寄生天线元件以及包含它的无线通信设备的制作方法

专利名称：寄生天线元件以及包含它的无线通信设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及与无线通信设备一起使用的天线。本发明尤其涉及用作无线通信设备内的一部分，以提升无线通信设备内部天线系统性能的寄生天线(parasitic antenna)。
背景技术：
无线通信系统为人熟知，它包括不同类型的系统，例如蜂窝电话系统、寻呼系统、双边射频系统、个人通信系统、个人局域网、数据系统以及它们的不同组合。我们知道，这样的无线通信系统包括一个基础结构系统和构成并被规划运行于各自系统内的无线通信设备。系统的基础结构包括固定网络设备，例如收发基站系统控制器、开关、路由器、通信链路、天线塔以及其它不同的为人熟知的基础结构元件。无线通信设备包括一个天线系统和其它为人熟知的元件，例如发射机、接收机、处理器、内存、用户接口和用户控制。
典型情况下，许多无线通信设备都包括固定长度的或可伸缩的螺旋天线，例如双向无线装置和蜂窝电话。由于在运行过程中它们的方位在自由空间中很有效，这种天线的典型特点是效率很高。然而，其它无线通信设备中的天线系统通常不是如此有效。例如，很多掌上电脑和PDA(个人数字助理)都包含至少一个用于扩展电脑或PDA的功能的PCMCIA(个人计算机存储卡国际协会)插槽。无线通信公司与PDA及手持电脑制造商共同致力于在这样的卡上配备无线通信电路和天线，以使得手持电脑和PDA可以进行无线通信。由于美学和人体工程学的不同原因，PCMCIA卡上的天线的特点是必须设置于PCMCIA插槽内，并且不能从插槽中突出。另外，许多PDA的PCMCIA插槽上都有门，在插入后或将PCMCIA卡从插槽拔出后将插槽遮盖。天线狭小的缝隙以及天线处于封闭环境内的高可能性对用于PCMCIA卡的天线的选择提出了严格的要求。不管选择的是电(E)场天线还是磁(M)场天线，放置天线的PCMCIA插槽环境大大降低了天线的效率。
除了在内置PCMCIA卡上使用无线电路和天线的计算机及PDA，一些其它通信设备也使用内部天线，例如寻呼机。这样的内部天线提供了令人满意的设备美学(即看不到外部天线)；然而，正如所知的，这样的内部天线的效率通常比相应的在自由空间中的外部天线低很多。为了克服内部天线的效率降低并保持其美学优势，研究了一种包含一个外部天线元件的射频(RF)场强增强器，以提高寻呼机内部天线的效率。在美国专利No.5,050,236中介绍了这个RF场强增强器，题目为射频(RF)场强增强器，该专利被授予Colman等人，并被授权给本发明的代理人。RF场强增强器的外部天线元件包括一个与一个可调电容并联的离散电感。电容和电感附着在寻呼机的系载体上。当寻呼机被插入系载体中时，外部天线元件的位置与寻呼机的内部天线非常接近，因此增强了整个天线系统的效率。与单独的无线通信设备的内部天线效率相比，RF场强增强器尽管确实增强了天线系统的效率，但RF场强增强器需要将无线通信设备放入一个系载器中才能获得天线性能的增强。因此，在系载体之外的设备，例如在通话过程中由用户手持的蜂窝电话，或者使用者正在操作的PDA，无法获取天线效率的增强。进一步，外部天线元件含有一个可调电阻，将增强的效率限制到一个相当窄的频率范围内，因此需要根据无线通信系统所耦合的期望工作频率手动调节RF场强增强器。
因此，存在对一种寄生天线元件的需要，其可以永久地附着在通信设备上，在相当宽的频率范围内提高无线通信设备的内部天线系统的射频效率和/或增益，而无需调节寄生天线元件。
图2为形成根据本发明优选实施例的寄生天线元件的导电迹线模式结构图。
图3为形成根据本发明一个优选实施例的寄生天线元件的导电迹线模式结构图。
图4为形成根据本发明另一个实施例的寄生天线元件的导电迹线模式结构图。
