專利名稱：平衡多頻帶天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及無線電天線，并且具體涉及用于便攜式通信設(shè)備的天線。
背景技術(shù)：
在手持通信設(shè)備比如蜂窩電話的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)代化的趨勢(shì)產(chǎn)生了矛盾的需求。一方面，消費(fèi)者對(duì)具有隱藏(內(nèi)置)天線的更小的話機(jī)十分有興趣，因?yàn)樗鼈儾灰滓蚪佑|衣服或其它物體而損壞。另一方面，又需要實(shí)現(xiàn)足夠的天線電氣性能。此外，比如蜂窩電話的無線手持通信設(shè)備，需要傳送RF能量并且需要仔細(xì)檢查它們的RF輻射放射級(jí)別。
典型地，將內(nèi)置天線放置在蜂窩電話的背面頂端。但是，隨著話機(jī)變得越來越小，存在兩個(gè)涉及此解決方案的技術(shù)問題a)用戶持話機(jī)的手幾乎完全遮蔽天線。這會(huì)顯著地惡化天線性能以至于低于可接受的程度，和b)內(nèi)置天線會(huì)激發(fā)靠近用戶放置的話機(jī)機(jī)殼上的RF電流。這要求減少輸出的RF能量以滿足RF泄露標(biāo)準(zhǔn)。因此，不推薦將隱藏天線放置在小話機(jī)的背面頂端。
最高級(jí)別的RF泄露經(jīng)常來自在設(shè)備外殼導(dǎo)電部分上或在其中流動(dòng)的RF電流，而不是來自天線。減少或消除外殼的RF電流的現(xiàn)有技術(shù)方法導(dǎo)致使用大而笨重的天線或大的RF電流，引起在接近天線的區(qū)域的反應(yīng)近場(chǎng)，從而使其成為主要的RF泄露源。在任一種情況中，天線和話機(jī)的尺寸增加，這是不理想的。
在歷史上，通信依照封裝的電子設(shè)備和電池的尺寸設(shè)置便攜式通信設(shè)備的尺寸。消費(fèi)者和用戶的需求持續(xù)推動(dòng)了通信設(shè)備尺寸的明顯的減小。結(jié)果，在傳輸期間，天線以一種不受控的方式在通信設(shè)備的小外殼，機(jī)殼或印刷電路板上引起更高的RF電流密度。這些RF電流通常是分散的而不有效地貢獻(xiàn)RF通信信號(hào)的輻射。RF能量的分散會(huì)有害地影響在很小的單元上的電路。而且，這種能量損失降低通信質(zhì)量并縮短設(shè)備的電池壽命。當(dāng)設(shè)備和天線系統(tǒng)需要在多個(gè)頻帶操作時(shí)這些問題更加復(fù)雜。
因此，需要一種具有多頻帶天線配置的通信設(shè)備，配置其不因?yàn)橄M(fèi)者的使用而出現(xiàn)信號(hào)退化。具體地說，它將有助于提供引導(dǎo)遠(yuǎn)離用戶附近的天線。它也將有助于防止話機(jī)機(jī)殼成為天線的地網(wǎng)(counterpoise)，并且因此減少話機(jī)機(jī)殼上的RF電流。而且，有益地實(shí)現(xiàn)這些要求而不在通話位置降低天線的效率，減少電池壽命，或者增加通信設(shè)備的尺寸或成本。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的，處于打開位置的無線電話的透視圖，其翻蓋具有天線系統(tǒng)；圖2是圖1在關(guān)閉位置的透視圖；圖3是翻蓋部分的分解圖，其具有圖1的合為一體的天線；和圖4是根據(jù)本發(fā)明的天線配置布局的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種具有平衡雙頻帶天線的通信設(shè)備，該天線配置在附于設(shè)備底部的可移動(dòng)的細(xì)小翻蓋部分中。有利地，這種配置提供了小設(shè)備中天線效率的解決方案，因?yàn)橛脩舻氖植淮罂赡苷诒翁炀€而且在通話位置的天線和用戶之間有足夠的距離。結(jié)果，因?yàn)橐龑?dǎo)天線遠(yuǎn)離用戶附近，設(shè)備不大可能因?yàn)橄M(fèi)者的使用而出現(xiàn)信號(hào)退化。此外，該平衡天線配置提供了防止話機(jī)機(jī)殼成為天線地網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并且因此減小了話機(jī)機(jī)殼上的RF電流。設(shè)備的RF電流位于話機(jī)上更小，更有利的區(qū)域中。這使得話機(jī)表面的近場(chǎng)強(qiáng)度減小而不影響傳輸效率。此外，平衡天線配置保持RF電流在天線系統(tǒng)中，而遠(yuǎn)離那些接近用戶的機(jī)殼或外殼部分，從而延長(zhǎng)電池壽命，而不增加通信設(shè)備的尺寸或成本。
