专利名称：偶极子天线的制作方法
用于单极或偶极子天线的辐射部件的电导体，它具有用于高频(HF)源的接触区，并且为了缩短其纵向延伸至少被折返一次，从而具有至少两个分别带有一个延伸轴的导体段，它们最好借助于一个连接段有间隔地相互平行排列，并且其第一导体段从接触区出发向空间内延伸，而其折返的第二导体段在接触区的方向上延伸，其中第一和第二导体段形成一个导体面，并且第一导体段具有一个围绕其延伸轴交替的走向。
这种作为天线、尤其是偶极子天线的组件的电导体在现有技术中长期以来就是已知的。在偶极子天线中，两个在相反方向上向空间内延伸的电导体构成用于进行发射和接收的辐射部件。构成偶极子的两个极的电导体的长度根据相应的谐振频率或偶极子天线应在其上工作的频带决定。每个导体有λ/4的长度，因此偶极子天线有总共λ/2的长度延伸。特别是在较低的谐振频率时，偶极子天线具有相对较大的纵向延伸。
减小空间需求的一种可能方案在于折返由电导体构成的臂。此方法例如由US3229298，尤其是图4公开。这种折返的偶极子可以匹配于所需的阻抗并良好地以高天线效率工作，同时减小了空间需求。由于这些优点，这种结构最好也作为基础结构被用在许多天线中。
特别是在移动通信领域中，对天线的发射和/或接收效率提出了高要求。此外，工作在多个频带中或在发射和接收状态下工作在不同的谐振频率下的天线需要增加其尺寸。
同时诸如移动电话等通信设备被配备有附加功能和构件，如照相机和更大的显示器，并且在其造形上更加变小，从而用于相应多频带天线的安装空间不断变小。
在用于通信设备的外置天线领域中对于减小造形也有需求，例如用于汽车中移动电话的圆盘天线。外置天线的另一应用领域是数据卡，它为便携式计算机形成至移动无线网的无线连接，并从而形成至互联网的无线连接。近来有增强的措施例如在建筑物中设置基站来构建更小的无线单元(微单元)，以保证移动无线设备在被屏蔽的建筑物中也能工作，或者保证在例如机场这样的具有高通信要求的地点有足够的无线覆盖。在所有这些领域中应有尽可能小的且尤其是不引人注意的多频带天线保证无线覆盖。
WO2005/076405公开了敷设在基板上的导体结构，它通过折返和围绕一个导体段的延伸轴交替的走向而被略微缩短。
从上面所述的现有技术出发，本发明的首要任务在于给出一种明显缩短的电导体，作为用于移动通信的尽可能小的单频带或多频带天线的构件。
本发明的任务由具有权利要求1的特征、特别是具有特征部分所述特征的电导体完成，根据这些特征至少第二个导体段也具有围绕其延伸轴交替的走向。
借助于至少第二个导体段交替的走向，例如借助于相应的折叠，上面所述的优点，例如折返的偶极子天线，在明显缩短电导体的纵向延伸的情况下可以通过具有优点的方或减小天线造形。根据本发明的电导体同样可作为基板上的单极。借助于本发明的电导体可以形成明显更小的、有效的天线。
两个导体段最好借助于一个位于折返区的连接段而相互平行排列。
具有优点的是至少一个导体段在导体平面中至少二维地交替走向。这里导体段例如可以围绕延伸轴呈锯齿形交替构造，或者呈蛇曲形围绕其延伸轴构造。
在另一个优选实施方式中，通过至少一个导体段三维地围绕其延伸轴交替地构造，可以进一步明显缩短电导体的纵向延伸。
根据天线的类型，电导体可以构造成电介质材料上的印刷线路，或者也可以是一个基本上无载体的导体。“无载体”在这里尤其是指导体不是被敷设在一个基板上，至少意味着导体无任何支撑地排列在空间中。
在一个特别优选的实施方式中，本发明的电导体被构造成尤其是薄膜或平板的冲压件，这明显简化了这种天线的生产。一个至少部分交替设计的、作为冲压件生产的导体还可以通过以一个相对于冲压件平面的角度交替被折叠，特别容易地形成三维交替构造。同时至少一个导体段围绕其延伸轴形成锯齿形的折叠。
除了在纵向延伸上的缩短外，本发明的电导体还可以通过设置在第一和第二导体段的折返区中的连接段围绕其延伸轴交替地构造，从而进一步缩小。
从同样的考虑出发，本发明的目的还在于给出一种尽可能紧凑的单频带或多频带偶极子天线。
