專利名稱：用于帶有可收縮天線無線電話的天線屏蔽的制作方法
技術領域：
本發明領域本發明涉及電話，更具體地涉及用于使帶有可收縮天線的電話內元件之間干擾最小的屏蔽。
本發明背景許多無線電話使用可收縮天線，即可從無線電話機殼伸展出和收縮的天線。可收縮天線被電連接到位于內部安置的印刷電路板上的信號處理電路。不幸地是，可收縮天線與無線電話機殼內某些電子元件的緊密靠近會引起各種操作問題。例如，不穩噪聲和輻射能量可以進入接收機并減退無線電話的性能。另外，用戶的手與收縮的天線緊密接近會影響無線電話的方向圖并產生不希望的失諧效應。
為優化操作，信號處理電路與天線應當相互連接，以致它們的各自阻抗基本上“匹配”。可是，一個可收縮天線由于其自身特性而具有動態元件，即相對機殼和印刷電路板移動或平移的元件。因此，一個可收縮天線一般不具有單一阻抗值使匹配系統復雜化。相反，當伸展時與收縮狀態相比，可收縮天線一般產生很大不同的阻抗值。因此，阻抗匹配系統改變天線的阻抗以適當地與當天線收縮與伸展時都匹配終端阻抗。這樣，如同本領域技術人員已知的，帶有可收縮天線的無線電話一般包括匹配電路，一個與伸展狀態有關和一個與收縮狀態有關。在伸展狀態，該天線一般利用半波長(λ/2)負載工作。在此情況下，有關阻抗可以升高到600歐姆。相反，在收縮狀態，該天線桿一般利用四分之一波長(λ/4)負載工作，具有一般近似50歐姆的阻抗。因此，當該天線處于伸展狀態時可能需要或希望一個L-C匹配電路匹配額外阻抗。
由于無線電話小型化和內部安置印刷電路板使匹配網絡的物理配置進一步復雜。許多更流行的手持電話正小型化。實際上，許多現代機型只有11-12厘米長。因為印刷電路板安置在無線電話內部，對應便攜無線電話的小型化其尺寸也縮小。不幸地是，由于印刷電路板在尺寸上減小，可用于支持所需要操作和性能參數以及隔離無線電話的電子元件的可利用空間大小一般相應地減少。因此，希望高效并實在地利用無線電話內和印刷電路板上的有限空間。
過去，已經描述了用于電子元件的各種屏蔽。許多這些屏蔽包括固定在電子元件上的基壁(Base Wall)墻和依附在基壁上的蓋子。例如，Lange、Sr等人的美國專利5354951說明了一種多片屏蔽裝置。不幸地是，此類屏蔽不可能保護可收縮天線不受靠近和敏感電子元件的影響。另外，包括多片的此類裝置可能泄漏，這又使能量、噪聲或RF輻射進入并使接收機過載。此類屏蔽還不能處理上述不希望方向圖。
本發明目的和概述考慮上述情況，因此本發明的目的是以使無線電話性能降低最小的方式將電子線路與可收縮天線屏蔽。
本發明的另一個目的是一種經濟、組裝容易的屏蔽，使進入接收機的不需要電磁噪聲和進入接收機的所輻射的發射機能量引起的性能降低最小，并改善無線電話產生的方向圖。
本發明的又一個目的是提供一種屏蔽，其相對緊湊和當該天線收縮時能夠被電結合到匹配電路內。
按照本發明，可以通過一個位于無線電話機殼內鄰近電路板的導電(最好金屬化)天線導管組件提供這些和其它的目的、優點和特征，該組件在此屏蔽、引導和保持可收縮天線。金屬化導管的長度可以被改變并電連接到匹配電路，起一個電感或電容元件的作用。
具體地，本發明的第一方面包括一個天線導管組件，其包括一個具有導電核心和外表面并包括通過其中心而限定中心軸的相對的第一和第二端圓柱體天線。該天線導管組件也包括一個延伸的圓柱體天線導管沿中心軸與該天線徑向對準。該天線導管配置得容納在其中的天線。圓柱體天線導管具有不導電的內部表面和導電的外表面，而且該天線收縮進或伸展出天線導管，以致當該天線收縮時該天線的主要部分封閉在內。優選地，天線導管具有安置在無線電話內相對的第一和第二端，以致天線導管的第二端與該天線第一端被分開，而且天線導管的第二端被有效地電接地。
