CN1759504A - 用于移动无线电终端的天线耦合器和固定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动无线电终端(0)的固定器(1)以及移动无线电终端的天线耦合器。固定器配备用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口(50)，以及耦合结构，其用于固定器(1)和位于固定器中的移动无线电终端(0)的天线之间RF信号的电磁耦合。该耦合结构按一定方式设置于固定器(1)中，以便在插入移动无线电终端(0)时，将耦合结构置于移动无线电终端(0)附近。耦合结构是双层或多层耦合结构的形式，其中具有两个或多个耦合结构元件(2，3)被一个设置于另一个上。

Description

用于移动无线电终端的天线耦合器和固定器

发明领域

本发明涉及用于移动无线电终端的天线耦合器，它具备用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口，以及用于在天线耦合器和该天线耦合器附近的移动无线电终端的天线之间RF信号的电磁耦合的耦合结构。本发明还涉及用于移动无线电终端的固定器，它具备用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口，以及具备用于固定器和固定器中的移动无线电终端的天线之间RF信号的电磁耦合的耦合结构，其中该耦合结构设置于固定器中，以使当插入移动无线电终端时，耦合结构被置于移动无线电终端附近。

发明背景

当前，可获得移动无线电终端的各种变型和实施例。一些移动无线电终端中没有配备用于外部天线连接的天线插座。

尽管如此，为了可以用外部天线操作这些移动无线电终端，已知天线耦合器，它允许天线耦合器和移动无线电终端的天线之间RF信号的电磁耦合。

作为实例，DE10 037 241A1描述了用于安装在机动车辆车厢中的蜂窝电话用的一种固定器，该固定器具备耦合天线。在将移动无线电终端插入时，该耦合天线允许移动无线电终端的天线和用于蜂窝电话的固定器之间RF信号的电容耦合。一连接线将耦合天线连接到外部天线。用于蜂窝电话的固定器具有例如磁体的附着元件，它将移动无线电终端固定于蜂窝电话的固定器中。

在这种情况中，耦合天线包括具有λ/4电长度的双极结构，它由金属或高度导电的塑料构成并形成角度。在这种情况中，耦合天线的至少一部分在蜂窝电话的固定器的上面的固定元件中布设，从而不仅注入从移动无线电天线横向发射的那些RF信号，还注入向上发射的RF信号。这改善了RF信号的传送品质。

DE19 953 648A1描述了模块化双频段平面耦合器，用于将外部天线耦合到移动无线电终端。该天线耦合器包括具有沟槽形式的导电结构的导电板或箔，它由沟槽形式的一个或多个导电波导分段组成，其中同轴波导的内部导体和外部导体分别导电连接到开槽导体的相对边缘上的导电板或箔。在这种情况中，内部导体的轴线相对于导电板或箔的表面的法线被正交地引导，且与开槽导体的轴线成直角。排列形成结构的导电板或箔，不进行任何导电接触，且其平行于系统集成对象天线元件的表面并在对象天线元件的天线元件装置之上。

此外，已知适于移动电话天线的线圈或金属眼形式的天线耦合器。

本发明现在基于将不具备天线插座的移动无线电终端连接到外部天线并在过程中保持耦合损耗尽可能小的目的。

该目的是通过一种用于移动无线电终端的天线耦合器来实现的，它具备用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口，并具有耦合结构，其用于天线耦合器和位于天线耦合器附近的移动无线电终端的天线之间RF信号的电磁耦合，其中耦合结构是双层或多层耦合结构的形式，其中两个或多个耦合结构元件一个设置在另一个上。本发明还涉及一种用于移动无线电终端的固定器，该固定器配备了用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口，并具有耦合结构，其用于固定器和位于固定器中的移动无线电终端的天线之间RF信号的电磁耦合，以及按一定方式将所述耦合结构设置于固定器中以便在插入移动无线电终端时所述耦合结构被置于移动无线电终端的附近，其中所述耦合结构是双层或多层耦合结构的形式，其中两个或多个耦合结构元件被一个设置于另一个上。

