CN1297592A - 天线装置和包含该装置的手持无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是得到一种用于手持无线通信设备的更小型和更有效的天线,一种更小型和更有效的无线通信设备和以更有效的方式接收射频信号的方法。上述问题通过将辐射天线延伸到手持无线通信设备的外壳内和在延伸到上述外壳的末端馈送给天线的装置来解决。

Description

天线装置和包含 该装置的手持无线通信设备

发明的技术领域

本发明关于用于手持移动无线通信设备的天线装置。

相关技术的描述

推动移动无线通信业务的主要工作之一是生产和提供非常小的手持无线通信装置，如数字或模拟式蜂窝电话。蜂窝式电话的大部分长度是由天线形成的，为获得最佳性能，按照所选择的天线的类型和用途、如在预定频率上的AMPS,PCS,GSM,DECT等，天线需要有一预定的长度。

用于双向通信的无线电通常在具有外部固定的杆或螺旋天线、或具有可伸缩的天线的情况下工作。外部固定杆将增加蜂窝电话的长度尺寸，使它不可能装在口袋里。固定安装的螺旋天线对蜂窝电话的总长度的好处不大，然而它将需要较大的功率发送信号或在接收信号时对电话的干扰较大。固定安装的螺旋线在待机状态和一些使用场合工作较好，但至少需要牺牲一些性能。对此一项完美的解决方案是将螺旋线在待机状态的工作与可伸缩天线在电话使用时延长状态下的工作组合起来，当蜂窝电话处于待机状态时，天线处于缩回的不工作状态。

当然，可伸缩的天线、无论是其本身还是与待机状态的天线、如螺旋天线组合将仍需要一特定的长度。当可伸缩的天线处于其缩回状态时，它将延伸到蜂窝电话的外壳内，这就需要一定的空间和长度。亦即可伸缩的天线的辐射部分在其工作状态时需要长60mm，一个60mm长或更多一些的体积，在此情况下要求绝缘，还要求在天线缩回状态时存放在蜂窝电话的外壳内。

在EP-467822中公开了一种特别适用于CT2无绳电话的电子设备和电子发送器-接收器。一根可伸缩的天线杆在其顶部装载一个天线线圈。当该天线处于其收起状态时，天线杆不起到作为辐射件的作用，天线线圈起作用。当天线杆处于其伸开状态时，天线杆起作用，通过上述馈电点馈送能量，天线线圈不起作用。将射频信号馈送到天线杆和天线线圈上的馈送点位于天线杆进入外壳内的进入点附近。天线杆和天线线圈两者均为四分之一波长型的，以此设定天线杆的物理长度。

在EP 516 490中公开了一种可伸缩的天线，一根可伸缩的天线杆承载一个天线螺旋线圈。一个支撑件具有一个内导体和一个外导体，由它对上述天线提供同轴馈电，其中上述外导体接地。上述天线杆在其缩回状态时其两端连到上述内导体上，因此基本成为直接连到螺旋天线件上的中部同轴馈电件的一部分，作为一个辐射件来说它不起作用。如果天线杆是四分之一波长型的，其物理长度按天线杆和支撑件两者来设定，支撑件基本覆盖缩回状态的天线杆。

发明概述

因此，本发明的主要目的是得到一种更小型而更有效的用于手持无线通信设备的天线、一种更小型而更有效的手持无线通信设备和一种用以更有效的方式接收RF信号的方法。

上述问题及如何得到一种比先有技术的天线更短、性能特性更好的天线，它是通过使部分辐射天线延伸到手持通信设备的外壳中和在伸入上述外壳内的端部给天线装置馈电来做到的。

更具体地说，本发明的目的是如何得到一种比先有技术更短并使其性能特征更好的天线，按照本发明的一个实施例，提供了一种第一管状辐射部件，该辐射件包括在第一末端上的馈电点，第二末端固定在手持无线通信设备的外壳上，以便使第一部件充分地延伸到上述外壳内。

