CN1102509A - 外加的天线部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用外加部件(10)的方法和装置，该 外加部件通过在设备盒体(2)外面的同轴输入接头 (4)的套筒(6)被连接到天线的普通接地板系统。外 加部件(10)以这样一种方式调谐，即它在所设计的工 作频段的上限频率的范围内优选地起到四分之一波 长辐射器的作用，而天线的剩余的有效接地板系统优 选地被调谐到便携式无线电话机预期工作频段的下 限频率范围内的一个频率，藉此获得增加的带宽和减 少紧靠着的周围环境对便携式设备天线的影响。

Description

本发明涉及一种方法和利用所述方法的装置，以便改善天线的效率和带宽，具体地，本发明涉及可将外界对天线影响减至最小的一种方法和装置，例如，减小在用户握持具有紧凑天线的袖珍式电话机时人手对天线的影响。

袖珍式电话机的天线通常形式为短天线构件，其电长度相当于袖珍电话机工作频率的半波长或四分之一波长。

瑞典出版的专利申请SE  468917，其受让人与本申请的受让人相同，揭示了在天线底部到顶端之间具有几乎呈矩形的电流分布的紧凑的小型化天线的例子，它非常适合于用作为袖珍式电话机的天线。

然而，要该天线相当满意地工作时尚存在的问题是为构成有效的天线系统，它通常要求有一个接地平面。通常，假如袖珍电话机的盒子是导电的，它就应当构成天线的接地平面。然而，这样就会有弊端，即在设备上可能有令人麻烦的未被控制的环绕电流，该电流可能会对天线系统正常辐射射频能量造成有害影响。

因此，类似于在以上出版的专利申请SE468917中所显示的那样，共同的方法是做一个特殊的、通常也是调谐的接地平面，将它连接到天线以构成天线系统，并使该接地平面与袖珍电话机的最终的导电结构的其余部分相绝缘。这样，该接地平面必须放在紧靠天线的位置，通常天线放在设备的顶部，也就是紧挨着用户耳朵相靠的部分，但是，正如在所出版的专利申请中所说明的那样，要避免将接地平面降低到用户的手所握持的设备部分。然而，举例来说，手和耳都将影响该接地平面系统及天线的调谐，这是因为天线近区场的场分布引起的部分非辐射能量将被转移到设备机壳，因此设计者几乎无法控制接地平面的功能，这样，它将依赖于用户握持电话机的方式。

在US-A-4138681文件中，揭示了带有第一和第二部件的手持式无线电收发信机的天线，可减小流过无线电设备体的表面电流，藉此可基本消除由用户身体吸收所造成的功率损耗。然而，该天线尺寸比起上述的出版的专利申请SE  468917中所揭示的天线约大8倍。

另一个文件GB-A-2141878揭示了包含有同轴馈电器的天线，以得到良好的稳定性和带宽。然而，相应于对于按照所述的瑞典出版的专利申请SE  468917所设计的天线尺寸每增加20%的量级，天线尺寸将增加·λ/50。

因此，仍旧有要求去获得与袖珍式电话机天线有关的装置，它将尽可能减小用户身体对天线总性能的影响。同时也希望把天线做成尽可能宽的频带，以便使袖珍式电话机工作在更宽的频率范围内。

本发明的第一个目的是藉助于一种方法和利用所述方法的装置，以得到，例如，用于袖珍式电话机的天线，该天线对用户的靠近是非常不敏感的。

按照本发明的方法和器件的另一个目的是获得这样的天线，其辐射阻抗较少地依赖于天线所被安装的部位，并藉此得到总体上较好的天线平均效率。

按照本发明的方法和装置的另外更进一步的目的是获得这样的天线，它所呈现的辐射阻抗，在预定的工作频率范围内，换句话说在改善的天线带宽内，只有很小的变化，因此，对于连接到天线的发射设备来说，将会有较宽的工作频率范围。

藉助于同时参考以下描述和附图，可最好地理解本发明及其附加的目的和优点，其中

图1描述了按照现代工业规范安装在便携式设备上的天线，并显示了天线周围的部分电场;

图2描述了按照本发明的包括有外加部件的图1的天线，安装在便携式装备上，并显示了天线周围的部分电场;

图3是史密斯圆图，并画出了当无外界影响时，图1的天线的驻波比;

图4是史密斯圆图，并画出了当由用户的手和头部造成的外界影响存在时，图1的天线的驻波比;

图5是史密斯圆图，并画出了当无外界影响时，图2的按照本发明带有外加部件的天线的驻波比;

