CN1217091A - 双频段天线 - Google Patents

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Abstract

为一种新型改进的双频段天线系统(100),它包括内部天线单元(102)和其所包围的外部天线单元(104)。内部天线单元(102)发射和接收第一RF频段的RF信号,而外部天线单元(104)发射和接收第二RF频段的RF信号。当工作于第一RF频段内时内部和外部天线可以选择耦合在一起以进一步改善双频段天线(100)的天线增益模式。在本发明第二实施例中,内部天线单元(102)发射和接收第一和第二RF频段的RF信号。在第二实施例中,当工作于第二RF频段内时,外部天线(104)接地,由此改变内部天线单元(102)的信号长度从而在第二RF频段内引起共振。

Description

双频段天线
技术领域
本发明涉及无线通信。具体而言，本发明涉及无线电话中的新型改进双频段天线。
背景技术
无线通信正在迅速成为通信的标准手段。家用无绳电话、带无线调制解调器的膝上型电脑、卫星无线电话以及蜂窝网无线电话都是技术不断发展如何使人们位于何处均能保持联系的实例。
无线电话用户正在寻找一种更小巧的装置来满足活动量日益增大的生活方式。为了满足这种需求，多种通信功能被组合人单一的单元内。一种这样的通信设备就是在多频段内通信的无线电话。
当今使用的无线电话系统有各种各样。它们包括基于“先进移动电话系统”(AMPS)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的蜂窝网电话。此外，基于两种数字标准(TDMA和CDMA)的个人通信服务(PCS)系统也迅速发展，这种系统使人们可在家中或办公室内将无线电话用作无绳电话，而离开家/办公室则将其换作蜂窝网电话。
PCS系统和蜂窝网系统工作于不同的频段，因此为了发挥最大的传输效率，需要不同的天线。蜂窝网系统一般工作在800 MHz频段，而PCS系统现在设计为工作在1900MHz频段内。由此需要一种重量轻而成本低的双频段天线系统使单一通信设备可工作在多频段。
发明内容
本发明为一种新型改进双频段天线装置。该天线装置传输第一射频段内的第一组信号和第二射频段内的第二组信号。被外部天线元包围的内部天线元构成此天线装置。
在本发明第一实施例中，内部天线元发射并接收第一RF频段的RF信号，而外部天线元发射并接收第二RF频段的RF信号。在第一实施例中，内部天线的信号长度等于第一RF频段内波长的二分之一，而外部天线的信号长度等于第二RF频段内波长的二分之一。为了改善双频段天线的天线增益，当工作于第一RF频段内时内部和外部天线可以选择耦合在一起。
在本发明第二实施例中，内部天线元发射并接收第一和第二RF频段的RF信号。在第二实施例中，当工作在第一RF频段内时内部天线的信号长度等于第一RF频段波长的二分之一，当工作于第二RF频段内时内部天线的信号长度等于第二RF频段内波长的二分之一。当工作于第二RF频段内时，外部天线接地，由此改变内部天线元的信号长度以在第二RF频段谐振。与第一实施例类似，为了改善双频段天线的天线增益图，当工作于第一RF频段时内部和外部天线可以选择耦合在一起。
附图的简要说明
通过以下结合附图对本发明的描述可以进一步理解本发明的特点、目标和优点。附图中相同的部分用同一标号表示。
图1示出了本发明双频段天线的第一实施例；
图2为本发明双频段天线第一实施例的框图；
图3为本发明双频段天线第二实施例的框图；
图4示出了本发明双频段天线的第二实施例；
图5示出了与适用于本发明的便携式无线电话接口的本发明双频段天线的第二实施例。
实施发明的较佳方式
在本发明较佳实施例中，双频段天线在两个频段(800 MHz蜂窝网频段和1.9GHz PCS频段有效工作。但是应当指出的是，以下有关本发明的讲授同样可以应用于其它频段和应用场合。例如，世界上许多地方的蜂窝网系统工作在900MHz频段而不是800MHz。同样，世界上许多地方的PCS系统工作在1.8GHz频段而不是1.9GHz。为阐释方便，描述工作在800MHz和1.9GHz的双频段天线就足以说明问题。
