專利名稱：雙頻段天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信。具體而言，本發明涉及無線電話中的新型改進雙頻段天線。
背景技術：
無線通信正在迅速成為通信的標準手段。家用無繩電話、帶無線調制解調器的膝上型電腦、衛星無線電話以及蜂窩網無線電話都是技術不斷發展如何使人們位于何處均能保持聯系的實例。
無線電話用戶正在尋找一種更小巧的裝置來滿足活動量日益增大的生活方式。為了滿足這種需求，多種通信功能被組合人單一的單元內。一種這樣的通信設備就是在多頻段內通信的無線電話。
當今使用的無線電話系統有各種各樣。它們包括基于“先進移動電話系統”(AMPS)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)的蜂窩網電話。此外，基于兩種數字標準(TDMA和CDMA)的個人通信服務(PCS)系統也迅速發展，這種系統使人們可在家中或辦公室內將無線電話用作無繩電話，而離開家/辦公室則將其換作蜂窩網電話。
PCS系統和蜂窩網系統工作于不同的頻段，因此為了發揮最大的傳輸效率，需要不同的天線。蜂窩網系統一般工作在800 MHz頻段，而PCS系統現在設計為工作在1900MHz頻段內。由此需要一種重量輕而成本低的雙頻段天線系統使單一通信設備可工作在多頻段。
發明內容
本發明為一種新型改進雙頻段天線裝置。該天線裝置傳輸第一射頻段內的第一組信號和第二射頻段內的第二組信號。被外部天線元包圍的內部天線元構成此天線裝置。
在本發明第一實施例中，內部天線元發射并接收第一RF頻段的RF信號，而外部天線元發射并接收第二RF頻段的RF信號。在第一實施例中，內部天線的信號長度等于第一RF頻段內波長的二分之一，而外部天線的信號長度等于第二RF頻段內波長的二分之一。為了改善雙頻段天線的天線增益，當工作于第一RF頻段內時內部和外部天線可以選擇耦合在一起。
在本發明第二實施例中，內部天線元發射并接收第一和第二RF頻段的RF信號。在第二實施例中，當工作在第一RF頻段內時內部天線的信號長度等于第一RF頻段波長的二分之一，當工作于第二RF頻段內時內部天線的信號長度等于第二RF頻段內波長的二分之一。當工作于第二RF頻段內時，外部天線接地，由此改變內部天線元的信號長度以在第二RF頻段諧振。與第一實施例類似，為了改善雙頻段天線的天線增益圖，當工作于第一RF頻段時內部和外部天線可以選擇耦合在一起。
附圖的簡要說明通過以下結合附圖對本發明的描述可以進一步理解本發明的特點、目標和優點。附圖中相同的部分用同一標號表示。
圖1示出了本發明雙頻段天線的第一實施例；圖2為本發明雙頻段天線第一實施例的框圖；圖3為本發明雙頻段天線第二實施例的框圖；圖4示出了本發明雙頻段天線的第二實施例；圖5示出了與適用于本發明的便攜式無線電話接口的本發明雙頻段天線的第二實施例。
實施發明的較佳方式在本發明較佳實施例中，雙頻段天線在兩個頻段(800 MHz蜂窩網頻段和1.9GHz PCS頻段有效工作。但是應當指出的是，以下有關本發明的講授同樣可以應用于其它頻段和應用場合。例如，世界上許多地方的蜂窩網系統工作在900MHz頻段而不是800MHz。同樣，世界上許多地方的PCS系統工作在1.8GHz頻段而不是1.9GHz。為闡釋方便，描述工作在800MHz和1.9GHz的雙頻段天線就足以說明問題。
圖1示出了雙頻段天線的第一實施例。被導電套筒天線104包圍的內部鞭狀天線102構成本實施例。套筒天線104與提供PCS頻段信號的饋電點106耦合。內部鞭狀天線102與提供蜂窩網頻段信號的饋電點110耦合。饋電點106和110最好由絕緣體108隔開，套筒天線104選定的物理尺寸使其相當于工作在1.9GHz頻段高效RF諧振器，而鞭狀天線102相當于工作在800MHz頻段的高效RF諧振器。
