CN1369176A - 双频带天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在第一、第二频带的每一个内发射和/或接收射频信号的天线装置,以及包括一个此种天线装置的无线电通信设备。这种天线装置(3)包括一个馈电部件(42,71,72,53,54)和一个鞭状天线(4),该鞭状天线设计为可以从手机中滑进滑出,以达到收回和伸出位置。所述鞭状天线包括一个包含第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46,46′，46″)的辐射结构(41),用以调谐在第一和第二频带内工作。第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46,46′,46″)沿着第二辐射元件(46,46′,46″)的一个主体部分共同延伸,沿着该部分第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46,46′,46″)都被设置成可以发出辐射。

Description

双频带天线装置
技术领域：
本发明涉及一种天线装置，该装置用于在第一、第二频带的每一个中传送和/或接收射频信号，该装置包括一个可延长的辐射结构。本发明特别涉及一种用于移动无线电通信设备例如手提电话中，可在两个独立频带内发射和接收信号的双频天线装置。这增大了电话在拥有一个以上频带服务的地区中通信操作的可能性。这样的电话可以是很多系统中的终端，例如数字通(GSM)、太平洋通讯网络(PCN)、DECT、高级移动电话服务(AMPS)、个人通讯服务(PCS)、W-CDMA、韩国个人通讯服务(PCS)或者PDC蜂窝电话系统，并且可能还有附属的寻呼功能或其他无线设备。在说明书和权利要求书中，“双频”一词，一般应理解为“在至少两个频带内工作”。并且当涉及两个频带或类似说法时，通常包括至少两个频带。按照本发明的双频带或多频带中的各个频率彼此间无需有固定的关系，因此可以有任意的间隔。
背景技术：
在过去，为了在维持呼叫模式中的高效性时达到压缩体积和增加耐用性目的，用于手提蜂窝电话的天线装置包括一个螺旋状辐射元件和与之相结合的一个可伸长的鞭状天线。一般情况下谐振天线的一个特点是工作在一个基本频率带和一些较高的频带内，但是这些较高频带必须与基频带有固定和预先设定的关系。较高频带的范围尤其取决于天线的几何结构。对于一个辐射器的已给定的几何结构不可能出现固有的、较高的频带。
在无线设备，比如一部个人电话中，装备一种具有有效辐射分布和大功率的天线装置是有益的。这种电话最好以不同的模式工作。有两个不同的工作模式是待机模式和呼叫(通话)模式。这两种模式对天线装置有不同的要求。例如，如果被携带的电话处于待机模式，携带者(某个人)可能要求电话的结构小巧紧凑。此时如果天线装置伸出电话的部分太长，就可能带来不便。
天线装置的接收和发送的性能的高低不仅取决于天线装置本身，还取决于电话和基站间的辐射路径。辐射路径中的干扰会降低天线的通信性能。对于个人电话，使用者的身体不过分阻碍辐射路径非常重要。所以，当性能要求更高时，在通话模式中就希望天线装置伸出电话外壳的部分要足够长。并且，一般来说天线从电话中伸长至少约四分之一波长会更加有效。
现已提供了一种具有一个其上带有两个辐射元件的螺旋状或弯曲的待机天线，通过该辐射元件可滑动地设置一个拉杆天线。该拉杆天线包含一个直线辐射器，该辐射器在较高频带内作为半波长的天线工作，在较低的频带内作为四分之一波长天线工作。这就要求两个频带的关系大约是1∶2。此外，拉杆天线针对这两个频带的调频会有很复杂的关系。拉杆天线的匹配也会有些复杂，因为要匹配不同的天线类型，即在通话位置/自由空间时收回/伸出拉杆的不同情况的组合。WO-A1-97/49141和WO-A1-97/30489就是包括这种天线应用的专利申请实例。
WO，A1，99/26314和WO，A1，99/26315分别公开的一种双频带天线包括一个含有两个辐射元件的拉杆天线，该双频带天线分别在第一和第二频带内工作。这些拉杆天线相对较长，因为各个天线辐射元件的辐射部分和一个耦合区都沿着拉杆的长度顺序排列。而且制造这样的天线看来也很复杂，因为要使用不同的层和一个衬垫。
