CN1418389A - 用于小尺寸的设备的多频率天线 - Google Patents

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Abstract

该天线(1)涉及一个长度(L1)与该高频(fh)配合的第一辐射元件(3)和至少一个第二辐射元件(4)，继该第一元件(3)之后，(L1)和(L2)的长度和导致一个与该低频率(fb)相配合的总长度(L3)的天线。一个包含了电感(6)和与其平行连接的电容(7)的谐振电路(5)位于该第一和第二带(3，4)之间。这些元件的值这样选择，即使谐振电路以高频(fh)谐振。当该高频激活时该天线长度减小到该第一带的长度(L1)。当该低频激活时，该天线的长度为具有第一和第二带长度的总和。该电感(6)是一条大致笔直的与至少一个所述带(3)形成一个整体并通过其一端(8)与该带相连的窄道。

Description

用于小尺寸的设备的多频率天线
本发明涉及用于小尺寸设备，特别是一种手表电话的细长形状的天线，它能够接收和发送至少高频和低频值的广播信号，这种天线是由一个供能点，一个长度与该高频配合的第一辐射元件和至少一个第二辐射元件，继该第一元件之后，该第二元件的长度加上该第一元件的长度而出现一个与该低频率相配合的总长度(L3)，该第一和第二辐射元件通过一个谐振电路而连接在一起，当该高频激活时，该谐振电路的谐振频率选择限制该天线的长度为其第一元件的长度，当该低频率激活时，该谐振电路的谐振频率选择使用该天线的总长度(L3)。
与上面的一般定义相应的一种天线为公知技术。特别在“ARRLHandbook 1989”的17-6页描述并在附在本说明书的图1中图示了它。在例如美国专利US2,282,292中描述了这样的天线的另一个实施例。这个实施例涉及了一种由一个供能线25供能的偶极天线。从一个供能点2起，该天线的每一段包括一个第一辐射元件3，然后一个谐振电路5，最后是一个第二辐射元件4。该天线设置成在两个不同频率例如28和21MHz上配合。该第一辐射元件3的长度L1与28MHz(或者更精确地说为这个频率的波长的四分之一)的频率配合。加上了该第一元件的长度L1的该第二辐射元件的长度L2产生一个与频率21MHz(或者更精确地说为这个频率波长的四分之一)配合的长度L3的辐射元件。该谐振电路5为一个震荡电路，它包括平行接通电源的一个线圈6和一个电容7。选择这些电子元件的值使得28MHz的震荡。因为该谐振电路的阻抗最大为整个频率，这个谐振电路将用作所述频率的盖子(bouchon)并且将这样地使该段的长度限制为该第一辐射元件3。相反地，对于21MHz该谐振电路具有一个非常小的阻抗，以便使用该段的总长。这样通过这些相对简单的装置达到了使该天线的一段L1或者组和L3震荡。
在上述的频率(短波长范围)，通过形成该辐射元件3和4的管子制作该天线，这些管子由一个套管连接在一起，该套管容纳了通过分立的电子元件即一个线圈或者电感6和一个电容7实现的该谐振电路5。
在该小尺寸的设备，例如一个移动电话或者一个手表电话中使用的该频率比上述的频率高很多。如果该具有至少两个不同频率的天线的配合原则可以保持与上述的原则相同，则用于这些短波长的技术将适合所使用的天线。这个天线应该能够在至少这些官方指定例如GSM(特别移动电话组)的频率上工作，该GSM系统的高频fh等于1.9Ghz而低频fb等于900MHz。
本发明的想法在于提出一种能够与至少所述频率相适应的天线。在这个目的中，除了满足这篇说明书的第一段给出的定义以外，该天线的特征在于该第一和第二辐射元件每个都具有一个大致呈矩形的导电带，该谐振电路包括一个电感和一个电容的组合，所述电感是一个通过至少一个所述的带形成整体并且通过其端部之一连接到这个窄带的大致笔直的窄带。
将注意到文件EP0 470 797描述了一种能够与多个频率配合的天线。但是在这个文件中所有公开的实施例需要这些形成了分立电子元件的电感，该分立电子元件应该通过其端部与该天线的多个元件焊接。
另外注意到文件WO99/03168描述了一种能够与至少一个低频和一个高频配合的小型天线，这个天线特别用于装备移动电话装置上。根据参照该文件的图1一种实施方式，该天线具有两个辐射元件，该辐射元件通过一个谐振电路连接在一起，该谐振电路能够示意地表示为平行设置的一个电容和一个电感。建议实施这个谐振电路，特别是相对较宽的具有曲折形状的印刷带形式的电感。该谐振电路功率值在这里由在该电感的这些螺旋或者曲折之间的寄生功率决定。
