专利名称：天线电耦合设计的制作方法
技术领域：
本发明领域本发明总的涉及天线耦合和更具体地涉及蜂窝电话机天线与内部工作电路的耦合。
本发明
背景技术：
蜂窝和无线电话机有时包括具有辐射元件的天线，该天线可离开无线电话机机身伸出。这样，该天线在伸展有效使用位置和收缩收藏位置之间是可运动的。收藏位置一般由安置在无线电话机机身临近的天线所限定，而在有效使用中，该天线在无线电话机机身上伸展出并且离开以便增加信号增益。
在工作中，该天线设计得与电话机工作电路电连接，该电路一般安置在无线电话机机身内部的印刷电路板上。可是，电连接的可运动天线，特别是枢轴转动或旋转天线很困难。例如，转动型天线通常需要直接电信号互连。该转动连接必须按照工作考虑设计，当试图互连到紧凑的蜂窝电话机元件上时特别成问题。不幸地是，这种紧凑互连考虑可以导致复杂、脆弱的旋转信号传输互连并且可以引起信号路径中的信号损失。
通常，旋转接头已经用于提供连接天线辐射元件与印刷电路板的电信号线路或路径。不幸地是，设计提供天线信号路径的旋转接头是相对复杂元件并且也可能在使用期间由于其尺寸和工作极限和不良操作习惯原因而受性能衰退的影响。
另外，当该天线在收藏位置时常规无线电话机已经试图提供寻呼模式。寻呼模式不利地受信号干扰的影响并且在该模式下的性能可能不满足。
本发明目的和概述如上所述，本发明的目的是提供一种用于枢轴转动天线结构的天线电耦合，不需要在天线与无线电话机内部电路之间的直接信号路径。
本发明的另一个目的是允许一种具有比常规无线电话机型号改善的信号性能和/或改善的可靠性的改善更坚固的枢轴转动天线设计。
本发明的又一个目的是提供一种具有改善的寻呼模式性能的无线电话机。
本发明的另外一个目的是提供一种改善可枢轴转动平板叶片天线电连接用于蜂窝电话机。
本发明满足这些和其它目的，本发明是指向具有不直接电信号路径耦合或互连的一种无线电话机，其利用了空间分开的主要和第二天线元件。具体地，本发明的第一方面是指向一种天线耦合组件，其包括其上具有第一辐射元件的一个主天线元件和其上具有第二辐射元件的静止的第二天线元件。主天线元件设计得在转轴上从收藏位置到伸展位置枢轴转动。当主天线在伸展位置时，第二天线元件通过第一和第二辐射元件之间的电连接进行电耦合。当主天线在收藏位置时，它与第二天线元件分开以便自动地将主天线辐射元件与第二天线辐射元件(电)分开。
本发明另一个方面是指向包括具有顶端部分和顶端表面和内部电工作电路的无线电话机机身的无线电话机。该电话机也包括一个枢轴转动连接到无线电话机机身的主天线以便主天线具有第一收藏位置和第二伸展位置。当在伸展位置时该主天线在转动轴上转动在无线电话机机身顶部上纵向伸展。电话机也包括一个附加在无线电话机机身上的寻呼天线，并且设计得电连接到无线电话机机身内的电工作电路。当主天线在第二伸展位置时，寻呼天线和主天线位于相互靠近并且限定它们之间的电耦合，由此将主天线连接到电工作电路。当主天线在第一收藏位置时，主天线与寻呼天线电隔开。
本发明的另外方面是指向具有枢轴转动柔性叶片天线的一种蜂窝电话机。该电话机包括具有相反的第一和第二端部和顶表面的一个电话机机身。该电话机也包括一个平面叶片寻呼天线，该天线具有附加在电话机机身上的寻呼辐射元件，并且设计得从无线电话机机身的第一端部伸展出预定距离。该电话机进一步包括安置在电话机机身内的工作电路并且电连接到寻呼天线和具有主辐射元件的主叶片天线。该主叶片天线设计得枢轴转动附加在电话机机身上，以便主天线具有重叠电话机机身顶表面一部分的第一收藏位置和第二伸展位置以便主天线从电话机机身的第一端纵向伸展出。当主天线在伸展位置时，主天线位于寻呼天线附近以限定它们之间的电耦合，以便寻呼和主辐射元件确定对工作电路的半波辐射谐振器。当主天线在收藏位置时，主天线与寻呼天线和工作电路电隔离。当主天线在收藏时，寻呼辐射元件限定对工作电路的四分之一波长辐射谐振器。在优选实施例中，主天线也包括一个电感元件并且连续连接到电话机中的电接地(或接地元件)。
