專利名稱：折疊式天線的制作方法
本申請是1998年10月30日提交的名稱為“折疊式天線”的No.98123804.1號申請的分案申請。
本發明涉及一種折疊式天線，其中能使天線沿軸向的物理長度變短，多諧振頻率的調節變容易，及能以高增益進行在這些多個希望的頻率下的發送和接收。另外，本發明涉及一種使用折疊式天線、能夠在多個希望頻率下準備接收且在伸出狀態時獲得高的天線增益的天線裝置。而且，本發明涉及一種使用天線裝置的無線電設備，該天線裝置適于用在雙頻帶移動電話或類似設備中。
圖19表示以前由本發明者在日本專利申請No.160016/1996中提出的一種天線裝置。如圖19中所示，這種天線裝置包括一根折疊式天線10、一個鞭狀天線元件12和一個螺旋狀天線元件14。折疊式天線10包括一個線狀或帶狀導體，該導體沿從基座到末端側的方向提供、在末端側處平行于從基座到末端側的方向折疊、然后在基座側再次平行地折疊，以末端面對著末端側終止。然后，把導體排列成具有一個在從基座到末端側的方向上的軸線的圓柱形。另外，螺旋狀天線元件14沿相同軸線且與其成一單體地提供在鞭狀天線元件12的末端上，并且這個單體可沿其軸向自由地從圓柱形折疊式天線10伸出、且可存儲在其中。而且，在伸出狀態，鞭狀天線元件12的基座部分與圓柱形折疊式天線10的末端部分是電容耦合的。
然后，把折疊式天線10從基座到末端的有效長度設置為第一頻率f1的波長的四分之一。這里，由于已經彼此平行折疊的諸導線之間浮動電容的結果，折疊式天線10起一根比其實際物理長度長的天線的作用。另外，把從基座到第一折的有效長度設置為第二頻率f2的波長的四分之一，并且把從基座到末端的有效長度設置為第二頻率f2的波長的四分之三。第二頻率f2高于第一頻率f1，并且由于諸平行導線之間浮動電容增大的結果，由此使有效長度比其物理長度更長。因此，對第一頻率f1諧振的折疊式天線10能諧振第二頻率f2，第二頻率f2比第一頻率f1的三倍低。然后，如圖20中所示，通過把平行導線之間的浮動電容設置為適當值，有可能把第二頻率f2設置為第一頻率f1的兩倍左右。
另外，把從鞭狀天線元件12的基座到螺旋狀天線元件14的末端的有效長度設置為第一頻率f1的波長的一半，而把從鞭狀天線元件12的基座到其末端的有效長度設置為第二頻率f2的波長的一半。
如圖19中所示，在這種構造中，當鞭狀天線元件12和螺旋狀天線元件14從折疊式天線10伸出時，在第一頻率f1下，最大電壓發生在折疊式天線10的末端處，并且鞭狀天線元件12的基座部分和折疊式天線10的末端在高頻下變成由一個耦合電容C1來電氣連接，使它能夠在第一頻率f1下發送和接收。另外，在第二頻率f2下，最大電壓發生在折疊式天線10的第一折疊點處，并且鞭狀天線元件12的基座部分和折疊式天線10的第一折疊點在高頻下變成由一個耦合電容C2來電氣連接，使它能夠在第二頻率f2下發送和接收。在第二頻率f2下，螺旋狀天線元件14起一個扼流圈的作用，而不是起一根天線的作用。在存儲狀態，有可能僅使用折疊式天線10在第一頻率f1和第二頻率f2下發送和接收。
當把第一頻率f1設置在900MHz的頻帶內，且把第二頻率f2設置在1800MHz的頻帶內時，能夠在雙頻帶下，如GM/DCS或PDC/PHS下，使用一個單天線裝置發送和接收。以這種方式，以前提出的技術也能在存儲狀態下包容雙頻帶發送和接收、及準備接收，此外，在伸出狀態下能獲得高增益天線特性。
然而，在以前提出的技術中，第一頻率f1和第二頻率f2都通過折疊式天線10諧振，折疊式天線10包括一個適當折疊的導體。因此，當改變到折疊式天線10的末端的物理長度、或者平行導線之間的距離或平行部分的長度、或者到折疊式天線10的第一折疊部分的長度或類似長度，以便調節共振頻率之一時，對其他的諧振頻率有影響，使得難以把第一頻率f1和第二頻率f2調節到希望頻率。另外，盡管在折疊式天線10的基座處的輸入/輸出阻抗能通過調節耦合電容C1和C2來調節，但難以單獨地調節他們，因此難以把他們調節到一個最佳值。而且，由于從基座到第一折疊點的長度規定為高頻(即，第二頻率f2)波長的四分之一，所以不能使折疊式天線10在軸向較短。
已經完成了本發明以便進一步改進以前提出的技術，并且目標在于提供一種折疊式天線，其中能單獨地調節多個諧振頻率，并且能使天線沿其軸線的長度較短。
另外，本發明的一個目的在于提供一種使用天線的天線裝置，該天線裝置在天線伸出時能獲得很高的天線增益，而在天線存儲時能準備接收。
另外，本發明的另一個目的在于提供一種使用天線裝置的無線電設備，該設備適用于雙頻帶移動電話等。
另外，本發明的另一個目的在于提供一種其中能使存儲時的總長度較短的可自由伸出和存儲的天線。
另外，本發明的又一個目的在于提供一種使用可自由伸出和存儲的天線的無線電設備，該設備能容易制得較小。
為了實現以上目的，本發明的折疊式天線包括一個第一元件，包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從天線基座指向其末端側的方向上，該導體在末端側至少折疊一次，并且平行于該方向布置；一個第二元件，包括在基座與在末端側處的第一折疊點之間的一個點處、或在第一折疊點處分開的導體，并且至少折疊一次且平行于該方向布置；從基座到第一元件末端的有效長度被設置得使第一頻率諧振，并且從基座到第二元件末端的有效長度被設置得使第二頻率諧振。
另外，本發明的折疊式天線可以包括一個第一元件，包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從天線基座指向其末端側的方向上，該導體在末端側和基座側順序折疊不少于一次，并且平行于該方向布置；一個第二元件，包括在基座與在末端側處的第一折疊點之間的一個點處、或在第一折疊點處分開的導體，并且在末端側和基座側順序折疊不少于一次，且平行于該方向布置；從基座到第一元件末端的有效長度被設置得使第一頻率諧振，并且從基座到第二元件末端的有效長度被設置得使第二頻率諧振。