这个解决办法的缺点在于难于对该谐振电路的谐振频率进行调整。事实上，如果期望修改该谐振电路的电感值，必须修改该曲折宽度和长度。通过这样的操作，同样可能影响该谐振电路的寄生功率的值。
根据本发明的解决办法优点在于，通过独立地作用于电感值或者电容值，能够容易地调整该谐振电路的谐振频率。另外由一个大致笔直的窄道形成的该电感大致不影响该谐振电路的功率值。另外，用于电感的一个窄道有优势地具有与在文件WO99/03168中公开的解决办法相同尺寸的更高的电感。
本发明的特征和优势现在将在随后的说明中提出，对照附图并以解释的名义，但不限于本发明的几个优选实施方式，附图包括：
-图1是表示根据现有技术使用的双频天线示意图；
-图2示出根据本发明的的天线的第一实施例，这个天线可自我支撑；
-图3示出根据本发明的天线的第二实施例，这个天线可自我支撑并集成在例如一个手表电话中；
-图4示出根据本发明的第三实施例，这个天线为一个印刷电路的一整体部分；
-图5示出根据本发明的第四实施例；
-图6是一个沿图5的VI-VI线的截面视图；
-图7示出根据本发明的该天线的第五实施例，这个实施例为图5所示的天线的一种变形；
-图8是一个沿图7所示的VIII-VIII线的截面视图；
-图9示出根据本发明的第六实施例；
-图10是一个本发明天线的平面视图，该视图绘出了当该天线工作在低频fb时，该电磁场的电分量的水平曲线；和
-图11是一个本发明的天线的平面视图，该视图绘出了当该天线工作在低频fh时，该电磁场的电分量的水平曲线。
正如在图2-9中看到的，该所讨论的天线具有一细长形状。它用于一种小尺寸的设备，特别是一种容纳在一个手表中的电话，这个电话能够接收和发射广播发射信息。该天线1还能够工作在至少高频fh和低频fb两个频率上，该天线1包括一个供能点2，一个长度L1与该高频fh配合的第一辐射元件3和至少一个第二辐射元件4，该辐射元件4继第一辐射元件之后使其长度L2加上第一辐射元件的长度L1总长为L3，该总长L3与低频fb配合。这些类似的图2-9示出，该第一和第二辐射元件3和4通过一个谐振电路5连接在一起。这个谐振电路5的谐振频率选择为当该高频fh激活时限定该天线1长度为第一辐射元件3，当该低频fb激活时使用该天线的总长L3。
正是因为这个，还是如图2-9所示，本发明的优点在于，首先该第一和第二辐射元件3和4每一个都具有一个大致矩形的导电带，这些带彼此连续设置；然后该谐振电路5包括一个电感6和一个电容7，7’的组合，这个电感6为大致笔直的窄带，与至少一个所述的带整体形成该电感6，并且该电感6通过其端部8，8’之一与这个带相连。关于这个主题，全部图2-9示出该电感6的端部8与该带3相连并且该电感6与其中一带具体地说与带3形成一整体。
本发明的基架组件已经在上面公开，现在将查阅在这个发明的附图中前后使用的不同实施例。
图2-8示出平行连接的电感6和电容7，7’。在这种情况下，将理解到这些电子元件中的每一个的值将选择为，该谐振电路具有一个大致等于该天线工作高频fh的谐振频率。事实上，正如已经在本说明书中前序部分公开的那样，该谐振电路的阻抗在谐振时具有一个最大值，如果该谐振电路与高频fh配合，该谐振电路将表现为不让所述的高频通过的一个盖子或者一个障碍。正如该第一辐射元件3包括一个与这个高频配合的长度，如果该高频激活该天线将限制为这个第一辐射元件或者第一带。与此相反，如果是低频被激活用来发射或者接收信息，该谐振电路5将在这个频率具有一个最小的阻抗，使得所述的低频通过。如同该带3和4的长度L1和L2之和与该低频fb配合，该天线将在该总长L3上与这个频率配合。
图2示出了本发明的一个第一实施例。该第一和第二带3和4为自我支撑的，可不支撑在任何基体上，尽管固定装置9用于使该天线固定在设备上，在该设备中插入该固定装置9。这自然假定了该带具有一些厚度以确保一个整体的刚度。。在这个实施例中，电感6是一个大致笔直的通过其第一端8与第一带相连，通过其第二端8’与第二带4相连的窄带。这里该电感6与该两个带3和4形成一个整体。将理解到带3和4和电感6的组件可以通过简单的冲压而在一个操作中制造，这使得该天线的实施显著地简化。而相反，该电容7是一个由一些带独立地制作的分立元件，这些带构成该天线并具有分别焊接在第一和第二带3和4上的第一和第二端子10和10’。该天线由一个焊接在该第一带3中开出的通道2中的线供能。
