CN1238573A - 移动终端设备的天线装置 - Google Patents

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Abstract

移动终端设备的不定向天线，接收灵敏度稳定，辐射图对称。天线装置的肖拉环形天线配置在流动终端设备外壳上部的内中心。肖拉环形天线一端接流动终端设备印刷电路板上的可变电容器，另一端接印刷电路板的接地板。微带线与肖拉环形天线结合，将肖拉环形天线接到流终端设备的收发机。带通孔的导电固定件固定在肖拉环形天线的一角。柱形固定件插入导电固定件通孔。棒状天线可在外壳中缩进伸出，以外壳外界沿柱形固定件中心轴线穿过。

Description

移动终端设备的天线装置
本发明涉及移动终端设备的一种天线装置，具体地说，涉及移动设备的一种可伸缩的天线装置。
通常，移动终端设备的天线装置由一个固定的螺旋型天线一个可伸缩的棒状天线组成，螺旋型天线在缩进状态下工作，棒状天线在伸展状态下工作。
图1示出了伸展状态下的一般天线装置及其外围电路，图2示出了缩进状态下的一般天线装置及其外围电路。註册号为107414/1996的韩国专利充分公开了这种天线装置的详细结构和工作情况。
参阅图1和图2。移动终端设备100的天线装置由一个螺旋型天线130和一个棒状天线120组成，螺旋型天线130装在设备外壳301的上部分，偏向一侧，棒状天线120由天线帽106固定到设备外壳301上。天线帽106空心，其上内壁形成有突起107，棒状天线120通过该内壁插入。在天线帽106下面，导电阴螺丝111固定到设备外壳301的上端。带孔的柱形阳螺丝109拧入阴螺丝111中。柱形阳螺丝109的头固定到插入天线帽106孔中的螺旋线圈108的下端。天线帽106固定在设备外壳301上，使其下端固定到柱形阳螺丝109的头上。棒状天线120由聚醛棒104、天线心线105和隔离元件103构成，天线心线105插入聚醛棒104中，隔离元件103的上部外周边形成有固定用槽102，上端形成有提拉头101。棒状天线120沿螺旋型天线130的中心轴线和柱形公螺丝109的通孔穿过，插入天线帽106中。聚醛棒104的下端固定在挡块110上。棒状天线120处于缩进状态时，天线帽106上部分形成的突起107插入隔离元件103的固定用槽102中，使棒状天线120不致因本身的作用而可能拔出来。棒状天线120处于伸展状态时，装在柱形阳螺丝109的通孔上的板簧112，将固定在聚醛棒104下端的挡块110挡住。阴螺丝111通过馈线接插件201与印刷电路板(PCB)205连接。
从图中可以看到，天线心线105从挡块110延伸到隔离元件103的下端。棒状天线120由复原力良好的聚醛棒104组成，起天线心线105的保护杆的作用。天线磁心线105可以由镀银铜线或钢琴线或复原力良好的超弹性镍钛线(即成型存储合金(shape-memory alloy))制成。考虑到设备外壳301的高度，天线心线105的电长度在λ/4和λ/2之间(即在860兆赫的频率下约为87～174毫米)。实际上，根据聚醛棒104的介电常数，天线心线105的实际长度可以减少到132毫米。当设备外壳301的垂直高度极小时，棒状天线120可采用可伸缩天线。
螺旋型天线130的螺旋形线圈108由直径为5.6毫米的镀银钢琴线制成。螺旋形线圈108的电长度与棒状天线120天线心线105的长度有关。螺旋型天线130的实际长度比棒状天线120的短得多。
如图中所示，天线装置偏向移动终端设备的一侧。因此，棒状天线120缩进去时，天线装置的总长度缩短了，只有螺旋型天线130发射无线电信号。在此情况下，由于螺旋型天线130位置不对称，因而辐射图畸变，特定方向上的辐射分布减少了。另一方面，棒状天线120伸展时，天线装置的总长度增加了，从而提高了辐射特性和通信质量。但天线装置偏向移动终端设备的一侧时，天线装置的辐射图不对称，接收灵敏度可能取决于移动终端设备的位置。尤其是棒状天线缩进去时，这个不对称问题就变得严重。此外，工作频率增加使天线装置相对于波长的长度增加，从而加速了辐射图的畸变。天线的长度增加，要设计出小巧的移动终端设备就难了。
