專利名稱：拉桿天線組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線，具體來(lái)說(shuō)，涉及拉桿天線。
很早就有拉桿天線，有單極天線和偶極天線，其中形成一個(gè)鞭狀體的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體通過(guò)滑動(dòng)能夠伸縮。鞭狀體可縮回到一個(gè)收縮位置并可伸出到一個(gè)工作位置。這些鞭狀天線雖然能夠緊湊地縮回，但在接收某些類型無(wú)線電信號(hào)時(shí)(例如衛(wèi)星的信號(hào))仍不理想。
本發(fā)明解決了這些和其它問(wèn)題，這里結(jié)合以下附圖描述本發(fā)明

圖1表示處在伸出位置的一個(gè)天線組件的透視圖；圖2表示處在縮回位置的一個(gè)天線組件的透視圖；圖3表示一個(gè)天線組件的分解透視圖；圖4和7分別表示按第一種結(jié)構(gòu)的天線組件的一個(gè)子組件的卷起的和未卷起的視圖；圖5和8分別表示按第二種可替換結(jié)構(gòu)的天線組件的一個(gè)子組件的卷起的和未卷起的視圖；圖6和9分別表示按第三種可替換結(jié)構(gòu)的天線組件的一個(gè)子組件的卷起的和未卷起的視圖；圖10表示實(shí)現(xiàn)圖5和8的第二種結(jié)構(gòu)的一個(gè)軸承的典型結(jié)構(gòu)。
圖1和2表示按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的拉桿天線組件分別在伸出位置和縮回位置的剖開(kāi)透視圖。兩對(duì)臂210、220、230和240能夠經(jīng)過(guò)一個(gè)滑動(dòng)耦合件向一饋線250發(fā)送和接收電磁輻射。該滑動(dòng)耦合件提供一組激勵(lì)器273和275，以便耦合到臂上。該激勵(lì)器組最好是耦合到不平衡同軸饋線250的中央導(dǎo)線的一個(gè)帶電導(dǎo)體273和耦合到不平衡同軸饋線250的地線的一個(gè)接地導(dǎo)體275。帶電導(dǎo)體273和接地導(dǎo)體275在伸出位置和縮回位置之間滑動(dòng)以使天線伸縮。這使帶電導(dǎo)體273和接地導(dǎo)體275相對(duì)于臂210、220、230和240移動(dòng)，從而在它們之間實(shí)現(xiàn)電磁耦合。
圖3表示按一優(yōu)選實(shí)施例的拉桿天線組件的分解視圖。兩對(duì)臂210、220、230和240能夠經(jīng)過(guò)一組耦合到饋線250的可滑動(dòng)的激勵(lì)器發(fā)送和接收電磁輻射。這些臂從天線元件的下端伸到天線元件的上端。兩對(duì)臂形成兩個(gè)交叉的環(huán)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，這些環(huán)是扭曲的交叉環(huán)，可提供能夠處理圓極化的無(wú)線電頻率能量的四線(quadrifilar)螺旋天線裝置。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用的就是圓極化的無(wú)線電頻率能量。
臂210、220、230和240是導(dǎo)電材料，最好是銅或金金屬，導(dǎo)電材料是電鍍、粘結(jié)、或蝕刻到一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的電介質(zhì)管260的外表面263上的。激勵(lì)器組的帶電導(dǎo)體273耦合到不平衡同軸饋線250的中心導(dǎo)線，激勵(lì)器組的接地導(dǎo)體275耦合到不平衡同軸饋線250的地線。帶電導(dǎo)體273和接地導(dǎo)體275可在按可滑動(dòng)方式設(shè)置的軸承283、287、300上相對(duì)于臂210、220、230和240滑動(dòng)。最好，通過(guò)帶電和接地電容板273和275來(lái)提供激勵(lì)器組的帶電和接地導(dǎo)體273和275，以便向這些臂提供主要是電容性的耦合。雖然電刷或電感線圈可代替電容板，但電容板在機(jī)械可靠性方面比電刷更優(yōu)越，電容板在改進(jìn)封裝方面比電感線圈更優(yōu)越。把帶電和接地電容板273和275裝配在一個(gè)內(nèi)軸承的對(duì)應(yīng)兩半部分283和287之間，以便可在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260的內(nèi)部軸向滑動(dòng)。這種在伸出和縮回位置之間的滑動(dòng)相對(duì)于這兩個(gè)臂對(duì)210、220、230和240而移動(dòng)了帶電和接地電容板273和275，從而在它們之間實(shí)現(xiàn)了電磁耦合。于是，在一個(gè)緊湊的結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了可接收衛(wèi)星中的那種類型的無(wú)線電信號(hào)的一個(gè)可伸縮的、多臂式天線結(jié)構(gòu)。