另外，本發明的可自由伸出和存儲的天線包括一個折疊式天線元件，包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從基座指向末端側的方向上，該導體在末端側至少折疊一次，并且平行于該方向布置，把從基座到折疊式天線元件末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一和第二頻率波長的四分之三；一個桿狀天線元件，它被如此提供以致可自由地沿折疊式天線元件的軸向運動，該折疊式天線元件給出圓柱形狀；其中當桿狀天線元件處于伸出狀態時，桿狀天線元件的基座側與處在插入其中狀態下的折疊式天線元件的圓柱形末端側電容耦合，把從折疊式天線元件的基座到桿狀天線元件的末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一和第二頻率波長的四分之三。
另外，本發明的可自由伸出和存儲的天線包括一個折疊式天線元件，包括一個第一元件，該第一元件包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從基座指向末端側的方向上，該導體在末端側至少折疊一次，并且平行于該方向布置，和一個第二元件，第二元件包括在基座與在末端側處的第一折疊點之間的一個點處、或在第一折疊點處分開的導體，并且折疊至少一次且平行于上述方向布置，把折疊式天線元件從基座到第一元件末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一，而把從基座到第二元件末端的有效長度設置為第二頻率波長的四分之一；和一個桿狀天線元件，它被如此提供以便可自由地沿折疊式天線元件的軸向運動，該折疊式天線元件給出圓柱形狀；其中當桿狀天線元件處于伸出狀態時，桿狀天線元件的基座側與處在插入其中狀態下的折疊式天線元件的圓柱形末端側電容耦合，把從折疊式天線元件的基座到桿狀天線元件的末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一和第二頻率波長的四分之三。
圖1是本發明折疊式天線的第一實施例的展開圖；圖2是圖1中第一實施例的折疊式天線以圓柱形布置的外部立體圖；圖3是本發明折疊式天線的第二實施例的展開圖；圖4是本發明折疊式天線的第三實施例的展開圖；圖5是本發明折疊式天線的第四實施例的展開圖；圖6是本發明折疊式天線的第五實施例的展開圖；圖7是本發明折疊式天線的第六實施例的展開圖；圖8是本發明一種無線電設備的一個實施例的主要零件的縱向剖視圖；圖9a和圖9b是圖8中無線電設備的天線裝置的等效電路圖，圖9a表明伸出狀態，而圖9b表明存儲狀態；圖10是史密斯圓圖的一個例子，表示在圖9的天線裝置中在第一頻率和第二頻率下的輸入/輸出阻抗；圖11是示意圖，表示其中把折疊式天線提供給一個無線電機殼以改進SAR的例子；圖12a和圖12b是根據本發明另一個實施例的一種天線裝置在伸出狀態下的等效電路圖，圖12a表明在第一頻率下的操作，而圖12b表明在第二頻率下的操作；圖13a和圖13b是根據本發明又一個實施例的一種天線裝置在伸出狀態下的等效電路圖，圖13a表明在第一頻率下的操作，而圖13b表明在第二頻率下的操作；圖14a、圖14b和圖14c是示意圖，表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第一實施例，圖14a表明天線的伸出狀態，圖14b表明天線的存儲狀態，及圖14c表明天線伸出狀態的等效電路圖；圖15是一種圓柱形折疊式天線元件的一個例子的外部立體圖；圖16a和圖16b是示意圖，表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第二實施例，圖16a表明天線的伸出狀態，圖16b表明天線的存儲狀態；圖17a和圖17b是示意圖，表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第三實施例，圖17a表明天線的伸出狀態，圖17b表明天線的存儲狀態；圖18是提供在一種無線電設備中的本發明的一種可自由伸出和存儲的天線、在天線伸出狀態下的主要零件的縱向剖視圖；圖19是由本發明者以前提出的一種天線裝置的伸出狀態的等效電路圖；及圖20是示意圖，表明圖19中所示以前提出的天線中使用的折疊式天線的天線特性。
圖1表示一種折疊式天線20，天線20包括一個線狀或帶狀導體，該導體沿具有從基座20a到天線末端側的軸線的方向排列，在末端側處分成兩部分，兩部分之一在第一折疊點20b處折疊且平行于該軸線排列，然后順序地在末端側和基座側處平行折疊，相對于軸線以直角按之字形延續，并以末端20c面對著末端側終止。從導體分開的第一折疊點20b到末端20c的部分構成一個第一元件20d，并且把第一元件20d從基座20a到末端20c的有效長度設置為第一頻率f1的波長的四分之一。另外，分開導體的另一部分類似地折疊且平行于軸線排列，在基座側再次折疊且平行于軸線排列，然后順序地在末端側和基座側處平行折疊，相對于軸線以直角按之字形延續，并以末端20e面對著末端側終止。從導體分開的第一折疊點20b到末端20e的部分構成一個第二元件20f，并且把第二元件20f從基座20a到末端20e的有效長度設置為第二頻率f2的波長的四分之一。
