CN1135656C - 抑制电特性波动且未限制螺旋线圈尺寸的双谐振螺旋天线 - Google Patents

Abstract

一种双谐振螺旋天线，其具有一个用导电材料制成并且在一个轴向上延伸的单个螺旋线圈(3)。一个环形导体部分(5)以同轴的方式布置在螺旋线圈周围，它与螺旋线圈隔开并且相互绝缘。环形导体部分在一个轴向上位于螺旋线圈的中部。

Description

抑制电特性波动且未限制 螺旋线圈尺寸的双谐振螺旋天线

技术领域

本发明总体涉及到一种安装在移动通信的移动终端设备上的螺旋天线，特别是一种双谐振式螺旋天线。

背景技术

此类双谐振螺旋天线包括一个具有用作馈电部分(feeding portion)的螺纹部分的导电支架，用导电材料制成并且彼此具有不同的孔径尺寸或是内径的一对螺旋线圈，以及用绝缘材料制成并且彼此具有不同内径的一对不导电的导杆。螺旋线圈分别具有比较小和比较大的内径，也将其称为小螺旋线圈和大螺旋线圈。同样，将内径较小和较大的不导电导杆分别称为小导杆和大导杆。通过不导电的导杆分别将螺旋线圈连接到导电支架上，并且将其按同轴的方式布置。不导电的导杆被用来防止螺旋线圈的变形和不稳定性。最后用一个不导电的盖子盖住螺旋线圈和不导电的导杆所构成的组合体。

在如此构成的双谐振螺旋天线中，大螺旋线圈被安装在圆筒形大导杆的外周表面上。在大导杆内周表面的内侧布置有棒形的小导杆，将小螺旋线圈安装在它的外周表面上。两个螺旋线圈的电路长度是不同的。作为外层螺旋线圈的大螺旋线圈载有低谐振频率或是称为第一谐振频率，而作为内层螺旋线圈的小螺旋线圈载有高谐振频率或是称为第二谐振频率。

具有上述结构的双谐振螺旋线圈由于其结构而受到了多方面的限制。

首先，为了利用双螺旋线圈其高度比直线导体低的这一特点，内螺旋线圈需要具有比较大的内径。这样就会不可避免地增大外螺旋线圈的内径。

其次，双螺旋线圈是并联连接的并且按同轴的方式布置。这样就阻碍了天线整体尺寸的缩小，因为螺旋线圈的尺寸(特别是内螺旋线圈的尺寸)受到了上述结构的限制。

第三，由于双螺旋线圈是彼此重叠的，螺旋线圈的电气特性会彼此造成干扰。由此获得的电气特性与某一个螺旋线圈所获得的特性是不同的。如果一个螺旋线圈的参数发生了变化，第一和第二谐振频率都会发生变化。因此，为了将这些频率调谐到所需的频带上，就需要同时调节两个螺旋线圈的参数。这就意味着两个螺旋线圈的形状变化会对电气特性造成双重的影响。因此，必须尽可能减少这种形状的变化。

然而，现有技术的双谐振螺旋天线的基本结构就是以相互重叠的同轴方式来布置螺旋线圈。因此，螺旋线圈的尺寸会受到限制，仅仅允许有很小的自由度。另外，天线整体尺寸的缩小受到了限制。而且，螺旋线圈会彼此干扰，因此，改变线圈的形状会造成电气特性的大范围波动。因此，双谐振螺旋天线在结构上有许多缺点。

发明内容

本发明在技术上的目的是提供一种双谐振螺旋天线，它可以缩小天线的整体尺寸，又不会限制螺旋线圈的尺寸，并且能够抑制电气特性的波动。

从以下的说明中还可以看出本发明的其它目的。

按照本发明所提供的双谐振螺旋天线包括用导电材料制成并且在一个轴向上延伸的单个螺旋线圈和一个以同轴的方式布置在螺旋线圈周围的环形导体部分，该环形导体部分与螺旋线圈隔开并且相互绝缘，环形导体部分在一个轴向上位于螺旋线圈的中部。

