CN1113479C - 适用于手提无线电收发机的双重天线装置 - Google Patents

适用于手提无线电收发机的双重天线装置 Download PDF

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Abstract

一种适用于手提无线电收发机的天线装置被揭示为包括安装在该无线电收发机上并为由该无线电收发机电路激励而被连接的印刷电路天线。一个可伸长单极天线也被安装在该无线电收发机上，并适于当在伸长状态时被电连接到该印刷电路天线上，而当在缩进状态时从该印刷电路天线断开。一个连接器在第一端被固定地附到该印刷电路天线上，而当该单极天线在伸长状态和缩进状态间滑动时在第二端保持同该单极天线接触。该单极天线包括一在伸长状态同该连接器接触的导电部分和在一缩进状态同该连接器接触的非导电部分。一个单独的电路可被提供用于检测该单极天线的状态，在这里该电路允许无线电收发机当该单极天线在伸长状态时以全功率发射，并允许无线电收发机当单极天线在缩进记时以减少的功率发射。

Description

适用于手提无线电收发机的双重天线装置
技术领域
本发明涉及适用于手提无线电收发机的双重天线装置，特别是印刷电路天线，其赖于单极天线处于伸长还是缩进状态与该单极天线电连接或者断开。
背景技术
众所周知，在手提无线电收发机技术中，辅助小天线被用于同可伸长的鞭状天线结合。因为鞭状天线当伸长时会是很不方便的，所以通常可取的做法是除非当无线电收发机在有效地被利用时，否则它被缩进。辅助天线可以被安置在无线电收发机壳内部(例如，Imanishi的美国专利4,958,382和Saarnimo等人的美国专利5,138,329)，或者作为一单独天线部件安放在鞭状天线周围或附近(例如，Irwin等人的美国专利4,121,218)。
在美国专利4,958,382和5,138,329中所利用的内部天线适用于予定的目的，但同它们各自的可伸长天线结合时不起作用。这不仅降低了这些天线系统的有效性，而且产生哪个天线都不能辐射的一段时间。
在美国专利4,121,218中的螺旋天线被揭示为安置在鞭状天线的周围或附近。当螺旋天线在尺寸上是比较小时(由于它有比其物理长度大的电长度)，要求利用更小的天线，它有至少同样大的电长度。另外，螺旋天线和鞭状天线之间的间距与它们之间的电容耦合有直接关系。这个间距也是一个关于天线间的阻抗匹配的因数，其可以产生关于最佳间隔的折衷处理的需要。此外，如在标题为“印刷套管单极天线”的专利申请(编号08/459,237，本专利受让人拥有)中所注意到的，螺旋天线的一个优点是由于输入阻抗在频率上的变化减小其工作辐射带宽。特别是，这种带宽上的减小由起因于较小的天线尺寸的较低辐射电阻和产生高Q的较大储存能量的组合引起。
还发现，实际上小的天线(相对于自由空间中的波长)在电抗性近场具有比电等效但物理上更长的天线更高的能量储存。在电抗性近场的能量储存是借其能量被耦合到位于电抗性近场的损耗介质(如人体组织)的一种作用过程。于是，对于一定的发射输出功率电平，实际上小的天线增加耦合到手提无线电收发机装置的用户的能量，并发射非电离的电磁射频能量。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双重天线装置，其在伸长状态允许由单极天线辐射，而当该单极天线处于缩进状态时允许由印刷电路天线辐射。
本发明的另一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双重天线装置，其中印刷电路天线的尺寸被做得最小。
本发明的再一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双重天线装置，这里天线被匹配，以便它们之间的最佳功率传送。
本发明的还一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双重天线装置，这里发射的功率电平依赖于哪个天线被使用。
