CN1116012A - 便携式设备的天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种便携式通信设备的改进天线装置有发射和/或接收无线电信号的电路以及机架和向通信设备提供天线装置电磁耦合器的馈电点。天线装置包括外部固定在机架上的空心螺旋天线和可在螺旋天线中滑的天线杆。上述螺旋天线是1/4波式，并通过馈电点与电路耦合。直管式辐射器是一1/4波辐射器，天线装置设有一开关装置，当天线杆伸出时，它通过馈电点将直管式辐射器与电路联结，当天线杆收缩时，开关装置将直管式辐射器与电路和馈电点去耦。

Description

便携式设备的天线装置
本发明是有关便携式通信设备的一种天线装置，专用于手提式电话，包括用于发射和接收无线电信号的电路以及一个机架和向通信设备提供天线装置电磁耦合器的馈电点。天线装置包括从外部固定在机架上的空心螺旋天线和可在螺旋天线中滑动的天线杆。天线杆包括一实质上的直管式辐射器。
手提式电话天线可分两个主要部分组成即1/4波和半波辐射器。在这两者之间或两者之外，虽然也会出现一些其他型式的辐射器。
1/4波辐射器的特性是：
—有源辐射部分的长度是波长的四分之一(辐射部分长度在900兆赫时的波长约为8厘米)；
—馈电接线阻抗低，可与电阻为50欧姆的电话直接联结而无阻抗变换；
—由于波长短，900兆赫的电话用户将不考虑它的干扰问题，
—它的功能与地平面有关。
半波式辐射器的特性是：
—有源辐射部分的长度是波长的二分之一(辐射部分长度在900兆赫时的波长约为16厘米)；
—馈电接线阻抗高，它需将阻抗变换至电阻为50欧姆的电话；
—由于包括接线柱总长度达18—20厘米，不适用于小型电话；
—它的功能与地平面无关。
在以下的技术要求和权利要求中，术语半波辐射器和1/4波辐射器分别指实质上具有上述特性的天线。
安装在手提式电话机架外部的直管式辐射器，所占空间较大，外露受变形影响，而致断裂。再者，当没有电话时，只需要较低的天线性能。据此，直管式辐射器常常做成可伸缩的，并与一具有较低天线性能的螺旋天线相组合，而其体积则较小。
美国专利4,868,576描述了上述型式的天线装置，该装置包括与半波式螺旋天线相组合的一可伸缩的电容耦合半波辐射器。已知该装置解决了大尺寸电话中上述的问题，但仍有赖于半波辐射器以提供满意的天线性能。然而，现代手提式电话的尺寸很小，以致沿长度方向上难以安装半波辐射器，除非该辐射器不具有复杂的筒式伸缩式的特色。因为它的长度与现代电话的小型尺寸已不成比例，所以从审美观点来看也是不合适的。
另外，半波辐射器需要一阻抗变换器，在电话内占了空间，由于部件增多，而使成本增加。
欧洲申请的专利0467822A2公开了用于手提式电话另一种的天线系统。该系统包括装在电话上端的带一1/4波式螺旋天线的一种可伸缩的1/4波辐射器。该螺旋天线实质上不与1/4波辐射器耦合。1/4波辐射器仅在完全伸出位置时联结，而螺旋天线只在全部收缩位置时联结。该系统解决了小型电话上述的问题，但只要可伸缩的1/4波辐射器不在它端部位置中的一个位置时，仍有电话完全缺少天线功能的缺点。另外，在1/4波辐射器上端装有一螺旋天线，从审美观点和强度上来说均是缺点。
按照本发明的上述型式的一种天线装置，满足了对天线尺寸小，天线在伸缩中的功能以及设计简单和耐用的要求。本发明的特点是：螺旋天线是1/4波式，并通过馈电点与电路固定耦合；直管式辐射器是1/4波辐射器；实质上天线装置供有一开关装置，当天线杆伸出时，开关装置通过馈电点，使1/4波辐射器与平行于螺旋天线的电路耦合。当天线杆收缩时，开关装置实质上使1/4波辐射器与电路和馈电点去耦。
在本发明的一种优选实施例的开关装置包括一1/4波辐射器的下部分，与馈电点相联结的套管和布置在套管内的一挠性接触件。当天线杆伸出时，接触件与1/4波辐射器和套管相互联结。开关装置在伸出位置时，也可进一步布置使它作为1/4波辐射器的机械闭锁装置使用。
