手持無線通訊設備的多軸線垂直修正天線的制作方法

專利名稱：手持無線通訊設備的多軸線垂直修正天線的制作方法
背景技術：
Ⅰ．發明的領域本發明總的涉及衛星通訊，更具體涉及一種通過通訊衛星作無線通訊用的可攜帶或手持電話。該發明進一步涉及一種修正天線相對于多軸線的垂直位置以更有效地傳送信號用的方法和裝置。Ⅱ．有關已有技術的描述在陸基無線或蜂窩式移動電話系統中，諸通訊信號是使用諸固定的基地臺在諸系統用戶間接收和傳送，該基地站也稱為單元臺，每個這樣的單元臺覆蓋了一個特定的地理區域。在衛星通訊系統中，在諸系統用戶與諸使用衛星的網關之間傳送同樣的信號。衛星通常用于在大規模通訊系統中對相當大的地理區域里提供服務，該大規模通訊系統提供在廣泛分布的固定的或移動的用戶或用戶裝置之間的通訊。這樣的系統如描述在專利號為4,901,307、公告于1990年2月13日、名稱為“使用衛星或陸地轉發器的散布范圍多通道通訊系統”的美國專利和申請號為08/368,570、名稱為“在一用于跟蹤單個接收器相位時間和能量的散布范圍通訊系統中使用全范圍發射功率的方法和裝置”的美國專利申請中，這兩個發明均已轉讓給本發明的受讓方，并被引用在本文里。
在這樣的系統中使用電話式手機的用戶裝置通常具有用來接收、處理和通過一外部天線發送通訊信號的諸無線電收發機。這些無線電發送機以熟知的已有技術的方式合適地連接于微音器、揚聲器、可視顯示裝置和天線。天線是按照工作頻率和輻射方向圖專門化了的，并且，天線的定向對于用衛星正確傳送信號是十分重要的。
用在衛星通訊系統中的用戶裝置上的諸天線具有各自的輻射方向圖，基本上從一自身所在水平面或地平線向上以有效地將能量耦合到衛星或從衛星接收能量。如一手機所保持的定向使天線不是處于垂直的，或在使用中被轉到一非垂直的定向，則輻射方向圖(當地地平面)也被定位于對該地平面成一夾角。在這一位置，由于該輻射方向圖不再覆蓋一些衛星位置而喪失或嚴重破壞通訊，或由于將一低能量部分對準于其他部分而使降低了能量的傳送。隨著電話的角度的不同，即使在相當高的海拔處與衛星的通訊也會喪失。
為了彌補這種影響，可將天線設計得使其輻射方向圖能延伸到它所在的地平線以下。也就是說，將輻射方向圖調節得使該天線伸到地平線以下，這樣，該電話的一些非垂直定位仍可將諸衛星位于所需的輻射方向圖內。可惜，即使是垂直對準并相對于諸衛星位置達到最好的定位，這種天線設計也不能有效地傳送信號能量。與此同時，當該電話充分轉動后，結果還是要破壞其工作，除非其輻射方向圖延伸得大大低于地平線。
通過提供在電話使用中能自動修正一天線的垂直定向用的一些機構，在上面所揭示和引用的諸專利申請中提出了這些問題。這些機構使用重力迫使一天線支撐組件轉動并將一天線保持在一垂直定向。但是，盡管這些技術對電話繞一軸線的轉動有補償作用，實際的電話使用包括有繞兩根以上軸線的轉動。也就是說，許多電話手機具有相當平的正面和并不符合于使用者面部特點或操作習慣的形狀。盡管這是方便于制造、存放和運輸，使一電話手機出現這樣的情況，即為使一揚聲器對準于一使用者的耳朵并使一微音器置于使用者嘴的附近，需將該手機偏離垂直線一角度。通常，這一偏離角度大至離垂直線為10°。這樣的偏離意味著如上所述，仍然影響到信號的傳送。
所以，需要一種新的天線方向控制機構，該種機構能在使用中補償手機移動或繞兩根以上軸線的角偏離，以保持一垂直定向，但不會帶來過分的復雜性或來自電話用戶的干擾。
發明概要本發明的一目的是提供一種帶有一垂直修正天線的便攜式或手持無線電話手機。
本發明的另一目的是提供一種相對于兩軸線的垂直定向調節裝置。
本發明的一優點是，使該天線能較有效地將能量耦合于衛星通訊線路，使用戶的干擾作用最小。
在如一便攜式電話這樣的無線通訊設備中可體現出這些和其他的用途、優點和目的，該便攜式電話有一帶一微音器的手機和沿一手機外殼的一壁安裝的揚聲器。一天線組件以繞一樞軸轉動的方式固定于該外殼的一部分，以便繞一第一樞軸轉動。這樣的轉動允許在使用中該天線組件被放在一圍繞第一軸線的預先確定的定向，而與手機的定向無關。當天線組件處在預先確定的定向時，一安裝在該天線組件上的天線從該組件沿著一垂直方向延伸。該手機按其結構形式能在需要時靠手動或自動垂直修正天線位置。另提供一種裝置或機構，用來也繞著一垂直于第一樞軸的第二樞軸定位或轉動該天線組件，以沿著第一軸線及即繞著第二軸線提供垂直定向。
在一實施例中，用于相對于第二樞軸轉動的裝置是通過將該天線組件安裝在手機上的一展開的支撐壁上而實現的。這一支撐壁可形成為一內凹區的內壁。通常用幾種已知的樞轉機構中的一種，如軸承或旋轉銷而實現這一安裝，這種機構安裝在手機壁上的一中心位置上。天線組件有一基本上平行并連接于外殼壁的展開的內壁，并有一收置該樞轉機構用的通道。
手機和天線組件內壁是彼此平行的，但相對于手機的一預先限定的軸線位于一公共的預選角度。在一正在操作或收攏位置時，該天線的位置使其一中心軸線相對于內天線組件壁有一預選角度。天線角通常與該兩壁相對于手機軸線的偏離角。所以，盡管天線會從預選限定的手機軸線偏離一些角度，該天線在其收攏位置時一般擱置并平行于預先限定的手機軸線。一典型的預先限定的手機軸線延伸在手機操作期間各自分別被使用的一微音器與一揚聲器之間，并代表一軸線，該軸線在手機操作期間傾斜以對齊揚聲器和微音器以供使用。與此同時，第一樞軸相同于或平行于一軸線，在使用中手機繞著該軸線轉動。