图6是史密斯圆图，且画出了当由用户的手和头部造成的外界影响存在时，图2中的按照本发明带有外加部件的天线的驻波比。

图1描述了按照现代工业规范的用于手持式移动电话机类型的设备上的天线1。涉及到装有天线的设备外盒2，有一个装在内部的接地平面系统（图上未示出），它位于机壳上方并与天线同轴套筒6相连接。在用作说明的实施例中，天线1包括做成垂直螺旋的天线构件，优选地使它在设备的工作频段内构成四分之一波长谐振器，它在底部和顶部之间基本上具有近似于矩形的电流分布。天线构件藉同轴接头4被连接到设备上，该接头连同绝缘垫片3一起装进外盒2中。同轴接头4的中心插针7连接到无线电收发信机的公共输出/输入端，而无线电收发信机的公共输出/输入端的另一极连接到同轴接头4的外套6上，藉此连接到设备的装在内部的接地平面系统，它在正常情况下与装置中通常是导电的外壳相绝缘。此外，实际上全部天线器件是被用非传导材料（例如硅橡胶）做成的外套所罩住（图上未示出），以保护天线构件。

在图1中，另外用虚线画出了正在工作的设备的天线构件周围的电力线。此辐射场深受设备外盒2的影响，并使辐射场能量转移到盒体，这样就进一步造成用户接近时，例如用户握持此设备以及把此设备放到耳边时对它的影响。

图3中部分以惯用的史密斯圆图的形式和部分以画出在200MHz到2000MHz频率范围内天线驻波比（SWR）图的形式描述了天线阻抗作为频率的函数是如何变化的，其中可找到天线工作频段825-970MHz就在此频率范围内。图3关系到没有外界影响时的图1的天线。这时天线系统展现出可接受的频带宽度，以及在工作频段内的三个标志出的频率点825、900和960MHz上的驻波比分别为1∶1.73、1∶1.35和1∶1.79，它们都是可接受的数值。

图4以同样方式描述了当设备受用户的手和头部影响时的相应的图，对于三个测量点825、900和960MHz，驻波比现在分别为1∶1.35、1∶2.13和1∶4.09。由于用户的手和头部的靠近，天线带宽降低到这样的程度，以致于例如对960MHz驻波比值完全不再能被接受了，在工作频段的右面部分，设备的频率显著地恶化。

图2描述了在用作说明的实施例中按照图1的天线1，并带有按照本发明的外加部件10。外加部件10的形状为向上方开放的、在用作说明的实施例中大约为4圈的螺旋。外加部件的低端在绝缘垫片的紧上方连接到同轴接头4的外套6上，该外套还另外连接到装在设备内部的接地平面系统上。在用作说明的实施例中，套筒6有一个法兰盘12，外加部件就连在此法兰盘上。该法兰盘12又靠在绝缘垫片3上。外加部件10的目的是提升在工作设备天线构件周围的电场，这样就只有较少的辐射能被转移到装置的机壳上，可由图2中虚线所示的电力线11所勾画出。

图5描述了对于图2所示的按照本发明的天线，其阻抗作为频率的函数是如何变化的。与图3和图4相类似，阻抗的变化情况以惯用的史密斯圆图显示，且部分以在700到1100MHz频率范围内的天线驻波比图显示出，而天线的工作频段825-970MHz就在此频率范围内。图5关系到没有外界影响时的图2的天线。这时天线系统展示出极好的频带宽度，以及在工作频段内的三个参考频率点825、900和960MHz上的驻波比分别为1∶1.4，1∶1.15和1∶1.12，这表示与设备的射频部分有优良的匹配。

图6以与图5中的同样方式显示了当用户的手和头部对设备有影响时的相应的图。对三个频率测量点825、900和960MHz，驻波比现在分别为1∶1.2，1∶19和1∶1.9。因为用户的手和头部的靠近，天线带宽受到影响，但由于有了按照本发明的外加部件10，该影响会大大减弱，且天线仍保持良好的匹配。根据驻波比图，将可证实，在工作频段内，驻波比值不超过1∶2，这与在图4中，对放在相应环境条件下的图1的天线所测得值成明显对照。

从图3、4、5和6的史密斯圆图上，本领域技术熟练者显然可看到天线的总阻抗是如何分别分布于电阻性分量和容性或感性分量之间的。同时藉研究图5的史密斯圆图，显然可知按照本发明的外加部件10特别有利于影响天线部件1在工作频段内的阻抗值。

在优选的实施例中，外加部件最好被调谐于或接近于天线的上限频率，而在相应状态下的装在内部的接地平面系统被调谐于或接近于天线的下限频率。按照本发明，外加部件10可以被做成各种不同的实施例，例如笔直的线圈或螺旋或锥形螺旋等。对应地，相应于天线1的辐射器当然可以有各种不同的本领域技术熟练者所熟悉的实施例。在优选的实施例中，显示了略带向上锥度的圈数为4圈的螺旋，其最大直径尺寸接近于天线顶部环1a的直径，而那些本领域技术熟练者可能应用按照本发明的方法和装置做成具有作为所要工作频率范围的函数的或多或少圈数的笔直的或有锥度的螺旋，这些均不背离如在附加的权利要求中所陈述的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1、一种改进便携式无线电收发信机设备，例如，袖珍电话机的天线(1)的效率和带宽的方法，其特征在于，阻抗和辐射电磁场受引入的连接到天线接地平面系统的外加的锥形螺旋形的部件(10)的影响，并藉此使在用户握持带有所述天线的所述便携式设备时对天线工作和天线辐射场的影响得以减小。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于外加部件（10）被调谐到无线电台/袖珍电话机的工作频率范围内的一个频率上，所述部件的谐振频率设置在靠近工作频率范围的上限频率，而天线接地板系统的其余部分调谐到所述便携设备工作频率范围内的一个较低的频率上，并藉此使天线系统的带宽得以增加，这也就是想要达到的目的，因为天线系统阻抗匹配的频率限制可能被邻近的外部环境的影响所置换，所述的影响藉助于所述的外加部件（10）会大大减小，同时可得出所述影响的范围。

