CN1439182A - 具有内部天线和接地外部螺旋线天线的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种双波段蜂窝电话天线。单极天线被调谐到操作的第一谐振频率。第一螺旋天线(16)被连接到所述单极天线，且具有围绕所述单极天线的匝数，其中所述第一螺旋天线被调谐到操作的第二谐振频率。接地的第二螺旋天线(41)围绕所数第一螺旋天线，且被形成为具有上电容性负载段(52)以将所述接地的第二螺旋天线基本上调谐到所述操作的第二谐振频率。所述蜂窝电话具有由导电材料形成的外壳(70)。印制电路板(PCB)具有金属接地平面，其中所述金属接地平面和所述接地的第二螺旋天线被连接到所述蜂窝电话外壳。

Description

具有内部天线和接地外部螺旋线天线的天线装置
技术领域
本发明总的来说涉及天线。具体地说，本发明涉及多波段、三芯导线天线。
背景技术
存在一种连续的需要：提高蜂窝电话天线的性能。例如，蜂窝电话天线的效率可以显著地影响需用于发送和接收信号的能量数量。
如果天线效率差，蜂窝电话的功率放大器不得不产生更大的功率信号以克服天线的低效率。而且，在操作的接收侧，蜂窝电话的敏感性影响天线的效率。
而且，蜂窝电话被不断地设计为在不只一个频率波段上操作。工作的第一频率波段在800MHz附近，工作的第二波段在2GHz附近。因此，存在一种需要：有更多的有效率的天线结构适于多波段操作。进一步存在一种需要：需要有效率的天线结构，其具有足够大的波段以覆盖工作的蜂窝频率波段。
附图说明
图1表示内部螺旋天线结构；
图2是表示根据本发明的第一实施例的、围绕图1的内部螺旋天线结构的接地的外部螺旋天线结构；
图3是表示根据本发明的第二实施例的、与图2的接地的外部螺旋天线结构一起使用的组合单极和内部螺旋天线结构；和
图4示出根据本发明的第三实施例的结合了导电的蜂窝电话外壳的图2的接地的螺旋天线结构。
具体实施方式
图1是表示内部螺旋天线结构8。内部螺旋天线8包括同轴线接插件10，其具有中心导线12和接地线14。内部螺旋天线结构进一步包括谐振器，在此示出的谐振器为具有端部18和20的内部螺旋天线16。端部18被连接到同轴线接插件10的中心导线12。内部螺旋天线16被形成为具有沿线性轴11绕绝缘型材料6缠绕的螺旋匝数，并且沿着内部螺旋天线16的整个长度，相邻的匝数之间的距离基本上相等。
内部螺旋天线16的电长度被选择为接近λ/4。这里λ是对应于所期望的(谐振)内部螺旋天线16的中心频率的波长。有几个设计参数影响选择用于内部螺旋天线16的实际物理长度。例如，正如本领域普通技术人员所公知的一样，螺旋匝数的直径将改变必须的物理长度。在所示的实施例中，将中心频率设计为接近800MHz，用于蜂窝频率波段。
正如已经提到的那样，在图1中所示的天线结构以及本发明的其它实施例被与蜂窝电话或其它便携式、无线系统一起使用。常规的蜂窝电话包括用于发射信号的发射机，用于接收信号的接收机，连接到发射机和接收机用于产生载波频率信号的合成器，和用于控制蜂窝电话的操作的控制器。
图2是表示根据本发明的第一实施例的、围绕图1的内部螺旋天线16的接地的外部螺旋天线结构。在所有的附图中，相同的标记代表相同的器件。圆柱形绝缘的间隔30被基本上设置在内部螺旋天线16的整个部分。间隔30将内部螺旋天线16(图1)与第二谐振元件隔离开，第二谐振元件在此被称为射频(RF)接地的螺旋天线40(图2)。接地的螺旋天线40被连接到在端部42的连接器10(图1)的接地部分。接地的螺旋天线被缠绕在内部螺旋天线16和间隔30以围绕内部螺旋天线16。
