專利名稱：罩住多臂天線單元的罩子和有關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線罩，具體涉及罩住一個(gè)天線單元的罩子。
許多天線具有多個(gè)天線單元，它們放在罩子內(nèi)，罩子安裝在支撐天線的固定體上。罩子保護(hù)相對(duì)脆弱的轉(zhuǎn)換單元在使用中不致由于振動(dòng)和碰擊之類的環(huán)境條件而損壞。將泡沫塑料棒放在罩子與天線的扁平導(dǎo)電部分之間，增加泡沫塑料棒部分使組裝復(fù)雜化、成本加大，同時(shí)也增大了整個(gè)天線罩結(jié)構(gòu)的尺寸。罩子需要有增強(qiáng)的耐久性和降低成本及減小尺寸。
典型地用導(dǎo)線構(gòu)成的多臂天線單元是一種交叉環(huán)或四線(quadrifilar)螺旋天線單元。在交叉環(huán)或四線螺旋天線單元中，一對(duì)臂形成一個(gè)環(huán)，并使兩環(huán)成90°交叉。已知的交叉環(huán)和四線螺旋天線單元通常具有不同長(zhǎng)度的兩個(gè)交叉環(huán)，以使天線單元自定相(self phased)。四線螺旋或交叉環(huán)天線單元的整體結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)。
使天線整體尺寸變窄或縮短的技術(shù)業(yè)已減小了天線的尺寸。通過減小天線尺寸構(gòu)成較小的天線會(huì)使天線增益降低幾分貝或更多分貝。在諸如用于與非地球同步衛(wèi)星通信的低功率、便攜式衛(wèi)星相通信收發(fā)信機(jī)之類的裝置中，均勻且低損耗的天線增益圖型是重要的，小尺寸特別是小直徑也是改善便攜性和用戶滿意性所希望的。本發(fā)明減小了天線尺寸，同時(shí)保持了所希望的天線增益圖型，這在以前是不可能實(shí)現(xiàn)的。
具有多臂的天線單元難以制造得很準(zhǔn)確，在制造過程中，當(dāng)將各臂焊接起來構(gòu)成天線單元時(shí)需要特殊的固定夾具。為了提供理想的增益圖型并具有最小損耗，各臂的尺寸必須十分準(zhǔn)確。此外，很希望有各種改善多臂天線單元裝配準(zhǔn)確度的技術(shù)。在多臂天線單元裝配過程中還需要各種減少或取消特殊固定夾具的技術(shù)。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的罩住天線單元的罩子；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的罩住另一種天線單元的罩子；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的罩住該種天線單元的罩子的一個(gè)側(cè)面圖；圖4、5、6和7示出根據(jù)本發(fā)明的罩子的實(shí)施例的剖面圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的罩住該天線單元的罩子的一個(gè)側(cè)面；及圖9、10和11示出根據(jù)本發(fā)明的罩子的實(shí)施例的橫剖面圖。
圖1示出罩住多臂天線單元205的罩子110。多臂天線單元205具有臂210、220、230和240及一個(gè)饋線250。臂210、220、230和240都是轉(zhuǎn)換臂，它們根據(jù)應(yīng)用上的需要可以發(fā)送或接收電磁能量。饋線250使相應(yīng)于電磁能的信號(hào)送入轉(zhuǎn)換臂或從轉(zhuǎn)換臂取出。饋線250最好是同軸結(jié)構(gòu)，以避免從該處直接輻射。罩子110罩蓋天線單元205的外表面，以成為一種在物理上罩住轉(zhuǎn)換臂210、220、230和240的精巧結(jié)構(gòu)。為減小最終天線結(jié)構(gòu)的整個(gè)交叉截面的直徑，罩子110應(yīng)具有盡可能小的直徑。
在圖1實(shí)例中示出的天線單元205是一個(gè)四線螺旋天線單元，該四線螺旋天線單元的四個(gè)轉(zhuǎn)換臂210、220、230和240，由一對(duì)轉(zhuǎn)換臂形成一個(gè)環(huán)，共形成兩個(gè)環(huán)。兩環(huán)相互交叉，并受到螺旋的扭轉(zhuǎn)。
在圖1的實(shí)例中，罩子110由連續(xù)和固體材料片制成?？商娲?，罩子110可以有一個(gè)分開的端帽120，裝在圓筒形管子130上。