本发明再另一个目的是提供一种适用于手提天线电收发机的双重无线配置，其中二个天线之间有直接的电连接。
本发明的这些目的和其他特点参考以下结合附图的说明将更易成为明显的。
按照本发明的一个方面，提供了一种适用于手提无线电收发机的天线装置，包括一个可伸长的单极天线，其安装在无线电接收机外壳的顶面上，该外壳包含为使手提无线电收发机工作的电路，所说的天线装置的特征为包括：一个印刷电路天线，安装在所说的无线电接收机外壳的所说的顶面上，并与所说的无线电收发机电路连接以激励所说的可伸长单极天线，所述可伸长单极天线适于当在伸长状态时被电连接到所说的印刷电路天线上，而当在缩进状态时被从所说的印刷电路天线断开；一个有第一端和第二端的第一连接器，所说的第一端被固定地附接到所说的印刷电路天线上，而所说的第二端当所说的可伸长单极天线在所说的伸长和缩进状态间滑动时保持与其接触；和一个用于检测所说的可伸长单极天线的状态的检测电路，使得当所说的可伸长单极天线在所说的伸长状态时所说的可伸长单极天线被电连接到印刷电路天线上并用于全功率发射，而当所说的可伸长单极天线在所说的缩进状态时被从印刷电路天线断开并被用于以一降低的功率电平发射。
优选地，在所述天线装置中，所说的可伸长单极天线包括一导电部分和一非导电部分，其中所说的可伸长单极天线的导电部分在所说的伸长状态与所说的第一连接器接触，而所说的可伸长单极天线的非导电部分在所说的缩进状态与所说的第一连接器接触。
优选地，在所述天线装置中，所说的第一连接器在引进所说的印刷电路天线和所说的可伸长单极天线间的阻抗匹配电路的位置被附接到所说的印刷电路天线上。
优选地，在所述天线装置中，当所说的可伸长单极天线在所说的伸长状态时所述的可伸长单极天线是所述收发机的辐射部件，以及当所说的可伸缩单极天线在所说的缩进状态时所述印刷电路天线是所述收发机的辐射部件。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线还包括：有第一面和第二面的印刷电路板；以及一个辐射部件，包括在所说的印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度的第一导电线迹。
优选地，在所述天线装置中，所说的第一导电线迹有大于所说的物理长度的电长度。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线还包括一个导电部件，所述导电部件包括在所说的印刷电路板上形成相邻所说的第一导电线迹的第二导电线迹，所说的第二导电线迹有从接地端到相对端的物理长度，其中所说的第二导电线迹限定了一扩展的接地平面，其影响在所说的第一导电线迹与所说的第二导电线迹对齐的那部分上的虚拟馈送点。
优选地，在所述天线装置中，所说的第二导电线迹被形成在所说的印刷电路板的第二面上。
优选地，在所述天线装置中，所说的第二导电线迹被形成在所说的印刷电路板的第一面上。
优选地，在所述天线装置中，所说的第二导电线迹的物理长度被调整尺寸以提供同所说的第一导电线迹的阻抗匹配。
优选地，在所述天线装置中，所说的第一连接器以等于所说的第二导电线迹的物理长度在所说的无线电收发机外壳的顶面以上的高度被附到所说的印刷电路天线上。
优选地，在所述天线装置中，所说的检测电路还包括：(a)在所说的印刷电路天线上形成的辅助导电线迹；(b)一个第二连接器，在其第一端固定地附到所说的辅助导电线迹的一端上，而在其第二端滑动地附到所说的可伸长单极天线上。
优选地，在所述天线装置中，所说的辅助导电线迹的另一端被连接到所说的无线电收发机电路上。
优选地，在所述天线装置中，所说的辅助导电线迹的另一端被连接到地。
