专利名称：包括电容耦合的辐射单元的天线装置以及使用这种天线装置的手持无线电通信设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种包括电容耦合的辐射单元的天线装置以及包括这种天线装置的手持无线电通信设备，尤其涉及一种天线装置以及手持无线电通信设备，该手持无线电装置包括用于接收和发送圆极化RF信号的天线装置，以便与卫星通信。
今天移动通信产业的一种驱动力是可利用性，另一种驱动力是大小。手持无线电通信设备的用户要求无论他的位置在哪里都要被服务。这就要求运营商对他们的移动网络具有良好的覆盖，但是由于某些合理的经济方面原因，这对于人口稀少的区域是不可能的。对于经常到人口稀少区域去的用户来说，一种解决方案是使用卫星电话。
这种用户仍然会对他的卫星电话的大小提出要求，因为毫无疑问，他会将他的普通蜂窝通信装置与他的卫星通信装置相比较。由于轨道卫星的距离非常远，与蜂窝通信装置的天线相比，卫星电话所用的天线将会较大，因此卫星通信装置将占用相当大的空间。因而非常需要减少卫星通信装置的天线的尺寸，能够减少这种天线尺寸的任何人将具有相当有竞争力的优势。
在美国专利US-5,191,352中，公开了一种用于从地球轨道卫星接收信号的四线射频天线。该天线具有四个成形并设置成螺旋线形状的振子，以便定义一个圆柱形包络。这些振子在包络的轴线方向上共同延伸。
WO96/06468公开了一种带有陶瓷磁心的天线装置，该装置带有至少为5的相对介电常数，其中每个第二螺旋振子都较长，以便实现自相位天线。每个第二振子通过一个弯曲形状而加工得较大。
在1995年6/7月的《欧洲微波工程》杂志中，公开了一种用于个人手持终端的天线。该天线为四线螺旋类型。
下述专利申请涉及与本申请的发明相同的技术领域，从而作为参考包含于此。
-瑞典专利申请SE 9801754-4的名称为“An antenna system anda radio communication device including an antenna system”,1998年5月18日(与本申请同一天)在瑞典申请，申请人Allgon AB。
-瑞典专利申请SE 9801753-6的名称为“Antenna devicecomprising feeding means and a hand held radio communicationdevice for such antenna device”,1998年5月18日(与本申请同一天)在瑞典申请，申请人Allgon AB。
-瑞典专利申请SE 9704938-1，申请日1997年10月30日，申请人Allgon AB，名称为“Antenna system for circularly polarized radiowaves including antenna means and interface network.”本发明的主要目的在于实现一种既能接收又能传送圆极化RF信号的天线，该天线比现有的天线小且轻。
本发明的其他目的在于实现一种既能接收又能传送圆极化RF信号的天线，该天线对于给定物理长度具有比现有天线更好的特性。
根据本发明一个实施例的其他目的在于实现一种在两个不同频带中接收和传送RF信号的天线。
根据本发明一个实施例的其他目的在于实现一种在通信系统内既能接收又能传送圆极化RF信号的天线，在该通信系统中，用于接收信号的RF频带与用于传送信号的RF频带被分开。
上述的问题以及如何实现一种用于接收和传送圆极化RF信号的更小且更有效的天线，通过提供一种带有N个辐射单元的N形螺旋线天线来解决，其中N为大于1的整数，这些辐射单元同轴设置，并且定义了一个圆柱形包络，其中各个辐射单元电容耦合到另一个辐射单元。
上述的问题以及如何实现一种用于接收和传送圆极化RF信号的更小且更有效的天线，根据本发明的一个实施例，通过提供一种带有N个辐射单元的N形螺旋线天线来解决，其中N为大于1的整数，这些辐射单元同轴设置，并且定义了一个圆柱形包络，其中各个辐射单元具有叠加在主螺旋形上的弯曲形状。
在更详细的本发明目的中，即如何实现一种用于接收和传送圆极化RF信号的更小且更有效的天线，根据本发明的一个实施例，通过提供一种带有N个辐射单元的N形螺旋线天线来得到，其中N为大于1的整数，这些辐射单元同轴设置，并且定义了一个圆柱形包络，其中各个辐射单元具有覆盖在主螺旋形上的弯曲形状，并且各个辐射单元在至少一个远离馈送点的端上电容耦合到它的相邻单元。
本发明的优点在于可以实现一种接收和传送圆极化RF信号的较小天线。
本发明的其他优点在于一个天线可以在多于一个的频带中使用一个天线来接收和传送圆极化信号。
本发明的其他优点在于，即使当用于接收RF信号的频带远离用于传送RF信号时，仅需要一个天线来接收和传送圆极化RF信号。
