專利名稱：天線裝置及使用該裝置的便攜式無線電通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在兩個或更多頻帶上發(fā)送或接收無線電波的天線裝置，更具體地說，涉及一種能夠安裝于便攜式無線電通信裝置的天線裝置，比如便攜式電話。
近來，便攜式電話急速增加，并且對于使用寬頻帶的要求也在增強，以便提高發(fā)送效率并防止便攜式電話中的噪聲和干擾。由于常規(guī)便攜式電話的天線結(jié)構(gòu)不允許使用寬頻帶，所以正在進行開發(fā)能夠工作在多個頻率上并可以實現(xiàn)寬帶無線電發(fā)送和接收的新型天線裝置及其方法。


圖1和圖2示出工作在多個頻帶上的天線的一些示例。圖1示出使用無源部件的一種示例，而圖2示出使用多個輻射導體的一種示例。
在圖1所示的天線180中，同軸電纜181與絕緣襯底182相連。在該絕緣襯底182中，輻射導體部件183和無源部件184鄰近安裝。此種安排廣泛用于獲取多重諧振特性。另外，在圖2所示的天線190中，沒有使用無源部件184，而是在襯底191上排列了各自具有不同諧振頻率的多個輻射導體部件192和193，并且從單獨的反饋點194為它們供電，以便獲得多重諧振特性。舉例來說，天線190在接地點195接地。
圖1所示的具有安裝在其中的無源部件的天線180陷于不可能任意安排天線部件這類的問題，這是因為無源部件184和輻射導體部件183之間的位置關(guān)系明顯影響天線裝置的阻抗特性。
另外，在圖2所示的沒有安裝無源部件的天線190中，需要較大的空間用于容納排列在其中在多個頻帶上諧振的輻射部件192和193。此外，如果頻帶接近并且大約10％重疊時，則該種類型的天線具有不能工作的問題。這是因為在天線190的這種安排中，各個輻射導體192和193的多重諧振是通過以切口的方式將它們在空間上分割并在各自的諧振頻率上工作來實現(xiàn)的。但是，由于各個輻射導體192和193擁有特定的頻帶特性，如果它們的頻帶非常接近，則達不到以切口的方式在空間上分割并多重諧振的效果。盡管如此，還是需要在接近頻率上工作，以便在前述的便攜式電話中使用。
本發(fā)明已經(jīng)嘗試解決前述現(xiàn)有技術(shù)中相關(guān)的問題。本發(fā)明的一個目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單并可以在多個接近頻率上工作的天線裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單并可以在多個相當接近的頻率上工作的便攜式無線電話。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的前述目的，提供一種能夠在兩個頻率上發(fā)送和/或接收無線電波的天線裝置，其中兩個具有不同諧振頻率的天線部件的反饋點通過兩個對無線電波移相的相移電路與無線電路相連接。
在依據(jù)本發(fā)明的該天線裝置中，由于天線部件通過各自的相移電路連接到反饋點，所以一個天線部件在另一個天線部件的諧振頻率上的阻抗特性得到調(diào)整，以便消除這些天線部件之間的負面影響，從而通過使用以簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的天線裝置，使得能夠工作在相當接近的不同頻率上。
此外，依據(jù)本發(fā)明，提供一種在多個頻率上接收和/或發(fā)送無線電波的便攜式通信裝置，便攜式通信裝置包括各自具有不同諧振頻率的兩個天線部件以及兩個用于改變無線電波相位的相移電路，其中兩個天線部件的反饋點分別通過相移電路連接到無線電路。
