專利名稱：二個裝置折疊式偶極子天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信設(shè)備的天線。
無線電通信設(shè)備都包括一個發(fā)射機和/或一個接收機，它們都耦合到一個天線上，天線發(fā)射和/或檢測射頻信號。這種無線電通信設(shè)備可包括一個話筒用于向發(fā)射機輸入聲頻信號，或一個揚聲器用于輸出信號，該信號由接收機接收。這種無線電通信設(shè)備的實例包括單向無線電設(shè)備、雙向無線電設(shè)備、無線電話機、個人通信設(shè)備、以及各種其他設(shè)備。這些通信設(shè)備經(jīng)常具有一個備用(Standby)配置，在此配置時該設(shè)備是可折疊的以便于保存；還具有一個主用(active)通信配置，這時天線是可伸展的，以得到最佳的性能。
對于無線電話機和雙向無線電設(shè)備來說，通常希望這些設(shè)備在備用方式期間具有較小的尺寸，以便于保存和攜帶。例如，用戶希望無線電話機在備用方式下小得足以能裝在襯衫或夾克衫的口袋里。還希望該設(shè)備在主動通信狀態(tài)下長得足以使揚聲器靠近用戶的耳朵、話筒靠近用戶的嘴以及天線遠(yuǎn)離用戶的身體。希望天線遠(yuǎn)離用戶的身體的原因是，因為用戶的身體是一個大導(dǎo)體，會妨礙射頻信號的接收。使天線遠(yuǎn)離用戶有身體的一種特別有效的方法是在使用期間使天線從該設(shè)備主體伸展出來伸得很遠(yuǎn)。通過提供一種可折疊的、于保存且在主用通信方式下可伸展以得到最佳性能的天線，就可以在便于保存的設(shè)備中提供天線的高性能主用方式的操作。
這種可重新配置的通信設(shè)備所遇到的困難是要在備用方式下提供一個高性能的天線。該設(shè)備主體包括其內(nèi)的內(nèi)部電子電路在存放位置時通常處于天線的無功近場區(qū)內(nèi)。在天線無功近場區(qū)中的物體會降低設(shè)備(例如無線電話機)的備用性能，在備用方式下無線電話機接收尋呼信號、電子郵件或呼叫提醒信號。
據(jù)此，現(xiàn)在需要提供一種如下所述的天線，亦即在通信設(shè)備處于主用通信方式時該通信設(shè)備可被伸展開的情況下和在備用操作方式時該通信設(shè)備可被折疊的情況下該天線都具有高的性能特性。


圖1示出無線電話機處于展開的、主用通信位置時的前視圖；圖2示出圖1的無線電話機處于閉合的、折疊位置時的前視圖；圖3示出一個圖1所示的無線電話機的前機殼殼體、射頻(RF)印刷電路極、邏輯電路板和后機殼殼體的頂視分解投影圖；圖4示出一個表示前機殼內(nèi)部和活動蓋的局部頂視圖，并示意性地示出收發(fā)信機電路；圖5示出無線電話機天線組件的分解投影圖；圖6示出按照圖7的天線外殼的分解側(cè)視圖，其中的天線系統(tǒng)在閉合位置定向；圖7示出天線臂的取向及由此產(chǎn)生的電流，其中天線臂處于其充分展開的最長位置；圖8示出當(dāng)兩個殼體部分處于90°定向的位置時天線電流和場型；圖9示出天線組件處于完全折疊位置；
圖10示出說明天線在不同位置時的相對阻抗，以及如何實現(xiàn)阻抗的匹配的Smith圖；圖11示出說明無線電話機處于展開位置時無線電話機無線系統(tǒng)的阻抗的電路示意圖；及圖12示出說明無線電話機處于折疊保存位置時無線電話機天線的阻抗的電路示意圖。
一個無線電通信設(shè)備包括一個無線電信號源，它位于第一機殼部分內(nèi)。第二機殼部分的第一端可活動地支撐在第一殼體部分上，以使第一和第二殼體部分可重新配置成為展開位置和折疊位置。偶極子天線的第一臂位于第一殼體部分中，其第二臂位于第二殼體部分中。第一和第二臂各自有一端連接到無線電信號源。第一和第二導(dǎo)體被設(shè)置在第一和第二殼體部分之上，并且與第一和第二臂的各端形成電連接。當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw部分被折疊時，第一和第二導(dǎo)體容性地耦合，而當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw部分被展開時，這兩個導(dǎo)體間不是容性耦合。為此，天線的阻抗在打開和閉合位置基本上維持不變，從而能在兩種位置時適當(dāng)?shù)卣{(diào)諧天線。這樣就明顯地提高了閉合位置時的性能。
