CN1351391A - 双作用天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双作用天线结构。该结构包括一个在移动站外壳内的天线,一个开关(SW)和一个相对前面两者可运动的鞭状元件(240)。内部天线包括两个元件,其第一个(220)连接到整个天线结构的馈电导体(202),而第二个连接到信号地(203,210)。当鞭状元件收缩时,开关电流连接内部天线的元件。这样仅内部天线起作用,而鞭不具有实际意义。当鞭状元件伸出时,其较低端通过该开关断开内部天线的元件,而鞭状元件本身同第一元件串联连接。这样,由鞭和第一元件的串联连接(240,220)提供一个辐射元件,而内部天线的短路元件(230)不具有实际意义。该第一元件还提供了鞭状元件的匹配。该天线结构可具有一个或多个工作频带。在按本发明的结构中,鞭状元件长度的选择可相对地自由,这是由于该结构的电长度总是可通过与鞭状元件串联连接的内部天线元件适宜地制作。

Description

双作用天线
技术领域
本发明涉及适合于移动站的双作用天线结构，在该结构中一个元件是可伸缩鞭状天线。
背景技术
在便携无线电设备领域，特别是移动站中，天线制造正变得很苛求。由于使用了新的频带，一个天线通常必须在两个或几个频带上工作。当设备小型时，天线也必须小型；它最好安置在设备外壳内，这样避免不切实际的突出。可是，不幸地，内部天线的辐射特性比外部天线弱。另外，例如内部天线对于用户手的影响比外部天线更敏感。这些缺点可以利用双作用天线减少，以便当需要时属于该结构的一个可移动天线元件可以部分地拉出以便改善连接质量。
可伸缩鞭状天线是公知的这种结构。如果天线结构另外包括一个第二辐射元件，它通常是设备外壳之外的元件，明显短于鞭状元件。这种双作用天线在相同申请人的早期专利申请FI991359中所公开了，该天线在一个工作状态下完全位于设备外壳内部。该结构在图1中图示。它包括一个接地平面110，辐射平面元件120，馈电导线102和一个短路导线103，这些构成了整个天线的PIFA(平面倒F天线)型部分，位于无线电设备外壳内部。该平面元件120其中具有缝隙125，其形状使得平面天线的谐振频率与所需要的相同。该结构进一步包括一个鞭状元件130，在其底部有着连接零件131。当鞭状在其下面位置时，它具有与PIFA部分的不明显耦合。当鞭状在其上面位置时，连接零件131在缝隙125两侧与平面元件120电流接触，以便该缝隙变成短路。短路缝隙明显增加了平面天线的谐振频率，由此当鞭状在拉出位置时该平面天线在工作频带内不起天线作用。鞭状元件大小设计得在相同工作频带内起单极天线的作用，由此替代内部平面天线。平面元件120的任务则是起鞭状馈电线路一部分的作用，并且作为鞭状的阻抗匹配元件。该PIFA也可以设计得具有两个频率，以便在其上面位置鞭状元件改变例如PIFA较低谐振频率，以此方式只有拉出的鞭状起较低工作频率辐射元件的作用。PIFA的导电平面则起较高工作频率辐射元件的作用。另一方面，拉出的鞭状元件刚好使较低工作频率上的天线工作更有效而不改变PIFA的谐振频率。
发明内容
本发明的目的是以比已知结构更新颖和有利的方式提供一种双作用天线。按照本发明的该天线结构特征在于独立权利要求1中所指定的内容。在从属权利要求中出现了本发明的某些有利的实施例。
本发明的基本思路如下：一个天线结构包括位于移动站机壳内的一个天线，一个开关和一个相对前面两者可运动的鞭状天线。内部天线包括两个元件，其一个连接到整个天线结构的馈电导体，而另一个通过一个短路导体连接到信号地。当鞭状元件收缩时，所说开关彼此电流连接内部天线的元件。然后，仅该内部天线处于使用中，而鞭不具有实际意义。当该鞭状元件伸出时，其较低端通过该开关使内部天线的元件彼此断开，而该鞭状元件本身在连接天线结构的馈电导体端同那个元件串联连接。这样所述鞭和元件串联连接起一个辐射器的作用，而内部天线的短路元件不具有实际意义。此外，该串联连接的内部元件提供了鞭状元件的匹配。