接地的螺旋天线40被形成为具有相邻的螺旋匝数的第一部分50，该相邻的螺旋匝数被间隔得比内部螺旋天线16的相邻螺旋匝数更远。而且，接地的螺旋天线40被形成为具有上部电容性负载部分52，以将接地的螺旋天线40基本上调谐到内部螺旋天线16的操作的谐振频率。电容性负载部分52位于与端部42相反的端部44处。
因此，第一部分50具有在第一预定量的相邻匝数的距离，第二部分具有在第二预定量的相邻匝数的距离，这里，第二预定量小于第一预定量。这种天线结构产生改进的天线效率，在正常的蜂窝电话使用中，具有足够的带宽以覆盖蜂窝频率波段。在接地的螺旋天线40中使用可变的螺距以使带宽的性能最大，同时仍然保持合适的接地的螺旋天线40的谐振频率。接地的螺旋天线40的操作的谐振频率基本上等于内部螺旋天线16的操作的频率。
间隔30的宽度(图2)被选择为足够小，使得接地的螺旋天线40被紧密地电连接到内部螺旋天线16。同样，有几个设计参数来调谐整个天线结构的性能。例如，降低在电容性负载部分52的螺旋匝数之间的距离将增加接地的螺旋天线的带宽，但是也增加了谐振频率。因此，调谐第一部分以补偿增加的中心频率。如前所述，内部螺旋天线16的电长度本选择为接近λ/4，这里λ为对应于内部螺旋天线16的中心(谐振)频率的波长。根据经验将接地的螺旋天线的最优电长度基本上确定为3λ/8。对于本领域的普通技术人员来说，很明显，可以根据其它的设计参数(例如，接地的螺旋天线40的螺旋匝数的直径，螺旋匝数之间的间隔，间隔30的宽度，等等)来选择内部螺旋天线16和接地的螺旋天线40的其它电长度用于相同的中心频率。
图3是表示根据本发明的第二实施例的、与接地的外部螺旋天线40(图2)一起使用的多波段天线结构60。为了获得的多波段操作，在此称为单极天线62的导电线穿过内部螺旋天线16和用于内部螺旋天线的整个长度的中心。单极天线62的电长度为λ/4，这里λ为对应于个人通信系统(PCS)蜂窝频率波段的中心(谐振)频率的波长，该蜂窝频率波段大约为1.8GHz。然后，在正常蜂窝电话使用中，通过与现有技术的蜂窝电话天线技术相比的给定波段，将图3的多波段天线结构与接地的螺旋天线40(图2)组合以获得改善的效率的多波段天线。
图4示出根据本发明的第三实施例的结合了导电的蜂窝电话外壳70的接地的螺旋天线40。不只是普通的塑料，蜂窝电话外壳70由导电材料形成，正如本领域所公知的一样。蜂窝电话外壳70携带至少一个印制电路板(PCB)72，且PCB 72具有由接地74代表的金属接地平面，正如本领域所公知的那样。通过本领域公知的常规方式将金属接地平面和接地的螺旋天线40连接到蜂窝电话外壳70。
接地的螺旋天线40与接地和蜂窝电话外壳70连接被与图1示出的第一实施例或者图2示出的第二实施例一起使用，以提供天线性能的附加的提高。已经根据经验观察到，在RF接地74和导电蜂窝外壳70的天线返回电流是最小的，并且返回电流被转到外壳、接地的螺旋天线40。这就改善了辐射效率，同时仍然满足带宽要求。
提供了对优选实施例的上述说明，以使本领域技术人员能够实现优选实施例。对于本领域普通技术人员来说，对这些实施例的各种修改是显而易见的，并且在此限定的一般原理可以应用到其它的实施例中，而无需创造性的能力。例如，示出的实施例示出了由接地的外部螺旋天线环绕的内部螺旋天线。在其它实施例中，可以用被基本上调谐到相同谐振频率的接地的外部螺旋天线围绕内部天线，但是内部天线是不同于常规的螺旋天线的天线结构。因此，那些蜂窝电话天线设计领域的普通技术人员将认识到，可以根据设计参数(例如，成本、大小、天线方向性等等)使用其它的天线结构来作为内部天线。而且，示出的图4的蜂窝电话包括两个可移动的附属外壳部分。在另一个实施例中，蜂窝电话仅包括一个导电外壳部分。而且，在不背离本发明的精神之下，可以采用将天线结构连接到同轴电缆或者PCB的其它装置。

Claims (16)

1.一种蜂窝电话的多波段天线装置，其特征在于：
多波段天线；和
