CN1373917A - 具有可调谐天线的移动无线发射/无线接收装置 - Google Patents
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Abstract
为了利用无线发射/无线接收装置实现不同频率范围内的发射/接收能力,且同时具有几乎相同的稳定天线增益,通过由控制装置控制的调节装置把一个可移动地安装的电介质体导入到天线体的附近区域,以便一直改变所述电介质体和天线体在所述天线体附加区域内的重叠程度,直至表示接收和发射质量的至少一个物理输入量到达最佳值。
Description
在无线通信系统中,消息(譬如语音、图像信息或其它数据)是借助电磁波进行传输的。电磁波的辐射通过天线来实现,其中载频是位于为相应系统所设定的频带内。
除了在移动无线发射/无线接收装置内限制天线尺寸的要求之外,还越来越多地对不同频率范围内的发射/接收能力提出了要求。因此,天线有必要能用于多个频率范围。
利用常规的天线、譬如尤其应用于移动部分的鞭状天线,不能确保按要求覆盖尽可能大的频率范围或多个频带,天线的阻抗和天线增益依赖于频率而强烈地变化,使得不可能在某些频率范围内使用该天线。
因此,为了解决该问题,迄今所采用的天线系统由多个天线组成,由这些天线分别覆盖某个频率范围。
这种天线系统的缺点一方面在于较高的位置需要量,另一方面在于天线同相应频带中的各个频率的匹配是次优的。
因此本发明所基于的任务在于如此地构造移动无线发射/无线接收装置,使得在覆盖较大的频率范围的同时,它们能确保几乎同样稳定的天线增益。
该任务由权利要求1的特征来解决。
如权利要求1所述,本发明的移动无线发射/无线接收装置具有一种电有效的天线体,在其附近区域安装了一种可移动的电介质体,这样,该电介质体可以在所述天线体的附近区域如此地移动,使得所述电介质体和所述电有效的天线体在所述的附近区域内的重叠程度能产生变化。在此,在天线体附近区域的重叠程度越大,需调节的谐振频率就越低。此外,为了调节所述的重叠程度,装设了一种用于调节所述电介质体的位置的装置。所述的调节装置根据至少一个控制信号来改变位置,且所述控制信号由一个控制装置以输出信号的形式产生,并被传送给所述的调节装置。由所述的控制装置一直产生所述的控制信号,直到所述的重叠程度确保了至少一个表示所述无线发射/无线接收装置的发射/接收质量函数的物理量到达最佳值,其中,所述的物理量由测定装置进行测定,并以输入信号的形式被传送给所述的控制装置。
本发明的移动无线发射/接收装置的主要优点在于在较大的频率范围内具有非常稳定的天线增益,这是通过如下方式来实现的,即借助所述电介质体在天线体的附近区域内的移动来使所述表示接收质量的一个或多个物理量被调节到最佳值,其中,天线体和电介质体的重叠程度几乎不影响天线的辐射特性,由此确保了在频率范围上的较好匹配。此外,该装置还有个优点,就是不必移动天线(天线体),这对移动无线发射/无线接收装置的结构是有利的,并可以使外部的电干扰最小化。
权利要求2所述的改进方案的主要优点在于,可以最小化由用户、尤其是由其身体对移动无线发射/无线接收装置的天线所产生的不定向电干扰,反方向也是这样。
权利要求3所述的改进方案同时也实现了最小化不定向的外部干扰,因为天线的电有效天线长度越大,该干扰就越大,其中,同时还利用与纵轴平行的缝隙来装设高频信号的接线,使得电介质筒体可以无阻碍地移动,而不会改变高频信号输入线的长度。
权利要求4所述的改进方案的重要优点在于实现了用于调节电介质体位置的简单装置,它只需要一个控制信号。
权利要求5所述的改进方案的主要优点是,实现了电介质体位置的简单调节装置,它只需要一个控制信号,其中调节以预定的步进(步进角度)来实现。
权利要求6所述的改进方案的主要优点在于转换所述控制的灵活性和更新可能性,这是通过采用(控制软件)软件来实现的,而且,通过采用附加的软件或通过匹配已有的软件,已有的处理器还可以被用来控制本发明的移动无线发射/无线接收装置。