本发明的优点在于按本发明的结构。鞭状元件的长度的选择可相对地自由。这是由于这样一个事实，即借助于与鞭状元件串联连接的内部天线元件，该结构的电长度例如可以做成1/4波长或3/4波长。本发明的另一优点是，根据以上所述，不需要单独的机械零件或部件用来匹配鞭状元件。本发明的再一个优点在于按本发明的结构制造相对简单和便宜。
附图说明
下面将参照附图详细地描述本发明。其中：
图1表示按现有技术的天线结构的例子，
图2表示按本发明的天线结构的例子，
图3a-d表示按本发明天线结构中改变工作模式的例子，
图4表示按本发明的天线结构的另一例子，
图5表示按本发明的天线的频率特性的例子，
图6a，b表示备有本发明天线的一个移动站的例子。
具体实施方式
图1已结合现有技术说明进行讨论。
图2表示按照本发明的天线结构的例子。天线结构200包括一个平面第一元件220和平面第二元件230，鞭状元件240和一开关SW。在该例子中，天线结构还包括一接地平面210。第一元件220包括两个始于该元件边缘的缝隙225和226使第一元件形成包含两个套用环路的导电带。该带包含6个矩形拐角，使得当沿带向前运动时，外部环路的旋转方向与内部环路的旋转方向相反。在点F与导电带另一端电流接触处具有整个天线结构的馈电导线202。图2描述的例子中的第二元件230是一个在与第一元件相同平面上的直导电带。在另一端的G点，图2的第二元件上端连接地导线203，它将第二元件连接到信号接地210。
当从接地点G看第二元件的外端和当从馈电点F看第一元件的外端彼此相当靠近。在鞭状元件为收缩的工作模式时，即在较低位置时，开关SW内连上述的两端，这些端彼此靠近使得形成第一和第二元件的导电带串联连接在天线馈电导线202和203之间。内部天线的基本谐振频率取决于馈电和接地点之间导体的总长度。在图2的典型结构中，存在一个延长部分221，当从馈电点F看时，朝向在两个拐角之后的第一元件内部环路的馈电点。这个和接地平面210在所希望的位置给内部天线一个第二较高的工作频带。通常，平面元件和它们的部分的形状，它们的相互的电磁耦合及与接地平面的距离确定内部天线的频带特征，例如频带数值和带宽。
鞭状元件240沿其轴可移动。在较低位置它和它的连接部分是与所有导电结构元件绝缘的而且对天线结构的另外部分没有明显的耦合。在图2，鞭状元件表示为其较上面的位置，即伸展位置。在这个位置，鞭状元件较低端上的连接部分241保持开关SW打开以便使上述的平面天线的导电带在第一和第二元件之间被断开，而平面天线不能单独起辐射器的作用。而代之以鞭状元件起辐射器作用。它是通过鞭状天线和开关SW触点弹簧的连接部分241与第一元件220电流接触。这种安装提供了鞭状元件的馈电和阻抗匹配。与第一元件一起鞭状元件形成谐振在工作频率上的一个实体。该实体的电长度可配置为等于四分之一波长或四分之三波长。在所有情况下鞭状元件自身的长度是可选择的，因为匹配可以通过定第一元件220的尺度来实现。
结构部分的“较低端”在本说明书和权利要求中表示鞭状元件推入方向的最外端并且与设备的工作位置无关。同样地，结构部分的“较高端”指与较低端相反的端。
在图2的例子中平面元件220和230是通过例如电介质框架附着到接地平面210上的刚性导电板。该元件还可以是例如印刷电路板或陶瓷表面上的导电区域。
图3a-d表示按本发明用于改变天线结构工作模式转换功能的一个例子。图3a和3b说明鞭状元件收缩状态。图3a中从上观看开关SW，而图3b中从平面元件和接地平面之间观看开关SW。开关SW包括一个接触弹簧251和一个突出的开关252。接触弹簧251通过它的较低端附着到第一元件220的突出物253上。突出的接触面252是第二元件230的突出物。接触弹簧的较上端对突出的接触面252施加一弹力，产生在第一和第二元件之间一个稳定的电流接触。鞭状元件240置于由第一和第二元件限定的矩形端的外边，与所说的元件和开关绝缘。图3c和3d说明鞭状元件伸出的状态。鞭状元件较低端上的连接部分241则置于电介质支撑块206和接触弹簧251之间。这个空间是如此之窄使连接部分241相对接触弹簧的弯曲处压入，这样将接触弹簧的较上端与突出的接触面252断开。这样内部的平面天线环打开，而另一方面，鞭状元件连接到第一元件220。