隨著便攜通信技術(shù)的發(fā)展，雙工(傳輸)手持無線通信產(chǎn)品中的天線效率與電磁泄露已成為重要問題。市場(chǎng)需要更小的手持無線通信產(chǎn)品并且滿足天線效率和電磁泄露要求愈加地困難。本發(fā)明提供一種平衡天線系統(tǒng)以控制天線輻射，同時(shí)也將天線從用戶附近移開而不影響效率。本發(fā)明將偶極子和環(huán)路天線元件組合在一種新穎的單個(gè)天線配置中，以允許在多于一個(gè)頻率上工作。此外，本發(fā)明考慮將其它設(shè)備放置在話機(jī)翻蓋部分中的公用操作，否則這些設(shè)備可能會(huì)限制天線系統(tǒng)的操作。例如，翻蓋可能包含一個(gè)當(dāng)翻蓋關(guān)閉時(shí)觀看設(shè)備的顯示內(nèi)容的窗口，或若干按鈕和它本身的顯示，以使用戶能在翻蓋關(guān)閉位置進(jìn)行輸入。這些設(shè)備由于它們?cè)诜w部分的位置，通常都可能使天線性能退化。
除了在這里描述的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明還有其它應(yīng)用，并且提供的描述僅僅是示例性地描述本發(fā)明并且不限定本發(fā)明。雖然說明書推出定義了本發(fā)明的新穎特征的權(quán)利要求，認(rèn)為通過下面結(jié)合附圖的說明可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中使用相似的參考數(shù)字。如在本發(fā)明中所限定的，無線電話是在無線電頻率范圍內(nèi)使用電磁波將信息傳遞到基站的一種通信設(shè)備?？偟膩碚f，無線電話是便攜式的，并且當(dāng)使用時(shí)通常舉起至人的頭部，貼近耳朵。
本發(fā)明的概念可以有益地用在任何需要收發(fā)RF信號(hào)的電子產(chǎn)品上。優(yōu)選地，通信設(shè)備的無線電話部分是適于個(gè)人通信的蜂窩無線電話，但也可能是尋呼機(jī)，無繩無線電話或個(gè)人通信服務(wù)(PCS)無線電話。可以根據(jù)模擬通信標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造無線電話部分。該無線電話部分通常包括射頻(RF)發(fā)射機(jī)、RF接收機(jī)、控制器、天線、電池、雙工濾波器、頻率合成器、信號(hào)處理器和用戶接口，該接口包括鍵區(qū)、顯示器、控制開關(guān)、麥克風(fēng)中的至少一個(gè)。無線電話部分也可以包括尋呼接收機(jī)。包括在蜂窩話機(jī)，雙向無線電設(shè)備或選擇性無線接收機(jī)(比如尋呼機(jī))中的電子設(shè)備是在本領(lǐng)域公知的，并且將其完全包括在本發(fā)明的通信設(shè)備中。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的通信設(shè)備。僅作為例子，該通信設(shè)備具體表現(xiàn)為具有現(xiàn)有蜂窩無線電收發(fā)機(jī)電路的蜂窩無線電話，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的，并且為簡(jiǎn)潔起見將不在這里表示。該蜂窩電話包括現(xiàn)有的蜂窩話機(jī)硬件(為簡(jiǎn)潔起見也將不表示)，比如集成在緊湊外殼上的用戶接口，并且還包括根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)。每一特定無線設(shè)備將提供體現(xiàn)本概念的機(jī)會(huì)和為每個(gè)應(yīng)用選擇的方式。
如圖1所示，將天線系統(tǒng)集成在比如便攜式無線電話101的通信設(shè)備中。該無線電話具有一個(gè)可移動(dòng)的翻蓋部分102。將該翻蓋部分102通過轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸鏈裝置114連接在無線電話101上，該鉸鏈裝置為翻蓋部分102提供多個(gè)操作位置。顯示的位置為翻蓋打開，在延伸位置從外殼中向外延伸。另一位置是翻蓋關(guān)閉(圖2)。也可以使用其它中間的翻蓋操作位置。本發(fā)明提供了集成在翻蓋部分102中的天線系統(tǒng)112。翻蓋部分102也可包含大的暴露區(qū)域104，其專用于窗口、顯示器，或某些按鍵或其它用戶接口。該區(qū)域由貫穿在翻蓋部分表面相對(duì)側(cè)的開口限定。由于延伸通過翻蓋部分，翻蓋部分102的這些區(qū)域104對(duì)于天線集成是不可用的。
