CN1225092C

CN1225092C - 具有多频带天线的移动通信系统

Info

Publication number: CN1225092C
Application number: CNB028031989A
Authority: CN
Inventors: 崔俊圭; 河东寅; 崔完振; 朴正镐; 金东焕
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2002-10-12
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: US20030153279A1; IL156269A0; CN1476681A; JP3759143B2; JP2004522389A; KR20030031425A; US6662021B2; EP1435136A1; EP1435136A4; KR100438425B1; WO2003034603A1

Abstract

一种具有能够接收和处 GPS、CDMA和PCS频带信号的多频带天线的移动通信系统，在该系统中，GPS处理部分接收第一频带的信号。通信信号处理部分接收低于第一频带频率的第二频带的信号和高于第一频带频率的第三频带的信号，将接收到的信号解调。多频带天线用于接收和发送包括第一到第三频带的多频率频带信号。频带分离器部分连接在多频带天线和GPS处理部分以及通信信号处理部分之间，将第一频带的信号送入GPS处理部分。控制部分用于控制GPS处理部分和通信信号处理部分。

Description

具有多频带天线的移动通信系统

技术领域

本发明涉及移动通信系统，特别涉及具有多频带天线的移动通信系统，它可以被用于便携式移动通信系统并且可以在不同的频带中顺畅地进行通信。

背景技术

移动通信系统不仅在韩国具有惊人的商业发展，而且在全世界也一样。在全世界，移动通信系统发展中的一个重要的步骤是从模拟传送向数字传送的发展。在数字传送的基础上，具有双操作模式的移动通信系统，即，可以在CDMA或者PCS模式中操作的系统已经正在作为个人便携式移动通信系统来进行开发。

此外，根据(美国)通信委员会(FCC)的E911规定，可以预期，未来的在美国的通信模式将提供全球定位功能。FCC的E911建议，移动通信终端应该可以发送它们的位置，即，可以通过无线定位系统来跟踪，例如，通过全球卫星定位系统(GPS)。因此，移动通信终端将被要求具有能够接收1.575GHz的GPS频带信号。

通常，能够接收GPS信号的移动通信终端采用了下面将详细说明的码片式GPS天线。

图1示出了传统的能够接收三个频带的信号的移动通信终端的包括块图的示意图。图1示出了用于既能通过接收GPS信号又能接收其他频带的信号来进行通信的移动通信终端10的结构。该移动通信终端10具有可以选择性地接收彼此不同的频带的信号的两个天线。

即，在移动通信终端10中，具有CDMA和PCS频带频率的信号同时被双频带天线12接收，同时，具有GPS频带频率的信号通过GPS天线30被同时接收。“用于无线发射机/接收机的双频带天线”公开在了韩国专利公开第1999-0072602号和授予三星电子株式会社的美国专利6,198,440B1号，在此，对其内容进行交叉引用，它说明了可以用作双频带天线12的天线，同时实现为码片的GPS频带天线可以用作GPS天线30。

双频带天线12接收的CDMA/PCS频带频率的信号通过匹配电路40被施加到分离器50，匹配电路对双频带天线12和移动通信系统中的电路之间的阻抗进行匹配。分离器50将通过双频带天线12收到的CDMA/PCS频带频率的信号分离成为具有CDMA频带频率的信号和具有PCS频带频率的的信号，并且将分离的信号施加到CDMA双工器60和PCS双共器70，它们连接到外部端子。此外，分离器50将从CDMA双工器60或者PCS双工器70收到的信号通过匹配电路40施加到双频带天线12。

