专利名称：天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有大带宽的天线装置，该天线装置包括辐射器和与无线电通信设备中的电路相连的馈电装置。本发明还涉及一种用于辐射器的宽带馈电的馈电装置。
本发明还涉及一种馈电装置，其包括电绝缘且非磁性材料的载体以及多个导电层，该载体具有纵向，其中载体的第一侧面具有多个与该纵向形成角度180-α并被其分成两半的第一导体部分，而载体的第二侧面具有多个与该纵向形成角度α的第二导体部分，第一导体部分的相对端定位成与第二导体部分的相应端对齐，并且第一和第二导体部分的相互对齐的端部相互间电连接。
背景技术：
无线电通信设备中的收发器、即日常通话中的所谓蜂窝电话或移动电话的连接阻抗通常处于50欧姆的范围内，而且根据辐射器的设计和类型，其阻抗的变化可能很大，例如在20-500欧姆的范围内。这样，必须进行阻抗的适配。
在现有技术的结构中，通常是建造分立元件的适配网络，这些分立元件通常布置在移动电话的电路板上。即使这种结构中的阻抗适配是可以接受的，这种结构也通常会导致较高的成本，并且存在较大的损耗。另外，无法在适用的天线结构中容易地结合这类适配网络，由于要得到简单且紧凑的设计和结构，这种适用的天线结构是必需的。
专利SE-C2-504342公开了一种适配器网络和天线，其中适配器网络可以低损耗的方式工作。在其最简单的形式中，该网络由薄的绝缘导线组成，该导线卷绕在具有一定直径的接地杆上。通过适当地选择匝数、杆直径和各匝的间距，就可以实现优于简单π网络的适配器网络。
虽然上述适配器网络和相关的天线具有许多优点，然而它们不能提供宽带的天线装置，其在单个馈电点的情况下适合于约1.7到2.6GHz的频率范围。进一步包括也能够在GSM带宽、即约900MHz下工作的可能性同时保持单个馈电点是不可能的。
由于是目前正处于研发过程中的过滤器技术应用的前提，因此使用单个馈电点可以带来很大的好处。另外，使用单个馈电点便于使用外置天线。
问题结构本发明的一个目的是设计一种如引言所述的能够克服现有技术缺陷的天线装置。具体地说，本发明的一个目的是设计一种可在非常宽的频率范围、即在从约1.7GHz到约2.6GHz范围内工作的天线装置，并且可提供在GSM和GPS带宽内工作的可能性。本发明的另一目的是实现一种天线装置，其可经济且合理地制造出来，并且对可用空间的需求非常小。
本发明的另一目的是设计一种如引言所述的能够克服现有技术缺陷的馈电装置，其可与多种任意设计的辐射器一起很好地工作，与这些辐射器的详细结构无关，而且该馈电装置的制造简单且经济。
解决方案构成了本发明基础的目的由一种如引言所述的天线装置来实现，其特征在于，馈电装置一方面包括具有第一和第二端部的第一导体，其中a)第一导体通过其第一端部与无线电通信设备中的电路相连，b)第一导体与辐射器相关并沿其延伸，c)第一导体与辐射器是非电连接的，馈电装置另一方面包括具有第一和第二端部的第二导体，第二导体通过其第一端部与地相连，并交替地设于第一导体的不同侧面上，或者沿其至少一部分纵向范围而围绕着第一导体。
构成了本发明基础的目的由一种馈电装置来实现，其特征在于，细长的第三导体部分沿着纵向延伸，其相对于第一和第二导体部分是电分立的，并设置在第一导体和第二导体之间。
附图简介下面将参照附图来更加详细地介绍本发明。在附图中
图1显示了包括在所谓的蜂窝电话或移动电话中的电路板，其中结合有根据本发明的天线装置；图2是显示了测量根据本发明的装置模型所得的测量结果的图，工作范围清楚地显示为约900MHz，宽带工作范围在约2.2GHz的中心频率附近；图3显示了带有根据本发明而设计的隙缝天线的一部分电路板；图4显示了用于为图3所示隙缝天线馈电的一种耦合选择；图5显示了用于为图3所示隙缝天线馈电的第二耦合选择；图6显示了馈电装置的一个实用实施例，其也显示于图1中；和图7是图6所示馈电装置的分解视图。
