TW405277B - Quarter wave-quarter wave retractable antennas and associated telephones - Google Patents

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A7 B7 經濟部中央榡嗥局Η工消资合作社印策 五、發明説明（1 ) 405277 發明範圍 本發明係關於電話機，尤其是關於有可收縮天線之 電話機。 … 發明背景 t數無線電話機可運用可收縮天線，亦即可伸長及收縮 在無線電電話機外殼内外。可收縮天線係電連接至位於在 内部電置印刷電路板之信號處理電路内3在某種銷售上， 期望天線在伸長與收縮兩位置時可運作爲一四分之一波長 諧振器。因此，卻有最理想之操作，天線之構型應該在兩 位置内對信號處理電路可提供所需之阻抗。可惜，此種構 型複雜，一可收縮天線由其本身之性質乃具有動力部份， 亦即可隨機殼及印刷電路板移動或變換之部份，如此通常 不會有單一阻抗値。反而，可收縮天線，若電氣相連，當 在伸長對收縮位置時可產生大量不同阻抗値。 過去，天線之構型係電氣分開兩個四分之一波長部份， —部份電氣連接在收縮位置而一部份電氣連接在延伸部 份。例如，如圖1所示，天線10包括在尖端之四分之一波 長螺旋線1 2和一主連桿或鞭狀天線丨4其大小可提供四分 之一波長諧振。便一非傳導之塑膠部份16定位在螺旋線 1 2與連桿1 4 t間即可隔離兩個電氣部份。可惜，此型天 線之耐久性合成問題因爲此結構在機械應力中含容易破 裂。如圖1 A之放大視圖所示，天線在鞭狀線與螺旋線 12，14間之非傳導接合處易於斷裂。同時，增大結構企圖 使面積更堅固之設計可使天線在純感覺上對消費者並不理 本纸張尺度適用中國國家標洋（CNS > Λ4規枯（2丨〇χ 297,ϋ 4,--------裝------1Τ------^ - ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - - A? A? 經濟部中央標準局貝工消费合作社印繁 ------ 五、發明説明（2 405277 〇 ι7μ ρϊ ^ ，企圖加強構型之設計凡在延伸與收縮兩位置内 可wj 八、、j_ ^ 77又一波長諳振之方式一般都必須如此做，而此 工作乃涉及額外電路之複雜性。 本發明之目的斑μ μ 因此本發明第一目的在提供一四分之一波長_四分之— ^長天緣具有改進之耐久性及純感覺上討人喜歡之外觀即 收縮與伸長兩位置内有良好之多頻率配對。 本發^之另_目的在提供一合乎經濟可收縮四分之—波 長-四分 < —波長天線組合件具有改良之機械強 段操作頻率。 反 由本發明之可收縮天線即可圓滿達成此等目的，因其採 用％谷性耦合連桿元件和螺旋線，一電氣上較短連捍元 件長度，及在螺旋線與連桿間接合處之額外金屬材料。尤 丄本發明之第一形態是四分之—_四分之一波長天線 包含一四分之一波長螺旋線與圓柱形天線桿縱向間隔與螺 旋’泉刀開。天線桿有一傳導機心和一外表面。此桿包括位 置相對之第一端與第二端以界定經其中心之中心軸線。第 二端具有電通信之低接點以機心定位在天線桿之外表面。 低接j 了接合一彳&號饋電阻，例如5 〇 Q馈電阻，操作上當 天線延伸時可與印刷電路板相連。 此種天線亦包括一可傳導之圓柱形組成件有頂端及底端 與内層及外層表面。頂端係連至螺旋線，而底端之構型係 可接受其内天線桿第一端之部份。—層非傳導材料係配置 在圓柱形组成件之内表面與天線桿之中間如此天線捍第一 5- 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) Λ4说枋（21〇χ 297公 ----------扣衣------II------.^ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) - 經濟部中央標準局员工消费合作社印11 A7 . ------_B? 