CN100524946C - 平衡多频带天线系统 - Google Patents

Abstract

一种用于通信设备(101)的平衡天线系统，包括电磁耦合到设备收发机的平衡传输线(106)。对称偶极子天线元件(105)操作在第一频率并由平衡传输线驱动。对称环路天线共用部分偶极子天线元件，操作在第二频率并由传输线驱动。优选地，该天线系统置于设备外壳的翻盖部分(102)中。

Description

平衡多频带天线系统

技术领域

本发明总的来说涉及无线电天线，并且具体涉及用于便携式通信设备的天线。

背景技术

在手持通信设备比如蜂窝电话的设计中，现代化的趋势产生了矛盾的需求。一方面，消费者对具有隐藏(内置)天线的更小的话机十分有兴趣，因为它们不易因接触衣服或其它物体而损坏。另一方面，又需要实现足够的天线电气性能。此外，比如蜂窝电话的无线手持通信设备，需要传送RF能量并且需要仔细检查它们的RF辐射放射级别。

典型地，将内置天线放置在蜂窝电话的背面顶端。但是，随着话机变得越来越小，存在两个涉及此解决方案的技术问题：a)用户持话机的手几乎完全遮蔽天线。这会显著地恶化天线性能以至于低于可接受的程度，和b)内置天线会激发靠近用户放置的话机机壳上的RF电流。这要求减少输出的RF能量以满足RF泄露标准。因此，不推荐将隐藏天线放置在小话机的背面顶端。

最高级别的RF泄露经常来自在设备外壳导电部分上或在其中流动的RF电流，而不是来自天线。减少或消除外壳的RF电流的现有技术方法导致使用大而笨重的天线或大的RF电流，引起在接近天线的区域的反应近场，从而使其成为主要的RF泄露源。在任一种情况中，天线和话机的尺寸增加，这是不理想的。

在历史上，通信依照封装的电子设备和电池的尺寸设置便携式通信设备的尺寸。消费者和用户的需求持续推动了通信设备尺寸的明显的减小。结果，在传输期间，天线以一种不受控的方式在通信设备的小外壳，机壳或印刷电路板上引起更高的RF电流密度。这些RF电流通常是分散的而不有效地贡献RF通信信号的辐射。RF能量的分散会有害地影响在很小的单元上的电路。而且，这种能量损失降低通信质量并缩短设备的电池寿命。当设备和天线系统需要在多个频带操作时这些问题更加复杂。

因此，需要一种具有多频带天线配置的通信设备，配置其不因为消费者的使用而出现信号退化。具体地说，它将有助于提供引导远离用户附近的天线。它也将有助于防止话机机壳成为天线的地网(counterpoise)，并且因此减少话机机壳上的RF电流。而且，有益地实现这些要求而不：在通话位置降低天线的效率，减少电池寿命，或者增加通信设备的尺寸或成本。

附图说明

图1是根据本发明的，处于打开位置的无线电话的透视图，其翻盖具有天线系统；

图2是图1在关闭位置的透视图；

图3是翻盖部分的分解图，其具有图1的合为一体的天线；和

图4是根据本发明的天线配置布局的平面图。

具体实施方式

本发明提供一种具有平衡双频带天线的通信设备，该天线配置在附于设备底部的可移动的细小翻盖部分中。有利地，这种配置提供了小设备中天线效率的解决方案，因为用户的手不大可能遮蔽天线而且在通话位置的天线和用户之间有足够的距离。结果，因为引导天线远离用户附近，设备不大可能因为消费者的使用而出现信号退化。此外，该平衡天线配置提供了防止话机机壳成为天线地网的优点，并且因此减小了话机机壳上的RF电流。设备的RF电流位于话机上更小，更有利的区域中。这使得话机表面的近场强度减小而不影响传输效率。此外，平衡天线配置保持RF电流在天线系统中，而远离那些接近用户的机壳或外壳部分，从而延长电池寿命，而不增加通信设备的尺寸或成本。

随着便携通信技术的发展，双工(传输)手持无线通信产品中的天线效率与电磁泄露已成为重要问题。市场需要更小的手持无线通信产品并且满足天线效率和电磁泄露要求愈加地困难。本发明提供一种平衡天线系统以控制天线辐射，同时也将天线从用户附近移开而不影响效率。本发明将偶极子和环路天线元件组合在一种新颖的单个天线配置中，以允许在多于一个频率上工作。此外，本发明考虑将其它设备放置在话机翻盖部分中的公用操作，否则这些设备可能会限制天线系统的操作。例如，翻盖可能包含一个当翻盖关闭时观看设备的显示内容的窗口，或若干按钮和它本身的显示，以使用户能在翻盖关闭位置进行输入。这些设备由于它们在翻盖部分的位置，通常都可能使天线性能退化。