权利要求7所述的改进方案的主要优点在于简单而有效地实现了所述的控制单元,而且该开关机构可以作为集成电路被实施到扩展模块中。
权利要求8所述的改进方案的主要优点在于陶瓷具有较高的介电常数,因为天线连续调谐和由此被使用的频率范围是与所用筒体的介电常数大小成比例地增长的,而且由于陶瓷体可以譬如作为谐振体而被大批地生产,所以其制作成本较低。
权利要求9所述的改进方案的主要优点在于,由此可以在最高频率与最低频率之比至少为1.5倍频的频率范围内使用所述的移动无线发射/无线接收装置。
通过按照权利要求10以表示所述移动无线发射/无线接收装置的发射/接收质量函数的物理量形式测定前向发射功率或后向发射功率,可以简单地实现所述天线的控制(匹配),因为为此可以使用所述移动无线发射/无线接收装置中已有的装置。
下面借助附图1~2来讲述本发明的实施例。其中:
图1(以剖视图)示出了具有鞭状天线的移动无线发射/无线接收装置,所述的鞭状天线被包围在一种被构造为带有缝隙的圆筒的电介质体内,其中所述的电介质体可以利用可控电机被推进和推出。
图2示出了具有鞭状天线的移动无线发射/无线接收装置,其中被构造为鞭杆的电介质体与天线平行地布置,且该电介质体可以利用可控电机被推进和推出。
在图1中示出了一种移动无线发射/无线接收装置SE,它具有被构造为鞭状天线SA的发射/接收天线,其中,无线技术的最大有效天线长度lmax是由鞭状天线SA的长度决定的。
与所述鞭状天线SA的纵轴平行地布置了一个被构造为鞭杆SB的电介质体。鞭杆的间隔相对于波长不应有太大的间隔,因为否则会出现不同的相位延时,从而相对于鞭状天线(单极天线)的普通辐射特性会产生另外的辐射特性。
可选地,所述的电介质体可以具有其它任意的几何形状。重要的只是,当电介质体导入到天线的附近区域时,天线将被如此地失调,使得它被调谐到当前的频率。
需要怎样选择几何形状将尤其取决于所述的天线,并譬如可以通过仿真或通过试验性结构来确定。
所覆盖的频率范围可以通过扩大体积和提高所使用的电介质体的介电常数来增大。
因此,譬如用陶瓷来制造所述的电介质体,因为陶瓷具有的介电常数为88。
所述的电介质鞭杆SB被可移动地安装,使得它可以被驱动轮AR推进和推出,所述的驱动轮由一种譬如被构造为步进电机的电机VM向前或向后进行转动。在此,所述的电介质鞭杆与驱动轮AR的一侧接触,且该电介质鞭杆在其与所述接触点相对的一侧-为了进行支持-与一个支持轮SR相接触,这样,驱动轮AR的旋转运动便转化为鞭杆SB的直线运动,由此确定了鞭状天线SA与电介质鞭杆SB的重叠程度M。
(步进)角度和旋转方向通过施加给电机VM的电压(控制信号)UST的数值、符号和/或时延来确定。
所述的电压UST是一个出现在控制单元(微处理器)μP输出端上的信号(控制信号),其数值、符号和/或信号时延取决于施加给所述控制单元μP的输入量EQ。
控制单元μP通过控制信号UST一直控制着所述的电机VM,直到表示所述无线发射/无线接收装置SE的接收质量的物理量EQ到达一个理想值(最佳值)。
在此,首先如此地控制所述的电机VM,使得它在开始调节时一直在预定的方向(缺省值)上旋转所述的驱动轮AR。如果分析得出输入量EQ远离理想值,则改变旋转方向,并一直控制所述的电机VM,直到输入量EQ已达到所述的理想值。
作为替换方案,另外也可以从一个预定的起始点、譬如总是从所述电介质鞭杆SB的完全推出状态-也即重叠程度M或由鞭杆SB所覆盖的长度lANT,AB等于最大的电有效天线长度lANT,MAX-起开始调节,并由此在开始调节时首先确保该起始点。尤其当该移动无线发射/无线接收装置SE应用于非常宽的频率范围时-其中最高与最低频率的比至少为1.5倍频-,需要采用这种方案,因为否则可能出现如下情况,即:从最大的电有效天线长度lANT,MAX和所述电介质鞭杆SB所覆盖的天线长度lANT,AB之差中所得出的电有效天线长度lANT将会等于-由当前频率得出的-波长的3/4,这样,由于在该情形下输入量EQ同样到达了理想值,所以会终止所述的调节。因为在该情形下没有解决本发明的任务,所以天线长度lANT的这种值是不理想的。如果譬如让一种合适的控制软件在最小的无线技术有效天线长度的情况下-该最小有效天线长度是从电介质鞭杆SB完全推出时得出的-开始调节所述的天线长度lANT,那么就可以避免在达到所述的值时终止调节天线长度lANT,从而确保了在到达所述的理想值时也总是可以使输入量EQ同天线进行最佳的匹配。