當該天線組件繞著第一樞軸轉動時，兩壁的偏離角彼此部分相加，使天線組件的兩側面相對于預先限定的手機軸線產生一偏離角。當天線組件從一收攏位置轉動約180°時，天線的中心軸線與預先限定的手機軸線之間的夾角是天線軸線與兩壁的偏離角之和。
在一最佳實施例中，手機與天線組件壁之間的偏離角是在5°-8°范圍內，天線中心軸線偏離或設定在離天線組件內壁這樣一個大小的角度。這樣使得在天線組件從收攏位置轉動180°時的總的偏離角范圍為10°-16°，而當天線組件轉動90°時的總的偏離角范圍為5°-8°。所以，當天線組件轉動后以將天線定位而供使用時，天線預先就按這一角度自動偏離或作垂直修正。根據各個裝置用途而選擇的這一角度抵銷預先限定的軸線的傾斜。
在另一實施例中，用于相對于第二樞軸轉動的裝置是通過將該天線組件安裝在一展開的支撐板上實現的，該支撐板又用一樞軸接頭安裝在手機上。該天線組件，正如以前所述，是用位于該板上的一中心位置上的幾種已知的樞轉機構中的一種而安裝在該支撐板上的。該天線組件有一基本上平行并鄰接于該板的展開的內壁，并有一收置該樞轉機構用的通道。
該板和天線組件內壁基本上是彼此平行的，但是，能將該板相對于該手機的一預先限定的軸線設定在一或多個預選的角度的地方。這是通過使用一可使該板在兩個極端位置之間轉動的樞軸接頭將該板安裝在該手機上而實現的。一個位置通常是使板的上表面平行于預先限定的軸線，另一位置是使那一表面相對于該預先限定的軸線夾一所需的夾角。該天線通常是以其一平行于天線組件內壁的中心軸線定位的。
所以，盡管天線會偏離預先限定的手機軸線一些度數，在收攏(起始)位置時，天線總的是平行于該軸線被收置起來。一典型的預先限定的手機軸線延伸在手機操作期間使用的一微音器與一揚聲器之間，并代表一軸線，該軸線在手機操作期間傾斜以對齊揚聲器和微音器以供使用。與此同時，第一樞軸線相同于或平行于一軸線，在使用中該手機繞著該軸線轉動。
在這一實施例的進一步情況中，該支撐板是使用兩個位于該板的外周的相對的兩側上的樞轉臂安裝在該手機上的一凹部內。每個樞轉臂被一扭簧包圍并支撐該扭簧，該扭簧在其一端配合于該板而在其另一端配合于該凹部的一壁。諸彈簧相對于一由諸樞轉臂限定的軸線對該板施加一旋轉力。或者，可在該板與該手機之間安裝螺旋形彈簧或片簧，以使該板的一側偏置于該手機。當天線不使用時有一閂鎖機構將該板固定在一起始或非偏離位置，而當要使用天線時板被釋放而受彈簧力移動。
每個手機最好包括一總的呈矩形的外殼，該外殼有一在其上裝有微音器和揚聲器的前壁以及后、上、下和間隔開的側壁。前壁還可有一鍵盤和一可視顯示器。天線組件最好樞轉安裝在外殼的后壁上，在后壁的與外殼的上端部鄰接處可設置一凹部以安裝天線組件。天線組件的形狀設計最好做到，當天線轉入一鄰近于或位于手機的總的外輪廓內的非操作的、儲存的位置時，裝入該凹部內并使諸外表面基本上齊平于該外殼的諸鄰近表面。還可設置一凹部，用來在儲存位置時收置該天線。在本發明的進一步情況中，可使用一釋放機構以在該凹部內從儲存位置釋放該天線。
無線電設備可只指定用于衛星通訊，或者也可用于如在傳統的蜂窩式通訊系統的其他無線電用途方面，并可有一附加的、內置的蜂窩式通訊天線。
天線的樞軸裝置確保天線能被垂直定向而與實際的手機的定向無關，減少了由于不正確的天線定向而造成信號損失的風險。手機使用者不必相對于第二樞軸為天線定向，但天線組件沿著第一軸線并繞第二軸線在偏置安裝表面或彈簧加載支撐平臺的影響下轉入一正確的垂直定向。如此，天線保持在一較優化的垂直定向以使天線滿意的接收和發射。與此同時，由于按照本發明使安裝的天線能確保有一合適的垂直定向，使天線的輻射方向圖被最佳化以具有一較垂直的輻射方向圖，使信號能量的傳送或耦合較有效，從而改善了通訊。
附圖簡要說明通過對下面結合諸附圖對本發明的一最佳實施例的詳細說明，能更好地理解本發明，其中相同的標號指的是同樣的零(部)件。其中

圖1表示了按照本發明的一最佳實施例的一無線電話手機的正視立體圖，其中的一天線處于一閉合位置；
圖2表示了圖1所示的手機的后視立體圖；圖3是圖1所示的手機的后視圖，表示了諸不同的垂直天線定向；圖4是一沿著圖3中的線“4-4”的放大的剖視圖；圖5表示了圖4的剖視圖，其中的天線組件轉動了180°；圖6(a)和6(b)提供了涉及到圖4和5中的傾角和軸線的圖示；圖7是圖1所示的手機的一側視圖，其中的天線組件和天線離開手機機殼；圖8是圖1所示的手機的一側視圖，其中的天線處于一閉合位置；圖9是圖1所示的手機的一側視圖，其中的天線處于一打開位置；圖10表示了按照本發明的一第二最佳實施例的一無線電話手機的立體圖，其中的一轉動后的天線處于一打開位置；圖11是圖10所示的手機的一側視圖；圖12是圖10所示的手機的一后視圖；圖13是圖10所示的手機的一后視圖，其中的天線組件已被去掉；圖14是圖10所示的手機的一立體分解圖；圖15是一沿圖12中的線“15-15”的剖視圖，表示了圖12所示的手機的天線組件和支撐板；圖16(a)是一用于圖10所示的手機的轉動板組件的放大視圖，圖16(b)表示了用于圖16(a)所示的轉動板組件的一轉動閂鎖；圖17(a)、(b)和17(c)表示了用于圖16所示的組件的另幾種轉動板和臂組件；圖18表示了用于圖16所示的組件的另幾種彈簧機構；圖19是圖10所示的手機的后視圖，表示了該天線的幾個任意位置；以及圖20(a)、20(b)和20(c)是圖10所示的手機的幾個側視圖，其中的天線分別處于一正使用的垂直位置、一不活動位置和一閉合位置。
