专利名称：便携设备紧凑天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携紧凑天线，更具体地涉及这样的天线，该天线被设计用来接收电视信号，特别是在诸如便携计算机、PDA(个人助理)或需要天线来接收电磁信号的任何其他类似设备的便携电子设备上的数字信号的接收。
背景技术：
在当前的附件市场上，存在可以在膝上型计算机上直接接收数字地面电视(TNT)的信号的设备零件。膝上型计算机上的数字地面电视信号的接收可受益于所述计算机用于将数字图像解码、特别是将MPEG2或MPEG4格式的数字图像流解码的计算能力。这种设备最常以具有两个接口的单元的形式销售，这两个接口即一个RF(射频)无线电接口，用于连接到内部或外部VHF-UHF天线；以及USB接口，用于连接到计算机。
当前在市场上的设备一般由诸如安装在带有USB连接器的单元上的鞭状或环形天线的独立天线构成。
在2005年4月20日提交的法国专利申请第0551009号中，申请人提出了一种紧凑的宽带天线，它覆盖整个UHF波段，并且由偶极型天线构成。这种天线与特别是可以通过使用USB型连接器而连接到便携设备的电子卡相关联。
更具体地说，在法国专利申请第0551009号中描述的天线包括被不同地提供的第一和第二导电臂，被称为第一臂的所述臂之一形成电子卡的至少一个外壳。更具体地说，第一臂具有盒子的形式，包括由偶极型天线接收的信号的处理电路的电子卡被插入所述盒子中。这些电路往往被连接到使得能够连接到膝上型计算机或任何其他类似设备的USB型连接器。
在本专利申请中提出的解决方案覆盖整个UHF波段。但是，为了能够使用这种类型的产品来提供最宽的可能的覆盖，重要的是除了UHF波段(470-862MHz)之外，还至少能够接收VHF-III波段(174-225...230MHz)，在所述VHF-III波段中，诸如德国或意大利的一些国家继续广播数字多路复用。
发明内容
因此，本发明涉及一种能够满足此要求的便携紧凑天线。
根据本发明的便携紧凑天线包括偶极型的第一辐射元件，其在第一频带中操作，并且由被不同地提供的第一导电臂和至少一个第二导电臂形成，被称为冷臂的第一臂形成电子卡的至少一个外壳，其特征在于，被称为热臂的第二臂通过导线元件(wire element)而延伸，选择由第一臂、第二臂和导线元件形成的组件的长度，以便提供在第二频带中的操作。
根据本发明的一个特征，所述组件的长度等于λ2/(2×(1+α))，其中，λ2是在第二频带的中心频率处的波长，α是在0和1之间的系数。优选的是，α是在0.15和0.2之间的系数。这个系数用于相对于使用频率而以这样的方式调整天线的理论谐振频率以获得阻抗匹配。
根据本发明的一个优选实施例，第一频带是UHF波段，第二频带是VHF波段、优选为VHF-III波段。
对于在UHF波段上的操作，第一和第二臂每个具有等于λ1/4的长度，其中，λ1是在第一频带、即UHF波段的中心频率处的波长。
根据一个实施例，在热臂中提供导线元件。根据另一实施例，通过在与热臂一体的套管中的可伸缩部分来形成所述导线元件。
而且，为了获得以分集操作的天线，第一辐射元件包括在第一臂的一个末端处旋转安装的两个第二臂，每个第二臂通过导线元件而延伸。
当阅读对不同实施例的描述时，本发明的其他特征和优点将会显现，所述说明是参考在附录中所附的图进行的，其中图1是用申请人名义的法国专利第0551009号中描述的天线的概略透视图。
图2是根据本发明的天线的第一实施例的概略透视图。
图3是示出形成根据本发明的天线的不同元件的长度的图。
图4示出在VHF和UHF频带上的、具有在图3中提供的尺寸的天线的阻抗的实部和虚部。
图5示出两条阻抗匹配曲线，一条是不使用阻抗匹配网络的天线的S11响应，另一条是使用阻抗匹配网络的天线的S11响应。
图6是用于获得图5的结果的阻抗匹配网络的概略表示。
图7是示出阻抗匹配网络的损耗的曲线。
图8是示出在VHF和UHF波段中的天线增益的曲线。
