CN1614813A - 多频天线 - Google Patents
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Abstract
一种多频天线,其中介电载体设置在衬底上并形成一个凹部。第一天线元件设置在载体的至少一个表面上并且电连接到所述衬底。第二天线元件为一个陶瓷天线并设置在凹部中。第一介电层设置在第一天线元件和第二天线元件之间。第二介电层设置在衬底和第二天线元件之间。所述形成凹部的位置充分远离第一天线元件的电源接点并且远离第一天线元件的电势最高点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于移动通讯终端的天线,尤其涉及用于移动电话和数据通讯等的能够传递有多个频率的信号的多频天线。
背景技术
近年来,移动通讯取得了快速的进步,尤其是移动电话已经得到广泛的应用,且已经实现尺寸和重量的减小。就移动电话而言,双频带正变成世界各个区域中的主流,例如在日本的PDC(个人数字蜂窝电话)800MHz频带以及PDC1.5GHz频带,在欧洲的GSM(全球移动通讯系统)900MHz频带以及GSM1.8GHz频带,和在北美的AMPS(先进移动电话服务)800MHz频带以及PCS(个人通讯服务)1.9GHz频带。此外,诸如1.5GHz频带的GPS(全球定位系统)、2.4GHz频带的蓝牙系统、2GHz频带的IMT(国际移动电讯)2000正变得更加广泛。在这种环境下,为了以一个移动通讯的单装置使用这些移动电话和通讯系统,需要在该单装置中配置适合于各个频带的天线。
图8显示了第一个现有技术,其中的一个装置将用于移动电话的AMPS/PCS双频带的天线和用于GPS的天线结合在一起。这样的结构在国际专利公告号No.WO 02/89249中揭示。
由介电物质构成的载体12设置在衬底10上,由金属片构成的AMPS/PCS双频带的第一天线元件14设置在该载体12的上表面上。而且,由金属片构成的用于GPS的第二天线元件16设置在载体12的侧表面上。标号14a和14b分别表示第一天线元件14的电源端子和接地端子。数字16a和16b分别表示第二天线元件16的电源端子和接地端子。
图9显示了第二个现有技术的装置,该装置将用于移动电话的双频带天线和用于GPS的天线结合在一起。与第一现有技术类似的元件用相同的标号表示,且省略了对其各自的解释。
在该例中,比图8中显示的载体小一些的载体12设置在衬底10上,由金属片构成的双频带的第一天线元件14设置在该载体12的上表面上。而且,由金属片或者导电箔构成的用于GPS的第二天线元件16设置在靠近载体12并沿载体12的两个侧表面的衬底10上。
图10显示了第三个现有技术的装置,该装置将用于移动电话的双频带天线和用于GPS的天线结合在一起。与第一现有技术类似的元件用相同的标号表示,且省略了对其各自的解释。
在该例中,比图8中显示的载体小一些的载体12设置在衬底10上,由金属片构成的双频带的第一天线元件14设置在该载体12的上表面上。而且,用于GPS的陶瓷天线18设置在靠近载体12的衬底10上。
在图8所示的第一现有技术中,由于该结构简单且第一天线元件14有大面积,所以可以获得高增益。但是第二天线元件16的电压的最高点位于第一天线元件14附近,而且第一天线元件14电压的最高点位于第二天线元件16附近。由于这个原因,它们之间就会产生干扰,并导致隔离较差。而由于较差的隔离,所以会导致增益和电压驻波比(VSWR)可能降低的缺陷。鉴于以上所述,人们已经考虑到被第一和第二天线元件14,16接收的信号应该被一个滤波器隔离。但是,这样会导致由于需要安装滤波器的区域以及器件成本带来的问题。
