CN1369121A - 小型多频带天线 - Google Patents

Abstract

一种多频带天线,包括至少两个经由一天线馈电网络连接到一射频源/接收器的天线元件(10、11、20、21、60),所述的天线元件在至少两个无重叠的频带内可工作。天线馈电网络包括用于连接到射频源/接收器的部件、用于直接电连接到一个在最低频带内可工作的第一天线元件(10、20)的馈电端部分的部件、以及用于电容性耦合(24、90)到在比所述最低频带高的频带内可工作的至少一个第二天线元件的馈电端部分的部件。另外,所计算的所述电容性耦合为所述最低频带内的频率提供一相对高的阻抗以及为所述较高频带内的频率提供一相对低的阻抗。

Description

小型多频带天线

技术领域：

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的多频带天线。特别地，本发明涉及一种具有一个馈电网络的多频带天线，要求一天线元件通过一容性元件连接到射频源/接收器。

背景技术：

当两个天线辐射器相互靠得很近时，通常的问题是它们之间强烈的互耦，并且当这两个辐射器相互直接电连接时，这一问题将进一步加强。这种互耦减低了天线元件的效率和带宽。如果只减小天线元件的尺寸，将导致相对的带宽的降低，对由相互靠得很近的小天线元件构成的多频带天线，这一问题很严重。为每一个天线元件提供用于连接射频源/接收器的单独的外部电路是一个可能的解决方案，但需要进一步为该系统增加元件并且需要单独处理这些元件，这将增加多频带天线的成本。一直以来就缺少一种在制造过程中不需要任何附加元件或步骤而集成一馈电网络的方法，该馈电网络包括把可在较高频带内工作的天线元件与射频源/接收器以及与各天线元件相连接的一个电容性元件。

在一个多频带天线中的天线元件之间的容性或感性耦合已经在许多专利文献中描述过，最近的一个例子是WO99/26314(Moteco AB，P.O.Box 910，S-391 29 Kalmar，Sweden)。该文献公开了一种双频带天线，该双频带天线具有用于待机位置的两个固定天线元件，以及用于通话位置的两个可延长的天线元件。每一个用于待机位置的天线元件以及每一个用于通话位置的天线元件各自相互容性地/感性地耦合。这种耦合通过使较大直径的天线元件围绕较小直径的天线元件部分或全部地重叠来实现。这种耦合沿着天线元件或其一部分发生，并且电容性耦合不能被单独地计算为一独立参数，但通过改变天线元件之间的重叠程度来改变容性耦合的程度，或者改变天线元件的设计也将影响天线元件的射频特性。

WO 98/49747(Galtronics Ltd，P.O.  Box 1589，14115 TiberiasIsrael)公开了一种由两个天线元件构成的双频带天线，这两个天线元件可在两个不同频率内工作。在每一个实施例中，这两个天线元件都被描述为直线式天线元件，或是杆形或是螺旋形，并且这两个天线元件相互以直线式方式排列，一个位于另一个之上。这两个天线元件相互容性地耦合，并且在每一个对此进行描述的实施例中，都是通过将下面元件的顶端靠近上面元件的下端设置，或者通过将下面元件的上部与上面元件的下部部分地重叠来实现容性耦合。当双频带天线的高度不是很重要时，这种方法是适用的，因此对小型的天线装置来说这种方法就不太适合了。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种用于多频带天线的馈电网络，能避免关于相互直接电连接的各个天线元件之间耦合的问题。本发明另外的目的是提供一种馈电网络，其能提供与射频源/接收器的耦合，并且这种馈电网络可与天线结合在一起。因此除那些生产天线元件及其支持结构的步骤以外，不需要任何其它制造步骤来制造，因而提供一种低成本和刚性好的馈电网络。

这些和其它目的通过权利要求1的特征部分所述的具有一馈电网络的天线装置来获得。该馈电网络当天线元件直接相互电连接时，通过电容性地耦合到第二天线元件，以及通过选择电容元件的电容以使在最低频带元件可工作的频率内电容的阻抗很高，从而避免发生问题。这就有效地从较低频带元件中退耦较高频带元件，从而减小由于元件之间的耦合将产生的问题。这简化了具有相互靠近排列的两个小天线元件的天线的结构，其中由于电磁效应引起的元件之间的耦合问题已经存在。当然，当元件不是很小和紧密设置时，该馈电网络同样有利，尽管该馈电网络对小型天线特别有利，以致在最低频带元件可工作的频率内电容性耦合的阻抗很高。因此，已经证实，如本发明所述，将第二天线元件电容性地耦合到馈电网络增加了较低频带的带宽，且可增加多频带天线的总效率。