环绕所述多波段天线的接地的螺旋天线。
2.根据权利要求1的多波段天线装置，其特征在于：
由导电材料形成的蜂窝电话外壳；和
由所述蜂窝电话外壳携带的印制电路板(PCB)，所述PCG具有金属接地平面，所述金属接地平面和所述接地的螺旋天线被连接到所述蜂窝电话外壳。
3.根据权利要求2的多波段天线装置，其中所述多波段天线包括被连接到单极天线的螺旋天线。
4.根据权利要求3的多波段天线装置，其中所述接地天线包括沿线性轴的匝数，在所述接地螺旋天线的一些相邻匝数之间的距离沿所述线性轴变化。
5.根据权利要求4的多波段天线装置，其中所述接地螺旋天线包括沿所述线性轴的顶部和底部，被连接到所述金属接地平面的所述底部，和沿所述线性轴、位于与所述底部相反的端部，所述顶部的相邻匝数之间的距离窄于所述底部的相邻匝数之间的距离。
6.一种蜂窝电话天线，其特征在于：
内部天线；和
围绕所述内部天线的射频(RF)接地螺旋天线，所述RF接地螺旋天线包括，
第一部分，其具有在第一预定量的相邻匝数之间的距离，和
第二部分，其具有在第二预定量的相邻匝数之间的距离，所述第二预定量小于所述第一预定量。
7.根据权利要求6的蜂窝电话天线，其中所述RF接地螺旋天线的谐振频率基本上等于所述内部天线的谐振频率。
8.根据权利要求6的蜂窝电话天线，其特征在于：
由导电材料形成的蜂窝电话天线；和
由所述蜂窝电话外壳携带的印制电路板(PCB)，所述PCB具有金属接地平面，所述金属接地平面和所述RF接地螺旋天线被连接到所述蜂窝电话外壳。
9.根据权利要求6的蜂窝电话天线，其中所述内部天线包括内部螺旋天线。
10.根据权利要求9的蜂窝电话天线，其中所述RF接地螺旋天线的谐振频率基本上等于所述内部天线的谐振频率。
11.根据权利要求10的蜂窝电话天线，其特征在于：
由导电材料形成的蜂窝电话外壳；和
由所述蜂窝电话外壳携带的印制电路板(PCB)，所述PCB具有金属接地平面，所述金属接地平面和所述RF接地螺旋天线被电连接到所述蜂窝电话外壳。
12.一种蜂窝电话天线，其特征在于：
调谐到操作的第一谐振频率的单极天线；
第一螺旋天线，被连接到单极天线，并且具有围绕所述单极天线的匝数，所述第一螺旋天线被调谐到操作的第二谐振频率；和
电接地的第二螺旋天线，其围绕在所述第一螺旋天线，所述电接地的第二螺旋天线被形成为具有上电容性负载段以调谐所述电接地的第二螺旋天线到基本上为所述操作的第二谐振频率。
13.根据权利要求12的蜂窝电话天线，其特征在于：
由导电材料形成的蜂窝电话外壳；和
由所述蜂窝电话外壳携带的印制电路板(PCB)，所述PCB具有金属接地平面，所述金属接地平面和所述电接地的第二螺旋天线被连接到所述蜂窝电话外壳。
14.一种蜂窝电话，其特征在于：
用于发射信号的发射机；
用于接收信号的接收机；
连接到所述发射机和所述接收机的合成器，用于产生载频信号；
用于控制所述蜂窝电话的操作的控制器；
连接到所述发射机和所述接收机的第一螺旋天线，第一螺旋天线被调谐到操作的谐振频率；和
围绕所述第一螺旋天线的接地螺旋天线，所述接地螺旋天线被形成为具有相邻螺旋匝数的第一部分，所述相邻匝数第一部分被分离得比所述第一螺旋天线的相邻螺旋匝数远，所述接地螺旋天线被形成为具有上电容性负载段，以将所述接地螺旋天线基本上调谐到所述操作的谐振频率。
15.根据权利要求14的蜂窝电话，其特征在于：
由导电材料形成的蜂窝电话外壳；和
具有金属接地平面的印制电路板(PCB)，连接到所述蜂窝电话外壳的所述金属接地平面和所述接地的第二螺旋天线。
16.根据权利要求15的蜂窝电话，其特征在于：单极天线被连接到所述第一螺旋天线，且被调谐到操作的第二谐振频率。
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