CN1065089C - 供无线电电路使用的天线组件及其安装方法 - Google Patents

Abstract

无方向性天线组件供工作在很高频率例如约1.8GHz上的无线电设备使用。由半波长螺旋绕线组成的第一天线部分支持在非导体鞭杆的远端，由一个螺旋绕线组成的第二天线部分支持在非导体鞭杆的近端，而一个与无线电收发信机中无线电电路相连接的四分之一波长螺旋绕线使第一天线部分与该无线电电路相耦合。因第一天线部分设在非导体鞭杆远端，故无线电收发信机在用户耳朵旁工作时人体引起的遮蔽效应较少干扰通信。

Description

供无线电电路使用的天线组件及其安装方法

本发明涉及天线组件，具体涉及这样一种天线组件及其安装方法，亦即该天线用于便携式无线电设备，发射或接收或者兼行发射、接收高频已调制信号。

一个通信系统至少由一条传输信道互连的一个发射机和一个接收机组成。通信信号在该传输信道上传输，而后由接收器予以接收。

无线电通信系统是一种这样通信系统，其内传输信道由一个射频信道构成，而该射频信道是由电磁波频谱的一个频率范围限定的。在一个无线电通信系统中工作的发射机，将欲发射的通信信号变换成适于在射频信道中传输的一种信号形式。

将通信信号变换成适于在射频信道中传输的信号形式是通过称为“调制”的过程实现的。在此过程中，将通信信号运载在一个电磁波上。该电磁波通常称为“载波信号”。由通信信号调制而得到信号称为“已调制载波信号”，或简称为“已调制信号”。发射机包括用以完成这种调制过程的电路。

因已调制信号可以通过自由空间传输到远方，所以无线电通信系统已被广泛应用，以在一个发射机与处于远方的一个接收机之间实现通信。

无线电通信系统中接收已调制载波信号的接收机包含有与发射机中相似的但工作情况相反的电路，接收器的工作是完成一种称为“解调”的过程。

许多已调制载波信号可以同时传输，只要这些信号是在电磁波频谱定义的不同的射频信道上传输。主管部门已将电磁波频谱的一部分划分成一些频段，并在各种频段上规定出了调制信号传输规程。将频段再分成信道，这样的信道组成了无线电通信系统的各个射频信道。当然应理解到，当信号以不连续方式，例如以时分多址联接方式(TDMA)作传输通信时，可以在单个的频率范围上定义出一些分立的信道。

双向无线电通信系统是与上述无线电通信系统相类似的一种无线电通信系统，它既可以从一个地点上发送出已调制信号，也可以在该地点上接收已调制信号。这样的双向通信系统中的每个地点上同时包含有发射机和接收机。在单个地点上装置在一起的发射机和接收机，一般称为“无线电收发信机”，或者简称为“收发信机”。

蜂窝式通信系统是双向无线电通信系统的一种型式，它工作时，允许用一部放置在该蜂窝式通信系统所包围地理区域内任何位置上的无线电收发信机进行通信。

一个蜂窝式通信系统的形成，是在整个地理区域内相间隔开的空间位置上布置许多个称为“基站”的、位置固定的无线电收发信机。各基站与通常的有线电话网相连接。蜂窝式通信系统地理区域内的每一区域部分，与许多基站中的每个基站相关联。这些部分称为“网元”。许多网元中的每个网元由许多基站中的各个基站来定义，而这许多网元共同定义出该蜂窝式通信系统的覆盖区域。

在蜂窝式通信系统中的无线电收发信机称为“蜂窝式无线电话”，或者简称为“蜂窝式电话”，可放在蜂窝式通信系统覆盖区域内的任何位置上，它能通过基站与通常的有线电话网用户通信。由无线电话产生的已调制信号传输到一个基站，而由基站产生的已调制信号传输给无线电话，从而实现彼此间的双向通信。(其中，基站接收到的信号借助通常的电话技术传输到一个通常有线网中的一个所需地点上。由有线网内一个地点上产生的信号借助通常的电话技术传输到基站，再由基站传输给无线电话。)。