有利地，天線導管的電長度可以按照某個所需要工作特性調節。例如，為電長度少于λ/4，天線導管可以起與匹配電路電連接的電感作用。類似地，在天線導管具有大于λ/4電長度的場合，天線導管可以起電容的作用。另外，如果該導管具有等于λ/4的電長度，它可以在端部接地，以致其相對無線電話內的匹配網絡起開路作用。
在優選實施例中，天線導管組件被安置在無線電話內，該無線電話包括內置印刷電路板和固定在印刷電路板上的電接地。天線導管和收縮的天線接地以為無線電話內產生的輻射提供電通路，該通路沿著導管周圍并與天線的線性元件分開。
本發明的另外方面在于天線屏蔽。該天線屏蔽包括包括一個帶有不導電內表面和導電外表面的伸展的圓柱體管。圓柱體管配置得其內可容納收縮的無線電話天線的主要部分，和該天線屏蔽被電連接到電接地，以致該管限定了一個外部導電通路，該通路沿管的外表面縱向向上和無線電話外端部引導輻射。
本發明的又一個方面是具有匹配系統的無線電話。該無線電話包括一個具有頂和底的無線電話外殼和與信號饋源有效連接的印刷電路板。無線電話也包括一個匹配電路和安置在外殼內的一個天線導管。天線導管具有一個在其中的開孔并帶有相對的第一和第二端。第一端被定位在相鄰無線電話外殼頂部，而第二端的外表面被有效接地。無線電話也包括適合于容納在天線導管開孔內的縱向伸展的天線，以便該天線相對天線導管自由地收縮和伸展。該天線包括高和低電觸點，以便當該天線收縮時高觸點與信號饋源連通以限定第一信號路徑，而當該天線伸展時低觸點與匹配電路電連通。
在優選實施例中，天線導管具有一個預定長度，并配置得限定部分匹配電路。當天線收縮到導管內時，天線導管和天線最好也有效電接地。
另外，當該天線收縮時天線導管最好配置得形成無線電話匹配電路電感和電容元件之一。電容或電感狀態對應于從電接地位置計量的天線導管電長度和導管導電長度。
本發明另一個方面是一種方法，用于從無線電話內的天線沿縱向路徑將RF輻射傳播出無線電話。該無線電話包括一個具有頂負載元件的可收縮天線。該方法包括在無線電話內定位導電管狀天線導管。該天線被平移以便該天線的主要部分定位在管狀天線導管內。從無線電話內天線所產生的RF輻射沿該天線傳播，該傳播由天線導管引導以便大部分RF輻射沿該天線傳播并在頂負載元件處傳出無線電話。最好，傳播步驟是由在天線導管內沿天線導管到該天線元件的長度容納輻射實現的，因此提供縱向輻射路徑。當該天線收縮時，天線導管最好也作為定位在無線電話內的匹配電路中的元件電連接。有利地，由該屏蔽限定RF輻射路徑和該天線提供了更有效的無線電話輻射器。
有利地，本發明應用相對不貴、組裝簡易的金屬化延伸屏蔽以將該天線引導并保持在電話內，并保護內部電路不受那些噪聲和輻射的影響，這些噪聲和輻射能夠產生不希望的工作性能。另外，這類設計可以沿改善的RF輻射放電路徑在內部引導所產生的輻射離開無線電話，和甚至可以用于在無線電話內形成匹配網絡的一部分。
在下面所闡述的說明書中將詳細解釋本發明的上述和其它目的。
附圖簡介

圖1是按照本發明的具有天線屏蔽的無線電話的剖透視圖。
圖2是圖1中沿線2-2截面的截面圖。
圖3是按照本發明實施例的天線組件的示意圖。
圖4是按照本發明的匹配電路的示意圖。
圖4A是與天線導管電長度相關阻抗的圖解。
圖5是按照本發明天線屏蔽的放大的透視圖。
圖5A是圖5中的天線屏蔽另外實施例的局部視圖。
優選實施例的說明現在參照附圖將更全面地描述本發明，在附圖中表示了本發明的優選實施例。可是，本發明可以用許多不同形式實現，而且不認為受在此所闡述的實施例的限制。相似數字代表相似元件。為清楚將各層放大。
