CN1278959A - 带有无源元件的双频带螺旋天线 - Google Patents

Abstract

提供一种天线系统用于在两个宽分开频带上发射和接收电信号,该天线系统包括一个螺旋天线和与该螺旋天线相邻的一个无源元件。该无源元件被定位以便当较高频带上的射频能量进入该天线系统时,该螺旋天线与无源元件被电容性耦合,而当较低频带上的射频能量进入该天线系统时,该螺旋天线基本上与该无源元件绝缘。该天线系统的有效孔径最好在两个工作频带上基本上相同,和该无源元件可以定位在该螺旋天线之内或之外,和可以与螺旋体主轴平行,或另一个方式,可以对角定位以便只与螺旋天线的两个或更多线圈相邻。另外,该天线系统可以与具有发射机、接收机,用户接口和天线馈源系统的无线电话组合实施。

Description

带有无源元件的双频带螺旋天线

发明领域

本发明一般涉及用于无线电话的天线系统，和更具体地涉及双频带螺旋天线系统和与便携无线电话一起使用的方法。

背景技术

本领域所公知的无线电话一般指能够提供与一个或更多其它通信终端间无线通信链路的通信终端。这种无线电话应用于各种不同应用领域，包括蜂窝电话，陆地-移动(例如，警察和消防部门)，和卫星通信系统。

基本上所有无线电话包括某些类型的天线系统用于发射和/或接收通信信号。过去，由于它们的简单，宽带响应，宽辐射图，和低成本，单极和偶极天线大多广泛地应用在各种无线电话应用中。尤其是，半波长(λ/2)单极和偶极天线已经成功地应用在大量无线电话应用中。可是，如下面所讨论，这种简单天线不适于某些无线电话应用，

由于通信技术已经成熟，有可能极大地减少大多数无线电话的尺寸，以致现在许多流行无线电话应用被设计用于需要容易携带和最好适合方便装入用户口袋内的小型，手持无线电话的移动用户。可是，传统的半波长和四分之一波长单极天线不适合于这种应用，因为就相对现代手持收发信机的小型尺寸而言这些天线的大尺寸使这种天线用于这种手持无线电话使用不可行地太大了。

螺旋天线代表一种对有关手持无线电话应用单极天线尺寸问题的潜在解决方法。这类天线是指包括缠绕成螺旋型导电元件的一种天线。因为导电元件围绕轴线缠绕，四分之一波长或半波长螺旋天线的轴向长度明显小于等同四分之一波长单极天线的长度，和因此螺旋天线可以经常应用于四分之一波长单极天线被禁止使用的地方。另外，尽管半波长或四分之一波长螺旋天线一般明显短于其对等的半波长或四分之一波长单极天线，它可以表现相同的等效电长度。

使它们适合于许多无线电话应用的有关螺旋天线的另一个优点是它们设计的灵活性。例如，螺旋天线可以设计得工作在几种模式，每种都提供不同类型的辐射图。一种这种模式称为“轴向模式”工作，该模式一般可以通过设计螺旋天线具有几倍于对应所需要的工作频率波长的轴向长度来实现。在此模式中，螺旋天线一般提供相对高增益的辐射图，和该辐射图可以保持在相对大的工作带宽上。可是，在轴向模式中所提供的辐射图是高方向性和圆极化的，因此轴向模式工作一般不适合于移动无线电话应用，例如蜂窝电话，在该应用中用户手持的手机不跟踪基站天线。

螺旋天线可以工作的第二模式称为正常模式。工作在该模式中，螺旋天线一般具有谐振长度的辐射元件(即，长度λ/4，λ/2，3λ/4或λ，其中λ是天线工作频带上相应中心频率的波长)，该单元以小倾角缠绕在小直径上。因此设计工作在正常模式的螺旋天线便于小型化和适合于各种便携无线电话应用例如蜂窝电话。在正常模式下，该天线一般提供线性极化的环形辐射图，该辐射图也适合于蜂窝电话应用，但不幸的是，该天线只在位于谐振频率附近的相对窄带宽上提供该辐射图。另外，该天线的固有带宽与螺旋线圈的天线辐射元件所限定的圆柱体直径成正比，因此，在其它方面相等的情况下，天线的直径越小工作带宽越小。