图1示出了双频段天线的第一实施例。被导电套筒天线104包围的内部鞭状天线102构成本实施例。套筒天线104与提供PCS频段信号的馈电点106耦合。内部鞭状天线102与提供蜂窝网频段信号的馈电点110耦合。馈电点106和110最好由绝缘体108隔开，套筒天线104选定的物理尺寸使其相当于工作在1.9GHz频段高效RF谐振器，而鞭状天线102相当于工作在800MHz频段的高效RF谐振器。
每种天线102和104物理尺寸的选择部分取决于紧靠双频段天线100的设备的RF特性。例如，当如图5所示在便携式无线电话500中采用双频段天线时，无线电话500外壳和结构本身也收发可以测量到的RF能量，它们相当于一种辅助天线。因此在这项技术中，当选择天线信号长度时通常要考虑周围结构的RF特性。便携式无线电话的普通信号长度为工作频段波长的3/8和5/8。但是为阐释方便，本发明所述鞭状天线102的信号长度为800MHz频段波长的1/2，而套筒天线104的信号长度为1.9GHz频段处波长的1/2。
应当指出的是，套筒天线104可以采用本技术领域内已知的各种构造。例如它可以是实体的、螺旋形的或编织的。它也可以是刚性或柔软的，并且还可以嵌入介电材料(例如塑料)内。同样应该指出的是，鞭状天线104可以是本技术领域内已知的各种构造。例如它可以是固定长度鞭状、可伸缩鞭状、环阵或螺旋形。显而易见的是，套筒天线104和鞭状天线102可以设计成许多不同的构造，只要套筒天线104基本上包围鞭状天线102即可。图2示出了本发明第一实施例的电连接方框图。在图2中，1.9GHz收发机206通过阻抗匹配电路204与套筒天线104耦合。1.9GHz收发机206产生的RF信号由套筒天线104发射出去，而套筒天线104捕捉到的RF信号被1.9GHz收发机206接收并解调。同样，800MHz收发机208通过阻抗匹配电路202与鞭状天线102耦合。800MHz收发机208产生的RF信号由鞭状天线102发射出去，而鞭状天线102捕捉到的RF信号被800MHz收发机208接收并解调。
当采用图1和2所示双频段天线实施例的无线电设备工作在1.9GHz频段时，只有套筒天线104辐射和接收RF能量。但是，当无线电设备工作在800MHz频段时，鞭状天线102发射的信号还耦合至套筒天线104，这种情况下的天线增益图比鞭状天线102单独情况下更为均匀。鞭状天线102的天线增益图中通常出现的空白区因RF能量耦合至套筒天线104而得到部分填充。
可选择将二极管210连接于阻抗匹配电路202与204之间，使得RF信号从800MHz收发机直接馈送至鞭状天线102和套筒天线104。在这种配置中，由于信号被直接馈送至套筒天线104而不是电感耦合或电容耦合，所以800MHz处的天线增益图得到进一步的改善。但是当电话工作在1.9GHz频段时，为了避免无谓的效率损失，二极管210阻止信号送至鞭状天线102。应该指出的是，二极管210可以用开关代替，当工作在800MHz时开关将套筒天线104耦合至匹配电路202，当工作在1.9GHz时开关使套筒天线104不与匹配电路202耦合。
图4示出了本发明第二实施例。在图4中，套筒天线404为螺旋形天线，其基本上包围鞭状天线402。鞭状天线402从套筒天线404顶部延伸出来的部分具有1.9GHz频段波长1/2的信号长度。图3示出了第二实施例工作框图。在第二实施例中，1.9GHz收发机306和800 MHz收发机308通过各自的匹配电路304和302与一对开关310和312耦合。套筒天线404与开关312的一个极耦合，而鞭状天线402与开关310的一个极耦合。当采用第二实施例的电话工作在800MHz频段时，开关310与接线端318耦合，而开关312不与接地端314耦合，从而向鞭状天线402提供800MHz RF信号。如上文就第一实施例所述，由于周围存在套筒天线404，鞭状天线402的天线增益图得到了改善。当采用第二实施例的电话工作在800MHz频段时，开关312也可以与可选接线端316耦合，由于信号被直接送至套筒天线404而非电感耦合或电容耦合，所以天线增益图得到进一步改善。
