CN1284271C - 一种天线装置和一种包含此天线装置的通信设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于便携式无线通信设备的天线装置，包括：一个接地导体，它处在一个平面内，并具有前表面、后表面和一个上端部及一个下端部；一个内天线元件，它具有一个馈入部分，且与接地导体的上端部隔开一个预定的第二距离，此天线装置的特征在于：所述内天线元件是细长的且只适于接收圆极化无线电信号，但不适于发射圆极化无线电信号，所述天线装置还包括一另外的内天线元件，该另外的内天线元件具有一个馈入部分及一个上端部和一个下端部，所述另外的内天线元件与接地导体的后表面平行，且至少有一部分与它重叠，并隔开一个预定的第一距离，所述内天线元件与所述另外的内天线元件的上端部隔开一个预定的第三距离。

Description

一种天线装置和一种包含此天线装置的通信设备及其操作方法
技术领域
本发明总的来说涉及天线装置，更具体地说，涉及一种组合天线装置，此装置包含一个内部GPS(全球定位系统)天线和至少一个用于蜂窝式无线通信的内部天线。
背景技术
采用GPS(全球定位系统)来确定终端位置的应用正在增加。GPS一般采用圆极化的电磁波，其中心频率为1575GHz。当前的终端几乎全是专用的GPS终端，它带有一个用来进行GPS通信的天线装置。通常这是一个插接或四件型螺旋天线。
但是这些类型的天线要占很大的空间，特别是螺旋天线。另外，插接天线在两个方向的长度都很大，很难将它放置在一个小底座上。同时它还要求有一个与插件分开的接地平面，它比插件还要大。
移动电话和多用途通信设备的应用正在增长，在当今采用的蜂窝式移动电话系统中，值得一提的是采用线性极化电磁波(所属频段为900，1800或1900MHz)的GSM系统，以及CDMA，JPC和AMPS系统。
有一种希望是将GPS和移动电话系统的功能集中于一个终端内，也就是说，要让手持无线通信设备也具有GPS功能。然而，由于移动电话本身是小型的，当设计能用于两种系统的天线装置时，将遇到一些特殊的问题。
以前曾知道有一些天线装置，包括用于卫星导航和移动无线通信的交通工具的天线。美国专利5,706,015公开了一种由包含GPS天线和工作在GSM波段的天线共同组成的装置。不过这是一个平顶天线装置，打算安装在一个导电表面上。不同天线的辐射和接收元件基本上是彼此平行地安装在不同的平面内。
EP 0 895 299公开了一种无线通信装置，它包含一个普通的蜂窝状天线和一个GPS天线，后者以螺旋天线的形式安置在一个长条形的天线支座内，就象一个普通的杆状天线。此螺旋天线通过天线支座中的一个通信部分与终端本体相隔开。在这个文件的另一种实施装置中，还公开了一种在终端本体上部中的插接式天线元件，它安装在一个平的底板上。底板的下面是一个用于插接式天线元件的接地平面。由于这种结构要占据很大的空间，它不适合于用在便携式无线通信装置(如移动电话)中。
美国专利5,929,812公开了一种移动天线，它带有一种可选的用于较高频率的插接天线。这种结构限于在交通工具上使用。
美国专利5,444,452公开了一种用来接收两种不同频率的GPS信号的天线装置。但没有谈到用于蜂窝式移动网络中的天线装置。
欧洲专利出版物EP 0 821 428 A2公开了一种用于卫星通信的便携式无线通信装置。但并未涉及内部移动电话天线和GPS天线的组合问题。
发明内容
本发明是基于这样一种认识，即：细长的元件可用作接收圆极化电磁波(如GPS系统中所用的)的天线，且共同的接地平面可用于以不同极化类型工作的天线。
根据本发明，提供一种用于便携式无线通信设备的天线装置，包括：一个接地导体，它处在一个平面内，并具有前表面、后表面和一个上端部及一个下端部；一个内天线元件，它具有一个馈入部分，且与接地导体的上端部隔开一个预定的第二距离d2，此天线装置的特征在于：所述内天线元件是细长的且只适于接收圆极化无线电信号，但不适于发射圆极化无线电信号，
所述天线装置还包括一另外的内天线元件，该另外的内天线元件具有一个馈入部分及一个上端部和一个下端部，所述另外的内天线元件与接地导体的后表面平行，且至少有一部分与它重叠，并隔开一个预定的第一距离d1，
所述内天线元件与所述另外的内天线元件的上端部隔开一个预定的第三距离d3。
本发明的一个目的是提供一种小型天线装置，它包含两个天线，一个是用于圆极化电磁波的(例如用于GPS系统)，还有至少一个是用于线性极化电磁波的(如用于蜂窝式移动电话系统)。
本发明的另一个目的是提供一个包含天线装置的无线通信设备，这种天线可以线性极化和圆极化两种方式的无线信号工作。
本发明还有一个目的是提供一种操作具有第一和第二天线元件的便携式无线通信设备的方法。
本发明提供的小型天线装置可用于一个以上的通信系统。
根据本发明，还将提供一种便携式无线通信设备，它包括：一个壳体，和一个呈键盘形式的用户界面，其特征在于，如上面所述的天线装置设在所述壳体之内。
根据本发明，还将提供一种操作便携式无线通信设备的方法，所述无线通信设备包括处于一个平面内的一个接地导体，一个具有馈入部分的第一天线元件，一个具有馈入部分的细长的第二天线元件，其特征在于，具有利用所述细长的第二天线元件接收圆极化无线电信号的步骤，第二天线元件(14)不适于发射圆极化无线电信号。
更多的优选实施装置将在从属权利要求中予以限定。
附图说明
现在将参考所附各图，以实例对本发明加以描述，这些附图中：
图1是本发明的天线装置的透视图；
图2是图1所示装置的正视图；
图3是图1所示装置的侧视图；
图4是图1所示装置的平面图。
具体实施方式
下面将详细描述一种优选实施装置。应指出，本发明的天线装置可以用来发送和(或)接收射频信号。即使所用的术语看来是表示一个特定的信号方向，但除非另有特殊说明，这种情况都包括那个信号方向和(或)它的相反方向。
