專利名稱：雙作用天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于移動站的雙作用天線結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中一個(gè)元件是可伸縮鞭狀天線。
可伸縮鞭狀天線是公知的這種結(jié)構(gòu)。如果天線結(jié)構(gòu)另外包括一個(gè)第二輻射元件，它通常是設(shè)備外殼之外的元件，明顯短于鞭狀元件。這種雙作用天線在相同申請人的早期專利申請F(tuán)I991359中所公開了，該天線在一個(gè)工作狀態(tài)下完全位于設(shè)備外殼內(nèi)部。該結(jié)構(gòu)在

圖1中圖示。它包括一個(gè)接地平面110，輻射平面元件120，饋電導(dǎo)線102和一個(gè)短路導(dǎo)線103，這些構(gòu)成了整個(gè)天線的PIFA(平面倒F天線)型部分，位于無線電設(shè)備外殼內(nèi)部。該平面元件120其中具有縫隙125，其形狀使得平面天線的諧振頻率與所需要的相同。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)鞭狀元件130，在其底部有著連接零件131。當(dāng)鞭狀在其下面位置時(shí)，它具有與PIFA部分的不明顯耦合。當(dāng)鞭狀在其上面位置時(shí)，連接零件131在縫隙125兩側(cè)與平面元件120電流接觸，以便該縫隙變成短路。短路縫隙明顯增加了平面天線的諧振頻率，由此當(dāng)鞭狀在拉出位置時(shí)該平面天線在工作頻帶內(nèi)不起天線作用。鞭狀元件大小設(shè)計(jì)得在相同工作頻帶內(nèi)起單極天線的作用，由此替代內(nèi)部平面天線。平面元件120的任務(wù)則是起鞭狀饋電線路一部分的作用，并且作為鞭狀的阻抗匹配元件。該P(yáng)IFA也可以設(shè)計(jì)得具有兩個(gè)頻率，以便在其上面位置鞭狀元件改變例如PIFA較低諧振頻率，以此方式只有拉出的鞭狀起較低工作頻率輻射元件的作用。PIFA的導(dǎo)電平面則起較高工作頻率輻射元件的作用。另一方面，拉出的鞭狀元件剛好使較低工作頻率上的天線工作更有效而不改變PIFA的諧振頻率。
本發(fā)明的基本思路如下一個(gè)天線結(jié)構(gòu)包括位于移動站機(jī)殼內(nèi)的一個(gè)天線，一個(gè)開關(guān)和一個(gè)相對前面兩者可運(yùn)動的鞭狀天線。內(nèi)部天線包括兩個(gè)元件，其一個(gè)連接到整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)體，而另一個(gè)通過一個(gè)短路導(dǎo)體連接到信號地。當(dāng)鞭狀元件收縮時(shí)，所說開關(guān)彼此電流連接內(nèi)部天線的元件。然后，僅該內(nèi)部天線處于使用中，而鞭不具有實(shí)際意義。當(dāng)該鞭狀元件伸出時(shí)，其較低端通過該開關(guān)使內(nèi)部天線的元件彼此斷開，而該鞭狀元件本身在連接天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)體端同那個(gè)元件串聯(lián)連接。這樣所述鞭和元件串聯(lián)連接起一個(gè)輻射器的作用，而內(nèi)部天線的短路元件不具有實(shí)際意義。此外，該串聯(lián)連接的內(nèi)部元件提供了鞭狀元件的匹配。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。鞭狀元件的長度的選擇可相對地自由。這是由于這樣一個(gè)事實(shí)，即借助于與鞭狀元件串聯(lián)連接的內(nèi)部天線元件，該結(jié)構(gòu)的電長度例如可以做成1/4波長或3/4波長。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)以上所述，不需要單獨(dú)的機(jī)械零件或部件用來匹配鞭狀元件。本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)制造相對簡單和便宜。
圖2表示按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的例子。天線結(jié)構(gòu)200包括一個(gè)平面第一元件220和平面第二元件230，鞭狀元件240和一開關(guān)SW。在該例子中，天線結(jié)構(gòu)還包括一接地平面210。第一元件220包括兩個(gè)始于該元件邊緣的縫隙225和226使第一元件形成包含兩個(gè)套用環(huán)路的導(dǎo)電帶。該帶包含6個(gè)矩形拐角，使得當(dāng)沿帶向前運(yùn)動時(shí)，外部環(huán)路的旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部環(huán)路的旋轉(zhuǎn)方向相反。在點(diǎn)F與導(dǎo)電帶另一端電流接觸處具有整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)線202。圖2描述的例子中的第二元件230是一個(gè)在與第一元件相同平面上的直導(dǎo)電帶。在另一端的G點(diǎn)，圖2的第二元件上端連接地導(dǎo)線203，它將第二元件連接到信號接地210。
當(dāng)從接地點(diǎn)G看第二元件的外端和當(dāng)從饋電點(diǎn)F看第一元件的外端彼此相當(dāng)靠近。在鞭狀元件為收縮的工作模式時(shí)，即在較低位置時(shí)，開關(guān)SW內(nèi)連上述的兩端，這些端彼此靠近使得形成第一和第二元件的導(dǎo)電帶串聯(lián)連接在天線饋電導(dǎo)線202和203之間。內(nèi)部天線的基本諧振頻率取決于饋電和接地點(diǎn)之間導(dǎo)體的總長度。在圖2的典型結(jié)構(gòu)中，存在一個(gè)延長部分221，當(dāng)從饋電點(diǎn)F看時(shí)，朝向在兩個(gè)拐角之后的第一元件內(nèi)部環(huán)路的饋電點(diǎn)。這個(gè)和接地平面210在所希望的位置給內(nèi)部天線一個(gè)第二較高的工作頻帶。通常，平面元件和它們的部分的形狀，它們的相互的電磁耦合及與接地平面的距離確定內(nèi)部天線的頻帶特征，例如頻帶數(shù)值和帶寬。
鞭狀元件240沿其軸可移動。在較低位置它和它的連接部分是與所有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)元件絕緣的而且對天線結(jié)構(gòu)的另外部分沒有明顯的耦合。在圖2，鞭狀元件表示為其較上面的位置，即伸展位置。在這個(gè)位置，鞭狀元件較低端上的連接部分241保持開關(guān)SW打開以便使上述的平面天線的導(dǎo)電帶在第一和第二元件之間被斷開，而平面天線不能單獨(dú)起輻射器的作用。而代之以鞭狀元件起輻射器作用。它是通過鞭狀天線和開關(guān)SW觸點(diǎn)彈簧的連接部分241與第一元件220電流接觸。這種安裝提供了鞭狀元件的饋電和阻抗匹配。與第一元件一起鞭狀元件形成諧振在工作頻率上的一個(gè)實(shí)體。該實(shí)體的電長度可配置為等于四分之一波長或四分之三波長。在所有情況下鞭狀元件自身的長度是可選擇的，因?yàn)槠ヅ淇梢酝ㄟ^定第一元件220的尺度來實(shí)現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)部分的“較低端”在本說明書和權(quán)利要求中表示鞭狀元件推入方向的最外端并且與設(shè)備的工作位置無關(guān)。同樣地，結(jié)構(gòu)部分的“較高端”指與較低端相反的端。
在圖2的例子中平面元件220和230是通過例如電介質(zhì)框架附著到接地平面210上的剛性導(dǎo)電板。該元件還可以是例如印刷電路板或陶瓷表面上的導(dǎo)電區(qū)域。
圖3a-d表示按本發(fā)明用于改變天線結(jié)構(gòu)工作模式轉(zhuǎn)換功能的一個(gè)例子。圖3a和3b說明鞭狀元件收縮狀態(tài)。圖3a中從上觀看開關(guān)SW，而圖3b中從平面元件和接地平面之間觀看開關(guān)SW。開關(guān)SW包括一個(gè)接觸彈簧251和一個(gè)突出的開關(guān)252。接觸彈簧251通過它的較低端附著到第一元件220的突出物253上。突出的接觸面252是第二元件230的突出物。接觸彈簧的較上端對突出的接觸面252施加一彈力，產(chǎn)生在第一和第二元件之間一個(gè)穩(wěn)定的電流接觸。鞭狀元件240置于由第一和第二元件限定的矩形端的外邊，與所說的元件和開關(guān)絕緣。圖3c和3d說明鞭狀元件伸出的狀態(tài)。鞭狀元件較低端上的連接部分241則置于電介質(zhì)支撐塊206和接觸彈簧251之間。這個(gè)空間是如此之窄使連接部分241相對接觸彈簧的彎曲處壓入，這樣將接觸彈簧的較上端與突出的接觸面252斷開。這樣內(nèi)部的平面天線環(huán)打開，而另一方面，鞭狀元件連接到第一元件220。