已知的多频带拉杆天线中，两个直线辐射器沿着拉杆长度顺序排列，并且这些辐射器通过一个谐振电路连接在一起，由此一个辐射器工作在较高的频带内，而两个辐射器都工作在较低的频带内。EE，A2，0 896 384和EP，A2，0 814 536公开了这种天线。因为两个直线辐射器和谐振电路沿着拉杆长度顺序排列，所以这些拉杆天线也相对较长。
在上述的具有辐射元件，以及还可能有其他按顺序排成一行的元件的拉杆天线中，沿拉杆长度的弯曲特性将有很大不同。如果这一问题发生在力矩臂达到最大值的拉杆的中间部分时，则将是个特别的问题，而且有可能由裂痕导致断裂。当两个串联耦合的辐射元件调谐到两个频带时，这种天线的调谐看来会非常复杂。
包括一个以上辐射元件的其他类型拉杆天线的例子由US，A，3 550 145，US，A，3 541 567和WO，A1，97/12417公开。所有这些天线都设计为宽带天线。并且，他们既不可伸缩，也不是设计为可在包括另一个辐射结构的天线装置中使用。
包括一个以上辐射元件的还有一些类型拉杆天线的例子由US，A，4 138681和US，A，5 907 307公开。这些天线设计为单频带天线。而且，没有一种结构设计为可伸缩，也没有设计为可在包括另一个辐射结构的天线装置中使用。
发明内容：
本发明的一个目的是提供一种天线装置，可以在第一、第二频带中的每一个内发射和/或接收射频信号。该装置包括一个具备良好的天线特性，充分利用空间，且可伸缩的辐射结构。通过所附权利要求1-16来实现上述发明目的。
根据权利要求1的特征，上述的具有可伸缩辐射结构的辐射元件的天线装置比现有技术中的天线更方便调谐。于是可获得在各频带中具有任意间隔的天线装置。因为调谐特别自由，所以也可获得一种很容易匹配的天线装置。
通过辐射元件的共同伸展可获得一种非常耐用的辐射结构，该结构有很好的机械稳定性，使发生断裂的危险性降为最低。当一个辐射元件沿着辐射结构长度的主体部分伸展时这种结构具有特别的优势。
通过把第二辐射元件设置在辐射结构上部，天线装置可以从离电话较远的辐射器中进行辐射，于是可得到一种在下部设有第二辐射元件的天线装置。
通过设置一个绝缘体隔离和包围两个辐射元件，可以获得一种机械稳定性良好且易于制造的天线装置。
通过设置第二辐射结构，可以获得在不同模式下天线装置有益的工作性能。
本发明的另一个目的是提供一种包括具有上述特征的天线装置的无线电通信设备。
这一目的可由附后的权利要求17所述的无线电通信设备来实现。
附图说明：
图1是根据本发明的天线装置的一种可能的应用；
图2是图1的天线装置的放大示意图；
图3是根据本发明图1、图2中所示的第一辐射结构第一实施例的纵剖面示意图；
图4是根据本发明图1、图2中所示的第一辐射结构第二实施例的纵剖面示意图；
图5是根据本发明图1、图2中所示的第一辐射结构第三实施例的示意图；
图6是根据本发明图1、图2中所示的第一辐射结构第四实施例的示意图；
图7是可选择的馈电部件的示意图；
图8是图1中VIII-VIII处的横截面图。
具体实施方式：
参照图1，根据本发明的天线装置的一种可能的应用方式如该图所示。一部便携式手提移动电话1具有一个天线装置3。该天线装置包括一个鞭状天线4，它可以在伸出和收回的两个位置之间移动；还包括一个第一辐射结构41。该图示出了鞭状天线4处在伸出位置时的天线装置。在收回位置时，该鞭状天线包藏在电话外壳2以及基本为圆柱体的承重件6之内。当鞭状天线4在收回位置时，从外面只能看到圆钮44——也是收回运动的挡塞。承重件6有一个开口，通过这里鞭状天线可以滑动伸缩。另外承重件6还具有第二辐射结构5，当鞭状天线在收回位置时该部分执行天线功能的主要部分。图中所示的第二辐射结构可以略去或放在其他位置，比如在电话内部。