本发明具有优势，因为它通过消除通常在常规枢轴转动天线模式中看到的直接电路径指导允许在枢轴转动天线和电话机机身之间更牢固地机械连接。另外，本设计提供了改善的寻呼模式性能并且不需要通过转动接头的复杂电路径。消除这种潜在的复杂元件可以提供成本优势以及性能和可靠性的改善，并且特别适合于紧凑的无线电话机。本发明的设计也使辐射元件和相对的寻呼和主天线位置提供了电信号路径。方便地，本发明的设计可以不需要匹配网络的传统开关，有助于无线电话机在寻呼对操作模式工作。另外，本发明的电耦合相对两个天线元件的接近位置不敏感，通过调节寄生(辐射)元件长度和/或两个天线元件相互的间隔限定了针对内部电路的变化的天线负载的匹配。通过转动主天线进入和离开伸展位置可以容易地执行开关。另一个方式，当与第二天线元件电耦合时(即，当与第二天线元件-辐射元件耦合时，当主天线伸展以便限定一个1/2波长辐射谐振器)电感元件可以安置在主天线上以限定L-C匹配网络。
附图简介
图1是按照本发明一个实施例具有寻呼天线和旋转主天线的蜂窝或无线电话机侧视图。
图2是表示主天线在伸展位置和主天线和寻呼天线位于接近位置的图1的电话机。
图3是按照本发明的寻呼天线的示意图。
图4是按照本发明的主天线和寻呼天线说明位置接近的天线的电耦合的示意图。
图5是按照本发明优选实施例由寻呼天线与主天线(当伸展时)相对位置限定的电耦合最佳缝隙间隔的电话机的侧视图。
图6，6A和6B是表示按照本发明相对寻呼天线的伸展主天线替代位置。
图7，7A和7B示意性地表示按照本发明的优选主天线辐射元件。
图8、8A、8B和8C示意性地表示按照本发明的优选寻呼天线辐射元件。
图9表示当在伸展位置时主天线与寻呼天线利用电感元件耦合的另一个实施例。
图10A是按照本发明在低频段(800MHz)与在伸展位置的主天线耦合的寻呼天线的VSWR曲线。
图10B是按照本发明在高频段(1900MHz)电耦合的寻呼天线和在伸展位置的主天线的VSWR曲线。
本发明详细说明下面参照附图将更全面地描述本发明，图中表示了本发明的优选实施例。可是，本发明可以以许多不同形式实施，而不受在此所阐述的实施例的限制；而且，提供这些实施例以便公开更充分和完整，并且将向本领域技术人员全面地转达本发明的范围。在图中相同的号码代表相同的元件。在图中，为清楚可以对某些层、元件、间隔或范围进行夸张。
在该应用中，使用某些术语描述技术特征的某些位置关系。如同在此所使用的，术语“纵向”和派生词是指当用户握在手中时由在无线电话机机身相反的顶和底端之间延伸的无线电话机纵向轴线所限定的总的方向。如同在此所使用的，术语“外部、“向外”、“横向”和派生词是指由无线电话机纵向轴线开始水平和垂直延伸矢量限定的方向。相反，术语“内部”、“向内”和派生词是指向外方向相反的方向。“向内”和“向外”方向一起构成“横向”方向。
图1表示的本发明的优选实施例。如图所示，蜂窝电话机10包括一个电话机机身11，一个寻呼天线(第二)15，和一个主天线20。主天线20最好设计得通过铰链机构或结构21与电话机机身11枢轴转动连接。图1表示了在“寻呼模式”的蜂窝电话机10，其中当主天线20在收藏位置时(即，不同于该天线工作或通话的使用位置)寻呼天线为“工作”或操作天线。如图所示，主天线20最好在收藏位置与电话机的顶表面12一部分重叠。
现在参照图1和2，在优选实施例中，蜂窝电话机10是低轮廓单元，它包括一个作为主天线的柔性带导电迹线(平面叶片天线)。该电话机也最好包括一个“翻”盖子元件30，容纳某些元件例如扬声器(未示出)。如图1所示，在寻呼模式或不通话使用中，主天线20最好设计得其折叠覆盖和收藏在相邻翻盖元件30上，以便当每个在收藏位置时主天线20和翻盖30在电话机机壳或机身11的顶表面12上重叠。
在工作中，如图2的实施例所示，主天线20沿转动轴线“A”转动，该轴线穿过所示的交叉点进入纸中(横向跨过电话机端部)并且由枢轴转动连接结构21限定以提升到最佳工作位置(即伸展位置)。在同时待审和同时转让的专利申请题目为“平面叶片天线和翻盖安装结构”和“平面叶片天线和翻盖接合和铰链设计”，代理文档号8194-222和8194-188中分别公开了另外的描述叶片天线20，翻盖30，和最佳安装结构的细节。这些公开的内容在此全部引用作为参照。
再次参照图2，主天线20最好从关闭位置或收藏位置转动约180-210度朝寻呼天线提升到最佳工作位置或伸展位置。相比之下，翻盖30转动到小于主天线20提升角度的打开位置，在现用的电话机模式(“讲话模式”)工作期间两个天线离开用户的最有利的位置。如图1和2所示，寻呼天线15附带在电话机机身背面，以便其是静止和相对机身固定。寻呼天线也在电话机机身顶端13上纵向伸展约至少20mm用于在寻呼模式期间有效地最佳接收。
在任何情况下，如图2、5、6、6A、6B和9所示，当在伸展位置时，主天线20靠近与寻呼天线15有关定位以便在它们之间产生电耦合40。该天线的最佳相对位置在下面进一步讨论。
图3表示了按照本发明的优选寻呼天线15的电路图。寻呼天线15设计得使其与安置在电话机机身内的电话机工作电路75电连接(图2和9)。通常，工作电路75一般安装在印刷电路板上(未示出)。如图8、8A、8B和8C所示，寻呼天线15包括一个辐射元件17、17A、17B、17C，当主天线20没有伸展开时，其限定了一个对于电信号输入45的1/4波长负载(即，谐振器)(图4)。最好，在寻呼模式期间，寻呼天线元件17设计得提供50欧姆信号输入(图4)。
相反，如图4所示，主天线20包括一个辐射元件22(图7)，该元件设计得提供一个1/2波长负载。通过将主天线20转动出工作或伸展位置到收藏位置(或进入收藏位置)，主天线20与第二天线15(和工作电路)(自动地)电隔离或分离。有利地是，这种自动断开有助于寻呼模式中电话机的工作性能，和消除了与匹配和开关网络有关的额外元件的需要，这些元件通常与天线相关联以改变阻抗负载。
最好，通过调节主天线20的寄生辐射元件22的长度和/或通过调节由主天线20相对第二或寻呼天线15的伸展位置所限定的间隔缝隙40实现匹配。
当伸展时，主天线20自动与寻呼天线15电耦合，由此限定了从主辐射元件22通过耦合40和寻呼天线元件17延伸到信号输入45(图4)和工作电路75的伸展电信号路径。如图4所示，电耦合40是电容耦合。因此，当主天线和第二天线或寻呼天线元件电耦合时，该天线15、20合并限定对进入电话机工作电路的信号输入45(最好具有50欧姆输入)一个1/2波长谐振器负载。
在此使用的术语“接近”包括定位具有定位的辐射元件的主和寻呼天线20、15，以便以它们之间有足够间隔提供电耦合的方式彼此相邻(例如，电容耦合)。一般，该电耦合以寻呼天线和主天线辐射元件17、22之间的空气缝隙40A提供。图5和9表示了具有电(电容耦合)的非接触天线实施例的例子。最好，缝隙40为大约2-3mm并且设计得提供大约6-8微微法拉的电容值。另一个方式，主天线和第二天线20、15可以接触。例如，如图2所示，主天线20接触第二天线15的非导电基板材料。参照图5，主天线和寻呼天线20、15可以设计得替代所示的横向缝隙40A，天线体20`、15`的外部物理接触，但各自的导电辐射元件22、17通过限定它们之间电容耦合40的横向缝隙距离和或纵向距离分开。天线体20`、15`的外部一般由不导电基板材料形成。
在任何情况下，当该天线15、20分开大于8-10mm时，主天线20与第二天线15(和最好工作电路)电隔离(图8、75)如图5所示，主辐射元件2可以向下伸展(虚线所示)或在该天线20上终止，以便当主天线20伸展时辐射器模式激发上面的寻呼天线辐射元件17。
在优选实施例中，如图6A所示，主天线20对准寻呼天线15，以便它基本上重叠寻呼天线15。有利地，本发明耦合的天线基本上对失准不敏感，并且可以在没有明显信号性能衰减情况下工作，即使该主天线20的位置随时间改变(即，从其原来位置失准)。当使用柔性迹线时，这种对精确物理位置的不敏感特别有利，柔性迹线往往由于它们固有的柔性和在超时使用电话机上柔性天线20期间对磨损敏感性而改变形状或位置。
图6表示了按照本发明的另外耦合位置。如图所示，寻呼天线15串联对准(背对背)以便它与主天线20的一部分重叠但相对其横向上偏离。图6B表示另一个替代天线安装设计，该设计利用侧面安装的寻呼天线15和枢轴转动主天线20。
图7表示了侧面安装具有辐射元件22的枢轴转动主天线20的另一个替代实施例，该辐射元件基本上延伸该主天线20的长度。当然，主天线20也可以安装得其纵向可移动或可收缩(图7A)，枢轴转动前面安装，或反之安装得收缩在无线电话机机身上。例如，主天线20(枢轴转动或转动或相反可伸展)可以朝着机壳或其后表面安装，同时寻呼天线安装在侧面或前面边缘部分。在谈话模式期间当该天线伸展有助于改善信号质量时，这可以允许主天线20定位得进一步离开用户。
另外，辐射元件22可以用大量适合方式设计得提供所需要的负载，如同本领域技术人员可理解的。例如，主辐射元件22可以设计成杆22B(图7B)、顶部加载鞭状或螺旋体(图7A)、螺旋体或压缩螺旋体、分支双谐振模式之一或组合(例如图8A中所示的寻呼天线或其它弯折模式图7)。
类似地，寻呼天线15包括一个辐射元件17，该元件可以设计成大量适合形式(例如这些上述主天线之一或组合，尽管顶加载螺旋体不适合寻呼天线元件17)以提供寻呼模式的所需要的负载。例如，如图8所示，该元件是弯折模式17a。图8A表示了分支双谐振模式17b的元件，图8B表示了螺旋体元件17c，而图8C表示了压缩的螺旋体元件17d。
在图9所示的替代优选实施例中，该主天线20`包括一个电感元件85。主天线有效地与电接地(元件)86连接。最好，电感元件85设计得提供大约8毫微亨利的电感。如图所示，当主天线20`伸展时，电感元件85定位在主天线的低端部分并且串联连接到由第二15和主天线20`之间间隔限定的电容耦合40。因此，当主天线20`伸展时，该设计提供了1/2波长元件的L-C网络。电容耦合40相互连接了电话机的工作电路75。如此，电感元件和电容器40(以及主辐射元件负载)通过转动主天线20`离开工作或伸展位置简单地自动与工作电路75电隔离。接地(元件)86最好与主天线持续连接，以便通过枢轴转动结构21允许电话机的良好调谐和性能改善，同时提供高水平的机械强度和牢固性。