可在蜂窝式通信系统以及别的无线电通信系统中工作的无线电收发信机的某些产品，它们的大小允许用户携带。这样的便携式无线电收发机通常由电话手机组成，这种手机外观上与通常电话设备的电话手机有些相似。也就是，这样的便携式收发信机其手机中包含有相隔开一定距离的受话器部分和送话器部分，以便用户既可以从那里听到由收发信机传输来的声音信号，又可以从那里产生出声音信号。

便携式收发信机的收发信机电路安装在由手机尺寸确定的收发信机机壳里，另外，一般有一单根天线与这样的收发信机电路相连接。天线通常可伸出到一个高度(即升高)，超出收发信机机壳，使无线电收发信机工作时产生的已调制信号能发射出去，并能接收向此处传输来的已调制信号。

供这样的便携式收发信机使用的天线一般设计成无方向性天线，因为便携式收发信机用户可能将收发信机放置在以一远处地点(在一个蜂窝式通信系统中，这种远处地点包含有一个基站)为基准的几乎任一方位上，当收发信机工作时已调制信号可向它输过去或由它发送出来。就是说，无论收发信机放置在与远处地点的相背方向或相对方向，或者任何方向上时，便携式收发信机用户都能使用该收发信机。

为了最佳接收，这种天线的长度一般基本上与天线所接收或所发射信号的几分之一波长相对应。具体地，这种天线的长度通常等于这类信号的半波长或四分之一波长。

就蜂窝式通信系统而言，现有系统可在频率为好几百兆赫的频段上工作。例如，在美国，将800MHz至900MHz之间选定的一些射频信道组成的频段指配给蜂窝式通信系统使用。以这样频率发射的信号的半波长和四分之一波长，其值大约分别为17厘米和9厘米(或即大约分别为7英寸和3英寸)。

在便携式无线电收发信机，身上伸出半波长长度的这种天线，当用户将收发信机放在耳朵旁进行通信时，它比用户的身体还高。因此，应用这样一种伸出收发信机身一段长度的天线，由它发送或接收信号，由用户身体引起的遮蔽效应不会造成重大干扰。若采用螺线形天线，则高度可稍为缩短，不再是超出机身17厘米(7英寸)。使用“遮蔽效应”一词描述靠近天线的物体对已调制信号的吸收或反射。遮蔽效应会妨碍天线接收所需的已调制信号，也妨碍天线将已调制信号发送到远处地点上。当一付天线(这里是指安装在无线电收发信机上的天线)放置在一个物体附近时，这个物体会引起遮蔽效应，它将对天线的造成干扰收发信号。

最近提出的无线电通信系统工作在更高的频率即1．8GHz频率范围上。这样的频率范围比上面所述的在美国现有的蜂窝式通信系统中使用的800-900MHz范围大一倍多。

在这样增高的频率上，作为无线电收发信机一部分的半波长和四分之一波长天线的长度，比现有蜂窝式通信系统的无线电收发信机中相应地工作的半波长和四分之一波长天线的长度短。(例如，1．8GHz信号的半波长天线的长度约为 $8\frac{1}{3}$ 厘米或即 $3\frac{1}{4}$ 英寸。)当无线电收发信机发射或接收这种频率的已调制信号时，伸出无线电收发信机机身这样长度的天线对于避免用户身体造成的显著遮蔽效应来说是不够长的。

鉴此，现在需要一种可供在如此增高的频率上发射或接收信号的无线电收发信机使用的天线组件，它可以安装在无线电收发信机上，其从无线电收发信机伸长的长度足以使遮蔽效应不影响无线电收发信机的工作