图2和3是史密斯图表，示出了当处于自由空间中的收缩和延伸状态的时候，在CDMA/PCS频带的双频带天线12的阻抗匹配特性，该图表是通过对SCH-8500型的移动通信终端进行测量得出的，它是由三星株式会社生产并且销售的，其中采用的双频带天线12具有与美国专利6,198,440所公开的相同的结构。此时，阻抗是在分离器50和CDMA/PCS双工器60和70之间的节点处测量的。阻抗匹配特性是通过采用Aglient公司制造的网络分析器8753E测量的。图2和3中的垂直轴表示电压驻波比(VSWR)，其中基值(bottom value)为1，并且在图中，其值以每个划分单位增加1而向上递增。并且图2和3中的水平轴表示频率。同样，在图中，对于用Δ表示的点1到5是分别用右侧和顶部来限定的。例如，在图2中，Δ1的频率是824MHz，并且Δ1的VSWR是1.5399。上述的方法适用于其他的在该申请中的表示阻抗匹配特性的图。此外，图5到8示出了在自由空间中的CDMA/PCS频带的天线增益图形，该图形是通过对在上述的移动电话中采用的双频带天线12测量得到的。

两个双工器60和70的每一个将从分离器50分别输出的CDMA和PCS频带频率施加到CDMA RF部分110，该部分110包括通信信号处理部分和PCS RF部分120，并且也将从CDMA RF部分110和PCSRF部分120输出的RF信号施加到分离器50。CDMA RF部分110调制从CDMA双工器60收到的信号并且将调制的信号送到控制器90，或者调制将被传送的从控制器90输入的信号，并且将调制的信号输送到分离器50。该PCS RF部分120调制从PCS双工器70收到的信号并且将它提供到控制器90，或者将从控制器90输入的将被传送的信号调制为PCS频带的信号并且将其提供到分离器50。

控制器90具有通常的，例如既可用于CDMA也可用于PCS移动电话的移动电话的双模式移动通信终端系统的控制部分的功能。因此，控制器90即可以从CDMA RF部分110也可以从PCS收到的信号再现语音，或者向CDMA RF部分110或者PCS RF部分120提供语音信号。

同时，与GPS天线30连接的GPS滤波器80将接收到的信号滤波，并且只通过GPS频带信号，从而将其提供到控制器90中的GPS信号处理单元100。GPS信号处理器100解调输入到它的GPS信号，因此，为全球定位产生三维信息。

图4和9示出了在自由空间状态下的阻抗匹配数据和在收缩状态下的天线增益图形，这是通过在上述的SCH-8500型移动通信电话采用的GPS天线30的测量获得的。

但是，传统的具有如图1所示的结构的移动通信系统的缺点在于，它具有分开的GPS天线30，用于接收GPS频带的信号，这使得系统的结构复杂化了。

发明内容

因此，为了解决上述的现有技术中出现的问题，提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种移动通信系统，它具有能够顺畅地接收彼此不同的三个频带的频率的天线结构。

本发明的另一个目的是提供一种移动通信系统，它采用了具有双螺旋结构的能够在最小损耗的情况下，既接收CDMA/PCS频带频率，有能够接收GPS频带频率的一体化的天线。

本发明的再一个目的是提供一种移动通信终端，它可以具有固定形式的采用双螺线螺旋天线(dual-pitch helical antenna)，也可以是采用与鞭形天线一起的双螺线螺旋天线的可收缩形式的天线，并且能够有效地通过切换元件来接收不同频带频率的信号，该切换元件能够有效地操作于多频带信号，并且将三个频带的信号彼此分开。

为了实现上述的目的，提供了一种移动通信系统，具有多频带天线，包括：GPS处理部分，用于接收第一频带的信号，以便产生全球定位信息；通信信号处理部分，用于接收第二和第三频带的信号，将接收到的信号解调，并且调制将被发送的第二频带和第三频带的信号，并且输出调制的信号，该第二频带频率低于第一频带频率，并且第三频带频率高于第一频带频率；多频带天线，用于接收和发送包括第一到第三频带的多频率频带信号，该多频带天线包括双螺线螺旋天线，它包括串联连接的第一和第二螺旋线圈部分，该第一和第二螺旋线圈部分具有彼此不同的螺线的第一和第二螺旋线圈部分，以便第一和第二螺旋线圈部分具有对于第一到第三频带的不同的阻抗；频带分离器部分，连接在多频带天线和GPS处理部分以及通信信号处理部分之间，该频带分离器部分将多频带天线收到的多频带信号中的第一频带的信号送入GPS处理部分，同时将第二和第三频带信号送入到通信信号处理部分，该频带分离器部分将GPS处理部分和通信信号处理部分输出的信号提供给多频带天线；以及控制部分，用于控制GPS处理部分和通信信号出路部分。

