一種圓極化手機天線的製作方法

2023-05-18 09:09:16 1

專利名稱：一種圓極化手機天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及天線技術，具體地說是一種用於雙星定位系統的圓極化手機天線。
背景技術：
當今國際上廣泛使用的衛星電話手機天線、全球定位系統GPS手機天線，多數為四線螺旋天線和微帶天線，但它們均為單一圓極化方式，且工作在單一波段。例如，GPS右旋圓極化(RHCP)天線就是這種。全球定位系統GPS用戶雖然有f1＝1227MHZ和f2＝1575MHZ兩個接收工作頻段，但又都落在L波段，不僅如此，而且極化方向相同，即均為右旋圓極化(RHCP)，不能滿足雙星定位用戶機手機天線的需要。為此現有手機也有採用把兩個相同結構的雙頻反旋圓極化微帶天線一左一右安放在手機頂蓋上，作為內置雙頻反旋圓極化天線使用。但這種天線不僅存在固有的45°以下低仰角性能很差，而且由於兩個雙頻天線靠得很近，相互耦合影響，造成天線性能下降，仍然達不到雙星定位用戶機手機天線的要求。
實用新型的內容本實用新型的目的是提供一種性能基本滿足雙星定位用戶機手機天線需要的雙頻反旋圓極化手機天線，以克服上述圓極化手機天線的不足。
實現本實用新型目的的技術方案是採用由圓柱狀的寬波束四線螺旋天線和平面狀的微帶貼片天線組合成雙頻反旋結構，兩個不同結構的天線分別以反旋圓極化工作在L、S兩個不同波段，且S波段工作的圓極化天線，在手機蓋上的位置固定不動，L波段工作的圓極化天線在手機蓋上的位置為摺疊結構，工作時伸出或者展開，不工作時則摺疊在手機機殼的側邊或手機的背面。
上述天線，將其圓柱狀的寬波束四線螺旋天線設置為上下伸縮結構安裝在手機蓋側面，作為L波段的左旋圓極化天線；將平面狀的微帶貼片天線固定安裝在手機蓋上，作為S波段的右旋圓極化天線。
上述天線，如果將其微帶貼片天線採用前後摺疊結構安裝在手機蓋上面，作為L波段的左旋極化天線，將圓柱狀的寬波束四線螺旋天線採用固定結構安裝在手機蓋側面，作為S波段的右旋圓極化天線。
上述天線中的寬波束四線螺旋由四根形狀不同的金屬螺旋線組成，其中有一根螺旋線既為同軸饋線的外導體，又為四線螺旋天線的一個臂；四根螺旋線組成兩對長度不等、彼此正交的螺旋環。
上述天線中的微帶貼片是具有兩個切角的方環，該方環採用同軸線直接饋電，同軸插座的探針經介質基板與貼片相連接，同軸插座的外導體與接地板相連接。
本實用新型由於採用了由一個為圓柱狀結構，另一個為平面結構的組合式外置手機天線極大的減少了雙頻天線的相互耦合影響，充分發揮出各天線原有的性能。經實測四線螺旋天線垂直面半功率波束寬接近140°～130°最大增益接近4dB，微帶天線的最大增益也接近4dB，垂直面半功率波束寬雖然只有80°～90°，但通過人為手動可補償其低仰角性能。同時由於採用了同軸線直接饋電的單饋技術，使其具有饋電簡單，結構更小巧之優點。


圖1是本實用新型的第一種實施例圖圖2是本實用新型的第二種實施例圖圖3是平面圓極化手機天線的結構示意圖圖4是平面圓極化手機天線的剖視圖圖5是圓柱狀圓極化手機天線的結構示意圖圖6是平面圓極化手機天線的垂直面實測圓極化方向圖圖7是平面圓極化手機天線的實測軸比方向圖圖8是圓柱狀圓極化手機天線的方向圖圖9是圓柱狀圓極化手機天線的實測軸比方向圖具休實施方式參照圖1，本實用新型的雙頻反旋圓極化手機天線是由S波段右旋圓極化微帶貼片天線1和L波段左旋圓極化四線螺旋天線4組合而成。帶貼片天線1為平面結構，固定在手機機殼3的頂蓋5上。螺旋天線4為圓柱狀可伸縮結構，固定在手機機蓋3的側面。工作時，將其圓柱狀螺旋天線4伸直向上與微帶貼片天線1垂直，不工作時，可將圓柱狀螺旋天線4摺疊安放在手機機殼3的側面6內。