尽管在传统单极和偶极天线太大的许多应用中，工作在轴向模式，正常模式或两者按比例组合的螺旋天线是一种合理的选择，仍有大量无线电话应用需要相对小型天线并能够在两个或更多宽分离的频带上发射和/或接收信号。一个应用实例是双频带蜂窝电话，该电话是指工作在两个频带例如859MHz和1920MHz频带上的蜂窝电话。各种卫星通信系统提供了另一个需要双频带能力的应用实例，例如系统一般具有宽的分离的发射和接收频带。可是，不幸的是，如同上面所讨论的，螺旋天线一般不适合于这些应用，因为当工作在正常模式时由于这类天线的潜在带宽限制它们一般不能在宽频带上提供准全方位辐射图。

尽管有上述螺旋天线的限制，已经提出了几个双频带螺旋天线系统。例如，Olesen等人的美国专利US4554554讨论了四线螺旋天线，它包括沿其每个单元的PIN二极管开关通过改变单元的电长度提供使该天线选择性地谐振在两个有区别的频率之一个频率上的装置。可是，Olesen等人公开的天线由于工作在轴向模式而没有解决上述问题，因此没有提供全方向性辐射图，而任何工作在正常模式的相应天线设计对于手持无线电话太大。

同样地，Garay等人的美国专利US4494122公开了一种天线系统，包括上部辐射元件和谐振在一个频率上的储能(tank)电路，和一个螺旋单元和谐振在第二频率上的相关套管元件。尽管该设备潜在地短于常规套管偶极，它仍然相对太大，每个谐振频率上天线可利用工作带宽非常小，以致该天线系统不适合于许多潜在的双频带应用例如蜂窝电话。

Siwiak等人的美国专利US4442438讨论了一个天线系统，包括两个四分之一波长螺旋天线单元和一个线性导电元件，该天线据称谐振在两个不同频率上。可是，Siwiak等人所公开的该天线没有谐振在宽分开的频率上(所公开的谐振频率是827MHz和850MHz)，因为与提供两个宽分开频带工作不同该天线设计成扩展天线频率特性以覆盖单一工作带宽。

最后，在日本专利JP5-136623和美国专利申请08-725507中公开了另外的螺旋天线系统，该专利讨论了通过分别使用导电管和可变倾角线圈的双频带工作。可是，为提供用于两个这种方案中的双频带工作，该机械结构即在螺旋体上相邻线圈之间耦合一般导致在较高频带上的窄工作带宽和还可能产生对设计灵活性的限制。另外，在日本专利JP5-136623中所讨论的天线也具有在较高频带上减少的有效孔径。

因此，按照双频带无线电话的上述要求和现有天线系统用于这种无线电话的问题，需要小型，全方向性无线电话天线系统，该系统能够工作在两个宽分开的频带上。

本发明概述

考虑上述有关现有无线电话的限制，本发明的目的是提供一种天线系统用于双频带无线电话，该天线系统足够小到应用于现代的手持蜂窝电话中。

本发明的另一个目的是提供一种双频带天线系统，用于不需要额外电路能工作在两个频带或与收发信机接口的无线电话。

本发明的又一个目的是提供一种天线系统，该天线系统能够谐振在两个或更多不同频率上。

根据阅读下面详细说明和附加的权利要求和参照附图，本发明的另外目的，特征和优点将变得更清楚。

本发明的这些和其它目的是通过螺旋天线系统提供的，该螺旋天线系统包括一个螺旋天线和位于该螺旋天线相邻的一个或多个无源元件，以便使该天线系统谐振在至少两个分开的频带上。通过有利地定位无源元件，和通过仅将选择的螺旋线圈与无源元件耦合，有可能提供小型，高性能双频带天线系统，该系统表现出良好的阻抗匹配和制造相对便宜。

在本发明的优选实施例中，提供了一种天线系统用于在两个宽分开频带上发射和接收电信号，该天线系统包括一个螺旋天线和与该螺旋天线相邻的一个无源元件。在本发明的实施例中，定位无源元件以便当较高频带上的射频能量进入天线系统时，该螺旋天线和该无源元件电容性耦合，而当较低频带上的射频能量进入该天线系统时，该螺旋天线基本上与无源元件绝缘。另外，该天线系统的有效孔径在两个频带上基本上相同。

在本发明另一个实施例中，该螺旋天线可以设计得工作在正常模式，和从天线馈源处观察的天线阻抗可以是大约50欧姆。另外，该天线系统可以设计得以便只在螺旋天线和非相邻线圈处的无源元件之间耦合能量。另外，该天线系统可以进一步包括一个电介质用于将螺旋天线与无源元件物理绝缘。