图5为无线通信设备的透视图，其中包括根据本发明优选实施例及另一实施例的寄生天线元件。
图6为无线通信设备的透视图，其中包括根据本发明另一个实施例的寄生天线元件。
图7为表示图5和6描述的寄生天线元件和内部天线的示意图。
图8为根据本发明另一个实施例的可附着的寄生天线元件的透视图。
图9为根据本发明一个实施例的可附着的寄生天线元件的透视图。


图10为根据本发明另一个实施例的可附着的寄生天线元件的透视图。
图11为与频率对应的归一化天线效率的示例图，分别与一个单独的内部通信设备天线以及包含内部天线和根据本发明的寄生天线元件的天线系统对应。
图12为形成根据本发明一个可选实施例的多频率寄生天线元件的导电迹线模式结构图。
图13、14、15和16为形成根据本发明可选实施例的寄生天线元件的导电迹线模式结构图。
优选实施例详细说明总的来说，本发明包括了一个寄生天线元件与一个包含寄生天线元件的无线通信设备。寄生天线元件包括一个诸如聚酯薄膜或聚碳酸酯的绝缘衬底，以及在绝缘衬低上布置了至少一条导电迹线的导电模式。导电模式最好分布在平面上，并形成一个单独的电磁回路，通过重叠平行的末端形成用于产生寄生天线元件谐振频率的分布电容。寄生天线元件最好附着在无线通信设备的外壳上，或者其它与内部天线或内部天线元件非常靠近的无线电子设备上，或者无线通信设备的其它耦合元件上，使得电磁能在内部天线元件和寄生天线元件间得到耦合，从而使得与没有这样的寄生天线元件时天线系统的增益与/或效率相比，整个天线系统在设备的工作带宽上的设备增益与/或效率得到增强。
通过构造上面描述的寄生天线元件，本发明提出一种对无线通信设备内的通信线路接收或发出的电磁能进行耦合的易附着的寄生天线元件。寄生天线元件用于增强天线系统的效率与/或增益，特别是包括一个内部天线元件的通信系统，由于内部天线尺寸的限制或内部天线被安置在插槽(例如，PCMCIA插槽)内，引起天线系统相对地无效率。而且，与现有技术的天线效率增强设备不同，本发明的寄生天线元件可以附着于无线通信设备上而无需单独的装载器(carrying case)，而且通过其中的形成寄生天线元件谐振频率的分布电容提供了固定调谐、增强的宽带。
可以通过参考图1-16得到对本发明更为深入的理解，其中相同的附图标记表示相同的元件。图1示意了根据本发明的示范无线通信设备的电子方块图。无线通信设备100中包括一个包含寄生天线元件115和下文中被称为内部天线元件117的内部天线的天线系统、接收机103、处理器105、存储器106、显示器107或其它用户接口(例如，扬声器)和用户控制109。若需要具有双向运行能力，通信设备100进一步要包括接收机111，如果需要，在半双工或全双工状态下，还要分别包括天线开关113或双工器113。通信设备100可以包括双向移动或便携式无线电台、无线电话、单向或双向寻呼机、无线数据终端(例如掌上电脑、个人数字助理(PDA)，或者包括用于无线通信的PCMCIA卡的膝上电脑)或者它们的任意组合。
在本发明的优选实施例中，接收机103是常规的调频(FM)接收机，用于通过使用的双工器/天线开关113从天线系统100接收电磁能(即无线信号)，并用于降频转换以及解调接收到的信号，以向处理器105提供基带信息。接收机中包含熟知的元件，例如滤波器、混频器、小信号放大器、解调器，以及按照通信设备100运行的系统中使用的通信协议对信号进行接收、降频和解调所必需的其它已知元件。若使用了发送机，它也为人们熟知并包括滤波器、混频器、调制器、大信号放大器，以及产生从天线系统101以电磁能形式传播的、搭载信息的射频或微波信号所需的已知元件。