帶電和接地電容板273和275在沿臂的電氣長(zhǎng)度的某些位置可最有效的耦合到臂210、220、230和240。在圖3的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)臂對(duì)的下端例如在標(biāo)號(hào)235處是短路的。從電的角度來(lái)說(shuō)，沿每個(gè)臂在1/4電波長(zhǎng)處有一開(kāi)路，沿臂的電氣長(zhǎng)度在另一1/4處有另一處短路。在該優(yōu)選實(shí)施例中，在這些電短路位置發(fā)生電流最大及電壓最小的情況。因此，通過(guò)在標(biāo)號(hào)235處使臂產(chǎn)生實(shí)際短路，即使不存在任何實(shí)際的電短路，也要在臂的直線長(zhǎng)度上的1/2波長(zhǎng)處發(fā)生視在電短路。為了在臂和電容板之間得到最佳的能量耦合，在滑動(dòng)時(shí)，電容板應(yīng)在短路處附近停止。因此，電容板的最佳伸出和縮回位置沿臂的電長(zhǎng)度方向要隔開(kāi)約1/2波長(zhǎng)的距離。但在這兩個(gè)最佳位置之間，會(huì)發(fā)生來(lái)自于臂的能量耦合和輻射，但這卻不是最佳的。因?yàn)榭山邮艿臒o(wú)線電性能可能會(huì)發(fā)生在距另一位置不嚴(yán)格是1/2波長(zhǎng)的位置，這是由于阻抗、耦合、和電流分布特性，以及采用拉桿天線的無(wú)線電系統(tǒng)在效率方法的要求，故這些位置都是近似的位置。根據(jù)天線操作的感興趣的頻率來(lái)確定一個(gè)波長(zhǎng)的電長(zhǎng)度，并且，在優(yōu)選實(shí)施例中，感興趣的頻率在1.621GHz附近。一個(gè)天線元件的臂的電長(zhǎng)度與在一種結(jié)構(gòu)中，例如優(yōu)選實(shí)施例的四線螺旋天線元件中的天線的電長(zhǎng)度完全相同。
按照臂的長(zhǎng)度，可實(shí)現(xiàn)多于一個(gè)的1/2波長(zhǎng)位置。但是，在優(yōu)選實(shí)施例中，臂的長(zhǎng)度為3/4波長(zhǎng)，因此最佳耦合位置在下端短路處235和臂上的1/2波長(zhǎng)處，但距臂的端部為1/4波長(zhǎng)。在圖3的優(yōu)選實(shí)施例中，電容板273和275沒(méi)有全行程地從臂的一端到另一端移動(dòng)，而是移動(dòng)了全行程的2/3左右。優(yōu)選實(shí)施例的變化是使用不同的行程比。例如，為了便于實(shí)現(xiàn)一個(gè)接近全行程的天線，可以使用不同的終端(termination)和電流相位處理方法。一個(gè)具有全波長(zhǎng)的臂長(zhǎng)度的天線可能具有從一端到另一端的幾乎全行程，并且還有，最佳耦合位置在兩個(gè)臂端之間的1/2波長(zhǎng)位置。
在單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)270的優(yōu)選實(shí)施例中形成帶電和接地電容板273和275，結(jié)構(gòu)270在沿其部分軸向長(zhǎng)度方向有一裂縫277。導(dǎo)體結(jié)構(gòu)270最好是鍍銅或金的塑料件。該裂縫277提供一種裂縫-外殼(split-sheath)式平衡-不平衡變換器或平衡-不平衡網(wǎng)絡(luò)。為了形成這種裂縫-外殼式平衡-不平衡變換器，把不平衡同軸饋線250的外部接地導(dǎo)線接到導(dǎo)體結(jié)構(gòu)270的裂縫277之下。不平衡同軸饋線250的中央導(dǎo)線和裂縫277絕緣并被引導(dǎo)通過(guò)裂縫277，并且被電焊接或連接到帶電電容板273。同軸饋線250的外導(dǎo)線和導(dǎo)體結(jié)構(gòu)270可用同種材料整體式構(gòu)成，并且可在一種可替換的結(jié)構(gòu)中在饋線的外部導(dǎo)線中形成裂縫277。
