专利名称：介电质负载型天线与无线通讯设备的制作方法
介电质负载型天线与无线通讯设备本发明涉及一种介电质负载型天线，其以超过200 MHz的频率工作，并具有一个固体材料的电绝缘核心，还涉及一种含有介电质负载型天线的无线通讯设备。已知介电质负载型螺旋天线在UHF频率工作，尤其是紧凑天线，用于便携式无线通讯设备，例如手机、卫星电话、手持定位装置和移动定位装置。本发明可用于这些及其他领域，例如WiFi，如无线局域网络、设备，ΜΙΜ0，如多重输入/多重输出系统和其他接收与发射无线系统。通常，这种天线包括一个柱状陶瓷芯，其相对介电常数至少为5，核心外表面承托一个螺线导轨形式的天线元件结构。在所谓的“背射”天线中，轴向馈线封装在延伸于核心近侧和远端横向外表面部分之间的孔内，馈线导体通过核心远端横向表面部分上的导电表 面连接元件连接至螺线轨道。英国专利申请GB2292638、GB2309592、GB2399948、GB2441566、GB2445478,国际专利申请W02006/136809和美国专利申请US2008-0174512A1中公开了这种天线。这些公开的文件公开了具有一对、两对、三对或四对螺旋天线元件或螺旋天线元 件组。专利申请 W02006/136809、GB2441566、GB2445478 和 US2008-0174512A1 分别公开了一个具有电阻抗匹配网络的天线，包括一个固定在核心远端外表面部分上的印刷电路层压板、位于馈线和螺旋元件之间连接器的网络成形部分。在每个情况下，馈线是一个同轴传输线，其外部屏蔽导体具有连接头，平行于穿过层压板通道的轴线，内部导体同样穿过各自的通道。首先，通过将同轴馈线远端部分插入到层压板内的通道中来装配天线，构成一个单式馈线结构，与连接的层压板一起将馈线从通道远端插入到核心通道内，使馈线暴露在通道近端，层压板毗连核心的远端外表面部分。然后，将涂锡的垫圈或套圈置于馈线近端部分，构成一个位于馈线外导体和核心近端外表面部分的传导表面之间的环形桥接器。该装置穿过一个加热炉，对层压板近端和远端表面上的预设位置进行焊接粘合，在上述垫圈或套圈上的焊锡，融化以形成(a)馈线与匹配网络之间，(b)匹配网络与核心远端外表面上的表面连接元件之间，以及(c)馈线与核心近端外表面部分上的传导层之间的连接。因此，核心馈线结构的组装与固定有三个步骤，即插入，垫圈或套圈设置和加热。本发明的目的是为了提供一个容易组装的天线。根据本发明的第一方面，提供了一个能够在超出200MHz频率上操作的介电质负载型天线，其中该天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，核心的外表面含有沿天线轴的横截方向延伸相对指向的远端或近端表面部分，以及一个在横截的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定了一个内部空间，其主要部分被核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，并从远端核心表面部分延伸至近端核心表面部分；一个以轴向延伸的细长层压板形式的馈电结构，包括至少一个传输线部分，作为一个馈线在核心内的一个通道中从远端核心表面部分延伸到近端核心表面部分，还包括一个天线连接部分，以一个整体成型的传输线部分的近端延伸部分的形式存在，在层压板平面上，其宽度大于通道的宽度，还有一个阻抗匹配部分将天线元件与馈电线路连接。与具有刚性金属外导体的同轴馈线相比，轴向延伸的细长层压板作为馈电结构的使用具有相对缺少刚性的优势。传输线部分近端延伸部分所增加的宽度为不同的连接元件提供了额外的区域，这将在下文进行描述。更具体地说，如果需要，可配备专有的小型连接装置。优选的层压板最少具有第一、第二和第三传导层,第二传导层是介于第一和第三传导层之间的中间层。可能以这种方式构建的馈电线路，具有一个细长的内部导体，该内部导体由第二传导层构成，和分别由第一和第三层构成的外部屏蔽导体分别在内部导体的上方和下方覆盖。由在与内部导体平行的相对的两侧排成列的互联件互相连接，所述互联件由在第一和第三传导层之间形成的若干行传导的导通孔构成。封闭内部导体，从而使传输线部分具有共轴线的特征。在本发明的某些具体实施例中，轴向延伸层压板包含一个位于近端延伸部分的活性电路元件。因此，RF高频端电路，例如低噪声放大器可安装在层压板上，如利用表面装配，将元件的输入导体与馈线导体连接。此外，当天线被用于发射时，层压板可携带一个RF功率放大器，或当用于收发设备时，有一个功率放大器和一个开关。还有可能包括其他活性电路元件，例如GPS接收芯片或其他RF接收芯片(甚至在低频(如，小于30 MHz )或数字输出的电路范围内)，或收发芯片。在这种具体实施例中，层压板可具有附加的传导层。这允许天 线连接至主设备，且不使用能够处理无线频率信号的专用连接器。这种情况也避免了 RF连接施加的空间限制。层压板能够以这种方式作为单一载体，来构成任何电路元件中一个作为完整单元被提供的天线装置中的一部分，例如，上文所述的活性电路元件，匹配组件等。然而，在本发明的一个实施例中，阻抗匹配部分位于第二层压板，其导体连接至馈线。在该实施例中，第二层压板垂直指向于轴向延伸的层压板，并具有一个能够接收后者远端部分的开孔。阻抗匹配部分最好包括至少一个电抗性匹配元件，以分路电容器的形式连接在其远端连接馈线的屏蔽导体和内部导体之间。串联的电感可偶联其中一个馈线导体和至少一个细长的天线元件。电容最好是一个分立的贴片安装的电容器，而电感是一个位于电容器和一对细长天线元件中的一个元件之间的传导轨道。优选的天线可能被用作双源供电天线。因此，在本发明的一种四臂螺旋天线中，天线通常不仅是为产生圆偏振辐射的天线辐射模式的四臂共振，还是一个线性偏振信号的准单极共振。四臂共振产生一种心型的辐射模式，集中在天线的轴上，因此适用于发射或接收卫星信号，然而准单级共振产生一种环形辐射模式，相对天线轴对称，可适用于传送和接收地面线性极性信号。一个优选的天线具有以下特征，在与GNSS信号相关的第一频率波段内(例如，1575 MHzjGPS-LI频率)具有一个四臂共振，以及在蓝牙和WiFi系统适用的2. 45GHz ISM (工业-科学-医学)波段内的准单级共振。在考虑双源供电操作的地方，阻抗匹配部分可以是一个两极匹配部分，包括两个电感的串联组合，位于第一导体或馈线与每个传导天线元件对中的一个天线元件之间，还包括第一和第二支路电容。第一支路电容如上文所述进行连接，例如，位于馈线的第一和第二导体之间。第二支路电容一端连接在馈线第二导体与另一个细长传导天线元件之间的一个连接环节上，另一端连接在第一和第二电感之间的接头上。在下文所述的天线中，馈线中细长层压板的使用具有特定的优势，当需要对天线进行双源供电操作时，外部屏蔽导体构成了一个或多个导电回路的一部分，所述回路决定了准单级共振频率。具体地说，馈线屏蔽导体的电长度取决于屏蔽导体的宽度。这意味着如果需要的话，准单级共振频率可大体上独立地从影响圆偏振频率的参数中选择。如图所示，可由四臂或任何其他多臂产生圆偏振。事实上，天线向其自身提供不同宽度屏蔽导体的细长层压板的制造过程，该过程包括根据天线的特定使用目的为每个天线挑选具有特定宽度的屏蔽导体的细长层压板。相同的选择步骤可用于减少因不同批次的陶瓷材料生产不同批次的天线核心之间相对介电常数的不同而产生的共振频率变化。优选的将细长层压板对称地置于通过天线核心的通道内。