CN1471746A

CN1471746A - 作为发射天线或者接收天线的无线电天线和一个移动无线电系统

Info

Publication number: CN1471746A
Application number: CNA018182240A
Authority: CN
Inventors: 赫尔穆特・雷切尔特; 赫尔穆特·雷切尔特
Original assignee: Moletherm Holding AG
Current assignee: Moletherm Holding AG
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2004-01-28
Also published as: EA200300526A1; US20040046700A1; JP2004513548A; AU2002212210A1; EP1202384A1; CA2424991A1; EA004526B1; US6836251B2; WO2002037604A1

Abstract

这项发明涉及一种作为发射天线或者接收天线的无线电天线和一种移动无线电系统。根据发明，无线电天线(MS－A，BTS－A)是一种平面天线并且包含一个由电气绝缘物质制成的携持部分(1)，一个应用于携持部分之上的涂层部分(2)以及两个分开的涂层供给器(3，4)，这两个涂层供给器与位于缝隙之间的涂层(2)具有电气连接。这种涂层由涂层物质组成，涂层物质包含着特定成分的特定物质如粘结剂、绝缘物质、分散剂和蒸馏水。电磁波是可以通过涂层(2)发射和接收并且具有很高的频率选择性，因而也就可以与球形特性相结合。

Description

作为发射天线或者接收天线的无线电天线和一个移动无线电系统

这项发明涉及根据权利要求1的一般条款所述的作为发射或者接收天线的无线电天线，还涉及根据权利要求13的一般条款所述的移动无线电系统。

无线电通讯使用的频率开始于几千赫的频率范围。例如对于无线电广播，就使用介于520KHz和1605.5KHz之间的中波波段的频率；在短波波段，使用的是介于5.9MHz和26.1MHz之间的频率，而在超短波波段则使用87.5MHz至108MHz。对于电视广播的发射，使用的是介于124MHz和790MHz之间的频率。

在其他频率中，450MHz到465MHz的超高频段的频率被用于使用模拟技术的移动电话。而890MHz至960MHz的频率则被用于数字GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通讯系统)。无线电话工作在1180MHz到1900MHz的频率范围内。使用这些超高的频率允许采用相对小的天线并且保证了一个相对稳定的移动通讯连接。

有方向的微波连接目前使用2GHz至40GHz之间的频率。

无线电频率是稀缺的资源并且今天实际上所有理论上可用的频率都已经被占用了。因此，一个永久的目标就是更好地利用这些可用的有限的无线电频率-通过传输技术和调制解调技术的提高而在一个好的传输质量情况下达到尽可能高的信息传输率。

进一步讲，对于无线电系统，总是需要有一种简单的、设计成本低的、环境因素可靠的并且最节省能源的操作方法。这些需求对于带有移动电话(蜂窝电话)的无线电系统而言是尤其需要考虑的。

一个移动无线电系统一般而言首先包括移动站(MS)，它通常是用户的蜂窝电话。进而，一个无线电系统在每一个作为无线电小区(radio cell)的本地区域还包括一个基站收发站(BTS)，而较大的本地区域则被划分为多个相邻的无线电小区。这些基站收发站负责处理移动站间的无线电通信。若干基站收发站(BTS)被分配给一个基站控制器(BSC)。基站控制器与基站收发站通过数据传输连接起来，并且基站控制器控制和协调这些基站收发站(BTS)。数据传输可以用铜电缆或者无线电的方式实现，尤其是点对点的无线电系统。

进一步，几个基站控制器又被分配给一个移动无线切换中心(MSC)。数据传输在这里又可以通过线路或者以点对点的无线电系统来实现。

对于高级信息传输，通常要使用多种不同的调制和解调过程。例如，在许多小带宽的小通道上通过频分复用和/或时分复用来传输。然而考虑到传输的不准确性和为了保护传输的内容，复用时又必须留出安全的间隔，尤其是频率的安全间隔。