每種天線102和104物理尺寸的選擇部分取決于緊靠雙頻段天線100的設備的RF特性。例如，當如圖5所示在便攜式無線電話500中采用雙頻段天線時，無線電話500外殼和結構本身也收發可以測量到的RF能量，它們相當于一種輔助天線。因此在這項技術中，當選擇天線信號長度時通常要考慮周圍結構的RF特性。便攜式無線電話的普通信號長度為工作頻段波長的3/8和5/8。但是為闡釋方便，本發明所述鞭狀天線102的信號長度為800MHz頻段波長的1/2，而套筒天線104的信號長度為1.9GHz頻段處波長的1/2。
應當指出的是，套筒天線104可以采用本技術領域內已知的各種構造。例如它可以是實體的、螺旋形的或編織的。它也可以是剛性或柔軟的，并且還可以嵌入介電材料(例如塑料)內。同樣應該指出的是，鞭狀天線104可以是本技術領域內已知的各種構造。例如它可以是固定長度鞭狀、可伸縮鞭狀、環陣或螺旋形。顯而易見的是，套筒天線104和鞭狀天線102可以設計成許多不同的構造，只要套筒天線104基本上包圍鞭狀天線102即可。圖2示出了本發明第一實施例的電連接方框圖。在圖2中，1.9GHz收發機206通過阻抗匹配電路204與套筒天線104耦合。1.9GHz收發機206產生的RF信號由套筒天線104發射出去，而套筒天線104捕捉到的RF信號被1.9GHz收發機206接收并解調。同樣，800MHz收發機208通過阻抗匹配電路202與鞭狀天線102耦合。800MHz收發機208產生的RF信號由鞭狀天線102發射出去，而鞭狀天線102捕捉到的RF信號被800MHz收發機208接收并解調。
當采用圖1和2所示雙頻段天線實施例的無線電設備工作在1.9GHz頻段時，只有套筒天線104輻射和接收RF能量。但是，當無線電設備工作在800MHz頻段時，鞭狀天線102發射的信號還耦合至套筒天線104，這種情況下的天線增益圖比鞭狀天線102單獨情況下更為均勻。鞭狀天線102的天線增益圖中通常出現的空白區因RF能量耦合至套筒天線104而得到部分填充。
可選擇將二極管210連接于阻抗匹配電路202與204之間，使得RF信號從800MHz收發機直接饋送至鞭狀天線102和套筒天線104。在這種配置中，由于信號被直接饋送至套筒天線104而不是電感耦合或電容耦合，所以800MHz處的天線增益圖得到進一步的改善。但是當電話工作在1.9GHz頻段時，為了避免無謂的效率損失，二極管210阻止信號送至鞭狀天線102。應該指出的是，二極管210可以用開關代替，當工作在800MHz時開關將套筒天線104耦合至匹配電路202，當工作在1.9GHz時開關使套筒天線104不與匹配電路202耦合。
圖4示出了本發明第二實施例。在圖4中，套筒天線404為螺旋形天線，其基本上包圍鞭狀天線402。鞭狀天線402從套筒天線404頂部延伸出來的部分具有1.9GHz頻段波長1/2的信號長度。圖3示出了第二實施例工作框圖。在第二實施例中，1.9GHz收發機306和800 MHz收發機308通過各自的匹配電路304和302與一對開關310和312耦合。套筒天線404與開關312的一個極耦合，而鞭狀天線402與開關310的一個極耦合。當采用第二實施例的電話工作在800MHz頻段時，開關310與接線端318耦合，而開關312不與接地端314耦合，從而向鞭狀天線402提供800MHz RF信號。如上文就第一實施例所述，由于周圍存在套筒天線404，鞭狀天線402的天線增益圖得到了改善。當采用第二實施例的電話工作在800MHz頻段時，開關312也可以與可選接線端316耦合，由于信號被直接送至套筒天線404而非電感耦合或電容耦合，所以天線增益圖得到進一步改善。
與第一實施例不同，當采用第二實施例的電話工作在1.9GHz頻段時，不通過套筒天線404輻射或接收RF信號。相反，1.9GHz信號通過開關310與接線端320的耦合，在鞭狀天線402上輻射并接收，而套筒天線404通過開關310耦合至接地端314而接地。應該指出的是，在圖3中開關310和312被畫成兩個分立的開關，但是它們也可以是一個雙極雙擲開關。