參考圖3，天線112位于翻蓋部分102和翻蓋的蓋113之間。翻蓋部分102和翻蓋的蓋113都由適當(dāng)?shù)慕^緣材料，比如有機(jī)聚合物制成。該翻蓋部分102具有容納天線112的凹槽。該天線112夾在翻蓋部分102和翻蓋的蓋113之間。所有三個(gè)部分(天線112，翻蓋部分102和翻蓋的蓋113)連接在一起。這可以通過使用粘合劑或其它類型的固定設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。該天線112由嵌在薄的絕緣基片中的比如銅等適宜導(dǎo)體的薄導(dǎo)電條制成。
參考圖4，在優(yōu)選實(shí)施例中，配置天線112用于雙頻帶操作。但是，總的來說，天線配置不限于只有兩個(gè)工作頻帶。天線配置包括對(duì)稱門形偶極子(bent dipole)105，其與一對(duì)可在第一頻率操作的對(duì)稱delta匹配導(dǎo)體107耦合。此外，對(duì)稱delta導(dǎo)體107和門形偶極子105的頂端部分形成可在第二頻率操作的環(huán)路天線。天線112在饋電點(diǎn)110經(jīng)由平衡傳輸線106反饋。該天線配置關(guān)于翻蓋102的縱向中心軸完全對(duì)稱。天線的對(duì)稱配置和平衡反饋傳輸線106的使用一起提供了天線操作的平衡模式。
將門形偶極子105置于翻蓋部分102的外部邊緣周圍。偶極子105關(guān)于翻蓋102的縱向中心軸對(duì)稱。以這樣一種方式選擇門形偶極子105的總長(zhǎng)度，即，在較低的操作頻帶提供第一諧振。優(yōu)選地，偶極子調(diào)諧在900MHz，且總長(zhǎng)度接近它操作頻率的半波長(zhǎng)。
將一對(duì)對(duì)稱delta匹配導(dǎo)體107放置在翻蓋102專用區(qū)104的邊緣周圍。導(dǎo)體107提供在偶極子105與傳輸線106之間的阻抗變換。該delta匹配導(dǎo)體107在觸點(diǎn)108與偶極子105連接。以這樣一種方式選擇觸點(diǎn)108的實(shí)際位置即，在較低的操作頻帶中在偶極子105與傳輸線106之間提供良好的阻抗匹配。
在觸點(diǎn)108之間的delta匹配導(dǎo)體107和門形偶極子105的頂端部分形成了一個(gè)可操作在第二、較高頻帶的第二環(huán)路天線。第一和第二天線共用形成了平衡雙頻帶環(huán)路-偶極子混合天線系統(tǒng)的delta匹配導(dǎo)體107。雖然偶極子與環(huán)路在物理上與公用傳輸線106耦合，環(huán)路天線由相同的傳輸線有效地驅(qū)動(dòng)，但偶極子因?yàn)閐elta匹配導(dǎo)體的緣故而在觸點(diǎn)有效地驅(qū)動(dòng)?？蛇x地，將一對(duì)導(dǎo)電臂109在觸點(diǎn)108附近與delta匹配導(dǎo)體107連接并由此驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，該對(duì)導(dǎo)電臂109可以在第二頻帶或其附近諧振并用于調(diào)諧該頻帶。在此種情況下，以調(diào)諧此較高頻帶的頻率的方式選擇兩個(gè)導(dǎo)電臂109的長(zhǎng)度。通過與其它組件的電磁耦合可以改變有效長(zhǎng)度。此外，可以通過本領(lǐng)域公知的材料增加或減少技術(shù)，為最佳調(diào)諧改變物理長(zhǎng)度。作為選擇地，可以選擇該對(duì)導(dǎo)電臂109以在一個(gè)不同于第一和第二頻率的第三頻率提供諧振，從而支持多頻帶操作?？刹捎孟嗨频姆椒▽⒘硗獾膶?dǎo)電臂對(duì)附加于天線系統(tǒng)，以支持多頻帶操作，也就是，在不同于第一和第二頻率的第三或更多頻率上操作。