除了在这里描述的优选实施例，本发明还有其它应用，并且提供的描述仅仅是示例性地描述本发明并且不限定本发明。虽然说明书推出定义了本发明的新颖特征的权利要求，认为通过下面结合附图的说明可以更好地理解本发明，在附图中使用相似的参考数字。如在本发明中所限定的，无线电话是在无线电频率范围内使用电磁波将信息传递到基站的一种通信设备。总的来说，无线电话是便携式的，并且当使用时通常举起至人的头部，贴近耳朵。

本发明的概念可以有益地用在任何需要收发RF信号的电子产品上。优选地，通信设备的无线电话部分是适于个人通信的蜂窝无线电话，但也可能是寻呼机，无绳无线电话或个人通信服务(PCS)无线电话。可以根据模拟通信标准或数字通信标准构造无线电话部分。该无线电话部分通常包括射频(RF)发射机、RF接收机、控制器、天线、电池、双工滤波器、频率合成器、信号处理器和用户接口，该接口包括键区、显示器、控制开关、麦克风中的至少一个。无线电话部分也可以包括寻呼接收机。包括在蜂窝话机，双向无线电设备或选择性无线接收机(比如寻呼机)中的电子设备是在本领域公知的，并且将其完全包括在本发明的通信设备中。

图1示出了根据本发明的通信设备。仅作为例子，该通信设备具体表现为具有现有蜂窝无线电收发机电路的蜂窝无线电话，这是本领域普通技术人员熟知的，并且为简洁起见将不在这里表示。该蜂窝电话包括现有的蜂窝话机硬件(为简洁起见也将不表示)，比如集成在紧凑外壳上的用户接口，并且还包括根据本发明的天线系统。每一特定无线设备将提供体现本概念的机会和为每个应用选择的方式。

如图1所示，将天线系统集成在比如便携式无线电话101的通信设备中。该无线电话具有一个可移动的翻盖部分102。将该翻盖部分102通过转动的铰链装置114连接在无线电话101上，该铰链装置为翻盖部分102提供多个操作位置。显示的位置为翻盖打开，在延伸位置从外壳中向外延伸。另一位置是翻盖关闭(图2)。也可以使用其它中间的翻盖操作位置。本发明提供了集成在翻盖部分102中的天线系统112。翻盖部分102也可包含大的暴露区域104，其专用于窗口、显示器，或某些按键或其它用户接口。该区域由贯穿在翻盖部分表面相对侧的开口限定。由于延伸通过翻盖部分，翻盖部分102的这些区域104对于天线集成是不可用的。

参考图3，天线112位于翻盖部分102和翻盖的盖113之间。翻盖部分102和翻盖的盖113都由适当的绝缘材料，比如有机聚合物制成。该翻盖部分102具有容纳天线112的凹槽。该天线112夹在翻盖部分102和翻盖的盖113之间。所有三个部分(天线112，翻盖部分102和翻盖的盖113)连接在一起。这可以通过使用粘合剂或其它类型的固定设备来实现。该天线112由嵌在薄的绝缘基片中的比如铜等适宜导体的薄导电条制成。

参考图4，在优选实施例中，配置天线112用于双频带操作。但是，总的来说，天线配置不限于只有两个工作频带。天线配置包括对称门形偶极子(bent dipole)105，其与一对可在第一频率操作的对称delta匹配导体107耦合。此外，对称delta导体107和门形偶极子105的顶端部分形成可在第二频率操作的环路天线。天线112在馈电点110经由平衡传输线106反馈。该天线配置关于翻盖102的纵向中心轴完全对称。天线的对称配置和平衡反馈传输线106的使用一起提供了天线操作的平衡模式。

将门形偶极子105置于翻盖部分102的外部边缘周围。偶极子105关于翻盖102的纵向中心轴对称。以这样一种方式选择门形偶极子105的总长度，即，在较低的操作频带提供第一谐振。优选地，偶极子调谐在900MHz，且总长度接近它操作频率的半波长。

将一对对称delta匹配导体107放置在翻盖102专用区104的边缘周围。导体107提供在偶极子105与传输线106之间的阻抗变换。该delta匹配导体107在触点108与偶极子105连接。以这样一种方式选择触点108的实际位置即，在较低的操作频带中在偶极子105与传输线106之间提供良好的阻抗匹配。