螺旋线圈和导体部分相互隔开的距离x应该满足0＜x＜0.1λ，λ代表谐振频率的波长，它是随着距离而变化的。

这种双谐振螺旋天线进一步包括一个导电支架，支架上具有一个用作馈电部分的螺纹部分，以及牢固连接在支架上并且围绕着与其隔开且绝缘的螺旋线圈的一个由绝缘材料制成的圆筒形导杆，导体部分是通过在导杆的外周表面上的局部区域内电镀或是蒸汽淀积一种导电材料而形成的。

这种双谐振螺旋天线可以进一步包括一个导电支架，支架上具有一个用作馈电部分的螺纹部分，一个牢固连接在支架上且被连接到安装于导杆外周表面上的一个螺旋线圈处的由绝缘材料制成的棒形导杆，以及一个不导电的盖子，该盖子牢固连接在支架上并且覆盖着支架的一个端部和其上安装有螺旋线圈的整个导杆，将导体部分制成一个牢固连接在盖子内壁上的弹簧部件。

附图说明

图1A和1B分别是现有技术的一种双谐振螺旋天线的分解透视图和一个局部截面图；

图2A和2B是按照本发明第一实施例的双谐振螺旋天线的一个分解透视图和一个局部截面图；

图3的曲线被用来表示在图2A和2B的双谐振螺旋天线中测量的VSWR(电压/驻波比)与频率特性之关系的测量结果；

图4A，4B和4C的曲线表示在导体部分的各个位置上相对于具有不同结构的图2A和2B所示双谐振螺旋天线的频率特性测得的增益损失；以及

图5A和5B是按照本发明第二实施例的双谐振螺旋天线的一个分解透视图和一个局部截面图。

具体实施方式

为了有助于理解本发明，首先要对现有技术的双谐振螺旋天线加以解释。

参见图1A和1B，现有技术的双谐振螺旋天线包括连接到移动终端设备(未示出)上并且具有作为馈电部分的螺纹部分的一个导电支架7，用导电材料制成并且彼此具有不同内径的一对螺旋线圈11和12，以及用绝缘材料制成并且彼此具有不同内径的一对不导电的导杆8和9。螺旋线圈11和12分别具有比较小和比较大的内径，也将其称为小螺旋线圈和大螺旋线圈。同样，将内径较小和较大的不导电导杆8和9分别称为小导杆8和大导杆9。通过不导电的导杆8和9分别将螺旋线圈11和12连接到导电支架7上，并且将其按同轴的方式布置。不导电的导杆8和9被用来防止螺旋线圈11和12的变形和不稳定性。最后用一个不导电的盖子10盖住螺旋线圈11和12以及不导电的导杆8和9所构成的组合体。

具体地说，在这样装配成的双谐振螺旋天线中，大螺旋线圈12被安装在圆筒形大导杆9的外周表面上。在大导杆9内周表面的内侧布置有棒形的小导杆8，将小螺旋线圈11安装在该小导杆的外周表面上。

两个螺旋线圈11和12的电路长度是不同的。作为外层螺旋线圈的大螺旋线圈12载有低谐振频率即第一谐振频率F1，而作为内层螺旋线圈的小螺旋线圈11载有高谐振频率即第二谐振频率F2。

具有上述结构的双谐振螺旋线圈由于其结构而受到了多方面的限制。

首先，为了利用双螺旋线圈11和12其高度比直线导体低的这一特点，内螺旋线圈11需要具有比较大的内径。这样就会不可避免地增大外螺旋线圈12的内径。其次，双螺旋线圈11和12是并联连接的并且将其按同轴的方式布置。这样就阻碍了天线整体尺寸的缩小，因为螺旋线圈11和12的尺寸(特别是内层螺旋线圈12的尺寸)受到了上述结构的限制。第三，由于双螺旋线圈11和12是彼此重叠的，螺旋线圈11和12的电气特性会彼此造成干扰。由此获得的电气特性与由某一个螺旋线圈11或12所获得的特性是不同的。如果螺旋线圈11和12之一的参数发生了变化，第一和第二谐振频率F1和F2都会发生变化。因此，为了将这些频率调谐到所需的频带上，就需要同时调节两个螺旋线圈11和12的参数。这就意味着两个螺旋线圈11和12的形状变化会对电气特性造成双重的影响。因此，必须尽可能减少这种形状的变化。