在标准的天线中，传输或/和接收时的信号质量容易收到负面的影响，在众多原因中，天线噪声是一个原因，这是因为它们只能以频选方式在一个有限范围内进行操作，并且只能在一些边带噪声下操作。这就是为什么目前所需要的安全间隔不能被任意减小的原因之一。

尤其是对于移动电话(蜂窝电话)，特别要求重量轻、紧凑的设计和节能的操作。目前移动电话相对大的重量和体积实质上是由于电池和为了提高信号质量而配备的滤波器电路导致的，当然还有其他一些原因。

本发明的一个主要目的就是提供一个设计简单的无线电天线作为一种宽带天线，这种宽带的天线能够覆盖较大范围的可用无线电频段并且能够以高的频选精度工作在传输和接收模式中。本发明的另一个目标包括提供一个能够利用这种无线电天线的移动无线电系统。

第一个目标是通过权利要求1的特征实现的，而第二个目标则是由权利要求13的特征实现的。

依照权利要求1，本无线电天线是一个平面天线，包括一个携持部分(carrier part)及其涂层(coating)部分和两个涂层供给器(coatingfeeder)。

携持部分包含一种绝缘材料。

涂层由含有如下成分的涂层材料构成：

a. 48％到65％的基本物质，包括

■ 36％到46％的粘合剂，

■ 12％到22％的绝缘物质，

■ 12到24％的分散剂，

■ 8％到40％的蒸馏水

和

b.35％到52％的石墨

粘合剂的成分

■ 64％到79％的蒸馏水，

■ 4％到6％的磺酸盐油，

■ 0.16％到0.24％的苯酚或者0.05％到0.5％的苯并异噻唑啉酮(benzisothiazolinone)，

■ 17％到22％的酪蛋白，

■ 0.8％到1.2％的尿素，

■ 2％到6％的碱性稀释剂，和，

■ 2.3％到2.8％的己内酰胺。

类似地，一般认为电气特性活跃的涂层物质与辐射放热系统有关，其中发射的频率在万亿赫兹范围的时候就会由于分子共振现象而在物质中出现发热的现象。与之相对比，本发明的直接涂层物质主要设计用于工作在低频无线电天线的区段。

涂层供给器是至少两个分开的具有好的导电性能的电导体，并与位于其缝隙中的涂层物质具有电气连接。

涂层供给器与电磁震荡电路的其它元件连接起来，使得电磁波在涂层的平面扩展部分是可发射和接收的。

为了使用一种均匀的涂层，粘合剂包含了蒸馏水，这使得独立的元件相互之间融合地很好。磺酸盐油和必要时的一种调和剂可以被用来作为溶液媒剂，从而使得粘合剂中各种物质形成均匀的分布，并且在携持部分构成一种好的涂层材料的薄膜形状。

粘合剂中包含的苯酚或者苯并异噻唑啉酮有利于已存在的少量的颗粒的粘合。酪蛋白被认为是粘合剂中的一种，它导致粘合剂中的各种成份的粘合。尿素也是在粘合剂中被用作溶液媒剂，它有利于形成各种成份的均匀分布。除此之外，粘合剂中还使用了一种稀释剂，作为一种结构性的物质，它主要用来均匀化以及作为己内酰胺。

基本物质包括粘合剂，它是一个主要的组成部分，绝缘物质的颗粒将会粘合在这些粘合剂上。分散剂促进分散，因此它有利于形成粘合剂与绝缘物质的颗粒在基本物质中的均匀分布。添加的石墨也将其自己的颗粒增加到已经粘合了绝缘物质上的粘合剂中。这样，大量微小的电偶极子就在绝缘体上形成了，并且这些电偶极子均匀分布在涂层物质中，因此也就存在于使用中的涂层中。这种布局主要是以偶极子的形式提供了大量耦合的微小的和谐及不和谐的振荡器。因此，高程度的发射和接收电磁辐射导致了整个从几个KHz到GHz的可用无线电频率范围，并且还具有很高的频率选择性。