因此，本发明的目的是提供移动终端设备的一种接收灵敏度稳定的非定向天线装置。
本发明的另一个目的是提供移动终端设备的一种辐射图对称的天线装置。
为了达到上述目的，本发明提供的移动终端设备天线装置包括：一个矩形肖拉(hula)环形天线，它安置在移动终端设备外壳的上部内中心，其一端接移动终端设备印刷电路板上的一个可变电容器，另一端接印刷电路板的接地板；一个微带线，与肖拉环形天线结合，供将肖拉环形天线与移动终端设备的无线电收发机连接起来；一个导电固定件，有通孔，固定在肖拉环形天线的一角；一个柱形固定件，插入导电固定件的通孔中；一个棒状天线，可在设备外壳伸出缩进，以设备外壳为界，沿柱形固定件的中心轴线通过。
结合附图从下面的详细说明可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中类似的编号表示类似的部件，其中：
图1是在伸出状态下的传统天线装置及其外围电路的示意图；
图2是在缩进状态下的传统天线装置及其外围电路的示意图；
图3是本发明一个实施例的移动终端设备天线装置的示意图；
图4是图3的天线装置在伸展状态下的示意图；
图5是图3的天线装置在缩进状态下的示意图；
图6是天线装置在伸展状态下的电流分布图；
图7是本发明第一实施例可变电容器(411)的示意图；
图8是本发明第二实施例可变电容器(411)的示意图；
图9是天线在缩进状态下电压驻波比(VSWR)的示意图；
图10是新型天线在伸展状态下电压驻波比(VSWR)的示意图；
图11是新型天线装置在缩进状态下在方位面上天线方向图的示意图；
图12是传统的天线装置在缩进状态下在方位面上的辐射图的示意图；
图13是新型天线装置在缩进状态下在垂直平面上辐射图的示意图；
图14是传统的天线装置在缩进状态下在垂直平面上辐射图的示意图；
图15是新型天线装置在伸展状态下在方位面上辐射图的示意图；
图16是传统的天线在伸展状态下在方位面上辐射图的示意图；
图17是新型天线装置在伸展状态下在垂直平面上辐射图的示意图。
下面参阅附图说明本发明的一个最佳实施例。在下面的说明中，那些众所周知的功能元件或结构就不详细说明了，由于不必要的详细只会使本发明变得模糊不清。
图3示出了本发明一个实施例的移动终端设备的天线装置。图4和图5分别示出了图3的天线装置在伸展状态和缩进状态下的情况。
参阅图3至图5。本发明的天线装置由一个矩形肖拉环形天线410和一个棒状天线420组成。肖拉环形天线410安置在移动终端设备的上部内中心。棒状天线420可在外壳410缩进伸出，配置在肖拉环形天线410一既定角上。肖拉环形天线410由印刷电路板(PCB)430支撑着。此外，肖拉环形天线410的一端连接PCB430上的可变电容器411，另一端连接PCB430的接地板431。要输送和加设天线装置时，在PCB430的上部分卸下接地板431。微带线412与肖拉环形天线410结合，连接移动终端设备的无线电收发机的低噪声放大器(LNA)413。导电固定件414带通孔，固定在肖拉环形天线410的一角，柱形固定件415插入导电固定件414的通孔中。棒状天线420由柱形固定件415可移动地限制在外壳401中。棒状天线420由一个聚醛棒、一个长为NC的隔离元件和一个提拉头421构成。聚醛棒有一个导电心线(图中未示出)沿中心轴线形成。导电心线和聚醛棒的下端固定在提拉头(图中未示出)上。
在缩进状态下，棒状天线420下端抵达外壳401中的缩进点(图中未示出)，穿过柱形固定件415。在伸展状态下，棒状天线420的提拉头421抵达外壳401上方的伸展点。在这种情况下，柱形固定件415挡住了固定在聚醛棒下端的端件。
棒状天线420由金属线制成，长L1，从而在伸展状态下可用作λ/2天线。肖拉环形天线410由金属带或金属线制成。棒状天线420涂有不导电材料，因而在缩进状态下不会耦合到肖拉环形天线410上。此外，棒状天线420粗得可与肖拉环形天线410接触，且不致于在伸展状态下从柱形固定用件145中拔出。
