專利名稱：天線耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來(lái)講涉及天線耦合器，更確切地講涉及供移動(dòng)適配器用的天線耦合器。
近些年來(lái)人們對(duì)便攜式無(wú)線電設(shè)備，如雙向無(wú)線電臺(tái)和蜂房式電話的興趣在不斷地增加。便攜式無(wú)線電臺(tái)用戶在乘車旅行時(shí)常常需要進(jìn)行無(wú)線電通信。便攜無(wú)線電臺(tái)處在車廂內(nèi)部時(shí)，可能不會(huì)令人滿意地完成長(zhǎng)距離通信，其原因或許是便攜式天線的接收能力不足，或許是車體屏蔽了便攜式天線。這樣，用戶必須購(gòu)買一個(gè)單獨(dú)的移動(dòng)部件，或者使用帶外部天線的、通過(guò)移動(dòng)式連接的便攜式無(wú)線電話。
便攜式無(wú)線電臺(tái)插接到移動(dòng)適配器時(shí)造成的耦合損耗是任何移動(dòng)適配器設(shè)計(jì)中所關(guān)心的主要問(wèn)題。便攜式無(wú)線電臺(tái)天線與外部天線連接的常規(guī)方法往往需要加一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，該轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用是接通或斷開外部天線和內(nèi)部天線，也就是使兩根天線在同一時(shí)間內(nèi)不能同時(shí)接通。然而，在兩根天線之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換有可能降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。使用一個(gè)天線耦合器可以使便攜式無(wú)線電臺(tái)插接到移動(dòng)式適配器時(shí)形成的耦合損耗減小到最低限度，這將是一大優(yōu)點(diǎn)。
配用很多移動(dòng)適配器的另一個(gè)缺點(diǎn)是要求要用某種功率放大的形式，如通常采用大家熟知的功率“放大器(booster)”來(lái)對(duì)便攜式無(wú)線電臺(tái)插接到移動(dòng)適配器時(shí)形成的耦合損耗進(jìn)行補(bǔ)償。就制造費(fèi)用和零件數(shù)量而言，設(shè)計(jì)出一種不需要進(jìn)行附加功率放大的天線耦合器也會(huì)成為一大優(yōu)點(diǎn)。
此外，為了與便攜式無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行射頻互連，目前使用的許多移動(dòng)適配器既要求射頻連接，又要求移動(dòng)適配器殼體的外表面實(shí)行接地連接。這就要求便攜式無(wú)線電臺(tái)至少要有兩個(gè)外露接點(diǎn)，而這兩個(gè)接點(diǎn)必須很齊平的排列在移動(dòng)適配器殼體內(nèi)部。如果為了達(dá)到下述目的而能夠減少外露接點(diǎn)的話一定是有益的當(dāng)便攜式無(wú)線電臺(tái)不是裝在適配器內(nèi)時(shí)需要考慮方便調(diào)準(zhǔn)和避免無(wú)線電臺(tái)接點(diǎn)暴露于外部環(huán)境之中。裝有一個(gè)接口接點(diǎn)盡可能少的天線耦合器的移動(dòng)適配器幾乎不會(huì)為無(wú)線電臺(tái)帶來(lái)外露接點(diǎn)。
據(jù)上所述，需要提供一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的天線耦合器供移動(dòng)適配器使用，這種天線耦合器應(yīng)設(shè)置盡可能少的接口接點(diǎn)使射頻耦合器損耗降到最低程度，同時(shí)也應(yīng)避免附加功率放大。


圖1表示符合本發(fā)明的天線耦合器。
圖2是符合本發(fā)明的、接納便攜式無(wú)線電臺(tái)天線系統(tǒng)的、圖1所示的天線耦合器頂視圖。
圖3表示符合本發(fā)明的、包括一個(gè)天線耦合器的移動(dòng)適配器。
請(qǐng)參考附圖中的圖1。該圖示出了符合本發(fā)明的天線耦合器100。天線耦合器100允許帶有一個(gè)附加天線系統(tǒng)的便攜式無(wú)線電臺(tái)與外部天線124耦合。圖2是圖1所示天線耦合器與部分示出的帶有一個(gè)附加天線系統(tǒng)204的便攜式無(wú)線電臺(tái)202組合在一起的頂視圖。將利用圖1和圖2以最佳實(shí)施例來(lái)說(shuō)明天線耦合器100。天線耦合器100被裝在外殼102中，例如裝在移動(dòng)適配器外殼內(nèi)，該外殼的形狀被制作成能容納帶有附加天線系統(tǒng)204的便攜式無(wú)線電臺(tái)202。附加天線系統(tǒng)204至少要包括一個(gè)輻射部件206，利用此部件發(fā)射和接收射頻信號(hào)，在最佳實(shí)施例中附加天線系統(tǒng)204還包括了第二個(gè)輻射部件208。根據(jù)本發(fā)明，天線耦合器100包括底板106(例如印刷電路板)、屏蔽殼108、諧振器接插件110和電磁調(diào)諧部件112，其組裝方法將在下面說(shuō)明。
底板106和外部天線124通過(guò)射頻饋線126，最好是50歐姆同軸電纜連接起來(lái)。諧振器接插件110通過(guò)導(dǎo)線114電耦合到饋線126，導(dǎo)線114可以做成諧振器接插件的延伸部分。諧振器接插件110構(gòu)成了第一側(cè)壁，用來(lái)向天線系統(tǒng)204發(fā)送射頻信號(hào)和接收來(lái)自該系統(tǒng)的射頻信號(hào)。導(dǎo)電屏蔽殼108與底板106的接地平面耦合形成第二側(cè)壁，第二側(cè)壁基本上與諧振器接插件110保持平行以防止來(lái)自該接插件的輻射。電磁調(diào)諧部件112通過(guò)接地的饋線116與底板106相連接，并形成第三側(cè)壁，其平面與諧振器接插件110基本保持平行。電磁調(diào)諧部件112被封閉在外殼102的擋板118內(nèi)，同時(shí)諧振器接插件110和屏蔽殼108也被封閉在第二塊同樣的擋板220內(nèi)(部分表示在圖2中)。擋板118和220在外殼102內(nèi)構(gòu)成一個(gè)托架，用來(lái)托住便攜式無(wú)線電臺(tái)202的天線系統(tǒng)204。擋板118和220使天線系統(tǒng)204在天線耦合器100內(nèi)保持平直。一個(gè)接地接點(diǎn)122，最好是一個(gè)接地的(pogo)銷，可使天線耦合器的底板106與便攜式無(wú)線電臺(tái)202的相應(yīng)接地點(diǎn)連接起來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明，電磁調(diào)諧部件112尺寸的選定和在底板106上的配置位置都應(yīng)在天線被裝入外殼102以后，能使調(diào)諧部件保持平直，基本上與天線系統(tǒng)204的預(yù)定部分保持平行。根據(jù)本發(fā)明，電磁調(diào)諧部件112的功能是控制附加天線系統(tǒng)204和諧振器接插件110之間的阻抗。通過(guò)變化電磁調(diào)諧部件112的尺寸大小對(duì)上述阻抗進(jìn)行控制。接地饋線116的高度(或長(zhǎng)度)可以使調(diào)諧部件112處于基本上與天線系統(tǒng)204平行的位置，并保持既定距離，以便在電磁調(diào)諧部件和天線系統(tǒng)204的預(yù)定部分之間形成電容耦合。電磁調(diào)諧部件112和接地饋線116的延伸部分最好用導(dǎo)電金屬，例如扁銅制作，也最好用常規(guī)的釬焊技術(shù)使它們與底板106耦合在一起。