图2是图1中天线装置3的放大示意图。鞭状天线4包含一个杆状第一辐射结构41(将在下面详细解释)。另外，鞭状天线还包括绝缘材料部分43，这一部分的长度最好与第二辐射结构5的高度相应，以便当鞭状天线在收回位置时第一辐射结构41不会被辐射结构5包围。如果第二辐射结构5具有其他形状或在天线处于收回位置时不包围鞭状天线，则部分43可以略去。正如上述，在鞭状天线4顶端有个圆钮44，在其底端还有个挡塞42。该挡塞42横截面比鞭状天线的横截面要大。当挡塞42接触到一个装置(图中未示出)时，鞭状天线到其伸出位置的移动被停止。此装置上设一有个开口，可使鞭状天线4的部分41通过，但挡塞42通不过，且所述开口设在承重件6或外壳2的里面或上面。如图2所示，挡塞42由导电材料制成，且当鞭状天线4伸出时，该挡塞适用于通过触点部件72接触馈电点(feeding point)71。该馈电点71连接至无线电通信设备的收发机电路。第二辐射结构5包括数个弯曲辐射元件。两个弯曲辐射元件从馈电点71被馈送信号。它们被设置为在两个频带内工作，一个在较高频带内工作，一个在较低频带内工作，最好与第一辐射结构4的频带一样，这将在下面讨论。或者仅提供一个弯曲辐射元件，比如提供只能在一个频带内工作的辐射元件。在另外一种可选方案中，第二辐射结构5可以包含一个或两个在一个或多个频带内工作的螺旋状辐射器。
为与第一辐射结构41和第二辐射结构5相匹配，匹配装置可以设置在承重件6上，并在馈电点71和各自的辐射结构之间耦合。
图3图示意性地示出了根据本发明的第一辐射结构41的第一实施例，在纵向剖面图中示出了挡塞的侧视图。第一辐射元件45和第二辐射元件46在辐射结构41的底端被固定和连接到挡塞42。这两个辐射元件45，46通过挡塞42在底端被馈电，并且从辐射结构41的底端平行延伸至顶端。为了把第一辐射元件45调谐到第一频率，该元件的长度与辐射结构41的长度相等。第二辐射元件46被调谐到第二频率，且其长度比第一辐射元件45略短。
用这样的配置两个辐射元件能很容易地调谐它们各自的频率。第一辐射元件45能够调谐到在例如900MHz GSM的频带内工作，第二辐射元件能调谐到在1800MHz GSM的频带内工作。因此两个辐射元件的长度比例可以为2∶1。
第一辐射元件45和第二辐射元件46通过绝缘体47被隔离开一特定距离，这一距离大约为0.5毫米。另外，辐射元件45，46被最小厚度大约为0.5毫米的绝缘体47包围。最好是一种连续的绝缘体47分隔和包围两个辐射元件45，46。通过这种结构，一个辐射元件45可沿辐射结构41的全长度延伸，该全长也是鞭状天线4长度的主体部分，这样就可得到机械性良好的天线装置。
图4示意性地示出了根据本发明的第一辐射结构41的第二实施例。在纵向剖面图中示出了挡塞的侧视图，其与图2所示实施例的不同之处在于，这里第二辐射元件46从辐射结构41的顶端终点延伸。只有第一辐射元件45在底端通过挡塞42被馈电。第二辐射元件46通过第二辐射结构5在其底端被电容性/电感性地馈电。可以包括弯曲结构或螺旋状结构的第二辐射结构5于是就可以在耦合区呈现出一个辐射元件的放大部分从而改善耦合。或者第二辐射元件46可通过第一辐射元件45被馈电。然后两个辐射元件45，46沿着第一辐射元件45的长度电容性/电感性地互相耦合。
象前述的实施例一样，一个连续绝缘体47最好隔离和包围两个辐射元件45，46。
同样，本实施例的辐射结构在耐用性和调谐特性上与前一实施例具有相同的优点。
图5示意性地示出了根据本发明的第一辐射结构41的第三实施例。为清楚起见，辐射结构41的绝缘材料仅由虚线表示。辐射结构41包括附着在挡塞42上，并通过该挡塞馈电的中心第一辐射元件45。导电圆柱体形状的第二辐射元件46′同心包围着第一辐射元件45。两个辐射元件45、46′都从辐射结构41的顶端延伸，并且第二辐射元件46′比第一辐射元件略短。第二辐射元件46′通过第二辐射结构5在其底端被电容性/电感性地馈电。可包括弯曲结构或螺旋状结构的第二辐射结构5就能在耦合区呈现出一个辐射元件的放大部分从而改善耦合。
在本实施例的另一种方式中，导电圆柱体状的第二辐射元件46′附着在挡塞42上并通过其被馈电。于是第二辐射元件与第一辐射元件45一起从所述第一辐射结构的底端延伸。
同样，这些实施例的辐射结构在耐用性和调谐特性上与前述的实施例具有相同的优点。