五、發明説明（3 ) ~ ' 405277 端係與圓柱形組成件同心對準且藉機械固定其上。傳導圓 柱形組成#可提供額外之結構剛性肖支撑i可用作使天線 桿與螺旋線電氣接合。當天線被收縮時圓柱形組成件之向 上部分可電接合信號饋電體。 天線之有利構型係之當其收縮時，連捍之諧振頻率恰好 在相關操作波段上面。而且，天線桿元件之大小恰可補償 電氣耦合，如此，當天線伸長時，螺旋線作用爲一與電= 耦合_聯之較高阻抗電感元件，且天線再度爲一四分之一 波長諧振器。最佳情況，天線捍具有少於25 λ之電氣長 度，且更有約.2 λ之電氣長度。更佳情況，天線桿係可操 作在約800-950 MHz之間。 本發明之另一形態係一無線電話機有一四分之一波長_ 四分之一波長之可收縮天線。無線電話機包括其内有一開 口 t無線電話機外殼。一印刷電路板係隨同—信號饋電體 配置在此外殼内，饋電體係與印刷電路板相連接。無線電 話機亦包括在外殼内適於接收之一縱向延伸天線如此天線 係可相對地，對其自由收縮和伸長。天線包括一頂部負荷 元件其結構上之構型可提供一四分之一波長電氣長度與一 空間隔開之連桿部份具有少於四分之一波長之電長度。頂 邵負荷元件與連桿係由一結構上界定之電容耦合予以電氣 接合在一起。天線亦包括上面及下面電接點，如此當天線 收縮時，上接點即與信號饋電體相連以界定第一信號線 路，與天線延伸時，下接點即與信號餚電體相連接以界定 第二信號線路。 本紙悵尺度適用中國國家樣莘（CNS ) Λ4規格（210X 297公兑） -----------抑衣------'1T------Μ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1爲先前技藝四分之 之簡圖表示法。 經濟部中央標茫局負工消资合作社印裝 Α7 Β7 五 取佳，電客耦合係由—外圓柱形導體與—部份連桿加以 界定3按最佳實例，連桿延伸入外圓柱形導體内一預定距 離且係共圓心與外圓柱形導體對準。同時，外圓柱形導體 η連杯係隔開但由其間所定位之絕緣材料予以機械接合。 =發明之優點可提供—改良之可收縮四分之一波長四分 <一波長天線具有改進之機械耐久性及良好電氣特性。在 以下所設定之規格内，詳細説明本發明上述及其他之 與形態。 附圖簡诚 -波長-四分之一波長可收縮天 圖1A係圖1所示天線之放大视圖。 圖2係按本發明之分 波長四分之一波長可收縮 ，.桌最佳實例疋放大部份橫截面视圖。 圖3爲按本發明之可收縮天線之簡圖。 圖4爲按本發明之一天線實例側面透視圖。 發明無線電話機以天線在收縮位置之簡圖。 圖7係二發明無線電話機以天線在伸出位置之簡圖。 用^二，明之—實例在天線桿構型與圓柱形導體」 圖7:Γ:Γ相應方程式參數(L，b，a)間之空間關係圖 徑。 所不天線斷面圖圖例説明天線桿機心⑷之」 説====("VSWR")描緣(在 8 1 °，8 MHZ波段 泉在延伸位置所圖解之測試資料圖示| 本纸狀度剌中

五 405277 A7 B7 、發明説明（ 5 經濟部中央標準局K工消资合作社印" TF法。 圖9爲按VSWR描繪説明依本發明之天線在收縮位置所圖 解之測試資料圖示表示法。 最佳實例描述 曰現參考附圖此後更充分説明本發明，圖内顯示本發明之 最佳《例。但本發明可包括許多不同形狀且不應解釋爲只 限疋本又所述之具體實例。全文内相同號碼即指相同元 件。爲更明顯計層疊及大小予以增大。 現參閱附圖，圖2說明本發明之一四分之一波長四分之 波長可收縮天線2 〇之最佳實例。如熟悉此技藝人士所 周知，一天線可形成有波段限制頻率響應之接收機電路一 4知’亦即’在操作之頻率波長以内，例如8〇〇MH2至95〇 MHz，電路含優先吸收射頻能量。可將接機電路有時在其 操作波段以内，例如，在85〇與9〇〇 MHz，視爲具有符合波 長凡之—巔値諧振頻率。如熟悉此技藝人士所知，可使 此波長爲一天線有效長度之測量，如本文所指，”四分 —波長，|天線包括具有約λ/4有效長度之天線，其中λ 如上述。 天線之結構構型^提供天線機械上之剛性同時亦符合所 需之電氣特性。如&示，天線2〇包括一頂部負荷元 諸如螺旋線2 5，一縱向延伸桿或鞭狀元件3 〇，及上與 傳導接點32 ’ 33。天線2 0亦包括定位鄰近螺旋線2 5之 圓柱形導體4 〇。圓柱形導體4 0使連桿3 0接合至螺旋線 乂提供機械強度及耐久性給四分之—波長四分之一波長 之 係 件 下 2 5 天

