CN1237657C - 便携式无线电装置用的可收缩/可展开的天线 - Google Patents

Abstract

便携式无线电装置用的可收缩/可展开的天线，在1.5GHz的工作频率下能扩大带宽。包括(a)外壳；(b)可收缩或可展开地固定到外壳的第1线性天线元件；展开状态下，第1元件位于外壳外边并馈送电功率来激活，而收缩状态下，第1元件位于外壳里边并不馈送电功率而处于非激活状态；(c)比第1元件短的第2线性天线元件，机械连接到第1元件的一端并与其电隔开，展开状态下，第2元件位于外壳外边并不馈送电功率而处于非激活状态，而收缩状态下，位于外壳外边并馈送电功率来激活。第1和第2元件相互电连接。

Description

便携式无线电装置用的可 收缩/可展开的天线

本发明无线移动通信系统用的天线，更具体地涉及便携式无线电装置用的或可收缩或可展开的天线，如便携式信息终端，便携式或蜂窝状电话用的可收缩或可展开的天线，它能改善展开状态下和收缩状态下的阻抗匹配。

通常，有多种天线可用于无线移动通信系统。设计用于诸如蜂窝状电话的便携无线电装置的这种天线通常有快速线性移动鞭状元件和固定在鞭状元件一端的螺旋元件。天线连接到装置的外壳，并按需要可把鞭状元件收缩进外壳中和从外壳中拉出。

有这种天线的常规便携式无线电装置，当用户操作装置时，通常从外壳中拉出鞭状天线元件，以减小因用户自身或人体自身引起的坏作用带来的天线性能降低。另一方面，当用户不操作装置时，将鞭状元件收进外壳中，以便于携带装置。

天线从外壳中拉出时，鞭状元件和螺旋元件位于外壳外边。该展开状态下，只有鞭状元件起作用并提供所需的天线操作。另一方面，当天线推进外壳中时，鞭状元件收缩进外壳中，而螺旋元件位于外壳外。该收缩状态下，只有螺旋元件起作用并进行所需的天线操作。

1997年公布的日本未审特许公开No.9-186519(它相应于1999年出版的日本特许公报No-2692670)中公开了这种常规开线结构的一个实例。

图1A和1B示意性的展示出这种现有天线101的结构。

天线101可滑动地安装在外壳120上，它包括导电快速线性移动元件106和导电螺旋(即，线圈形)元件117。

鞭状元件106用电介质保护膜107覆盖。导电制动器109固定到元件106的底端。展开状态下制动器109防止元件106从外壳120脱开并用于给元件106馈送电功率。馈电线或馈电部件104通过电介质分隔器105固定到元件106的顶端。元件106收缩进外壳120中时，馈电线104用于给元件106馈送电功率。分隔器105使螺旋元件117与快速动元件106电分离。

用电介质102覆盖的螺旋元件117固定到与鞭状元件106相对的馈电线104的侧边。用分隔器105使螺旋元件117与鞭状元件电隔离。

天线101用导电支架108可滑动地连接到外壳120。支架108固定到外壳120并电连接到外壳120中设置的具体的射频电路(没画)。

鞭状元件106从外壳120拉出时(即，在天线101的展开状态下)，如图1A所示，鞭状元件106和螺旋元件117同时都位于外壳120外边，制动器109与支架108接触。该状态下，鞭状元件106用制动器109和支架108电连接到设在外壳120中的射频电路，由此，把电功率馈送给元件106。因此，元件106起作用并执行它的操作。

另一方面，当元件106推进外壳120中时(即，天线101处于收缩状态时)，如图1B所示，只有螺旋元件117位于外壳120的外边，同时，馈电线104与支架108接触。该状态下，螺旋元件117用馈电线104和支架108电连接到设在外壳120中的射频电路，由此，给元件117馈入电功率。因此，元件117起作用并执行它的操作。

如上所述，当天线101是展开状态时，只有鞭状元件106动作，而天线是收缩状态时，只有螺旋元件117动作。因此，能改善每种状态下的阻抗匹配。因此，近年来，现有天线101已广泛用于诸如蜂窝电话的便携式无线电装置。

图2是现在天线收缩状态下的现有天线101的频带宽度与外壳120的长度之间的关系曲线图。图2的曲线表明频带宽度值的回波损耗为-10dB或以下。曲线是在设定螺旋元件117的谐振频率为800MHz，和1.5GHz、元件117的形状和尺寸不变的条件下用数字计算得出的。

从图2看到，当工作频率为800MHz时，带宽随外壳长度变化而变化。这就是说，有一个外壳长度值使带宽达到最大值。与此不同，当工作频率为1.5GHz时无论外壳长度如何变化，带宽几乎保持不变。因此，不能说外壳长度值使带宽变成最大。从图2中还看到，对1.5GHz的工作频率的(频)带宽(度)约为工作频率为800MHz的带宽的一半(1/2)到五分之一(1/5)。

如上所述，图1A和1B所示现有天线101的问题是，在收缩状态下，在1.5GHz的工作频率所能获得的带宽达不到所需的宽度。换句话说，在收缩状态下不能达到起作用的螺旋元件117令人满意的阻抗匹配。