优选地，多频带天线是采用与鞭形天线一起的双螺线螺旋天线的可收缩形式的天线。同样，优选地，多频带天线是三频带天线，能够不仅接收CDMA/PCS双频带而且能够接收GPS频带的信号。

频带分离器部分包括：开关，用于在多频带天线和通信信号处理部分之间形成电波路径，开关通过将多频带天线的电波路径连接到GPS处理部分，以响应于从控制部分输出的路径控制信号来改变电波路径；分离器，连接到开关和通信信号处理部分并且位于其间，该分离器分离并且输出第二和第三频带的信号，并且将第二和第三频带的信号施加到开关；以及CDMA双工器和PCS双工器，用于将分离器输出的第二和第三频带分别送入到通信信号处理部分中的CDMA和PCS RF部分，并且用于将CDMA和PCS RF部分输出的第二和第三频带分别送入到分离器。

控制部分发出路径控制信号到开关以预定的时间周期，以响应于E911模式，并且控制GPS处理部分和通信信号处理部分。

根据本发明的另一方面，频带分离器部分可以包括：同向双工器，用于将多频带天线接收到的信号分离成为第二频带的信号和高于第二频带的频带的信号，该同向双工器将第二频带的信号送入到通信信号处理部分中的CDMA RF部分；分离器，用于将高于第二频带的频带的信号分离成为第一和第三频带的信号，将第一频带的信号送入到GPS处理部分，并且将输入的第一和第三频带的信号送入到同向双工器；CDMA双工器，用于将第二频带的信号送入到通信信号处理部分中的CDMA RF部分；以及PCS双工器，用于将第三频带的信号送入到通信信号出路部分中的PCS RF部分。

在具有上述的根据本发明的任一种结构的移动通信系统中，双螺线螺旋线圈的每个线圈部分的螺线和回转的数量可以适当地选择，以便实现能够具有至少两个谐振频带的多频带天线。此外，在移动通信系统中，频带分离器部分将诸如CDMA/PCS通信信号、GPS信号、或者CDMA信号的低频带信号，以及诸如GPS/PCS信号的高频信号彼此分开，从而使得移动通信系统能够执行除了双频带(CDMA/PCS)通信服务之外的E911模式服务。此外，本发明实现了更加紧凑的能够通过一个天线来接收彼此不同的多频带的移动通信系统。

