專利名稱：板式天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及板式天線，尤其是但不僅僅是可用于便攜式無線電話的天線。
人們知道，在許多國家，便攜式無線電話已有了非常大的發展。無線電話設計者要追求的目標之一就是使無線電話機盡可能地小型化，以便使用起來越來越方便。提出小型化問題的部件之一就是無線電話的天線。在絕大多數的無線電話的現有技術中，天線是外部的，因而加大了話機的體積。
與無線電話的設計相關聯的另一個問題在于，在便攜式無線電話網絡中，實際上使用的有兩個頻帶。其中一個頻帶是所謂的GSM頻帶，所對應的頻率為890MHz到960MHz，另一個頻帶是所謂的DCS1800，其頻率為1710MHz到1880MHz。
因此，無線電話最好能夠隨著所使用的網絡的不同而能夠在一個或者另一個頻帶中工作。
相對而言，為無線電話提供能夠處理通常如上所述的兩種不同頻帶的信號的發送和接收的電子線路是比較容易的。相反地，解決雙頻帶天線的問題就要艱難一些。
人們已經提出過一種用在無線電話中的板式天線。這種天線能夠安裝在無線電話自身的內部，從而相當大程度地減小了電話體積。但是，在這種已知的解決方案中，板式天線只能在單頻帶下工作。
因此，存在一種現實的需要，需要具有尤其是可用于便攜式無線電話的、能夠在兩個不同頻帶尤其是上述頻帶下工作的板式天線。
所以，本發明的一個目的就是提供一種板式天線元件或者完整天線，能夠在便攜設備中在兩種不同頻帶下工作。
為了達到所述目的，根據本發明，用于便攜設備的板式內部天線元件的特征在于，它包括
—一個介電材料塊，具有一個下表面、一個上表面和四個側表面，—一個覆蓋上表面的導電片，—一個導電板，覆蓋側表面中的一個，沿其上邊緣與導電片的一個邊緣電連接，并具有若干電連接裝置，后者沿著與第一邊緣相平行的一個第二邊緣延伸，用來將導電板連接到一個接地面，后者沿著介電材料塊的下表面設置；側表面中的另外三個表面沒有金屬層，—若干在介電材料塊的下表面和上表面間穿過介電材料塊的裝置，用來將一天線導體的熱點電連接到導電片，以及—若干構成電容的裝置，用來在天線元件安裝到接地面上時在導電片和接地面之間實現一個電容器，這些裝置設置在介電材料塊的與由導電板所覆蓋的側表面相對的一個側表面附近，通過這些裝置，與裝有導電板的側表面相對的側表面形成一個對應于一個第一頻帶的輻射縫，另外兩個相對的沒有覆蓋金屬的側表面則構成一個第二頻帶的輻射縫。
人們知道，一方面由于對應于短路片的輻射縫的存在，另一方面由于另兩個輻射縫表面的存在，能夠有效地將天線用于兩種不同的頻帶，如同人們所理解的，兩種頻帶分別對應于半波長、四分之一波長和半波長。
人們還知道，由于電容的存在，對于兩種天線在其中工作的頻帶，可以在探頭或者說天線導體與天線本身之間取得良好的協調。
本發明還涉及一種用于便攜設備的板式內部天線，其特征在于它包括一個前述類型的天線元件，一導電板構成接地面，一電源，其熱點連接到導電片，其電源地線連接到形成天線接地面的導電板。
這樣，人們知道，只需在天線元件上添加一個接地面就可以輕易地實現所述完整天線。
按照所述天線的另一種實施例，屬于天線元件的一部分的導電片及覆蓋住介電材料塊的一個側表面的導電板，以及構成接地面的導電板，均由彎折并固定在介電材料塊上的同一金屬片構成。
按照該實施例的一種最佳實施方式，金屬片的構成接地面的部分包括一個第一孔，該孔由一個電連接環所環繞，后者突出于金屬片之外，構成對金屬片的延伸；同時，所述熱點由一個導體元件構成，該導體元件穿過介電材料塊，其第一端與導電片電連接，其第二端突出于介電材料塊在電連接環內部的表面。
可以知道，按照所述實施方式，所述電連接環和導體元件的第二端形成天線的連接裝置，直接適合于與設置在裝有此種天線的便攜設備的印刷電路上的連接座相配合。
在許多情況下，裝有內部板式天線的便攜設備應當能夠使用外部天線進行工作，例如使用汽車天線。那么，內部天線就應當能夠與便攜設備的天線電路斷開，而使外部天線連接到該設備的天線電路上。
