TW404082B - Dual-band helix antenna with parasitic element and associated methods of operation - Google Patents

Description

404082 五、發明說明（1) 發明範圍 本發明大致上關於無線電話之天線系統，及更特別關於 與可攜無線電話機一起使用之雙頻頻螺旋天線系統及方 法。 發明背景 在本技藝中皆眾所周知之無線電話機通常稱為可對一個 以上其他通路終端機提供一無線通訊鏈之通訊終端機。此 等無線電話機皆用於種種不同之應用，包括細胞式電話， 陸地行動（例如警察及消防部門），及衛星系統。 極重要者，所有無線電話機包括某種型式之天線系統用 以發射及（或）接收通訊信號。根攄歷史上敘述，單極及雙 極天線由於其簡單，寬頻帶響應_，寬天線幅射圖，及低成 本或許業已最廣泛地使用在各種不同之無線電話機應用 上。具體言之，半波長（λ/2)單極及雙極天線業已成功地 使用在許多無線電話機應用上。然而，如以下所討論者， 此等天線僅僅不適合某些無線電話機應用而已。 因為通訊技術業已成熟，故已經可能戲劇性地把大部分 無線電話機之尺寸減小，致使現在許多無線電話機應用皆 係為需要易於攜帶的及最好便於裝在用戶之口袋内之小而 可手持之無線電話之行動用戶所設計。然而，傳統之半波 長及四分之一波長單極天線皆不甚適合此等應用，因以體 積較小之現代手持無線電話為準之這些體積大之天線使其 不實用地大用在這樣一手持無線電話機上。 螺旋天線為代表對和手持無線電話機應用中之單極天線

C: \1234\54689. ptd 第6頁 五、發明說明（2) 404082 相關之大小問題之一個可能答案。此類天線指的是包括照 一螺旋圖型所纏繞之導電構件之天線。因導電構件係纏繞 在一軸之四周，故一四分之一波長或半波長螺旋天線之軸 向長度係相當地小於一可比較之四分之一波長單極天線之 長度，及因此螺旋天線可常被用於可禁止四分之一波長單 極天線之長度之所在。再者，雖然一半波長或一四分之一 波長螺旋天線係較其半波長或四分之一波長單極天線相對 者典型地相當短，但此螺旋天線可顯示相同之有效電長 度。 和使螺旋天線甚適合許多無線電話應用之螺旋天線相關 之另一優點係其設計靈活性。例如，螺旋天線可設計以幾 個模式來操作，每個螺旋天線則_提供一不同型式之幅射圖 型。一個這樣模式係稱為「軸向模式」操作，此項操作模 式可藉設計螺旋天線予以獲得以具有一較相當於所欲之頻 率操作之波長大好幾倍之軸向長度。在此模式中，螺旋天 線典型地提供一較高增益幅射圖型，及此圖型可維持在一 較大之操作頻帶寬度上。然而，軸向模式中所提供之幅射 圖型係高度定向的及予以圖形地極化及因此軸向模式操作 係典型地不適於行動無線電話機應用，例如細胞式電話， 在其中用戶手持之手機並不跟蹤基地台天線。 螺旋天線可操作之第二模式係稱為正常模式。為了以此 模式來操作起見，一螺旋天線典型地具有一以一小俯仰角 纏繞在一小直徑上之諧振長度（即1/4人，1/2又，3/4又或 λ長，其中；I係相當於天線操作之頻帶之中心頻率之波

C:\1234\54689.ptd 第7頁 五、發明說明（3) 長）之幅射元件。因此被設計以正常模式操作之螺旋天線 係方便地小及甚適合各種不同之可攜行之無線電話機應 用，例如細胞式電話機是也。在正常模式中，天線典型地 提供一亦甚適合細胞式電話應用之線性地極化之環形幅射 圖型，但不幸，天線僅在一位於諧振頻率附近之較窄頻帶 寬度上提供此幅射圖型。再者，天線之固有頻帶寬度係與 由天線之螺旋纏繞之幅射元件所限定之圓筒之直徑成比 例，及因此，所有別的係相等的，天線之真徑愈小，操作 頻帶愈小。 雖以軸向模式，正常模式或兩者之一比例組合所操作之 螺旋天線在一更傳統之變極或單極天線係太大之許多應用 中皆係一邏輯選擇，都有許多需_要一能以兩個以上寬廣隔 開頻帶發射及（或）接收信號之較小天線之無線電話機應 用。一個實例應用係雙頻帶細胞式電話，此等電話稱為以 兩頻帶操作之細胞式電話，諸如8 5 0 MHz及1 9 2 0 MHz頻 帶。各種不同之衛星通信系統則提供需要雙頻帶性能之應 用之另一實例，像這樣的系統典型地具有寬廣分開之發射 及接收頻帶。然而，不幸者，如上所述，螺旋天線大致上 係不適合這些應用，因此等螺旋天線由於當以正常模式操 作時之此類型天線之可能頻帶寬度限制，典型上係不能在 一寬頻帶之頻率上提供一準全向式幅射圖型。 數種雙頻帶螺旋天線系統已予以提出而不管螺旋天線之 上述限制。例如，授予Olesen等人之美國第4，554,554號 專利案討論一包括沿其每個元件之P I N二極體開關之四線

