CN1121081C - 便携式无线电通信装置 - Google Patents

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Abstract

一小尺寸的安装在例携式无线电通信装置上的扁平天线对于窄带宽是可利用的，且由于该扁平天线与周围电介质之间的干扰，该扁平天线的谐振频率发生变化。结果天线的传输效率和接收灵敏度降低。在具有一圆极化天线用于卫星通信的便携式无线电通信装置中配置一通信部分(由一同轴线或一微带线构成)，以使不仅在该便携式无线电通信装置与该天线之间，而且在人体与该天线之间设置有一适当的距离。

Description

便携式无线电通信装置
本发明涉及一种具有圆极化天线，可有效进行卫星通信的便携式无线电通信装置。
在通过便携式无线电通信装置(便携式电话)等的移动通信中，当前使用属于800MHZ，1.5GHZ，和1.9GHZ的频带的线极化波。近年来，通信系统公司已建议使用中地球轨道和近地球轨道卫星的便携式电话，并且对于这样的移动卫星通信，已设计有以下的频带分配系统。一系统分配1.6GHZ的频带用于从地面的便携式电话到卫星的上行线路通信并分配2.4GHZ的频带用于从卫星到地面的便携式电话的下行线路通信。另一系统分配1.6GHZ的频带用于上行线路和下行线路两者的通信。对于这样的通信，通常使用圆极化以保证无线电通信线路的质量。
如图7所示，所建议的作为一示例性天线构成的是一折叠天线阵列25(见“Non-geostationary Satellite Communication System of the World”，ITU Research，No，261/262，New Japan ITU Society，August 1993，P.36)。该折叠天线阵列25使用一发送微带扁平天线(以下称为“发送扁平天线”)22和一接收微带扁平天线(以下称为“接收扁平天线“)23，用于卫星通信。
将描述该折叠天线阵列25。为便于说明，将取上述著作“ITU Research”中公开的ODYSSEY系统(美国的TRW公司)建议的构成作为一例子。图7中所示的便携式电话92具有该折叠天线阵列25，该折叠天线阵列25具有配置在电介质上的发送扁平天线22和接收扁平天线23。该折叠天线阵列25可通过枢轴85相对于便携式电话92以从0到180°的折叠角度被任意折叠。
在此情况下，发送扁平天线22和接收扁平天线23各自使用频率f1、f2与一卫星进行通信。在一卫星通信系统使用同一频率f1进行发送和接收的情况下，只有发送扁平天线22可被用于发送和接收。通常，频率f1使用1.6GHZ的频带而频率f2使用2.4GHZ的频带。
然而，一使用介电层的小尺寸的扁平天线具有窄的带宽，由于该扁平天线与例如建筑物和人体的周围电介质之间的干扰，该扁平天线的谐振频率会发生改变。结果，天线的发送效率和接收灵敏度降低，由人体的头部所引起的天线增益的损失也被提出作为一个问题。
而且，当主束被引导向天顶(以90°仰角)时，扁平天线中较低仰角的通信灵敏度被降低。而在通过通信卫星的移动通信中建议使用该扁平天线或螺旋天线。由于对各类型天线所特定的方向性的限制，只有在卫星处于较低仰角或处于较高仰角时才能获得令人满意的通信灵敏度。
本发明通过在用户使用一便携式无线电通信装置时，防止一天线元件接近向人体(特别是头部)，也就是说，在一被安装在便携式无线电通信装置上的圆极化天线中，一通信部分被配置在该便携式无线电通信装置和该天线元件之间而克服了上述问题。
而且，本发明的特征在于在一便携式无线电通信装置上设置了两圆极化天线，且这两天线的主束辐射方向相互不同。
图1为本发明的一实施例的便携式无线电通信装置的示意图；
图2为表示一种情况的示意图，在该情况中，通过使用本发明的一实施例的便携式电话，来自一天线的辐射未由人体的头部所屏蔽；
图3A为一具有采用四线螺旋天线的一通信部分的天线的示意图；
图3B为一具有采用单螺旋天线的一通信部分的天线的示意图；
图4为本发明的另一实施例的示意图，其中一便携式无线电通信装置在其上安装有一扁平天线装置和一螺旋天线装置；
图5为表示用于该螺旋天线装置和该扁平天线装置的天线电路的方框图；