本发明有利地允许从工作频率15％到50％的相对宽的工作带宽。在此描述的优选1/2波长和1/4波长负载通常用在大约800MHz，但本发明不限于此。
图10A和10B是对应按照本发明电容耦合在伸展位置的主和第二天线15、20数据的VSWR曲线。如图所示，天线负载在感兴趣的频率处匹配。图10A和10B代表示范性双频带设计(800MHz和1900MHz)。
本发明不需要通过转动接头的直接电信号路径，现在设计得使天线不使用直接电信号路径而枢轴转动。另外，本发明的天线耦合不需要单独开关和匹配网络并且比常规模式成本低并且对主天线和寻呼天线之间的相对位置改变相对地不敏感。另外，非直接耦合可以改善信号性能和/或减少在通常的转动天线设计中的信号损耗，并且可以改善寻呼模式性能。
上述内容是对本发明的说明，而不构成对本发明的限制。尽管已经描述了本发明的几个示范性实施例，本领域技术人员应当理解在不基本脱离本发明的新颖教导和优点情况下可以对示范性实施例进行许多修改。因此，使用这些修改也被认为包括在如同权利要求书所限定的本发明范围内。在权利要求书中，装置加功能的条项被认为覆盖了在此描述的执行所引用功能的结构和不仅覆盖结构等同体还包括等同结构。因此，应当理解上述内容是对本发明的说明而不构成对所公开的特定实施例限制，对所公开实施例的修改以及其它实施例被认为包括在附带的权利要求书的范围内。本发明由下列权利要求书限定，而权利要求书的等同体也包括在内。
权利要求
1.一种天线耦合组件，包括一个主天线元件其上具有第一辐射元件，所述主天线元件设计得围绕转动轴线从收藏位置到伸展位置枢轴转动；和一个静止的第二天线元件其上具有第二辐射元件，其中当所述主天线在所述伸展位置时，所述第二天线元件定位接近所述主天线元件，以限定它们之间的电耦合，和其中当所述主天线在所述收藏位置时，所述主天线元件与所述第二天线元件充分分开，所述分开自动地将所述主天线辐射元件与所述第二天线辐射元件电隔离。
2.按照权利要求1的一种天线耦合，其中所述主天线元件包括一个电感元件和设计得与电接地元件有效地连接。
3.按照权利要求1的一种天线耦合，其中所述第一辐射元件设计得限定1/2波长谐振器，和其中所述第一辐射元件被安置在所述主天线元件上至少作为杆、弯折线、螺旋体、压缩螺旋体、顶加载螺旋体和分支双谐振模式之一。
4.按照权利要求1的一种天线耦合组件，其中所述第二辐射元件限定了1/4波长谐振器，和其中所述第二元件安置在所述第二天线元件上至少作为杆、螺旋体、压缩螺旋体、分支双谐振和弯折线模式之一。
5.按照权利要求3的一种天线耦合组件，其中当所述主天线元件在所述伸展位置电耦合到所述第二天线元件时，所述第一和第二辐射元件限定大约1/2波长辐射谐振器。
6.按照权利要求1的一种天线耦合，其中所述主天线元件在转动轴线上可转动伸展，和其中所述主天线元件从所述收藏位置到所述伸展位置转动大约至少180度以提升到优选工作位置并且与所述第二天线元件电连接。
7.按照权利要求3的一种天线耦合，其中所述第二天线元件是一个寻呼天线，和当所述主天线元件在所述伸展位置时其中所述寻呼天线定位在所述主天线元件后面。
8.按照权利要求6的一种天线耦合，其中所述主天线元件设计成柔性导电迹线天线，和其中所述主天线元件转动在所述伸展位置接触所述第二天线元件。