C:\1234\54689.ptd 第8頁 _404082__ 五、發明說明（4) 螺旋天線以提供裝置用以藉將元件之電長度變更以選擇方 式用兩不同之頻率之一使天線諧振。然而，在0 1 e s e η等人 所揭示之天線並不像其以軸向模式操作一樣解決上述問 題，及因此並不提供一準全向式幅射圖型，及以正常模式 來操作之天線之任何相應設計對手持無線電話機言可能為 不實用地巨大。 同樣者，授予Garay等人之美國第4, 494, 122號專利案討 論一包括一上方幅射元件及一在一個頻率上諧振之槽路電 路，及一螺旋元件及在一第二頻率上諧振之有關之套管構 件之天線系統。雖然此裝置係可能較一習用套管偶極子為 短，卻仍然較小，及每個諧振頻率附近之天線之可用操作 頻帶寬度係極小，致使此天線系_統不適合例如細胞式電話 機之許多可能之雙頻帶應用。 授予Siwiak等人之美國第4, 442, 438號專利案討論一種 包括兩四分之一波長螺旋天線元件及一線性導電構件之可 能是真地在兩不同頻率上諧振之天線系統。然而，S i w i ak 等人所揭示之天線並不在寬廣分開之頻率（所揭示之諧振 頻率係8 2 7 Μ Η z及8 5 0 Μ Η z )上諧振，因天線係被設計使天 線響應變寬以包括與在兩寬廣分開之頻帶中提供操作相反 之一單一頻帶寬度之操作。 最後，另外螺旋天線系統係揭示在討論分別經由使用一 導管，以及可變節距繞組之雙頻帶操作之曰本第5 - 1 3 6 6 2 3 號專利及美國第0 8 - 7 2 5 5 0 7號專利申請案中。燃而，用以 提供用於上述兩方法中之雙頻帶操作之機構，即螺線之鄰

C:'\i234\54689.ptd 第9頁 404082 五、發明說明（5) 接繞組間之耦合，典型地導致一在較高之頻帶中之一窄操 作頻帶寬度及更可以提供唯一限制之設計彈性。再者，曰 本第5 - 1 3 6 6 2 3號專利案中所討論之天線在較高之頻帶中亦 具有一降低有效孔徑。 因此，依照對雙頻帶無線電話機及具有此等無線電話之 現行天線系統之問題之上述需要，存在一項需要能以兩寬 廣分開之頻帶操作之小而全向無線電話天線系統。 發明概要 鑒於與現行無線電話機相關之以上限制，本發明之一目 的在提供一種小而足以與現代手持細胞式電話一起使用之 雙頻帶無線電話機之一天線系統。 本發明之另一目的在提供一象並不需要特別電路在兩頻 帶上來操作或與收發兩用機相界面之無線電話機之一雙頻 帶天線系統。 本發明之又更一步目的在提供一種能在兩個以上不同頻 率上諧振之天線系統。 本發明之另外目的，特徵及優點將在一閱讀下列詳細敘 述及所附之申請專利範圍以及在一參照附圖時即瞭解。 本發明之這些及其他目的係由包括一螺旋天線及毗鄰螺 旋天線被定置之一個以上寄生元件之螺旋天線系統予以提 供以便使天線系統在至少兩分開之頻帶上諧振。靠有利地 將寄生元件定置，及僅使螺線之選擇繞組與寄生元件相耦 合，可能提供一顯示良好組抗匹配及製造較低廉之小而高 性能雙頻帶天線系統。

C:\1234\54689.ptd 第10頁 _404082_ 五、發明說明（6) 在本發明之一較佳具體實例中，用以在兩寬廣分開之頻 帶發射及接收電信號之一天線系統係予以提供，該系統包 括一螺旋天線及一毗鄰於螺旋天線之寄生元件。在本發明 之此具體實例中，寄生元件係予以定置俾當較高之頻帶中 之射頻能係入射在天線系統上時，螺旋天線及寄生元件皆 以電容方式予以麵合，而當較低之頻帶中之射頻能係入射 在天線系統上時，螺旋天線係大致上與寄生元件隔離。再 者，天線系統之有效孔徑在兩頻帶上係大致上相同的。 在本發明之另一具體實例中，螺旋天線可以正常模式予 以構成來操作，及如在天線饋電上所見之天線之阻抗可能 係大約5 0 〇 h m s。另外者，可將天線系統予以設計俾能係 僅被耦合在螺旋天線及非毗鄰緣_組上之寄生元件之間。再 者，天線系統可再包括一電介質用以實際上將螺旋天線與 寄生元件隔離。 根據本發明之螺旋天線亦可予以設計來諧振而不靠較低 頻帶中之寄生元件。再者，寄生元件可定置在毗鄰於螺旋 天線之至少兩繞組之螺旋天線之外面。另外者，天線系統 可與一具有一發射機，一接收機，一用戶介面，及一天線 饋電系統之無線電話機共用來實施。 在本發明之另一具體實例中，寄生元件係傾斜地定置至 螺旋天線之内部。在此具體實例中，可將寄生元件予以定 置以便很接近於螺旋天線之至少兩繞組。在又另一具體實 例中，寄生元件可定置在螺旋天線之外邊及鄰接於螺旋天 線。