因此，在具有圆形横切面的通道的实施例中，层压板最好是直接设置。这有助于共振的准单级模式内屏蔽导体的对称性。可以注意到的是，穿过天线核心的通道未经电镀。传输线部分的内部导体集中位于屏蔽导体之间，以避免馈线内不对称的场集中。层压板与导体区域的横向对称也是优选的(例如，层压板传导层平面的对称)。根据本发明的第二个方面，在超过200 MHz频率上工作的介电质负载型天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，核心外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿横截于天线轴的方向延伸，还具有一个在横截的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定了一个内部空间,其主要部分由核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分延伸到近侧核心表面部分；一个轴向延伸的层压板，在核心内 的通道中从远端核心表面部分延伸到近端核心表面部分，该层压板具有第一、第二和第三传导层，第二传导层以三明治的形式夹在第一和第三传导层之间，包括一个发挥馈线作用的传输线部分，一个整体的远端阻抗匹配部分，将馈线与天线元件连接；其中第二传导层构成馈线的一个细长内部导体，第一和第三传导层构成细长的屏蔽导体，所述屏蔽导体的宽度大于内部导体，并且沿其细长的边缘部分互相连接。优选的，天线包括一个连接至少某些细长传导元件近端部分的捕获元件，并连接至核心近端表面部分区域内的馈线。在准单级共振模式中，由细长天线元件、捕获元件和馈线屏蔽导体的一个或多个外表面中的至少一个在馈线导体之间形成第二传导回路中的电流。准单级共振模式是一种基本共振，在这种情况下，其共振频率高于四臂共振频率。首选的细长层压板具有一个本质上固定宽度的传输线部分，例如，以固定宽度的条带的形式构成，穿过核心的通道具有一个圆形横截面，其直径至少与固定宽度的条带等宽，从而使条带的边缘被通道侧壁支撑，或者位于纵向直接相对的沟槽内。根据本发明的第三个方面，它提供了无线通讯装置，包括一个天线和与天线连接的至少在大于200MHz的两个无线频率波段上工作的无线通讯电路，其中该天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，核心的外表面包含直接相对的远端和近端表面部分，沿横截于天线轴的方向延伸，还包含一个在远端和近端表面部分之间延伸的侧表面部分，馈线结构从远端表面部分穿过核心部分到近端表面部分，位于核心外表面的上方或邻近处的是，多个细长传导天线元件的串联组合，以及具有一个与核心近端表面部分区域馈线结构的接地连接的传导捕获元件，与核心远端表面部分区域的馈线结构馈线连接的天线元件，其中无线通讯电路具有分别在第一和第二无线频率波段上操作的两部分，其中每个部分与各自的信号线路相关，用于在天线馈线结构的一个共同信号线路与各自的线路部分之间切换信号流，天线在第一频率波段的第一圆偏振模式和第二频率波段线性偏振模式中共振，第二频率波段位于第一频率波段上方，共振的第一和第二模式为共振的基本模式。无线通讯电路可以在天线共振的圆偏振和线性偏振模式中运行。第一和第二频率波段具有各自的中心频率，其第二频率波段的中心频率最好高于第一频率波段的中心频率，且低于第一中心频率的两倍。根据本发明的第四个方面，提供了一种在超过200MHz频率上操作的天线，包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心,核心外表面含有相对的横截于天线轴方向延伸的远端和近端表面部分，以及一个在横截的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定一个内部空间,其主要部分被核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸； 一个轴向延伸的细长层压板，位于核心内从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸的通道中，其层压板至少具有一个第一层，包括一个作为馈线的传输线部分，以及用于将馈线与天线元件连接的馈线连接元件，传输线部分至少包括第一和第二馈线导体；其中层压板还包括一个传输线部分的近端延伸部分，其中一个表面是与馈线导体的活性线路元件连接，所述近端延伸部分的另一表面具有一个接地面，电连接至其中一个馈线导体。根据本发明的第五个方面，一个在超过500MHz频率上操作的电介质负载型的天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘核心，一个外表面包括直接相对的远端和近端表面部分，沿横截于天线轴的方向延伸，以及一个在横截延伸的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定一个内部空间,其主要部分被核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心部分向近端核心表面部分延伸；一个轴向延伸的细长层压板形式的馈线结构至少包括一个作为馈线的传输线部分，穿过位于核心内的通道，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；多个邻近天线核心的弹簧接头，电连接至馈线，构建并排列为弹性支持接触区域，作为设备层压电路板的一个或多个传导层，而后者邻近预选位置的天线。弹簧接头最好是金属弹簧片，根据天线轴向压缩力的方向产生弹性形变。当天线与设备线路板装配时，发生这种弹性形变，线路板平面与天线轴垂直。优选的，位于天线核心近端表面部分的基底，例如通过焊接，提供一个弹簧接头的金属固定基底。另一种方案是，金属弹簧片接头可以在指向横截于天线轴方向的压力下产生形变，例如，当天线与设备电路板并列，电路板平面与天线轴平行的时候。当弹簧接头被焊接到细长层压板上的基底导体时，弹簧接头与馈线导体连接。最好有三个弹簧接头并排排列在层压板近端延伸部分的表面，中间接头与馈线内部导体连接，第一和第三接头与馈线屏蔽导体连接。每个弹簧接头最好是以折叠的金属弹簧元件的形式存在，具有一个用于固定到层压板传导基底的固定支柱，和一个连接支柱，用于将连接区域啮合在连接天线的设备电路板上。弹簧元件材料的弹性允许受元件两个支柱根据施加的力推动连接支柱向固定支柱相对靠近产生的弹性形变。本发明还提供了一种无线通讯元件，包括一个设备电路板，一个如上所述的天线，以及一个电路板和天线的外壳。该元件设置为当天线和电路板安装在外壳内时，弹簧接头弹性支撑设备电路板导电层形成的连接区域，将天线连接至设备电路板。外壳最好分为两部分，具有一个天线接受器，该接受器可至少以轴向来放置天线。根据本发明的另一方面，提供了一种组装上述无线通讯元件的方法，其中该设备还包括具有两个部分的天线外壳和设备电路板，外壳的形状能够容纳天线，将其设置在相对于电路板的预选择位置，将弹簧接头设置在该位置，承受设备电路板上的各个接头区域，该方法包括将电路板固定在外壳内，将天线置于接受器内，将外壳的两部分共同置于装配状态，将两部分合到一起的作用能促使弹簧接头抵住设备电路板上的各个连接区域，从而压缩弹簧接头产生形变。外壳的两部分被锁定在一起。