专利名称：具有有源元件和反射器的天线组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于变送无线电频率信号的天线设备，例如变送由在蜂窝或其他无线电通信系统中工作的移动电话所产生或接收的无线电频率信号。特别地，本发明涉及一种天线组件和相关方法，其使用一个引导器来偏移天线元件的天线方向图。通过适当地定位相对天线换能器的引导器，将促进远程位置的无线电信号的更良好和有效的收发。
背景技术：
通信技术的进步已允许实施和广泛使用多用户无线电通信系统。一个蜂窝通信系统是这种无线电通信系统的示例。在该无线电通信系统工作期间产生的信息信号是按照无线电通信频道发射的，而该频道按照电磁谱部分定义。受规则限定的信段分配电磁谱部分用于在各种通信系统中的通信。
为将信息信号转换到允许其按照在一个无线电通信系统中定义的通信频道进行通信的形式，一个发射站按照在其至少部分地确定该通信频道的频率范围内的一个载频的一个载波调制该信息信号。通过这样的调制过程，其中形成信息信号的一个基带电平信号被转换到所要求频率特性的无线频率信号。
按照一个无线电频道发射无线电频率信号的发射机一般包括一个或多个上行混频级，在那里，基带信息信号的频率被上行转换为所选择的无线电频率，混频级包括混频器电路，连接起来接收信息信号和一个上行混频信号，该信息信号与上行混频信号相乘，或在其他情况下相结合起来形成上行转换信号。当使用相乘混频级时在第一或第一系列混频器级形成一个IF(中频)信号，在最后混频级形成一个无线电频率信号。
类似地，一个按照一无线电通信频道接收向其发射的无线电频率通信信号的接收机必须将该无线电频率信号转换到一个基带电平。一个或多个下行转换级被用来下行转换无线电频率信号到一个基带电平。
发射机和接收机一般都包括一个天线换能器，当耦合到一个发射机并形成其部分时，天线换能器将变换发射机产生的无线电频率信号使其摆脱电形式而为电磁形式，以便按照该无线电频道传输。该天线换能器当耦合到一个接收机并形成其部分时，相反地，转换无线电频率信号摆脱电磁形式而为电形式，以便由接收机的电路进行处理。
一个具有发射机和接收机以允许双向通信的无线电收发信机有时使用一个天线换能器，其将由该收发信机的接收机和发射机部分所共享，如果该无线电收发信机根据频分多路复用方案工作，则有时将使用一个滤波器双工器，该频分多路复用方案具有分开的发射和接收通带。
耦合到无线电发射机，接收机或收发信机的天线换能器的结构为的是展现所选的代表天线增益特性的天线方向图。这样的天线方向图一般包括一个或多个天线波瓣，其形成全向或高方向天线方向图。如果合适的话，进行选择一个或多个天线波瓣的配置为的是在连接天线换能器的设备工作期间更好地便于发射或接收通信的无线电频率信号。
在一个蜂窝通信系统中，其中便携式移动电话由用户使用以实现电话通信，对于这样的移动电话，不论功率还是尺寸考虑都是使天线设计困难的重要因素。而且，由于移动电话一般构造成类似于放置普通电话手机方式操作，因此由移动电话的天线换能器展现的天线方向图的部分是按照用户身体的一部分配置的，这样的重叠是无益于使用确定天线方向图的能量。
如果可能提供一种方式偏移由天线换能器展现的天线方向图，使得确定天线方向图的能量的增加部分可用于收发无线电通信信号，可以导致无线电设备性能的改善。
由于有关天线设备的背景信息得以形成本发明的显著改善。
发明概述因此，本发明有利地提供了一种天线组件和一个相关的方法，其形成一个合成的天线方向图，便于更好地和更有效地对一个无线电通信系统工作期间产生的无线电信号进行通信。
