CN1146142C - 携带式无线电设备 - Google Patents

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Abstract

将2个发送接收天线(1、2)以相互正交的方式配置在携带式无线电设备的壳体(3)内，发送接收天线(1、2)，通过电力分配器(5)与无线电部(4)连接。倾斜检测器(9)，检测壳体(3)的倾斜角，控制部(10)，根据检测到的倾斜角控制阻抗变换电路(6、7)，从而改变供给各天线的电力分配比的权重，同时由合成阻抗匹配电路(8)对发送接收天线(1、2)与无线电部(4)的总合成阻抗进行调整。

Description

携带式无线电设备
技术领域
本发明涉及携带式无线电设备，尤其是涉及与使用具有单一主极化面的天线的基站之间进行通信的携带式无线电设备。
背景技术
作为携带式无线电设备的发送接收天线的型式，有安装在壳体长度方向的鞭状天线和螺旋线天线。目前，在日本国内出售的携带式无线电设备的天线，大多采用结构为拉出时作为鞭状天线动作而收回时使通过绝缘体设在鞭状天线前端的螺旋线天线动作的鞭状及螺旋线天线。此外，还将倒F型天线等安装在壳体内部，用作分集接收用天线。
一般地说，作为使天线特性恶化的主要原因，有由基于天线的物理尺寸及结构的有效辐射面积决定的天线效率等。此外，还有因与无线电部的阻抗不匹配而引起的损失及因与进行通信的对象侧的天线的指向性及极化面不一致而引起的损失。
携带式无线电设备之类的移动通信中的移动式设备侧的天线，由于移动而经常设置或保持在变动的环境中，所以其指向性和极化面经常变化。此外，由于大多是接近人体使用，所以很容易受到人体的影响。
图9示出在金属壳体内设有某种鞭状天线的携带式无线电设备在通话时的水平面平均增益损失的详细情况的一例。从该图9可以清楚看出，与因接近人体的影响而引起的损失及因不匹配而引起的损失相比，极化不一致所引起损失要大得多。
与携带式无线电设备进行发送接收通信的基站的天线，构成为将对地面的垂直极化波作为主极化波。来自基站的发送接收天线的发送波，在到达携带式无线电设备的接收天线之前由建筑物等各种各样的结构体反复进行反射和绕射。但是，作为从基站发送到携带式无线电设备的电波的主极化波，已知通常主要是垂直极化波。在基站的发送接收天线的接收特性上，根据天线的发送接收特性的可逆性，显然从携带式无线电设备发送来的电波中的垂直极化分量越大则天线的增益越高。
在携带式无线电设备上所构成的鞭状天线等，根据天线元件的电长度及壳体的尺寸具有各种形式的辐射图，但在将携带式无线电设备垂直竖立设置时，已知主极化波为对地面的垂直极化波。
因此，当用携带式无线电设备进行通话时(大多数情况下是从天顶方向倾斜约60度使用)或水平地设置在桌子等上时，存在着携带式无线电设备上所构成的天线与具有对地面的垂直极化波的基站的天线的主极化方向有很大的差异因而使天线增益恶化的问题。
迄今已提出了若干种减小因极化不一致而引起的损失的方案。作为其一例，对于接收天线，有对鞭状天线等将垂直极化波作为主极化波的天线和以倒F型天线为代表的具有水平极化分量的接受专用内装天线两种天线进行切换的分集接收方式。
图10是现有的携带式无线电设备中的分集接收的结构图。在图10中，设有发送接收天线21、主极化方向与该发送接收天线21不同的内装天线22，由切换开关23对发送接收天线21和内装天线22进行切换，并通过该切换开关23将发送接收天线21或内装天线22连接于无线电部24。
在由发送接收天线21和内装天线22接收从基站发送到的电波的情况下，由于2个天线配置成彼此相隔一定的距离而且主极化方向不同，所以各天线的接收特性具有一定的相关性并因衰减等的影响而随时间变化。无线电部24，进行控制从而将切换开关23切换到发送接收天线21和内装天线22中的在一定期间呈现出较好接收特性的一方。通过这种控制可以获得稳定的接收特性。