优选实施例的描述在图1中，标号1涉及例如可装在蜂窝电话或移动电话中的电路板。电路板1由至少一个介电材料的载体2和至少涂敷在其上侧面上的至少一层金属涂层3组成。然而，电路板可由对应于金属涂层3的多层导电层以及置于这些导电层之间的介电材料的多个层、片或板组成。在电路板1上设有辐射器，其可以是任选的类型。在所示实施例中，作为示例，该辐射器显示为四分之一波长的隙缝辐射器。辐射器或隙缝4通过从载体2的两侧除去金属涂层3来实现，这样隙缝是可透过辐射的。从图中可以清楚，隙缝4具有开口5，如上所述，它可设定成在四分之一波长下共振。辐射器也可以是半波长辐射器，在隙缝辐射器的例子中，其要求隙缝更长一些，并且没有任何相应于开口5的对应部分；这样，隙缝将封闭而形成半波长辐射器。也可以考虑其它类型的辐射器。
为了向辐射器馈电，在上述四分之一波长的隙缝4的示例中，使用了将在下文中详细介绍的馈电装置6。馈电装置6可以是独立的单元，这样便可将其安装在离辐射器4为一定距离的位置处，然而它也可以整体地或部分地集成在电路板1中。在馈电装置6和辐射器4之间不存在电连接。
如果需要超过一个辐射器，根据本发明可在同一接地面即同一金属涂层3上设置超过一个辐射器。在使用隙缝辐射器的例子中，即使将两条隙缝设置成在物理上相互靠近，它们也不会产生相互间的电影响。这样，通过使用超过一条隙缝，就可以根据本发明来实现多频带的天线，其中每一频带都具有大带宽。
通过以不同方式来定位隙缝，例如通过将它们的纵向设置成相互垂直，也可以影响辐射模式，使得这两个辐射器的辐射波瓣不同。例如，如果一条隙缝设置成使其纵向为大致水平的，那么其辐射波瓣将是垂直定向的，这在GPS设备中是一项很大的优点。类似的，如果隙缝具有垂直的纵向，那么辐射波瓣将是基本上水平的。
金属涂层3也可设置在移动电话的外壳上，内部的支撑壳和外部的装饰壳上均可。在上述带有隙缝辐射器的例子中，也可以将其布置在外壳上。
在根据图1的具有四分之一波长隙缝辐射器4的例子中，辐射器和馈电装置6或激励器都具有纵向，而且这些纵向相互间平行。然而，出于设置或微调的原因，也可以使这些纵向相互间形成一定的角度。因此，出于同一目的，可以改变辐射器4和激励器6之间的距离。即使辐射器具有与如上述示例性目的所示的隙缝4不同的设计，其都适用。
图3以简化的示意图形式显示了根据本发明的天线装置。除了定向之外，这种天线装置在功能方面与图1所示的完全相同。
因此，图3显示了接地面3，其由位于绝缘的非磁性材料的适当载体上的金属层、金属箔等组成，该载体例如为电路板或移动电话外壳中的金属化区域。与图1中的实施例类似，在接地面3中设有带开口端8的隙缝7。这样就可将隙缝设置成在四分之一波长下共振，其中隙缝的长度决定了相关波长。
即使物理尺寸更大，本发明也都能包括半波长共振器，此时在该实施例中，隙缝7将更长，并且在两端处封闭。
在图3中，隙缝7由激励器或馈电装置6来馈电，馈电装置6包括具有第一端部10和第二端部11的第一导体或中心导体9。在该实用实施例中，第一导体9可由同轴电缆12中的一部分中心导体构成，同轴电缆12的另一端(图中未示出)与包括有该天线装置的移动电话中的电路相连。
馈电装置6还包括具有第一端部14和第二端部15的第二导体13。第二导体13的第一端部14与同轴电缆12中的屏蔽导体或接地导体16相连，而第二端部15则终止在盲端。第二导体13也可与接地面3相连，并且通过其第一端部14来接地。
在所示实施例中，第二导体13为螺旋形的物理形状，因此，它在其至少一部分纵向范围上具有交替地定位在第一导体9的不同侧面上的区域。因此，螺旋体或第二导体13将三维式地环绕、包围第一导体9，或者围绕第一导体9而延伸。这也适用于下述改进的实施例中。螺旋体可以比第二导体更短，或者与之一样长(图3)，或者比之更长(图4和5)。
第一导体9位于隙缝7的纵向上，处于接地面3内或与之平行。在第一导体9和第二导体13之间没有电接触，除了第二导体的第一端部14接地之外，在第二导体13和接地面3中的金属之间也没有电接触。第一导体9和接地面之间的距离(如果第一导体不位于接地面上)决定了第一导体9和隙缝7之间的连接程度。
第二导体13形成了沿着第一导体9的纵向范围来分布的电感。另外，第二导体13在其自身和第一导体9之间形成了电容，该电容也是沿着第一导体9的长度来分布的。此外，在第二导体的紧密相邻的匝之间也存在有电容。