为此，本发明有利于提供一种无方向性天线组件，供设备机身内安装有无线电电路的无线电设备使用。

本发明还有利于提供一种供无线电使用的天线组件，这种组件可伸出该设备机身一定长度，这伸出的部分足以使用户身体引起的遮蔽效应不致明显地影响无线电装置的正常工作。

本发明还提供一种设有天线组件的无线电话机，该天线可伸出收发信机机身一定长度，这伸出部分足以使用户引起的遮蔽效应不致明显影响收发信机的正常工作。

本发明还提供一种在设备机身内设有无线电电路的无线电设备的机身外安装一个无方向性天线的方法。

本发明除了具有上述的优点和特点以外还有其它的优点和特点，在阅读下面对优选实施例的详细描述后，将会对其优点和特的更加明了。

根据本发明，这里公开了一种供设备机身内设有无线电电路的无线电设备使用的天线组件及其有关的安装方法。一根鞭杆具有一个近端部分和一个远端部分，它可以安置得至少使其远端部分延伸到该无线电设备的机身之外。第一天线部分安置在该鞭杆的远端，其位置可与鞭杆一起移动。第二天线部分至少其第一侧段安置在鞭杆上，并与第一天线部分相耦合。第二天线部分的第二侧段与安装在机身里的无线电电路相连接，因而也就使第一天线部分与该无线电电路相耦合。

本发明与现有技术相比，本发明能够使用户身体引起的遮蔽效应不会明显地影响无线电装置的正常工作。

借助于参阅以下附图，可较好地理解本发明。

图1是本发明一个优选实施例的天线组件的单独视图。

图2是图1所示的天线组件安装得伸出无线电收发信机之外时的部分方块图和部分电路原理图。

图3是本发明一个优选实施例的一个无线电话机的透视图，它包含有前面图中所示的天线组件。

图4是图3所示的无线电收发信机在其工作时放置在用户耳朵旁的视图。

图5示出本发明优选实施例中天线组件安装方法的执行步骤逻辑流程图。

如上所述，便携式无线电收发信机一般由其机身里安装的无线电收发信机电路和一个伸出无线电收发信机机身外、与无线电收发信机电路连接的天线装置组成。这样的无线电收发信机天线装置的长度通常对应于该无线电收发信机所发送和接收的已调制信号波长的几分之一，例如半波长(二分之一波长)，而这样的天线装置伸出于无线电收发器机身的高度即接近于此种长度。(上面提到过，当天线做成螺线形时，其高度要比直线形天线的长度短些。

无线电话大部分工作于现有蜂窝式通信系统且内含无线电收发信机，在其工作时发射和接收800和900MHz之间的频率或其附近频率上的已调制信号，这样的信号的半波长天线其长度约为17厘米(7英寸)。

当这样的具有半波长天线的无线电话用户将天线完全拉出无线电话机身时，至少天线的一部分将高出用户头部(与用户应用通常的电话设备时安置手机的位置十分相似，便携式无线电话也放置在用户耳朵旁边)。当天线高出无线电话约17厘米时，由用户身体引起的遮蔽效应一般不致明显影响无线电话的正常工作。

然而，如上所述，最近提出的无线电通信系统工作在1．8GHz频率范围上。具有在这样的频率范围上工作的无线电收发信机的半波长的长度的部分波长型天线的长度约为 $8\frac{1}{3}$ 厘米( $3\frac{1}{4}$ 英寸)。

对于在这样增高的频率上工作的无线电话，当用户将半波长天线从无线电话机身上完全拉出时，高出机身的天线长度大约只有该增高频率的波长的几分之一(例如二分之一)。因此，当用户将无线电话靠近头部时，天线受用户身体引起的遮蔽效应会很敏感。

现在，首先参照图1用参考数字100表示的天线组件的单独视图，它是本发明的一个优选实施例工作在很高频率上(例如，包括上面说过的1．8GHz)。当以该天线作为其一部分所构成的无线电话工作在增高的频率上时，天线组件100能克服现有类型天线方面存在的问题。天线组件100的活动部分的大部分可伸出无线电收发信机的机身之外，这样便可以用它接收和发送高频已调制信号。