在图9所示的第二现有技术中,第一和第二天线元件14,16可以相对彼此隔开设置,且可以改进隔离,使增益和VSWR在这种关系下被提高。但是,装入移动电话或者类似物中的衬底10的尺寸受到限制,所以为了在衬底10上设置第二天线元件16,第一天线元件14的面积就必须制造成小于如图8所示的第一现有技术。结果,因为第一天线元件14面积的变小,增益就不可避免被降低。
在图10所示的第三现有技术中,为了消除第一天线元件14和陶瓷天线18之间的干扰,它们必须被充分地彼此隔开,且由于这个原因,第一天线元件14的面积将制作得小一些,从而导致增益的降低。而且,由于陶瓷天线18有较高的Q值,所以即使陶瓷天线18的谐振频率对于被接收的GPS信号的频率只有一点点偏差,也会导致增益显著的下降。此外,由于陶瓷天线18的谐振频率将在很大程度上受到周围区域中的金属导体的影响,所以在第一天线元件14和陶瓷元件18以外的其他电路器件被安装在衬底10上的状态下必须检查陶瓷天线18的谐振频率。这在碰到麻烦时就是一个缺陷。此外,如果陶瓷天线18的端点通过焊接固定到衬底10上的导电箔并电连接到其上,有一个需考虑的问题就是被焊接的金属箔可能随着振动或者冲击而从衬底10上去除,且在电性能和机械特征方面的可靠性将会降低。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种多频天线,该天线可以通过消除相对干扰而获得各个元件之间的较好的隔离,并能够获得优良的增益和VSWR。
为了实现上述目的,根据本发明提供了一种天线,该天线包括:
一个衬底;
一个介电载体,设置在所述衬底上并形成一个凹部;
一个第一天线元件,设置在载体的至少一个表面上并电连接到所述衬底;
一个第二天线元件,为一个陶瓷天线并设置在凹部中;
一个第一介电层,设置在第一天线元件和第二天线元件之间;以及
一个第二介电层,设置在衬底和第二天线元件之间。
其中所述形成凹部的位置充分远离第一天线元件的电源接点并且远离第一天线元件的电势最高点。
通过这样的结构,由于第二天线元件被设置在形成于载体中的凹部,所以第一天线元件能够在设置时最大程度地利用衬底的尺寸,因此可以获得大的面积。结果增益将会增加。而且,由于凹部被设置在如上所述的位置,所以能获得优良的隔离,在第一和第二天线元件之间没有相关干扰。此外,由于绝缘层被设置在如上所述的位置,所以可以降低陶瓷天线的Q值,从而扩展陶瓷天线的带宽。所以即使陶瓷天线的谐振频率偏离将要接收的信号的频率,也可以避免增益明显下降。
更好的是,第一介电层和第二介电层的至少一个被设置成空气层。
在这种情况下,通过适当设定空气层的厚度,就容易适当地调节陶瓷天线的Q值。
更好的是,通过弹簧连接器将第二天线元件电连接到衬底。
在这种情况下,在陶瓷天线和衬底之间的电连接不会因为振动或者冲击而被破坏。
更好的是,在凹部和衬底之间设置一个介电支架,以与载体一起夹住第二天线元件。
在这种情况下,在将第一和第二天线元件组装在衬底之前,可以有效地对其天线性能进行各种测试或者类似操作。
附图说明
通过参考附图对优选示范实施例进行详细的描述,本发明的上述目的和优点将会更加明显,其中:
图1A是根据本发明的一个实施例的多频天线的俯视图;
图1B是本发明的天线的正视图;
图1C是本发明的天线的侧视图;
图2是显示本发明的天线中的主要部分的分解状态的透视图;
图3A是显示结合在本发明的天线中的陶瓷天线的分解状态的透视图;
图3B是显示陶瓷天线的组装状态的透视图;
图4是显示本发明的天线中第一天线元件的VSWR特性的曲线图;
图5是显示陶瓷天线的VSWR特性的曲线图;
图6是显示第一天线元件和陶瓷天线之间的隔离特性的曲线图;
图7A是显示第一天线元件和陶瓷天线的方向性特性的曲线图;
图7B是用于理解图7A所示的曲线图的侧视图;
图8是第一现有技术天线的透视图;