图6A为表示该扁平天线的圆极化波的主束的相对功率的示意图；
图6B为表示该螺旋天线的圆极化波的主束的相对功率的示意图；
图6C为表示图6A和6B的合成的主束的相对功率的示意图；
图7为表示一常规的便携式无线电通信装置的示意图。
图1示出了本发明的一实施例。参考数字5表示由一同轴线或一微带线构成的通信部分。由一同轴线9等构成的一圆极化螺旋天线14通过该通信部分5而与一便携式电话9相分开。可以看到参考数字81表示一显示部分；82表示一接收器；83表示一操作部分；及84表示一发送器。
首先，将描述生成用于卫星通信的圆极化波的螺旋天线14的操作和特性。由于螺旋天线14，例如，一双线螺旋天线(公开在尚未被审查的日本专利申请3-274904)等已被周知。在本实施例中采用了该双线螺旋天线。该螺旋天线14包括：用作为辐射元件的同轴线9和一导线8，用作为辐射元件的同轴线9的芯导线与导线8在供电点7相电耦合，且用作为辐射元件的同轴线9的外导线与导线8在螺旋线端6相电耦合。参考数字11表示一介电圆筒，同轴线9和导线8被螺旋形地缠绕在其上。
将描述基于流过螺旋天线14的高频电流的操作。螺旋天线14的馈电点7位于该天线的顶部上。没有用作为天线元件的装置被连接至用作为辐射元件的同轴线9的外导线。当在馈电点7自同轴线9的芯导线出射的高频电流从该同轴线9的外导线的外壁侧上的螺旋线端6向上流动时，在同轴线9的外导线的内壁侧上，电流以相反的方向流动。因此，标称地没有高频电流在同轴线9的外导线上流动。结果，高频电流变成为一环路电流。由于导线8和同轴线9被螺旋地缠绕在介电圆筒11上，高频电流沿该螺旋形生成一电场并辐射圆极化。
然后，在将螺旋天线14连接至便携式电话92的操作期间，当辐射元件接近该电话壳体时，辐射图被干扰。结果，作为一独立体的该天线的性能被削弱，进而要求执行匹配该壳体和该天线的电磁特性的操作。该操作降低了生产率。而且，接近于该电话壳体的天线的辐射元件更接近于人的头部，且这使得该天线难于执行所期望做的工作。为解决该问题，在一天线夹持器10中配置通信天线5以使通过减少螺旋天线14和电话壳体之间的干扰，该天线可执行所期望做的工作。一滑动连接器13被配置在便携式电话92的上右侧表面上，且一滑动连接器12被配置在通信部分5的该侧表面上，以使天线夹持器10为可松脱的。通信部分5的长度被设计成约为圆极化天线的辐射元件的物理长度的20至100％，或约为圆极化天线的辐射元件的工作波长的0.1至0.5λ(波长)。
由于通信部分5被配置在天线夹持器10中，电话壳体和螺旋天线14之间的距离，及人的头部和螺旋天线14之间的距离可被增大，进而允许维持适当的天线性能。图2示出了一种情况，其中通过使用根据本实施例的一便携式电话，来自天线的辐射不被人的头部所屏蔽。从该附图可理解到与近地轨道的卫星进行通信所需的较低仰角的天线增益未被减少。
尽管在上述实施例中采用双线螺旋天线，其它类型的螺旋天线也可被采用。例如，图3A中所示的作为一辐射元件的具有四条导线的一四线螺旋天线15，图3B中所示的由一接地平面17和一导线16构成的一单(单线)螺旋天线等可具有类似的优点，只要通信部分5被配置在天线夹持器10中。
可注意到可根据使用便携式无线电通信装置的系统来选择螺旋天线的最佳类型。该螺旋天线可为一旋转型或一拉出型以使该螺旋天线可被容纳于该无线电通信装置的壳体中。
而且，尽管在上述实施例中，在配置于天线夹持器10中的通信部分5内接纳有一同轴线或一微带线。但本发明并不限于该例子，而可被应用于该通信部分5由一同轴线、一微带线等构成的情况。而且，尽管该天线被设计成通过滑动连接器13和滑动连接器12是可松脱的，本发明并不限于此设计，而可采用一固定的天线设计，只要设置有该通信部分5。
图4示出了本发明的另一实施例。对应于图1至3中所示的实施例的部分被指定以相同的参考数字，且在此省去对其的描述。在图4中，参考数字40表示一扁平天线装置；14表示一螺旋天线装置；及92表示一便携式无线电通信装置(便携式电话)。该扁平天线装置40被配置在便携式无线电通信装置92的壳体的上表面部分上，且螺旋天线装置14被配置在壳体的上侧表面部分上以使向上伸展。图5为这些天线的一电路的方框图。一信号合成器32被连接至无线电通信部分31。可使用一信号选择器来替代该信号合成器32。这两天线具有不同的主束辐射方向，但具有相同的工作频带和相同的圆极化旋转方向。
