專利名稱：用于與衛星的改進通信的無線通信設備天線的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及天線，更具體涉及用于無線通信手機與衛星之間的通信的天線。
背景技術：
本領域已知各種無線通信設備。這樣的設備必需使用諧振器、天線或發送和接收信號的其他裝置。對于特定天線的設計，將取決于無線通信設備或系統的尺寸和信號約束而變化。
在無線通信設備手機，諸如移動站或移動電話中，尺寸和信號約束特別重要。隨著使用這樣的移動單元變得越來越普遍，無線通信系統運營商增加了更多的功能給單元來增加其對于用戶的市場性和有用性。作為增加功能的范圍的一部分，系統運營商現在提供需要無線通信設備與一個或多個衛星之間進行通信的功能。這樣的功能的一個例子包括對來自全球定位系統(GPS)衛星的GPS信號的檢測，其允許用戶或系統運營商追蹤電話的地理位置。但是，許多無線通信設備，諸如手持移動電話，其具有的天線接收模式阻止了取決于與衛星通信的功能的可靠性能。
通過提供如下面詳細描述所述的用于同衛星通信的無線通信設備天線，特別是同時結合附圖進行研究，上面的需求至少部分地得到滿足，在附圖中圖1是現有技術天線系統的平面圖；圖2是圖1的現有技術天線系統的天線模式的表現；圖3是根據本發明各種實施例配置的天線系統的平面圖；
圖4是圖3的天線系統的天線模式的表現；圖5是根據本發明各種實施例配置的手機的透視剖面圖；圖6是根據本發明各種實施例配置的手機的透視剖面圖；以及圖7是根據本發明各種實施例配置的框圖。
技術人員將認識到，圖中的元件只是為了簡單和清楚的目的而示出，不必按比例繪制。例如，圖中某些元件的尺寸和/或相對位置可能相對于其他元件有所夸大，以幫助改進對本發明各種實施例的理解。同時，商業中有用或必要的公共但公知的元件通常不被描繪出來，以便利于減小對本發明各種實施例的視圖的妨礙。還應該理解，這里使用的術語和表述具有普通含義，符合關于其對應的調查和研究領域的這些術語和表述，除非這里闡述了其另外具有特定含義。
具體實施例方式
一般來說，根據這些各種實施例，無線通信設備包括移動無線通信信號創建和接收電路，其耦合到諧振器，其中諧振器能夠輻射電磁能量。諧振器典型地是天線組件，即便某些其他的集總電抗性元件有時耦合到天線組件以產生電磁諧振或者加寬通信帶寬(例如匹配電路)。寄生元件以近似正交的安排方式耦合到諧振器，使得諧振器和寄生元件一起諧振以發送和接收無線通信信號。
這樣配置，諧振器和寄生元件創建具有增強的上波瓣的天線模式。增強的上波瓣提供改進的覆蓋，用于發送信號和接收來自衛星的信號。這樣，取決于無線通信設備和衛星之間的接收的系統或單元功能，諸如GPS從屬功能，就變得更加可靠。
現在參看附圖，特別是在圖1中，將描述現有無線通信設備中使用的天線系統100。現有天線系統100包括主天線110，通過天線饋電點120耦合到地平面130。繪制軸x和z以建立參考結構。現有天線系統100是諸如用于移動電話的手機的無線通信設備中使用的基本系統。
圖2中示出了現有技術天線系統100的天線模式的表現。該天線模式證明模式的上半球中的空位，如z軸正方向所示，主波瓣橫向并且向下指向，如分別沿著x軸和y軸以及z軸負方向所示。盡管這樣的模式足夠無線通信設備與基于地面的基站進行通信，但對于同基于空間的收發信機或衛星的通信，該模式可能頻繁地提供不充足和不可靠的覆蓋。
將結合圖3描述根據本發明各種實施例的天線系統300。繪制軸x和z以建立參考結構。天線系統300包括移動無線通信信號創建和接收電路310。電路310包括已知結構，使設備接收和/或發送信號。這樣的結構可能包括一個或多個處理器、存儲設備、軟件、或其他支持電路。