C:\1234\54689.pld 第11頁 五、發明說明（7) ------ 在本發明之又另外之特點中’一第二寄生元件可設在鄰 接於螺旋天線，在其中將第二寄生元件予以定置俾當在— 較稍低之兩寬廣分開之頻帶為高之第三頻帶中之射頻能係 入射在天線系統時，螺旋天線及第二寄生元件皆以電容方 式予以耦合，而當在較低之兩寬廣分開之頻帶中之射頻能 在係入射在天線系統時，螺旋天線係大致上與第二寄生元 件隔離。 在本發明之一較佺之具體實例中，天線系統則以824至 8 94 ΜΗζ及1 8 5 0至1 9 90 MHz頻帶發射及接收電信號。在本 發明之此具體實例中，螺旋天線之直徑可能為大約6-1 〇公 厘螺旋天線之軸向長度可能約2〇-25公厘，及寄生元件可 能約1 0 - 1 4公厘長。 因此，本發明之天線系統提供能以兩個以上寬廣分開之 頻帶操作之較小’準全向全式天線。此操作係在並不需要 有效轉換或用戶輸入方面予以消極地完成。再者，這些天 線可予以設計以便不需要任何阻抗氐配及當以操作之每個 頻帶操作時有效地使用天線之整個孔徑及，因而，使由天 線所發射及（或）接收之信號能之數量增至最大。再者，因 本發明之天線系統可予以設計僅允許越過非毗鄰繞組之耦 合，故可能使在天線上操作之所有頻帶中之天線系統之 作頻帶寬度增加最大。 μ 圖式簡述 圖1係一包括種根據本發明之天線系統之一雙頻帶盔 線電話機之方塊圖； 、

圖2例示本發明之天線系統之一較佳具體實例； 圖3例示本發明之天線系統之一可選擇之具體實例； 圖4例不本發明之天線系統之一可選擇之具體實例； 圖5例不本發明之天線系統之一可選擇之具體實例； 圖6例示根據較低（85〇 MHz)頻帶之本發明之天線系統之 一較佳具體實例之性能；及 圖7例示根據較高（1 92 0 \IHz)頻帶之本發明之天線系統 之一較佳具體實例之性能。 發明詳述 本發 明之較 不同方 述之具 揭示將 精於本 可有利 為以往 全部適 一根 體實例 雙向無 機，一 機。 π %將 佳具體 式予以 體貫例 係充分 技藝人 地用於 任何方 用於同 據本發 係例示 線電語 手持細 參照附圖在下文中予以更完全地敘述，本發 實例皆示於附圖中。然而，本發明可以許多 具體化及應不予以_解釋為被限於本文中所陳 ;更精確言之，這些具體實例皆被提供俾此 完整的，及將更完全地把發明之範圍傳達給 員。另外者’精於本技藝人員將瞭解本發明 種種不同應用，及因此本發明應不予以解釋 式被限於本文中所述之實例應用。同樣號碼 樣元件。 明包括一天線系統2 〇之無線電話機丨〇之一具 於圖1中。無線電話機丨〇可包括任何型式之 音通訊終端機’類似’例如—衛星通訊終端 胞式電話機，或一民用頻帶無線電收發兩用 如圖1中所示，無線電話機1〇典型地包括一發射機12

-404082- 五、發明說明（9) 一接收機1 4，及一用戶界面1 6。為精於本技藝人員所熟 知·發射機1 2則將要由無線電話機1 0予以發送之資訊轉換 成一適合無線電通訊用之電磁信號，及接收機1 4則將由無 線電話機1 0予以接收之電磁信號解調以便以用戶瞭解之一 格式將包含在信號中之資訊提供給用戶界面1 6。適合與一 手持無線電話機一起使用之各種不同之發射機1 2，接收機 及用戶介面1 6 (例微音器，鍵盤，旋轉撥號盤）皆為精於本 技藝人員所知道，及這些裝置可在無線電話機中予以實施 之。 圖2在描述本發明之天線系統2 0之一較佳具體實例。如 圖中所示，天線系統2 0大致上包括一天線饋電結構2 2，一 幅射元件30，及一寄生元件40。_再者，天線系統20可另外 地包括一在較佳具體實例中為一具有一端帽之塑膠管之天 線罩。 幅射元件3 0最好包括例如銅之導電材料之一連續導線或 導帶。如圖2中所示，此導線或導帶係以螺旋圖型予以纏 繞。在圖2中所描述之具體實例中，幅射元件3 0之起端3 2 係以電氣方式予以耦合於天線饋電結構2 2，及遠端3 4係予 以開路之。然而，還有精於本技藝之人員將係這樣瞭解， 幅射元件3 0無需一定地起端3 2饋電，但可選擇地自遠端3 4 予以饋電。 如圖2中所例示，天線系統20之螺旋天線具有一相當於 由幅射元件3 0所界定之圓筒之直徑之直徑（D )，及一相當 於該圓筒之高度之軸向長度（Η)。天線係再由幅射元件之

