CN1196227C - 移动电话机的多波段拉杆天线 - Google Patents

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Abstract

手持式手提通信设备的一种多波段天线组件，包括一个固定的基座天线和一个可在拉开与缩进去的位置之间的位置调节的拉杆天线。拉杆天线可伸缩的部分其长度选择得使天线在多波段下谐振。拉杆天线处在接开位置时与基座天线元件电磁耦合而不与基座天线处于金属与金属接触的情况。这种天线机械结构简单，只需要单一端口供在多波下工作。

Description

移动电话机的多波段拉杆天线
发明领域
本发明总的说来涉及给移动通信设备设计的天线。更具体地说，本发明涉及一种多波段拉杆天线。
发明背景
蜂窝系网络往往在同一个服务区采用多种不同的数字系统，例如GSM、DCS、PCS、D-AMPS。这些系统一般在不同的频率范围工作，例如，GSM系统在890-960兆赫的频率范围工作，DCS系统在1710-1880兆赫的频率范围工作。在使用多波段的服务区中，最好采用能在不同系统中工作的双模移动电话机或移动数据终端。目前设计的双模电话机需要双波段微型天线。
迄今在双波段天线的设计方面已取得一些成果。日本专利(6-37531)公开了一种里面装有无源金属杆的螺旋天线。这种天线通过调节金属杆的位置可以调谐到两种谐振频率。遣憾的是，这种设计的带宽太窄，不能用于蜂窝通信。大家知道，有一种双波段印刷式单极天线，在紧靠印刷单极天线处加了一个无源带从而可以达到两种谐振状况。虽然这种天线的带宽足以满足蜂窝通信的要求，但它需要另加无源带。瑞典的Moteco AB公司设计了一种能将双波段拉杆天线与线圈形天线匹配起来的线圈，这种天线圈通过调节线圈匹配元件可以达到两种谐振状况(900兆赫时1/4λ，1800兆赫时1/2λ)。这种天线，带宽和辐射性能都比较好，同时长度只有大约40毫米，本申请人编号为08/725,507、题为“多波段非均匀螺旋天线”待审批的共同转让的申请公开了一种体积较小的非均匀双波段螺旋天线，这里也把该申请整个包括进来以供参考。
大家知道，拉杆天线在拉开情况下电话机较靠近人头时效率提高。一般上述双波段可伸缩的拉杆天线需要复杂的匹配网络来使其阻抗在50欧范围内与两个波段匹配。本申请人编号为08/725,504、题为“伸缩式多波段天经”待审批的共同转让的申请公开了双波段伸缩式天线，这里把该整个申请包括进来以供参看。这种天线需要两个端口：一个螺旋型天线端口和一个拉杆天线端口。这里需要有将不同的工作方式在两端口之间切换的切换装置。
发明简介
多波段天线总希望避免复杂化，例如无需在各端口之间切换，无需增设无源带和无需复杂的阻抗匹配网络，同时带宽适合蜂窝通信。此外，总希望这类天线通信性能质优，而且体积小，从而使其在手持式手提通信设备中占用较小的存放空间。
本发明通过提供一种伸缩情况下都只用一个端口的双波段拉杆天线解决了上述问题。这里采用了电磁耦合技术，因而伸缩式拉杆天线无需与底座天线金属接触，从而达到只使用一个端口的目的。基座天线可采用叉杆天线或非均匀螺旋型天线。这种伸缩式拉杆天线在拉杆处在拉开位置时作为无源天线工作，同时固定的基座天线作为有源天线工作。拉杆的长度选择得使多波段(即GAM和DCS波段)下的辐射效率最佳，电话机贴近用户头部使用时，拉开状态下的拉杆能降低对人体造成的损耗，从而提高辐射效率。
附图简介
结合附图阅读下面一些最佳实施例的详细说明可以更全面理解本发明及其优点。附图中，同样的编号表示同样的元件，其中：
图1示出了配备有本发明一个实施例的多模天线的手持式手提通信设备，其中天线处在缩进去的位置；
图2示出了图1的天线拉开时的情况；
图3示出了本发明第二实施例的另一种处于拉开位置的天线；
图4是本发明天线通话时双波段的辐射效率曲线；
图5是本发明天线的双波段回损特性曲线。
最佳实施例详介
本发明多模天线的有源天线，无论拉杆天线拉开或是缩进去时最好都采用双波段基座天线。天线馈电连接器在基座天线与手提通信设备的收信电路之间固定。为使天线可存放在手持式手提通信设备较小的空间中，拉杆天线最好是可伸缩的，其长度足以使天线在多种频率下谐振。