3、按照权利要求1的方法，其特征在于，外加部件（10）做成在所述天线（1）的低端处的同轴螺丝式的开放线圈或螺旋，并被连接到天线同轴输入接头（4）的屏蔽套（6）上，所述外加部件的电感与存在的分布电容一起构成在工作频段内的谐振频率，它与四分之一波长单元相对应，藉此把电磁场集中在天线构件和其邻近的相对部分，即所述的外加部件（10）之间的区域，以及集中在连接到此外加部件的接地板系统的其余部分，这样向便携设备的其余部分的能量转移得以减少。

4、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述外加部件（10）做成在所述天线（1）的低端处的同轴圆锥状螺旋，并被连接到天线同轴输入接头（4）的屏蔽套（6）上，所述外加部件的电感与存在的分布电容一起构成在工作频段内的谐振频率，它与四分之一波长单元相对应，藉此把电磁场集中在天线构件和其邻近的相对部分，即所述的外加部件（10）之间的区域，以及集中在连接到此外加部件的接地板系统的其余部分，这样向便携设备的其余部分的能量转移得以减少。

5、装在无线电收发信机的便携式设备，例如袖珍电话机上的天线构件（1）处的外加装置，所述天线构件带有包括套筒（6）和中心插针（7）的同轴输入接头（4），并构成谐振器，它在电气上形成，例如，相对于工作频段是四分之一波长的单元，与所述辐射器共同起作用的接地板和装置的盒体（2）结合在一起，其特征在于，

在所述装置盒体（2）外面的所述同轴输入接头（4）的外套（6）上安装有形状为圆柱形的同轴螺纹线或螺旋的外加部件（10）;

所述外加部件（10）附加地构成所述天线的有效的接地板部分;

所述外加部件（10）起到谐振电路的作用，意思是所述部件应当调谐到与天线（1）的工作频段相联系的一个合适的频率上。

6、装在无线电收发信机的便携式设备，例如袖珍电话机上的天线构件（1）处的外加装置，所述天线构件带有包括套筒（6）和中心插针（7）的同轴输入接头（4），并构成谐振器，它在电气上形成，例如，相对于工作频段是四分之一波长的单元，与所述辐射器共同起作用的接地板和装置的盒体（2）结合在一起，其特征在于，

在所述装置盒体（2）外面的所述同轴输入接头（4）的套筒（6）上安装有形状为圆锥形的同轴螺纹线或螺旋的外加部件（10）;

所述外加部件（10）附加地构成所述天线的有效的接地板部分;

所述外加部件（10）起到谐振电路的作用，意思是所述部件应当调谐到与天线（1）的工作频段相联系的一个合适的频率上。

7、按照权利要求5或6中任一个的装置，其特征在于，所述天线（1）是紧凑的半波天线，它由于有顶部环（1a）而达到矩形的电流分布;

所述外加部件（10）是同轴形向外开放的螺旋，其最大直径近似为顶部环的直径，所述装置被嵌入非导电材料中，以构成外形为锥形柱的天线器件。

8、按照权利要求5、6或7中任一个的装置，其特征在于，所述外加部件（10）被调谐到（优选地）接近于有关工作频段的上限频率，所述天线接地板系统的其余部分优选地被调谐到便携式袖珍电话机所要的工作频率范围的下限频率，藉此进一步增加天线的带宽和减少紧靠着的周围环境对便携式设备天线的影响。

9、按照权利要求5、6或7中任一个的装置，其特征在于所述外加部件（10）被调谐成以下状态，即在与所要工作频率范围的上限频率相邻近的范围内，它起到四分之一波长谐振器的作用，而所述天线接地板系统的其余部分被调谐到便携式袖珍电话机所需工作频段的下限频率的邻近频率范围内的一个频率上，藉此进一步获得增加的带宽和减少紧靠着的周围环境对便携式设备天线的影响。

10、装在无线电收发信机的便携式设备，例如袖珍电话机上的天线器件，其中天线构件（1）作为被嵌入的辐射器，它在底部和顶部之间具有几乎是矩形的电流分布，另外有接地板与所述的天线构件配合作用，其特征在于，

所述天线器件预期至少工作在825-970MHz范围内，在辐射器下端，所述器件有外加部件（10），被连接到相配合的接地板，所述外加部件的形状是优选为四圈的开放螺旋，且优选为8mm的最大直径和7mm的高度，以及整个被嵌入的天线器件形成一个高度约为31mm的锥形柱。

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