然后，如圖2中所示，圖1的折疊式天線20繞一根在從基座20a到末端側方向的軸線以圓柱形排列而提供。通過在一個柔性基片上提供圖1中所示的導體、利用諸如刻蝕或蒸汽淀積之類的適當技術、及把該導體繞由絕緣材料制成的圓柱形芯件或類似芯件的外表面纏繞，可以形成這個圓柱形折疊式天線20。另外，圖1中所示形狀的導體可以由銅板或類似板沖壓，并且彎成圓柱形。或者，圖1中所示的導體可以通過圓柱形芯件的外表面的電鍍或類似方法適當地提供。
折疊式天線20可以包括密封材料。密封材料通過把銅箔粘附在載體帶上而產生。密封材料壓制成元件形狀。因此，多余的銅箔與載體帶一起除去。然后，把覆蓋帶粘貼在已經沖壓成元件形狀的密封材料上方。
把已經粘貼覆蓋帶的、元件形狀的銅箔粘貼到圓柱形芯件的表面上。預先把容易粘附到芯件上的粘合劑涂敷到覆蓋帶和銅箔的粘貼表面上，由此能以簡單的操作進行粘貼，并且能降低制造成本。另外，根據這種方法，由于最終的折疊式天線的尺寸是穩定的，所以能使電氣特性不變，帶來其后需要較少調節的優點。
在以上構造的折疊式天線20中，把第一元件20d的尺寸，如展開長度、平行導線之間的距離、平行長度等，設置為適當的尺寸，從而使第一頻率f1能調節到希望的頻率。并且，把第二元件20f的尺寸，如展開長度、平行導線之間的距離、平行長度等，設置為適當的尺寸，從而使第二頻率f2能調節到希望的頻率。結果，當調節第一元件20d時，對第二頻率f2沒有影響；而當調節第二元件20f時，對第一頻率f1沒有影響。因此，元件20d和20f能相互獨立地調節。這樣，與圖19中所示的以前提出的折疊式天線10相比，用本發明的折疊式天線20能更容易地調節第一頻率f1和第二頻率f2的操作。如圖2中所示，由于折疊式天線20以圓柱形形狀提供，所以它能制得較小，并且制成與螺旋天線相同的形狀，還能夠在第一頻率f1和第二頻率f2下發送和接收，甚至當處于圖1中所示的展開狀態時也是如此。這里，從基座20a到末端20c和到末端20e的有效長度不限于諧振頻率波長的四分之一，它們可以是四分之一波長的奇數倍，如四分之三。另外，諧振頻率的八分之一波長的奇數倍、或二分之一波長的奇數倍也是可接收的。因此，如果從基座20a到末端20c和到末端20e的有效長度，對于第一和第二頻率f1和f2，是四分之一波長的奇數倍、或八分之一波長的奇數倍、或二分之一波長的奇數倍，則在基座20a處的輸入/輸出阻抗對于第一和第二頻率f1和f2將基本上相同。因此，為使在基座20a處的輸入/輸出阻抗對于第一和第二頻率f1和f2相同，不需要調節電路。此外，當不需要考慮在基座20a處的輸入/輸出阻抗時，相對于諧振頻率的調節倍數可以是八分之一、四分之一或二分之一波長。因此，當在基座20a處對于第一和第二頻率f1和f2的輸入/輸出阻抗彼此不同時，一個用來調節電感等的電路可以提供在基座20a處，并且利用頻率差引起的電感差，能使調節電路的輸入/輸出阻抗基本上相同。
圖3是本發明折疊式天線的第二實施例的展開圖。如圖3中所示，第二實施例的折疊式天線30包括一個導體，該導體以之字形沿基座30a到第一折疊點30b之間的軸向提供。而且，導體在基座30a與第一折疊點30b之間的位置處分成兩部分，并且分開的導體在一個分開點30g處折疊且平行于軸線排列。從第一折疊點30b到末端30c的部分構成一個第一元件30d，而從分開點30g到末端30e的部分構成一個第二元件30f。然后，把從基座30a經第一折疊點30b到末端30c的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一，而把從基座30a經分開點30g到末端30e的有效長度設置為第二頻率f2波長的四分之一。
以與圖1折疊式天線20相同的方式，具有以上構造的疊式天線30起能夠在第一頻率f1和第二頻率f2下發送和接收的天線作用。通過在基座30a與第一折疊點30b之間提供一個之字形導體，能使天線在軸向的總長度比圖1中所示的折疊式天線20短。如果疊式天線30要獨立地使用，則第一元件30d的末端30c僅需面對著圖3中所示基座側提供。
圖4是本發明折疊式天線的第三實施例的展開圖。如圖4中所示，在第三實施例的折疊式天線40中，分開點40g靠近基座40a側定位。在圖4中，伴隨標號的英文小寫字母對應于圖1-圖3的類似部分，并且避免重復解釋。這同樣適用于下面的圖5-圖7。
圖5是本發明折疊式天線的第四實施例的展開圖。如圖5中所示，在第四實施例的折疊式天線50中，從基座50a到第一折疊點50b以之字形平行于軸線伸展而提供導體，并且之字形的每一個以90度彎曲。另一方面，這些之字形也可以彎曲成U形，以形成蛇狀排列。
圖6是本發明折疊式天線的第五實施例的展開圖。在圖6中第五實施例的折疊式天線60中，導體在第一折疊點60b處分成三部分。分開導體部分中的兩個構成一個第一元件60d和一個第二元件60f，象第一實施例中那樣。分開導體的剩余部分在軸向構成，并且構成一個第三元件60i，第三元件60i從第一折疊點60b到末端60h伸展。然后，把從基座60a到第一元件60d末端60c的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一，把從基座60a到第二元件60f末端60e的有效長度設置為第二頻率f2波長的四分之一，以及把從基座60a到第三元件60i末端60h的有效長度設置為一個獨立的第三頻率f3波長的四分之一。結果，第五實施例的折疊式天線60能夠在三個頻率--第一頻率f1、第二頻率f2和第三頻率f3--下發送和接收。
圖7是本發明折疊式天線的第六實施例的展開圖。在圖7中，把第六實施例的折疊式天線70從基座70a到第一折疊點70b的有效長度設置成一個獨立的第四頻率f4波長的四分之一，并且此外，把從基座70a到第一元件70d末端70c的有效長度設置成第四頻率f4波長的四分之三。第六實施例的折疊式天線70能夠在四個頻率--第一頻率f1、第二頻率f2、第三頻率f3和第四頻率f4--下發送和接收。
