专利名称：天线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及到专门适用于移动电台的双模式天线。双模式天线的意思是说它具有两种电气工作状态，并且这两种状态之间的过渡是通过改变天线的机械结构而完成的。
以往的双模式天线有螺旋/鞭状天线的组合，其中的鞭状部分装在移动电台内部或是延伸到它的外部。为了改善连接的质量，在必要时采用上述的后一种位置。螺旋部分被固定在移动电台的框架上，使鞭状部分延伸通过螺旋部分、或者是位于鞭状部分的端部，从而使两部分都能够移动。此类天线的一个缺点在于螺旋部分总是处在移动电台的外部，形成一种不适当的突起。
根据例如公开的WO98/56066所记载的现有技术还知道有一种
图1所示的双模式平面天线。它包含一个接地平面11和稍稍高出接地平面的一个辐射平面12。辐射平面可以沿着一个介电体中的沟槽移动。在图1中表示了与开有槽的介电体18的配合，它可以从平面12的一个边缘上看到。在平面收缩时，天线的工作结构是一个平面倒F型-天线(PIFA)型。馈电是通过线13到平面12上的一点14。在另一个位置15上形成平面12和介电平面11之间的短路。当平面12展开时，在图1中虚线所示的位置上，这种工作结构是一个单极天线。此时，馈电是通过线13和传输线16到平面12上的一点17。这一结构中还包括传输线16在平面12收缩时的短路，以及在平面12展开时的阻抗匹配。从图1中看不到这些结构。
上述结构的一个缺点是，在其它部件可以移动的位置中，电路连接不可靠。介电体中的沟槽的机械磨损或是辐射平面随着使用而产生的变形都会使连接逐渐劣化。
本发明的目的是减少现有技术所面临的上述缺点。在独立权利要求中限定了按照本发明的天线结构的特征。在从属权利要求中限定了本发明的一些有益的实施例。
本发明的基本原理如下这种天线结构包括被装在移动电台的盖子内部的一个PIFA型天线，以及相对于PIFA可以移动的一个鞭状元件。PIFA可以是单频或是双频的天线。当鞭状元件处在较低位置时，它与PIFA的部件基本上没有耦合。当鞭状元件处在较高位置或是抽出位置时，元件的下端与PIFA的辐射元件形成电路或是电容性的耦合。如果PIFA是单频带天线，抽出的鞭状元件就会使PIFA的谐振频率发生明显的改变，这时，鞭状元件就变成了这一工作频带中的辐射元件。如果PIFA是一个双频带天线，鞭状元件也可以改变PIFA的一个谐振频率，最好是改变较低的那一个谐振频率，从而使抽出的鞭状元件仅仅在较低工作频带上才作为辐射元件工作。在较高的工作频带上，PIFA的导电平面可起到辐射元件的作用。或者是仅仅用抽出的鞭状元件来改善天线在较低工作频带上的操作性能，而不改变PIFA的谐振频率。鞭状元件的馈电是通过PIFA完成的，没有任何附加部件。
本发明的一个优点在于，在不使用移动电台进行通信时，装备有本发明的天线的移动电台没有不方便的突出零件。然而，在必要时可以利用突出的鞭状元件的特性。PIFA的带宽和增益主要取决于PIFA的各平面之间的距离。尺寸特别小的PIFA的特性不需要满足所有的要求。众所周知，鞭状天线具有良好的电气性能。通过PIFA和鞭状天线的组合就能获得两种天线的最佳性能。
本发明进一步的优点在于本发明的结构是可靠的，因为移动零件最少，即使是在正常使用中经常移动鞭状元件也不会造成电气性能的任何明显变化。本发明的优点还体现在这种结构的制造成本比较低，因为它既简单又适合批量生产。本发明的优点还在于鞭状元件造成的吸收率值(SAR)往往比相应的PIFA要低。进而，本发明的优点还在于缩短了PIFA的辐射图形中的缝隙，这相当于改变了谐振频率，使这种天线对人手所造成的影响不象普通的PIFA或是没有缩短鞭状部分的PIFA那样敏感。
以下要参照附图具体地解释本发明，在附图中图1表示现有技术的一例双模式天线，图2a表示按照本发明的一例天线，图2b表示从侧面看到的图2a的结构，图3表示按照本发明的第二例天线，图4表示按照本发明的第三例天线，图5表示按照本发明的天线的一种匹配方式，图6表示鞭状元件的一种连接部件，以及图7表示鞭状元件的另一种连接部件。
图1已经参照现有技术说明进行了描述。