优选地，在所述天线装置中，所说的检测电路还包括同所说的检测电路的输入串联配置的第一电感器和同所说的检测电路的输出串联配置的第二电感器，其中射频信号被防止进入所说的检测电路。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线还包括：有第一面和第二面的第一印刷电路板；一个辐射部件，包括在所说的第一印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度的第一导电线迹；以及有第一面和第二面的第二印刷电路板；其中所说的辅助导电线迹被形成在所说的第一印刷电路板的第二面上。
优选地，在所述天线装置中，还包括一在所说的第二印刷电路板的第二面上的导电插接线。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线还包括：有第一面和第二面的第一印刷电路板；一个辐射部件，包括在所说的第一印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度L1的第一导电线迹；以及有第一面和第二面的第二印刷电路板；其中所说的辅助导电线迹被形成在所说的第二印刷电路板的第一面上。
优选地，在所述天线装置中，还包括在所说的第二印刷电路板的第二面上的导电插接线。
优选地，在所述天线装置中，所说的可伸长单极天线在所说的伸长状态呈现在为无线电收发机工作所要求的中心频率上的近似半波长的共振子。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线呈现在为无线电收发机工作所要求的中心频率上的近似1/4波长的共振子。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线被安置离开所说的可伸长单极天线一个距离以致当在所说的伸长状态时获得所说的可伸长单极天线的最佳天线效率。
优选地，在所述天线装置中，所说的印刷电路天线当所说的可伸长单极天线在所说的伸长状态时与所说的可伸长单极天线的阻抗匹配。
当本说明书以详细地指出和清楚地申请本发明的权利要求结束时，相信从以下结合附图的说明中所述情况将会被很好地了解。
附图说明
图1是具有本发明的双重天线装置的手提无线电收发机的示意立视图，其中单极天线处于伸长状态；
图2是图1中所描绘的手提无线电收发机的示意立视图，其中单极天线处于缩进状态；
图3是图1和图2中所描绘的手提无线电收发机的示意顶视图；
图4是图1-3的双重天线装置的透视图，其中印刷电路天线被表示为同单极天线连接；
图5是对于图1-4中所描绘的印刷电路天线的第一实施例的分解示意正视图；
图5A是对于图1-4中所描绘的印刷电路天线的另一个实施例的分解示意正视图；
图6是表示单极天线处于缩进状态时的直流状态检测电路的电路图；
图7是表示单极天线处于伸长状态时的直流状态检测电路的电路图。
具体实施方式
现在详细地参看附图。所有图中相同的数字都表示相同的部件。图1和图2描绘有包含发射和接收电路(未示出)的外壳12的手提无线电收发机10。按着本发明，提供适用于手提无线电收发机10的双重特性天线装置，其中基本天线14最好取为印刷电路天线形式，而辅助天线最好取为可伸长单极天线(也称为鞭状天线)的形式。将会了解到，只一个印刷电路天线14或单极天线16被用于在任何给定时间发射功率。
为实现其予定效用，会了解到借助在无线电收发机外壳12内安置的电连接器15和17，印刷电路天线14被直接连接到在外壳12内的发射和接收电路上。单极天线16在有高度h1的伸长状态和有高度h2的缩进状态间是可伸长的。伸长状态和缩进状态这些高度的每一个都是相对无线电接收机外壳12的顶面13(见图3)进行测量的。第一连接器18被提供有被固定地附到印刷电路天线14上(例如通过焊接)的第一端20和被制成允许单极天线16经其在伸长状态和缩进状态间滑动而仍旧保持接触的第二端22(最好取一对反弹簧夹等的形式)。单极天线16包括导电部分24，其被安排在从下端到上末端段26的单极天线16的大部分上。上末端段26由非导电材料(例如，任何电介材料)制成。因此，在图1中会看到，单极天线16的导电部分在伸长状态时将同第一连接器18的第二端22接触以致单极天线16在这时是无线电收发机10的辐射部件。另一方面，当单极天线16处在缩进状态时，在图2中会看到，其非导电末端段26同第一连接器18的第二端22接触以致印刷电路天线14成为无线电收发机10的辐射部件。虽然单极天线16可以有叠缩式结构，但较可取的是，它保持不变的长度，至少其导电部分24的大部分当在缩进状态时被包含在无线电收发机的外壳12内(见图2)。