如圖4所示，套筒天線404(這里畫為螺旋形天線)包圍鞭狀天線402。這樣，由于套筒天線404在1.9GHz頻段下是接地的，而套筒天線404又屏蔽了它所包圍的鞭狀天線402的任何部分，所以向鞭狀天線402提供1.9GHz信號的有效饋電點從饋電點410偏離至套筒天線404的頂部。因此與第一實施例相反(該例選擇套筒天線404的物理長度使得其信號長度等于1.9GHz處波長之半)，第二實施例中選擇套筒天線404的物理長度使得鞭狀天線402延伸至套筒天線404頂部以外部分的信號長度等于1.9GHz處波長之半。
如上文就圖1所述，套筒天線404可以采用本技術領域內已知的各種構造。例如它可以是實體的、螺旋形的或編織的。它也可以是剛性或柔軟的，并且還可以嵌入介電材料412(例如塑料)內。顯而易見的是，套筒天線404和鞭狀天線402可以設計成許多不同的構造，只要套筒天線404基本上包圍鞭狀天線402即可。
現參見圖5，它示出了采用本發明雙頻段天線100的便攜式無線電話500。在較佳實施例中，套筒天線104暴露在無線電話500外殼的外部，而鞭狀天線102可以伸至露出位置或縮人無線電話500外殼內的保留位置。在任一頻段工作期間，鞭狀天線102比較好的是延伸至露出位置以使性能最佳。但是，當從800MHz切換至1.9GHz或者相反時，便攜式無線電話500的用戶無需調整雙頻帶天線100。此外，當鞭狀天線102縮人保留位置時，雙頻帶天線100體積縮小并且不易損壞。也可以使整個雙頻帶天線組件100在無線電話500外殼內部伸縮。
以上借助較佳實施例描述了本發明。對于本技術領域內的技術人員來說，在不偏離本發明范圍和精神前提下對本發明所作的各種修改都是顯而易見的。因此本發明由后面所附權利要求進行限定。
權利要求
1．一種雙頻段天線系統，其特征在于包含第一天線元，具有接收第一頻段內第一RF信號的第一饋電點，所述第一天線元發送所述第一RF信號；第二天線元，具有接收第二頻段內第二RF信號的第二饋電點，所述第二天線元基本上包圍所述第一天線元并發送所述第二RF信號。
2．如權利要求1所述的雙頻段天線系統，其特征在于所述第一天線元的信號長度等于所述第一頻段處波長的二分之一，所述第二天線元的信號長度等于所述第二頻段處波長的二分之一。
3．如權利要求2所述的雙頻帶天線系統，其特征在于所述第一天線元為鞭狀天線而所述第二天線元為套筒天線。
4．如權利要求3所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包括與所述第一天線元耦合的開關，用來在所述第一天線元發送所述第一RF信號時將所述第一天線元耦合至所述第二天線元。
5．如權利要求4所述的雙頻段天線，其特征在于所述開關為二極管。
6．如權利要求5所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包含絕緣體，用來使所述第一天線元與所述第二天線元電隔離。
7．如權利要求1所述的雙頻段天線系統，其特征在于進一步包含產生所述第一RF信號的第一收發機；將所述第一收發機與所述第一天線元耦合起來的第一匹配電路，用來使所述第一天線元在所述第一頻段阻抗匹配；產生所述第二RF信號的第二收發機；將所述第二收發機與所述第二天線元耦合起來的第二匹配電路，用來使所述第二天線元在所述第二頻段阻抗匹配。
8．如權利要求7所述的雙頻段天線系統，其特征在于所述第一天線元的信號長度等于所述第一頻段處波長的二分之一，所述第二天線元的信號長度等于所述第二頻段處波長的二分之一。
9．如權利要求8所述的雙頻帶天線系統，其特征在于所述第一天線元為鞭狀天線而所述第二天線元為套筒天線。
10．如權利要求9所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包括與所述第一天線元耦合的開關，用來在所述第一天線元發送所述第一RF信號時將所述第一天線元耦合至所述第二天線元。
11．如權利要求10所述的雙頻段天線，其特征在于所述開關為二極管。
12．如權利要求11所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包含絕緣體，用來使所述第一天線元與所述第二天線元電隔離。
