第一信号被馈入到所述第一平衡/不平衡变换器401，而相位为90°的第二信号被馈入到所述第二平衡/不平衡变换器402。每个平衡/不平衡变换器将接收的信号变换为相差180°的两个信号，并将它们馈入到每个辐射单元。因此，所述第一平衡/不平衡变换器401馈送一个相位为0°的信号到第一辐射单元，并且一个相位为180°的信号到第二辐射单元，而所述第二平衡/不平衡变换器402馈送一个相位为90°的信号到第三辐射单元，并且一个相位为270°的信号到第四辐射单元。由此就从天线组件产生和发射了一个圆极化RF信号。当然，也有可能让第一耦合器发送180°的相差，而平衡/不平衡变换器发送90°的相差。

尽管前面主要描述的是发射，天线当然也能通过调相网络接收圆极化RF信号。调相网络可描述为用于接收未调相RF信号的一个第二端口，以及用于馈送调相RF信号的多个第一端口，然而，第一端口也可从辐射单元接收调相信号，而第二端口馈送未调相信号到电路。

图4b为图1所示的第二印刷电路板109的另一侧面。在这一侧面上有一个双工器。双工器通过发射连接线111从图1中的第一电路103接收信号，以通过辐射单元发射，并且馈送这些信号到耦合器403。双工器从耦合器403接收由辐射单元接收的信号，并通过接收连接线110将这些信号进一步传输到所述第一电路103。下面进一步描述双工器。

下面参考图6进一步说明双工器，图6示出了可能的电路图。各个部件的分布和标称值以及电路依赖于特定的性能、天线所采用的辐射单元的形状和模式。在这个优选实施例中，示例性的电路分布图以及部件的所选标称值用于特定的应用中，在此只用作更为通用概念下的一个例子。

经由第一线601接收由天线发射的信号，此处标称值为8.4nH的第一个线圈602与标称值为9.5nH的第二个线圈603串联，并进一步连接到连接所述耦合器403的第二线604。来自天线的信号通过所述第二线接收，第二线又与标称值为0.9pF的第一电容和标称值为1.1pF的第二电容606串联。在所述第一和第二电容以及所述第一和第二线圈之间，并联了一个由1.12pF的第三电容，3.5nH的第三线圈，5.35nH的第四线圈以及1.8pF的第四电容串联而成的电路。这个特定结构用于全球星系统。当然也可为其它系统设计类似的结构。

对于全球星系统来说，发射频带为1.600～1.636GHz，而接收频带为2.473～2.510GHz。

图5示出了上述结构的原理图。第一辐射单元标记为501，第二辐射单元为502，第三辐射单元为503，而第四辐射单元标记为504。第一平衡/不平衡变换器标记为401，且与所述第一和第二辐射单元501和502相连。第二平衡/不平衡变换器402与所述第三和第四辐射单元相连。所述第一和第二平衡/不平衡变换器401和402与耦合器403相连，耦合器403又与双工器505相连。双工器通过发射连接线111和接收连接线110可连接手持移动通信设备的电路。虚线506指示天线组件与手持移动通信设备之间的接口。通过将双工器定位到天线组件中，可以实现进一步的优化，以调整天线使之能接收两个不同频带上的信号。手持移动通信设备的生产厂家也可从不需要提供双工器而受益，而只需将接收和发射连接线调整到50Ω。

图7a和7b均示出了根据本发明的第二个实施例的天线。基本上为圆柱形的支承件标记为701，采用粘性剂安装在所述支承件上的一层薄膜电介质载体标记为702。在所述载体702上为导电图703，它包括印制的4个共轴伸展的辐射单元。该载体还包括安装第一和第二平衡/不平衡变换器704和705，耦合器706以及双工器707的第一区域。圆柱形支承件的一端有一个凹槽形成一个平坦表面708，在其上叠合和固定所述第一区域。

图7b示出了图7a沿线I-I的侧视图，可清晰地看到该平坦表面。

图8示出了薄膜电介质载体上的示例性导电图。第一区域801用虚线标记。在图8中不仅提供侧电容，也提供顶电容。这些电容用于调谐天线到最佳性能，以在两个分离的频带上接收和发射圆极化RF信号。

图9示出了根据本发明的第三个实施例。手持移动通信设备标记为901，第一印刷电路板标记为902。天线组件标记为903，且可通过标记为904和905的第一和第二连接线与所述第一印刷电路板相连。连接线为柔性导线，最好为铜线，用于对所述第一印刷电路板上的接触区域施加一个作用力，以便接通所述天线组件与所述手持移动通信设备901上的电路。天线组件被适配到所述通信设备901中。天线组件903包含标记为906和907的第一和第二共轴伸展导线，这两根导线安装在基本上为圆形的第二印刷电路板908上，并且包含第三印刷电路板909、支承件910和外罩911。

