一種電磁偶極子擇向天線的製作方法

2023-07-02 19:41:06 2

專利名稱：一種電磁偶極子擇向天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於手持無線通訊器(包括無繩電話、行動電話、蜂窩電話、無線電對講對視機等)的天線。
目前幾乎所有的手機都採用的是電偶極子天線。這種天線在向外界輻射微波信號的同時，也向手機使用者頭部輻射等強度的微波。由於手機與使用者頭相距很近，該電偶極子天線所輻射的高達70％的微波被使用者頭部吸收掉。為了改善這種電偶極子天線可能危害使用者健康的情況，改善輻射效率過低的狀況，本實用新型的必要前提已設制了一種近諧振的磁偶極子天線和一種電磁偶極子轉向天線。上述兩種天線當遇到如距離較遠或受建築物屏蔽時仍存在「掉線」或「斷線」的問題。
本實用新型旨在提供一種既能降低手機微波對使用者健康有危害的可能性，能延長手機電池使用周期，能擴大手機信號帶寬和有效半徑，又能在「掉線」多發場合，如距離較遠或受建築物屏蔽時，最優化地保持信號連續的、有「智能」的電磁偶極子擇向天線。
實現上述目的的技術解決方案是這樣的。
一種電磁偶極子擇向天線，由互相共軛共舵的一個近諧振磁偶極子天線和一個擇向的有效電偶極子天線組成，其特徵在於磁偶極子天線的設於天線中部的上、下驅動盤(1a、1b)與四個以上的並聯驅動端對(2)連接；四個以上阻抗變換器(3)均布於同一平面內；每個阻抗變換器(3)的一個電導體帶(4a)與上驅動盤(1a)連接，另一個導體帶(4b)與下驅動盤(1b)連接；四個以上的串聯驅動端對(5)均布於一個大導體環上，大導體環由四對以上輻射耦合臂(6a、6b)組成；每對輻射耦合臂的外側耦合臂(6a)經過阻抗變換器(3)與上驅動盤(1a)連接，其內側耦合臂(6b)經過阻抗變換器(3)與下驅動盤(1b)連接；上、下驅動盤(1a、1b)與手機的收發器端對連接。
所述一種擇向的有效電偶極子天線，由8個以上的電偶極子輻射臂(8a、8b，8c、8d)，(10a、10b，10c、10d)兩兩相對均布於相鄰兩個阻抗變換器(3)之間；每個輻射臂上均設有開關(7a、7c)，(7b、7d)，(9a、9c)等，其電流通斷狀態由相應的開關或接通或切斷來控制；排布於一固定方向的兩對電偶極子輻射臂不許同時接通，如果輻射臂(8a、8b)接通時，所驅動的電偶極子電流是一個正方向的，如果輻射臂(8c、8d)接通時，所驅動的電偶極子電流是一個反方向的；有效電偶極子電流可恰與每對輻射臂(8a、8c)，(8b、8d)，(10a、10c)，(10b、10d)等，的電流方向相合，也可與由兩對以上的輻射臂電流矢量形成的有效方向相合。
設於同一平面內、由四對以上輻射耦合臂(6a、6b)所組成的大導體環或為多邊形，或為圓形、或為橢圓形；每對耦合臂(6a、6b)之間或可設有電介質，或可插設電導體片。
所述四個以上阻抗變換器(3)設制有同等的有效長度和特性阻抗值；如外顯長度或特性阻抗值不同等時，在阻抗變換器(3)中間或可設有電介質，或可插設導體片，或可插設延遲線。
所述4對以上的電偶極子輻射臂，每2對(8a、8c，8b、8d)，(10a、10c，10b、10d)等，排置於一個固定方向；每一固定方向的前一對(8a、8c、)，(10a、10c)等，可經開關(78、7c)，(9a、9c)等，與上、下驅動盤(1a、1b)連接，以驅動一個正方向的電偶極子電流；每一固定方向的後一對(8b、8d)，(10b、10d)等，可經開關(7b、7d)、(9b、10d)與下、上驅動盤(1b、1a)連接，以驅動一個反方向的電偶極子電流；每2對之間，如(8a、8c)與(8b、8d)之間，或可設有電介質，或可插設導體片，或可改變輻射臂的形狀、長度、寬度或厚度。
每對磁偶極子輻射耦合臂上可設置一對以上的調諧耦合臂；每對電偶極子輻射臂上可設置一對以上的調諧輻射臂。
四個以上阻抗變換器(3)將四個以上磁偶極子的串聯阻抗(5)轉變為驅動盤(1a、1b)的四個以上的並聯導納，該四個以上並聯導納合併起來與電偶極子天線的導納形成複數共軛。這就是本實用新型要求達到的共軛的過程。
該兩個天線在輻射「空間」上，四個以上磁偶極子的輻射耦合臂(6a、6b)產生在一個平面上一個全向性的磁偶極子波束，4對以上電偶極子輻射臂(8a、8b)，(10b、10d)等單獨地或矢量合成地，產生在另一個垂直平面上一個全向性的電偶極子波束。該兩互相垂直的全向波束併合起來形成一個軸對稱的心形波束。這就是本實用新型要求該兩天線在「空間」上達到共舵的過程。在同等體積下，本實用新型的電磁偶極子是所有天線中在輻射時間上和輻射「空間」上達到了最高的優化。