一个第二辐射部件可滑动地安装在上述第一件内，以便在第二部件处于延长状态时使上述第二部件连到上述第二末端上，从而构成总长度基本等于上述第一和第二部件的组合长度的组合辐射件。当上述第二部件处于第二收起位置时，它连到上述第一末端上，构成总长度基本等于上述第一或第二部件中的一个部件的长度的组合辐射部件。当第二件处于延长状态时，该第二部件实际上延长到上述外壳的外部。

按照本发明的一个实施例，一个第三部件连到上述第一件的第二末端，当上述第二件处于其收起位置时，上述第一和第三件构成具有第一电长度的组合辐射部件。当上述第二件处于其延长状态时，上述第三部件从上述第一部件上脱开或使上述第二部件穿过上述第三部件而不起作用，从而上述第一和第二件构成具有第二电长度的组合辐射件，其中上述第一和第二电长度相等。

本发明的一个优点是，对于通过所要求的电长度真实地确定的特殊物理长度的可伸缩的天线杆来说，这个物理长度可以实际地减少延长到手持无线通信设备的外壳的长度。

本发明的一个优点是，对于一根特殊电长度的可伸缩的天线杆来说，可以大大减小位于手持无线通信设备内天线杆在收起状态下的天线杆所需要的体积。

本发明的另一优点是在馈电装置和连接装置之间不用绝缘，这是由于对可伸缩天线杆处于其收起状态而言要求电感性耦合和电容耦合。

另一优点是按照本发明的一个实施例，可以得到一种较小型的手持无线通信设备。

另一优点是，按照本发明的一个实施例，由于上述第一和第三、以及上述第一和第二电长度是相等的，可采用具有一个馈电点的一个匹配电路来进行延长状态和收起状态的两种状态下的阻抗匹配。

另一优点是，按照本发明的一个实施例，在工作和待机两种模式中可得到较少功率消耗下的传输。

另一优点是，按照本发明的一个实施例，可使手持无线通信设备的效率增大。

从下面的详细描述可以更清楚本发明应用范围。然而，应该看到，从下面的详细描述，对本专业技术人员来说，在本发明的范围内进行各种变化和修改是显而易见的，因此在已经示出本发明的优选实施例的同时，这些详细描述和特殊例子仅作为说明之用。

附图概述

从下面的参照附图的详细描述可以更充分地理解本发明，这些描述和附图仅作说明用，因此不是限制本发明，其中：

图1a表示收起位置的现有技术的天线，

图1b表示延长位置的现有技术的天线，

图2a表示本发明第一个实施例的收起位置的天线，

图2b表示本发明第一个实施例的延长位置的天线，

图3a表示本发明第二个实施例的收起位置的天线，

图3b表示本发明第二个实施例的延长位置的天线，

图4a表示本发明第三个实施例的收起位置的天线，

图4b表示本发明第三个实施例的延长位置的天线，

图5a表示本发明第四个实施例的收起位置的天线，

图5b表示本发明第四个实施例的延长位置的天线，

图6a表示本发明第五个实施例的收起位置的天线，

图6b表示本发明第五个实施例的延长位置的天线，

图7a表示本发明第六个实施例的收起位置的天线，

图7b表示本发明第六个实施例的延长位置的天线。

优选实施例的详细描述

在图1a和1b中揭示了一种现有技术的天线。数字101表示辐射天线杆，在天线杆101的外侧端上装有天线线圈102。天线杆101可滑动地通过开孔103装在外壳104上，它可处于如图1a所示的收起位置或图1b所示的延长状态。当天线杆101处于其收起位置时，仅天线线圈102露在外壳104外侧，当天线杆101处于其延长位置时，该天线杆101基本完全伸出外壳104外侧。

电切换装置包括一个固定在限定一开口103的外壳106内的金属弹簧夹片105，它能使图1所示的电路108和天线线圈102之间，在天线杆101处于其收起状态时通过馈电点107电接触，而在天线杆处于其延长状态时在电路108和天线杆101之间产生电接触。图1b中处于延长状态的天线杆101的有效辐射部分示为109，图1a中天线杆101的有效辐射部分示为110。

