專利名稱：多組件天線及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通信裝置的天線。
無線電通信裝置包括一個(gè)與天線相連的發(fā)射器和/或接收器，該天線用于發(fā)射和/或檢測射頻信號。該裝置可包括一個(gè)傳聲器，用于為發(fā)射器輸入聲音信號，或一個(gè)揚(yáng)聲器，用于輸出接收器接收到的信號。這種無線電通信裝置的例子包括單向無線電，雙向無線電，無線電話，個(gè)人通信裝置及其它各種設(shè)備。這些無線電通信設(shè)備一般都有一種備用形式和一種主動(dòng)通信形式，備用形式下該裝置被折疊以利于存放，主動(dòng)通信形式下天線可被拉伸以優(yōu)化性能。
對于無線電話及雙向無線電單元而言，顯然在備用形式下這些裝置最好體積較小以利于存放及攜帶。例如，用戶希望無線電話在備用形式下小到可以放進(jìn)一件襯衣或茄克的口袋中。在主動(dòng)通信形式下，則希望該裝置足夠長以使揚(yáng)聲器能靠近用戶耳朵，傳聲器能靠近用戶嘴巴，而天線遠(yuǎn)離人體。天線最好能遠(yuǎn)離人體，因?yàn)橛脩羯眢w是一個(gè)地極，從而干擾射頻信號的接收。使天線遠(yuǎn)離用戶身體的一種特別有效的方法就是使用時(shí)把天線從裝置的主體上拉出。有了這種可以折疊用于存放及可以拉伸用于主動(dòng)通信的天線，在一個(gè)易于存放的裝置中就可提供一個(gè)最優(yōu)的主動(dòng)操作的天線。
這種可重新配置的通信裝置遇到的一個(gè)困難在于提供備用方式下的高性能天線。例如，人們知道無線電話在備用方式下接收尋呼信號，電子郵件以及傳呼警告信號。但是該裝置的本體，包括本體內(nèi)的內(nèi)部電路，在存放狀態(tài)下一般在天線有效近場內(nèi)，這樣導(dǎo)致混亂，降低天線的性能，從而不利于備用方式下信號的接收。
帶有多位天線的無線電通信裝置的例子是一個(gè)包括本體和蓋的無線電話，其中蓋上裝有一副天線。蓋閉合時(shí)，將蓋住該無線電話的鍵盤，提供了一個(gè)袖珍外殼。蓋打開時(shí)，該蓋式天線與用戶所持的電話本體分離開來。盡管這種蓋式天線在蓋打開時(shí)性能很好，但在折疊備用方式下，無線電話本體與閉合的蓋較近，從而干擾了天線的工作。
據(jù)此，希望能提供一種天線系統(tǒng)，在主動(dòng)通信方式下通信裝置被拉伸時(shí)及在備用工作方式下通信裝置被折疊時(shí)均有高性能的特征。


圖1為在拉伸或打開狀態(tài)，無線電話外殼結(jié)構(gòu)的正面視圖；圖2為圖1中的無線電話在折疊或閉合狀態(tài)，外殼結(jié)構(gòu)的正面視圖；圖3為正面殼體，射頻(RF)印刷電路板，邏輯印刷電路板以及背面殼體(均為圖1中無線電話)的分解視圖；圖4為圖1中無線電話的內(nèi)部的部分視圖以及一個(gè)無線電收發(fā)信機(jī)；圖5為蓋體部分及蓋式天線的部分分解視圖；圖6為一無線電話的側(cè)視圖，圖解顯示了蓋打開及閉合狀態(tài)下蓋式天線的有效近場；圖7為多組件蓋式天線的俯視圖；圖8為多組件蓋式天線的另一實(shí)施例的俯視圖9為多組件蓋式天線的另一實(shí)施例的俯視圖；圖10為多組件蓋式天線的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；圖11為蓋拉開時(shí)，蓋式天線107的回波損耗與頻率的關(guān)系曲線圖，以及圖12為蓋如圖2中折疊時(shí)，蓋式天線107的回波損耗/頻率曲線圖。
一個(gè)無線電通信裝置包括位于第一殼體部分的射頻線路。第二殼體部分可轉(zhuǎn)動(dòng)地支持于第一殼體部分上，在拉伸狀態(tài)與折疊狀態(tài)之間變動(dòng)。在打開位置，第二殼體部分從第一殼體部分向外伸出。天線位于第二殼體部分，包括一個(gè)第一組件和一個(gè)第二組件，前者具有第一調(diào)諧特性，后者具有第二調(diào)諧特性。無線電話折疊時(shí)，調(diào)諧該第二天線組件到優(yōu)選的特性，而天線被拉伸時(shí)，調(diào)諧該第一天線到優(yōu)選的特性。
依據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)是如圖1所示無線電話100，包括一個(gè)蓋，其在下面的發(fā)明尤其有用。而本發(fā)明對其它裝置同樣有用，如單向和雙向無線電，個(gè)人通信裝置或任何其它帶有無線的無線電通信裝置。因此，這里所用“裝置”一詞指所有這類設(shè)備及它們的等同設(shè)備。