在本发明的一个方面，提供了一种天线组件，用于按蜂窝或其他无线电通信系统方式工作的移动电话。天线组件包括一个天线有源元件和一个引导器元件(一个寄生的元件)，用于偏移天线有源元件的天线方向图，以使该天线组件展现一个合成天线方向图。引导器元件在相对天线有源元件的所要求的取向放置在离天线一定间距位置(在天线组件内)，使得由天线有源元件展现的天线方向图按所要求的方式偏移。通过引起合适的偏移天线方向图，方便了移动电话的无线电性能的改善。
在这样的一种实施例中，移动电话备有一个天线组件，其展现的天线增益特性允许该移动电话在工作环境的范围上工作。天线组件提供足够的天线性能以防止当使用该移动电话期间电话放置在各种不同位置时明显的信号衰落。而且，天线组件尺寸小，重量轻，并容易制造。因此，该天线组件特别适合于形成便携式移动电话的部分，其必须是格外便携的尺寸以及格外低的成本结构。
在一种实施例中，天线有源元件是由弯曲线天线部件形成的，连接到该移动电话的无线电收发信机电路。形成天线有源元件的弯曲线是印刷在一个基片上的，在一个实施例中是由可塑的、非导电材料形成的。在一个实施例中，其中移动电话形成一个双模设备，印刷在基片上尺度分开的弯曲线适用于其中可操作移动电话的分开的通信系统。
在一个实施例中，引导器元件由纵向延伸的杆部件形成，该杆部件以偏移天线方向图的方向间离弯曲线。适当地放置杆部件于离弯曲线天线有源元件一选定距离和适当地放置杆部件于与弯曲线天线有源元件所要求的取向相关使得合成天线方向图由天线有源元件和引导器元件形成的天线组件所展现。
通过偏移天线方向图，可使用天线方向图增加部分方便地实现无线电通信系统的移动电话和网络基础结构间的通信而不存在来自用户头部的影响。
在一个实施例中，在弯曲线印刷在可塑基片上之后，基片安装在圆柱形部件上，圆柱形部件裹在圆柱形部件的圆周的一部分上。形成引向器元件的杆部件也固定到该圆柱形部件。杆部件固定到间离圆柱形部件的基片的位置，而该基片上印刷着弯曲线，但仍然在该圆柱形部件的界限之内。适当地选择圆柱形部件的尺度将确保容易维持杆部件和天线有源元件的弯曲线之间的所要求的关系。而且，天线组件的制造简单并允许自动组合。由于引向器元件非常接近天线有源元件，因便携式移动电话尺寸小而强加在该天线组件上的尺寸限制也能达到。
因此在这些和其他方面，提供一种天线组件和其相关方法用于变送无线电设备的无线电信号，该无线电设备具有无线电电路，由用户操作以传送信号。第一天线元件放置在该无线电外壳并连接到无线电电路。第一天线元件单独展现第一天线方向图，并被操作变送无线电信号。第二天线元件放置在无线电设备外壳并间离按其间所选关系放置的第一天线元件。第二天线元件按照所选择的与第一天线元件的关系以响应放置该第二天线元件方式改变第一天线方向图。由此，第二天线元件使第一天线元件展现一个合成的天线方向图，该合成天线方向图与第一天线方向图是不相同的。
根据附图，本发明优选实施例的以下详细说明以及所附可以获得本发明和其范围的更加全面的理解，附图的简要说明如下。
附图的简要说明
图1说明蜂窝通信系统的部分表示，其中本发明的实施例是可工作的。
图2说明移动电话的功能方块图，包括本发明的实施例作为其部分，并可以在图1所示的蜂窝通信系统中工作。
图3说明图2中所示的移动电话的部分示意部分方块图，这里接近移动电话的一个用户。
图4单独说明本发明实施例的天线组件。
图5说明图4中所示的天线组件的一部分。
图6说明本发明实施例工作期间形成的示例性合成天线方向图，与普通配置的相应天线方向图一起。
图7说明列表本发明实施例的工作方法的方法步骤的方法流程图。
优选实施例的详细说明首先参照图1，一般用图10表示的部分蜂窝通信系统用移动电话提供无线通信，一个用户通过移动电话能进行电话通信。图中表示一个示例性移动电话12。在一示例性实施例中，本发明的一个实施例形成该移动电话12的一部分。当然应理解，本发明的一个实施例能类似地形成其他的无线电设备的部分。