图4表示按本发明天线结构的另一个例子。结构400包括一个印刷电路板408，一个第一元件420，一个第二元件430，一个鞭状元件440和一个开关SWI。第一和第二元件是印刷电路板408表面上的导电带使得当开关SWI使其彼此电流接触时它们形成一个矩形环状天线。在所述的例子中，环的馈电点是放置在矩形较低长边的中间，天线结构的馈电导体402和403连接至此。其中，馈电导体402连接到第一元件420的终端而在另一点连接到信号地的另一导线403连接到第二元件430的终端。开关SWI是在印刷电路板408的边缘上，在环形天线的一个较短边上的一个部件。当鞭状元件440是在较低位置时按照图4印刷电路板上的环形天线是完备的。在开关部件SWI的外侧有一导电接触触头455，它可以压入开关部件内。当鞭状元件伸出时，在其较低端的连接部分441压向接触触头455从而第二元件与第一元件断开而鞭状元件与第一元件串联连接。这样鞭状元件通过第一元件馈电同时该第一元件按照本发明对鞭状元件起匹配元件的作用。
图5表示按照本发明天线结构频率特性的一个例子。该图示有两个曲线51和52。曲线51代表当鞭状元件收缩时天线结构反射损耗RL作为频率的函数。而曲线52表示当鞭状元件伸出时反射损耗。反射损耗越小，即曲线越低，天线的辐射和接收效率越高。两条曲线包括两个低于-6dB的“低点”，这意味着所说的结构设计得可工作在两个频带。较低工作频带是800-900MHz区域，而较高工作频带是1.8GHz以上。比较曲线我们可以看出拉出鞭状元件明显地改善天线结构在两个工作频带的特性。在较低工作频带的大部分反射损耗减少了10dB还多。在较高工作频带带宽明显增加和反射损耗大大地减小。所示的结果对像图2所示的天线结构是有效的。
图6a和b表示具有按本发明的天线结构的一个移动站(MS)。该结构包括一个天线620，630位于移动站机壳内。图6a中鞭状元件640是压入移动站机壳内，而图6b它是从机壳拉出的。在后者状态，按照图2到4鞭状元件与内部的天线元件620有一连接。
以上已描述了按本发明的某些天线结构。本发明不将天线元件的形状和天线开关的实现限制到这些特定的结构。本发明也不限制该天线的制造方法和使用的材料。在独立权利要求1所限定的范围内可以用不同方式应用本发明的发明构思。

Claims (8)

1.一种天线结构包括一个信号地，一个射频设备的内部天线和一个相对内部天线可运动的鞭状元件，其特征在于内部天线包括一个第一元件(220；420)连接到天线结构的馈电导体(202；402)和一个第二元件(230；430)连接到信号地，天线结构还包括一个开关(SW；SWI)，当鞭状元件(240；440)收缩在射频设备内时，它电流地内连第一和第二元件，而当鞭状元件伸出时，断开第一和第二元件和电流地将第一元件和鞭状元件连接以便馈电和匹配鞭状元件。
2.按权利要求1的天线结构，其特征在于第一(220)和第二(230)元件是基本在同一平面上的平面元件，因此内部天线是一平面天线。
3.按权利要求1的天线结构，其特征在于内部天线是一环形天线。
4.按权利要求1的天线结构，其特征在于开关包括一个以固定方式附着到第一元件的接触弹簧(251)和一个第二元件中的突出的开关(252)。
5.按权利要求1的天线结构，其特征在于伸出的鞭状元件与第一元件一起设计为基本谐振在至少与内部天线一个相同的频率上。
6.按权利要求1的天线结构，其特征在于第一(220)和第二(230)元件是刚性导电元件。
7.按权利要求1的天线结构，其特征在于第一(420)和第二(430)元件是在电介质板的表面上的导电区域。
8.一个天线射频设备(MS)具有一个天线结构，该天线结构包括一个接地平面，一个射频设备的内部天线和一个相对内部天线可移动的鞭状元件，其特征在于内部天线包括一个连接到天线结构馈电导体的第一元件(620)和一个连接到信号地的第二元件(630)，该天线结构还包括一个开关，当鞭状元件收缩在射频设备内时，它使第一和第二元件电流地内连，而当鞭状元件伸出时，断开第一和第二元件连接，并且将第一鞭状元件电流连接以便馈电和匹配鞭状元件。
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