CN1214485C - 天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过将小型环形天线的尺寸减小而制成一种能够容纳于小型便携式接收机内的天线装置。通过将非直线形的第一、第二导体与接地导体相连，以及将上述的第一、第二导体与第三导体相连，便制成了该小型天线装置。
Description
技术领域：
本发明涉及一种小型化的环形天线，尤其涉及一种通过使用接地导体而实现小型化的天线装置。
背景技术：
迄今为止，在众多的天线装置中，小型化环形天线已经得以广泛的应用，其中，当如图14所示的单波长环形天线部件1的物理尺寸减小而不改变其电容量的条件下，如图15所示，通过使用接地导体3，环形天线部件1a便得以小型化而变为半波长型。此环形天线部件1a的一端用作短路部分4，其另一端被用作馈送部分2。通过半波长型环形天线部件1a和短路部分4，馈送部分2将电能供给接地导体3，从而，该环形天线部件1a的物理长度大致能减至一半。
图16所示为如上所述的具体的天线装置。如图16所示，具有近似U形的半波长型环形天线部件1a的一端与馈送部分2相连，短路部分4与接地导体3相连。该近似为U形的半波长型环形天线部件1a由线性导体制成，且包括一个形成于5L和5R导体之间的线性导体制成的第三导体6，该第三导体6被配置成平行于接地导体3。
参照图16，该天线装置具有如下的规格尺寸。线性导体6a的长度为80毫米(mm)，5L和5R导体的高度均为40mm，即使用在通过便携式电话等能接收通信讯号的800MHz波段上。当该天线装置用作设于便携式接收机或其它考虑小型化的装置上的内置天线装置时，其物理尺寸偏大。因此，这种天线装置越来越难于插置于便携式接收机或其它设备的壳体内。
如图17所示，当使用符合PCMCIA(个人电脑储存卡国际协会)标准的PC卡9时，该卡被***笔记本尺寸大小的电脑(下文称作笔记本电脑)的PC卡槽8中。该PC卡也可用于如LAN(局域网)和携带式电话机等设备中。
这种PC卡9包括一个无线电通信天线部分10。当利用该PC卡9实现无线电通信时，可以采取如图18所示的设置，即在天线部分10上垂直设置有一个天线部件1，或者采取如图19所示的设置，即在天线部分10的卡基片上形成一个具有曲折形图案的天线部件1。
然而，在图18所示的天线中，每次使用PC卡时都应将天线竖起，而且，由于在将PC卡9***笔记本电脑7中时，天线明显突出于笔记本电脑7的外部，从而降低了笔记本电脑7的可携带性和可操作性。
尽管图19所示的天线具有节省空间的良好特点，但仍然存在缺点，即在PC卡***到笔记本电脑7的PC卡槽8时，天线部分易受到笔记本电脑7的影响，并导致接收灵敏度降低。而且，与图18所示的天线装置相类似，当将PC卡***到笔记本电脑7中时，天线部分10明显地突出于笔记本电脑7的外部，也会降低笔记本电脑7的可携带性和可操作性。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提出一种天线装置，借助于使包括天线装置的环形天线部件小型化，该装置能设置于合适工具内，上述工具包括小型移动通信携带式电话机壳体和PC卡等。
根据本发明的一个方面，这里提供一种一个波长闭环天线装置，其特征在于，包括：一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
根据本发明的另一个方面，这里提供一种包括一个波长闭环天线装置的便携式无线电接收机，其特征在于，该天线装置包括：一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
根据本发明的再一个方面，这里提供一种包括一个波长闭环天线装置的便携式无线电通信PC卡，其特征在于，该天线装置包括：一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
根据本发明的又一个方面，这里提供一种便携式无线电接收机，其特征在于，包括：一种一个波长闭环天线装置，该天线装置包括：一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交；和一个外部连接器，用于将所述的便携式无线电接收机与一个预定的外部设备相连接，其中所述的天线装置围绕所述外部连接器的外部而设置。
附图说明：
图1A和1B为本发明的一个实施例中的天线装置的透视图，参照该图可对本发明的工作原理予以解释；
图2A-2D为本发明的另一实施例中的天线装置的平面图和透视图；
图3A和3B为本发明的又一实施例中的天线装置的透视图(I)；
图4A-4C为本发明的再一实施例中的天线装置的透视图(II)；
图5A和5B为本发明的天线装置的连接状态的透视图；
图6A和6B为本发明的天线装置的另一连接状态的透视图(I)；
图7A和7B为本发明的天线装置的另一连接状态的透视图(II)；