处理器105包括一个或多个微处理器与/或一个或多个数字信号处理器。存储器106与处理器105连接，最好包括一个只读存储器(ROM)、一个随机存储器(RAM)、一个可编程ROM(PROM)与/或一个电可擦除只读存储器(EEPROM)。存储器106中最好包括多个存储区域用于在其它事务中储存处理器105执行的计算机程序、分配给无线通信设备100的一个或多个地址、无线通信设备100的用户后来获得的接收到的信息。计算机程序最好存入ROM或PROM，指导处理器控制无线通信设备100的运行。无线通信设备100的一个或多个地址最好存入EEPROM。用于后来重新获取的接收到的信息最好存入RAM。
处理器105最好能通过报警设备(未示出)例如常规的振动或音频报警机制用程序向无线通信设备100的用户通知设备中信息的接收或存储。一旦用户接到报警，用户可以通过用户控制109调用可用功能，检查存储信息，若需要还可以做出响应。用户控制109最好包括一个或多个不同的已知输入设备，例如一个或多个单独开关、小键盘、触摸垫或触摸屏。
或者对用户控制109发出的信息进行响应，或者自动接收接收机103传来的特定信息，处理器105将可应用的存储信息或接收到的信息导入显示器107。通过常规的液晶显示屏(LCD)或其它可见显示方式，或者通过常规的音频设备(例如扬声器)播放声音信息，显示器107向用户提供选定的信息。此外，处理器105还能通知显示器自动向无线通信设备100的用户提供至少一个可见的指示(例如一个图标或伴随周期性声音的图标)以通知用户最新接收到的信息已被存入存储器106。
无线通信设备100的新颖之处在于，使用了天线系统101，其中在内部天线元件117的基础上增加了寄生天线元件115。在本发明的一个优选实施例中，内部天线元件包含一个置于PCMCIA卡上的电磁回路天线，该卡已经插入无线通信设备100外壳中插槽内。这样的电磁回路天线的特点是，含有一个按照已知技术配置的离散电容(discretecapacitor)(未示出)以形成内部天线元件117的谐振频率。离散电容的使用限制了内部天线元件117的带宽。内部天线元件117的作用是耦合在寄生天线元件115与内部天线元件117之间获取的电磁能量。
除寄生天线元件115外，图1中方块图描述的无线通信设备100的全部元件都放置于无线通信设备100的外壳内。图5和图6描述了外壳501的示例的透视图，以及寄生天线元件115在根据本发明的外壳501上的不同位置。
由于在外壳之内的位置以及PCMCIA插槽缝隙狭小的面积的特点(例如典型的160mm2)，缝隙可以被图5所示的外壳501的门505封闭，内部天线元件117是一个效率相当低的接收器/辐射器，尤其在频率低于1GHZ时。为了提高辐射效率(最好是天线增益，其中天线增益(G)等于效率(e)乘方向性(D))，本发明的无线通信设备100包含位置与内部天线元件117非常靠近(例如，在内部天线117的近场范围内或紧挨着内部天线117)的寄生天线元件115。天线的近场范围是为人熟知的概念，包括在天线的工作频率偏离天线通常小于1/2波长的半径距离。
寄生天线元件115最好由用印刷、淀积、蚀刻或其它方法在绝缘衬底上例如聚酯膜薄或聚碳酸酯上布置的平面导电模式构造。在这个实施例中，可以将绝缘衬底附着在无线通信设备外壳的内表面或外表面上(例如用已知的胶粘方法)、与内部天线元件117靠近的地方以获得希望的增强效率。与内部天线元件117不同，寄生天线元件的优点是包含一个分布电容，可以用来调节品质因数(Q)和寄生天线元件115的谐振频率，并因此可以使寄生天线元件115在相当宽的带宽内运行，而无需进行外部调节。由于在本发明的优选实施例中，寄生天线元件115和内部天线元件117都是电磁回路天线，在无线通信设备100的运行中对彼此之间的电磁能进行了磁性耦合。下面介绍无线通信设备外壳上寄生天线元件115的不同示例位置，以及实现寄生天线元件115的不同导电模式。