電路310通過傳輸線330，經由饋電點360，耦合到諧振器320。諧振器320能夠輻射足以發送和接收無線通信信號的電磁能量。本領域技術人員將認識到，諧振器320可以是單條(single bar)天線的形式，或者可以是能夠發送和/或接收無線通信信號的其他結構。例如，這樣的諧振器320可能包括螺旋或雙螺旋設計、單極子設計、具有可擴展主臂(arm)的設計、或者其他合適的設計。
繼續參看圖3，寄生元件340耦合到諧振器320，其安排方式近似正交，使得寄生元件340和諧振器320一起諧振以發送和/或接收無線通信信號。如本領域所知，寄生元件340不是由無線通信信號創建和接收電路310主動驅動的，而是被動地耦合到諧振器320和地平面350，以大致減小地平面350內流動的射頻(RF)電流。換句話說，寄生元件340可能是輔助諧振器或導電體，其同主諧振器320諧振。諧振器320和寄生元件340之間的正交關系近似于本領域已知的V形偶極子。本領域技術人員將認識到，V形偶極子產生了基本上沒有空位(null，即具有較少接收的天線模式的位置)的全向輻射模式。
圖4中圖示說明了諧振器320與寄生元件340所產生的天線模式的表現。通過增加與諧振器320成近似正交關系的寄生元件340，天線模式的上波瓣中的接收，如z軸正方向所示，得到了顯著地改善。當天線系統300處于垂直位置時，諧振器320和寄生元件340的安排所產生的近似V形偶極子通過形成更全向的輻射模式并且幫助消除天線模式的上波瓣中的空位而產生了這樣的改善。
繼續參看圖3，天線系統300包括地平面350，通過天線饋電點360耦合到諧振器320。在優選實施例中，諧振器320包括從地平面350延伸的臂，使得地平面350和諧振器320近似平行。臂可以是從天線饋電點360延伸的天線設計的任何顯著部分。優選地，寄生元件340還平行于地平面350。在這樣的實施例中，寄生元件340靠近地平面350，而諧振器320從地平面350延伸。進而，在對于諧振器320的天線饋電點360附近，寄生元件340耦合到地平面350。本領域技術人員將認識到，諧振器320和寄生元件340的物理尺寸可以調整，使得它們將一起諧振來以適當頻率產生改進的天線模式，用于在給定系統中接收和/或發送無線通信信號。
將結合圖5描述可替換實施例。天線系統300放置在無線通信手機500內。手機500可以是用于無線通信設備的任何手機，諸如用于移動電話的手機。這樣的手機在本領域中還被稱為移動站。優選地，地平面350包括介電襯底板510，其放置在無線通信手機外殼520內。在這樣的實施例中，地平面350相對于諧振器320和寄生元件340具有有限尺寸。介電襯底板510優選與無線通信信號創建和接收電路310集成。在這個實施例中，寄生元件340可以印刷在介電襯底板510上，其中介電襯底板510是印刷電路板。
在圖6所圖示說明的另一可替換實施例中，寄生元件340可以放置在無線通信手機500的外殼520上。在這樣的實施例中，寄生元件340可以石刻印刷或者另外地在外殼520上實現。可替換地，寄生元件340可以是獨立的元件或者附連到外殼520內部或外部或者包含在外殼520內的導電體。在每一情況中，在饋電點360附近，通過電線或其他導電體600，寄生元件340可以耦合到地平面350。
將結合圖7描述各種實施例的使用。包含天線系統300的無線通信設備手機500與衛星700和基站710處于可靠的無線通信中，因為安排了諧振器320和寄生元件340。手機500從衛星接收的信號可以是任意類型的信號，諸如多媒體數據、GPS信號、或者其他信號。例如，GPS衛星典型地以大約1.6GHz的頻率發射GPS信號。本領域技術人員可以調諧天線系統300以在1.6GHz發送和/或接收信號，尤其是對于使用GPS信號的功能，包括例如地圖程序等。
