专利名称：无需改变结构便可产生所需辐射图形的天线的制作方法
一般地，本发明涉及一种可以用于便携通信机上的天线。具体地说，本发明是针对一种无需改变结构就可产生所需辐射图形的天线的结构。
正如在本专业领域中众所周知的那样，一个天线的电磁辐射图形会因在其附近放置导电物体而变化，因为一高频电流将在发射/接收电磁波时流过天线。
因此，为了获得所需的天线辐射图形，就必须考虑在天线附近的导电物体的影响。例如，在便携通信机中，电路板带有一相对较大的接地导电层，对这一接地导电层的影响应该予以考虑。最近，为使电路板不受外界电磁场的影响，便携通信机均带有一电磁屏蔽板或将电路板装在一个金属壳内。但是，对便携通信机而言，还应该考虑这种电磁屏蔽板和金属外壳的影响。
图1示出了新近提出的一种天线装置的结构。这一天线装置在本领域引起了重视，因为此种天线装置可以有效地获得所需的辐射图形，并被广泛地用于通信机上，其中的电路板是由金属外壳来做电磁屏蔽的。
如图1所示，这种天线装置的构成包括长度为1/4波长的天线1(亦称做1/4波长(1/4λ)单极子天线);金属外壳2，其侧壁上有一个槽3。沟槽3位于金属外壳侧壁距顶面即馈电点1a所在面1/4波长的位置上。沟槽3本身的深度为1/4波长，其顶、底由端壁(图1中的最左侧壁)相连。因此，此沟槽3的作用相当于一个棒。
于是，从金属壳的右侧最上端起至构槽3的外口端3a限定的这一部分，即1/4波长的部分和1/4波长单极天线1一起，起到了类似1/2波长偶极天线的作用。
以上所述的传统的天线装置需要一个深度为1/4波长的沟槽3。因此，金属壳2的横向宽度1必须长于1/4波长，这一点有违于金属壳的紧凑性要求。
就此种传统天线的加工制造而言，如有一个工作于与前述天线不同的另一工作频率的天线需要制做时，必须改变前述1/4波长单极天线1的长度，而且还要改变从金属壳上表面至开槽端的距离，以适应新的工作频率。其结果是，根据通信的电磁波频率的不同，必须制造不同的金属外壳，其上的沟槽位置各不相同，这无疑是此种传统型天线的缺点。
本发明的目的是提供一种紧凑的天线装置，它可以产生更好的辐射图形。
本发明的另一目的是提供一种天线装置，无需改变其结构即可控制其辐射图形。
本发明进一步的目的是提供一种天线装置，它在结构和安装方面的制约较少而能产生较好的辐射图形。
为了达到上述目的，根据本发明的一种天线装置的构成为一个第一导体;
一个天线，安装在所述的第一导体上;
一个第二导体，与第一导体相分离设置;
一个控制单元，电气地连接在所述的第一与第二导体之间，用于控制在所述的第一与第二导体上的高频电流的分布。
附图的简要说明为更好地理解本发明，以下将结合附图详细地说明本发明，附图中图1表示传统的天线装置的结构;
图2A和2B概略地示出了根据本发明第一实施例的一种天线装置的结构;
图3概略地表示了第一种构成例，它将置于主金属壳中的电路与置于子金属壳中的电路之间的电路连线与主及子金属壳在电气上开路;
图4概略地表示了第二种构成例，它将置于主金属壳中的电路与置于子金属壳中的电路之间的电路连线与主及子金属壳在电气上开路;
图5概略地表示了第三种构成例，它将置于主金属壳中的电路与置于子金属壳中的电路之间的电路连线与主及子金属壳在电气上开路;
图6概略地表示了第四种构成例，它将置于主金属壳中的电路与置于子金属壳中的电路之间的电路连线与主及子金属壳在电气上开路;
图7概略地表示了第五种构成例，它将置于主金属壳中的电路与置于子金属壳中的电路之间的电路连线与主及子金属壳在电气上开路;
图8A和8B概略地表示了根据本发明第二实施例的另一种天线装置;
图9是一个根据本发明的天线装置的实验模型的电路图;
图10表示图9所示的实验模式的电抗/平均增益特性;
图11A至11C表示图9的实验模式的辐射分布特性;
图12表示图9的实验模式的频率/天线输入阻抗特性;
图13表示图9的实验模型中的主及子金属壳被短路时的辐射分布特性;
图14概略地表示了根据本发明第三实施例的一种天线装置的结构;
图15概略地表示了根据本发明第四实施例的一种天线装置的结构;
图16概略地表示在便携通信机中根据本发明的天线装置的安装情况;
图17概略地表示在便携通信机中根据本发明的天线装置的另一种安装情况;