本發(fā)明的罩子110被形成得以在圓筒形管子130內(nèi)表面上至少應(yīng)有兩個(gè)螺槽，用以與各轉(zhuǎn)換臂相配合。通過在圓筒管130內(nèi)表面形成螺槽，提供了一種較小尺寸特別是直徑較小，從而改善了便攜性和用戶滿意性。圓筒管130內(nèi)表面上的螺槽使天線單元205的轉(zhuǎn)換臂210、220、230和240成形。從而減少了使各轉(zhuǎn)換臂理想形狀成形所用的特殊固定夾具。在制造過程中，可以將天線單元的轉(zhuǎn)換臂壓配、滑入或旋入罩子的螺槽中。當(dāng)將轉(zhuǎn)換臂裝入罩子螺槽后，各臂在固定的預(yù)先確定的位置成形。因此，在制造轉(zhuǎn)換臂過程中，天線單元各部分本身的成形準(zhǔn)確度可以不太嚴(yán)格，因?yàn)檎肿?10中的螺槽確定了轉(zhuǎn)換臂的形狀。
罩子110內(nèi)表面上的螺槽還支持了精巧結(jié)構(gòu)的天線單元205。當(dāng)罩子搖動(dòng)和擺動(dòng)時(shí)，本發(fā)明防止了轉(zhuǎn)換臂210、220、230和240的移動(dòng)。本發(fā)明還避免了諸如在天線單元205和罩子110之間安裝泡沫塑料棒之類替代解決方案的增加成本問題。附加的部件，如這些泡沫塑料棒會(huì)使整個(gè)天線罩結(jié)構(gòu)的裝配復(fù)雜、成本增加，尺寸增大。本發(fā)明考慮了天線轉(zhuǎn)換臂成形和支撐，同時(shí)增強(qiáng)耐久性和降低成本及減小尺寸。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用以罩住另一種天線單元405的罩子310。圖2的罩子310具有兩個(gè)側(cè)面320和330。使罩子310分為兩個(gè)側(cè)而320和330能夠容易地將天線單元405裝入該罩子內(nèi)。槽340和350在罩子310的兩個(gè)側(cè)面320和330內(nèi)形成。
圖2實(shí)例中的槽340和350是直槽，與交叉環(huán)天線單元405的直臂410、420、430和440相對(duì)應(yīng)。圖2實(shí)例中的交叉環(huán)天線單元405是類似圖1所示的四線螺旋結(jié)構(gòu)的天線單元的一種替代性配置，但無螺旋扭絞。
圖3示出本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)例子的罩子520的一個(gè)側(cè)面，它具有有角度的槽540。該槽540帶有角度，而不像圖2實(shí)例中所示的直溝槽。有角度的槽540與四線螺旋天線單元的螺旋扭轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換臂相配合。如果采用諸如圖2交叉環(huán)天線那樣的直臂天線，則最好是在天線罩內(nèi)表面形成直槽，而不是有角度的槽。
圖4-7示出替代實(shí)施例的整個(gè)罩子結(jié)構(gòu)沿圖3中AA線截取的剖面圖。圖中示出罩子的各種實(shí)施例中的槽，用于與天線單元的轉(zhuǎn)換臂相配合。
圖4示出罩605的剖面圖，罩子605具有在其內(nèi)表面上形成的槽650、660、670和680。這些槽650、660、670和680與轉(zhuǎn)換臂610、620、630和640相配合。在圖4的實(shí)施例中，罩子605成形為理想的圓形，而槽650、660、670和680突出伸向罩子605的圓筒形管子的材料中。
圖5示出罩子705的剖面圖。在圖5的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換臂710、720、730和740與在凸起對(duì)750、755、760、765、770、775、780和785間形成的槽相配合。例如，轉(zhuǎn)換臂710放入凸起對(duì)750和755之間。利用在罩子705的內(nèi)表面上的凸起對(duì)之間提供槽，可以使槽與罩子外表面之間的厚度與形成天線罩的整個(gè)圓筒形管的厚度相同。對(duì)比來看，圖4的槽凹進(jìn)天線罩的圓筒形管，因而罩殼直徑厚度比圖4實(shí)施例的每個(gè)槽更小。
凸起750、755、760、765、770、775、780和785最好是整體地成形在罩子705圓柱形管子的材料中。各凸起和罩子可以用同一種類型的材料制成。罩子的材料最好是一種硬而輕性質(zhì)的材料，如剛性塑料。最好采用注塑成型過程中所常用的塑料材料。因此，凸起和罩子的圓柱形管可以在一次注塑成型過程中整體地形成，節(jié)省成本，減少部件，并提供一個(gè)結(jié)構(gòu)上更好的一件式的部件。
圖6示出罩子805的剖面圖，罩子805具有與放入凸起對(duì)850、855、860、865、870、875、880和885的轉(zhuǎn)換臂810、820、830和840相配合的槽。在圖6的實(shí)施例中，凸起860、865、880和885比凸起850、855、870和875重或大，通過使一些凸起比另一些凸起重一些，可以使天線單元的轉(zhuǎn)換臂由電介材料的凸起施加不同的負(fù)載。