在根据图3的天线装置中，隙缝7的长度决定了天线装置在其内工作的共振范围的中心。中心导体或第一导体9的长度适合于隙缝的长度。然而，第一导体9的长度不是特别关键的，只需要长到能为第二导体13的必需匝数提供空间即可。
利用图3所示的设计，天线装置就将具有如图2中箭头A所示的宽带共振范围。
从图3中可以清楚，第一导体9和第二导体13的第二端部11和15分别定位在离同轴电缆12为大致相同距离的位置处。在该实施例中，在图2中没有共振峰B。另一方面，如果第二导体13延伸得使其第二端部15超过了第一导体的第二端部11，例如如图4和5所示，那么第二导体13的该“额外长度”可提供天线装置的第二共振区域，该共振区域如图2中的箭头B所示。这样，利用伸长的第二导体13就可以实现这样一种天线装置，其一方面具有在GSM频率下的窄带共振区域，而另一方面具有在1.7-2.6GHz范围内的宽带区域。
在不影响宽带区域A的条件下(图2)，可以使低频共振峰B移动。如果第二导体13的自由端15通过电容与地相连(图4)，那么这意味着共振峰B将朝向更低的频率移动。在图4中，由于若干电容17，18通过开关19而耦合起来，因此可以逐步地改变第二导体13的第二端部15与地之间的电容的大小。
在根据图5的实施例中，第二导体13的第二端部15与电容32相连，电容32的另一端一方面与变容二极管20相连，另一方面与电阻21相连。电阻的另一端与控制输入端22相连，并且通过电容23而与地相连。通过改变地与控制输入端22之间的电压，就可以无级地改变变容二极管的电容，从而也改变图2中的共振峰B的位置。
如果将图4实施例中的馈电装置6设计成单独的单元，那么将开关19以及电容17和18(或者可以是更多的电容)也包括在该单元中是很适合的。在这种情况下，开关19可以是所谓的MEMS。
如果将图5实施例中的馈电装置6设计成单独的单元，那么将电容32、电阻21、变容二极管20和电容23也包括在该单元中是很适合的。
图6和7显示了一种用于对图1所示隙缝4或其它设计的辐射器进行馈电或激励的馈电装置。在该实施例中，馈电装置6形成为单独的单元，但也可以如上所述地整体地或部分地集成在图1所示的电路板1内。
根据本发明，也可以一方面将适当的馈电装置，另一方面将任选类型的适当辐射器集成在一个单元内。
根据图6和7的馈电装置包括介电材料的第一片状元件25和第二片状元件24。在第二介电材料元件24的上侧面设有多个导体部分26，其基本上是笔直的且相互平行，并设置成稍微间隔开的关系。导体部分26与穿过馈电装置6的纵向中心线形成角度α。在这些导体部分26的相对端部处设有通孔27，它们的目的将在下文中详细描述。另外还设有带有通孔29的连接部分28，而且设置成最靠近连接部分28的导体部分26具有连接部分40。
在第一介电材料元件25上，在其朝向第二介电材料元件24的侧面上设有与图3中的第一导体9相对应的第一导体或中心导体30，该导体30在其一端即第一端部10处具有连接部分31和通孔36，连接部分31对应于第二介电材料元件上的连接部分28。在图7中的另一侧即第一介电材料元件25的下侧上设有多个导体部分33，在这些导体部分的相对端部处均设有通孔34。导体部分33与穿过馈电装置6的纵向中心线形成了180-α的角度。因此，导体部分33将与导体部分26相交或交叉。最后，设置成最远离连接部分31的导体部分33具有连接部分41。在将这两个元件24，25联接起来并通过孔27，34，29和36来进行焊接或电镀时，那么就可以得到带有中心导体或第一导体30的馈电装置，该导体30被围绕或包在一个“扁平螺旋”中，该螺旋由导体部分26，33以及通过上述孔的贯穿电镀部分形成。实际上，第一导体30应当尽可能地紧密围绕或包在这一“扁平螺旋”中，因此，导体部分26，33的长度要小于图中所示的长度。
作为所述实施例的一种另选，根据图6的馈电装置可由三个不同的介电材料元件组成，其中每一元件都具有导电层，从中可形成导体部分26，30和33。
近年来，技术已经发展到可以在一个介电材料的连续元件的内部实现三维的导电分布。这种技术可用来生产图6所示的馈电装置。馈电装置可以采用这种技术，其就结构而言更接近于图3到5所示的实施例，其中相应于导体30的对应部分(图3中的导体9)可以比扁平的截面更圆一些，而螺旋体可以是圆柱形、锥形或“圆形”的。
