專利名稱：作為發(fā)射天線或者接收天線的無線電天線和一個移動無線電系統(tǒng)的制作方法
這項發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的一般條款所述的作為發(fā)射或者接收天線的無線電天線，還涉及根據(jù)權(quán)利要求13的一般條款所述的移動無線電系統(tǒng)。
無線電通訊使用的頻率開始于幾千赫的頻率范圍。例如對于無線電廣播，就使用介于520KHz和1605.5KHz之間的中波波段的頻率；在短波波段，使用的是介于5.9MHz和26.1MHz之間的頻率，而在超短波波段則使用87.5MHz至108MHz。對于電視廣播的發(fā)射，使用的是介于124MHz和790MHz之間的頻率。
在其他頻率中，450MHz到465MHz的超高頻段的頻率被用于使用模擬技術(shù)的移動電話。而890MHz至960MHz的頻率則被用于數(shù)字GSM(Global System for Mobile Communication，全球移動通訊系統(tǒng))。無線電話工作在1180MHz到1900MHz的頻率范圍內(nèi)。使用這些超高的頻率允許采用相對小的天線并且保證了一個相對穩(wěn)定的移動通訊連接。
有方向的微波連接目前使用2GHz至40GHz之間的頻率。
無線電頻率是稀缺的資源并且今天實際上所有理論上可用的頻率都已經(jīng)被占用了。因此，一個永久的目標(biāo)就是更好地利用這些可用的有限的無線電頻率-通過傳輸技術(shù)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)的提高而在一個好的傳輸質(zhì)量情況下達(dá)到盡可能高的信息傳輸率。
進(jìn)一步講，對于無線電系統(tǒng)，總是需要有一種簡單的、設(shè)計成本低的、環(huán)境因素可靠的并且最節(jié)省能源的操作方法。這些需求對于帶有移動電話(蜂窩電話)的無線電系統(tǒng)而言是尤其需要考慮的。
一個移動無線電系統(tǒng)一般而言首先包括移動站(MS)，它通常是用戶的蜂窩電話。進(jìn)而，一個無線電系統(tǒng)在每一個作為無線電小區(qū)(radio cell)的本地區(qū)域還包括一個基站收發(fā)站(BTS)，而較大的本地區(qū)域則被劃分為多個相鄰的無線電小區(qū)。這些基站收發(fā)站負(fù)責(zé)處理移動站間的無線電通信。若干基站收發(fā)站(BTS)被分配給一個基站控制器(BSC)?；究刂破髋c基站收發(fā)站通過數(shù)據(jù)傳輸連接起來，并且基站控制器控制和協(xié)調(diào)這些基站收發(fā)站(BTS)。數(shù)據(jù)傳輸可以用銅電纜或者無線電的方式實現(xiàn)，尤其是點對點的無線電系統(tǒng)。
進(jìn)一步，幾個基站控制器又被分配給一個移動無線切換中心(MSC)。數(shù)據(jù)傳輸在這里又可以通過線路或者以點對點的無線電系統(tǒng)來實現(xiàn)。
對于高級信息傳輸，通常要使用多種不同的調(diào)制和解調(diào)過程。例如，在許多小帶寬的小通道上通過頻分復(fù)用和/或時分復(fù)用來傳輸。然而考慮到傳輸?shù)牟粶?zhǔn)確性和為了保護(hù)傳輸?shù)膬?nèi)容，復(fù)用時又必須留出安全的間隔，尤其是頻率的安全間隔。
在標(biāo)準(zhǔn)的天線中，傳輸或/和接收時的信號質(zhì)量容易收到負(fù)面的影響，在眾多原因中，天線噪聲是一個原因，這是因為它們只能以頻選方式在一個有限范圍內(nèi)進(jìn)行操作，并且只能在一些邊帶噪聲下操作。這就是為什么目前所需要的安全間隔不能被任意減小的原因之一。
尤其是對于移動電話(蜂窩電話)，特別要求重量輕、緊湊的設(shè)計和節(jié)能的操作。目前移動電話相對大的重量和體積實質(zhì)上是由于電池和為了提高信號質(zhì)量而配備的濾波器電路導(dǎo)致的，當(dāng)然還有其他一些原因。
本發(fā)明的一個主要目的就是提供一個設(shè)計簡單的無線電天線作為一種寬帶天線，這種寬帶的天線能夠覆蓋較大范圍的可用無線電頻段并且能夠以高的頻選精度工作在傳輸和接收模式中。本發(fā)明的另一個目標(biāo)包括提供一個能夠利用這種無線電天線的移動無線電系統(tǒng)。