附图说明

本发明的上述的和其他的目的，特点和优点，将通过下面结合附图的说明而变得更加明了，其中：

图1示出了传统的能够接收三频带信号的移动通信系统的包括块图的示意图；

图2和3示出了史密斯图表，图表示出了自由空间中的处于收缩和延伸状态的图1中的双频带天线的阻抗匹配特性；

图4示出了史密斯图表，图表示出了自由空间中的图1中的GPS码片式天线的GPS频带阻抗匹配特性；

图5和6示出了自由空间中的处于收缩和延伸状态的图1中的双频带天线的CDMA频带天线增益图形图；

图7和8示出了自由空间中的处于收缩和延伸状态的图1中的双频带天线的PCS频带的天线增益图形图；

图9示出了自由空间中的图1中的GPS码片式天线的在GPS频带的天线增益的图；

图10示出了包括块图的示意图，说明了根据本发明的第一实施例的具有多频带天线的移动通信系统的结构；

图11和12示出了史密斯图形，示出了处于自由空间中的收缩和延伸状态的图10中的多频带天线的阻抗匹配特性；

图13和14示出了史密斯图形，示出了处于自由空间中的收缩和延伸状态的图10中的多频带天线的GPS频带阻抗匹配特性；

图15和16示出处于自由空间中的收缩和延伸状态的图10中的双频带天线的CDMA频带的天线增益图形的图；

图17和18示出处于自由空间中的收缩和延伸状态的图10中的双频带天线的PCS频带的天线增益图形的图；

图19和20示出处于自由空间中的收缩和延伸状态的图10中的双频带天线的GPS频带的天线增益图形的图；

图21示出了包括块图的示意图，说明了根据本发明的第二实施例的具有多频带天线的移动通信系统的结构。

具体实施方式

下面，将参照附图详细地说明根据本发明的优选实施例的具有多频带天线的移动通信系统。下面的说明省略了对于公知的结构和功能的说明，以便使得本发明的说明的简明。

图10示出了包括块图的示意图，说明了根据本发明的第一实施例的具有多频带天线的移动通信系统的结构。参照图10，多频带天线12和移动通信终端10的外壳组装在一起。此外，多频带天线12连接到匹配电路40，它连接到频带分离器/合成器部分的电波路径开关(下面，称为“开关”)。频带分离器包括开关45、分离器50、CDMA双工器60和PCS双工器70。

图10中的多频带天线12可以实现为固定形式的天线，其中单独使用双螺线螺旋天线14，也可以实现为可收缩形式的天线，其中双螺线螺旋天线14与鞭形天线24一起使用。在本发明的实施例中，只示出了可收缩形式的天线。

在图10中的多频带天线12中，鞭形天线25的长度，以及构成双螺线螺旋天线14的第一和第二螺旋线圈部分，16和18的螺线和回转的数量可以适当地选择，以便能够使得多频带天线12操作于三个不同的频带。在示出的双螺线螺旋天线14的结构中，在其上部的第一线圈部分16具有小螺线，而在其下部的第二线圈部分18具有大螺线。当第一线圈部分16的螺线适当地减小的时候，第一线圈部分16具有非常大的在1.575GHz的GPS频带的第一频带或者高于第一频带的1.7到2.0GHz的PCS频带的第三频带上的阻抗。此时，电流不能够流过第一线圈部分16，以便只有第二线圈部分18能够作为高频天线使用。

但是，在例如800MHz到900MHz之间的第二频带的低频带中，第一线圈部分16的阻抗不能太大，以便第一和第二线圈部分16和18能够作为螺旋天线使用。即，在第二频带中，不仅具有大螺线第二线圈部分18，而且具有小螺线的第一线圈部分16也作为天线使用。通过适当地确定构成双螺线螺旋天线14的第一和第二线圈部分的螺线和回转的数量，可以获得两个需要的谐振频带。此时，通过适当地增加第二线圈部分18的螺线，可以获得1.5到2.0GHz的宽谐振频带。即，如此实现的多频带天线12可以操作于三个频带，即，800MHz到900MHz之间的CDMA频带、1.575GHz的GPS频带和1.7到2.0GHz的PCS频带。

多频带天线12收到的宽频带信号通过匹配电路40被送入到开关45。开关45是双向的开关并且是有源开关，它既可以将匹配电路40连接到分离器/合成器单元50，也可以选择性地在匹配电路40和GPS滤波器80之间切换接通和关断连接，以响应于路径控制信号92的输入。

在通常模式中，路径控制信号92是控制器90产生的，以便将匹配电路40和分离器50彼此连接。因此，在通常模式中，其阻抗已经被匹配电路40匹配了的宽频带信号被送入到分离器/合成器单元50，它将宽频带信号分离成为第二频带信号和高于第一频带的另一个频带的信号，信号被随后分别送入到CDMA双工器60和PCS双工器70。