按照本发明的螺旋天线也可以设计得在较低频带上独立于无源元件谐振。另外，无源元件可以位于螺旋天线之外与至少两个螺旋天线线圈相邻。另外，该天线系统可以与具有发射机，接收机，用户接口和天线馈源系统的无线电话合并实施。

在本发明的另一个实施例中，无源元件对角地穿过螺旋天线之内定位。在该实施例中，无源元件定位得以便靠近螺旋天线上的至少两个线圈。在另一个实施例中，无源元件可以定位得在螺旋天线之外并与之相邻。

在本发明的另一个方面中，提供相邻螺旋天线的第二无源元件，其中第二无源元件定位得以便当高于两个宽分开频带的较低的一个的第三频带中的射频能量进入该天线系统时，该螺旋天线和第二无源元件电容性耦合，而当两个宽分开频带的较低一个中的射频能量进入该天线系统时，该螺旋天线基本上与第二无源元件绝缘。

在本发明的优选实施例中，该天线系统在824MHz到894MHz和1850MHz到1990MHz频带中发射和接收电信号。在本发明的该实施例中，螺旋天线的直径可以近似6-10毫米，该螺旋天线的轴向长度可以近似20-25毫米，该无源元件可以近似10-14毫米长。

因此，本发明的天线系统提供相对小型，准全方向性天线，能够工作在两个或更多宽分开频带上。该工作是被动实现的而不需要主动切换或用户输入。另外，这些天线可以设计得以便当工作在每个工作频带时不需要任何阻抗匹配并有效地使用整个天线孔径，因此使该天线发射和/或接收的信号总量最大。另外，由于本发明的天线系统可以设计得只允许跨越非相邻线圈的耦合，有可能使天线系统的工作带宽在该天线工作的所有频带上最大。

附图简介

图1是双频带无线电话的方框图，该无线电话包括按照本发明的一个天线系统；

图2表示本发明天线系统的优选实施例；

图3表示本发明天线系统的改型实施例；

图4表示本发明天线系统的改型实施例；

图5表示本发明天线系统的改型实施例；

图6表示在较低(850MHz)频带上本发明天线系统优选实施例的性能；

图7表示在较高(1920MHz)频带上本发明天线系统优选实施例的性能；

本发明详细说明

现在参照下面的附图将更全面地描述本发明，图中所示为本发明的优选实施例。可是，本发明可以以许多不同方式实施和不认为受所阐述的实施例的限制；相反，提供这些实施例以便使公开彻底和完整，和对本领域技术人员全面地传达本发明的范围。另外，应理解本领域技术人员可以将本发明有利地用于各种应用中，和因此不认为本发明受在此所描述的举例应用的限制。相同数字始终代表相同元件。

图1中表示了包括按照本发明天线系统20的无线电话10的实施例。无线电话10可以包括任何类型的双向无线的无线电话音通信终端，诸如例如卫星通信终端，手持蜂窝电话，或民用波段无线电收发信机。

如图1所示，无线电话10一般包括一个发射机12，一个接收机14，和一个用户接口16。如同本领域技术人员所公知的，发射机12将无线电话10要发射的信息转换为适合于无线电通信的电磁信号，和接收机14将无线电话10所接收的电磁信号解调以便将包含在该信号中的信息以该用户可理解的格式提供给用户接口16。对于本领域技术人员来说适合于手持无线电话使用的各种各样的发射机12，接收机14和用户接口16(例如，话筒，小键盘，旋转拨号)是公知的，和这种装置可以实现在无线电话10上。

图2描述了本发明天线系统20的优选实施例。如图2所示，该天线系统20一般包括一个天线馈源结构22，一个辐射元件30，和一个无源元件40。另外，天线系统20可以另外包括一个天线罩，该天线罩在优选实施例中是带有顶帽的塑料管。

辐射元件30最好包括导电材料例如铜的连续导线或带。如图2所示，该线或带以螺旋体形式缠绕。在图2所示的实施例中，辐射元件30的始端32电耦合到天线馈源结构22，和末端34是开路的。可是，本领域技术人员明白，辐射元件30不一定必须是始端32馈电，而可以另外从未端34馈电。

如图2所示，天线系统20的螺旋天线具有对应由辐射元件30限定的圆柱体直径的直径(D)，和对应该圆柱体高度的轴向长度(H)。该天线进一步由辐射元件长度(L)和倾角所限定，该倾角是单位轴向长度螺旋体旋转匝数的函数。在图2所示天线系统20的实施例中，辐射元件30以小倾角缠绕在小直径上，和因此设计得工作在正常模式。