就图2来说，可以提供根据fb＝900MHz和fh＝1.9GHz的情况的结构的实用值。该第一带3的长度L1等于3.4cm(等于fh的波长的四分之一)。该长度L3(等于fb的波长的四分之一)为8.3cm，由此可以准出该长度L2＝4.9cm。这里将注意到该已知值为理论值，已知它们受某些因素特别是受该带的宽度和这些带之间存在的空间影响。正如该谐振电路5的位置决定了fh，附加长度L2允许调整fb，可以容易地单独调整这两个频率。一旦固定到该谐振电路5的该位置上，就可以通过调整该电容7的值最终调整fh。
至于赋给该电感6和该电容7的值，将使用公式 f h = 1 / 2 π LC . 为了使fh＝1.9MHz，如果C＝0.7pF，L＝10nHy，则该公式可以满足。该电感6在这里为一个窄带，其值等于大约每厘米10nHy。这里所用的实施例中，该带3和4之间的空间为1cm。
图3示出本发明的一个第二实施例。这里可看到该第一和第二带3和4，它们为自我支撑的并由一个电感5和形成该电容7的一个分立元件被分开。该天线围绕一个盒子25卷绕，该盒子容纳有根据该设备必须的电子电路。在下面将再回到该实施例，因为它包括其它的用于发射信号的特殊性。
图4示出本发明的一个第三实施例。与第一和第二实施例相比，这个第三实施例的特征在于，该第一和第二带3和4支撑在绝缘基体11上，例如用于形成一个印刷电路的Kapton(注册商标)的绝缘基体。该电感6为印刷在该基体11上的窄道。它通过其第一端8与该第一带3连接，通过其第二端8’与该第二带4连接。因此它为该带3和4整体的一部分。为了构造该谐振电路5，与该电感6相连的该电容7，7’可以采取不同的形式。
该电容的一个第一形式在图4中示出。事实上这个电容包括两个位于该电感6的两面的电容7和7’。这两个电容平行连接并赋予该谐振电路整体的对称。一般来说这个对称是希望的，但是将优选非对称安装，如图2中所看到的那样。该电容7，7’包括印刷在该基体11上的并与第一带3相连的一个第一电容器板12，12’。它还包括印刷在该基体11上的并与第二带4相连的一个第二电容器板13，13’。如图4所示，每个该第一和第二电容器板具有梳型，其梳齿相互穿插且不相接触。该电容量建立在该齿间的空间内。也将谈到一种趾间电容。另外，该第一带3由焊接在该供能点2的导体(未示出)供能。
图4所示的第三实施例示出了根据本发明，一个双频率天线如何能够简单且特别经济地实施。这个天线事实上完全在一个印刷电路中实施，公知的化学蚀刻很快实现了该带3和4，电感6和该电容7和7’。这个天线可以以特别低的成本制造，因为任何一个分立电子元件对于生成该谐振电路5来说，不是必须的。
与一个印刷电感相连的电容的第二实施例在图5和6中示出。该图5为天线的平面视图，图6为图5的VI-VI线的截面视图。图5和6说明了本发明的第四实施例。该电容包括平行安装的两个位于该电感6的两侧的电容7和7’，其中每一个电容由一个分立电子元件形成，该电容具有一个焊接在该第一带3的第一端子14和14’和焊接在该第二带4上的第二端子15和15’。这个第四实施例具有一个另外的特性，稍后将对此进行讨论。
与一个印刷电感相连电容的一个第三实施例示出在图7和8中，该图7为一个该天线的平面视图，图8为沿图7的VIII-VIII线的截面视图。图7和8说明了本发明的第五实施例。该电容包括平行安装的位于该电感6两侧的两个电容7和7’。该电容7包括在其一周串接的第一和第二电容16和17，每一个包括一个印刷在绝缘基体11上的共用的电容器板18，这个电容器板18的局部一方面在该第一带的下面延伸以形成该第一电容16，另一方面在该第二带4的下面延伸以形成该第二电容17。该电容7’也包括串接的第一和第二电容16’和17’，每一个包括一个印刷在绝缘基体11上的共用的电容器板18’，这个电容器板18’的局部一方面在该第一带的下面延伸以形成该第一电容16‘，另一方面在该第二带4的下面延伸以形成该第二电容18’。在这个实施例中，该基体11用作每一个所述电容的电介质。这个第五实施例大致与图4中所述的实施例一样经济，因为所有的天线1和该谐振电路5可以通过一个双面印刷电路的化学蚀刻进行实施，不加入焊接在该带上的分立元件。