一些电话系统的波段宽，以致螺旋天线装置的性能不足。为解决此问题，在馈电点处平行联结有低阻抗的输电线。例如，输电线布置在一低消耗的挠性线路板上，板厚仅为几百分之一毫米。
为使天线功能实质上与其触摸的电话无关，上述天线系统可与一调谐地平面相组合。这样，天线中的镜面电流流入调谐地平面，而不流入电话的机架中。调谐地平面也可由单独的挠性线路板形成，或作为组装在机架中的一种型板，或作为电话的线路板。
例如，在1/4波辐射器与螺旋天线/输电线/电路之间，或螺旋天线/1/4波辐射器与输电线/电路之间(见图5A，5B)，不论射频信号的带电的或不带电的低阻抗耦合，均有可能获得上述的特性。
本发明在以下以不同装置的形式加以说明，并参见附图：
图1A为本发明天线装置中一种装置的部分剖面图，图中天线杆位于收缩位置。
图1B为图1A中装置的部分剖面图，图中天线杆位于伸出位置。
图2为图1A中天线装置的零件分解图。
图3为图1A中的天线装置与一已联结的输电线相组合。
图4为图1A中的天线装置，与已联结的调谐地平面相组合。
图5A、5B为按本发明装在一个天线装置内的可能用于发射和接收的输电线/电路与螺旋天线，1/4波辐射器之间提供耦合的几个替代方法。
如图1A、1B和图2所示的天线装置是从外部布置在手提式电话的绝缘机架25上，由两个主要部件组成。第一个部件是1/4波辐射器/(杆式天线)。该辐射器下端是裸露的，以便进一步带电耦合。另外，装有一绝缘壳体3。该辐射器上端安装在由绝缘材料制成的上部分4上。1/4波辐射器和其上部共同组成一天线杆，最好在天线杆上端装一旋钮5。第二个部件是一个1/4波式螺旋天线6，它模压在由防护性绝缘材料制成的外壳7内。在天线下端有一拧紧的由导体材料制成的套管12。套管12与1/4波辐射器和螺旋天线的馈电点22接触，并由电桥24与手提式电话的电路23联接。它从机械上和带电上与螺旋天线6的下端耦合，并含有一挠性接触件13。天线杆1是可活动通过螺旋天线6，外壳7，套管12和接触件13的。
上述零件对天线杆的中央长轴是完全对称布置的，套管12也是天线装置到手提式电话机架22的一种固紧装置的一部分。最好是一种防护性的绝缘管(图中未表示)安装在套管12下面的一侧。天线杆在此绝缘管中活动，收缩时通过套管12。
按图5A所示，在套管12与电路23/输电线19之间利用与电路23/输电线19相联结的一导电的挠性簧片45可获得耦合。套管12是与螺旋天线相互联接的，并与套管12的下部分紧密接触。上述套管的下部分装有一薄绝缘层47。在这种情况时，耦合是电容性的。相应的电容与绝缘层47的厚度成反比，而分别与绝缘层的电容率和限定套管12下部分和挠性簧片相邻区域的面积直接成正比。所需耦合的电容量是由对上述参数相应的选择取得的。在一等价的线路图中，按上述情况所建立的电容器由46表示，套管12由方块42表示，电路23/输电线19的接线由点43表示。
在手提式电话中，当不打电话时，也有发射和接收。在这种情况时，天线杆通常是完全收缩的，这样它的上端，非导电的零件4位于螺旋天线6之内。当处于这种情况时，1/4波辐射器从带电上和电容性上实质上与螺旋天线6相脱离，后者对总的天线功能起作用。
打电话时，或有关天线性能另有所需时，1/4波辐射器1即伸出，通过套管12和与螺旋天线6平行的接触件13，通过馈电点22和手提式电话电路23上的电桥24，它的下部分2是带电的或电容性耦合的。在此情况时，天线功能实质上与单用1/4波辐射器时相同。
因而，1/4波辐射器1的耦合和去耦是由天线杆1的伸出和收缩作用的。天线杆伸出程度受由接触件13和套管12所阻的1/4波辐射器的下部分2所限止。接触件13在天线杆位于伸出位置时，也作为天线杆的一种机械闭锁机构使用，而它的收缩运动则受旋钮5或绝缘管底部所限。