其次，參照圖8-圖11解釋一種使用本發明折疊式天線的無線電設備。圖8是本發明一種無線電設備的一個實施例的主要零件的縱向剖視圖。圖9表示圖8中無線電設備的天線裝置的等效電路圖，圖9a表明伸出狀態，而圖9b表明存儲狀態。圖10是史密斯圓圖的一個例子，表示在圖9的天線裝置中在第一頻率和第二頻率下的輸入/輸出阻抗。圖11是示意圖，表示把折疊式天線提供給一個無線電機殼以改進SAR(吸收比速率)的例子。能使用根據已經描述的第一至第六實施例中任一個的一種折疊式天線，但舉例來說，下面的解釋使用第一實施例的折疊式天線。
在圖8中，一個由絕緣材料組成的圓柱形芯件82在與其相同的軸線上，提供在一個由導電材料組成的大致圓柱形的供給金屬部分80的末端側，并且第一實施例的折疊式天線20繞芯件82的外表面纏繞，基座20a適當地直接電氣連接到供給金屬部件80上。另外，一根C形樹脂彈簧84提供在芯件82的末端側處，并且提供一個蓋住折疊式天線20的外緣、同時允許樹脂彈簧84在軸向運動的覆蓋件86，使覆蓋件86的基座側牢固地擰在供給金屬部件80上。此外，一個螺旋狀天線元件90同軸地電氣連接到一個鞭狀天線元件88的末端，鞭狀天線元件88包括柔性和導電的NiTi導線桿或類似桿，由此把兩個元件90和88固定在一個單體中。這個單體能沿供給金屬部件80和芯件82的軸向自由運動，并且能自由地伸出和存儲。一個由絕緣材料組成的大半徑擋塊92提供在鞭狀天線元件88基座部分處，以便阻止鞭狀天線元件88在伸出方向滑出。此外，一根樹脂彈簧84卡到一個繞擋塊92的外緣提供的槽中，以便在伸出狀態時彈性地固定鞭狀天線元件88。另外，一個具有與擋塊92相同半徑的大半徑部分提供到一個螺旋覆蓋件94的末端側，螺旋覆蓋件94由絕緣材料組成，并且覆蓋著螺旋狀天線元件90的外緣。樹脂彈簧84卡到一個繞這個大半徑部分的外緣提供的槽中，以便在存儲狀態彈性地固定鞭狀天線元件88。然后，一個具有大半徑的裝飾頭96提供在螺旋覆蓋件94的末端上，以便在存儲方向運動時限定一個預定位置，而在伸出時用作手柄。這就完成了使用折疊式天線20的天線裝置的構造。
另外，一個由導電材料組成的供給接收件100，通過插入模壓或類似方法穿過一個無線電機殼98的一個側壁而固定到其上。然后，把天線裝置的供給金屬部件80擰到供給接收件100中，由此把天線裝置固定到無線電機殼98上。另外，一個無線電電路安裝在其上的基片102適當地提供在無線電機殼98內，并且一個由導電材料組成的、提供給基片102的板簧104彈性地接觸供給接收件100的伸進無線電機殼98的部分。這個板簧104當然電氣連接到無線電電路的高頻級上，并且天線裝置的供給金屬部分80通過供給接收件100和板簧104電氣連接到無線電電路上，由此形成一種無線電設備。
然后，把折疊式天線20從基座20a到末端20c的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一，而把從基座20a到另一末端20e的有效長度設置為第二頻率f2波長的四分之一。另外，把從鞭狀天線元件88的基座到螺旋狀天線元件90的末端的有效長度設置為第一頻率f1波長的二分之一，而把從鞭狀天線元件88的基座到其末端的有效長度設置為第二頻率f2波長的二分之一。
在這種構造中，如圖9(a)的伸出狀態中所示，在第一頻率f1下，最大電壓出現在折疊式天線20的末端20c處，并且這個末端20c和鞭狀天線元件88的基座部分由一個耦合電容C1電容耦合，因此第一頻率f1以很高的天線增益諧振。另外，在第二頻率f2下，最大電壓出現在折疊式天線20的另一末端20e處，并且這個末端20e和鞭狀天線元件88的基座部分由一個耦合電容C2電容耦合，因此第二頻率f2以很高的天線增益諧振。這里，由于折疊式天線20的第一頻率f1和第二頻率f2都被調節成在最佳狀態下諧振，所以天線裝置在第一和第二頻率f1和f2下都獲得很高的天線增益。
現在，在圖9中所示的天線裝置中，相對于第一頻率f1和第二頻率f2的輸入/輸出阻抗應該最好基本相同，并且此外，應該最好把他們設置為一個希望值，比如，約50歐姆。但是，如圖10中所示，輸入/輸出阻抗在低的第一頻率f1下傾向于超過希望值，而在高的第二頻率f2下傾向于低于希望值。這些輸入/輸出阻抗值隨耦合電容C1和C2的值的增大而增大，以強化電容耦合程度。因此，提供在折疊式天線20側上第一頻率f1諧振處的末端20c，要低于末端位置一個距離L，由此減小末端20c與鞭狀天線元件88之間的耦合電容C1。結果，能把相對于第一頻率f1的輸入/輸出阻抗減小和調節到希望值。另外，如有必要，第二頻率f2諧振側的末端20e能夠設置成較靠近鞭狀天線元件88的基座部分，以便增大耦合電容C2，由此增大對于第二頻率f2的輸入/輸出阻抗。這樣，通過適當地設置折疊式天線20的兩個末端20c和20e，并且分別調節耦合電容C1和耦合電容C2，能容易地把相對于第一頻率f1和第二頻率f2的輸入/輸出阻抗設置為大致相同的希望值，如50歐姆。為了調節耦合電容C1和耦合電容C2，不僅可以調節末端20c和20e相對于鞭狀天線元件88的基座部分的位置，而且可以調節末端的相對面積，并且還對于對應于芯件82和擋塊92的部分使用有適當介電常數的部件。
另外，如圖9(b)中所示，即使當本發明的天線裝置處于存儲狀態時，第一頻率f1和第二頻率f2也通過折疊式天線20諧振，這就適于準備接收等。而且，如上所述，由于第一頻率f1和第二頻率f2能容易地分別調節，所以在兩個頻率下都能獲得比常規裝置高的增益，即使在存儲狀態期間也是如此。
當把第一頻率f1設置在一個900MHz頻帶內，而把第二頻率f2設置在一個1800MHz頻帶內時，一個單天線裝置有可能在雙頻帶下發送和接收，如GSM/DCS或PDC/PHS，象在常規裝置中那樣。此外，比在以前提出的技術中能更容易地調節發送和接收頻率下的天線特性，使裝置更適于批量生產。
另外，如圖11中所示，通過把圖8中天線裝置的供給金屬部件80被固定到無線電機殼98的供給接收件100上的結構、變成相對于無線電機殼98來預定天線裝置繞軸線的位置的結構，可以把從折疊式天線20的基座20a到第一折疊點20b排列的導體，提供在相對著在使用期間靠近用戶頭部側的側上。
如圖11中所示，當靠近用戶頭部側使用移動電話時，通過把折疊式天線20提供給無線電機殼98，與常規裝置相比有可能大大地提高SAR(吸收比速率)，其中一個螺旋線圈提供到向外伸出以便準備接收的天線上。其原因如下。首先，在伸出狀態和存儲狀態下，第一頻率f1和第二頻率f2的諧振都在天線裝置的基座部分處導致最大電流流動。現在，在常規螺旋線圈的情況下，從螺旋狀元件的外緣到用戶頭部側的距離較短，并且存在這樣的可能性，流經該側線圈部分的電流生成的磁場可能對用戶頭部側有嚴重影響。與此不同，在本發明折疊式天線20的情況下，最大電流流動出現在基座20a與第一折疊點20b之間的導體內，這在離用戶頭部側最遠的側上。因此，可大大地減小電流這種流動生成的磁場對用戶頭部側的影響。試驗證明，這種磁場的影響隨距離增大而大大地減弱，并且甚至稍微的位置變化造成距離稍有增大，也能實現顯著減小。
圖12表示本發明另一個實施例的一種天線裝置在伸出狀態下的等效電路圖，圖12a表明在第一頻率下的操作，而圖12b表明在第二頻率下的操作。
如圖12中所示，在另一個實施例的天線裝置中，鞭狀天線元件88可自由地沿折疊式天線20的軸向運動，并且能自由地伸出和存儲。圖9的螺旋狀天線元件90沒有提供。這里，當把第一頻率f1設置在一個900MHz頻帶處，而把第二頻率f2設置在一個1800MHz頻帶處時，能把鞭狀天線元件88的有效長度設置為對應于第一頻率f1的半個波長、和對應于第二頻率f2的一個波長。至于折疊式天線20，把從基座20a到末端20c和20e的有效長度都設置為第一和第二頻率f1和f2的波長的四分之一。
如圖12(a)中所示，在伸出狀態下，折疊式天線20的四分之一波長和鞭狀天線元件88的半個波長通過耦合電容C1電容耦合，由此第一頻率f1諧振。另外，如圖12(b)中所示，折疊式天線20的四分之一波長和鞭狀天線元件88的一個波長通過耦合電容C2電容耦合，由此第二頻率f2諧振。
當第二頻率f2是兩倍于第一頻率f1時，比如，分別為1800MHz和900MHz，能應用圖12中所示的另一個實施例的天線裝置。而且，當第二頻率f2是第一頻率f1的整數倍(例如，三倍)時，能應用圖12的天線裝置的技術。
圖13示出本發明又一個實施例的一種天線裝置在伸出狀態下的等效電路圖，圖13(a)表明在第一頻率下的操作，而圖13(b)表明在第二頻率下的操作。
如圖13中所示，又一個實施例的天線裝置在如下方面類似于圖12，即鞭狀天線元件88可自由地沿折疊式天線20的軸向運動，并且能自由地伸出和存儲，且沒有提供圖9的螺旋狀天線元件90沒有。然而，圖13實施例的操作狀態不同。在伸出狀態下，鞭狀天線元件88的基座部分與折疊式天線20的末端部分重疊，從而增大電容耦合程度。另外，如圖13(a)中所示，對于第一頻率f1，把從折疊式天線20的基座20a到鞭狀天線元件88的末端的有效長度設置為波長的四分之一。并且，如圖13(b)中所示，對于第二頻率f2，把從折疊式天線20的基座20a到鞭狀天線元件88的末端的有效長度設置為波長的四分之三。至于折疊式天線20，把從基座20a到末端20c和20e的有效長度都設置為第一和第二頻率f1和f2的波長的四分之一。
在這種構造中，根據試驗，電流流到在鞭狀天線元件88的基座處的耦合電容，并且操作不同于圖9和圖12中所示的天線裝置。因此，我們能假定折疊式天線20的電感分量、耦合電容的電容分量和鞭狀天線元件88的電感分量以串聯諧振，由此，如圖13(a)和圖13(b)中所示，第一頻率f1和第二頻率f2都諧振。
在以上實施例的解釋中，能容易地理解，如果供給金屬部分80和板簧104為天線裝置和無線電裝置提供天線功能，則起折疊式天線20的天線的作用的基座20a不是物理基座本身，而是板簧104與基片102之間的連接點。
圖14a、圖14b和圖14c是示意圖，表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第一實施例，圖14a表明天線的伸出狀態，圖14b表明天線的存儲狀態，及圖14c表明天線伸出狀態的等效電路圖。圖15是一種圓柱形折疊式天線元件的一個例子的外部立體圖。
如圖15中所示，一個折疊式天線元件110是圓柱形的。然后，一個桿狀天線元件112提供在與圓柱形折疊式天線元件110相同的軸上，以便可自由地沿軸向運動。第一實施例的折疊式天線元件110由一個線狀或帶狀導體組成，提供在從基座到末端側的方向上，并且這個導體在末端側至少折疊一次，且平行于上述方向以之字形排列而布置。另外，桿狀天線元件112在伸出方向和存儲方向的運動當然要適當地限制，以防止桿狀天線元件112滑出。此外，根據本發明的可自由伸出和存儲的天線，在伸出狀態下，折疊式天線元件110的末端側與桿狀天線元件112的基座側重疊，從而建立一種其中桿狀天線元件112的基座側成為插入到折疊式天線元件110的末端側中的狀態，并因此，限制在伸出方向的運動。
