專利名稱：攜帶式無線電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攜帶式無線電設(shè)備，尤其是涉及與使用具有單一主極化面的天線的基站之間進(jìn)行通信的攜帶式無線電設(shè)備。
一般地說，作為使天線特性惡化的主要原因，有由基于天線的物理尺寸及結(jié)構(gòu)的有效輻射面積決定的天線效率等。此外，還有因與無線電部的阻抗不匹配而引起的損失及因與進(jìn)行通信的對象側(cè)的天線的指向性及極化面不一致而引起的損失。
攜帶式無線電設(shè)備之類的移動(dòng)通信中的移動(dòng)式設(shè)備側(cè)的天線，由于移動(dòng)而經(jīng)常設(shè)置或保持在變動(dòng)的環(huán)境中，所以其指向性和極化面經(jīng)常變化。此外，由于大多是接近人體使用，所以很容易受到人體的影響。
圖9示出在金屬殼體內(nèi)設(shè)有某種鞭狀天線的攜帶式無線電設(shè)備在通話時(shí)的水平面平均增益損失的詳細(xì)情況的一例。從該圖9可以清楚看出，與因接近人體的影響而引起的損失及因不匹配而引起的損失相比，極化不一致所引起損失要大得多。
與攜帶式無線電設(shè)備進(jìn)行發(fā)送接收通信的基站的天線，構(gòu)成為將對地面的垂直極化波作為主極化波。來自基站的發(fā)送接收天線的發(fā)送波，在到達(dá)攜帶式無線電設(shè)備的接收天線之前由建筑物等各種各樣的結(jié)構(gòu)體反復(fù)進(jìn)行反射和繞射。但是，作為從基站發(fā)送到攜帶式無線電設(shè)備的電波的主極化波，已知通常主要是垂直極化波。在基站的發(fā)送接收天線的接收特性上，根據(jù)天線的發(fā)送接收特性的可逆性，顯然從攜帶式無線電設(shè)備發(fā)送來的電波中的垂直極化分量越大則天線的增益越高。
在攜帶式無線電設(shè)備上所構(gòu)成的鞭狀天線等，根據(jù)天線元件的電長度及殼體的尺寸具有各種形式的輻射圖，但在將攜帶式無線電設(shè)備垂直豎立設(shè)置時(shí)，已知主極化波為對地面的垂直極化波。
因此，當(dāng)用攜帶式無線電設(shè)備進(jìn)行通話時(shí)(大多數(shù)情況下是從天頂方向傾斜約60度使用)或水平地設(shè)置在桌子等上時(shí)，存在著攜帶式無線電設(shè)備上所構(gòu)成的天線與具有對地面的垂直極化波的基站的天線的主極化方向有很大的差異因而使天線增益惡化的問題。
迄今已提出了若干種減小因極化不一致而引起的損失的方案。作為其一例，對于接收天線，有對鞭狀天線等將垂直極化波作為主極化波的天線和以倒F型天線為代表的具有水平極化分量的接受專用內(nèi)裝天線兩種天線進(jìn)行切換的分集接收方式。


圖10是現(xiàn)有的攜帶式無線電設(shè)備中的分集接收的結(jié)構(gòu)圖。在圖10中，設(shè)有發(fā)送接收天線21、主極化方向與該發(fā)送接收天線21不同的內(nèi)裝天線22，由切換開關(guān)23對發(fā)送接收天線21和內(nèi)裝天線22進(jìn)行切換，并通過該切換開關(guān)23將發(fā)送接收天線21或內(nèi)裝天線22連接于無線電部24。
在由發(fā)送接收天線21和內(nèi)裝天線22接收從基站發(fā)送到的電波的情況下，由于2個(gè)天線配置成彼此相隔一定的距離而且主極化方向不同，所以各天線的接收特性具有一定的相關(guān)性并因衰減等的影響而隨時(shí)間變化。無線電部24，進(jìn)行控制從而將切換開關(guān)23切換到發(fā)送接收天線21和內(nèi)裝天線22中的在一定期間呈現(xiàn)出較好接收特性的一方。通過這種控制可以獲得穩(wěn)定的接收特性。
在圖10所示的結(jié)構(gòu)中，在將倒F型天線用作接收專用天線時(shí)，在攜帶式無線電設(shè)備上很難構(gòu)成足夠的底板。因此，在倒F型天線的輻射圖上，從殼體金屬部分的長度方向的輻射占有優(yōu)勢，其結(jié)果是形成了指向性和主極化方向與鞭狀天線等近似的特性，所以存在著很難保持天線間的極化波有足夠的相關(guān)性的問題。作為解決這種問題的方法，例如將微帶天線或圓極化波接收天線用作內(nèi)裝天線，從而提高與鞭狀天線的交叉極化識(shí)別度。
圖11是例如特開平6-338816號(hào)公報(bào)中所述的攜帶式無線電設(shè)備的分集接收用內(nèi)裝天線。在圖11中，在攜帶式無線電設(shè)備的殼體3內(nèi)裝有外部天線31和主極化方向及指向性與該外部天線31不同的由單側(cè)短路型微帶構(gòu)成的內(nèi)裝天線32。由于外部天線31的主極化方向及指向性與內(nèi)裝天線32不同，所以可以增大天線間的相關(guān)系數(shù)，因而能有效地進(jìn)行分集接收。