然而，现有技术的双谐振螺旋天线的基本结构就是以相互重叠的同轴方式来布置螺旋线圈11和12。因此，螺旋线圈11和12的尺寸(特别是内层螺旋线圈12的尺寸)会受到限制，仅仅允许有很小的自由度。另外，天线整体尺寸的缩小受到了限制。而且，螺旋线圈11和12会彼此干扰，因此，改变线圈的形状会造成电气特性的大范围波动。因此，双谐振螺旋天线在结构上有许多缺点。

以下要详细解释本发明的实施例。

首先参见图2A和2B，按照本发明第一实施例的双谐振螺旋天线包括一个导电材料制成的支架1，用绝缘材料制成并且具有较小内径的一个棒形导杆2，以及用导电材料制成的具有较小内径并且在一个轴向上延伸的单个螺旋线圈3。螺旋线圈3被安装在导杆2的外周表面上，用导杆2来防止螺旋线圈3的变形和不稳定性。在其外周表面上安装有螺旋线圈3的导杆2被牢固地连接在支架1上。这种螺旋天线进一步包括用绝缘材料制成并且具有较大内径的圆筒形导杆4。在圆筒形导杆4上设有一个环形的导体部分5，它是通过在圆筒形导杆4的外周表面的局部区域上电镀或是蒸汽淀积一种导电材料而形成的。导杆4被牢固地连接在支架1上，从而用导杆4围绕着与其隔开并且绝缘的螺旋线圈3。最后用一个不导电的盖子6盖住上述的部件。这样就能按照同轴的方式连接和布置上述的部件。

在如此装配的双谐振螺旋天线中，导体部分5被设置在导杆4外周表面上的局部区域中。在其外周表面上安装有螺旋线圈3的导杆2被布置在导杆4内周表面的内侧。导体部分5以同轴的方式布置在螺旋线圈3的周围，使其与螺旋线圈3隔开并且相互绝缘，并且将其在一个轴向上布置在螺旋线圈3之尺寸范围的中部。值得注意的是，螺旋线圈3和导体部分5相互隔开的距离x应该满足0＜x＜0.1λ，λ代表一个谐振频率(也就是第二谐振频率F2)的波长，它是随着距离x而变化的。

如图2A和2B中所示，导体部分5所处的水平高度比螺旋线圈3要低。具体地说，导体部分5的底端布置在螺旋线圈3的底端之上，而导体部分5的顶端处在螺旋线圈3的顶端以下。

支架1被连接到一个移动终端设备(未示出)上。用诸如黄铜的一种导电材料制成支架1，该支架1具有一个用作馈电部分的螺纹部分。用制成螺旋形状的磷青铜导线构成一个螺旋线圈3，并且用电路将其连接到支架1上。用绝缘材料制成导杆2，并且以紧密接触的方式支撑着安装在其外周表面上的螺旋线圈3。这样就能防止螺旋线圈3的变形和不稳定性。例如可以用树脂制成导杆2。另一方面，导杆4是用诸如树脂的绝缘材料制成的，并且具有用诸如铝等金属材料制成的一个导体部分5。例如在导杆4外周表面上的局部区域内通过蒸汽淀积而形成导体部分5。将盖子6牢固地安装在支架1的端部，使其完全盖住上述的部件，以防止灰尘从外部进入。