然后，把折疊式天線元件110從基座到末端的有效長度設置為第一頻率f1波長(波長λ1)的四分之一和第二頻率f2波長(波長λ2)的四分之三。另外，折疊式天線元件110從基座到第一折疊點的尺寸，比如，是約25mm。而且，桿狀天線元件112的尺寸，比如，是110mm，在伸出時有10mm與折疊式天線元件110的末端側重疊，并且從折疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的末端的尺寸，當伸出時是約125mm。這里，作為一個例子，第一頻率f1是900MHz，而第二頻率f2是1800MHz。
如在圖14(b)的存儲狀態中所示，根據本構造，由于第一和第二頻率f1和f2通過一個單折疊式天線元件110諧振，所以準備接收是可能的。并且，由于折疊式天線元件110的有效長度是第一頻率f1波長的四分之一和第二頻率f2波長的四分之三，所以在每種情況下的輸入/輸出阻抗是約50歐姆。在存儲狀態下，由于桿狀天線元件112的末端部分離折疊式天線元件110足夠遠以避免任何電氣耦合，所以桿狀天線元件112不起天線的作用，并因此對天線特性沒有影響。另外，在存儲狀態下，甚至當桿狀天線元件112的末端部分離折疊式天線元件110足夠近以致于引起與它的電容耦合或介電耦合時，也只需設置從疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的基座的有效長度，使在第一頻率f1和第二頻率f2的頻帶內的頻率不諧振。
另外，如在圖14(a)的伸出狀態中所示，折疊式天線元件110的末端部分和桿狀天線元件112的基座部分通過較高數值的耦合電容C電容耦合。如圖14(c)中所示，相應等效電路是一個包括一個電感L1、耦合電容C和一個電感L2的串聯諧振電路。這里，在伸出狀態下，從疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的末端的物理長度是約125mm，比第一頻率f1的四分之一波長(83.3mm)長，但提供在中間的耦合電容C把有效長度縮短到第一頻率f1波長的四分之一。類似地，提供在中間的耦合電容C把相對于第二頻率f2的有效長度縮短到波長的四分之三。因此，第一頻率f1和第二頻率f2在天線伸出狀態下諧振，使發送和接收成為可能。此外，相對于第一頻率f1和第二頻率f2的有效長度分別是四分之一波長和四分之三波長，并且在每種情況下的輸入/輸出阻抗是約50歐姆，這與存儲狀態下的情況基本上相同。因此，通過把具有約50歐姆輸入/輸出阻抗的、本發明的可自由伸出和存儲的天線，連接到無線電電路和一根具有約50歐姆輸入/輸出阻抗的同軸電纜上，能以高效率進行信號傳送，而不需要調節電路。
因此，可自由伸出和存儲的天線在存儲狀態下的總長度與以前提出的裝置相比，通過減小桿狀天線元件112的物理長度來縮短，使本發明的天線適于用在小型移動電話裝置或類似裝置中。
折疊式天線元件110和桿狀天線元件112相對于第一頻率f1和第二頻率f2的有效長度比如能根據如下順序設置。首先，把折疊式天線元件110從基座到末端的展開物理長度設置為約第一頻率f1波長的四分之一，并且然后以之字形排列。盡管在之字形折疊式天線元件110的導體之間出現浮動電容，但這不大影響低的諧振第一頻率f1。然而，導體之間的這種浮動電容大大地影響第二頻率f2，能顯著縮短從基座到末端的有效長度。因此，當調節導體之間的浮動電容時，比如通過調節之字之間的空隙和他們的平行長度等，有可能把有效長度設置為第二頻率f2波長的四分之三。
其次，將詳細說明在天線伸出狀態下設置相對于第一頻率f1和第二頻率f2的有效長度的方法。在天線伸出狀態下，當增加折疊式天線元件110與桿狀天線元件112之間的重疊時，諧振頻率較高，因此增大耦合電容C；當重疊減小時，諧振頻率較低，因此減小耦合電容C。因此，把伸出狀態下從疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的末端的物理長度首先設置為比第一頻率f1波長的四分之一長。其次，通過調節折疊式天線元件110與桿狀天線元件112之間的重疊，來調節耦合電容C的電容值，并且把有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一。然后，這種狀態下，如果以頻率波長四分之三的有效長度諧振的頻率比第二頻率f2高，則稍微減小折疊式天線元件110與桿狀天線元件112之間的重疊，以降低電容值，并由此降低以四分之三波長諧振的頻率，直到它與第二頻率f2匹配。作為這種調節的結果，以四分之一波長諧振的頻率降低到比第一頻率f1低，但這對第二頻率f2沒有什么影響。另外，稍微減小桿狀天線元件112的長度，并且升高以波長四分之一諧振的頻率，以匹配第一頻率f1。作為這種調節的結果，以波長四分之三有效長度諧振的頻率較高，但這種影響比對第一頻率f1的影響小。通過重復調節折疊式天線元件110和桿狀天線元件112的耦合電容C、和桿狀天線元件112的長度，有可能把從疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的末端的有效長度設置為對于第一頻率f1為四分之一波長，而對于第二頻率f2為波長的四分之三。另外，在伸出狀態下，把從疊式天線元件110的基座到桿狀天線元件112的末端的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一。在這種狀態下，如果在有效長度是波長四分之三時的諧振頻率比第二頻率f2低，則通過增大折疊式天線元件110與桿狀天線元件112之間的重疊、延長桿狀天線元件112等，能進行與以上類似的調節。批量生產設計基于遵循上述方法的試驗得到的尺寸。
其次，參照圖16a和圖16b，解釋本發明可自由伸出和存儲的天線的第二實施例。圖16a和圖16b表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第二實施例，圖16a表明天線的伸出狀態，圖16b表明天線的存儲狀態。