根据本发明的另一方面，无线通讯设备包括Ca)在200MHz频率以上操作的背射介电质负载型天线包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，其外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴的横截方向延伸，一个在横横截方向延伸的两个表面部分之间横向延伸的侧表面部分，核心外表面限定了一·个内部空间，其主要部分由核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；一个轴向延伸的细长层压板形式的馈线结构包括至少一个作为馈线的传输线部分，通过核心内的通道从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸，天线在核心近端表面部分的上方或邻近位置具有暴露的连接区域；(b)无线通讯电路具有一个至少含有一层传导层的设备层压电路板，传导层具有多个接触末端支撑区域对各个天线暴露的连接区域进行弹性支撑。在一个具体实施例中，天线的暴露连接区域与设备层压电路板的平面平行，每个弹簧接头能够向设备板平面垂直施力。在另一个具体实施例中，天线的暴露连接区域与天线轴垂直。在这种情况下，弹簧接头可因天线轴向产生的压缩力产生弹性形变，无论天线是六角转头设置还是边缘设置，或相对于设备电路板的边缘设置。使用弹簧接头将天线连接至设备电路板的一个选择是向天线核心的近端表面部分提供传导层，传导层形成有图案，以提供一个隔离的传导槽脊，例如与构成捕获器或平衡-不平衡变换器部分的近端传导层的剩余部分绝缘。该槽脊和传导层的剩余部分分别作为传导基底连接各个折叠的弹性接头或作为传导电镀层的基底构成设备电路板上连接弹簧接头的连接区域。在弹簧接头固定至天线近端传导层的情况下，这种接头还可以在细长的层压板上提供一个弹性非焊接连接，特别是在传输线部分近端延伸相对的表面上的连接区域。在天线的六角转头和其他连接配置中，弹簧接头向天线施加轴向接触支撑力的情况下，无需对层压板和设备电路板之间进行焊接连接。当弹簧接头设置在天线上的情况下，优选有三个弹簧接头，并排设置在设备电路板上，啮合天线细长层压板近端延伸部分的一个表面上的三个相应的分开的连接区域。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种在超过200MHz频率上操作的背射电介质负载型天线，它包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，核心外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴横截方向延伸，还具有一个在横截方向延伸的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定了一个内部空间，其主要部分由核心的固体材料填充；一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸；一个馈线结构，包括第一和第二馈线导体，通过核心内的通道从远端核心表面部分向近端核心表面部分轴向延伸；其中近端核心表面部分具有一个传导涂覆层，构成有至少两个彼此电隔离的传导区域，在通道近端，天线还包括在通道近端位于每个馈线导体和近端核心表面部分的一个传导区域之间的电连接，这种设置可提供至少一对位于近端核心表面部分上的平面接触表面，用于将天线安装在主设备板，并使其天线轴与设备板垂直。
根据另一种方面，本发明提供了一种装配任何之前的声明所述的无线通讯设备的方法，该设备还包括具有两个部分的天线外壳和设备电路板，该外壳具有一个能够容纳天线的接受器，从而将天线设置在相对于电路板的预设位置，弹簧接头在该位置配准并承受天线的各个接触区域，该方法包括将电路板固定在外壳内，将天线置于接受器内，并将外壳的两部分共同设置为装配状态，将两部分放在一起的动作能促使弹簧接头抵住天线上各自的连接区域，从而压缩弹簧接头产生形变。本发明将参考以下附图进行描述
图IA和图IB分别是第一天线的透视装配图和部件分解 图IC和图ID分别是图IA和图IB所示天线的单级 和双极匹配网络的电路 图2是包含图IA和图IB所示天线的无线通讯元件部分的透视 图3A至图3F是图2所示无线通讯元件的图式透视图，显示一系列的装配步骤；
图4A和图4B分别是第二天线的透视装配图和部件分解 图5A和图5B分别是第一天线组件的透视装配图和部件分解 图6A和图6B分别是第二天线组件的透视装配图和部件分解 图7A和图7B分别是第三天线的透视装配图和部件分解 图8A和图SB分别是第四天线的透视装配图和部件分解 图9A至图9F是第五天线及其中部件的多个视 图IOA和图IOB分别是第六天线的透视装配图和部件分解
图11是包括第六天线的无线通讯元件部分的透视 图12是包括第六天线的另一种无线通讯元件部分的透视 图13A和图13B分别是第七天线的透视装配图和部件分解 图14A和图14B分别是另一天线的透视装配图和部件分解 图15是第三层压板顶端连接器一个表面的近侧视 图16A和图16B是一个插头顶端连接器的透视 图17A至图17E是本发明的一个实施例中制造过程的多种步骤；
图18是本发明具体实施例的流程 图19是层压板馈线结构的透视图。如图IA和图IB所示，本发明第一方面所述的天线具有一个天线元件结构，其包含4个轴向共延伸的螺旋轨道10A，10B, IOC和10D，通过在柱状陶瓷核心12的柱状外表面上电镀或镀金属形成。核心陶瓷材料的相对介电常数通常大于20。相对介电常数为80的钡-钐-钛材料尤为适用。核心12具有一个轴向通道，以镗孔12B的形式从远端表面部分12D向近端表面部分12P延伸。这两个表面部分都是相对于核心中轴13横切并垂直延伸的平面表面。二者彼此反向相对，其中一个指向远侧，另一个指向近侦彳。分装在镗孔12B内的是一个细长层压板14形式的馈线结构，具有一个传输线部分14A，一个匹配网络连接部分14B和一个天线连接部分14C，以整体形式分别构成传输线部分的远端和近端延伸。层压板14具有三层传导层，图IB仅显示了其中一层。第一传导层暴露在层压板14的上表面14U。第三传导层类似地暴露于层压板14的下表面14L，第二传导层即中间的传导层嵌入层压板14的绝缘材料内，位于第一和第三传导层的中间。在层压板14的传输线部分14A，中央的第二传导层是以窄的细长轨道的形式沿传输线部分14A集中延伸，以形成一个内部馈线导体(未显示)。覆在上面的和垫在下面的内部导体比分别由第一和第三传导层形成的细长传导轨道要宽。这些更宽的轨道构成了上部和下部屏蔽导体16U，16L，来保护内部导体。屏蔽导体16U，16L由电镀导通孔17互连，导通孔17在与内部导体平行的相对的两侧排成列，导通孔与内部导体的轴向边缘分隔开，因而这些导通孔通过层压板14的绝缘材料与后者隔开。可以认为在传输线部分14A由三个传导层构成的细长轨道和互连导通孔17的组合形成一个同轴的馈线，该馈线具有一个内部导体和一个外屏蔽罩，后者由上方和下方传导轨道16U，16L和导通孔17组成。通常，这种同轴馈线的特征阻抗为50欧姆。在层压板14的远端延伸部分14B内，内部导体(未显示)通过内部导体远端导通孔18V与暴露的上导体18U连接。同样，在远端延伸部分14B的下表面上具有一个暴露的连接导体18L (图IB中未显不),该导体是下部的屏蔽导体16L的延长部分。 在层压板14的近端延伸部分14C内，内部导体(未显示)与层压板14上表面14U暴露的中心连接区域18W连接，该连接区域18W通过近端导通孔18X与内部导体连接。