在具有上述结构的双谐振螺旋天线中，采用了单一的螺旋线圈3和按照同轴方式布置在螺旋线圈3周围并且与螺旋线圈3隔开且绝缘的导体部分5。导体部分5在一个轴向上位于螺旋线圈3之尺寸范围的中部。按照这种结构，在导体部分5和螺旋线圈3之间会产生可变的电容。因此就可以在可变电容和导体部分5的电感之间实现并联谐振，第一谐振频率F1由螺旋线圈3的电路长度所确定。

假设螺旋线圈3有一个局部区域暴露在导体部分5的外面。在这种情况下，并联谐振具有理想的第二谐振频率F2，因为这一局部区域没有面对着导体部分5并且与导体部分5在电路上是隔离的。因此，第一谐振频率F1是由螺旋线圈3的电路长度确定的，而第二谐振频率F2是由导体部分5的位置所确定的。

参见图3，在图中表示了对双谐振螺旋天线的VSWR(电压/驻波比)与频率特性的关系进行了试验和测量。此处的螺旋线圈3的长度是20mm，内径是4mm，而匝数是8。导体部分5的宽度是4mm，其底端的水平位置比螺旋线圈3的底端高6mm。

从图3中可以看出，双谐振螺旋天线具有双谐振特性，其中的第一和第二谐振频率F1和F2分别等于850MHz和1900MHz。也就是说，这种双谐振特性是用单个螺旋线圈3获得的，而不需要象普通天线那样使用两个螺旋线圈。

参见图4A到4C，在导体部分5处于各个位置上的情况下测量了双谐振螺旋天线相对于频率特性的增益损失。图4A到4C所示的结果是在导体部分5的底端所处的水平位置分别比螺旋线圈3的底端高5mm、6mm和7mm的情况下测量的。

从图4A到4C中可以看出，只要改变导体部分5的位置就可以改变第二谐振频率F2，而第一谐振频率F1不发生改变。

参见图5A和5B，在按照本发明第二实施例的双谐振螺旋天线中，支架1是用导电材料制成的。棒形的导杆2是用绝缘材料制成的，并且具有较小的内径。单一螺旋线圈3是用导电材料制成的，其具有较小的内径并且在一个轴向上延伸。螺旋线圈3被安装在导杆2的外周表面上，用导杆2防止螺旋线圈3的变形和不稳定性。在外周表面上安装有螺旋线圈3的导杆2被牢固地连接在支架1上。

这种螺旋天线进一步包括一个制成为环形弹簧部件的导体部分5′。导体部分5′被牢固地连接在不导电的盖子6的内壁上。最后用不导电的盖子6盖住上述的部件。因此，上述的部件是按照同轴的方式来连接和布置的。

在如此装配的双谐振天线中，在外周表面上安装有螺旋线圈3的导杆2被布置在安装于盖子6内壁上的导体部分5′的内侧。这样，导体部分5′就可以按照同轴的方式围绕着螺旋线圈3，其与螺旋线圈3隔开并且绝缘，并且在一个轴向上位于螺旋线圈3之尺寸范围的中间部位。值得注意的是，螺旋线圈3和导体部分5′彼此间隔开的距离x要满足0＜x＜0.1λ的关系，其中的λ代表谐振频率(也就是第二谐振频率F2)的波长，它是随着距离x而变化的。

如图5A和5B所示，导体部分5′所处的水平位置比螺旋线圈3的高度要低。具体地说，导体部分5′的底端布置在螺旋线圈3的底端之上，而导体部分5′的顶端处在螺旋线圈3的顶端以下。

支架1被连接到一个移动终端设备(未示出)上。用诸如黄铜的一种导电材料制成支架1，并且具有一个用作馈电部分的螺纹部分。用制成螺旋形状的磷青铜导线构成一个螺旋线圈3，并且用电路将其连接到支架1上。用绝缘材料制成导杆2，并且以紧密接触的方式支撑着安装在其外周表面上的螺旋线圈3。这样就能防止螺旋线圈3的变形和不稳定性。例如可以用树脂制成导杆2。用诸如铝等金属材料制成导体部分5′。导体部分5′是一个用诸如铝等金属材料制成的弹簧部件，并且将其安装在不导电盖子6的内壁上以防止其位置发生移动。将盖子6牢固地安装在支架1的一个端部，从而完全盖住上述的部件，以防止灰尘从外部进入。