最佳實施例的描述本發明是一種在使用一便攜式無線通訊設備時將其上的一天線垂直定向以改善由諸衛星轉發器和網關型基地臺對信號能量傳送的技術。本發明還能對天線的輻射方向圖作出改進，這樣進一步改善了天線系統的性能。
通過將一天線或天線機構固定在一旋轉安裝于通訊設備的一后壁上的天線組件上，使本發明獲得這些功能。在該設備使用中，該組件可繞一第一樞軸轉到使天線垂直定向的許多位置上。當該天線組件在使用中轉動時，設置在組件支撐機構中的一機構自動將該天線組件繞一基本上垂直于第一樞軸的第二樞軸轉動。這一第二個轉動將該天線置于一角度，該角度補償了在使用中該手機繞一平行于第二樞軸線的軸線的轉動。也就是說，該天線在其垂直定向里沿一垂直于第一轉動方向的方向移動約10°-15°，以補償對一揚聲器和微音器的定位而供使用。
圖1和圖2首先表示出一種采用了按本發明的原理構成和操作的便攜或手持電話形式的無線電通訊設備。在圖1和圖2中，圖示出的一便攜式電話或電話手機10具有一殼體，該殼體具有前、后壁12和14及下、土和側壁16、18、20和22。可轉動地安裝在該電話的后壁14上的一天線24以一收攏或非操作位置被收藏在一沿后壁14與側壁20的交界處的長凹槽中。
該天線24是用于各種衛星通訊系統中的許多種天線中的任一種，諸如四線螺旋形天線或八線螺旋形天線，但并不限于這兩種。用在這些系統中的天線通常要以兩個頻率工作。最好是在該電話10內采用一個小的或緊湊的天線結構設計，最好是采用如八線螺旋形天線的緊湊結構。在申請號分別為08/513317和08/532921、名稱分別為“四線螺旋形天線和饋給網絡”和“雙帶八線螺旋形天線”的兩美國專利申請中還討論了這樣的天線，對此本文已加引用。但是，那些熟悉本領域的普通技術人員也認識到，對于一些象要使用疊排天線的場合，可使用一種伸縮天線或天線罩。圖示的天線24具有一插入一下殼體的可伸縮的上體。
電話手機10包括一大致為矩形的、用已知的較輕的材料如輕塑料制成的外殼。用于制造天線24的罩通常用類似的輕塑料制成。一般說來，正如從已有技術可知的，可在該手機的許多表面和壁上采用以形狀和表面凹部表示的一個或多個符合人機工程學的和時新的設計特點。
例如，可將前壁表面的一部分向外朝著一安裝一微音器26的使用物延伸，以改善聲音的拾取，以及，在該手機的前壁的上部可使用一表面延伸部或凹部以保持一揚聲器28。圖1表示了這樣的一些特點，還有分別用于信息的輸入和顯示一傳統的小鍵盤和諸鍵30和可見顯示器32。在前壁上安裝有一揚聲器28，在使用中該揚聲器一般位于使用者的耳朵的正面或附近。但是，當將電話從使用者耳朵處移開后放到一表面上時，本發明的功能同樣地好。
在圖2和3所示的后視圖中表示了在后表面14上安裝了天線24，進一步的細節表示在圖4和5中。在圖2和3中，天線24安裝在一天線組件34上，該天線組件用一樞軸接頭38可轉動地安裝在該電話手機的后壁14上的一凹部36上。該樞軸接頭38限定一樞軸40，該樞軸大致垂直于后壁14或一延伸通過揚聲器和微音器的預定的手機軸線，對此將在后面還要討論。該外殼有一沿著后壁14的一側或邊緣延伸的長凹部44，以收置天線24，或有一當不使用時用于容納諸天線零件的罩。另收置一可釋放的按扣或閂鎖裝置以將該天線可釋放地保持在凹部44內。例如，在凹部44的下端有一按扣鎖定銷或鎖閂45。但是，也可設置一球-窩型鎖定機構或其他在已有技術中為人熟知的機構。
凹部36的形狀和尺寸基本上能配合于天線組件34的形狀和尺寸，這樣，在如圖1,2和8所示的一收攏的不工作位置時，組件34基本上與手機的諸相鄰表面齊平。在所示的實施例中，凹部36總的呈圓形并帶有一平內壁46(圖4)和一彎曲的下壁48，但并不使用與壁18、20和22齊平的側壁或上壁。但是，在需要時，這些其他的壁可與更加凹入后壁14中的壁46結合使用。在這個實施例中，壁48呈圓形，其鄰近于側壁20和22的高度比其他部位的高度低一些。該手機的上壁18具有與該凹部的下壁48類似的圓形。
如上所述，天線組件34和凹部36具有彼此基本上相配的形狀和尺寸。可選擇任意形狀，只要當天線不放在長凹部44內時能使天線組件34自由地繞樞軸40轉動即可。但是，在選擇天線組件的形狀時最好是從美學角度出發使其形狀和電話外殼的諸鄰近表面相配。在這一實例中，天線組件34大致為圓形的，其上、下圓形側壁50和52的彎曲形狀近似與上壁18或下凹壁48的曲線形狀相配，而其側壁54、56則與側壁20和22對齊。此外，在下面所述的諸用途方面，天線組件34的外形，如通常將外壁58的形狀調整得盡量薄，尤其是朝外的邊緣部位，這樣，使它在手機的后表面14的型線上方延伸很少。在設計一電話時選擇和使用特定形狀的準則或技術對于通訊技術領域的設計人員來說總能很好理解的。
天線組件的諸壁通常由類似于制造手機12用的、已知的較輕的材料制成。在該實施例中，如圖2所示，該組件14的外壁58上有許多彼此平行的散熱翅片59。這些翅片59是用一種具有改進的散熱特性的合適的材料，如鋁之類的材料制成，或可采用一些通常用于制造天線組件的其余部分的塑性材料制成。天線16可使用黏性復合物、止動螺釘、定位環或螺紋表面，采用如壓配合(但并不限于壓配合)的已有技術而固定于天線組件的下壁52上。