天线组件100包括一根非导体鞭杆106，其作用在这里是作为一个支持构件，更一般地作为一个天线定位构件。鞭杆106由一根热塑材料纵向延伸的棒体构成，它有一个远端部分112构成鞭杆106的顶部，还有一个近端部分118构成鞭杆106的底部。虽然，按照一般的说法，由一根金属管构成的一个典型的单极天线往往称为一个“鞭状天线”，但此处的“鞭杆”一词意指用以支持螺旋绕线的非导体杆棒。

由螺旋绕线124构成的第一天线部分缠绕在鞭杆106的远端部分112上。在优选实施例中，螺旋绕线124的电长度大致对应于通信信号频率的半波长，该频率与天线组件100为其一部分的无线电收发信机工作频率相对应。第一天线部分主要是螺旋绕线构成的，这是考虑到在生产中容易围着鞭杆106缠绕导线的缘故。

天线组件100的第二天线部分括第一侧段和第二侧段分。第二天线部分的第一侧段由螺旋绕线130构成。螺旋绕线130围着鞭杆106的近端部分118缠绕。天线组件100中第二天线部分的第一侧段也由螺旋绕线构成，其理由，主要亦是为了生产方便。与螺旋绕线124类似，在优选实施例中，螺旋绕线130的电长度也大致对应于通信信号频率的半波长的长度，该频率与天线组件100为其一部分的无线电收发信机工作频率相对应。

天线组件100中第二天线部分的第二侧段由螺旋绕线136构成，它通过导电体拱盖142与螺旋绕线130相连接。螺旋绕线136的顶部穿过小孔148焊接在或者用其它方法连接在拱盖142上。螺旋绕线136的底部与以天线组件100构成其一部分的无线电收发信机中的收发器电路(图中未示出)相连接。

在优选实施例，螺旋绕线136与拱盖142加在一起的电长度大致对应于通信信号频率的四分之一波长，该频率与以天线组件100为其一部分的无线电收发信机的工作频率相对应。在这种长度下，螺旋绕线136的馈电阻抗约为50欧。这样的50欧阻抗与最通常电路的标准特性阻抗相匹配。

拱盖142上还有一个穿透的小孔154其孔径大小允许非导体鞭杆106穿过

天线组件100还包含有套筒160。为了便于说明，图中只示出套筒160的一部分，它位于鞭杆106的远端部分112处。在优选实施例中，套筒160实际基本上可在组成鞭杆106的纵向延伸棒的整个长度上延伸。套筒160的作用是提供一个保护外套，用来套住螺旋绕线124和130。

套筒160的外径基本上等于小孔154的内径。所以，小孔154构成一个支持衬套，允许非导体鞭杆106在箭头164的方向及其反方向上移动。由于螺旋绕线124和130分别在鞭杆106的远端部分112和近端部分118上被支持，所以这样的螺旋绕线和套筒160可与鞭杆106一起移动。鞭杆106也可以拉在天线完全缩进和完全伸出之间的位置上。

以参考数字106＇表示的虚线是指非导体鞭杆106完全缩进到箭头164所指方向的位置上。这样的位置以后称为“天线缩进位置”。与之对照，图中示明的原来位置以后称为“天线伸出位置”。

缠绕在非导体鞭杆106两端的螺旋绕线124和130由图中箭头所示的间隙170隔开。所以，螺旋绕线124和130是靠电容性耦合联系在一起的。电容性耦合量至少部分地决定于间隙170的宽度。

天线组件100中第二天线部分第一侧段的螺旋绕线130与天线组件100中第二天线部分第二侧段的拱盖142间也是靠电容性耦合联系在一起的，这是因为，套筒160延伸于构成鞭杆106的纵向延伸棒的全长，覆盖了螺旋绕线130并因而将拱盖142和螺线130实际上分隔了。