第14頁 C:\1234\54689.pld 4 Ο 4 Ο 8 λ： 五、發明說明（ίο) 長度（L )及節距角予以界定 軸向長度旋轉之阻數之一函 統20之具體實例中，幅射元 小直徑上，及因而係設計以 還有圖2中也是這樣例示’ 支承管3 8之長度依照一螺旋 然而，還有精於本技藝人員 3 8係不需要者，因天線可被 立式導線或帶3 0 —樣實施。 導電材料一樣實施，較佳者 件3 0相關之電感減至最小起 一被設計依照1500- 1 6 6 0 Μ 大約3 - 5毫米寬），藉以使天 機1 4之匹配容易。 還有精於本技藝人員將也 沿全部其同軸長度'-保持一恒 旋線。相反者，皆在本發明 實例包括在幅射元件環繞一 端變到另 雖然天線 之幅射元 狀外殼或 但在直徑上亦自一 射元件3 0。因此， 界定一圓筒狀外殼 具有一卻界定一錐 ，此節距角則為螺旋線每單位 數。在圖2中所描述之天線系 件3 0係以一小節距角纏繞在一 正常模式來操作。 幅射元件3 0可藉沿一同軸之 圖型纏繞導線或帶予以實施。 將是這樣瞭解，一同軸支承管 當作依照一螺旋圖型纏繞之自 其中幅射元件3 0係被當作一條 ，為了減少損失及使與幅射元 見乃使用一較寬之帶（例如供 ζ頻.率範圍來操作之天線用之 線2 0之阻抗與發射機1 2及接收 是這樣瞭解，幅射元件3 0在其 定直徑之意義上無需一真實螺 之範圍内之諸可能選擇之具體 轴而形成一線圈或部分線圈， 一端之意義上皆係螺旋狀之幅 系統2 0之較佳具體實例具有一 件3 0，但要實現天線系統2 0以 另一旋轉體表面之幅射元件3 0 係可能的。 由天線系統2 0之螺旋天線所提供之幅射圖型主要係螺旋

第15頁 C:\.1234\54689.ptd 五、發明說明（11) ±04082

直徑（D )，節距角及元件長度（1/)之一函數。在本發明之— 較佳具體實例中，幅射元件30之電氣長度係大約為又/4 , λ /2 ’ 3又/4或λ (其中又係，相當於天線要操作之較低頻 率之中“頻ifi之波長），因而一天線將在較低之操作頻帶’' 中之為振上把以操作。然而，就本揭示而言，還有精於本 技藝人員將是這樣瞭解，天線系統2 0之螺旋狀部分無需在 天線要操作之較低頻帶中被設計為特性地諧振者，因多寄 生元件可用來產生多點諧振’致使幅射元件3 0在操作之頻 帶之一中諧振沒有必要。再者’如本文中所討論者，可能 或好用與四分之一波長之某種其他倍數相反之長度久/4之 幅射元件來操 約50 ohms) ^ 再者，還有 罩效應，幅射 因天線罩易於 者為短。此一 標，及，因此 接近和一具有 射元件3 0相諧 用天線罩效應 螺旋天線，此 裝置之使用以 源及負、載之間 係不限於具有 作，因此長度之 更輕易地與電源 精於本技藝人員 元件3 0之實際結 改變傳播之速度 效應係有利的， 一幅射元 像輸線18 也將是這 構長度可 致使長度 其中較小 之阻抗予以匹配。 樣瞭解，由於天線 予以顯著地縮短， 係較在自由空間中 ，將不用說本發明之天線 一不是一四分之 振時操作。再者 之處）長度λ / 4， 諧振或接近諧振 其他長度之幅射 提供良好之電源 屬於一四分之一 一波長倍 ，雖然具 1 " 2，3 之操作亦 元件3 0予 轉換。因 波長之倍 尺寸係一 糸統2 〇亦 數之結構 有實際或 λ / 4 及；i 可經由另 以獲得， 此，應公 數之幅射 重要目 可在或者 長度之幅 電氣（應 之元件之 外之匹配 因而在電 認本發明 元件長度

--4MM2----- 五、發明說明（12) 之螺旋天線。 還有在圖2中也是這樣例示，天線系統2 〇包 接幅射元件3 0，但不與其直接電氣相接觸之括 位於# 寄生元件4 〇 c 寄生元件可包括被置於幅射元件3 〇之附近之 〜〜m -料。在本發明之一較佳具體實例中，寄生元你何導電付 諧振導線或帶，該寄生元件之兩端42，44此件4〇包括〆^ 天線之繞組。纟例示於圖2中之本發明之具題很 •接近於螺: 元件40係僅位於由幅射元件30之繞組所界^貫例’聲生 與該圓筒平行，且具有鄰接於t畐射元件30之_ ^圓筒外邊及 繞組之端點44及鄰接於幅射元件3Q之發端上艰蠕上之最末 端點42。 之最末繞組之 還有在圖2中也是這樣例示，.寄生元件4〇最 如鐵氟龍（TEFLON)，聚碳酸脂，聚氨基曱^是利用諸 質材料4 6與幅射元件3 0相隔離，這種電介賢月曰等等 < 電介 寄生元件4 0不會進入與幅射元件3 〇相直接^，料用來％ ^ 協助維持寄生元件4 0及幅射元件3 〇間之最件$，觸及亦▼ 佳具體實例中，寄生元件40係當作—模製二二:职幸交 一導線或帶來實施。然而，還有精於本技藝人 > =中之 解，不需要一電介質緩衝器4 6。 、疋這後降 天線系統20操作如下。當在無線電話機} 〇要操 號皆投射在天線系統2。時，幅射元件》 H ^ *射元件30對較低頻帶中之信號有譜2則 長度之情形下）操作，用此較低頻帶提供通信。再^文 小心地選擇寄生元件40之兩端42，44與幅射元件3〇者間靠

C:M234\54689.pld 第17頁 _404082_ 五、發明說明（13) 離，可將天線系統2 0予以設計以便在這些較低之頻率上， 射在幅射元件30之信號並不輕易耦合於寄生元件40，但 卻顯著地，或最好專有地保持在幅射元件3 0中。然而在較 高頻帶操作時，幅射元件3 0及寄生元件4 0間之電容式耦合 則大大地增加致使能量係自幅射元件3 0耦合於寄生元件4 0 及然後沿一越過一個以上螺旋天線之繞組之路徑返回至幅 射元件30。因此，投射在天線系統2 0之較高頻帶中有些能 量由於電容式耦合效應經歷一提供天線系統20之一第二有 效諧振之頻率之縮短之電氣路徑。 以上電容式耦合效應可參考一電容器之電抗方程式予以 最佳瞭解，此方程式為：