现在参看图1。手持式手提通信设备10配备有本发明的天线组件。天线组件有一个固定的基座天线元件12和一个可拉开的拉杆天线14。固定的基座天线可交换多波段的通信信号，并通过天线馈电连接器RF与通信设备10中的收发处理电路(图中未示出)接口。基座天线12可以是双波段螺旋天线、多波段叉杆印刷天线或其它适当的多波段天线。如下面将谈到的那样，最好采用多波段叉杆印刷天线。从图中可以看到，可拉开的拉杆天线14处在可存放入通信设备10中缩进去的位置，其一些元件配置得使其可以拉开。从图2和参照图2所作的说明中可以更好地理解拉杆天线14。
图2示出了拉杆天线14处于拉开位置情况下手提通信设备10和图1的天线组件。从图中可以看到，拉杆天线14有一个(例如塑料或其它适当的不导电材料制成的)管子16可滑动地与通信设备10接合，从而可拉开到起码管子的一部分处在通信设备10外部的位置。显然，管子16应配备有象凸缘之类的零件，以防拉杆天线14脱离通信设备10。拉杆天线14还有一个金属棒18。金属棒18的第一端18a可滑动地装在管子16中，第二端18b可滑动地与金属管20接合。在图2所示的拉开位置，金属棒18在第一端18a与第二端18b之间的部分外露。从图中还可以看到，为保持可拉开拉杆天线14的完整性，第一端18a和第二端18b的直径最好(比起外露的部分)逐渐增加。
拉杆天线14还有一个金属管20，里面可滑动地夹持着金属棒18的第二端18b。金属管20与塑料或其它一些适当的不导电材料制成的绝缘棒22连接。回头再看图1，可以看到绝缘棒22的长度最好与双波段基座天线12相当。棒22还有一个盖帽部分24，其作用是防止拉杆天线和元件推入通信设备10中时推得过头，还便于拉杆天线14伸缩自如。
不言而喻，在图2中所示的拉开位置，拉杆天线14是作为无源天线工作的。金属杆18外露在管子16和20外，与导电金属管20连接。此外，不言而喻，拉杆天线14与基座天线12之间不存在金属与金属接触的情况。拉杆天线14处在拉开位置时与基座天线12电磁耦合，以稍后即将谈到的方式提高天线的性能。单一的天线馈电连接器形成拉杆天线14在拉开和缩进位置时的公用端口。为使天线在不同的频率下谐振，这里不需要任何匹配或转接网络。
图3示出了本发明拉杆天线14的另一个实施例。在此实施例中，用不导电的(例如塑料)管21代替了金属管20。绝缘管21以一根或多根金属导线配置成的线圈或其它适当的形式形成。图3的天线，其性能与图2的大致相同。
现在参看图4，图中示出了图1-2的天线在GSM和DCS波段下通话位置的辐射效率。图4的图形是在手提通信设备10贴近用户头部的情况下绘制的。一般短截线(基座)天线的辐射效率在GSM波段达40％左右，在DCS波段达53％左右。从图4中可以看到，拉杆天线14金属部分的长度约为60毫米时，只在DCS波段下达到第一效率峰值。此长度增至140毫米左右时，GSM和DCS波段下都达到第二效率峰值。在这个长度下，天线在两波段下都谐振，辐射功率在短截线天线的基础上在GSM波段下提高59％左右，在DCS下提高64％左右。这些提高相当于增益在DCS波段下大致3-5分贝的提高和在GSM波段下大致5-8分贝的提高。不言而喻，本发明天线在伸缩性上的设计不仅达到了此长度，而且使天线可以装在手提通信设备10较小的内部空间中。
为达到最佳的耦合状况，拉杆天线14的金属部分与基座天线12之间的间距应为0.03波长左右。鉴于基座天线的拉杆与谐振部分之间的长度应以波长量度，因而在理想情况下在DCS波段比GSM波段下更接近这个间距。本发明可拉开的拉杆天线最好与例如本申请人共同未决题为“移动电话机的多波段叉杆印刷天线”的共同转让的申请中所述的基座天线配用，这里也把该申请内容包括进来供参考。这类叉杆天线的各分叉对应于不同的频率，因而特别适用于双波段用途的基座天线。在本实例中，拉杆天线14的金属部分与有关天线分叉之间的间距在GSM波段下应取9毫米左右，在DCS波段下应取4.5毫米左右，这一点可以通过选择叉杆天线的长度和配置方式达到。图5示出了拉杆缩进去和拉开情况下的回损曲线。
上述实施例是假设天线是在GSM波段(工作频率约为900兆赫)和DCS波段(工作频率约为1800兆赫)下使用进行说明的，但天线也可以设计成另一种形式，使其在PCS波段(工作率约为1900兆赫)或其它波段下达到谐振。
上面的说明有许多细节仅仅是教导性和举例说明而已。上述讨论的具体实例不应视为对本发明的限制相反这些实例在不脱离本发明在下面的权利要求书及其合法的等效文件中所述的范围的前提下是可以种种方式加以修改的。