扁平天线装置40被构成以使一补钉状导体2被粘合在一介电层3的上表面上且使一接地平面(未示出)被粘合在该介电层3的下表面上。在该介电层3上形成有一通孔(未示出)。一馈电插头1被插入该通孔中，从而将该馈电插头1电连接至该补钉状导体2。在此时，该通孔周围的导体部分被去除以防止馈电插头1与接地平面接触。类似地，在导体板50中形成一通孔，以使导体板50不与馈电插头1发生电接触。导体板50在尺寸上略大于扁平天线装置40。补钉状导体2的最普通的形状基本上为矩形。该补钉状导体2沿长边的方向在低频上发生谐振并沿短边的方向在高频上发生谐振。也就是，该补钉状导体在两不同的频率上发生谐振，并在两不同的频率之间作为一圆极化天线进行工作。通过调整馈电插头1的位置来提供阻抗匹配。
扁平天线装置40的主束通常被引向天顶(图6A)，且因此设计的自由度受到限制(根据导体板50的尺寸，有一定程度的设计自由)。另一方面，对于螺旋天线装置14，给予了很大的设计自由度。可能选择缠绕条件以使主束以低仰角被引导(图6B)。通过以图4中所示的方式组合这两种类型的定向天线并将它们配置在便携式天线电通信装置上，可提供从高仰角(朝向天顶)到低仰角的范围中的稳定的通信灵敏度(图6C)。
而且，图1中所示的螺旋天线装置14被容纳并夹持在一天线夹持筒10中。该螺旋天线装置14被夹持在一位置以使远离便携式无线电通信装置92的上部，同时在该便携式无线电通信装置92和该螺旋天线装置14之间插入一信号传输路径(一同轴线4或一微带线)，该信号传输路径被从无线电通信部分31引出。由于螺旋天线装置(双线螺旋天线)14的主束以低仰角被引导，通过将该螺旋天线装置14保持在便携式无线电通信装置92上方以远离该便携式无线电通信装置92，可防止由人的头部所引起的天线增益的损失。
尽管在上述实施例中示例出一矩形微带扁平天线作为该扁平天线，但也可采用三角形、五角形或圆形微带天线。而且，尽管示例出单点反馈作为馈电系统，但也可选择到一连接板(patch)的周边的两点反馈和单点馈电或两点馈电中的任一种。而且，也可采用一螺旋形天线。
尽管示例出一双线螺旋天线作为螺旋天线，但也根据通信卫星系统来选择如图3A所示的四线螺旋天线，如图3B中所示的单(单线)螺旋天线，三线螺旋天线等。
而且，通过在被固定至天线夹持筒的一螺旋天线的顶端部上配置一扁平天线。可防止由人的头部所引起的该扁平天线的天线增益中的损失。在该天线夹持筒中设置有一信号传输路径以将信号馈送给该扁平天线。
如前所述，本发明的特征在于提供一通信部分，其在一便携式无线电通信装置和配置在该便携式无线电通信装置上方的一圆极化天线之间发送信号，不仅可得到令人满意的卫星通信，而且可提高生产率。
而且，在要求卫星转换(从一卫星转换至另一卫星)的一卫星通信系统中，低仰角的通信可靠性可被改善。
与从地面所看的通信卫星的仰角无关，可容易地获得令人满意的通信灵敏度。而且，可平滑地实现从高仰角的一卫星到低仰角的一卫星的转换(反之亦然)。

Claims (5)

1、一种便携式无线电通信装置，其中在该无线电通信装置的壳体的上部上配置一用于发送信号的通信部分，该壳体内装纳一无线电通信部分，且一圆极化天线的辐射元件被保持在该通信部分的上面。
2、根据权利要求1的便携式无线电通信装置，其中该圆极化天线的辐射元件是一与近地轨道卫星进行通信的在低仰角具有天线增益的天线的辐射元件。
3、根据权利要求1的便携式无线电通信装置，其中所述圆极化天线被用作为第一圆极化天线，而另一圆极化天线被设置作为第二圆极化天线，
第一极化天线的主束以低仰角被定向而第二极化天线的主束以高仰角被定向。
4、根据权利要求3的便携式无线电通信装置，其中所述第一极化天线为螺旋天线而所述第二极化天线为扁平天线，第二极化天线的一连接板的导体表面和第一极化天线的顶端部分分别相对于该无线电通信装置的壳体被向上定向。
5、根据权利要求4的便携式无线电通信装置，其中第二极化天线被固定至第一极化天线的顶端部。
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