圖4表示按本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。結(jié)構(gòu)400包括一個(gè)印刷電路板408，一個(gè)第一元件420，一個(gè)第二元件430，一個(gè)鞭狀元件440和一個(gè)開關(guān)SWI。第一和第二元件是印刷電路板408表面上的導(dǎo)電帶使得當(dāng)開關(guān)SWI使其彼此電流接觸時(shí)它們形成一個(gè)矩形環(huán)狀天線。在所述的例子中，環(huán)的饋電點(diǎn)是放置在矩形較低長邊的中間，天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)體402和403連接至此。其中，饋電導(dǎo)體402連接到第一元件420的終端而在另一點(diǎn)連接到信號地的另一導(dǎo)線403連接到第二元件430的終端。開關(guān)SWI是在印刷電路板408的邊緣上，在環(huán)形天線的一個(gè)較短邊上的一個(gè)部件。當(dāng)鞭狀元件440是在較低位置時(shí)按照圖4印刷電路板上的環(huán)形天線是完備的。在開關(guān)部件SWI的外側(cè)有一導(dǎo)電接觸觸頭455，它可以壓入開關(guān)部件內(nèi)。當(dāng)鞭狀元件伸出時(shí)，在其較低端的連接部分441壓向接觸觸頭455從而第二元件與第一元件斷開而鞭狀元件與第一元件串聯(lián)連接。這樣鞭狀元件通過第一元件饋電同時(shí)該第一元件按照本發(fā)明對鞭狀元件起匹配元件的作用。
圖5表示按照本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)頻率特性的一個(gè)例子。該圖示有兩個(gè)曲線51和52。曲線51代表當(dāng)鞭狀元件收縮時(shí)天線結(jié)構(gòu)反射損耗RL作為頻率的函數(shù)。而曲線52表示當(dāng)鞭狀元件伸出時(shí)反射損耗。反射損耗越小，即曲線越低，天線的輻射和接收效率越高。兩條曲線包括兩個(gè)低于-6dB的“低點(diǎn)”，這意味著所說的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得可工作在兩個(gè)頻帶。較低工作頻帶是800-900MHz區(qū)域，而較高工作頻帶是1.8GHz以上。比較曲線我們可以看出拉出鞭狀元件明顯地改善天線結(jié)構(gòu)在兩個(gè)工作頻帶的特性。在較低工作頻帶的大部分反射損耗減少了10dB還多。在較高工作頻帶帶寬明顯增加和反射損耗大大地減小。所示的結(jié)果對像圖2所示的天線結(jié)構(gòu)是有效的。
圖6a和b表示具有按本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)移動站(MS)。該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)天線620，630位于移動站機(jī)殼內(nèi)。圖6a中鞭狀元件640是壓入移動站機(jī)殼內(nèi)，而圖6b它是從機(jī)殼拉出的。在后者狀態(tài)，按照圖2到4鞭狀元件與內(nèi)部的天線元件620有一連接。
以上已描述了按本發(fā)明的某些天線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不將天線元件的形狀和天線開關(guān)的實(shí)現(xiàn)限制到這些特定的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明也不限制該天線的制造方法和使用的材料。在獨(dú)立權(quán)利要求1所限定的范圍內(nèi)可以用不同方式應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思。
權(quán)利要求
1.一種天線結(jié)構(gòu)包括一個(gè)信號地，一個(gè)射頻設(shè)備的內(nèi)部天線和一個(gè)相對內(nèi)部天線可運(yùn)動的鞭狀元件，其特征在于內(nèi)部天線包括一個(gè)第一元件(220；420)連接到天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)體(202；402)和一個(gè)第二元件(230；430)連接到信號地，天線結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)開關(guān)(SW；SWI)，當(dāng)鞭狀元件(240；440)收縮在射頻設(shè)備內(nèi)時(shí)，它電流地內(nèi)連第一和第二元件，而當(dāng)鞭狀元件伸出時(shí)，斷開第一和第二元件和電流地將第一元件和鞭狀元件連接以便饋電和匹配鞭狀元件。