在显示了这样形成的馈电装置6的图6中，已经使用了来自图3中的标号，因此，这两种结构之间的相似性是显而易见的。
在图1中存在有多个用于将馈电装置6连接至电路板1上的接点。具体地说，存在有用于连接到第一导体9的第一端部10上的连接部分37(图7中的标号28和31)，另外还有用于连接到第二导体13的第一端部14上的连接部分38(图7中的连接部分40)，以及用于连接到第二导体13的第二端部15上的连接部分39(图7中的连接部分41)。
在上述实施例中，接地面3和馈电装置6处于基本上相同的平面上。馈电装置6中的一些导体部分、例如图7中的导体部分26，30也可以设置在电路板1中。或者，如果电路板具有若干层，那么可将整个馈电装置6集成在电路板中，而将辐射器以金属化图形的形式设置在移动电话的外壳上。
在金属层3采用镀金属形式的另一实施例中以及在辐射器采用金属化图形的另一实施例中，如果镀金属不是覆层，而是采用格子、栅格或网格形式，那么这对于生产技术有好处，其中“网格尺寸”与相关波长稍有关系。
在上述实施例中，第一导体9显示为直的导体。然而这种结构并不是必须的，第一导体可以是蜿蜒的导体、Z字形的导体，波形的导体或者其它结构的导体，只要其第二导体具有交替地布置在第一导体的不同侧面上或围绕第一导体设置的部分即可。
权利要求
1.一种具有大带宽的天线装置，包括辐射器(4，7)和与无线电通信设备中的电路相连的馈电装置(6)，其特征在于，所述馈电装置(6)一方面包括具有第一端部(10)和第二端部(11)的第一导体(9)，所述第一导体(9，30)a)通过其第一端部(10)而与无线电通信设备中的电路相连，b)与所述辐射器(4，7)相关并沿其延伸，c)与所述辐射器非电连接，另一方面，所述馈电装置包括具有第一端部(14)和第二端部(15)的第二导体(13；26，33)，所述第二导体通过其第一端部(14)与地相连，并交替地设于所述第一导体(9)的不同侧面上，或者沿着至少其一部分纵向范围而围绕着所述第一导体。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二导体(13；26，33)的第二端部(15)终止在盲端。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二导体(13)的第二端部(15)通过可分级式或连续式变化的电容(17，18，20，32)而与地相连。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述辐射器(4，7)是构造成大致平面的导电接地面(3)中的隙缝(4，7)；第一导体(9，30)具有基本上笔直的部分，其位于所述隙缝内并与所述接地面(3)基本上平行，或位于所述接地面(3)中。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述辐射器(4，7)是导电接地面(3)中的隙缝，所述隙缝具有纵向上的中心线；所述第一导体(9，30)定位在所述隙缝之外的距所述纵向中心线为一定距离的位置处，并且与所述纵向中心线基本上平行。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述辐射器是设置在无线电通信设备的外壳上的金属化图形。
7.根据权利要求6中所述的天线装置，其特征在于，所述馈电装置(6)具有第一纵向；所述辐射器具有第二纵向；所述第一纵向和第二纵向相互形成一个角度。
8.根据权利要求1到3中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述辐射器(4，7)是无线电通信设备的外壳上的导电镀金属中的隙缝。
9.根据权利要求8中所述的天线装置，其特征在于，所述馈电装置(6)具有第一纵向；所述隙缝(4，7)具有第二纵向；所述第一纵向和第二纵向相互形成一个角度。