第一個目標(biāo)是通過權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)的，而第二個目標(biāo)則是由權(quán)利要求13的特征實現(xiàn)的。
依照權(quán)利要求1，本無線電天線是一個平面天線，包括一個攜持部分(carrier part)及其涂層(coating)部分和兩個涂層供給器(coatingfeeder)。
攜持部分包含一種絕緣材料。
涂層由含有如下成分的涂層材料構(gòu)成a. 48％到65％的基本物質(zhì)，包括■ 36％到46％的粘合劑，■ 12％到22％的絕緣物質(zhì)，■ 12到24％的分散劑，■ 8％到40％的蒸餾水和b.35％到52％的石墨粘合劑的成分■ 64％到79％的蒸餾水，■ 4％到6％的磺酸鹽油，■ 0.16％到0.24％的苯酚或者0.05％到0.5％的苯并異噻唑啉酮(benzisothiazolinone)，■ 17％到22％的酪蛋白，■ 0.8％到1.2％的尿素，■ 2％到6％的堿性稀釋劑，和，■ 2.3％到2.8％的己內(nèi)酰胺。
類似地，一般認(rèn)為電氣特性活躍的涂層物質(zhì)與輻射放熱系統(tǒng)有關(guān)，其中發(fā)射的頻率在萬億赫茲范圍的時候就會由于分子共振現(xiàn)象而在物質(zhì)中出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象。與之相對比，本發(fā)明的直接涂層物質(zhì)主要設(shè)計用于工作在低頻無線電天線的區(qū)段。
涂層供給器是至少兩個分開的具有好的導(dǎo)電性能的電導(dǎo)體，并與位于其縫隙中的涂層物質(zhì)具有電氣連接。
涂層供給器與電磁震蕩電路的其它元件連接起來，使得電磁波在涂層的平面擴(kuò)展部分是可發(fā)射和接收的。
為了使用一種均勻的涂層，粘合劑包含了蒸餾水，這使得獨立的元件相互之間融合地很好?；撬猁}油和必要時的一種調(diào)和劑可以被用來作為溶液媒劑，從而使得粘合劑中各種物質(zhì)形成均勻的分布，并且在攜持部分構(gòu)成一種好的涂層材料的薄膜形狀。
粘合劑中包含的苯酚或者苯并異噻唑啉酮有利于已存在的少量的顆粒的粘合。酪蛋白被認(rèn)為是粘合劑中的一種，它導(dǎo)致粘合劑中的各種成份的粘合。尿素也是在粘合劑中被用作溶液媒劑，它有利于形成各種成份的均勻分布。除此之外，粘合劑中還使用了一種稀釋劑，作為一種結(jié)構(gòu)性的物質(zhì)，它主要用來均勻化以及作為己內(nèi)酰胺。
基本物質(zhì)包括粘合劑，它是一個主要的組成部分，絕緣物質(zhì)的顆粒將會粘合在這些粘合劑上。分散劑促進(jìn)分散，因此它有利于形成粘合劑與絕緣物質(zhì)的顆粒在基本物質(zhì)中的均勻分布。添加的石墨也將其自己的顆粒增加到已經(jīng)粘合了絕緣物質(zhì)上的粘合劑中。這樣，大量微小的電偶極子就在絕緣體上形成了，并且這些電偶極子均勻分布在涂層物質(zhì)中，因此也就存在于使用中的涂層中。這種布局主要是以偶極子的形式提供了大量耦合的微小的和諧及不和諧的振蕩器。因此，高程度的發(fā)射和接收電磁輻射導(dǎo)致了整個從幾個KHz到GHz的可用無線電頻率范圍，并且還具有很高的頻率選擇性。
由于具有很高的頻率選擇性，實際上沒有邊帶噪聲被發(fā)射。因此對于減少安全的頻率間隔是非常有利也是可能的。這樣可用的頻率范圍就可以得到充分的利用，因此就可能達(dá)到更高的頻率傳輸速率。從設(shè)備的技術(shù)角度考慮，濾波器設(shè)備-尤其是主動濾波器-就可以被省略或者至少被減少。而且因為沒有噪聲的更為干凈的頻率信號被發(fā)射出去，原來用在發(fā)射噪聲信號的能量和用來運轉(zhuǎn)濾波器的那部分能量就可以節(jié)省下來。因此，有其對于移動電話而言，在更低的功率輸入下進(jìn)行工作就成為可能的，特別是當(dāng)有了更小的電池和更長的單次充電工作時間。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的無線電天線出人意料地具有一種球形發(fā)射特性而沒有明確的方向特性。這也可以被用來降低操作所需的能量。對于移動電話，由于某種特定的能量發(fā)射被分布在空間的各個方向，所以這將進(jìn)一步有利地提高電磁兼容性，因為一種特定的發(fā)射能量分布在空間的所有方向從而也避免了發(fā)射的輻射集中于用戶的頭部的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的無線電天線由于具有上文所述的諸多優(yōu)點，因而可以用于所有的無線電裝置和無線電系統(tǒng)，例如廣播站或者電視操作中。這是因為相對于總帶寬而言的寬帶性和高的頻率選擇性，實際上所有可用的無線電頻率都可以被覆蓋到。為了使天線能夠獲得不同的性能只需簡單地對其進(jìn)行空間上的調(diào)整。