图2a表示按照本发明的一例天线。它包括一个接地平面201，一个辐射平面元件211和一个鞭状元件220。其中接地平面和辐射平面元件是被固定在相应的无线电设备的盖子内部，而鞭状元件位于设备内部或是抽出。接地平面201例如可以是一个单独的金属板，或者是上述无线电设备的框架或是金属保护盖上的一部分。辐射元件211具有适合于元件导电图形的形状的一个缝隙213，使平面天线获得需要的谐振频率。缝隙213从平面211的边缘延伸到平面211的中心区域。在本例中设计的导电图形是将平面天线设计成一个单频带天线。通过连接在平面元件211边缘上的导体212向平面元件馈电。在接地平面210和平面211之间有一个短路元件202，因此，本例的平面天线是PIFA型的天线。鞭状元件220包括实际的辐射鞭状部分221，处在下端的连接部件222，以及处在鞭状部分上端的便于握持的延伸部分223。在图2a中表示的鞭状元件220是处在其顶部位置或者说是被抽出的。连接部件222处在平面元件221的缝隙213的起点。连接部件222在平面元件211的缝隙213的两侧具有电路的连接，这样就能缩短缝隙。由于缝隙213被缩短了，平面天线的谐振频率明显提高，因此，平面天线在鞭状元件220被抽出时并未作为天线在工作频带上工作。另一方面，鞭状元件的尺寸在同一工作频带上构成一个单极天线，这样就代替了内部的平面天线。在图2a的工作状态下，平面元件211的作用是鞭状元件220的馈电导体的一部分，并且被作为鞭状元件的阻抗匹配元件。
图2b表示从侧面看到的图2a的结构。借助如图6所示的机械结构用一个力F将鞭状元件的连接部件222压在平面元件211上。图2b用虚线表示收缩在结构内部的鞭状元件。这时，它和结构中的其它部分基本上没有电的耦合，并且仅有平面天线起到天线的作用。在图2b中还表示了平面天线的支撑结构251、252。处在天线上部的零件251同时支撑着鞭状部分221。鞭状部分221可以通过它的一个孔内外移动。
在说明书和权利要求书中使用的术语“辐射”是指元件的作用。如果元件没有馈电，当然也就没有辐射。“辐射”的元件还在其有效辐射的同一频带上用于接收。
图3表示按照本发明的第二例天线结构。这一结构与图2的唯一区别是辐射平面元件的导电图形的结构不同。图3的平面元件311有两个缝隙。第一缝隙313从平面元件上靠近馈电点P的第一边缘开始在图中水平地延伸到与相对边或第二边缘相距一定的距离。第二缝隙314从第二边缘开始延伸并且在图中延伸到与平面元件的第一边缘相距一定的距离。平面天线可以利用这些缝隙的适当尺寸获得两种不同的谐振频率；这样就能构成一个双频带天线。当鞭状元件320被抽出时，它的连接部件322会在起点处缩短第一缝隙313。这样，第二个优选较低的谐振频率就被明显地改变了。其结果是，在较低的工作频带上仅有鞭状部分321起到天线的作用。在鞭状元件被收缩和抽出的两种情况下，平面天线都在较高的工作频带上起到天线的作用。
在图2和3的结构中，鞭状元件和平面元件之间的连接点被布置在靠近平面元件的馈电点P处。这样就能使鞭状元件的馈电更加有效。在图示的结构中，缩短平面元件的缝隙也是为了同一个目的。如果不这样做，在鞭状部分被抽出时平面元件和鞭状元件都会在工作频带上起到辐射器的作用。鞭状元件的辐射效果就会由于它与天线端口的阻抗匹配而受到影响。通过PIFA配备有缩短导体202、302进行馈电，使阻抗变化成导电状态。因此，这种匹配需要电容负载。在图5中表示了一种有益的电容匹配方式。图5结构与图2相似。它包括一个接地平面501，一个辐射平面元件511以及一个鞭状元件520，该鞭状元件包括一个实际辐射的鞭状天线521和一个连接部件522。平面元件511有一个被连接部件522缩短了的缝隙513。平面元件的馈电点P靠近缝隙513的被缩短的位置。与图2所示结构的区别在于有一个指向接地平面501的突出部515，这一突出部是通过弯折平面元件而形成的。突出部和接地平面之间的电容被用来匹配鞭状天线的阻抗。也可以通过改变图2和3中所示的缩短的导体202、302的尺寸来实现匹配。
图4表示按照本发明的天线结构的第三个例子。这种结构与图2的唯一区别也是在辐射平面元件的导体图形的设计结构上。图4的平面元件411有一个缝隙413，它从平面元件的一个边缘上开始，首先在水平方向上延伸，然后在相对靠近平面元件之第一边缘的垂直方向上延伸，然后水平地转向平面元件的第二边缘一直延伸到与其相距一定的距离。本例中的缝隙形状也能使平面天线具有两个独立的谐振频率。然而，在本例中，鞭状元件420的连接部件422在抽出时不会使缝隙413缩短，而是仅仅在靠近其馈电点P处与平面元件411形成电路接触。这样，平面天线就能在两个工作频带上工作。鞭状元件的尺寸适合在较低工作频带上工作，用来改善天线的电气性能。