本发明的目的是，提供用于便携式无线电装置的可收缩/可展开的天线，它能展宽1.5GHz工作频率下的带宽。

本发明的另一目的是，提供便携式无线电装置用的可收缩/可展开的天线，它在天线展开和收缩状态下均能实现令人满意的阻抗匹配。

通过以下的说明，本行业的技术人员便能了解上述的和没有具体说明的其它目的。

按本发明的第1方案，提供便携式无线电装置用的可收缩的/可展开的天线，它可以按展开状态和收缩状态操作。天线包括：

(a)外壳；

(b)可收缩地或可展开地连接到外壳的第1天线元件；

第1元件由线性天线元件构成；

在展开状态下，第1元件位于外壳的外边并被供给电功率来激活；

收缩状态下，第1元件位于外壳内，并不供给电功率而处于不激活状态；

(c)机械连接到第1元件的一端并与它电隔开的第2天线元件，

第2元件由线性天线元件构成，并比第1天线元件短；

在展开状态下，第2元件位于外壳外边并不馈送电功率而处于非激活状态；

收缩状态下，第2元件位于外壳外边并馈送电功率来激活。

按本发明第1方案的可收缩/可展开的天线，第1无线元件可收缩或可展开的连接到外壳，同时，第2天线元件连接到第1元件的一端，并与它电隔开。第1元件用线性天线元件构成，(例如，用鞭状元件构成)，而第2元件用线性元件构成，(例如，用棒形元件构成)，它比第1元件短。

而且，在展开状态下，第1元件位于外壳外边，并馈送电功率来激活。在收缩状态下，第1元件位于外壳内并不馈送电功率而处于非激活状态。展开状态下，第2元件位于外壳的外边并不馈送电功率而处于非激活状态。收缩状态下，第2元件位于外壳的外边并馈送电功率来激活。

因此，收缩状态下第2元件馈送电功率而激活，第1元件不起作用，在1.5GHz的工作频率下，以与在800MHz的工作频率相同的方式，带宽随外壳长度的变化进行明显的变化。这就是说，即使在1.5GHz的工作频率时，在收缩状态下，有一个外壳长度值可使带宽达到最大。

例如，在1.5GHz的工作频率时的带宽能扩大到现有天线101的带宽的2倍或以上。

另一方面，若用某些方式把适当的电抗元件加到第1元件上，展开状态下的天线输入阻抗会改变。如果用某些方式把另一适当的电抗元件加到第2元件上，收缩状态下的天线的输入阻抗变化。因此，可使收缩状态和展开状态下的天线的输入阻抗很接近或几乎相等。结果，在展开状态和收缩状态均能实现令人满意的阻抗匹配。

按本发明第1方案的天线的优选实施例中，另外设置了固定到外壳的导电支架。在展开状态下第1元件与支架接触，并用支架馈送电功率。在收缩状态下第2元件与支架接触，并用支架馈送电功率。展开状态下，支架，第1元件和其间的电介质构成第1可调电容器。收缩状态下，支架，第2元件和其间的电介质构成第2可调电容器。

按本发明第1方案的天线的另一优选实施例中，另外设置了用电介质固定到第1元件底部的导电制动器。展开状态下，第1元件，制动器和其间的电介质构成可调电容器。

按本发明第1方案的天线的又一优选实施例中，另外设置了电介质分隔器，使第1元件与第2元件机械连接，并使第1元件与第2元件电隔开。收缩状态下，第2元件，外壳和其间的分隔器构成可调电容器。

按本发明第1方案的天线的另一优选实施例中，第1元件设计成在收缩状态下电连接到终端匹配电路。收缩状态下，终端匹配电路提供可调节电抗元件。该实施例中，另外的优点是电感器可用作可调节电抗元件。

该情况下，最好另外设置电介质分隔器，以把第1元件机械连接到第2元件，并使第1元件与第2元件电隔开。收缩状态下，第2元件，外壳，和其间的分隔器构成可调电容器。本实施例中，另外的优点是，在展开状态下，电感器可用作第1元件的可调电抗元件，而在收缩状态下，可调电容量加到第2元件上。这促进展开和收缩状态下阻抗匹配的改善。

按本发明第1方案的天线的又一实施例中，另外还设有固定到第1元件的电介质制动器和固到制动器表面上的导电件。展开状态下，第1元件、导电件和其间的制动器构成可调电容器。

按本发明第2方案，提供便携式无线电装置用的另一可收缩/可展开的天线，它可在展开状态和收缩状态下操作。天线包括：

(a)外壳；

(b)可收缩地或可展开地连接于外壳的第1天线元件；

第1(天线)元件由线性天线元件构成；

在展开状态下，第1元件位于外壳外边并馈送电功率来激活；

收缩状态下，第1元件位于外壳里边并不起作用；和

(c)机械连接到第1元件一端并与第1元件电连接的第2天线元件，

第二元件由线性天线元件形成，并比第1元件短；

展开状态下，第2元件位于外壳外边并馈送电功率来激活；

收缩状态下，第2元件位于外壳外边并馈送电功率来激活。

按本发明第2方案的可收缩/可展开的天线，第1天线元件可收缩地或可展开地连接到外壳，同时，第2天线元件机械连接到第1元件的一端并与它电连接。用线性天线元件，(例如，鞭状元件)构成第1元件，而用比第1元件短的线性天线元件(例如，棒形元件)，构成第2元件。

而且，在展开状态下，第1元件位于外壳外边，并馈送电功率来激活。在收缩状态下，第1元件位于外壳里边并不馈送电功率而处于非激活状态。展开状态下，第2元件位于外壳外边并馈送电功率来激活。收缩状态下，第2元件位于外壳外边，并馈送电功率来激活。

因此，收缩状态下，只有第2元件馈送电功率来激活，按与800MHz的工作频率下的操作同样的方式，在1.5GHz的工作频率下，带宽随外壳长度的变化而明显变化。这就是说，甚至工作频率为1.5GHz时，收缩状态下，有一个外壳的长度值可使带宽达到最大。结果，能扩大1.5GHz工作频率下的带宽。