图18概略地表示在便携通信机中根据本发明的天线装置的又一种安装情况;
图19概略地表示了在便携通信机中根据本发明的天线装置的再一不同的安装情况;
图20概略地表示根据本发明第五实施例的一种天线装置的结构;
图21概略地表示根据本发明第六个实施例的一种天线装置的结构;
图22概略地表示根据本发明第七实施例的一种天线装置的结构。
现在将参照附图对根据本发明的天线装置的最佳实施例做一介绍。
图2A和2B概略地表示了根据本发明第一实施例的天线装置的结构。根据第一实施例，该天线装置的安排如图2A，即一个单极天线11;一个主导体壳12(例如一个主金属壳)，在其上表面上形成单极天线11的馈电点11a;一个与主导体外壳相独立的子导体外壳(例如一个子金属外壳)13;以及一个控制单元14。控制单元14连接在主金属壳12和子金属壳13之间以控制在主金属壳12和子金属壳13上流动的高频电流的分布。
在本实施例中，主金属壳12和子金属壳13均由机械加工的金属板制成。或者，可用其外表面或内表面用金属覆盖的树脂材料来制伏导电外壳12和13。在主金属外壳12中，高频电路部分如发信机电路和收信机电路被置于其内。在子金属壳13中，其它电路，往往是低频电路部分如控制电路和供电电路被置于其内。置于主金属壳12中的高频电路部分与置于子金属壳13中的其它电路部分由穿过在金属壳12上的孔12a和金属壳13上的孔13a的电路连线15相连接。图3至图7将更详细地描绘这种连接结构，这种设计使得主金属壳12和子金属壳13从高频信号的观点来看不因电路连线15而短路。
控制单元14被置于一个由树脂做的圆筒16之内，其一端与主金属壳12的下表面相连，其另一端与子金属壳13的上表面相连。必须指出，如主金属壳12和子金属壳13都是由金属覆盖的树脂壳制成的，控制单元14与这种树脂层的相应的金属覆盖部分相连。
如前所述，控制单元14的作用是控制电磁波发射和接收时流经主金属壳12和子金属壳13之上的高频电流的分布。因此，无源元件如电阻、电容和线圈以及负阻器件如ESAKI沟道二极管可以被用于控制单元14。如果兼顾控制单元14的特性和成本时，电容和线圈可被选用于此控制单元14。
在第一实施例中，控制单元14和其连线是被置于树脂圆筒16之中，由于主金属壳12和子金属壳13按预先确定的位置关系(下面将会讨论到)被固定，它们可以不要任何外套。
一般来讲，当使用单极子作为天线时，控制单元14与主金属壳12及子金属壳13之间的连接位置应尽量远离主金属壳13上的天线安装位置。正如图2A所示，当单极天线11被置于主金属壳12顶面的右端时，便要求控制单元14被连接在主金属壳12底面的左下端。然而，控制单元14的连接位置并不仅限于上述位置。例如，某一控制单元14和主金属壳12之间连接点位置可以与主金属壳12的左端相距“d1”，而控制单元14与子金属壳之间的另一连接点可以与子金属壳的左端相距“d2”，这里“d1”与“d2”不相等。应该指出，主金属壳12和子金属壳13以及它们之间的布置关系可以不同于图2A所示。例如，如图2B所示，主金属壳12和子金属壳13之间在水平方向上位移了一段距离“S”。
事实上，第一实施例中的天线装置是置于便携通信机的树脂外盒之中的。
在通信领域中众所周知的是，主金属壳12和子金属壳13的形状和位置关系以及控制单元14和金属壳12及13间的连接位置将会影响流经主金属壳12和子金属壳13上的高频电流的分布。换言之，将会影响该天线的辐射图形以及控制单元14的阻抗值。因此，金属壳12和13的形状及位置关系以及控制单元14的阻抗值的确定，必须保证当根据本发明的天线装置被放在便携通信机的外盒之中后可以得到最佳的天线特性。在这种情况下，可以改变控制单元14的阻抗值而不影响天线装置的形状。换言之，可通过以阻抗值不同的控制单元14间的替换来改变控制单元14的阻抗。因此，即使在由于容纳天线装置的树脂主体的设计的限制使得主金属壳12和子金属壳13的位置关系无法达到最佳附近时，通过适当选取控制单元14的阻抗仍然可以使天线特性达到或接近于其最佳值。