較重的凸起可以用來調(diào)整天線單元轉(zhuǎn)換臂的電磁特性。接近轉(zhuǎn)換臂的材料影響該轉(zhuǎn)換臂的轉(zhuǎn)換特性。接近轉(zhuǎn)換臂的材料影響量的大小取決于材料類型、沿臂長(zhǎng)度的位置和材料的數(shù)量。通過使配合轉(zhuǎn)換臂820的凸起860和865采用比配合轉(zhuǎn)換臂810的凸起850和855更重的材料，轉(zhuǎn)換臂820會(huì)呈現(xiàn)不同于轉(zhuǎn)換臂810的轉(zhuǎn)換特性。在一些轉(zhuǎn)換臂上這種不同的特性可以用來減小四線螺旋或交叉環(huán)天線單元的一個(gè)環(huán)的尺寸。典型的自定相四線螺旋天線單元和自定相交叉環(huán)天線單元是一個(gè)環(huán)比另一個(gè)環(huán)大些。當(dāng)一個(gè)環(huán)大于另一個(gè)環(huán)時(shí)，罩子應(yīng)為橢圓截面形狀而不是圓形截面形狀，或者采用加大尺寸的圓截面形狀。若采用重的凸起，則四線螺旋天線單元和交叉環(huán)天線單元可以有兩個(gè)尺寸相同的交叉環(huán)。當(dāng)兩個(gè)相同尺寸的環(huán)中的一個(gè)具有重的凸起時(shí)，則它比另一個(gè)環(huán)呈現(xiàn)更大感性。因而，在沒有重凸起條件下，兩個(gè)環(huán)都呈現(xiàn)容性時(shí)，將一個(gè)環(huán)的凸起加重會(huì)使它成為呈現(xiàn)感性的環(huán)。當(dāng)在一個(gè)位置適當(dāng)?shù)丶又刂?，容性和感性可以互相抵消，從而使天線單元呈現(xiàn)純阻性。因此可以在諧振頻率上達(dá)到天線的自定相。通過使接近一些臂的凸起加重，可以在保持天線電磁特性的同時(shí)變更天線單元和罩子的形狀。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的罩子905的剖面圖，罩子905具有容納轉(zhuǎn)換臂910、920、930和940的槽950、960、970和980。在圖7中，罩子具有橢圓形的內(nèi)表面和外表面，以容納一個(gè)天線單元，例如具有一個(gè)環(huán)大于另一個(gè)環(huán)的四線螺旋天線或交叉環(huán)天線之類的天線單元。圖7所示的橢圓形狀還可以容納凸起對(duì)之間形成的槽，而不是罩子圓筒形管內(nèi)側(cè)形成的槽。這樣的實(shí)施例例如可以用于四線螺旋或交叉環(huán)天線單元，而無圖6實(shí)施例較重的凸起。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)例子中的罩子1020的一個(gè)側(cè)面。有角度的槽1040和1045位于罩子1020內(nèi)表面上。在圖8中，在中部的槽1045是不同的。如圖8所示的，槽在接近罩子的圓筒形管子的長(zhǎng)度中部部位比較大。用較重的凸起形成的槽不必要針對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換臂定位，代之以使較重的凸起沿圓筒形管長(zhǎng)度的一部分定位，例如中間部分。因此，除了圖8中表示的情況外，可以使中間部分的槽容納圖6中舉例的較重凸起。例如，圖8的截面B相應(yīng)于圖5中的截面，圖8中的截面C相應(yīng)于圖6的截面。此外，截面B可以相應(yīng)于圖4，截面C可以相應(yīng)于圖9或圖10。
圖9示出罩子1105的剖面圖。罩子1105具有與轉(zhuǎn)換臂1110和1130相配合的溝槽1150和1170，還有圍繞著轉(zhuǎn)換臂1120和1140的凹陷部分1160和1180。兩個(gè)凹陷部分1160和1180有較大的尺寸。凹陷部分1160和1180最好僅位于罩子1105圓筒形管子的中間部分，以使轉(zhuǎn)換臂1120和1140保持就位。凹陷部分1160和1180敞露轉(zhuǎn)換臂1120和1140，使材料減少，從而改變相關(guān)轉(zhuǎn)換臂的電磁特性。因?yàn)椴牧项愋汀⒉牧蠑?shù)量和接近的程度影響臂的電磁特性，所以借助凹陷取出材料允許調(diào)整電磁特性，好像另一實(shí)施例中增加材料較重的凸起一樣。此外，使材料越是靠近沿臂長(zhǎng)的中間部分，可以更強(qiáng)地影響四線螺旋天線單元的臂的電磁特性。
圖10示出罩子1205的剖面圖。在圖10的實(shí)施例中，槽1250和1270與轉(zhuǎn)換臂1210和1230相配合。凹陷部分1260和1280圍繞轉(zhuǎn)換臂1220和1240。然而，與圖9的實(shí)施例對(duì)比，圖10的實(shí)施例具有圍繞凹陷部分1260和1280的凸出部分1265和1285。凸出部分1265和1285使罩子1205的圓筒形管增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在圖9的實(shí)施例中，罩子1105的圓筒形管在凹陷部分的外沿處變得細(xì)薄。具有圖10的凸出含有助于使罩子1205的整個(gè)圓筒形管厚度更為均勻。
