CN1152806A - 天线耦合器 - Google Patents

Abstract

供移动适配器内装设的天线耦合器以最小的耦合损耗在便携式无线电天线系统和外部天线之间传输射频能量。天线耦合器包括谐振器接插件和电磁调谐部件，两者在底板上形成两块侧壁，用来接纳移动天线系统。电磁调谐部件控制谐振器接插件和便携式天线系统之间的阻抗，同时，谐振器接插件在便携式无线电台天线和外部天线之间传输射频能量。

Description

天线耦合器

本发明总地来讲涉及天线耦合器，更确切地讲涉及供移动适配器用的天线耦合器。

近些年来人们对便携式无线电设备，如双向无线电台和蜂房式电话的兴趣在不断地增加。便携式无线电台用户在乘车旅行时常常需要进行无线电通信。便携无线电台处在车厢内部时，可能不会令人满意地完成长距离通信，其原因或许是便携式天线的接收能力不足，或许是车体屏蔽了便携式天线。这样，用户必须购买一个单独的移动部件，或者使用带外部天线的、通过移动式连接的便携式无线电话。

便携式无线电台插接到移动适配器时造成的耦合损耗是任何移动适配器设计中所关心的主要问题。便携式无线电台天线与外部天线连接的常规方法往往需要加一个转换开关，该转换开关的作用是接通或断开外部天线和内部天线，也就是使两根天线在同一时间内不能同时接通。然而，在两根天线之间进行转换有可能降低整个系统的效率。使用一个天线耦合器可以使便携式无线电台插接到移动式适配器时形成的耦合损耗减小到最低限度，这将是一大优点。

配用很多移动适配器的另一个缺点是要求要用某种功率放大的形式，如通常采用大家熟知的功率“放大器(booster)”来对便携式无线电台插接到移动适配器时形成的耦合损耗进行补偿。就制造费用和零件数量而言，设计出一种不需要进行附加功率放大的天线耦合器也会成为一大优点。

此外，为了与便携式无线电台进行射频互连，目前使用的许多移动适配器既要求射频连接，又要求移动适配器壳体的外表面实行接地连接。这就要求便携式无线电台至少要有两个外露接点，而这两个接点必须很齐平的排列在移动适配器壳体内部。如果为了达到下述目的而能够减少外露接点的话一定是有益的：当便携式无线电台不是装在适配器内时需要考虑方便调准和避免无线电台接点暴露于外部环境之中。装有一个接口接点尽可能少的天线耦合器的移动适配器几乎不会为无线电台带来外露接点。

据上所述，需要提供一种经过改进的天线耦合器供移动适配器使用，这种天线耦合器应设置尽可能少的接口接点使射频耦合器损耗降到最低程度，同时也应避免附加功率放大。

图1表示符合本发明的天线耦合器。

图2是符合本发明的、接纳便携式无线电台天线系统的、图1所示的天线耦合器顶视图。

图3表示符合本发明的、包括一个天线耦合器的移动适配器。

请参考附图中的图1。该图示出了符合本发明的天线耦合器100。天线耦合器100允许带有一个附加天线系统的便携式无线电台与外部天线124耦合。图2是图1所示天线耦合器与部分示出的带有一个附加天线系统204的便携式无线电台202组合在一起的顶视图。将利用图1和图2以最佳实施例来说明天线耦合器100。天线耦合器100被装在外壳102中，例如装在移动适配器外壳内，该外壳的形状被制作成能容纳带有附加天线系统204的便携式无线电台202。附加天线系统204至少要包括一个辐射部件206，利用此部件发射和接收射频信号，在最佳实施例中附加天线系统204还包括了第二个辐射部件208。根据本发明，天线耦合器100包括底板106(例如印刷电路板)、屏蔽壳108、谐振器接插件110和电磁调谐部件112，其组装方法将在下面说明。