当主金属壳12与子金属壳13在前后方向(即如图2B所示之水平方向上)存在位移时，天线相对增益的前后比(即天线在其前侧面的增益与其后侧面的增益之比)也会随之变化，如果主金属壳12和子金属壳13之间的位移方向的选取使得当天线真的被装在通信机内时其相对于操作者一侧的增益可以增强的话，便可能获得更好的天线特性。
至于如何将主金属壳12和子金属壳13固定在所确定最佳排列关系上，可以采用集中焊接金属壳12和13的办法，也可以采用以螺钉分别将金属壳12和13固定在通信机盒的方法。
在以上述方法构成的天线装置中，当单极天线11从馈电点11a被激励时，在其上将形成某种电流分布，于是电磁波便可从此单极天线11上辐射出去。作为此电磁波的辐射的响应，主金属壳12和子金属壳13被激励，于是其上也形成电流分布并辐射出电磁波。此时所产生的电流分布与用于耦合主金属壳12和子金属壳13的控制单元14的阻抗有关，因而天线的辐射图形亦与这一阻抗有关。
在如前述的控制单元14中，如果将其设计为基本上仅有电抗元件(即只有电感和电容元件)，也就是说基本上不含电阻元件的话，控制单元14引入的损耗可以忽略不计。
下面，参照图3至图7，将介绍一种结构，它可以使电路连线15与主金属壳12及子金属壳13之间在电气上开路。电路连线15的作用是将置于主金属壳12中的电路单元与置于子金属壳13中的电路单元连接起来。
图3概略地表示了第一种结构的例子。图3A是一个金属壳的前视图，例如，去掉了一个表面的主金属壳12。图3B是这个金属壳沿图3A中B-B剖开的剖视图。如图3所示，电路连线15的一端与置于主金属壳12中的电路板17的连接端相连，其另一端经过在此主金属壳12上的透孔12a被引出至主金属壳12之外。然后，1/4波长开路棒18的一部分被置于上述透孔12a的附近，作为一个开路端，该棒被与电路连线15在底部18a相连。应该指出的是，虽然没有在图中示出，上述的从主金属壳12中引出的电路连线15的另一端穿过在子金属壳13上的另一透孔引入此子金属壳13，然后被连接于置于此子金属壳13内的电路板的连线端上。同样，在此子金属壳13中，与前述1/4波长开路棒18相似的另一个1/4波长开路棒被以相似的位置关系设置。
与上述结构相适应，流在金属壳12的外表面上的射频电流(即频率为所用频率的电流)由于1/4波长开路棒18的存在不会流入电路连线15。因此，没有射频电流从主金属壳12经电路连线15流入子金属壳13。不难理解，在通信机中，两个金属壳12和13之前通常有许多电路连接，所有这些电路连线显然均应按前述的方式来连接。
图4概略地表示了第二种结构的例子。图4A是去掉了一个表面的主金属壳12的前视图。图4B是沿图4A中B-B剖开的剖视图。这个第二种结构的例子表示当有多个电路连线时1/4波长短路棒的排布结构。如图4所示，多根电路连线15a至15c从电路板17被引出到主金属壳12之外。这种结构的1/4波长开路棒18有一个比较宽的底部18a。然后，1/4波长开路棒18经过介电物质19与那些电路连线15a至15c在其底部18a相连。应该指出的是，由于这里的1/4波长开路棒18没有象图3中类似的1/4波长的开路棒18那样在电气上直接与电路连线15相连，这里首次提及的1/4波长开路棒18是通过导线20与主金属壳12短路的。因此，在与第一种结构类似的情况下，没有射频电流流过电路连线15a-15c。
图5概略地表示了第三种结构的例子。图5A是去掉了一个表面的主金属壳12的前视图，图5B是沿图5A中C-C剖开的剖视图。这个第三种结构的例子与第一种结构的例子除了下述一点之外十分相似，即这里示于图3中的1/4波长开路棒和电路连线15的一部分是制作在印刷电路板21上的，从而可以得到与第一种结构例同样的效果。此外，由于电路连线15和1/4波长开路棒18是制作在印刷电路板21上的，其另一好处是从结构的观点来看更为牢固。应该指出的是，当有多个连线15被制作在印刷板21上时，1/4波长开路棒应如图4所示的第二结构例那样将其底部制成比较宽的平板形状并由介电物质将那些电路连线在其底部相连。