在触点108之间的delta匹配导体107和门形偶极子105的顶端部分形成了一个可操作在第二、较高频带的第二环路天线。第一和第二天线共用形成了平衡双频带环路-偶极子混合天线系统的delta匹配导体107。虽然偶极子与环路在物理上与公用传输线106耦合，环路天线由相同的传输线有效地驱动，但偶极子因为delta匹配导体的缘故而在触点有效地驱动。可选地，将第二对导电臂109在触点108附近与delta匹配导体107连接并由此驱动。优选地，该第二对导电臂109可以在第二频带或其附近谐振并用于调谐该频带。在此种情况下，以调谐此较高频带的频率的方式选择两个导电臂109的长度。通过与其它组件的电磁耦合可以改变有效长度。此外，可以通过本领域公知的材料增加或减少技术，为最佳调谐改变物理长度。作为选择地，可以选择该第二对导电臂109以在一个不同于第一和第二频率的第三频率提供谐振，从而支持多频带操作。可采用相似的方法将另外的导电臂对附加于天线系统，以支持多频带操作，也就是，在不同于第一和第二频率的第三或更多频率上操作。

平衡传输线106将天线系统馈电点110和通信设备101的收发机电路(没有示出)连接。这可以通过图1翻盖部分102的铰链装置114，由柔性硬线连接(没有示出)提供。作为选择的，到该收发机的连接由通过铰链装置的容性或感性耦合来实现。优选地，通过包括在转动的铰链装置114中的感性耦合器103实现该连接，如在美国专利No.5,014,346中所描述的，在此将其完全包括并引入作为参考。该感性耦合器103作为平衡-非平衡模式变换器操作，在传输线106上提供对不需要的非平衡模式RF电流的良好的抑制作用。虽然示出一个耦合器103，可以使用多于一个的铰链点以支持不同的传输线耦合器(没有示出)。天线对称配置和平衡反馈提供了天线的平衡模式。这有效地避免了话机机壳成为天线辐射系统的一部分，而且抑制了话机机壳上不需要的RF电流，因而减少近场发射和增加天线辐射效率。

由类似于美国专利No.5,542,106中所述的方法提供天线112在翻盖关闭位置的操作，将其在这里完全包括并引入作为参考。当翻盖部分102处在关闭位置时，它的输入阻抗因为靠近话机101而改变。优选地，无线电话外壳的正面部分由非导体材料，比如有机聚合体制成。更优选地，无线电话外壳的正面部分包含至少一个导电盘(如图1中所示的111)，其嵌在外壳的正面部分。当翻盖部分102处于第二(关闭)位置(图2中所表示的)时，导电盘111靠近天线系统，并且具体地说是靠近delta匹配导体。导电板以这样一种方式电气连接到天线导体，即，修正天线的输入阻抗以补偿由于天线靠近设备的其它导电部分附近而造成的阻抗改变。换句话说，导电盘确保与平衡传输线106的匹配。当翻盖部分在打开位置时导电盘具有对天线阻抗的最小影响。

总之，应该认可本发明是无线电话天线外壳的改进和最优化无线电话收发机效率的技术。由于此改进的效率，它还能减少电流牵引并延长电池寿命。同样地，它的优点可应用于任何种类的天线元件和激发器。虽然给出偶极子/环路的例子，本发明同样适用于其它本领域公知的天线配置。

应该理解，在此处使用的措辞或术语是以描述而非限定为目的的。因此，本发明意在包含在所附权利要求的广泛范畴中的所有此类的替代，修改，等效物和变更。

Claims (10)

1.一种平衡天线系统，用于具有置于外壳内的收发机的通信设备，所述平衡天线系统包含：

平衡传输线，电磁耦合到收发机；

对称门形偶极子天线元件，耦合到平衡传输线，所述对称门形偶极子天线元件操作在第一频率；以及

对称环路天线，连接到平衡传输线，所述环路天线共用部分所述对称门形偶极子天线元件，并且所述环路天线操作在第二频率。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述对称门形偶极子天线元件在对应的触点与连接所述平衡传输线的一对对称delta匹配导体耦合，并且所述环路天线由在触点间的对称delta匹配导体和部分所述对称门形偶极子天线元件形成。

3.如权利要求2所述的系统，进一步包含一对导电臂，其在对应的触点附近连接所述对称delta匹配导体。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述一对导电臂为环路天线提供调谐。

5.如权利要求3所述的系统，其中，所述一对导电臂提供在第二操作频率附近的谐振。

6.如权利要求3所述的系统，其中，所述一对导电臂提供在第三操作频率的谐振。

7.如权利要求3所述的系统，进一步包含第二对导电臂，其在对应的触点附近连接所述对称delta匹配导体，所述第二对导电臂提供在第三操作频率的谐振。

8.如权利要求1所述的系统，进一步包含由铰链装置连接到外壳的可移动翻盖部分，其中所述平衡天线系统置于通信设备的翻盖部分中。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述平衡传输线通过铰链装置感性耦合至收发机。

10.如权利要求8所述的系统，其中，所述翻盖部分具有打开和关闭的位置，并且其中所述外壳含有至少一个置于其中的导电盘，使得当翻盖部分相对外壳是关闭位置时，所述至少一个导电盘为修正对所述平衡传输线的匹配而调谐天线阻抗。

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