在图10所示的结构中，在将倒F型天线用作接收专用天线时，在携带式无线电设备上很难构成足够的底板。因此，在倒F型天线的辐射图上，从壳体金属部分的长度方向的辐射占有优势，其结果是形成了指向性和主极化方向与鞭状天线等近似的特性，所以存在着很难保持天线间的极化波有足够的相关性的问题。作为解决这种问题的方法，例如将微带天线或圆极化波接收天线用作内装天线，从而提高与鞭状天线的交叉极化识别度。
图11是例如特开平6-338816号公报中所述的携带式无线电设备的分集接收用内装天线。在图11中，在携带式无线电设备的壳体3内装有外部天线31和主极化方向及指向性与该外部天线31不同的由单侧短路型微带构成的内装天线32。由于外部天线3 1的主极化方向及指向性与内装天线32不同，所以可以增大天线间的相关系数，因而能有效地进行分集接收。
图12是表示例如特开平6-188801号公报中所述的改善携带式无线电设备的接收特性的例的图。在图12中，设有接收线性极化波的线性极化波用天线41和接收圆极化波的圆极化波接收天线42，在接收时由圆极化波接收天线42等待接收电波。当由检测电路45检测出已接收到所需电波时，通过由控制器46控制切换开关43而将接收天线从圆极化波接收天线42切换到线性极化波用天线41进行发送接收。这种结构，由于在接收时使用圆极化波接收天线42，所以无论终端朝向任何方向都可以减小因极化不一致而引起的天线增益的恶化。
上述的各例都是改善分集接收特性，对携带式无线电设备的发送特性来说，因极化不一致而引起的损失并没有得到改善。作为减小发送接收特性的因极化不一致而引起的损失的改善方法，例如可以使天线相对于壳体机械地倾斜。
图13是特开平8-274525号公报所述的例。由覆盖树脂壳体51的金属壳体52将电波通过同轴线53供给天线54。在该同轴线53的外皮上连接着一个电长度为λ/4的圆筒形扼流器54，与天线55合在一起可以获得与λ/2偶极天线等效的性能，由可动式接合部56将天线保持垂直而与携带式无线电设备的姿态无关，从而可以减小因与基站的极化不一致而引起的发送接收特性的增益恶化。
图14A和14B是特开平6-268547号公报所示的例，设有在将天线62从携带式无线电设备的壳体61拉出时使该天线62保持在与地面垂直的方向的接头63。由此可以减小因与基站的极化不一致而引起的发送接收特性的增益恶化。
但是，这些方案都需要使天线机械地倾斜的结构，进一步还存在着必须由携带式无线电设备的使用者本身调整天线角度的问题。此外，天线的倾斜角度有一定的限制，通话时倾斜的天线有可能变得很碍事。
另外，还有一种在1个板状天线上设置多个短路点并根据携带式无线电设备的姿态切换短路点从而切换极化波的方法。图15是表示特开平294713号公报所述结构的天线部分的图。在图15中，在底板71上设置着板状天线72，从天线供电点73对该板状天线72供电。该板状天线72通过短路点74及带切换开关的短路点75和76设置在底板71上。即使是单一的天线也可以通过切换作为短路点的切换开关75、76而改变天线的主极化方向，因而能减小因极化不一致而引起的增益恶化。
这种方法具有在一个天线上切换极化波的优点，但与上述的倒F型天线一样在携带式无线电设备上很难确保足够的底板，所以存在着不能提供足够的交叉极化识别度的问题。此外，还存在着很难使主极化波指向图15所示的Z方向即与板状天线正交的极化方向的问题。