本发明特别提供了移动无线电终端的典型内部天线和外部天线之间的低损耗电磁耦合，所述内部天线具有明确的方向特性并通常在两个或多个不同频段(双频段，三频段)下运作。调查显示，按这种方式被物理地一个设置于另一个之后的耦合结构元件使其能更大地减少耦合损耗，即便当各耦合结构元件具有平面配置时也是如此。在这种情况下，本发明基于在该应用领域的特定条件下(天线和耦合器设置成彼此非常接近，移动无线电天线的强方向特性，在两个或多个频段中的操作，所使用的频段)，一个设置于另一个之后的多个耦合结构的空间排列结构改善了电磁耦合并因此能减少耦合损耗。已发现，作为分离的结果，这样的两个或多个耦合结构元件的空间排列结构使其比平面天线耦合结构的情况中将更大的场分量注入耦合结构，即便当耦合结构之间的距离在未实现阻抗变换特性的范围中时。

当用于车辆内时，这导致以下特殊优点：

减少了车辆内的场强。车辆车体的屏蔽效应意味着在不使用本发明的情况下移动无线电终端必须以更高的功率水平操作。因此，这避免了由于共振效应产生与露天(即车外)相比明显较高的场强。此外，移动无线电终端产生的电场也影响车辆中设置的电子设备，并会导致对这种电子设备的干扰。此外，这避免减小无线电小区的小区规模。移动无线电终端的辐射场也被正常地由车体作用高度干扰。因此，本发明减少了出现降低语音品质甚至可能导致连接终止或非可达性的接收空洞的概率。

从属权利要求书中指明了本发明的有利改进。

已发现将两个或多个耦合结构元件设置成彼此离开一定距离并在基本相互平行的平面上是特别有利的。在这种情况中，耦合结构元件优选被一个设置于另一个上彼此离开3到6毫米的距离。这样的结构一方面特别好地与移动无线电终端的发射特性以及移动无线电终端所使用的频段相匹配，另一方面能方便和廉价地制造。

在这种情况下，当两个或多个耦合结构元件被定向为一个在另一个之后与移动无线电终端的主发射方向成直角时，可以获得进一步的优点。这能增加可注入的场分量的比例。

此外，通过将耦合结构元件在固定器中可能的空间范围内尽可能远地加以排列，可增加可注入的场分量比例。例如，第一耦合结构元件设置于固定器的上面的紧邻附近，而第二耦合结构元件设置于固定器的下面的紧邻附近。

将耦合结构元件按波长的分数分开，特别是λ/4或以上，也是有利的，因此利用附加形成的耦合结构的阻抗变换特征。为了改善由移动无线电终端所使用的两个或多个频带的匹配，在这种情况下，使用彼此适当分开的三个、四个或更多耦合结构元件是有利的。

通过由期望用于不同波长范围的两个或多个不同地成形的结构元件构成的一个耦合结构元件，可以在两个或多个不同频率范围中实现特别低的耦合损耗。在这种情况中，当使用两个这种结构元件时，发现一个耦合结构元件由定向方向旋转经过90°的两个结构元件形成是有利的。根据本发明的进一步的较佳实施例，还可以为不同波长范围优化不同的耦合结构元件。

由应用于特别是板的装配基片的一面上的导电材料制造一个耦合结构元件是方便的。还可以将由导电材料构成的两个或多个结构元件应用于装配材料上并借助电容器或线圈将一个或多个这些结构元件彼此连接，以使天线耦合器与特定移动无线电终端相匹配。这种过程形成生产中的优点：可以以更高的品质为不同的移动无线电终端类型制造具有两个或多个结构元件的装配基片，因为在每种情况中用于一个特定移动无线电终端类型的耦合结构元件可个别地与该移动无线电终端类型的特定发射特征相匹配。这形成将低制造成本与低耦合损耗相联系的解决方案。

根据本发明的一个较佳实施例，两个或多个耦合结构元件由应用于分别相关的薄电介质装配基片体上的导电材料构成，其中电介质装配基片体被一个设置于另一个上彼此离开一定距离。例如，耦合结构可包括一个设置于另一个上且其上提供了导电表而耦合结构元件的两个或多个板。这使得在制造方面可以方便地生产天线耦合器并具有较低的耦合损耗。通过具有装配基片体之间设置的一个或多个电连接元件的天线耦合器，可以实现另一个优点。耦合结构元件或耦合结构元件的结构元件借助于这些电连接元件彼此耦合。

