CN1826707A - 将外部设备连接到无线电设备的天线装置 - Google Patents

Abstract

一种通过无线电设备的天线将外部设备连接到该无线电设备的装置，无需在机械上改动该无线电设备。无线电设备的天线的辐射元件(311)是其壳体的导电部件，其通过馈送元件(322)被电磁性地馈电。通过在天线处置于壳体之上的耦合器(310)来实施连接，有中间电缆(350)从该耦合器延伸到外部设备。该耦合器包括耦合元件(311)，耦合元件(311)通过电介质薄膜电磁耦合到辐射元件(321)，或者是直接电流耦合。耦合元件通过中间元件(312)电磁耦合到跨接电缆，或者是直接电流耦合。因为辐射平面位于无线电设备的外表面，它到耦合元件的距离可以做得非常小。因此，在从无线电设备的天线端口到外部设备的传输路径上，由耦合器引起的衰减低于已知的装置。

Description

将外部设备连接到无线电设备的天线装置

本发明涉及一种装置，利用该装置可以经由无线电设备的天线将外部设备连接到该无线电设备且无需在机械上改动该无线电设备。

实际上，外部设备最常见的是用于改善无线电连接质量的附加天线，并且最常见的该无线电设备是移动电话。例如，当车辆主体内的基站场强较低时，在车辆中就需要有附加天线。于是，该附加天线当然是在主体之外，并固定在该主体上。为了使用外部天线，该车辆可具有固定支座，且放在该固定支座中的电话通过耦合元件和电缆连接到该外部天线。该外部设备还可以是用于生产或服务中的测量设备或分析仪。当然，这种设备不辐射电磁能，尽管无线电设备将其“看作”只不过是天线。

为了连接附加天线，移动站(mobile station)可以具有耦合到天线端口的同轴连接器。然而，这种基于电流耦合(galvanic coupling)的连接器装置相对昂贵并且会随着时间变得不可靠。因此，可以用电磁耦合代替电流耦合。图1以两个分图像示出了用于耦合到无线电设备的天线上的已知装置。左边的分图像示出从背面看去的无线电设备RD，而另一个分图像以简化的形式示出了它的纵剖面。无线电设备的天线是PIFA类型(平面倒F型天线)的内部天线。其纵剖面图像示出接地平面GND、辐射平面121和短路导体125。该辐射平面距离无线电设备的后盖105相对较近，且接地平面在该设备的内部。该装置包括具有耦合器110，该耦合器110的大小近似于该内部天线并用粘合接头固定，例如，固定在后盖105外表面上的天线处。该耦合器包括导电的条状耦合元件111，由于上述理由，该耦合元件111与辐射平面121具有相对强的电磁耦合。通过该耦合，射频能量从天线的近场传送到该无线电设备的外部，反之亦然。同轴中间电缆150从该耦合元件延伸到该附加天线或其它外部设备。

在说明书和权利要求书中，短语“耦合器”意指这样的设备，即该设备固定在无线电设备上且无需在机械上改动该无线电设备，通过该耦合器而为外部设备设置了射频连接。

为了耦合到移动电话的内部天线，例如为了连接附加天线，申请人意识到了在专利申请FI 20022117中描述的图2的方法。该耦合装置包括耦合器210，该耦合器210置于电话后盖上并且具有第一耦合部件和第二耦合部件。该第一耦合部件被置于电话的内部平面天线处，并且它具有两个互连的耦合导体211和212，在该例中它们是刚性导线。主图2中仅示出了该电话的平面天线的辐射平面221。小侧面图还示出了在该辐射平面和耦合导体211之间的一部分电话壳体205。在该例中，辐射平面被分成第一分支和第二分支，用于增加工作频带的数目。天线的馈送和短路点在这些分支互连的区域。当耦合器被放置在适当位置时，从到辐射平面的法线方向看去，耦合导体211位于第一分支之上部，并且耦合导体212相应地位于第二分支之上。因此，该耦合器在天线的低频带和高频带均起作用。

该耦合器的第二耦合部件置于电话的内部接地平面处，并且它由导电板213组成，其侧边缘弯曲形成直角。这些侧边缘压靠在电话的侧面上，以便耦合器固定于电话上。在导电板213和接地板之间具有强的电磁耦合。耦合器和外部设备之间的同轴中间电缆250固定于该导电板。中间电缆的内部导体被电流耦合于耦合导体211和212的互连点，而外部导体靠近内部导体的耦合点而被电流耦合于导电板。通过导电板和接地板之间的耦合，来自接地板的射频场的能量也能传送至该外部设备。导电板213和导线211、212用作发生器向该附加天线馈电，例如是通过中间电缆250来馈电。

