CN1075251C - 罩住多臂天线单元的罩子和有关的方法 - Google Patents

Abstract

由其第一端口封闭、其第二端口敞开的圆筒形管子制成的一种天线罩(310)罩住一种多臂天线单元(405)。该天线罩在圆筒形管内表面上形成至少两个槽(340，350)，用以与多臂天线单元的各臂(410，420，430，440)相配合。

Description

罩住多臂天线单元的罩子和有关的方法

本发明涉及天线罩，具体涉及罩住一个天线单元的罩子。

许多天线具有多个天线单元，它们放在罩子内，罩子安装在支撑天线的固定体上。罩子保护相对脆弱的转换单元在使用中不致由于振动和碰击之类的环境条件而损坏。将泡沫塑料棒放在罩子与天线的扁平导电部分之间，增加泡沫塑料棒部分使组装复杂化、成本加大，同时也增大了整个天线罩结构的尺寸。罩子需要有增强的耐久性和降低成本及减小尺寸。

典型地用导线构成的多臂天线单元是一种交叉环或四线(quadrifilar)螺旋天线单元。在交叉环或四线螺旋天线单元中，一对臂形成一个环，并使两环成90°交叉。已知的交叉环和四线螺旋天线单元通常具有不同长度的两个交叉环，以使天线单元自定相(self phased)。四线螺旋或交叉环天线单元的整体结构是本领域技术人员已知的技术。

使天线整体尺寸变窄或缩短的技术业已减小了天线的尺寸。通过减小天线尺寸构成较小的天线会使天线增益降低几分贝或更多分贝。在诸如用于与非地球同步卫星通信的低功率、便携式卫星相通信收发信机之类的装置中，均匀且低损耗的天线增益图型是重要的，小尺寸特别是小直径也是改善便携性和用户满意性所希望的。本发明减小了天线尺寸，同时保持了所希望的天线增益图型，这在以前是不可能实现的。

具有多臂的天线单元难以制造得很准确，在制造过程中，当将各臂焊接起来构成天线单元时需要特殊的固定夹具。为了提供理想的增益图型并具有最小损耗，各臂的尺寸必须十分准确。此外，很希望有各种改善多臂天线单元装配准确度的技术。在多臂天线单元装配过程中还需要各种减少或取消特殊固定夹具的技术。

图1示出根据本发明的罩住天线单元的罩子；

图2示出根据本发明的罩住另一种天线单元的罩子；

图3示出根据本发明的罩住该种天线单元的罩子的一个侧面图；

图4、5、6和7示出根据本发明的罩子的实施例的剖面图；

图8示出根据本发明的罩住该天线单元的罩子的一个侧面；及

图9、10和11示出根据本发明的罩子的实施例的横剖面图。

图1示出罩住多臂天线单元205的罩子110。多臂天线单元205具有臂210、220、230和240及一个馈线250。臂210、220、230和240都是转换臂，它们根据应用上的需要可以发送或接收电磁能量。馈线250使相应于电磁能的信号送入转换臂或从转换臂取出。馈线250最好是同轴结构，以避免从该处直接辐射。罩子110罩盖天线单元205的外表面，以成为一种在物理上罩住转换臂210、220、230和240的精巧结构。为减小最终天线结构的整个交叉截面的直径，罩子110应具有尽可能小的直径。

在图1实例中示出的天线单元205是一个四线螺旋天线单元。该四线螺旋天线单元的四个转换臂210、220、230和240，由一对转换臂形成一个环，共形成两个环。两环相互交叉，并受到螺旋的扭转。

在图1的实例中，罩子110由连续和固体材料片制成。可替代地，罩子110可以有一个分开的端帽120，装在圆筒形管子130上。

本发明的罩子110被形成得以在圆筒形管子130内表面上至少应有两个螺槽，用以与各转换臂相配合。通过在圆筒管130内表面形成螺槽，提供了一种较小尺寸特别是直径较小，从而改善了便携性和用户满意性。圆筒管130内表面上的螺槽使天线单元205的转换臂210、220、230和240成形。从而减少了使各转换臂理想形状成形所用的特殊固定夹具。在制造过程中，可以将天线单元的转换臂压配、滑入或旋入罩子的螺槽中。当将转换臂装入罩子螺槽后，各臂在固定的预先确定的位置成形。因此，在制造转换臂过程中，天线单元各部分本身的成形准确度可以不太严格，因为罩子110中的螺槽确定了转换臂的形状。

罩子110内表面上的螺槽还支持了精巧结构的天线单元205。当罩子摇动和摆动时，本发明防止了转换臂210、220、230和240的移动。本发明还避免了诸如在天线单元205和罩子110之间安装泡沫塑料棒之类替代解决方案的增加成本问题。附加的部件，如这些泡沫塑料棒会使整个天线罩结构的装配复杂、成本增加，尺寸增大。本发明考虑了天线转换臂成形和支撑，同时增强耐久性和降低成本及减小尺寸。

