CN1074588C - 天线装置和便携式无线电装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于便携式蜂窝电话的天线装置，它能够避免当使用电话期间由用户的头引起的不良影响产生的辐射特性的降低。对于便携式蜂窝电话，两个套管被固定到外壳。具有λ/4电长度的线性辐射导体通过两个套管的方法由外壳滑动地支承，以致于它能够自由地从外壳拉出和存放在外壳中。辐射导体在供电点侧的一端延伸长度等于nλ/2。并且，管状导体与延伸部分同轴地配置，以致形成供电同轴线。

Description

天线装置和便携式无线电装置
本发明涉及天线装置和便携式无线电装置，例如适用于便携式蜂窝电话的装置。
在如图1所示的典型的普通便携式蜂窝电话中，在电话外壳10的前表面10f上设置有孔12h和13h，分别用于接收器(扬声器)和发送器(送话器)。而且，在前表面10f上配置有拨号键14和各种类型的功能控制键15。液晶显示器16被装在前表面10f的中间部分。
在外壳10的左上端形成孤状凸起10c，以使能防止外壳10在使用期间掉落。在凸起10c的附近配置有功能控制操作旋钮17。用户用他/她的左手握住外壳10，并用拇指向上或向下移动旋钮17的周缘，以便顺时针或逆时针旋转该旋钮17。可伸缩的单极天线，称为拉杆天线18，其长度等于发送和接收频率的波长入的1/4，它以能够容纳在外壳10中的这种方法安装在外壳10的顶面10t上。拉杆天线18能够拉出在外壳10的外边，以使用蜂窝式电话。
然而，当拉杆天线18放置在外壳10内时，由于拉杆天线位于接地导体附近，其输入阻抗就增加。于是很难达到阻抗匹配。由于阻抗失配而引起的输入阻抗增加会严重地降低天线增益。
为改进可移拉杆天线置于外壳内时的天线增益的一种方法是使用通过将螺旋天线直接连接到单极天线的正向端所得到的项部加载的拉杆天线，该螺旋天线具有基本上等于波长的1/4(λ/4)的电长度。这种类型天线中，当拉杆天线拉出外壳时，功率通过固定馈电接点送到拉杆天线的底端，以使作为与螺旋部分和单极部分的组合工作的单个天线。另一方面，当拉杆天线装在外壳内时，功率送到天线的正向端，以主要操作螺旋部分，由此得到满意的增益电平。
当如上述构成的顶部加载拉杆天线装在外壳中时，不引起辐射的单极天线被不利地用作开路短截线，对天线的输入阻抗产生不利的影响，由此干扰阻抗匹配。在单极部分和商频电路之间也产生了不希望的电连接。
为进一步克服当上述类型的顶部加载拉杆天线置在外壳内时产生的缺点，已开始采用另一种类型的天线：即复合天线，当装在外壳内时，复合天线中的螺旋部分和单极部分在机械上是相互连接的，而在电气上是相互隔离的。
现在，将参照图2和3说明普通复合天线装置的一个例子。管状天线安装套管101通过如镶嵌成形的方法接到合成树脂构成的用于可携无线电的外壳10上。管状天线支承套管102通过如螺纹的方法接入套管101。电路板(印制板)21装在外壳10内。在电路板21上装有这种便携式电话需要的电路，例如用信号源22、匹配电路23等等表示的发送电路(接收电路)。馈电弹簧24接到匹配电路23，并也与天线安装套管101接触。
复合天线装置包括螺旋天线30和单极(拉杆)天线40。螺旋天线30主部由实际具有λ/4电长度的螺旋导体31构成。该导体31围绕具有T形截面的支承导体32的顶部缠绕在一端，并且沿纵向全部置于由所要求的绝缘材料制成的保护盒33中。单极天线40也由实际为λ/4电长度的线性导体41构成。整个结构40沿纵向实际用适当的介电层42复盖。该导体41在其顶端机械上连接到由所要求的绝缘材料构成的管状分离器51。该导体41在其底端连接到管状支承导体43。较大的锁挡套管进一步接到支承导体43的底端。