与通常的彼此分离发送和接收信号的双工器一样，CDMA双工器60和PCS双工器70中的每一个分离在分离器50和CDMA RF部分110或者PCS RF部分120之间的发送和接收信号。此外，具有图10的结构的双模式移动通信系统，例如能够操作于CDMA和PCS模式的蜂窝电话只在被设定为双模式中的一个之后才开始操作。因此，此时，在具有图10中的结构的双模式移动通信系统中，可以通过控制器90选择CDMA和PCS模式中的一个，以便接收和发送语音/数据，如通常的双模式电话一样。

从上述的操作状态可知，当用户设定了E911模式的时候，从控制器90输出的电波路径控制信号92进行着转变，例如，从逻辑“LOW”到逻辑“HIGH”的转变。然后，开关45将匹配电路40连接到GPS滤波器80，以响应于路径控制信号92的转变。GPS滤波器80滤波1.57GHz频带的信号，以便在第一到第三频带中，只有第一频带信号送入到GPS信号处理器100。

此时，GPS信号处理器100接收到了GPS频带信号，以便将全球定位信息送入到控制器90。然后，通过CDMA RF部分110或者PCSRF部分120，根据在CDMA和PCS模式之间的当前操作模式，控制器90再次发送路径控制信号92并且发送全球定位信息到E911中心，从而使得移动通信系统的位置被报告。通过上述的操作，根据本发明的移动通信系统可以优良地不仅操作于CDMA或者PCS模式，而且可以操作于E911模式。

根据采用本发明的转让人(即，三星电子株式会社)生产并且销售的SCH-8500移动电话的实验，它采用了有上述结构的多频带天线12，在自由空间中的CDMA/PCS频带的阻抗匹配特性没有表示出与如图11和12所示的美国专利6,148,440号中公开的双频带天线具有很大的差别。

此外，在收缩和延伸状态的自由空间中的GPS频带中的阻抗匹配特性，也没有表示出与现有技术中的GPS码片式天线有很大的区别，这可以通过将图13和14与图4中的进行比较而容易的理解。实际上，根据本发明的多频带天线具有不大于2.5的VSWR，这也不次于现有的双频带天线。

此外，实验表明，在天线增益方面没有问题。根据自由空间中的多频带天线12的收缩和延伸状态的天线增益的测量，多频带天线12在CDMA/PCS频带的天线增益具有与现有的双频带天线相同的图形和特性，如图15到17所示。同样，在自由空间中的收缩和延伸状态中，根据本发明的多频带天线12具有与GPS码片式天线几乎相同的天线增益，如图19和20所示。可以注意到，多频带天线12具有比处于延伸状态的GPS码片式天线更优的增益。

图21示出了包括块图的示意图，说明了根据本发明的第二实施例的具有多频带天线的移动通信系统的结构。根据该实施例的移动通信系统与图10中的移动通信系统的不同之处在于，根据本发明的移动通信系统采用了无源的开关，例如同向双工器47来代替有源开关。此时，当采用了无源操作的主同向双工器47的时候，由于双工器分别通过800到900MHz的低频率信号和1.7到2.0GHz的高频率信号，三个信号中的一个需要的信号可以首先通过同向双工器分离出来，并且随后通过分离器50分离出其他的两个信号。

当无源元件同向双工器47，如图21所示的时候，作为低频信号的CDMA频带信号和作为高频信号的GPS/PCS频带信号被首先分离出来，并且随后通过分离器50将GPS频带信号和PCS频带信号彼此分离。

因此，可以理解，区别于采用有源开关45的情况，根据频带，即使不使用路径控制信号92，GPS信号和包括CDMA/PCS信号的通信信号也可以被分离，并且随后通过不同的路径送入到GPS滤波器80和CDMA和PCS双工器60和70。根据该实施例的其他的移动通信系统的操作与图10中的移动通信系统相同。