Xc = l/J2 π fC 其中ί為操作頻率及C為電容。此方式顯示一電容（在此情 形下寄生元件4 0 )則隨增加頻率變小，及因此至寄生元件 4 0之電容式耦合大致上係在較高頻率時增加。為此，可能 設計天線系統20俾便寄生元件40在較低之頻率時係大致上 與幅射元件3 0相隔離，但在較高頻率範圍中大致上係耦合 於幅射元件3 0。 還有精於本技藝人員是這樣瞭解，與較高頻帶中之信號 一起發生之電容式耦合之數量主要全視寄生元件40及幅射 元件3 0之繞組間距離而定。在本發明之一較佳具體實例 中，選擇此距離俾入射在幅射元件3 0上之操作之較高頻帶

C： 1234X54689. ptd 第18頁 .4Q4Qfi2 五、發明說明（14) '-- :之有些但並非實際上t部之能係m地耗合於寄生元 =40。因此在此具體實例中，寄生元件4()並不作為一直實 :短路’但卻產生—「分佈阻抗」藉此能係由幅射元件30 及寄生兀件40分得供由寄生元件4〇所分開之繞組用。因 2，包括天線系統20在内之整個結構在當於較低及較高頻 :操作時放射及因而天線系統20之有效孔徑係在較低及較 鬲之頻帶上大致相同。此有利地允許天線系統2 〇在當以該 等頻帶之上限操作時使接收信號最大，因天線之所有繞組 皆用於在該頻帶中發射及接收電信號。 再者，如以上所討論者，在本發明之一較佳具體實例 中，幅射元件30係一可被設計以具有—大約5〇 〇hms之特 性阻抗，及因此係固有地被匹配_於通常用於無線電話機之 50 ohms同軸連接18以使發射機12及接收機14耦合於天線 系統2 0。.另外者，根據本發明之教導，亦將瞭解寄生元件 40之兩端42及44間之實際距離可調整以使根據天線要諧振 之頻率，通過每個操作之隔開頻帶所獲致之駐波電壓比取 及正如在天線饋電系統2 2所看到之天線系統2 〇之阻抗之天 線糸統2 0之性能最佳化。 因此’圖2中所描述之天線系統係一較小，準全方向天 線，該天線系統能在兩個以上寬廣隔開之頻帶（在其中如 本文中所用者，術語寬廣隔開者指的是由至少3 〇%之較^ 頻帶之中心頻率所隔開之頻帶）中操作。再者，有利者： 此天線並不需要任何阻抗匹配’及因整個天線在兩頻帶中 放射’故其有效孔徑係大致上相同而不受操作之頻率及天

404082 五、發明說明（15) 線因而使由天線所發射及（或）接收之信號之數量增至最 大。 圖3例示本發明之天線系統之一可選擇之具體實例。在 此具體實例中，寄生元件4 0係位於由幅射元件3 0所形成之 螺旋天線之内部以内，及係予以斜向地定置以便自螺旋天 線之上方左邊延伸至下方右邊。在此具體實例中，寄生元 件4 0係很接近於螺旋天線（幅射元件3 0之遠端上最後繞組 之左邊及鄰接幅射元件3 0之發端之繞組之右邊）上，因 此，寄生元件4 0則在螺旋天線上之非鄰接繞組間之耦合。 還有精於本技藝人員將是這樣瞭解，根據本揭示，供非 鄰接繞組間之耦合用途，則在設計彈性上提供一顯著之增 加，因其為超越幅射結構之最佳_化作準備。因此本發明之 天線設計可使用此所增加之彈性以便在使天線系統2 0之阻 抗匹配於天線饋電網路2 2之阻抗方面給於協助，及使在天 線操作之所有頻帶t之天線系統之操作頻帶寬度增至最 大。再者，根據本發明之教導，可將寄生元件4 0予以定置 以便很接近於不再超過螺旋天線上兩個繞組。此一配置可 有利地簡化天線系統之製造。 本發明之天線系統之另一具體實例係例示於圖4中，在 此具體實例中，寄生元件4 0係非線性，及係位於由在一與 螺旋天線之主軸相平行之位置中之幅射元件3 0所形成.之螺 旋元件外邊。由於非線性設計，寄生元件4 0係位於靠近螺 旋天線上幾個繞組，同時係再與其他者隔開。 再者，根據本發明之教導，天線2 0可包括多個寄生元件