在此種便攜式無線電通信裝置中，由于天線部件通過各自的相移電路連接到反饋點，所以一個天線部件在另一個天線部件的諧振頻率上的阻抗特性得到調(diào)整，以便消除這些天線部件之間的負面影響，從而通過使用以簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的天線裝置，使得能夠工作在相當接近的兩個頻率上。
圖1為表示使用無源部件的一種工作在多個頻率上的天線示例圖；圖2為表示使用多個輻射導體的一種工作在多個頻率上的天線示例圖；圖3為表示一種應(yīng)用本發(fā)明的天線裝置的便攜式電話示例的外觀圖；圖4為表示圖3的便攜式電話的內(nèi)部排列的示意方框圖；圖5為表明本發(fā)明天線裝置的主要部分的示意方框圖；圖6A和6B為表明具有諧振頻率f1的天線部件的輸入阻抗特性示例的史密斯圓圖(Smith chart)，其中圖6A表明沒有連接相移電路的情況，而圖6B表明連接了相移電路的情況；圖7A和7B為表明另一具有諧振頻率f2的天線部件的輸入阻抗特性示例的史密斯圓圖，其中圖7A表明沒有連接相移電路的情況，而圖7B表明連接了相移電路的情況；圖8示出包括集總電路的相移電路的示例，并表示出用于實現(xiàn)正數(shù)相移的相移電路
圖9示出包括集總電路的相移電路的示例，并表示出用于實現(xiàn)負數(shù)相移的相移電路；圖10為包括分布參數(shù)電路的相移電路的示例，并表示出同軸電纜；圖11為包括分布參數(shù)電路的相移電路的示例，并表示出成對并行線；圖12為包括分布參數(shù)電路的相移電路的示例，并表示出細帶狀線；圖13為當連接相移電路時描述輸入阻抗特性的史密斯圓圖；圖14為當沒有連接相移電路時描述輸入阻抗特性的史密斯圓圖；圖15為當連接相移電路時描述回波損耗特性的圖；圖16為當沒有連接相移電路時描述回波損耗特性的圖；圖17為表示作為應(yīng)用本發(fā)明天線裝置示例的雙極性天線圖；圖18為表示作為應(yīng)用本發(fā)明天線裝置示例的環(huán)型天線圖；圖19為表示作為應(yīng)用本發(fā)明天線裝置示例的倒F型平面天線圖；圖20為表示作為應(yīng)用本發(fā)明天線裝置示例的倒L型天線圖；和圖21為表示作為應(yīng)用本發(fā)明天線裝置示例的螺旋型天線圖。
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下面的描述中，除非另外描述，均將通過以在無線電發(fā)送中獲得的特性為例的方式描述本發(fā)明的特性。但是，并不僅限于此，由于在無線電波的接收和發(fā)送之間的可逆關(guān)系，所以相同的特性也可以用在無線電接收中獲得的特性來解釋。
圖3為表示一種可以應(yīng)用本發(fā)明的天線裝置的便攜式電話示例的總觀圖。該示例中的便攜式電話100由包括第一外殼221、第二外殼231和鉸鏈211的折疊體210構(gòu)成。在第一外殼221中，安裝有天線1、揚聲器223、外部LCD232、輕推撥號盤226和內(nèi)部LCD222。在第二外殼中，安裝有操作鍵單元233和麥克風234。此外，便攜式電話100包含用于探測折疊體210開/關(guān)狀態(tài)的開/關(guān)狀態(tài)傳感開關(guān)251和突出部分252，以及用于探測折疊體210關(guān)閉狀態(tài)的關(guān)閉狀態(tài)傳感開關(guān)253和磁體部分254。
圖4為表示圖3的便攜式電話的內(nèi)部排列的示意方框圖。對于執(zhí)行相同功能的部件，在圖4中使用與圖3的標號相同的標號。除了上述部件外，本示例的便攜式電話100還包括雙工單元260、接收單元261、發(fā)送單元262、數(shù)字信號處理單元(DSP)263、控制單元264、RAM265和ROM266。