按图5B例所示，1/4波辐射器1在它伸出位置时和套管12间，通过向1/4波辐射器/下端2提供一薄绝缘层40即可获得耦合。在此情况下，1/4波辐射器1和套管12间的耦合是电容性的。相应的电容与绝缘层40的厚度成反比，而分别与绝缘层的电容率和界定套管12和下部分2相邻区域的面积直接成正比。由于对此耦合需要高的电容，因此要依次选择参数。在一等价的线路图中，按上述情况建立的电容器分别以41表示，套管12以方块42表示，螺旋天线和1/4波辐射器以符号6和1表示，电路23/输电线19的接线以点43表示。
图3表示图1中的天线装置与一以挠性薄片18形成的低阻抗输电线相组合，该薄片一侧装有两输出端的导线19，导线的第一输出端通过电桥17与导电的套管12联结。第二输出端通过一铝套与布置在挠性薄片18另一侧的地平面相耦合，地平面则与电话的信号接地接触。这种设计可用以满足电话系统的要求。在这种电话系统中，波段很宽，以致单用一个螺旋天线不适于作为一种天线使用。低阻抗输电线通过馈电点22和套管12与螺旋天线平行耦合。
图4为图1中的天线装置与成挠性板20形式的对称镜面地平面相组合。挠性板装有导线21，导线中部与电话的防护性接地耦合。然而，导线与套管12并不直接带电联结，调谐地平面使天线功能与电话机架的触摸无关。这是天线镜面电流在调谐地平面中流动的结果，而不是在电话机架中流动的结果。调谐地平面可由一单独的挠性板形成，或作为一个导电的型板组装在机架中，或作为电话的线路板。

Claims (7)

1.便携式通信设备的天线装置包括用于发射和接收无线电信号的电路(23)以及机架(25)和将天线装置的电磁耦合供给通信设备的馈电点(22)。上述天线装置包括从外部固定在机架上的空心螺旋天线(6)和一个可穿过螺旋天线滑动的天线杆。天线杆包括一直管式辐射器(1)，其特征是，上述螺旋天线(6)是1/4波式，并通过馈电点(22)与电路(23)固定耦合。另一特点是，直管式辐射器(1)是一1/4波辐射器，天线装置设有一开关装置(2，12，13)，当天线杆伸出时，它通过馈电点(22)将上述直管式辐射器(1)与平行于螺旋天线(6)的电路(23)联接。当天线杆收缩时，开关装置(2，12，13)实质上将直管式辐射器与电路(23)和馈电点(22)去耦。
2.权利要求1中的一种天线装置，其特征是，上述天线装置供有一开关装置(2，12，13)，用于不论使带电的，平行于上述螺旋天线(6)的上述直管式辐射器(1)与上述电路(23)耦合，或使上述直管式辐射器(1)与上述电路(23)去耦。
3.权利要求1中的一种天线装置，其特征是，上述天线装置供有一开关装置(2，12)，它使不论电容的平行于上述螺旋天线(6)的上述直管式辐射器(1)与上述电路(23)耦合，或使上述直管式辐射器(1)与上述电路(23)去耦。
4.上述任一权利要求中的一种天线装置，其特征是，上述开关装置(2，12，13)包括一个直管式辐射器(1)的下部分(2)，一位于馈电点并与馈电点联结的套管(12)，以及布置在套管中的一挠性接触件(13)。当天线杆伸出时，上述接触件与上述直管式辐射器(1)和套管(12)相互耦合。
5.上述任一权利要求中的一种天线装置，其特征是，上述开关装置(2，12，13)在它伸出位置时，可作为上述直管式辐射器(1)的机械闭锁装置使用。
6.上述任一权利要求中的一种天线装置，其特征是，输电线(18，19)与馈电点(22)联结，以便于增加上述螺旋天线(6)的波段宽。
7.上述任一权利要求中的一种天线装置，其特征是，调谐地平面(20，21)靠近馈电点(22)布置，而无直接带电的接触。上述地平面与电话的防护性地面相耦合，并能调整镜面电流。
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