在具有上述结构的双谐振螺旋天线中，采用了单一的螺旋线圈3和按照同轴方式布置在螺旋线圈3周围并且与螺旋线圈3隔开且绝缘的导体部分5′，它在一个轴向上位于螺旋线圈3之尺寸范围的中部。按照这种结构的双谐振螺旋天线和上述的第一实施例一样具有双谐振特性。通过改变导体部分5′的位置就可以改变第二谐振频率F2，而第一谐振频率F1不发生改变。在本实施例的双谐振螺旋天线中不需要第一实施例中那样的较大内径的导杆4。因而可以进一步减少零件数量。

在上述的第一和第二实施例中，螺旋线圈3采取了导线的形状。显而易见，如果螺旋线圈3采取一种与此不同但却适当的形状，也可以获得类似的效果。例如，螺旋线圈3可以是片状的，或者是通过电镀或是蒸汽淀积形成的一个螺旋导体。导体部分5或是5′被用来在导体部分5或是5′与螺旋线圈3之间产生可变的电容。为了这一目的，环形的导体部分5或是5′不一定要求是完全连续的，而是可以局部断开的。

如上所述，在按照本发明的双谐振螺旋天线中采用了单一的螺旋线圈3和按照同轴方式布置在螺旋线圈3周围并且与螺旋线圈3隔开且绝缘的导体部分5或是5′，该导体部分在一个轴向上位于螺旋线圈3之尺寸范围的中部。按照这种结构，在导体部分5或5′与螺旋线圈3之间会产生一个可变的电容，并且在可变电容和导体部分5的电感之间形成并联谐振。在这种情况下，第一谐振频率F1是由螺旋线圈3的电路长度确定的，而理想的第二谐振频率F2是通过将螺旋线圈3的局部区域与导体部分5或5′之间在电路上隔离开所获得的。这样就能用一种简单的结构来保证在设定第一和第二谐振频率F1和F2时具有很大的自由度。这样会带来工业化的优点。此外也提高了螺旋线圈3在尺寸上的自由度，从而能缩小天线的整体尺寸和重量。另外，与普通的天线相比还可以抑制电气特性的波动。

Claims (4)

1.一种双谐振螺旋天线，包括：

用导电材料制成并且在一个轴向上延伸的单个螺旋线圈；以及

一个以同轴的方式布置在上述螺旋线圈周围的环形导体部分，该导体部分与上述螺旋线圈隔开并且相互绝缘，上述环形导体部分在上述一个轴向上位于上述螺旋线圈的中部。

2.按照权利要求1的双谐振螺旋天线，其特征是上述螺旋线圈和上述导体部分相互隔开的距离x满足0＜x＜0.1λ，其中的λ代表第二谐振频率的波长，它是随着上述距离x而变化的。

3.按照权利要求1的双谐振螺旋天线，其特征是进一步包括：

一个导电支架，支架上具有用作馈电部分的螺纹部分；以及

牢固连接在上述支架上并且围绕着与其隔开和绝缘的上述螺旋线圈设置的一个由绝缘材料制成的圆筒形导杆，上述环形导体部分是通过在上述导杆外周表面上的局部区域内电镀或是蒸汽淀积一种导电材料而形成的。

4.按照权利要求1的双谐振螺旋天线，其特征是进一步包括：

一个导电支架，支架上具有用作馈电部分的螺纹部分；

一个牢固连接在上述支架上的由绝缘材料制成的棒形导杆，它被连接到一个安装于上述导杆外周表面上的螺旋线圈；以及

一个不导电的盖子，其牢固连接在上述支架上并且覆盖着支架的一个端部和其上安装有螺旋线圈的整个上述导杆，将上述环形导体部分制成一个牢固连接在上述盖子内壁上的弹簧部件。

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