АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИБОРА РАДИОСВЯЗИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H01Q1/24 

Настоящее изобретение касается в общем антенных устройств и более конкретно - антенного устройства для прибора радиосвязи.

Предпосылки создания изобретения
В настоящее время все более популярными становятся приборы радиосвязи в их большом разнообразии форм. Термин "прибор радиосвязи" в данном контексте означает телефонные аппараты сотовой структуры связи, телефонные аппараты внутренней системы связи, радиотелефоны в их большом разнообразии форм, системы персональной радиосвязи и так далее.

Обычно приборы радиосвязи включают в себя антенное устройство, предназначенное для осуществления радиосвязи. Антенное устройство может обеспечивать во взаимодействии со схемами прибора радиосвязи функции передачи, приема или приемопередачи прибора радиосвязи. Желательно иметь маленькие надежные и технологичные антенные устройства. Поскольку приборы радиосвязи на самом деле являются переносными, желательно также, чтобы антенные устройства обычно имели возможность перемещаться между сложенным и несложенным положениями, например между втянутым и выдвинутым положениями соответственно.

Разработчики антенных устройств стараются оптимизировать размер, надежность и технологичность антенного устройства, получая в то же время требуемые рабочие характеристики этого устройства. Поскольку современная техника направлена на уменьшение размеров радиоустройств связи, антенные устройства для этих радиоприборов меньшего размера также необходимо изготавливать меньших размеров, чтобы сохранить способность антенных устройств складываться и требуемые их рабочие характеристики. На фиг. 1 - 3 показаны первое, второе и третье антенные устройства для приборов радиосвязи, которые иллюстрируют направление оптимизирования размеров и рабочих характеристик известных в технике антенных устройств.

На фиг. 1 показано известное в технике первое антенное устройство для прибора радиосвязи 100. Подробное описание показанного на фиг. 1 антенного устройства приведено в патенте США N 4121218. Показанное на фиг. 1 антенное устройство обычно включает в себя спиральную антенну 104 и способную выдвигаться антенну 106 в виде полуволнового вибратора. Спиральная антенна подсоединена к схемам 108 прибора радиосвязи 100. Способная выдвигаться антенна 106 типа полуволнового вибратора выполнена так, что обеспечивается емкостная связь со спиральной антенной 104 при нахождении вибратора в выдвинутом положении и по существу устраняется связь между ними при втянутом положении /показанном пунктирными линиями/. Преимущества антенного устройства 102 состоят в бесконтактной связи между спиральной антенной 104 и выдвигаемой антенной 106 типа полуволнового вибратора и в рабочих характеристиках антенного устройства, показанного высотой 112, где максимум тока способной выдвигаться антенны 106 типа полуволнового вибратора появляется при ее выдвинутом положении. Однако недостаток антенного устройства 102 состоит в том, что ее общая физическая высота слишком большая, чтобы удовлетворить современным требованиям к миниатюрным приборам радиосвязи.

На фиг. 2 показано второе антенное устройство для соответствующего известного в технике прибора радиосвязи 200. Подробное описание представленного на фиг. 2 антенного устройства 202 приведено в патенте США N 4868576. Антенное устройство 202 включает в себя спиральную антенну 204, подсоединенную к схемам 208, и способную выдвигаться полуволновую спиральную антенну 206. Преимущество антенного устройства 202 по сравнению с изображенным на фиг. 1 антенным устройством 102 состоит в том, что высота 210 меньше высоты 110 антенного устройства 102. Однако недостаток антенного устройства 202 состоит в том, что высота 212, на которой появляется максимум тока способной выдвигаться полуволновой антенны 206 при ее выдвижении, меньше высоты 112, на которой появляется максимальный ток на фиг. 1. Следовательно, здесь укорочение антенны произведено в ущерб рабочим характеристикам антенного устройства 202.