由于具有很高的频率选择性，实际上没有边带噪声被发射。因此对于减少安全的频率间隔是非常有利也是可能的。这样可用的频率范围就可以得到充分的利用，因此就可能达到更高的频率传输速率。从设备的技术角度考虑，滤波器设备-尤其是主动滤波器-就可以被省略或者至少被减少。而且因为没有噪声的更为干净的频率信号被发射出去，原来用在发射噪声信号的能量和用来运转滤波器的那部分能量就可以节省下来。因此，有其对于移动电话而言，在更低的功率输入下进行工作就成为可能的，特别是当有了更小的电池和更长的单次充电工作时间。

根据本发明设计的无线电天线出人意料地具有一种球形发射特性而没有明确的方向特性。这也可以被用来降低操作所需的能量。对于移动电话，由于某种特定的能量发射被分布在空间的各个方向，所以这将进一步有利地提高电磁兼容性，因为一种特定的发射能量分布在空间的所有方向从而也避免了发射的辐射集中于用户的头部的区域。

根据本发明设计的无线电天线由于具有上文所述的诸多优点，因而可以用于所有的无线电装置和无线电系统，例如广播站或者电视操作中。这是因为相对于总带宽而言的宽带性和高的频率选择性，实际上所有可用的无线电频率都可以被覆盖到。为了使天线能够获得不同的性能只需简单地对其进行空间上的调整。

根据权利要求2，携持部分可以使用坚硬的电气绝缘塑料方便地制造出来并且成本低廉。

基本上，无线电天线或者携持部分各自具有不同的形式，因为天线的效果是通过涂层中大量的电偶极子来实现的。然而根据权利要求3，为了形成一个平面的天线而将携持部分设计成平面形状是非常方便的。这样，活跃的涂层就能够根据情况在表面的一个和(或者)两个面上被使用了。即使这样的一个平面的天线也具有球面发射的特性。这里，由于位于配备的涂层供给器之间的涂层表面的作用，实质上可能的发射和接收功率是确定了的，而这里层的规格会产生一个较低的影响，然而随着天线性能的提高，这种影响将会增大。

根据权利要求4，携持部分可以是机壳外壁的组成部件之一，尤其是那种塑料制成的移动站的机壳外壁，这是因为这种结构紧密并且制造简单，所以也就可能被实现。因此，目前标准形式的那种突伸出来的杆状天线比如蜂窝电话上的那种就不再需要了。

对于涂层的制作，可以使用磺酸盐油，例如，硫酸化橄榄油、硫酸化芝麻油或者硫酸化棕榈油等。然而根据权利要求5，硫酸化蓖麻油是被推荐使用的，这种成分一般称作磺化蓖麻醇酸盐或者土尔其红油。由于其界面的活性，它是非常适用的。

根据权利要求6，苯酚最好是通过碾碎得到的碳化苯酚，这种苯酚对于颗粒粘着具有很好的适用性。除了苯酚，苯并异噻唑啉酮也是可用的。

根据权利要求7，稀释剂是一种溶剂，这种溶剂基于芬芳剂和/或酒精和/或酯和/或酮，例如萜烯。

作为绝缘物质，本质上已知的绝缘体就可以被使用。然而根据权利要求8，推荐使用的绝缘物质是绝缘煤烟。这种已经处于碾碎状态的具有了很小的颗粒煤烟非常有利于添加。因此，这将有利于煤烟在基本物质中的均匀分布，所以也就有利于在涂层物质中形成大量的电偶极子。

根据权利要求9，分散剂(有利于分散从而形成粘合剂与绝缘颗粒在基本物质中的均匀分布)为有机的单体和/或多体物质。

根据权利要求10，在一种优选实施方式中，涂层物质包含一种触变剂。这种触变剂使得涂层物质具有粘滞一致性，例如，当在携持部分使用时它可以被容易地刷上去；另一方面，在静止状态下，它十分坚硬从而使得在其表面不可能形成液滴。这样，携持部分上的涂层物质的准确轮廓就能够形成了。