设置和保持在任意方向上的携带式无线电设备的天线的发送接收波，其主极化方向如与构成为将对地面的垂直极化波作为主极化波的基站的天线不一致，则将产生损失。此外，在使用简单的线状天线的情况下，为了与垂直极化波一致，必须使天线倾斜，这不仅需要某种机械结构，而且在通话时天线有可能变得很碍事。另外，在通过切换一个板状天线的短路点而切换主极化方向的方式中，很难获得足够的交叉极化识别度，而且还存在着很难使方向指向主极化方向的问题。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于，提供一种与基站的发送接收波的极化面一致从而在将携带式无线电设备设置和保持在任意方向上时都可以在电气上减小因极化不一致而引起的损失的携带式无线电设备。
本发明提供了一种携带式无线电设备，在壳体内备有由发送接收电路构成的无线电部、主极化方向不同的至少2个发送接收天线、将各天线与上述无线电部连接以使上述至少2个发送接收天线同时动作并对各天线使用的电力分配量进行加权的电力分配器、检测上述壳体倾斜角的倾斜检测器、及根据由上述倾斜检测器检测到的倾斜角控制电力分配器的电力分配以便使上述至少2个发送接收天线能以最佳方式进行发送接收的控制电路，其中上述电力分配器备有用于控制上述至少2个发送接收天线的阻抗从而改变供给各天线的电力分配比的权重的阻抗变换电路、及对上述至少2个发送接收天线与上述无线电部的总合成阻抗进行调整的阻抗调整电路，以及上述阻抗变换电路和上述阻抗调整电路，包含变容二极管。
本发明还提供了一种携带式无线电设备，在壳体内备有由发送接收电路构成的无线电部、主极化方向不同的至少2个发送接收天线、将各天线与上述无线电部连接以使上述至少2个发送接收天线同时动作并对各天线使用的电力分配量进行加权的电力分配器、检测上述至少2个发送接收天线的每一个的接收电场强度的接收强度检测器、将由上述接收强度检测器检测到的接收电场强度与由上述电力分配器提供的天线的权重进行比较的比较器、及根据上述比较器的比较输出控制由上述电力分配器提供的权重从而使供给各天线的电力的比率最佳化的控制电路。
进一步，最好将至少2个发送接收天线配置在相互正交的方向。
另外，至少2个发送接收天线中的一个是鞭状天线，其他天线包括通过波状折曲使全长缩短的曲折天线。
附图说明
图1是表示本发明第1实施形态的携带式无线电设备的概要的图。
图2是表示本发明第1实施形态的携带式无线电设备的框图。
图3是表示图2所示的阻抗变换电路及合成阻抗匹配电路的具体例的图。
图4是表示本发明第2实施形态的携带式无线电设备的概要的图。
图5是表示本发明第2实施形态的携带式无线电设备的框图。
图6是表示本发明第3实施形态的携带式无线电设备的概要的图。
图7是表示本发明第4实施形态的携带式无线电设备的概要的图。
图8是表示本发明第5实施形态的携带式无线电设备的框图。
图9是表示携带式无线电设备通话时的水平面平均增益损失的详细情况的例的图。
图10是现有的切换分集接收方式的携带式无线电设备的简略框图。
图11是表示现有的切换分集接收方式的可减小因极化不一致而引起的损失的携带式无线电设备的概要的图。
图12是该现有的携带式无线电设备的框图。
图13是表示现有的通过使天线机械地倾斜变化而减小因不匹配而引起的损失的例的图。
图14A和14B是表示现有的通过使天线机械地倾斜而减小因极化不一致而引起的损失的例的图。
图15是表示现有的在单一天线上通过切换主极化方向而改善发送接收特性的例的图。
具体实施方式
图1是表示本发明第1实施形态的携带式无线电设备的概要的图，图2是其框图。
在图1中，发送接收天线1和2，安装于携带式无线电设备的壳体3，其主极化方向各不相同。发送接收天线1和2，配置成相互正交，作为发送接收天线1，采用可从壳体3向上方拉出的鞭状天线，发送接收天线2，安放在壳体3内，使其可沿水平方向延伸。通过发送接收天线1和2发送接收的电场的方向相互正交，所以，可以使天线间的耦合很小，并能增大天线间的相关系数，因而还可以提高交叉极化识别度。