根據(jù)本發(fā)明，諧振器接插件110尺寸的選定和在底板106上的配置位置都應(yīng)在它被裝入外殼102以后能保持平直，并基本上與天線系統(tǒng)204平行。根據(jù)本發(fā)明，諧振器接插件110的功能是在無(wú)線電臺(tái)附加天線系統(tǒng)204和外部天線124之間傳輸射頻能量。導(dǎo)電饋線114的高度(或長(zhǎng)度)可以使諧振器接插件110處于基本上與天線系統(tǒng)204平行的位置，并保持既定距離，以便在諧振器接插件110和天線系統(tǒng)204之間形成電容耦合。諧振器接插件110和導(dǎo)電饋線114的延伸部分最好用導(dǎo)電金屬，例如扁銅制作，也最好用常規(guī)的釬焊技術(shù)使它們與底板106耦合在一起。
這樣，諧振器接插件110和電磁調(diào)諧部件112便與天線系統(tǒng)204形成電容耦合，從而在天線之間不進(jìn)行轉(zhuǎn)換就能向外部天線124發(fā)射射頻能量并接收來(lái)自外部天線124的射頻能量。根據(jù)本發(fā)明，以能量傳輸達(dá)到最佳程度為準(zhǔn)來(lái)選定諧振器接插件110的尺寸和以阻抗達(dá)到最佳值為準(zhǔn)來(lái)選定電磁調(diào)諧部件112的尺寸都是為天線耦合器100形成較低的耗散耦合創(chuàng)造條件。配用本發(fā)明描述的天線耦合器100所產(chǎn)生的耦合損耗經(jīng)過(guò)測(cè)量，其值大約在-2.5～-3dB之間，這是一項(xiàng)重大的改進(jìn)，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值優(yōu)于運(yùn)用早先的能量傳輸技術(shù)達(dá)到的典型損耗值，即-6dB。本發(fā)明描述的天線耦合器100也不需要在天線耦合器或便攜式無(wú)線電臺(tái)上設(shè)置外露射頻接點(diǎn)。
附加天線系統(tǒng)最好是可回縮天線系統(tǒng)，它應(yīng)包括第一和第二輻射部件206和208，兩者在回縮位置實(shí)現(xiàn)電感和電容耦合。第一(或頂部)輻射部件206最好是一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的線圈，當(dāng)便攜式無(wú)線電臺(tái)處于手持位置時(shí)，該線圈應(yīng)能通過(guò)支桿(圖中未示出)延伸；當(dāng)其處于移動(dòng)位置時(shí)，應(yīng)能回縮。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，選定的電磁調(diào)諧部件112的大小近似于頂部線圈206在垂直于底板106的平面上的平行橫斷面面積。接地饋線116的高度和在底板106上位置的選定是以電磁調(diào)諧部件112能與頂部線圈206實(shí)現(xiàn)電容耦合為準(zhǔn)。
第二個(gè)輻射部件208最好是一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的底部線圈(basecoil)，它被裝置在便攜式無(wú)線電臺(tái)202的上部。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，選定的諧振器接插件110的大小近似于處在回縮位置時(shí)的頂部線圈206和底部線圈208在垂直于底板106的平面上的平行橫斷面面積。導(dǎo)電饋線114的高度和在底板106上位置的選定是以能在諧振器接插件110和天線系統(tǒng)204之間形成電容耦合為準(zhǔn)。諧振器接插件110的形狀最好做得大一些，把邊緣部分130包括在內(nèi)，以便容納一部分底部線圈208。由于底部線圈208周圍擴(kuò)出了邊緣部分130，因而導(dǎo)致了要進(jìn)一步改進(jìn)耦合。