參照圖2，本實用新型雙頻反旋圓極化手機天線是由S波段右旋圓極化四線螺旋天線9和L波段左旋圓極化微帶貼片天線10組合而成。S波段右旋圓極化四線螺旋天線9為圓柱狀固定結構，固定在手機機殼3頂蓋5的一個角上。L波段左旋圓極化微帶貼片天線10平面形會摺疊結構，安裝在手機機殼3的背面8上。工作時，將該微帶貼片天線10翻起與螺旋天線9垂直，不工作時，可將該微帶貼片天線10扣下與螺旋天線9平行，如圖中虛線11所示位置。
參照圖3和圖4，1/(10)表示在圖1中的微帶貼片天線1和在圖2中的微帶貼片天線10，這兩種貼片天線均為結構形式相同，尺寸和饋電位置不同、極化方向相反的平面天線。該平面天線的切角14、15的尺寸ΔL＜＜λ0，微帶方環的外邊長為L2，方環的內邊長為L3，16為中心方孔，貼片13在雙面覆銅介質基板12上通過印刷電路技術加工而成，17為貼片13的接地板。探針18的一端通過介質基板12上的孔與貼片13焊接，22為饋電點A。同軸插座19的內導體21與探針18的另一端相連，同軸插座19的外導體20與接地板17相連，構成右旋圓極化天線。調整饋電點A到貼片13邊緣的距離d，可以使天線匹配。如果用平面天線1/(10)作為左旋極化天線則饋電點為B點23。
參照圖5，圓柱狀螺旋天線4為自相位λ/2半圈四線螺旋天線。主要由3根金屬螺旋線25、26、28和同軸線24的外導體27組成。25、27組成的一對螺旋線，26、28組成另外一對螺旋線，它們彼此正交。為了得到圓極化心臟形方向圖所必須的90°相差，調整螺旋線26、28的長度稍小於λ0/2，呈容性，相位超前45°，調整螺旋線25、27的長度稍大於λ0/2，呈感性，相位落後45°。根據定義，大姆指指向傳播方向，相位由超前向滯後方向旋轉，如果四指的旋轉方向符合左手法則，則為左旋圓極化天線，如果四指的旋轉方向符合右手法則，則為右旋圓極化天線。螺旋線25、26、27、28的上端，先按照四線螺旋天線的直徑向內彎折成水平，再將短螺旋線26的末端29與相鄰長螺旋線25的末端33及同軸饋線24的內導體32相連，將短螺旋天線另一臂28的末端31與長螺旋天線的另一臂27(實際上是同軸線24的外導體)的末端30相連。螺旋天線的另一端也要向內彎折成水平，把一對短螺旋天線26、28的末端35、34相連，把一對長螺旋天線25、27的末端36、37相連，再用短路線38把34、35和36、37相連。同軸線24的末端接同軸插座39，以便與功放或低噪聲放大器相連。這樣就完成了用無窮巴倫給對稱螺旋天線的平衡饋電，且實現左旋圓極化(LHCP)。
圖1中平面天線1和圖2中平面天線10通過不同的安裝方式，構成不同波段的微帶天線。即將圖1中的微帶貼片天線1固定不動安裝，工作在S波段；但將圖2中結構形式與1相同的微帶貼片天線10安裝成摺疊式，使用時打開，不用時摺疊在手機機殼的背面8上，工作在L波段。同樣，圖1中圓柱狀四線螺旋天線4和圖2中圓柱狀四線螺旋天線9也是結構相同大小不同，通過不同的安裝方式，構成不同波段的天線。在圖1中將四線螺旋天線4安裝採用摺疊使用方案，工作在L波段。不用時，將其天線摺疊在手機機殼3的側面6旁，如圖1中的虛線部分2。但將圖2中四線螺旋天線9固定不動安裝，兩對不等長螺旋線26、28和25、27與同軸饋線內外導體27、32的連接方法按照右手法則，四指的旋轉方向要按相位由超前向滯後方向旋轉的原則連接，螺旋線的繞向可由圖1螺旋天線4的左旋變為右旋，即則天線工作在S波段。
參照圖6和圖7，微帶貼片天線的半功率波束寬度為93°。在近180°的角域範圍內，軸比AR≤3dB，可見寬角軸比性能很好。用線極化標準增益喇叭天線實測了方環微帶貼片天線的增益，最大增益為4dB。垂直面波束寬度雖然窄了點，但可以手動天線來補償。