底板106和外部天线124通过射频馈线126，最好是50欧姆同轴电缆连接起来。谐振器接插件110通过导线114电耦合到馈线126，导线114可以做成谐振器接插件的延伸部分。谐振器接插件110构成了第一侧壁，用来向天线系统204发送射频信号和接收来自该系统的射频信号。导电屏蔽壳108与底板106的接地平面耦合形成第二侧壁，第二侧壁基本上与谐振器接插件110保持平行以防止来自该接插件的辐射。电磁调谐部件112通过接地的馈线116与底板106相连接，并形成第三侧壁，其平面与谐振器接插件110基本保持平行。电磁调谐部件112被封闭在外壳102的挡板118内，同时谐振器接插件110和屏蔽壳108也被封闭在第二块同样的挡板220内(部分表示在图2中)。挡板118和220在外壳102内构成一个托架，用来托住便携式无线电台202的天线系统204。挡板118和220使天线系统204在天线耦合器100内保持平直。一个接地接点122，最好是一个接地的(pogo)销，可使天线耦合器的底板106与便携式无线电台202的相应接地点连接起来。

根据本发明，电磁调谐部件112尺寸的选定和在底板106上的配置位置都应在天线被装入外壳102以后，能使调谐部件保持平直，基本上与天线系统204的预定部分保持平行。根据本发明，电磁调谐部件112的功能是控制附加天线系统204和谐振器接插件110之间的阻抗。通过变化电磁调谐部件112的尺寸大小对上述阻抗进行控制。接地馈线116的高度(或长度)可以使调谐部件112处于基本上与天线系统204平行的位置，并保持既定距离，以便在电磁调谐部件和天线系统204的预定部分之间形成电容耦合。电磁调谐部件112和接地馈线116的延伸部分最好用导电金属，例如扁铜制作，也最好用常规的钎焊技术使它们与底板106耦合在一起。

根据本发明，谐振器接插件110尺寸的选定和在底板106上的配置位置都应在它被装入外壳102以后能保持平直，并基本上与天线系统204平行。根据本发明，谐振器接插件110的功能是在无线电台附加天线系统204和外部天线124之间传输射频能量。导电馈线114的高度(或长度)可以使谐振器接插件110处于基本上与天线系统204平行的位置，并保持既定距离，以便在谐振器接插件110和天线系统204之间形成电容耦合。谐振器接插件110和导电馈线114的延伸部分最好用导电金属，例如扁铜制作，也最好用常规的钎焊技术使它们与底板106耦合在一起。

这样，谐振器接插件110和电磁调谐部件112便与天线系统204形成电容耦合，从而在天线之间不进行转换就能向外部天线124发射射频能量并接收来自外部天线124的射频能量。根据本发明，以能量传输达到最佳程度为准来选定谐振器接插件110的尺寸和以阻抗达到最佳值为准来选定电磁调谐部件112的尺寸都是为天线耦合器100形成较低的耗散耦合创造条件。配用本发明描述的天线耦合器100所产生的耦合损耗经过测量，其值大约在-2.5～-3dB之间，这是一项重大的改进，因为这个数值优于运用早先的能量传输技术达到的典型损耗值，即-6dB。本发明描述的天线耦合器100也不需要在天线耦合器或便携式无线电台上设置外露射频接点。

附加天线系统最好是可回缩天线系统，它应包括第一和第二辐射部件206和208，两者在回缩位置实现电感和电容耦合。第一(或顶部)辐射部件206最好是一个四分之一波长的线圈，当便携式无线电台处于手持位置时，该线圈应能通过支杆(图中未示出)延伸；当其处于移动位置时，应能回缩。在本发明的最佳实施例中，选定的电磁调谐部件112的大小近似于顶部线圈206在垂直于底板106的平面上的平行横断面面积。接地馈线116的高度和在底板106上位置的选定是以电磁调谐部件112能与顶部线圈206实现电容耦合为准。

第二个辐射部件208最好是一个四分之一波长的底部线圈(basecoil)，它被装置在便携式无线电台202的上部。在本发明的最佳实施例中，选定的谐振器接插件110的大小近似于处在回缩位置时的顶部线圈206和底部线圈208在垂直于底板106的平面上的平行横断面面积。导电馈线114的高度和在底板106上位置的选定是以能在谐振器接插件110和天线系统204之间形成电容耦合为准。谐振器接插件110的形状最好做得大一些，把边缘部分130包括在内，以便容纳一部分底部线圈208。由于底部线圈208周围扩出了边缘部分130，因而导致了要进一步改进耦合。

