CN1131575C - 多线螺旋形天线以及便携式无线电装置 - Google Patents
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Abstract
多线螺旋形天线以及便携式无线电装置，其中的天线包括：天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的n个元件：两条馈线，它们具有相同的电线长度；连接两条馈线与n个元件的电路；包括四个端子的3dB混合电路；两个端接电路；其中3dB混合电路的四个端子中位于一侧的两个端子连到两根馈线，3dB混合电路的位于另一侧的两个端子连到一个三端开关的三端子中的第二端和第三端，开关切换与信号输入/输出部分的连接状态；用于把三端开关连到3dB混合电路四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到两个端接电路。在便携式无线电装置中，所述多线缠绕的螺旋形天线以折拢方式装到其上，其中三端开关依据多线缠绕的螺旋形天线的状态来换向。
Description
本发明涉及多线缠绕的螺旋形天线，它主要用于诸如便携式电话等移动无线电装置。
近几年来，诸如便携式电话等移动电信已得到了飞速发展，结果，不仅想有使用地面站的便携式电话系统，也想有使用卫星的系统。同时，天线成为便携式电话终端的重要装置之一。
以下，将参考有关附图来描述上述的常规四线螺旋形天线的一个例子。
图9是示出常规的四线螺旋形天线的方框图。在图9中，201代表四线螺旋形天线的辐射部分，202代表3dB的混合电路，203代表输入/输出端。以下将描述具有此结构的四线螺旋形天线的操作。
在使四线螺旋形天线201形成适当的尺寸并在输入/输出端203处通过3dB的混合电路202馈电时，该天线呈现出具有图10所示圆锥形波束特性曲线的辐射图。
然而，由于上述结构的方向性总是向上的，所以如果把此天线设置到利用卫星的便携式电话，则因天线在备用期间是折叠起来的，方向性变为向下，从而不能接收到来自上方的无线电波。
针对常规技术的这个问题，本发明旨在提供一种多线螺旋形天线，该天线不仅在伸直时呈现出向上的方向性，而且在折叠时也表现为向上的方向性。
根据本发明的一个方面，提供一种多线螺旋形天线，包括：天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的n个元件；两条馈线，它们具有相同的电线长度；连接所述两条馈线与所述n个元件的电路；包括四个端子的3dB混合电路；两个端接电路；其中所述3dB混合电路的所述四个端子中位于一侧的两个端子连到所述两根馈线，所述3dB混合电路的所述四个端子中位于另一侧的两个端子连到一个三端开关的三个端子中的第二端和第三端，所述开关切换与信号输入/输出部分的连接状态；用于把所述三端开关连到所述3dB混合电路中所述四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到所述的两个端接电路；所述三端开关的三个端子中的第一端连接到所述信号输入/输出部分，所述三端开关的三个端子中未与所述第一端连通的不导通端子由连接到所述不导通端子的所述端接电路之一端接，并当所述三端开关切换时改变天线的方向性。
根据本发明的另一方面，提供一种便携式无线电装置，包括；多线螺旋形天线，所述多线螺旋形天线包括；天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的n个元件；
两条馈线，它们具有相同的电线长度；连接所述两条馈线与所述n个元件的电路；包括四个端子的3dB混合电路；两个端接电路；其中所述3dB混合电路的所述四个端子中位于一侧的两个端子连到所述两根馈线，所述3dB混合电路的所述四个端子中位于另一侧的两个端子连到一个三端开关的三个端子中的第二端和第三端，所述开关切换与信号输入/输出部分的连接状态；用于把所述三端开关连到所述3dB混合电路中所述四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到所述的两个端接电路；所述三端开关的三个端子中的第一端连接到所述信号输入/输出部分，所述三端开关的三个端子中未与所述第一端连通的不导通端子由连接到所述不导通端子的所述端接电路之一端接，并当所述三端开关切换时改变天线的方向性，以及无线电装置，所述多线缠绕的螺旋形天线以折拢方式装到其上，其中所述三端开关依据所述多线缠绕的螺旋形天线的状态来换向。
由依据本发明的结构，可利用一开关而使天线的方向性在向上方向和向下方向之间切换。因此，在把天线装到便携式无线电终端时，可使天线的方向性总是向上，而与天线伸直还是折叠无关。
图1是依据本发明一个较佳实施例的四线螺旋形天线的示意图；
图2是依据本发明一个较佳实施例的四线螺旋形天线的电路图；
图3是依据此较佳实施例的四线螺旋形天线的结构图；
图4和5是示出把信号馈送到依据此较佳实施例的四线螺旋形天线的方法的图；
图6是示出依据此较佳实施例的四线螺旋形天线的辐射图的图；
图7是依据本发明较佳实施例的八线螺旋形天线的相位控制电路的电路图；
图8是示出把依据此较佳实施例的四线螺旋形天线装到卫星便携式电话后伸直和折叠时的图；
图9是常规四线螺旋形天线的方框图；以及