10.根据权利要求4、5、6或8中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述接地面、金属化图形和镀金属是具有网格或网状结构的非覆层。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一导体(9，30)的第二端部(11)延伸出来并超过所述第二导体(13)的第二端部(15)。
12.根据权利要求1到10中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一导体(9，30)的第二端部(11)定位在第二导体(13)的第二端部(15)的区域内。
13.根据权利要求1到10中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二导体(13；26，33)的第二端部(15)延伸出来并超过所述第一导体(9)的第二端部(11)。
14.一种馈电装置，包括电绝缘和非磁性材料的载体以及多个导电层，所述载体具有纵向，其中所述载体的第一侧面具有多个与所述纵向形成角度180-α并被其分成两半的第一导体部分(33)，而所述载体的第二侧面具有多个与所述纵向形成角度α的第二导体部分(26)，所述第一导体部分(33)的相对端定位成与所述第二导体部分(26)的相对端对齐，并且所述第一和第二导体部分的相互对齐的端部相互间电连接，其特征在于，伸长的第三导体部分(30)沿着所述纵向延伸，并相对所述第一导体部分(33)和第二导体部分(36)是电分立的，并且设置在它们之间。
15.根据权利要求14所述的馈电装置，其特征在于，所述载体包括电绝缘且非磁性材料的第一元件(25)和第二元件(24)；所述第一导体部分(33)设于所述第一材料元件(25)的第一侧面上；所述第三导体(30)设于所述第一材料元件(25)的朝向所述第二材料元件(24)的第二侧面上；所述第二导体部分(26)设于所述第二材料元件(24)的背离所述第一材料元件(25)的第二侧面上。
16.根据权利要求15所述的馈电装置，其特征在于，所述馈电装置设计成装有连接部分(28，31，40，41)且并设计用于表面安装的一个单元。
17.根据权利要求16所述的馈电装置，其特征在于，所述单元还包括用于改变其频率特征的元件(17-23，32)。
18.一种用于具有接地面(3)的无线电通信设备的天线装置，其特征在于，所述接地面(3)设于电路板(1)上并设有隙缝(4，7)，在所述隙缝中设置了根据权利要求14到17中任一项所述的馈电装置(6)，或者所述馈电装置(6)设置成覆盖了所述隙缝。
19.一种用于具有接地面(3)的无线电通信设备的天线装置，其特征在于，在所述接地面中设有两条隙缝(4，7)，其具有基本上相互垂直的纵向且具有不同的长度；为所述各隙缝提供了根据权利要求14到17中任一项所述的馈电装置(6)，并且为各相应隙缝设定了工作频率。
20.一种用于无线电通信设备的天线装置，其特征在于，根据权利要求14到17中任一项所述的馈电装置和辐射器设置成一个单元的单元。
21.一种用于无线电通信设备的天线装置，其特征在于，为辐射器提供了根据权利要求14到17中任一项所述的馈电装置，所述辐射器以无线电通信设备外壳上的镀金属来提供。
全文摘要
一种宽带天线，其具有辐射器如位于接地面(3)中的缝隙(4)。馈电装置(6)具有第一中心导体(9)，其通过一个端部(10)与收发器中的电路相连，并且沿着辐射器(4)延伸或与之相关联，该第一中心导体(9)还具有一个自由端(11)。馈电装置(6)还具有第二螺旋导体(13)，其一个端部(14)接地，另一端部(15)自由端接。螺旋导体(13)围绕着中心导体(9)。在一个实施例中，螺旋导体(13)设有位于三层电路板的相对侧面上的笔直且相交的导体部分。导体部分的相对端通过电路板而相互间电连接，中心导体(9)设在板的中间层上。
文档编号H01Q1/24GK1659741SQ03812815
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月2日 优先权日2002年4月9日
发明者C·G·布洛姆 申请人:珀洛斯股份有限公司