在本发明的一个优选实施例中，寄生天线元件115的谐振频率比内部天线元件117的谐振频率稍高一些。例如，当无线通信设备100期望的工作频率范围在700兆赫兹(MHz)到1000MHz之间时，作为例子，寄生天线元件115的谐振频率将为1050MHz，内部天线元件117的谐振频率在700MHz到1000MHz的工作频率范围之间可调。尽管寄生天线元件115的谐振频率最好比内部天线元件117的仅稍高一点，对于比内部天线元件117的谐振频率大或相等的寄生天线元件谐振频率可以获得提高的效率性能。另外，为了获得宽带的增强效率(例如，在850MHz时超过35％的带宽)，寄生天线元件115的构造最好包括分布电容，以形成它的谐振频率并保持它的Q与内部天线元件117的Q相比相对较低，特别是当内部天线元件117是放置于PCMCIA卡上的典型的电磁回路天线时。
图2-4描述了用于形成寄生天线元件115的导电模式的不同实施例，寄生天线元件用于与根据本发明的内部天线元件进行耦合。其它实施例将在下面进行详细介绍。首先参见图2，寄生天线元件115包括由多条邻接的导电迹线202、204、206、208和210排列成的单个电磁回路形成的导电模式。在图2描述的实施例中，迹线202迹线210分别形成了单个电磁回路的起始迹线和末端迹线，彼此互相充分平行并以预先确定的距离212分离。可以理解的是，迹线202和迹线210之间重叠的部分形成一个用于形成寄生天线元件115的谐振频率的分布电容。分布电容的容量可以由重叠部分的数量和迹线202与迹线210之间提供的空间并按照本领域普通技术人员熟知的方法控制。导电迹线202、204、206、208和210的宽度和长度依赖于绝缘衬底材料201的厚度与绝缘常数，以及期望的输入阻抗、谐振频率和寄生天线元件115的带宽，在所述绝缘衬底材料201上放置迹线202、204、206、208、210或者附着有绝缘衬底材料201附着的壳上的组合。
倘若通过使用图2所示的平行的相邻迹线202和210得到的分布电容，使得寄生天线元件在相对于内部天线元件117的带宽及相对于无线通信设备100接收与/或发送信息的带宽在很宽的带宽内的运行令人满意。例如，如图2的描述形成的、谐振频率为1000MHz的寄生天线元件可以为典型的PCMCIA卡天线提供在115MHz带宽内的5分贝(db)的增益增强。考虑到典型的通信信道包含的信息仅在25kHz的带宽进行发送和接收，可以将寄生天线元件115与多个不同的窄带无线通信设备一起使用，以增强窄带无线通信设备的效率和增益，而无需对每个窄带无线通信设备重新调节寄生天线元件115的谐振频率。
在使用图2描述的实施例无法获得形成希望谐振频率所需的足够电容的情况下，可以用图3所示的导电模式构造寄生天线元件115。类似于图2的实施例，图3的导电模式中包括多个邻接的迹线302、304和306以及308、310和312，在绝缘衬底201上排列形成一个单独的电磁回路。然而，与图2描述的模式不同，图3描述的模式包含两个或多个由两组或多组平行迹线形成的分布电容(例如，平行的迹线302和迹线312形成一个电容，平行的迹线306和迹线308形成另一个电容)。电磁回路的连续是通过在平行的迹线302和312以及平行的迹线306和308之间的电磁能进行容性耦合实现的。平行迹线间的距离314和316形成各个分布电容的电容值。可以理解的是，根据电磁回路谐振所要求的电容值，距离314和316的大小可以相同也可以不同。图3的模式中两个分布点容在电气上并联，因此与图2的模式相比可以提供增加容量的电容值。因此，图3的模式在低天线谐振频率时尤为有用。
图4也描述了寄生天线元件115的另一种导电模式。这种模式在用于寄生天线的双波段运行时尤其有用。该模式包括两个容性耦合的调谐短截线(tuning stub)，调谐短截线402与调谐短截线404的作用是，在比未包含调谐短截线时寄生天线元件115的谐振频率高的频率上形成寄生天线元件115的第二个谐振频率。从而，调谐短截线有效地减小了电磁回路的尺寸，并减小了调谐短截线之间的容性阻抗很小时的频率(即第二个谐振频率)下电磁回路中的自感系数。根据期望的寄生电容第二个谐振频率按照已知的技术确定调谐短截线间分开的距离，以及用于产生容性耦合的短截线402与短截线406重叠部分的长度。