单极天线40的分离器51的顶端在机械上与螺旋天线结构30的支承导体32的底端连接，由此，螺旋天线结构30和单极天线结构40在机械上相互构成一体。
螺旋天线结构30和单极天线结构40的支承导体32和43的直径分别设置为等于天线支承套管102的内径。支承导体32和43由套管102滑动地安装。采用这种结构，如图2所示的，当线性导体41从外壳拉出时，单极天线结构40的支承导体43变成与支承套管102啮合，以便通过匹配电路23、馈电弹簧24和套管101从信号源供电到导体41，由此，使线性导体41能用作辐射导体。
另一方面，如图3所示的，当导体41置于在外壳10内时，螺旋天线结构30的支承导体32与支承套管102产生接触，以致以与上述所述的操作相类似的方法，将功率从信号源22加到螺旋导体31。该导体31于是能起辐射导体的作用。
将进一步对给定的普通复合天线装置的另一实例进行说明。在图4和5所示的这个实例中，螺旋天线结构30的支承导体32r以环形构成，并且装在套管101的顶端，和外壳10的支承套管102横截由绝缘材料构成的垫片103。于是，螺旋天线结构30能固定到外壳10。孔330是为保护盒33的顶面提供的。另一方面，管状连接导体52接到与单极天线结构40的导体41的顶端连接的分离器51的顶端。作为锁挡和由要求的绝缘材料构成的旋钮加强的构件53用其T形横截面进一步与连接导体52的顶端连接。
单极天线结构40的支承导体43和连接导体52的直径被确定为等于天线支承套管102的内直径。支承导体43和连接导体52由套管102可滑动地安装。
单极天线结构40的一端通过孔330插入螺旋天线结构33的保护盒33，以使它能与螺旋天线结构30同轴配置，同时机械上无关。装置的其它部件以图2和3所示的类似的方法构成。
因此，如图4所示的，当线性导体41从外壳10拨出时，单极天线结构40的支承导体43与支承套管102进行接触。这就使功率从信号源23通过匹配电路23、弹簧24和套管101提供到导体41，由此，导体41能用作辐射导体。反之，如图5所示的，当导体41置在外壳10内，螺旋天线结构30的支承导体32r变成与横截连接导体52的支承套管102啮合。于是，功率就从信号源22通过匹配电路23、弹簧24和套管101和102送到螺旋导体31，以使该导体31起到辐射导体的作用。
在移动通信的范围，可用频率随着通信质量的改进和线容量的增加而被降低。使之需要使用超过1GHz的频带。对应这种高频带，例如1.9GHz，以上所述的具有λ/4电长度的单极天线的长度需要大约4cm。即使将它拉出蜂窝式电话，这种短的单极天线实在、而不是以伸出远离用户身体尤其用户的头部。这便降低了天线的辐射特性，例如降低天线的增益。此外，λ/4电长度的螺旋天线其轴向长度比单极天线短。以上所述的由用户的头部产生的不良影响(尤其)强烈，由此，进一步使天线辐射特性有较大能级下降。
因此，本发明的目的是提供一种天线装置和便携式无线电装置，这两个装置能够避免在其使用期间由用户的头引起的不利影响产生的天线辐射特性的降低。
为了实现上述目的，本发明提供了一种便携式无线电装置，包括：
一个外壳；
第一和第二连接导体，它们以相互绝缘的这种方法连接到所述外壳；
滑动地连接到所述外壳的天线包括：(ⅰ)包括具有预定长度的部分和从具有预定长度的所述部分延伸的延伸部分的线性导体，(ⅱ)在所述延伸部分的该侧上与所述线性导体的一端连接的末端导体；和(ⅲ)与所述的末端导体绝缘的、也与所述线性导体绝缘的并覆盖所述延伸部分的管状导体；