在圖16a和圖16b中，一個桿狀天線元件122提供在與一個圓柱形折疊式天線元件120相同的軸上，以便可在軸向自由地運動。第二實施例的折疊式天線元件120包括一個提供在從基座到末端側方向上的線狀或帶狀導體，該導體在末端側處至少折疊一次，并且以之字形平行于上述方向排列，形成一個第一元件124。此外，導體在離開基座的末端側處的第一折疊點處分開，至少折疊一次，并且以之字形平行于上述方向排列，由此形成一個第二元件126。換句話說，第二元件126可以在基座與末端側處的第一折疊點之間的一個位置處分開。另外，桿狀天線元件122包括一個在基座側處的鞭狀天線元件128、和一個提供在其末端側上的螺旋狀天線元件130。然后，在伸出和存儲狀態下，桿狀天線元件122的運動當然受到限制，以防止它滑出。而且，在伸出狀態下，折疊式天線元件120的末端側與桿狀天線元件122的基座側重疊，從而桿狀天線元件122成為插入其中，限制其在伸出方向的運動。
然后，把折疊式天線元件120從基座到第一元件124的末端的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一，而把從基座到第二元件126的末端的有效長度設置為第二頻率f2波長的四分之三。折疊式天線元件120從基座到第一折疊點的尺寸是，舉例來說約25mm。然后，把桿狀天線元件122的尺寸設置成比第一實施例短一個相當于螺旋狀天線元件130的量。另外，在伸出狀態下，鞭狀天線元件128的基座側在桿狀天線元件122的基座側與折疊式天線元件120的基座側重疊約10mm。結果，在伸出狀態下，把從折疊式天線元件120的基座到桿狀天線元件122的末端的物理長度能設置為比第一實施例中的短。
根據圖16a-圖16b所示的構造，在天線存儲狀態下，折疊式天線元件120的第一元件124和第二元件126以第一頻率f1和第二頻率f2諧振，由此準備接收是可能的。另外，在天線伸出狀態下，從折疊式天線元件120的基座到桿狀天線元件122的末端的有效長度是第一頻率f1波長的四分之一、和是第二頻率f2波長的四分之三。而且，由于折疊式天線元件120包括第一元件124和第二元件126，所以第一和第二元件124和126的有效長度能獨立地調節為第一和第二頻率f1和f2波長的四分之一，使調節較容易。此外，通過把螺旋狀天線元件130提供到桿狀天線元件122的末端部分，能縮短螺旋狀天線元件130的物理長度，并且能使可自由伸出和存儲的天線在天線存儲狀態下的總長度比第一實施例的短。
其次，參照圖17a和圖17b，解釋本發明可自由伸出和存儲的天線的第三實施例。圖17a和圖17b是示意圖，表示本發明可自由伸出和存儲的天線的第三實施例，圖17a表明天線的伸出狀態，圖17b表明天線的存儲狀態。
在圖17a和圖17b中，一個桿狀天線元件142提供在與一個圓柱形折疊式天線元件140相同的軸上，以便可在軸向自由地運動。第三實施例的折疊式天線元件140類似于第一實施例的折疊式天線元件110，但不同之處在于以之字形從基座到第一折疊點排列。另外，一個鞭狀天線元件144提供在桿狀天線元件142的基座側處，并且一個圓柱形天線元件146從鞭狀天線元件144的末端側覆蓋著鞭狀天線元件144，以便象望遠鏡那樣可在軸向自由運動。此外，一個導電材料的板簧148提供在鞭狀天線元件144的末端處，并且彈性地接觸圓柱形天線元件146的內壁，從而建立電氣連接。然后，在天線伸出狀態下，當桿狀天線元件142延長時，把從折疊式天線元件140的基座到桿狀天線元件142的末端的有效長度設置為第一頻率f1波長的四分之一、和第二頻率f2波長的四分之三。這種調節以與第一實施例中相同的方式進行。
根據圖17a和圖17b中所示的構造，當天線在存儲狀態和伸出狀態下時，第一頻率f1和第二頻率f2皆諧振，使發送和接收成為可能。并且，在天線存儲狀態下，由于鞭狀天線元件144的大部分存在放圓柱形天線元件146的內部，所以桿狀天線元件142的總長度較短。
其次，參照圖18解釋使用以上自由伸出和存儲的天線的無線電設備的結構。圖18是提供在一種無線電設備中的本發明的一種可自由伸出和存儲的天線、在干擾伸出狀態下的主要零件的縱向剖視圖。
在圖18中，一個由絕緣材料組成的圓柱形芯件182提供在一個由導電材料組成的大致圓柱形的供給金屬部分180的末端側。第一實施例的折疊式天線元件110，作為一個例子，繞芯件182的外表面提供，折疊式天線元件110的基座，比如通過焊接或類似方法，適當地電氣連接到供給金屬部分180上。然后，一根C形樹脂彈簧184提供在芯件182的末端，并且通過把一個覆蓋件186的基座側牢固地擰在供給金屬部分180上，提供覆蓋件186，覆蓋件186由絕緣材料組成、蓋住折疊式天線元件110的外緣，同時限制樹脂彈簧184在軸向運動。一個具有較小半徑末端側的臺階182a提供在芯件182的內邊緣上。
另外，一個絕緣管188提供在一個由柔性和導電的導線狀體組成的桿狀天線元件112上方，比如如圖14a-14c中所示的實施例中所示，并且一個由絕緣材料組成的擋塊190提供在其基座處。一個具有與擋塊190相同半徑的絕緣件192提供在桿狀天線元件112的末端側，并且一個頂部件194固定在絕緣件192的末端上。然后，一個組件體，例如桿狀天線元件112，集成到另一個組件體上，例如折疊式天線元件110上，以便在軸向自由運動。而且，在擋塊190處，芯件182的內邊緣上的臺階182a防止桿狀天線元件112在伸出方向滑出。此外，C形樹脂彈簧184彈性地卡入一個繞擋塊190的外緣提供的槽中，以限制在軸向運動。因此，保持伸出狀態。另外，一個頂部部分194防止在存儲方向的運動。此外，C形樹脂彈簧184彈性地卡入一個繞絕緣件192的外緣提供的槽中，以限制在軸向運動。因此，保持存儲狀態。