与第一实施例不同，当采用第二实施例的电话工作在1.9GHz频段时，不通过套筒天线404辐射或接收RF信号。相反，1.9GHz信号通过开关310与接线端320的耦合，在鞭状天线402上辐射并接收，而套筒天线404通过开关310耦合至接地端314而接地。应该指出的是，在图3中开关310和312被画成两个分立的开关，但是它们也可以是一个双极双掷开关。
如图4所示，套筒天线404(这里画为螺旋形天线)包围鞭状天线402。这样，由于套筒天线404在1.9GHz频段下是接地的，而套筒天线404又屏蔽了它所包围的鞭状天线402的任何部分，所以向鞭状天线402提供1.9GHz信号的有效馈电点从馈电点410偏离至套筒天线404的顶部。因此与第一实施例相反(该例选择套筒天线404的物理长度使得其信号长度等于1.9GHz处波长之半)，第二实施例中选择套筒天线404的物理长度使得鞭状天线402延伸至套筒天线404顶部以外部分的信号长度等于1.9GHz处波长之半。
如上文就图1所述，套筒天线404可以采用本技术领域内已知的各种构造。例如它可以是实体的、螺旋形的或编织的。它也可以是刚性或柔软的，并且还可以嵌入介电材料412(例如塑料)内。显而易见的是，套筒天线404和鞭状天线402可以设计成许多不同的构造，只要套筒天线404基本上包围鞭状天线402即可。
现参见图5，它示出了采用本发明双频段天线100的便携式无线电话500。在较佳实施例中，套筒天线104暴露在无线电话500外壳的外部，而鞭状天线102可以伸至露出位置或缩人无线电话500外壳内的保留位置。在任一频段工作期间，鞭状天线102比较好的是延伸至露出位置以使性能最佳。但是，当从800MHz切换至1.9GHz或者相反时，便携式无线电话500的用户无需调整双频带天线100。此外，当鞭状天线102缩人保留位置时，双频带天线100体积缩小并且不易损坏。也可以使整个双频带天线组件100在无线电话500外壳内部伸缩。
以上借助较佳实施例描述了本发明。对于本技术领域内的技术人员来说，在不偏离本发明范围和精神前提下对本发明所作的各种修改都是显而易见的。因此本发明由后面所附权利要求进行限定。

Claims (24)

1．一种双频段天线系统，其特征在于包含：
第一天线元，具有接收第一频段内第一RF信号的第一馈电点，所述第一天线元发送所述第一RF信号；
第二天线元，具有接收第二频段内第二RF信号的第二馈电点，所述第二天线元基本上包围所述第一天线元并发送所述第二RF信号。
2．如权利要求1所述的双频段天线系统，其特征在于所述第一天线元的信号长度等于所述第一频段处波长的二分之一，所述第二天线元的信号长度等于所述第二频段处波长的二分之一。
3．如权利要求2所述的双频带天线系统，其特征在于所述第一天线元为鞭状天线而所述第二天线元为套筒天线。
4．如权利要求3所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包括与所述第一天线元耦合的开关，用来在所述第一天线元发送所述第一RF信号时将所述第一天线元耦合至所述第二天线元。
5．如权利要求4所述的双频段天线，其特征在于所述开关为二极管。
6．如权利要求5所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包含绝缘体，用来使所述第一天线元与所述第二天线元电隔离。
7．如权利要求1所述的双频段天线系统，其特征在于进一步包含：
产生所述第一RF信号的第一收发机；
将所述第一收发机与所述第一天线元耦合起来的第一匹配电路，用来使所述第一天线元在所述第一频段阻抗匹配；
产生所述第二RF信号的第二收发机；
将所述第二收发机与所述第二天线元耦合起来的第二匹配电路，用来使所述第二天线元在所述第二频段阻抗匹配。