网孔13在一个蜂窝通信系统中由无线电基站14所限定。一个网孔是由该蜂窝通信系统10复盖的地城的一部分，其中一般能实现一个移动电话和一个限定网孔的无线电基站之间的通信。在该示例性系统中，三个无线电基站组被并置，每个无线电基站用普通方式限定一个扇区网孔。
本发明实施例的操作方便了实现一个移动电话12和一个无线电基站14之间的无线电通信。那就是说，由本发明实施例提供了由无线电基站14发向一移动电话12的前向链路信号以及由一个移动电话12为通信向该无线电基站14产生的后向链路信号的被改善了的通信质量。
图2再次说明移动电话12，它包括本发明的一个实施例作为其一部分，移动电话12包括收发信机电路36，由此允许移动电话和无线电基站间的双向通信。收发信机电路36包括一个接收机部分，它具有一个接收路径，接收路径包括滤波器双工器40接收机电路的一个接收滤波器部分38，滤波器双工器接收机电路包括例如下行转换和解调电路42，和数据汇点44。接收信机36还包括一个发射机部分，它具有一个发射路径，发射路径包括数据源48，发射电路50，发射电路包括例如调制和上行转换电路，以及滤波器双工器40的发射滤波器部分52。
滤波器双工器40的部分38和52连接到形成天线有源元件的天线换能器54。天线换能器形成本发明一个实施例的天线组件56的一部分。天线组件56变送前向链路信号30从电磁形式为电形式并提供这样的信号到收发信机36的接收机部分。天线组件56还变送由收发信机电路发射机部分产生的射频电信号为电磁形式，由此形成后向链路信号32。如以下将进一步说明的，天线组件56通过使天线组件形成方便于这种通信的合成天线波束方向图方便实现通信。
图3再次说明以上在图1和2中所示的移动电话12。移动电话12在这里被放置得接近一个用户62，按当由用户进行电话通信操作移动电话时通常由一个用户使用的位置。在此所示的移动电话12包括手机外壳64，外壳包容收发信机电路36以支持这样的电路36。当不单独地按普通方式表示时，手机外壳64在其相对端支持一个扬声器部分和一个麦克风部分，使得当用户62放置移动电话于电话通信位置时，扬声器部分被放置得靠近该用户的耳朵、而麦克风被配置在靠近用户的嘴。
收发信机电路36再次表示成连接到由天线组件56的天线换能器54形成的有源天线元件。天线元件54在此形成一个短截天线，当后向链路信号由收发信机电路的发射机部分产生时，该短截天线形成一个辐射元件。
在此所示的天线组件56还包括一个引导器元件68，在该示例性实施例中，引导器元件由间离天线换能器54按所选的一定距离并按所选取向的导电杆部件形成。引导元件起寄生元件作用并且使天线方向图按图2箭头72所示方向偏移。那就是说由天线换能器54形成的有源天线元件单独展现第一特性的天线方向图，而按所说明的情况的方式放置引导器元件68将以箭头72方向偏移天线波束方向图，从而形成一个合成天线方向图。通过以箭头72方向偏移天线波束方向图，由收发信机电路发射机部分产生的后向链路信号的发射能量的增加的电平用来助长发射后向链路信号到一个无线电基站。天线波束方向图的衰减量重叠在用户上，由此天线能量的增加部分将贡献于后向链路信号对无线电基站的通信联络。
图4说明本发明示例性实施例的天线组件56。组件再次表示包括由天线换能器54形成的有源天线元件和引导器元件68。天线换能器54在此表示为由弯曲线天线形成，该弯曲线天线具有印刷在可塑的非导电基片78上的蛇状导电路径76。基片78裹在非导电圆柱体82的部分圆周上并用粘性材料等固定到圆周。引导器元件68也固定到非导电圆柱体82上。通过将其位置放置在圆柱体82的与天线换能器54固定到该圆柱体的位置相反的一边上，引导器元件68间离由天线换能器54形成的有源天线元件。由此，通过将有源元件天线和引导器元件固定于圆柱体82，引导器元件68将被放置在由该圆柱体直径所限定的所选距离位置上并且以相对有源天线元件的所要求的取向方式保持。