另外，一個由導電材料組成的供給接收件198穿過一個無線電機殼196的一個側壁提供給無線電機殼196。在無線電機殼196內，適當地提供一塊用來安裝一個無線電電路150(在圖18中末表示)等的電路板200，并且一個提供給電路板200的供給板簧202彈性地接觸伸進無線電機殼196的供給接收件198。供給板簧202當然適當地電氣連接到無線電電路150上。這里，通過把供給金屬部分180擰到供給接收部分198上，把折疊式天線元件110的基座，經供給金屬部分180和供給接收部分198及供給板簧202，電氣連接到在無線電電路板200上安裝的無線電電路150上，由此形成一種無線電設備。
折疊式天線元件的結構不限于上述的實施例。僅需要通過四分之一波長或四分之三波長的有效長度能使第一頻率f1和第二頻率f2諧振。另外，桿狀天線元件的結構不限于上述的實施例。僅需要外部是桿狀的。另外，圓柱形天線元件146不限于如第三實施例中那樣的一級，而可以包括多級。而且，在圖18中所示的無線電設備中，能容易地理解，如果供給金屬部分180和供給接收部分198及供給板簧202提供天線功能，則起折疊式天線元件作用的基座本身不是物理基座，而是供給板簧202與電路板200之間的連接點。
盡管已經描述了當前想到的本發明最佳實施例，但可以理解，對其能進行各種改進，并且打算在附屬權利要求書中覆蓋所有這些落入本發明真正精神和范圍內的改進。
權利要求
1.一種可自由伸出和存儲的天線，包括一個折疊式天線元件，包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從基座指向末端側的方向上，所述導體在所述末端側至少折疊一次，并且平行于所述方向布置，把從所述基座到所述折疊式天線元件末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一和第二頻率波長的四分之三；及一個桿狀天線元件，如此提供以致可沿所述折疊式天線元件的軸向自由地運動，該折疊式天線元件具有圓柱形狀；其中當所述桿狀天線元件處于伸出狀態時，所述桿狀天線元件的基座側與處在插入其中狀態下的所述折疊式天線元件的所述圓柱形末端側電容耦合，把從所述折疊式天線元件的基座到所述桿狀天線元件的末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一和第二頻率波長的四分之三。
2.一種可自由伸出和存儲的天線，包括一個折疊式天線元件，包括一個第一元件，該第一元件包括一個線狀或帶狀導體，該導體提供在從基座指向末端側的方向上，所述導體在所述末端側至少折疊一次，并且平行于所述方向布置，和一個第二元件，第二元件包括在所述基座與所述末端側處的第一折疊點之間的一個點處、或在所述第一折疊點處分開的導體，并且至少折疊一次且平行于所述方向布置，把所述折疊式天線元件從所述基座到所述第一元件末端的有效長度設置為第一頻率波長的四分之一，而把從所述基座到所述第二元件末端的有效長度設置為第二頻率波長的四分之一；及一個桿狀天線元件，如此提供以致可沿所述折疊式天線元件的軸向自由地運動，該折疊式天線元件具有圓柱形狀；其中當所述桿狀天線元件處于伸出狀態時，所述桿狀天線元件的基座側與處在插入其中狀態下的所述圓柱形折疊式天線元件的末端側電容耦合，把從所述折疊式天線元件的基座到所述桿狀天線元件的末端的有效長度設置為所述第一頻率波長的四分之一和所述第二頻率波長的四分之三。
3.根據權利要求1或2所述的自由伸出和存儲天線，其中所述桿狀天線元件包括一個鞭狀天線元件和一個提供在所述桿狀天線元件末端側上的螺旋狀天線元件。
4.根據權利要求1或2所述的自由伸出和存儲天線，其中所述桿狀天線元件包括一個鞭狀天線元件和一個圓柱形天線元件，覆蓋著所述鞭狀天線元件的末端側，并且可自由地沿其軸向運動。
5.根據權利要求1或2所述的自由伸出和存儲天線，其中，當所述桿狀天線元件處于存儲狀態時，在所述桿狀天線元件與所述折疊式天線元件之間不出現電氣耦合。
6.根據權利要求1或2所述的自由伸出和存儲天線，其中，當所述桿狀天線元件處于存儲狀態時，在所述桿狀天線元件末端側與所述折疊式天線元件之間出現電容耦合和介電耦合，但從所述折疊式天線元件的基座到所述桿狀天線元件的基座的有效長度如此設置，以致在所述第一頻率和所述第二頻率的頻帶內的頻率不諧振。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的自由伸出和存儲天線，，其中所述天線元件通過密封材料的壓制而形成，并且使用覆蓋帶粘貼在一個芯件邊緣的上方。
8.一種使用根據權利要求1或2所述的自由伸出和存儲天線的無線電設備，其中一個供給金屬部分被電氣連接到所述折疊式天線的基座側，被提供到無線電設備機殼的側壁外，所述供給金屬部分穿過所述機殼的一個側壁提供，并且被電氣連接到一個裝在所機殼內的一塊無線電電路板上。
全文摘要
從基座(20a)到末端側處的第一折疊點(20b)處提供一線狀或帶狀導體，它在末端側和基座側處的順序平行折疊不少于一次，形成第一元件(20d)；該導體在第一折疊點(20b)處分開，并且分開的導體類似地在末端側和基座側處的順序平行折疊不少于一次，形成第二元件(20f)。把從基座(20a)到第一元件(20d)的末端(20c)的有效長度設置為第一頻率(f1)波長的四分之一，把從基座(20a)到第二元件(20f)的末端(20e)的有效長度設置為第二頻率(f2)波長的四分之一。
文檔編號H01Q5/00GK1516511SQ0312256
公開日2004年7月28日 申請日期1998年10月30日 優先權日1998年4月30日
發明者柳澤和介, 年, 押山正, 水野浩年 申請人:株式會社遼闊