CN1301056A - 用于移动电信单元的双频带天线 - Google Patents

Abstract

一种移动通信单元的双频带天线,其具有由绝缘材料制成的支撑件、第一和第二螺旋型导体、连接到各螺旋型导体的一端的同轴馈线,该第一和第二螺旋型导体缠绕在支撑件上并彼此分离且各自具有不同的谐振频率;当电压通过同轴馈线提供给第一和第二螺旋型导体时,该天线在两个频带具有最佳的工作性能;其结果使得该单元可以使用所需的不同移动电信服务而不用更换。此外,该具创造性的天线设计的尺寸较小以便应用在移动电信单元中。

Description

用于移动电信单元的双频带天线

本发明涉及一种发送和接收射频信号的天线，特别涉及一种能够在双频带工作的移动电信单元的双频带天线。

今天，全世界范围内提供和正在提供多种商业性的移动电信服务。虽然这些移动电信服务中的一些通过采用单独的调制系统而使用同样的频带，但是这些移动电信服务中的大部分服务如蜂窝式系统和个人通信系统(PCS)通常彼此间都使用不同的频带，例如蜂窝式系统和个人通信系统(PCS)分别使用824到894MHz和1.75到1.87GHz的频带。

最广泛使用的是一种收缩式天线，在这种天线中，一单极天线和一螺旋型天线彼此结合在一起，并且该收缩式天线以可收缩的方式安装在移动电话单元的上部。

当该收缩式天线从移动单元伸出时，该单极天线独立地工作或与该螺旋型天线一起工作以发送和接收所需频带的信号。当该收缩式天线收缩在该移动单元中时，只有螺旋型天线在工作。

这种收缩式天线适合于仅在一个频带中工作，而不适合于在两个或多个其每一种电信服务工作在不同的频带中却同时保持所需辐射图形的不同移动电信服务中。其原因在于：第一，由于蜂窝式系统和PCS之间的带宽大约在1GHz左右，所以为了使得天线有可能工作在蜂窝式系统和PCS两个频带上，必须要实现一使部分频带和所有频带相匹配的复杂的匹配电路；第二，由于一个移动电信频带的中心频率不是其他移动电信频带的中心频率的谐波的整数倍，因此对于两个不同频带很难使用一个天线；第三，即便使一个天线可以匹配用于两个或多个频带，也经常很难使得天线在各个频带上实现所需的辐射图形。换言之，为了得到移动电信的服务，用户需要具有为其移动电话单元的具体频带设计的移动电话单元。

因此，为了解决这样的问题，需要一种能够用在工作在不同频带上的移动电信服务中使用的移动电话单元和构成该单元的组成部件。

图1中示出了一种工作在两个频带上的传统的双频带螺旋型天线。如图中所示，该双频带螺旋型天线包括：由绝缘材料制成的支撑件120，分别缠绕在支撑件120的上部100和下部110以形成两个螺旋型天线的线圈130和140。该螺旋型天线分别设计成具有不同的谐振频率。此外，该支撑件120的内部具有一具有同心导线的电缆。在此情况下，缠绕在两个螺旋型天线上的绕数和每个线圈的长度以及在螺旋型天线上的线圈间的距离等彼此是不同的，从而每个螺旋型天线具有不同的谐振频率。

因此，当通过支撑件120中的具有同心导线的电缆提供一电压时，两个螺旋型天线分别在不同频带上产生谐振。

然而，上述天线的缺陷在于：由于螺旋型天线被分成支撑件的上部和下部，因此该螺旋型天线体积相当庞大，并且占据了该移动电话单元中很大的空间，从而阻碍了当前日趋降低移动电话尺寸以使得电话越来越轻巧，越来越灵敏的设计要求。

本发明的目的在于提供一种能够在两个频带上工作的用于移动电信单元的双频带天线。

本发明的另一目的在于提供一种用于尺寸较小的移动通信单元的双频带天线。

按照本发明的一个方面所提供的用于移动通信单元的双频带天线，包括：由绝缘材料制成的支撑件；缠绕在该支撑件上且具有第一谐振频率的第一螺旋型导体；缠绕在该支撑件上且具有第二谐振频率的第二螺旋型导体，该第二螺旋型导体导体是与第一螺旋型导体分离的；连接在每个螺旋型导体的一端并提供一电压的同轴馈线。