為了解決此問題，按照一種能夠與前述實施方式并合使用的實施方式，所述天線的特征在于，金屬片的構成導電片的部分包括一個與第一孔相對的第二孔，其特征還在于導體元件的第一端突出于介電材料塊的上表面之外，介電材料塊具有一個環繞導體元件的孔腔，且金屬片包括一個可彈性變形的第二延伸部，該延伸部環繞第二孔，其自由端伸到孔腔內，并彈性作用于導體元件。
可以理解，可彈性變形的第二延伸部構成一個電開關機構。在平時，也就是設備用內部天線工作時，導體元件通過開關元件與構成板式天線的輻射板的導電片電連接。相反地，當接通外部天線的接頭時，該接頭就將導體元件的構成開關的第二延伸部分開，從而將內部天線斷開。
本發明還涉及將前述類型的便攜設備板式內部天線應用于便攜式無線電話，其特征在于，構成接地面的導電板由無線電話電路的接地板構成。
另外，導電板最好夾在無線電話印刷電路和天線元件之間，這樣，導電板就構成一個天線的反射面，從而形成一定的方向性，以保護使用者不受電磁輻射的侵害。
通過下文對本發明的幾個非限制性實施例的說明，本發明的其它特征和優點將更加明晰。說明參照附圖進行，附圖中
圖1是一個立體圖，示出所述板式天線的實現原理；圖2是所述天線的電容的第一種實施方式的細部圖；圖2a示出了所述電容的另一種實施方式；圖3是一個立體圖，示出了天線元件在接地面上的一種安裝模式；圖4是裝有一個天線連接器的板式天線的垂直剖面簡圖；圖5是裝有一個天線連接器和一個外部天線開關的板式天線的垂直剖面簡圖；圖6a和圖6b示出圖5中的天線的一種最佳實施方式；圖7簡要示出了天線在無線電話中的安裝。
首先參看圖1，下面對本發明的板式天線的總體結構加以說明。如圖1所示，所述天線包括一個介電材料塊10，具有一個上表面12、一個下表面14和四個分別兩兩平行的側表面16和18、20和22。在示于圖1的實施例中，上表面12和下表面14形成一個二面角α，該二面角在0到45°之間，最好為0到25°。介電材料塊10的上表面12覆蓋了一層導電金屬24，后者形成一個導電片，下表面14也置放在一個導電板26上，后者構成接地面。側表面18也覆蓋有一個金屬層28，后者與接地面26和導電片24電連接，從而形成一個短路片。相反地，側表面20、22和16沒有金屬層。天線還具有一個探頭30或者說電源導體，具有一個與導電片24相連的熱點32和一個與接地面26相連的地線。在所述實施例中，電源導體為同軸導體形式，但也有可能是其它的實現方式。最好，天線的電源30鄰近有短路片28的邊緣18及側表面22設置。天線還具有一個電容，后者在圖中以標號34表示，它與接地面26和導電片24電連接。最好，該電容34設置在鄰近側表面20和側表面16處。換句話說，可以說電容34位于天線電源30的斜對角。
如此構造的板式天線可以在分別由側表面20和22以及與短路片28相對的側表面構成的輻射縫所確定的兩種頻帶下工作。側表面20和22的長度為L，與短路片相對的側表面16的長度為L’，則輻射縫16對應于其四分之一波長基本為L的頻帶，輻射縫20和22則可在其半波長基本為L’的頻帶下工作。
還要補充的是，為了對剛剛所述的天線進行調諧以在兩個頻帶下工作，需要裝備實現調諧的電容34。
最好，組成介電材料塊10的介電材料的相對介電常數εr＝6，損耗角的正切為10-4。陶瓷就是一種可用的材料。
在兩個頻帶就是前文所述的兩個頻帶即GSM和DCS1800頻帶的情況下，長度L和L’可以等于3厘米。輻射縫16的高度h為5毫米，短路片的高度h’為2毫米。
另外，導電片24和短路片18，既可以由固定在介電材料塊10的相應表面上的導電板實現，也可以由在這些表面上實現的金屬層實現。接地面26由一導電板構成。
這樣就實現了一個由介電材料塊及其金屬層24和28以及其電容34構成的天線元件，電容34形成一個自主元件。只需將該天線元件固定到一個底座板上即可構成一個板式天線。