如前所述，图5和6示意了包括根据本发明不同实施例的寄生电容115的无线通信设备示例的透视图。首先参见图5，描述了一个无线通信设备的示例500，包括带有门505的外壳501，门遮盖了可以插入无线PCMCIA卡的插槽。无线PCMCIA卡可以包括一块附着内部天线元件117的印刷电路板503。无线通信设备500中还包含图1描述的电路，尽管这个电路未在图5中示出。图1的电路可以整个置于印刷电路板503上，但是更好的是把一部分放置于印刷电路板503(例如，内部天线元件117、双工器/天线开关113(如果使用)、接收机103、发送机111(如果使用)和处理器105的一部分与存储器106)，部分放置于永远附着在外壳501内面的一块或多块其它电路板(未示出)上。
寄生天线元件115最好包括形成单独电磁回路的导电模式，而且最好放置在很接近于内部天线117(在近场范围之内)的位置。导电模式最好包含至少一个形成寄生天线元件115的谐振频率的分布电容。前面分别用图2-4介绍了用于形成寄生天线元件115的不同导电模式实施例的示例。关于寄生天线元件115的位置，如图5所示，寄生天线元件115可以放置在内部天线元件117正上方的在外壳501顶部的外表面的位置；或者寄生天线元件115也可以被放置在PCMCIA门505的内侧或外侧表面上，作为实例，图中将寄生天线元件115放置在门505的内表面。在这个例子中需要理解的是，只有在PCMCIA门505关闭时，寄生天线元件115才能与内部天线元件117很靠近。当内部天线元件117与寄生天线元件115都是如图5所示的电磁回路时，在寄生天线元件115与内部天线元件117之间交换电磁能的机制是磁耦合。因此，寄生天线元件115和内部天线元件17被放置的方向是使它们之间的磁耦合最大。
当寄生天线元件115按照前面介绍的被粘贴到外壳上时，需要理解的是，外壳501的特点是包括可以安置寄生天线元件115的凹槽。凹槽提供了对寄生天线元件115的衬底边缘的保护，并确保寄生天线元件115相对于内部天线元件117被正确定位。
本发明的另一个实施例是包含图6所示的寄生天线元件115的无线通信设备600。在这个实施例中，与图5中示出的实施例不同，无线通信设备600不包括上述的门。在所示的例子中，寄生天线元件被粘贴在用于插入PCMCIA卡的插槽507附近的外壳501表面上。
图7是表示图5和6中描述的寄生天线元件115和内部天线元件117的等效示意图。寄生天线元件115有效地包括与一个固定电容703(即由相邻的平行电磁回路迹线(例如迹线202和迹线210)形成的分布电容形成的等效电容)并联的一个电感701(即电磁回路中的等效电感)。内部天线元件等效于包括与电容707(例如，穿过电磁回路电气连接的离散电容)并联的电感705(即电磁回路的等效电感)。电感701、705的方向选择适合于使它们之间电磁能达到磁耦合。寄生天线元件的谐振频率为(2·)-1[(L)(C)]-1/2，其中L为电感701的电感值，C为电容703的电容值。内部天线元件的谐振频率为(2·)-1[(L)(C)]-1/2，其中L为电感705的电感值，C为电容707的电容值。如上面讨论的，寄生天线元件115的谐振频率最好比内部天线元件117的谐振频率稍高一点。
与现有技术中包含可调离散电容的效率增强装置不同，本发明通过应用分布电容提供了增强的宽带，并且因此在相当宽的带宽内(在850MHz大约35％)寄生天线元件115无需调节谐振频率。取消对寄生天线元件中谐振频率的调节的需要使得寄生天线元件可以被不显眼地放置在无线通信设备外壳的内侧或外侧表面，或者在设备标签的底部，而仍能提供足够的天线效率与/或增强的增益。