無線電話100如圖1所示。該無線電話包括一個(gè)殼體102，殼體102包括一個(gè)第一殼體部分101及第二殼體部分103。在圖示的實(shí)施例中，第一殼體部分101為無線電話本體而第二殼體部分103為一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的與第一殼體部分相連的蓋。第二殼體部分103可在主動(dòng)通信方式期間的拉伸狀態(tài)(如圖1所示)及備用方式的閉合狀態(tài)(如圖2所示)之間繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
第一外殼部分101包括一個(gè)背面外殼部分104(圖3)以及一個(gè)正面外殼部分105，它們互連構(gòu)成了一個(gè)能容納電子線路的內(nèi)部空間，所述電子線路包括邏輯印刷電路板314及RF電路板315。鍵盤106位于外殼部分106的正面，這樣與鍵盤相連的按鍵109(只標(biāo)出了一部分)可由用戶手工操作而接入。手動(dòng)操作按鍵109可接通泡狀開關(guān)321(只有一部分被標(biāo)出)。
第二外殼部分103包括一個(gè)天線107，這里指蓋式天線，是一個(gè)帶有位桿天線110的分集天線。蓋式天線107位于前蓋殼體部分111(圖5)與后蓋殼體部分112(圖1中陰影所示)之間。前蓋殼體部分111及后蓋殼體部分112一般為板型部件，由合適的絕緣材料制成，如有機(jī)聚合物。后蓋殼體部分112包括一個(gè)凹槽419，用來嵌入蓋式天線107以及前蓋殼體部分111。當(dāng)蓋完全裝配好時(shí)，蓋式天線107夾在這些蓋殼部分之間。用膠粘劑或緊固件把前蓋殼部分111與后蓋殼部分112連接上，蓋殼部分即裝配好了。
當(dāng)?shù)诙鈿げ糠?03如圖1中所示打開時(shí)蓋式天線107即處于拉伸位置。當(dāng)?shù)诙鈿げ糠?03閉合時(shí)(如圖2)，蓋式天線107即處于折疊或縮進(jìn)位置。第二外殼部分103(圖2)為一個(gè)蓋，閉合時(shí)至少部分蓋住鍵盤106，該蓋也可稍長從而蓋住所有按鍵。第二外殼部分103閉合時(shí)可蓋住按鍵109以防止對其操作。另外，第二外殼部分閉合時(shí)使無線電話處于備用方式。
圖3和4中對收發(fā)信機(jī)線路515作了一般示例。該收發(fā)信機(jī)線路515在RF電路板315(圖3)上，可用任何合適的常規(guī)收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)。該收發(fā)信機(jī)線路515由常規(guī)的裝置裝配到RF電路板315上。RF電路板315及邏輯印刷電路板314通過任何合適的裝置安裝于正面和背面殼體部分101及105之間。無線電話100中的該線路包括一個(gè)傳聲器(未在圖上標(biāo)出)以及位于第一殼體部分101內(nèi)的接收器(未在圖上標(biāo)出)。
收發(fā)信機(jī)線路515(圖4)與一個(gè)彈性連接器516相連，而彈性連接器則連接到一個(gè)柔型導(dǎo)體或傳輸線517。傳輸線517延伸進(jìn)入一個(gè)鉸鏈組件518，其中包括一個(gè)鉸鏈接合519。
參考圖1，鉸鏈組件518提供了第二殼體部分103與第一殼體部分101之間的連接。該鉸鏈組件可采用任何合適的結(jié)構(gòu)，如美國專利申請系列號08/148,718公開的鉸鏈部件，該專利申請由Tanya Ruch等人在1993年11月8日申請，這里用作對比文件。
蓋式天線107(圖7)與傳輸線517相連。該蓋式天線包括一個(gè)第一部件640以及一個(gè)第二部件647，兩者均嵌入絕緣體625中。絕緣體625的背面有膠粘劑(未示出)，用于把絕緣體625連至后蓋殼體部分112(圖5)。
正如這里所采用的，一個(gè)部件是調(diào)諧到某一特定頻率的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體。第一部件640包括偶極臂648和649，兩者被調(diào)至頻率相同。第二部件647包括部件643，它調(diào)諧到與偶極臂648和649不同，故它是一個(gè)第二部件。
偶極臂648(圖7)與649采用兩個(gè)合適的薄條導(dǎo)體制成，如銅，銅合金，鋁合金等，并嵌入絕緣體625中。偶極臂648及649位于第二殼體部分103的縱向中心軸A1的相對兩側(cè)。傳輸線517通過一個(gè)阻抗變換器627與偶極臂648及649相連。該阻抗變換器包括第一、第二及第三變換部分623，628及624。第一變換部分623在接續(xù)處630與傳輸線517相連。第三變換部分624接續(xù)處631與偶極臂649相連，在接續(xù)處632與偶極臂648相連。阻抗變換器627提供了偶極臂648，649與傳輸線517之間的阻抗匹配。偶極臂648包括一個(gè)強(qiáng)電流部分641以及一個(gè)通常正交拉伸的折疊部分633。偶極臂649同樣包括一個(gè)強(qiáng)電流部分642及一個(gè)通常正交拉伸的折疊部件634。
