CN1972011A

CN1972011A - 多波段天线和装置

Info

Publication number: CN1972011A
Application number: CNA2006101445012A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·S·劳伯纳; 罗伯特·希林
Original assignee: Pine Valley Investments Inc
Current assignee: MA Com Inc
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2007-05-30

Abstract

本发明公开一种设备(100)，其包括天线(102)(例如，单极天线)、第一载荷(110)和第二载荷(112)。基本沿着轴线延伸的该天线(102)具有第一末端(104)和第二末端(106)。第一载荷(110)在第一末端(104)处连接到天线上，而第二载荷(112)在第一末端(104)和第二末端(106)之间连接到天线上。第一和第二载荷(110，112)相对于轴线对称。该设备设置成在至少两个频段中工作，如从大约824MHz到894MHz的AMPS频段和从大约1850MHz到1990MHz的PCS频段。

Description

多波段天线和装置

技术领域

本发明涉及一种多波段天线和装置。

背景技术

通常希望减小电子部件和装置的尺寸。例如，存在将更紧凑的天线用在各种无线应用中的需要。另外，还对能够在多频段中工作的天线具有需要。

用于蜂窝电话的典型车载天线系统使用较大的天线元件(例如，三英寸或更大)，以满足特定性能要求。较大的天线元件通常安装在基座上，并通常由柔性振动簧片或刚性叶片环绕。该设置能够在车辆的外表面上产生较大的轮廓。不幸的是，这种轮廓无法满足典型车辆设计的目标和美感。

于是，具有提供尺寸较小而又满足特定性能标准的天线和天线装置的需要。而且，随着无线应用变得更加普遍，还需要能够在一个以上频段中工作的紧凑天线。

发明内容

该问题由具有天线、第一载荷和第二载荷的设备解决。基本上沿着轴线延伸的天线具有第一末端和第二末端。该第一载荷在第一末端处连接到天线上，而第二载荷在第一末端和第二末端之间连接到天线上。

该问题也由具有衬底的设备解决，该衬底具有一个表面。该设备还包括设置在该表面上并基本沿着轴线延伸的天线。该天线具有第一末端和第二末端。该设备包括设置在表面上的第一载荷，以及设置在表面上的第二载荷，该第一载荷在第一末端处连接到天线上，该第二载荷在第一末端和第二末端之间连接到天线上。该天线还包括环绕天线、第一载荷和第二载荷的天线罩，第一和第二载荷各自相对于该轴线对称。

该问题还由包括天线、第一载荷和第二载荷的设备解决。该天线基本沿着轴线延伸，并具有第一末端和第二末端。第一载荷在第一末端处连接到天线上，并设置使得天线在第一频段中工作，而第二载荷在第一末端和第二末端之间连接到天线上，并设置使得天线在第二频段中工作，该第二频段高于第一频段。第一和第二载荷各自相对于轴线对称。

附图说明

现在将参照附图通过实例来描述本发明，其中：

附图1是根据本发明示例性实施例的天线装置的图示；

附图2A和2B是衬底支承天线装置的图示；及

附图3是由天线罩封装的衬底支承天线装置的剖视图；

附图4是天线罩的透视图。

具体实施方式

各实施例基本上涉及天线装置。尽管各实施例可以通过实例描述为具有特定布置的一定数量的元件，但是实施例并不局限于此。例如，实施例可以包括更多或更少的元件，以及这些元件中的其它设置。

附图1是根据本发明示例性实施例的天线装置100的图示。该装置可以用于在两个或多个频率波段传输和/或接收无线信号。如附图1中所示，装置100包括单极天线102，第一载荷110和第二载荷112。

附图1示出了基本上沿轴线103延伸的单极天线102。该轴线可以是基本垂直的。另外，该附图示出了具有第一末端104和第二末端106的天线102。这些末端之间的距离表示为长度L。该长度可以大约是25至26毫米(即大约一英寸)。然而，各实施例不局限于此。馈电点108基本定位在第二末端106。在此点处，信号输送介质(如同轴电缆、电线或迹线(trace))可以连接到天线102上。

第一线性载荷110可以在第一末端104处或其附近连接到天线102上。附图1示出了围绕天线102对称的第一载荷110。第一载荷110可以设置用来传输和接收在第一频率波段内的垂直极化信号。该第一频率波段可以包括从大约824MHz到894MHz的高级移动电话系统(AMPS)波段。另外或或者，该第一频段可以包括从大约880MHz到大约960MHz的欧洲全球数字移动电话系统(GSM)波段。然而，各实施例不局限于这些示例性频率范围。

如附图1中所示，第二线性载荷112在馈电点108和第一载荷110连接的位置之间的位置处连接到天线102上。附图1还示出了围绕天线102对称的第二载荷112。

第二载荷112可以设置用来提供在高于第一频段的第二频段内的垂直极化信号的传输和接收。更为特殊的是，第二载荷112作为扼流圈操作。该特征防止第二频段的电流沿天线102通过第二载荷112传播。该第二频段可以包括从大约1850MHz到1990MHz的个人通信业务(PCS)波段。可替代地或另外地，该第二频段可以包括从大约1710MHz到大约1880MHz的欧洲数字蜂窝系统(DCS)DCS1800波段。然而，各实施例不局限于这些实例。