圖12是表示例如特開平6-188801號(hào)公報(bào)中所述的改善攜帶式無線電設(shè)備的接收特性的例的圖。在圖12中，設(shè)有接收線性極化波的線性極化波用天線41和接收圓極化波的圓極化波接收天線42，在接收時(shí)由圓極化波接收天線42等待接收電波。當(dāng)由檢測電路45檢測出已接收到所需電波時(shí)，通過由控制器46控制切換開關(guān)43而將接收天線從圓極化波接收天線42切換到線性極化波用天線41進(jìn)行發(fā)送接收。這種結(jié)構(gòu)，由于在接收時(shí)使用圓極化波接收天線42，所以無論終端朝向任何方向都可以減小因極化不一致而引起的天線增益的惡化。
上述的各例都是改善分集接收特性，對攜帶式無線電設(shè)備的發(fā)送特性來說，因極化不一致而引起的損失并沒有得到改善。作為減小發(fā)送接收特性的因極化不一致而引起的損失的改善方法，例如可以使天線相對于殼體機(jī)械地傾斜。
圖13是特開平8-274525號(hào)公報(bào)所述的例。由覆蓋樹脂殼體51的金屬殼體52將電波通過同軸線53供給天線54。在該同軸線53的外皮上連接著一個(gè)電長度為λ/4的圓筒形扼流器54，與天線55合在一起可以獲得與λ/2偶極天線等效的性能，由可動(dòng)式接合部56將天線保持垂直而與攜帶式無線電設(shè)備的姿態(tài)無關(guān)，從而可以減小因與基站的極化不一致而引起的發(fā)送接收特性的增益惡化。
圖14A和14B是特開平6-268547號(hào)公報(bào)所示的例，設(shè)有在將天線62從攜帶式無線電設(shè)備的殼體61拉出時(shí)使該天線62保持在與地面垂直的方向的接頭63。由此可以減小因與基站的極化不一致而引起的發(fā)送接收特性的增益惡化。
但是，這些方案都需要使天線機(jī)械地傾斜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步還存在著必須由攜帶式無線電設(shè)備的使用者本身調(diào)整天線角度的問題。此外，天線的傾斜角度有一定的限制，通話時(shí)傾斜的天線有可能變得很礙事。
另外，還有一種在1個(gè)板狀天線上設(shè)置多個(gè)短路點(diǎn)并根據(jù)攜帶式無線電設(shè)備的姿態(tài)切換短路點(diǎn)從而切換極化波的方法。圖15是表示特開平2-94713號(hào)公報(bào)所述結(jié)構(gòu)的天線部分的圖。在圖15中，在底板71上設(shè)置著板狀天線72，從天線供電點(diǎn)73對該板狀天線72供電。該板狀天線72通過短路點(diǎn)74及帶切換開關(guān)的短路點(diǎn)75和76設(shè)置在底板71上。即使是單一的天線也可以通過切換作為短路點(diǎn)的切換開關(guān)75、76而改變天線的主極化方向，因而能減小因極化不一致而引起的增益惡化。
這種方法具有在一個(gè)天線上切換極化波的優(yōu)點(diǎn)，但與上述的倒F型天線一樣在攜帶式無線電設(shè)備上很難確保足夠的底板，所以存在著不能提供足夠的交叉極化識(shí)別度的問題。此外，還存在著很難使主極化波指向圖15所示的Z方向即與板狀天線正交的極化方向的問題。
設(shè)置和保持在任意方向上的攜帶式無線電設(shè)備的天線的發(fā)送接收波，其主極化方向如與構(gòu)成為將對地面的垂直極化波作為主極化波的基站的天線不一致，則將產(chǎn)生損失。此外，在使用簡單的線狀天線的情況下，為了與垂直極化波一致，必須使天線傾斜，這不僅需要某種機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且在通話時(shí)天線有可能變得很礙事。另外，在通過切換一個(gè)板狀天線的短路點(diǎn)而切換主極化方向的方式中，很難獲得足夠的交叉極化識(shí)別度，而且還存在著很難使方向指向主極化方向的問題。
本發(fā)明的攜帶式無線電設(shè)備，在殼體內(nèi)備有由發(fā)送接收電路構(gòu)成的無線電部，該攜帶式無線電設(shè)備，設(shè)有主極化方向不同的至少2個(gè)發(fā)送接收天線、及將各天線與無線電部連接以使這些發(fā)送接收天線同時(shí)動(dòng)作并對各天線使用的電力分配量進(jìn)行加權(quán)的電力分配器。
最好設(shè)有檢測殼體傾斜角的傾斜檢測器、及根據(jù)檢測到的傾斜角控制電力分配器的電力分配以便使至少2個(gè)發(fā)送接收天線能以最佳方式進(jìn)行發(fā)送接收的控制電路。
進(jìn)一步，還設(shè)有檢測至少2個(gè)發(fā)送接收天線的每一個(gè)的接收電場強(qiáng)度的接收強(qiáng)度檢測器、將檢測到的接收電場強(qiáng)度與由電力分配器賦予的天線的權(quán)重進(jìn)行比較的比較器、及根據(jù)比較器的比較輸出控制電力分配器賦予的權(quán)重從而使供給各天線的電力的比率最佳化的控制電路。