此任务由具有权利要求10所述特征、尤其是具有其特征部分所述特征的偶极子天线完成。根据这些特征，至少一个电导体按权利要求1的前序部分所述那样被构造。具有优点的是，电导体如权利要求1至9中至少一项所述那样被构造。其中特别具有优点的是以下实施方式电导体相互镜像对称地被构造，分别具有第一和第二导体段，这些导体段具有围绕各自的延伸轴交替的走向。
这种偶极子天线的特点是非常小的造形和良好的发射和/或接收性能。
此外，重要的是偶极子天线作为多频带偶极子天线的实施方式，为了在至少另一个频带上发射和接收，该天线具有至少一个附加的、适配于另一频带的辐射元件，它包括两个分别构成偶极子的一个极的电导体，它们分别具有一个接触区，所述接触区被设置在辐射体中央，其中附加辐射元件的导体被排列在相应的导体平面中，此平面是由第一辐射元件的导体形成的。
这里导体平面是一个纯粹的几何平面，电导体可以节省空间地排列在此平面中。各个辐射元件以近似套叠的方式置于其中。这里附加辐射元件的电导体同样按照权利要求1至9中至少一项所述那样被构造。
此外具有优点的是，在具有多个辐射元件的多频带偶极子天线中，具有较低谐振频率的辐射元件的电导体扩展了具有较高谐振频率的辐射元件电导体的导体平面。
如果两个辐射元件借助于电容性和/或电感性耦合共同形成一个附加的辐射元件，可以进一步减小多频带偶极子天线的造形。
如果辐射元件的位于同一导体平面中的导体的相应接触区彼此呈锥形指向辐射体中心方向、并且在辐射体中心形成一个公共触点，多频带偶极子天线的发射和/或接收性能可进一步提高，并且进一步降低生产成本。
特别在用于基站的偶极子天线中，辐射元件可以具有反射器，用于调整发射和/或接收效率。
以前面所述问题为背景，本发明的目的还在于给出一个小结构的单极天线。
此任务由权利要求19所述的单极天线完成，其特征在于，至少一个排列在基板上的电导体如权利要求1至9中至少一项所述那样被构造。
下面借助附图详细说明本发明。附图中
图1示出本发明偶极子天线的原理图，图2示出根据图1所示交替实施方式的辐射元件的简化图，图3是双频带偶极子天线的简要顶视图，图4示出根据图2所示交替实施方式的双频带天线，图5示出图3所示双频带偶极子天线的一种优选实施方式，图6示出多频带偶极子天线的一种优选实施方式，以及图7示出图6所示多频带偶极子天线可用频带的曲线图。
因为本领域技术人员基本上都知道根据本发明的电导体不仅用作单极天线的构件，而且也用作偶极子天线的构件，下面借助不同实施方式的偶极子天线说明本发明，然而本发明并不限于偶极子天线。
在附图中用附图标记10整体上表示偶极子天线。
图1示出根据本发明的偶极子天线10的原理图，偶极子天线10具有一个辐射元件11，它由两个电导体12构成。辐射元件的各个导体12分别构成偶极子天线10的一个极。
电导体12相互镜像对称地被构造，并且如现有技术那样以大致呈U形折返(区域R)，从而缩短了各个导体12的纵向延伸。
该实施例涉及无载体的导体12，从而涉及一个无载体的辐射元件11。“无载体”意味着导体12不是被敷设在一个电介质载体材料上，尤其是以印刷线路的形式敷设在此材料上。导体12或辐射元件11更主要的是借助于导体材料、例如线材或薄板的冲压件的刚性无支撑地排列在空间中。当然，导体也可以根据需要部分地通过图中未示出的装置来支撑，以稳定其在空间内的排列。这种导体12按照本发明是具有优点的，因为其发射和/或接收效率不受载体材料影响。
每个导体12具有一个第一导体段15，其具有设置在辐射器中央13的接触区14。第一导体段15从位于触点20的区域中的辐射器中央13沿着其延伸轴16向空间内延伸。通过折返，导体12的第二导体段17沿着其延伸轴18反过来向辐射器中央13的方向延伸。
导体段15和18通过一个共用的连接段19相互有间隔地排列在导体12的折返区R中，并且借助于这个共用的连接段19相互平行且有间隔地排列。
除了已知的折返(区域R)以外，各个导体12还通过第一和第二导体段15/17围绕其各自的延伸轴16或18交替地被构造从而进一步缩短。
图1简要示出了导体12的第一和第二导体段15或17以锯齿形围绕相应的延伸轴16或18交替地被构造。