圖5示意性地示出依據(jù)本發(fā)明實施例的天線裝置的主要部分。使用具有不同諧振頻率的兩個天線部件發(fā)送兩個不同波長的無線電波的本實施例的天線裝置1，可以用于便攜式無線電通信裝置，比如便攜式無線電話。但是，本發(fā)明并不僅限于本實施例，并可以應(yīng)用于任何其它類型使用無線電波發(fā)送和/或接收信號的無線電裝置中。
在天線裝置1中，具有互不相同的諧振頻率的兩個天線部件11和12在各自的反饋點分別耦合到相移電路13和14，并耦合到包括用于生成兩個預定波長的無線電波的振蕩器15的無線電路。由振蕩器15生成的功率簡單地分流并分別經(jīng)由相移電路13和14分配到天線部件11和12。相移電路13和14包括集總電路或分布參數(shù)電路。
假定天線部件11的諧振頻率為f1，并且天線部件12的諧振頻率為f2，耦合到天線部件11的相移電路13以預定數(shù)量對諧振頻率f2的無線電波進行移相，同樣耦合到天線部件12的相移電路14以預定數(shù)量對諧振頻率f1的無線電波進行移相。即，各個天線部件11和12設(shè)計為既有與它們自己的諧振頻率f1和f2相匹配的阻抗，通過安排各自的相移電路13和14以預定數(shù)量移相無線電波，以便即使提供與其自己的諧振頻率不同的其他諧振頻率f2或f1的無線電波，也能確保其不工作，其中所述預定數(shù)量是通過實驗確定的。
使用史密斯圓圖描述預定的相位偏移數(shù)量的設(shè)置。圖6A和6B示出描述天線部件11的輸入阻抗特性的史密斯圓圖，其中圖6A表明沒有連接相移電路13的實例，而圖6B表明連接了相移電路13的實例。此外，圖7A和7B示出描述天線部件12的輸入阻抗特性的史密斯圓圖，其中圖7A表明沒有連接相移電路14的情況，而圖7B表明連接了相移電路14的情況。
在這些史密斯圓圖中，用50歐姆的電路特性阻抗歸一化了其輸入阻抗，歸一化阻抗的實數(shù)部分比如在圖6A中用阻抗線21表示，其虛數(shù)部分用電抗線22表示。另外，在這些史密斯圓圖中，當輸入無線電波的頻率偏移即頻率順時針增加時，如用圓形軌跡記錄的那樣示出輸入阻抗特性。
在圖6A中用大約位于圖中心部分的箭頭表示的諧振頻率f1表示天線部件11單獨的輸入阻抗特性，從而表明在f1處處于匹配阻抗狀態(tài)。在圖6B中示出借助于相移電路13從上述狀態(tài)偏移相位偏移量dφ1的狀態(tài)，其中f2的位置表示為在f1的位置不改變時在圖上旋轉(zhuǎn)相位偏移量dφ1。即，可以從圖6B中得知，借助于相移電路13，在保持對于輸入波形在頻率f1處匹配狀態(tài)的同時，在f2處的輸入阻抗與在f1處的相比增加足夠大，并且適當?shù)卦O(shè)置其相位偏移量dφ1，使得天線部件11不會工作在f2處。
同樣在圖7A中，對于天線部件12，在諧振頻率f2處獲得匹配狀態(tài)。但在圖7B中，f1的位置表示為在圖上不改變f2的位置時旋轉(zhuǎn)相位偏移量dφ2，可以得知，借助于相移電路14，適當?shù)卦O(shè)置相位偏移量dφ2，使得在保持對于輸入波形在頻率f2處匹配狀態(tài)的同時，在f1處的輸入阻抗變得足夠高。
如上所述，通過相移電路的移相，天線部件在相近的其他天線部件的諧振頻率處的輸入阻抗實際上增加了，從而最小化了最接近的天線部件在各自工作頻率處的交互RF干擾，并因此得以提供本發(fā)明的、能夠工作在兩個不同頻率上的天線部件，并且該天線部件可以以并行連接的方式排列多個天線的簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
下面將描述在前述天線裝置1中使用的相移電路示例。圖8和圖9示出包括集總電路的相移電路的示例，圖8為實現(xiàn)正(+)相移量的相移電路，圖9為實現(xiàn)負(-)相移量的相移電路。另外，圖10、圖11和圖12示出包括分布參數(shù)電路的相移電路的示例，圖10為同軸電纜，圖11為成對并行線，以及圖12為細帶狀線。