会了解到，印刷电路天线14和单极天线16之间的距离d，如由它们沿图3中的无线电收发机外壳12的顶面的各自所定位置所反映的，设计使得当单极天线16处于伸长状态时获得其最佳天线效率。这是因为印刷电路天线14包含对处于伸长状态时的单极天线16的阻抗匹配网络。印刷电路天线14一般地与在一专利申请中所介绍的一种天线一致。这个专利申请就是标题为“印刷的单极天线”，编号为08/459,237，它为现在的受让人所拥有，特此引入作为参考。因此，印刷电路天线14包括印刷电路板28，其大致为矩形形状并有第一面和第二面。如在图5中所最好看出的，以第一导电线迹30形式的辐射部件被形成在印刷电路板28上并有从馈送端到相对端的物理长度L1。电连接器15和17被附到印刷电路板28上并连接到第一导电线迹30上。印刷电路天线14最好包括以在印刷电路板28的与第一导电线迹30相对的面上形成的第二导电线迹32形式的导电部件，这里第二导电线迹32有从接地端到相对端的物理长度L2。最好第二导电线迹32是导电扦接线元件(如在图5中所看到的)，其限定一扩展的接地平面，该扩展接地面影响在第一导电线迹30的与第二导电线迹32对齐的那部分上的虚拟馈送点。第二导电线迹32也可以被形成在印刷电路板28的与第一导电线迹30相同的面上。在任何情况下，第二导电线迹32的实际长度L2被调整尺寸以提供同第一导电线迹30的阻抗匹配。
在图1和图2中会看到，印刷电路天线14有高度h3，它以这个高度从无线电收发机外壳12的顶面伸出。最好，第一连接器18将通过焊接或其他相当的措施被连接到第一导电线迹30上。会注意到，第一连接器18将被安置在相对于无线电收发机外壳12的顶面13的高度h4上，h4最好与第二导电线迹32的物理长度L2近似相同。为了使印刷电路天线14的尺寸最小，会看到，第一导电线迹30有非直线的设计以致它的电长度大于物理长度L1。这样一来，印刷电路14能有一个这样的高度h3，它最好是在使印刷电路天线14的总物理尺寸最小的同时近似为无线电收发机工作所要求的中心频率的1/4波长。因此，印刷电路天线14能结合单极天线16工作。单极天线16最好在伸长状态高度为h1近似为无线电收发机工作所要求的中心频率的半波长。这个非直线形的第一导电线迹30也使第一连接器18能够以水平方式调节以致进一步加强印刷电路天线14和单极天线16间的匹配。
如在上文所提出的那样，像印刷电路天线14这样的实际上小的天线一般地在电抗性近场有比电等效但实际上长的天线更高的能量储存。所以，对于给定的发射输出功率电平，实际上小的天线增加耦合到手提无线电收发机装置用户的能量(由于在电抗性近场的能量储存是一个借其能量被耦合到如人体组织这样的损耗介质的原理过程)，并发射非电离电磁射频能量。为了使耦合到无线电收发机10的用户的能量减至最小，一个开关电路(状态检测电路)34可以被利用，以便当印刷电路天线14是被用的一个天线时(即，单极天线16处在缩进状态)由此减小被无线电收发机10发射的功率。在这方面，状态检测电路34可以按直流电路被表示。这可以通过将第二连接器38的第一端36(见图1和2)连接到标注14a的另一个实施例的印刷电路天线上来实现。如在图5A所看到的，印刷电路14a包括形状为矩形的并有第一和第二面的第一印刷电路板28a。第一印刷电路板28a包括在其上形成的第一导电线迹30a以及像加接到对于印刷电路天线14所说明和表示的那些连接器15a和17a。然而，印刷电路天线14a还包括毗邻第一印刷电路板28a安置的第二印刷电路板29。在这里，第二印刷电路板29也在形状上为矩形的并有第一和第二面。这样一来，印刷电路天线14a由有2层或更多层的印刷电路板的多层板组成。具体地，第三连接器的第一端36被连接到辅助导电线迹42上，辅助导电线迹42被表示为在第二印刷电路板29的第一表面上被形成。另外，辅助导电线迹42可以被配置在第一印刷电路28a的后表面上。辅助导电线迹42通过穿过第一印刷电路板28a的孔(未示出)被连接到连接器17a上。导电插接线32a则在第二印刷电路板29的后表面上被形成。
