CN1216438C - 形成天线且构成保护外壳的结构 - Google Patents
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Abstract
一种形成用于小型便携装置的天线结构(10),其包括为矩形的布置在离按地面一确定距离处并通过其端部(20a、20b)之一(20b)与该接地面短路的发射元件(20),发射元件(20)的另一端(20a)处于自由状态。该结构(10)包括一形成接地面的组成部分的壳体(11),该壳体包括至少一个盖子(12)、一底(14)和一侧壁(13b),发射元件(20)面向该侧壁,壳体(11)形成一屏蔽的壳体,它能容纳该便携装置的电路。以及含有该天线结构的计时件。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于电磁信号的发送和接收的天线领域。尤其是,本发明涉及一种形成天线的小型结构,该天线来自以PIFA或“平面倒F形天线”的名字所公知且用于装入小型便携装置,比如一计时件中的结构。根据本发明的天线结构尤其适用于高频电磁信号的发送和接收,例如保证在移动电话网络上实现无线电话通讯。然而根据本发明的天线结构可用于其他在便携装置和远程发送/接收站之间需要无线通讯的系统。
本发明还涉及一种计时件,比如一手表,它适于发送和接收高频电磁信号,装有上述的天线结构,且例如在移动电话网络上保证与其他用户的无线电话通讯。
背景技术
射频通讯系统尤其是移动电话系统的持续发展导致对日益紧凑且轻巧的便携通讯设备的需求增加。平行于已经使小型电路和无线电路的发展和高性能电源发展的技术进步,适于安装在便携通讯装置比如蜂窝电话上的小型天线也已经被提出。一种这样的结构是以平面倒F形天线或PIFA的名字为大家所公知的。
图1示出了PIFA结构的一实例,总体上用附图标记1来表示,在本技术领域内一般是公知的。这种PIFA结构1包括一接地面2、一矩形形状的发射元件6,以及一将该发射元件6连接于接地面2并将所述发射元件6保持在相对于接地面2一确定距离处的短路板4,发射元件的长度约等于λ/4,其中λ是天线的发送/接收波长,基本上平行于接地面2布置。
该天线1通过来自接地面2的后部的传输电缆,比如同轴电缆8供电。该同轴电缆8布置在离短路板4一确定距离处,该电缆包括一穿过接地面2以连接发射元件6的内部导体8a,和一连接于接地面2且在离内部导体8a一距离Δd处的外部导体8b。
在图1中所示的PIFA结构的详细分析可以在文献“小型和低构型天线的分析、设计与测定”中发现,Artech House,Norwood,MA,1992,Ch.5,161-180页,Kazuhiro Hirasawa和Misao Haneishi,该文献综合于此作为参考。
由于其小型面,因此,该PIFA结构优选适于安装在小型通讯装置中,比如蜂窝电话。这种PIFA结构通常安装在蜂窝电话的导体本体的面上,该导体本体还形成该天线的接地面。应当指出的是,天线的特征(谐振频率、带宽等)不仅依赖于发射元件的尺寸及其离接地面的距离,而且依赖形成天线的接地面的导体本体的尺寸。该本体的尺寸和形状在移动电话中不构成非常限制的元件,因为移动电话相对于,例如一便携装置比如计时件仍然有相对较大尺寸,而计时件的特征就在于有更小的尺寸。
为了将这样的天线装入一小型便携装置比如手表中,必须发现有利于兼有紧凑性并保证进行无线通讯的性能处于最佳状态的解决办法。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提出一种能容易地布置并安装在小型便携通讯装置,例如一计时件内的天线。
本发明的另一个目的是提出了一种符合上述定义的天线,其结构可以尽可能容易地制造,以便限制制造成本。
因此,本发明涉及一种用于小型便携装置,比如计时件的天线结构,其特征列于权利要求1中。
本发明的有益的实施例是从属权利要求的主题。
本发明还涉及一种装有上述天线结构的计时件。
本发明的一个优点是所提出的结构完全集成在一小型结构中,该结构结合了紧凑性、刚性和美感,该发射元件形成了壳体的组成部分,壳体形成了天线的接地面。天线的调整大小、连接和特征(频率、带宽、阻抗等)的适应性也很容易。
形成天线的接地面的壳体还有利于将该便携通讯装置的电子部分或全部封装在天线结构内,因此该壳体形成一保护外壳,在其内部电路得到保护且决不影响天线的性能。因此所提出的天线可非常有利地从所形成的外壳的内部供电。