包括集總電路的相移電路的示例示出在圖8中，其中串聯(lián)連接電感41，并聯(lián)連接電容42和43。在此，當考慮對于以串聯(lián)方式插入電感41的實例，在圖6A的史密斯圓圖上的相移變化時，其上阻抗特性的軌跡沿著阻抗線21作順時針方向移動。另外，當在圖(導抗圖)上假想一條與阻抗線21對稱畫出的電導線(未示出)時，并且當電容42和43并聯(lián)插入時，其上軌跡沿著電導線的作順時針方向移動。因此，通過使用此種相移電路，將輸入波形的相位移動到正方向。
另外，在圖9中，串聯(lián)連接電容51，并聯(lián)連接電感52和53。參照史密斯圓圖，如果電容51以串聯(lián)方式插入，其上軌跡沿著阻抗線21的作逆時針方向移動。此外，如果電感52和53以并聯(lián)方式插入，其上軌跡沿著電導線的作逆時針方向移動。因此，借助于此種移相電路，將輸入波形的相位移動到負方向。
另一方面，實現(xiàn)移相電路的分布參數(shù)電路可以包括圖10的同軸電纜、圖11的成對并行線以及圖12的細帶狀線等。圖10的同軸電纜包括內(nèi)導體61、未示出的外導體、用于支撐外導體的絕緣部件62。通常，編織線用作外導體，單根或絞合線用作內(nèi)導體61，聚乙烯或類似物用作絕緣部件62。圖11所示的廣泛用作用于發(fā)送和接收短波段和電視波段的饋線的成對并行線結(jié)構(gòu)簡單并且制造成本低。但是，由于其成對并行線之間的內(nèi)部輻射，所以與同軸電纜相比存在非常大的感應(yīng)干擾和輻射損耗。圖12的細帶狀線包括平面導體81、在其上安裝的絕緣部件82及導體83。
在圖10、11和12中，給出了用于獲取通過各自相移電路由發(fā)送導致的相移量dφ的公式。正如在這些公式中所描述的，在通過這些分布參數(shù)電路發(fā)送之后，信號相位通過在其線的物理長度L上的變化被偏移。其電路的物理長度和其電路之內(nèi)與電有關(guān)的長度之間的關(guān)系根據(jù)直徑、厚度、其線的特定介電常數(shù)εr而變化。但是，作為用于移相效應(yīng)，可以為此目的使用這些電路中的任何一種。另外，考慮到便于在襯底上安裝以及制造成本低的優(yōu)點，作為用在便攜式通信裝置中的相移電路，一般認為細帶狀線是最優(yōu)選的。
接下來，將分別參照圖13和14以及參照圖15和16，分別描述計算通過電路仿真獲得的天線部件11和12組合在一起的總阻抗特性以及回波損耗特性的示例。圖13示出當連接相移電路13和14時的輸入阻抗特性，而圖14示出當沒有連接相移電路13和14時的輸入阻抗特性。此外，圖15示出當連接相移電路13和14時的回波損耗特性，而圖16示出當沒有連接相移電路13和14時的回波損耗特性。
作為示例，在圖13、14、15和16的各自電路仿真中，將分布參數(shù)電路用作相移電路，并且在頻率從1GHz到3GHz變化時記錄各自的阻抗特性。天線部件11和12的諧振頻率f1和f2分別設(shè)定在1.95GHz和2.14GHz。在這些頻率上各自的測量點在圖上分別描述為M1和M2，在M1和M2處輸入阻抗的測量值分別用Z1和Z2表示，同樣分別用RL1和RL2表示回波損耗的測量值。
參照圖13，對于頻率f1或f2，在圖上M1或M2接近于中心部分，從而表明在此頻率上阻抗匹配。此外，參照圖15，它清楚地示出在f1或f2之外的其他部分，損耗明顯增加。但是，在圖14中示出在各工作頻率上不匹配，在圖16中示出在各工作頻率上損耗很大。因此，可以得知通過提供相移電路13和14，天線部件之間的反向干擾得到抑制，獲得出色的雙頻工作特性。如上所述，依據(jù)本發(fā)明的本實施例的天線裝置1盡管結(jié)構(gòu)簡單，但即使使用兩個非常接近的頻率，也具有出色的工作特性。此外，應(yīng)該指出的是，也可以使任意選擇的兩個遠程(remote)頻率在上述的同一個天線設(shè)備中運行。
