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CN1285142C - 最小频移伸缩天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有带第一和第二末端(204，222)的天线杆部件(200)的伸缩天线(102)，第一末端(204)被安装在蜂窝电话外壳(206)上并且电连接到蜂窝电话外壳(208)内的处理模块(210)。伸缩天线(102)也具有可与所述天线杆部件(200)滑动接合的辐射部件(202)。在收回或装载位置中，天线杆部件(200)和柱状辐射部件(202)的第一末端(204，212)基本上相邻，且天线杆部件(200)和柱状辐射部件(202)第二末端(222，216)也基本上相邻。负载线圈具有固定连接到柱状辐射部件(202)的第二末端(216)第一末端(218)，并且具有与天线杆部件(200)的第二末端(222)接合的第二末端(214)。当天线(102)处于装载位置时，负载线圈(214)与天线杆部件(200)接合，并且当天线(102)处于展开位置时，断开与天线杆部件(200)的连接。天线(102)在伸出和收回位置中，提供了基本上恒定的工作频率。

Description

最小频移伸缩天线
技术领域
本发明总的来说涉及接收无线信号并且用于结合诸如蜂窝电话的电子设备来发射无线信号的天线和方法以及装置。具体地说，本发明涉及与诸如蜂窝电话一起使用的伸缩(telescoping)天线。
发明背景
很多电子设备使用可收回的天线，也就是可从电子设备的外壳中伸出并且收回到其中的天线。在诸如蜂窝电话或其它设备的电子设备中，可收回的天线电连接到包含在蜂窝电话的外壳内、在印制电路板上的信号处理电路。为了最佳地进行操作，信号处理电路和天线应当互连，这样它们各自的阻抗基本上匹配，并且天线以预定频率或预定频率范围进行工作。蜂窝电话尺寸变得越来越小，这就给使用这些类型天线系统的蜂窝电话带来了问题。这种小型化导致机械和电子连接变得复杂，而且已经发现，从实际制造的观点来看，禁止使用可以收回到蜂窝电话外壳内的可收回天线。
美国专利5,856,808公开了一种用于无线电话的单个馈电点匹配系统，其包括可收回的天线和静止套圈(stationary ferrule)接触，配置该静止套圈接触来在天线在伸出位置时定制同轴电容器。这种现有技术的天线还具有另一个缺点，因为在收回和伸出位置工作之间存在频移。美国专利5,990,839公开了一种具有可收回天线的无线发射装置，其与收发器一起使用。公开的可收回天线具有位于外壳中的拉杆天线外围的第一线圈和连接到天线的可伸出部分的第二线圈。公开的线圈被用于辐射在收回和伸出位置中的信号，其降低了天线系统的效率。
因此，存在对一种可以与蜂窝设备一起使用的可收回天线的需要，这种天线不需要包含在蜂窝设备的外壳内，且其在收回或装载(stowed)位置和伸出或展开(deployed)位置之间具有最小频移。
附图简要说明
结合附图，参考下面的说明可以很好地理解本发明，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1A和图1B说明了具有根据本发明的可收回的天线的蜂窝电话。
图2是对在装载位置或收回位置的根本发明的天线的原理说明。
图3是对在展开或伸出位置的本发明的天线的原理说明。
图4是对根据本发明的示例天线的透视图。
图5是对本发明的示例天线的组件的分解透视图。
图6是对在收回位置的、根据本发明的一个示例天线的截面图。
图7是说明用在图6的天线中、根据本发明的示例的负载线圈的一个实施例。
图8和图9将负载线圈与本发明的示例天线一起使用的另一个实施例。
图10是对在收回位置并且如图8和9使用负载线圈的、本发明的示例天线的截面图。