图1表示一个天线装置1，它包括一个用来支撑辐射元件的零件10(见下)。零件10通常是一块平的绝缘支座，并被弯折成从侧面看来象L形的形状(见图2)。用安装元件(未示)将零件10连至便携式无线通信设备(如便携式移动电话)的印刷电路板PCB 20(一般是平的)。PCB 20大部分为导电区，用作天线装置的接地平面22。此接地平面有一个上端部22a和一个下端部22b(见图2)。所谓“上”和“下”是就该装置工作时的一般方位而言的。
从图1可见，零件10的上表面有一个导电层12，用作蜂窝式移动电话天线的第一发射和接收元件，其接地平面为接地平面22。导电层12有一个上端部12a和一个下端部12b(见图2)。导电层12和接地平面22基本处在相互平行的平面内且相隔一预定距离d1。导电层12有一个馈入部分(未示)，并通过接地连接元件(未示)连至接地平面，从而构成一个所谓的平面倒F形天线(PIFA)。
零件10的弯折部分包括一个矩形底座，其上有一个以导电层14形式设置的第二元件。元件14具有细长形状，在它的一端有一个馈入元件(未示)。
第二元件14与第一元件12上端部12a的距离为d3。第一和第二辐射元件12、14及接地平面22之间的相互距离对天线装置的性能极其重要。因此，最好接地平面22与第一元件12间的距离d1取得比第一、二元件12、14间的距离d3短。另外，还最好让接地平面和第二元件14间的距离d2短于两个辐射元件12、14之间的距离d3。
本发明人惊奇地发现，尽管导电层14是这种形状，它作为接收GPS天线元件(也就是作为接收圆极化波的元件)的功能依然很好。如图2所示，元件14基本上是处在接地平面22的平面内，且与它隔开一个预定距离d2。另外，基本为条状的元件14大致是垂直于接地平面22。接地平面22和第二元件14间的合适相互距离d2是7～9mm左右。因此，GPS天线采用这个层22作为接地平面。我们发现，这样的配置能为GPS天线提供特别好的特性。
应当明确，采用这里所述的结构的第二元件14是不可能发送圆极化波的。但是，在GPS的特定应用中这不是一个问题，因为这儿只牵涉到一个方向的通信，即接收入射波。例如，我们可以把GPS信息用于例如紧急情况，这时紧急呼叫可以自动地把电话所在位置传至应急中心。
无线通信装置或终端(如移动电话)的外壳30的总体形状如图4中的虚线所示，这是该装置背面(也即工作时背离用户的那面)的平面图。终端配有一个键盘(未示)用作用户界面。
在一种优选工作位置，天线装置是设在终端的上部，即图4所示的右边部分。这时元件14的位置特别适合于与卫星通信联络，因为用户在使用终端时通常将把终端的天线元件部分朝上。因此，在GPS工作时，天线装置的方位是让接地平面22的上端部22a通常朝上，同时GPS天线元件14处在接地平面上方一个距离d2的地方。
元件14的长度与GPS系统的频率(即1575GHz)相适应。在所示的优选实施例中，此长度为1/4波长，也就是说，GPS天线是一个用于GPS系统的长度为5cm的1/4波长天线。应该指出，这个长度是指从元件14的馈入点算起的总有效长度。
装置1中分别设有元件12和14的馈入点。因此，根据所需的应用场合，可以在两个天线之间切换。也可以同时使用两个天线。
上述实施例所提供的是体积小的、容易制造和安装的天线装置。该装置的高度和宽度都可以做成与现代小型移动电话相适配。
应该明确，按本发明的天线装置可以在所附权利要求书所界定的范围内变化。因此，这里发射和接收元件都用特定的形状来表示。应指出，它们可以有针对所述天线元件的特定要求的任意合适形状。所以，虽然这里把第一天线元件22表示为普通平面形，但它也可以是稍带拱形的，这样就能与安装天线装置的外壳轮廓形状相适配。
上面我们用优选实施例描述了一个PIFA。但应指出，用于线性极化电磁波的天线12、22可以是任意适当的天线结构，而且包含一个辐射元件(如插接元件或曲折形元件)，或者可以是一个变型的PIFA或一般的微波传输带天线。因而，天线12、22可以是适于装在电话外壳内的任意天线装置。
上面是把细长元件14作为一个GPS天线来描述。但也可以把这种天线用作用于其它的圆极化电磁波的天线。
上面把GPS天线的元件14描述为一个细长的(基本上是带状的)元件。在另一个可选实施装置中，此元件为一种曲折形。这样元件的有效长度加长了，因而天线装置更加紧凑。
元件14也可以用圆形导线来制作，这样可简化其制作。该导线可以设有从PCB的一个连接点伸出的内部和相对于内部大体弯折成90°的外部，其延伸基本与上面优选实施例所述的第二元件14的延伸相当。
上面所示的GPS天线的元件14是处在接地平面22的平面内。但是该元件的精确位置可以改变。它靠近第一天线元件的平面设置，甚至就处在该平面内。这意味着两个辐射元件12、14可以被设于底座的同一个表面上。
上述天线元件12、14被安装在L形底座10上。但它们可以是任意适当的方式并安装在任何适当的底座上，只要它们具有这里所述的相互位置即可。
上面已证明把天线元件14的馈入元件置于该天线元件的一端。但也可以根据所要求的天线元件的特性，来改变馈入元件的位置。
虽然上面把接地平面22表示为长方形，但它也可以是其它一些形状，只要构成PCB 20的接地通路即可。不过，最好其上端部22a基本为直线形。
在一种优选工作位置中，“上端”和“下端”这两个词用来表示第一辐射元件12和接地平面22的上、下边缘。但是在另一些结构(例如曲折形第一辐射元件)中，这些词是指构成装置工作时元件12和接地平面22最上部和最下部的那些部分。
在这种应用的全过程中，应把述语“内部天线”或“内部天线元件”理解为装在无线通信设备的壳体内，或装在该设备壳体的非突出部分的一个表面上的天线或天线元件。