根據(jù)權(quán)利要求2，攜持部分可以使用堅硬的電氣絕緣塑料方便地制造出來并且成本低廉。
基本上，無線電天線或者攜持部分各自具有不同的形式，因為天線的效果是通過涂層中大量的電偶極子來實現(xiàn)的。然而根據(jù)權(quán)利要求3，為了形成一個平面的天線而將攜持部分設(shè)計成平面形狀是非常方便的。這樣，活躍的涂層就能夠根據(jù)情況在表面的一個和(或者)兩個面上被使用了。即使這樣的一個平面的天線也具有球面發(fā)射的特性。這里，由于位于配備的涂層供給器之間的涂層表面的作用，實質(zhì)上可能的發(fā)射和接收功率是確定了的，而這里層的規(guī)格會產(chǎn)生一個較低的影響，然而隨著天線性能的提高，這種影響將會增大。
根據(jù)權(quán)利要求4，攜持部分可以是機(jī)殼外壁的組成部件之一，尤其是那種塑料制成的移動站的機(jī)殼外壁，這是因為這種結(jié)構(gòu)緊密并且制造簡單，所以也就可能被實現(xiàn)。因此， 目前標(biāo)準(zhǔn)形式的那種突伸出來的桿狀天線比如蜂窩電話上的那種就不再需要了。
對于涂層的制作，可以使用磺酸鹽油，例如，硫酸化橄欖油、硫酸化芝麻油或者硫酸化棕櫚油等。然而根據(jù)權(quán)利要求5，硫酸化蓖麻油是被推薦使用的，這種成分一般稱作磺化蓖麻醇酸鹽或者土爾其紅油。由于其界面的活性，它是非常適用的。
根據(jù)權(quán)利要求6，苯酚最好是通過碾碎得到的碳化苯酚，這種苯酚對于顆粒粘著具有很好的適用性。除了苯酚，苯并異噻唑啉酮也是可用的。
根據(jù)權(quán)利要求7，稀釋劑是一種溶劑，這種溶劑基于芬芳劑和/或酒精和/或酯和/或酮，例如萜烯。
作為絕緣物質(zhì)，本質(zhì)上已知的絕緣體就可以被使用。然而根據(jù)權(quán)利要求8，推薦使用的絕緣物質(zhì)是絕緣煤煙。這種已經(jīng)處于碾碎狀態(tài)的具有了很小的顆粒煤煙非常有利于添加。因此，這將有利于煤煙在基本物質(zhì)中的均勻分布，所以也就有利于在涂層物質(zhì)中形成大量的電偶極子。
根據(jù)權(quán)利要求9，分散劑(有利于分散從而形成粘合劑與絕緣顆粒在基本物質(zhì)中的均勻分布)為有機(jī)的單體和/或多體物質(zhì)。
根據(jù)權(quán)利要求10，在一種優(yōu)選實施方式中，涂層物質(zhì)包含一種觸變劑。這種觸變劑使得涂層物質(zhì)具有粘滯一致性，例如，當(dāng)在攜持部分使用時它可以被容易地刷上去；另一方面，在靜止?fàn)顟B(tài)下，它十分堅硬從而使得在其表面不可能形成液滴。這樣，攜持部分上的涂層物質(zhì)的準(zhǔn)確輪廓就能夠形成了。
在權(quán)利要求11所推薦的實施方式中，涂層供給器是并行對齊的銅薄片條帶，并且為了提供電氣連接，涂層被應(yīng)用在銅薄片條帶的上面或者下面，或者這些銅薄片條帶被嵌入在涂層物質(zhì)中。因此，就特別能獲得一種電導(dǎo)和/或電容性的耦合。
為了保護(hù)涂層和/或涂層供給器免受環(huán)境的影響，權(quán)利要求12建議在其上使用一種保護(hù)層。這可以被設(shè)計作為最終一層的覆蓋層或者它可以本質(zhì)上包含一種保護(hù)膜。天線的作用不會受到這種覆蓋物的影響。
由權(quán)利要求13所規(guī)定的移動無線電系統(tǒng)包含移動站(MS)，這通常是用戶的蜂窩電話；還包在每個區(qū)域都包含一個基站收發(fā)站(BTS)，其作用就是處理與移動站間無線電通信。若干基站收發(fā)站(BTS)被分配給基站控制器(BSC)，在這里通過數(shù)據(jù)線路或者無線電實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。若干基站控制器(BSC)再被分配給一個移動交換中心(MSC)，同樣，在這里通過靜態(tài)線路或者無線電來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，尤其是點對點無線電系統(tǒng)。