在相同的层压板上表面14U上，有两个外部暴露的连接区域16V，16W，位于中心连接区域18W相对的两侧。这三个并排的连接区域组成一套接头，用于将组装的天线连接至诸如设备母板上的弹簧接头，这将在下文进行描述。可以注意到的是，层压板14的天线连接部分14C呈矩形，矩形的宽度大于平行侧的传输线部分14A的宽度，从而在装配过程中，当层压板14从近端插入天线I的核心12时，天线连接部分14C与天线核心12的近端表面部分12P毗连，从而在近侧暴露天线连接部分。层压板14的长度如下，当天线连接部分毗邻近端表面部分12P时，匹配网络连接部分14B从其远端的核心12B上伸出较短的距离。传输线部分的宽度通常与镗孔12B (横断面为圆形)的直径类似，从而将外部屏蔽导体16U，16L与核心12的陶瓷材料隔开。(注意镗孔12B未经电镀)。该实施例中的层压板绝缘材料的相对介电常数约4. 5。层压板14的角位置由镗孔12B内的轴向沟槽12BG所辅助，如图IB所示。核心近端表面部分12P上电镀的是表面连接元件，形成辐射轨道10AR，10BR，10CR，IODR0每个表面连接元件从各个螺旋轨道10A-10D的远端延伸到镗孔12B末端的邻近位置。这可理解为辐射轨道10AR-10DR由弓形传导纽带相互连接，从而使四个螺旋轨道IOA-1OD在远端配对互连。天线元件10A-10D的近端与共同的实质接地导体连接，以电镀套管20的形式围绕核心12的近端部分。套管20延伸至核心近端表面部分12P的传导涂层(未显示)。核心12远端表面部分12D覆盖的是第二层压板30，以近似正方形瓷砖的形式相对于轴13位于中央。其横截宽度与辐射轨道10AR，10BR，10CR，10DR的内部末端及其各自的弓形互联件重叠。第二层压板30的下侧具有一个单独的传导层，例如，是面对核心远端表面部分12D的表面。该传导层提供馈线连接和天线元件连接，用于通过核心表面部分12D上的传导表面连接元件10AR-10DR偶联传输线部分14A的传导层16U，16L，18与天线元件10A-10D。该层压板传导层还包括与其下表面连接的贴片电容器(未显示)，及一个阻抗匹配网络，用于匹配天线元件结构上的电阻抗和传输线部分14A的特征阻抗(50欧姆)。
图IC所示的是阻抗匹配网络的电路图。如图IC所示，阻抗匹配网络具有一个支路电容C在连接馈线的导体16，18之间，以及位于一个馈线导体18和天线辐射元件10A-10D之间的一系列线圈，由负载或电源36表示，馈线的另一个导体16直接与负载/电源36的另一端连接。在这方面，馈线至天线元件10A-10B的互联件与专利申请W02006/136809中所公开的是相同的，其内容作为参考包含于此。第二层压板30与核心近端表面部分12D上导体之间的连接是由球状高压输电线阵列32构成的，如同时待审的英国专利申请0914440. 3，该专利的内容页作为参考合并于此。第二层压板30具有一个中央插槽34，接收细长层压板14的伸出匹配网络连接部分14B，如图IA所示，传导区域之间的焊合连接，包括层压板14的上层传导区域18U和第二层压板30下侧的传导层导体(未显示)。在装配的天线中，层压板14的近端延伸部分14C毗邻核心上电镀的近端表面部分12P，在天线的装配过程中，第一和第三暴露的连接区域16V，16W (见图1B)电连接至电镀的表面部分12P。
·
上述组件及其互联件产生一个电介质负载的四臂螺旋天线，从电学方面来说，与上述在先的专利申请中公开的四臂天线类似。因此，核心12近端表面部分12P上的传导套管20和电镀层(未显示)与屏蔽导体16U，16L形成的馈线屏蔽板一起构成四分之一波长的平衡-不平衡变换器，提供与设备隔开的天线元件结构10A-10D的共模隔离，当安装时与天线连接。天线元件10A-10D形成的镀金属导体元件和核心上的其他镀金属层限定一个前部体积，其大部分被核心的介电材料所填充。天线具有一个圆极化共振模式，在本例中，是在1575MHz的GPS LI频率上。在这种圆极化共振模式中，四分之一波长的平衡-不平衡变换器作为陷波器阻止电流从天线元件10A-10D流向核心近端表面部分12P的屏蔽导体16U，16L，从而使天线元件、套管20的边缘20U和辐射轨道10AR-10DR构成限定共振频率的传导回路。因此，在圆极性共振模式中，从其中一个馈线导体回到另一个馈线导体的电流，诸如通过第一螺旋天线元件10A，围绕套管20的边缘20U，到达反向布置的螺旋天线元件10C，并流回到后面提到的这个元件10C。天线还展示出一种线性极共振模式。在这种模式中，电流在与馈线导体相互连接的不同传导回路内流动。更具体的说，在这种情况下，具有四个传导回路，其中每个回路依次包括辐射轨道10AR-10DR中的一个、相关联的螺旋天线元件10A-10D、套管20(与轴13平行)、近端表面部分12P上的镀层和屏蔽导体16U，16L及互连导通孔17构成的馈线屏蔽外表面。(可以注意到的是，在传输线部分14A构成的馈线内流动的电流沿由屏蔽导体16U，16L构成的屏蔽的内侧流动。)馈线的长度和屏蔽导体的长度、宽度，及其接近的核心12的陶瓷材料决定了线性极性共振的频率。由于屏蔽导体16U，16L的电介质负载，与核心12的陶瓷材料相比是较为轻微的，这种情况下的传导回路的电长度小于传导回路的平均电长度，后者是以圆极性共振模式作用的。因此，线性极性共振模式集中于一个较圆极性共振模式更高的频率。线性极性共振模式具有一种相关联的环形的辐射模式，集中于与天线的轴13。因而当天线的轴13竖直时，尤其适用于接收与地面垂直的极性信号。通过改变屏蔽导体轨道16U，16L的宽度，线性极性模式共振频率的调节大体上可受到圆极性模式共振频率的影响。在这种实例中，线性极性模式的共振频率为2. 45GHz(例如，在ISM波段内)。当捕获双频率操作指令时，匹配网络最好是两级网络，如图ID所示。细长层压板作为馈线结构的构建成为天线与主设备特有的经济型连接。如图2所示，当天线I与设备电路板40上的电路元件连接，在天线馈线与电路板40之间直接的电连接，面向其与天线轴平行的平面，可以通过由传导性的装配金属弹簧接头42与电路板的边缘40E并排邻近来得到，并由细长天线层压板14的天线连接部分14C上的连接区域16V，18W和16W的间隔所隔开(图1B)。当天线被安装在相对于电路板40的所需位置时，根据天线的天线连接部分14C的位置定位弹簧接头42的位置。每个弹簧接头包括一个具有折叠构造的金属弹簧片，该弹簧片的一个固定支柱42L被固定到电路板40上的各个导体(未显示)，还有一个连接支柱42U，沿固定支柱42L延伸，但被分隔开，从而当向连接支柱42U施加垂直于电路板40平面的力时，会靠近于固定支 柱42L。因此，可以理解的是，当天线I与电路板40并列排布时，如图所示，连接区域16V， 18W, 16W (图1B)与弹簧接头42配准，弹簧接头发生弹性形变，来支撑他们各自的连接区域16V，18W，16W，以构成天线I与电路板40电路元件之间的电连接。可以注意到的是，天线与电路板40电路之间没有独立的连接设备。更确切地说，每个弹簧接头42个别且独立地以与其他表面安装组件相同的方式应用于电路板40。这种配置使其自身成为一种简单的设备装配过程，如图3A至3F所示。根据图3A至3F，一个典型的装配过程包括，首先将电路板40置于第一个设备外壳部分50A中(图3A和3B)。