专利名称：用于与卫星的改进通信的无线通信设备天线的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及天线，更具体涉及用于无线通信手机与卫星之间的通信的天线。
背景技术：
本领域已知各种无线通信设备。这样的设备必需使用谐振器、天线或发送和接收信号的其他装置。对于特定天线的设计，将取决于无线通信设备或系统的尺寸和信号约束而变化。
在无线通信设备手机，诸如移动站或移动电话中，尺寸和信号约束特别重要。随着使用这样的移动单元变得越来越普遍，无线通信系统运营商增加了更多的功能给单元来增加其对于用户的市场性和有用性。作为增加功能的范围的一部分，系统运营商现在提供需要无线通信设备与一个或多个卫星之间进行通信的功能。这样的功能的一个例子包括对来自全球定位系统(GPS)卫星的GPS信号的检测，其允许用户或系统运营商追踪电话的地理位置。但是，许多无线通信设备，诸如手持移动电话，其具有的天线接收模式阻止了取决于与卫星通信的功能的可靠性能。
通过提供如下面详细描述所述的用于同卫星通信的无线通信设备天线，特别是同时结合附图进行研究，上面的需求至少部分地得到满足，在附图中图1是现有技术天线系统的平面图；图2是图1的现有技术天线系统的天线模式的表现；图3是根据本发明各种实施例配置的天线系统的平面图；
图4是图3的天线系统的天线模式的表现；图5是根据本发明各种实施例配置的手机的透视剖面图；图6是根据本发明各种实施例配置的手机的透视剖面图；以及图7是根据本发明各种实施例配置的框图。
技术人员将认识到，图中的元件只是为了简单和清楚的目的而示出，不必按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸和/或相对位置可能相对于其他元件有所夸大，以帮助改进对本发明各种实施例的理解。同时，商业中有用或必要的公共但公知的元件通常不被描绘出来，以便利于减小对本发明各种实施例的视图的妨碍。还应该理解，这里使用的术语和表述具有普通含义，符合关于其对应的调查和研究领域的这些术语和表述，除非这里阐述了其另外具有特定含义。
具体实施例方式
一般来说，根据这些各种实施例，无线通信设备包括移动无线通信信号创建和接收电路，其耦合到谐振器，其中谐振器能够辐射电磁能量。谐振器典型地是天线组件，即便某些其他的集总电抗性元件有时耦合到天线组件以产生电磁谐振或者加宽通信带宽(例如匹配电路)。寄生元件以近似正交的安排方式耦合到谐振器，使得谐振器和寄生元件一起谐振以发送和接收无线通信信号。
这样配置，谐振器和寄生元件创建具有增强的上波瓣的天线模式。增强的上波瓣提供改进的覆盖，用于发送信号和接收来自卫星的信号。这样，取决于无线通信设备和卫星之间的接收的系统或单元功能，诸如GPS从属功能，就变得更加可靠。
现在参看附图，特别是在图1中，将描述现有无线通信设备中使用的天线系统100。现有天线系统100包括主天线110，通过天线馈电点120耦合到地平面130。绘制轴x和z以建立参考结构。现有天线系统100是诸如用于移动电话的手机的无线通信设备中使用的基本系统。
图2中示出了现有技术天线系统100的天线模式的表现。该天线模式证明模式的上半球中的空位，如z轴正方向所示，主波瓣横向并且向下指向，如分别沿着x轴和y轴以及z轴负方向所示。尽管这样的模式足够无线通信设备与基于地面的基站进行通信，但对于同基于空间的收发信机或卫星的通信，该模式可能频繁地提供不充足和不可靠的覆盖。
将结合图3描述根据本发明各种实施例的天线系统300。绘制轴x和z以建立参考结构。天线系统300包括移动无线通信信号创建和接收电路310。电路310包括已知结构，使设备接收和/或发送信号。这样的结构可能包括一个或多个处理器、存储设备、软件、或其他支持电路。
电路310通过传输线330，经由馈电点360，耦合到谐振器320。谐振器320能够辐射足以发送和接收无线通信信号的电磁能量。本领域技术人员将认识到，谐振器320可以是单条(single bar)天线的形式，或者可以是能够发送和/或接收无线通信信号的其他结构。例如，这样的谐振器320可能包括螺旋或双螺旋设计、单极子设计、具有可扩展主臂(arm)的设计、或者其他合适的设计。
继续参看图3，寄生元件340耦合到谐振器320，其安排方式近似正交，使得寄生元件340和谐振器320一起谐振以发送和/或接收无线通信信号。如本领域所知，寄生元件340不是由无线通信信号创建和接收电路310主动驱动的，而是被动地耦合到谐振器320和地平面350，以大致减小地平面350内流动的射频(RF)电流。换句话说，寄生元件340可能是辅助谐振器或导电体，其同主谐振器320谐振。谐振器320和寄生元件340之间的正交关系近似于本领域已知的V形偶极子。本领域技术人员将认识到，V形偶极子产生了基本上没有空位(null，即具有较少接收的天线模式的位置)的全向辐射模式。
图4中图示说明了谐振器320与寄生元件340所产生的天线模式的表现。通过增加与谐振器320成近似正交关系的寄生元件340，天线模式的上波瓣中的接收，如z轴正方向所示，得到了显著地改善。当天线系统300处于垂直位置时，谐振器320和寄生元件340的安排所产生的近似V形偶极子通过形成更全向的辐射模式并且帮助消除天线模式的上波瓣中的空位而产生了这样的改善。
继续参看图3，天线系统300包括地平面350，通过天线馈电点360耦合到谐振器320。在优选实施例中，谐振器320包括从地平面350延伸的臂，使得地平面350和谐振器320近似平行。臂可以是从天线馈电点360延伸的天线设计的任何显著部分。优选地，寄生元件340还平行于地平面350。在这样的实施例中，寄生元件340靠近地平面350，而谐振器320从地平面350延伸。进而，在对于谐振器320的天线馈电点360附近，寄生元件340耦合到地平面350。本领域技术人员将认识到，谐振器320和寄生元件340的物理尺寸可以调整，使得它们将一起谐振来以适当频率产生改进的天线模式，用于在给定系统中接收和/或发送无线通信信号。