图8、9和10示意了根据本发明的可贴装的寄生电容天线115的透视图。图8的寄生天线元件800包括有一个具有上表面803与下表面805的衬底201。衬底201最好由聚酯薄膜(聚酯)或聚碳酸酯构成，但是也可以由其它已知材料构成，例如特氟纶、Kapton(聚酰亚胺)或纸。在图8描述的实施例中，形成寄生天线元件800的谐振频率的导电模式807可以将例如金属箔或者导电油墨的导电物质通过淀积、丝网印刷(screen printing)、电镀、蚀刻或其它方法淀积到绝缘衬底201上(最好在下表面805，以使其对电子或无线通信设备500的用户不显眼)形成，用于标识无线或电子设备，例如型号、厂商标识、序列号、警示标牌或其它信息的信息809被印刷在衬底的反面(最好在上表面803)。需要理解的是，导电模式807淀积于衬底201的方法依赖于使用的实际物质的性质。至少在导电模式807淀积到衬底201的表面805之后，将在包含模式807的表面805上使用诸如3M压力敏感(PSA)胶的粘接胶，以使表面805附着在设备500的外壳501上。一旦通过胶附着到外壳501上，包含导电模式807的衬底201的表面805将在与任意内部耦合或天线117足够接近的区域上与外壳501接触。尽管最好将导电模式807放置于衬底201的下表面805上，以使模式807对电子设备500的用户而言不明显，这样的模式807的位置并不需要依照本发明的要求，模式807也可以被放置在衬底201的上表面803。当放置于衬底201的上表面803时，可以在其上覆盖一薄层透明或不透明的薄膜(未示出)以保护模式807，并且提供放置标识信息809的表面。
如图8所描述的，衬底201的下表面805上印刷导电模式807的面积与衬第201的下表面805的整个面积相比很小。这可能发生在模式807放置于相当大的粘贴标签衬底的下表面805时的情况，此时衬底的上表面包括了厂商标识、设备型号、设备序列号或者其它附加信息。另外可选择的情况如图9所示，衬底201的表面905上印刷导电模式907的面积几乎与衬底201的表面905的整个面积相等。这可能发生在模式807放置于相当小的粘贴标签衬底的下表面905时的情况，此时衬底的上表面903仅包括厂商名称或设备序列号。
另一个可选的实施例如图10所示，具有上表面1003和下表面1005的衬第201包含一个开口1011，通过它可以将PCMCIA卡插入外壳501的插槽507，如图6所示。寄生天线结构1007的结构如上所述。用来标识无线通信设备的标识信息1009，例如厂商标识或者其它信息，可以被印刷在衬底的反面(最好是上表面1003)。
计算机仿真与消音室测试(anechoic chamber testing)证明，增加了上述介绍的寄生天线元件115后，如图1所示的天线系统101的效率与单独的内部天线元件117的效率相比得到提高。图11描述的图形12是与频率对应的归一化效率的一个计算机仿真结果，对应于按照图2构成的、放置在无线通信设备外壳501上外表面的寄生天线元件115，通常按照图5所示距离内部天线元件1毫米(mm)。内部天线元件是置于PCMCIA卡内的典型的电磁回路天线。寄生天线元件115的谐振频率为980MHz，Q为60，内部天线元件117的谐振频率为930MHz，空载Q为60。
如图11所示，与只包含内部天线元件117的天线系统的归一化效率1201相比，包含寄生天线元件115的天线系统101的归一化效率1203有6分贝(db)的优势。此外，由寄生天线元件115提供的增强效率在相当宽的频率范围内(寄生元件谐振频率为980MHz时，接近300MHz)被保持。