所提出的结构还结合了天线的接地面和外壳,外壳不仅使便携装置的电路而且使可在所述装置内出现的任何其他部件得到容纳。根据本发明的结构可有利于形成一手表壳体,而且壳体容纳一计时件机芯。
如果要求美学标准,该结构也可容易地被包围或嵌入外部塑料元件中。该外部元件可采取各种形式,比如手表的中部分的形式。
天线的发射元件是小型电力的,但整个结构(包括壳体)的影响决定天线的发射性能。相关的是由于在发射元件和接地面之间绝缘的缺乏,或更确切地是由于仅由空气形成的绝缘的存在而造成的小损失,这就导致显著的天线增益和效率。
附图说明
在阅读了下面参照附图通过非限制性实例给出的详细描述,本发明的其他特征和优点将会更加明显,其中:
图1是已经给出的示出了一种公知的PIFA结构;
图2a和2b分别示出了根据本发明的天线结构的一优选实施例的正面图和分解透视图;
图3a和3b分别示出了根据本发明的天线结构的另一优选实施例的正面图和分解透视图;
图4示出了一含有形成图2a和2b所示天线的天线结构的计时件的示意性透视图。
具体实施方式
现在将参照不同的实施例描述本发明。然而应当指出的是对于本领域的技术人员来说,将会改进和修改所提出的结构,以使其根据应用类型和强加的设计约束而采取不同的形式,但不会脱离通过所附的权利要求限定的本发明的范围。
在本说明书的下面部分中参照附图2a和2b将要描述的结构,构成可方便地装入具有无线电话功能的计时件中的天线结构的一优选实施例。参照图4,含有图2a和2b所示结构的计时件的示意性实例将在下文中给出。
这样,图2a和2b分别示出了构成本发明的优选实施例的天线结构的正面图和分解透视图。该天线结构总体上由附图标记10来表示,其是由导体材料制成,且在该实例中基本上具有圆柱形部分的外观,该圆柱形部分由基本上圆柱形轮廓A,和基本上垂直于该圆柱的对称轴线的第一和第二平面B和C所限定,对称轴线垂直于图2a的平面且在图2b中以虚线示出。
根据本发明,该天线结构10包括一基本上矩形形状或表面的发射元件20,它固定于壳体11,壳体11形成天线接地面的组成部分。从图中可看出,壳体11最好由两部分12和13制成,一部分12主要形成壳体11的盖子,而另一部分13主要形成壳体11的本体且支撑发射元件20。壳体11的本体13包括一底14和一组侧壁13a至13d,且因此和盖子12一起确定了一个能容纳各种部件,比如天线运行所需电路的屏蔽的外壳。尤其是,电磁信号的发送和接收所需的射频电路和潜在地影响或受这些电磁信号的发送和接收影响的任何电子元件都可以布置在壳体11内。如果空间允许或需要,任何其他电子或非电子部件也可布置在该壳体内,比如,计时件机芯和/或便携装置的电源。
发射元件20具有圆弧外形且位于壳体11的侧面上,或更准确地说位于结构10的圆柱形轮廓A上。该发射元件20通过壳体11的本体13的一端20b连接,且因此通过该同一端20b而与由壳体11形成的天线的接地面短路,发射元件20的相反一端20a处于自由状态。发射元件20在自由端20a和短路端20b之间的距离约等于天线发送/接收波长λ的四分之一。
在该结构的发射元件20和壳体11之间有一具有圆弧形状的径向凹槽18。该径向凹槽18在壳体11上确定了一与该结构的圆柱形轮廓A同心的圆弧形状表面18a,和两个基本上在表面18a和该结构的圆柱形轮廓A之间径向延伸的平面18b和18c。因此壳体11包括两个分别由圆柱形轮廓A和径向凹槽18的圆弧形表面18a确定的圆柱形侧壁13a和13b,和两个分别由平面18b和18c确定的平面侧壁13c和13d。
因此发射元件20位于结构10的面向圆柱形侧壁13b的圆柱形轮廓A上,该发射元件20的短路端20b连接于由圆柱形侧壁13a和平面形侧壁13c形成的棱角上。发射元件20的自由端20a指向由圆柱形侧壁13a和平面侧壁13d所形成的棱角的方向。
在该实施例中,天线结构10通常具有圆柱形的外观,该结构的轮廓仅被发射元件的自由端20a和由壳体11的本体13的圆柱形侧壁13a和平面侧壁13d形成的棱角之间所留的空间断开。因此该结构的圆柱形轮廓有利地担任一壳环的角色,使该结构易于插入便携装置的一外部元件中,比如手表的中部。
