專利名稱：用于便攜式無線通信設(shè)備的混合天線系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及天線，尤其涉及一種配置成用于便攜式無線通信設(shè)備中的混合天線系統(tǒng)包括可置換的拉桿天線和隱藏式天線。
相關(guān)技術(shù)近年來，在個人無線通信設(shè)備(WCD)，如蜂窩電話使用方面的顯著增長同時也加速了合適的用于WCD的天線方面的需求增長。一些重要的要求驅(qū)使著這種天線的配置，包括較低的天線部件成本和生產(chǎn)成本、緊湊的尺寸、全方向增益和合適的頻率帶寬、高的可靠性、悅?cè)说拿烙^或外觀以及舒適的人體工程學(xué)外包裝。
通常使用的一種天線配置類型包括伸長拉桿或單極/偶極天線。在一種已知的配置中，拉桿天線可以有選擇地拉伸出或收縮入蜂窩電話外殼。即使在使用者手持蜂窩電話靠近他或她的頭部時，拉伸出的拉桿天線仍然有利地維持一個相對均勻的全方向增益圖，因為拉伸出的拉桿天線從蜂窩電話和使用者的頭部伸出。因此，拉桿天線適合工作在相對較低的接收功率環(huán)境中，例如，在信號覆蓋地區(qū)或小區(qū)的邊緣。另一方面，由于天線的拉長也會帶來不利之處，拉桿天線伸長的突出的輪廓使得它容易受到損壞，并給對美觀較敏感的消費者造成不雅觀的感覺。
蜂窩電話經(jīng)常包括一個和拉桿天線結(jié)合使用的螺旋狀天線，并在拉桿天線從蜂窩電話外殼中拉伸出時被激勵。該螺旋狀天線的輻射器長度通常和拉桿天線的長度大致相同，盡管螺旋狀天線要比拉桿天線更緊湊、外觀更悅?cè)饲腋蝗菀资艿綋p壞。盡管如此，螺旋狀天線仍然要實質(zhì)上且一直從蜂窩電話向外突出，這樣就會對蜂窩電話的外觀造成不利影響，并使得螺旋狀天線容易受到損壞。
因而，蜂窩電話制造商提供了其它的外觀上更悅?cè)说奶炀€來替代拉桿和螺旋狀天線，如全部置于蜂窩電話外殼之內(nèi)，并受到其保護(hù)的內(nèi)部天線。這樣一種安裝在內(nèi)部的天線允許蜂窩電話制造商構(gòu)造更圓滑的，外觀更悅?cè)说那以谌梭w工程學(xué)方面更令人滿意的蜂窩電話。因為內(nèi)部天線被封裝在蜂窩電話內(nèi)部，因而它適于工作在接收信號功率相對較高或者正常的環(huán)境中，但不適于工作在接收信號功率相對較低的邊緣覆蓋區(qū)域。同樣，雖然在外觀上比拉桿天線更容易接受，但是在使用者握住靠近內(nèi)部天線的外殼，或是手持外殼靠近他或她的頭部，并因此使得內(nèi)部天線靠近頭部時，內(nèi)部天線(以及前面提到的螺旋天線)由于天線負(fù)載而形成了不利的天線增益變化。
因此，在無線通信設(shè)備(WCD)的天線系統(tǒng)中，需要把拉桿天線的性能優(yōu)點和與內(nèi)部天線相關(guān)的外觀和人體工程學(xué)優(yōu)點結(jié)合起來，并減少和每種天線類型相關(guān)的缺點。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用于便攜式WCD的混合天線系統(tǒng)。該混合天線系統(tǒng)包括固定地整體安裝在便攜式WCD殼體內(nèi)的隱藏式內(nèi)屏蔽基底天線?；旌咸炀€系統(tǒng)還可以包括可移動天線，如拉桿天線，它可以有選擇地拉伸出或是收縮入外殼之中。該天線系統(tǒng)包括用來在可移動天線處于拉伸位置時把可移動天線電耦合至內(nèi)部RF電路，并在可移動天線處于外殼內(nèi)的收縮位置時把可移動天線和內(nèi)部RF電路電隔離的一種機(jī)構(gòu)。
在第一實施例中，當(dāng)可移動天線處于拉伸工作位置或是收縮非工作位置時內(nèi)部天線都工作耦合至RF電路。這樣，當(dāng)可移動天線處于拉伸位置時內(nèi)部天線和可移動天線被平行地工作連接在一起，并且都被工作連接至RF電路，但是在可移動天線處于收縮位置時，只有內(nèi)部天線被連接至RF電路。
在第二實施例中，在某個時刻只能有可移動天線和內(nèi)部天線中的一個耦合至RF電路。具體而言，在處于拉伸工作位置時，只有可移動天線被耦合至RF電路，而在可移動天線處于WCD外殼中的非工作收縮位置時，只有內(nèi)部天線被耦合至RF電路。第二實施例包括兩種天線開關(guān)的安排。第一種安排包括一種用來在天線間切換的機(jī)械開關(guān)，而第二種安排包括用來在天線間切換的電子開關(guān)。
電耦合可以用直接電連接、電感或?qū)щ婑詈匣蛘咂渌行У氖侄蝸韺崿F(xiàn)。
特征和優(yōu)點該混合天線系統(tǒng)把拉桿天線的性能優(yōu)點和與便攜式WCD中的隱藏式內(nèi)部天線相關(guān)的外觀和人體工程學(xué)優(yōu)點結(jié)合起來。
在WCD正常使用期間，也就是在信號覆蓋相當(dāng)好的時候，拉桿天線收縮和隱藏入WCD外殼中，并處于非工作狀態(tài)。工作的隱藏式內(nèi)部天線提供了在這種情況下的令人滿意的性能。這樣，在大多數(shù)時候，WCD都可以保持圓滑的，更悅?cè)说耐庥^。然而，在信號覆蓋較差的情況下，使用者可以拉伸性能較高的拉桿天線來有效地對抗較差的信號覆蓋，并因此擴(kuò)大了WCD的可用范圍。
該混合天線系統(tǒng)用相對較少的且已知的組件以直接的方式來構(gòu)建和排列，以降低天線系統(tǒng)的制造復(fù)雜度、成本和尺寸。
附圖簡述通過下列附圖中所展示的對本發(fā)明較佳實施例的更詳細(xì)的介紹，將會清楚本發(fā)明上述的和其它的一些特征和優(yōu)點。


圖1A是WCD中的混合天線系統(tǒng)的第一實施例的示意圖，其中拉桿天線被描繪成處于拉伸工作位置。
圖1B是圖1A的混合天線系統(tǒng)的示意圖，其中拉桿天線被描繪成處于收縮非工作位置。
圖2A是用于WCD的混合天線系統(tǒng)的第二實施例的示意圖，其中拉桿天線被描繪成處于拉伸工作位置，內(nèi)部天線被描繪成處于非工作狀態(tài)。
圖2B是圖2A的混合天線系統(tǒng)的示意圖，其中拉桿天線被描繪成處于收縮非工作位置，內(nèi)部天線被描繪成處于工作狀態(tài)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的混合天線系統(tǒng)的替換安排，其中一個電子開關(guān)在拉桿天線和內(nèi)部天線之間切換。
圖4是圖3的電子開關(guān)的功能圖。
較佳實施例詳述參考圖1A和1B，一個WCD 100包括外殼或外套102；第一印刷電路板104，WCD的RF電路被安裝或形成在該P(yáng)CB上；以及根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的混合天線系統(tǒng)106?？捎没旌咸炀€106的WCD 100的例子包括個人數(shù)字助理(PDA)、蜂窩電話、個人通信服務(wù)(PCS)電話和掌上電腦?？梢蕴峁┤魏魏啽阈螤罨蝻L(fēng)格的外殼102，包括例如，用于折疊式電話和可翻轉(zhuǎn)手持式電腦的“磚塊形”或“蚌殼”風(fēng)格。
混合天線系統(tǒng)106包括可移動天線108(如拉桿天線)和在本發(fā)明中獨特配置的內(nèi)部隱藏天線110，以結(jié)合拉桿天線的性能優(yōu)點和與內(nèi)部天線相關(guān)的外觀以及人體工程學(xué)優(yōu)點?；旌咸炀€系統(tǒng)106還可以包括第一導(dǎo)電連接器112和第二導(dǎo)電連接器114用來把內(nèi)部天線110和拉桿天線108分別電連接至PCB 104上的RF電路。在較佳實施例中連接器112和114是彈性彈簧夾。
拉桿天線108以一種已知的方式被外殼102上的凹槽和/或?qū)к壙苫瑒拥亟邮?。這樣，拉桿天線108在方向V上是可移動的，因此可以有選擇地拉伸出或收縮入外殼102，正如圖1A和圖1B所分別顯示的。拉桿天線108是具有已知結(jié)構(gòu)的單極或偶極輻射器，包括具有上部116a和下部116b的伸長的導(dǎo)電輻射器。絕緣護(hù)套118覆蓋了輻射器上部116a，并使其電絕緣。
內(nèi)部天線110(也被稱為屏蔽基底天線)包括形成在介質(zhì)支撐基底或PCB124上的導(dǎo)電跡線或天線輻射單元122，以及信號饋送區(qū)126。固定安裝在外殼102上，并全部位于其內(nèi)的PCB 124有利地將輻射單元122和外殼隔開，以降低當(dāng)使用者在使用WCD過程中握住WCD 100并將其置于他或她的頭部附近時所造成的天線負(fù)載效應(yīng)。導(dǎo)電跡線122可以包括形成了所要求的天線輻射器結(jié)構(gòu)的多個電互連跡線。導(dǎo)電跡線122包括信號饋送區(qū)126中的導(dǎo)電襯墊128，它為把導(dǎo)電跡線122連接至WCD 100中的其它電路提供電接觸。屏蔽基底天線110可以根據(jù)前面提到的題為“多層屏蔽基底天線”的待審專利申請中所提出的原理來構(gòu)建。
固定安裝在外殼102內(nèi)部的PCB 104上安裝或形成在PCB上有已知的RF收發(fā)信機(jī)和電子電路用來操控WCD 100。RF收發(fā)信機(jī)電路包括用于隔離接收和發(fā)射信號的天線收發(fā)轉(zhuǎn)換器130、接收電路132和發(fā)射電路134。通過導(dǎo)電跡線138電連接至RF電路的導(dǎo)電襯墊136提供了用來把拉桿和內(nèi)部天線108和110連接至RF電路的電接觸。在獨立的PCB104和124上分別提供RF電路和內(nèi)部天線110有利地增加了構(gòu)建每個單獨的PCB和在WCD 100中安排每個PCB時的靈活性。在一個替換安排中，獨立的PCB 104和124可以被合并成一塊單獨的PCB，在該單獨的PCB上形成了或結(jié)合了RF電路(以及其它電子電路)和內(nèi)部天線110。用這樣一塊單獨的PCB有利地減少了組件個數(shù)，并簡化了WCD 100中的PCB安裝排列。
第一彈性彈簧夾112包括分別結(jié)合至襯墊128和136的相對兩端，以形成內(nèi)部天線和PCB 104上的RF電路之間的固定電連接。第二彈性彈簧夾114包括固定在襯墊136上的第一端114a以及與拉桿天線108偏置接觸的第二可移動端114b。參考圖1A，當(dāng)拉桿天線處于拉伸工作位置時，彈簧夾的一端114b和拉桿天線108的導(dǎo)電端116b相接觸，來把拉桿天線電連接至和內(nèi)部天線110平行的RF電路。
參考圖1B，當(dāng)拉桿天線處于收縮非工作位置時，彈簧夾的一端114b和絕緣護(hù)套118相接觸，而不是導(dǎo)體116b，以此來把拉桿天線從RF電路斷開(也就是電隔離)，而使得只有內(nèi)部天線110依舊保持與RF電路的電連接。應(yīng)該理解的是在本發(fā)明中可以使用已知的另外的拉桿天線配置和機(jī)構(gòu)來把拉桿天線和RF電路連接或斷開。
在使用WCD 100時，使用者在WCD的通信信號強(qiáng)度處于相對較高或平均水平的時候把拉桿天線108放置在外殼102中的收縮非工作位置，因此只有內(nèi)部天線110接收和發(fā)射信號。但是當(dāng)需要附加的天線性能來克服較差的信號覆蓋時，也就是說當(dāng)處在鄉(xiāng)村或信號覆蓋區(qū)域邊緣處，WCD的信號強(qiáng)度相對較低時，使用者可以把拉桿天線108放置在拉伸工作位置，因此拉桿天線108和內(nèi)部天線110都可以接收和發(fā)射信號。
混合天線系統(tǒng)106代表了用于實現(xiàn)拉桿天線108和內(nèi)部屏蔽基底天線110兩者的組合優(yōu)點的一種簡單和低成本方案。但是，如果天線108和110各自的接收的信號相互干擾的話，以上述的平行連接天線配置來一起使用拉伸天線108和內(nèi)部天線110將會降低WCD的接收信號性能。因而，下面將介紹本發(fā)明的第二實施例來避免這一缺點。
圖2A和圖2B中描繪了本發(fā)明的第二實施例的混合天線系統(tǒng)200。為了清楚起見，在圖2A和圖2B中沒有示出外殼102和RF電路。混合天線系統(tǒng)200包括拉桿天線108’(類似于拉桿天線108)、內(nèi)部天線110、分別把內(nèi)部天線110和拉桿天線108’連接至RF電路的第一導(dǎo)電彈性連接器202和第二導(dǎo)電彈性連接器204。形成例如為彈簧夾的連接器202和204和拉桿天線108’一起作為用來把天線108’和110與RF電路進(jìn)行電連接或斷開的一個機(jī)械開關(guān)機(jī)構(gòu)而工作，下面還將進(jìn)行介紹?；旌咸炀€系統(tǒng)200通過一次只把一個天線連接至RF電路，或者是天線108’或者是天線110，來有利地避免上述的干擾效應(yīng)。
拉桿天線108’包括導(dǎo)電端部116b和與端部116b在空間上間隔的相對的端部220。在相對的端部116b和220之間延伸有絕緣護(hù)套118’。護(hù)套118’的直徑大于端部116b和220的直徑。彈簧架204通過形成在PCB 104上(為了清楚起見被描繪成和PCB 104是分離的)的導(dǎo)電襯墊206和導(dǎo)電跡線208來電連接至RF電路。設(shè)計彈簧夾204的大小使其在拉桿天線處于圖2A所描繪的拉伸位置時和拉桿天線108’的端部116b接觸，并因此把拉桿天線電連接至RF電路。另一方面，在拉桿天線108’處于如圖2B所描繪的收縮位置時，彈簧夾204和絕緣護(hù)套118’接觸，并因此把拉桿天線從RF電路斷開。
彈簧夾202包括結(jié)合在襯墊136上的第一端202b，并通過PCB 108的導(dǎo)電跡線210連接至RF電路。設(shè)計彈簧夾202的大小和形狀來使彈簧夾的第二可移動端202a和內(nèi)部天線110的導(dǎo)電襯墊128在拉桿天線108’處于圖2B所描繪的(以及圖2A中用虛線所描繪的)收縮位置時相互偏置連接在一起，并因此把內(nèi)部天線110連接至RF電路。另一方面，當(dāng)拉桿天線處于圖2A所示的拉伸位置時，拉桿天線108’的護(hù)套118’和彈簧夾202接觸，并因此使得彈簧夾的一端202a和襯墊128脫離，來把拉桿天線從RF電路斷開。因而，當(dāng)拉桿天線分別處于拉伸或收縮位置時，只有拉桿天線108’或是內(nèi)部天線110被電連接至RF電路。
圖3中描繪了根據(jù)第二實施例的替換混合天線系統(tǒng)300?；旌咸炀€系統(tǒng)300用機(jī)械和電開關(guān)技術(shù)的組合來有選擇地把拉桿天線108或內(nèi)部天線110連接至RF電路?；旌咸炀€系統(tǒng)300包括在拉桿天線分別處于拉伸和收縮位置時，以一種和結(jié)合圖1A與1B所描述的方法相類似的方法來把拉桿天線108和PCB 104上的導(dǎo)電跡線304有選擇地電連接或斷開的機(jī)械連接器302。可以把內(nèi)部天線110用一種固定的電連接以一種和結(jié)合圖1A與1B所描述的方法相類似的方法電連接至PCB 104上的導(dǎo)電跡線306。
混合天線系統(tǒng)300包括PCB 104上的電開關(guān)310，電開關(guān)310具有連接至導(dǎo)電跡線304的第一輸入320、連接至導(dǎo)電跡線306的第二輸入322以及連接至RF電路(總的用參考號330來表示)的輸出324。當(dāng)拉桿天線分別處于拉伸工作位置和收縮非工作位置時，電開關(guān)310有選擇地把第一輸入320并因此把拉桿天線108連接至RF電路330，或是把第二輸入322并因此把內(nèi)部天線110連接至RF電路330。
圖4中描繪了電開關(guān)310的詳細(xì)示意圖。電開關(guān)310包括開關(guān)單元340，在圖4中對其進(jìn)行了功能性的說明。開關(guān)單元340響應(yīng)于通過選擇線342施加到開關(guān)單元340的開關(guān)控制電壓而把輸入320(用實線描繪)或是輸入322(用虛線描繪)連接至輸出324。開關(guān)單元340可以用已知的用開關(guān)控制電壓控制的開關(guān)PIN二極管來實現(xiàn)。電開關(guān)310還可以包括天線負(fù)載感應(yīng)電路346用來感應(yīng)何時拉桿天線108通過連接器302和PCB跡線304被連接至輸入320，并用來響應(yīng)感應(yīng)到的負(fù)載而產(chǎn)生施加給開關(guān)單元340的開關(guān)控制電壓。供電電壓V。和地電位Gnd被分別施加到開關(guān)310的終端350和352，用來使電開關(guān)310工作。
在工作時，當(dāng)拉桿天線108拉伸并通過連接器302工作耦合至輸入320時，天線負(fù)載感應(yīng)電路346感應(yīng)到一個例如五十或七十五歐姆的天線負(fù)載。作為響應(yīng)，感應(yīng)電路346施加一個合適的控制電壓到開關(guān)單元340來把拉桿天線108連接至RF電路330(圖4中用實線描繪)。另一方面，當(dāng)拉桿天線108收縮并通過連接器302從輸入320斷開時，天線負(fù)載感應(yīng)電路346感應(yīng)到減少了一個天線負(fù)載。作為響應(yīng)，感應(yīng)電路346施加一個合適的控制電壓到開關(guān)單元340來把拉桿天線108從RF電路330斷開，并把內(nèi)部天線108連接至RF電路330(圖4中用虛線描繪)。
雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是應(yīng)該理解的是它們只是以例子的方式來呈現(xiàn)的，而不是以限定的方式。這樣，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)該由上述的任何示范性實施例和安排來限定，而是只應(yīng)根據(jù)所附的權(quán)利要求和它們的等效范圍來定義。
權(quán)利要求
1.一種用于便攜式通信設(shè)備的天線系統(tǒng)，包括整體安裝在便攜式通信設(shè)備外殼內(nèi)部的第一天線；有選擇地拉伸出或收縮入外殼的第二天線；用來在第二天線處于拉伸位置時把第二天線耦合至便攜式通信設(shè)備的內(nèi)部RF電路，以及在第二天線處于收縮位置時把第二天線和內(nèi)部RF電路電隔離的第一耦合裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括在第二天線處于收縮位置時把第一天線電耦合至RF電路，以及在第二天線處于拉伸位置時把第一天線和RF電路電隔離的第二耦合裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，第二耦合裝置包括開關(guān)電路，用于檢測第二天線的阻抗，并在開關(guān)電路檢測到第二天線中的一個預(yù)定阻抗時把第一天線和RF電路電隔離。
4.如權(quán)利要求2所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，第二耦合裝置包括導(dǎo)電彈性連接器，用于在第二天線處于收縮位置時把第一天線連接至內(nèi)部RF電路。