本實用新型具有四方面的優點一、本實用新型體積小，該天線厚度不大於0.125個波長，體種不大於0.02立方波長，適用於各樣手持無線通訊器的天線。
二、該天線在驅動盤間形成一對複數共軛導納，從而達到最高可能的信號頻寬與天線體積比。
三、能輻射軸對稱的心形波束，從而達到最高可能的天線增益與體積比。
四、能把輻射峰值點指向外空、把輻射零值點指向使用者，從而保護使用者的健康，提高電池使用效率。
五、可在天線平面的360度範圍內進行波束引導和最佳方向鎖定，即能「智能」地為波束搜索一個最佳方向以最大程度地避免遠距離或封閉場所下的「掉線」。


圖1為本實用新型為六邊形結構示意圖。
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為本實用新型為四邊形結構示意圖。
圖6為本實用新型為八邊形結構示意圖。
以下結合附圖，通過非限定實施例對本實用新型作進一步地描述。
由圖1可見，該種電磁偶極子擇向天線包括6對環繞的磁偶極子輻射臂(6a、6b)和徑向的電偶極子輻射臂(8a、8d，10a、10d等)。該磁偶極子天線由六對輻射耦合臂(6a、6b)在同一平面內組成一個12邊形的大導體環，其環長約為1.5個波長。每個輻射耦合臂(6a)與一個阻抗變換器(3)的導體帶(4a)連接；另一耦合臂(6b)與阻抗變換器(3)的導體帶(4b)連接。一對上、下驅動盤(1a、1b)對應設於12邊形的中部；每個輻射耦合臂(6a)通過阻抗變換器(3)與上驅動盤(1a)連接，另一個輻射耦合臂(6b)通過阻抗變換器(3)與下驅動盤(1b)連接。
電偶極子天線的六對輻射臂(8a、8c，8d等)均布於同一平面內。每兩對電偶極子輻射臂兩兩上、下相對設於驅動盤(1a、1b)兩邊，如圖4所示。圖4顯示輻射臂(8a、8c)經開關(7a、7c)連接，受驅動盤(1a、1b)驅動一個正方向的電偶極子電流。相反地，如果(7A、7C)斷路，而(7B、7D)通路，輻射臂(8B、8D)可受驅動一個反方向的電偶極子電流。每一個正方向的電偶極子電流能形成一個特定正方向的心形波束，該反方向的電流能使該心形波束髮生180度翻轉。6對輻射臂可以形成6個波束方向。該6對輻射臂的電流又可以形成6個以上有效的新電流方向，每個有效電流可由實體電流的矢量合成，從而造成6個以上新的有效波束方向。
因為旋轉的心形波束的寬度在90度以上，所以只需要有4個以上可用方向，就能實現波束在整個360度區域內的近似平滑而連續的旋轉。所謂「智能」波束引導天線就是運用了波束的360度旋轉能力，使處於幾乎封閉空間內的用戶不斷地搜索一個最容易穿透的「窗口」並且鎖住一個最靈敏的基站。
當作為輻射天線時，本實用新型的具體工作過程是這樣的。整個磁偶極子天線是近諧振的，其六個串聯端對(5)經過阻抗變換器(3)在上、下驅動盤(1a、1b)接口形成的六個並聯端對(2)。驅動接口處的六個並聯導納合併起來與電偶極子天線的導納形成複數共軛。這就是本實用新型要求達到的共軛共舵中的共軛過程。具體的共軛過程式是通過調節磁偶極子輻射臂(6a、6b)和電偶極子輻射臂(8a、8b等)來實現的。結果是，一個手機的收發器端對所連接的驅動盤(1a、1b)在最大的頻寬內只有實部的輻射阻抗，而虛部的反饋阻抗皆近於零。
在圖2中，阻抗變換器(3)的兩導體帶(4a、4b)的一邊與輻射耦合臂(6a、6b)連接，其另一邊與上、下驅動盤(1a、1b)連接。
如圖3中所示，輻射臂(6a、6b)的高度和間距是可調的，實際上是調節輻射段在串聯端對(5)的阻抗，以使磁偶極子天線與一個有效的或實體的電偶極子天線，如圖4中的輻射臂(8a、8c)達到更好地共軛共舵。
在圖4中，顯示了開關(7a、7c)是如何用來驅動一對實體電偶極子輻射臂(8a、8c)的。如果切斷開關(7a、7c)，同時接通(7b、7d)，那麼另一個實體電偶極子電流就會發生反向，由原來從輻射臂(8a)流向(8c)變為從(8d)流向(8b)，於是心形波束就從一個方向翻轉180度而指向相反的方向。