下面參照圖2對電容34的一種最佳實施例加以說明。該電容由導電片24的一個延伸部36構成，該延伸部具有一個彎折部38，后者平行于介電材料塊的表面20。該折回端38與表面20之間有距離，在接地面26的上方，在其末端處為向介電材料塊10的側表面彎折的部分39。
人們知道，電容的這種實施方式非常有利，因為這樣的話不需要任何特殊的元件。但是，不言而喻，電容34也可以由電連接到導電片24和接地面26的普通電容構成。
圖2a示出了電容34的另一種實施方式，在此情況下該電容是可調的。該電容由一段包括軸心導體37和圓柱形導體39的同軸電纜35構成。圓柱形導體39電連接到導電片24，而軸心導體37的端部則通過一個導線41連接到接地面26。通過逐漸地削減電纜35的長度，可以精確地調適電容34的值。
當天線安裝到無線電話中時，可以將無線電話電子線路的接地板用作天線的接地面。在此情況下，連接示于圖3中的固定在一接地導電板52上的天線元件50即構成嚴格意義上的天線。在此情況下，天線元件50包括前已說明的介電材料塊10、導電片24及短路片28。為了在將天線元件50安裝到導電板52上時保證電連續性，可以在短路片28的下緣28a上設置一個可壓縮的導電墊片54，后者在將天線元件固定到導電板52上時可確保電接觸。
圖7簡要示出了一天線在一無線電話60中的安裝。在該圖中，簡要地示出了具有送話器64和受話器66的機殼62。圖中還示出了該無線電話的鍵板68及顯示屏69。在機殼62的內部，示出了無線電話電子線路72的接地板70，以及電池74。在該接地板70上，裝有示于圖3中的天線元件50。
可以理解，天線元件的設置是非常有用的，因為這種天線元件體積較小，可以將無線電話電子線路的接地板用作天線的接地面，而且，具有接地面70的天線50可以相對于導電板70如此設置，使得導電板70構成天線的一個反射面，從而使得由天線發出的電磁輻射具有方向性而保護天線的使用者不身受其害。
下面參看圖4，對天線的第一種實施方式加以說明，其中，天線裝有其自己的天線連接器。天線80具有與示于圖1到圖3的介電材料塊相同性質的一個介電材料塊81、一個上輻射片82、一個接地面84和一個將輻射片82和接地板84連接起來的短路片86。與前文所述的一樣，短路片86只占據介電材料塊81的四個側表面之一。另外，天線還具有一個與前述相同的但在圖中未示出的電容34。在本實施例中，輻射片82、接地板84及短路片86由同一個導電片88構成，后者被彎折并固定在介電材料塊81的相應表面上。導電片的構成接地板84的部分被加工出一個孔90及一個構成電連接環92的延伸部。另外，天線軸心導體94由一個金屬棒構成，其第一端94a與輻射片82電連接，其第二端94b突出于介電材料塊81的下表面，伸入由電連接環92限定的空間內部。在該圖中，還示出了裝有天線80的便攜設備的印刷電路96。在該圖中，示出了連接內部天線80和便攜設備的電路的連接座98。可以理解，為了安裝并連接天線，只需將該連接座98卡到電連接環92內即可，這樣就可確保天線和印刷電路96間的連接。
延伸部92可以由金屬片的一部分變形而成，或者由一個環繞孔96焊接到金屬片88上的一個補片構成。
下面結合圖5和圖6對天線的第二種實施方式進行描述。在該實施例中，不僅有內部天線連接器，而且有外部天線連接開關。
圖5簡要示出了該種天線的原理。圖中，仍有介電材料塊81及構成上輻射片82、短路片86和接地面84的金屬片88。該實施例中仍然有構成內部天線連接器的電連接環92及等同于金屬棒94的金屬棒94’，其端部94’b伸入電連接環92的內部。在本實施例中，最好，有一個孔腔100環繞金屬棒94’的一部分，后者以其第二端94’a突出于介電材料塊81的上表面外。在上輻射片82上加工形成一個金屬棒的端部94’a伸入其中的第二孔102以及若干彎折的彈簧片104，后者的自由端104a壓在金屬棒94’上。另外，在輻射片82上固定一個第二導電環106，突出于該輻射片外，形成外部天線108的電連接環。如圖5所示，金屬棒94’的端部94’a伸入到第二連接環106的內部。