图6概略地表示了第四种结构的例子。图6A是去掉了一个表面的主金属外壳12的前视图，图6B是沿图6A中D-D剖开的剖视图。在第四种结构例子中，用一同轴线22作为电路连线15。如图6所示，同轴电容平衡器(sperrtopf)23的套筒部分23a的开路处23c被固定于主金属壳12上的透孔12a上。然后，用作电路连线15的同轴线22的内导体22a的一端被连到主金属壳12内的电路板17的接线端上。同轴线22的外导体22c在电气上由绝缘层22b与该电路连线15相绝缘，而与电容平衡器23的短路脸部(LidPortion)在电气上相连。
相应于第四种结构，如前述所述，由于使用电容平衡器23并将同轴线22穿过此平衡器23并且被引出主金属壳12，可以达到不使金属壳12的外表上的射频电流经同轴线22外导体23c流入子金属壳13的目的。此外，由于使用了电容平衡器23，主金属壳12的内部与其外部完全屏蔽，从而明显地改善了屏蔽效果。应该指出的是，当有多个电路连线时，可以使用多芯同轴线。
图7概略地表示了第五种结构的例子，它是去掉了一个表面的主金属壳12的前视图。在这种结构中，一个光纤24被用作电路连线15。如图7所示，由置于主金属壳12内的电路板17给出的驱动电信号经连线26馈至光电转换器25，然后，这个电信号由光电转换器25转变为光信号，所产生的光信号由光纤24传至子金属壳13。这根光纤24穿过金属壳12上的透孔12a被引出金属壳12。来自子金属壳13的光信号经光纤24由光电转换器25转变为电信号，这一电信号由连线26传至电路板17。
由于光纤24是绝缘材料，所以在第五种结构中不可能有射频电流从主金属壳12的外表面经光纤24流入子金属壳13。当光电转换器25具有复接功能时，只用一根光纤就可以同时传送/接收多个信号。
图8概略地表示了根据第二实施例的天线装置的构成。图8A表示此天线装置的前面和左侧面。图8B详细地示出了控制单元14与主金属壳12及子金属壳13之间的连接部分。应该指出的是，相同或类似的构成元件的标号与图2中相同。
在第二实施例中，由于单极天线11被放在主金属壳12的左上部，控制单元14则被放在主金属壳12的右下部并连接到子金属壳13的右上部。应该指出的是，连接主金属壳12中的电路和子金属壳13中的电路的电路连线15具有一种引出结构使得从高频的观点看来金属壳12和13不是短路的。
如图8B所示，相应于第二实施例的控制单元14是由一个电容构成的。这一电容是由夹在子金属壳13前面右上部与一金属板28的下部之间的介质板27构成的，金属板28的上部在电气上直接与主金属壳12前面的右下部相连。然后，选取此电容的电抗值以使在水平面上可以获得最佳的天线辐射图形。当然，也可以用片状电容来代替介质板27。介质板27和子金属壳13之间以及与金属板28之间的粘合可用导电胶或树脂粘合剂。金属板28和主金属壳12之间的连接则可以焊接。
第二实施例中的这种有特色的天线构成当使用片状元件做为控制单元14时是最为简单的构成之一。其它片状元件如片状电阻和片状线圈可以被采用。
下面，参照图9至图13，详细地介绍一下根据本发明的天线装置的仿真结果。
图9概略地示出了一个仿真模型的结构。在这一实施例中，我们考虑两种仿真模型。第一种仿真模型是由两个彼此相隔0.05λ(以下均以λ表示相应于工作频率的波长)的导电物体30和31构成的，其垂直长度取为0.5λ，水平长度取为0.4λ，厚度取为0.3mm。此外，单极天线11安放于第一导体30的左上部，第一导体30的右下部通过无源负载32与第二导体31的右上部相连。换言之，第一仿真模型相当于将图8中所示的天线装置中主、子金属壳12和13的垂直长度“L”、水平长度“W”以及厚度“t”分别取为0.5λ，0.4λ，和0.3mm，并且将这三个金属壳之间的空隙“G”取为0.05λ。
第二仿真模型是一个盒式模型。其厚度为10mm由第一和第二导体30和31构成。也就是说，第二仿真模型相当于将图8所示的天线装置的金属壳12和13的垂直长度“L”、水平长度“W”及厚度“t”分别取为0.5λ、0.4λ和10mm，两金属壳之间的空隙“G”仍取为0.05λ。在第二仿真模型中，通信电路并未放入第一和第二导体30和31，而且也不使用电路连线。然而，由于图8所示的天线装置的结构使得主金属壳12和子金属壳13间从高频的观点看来不因连线15而短接，第二仿真模型可以很好地与图8所示的天线装置相对应。第一和第二仿真模型中的单极天线11是长度为0.22λ，直径为0.0025λ的一个柱形体。