可以很容易地发现，在有效的延长状态和无效的收起状态下，天线杆101的辐射部分的物理长度是相同的。

当天线杆处于其延长状态时，用联接装置111将天线杆101联接到馈电点107上。该馈电点107需要远离联接装置111，这样在天线处于其收起状态时，在馈电点和联接装置之间不会出现电感或电容耦合，这种耦合会降低天线效率。这种效应也对天线杆101的长度和馈电点的安置位置提出要求。

图2a和2b示出本发明的第一个优选实施例。201表示导电管形式的第一个细长的辐射部件，202表示天线杆形式的第二个导电部件。第一和第二部件基本具有相同的长度。电路203将射频信号通过馈电点204馈送到第一个部件201的第一末端205。支撑装置206固定在手持无线通信设备的外壳207的顶部。第一部件201以众所周知的方法、如螺钉、粘结剂、冲压等固定到支撑装置206的第二端209上。

第二件202可移动地安装在第一件201内，位于上述第一件201的第二端上的连接件208使第二件能处于两个状态，一是如图2a所示的收起状态，另一是如图2b所示的延长状态。在收起状态，第二件在第一端205电联接到第一件上，使上述第二件202与上述第一件201构成用于辐射用的整体部分。在该第一收起状态，天线组件的辐射部分由图2a的210表示。

上述第一件201和收起状态的第二件202之间的电联接可由直径变小的第一管状件做到，这样当上述第二件收起时，第二件端部的导电部分212被迫的压靠在管状件201的内侧，从而产生电接触。

在第二延长状态，第二件202通过联接装置208电连接到上述第二端209上。因此第一和第二件相配合构成一根天线，该天线的长度是收起状态天线长度的两倍。在该第二延长状态中，天线组件的辐射部分示为图2b中的211。长度211基本是长度210的两倍。

可以采用不同方法来匹配第二件相应位置上的天线和电路的阻抗，例如分立元件、集成方向图或其它方法。

图3a和3b表示本发明的第二个实施例，301表示导电管形式的第一辐射件，302代表天线杆形式的第二辐射件。图3中概略示出的电路307通过部件301的第一端309上的馈电部分308馈送和补偿来自天线组件的RF信号。第一件的第二端306固定到外壳305上。顶部303安置成用户可以很容易地将第二件302伸缩到图3a所示的收起位置和图3b所示的延长位置。上述第二件可移动地安装在上述第一件内，并能通过位于上述第一端309上的第一连接件304和位于上述第二端306上的第二连接件312而采取上述收起和延长位置。当上述第二件302处于其收起状态时，上述第一和第二联接装置304和312在上述第一和第二端把上述第二件302联接到第一件301。当上述第二件处于其延长状态时，上述第二连接件312在上述第二端306将上述第二件连接到上述第一件301上，从而构成一联合件。

图3所示的实施例的功能基本与图2描述的实施例相同。主要的差异是在图3的实施例中，天线组件延伸到外壳305中比图2的要多，图2中部分天线安置在外壳207外侧，在图3的实施例中，第二辐射件在收起状态时联接到第一和第二末端上。图3实施例的天线组件的辐射长度在收起状态示为图3a中的310，在图3b所示的伸开状态的辐射长度示为311。当然也可能将第一件固定安装在外壳内的上述第一端309上。

图4a和4b表示本发明的第三个实施例。401代表导电管形式的第一辐射件，402代表天线杆形式的第二导电件。电路403通过馈电点404将RF信号馈送到第一件401的第一端405。支撑装置406固定在手持无线通信设备的外壳407的顶部。第一件401的第二末端用众所周知的方法如螺钉、粘结剂、冲压等固定到支撑装置406上，它们可通过紧固件(未示出)来进行连接。