基准电位供给装置，用于将基准电位提供到所述天线的所述管状导体；和
电路装置，它与所述的天线的末端导体电连接，
当所述天线拉出所述的外壳时，其中所述管状导体和所述末端导体分别可与所述的第一和第二连接导体啮合
根据本发明的第一方案，提供有一种天线装置包括：线性导体，该线性导体包括具有预定的长度的部分和从具有预定长度的部分延伸的延伸部分；和管状导体，该管状导体隔离线性导体和盖住延伸部分。
根据本发明的第二方案，提供有一种便携式无线电装置包括：一个外壳、一个天线，该天线包括(ⅰ)包括具有预定长度的部分和从具有预定长度的部分延伸的延长部分的线性导体，和(ⅱ)与线性导体绝缘并盖住延长部分的管状导体；基准电位提供装置，用于将基准电位提供到天线的管状导体；和电路装置，它在无线延伸部分的一端与线性导体电连接。
根据本发明的第三方案，提供有一种天线装置包括：一个外壳、第一和第二连接导体，它们以相互绝缘的这种方法与外壳相连；并可滑动地连接到外壳的天线，它包括：(ⅰ)包括具有预定长度的部分和从具有预定长度的部分延伸的延伸部分的线性导体，(ⅱ)与邻接延伸部分的线性导体的一端连接的末端导体，和(ⅲ)与末端导体绝缘的、也与线性导体绝缘的和盖住延伸部分的管状导体，其中，当天线拉出外壳时，管状导体和末端导体可分别与第一和第二导体啮合。
根据本发明的第四方案，提供有一种便式无线电装置包括：一个外壳；第一和第二连接导体，它们以相互绝缘的方式与外壳相连；滑动地与外壳连接的天线，该天线包括：(ⅰ)包括具有预定长度的部分和从具有预定长度的部分延伸的延伸部分的线性导体，(ⅱ)与邻接延伸部分的线性导体的一端连接的末端导体，和(ⅲ)与末端导体绝缘的，也与线性导体绝缘的和盖住延伸部分的管状导体；基准电位提供装置，用于将基准电位提供到天线的管状导体；和电路装置，它与天线的末端导体电连接，其中，当天线拉出外壳时，管状导体和末端导体可分别与第一和第二连接导体啮合。
利用上述装置，线性辐射导体的延长部分和管状导体构成同轴供电线。当该辐射导体拉出外壳到露出同轴线的程度时，它能利用同轴线的长度所远离开外壳而伸出。
图1表示本发明的正视图；
图2是普通天线的一个实例的剖视图；
图3表示图2所示的普通天线的工作的剖视图；
图4是普通天线的另一个实例的剖视图；
图5表示图4所示普通天线的工作的剖视图；
图6是根据本发明的实施例的结构的剖视图；
图7表示图6所示的实施例的工作的剖视图；
图8是根据本发明的另一个实施例的结构的剖视图；和
图9表示图8所示的实施例的操作的剖视图；
现在将参照图6和7给出根据本发明的一种天线装置和一种便携式无线电装置的说明。
图6和7表示本实施例的结构。对应于图2和图3所示部件的相同部件用同样的标号表示。参照图6和7，便携式无线电装置包括合成树脂构成的便携无线电的外壳10。管状天线安装套管101通过镶嵌造型的这种方法连接到外壳10。天线支承套管102通过螺纹的方法装入套管101。在这个实施例中，接地导体104用嵌套入外壳10的二个部件与套管101电连接。而且，环状连接导体106固定到外壳10，进一步向里以致面向跨接分离器105的套管101。电路板(印制板)21装在外壳10内。在电路板21上装有天线装置需要的电路，例如用信号源22、匹配电路23等等表示的发送电路(接收电路)。馈电弹簧24接到匹配电路23，并也与连接导体106接触。