本发明的进一步适用范围通过下文给出的详细描述而变得清楚。然而，应该理解的是，在表述本发明的优选实施例时给出的详细描述以及特定实例，目的只是示意，因为根据这些详细描述，本领域技术人员将清楚在本发明范围内的各种变化以及修改。
本发明通过下文给出的详细描述以及附图将被变得更加容易理解。本发明仅借助于具体说明而给出，因而这些具体说明不应是对本发明的限制。其中
图1示出了现有技术的天线；图2示出了根据本发明第一优选实施例的弯曲辐射方向图天线；图3示出了根据本发明第二优选实施例的带有顶部电容的弯曲辐射方向图天线；图4示出了根据本发明第三优选实施例的带有顶部电容以及第二排电容的弯曲辐射方向图天线；图5示出了根据本发明第四优选实施例的弯曲辐射螺旋天线；图6示出了根据本发明第五优选实施例的带有圆盘的弯曲辐射螺旋天线；图7a,7b和7c示出了图5和图6公开的支承件/电容圆盘；图8示出了根据本发明第六优选实施例的弯曲辐射方向图天线；图9示出了带有根据本发明天线的手持通信装置；图10a和10b示出了不同的弯曲方向图。
图1示出了现有技术的天线。101表示支承件，102表示馈送装置。馈送装置102包括第一、第二、第三和第四馈送点102a、102b、102c和102d。所述的馈送点连接到由103a、103b、103c和103d所表示的第一、第二、第三和第四辐射单元，这些单元通常由103表示。这些辐射单元同轴环绕在共轴上，从而定义了一个螺旋结构。RF信号从电路104通过移相网络105被馈送到辐射单元103。移相网络105将RF信号转换为四个带有相位差360°/4=90°的信号，每个信号分别被馈送到一个馈送点，使得天线能够产生圆极化RF信号。这些信号可以是左旋极化或者右旋极化。不同的极化是通过在左旋或者右旋方向上饶制辐射单元，并且相应地馈送RF信号而实现的。
在本文的描述中，虽然主要描述了RF信号的传输，当然该天线装置也能够接收信号。
图2示出了根据本发明第一优选实施例的天线。201表示支承件，202a,202b和202c分别表示第一，第二和第三馈送点。所述的馈送点分别耦合到第一，第二和第三馈送单元203a,203b和203c，这三个馈送单元通常由203表示。所述的辐射单元203在本实施例中利用MID(模压注入技术)直接模压到所述的支承件上。所述的辐射单元203的设置使得在所述支承件上形成一个圆柱形包络。也就是说，每个辐射单元围绕由所述支承件所定义的共轴饶制，以圆柱形的方式延伸，以便定义一个带有共用半径和螺旋线间隔的螺旋形。一个弯曲的图形叠加在所述螺旋形上，构成一个带有弯曲图形的公用螺旋形。换句话说，每个所述的辐射单元203a,203b和203c包括多个小的弯曲或者转弯，而不带有一个整的转弯，以便在所述支承件上定义一个楼梯形的图形。对于同一物理长度来说，该弯曲图形增加了辐射单元的电长度，并且将每个辐射单元电容耦合到其相邻的辐射单元，从而能够对于诸如铱系统，全球星系统等特定应用，设计一种带有给定电长度的较短天线。电路204将RF信号通过一个移相网络205馈送到所述馈送点202。所述移相网络205将该RF信号转换为三个带有相位差360°/3=120°的不同信号，并且分别将这三个信号馈送到每个所述的馈送点，实现圆极化RF信号的产生。该信号可以是左旋或者右旋极化信号。不同的极化通过在左旋或者右旋方向上饶制辐射单元，并且通过相应地馈送信号来实现。可以将辐射单元设置成弯曲形，以便在不同的辐射单元之间产生电容耦合。
图3示出了根据本发明的第二优选实施例。301表示支承件，在所述支承件301的第一端，302a,302b分别表示第一，第二馈送点。第一，第二馈送单元表示为303a,303b，这两个馈送单元通常由303表示。所述的辐射单元303的设置使得在所述支承件上形成一个圆柱形包络，该圆柱形包络带有覆盖的弯曲图形。也就是说，每个辐射单元围绕由所述支承件所定义的共轴饶制，以圆柱形的方式延伸，以便定义一个螺旋形。换句话说，每个所述的辐射单元303包括多个来回的小弯曲或者转弯，而不带有一个整的转弯，以便在所述支承件上定义一个楼梯形的图形。辐射方向图在薄的介电载体(carrier)上印制、蚀刻。所述载体固定安装在所述支承件上，例如利用粘接剂。每个辐射单元还包括一个耦合部分304，该耦合部分用于在远离所述第一端305的第二端，将所述第一辐射单元303a电容耦合到所述第二辐射单元303b。所述耦合部分304包括一个接收部件307和一个延伸部件308，其中所述的延伸部件308适配于所述接收部件307，以便将其认作一个电容。对于给定的电长度来说，顶部电容能够使天线设计得更小，这也改进了天线的总的效率。
