专利名称：馈电装置和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-a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a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，该导线巻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Tl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。
发明内容
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'。
构成了本发明1^出的目的由一种馈电装置来实现。该馈电装置包 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-a并被其 分成两半的第 一导体部分，而所述载体的第二侧面具有多个与所述纵 向形成角度a的第二导体部分，所述第一导体部分的相对端定位成与
所述第二导体部分的相对端对齐，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，所述角度(X为锐角，其特征在于，伸长 的第三导体部分沿着所述纵向延伸，并相对所述第 一导体部分和第二 导体部分是电分立的，并且设置在它们之间。
构成了本发明基础的目的由一种用于具有接地面的无线电通信 设备的天线装置来实现。其中，所述接地面设于电路板上并设有隙缝， 在所述隙缝中设置了如上所述的馈电装置，或者所述馈电装置设置成 覆盖了所述隙缝。
构成了本发明基础的目的由一种用于具有接地面的无线电通信 设备的天线装置来实现。其中，在所述接地面中设有两条隙缝，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如 上所述的馈电装置，并且为各相应隙缝设定了工作频率。.
构成了本发明基础的目的由 一种用于无线电通信设备的天线装 置来实现。其中，如上所述的馈电装置和辐射器设置成一个单元的单 元。
构成了本发明基础的目的由 一 种用于无线电通信设备的天线装 置来实现。其中，为辐射器提供了如上所述的馈电装置，所述辐射器 以无线电通信设备外壳上的镀金属来提供。
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l中；和
图7是图6所示馈电装置的分解视图。
具体实施例方式
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l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i逢是可 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l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l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IO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形成了沿着笫一导体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。
在才艮据图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^f艮适合的。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4艮适 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，^旦也可以如上所述地整体地或部分地集成在图l所示的电聘^ 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，并设置成稍卩微间隔开的关系。导
体部分26与穿过馈电装置6的纵向中心线形成角度a。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^t贵电装置6 的纵向中心线形成了 180-a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
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l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釆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，所述角度α为锐角，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。
2. 根据权利要求1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。
3. 根据权利要求2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。
4. 根据权利要求3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)。
5. —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1到4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。
6. —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1到4 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。
7. —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1到4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。
8. —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1到4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，所述角度α为锐角。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。本发明还涉及一种具有如上所述馈电装置的天线装置。
文档编号H01Q1/36GK101388485SQ20081016964
公开日2009年3月18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