对上述两个模型进行仿真，仿真的条件是实验频率选为1.9GHz，无源负载32的阻抗实部在0～10KΩ(ohm)之间，虚部在-10kΩ～+10KΩ之间。从仿真结果中可以发现，当此无源负载的阻抗实部为零即其仅有电抗分量时，可以达到最佳的实验值。在上述模型中，当电抗分量为-250Ω时，进行了实际的测量。
图10和图11表示出当负载32的阻抗实部为零时天线增益(电磁波辐射增益)的计算和测量结果。
图10表示当上述两个模型在负载32的阻抗实部为零而虚部在-1KΩ至+1KΩ之间变化时在x-y平面上的平均辐射增益。应该指出的是，在图9中，座标系中的x轴表示导体30的厚度，y轴则表示导体30的水平方向，z轴表示与天线11平行的方向。不难理解，一般说来由于采用单极天线11的天线装置在其单极天线11轴基本上为垂直方向的条件下，x-y平面基本上代表了水平面。同样，在垂直极化的电磁波在水平面(x-y平面)上均匀、无方向性的假定之下，平均增益即意味着天线的增益。
在图10中，座标横轴表示无源负载32的电抗ZL(虚数)值，而纵轴则表示平均辐射增益。此外，图10的实线表示第一模型(即导体厚度为0.3mm)的计算结果，间断线表示第二模型(即导体厚度为10mm)的计算结果。符号“。”表示第一模型的实测值。在图10中，三个实测值分别表示下述情况即ZL等于-j250Ω，ZL等于零(即第一、第二导体短路)，和ZL等于无穷大(即元源负载32没有接在第一和第二导体之间)。
从图10显然可见，第一和第二仿真模型的计算值都在-j300Ω和-j600Ω之间出现峰值而与第一和第二导体30和31的厚度无关。并且，实测值与计算值基本上一致。
在图11A、11B和11C中，分别示出了在x-y、y-z和z-x平面上的天线增益图。在这些图中，间断线、实线和点划线分别表示当电抗ZL为-j116Ω、-j250Ω以及-j517Ω情况下第一仿真模型的天线增益计算值。符号“。”表示在电抗为-j250Ω时第一仿真模型的实测值。
由图11A至11C可以看出，根据本发明的天线装置的增益在水平面上相当高。特别是，y轴上的增益接近于理想值OdBd，虽然在图中没有示出，第二仿真模型的计算与实测值与第一仿真模型大体上一致。
作为参考的目的，当第一导体30和第二导体31直接相连而没有无源负载32的情况下，在x-y、y-z及z-x平面上的天线增益图分别示于图13A、13B和13C。这些天线增益图与在主金属壳12和子金属壳13在射频电流的观点看来由电路连线15短路的情况下得出的天线增益相似。比较图11A至11C和图13A至13C，显然可知本发明的天线装置具有相当高的增益，即有较好的天线特性。
图10和图11所示的计算结果还表明天线的辐射图形可以通过控制无源负载32的阻抗来加以控制。换言之，计算结果表明，在x-y平面上的平均增益以及在相应轴向上的增益可以通过改变无源负载32的阻抗来改变。
图12表示当频率变化时单极天线11的输入导纳。图12中的横轴表示频率，纵轴表示输入导纳。
在这幅图中，实线和虚线分别代表当电抗ZL取为-j250Ω时输入导纳的实部和虚部。它们都是在第一仿真模型中的实测值。另外，符号“+”、“。”和“＊”分别表示第一仿真模型中电抗ZL取作-j116Ω和-j250Ω和-j517Ω时的计算值。
由图12显然可见，当电抗ZL为-j250Ω时计算和实测值均显示出一个为1.79GHz的谐振频率(即在该频率上输入导纳的虚部为零)，在电抗ZL为-j517Ω时，其计算值也显示出在1.79GHz处谐振。相对于1.9GHz而言，这些情况下的谐振频率降低了约6%。这意味着，单极天线11的长度可以缩短约6%。相应地，根据本发明的天线装置的这一特性可以为缩短单极天线的长度作出贡献。
图14和图15概略地表示了相应于本发明的第三和第四实施例的天线装置。第三和第四实施例表现如何通过调节无源负载32的阻抗来控制天线辐射图形，它与前述的仿真是一致的。