图8为本发明的天线装置的另一连接状态的透视图(III)；
图9A和9B为本发明的天线装置的另一连接状态的透视图(IV)；
图10A-10C为本发明的天线装置的另一连接状态的透视图(V)；
图11A和11B为环形天线的频率-电压驻波比(VSWR)特性曲线图(I)；
图12A和12B为环形天线的频率-电压驻波比(VSWR)特性曲线图(II)；
图13为环形天线的天线辐射增益图表；
图14为现有技术中的单波长环形天线的示意图；
图15为现有技术中的小型化单波长环形天线的示意图；
图16为现有技术中的小型化环形天线的透视图；
图17为现有技术中***笔记本电脑的PC卡的透视图；
图18为现有技术中与PC卡配套使用的天线装置的透视图(I)；
图19为现有技术中与PC卡配套使用的天线装置的透视图(II)。
具体实施方式：
下面，将参照附图对本发明的天线装置的实施例予以说明，其中，与图14-19中的部件相对应的部件采用相同的附图标记。
图1A和1B为本发明实施例中的天线装置的透视图。如图1A所示，5L和5R由钢琴丝或磷青铜等线性导体制成的螺旋形的导体构成。第一螺旋形导体5L与馈送部分2相连，该馈送部分2位于接地导体3的一端上。第二螺旋形导体5R的一端焊接在接地导体3的短路部分4上，因而保持地电位。
在第一、第二螺旋形导体5L和5R的两开放端之间设置一个非线性(弯曲)的第三导体6a，该导体具有合适的形状，如将钢琴丝、磷青铜或线性导体线弯曲成曲折形、梳形、锯齿形和正弦波形等。第三导体6a制成大致平行于接地导体3的主表面的弯曲平行部分，并且按垂直于连接第一、第二导体5L和5R的螺旋形的中心的直线(相当于图6中所示的第三导体6)的方向弯曲延伸。图1A中表示出的第三导体形似曲折线。第三导体6a的相应末端通过焊接或接触方式与第一、第二导体5L和5R的开放端相连。第一导体5L、第三导体6a，以及第二导体5R整体上形成一U形结构，第二导体5R的另一端被接地到接地导体的短路部分4，第一导体5L的另一末端与馈送部分2相连且将电能从馈送部分2提供给短路部分4，从而形成天线装置11。
在上述的天线装置中，依据可接收频率波段，可以确定那些确定天线部件的长度的参数，如曲折第三导体6a的次数、曲折部分间距、弯曲半径、弯曲数量以及第一、第二导体5L和5R的间距和高度等。
与图16所示的传统天线相类似的800MHz波段的小型环形天线的相关部分尺寸能得以极大地减小而变为如图1A所示情形。第一导体5L的螺旋形部分的直径为4mm，第一、第二导体5L和5R的高度均为6mm，第三导体6a的曲折部分的宽度为6mm，该曲折部分的长度为35mm。
在具有上述结构的天线装置11中，当第三导体6a的相应端与第一、第二导体5L和5R的相应端相连时，该第三导体6a便沿着连接第一、第二导体5L和5R相应基底的圆周的中心的直线而设置。第三导体不总是设置在连接那些中心的连线上，它也可设置在略远的位置上，而且，其两端与第一、第二导体5L和5R的开放端可通过适宜的构件如导体连接。螺旋形导体5L和5R不能制成死芯而缠绕在安装于接地导体3上的绝缘棒上。
另外，如图1A所示，当接地导体3的馈送部分2和短路部分4设置在同一接地导体3上时，这些部件不必设置在同一接地导体3上。
图1B所示为第三导体6a是由以曲折形式形成为一带状或薄片状导体如铜箔或铜片形成的曲折状导体，并与第一、第二导体5L和5R的开放末端相连。此装置剩余部分与图1A所示装置的相应部分相同。
图2A、2B、2C为本发明的另一天线装置。第一、第二导体5L和5R和第三导体6a由带状或薄片状部件形成，上升部5L和5R以及平行部6a的制作间距不同，通过压缩等适宜的手段整体上形成为曲折状，第三导体6a的相应末端如虚线所示沿向上或向下弯成直角的方式形成大致U形，从而形成天线装置11。
在该实施例中，当为了形成如图2B所示的螺旋形的第一、第二导体5L和5R而需将图示实心圆部分12朝图的上方弯曲，将X标记部分13向图的下方弯曲时，便能够形成图中箭头A所示的螺旋状导体5L和5R。
图2C为根据与图2A、2B中类似的方法弯曲线性导体而形成的天线装置的透视图。
图2D中的“a”“b”“c”为除了曲折状(梳状)之外的多种形状的非线性(弯曲部分)部分的平面图，当第一、第二导体5L和5R和第三导体6a如图2A所示一体地形成时，可以改变上述所列形状。图2D中“a”为非线性导体形成Z字状(三角部分)部分的实例，图2D中“b”为非线性导体形成锯齿状部分的实例，图2D中“c”为非线性导体形成正弦波状部分的实例。在本发明的说明中，假设非线性部分形状为曲折状部分，它包括图2D中“a”“b”“c”三个情况。
图3A和3B为本发明的天线装置11的另一实施例。图3A为第一、第二导体5L和5R和第三导体6a都一体形成薄片状导体或曲折线形状的导体，并嵌入到便携式接收机的预设绝缘部件15上，或者附加到或组合到该绝缘部件15上，销钉部分16，16与第一、第二导体5L、5R一体地形成，销钉部分16的末端与接地导体3的馈送部分2和短路部分4相连。