當便攜設備需要用內部天線工作時，這種情況對應于圖5所示的情形。此時，導電簧片104壓在金屬棒94’上，因此后者的端部94’a就連接到輻射片82。這樣，就建立起了與圖4所示相同的電路連接。相反地，當將外部天線108的接頭插入時，該外部天線的絕緣部分110就將導電簧片104分開，從而切斷了輻射片82和金屬棒94’之間的電連接。此時，天線接地面仍然通過連接環106和92連接到印刷電路接地面，天線108的軸心導體則與金屬棒94’相連。
可以看出，導電彈簧片104構成一個電開關，在平時，允許便攜設備利用內部天線80’工作，而當插入外部天線的接頭時，則可以實現該外部天線與便攜設備電路96之間的連接。
為了進一步改善天線的工作性能，尤其是當外部天線連接到板式天線上時的工作性能，最好使孔腔100從一側到另一側貫穿介電材料塊，以便當裝上天線108的接頭時，該天線的外層導體可與連接座98的外層導體電連接。這樣，環繞軸心導體94的圓柱形導體就消除或者相當大程度地減少了板式天線被正在工作的外部天線所激勵的危險。
事實上，這樣的連接的目的是減少外部天線上的有效能量。
下面結合圖6a和圖6b，對簡要示于圖5中的天線的一種最佳實施例進行更為詳細的說明。
在該實施例中，介電材料塊81具有一個在輻射片82和接地面84之間貫穿該介電材料塊的孔腔100’。接地面84具有一個環形的延伸部92，后者構成固定在印刷電路96上的連接座98的外連接環。連接座98由一個軸心導體110和一個外層導體112構成，軸心導體穿過孔腔100’，伸出輻射片82之外。
與孔腔100’垂直的輻射片82具有一個總體上為截錐形的可彈性變形的延伸部114。在平時，也就是當未連接外部天線時，該延伸部114的自由邊緣116與軸心導體110的端部110a電接觸。這樣，就在天線輻射片82和印刷電路96之間建立起了電連接。
當需要將外部天線借由其天線接頭120連接起來時，將接頭插入孔腔100’。其中心導體122于是連接到軸心導體110。其外層導體124令延伸部114變形，后者于是與天線接頭120的外層導體124電連接。另外，天線接頭120的外層導體124的端部124a與連接座98的外層導體112的端部112a也電接觸。這樣，就實現了一個穿過介電材料塊81、環繞軸心導體110和122的一個導電圓柱面。這樣，當用外部天線工作時，就不會存在由輻射片82和接地面84形成的與內部天線的連接。
權利要求
1.一種用于便攜設備的板式內部天線元件，其特征在于，它包括—一個介電材料塊，具有一個下表面、一個上表面和四個側表面，—一個覆蓋所述上表面的導電片，—一個導電板，覆蓋所述側表面中的一個，沿其上邊緣與所述導電片的一個邊緣電連接，并具有若干電連接裝置，后者沿著與所述第一邊緣相平行的一個第二邊緣延伸，用來將所述導電板連接到一個接地面，后者用來沿著所述介電材料塊的下表面設置；所述側表面中的另外三個表面沒有金屬層，—若干在所述介電材料塊的下表面和上表面間穿過所述介電材料塊的裝置，用來將一天線導體的熱點電連接到所述導電片，一若干構成電容的裝置，用來在所述天線元件安裝到所述接地面上時在所述導電片和所述接地面之間實現一個電容器，這些裝置設置在所述介電材料塊的與由所述導電板所覆蓋的側表面相對的一個側表面附近，通過這些裝置，與所述裝有所述導電板的側表面相對的側表面形成一個對應于一個第一頻帶的輻射縫，另外兩個相對的沒有覆蓋金屬的側表面則構成一個第二頻帶的輻射縫。
2.如權利要求1所述的天線元件，其特征在于，所述介電材料塊的所述上表面和下表面形成一個在0到45°之間的二面角，由所述導電板覆蓋的所述側表面的高度至多等于與其相對的側表面的高度。
3.如權利要求2所述的天線元件，其特征在于，所述二面角在0到25°之間。