各发送接收天线1和2，如图2所示，直接与连接于无线电部4的可变电力分配器5连接。可变电力分配器5，由与发送接收天线1和2连接的阻抗变换电路6、7及合成阻抗匹配电路8构成。阻抗变换电路6、7，可以改变供给发送接收天线1和2的电力分配比的权重，合成阻抗匹配电路8，对2个发送接收天线1和2与无线电部的总合成阻抗进行调整。
进一步，还设置着一个如重力方向传感器之类的用于检测壳体3的倾斜角的倾斜角检测器9。该倾斜角检测器9的检测输出，供给到控制部10。控制部10，根据倾斜角检测器9的检测输出，控制可变电力分配器5内的阻抗变换电路6、7，并改变供给发送接收天线1和2的电力分配比的权重。此外，控制部10，还同时控制合成阻抗匹配电路8，从而使阻抗变换电路6、7的合成阻抗与从天线看去的对无线电部4的特性阻抗匹配。
阻抗变换电路6、7及合成阻抗匹配电路8，如图3所示，由变容二极管C1～C9构成。即，阻抗变换电路6，构成为将变容二极管C1和C2串联连接并将变容二极管C3连接在变容二极管C1和C2的连接点与接地之间。同样，阻抗变换电路7，构成为将变容二极管C4和C5串联连接并将变容二极管C6连接在变容二极管C4和C5的连接点与接地之间。合成阻抗匹配电路8，构成为将变容二极管C7和C8串联连接并将变容二极管C9连接在变容二极管C7和C8的连接点与接地之间。
由控制部10对这些变容二极管C1～C9施加规定的电压作为控制信号，电容随该电压而变化，从而可以改变阻抗。
如上所述，在本实施形态中，使发送接收天线1和2相互正交配置，所以，可以减小天线之间的耦合，并能增大发送接收天线1和2之间的相关系数，因而可以提高交叉极化识别度。
图4是表示本发明第2实施形态的携带式无线电设备的概要的图。图5是其框图。
在图1和图2所示出的第1实施形态中，采用了第1和第2发送接收天线1和2，但很难使主极化波指向与这两个发送接收天线1和2的电场正交的方向(图11中Y的方向)。
因此，如图4所示，将发送接收天线1、2和11分别配置在相互正交的方向。如按这种方式将发送接收天线1、2、11分别配置在与通过各天线发送接收的电场正交的方向，则即使将携带式终端设置在任意方向上也可以控制为使3个天线的合成极化面具有对地面的垂直极化波。
对应于新设置的发送接收天线11，在可变电力分配器5内设置阻抗变换电路12。并且，与第1实施形态一样，由控制部10控制阻抗变换电路6、7及12，以改变供给各天线的电力分配比的权重，并由合成阻抗匹配电路8对3个发送接收天线1、2、11与无线电部的总合成阻抗进行调整。
按照这种方式，通过设置3个天线1、2、11，即使将携带式终端设置在任意方向上也可以控制为使3个天线的合成极化面具有对地面的垂直极化波。
图6和图7是表示本发明第3和第4实施形态的示意图。
在图4所示的第2实施形态中，由于设置3个发送接收天线1、2、11，所以将使外形尺寸增加。因此，如图6所示，除了由鞭状天线构成的发送接收天线1以外，将发送接收天线2、11形成为通过折曲而缩短全长的曲折状或图中未示出的螺旋线状。
另外，如图7所示，通过使各发送接收天线1、2、11的供电点彼此靠近，可以减小天线间的耦合，因而可以进一步提高交叉极化识别度。
图8是表示本发明第5实施形态的携带式无线电设备的框图。