图10是示出常规四线螺旋形天线的辐射图的图。
以下，将参考有关附图相对于较佳实施例来描述本发明。
图1是依据本发明一个较佳实施例的四线螺旋形天线的简要电路图，图2具体地示出了四线螺旋形天线。在图1和2中，101代表四线螺旋形天线的辐射部分，102代表3dB混合电路，103代表一开关，104代表输入/输出端，105代表开关103的控制端。
106a和106b代表在开关103的一个端子导通时以50Ω端接另一个不导通端子的电路。107代表馈线，108、109、111a和111b代表3dB混合电路102的输入/输出端，112a和112b代表开关103的连接端，113代表开关103的公共端子。190代表一电路，其中的两个端子连到两条馈线107，从这两个端子中的一个端子分出两个输出端，从这两个端子中的另一个端子分出另外两个输出端。螺旋形天线的四根线分别连到四个输出端。支路上的信号相位相互偏离180度。
现在将描述端接电路106a的电路结构。121a代表隔直电容器，122a代表电阻器，123a代表二极管，124a和125a代表控制端。隔直电容器121a连接在3dB混合电路102的一个端子111a和开关103的连接端112a之间。端接电路106a如下所述。
电阻器122a和二极管123a连接在控制端124a和125a之间，控制端124a连接在隔直电容器121a和开关103的连接端112a之间。
与端接电路106a相同，在电路106b中，隔直电容器121b连接在3dB混合电路102的端子111b和开关103的连接端112b之间，二极管123b和电阻器122b的串联电路连到开关103的连接端112b。此外，相互串联的二极管123b和电阻器122b连接在两个控制端124b和125b之间。
接着，将描述依据以上较佳实施例的四线螺旋形天线的电路结构。四线螺旋形天线的辐射部分101通过电路100连到具有相同电气长度的两条馈线107(108，109)，馈线107连到3dB混合电路102的端子108、109，3dB混合电路102的端子111a通过电路106a连到开关103的连接端112a，3dB混合电路102的端子111b通过电路106b连到开关103的连接端112b。此外，开关103的公共端子113连到输入/输出端104。
图3示出依据此较佳实施例的四线螺旋形天线的辐射部分的结构。在图3中，131代表中空树脂圆柱体，132代表金属的天线元件。四个金属元件以相等的螺距和相等的间隔以螺旋形缠绕在树脂圆柱体131上。例如，相对于尺寸来说，缠绕直径为大约0.1波长，缠绕螺距为大约0.5波长。此外，例如把聚四氟乙烯用作中空圆柱体131，把铜丝用作天线元件132。
现在，将参考图1到5来描述具有上述结构的四线螺旋形天线的操作。
首先，参考图3到5来描述四线螺旋形天线的操作。
依据此较佳实施例的四线螺旋形天线101的辐射特性曲线是一圆锥形波束特性曲线，其方向依据馈送信号的相位而变化。考虑如图4所示的坐标轴，当端子108处馈送信号的相位相对于端子109处馈送信号的相位延迟90度时，方向性朝向图6中实线所表示的方向+z。同时，当端子109处馈送信号的相位相对于端子108处馈送信号的相位延迟90度时，方向性朝向图6中虚线所表示的方向-z。于是，通过切换端子108和109的馈送信号的相位，可控制方向性的方向。
在利用3dB混合电路102来切换有关输入端时对所提供电流的相位实现这种切换。
现在，将描述依据较佳实施例的电路的操作。
开关103响应于控制端105处的控制电压把连接端112a和112b切换到与公共端子113导通。例如，当控制端105处的电压处于高电平时，公共端子113和连接端112a相互导通，而当控制端105处的电压处于低电平时，公共端子113和连接端112b相互导通。
现在，考虑控制端105、124b和125a处的电压处于高电平而控制端124a和125b处的电压处于低电平的情况。在此情况下，开关103使公共端子113和连接端112a相互导通。例如，为了发射，通过端子111a把输入/输出端104处输入的信号提供给3dB混合电路102。结果，如图5所示，端子109处输出的相位相对于端子108处输出的相位滞后90度。因此，获得如图6中虚线所表示的天线辐射特性曲线。此外，由于在该阶段二极管123a截止而二极管123b导通，所以3dB混合电路102的端子111b端接在电阻器122b处。当电阻器122b具有50Ω时，端子111b为50Ω端接。
相反，控制端105、124b和125a处的电压处于低电平，而控制端124a和125b处的电压处于高电平时，开关103使公共端子113与连接端112b相互导通。因此，通过端子111b把输入/输出端104处输入的信号提供给3dB混合电路102。结果，如图4所示，端子108处输出的相位相对于端子109处输出的相位滞后90度。因此，获得图6实线所表示的天线辐射特性曲线。由于在此阶段二极管123a导通而二极管123b截止，所以3dB混合电路102的端子111a端接在电阻器122a处。当电阻器122a具有50Ω时，端子111a为50Ω端接。
这样，虽然开关的换向使3dB混合电路102的端子111a和111b中的一个端子不传送信号，所以这个端子与端接电阻器端接。