9.一种无线电话机，包括一个无线电话机机身具有顶端部分和顶表面和包括其内的一个电工作电路；一个主天线枢轴转动附加在所述无线电话机机身，以便所述主天线具有第一收藏位置和第二伸展位置，其中所述主天线围绕转动轴线转动在所述伸展位置纵向伸展离开所述无线电话机机身顶端部分；和一个寻呼天线附加在所述无线电话机机身并且设计得与所述无线电话机机身内的所述电工作电路电连接；其中当所述主天线在所述第二伸展位置时，所述寻呼天线和所述主天线定位得相互接近并且限定了它们之间的电耦合，由此将所述主天线与所述电工作电路电连接，和其中当所述主天线在所述第一收藏位置时，所述主天线与所述寻呼天线电隔离。
10.按照权利要求9的一种无线电话机，其中当在所述收藏位置时所述主天线与所述寻呼天线和所述工作电路电脱离耦合。
11.按照权利要求9的一种无线电话机，进一步包括与所述无线电话机有效连接的电接地元件，其中所述主天线包括一个电感元件和与所述电接地元件电连接。
12.按照权利要求11的一种无线电话机，其中当所述主天线伸展时，所述寻呼天线和主天线限定了它们之间的电容耦合，和其中当所述主天线伸展时，所述主天线和寻呼天线限定了与所述无线电话机机身内所述无线电话机电工作电路有效连接的L-C串联匹配电路。
13.按照权利要求9的一种无线电话机，其中当所述主天线在所述收藏位置时，所述寻呼天线限定了与所述工作电路有效连接的1/4波长辐射元件，和当所述主天线伸展时，所述主天线和所述寻呼天线电接合以限定与所述工作电路有效连接的1/2波长辐射元件。
14.一种蜂窝电话机，包括一个电话机机身具有相反的第一和第二端部分和一个顶表面；一个平面叶片寻呼天线其上具有一个寻呼辐射元件附加在所述电话机机身上并且设计得伸展出离开所述电话机机身第一端预定距离；一个安置在所述电话机机身内的工作电路电连接到所述寻呼天线；和一个主叶片天线其上具有一个主辐射元件，所述主叶片天线设计得枢轴转动附加在所述电话机机身，以便所述主天线具有重叠所述电话机机身所述顶表面一部分的第一收藏位置和第二伸展位置以便所述主天线纵向离开所述电话机机身的所述第一端伸展，其中当所述主天线在所述伸展位置时，所述主天线定位接近所述寻呼天线以限定它们之间的电耦合，以便所述寻呼和主辐射元件限定对所述工作电路的半波长辐射谐振器，和当所述主天线在所述收藏位置时，所述主天线与所述寻呼天线和所述工作电路电隔离，和其中所述寻呼辐射元件限定了对所述工作电路的四分之一波长辐射谐振器。
15.按照权利要求13的一种蜂窝电话机，其中所述寻呼天线固定在所述电话机机身背面，和其中当在所述伸展位置时，所述主天线定位得以便它重叠所述寻呼天线的至少一部分以限定它们之间的分隔缝隙。
16.按照权利要求13的一种蜂窝电话机，进一步包括一个与所述电话机有效连接的电接地元件，其中所述主天线包括一个电感元件并且电连接到所述电接地元件。
17.按照权利要求16的一种蜂窝电话机，其中所述电耦合是电容耦合，和其中当伸展时所述主天线电感器元件串联连接到所述电容耦合，由此限定一个串联L-C匹配电路。
18.按照权利要求15的一种蜂窝电话机，其中所述主天线从所述收藏位置到所述伸展位置转动大约大于180度的角度。
全文摘要
当主天线伸展到工作位置时,由转动主天线和静止寻呼天线产生用于蜂窝电话机天线的一种非直接电耦合。当伸展时,主天线位于接近第二天线以限定它们之间的电耦合。从伸展位置转动主天线自动地将主天线与电话机工作电路脱离。该天线元件或天线间距提供了适当的匹配电路,而主天线的提升和收回提供了匹配电路的开关。
文档编号H01Q21/00GK1331851SQ99814808
公开日2002年1月16日 申请日期1999年12月16日 优先权日1998年12月21日
发明者H·E·霍尔斯豪泽, G·J·哈耶斯 申请人:艾利森公司