天线的激励可以以传统的方式通过一来自壳体11内部的传输电缆比如同轴电缆来完成。例如图2a中所示的实例,天线可通过一同轴电缆28激励,该电缆的内部导体28a与接地面绝缘,通过一设于圆柱形侧壁13b的孔16穿过该圆柱形侧壁13b,在远离短路端20b的一预定点21接触发射元件20,电缆的外部导体28b接触圆柱形侧壁13b的内表面。
通过调整该结构的尺寸,对天线的特征作用。尤其是可以作用在发射元件20和圆弧表面18a之间的距离上,以及壳体11的整个尺寸上,来调整天线的带宽。也可对发射元件20的长度和宽度作用,以调整其谐振频率。
根据本发明的该实施例,所以构思出天线结构,使其适于在1.8Ghz频率下发送和接收电磁信号,其外部直径约35mm且其总厚度约10mm,这些尺寸完美地使该结构装入一计时件中。根据该实施例,该天线的发射元件20在该结构的圆柱形轮廓A上延伸大约136°的圆弧,且位于面向壳体11的本体13的圆柱型侧壁13b的大约3mm的距离处。
该天线结构最好是由金属材料制成,比如黄铜,但也可由涂敷有导电材料的绝缘材料,比如塑料制成。对本领域的技术人员来说,该结构可以通过不同的公知制造和加工技术来制成,比如模制、拉拔或钻。
图3a和3b分别示出了一天线结构的正面图和分解透视图,该天线结构总体上由附图标记100表示,构成本发明的另一实施例。在该另一实施例中,天线结构100包括一基本上矩形形状或表面的发射元件120,固定于壳体111,壳体111形成天线接地面的组成部分。在该实例中,壳体111基本上具有圆柱部分的外观,该圆柱形部分由基本上圆柱形的轮廓A*,和基本上垂直于该圆柱的对称轴线的第一和第二平面B*和C*所限定,对称轴线垂直于图3a的平面且在图3b中以虚线示出。
从图中可看出,壳体111最好由两部分112和113制成,一部分112主要形成壳体111的盖子,而另一部分113主要形成壳体111的本体且支撑发射元件20。壳体111的本体113包括一底114和一圆柱形侧壁113a,且因此和盖子112一起确定了一个能以与前述实施例相同的方式容纳便携装置的各种部件的保护外壳,其中该保护外壳装于便携装置中。
不同于前述的实施例,发射元件120位于与圆柱形轮廓A*同心的在壳体的本体113的圆柱形侧壁113a之外的圆上。在圆柱形侧壁113a和发射元件120的一端120b之间大致径向延伸的元件115保证了发射元件的一端120b与由壳体形成的接地面的短路。发射元件120的另一端120a处于自由状态。
天线的激励可以以类似于图2a和2b中所示实施例的方式通过一同轴电缆而完成,电缆的内部导体与接地面绝缘,通过一设于圆柱形侧壁上的孔116穿过圆柱形侧壁113,在远离短路端120b的一预定点121接触发射元件120,电缆的外部导体接触壳体111的圆柱形侧壁113的内表面。
虽然刚才说明的实施例具有一般的圆柱形外观,适于钟表应用,但应当理解的是,根据本发明的天线结构可以根据该结构装于其中的便携装置的空间要求的约束而采取不同的形式。因此该天线结构可以具有椭圆、多边形或矩形形状。
图4示出了一计时件的示意性透视图,该计时件为手表形式,其具有类似的显示,示明了装有在图2a和2b中所示的天线结构10的可能性。因此结构10被包围且装入一非导体材料比如塑料制成的外部元件,该外部元件具有手表的中部分的形式,在图中由附图标记30标示。该计时件的机芯,未示出,有利地整体安装在天线结构10的内部。
小直径的孔可以完好地布置在天线结构10的壳体11上,且基本上不影响其特征,从而如果需要,使显示和/或控制部件的组成部分通过,这些元件需要与结构10绝缘。在图4的实例中,时针和分针32的轴或管道穿过该结构的壳体11的盖子12的中心。同样,各种控制元件的轴侧向穿透结构10的壳体的本体13的圆柱型侧壁(在图2a和2b中的圆柱形侧壁13a),这些控制部件尤其包括一固定于一时间设定齿冠34和两个按钮35和36的转动轴。
应当理解,该天线结构10最好布置在手表中部30中,从而发射元件20沿控制元件34、35或36的相反方向定位,或通常与穿透天线结构10的壳体的内部的任何元件相反。
根据本发明,形成天线的结构可这样制成,从而装在一计时件中,比如一手表,且在屏蔽的外壳内容纳射频电路、计时件的电路的全部或一部分及其机芯。
应当理解,对该天线结构可作出不同的改进和/或修改,而没有脱离由所附的权利要求所限定的本发明的范围。尤其是,根据该天线的所期望的特征,发射元件可在或不在该结构的整个厚度上延伸,可与接地面在其连接于壳体的端部的整个长度上短路或不短路。
Claims (9)