如附图1中所示，第二载荷112包括相对整流子片(opposing segment)114a和114b，以及相对整流子片116a和116b。这些整流子片基本垂直于轴103。另外，第二载荷112包括相对整流子片118a和118b，它们基本平行于轴线103。然而，附图1示出了这些整流子片围绕天线102对称。

整流子片116和118使第二载荷112具有U形部分。这部分可以将第一频段处的装置100的阻抗增强至希望在第二频段中传输和接收的值。

附图1示出了间距S1、S2和S3，它们存在于第二载荷112和装置100的其它部件(即天线102和第一载荷110)之间。这些间距可以设置成影响扼流圈部分114的阻抗。在各实施例中，这些间距基本大小相等。

如上所述，载荷110和112相对于天线102对称。在第一和第二频段中载荷的这种对称设置用于消除正常从非对称载荷发射的辐射(例如，水平辐射)。如螺旋状和螺旋形载荷之类的其他类型的载荷通常不提供这种消除。作为对称的结果，有利地减少了由于横向极化辐射所引起的损失。更为特殊的是，这种载荷减小了有助于垂直极化能量和水平极化能量之间的转换的效率损失。

然而，通过载荷110和112，天线装置100表现出来好像“电高于”其实际尺寸。该特征可以有利地提供如载荷所具有的有效辐射电阻。而且，载荷110和112之间的连接起到有利地改变载荷110的阻抗的作用。另外，载荷110和/或112可以还起到改善电压驻波比(VSWR)频带宽度的作用。

同样，匹配网络(例如，无源网络)可以在馈电点108处连接到天线装置上。这种匹配网络可以用来进一步改进VSWR。

天线装置100的元件(如天线102，第一载荷110和第二载荷112)可以用一种或多种合适的材料制成。示例性材料包括如铜、不锈钢和铝之类的导体。然而，本发明的实施例不局限于这些材料。这些导体可以具有各种厚度和横截面轮廓。

各种尺寸在附图1中示出。例如，附图1示出了具有宽度W₁的第一载荷110。而且，第二载荷112示出为具有高度H和宽度W₂。同样，如上所述，天线102具有长度L，并且间隔S₁、S₂和S₃与第二载荷112相关。

本发明的各实施例可以包括由衬底支承的天线装置。例如，附图2A和2B示出了一个示例性设置，其中天线装置100的元件由印刷电路板(PCB)202支承。尤其是，附图2A是一侧视图，示出了固定在或印刷到PCB202的表面203上的天线装置100的元件。

另外，PCB202在表面216处连接到基座204上。该连接可以以各种方式实现，如用采用机械紧固件和/或粘接剂。表面216的相当大的部分可以由导电材料构成，以提供接地平面。

附图2A示出了基座204具有与表面216相对的表面218。基座204的该表面可以连接到车辆上，如机动车的外表面。该连接可以以各种方式实现，如用机械紧固件、粘接剂、吸盘和/或垫圈。

在各实施例中，其它天线装置也可以连接到基座204上。例如，附图2A示出了天线装置208和210。这些装置可以具有各种类型，如印刷天线、接地天线或微带天线。另外，装置208和210可以支承各种信号的传输，如蜂窝电话或卫星电话信号、全球定位系统(GPS)信号，视频和/或无线电广播信号(模拟或数字)等。例如，在示例性设置中，装置208为GPS接地天线，装置210为数字卫星无线电接地天线，并且装置100的元件作为双波段蜂窝天线工作。

如附图2A中所示，连接器206、212和214连接到基座204上。这些连接器提供与天线装置的电连接。例如，连接器206可以连接到馈电点108上，连接器212可以连接到天线装置208上，并且连接器214可以连接到天线装置210上。如同轴电缆之类的传输线可以连接到这些连接器上。这些线又连接到车辆中的一个或多个装置上。示例性装置包括蜂窝电话、收音机、射频信号接收机、电脑装置(例如，便携式电脑、个人数字助理(PDAs)、GPS接收器等。

在备选设置中，天线装置可以通过采用一个或多个天线共用器共享连接器。该特征有利地减少了到达基座204所需的电缆数量。

各实施例可以包括辅助部件。例如，附图2A示出，基座204可以包括隐藏式内空腔220。空腔220可以容纳各种电路和/或部件。这种电路和部件的例子包括放大器、天线共用器和/或匹配网络。

例如，空腔220可以容纳连接在装置208和连接器212之间的第一活动(active)低噪声放大器(LNA)，连接在装置210和连接器214之间的第二活动LNA。同样，空腔220可以容纳馈电点108和连接器206之间的天线共用器，以提供双向操作。而且，空腔220可以容纳一个或多个天线共用器，从而天线装置可以共享表面218上的连接器。另外或可替代地，匹配网络(例如，一个或多个电容器的设置)可以设置在馈电点108和连接器206之间。