例如，与上述的第1方案的天线相同，1.5GHz工作频率下的带宽可扩大到现有天线101的带宽的两倍或以上的宽度。

另一方面，如果用某些方式给第1元件和第2元件的组合加适当的阻抗或电抗元件，展开状态下的天线输入阻抗会改变。如果用某些方式给第1元件和第2元件的组合加另一适当的阻抗或电抗元件，收缩状态下的天线输入阻抗会变化。因此，可使展开状态和收缩状态下的天线的输入阻抗便更接近或基本相等。结果，在展开状态和收缩状态下均能实现令人满意的阻抗匹配。

按本发明第2方案的天线的优选实施例中，第1元件与第2元件构成为一个整体。

按本发明第2方案的在线的另一优选实施例中，用导电件把第1元件电连接到第2元件。收缩状态下用元件给第1和第2元件馈送电功率。

按本发明第2方案的天线的另一优选实施例中，另外还设置了固定到外壳的导电支架。展开状态下，第1元件与支架接触，并用支架馈送电功率。收缩状态下，第2元件与支架接触，并用支架馈送电功率。收缩状态下，支架、第2元件和其间的电介质构成可调电容器。

按本发明第2方案的天线的又一优选实施例中，另外设置了用电介质固定在第1元件底部的导电制动器。展开状态下，第1元件，制动器和其间的电介质构成可调电容器。

按本发明第2方案的天线的又一优选实施例中，第1元件设计成在收缩状态下要电连接到终端匹配电路。收缩状态下，终端匹配电路提供可调电抗元件。本实施例中，另外的优点是，电感器可用作可调电抗元件。

按本发明第2方案的天线的又一优选实施例中，还另外设置了固定到第1元件的电介质制动器和固定到制动器表面的导电件。收缩状态下，第1元件，导电件和其间的制动器构成可调电容器。

为了容易实现本发明，将结合附图说明发明。

图1A是便携式无线电装置用的现有天线的展开状态的剖视示意图；

图1B是图1A所示现有天线的收缩状态的剖视示意图；

图2是图1A和图1B所示现有天线在收缩状态下的外壳长度与带宽的关系曲线图；

图3A是按本发明第1实施例的便携式无线电装置用的天线在展开状态下的剖视示意图；

图3B是图3A所示天线在收缩状态下的剖视示意图；

图4是图3A和3B所示的按第1实施例的天线在收缩状态下的外壳长度与带宽的关系曲线图；

图5是图3A和3B所示的按第1实施例的天线在鞭状元件起作用的展开状态下表示天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图6是表示按图3A和3B所示第1实施例的天线在棒形元件起作用的收缩状态下输入阻抗的史密斯圆图，

图7A是按本发明第2实施例的便携式无线电装置用的天线在展开状态下的剖视示意图；

图7B是图7A所示天线在收缩状态下的剖视示意图；

图8是图7A中a1所指面积的放大的局部剖视示意图；

图9是图7B中a2所指面积的放大的局部剖视示意图；

图10是展示按图7A和7B所示第2实施的天线在展开状态下的电路构成的电路图，用匹配电路把鞭状元件连接到射频电路；

图11是展示按图7A和7B所示第2实施例的电线在收缩状态下的电路构成的电路图，用匹配电路把棒形元件连接到射频电路，鞭状元件连接到终端匹配电路；

图12是展示按图7A和7B所示第2实施例的天线在鞭状元件起作用的展开状态下调整后的输入阻抗的史密斯圆图；

图13是展示按图7A和7B所示第2实施例的天线，在棒形元件起作用的收缩状态下，天线的已调节的输入阻抗的史密斯圆图；

图14A是展示按图7A和7B所示第2实施例的天线在展开状态下已进行阻抗匹配的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图14B是按图7A和7B所示第2实施例的天线在展开状态下已进行阻抗匹配的天线的回波损耗的频率特性曲线图；

图15A是展示按图7A和7B所示第2实施例的天线在收缩状态下已进行了阻抗匹配的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图15B是展示按图7A和7B所示第2实施例的天线在收缩状态下已进行了阻抗匹配的天线的回波损耗的频率特性曲线图；

图16A是按本发明第3实施例的便携式无线电装置用的天线展开状态下的剖视示意图；

图16B是图16A所示天线在收缩状态下的剖视示意图；

图17是图16A中b所指的面积的放大的局部剖视示意图；

图18是展示按图16A和16B所示第3实施例的天线在展开状态下的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图19是按图16A和16B所示第3实施例的天线在收缩状态下的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图20是展示按图16A和16B所示的第3实施例的天线在展开状态下，用匹配电路把元件和棒形元件连接到射频电路的天线的电路构成的电路图；

图21是展示按图16A和16B所示的第3实施例的天线在收缩状态下，鞭状元件和棒形元件用匹配电路与终端匹配电路并联连接到无线电电路的天线的电路构成的电路图；

图22是展示按图16A和16B所示的第3实施例的天线在鞭状元件和棒形元件起作用的收缩状态下，天线的已调节的输入阻抗的史密斯圆图；

图23A是展示按图16A和图16B所示第3实施例的天线在展开状态下，已进行阻抗匹配的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图23B是展示按图16A和16B所示第3实施例的天线在展开状态下，已进行阻抗匹配的，天线的回波损耗的频率特性的曲线图；

图24A是展示按图16A和16B所示第3实施例的天线在收缩状态下，已进行阻抗匹配的，天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图24B是展示按图16A和16B所示第3实施例的天线在收缩状态下，已进行阻抗匹配的，天线的回波损耗的频率特性曲线图；