最初要注意的是，本發(fā)明的天線系統(tǒng)是以一個帶有活動蓋的無線電話機100(圖1)為例來說明的，從中可以看出本發(fā)明是特別有益的。然而，本發(fā)明應(yīng)用于彼此間相對移動的其他帶有天線和多殼體部分的無線通信設(shè)備也是有益的。鑒此，本文所用的“設(shè)備”指所有的這類無線通信設(shè)備。
內(nèi)含本發(fā)明的一個無線電話機100如圖1所示。這種無線電話機包括一個殼體102，它具有第一殼體部分101和第二殼體部分103。在圖示的實施例中，第一殼體部分101是無線電話機的主體，而第二殼體部分103是用樞軸連接在主體上的一個活動蓋。第二殼體部分103可以在圖1所示的主用通信期間的展開位置和圖2所示的備用模式下的閉合位置之間活動。
第一殼體部分101包括后殼體部分104和前殼體部分105，它們互連以確定內(nèi)部體積。第一殼體部分101可容納包括RF電路板315(圖3)和邏輯電路板314的電子電路。作為無線電信號源的收發(fā)信機電路415(圖4)設(shè)在邏輯電路板314上。收發(fā)信機電路用于發(fā)送和接收射頻信號，可以利用任何適當(dāng)?shù)纳逃檬瞻l(fā)信機電路來實現(xiàn)。鍵盤106(圖1)設(shè)在第一殼體部分101上，以便于用戶手動操作那些鍵盤上的鍵109(僅有部分的鍵是號碼鍵)，從而有選擇性地閉合各相應(yīng)的按鍵開關(guān)322(圖3)。
第二殼體部分103(圖1)在閉合時至少局部地遮蓋住鍵盤106。這個遮蓋還可以更長些以蓋住所有的鍵109。當(dāng)?shù)诙んw部分如圖2所示那樣閉合時，第二殼體部分可防止無意中誤操作由其蓋住的鍵109。另外，第二殼體部分可以在閉合時使無線電話機處于備用方式。
無線電話機100包括偶極子天線107，該天線的天線臂440(圖4)設(shè)在第一殼體部分中，天線臂441設(shè)在第二體部分中。天線臂440是由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料制成的，例如銅、銅合金、鋁合金等等。導(dǎo)體很薄并且具有蛇狀結(jié)構(gòu)，若將其支撐在第一殼體部分101的表面460(圖5)上，導(dǎo)體可以繞著鍵盤106的鍵109延伸。在具體的實施例中，天線臂440的電氣長度為λ/4。其他實施例可以采用其他諧振長度的偶極子，使臂440是λ/4的奇次整倍數(shù)。天線臂440的一端442由導(dǎo)體443連接到傳輸線417上。
板450(圖5)被附著在前殼體部分105的表面460上。該板可由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電體構(gòu)成，例如銅、銅合金、鋁或鋁合金。板450由導(dǎo)體461與饋電點442電連接。
擋板447具有與鍵109對齊的開口464，蓋住了天線臂440和板450。擋板447附著在前殼體部分105上，并且用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┗蚓o固件把前片殼體部分112固定在后片殼體部分111上。
第二殼體部分103包括前片殼體部分112和后片殼體部分111。前片殼體部分蓋住板451和天線臂441插入槽463中。