在一个实施例中，一个纵向延伸的槽形成在圆柱体82的表面中，由此助长引导器元件纵向延伸。在该示例性实施例中，形成引导器元件68的杆部件的长度相应小于半波偶极天线(例如，55-65mm)。当天线组件56形成其部分的移动电话(图1-3中所示)按普通AMPS(先进的移动电话业务)或PCS(个人通信系统)，蜂窝系统工作时，圆柱体82的直径为4-5mm。由天线换能器54形成的有源天线元件的阻抗容易做到约50Ω，这指出元件间的互耦是不过量的。引导器元件68按平行于天线换能器54的电轴延伸方向放置。
图5说明按示例性实施例由天线换能器54形成的有源天线元件并再次表示由印刷在可塑基片78上的蛇形导电链形物76形成。按图中说明的实施情况，天线换能器54结构上是以双模式移动电话工作的，可按照AMPS标准工作，并可按照PCS标准工作，若按普通方式，该PCS标准可工作在分开的频率范围。第一导电路径76-1印刷在基片的左边(如图所示)部分，而第二导电路径76-2印刷在该基片的右边(如图所示)部分。导电路径76-1的尺度助长变送相应在AMPS系统中产生的信号的频率的无线电信号，而导电路径76-2的长度助长变送PCS系统工作期间产生的无线电信号。导电接头86在基片78上形成并提供一个连接衬垫，一个连接器(未示)可固定到该衬垫，以便将有源天线元件连接到移动电话的收发信机电路36(在图2-3中表示的)。
图6说明第一天线波束方向图88和合成天线波束方向图90。天线波束方向图88代表在图2-5中单独表示的天线换能器54的天线增益，即当不存在引导器元件68只放置有源天线元件时的增益。而合成天线方向图90代表由天线组件56即由有源天线元件和导向器元件一起形成的天线换能器展现的天线衰减器。如所示的那样，天线方向图88包括三个与尺度减缩的波瓣98一道的主波瓣92，94和96。放置导向器元件形成天线组件的一部分将使合成天线方向图90在引导器元件方向产生偏移，并改变天线方向图88的波瓣92-98的配置。如所说明的那样，相应于波瓣92和94的波瓣102和104能量电平降低。而相应于波瓣96和98的波瓣106的尺度增加，但便于无线电信号的宽带的接收和发射。
图7说明本发明一个实施例的一种方法的一个方法流程图，通常由112表示。方法112在具有由用户操作的无线电电路的一个无线电设备变送无线电信号。无线电电路放置在由用户携带的一个无线电设备外壳上。
首先如由方块114所指示的，在无线电设备外壳上放置第一天线元件，然后如由方块116所示的，第一天线元件连接到放置在无线电设备外壳上的无线电电路。该第一天线元件单独展现第一天线方向图。
接着如由方块118所指示的，在无线电设备外壳上放置第二天线元件。第二天线元件间离第一天线元件，与第一天线元件处于选定的关系。放置第二天线元件与第一天线元件处选定关系将改变第一天线方向图从而形成一个合成的天线方向图。该合成天线方向图将不同于第一天线方向图。
由此，提供了一种方法，借助这种方法，通过适当偏移由天线换能器形成的有源天线元件展现的天线方向图便于更好地发射和接收在远程位置情况下的无线电信号。一个天线组件除天线换能器外包括一个引导器元件。放置该引导器元件与有源天线元件相关，在该方向上天线增益增加。在该方向上合成天线增益增加，由此改善了无线电通信的性能并同时还降低了相反方向的天线增益。提供了尺度紧凑的天线组件。在一个实施例中，驱动元件，即由天线换能器形成的有源天线元件偏离引导元件仅4mm，在蜂窝频率约0.013波长。
以上说明是实施本发明的优选示例，而本发明的范围不必受到该说明的限制。本发明的范围由下列权利要求所限定。
权利要求