图6示意性地示出了根据本发明的第一辐射结构41的第四实施例。为清楚起见，辐射结构41的绝缘材料仅由虚线表示。第一辐射结构41包括附着在挡塞42上并通过其被馈电的中心第一辐射元件45。同样第二辐射元件46″也附着在挡塞42上并通过其被馈电。两个辐射元件45，46″都从辐射结构41的底端延伸，且如图所示有相同的轴向长度，但这两个长度也可以是不同的。或者，螺旋式设置的第二辐射元件46″可由一个弯曲的辐射元件替代。
在前述的实施例中，第一辐射元件45适于在较低的频带内工作，而第二辐射元件46，46′适于在较高的频带内工作，在图6(有选择方案)这一实施例中情况正好相反，第一辐射元件45适于在较高的频带内工作。因此，辐射结构41就短得多，当其收回无线电通信设备时所需要的空间也就更小。
图7示意性地示出了一种馈电结构，这是除通过挡塞42馈电的另一种可选方式。在这里第二辐射结构5的辐射元件51，52设有接触部件53，54。这些接触部件是设置用来分别接触第一和第二辐射元件45和46的馈电部分，以便通过辐射元件51，52的部分和馈电点71实现馈电。通过这种结构，当调谐到所希望的频率时，第一和第二辐射元件45，46可以做得更短。
在上述的实施例中，辐射结构41的横截面设计为环形是有益的，当辐射结构41对称时尤为如此。但是，当辐射结构41不对称时，为了导向鞭状天线并防止绕纵轴旋转，横截面最好不为环形。于是就可在承重件6或壳体2里面或其上面设置具有相应横截面的一个导向部件。这样的横截面可以为卵形、三角形、正方形、矩形等等。因此可获得许多优点。由于辐射结构41的不对称所导致的鞭状天线4的弯曲特性可以调节。可以控制鞭状天线使其在伸出时总是到达相对于底板2的相同的位置。因此辐射元件彼此之间以及相对于底板总能到达相同的位置，且辐射模式也可控制。如果辐射元件45，46，46′，46″具有分离的馈电部分，则其各自的馈电部分可以被引导到与相应的接触部件或耦合部分相连接。图8是图1中VIII-VIII处的横截面图，该图示出了第二辐射结构的一种可能横截面。如图所示也给出了承重件6的相应横截面图。
需要注意的是，在前述的实施例中，第一辐射元件45和第二辐射元件46都延它们的全长辐射。
尽管已结合若干优选实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，在不背离由附后的权利要求所定义的本发明的主旨和范围的情况下，可以对本发明作许多改进。一种可能的改进是使第二辐射结构46延伸超出第一辐射结构45顶端的一个特定长度。
为了在更大范围的频带内工作，第一辐射结构可能还包括至少一个至少部分地随第一辐射元件45共同延伸的辐射元件。该辐射元件可以是直线辐射元件、或螺旋状的辐射元件、管状辐射元件或弯曲的辐射元件。可以通过在最好设置于该辐射元件一端的一个馈电部分处的电流性、电感性或电容性耦合来实现馈电。

Claims (17)

1.一种在第一、第二频带的每一个内发射和/或接收射频信号的天线装置，包括：
至少一个耦合到无线电通信设备电路的馈电部件(42，71，72，53，54)，用于在天线装置(3)和无线电通信设备电路之间传送射频信号；
一个伸长的杆状第一辐射结构(41)，该辐射结构有个第一纵轴和第一及第二端点；
所述的第一辐射结构(41)可以收回和伸出，并且包括具有第三和第四端点的第一辐射元件(45)，以及包括具有第五和第六端点的第二辐射元件(46，46′，46″)；
第一(44)和第二(42)挡塞设置在第一辐射结构(41)上，用于限制第一辐射结构(41)分别在伸出和收回位置时的纵向移动；
用于将第一辐射结构(41)耦合到无线电通信设备的收发机电路的耦合器，由此
第一辐射结构(41)处于伸出的位置时，通过所述馈电部件(42，71，72，53，54)被耦合，并且在所述的第一和第二频带的每一个内都可通过操作发射和接收射频信号，其特征在于：
第一辐射元件(45)从第一个端点延伸，
第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46，46′，46″)沿限定了一个第一部分的第一纵轴共同延伸，在该第一部分第一(45)和第二(46，46′，46″)辐射元件沿着该第一纵轴重叠在一起；沿此部分，第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46，46′，46″)都设置为发出辐射，并且