图9是示出在VHF和UHF波段中的天线效率的曲线。
图10示出通过模拟根据图3和图4的天线获得的分别在UHF和VHF波段中的辐射图。
图11是根据本发明的天线的另一实施例的概略透视图表示。
图12是根据本发明另一实施例的天线的一部分的概略透视图表示。
图13示出具有或不具有槽(slot)的图12的天线的阻抗的实部和虚部的模拟结果。
图14概略地示出图2的天线的导线元件的不同方位。
图15示出图14的不同实施例的阻抗匹配曲线。
图16是使得能够获得分集的根据本发明的实施例的概略视图。
图17是与根据本发明的天线一起使用的电子卡的概略表示。
为了简化描述，相同的元件在附图中具有相同的附图标号。
具体实施例方式
参照图1，首先将描述依照以申请人名义的法国专利申请第0551009号的偶极型天线的实施例，其可用于在膝上型计算机或类似设备上接收地面数字电视。
如图1所示，这个偶极型天线包括也被称为冷臂的第一导电臂1和也被称为热臂的第二导电臂2，两臂通过位于每个臂的末端之一处的铰接区域3而彼此连接。
更具体地说，臂1明显具有特别是能够接纳电子卡的盒子的形状。所述盒子具有明显矩形形式的部分1a，其通过逐渐展开的弯曲部分1b延伸，使得逐渐地辐射能量，这提高了在更宽频带上的阻抗匹配。臂1的长度明显等于λ1/4，其中，λ1是在中心操作频率处的波长。因此，对于在UHF波段(在470和862MHz之间的频带)中的操作，臂1的长度接近112mm。
如图1所示，所述天线包括围绕轴或销3而旋转安装的第二臂2，所述轴或销3也是所述天线到信号处理电路、即到被插入由臂1形成的盒子的未示出的电子卡的连接点。通过金属绞合线(strand)(例如同轴或类似电缆)来进行天线的电连接，而旋转轴是由对于电磁波相对透明的材料构成的。
如图1所示，可围绕销3而铰接的臂2具有明显等于λ1/4的长度。臂2也具有弯曲的轮廓，后面跟随着扁平的矩形部分，使得在闭合位置上能够将它相对于臂1而完全折叠回去。将臂2相对于臂1而旋转安装在3上，这使得能够更改臂2的方位，以便优化电视信号的接收。
图1所示的天线被确定尺寸以便在UHF波段中工作。但是，为了保证最宽的可能商业覆盖范围，所感兴趣的是这种类型的天线除了UHF频带之外还可以接收VHF频带、特别是VHF-III频带(174-225...230MHz)，其中在所述VHF-III频带中，诸如德国或意大利的一些国家继续广播数字多路复用。
因此。在图2上，以根据本发明的天线示出第一实施例，所述天线能够在UHF和VHF波段中工作，如将在下面更详细地解释的那样。因此，在销3的位置(level)上进行到信号处理电路的连接。
如图2所示，根据本发明的天线包含第一臂1或冷臂，其像图1的天线的臂1那样具有盒子的形状。这个臂1通过臂2或热臂而延伸，所述臂2或热臂通过销或轴3而连接到旋转臂1。
根据本发明并且如图2所示，热臂2通过导线元件或绞合线4而延伸。由臂1、臂2和导线元件4构成的组件是由导电材料、最好是金属或可金属化的材料构成的。
根据本发明并且如参照图3的图更详细地解释的那样，选择由臂1、臂2和导线元件4形成的组件的总长度、即电长度，以便允许在VHF-III(174-230MHz)和UHF(470-862MHz)波段中的天线的阻抗匹配。因此，总长度明显等于0.5×λ2/(1+α)，其中，λ2是在VHF-III波段的中心频率处的波长，α是在0和1之间、优选为在0.15和0.2之间的系数，这个系数用于相对于使用频率而调整天线的理论谐振频率，以便能够提供其阻抗匹配，如将在下面更详细地解释的那样。为了能够接收UHF波段，如上面参照图1所述，臂1和臂2具有明显相等的长度L1和L2，使得L1 λ1/4并且L λ1/4，其中，λ1是UHF波段的中心频率处的波长。因此，对于666MHz的中心UHF频率，所述偶极的每个臂1和2的长度明显等于11cm。