图4示出了根据本发明的第三实施例。401表示支承件，402a,402b,402c和402d分别表示第一，第二，第三和第四馈送点。403a,403b,403c和403d分别表示第一，第二，第三和第四辐射单元。404表示包括馈送点402的第一端。405表示远离所述第一端的第二端。406表示第一耦合部分，407表示第二耦合部分。所述耦合部分406和407包括接收部件和延伸部件。这些接收部件和延伸部件类似于第二优选实施例和图3所述的接收部件和延伸部件。图4的天线用于在两个不同的独立频带中接收和/或传送RF信号。与物理长度相比，在第一辐射单元403a与其相邻单元之间电容耦合的第一耦合部分406有效地延长了所述天线的电长度，该天线调节到第一频带以接收和/或传送RF信号，前述第一辐射单元的相邻单元为第二和第四辐射单元403b和403d。第二耦合部分407设置在远离第一或第二端404或405的地方，以便调节所述的天线，在第二频带以增加的效率传送和/或接收RF信号。所述的两个频带可以一个用于接收RF信号，另一个用于传送RF信号，或者两个都用于接收和传送信号。因而本发明可以设计出手持无线电通信设备，该装置带有一个用于在两个独立频带中接收和/或传送RF信号的天线。
图5示出了根据本发明的第四实施例。501表示支承件，502a,502b分别表示第一，第二馈送点。503a,503b分别表示第一，第二辐射单元。所述第一和第二辐射装置同轴设置并成型，以便形成一个圆柱形螺旋包络，而且每个辐射单元包括多个来回的小弯曲或者转弯，而不带有一个整的转弯，以便在螺旋结构上定义一个重叠的弯曲图形。第一圆盘设置在在第一端，并且固定到所述支承件501、所述馈送装置502以及所述辐射装置503，并且能够耦合在馈送装置502和辐射装置503之间。第二圆盘505设置在远离第一端的第二端，并且固定到所述支承件501、所述第一和第二辐射单元503a和503b。所述第二圆盘505可以包括也可以不包括一个在所述辐射单元503a和503b之间的电容耦合。
图6示出了根据本发明的第五实施例。该实施例类似于刚描述过的上述实施例，区别在于带有一个第三圆盘601，该圆盘在离第一端604距离为L的地方，它能够在第一和第二辐射单元602a和602b之间电容耦合。如果选择天线总的长度来对于接收和发送RF信号的第一频带优化性能，则选择距离L以改进对于接收和发送RF信号的第二频带的天线特性。当然也可以有利地对第一频带的性能上作出折中，以改进第二频带的特性。
在图7a中，公开了电容耦合在辐射单元703之间的圆盘701。图7b也公开了用于带有4根导线的天线的圆盘。图7c示出了一种圆盘，其中电容耦合在公用连接点704，并且天线振子并不对成地设置，而是在第一辐射单元703和第二辐射单元705之间以及与第三辐射单元706之间具有90°的相位差，第二辐射单元705对于第一辐射单元703具有90°的相位差，对于第三辐射单元706具有180°的相位差，第三辐射单元706对于第一辐射单元703具有90°的相位差，对于第二辐射单元705具有180°的相位差。
图8示出了根据本发明的第六实施例。5个辐射单元801以螺旋形设置，在支承件802上形成圆柱形包络。在该实施例中，使用了带有弯曲边的辐射方向图。该方向图包括了交替的较宽和较窄的通路，以便方向图的边形成一个弯曲的形状。因而，这种方向图也可以包含于弯曲方向图或者弯曲辐射单元。耦合部分803在第一端将每个辐射单元电容耦合到其相邻单元，也就是说，第一单元电容耦合到第二单元以及第四单元，第二单元电容耦合到第三和第一单元，以此类推到电容耦合到第四和第一单元的第五单元。
图9公开了根据本发明的手持无线电通信设备。
图10a和10b示出了不同的辐射方向图，这些辐射方向图将施加到薄柔性载体并且利用诸如粘接剂固定到支承件。
因而很显然的是，可以用多种方式对所描述的本发明作出变化。例如很显然的是，尽管在附图中仅公开了一种方向，但辐射单元可以以顺时针方向或者逆时针方向饶制。这些变化不应被看成是背离了本发明的精神和范围，并且所有对本领域技术人员显而易见的变化都将应包含于所附权利要求的范围内。
权利要求
1．一种用于接收和传送RF信号的天线装置，包括支承件(201；301 401；501；802)，N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)，其中N是大于1的整数，N个馈送点(202；302；402；502)，这些馈送点用来将RF信号馈送到所述的N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)，所述的N个馈送点(202；302；402；502)被设置成可连接到收发信电路，所述的N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)被设置成在至少一个第一频带内传送RF信号，所述电路被设置成向每个馈送点(202；302；402；502)馈送RF信号，以便传送圆极化RF信号，每个所述的N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)以大体螺旋的形式同轴设置在所述的支承件(201；301 