圖2示出了天線系統(tǒng)204，該系統(tǒng)架設(shè)在兩塊擋板118和220之間，并在由諧振器接插件110和電磁調(diào)諧部件112構(gòu)成的兩個(gè)側(cè)板之內(nèi)耦合。這樣，天線系統(tǒng)就能借助于頂部線圈206和底部線圈208，通過(guò)諧振器接插件110收/發(fā)射頻能量。與此同時(shí)，利用頂部線圈206和電磁調(diào)諧部件112之間發(fā)生的耦合控制阻抗。
在使用過(guò)程中，當(dāng)便攜式無(wú)線電臺(tái)202插入外殼102中時(shí)，天線系統(tǒng)204就架設(shè)在諧振器接插件110和電磁調(diào)諧部件112之間。通過(guò)便攜式無(wú)線電臺(tái)天線系統(tǒng)204收/發(fā)的信號(hào)通過(guò)電容耦合向諧振器接插件110傳輸或來(lái)自諧振器接插件110。電磁調(diào)諧部件112和諧振器接插件110在接收可回縮天線系統(tǒng)204時(shí)應(yīng)使頂部線圈206與電磁調(diào)諧部件112實(shí)現(xiàn)電氣耦合，同時(shí)也應(yīng)使底部線圈208和頂部線圈206的結(jié)合體與諧振器接插件110實(shí)現(xiàn)電氣耦合。接地接觸是通過(guò)連接由底板106底部伸出的接點(diǎn)銷122和便攜式無(wú)線電臺(tái)天線系統(tǒng)204的相應(yīng)匹配的接地接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。諧振器接插件110與天線系統(tǒng)204電容耦合，以便傳輸射頻能量。射頻屏蔽殼108保護(hù)諧振器接插件110不受移動(dòng)適配器外殼102外面的輻射射頻能量的干擾。諧振器接插件110通過(guò)射頻饋線126(最好是同軸電纜)向外部天線124傳送能量并接收來(lái)自該天線的能量。同軸電纜126借助一般固定件(未表示出)接到外部天線124。同軸電纜126的外導(dǎo)體與地面128耦合。
此外，根據(jù)本發(fā)明，恰當(dāng)?shù)剡x定電磁調(diào)諧部件112的尺寸就可控制可回縮天線系統(tǒng)204和諧振器接插件110之間的阻抗。恰當(dāng)選定諧振器接插件110的尺寸，使其與底部線圈208和頂部線圈206處于回縮位置時(shí)的平行橫斷面的大概形狀相符合，可以為射頻能量的傳輸提供更好的耦合。這樣，在不使用任何外部射頻接點(diǎn)和任何附加功率放大電路的條件下，可使耦合損耗降到最低程度，也能形成最佳的能量傳輸。
底板106還可加設(shè)一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)(未表示出)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于使外部天線124的阻抗和諧振器接插件110的阻抗匹配。改進(jìn)過(guò)的這種匹配可幫助減少不希望有的駐波。如果需要加設(shè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的話，可將這個(gè)電路布置在底板上，最好加設(shè)在射頻饋線126的輸入端，這樣，當(dāng)從移動(dòng)適配器外殼102中取出便攜式無(wú)線電臺(tái)202時(shí)，匹配網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)影響這個(gè)電臺(tái)的性能。最好通過(guò)底板106上的接地電容器部件(未表示出)加設(shè)一個(gè)與接點(diǎn)銷122串聯(lián)的容抗，這樣做可以減少便攜式無(wú)線電臺(tái)的接地接點(diǎn)和底板106底面之間的接地線路的射頻阻抗。