图2示出了天线系统204，该系统架设在两块挡板118和220之间，并在由谐振器接插件110和电磁调谐部件112构成的两个侧板之内耦合。这样，天线系统就能借助于顶部线圈206和底部线圈208，通过谐振器接插件110收/发射频能量。与此同时，利用顶部线圈206和电磁调谐部件112之间发生的耦合控制阻抗。

在使用过程中，当便携式无线电台202插入外壳102中时，天线系统204就架设在谐振器接插件110和电磁调谐部件112之间。通过便携式无线电台天线系统204收/发的信号通过电容耦合向谐振器接插件110传输或来自谐振器接插件110。电磁调谐部件112和谐振器接插件110在接收可回缩天线系统204时应使顶部线圈206与电磁调谐部件112实现电气耦合，同时也应使底部线圈208和顶部线圈206的结合体与谐振器接插件110实现电气耦合。接地接触是通过连接由底板106底部伸出的接点销122和便携式无线电台天线系统204的相应匹配的接地接点来实现。谐振器接插件110与天线系统204电容耦合，以便传输射频能量。射频屏蔽壳108保护谐振器接插件110不受移动适配器外壳102外面的辐射射频能量的干扰。谐振器接插件110通过射频馈线126(最好是同轴电缆)向外部天线124传送能量并接收来自该天线的能量。同轴电缆126借助一般固定件(未表示出)接到外部天线124。同轴电缆126的外导体与地面128耦合。

此外，根据本发明，恰当地选定电磁调谐部件112的尺寸就可控制可回缩天线系统204和谐振器接插件110之间的阻抗。恰当选定谐振器接插件110的尺寸，使其与底部线圈208和顶部线圈206处于回缩位置时的平行横断面的大概形状相符合，可以为射频能量的传输提供更好的耦合。这样，在不使用任何外部射频接点和任何附加功率放大电路的条件下，可使耦合损耗降到最低程度，也能形成最佳的能量传输。

底板106还可加设一个匹配网络(未表示出)。这个网络用于使外部天线124的阻抗和谐振器接插件110的阻抗匹配。改进过的这种匹配可帮助减少不希望有的驻波。如果需要加设阻抗匹配网络的话，可将这个电路布置在底板上，最好加设在射频馈线126的输入端，这样，当从移动适配器外壳102中取出便携式无线电台202时，匹配网络就不会影响这个电台的性能。最好通过底板106上的接地电容器部件(未表示出)加设一个与接点销122串联的容抗，这样做可以减少便携式无线电台的接地接点和底板106底面之间的接地线路的射频阻抗。

现在参阅图3。图3示出了符合本发明的移动适配器外壳300，这种外壳适于容纳带有附加天线304的便携式无线电台302，附加天线至少要有一个辐射部件。根据本发明，移动适配器300包括一个设置在挡板318和320之间的天线耦合器。当无线电台302的附加天线系统304被安设在移动适配器外壳300的挡板318和320之内时，内部天线耦合器将按前述的方法把射频能量传输到外部天线310，并接受来自外部天线的射频能量。外部天线310可以安装在汽车的顶上，并借助同轴电缆312连接到外壳300和天线耦合器。同轴电缆312的阻抗受外部天线310阻抗的控制。典型的作法是，便携式无线电台使用的外部天线310是通常能买到的、阻抗为50欧姆的垂直全向拉杆天线。无线电台302的附加天线304与本发明叙述的内部天线耦合器和外部天线310结合在一起使用，不需要关闭其中任一个天线，也不需要在无线电台和适配器之间加设任何射频接口接点。由于绝大部分射频能量现在都由谐振器接插件收发，因而耦合损耗可降到最低程度，同时也不需要任何附加功率放大。这样，本发明叙述的天线耦合器就为提高便携式无线电台用户的游动性提供一种低损耗、高效率、花钱不多的解决办法。

在最佳实施例叙述和用图介绍至少有一个辐射部件且最好有两个辐射部件的天线系统的同时，在这一领域有经验的人士认识到，本发明叙述的天线耦合器也可以用于具有多个辐射部件或单一辐射部件的天线系统。借助选定调谐部件的尺寸使谐振器接插件和天线系统之间的阻抗最佳化，并且借助选定谐振器接插件尺寸使天线系统和谐振器接插件之间的能量传输最大限度地提高，这样做能保证在不使用射频互连电路或功率放大电路的情况下使天线耦合器的耦合损耗降到最低程度。