電力分配器，包括用于控制至少2個(gè)發(fā)送接收天線的阻抗從而改變供給各天線的電力分配比的權(quán)重的阻抗變換電路、及對至少2個(gè)發(fā)送接收天線與無線電部的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整的阻抗調(diào)整電路。
阻抗變換電路和阻抗調(diào)整電路，由變?nèi)荻O管構(gòu)成。
進(jìn)一步，最好將至少2個(gè)發(fā)送接收天線配置在相互正交的方向。
另外，至少2個(gè)發(fā)送接收天線中的一個(gè)是鞭狀天線，其他天線包括通過波狀折曲使全長縮短的曲折天線。
圖2是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的框圖。
圖3是表示圖2所示的阻抗變換電路及合成阻抗匹配電路的具體例的圖。
圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖。
圖5是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的框圖。
圖6是表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖。
圖7是表示本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖。
圖8是表示本發(fā)明第5實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的框圖。
圖9是表示攜帶式無線電設(shè)備通話時(shí)的水平面平均增益損失的詳細(xì)情況的例的圖。
圖10是現(xiàn)有的切換分集接收方式的攜帶式無線電設(shè)備的簡略框圖。
圖11是表示現(xiàn)有的切換分集接收方式的可減小因極化不一致而引起的損失的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖。
圖12是該現(xiàn)有的攜帶式無線電設(shè)備的框圖。
圖13是表示現(xiàn)有的通過使天線機(jī)械地傾斜變化而減小因不匹配而引起的損失的例的圖。
圖14A和14B是表示現(xiàn)有的通過使天線機(jī)械地傾斜而減小因極化不一致而引起的損失的例的圖。
圖15是表示現(xiàn)有的在單一天線上通過切換主極化方向而改善發(fā)送接收特性的例的圖。用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖，圖2是其框圖。
在圖1中，發(fā)送接收天線1和2，安裝于攜帶式無線電設(shè)備的殼體3，其主極化方向各不相同。發(fā)送接收天線1和2，配置成相互正交，作為發(fā)送接收天線1，采用可從殼體3向上方拉出的鞭狀天線，發(fā)送接收天線2，安放在殼體3內(nèi)，使其可沿水平方向延伸。通過發(fā)送接收天線1和2發(fā)送接收的電場的方向相互正交，所以，可以使天線間的耦合很小，并能增大天線間的相關(guān)系數(shù)，因而還可以提高交叉極化識(shí)別度。
各發(fā)送接收天線1和2，如圖2所示，直接與連接于無線電部4的可變電力分配器5連接?？勺冸娏Ψ峙淦?，由與發(fā)送接收天線1和2連接的阻抗變換電路6、7及合成阻抗匹配電路8構(gòu)成。阻抗變換電路6、7，可以改變供給發(fā)送接收天線1和2的電力分配比的權(quán)重，合成阻抗匹配電路8，對2個(gè)發(fā)送接收天線1和2與無線電部的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整。
進(jìn)一步，還設(shè)置著一個(gè)如重力方向傳感器之類的用于檢測殼體3的傾斜角的傾斜角檢測器9。該傾斜角檢測器9的檢測輸出，供給到控制部10?？刂撇?0，根據(jù)傾斜角檢測器9的檢測輸出，控制可變電力分配器5內(nèi)的阻抗變換電路6、7，并改變供給發(fā)送接收天線1和2的電力分配比的權(quán)重。此外，控制部10，還同時(shí)控制合成阻抗匹配電路8，從而使阻抗變換電路6、7的合成阻抗與從天線看去的對無線電部4的特性阻抗匹配。
阻抗變換電路6、7及合成阻抗匹配電路8，如圖3所示，由變?nèi)荻O管C1～C9構(gòu)成。即，阻抗變換電路6，構(gòu)成為將變?nèi)荻O管C1和C2串聯(lián)連接并將變?nèi)荻O管C3連接在變?nèi)荻O管C1和C2的連接點(diǎn)與接地之間。同樣，阻抗變換電路7，構(gòu)成為將變?nèi)荻O管C4和C5串聯(lián)連接并將變?nèi)荻O管C6連接在變?nèi)荻O管C4和C5的連接點(diǎn)與接地之間。合成阻抗匹配電路8，構(gòu)成為將變?nèi)荻O管C7和C8串聯(lián)連接并將變?nèi)荻O管C9連接在變?nèi)荻O管C7和C8的連接點(diǎn)與接地之間。