首先，图14所示的天线装置以下述方式构成，即控制单元14由一电容14a和一变容二极管14b组成，控制单元14的阻抗由一个外部键33的操作和接收信号的状态来控制。射频电路17a等被置于主金属壳12之中，而控制电路17b等则被置于子金属壳13之中。控制电路17b提供一控制电压经电阻17c至电容14a和变容二极管14b的交点，该控制电压是基于从射频电路17a经由电路连线15送来的接收信号的电平的。因此，此变容二极管14b的电容值亦即控制单元14的阻抗被改变以改变天线的辐射图形。如图14所示，当天线的辐射图形由外部操作键33控制时，该外部操作键33是连接在控制电路17b上的。当操作外部键33时，控制电路17b提供一个控制电压由电阻17c传至电容14a和变容二极管14b的交点，根据此键33的操作时间来改变控制单元14的阻抗。
在图15所示的第四实施例的天线装置中，一电场强度检测电路17b被放在主金属壳12之中，由射频电路17a接收的电磁波的电场强度由电场强度检测电路17b检测，根据所检测的电场强度确定出的控制电压经电阻17e传至电容14a和变容二极管14b的交点，从而可以改变控制单元14的阻抗。
在图16至图19中，给出了根据本发明的天线装置被安装在便携通信机主体中的例子。
图16是第一个实际安装的例子。图16A是此例的透视图，安放在内部的天线装置可以从便携通信机的外部来观察。图16B概略地表示在主机箱内主要部件的排布。天线装置的主金属壳12和子金属壳13被固定在所示的树脂质主机箱40中。在主机箱40中，安置了用于发声的扬声器41，用于显示数据的显示器42如LCD，用于输入各种数据的键盘43，和用于接收来自讲话者的声音信号的麦克风。由于扬声器41和显示器42均被置于主机箱40的上半部，相当于包含射频电路等的主金属壳12的安装位置，扬声器41的信号线41a和显示器42的信号线42a被引出至主金属壳12之中。然后，这些信号线41a和42a作为电路连线15的一部分被连接于子金属壳13中的控制电路。另一方面，由于键盘43和麦克风44被置于主机箱40的下半部，相当于子金属壳13的位置，键盘43的信号线43a和麦克风44的信号线44a被直接引入子金属壳13中，然后再连接到置于子金属壳13中的控制电路上。应该指出的是，由于显示器42的信号线42a实际上是由许多信号线组成的，例如，显示器电路等可以被安置于主金属壳12之中，以减少电路连线15的数目。标号45表示向相应电路供电的电池。
图17概略地表示第二个实际例子。第二个实例与第一个实例的区别仅在于天线装置的主金属壳12在位置上移向扬声器41一边，即向主机箱40的前部位移。在天线辐射图形的前后比需变化时，第二实例的安装结构就显得更为有效。前后比是指在主机箱前面的天线增益与其后面的天线增益之比。换言之，在通信过程中，当天线在主机箱40的后面增益与操作者相对时，这种实际安装结构将十分有用。
当主金属壳12位于扬声器41和显示器42附近时，可以使主金属壳12直接装接扬声器41和显示器42。同理，可使子金属壳13直接装接键盘43和麦克风44。因此，可简化把部件装入主机箱40的安装过程。
图18概略地表示了另一实际安装例，其中的天线装置没有子金属壳13。在图18中，标号46表示一电路板，其上安装控制电路等。这一电路板46由层压板46a构成，其导电层是多层的。任一层都可构成接地导电层。在此例中，位于背面的导电层46b被用作接地导电层。于是，包含射频电路部分的主金属壳12由控制单元14和电路板46背面的接地导电层相连接。而且，扬声器41的信号线41a和显示器42的信号线42a作为电路连线15中的一部分被接到在电路板46上的相应端子之上，而键盘43的信号线43a和麦克风44的信号线44a则直接连在电路板46的相应端子上。作为一种变形，当射频电路部分也不放在主金属壳12中时，安装射频电路部分的电路板的接地导电层由控制单元14与电路板46的接地导电层46a相连，连接这两部分电路的连线15由一光纤来实现。也就是说，这些电路可以如图7所示的方法彼此连接起来。
图19概略地表示又一安装实例，其中根据本发明的天线装置被安装在折叠型的机箱里。如图19所示，这种装置的主机箱由第一机箱部分40a和第二机箱部分40b组成，第一和第二机箱部分40a和40b通过一铰链部分40c机械地连接在一起，由此构成折叠形装置。无线装置的主金属壳12被置于第一机箱部分40a之中，而子金属壳则被置于第二机箱部分40b之中。根据本发明的天线装置可以简单地组装起来甚至仅仅使用柔性的连线作为电路连线15以连接主金属壳12和子金属壳13，以及将控制单元14连接于主金属壳12或子金属壳13的连线。