平衡傳輸線106將天線系統(tǒng)饋電點(diǎn)110和通信設(shè)備101的收發(fā)機(jī)電路(沒有示出)連接。這可以通過圖1翻蓋部分102的鉸鏈裝置114，由柔性硬線連接(沒有示出)提供。作為選擇的，到該收發(fā)機(jī)的連接由通過鉸鏈裝置的容性或感性耦合來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，通過包括在轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸鏈裝置114中的感性耦合器103實(shí)現(xiàn)該連接，如在美國(guó)專利No.5,014,346中所描述的，在此將其完全包括并引入作為參考。該感性耦合器103作為平衡-非平衡模式變換器操作，在傳輸線106上提供對(duì)不需要的非平衡模式RF電流的良好的抑制作用。雖然示出一個(gè)耦合器103，可以使用多于一個(gè)的鉸鏈點(diǎn)以支持不同的傳輸線耦合器(沒有示出)。天線對(duì)稱配置和平衡反饋提供了天線的平衡模式。這有效地避免了話機(jī)機(jī)殼成為天線輻射系統(tǒng)的一部分，而且抑制了話機(jī)機(jī)殼上不需要的RF電流，因而減少近場(chǎng)發(fā)射和增加天線輻射效率。
由類似于美國(guó)專利No.5,542,106中所述的方法提供天線112在翻蓋關(guān)閉位置的操作，將其在這里完全包括并引入作為參考。當(dāng)翻蓋部分102處在關(guān)閉位置時(shí)，它的輸入阻抗因?yàn)榭拷挋C(jī)101而改變。優(yōu)選地，無線電話外殼的正面部分由非導(dǎo)體材料，比如有機(jī)聚合體制成。更優(yōu)選地，無線電話外殼的正面部分包含至少一個(gè)導(dǎo)電盤(如圖1中所示的111)，其嵌在外殼的正面部分。當(dāng)翻蓋部分102處于第二(關(guān)閉)位置(圖2中所表示的)時(shí)，導(dǎo)電盤111靠近天線系統(tǒng)，并且具體地說是靠近delta匹配導(dǎo)體。導(dǎo)電板以這樣一種方式電氣連接到天線導(dǎo)體，即，修正天線的輸入阻抗以補(bǔ)償由于天線靠近設(shè)備的其它導(dǎo)電部分附近而造成的阻抗改變。換句話說，導(dǎo)電盤確保與平衡傳輸線106的匹配。當(dāng)翻蓋部分在打開位置時(shí)導(dǎo)電盤具有對(duì)天線阻抗的最小影響。
總之，應(yīng)該認(rèn)可本發(fā)明是無線電話天線外殼的改進(jìn)和最優(yōu)化無線電話收發(fā)機(jī)效率的技術(shù)。由于此改進(jìn)的效率，它還能減少電流牽引并延長(zhǎng)電池壽命。同樣地，它的優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用于任何種類的天線元件和激發(fā)器。雖然給出偶極子/環(huán)路的例子，本發(fā)明同樣適用于其它本領(lǐng)域公知的天線配置。
應(yīng)該理解，在此處使用的措辭或術(shù)語是以描述而非限定為目的的。因此，本發(fā)明意在包含在所附權(quán)利要求的廣泛范疇中的所有此類的替代，修改，等效物和變更。
(按照條約第19條的修改)1.一種平衡天線系統(tǒng)，用于具有置于外殼內(nèi)的收發(fā)機(jī)的通信設(shè)備，所述系統(tǒng)包含平衡傳輸線，電磁耦合到收發(fā)機(jī)；對(duì)稱門形偶極子天線元件，耦合到平衡傳輸線，所述門形偶極子天線操作在第一頻率；以及對(duì)稱環(huán)路天線，連接到平衡傳輸線，所述環(huán)路天線共用部分所述門形偶極子天線元件，并且所述環(huán)路天線操作在第二頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述門形偶極子在觸點(diǎn)與連接傳輸線的對(duì)稱delta匹配導(dǎo)體耦合，并且所述環(huán)路天線由在觸點(diǎn)間的delta匹配導(dǎo)體和部分所述門形偶極子元件形成。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含一對(duì)導(dǎo)電臂，其和觸點(diǎn)附近的delta匹配導(dǎo)體連接。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)為環(huán)路天線提供調(diào)諧。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)提供在第二操作頻率附近的諧振。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)提供在第三操作頻率的諧振。
