CN1120250A - 用于通信装置的天线 - Google Patents

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Abstract

用于个人通信系统的一个分集手机(100)包括一个折叠部分(104)，一个第一天线(108)和第二天线(110)。第二天线(110)由两部分组成，第一部分是一个印制在基座(206)上的直接馈电部分(202)，而第二部分包含一个位于折叠部分(104)内的无源辐射器(116)。第二天线(110)的第一和第二部分(202)和(116)是在折叠部分(104)和基座(206)之间感性耦合在一起。如同从手机(100)移去折叠部分一样，不论折叠部分(104)开启或闭合，分集都得以保持。

Description

用于通信装置的天线
本发明涉及天线，更具体地是涉及用于通信装置的天线。
个人通信系统(PCS)使用无绳手机，为了使装置更易于移动，它通常被设计成尽可能地小。为了使手机容易移动，将手机中加入例如收缩天线那样的特征，使得手机装入机套或公文包时，不会占用很大的空间。在要求天线分集的系统中，将第二天线装入手机，这样尽管对用户提供了一个人机控制的合宜的解决办法，但又带来了保持手机性能在最佳水平的复杂问题。在有折叠部分的手机中，对这个问题的一种可能的解决办法是第二天线与折叠部分装在一起。当前的折叠部分天线通常是用同轴电缆或柔性电路内连(花线)连接到手机收发信机。然而，在工厂中，当组装时间和生产的可靠性是最为重要时，使用花线电路或同轴电缆常会产生难以组装的问题。由于折叠部分重复地开启和闭合，在机械方面也会发生关于花线电路和同轴电缆遭受磨损的问题。此外，因为天线是耦合到收发信机的一个地电位(GND)平面，所以完全装在折叠部分内的天线通常是失谐的。因此，具有完全装在折叠部分内天线的手机要求折叠部分保持开启状态以使天线正常地工作。此外，对于设计上没有折叠部分的手机，当要求分集作为通信协议的一部分时，就产生了在哪里安放第二天线的问题。
因此，需要一种能装入通信装置的天线，它在折叠部分和收发信机之间能提供一种改善的互连接，以便减少工厂中的组装时间和费用。该天线还应该在折叠部分的开启位置和闭合位置时都能保证工作。此外，没有折叠部分但能提供分集的手机对于不要求折叠部分的用户也将是有利的。
图1是一个依据本发明的通信装置图。
图2是一个依据本发明的天线的优选实施例的说明图。
图3是本发明描述的天线与自由空间中偶极子天线的比较曲线图。
图4是标准的可拉天线与依照本发明的天线的比较曲线图。
图5是依据本发明优选实施例的手机所期望的性能说明图，它以图4中所示的数据为基础。
附图的图1说明一个移动式无线电单元，即是依照本发明的优选实施例的手机100。这里要描述的发明应用于无绳电话第二代手机(CT2)，但其它的通信装置也能使用。手机100包括一个外壳102以及通过铰链106连接到外壳的一个折叠部分104。手机100也包括第一天线108和第二天线110。第一天线108是一个标准的可拉长天线，它由两个主要部分组成，一个无源辐射器部分，它表示为可拉长部分112，和一个直接馈电部分114，它们位于外壳102内并连接到外壳102内的印刷电路板(未示出)的收发信机部分。当伸长时，两部分112和114感性耦合并用作完整的天线108。当无源辐射器部分112收缩时，只有直接馈电部分114用作天线108。在收缩的位置，因为只有直接馈电部分114用来接收或发射一个射频(RF)信号，所以性能有些下降。无源辐射器部分112两端的半英寸长的塑料使得在伸长位置时，两部分能有感性的耦合，在收缩位置时，只有直接馈电部分114在使用。
手机100中还包括第二天线110，它分为两部分，第二天线110的第一部分(后将示出)位于外壳102内，而第二部分是位于折叠部分104内的无源辐射器116。在图2将会详细地描述第二天线110。但简言之，依照本发明，第一和第二部分之间的感性耦合产生了第二天线。可拉长天线108和第二天线110给手机100提供分集。