将结合图5描述可替换实施例。天线系统300放置在无线通信手机500内。手机500可以是用于无线通信设备的任何手机，诸如用于移动电话的手机。这样的手机在本领域中还被称为移动站。优选地，地平面350包括介电衬底板510，其放置在无线通信手机外壳520内。在这样的实施例中，地平面350相对于谐振器320和寄生元件340具有有限尺寸。介电衬底板510优选与无线通信信号创建和接收电路310集成。在这个实施例中，寄生元件340可以印刷在介电衬底板510上，其中介电衬底板510是印刷电路板。
在图6所图示说明的另一可替换实施例中，寄生元件340可以放置在无线通信手机500的外壳520上。在这样的实施例中，寄生元件340可以石刻印刷或者另外地在外壳520上实现。可替换地，寄生元件340可以是独立的元件或者附连到外壳520内部或外部或者包含在外壳520内的导电体。在每一情况中，在馈电点360附近，通过电线或其他导电体600，寄生元件340可以耦合到地平面350。
将结合图7描述各种实施例的使用。包含天线系统300的无线通信设备手机500与卫星700和基站710处于可靠的无线通信中，因为安排了谐振器320和寄生元件340。手机500从卫星接收的信号可以是任意类型的信号，诸如多媒体数据、GPS信号、或者其他信号。例如，GPS卫星典型地以大约1.6GHz的频率发射GPS信号。本领域技术人员可以调谐天线系统300以在1.6GHz发送和/或接收信号，尤其是对于使用GPS信号的功能，包括例如地图程序等。
优选地，天线系统300配置为发送和/或接收以从卫星700接收信号所指定的频率以外的一个或多个频率范围发射的信号。在这样的实施例中，谐振器320和寄生元件340调谐为在发送信号到卫星700和/或接收来自卫星700的信号的频率一起谐振。但是，谐振器320可能进一步用来以诸如用于发送和接收无线通信的其他频率来发送和接收信号，作为基于地面的系统的一部分，其中，无线通信设备手机500与基站710通信。这样的无线通信系统的例子包括全球移动通信系统(GSM)、无线因特网协议语音(VoIP)系统、基于无线传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)的系统、码分多址(CDMA)系统、通用分组无线业务(GPRS)标准系统等。谐振器320可以进一步以额外的用于模拟通信的频率发送和接收信号。本领域技术人员将认识到，对于无线通信创建和接收电路310的不同配置可以处理无线通信设备的多个中心工作频率。
这样配置，无线通信设备可以可靠地发送信号到卫星以及从卫星接收信号。谐振器和寄生元件之间的近似正交的安排为无线通信设备产生了天线模式中改进的上波瓣，提高了与卫星的通信的可靠性。通过这样的改进的通信，无线通信设备功能，诸如GPS能力，对于用户来说将更加易于得到。
本领域技术人员将认识到，关于上面描述的实施例，可以做出很宽范围的各种修改、更改和组合，而不会偏离本发明的精神和范围，并且，这样的修改、更改和组合将被视为在创造性概念的范围之内。
权利要求
1.一种装置，包括-移动无线通信信号创建和接收电路；-谐振器，耦合到移动无线通信信号创建和接收电路，其中所述谐振器能够辐射电磁能量；-寄生元件，以近似正交的安排方式耦合到谐振器，使得所述寄生元件和所述谐振器一起谐振，以发送和接收无线通信信号；-地平面，耦合到谐振器。
2.权利要求1的装置，其中所述谐振器和所述寄生元件包括近似V形偶极子。
3.权利要求1的装置，其中所述的耦合到谐振器的地平面进一步包括介电衬底板，并且，在接近用于谐振器的天线馈电点处，所述地平面耦合到寄生元件。
4.权利要求3的装置，其中所述介电衬底板与移动无线通信信号创建和接收电路集成在一起，并且包含在无线通信手机内。
5.权利要求1的装置，其中所述的耦合到谐振器的地平面进一步包括放置在包围移动无线通信信号创建和接收电路的外壳内的有限尺寸。
6.权利要求1的装置，其中所述耦合到移动无线通信信号创建和接收电路的谐振器进一步包括从地平面延伸并且近似平行于地平面的臂。
7.权利要求6的装置，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.权利要求7的装置，其中所述寄生元件印刷在印刷电路板上。
9.权利要求7的装置，其中所述移动无线通信信号创建和接收电路包含在无线通信手机内，所述寄生元件进一步包括在无线通信手机的外壳上的导电体。
10.权利要求1的装置，其中所述无线通信信号进一步包括从卫星发送的信号。
11.权利要求10的装置，其中所述无线通信信号进一步包括全球定位系统信号。
全文摘要
无线通信设备包括移动无线通信信号创建和接收电路(310)，耦合到谐振器(320)，能够发送和/或接收无线通信信号。寄生元件(340)以近似正交的安排方式耦合到谐振器(320)，使得寄生元件(340)和谐振器(320)一起谐振以发送和/或接收无线通信信号。优选地，寄生元件(340)和谐振器(320)包含在无线通信设备手机(500)的外壳(520)内，以提供与卫星(700)的改进的通信。
文档编号H01Q1/24GK101084603SQ200580043650
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月1日 优先权日2004年12月30日
发明者安东尼奥·法劳内, 乔治·比特-巴比克 申请人:摩托罗拉公司