На фиг. 3 показано третье антенное устройство 302 для соответствующего известного в технике прибора радиосвязи 300. Антенное устройство 302 обычно включает в себя первую прямую часть 304 и вторую спиральную часть 306, которая электрически изолирована от первой прямой части 304. Как прямая часть, так и спиральная часть имеют электрическую длину, равную 1/4 длины волны. Прямая часть 304 включает в себя контакт 310, предназначенный для подсоединения к соединителю 312 при выдвинутом антенном устройстве. Точно также спиральная часть 306 включает в себя контакт 314, предназначенный для подсоединения к соединителю 312 при нахождении антенного устройства во втянутом положении. Электронные схемы 308 соединяются с антенным устройством 302 через соединитель 312. Преимущество антенного устройства 302 состоит в том, что высота 316 уменьшается еще больше по сравнению с высотой показанных на фиг. 1 и 2 антенных устройств. Однако недостаток антенного устройства 302 состоит в том, что высота, где появляется максимум тока при выдвинутом антенном устройстве 302, гораздо ниже /показана ниже корпуса прибора/, чем высота максимума тока показанных на фиг. 1 и 2 антенных устройств. Еще один недостаток состоит в том, что металлические контакты соединителя создают электрический шум, который снижает надежность связи.

Таким образом, необходимо иметь антенное устройство для прибора радиосвязи, имеющее еще более уменьшенные размеры при достижении требуемых рабочих характеристик, а также сохранении приемлемых надежности и технологичности.

Эту задачу решает соответствующее настоящему изобретению антенное устройство 402 для прибора радиосвязи 400, в котором способный перемещаться элемент 406 антенного устройства 402 выдвинут за пределы прибора радиосвязи 400. Прибор радиосвязи 400 обычно включает в себя антенное устройство 402 и электрические схемы 408, подсоединенные к антенному устройству 402. Антенное устройство 402 обычно включает в себя первый элемент 404 и второй элемент 406.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует первое известное в технике антенное устройство для прибора радиосвязи,
фиг. 2 иллюстрирует второе известное в технике антенное устройство для прибора радиосвязи,
фиг. 3 иллюстрирует третье известное в технике антенное устройство для прибора радиосвязи,
фиг. 4 иллюстрирует соответствующее настоящему изобретению антенное устройство для прибора радиосвязи, причем часть антенного устройства выдвинута за пределы прибора радиосвязи,
фиг. 5 иллюстрирует соответствующее настоящему изобретению антенное устройство для прибора радиосвязи, когда часть антенного устройства втянута в прибор радиосвязи,
фиг. 6 представляет принципиальную электрическую схему соответствующего настоящему изобретению показанного на фиг. 5 и 6 антенного устройства.

Первый элемент 404 соединен со схемами 408 прибора радиосвязи. Второй элемент 406 можно перемещать между первым положением /показанным на фиг. 4/ и вторым положением /показанным на фиг. 5/ относительно первого элемента 404. Рабочие характеристики антенного устройства 402 по существу ниже требуемых, когда элемент 406 находится между первым и вторым положениями, чем рабочие характеристики антенного устройства 402, когда второй элемент 406 находится либо в первом, либо во втором положении. Второй элемент 406 в первом и втором положениях механически разобщен от первого элемента 404 и по существу электрически связан с ним.

Поскольку второй элемент механически разобщен от первого элемента и электрически по существу связан с ним в первом и втором положениях, соответствующее настоящему изобретению антенное устройство оптимизирует размер и рабочие характеристики таким образом, который не был достигнут в показанных на фиг. 1 - 3 известных устройствах. Подробное описание такой оптимизации приводится ниже.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения второй элемент 406 может перемещаться по продольной оси 410 второго элемента. Осевое перемещение второго элемента 406 является преимуществом в отношении легкости убирания второго элемента 406 внутрь прибора радиосвязи 400. Однако можно выполнять другие антенные устройства, предназначенные для перемещения по другим осям, например по вращательной или боковой, получая такие же преимущества настоящего изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения второй элемент 406 по существу выдвинут за пределы прибора радиосвязи 400 в первом положении /фиг. 4/ и по существу втянут в прибор радиосвязи 400 во втором положении /фиг. 5/. В качестве альтернативы, второй элемент 406 можно складывать на внешней стороне радиоприбора 400. Далее, второй элемент 406 может сам представлять раздвигающийся элемент и оставаться в пределах объема настоящего изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения второй элемент 406 включает в себя первую часть 412, имеющую прямую форму, и вторую часть 414, имеющую спиральную форму, где первая часть 412 электрически соединена со второй частью 414. В предпочтительном варианте осуществления связь между первой частью 412 и второй частью 414 представляет непосредственное соединение, осуществляемое посредством образования первой части и второй части 414 из единого отрезка проволоки. Однако первую часть 412 и вторую часть 414 можно, в качестве альтернативы, конструировать из двух отдельных проволок и после этого электрически и механически соединять, например, посредством пайки или сварного соединения.