第二，将天线I引入外壳部分50A内的成形天线接受器52内(图3C和3D)，天线细长的板14的天线连接部分支撑线路板40上的弹簧接头42，如图3D所示。然后，同样具有一个能够容纳天线I形状的内表面的第二外壳部分50B与第一外壳部分50A配准，使天线I完全进入外壳部分50A的接受器52内，弹簧接头42在外壳闭合阶段发生形变(图3E)。这两个外壳部分50A，50B具有锁点特征，从而通过最终的闭合运动将两个外壳部分的锁点结合在一起。两个外壳部分50A，50B对天线I的支撑和定位如图3F的剖面所示。如果需要，接受器52和直接相对的外壳覆盖部分50B内的接受器一起构成的天线位置，不仅在天线轴横向布置还能在其轴向设置。也可以注意到的是，除了提供一种简单廉价的装配过程，天线与电路板之间的互连配置允许天线与电路板40之间的轴向运动，且不会断开弹簧接头42构成的连接。这具有的优势是，设备可能受到严重的冲击(例如，在放下手持无线通讯元件的情况下)，天线I与电路板40之间刚性连接的缺乏避免了焊合接头上的拉紧，例如，天线细长层压板14与支撑匹配网络的天线第二层压板30之间，以及横向安装的层压板30与天线核心远端表面部分12D上的电镀导体之间的电镀接头(见图IA和1B)
参照图4A和图3B，本发明所述的第二天线具有位于细长层压板14近端伸出的天线连接部分14C上的弹簧接头42。如图2所述的系统中，弹簧接头是金属弹簧片，其中每个接头具有一个固定支柱和连接支柱。在这种情况下，固定支柱各自分别与天线连接部分14C的各个连接区域16V，18W，16W焊合。设备电路板(未显示)具有一个相应的分隔开的连接区域，从而当天线I被压入相对于电路板的所需位置时，弹簧接头42被压缩。这种配置具有与图2所述部分相同的优势。
参照图5A和5B，馈线的层压板结构也提供了一种整合支持活性电路元件的可能性，例如一种RF前端低噪放大器60。在这种情况下，层压板14具有一个更大的近侧延伸部分14C，传输线部分14A的馈线导体(未显示)直接与低噪放大器60的输入端连接。放大器的输出端可以直接与暴露的连接区域62连接，如图5A和图5B所示，使用了如图2所示的弹簧接头来与设备电路板进行连接。天线核心12 (见图5B)镗孔12B内的层压板14位置受层压板14两个相对表面上的偏动弹簧元件的辅助。这些对镗孔12B壁的支撑有助于将层压板定位在轴13上。在这种情况下，馈线的馈线导体与近端表面部分12P (未显示)上的辐射轨道的直接连接，可由平面传导耳或连接板66来实现，传导耳或连接板66毗连层压板14远端延伸部分14B上的远端连接区域，焊接至辐射轨道。如图6A和图6B所示，层压板14的另一个放大图允许一种天线组件，其中馈线直接供给低噪放大器60，后者反过来供给一个也安装在层压板14的近端延伸部分14B上的接受器集成电路芯片。这种经济的组件具有根除层压板14与设备电路板之间连接处高频 电流的潜在优势，无论其是否由独立的连接器70，如图6A和6B所示，一个灵活的印刷电路板，或图2所述的弹簧连接配置来构成连接。此外，所有电路都位于层压板14连续的基板上能够减少来自设备电路板上的噪声发射电路的共模噪声与层压板14电路耦合的机会。参照图5B描述的传导耳66的另一种选择,可以使用如图7A和7B所不的弹簧接头，作为连接馈线导体与核心远端表面12P上的辐射轨道的方式。这些弹簧接头中的每一个都具有一个平面连接基底，用于将传导层焊接在远端表面12D和一个依赖拼合的弹簧部分上，该弹簧部分从相对两侧刺入细长层压板14的镗孔12B，从而连接传输线部分14A远端延长部分14B的远端连接区域。这提供了馈线14与天线元件10A-10B的抗震互连。图8A和SB显示了使用传导耳66将馈线与远端表面部分传导轨道进行远端连接。核心12的电镀近端表面部分12P与馈线屏蔽导体16U，16L的近端部分之间的连接可能会受到焊锡涂层垫圈76的影响，如图9A，9B，9C和9D所示，当天线穿过加热炉来融化环形物76焊剂时，来进行连接，从而使焊剂流向细长层压板14的外部传导层与近端表面电镀平板上。焊锡涂层垫圈76的内部边缘之间的紧密连接是由狭缝孔实现的，如图9E所示。在这种情况下，层压板14的远端延伸部分14B宽度大于传输线部分14A，从而更容易容纳直接位于细长层压板14上的匹配组件，如图9B所示。参照图9F，对图9A-9D所示的天线层压板14的结构进行更为详细的描述。该层压板具有以下三个传导层一个上层传导层14-1，一个中间传导层14-2和一个下层外部传导层(如图9F假想线内所示)14-3。内层构成一个窄的细长馈线导体18。外层构成上述的屏蔽导体16U，16L。这里所述屏蔽导体16U，16L之间的延伸是两列电镀导通孔17，后者与屏蔽导体16U, 16L接合,构成一个屏蔽罩包围了内部导体18。传输线部分14A的近端延伸部分14C具有与馈线导体连接的连接区域16V，18W，16W，如图IB所示。在该实例中，扩大的远端延伸部分14B包括一个匹配部分来取代图IA和图IB所述第一天线的第二层压板30。匹配部分具有一个由分立的贴片电容器80提供的支路电容，该元件被安装在外部传导层14-1中形成的垫子上，通过馈线屏蔽导体16U的延伸部分81和一个导通孔18V连接至内部导体。通过横向元件82和相关导通孔在中间层14-2内形成一系列电感。
层压板14远端延伸部分14B上的匹配网络连接受到远端延伸部分14B的侧面延伸部分上的外部传导层与核心远端表面部分上的图案传导层提供的导体之间的焊合接头影响。天线馈线与设备电路板之间的连接不必要通过在平行于天线轴的平板内延展的接触区域构成。参照图IOA和10B，垂直指向天线轴的连接区域可位于核心12的近端表面部分12P上。在这种情况下，近端表面部分12P的镀层可具有一定的图案，从而提供构成传导套管20延拓部分与电镀层88B绝缘的隔离“槽脊”88A。核心12上近端传导层88A，88B的图案以这种方式提供传导基底区域，用于附加弧形传导支承元件90，其内部末端成形以连接位于传输线部分14A (这种区域位于层压板14的相对表面上)近端延伸部分14C上的连接区域(例如，传导垫18W)。支承元件90被连接至各自的传导层部分88A，88B，以构成牢固的耐磨损连接区域，并垂直指向天线轴，从而接收毗邻的弹簧接头，如图11所示。 参照图11，在这种情况下，一个设备电路板40具有竖直的金属弹簧片接头42，它有固定支柱42F固定在邻近电路板40边缘的孔内(未显示)，并分隔开，从而与分隔开的支承元件90连接到天线核心12的近端表面部分12P。每个弹簧接头具有一个连接支柱42U，其以与天线轴平行的方向，对支承元件90进行弹性支撑。相同垂直取向的支承元件可作为所谓的“六角转头”，用于将天线固定在安装在设备电路板40的表面，如图12所示。在这种情况下，弹簧接头42通过表面贴装固定在电路板40上，如图12所示。在天线装配到设备内局部的电路板40的过程中，近端表面部分12P和对面的电路板40之间具有预设的间隔，当天线I被推进电路板40上方的位置时，弹簧接头42的连接支柱在固定支柱方向上以图2所述同样的方式发生弹性靠近运动。以配置六角转头将天线连接至设备电路板的另一种方式如图13A和13B所示。在这种情况下，天线核心12近端表面部分12P上的传导层的镀层图案如图IOA和IOB所示。在这种情况下，细长层压板14馈线的连接是由一对弹簧连接元件42构成，以完全相反的方式分别固定在槽脊传导区域88A和套筒连接的传导区域88B上。