在根据图1和图2的装置中，至少具有无线电设备的电介质壳体以及在耦合器的耦合元件和天线的辐射平面之间的耦合元件电介质保护层，在这种情况下，距离以及随之产生的介质损耗会引起某种衰减。本发明的目的在于提供一种装置用于以一种新的和更有优势的方式将外部设备联接到无线电设备的天线。根据本发明的装置的特征在于独立权利要求1所阐述的特征。本发明的一些优选实施例在其它权利要求中阐述。

本发明的基本思想如下：外部设备与无线电设备的天线联接，天线的辐射元件是该无线电设备的壳体的导电部件，并且通过馈送元件被电磁性地馈电。通过在天线位置处设置在壳体之上的耦合器来实施该连接。中间电缆从耦合器通向外部设备。该耦合器包括耦合元件，该耦合元件通过电介质薄膜电磁耦合到辐射元件，或者是该耦合元件直接电流耦合到辐射元件。该耦合元件通过中间元件电磁耦合到中间电缆，或者是该耦合元件直接电流耦合到中间电缆。

本发明的优势在于：在从无线电设备的天线端口到外部设备的传输路径中，该耦合器引起的衰减低于已知装置所引起的衰减。这是由于辐射平面位于无线电设备的外表面，其到耦合元件的距离可以做得非常小。此外，本发明的优点在于根据它的耦合器简单且可靠。

下面，将更详细地描述本发明。参考附图，其中：

图1示出用于耦合到无线电设备天线的已知装置的实例；

图2示出用于耦合到无线电设备天线的已知装置的另一实施例；

图3a-3c示出根据本发明经天线将外部设备连接到无线电设备的装置实施例；

图4示出根据本发明经天线将外部设备连接到无线电设备的另一装置实施例；

图5示出根据本发明经天线将外部设备连接到无线电设备的第三装置实施例；以及

图6示出实际耦合装置外形的实施例。

图1和图2连同现有技术的描述已作讨论。

图3a-3c示出根据本发明用于连接外部设备的天线装置实施例。图3a示出了该装置的横截面。它包括无线电设备的辐射元件321，在该例中假定该无线电设备为移动电话，其中辐射元件321是该移动电话的一部分导电壳体。在该辐射元件或该辐射器之下，具有天线的接地平面GND。在辐射器321和该接地平面之间具有导电的馈送元件322，通过薄的电介质层307将该馈送元件322与该辐射器隔离开。该辐射器与电话的任何导电部件都没有电流耦合。用馈送导体326将馈送元件322电流耦合到电话的天线端口，并且用短路导体325将馈送元件322电流耦合到接地平面。在图3b中示出馈送元件322的形状的实施例。它是导体条，从短路点S看去，其具有不同长度的两个分支，用于形成天线的两个工作频带。连同该辐射器和该接地平面一起，该长分支在天线的低工作频带谐振；连同该辐射器和该接地平面一起，该短分支在天线的高工作频带谐振。

在图3a中还可以看到根据本发明的耦合器310，在该例中，其包括耦合元件311、中间元件312和将这些元件彼此隔离的薄的电介质层308。因此，在耦合元件和中间元件之间仅有电磁耦合。通向外部设备的中间电缆350的两导体被电流耦合到中间元件312。在图3a中，为了清晰起见，以高出辐射器的方式画出了耦合器310。在使用期间，耦合元件311是靠着辐射器321的。它们之间例如仅有薄的电介质保护层，因此元件之间的电磁耦合很强。可选择地，该耦合元件电流性地(galvanically)靠着辐射器，在这种情况下，它们形成电性一致的导电件。

图3c示出了耦合元件311和中间元件312的形状实施例。该耦合元件是具有圆角的平面导体，该圆角的区域例如是辐射器311区域的一半。该耦合元件具有的厚度使得它同时形成了耦合器的承重体。中间元件312是导体条，中间电缆350在确定点A和B处接合至该导电条。如果该外部设备是附加天线，那么通过将导电条312制成适当的尺寸以及适当地选择A点和B点的位置，可以改善其在两个频带上的性能。当然，当整个装置仅有一个频带时，也可以实施这种匹配。