在权利要求11所推荐的实施方式中，涂层供给器是并行对齐的铜薄片条带，并且为了提供电气连接，涂层被应用在铜薄片条带的上面或者下面，或者这些铜薄片条带被嵌入在涂层物质中。因此，就特别能获得一种电导和/或电容性的耦合。

为了保护涂层和/或涂层供给器免受环境的影响，权利要求12建议在其上使用一种保护层。这可以被设计作为最终一层的覆盖层或者它可以本质上包含一种保护膜。天线的作用不会受到这种覆盖物的影响。

由权利要求13所规定的移动无线电系统包含移动站(MS)，这通常是用户的蜂窝电话；还包在每个区域都包含一个基站收发站(BTS)，其作用就是处理与移动站间无线电通信。若干基站收发站(BTS)被分配给基站控制器(BSC)，在这里通过数据线路或者无线电实现数据通讯。若干基站控制器(BSC)再被分配给一个移动交换中心(MSC)，同样，在这里通过静态线路或者无线电来实现数据的传输，尤其是点对点无线电系统。

上文所述的无线电天线的设计尤其适合于与移动站(MS)结合，这种移动站通常是移动电话或者蜂窝电话。而且，具有较大尺寸和几乎相同优点的这种无线电天线可以被用于基站收发站(BTS)、基站控制器(BSC)，如果需要的话也可以用于移动交换中心(MSC)。

上文已经具体讲过，这种特定的无线电天线也可以和其他无线电系统一同使用，诸如无线电广播、电视的操作和卫星的通讯，应有的结果通常是非常好的。

下面以图示的方式更加详细地解释了本发明。

各幅图的内容如下：

图1：一种移动无线系统的示意图，

图2：发射信号的表示，

图3：具有球形特性的平面天线的移动站-如移动电话(蜂窝电话)，

图4：图3的天线的示意图。

图1是一个移动无线电系统的示意表示，这里一个移动无线电区域被划分为若干独立的区域性的无线电小区，与之相邻的3个无线电小区也被示意性地绘制了出来。在每个无线电小区FZ1，FZ2和FZ3中都安置了一个基站收发站BTS1，BTS2和BTS3。这些基站收发站BTS1，BTS2和BTS3负责处理与被分配的无线电小区FZ1，FZ2和FZ3中的移动站的无线电通信。这里，在无线电小区FZ1中示意性地绘制了一个移动站MS1，而在无线电小区FZ2中，又示意性地绘制了两个移动站MS2和MS3。基站收发站BTS1，BTS2和BTS3与一个基站控制器(BSC)相连，在基站控制器上又串行连接了一个移动交换中心MSC。

在移动站MS1，MS2和MS3上和基站收发站BTS1，BTS2和BTS3上，分别使用了根据本发明所设计的具有频率选择特性的天线MS-A和BTS-A。

在图2中，示意性地用实线画出了从这种天线发出的一个纯净的频选载波频率信号。相应的，点划线表示了从标准的天线所发出的具有旁带噪声的信号。同时也给出了对于接收的相应的情况。

图3显示了一种普通设计的移动电话，它就是一种具有上文所述的设计的具有平面天线MS-A的移动站MS。进一步，在图中也表示出了球形的发射和接收特性KC。

在图4中，示意性地展示了无线电天线MS-A的结构：在平面形状的塑料的携持部分上，具有特殊涂层材料的涂层2被加在一个表面上。并行对齐的铜薄片条3、4是涂层供给器，它们具有与涂层2的电气连接。铜薄片条3、4通过一个串行连接的电子系统与额外的线路5、6相连接。

Claims

1.作为发射天线和接收天线的无线电天线，尤其是用于移动无线电系统(MFS)，该无线电天线(MS-A，BTS-A)可与发射单元或者接收单元相连接并作为一种宽带天线，从而成为了工作在当前相应的频率范围上的频选电磁振荡电路的一部分，