上文所述的無線電天線的設(shè)計尤其適合于與移動站(MS)結(jié)合，這種移動站通常是移動電話或者蜂窩電話。而且，具有較大尺寸和幾乎相同優(yōu)點的這種無線電天線可以被用于基站收發(fā)站(BTS)、基站控制器(BSC)，如果需要的話也可以用于移動交換中心(MSC)。
上文已經(jīng)具體講過，這種特定的無線電天線也可以和其他無線電系統(tǒng)一同使用，諸如無線電廣播、電視的操作和衛(wèi)星的通訊，應(yīng)有的結(jié)果通常是非常好的。
下面以圖示的方式更加詳細(xì)地解釋了本發(fā)明。
各幅圖的內(nèi)容如下

圖1一種移動無線系統(tǒng)的示意圖，圖2發(fā)射信號的表示，圖3具有球形特性的平面天線的移動站-如移動電話(蜂窩電話)，圖4圖3的天線的示意圖。
圖1是一個移動無線電系統(tǒng)的示意表示，這里一個移動無線電區(qū)域被劃分為若干獨立的區(qū)域性的無線電小區(qū)，與之相鄰的3個無線電小區(qū)也被示意性地繪制了出來。在每個無線電小區(qū)FZ1，F(xiàn)Z2和FZ3中都安置了一個基站收發(fā)站BTS1，BTS2和BTS3。這些基站收發(fā)站BTS1，BTS2和BTS3負(fù)責(zé)處理與被分配的無線電小區(qū)FZ1，F(xiàn)Z2和FZ3中的移動站的無線電通信。這里，在無線電小區(qū)FZ1中示意性地繪制了一個移動站MS1，而在無線電小區(qū)FZ2中，又示意性地繪制了兩個移動站MS2和MS3?；臼瞻l(fā)站BTS1，BTS2和BTS3與一個基站控制器(BSC)相連，在基站控制器上又串行連接了一個移動交換中心MSC。
在移動站MS1，MS2和MS3上和基站收發(fā)站BTS1，BTS2和BTS3上，分別使用了根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的具有頻率選擇特性的天線MS-A和BTS-A。
在圖2中，示意性地用實線畫出了從這種天線發(fā)出的一個純凈的頻選載波頻率信號。相應(yīng)的，點劃線表示了從標(biāo)準(zhǔn)的天線所發(fā)出的具有旁帶噪聲的信號。同時也給出了對于接收的相應(yīng)的情況。
圖3顯示了一種普通設(shè)計的移動電話，它就是一種具有上文所述的設(shè)計的具有平面天線MS-A的移動站MS。進(jìn)一步，在圖中也表示出了球形的發(fā)射和接收特性KC。
在圖4中，示意性地展示了無線電天線MS-A的結(jié)構(gòu)在平面形狀的塑料的攜持部分上，具有特殊涂層材料的涂層2被加在一個表面上。并行對齊的銅薄片條3、4是涂層供給器，它們具有與涂層2的電氣連接。銅薄片條3、4通過一個串行連接的電子系統(tǒng)與額外的線路5、6相連接。
權(quán)利要求
1.作為發(fā)射天線和接收天線的無線電天線，尤其是用于移動無線電系統(tǒng)(MFS)，該無線電天線(MS-A，BTS-A)可與發(fā)射單元或者接收單元相連接并作為一種寬帶天線，從而成為了工作在當(dāng)前相應(yīng)的頻率范圍上的頻選電磁振蕩電路的一部分，其特征在于無線電天線(MS-A，BTS-A)是一種平面天線，包含一個攜持部分(1)和一個加在攜持部分之上的涂層部分(2)，同時還包含兩個涂層供給器(3，4)，攜持部分(1)由電氣絕緣材料組成，涂層(2)由具有如下成分的涂層材料制成a.48％到65％的基本物質(zhì)，包括■ 36％到46％的粘合劑，■ 12％到22％的絕緣物質(zhì)，■ 12到24％的分散劑，■ 8％到40％的蒸餾水，和b.35％到52％的石墨，粘合劑的成分為■ 64％到79％的蒸餾水，■ 4％到6％的磺酸鹽油，■ 0.16％到0.24％的苯酚或者0.05％到0.5％的苯并異噻唑啉酮，■ 17％到22％的酪蛋白，■ 0.8％到1.2％的尿素，■ 2％到6％的堿性稀釋劑，和，■ 