Показанное на фиг. 4 соответствующее настоящему изобретению антенное устройство 402 аналогично показанному на фиг. 3 известному антенному устройству 302 тем, что способная перемещаться часть соответствующего настоящему изобретению антенного устройства 402 включает в себя и прямую форму и спиральную форму. Разница между соответствующим настоящему изобретению и известным антенным устройством состоит в том, что в соответствующем настоящему изобретению антенном устройстве первая часть 412, имеющая прямую форму, электрически соединена со второй частью 414, имеющей спиральную форму, тогда как в известном антенном устройстве часть 304, имеющая прямую форму, электрически изолирована от второй части 306, имеющей спиральную форму. Ниже будет приведено дополнительное описание преимущества электрического соединения первой части 412, имеющей прямую форму, и второй части 414, имеющей спиральную форму в соответствии с настоящим изобретением.

В качестве альтернативы, первая часть 412, имеющая прямую форму второго элемента 406, может вместо этого иметь спиральную форму с диаметром спирали, меньшим диаметра спирали второй части 414, имеющей спиральную форму. Первая часть 412, имеющая спиральную форму, обеспечивает преимущество, состоящее в еще большем уменьшении высоты второго элемента 406. Однако приносится в жертву механическая надежность второго элемента 406, потому что спиральная катушка обладает меньшей памятью к остаточной механической деформации, чем прямая форма.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первая часть 412, имеющая прямую форму, соединяется с первым элементом 404, когда второй элемент 406 перемещается в первое положение /фиг. 4/, а вторая часть 414, имеющая спиральную форму, соединяется с первым элементом 404, когда второй элемент 406 перемещается во второе положение /фиг. 5/.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения антенное устройство 402 работает в диапазоне частот. Первая часть 412 и вторая часть 414 вместе составляют эффективную электрическую длину, определяемую целым числом половин длин волн, по меньшей мере, на одной частоте в частотном диапазоне. Как показано на фиг. 4, второй элемент 406 имеет электрическую длину, равную одной полуволне, где первая часть 412, имеющая прямую форму, имеет электрическую длину, равную одной четверти длины волны, и эффективная электрическая длина второй части 414, имеющей спиральную форму, также имеет четвертьволновую длину.

В предпочтительном варианте осуществления высота 417, где появляется максимальный ток, находится в месте соединения первой части 412 и второй части 414. Образование второго элемента 406 таким способом обеспечивает уменьшенную высоту антенны 416 при обеспечении высоты 417 максимального тока рядом с вершиной второго элемента 406. Настоящее изобретение удобно обеспечивает высоту 417, где в соответствии с настоящим изобретением максимальный ток появляется на той же высоте 112, как показано на фиг. 1 прототипа, по существу уменьшая высоту 416 соответствующего настоящему изобретению способного выдвигаться элемента 406 по сравнению с высотой 110 способного выдвигаться элемента 106 известного антенного устройства. При сравнении показанного на фиг. 4 соответствующего настоящему изобретению антенного устройства с показанными на фиг. 2 и 3 известными антенными устройствами конструкция второго элемента 406 соответствующего настоящему изобретению антенного устройства обеспечивает такую же высоту 416 или меньше при получении большей высоты в точке, где появляется максимум тока.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый элемент 404 имеет спиральную часть. Первый элемент 404 обычно представляет трансформатор полных сопротивлений, предназначенный для преобразования полных сопротивлений схем 408 во входное полное сопротивление линии передачи второго элемента 406 с целью согласования полного сопротивления. Первый элемент 404 обеспечивает безразъемное взаимное соединение, аналогичное соединению, показанному на фиг. 1 и 2 известных антенных устройств, но отличающееся от соединительного устройства, показанного на фиг. 3. Соответствующее настоящему изобретению бесконтактное безразъемное устройство представляет улучшение по сравнению с известной, показанной на фиг. 3 системой соединения, состоящее в том, что обеспечивает исключение загрязняемых и способных изнашиваться контактов.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый элемент 404 составляет электрическую длину, определяемую нечетным целым количеством четвертых частей длины волны, по меньшей мере, на одной частоте вблизи полосы частот. На практике электрическая длина составляет одну четвертую часть длины волны.