如在圖2和4中清楚地表示的，天線支撐組件34可用一樞軸接頭38安裝于凹部36的表面的平壁46或凹部36的底部上。該樞軸接頭38包括一大致固定于壁46的中心的樞軸件、銷子或軸承部件。這樣的一些結構在已有技術里是為人所熟悉的，要根據制造要求、費用、負載和其他一些熟知的因素選擇采用何種結構。對于圖示的該用途來說，圖4所示的樞軸接頭38采用了一種具有一內座圈62、外座圈64和軸承66的軸承組合件60。
天線組件34有一平內壁70，該內壁與諸壁50、52、54和56相連，或形成為這些壁的一部分。內壁70位于和壁46相鄰，其一中心孔72可轉動地配合在樞軸接頭或軸承部件60的上部。軸承部件60是利用如壓配合(但并不限于壓配合)的已有技術，或一法蘭和螺釘部件安裝在平內壁46上。內部圓柱形支撐壁或座圈62從內壁46朝外延伸，并用一法蘭68固定于天線組件14。對此，例如使用諸小螺釘穿過法蘭68而擰入壁70予以實現。或者，正如對熟悉本領域的普通技術人員是明顯的，可用其他法蘭和螺釘結構、多種粘合劑、含混合劑的封裝化合物，或定位環、卡箍和鎖銷將天線組件固定于座圈62上。如需要的話，也可用一如一貼于兩座圈的纖維墊(未示出)的外部阻尼件以作阻尼用。
軸承組合件60的一內通道或孔74在天線組件34的里側與手機的本體之間設置了一通路，在此有許多用于制造一便攜式電話的多種傳統的或已知的電子元件。最好是，用在手機上的一些電子元件被安裝在天線組件34之內，而不是在手機內。在所圖示的實施例中，組成為諸已知電路的一部分的射頻元件76和78被安裝在一位于天線組件34內的電路板80上。天線24通過一共軸線電纜82連接于這些元件，而用一穿過孔74的共軸電纜84將諸射頻元件連接于在手機內的其他元件。
在天線組件34與凹部36的壁46之間設有某種材料制成的環形墊、環或墊圈86。該種材料包括多種已知的低表面摩擦或自潤滑材料中的任一種，該種材料不但能制成天線組件34而且在轉動時的摩擦力較小。與此同時，所選的這種材料能有助于對天線組件34的移動的緩沖。此外，在壁46與70之間能采用一建立天線的確定位置用的定位器，下面對此還要討論。
采用了上述類型的安裝方式，天線組件34就能自由轉動以提供一種可繞一樞軸40修正或調節天線垂直定向的能力。也就是說，為了使用，一手機使用者能將天線轉到一所需的垂直位置，以改善通訊。圖3表示的后視圖表示了相對于手機12的天線24的許多位置。一般說來，天線24不必轉得比圖3的右側所示的位置更遠，為此，可用一止擋機構(未圖示)以防止天線的進一步順時針轉動。可用下面要討論的諸鎖銷或定位器來設定不同的位置。
當結合諸如平衡錘或磁力執行機構和驅動機構的其他元件使用時，能自動提供這種垂直修正。但是，在許多用途方面，也希望能繞一第二軸線進行天線位置的垂直修正。在本發明中，用于天線組件34的安裝結構提供了這樣的修正。
天線組件34在凹部36中安裝得使也能繞一垂直于第一軸線40的第二軸線轉動，以使垂直的天線相對于兩軸線對準。這是通過修改天線組件34與壁46之間的界面的形狀而實現的。當該天線組件轉到一收攏位置時，在該界面結構中使用的諸配合表面相互平行但要相對于一預先限定的一手機軸線，或相對于諸外壁，有一預選的公共角。在其他的諸天線位置，諸斜表面相互作用以產生一相對于第二軸線的偏離。圖4-6詳細表示了這種情況。
現看圖4，壁46并不平行于前壁12，而是傾斜的，這樣，頂壁18附近的部位比凹壁48附近的部位更接近于前壁12。這樣就在壁46與12之間形成一偏角θ。圖4表示的是在壁12與垂直于壁46的軸線40之間的夾角。在圖4中，前壁12僅僅用作圖示說明，壁46能被設置得平行于前壁12，但相對于任何其他表面或預定通過手機10的軸線偏離一角度，尤其當前壁12本身有一呈夾角或變化的形狀時(如圖1所示)。這個斜角或偏角的主要功能是當將一揚聲器和微音器放在合適的位置以供使用時補償手機的旋轉或傾斜。所以，如圖7-9所示，一根通過這兩個組件的軸線一般表示了一根軸線，從該軸線壁46偏離了一角度。與此同時，天線組件34平行于壁46，并以在上、下組件壁50和52之間的相同的相對角偏斜，使組件的與天線24相對的一側50顯得較厚些。
天線組件34的實際尺寸和側壁50和52相對于內壁70的相對角并不限制于所示的關系，但能獲得相對位置和尺寸。這些角度是根據這樣的要求確定的，即要使天線組件的諸壁與手機的諸壁齊平，并提供一個不超出后壁14的外形，但這不是本發明的要求。在使用本發明時，重要的只是天線24的一中心軸線88相對于壁70偏離一角度，該偏離量通常與壁46與第一表面或預先限定的軸線之間的偏離量。但是，這種情況是為了方便起見在收攏時將天線定位于凹部44中且和手機平行時發生的，但如凹部44也沿著手機的背部以一角度定位，然后天線24能假定一相對于壁70的、與建立壁46的位置用的角度不同的角度。也就是說，當該天線組件轉到一收攏位置時，用來相對于壁70給天線24的中心軸線88定位的角度是部分地由天線24所需的放置角所確定的，該天線平行或不平行于壁14。僅僅為了討論起見，壁70與中心軸線88之間的傾斜或偏角被看待與對壁46和12的相同。