图25A是按本发明第4实施例的便携式无线电装置用的天线在展开状态下的剖视示意图；

图25B是图25A所示天线在收缩状态下的剖视示意图；

图26是图25A中C所指面积的放大的局部剖视示意图；

图27是展示按图25A和25B所示第4实施例的天线在展开状态下的输入阻抗的史密斯圆图；

图28是展示按图25A和25B所示第4实施例的天线在收缩状态下的输入阻抗的史密斯圆图；

图29是展示按图25A和25B所示的第4实施例的天线在展开状态下，鞭状元件和棒形元件用匹配电路连接到射频电路的天线电路构成的电路图；

图30是展示按图25A和25B所示第4实施例的天线在收缩状态下，鞭状元件和棒形元件用匹配电路与终端匹配电路并联连接到射频电路的天线的电路构成的电路图；

图31是按图25A和25B所示第4实施例的天线在展开状态下的已调节的输入阻抗的史密斯圆图；

图32是按图25A和25B所示第4实施例的天线在收缩状态下的已调节的输入阻抗的史密斯圆图；

图33A是展示按图25A和25B所示第4实施例的天线在展开状态下的天线的输入阻抗的史密斯圆图；

图33B是按图25A和25B所示第4实施例的天线在展开状态下，已进行阻抗匹配的天线的回波损耗的频率特性的曲线图；

图34A是按图25A和25B所示第4实施例的天线，当鞭状元件收缩进外壳中时，已进行了阻抗匹配的，天线的鞭状元件的输入阻抗的史密斯圆图；

图34B是按图25A和25B所示第4实施例的天线，在收缩状态下，已进行了阻抗匹配的，天线的回波损耗的频率特性曲线图；

图35与图8相同，是按图7A和7B所示第2实施例的天线的变化的放大的局部剖视示意图；

图36与图17相同，是按图16A和16B所示第3实施例的天线的变化的放大的局部剖视示意图。

以下将结合附图详细说明本发明的优选实施例。

第1实施例

如图3A和3B所示，按本发明第1实施例的便携式无线电装置用的天线1通过导电支架8可滑动地连接到外壳20。固定到外壳20的支架8电连接到设在外壳20中的具体射频电路(没画)。

天线1包括导电的线性鞭状元件6和要求比元件6短得多的导电的棒形元件3。用电介质保护膜7覆盖的鞭状元件6有固定在它底端的导电制动器9。制动器9防止天线1脱离外壳20，用来天线1在展开状态下，给鞭状元件6馈送电功率。

电介质分隔器5固定到鞭状件6的顶端。导电的馈电线或馈电部件4在与元件6相对的分隔器5的侧边处固定到分隔器5。天线1在收缩状态下，馈电线4用来给棒形或线性元件3馈送电功率。分隔器5使棒形元件3和鞭状元件6电隔离、线性元件3的底端在与元件6相对的侧边处固定到馈电线4。电介质材料2完全覆盖元件3。

天线1处于展开状态时(即鞭状元件6从外壳20推出)，如图3A所示，鞭状元件6和线性元件3处于外壳20的外边，同时，导电制动器9与导电支架8接触。该状态下，鞭状元件6经制动器9和支架8电连接到设在外壳20中的射频电路。因此，电功率从射频电路馈入到元件6，这就是说，只有元件6起作用并执行它的操作。

另一方面，当天线1处于收缩状态时(即鞭状元件6推入外壳20中时)，如图3B所示，只有线性元件或棒形元件3位于外壳20外边，同时，导电的馈电线4与导电支架8接触。该状态下，元件3经馈电线4和支架8电连接到射频电路。因此，电功率从射频电路馈送到元件3，这就是说，只有元件3起作用并执行它的操作。

图4展示出在收缩状态下按图3A和3B所示第1实施例的天线1的带宽与外壳20的长度之间关系。为了进行比较，还另外画出了图1A和1B中所示的现有天线101的带宽与外壳长度之间的关系曲线。这两条曲线给出了回波损耗在-10dB或以下和工作频率为1.5GHz处的带宽值，它是在现有天线101的螺旋元件117和第1实施例的天线1的线性元件3的高度相同的条件下经数字计算得出的。

如图4所示，包括线性元件3的第1实施例的天线1，像工作频率设定为800MHz的情形一样，带宽随外壳长度的变化而相应变化。这就是说，有一个外壳长度值可使带宽达到最大宽度。因此，在收缩状态下线性元件3起作用，因此，通过调节外壳20的厚度，或使外壳20的长度为最佳值，可以使收缩状态下的带宽扩大。

从发明人的试验中发现，天线1的带宽可扩大为现有天线101的带宽的两倍或以上。

图5是展示按第1实施例的天线1在展开状态下的输入阻抗的史密斯圆图。图中的点是在1.5GHz附近的频率范围中画出的。从图5可看到，天线1的输入阻抗(即鞭状元件6的输入阻抗)，位于圆图的中心附近。

图6是展示按第1实施例的天线1在收缩状态下的输入阻抗的史密斯圆图；图中的点是在1.5GHz附近的频率范围内画出的，像图5一样。从图6中看出，天线1的输入阻抗(即棒形元件3的输入阻抗)，位于圆团的周边内。

图5和图6中的点相互比较，发现收缩状态下的天线1的输入阻抗包括比展开状态下的天线1低的电阻分量和高的电容分量。这就是说，收缩状态和展开状态下的天线1的输入阻抗值相互不一致。结果，用同样的匹配电路(即不转换匹配电路)，不能实现所要求的阻抗匹配。

但是，假若给天线1加适当的阻抗元件，以分别沿图5和6中的箭头A和B所指方向漂移两组点，则能使收缩状态和展开状态下的天线1的阻抗值更接近，改善阻抗匹配。

具体地说，展开状态下鞭状元件6位于外壳20的外边，最好给天线1加有特定电容c的适当的电容器。这种情况下，天线1的输入阻抗值沿图5中的箭头A漂移。另一方面，收缩状态下，鞭状元件6收进外壳20中，有特定电感L的适当的电感器加到天线1。这种情况下，天线1的输入阻抗值沿图6中箭头B漂移。