本发明的上述目的和特点将通过结合附图对下述优选实施例的描述变得越来越清楚，其中：

图1是传统双频带天线的横截面图；

图2A和2B是按照本发明第一实施例的用于移动电信单元的双频带天线的横截面图；

图3A和3B是按照本发明第二实施例的用于移动电信单元的双频带天线的横截面图；

图4A和4B是按照本发明第三实施例的用于移动电信单元的双频带天线的横截面图；

图5A和5B是按照本发明第四实施例的用于移动电信单元的双频带天线的横截面图；

图6是移动电信单元的具有创造性的天线的特征曲线；和

图7A和7B是移动电信单元的具有创造性的天线的辐射图形。

图2A和2B示出本发明的移动电信单元的双频带天线。如图所示，该具有创造性的双频带天线，包括：由绝缘材料制成的支撑件15、第一和第二螺旋型导体11和13、以及同轴馈线20。

该第一和第二螺旋型导体11和13缠绕在支撑件15上，并分别具有第一谐振频率和第二谐振频率。该螺旋型导体11和13彼此间分离。

该同轴馈线20连接在每个螺旋型导体11和13的一端以向该端提供电压。另外，第一螺旋型导体11的另一端连接到第一馈线分布中心21，而第二螺旋型导体13的另一端连接到第二馈线分布中心23。

螺旋型导体11和13的各自的长度和各自的绕数基本上是λ/8的整数倍，但是由于其相互作用可能有稍微的变化，螺旋型导体11和13各自的谐振频率是由其各自的长度和各自的绕数决定的。

因此，图2A中所示的螺旋型导体11和13的长度和绕数中的差别大会导致其谐振频率的差别相应也大，反之螺旋型导体11和13的长度和绕数中的差别小会导致其谐振频率的差别相应也小，如图2B所示。

所以，若要生产能够在两个不同频带上工作的天线，每个螺旋型导体的长度和绕数要设计成在各自相应频率处谐振，而若要使得所生产的天线工作在一个频带上，则每个螺旋型导体的长度和绕数应设计成彼此间基本上相等。

此外，依据使得螺旋型导体11和13在不同频带产生谐振所使用的支撑件15的绝缘常数，调整每个螺旋型导体的长度和绕数。

通过如上所述的天线的匹配电路(未示出)提供给同轴馈线20的电压被提供给与其连接的螺旋型导体，从而使得螺旋型导体在不同频率处产生谐振。

最好如图6所示，包括上述螺旋型导体11和13的该具有创造性的天线能够在两个不同频带中工作，从而扩大了频带宽度，其结果是在各自谐振频率处的回波损耗值，这里用f_H和f_L表示，变得最小。当然，本发明可以通过利用两个线圈以相同方向缠绕在由绝缘材料制成的支撑件上而获得，也可以通过利用两个线圈以相同方向在空气中缠绕而获得，或通过利用绝缘体、陶瓷体等上的金属图形如两个线圈而形成。

图3A和3B示出了按照本发明第二实施例的双频带天线。除了同轴馈线20的相同馈线分布中心25用于使得每个螺旋型导体11和13的一端在其处连接从而电压能够通过相同馈线分布中心25提供给两个螺旋型导体上以外，该实施例与上述的第一实施例类似。

在本实施例中，螺旋型导体11和13之间的电流分布具有小的相差，因此防止了天线性能降低。

参见图4，图4示出了本发明第三实施例的双频带天线。图中与上述第一实施例中类似的部件用相同的参考符合表示。如图中所示，一双频带天线包括一由绝缘材料制成的且其内部为中空的支撑件15，一安装在单元40的上端的同轴馈线20，固定在同轴馈线20上的螺旋型天线10，以及以可延伸的和可容放的方式置于螺旋型天线10的中空部分里的鞭状或单极天线。

具有内螺纹状的金属螺纹部分22固定在单元40的上部，并且导电环24缠绕在螺纹部分22上并通过馈线连接器43连接到匹配电路41。

螺旋型天线10包括：缠绕在支撑件15上且具有第一谐振频率的第一螺旋型导体11，和缠绕在支撑件15上且具有第二谐振频率的第二螺旋型导体13，该第二螺旋型导体与第一螺旋型导体分离设置。保护罩17固定在单元40上，以保护螺旋型导体11和13的外表。