本發(fā)明的凸起或凹陷可以在中間部分變化，也可以在端部變化，或者可以沿本發(fā)明罩子的圓筒形管延伸的槽來提供。最好是在中間部分安排凹陷部分，以使臂的兩端部分緊固在溝槽內(nèi)。然而，可以將凸起安排在沿圓筒形管的任何部位，并仍使臂十分牢靠。
圖11示出本發(fā)明的另一替代的實(shí)施例，它既有凸起1350、1355、1370和1375，又有凹陷部分1360和1380?？梢杂猛蛊鸷桶枷莸慕Y(jié)合來改變各轉(zhuǎn)換臂的電磁特性。
最好使槽或凸起對(duì)接觸各臂，以便機(jī)械上支撐天線單元。然而，可以使一些凸起上的槽接近天線單元而不接觸轉(zhuǎn)換臂。安放重的凸起接近各臂而不接觸，仍可改變各臂的電磁特性。但沒有機(jī)械支撐的優(yōu)點(diǎn)。
盡管上文的說明和參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)清楚，這種描述僅是舉例而已，那些熟知本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，可以做出大量更改和修訂。盡管上述附圖僅為一個(gè)天線單元，但天線單元陣列也可以作為天線來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不限于諸如無線電話機(jī)和尋呼機(jī)之類的便攜天線電電子裝置，還可以用于諸如陸地電臺(tái)、固定衛(wèi)星電話小站、及航空和航海電臺(tái)一類的其它裝置。本發(fā)明的天線罩子不限制發(fā)送頻率，而且本發(fā)明的原理可以用于衛(wèi)星及地面通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種罩住多臂天線單元的罩子，其特征在于，所說的罩子包括有其第一端口封閉而第二端口敞開的一個(gè)圓筒形管子，所說的罩子具有在所說的圓筒形管內(nèi)表面上形成的至少兩個(gè)槽，用以與所說的多臂天線的轉(zhuǎn)換臂相配合。
2.權(quán)利要求1的罩子，其特征在于，所說的槽凹入所說的管的內(nèi)表面中。
3.權(quán)利要求1的罩子，其特征在于，槽放入在所說的圓筒形管的內(nèi)表面上形成各凸起之間，每一所說的槽在各凸起對(duì)之間形成。
4.權(quán)利要求3的罩子，其特征在于，所說的凸起對(duì)中的一對(duì)比所說的凸起對(duì)的另一對(duì)重些，以改變相關(guān)轉(zhuǎn)換臂電磁特性。
5.權(quán)利要求1的罩子，其特征在于，所說的槽具有一種尺寸并沿所說的圓筒形管長(zhǎng)度延伸，至少一個(gè)所說的槽所具有的尺寸可沿所說的圓筒形管的長(zhǎng)度改變。
6.權(quán)利要求5的罩子，其特征在于，所說的槽凹入所說的圓筒形管的內(nèi)表面中。
7.權(quán)利要求5的罩子，其特征在于，至少有一個(gè)槽，其尺寸沿所說的圓筒形管的長(zhǎng)度改變，并且在所說的圓筒形管長(zhǎng)度的中部附近具有較大的尺寸。
8.權(quán)利要求1的罩子，其特征在于，所說的槽具有不變的尺寸，并沿所說的圓筒形管子的長(zhǎng)度延伸。
9.一種在一個(gè)天線罩子內(nèi)罩住多臂天線單元的方法，其特征在于，所說的方法包括以下步驟(a)提供包括有其第一端口封閉、其第二端口敞開的圓筒形管的罩子，所說的罩子在所說的圓筒形管的內(nèi)表面上形成至少兩個(gè)槽，用以與多臂天線單元的轉(zhuǎn)換臂相配合，及(b)在所說的圓筒形管的內(nèi)部的各槽之間放置多臂天線單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，所說的放置步驟(b)還包括有分步驟(b1)，將多臂天線單元的各臂沿圓筒形管長(zhǎng)度旋入圓筒形管的槽中。
全文摘要
由其第一端口封閉，其第二端口敞開的圓筒形管子制成的一種天線罩(310)罩住一種多臂天線單元(405)。該天線罩在圓筒形管內(nèi)表面上形成至少兩個(gè)槽(340，350)，用以與多臂天線單元的各臂(410，420，430，440)相配合。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK1135105SQ96102969
公開日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者米切爾·威廉姆·弗倫澤, 克里斯托弗·納爾·庫(kù)比, 凱文·米切爾·瑟爾 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司