本实施例的螺旋天线结构30大部分由实际具有为λ/4电长度的螺旋导体31构成。该导体31围绕具有T形截面的支承导体32的顶端缠绕在一端，并且以纵向方向全部存放在由要求的绝缘材料制成的保护盒33中。支承导体32的外表面用具有L形载面的绝缘层复盖，使其仅能暴露支承导体32的底端32d。
在本实施例的单极天线结构40中，如图7所示的，具有长度La(实际为λ/4电长度)的线性导体41通过长度LC(具有等效于λ/2波长的整数倍的电长度)延伸。整个导体41用要求的介电层42复盖。内支承导体45和锁挡导体46，其两者都构成盘的形状，两者都接到导体41的底端。管状导体47在LC的长度上部分地复盖介电层42并与导体41一起形成同轴线。管状导体47部分地用管状支承导体49覆盖，该导体49与跨接垫圈48的内支承导体45隔离。
导体41的顶端机械上接到由要求的绝缘材料构成的管状分离器51。该分离器51的顶端机械上连接到支承导体32的底端，由此螺旋天线结构30和单极天线结构40在机械上能相互为一体。
为螺旋天线结构30提供的支承导体32的底端32d和绝缘层34的外直径，和为单极天线结构40提供的支承导体49和垫圈48的外直径设置成与天线支承套管102的内直径相等。前者部件是用套管102滑动地安装的。锁挡导体46的外直径确定为等于连接导体106的内直径。锁挡导体46用连接导体106滑动地支承。
利用这种构形，如图7所示的，当导体41装在外壳10内时，为螺旋天线结构30提供的支承导体32的底端32d与连接导体106进入接触。于是，功率就从信号源22通过匹配电路23、馈电弹簧24、连接导体106和支承导体32馈送到螺旋导体31。这就能使螺旋导体31用作辐射导体。
反之，如图6所示的，当导体41拉出外壳10时，单极天线结构40的外支承导体49与支承套管102啮合，以致于产生管状导体47接地。而且，内支承导体45与连接导体106啮合，以致于使功率从信号源22通过匹配电路23、弹簧24、连接导体106和导体45和46送到导体41。而且，从形成带有导体41的同轴线的管状导体47凸起的暴露部分能够起辐射导体的作用。图6清楚地示出，从管状导体47凸起的导体41的暴露部分通过实际为导体47的长度LC(具有等效于λ/2)波长的整数倍电长度)离开外壳10延伸。这就能防止在使用不同于普通装置的蜂窝式电话时由用户的头引起的不利影响产生的天线辐射特性的降低。
现在将参照图8和9给出本发明的另一个实施例的说明。
图8表示本发明的另一个实施例的设计。与图4到7所示的部件的相同部件用同样的标号表示，于是对其的说明相同部分省略了。在本实施例中，以及先前的实施例中，天线安装套管101和接地导体104相互是电连接的，被嵌套入外壳10中。管状天线安装套管102装入安装套管101。环状连接导体106固定到外壳10，以使它能面向跨接分离器105的套管101进一步向里。
围绕具有基本上为λ/4电长度的螺旋导体31的一端缠绕的环状支承导体32r安装在安装套管101的顶面上和为外壳10提供的支承套管102跨接垫圈103。该螺旋天线结构30能够固定到外壳10。而且，孔330是为保护盒33的顶面提供的。
另一方面，在单极天线结构40中，如图9所示的，具有La长度(具有实际上为λ/4电长度)的线性导体通过长度Lc(具有等效于λ/2波长的整数倍的电长度)延伸。整个导体41在纵向方向上基本上由需要的介电层42覆盖。内支承导体45和锁挡导体46，其两者以盘形构成，被接到导体41的底端。在长度LC上部分复盖介电层42的管状导体47与导体41一起构成同轴线。该管状导体47用管状外支承导体49部分覆盖，与跨接垫圈48的内支承导体45隔离。