螺旋型导体11和13的每个下部固定到螺纹部分22的上端以固定地连接到如第一实施例所述的各自不同的馈线分布中心，或连接到在第二实施例中所述的同样的馈线分布中心。

鞭状天线30是一种金属单极天线，其上端具有一鞭状天线罩31且其下端具有一金属馈电终端33，该鞭状天线30受到一保护壳的保护。此外，该鞭状天线30的安装以可延伸的和可容放的方式贯穿于支撑件15的中空部。基本上，鞭状天线30的长度基本是λ/8的整数倍，但是该长度可以根据设计需要而变化。

当鞭状天线30贯穿螺旋型天线10的中空部分而延伸到单元40的外部时，如图4A所示，形成在该鞭状天线30下部的该馈电终端33插入该同轴馈线20的螺纹部分22中，并与该螺纹部分22相接触。这样，依次地，从匹配电路41输出的电压通过馈线连接器43、导电环24和螺纹部分22提供给馈电终端33，完成鞭状天线30的能量馈送。此时，螺旋型天线10总是保持在能量馈送状态而不管鞭状天线30的工作，这是由于螺旋型天线10的螺旋型导体11和13固定在同轴馈线20上，允许螺旋型天线10工作在两个频带，从而允许电信服务使用两个不同的频带。

相反，当鞭状天线30插入螺旋型天线10的中空部分，从而在单元40内部容放时，如图4B所示，形成在鞭状天线30的下部的馈电终端33与同轴馈线20的螺纹部分22分离，不与同轴馈线20进行电连接，使得从匹配电路41输出的电压不提供给馈电终端33。这导致只有螺旋型天线10在工作。此外，形成在鞭状天线30顶端的一罩子被螺旋型天线10的保护罩17阻挡，从而防止了鞭状天线30插入单元40的内部。

参照图5所示，图中示出按照本发明第四实施例的双频带天线。图中与上述第一实施例中类似的部件用相同的参考符合表示。如图中所示，一双频带天线包括一由绝缘材料制成的支撑件15，一安装在单元40的上部的同轴馈线20，以可延伸的和可容放的方式置于同轴馈线20的螺纹部分22内的鞭状或单极天线30，以及一置于鞭状天线30的顶部的螺旋型天线10。

同轴馈线20、鞭状天线30和螺旋型天线10的结构类似于本发明的第三实施例，为了避免冗余的描述，这里不再对其进行进一步的探讨。

鞭状天线30的上部具有一使螺旋型天线10连接到鞭状天线30的导电连接器35。用于能量馈送的连接终端19形成在螺旋型天线10的保护罩17的下部以使螺旋型导体11和13固定在螺旋型天线10的保护罩17的下部。虽然如图5所示，该螺旋型天线10的支撑件15没有中空部分，但是，它也可以如第三实施例所述的具有一中空部分。

当鞭状天线30通过同轴馈线20的螺纹部分22延伸到单元40的外部时，如图5A所示，形成在鞭状天线30下端的馈电终端33插入到同轴馈线20的螺纹部分22中，从而与同轴馈线20的螺纹部分22相接触。因此，从匹配电路41输出的电压经馈线连接器43、导电环24和螺纹部分22提供给馈线终端33，从而完成鞭状天线30的能量馈送。此外，提供给鞭状天线30的电压经连接器35和连接终端19提供给螺旋型天线10，从而实现螺旋型天线10的能量馈送，使得鞭状天线30和螺旋型天线10在同一时刻进行工作。

相反，当鞭状天线30插入同轴馈线20的螺纹部分22中，从而在单元40内部容放时，如图5B所示，形成在鞭状天线30的下部的馈电终端33与同轴馈线20的螺纹部分22分离，不与同轴馈线20进行电连接。其结果是，形成在鞭状天线30顶部的螺旋型天线10的保护罩17与形成在单元40内的同轴馈线20相接触，从而使得从匹配电路41输出的电压经馈电连接器43、导电环24和形成在保护罩17底部的螺纹部分22和连接终端19提供给螺旋型天线10，并经导电连接器35提供给鞭状天线30。其结果使得螺旋型天线10和鞭状天线30可以工作在螺旋型导体10和30分别在所期望的相应频率处产生谐振的状态中，从而在不同频带发送和接收每个射频信号。

最好形成在保护罩17底部的连接终端19是由非导电材料制成的，以使得螺旋型天线10电绝缘，或该连接终端是由具有电容成分的组件构成，以通过耦合实现螺旋型天线10的能量馈送。