在應用中，已經使用某些術語描述某些特征的位置關系。如同在此所使用的，術語“縱向”和其派生詞是指由包括有關天線的無線電話外殼縱向軸限定的總方向，當用戶手持在手中時該天線在無線電話相對的頂端和底端之間向上或向下伸展。如同在此所使用的，術語“外部”、“向外”、“橫向”和派生詞是指由無線電話縱向軸啟始和與其水平和垂直伸展的向量所限定的方向。相反地，術語“內部”、“向內”和其派生詞是指與向外方向相反的方向。“向內”和“向外”方向一起構成“橫向”方向。
現在參照附圖，圖1說明了按照本發明帶有定位在無線電話外殼20內天線屏蔽15的無線電話10的優選實施例。無線電話10包括一個可收縮天線30，尺寸配置得可以容納在天線屏蔽15的開孔45(圖3)中。優選地，該天線30沿中心軸50與屏蔽15徑向對準(該軸由在天線30相反端之間延伸的線所限定)(圖1)。因此，該天線30可以自由地沿中心軸50在屏蔽15中移入和移出，對應該天線相對無線電話外殼20的收縮和伸展。
如圖1所示，無線電話10還包括一個信號饋源60與印刷電路板65有效連接。信號饋源60向和從天線饋電，即進或出無線電話。優選地，如同本領域技術人員所理解的，印刷電路板65配置得通過天線30經過信號饋源點60接收(和發射)電信號。
在優選實施例中，如圖3所示，該天線30包括導電的頂部和底部觸點38、39。當該天線30收縮時，頂部觸點38與信號饋源60有效連接。類似地，當該天線30伸展時(一般通過下面進一步描述的匹配電路)底部觸點39與信號饋源60有效連接。信號饋源60將該天線30連接到印刷電路板65上的某個元件或電路。
圖1說明了某些產生噪聲、射頻(RF)輻射等(或可能不希望地受其影響)的元件。所示的項目包括一個天線共用器70、一個接收機72、一個邏輯電路部分74和收縮天線元件33(圖3)(未屏蔽時)。因此，如圖所示，可收縮天線比較靠近敏感電子線路定位。本發明認為可能由于收縮天線與某些元件緊密靠近產生性能問題，因此為天線自身提供了一個導電屏蔽。該設計有利地提供了雙向保護。即，在工作中，本發明提供了保護電子線路避免天線輻射的導電屏蔽，也排除或減少了由電子線路產生而進入天線桿33的輻射。例如，在常規無線電話中，收縮天線元件33可以在內部輻射發射機能量以致泄漏到天線共用器70附近和進入接收機72前級，可能引起過載并干擾接收。類似地，來自電話邏輯電路部分74的電磁噪聲具有也可以干擾接收的頻譜成分。另外，即使這些元件使用如上所述的常規電子機殼類型屏蔽，來自該屏蔽或來自未屏蔽元件的任何泄漏可能進入收縮天線元件。
優選地，如圖3所示，該天線30配置得成為連接一個線性桿狀元件33的一個頂負載單振子元件(例如一個螺旋線31)。如圖2所示，直線元件33一般包括一個具有不導電外表面33b的導電芯33a，優選地，該天線30配置得作為在伸展狀態的半波長和收縮狀態的四分之一波長工作。可是，如同本領域技術人員所知，該天線30可以另一個方式配置。因此，盡管描述為在伸展狀態的半波長和收縮狀態的四分之一波長短截線(通過螺旋線31)工作的頂負載單極天線，本發明不限于這種天線負載或配置，也可以在本發明中應用另一個方式的天線配置。例如，具有半波長整數倍的一個天線負載，或一個線圈，圓盤或其它類型天線負載元件。
在優選實施例中，天線30的電長度(一般由頂負載元件31和直桿33的長度限定)是預定的。更優選地，天線30的電長度配置得提供半波長或半波長的整數倍，以便天線30與工作頻率諧振。也如圖1所示，天線屏蔽15優選地包括一個有效連接電接地99的低觸點139。