Claims (19)

1.一种可装在手持式手提通信设备中的多波段天线组件，其特征在于，它包括：
一个单一多波段基座天线；和
一个拉杆天线，可调节在拉开位置与缩进去位置之间的位置，处在拉开位置时与基座天线电磁耦合而不与基座天线处在金属与金属接触的情况。
2.如权利要求1所述的多波段天线组件，其特征在于，拉杆天线有一个金属部分，金属部分在拉开位置的长度选择得使其多波段下达到谐振状况。
3.如权利要求2所述的多波段天线组件，其特征在于，多波段包括与GSM，DCS和PCS对应的两个或多个波段。
4.如权利要求3所述的多波段天线组件，其特征在于，所述金属部分与基座天线之间的间距大约等于各多波段信号波长的0.03。
5.如权利要求2所述的多波段天线组件，其特征在于，拉杆天线的金属部分的长度约140毫米。
6.如权利要求1所述的多波段天线组件，其特征在于，基座天线在拉杆天线处于拉开位置和缩进去位置下通过单一端口与位于通信设备中的收发电路通信。
7.如权利要求1所述的多波段天线组件，其特征在于，拉杆天线有一个不导电管、金属棒和一个不导电棒，不导电管可滑动地与手持式手提通信设备接合，且装在该通信设备中，金属棒的第一端与不导电管接合，第二端可滑动地接合在导电管的第一端中，不导电棒则与导电管的第二端连接。
8.如权利要求7所述的多波段天线组件，其特征在于，导电管是个具有一条或多条导线的塑料管。
9.如权利要求8所述的多波段天线组件，其特征在于，导线呈线圈的形式配置在塑料管中。
10.如权利要求1所述的多波段天线组件，其特征在于，基座天线为叉杆天线。
11.如权利要求1所述的多波段天线组件，其特征在于，基座天线为螺旋天线。
12.一种手持式手提通信设备，其特征在于，它包括：
一个固定的多波段基座天线；
一个拉杆天线，可在拉开与缩进去之间的位置调节，在拉开位置时与基座天线电磁耦合而不与基座天线处于金属与金属接触的情况，在缩进去的位置时装在通信设备中；和
一个单一的端口，在基座天线与通信设备中的收发电路之间，在拉杆天线处在缩进去位置时，给基座天线提供信号并从基座天线接收信号，在拉杆天线处在拉开位置时，给基座天线和拉杆天线提供信号并从基座天线和拉杆天线接收信号。
13.如权科要求12所述的通信设备，其特征在于，基座天线为叉杆天线。
14.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，基座天线是个螺旋天线。
15.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，拉杆天线的金属部分的长度约140毫米。
16.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，拉杆天线处在拉开位置时，其金属部分与基座天线相距一段大致等于各多波段信号波长的0.03份的间距。
17.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，拉杆天线有一个不导电管、一个金属棒和一个不导电棒，不导电管可滑动地与所述手持式手提通信设备接合且装在所述通信设备中，金属棒的第一端与不导电管接合，第二端可滑动地在导电管的第一端内接合，不导电棒与导电管的第二端连接。
18.如权利要求17所述的通信设备，其特征在于，导电管是个具有一个或多个导线的塑料管。
19.如权利要求18所述的通信设备，其特征在于，导线以线圈的形式配置在塑料管中。
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