現(xiàn)在參閱圖3。圖3示出了符合本發(fā)明的移動(dòng)適配器外殼300，這種外殼適于容納帶有附加天線304的便攜式無(wú)線電臺(tái)302，附加天線至少要有一個(gè)輻射部件。根據(jù)本發(fā)明，移動(dòng)適配器300包括一個(gè)設(shè)置在擋板318和320之間的天線耦合器。當(dāng)無(wú)線電臺(tái)302的附加天線系統(tǒng)304被安設(shè)在移動(dòng)適配器外殼300的擋板318和320之內(nèi)時(shí)，內(nèi)部天線耦合器將按前述的方法把射頻能量傳輸?shù)酵獠刻炀€310，并接受來(lái)自外部天線的射頻能量。外部天線310可以安裝在汽車的頂上，并借助同軸電纜312連接到外殼300和天線耦合器。同軸電纜312的阻抗受外部天線310阻抗的控制。典型的作法是，便攜式無(wú)線電臺(tái)使用的外部天線310是通常能買到的、阻抗為50歐姆的垂直全向拉桿天線。無(wú)線電臺(tái)302的附加天線304與本發(fā)明敘述的內(nèi)部天線耦合器和外部天線310結(jié)合在一起使用，不需要關(guān)閉其中任一個(gè)天線，也不需要在無(wú)線電臺(tái)和適配器之間加設(shè)任何射頻接口接點(diǎn)。由于絕大部分射頻能量現(xiàn)在都由諧振器接插件收發(fā)，因而耦合損耗可降到最低程度，同時(shí)也不需要任何附加功率放大。這樣，本發(fā)明敘述的天線耦合器就為提高便攜式無(wú)線電臺(tái)用戶的游動(dòng)性提供一種低損耗、高效率、花錢不多的解決辦法。
在最佳實(shí)施例敘述和用圖介紹至少有一個(gè)輻射部件且最好有兩個(gè)輻射部件的天線系統(tǒng)的同時(shí)，在這一領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)的人士認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明敘述的天線耦合器也可以用于具有多個(gè)輻射部件或單一輻射部件的天線系統(tǒng)。借助選定調(diào)諧部件的尺寸使諧振器接插件和天線系統(tǒng)之間的阻抗最佳化，并且借助選定諧振器接插件尺寸使天線系統(tǒng)和諧振器接插件之間的能量傳輸最大限度地提高，這樣做能保證在不使用射頻互連電路或功率放大電路的情況下使天線耦合器的耦合損耗降到最低程度。
在用圖和文字描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例時(shí)可以清楚地看出，本發(fā)明并不局限于此。一些本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違反附后的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的主旨和范圍前提下將會(huì)做出許多修改、變更、變異、替代和等效。
權(quán)利要求
1.一種天線耦合器，用于把帶有一個(gè)附加天線系統(tǒng)的便攜式無(wú)線電臺(tái)耦合到外部天線，該附加天線系統(tǒng)至少包括一個(gè)輻射部件。該天線耦合器包括底板；射頻(RF)饋線，連接外部天線和底板；諧振器接插件，在底板上與射頻饋線電耦合；導(dǎo)電屏蔽，與底板相連，形成一個(gè)大體上與諧振器接插件平行的側(cè)壁板，導(dǎo)電屏蔽用于防止諧振器接插件發(fā)出的輻射；電磁調(diào)諧部件，通過(guò)接地饋線與底板相連接，電磁調(diào)諧部件形成第二個(gè)大體上與諧振器接插件平行的側(cè)壁，上述諧振器接插件和上述第二側(cè)壁共同接納至少有一個(gè)輻射部件的便攜式無(wú)線電臺(tái)的一部分，上述的電磁調(diào)諧部件控制附加天線系統(tǒng)和諧振器接插件之間的阻抗。
2.權(quán)利要求1所述的天線耦合器，其特征是電磁調(diào)諧部件至少與一個(gè)輻射部件實(shí)現(xiàn)電容耦合。
3.權(quán)利要求1所述的天線耦合器，其特征是諧振器接插件包括該接插件向外延伸的邊緣，這個(gè)邊緣圍繞附加天線系統(tǒng)預(yù)定部分設(shè)置。