电连接元件优选各自具有一个或多个导电接触元件，它们按弹簧形式安装并啮合于相应成形的接触表面。一方面，这简化了组件，同时另一方面，增加了天线耦合器的操作可靠性和寿命。特别在机动车辆领域中，这是有利的，因为在固定器安装于机动车辆中时振动和较大的温度波动作用于天线耦合器上。

还发现，将RF耦合元件设置于第一装配基片上以便耦合应用于第二装配基片体上的耦合结构元件的两个或多个结构元件是有利的。这使其能更精确地匹配天线耦合器的特性阻抗。

由柔性材料制造装配基片体也是方便的。已发现，最靠近移动无线电终端的最上面的耦合结构元件被设置成尽可能靠近移动无线电终端的天线是有利的。如果该耦合结构元件的装配基片体由柔性材料制成，则装配基片体可以与移动无线电终端的形状合并，从而移动无线电终端的天线和该耦合结构之间的距离是很短的。

通过最上面的耦合结构元件与固定器的外壳相连(特别是通过粘结)也可实现这些优点。在这种情况下，最上面的耦合结构元件可以设置于固定器的外壳之外或者在固定器的内面上。在这种情况中，外壳内面上的结构的优点在于减少了天线耦合器的故障概率，且增加了天线耦合器的寿命。在这种情况下，最上面的耦合结构元件设置于固定器外壳的内面上在移动无线电终端的天线的紧邻附近是有利的。

通过在耦合结构元件的导体表面之间设置一个或多个内部研磨区的装配基片体可以获得其它优点。通过除去电介质材料改善了调谐天线耦合器的能力。

附图说明

作为实例，在以下文本中参考许多实例性实施例并结合附图说明本发明，其中：

图1示出了用于根据本发明的具有天线耦合器的移动无线电终端的根据本发明的固定器的示意图。

图2示出了用于如图1所示的天线耦合器的耦合结构元件的平面图。

图3示出了用于如图1所示的天线耦合器的耦合结构元件的平面图。

图4示出了用于如图1所示的天线耦合器的耦合结构元件的平面图。

图5示出了用于根据本发明进一步实施例的移动无线电终端的根据本发明的固定器的示意图。

图6示出了用于根据本发明进一步实施例的移动无线电终端的根据本发明的固定器的示意图。

具体实施方式

图1示出了固定器1、由两个耦合结构元件2和3以及电连接元件4形成的天线耦合器，接口单元50，连接电缆51，外部天线52和移动无线电终端0。

移动无线电终端0可以是不同制造商的移动无线电终端之一，其可基于不同的移动无线电标准运作。例如，可以是GSM终端(GSM＝用于移动通信的全球系统)或者UMTS终端(UMTS＝通用移动电信系统)。在这种情况中，移动无线电终端0优选是能利用两个或更多频段进行通信的移动无线电终端。

固定器1设计成使之机械地固定移动无线电终端，如上所述。除了纯粹的机械保持，固定器1具有将移动无线电终端固定于固定器内的固定装置将是有利的。作为实例，该固定装置可以是磁体、固定支架或者形成机械夹住效果的元件。

固定器1具有连接元件也是有利的，该连接元件在移动无线电终端0被插入固定器1中到其限制位置时将与移动无线电终端0上的接口啮合。作为实例，该接口可以是控制接口和/或用于外部电源的接口。

固定器1还设计成使其适于在机动车辆中安装。作为实例，为此它可以具有合适的切口(cutout)，可以借助该切口经由附着装置连接到机动车辆。固定器1可进一步以两个部分设计。一方面，它可具有与特定移动无线电终端机械和/或电匹配且其中集成了天线耦合器的固定装置。另一方面，它还可以具有可与机动车辆机械连接的基部。在这种情况中，可以在固定装置和基部之间提供标准机械和/或电连接，从而用于不同移动无线电终端类型的不同固定装置可机械和/或电连接到一个且相同的基部。

当然，固定器1还可用于其它应用领域。

天线耦合器经由连接线与接口装置50相连。作为实例，接口装置50是用于同轴电缆连接的连接插座。但接口装置50也可以是简单的导电连接。连接电缆51将接口装置50连到外部天线52。外部天线52例如是机动车辆的外部天线。但外部天线52也可以是机动车辆内设置的且例如装配于窗表面区域中的天线。

也可以省去接口装置50并将连接电缆51直接连到天线耦合器1，例如通过将其焊接到耦合结构元件3。

除了天线耦合器，固定器1还可包含其它组件，例如用于免提装置、导航系统等。为此，固定器1还可具有输入和输出装置，例如麦克风、扬声器、显示器等。

耦合结构元件2和3分别由施加在薄装配基片(特别是板)的一面上的导电材料组成。在这种情况中，也可通过由一定厚度的导电材料形成耦合结构元件提供足够的机械强度而省去装配基片。

两个耦合结构元件2和3排列于基本相互平行的平面上并彼此分开约3.5mm。在这种情况中，耦合结构元件2和3之间的距离可以作为所使用的移动无线电终端以及所使用的装配材料的介电常数以及耦合结构元件2和移动无线电终端0的天线之间的距离的函数而变化。调查显示：优选以彼此相距超过3mm的距离排列耦合结构元件2和3。

图2和3中示出了耦合结构元件2的两个较佳实施例。图4示出了耦合结构元件3的一个较佳实施例。

此外，耦合结构元件2和3也可以不排列于相互平行的平面上，而是例如具有凹入或成角度的形状，以使耦合结构元件更好地与所使用的移动无线电终端的发射特性相匹配。此外，为此，也可以将耦合结构元件2和3之间的距离选择为在某些地方是不同的。

电连接元件4在耦合结构元件2和3之间形成双芯或多芯电连接。它优选由不导电材料组成的基体构成，其中引导按弹簧形式安装的一个或多个导电接触元件。例如，连接元件4的一端焊接到耦合结构元件3上的导体轨迹，因此固定地连接到耦合结构元件3。连接元件4的电连接接触元件的另一端啮合于耦合结构元件2上的适当成形的接触表面。

当然，电连接元件4也可由电缆或相互分开的一个或多个导线引线构成，在耦合结构元件2和3的导电区域之间形成导电接触。

图2示出了耦合结构元件1的一个面的示图。在该实例性实施例中，耦合结构元件由薄的不导电基片以及应用于该基片上并由导电材料构成的结构元件构成。

因此，导电结构元件2具有电介质体21以及由导电材料构成并具有两个耦合点24和25的两个结构元件22和23。

电介质体21优选是一板。用于电介质体21的材料是FR4材料，其介电常数为4.5到6，优选约4.5。此外，还可以将陶瓷装配或RT Duroid用作基片。陶瓷装配的使用可以减小耦合结构的尺寸。电介质体21的厚度约为0.1到0.5mm。在这种情况中，使电介质体21更薄是有利的。

构成结构元件22和23的导电层的厚度优选为35μm到70μm，但也可以更厚或更薄。诸如铜的金属可用作导电材料。但，导电材料也可是导电塑料。

如图2所示，结构元件22和23被形成为不同形状并期望用于不同的波长范围。结构元件22期望用于1800MHz频段。结构元件23期望用于900MHz频段。如图2所示，结构元件22被水平定向，而结构元件23被垂直定向。

在这种情况中，耦合结构元件22是非全部闭合的环路形式，其长度约为14mm且宽度约为5mm。构成耦合结构元件22的导体轨迹的宽度约为1mm。

耦合结构元件23具有伸长的螺旋形。如此形成的螺旋的长度约为25mm，其宽度约为8mm。

图3示出了耦合结构元件22和23的可选实施例。

图3示出了耦合结构元件8，它由由薄导体材料组成的两个结构元件82和83以及电介质体81构成。

结构元件82和83形成不同形状，其中结构元件82期望用于1800MHz频段，结构元件83期望用于900MHz频段。两个结构元件82和83也被不同地定向。例如，结构元件82被垂直定向，结构元件83被水平定向。结构元件82是螺旋形。且结构元件83是蜿蜒形。

也可改变结构元件22、23、84和85的尺寸，以使其与移动无线电终端使用的频段、与所使用的电介质体的介电常数以及与它们和移动无线电终端的天线之间的距离相匹配。此外，还可将结构元件22和82或者23和83彼此互换，或者可以在各耦合结构元件自身内将它们彼此耦合。

图4示出了耦合结构元件3，它由电介质体39和由薄导电材料组成的多个结构元件321、322、323、324、31和33构成。结构元件321、322、323、324和31可借助电容器连接到结构元件33。这允许天线体被调谐到各移动无线电终端。作为实例，结构元件321和31因此经由电容器(图4中未示出)连接到结构元件33。研磨区域341、342、343和344设置于结构元件321到324、31和33之间。诸如这些的内部研磨区域也可形成于电介质体21和81上。

此外，电介质体31具有连接到电连接元件4的组合器35。组合器35用于耦合图2和3中的耦合结构元件24和25以及84和85。这种情况下，组合器35借助电容器或线圈将结构元件耦合到耦合点36。

此外，结构元件33具有一个或多个耦合点37。现在将天线电缆的内部导体连接到耦合点36，且天线电缆的外部导体连接到耦合点37。

图5示出了移动无线电终端0和固定器6的示意图。

固定器6可按与图1所示的固定器1相似的方式设计。固定器6具有外壳61、两个耦合结构元件62和63、电连接元件64以及连接电缆66。连接电缆66的一端连接到外部天线，优选是车辆天线。连接电缆66的另一端被连接到耦合结构元件63的接口65。耦合结构元件62和63以及电连接元件64形成移动无线电终端0的天线耦合器，它具有用于外部天线连接的接口65。

在移动无线电终端0的天线区域中的外壳61中提供耦合结构元件62所经过的缺口。耦合经过元件62由薄弹性装配基片构成，其上施加薄的导电材料层，以便形成耦合结构元件。

弹性装配材料62例如是厚度0.5mm的FR4。作为实例，铜或铝被用作导电材料。耦合结构元件62的导电轨迹的形状可与图2和图3所示的那些相对应。此外，耦合结构元件63可按与图4所示的耦合结构元件3相同的方式设计。

图6说明了本发明的进一步实例性实施例。图6示出了移动无线电终端0和固定器7的示意图。固定器7具有图1的实例性实施例中说明的功能和机械改进。此外，固定器7具有外壳71、三个耦合结构元件72、73和74以及三个电连接元件75、76和77。

作为实例，耦合结构元件72可按与图2所示的耦合结构元件3相同的方式设计，耦合结构元件73可以按与图3所示的耦合结构元件8相同的方式设计，且耦合结构元件74可以按与图4所示的耦合结构元件3相同的方式设计，其中区别在于，组合器35以及用于外部天线连接的耦合点36和37被设置于耦合结构73的电介质体上。

此外，耦合结构72和73还可分别仅具有一个结构元件，例如，图2或3中所示的结构元件之一。

电连接元件75和76按与图1所示的电连接元件4相同的方式构成。在这种情况中，电连接元件75和76优选被焊接到耦合结构73的导电区域并用按旋转方式安装的接触针啮合到耦合结构72和74的相应成形的接触表面上。耦合结构72排列于移动无线电终端0的天线附近的外壳71的内表面上并粘结到外壳内部。这种情况下，耦合结构72优选由箔状元件构成，其中适当成形的电连接结构被引入该箔状元件，且其具有用于连接到外壳72的内面的粘结表面。

电连接元件77由具有按弹簧形式安装并被引入不导电材料的共同体中的多个接触针的插头元件构成。除了外部天线连接，电连接元件77还用于AF信号连接和电源。

Claims (19)

1.一种用于移动无线电终端(0)的天线耦合器，其中该天线耦合器配备了用于外部天线特别是机动车辆天线的连接的接口(50；36，37；65，77)，以及耦合结构，其用于天线耦合器和位于天线耦合器附近的移动无线电终端(0)的天线之间RF信号的电磁耦合，