在这种天线装置中，肖拉环形天线410的长度(2×h2+2×h3)和高度h1以及可变电容器411的作用是改善匹配特性。因此，这种天线装置不需要独立的匹配电路，将无线电信号用微带线412馈给肖拉环形天线410即可。实际上，通过调节肖拉环形天线410的高度或左右移动馈给点可以获取大约50欧的输入阻抗。
图6示出了天线装置在伸展状态下的电流分布情况。如上所述，棒状天线420在缩进状态下与馈给点去耦，因而不起辐射元件的作用。这样，就得到对称的电流分布曲线，如图6中所示。电流分布如此对称时，方位面上测出的辐射图大致呈圆形。
参阅图3至图5。导电固定件414配置在肖拉环形天线410电流分布比其它位置较低的一角。也就是说，棒状天线420配置在肖拉环形天线410电流分布较低的给定位置上。
图7示出了本发明第一实施例的可变电容器411。从图中可以看到，可变电容器411由带丝扣的柱体500和插入柱体500的螺丝510组成。拧上拧下螺丝510可以改变可变电容器411电容的大小。
图8示出了本发明第二实施例的可变电容器411。如图中所示，可变电容器411由具有多个接片520、各接片借助接片连线530与毗邻的接片连接的印刷电路板431构成，切断所要求位置的接片连线530可以改变可变电容器411的电容值。
图9和图10分别示出了天线装置在缩进和伸展状态下的电压驻波比(VSWR)。
图11示出了新型天线装置在缩进状态下在方位面上的辐射图，图12示出了传统的天线装置在缩进状态下在方位面上的辐射图。新型天线装置在方位面上的最大和最小增益的增益差值为9分贝，这比传统的天线装置的低得多。增益差值低会降低天线装置的方向性，提高通信质量和稳定接收的灵敏度。
图13示出了新型天线装置在缩进状态下在垂直平面上的辐射图，其中高峰增益出现在90度左右，然而，传统的天线装置的高峰增益在140度左右，如图14中所示。由于肖拉环形天线410的电流分布基本上对称，因而新型天线装置即使处于棒状天线420缩进的状态下也能保持对称的辐射图。此外，由于棒状天线420构制得使其在伸展状态下作为λ/2天线使用，因而将天线装置增长可以提高天线增益，从而提高通信质量。
图15示出了新型天线装置在伸展状态下在方位面上的辐射图，其中最大和最小增益之间的增益差值为5分贝，然而如图16中所示，传统的天线装置的增益差值为8分贝，比新型天线装置高3分贝。
图17示出了新型天线装置在伸展状态下在垂直平面上的辐射图，其中高峰增益出现在0～90度左右。
这种天线装置在PCS(个人通信业务)频带使用时可以防止辐射图出现不对称，提高通信质量。
结论是，这种天线装置由于保证辐射图的对称性因而接收灵敏度稳定，没有方向性。
尽管上面已就本发明的某一最佳实施例展示和描述了本发明，本领域的技术人员都知道，在不脱离所附权利要求书所述的本发明的精神实质和范围的前提下是可以在形式和细节方向进行种种修改的。

Claims (18)

1．一种用于移动终端设备的天线装置，其特征在于，它包括：
一个矩形肖拉环形天线，配置在移动终端设备外壳上部内中心，其一端连接移动端终端设备的印刷电路板上的一个可变电容器，另一端连接印刷电路板的接地板；
一个微带线，与肖拉环形天线结合，供将肖拉环形天线与移动终端设备的无线电收发机连接起来；
一个导电固定件，带通孔，固定在肖拉环形天线的一角；
一个柱形固定件，插入导电固定件的通孔中；
一个棒状天线，可在外壳中缩进伸出，所述棒状天线局限于该外壳，沿柱形固定件的中心轴线穿过。
2．一种用于移动终端设备的天线装置，其特征在于，它包括：
第一天线，其第一端连接移动终端设备的印刷电路板上的一个可变电容器，另一端连接印刷电路板的接地板，所述第一天线配置在移动终端设备外壳上部内中心，从而可以使电流分布对称；
第二天线，可在外壳中缩进伸出；
一个微带线，供将第一天线连接到移动终端设备的无线电收发机；
一个导电固定件，带通孔，固定在第一天线的一角；
一个柱形固定件，插入导电固定件的通孔中，从而使第二天线可以局限于外壳沿柱形固定件的中心轴线穿过。