由控制部10對這些變?nèi)荻O管C1～C9施加規(guī)定的電壓作為控制信號(hào)，電容隨該電壓而變化，從而可以改變阻抗。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，使發(fā)送接收天線1和2相互正交配置，所以，可以減小天線之間的耦合，并能增大發(fā)送接收天線1和2之間的相關(guān)系數(shù)，因而可以提高交叉極化識(shí)別度。
圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的概要的圖。圖5是其框圖。
在圖1和圖2所示出的第1實(shí)施形態(tài)中，采用了第1和第2發(fā)送接收天線1和2，但很難使主極化波指向與這兩個(gè)發(fā)送接收天線1和2的電場正交的方向(圖11中Y的方向)。
因此，如圖4所示，將發(fā)送接收天線1、2和11分別配置在相互正交的方向。如按這種方式將發(fā)送接收天線1、2、11分別配置在與通過各天線發(fā)送接收的電場正交的方向，則即使將攜帶式終端設(shè)置在任意方向上也可以控制為使3個(gè)天線的合成極化面具有對地面的垂直極化波。
對應(yīng)于新設(shè)置的發(fā)送接收天線11，在可變電力分配器5內(nèi)設(shè)置阻抗變換電路12。并且，與第1實(shí)施形態(tài)一樣，由控制部10控制阻抗變換電路6、7及12，以改變供給各天線的電力分配比的權(quán)重，并由合成阻抗匹配電路8對3個(gè)發(fā)送接收天線1、2、11與無線電部的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整。
按照這種方式，通過設(shè)置3個(gè)天線1、2、11，即使將攜帶式終端設(shè)置在任意方向上也可以控制為使3個(gè)天線的合成極化面具有對地面的垂直極化波。
圖6和圖7是表示本發(fā)明第3和第4實(shí)施形態(tài)的示意圖。
在圖4所示的第2實(shí)施形態(tài)中，由于設(shè)置3個(gè)發(fā)送接收天線1、2、11，所以將使外形尺寸增加。因此，如圖6所示，除了由鞭狀天線構(gòu)成的發(fā)送接收天線1以外，將發(fā)送接收天線2、11形成為通過折曲而縮短全長的曲折狀或圖中未示出的螺旋線狀。
另外，如圖7所示，通過使各發(fā)送接收天線1、2、11的供電點(diǎn)彼此靠近，可以減小天線間的耦合，因而可以進(jìn)一步提高交叉極化識(shí)別度。
圖8是表示本發(fā)明第5實(shí)施形態(tài)的攜帶式無線電設(shè)備的框圖。
在上述圖2和圖5所示的實(shí)施形態(tài)中，設(shè)有傾斜角檢測器9，并根據(jù)檢測到的傾斜角控制對各天線的電力分配比，但在圖8所示的實(shí)施形態(tài)中，根據(jù)接收電平求得對各天線的電力分配比。因此，將發(fā)送接收天線1、2與電場強(qiáng)度檢測器12、13連接而檢測各天線的接收電場強(qiáng)度。接收電場強(qiáng)度檢測器12、13的檢測輸出，供給到模擬比較器14。由電力分配器5對模擬比較器14提供天線的權(quán)重。模擬比較器14，將接收電場強(qiáng)度的大小與天線的權(quán)重進(jìn)行比較，并判斷哪一個(gè)天線能有效地進(jìn)行接收。通過將該判斷結(jié)果輸出到控制部10，反饋到下一個(gè)控制時(shí)段的可變電力分配器5的控制，從而可以提高能有效接收的電力分配量。通過反復(fù)進(jìn)行這種控制，使對各天線供給的電力的比率最佳化。即，將能以高效率進(jìn)行接收的天線判斷為在當(dāng)前的設(shè)置和保持狀態(tài)下具有對地面的垂直極化波的天線，從而控制該天線的發(fā)送接收。
如上所述，按照本發(fā)明，通過將各天線與無線電部連接以使至少2個(gè)發(fā)送接收天線同時(shí)動(dòng)作并改變對各天線使用的電力分配量賦予的權(quán)重，可以使合成后的主極化方向與基站的發(fā)送接收波的極化面一致，因而在將攜帶式無線電設(shè)備配置和保持在任意方向上時(shí)都可以在電氣上減小因極化不一致而引起的損失并能提高天線的增益。
以上，參照附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。但是，本發(fā)明并不限定于實(shí)施形態(tài)，在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)允許進(jìn)行各種變形和變更。本發(fā)明的范圍，由所附權(quán)利要求的范圍決定。
權(quán)利要求