在每种情况下，固定支柱42L被焊合在各自的传导区域，从而使连接支柱42U以与天线核心的近端表面部分平行，与天线轴13垂直的方向，指向支承设备电路板(未显示)上的接触区域，根据弹簧接头42所需的压缩，天线位于预设的间隔位置。此外，这些弹簧接头是定向的，从而使固定支柱和连接支柱之间的弹性互连向内面对轴线并隔开，以支承层压板14传输线部分14A的近端延伸部分14B上的接触区域，如图13A和13B所示。图14A和14B显示了本发明的另一方面，其中层压板14的导体和核心12近端表面上的辐射轨道之间的连接是由第三层压板100构成。以图IB所示相同的方式，核心近端表面部分12P上电镀的是以辐射轨道10AR，10BR, 10CR, IODR形式的表面连接元件。每个表面连接元件从各个螺旋轨道10A-10D的远端延伸到与镗孔12B末端邻近的位置。可以看到的是辐射轨道10AR-10DR是由弓形传导纽带相互联系，从而将四个螺旋轨道10A-10D的末端部分成对互连。第三层压板100与核心12的远端表面部分12D重叠。第三层压板30是以圆形瓷片的形式相对于轴13位于中央。其横向延伸使其与辐射轨道10AR，10BR, 10CR, IODR及其各自的弓形互连的内部末端重叠。第三层压板100的底部具有两个铜质扇形传导层(图14A和14B中未显示)，例如面对核心远端表面部分12D的表面。这些传导层提供了弓形传导连接与传输线部分14A的传导层18U和18L之间的电连接。匹配网络位于细长层压板14中。如图14B所示。匹配网络包括两个表面安装的电容器102A和102B。该配置的其他细节将在下文参考图19进行描述。阻抗匹配网络的电路图与图ID所示相同。如图ID所示，阻抗匹配网络具有两个并联电容Cl和C2来连接馈线导体16和18，以及两个串联线圈，位于其中一个馈线导体18与天线的辐射元件10A-10D之间，表现为负载或电源36，馈线的另一个导体16与负载/电源36的另一端直接连接。第三层压板100与核心近端表面部分12D上的导体之间的连接，是由在第三层压板底部进行的焊合粘结构成的。该天线的制造方法将在下文做更为详尽的介绍。第三层压板100具有一个中心槽缝104，该槽缝接收细长层压板14伸出的远端延伸部分14B，如图14A所示，传导区域之间通过焊接连接，包括层压板14的上层传导区域18U和第三层压板100底部的传导层导体(未显示)。在装配的天线中，层压板14的近端延伸部分14C毗邻核心上电镀的近端表面部分·12P，在天线装配的过程中，第一和第三暴露的连接区域16V，16W电连接至电镀的表面部分12P。图15显示了对第三层压板100底部更为详细的示图，该底部例如是在装配后面对天线核心12近端的一侧。底部包括两个扇形的铜层114A和114B。在图15中，还显示了焊接的遮罩。在制造过程中，焊接在116A至116L处进行。这在辐射轨道精确分隔的部分与层压板14导体之间建立了电连接。在另一种实施例中，层压板14与核心12远端面上辐射轨道导体之间的连接是由插头106实现的。插头如图16A和16B所示。插头106包括一个凸缘部分108和一个管状部分110。凸缘部分108和管状部分110是由一个模塑，如液态晶体聚合体，构成的。穿过插头106中轴的是通道112。通道112的横截面呈矩形，大小与其接受的层压板14的部分14B相同。凸缘部分108的直径与第三层压板100的直径相同。管状部分1110的直径可使管状部分与镗孔12B的远端内接，并且有足够的宽度能够确保与孔紧密贴合。凸缘部分108的底部，也就是说面对核心12近端的一侧与核心的远端表面部分12D重合。如上所述，其横向宽度的设置，使其能够与辐射轨道10AR，10BR, IOCR和IODR的内部末端及其各自的弓形互连重叠。插头106的表面具有两个传导层。这两个传导层具有一个从通道112内侧延伸的传导表面，位于管状部分110的外侧，延伸至凸缘部分108底部。这些传导层具有馈线连接和天线元件连接，用于通过核心表面部分12D上方的传导层连接元件10AR-10DR连接传输线部分14A的传导层18U，16与天线元件10A-10D。匹配网络以与图14B所示相同的方式位于细长的层压板14内。插头106与核心远端表面部分12D上导体之间的连接是通过在凸缘部分108的底部进行焊接实现的。该天线的制造方法将在下文进行更为详细的描述。如上所述，插头106具有一个通道112，能够接收细长层压板14的远端延伸部分14B，在传导区域之间进行焊合连接，包括位于层压板14上的上层传导区域18U和位于凸缘部分108下侧的传导层(未显示)导体。插头106具有两个直接相对的传导部分120A和120B，每个部分与插头106的表面部分重叠。每个传导部分与凸缘部分108的楔形物重叠，几乎是凸缘部分的周长的四分之一。传导部分从凸缘部分108的远端表面延伸于凸缘部分的柱状外表面上方，以及凸缘部分的近端表面部分的上方。然后，传导层延伸在管状部分Iio的柱状外表面上方，以及代表管状部分110的柱状范围的四分之一处的表面部分上。最后，传导层延伸入通道112，沿通道矩形横截面的各个主要表面上，与凸缘部分108的远端表面上的传导部分结合。因此，传导部分120A和120B构成两个连续的传导表面，围绕插头104并穿过通道112延伸。因此，传导部分120A提供了一个介于层压板18上层导体18U与辐射轨道IOAR和IOBR之间的电连接。传导部分120B提供了一个介于层压板18下层导体(未显不)和福射轨道IOCR和IODR之间的电连接。在制造过程中，焊接粘合被用于导体18U和18L，以及凸缘部分106的近端表面，从而在插头104、福射轨道和导体18U和18L的传导部分之间建立电连接。天线制造方法如图14A和14B所示，使用第三层压板100作为一个顶端连接器，这将会在下文进行描述。图17A至17E显示了制造过程的不同阶段。该过程将结合图18进行描述。 制造装置包括一个基底板200。该基底板具有多个圆孔202A，202B，202C，202D，202E。每个孔具有锥形边缘，从而使基底板200上表层内的孔的横截面直径大于基底板下表面内的孔直径。下表面内孔的直径小于第三层压板100的直径。上层表面的孔直径大于第三层压板。这如图17A所示。制造过程中的第一步是一个组件设置机器(未显示)，将第三层压板100设置在每个孔202A，202B，202C和202D内(步骤301)。制造设备还包括一个陶瓷定位板204。该陶瓷定位板具有多个孔206A，206B，206C，206D, 202E。当定位板204被设置在基底板200上方时，这些孔被设置为每个孔的轴于基底板内的每个孔的轴对齐。定位板具有多个闩，使它们彼此引导到一起。定位板204的孔206A，206B, 206C，206D，202E中的每一个孔的直径都略大于天线核心12的直径。孔的宽度足够轻松接收核心12，但又足够窄以固定该核心而无任何移动。制造过程的下一阶段是将定位板定位在基底板200上，从而使每个孔的轴与各自板内的孔(步骤302)对齐。如图17B所示。制造过程的下一步是组件设置机器(未显示)将陶瓷核心12置于每个孔206A，206B，206C，206D，202E内，核心12的远端面向下方(步骤304)。如图17C所示。相应的，第三层压板100与核心12被置于其最终的组装位置。然后，另一个组件设置机器(未显示)将一个细长的层压板14先从远端插入每个镗孔12B内(步骤306)。如图17D所示。在将细长层压板14设置到镗孔12B内时，远端延伸部分14D通过第三层压板100内的镗孔12B和缝隙102延伸。