3．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一天线由印刷电路板支撑着。
4．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第一天线为金属线制成的肖拉环形天线。
5．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第一天线为金属带制成的肖拉环形天线。
6．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，导电固定件固定在第一矩形天线的电流分布比其它位置较低的一角。
7．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第二天线为金属线制成的棒状天线，涂有不导电材料，从而使第二天线可以在缩进状态下与第一天线去耦。
8．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第二天线在伸展状态下用作λ/2天线。
9．如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，第二天线粗得可以在伸展状态下与第一天线相接触。
10．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第二天线在缩进状态下与第一天线去耦，从而只有第一天线用作辐射元件。
11．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述可变电容器包括：
一个带丝扣的柱体；和
一个插入带丝扣的柱体中的螺丝；
从而通过拧上拧下螺丝可以改变可变电容器的电容值。
12．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述可变电容器包括：
一个印刷电路板；
多个在印刷电路板上形成的接片；和
一个接片连线，供连接各接片用；
从而通过切断给定位置的接片连线可以改变可变电容器的电容值。
13．如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第一和第二天线在PCS(个人通信业务)频带工作。
14．一种用于移动终端设备的天线装置，其特征在于，它包括：
一个矩形肖拉环形天线，配置在移动终端设备外壳上部内中心，其一端连接移动终端设备的印刷电路板上的一个可变电容器，另一端连接印刷板的接地板；
一个棒状天线，长λ/2，涂有非导电材料使自身不致耦合到肖拉环形天线上，棒状天线可在外壳中缩进伸出；
一个微带线，供将肖拉环形天线连接到移动终端设备的无线电收发机上；
一个导电固定件，带通孔，固定在肖拉环形天线的一角；和
一个柱形固定件，插入导电固定件的通孔中，从而使棒状天线可以外壳为界沿柱形固定件的中心轴线穿过。
15．如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，所述可变电容器包括：
一个带丝扣的柱体；和
一个螺丝，插入带丝扣的柱体中；
从而通过拧上拧下螺丝可以改变可变电容器的电容值。
16．如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，所述可变电容器包括：
一个印刷电路板；
多个在印刷电路板上形成的接片；
一个接片连线，供连接毗邻的各接片用；
从而通过切断某个位置上的接片连线可以改变可变电容器的电容值。
17．如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，棒状天线在缩进状态下与肖拉环形天线去耦，从而只有肖拉环形天线起辐射元件的作用。
18．如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，肖拉环形天线的输入阻抗与其高度有关。
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