第二件402可移动地安装在第一件401内。位于上述第一件401的第二端上的联接件408使第二件402可采取两种状态，一种是如图9a所示的收起状态，另一种是如图4b所示的延长状态。在收起状态，第二件在第一端405通过上述第二件402的导电部分413被迫的贴靠在导电管401第一端405的内侧而产生导电接触，从而电联接到第一件上。上述导电管401的上述第一端405朝内弯曲形成逐渐减小的直径部分，因此能使上述导电部分413在上述第二件缩到其收起状态时被迫的贴靠其内侧，由此上述第二件402与上述第一件形成用于辐射目的整体。

在上述收起状态，上述第一件401使RF信号从上述电路403传导到螺旋辐射器412形式的第三辐射件，该辐射件安装在支撑件406上，并在上述第二件402处于收起状态时联接到上述第一件上。当然，上述第三辐射件可以是曲折形状的辐射方向图，例如安装在一个不导电的薄载体上或在一个基体内，或是任何其它形状的辐射件。

在该优选实施例的一种变形中，第二件联接到第三辐射件上，辐射馈送装置用作代表上述一个或两个上述第一件和第二件。

在收起状态，图4a所示的天线组件的辐射部分410包括组合的第一、第二和第三件、401、402和412。在第一种延长状态，第二件402通过连接装置408电连接到上述第二端409上，上述第三件412对辐射件来说变成无效的。因此第一和第二部件相配合构成一个天线，它的长度是缩回状态天线长度的两倍。在该第二种的延长状态中，天线组件的辐射部分表示为图4b中的411。由上述第一件和上述第三件形成的辐射部分410的长度和由上述第一件和上述第二件形成的411的长度基本上都能只采用一个它们所要求的匹配电路和一个馈电点。

当上述第二件处于其延长状态时，第三件412可通过连接件408拆掉或可以继续连到上述第二端409上。如果上述第二件处于其延长状态时螺旋线脱离联接到上述第二端上，该螺旋线将对辐射没有显著的影响。这是因为延长状态的天线杆将穿过螺旋线的中部，因此大大增加了螺旋线的阻抗。天线杆仍将具有较低的阻抗，因此螺旋线影响到并联联接的螺旋线，可以忽略对天线杆的影响，也就是说，在第二件基本处于其延长状态时，螺旋线或弯曲对天线特性基本没有影响。

在本实施例的一种变形中，当上述第二件402处于其收起状态时，第一件401在其两端接地而不是连到上述第三件上，第二件的一端连到馈电点404上、另一端连到上述第三件412上，由此在上述第二件402处于其收起状态时，有效地产生从馈电点404到上述第三件412的同轴连接。当上述第二件处于其延长状态时，与接地脱开的上述第一件在其第一端405连到馈电点404上。而在其第二端409连到第二件402上，因此使第一和第二件再次一起起到一根辐射件的作用。

因此，在该变形中，当上述第二件402处于其收起状态时，仅第三件412起到辐射件的作用。当第二件402处于其延长状态时，该第三件412或者断开或仍连接到上述第二端上。

图5示出本发明的第四个优选实施例，图5的实施例与图4描述的实施例非常类似。在图5中，第一辐射件为导电管501的形式，第二辐射件为天线杆502的形式，第三辐射件为螺旋天线503的形式。在图5的实施例中，第三辐射件503安装在第二辐射件502的顶部，从而在第二辐射件移到如图5b所示的延长状态时，第三辐射件503也移动。当第二辐射件处于其延长状态时，第三辐射件503可以通过上述第一和第二辐射件501和502电联接到电路504上，用于辐射和接收RF信号，也可以不连接到504上，上述第一、第二和第三件、以及接地和馈电点之间的联接分别由联接装置505控制。

当第二辐射件502处于如图5a所示的收起位置时，第三辐射件503通过上述第一、第二或该两个辐射件连到电路504上，以接收和发送RF信号。在第二件502处于其收起状态时，第一和第二件的501和502可起到辐射件的功能、或起到如参照图4详细描述的对第三辐射件503的同轴馈电部件的功能。