当计算电容元件的电容时，还可能会考虑到阻抗与射频源/接收器匹配的方面，这为设计一个多频带天线元件提供了额外的自由度。如果包括电容性元件的馈电网络是作为天线装置的组成部分制造时，则可能减小射频源/接收器为阻抗匹配所需的附加元件的数量，同时仍然保持制造馈电网络的低成本。

将馈电网络延及具有两个以上天线元件的实施例时需要对馈电网络的电容性元件进行仔细计算。当在一特定频率操作天线时，在该频率内一特定的天线元件是可工作的，将所有较高频率天线元件连接到该馈电网络的电容器的阻抗应当很高以便其有效地把所述较高频率元件从该馈电网络分离出来。连接在两个相邻频率内可工作的两个天线元件的两个电容性元件的电容之比最好应为1到10左右。当然，为一特定天线所设计的最佳比率随情况而改变。

馈电网络也提供通过特定天线元件的一馈电端部分与射频源/接收器的电连接。该馈电网络为达到与射频源/接收器的最佳电连接，以及为达到最佳射频特性而设计，这可能包括考虑与射频源/接收器匹配的阻抗，以及机械强度和刚性。如果馈电网络的馈电部分以及馈电网络的其余部分能作为天线装置的一个组成部分制造时，这是另外的益处。

附图说明：图1是根据本发明第一实施例，具有两个螺旋天线元件和一馈电网络的天线的侧视图；图2是具有两个弯曲天线元件和一馈电网络的天线的第二元件的平面视图；图3是第三实施例的平面视图，同样具有两个弯曲天线元件和一馈电网络；图4是图3中所示的天线元件和馈电网络的侧视图；图5是第四实施例的平面视图，具有位于一基片两面上的第一和第二天线元件；图6是具有一多层基片和三个弯曲天线元件的第五实施例的平面视图；图7示出了具有两个天线元件的第六实施例；图8示出了图7实施例在其折叠条件下的俯视图；图9示出了具有两个天线元件的第七实施例，其中电容性耦合用一离散电容器来实现。

具体实施方式：

如图1所示的第一实施例包括两个内部相互嵌套的螺旋形天线元件10、11，其中馈电网络由这两个元件的线圈凹槽12、13构成。较小直径线圈凹槽13位于较大直径线圈凹槽12内，且该两个线圈凹槽12、13通过电介质14相互机械性地固定在一起。该电介质位于线圈凹槽12、13之间的容积里，并能提供线圈凹槽12、13之间电容性的耦合。外部线圈凹槽12直接电连接到射频源/接收器。

第二实施例(图2)包括两个位于一基片上表面上的两个弯曲天线元件20、21。由用于电连接到射频源/接收器的具有舌片或弹簧形式的一部件23提供馈电网络，用于电容性耦合到第二天线元件的电容性部件24位于与天线元件20、21相同的表面上。因此，馈电网络的电容性耦合部件24由以一个近的共同距离平行延伸的馈电网络的两部分提供。

在第三实施例中，如图3所示，第一弯曲天线元件20和第二弯曲天线元件21同样地位于一基片的上表面，而馈电网络具有位于上表面和下表面的部分，以及具有用于通过该基片电容性地耦合到第二天线元件的馈电端部分的部件24，用于直接电连接到第一天线元件的馈电端部分的部件，以及用于电连接到射频源/接收器的部件。馈电网络的上部和下部与延伸通过该基片的一导电部分41电连接。

图4是图3中所示的第三实施例的侧视图，其中连接到用于通过基片40电容性耦合到馈电网络的部件24的第二天线元件21如图所示位于基片40的上部。在本图中仅示出了第一天线元件20的馈电端，也示出了延伸通过基片的馈电网络的导电部分41。

图5示出了具有位于一基片的上表面上的第一弯曲天线元件20和位于该基本下部的第二天线元件21的第四实施例。馈电网络在基片的两面延伸，且馈电网络的上部导电层部分以及该馈电网络的下部导电层部分通过一容性部件24相互电连接。该馈电网络的上部导电层部分还包括一馈电端部分50。

图6示出了具有一多层基片的第五实施例。该基片具有分别位于一上部基片的上表面、上部和下部基片之间以及下部基片的下表面上的三个弯曲天线元件20、60、21。如图所示，电容性元件61、62的尺寸以及相应的电容值在电容性地耦合到馈电网络的两个天线元件60、21之间是不同的。因此，可通过选择每一个电容性元件61、62的尺寸来设置电容的比率，且这些电容最好设置成在一时间只有一个元件强耦合到射频源。按粗略的估算，1∶10的比率就足够了，但该比率以及电容的绝对值将依多频带天线元件的实际设计而改变。它应当被设置为，在最低频带元件20可工作的频率内两个电容的阻抗都很高。并且在中频带元件60可工作的频率内，耦合在最高频率内可工作的元件21的电容元件的阻抗很高。