第二连接器38的第二端40同单极天线16处于滑动接触状态。这类似于所述关于第一连接器18的印刷电路天线14和单极天线之间的直接电连接。所以，当单极天线16处于缩进状态时，非导电部分26同第二连接器端40接触，形成一开路直流电路(见图6)。通过这样做，这就引起被印刷电路天线14a发射的功率的减小。否则，单极天线16的导电部分24同第二连接器端40接触形成闭合直流电路(见图7)，使得单极天线16发射最大功率。当然，状态检测电路34只是检测单极天线16的状态和确定被发射功率的总额的一个方法。其他直流检测技术也可被利用，例如，将第二连接器端40的一个弹簧夹接地和检测它的其他的用于直流接地的弹簧夹。还会注意到，一对串联的电感器44和46可以被安置在状态检测电路34的直流输入和直流输出的附近，以便阻止任何射频信号进入并借此降低单极天线16的性能。
已表明和说明了本发明的优选实施例，适用于手提无线电收发机的双重特性天线能够通过本专业普通技术人员进一步修改而不偏离本发明的范围。例如，一单个连接器可以被用于提供印刷电路天线14和单极天线16之间的直接电连接，其中合适的天线和借其而辐射的功率是由单极天线16的状态来识别。当然，如果需要无功率电平上的差别，则只确定所利用的天线。

Claims (23)

1.一种适用于手提无线电收发机(10)的天线装置，包括一个可伸长的单极天线(16)，其安装在无线电接收机外壳(12)的顶面上，该外壳包含为使手提无线电收发机(10)工作的电路，所说的天线装置的特征为：
(a)一个印刷电路天线(14)，安装在所说的无线电接收机外壳(12)的所说的顶面(13)上，并与所说的无线电收发机电路连接以激励所说的可伸长单极天线(16)，所述可伸长单极天线适于当在伸长状态时被电连接到所说的印刷电路天线(14)上，而当在缩进状态时被从所说的印刷电路天线(14)电断开；
(b)一个有第一端(20)和第二端(22)的第一连接器(18)，所说的第一端(20)被固定地附接到所说的印刷电路天线(14)上，而所说的第二端(22)当所说的可伸长单极天线(16)在所说的伸长和缩进状态间滑动时保持与其接触；和
(c)一个用于检测所说的可伸长单极天线(16)的状态的检测电路(34)，使得当所说的可伸长单极天线(16)在所说的伸长状态时所说的可伸长单极天线(16)被电连接到印刷电路天线上并用于全功率发射，而当所说的可伸长单极天线(16)在所说的缩进状态时被从印刷电路天线断开并被用于以一降低的功率电平发射。
2.权利要求1的天线装置，所说的可伸长单极天线(16)包括一导电部分(24)和一非导电部分(26)，其中所说的可伸长单极天线的导电部分(24)在所说的伸长状态与所说的第一连接器(18)接触，而所说的可伸长单极天线的非导电部分(26)在所说的缩进状态与所说的第一连接器(18)接触。
3.权利要求1的天线装置，其中所说的第一连接器(18)在引进所说的印刷电路天线(14)和所说的可伸长单极天线(16)间的阻抗匹配电路的位置被附接到所说的印刷电路天线(14)上。
4.权利要求1的天线装置，其中当所说的可伸长单极天线(16)在所说的伸长状态时所述的可伸长单极天线是所述收发机的辐射部件，以及当所说的可伸缩单极天线(16)在所说的缩进状态时所述印刷电路天线是所述收发机的辐射部件。
5.权利要求1的天线装置，所说的印刷电路天线(14)还包括：
(a)有第一面和第二面的印刷电路板(28)；以及
(b)一个辐射部件，包括在所说的印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度(L1)的第一导电线迹(30)。