图11是对在伸出的或展开位置的、本发明的一个示例天线的截面图。
图12是对在伸出或展开位置的、本发明的一示例天线的进一步详细的截面图。
具体实施方式：
总之，伸缩天线提供了在伸出位置和收回位置中基本上恒定的工作频率。本发明的最小频移伸缩天线可以与蜂窝电话(诸如摩托罗拉公司的SUG1696AA)一起使用，但是也可以用于接收和/或发射无线信号的任何类型的电子设备。在本发明的一个例子中，将天线安装在蜂窝电话的外壳的外部上。伸缩天线具有带有第一和第二末端的天线杆部件(mast element)，第一末端安装在蜂窝电话的外壳上，并且建立到在蜂窝电话内的信号处理电路的电连接。天线也具有与天线杆部件滑动接合的柱状辐射部件。在收回的或装载位置中，天线杆部件的第一末端和柱状辐射部件实际上是相邻的，且在柱状部件中的天线杆部件的第二末端也是相邻的。负载线圈部件具有固定连接到柱状辐射部件的第二末端的第一末端，且具有与天线杆部件的第二末端接合的第二末端。当天线位于装载位置时，负载线圈部件接合到天线杆部件，并且当天线处于展开位置时，其断开与天线杆部件的连接。
图1A和1B说明了蛤壳型蜂窝电话100。蛤壳型蜂窝电话100具有被安装在蜂窝电话100外部的天线102。图1A说明了处于关闭状态、并且带有处于装载位置的天线102。图1B说明了处于打开状态、并且带有处于展开位置的天线102。在蜂窝电话100的关闭状态中，外罩104盖住安装在蜂窝电话100的机身108上的按键106。当天线从装载位置改变到展开位置时，现有技术的伸缩天线通常遇到频移问题。此外，已经知道当蛤壳型电话是RF(射频)接地时，用于金属蛤壳型蜂窝电话的天线受到减少带宽800MHz的损失。已经知道，这种带有接地条(grounded flip)的电话的金属蛤壳设计降低了SAR(特定吸收率)，但是也导致带宽变窄。常规的螺旋型天线只可以提供25MHz的带宽。同样，当天线没有收回到蜂窝电话的外壳内时，没有简单的办法来检测装载的和展开的天线位置以便于可切换地匹配天线。本发明的新颖的天线有效地解决了频移问题，并且具有40MHz的测量带宽。而且，本发明提供了一种天线，其具有一种简单的匹配，用于装载的展开的天线位置。
当现有技术的天线从展开位置改变到装载位置时，其中的电长度的变化导致了用于回程耗损的较高波段的频移。天线伸出越多，则频移就更多。图2和图3是对处于装载位置(图2)和展开位置(图3)中的本发明的天线的原理说明。天线具有一个天线杆部件200，柱状辐射部件202可在天线杆部件上滑动接合。天线杆部件具有第一末端204，第一末端204被安装在蜂窝电话的外壳206上，并且电连接到蜂窝电话208中的信号处理电路210上。柱状辐射部件202具有第一末端212，其在柱状辐射部件202处于装载位置时，基本上位于邻近天线杆部件200的第一末端204。负载线圈214具有它的第一末端218，连接到柱状辐射部件202的第二末端216。负载线圈214也具有第二末端220，当天线处于如图2所示的装载位置时，第二末端220与天线杆部件200的第二末端222接合。如图2所示，在蜂窝电话208的工作中，在天线杆部件200、负载线圈214和柱状辐射部件202中建立电流通路224。
图3中，天线处于展开位置，并且电流通路300出现在天线杆部件200中，然后出现在柱状辐射部件202中。当被用在蛤壳型蜂窝电话208上时，本发明的柱状伸缩天线具有非常好的性能：处于很低的SAR，同时具有良好的效率和带宽。本发明的伸缩天线也具有一个优点：在蜂窝电话208内部不要求空间。在现有技术中，当使用单个匹配时，对于装载和展开位置难以获得良好的匹配。这是因为当天线从展开改变到装载位置时，电长度的变化导致对带有回程损耗的较高波段的频移。现有技术的这种缺点可以由本发明的天线克服。