例如在移动电信商业化下，为了在蜂窝式系统和PCS中都可以使用，该螺旋型导体11和13可以利用下表1中的数据进行生产，该第一螺旋型导体11谐振到850MHz的蜂窝式系统频率，第二螺旋型导体13谐振到1.8GHz的PCS的频率。

表1

	频率	半径	绕数	高度
					第一螺旋型导体	850MHz	2.5mm	10	11.6mm
第二螺旋型导体	1.8GHz	2.5mm	7.7	9.0mm

在表1中，螺旋型导体11和13由直径为0.4mm的铜线制成。利用表1中公布的值制成的螺旋型天线安装在一具有120mm(高度)×50mm(宽度)×20mm(长度)的正交六面体的单元上。此外，该单元由铝材料制成，并利用具有同轴导线之电缆实现能量馈送。

如上所述的螺旋型天线的辐射特征如图7A和7B所示。由于客户的位置相对于基站而言通常不是固定在一个方向上，因此天线最好是全向的。然而，不可能得到在三维空间中具有各向同性的辐射图形的天线。所以，三维空间中的天线的辐射图形被设计为具有一环形的辐射特征。

从利用表1公布的值制作的螺旋型天线得到的辐射图形，如图7A和7B所示，这些值是通过使用由Zeland生产的IE3D和HP的HFSS进行模拟得到的。

在850MHz频率处时，具有创造性的螺旋型天线的辐射特征呈现为一蝶状形式，如图7A所示，在1.8GHz频率处时，情形类似，如图7B所示。因此，利用两个分别具有不同长度的螺旋型导体，可以提供一能够在两个频带中工作且具有一最佳性能的天线。

如上所述，由于该具有创造性的双频带天线尺寸小，却保持了性能，因此可以加速移动电信单元的小型化。

此外，利用本发明的双频带天线，客户可以使用多于一种的移动电信服务，而不用更换移动电话单元。

尽管本发明是参照相关的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改进和变动。

Claims (8)

1、一种用于移动电信单元的双频带天线，包括：

由绝缘材料制成的支撑件；

缠绕在该支撑件上且具有第一谐振频率的第一螺旋型导体；

缠绕在该支撑件上且具有第二谐振频率的第二螺旋型导体，该第二螺旋型导体是与该第一螺旋型导体分离的；

连接每个螺旋型导体的一端并用于向每个螺旋型导体提供电压的同轴馈线。

2、如权利要求1所述的双频带天线，其中第一和第二螺旋型导体的长度和绕数各自不同。

3、如权利要求1所述的双频带天线，其中各第一和第二螺旋型导体的长度和绕数基本上彼此相等。

4、如权利要求1所述的双频带天线，其中同轴馈线包括两个馈线分布中心，及与每个馈线分布中心相连接的螺旋型导体。

5、如权利要求1所述的双频带天线，其中同轴馈线是其中一个馈线分布中心，且所述螺旋型导体连接到所述馈线分布中心。

6、一种用于移动电信单元的双频带天线，包括：

由绝缘材料制成的支撑件，且该支撑件在其中心处具有一中空部分；

第一天线，该第一天线包括缠绕在该支撑件上且具有第一谐振频率的第一螺旋型导体和缠绕在该支撑件上且具有第二谐振频率的第二螺旋型导体，该第二螺旋型导体是与该第一螺旋型导体分离的；

通过该支撑件的中空部分从所述单元的内部和外部以可延伸的方式安装的第二天线，且在该第二天线的下部具有一馈电终端；和

用于向与其连接的各螺旋型导体的一端提供电压并向与其连接的延伸的第二天线中的馈电终端提供电压的同轴馈线。

7、一种用于移动电信单元的双频带天线，包括：

由绝缘材料制成的支撑件；

第一天线，该第一天线包括缠绕在该支撑件上且具有第一谐振频率的第一螺旋型导体和缠绕在该支撑件上且具有第二谐振频率的第二螺旋型导体，该第二螺旋型导体是与该第一螺旋型导体分离的；

从所述单元的内部和外部以可延伸和可容放的方式安装的第二天线，且在该第二天线的下部具有一馈电终端；和

安装在所述单元的上部并根据该第二天线的延伸或容放状况连接该馈电终端以向第一和第二天线提供一电压的同轴馈线。

8、如权利要求7所述的双频带天线，其中当第二天线容纳在所述单元的内部时，所述同轴馈线连接到第一天线以向第一天线提供电压，并且当第二天线从所述单元的外部延伸时，同轴馈线连接到该第二天线的馈电终端以向第二天线提供电压。

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