Claims (21)

1.一种用于便携式无线通信设备的天线装置，包括：
一个接地导体(22)，它处在一个平面内，并具有前表面、后表面和一个上端部(22a)及一个下端部(22b)，
一个内天线元件(14)，它具有一个馈入部分，且与接地导体(22)的上端部(22a)隔开一个预定的第二距离(d2)
此天线装置的特征在于：
所述内天线元件(14)是细长的且只适于接收圆极化无线电信号，但不适于发射圆极化无线电信号，
所述天线装置还包括一另外的内天线元件(12)，该另外的内天线元件具有一个馈入部分及一个上端部(12a)和一个下端部(12b)，所述另外的内天线元件与接地导体的后表面平行，且至少有一部分与它重叠，并隔开一个预定的第一距离(d1)，
所述内天线元件与所述另外的内天线元件的上端部(12a)隔开一个预定的第三距离(d3)。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)离所述另外的内天线元件的上端部(12a)的距离比离所述另外的内天线元件的下端部(12b)的距离更近。
3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)在与所述接地导体(22)所处的平面垂直的方向上处于与所述接地导体(22)相同的位置，使得所述内天线元件(14)对着所述接地导体(22)的上端部(22a)。
4.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)平行于接地导体(22)的上端部(22a)，所述上端部(22a)是直线形的。
5.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述接地导体(22)的所述上端部(22a)是直线形的。
6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)是条形的。
7.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)是曲折形的。
8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)处于与接地导体(22)所处的平面垂直的平面内。
9.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)是导线状的。
10.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)具有适于应用在GPS系统中的长度。
11.如权利要求10所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件(14)的长度约为5cm。
12.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件和所述另外的内天线元件(12，14)中至少有一个设有接地部分。
13.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述内天线元件和所述另外的内天线元件(12，14)的馈入部分分别连至各自的电路。
14.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一距离(d1)比第三距离(d3)短。
15.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二距离(d2)比第三距离(d3)短。
16.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述另外的内天线元件(12)和所述接地导体(22)构成一个平面倒F形天线。
17.一种便携式无线通信设备，包括：
一个壳体(30)，和
一个呈键盘形式的用户界面，
其特征在于：
如上述任一项权利要求所述的天线装置设在所述壳体(30)之内。
18.如权利要求17所述的便携式无线通信设备，其特征在于，所述天线装置被设在无线通信设备(30)的上部。
19.如权利要求18所述的便携式无线通信设备，其特征在于，所述天线装置的所述内天线元件(14)被设在无线通信设备(30)的上部。
20.一种操作便携式无线通信设备的方法，所述无线通信设备包括处于一个平面内的一个接地导体(22)，一个具有馈入部分的第一天线元件，一个具有馈入部分的细长的第二天线元件(14)，其特征在于：
具有利用所述细长的第二天线元件(14)接收圆极化无线电信号的步骤，第二天线元件(14)不适于发射圆极化无线电信号。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述圆极化无线电信号是GPS信号。
CNB008158797A 1999-11-17 2000-11-10 一种天线装置和一种包含此天线装置的通信设备及其操作方法 Expired - Lifetime CN1284271C (zh)

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