如圖4所示，由于壁46與70是基本上彼此平行的，故對于在位于凹部44中的收攏位置的天線24來說，在這些壁與手機的一預選的垂直軸線(或揚聲器/微音器軸線)之間的任何偏角被取消。也就是說，盡管壁46的角將從手機10的后壁偏離天線24，壁70上的配合角補償且在凹部44內對齊于與后壁14平行的天線24的中心軸線88。但是，當天線組件34轉動時，壁70不再對由壁46賦予的偏離起反作用。相反，該兩壁的諸角度在轉動期間開始彼此相加以對天線軸線88產生一甚至較大的偏離。
從圖5可看出如上討論的諸偏角或傾斜角對壁40和70的影響。在天線組件轉動為0°時的一收攏位置，如從圖4和6(a)可看出的，壁46和70相對于一預定的手機軸線的相對的偏角(上面已討論過)是θ，天線24的中心軸線88的相對的偏角是0°。當天線組件34轉動約180°，天線24被直接定位在壁18之上后，該天線24的中心軸線88的相對偏角為2θ，即為兩個壁偏離值之和。對于在這兩個值之間的任何位置，得到的相對偏角是2θ與轉動角對180°之比值的乘積。那些熟悉本領域的普通技術人員很容易理解要如何將這延伸而轉過180°。這樣，就導致能被看作天線組件34的天線24的基底繞著一在側壁20與22之間運行且平行于壁46與70間的界面的第二樞軸90轉動。該第二樞軸基本上垂直于第一樞軸40，對此上面已予討論。
軸線與壁40和70的諸角度的相互作用圖示在圖6(a)和6(b)中，圖中無天線組件的附加結構和諸組件。在6(a)和圖6(b)中，標號為“40”和“70”的兩條線表示兩平行的壁40和70，而線88是天線的中心軸線，線40表示天線組件的第一樞軸。下部線92表示延伸穿過手機或沿著手機10的預先限定的軸線，從該軸線需要偏離天線24。在圖6(a)中，軸線88平行于預先限定的軸線92，壁40和70相對于該預先限定的軸線偏離一角θ1。與此同時，天線軸線88相對于壁70有一夾角θ2。盡管是不需要的，一般說來，θ1等于θ2，并且，天線軸線平行于該預先限定的軸線。當該天線組件轉動180°后，就得到如圖6(b)所示的情況。需注意的是此時的壁40和70彼此相反，由端點A和B標注，但是仍然平行并相對于預先限定的軸線92偏角θ1。但是，天線軸線88現在相對于預先限定的軸線92偏離一總的角(θ1+θ2)。
圖7、8和9的諸外側視圖也表示了天線24、天線組件34和軸線92的校準和相互作用。在圖7、8和9中，所示的手機10的部分被分解了，并分別處于一收攏位置和一打開位置。在圖7中，天線組件34鄰近于主手機外殼，而外壁40和70彼此平行，天線24的軸線88與軸線92和后壁14對齊。一旦將天線組件安裝在凸緣68或類似的樞轉結構上，手機10就被配置為處于一如圖8所示的收攏位置。在圖8中，天線24收置在凹部44中并與后壁14和軸線92對齊。當天線組件轉動約180°后，天線與手機的相對位置如圖9所示，此時的天線軸線88與軸線92的夾角為α，該角α=θ1+θ2。但是，那些熟悉本技術領域的普通技術人員很容易認識到所示的軸線92是用來表示一預先限定的手機軸線，而其他的軸線，如外殼的一中心軸線可用來在需要時選擇一合適的天線定向。
壁40和70的最佳偏角為5°-7°，當天線組件34從收攏位置轉動180°后就使偏角為大約10°-14°。當該天線組件只轉動90°以使天線24向外伸到手機的一側時，該偏角變為約5°-7°。一個手機10使用時的典型位置是轉動一接近于約135°或225°的角度，這樣就導致一約7.5°-11.5°的偏角，這是一個所希望的范圍。但是，那些熟悉本技術領域的普通技術人員很容易認識到諸偏離或偏角能按照給定的手機或手機設計的以往的使用類選擇，本發明的技術適用于許多這樣的角度。在有些用途方面，在制造或裝配中，甚至能選擇諸壁角度，或者在諸壁之間使用隔離片或楔形的間隔材料。
圖10-20表示了用于沿第二軸線提供天線定向的垂直修正的另一種技術。在此，所示的按照本發明的原理構置和操作的一第二便攜式或手持電話具有一與前相同的電話手機110，還分別有前、后壁112和114，以及下壁、上壁和側壁116、118、120和122。有一天線124轉動安裝在通常向上伸過手機頂部的后壁114上。如上所述，天線124是可為衛星通訊系統所用的許多天線中的任意一種，如一種八線螺旋型天線。
電話手機110包括一大體上為矩形的外殼，該外殼是用已有技術中有的較輕的材料，加上對該手機的許多表面和壁所采用的符合人機工程學的和時新的設計特點而制成的。圖10-16表示了這一點，其中，對該手機的諸角部和棱邊作了專門的形狀設計和倒角處理。一般，一部分前壁向外延伸以支撐一微音器126，在該手機的前壁112的上部諸表面延伸部或凹部用來容納一揚聲器128。這樣的特點表示在圖10中，其中的一小鍵盤和諸鍵130和可視顯示器132是傳統型的。
圖12所示的后視圖和圖11和20(a)-20(c)所示的諸側視圖表示了在后表面114上的天線124的安裝。在圖11和12中，所示的天線124安裝在一天線組件34上，該天線組件是用一樞軸接頭138安裝在后壁114上的一凹部136中，其中的樞軸接頭限定了一樞軸140，該樞軸垂直于后壁114或通常垂直于一延伸通過揚聲器和微音器的預先限定的軸線，對此將在下面作進一步討論。
如上所述，凹部136的形狀和尺寸基本上與天線組件134的相配，使在如圖20(c)所示的一收攏位置時天線組件134基本上與該手機的相鄰的諸表面齊平。當不使用時，沿后表面114的一中心位置延伸的一長凹部144容納天線124(如圖12,13和20(a)-(c)所示)。在所示的該實施例中，凹部136通常呈圓形，并帶有一平的內壁146(圖14)和一彎曲的側壁或表面148。在這一實施例中，壁148是圓形的，該壁的高度在與側壁120和122和附加的上壁118相鄰處是減小的。該手機的上壁118具有與該凹部的側壁148相似的圓形。