參照圖8和圖9，四線螺旋天線的半功率波束寬度為120°，四線螺旋天線的實測軸比方向在寬角範圍內，軸比性能都是非常好的。
權利要求1.一種圓極化手機天線，採用雙頻反旋結構，其特徵在於該雙頻反旋結構是由圓柱狀的寬波束四線螺旋天線(4)或(9)和平面狀的微帶貼片天線(1)或(10)兩個不同結構天線組合而成，這兩個不同結構的天線分別為左、右旋圓極化和在L、S兩個不同波段工作，且在S波段工作的圓極化天線，在手機蓋上的位置固定不動，在L波段工作的圓極化天線在手機蓋上的位置為摺疊結構，工作時伸出或者展開，不工作時則摺疊在手機機殼的側邊或手機的背面。
2.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於將圓柱狀的寬波束四線螺旋天線(4)採用上下伸縮結構安裝在手機蓋側面，可作為L波段的左旋極化天線；將平面狀的微帶貼片天線(1)固定安裝在手機蓋上，作為S波段的右旋圓極化天線。
3.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於微帶貼片天線(10)採用前後摺疊結構安裝在手機蓋正面，作為L波段的左旋圓極化天線，將圓柱狀的寬波束四線螺旋天線(9)採用固定結構安裝在手機蓋側面，作為S波段的右旋極化天線。
4.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於圓柱狀的寬波束四線螺旋天線由四根形狀不同的螺旋線(25)、(26)、(27)和(28)組成，該螺旋線(27)既為同軸饋線(24)的外導體，又為四線螺旋天線的一個臂；螺旋線(25)與(27)，螺旋線(26)與(28)分別組成兩個長度不等、相位不同、彼此正交的螺旋環。
5.根據權利要求1或4所述的天線，其特徵在於螺旋線(28)的末端(31)與螺旋線(27)的末端(30)相連，螺旋線(26、28)的末端(29、31)分別與同軸線(24)的內導體(32)相連，螺旋線(26)的一端(35)與螺旋線(28)的另一端(34)相連接，螺旋線(27)的另一端(37)與螺旋線(25)的另一端(34)相連接，四個埠(34、35)與(36、37)通過短路線(38)相連接。
6.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於平面狀的微帶貼片天線(1)或(10)為具有兩個切角(14)、(15)的方環，該方環採用同軸線直接饋電，同軸插座(19)的探針(18)經介質基板(12)與貼片(13)相連接，同軸插座的外導體(20)與接地板(17)相連接。
專利摘要本實用新型提供了一種圓極化手機天線。該天線是由圓柱狀的寬波束四線螺旋天線(4)或(9)與平面狀的微帶貼片天線(1)或(10)兩個不同結構天線組合構成雙頻反旋結構，兩天線分別為作在L波段和S波段，分別為右旋圓極化天線和左旋圓極化天線，安裝在手機蓋的正面和側面。其中，在S波段工作的圓極化天線，在手機蓋上的位置固定不動，在L波段工作的圓極化天線為摺疊式，工作時伸出或者展開，不工作時則摺疊在手機機殼的側邊或手機的背面。該圓極化天線，具有相互影響小、天線和饋電結構簡單、電性能相對較好的特點，可作為雙星定位用戶機手機天線，也可以把S波段天線作為差分全球定位系統GPS手機天線使用。
文檔編號H04M1/02GK2627771SQ0326247
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者劉軍州, 任輝, 賀大治, 王小龍, 張培團, 俱新德 申請人:西安海天天線科技股份有限公司