所述的调节单元μP从装置EFM中获取所述必要时被预处理的输入量EQ,该装置EFM用于测定取决于重叠程度M的物理输入量EQ,并由该装置在必要时把所述的输入量EQ变换成所述调节单元μP所需要的形式。
作为替换方案,所述的装置EFM也测定多个物理输入量EQ,并在必要时在将其传送给调节单元μP之前进行预处理,其中,调节单元μP根据多个输入量来检验是否达到理想值。
在图2中示出了一种移动无线发射/无线接收装置SE,它具有被实施为鞭状天线SA的发射/接收天线,其中,最大的无线技术有效天线长度lmax由鞭状天线SA来确定。
与鞭状天线SA的纵轴对称地布置了一个被实施为圆筒的电介质体,使得所述鞭状天线SA的纵轴与电介质筒体HK的纵轴重合。应如此来选择筒体HK的外径,使得该筒体的侧壁相对于波长不会有太大的间隔,因为否则会出现不同的相位延时,从而相对于鞭状天线(单极天线)的普通辐射特性产生另外的辐射特性。
为了把高频信号导向鞭状天线SA,与鞭状天线SA的纵轴平行地设置了一个缝隙,高频接线HF可以如此地穿过该缝隙,使得所述的筒体能无阻碍地完全被推出(即覆盖整个鞭状天线)和完全被推入(即露出整个鞭状天线)。
作为替换方案,所述的筒体HK也可以被构造为没有缝隙,于是所述的高频接线HF必须穿过筒体HK的下部开口,其中,在电介质筒体HK的位置变化时,也可以在必要时匹配所述的高频接线HF,尤其是其输入线。
电介质筒体HK按如下方式可移动地安装,使得它可以被驱动轮AR推进和推出,所述的驱动轮由一种譬如被构造为步进电机的电机VM向前或向后进行转动。在此,所述的电介质筒体与驱动轮AR的一侧接触,且该电介质筒体HK在其与所述接触点相对的一侧-为了进行支持-同一个支持轮SR相接触,这样,驱动轮AR的旋转运动便转化为筒体HK的直线运动,由此确定了电介质筒体HK与鞭状天线SA的重叠程度M。
(步进)角度和旋转方向通过施加给电机VM的电压(控制信号)UST的数值、符号和/或时延来确定。
所述的电压UST是一个出现在调节单元(微处理器)μP输出端上的信号(控制信号),其数值、符号和/或信号时延取决于施加给所述调节单元μP的输入量EQ。
调节量EQ由所设的测定装置求出。
可以如此来构造所述的测定装置EFM,使得它具有一种定向耦合器RK,由该定向耦合器从发射信号中耦合出一个前向发射功率和一个后向发射功率(该测定装置的方案也可以在图1所示的本发明实施例中实现)。
然后,所述的前向发射功率首先由第一整流器进行整流,继而由第一A/D转换器把该整流过的前向发射功率转换成第一数字信号。所述的后向发射功率由第二整流器进行整流,继而由第二A/D转换器把该整流过的后向发射功率转换成第二数字信号。
所述的数字信号作为输入信号被施加给调节单元μP,其中,所述的调节单元μP譬如被实施为具有所属软件的(微)处理器。处理器μP对所施加的数字信号进行检验,以检验所述的信号是否已分别达到理想值-没有后向发射功率或后向发射功率最小和前向发射功率最大。
如果出现该情况,则不产生控制信号UST,因为叠加程度不需要变化。
如果不是该情况,则由处理器μP首先产生一个第一控制信号UST,以便由调节装置VM尤其根据缺省值推进或推出所述的筒体。由处理器在需达到的理想值方面检验被施加给该处理器的、通过所述过程改变的输入信号-前向及后向发射功率。如果所述的信号值-前向及后向发射功率-已经在达到理想值方面变坏,则改变装置VM的旋转方向,以调节所述电介质筒体HK的位置。这譬如可以通过逆转所述信号UST的正负符号来实现。