当天线处于展开位置(图3)时，负载线圈214没有显著地影响天线性能，因为负载线圈214位于天线的开口末端(柱状辐射部件212的第二末端216)。当天线处于装载位置时，负载线圈214将天线杆部件200连接到柱状辐射部件202。因此，在装载位置中(电感负载增加了天线的电长度)，负载线圈214对天线性能的影响显著地降低，同时在展开位置中，负载线圈214对调谐天线没有影响。被装载的天线的谐振频率被拉回到较低的波段，使得它对应在展开位置的天线谐振。可以通过调整负载线圈214的长度来选择收回的或装载位置的谐振频率。测量数据表明，对于RF接地的金属条型蜂窝电话，本发明的天线具有优良的带宽。这种天线获得良好的带宽和良好的辐射效率，尤其是在800MHz的波段内，在通常的使用位置，达到45％-64％的波段吞吐量。同样，这维持了很低的SAR，尤其是对800MHz的波段，这个波段是最难以获得低SAR的波段。
图4是本发明天线的透视图。天线400具有螺纹接头402，其机械和电连接到蜂窝电话上。它电连接到信号处理电路210但是不连接到接地或电话的金属外壳。在这个实施例中，天线杆部件404具有两个部分，即406和408，它们是可伸缩的。部分408在部分406上收回以装载天线400。柱状辐射部件410在用于天线的装载位置的天线杆部件404的部分408上滑动。图4中示出天线400处于展开位置。可以理解，天线杆部件404可以有一固定的长度或者可有多个伸缩部分。
图5是本发明的天线实施例的分解透视图。螺纹接头500提供了到蜂窝电话的机械和电连接。镍钛金属丝，或者等价材料的金属丝形成了镍钛杆502，其形成天线杆部件506的一部分。杆502具有绝缘套筒508。天线杆部件506的第二部分是金属管(ferrule tube)504，其由具有(例如)镀铬或镀其它合适金属的不锈钢形成。低端滑动接触505和高端停止接触510提供了允许天线杆部件506能够伸缩的机构。柱状辐射部件512由黄铜材料或任何等价材料形成。柱状辐射部件512容纳(contain)环套514、绝缘体516和内部接触环套518，内部接触环套518由黄铜材料构成。这种对部件514，516和519的组装允许柱状辐射部件512与天线杆部件506滑动接合。柱状辐射部件512也容纳负载线圈，在这个实施例中，负载线圈是单个平面线圈520。在这个实施例中，用是碳钢的琴用钢丝形成单个平面线圈520。柱状辐射部件512也具有塑料外壳522，其覆盖柱状辐射部件512。
图6是图5中示出的天线处于装载位置的截面图。在这个装载位置中，负载线圈520通过顶端停止接触510和内部接触环套518电连接到天线杆部件506。图7是单个负载线圈520的视图。在公开的实施例中，负载线圈520具有第一末端700，其被焊接或者压到(crimped)柱状辐射部件512上。负载线圈520的第二末端702被焊接或者压到内部接触环套518上。
图8和9是负载线圈800的另一个实施例。在这个实施例中，负载线圈800形成右手螺旋，线圈节距为2毫米。由碳钢琴用钢丝形成线圈。在本发明的图10中的天线的截面视图中说明了负载线圈800。
图11-12是对根据本发明的天线1100的更详细的截面视图。图11说明处于装载或收回位置的天线1100，而图12说明处于伸出或展开位置的天线1100。在收回位置，如图11所示，天线1100总长度大约为38毫米，而在展开位置中，天线总长度为62毫米。
因此，本发明满足了现有技术的需要，提供了用在诸如蜂窝电话的电子设备上的伸缩天线，该天线被安装在外部，并且其在伸出和收回位置中提供了基本上恒定的工作频率。本发明的天线的优点在于，在收回和伸出位置中都具有相同的匹配，从而消除了对切换匹配部件的需要。与螺旋单极天线相比，当天线处于收回位置时，本发明的天线也改善了对RF接地条形蜂窝电话的带宽。而且，当用于金属蛤壳型蜂窝电话中时，本发明的天线在收回和伸出位置中都具有很低的SAR。