7.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含第二對(duì)導(dǎo)電臂，其在觸點(diǎn)附近連接delta匹配導(dǎo)體，所述第二對(duì)導(dǎo)電臂提供在第三操作頻率的諧振。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含由鉸鏈裝置連接到外殼的可移動(dòng)翻蓋部分，其中所述天線系統(tǒng)置于通信設(shè)備的翻蓋部分中。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述傳輸線通過鉸鏈裝置感性耦合至收發(fā)機(jī)。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述翻蓋部分具有打開和關(guān)閉的位置，并且其中所述外殼含有至少一個(gè)置于其中的導(dǎo)電盤，使得當(dāng)翻蓋部分相對(duì)外殼是關(guān)閉位置時(shí)，所述至少一個(gè)導(dǎo)電盤為修正對(duì)傳輸線的匹配而調(diào)諧天線阻抗。
權(quán)利要求
1.一種平衡天線系統(tǒng)，用于具有置于外殼內(nèi)的收發(fā)機(jī)的通信設(shè)備，所述系統(tǒng)包含平衡傳輸線，電磁耦合到收發(fā)機(jī)；對(duì)稱偶極子天線元件，耦合到平衡傳輸線，所述偶極子天線操作在第一頻率；以及對(duì)稱環(huán)路天線，連接到平衡傳輸線，所述環(huán)路天線共用部分偶極子天線元件，并且所述環(huán)路天線操作在第二頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述偶極子是在觸點(diǎn)與連接傳輸線的對(duì)稱delta匹配導(dǎo)體耦合的門形偶極子，并且所述環(huán)路天線由在觸點(diǎn)間的delta匹配導(dǎo)體和偶極子元件部分形成。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含一對(duì)導(dǎo)電臂，其和觸點(diǎn)附近的delta匹配導(dǎo)體連接。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)為環(huán)路天線提供調(diào)諧。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)提供在第二操作頻率附近的諧振。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電臂對(duì)提供在第三操作頻率的諧振。
7.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含第二對(duì)導(dǎo)電臂，其在觸點(diǎn)附近連接delta匹配導(dǎo)體，所述第二對(duì)導(dǎo)電臂提供在第三操作頻率的諧振。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含由鉸鏈裝置連接到外殼的可移動(dòng)翻蓋部分，其中所述天線系統(tǒng)置于通信設(shè)備的翻蓋部分中。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述傳輸線通過鉸鏈裝置感性耦合至收發(fā)機(jī)。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述翻蓋部分具有打開和關(guān)閉的位置，并且其中所述外殼含有至少一個(gè)置于其中的導(dǎo)電盤，使得當(dāng)翻蓋部分相對(duì)外殼是關(guān)閉位置時(shí)，所述導(dǎo)電盤為修正對(duì)傳輸線的匹配而調(diào)諧天線阻抗。
全文摘要
一種用于通信設(shè)備(101)的平衡天線系統(tǒng)，包括電磁耦合到設(shè)備收發(fā)機(jī)的平衡傳輸線(106)。對(duì)稱偶極子天線元件(105)操作在第一頻率并由平衡傳輸線驅(qū)動(dòng)。對(duì)稱環(huán)路天線共用部分偶極子天線元件，操作在第二頻率并由傳輸線驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，該天線系統(tǒng)置于設(shè)備外殼的翻蓋部分(102)中。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK1639915SQ03805365
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月5日
發(fā)明者安德魯斯·A·葉法諾夫, 詹姆斯·P·菲利普斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司