優選地，天線系統300配置為發送和/或接收以從衛星700接收信號所指定的頻率以外的一個或多個頻率范圍發射的信號。在這樣的實施例中，諧振器320和寄生元件340調諧為在發送信號到衛星700和/或接收來自衛星700的信號的頻率一起諧振。但是，諧振器320可能進一步用來以諸如用于發送和接收無線通信的其他頻率來發送和接收信號，作為基于地面的系統的一部分，其中，無線通信設備手機500與基站710通信。這樣的無線通信系統的例子包括全球移動通信系統(GSM)、無線因特網協議語音(VoIP)系統、基于無線傳輸控制協議/因特網協議(TCP/IP)的系統、碼分多址(CDMA)系統、通用分組無線業務(GPRS)標準系統等。諧振器320可以進一步以額外的用于模擬通信的頻率發送和接收信號。本領域技術人員將認識到，對于無線通信創建和接收電路310的不同配置可以處理無線通信設備的多個中心工作頻率。
這樣配置，無線通信設備可以可靠地發送信號到衛星以及從衛星接收信號。諧振器和寄生元件之間的近似正交的安排為無線通信設備產生了天線模式中改進的上波瓣，提高了與衛星的通信的可靠性。通過這樣的改進的通信，無線通信設備功能，諸如GPS能力，對于用戶來說將更加易于得到。
本領域技術人員將認識到，關于上面描述的實施例，可以做出很寬范圍的各種修改、更改和組合，而不會偏離本發明的精神和范圍，并且，這樣的修改、更改和組合將被視為在創造性概念的范圍之內。
權利要求
1.一種裝置，包括-移動無線通信信號創建和接收電路；-諧振器，耦合到移動無線通信信號創建和接收電路，其中所述諧振器能夠輻射電磁能量；-寄生元件，以近似正交的安排方式耦合到諧振器，使得所述寄生元件和所述諧振器一起諧振，以發送和接收無線通信信號；-地平面，耦合到諧振器。
2.權利要求1的裝置，其中所述諧振器和所述寄生元件包括近似V形偶極子。
3.權利要求1的裝置，其中所述的耦合到諧振器的地平面進一步包括介電襯底板，并且，在接近用于諧振器的天線饋電點處，所述地平面耦合到寄生元件。
4.權利要求3的裝置，其中所述介電襯底板與移動無線通信信號創建和接收電路集成在一起，并且包含在無線通信手機內。
5.權利要求1的裝置，其中所述的耦合到諧振器的地平面進一步包括放置在包圍移動無線通信信號創建和接收電路的外殼內的有限尺寸。
6.權利要求1的裝置，其中所述耦合到移動無線通信信號創建和接收電路的諧振器進一步包括從地平面延伸并且近似平行于地平面的臂。
7.權利要求6的裝置，其中所述寄生元件近似靠近且近似平行于所述地平面而延伸。
8.權利要求7的裝置，其中所述寄生元件印刷在印刷電路板上。
9.權利要求7的裝置，其中所述移動無線通信信號創建和接收電路包含在無線通信手機內，所述寄生元件進一步包括在無線通信手機的外殼上的導電體。
10.權利要求1的裝置，其中所述無線通信信號進一步包括從衛星發送的信號。
11.權利要求10的裝置，其中所述無線通信信號進一步包括全球定位系統信號。
全文摘要
無線通信設備包括移動無線通信信號創建和接收電路(310)，耦合到諧振器(320)，能夠發送和/或接收無線通信信號。寄生元件(340)以近似正交的安排方式耦合到諧振器(320)，使得寄生元件(340)和諧振器(320)一起諧振以發送和/或接收無線通信信號。優選地，寄生元件(340)和諧振器(320)包含在無線通信設備手機(500)的外殼(520)內，以提供與衛星(700)的改進的通信。
文檔編號H01Q1/24GK101084603SQ200580043650
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月1日 優先權日2004年12月30日
發明者安東尼奧·法勞內, 喬治·比特-巴比克 申請人:摩托羅拉公司