內(nèi)軸承的兩個(gè)半部283和287具有對(duì)應(yīng)的帶電和接地電介質(zhì)板284和286，用于保護(hù)電容板273和275，使之不要靠在細(xì)長(zhǎng)的電介質(zhì)管260的內(nèi)部表面265上滑動(dòng)。饋線250通過(guò)指狀件288夾持在兩個(gè)半部283和287之間。在一個(gè)可替換的結(jié)構(gòu)中，可省去帶電和接地電介質(zhì)板284和286，帶電和接地板273和275直接靠在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260的內(nèi)表面265上滑動(dòng)，或者離開(kāi)內(nèi)表面265一定距離滑動(dòng)，其間有一空氣間隙。在另一個(gè)可替換的結(jié)構(gòu)中，帶電和接地電容板可以是在帶電和接地電介質(zhì)板284和286的內(nèi)表面上經(jīng)過(guò)電鍍的金屬化部分，從而省去了導(dǎo)體結(jié)構(gòu)270。
內(nèi)軸承的兩個(gè)半部283和287總共有4個(gè)直槽291、292、293、294，它們分別與在外軸承300的內(nèi)表面上4個(gè)對(duì)應(yīng)的凹槽301、302、303、304配對(duì)。當(dāng)帶電和接地電容板273和275在伸縮移動(dòng)期間在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260內(nèi)部軸向滑動(dòng)時(shí)，直槽291、292、293、294和凹槽301、302、303、304引導(dǎo)該電容板273和275。該優(yōu)選實(shí)施例采用了第一種處理方法，其中的電容板273和275在滑動(dòng)時(shí)不旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樗鼈儽恢辈?91、292、293、294以及直凹槽301、302、303、304夾持。當(dāng)天線縮回到接近1/2波長(zhǎng)的最佳位置時(shí)，臂210、220、230和240需要相對(duì)于電容板273和275定位以便耦合，這樣，臂圍繞電介質(zhì)管260的扭曲量就變?yōu)殛P(guān)鍵的了。因而臂的結(jié)構(gòu)或扭曲是很重要的，對(duì)此下面參照?qǐng)D4-9按照第一、第二、和第三可替換的處理方法進(jìn)行討論。
在第一和第三處理方法中，電容板軸向地滑動(dòng)但不旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)椴?91、292、293、294和凹槽301、302、303、304都是直的緣故。在圖5和8的第二處理方法中，電容板273和275在一個(gè)內(nèi)軸承上的扭曲槽作用下軸向滑動(dòng)時(shí)還要旋轉(zhuǎn)，下面參照?qǐng)D10的扭曲槽討論這種情況。
細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260和臂210、220、230、240最好安放在由兩個(gè)半罩313和315組成的一個(gè)保護(hù)罩內(nèi)。半罩313彎曲的弧度比半罩315更大。軸承300有一個(gè)下罩端340，以便安裝在半罩313和315之間的狹槽317中。上罩端320包含環(huán)形凸緣330，凸緣330具有一個(gè)導(dǎo)向凹槽333和一個(gè)略大些的導(dǎo)向凹槽335，以便分別與在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260內(nèi)部上的銷267和略大一些的銷268配合。銷267和268與環(huán)形凸緣330配合以防止臂210、220、230和240在罩內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，因此可在臂和電容板之間提供一種固定的相互關(guān)系。
提供略大一些的凹槽335和銷268是為了避免組裝期間的插入差錯(cuò)。最好沿細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260內(nèi)表面的整個(gè)長(zhǎng)度提供銷267和268，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，擠壓成形技術(shù)是制造細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260的最精密技術(shù)。臂相對(duì)于電容板的位置精度對(duì)于實(shí)現(xiàn)天線在多于一個(gè)位置的有效操作是至關(guān)重要的。當(dāng)電容板相對(duì)于臂滑動(dòng)時(shí)，二者之間的距離對(duì)于在每個(gè)位置保持準(zhǔn)確的電容值以減小電誤差和失效是非常關(guān)鍵的。雖然電容板的軸向滑動(dòng)是最明顯的位置變化，但由于容差的變化，在不同的伸縮位置，經(jīng)向偏離量(例如，電介質(zhì)的均勻性)和臂的位置(例如，扭曲量)都可能發(fā)生變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)向偏離量和扭曲容差都是至關(guān)重要的，并且最好通過(guò)這里表示的實(shí)例和結(jié)構(gòu)予以處理。