1.一种用于小型便携装置的天线结构(10;100),它包括一矩形表面的发射元件(20;120),其布置在离接地面一确定距离处并具有连接所述接地面的短路端(20b;120b)和与所述短路端(20b;120b)相对的自由端(20a;120a);其特征在于,所述天线结构(10;100)包括一形成所述接地面的组成部分的壳体(11;111),该壳体包括至少一盖子(12;112)、一底(14;114)和一个在所述盖子和所述底之间延伸的侧壁(13a、13b;113a),所述发射元件(20;120)相对所述壳体(11;111)在外面侧向设置,所述发射元件的表面面向所述侧壁,所述壳体(11;111)形成一屏蔽的壳体,其能容纳该便携装置的电路的全部或部分和/或其他部件。
2.如权利要求1所述的天线结构(10;110),其特征在于,所述天线结构主要为圆柱部分的形状,其由一确定所述壳体(111)的圆柱型侧壁(13a;113a)的圆柱形的轮廓(A;A*),和分别确定壳体(111)的所述盖子(12;112)和所述底(14;114)的第一和第二平面(B、C;B*、C*)所界定,且所述发射元件(12;112)具有与所述圆柱形轮廓(A;A*)同心且在所述第一和第二平面之间在所述圆柱形轮廓附近的圆弧形型面。
3.如权利要求2所述的天线结构(10),其特征在于,一具有与所述圆柱形轮廓(A)同心的圆弧形状的径向凹槽(18)将所述发射元件(20)与所述壳体(11)分开,该径向元件(18)在所述壳体(11)上确定了另一与所述圆柱形轮廓(A)同心但比所述圆柱形轮廓的半径小的圆柱形侧壁(13b),和两在壳体(11)的两圆柱形侧壁(13a、13b)之间径向延伸的平面侧壁(13c、13d),所述发射元件(20)设于朝向所述另一圆柱形侧壁(13b)上且离所述另一圆柱形侧壁一确定距离,该发射元件(20)的短路端(20b)连接于圆柱形侧壁(13a)和所述平面侧壁(13c、13d)之一形成的棱角上。
4.如权利要求2所述的天线结构(110),其特征在于,所述发射元件(120)设于越过朝向所述壳体(111)的所述圆柱形侧壁(113a)且离所述圆柱形侧壁一确定距离处的所述圆柱形轮廓(A*)上,该发射元件(120)的短路端(120b)连接于从所述壳体(111)的所述圆柱形侧壁(113a)径向延伸的一元件(15)上。
5.如前述权利要求1所述的天线结构(10;110),其特征在于,天线的激励通过一来自所述壳体(11;111)的内部的一同轴电缆(28)来保证,该同轴电缆(28)包括一与接地面绝缘且在远离短路端(20b;120b)的一预定点(21;121)接触发射元件(20;120)的内部导体(28a),和一接触接地面的外部导体(28b)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的天线结构(10;110),其特征在于,所述天线结构由金属材料制成。
7.如权利要求1至5中任一项所述的天线结构(10;110),其特征在于,所述天线结构由涂敷有导电层的绝缘材料制成。
8.一种计时件,它包括一矩形表面的发射元件(20;120),其布置在离接地面一确定距离处并具有连接所述接地面的短路端(20b;120b)和与所述短路端(20b;120b)相对的自由端(20a;120a);其特征在于,所述天线结构(10;100)包括一形成所述接地面的组成部分的壳体(11;111),该壳体包括至少一盖子(12;112)、一底(14;114)和一个在所述盖子和所述底之间延伸的侧壁(13a、13b;113a),所述发射元件(20;120)相对所述壳体(11;111)在外面侧向设置,所述发射元件的表面面向所述侧壁,所述壳体(11;111)形成一屏蔽的壳体,其能容纳该便携装置的电路的全部或部分和/或其他部件。
9.如权利要求8所述的计时件,其特征在于,所述天线结构主要为圆柱部分的形状,其由一确定所述壳体(111)的圆柱型侧壁(13a;113a)的圆柱形的轮廓(A;A*),和分别确定壳体(111)的所述盖子(12;112)和所述底(14;114)的第一和第二平面(B、C;B*、C*)所界定,且所述发射元件(12;112)具有与所述圆柱形轮廓(A;A*)同心且在所述第一和第二平面之间在所述圆柱形轮廓附近的圆弧形型面。
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