4.如權利要求1或3所述的天線元件，其特征在于，所述介電材料塊在垂直于所述導電板的方向上的長度基本等于所述第一種頻帶的波長的四分之一，所述介電材料塊的長度基本為所述第二種頻帶的波長的一半。
5.如權利要求1或4所述的天線元件，其特征在于，所述形成電容的裝置以及所述到電源的連接裝置設置在所述介電材料塊的不相鄰的兩角附近。
6.如權利要求1或5所述的天線元件，其特征在于，所述構成電容的裝置包括所述導電片的一個延伸部，該延伸部形成一個平行于所述介電材料塊的某個側表面的的平面，其長度小于與所述側表面相對的所述部分的長度。
7.如權利要求1到5之一所述的天線元件，其特征在于，所述形成電容的裝置包括一個同軸電纜元件，其導體元件電連接到所述導電片，并可連接到所述接地面。
8.如權利要求1到7之一所述的天線元件，其特征在于，所述導電片和所述導電板由所述介電材料塊各表面上的金屬層構成。
9.如權利要求1到8之一所述的天線元件，其特征在于，所述導電板的電連接裝置包括一個可壓縮的導電材料條。
10.用于便攜設備的板式內部天線，其特征在于，它包括—如權利要求1到7之一所述的天線元件；—一個構成所述接地面的導電板；—一個電源，其熱點連接到所述導電片，其電源地線連接到形成所述天線接地面的導電板。
11.如權利要求10所述的天線，其特征在于，屬于所述天線元件的一部分的所述導電片及覆蓋住所述介電材料塊的一個側表面的所述導電板，以及構成所述接地面的所述導電板，均由彎折并固定在所述介電材料塊上的同一金屬片構成。
12.如權利要求11所述的天線，其特征在于，所述金屬片的構成所述接地面的部分包括一個第一孔，該孔由一個電連接環所環繞，后者突出于所述金屬片之外，構成對所述金屬片的延伸，同時，所述熱點由一個導體元件構成，該導體元件穿過所述介電材料塊，其第一端與所述導電片電連接，其第二端突出于所述介電材料塊在所述電連接環內部的表面。
13.如權利要求12所述的天線，其特征在于，所述金屬片的構成所述導電片的部分包括一個與所述第一孔相對的第二孔，所述導體元件的所述第一端突出于所述介電材料塊的上表面之外，所述介電材料塊具有一個環繞所述導體元件的孔腔，且所述金屬片具有一個可彈性變形的第二延伸部，該延伸部環繞所述第二孔，其自由端伸到所述孔腔內，并彈性作用于所述導體元件。
14.如權利要求13所述的天線，其特征在于，所述孔腔從一側到另一側貫穿所述介電材料塊，所述孔腔適于接納外部天線的接頭。
15.如權利要求14所述的天線，其特征在于，所述導體元件是在其上嚙合所述彈性連接環的連接座的組成部分。
16.如權利要求10所述的用于便攜設備的板式內部天線在便攜式無線電話中的應用，其特征在于，構成所述接地面的導電板由無線電話電路的接地板構成。
17.如權利要求10所述的用于便攜設備的板式內部天線的應用，其特征在于，所述天線的接地板設置在所述無線電話中，以構成所述天線的一個反射面，從而使所述天線具有方向性，以保護使用者不受電磁輻射的侵害。
全文摘要
本發明涉及一種用于便攜設備的板式內部天線元件,包括:一個介電材料塊(10);一個覆蓋介電材料塊的上表面的導電片(24);一個導電板(28),覆蓋介電材料塊的一個側表面(18),沿其上邊緣與所述導電片電連接,并具有若干電連接裝置,用來將導電板連接到一個接地面(26),后者沿著介電材料塊的下表面(14)設置,所述介電材料塊的另外三個側表面沒有金屬層;貫穿介電材料塊的裝置(30,32),用來將一天線熱點導體電連接到所述導電片;以及構成電容(34)的裝置,用來在天線元件安裝到所述接地面上時在導電片和接地面之間實現一個電容器,所述裝置設置在介電材料塊的與由導電板所覆蓋的側表面相對的側表面(16)附近。
文檔編號H01Q1/24GK1266542SQ99800670
公開日2000年9月13日 申請日期1999年5月4日 優先權日1998年5月5日
發明者弗雷德里克·迪克西穆斯, 丹尼爾·萊克勒科, 羅朗·文森特 申請人:安費諾索卡佩克斯股份有限公司