由图1可见，如果第一个交替构造的导体段15具有至少一个纵向延伸，且此延伸对应于一个折返的、然而不交替构造的第二导体段的纵向延伸的话，第二导体段17不一定具有一个围绕其延伸轴18交替的走向。
此外在图1中作为例子示出了天线连接一个高频源的可行方案。导体12的各个接触区14在辐射器中央13分别具有一个触点20，通过这些触点，构成偶极子的导体12借助于适当的导线21由高频源22馈送高频能量。这里导线21在通常构成天线杆的范围内由一个适当的同轴电缆或由同轴装置的机械平衡网络构成，如位置23所示。
最后，图1示出构成偶极子各个极的导体12扩展了一个导体平面E。这里明显可见相应导体平面E仅仅是一个几何平面，而不是一个天线构件。
图2只示出偶极子天线10的辐射元件11的导体12的交替的实施方式。这里第一导体段15从其接触区14出发首先向空间内延伸，直至导体12在折返区R以缩短的方式折回，并且第二导体段17重又向辐射器中心13延伸。
作为对图1所示辐射元件的补充，不仅第一或第二导体段15/17围绕它的延伸轴16/18交替地前进，而且连接段19也具有围绕延伸轴24交替的走向。此外图2中的导体12被构造为蛇曲形，并且每次蛇曲形弯折是直角的。“蛇曲形”也可以不像图中所示的直角形，而是曲线形或其它的一般空间填充排列。
图3示出一个双频带偶极子天线25的简要视图。在双频带偶极子天线25中第一辐射元件11由两个折返的电导体12构成，它用于在较低的谐振频率上发射和接收，例如在900MHz的移动通信频段上。这些导体12已在对图1的说明中详细描述。
附加的第二辐射元件26由两个附加的导体27构成，它们例如被设计来用于1800MHz的第二个欧洲现行移动通信频段。这些导体节省空间地排列在由第一电导体12所扩展的导体平面E中，使得相对于图1所示不需要增加空间来安置第二辐射元件的附加电导体27。
电导体27分别具有一个导体段28，它借助于接触区29利用一个适当的、图中未示出的导线，例如图1中的导线21与高频源相连接。
在此图中第二辐射元件26的接触区29和第一辐射元件11的接触区14分别形成一个公共触点20。第二辐射元件26的导体27设置在第一辐射元件11的导体12所扩展的导体平面E内部。为了最小化两个辐射元件11和26之间的耦合，从而基本不影响接收和发射效率，导体27与导体12之间有足够的间距。
通过具有优点的方式，具有较低谐振频率的导体12的导体平面E对具有较高谐振频率的辐射元件26的导体28展开，使得辐射元件11，26可以节省空间地相互套叠，并从而使得双频带天线25可构造成尽可能地小。如果必要的话，第二辐射元件26的导体段28同样围绕其延伸轴30交替地被构造，以使它被设置在导体平面E内部。
由图4可见，导体27也可在导体平面E中折返地被构造，使得第二辐射元件26的导体27除了第一导体段28以外还具有第二导体段31。类似于导体12，导体27的导体段28和31也通过连接段32相互有间隔地排列。第二导体段31可以通过围绕其延伸轴42交替地走向从而被缩短。这样相对较长的导体27可以安放在图4中为清楚起见而未画出的导体平面E中，从而可形成具有较小空间需求的双频带偶极子天线。
图5示出图3所示双频带偶极子天线的一种优选实施方式。其特征主要在于，由导体12或27构成的辐射元件11和26的导体结构34由薄板或薄膜冲压而成。并且导体结构34呈锯齿形且扁平地被构造。
导体12或27的宽度不必保持恒定，如导体12所示。作为冲压件构造的导体结构34可以特别简单和廉价地制造。
最后图6示出如何应用图1至图5所示的本发明构思将单频带或双频带偶极子天线10/25进一步改进成一个特别紧凑且高效的多频带偶极子天线33。
为了简化制造，多频带偶极子天线33这里由两个冲压出的导体结构35构成。
两个冲压出的导体结构35以其各个导体12，27，36和37分别构成4个辐射元件(具有导体对12的辐射元件11，具有导体对27的辐射元件26，具有导体对36的辐射元件40，具有导体对37的辐射元件41)的一个极。每个导体对12，27，36，37构成一个适配于特定频带的辐射元件。冲压件35的导体分别以其接触区14，29，38，39构成一个公共的触点20，它用于连接一个适当的高频源，例如图1所示的高频源22。
