CN1336700A

CN1336700A - 多波段天线

Info

Publication number: CN1336700A
Application number: CN01121089A
Authority: CN
Inventors: P·安纳马尔
Original assignee: FIRTRONIC LK Co Ltd
Current assignee: Pulse Finland Oy
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-02-20
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: CN1213511C; FI20001387A0; US20010050656A1; FI113220B; FI20001387A; US6473056B2; EP1164657A1

Abstract

本发明涉及特别适用于移动台的多波段天线结构。天线的辐射元件不仅包括螺旋线(210)而且包括把螺旋线连接到所述装置的接合件(220)。所述螺旋线做成这样的形状,使得各导线圈之间的距离变化。例如,通过可导电的凸出物(226)增加接合件的电长度。通过适当地确定各部分的尺寸,在频率标尺的有用点上设置螺旋线和接合件共同的和单独的至少五个谐振点。按照本发明的结构在七波段的情况下仍然是简单的且生产成本相对地低。

Description

多波段天线

本发明涉及特别适用于移动台的多波段天线。

移动台的开发正向着工作于多个频段的装置发展。最初，每个移动电话仅工作在一个频带。然后，工作于两个频带诸如GSM900和GSM1800系统的型号被引入市场。WCDMA(宽带码分多址)技术的引进和GSM(全球移动通信系统)技术扩展到由NMT450系统早先使用的频带，导致制造工作在甚至更多频带的型号。这意味着因而对所讨论的移动通信装置的天线的附加的要求。

从先有技术中知道有几种工作于至少两个频带的天线结构。这些结构通常包括设置成调谐在不同频带的两部分。这些部分可能为，例如，分开的螺旋元件，螺旋线和鞭状线，平面倒F型天线(PIFA)的辐射面的分支，或者在印刷电路板表面上的曲折和平面元件。还知道一种配置，其中各个天线振子的基波频率落在一个无线系统所用的频带内，而基波频率的谐波落在另一个无线系统所用的频带内。这种配置的实例示于图1中。图中表示出螺旋型天线振子110、连接件120和天线馈电导线130。所述天线振子110在其下端连接在连接件120上，连接件120本身又可以拧入该装置的机身或外壳结构中。在振子110中，螺距或在振子的轴线方向测量的相连两匝之间的距离，越逼近振子的上端变得越小。例如，螺距p1小于在振子的较低点的螺距p2。馈电导线130电连接到螺旋振子110的下端，并且通过连接件120中的轴心孔向下延伸。连接件可以是导电的，但是与螺旋线绝缘，由此它进一步用作馈电导线的终端部分的屏蔽。图1还以虚线表示了天线的保护罩的外形。

所有天线振子在一定的基波频率以及在该基波频率的谐波频率上谐振。所述基波频率这里指在该频率下天线振子的电长度等于波长的四分之一。如果在螺旋天线中的螺距全部一致，则谐波为基频的倍数。如果有不同的螺距，则谐波之间的关系改变。通过适当地选择，尤其是，匝数和螺距，有可能具有这样的谐振频率值，使得该结构在至少两种无线系统的频带中都能使用。通常把基频及其三次谐波设置在频率轴上所需的位置。三次谐波意思是把基波频率当作“第一谐波”时的第三谐振频率。

按照图1的配置中和关于多波段使用的可比拟的配置中的共同缺点是仅有两个或最多三个能够使用的波段。确实，通过增加元件可以想要多少就有多少波段，然而其匹配结构变得庞大和复杂。

本发明的目的是要减少所述与先有技术相关的缺点。按照本发明的天线结构包括：各导线圈之间具有不同距离的螺旋元件；和接合件，螺旋元件通过其一端连接该接合件，其中，螺旋元件的连接部分是导电的，接合件是导电的且未被电屏蔽并且其基波谐振频率低于螺旋元件的七次谐波谐振频率。安排螺旋元件与接合件的公共基波频率以便其落在第一无线系统所用的频带内；通过改变螺旋线的螺距安排螺旋元件的三次谐波频率以便其落在第二无线系统所用的频带内；通过改变螺旋线的螺距安排螺旋元件的五次谐波频率以便其落在第三无线系统所用的频带内；安排接合件的基波频率以便其落在第四无线系统所用的频带内；通过改变螺旋线的螺距安排螺旋元件的七次谐波频率以便其落在第五无线系统所用的频带内。第一无线系统是GSM450；第二无线系统是GSM900；第三无线系统是GSM1800；第四无线系统是PCS1900；以及第五无线系统是WCDMA。