本发明不限于所介绍的特定装置，并且希望包括其它修改和应用。在不背离在此涉及的发明的精神和范围的情况下，可以对上面介绍的装置进行某些其它方面的改变。例如，本发明的天线可以容易地与发射和/或接收无线信号的任何类型的电子装置一起使用。而且，本发明实现了在收回和伸出位置中的天线的各种长度(作为使用的多个伸缩部分的功能)，并且实现了其它滑动机制以将天线杆部件连接到柱状辐射部件，柱状辐射部件如没有位于天线杆部件内的柱状辐射部件。此外，负载线圈的其它结构落在本发明的教导之内，如负载线圈具有多于或少于在优选实施例中说明的匝数以及除了螺旋之外的其它结构。因此，希望将上面说明的主题认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (25)

1.一种与具有外壳和至少一个处理模块的电子设备一起使用的天线系统，其特征在于：
具有第一和第二末端的天线杆部件，第一末端机械连接到所述电子设备的外壳，并且电连接到所述电子设备中的处理模块；
辐射部件，其可与所述天线杆部件滑动接合，并且具有第一和第二末端；和
负载线圈，其被安装在所述辐射部件的第二末端上，并且具有第一和第二末端，所述负载线圈的第一末端电连接到所述辐射部件的第二末端，
其中，所述辐射部件具有一装载位置，该装载位置由处于相对于所述天线杆部件的至少一部分的收回位置的所述辐射部件限定，使得所述负载线圈的第二末端电连接到所述天线杆部件的第二末端；并且所述辐射部件具有一展开位置，该展开位置由处于相对所述天线杆部件的伸出位置的所述辐射部件限定，使得所述辐射部件的第一末端连接到所述天线杆部件的第二末端，从而所述负载线圈的第二末端断开到所述天线杆部件的电连接。
2.根据权利要求1的天线系统，其中所述天线杆部件具有伸缩结构。
3.根据权利要求1的天线系统，其中，所述辐射部件具有柱状的结构。
4.根据权利要求1的天线系统，其中，所述辐射部件绕在所述天线杆部件周围，并且可以在所述天线杆部件上伸缩。
5.根据权利要求1的天线系统，其中，对所述负载线圈进行配置，使得所述天线系统的工作频率在所述辐射和天线杆部件的装载和展开位置中基本上恒定。
6.根据权利要求1的天线系统，其中，所述负载线圈具有螺旋的结构。
7.根据权利要求1的天线系统，其中，所述负载线圈具有平面的结构。
8.根据权利要求1的天线系统，其中，在所述装载位置中，所述天线系统具有一电流通路，该电流通路通过所述处理模块、通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端、通过所述负载线圈的第二末端到第一末端，并且通过所述辐射部件的第二末端到第一末端，并且在所述展开位置中，所述天线系统具有一个电流通路，该电流通路通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端，并且通过所述辐射部件的第一末端到第二末端。
9.一种天线设备，其特征在于：
电子设备，其具有一外壳和至少一个信号处理模块；和
伸缩天线，其包括具有第一和第二末端的天线杆部件，所述天线杆部件的第一末端机械接到所述电子设备的外壳，并且电连接到所述电子设备中的处理模块；包括辐射部件，其可与所述天线杆部件滑动接合，所述辐射部件具有第一和第二末端；且包括负载线圈组合，其具有安装在所述辐射部件的第二末端上的负载线圈，所述负载线圈具有第一和第二末端，所述负载线圈的第一末端电连接到所述辐射部件的第二末端，
其中，所述伸缩天线具有一装载位置，该装载位置由处于在所述天线杆部件的至少一个部分上的收回位置的所述辐射部件限定，使得所述负载线圈的第二末端电连接到所述天线杆部件的第二末端；并且所述辐射部件具有一个展开位置，该展开位置由处于相对所述天线杆部件的伸出位置的所述辐射部件限定，使得所述辐射部件的第一末端连接到所述天线杆部件的第二末端，从而所述负载线圈的第二末端断开到所述天线杆部件的电连接。