在第二和第四实施例中，已经提到这些实施例具有另人满意的特性，现在进行说明。事实上，在这些实施例中，该第一和第二带3和4设置成与该接地平面有一个给定的距离A，该第一带3的起始部分20通过桥型连接件27与该平面短路，该第二带4的结束部分21是自由的。在图3中，该接地平面19与该金属盒26一致。如图3和6，通过同轴电缆28确保了该天线的供能，该同轴电缆28包括一个内部与接地平面19绝缘并与该第一带3的供能点2相连的导体29，这个供能点与该桥型连接件27有一距离，该桥型连接件27与所述第一带3和所述接地平面19短接。该同轴电缆还包括一个与接地平面相连的导体或护板。图3中，由于该带的自我支撑并且足够刚性能够确保该距离，使得在该带3和4与该接地平面19之间的该距离A被保持。图6中，通过粘和在该基体11和该接地平面19上的泡沫材料保持了该距离A。
如图6所示但只与一个频率配合并且因此只具有一个导电带的一种天线，用英语“平面转换-F天线(Planar Inverted-F Antenna)”或者PIFA的命名公知。在Artech House，Norwood，MA，1992，Ch5，Pages161-180，Kazuhiro Hirsawa和Misao Haneishi中的文件“小尺寸低型面天线的分析，设计和测量(Analysis，Design andMeasurment of small and Low-Profile Antennas)”可以找到对该结构PIFA的详细分析。图3所示的天线为天线PIFA的一种变形，允许所述天线与一个盒配合，该盒属于该接地平面的整体部分。这个盒包括至少一个盖，一个底部和一个横壁，在该横壁对面设置了该唯一的带。这个变形属于，与本发明的申请人的名字相同的申请人在1999，10，11申请的欧洲专利申请NO 99120230.0的主题。
前述的公开用于示出本发明的该双频天线即可以用在一种PIFA天线也可以用在一种无参照的位于一个临近的接地平面处的天线，例如在图2-4所示的那样。
图9示出了本发明的一个第六实施例。这个实施例属于前面公开的第二种类型的天线，其中该电感6和电容7串联。将理解到每个元件的值选择为具有与该天线的工作低频fb大致相等的谐振频率fr。事实上，这里该谐振电路5具有一个最小的谐振阻抗。它遵循当该低频激活时，该谐振电路5不提供任何电阻对抗这个频率。然后该带4的长度加入到该带3的长度，该天线与低频fb配合。相反，如果激活的是高频fh，因为该高频则只有与fh配合的带3被使用，该谐振电路具有一个很高的阻抗阻挡超出该第一带3的fh的传播。
图9示出具有串联安装的电感6和电容7组成的谐振电路5的该天线的结构实施例。该第一和第二带3和4位于一个绝缘基体11上以便形成一个印刷电路。该电感6是印刷在该基体上并由其第一端8与该第一带3相连的窄道。当该相同的电容7的一个第二电容器板13与该第四带相连时，该电感6的第二端8与一个电容7的一个第一电容器板12相连。可看到该第一和第二电容器板12和13具有梳形，其梳齿相互插入且不互相接触。同样的优点示出在图4中。事实上，该带3和4和该谐振电路5印刷在一个不含有外部元件的基体11上。当然我们设计了一种非常便宜的通过对一个印刷电路的化学蚀刻实施的天线。
图10和11为根据本发明的平面视图，绘出了长度±50mm的X和宽度±50mm的Y。这些图示出了与天线平面垂直的电磁场的Ez电分量用dB表示在靠近该平面测量的水平曲线。该谐振电路5是一个震荡电路包含了如上所述的平行连接的电感6和电容7。它以高频fh震荡。该天线包括该第一带3和该第二带4。这些带由位于X＝±10mm的谐振电路5分隔开。图10示出当频率fb激活时该天线1的表现。该天线的大部分长度被使用并且忽略了其阻抗很低的谐振电路的存在。图11示出当使用高频fh时该天线1的表现。该天线使用其左部分，该左部分为该第一带3的位置。该谐振电路5挡住了向右的信号通道，在右边这个信号非常弱(从-12到-24dB)。
上述的所有该天线的实施例适用于一种双频天线。很清楚本发明并不局限于使用双频。例如如果必须由该天线发射附加的比上述的fb更低的一个第三频率，则将理解到只需在该第二带之后放置一个第三带和一个在该第二带和第三带之间的第二谐振电路就可以了。这个第三带长度的选择是加上两个第一带的长度，该天线的总长与新的低频配合。在这种情况中，该第二谐振电路的谐振频率选择为fb。

Claims (10)