401；501；802)上，以便定义一个圆柱形包络，其特征在于，至少一个耦合装置(203a-203c；307；308；406；503；602；801)用于至少将所述N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)中的第一单元电容耦合到所述N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)的第二单元。
2．根据权利要求1的天线装置，其中用来向每个馈送点(202；302；402；502)馈送RF信号的所述电路带有一个大体为360°/N的相位差，以便传送圆极化RF信号。
3．根据权利要求1或2的天线装置，其中所述N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)中的每个辐射单元具有叠加的弯曲方向图，以便所述弯曲方向图中的每个转角构成到一个相邻的所述辐射单元的电容耦合。
4．根据权利要求1到3中任何一个的天线装置，其中所述N个馈送点(202；302；402；502)以对称的圆形方式设置在所述支承件的第一端，以便每个馈送点为到其相邻馈送点的角度范围大体为360°/N，并且具有相同半径和螺旋线间距的所述N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)在空间上共同扩展。
5．根据权利要求1到4中任何一个的天线装置，其中每个辐射单元通过至少一个耦合部分(307,308；406,407；505；601,604；803)电容耦合到与其相邻最近的两个辐射单元。
6．根据权利要求5的天线装置，其中所述辐射单元(403；602)包括一个位于所述第二端的第一耦合部分(406,604)，以及一个位于离所述第二端L距离处的第二耦合部分(407；601)。
7．根据权利要求5到6中任何一个的天线装置，其中一至少一个所述耦合部分导电地耦合到所述辐射单元；一所述的至少一个所述耦合部分包括至少一个接收部件(307)；一所述的至少一个所述耦合部分包括至少一个扩展部件(308)；一所述N个辐射单元的第一辐射单元的所述至少一个扩展部件被设置成适配于所述N个辐射单元的第二辐射单元的所述至少一个接收部件，以实现电容耦合。
8．根据权利要求5到7中任何一个的天线装置，其中所述耦合部分位于远离第一端(305)的第二端(304)。
9．根据权利要求5到7中任何一个的天线装置，其中所述耦合部分位于离远离第一端(305)的第二端(304)距离为L的地方。
10．根据权利要求6到9中任何一个的天线装置，其中所述天线装置被设置成在第二频带中接收和传送RF信号，并且选择距离L以在所述第二频带内增加所述天线装置的效率。
11．根据权利要求1到4中任何一个的天线装置，其中所述耦合装置为一个耦合圆盘(505；601,604)，该耦合圆盘带有至少一个电容(702)，所述圆盘被牢固地固定到所述支承件(501)，并且将所述至少一个电容耦合到至少两个所述的N个辐射单元(203；303；403；503；602；801)，以便在所述至少两个辐射单元之间构成一个电容耦合。
12．根据权利要求1到4中任何一个的天线装置，其中设置至少两个电容(702)，以便每个电容位于连接到共用连接点(704)的第一端，以及连接到至少一个辐射单元(703,705,706)的第二端。
13．一种手持移动通信装置，包括根据上述任何一个权利要求的天线。
14．根据权利要求13的手持移动通信装置，其中所述手持装置用于接收和/或传送从轨道卫星往复的RF信号。
15．根据权利要求13或14的手持移动通信装置，其中所述装置用于在至少两个不同的独立频带中接收和/或传送RF信号，每个频带都用于接收和/或传送RF信号。
全文摘要
本发明的目的在于实现一种比现有天线更轻和更小的、用于接收和传送圆极化RF信号的天线,并且对于给定的物理长度来说,实现一种具有比现有天线更好的特性的、用于接收和传送圆极化RF信号的天线。这可以通过提供一种带有N个同轴设置的N形螺旋线天线,以及定义一个圆柱形包络来实现,其中各个辐射单元电容耦合到另一个辐射单元。
文档编号H01Q1/36GK1301416SQ9980624
公开日2001年6月27日 申请日期1999年5月17日 优先权日1998年5月18日
发明者奥勒夫·艾德瓦松, 理查德·伯翰南, 瑟里·宝思奎特, 加尼·巴劳恩 申请人:奥根公司