由于这样一些耦合，螺旋绕线124与连接于螺旋绕线136底部的无线电电路(图中未示出)间是电气上耦合的。所以，虽然螺旋绕线124安置在鞭杆106的远端部分112上，而螺旋绕线130和136、以及拱盖142的共同作用是将螺旋绕线124耦合到以天线组件100为其一部分的无线电收发信机的无线电电路中。

图2是图1中所示天线组件100的部分方块图和部分电路原理图。图2还示出天线组件100与无线电收发信机电路176的连接；电路176由接收机电路部分178和发射机电路部分182组成。

螺旋绕线124、130和136以及拱盖142，在图中均用方块表示。如图1中天线组件100的单独视图所示那样，螺旋绕线124和130同样地为串行安置的。由于螺旋绕线124与130之间实际上是分隔开的，所以图2中以电容器172表明之，即螺旋绕线124和130间为电容性耦合。螺旋绕线130与拱盖142间也是电容性耦合，在图2中以电容器174表明之，这是因为，螺旋绕线130与拱盖142之间实际上也是分隔开的，隔开的距离对应于套筒160的厚度。在优选的实施例中，螺旋绕线136和拱盖142电气上是相连的，并无间隙间隔开螺旋绕线136与拱盖142。螺旋绕线136的底部与无线电收发信机176的电路通过线路186电气上相连，此处示出的收发信机176包括接收机电路部分178和发射机电路部分182。螺旋绕线130和136、以及拱盖142的共同作用是将远端的螺线绕组124耦合到无线电收发信机176电路中。

又如上所述，在优选的实施例中，螺旋绕线124和130的长度实际上对应于无线电收发信机176所工作的信号频率的半波长。在优选实施例中，螺旋绕线136和拱盖142的总长度实际上对应于无线电收发信机176的工作的信号频率的四分之一波长。由于这样的相对长度，螺旋绕线124和130的阻抗很高，而螺旋绕线136的馈电点阻抗则约为50欧(这个阻抗正与一般设计成50欧特性阻抗的无线电收发器176的阻抗相匹配)。

应当指出，由于螺旋绕线130和136、以及拱盖142可以使螺旋绕线124与收发器176的电路相耦合，所以在其它的实施例中这种结构也可用别的部件来代替。例如，在另一个实施例中，这种结构可以用缩短的半波长螺旋绕线天线，或者用整四分之一波长的螺旋绕线天线，又或者用小于四分之一波长的短棒或螺旋绕线来代替。

当无线电收发信机176工作在大约1．8GHz频率上时，半波长的螺旋绕线124和130的长度均约为 $8\frac{1}{3}$ 厘米(即 $3\frac{1}{4}$ 英寸)。而螺旋绕线136的长度约为 $4\frac{1}{4}$ 厘米(即 $1\frac{5}{8}$ 英寸)。因为螺旋绕线124和130是串行安置的，所以螺旋绕线124的顶端延伸出螺旋绕线130的底部的长度接近17厘米(即 $6\frac{1}{2}$ 英寸)。

下面，转到图3的立体视图，该图示出本发明优选实施例的一个无线电话，用参考数字290表示。无线电话290包含有一个天线组件，这里用参考数字300表示，它构成无线电话290的一部分。天线组件300相当于前面图中的天线组件100，而安装在无线电话机身304内的电路相当于前面图中的无线电收发信机电路176。天线组件300处于天线伸出位置，伸出于无线电话机身304的顶面之外。当接收约1．8GHz频率的通信信号时，并且当天线组件300处于天线伸出位置时，天线组件300伸出无线电话机身304顶面的高度大约为17厘米(即 $6\frac{1}{2}$ 英寸)。

下面，转到图4，图中示出图3的无线电话290，但此处的无线电话290放置在用户395的耳朵旁边，这也就是无线电话工作时所处的通常位置。所示的这种位置使用户395既能够听到传输给无线电话290的信号，同时也能够对着无线电话290讲话。