天線臂441的結(jié)構(gòu)與天線臂440基本相同。在最佳實施例中，天線臂441的電氣長度為λ/4(圖5)。其他實施例可以采用其他諧振長度的偶極子，使臂440為λ/4的奇次整倍數(shù)。天線臂441也具有蛇形的結(jié)構(gòu)。天線臂441由適當(dāng)?shù)纳逃谜澈蟿┵N在后片殼體部分111的槽463內(nèi)的表面462上。天線臂441的一端445由導(dǎo)體446連接到傳輸線417。導(dǎo)體443和導(dǎo)體446是可彎曲的條形導(dǎo)體，它把偶極子天線107連接到收發(fā)信機電路415(圖4)。天線臂440和天線臂441構(gòu)成了偶極子天線107。
天線臂441(圖5)的平面形狀與天線臂440相同，因而在第一殼體部分101和第二殼體部分103閉合時，這些導(dǎo)體彼此間形成鏡像。因此在這種閉合位置，天線臂440和天線臂441彼此間基本上平行并且對齊，也就是說，當(dāng)?shù)谝粴んw部分101和第二殼體部分103處于折疊位置時，這兩個天線臂是重疊的。
板451(圖5)由導(dǎo)體456連接在天線臂441的饋電點445上。該板被固定在后片殼體部分111的表面462上。板451由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料例如銅合金構(gòu)成。該板大體上是矩形的，并與板450的尺寸相同。
擋板447和前片殼體部分112是用適當(dāng)?shù)木酆喜牧侠缇厶妓嶂瞥傻模皻んw部分105，后殼體部分104，前片殼體部分112和后片殼體部分111都使用這種材料。所用的聚合材料具有適當(dāng)?shù)牡徒殡姵?shù)，并具有通用的構(gòu)造。
RF電路板315(圖3)和邏輯電路板314是印刷電路板。無線電話機100的收發(fā)信機電路415(圖4)裝在RF電路板315上。這些電路板被裝入第一殼體部分101中并且在通過諸如扣鎖連接器那樣的任何慣用手段裝配前殼體部分105和后殼體部分104時使電路板定位。一個振動器部件316被支撐在邏輯電路極314上，當(dāng)邏輯電路板314緊靠前殼體部分105時，振動器316接觸前殼體。
為了在無線電話機100上裝配天線部件，要把板450(圖5和圖6)固定在前殼體部分105的表面460上的位置452處。然后把天線臂440裝配到前殼體部分的表面460上并用導(dǎo)體461與板450連接，導(dǎo)體461可采用任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電體。擋板447可用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┚o固件等等固定在前殼體部分105上，把天線臂440和板450夾在中間。
板451被適當(dāng)?shù)恼澈蟿┗蚓o固件固定到后片殼體部分111的表面462上的位置453處。板451由456連接到天線臂441的饋電點445上。然后用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┌亚捌瑲んw部分112連接到后片殼體部分111上，把天線臂441和板451牢固地夾在它們中間。
天線臂440和天線臂441通過導(dǎo)體443和導(dǎo)體446以及傳輸線417與收發(fā)信機電路415形成電連接。
板450和板451的結(jié)構(gòu)大體上是矩形的平板部件。在裝配時使板的位置垂直對齊，從而在活蓋處于圖2所示的閉合位置時形成電容耦合。然而，為了便于在前殼體部分105和前片體部分112上定位，這些板也可以采用任何適當(dāng)?shù)男螤睢?br> 在操作中，當(dāng)?shù)谝粴んw部分101和第二殼體部分103被展開到圖1所示的打開位置時，天線臂440和天線臂441被展開成圖7中所示的位置。為了達(dá)到最佳性能，天線臂440和天線臂441最好是排列在同一平面上。在這種位置上，把圖7所示結(jié)構(gòu)的偶極子天線的阻抗RL(圖11)選擇在50至75歐姆的范圍內(nèi)，該阻抗等于信號源阻抗RS和傳輸線417的阻抗。電流I1(圖7)、I2和I3是共線的，并且方向基本一致，而各個天線臂的反應(yīng)近場則主要在空間。當(dāng)臂沒有完全展開但彼此的位置間有一個接近120—180度的角度時，這種偶極子天線的性能仍然很好。