从该设备外部来看，该耦合器310看起来例如类似于图1中的耦合器110。

图4示出了根据本发明用于连接外部设备的另一实施例的天线装置。在无线电设备一侧，该装置与图3a所示出的相类似：它包括辐射元件421和馈送元件422，该辐射元件421是该设备的一部分导电壳体，该馈送元件422与辐射元件421相隔离。在该实施例中，耦合器410包括处于电介质块408内的耦合元件411。通向外部设备的中间电缆450的两个导体直接电流耦合于耦合元件411。在图4中，以高出辐射器421的方式画出了耦合器410。在使用期间，耦合元件411是靠着辐射器的，并且通过薄的电介质层与辐射器隔离开。因此，在这种情况下，这些元件之间的电磁耦合也相对强。耦合元件411的形状可以与图3c中的耦合元件311类似。

图5示出了根据本发明用于连接外部设备的天线装置的第三实施例。在无线电设备一侧，该装置与图3a所示出的相类似：它包括辐射元件521和馈送元件522，该辐射元件521是该设备的一部分导电壳体，该馈送元件422与辐射元件421相隔离。在该实施例中，耦合元件是同轴中间电缆550的圆柱状延伸。耦合元件511的内部导体的一端永久连接到中间电缆的中心导体，而其另一端电流接触于辐射器521。该内部导体可以是可伸缩类型的，即所谓的弹簧针(pogo pin)，在这种情况下，其内部螺旋弹簧改善了接触的可靠性。耦合元件511的外部导体具有柱状外壳形状，该外部导体的一端永久连接到中间电缆的导电护套，其另一端电流接触于辐射器521。耦合器510还包括电介质件502，该电介质件一方面用于彼此支撑耦合元件和中间电缆，另一方面用于将该耦合器可拆卸地固定到辐射器上。

图6示出了实际耦合装置外形的实施例。该耦合装置600具有后壁601、凸耳状侧壁602和603以及底部604。后壁包括适当的耦合器610，中间电缆650从该后壁伸出。要被耦合的无线电设备RD置于底部604上，使得该设备的天线靠着耦合器610处的后壁601。侧壁602、603稍有弹性，并且彼此间隔一定距离，使得在它们之间具有合适的力压住该无线电设备。因此，该底部和侧壁正好将无线电设备保持在合适的位置。

上面已经描述了根据本发明的耦合装置，该耦合装置用于通过无线电设备的天线将外部设备连接到该无线电设备上。在说明书中和在权利要求书中使用的措词“耦合元件靠着该辐射元件”的意思是所述导电元件之间的距离比在结构中出现的谐振波长至少小两个数量级。属于该装置中的部件的形状和实现方式当然可以不同于所描述出的那些。仅仅是对于不同无线电设备的机械匹配和电匹配会导致设备元件的变化。本发明的思想能够在独立权利要求1所限定的范围内以不同方式实施。

Claims (9)

1、一种通过无线电设备(RD)的天线将外部设备连接到该无线电设备的装置，该装置包括耦合器(310；410；510；610)，该耦合器设置在该无线电设备的壳体之上并且处于该天线处，并且用中间电缆(350；450；550；650)将该耦合器连接到该外部设备，该耦合器包括用于在该无线电设备和所述中间电缆之间传输射频能量的耦合元件(311；411；511)，其特征在于：

该天线的辐射元件(321；421；521)是该无线电设备的壳体的导电部件，其中当耦合器就位时，该耦合元件靠着该辐射元件；并且

该辐射元件与该无线电设备的其它导电部件之间仅有电磁耦合。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该耦合元件(311；411)和该辐射元件(321；421)是平面的，并且当该耦合器就位时，它们之间仅具有电介质保护薄膜，因此这些元件之间是电磁耦合。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：当该耦合器就位时，该耦合元件(511)和辐射元件(521)之间是电流耦合。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该耦合器(310)还包括中间元件(312)，其电磁耦合至耦合元件(311)并且电流耦合至所述中间电缆(350)。

5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：该耦合元件(411)和所述中间电缆(450)之间是电流耦合。

6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：该耦合元件和该辐射元件是平面的，并且基本上在耦合元件的整个区域上实施所述电流耦合。

7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：该耦合元件(511)包括内部导体和外部导体，该内部导体的第一端永久连接到该中间电缆(550)的中心导体，该外部导体的第一端永久连接到该中间电缆(550)的导电护套，该内部导体的第二端与辐射元件(521)之间的接触以及该外部导体的第二端与辐射元件(521)之间的接触均形成所述电流耦合。

8、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述中间元件是导体条。

9、根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：该中间电缆(350)的两个导体连接到耦合器的一元件(312)的确定点(A，B)上以匹配该装置。

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