在图6中示出了第五个优选的实施例。在图6中，天线杆形式的第一辐射件示为601，天线杆形式的第二辐射件示为602。在图6中第一联接装置示为603，第二联接装置示为610，电路示为604。电路604通过一馈电部分605联接到第二联结装置610上。一个支撑件示为606，上述支撑件固定在手持无线通信设备的外壳607上。上述第一件601的第二端608通过上述第一联接装置603固定到上述支撑件606上、而第一末端609通过上述第二联接装置610连接到上述馈电点上。第二辐射件602可移动地安装在上述第一和第二连接件603和610上，从而使上述第二辐射件602可处于如图6a所示的收起状态和如图6b所示的延长状态。

上述第一和第二联接装置603和610连到上述第一端609、上述第一和第二辐射件601和602的上述第二端608或两端上，在上述第二件处于其收起状态时，使上述第一和第二件601和602起到由两根平行的杆构成的一个辐射件。当第二件602处于其延长状态时，第一联接件603将上述第一件601的第二端608连到第二件602上，从而形成由两个天线杆组成一个辐射件，该组合的天线的长度基本是构件601或602中一根的长度的两倍。

图7a和7b揭示了本发明的第六个优选实施例，其中701表示第一辐射方向图。上述第一辐射型板是一细长的导电条，例如是在印刷电路板702上的印刷电路。在一种改型的辐射电路中，可以将它直接加到外壳上、模压到上述外壳上或以其它方式加到上述第二件的附近或平行于该第二件。上述第二辐射件示为703，第一联接装置示为708，第二联接装置示为704。当上述第二件处于如图7a所示的缩回状态时，上述第二件703通过一个或两个上述联接装置704、708连到上述辐射型板701上，当上述第二件703处于其伸开状态时，上述第二件703通过上述第一联接装置708连到上述辐射型板701上。电路705将RF信号馈送到馈电部分706。一个天线帽示为707，一个曲折线形式的第三辐射件示为709，它加在支撑装置710内侧或其外侧。本实施例类似于图4所示的实施例，然而用印刷电路板或外壳上的辐射型板代替管状的第一件。

本发明经过上述描述，很显然可以各种方式来进行变化，例如对一些特殊实施例来说，馈电点可位于离上述第一端有一段距离的地方，这类改型不能被认为已超过本发明的精神和范围，对本专业技术人员来说，所有这些修改是显而易见的，它们均包含在下列权利要求的范围内。

Claims (22)

1．一种用于接收和发送射频信号的天线装置，包括具有第一(205；309；405；609)和第二(209；306；409；608)末端的第一细长辐射部件(201,301,401,501,601,701)和第二细长辐射部件(202,302,402,502,602,703)其中上述第二辐射件可在收起状态和延长状态之间移动，其特征在于：

上述第一件(201,301,401,501,601,701)安置成牢固安装在上述第二端(209,306,409,608)内并具有第一联接装置(208,304,408,505,603,708)，

上述第二件(202,302,402,502,602,703)安置成基本平行于上述第一件(201,301,401,501,601,701)，

上述第二件(202,302,402,502,602,703)在其处于延长状态时,通过上述联接装置(208,304,408,505,603,708)连接到上述第一件(201,301,401,501,601,701)的上述第二端(209,306,409,608)上，

在上述第一端附近的馈电点(204,308,404,505,605,706)安置成将射频信号馈送到上述第一和第二件上。

2．按照权利要求1的天线装置，其特征在于：上述第一件是一管状导体(201,301,401,501)，上述第二件(202,302,402,502)可移动地安装在上述第一件内。