Ji n H - I— In n - -1^^— I -----丁______>^.κ '-0^*··7 . 一 一 (請先閱讀背面之注意事碩再填寫本頁) -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )/\4現怙（210Χ 297公穿） 405277 A7 B7 五、發明説明（6 ) 線2 0。雖然整體顯示如—頂部負荷螺旋線，本發明内亦 可應用交替足天線構型。例如，一頂部負荷天線元件諸如 一線圈，圓盤或其他型天線負荷元件。 圖7係天線2 0上邵份2 1之一實例之放大橫截視圖。如圖 不，連桿3 0係空間上與上接點3 2及螺旋線2 5分開，最佳 藉一絕絲材料層5 0。連桿3 〇本身最佳係由絕緣外表面3〇b 所涵i I傳導機心3〇a形成之。連桿機心3〇a係由鎳鈦或相 似金屬撓性形成。圓柱形導體4 〇可使連桿3 〇及螺旋線2 5 之空間隔開部份重疊。連桿2 i之上部份延伸一預定距離 進入由圓柱形導體40所界定之穴孔内。將連桿3〇定位在 導體4 0内以使每桿係繞中心軸1〇〇相對其他桿共圓心地對 準。如圖7所示，一絕緣貼膠材料5 〇最佳可特定組成件在 通當杈準位置且可機械上固定連桿3〇於導體4〇上。圓柱 形導體4 0之結構接合與連桿31之上端部份可界定一同軸電 容器55。因此，不像習用之四分之一波長四分之—波長 天線，本發明之機械強化天線結構之構型當天線收縮時可 電耦合連桿30與螺旋線25，如以了進一步所討論者。 圖5及6説明所組合至無線電話機外殼128之天線2 〇。如 圖3所示，無線電話機13〇包括所構型之一信號饋電點 125，例如，在延伸及收縮兩位置時可提供一 5 〇歐姆阻 杬a如熟知此技藝之一人士所知，此信號饋電點125係與 處理播線電話機信號（圖5 , 6 )之印刷電路板135或其他襯 底組件件相連接。 如圖5及6所示，無線電詁機13〇可提供一地平面16〇，典 ______ _ 9 - 本紙張尺度適财酬家料（CNS ) — ^------IT------^ (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 經濟部中央標苹局只工消资合作社印製 A7 B7 405277 五 '發明説明（7 ) J上由外殼體128之周邊界定，地平面一般包括繞其四周 艾地面隔罩。再參閱圖5及6，可知當天線伸長時，天線 20之主部份係在外殼128之外面。對照上，當天線2〇收縮 時，天線2 0之主部係係定位在無線電話機外殼128之内 例操作時，天線2 0沿中心軸100延伸在外殼通道之内及 外且與外殼128齒合，如此不同電路路線係由天線2〇相應 其收縮與伸出之位置予以界定及制動，一如此後更詳細討 論。無線電話機亦包括配置在鄰近天線2〇外殼128内之無 線電話機印刷電路板以連接自天線來之信號饋輸體125進 出無線電話機。 如圖2所示，上接點32與導體4〇最佳係形成爲一整體組 成件。但如熟知此技藝人士周知，替代構型亦可適用。如 圖5所示，當天線係收縮在無線電話機外殼128内時上接點 32即與信號饋輸體125接合。因此，不論使用何種構型， 當在收縮天線2 0時上接點3 2之構型應可進接及接觸信號 饋輸體125。同樣，下接點3 3最佳係形成在連桿3 〇之外表 面上且係與機心3〇a相電氣連接。如圖6所示，當天線2 〇 伸出外殼128外面時下接點3 3係適當定位以與信號饋輸體 125接合。 & 操作上，上接點3 2與螺旋線2 5係電連接，而下接點3 3 係與連桿件3 〇電氣連接。頂部負荷元件或螺旋線2 5之構 型可提供一四分之一波長（λ /4)電長度。典型上藉多重租 之螺旋線，例如一七匝螺旋線構型，即可達到此參數。因 此，如圖3所示，當收縮時，信號路線〗26a包括螺旋線1 -10- ‘紙張尺度適用中國國象標舉（CNS ) Λ4規抬（2]0x 29*7公分） 批衣------1T------m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 經濟部中央標準局只工消费合作社印裝 405277 A7 B7 五、發明説明（8 經濟部中央標隼局Η工消资合作社印¾ 與：接合信號饋輸體125之上接點32。在收縮位置時，天 干件3 0可形成_高Q串聯譜振電路它有恰超過相闕 波段t 一諧振巔値。 對此於習用之四分之-波長四分之-波長型，即可縮短 扣長局.25 A以下，且最佳可縮短在约2 λ波長。如圖3所 不，在伸長位置時，信號路線126b包括螺旋線25，申聯 同軸電谷咨5 5，連桿3 〇，及接合信號饋輸點125。如圖6 所不，此種尨號線路構型可提供約几/4波長電響應。習用 智慧示知經一串聯電容器所耦合之四分之—波長頂部負荷 7L件（亦即’在主天線桿終端所定位之元件）含使天線解 调:但本發明確認且㈣依本發明所構型之四分之—波長 螺旋線f未作用爲—在延伸位置之額外四分之一波長元 二。其貫’就理論上説明並未限定本發明之範圍，吾人相 信因四分之一波長螺旋線在延伸位置時沒有地面平面以趕 完工作’故其僅可當作一較高阻抗電感元件。因之，用一 相當小之同軸電容器55“葬，效果乃增加長度四分之— 波長之連桿元件30。因此，本發明可減少連桿元件2〇之 長度在；I /4以下以補償之。如上述，最佳可減少天線样元 牛3 0至 ''勺· 2 A。縮短之天線桿（亦即少於又)即有一甚高 «白振，如此天線;^干t諧振頻率即遠大於相關之波段並並不 影響無線電話機之調諧。 如圖5及6户斤示，外殼128包括經其中心所形成之一開口 1 29。開口 3 5予以適當大小及構型以讓天線2 〇可沿中心軸 線（如圖7A所示由一線路延伸天線3〇相端間所界定 請 ks 閱 讀 背 之 注

項 I I II裝 頁I 訂

線 I I _____ -11- 本紙張尺度適财關料棘（CNS) A7 B7 105277 五、發明説明（9 之軸線100)移動（延伸及收縮）。按—具體實例，一盔 篇機包括-有螺紋部份之通地插入件備供天線容易配接= t諍多現行無線電話機所使用者一樣（圖上未示）。圖4之 無線電話機130代表本發明一實例之簡化實體。天線移動 在有螺紋134之組件175之内外即容易被組合成相 螺纹部份》 ^ 圖7及7 A説明幾何與電氣之關係用以決定支撐或圓柱形 接點4〇和天天、線桿3G之構型以有助於獲致所需之結構長 度和相應之電氣性能。例如，一最佳之電容量値對一 8〇〇 MHz波帶無線電話機爲約三（3 )及可㈣’法拉_。^ 佳，變更方程式丨所列幾何參數，依下方程式可決定支撑 體40之選擇長度與相應之電容量： eL/(In(b/a)) 方程式 i 此方程内，，，ε〃係在天線機心上所使用之材科介質常數（例 如，一DELRINm壓鑄在NlTl桿上面）；"L"係接點套圈4〇 之縱向長度；"a"係天線機心3如之半徑；"b 4〇之内半徑。最佳，天線样30b之外表面係與機心3〇a爲同 心。典型上，外表面之材料係被壓鑄或鏈接和熔解至機心 3〇a上。DELRINtm，一典型之套圏長度係約丨〗5mm。如熟 知此技藝人士所洞悉，對一特定之電容量値，由天線桿外 表面材料介質常數之強度含影響所需套圈（L)之長度。