因为第一天线部分(由前面图中的螺旋绕线124组成)安置在构成天线组件300一部分的纵向延伸棒的远端部分，这部分大约高出无线电话机身304的顶面17厘米(即 $6\frac{1}{2}$ 英寸)，所以至少能使天线组件300的一部分不受由用户395引起的遮蔽效应的影响。因此，应用天线组件300有利于无线电话290的使用，无线电话290即使工作在1．8GHz频率上也可以工作。当构成天线组件300中第一天线部分的螺旋绕线构成与安装在无线电话机身304内的收发信机电路相耦合的无方向性天线时，用户395可处在以远处地点为基准的任何方位上，而由无线电话290产生的或者向无线电话290发送的信号均可由天线组件300来发送或接收。

最后，转到图5的逻辑流程图，图中示出了以参考数字500表示本发明优选实施例的方法执行步骤。流程500的运行是将天线安装在其内安装有无线电电路的无线电设备机身外面，以使无方向性无线与无线电电路配合起来工作。

首先，如步骤506所示，在无线电设备的机身上支持一根有近端部分和远端部分的鞭杆。至少使鞭杆的远端部分伸出无线电设备机身之外。

接着，如步骤512所示，在鞭杆的远端部分支持该天线。

再后，如步骤518所示，将天线耦合器的第一侧段与在鞭杆上被支持的天线相连接。

最后，如步骤524所示，将天线耦合器的第二侧段与安装在无线电设备机身里面的无线电电路相连接。借此，使天线与无线电电路连接好，它们能配合起来进行工作。

虽然，结合以上附图中所示的优选实施例已说明了本发明，但应该理解，为实现与本发明同样的功能，可采用别的类似的实施例以及对所述实施例作些修改和补充，但都偏离不开本发明的范畴。所以，本发明不应局限于任何单个的实施例，而是应当按照所附权利要求书来解释其深度和广度。

Claims (6)

1．一种射频通信装置，包括：

一个机身；

在机身中安装的无线电电路；

在机身上可移动地装配的鞭杆，该鞭杆在可伸展和可收缩的位置之间移动，该鞭杆有在该机身上的该鞭杆在机身上被支持时的位置上的一个近端和该鞭杆在机身上被支持时与机身相隔一段距离的远端，该近端与远端是该鞭杆的相对的端，当该近端在该机身上被支持时，该鞭杆从该机身向外伸出；

安装在鞭杆上、从近端到远端伸展并终止在近端与远端之间的一个位置的一个第一天线绕线，该第一天线绕线有一个在机身内与无线电电路相耦合的近端；和

安装在鞭杆上、从鞭杆的远端到近端伸展并终止在近端与远端之间的一个位置的一个第二天线绕线，第一天线绕线与第二天线绕线的长度使得第一天线绕线和第二天线绕线电容性耦合但并不相连接，由此第一天线绕线和第二天线绕线被装配在鞭杆上以便同鞭杆一起运动，并且在该鞭杆被伸展以便减小该通信装置的用户的遮蔽影响时，当该鞭杆被伸展以使第二绕线与机身相隔一段距离时，第二绕线与无线电电路在机身中通过第一绕线相耦合。

2．如权利要求1所述的通信装置，其中所述第一天线绕线包括一个螺旋线圈。

3．如权利要求2所述的通信装置，其中所述第二天线绕线包括一个螺旋线圈。

4．如权利要求1所述的通信装置，其中所述第一天线绕线的长度基本上对应于具有该通信装置的无线电电路的工作所在的频率的信号的波长的一半的长度。

5．如权利要求1所述的通信装置，其中所述第二天线绕线的长度基本上对应于具有该通信装置的无线电电路的工作所在的频率的信号的波长的一半的长度。

6．如权利要求1所述的通信装置，其中所述第一天线绕线与在机身中的一个导体电容性地耦合，该导体与该电路连接。

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