C ： \1234\54689. ptd 第20頁 ^04082 五、發明說明（16) 以便在超過兩隔開頻率中提供操作^ 達到三個寬廣隔開之頻帶中操作 圖5例示被設計要在 統20。如圖5中所示，天線系統 —具體實例之天線系 30所形成之螺旋天線之主軸外H—位於由幅射元件 寄生元件50，及一位於螺旋天線之主軸相平行之第一 二，較短之寄生元件52。在此具體> ^之相同定向之第 操作之最高三個頻帶中之幅射元〇 ，入射在天線要 式耦合於第一寄生元件5〇及第二才—之射頻能係以電容 合之’俾該射頻能係由幅射元件3::件52及自其予以耦 5〇, 52用其電容式輕合之組合在天與第二寄生元件 頻帶中諧振之這樣之一種方法分之，丁、統2 〇要操作之最高 線要操作之中間三個頻帶中之 1同樣者，入射在天 容式耦合於第一及第二寄生元件''5〇凡ί 之射頻能係以電 :!一：予以耦合之’俾該射頻能係由J二少—個及自其 與弟二寄生元件50，52之至少― ^巾田射疋件30及第一 在天線系統2 0要操作之中間三個頻中'二合式耦合之組合 方法分得之。，然而當在天線要摔作之辰之這樣之—種 係入射在幅射元件3〇上0寺，：中之射頻能 二寄生元件5°，52及卻保持大致上盘；=於第-與第 然而，因幅射元件3〇係設計在、Λ寻寄生兀件隔離。 獨作用之幅射元件30工作以便在天帶中錯振’故單 發射及（或）接收信號。 ’要彳呆作之最低頻帶中 如以上所討論者，在天線产 天線之阻抗係如在天線饋;=j，一 k佳具體實例中， 一电路22上所觀察到的大約50

C:\l234\54689.ptd 第21頁 -iQ40^2 五、發明說明（17^ " -- ohms此阻抗可藉將幅射元件3 0當作一四分之一波長螺 ，天線來實施及靠選擇寄生元件4〇之位置及長度予以獲 知 > 在本發明之一杈佳具體實例中，天線系統2 〇係經由同 2連接18予以耦合於發射機12及接收機14，此天線系統通 常顯示一約5 0 ohms之阻抗。因此，在此具體實例中，可 能獲得最大電源轉換而無需阻抗匹配網路，因天線系統 2 0之阻抗係與電源傳輸線路1 8之阻抗匹配。然而，還有精 於本技藝人員是這樣瞭解，阻抗匹配網路用以變更天線之 阻抗來匹配一電源傳輸線路1 8之阻抗係本技藝上大家所熟 知者。是以’雖然具有此範圍中之阻抗之天線典型地具有 不需要與一阻抗匹配網路有關之另外硬體之優點，但根據 本發明所設計之天線還無需被良計以具有一大約5〇 〇hms 之阻抗。 依，日，?、本發明之教導，將會瞭解寄生元件可置於鄰接螺旋 天線之各種不同位置及置在各種不同之方位。然而最佳位 置及定向可能大大地隨著天線系統之特定尺寸及所指定之 性Sb條件。為此，當試圖設計一提供可接受之v s w R及頻帶 寬度性能’在兩個以上特定頻帶中諧振及滿足用戶所要求 之尺寸及體積限制之天線時用以定置寄生元件之本發明之 天線系統可用之彈性則提供設計者幾個自由度。此種設計 彈性係非常重要因天線之容許尺寸及體積由於審美考慮及 用戶對小塑無線電話之需要乃非常受限制的。 在本發明之另一特點，製造天線系統2 0之方法係予以揭 示。根據發明之此項特點’用以在兩隔開之頻帶中通信之

C: \123^\54689. pld 第22頁 i£i〇82 五、發明說明（18) 天線系統20係藉坦 3 〇之寄生元件予ί i 一幅射元件3 0及—位於鄰接幅射元件 高之頻帶中之射3供之。寄生元件4〇係予以定置俾在較 及寄生元件40皆以=〇射在天線系統20上時’㉟射元件30 帶中之射頻能^谷方式予以耦合，同時當在較低之频 上與寄生元二ΐΐ:線㈣。上時’幅射元件3◦係大： 解，根據發明揭示佑 還有楕於本技藝人員將是這樣瞭 徑可被選為將裝在二 較佳具體實例中，幅射元件之直 螺旋天線。幅射;^ :: 使用之體積内之最大直徑 振長度之長度，長度可被選為相當於天線之-错 頻帶之中心頻帶之：度在一較佳具體實例中係操作之較低 可在設計規格上被、心一波長。天線系統2〇之同轴長度 在本發明之—i :： i=線系-統2 ◦使用之長度。 置於鄰接幅射元；m各種尺寸之寄生元件4◦皆 位置可藉提供射頻处s種位置及疋向時寄生元件之最佳 測天線之=射線系統2°及使用-網路分析器量 在本發明之-寸，簡及頻率響應條件。 夭填么1貝例中，寄生元件4〇係予以定置俾 天線π統2 0之有效孔徑係在天線要操作之兩頻帶中大致相 同。 實例1 種天線乐統2 0業已根據本發明之教導予以構成供在 824 至8 9 4 MHz AMPS頻帶及在185〇 ΜΗζ 至 199〇 ΜΗζ pcs頻π中刼作。在本發明之此具體實例中，幅射元件3〇