对应于对图1和3的说明，示例性的用作具有低的谐振频率的导体的折返导体12扩展了一个导体平面E(见图1和3)，它在图6中为了清楚起见未被画出。在相应的导体平面E中有导体36，37和27，它们被设计来用于在较低谐振频率下发射和接收。通过有意选择相应的导体长度和相应的对应关系，如此构造的偶极子天线可用于例如850MHz至2200MHz之间的最重要的移动通信频率，即GSM-850，900，1800，1900以及UMTS频率。这作为例子在图7中示出。通过改变导体长度和辐射元件的数量，也可覆盖其它的和/或附加的频带。也可以借助于附加的电感性和/或电容性耦合使多频带偶极子天线适应于在附加的频带上发射和/或接收。
在图1至6中单个导体12，27，36和37原则上相互镜像对称地被构造。然而并不是必须如此。单个导体12，27，36和37或者借助于导体12，27，36和37构成的辐射元件的设计目标是所希望获得的天线接收和发射性能。
附图中没有示出通过进一步折叠其导体而获得更为紧凑的尺寸的偶极子天线。但这个实施方式可借助于图5举例说明。
最好被冲压出的导体结构34通过交替的构造和在其纵向延伸方向上的折返相对于已知的偶极子天线已经被明显缩短了。如果导体、如图5中的导体12和27相对于其二维交替前进的平面以一定角度、或者相对于冲压平面以一定角度被折叠，从而形成一个三维结构，则可实现进一步的缩短。特别具有优点的是这种折叠同样围绕延伸轴交替前进，其中锯齿形的折叠被证明是具有优点的。
此外还可以设想，偶极子天线的辐射元件具有至少一个反射器，用以按愿望调整天线的发射和接收能力。
最后，本领域技术人员都知道通过将本发明的电导体设置在底板上，本发明的目的也适合于附图中来示出的单极天线。
总之借助于本发明给出的电导体可以通过简单且具有优点的方式得到紧凑的单极天线和偶极子天线，它们使得在多频带上发射和接收也成为可能。
权利要求
1.用于单极天线或偶极子天线(10)的辐射元件(11，26，40，41)的电导体(12，27，36，37)，其具有用于高频源(22)的接触区(14，29，38，39)，并且为了缩短其纵向延伸而至少折返一次，从而具有至少两个导体段(15，17，28，31)，每个导体段分别具有一个延伸轴(16，18，30，42)，这些导体段借助于一个连接段(19，32)最好相互平行且有间隔地排列，并且第一导体段(15，28)从接触区(14，29，38，39)出发向空间内延伸，折返的第二导体段(17，31)大致向接触区(14，29，38，39)的方向延伸，其中第一和第二导体段(15，28，17，31)扩展了一个导体平面(E)，并且第一导体段(15，28)具有围绕其延伸轴(16，30)交替的走向，其特征在于，此外至少第二导体段(17，31)具有一个围绕其延伸轴(18，42)交替的走向。
2.如权利要求1所述的电导体，其特征在于，至少一个导体段(15，17，28，31)至少二维地在导体平面(E)中交替前进。
3.如权利要求1或2所述的电导体，其特征在于，至少一个导体段(15，17，28，31)具有一个三维地围绕其延伸轴(16，18，30，42)交替的走向。
4.如以上权利要求中任一项所述的电导体，其特征在于，至少一个导体段(15，17，28，31)呈锯齿形围绕其延伸轴(16，18，30，42)交替地被构造。
5.如以上权利要求中任一项所述的电导体，其特征在于，电导体(12，27，36，37)的至少一个电导体段(15，28，17，31)呈蛇曲形围绕其延伸轴(16，18，30，42)被构造。
6.如以上权利要求中任一项所述的电导体，其特征在于，导体(12，27，36，37)被构造成一个电介质材料上的印刷线路。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电导体，其特征在于，导体(12，27，36，37)是基本上无载体的。