如上所述，依据此较佳实施例，把开关设置在把信号馈送到四线螺旋形天线的3dB混合电路前，因此，可在方向+z和方向-z之间切换天线辐射图的方向性。此外，由于在切换时不传送从3dB混合电路接收到的信号的端子被端接，所以此操作更稳定。
在以折拢的方式把依据此较佳实施例的四线螺旋形天线101装到如图8所示的卫星便携式电话133的情况下，由于辐射图的方向性在天线101伸直和折叠时切换，所以天线总是可以接收到来自上方的无线电波。在此情况下，可把机械开关191置于天线101底部周围的支撑点附近，从而在操纵天线101时，可把控制信号从此开关发送到控制端105，且开关103相应地换向。
如上所述，在把开关置于四线螺旋形天线的馈送电路前时，可在向上方向和向下方向切换天线辐射图的方向性。此外，在把依据此较佳实施例的四线螺旋形天线101装到卫星便携式电话时，可依据天线伸直还是折叠来切换天线辐射图的方向性，以把天线辐射图的方向性总是指向向上方向。此外，在切换时，由于不传送从3dB混合电路接收到的信号的端子被端接，所以操作变得更稳定。
虽然上述较佳实施例要求用聚四氟乙烯来制成中空树脂圆柱体131，但这不是限制。作为替代，还可用诸如聚丙烯等其它树脂来制成圆柱体。此外，虽然以上描述了把铜丝用作天线元件132，但即使把金属元件直接印制或电镀在中空树脂圆柱体131上，仍可得到同样的效果。
本发明可缠绕的线的数目不限于四根。还可缠绕八根线，在此情况下，相位控制电路可如图7所示。尤其是，可用一个3dB混合电路、两个45度相位分配器以及两个开关来形成相位控制电路。
Claims (6)
1.一种多线螺旋形天线，包括：
天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的n个元件；
两条馈线，它们具有相同的电线长度；
连接所述两条馈线与所述n个元件的电路；
包括四个端子的3dB混合电路；
两个端接电路；
其中所述3dB混合电路的所述四个端子中位于一侧的两个端子连到所述两根馈线，所述3dB混合电路的所述四个端子中位于另一侧的两个端子连到一个三端开关的三个端子中的第二端和第三端，所述开关切换与信号输入/输出部分的连接状态；
用于把所述三端开关连到所述3dB混合电路中所述四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到所述的两个端接电路；
所述三端开关的三个端子中的第一端连接到所述信号输入/输出部分，所述三端开关的三个端子中未与所述第一端连通的不导通端子由连接到所述不导通端子的所述端接电路之一端接，并当所述三端开关切换时改变天线的方向性。
2.如权利要求1所述的多线螺旋形天线，其特征在于设置n/2条馈线，每条所述馈线包括两个端子，用于输出相位相差180度的信号，所述端子连到所述n个元件，所述馈送信号被加到所述n/2根馈线。
3.一种多线螺旋形天线，其特征在于包括：
天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的四个元件；
两条馈线，它们连到所述天线辐射部分并具有相同的电线长度；
包括四个端子的3dB混合电路；以及
两个端接电路，
其中所述3dB混合电路的所述四个端子中位于一侧的两个端子连到所述两根馈线，所述3dB混合电路的所述四个端子中位于另一侧的两个端子连到一开关，所述开关切换与信号输入/输出部分的连接状态，用于把所述开关连到所述3dB混合电路中所述四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到端接电路，以及
当随着所述开关换向而使所述信号输入/输出部分与所述3dB混合电路两个端子中的任一个导通时，由连到所述端子中不导通端子的一个所述端接电路来端接所述不导通端子。
4.如权利要求3所述的多线螺旋形天线，其特征在于所述两个端接电路的每一个至少包括：
二极管和端接电阻器的串联电路；以及
两个控制端，它们都置于所述串联电路的两个末端部分。
5.一种便携式无线电装置，包括：
多线螺旋形天线，所述多线螺旋形天线包括；
天线辐射部分，它包括以螺旋形缠绕的n个元件；
两条馈线，它们具有相同的电线长度；
连接所述两条馈线与所述n个元件的电路；
包括四个端子的3dB混合电路；
两个端接电路；
其中所述3dB混合电路的所述四个端子中位于一侧的两个端子连到所述两根馈线，所述3dB混合电路的所述四个端子中位于另一侧的两个端子连到一个三端开关的三个端子中的第二端和第三端，所述开关切换与信号输入/输出部分的连接状态；
用于把所述三端开关连到所述3dB混合电路中所述四个端子中的两个端子的两个连接电路分别连到所述的两个端接电路；
所述三端开关的三个端子中的第一端连接到所述信号输入/输出部分，所述三端开关的三个端子中未与所述第一端连通的不导通端子由连接到所述不导通端子的所述端接电路之一端接，并当所述三端开关切换时改变天线的方向性，以及
无线电装置，所述多线缠绕的螺旋形天线以折拢方式装到其上，
其中所述三端开关依据所述多线缠绕的螺旋形天线的状态来换向。
6.如权利要求5所述的便携式无线电装置，其特征在于它装有置于所述多线缠绕的螺旋形天线底部的机械开关，当所述天线折叠以及与所述机械开关部分接触时，所述机械开关接通或断开。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |