專利名稱：一種電磁偶極子擇向天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于手持無(wú)線通訊器(包括無(wú)繩電話、移動(dòng)電話、蜂窩電話、無(wú)線電對(duì)講對(duì)視機(jī)等)的天線。
目前幾乎所有的手機(jī)都采用的是電偶極子天線。這種天線在向外界輻射微波信號(hào)的同時(shí)，也向手機(jī)使用者頭部輻射等強(qiáng)度的微波。由于手機(jī)與使用者頭相距很近，該電偶極子天線所輻射的高達(dá)70％的微波被使用者頭部吸收掉。為了改善這種電偶極子天線可能危害使用者健康的情況，改善輻射效率過(guò)低的狀況，本實(shí)用新型的必要前提已設(shè)制了一種近諧振的磁偶極子天線和一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線。上述兩種天線當(dāng)遇到如距離較遠(yuǎn)或受建筑物屏蔽時(shí)仍存在“掉線”或“斷線”的問(wèn)題。
本實(shí)用新型旨在提供一種既能降低手機(jī)微波對(duì)使用者健康有危害的可能性，能延長(zhǎng)手機(jī)電池使用周期，能擴(kuò)大手機(jī)信號(hào)帶寬和有效半徑，又能在“掉線”多發(fā)場(chǎng)合，如距離較遠(yuǎn)或受建筑物屏蔽時(shí)，最優(yōu)化地保持信號(hào)連續(xù)的、有“智能”的電磁偶極子擇向天線。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是這樣的。
一種電磁偶極子擇向天線，由互相共軛共舵的一個(gè)近諧振磁偶極子天線和一個(gè)擇向的有效電偶極子天線組成，其特征在于磁偶極子天線的設(shè)于天線中部的上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)與四個(gè)以上的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)端對(duì)(2)連接；四個(gè)以上阻抗變換器(3)均布于同一平面內(nèi)；每個(gè)阻抗變換器(3)的一個(gè)電導(dǎo)體帶(4a)與上驅(qū)動(dòng)盤(1a)連接，另一個(gè)導(dǎo)體帶(4b)與下驅(qū)動(dòng)盤(1b)連接；四個(gè)以上的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)端對(duì)(5)均布于一個(gè)大導(dǎo)體環(huán)上，大導(dǎo)體環(huán)由四對(duì)以上輻射耦合臂(6a、6b)組成；每對(duì)輻射耦合臂的外側(cè)耦合臂(6a)經(jīng)過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤(1a)連接，其內(nèi)側(cè)耦合臂(6b)經(jīng)過(guò)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤(1b)連接；上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)與手機(jī)的收發(fā)器端對(duì)連接。
所述一種擇向的有效電偶極子天線，由8個(gè)以上的電偶極子輻射臂(8a、8b，8c、8d)，(10a、10b，10c、10d)兩兩相對(duì)均布于相鄰兩個(gè)阻抗變換器(3)之間；每個(gè)輻射臂上均設(shè)有開關(guān)(7a、7c)，(7b、7d)，(9a、9c)等，其電流通斷狀態(tài)由相應(yīng)的開關(guān)或接通或切斷來(lái)控制；排布于一固定方向的兩對(duì)電偶極子輻射臂不許同時(shí)接通，如果輻射臂(8a、8b)接通時(shí)，所驅(qū)動(dòng)的電偶極子電流是一個(gè)正方向的，如果輻射臂(8c、8d)接通時(shí)，所驅(qū)動(dòng)的電偶極子電流是一個(gè)反方向的；有效電偶極子電流可恰與每對(duì)輻射臂(8a、8c)，(8b、8d)，(10a、10c)，(10b、10d)等，的電流方向相合，也可與由兩對(duì)以上的輻射臂電流矢量形成的有效方向相合。
設(shè)于同一平面內(nèi)、由四對(duì)以上輻射耦合臂(6a、6b)所組成的大導(dǎo)體環(huán)或?yàn)槎噙呅?，或?yàn)閳A形、或?yàn)闄E圓形；每對(duì)耦合臂(6a、6b)之間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)電導(dǎo)體片。
所述四個(gè)以上阻抗變換器(3)設(shè)制有同等的有效長(zhǎng)度和特性阻抗值；如外顯長(zhǎng)度或特性阻抗值不同等時(shí)，在阻抗變換器(3)中間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)導(dǎo)體片，或可插設(shè)延遲線。
所述4對(duì)以上的電偶極子輻射臂，每2對(duì)(8a、8c，8b、8d)，(10a、10c，10b、10d)等，排置于一個(gè)固定方向；每一固定方向的前一對(duì)(8a、8c、)，(10a、10c)等，可經(jīng)開關(guān)(78、7c)，(9a、9c)等，與上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)連接，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)正方向的電偶極子電流；每一固定方向的后一對(duì)(8b、8d)，(10b、10d)等，可經(jīng)開關(guān)(7b、7d)、(9b、10d)與下、上驅(qū)動(dòng)盤(1b、1a)連接，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)反方向的電偶極子電流；每2對(duì)之間，如(8a、8c)與(8b、8d)之間，或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)導(dǎo)體片，或可改變輻射臂的形狀、長(zhǎng)度、寬度或厚度。
每對(duì)磁偶極子輻射耦合臂上可設(shè)置一對(duì)以上的調(diào)諧耦合臂；每對(duì)電偶極子輻射臂上可設(shè)置一對(duì)以上的調(diào)諧輻射臂。
四個(gè)以上阻抗變換器(3)將四個(gè)以上磁偶極子的串聯(lián)阻抗(5)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)盤(1a、1b)的四個(gè)以上的并聯(lián)導(dǎo)納，該四個(gè)以上并聯(lián)導(dǎo)納合并起來(lái)與電偶極子天線的導(dǎo)納形成復(fù)數(shù)共軛。這就是本實(shí)用新型要求達(dá)到的共軛的過(guò)程。
該兩個(gè)天線在輻射“空間”上，四個(gè)以上磁偶極子的輻射耦合臂(6a、6b)產(chǎn)生在一個(gè)平面上一個(gè)全向性的磁偶極子波束，4對(duì)以上電偶極子輻射臂(8a、8b)，(10b、10d)等單獨(dú)地或矢量合成地，產(chǎn)生在另一個(gè)垂直平面上一個(gè)全向性的電偶極子波束。該兩互相垂直的全向波束并合起來(lái)形成一個(gè)軸對(duì)稱的心形波束。這就是本實(shí)用新型要求該兩天線在“空間”上達(dá)到共舵的過(guò)程。在同等體積下，本實(shí)用新型的電磁偶極子是所有天線中在輻射時(shí)間上和輻射“空間”上達(dá)到了最高的優(yōu)化。
本實(shí)用新型具有四方面的優(yōu)點(diǎn)一、本實(shí)用新型體積小，該天線厚度不大于0.125個(gè)波長(zhǎng)，體種不大于0.02立方波長(zhǎng)，適用于各樣手持無(wú)線通訊器的天線。
二、該天線在驅(qū)動(dòng)盤間形成一對(duì)復(fù)數(shù)共軛導(dǎo)納，從而達(dá)到最高可能的信號(hào)頻寬與天線體積比。
三、能輻射軸對(duì)稱的心形波束，從而達(dá)到最高可能的天線增益與體積比。
四、能把輻射峰值點(diǎn)指向外空、把輻射零值點(diǎn)指向使用者，從而保護(hù)使用者的健康，提高電池使用效率。
五、可在天線平面的360度范圍內(nèi)進(jìn)行波束引導(dǎo)和最佳方向鎖定，即能“智能”地為波束搜索一個(gè)最佳方向以最大程度地避免遠(yuǎn)距離或封閉場(chǎng)所下的“掉線”。


圖1為本實(shí)用新型為六邊形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為圖1的B-B剖視圖。
圖4為圖1的C-C剖視圖。
圖5為本實(shí)用新型為四邊形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實(shí)用新型為八邊形結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖，通過(guò)非限定實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。
由圖1可見，該種電磁偶極子擇向天線包括6對(duì)環(huán)繞的磁偶極子輻射臂(6a、6b)和徑向的電偶極子輻射臂(8a、8d，10a、10d等)。該磁偶極子天線由六對(duì)輻射耦合臂(6a、6b)在同一平面內(nèi)組成一個(gè)12邊形的大導(dǎo)體環(huán)，其環(huán)長(zhǎng)約為1.5個(gè)波長(zhǎng)。每個(gè)輻射耦合臂(6a)與一個(gè)阻抗變換器(3)的導(dǎo)體帶(4a)連接；另一耦合臂(6b)與阻抗變換器(3)的導(dǎo)體帶(4b)連接。一對(duì)上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)對(duì)應(yīng)設(shè)于12邊形的中部；每個(gè)輻射耦合臂(6a)通過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤(1a)連接，另一個(gè)輻射耦合臂(6b)通過(guò)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤(1b)連接。
電偶極子天線的六對(duì)輻射臂(8a、8c，8d等)均布于同一平面內(nèi)。每?jī)蓪?duì)電偶極子輻射臂兩兩上、下相對(duì)設(shè)于驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)兩邊，如圖4所示。圖4顯示輻射臂(8a、8c)經(jīng)開關(guān)(7a、7c)連接，受驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)驅(qū)動(dòng)一個(gè)正方向的電偶極子電流。相反地，如果(7A、7C)斷路，而(7B、7D)通路，輻射臂(8B、8D)可受驅(qū)動(dòng)一個(gè)反方向的電偶極子電流。每一個(gè)正方向的電偶極子電流能形成一個(gè)特定正方向的心形波束，該反方向的電流能使該心形波束發(fā)生180度翻轉(zhuǎn)。6對(duì)輻射臂可以形成6個(gè)波束方向。該6對(duì)輻射臂的電流又可以形成6個(gè)以上有效的新電流方向，每個(gè)有效電流可由實(shí)體電流的矢量合成，從而造成6個(gè)以上新的有效波束方向。
因?yàn)樾D(zhuǎn)的心形波束的寬度在90度以上，所以只需要有4個(gè)以上可用方向，就能實(shí)現(xiàn)波束在整個(gè)360度區(qū)域內(nèi)的近似平滑而連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。所謂“智能”波束引導(dǎo)天線就是運(yùn)用了波束的360度旋轉(zhuǎn)能力，使處于幾乎封閉空間內(nèi)的用戶不斷地搜索一個(gè)最容易穿透的“窗口”并且鎖住一個(gè)最靈敏的基站。
當(dāng)作為輻射天線時(shí)，本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程是這樣的。整個(gè)磁偶極子天線是近諧振的，其六個(gè)串聯(lián)端對(duì)(5)經(jīng)過(guò)阻抗變換器(3)在上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)接口形成的六個(gè)并聯(lián)端對(duì)(2)。驅(qū)動(dòng)接口處的六個(gè)并聯(lián)導(dǎo)納合并起來(lái)與電偶極子天線的導(dǎo)納形成復(fù)數(shù)共軛。這就是本實(shí)用新型要求達(dá)到的共軛共舵中的共軛過(guò)程。具體的共軛過(guò)程式是通過(guò)調(diào)節(jié)磁偶極子輻射臂(6a、6b)和電偶極子輻射臂(8a、8b等)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果是，一個(gè)手機(jī)的收發(fā)器端對(duì)所連接的驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)在最大的頻寬內(nèi)只有實(shí)部的輻射阻抗，而虛部的反饋?zhàn)杩菇越诹恪?br> 在圖2中，阻抗變換器(3)的兩導(dǎo)體帶(4a、4b)的一邊與輻射耦合臂(6a、6b)連接，其另一邊與上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)連接。
如圖3中所示，輻射臂(6a、6b)的高度和間距是可調(diào)的，實(shí)際上是調(diào)節(jié)輻射段在串聯(lián)端對(duì)(5)的阻抗，以使磁偶極子天線與一個(gè)有效的或?qū)嶓w的電偶極子天線，如圖4中的輻射臂(8a、8c)達(dá)到更好地共軛共舵。
在圖4中，顯示了開關(guān)(7a、7c)是如何用來(lái)驅(qū)動(dòng)一對(duì)實(shí)體電偶極子輻射臂(8a、8c)的。如果切斷開關(guān)(7a、7c)，同時(shí)接通(7b、7d)，那么另一個(gè)實(shí)體電偶極子電流就會(huì)發(fā)生反向，由原來(lái)從輻射臂(8a)流向(8c)變?yōu)閺?8d)流向(8b)，于是心形波束就從一個(gè)方向翻轉(zhuǎn)180度而指向相反的方向。
在圖5中，所示的四邊形波束傾斜天線是在正六邊形擇向天線的一個(gè)應(yīng)用變形。環(huán)長(zhǎng)仍保持1.5個(gè)波長(zhǎng)，仍采用六個(gè)串聯(lián)端對(duì)(5)來(lái)維持大導(dǎo)體環(huán)上電流均勻和理想的偶極子特性。特別的是兩個(gè)相對(duì)較短的阻抗變換器(3)，其中填入了介質(zhì)，從而保持同等的有效長(zhǎng)度和特性阻抗值。輻射臂(8a、8c)(8b、8d被遮住，圖上顯示不出)仍然能夠控制波束在天線左右兩側(cè)翻轉(zhuǎn)。顯然，每一束傾斜的波束都能通過(guò)改變電流的方向來(lái)翻轉(zhuǎn)180度。
圖6中，磁偶極子天線由四對(duì)輻射耦合臂(6a、6b)組成，且與四對(duì)電偶極子天線的輻射臂組合安裝，作用與圖5相似。
權(quán)利要求1.一種電磁偶極子擇向天線，由互相共軛共舵的一個(gè)近諧振磁偶極子天線和一個(gè)擇向的有效電偶極子天線組成，其特征在于磁偶極子天線中部的上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)與四個(gè)以上的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)端對(duì)(2)連接；四個(gè)以上阻抗變換器(3)均布于同一平面內(nèi)；每個(gè)阻抗變換器(3)的一個(gè)電導(dǎo)體帶(4a)與上驅(qū)動(dòng)盤(1a)連接，另一個(gè)導(dǎo)體帶(4b)與下驅(qū)動(dòng)盤(1b)連接；四個(gè)以上的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)端對(duì)(5)均布于一個(gè)大導(dǎo)體環(huán)上，大導(dǎo)體環(huán)由四對(duì)以上輻射耦合臂(6a、6b)組成；每對(duì)輻射耦合臂的外側(cè)耦合臂(6a)經(jīng)過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤(1a)連接，其內(nèi)側(cè)耦合臂(6b)經(jīng)過(guò)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤(1b)連接；上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)與手機(jī)的收發(fā)器端對(duì)連接。所述一種擇向的有效電偶極子天線，由8個(gè)以上的電偶極子輻射臂(8a、8b，8c、8d)，(10a、10b，10c、10d)等兩兩相對(duì)均布于相鄰兩個(gè)阻抗變換器(3)之間；每個(gè)輻射臂上均設(shè)有開關(guān)(7a、7c)，(7b、7d)，(9a、9c)等其電流通斷狀態(tài)由相應(yīng)的開關(guān)或接通或切斷來(lái)控制；排布于一固定方向的兩對(duì)電偶極子輻射臂不許同時(shí)接通，如果輻射臂(8a、8c)接通時(shí)，所驅(qū)動(dòng)的電偶極子電流是一個(gè)正方向的，如果輻射臂(8b、8d)接通時(shí)，所驅(qū)動(dòng)的電偶極子電流是一個(gè)反方向的；有效電偶極子電流可恰與每對(duì)輻射臂(8a、8c)，(8b、8d)，(10a、10c)，或等(10b、10d)，的電流方向相合，也可與由兩對(duì)以上的輻射臂電流矢量形成的有效方向相合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特征在于設(shè)于同一平面內(nèi)，由四對(duì)以上輻射耦合臂(6a、6b)所組成的大導(dǎo)體環(huán)或?yàn)槎噙呅?，或?yàn)閳A形、或?yàn)闄E圓形；每對(duì)耦合臂(6a、6b)之間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)電導(dǎo)體片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特征在于所述四個(gè)以上阻抗變換器(3)設(shè)制有同等的有效長(zhǎng)度和特性阻抗值；如外顯長(zhǎng)度或特性阻抗不同等時(shí)，在阻抗變換器(3)中間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)導(dǎo)體片，或可插設(shè)延遲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特征在于所述4對(duì)以上的電偶極子輻射臂，每2對(duì)(8a、8c，8b、8d)，(10a、10c，10b、10d)等，排置于一個(gè)固定方向；每一固定方向的前一對(duì)(8a、8c、)、(10a、10c)等，可經(jīng)開關(guān)(7a、7c)，(9a、9c)等，與上、下驅(qū)動(dòng)盤(1a、1b)連接，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)正方向的電偶極子電流；每一固定方向的后一對(duì)(8b、8d)，(10b、10d)等，可經(jīng)開關(guān)(7b、7d)，(9b、9d)與下、上驅(qū)動(dòng)盤(1b、1a)連接，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)反方向的電偶極子電流；每2對(duì)之間，如(8a、8c)與(8b、8d)之間，或可設(shè)有電介質(zhì)，或可插設(shè)導(dǎo)體片，或可改變輻射臂的形狀、長(zhǎng)度、寬度或厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特征在于每對(duì)磁偶極子輻射耦合臂(6a、6b)上可設(shè)置一對(duì)以上的調(diào)諧耦合臂；每對(duì)電偶極子輻射臂上可設(shè)置一對(duì)以上的調(diào)諧輻射臂。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于手持無(wú)線通訊器的天線。該天線運(yùn)用共軛共舵的一種磁偶極子天線和一種有效的、擇向的電偶極子天線,其特征在于:輻射一個(gè)立體、軸對(duì)稱的心形波束,自動(dòng)將輻射峰值點(diǎn)指向使用者的外空,并在“掉線”多發(fā)場(chǎng)合,如距離較遠(yuǎn)或受建筑物屏蔽時(shí),旋轉(zhuǎn)該心形波束360度,有“智能”地搜索而鎖住一個(gè)增益最高的“窗口”。該天線不僅能降低手機(jī)微波對(duì)人體的危害,能延長(zhǎng)手機(jī)電池使用周期,能在360度范圍內(nèi)最優(yōu)化地保持微波信號(hào)的連續(xù),又有在同等體積下產(chǎn)生最大的頻寬,從而最適用于碼分多址(CDMA)無(wú)線通訊機(jī)。
文檔編號(hào)H01Q3/00GK2386541SQ9922834
公開日2000年7月5日 申請(qǐng)日期1999年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者余俊尚 申請(qǐng)人:余俊尚