层压板14通过其层压板内缝隙的优势与第三层压板100对齐。定位核心12的组件设置机器可向核心12提供适当的校准。或者，可在开口于核心远端的镗孔12B外围提供一个“槽口”。层压板14可具有一个突出物，位于部件14A和14C之间的交点，类似于“槽口”。因此，当层压板14插入核心12时，核心被强制与层压板对齐。至此，天线组件被装备成其最终的结构。焊接预成型件206A，206B，206C，206D，206E被应用于核心12近端，如图17所示。这些预成型件将层压板14近端上的传导层与核心12上的传导镀层连接。经回流焊合过程将组件连接在一起(步骤308)。使用推回机器(未显示)将最终完成的天线推出。该机制的优势在于天线可快速精确的组装。校准公差是指天线能够以上述方式装配和在所需参数内操作。在上述过程之前，焊接被应用于使用了遮罩的第三层压板。遮罩如图16A所示。此夕卜，在插入到核心之前，电容器102A和102B被回流焊合至层压板14。图14A和14B所示的天线层压板14的构建将参照图19进行更为详细的描述。层压板具有三个传导层上层传导层14-1，中间传导层14-2和下层外传导层14-3 (如图9F中的假想线内所示)。内层构成一个窄的细长馈线导体18。外层构成上文描述的屏蔽导体16U，16L。在屏蔽导体16U，16L之间延伸的，是如上文所述那样的两列电镀导通孔17，导通孔17与屏蔽导体16U，16L结合构成一个遮护板，来包围内部导体18。
在这个实例中，层压板14的远端部分14B包括一个取代图IA和IB所示的第一天线第二层压板的匹配部分。匹配部分具有两个并联电容器102A和102B，由分立的表面贴装的电容器构成。电容器102A等同于图ID中的电容器Cl，电容器1-2B等同于图ID中的电容器C2，同样置于层压板上表面的是线圈LI和线圈LI。电容器102A被连接在屏蔽导体16U和线圈LI之间。围绕线圈LI和电容器102A的连接点是一个电镀导通孔18V，其将线圈LI与内部馈线连接。上层也包括一个线圈L2。L2与LI连接，电容器102B连接于LI和L2的连接处与屏蔽导体16U之间。匹配电路具有图ID所示的电路布局。
权利要求
1.一种以超过200 MHz频率工作的介电质负载型天线，其特征在于，包括 一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心，核心的外表面具有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴的横截方向延伸，还具有一个在横截的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心的外表面限定了一个内部空间，该内部空间的主要部分由核心的固体材料填充； 一个三维天线元件结构，包括至少一对细长的传导天线元件，位于核心的侧表面部分上方或交界处，并从远端核心表面部分延伸到近端核心表面部分； 一个以轴向延伸的细长层压板形式构成的馈线结构，包括至少一个作为馈线的传输线部分，穿过位于核心内的一个通道，从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸，还包括一个天线连接部分，以一个整体成型的传输线部分的近端延伸部分的形式存在，其宽度在 层压板的平面上大于所述通道的宽度； 一个阻抗匹配部分，将天线元件与馈线耦合连接。
2.在权利要求I所述的天线中，其特征在于，所述层压板具有第一、第二和第三传导层，第二传导层是位于第一和第三传导层之间的中间层；所述馈线包括一个细长的内部导体，由第二传导层构成；对应由第一和第三传导层构成的外部屏蔽导体，分别重叠在内部导体的上层和下层。
3.在权利要求2所述的天线中，其特征在于，所述屏蔽导体由在与内部导体平行的、相对的两侧排成列的互联件互相连接，所述互联件由在第一和第三传导层之间形成的若干行传导的导通孔构成。
4.在上述任意一项权利要求所述的天线中，其特征在于，包括至少一个活性电路元件，位于传输线部分的近端延伸部分，所述活性电路元件与馈线导体耦合连接。
5.在权利要求4所述的天线中，其特征在于，所述活性电路元件是一种无线频率接受器的前端电路，该电路在所述近端延伸部分的设备连接末端提供一个低频率或数字输出。
6.在上述任意一项权利要求所述的天线中，其特征在于，还包括一个连接传输线部分与天线元件的连接构件。
7.在权利要求6所述的天线中，其特征在于，所述连接构件具有一个开孔，用于接收轴向延伸的层压板的远端部分。
8.在权利要求7所述的天线中，其特征在于，所述连接构件具有一个指向近端的表面，该表面有一个用于连接馈线与天线元件结构的传导部分。
9.在权利要求6至8中任意一项所述的天线中,其特征在于，所述连接构件是一个第二层压板。
10.在权利要求9所述的天线中，其特征在于，所述第二层压板垂直指向于轴向延伸的层压板。
11.在权利要求6至8中任意一项所述的天线中,其特征在于,所述连接构件由一个凸缘部分和一个管状部分组成，所述管状部分被设置用于将连接构件定位在天线核心的镗孔内，所述凸缘部分具有一个用于与天线远端连接的底部。
12.在权利要求9或10所述的天线中，其特征在于，所述阻抗匹配部分位于所述第二层压板上，其导体与馈线连接。
13.在上述任意一项权利要求所述的天线中，其特征在于，所述阻抗匹配部分沿细长层压板的一个表面分布。
14.在上述任意一项权利要求所述的天线中，其特征在于，所述阻抗匹配部分是一个两极匹配部分。
15.在权利要求14所述的天线中，其特征在于，所述匹配部分包括位于馈线第一导体和至少一个细长传导天线元件之间的两个电感的串联组合；一个位于馈线的第二导体和另一个细长传导天线元件之间的连接环节；一个位于馈线第一和第二导体之间的第一并联电容；一个位于所述连接环节和第一与第二电感之间交叉点之间的第二并联电容。
16.一种在大于200MHz频率上工作的背射介电质负载型天线，其特征在于，包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心,该核心的外表面含有沿横截于天线轴的方向延伸的、相对指向的远端和近端表面部分，以及一个在横截延伸的两个表面部分之间延伸的侧表面部分，核心外表面限定了一个内部空间，该内部空间的主要部分被核心的固体材料填充； 一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，位于核心侧表面部分上方或交界处，从远端核心表面部分延伸至近端核心表面部分； 一个轴向延伸的细长层压板，位于通过核心从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸的通道内，该层压板具有第一、第二和第三传导层，所述第二传导层介于第一和第三传导层之间，并包括一个作为馈线的传输线部分，以及一个用于连接馈线与天线元件的整体的远端阻抗匹配部分； 其中，所述第二传导层构成馈线的一个细长内部导体，第一和第三传导层构成细长的屏蔽导体，屏蔽导体宽于内部导体，并且沿他们的细长边缘部分相互连接。
17.在权利要求16所述的天线中，其特征在于，所述阻抗匹配部分包括至少一个以并联电容形式存在的电抗匹配元件。
18.在权利要求17所述的天线中，其特征在于，包括介于其中一个馈线导体与至少一个细长天线元件之间的串联的一对电感，所述电容是一个安装在层压板上的分立电容，所述电感以所述电容与至少一个细长的天线元件之间的传导轨道的形式存在。