8.如权利要求7所述的电导体，其特征在于，导体(12，27，36，37)被构造成冲压件。
9.如以上权利要求中任一项所述的电导体，其特征在于，相应导体(12，27，36，37)的连接区(19，32)交替地被构造。
10.特别是用于在移动通信中所用的800MHz至2200MHz之间的频率范围内发射和/或接收的偶极子天线(10，25，33)，具有至少一个辐射元件(11，26，40，41)，该辐射元件适配于一个频带并包括两个分别构成偶极子一个极的电导体(12，27，36，37)，所述电导体分别具有一个接触区(14，29，38，39)，该接触区被设置在辐射器中央(13)，其特征在于，至少一个电导体(12，27，36，37)按照权利要求1的前序部分所述那样被构造。
11.如权利要求10所述的偶极子天线，其特征在于，至少一个电导体(12，27，36，37)按照权利要求1至9中至少一项所述那样被构造。
12.如权利要求10或11所述的偶极子天线，其特征在于，一个辐射元件(11，26，40，41)的相应导体(12，27，36，37)相互镜像对称地被构造。
13.如权利要求10至12中任一项所述的偶极子天线，其特征在于，用于在至少一个其它频带上发射和接收的偶极子天线(10)具有至少一个附加的适配于另一频带的辐射元件(26，40，41)，它包括两个分别构成偶极子一个极的电导体(27，36，37)，所述电导体分别具有一个接触区(14，29，38，39)，所述接触区设置在辐射器中央(13)，其中所述附加辐射元件(26，40，41)的导体(27，36，37)排列在相应由第一个辐射元件(11)的导体(27，36，37)所扩展的导体平面(E)中。
14.如权利要求13所述的偶极子天线，其特征在于，至少一个附加辐射元件(26，40，41)的导体(27，36，37)按照权利要求1至10中至少一项所述那样被构造。
15.如权利要求13或14所述的偶极子天线，其特征在于，在具有多个辐射元件(11，26，40，41)的偶极子天线(10)中，具有较低谐振频率的辐射元件(11，26，40，41)的电导体(12，27，36，37)扩展了用于具有较高谐振频率的辐射元件(11，26，40，41)的电导体(12，27，36，37)的导体平面。
16.如权利要求13至15中任一项所述的偶极子天线，其特征在于，两个辐射元件(11，26，40，41)借助于电容性和/或电感性耦合共同构成一个附加辐射元件。
17.如权利要求13至16中任一项所述的偶极天线，其特征在于，辐射元件(11，26，40，41)在同一导体平面(E)中的导体(12，27，36，37)的相应接触区(14，29，38，39)相互成锥形指向辐射器中心(13)并在辐射器中央(13)构成一个公共触点(29)。
18.如权利要求10至17中任一项所述的偶极子天线，其特征在于，至少一个辐射元件(11，26，40，41)具有一个反射器，用于调整发射和/或接收能力。
19.单极天线，其特征在于，至少一个设置在底板上的电导体按照权利要求1至9中至少一项所述那样被构造。
全文摘要
要求保护并描述了一种用于天线辐射元件的电导体，它具有用于高频源的接触区，并且为了缩短其纵向延伸而至少折返一次，从而具有至少两个导体段，每个导体段分别具有一个延伸轴，这些导体段借助于一个连接段最好相互平行且有间隔地排列，并且第一导体段从接触区出发向空间内延伸，折返的第二导体段大致向接触区的方向延伸，第一和第二导体段扩展了一个导体平面，并且第一导体段具有一个围绕其延伸轴交替的走向。本发明的目的在于给出用于尽可能小的单频带或多频带天线的电导体以及用于适合于在一个或多个频带上工作的移动通信的适当天线。上述任务由具有以下特征的电导体完成至少一个导体段具有围绕其延伸轴交替的走向，而且单极天线或偶极子天线具有这种电导体。
文档编号H01Q9/16GK101026261SQ200710008079
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月10日
发明者马克·利肯布洛克 申请人:伦伯格连接器有限公司