图4A-4C为本发明的天线装置的另一实施例。图中表示出的第三导体6a是由作为线性平行部分的线性导体形成，其中，该第三导体6a连接在由参照图1A所述的线性导体形成的第一、第二导体5L和5R开放端之间。其它设置与图1A中相类似。
在这种天线装置11中，通过将线性第三导体6a的相应末端和螺旋状的第一、第二导体5L和5R各末端电连接或者焊接，使得第三导体、第一和第二导体三者之间结合成一体，另外，上述装置可以用如单根钢琴丝或磷青铜等线性导体制作。
在上述的天线装置中的1.8GHz波段的小型环形天线装置中的相应部分尺寸与类似的传统的环形天线装置(参照图16)相比可大大减小，结果导体5L和5R的螺旋状部分的直径为4mm，第一、第二导体5L和5R的高度为8mm，第三线性导体的长度为30mm。
图4B为第一、第二导体5L和5R和第三导体6a不为线性部分而为带状部分的实例，通过压制处理如磷青铜等薄片状导体，形成具有U形的一体的天线装置11。
图4C中表示出第一、第二导体5L和5R由螺旋形的线性导体形成，而被压制成带状部分的第三导体6a的相应端分别连接到第一、第二导体5L和5R的开放端上。
图4B和4C中所示的带状导体的宽度可依据使用该天线装置的便携式接收机的可接收频率范围而定。
图5A和5B表示出将具有上述结构的天线装置安装到如便携式电话等便携式接收机的基片17上的情形。在图5A所示的实施例中，该天线装置11与基片相连以便包围住便携式接收机的外部连接器18，螺旋状第一、第二导体5L和5R的每一末端通过焊接分别被连接到基片17上的馈送部分2和短路部分4上，或者在其自身的弹力作用下，导体5L和5R的末端分别与馈送部分2和短路部分4相接触。在该实施例中，当便携式接收机为便携带式电话机等时，外部连接器18也可用作如外部天线的连接插头。
在图5B所示的实施例中，第一、第二导体5L和5R被设置在外部连接器18中，该螺旋状导体5L和5R的各末端分别焊接在基片17上的馈送部分2和短路部分4上，其螺线部分被***设置在外部连接器18上的通孔18a、18b中，而线性第三导体6a则设置在外部连接器18表面上。
图6A和6B为将上述天线装置安装在如携带式电话机等便携带式接收机中的一实施例，在此实施例中，通过用双面胶带或设于壳体19上的锁定部件，将天线装置安装在壳体19的内部。通过焊接等适宜方式或依靠导体5L和5R的螺旋状部分自身的弹力作用，使天线装置与形成在基片17上的馈送部分2和短路部分4接触并保持电连接。
图7A和7B为将上述天线装置安装在如携带式电话机等便携式接收机中的另一实施例。在该实施例中，由薄片状导体制成的曲折状和线形(矩形)第三导体6a通过适宜的方式(如用双面胶带或壳体19上的钩状物等)紧固到便携式接收机的壳体19上，该第3导体6a的末端部分则与第一、第二导体5L和5R的相应末端部分接触并电连接，其中导体5L和5R是利用焊接等适宜方式被紧固在便携式接收机基片17上的馈送部分2和短路部分4上。
图8、图9A和9B以及图10A-10C所示天线装置均为装配在如图17-19所述的用于笔记本电脑PC卡9上的天线装置。在图8中，无线电通信PC卡9是由基片9a和设置在将卡9***卡槽8的***侧的相反侧上的天线部分10组成。在图8和图10A中，通过焊接等适宜的方式，将由钢琴丝或磷青铜等线性导体形成的第一、第二导体5L和5R电连接到天线部分10上的短路部分4和馈送部分2上。上述第一、第二导体以螺旋形式基本垂直地直立于天线部分10上。曲折形或线性第三导体6a被连接到螺旋形第一和第二导体5L和5R相应的末端上。附图标记23表示为传输线。
在图9A、9B以及图10B、10C所示的天线装置中，包括导体5L和5R以及U型的第三导体6a在内的天线装置11被设置在发射和接收天线壳体22内或将该第三导体6a设置在发射和接收天线壳体22的外表面上，而将该发射和接收天线壳体22固定在PC卡9的天线部分10上。在图9A和10B中，在上述设置中，发射和接收天线壳体22被固定在天线部分10上，因而，第一、第二导体5L，5R的末端与短路部分4和馈送部分2相接触，从而彼此之间实现电导通，第一、第二导体5L，5R的每个末端与第三导体6a相应末端相接触，从而实现如图9B、10C中的导通。
根据上述的方法中，不必对无线电通信发射和接收天线进行焊接。另外，由于天线被固定在壳体上，天线的部分不受振动，因而天线性能稳定，且可使天线装置小型化。
在图9B和10C所示的天线装置中，通过喷镀等适宜方式，可将第三导体6a形成在发射、接收天线壳体22的表面或背面上。
在图13中表示出具有上述800MHz波段的本发明图1A中所示的的小型环形天线的天线装置11的天线辐射增益情况。在这种辐射特性下，可以获得令人满意的“8”字形辐射增益，该增益的水平(Har Pal)峰值为OdBi。