图7示出了具有位于一可弯曲的基片一面上的两个天线元件20、21的第六实施例，目的是通过折叠该基片，以使该基片沿圆周方向延长一整圈以上，两个延长的导电区域24位于彼此之上且它们之间具有一基片层，从而获得从馈电网络通过该基片耦合到第二天线元件的电容性耦合。在最初制造过程中最好是平直的天线元件在第二处理过程中可能环绕一适当框架80(如图8所示)折叠，或者可能用能保证彼此相对的两个导电区域24的位置的高精确度的其他方法来折叠。本实施例一个特别的优点是对弯曲天线元件来说只需一个导电层，且在制造过程中不需要附加元件或步骤。而且在制造完成以后天线尺寸还很小。图8示出了图7的实施例在折叠条件下的俯视图。

如图9所示的第七实施例包括两个位于一基片上表面的弯曲天线元件20、21，就如第二实施例中一样。在上面实施例中作为馈电网络的一个组成部分实现的电容性元件在本实施例中由一单独的离散电容器90提供。本实施例的优点是电容能被设置为任何所需值，而无需占用该基片表面上一个不相称的大部分。然而，与上述的实施例相比，本实施例的缺点是在制造过程中需要附加步骤。

尽管结合许多优选实施例描述了本发明，但应当理解在不背离由附后的权利要求书所定义的本发明的范围内，还可以做出多种改变。一种这样的可能改变是将本发明所描述的馈电网络应用于由既不是螺旋形也不是弯曲形，而是其他形状，如鞭状的天线元件组成的多频带天线，或者将其应用到由不同类型天线元件的组合构成的多频带天线，或者将其应用到具有固定和可伸缩部分的多频带天线组合中。

Claims (13)

1、一种多频带天线，包括经由一天线馈电网络连接到一射频源/接收器的至少两个天线元件，所述天线元件在至少两个不重叠的频带可工作，其特征在于：

所述的天线馈电网络包括用于连接到射频源/接收器的部件；用于直接电连接到一个在最低频带内可工作的第一天线元件的馈电端部分的部件；以及用于电容性耦合到至少一个在比所述最低频带高的频带内可工作的第二天线元件的馈电端部分的部件(24)，

所计算的所述电容性耦合为所述最低频带内的频率提供相对高的阻抗，并且为所述较高频带内的频率提供相对低的阻抗。

2、如权利要求1所述的多频带天线，其特征在于所述至少两个天线元件相互靠近地并排设置。

3、如权利要求1所述的多频带天线，其特征在于所述至少两个天线元件内部相互嵌套。

4、如权利要求1-3中任何一个所述的多频带天线，其特征在于所述至少两个天线元件是螺旋形天线元件。

5、如权利要求4所述的多频带天线，其特征在于：

所述天线馈电网络包括至少两个内部相互嵌套，形成所述螺旋形天线元件的馈电端部分的同心线圈凹槽(12、13)；

所述线圈凹槽通过一电介质(14)电容性地相互耦合；以及，

所述线圈凹槽(12、13)中的一个直接电连接到所述射频源/接收器。

6、如权利要求1-3中任何一个所述的多频带天线，其特征在于：

所述至少两个天线元件是弯曲天线元件，

每一个采取位于一基片上的一个导电层的形式。

7、如权利要求6所述的多频带天线，其特征在于所述至少两个弯曲天线元件位于所述基片的相同面上。

8、如权利要求7所述的多频带天线，其特征在于所述用于连接到射频源/接收器的部件位于所述基片的相对面上。

9、如权利要求6所述的多频带天线，其特征在于：

所述至少两个天线元件位于所述基片的相对面上，

所述第二天线元件通过该基片电容性地耦合到所述馈电网络。

10、如权利要求7所述的多频带天线，其特征在于：所述基片沿圆周延伸一整圈以上，以使得所述第二天线元件通过所述基片电容性地耦合到所述馈电网络。

11、如权利要求6-9中任何一个所述的多频带天线，其特征在于：提供天线元件之间电容性耦合的所述馈电网络的部分是由一离散电容器(90)提供的。

12、如权利要求6-9中任何一个所述的多频带天线，其特征在于：所述用于连接到射频源/接收器的部件包括一个通过所述基片延伸到所述第一元件的导电部分。

13、一种移动电话，具有如上述任何一个权利要求所述的天线。

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