專利名稱：一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于手持無(wú)線通迅器(包括無(wú)繩電話、移動(dòng)電話、蜂窩電話、無(wú)線電對(duì)講影音機(jī)等)的天線。
天線在移動(dòng)通訊中被用來(lái)發(fā)射和接收無(wú)線信號(hào)。所有的手持蜂窩電話都有一個(gè)或多個(gè)天線，所有的基站都是通過(guò)天線陣列來(lái)接收用戶微波信號(hào)，并轉(zhuǎn)接到欲通話用戶的手機(jī)上。
目前幾乎所有的蜂窩電話、手機(jī)都采用的是電偶極子天線。這種天線在向外界輻射微波信號(hào)的同時(shí)，也向手機(jī)使用者的頭部輻射等強(qiáng)度的微波。使用者長(zhǎng)期、持續(xù)地暴露在這種電偶極子天線的微波輻射下有可能對(duì)其健康產(chǎn)生危害。同時(shí)，手機(jī)有效作用半徑和手機(jī)電池的供電周期也因此縮短了。問(wèn)題的根源是，電偶極子天線的輻射被束在自由空間呈無(wú)孔鐲狀，在一固定平面上是全向性的。當(dāng)它被拿近使用者的耳朵時(shí)，電偶極子在向外界輻射全向性微波的同時(shí)，也向使用者頭部輻射同樣強(qiáng)度的微波。由于微波源與使用者頭部的距離很近，大部分微波都被使用者頭部吸收了。
本實(shí)用新型旨在提供一種能減少射向使用者頭部的輻射，而加強(qiáng)向外界輻射的天線；即能產(chǎn)生一個(gè)立體軸對(duì)稱的心形波束的轉(zhuǎn)向天線。當(dāng)用于使用者左耳朵時(shí)，其輻射峰值定向地向天線左邊輻射；當(dāng)用于使用者右耳朵時(shí)，其輻射峰值點(diǎn)定向地向天線右邊輻射。本實(shí)用新型還旨在提供一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其能反轉(zhuǎn)其心形波束180度，始終保持其峰值點(diǎn)指向外界而零值點(diǎn)指向使用者；從而延長(zhǎng)手機(jī)電池的供電周期和手機(jī)的有效半徑。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，包括電偶極子天線，其特征在于一個(gè)與電偶極子天線(1)共軛共舵的磁偶極子天線包括四個(gè)以上具有電磁耦合臂(2)的輻射導(dǎo)體子環(huán)和四個(gè)以上的阻抗變換器(3)，且均勻排布設(shè)于同一平面內(nèi)；四對(duì)以上電磁耦合臂(2)串聯(lián)組成一個(gè)大導(dǎo)體環(huán)，其中部設(shè)有一對(duì)上、下驅(qū)動(dòng)盤(4)，其中部設(shè)有一通孔；每個(gè)子環(huán)的一條耦合臂(2)通過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤(4)連接，另一條耦合臂(2)通過(guò)另一個(gè)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤(4)連接。
一個(gè)電偶極子天線的一對(duì)輻射臂(1)對(duì)稱設(shè)于相鄰兩個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的阻抗變換器(3)上方或下方，其相對(duì)端分別與單饋端對(duì)(5)連接，單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)連接，終端對(duì)(6)與通訊機(jī)的收發(fā)器連接。
在單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)之間設(shè)有由重力敏感邏輯電路控制的四個(gè)開關(guān)組成的可切換驅(qū)動(dòng)連接裝置(7)；開關(guān)S1、S4其一端與一饋端(5)和(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤、下驅(qū)動(dòng)盤相連；開關(guān)S2、S3其一端與另一饋端(5)和(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤、下驅(qū)動(dòng)盤相連。
每個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的耦合臂上并聯(lián)設(shè)有能組成一個(gè)以上具有電磁耦合臂的調(diào)諧臂(8)，且調(diào)諧臂(8)上設(shè)有開關(guān)。在每對(duì)電磁耦合臂(2)之間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可設(shè)有電導(dǎo)體片，或可設(shè)有電介質(zhì)和電導(dǎo)體片。在阻抗變換器(3)中間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可設(shè)有延遲線。