也如图2所示，辐射元件30可以通过沿同轴支撑管38的长度以螺旋型缠绕导电线或带实现。可是，如同本领域技术人员所明白的，可以不需要同轴支撑管38，因为天线可以由一螺旋型缠绕的自支撑导线或带30实现。在辐射元件30以导电材料带实现的地方，最好使用相对宽的带(例如，对于设计工作在1500-1660MHz频率范围的天线在3-5毫米数量级宽)以便减少损耗和使与辐射元件30有关的电感最小，由此有助于使天线20的阻抗与发射机12和接收机14的阻抗相匹配。

还如同本领域技术人员所明白的，辐射元件30不必是在整个轴向长度上保持不变直径意义上的真正螺旋体。相反，本发明范围内的改型实施例包括围绕轴线形成线圈或部分线圈意义上的螺旋型的辐射元件30，但是也从一端到其它端改变直径。因此，尽管天线系统20的优选实施例具有限定圆柱体外形的辐射元件30，有可能实现具有另外限定圆锥形外形或另一个旋转表面辐射元件30的天线系统20。

由天线系统20的螺旋天线提供的辐射图主要是螺旋体直径(D)，倾角和单元长度(L)的函数。在本发明的优选实施例中，辐射元件30的电长度近似λ/4，λ/2，3λ/4或λ(在此λ是对应天线工作较低频带中心频率的波长)，这样天线谐振工作在较低工作频带上。可是，如同根据本发明公开内容本领域技术人员所明白的，天线系统20的螺旋部分不必设计得自然地谐振在较低天线工作频带，因为可以使用多个无源元件产生多个谐振点，以便辐射元件30不必谐振在工作频带之一上。另外，如同在此所讨论的，可能希望使用λ/4长度的辐射元件工作，与某些其它四分之一波长倍数不同，该长度辐射元件的阻抗(一般为50欧姆数量级)可能更容易与馈源传输线18的阻抗匹配。

另外，还如同本领域技术人员所明白的，辐射元件30的实际物理长度可理解地由于天线罩效应而被缩短，因为天线罩往往改变传播速度以致长度比自由空间中短。这种效应在较小尺寸是重要目标的场合是有利的，和因此应理解本发明的天线系统20利用具有物理长度不是四分之一波长倍数的辐射元件30也可以在谐振或接近谐振下工作。另外尽管带有λ/4，λ/2，3λ/4和λ实际或电长度(应用天线罩效应)单元的螺旋天线公知在谐振下工作，这种谐振或接近谐振工作也可以通过使用另外的匹配装置的其它长度的辐射元件30获得，由此提供在馈源与负载之间的良好功率传输。另外，应确认本发明不限于带有四分之一波长倍数长度的辐射元件的螺旋天线。

也如图2所示，天线系统20包括一个无源元件40，该无源元件位于相邻处，但没有与辐射元件30直接电接触。无源元件40可以包括安放在辐射元件30附近的任何导电材料。在本发明的优选实施例中，无源元件40包括一个非谐振导电线或带，其端部42，44靠近螺旋体的线圈。在图2中所示的本发明实施例中，无源元件40正好位于由辐射元件30的线圈限定的圆柱体之外并与之平行，以端点44邻近辐射元件30末端的最后线圈和端点42邻近辐射元件30始端的最后线圈。

也如图2所示，无源元件40最好通过电介质材料46与辐射元件30绝缘，例如TEFLON，聚碳酸酯，聚胺酯等，其用于防止无源元件40与辐射元件30直接电接触，和也可以帮助在无源元件40与辐射元件30之间保持最佳间隔。在优选实施例中，无源元件40由模铸在塑料外壳中的导电线或带实现。可是，如同本领域技术人员所明白的，可以不需要电介质材料缓冲46。

天线系统20工作如下。当无线电话10工作的较低频带中的电磁信号进入天线系统20时，辐射元件30工作在谐振模式(在辐射元件30对于较低频带信号是谐振长度的情况下)，提供在该频带上的通信。另外，通过仔细选择无源元件40端部42，44与辐射元件30之间距离，天线系统20可以设计得以便在这些较低频率上进入辐射元件30的信号不容易耦合到无源元件40上，而是主要地，或最好唯一地保持在辐射元件30中。可是在较高工作频带上，在辐射元件30与无源元件40之间的电容性耦合明显增加，以致能量从辐射元件30耦合到无源元件40和然后沿旁路一个或多个螺旋体线圈的路径返回辐射元件30。因此进入天线系统20的较高频率的一些能量由于电容性耦合效应经历缩短的电路径，为天线系统20提供了第二等效谐振频率。