在本发明的优选实施例中，折叠部分104能够在第一和第二位置之间移动，其中第一位置最好是一个开启的位置，而第二位置是一个闭合的位置。折叠部分最好由塑料材料制成并加入一种导电材料，例如铜，它以一个予定的形式沉积在塑料表面，形成无源辐射器116。也可将导电材料嵌入塑料内。这里要描述的第二天线110在握键开启或闭合时，甚至当握键完全从手机处移去时，能使手机具有分集的能力。
附图的图2示出了依照本发明的第二天线110的优选实施例。天线110分为两部分在所关心的频率上谐振，直接馈电辐射器部分202和无源辐射器部分116。天线110还包含一个基座206，手机100的收发信机部分，它包括直接馈电部分202。连接到外壳的折叠部分104(如图1所示)包括无源辐射器116。在优选实施例中，直接馈电部分202作为一个微带线加入到印刷电路板基座206的线路布置中，而微带线在所关心的频率谐振。基座材料最好是一种阻燃的环氧树脂/璃编织层压(FR-4)材料，但本领域已知的其它pcb基座也可使用。
无源辐射器116可使用一种导电材料例如图1和2所示的铜带或导电涂料，加到折叠部分104。虽然优选的实施例说明的折叠部分104是由塑料制成时，但其它的材料，例如pcb基座材料也可使用。将无源辐射器116包括到折叠部分中，并将它感性耦合到印刷电路板206的直接馈电部分202，则在收发信机和折叠部分之间要用同轴电缆或花线互联的这种需要就不存在了。
用于直接馈电部分202的微带线的图形可被设计为在所关心频率上谐振的任何形状。在优选的实施例中，直接馈电部分202最好是一个四分之一波长馈电，在频率864-868MHz(兆赫)范围上谐振，而无源辐射器116最好是一个半波辐射器在同一所关心的频率上谐振。
在本发明的优选实施例中，天线110的直接馈电部分202是一个四分之一波长辐射器，可是四分之一波长增量的其它长度，例如半波长和全波长也能使用。虽然优先选无源辐射器116为半波长，但也能设计为半波长增量的其它波长。为了最佳性能，最好设计两个谐振单元202和116，当折叠部分104移动到闭合位置时，两个单元不相重叠。
为了提供分集，本发明所描述的天线110可以装入一个手机，它已拥有一个图1所描述的标准的可拉长天线108。由于某些用户更喜欢带有折叠部分的手机，用手不需要完成不同于他或她已习惯的任何额外步骤，就能包含分集特征。当折叠部分104处于开启位置时，第一天线108或是第二天线110可根据信号的方向和手机的位置接收和发射RF信号。当折叠部分104闭合时，第一天线108或是第二天线110的直接馈电部分202提供用来接收或发射RF信号的装置。当折叠部分在开启位置达到最佳性能时，第二天线110的直接馈电部分202还保持折叠部分在闭合时手机中的分集。对于希望移去折叠部分104的用户，仅有直接馈电部分202被用作第二天线。当折叠部分闭合时或当折叠部分被移去时，直接馈电部分202用作天线本身，因为它没有从它原始位置移动。
现在参考图3，所示的曲线图表示所收集数据的实例，为本发明所描述的，在折叠部分开启和闭合的情况下，它将包括天线110的手机性能与自由空间的偶极子天线相比较。这些数据取自一个无回声室并表示自由空间中天线的性能。所有功率电平都以相对于一毫瓦的分贝(dBm)来测量。偶极子天线用作一个参考，并转动大约360°范围，它带有正在监测的发射功率电平。线302表示自由空间中的偶极子天线，它的平均功率为-39.1dBm，而线304表示在折叠部分开启时本发明所描述的天线，它的平均功率电平为-40.9dBm(或低于参考偶极子天线1.8dB)。线306表示在折叠部分闭合时本发明所描述的天线，并测得平均功率为-42.1dBm。在折叠部分闭合时天线和参考偶极子天线之间功率电平的总增量仅是3dlBm，这被认为是一个可接受的下降电平。由于带有在闭合位置的折叠部分104的手机100基本上只使用直接馈电部分202作为接收RF信号的装置，所以无论是否带有折叠部分，都可期望得到可接受的性能。