图2示出根据本发明的用以罩住另一种天线单元405的罩子310。图2的罩子310具有两个侧面320和330。使罩子310分为两个侧面320和330能够容易地将天线单元405装入该罩子内。槽340和350在罩子310的两个侧面320和330内形成。

图2实例中的槽340和350是直槽，与交叉环天线单元405的直臂410、420、430和440相对应。图2实例中的交叉环天线单元405是类似图1所示的四线螺旋结构的天线单元的一种替代性配置，但无螺旋扭绞。

图3示出本发明另一实施例的一个例子的罩子520的一个侧面，它具有有角度的槽540。该槽540带有角度，而不橡图2实例中所示的直沟槽。有角度的槽540与四线螺旋天线单元的螺旋扭转的转换臂相配合。如果采用诸如图2交叉环天线那样的直臂天线，则最好是在天线罩内表面形成直槽，而不是有角度的槽。

图4-7示出替代实施例的整个罩子结构沿图3中AA线截取的剖面图。图中示出罩子的各种实施例中的槽，用于与天线单元的转换臂相配合。

图4示出罩605的剖面图，罩子605具有在其内表面上形成的槽650、660、670和680。这些槽650、660、670和680与转换臂610、620、630和640相配合。在图4的实施例中，罩子605成形为理想的圆形，而槽650、660、670和680突出伸向罩子605的圆筒形管子的材料中。

图5示出罩子705的剖面图。在图5的实施例中，转换臂710、720、730和740与在凸起对750、755、760、765、770、775、780和785间形成的槽相配合。例如，转换臂710放入凸起对750和755之间。利用在罩子705的内表面上的凸起对之间提供槽，可以使槽与罩子外表面之间的厚度与形成天线罩的整个圆筒形管的厚度相同。对比来看，图4的槽凹进天线罩的圆筒形管，因而罩壳直径厚度比图4实施例的每个槽更小。

凸起750、755、760、765、770、775、780和785最好是整体地成形在罩子705圆柱形管子的材料中。各凸起和罩子可以用同一种类型的材料制成。罩子的材料最好是一种硬而轻性质的材料，如刚性塑料。最好采用注塑成型过程中所常用的塑料材料。因此，凸起和罩子的圆柱形管可以在一次注塑成型过程中整体地形成，节省成本，减少部件，并提供一个结构上更好的一件式的部件。

图6示出罩子805的剖面图，罩子805具有与放入凸起对850、855、860、865、870、875、880和885的转换臂810、820、830和840相配合的槽。在图6的实施例中，凸起860、865、880和885比凸起850、855、870和875重或大，通过使一些凸起比另一些凸起重一些，可以使天线单元的转换臂由介电材料的凸起施加不同的负载。

较重的凸起可以用来调整天线单元转换臂的电磁特性。接近转换臂的材料影响该转换臂的转换特性。接近转换臂的材料影响量的大小取决于材料类型、沿臂长度的位置和材料的数量。通过使配合转换臂820的凸起860和865采用比配合转换臂810的凸起850和855更重的材料，转换臂820会呈现不同于转换臂810的转换特性。在一些转换臂上这种不同的特性可以用来减小四线螺旋或交叉环天线单元的一个环的尺寸。典型的自定相四线螺旋天线单元和自定相交叉环天线单元是一个环比另一个环大些。当一个环大于另一个环时，罩子应为椭圆截面形状而不是圆形截面形状，或者采用加大尺寸的圆截面形状。若采用重的凸起，则四线螺旋天线单元和交叉环天线单元可以有两个尺寸相同的交叉环。当两个相同尺寸的环中的一个具有重的凸起时，则它比另一个环呈现更大感性。因而，在没有重凸起条件下，两个环都呈现容性时，将一个环的凸起加重会使它成为呈现感性的环。当在一个位置适当地加重之后，容性和感性可以互相抵消，从而使天线单元呈现纯阻性。因此可以在谐振频率上达到天线的自定相。通过使接近一些臂的凸起加重，可以在保持天线电磁特性的同时变更天线单元和罩子的形状。

图7示出根据本发明的另一实施例的罩子905的剖面图，罩子905具有容纳转换臂910、920、930和940的槽950、960、970和980。在图7中，罩子具有椭圆形的内表面和外表面，以容纳一个天线单元，例如具有一个环大于另一个环的四线螺旋天线或交叉环天线之类的天线单元。图7所示的椭圆形状还可以容纳凸起对之间形成的槽，而不是罩子圆筒形管内侧形成的槽。这样的实施例例如可以用于四线螺旋或交叉环天线单元，而无图6实施例较重的凸起。