圖4表示按第一處理方法的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260，它在下部的伸出位置450和上部的縮回位置460帶有電容板，其中的臂以恒定角度扭曲，電容板被固定，且在滑動(dòng)時(shí)不旋轉(zhuǎn)。
圖5表示按第二種處理方法的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260，它在下部的伸出位置550和上部的縮回位置560具有電容板，其中當(dāng)滑動(dòng)時(shí)板旋轉(zhuǎn)。
圖6表示按第三種處理方法的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260，它在下部的伸出位置650和上部的縮回位置660配有電容板，其中當(dāng)滑動(dòng)時(shí)板不旋轉(zhuǎn)，但臂相對(duì)于在縮回位置660的電容板結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲，扭曲的速率不是恒定的。
圖7、8和9分別表示分別按圖4-6的相應(yīng)第一、第二、和第三處理方法的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管和臂的未曾纏繞卷起的外表面。按照第一種處理方法，在圖7中，臂410、420、430、和440沿細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260的長(zhǎng)度方向以一個(gè)均勻地角度θ1扭曲。圖8表示在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管260外表面上的臂510、520、530、和540，具有一個(gè)恒定的角度θ2。角度θ1的傾斜大于角θ2。對(duì)于衛(wèi)星通信，期望比第一種處理方法中的臂的傾斜度更小些，以提高低仰角的輻射圖(pattern)特性。因?yàn)樵诨瑒?dòng)時(shí)電容板發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，所以較小的傾斜度可由第二種處理方法利用。θ1角的優(yōu)選值約為60.93度，θ2角的優(yōu)選值約為67.8度。
在圖9中，臂610、620、630、和640是彎曲的臂，在多個(gè)拐彎處之間有多個(gè)區(qū)段。這些區(qū)段相對(duì)于水平線以所示的角度θ3、θ4、θ5延伸。最好，θ3約為45.00度，θ4為84.60度，θ5約為68.00度。臂在拐彎處的彎曲量應(yīng)使電容板在伸縮行程的上、下位置靠近電流最大位置。電流最大處在沿如上所述的臂的電長(zhǎng)度的約1/2波長(zhǎng)的位置。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，圖6和9中的這種彎曲臂結(jié)構(gòu)能夠提供比圖4和7的結(jié)構(gòu)更大的伸縮設(shè)計(jì)靈活性和輻射圖整形的設(shè)計(jì)靈活性，這是因?yàn)楸苊饬耸褂脙A斜度更大的不變的角度θ1。在這個(gè)第三種處理方法中，拐彎的數(shù)目可以接近無(wú)限大，因此角度可沿一個(gè)臂逐漸改變。
圖10表示實(shí)施圖5和8的第二種處理方法的一個(gè)內(nèi)部軸承的典型結(jié)構(gòu)。圖為槽791、792、793、794不是直槽，或者說(shuō)是扭曲的槽，所以相對(duì)于外部軸承軸向移動(dòng)內(nèi)部軸承780可使電容板旋轉(zhuǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，和不動(dòng)的非旋轉(zhuǎn)處理方法相比，旋轉(zhuǎn)電容板的機(jī)械結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)方面看更加困難和昂貴。但在某些電的約束條件下，旋轉(zhuǎn)處理方式可提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。雖然借助于實(shí)例說(shuō)明了在內(nèi)部軸承上的扭曲的槽，但在其它的機(jī)械結(jié)構(gòu)也是可能的。