2.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于第一(220)和第二(230)元件是基本在同一平面上的平面元件，因此內(nèi)部天線是一平面天線。
3.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于內(nèi)部天線是一環(huán)形天線。
4.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于開關(guān)包括一個(gè)以固定方式附著到第一元件的接觸彈簧(251)和一個(gè)第二元件中的突出的開關(guān)(252)。
5.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于伸出的鞭狀元件與第一元件一起設(shè)計(jì)為基本諧振在至少與內(nèi)部天線一個(gè)相同的頻率上。
6.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于第一(220)和第二(230)元件是剛性導(dǎo)電元件。
7.按權(quán)利要求1的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于第一(420)和第二(430)元件是在電介質(zhì)板的表面上的導(dǎo)電區(qū)域。
8.一個(gè)天線射頻設(shè)備(MS)具有一個(gè)天線結(jié)構(gòu)，該天線結(jié)構(gòu)包括一個(gè)接地平面，一個(gè)射頻設(shè)備的內(nèi)部天線和一個(gè)相對內(nèi)部天線可移動的鞭狀元件，其特征在于內(nèi)部天線包括一個(gè)連接到天線結(jié)構(gòu)饋電導(dǎo)體的第一元件(620)和一個(gè)連接到信號地的第二元件(630)，該天線結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)開關(guān)，當(dāng)鞭狀元件收縮在射頻設(shè)備內(nèi)時(shí)，它使第一和第二元件電流地內(nèi)連，而當(dāng)鞭狀元件伸出時(shí)，斷開第一和第二元件連接，并且將第一鞭狀元件電流連接以便饋電和匹配鞭狀元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙作用天線結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)在移動站外殼內(nèi)的天線,一個(gè)開關(guān)(SW)和一個(gè)相對前面兩者可運(yùn)動的鞭狀元件(240)。內(nèi)部天線包括兩個(gè)元件,其第一個(gè)(220)連接到整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的饋電導(dǎo)體(202),而第二個(gè)連接到信號地(203,210)。當(dāng)鞭狀元件收縮時(shí),開關(guān)電流連接內(nèi)部天線的元件。這樣僅內(nèi)部天線起作用,而鞭不具有實(shí)際意義。當(dāng)鞭狀元件伸出時(shí),其較低端通過該開關(guān)斷開內(nèi)部天線的元件,而鞭狀元件本身同第一元件串聯(lián)連接。這樣,由鞭和第一元件的串聯(lián)連接(240,220)提供一個(gè)輻射元件,而內(nèi)部天線的短路元件(230)不具有實(shí)際意義。該第一元件還提供了鞭狀元件的匹配。該天線結(jié)構(gòu)可具有一個(gè)或多個(gè)工作頻帶。在按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中,鞭狀元件長度的選擇可相對地自由,這是由于該結(jié)構(gòu)的電長度總是可通過與鞭狀元件串聯(lián)連接的內(nèi)部天線元件適宜地制作。
文檔編號H01Q9/04GK1351391SQ01137529
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月27日
發(fā)明者J·米科拉, S·塔瓦斯 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司