在求出正确的方向之后,紧接着一直产生所述的信号UST,直到所述的前向及后向发射功率达到其理想值。
作为替换方案,也可以针对所述的调节回路只采用所述两个量-前向发射功率或后向发射功率PR-中的一个作为调节量,也就是说由装置EFM测定该量,并由处理器μP检验是否达到理想值-后向发射功率最小或没有或者前向发射功率最大。
作为采用附加处理器μP的替换方案,也可以设想用合适的控制软件来配备已有的处理器,以便能执行所述的调节。
在采用附加处理器μP的情况下,也可以设想把所述的装置EFM集成到处理器μP中。
所述的实施例只代表了本发明的可能实施方案的一部分。因此,本领域技术人员可以通过有利的改进创造出许多其它的实施方案,而不会改变本发明的特征(本质)-通过在天线的附近区域移动电介质体来调谐天线。这些实施方案同样也应是通过本发明一同获得的。
Claims (10)
1.移动无线发射/无线接收装置(SE),具有以下特征:
a)一种电有效的天线体,在其附近区域安装了一种可移动的电介质体,
b)所述的电介质体在所述天线体的附近区域可以如此地移动,使得所述电介质体和所述电有效的天线体在所述附近区域内的重叠程度(M)能产生变化,
c)用于调节所述电介质体的位置的装置(VM),
d)用于测定表示所述无线发射/无线接收装置(SE)的发射/接收质量函数的至少一个物理量(EQ)的装置(EFM),
e)一种与所述测定装置(EFM)相连的控制装置(μP),它根据所述的输入量(EQ)或由该输入量(EQ)借助至少一个控制信号(UST)一直控制所述的调节装置(VM),直到所述的重叠程度(M)确保了所述表示无线发射/无线接收装置(SE)的发射/接收质量函数的物理量(EQ)到达最佳值。
2.如权利要求1所述的移动无线发射/接收装置(SE),其特征在于:
a)所述电有效的天线体被构造为鞭状天线(SA),
b)所述的电介质体被构造为筒体(HK),它具有一个与所述筒体的纵轴相平行的缝隙,
c)所述的电介质体可以沿着所述鞭状天线(SA)的纵轴如此地移动,使得从所述鞭状天线(SA)的最大电有效天线长度(lANT,MAX)与所述鞭状天线(SA)被所述筒体(HK)包围覆盖的天线长度(lAB)之差中得出所述的重叠程度(M)。
3.如权利要求1所述的移动无线发射/接收装置(SE),其特征在于:
a)所述电有效的天线体被构造为鞭状天线(SA),
b)所述的电介质体被构造为鞭杆(SB),
c)所述的电介质体可以在所述鞭状天线(SA)的纵向侧与该鞭状天线(SA)呈平行地移动,使得从所述鞭状天线(SA)的最大电有效天线长度(lANT,MAX)与所述鞭状天线(SA)在纵向侧被所述鞭杆(SB)覆盖的天线长度(lAB)之差中得出一个重叠程度(M)。
4.如上述权利要求之一所述的移动无线发射/接收装置(SE),其特征在于:
所述的调节装置(VM)至少是一种电机。
5.如权利要求4所述的移动无线发射/无线接收装置(SE),其特征在于:
所述的电机是步进电机。
6.如上述权利要求之一所述的移动无线发射/无线接收装置(SE),其特征在于:
所述的控制装置(μP)是一种处理器,它具有为产生所述一个或多个控制信号(UST)而构造的软件。
7.如权利要求1~5之一所述的移动无线发射/无线接收装置(SE),其特征在于:
所述的控制装置(μP)被构造为开关机构。
8.如上述权利要求之一所述的移动无线发射/无线接收装置(SE),其特征在于:
所述的电介质体(DK)由陶瓷构成。
9.如上述权利要求之一所述的移动无线发射/无线接收装置(SE),其特征在于:
如此地构造所述的控制装置(μP),使得它在开始调节所述的重叠程度(M)时把该重叠程度(M)调节为最大值。
10.如上述权利要求之一所述的移动无线发射/接收装置(SE),其特征在于:
如此地构造所述的测定装置(EFM),使得它测定发射信号的前向发射功率和/或后向发射功率。
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