開口533與每個(gè)折疊部分633及634分離，用來接收各自的磁體(未在圖上標(biāo)出)。這些磁體驅(qū)動(dòng)第一殼體部分101中的舌簧開關(guān)(未在圖上標(biāo)出)，使無線電話100在備用方式與主動(dòng)通信方式之間變化。因?yàn)樯嗷砷_關(guān)及磁體不構(gòu)成下面發(fā)明的一部分，故這里將不對它們作更詳細(xì)描述。
蓋式天線107(圖7)包括一個(gè)第二部件647，它包括嵌入絕緣體625中的部分643。部分643采用合適的薄導(dǎo)體制成，如銅，銅合金，鋁，鋁合金或類似導(dǎo)體。偶極臂648及649的強(qiáng)電流部分641，642與部分643緊電感耦合，這樣第二部件647為一無源天線組件。尾部644及645從643部分相對的兩端向外蛇形伸出。第二部件647調(diào)諧到與偶極臂648及649不同的頻率。
蓋式天線107在打開位置有一個(gè)有效近場區(qū)A(圖6)，在閉合或折疊位置有一個(gè)有效近場區(qū)B。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員知道該有效近場區(qū)或空間的介電常數(shù)對天線的性能有影響，因此，在有某種介電常數(shù)的近場調(diào)諧到某一頻率的天線將不會(huì)在具有另一介電常數(shù)的近場中被調(diào)諧。在打開位置下，近場區(qū)的介電常數(shù)達(dá)到或接近1，因?yàn)樗饕獮榭諝?。由于第一殼體部分101以及那里線路的存在，閉合位置下近場區(qū)的介電常數(shù)與空氣中的介電常數(shù)差別很大。這樣，在第二殼體部分103處于打開位置時(shí)可準(zhǔn)確調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)信號頻率的天線，當(dāng)?shù)诙んw部分閉合時(shí)將不能準(zhǔn)確調(diào)諧，因此，在閉合位置下性能將會(huì)下降。
當(dāng)蓋打開且有效近場內(nèi)主要為空氣時(shí)，偶極臂648(圖7)及649被調(diào)諧至無收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率(如圖11和12所示為800MHz)。在圖11中表示為在800MHz處的回波損耗的峰值。第二部件647的回波損耗峰值在900MHz處。當(dāng)蓋閉合且無線電話100的第一殼體部分101基本處于蓋式天線107的有效近場內(nèi)時(shí)，第二部件被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。在圖12中表示為當(dāng)蓋閉合時(shí)，第二部件647的回波損耗峰值在800MHz處。第二殼體部分103閉合時(shí)，第一部件640的回波損耗峰值在700MHz處。沒有調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515工作頻率的部件的存在并不影響收發(fā)信機(jī)的性能，因?yàn)樵摴ぷ黝l率范圍之外的信號被收發(fā)信機(jī)濾掉了。兩個(gè)部件分別調(diào)諧在閉合及打開兩種位置狀態(tài)，從而保證了在第二防護(hù)件103打開(拉伸)及閉合(折疊)時(shí)，天線都被調(diào)至主要的優(yōu)選的頻率，即無線電收發(fā)機(jī)的工作頻率。
由此可以看出，蓋式天線107是一個(gè)薄型偶極子天線，夾在前蓋殼體部分111(圖5)及后蓋殼體部分112之間，構(gòu)成一個(gè)薄蓋。偶極臂648及649的強(qiáng)電流部分641(圖7)和642，即為蓋式天線的強(qiáng)電流部分。天線的性能由于裝有偶極臂648及649的強(qiáng)電流部分641及642而得到提高。圖1中，偶極臂648及649在拉伸狀態(tài)下遠(yuǎn)離鉸鏈組件518。另外，在所示的實(shí)施例中，天線為半波天線，但也可以為四分之一波長天線或任何整數(shù)倍波長天線。
根據(jù)另一實(shí)施例的蓋式天線750如圖8所示。阻抗變換器727把第一部件749連至傳輸線517。該變換器包括一單個(gè)變換部分724，為圖7所示三個(gè)變換部分的可替換部分。圖8顯示了一個(gè)1.5GHz的天線。