На фиг. 5 показано соответствующее настоящему изобретению антенное устройство 402 для прибора радиосвязи 400, в котором часть 406 антенного устройства 402 убрана внутрь прибора радиосвязи 400.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый элемент 404 намотан в первом направлении /как показано стрелками 405 на спирали/ относительно образующего направления 501, а спираль второй части 414 второго элемента 406 намотана во втором направлении /как показано стрелками 415 на спирали/, противоположном первому направлению, относительно образующего направления 501. Спиральные формы намотаны в противоположных направлениях для того, чтобы уменьшить связь между первым элементом 404 и второй частью 414 второго элемента 406. Уменьшение связи необходимо для получения требуемого согласования полного сопротивления данных физических размеров соответствующего настоящему изобретению антенного устройства 402. Однако в других антенных устройствах можно использовать спиральные формы, намотанные в одном и том же направлении, при условии других требований к размерам и не выходя за рамки объема настоящего изобретения.

Такая связь между первым элементом 404 и первой или второй 414 частью второго элемента 406 известна как трансформаторная связь. Трансформаторная емкостная связь подробно описана в патенте США N 4121218. Трансформаторная связь включает в себя емкостную связь и индуктивную связь. Когда спиральные формы намотаны в одном и том же направлении, емкостная связь складывается с индуктивной связью, создавая суммарную трансформаторную связь более высокую, чем либо емкостная связь, либо индуктивная связь. Когда спиральные формы намотаны в противоположных направлениях, индуктивная связь вычитывается из емкостной связи, создавая суммарную трансформаторную связь, которая меньше емкостной связи и, следовательно, меньше суммарной трансформаторной связи, получаемой при наматывании спиральных форм в одном и том же направлении.

Поскольку вторая часть 414 второго элемента 406 по существу электрически соединена с первым элементом 404 второй части, вторая часть 414 и первый элемент 404 совместно образуют излучающую часть антенного устройства 402, когда второй элемент 406 находится во втором положении. Преимущество такой конструкции состоит в том, что при нахождении второго элемента 406 во втором положении высота 503 первого элемента 404 уменьшена по сравнению с изображенным на фиг. 1 и 2 известного устройства без ущерба в отношении рабочих характеристик антенного устройства 402. Уменьшенная высота 503 первого элемента 404 важна в отношении эстетического внешнего вида маленьких устройств радиосвязи.

С целью обеспечения правильных рабочих характеристик антенна обеспечивает входное полное сопротивление, которое одинаково в первом положении и во втором положении. Это достигается посредством правильного выбора размеров прямой части 412 и спиральной части 414.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения первая часть 412 образует первый элемент линии передачи 505, а вторая часть 414 образует излучающий элемент антенного устройства 402, когда второй элемент находится во втором положении. Второй элемент линии передачи 505 включает в себя проводящую часть 507 и диэлектрическую часть 509. Диэлектрическая часть 509 расположена между первым элементом 412 линии передачи 505 и проводящей частью 507. В предпочтительном варианте осуществления линия передачи 505 образуется в виде коаксиальной линии передачи, однако в соответствии с настоящим изобретением можно также использовать другие конструкции линии передачи, например полосковую линию передачи, микрополосковую и симметричную конструкцию линий передачи. В предпочтительном варианте осуществления проводящая часть 507 представляет собой металлическую трубку, однако проводящая часть может также состоять из проводящей поверхности внутри корпуса прибора радиосвязи 400.

Электрическая длина линии передачи 505, по меньше мере, частично связана с электрическими характеристиками, например с электрической проницаемостью диэлектрической части 509, а также с электрической длиной проводящей части 507. Эти характеристики можно регулировать с целью достижения требуемого согласования полного сопротивления антенного устройства 402 в соответствии с требованиями к размерам.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения линия передачи 505 включает в себя реактивную нагрузку. В предпочтительном варианте осуществления реактивная нагрузка представляет собой разомкнутую цепь. Однако в соответствии с настоящим изобретением можно также применять цепь короткого замыкания или элемент с сосредоточенными параметрами. Полное сопротивление в точке соединения прямой части 412 и спиральной части 414 относительно проводящей трубки 507 делают низким, чтобы появлялся максимум тока. Это условие обеспечивает большое количество конфигураций реактивных нагрузок и длин прямой части 412 и трубки. Окончательную конфигурацию элементов 412, 507 и 509 выбирают по доступным параметрам в первом и втором положениях выдвигающейся части.