结果，发现通过调节有上述结构的第1实施例的天线1上所加的电容量C或电感量L，或使该电容量C和电感量L达到最佳值，则能改善阻抗匹配。

第2实施例

图7A，7B，图8和9示出按第2实施例的便携式无线电装置用的天线1A，它与图3A和3B所示的第1实施例的天线1的结构相同，只是在鞭状元件6与导电制动器9之间另外还设置了电介质10。因此，这里对相同的结构不再说明，为了简化说明，图7A、7B、图8和9中与第1实施例相同的元件或部件用同样的符号指示。天线1A展示如第1实施例所述的实现阻抗调节的具体。

形成电介质10，以覆盖导电的制动器9与鞭状元件6之间的鞭状元件6的底端。电介质10机械连接到保护膜7的相对端。电介质10使元件6与制动器9电绝缘。

从图7A和图8中看到，天线1A在展开状态下，制动器9与支架8接触并与它电连接，因此，制动器9、元件6和其间的介质组合形成可调电容器14。因此，电容器14的电容量C加到元件6的阻抗上。该情况下，从设在外壳20中的射频电路把电功率经电容器14供给元件6。

通过改变电介质10的介电常数，元件6与制动器9之间的距离或间隔，制动器9的长度和元件6插入电介质10的深度中的至少一个值，来调节可调电容器14的电容量。因此，很容易调节电容量C或使它达到最佳值。

另一方面，正如从图7B和图9看到的，天线1A在收缩状态下，馈电线4与支架8接触并与它电连接。与此同时，鞭状件6的顶端插入支架8，由此，经电介质分隔器5使导电支架8和导电元件6电容性耦联。因此，在元件6的顶端形成可调电容器15。

可调电容器15的电容量不必精调。只要鞭状元件6与支架8电容性耦联由此构成电容器15就够了。

以下将说明按第2实施例的天线1A的输入阻抗值的调节方法。

图10示出按图7A和7B所示第2实施例的天线1A在展开状态下用的电路构成。该状态下，鞭状元件6的底端经可调电容器14电连接到制动器9。而且，元件6经匹配电路16电连接到射频电路18，电路18和16位于外壳20中。棒形元件3不电连接。因此，调节加到元件6的阻抗上的电容器14的电容量C，可调节天线1A和它相关电路的总的输入阻抗，或使总输入阻抗达到最佳值。匹配电路16通常由至少一个电容器和至少一个电感器构成。

图11示出按图7A和7B所示的第2实施例的天线1A在收缩状态下的电路构成。该状态下，棒形元件3的底端经相同的匹配电路16电连接到射频电路18。元件3的底端经可调电容器15电连接到鞭状元件6的顶端。而且，鞭状元件6的底端电连接到导电终端负载11，导电终端负载11电连接到终端匹配电路12。终端负载11和电路12设在外壳20中。

如果调节需要加到天线1A的阻抗上的电感量L，则可用终端匹配电路12构成产生电感L的电感器。这是因为电路12包括至少一个电感器和至少一个电容器。具体地说，由于电路12是经终端负载11和制动器9电连接到元件6，之后，它经可调电容器15电连接到线性元件3。因此，调节并联加到电线1A的阻抗上的电感量L。结果，天线1A处于收缩状态时，通过经元件3的阻抗加调节电感量L来调节天线1A的输入阻抗值。

由于通过改变终端匹配电路12的特性来简化电感量L的调节，因此，它容易调节。

具体实例如下：

外壳20是尺寸为170mm×50mm×5mm的平行六面体。鞭状元件6的长度是46mm(≈λ/4)，棒形元件3的长度是15mm(≈λ/12)，支架8与元件6之间的容量(即可调电容器14的容量)，在1460MHz时，约为1pf，(包括调节电感量L)天线1A的收缩件的总电感量在1460MHz时为11nH。

图12展示出按图7A和7B所示第2实施例的天线1A在展开状态下的输出阻抗的史密斯圆图，其中，加了电容器14的调节电容量C。图13是展示按第2实施例的天线1A在收缩状态下的输入阻抗的史密斯圆图，其中，经终端匹配电路12加调节电感量L。从图12和13看到，天线1A的输入阻抗值更接近。

如上所述，按图7A和7B的第2实施例的天线1A，在展开状态下，有电容量C的可调电容器14加到天线1A，(即鞭状元件6)，天线1A的输入阻抗包含较大的电阻分量。而且，在收缩状态下，有电感量L的可调电感器加到天线1A(即线性元件3)，天线1A的输入阻抗包较大的电容分量。因此，可使展开状态和收缩状态下的天线1A的输入阻抗值更接近或几乎相同。这就是说，改善了天线1A的阻抗匹配特性。

图14A是展示按第2实施例的天线1A的总输入阻抗的史密斯圆图，图14B是相同的天线1A在展开状态下的回波损耗的频率特性曲线图。图15A是同一天线1A的总输入阻抗的史密斯圆图；图15B是同一天线1A在收缩状态下的回波损耗的频率特性曲线图。这些图中已进行阻抗匹配。

从图14A和15A看到，已使展开状态和收缩状态下的天线1A的输入阻抗值更接近，可以说，输入阻抗几乎是匹配的。而且，从图14B和15B看到，已改善了展开状态和收缩状态下的回波损耗特性。

电子上述的原因，按第2实施例的天线1A，即使鞭状元件6已收缩进外壳20中(即天线处于收缩状态下)，在1.5GHz的工作频率下仍能扩大带宽。而且，无论鞭状元件6和线性元件3，均可使展开状态和收缩状态下的天线1A的输入阻抗值几乎相等。