8．如权利要求7所述的双频段天线系统，其特征在于所述第一天线元的信号长度等于所述第一频段处波长的二分之一，所述第二天线元的信号长度等于所述第二频段处波长的二分之一。
9．如权利要求8所述的双频带天线系统，其特征在于所述第一天线元为鞭状天线而所述第二天线元为套筒天线。
10．如权利要求9所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包括与所述第一天线元耦合的开关，用来在所述第一天线元发送所述第一RF信号时将所述第一天线元耦合至所述第二天线元。
11．如权利要求10所述的双频段天线，其特征在于所述开关为二极管。
12．如权利要求11所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包含绝缘体，用来使所述第一天线元与所述第二天线元电隔离。
13．一种双频段天线系统，其特征在于包含：
第一天线元，具有接收第一频段内第一RF信号和第二频段内第二RF信号的馈电点，所述第一天线元发送所述第一和第二RF信号；
基本上包围所述第一天线元的第二天线元，用来在所述第一天线元发送所述第二RF信号时改变所述第一天线元的信号长度。
14．如权利要求13所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包括：
第一开关，用来在所述第一天线元发送所述第一RF信号时使所述第一天线元耦合所述第一RF信号，并且在所述第一天线元发送所述第二RF信号时使所述第一天线元耦合所述第二RF信号；
第二开关，用来在所述第一天线元发送所述第二RF信号时使所述第二天线元接地。
15．如权利要求14所述的双频段天线系统，其特征在于当所述第二天线元不接地时所述第一天线元的信号长度等于所述第一频段处波长的二分之一，并且当所述第二天线元接地时所述第一天线元的信号长度等于所述第二频段处波长的二分之一。
16．如权利要求15所述的双频带天线系统，其特征在于所述第一天线元为鞭状天线而所述第二天线元为套筒天线。
17．如权利要求16所述的双频带天线系统，其特征在于当所述第一天线元发送所述第一RF信号时，所述第二开关使所述第二天线元耦合至所述第一RF信号。
18．如权利要求17所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包含绝缘体，用来使所述第一天线元与所述第二天线元电隔离。
19．如权利要求13所述的双频段天线系统，其特征在于进一步包含：
产生所述第一RF信号的第一收发机；
将所述第一收发机与所述第一天线元耦合起来的第一匹配电路，用来使所述第一天线元在所述第一频段阻抗匹配；
产生所述第二RF信号的第二收发机；
将所述第二收发机与所述第二天线元耦合起来的第二匹配电路，用来使所述第二天线元在所述第二频段阻抗匹配。
20．如权利要求19所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包括：
第一开关，用来在所述第一天线元发送所述第一RF信号时将所述第一天线元耦合至所述第一匹配电路信号，并且在所述第一天线元发送所述第二RF信号时将所述第一天线元耦合至所述第二匹配电路；
第二开关，用来在所述第一天线元发送所述第二RF信号时将所述第二天线元接地。
21．如权利要求20所述的双频段天线系统，其特征在于当所述第二天线元不接地时所述第一天线元的信号长度等于所述第一频段处波长的二分之一，并且当所述第二天线元接地时所述第一天线元的信号长度等于所述第二频段处波长的二分之一。
22．如权利要求21所述的双频带天线系统，其特征在于所述第一天线元为鞭状天线而所述第二天线元为套筒天线。
23．如权利要求22所述的双频带天线系统，其特征在于当所述第一天线元发送所述第一RF信号时，所述第二开关将所述第二天线元耦合至所述第一匹配电路。
24．如权利要求23所述的双频带天线系统，其特征在于进一步包含绝缘体，用来使所述第一天线元与所述第二天线元电隔离。
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