专利名称：包括滑动连接器装置的天线设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用一个滑动连接器装置来接收和发射RF信号的天线设备，更具体地说，涉及一种在滑动连接器的延伸和收缩期间经其电气联接到无线电电路上、用来接收和发射RF信号的天线设备。
今天移动通信业的一些动力在于可用性和尺寸。手持移动通信设备的用户要求达到其位置可能所处的任何地方。这就要求操作者具有其移动网络的良好覆盖，但对于巨大的无人居住或人烟稀少区域，这借助于任何适当的经济性是不可能的。对于频繁旅行到无人居住位置的用户的一种解决方案是代之以使用卫星通信电话。
这样一种用户仍会对其卫星通信设备的尺寸有要求，因为毫无疑问他将会把其普通蜂窝通信设备与其卫星通信设备相比较。至轨道或静止卫星的距离是如此之大，所以卫星天线需要能处理非常弱的信号。使用的天线与用于蜂窝通信设备的天线相比因而一般较大和要求较少的障碍物，并因此占有卫星通信设备的相当量的空间。对减小用于卫星通信设备的天线尺寸的需要因而是巨大的，并且对于这样一种天线能够减小尺寸的任何人将具有显著的竞争优势。
在卫星通信设备中的稍大天线单元已经提出一些问题。在一组先有技术的天线中，天线单元能绕一个轴线转动，从而当不在通话位置时沿卫星通信设备的一侧折叠天线单元。因此，当处于备用模式中时由终端设备占用的空间相当小。对于这种解决方案出现的一个问题是，天线在备用模式中不利于从卫星接收寻呼信号。这能通过在卫星通信设备的顶部引入一根专门设计成用来在备用模式中接收发出信号的额外寻呼天线来补救。然而这产生一个新问题，即如何独立于操作模式在不同的天线之间切换。
另一种解决方案要求卫星设备在备用期间具有一个专用位置，如倒置。
美国专利申请No.5,628,057公开了一种使一个天线单元在一个枢轴点处连接到其上的卫星通信设备。
本发明的目的因而在于实现一种在无线电通信设备中的电路与可延伸和可收缩天线设备之间的可靠和高效连接，该天线设备可在延伸位置和收缩位置中操作。
本发明的另一个目的在于实现一种在无线电通信设备中的电路与可延伸和可收缩天线设备之间的可靠和高效连接，该天线设备可在延伸和收缩期间操作。
通过提供一个带有辐射装置、可在一个延伸和一个收缩位置之间运动的天线设备，解决如何实现在无线电通信设备中的电路与可延伸和可收缩天线设备之间的可靠和高效连接的上述问题，该天线设备可在延伸位置和收缩位置中以及可在延伸和收缩期间操作。所述天线设备带有一个包括电气联接到所述辐射装置上且可随其运动的至少一个第一连接件的馈电装备。所述馈电装备进一步包括布置成电气联接到所述第一电路上且固定安装在一个支撑单元上的至少一个第二连接件。况且，所述第一连接件在所述延伸和收缩位置之间且包括这两者的所有位置中电气联接到所述第二连接件上。
更详细地说，根据一个第一实施例，通过提供一种根据以上的天线设备实现本发明的目的，其中所述第一连接件包括多个弹性导电件。所述第二连接件包括布置在电介质一侧上的多个细长导电条，并且有一个接地平面布置在所述电介质的相反侧上。所述多个导电件的每个弹性导电件布置成贴着一个对应细长导电条施加一个力，从而能够实现在所述导电件与所述导电条之间的电气联接。每个弹性导电件布置成，当所述辐射装置在所述第一与第二位置之间运动时沿所述细长导电条滑动。
根据另一个实施例，通过提供一种根据以上的天线设备实现本发明的目的，其中所述天线设备进一步包括一个开关。所述开关布置成，当所述辐射装置在所述第二位置中时，脱开所述第二连接件并且把所述第一电路连接到所述辐射装置上。
根据另一个实施例，通过提供一种根据以上的天线设备实现本发明的目的，其中所述细长导电条的至少一个具有不规则成形的边缘。调节所述不规则成形边缘，从而细长导电条具有一个从其中当所述辐射件在延伸位置中时弹性导电件连接到细长导电条上的第一点、并且向着所述开路端看到的输入阻抗，该输入阻抗与从所述第一点且向着辐射装置看到的输入阻抗相比非常大。这些不规则成形边缘例如能通过凸出和/或凹进得到。
关于本发明的一个优点在于，在无线电通信设备中的电路与可延伸辐射装置之间的可靠连接在延伸位置和收缩位置中以及在延伸和收缩期间得到。
关于本发明的另一个优点在于，在延伸和收缩位置中，最短可能电气传输距离都保持在辐射元件与无线电电路之间。
根据本发明一个实施例的一个优点在于，能容易和可靠地得到在无线电通信设备中的电路与可延伸辐射装置之间的几种独立、电气隔离的连接。
根据本发明一个实施例的一个优点在于，在辐射装置与无线电通信设备中的电路之间的隔离线路上能传导发射和接收的信号。
根据本发明一个实施例的一个优点在于，在辐射装置与无线电通信设备中的电路之间的隔离线路上，能传导至在不同系统中布置成接收和发射RF信号的不同辐射元件的信号。
根据本发明一个实施例的另一个优点在于，所述细长导电条可以具有不规则成形边缘，如凸出或凹进，从而当所述辐射装置在其延伸位置中时，认为细长条是一个断开电路。
从下文给出的详细描述，本发明适用性的另外范围将是显而易见的。然而，应该理解，指示本发明最佳实施例的详细描述和具体例子仅当作说明给出，因为在本发明范围内的各种变更和修改，由这种详细描述对于熟悉本专业的技术人员将是显而易见的。
由下文给出的详细描述和附图，将更充分地理解本发明，这些附图仅当作说明给出，并因而不限制本发明，及在附图中
图1表示一种用于卫星通信终端带有一个可转动主天线和一个辅助天线的先有技术天线装备，图2表示与至一个无线电通信设备的电路的电缆相连的一种轴向可延伸天线装置，图3表示根据本发明第一实施例的一种天线设备和无线电通信设备的立体图，图4表示根据本发明第一实施例的连接件的详细视图，图5a、5b和5c示意表示根据本发明一个最佳实施例的不同电气配置，图6表示在根据本发明一个实施例的发明天线装置的延伸期间的示意信号强度图，图7示意表示根据本发明第三实施例的发明天线装置，图8a、8b和8c表示根据本发明第四实施例的连接件的详细视图，图9a和9b表示根据本发明第五实施例的连接件的不同视图，图10a和10b表示根据本发明第六实施例的连接件的不同视图，图11表示根据本发明第七实施例的连接件的视图，图12示意表示根据本发明一个最佳实施例的分解图。
图1表示带有用于卫星通信的先有技术天线101的无线电通信设备。天线101安装在无线电通信设备的后侧上在一个枢轴点处，并因而能转动到一个工作位置、基本指向上面，或者转动到一个不工作位置、基本指向下面。一个补充天线102安装在无线电通信设备的顶部上，当主天线101处于不工作位置时用来接收寻呼信号。
如果无线电通信设备倒置定位，则能避免补充天线102。主天线101然后基本上指向上面，指向通信卫星，并且能够接收寻呼信号。
如果要避免一个额外天线单元或不方便的定位要求，则可以代之以使用一个可延伸天线。借助于一个可延伸和可收缩天线单元，同一个天线单元可以用于寻呼信号以及用在通话位置中。
图2表示带有可延伸辐射装置202的无线电通信设备201。辐射装置连接到安装在无线电通信设备201中的一块印刷电路板PCB204上的电路203上。借助于一根第一同轴电缆205和一根第二同轴电缆206实现连接。
在制造期间，同轴电缆的使用会带来一些问题。难以以高效方式把电缆接头安装到电路和辐射装置的接头上。如果需要在辐射装置202与电路203之间的几个不同接头，则每根新同轴电缆增加制造过程中的困难。因此同轴电缆接头的使用是一种可靠而麻烦且昂贵的解决方案。接头和电缆也将带来信号传输在电路203与辐射装置202之间的不必要损失。当辐射元件在其延伸位置并且在电路与辐射元件之间的几何距离较短而使用同轴电缆的距离仍较长时，这具有其最大的缺点。
图3表示带有一个辐射装置302和安装在一个PCB 304上的电路303的一种无线电通信设备301。馈电装备305布置成用来从电路303向辐射装置302供给信号。所述馈装置305分别包括标为306、307和308的第一、第二和第三连接件；及标为309、310和311的第四、第五和第六连接件。
第一、第二和第三连接件是所谓的弹簧单高跷销，借助于弹簧作用伸缩接触，安装在辐射装置302上且可随其运动。第四、第五和第六连接件安装在一个电介质上的细长导电条，使导电后侧联接到地并且固定附着到无线电通信设备的壳体上。壳体因而起对于细长导电条的支撑件的作用。弹簧单高跷销306、307和308是弹性的加载弹簧，并且把一个力施加在细长导电条309、310和311上，从而能够分别实现在第一与第四、第二与第五及第三与第六连接件之间的电气联接。因而，当辐射装置在收缩和延伸位置以及在其之间的所有位置中时，在电路303与辐射装置302之间实现电气联接。对于RF信号，经连接件从电路到辐射元件的传输线的传输特性将在延伸和收缩期间变化，如图6中公开的那样。
在图6中对于两种不同频率相对于天线插入到可携带电话的插孔内的距离画出信号的衰减。如在图6中能看到的那样，对于900MHz出现一次下降，而对于1600MHz出现两次下降。传输效率的下降对通信性能没有显著不利的影响，因为通信系统设计成允许传输中的短暂中断。当然，对于不是RF信号的信号，如功率和控制信号，在传输中没有这种下降出现。
辐射装置进一步包括一个第一辐射元件312。第一辐射元件由用来接收和发射圆形偏振RF信号的N个导电螺旋条组成，其中N是大于1的整数。当然也有可能使用任何其他适于接收和发射圆形偏振RF信号的其他辐射装置，如螺旋导线。第一辐射元件312经一个定相网络连接到第一连接件306上，并且进一步经第四连接件309连接到电路303上。
一个第二辐射元件标为313，并且布置成用来接收和发射平面偏振RF信号，如用于地面无线电通信，例如GSM、DECT、AMPS、D-AMPS、PCS等。第二辐射元件连接到第三连接件308上，并且进一步经第六连接件311连接到电路303上。
一个防护帽标为314，并且为了清楚起见仅部分表示。帽314也包括与定位在周围壁(未表示)上的对应导向表面相联的导向凸块(未表示)。另外，导向外形可以定位在一个布置成用来支撑第一辐射元件312的支撑件上。
图4表示辐射装置302的俯视图，并且更清楚地公开了一个从其辐射装置302可延伸和可收缩的插孔402。导向凸块402与导向表面403啮合，从而辐射装置302的滑动运动是可能的。这使得有可能使辐射装置302伸出插孔402，并且使所述装置再缩回到插孔402中。
图12表示根据本发明一个实施例的主要零件的分解视图。在该实施例中，在辐射装置与无线电通信设备中的电路之间使用五种不同的连接。一个第一PCB标为1201，而一个第二PCB标为1202。一个第一辐射元件标为1203，并且在安装在一个空心支撑件1204上的薄可弯曲载体上包括多个螺旋缠绕的导电条。所述第一辐射元件布置成用来接收和发射主要用于与卫星通信的圆偏振RF信号。所述第一辐射元件1203联接到一个定相网络上，并且当必要时连接到一个双工器上(未表示)。定相网络布置成把圆偏振RF信号转换成适于传送到无线电通信设备中的电路的信号和进行相反转换。双工器把接收信号Rx和发射信号Tx分离成在两个独立导体上携带的独立信号，对于发射频率Tx和接收频率Rx能交替地利用两个独立定相网络。Tx和Rx信号分别连接到第一和第二连接件1205和1206上，第一和第二连接件1205和1206又分别连接到第三和第四连接件1207和1208上。所述第三和第四连接件1207和1208进一步连接到无线电通信设备中的电路上。在建立在所述第一与第三、及第二与第四连接件上的连接上，也是传导到定相网络和定位在第一或第二PCB 1201、1202上的双工器的功率和控制信号，例如到一个LNA(低噪声放大器)。独立连接件可以交替地用于把功率和控制信号传送到定相网络和双工器。
一个第二辐射元件标为1209，并且是一个布置成用来在例如GSM、DECT或AMPS系统中接收和发射RF信号的螺旋导电线圈。第二辐射元件定位在支撑件1204内，并且经标为1210、1211、1212和1213的第五、第六、第七及第八连接件以对于所述第一辐射元件描述的类似方式连接到无线电通信设备中的电路上。然而，一般不需要定相网络或双工器。标为1214和1215的第九和第十连接件用来从电路携带信号接地。所述第二、第四、第六、第八和第十连接件安装在一个电介质或载体1216上，在载体1216背侧上有一个接地平面1217。
当然也有可能在每个信号携带条、或在信号条等上周围的几个信号接地条之间有独立的信号接地条。
与同轴连接相比借助于使用条带的一个优点在于，显著减小连接和传输中的损失。
图5a、5b和5c表示根据本发明一个最佳实施例的不同配置的示意电路图。用501指示一个第一连接件，而用502指示一个第二连接件。用503指示一个辐射装置，而504指示在无线电通信设备中的电路。尽管为了清楚起见，仅一条线画在图5中在电路504与辐射装置503之间，但要理解，如上所示，这条线可以表示构成一条传输线的两个或多个细长导电条和连接器。所述第二连接件502使一个标为505的第一端和一个第二端506连接到所述电路504上。
如图5a中公开的那样，当辐射装置在其缩回位置时，第二连接件502把辐射装置503电气连接到电路504上。在图5b中，表示的辐射装置503在其延伸位置连接到电路504上。第一端505在该位置中是一个开路端。在图5b中，选择第二连接件502的电气长度，从而第二连接件502对于选择的频带与辐射装置503相比在第二端506处具有非常高的阻抗，并因此能认为是开路。在图5c中，公开的辐射装置503处于在延伸与缩回位置之间的位置中。辐射装置503仍然经所述第一和第二连接件联接到电路504上。
图7表示其中电路701在第一端703连接到第二连接件702上的布置。当辐射装置704在其缩回位置中时，第二连接件702是一个开路的短线，并且与一个开关(未表示)脱开或者如上述那样调节到高输入阻抗。
图8a、图8b及图8c表示其中使用软导线件的连接件801、802和803的侧视图、前视图和顶视图。辐射装置标为804，在支撑件上或其中是安装的辐射元件(未表示)。当辐射装置804延伸或缩回时，弹性件801、802和803将在细长连接件(未表示)上滑动。如在图8a中表示的那样，弹性连接件801、802和803是可弯曲的，并且把一个力施加到细长连接件上以便实现电气接触。在图8a中，一个导线件表示为压下以指示导线件的可弯曲性。
图9a表示带有图3和12中公开的细长导电条的布置，并且图9b表示在Ⅰ-Ⅰ得到的视图。一个电介质或载体标为901，而一个导电板标为902。导电板902接地。第一、第二、第三、第四及第五细长导电件安装在介电载体901上，并且标为903、904、905、906及907。
图10a表示根据所述细长导电条的另一个实施例的前视图，而图10b表示在线Ⅱ-Ⅱ处得到的图10a的布置。一种电介质标为1001，而一块导电板标为1002。导电板1002接地。第一、第二及第三细长导电条分别标为1003、1004及1005。第三细长条1005带有凸块1006，调节第三细长导电条1005的电气长度。
图11表示根据另一个实施例的细长导电条。第一电介质或载体标为1101，第二电介质或载体标为1102，及接地平面标为1103。第一和第二介电载体以小距离布置，从而实现一个凹槽1104，其中一个电气连接到辐射装置(未表示)上的第一连接件(未表示)可以电气联接到所述接地平面1103上。
当然也有可能，把不同实施例的不同方面相结合以实现多个新的稍微不同的实施例。这些稍新的实施例也打算包括在本发明的概念范围中。
显然如此描述的本发明可以以多种方式变化。这些变更不要认为是脱离本发明的精神和范围，并且对于熟悉本专业的技术人员是显然的所有这种变更打算包括在如下权利要求书的范围内。
权利要求
1．用来从布置在无线电通信设备中的第一电路接收RF信号和向其传送RF信号的天线设备，该天线设备包括一个辐射装置，其中所述辐射装置可在一个第一缩回位置与一个第二延伸位置之间运动；至少一个第一支撑单元及一个馈电装备其特征在于，-所述馈电装备包括电气联接到所述辐射装置上且可随其运动的至少两个第一连接件(306、307、308；801、802、803)，-所述馈电装备进一步包括电气联接到所述第一电路上且固定安装在所述第一支撑单元上的至少两个第二连接件(309、310；903、904、905、906、907；1003、1004、1005)，-所述第一和第二连接件一起形成一条传输线，及-所述第一连接件在所述第一与第二位置之间及包括这两者的所有位置中，电气联接到所述第二连接件上。
2．根据权利要求1所述的天线设备，其中-所述第二连接件是一个具有第一开口端的细长导电条，-所述第二连接件带有一个可连接到所述第一电路上的第二端，-当所述辐射装置在所述第一位置中时，所述第一连接件联接到在所述第一端中的所述第二连接件上，及-当所述辐射装置在所述第二位置中时，所述第一连接件联接到在所述第二端中的所述第二连接件上。
3．根据权利要求1或2所述的天线设备，其中-所述第一连接件包括多个弹性导电件，-所述第二连接件包括布置在电介质一侧上的多个细长导电条，并且有一个接地平面布置在所述电介质的相反侧上，-所述多个导电件的每个弹性导电件布置成贴着一个对应细长导电条施加一个力，从而能够实现在所述导电件与所述导电条之间的电气联接，及-每个弹性导电件布置成，当所述辐射装置在所述第一与第二位置之间运动时沿所述细长导电条滑动。