在上述图2和图5所示的实施形态中，设有倾斜角检测器9，并根据检测到的倾斜角控制对各天线的电力分配比，但在图8所示的实施形态中，根据接收电平求得对各天线的电力分配比。因此，将发送接收天线1、2与电场强度检测器12、13连接而检测各天线的接收电场强度。接收电场强度检测器12、13的检测输出，供给到模拟比较器14。由电力分配器5对模拟比较器14提供天线的权重。模拟比较器14，将接收电场强度的大小与天线的权重进行比较，并判断哪一个天线能有效地进行接收。通过将该判断结果输出到控制部10，反馈到下一个控制时段的可变电力分配器5的控制，从而可以提高能有效接收的电力分配量。通过反复进行这种控制，使对各天线供给的电力的比率最佳化。即，将能以高效率进行接收的天线判断为在当前的设置和保持状态下具有对地面的垂直极化波的天线，从而控制该天线的发送接收。
如上所述，按照本发明，通过将各天线与无线电部连接以使至少2个发送接收天线同时动作并改变对各天线使用的电力分配量赋予的权重，可以使合成后的主极化方向与基站的发送接收波的极化面一致，因而在将携带式无线电设备配置和保持在任意方向上时都可以在电气上减小因极化不一致而引起的损失并能提高天线的增益。
以上，参照附图详细说明了本发明的实施形态。但是，本发明并不限定于实施形态，在本发明的构思范围内允许进行各种变形和变更。本发明的范围，由所附权利要求的范围决定。

Claims (8)

1.一种携带式无线电设备，在壳体内备有由发送接收电路构成的无线电部(4)、主极化方向不同的至少2个发送接收天线(1、2、11)、将各天线与上述无线电部连接以使上述至少2个发送接收天线同时动作并对各天线使用的电力分配量进行加权的电力分配器(5)、检测上述壳体倾斜角的倾斜检测器(9)、及根据由上述倾斜检测器检测到的倾斜角控制电力分配器的电力分配以便使上述至少2个发送接收天线能以最佳方式进行发送接收的控制电路(10)，其中
上述电力分配器备有用于控制上述至少2个发送接收天线的阻抗从而改变供给各天线的电力分配比的权重的阻抗变换电路(6、7、12)、及对上述至少2个发送接收天线与上述无线电部的总合成阻抗进行调整的阻抗调整电路(8)，以及
上述阻抗变换电路和上述阻抗调整电路，包含变容二极管(C1～C9)。
2.根据权利要求1所述的携带式无线电设备，其特征在于：将上述至少2个发送接收天线配置在相互正交的方向。
3.根据权利要求1所述的携带式无线电设备，其特征在于：上述至少2个发送接收天线中的一个是鞭状天线，其他天线包括通过波状折曲使全长缩短的曲折天线。
4.一种携带式无线电设备，在壳体内备有由发送接收电路构成的无线电部(4)、主极化方向不同的至少2个发送接收天线(1、2、11)、将各天线与上述无线电部连接以使上述至少2个发送接收天线同时动作并对各天线使用的电力分配量进行加权的电力分配器(5)、检测上述至少2个发送接收天线的每一个的接收电场强度的接收强度检测器(12、13)、将由上述接收强度检测器检测到的接收电场强度与由上述电力分配器提供的天线的权重进行比较的比较器(14)、及根据上述比较器的比较输出控制由上述电力分配器提供的权重从而使供给各天线的电力的比率最佳化的控制电路(10)。
5.根据权利要求4所述的携带式无线电设备，其特征在于：上述电力分配器，备有用于控制上述至少2个发送接收天线的阻抗从而改变供给各天线的电力分配比的权重的阻抗变换电路(6、7、12)、及对上述至少2个发送接收天线与上述无线电部的总合成阻抗进行调整的阻抗调整电路(8)。
6.根据权利要求5所述的携带式无线电设备，其特征在于：上述阻抗变换电路和上述阻抗调整电路，包含变容二极管(C1～C9)。
7.根据权利要求4所述的携带式无线电设备，其特征在于：将上述至少2个发送接收天线配置在相互正交的方向。
8.根据权利要求4所述的携带式无线电设备，其特征在于：上述至少2个发送接收天线中的一个是鞭状天线，其他天线包括通过波状折曲使全长缩短的曲折天线。
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