空腔220可以用导电材料作为壁，如锌涂覆层，以提供电磁干扰(EMI)屏蔽。然而，也可以使用其它材料。

在其他设置中，电路和/或部件可以放置在空腔220外部的位置处。这种位置可以包括基座204和/或衬底202上的一个或多个表面。例如，匹配网络可以放置在基座204的表面216上。如上所述，这种匹配网络可以连接在馈电点108和连接器206之间。这种电路和/或部件可以由导电材料封装，以提供EMI屏蔽。

附图2B是附图2A的设置的顶视图。该视图示出了具有较窄厚度的PCB202。当与传播方向222对准时，该设置提供降低的风阻。同样，附图2B示出，导电材料221可以设置在表面216上，以提供接地平面。

附图3是类似于附图2A和2B中的设置的设置的剖视侧视图。然而，该设置包括天线罩302，该天线罩盖住附图2A和2B的元件，如衬底202、基座204、装置208和装置210。

附图4是另一天线罩400的透视图，该天线罩可以用于覆盖附图2A和2B的元件。天线罩400具有低轮廓的空气动力学外形。如附图4中所示，天线罩400包括突起402，以容纳衬底202。

天线罩302和400可以用各种材料制成，如具有适当微波属性的塑料。这种属性的例子包括1至5之间的介电常数，以及0.01至0.001之间的损耗因数。在各实施例中，这种天线罩可以由紫外线(UV)稳定注模塑料构成。

此处，已经阐述了数个具体细节，以完全理解各实施例。然而，本领域技术人员将理解的是，在不具有这些具体细节的情况下也可以实现各实施例。在其他例子中，已知操作、部件和电路未详细描述，从而未混淆各实施例。可以认识到，此处公开的具体结构和功能细节可能是代表性的，并不必须限制实施例的范围。

例如，当公开的是25至26毫米的示例性高度时，本领域普通技术人员将能够修改该高度，以及载荷的尺寸和位置，以获得满意的双波段性能。另外，尽管此处所述的双波段处于AMPS波段和PCS波段范围，但是本领域技术人员也将能够修改天线装置的第一和第二载荷(天线和载荷的尺寸和形状)，以在不同双波段配置中正确操作。这种波段的例子包括从大约880到960MHz的欧洲全球数字移动电话系统和从大约1710到1880MHz的欧洲数字蜂窝系统(DCS1800)波段。而且，本发明的各实施例可以在多于两个波段中操作。例如，各实施例可以包括辅助(例如，对称的)载荷。

Claims

1、一种设备(100)，其包括：

基本上沿着轴线延伸的天线(102)，该天线具有第一末端(104)和第二末端(106)；

在所述第一末端(104)处连接到所述天线(102)上的第一载荷(110)；及

在所述第一末端(104)和所述第二末端(106)之间连接到所述天线(102)上的第二载荷(112)；

其中，所述第一和第二载荷(110，112)各自相对于该轴线对称。

2、如权利要求1所述的设备，其中，所述天线(102)为单极天线。

3、如权利要求1所述的设备，其中，所述第二载荷(112)具有U形部分，并且其中，该轴线是基本垂直的。

4、如权利要求3所述的设备，其中，该U形部分相对于所述轴线对称。

5、如权利要求1所述的设备，其中，所述第一载荷(11)为基本线性的。

6、如权利要求5所述的设备，其中，所述第一载荷(110)基本垂直于该轴线。

7、如权利要求1所述的设备，其中，所述天线(102)、所述第一载荷(110)和所述第二载荷(112)设置成在第一频段中交换第一无线信号，在第二频段中交换第二无线信号。

8、如权利要求7所述的设备，其中，所述第一频段为从大约824MHz到894MHz，并且其中，所述第二频段为从大约1850MHz到1990MHz。

9、如权利要求7所述的设备，其中，所述第一频段为从大约880MHz到960MHz，并且其中，所述第二频段为从大约1710MHz到1880MHz。

10、如权利要求1所述的设备，还包括衬底(202)，其中，该衬底(202)具有支承所述天线(102)、所述第一载荷(110)和所述第二载荷(112)的表面(203)。

11、如权利要求1所述的设备，其中，所述天线(102)沿着轴线具有大约一英寸的长度。

12、如权利要求1所述的设备，其中，所述第一载荷(110)设置成使所述天线(102)在第一频段中工作，并且所述第二载荷(112)设置成使天线(102)在第二频段中工作，并且其中，所述第二频段高于所述第一频段。

13、如权利要求1所述的设备，还包括：

环绕所述天线(102)、所述第一载荷(110)和所述第二载荷(112)的天线罩(302)。

14、如权利要求10所述的设备，其中，所述表面(203)基本处于垂直平面内。

15、如权利要求10所述的设备，还包括连接到所述衬底(202)上的基座(204)，其中，该基座(204)构造成安装到车辆的外表面上。