應理解，當該天線30伸展時天線體的主要部分在機殼20外，相反，當該天線30收縮時天線30的主要部分安置在屏蔽15內，而屏蔽15保留在無線電話機殼20內。在工作中，天線桿30伸進伸出機殼通路40并沿中心軸50對準的屏蔽開孔45。因此，該天線30與機殼20接合以便通過該天線30相對安置在機殼20內的信號饋源60的位置限定和啟動不同電路路徑。換一種說法，該天線30對應該天線的收縮和伸展接合第一和第二信號路徑，如同下面將更詳細描述的。
參照圖2，沿圖1中線2-2的截面圖說明了容納在天線屏蔽開孔45內的該天線直線元件33。直線元件或桿33優選地徑向對準并由天線屏蔽15圍繞。該天線屏蔽開孔45優選地具有一個不導電的內壁表面80和一個導電的外表面82。另一個方式，離開天線桿芯33a安置的中間表面(未示出)可以是導電的。不導電內表面有助于防止與天線桿無意的短路，而導電外表面82提供了集中導電性，沿所需要的出口路徑100屏蔽和引導輻射(圖1)。
如圖1、2和5所示，導電外表面82保留、發射或屏蔽依賴輻射能量源頭的輻射或電流。即，起因于收縮天線芯元件33的輻射大部分包含在屏蔽15內并在所需要位置被傳播出去來自無線電話邏輯電路部分74的輻射引導離開天線桿33并到導電外表面接地。每種類型的輻射(數字或RF)因此被理想地在天線屏蔽周圍或之中被加以引導。優選地，RF輻射(在無線電話的工作頻率上例如800MHz)沿所需要輻射路徑100傳播，該路徑是沿天線屏蔽15的長度延伸并到無線電話機殼20外的縱向路徑。優選地，該輻射被引導出去并到天線的頂部元件31。因此，RF輻射被有利地向上引導出電話的頂部(并離開一般較靠近用戶的橫向方向)，當該天線收縮時電話機和天線30與屏蔽15一起起更有效的輻射器的作用。
圖3說明了收縮到天線屏蔽15內的天線30的優選實施例。如圖所示的，當天線收縮時與螺旋體31相對的該天線30桿端有效地連接電接地99。固定的天線屏蔽15也在該屏蔽的低部優選地連接到電接地99。然后桿33和屏蔽15一起組成同軸傳輸線。當兩者接地和當屏蔽/桿為四分之一波長時，反映在天線饋源60的阻抗非常大(即，基本上起開路的作用)。可是，天線屏蔽15的電長度可以改變。該長度最好使屏蔽15可以用于形成部分匹配網絡的一部分(圖4，110)。如圖3所示，當天線30收縮在其中時桿端部電觸點39最好也與屏蔽觸點139接合以接觸地99。
具有匹配和轉換系統的無線電話對本領域技術人員是公知的。適合的系統的例子包括在1997年5月20日由Gerard J.Hayes和Howard E．Holshouser申請的標題為“Radiotelephones With AntennaMatching Switching System Configuration”的未審結專利申請08/858982中所述內容。其它的另一種方式在1997年4月29日由Howard E.Holshouser申請的標題為“Radiotelephones WithIntegrated Antenna Matching Systems”的未審結專利申請08/841193中描述。當天線伸展時一般使用匹配電路，但是當天線收縮時也使用匹配電路幫助改善匹配。在本發明中，天線屏蔽15可以形成部分匹配網絡，該匹配網絡在天線收縮時有效。相反，當天線伸展時天線屏蔽15最好完全不在信號電路中。如圖4所示，收縮的匹配電路110包括電感性元件120和電容性130元件。本發明可以改變屏蔽15的長度以便它可以起電感性或電容性元件的作用，然后當天線30收縮時可以有利地電連接以形成部分匹配電路。更特別地，如圖4A所表示的，屏蔽1 5的電長度(由1/4波(“λ”)，1/2λ，和3/4λ標記表示)限定了屏蔽15的電感性或電容性特性，因此在匹配電路110中使用。圖4A圖示說明了在數學上表示根據形成同軸傳輸線的屏蔽15的電長度而從電感性(X軸以上)到電容性狀態(X軸以下)改變的正切函數。