第3实施例

图16A，16B和图17示出按第3实施例的便携式无线电装置用的天线1B，它的结构与按图3A和3B所示的第1实施例的天线1的结构相同，只是线性元件33和鞭状元件36构成一个整体电介质30形成在元件36的顶端部分与导电馈电线4之间，去掉了电介质分隔器5。因此对相同的结构不再说明，为了简化说明，图16A、16B和图17中与第1实施例中相同的元件和部件用与实施例1中相同的符号指示。

按第3实施例的天线1B，线性元件33和鞭状元件36构成为一个整个，因此，这些元件33和36相互电连接(也可以说元件33也是鞭状元件)。因此，当天线1B处于展开状态时，如图16A所示，元件33和36均动作并执行它们的操作。另一方面，天线1B处于收缩状态下时，如图16B所示，只有线性元件33执行它的操作，因为基本上不给元件36馈送电功率。

因此，与按图3A和3B所示第1实施例的天线1相同，当鞭状元件36收缩进外壳20中时(即天线1B处于收缩状态下时)，适当设定外壳20的长度，能扩在1.5GHz工作频率下的带宽。具体说，收缩状态下的带宽可扩大到包括螺旋元件117的现有天线101的带宽的两倍或以上。

而且，鞭状元件36经电介质30与馈电线4电绝缘。天线1B处于收缩状态下时，导电馈电线4与导电支架8接触并电连接。如图17所示。该状态下，馈电线4，元件36和其间的电介质10构成可调电容器34。因此从射频电路18经电容器34把电功率供给元件33。这就是说，电容器34的电容量C加到天线1B的输入阻抗上。

通过改变电介质30的介电常数，鞭状元件36与相对的馈电线4之间的距离或间隔，馈电线4的长度等中的至少一个，来调节电容器34的电容量C。因此，容易调节电容量C或使它达到最佳值。

图18是展示按第3实施的天线1B(即鞭状元件36和33)在展开状态下的输入阻抗的史密斯圆图。图18中，画出了在1.5GHz附近的计算值。图19是同一天线1B(即鞭状元件33)在收缩状态下的输入阻抗的史密斯圆图。图18和19中，画出了在1.5GHz附近的计算值。

如图18和19所示，天线1B的输入阻抗位于圆团的开口附近，而它最好是位于圆图周边附近。

图18和19中的点相互比较，发现第3实施例的天线1B在展开状态下的输入阻抗包括比天线1B在收缩状态下小的电阻值分量和小的电容量分量。这与上述的第1实施例的天线1不同，展开状态下的天线1的输入阻抗包括比收缩状态下的天线1的电阻量小的电阻分量和大的电容量分量。因此，天线1B在收缩状态和展开状态下的输入阻抗值不会相互接近。结果，用相同的匹配电路不能实现要求的阻抗匹配。

但是，若适当的阻抗元件加到天线1B上(即加到元件33上)，使点组沿图19中的箭头C和D漂移，则能使收缩状态和展开状态下的天线1B的阻抗值接近，产生所要求的阻抗匹配。

具体地说，收缩状态下，鞭状元件36位于外壳20内，若有特定电容量C的可调电容器串联加到线性元件33上，则天线1A的总输入阻抗值沿图19中的箭头C漂移。而且，若有特定电感量L的可调电感器并联加到元件33上，则天线1B的总输入阻抗值沿图19中的箭头D漂移。因此，通过调节或最佳化那些加上的电容量C和电感量L的值，就能实现阻抗匹配。

以下将说明按第3实施例的天线1B的输入阻抗值的调节方法。

天线1B在展开状态下，如图20所示，元件36和33均电连接到导电制动器9，之后，它们经匹配电路16电连接到射频电路18。电容器34不连接到元件33和36。

天线1B在收缩状态下，如图21所示，只有元件33经电容器34和匹配电路16电连接到射频电路18。与此同时，元件36的底端经导电的终端负载11电连接到终端匹配电路12。

调节电感量L加到天线1B的阻抗上，用包括至少一个电感器和至少一个电容器的终端匹配电路12构成用于产生调节电感量L的可调电感器(没画)。在电路12中形成的可调电感器经终端负载11和制动器9电连接到元件36和33。换句话说，可调电感器L是并联加到天线1B的阻抗上。结果，通过给元件36和33的阻抗加电感量L来调节收缩状态下的天线1B的输入阻抗值，或使天线1B的输入阻抗值最佳。

由于经过改变终端匹配电路12的特性来调节电感值L，因此，它容易调节。

具体实例如下：

外壳20是尺寸为170mm×50mm×5mm的平行六面体，鞭状元件36的长度是76mm，线性元件33的长度是15mm(≈λ/2)，馈电线4与元件36和33之间的电容量(即调节电容量C)在1460MHz时约为3.2pf。天线1B的收缩部分的总电感量(即调节电感量L)在1460MHz时约为17.5nH。展开状态下，鞭状件36和线性元件33的总长度有效，因此，元件36和33的总长度是有意义的。因此，该状态下的总长度是91mm(＝76mm+15mm)，它约等于(λ/2)。

图22是展示按第3实施例的天线1B在收缩状态下的输入阻抗的史密斯圆图，其中，经终端匹配电路12加电容器34的调节电容量C和调节电感量L。比较图22和18，发现展开状态和收缩状态下的天线1B的输入阻抗值很接近。

如上所述，按图16A和16B所示第3实施例的天线1B，有电容量C的电容器34加到展开状态下的天线1B，有电感量L的电感器加到收缩状态下的天线1B。因此，可使展开状态和收缩状态下的天线1B的输入阻抗值几乎相同。这就是说，天线1B有所要求的好的阻抗匹配特性。