尼 龍及相似材料典型上均有相當之介質常數约3 7和約2」之 TEFLONtm 〇 k達成天線在延伸位置所需之操作特性，一種方法是使 12- t纸張尺度適用中國國家栋準（CNS ) Λ4叱格（210X297公龄 f^衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 訂 - n —1 --- ---- 經濟部中央標準局月工消費合作社印褽 經漪部中央標準局員工消费合作社印裝 405277 at __ B7 五、發明説明（1〇 ) 圓柱形導體成適當之大小以獲致所需之機械強度然後配準 天線桿便在最佳頻率，例如約8〇〇_95〇 MHz，產生諧振。 圖2顯示本發明之一具體實例。此實例説明在天線桿3 〇與 圓柱形導體4 0間結構接合處之典型尺寸。天線桿3 〇有一 笔米（"mm")外直徑且係延伸在圓柱形導體内約2毫米。圓 柱形導體4 0有一約2.5 mm之内直徑。因此，絕緣層即繞 兩組成件伸出且約有〇 · 7 5 mm厚。按此例，桿長度係约61 mm而天線螺旋線長度爲約14 mm(由第一匝至最後一匝）。 圖8及9説明由本發明（圖4所示）一實例之簡化實體所取 (資料。尤其是收縮（圖8 )與伸長（圖9 )位置之VSWR測 I。如在圖8及9之圖形顯示，VSWR測量指示在收縮與延 伸兩位置間之阻抗實質上是相同，證明由本發明所提供四 分（~波長，四分之一波長可收縮天線設計構成之完全成 功。 如热知此技藝人士所洞悉，隨天線可應用相符天線阻抗 需求 < 額外分離之電路组成件且可將其分開裝置或整合在 一印刷電路板内。同樣，名詞"印刷電路板"意即包含任 何微電子套裝襯底在内。 ° 上述係圖例說明本發明且非闡明其局限之範園。雖已敘 述本發明之少數幾種典型實例，熟知此工藝人士易知在典 型貫例内可能有許多修改，實質上並未偏離本發明之新創 點。因此，所有此種修改意欲包括在申請專利範圍 所1疋足本發明範圍以内。按申請專利範圍，「古、, 台匕I魄执β、、 叫1万法加功 匕’、机係設計以涵蓋本文所述之結構爲執行列舉之功能 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ――-------13- A7 B7 __A05277 五、發明説明（11 ) 且不僅結構上相等而且有相同之結構。因此，吾人可了解 上述係本發明之圖例説明且並非解釋爲只限於所揭示之特 定實例，且修改揭示之實例，以及其他實例，係意欲將其 包括在所附申請專利範圍以内。由以下之申請專利範圍可 界定本發明之内涵，和包括其内申請專利範圍之相等事 了 S" 0 ---------t------IT------.^ -. . V (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本貢) 經濟部中央標挲局员工消费合作社印裝 14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /\4規_枋（210 X 297公兑）

Claims (1)

1. 405277申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 1. -種四分之一波長-四分之一波長可收縮天線，包括： 一四分之一波長螺旋線； i柱形天線杯與該螺旋線縱向間隔，I有一傳導心線及 外表面且包括相對第一及第二端，經其中心界定一中 軸隹該第—糕有一低接點與該心線電氣連接並定位 在該天線桿之外表面上；及 山傳導圓柱形兀件，具有頂端及底端和内及外表面，該 頂端連接至該螺旋線且該底端配置來將該天線样第一端 之π伤收納於其内，其中一層非傳導材料係配置在該 件内表面與該天線桿之中間如此使該天線桿之第一端 圓心與該圓柱形組成件對準且機械式固定在—起。 2. 如申請專利範固第！項之天線，其中該圓柱形元件與 天線於其間界定一同轴電容器。 3_如申請專利範固第丨項之天線，其中該天線之該第一 可延伸入該圓柱形元件内約3毫米（mm)之距離。 4. 如申請專利範圍第丨項之天線，其中該天線桿有少 0.25λ之電氣長度。 