本實(shí)用新型的關(guān)鍵是一個(gè)強(qiáng)度和效率均高的近諧振磁偶極子全向天線。這個(gè)由四對(duì)以上具有電磁耦合臂(2)所串聯(lián)的大導(dǎo)體環(huán)能夠維持電流的均勻，從而保證一個(gè)高純度的磁偶極子特性。正是這種高純度，再加上足夠的強(qiáng)度和效率，使近諧振磁偶極子在一平面上的全向輻射能夠和電偶極子在另一垂直平面上的全向輻射產(chǎn)生共軛共舵。共軛共舵使兩個(gè)全向天線產(chǎn)生一個(gè)共舵的定向心形波束，并在單饋端處產(chǎn)生一對(duì)復(fù)數(shù)共軛導(dǎo)納。
本實(shí)用新型的另一個(gè)關(guān)鍵是可切換驅(qū)動(dòng)連接的裝置(7)。這個(gè)裝置能改變?nèi)w大導(dǎo)體環(huán)上電流的方向，從而也能把軸對(duì)稱心形波束方向翻轉(zhuǎn)180度。
本實(shí)用新型具有四方面的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型輻射出的軸對(duì)稱心形波束(方向圖)能達(dá)到在所有體積小于0.01立方波長(zhǎng)的天線中可能達(dá)到的最大天線增益和最大信號(hào)頻寬；從而達(dá)到最高的電池供電周期，最大的手機(jī)有效半徑和最適應(yīng)碼分多址(CDMA)的要求。
2、當(dāng)該天線被拿近使用者的耳朵，其能自動(dòng)地將心形波束輻射的峰值點(diǎn)指向使用者外界，而輻射強(qiáng)度為零的切點(diǎn)指向使用者的頭部，從而把射向使用者頭部的微波量降到可能的最低的程度。
3、本實(shí)用新型中由于采用了可切換驅(qū)動(dòng)連接裝置，使用中當(dāng)將其拿近使用者左耳時(shí)，心形波束峰值點(diǎn)能自動(dòng)指向其左側(cè)；同樣，當(dāng)將其拿近使用者右耳時(shí)，心形波束峰值點(diǎn)能自動(dòng)指向其右側(cè)；從而使電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線能翻轉(zhuǎn)其軸對(duì)稱心形波束180度。幾乎完全避免了射向使用者頭部，保證了使用者的安全。
4、該天線不僅使手機(jī)電池的供電周期延長(zhǎng)4倍以上，并且可使手機(jī)收發(fā)器工作電壓降低兩倍以上；從而適應(yīng)將來(lái)新一代集成電路的需要。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為圖1的B-B剖視圖。
圖4為圖1的C-C剖視圖。
圖5為本實(shí)用新型具有調(diào)諧環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖6的D-D剖視圖。
圖7為圖5的E-E剖視圖。
圖8為圖6的F-F剖視圖。
圖9為不需切換的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖，通過(guò)非限定實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說(shuō)明。
圖1是一個(gè)電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線的平面圖，本圖不含任何剖面，其線形和底紋僅表示不同的層次。由圖1可見(jiàn)，該天線由四個(gè)具有電磁耦合臂(2)的輻射導(dǎo)體子環(huán)的磁偶極子天線和具有一對(duì)輻射臂(1)的電偶極子天線組成。四個(gè)具有電磁耦合臂(2)的輻射導(dǎo)體子環(huán)均勻排布在同一平面內(nèi)，組成一個(gè)長(zhǎng)方形。四個(gè)輻射段，包括四對(duì)電磁耦合臂(2)，并分別指定為R1、R2、R3和R4，每段長(zhǎng)約為0.35個(gè)波長(zhǎng)。驅(qū)動(dòng)盤(4)分為上驅(qū)動(dòng)盤DP1和下驅(qū)動(dòng)盤DP2；兩驅(qū)動(dòng)盤位于四個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的中部；上、下驅(qū)動(dòng)盤(4)的中部均開有通孔子。每個(gè)輻射段的相對(duì)應(yīng)的一條輻射耦合臂(2)通過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤DP1連接，另一條輻射耦合臂(2)通過(guò)另一個(gè)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤DP2連接。阻抗變換器(3)分別指定為DT1、DT2、DT3和DT4。電偶極子天線的一對(duì)輻射臂D1與D2對(duì)稱安裝在阻抗變換器DT2、DT4上方，其相對(duì)端分別與單饋端對(duì)(5)連接，單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)連接，終端對(duì)(6)與收發(fā)器連接。