如上所述，天線組件134和凹部136具有彼此基本上相配的形狀和尺寸，這些形狀和尺寸的選擇使該天線組件134能繞樞軸140自由地轉動。天線組件134的形狀最好配合于電話外殼的諸相鄰的表面的形狀以具美觀性。在這一實例中，天線組件134通常是圓形的，其一圓形的外側壁150彎曲得大致配合于上壁118或凹部側壁148的彎曲線。此外，天線組件134的外形通常調整得盡量薄，尤其朝著外邊緣方向的厚度，這樣，它的延伸在手機后壁114的型線之上的部分就很小了。為了散熱，按照上述的方式在該天線組件134的外壁上設置諸隆起物或翅片159。
天線組件134以某種方式安裝在凹部136中，使提供一可繞兩根彼此朝著的軸線轉動的萬向架固定式結構。這是通過將天線組件134固定在一裝在凹部136內的支撐板154實現的。通過使用一能使繞第一樞軸轉動的第一樞軸接頭138將天線組件134固定于支撐板154及通過使用一能使繞第二樞軸轉動的第二樞軸接頭將支撐板154固定于凹部136，就獲得了一個非常穩定的多軸線萬向架固定型支撐。圖13、14和15表示了這種安裝結構，圖19和20表示了其裝配后的操作。
在圖13所示的后視圖中，天線組件134已從電話手機110中被去掉了，支撐板154在凹部136的底部或背部能看見。為具有穩定性和很好的支撐并在需要時具有一停止位置，這一實施例中的板154的一部分在壁148下伸入后壁114的一凹割部分或內凹部分。但是，那些熟悉本領域的普通技術人員很容易認識到這是不需要的，板154可有一完整的圓形或其他形狀，以在需要時收置在凹部136內。
所示的支撐板154具有沿一在一上表面196上的弧形路線分布的幾個彼此間隔開的凹部或突出部或隆起物156。如下討論的，這些用作為一用于建立天線的限定的諸位置的鎖銷機構的一部分。在板154的中央有一通道158，該通道相對于樞軸140居中心。該通道158用來安裝天線組件134(如圖14中的一分解圖和圖15所示的一側剖視圖所示)。
在圖14和15中，所示的天線組件134靠一樞軸接頭138安裝在凹部136內的支撐板154上。板154用來當組件134繞樞軸140轉動時支撐該組件。使用了一平的支撐板，而其一區域接近于天線組件134的基底區，可提供非常穩定的支撐，并可使用自潤滑型墊圈或隔片以有利于天線組件的轉動，而對諸內腔能保持足夠的環境密封。
樞軸接頭138包括一大致固定在天線組件134的平內壁162的中心的樞軸件或銷160。銷160從壁162向外延伸并配合于板154上的通道158中。在這一實施例中，銷160呈現為一有一被諸可變形的側壁包圍的內通道164的圓柱形構件，其中所述的變形通常是通過使用一系列沿著側壁長度的細缺口或間隙可供變形而實現的。在銷160的一端形成有一系列鎖定片166或一連續的舌片以嚙合一圍繞通道158的外周的凹棱邊168，以將天線組件保持到位并能轉動。
銷160例如將其壓配合到一在壁162上的通道或開口170中而使它在天線組件134上固定到位，其中固定該銷的地方的厚度較厚以便支撐該銷。或者，可用其他已知的安裝技術，諸如粘接、封裝化合物、保持環或夾子，或螺紋表面等，以將銷固定到位。那些熟悉本領域的普通技術人員很容易理解到可用其他結構以實施這種樞轉連接和安裝。例如，也能使用在上述提到的諸專利中揭示的諸銷和軸承組件。重要的特點是構成一樞軸接頭使天線組件能繞一基本上垂直于支撐板154的上表面的軸線轉動。
銷160的內通道或孔164與壁146上的一孔172對齊，以在天線組件134的內側與手機的本體之間提供一通道，在此可安裝許多用來制造一便攜式電話的傳統或已知的電子元件。最好是，將在手持電話中使用的有些電子元件安裝在天線組件134內，而不是裝在手機內。在所示的實施例中，那些組成發射機、接收機、低噪音放大器和功率放大器電路的諸射頻元件174和176被安裝在一位于天線組件134內的電路板178上。其他用來控制和操作該電話機的元件用一種傳統方式安裝在手機內部。天線通過一共軸電纜180連接于在天線組件內的諸元件，而諸射頻元件又通過穿過孔164的共軸電纜182連接于該手機內的諸元件。
天線124固定于天線組件的一上部上的側壁150。天線124能使用已知技術，諸如但并不限于壓配合、使用粘接元件、止動螺釘、保持環，或螺紋表面，固定到位。可將用某種材料制成的一環形墊、環或墊圈186設置在天線組件134與凹部136的壁146之間。這種材料在前面已討論過，它包括多種已有的低表面摩擦力或自潤滑材料中的任一種，它能支撐天線組件134并提供一低摩擦表面而可供轉動。
如上討論的，板154以這樣的方式安裝在凹部136中，即使可繞一垂直于第一樞軸線140的一第二樞軸轉動。板154通常構造得可在一基本上平行于凹壁146的收攏位置與一從上述平行位置或另一指定的軸線偏離約10°的位置之間移動。但是，那些熟悉本領域的普通技術人員很容易地認識到可按照手機110和內裝的通訊系統的設計使用其他大些或小些的角。諸其他也可采用的偏角或轉動均落在本發明的傳授范圍內。