2.3％到2.8％的己內(nèi)酰胺，以及，涂層供給器(3，4)是至少兩個分開的由高導(dǎo)電性能材料制成的導(dǎo)體并與涂層(2)的界面具有電氣連接，以及涂層供給器(3，4)能與電磁振蕩電路(5，6)的附加部分結(jié)合，使得電磁波通過涂層(2)的平面擴(kuò)展部分能進(jìn)行發(fā)射和接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電天線，其特征在于攜持部分(1)是由堅硬塑料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的無線電天線，其特征在于攜持部分(1)是設(shè)計成平面形狀，因此無線電天線(MS-A，BTS-A)是平面天線，以及具有涂層供給器(3，4)的涂層(2)被加在一個和/或兩個表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任意一項的無線電天線，其特征在于攜持部分(1)是機(jī)殼外壁的一個組成部分，尤其是塑料制成的移動站外壁(蜂窩電話外壁)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任意一項的無線電天線，其特征在于磺酸油成分優(yōu)選使用硫酸化蓖麻油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任意一項的無線電天線，其特征在于苯酚成份使用碾碎而生成的碳化苯酚，或者優(yōu)選使用苯并異噻唑啉酮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任意一項的無線電天線，其特征在于稀釋劑是一種基于芳香劑和/或酒精和/或酯和/或酮的溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任意一項的無線電天線，其特征在于絕緣物質(zhì)是絕緣煤煙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的任意一項的無線電天線，其特征在于分散劑是一種無機(jī)和/或有機(jī)、單體和/或聚合體物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9的任意一項的無線電天線，其特征在于涂層物質(zhì)包含一種觸變劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10的任意一項的無線電天線，其特征在于涂層供給器是并行對齊的銅薄片條(3，4)，并且涂層(2)與銅薄片條(3，4)的上部或下部相接觸或者它們被嵌入在涂層中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11的任意一項的無線電天線，其特征在于保護(hù)層加在涂層(2)和/或涂層供給器(3，4)之上。
13.一個移動無線電系統(tǒng)包括移動站(MS)作為用戶的蜂窩電話，在一個作為無線小區(qū)(FZ)的區(qū)域內(nèi)的一個基站收發(fā)站(BTS)，用來處理與移動站(MS)之間的無線電通訊業(yè)務(wù)，基站控制器(BSC)，每個基站控制器被分配給若干基站收發(fā)站(BTS)并通過數(shù)據(jù)傳輸與它們相連，還用來控制和協(xié)調(diào)所分配的基站收發(fā)站，以及移動交換中心(MSC)，每個移動交換中心與若干個基站控制器(BSC)通過數(shù)據(jù)傳輸連接，并且負(fù)責(zé)管理這些基站控制器(BSC)，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1-12的任意一項的無線電天線(MS-A，BTS-A)，在至少一個移動站(MS)和/或至少一個基站收發(fā)站(BTS)和/或至少一個基站控制器(BSC)和/或至少一個移動交換中心(MSC)中被使用。
全文摘要
這項發(fā)明涉及一種作為發(fā)射天線或者接收天線的無線電天線和一種移動無線電系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)明，無線電天線(MS－A，BTS－A)是一種平面天線并且包含一個由電氣絕緣物質(zhì)制成的攜持部分(1)，一個應(yīng)用于攜持部分之上的涂層部分(2)以及兩個分開的涂層供給器(3，4)，這兩個涂層供給器與位于縫隙之間的涂層(2)具有電氣連接。這種涂層由涂層物質(zhì)組成，涂層物質(zhì)包含著特定成分的特定物質(zhì)如粘結(jié)劑、絕緣物質(zhì)、分散劑和蒸餾水。電磁波是可以通過涂層(2)發(fā)射和接收并且具有很高的頻率選擇性，因而也就可以與球形特性相結(jié)合。
文檔編號H01Q9/04GK1471746SQ01818224
公開日2004年1月28日 申請日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者赫爾穆特·雷切爾特, 赫爾穆特 雷切爾特 申請人:莫勒塞姆控股股份公司