图23A和23B是按第3实施例的天线1B在展开状态下的输入阻抗的史密斯圆图和它的回波损耗频率特性曲线。图24A和24B是天线1B在收缩状态下的史密斯阻抗圆图和它的回波损耗的频率特性曲线。

从图23A和24A看到，天线1B在展开状态和收缩状态下的输入阻抗值几乎相同。而且，从图23B和24B看到，改善了天线1B在展开状态和收缩状态下的回波损耗特性。

由于上述的原因，按第3实施例的天线1B，在收缩状态下也能扩大1.5GHz工作频率下的带宽。而且，能使展开状态和收缩状态下的天线1B的输入阻抗值几乎相等。这与按第2实施例的天线1A相同。

第4实施例

图25A和25B，和图26示出按第4实施例的便携式无线电装置用的天线1C，它的结构与图7A和7B所示的第2实施例的天线1A的结构相同，只是去掉了电介质分隔器5，线性元件3经导电的馈电线4电连接到鞭状元件6。因此，对相同的结构不再说明，图25A，25B和26中与第2实施例中相同的元件或部件用相同的符号指示，以简化说明。

按第4实施例的天线1C，线性元件或棒形元件3电连接到鞭状元件6，因此，元件3和6在展开状态下均执行它们的操作，如图25A所示。另一方面，在收缩状态下，如图25B所示，只有线性元件3执行它的操作。

因此，与按第3实施例的天线1B相同，在收缩状态下，通过适当设定外壳20的长度，能扩大在工作频率下的带宽。具体说，收缩状态下带宽能扩大到包括螺旋元件117的现有天线101的带宽的两倍或以上。

而且，如图26所示，与按图7A和7B所示的第2实施例的天线1A一样，导电制动器9，导电元件6和其间的电介质10构成可调电容器14。

从表示按第4实施例的天线1C在展开状态下的输入阻抗的图27看到，天线1C的输入阻抗值位于史密斯圆图的开口附近。收缩状态下，从表示收缩状态下的相同天线1C的输入阻抗的图28看到，天线1C的输入阻抗值位于史密斯圆图的周边附近。

比较图27和28中的点，发现按第4实施例的天线1C在展开状态下的输入阻抗包括比在收缩状态下的天线1C的阻抗中的电阻值小的电阻值分量。这就是说，收缩状态和展开状态下的天线1C的输入阻抗值相互不一致。结果，用相同的匹配电路不能实现所要求的阻抗匹配。

点组分别沿图27和28中的箭头E和F漂移，适当的调节阻抗元件加到收缩状态和展开状态下的天线1C上。该情况下，能实现要求的阻抗匹配。

具体地说，展开状态下，有电容量C的可调电容器串联加到元件6和3上，使天线1C的总输入阻抗值沿图27中的箭头E漂移。收缩状态下，有电感量L的可调电感器并联加到天线1C，使天线1C的总输入阻抗值沿图28中的箭头F漂移。通过调节和最佳化这样加上的电容量C和电感量L，能实现要求的阻抗匹配。

以下将说明第4实施例的天线1C的输入阻抗值的调节方法。

展开状态下，如图29所示，鞭状元件6的底端经可调电容器14和匹配电路16电连接到射频电路18。因此，电容器14的电容量C加到天线元件3和6的总阻抗上。结果，通过加电容量C来调节天线1C的输入阻抗值。

收缩状态下，如图30所示，线性元件3的底端经匹配电路16电连接到射频电路18。与此同时，鞭状元件6的底端经电容器14和导电的终端负载11电连接到终端匹配电路12。给鞭状元件6的阻抗加调节电感量L，用包括至少一个电感器和至少一个电容器的电路12实现产生电感量L的电感器。结果，通过加电感量L来调节天线1C的输入阻抗值。

具体实例如下：

外壳20是尺寸为170mm×50mm×5mm的平行六面体，鞭状元件6的长度是61mm，线性元件3的长度是15mm(≈λ/12)，制动器9与元件6之间的电容量C(即可调电容器14的电容量)，在1460MHz约为2pf，天线1C的收缩部分(即可调电感器)，的总电感量在1460MHz约为8.8nH。展开状态下，鞭状元件6和线性元件3的总长度有效，因此，元件6和3的总长度是有意义的。因此，该状态下的总长度是76mm(＝61mm+15mm)，它等于(3λ/8)。

从分别表示按第4实施例的天线1C在展开状态和收缩状态下的输入阻抗的图31和32看到，两种状态下的天线1C的输入阻抗值比图27和28所示的情形更接近。结果，用相同的匹配电路不能实现所要求的阻抗匹配。

从图33A和34A看到，第4实施例的天线1C在展开和收缩状态下的输入阻抗值几乎相同。而且，从图33B和34B看到，能改善同一天线1C在展开状态和收缩状态的回波损耗特性。

由于上述的原因，按第4实施例的天线1C，即使在收缩状态下，也能扩大在1.5GHz的工作频率下的带宽。而且，能使展开状态和收缩状态下的天线1C的输入阻抗值几乎相等。这与第2实施例的天线1A相同。

变化

不用说，发明不限于上述的第1至第4实施例。

例如，按第2和第4实施例的天线1A和1C中，为了构成可调电容器14，可用与电介质10相同的电介质材料构成制动器9，同时，给它加适当的金属件。该情况下，另外的优点是通过改变金属件与鞭状元件6之间的距离或间隔、金属件与元件6相对部分的长度中的至少一个，可调节电容器14的电容量C。该结构的实例示于图35中。