从图16、17和19所示的实际安装例中显然可见，根据本发明的天线装置可以以不同的形式安装而不必修正用于容纳电路部分的主、子金属壳12和13的形状。此外，即使电路不被装在这些金属壳中，如图18所示，这些电路部分可用与两个金属壳相似的方式相连。
应该了解到，尽管前述的实施例中的天线装置被用于单极天线，本发明却并不仅限于此种单极天线，而可用于许多其它类型的天线如微带天线和反F型天线。
图20概略地表示了一种微带天线的结构例。标号50表示一平面形微带天线。本例中的微带天线50是由将一个矩形金属板的边缘部分折弯成一曲折状而构成的。此金属板的主要部分的功能是作为一个辐射单元50a，而此金属板的弯折部分则构成一个短路端50c。短路端50c被固定在主金属壳12上。能量由馈入端50b馈至此微带天线50的辐射单元50a的中央。不仅微带天线50的辐射单元50a的垂直长度而且其水平长度均应取为1/2λ。
此微带天线的安装位置的选择应使其辐射单元50a的中心位于主金属壳12的中心线上。此微带天线的最佳安装位置是主金属壳12的主面的中心，如图20所示的那样。将主金属壳12同子金属壳13相连的控制单元14的所需位置相应于与安装微带天线50的表面相对应的表面的中央。将主金属壳12中的电路部分和子金属壳13中的电路部分连接起来的电路连线15的安装位置可以任意选择。
当此天线装置被置于便携通信机的主机箱如图16中的机箱40之中时，安装微带天线50的表面相应于机箱40的背面(即没有安装扬声器41和显示器42的那个面)。
图21概略地表示了一种反F型天线的结构例。在此图中，标号60表示一平面形反F天线。此例中的平面形反F天线60是由一个在介质板60d上形成的辐射单元60a，和粘接在金属壳12的表面上的介质板60d构成的。辐射单元60a通过短路端60c与主金属壳12短接，该短路端从介质板60d的右上角经其右上方延伸至主金属壳12的表面上，能量由安在介质板右侧面的馈入端60b馈至辐射单元60a。辐射单元60a的垂直和水平长度均取1/4λ。
最好，反F型天线的安装位置的选择应使其处于馈能端60b和短路端60c的连线上，即在使介质板60d的右侧面位于主金属壳12的中心线上。此种反F型天线的最佳安装位置是这样的一个位置，如图21所示，介质板60d的右侧面大体上位于主金属壳12的主面的中央。连接主金属壳12和子金属壳13的控制单元14的位置和电路连线15的位置均与前述的微带天线50相似。当这种天线装置被置于便携通信机的主机箱中时，其天线方向亦按与微带天线50相似的方式来设置。
虽然导电物体如金属外壳的数目在前述的实施例中被取作2，本发明并不仅限于导体数量为2的情况。例如，如图22所示，两个子金属壳13和13可以同主金属壳12装在一起，天线60装在主金属壳12上。在这种情况下，控制单元14用于使这些金属壳互连而电路连线15不仅用于连接主金属壳12和子金属壳13中的电路，而且用于连接第一子金属壳13和第二子金属壳13。
权利要求
1.一种天线装置包括一第一导体；一安装在所述的第一导体上的天线；一与所述的第一导体相分离的第二导体；以及一个控制单元，该单元在电气上连接在所述的第一与第二导体之间，用以控制流经所述第一和第二导体上的高频电流的分布。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的控制单元为一无源元件。
3.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的控制单元是一个基本上仅有电抗分量的元件。
4.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的控制单元是这样一个元件，其阻抗依施于其上的电压而变化，所述的天线装置还包含一个将控制电压输出到所述的控制单元以控制其阻抗的装置。
5.如权利要求4所述的天线装置，其中所述的控制电压输出装置是一种用于输出一基于一手动钮操作的控制电压的装置。