参照电容器的电抗公式可以最好地明白上述电容性耦合效应，该公式是：

Xc＝1/j2πfC

其中f是工作频率和C是电容量。该公式表示一个电容器(在此是无源元件40)的电抗随频率的增加而变小，和因此对无源元件40的电容性耦合在较高频率上基本上是增加的。因此，有可能设计天线系统20以致无源元件40在较低频率上基本上与辐射元件30绝缘，而在较高频率范围内对辐射元件30是电容性耦合。

如同本领域技术人员所明白的，以较高频带信号出现的电容性耦合的数量主要取决于无源元件40与辐射元件30线圈之间的距离。在本发明的优选实施例中，选择该距离以致较高工作频带上的一些而非全部基本上进入辐射元件30的能量被电容性地耦合到无源元件40中。因此，在该实施例中，无源元件40不起真正电短路的作用，而是产生一个“分布阻抗”由此对于无源元件40跨越的线圈在辐射元件30与无源元件40之间分配该能量。这样，当工作在较低和较高两个频带上时，包括天线系统20的整个结构辐射，和同样，天线系统20的有效孔径在较低和较高两个频带上基本上相同。当工作在所述频带的较高部分时这有利地允许天线系统20使接收信号最大，因为所有的天线线圈被用于在该频带上发射和接收电信号。

另外，如同上面所讨论，在本发明的优选实施例中，辐射元件30是四分之一波长螺旋体，该螺旋体可以设计得具有50欧姆数量级的本征阻抗，和因此固有地与50欧姆同轴连接18匹配，该同轴连接通常用于在无线电话10上耦合发射机12和接收机14到天线系统20。另外，按照本发明的技术还应理解在无源元件40的端部42和44之间的物理距离和辐射元件30的单一线圈可以被调整以优化天线系统20在天线谐振频率，在每个分开的工作频带上所获得的电压驻波比，和从天线馈源系统22处观察的天线系统20的阻抗这些方面的性能。

这样，在图2中表示的天线系统是相对小型，准全方向性天线，该天线能够工作在两个或更多宽分开频带(如同在此所使用的，术语宽分开是指频带由至少较低频带中心频率的30％分开)。另外，该天线有利地不需要任何阻抗匹配，和因为整个天线在两个频带上辐射，其有效孔径基本上相同而不论工作频率如何，和这样该天线使由天线发射和/或接收的信号能量数量最大。

图3说明了本发明天线系统的另一个实施例。在该实施例中，无源元件40位于由辐射元件30形成的螺旋体内，和对角定位以便从螺旋体的左上侧向右下侧延伸。在该实施例中，无源元件40靠近至少螺旋体上的两个点(辐射元件30末端上最后线圈的左侧和辐射元件30相邻始端线圈的右侧)，和，因此，无源元件40提供了在螺旋体上非相邻线圈之间的耦合。

如同本领域技术人员按照本发明公开内容所明白的，非相邻线圈之间允许耦合提供了设计灵活性的明显增加，因为它允许优化整个辐射结构。这样本发明的天线设计可以使用所增加的灵活性来帮助将天线系统20的阻抗与天线馈源网络22上的阻抗相匹配，和使天线系统在所有工作频带上的工作带宽最大。另外，按照本发明的技术，无源元件40可以定位得以便靠近螺旋体上的不多于两个线圈。这种设计可以有利地简化天线系统的制造。

图4说明了本发明天线系统的另一个实施例。在该实施例中，无源元件40是非直线型的，和位于由辐射元件30形成的螺旋体之外与螺旋体主轴相平行的位置上。由于非直线型设计，无源元件40位于靠近螺旋体上的几个线圈，同时与其它线圈更远隔开。