1.用于小尺寸设备，特别是一种电话手表的细长形状的天线，它能够接收和发送至少高频(fh)和低频(fb)值的广播信号，这种天线包括一个供能点(2)，一个长度(L1)与该高频(fh)配合的第一辐射元件(3)和至少一个第二辐射元件(4)，继该第一元件(3)之后，该第二元件的长度(L2)加上该第一元件的长度而出现一个与该低频率(fb)相配合的总长度(L3)，该第一和第二辐射元件通过一个谐振电路(5)而连接在一起，当该高频(fh)激活时，该谐振电路(5)的谐振频率(fr)选择限制该天线的长度为其第一元件(3)的长度，当该低频率激活时，该谐振电路(5)的谐振频率(fr)选择使用该天线的总长度(L3)，
其特征在于，该第一(3)和第二(4)辐射元件每一个具有大致呈矩形的一个导电带，该谐振电路(5)包括由一个电感(6)和一个电容(7，7’)的组合，所述的电感(6)是一个与至少一个所述的带形成整体并且通过其端部(8，8’)之一连接到这个带的大致笔直的窄带。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，该电感(6)和该电容(7，7’)平行连接，选择这些电路元件中的每一个的值使得具有一个与该天线的工作的该高频(fh)大致相等的谐振频率。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，该第一(3)和第二(4)带为自我支撑的并且通过固定装置(9)保持在该设备中，该电感(6)通过其第一端(8)与该第一带(3)连接并且通过其第二端(8’)与第二带(4)连接，该电容(7)为分立的电子元件，具有第一(10)和第二(10’)端子，该端子(10，10’)分别焊接在该第一(3)和第二(4)带上。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，该第一(3)和该第二(4)带位于一个绝缘基体(11)上，以便形成一个印刷电路，该电感(6)为印刷在所述的绝缘基体(11)上的一个窄道并且该窄道通过其端部(8)与该第一带连接并通过其第二端部与该第二带连接。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，该电容(7，7’)包括一个印刷在该绝缘基体(11)上且与一个第一带(3)连接的第一电容器板(12，12’)，还包括一个印刷在该绝缘基体(11)上且与一个第二带(4)连接的第二电容器板(13，13’)，每个该第一和第二电容器板呈梳状，该梳齿相互穿插而不相互接触。
6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，该电容(7，7’)为一分立电子元件，在该第一(3)和第二(4)带上分别焊接有第一(14，14’)和第二(15，15’)端子。
7.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，该电容(7，7’)包括第一(16，16’)和第二(17，17’)电容的串接安装，每个电容包括一个共用的印刷在该绝缘基体(11)下面的电容器板(18，18’)，这个共用的电容器板平行伸展，一方面在该第一带(3)下面伸展以便形成该第一电容(16，16’)，一方面在该第二带(4)下伸展以便形成该第二电容(17，17’)，所述的绝缘基体(11)用作每个所述的第一和第二电容的电介质。
8.根据权利要求3或4所述的天线，其特征在于，该第一(3)和第二(4)带设置一段决定出一个接地平面(19)的距离，该第一带(3)的起始部(20)与这个接地平面(19)短路，而该第二带(40)的结束部(21)是自由的。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，该电感(6)和该电容(7)串联，这些电子元件每个的值选择用来具有一个与该天线工作的该低频(fb)大致相等的谐振频率(fr)。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，该第一(3)和第二(4)带位于一个绝缘基体(11)上，以便形成一个印刷电路，该电感(6)为一个印刷在所述的绝缘基体上的窄道，该窄道通过其第一端部与该第一带连接，通过其第二端部与一个电容(7)的第一电容器板(12)连接，该电容(7)的该第二电容器板(13)印刷在该绝缘基体上，所述的第一和第二电容器板成梳状，该梳齿彼此穿插而不相互接触。
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