图10示出了本发明的第四个优选实施例。这个实施例包括调相网络，靠近辐射单元配置的双工器，以及两个独立的调相装置，该调相装置用于接收和发射频带。通过这种方式，可降低对于平衡/不平衡变换器和耦合器在整个工作频带上以线性方式处理信号的要求，因为每个调相结构所要求的频带，比需要平衡/不平衡变换器和耦合器同时处理接收和发射频带时的情况要小。第一、第二、第三和第四辐射单元标记为1001、1002、1003和1004，用于发射RF信号，每个辐射单元分别相差90°。辐射单元如前所述共轴配置和共同伸展，但图10只是原理性的示意。第一、第二、第三和第四双工器分别标记为1005、1006、1007和1008。每个双工器分别连接一个辐射单元，且进一步连接第一和第二调相结构，在此每个调相结构工作于不同频带。所述第一调相结构包含分别标记为1009和1010的第一和第二平衡/不平衡变换器，以及第一耦合器1011。所述第二调相结构包含分别标记为1012和1013的第三和第四平衡/不平衡变换器，以及第二耦合器1014。虚线标记与手持移动通信设备的接口。

当然也可能有其它部件安装和连接在所述印刷电路板上，如低噪放大器、功率放大器、交换器以及过滤器。

图11示出了带有根据本发明的天线的手持移动通信设备。

上面描述了本发明，但显然可对其进行各种改变。这些改变不认为是偏离本发明的精神和范围，而且所有对本领域的技术人员显而易见的变化都应包含在所附的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种用于在至少第一和第二频带接收和/或发射圆极化RF信号的天线设备(104；903)，包括：

—N个辐射单元(107；501-504；703；906，907；1001-1004)，其中N为大于1的整数，

—支承件(106；702；910)用于支承所述辐射单元，以及

—一个机电接口，包含至少一根连接线(110，111；904，905)，其被设置成可连接到安装在电信设备(101)的第一电路载体(102)上的第一收发电路(103)，

天线设备的特征在于，所述N个辐射单元(107；501-504；703；906，907；1001-1004)中每个单元同时工作在所述第一和所述第二频带，所述天线设备还包含至少一个第二电路，第二电路包含

—至少一个调相网络(112；401-403；704-706；1009-1014)，

—N个第一端口，用于连接所述辐射单元(107；501-504；703；906，907；1001-1004)，以及

—至少一个第二端口，用于连接所述连接线(110，111；904，905)，

所述第二电路设置于至少一个附加电路载体(108，109；801；908，909)，并安装到支承件(106；702；910)。

2.根据权利要求1的天线设备，其中所述支承件(106；910)大抵上为圆柱形，第二电路载体(108；908)牢固地安装在所述支承件(106；910)上，所述第二电路载体(108；908)的法线平行于所述大抵上为圆柱形支承件的轴线，而且所述第二电路载体(108；908)的外接圆半径小于或等于所述大抵上为圆柱形的支承件(106；910)的半径，所述第二电路载体在一侧连接所述N个辐射单元，而且第三电路载体(109；909)牢固地安装在所述第二电路载体(108；908)上，其法线垂直于所述第二电路载体的法线，而且在其一端连接所述至少一根连接线(110，111；904，905)。

3.根据权利要求2的天线设备，其中所述调相网络(112；401-403；1009-1014)设置于所述第二电路载体(108；908)上，而且在此所述第一(102；902)和第二(108；908)电路载体，通过所述调相网络(401-403；1009-1014)连接所述连接线(110，111；904，905)与所述N个辐射单元(107；501-504；906，907)。

4.根据权利要求3的天线设备，其中所述调相网络(112；401-403)设置于所述第三电路载体(109；909)上，而且在此所述第一(103；902)和第二(108；908)电路载体，通过所述调相网络(112；401-403)连接所述连接线(110，111；904，905)与所述N个辐射单元(107；501-504；906，907)。

5.根据权利要求1的天线设备，其中所述调相网络(704-706)设置于薄膜塑料载体(702)上，薄膜塑料载体(702)牢固安装在所述支承件(701)上，而且连接所述辐射单元(703)和所述至少一根连接线。

6.根据权利要求1-5中任何一个的天线设备，其中所述天线设备还包含一个双工器(505；707)，用于从所述调相网络(401-403；704-706)收发RF信号，复用所述RF信号为至少一个第一Tx频率和至少一个第一Rx频率，以及收发所述至少第一Tx和所述至少第一Rx频率到第一(111；904)和第二连接线，而且其中所述双工器安装到所述支承件(106；702；910)。

7.根据权利要求1-5中任何一个的天线设备，其中所述天线设备还包含N个双工器，用于从所述N个辐射单元(1001-1004)收发RF信号，复用所述RF信号为至少一个第一Tx频率和至少一个第一Rx频率，收发所述至少第一Tx频率到第一调相网络(1009-1011)，收发所述至少第一Rx频率到第二调相网络(1012-1014)，所述第一调相网络连接第一连接线(111；904)，而所述第二调相网络连接第二连接线(110；905)，其中所述双工器(1005-1008)安装到所述支承件，并且完全封装在所述外罩内。

8.根据权利要求1的天线设备，其中所述调相网络由离散部件组成。

9.根据权利要求1的天线设备，其中N等于4，所述调相网络包含一个90°的耦合器(403；706)，所述90°耦合器连接第一(401；704)和第二(402；705)180°平衡/不平衡变换器，所述第一和第二180°平衡/不平衡变换器连接所述第一(501)，第二(502)，第三(503)和第四(504)辐射单元。

10.根据权利要求1的天线设备，其中一个低噪放大器或功率放大器安装和连接到所述第一或第二电路载体中任何一个的电路。

11.一种用于直接与卫星通信的手持移动无线电通信设备，其中所述手持移动无线通信设备包含根据前述任何一个权利要求的天线。

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