现在参考图4，所示的曲线图400说明一个数据样品，该数据表示当用户持有手机100时，单独的天线108和110上的发射功率电平。线402是以dBm表示的一个可接受的阈值，为了维持一个通信链路，RF信号的发射功率电平必须保持在这一阈值之上。分别地测量单独的天线108和110以便比较它们相应的信号强度。线404以dBm表示第一天线所发射的功率电平，该天线是标准的可拉长天线。线406表示由本发明所描述的第二天线110在折叠部分开启时所发射的功率电平。对于标准的可拉长天线108在伸长位置时所测得的功率电平为-49.8dBm，而对于天线110当折叠部分在开启位置时所测得的功率电平为-51.2dBm。
图400的数据表示用户旋转大约360°范围时被监测的发射功率电平。由曲线图400可见，折叠天线(线406)在两个主要位置180°(点408)和270°(点410)下降到阈值之下。在点410的下降对应于用户手部挡阻折叠部分的情况，在点408的下降位置对应于用户头部的背面，头部面对辐射单元，折叠部分在头的前方。标准天线(线404)在0°，100°和360°等处下降到阈值以下。这些位置用相应的标号412、414和416表示。两个天线108和110基本的作用是互为补充。因此，在一个分集手机内，当来自一个天线的接收信号或发射信号衰减时，则另一个天线能够接通来保持通信链路。
图5是一曲线图，说明分集手机100所期望的发射功率电平，这是以图4的图形为基础的，分集手机100在伸长位置的标准的可拉长天线108和在折叠部分104开启的本发明所描述的天线110之间进行切换。标号502表示由标准天线108到第二天线的变化，标号504表示回到标准天线的变化，标号506表示切换回到第二天线110。通过改善发射和接收RF功率信号的能力，手机能工作的范围就增加了。
将本发明所描述的天线110与标准的可拉长天线相结合就能够实现通信装置中改善的天线性能。通过将无源辐射器部分感性耦合到直接馈电部分，就消除了将同轴电缆或其它传输线穿过铰链的必要性。当折叠部分不断重复地开启和闭合时，简化了手机的组装并增加了天线的可靠性。由于不论折叠部分的位置如何，直接馈电部分的性能基本维持不变，所以不论折叠部分是开启或是闭合，手机都能够继续提供分集。此外，用户可以移去折叠部分并继续使用手机，该手机用标准可拉长天线作为第一天线，而采用直接馈电部分作为第二天线。

Claims (7)

1.一个通信装置，它包含
外壳；
收发信机，它位于外壳内；
折叠部分，它可在第一位置和第二位置之间移动；
将折叠部分连接到外壳的铰链；
一个位于外壳内的直接馈电辐射器；以及
一个无源辐射器，它位于折叠部分内并与直接馈电辐射器感性耦合。
2.权利要求1的通信装置，其中通信装置还包含一个连接到外壳的可拉长天线，直接馈电辐射器和可拉长天线向通信装置提供天线分集。
3.权利要求2的通信装置，其中收发信机包含一个基座，其中直接馈电辐射器位于基座上。
4.权利要求3的通信装置，其中当折叠部分处在第一位置时，直接馈电辐射器提供一个第一天线位置，而当折叠部分处在第二位置时，直接馈电辐射器感性耦合到无源辐射器来提供一个第二天线位置。
5.权利要求4的通信装置，其中直接馈电辐射器包含一个四分之一波长的直接馈电辐射器，无源辐射器包含一个谐振的半波长的无源辐射器。
6.权利要求5的通信装置，其中无源辐射器印制在折叠部分上。
7.权利要求6的通信装置，其中直接馈电辐射器包含一个印制在基座上的微带线。
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