管状连接导体52接到与单极天线结构40的导体41的顶端连接的分离器51的顶端。作为由要求的绝缘材料构成加强的构件53安装在连接导体52上并且具有T形截面。然而，连接导体52的外周缘面用管状绝缘层54覆盖，以使仅能显露导体52的顶和底端52u和52d。
单极天线结构40的支承导体49、垫圈48、连接导体52的顶和底端52u和52d和绝缘层54的外直径都设置成等于天线支承套管102的内直径。前者部件用套管102滑动地安装。锁挡导体46的外直径确定为与连接导体106的内直径等效。该导体46也用导体106滑动地支承。
单极天线结构40通过孔33。插入螺旋天线结构30的保护盒33，并且与螺旋天线结构30同轴地设置，而机械上无关联。
因此，当导体41存放在外壳10内时，如图9所示的，螺旋天线结构30的支承导体32r与连接导体52的顶端52u啮合，并且连接导体52的底端52d与连接导体106进入接触。这就使功率从信号源22通过匹配电路23、馈电弹簧24和连接导体106和52送到螺旋导体31。该螺旋导体31能够用作辐射导体。
反之，当导体41拉出外壳10时，如图8所示的，单极天线结构40的外支承导体49变成与支承套管102啮合，以使管状导体47接地。而且，内支承导体45与连接导体106进入接触，以致于使功率从信号源22通过匹配电路23、弹簧24、连接导体106和导体45和46馈送到导体41。这进一步能使从与导体41形成同轴线的管状导体47凸起的导体41的暴露部分起到辐射导体的作用。
图8清楚地表示从管状导体47凸起的导体41的暴露部分通过实际上为导体47的长度LC(具有与λ/2波长的整数倍的电长度)远离外壳10延伸。这就能避免在使用不同的普通装置的蜂窝式电话期间的用户的头引起的影响产生的天线辐射特性的降低。
虽然上述实施例中单极天线结构40的导体41是由单根线构成的，它可根据外壳10内的空间用于以多级的延伸和缩短。而且，虽然上述实施例中未覆盖的导体以致密缠绕线圈的形状构成，但它也能用未覆盖的编织导体来代替。此时，所得到的管状导体用弹性绝缘层外表覆盖，使它能伸缩的并也提供有复原力，以防止或校正由外部力产生的应变。此外，虽然天线的电长度确定为λ/4波长，它也可以是3λ/8或λ/2波长，并且在每种情况下，都能获得类似的优点。
如从上述的说明将更清楚地理解，本发明提供下列优点。具有预定电长度(λ/4)的线性辐射导体的一端，被滑动地接到外壳，以使它能够自由地拉出和装入外壳中，它能被延伸预定长度(nλ/2)。管状导体与这个延伸部分同轴地配置，以形成同轴馈电线。当辐射导体被拉出外壳到露出同轴线程度时，致使单极天线能在使用电话期间远离用户的头足够地延伸，由此避免了辐射特性的降低。

Claims (2)

1．一种便携式无线电装置包括：
一个外壳；
第一和第二连接导体，它们以相互绝缘的这种方法连接到所述外壳；
滑动地连接到所述外壳的天线包括：(ⅰ)包括具有预定长度的部分和从具有预定长度的所述部分延伸的延伸部分的线性导体，(ⅱ)在所述延伸部分的该侧上与所述线性导体的一端连接的末端导体；和(ⅲ)与所述的末端导体绝缘的、也与所述线性导体绝缘的并覆盖所述延伸部分的管状导体；
基准电位供给装置，用于将基准电位提供到所述天线的所述管状导体；和
电路装置，它与所述的天线的末端导体电连接，
当所述天线拉出所述的外壳时，其中所述管状导体和所述末端导体分别可与所述的第一和第二连接导体啮合。
2．根据权利要求1所述的一种便携式无线电装置，其中所述的电路装置包括发送电路和/或接收电路。
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