6.权利要求5的天线装置，所说的第一导电线迹(30)有大于所说的物理长度(L1)的电长度。
7.权利要求5的天线装置，所说的印刷电路天线(14)还包括一个导电部件，所述导电部件包括在所说的印刷电路板(28)上形成相邻所说的第一导电线迹(30)的第二导电线迹(32)，所说的第二导电线迹(32)有从接地端到相对端的物理长度(L2)，其中所说的第二导电线迹(32)限定了一扩展的接地平面，其影响在所说的第一导电线迹(30)与所说的第二导电线迹(32)对齐的那部分上的虚拟馈送点。
8.权利要求7的天线装置，其中所说的第二导电线迹(32)被形成在所说的印刷电路板的第二面上。
9.权利要求7的天线装置，其中所说的第二导电线迹(32)被形成在所说的印刷电路板的第一面上。
10.权利要求7的天线装置，其中所说的第二导电线迹(32)的物理长度(L2)被调整尺寸以提供同所说的第一导电线迹(30)的阻抗匹配。
11.权利要求7的天线装置，其中所说的第一连接器(18)以等于所说的第二导电线迹(32)的物理长度(L2)在所说的无线电收发机外壳(12)的顶面以上的高度(h4)被附到所说的印刷电路天线(14)上。
12.权利要求1的天线装置，所说的检测电路(34)还包括：
(a)在所说的印刷电路天线(14)上形成的辅助导电线迹(42)；
(b)一个第二连接器(38)，在其第一端(36)固定地附到所说的辅助导电线迹(42)的一端上，而在其第二端(40)滑动地附到所说的可伸长单极天线(16)上。
13.权利要求12的天线装置，其中所说的辅助导电线迹(42)的另一端被连接到所说的无线电收发机电路上。
14.权利要求12的天线装置，其中所说的辅助导电线迹(42)的另一端被连接到地。
15.权利要求12的天线装置，所说的检测电路(34)还包括同所说的检测电路(34)的输入串联配置的第一电感器(44)和同所说的检测电路(34)的输出串联配置的第二电感器(46)，其中射频信号被防止进入所说的检测电路(34)。
16.权利要求12的天线装置，所说的印刷电路天线(14)还包括：
(a)有第一面和第二面的第一印刷电路板(28a)；
(b)一个辐射部件，包括在所说的第一印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度(L1)的第一导电线迹(30a)；以及
(c)有第一面和第二面的第二印刷电路板(29)；其中所说的辅助导电线迹(42)被形成在所说的第一印刷电路板的第二面上。
17.权利要求16的天线装置，还包括一在所说的第二印刷电路板的第二面上的导电插接线。
18.权利要求12的天线装置，所说的印刷电路天线(14)还包括：
(a)有第一面和第二面的第一印刷电路板(28a)；
(b)一个辐射部件，包括在所说的第一印刷电路板的第一面上形成从馈送端到相对端具有物理长度(L1)的第一导电线迹(30a)；以及
(c)有第一面和第二面的第二印刷电路板(29)；其中所说的辅助导电线迹(42)被形成在所说的第二印刷电路板的第一面上。
19.权利要求18的天线装置，还包括在所说的第二印刷电路板的第二面上的导电插接线(32a)。
20.权利要求1的天线装置，其中所说的可伸长单极天线(16)在所说的伸长状态呈现在为无线电收发机工作所要求的中心频率上的近似半波长的共振子。
21.权利要求1的天线装置，其中所说的印刷电路天线(14)呈现在为无线电收发机工作所要求的中心频率上的近似1/4波长的共振子。
22.权利要求1的天线装置，其中所说的印刷电路天线(14)被安置离开所说的可伸长单极天线(16)一个距离以致当在所说的伸长状态时获得所说的可伸长单极天线(16)的最佳天线效率。
23.权利要求1的天线装置，其中所说的印刷电路天线(14)当所说的可伸长单极天线(16)在所说的伸长状态时与所说的可伸长单极天线(16)的阻抗匹配。
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