另外，图11A和11B以及12A和12B为图1A和图4A中所示的天线装置11的史密斯圆图(Smith charts)以及反映频率-电压驻波比(vsw)特性的图。在图11中，当vsw≤2时，频带宽度为76MHz。在图12中，当vsw≤3时，频带宽度为180MHz。
根据本发明，单波长环形天线可得以显著地小型化，并可用在PC卡和反映近来天线装置大大小型化趋势的移动通信用便携式接收机中。另外，即使当这种天线装置***笔记本电脑中时，也能避免天线特性降低，而且可以获得良好的无线通信质量。
参照附图，已经对本发明的最佳实施例作了说明，但是，应该想到本发明并不仅限于上述实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不超出本发明在权利要求中所述构思和保护范围的前提下，还可以作出多种变型。
Claims (10)
1、一种一个波长闭环天线装置，其特征在于，包括：
一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；
一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；
一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和
一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
2、根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述的第一、第二导体的外形呈螺旋形，第三导体的外形呈曲折形。
3、根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述的第一、第二导体的外形呈螺旋形，第三导体的外形呈直线形。
4、根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述的第一和第二导体的外形均呈螺旋形，所述的第三导体呈非线性的形状。
5、根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述的第一、第二、第三导体均由薄片状或多属线状的导体制成。
6、根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述的第一、第二导体由金属线状的导体制成，而第三导体由薄片状的导体制成。
7、一种包括一个波长闭环天线装置的便携式无线电接收机，其特征在于，该天线装置包括：
一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；
一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；
一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和
一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
8、一种包括一个波长闭环天线装置的便携式无线电通信PC卡，其特征在于，该天线装置包括：
一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；
一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；
一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和
一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交。
9、一种便携式无线电接收机，其特征在于，包括：
一种一个波长闭环天线装置，该天线装置包括：
一个接地导体，该接地导体包括一个馈送部分和一个短路部分；
一个第一导体，成形为一个第一螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第一导体的一端与上述馈送部分相连接；
一个第二导体，成形为一个第二螺旋形导体，被安排从所述接地导体上直立起来，该第二导体的一端与上述短路部分相连接；和
一个第三导体，该第三导体与所述的第一导体不与所述馈送部分连接的一端电连接，该第三导体还与所述第二导体不与所述短路部分连接的一端电连接，该第三导体被安排与所述第一螺旋形导体的轴正交，还与所述第二螺旋形导体的轴正交；和
一个外部连接器，用于将所述的便携式无线电接收机与一个预定的外部设备相连接，其中所述的天线装置围绕所述外部连接器的外部而设置。
10、根据权利要求9所述的便携式无线电接收机，其特征在于，所述的第一、第二导体与所述便携式无线电接收机的所述外部连接器整体成形。
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