另外，按照本发明的技术，天线系统20可以包括多个无源元件以提供在多于两个分开频带上的工作。图5说明了天线系统20的这种实施例，该天线系统设计得工作在达到三个宽分开频带上。如图5所示，天线系统20包括第一无源元件50位于辐射元件30形成的螺旋体之外与主轴平行，和第二较短无源元件52位于螺旋体相反一侧的相同方向上。在该实施例中，在三个天线工作频带中的最高频带上进入辐射元件30的射频能量被电容性耦合到和从第一无源元件50和第二无源元件52上，以便该能量在辐射元件30与第一和第二无源元件50，52之间以辐射元件30和第一和第二无源元件50，52的电容性耦合组合体谐振在天线系统20的最高工作频率上的方式分配。同样地，在三个天线工作频带的中间频带上进入辐射元件30的射频能量被电容性耦合到和从第一和第二无源元件50，52的至少一个上，以便该能量在辐射元件30与第一和第二无源元件50，52的至少一个之间以辐射元件30和第一和第二无源元件50，52的至少一个电容性耦合组合体谐振在天线系统20的三个工作频率的中间频率上的方式分配。可是，当天线工作频带的最低频带上的射频能量进入辐射元件30时，这种能量不容易耦合到第一或第二无源元件50，52的任何一个上和相反基本上保持与它们绝缘。可是，由于辐射元件30设计得在三个频带的最低频带上谐振，单独行动的辐射元件30工作在天线工作的最低频带上发射和/或接收信号。

如上所述，在天线系统20的优选实施例中，天线阻抗从天线馈源电路22处观察近似50欧姆。这种阻抗可以通过以四分之一波长螺旋体制造辐射元件30和通过选择无源元件40的长度和位置来实现。在本发明的优选实施例中，天线系统20通过同轴连接18耦合到发射机12和接收机14，该同轴连接一般呈现出50欧姆数量级的阻抗。这样，在该实施例中有可能实现最大功率传输而不需要阻抗匹配网络，因为天线系统20的阻抗与馈源传输线18的阻抗匹配。可是，如同本领域技术人员所明白的，用于转换天线阻抗以匹配馈源传输线阻抗的阻抗匹配网络在本领域是公知的。因此，按照本发明设计的天线不需要设计得具有50欧姆数量级的阻抗，尽管带有此范围阻抗的天线一般具有不需要与阻抗匹配网络有关的额外硬件的优点。

按照本发明的技术，应理解无源元件可以安放在相邻螺旋体的各种不同位置和在各种不同方向上。可是，优化的位置和方向可以随天线系统指定的特定尺寸和性能要求而明显改变。因此，当试图将天线设计得提供可接受的VSWR和带宽性能，谐振在两个或更多指定频带并满足用户一施加的尺寸和体积限制时，用本发明天线系统定位无源元件可得到的灵活性为设计者提供了若干自由度。由于美观考虑和用户对小型无线电话的需要，可允许的天线尺寸和体积通常受限制，因此设计灵活性是非常重要的。

在本发明的另一个方面中，公开了制造天线系统20的方法。按照本发明的这方面，通过安装一个辐射元件30和位于邻近辐射元件30的一个无源元件40来提供在两个分开频带上通信的天线系统20。无源元件40被定位以便当较高频带上的射频能量进入天线系统20时，辐射元件30和无源元件40被电容性耦合，而当较低频带上的射频能量进入天线系统20时，辐射元件与无源元件40基本上绝缘。如同本领域技术人员所明白的，在优选实施例中按照本发明公开的内容辐射元件直径可以选择为符合天线系统20所允许体积内最大直径螺旋天线。辐射元件30的长度可以选择为对应天线谐振长度的长度，该长度在优选实施例中是较低工作频带中心频率的四分之一波长。天线系统20的轴向长度可以选择为天线系统20设计要求所允许的长度。

在本发明的一个实施例中，无源元件的最佳位置可以通过当以各种位置和方向邻近辐射元件30安装各种尺寸的无源元件40时向天线系统20提供射频能量并使用网络分析仪计量天线20的输出来确定。通过该方法，可以选择无源元件40的尺寸，位置和方向以便提供满足所指定尺寸，VSWR和频率谐振要求的天线系统20。在本发明的优选实施例中，定位无源元件40以便天线系统20的有效孔径在天线工作的两个频带上基本上相同。