图8示出根据本发明另一实施例的一个例子中的罩子1020的一个侧面。有角度的槽1040和1045位于罩子1020内表面上。在图8中，在中部的槽1045是不同的。如图8所示的，槽在接近罩子的圆筒形管子的长度中部部位比较大。用较重的凸起形成的槽不必要针对整个转换臂定位，代之以使较重的凸起沿圆筒形管长度的一部分定位，例如中间部分。因此，除了图8中表示的情况外，可以使中间部分的槽容纳图6中举例的较重凸起。例如，图8的截面B相应于图5中的截面，图8中的截面C相应于图6的截面。此外，截面B可以相应于图4，截面C可以相应于图9或图10。

图9示出罩子1105的剖面图。罩子1105具有与转换臂1110和1130相配合的沟槽1150和1170，还有围绕着转换臂1120和1140的凹陷部分1160和1180。两个凹陷部分1160和1180有较大的尺寸。凹陷部分1160和1180最好仅位于罩子1105圆筒形管子的中间部分，以使转换臂1120和1140保持就位。凹陷部分1160和1180敞露转换臂1120和1140，使材料减少，从而改变相关转换臂的电磁特性。因为材料类型、材料数量和接近的程度影响臂的电磁特性，所以借助凹陷取出材料允许调整电磁特性，好像另一实施例中增加材料较重的凸起一样。此外，使材料越是靠近沿臂长的中间部分，可以更强地影响四线螺旋天线单元的臂的电磁特性。

图10示出罩子1205的剖面图。在图10的实施例中，槽1250和1270与转换臂1210和1230相配合。凹陷部分1260和1280围绕转换臂1 220和1240。然而，与图9的实施例对比，图10的实施例具有围绕凹陷部分1260和1280的凸出部分1265和1285。凸出部分1265和1285使罩子1205的圆筒形管增加结构强度。在图9的实施例中，罩子1105的圆筒形管在凹陷部分的外沿处变得细薄。具有图10的凸出含有助于使罩子1205的整个圆筒形管厚度更为均匀。

本发明的凸起或凹陷可以在中间部分变化，也可以在端部变化，或者可以沿本发明罩子的圆筒形管延伸的槽来提供。最好是在中间部分安排凹陷部分，以使臂的两端部分紧固在沟槽内。然而，可以将凸起安排在沿圆筒形管的任何部位，并仍使臂十分牢靠。

图11示出本发明的另一替代的实施例，它既有凸起1350、1355、1370和1375，又有凹陷部分1360和1380。可以用凸起和凹陷的结合来改变各转换臂的电磁特性。

最好使槽或凸起对接触各臂，以便机械上支撑天线单元。然而，可以使一些凸起上的槽接近天线单元而不接触转换臂。安放重的凸起接近各臂而不接触，仍可改变各臂的电磁特性。但没有机械支撑的优点。

尽管上文的说明和参照附图对本发明进行描述，但应当清楚，这种描述仅是举例而已，那些熟知本专业领域的技术人员在不背离本发明实质和范围的前提下，可以做出大量更改和修订。尽管上述附图仅为一个天线单元，但天线单元阵列也可以作为天线来实现。本发明不限于诸如无线电话机和寻呼机之类的便携天线电电子装置，还可以用于诸如陆地电台、固定卫星电话小站、及航空和航海电台一类的其它装置。本发明的天线罩子不限制发送频率，而且本发明的原理可以用于卫星及地面通信系统。

Claims (3)

1．一种在天线罩内形成多臂天线单元的方法，所述多臂天线单元具有至少两个转换臂，所述方法包括步骤：

(a)提供一个包括圆筒形管的罩子，在所述圆筒形管内表面上带有至少两个具有预定形状的预制槽，其中这两个预制槽位于在所述圆筒形管的内表面上形成的凸起之间，每个所述的槽形成在凸起对之间，并且其中一个所述的凸起对比另一个所述的凸起对重，以改变相关转换臂的电磁特性；并且随后

(b)在该罩子的圆筒形管内，在所述圆筒形管的内表面上形成的预制槽之间固定该多臂天线单元，其中所述预制槽使转换臂成形为预定形状。

2．一种在天线罩内形成多臂天线单元的方法，所述多臂天线单元具有至少两个转换臂，所述方法包括步骤：

(a)提供一个包括圆筒形管的罩子，在所述圆筒形管内表面上带有至少两个具有预定形状的预制槽，其中所述预制槽具有一个尺寸，并且沿着所述圆筒形管的长度方向延伸，至少其中一个所述的预制槽具有沿着所述圆筒形管的长度而改变的尺寸；并且随后

(b)在该罩子的圆筒形管内，在所述圆筒形管的内表面上形成的预制槽之间固定该多臂天线单元，其中所述预制槽使转换臂成形为预定形状。

3．根据权利要求2的在天线罩内形成多臂天线单元的方法，其中所述步骤(a)还包括分步骤(a1)：提供一个罩子，在该罩子内，至少一个预制槽具有沿着所述圆筒形管的长度方向而改变的尺寸，并且在所述圆筒形管长度的中部附近具有较大的尺寸。

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