1.在具有由用户操作以进行无线电信号通信的无线电电路的无线电设备中，无线电电路由用户携带的无线电外壳放置，改善天线组件，以变送无线电信号，所说天线组件包括第一天线元件，放置在无线电设备外壳上，并连接到无线电电路，所说第一天线元件单独展现第一天线方向图，所说第一天线元件用于变送无线电信号；和第二天线元件，放置在无线电设备外壳上，并间离所说第一天线元件，以彼此选定的关系放置，所说第二天线元件以响应放置与所说第一天线元件按选定关系放置的所说第二天线元件方式改变第一天线方向图，由此使所说第一天线元件展现一个合成天线方向图，该合成天线方向图与第一天线方向图不相同。
2.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件包括一个能量辐射元件，其中第一天线方向图包括由第一轨迹点限定的一个辐射方向图。
3.权利要求2的天线组件，其中按与所说第一天线元件选定关系放置所说第二天线元件将使得第一天线方向图从第一轨迹点到第二轨迹点偏移，由此形成合成天线方向图。
4.权利要求3的天线组件，其中无线电设备包括由用户操作实现话音通信的无线电收发信机，当该无线电收发信机位于接近用户时，话音通信代表口头表达用户发言，其中放置所说第二天线元件以将第一天线方向图从第一轨迹点向第二轨迹点偏移使得合成天线方向图相对第一天线方向图离开该用户。
5.权利要求1的天线组件，其中无线电设备包括在一个蜂窝通信系统中可操作的移动电话，而其中所说第一天线元件是允许变送蜂窝系统频率的无线电信号的类型。
6.权利要求5的天线组件，其中所说第一天线元件包括印刷在一基片上的导电路径。
7.权利要求6的天线组件，其中该基片包括一个支持在无线电设备外壳上的半圆板。
8.权利要求7的天线组件，其中半圆板限定圆周周边的第一部分，而其中所说第二天线元件放置在该圆周的第二部分，间离半圆板和在其上形成的所说第一天线元件。
9.权利要求8的天线组件，其中该半圆板进而是选择纵向的纵长的尺度，并且其中所说第二天线元件是纵长的尺度，至少和半圆板的纵向的纵长的尺度一样长。
10.权利要求1的天线组件，其中所说第二天线元件形成一个寄生元件，所说寄生元件用于在与所说寄生元件相反的方向降低天线的增益，而在正对所说寄生元件方向增加天线的增益，由此形成合成天线方向图。
11.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件包括一个四分之一波长的螺旋天线。
12.权利要求1的天线组件，其中所说第一天线元件包括印刷在基片上的导电路径，从而形成一个弯曲线天线元件。
13.权利要求1的天线组件，其中无线电设备包括一个多模式移动电话，无线电通信第一频率范围内及至少第二频率范围内的无线电信号，其中所说第一天线元件包括第一基本天线特性部分用于收发第一频率范围内的无线电信号，和第二基本天线特性部分用于无线电通信第二频率范围内的无线电信号。
14.权利要求1的天线组件，其中无线电设备包括在一蜂窝通信系统中可操作的移动电话，其中在其上放置无线电电路的无线电设备外壳包括第一边外壳部分和第二边外壳部分，当用户操作移动电话时，第一边外壳部分面向用户，而第二边外壳部分背向用户，当用户操作移动电话时，其中所说第一天线元件放置得比所说第二天线元件更靠近于第一边外壳部分。
15.一种向无线电设备变送无线电信号的方法，该无线电设备具有用户可操作的无线电电路，无线电电路放置在由用户携带的无线电设备外壳上，所说方法包括放置第一天线元件于无线电设备外壳上；将第一天线元件连接到放置在无线电设备外壳上的无线电电路，第一天线元件单独展现第一天线方向图；放置第二天线元件于无线电设备外壳上，按与第一天线元件选定的关系间离第一天线，按与第一天线元件选定的关系放置该第二天线元件使得由第一天线元件产生的第一天线方向图的变化展现出一个合成的天线方向图，该合成的天线方向图与第一天线方向图不相同。
16.权利权利要求15的方法，其中在所说放置第一天线元件和连接第一天线元件操作期间放置和连接第一天线元件包括一个短截线天线。