其特征在于无线电天线(MS-A，BTS-A)是一种平面天线，包含一个携持部分(1)和一个加在携持部分之上的涂层部分(2)，同时还包含两个涂层供给器(3，4)，

携持部分(1)由电气绝缘材料组成，

涂层(2)由具有如下成分的涂层材料制成：

a.48％到65％的基本物质，包括

■ 36％到46％的粘合剂，

■ 12％到22％的绝缘物质，

■ 12到24％的分散剂，

■ 8％到40％的蒸馏水，

和

b.35％到52％的石墨，

粘合剂的成分为

■ 64％到79％的蒸馏水，

■ 4％到6％的磺酸盐油，

■ 0.16％到0.24％的苯酚或者0.05％到0.5％的苯并异噻唑啉酮，

■ 17％到22％的酪蛋白，

■ 0.8％到1.2％的尿素，

■ 2％到6％的碱性稀释剂，和，

■ 2.3％到2.8％的己内酰胺，

以及，

涂层供给器(3，4)是至少两个分开的由高导电性能材料制成的导体并与涂层(2)的界面具有电气连接，以及

涂层供给器(3，4)能与电磁振荡电路(5，6)的附加部分结合，使得电磁波通过涂层(2)的平面扩展部分能进行发射和接收。

2.根据权利要求1的无线电天线，其特征在于携持部分(1)是由坚硬塑料制成。

3.根据权利要求1或2的无线电天线，其特征在于携持部分(1)是设计成平面形状，因此无线电天线(MS-A，BTS-A)是平面天线，以及具有涂层供给器(3，4)的涂层(2)被加在一个和/或两个表面上。

4.根据权利要求1-3的任意一项的无线电天线，其特征在于携持部分(1)是机壳外壁的一个组成部分，尤其是塑料制成的移动站外壁(蜂窝电话外壁)。

5.根据权利要求1-4的任意一项的无线电天线，其特征在于磺酸油成分优选使用硫酸化蓖麻油。

6.根据权利要求1-5的任意一项的无线电天线，其特征在于苯酚成份使用碾碎而生成的碳化苯酚，或者优选使用苯并异噻唑啉酮。

7.根据权利要求1-6的任意一项的无线电天线，其特征在于稀释剂是一种基于芳香剂和/或酒精和/或酯和/或酮的溶液。

8.根据权利要求1-7的任意一项的无线电天线，其特征在于绝缘物质是绝缘煤烟。

9.根据权利要求1-8的任意一项的无线电天线，其特征在于分散剂是一种无机和/或有机、单体和/或聚合体物质。

10.根据权利要求1-9的任意一项的无线电天线，其特征在于涂层物质包含一种触变剂。

11.根据权利要求1-10的任意一项的无线电天线，其特征在于涂层供给器是并行对齐的铜薄片条(3，4)，并且涂层(2)与铜薄片条(3，4)的上部或下部相接触或者它们被嵌入在涂层中。

12.根据权利要求1-11的任意一项的无线电天线，其特征在于保护层加在涂层(2)和/或涂层供给器(3，4)之上。

13.一个移动无线电系统包括：

移动站(MS)作为用户的蜂窝电话，

在一个作为无线小区(FZ)的区域内的一个基站收发站(BTS)，用来处理与移动站(MS)之间的无线电通讯业务，

基站控制器(BSC)，每个基站控制器被分配给若干基站收发站(BTS)并通过数据传输与它们相连，还用来控制和协调所分配的基站收发站，以及

移动交换中心(MSC)，每个移动交换中心与若干个基站控制器(BSC)通过数据传输连接，并且负责管理这些基站控制器(BSC)，

其特征在于

根据权利要求1-12的任意一项的无线电天线(MS-A，BTS-A)，在至少一个移动站(MS)和/或至少一个基站收发站(BTS)和/或至少一个基站控制器(BSC)和/或至少一个移动交换中心(MSC)中被使用。