从上述介绍中需要理解的是，在绝缘衬底上应用寄生天线元件并不仅限于一个单独元件。图12表示了一个导电迹线的模式结构，至少形成了根据发明的一个可选实施例的多频率寄生天线元件的一部分。如图12所示，在平绝缘衬底201上形成了三个寄生天线元件。第一寄生天线元件1201被调节为在第一频率范围f1上运行，第二寄生天线元件1203被调节为在第二频率范围f2上运行，第三寄生天线元件1205被调节为在第三频率范围f3运行，其中f1＞f2＞f3。寄生电容调节至的频率范围可以互相交迭，因此扩展了无线通信设备可以调节的频率范围，或者可以将频率范围分离得很宽以适应运行所需要的不同频带。
图13到16表示根据本发明的寄生天线元件的另一个可选实施例。如图13所示，寄生天线元件的形状无需被限制为方形，也可以包括其它形状，例如单匝寄生天线元件为一个圆形(如图)或者卵形或椭圆形(未示出)。如图14所示，在用于更低工作频率时，寄生天线元件可以配制成多匝。多匝可以制作在绝缘衬底的不同层上，通过馈线连接。寄生天线元件还可以包括宽导体元件，如图15和16所示。这么“宽”的回路可以提供较低的Q，从而比窄线的集合形状提供了更宽的带宽。需要理解的是，也可以在薄的可附着衬底上用平面导体模式构成其它类型的寄生天线元件。
本发明包含了一个寄生天线元件和一个包括寄生天线元件的无线通信设备。在本发明中，例如系上电脑、掌上电脑和PDA之类的，通过利用置于可插入的PCMCIA卡射频电路获取无线功能的无线通信设备，通过将根据本发明的寄生天线元件作为附加元件，可以获取改善的天线性能，并因此扩展了工作范围。当无线通信设备的天线系统包括了这样的寄生天线元件时，寄生天线元件的作用是增强天线系统的效率与/或增益，特别是由于放置内部天线元件的缝隙(例如PCMCIA插槽)的尺寸限制，天线系统包括了相对低效率的内部天线元件时。需要理解的是，寄生回路元件也可以用于其它含有内部回路天线的电子设备。
此外，由于直接放置在例如标签提供的薄的粘贴衬底上，本发明的寄生天线元件保持了很低的轮廓(profile)，因此满足了大多数用户的人体工程学要求。更进一步，当放置于设备标签的后面时，寄生天线元件在提供希望的增强效率时事实上不会被用户发觉。而且，由于本发明的寄生天线元件可直接附着在无线通信设备上，与现有技术的天线效率增强不同，本发明不需要使用装载器或者其它用于将寄生天线元件定位至与无线通信设备的内部天线元件很接近的附加外壳。最后，于现有技术中的人工调节天线增强装置不同，本发明通过寄生天线元件包含分布电容形成寄生天线的谐振频率，提供了固定调谐的、宽带的天线增强。最后，按照上述方法，通过将寄生天线元件放入已经放置在无线通信设备的外壳中提供的凹槽里的标签，寄生天线元件的安装很简单。
尽管前面的介绍构成了本发明的特定优选实施例和可选实施例，应当理解，本发明并不仅限于此，且根据本发明公开的范围，其它不同的实施例对本领域普通技术人员非常明显。为此，希望所提供的权利要求覆盖落在本发明的精神和范围内所有的改变与改进。
权利要求
1.一种用于增强无线通信设备的内部天线元件的增益与效率中至少一项的寄生天线元件，所述内部天线元件在第一频率产生谐振，并被放置于所述无线通信设备的外壳内，所述寄生天线元件包括绝缘衬底；和布置于所述绝缘衬底的表面上以形成一个电磁回路的导电模式，所述电磁回路在第二频率上产生谐振，因此，当所述绝缘衬底附着在所述无线通信系统的外壳上、并在所述内部天线元件的近场范围之内时，所述寄生天线元件增强了所述内部天线元件的增益与效率中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的寄生天线元件，其中第二频率大于或等于第一频率。
3.根据权利要求1所述的寄生天线元件，进一步包括一种胶粘剂，放置于所述绝缘衬底的表面上，用于保护所述外壳上的所述绝缘衬底。
4.根据权利要求3所述的寄生天线元件，其中所述胶粘剂放置在所述绝缘衬底的所述表面上，在所述绝缘衬底上放置所述导电模式。
5.根据权利要求1所述的寄生天线元件，其中所述绝缘衬底包括聚酯薄膜与聚碳酸酯中至少一类中的一种。