鞭状元件的另一种耦合方式是电容耦合在鞭状元件被抽出时，平面连接部件422处在接近平面元件411的一定距离上，从而获得适当的耦合电容。
图6表示如何在鞭状元件和平面元件之间安排电路连接的一个例子。该图和图2b一样表示了实际的鞭状元件221，连接部件222，平面元件211和它的缝隙213。图6中进一步表示了属于与平面元件211平行的平面元件支撑结构的一个介电体650的一部分，以及固定在连接部件222上的带状弹簧625和627。在抽出鞭状元件时，连接部件222处于平面元件211和支撑体650之间，用弹簧625压住平面元件，同时用弹簧压住支撑体。接触弹簧625在平面元件211的缝隙213的两侧形成与该平面元件的牢固接触。在图6的主图一侧表示了从平面元件211的方向看到的连接部件222。从图中可以看到接触弹簧625和与其平行的第二个同样的接触弹簧626。利用弹簧的双重接触来改善连接的可靠性。
图7表示鞭状元件的另一种连接部件。连接部件722包含弧形的接触弹簧，例如是呈圆筒形对称布置的弹簧727，用它们构成一个桶形的周边。将接触弹簧彼此固定并且通过支撑体731、732与鞭状元件721固定。此类的结构使鞭状元件能够绕着其轴线转动。接触弹簧越多，使用寿命就越长。
上文中说明了本发明的一些解决方案，但是本发明并非仅限于这些方案。平面天线也可以是PIFA以外的类型。它还可以包括一个寄生的元件。连接部件的形状和锁定机构可以有许多变化。在其最简单的形式中，仅仅在弯折到平面元件的缝隙边缘上方的平面突起之间拉伸套筒状连接部件。本发明的原理在附带的权利要求书所限定的范围之内可以有许多种实施方式。
权利要求
1.一种无线电设备的天线结构，包括相对于设备框架的一个静止部分和一个移动部分，这一移动部分在设备工作时可以基本上处在设备的盖子内部，其特征在于-上述静止部分包括一个接地平面(201；301；401；501)和一个辐射平面元件(211；311；411；511)，这些平面位于设备的盖子内部，-上述移动部分中包括一个辐射鞭状元件(220；320；420；520)，并且当上述辐射鞭状元件被抽出时，它与上述平面元件形成耦合，通过耦合使鞭状元件获得它的馈电。
2.按照权利要求1的天线结构，其特征在于上述耦合是电路的耦合。
3.按照权利要求2的天线结构，为了获得所需的谐振频率，其中的上述平面元件(211；311；511)具有非导电缝隙(213；313；513)，其特征在于平面元件的上述电路耦合是在上述缝隙的两侧在该缝隙上形成的，从而改变平面元件的谐振频率。
4.按照权利要求2的天线结构，在上述鞭状元件的端部至少设有第一和第二接触弹簧(625，627)，这些弹簧在其至少一端被固定在鞭状元件的鞭状部分(211)上，其特征在于，当鞭状元件被抽出时，它的上述端部位于该结构中静止的介电支撑体(650)和上述平面元件(211)之间，从而第一接触弹簧(625)压住上述介电支撑体，而第二接触弹簧(627)压住上述平面元件，从而形成一种电路的耦合。
5.按照权利要求4的天线结构，其特征在于上述接触弹簧(727)是弧形的，并且按照大体上均匀的间隔处在一个桶状的表面上且与鞭状元件(720)的轴线保持相等的距离。
6.按照权利要求1的天线结构，其特征在于上述平面元件(511)具有一个指向接地平面(501)的导电的突出部(515)，用于匹配鞭状元件(520)的馈电阻抗。
7.按照前述任何一项权利要求的天线结构，其特征在于它的静止部分构成一个PIFA型的天线。
全文摘要
移动电台的双模式天线,包括位于移动电台的盖子内部的PIFA型天线及相对于PIFA天线可移动的鞭状元件。当鞭状元件被抽出时,其下端与PIFA的辐射元件形成电路或电容耦合。如果PIFA是单频带天线,抽出的鞭状元件会明显改变PIFA的谐振频率,使鞭状元件在该工作频带上仍作为辐射元件。如果PIFA是双频带天线,由抽出的鞭状元件单独或由鞭状元件和PIFA的平面元件一起作为一个工作频带上的辐射元件,在另一个工作频带上使该平面元件作为辐射元件。
文档编号H01Q5/00GK1277470SQ00118838
公开日2000年12月20日 申请日期2000年6月14日 优先权日1999年6月14日
发明者A·伊索海泰莱, S·塔瓦斯, J·米科拉 申请人:Lk－产品有限公司