圖2、3、4顯示三個(gè)剖視圖。從圖3可看到，單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)之間設(shè)有可切換驅(qū)動(dòng)連接的裝置(7)，該裝置由重力敏感邏輯電路控制的四個(gè)開關(guān)S1、S2、S3和S4組成。開關(guān)S1、S4其一端與一饋端(5)和一終端(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤DP1、下驅(qū)動(dòng)盤DP2相連；開關(guān)S2、S3其一端與另一饋端(5)和另一終端(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤DP1、下驅(qū)動(dòng)盤DP2相連。
由圖3可見(jiàn)，單饋端對(duì)(5)可提供對(duì)電偶極子天線一對(duì)輻射臂D1與D2的固定的驅(qū)動(dòng)及對(duì)上、下驅(qū)動(dòng)盤DP1與DP2的可切換的驅(qū)動(dòng)，后者用于改變圖1中磁偶極子天線大導(dǎo)體環(huán)的電流方向。磁偶極子天線電流方向的改變能夠使心形微波束在電磁偶極子天線的兩側(cè)翻轉(zhuǎn)180度。
上、下驅(qū)動(dòng)盤作為多端對(duì)可切換驅(qū)動(dòng)的具體功用不隨其外形的改變而改變。如圖3所示，當(dāng)可切換驅(qū)動(dòng)連接裝置(7)的開關(guān)S1和S3為“開”或通路狀態(tài)，而S2和S4為“關(guān)”或斷路狀態(tài)，如圖3中用“X”表示時(shí)，心形波束的峰值點(diǎn)指向電磁偶極子天線的左邊。反之，若S1和S3為“關(guān)”，S2和S4為“開”時(shí)，微波束則翻轉(zhuǎn)180度指向電磁偶極子天線的右邊?？汕袚Q驅(qū)動(dòng)連接裝置(7)的開關(guān)S1-S4是由一種重力敏感邏輯電路來(lái)觸發(fā)的。
使用中，四個(gè)阻抗變換器(3)，DT1-DT4分別以同相、串聯(lián)地驅(qū)動(dòng)四個(gè)輻射段R1-R4。這些串聯(lián)輻射阻抗通過(guò)阻抗變換器DT1-DT4轉(zhuǎn)變?yōu)樵谏?、下?qū)動(dòng)盤(4)的并聯(lián)導(dǎo)納。
發(fā)射時(shí)，手機(jī)發(fā)射器通過(guò)終端對(duì)(6)將微波電流送到單饋端對(duì)(5)。在單饋端對(duì)(5)外，發(fā)射器功率被分為兩部分輻射功率一部分送到電偶極子天線的一對(duì)輻射臂(1)，另一部分通過(guò)與驅(qū)動(dòng)盤(4)連接的阻抗變換器(3)送到磁偶極子天線。兩個(gè)天線的虛部功率在單饋端對(duì)(5)處互相對(duì)消，因此能產(chǎn)生所有同體積天線中可能達(dá)到的最寬頻寬。
為了增強(qiáng)磁偶極子的輻射強(qiáng)度、效率和純度，每個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的輻射臂(2)可分別裝有能組成一個(gè)具有電磁耦合臂的輻射調(diào)諧臂(8)，且調(diào)諧臂(8)上裝有開關(guān)S，如圖5、6、7和8所示；圖中的“X”表示開關(guān)S斷路狀態(tài)。由圖7可見(jiàn)，輻射導(dǎo)體子環(huán)的輻射段R1和R2與輻射調(diào)諧環(huán)的調(diào)諧段T1和T2的厚度、寬度和間距可能因設(shè)計(jì)的制約而有所不同，但并不改變它們分別作為磁偶極子天線輻射臂和調(diào)諧臂的各自的具體功用。
本實(shí)用新型還涉及一種不需轉(zhuǎn)向的電磁偶極子天線。如圖9所示，將電磁偶極子天線結(jié)構(gòu)中的可切換驅(qū)動(dòng)連接裝置(7)拿掉，并將上、下驅(qū)動(dòng)盤(4)與單饋端對(duì)(5)直接連接。為了保持磁偶極子天線每個(gè)輻射段R1-R4中的電流均勻，加入兩根延遲線DL1和DL2，可以保持阻抗變換器DT1和DT3與DT2和DT4的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)保持同相。當(dāng)不需要切換的電磁偶極子天線被拿來(lái)近使用者的左耳或右耳，其軸稱心形微波束始終將其近零的微波指向使用者頭部。