5. 如申請專利範圍第4項之天線，其中該天線桿有約〇 2 之電氣長度。 6·如申請專利範圍第1項之天線，其中該天線係操作頻 約在800-950 MHz之間。 、 7.如令請專利範園第2項之天線，其中該電容器之電容量 値對應於該天線桿心線之徑向寬度和相對於該圓柱2 = 點中心軸線之内表面的長度及徑向寬度。 y 元 共 該 於 λ 率 ；--.---^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- ----^---------- -15- 本紙乐尺度適用中國®家榇準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） *------ 405277申请專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 如令請專利範圍第7項之中由下方程式可 計算出該電容量， 丨^ C=2 π ε L/(In(b/a)) 〇 ' 種具有田分之一波:秦•四分之一波長可收縮天線之無線 電話機，包括： 播線電話機外殼，其内有一開口； 一印刷電路板，配置在該外殼内； “號饋點’配置在該外殼内，如此可使其與該印刷電 路板配電氣通說；及 一縱向延伸天線，適於收納於該外殼開口内，使得該天 線可自由相對該開口收縮及延伸，該天線包括： 一頂邵負荷元件，其結構上之構形可提供一四分之 一波長之電氣長度； 二間上間隔之天線桿邵份有少於四分之一波長之 電氣長度，該頂部負荷元件與該天線桿係藉結構上界 定之電容性耦合加以連接在一起； 上及下電氣接點，其中當該天線被收縮時，該上接 =可與該饋入信號點相連接，以界定第一信號路徑， 當該天線被伸出時，:_下接點可^信號點;_連 接’以界定第二信號路緣。 10.如申請專利範圍第9項義分之一波％》之 線電話機，丨中該電容|潙合係由—外圓柱形導體與费 9. : . 裝------'玎--------ii f許先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 天線桿的一部份予以界;^ 11 ·如申请專利範園第1 0!':嚷之四分之一波長-四分之 波_嫌. 16- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（2i〇X297公釐） 1〇皆满1專利範圍 A8 B8 C8 D8 ，電話機，其中該天線捍伸入該外圓柱形導體 义距離且係同圓心式與該n柱形導體對準。 " 如申凊專利範圍第11項分之一波長-四分 ，話機，其中該外4導趙與該天線 、其間I一絕緣材料所響並機械式接合。 。·如中請專利範圍第9項费分之—波長·四分之母長^ 線電話機，其中該第一信號路線電路包括該四分之 長頂部負荷元件而第二信號路線電路包括串聯，該四分 之波長頂邵負荷元件，該耦合之電容器，及該天線 •，申請專利範項戒線電話機， 號路線内之該頂部抨當作一電感元件。:， 。，…

   請 閎 讀 背 面 意 事 項 再 旁 裳 15.如申請專利範圍 ...'-一 Ύ w …_厂〜 ^ 4Ί~ Ή 工 下部份，其中該上部份係由該絕緣材料機械式固定至該 外圓柱形導體上。衫/^ 娜 -如申請專利範圍第 —約3微微法拉（pf)的同軸式電客Mm 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 17.如申請專利範圍第八，极八π什 ~圓柱形天線，其具有第一徑向寬度之傳導心線與第— 杈向寬度之一外表面，且其中該圓柱形導體有一帶長度 及第二徑向寬度之一内表面，如此使該電容性耦合之電 容量値對應於該心線之徑向寬度，及該圓柱形導體之長 度與徑向寬度。 -17 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4现格（2丨0 X 297公釐） ---—-J 線