该第一部分沿着第一纵轴的长度等于第二辐射元件(46，46′，46″)沿第一纵轴延伸部分的至少一个主体部分；
所述共同延伸的第一和第二辐射元件(46，46′，46″)有不同的谐振频率。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中第二辐射元件(46，46′，46″)从第一端点延伸。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其中所述至少一个馈电部件(42，71，72，53，54)被设置在所述的第一端点上。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的天线装置，其中所述的第一(45)和第二(46，46′，46″)辐射元件导电性地并联到所述的至少一个馈电部件(42)上。
5.如权利要求1或2所述的天线装置，其中所述的至少一个馈电部件(42，71，72，53，54)被设置在所述的第二端点上。
6.如权利要求5所述的天线装置，其中第二辐射元件(46，46′，46″)在位于所述第一和第二端点间的一个第二馈电部件处被馈电。
7.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中第一辐射元件(45)和第二辐射元件(46，46′，46″)被一个连续导电体(47)隔离和包围。
8.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中所述的第一元件(45)是直线辐射元件。
9.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中所述第二元件(46，46′，46″)是从由直线辐射元件，螺旋状辐射元件，管状辐射元件和弯曲辐射元件所形成的组合中选出的一种。
10.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中所述第一(45)和第二(46，46′，46″)辐射元件具有轴向长度基本相同的辐射部分。
11.如权利要求1到9中任何一项所述的天线装置，其中所述第一(45)和第二(46，46′，46″)辐射元件的辐射部分的轴向长度之比基本为2∶1。
12.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，还包括一个包含至少一个辐射元件的第二辐射结构(5)，该辐射元件至少部分基本上为圆柱结构。
13.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，还包括一个包含至少一个辐射元件的第二辐射结构(5)，该辐射元件是从由包括螺旋状及弯曲状的辐射器所形成的组合中选出的一种。
14.如权利要求12到13所述的天线装置，其中所述第二辐射结构(5)包括一个开口，通过该开口可滑动地设置第一辐射结构(41)。
15.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中第一辐射结构(41)横截面的外形是从由卵形、三角形、正方形和矩形所形成的组合中选出的一种，且该第一辐射结构设置为可由位于无线电通信设备里面或上面的具有相应横截面的导向部件所导向。
16.如前述任何一项权利要求所述的天线装置，其中所述第一辐射结构至少还包括一个至少部分地与第一辐射元件(45)一同延伸的辐射元件，用于在更大范围的频带内工作。
17.一种无线电通信设备，包括一个外壳，一个用户接口以及与一个天线装置连接的接收和/或发射电路，其特征在于：该设备包括一个如权利要求1到16中任意一项所述的天线装置(3)。
CN00811456A 1999-08-11 2000-08-04 双频带天线装置 Pending CN1369176A (zh)

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