蓋式天線750包括一個(gè)第一部件749，該部件包括位于中心軸A1相對兩則的偶極臂751及752。偶極臂751包括強(qiáng)電流部分741及折疊部分733，偶極臂752包括強(qiáng)電流部分742及折疊部分734。板738及739從折疊部分733及734上延伸出去。這些板容性加載與偶極臂從而縮短該偶極臂的長度。
該蓋式天線還包括第二部件748，該部件包括從結(jié)合部分753上延伸出來的板736及737。板737及736與偶極臂751及752上的板739緊容性耦合。第二部件748為一無源天線，當(dāng)?shù)诙んw部分103閉合時(shí)該部件被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。當(dāng)?shù)谝粴んw部分101不在蓋式天線750的有效近場內(nèi)時(shí)，偶極臂751及752被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)的工作頻率。
天線部件由合適的薄型導(dǎo)電材料制成，如銅，銅合金，鋁，鋁合金或類似材料，并嵌入絕緣體625中。圖1中，第二殼體部分103處于打開位置時(shí)，這些偶極臂被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。圖2中，當(dāng)?shù)诙んw部分打開時(shí)，第一部件749被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。當(dāng)?shù)诙んw部分103閉合時(shí)，第二部件748被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。雖然這里圖示的部件是與工作頻率為1.5GHZ的收發(fā)信機(jī)一起使用，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能明白，天線可以通過改變自身長度和/或形狀以調(diào)諧到其它頻率。
另一種蓋式天線860如圖9所示。天線860包括第一天線部件859及第二天線部件858。第一天線部件859包括偶極臂861及862，其是，且位于縱向軸A1的相對兩側(cè)的第一部件的兩個(gè)部分。第二天線部件858包括位于縱向軸A1的相對兩側(cè)的第二部件偶極天線臂863及864。部件偶極臂861及862通過導(dǎo)體865及866與第二部件偶極臂863及864相連。
天線部件由合適的薄型導(dǎo)電材料制成，如銅，銅合金，鋁，鋁合金或類似材料，并嵌入絕緣體625中。圖1中，當(dāng)?shù)诙んw部分103打開時(shí)，第一部件859偶極臂861及862被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。圖2中，第二殼體部分103閉合時(shí)，第二部件858偶極臂863及864被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。
另一種蓋式天線970如圖10所示。蓋式天線970包括第一天線部件969及第二天線部件968。第一天線部件包括偶極臂971及972，是位于縱向軸A1的相對兩側(cè)的第一部部分，這些臂通過阻抗變換器627與傳輸線517相連。第二天線部件968包括部件偶極臂973及974，位于縱向軸A1的相對兩側(cè)。導(dǎo)體975及976分別連接臂974及973，并分別在接續(xù)處632及631處與偶極臂971及972相連。導(dǎo)體976與975相交叉但不連接。
天線部件969及968由合適的薄型導(dǎo)電材料制成，如銅，銅合金，鋁，鋁合金或類似材料，并嵌入絕緣體625中。圖1中，當(dāng)?shù)诙んw部分103拉出時(shí)，偶極臂971及972被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。圖2中，當(dāng)?shù)诙んw部分閉合時(shí)，偶極臂973及974被調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515的工作頻率。通過交叉導(dǎo)體975與976，系統(tǒng)的阻抗相應(yīng)于圖9中蓋式天線860的阻抗將發(fā)生變化。
蓋式天線860(圖9)，970(圖10)的相連部件與蓋式天線107(圖7)，750(圖8)的感性和容性耦合部件有同樣的效用。由未調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路515(圖4)工作頻率的部件檢測到的信號通過收發(fā)信機(jī)的濾波被減弱。調(diào)諧至工作頻率的天線部件將檢測到所需信號。這樣，當(dāng)?shù)诙んw部分103被拉出或折疊時(shí)，蓋式天線860及970均如所希望的那樣工作。