接合件包括可导电的突出物以便减小谐振的接合件的物理长度。

接合件包括要连接到绝缘支撑材料上的配合物，其中，配合物本质上比接合件的其余部分宽以便减小谐振的接合件的物理长度。

螺旋元件的轴向是垂直的，而接合件的轴向基本上是水平的。

一种无线装置，它包括天线，后者包括：各导线圈之间具有不同距离的螺旋元件；以及接合件，螺旋元件通过其一端连接该接合件，其中，螺旋元件的连接部分是导电的，接合件是导电的且未电屏蔽，并且其基波谐振频率低于螺旋元件的七次谐波谐振频率。

本发明的基本构思如下：天线结构中不仅具有作为它的辐射单元的螺旋线，还具有把螺旋线附于该装置上的接合件。这样设计所述螺旋线，使得其各圈导线之间的距离变化。借助于例如保持在所述装置的机壳之内的导电凸出物来增加接合件的电长度。通过适当地选定各元件的尺寸，在频率标尺的有用的位置上设置螺旋线和接合件共同具有的至少五个谐振点。

本发明的一个优点是，它使天线容易适用于移动台，这种天线具有比先有技术的天线更多的波段。本发明的另一个优点是按照本发明的结构的生产成本相对小些。

下面对本发明进行更详细的描述。将参考下面的附图，其中：

图1表示先有技术的天线结构，

图2a，b表示按照本发明的天线结构的实例，

图3表示按照本发明的天线结构的第二实例，

图4表示按照本发明的天线结构的第三实例，

图5表示按照本发明的天线的频率特性的实例，

图6表示配有按照本发明的天线的移动台的实例。

已经结合先有技术的描述对图1作了讨论。

图2a表示按照本发明的天线结构的实例的侧视图。它包括螺旋型天线振子210，接合件220和天线馈电导线230。与图1中所示结构类似，在螺旋振子中的螺距从振子的下端至上端变得越来越小。术语“下”，“上”，“水平”，“垂直”在这些描述和权利要求中指的是图2所示的天线结构的位置，而且他们与天线的工作位置无关。接合件220包括顶部221、螺纹部分222、底部223、连接部分224、配对物225、和凸出部分226。所有这些部分是导电的并且相互之间电接触。水平凸出部分226一端连接到配对物225。它可以为例如独立的平板或正好为所述机壳的内表面上的金属板。配对物已经有内螺纹。在图2的实例中，它是类似螺母的零件，连接在所述装置的绝缘机壳240上。顶部221、螺纹部分222、底部223和连接部分224形成一个拧入配对物225的整体。螺旋振子210通过其下端连接在接合件220的顶部。连接部分224是接合件中最下面的部分。馈电导线230包括当在该装置中安装天线时对连接部分224施加弹力的弯曲部分。

图2b表示图2a的天线结构的俯视图。它展示凸出物226的宽度、螺旋线的圆形横剖面和接合件的顶部221、以及用于接合件的配合物225的多角形横剖面。

图2和图1的结构之间的本质不同在于，在图2中，螺旋线的接合件还可以起辐射体的作用。它是一个连接到天线馈电线的内部导体230的导电体，在它周围没有导电屏蔽。可以使用凸出物226在垂直方向上缩短接合件。所述装置的机壳上部中带状凸出物所需要的空间是微小的。在接合件与螺旋线之间的界面存在电的不连续性。因而螺旋线单独在某些频率下谐振而接合件单独在某些其他频率下谐振。另外有一个频率，螺旋线和接合件在该频率一起谐振。这个共同的谐振频率是所述结构的谐振频率中的最低频率。实际上，例如，可能利用它和接合件的基本谐振频率以及螺旋线的一个或一个以上的谐波。关于后者，按照本发明的结构比先有技术的结构更进一层：可以安排螺距的变化使得三次、五次、和如果有必要、七次谐波和基波之比为所期望的值。

图3表示按照本发明的结构的第二实例。与图2的结构的不同之处是接合件现在为水平的，使得螺旋元件310从侧面连接到它的一端。另外，接合件不具有类似图2中的凸出部分226的凸出物。这意味着，如果天线工作在与图2的结构同样的频率下，接合件必须做得更长。