实例1

天线系统20按照本发明技术构成，用于工作在824MHz到894MHzAMPS频带和1850MHz到1990MHzPCS频带。在本发明实施例中，辐射元件30包括在玻璃纤维管上缠绕近似6匝的一个铜带，其中辐射元件30的长度近似88毫米(850MHz处的四分之一波长)，轴向长度在25毫米数量级和螺旋体直径近似为8毫米。在该实施例中，无源元件40制造成13毫米长非谐振导线，该导线位于由辐射元件30形成的螺旋体之外但相邻(近似隔开0.2毫米)并在与螺旋体主轴平行位置上。该无源元件40包括围绕该导线外表面的一个电介质涂层46。在本发明的实例中，无源元件40是这样定位的，即通过从辐射元件30始端32卷起大约一圈半处围绕辐射元件30将其一端缠绕一或两匝，和从始端32卷起大约四圈半处围绕辐射元件30将无源元件40的另一端缠绕一或两匝。在该实施例中，围绕无源元件40的电介质涂层46接触辐射元件30的两个中间线圈(即，在无源元件40围绕辐射元件30缠绕处之间的线圈)。

实例2

按照本发明技术构成的第二天线系统20也设计得工作在824MHz到894MHz AMPS频带和1850MHz到1990MHz PCS频带。在该实施例中，辐射元件30包括在玻璃纤维管上缠绕近似五匝半的一个铜带，其中辐射元件30的长度近似88毫米(850MHz处的四分之一波长)，轴向长度在20毫米数量级和螺旋体直径近似为7毫米。在该实施例中，无源元件40制造成10毫米长非谐振导线，该导线位于由辐射元件30形成的螺旋体之外但相邻(近似隔开0.2毫米)并在与螺旋体主轴平行位置上。该无源元件40包括围绕该导线外表面的一个电介质涂层46。在本发明的该实施例中，无源元件40通过从辐射元件30始端32卷起大约一圈半处围绕辐射元件30将其一端缠绕一或两匝，和从始端32卷起大约四圈半处围绕辐射元件30将无源元件40的另一端缠绕一或两匝来定位。

图6和7说明在两个工作频带上该天线系统20的响应。如图6所示，天线系统20在824MHz到894MHz频率范围上提供小于2.0的VSWR，和图7表示小于2.5的VSWR同样地保持在1850MHz到1990MHz的频率范围上。这样，该天线系统在AMPS和PCS两个频带上提供了双频带工作。

在附图中，已经公开了本发明常用的优选实施例的要求和实例，尽管使用了特定术语，这些术语只用作一般和说明的意义而非限制的目的，本发明的范围在下列权利要求书中阐述。因此，本领域技术人员自己能够想到不同于在此明确描述的双频带天线系统和无线电话及有关方法的多个实施例而不超出本发明的范围。

Claims (36)

1.一种天线系统用于在两个宽分开频带上发射和接收电信号，包括：

一个螺旋天线；和

一个无源元件与所述螺旋天线相邻；

其中所述无源元件被定位以便当所述频带的较高频带中的射频能量进入到所述天线系统时，所述螺旋天线和所述无源元件被电容性耦合，而当所述频带的较低频带中的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线基本上与所述无源元件绝缘；和

其中所述天线系统的有效孔径在两个所述频带上基本上相同。

2.权利要求1的天线系统，其中所述螺旋天线设计得工作在正常模式。

3.权利要求1的天线系统，其中在天线馈源处观察的阻抗大约是50欧姆。

4.权利要求1的天线系统，其中只在所述螺旋天线与非相邻线圈处的所述无源元件之间耦合能量。

5.权利要求1的天线系统，进一步包括用于物理地绝缘所述螺旋天线和所述无源元件的一个电介质。

6.权利要求1的天线系统，其中所述螺旋天线在所述频带的较低频带上独立于所述无源元件谐振。

7.权利要求1的天线系统，其中所述无源元件在所述螺旋天线内部沿对角定位以便只靠近所述螺旋天线上的两个点。

8.权利要求1的天线系统，其中所述无源元件定位在所述螺旋天线之外相邻所述螺旋天线的至少两个线圈。

9.权利要求1的天线系统，进一步包括一个第二无源元件与所述螺旋天线相邻，其中所述第二无源元件被定位以便当高于所述两个宽分开频带的较低频带的第三频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线和所述第一和第二无源元件被电容性耦合，而当所述两个宽分开频带的较低频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线与所述第二无源元件基本上绝缘。

10.权利要求1的天线系统与一个无线电话合并，该无线电话包括：

一个发射机；

一个接收机；

一个用户接口；和

一个天线馈源系统。

11.一种天线系统用于在两个宽分开的频带上发射和接收电信号，包括：

一个螺旋天线；和

一个无源元件穿过所述螺旋天线内部对角地定位；

其中所述无源元件被定位以便当所述频带的较高频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线与所述无源元件被电容性耦合，而当所述频带的较低频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线与所述无源元件基本上绝缘。