图9是第二现有技术天线的透视图;
图10是第三现有技术天线的透视图。
具体实施方式
通过参考附图将对本发明的一个实施例作详细描述。与现有技术的结构中类似的元件将用相同的标号表示,且省略对其各自的解释。
图1所示的衬底10(例如尺寸为104mm×40mm)被构型成将装入一个移动电话中。由介电物质(例如介电常数3.5)构成的载体12设置在衬底10的一个表面上。类似与图8中所示的第一天线元件14设置在载体12的上表面上。在本实施例中,陶瓷天线18设置在凹部12a中,该凹部形成在载体12的侧表面上一个充分远离第一天线元件14的电源部分以及最高电压点的位置上。在这种情况下,第一天线元件14的最高电压点位于低频带(AMPS)在谐振的情况具有长电路长度的元件的末端位置,以及高频带(PCS)在谐振的情况具有短电路长度的元件的末端位置。第一天线元件14的电源部分是设置由弹簧连接器组成的电源端子14a的一个部分(见图1C),且该部分是电流的最大点。接地端子14b也由弹簧连接器组成。在本实施例中,通过将陶瓷天线18设置在尽可能远离第一天线元件14的最高电压点和最大电流点的位置,所以相对干扰可以被降低到最低。
如图2所示,载体12的凹部12a上形成用于支撑陶瓷天线18的上转角部分的台阶部12b。另一方面,由树脂构成的支架20上形成用于支撑陶瓷天线18的下转角部分的台阶部20a而位于载体12的台阶部12b的对面。在陶瓷天线18被夹在载体12的台阶部12b和支架20的台阶部12a之间的状态下,通过一个安装螺栓22,支架20被适当地固定在载体12上。在这种情况下,要求陶瓷天线18被设置在尽可能靠近载体12的边缘的地方。支架20配备一个切口20b,从而在陶瓷天线18已经固定到载体12的状态下使陶瓷天线18的下表面的下方形成一个空气间隙。顺便提及,凹部12a在陶瓷天线18的上表面上方形成一个空气间隙。在如图1B所示的组装的状态中,厚度为t1的空气层存在于陶瓷天线18的下表面和衬底10之间,厚度为t2的空气层存在于陶瓷天线18的上表面和载体12之间。例如,载体12的高度为10mm,陶瓷天线18的厚度为3mm,t1是1mm,以及t2是3mm。
如图3A所示,陶瓷天线18在其侧表面上配备终端电极18a,且弹簧连接器24通过焊接被固定在这些终端电极18a上,如图3B所示。在图1A到1C所示的组装状态中,通过弹簧连接器24,陶瓷天线18被电连接到衬底10上。
通过上述结构,在824到894MHz带宽的AMPS和1850到1990MHz带宽的PCS中,第一天线元件14都可以获得小于3的VSWR,如图4所示。具体的实验数据如表1所示。
表1
曲线点 | 频率(MHz) | VSWR |
41 | 824 | 1.9202 |
42 | 894 | 2.0966 |
43 | 1850 | 2.2788 |
44 | 1990 | 2.8018 |
45 | 1575 | 28.031 |
如图5所示,陶瓷天线18可以获得优良的小于2的响应1575MHz的GPS信号的VSWR特性。具体的实验数据如表2所示。
表2
曲线点 | 频率(MHz) | VSWR |
51 | 824 | 52.777 |
52 | 894 | 49.261 |
53 | 1850 | 29.200 |
54 | 1990 | 30.805 |
55 | 1575 | 1.3372 |
如图6所示,已经证实在AMPS,PCS和GPS的任何频带中,在第一天线元件14和陶瓷天线18之间的隔离低于-20dB,且在实际应用中它们之间没有相关干扰。具体的实验数据如表3所示。
表3
曲线点 | 频率(MHz) | VSWR |
61 | 824 | -20.534 |
62 | 894 | -21.807 |