權(quán)利要求1.一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，包括電偶極子天線，其特征在于一個(gè)與電偶極子天線(1)共軛共舵的磁偶極子天線包括四個(gè)以上具有電磁耦合臂(2)的輻射導(dǎo)體子環(huán)和四個(gè)以上的阻抗變換器(3)，且均勻排布設(shè)于同一平面內(nèi)；四對(duì)以上電磁耦合臂(2)串聯(lián)組成一個(gè)大導(dǎo)體環(huán)，其中部設(shè)有一對(duì)上、下驅(qū)動(dòng)盤(4)，其中部設(shè)有一通孔；每個(gè)子環(huán)的一條耦合臂(2)通過(guò)阻抗變換器(3)與上驅(qū)動(dòng)盤(4)連接，另一條耦合臂(2)通過(guò)另一個(gè)阻抗變換器(3)與下驅(qū)動(dòng)盤(4)連接。一個(gè)電偶極子天線的一對(duì)輻射臂(1)對(duì)稱設(shè)于相鄰兩個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的阻抗變換器(3)上方或下方，其相對(duì)端分別與單饋端對(duì)(5)連接，單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)連接，終端對(duì)(6)與通訊機(jī)的收發(fā)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其特征在于在單饋端對(duì)(5)與終端對(duì)(6)之間設(shè)有由重力敏感邏輯電路控制的四個(gè)開關(guān)組成的可切換驅(qū)動(dòng)連接裝置(7)；開關(guān)S1、S4其一端與一饋端(5)和(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤、下驅(qū)動(dòng)盤相連；開關(guān)S2、S3其一端與另一饋端(5)和(6)相連，另一端分別與上驅(qū)動(dòng)盤、下驅(qū)動(dòng)盤相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其特征在于每個(gè)輻射導(dǎo)體子環(huán)的耦合臂(2)上并聯(lián)，設(shè)有能組成一個(gè)以上具有電磁耦合臂的調(diào)諧臂(8)，且調(diào)諧臂(8)上設(shè)有開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其特征在于在阻抗變換器(3)中間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可設(shè)有延遲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其特征在于每對(duì)電磁耦合臂(2)之間或可設(shè)有電介質(zhì)，或可設(shè)有電導(dǎo)體片，或可設(shè)有電介質(zhì)和電導(dǎo)體片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線，其特征在于大導(dǎo)體環(huán)或?yàn)榫匦?，或?yàn)槎噙呅危驗(yàn)闄E圓形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種手持無(wú)線通訊器的天線,確切地說(shuō)是一種電磁偶極子轉(zhuǎn)向天線,其特征在于:該天線由一個(gè)電偶極子全向天線及與之共軛共舵的磁偶極子全向天線組成。磁偶極子天線包括四個(gè)以上具有電磁耦合臂的輻射導(dǎo)體子環(huán)、四個(gè)以上的阻抗變換器和一對(duì)可翻轉(zhuǎn)電流方向的驅(qū)動(dòng)盤。本實(shí)用新型使用中,當(dāng)將其拿近使用者耳朵時(shí),其輻射波束將自動(dòng)指向外側(cè),對(duì)使用者頭部的輻射降到可能的最低程度,保證了使用者的安全;同時(shí),該天線可使手機(jī)有效半徑擴(kuò)大2倍以上,手機(jī)電池的供電周期延長(zhǎng)4倍以上。該天線在體積小于0.01立方波長(zhǎng)的所有天線中具有最高增益和最大頻寬。
文檔編號(hào)H01Q9/44GK2381031SQ9922834
公開日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1999年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者余俊尚 申請(qǐng)人:余俊尚