4.權(quán)利要求1所述的天線耦合器，其特征是諧振器接插件通過(guò)由諧振器接插件向外延伸出來(lái)的導(dǎo)電饋線與射頻饋線實(shí)現(xiàn)電氣耦合。
5.權(quán)利要求1所述的天線耦合器，該耦合器還包括接地銷，位于底板上，用來(lái)與便攜式無(wú)線電臺(tái)的相應(yīng)接地接點(diǎn)匹配。
6.一種天線耦合器，用于把帶有一個(gè)回縮式天線系統(tǒng)的便攜式無(wú)線電臺(tái)與外部天線進(jìn)行耦合，回縮式天線系統(tǒng)包括設(shè)置在便攜式無(wú)線電臺(tái)規(guī)定部分內(nèi)的底部線圈和回縮線圈，上述天線耦合器包括底板；射頻(RF)饋線，連接外部天線和底板；諧振器接插件，在底板上與射頻饋線電耦合；導(dǎo)電屏蔽殼，與底板耦合，定位后大體上與諧振器接插件平行，導(dǎo)電屏蔽殼用于防止諧振器接插件發(fā)出的輻射；和電磁調(diào)諧部件，通過(guò)接地饋線部分與底板相耦合；定位后基本上與諧振器接插件平行；電磁調(diào)諧部件和諧振器接插件共同接納可回縮式天線系統(tǒng)后，底部線圈要與電磁調(diào)諧部件實(shí)現(xiàn)電氣耦合；同時(shí)底部線圈和回縮線圈也要與諧振器接插件實(shí)現(xiàn)電氣耦合；電磁調(diào)諧部件尺寸的選定以能在回縮天線系統(tǒng)和諧振器接插件之間形成最佳阻抗為準(zhǔn)。
7.權(quán)利要求6所述的天線耦合器，其特征是上述諧振器接插件的選定尺寸大體上與上述底部線圈和上述回縮線圈的橫斷面面積相符合。
8.權(quán)利要求6所述的天線耦合器，其特征是上述諧振器接插件包括接插件向外延伸的邊緣，這個(gè)邊緣的輪廓大致與底部線圈相適應(yīng)。
9.移動(dòng)適配器，用于把便攜式無(wú)線電臺(tái)天線適配到外部天線，移動(dòng)適配器包括外殼；射頻(RF)饋線，與外部天線相連接，用于接收和發(fā)射射頻能量；天線耦合器，裝于外殼內(nèi)部，包括印刷電路板，與射頻饋線耦合，并包括一個(gè)接地平面；諧振器接插件，與印刷電路板和射頻饋線耦合，用于向外部天線發(fā)送射頻能量或從外部天線接收射頻能量；和電磁調(diào)諧部件，與印刷電路板的接地平面耦合，上述電磁調(diào)諧部件和諧振器接插件形成兩塊側(cè)壁，在兩壁之間接納便攜式無(wú)線電臺(tái)天線；上述兩塊側(cè)壁均與便攜式無(wú)線電臺(tái)天線的規(guī)定部分實(shí)現(xiàn)電容耦合；上述電磁調(diào)諧部件控制便攜式無(wú)線電臺(tái)天線和諧振器接插件之間的阻抗。
10.權(quán)利要求9所述的移動(dòng)適配器還包括接地接點(diǎn)，該接點(diǎn)位于外殼上，并與印刷電路板的接地平面實(shí)現(xiàn)電氣耦合；上述接地接點(diǎn)與便攜式無(wú)線電臺(tái)天線的相應(yīng)接地接點(diǎn)相連接。
全文摘要
供移動(dòng)適配器內(nèi)裝設(shè)的天線耦合器以最小的耦合損耗在便攜式無(wú)線電天線系統(tǒng)和外部天線之間傳輸射頻能量。天線耦合器包括諧振器接插件和電磁調(diào)諧部件，兩者在底板上形成兩塊側(cè)壁，用來(lái)接納移動(dòng)天線系統(tǒng)。電磁調(diào)諧部件控制諧振器接插件和便攜式天線系統(tǒng)之間的阻抗，同時(shí)，諧振器接插件在便攜式無(wú)線電臺(tái)天線和外部天線之間傳輸射頻能量。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK1152806SQ96114530
公開日1997年6月25日 申請(qǐng)日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者亞利山德·佩羅特, 戴維·H·米納斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司