На фиг. 6 показана принципиальная электрическая схема соответствующего настоящему изобретению изображенного на фиг. 5 и 6 антенного устройства 402. Как схема первого элемента 404, так и схема второго элемента 406 содержат в себе хорошо известные в технике индуктивности, емкости и активные сопротивления. Конденсатор 601 представляет вклад емкостной связи в суммарную трансформаторную связь. Двухнаправленная стрелка между каждым элементом, показанная ссылочной позицией 603, представляет вклад индуктивной связи в суммарную трансформаторную связь антенного устройства. Точки 605 и 607 вместе представляют фазу магнитной связи между первым элементом 404 и вторым элементом 406. Между не соединенными концами спиралей 404 и 414 в первом положении и между разомкнутым концом спирали 404 и разомкнутым концом прямой линии 412 во втором положении появляется емкостная связь. Она доводится до максимума высокими напряжениями, которые имеются в этих местах во время работы. Между связанными концами спиралей 404 и 414 в первом положении появляется индуктивная связь. Индуктивная связь доводится до максимума большим током, имеющимся в этих местах во время работы.

Настоящее изобретение предназначено главным образом для использования антенных устройств, работающих в диапазоне частот 150 - 900 МГц и в предпочтительном варианте осуществления на частоте 900 МГц. Ниже приведены подробные данные, например, соответствующего настоящему изобретению антенного устройства 402. В предпочтительном варианте осуществления использована спираль 404 с диаметром 7,0 мм и длиной 9,0 мм, имеющая 4 витка. Спираль 414 имеет длину 33,3 мм, диаметр 4,6 мм и 10,75 витка. Прямая часть имеет длину 64 мм. В качестве диэлектрика в трубке использован тефлон с диэлектрической постоянной, равной 2,1.

Изобретение относится к антенному устройству, приспособленному для использования с прибором радиосвязи. Техническим результатом является уменьшение габаритов при сохранении требуемых рабочих характеристик, надежности и технологичности. Оно включает в себя первый элемент, соединенный с электрической схемой прибора радиосвязи, и второй элемент, выполненный с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением относительно первого элемента, причем второй элемент связан емкостным образом с первым элементом, когда второй элемент перемещен в первое положение, и связан индуктивным образом с первым элементом, когда второй элемент перемещен во второе положение. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Антенное устройство, приспособленное для использования с прибором радиосвязи, отличающееся тем, что содержит первый элемент, соединенный с электрической схемой прибора радиосвязи, и второй элемент, выполненный с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом второй элемент механически разобщен от первого элемента и электрически связан с первым элементом как в первом, так и во втором положении, так что второй элемент связан с емкостным образом с первым элементом, когда второй элемент перемещен в первое положение, и связан индуктивным образом с первым элементом, когда второй элемент перемещен во второе положение. 2. Антенное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый элемент имеет форму спирали. 3. Антенное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что второй элемент включает в себя первую часть, имеющую прямую форму, и вторую часть, имеющую спиральную форму. 4. Антенное устройство по п. 3, отличающееся тем, что первая часть электрически соединена со второй частью. 5. Антенное устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что первая часть емкостным образом связана с первым элементом, когда второй элемент перемещен в первое положение, а вторая часть индуктивным образом связана с первым элементом, когда второй элемент перемещен во второе положение. 6. Антенное устройство, приспособленное для использования с прибором радиосвязи, отличающееся тем, что содержит первый элемент, соединенный с электрической схемой прибора радиосвязи, второй элемент, имеющий переменное реактивное сопротивление и выполненный с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, и средство настройки переменного реактивного сопротивления, в рабочем положении связанное со вторым элементом и предназначенное для настройки переменного реактивного сопротивления второго элемента, когда второй элемент перемещается между первым положением и вторым положением. 7. Антенное устройство по п.6, отличающееся тем, что средство настройки переменного реактивного сопротивления содержит в себе конструкцию линии передачи. 8. Антенное устройство по п.7, отличающееся тем, что конструкция линии передачи включает в себя первый проводник, образованный частью второго элемента, второй проводник и диэлектрическую часть, расположенную между первым проводником и вторым проводником. 9. Антенное устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что конструкция линии передачи включает в себя реактивную нагрузку. 10. Антенное устройство по п.9, отличающееся тем, что реактивная нагрузка представляет собой разомкнутую цепь.