另一方面，如果在諸如個人通信裝置那樣的設(shè)備中使用這種天線系統(tǒng)，其中臂之間彼此相對形成大約90°角的位置，則臂的排列就形成圖8所示的情況。在該位置上，板450和板451不能偶合。盡管天線性能在該位置處下降，但天線的阻抗也不會明顯地改變，即使不增加電容，性能仍是良好的。在該位置處，電流I1、I2和I3不是共線的。然而，其排列方向不會使其各自的作用相互抵消。
為了縮小裝有偶極子天線107的無線通信設(shè)備的實際尺寸，例如把設(shè)備改換成存放位置，第二殼體部分103被轉(zhuǎn)動到閉合的存放位置如圖2所示。當(dāng)?shù)谝粴んw部分101和第二殼體部分103處于圖2所示的完全閉合位置時，天線臂440和天線臂441按圖9所示情況排列。天線臂之間的間隙是介電材料的擋板447的厚度再加上介電材料的前片殼體部分112的厚度。
在圖9所示的完全閉合位置，天線的有效性會降低。電流I1和I3與電流I2正交，而電流I1和I3實際上彼此抵消。發(fā)射能量的電流僅剩下電流I2。天線的電流產(chǎn)生部分的這一較小有效長度使得偶極子天線107的輻射電阻RL′(圖12)降到3—10歐姆的很小的值。這表示與傳輸線417形成嚴(yán)重的電阻失配，傳輸線417的電阻是50—75歐姆，它是用于在完全展開位置上匹配天線臂的阻抗的。除了電阻分量有很大區(qū)別之外，由傳輸線，偶極子天線的臂以及介于二者之間的介電材料會產(chǎn)生一個大電感L(圖12)。介電材料是由天線之間的部件，也就是擋板447和前片殼體部分112提供的。在存放位置，電阻的差異及附加電感的作用會使天線性能下降。
電容C(圖12)是由板450(圖5)和板451的電容偶合構(gòu)成的，板450和451位于鉸鏈420近旁并且連接到天線部分的信號源端，僅當(dāng)偶極子天線107處于圖2所示的存放位置時，才與天線阻抗相并聯(lián)。增加的這個電容與天線電阻RL′和電感L并聯(lián)，構(gòu)成與傳輸線417相匹配的合成阻抗。選擇具有所需介電常數(shù)和厚度的絕緣材料，并且選擇板之間接近的近似，就可以使偶極子天線在打開和閉合位置具有基本相同的阻抗特性，這種選擇是通過選擇擋板447和前片殼體部分112的厚度來控制的。這樣就明顯地改善了天線在閉合位置處的性能。
圖10的Smith圖表描繪了感抗變換為希望的阻抗，在點Z4處為50歐姆。Z4的阻抗是傳輸線的阻抗，希望天線的阻抗與傳輸線的阻抗相匹配。在圖1的打開位置，偶極子天線107的阻抗RL是50歐姆。在圖2的閉合位置，沒有絕緣擋板447和活蓋殼體部分142以及電容板450和451，天線阻抗會變?yōu)?至10歐姆左右。該點由Z2表示。如果沒有擋板447和前片殼體部分112的絕緣材料，偶極子天線在閉合位置的阻抗值就是Z2，因而不能由并聯(lián)元件補償。
由于擋板447和前片殼體部分112的絕緣材料位于臂440和441之間，天線阻抗在閉合位置達(dá)到Z3。按照這些材料的介電常數(shù)來選擇擋板447和前片殼體部分112的絕緣材料的厚度，可以把偶極子天線的阻抗值移到Z3。適當(dāng)?shù)剡x擇Z3，就可以通過連接在偶極子天線臂的饋電點上的并聯(lián)電容使阻抗恢復(fù)成Z4，從而把偶極子天線加載到饋電點上。這種并聯(lián)負(fù)載是由板450和板451形成的，它們僅在活蓋關(guān)閉時彼此間形成電容偶合，并且連接到偶極子天線臂各自的饋電點上。