当如图21所示，通过无源开关元件将三个不同频率的频带彼此分开的时候，实验示出的结果与图11到20中的结果相同。

尽管上述的说明是对于这样的情况作出的，即，其中根据本发明的移动通信系统具有除了现有的双模式移动通信系统的CDMA和PCS模式处理功能之外的GPS信息处理功能，本技术领域中的普通技术人员可以理解，在现有技术中可以用于类似的情况，例如，本发明可以实现具有处理GSM/GPS/DCS模式的功能的移动通信系统，即，用于移动通信/全球定位/数字蜂窝系统模式的全球系统。

如上所述，本发明提供了一种移动通信系统，它可以只通过一个天线发送和接收具有不同的频带，诸如GPS、CDMA和PCS频带的多频带信号，从而实现了能够执行E911模式服务的紧凑的移动通信终端。

尽管示出了并且说明了本发明的一些优选实施例，但是本技术领域中的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的所附的权利要求所限定的精神和范围内，可以对本发明进行各种的形式上和细节上的修改。

Claims

1.一种具有多频带天线的移动通信系统，包括：

GPS处理部分，用于接收第一频带的信号，以便产生全球定位信息；

通信信号处理部分，用于接收第二和第三频带的信号，将接收到的信号解调，并且调制将被发送的第二频带和第三频带的信号，并且输出调制的信号，该第二频带频率低于第一频带频率，并且第三频带频率高于第一频带频率；

多频带天线，用于接收和发送包括第一到第三频带的多频率频带信号，该多频带天线包括双螺线螺旋天线，它包括彼此串联连接的第一和第二螺旋线圈部分，该第一和第二螺旋线圈部分具有彼此不同的螺线，以便第一和第二螺旋线圈部分具有对于频率彼此不同的第一频带到第三频带的不同的阻抗；

频带分离器部分，连接在多频带天线和GPS处理部分以及通信信号处理部分之间，该频带分离器部分将第一频带的信号送入GPS处理部分，同时将第二和第三频带信号送入到通信信号处理部分，该频带分离器部分将GPS处理部分和通信信号处理部分输出的信号提供给多频带天线；以及

控制部分，用于控制GPS处理部分和通信信号处理部分。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中第一频带是1.575GHz，第二频带是800到900MHz，并且第三频带是1.7到2.0GHz。

3.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中多频带天线是采用与鞭形天线一起的双螺线螺旋天线的可收缩形式的天线。

4.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中多频带天线是三频带天线，不仅能够接收CDMA/PCS双频带而且能够接收GPS频带的信号。

5.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中频带分离器部分包括：

开关，用于将多频带天线电连接到通信信号处理部分或者GPS信号处理部分，以响应于从控制部分输出的路径控制信号；

分离器，用于分离并且输出第二和第三频带的信号，并且将第二和第三频带的信号施加到开关；以及

CDMA双工器和PCS双工器，用于将分离器输出的第二和第三频带分别送入到通信信号处理部分中的CDMA和PCS RF部分，并且用于将CDMA和PCS RF部分输出的第二和第三频带分别送入到分离器。

6.根据权利要求5所述的移动通信系统，其中分离器连接到开关和通信信号处理部分，并且放置在开关和通信信号处理部分之间。

7.根据权利要求4所述的移动通信系统，其中，响应于E911模式，控制部分发出路径控制信号到开关以预定的时间周期，并且控制GPS处理部分和通信信号处理部分。

8.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中频带分离器部分包括：

同向双工器，用于将通过多频带天线的电波路径收到的信号分离成为第二频带的信号和高于第二频带的频带的信号，该同向双工器将第二频带的信号送入到通信信号处理部分中的CDMA RF部分；

分离器，用于将高于第二频带的频带的信号分离成为第一和第三频带的信号，将第一频带的信号送入到GPS处理部分，并且将输入的第一和第三频带的信号合成；

CDMA双工器，用于将第二频带的信号送入到通信信号处理部分中的CDMA RF部分；以及

PCS双工器，用于将第三频带的信号送入到通信信号处理部分中的PCS RF部分。