在優選實施例中，天線屏蔽15外表面被金屬化以形成導電的外表面82。天線導管15外表面以許多方式金屬化，例如但不限于通過在鍍鋅材料上鍍銀，或通過使用銅箔，或通過使用在非導電基片或聚合物材料上的編織套(圖5A)。金屬鍍層最好也是4-5層深。本領域技術人員應當理解“層”深取決于支撐材料的電阻系數和無線電話的工作頻率。這類深度或鍍層厚度應足夠提供對高頻率電流的低阻抗。在優選實施例中，天線30和信號饋源60有效地限定了對應天線伸展和收縮的第一和第二信號路徑。參照圖3，當天線收縮時接合第一信號路徑。該信號路徑由頂負載元件31、高天線觸點38、匹配電路(圖4)和信號饋源60限定。當該天線伸展時接合第二信號路徑。第二信號路徑由頂負載元件31、直線桿33、低觸點39和信號饋源60限定。
天線屏蔽15最好也配置得以便當處于收縮狀態時封閉天線桿元件33。在實施例中，當天線收縮時，屏蔽的頂部在天線開孔處緊密靠近無線電話機殼20并連續向下伸展足夠距離以圍繞天線元件。優選地，屏蔽底端由安置在開孔45上的導電觸點139封閉。因此，收縮天線低觸點可以與屏蔽觸點139接合并連接到接地99。通過在屏蔽內封閉桿元件，RF輻射的傳播更有效，因為它被保持在天線屏蔽內和因此使天線在所希望的輻射路徑內和可以減少任何不需要的RF輻射(例如進入無線電話其它元件或橫向離開桿)。
盡管描述了用于無線電話的本發明，該屏蔽也方便地適合于其它設備使用，尤其是利用可收縮天線工作的通信設備等。
如同在此所使用的，術語“印刷電路板”是指包括任何微電子封裝基片。
上述內容是對本發明的說明而不認為是對本發明的限制。盡管已經描述了幾個本發明的示范性實施例，本領域技術人員可以理解，在不實質地脫離本發明新穎教導和優點情況下對示范性實施例可以進行許多修改。因此，所有這種修改認為包括在由權利要求書所限定的本發明范圍內。在權利要求書中，裝置加功能的條項是用來包括在此描述的執行所引用功能的結構，不僅結構性等同物而且等同結構。因此，應當理解上述內容對本發明是說明性的，而不認為限于所公開的特別實施例，對所公開實施例的修改還有其它實施例企圖被包括在附加的權利要求書范圍內。本發明由下列權利要求書和在此包括的權利要求書的等同物限定。
權利要求
1．一種天線組件，包括一個具有頂負載元件和直線元件的天線，所述直線元件具有導電的芯和外表面，所述天線包括相對的第一和第二端，穿過其中心限定一個中心軸；一個延伸的圓柱體導管沿中心軸與所述天線徑向對準，所述天線配置得在其中容納所述天線，其中所述圓柱體導管具有不導電內表面和導電外表面，和其中所述天線這樣收縮進或伸展出所述導管以致當所述天線收縮時所述天線的主要部分被封閉在其中。
2．根據權利要求1的一種天線組件，所述導管具有相對的第一和第二端，所述導管的第二端與所述天線的第一端隔離開，其中所述導管第二端與電接地有效連接。
3．根據權利要求1的一種天線組件，在與無線電話組合中，所述無線電話包括一個內置印刷電路板和一個附著在所述印刷電路板上的電接地，其中所述天線導管和所述收縮天線利用所述接地接合以為在無線電話中產生的輻射提供屏蔽。
4．根據權利要求3的一種天線組件，其中所述導管具有小于λ/4的電長度。
5．根據權利要求3的一種天線組件，其中所述導管具有大于λ/4的電長度。
6．根據權利要求3的一種天線組件，其中所述導管具有等于λ/4的電長度。