为了保证在VHF波段中的操作，如图3所示，由臂1、臂2和导线元件4构成的组件的总长度等于大约λ2/2(2×(1+α))，其中λ2是在VHF波段的中心频率处的波长。优选地，α在0.15和0.2之间。这意味着在比中心频率略高的频率(即f f2×(1+α))上对天线进行阻抗匹配。实际上，这一偏移使得能够在保持良好效率的同时在工作频率上对天线进行阻抗匹配。事实上，如图4所示，天线所呈现出的阻抗在谐振时、即在虚部为0时为高。这个阻抗具有大约1000欧姆的值。因此，难以对在例如50或75欧姆量级(order)上的负载阻抗来匹配天线。为了获得较低的天线阻抗，有可能搜索位于谐振频率之上的较低工作频率。但是，为了减小导线元件的尺寸，更优选的是在谐振频率之下操作天线；这是为什么将谐振频率选择为大于工作频率以便减小天线尺寸的原因。
因此，如图3所示，导线元件4的长度等于L3 0.5×λ2/(1+α)-λ2/2。因此，对于在F2＝200MHz的VHF波段中的工作频率和系数α＝0.175，获得约41cm的导线元件长度。
对于上述实施例，在VHF波段中，可以将天线视为不对称的偶极。而且，在UHF频率上，由导线元件带到热臂(即臂2)边缘的电阻抗平面等同于开路平面，因此对于UHF频率相当透明。通过使用上述设计规则，在热元件末端增加金属导线元件对于天线在UHF波段中的操作干扰很小。
参照图5-10，将描述如上所述使用根据本发明的天线获得的模拟结果。利用Zeland的IE3D软件来进行天线模拟。使用4.9×107(S/m)的导电率和35微米的厚度来定义用于模拟的材料。使用Agilent Technologies的ADS软件来执行图6的阻抗匹配网络的优化。
图5示出了两条阻抗匹配曲线，一条是不使用阻抗匹配网络而模拟的天线的S11响应，另一条是使用诸如图6所示的阻抗匹配网络的阻抗匹配网络而模拟的天线的S11响应。在所示出的实施例中，该阻抗匹配网络由具有值Zc＝75欧姆的阻抗Z构成。它包括在天线A和阻抗Z之间串联安装的自阻抗L1。自阻抗L1具有20nH的值。这个阻抗匹配网络允许对VHF波段和UHF波段二者、对75欧姆负载进行阻抗匹配。图5示出了在这两个VHF和UHF频带上由阻抗匹配网络作出的S11响应的改善。因此，在VHF频带(相应地，UHF)中的S11水平(level)好于-0.7dB(相应地，-4dB)，标记(m3、m7、m10和m12)指定在利用其阻抗匹配网络对天线进行优化之后获得的S11水平。
而且，如图7所示，阻抗匹配网络的损耗在UHF波段中(即在470和862MHz之间)是2.5dB，并且在VHF波段中(即在174和230MHz之间)是8dB。
表示在这两个波段上的天线增益的图8示出VHF波段增益在-6dB和1.8dB之间，而UHF波段增益在0.5dB和3dB之间。
而且，如表示在两个波段中的天线效率的图9所示，天线在VHF波段中具有至少20％的效率，并且在UHF波段中具有至少58％的效率。
此外，图10示出了分别在UHF和VHF波段中的诸如图2所示的天线的模拟辐射图。这些准全向图确认所述天线在两种情况下具有偶极型行为。
现在将描述实施例的不同变化形式。因此，图11示出了第一种变化形式，其中，由可伸缩元件4a、4b、4c构成导线元件。所述元件之一4a形成被固定在热臂2上的金属套管4a，形成绞合线的另两个元件4a、4b可被插入其中。这使得能够仅在需要VHF波段接收时通过使用绞合线来对天线进行阻抗匹配。在这种情况下，UHF操作显然相同，因为超过热臂的可伸缩元件的长度给这个臂的末端带来开路平面，这使得可伸缩元件比较透明。而且，位于金属套管4a的位置上的热臂的较小的厚度增大不会使UHF操作变差，况且由于本领域技术人员知道偶极天线的体积增大趋向于增大其阻抗匹配波段，所以更是如此。
在图12中，示出了本发明的另一实施例。在这种情况下，热臂2特征在于槽2’，紧跟在其后插入导线元件4。这个实施例可以减小导线元件的长度。事实上，如示出具有或不具有槽的天线阻抗的实部和虚部的图13所示，可以看出增加0.2mm宽和9cm长的槽将谐振频率降低14MHz。事实上，在相等的谐振频率上，导电导线元件的长度减小4cm。