在圖5中，所示的四邊形波束傾斜天線是在正六邊形擇向天線的一個應用變形。環長仍保持1.5個波長，仍採用六個串聯端對(5)來維持大導體環上電流均勻和理想的偶極子特性。特別的是兩個相對較短的阻抗變換器(3)，其中填入了介質，從而保持同等的有效長度和特性阻抗值。輻射臂(8a、8c)(8b、8d被遮住，圖上顯示不出)仍然能夠控制波束在天線左右兩側翻轉。顯然，每一束傾斜的波束都能通過改變電流的方向來翻轉180度。
圖6中，磁偶極子天線由四對輻射耦合臂(6a、6b)組成，且與四對電偶極子天線的輻射臂組合安裝，作用與圖5相似。
權利要求1.一種電磁偶極子擇向天線，由互相共軛共舵的一個近諧振磁偶極子天線和一個擇向的有效電偶極子天線組成，其特徵在於磁偶極子天線中部的上、下驅動盤(1a、1b)與四個以上的並聯驅動端對(2)連接；四個以上阻抗變換器(3)均布於同一平面內；每個阻抗變換器(3)的一個電導體帶(4a)與上驅動盤(1a)連接，另一個導體帶(4b)與下驅動盤(1b)連接；四個以上的串聯驅動端對(5)均布於一個大導體環上，大導體環由四對以上輻射耦合臂(6a、6b)組成；每對輻射耦合臂的外側耦合臂(6a)經過阻抗變換器(3)與上驅動盤(1a)連接，其內側耦合臂(6b)經過阻抗變換器(3)與下驅動盤(1b)連接；上、下驅動盤(1a、1b)與手機的收發器端對連接。所述一種擇向的有效電偶極子天線，由8個以上的電偶極子輻射臂(8a、8b，8c、8d)，(10a、10b，10c、10d)等兩兩相對均布於相鄰兩個阻抗變換器(3)之間；每個輻射臂上均設有開關(7a、7c)，(7b、7d)，(9a、9c)等其電流通斷狀態由相應的開關或接通或切斷來控制；排布於一固定方向的兩對電偶極子輻射臂不許同時接通，如果輻射臂(8a、8c)接通時，所驅動的電偶極子電流是一個正方向的，如果輻射臂(8b、8d)接通時，所驅動的電偶極子電流是一個反方向的；有效電偶極子電流可恰與每對輻射臂(8a、8c)，(8b、8d)，(10a、10c)，或等(10b、10d)，的電流方向相合，也可與由兩對以上的輻射臂電流矢量形成的有效方向相合。
2.根據權利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特徵在於設於同一平面內，由四對以上輻射耦合臂(6a、6b)所組成的大導體環或為多邊形，或為圓形、或為橢圓形；每對耦合臂(6a、6b)之間或可設有電介質，或可插設電導體片。
3.根據權利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特徵在於所述四個以上阻抗變換器(3)設制有同等的有效長度和特性阻抗值；如外顯長度或特性阻抗不同等時，在阻抗變換器(3)中間或可設有電介質，或可插設導體片，或可插設延遲線。
4.根據權利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特徵在於所述4對以上的電偶極子輻射臂，每2對(8a、8c，8b、8d)，(10a、10c，10b、10d)等，排置於一個固定方向；每一固定方向的前一對(8a、8c、)、(10a、10c)等，可經開關(7a、7c)，(9a、9c)等，與上、下驅動盤(1a、1b)連接，以驅動一個正方向的電偶極子電流；每一固定方向的後一對(8b、8d)，(10b、10d)等，可經開關(7b、7d)，(9b、9d)與下、上驅動盤(1b、1a)連接，以驅動一個反方向的電偶極子電流；每2對之間，如(8a、8c)與(8b、8d)之間，或可設有電介質，或可插設導體片，或可改變輻射臂的形狀、長度、寬度或厚度。
5.根據權利要求1所述的一種電磁偶極子擇向天線，其特徵在於每對磁偶極子輻射耦合臂(6a、6b)上可設置一對以上的調諧耦合臂；每對電偶極子輻射臂上可設置一對以上的調諧輻射臂。
專利摘要本實用新型涉及一種用於手持無線通訊器的天線。該天線運用共軛共舵的一種磁偶極子天線和一種有效的、擇向的電偶極子天線,其特徵在於:輻射一個立體、軸對稱的心形波束,自動將輻射峰值點指向使用者的外空,並在「掉線」多發場合,如距離較遠或受建築物屏蔽時,旋轉該心形波束360度,有「智能」地搜索而鎖住一個增益最高的「窗口」。該天線不僅能降低手機微波對人體的危害,能延長手機電池使用周期,能在360度範圍內最優化地保持微波信號的連續,又有在同等體積下產生最大的頻寬,從而最適用於碼分多址(CDMA)無線通訊機。
文檔編號H01Q3/00GK2386541SQ9922834
公開日2000年7月5日 申請日期1999年5月14日 優先權日1999年5月14日
發明者餘俊尚 申請人:餘俊尚