雖然在以上的描述和附圖中描述說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解這種描述僅是舉例說(shuō)明，并且，在不偏離本發(fā)明的真正構(gòu)思和范圍的條件下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以作出許多改變和改進(jìn)。本發(fā)明可應(yīng)用到模擬的和數(shù)字的話音、數(shù)據(jù)或?qū)ず粜l(wèi)星系統(tǒng)。本發(fā)明還可以應(yīng)用到要求小型天線和均勻輻射圖的便攜式無(wú)線電設(shè)備的地面天線。雖然本發(fā)明對(duì)于便攜式無(wú)線電設(shè)備具有尺寸方面的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明對(duì)于固定式的和移動(dòng)式的無(wú)線電設(shè)備也有其優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1．一種拉桿天線組件，包括一個(gè)圓極化的天線元件，天線元件被設(shè)置為通過(guò)相對(duì)于激勵(lì)器組的滑動(dòng)而伸縮，其中當(dāng)該天線元件相對(duì)于激勵(lì)器組滑動(dòng)時(shí)，所說(shuō)圓極化天線元件的實(shí)際位置發(fā)生變化，并且其中的激勵(lì)器組至少具有上、下操作位置，這些操作位置沿圓極化天線元件的電長(zhǎng)度分開(kāi)約1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍距離。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的拉桿天線組件，其中圓極化天線元件包括多個(gè)臂。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的拉桿天線組，其中上和下操作部分中至少有一個(gè)操作部分位于臂的一個(gè)電端。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的拉桿天線組件，其中上和下操作部分中的另一個(gè)操作部分在臂的一個(gè)相對(duì)的電端。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的拉桿天線組件，其中激勵(lì)器組按可滑動(dòng)的方式設(shè)置在圓極化天線元件的內(nèi)部。
6．根據(jù)權(quán)利要求2的拉桿天線組件，其中臂包括彎曲的臂。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的拉桿天線組件，其中彎曲的臂至少包括兩個(gè)位于相應(yīng)區(qū)段之間的拐彎處。
8．根據(jù)權(quán)利要求2的拉桿天線組件，進(jìn)一步包括一個(gè)按可滑動(dòng)方式設(shè)置的軸承，以引導(dǎo)臂和激器組的彼些相對(duì)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的的拉桿天線組件，其中按可滑動(dòng)的方式設(shè)置的軸承具有直槽，以防止滑動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的拉桿天線組件，其中按可滑動(dòng)方式設(shè)置的軸承具有非平直的槽，以使滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的拉桿天線組件，其中圓極化天線元件包括四線螺旋天線組件。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的拉桿天線組件，其中激勵(lì)器組包括電容板，用于與臂進(jìn)行可滑動(dòng)的電容耦合。
全文摘要
一種拉桿天線組件,它在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)管(260)上提供臂對(duì)(210、220、230、和240)。激勵(lì)器組的帶電導(dǎo)體(273)和接地導(dǎo)體(275)在臂和饋線(250)之間耦合能量。帶電和接地導(dǎo)體(273)和(275)在管(260)內(nèi)部的伸出位置和縮回位置之間滑動(dòng),同時(shí)維持和臂的有效電磁耦合。
文檔編號(hào)H01Q11/00GK1213868SQ9811940
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者克文·M·西爾, 威廉姆·H·達(dá)登四世 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司