在用图和文字描述本发明的最佳实施例时可以清楚地看出，本发明并不局限于此。一些本领域的技术人员在不违反附后的权利要求中限定的本发明的主旨和范围前提下将会做出许多修改、变更、变异、替代和等效。

Claims (10)

1.一种天线耦合器，用于把带有一个附加天线系统的便携式无线电台耦合到外部天线，该附加天线系统至少包括一个辐射部件。该天线耦合器包括：

底板；

射频(RF)馈线，连接外部天线和底板；

谐振器接插件，在底板上与射频馈线电耦合；

导电屏蔽，与底板相连，形成一个大体上与谐振器接插件平行的侧壁板，导电屏蔽用于防止谐振器接插件发出的辐射；

电磁调谐部件，通过接地馈线与底板相连接，电磁调谐部件形成第二个大体上与谐振器接插件平行的侧壁，上述谐振器接插件和上述第二侧壁共同接纳至少有一个辐射部件的便携式无线电台的一部分，上述的电磁调谐部件控制附加天线系统和谐振器接插件之间的阻抗。

2.权利要求1所述的天线耦合器，其特征是：电磁调谐部件至少与一个辐射部件实现电容耦合。

3.权利要求1所述的天线耦合器，其特征是：谐振器接插件包括该接插件向外延伸的边缘，这个边缘围绕附加天线系统预定部分设置。

4.权利要求1所述的天线耦合器，其特征是：谐振器接插件通过由谐振器接插件向外延伸出来的导电馈线与射频馈线实现电气耦合。

5.权利要求1所述的天线耦合器，该耦合器还包括：

接地销，位于底板上，用来与便携式无线电台的相应接地接点匹配。

6.一种天线耦合器，用于把带有一个回缩式天线系统的便携式无线电台与外部天线进行耦合，回缩式天线系统包括设置在便携式无线电台规定部分内的底部线圈和回缩线圈，上述天线耦合器包括：

底板；

射频(RF)馈线，连接外部天线和底板；

谐振器接插件，在底板上与射频馈线电耦合；

导电屏蔽壳，与底板耦合，定位后大体上与谐振器接插件平行，导电屏蔽壳用于防止谐振器接插件发出的辐射；和

电磁调谐部件，通过接地馈线部分与底板相耦合；定位后基本上与谐振器接插件平行；电磁调谐部件和谐振器接插件共同接纳可回缩式天线系统后，底部线圈要与电磁调谐部件实现电气耦合；同时底部线圈和回缩线圈也要与谐振器接插件实现电气耦合；电磁调谐部件尺寸的选定以能在回缩天线系统和谐振器接插件之间形成最佳阻抗为准。

7.权利要求6所述的天线耦合器，其特征是：上述谐振器接插件的选定尺寸大体上与上述底部线圈和上述回缩线圈的横断面面积相符合。

8.权利要求6所述的天线耦合器，其特征是：上述谐振器接插件包括接插件向外延伸的边缘，这个边缘的轮廓大致与底部线圈相适应。

9.移动适配器，用于把便携式无线电台天线适配到外部天线，移动适配器包括：

外壳；

射频(RF)馈线，与外部天线相连接，用于接收和发射射频能量；

天线耦合器，装于外壳内部，包括：

印刷电路板，与射频馈线耦合，并包括一个接地平面；

谐振器接插件，与印刷电路板和射频馈线耦合，用于向外部天线发送射频能量或从外部天线接收射频能量；和

电磁调谐部件，与印刷电路板的接地平面耦合，上述电磁调谐部件和谐振器接插件形成两块侧壁，在两壁之间接纳便携式无线电台天线；上述两块侧壁均与便携式无线电台天线的规定部分实现电容耦合；上述电磁调谐部件控制便携式无线电台天线和谐振器接插件之间的阻抗。

10.权利要求9所述的移动适配器还包括接地接点，该接点位于外壳上，并与印刷电路板的接地平面实现电气耦合；上述接地接点与便携式无线电台天线的相应接地接点相连接。

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