10.根据权利要求9的天线系统，其中所述辐射部件具有柱状的结构。
11.根据权利要求9的天线系统，其中，对所述负载线圈进行配置，使得所述天线系统的工作频率在所述辐射和天线杆部件的装载和展开位置中基本上恒定。
12.根据权利要求9的天线系统，其中所述辐射部件具有螺旋的结构。
13.根据权利要求9的天线系统，其中所述辐射部件具有平面结构。
14.根据权利要求9的天线系统，其中，在所述装载位置中，所述天线系统具有一电流通路，该电流通路通过所述处理模块、通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端、通过所述负载线圈的第二末端到第一末端，并且通过所述辐射部件的第二末端到第一末端，并且在所述展开位置中，所述天线系统具有一个电流通路，该电流通路通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端，并且通过所述辐射部件的第一末端到第二末端。
15.根据权利要求9的天线系统，其中，所述电子设备是蜂窝电话，且所述伸缩天线被安装在所述蜂窝电话外部。
16.根据权利要求9的天线系统，其中，所述电子设备是射频接地金属蛤壳型蜂窝电话，且所述天线被安装在所述蜂窝电话外部。
17.一种天线系统，其特征在于：
至少第一和第二伸缩部分；
顶端和下端接头部件，每一个连接到第一和第二伸缩部分；和
负载线圈组合，
其中，当第一和第二伸缩部分相互地处于伸出位置时，所述下端接头部件电连接第一和第二伸缩部分，并且
当第一和第二伸缩部分相互地处于收回位置时，所述下端接头部件在第一和第二伸缩部分之间电连接所述负载线圈组合。
18.根据权利要求17的天线系统，其中
第一伸缩部分是具有第一和第二末端的天线杆部件；
第二伸缩部分是可与所述天线杆部件滑动接合的辐射部件，所述辐射部件具有第一和第二末端；和
所述负载线圈组合具有安装在所述辐射部件的第二末端上的负载线圈，所述负载线圈具有第一和第二末端，所述负载线圈的第一末端电连接到所述辐射部件的第二末端。
19.根据权利要求18的天线系统，其中：
所述辐射部件具有一装载位置，该装载位置由处于相对于所述天线杆部件的至少一部分的收回位置的所述辐射部件限定，使得所述负载线圈的第二末端电连接到所述天线杆部件的第二末端；和
所述辐射部件具有一展开位置，该展开位置由处于相对所述天线杆部件的伸出位置的所述辐射部件限定，使得所述辐射部件的第一末端连接到所述天线杆部件的第二末端，从而所述负载线圈的第二末端断开到所述天线杆部件的电连接。
20.根据权利要求19的天线系统，其中，所述负载线圈具有柱状的结构。
21.根据权利要求19的天线系统，其中，所述辐射部件绕在所述天线杆部件的外部，并且可在所述天线杆部件上伸缩。
22.根据权利要求19的天线系统，其中，对所述负载线圈进行配置，使得所述天线系统的工作频率在所述辐射和天线杆部件的装载和展开位置中基本上恒定。
23.根据权利要求19的天线系统，其中，所述负载线圈具有螺旋的结构。
24.根据权利要求19的天线系统，其中，所述负载线圈具有平面的结构。
25.根据权利要求19的天线系统，其中，在所述装载位置中，所述天线系统具有一电流通路，该电流通路通过所述处理模块、通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端、通过所述负载线圈的第二末端到第一末端，并且通过所述辐射部件的第二末端到第一末端，并且在所述展开位置中，所述天线系统具有一个电流通路，该电流通路通过所述天线杆部件的第一末端到第二末端，并且通过所述辐射部件的第一末端到第二末端。
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