5.如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，彈性連接器包括電連接至內(nèi)部RF電路的固定端以及與第一天線偏置接觸的可移動端，并因此在第二天線處于收縮位置時把第一天線電連接至RF電路，且其中在第二天線處于拉伸位置時可移動端脫離第一天線，并因此把第一天線和內(nèi)部RF電路電隔離。
6.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，固定電連接器在第二天線處于拉伸和收縮位置時都把第一天線電連接至內(nèi)部RF電路。
7.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一塊印刷電路板(PCB)，其上形成有內(nèi)部RF電路的元件，且其中第一天線形成在該P(yáng)CB上。
8.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括第一印刷電路板(PCB)，其上形成有內(nèi)部RF電路的元件；第二PCB，其上形成有第一天線。
9.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，第二天線是包括有細(xì)長輻射器的單極和偶極拉桿天線中的一個。
10.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，第一天線是屏蔽基底天線，包括形成在固定于WCD外殼內(nèi)部的一個印刷電路板上的導(dǎo)電跡線。
11.在包括內(nèi)部RF電路，混合天線系統(tǒng)的無線通信設(shè)備(WCD)中操作混合天線系統(tǒng)的一種方法，該混合天線系統(tǒng)包括固定安裝在外殼上，并全部位于外殼內(nèi)部的第一屏蔽基底天線，以及有選擇地拉伸出或收縮入WCD外殼的第二可移動天線，該方法包括以下步驟當(dāng)?shù)诙炀€處于拉伸位置時把第二天線耦合至WCD的內(nèi)部RF電路，以及當(dāng)?shù)诙炀€處于收縮位置時把第二天線和內(nèi)部RF電路電隔離；以及在第二天線處于收縮位置時把第一天線電連接至內(nèi)部RF電路。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)诙炀€處于拉伸位置時把第一天線和RF電路電隔離的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括檢測第二天線大于零歐姆的阻抗，并在檢測到第二天線的阻抗時把第一天線和內(nèi)部RF電路電隔離的步驟。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用彈性電接觸，在第二天線處于收縮和拉伸位置時把第一天線和內(nèi)部RF電路電連接和電斷開的步驟。
全文摘要
一種用于便攜式無線通信設(shè)備(WCD)的混合天線系統(tǒng)包括固定安裝在便攜式WCD外殼上，并全部處于便攜式WCD外殼內(nèi)部的隱藏式內(nèi)屏蔽基底天線。該混合天線系統(tǒng)還包括可移動天線(如拉桿天線)，它可以有選擇地拉伸出或收縮入外殼中。該天線系統(tǒng)包括一個機(jī)構(gòu)，用來在可移動天線處于拉伸位置時把可移動天線電連接至便攜式WCD的內(nèi)部RF電路，并在可移動天線處于外殼內(nèi)的收縮位置時把可移動天線和便攜式WCD的內(nèi)部RF電路電隔離。
文檔編號H01Q1/24GK1452799SQ00819494
公開日2003年10月29日 申請日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者A·M·－T·特朗 申請人:高通股份有限公司