12.权利要求11的天线系统，其中所述无源元件靠近所述螺旋天线上的不多于两个线圈。

13.权利要求11的天线系统，其中所述天线系统的有效孔径在两个所述频带上基本上相同。

14.权利要求11的天线系统，其中所述螺旋天线设计得工作在正常模式。

15.权利要求11的天线系统，其中在天线馈源处观察的阻抗为50欧姆数量级。

16.权利要求11的天线系统，其中只在所述螺旋天线与非相邻线圈处的所述无源元件之间耦合能量。

17.权利要求11的天线系统，进一步包括用于物理地绝缘所述螺旋天线和所述无源元件的一个电介质。

18.权利要求11的天线系统，其中所述螺旋天线在所述频带的较低频带上独立于所述无源元件谐振。

19.权利要求11的天线系统与一个无线电话合并，该无线电话包括：

一个发射机；

一个接收机；

一个用户接口；和

一个天线馈源系统。

20.一种天线系统用于在两个宽分开频带上发射和接收电信号，包括：

一个螺旋天线；和

一个无源元件位于所述螺旋天线之外并与其相邻；

其中所述无源元件被定位以便当所述天线系统工作在所述频带的较高频带上时，进入到所述螺旋天线上的射频能量被电容性耦合到和来自所述无源元件，而当所述天线系统工作在所述频带的较低频带上时，进入所述螺旋天线的射频能量基本上与所述无源元件绝缘。

21.权利要求20的天线系统，其中所述螺旋天线设计得工作在正常模式。

22.权利要求20的天线系统，其中在天线馈源处观察的阻抗为50欧姆数量级。

23.权利要求20的天线系统，其中只在所述螺旋天线与非相邻线圈处的所述无源元件之间耦合能量。

24.权利要求20的天线系统，进一步包括用于物理地绝缘所述螺旋天线和所述无源元件的一个电介质。

25.权利要求20的天线系统，其中所述螺旋天线在所述频带的较低频带上独立于所述无源元件谐振。

26.权利要求20的天线系统，进一步包括一个第二无源元件与所述螺旋天线相邻，其中所述第二无源元件被定位以便当高于所述两个宽分开频带的较低频带的第三频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线和所述第一和第二无源元件被电容性耦合，而当所述两个宽分开频带的较低频带上的射频能量进入所述天线系统时，所述螺旋天线与所述第二无源元件基本上绝缘。

27.权利要求20的天线系统，其中所述天线系统的有效孔径在两个所述频带上基本上相同。

28.权利要求20的天线系统与一个无线电话合并，该无线电话包括：

一个发射机；

一个接收机；

一个用户接口；和

一个天线馈源系统。

29.一种天线系统用于在824MHz到894MHz和1850MHz到1990MHz频带上发射和接收电信号，包括：

一个螺旋天线设计得在824MHz到894MHz频带上谐振；和

一个无源元件与所述螺旋天线相邻；

其中所述无源元件被定位以便当所述天线系统工作在所述频带的较高频带上时，进入到所述螺旋天线上的射频能量被电容性耦合到和来自所述无源元件，而当所述天线系统工作在所述频带的较低频带上时，进入所述螺旋天线的射频能量基本上与所述无源元件绝缘。

30.权利要求29的天线系统，其中所述螺旋天线的直径近似6到10毫米和所述螺旋天线的轴向长度近似20到25毫米。

31.权利要求29的天线系统，其中所述无源元件定位在所述螺旋天线之外相邻所述螺旋天线的至少两个线圈。

32.权利要求29的天线系统，其中所述无源元件近似10到14毫米长。

33.一种制造用于在两个分开频带上通信的天线系统的方法，该方法包括步骤：

提供一个螺旋天线；

提供一个无源元件与该螺旋天线相邻；

定位所述无源元件以便当该频带的较高频带上的射频能量进入该天线系统时，该螺旋天线和该无源元件被电容性耦合，而当在该频带的较低频带上的射频能量进入该天线系统时，该螺旋天线基本上与该无源元件绝缘；和

定位该无源元件以便该天线系统的有效孔径在两个该频带上基本上相同。

34.权利要求33的方法，其中该无源元件穿过该螺旋天线内部对角地定位。

35.权利要求33的方法，其中螺旋天线设计得工作在正常模式。

36.权利要求33的方法，其中所述螺旋天线在所述频带的较低频带上独立于所述无源元件谐振。

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