4．根据权利要求2-3任一项所述的天线设备，其中-所述多个细长导电条的至少一个接地。
5．根据权利要求2-4任一项所述的天线设备，其中-所述电介质带有至少一个凹槽，从而使一个对应的弹性导电件能够电气联接到所述接地平面上。
6．根据权利要求1-5任一项所述的天线设备，其中所述辐射装置包括-一个第一辐射结构，布置成用来发射和接收圆偏振RF信号，和-一个第二辐射结构，布置成用来接收和发射RF信号。
7．根据权利要求6所述的天线设备，其中-所述第一辐射结构，布置成用来从卫星接收和向其发射RF信号，和-其中所述第二辐射结构，布置成用来在地面系统中接收和发射RF信号。
8．根据权利要求2-7任一项所述的天线设备，其中-所述辐射装置包括用来划分和结合接收和发射的RF信号的装置，-一个第一细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来传导由辐射装置从所述第一电路发射的RF信号，-一个第二细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来把由辐射装置接收的RF信号传导到所述第一电路，-一个第三细长导电条布置在所述第一与第二细长导电条之间，并且接地。
9．根据权利要求2-7任一项所述的天线设备，其中-所述辐射装置包括用来划分和结合接收和发射的RF信号的装置，-一个第一细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来传导由所述第一辐射结构从所述第一电路发射的RF信号，-一个第二细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来把由所述第一辐射结构接收的RF信号传导到所述第一电路，-一个第三细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来传导由所述第二辐射结构从所述第一电路发射的RF信号，-一个第四细长导电条和一个对应的弹性件布置成用来把由所述第二辐射结构接收的RF信号传导到所述第一电路，及-接地的细长导电条布置在所述第一、第二、第三和第四细长导电条的至少一对之间。
10．根据权利要求2-9任一项所述的天线设备，其中-至少一个第二电路布置在所述辐射装置上，-另外的细长导电条和在所述多个中的对应的弹性件布置成用来向所述第二电路馈送功率和控制信号。
11．根据权利要求10所述的天线设备，其中-所述第二电路包括低噪声放大器、定相网络、耦合器、双工器或双工机。
12．根据权利要求2-11任一项所述的天线设备，其中-所述细长导电条的至少一个具有不规则成形的边缘，-调节所述不规则成形的边缘，从而细长导电条具有一个从其中弹性导电件连接到细长导电条上的第一点、并且向着所述开路端看到的输入阻抗，该输入阻抗与从所述第一点且向着辐射装置看到的输入阻抗相比非常大。
13．根据权利要求12所述的天线设备，其中-所述第一点是所述第二端。
全文摘要
本发明涉及与如何实现在一个无线电通信设备中的电路与一个可延伸和可收缩天线设备之间的可靠和高效连接有关的问题,该天线设备在延伸和缩回位置中以及在延伸和收缩期间是可操作的。该问题通过提供一种带有辐射装置、可在一个延伸和一个收缩位置之间运动的天线设备解决。所述天线设备带有一个馈电装备,该馈电装备包括电气联接到所述辐射装置上且可随其运动的至少一个第一连接件(306、307、308;801、802、803)。所述馈电装备进一步包括布置成电气联接到所述第一电路上且固定安装在一个支撑单元上的至少一个第二连接件(309、310;903、904、905、906、907;1003、1004、1005)。况且,所述第一连接件在所述延伸与缩回位置之间及包括这两者的所有位置中,电气联接到所述第二连接件上。
文档编号H04M1/02GK1314014SQ99809828
公开日2001年9月19日 申请日期1999年8月19日 优先权日1998年8月19日
发明者理查德·伯汉南 申请人:奥根公司