蓋式天線107(圖7)及750(圖8)的部件最好緊耦合以使第二殼體部分103閉合時(shí)，從第二部件647(圖7)與748(圖8)到偶極臂648(圖7)，649及741(圖8)，742的能量傳輸達(dá)到最大。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，無論是蓋式天線970的交叉導(dǎo)體975，976(圖10)，還是蓋式天線860的非交叉導(dǎo)體865，866(圖9)，都可被選擇用來使第一天線部件與第二天線部件之間的相互干擾最小。
這樣看來。這里公開的用于可移動(dòng)殼體部分的天線，在拉出或折疊狀態(tài)時(shí)均能調(diào)諧至收發(fā)信機(jī)線路的頻率。這樣，天線在兩種狀態(tài)下均被調(diào)諧至最優(yōu)性能。通過這樣調(diào)諧天線，天線性能的提高將促進(jìn)帶天線的通信裝置的整體性能的提高。
權(quán)利要求
1.一個(gè)無線電通信裝置，包括一個(gè)第一殼體部分(101)；位于第一殼體部分內(nèi)的射頻線路(515)；一個(gè)第二殼體部分(103)，可移動(dòng)地位于第一殼體部分上，在拉伸位置及折疊位置間移動(dòng)，在拉伸位置，第二殼體部分從第一殼體部分向外伸出；以及一個(gè)位于第二殼體部分的天線(107，750，860，970)，該天線包括具有第一調(diào)諧特性的第一部件(640，749，859，969)以及具有第二調(diào)諧特性的第二部件(647，748，858，968)，其中，當(dāng)?shù)诙んw部分處于折疊狀態(tài)時(shí)，該第二部件被調(diào)諧至最佳特性，當(dāng)?shù)诙んw部分處于拉伸狀態(tài)時(shí)，第一部件被調(diào)諧至最佳特性。
2.如權(quán)利要求1中所述的無線電通信裝置，其中第一部件至少包括一個(gè)第一平板(739)，第二部件至少包括一個(gè)第二平板，其中至少一個(gè)的第一平板與至少一個(gè)的第二平板容性耦合。
3.如權(quán)利要求1中所述的無線電通信裝置，其中第二殼體部分有一縱向軸(A1)，第一部件包括第一(861，971)及第二(862，972)部分，第二部件包括第一(863，973)及第二(864，974)部分，其中第一部件的第一部分與第二部件的第一部分位于縱向軸的一側(cè)，第一部件的第二部分與第二部件的第二部分位于縱向軸的另一側(cè)。
4.如權(quán)利要求3中所述的無線電通信裝置，其中第一部件的第一部分(861)與第一部件的第二部分(863)耦合在一起，第一部件的第二部分(862)與第二部件的第二部分(864)耦合在一起。
5.如權(quán)利要求3中所述的無線電通信裝置，其中第一部件的第一部分(971)與第二部件的第二部分(974)相連，第一部件的第二部分(972)與第二部件的第一部分(973)相連。
6.如權(quán)利要求1中所述的無線電通信裝置，其中第二殼體部分為一個(gè)包括前(111)及反(112)殼體部分的蓋(103)，天線則夾于前后殼體部分之間。
7.如權(quán)利要求6所述的無線電通信裝置，其中該無線電通信裝置為一無線電話(100)。
8.如權(quán)利要求7所述的無線電通信裝置，其中第一殼體部分包括一個(gè)鍵盤(106)。且蓋(103)在折疊狀態(tài)下至少蓋住了鍵盤的一部分。
全文摘要
一個(gè)無線電通訊裝置包括一個(gè)第一殼體部分(101)及一個(gè)第二殼體部分(103)。該第二殼體部分位于第一殼體部分上，可在拉伸狀態(tài)及折疊狀態(tài)間移動(dòng)。第二殼體部分在打開狀態(tài)時(shí)從第一殼體部分上向外伸出。一個(gè)天線(107)位于第二殼體部分內(nèi)，該天線包括一個(gè)具有第一調(diào)諧特性的第一部件以及一個(gè)具有第二調(diào)諧特性的第二部件。天線的一個(gè)部件在無線電話折疊時(shí)被調(diào)諧最佳特性，天線的另一部件在天線拉伸時(shí)被調(diào)諧至最佳特性。
文檔編號H04B7/26GK1132458SQ95116298
公開日1996年10月2日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月15日
發(fā)明者大衛(wèi)·C·湯姆森, 路易斯·J·范內(nèi)塔 申請人:摩托羅拉公司