6.根据权利要求1所述的寄生天线元件，进一步包括放置在所述绝缘衬底第二表面上的标志，所述标志提供识别信息。
7.根据权利要求6所述的寄生天线元件，其中所述绝缘衬底与布置在其上的所述导电模式及所述标志提供识别所述无线通信设备的标识。
8.一种无线通信设备，包括外壳；和天线系统，其包括位于所述外壳内的第一天线元件，所述第一天线元件在第一频率产生谐振，与连接到所述外壳的表面、并在第二频率产生谐振的第二天线元件，所述第二天线元件被放置在所述第一天线元件的近场范围之内，使得电磁能在所述无线通信系统期望的工作带宽内、在上述第二天线元件与上数第一天线元件间耦合。
9.根据权利要求8所述的无线通信系统，其中所述第二天线元件淀积于绝缘衬底的表面上，所述绝缘衬底附着在所述外壳的所述表面。
10.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中用一种粘胶剂将所述绝缘衬底附着到所述外壳上。
11.根据权利要求8所述的无线通信系统，其中所述第一天线元件是一个电磁回路天线，第二天线元件也是一个电磁回路天线。
12.根据权利要求8所述的无线通信系统，其中所述第一天线元件的带宽相当窄，而且其中所述第二天线元件的品质因数相当小，以向产生包括所述第二天线元件与第一天线元件的组合天线提供足够的、相对所述第一天线元件的带宽更宽的带宽。
13.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中识别所述无线通信设备的信息被印刷在所述绝缘衬底的表面上，该表面与所述绝缘衬底上布置第二天线元件的所述表面相反。
14.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中所述无线通信设备被封装在一个外壳之内，而且其中布置第二天线元件的所述绝缘衬底上的所述表面与在与所述第一天线元件邻近的区域，在所述无线通信设备的所述外壳相接触。
15.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中通过将一个金属箔蚀刻淀积在所述绝缘衬底的所述表面上形成所述第二天线元件。
16.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中将导电油墨印刷到形成所述第二天线元件的所述绝缘衬底的所述表面上。
17.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中与所述绝缘衬底的整个面积相比，在其上放置所述第二天线元件的所述绝缘衬底的所述表面的面积很小。
18.根据权利要求17所述的无线通信系统，其中在所述绝缘衬底的所述表面上放置所述第二天线元件的面积与绝缘衬底的整个面积基本上相等。
全文摘要
一种用于无线通信设备(100)的寄生天线元件(115)，包括外壳(501)、通信电路(103－109)，以及用于截获电磁能、并进一步用于将由寄生天线元件(115)截获的电磁能与通信电路(103－109)进行耦合的第一天线元件(117)。寄生天线元件(115)包含一个绝缘衬底(201)；和一个放置在绝缘衬底(201)的表面(805，905，1005)上的导电模式(202－210)，当绝缘衬底(201)附着到外壳(501)上与内部天线元件(117)很靠近的位置时，电磁能在内部天线元件(117)与导电模式(202－210)之间得到耦合。
文档编号H01Q1/22GK1457530SQ02800490
公开日2003年11月19日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年3月2日
发明者阿德里安·纳波莱斯, 洛伦索A·庞塞德利昂, 克里斯·史蒂文·埃斯塔尼斯劳, 兰德尔S·彭宁顿 申请人:摩托罗拉公司