6.如权利要求4所述的天线装置，其中所述的控制电压输出装置是一种用于输出一基于由所述天线接收的信号强度的控制电压的装置。
7.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一导体是一用于容纳发射电路和/或接收电路的导电外壳，所述天线是一1/4λ单极天线，该天线安装在所述的导电外壳的上表面上，符号“λ”表示由所述单极天线接收到的电磁波的波长。
8.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一导体是一用于容纳发射电路和/或接收电路的导电外壳，所述天线是一安装在所述的导电外壳的背面的平面天线。
9.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一和第二导体是用于各容纳一电路单元的导电外壳，所述第一和第二导体中的电路单元通过一电路连线相连接，该连线穿过形成在所述第一和第二导电外壳上的开口，所述的电路连线如此设置，即使得从高频的观点来看，所述的第一和第二导体不由所述的电路连线而短接。
10.如权利要求9所述的天线装置，其中有一1/4λ开路棒设于所述第一和第二导电外壳之中，该棒的一端与所述电路连线相接，另一端在所述开口部分附近开路。
11.如权利要求9所述的一种天线装置，其中有电容平衡器设置在所述第一和第二导电外壳的开口部分处，所述的电路连线从所述电容平衡器之中穿过。
12.如权利要求9所述的天线装置，其中所述的电路连线是一光纤。
13.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一和第二导体是用于各自容置电路单元的导电外壳，在所述第一导电外壳上设有一扬声器，而在所述第二导电外壳上设有一麦克风。
14.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一和第二导体是用于各自容置电路单元的导电外壳，所述第一导体与第二导体在前后方向上有一位移。
15.在一个便携无线通信机中，该通信机由将装有发射电路和/或接收电路的第一导电外壳和装有控制电路的第二导电外壳装入一个树脂外壳中构成，用于所述的便携无线通信机中的天线装置包括所述的第一和第二导电外壳;安装在所述第一导电外壳上的天线;电气地连接在所述第一和第二导电外壳之间的控制单元，用来控制所述第一和第二导电外壳上的高频电流的分布。
16.如权利要求15所述的天线装置，其中一扬声器被放在所述树脂质外壳中与所述的第一导电壳相应的位置上，一麦克风被放在所述树脂质外壳中与所述的第二导电壳相应的位置上。
17.如权利要求15所述的天线装置，其中在所述的树脂外壳中的所述第一导电壳与第二导电壳在前后方向上有一位移。
18.如权利要求15所述的天线装置，其中所述的天线是一平面天线，此平面天线安装在所述第一导电壳的一表面上，该表面对着所述导电外壳的放置扬声器的表面。
19.在便携无线通信机中，包含射频电路单元的第一导电壳放在树脂质的第一外壳里，包含低频电路单元的第二导电壳放在树脂质的第二外壳里，所述的第一树脂外壳相对于所述的第二树脂外壳可以通过一铰链部分折叠，用于所述的便携无线通信机的天线装置包括所述的第一和第二导电壳;安装在所述第一导电壳上的一个天线;电气地连接于所述第一和第二导电壳的控制单元，用来控制第一和第二导电外壳上的射频电流的分布。
20.如权利要求19所述的天线装置，其中一扬声器被放在所述第一树脂壳中，一麦克风被放在所述第二树脂壳中。
全文摘要
一种便携通信系统包括第一金属壳用以容纳高频电路部分如发射电路和接收电路，第二金属壳用以容纳低频电路部分如控制电路，以及一安装在第一金属壳上的天线。用于此种便携通信系统的天线装置由前述的天线、第一和第二金属壳以及一控制单元组成，该控制单元用来控制第一和第二金属壳上的高频电流分布。此天线装置的辐射图形可以通过调控控制单元的阻抗来优化。
文档编号H01Q3/26GK1095192SQ94103000
公开日1994年11月16日 申请日期1994年4月28日 优先权日1993年4月28日
发明者广濑雅信 申请人:卡西欧计算机公司