其中所述耦合结构是双层或多层耦合结构的形式，其中具有两个或多个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)一个设置在另一个上。

2.如权利要求1所述的天线耦合器，其特征在于，两个或多个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)设置于基本相互平行的平面上并彼此离开一定距离。

3.如以上任一项权利要求所述的天线耦合器，其特征在于，两个或多个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)一个设置在另一个上，且彼此分开约3到6毫米。

4.如以上任一项权利要求所述的天线耦合器，其特征在于，第一耦合结构元件(2；8)包括两个或多个不同地成形的结构元件(22，23；82，83)，被期望用于不同的波长范围。

5.如权利要求4所述的天线耦合器，其特征在于，第一耦合结构元件(2；8)具有两个结构元件(22，23；82，83)，其定向方向被旋转通过90°。

6.如权利要求4或5所述的天线耦合器，其特征在于，第二耦合结构元件(3)包括彼此耦合的两个或多个不同地成形的结构元件(31，321，322，323，324)。

7.如以上任一项权利要求所述的天线耦合器，其特征在于，一个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)在任何情况中都由导电材料构成，所述导电材料施加在装配基片(21，81)(特别是板)的一面上。

8.如权利要求7所述的天线耦合器，其特征在于，由导电材料构成的两个或多个结构元件(31，321，322，323，324)应用于装配基片(39)上并可特别地借助电容器或线圈彼此连接，用于调谐。

9.如以上任一项权利要求所述的天线耦合器，其特征在于，两个或多个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)各自由分别施加于相关的薄电介质装配基片体(21，39，81)上的导电材料构成，且电介质装配基片体被一个设置于另一个上，彼此离开一定距离。

10.如权利要求9所述的天线耦合器，其特征在于，天线体具有一个或多个电连接元件(4，64，75，76)，它们设置于装配基片体之间。

11.如权利要求10所述的天线耦合器，其特征在于，一个电连接元件具有一个或多个导电接触元件，它们按弹簧形式安装并啮合于相应成形的接触表面。

12.如权利要求9到11之一所述的天线耦合器，其特征在于，用于耦合应用于第二装配基片体(21；91)上的两个或多个结构元件(22，23；82，85)的RF耦合元件(35)设置于第一装配基片体(39)上。

13.如权利要求9到12之一所述的天线耦合器，其特征在于，所述装配基片体由柔性材料构成。

14.如权利要求9到13之一所述的天线耦合器，其特征在于，所述装配基片体(39)具有一个或多个内部研磨区域(341，342，343)，它们设置于耦合结构元件(31，321，322，323，324)的导体表面之间。

15.一种用于移动无线电终端(0)的固定器(1，6，7)，该固定器(1，6，7)配备了用于外部天线(52)特别是机动车辆天线的连接的接口(50，77)，并具有耦合结构，其用于固定器(1，6，7)和位于固定器中的移动无线电终端(0)的天线(52)之间RF信号的电磁耦合，以及按一定方式将所述耦合结构设置于固定器(1，6，7)中以便在插入移动无线电终端(0)时所述耦合结构置于移动无线电终端(0)的附近，

其中所述耦合结构是双层或多层耦合结构的形式，其中具有两个或多个耦合结构元件(2，3；62，63；72，73，74)被一个设置于另一个上。

16.如权利要求15所述的固定器，其特征在于，按一定方式将所述耦合结构设置于固定器(1，6，7)中以便在插入移动无线电终端(0)时将所述耦合结构置于移动无线电终端的天线的紧邻附近。

17.如权利要求15或16所述的固定器，其特征在于，将一个耦合结构元件(72)连接，特别是粘结，到固定器(7)的外壳(71)。

18.如权利要求15到17之一所述的固定器，其特征在于，一个耦合结构元件(72)设置于固定器(7)的外壳(71)的内面上，在移动无线电(0)的天线的紧邻附近。

19.如权利要求15到18之一所述的固定器，其特征在于，两个或多个耦合结构元件被设置成在基本彼此平行的平面上且离开一定距离，其中所述平行平面以直角与移动无线电终端的主发射方向对准。

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