图35中，天线1A’包括电介质制动器9A，它用与第2实施例中的电介质10相同的电介质材料制成。金属件9B连接到制动器9A的表面。

而且，第1实施例中，电介质分隔器5使鞭状元件6与线性元件3相互隔开。但是，这两个元件6和3也可以像图16A和16B所示的第3实施例的天线1B一样构成为一个整体。该情况下，整个元件的一部分在收缩状态下收缩进外壳20中，用作鞭状元件6，而整个元件的另一部分(或者说是剩余部分)，即使在收缩状态下也不收入外壳内，用作线性或棒形元件3。

而且，图16A和16B所示的第3实施例的天线1B中，可去掉馈电线4，同时，适当的金属件要加到电介质30的表面上，由此构成可调电容器34。该情况下，附加的优点是，可通过改变金属件与鞭状元件6之间的距离或间隔，金属件与元件6相对部分的长度中的至少一个来调节电容器34的电容量C。该结构的一个例子示于图36中。

图36中，天线1B’包括电介质30和连接到电介质30的表面上的金属件4A。

尽管已说明了本发明的优选形式，但应了解，对本行业的技术人员而言在不脱离本发明的精神的前提下还会有各种改型。因此，本发明的范围只由以下的权利要求书限定。

Claims (14)

1、便携式无线电装置用的可收缩的/可展开的天线，它可在展开状态和收缩状态下操作，

天线包括：

(a)外壳；

(b)可收缩或可展开地连接到外壳的第1天线元件；

第1天线元件用线性天线元件构成；

展开状态下，第1天线元件位于外壳外边并被馈入电功率以激活；

收缩状态下，第1天线元件位于外壳里边并不馈送电功率以处于非激活状态；和

(c)机械连接到第1天线元件的一端的第2天线元件，该第2天线元件与第1天线元件电隔离；

第2天线元件用线性天线元件构成并比第1天线元件短；

展开状态下，第2无线元件位于外壳外边并不馈送电功率以处于非激活状态，

收缩状态下，第2天线元件位于外壳外边并馈送电功率以激活。

2、按权利要求1的天线，还包括固定到外壳的导电支架，

其中，第1天线元件在展开状态下与所述支架接触并经支架馈送电功率，第2天线元件在收缩状态下与所述支架接触并经支架馈送电功率；

而且其中，在展开状态下，支架、第1天线元件和所述支架和第1天线元件之间的电介质构成第1调整电容器，而在收缩状态下，支架、第2天线元件和所述支架和第2天线元件之间的电介质构成第2调整电容器。

3、按权利要求1的天线，还包括经电介质固定到第1天线元件底部的导电制动器；其中，展开状态下，第1天线元件、制动器和所述第1天线元件和制动器之间的电介质构成调整电容器。

4、按权利要求1的天线，还包括电介质分隔器，它使第1天线元件机械连接到第2天线元件，并使第1天线元件与第2天线元件电隔离；

其中，收缩状态下，第2天线元件、外壳和所述第2天线元件和外壳之间的分隔器构成调整电容器。

5、按权利要求1的天线，其中，收缩状态下，第1天线元件设计成电连接到终端匹配电路；

其中，收缩状态下，终端匹配电路提供调整电抗元件。

6、按权利要求5的天线，还包括电介质分隔器，它使第1天线元件机械连接到第2天线元件，并使第1天线元件与第2天线元件电隔离；

其中，收缩状态下，第2天线元件、外壳和所述第2天线元件和外壳之间的分隔器构成调整电容器。

7、按权利要求1的天线，还包括固定到第1天线元件的电介质制动器和固定到制动器表面的导电件；

其中，展开状态下，第1天线元件、导电件和所述第1天线元件和导电件之间的制动器构成调整电容器。

8、便携式无线电装置用的可收缩/可展开的天线，它能在展开状态和收缩状态下操作；

天线包括：

(a)外壳；

(b)可收缩或可展开地连接到外壳的第1天线元件；

第1天线元件用线性天线元件构成；

展开状态下，第1天线元件位于外壳外边并馈送电功率来激活；

收缩状态下，第1天线元件位于外壳里边而且不起作用；和

(c)机械连接到第1天线元件一端的第2天线元件，该第2天线元件与第1天线元件电连接；

第2天线元件用线性天线元件构成，并比第1天线元件短；

展开状态下，第2天线元件位于外壳外边并馈送电功率来激活；

收缩状态下，第2天线元件位于外壳外边并馈送电功率来激活。

9、按权利要求8的天线，其中，第1天线元件与第2天线元件构成为一个整体。

10、按权利要求8的天线，其中，第1天线元件用导电件电连接到第2天线元件；

其中，收缩状态下，用所述导电件给所述第1天线元件和第2天线元件馈送电功率。

11、按权利要求8的天线，还包括固定到外壳的导电支架；

其中，在展开状态下，第1天线元件与支架接触，并用支架馈送电功率，收缩状态下，第2天线元件与支架接触，并用支架馈送电功率；

其中，收缩状态下，支架、第2天线元件和所述支架和第2天线元件之间的电介质构成调整电容器。

12、按权利要求8的天线，还包括用电介质固定到第1天线元件底部的导电制动器，

其中，展开状态下，第1天线元件、制动器和所述第1天线元件和制动器之间的电介质构成调整电容器。

13、按权利要求8的天线，其中，收缩状态下，第1天线元件设计成电连接到终端匹配电路；

其中，收缩状态下，终端匹配电路提供调整电抗元件。

14、按权利要求8的天线，还包括固定到第1天线元件的电介质制动器和固定到制动器表面的导电件；

其中，收缩状态下，第1天线元件、导电件和所述第1天线元件和导电件之间的制动器构成调整电容器。

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