404082 五、發明說明（19) 包括在一玻璃纖維管上捲繞約6匝之一銅帶’其中幅射元 件3 0係大約8 8毫米（8 5 Ο Μ Η z時之四分之一波長），軸向長 度係約2 5毫米及螺旋天線之直徑係大約8毫米。在此具體 實例中，寄生元件40係當作一被定置外邊之1 3毫米長非諸 振導電線來實施，但接近於（約0. 2毫米之間距）由在一與 螺旋天線之主軸平行之位置中之幅射元件3 0所形成之螺旋 天線。寄生元件4 0包括一環繞線之外表面之一介電塗層 4 6。在本發明之此具體實例中，寄生元件4 0係藉自幅射元 件3 0之起端3 2環繞幅射元件3 0約一個半繞組纏繞其端之— 個一兩匝’及藉自起端3 2環繞幅射元件3 0約四個半繞組纏 繞寄生元件40之另一端一兩匝予以定置。在此具體實例 中，環繞寄生元件40之介電塗層_46則觸及幅射元件30之兩 中間繞組（即寄生元件40係在繞幅射元件30周圍纏繞之繞 組間之繞組）。 實例2 一第二種天線系統20業已根據亦予以設計供在824 MHz 至894 MHz AMPS頻帶及在1850 MHz至1 9 9 0 MHz PCS頻帶中 操作之本發明之教導予以構成。在此具體實例中幅射元件 3 0包括在一玻璃纖維管上捲繞約5匝半之銅帶，其中幅射 元件3 0之長度係大約8 8毫米（8 5 0 Μ Η z時之四分之一波 長）’軸向長度係大約2 0毫米及螺旋天線之直徑係大約7毫 米。在此具體實例中，寄生元件4 0係當作一被定置外邊之 1 0毫米長非諧振導電線來實施，但接近於（約〇. 2毫米之間 距）’由在一與螺旋天線之主轴平行之位置中之幅射元件

C:\1234\54689.ptd 第24頁 404082_______ 五、發明說明（20) 3 0所形成之螺旋天線。寄生元件4 〇包括環繞線之外表面之 介電塗層4 6。在本發明之此具體實例中，寄生元件4 0係藉 自幅射元件30之起端32環繞幅射元件3〇約一個半繞組纏繞 其端之一個一兩匝，及藉自起端3 2環繞幅射元件3 0約四個 半繞組纏繞寄生元件40之另一端一兩匝予以定置。 圖6及7例示在操作之兩頻帶上之此天線系統2 0之響應。 如圖6中所例示’天線系統2 〇則在824至894 MHz之頻率範 圍上提供一小於2. 0之VSWR ’及圖7顯示一小於2. 5之μ· 係同樣地保持在1 8 5 0至1 9 9 0 Μ Η z之頻率範圍卜 丄' 〇因士卜 線系統乃在兩AMPS及PCS頻帶上提供雙頻帶操作 L ’天 在圖示，說明書及實例中，業已揭示有本發日月' 佳具體實例及雖然皆使用特定名-詞，但這些名1之典型較 一般及說明之意義上及並非為了限制之目的，1皆僅用在 圍係敘述在下列申請專利範圍中。因此，除·Λ發明之溢 所明白敘述者外，精於本技藝人員將會想到雙頻' 本夂中 統之具體實例及無線電話機及相關之方法而不1綠产 明之範圍。 會超過本;

Claims (1)

1. 404082 六、申請專利範圍 1. 一種用以在兩寬廣隔開之頻帶中發射及接收電信號之 天線系統，包括： 一螺旋天線；及 一毗鄰於該螺旋天線之寄生元件； 在其中該寄生元件係予以定置俾當在較高之該頻帶中 之射頻能入射在該天線系統上時，該螺旋天線及該寄生元 件皆予以電容式耦合，同時當在較低之該頻帶中之射頻能 入射在該天線系統上時，該螺旋天線係大致上與該寄生元 件隔離；及 在其中該天線系統之有效孔徑在兩該頻帶上係大致上 相同。 、 2. 根據申請專利範圍第1項之$線系統，在其中該螺旋 天線係構成以正常模式來操作。 3. 根據申請專利範圍第1項之天線系統，在其中如在天 線饋電上所具之阻抗係大約5 0 〇 h m s。 4. 根據申請專利範圍第1項之天線系統，在其中能係僅 耦合在該螺旋天線及無鄰接繞組上之寄生元件之間。 5根據申請專利範圍第1項之天線系統，再包括一用以實 際上將該螺旋天線及該寄生元件隔離之電介質。 6. 根據申請專利範圍第1項之天線系統，在其中該螺旋 天線則在較低之該等頻帶中諧振而不靠該寄生元件。 7. 根據申請專利範圍苐1項之天線糸統’在其中該寄生 元件係沿該螺旋天線之内部内之一對角線予以定置以便很 接近於該螺旋天線上僅有之兩點。

   C:\1234\54689.ptd 第26頁 404082 六、申請專利範圍 8. 根據申請專利範圍第1項之天線系統，在其中該寄生 元件係定置在接近於該螺旋天線之至少兩繞組之該螺旋天 線之外邊。 9. 根據申請專利範圍第1項之天線系統，再包括一接近 於該螺旋天線之第二寄生元件，在其中該第二寄生元件係 予以定置俾當在一比較低之該兩寬廣隔開之頻帶之第三頻 帶中之射頻能入射在該天線系統上時，該螺旋天線及該第 一及第二寄生元件皆電容式地予以耦合之，同時當在較低 之該兩寬廣隔開之頻帶中之射頻能入射在該天線系統時， 該螺旋天線係大致上與該第二寄生元件相隔離。 1 0.根據申請專利範圍第1項之天線系統，在與一無線電 話機結合方面具有： _ 一發射機； 一接收機； 一用戶介面；及 一天線饋電系統。 1 1. 一種用以在兩寬廣隔開之頻帶中發射及接收電信號 之天線系統，包括： 一螺旋天線；及 一以對角線方式經由該螺旋天線之内部予以定置之寄 生元件； 在其中該寄生元件係予以定置俾在較高之該頻帶中之 射頻能入射在該螺旋天線上時，該螺旋天線及該寄生元件 皆予以電容式耦合，同時嘗在較低之該頻帶中之射頻能入