63 | 1850 | -25.712 |
64 | 1990 | -23.138 |
65 | 1575 | -23.759 |
图7A显示了所述天线在如图7B所示的状态中第一天线元件14的方向性。具体地说,第一天线元件14获得与849MHz的AMPS相关的最大增益0.85dBi以及平均增益-2.42dBi,同时第一天线元件14获得与1910MHz的PCS相关的最大增益1.18dBi以及平均增益-2.28dBi。另一方面,陶瓷天线18获得与1575MHz的GPS相关的最大增益2.16dBi以及平均增益-2.85dBi。值得注意的是,AMPS和PCS通过线性偏振波信号测量,且GPS通过圆偏振波信号测量。
形成在陶瓷天线18的下表面和衬底10之间的空气层贡献于降低陶瓷天线18的Q值,因此扩展了天线的带宽。而且通过适当地调节空气层t1的厚度,或者在陶瓷天线18的下表面和衬底10之间设置有低介电常数的介电物质层也可以适当地和细微地调节Q值。例如,支架20可以由不形成切口20b这样的介电物质构成。在这种情况下,由于陶瓷天线18的下表面完全被支架20覆盖,所以陶瓷天线18可受到保护以避免振动或者冲击。
而且,形成在陶瓷天线18的上表面和载体12的凹部12a的下表面之间的空气层贡献于消除经由载体12而在第一天线元件14和陶瓷天线18之间可能产生相对干扰的现象,因为空气层作为具有低介电常数的介电层。
在陶瓷天线18上方的载体12可以被切除,这样,如果第一天线元件14能够被可靠地支撑的话,空气层可以一直形成到第一天线元件14。
由于陶瓷天线18通过弹簧连接器24电连接到衬底10上,所以振动或者冲击都会被弹簧连接器24所吸收,且电连接也不会被破坏。所以,增强了天线的可靠性。
在本实施例中,陶瓷天线18被夹在载体12和支架20之间。但是,支架20也可以构型成独立支撑陶瓷天线,并且设置在载体12的凹部12a中。
第一天线元件14可以构型成传递AMPS/PCT以外的其他移动电话的双频带信号,且陶瓷天线18可以构型成传递蓝牙和IMT2000信号。
陶瓷天线18和衬底10之间的电连接可以通过采用诸如由导电金属制成的片簧那样的弹性可变形构件实现。
Claims (6)
1.一种多频天线,包括:
一个衬底;
一个介电载体,设置在所述衬底上并形成一个凹部;
一个第一天线元件,设置在载体的至少一个表面上并电连接到所述衬底;
一个第二天线元件,为一个陶瓷天线并设置在凹部中;
一个第一介电层,设置在第一天线元件和第二天线元件之间;以及
一个第二介电层,设置在衬底和第二天线元件之间,
其中所述形成凹部的位置充分远离第一天线元件的电源接点并且远离第一天线元件的电势最高点。
2.如权利要求1所述的多频天线,其特征在于,所述第一介电层和第二介电层的至少一个被设置成空气层。
3.如权利要求1所述的多频天线,其特征在于,所述第二天线元件通过弹簧连接器电连接到衬底。
4.如权利要求1所述的多频天线,其特征在于,该天线进一步包括一个设置在凹部和衬底之间的介电支架,以与载体一起夹住第二天线元件。
5.如权利要求1所述的多频天线,其特征在于,所述第一天线元件适合于用于移动电话通讯频带中的信号,而第二天线元件适合于接收GPS信号。
6.如权利要求1所述的多频天线,其特征在于:
所述第一天线元件适合于传递从PDC 800MHz和PDC 1.5GHz、GSM 900MHz和GSM 1.8MHz、以及AMPS 800MHz和PCS 1.9GHz中选择的任一个用于移动电话通讯的双频带信号;以及
第二天线元件适合于接收1.5GHz频带的GPS信号,传递2.4GHz频带的蓝牙信号或者传递2GHz频带的IMT2000信号。
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