另外，在上述的天線裝置1中，即使將nλ/2(其中λ為最接近的天線部件的工作頻率的波長，n為整數(shù))的相移量加到借助于相移電路確定的上述相移量上，從天線的理論原理來看也可以獲得與上述相同的作用。這從圖6B和7B的事實中也可以清楚地看出，在圖6B和7B中，繞著其史密斯圓圖外圓周刻度的一圈相應(yīng)于其波長的1/2，在圖上繞著測量線的旋轉(zhuǎn)一周返回到其在圖上的起始位置。但是，在實際電路中，由于比如較大的|n|值損耗增加的缺點，所以在|n|值增加時，可用頻帶可能會受到限制。因此，最好使n的值最小。
在本發(fā)明前面的描述中，已經(jīng)解釋了具有兩個天線部件的天線裝置，但是，本發(fā)明并不僅限于此，也有可能通過使用多于兩個的天線部件并經(jīng)由各自的相移電路將這些天線部件并行連接到其無線電路，實現(xiàn)工作在多個頻率上的天線裝置。這些天線部件的頻率特性和那些相移電路的頻率特性確定在此天線裝置1中可工作的頻率數(shù)，并且基本上對可工作頻率數(shù)沒有限制。但是，實際應(yīng)用申，可工作的頻率數(shù)可能限制為至多大約4個。舉例來說，在此類天線設(shè)備中，由連接到指定天線部件的相移電路處理的所關(guān)心的頻率，將不得不從屬于其它天線部件的工作頻率中選擇。因此，并不總能確保在除了與各自相移電路相應(yīng)的工作頻率之外的任何工作頻率上獲得好的阻抗特性，而且可能會認為是工作頻率自己受到限制。
另外，參照圖17、18、19、20和21，示出一些依據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用到天線設(shè)備中的天線部件的示例。圖17表示雙極性天線，圖18表示環(huán)型天線，圖19表示倒F型平面天線，圖20表示倒L型天線，圖21表示螺旋型天線。
在圖17使用雙極性天線的情況下，假定其諧振頻率的波長為λ，則一般將雙極性天線131和132的長度選為λ/2。當期望它們的天線長度變短時，為了避免由于雙極性天線的長度變短可能造成的不匹配，分別在每個天線部件和其相移電路13和14之間連接匹配電路17和18。此外，由于無線電路16一般為電路的一端接地的不平衡電路，而雙極性天線為平衡電路，所以如果將它們直接耦合，則一不平衡電流將在它們之間流過，從而引起功率損耗。因此，需要在它們之間連接平衡-不平衡轉(zhuǎn)換電路(Balun)19。作為前述雙極性天線的一種，前饋型的鞭狀天線廣泛應(yīng)用于交通通信和便攜式通信裝置中。從而，期望將本發(fā)明的天線裝置作為天線部件安裝在這些無線電通信裝置中。
對于圖18所示的環(huán)型天線141和142，其環(huán)的直徑一般選得小于一個無線電波頻率的波長，并且如果存在較大的阻抗不匹配，則分別在每個天線部件和其相移電路13和14之間連接匹配電路17和18。此外，由于環(huán)型天線為平衡電路，需要在天線和無線電路16之間連接平衡-不平衡轉(zhuǎn)換電路19。
圖19所示的倒F型平面天線151和152為不平衡天線，因此不需要連接平衡-不平衡轉(zhuǎn)換電路，從而允許直接耦合無線電路16和相移電路13和14。由于天線自身的自匹配能力，所以無需連接匹配電路。該種倒F型平面天線或其經(jīng)更改的天線部件用作便攜式電話的內(nèi)置天線，因此本發(fā)明的天線裝置最好用作裝配在便攜式電話中的天線部件。
另外，圖20所示的倒L型天線161和162為不平衡天線部件，并且為了實現(xiàn)較低的高度，其具有折疊式單極性天線結(jié)構(gòu)。通常，需要額外連接匹配電路17和18。