19.在权利要求I或权利要求16至18中的任意一项所述的天线中，其特征在于，具有一个传导捕获元件，连接至少一些细长传导元件的近端部分，并耦合连接至核心近端表面部分区域内的馈线，所述天线呈现一种圆极性的第一共振模式，以及一种线性极化的第二共振模式，第一共振模式与至少一个第一传导回路相关联，第一传导回路性至少通过所述细长天线元件对和捕获元件形成在馈线的导体之间，第二共振模式与第二传导回路相关联，第二传导回路至少通过一个细长天线元件、捕捉元件和馈线屏蔽导体的一个或多个外表面，形成在馈线的导体之间。
20.在权利要求19所述的天线中，其特征在于，线性极化共振模式是一个以高于圆极性共振模式频率的共振频率进行的基本共振。
21.在权利要求20所述的天线中，其特征在于，圆极性共振模式的共振频率为I.575GHz，线性极化模式的共振频率为2. 45GHz。
22.在权利要求19至21中任意一项所述的天线中，其特征在于，阻抗匹配部分是一个二级电抗匹配网络。
23.在权利要求22所述天线中，其特征在于，所述匹配部分包括位于馈线的第一导体和至少一个细长传导天线元件之间的两个电感的串联组合，一个位于馈线的第二导体与另一个细长传导天线元件之间的连接环节，一个位于馈线的第一和第二导体之间的第一并联电容，以及位于所述连接环节与第一和第二电感间联结点之间的第二并联电容。
24.在权利要求16至23中任意一项所述的天线中，其特征在于，馈线的外部导体与形成在核心固体材料内的通道侧壁隔开。
25.在权利要求24所述天线中，其特征在于，细长层压板的传输线部分构成一个带状物，穿过核心的通道具有一个圆形横截面，截面的直径至少与带状物的宽度相等，从而由通道的侧壁来支持带状物的边缘。
26.一种在大于200MHz频率上工作的背射电介质负载型天线，其特征在于，包括 一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电核心,该核心具有的外表面包含直接相对的远端和近端表面部分，沿天线轴的横截方向延伸，还具有一个在横截的两个表面 部分之间延伸的侧表面部分，核心的外表面限定了一个内部空间，该内部空间的主要部分由核心的固体材料填充； 一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件，位于核心的侧表面部分上方或交界处，并从远端核心表面部分延伸至近端核心表面部分； 一个轴向延伸的细长层压板，位于核心内一个从远端核心表面部分向近端核心表面部分延伸的通道内，该层压板具有至少一个第一层，还包括一个发挥馈线作用的传输线部分，和用于连接馈线与天线元件的馈线连接元件，所述传输线部分至少包括第一和第二馈线导体； 所述层压板还包括传输线部分的一个近端延伸部分，其具有与耦合连接至馈线导体的活性电路元件相对的一个表面，所述近端延伸部分的另一表面具有一个电连接至其中一个馈线导体的接地面。
27.在权利要求26所述的天线中，其特征在于，所述层压板具有至少两个传导层，第一馈线导体由其中一个传导层形成，第二馈线导体则以近端延伸部分的接地面形式存在。
28.在权利要求26所述的天线中，其特征在于，所述层压板具有第一、第二、第三传导层，第二传导层夹设在第一和第三传导层之间，并且，在传输线部分，所述第二传导层构成一个馈线内部导体，第一和第三传导层构成覆盖内部导体的屏蔽导体，所述第三传导层还与近端延伸部分的接地面形成一个连续的整体，并与近端延伸部分的接地面共平面。
29.在权利要求26至28中任意一项所述的天线中，其特征在于，所述活性电路元件包括一个低噪放大器。
30.在权利要求26至29中任意一项所述的天线中，其特征在于，所述层压板具有一个整合的远端阻抗匹配部分。
31.一种权利要求I至30中任意一项所述背射电介质负载型天线的制造方法中，其特征在于，包括 将多个第二层压板中的每一个，放置在一个基底板上相应的板定位部分； 将一个定位板设置在所述基底板的上方，该定位板具有多个相应的核心定位部分，每个核心定位部分与基底板的板定位部分对齐； 将多个天线核心中的每一个，置于各自的核心定位部分，从而使核心置于所述的第二层压板上；将多个细长层压板中的每一个，置于各自对应的天线核心镗孔内，从而使所述细长层压板上更宽的近端延伸部分紧靠天线核心的近端表面； 执行回流焊接步骤，将各个组件连接在一起。
32.在权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括在插入核心前，在细长层压板上提供至少一个匹配网络。
33.在权利要求31所述方法中，其特征在于，所述第二层压板包括一个开孔，用于接收细长层压板的远端，从而提供各板之间的对齐。
34.一种权利要求I至30中任意一项所述背射式电介质负载型天线的制造方法，其特征在于，包括将每个第二层压板、天线核心和细长层压板放置在装配机器内，第二层压板与细长层压板彼此自动对准。
35.一种无线通讯设备，其特征在于，包括一个天线，以及连接至天线，并可在大于200MHz以上的两个无线频率波段上工作的无线通讯电路结构，其中所述天线包括一个电绝缘的电介质核心，其固体材料的相对介电常数大于5,该核心具有一个外表面其中包含有相对指向的远端和近端表面部分，沿天线轴的横截方向延伸，还包含有一个在远端和近端表面部分之间延伸的侧表面部分，位于核心外表面的上方或邻近位置的，是一个穿过核心的镗孔从远端表面部分向近端表面部分延伸的馈线结构，多个细长传导天线元件的串联组合，以及一个在核心近端表面部分区域与馈线结构接地连接的传导捕获元件，天线元件与核心远端表面部分区域的馈线结构馈线耦合连接，其中所述无线通讯电路结构具有两个能够分别在第一和第二无线频率波段操作的部分，其中每部分与相应的信号线路连接，用于转换在天线馈线结构的一个共同信号线路与各自的线路部分之间流动的信号，其中天线在第一频率波段内以一个圆极性的第一共振模式共振，并在第二频率波段内以一个线性极性的第二共振模式共振，其第二频率波段位于第一频率波段以上，第一和第二共振模式是共振的基本模式。
36.在权利要求35所述的设备中，其特征在于，第一频率波段集中在第一中心频率，第二频率波段集中在第二中心频率，其中第二中心频率高于第一中心频率，且低于两倍的第一中心频率。
37.在权利要求35或36所述的设备中，其特征在于，第一中心频率是指由全球导航卫星系统(GNSS)传输的信号频率，第二中心频率则位于ISM波段内。
38.一种电介质负载型天线的构建和布置如上所述，且在附图中表示出来。
39.一种无线通讯设备的构建和布置如上所述，且在附图中表示出来。
全文摘要
一种背射介电质负载型天线(1)包括一个相对介电常数大于5的固体材料的电绝缘介电质核心(12)；一个三维天线元件结构，含有至少一对细长的传导天线元件(10A-10D)，位于核心侧表面部分上方或交界处；一个以轴向延伸的细长层压板(14)形式的馈电结构，通过核心内的一个通道从远端核心表面部分(12D)延伸到近端核心表面部分(12P)，一个天线连接部分(14C)，以一个整体成型的传输线部分的近端延伸部分的形式存在，在层压板平面上，其宽度大于通道的宽度；一个阻抗匹配部分将天线元件与馈电线路连接。
文档编号H01Q7/00GK102859793SQ201180015710
公开日2013年1月2日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者安德鲁·罗伯特·克里斯蒂, 大卫·迈克尔·威瑟, 司妮卡·里拉 申请人:萨恩特尔有限公司