如圖14和放大視16所示，一第二樞軸190在側面192與194之間穿過板154的一中央部分。該軸通常居中地位于板154的上、下表面196與198之間，但是，出于許多制造上的原因，為了使用杠桿裝置等等，如需要可使該軸偏離中心。此外，板154的厚度不必是均勻的，可讓沿著樞軸的厚度大一些以可容納諸樞轉臂，而其他處所用的材料最少。
分別從板154的兩側面192和194沿著樞軸190延伸兩樞轉臂202和204。這兩臂分別伸入凹壁148中的配合安裝通道206和208中，該凹壁收置該兩臂并在使用中將它倆保持在位。通道206和208的尺寸大小能使盡管它們收置兩臂且可自由轉動，也不會使它們松動。
臂202和204可使用幾種已知技術和結構制造，其中的一些表示在圖17(a)-17(c)。如圖17(a)所示，當制造板154時，如用噴射鑄造或從一單一件材料機加工出來時，這兩臂能形成為板154的不可分部分。或者，如圖17(b)所示，這兩臂能通過將具有合適尺寸的銷子210和214插入在板154的兩側面上形成的兩凹部212和216而形成。在那些情況下，當天線組件134安裝在板154的上表面196上而不使用一通道158，或軸線190從通道158偏離時，一軸218經過一通道219插入板154中(如圖17(c)所示)。
為了給板154提供一推動力以相對于樞軸190使自身移動或將自身再定位，可使用一對扭簧222和224。扭簧222和224分別位于臂202和204的周圍，并有接觸于板154和凹部126中的通道(203,205)的端部或端片。彈簧222和224的諸端部相對于彈簧的中央部分固連于這些凹部。如果諸彈簧在被固定在位之前從一“放松”狀態被盤繞或松開，并且這兩彈簧的諸端部的固定位置未對齊于放松狀態，則有彈簧222和224的本體施加了一扭轉力。這樣，就使固定于板154的諸彈簧端部推壓于板154，并使它繞樞軸190轉動。
圖18表示了其他幾個也可采用的、用來施加一偏置力以推動板154繞樞軸190轉動的實施例。在圖18中，彈簧力能由一個或多個設在凹部126壁146與接近一邊緣的板154之間的螺旋彈簧290、280或片彈簧284施加。在圖18中，表示出有一螺旋彈簧安裝在鎖銷230的四周。在板的底部和在壁146中的諸小凹部286、288和289收置著諸彈簧端部。或者，將一圓形片彈簧可與銷160同軸線安裝，或者，將一或多個片彈簧安裝在板154的下面，并使用板154或壁146中的諸凹部以作定位用。
有一機構可用來在電話手機不用時將板154鎖定到位，并當天線位于一操作方式時可釋放板154以移向指定的角偏離處或位置。這可通過將一鎖閂臂230伸過板154上的一鎖閂通道232而進行(如圖16(a)和16(b)所示)。該鎖閂臂230的形狀設定得使其一端有一嚙合于板154的頂部表面196的缺口234或一在板154中的凹邊緣。鎖閂臂230的的一相對端有一通道236以用來將該鎖閂臂可轉動地安裝在手機110中。這種安裝能用一銷238或類似的裝置，例如在臂146下使用一支撐塊240(如圖15所示)，以將該臂固定到位。
一裝在一通道244內的彈簧242從板154的一側將一塞、小桿或銷子246壓向壁230，以迫使鎖閂臂230繞銷子236轉動。鎖閂臂230的頂部235是斜削的、傾斜的，或要不在頂部是較窄的。這意味著鎖閂臂230的頂部是沿側向偏斜的，當板154被向下壓在鎖閂臂230的上方時，該臂繞著銷子216轉動一方向。彈簧242的力然后沿側向推動鎖閂臂230，并一旦鎖閂臂230離開鎖閂通道232的開孔時使切口234伸到板154的表面的上方。
為了釋放板154并使彈簧222和224將板繞著樞軸190轉到一所需的偏角，特在手機110和板154的另一側上收置一釋放機構250。該釋放機構250使用一根穿過手機110的側壁122上的一通道254的釋放桿或銷子252。在銷子252上的一按鈕或帽256提供了為一電話使用者手動啟動該釋放銷用的一表面。一彈簧258自動將銷子252拉到該電話手機的外邊緣，并當它被向下壓時使板154被鎖定在位。但是，在其他的諸實施例中，可在組件134與凹部136之間設置一種球-窩型鎖定機構，或在與天線接觸的凹部144的下端部上設置在已有技術中已知的其他機構，如一彈簧鎖銷或鎖閂。在這一結構中，施加于天線組件的上壁150的力將被用來從凹部144中釋放天線124。
當板154被彈簧222和224釋放并繞樞軸190轉動后，它停在一預選的轉動角處，此時，將頂表面196放在相對于一預選限定的手機軸線的一所需角度位置，對此下面將予以討論。板154停止轉動時所在的角度能使用已有技術中多種不同的技術確定。板154可轉到它碰到壁146或后壁114的一外伸部分。但是，在本實施例中，在板154的一側上形成有一鍵形片260(如圖15所示)。該鍵形片260作用于在壁148上形成的一缺口或止擋表面262，以停止板154的轉動。如需要調整時，可在壁148上設置一緊定螺釘264以接觸于鍵形片260(如圖18所示)。如上討論的，板154的通常的偏角范圍是約7°-12°。
利用上面揭示的這種裝置，天線組件134能自由轉動以提供一種繞一轉動軸140修正或調整天線垂直定向的能力。也就是說，一手機用戶能將天線轉到一所需的垂直位置以供使用，這樣改善了通訊。在圖19所示的后視圖中表示了天線124相對于手機110的許多位置。一般說來，天線124不必轉到任何比圖19的左側所示的更遠的位置，還可使用一止擋機構(未圖示)以防天線的進一步的逆時針轉動。