此外，圖21所示的螺旋型天線171和172為不平衡螺旋型天線部件。根據(jù)其螺旋的直徑和長度，可以將它們用作方向性天線或水平無方向性天線。通常，它們與連接在每個天線部件及其相移電路13和14之間的匹配電路17和18一起使用。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的天線裝置，由于天線部件通過各自的相移電路連接到反饋點，使得一個給定天線部件在另一個接近的天線部件的不同的諧振頻率上的阻抗特性得到調(diào)整，并消除這些天線部件之間的負面影響，從而通過提供本發(fā)明的以簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的天線裝置，使得該天線裝置能夠工作在相當接近的不同頻率上。
此外，依據(jù)配置有本發(fā)明的天線裝置的便攜式無線電通信裝置，由于天線部件通過各自的相移電路連接到反饋點，使得一個給定天線部件在另一個接近的天線部件的不同的諧振頻率上的阻抗特性得到調(diào)整，并消除這些天線部件之間的負面影響，從而通過提供本發(fā)明的以簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的天線裝置，使得能夠接收和發(fā)送具有相當接近的不同頻率的無線電波。
權(quán)利要求
1．一種用于在兩個頻率上接收或發(fā)送無線電波的天線裝置，包括一對具有不同諧振頻率的天線部件；和一對用于移相所述無線電波的相移電路，其中所述的一對天線部件的反饋點分別通過所述的一對相移電路與無線電路相連接。
2．如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中耦合到所述天線部件的所述一個的所述相移電路的一個移相所述無線電波，以提高所述天線部件中的所述一個在所述天線部件中的另一個的諧振頻率處的阻抗。
3．如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述相移電路包括集總電路。
4．如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述相移電路包括分布參數(shù)電路。
5．一種用于在多個頻率上接收或發(fā)送無線電波的天線裝置，包括多個具有不同諧振頻率的天線部件；和多個用于移相所述無線電波的相移電路，其中所述的多個天線部件的反饋點分別通過所述的多個相移電路與無線電路相連接。
6．如權(quán)利要求5所述的天線裝置，其中耦合到所述天線部件的所述一個的所述相移電路中的一個移相所述無線電波，以提高所述天線部件中的所述一個在所述天線部件中的另外一個的諧振頻率處的阻抗。
7．如權(quán)利要求5所述的天線裝置，其中所述的多個相移電路中的每一個包括集總電路。
8．如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述的多個相移電路中的每一個包括分布參數(shù)電路。
9．一種具有用于在多個頻率上接收或發(fā)送無線電波的天線裝置的便攜式無線電通信裝置，所述天線裝置包括多個具有不同諧振頻率的天線部件；和多個用于移相所述無線電波的相移電路，其中所述多個天線部件的反饋點分別通過所述的多個相移電路與無線電路相連接。
10．如權(quán)利要求9所述的便攜式無線電通信裝置，其中所述便攜式無線電通信裝置為便攜式電話。
全文摘要
提供一種特征為結(jié)構(gòu)簡單并可以在相當接近的多個頻率上工作的天線裝置。在一對具有不同諧振頻率的天線部件的反饋點和無線電路之間分別連接相移電路,以便當天線部件中的一個在天線部件中的另一個的諧振頻率上使用時,移相無線電波并提高天線部件中的一個的阻抗。
文檔編號H01Q21/30GK1320004SQ01111830
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
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