图4表示按照本发明的结构的第三实例。其中螺旋元件410和接合件420具有共同的轴线，类似于图2。在这种情况下，接合件的配合物425也不包括凸出物。但是，配合物本身比图2的结构中的更大。所述更大尺寸的目的与所述凸出物的目的相同：以便在较小的垂直物理长度下获得一定电长度的接合件。

图5表示按照本发明的天线的频率特性的实例。它表示在结构上都是按照图2的两个天线的作为频率的函数的反射系数S11。在第一个曲线51中可以看到六个谐振点。如果对于可行频带的准则为所述反射系数低于、比方说-5dB，则由曲线51表示的结构用作四波段天线：430-480MHz，860-950MHz，1240-1280MHz和1550-2230MHz。在未来的GSM450系统中使用的频率落在这些波段的第一波段内。GSM900系统使用的频率落在上述各波段的第二波段内。借助于微调，在采用1227.6MHz频率的GPS(全球定位系统)中可利用第三波段。GSM1800、PCS1900和WCDMA系统使用的频率落在非常宽的第四波段内。另外，GPS频率1575.42MHz落在同样的波段内。

第一波段430-480MHz基于天线的螺旋元件和接合件的公共谐振频率。第二波段860-950MHz基于所述螺旋振子的基本谐振频率的三次谐波。通过适当减小接近螺旋线上端的螺距，安排它稍稍高于900MHz。通过把三个谐振频率：螺旋线的五次谐波、接合件的基波频率和螺旋线的七次谐波安排在适当点来产生第四波段1550-2230MHz。通过使螺纹向上适当地更加密集，已经把螺旋线的五次和七次谐波以及前述的三次谐波下拉。

第二条曲线52类似于曲线51。已经通过轻微改变尺寸例如这样安排天线的第二波段，以便其更好地落入GSM 900系统使用的波段内。

图6表示移动台MS。它具有按照本发明的天线600，其中所述天线具有位于所述移动台机壳外部的天线的螺旋元件610和位于所述机壳内的接合件620。

上文中已经对按照本发明的一些解决方案作了描述。本发明并不仅限于这些方案。例如，可以用许多方式修改接合件。本发明也不限制天线振子的制造方法。可以在独立权利要求中定义的范围之内按照各种方式来应用本发明的思想。

Claims

1.一种天线结构，它包括：各导线圈之间具有不同距离的螺旋元件；和接合件，所述螺旋元件通过其一端连接该接合件，其特征在于：所述螺旋元件的所述连接部分是通电的，所述接合件(220；320；420)是导电的且未被电屏蔽并且其基波谐振频率低于所述螺旋元件(210；310；410)的七次谐波谐振频率。

2.权利要求1的结构，其特征在于：

安排所述螺旋元件与所述接合件的公共基波频率以便其落在第一无线系统所用的频带内，

通过改变所述螺旋线的螺距安排所述螺旋元件的三次谐波频率以便其落在第二无线系统所用的频带内，

通过改变所述螺旋线的螺距安排所述螺旋元件的五次谐波频率以便其落在第三无线系统所用的频带内，

安排所述接合件的基波频率以便其落在第四无线系统所用的频带内，

通过改变所述螺旋线的螺距安排所述螺旋元件的七次谐波频率以便其落在第五无线系统所用的频带内，

3.权利要求2的结构，其特征在于：

所述第一无线系统是GSM450，

所述第二无线系统是GSM900，

所述第三无线系统是GSM1800，

所述第四无线系统是PCS1900，以及

所述第五无线系统是WCDMA。

4.权利要求1的结构，其特征在于：所述接合件(220)包括可导电的突出物以便减小谐振的接合件的物理长度。

5.按照权利要求1的结构，其接合件包括要连接到绝缘支撑材料上的配合物(225；425)，其特征在于：所述配合物(425)本质上比所述接合件的其余部分宽以便减小所述谐振的接合件的物理长度。

6.权利要求1的结构，其中所述螺旋元件的轴向是垂直的，其特征在于：所述接合件的轴向基本上水平。

7.一种无线装置(MS)，它包括天线(600)，后者包括：各导线圈之间具有不同的距离的螺旋元件(610)；以及接合件(620)，所述螺旋元件通过其一端连接该接合件(620)，其特征在于：所述螺旋元件的连接部分是通电的，所述接合件是导电的且未电屏蔽，并且其基波谐振频率低于所述螺旋元件的七次谐波谐振频率。