13．一種雙頻段天線系統，其特征在于包含第一天線元，具有接收第一頻段內第一RF信號和第二頻段內第二RF信號的饋電點，所述第一天線元發送所述第一和第二RF信號；基本上包圍所述第一天線元的第二天線元，用來在所述第一天線元發送所述第二RF信號時改變所述第一天線元的信號長度。
14．如權利要求13所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包括第一開關，用來在所述第一天線元發送所述第一RF信號時使所述第一天線元耦合所述第一RF信號，并且在所述第一天線元發送所述第二RF信號時使所述第一天線元耦合所述第二RF信號；第二開關，用來在所述第一天線元發送所述第二RF信號時使所述第二天線元接地。
15．如權利要求14所述的雙頻段天線系統，其特征在于當所述第二天線元不接地時所述第一天線元的信號長度等于所述第一頻段處波長的二分之一，并且當所述第二天線元接地時所述第一天線元的信號長度等于所述第二頻段處波長的二分之一。
16．如權利要求15所述的雙頻帶天線系統，其特征在于所述第一天線元為鞭狀天線而所述第二天線元為套筒天線。
17．如權利要求16所述的雙頻帶天線系統，其特征在于當所述第一天線元發送所述第一RF信號時，所述第二開關使所述第二天線元耦合至所述第一RF信號。
18．如權利要求17所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包含絕緣體，用來使所述第一天線元與所述第二天線元電隔離。
19．如權利要求13所述的雙頻段天線系統，其特征在于進一步包含產生所述第一RF信號的第一收發機；將所述第一收發機與所述第一天線元耦合起來的第一匹配電路，用來使所述第一天線元在所述第一頻段阻抗匹配；產生所述第二RF信號的第二收發機；將所述第二收發機與所述第二天線元耦合起來的第二匹配電路，用來使所述第二天線元在所述第二頻段阻抗匹配。
20．如權利要求19所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包括第一開關，用來在所述第一天線元發送所述第一RF信號時將所述第一天線元耦合至所述第一匹配電路信號，并且在所述第一天線元發送所述第二RF信號時將所述第一天線元耦合至所述第二匹配電路；第二開關，用來在所述第一天線元發送所述第二RF信號時將所述第二天線元接地。
21．如權利要求20所述的雙頻段天線系統，其特征在于當所述第二天線元不接地時所述第一天線元的信號長度等于所述第一頻段處波長的二分之一，并且當所述第二天線元接地時所述第一天線元的信號長度等于所述第二頻段處波長的二分之一。
22．如權利要求21所述的雙頻帶天線系統，其特征在于所述第一天線元為鞭狀天線而所述第二天線元為套筒天線。
23．如權利要求22所述的雙頻帶天線系統，其特征在于當所述第一天線元發送所述第一RF信號時，所述第二開關將所述第二天線元耦合至所述第一匹配電路。
24．如權利要求23所述的雙頻帶天線系統，其特征在于進一步包含絕緣體，用來使所述第一天線元與所述第二天線元電隔離。
全文摘要
為一種新型改進的雙頻段天線系統(100),它包括內部天線單元(102)和其所包圍的外部天線單元(104)。內部天線單元(102)發射和接收第一RF頻段的RF信號,而外部天線單元(104)發射和接收第二RF頻段的RF信號。當工作于第一RF頻段內時內部和外部天線可以選擇耦合在一起以進一步改善雙頻段天線(100)的天線增益模式。在本發明第二實施例中,內部天線單元(102)發射和接收第一和第二RF頻段的RF信號。在第二實施例中,當工作于第二RF頻段內時,外部天線(104)接地,由此改變內部天線單元(102)的信號長度從而在第二RF頻段內引起共振。
文檔編號H01Q9/30GK1217091SQ97194300
公開日1999年5月19日 申請日期1997年4月28日 優先權日1996年4月30日
發明者D·麥爾多納多 申請人:夸爾柯姆股份有限公司