在槽2a的长度和导线元件的减小量(reduction)之间的比率取决于空中的导电导线元件和导线元件沿着臂2的延伸部分之间的相对波长。
参照图14和15，现在将描述导电导线元件4的位置相对于天线的热臂2而可具有的影响。事实上，导电导线元件4在热臂2的延伸部分中不一定是拉紧的。如表示对于图4所示的三个位置V1、V2和V3的S11阻抗匹配的图15所示，可以看出天线在VHF和UHF波段中保持完全可以接受的行为，而与导线元件4的位置无关。因此，在导线元件形状上的这种修改允许对于给定的接收信道、对天线的阻抗匹配获得一定的灵活性。
参照图16，现在将描述允许获得具有分集的天线系统的所述天线的特定实施例，所述天线系统可以在UHF波段和VHF波段中操作。在这种情况下，冷导电臂1连接到两个热臂、即臂2和2a。如同图2的实施例那样，每个热臂通过导电绞合线(4，4’)延伸，在所示出的实施例中，所述导电绞合线(4，4’)被安装在覆盖这两个绞合线4和4’的非导电套管5中。这个特定实施例使得能够形成环以悬挂天线。如对于图2的天线描述的那样，计算这个天线系统的不同元件的尺寸。
而且，参照图17，将描述电子卡的示例，其可以与根据本发明的天线一起使用，如在图2中所述。这个电子卡被设计为被插入包含作为外壳或作为盒子元件的冷臂1的盒子中。这个电子卡10包括LNA放大器11，天线的同轴电缆在铰链3的位置上连接到所述LNA放大器11。LNA11连接到处理VHF波段和UHF波段二者的所合并的调谐器12。调谐器12连接到解调器13，解调器13的输出连接到USB接口14，其本身连接到USB连接器15。因此，有可能利用这一系统将天线连接到膝上型计算机或任何其他显示元件的USB输入，这尤其使得能够在计算机、PDA或其他便携设备上接收地面数字电。
权利要求
1.一种便携紧凑天线，包括偶极型的第一辐射元件，其在第一频带中操作，并且由被不同地提供(3)的第一臂(1)和至少一个第二导电臂(2)形成，被称为冷臂的第一臂形成电子卡的至少一个外壳，其特征在于，被称为热臂的第二臂通过导电导线元件(4；4a，4b，4c)延伸，选择由第一臂、第二臂和导线元件形成的组件的长度，以便提供在第二频带中的操作。
2.根据权利要求1的天线，其特征在于，所述组件的长度等于λ2/(2×(1+α))，其中，λ2是在第二频带的中心频率处的波长，α是在0和1之间的系数。
3.根据权利要求2的天线，其特征在于，α在0.15和0.2之间。
4.根据权利要求1-3之一的天线，其特征在于，第一频带是UHF波段，第二频带是VHF波段。
5.根据权利要求4的天线，其特征在于，所述VHF频带是VHF-III波段。
6.根据权利要求1-5之一的天线，其特征在于，紧邻着在热臂(2)中提供的槽(2’)而插入导线元件(4)。
7.根据权利要求1-5之一的天线，其特征在于，通过在与热臂(2)集成的套管(4a)中的可伸缩元件(4a，4b，4c)来形成导线元件。
8.根据权利要求1-7之一的天线，其特征在于，第一辐射元件包括在第一臂的一个末端旋转安装的两个第二臂(2，2’)，每个第二臂通过导线元件(4，4’)而延伸。
9.根据权利要求1-8之一的天线，其特征在于，第一和第二臂每个具有等于λ1/4的长度，其中，λ1是在第一频带的中心频率处的波长。
全文摘要
本发明涉及一种便携紧凑天线，其包括偶极型的第一辐射元件，该第一辐射元件在第一频带中操作，并且由不同地提供3的第一臂1和至少一个第二导电臂2形成，被称为冷臂的第一臂形成电子卡的至少一个外壳，其特征在于，被称为热臂的第二臂通过导电导线元件4延伸，选择由第一臂1、第二臂2和导线元件4形成的组件的长度，以便提供在第二频带中的操作。
文档编号H01Q5/01GK101013773SQ20071000148
公开日2007年8月8日 申请日期2007年1月10日 优先权日2006年1月17日
发明者菲利普·米纳德, 让-弗朗科伊斯·平托斯, 艾利·洛齐尔 申请人:汤姆森特许公司