1.一種攜帶式無線電設(shè)備，在殼體內(nèi)備有由發(fā)送接收電路構(gòu)成的無線電部(4)，該攜帶式無線電設(shè)備的特征在于備有主極化方向不同的至少2個(gè)發(fā)送接收天線(1、2、11)、及將各天線與上述無線電部連接以使上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線同時(shí)動(dòng)作并對各天線使用的電力分配量進(jìn)行加權(quán)的電力分配器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于還備有檢測上述殼體傾斜角的傾斜檢測器(9)、及根據(jù)由上述傾斜檢測器檢測到的傾斜角控制電力分配器的電力分配以便使上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線能以最佳方式進(jìn)行發(fā)送接收的控制電路(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于上述電力分配器，備有用于控制上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線的阻抗從而改變供給各天線的電力分配比的權(quán)重的阻抗變換電路(6、7、12)、及對上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線與上述無線電部的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整的阻抗調(diào)整電路(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于上述阻抗變換電路和上述阻抗調(diào)整電路，包含變?nèi)荻O管(C1～C9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于還備有檢測上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線的每一個(gè)的接收電場強(qiáng)度的接收強(qiáng)度檢測器(12、13)、將由上述接收強(qiáng)度檢測器檢測到的接收電場強(qiáng)度與由上述電力分配器提供的天線的權(quán)重進(jìn)行比較的比較器(14)、及根據(jù)上述比較器的比較輸出控制由上述電力分配器提供的權(quán)重從而使供給各天線的電力的比率最佳化的控制電路(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于上述電力分配器，備有用于控制上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線的阻抗從而改變供給各天線的電力分配比的權(quán)重的阻抗變換電路(6、7、12)、及對上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線與上述無線電部的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整的阻抗調(diào)整電路(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于上述阻抗變換電路和上述阻抗調(diào)整電路，包含變?nèi)荻O管(C1～C9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于將上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線配置在相互正交的方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攜帶式無線電設(shè)備，其特征在于上述至少2個(gè)發(fā)送接收天線中的一個(gè)是鞭狀天線，其他天線包括通過波狀折曲使全長縮短的曲折天線。
全文摘要
將2個(gè)發(fā)送接收天線(1、2)以相互正交的方式配置在攜帶式無線電設(shè)備的殼體(3)內(nèi),發(fā)送接收天線(1、2),通過電力分配器(5)與無線電部(4)連接。傾斜檢測器(9),檢測殼體(3)的傾斜角,控制部(10),根據(jù)檢測到的傾斜角控制阻抗變換電路(6、7),從而改變供給各天線的電力分配比的權(quán)重,同時(shí)由合成阻抗匹配電路(8)對發(fā)送接收天線(1、2)與無線電部(4)的總合成阻抗進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1343401SQ00804883
公開日2002年4月3日 申請日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者東海林英明, 今西康人, 深澤徹, 大嶺裕幸 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社