3．按照权利要求1的天线装置，其特征在于：上述第一件是一块印刷电路板(702)上的导电条(701)。

4．按照权利要求1的天线装置，其特征在于：上述第一件是一个加到手持无线通信设备的外壳上的导电条(701)。

5．按照权利要求1的天线装置，其特征在于：上述第二端(306)安置成牢固安装到无线通信设备的外壳(305)上，从而使上述第一件(301)大部分包含在上述外壳内。

6．按照权利要求1的天线装置，其特征在于：上述第二端(209,409,608)固定地安装到支撑件(206,406,606)上，和

上述支撑件(206,406,606)在一个外壳(207,407,607)上安装到无线通信设备上，从而使上述第一件(201,401,601)大部分包含在上述外壳内。

7．按照权利要求1～6中任何一个的天线装置，其特征在于：上述第二件(202,302,402,502,602,703)是一根天线杆。

8．按照权利要求1～7中任何一个的天线装置，其特征在于：上述第一(201,301,401,501,601,701)和上述第二(202,302,402,502,602,703)部件具有基本相等的长度。

9．按照权利要求1～8中任何一个的天线装置，其特征在于：上述天线装置还包括一个第三辐射件(412,503,709)。

上述第三辐射件(412,503,709)在上述第二件(402,502,703)处于上述收起状态时，通过一个辐射馈电装置连到上述馈电点(404,505,704)上，

上述第三辐射件(412,503,709)在上述第二件(402,502,703)处于上述延长状态时基本上不起一个辐射件的作用。

10．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述天线装置还包括安置成固定到手持通信设备的外壳(407)上的固定装置(406,710)。

上述第一件(401,701)从上述固定装置(406,710)在第一方向上向外延长，

上述第三件(412,709)固定地安装在上述固定装置(406,710)的上述第一方向的相对应的一侧上。

11．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述第三件(412,503,709)和上述辐射馈电装置在上述第二件(402,502,703)处于上述收起状态时具有第一个组合的电长度(410)。

上述第一和第二件在上述第二件(402,502,702)处于上述延长状态时具有第二组合的电长度(411)，和

上述第一(410)和第二(411)电长度是基本相同的。

12．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述辐射馈电装置是上述第一件(401,501,701)。

13．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述辐射馈电装置是上述第二件(402,502,703)。

14．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述第三件503安置在上述第二件502上，以便在上述第二件(502)处于延长状态时与上述第一件(501)脱开，和

上述第三件(503)在上述第二件(502)处于上述收起状态时耦合到上述第一件(501)上。

15．按照权利要求9～14的任何一个的天线装置，其特征在于：上述第三件是一个螺旋弹簧(412,503)。

16．按照权利要求9～14的任何一个的天线装置，其特征在于：上述第三件是弯曲形的辐射方向图(709)。

17．按照权利要求16的天线装置，其特征在于：上述弯曲形辐射方向图(709)适合用于细的可弯曲的不导电的载体上。

18．按照权利要求15、16或17的天线装置，其特征在于：上述第三件安置在上述第一件(401,701)上,从而使上述第二件(402,703)在其处于上述延长状态时，通过上述第三件(412,709)的中心延长。

19．按照权利要求9的天线装置，其特征在于：上述第一管状部件(401,501)的上述第一(405)和第二(409)末端接地，上述第二件(402,703)的一端连到上述馈电点(404,505)上，另一端连到第三件(412,503)上，这样它们与上述管状件一起在上述第二件(402,703)处于其收起状态时，形成从上述馈电点到上述第三件(412,503)的同轴馈电，上述第一件(401,701)的第一端(405)连到上述馈电点(404,405)上，并在上述第二件(402,703)处于其延长状态时其第二端(409)连到上述第二件(402,703)上。

20．按照上述权利要求中天线装置，其特征在于：上述第一(201,301,401,501,601,701)和第二(202,302,402,502,602,703)辐射件安置成能在上述收起和延长两种状态中的多频带上工作。

21．按照权利要求20的任何一个的天线装置,其特征在于：上述频带与GSM标准、DECT标准、AMPS标准、D-AMPS标准或任何其它无线通信标准的适当的频率相对应。

22．一种包括根据上述权利要求中任何一个天线的手持无线通信设备。

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