圖20(a)、20(b)和20(c)所示的諸側視圖也表示了使用本發明的上述實施例的天線在手機110上的凹部136中的轉動。在此，所示的天線分別轉到一垂直的正在使用位置、一垂直的不起作用的位置和一收攏位置。在圖20(a)所示的正在使用位置，天線124的一中心軸線272與一預選限定的手機軸線270夾一夾角。在這一實施例中，盡管其他軸線能用來定位，軸線270延伸穿過揚聲器128和微音器126。在不起作用的位置，天線124位于凹部144之上或與其對齊，但是板154還是轉到一偏角。所以，天線124相對于后壁114和凹部144有一夾角。在收攏位置，板154轉動以與所需的軸線，如手機軸線270平行，天線124收置在后壁114上的凹部144內。
由于本發明確保天線有一相當垂直的定向，使用的輻射方向圖能被優化以具有一較垂直的方式。這樣就導致較有效的信號能量傳送和改進的通訊系統性能。
前面提供了諸最佳實施例的說明，使熟悉本領域的普通技術人員能制造或使用本發明。對這些實施例的許多改型對于熟悉本領域的普通技術人員來說是很明顯的，在此限定的總原理可被應用于其他的諸實施例而無需使用發明能力。例如，這一技術也可用于先進的無衛星的無線電系統。這樣，本發明并不限于在此所示的諸實施例，但與和原理和在此揭示的諸新穎的特點一致的最寬的保護范圍相符。
權利要求
1．一種便攜式無線電通訊設備，它包括一設備外殼；一天線組件，它靠一樞軸接頭可以樞轉方式固定于該設備外殼，以繞一有效限定的樞軸線轉動，用于在使用期間將該組件圍繞所述第一軸線放到一預定的定向，而與手機的定向無關；一天線，當所述組件處在所述預定定向時，該天線沿一方向從垂直定向的所述組件延伸；以及用于相對于一第二樞軸轉動所述天線組件的裝置，該第二樞軸垂直于該第一樞軸，使沿著所述第一軸線提供垂直定向。
2．如權利要求1所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述用于轉動所述天線組件的裝置包括一靠一樞軸接頭以樞轉方式固定在所述天線組件與所述外殼之間的支撐平臺，用以繞一第二預先限定軸線轉動以可沿著所述第一軸線垂直定向。
3．如權利要求2所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述支撐平臺可在一第一位置與一第二位置之間轉動，在所述第一位置時所述天線基本上平行于一預定的設備軸線，在所述第二位置時所述天線相對于所述預定的設備軸線有一預先選定的夾角。
4．如權利要求3所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述預先選定的夾角在6°-16°范圍內。
5．如權利要求3所述的無線電通訊設備，其特征在于，還包括用于將所述支撐平臺固定于一基本上固定的位置的閂鎖裝置。
6．如權利要求2所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述支撐平臺安裝在所述設備的一后壁上的一凹部內。
7．如權利要求1所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述設備是一手持無線電話。
8．如權利要求1所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述天線的結構型式設計得可使用一衛星進行雙重頻率工作和通訊信號的傳送。
9．如權利要求1所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述用于轉動所述天線組件的裝置包括一第一支撐壁，該壁位于所述設備上并相對于一預定的設備軸線有一預先選擇的夾角；以及一第二支撐壁，該壁連接于所述天線組件并可以樞轉方式安裝在所述第一支撐壁上，該壁基本上平行于所述第一壁，但從安裝在所述天線組件上的所述天線偏離一第二預先選擇的角。
10．如權利要求9所述的無線電通訊設備，其特征在于，所述第一和第二預先選擇的角在5°-8°范圍內。
全文摘要
一種便攜式無線通訊設備,如一電話手機(10,110),具有一垂直修正的天線組件(34,134),該組件可以樞轉方式固定于該手機(10,110)以繞一第一樞軸(40,140)轉動。天線組件(34,134)能轉到一預定定向,而與手機的定向無關。當組件(34,134)處在該預定定向時,安裝在組件(34,134)上的一天線(24,124)被垂直定向。當天線組件(34,134)為使用而轉動后,內裝在組件(34,134)支撐結構中的一機構自動繞著一基本上垂直于第一樞軸(40,140)的第二樞軸(190)轉動該天線組件(34,134)。這種第二轉動可將天線(24,124)繞著一平行于第二樞軸(190)的樞軸,或沿著第一樞軸(40,140),以一用于補償在使用中的手機(10,110)的傾斜的角度而放置好。也就是說,天線(24,124)在垂直定向里并沿一垂直于第一轉動方向的方向移動一通常為約10°－15°的預選角度,以補償定位揚聲器和微音器(26,28)的需要而供使用。
文檔編號H04B1/38GK1220033SQ96198065
公開日1999年6月16日 申請日期1996年10月3日 優先權日1996年10月3日
發明者埃里克C庫爾貝克, 斯蒂芬B蒂德韋爾, 羅伊H戴維斯, 羅伊K菲希爾, 蘭德爾R托爾茨, 倫德薩姆A布朗 申請人:夸爾柯姆股份有限公司