由此可見，本發(fā)明揭示了一種能在閉合位置提高性能的天線。這種改進(jìn)的特性是由加載到偶極子的饋電點上的電容器產(chǎn)生的，并且僅在活蓋關(guān)閉時才連接這個電容器。在打開位置，板與板沒有耦合，并且不影響天線臂的阻抗。對電容板之間的絕緣材料的厚度和介電常數(shù)進(jìn)行選擇，從而在天線處于閉合位置是產(chǎn)生特定的阻抗。
權(quán)利要求
1.一種無線電通信設(shè)備，其特征在于，包括一個無線電信號源；第一殼體部分，無線電信號源裝在第一殼體部分內(nèi)；第二殼體部分，該第二殼體部分的第一端可活動地支撐在第一殼體部分上，使第一和第二殼體部分可改形為展開位置和折疊位置；一個偶極子天線，其第一臂裝在第一殼體部分內(nèi)，其第二臂裝在第二殼體部分內(nèi)，所述的第一和第二臂各自的一端連接到無線電信號源；以及第一和第二導(dǎo)體，位于第一和第二殼體部分上，與所述的第一和第二臂的各自相應(yīng)的一端電相連接，當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw部分處于折疊位置時，第一和第二導(dǎo)體形成電容性耦合，而當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw部分展開時，第一和第二導(dǎo)體不被電容性地耦合。
2.按照權(quán)利要求1的無線電通信設(shè)備，其特征在于，還包括一個鉸鏈，用以連接第一和第二殼體部分，使第一和第二殼體部分在折疊位置和展開位置之間活動。
3.按照權(quán)利要求2的無線電通信設(shè)備，其特征在于，所述的第一和第二臂各自有一個連接無線電信號源的饋電點，并且上述第一和第二導(dǎo)體連接在第一和第二臂各自的饋電點上。
4.按照權(quán)利要求3的無線電通信設(shè)備，其特征在于，所述的第一和第二導(dǎo)體分別由第一和第二板構(gòu)成，并且饋點靠近鉸鏈。
5.按照權(quán)利要求4的無線電通信設(shè)備，其特征在于，所述的第一和第二臂排列在第一和第二殼體部分上，當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw部分處于折疊位置時，使二臂縱向?qū)R。
6.按照權(quán)利要求1的無線電通信設(shè)備，其特征在于，所述的第一殼體部分包括多個鍵。
7.按照權(quán)利要求6的無線電通信設(shè)備，其特征在于，第二殼體部分是一個至少蓋住一部分鍵的活蓋。
8.按照權(quán)利要求1的無線電通信設(shè)備，其特征在于第一殼體部分包括至少一個位于第一和第二板之間的絕緣件，用于選擇由第一和第二板增加到偶極子天線上的電容。
9.按照權(quán)利要求8的無線電通信設(shè)備，其特征在于，上述至少一個絕緣件包括第一絕緣件和第二絕緣件，包含第一絕緣件的第一殼體部分，以及包含第二絕緣件的第二殼體部分，其中的第一和第二絕緣件位于第一和第二板之間，用于選擇由第一和第二板增加到偶子天線上的電容。
10.按照權(quán)利要求9的無線電通信設(shè)備，其特征在于還包括鍵，其中所述的第一絕緣件是一個前片殼體部分，所述的第二絕緣件是圍繞上述鍵的一個面板。
全文摘要
無線電通信設(shè)備包括無線電信號源(415)，位于第一殼體部分(101)內(nèi)。第二殼體部分(103)有一個可活動地支撐在第一殼體部分上的第一端，以使殼體部分能在展開位置和折疊位置之間運動。偶極子無線(107)的第一臂(440)位于第一殼體部分內(nèi)，第二臂位于第二殼體部分內(nèi)。各臂都有一端連接到信號源。板(450，451)被裝在第一和第二殼體部分上，并與天線臂連接，在殼體部分折疊時在板之間形成電容耦合；當(dāng)殼體部分展開時，板之間沒有電容耦合。
文檔編號H01Q1/36GK1130854SQ9511626
公開日1996年9月11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)明者詹姆斯·P·菲利普, 埃里克·L·羅伊·克倫茲 申請人:摩托羅拉公司