7．根據權利要求3的一種天線組件，在與無線電話組合中，其中所述無線電話包括其內的一個匹配電路，和其中所述導管與所述匹配電路連接作為電感性元件。
8．根據權利要求4的一種天線組件，在與無線電話組合中，其中所述無線電話包括其內的一個匹配電路，和其中所述導管與所述匹配電路連接作為電感性元件。
9．根據權利要求5的一種天線組件，在與無線電話組合中，其中所述無線電話包括其內的一個匹配電路，和其中所述導管與所述匹配電路連接作為電容性元件。
10．根據權利要求6的一種天線組件，其中所述無線電話包括一個信號饋源，和其中所述天線和所述信號饋源限定了第一和第二信號路徑以致當所述天線收縮時所述第一信號路徑工作而當所述天線伸展時所述第二信號路徑工作。
11．一種天線屏蔽，包括一個具有不導電內表面和導電外表面的延伸圓柱體管，其中所述圓柱體管配置得在其中容納收縮無線電話天線的主要部分，和其中所述管電連接到電接地以致所述管限定一個向外的導電路徑，當該天線收縮時該路徑沿所述管的外表面將輻射縱向引導出無線電話端部。
12．一種具有匹配系統的無線電話，包括一個具有頂部和底部的無線電話機殼；一個印刷電路板與安置在所述機殼內信號饋源和匹配電路有效連接；一個具有在其中開孔的導電天線導管，安置在所述無線電話機殼中，所述天線導管具有相對的第一和第二端，所述第一端位于鄰近所述無線電話機殼頂部，所述第二端外表面與電接地有效連接；和一個縱向伸展天線，適合于容納在所述天線導管開孔中，以致所述天線自由地相對導管收縮和伸展，所述天線包括高和低電觸點，其中當所述天線收縮時所述高觸點與所述信號饋源和所述匹配電路電連接以限定第一信號路徑，當所述天線伸展時所述低觸點與所述信號饋源電連接以限定第二信號路徑。
13．根據權利要求12的一種無線電話，其中所述天線導管具有預定長度，和其中當所述天線收縮時所述天線導管配置得限定部分所述匹配電路。
14．根據權利要求12的一種無線電話，其中當所述天線收縮到所述導管內時所述天線導管和所述天線與電接地有效地電連接。
15．根據權利要求14的一種無線電話，其中所述匹配電路包括電感性和電容性元件，和當所述天線收縮時其中所述天線導管限定了所述匹配電路中具有相應電感性或電容性狀態的電感性元件和電容性元件之一，該電容性或電感性狀態對應于從與所述導管連接的電接地計量的天線導管電長度和所述導管的導電長度。
16．一種方法，用于從安置在無線電話內的天線沿縱向路徑將RF輻射傳播出無線電話，包括步驟在具有帶有頂負載元件的可收縮天線的無線電話內安置一個導電管狀天線導管；平移該天線使得該天線的主要部分安置在管狀天線導管內；將該天線產生的RF輻射沿安置在無線電話內天線主要部分長度包容在天線導管內；和沿該天線將大量的RF輻射傳播到所希望的無線電話出口。
17．根據權利要求16的一種方法，其中所述傳播步驟沿天線元件引導RF輻射以限定縱向輻射路徑，由此形成更有效的輻射器。
18．根據權利要求16的一種方法，進一步包括步驟當該天線收縮時，將天線導管電接合作為安置在無線電話內的匹配電路中元件。
全文摘要
用于帶有可收縮天線無線電話的屏蔽包括一個與電接地有效連接的導電的管狀天線導管,并優選地配置以當該天線處于收縮狀態時形成可工作的匹配電路中的一個電感或電容。有關方法包括沿無線電話縱向出口路徑將安置在無線電話內的天線所產生的輻射引導出來。
文檔編號H01Q1/52GK1282453SQ98812366
公開日2001年1月31日 申請日期1998年12月18日 優先權日1997年12月19日
發明者H·E·霍爾肖瑟, R·A·薩德勒 申請人:艾利森公司