   ，第27頁 C： ' 1231Λ54689. ptd 404082____ 六、申請專利範圍 射在該天線系統上時，該螺旋天線係大致上與該寄生元件 相搞離。 1 2.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中該寄 生元件係很接近於不再超過該螺旋天線上之兩繞組。 1 3.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中該天 線系統之有效孔徑在兩該頻帶上係大致相同。 1 4.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中螺旋 天線係構成以正常模式來操作。 1 5.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中如在 天線饋電上所具之阻抗係大約5 0 〇 h m s。 1 6.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中能係 僅耦合在該螺旋天線及非鄰接繞_組上之該寄生元件之間。 1 7.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，再包括一用 以實際上將該螺旋天線及該寄生元件隔離之電介質。 1 8.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在其中該螺 旋天線則在較低之該等頻帶中諧振而不靠該寄生元件。 1 9.根據申請專利範圍第1 1項之天線系統，在與一無線 電話機結合方面具有： 一發射機； 一接收機； 一用戶介面；及 一天線饋電系統。 2 0. —種用以在兩寬廣隔開之頻帶中發射及接收電信號 之天線系統，包括：

   C:123-Λ54689. ptd 第28頁 404082_ 六、申請專利範圍 一螺旋天線；及 一被定置在該螺旋天線及接近該螺旋天線之寄生元 件； 在其中該寄生元件係予以定置俾當該天線系統在較高 之該等頻帶中操作時，入射在該螺旋天線上之射頻能係電 容式耦合於該寄生元件及自該寄生元件予以電容式耦合， 同時當該天線系統在較低之該等頻帶中操作時，入射在該 螺旋天線上之射頻能係大致上與該寄生元件相隔離。 2 1.根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，在其中該螺 旋天線係構成以正常模式來操作。 22.根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，在其中如在 天線饋電上所具之阻抗係大約5卩_ 〇h ms。 2 3.根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，在其中能係 僅耦合在該螺旋天線及在非鄰接繞組上之該寄生元件之 間。 24根據申請專利範圍第20項之天線系統，再包括一用以 實際上將該螺旋天線及該寄生元件隔離之電介質。 2 5.根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，在其中該螺 旋天線則在較低之該等頻帶中諧振而不靠該寄生元件。 2 6 .根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，再包括一接 近該螺旋天線之第二寄生元件，在其中該第二寄生元件係 予以定置俾當在一比較低之該兩寬廣隔開之頻帶為高之第 三頻帶中之射頻能係入射在該天線系統時，該螺旋天線及 該第一及第二寄生元件皆係電容式耦合，同時當在較低之

   C:\123A54689.ptd 第29頁 404082 六、申請專利範圍 兩寬廣隔開之頻帶中之射頻能係入射在該螺旋天線上時， 該螺旋天線係大致上與該第二寄生元件相隔離。 2 7.根據申請專利範圍苐2 0項之天線系統，在其中該天 φ 線系統之有效孔徑在兩該頻帶上係大致上相同。 28. 根據申請專利範圍第2 0項之天線系統，在與一無線 電話機結合方面具有： 一發射機； 一接收機； 一用戶介面；及 一天線饋電系統。 29. —種用以在8 24至8 94 MHz及1 8 5 0至1 9 9 0 MHz頻帶中 發送及接收電信號之天線系統，._包括： 一被設計在8 2 4至8 9 4 .Μ Η z頻帶中來諧振之螺旋天線； 及 一接近於該螺旋天線之寄生元件； 在其中該寄生元件係予以定置俾當該天線系統在較高 之該等頻帶中操作時，入射在該螺旋天線上之射頻能係電 容式耦合於該寄生元件及自該寄生元件予以電容式耦合， 同時當該天線系統在較低之該頻帶中操作時，入射在該螺 旋天線上之射頻能係大致上與該寄生元件相隔離。 3 ◦.根據申請專利範圍第2 9項之天線系統，在其中該螺 旋天線之直徑係大約6至1 0毫米及該螺旋天線之軸向長度 係大約2 ◦至2 5毫米。 3 1.根據申請專利範圍第2 9項之天線系統，在其中該寄

   C:\1234X54689.ptd 第30頁 404082 六、申請專利範圍 生元件係定置在接近於該螺旋天線之至少兩繞組之該螺旋 天線之外邊。 3 2 .根據申請專利範圍第2 9項之天線系統，在其中該寄 生元件係大約1 0至1 4毫米長。 3 3. —種製造一天線系統用以在兩隔開之頻帶中通信之 方法包括下列步驟： 提供一螺旋天線； 提供一接近螺旋天線之寄生元件； 將寄生元件定置俾當在較高之諸頻帶中之射頻能係入 射在天線系統上時，螺旋天線及寄生元件皆電容式耦合， 同時當在較低之諸頻帶中之射頻能係入射在天線系統上 時，螺旋天線係大致上與寄生元_件相隔離，及 將寄生元件定置俾天線系統之有效孔徑在兩頻帶上係 大致上相同。 3 4.根據申請專利範圍第3 3項之方法，在其中寄生元件 係經由螺旋天線之内部以對角線方式予以定置。 3 5 .根據申請專利範圍第3 3項之方法，在其中螺旋天線 係構成以正常方式來操作。 3 6.根據申請專利範圍第3 3項之方法，在其中螺旋天線 則在較低之諸頻帶中諧振而不靠寄生元件。

   C： 123ΊΧ54689. ptd 第31頁