17.权利要求15的方法，其中第一天线方向图包括由第一轨迹点限定的辐射方向图，其中所说放置第二天线元件的操作使得第一天线方向图从第一轨迹点偏移到第二轨迹点，在其周围形成合成天线方向图。
18.权利要求15的方法，在所说放置第二天线元件操作期间放置第二天线元件形成一个寄生元件，寄生元件在与该寄生元件相反方向上降低天线增益，而在正向该寄生元件的方向上增加天线增益，由此形成合成天线方向图。
19.权利要求15的方法，其中第一天线元件包括由印刷在半圆基片上的导电线形成的弯曲线天线元件。
20.一种用在无线电通信系统中工作的无线电设备变送无线电信号的天线组件，无线电设备具有由用户携带的无线电设备外壳容纳的无线电电路，所说天线组件包括第一天线元件，放置在无线电设备外壳上并连接到无线电电路，所说第一天线元件单独展现第一天线方向图，所说第一天线元件用于变送无线电信号；以及第二天线元件，放置在无线电设备外壳上并按与其选定的关系间离所说第一天线元件放置，所说第二天线元件以响应按与所说第一天线元件选定关系放置的所说第二天线元件的方式用于改变第一天线方向图，由此使所说第一天线元件将展现一个合成的天线方向图，该合成天线方向图与第一天线方向图不相同。
21.一种天线，供一个便携式通信设备中的无线电电路使用，所说天线包括第一元件，具有至少第一边部分，所说第一边部分连接到该无线电电路，用于发射和接收无线电信号，其中所说第一元件展现出的一个辐射方向图具有至少一个第一辐射方向图部分；以及第二元件，靠近所说第一元件放置，所说第二元件具有一予选定的长度。
22.权利要求21的天线，其中所说第二元件还相对于所说第一元件放置，使得它与所说辐射方向图的所说至少一第一辐射方向图部分是反相的。
23.权利要求21的天线，其中所说第二元件还相对于所说第一元件放置，使得它偏离所说第一元件一予选定距离。
24.一种用于调节一个天线的辐射方向图的方法，所说天线包括一个辐射元件和一个无源元件；所说辐射元件连接到一个无线电电路用于发射和接收无线电信号，其中所说辐射元件展现出一个辐射方向图，其包括至少一个第一辐射方向图部分，所说方法包括放置无源元件接近辐射元件；以及调节无源元件的长度，以降低辐射方向图的至少第一辐射方向图部分。
25.权利要求24的方法，其中放置步骤还包括放置无源元件于接近辐射元件在相对辐射方向图的至少第一辐射方向图部分的一个位置。
26.权利要求25的方法，其中所说放置步骤还包括放置无源元件于接近辐射元件在相对辐射方向图的至少第一辐射方向图部分的一个位置。
27.一种便携式通信设备包括具有荧光屏表面的外壳；包含在所说外壳中的无线电电路；以及放置在所说外壳上的第一元件，所说第一元件具有连接到所说无线电电路用于发射和接收无线电信号的侧面部分；所说第一元件展现一个辐射方向图，其包括至少一个在所说外壳的所说荧光屏表面的方向展现的第一辐射方向图部分；以及放置在所说外壳上并靠近所说第一元件的第二元件，所说第二元件具有选定的长度，其中所说选定的长度是选择来降低所说辐射方向图的所说至少一个第一辐射方向图部分。
全文摘要
一种天线组件与其相关方法,用于在蜂窝或其他无线电通信系统中工作的移动电话。这种天线组件使由天线换能器展现的天线波束图偏移,以使得其合成天线波束图的形状能更好地便于实现同移动电话的通信。天线组件包括一个形成天线换能器的有源天线元件(54)和引导器元件(68)。天线换能器(54)由弯曲的线天线构成,弯曲的线天线是由在可塑的非导电基片(78)上印刷的路径组成,该非导电基片(78)裹在柱(82)的部分圆周上。
文档编号H01Q19/00GK1358340SQ00809555
公开日2002年7月10日 申请日期2000年4月26日 优先权日1999年4月30日
发明者S·埃格莱斯顿 申请人:诺基亚移动电话有限公司