двухдиапазонная антенна для радиотерминала

Формула изобретения

1. Двухдиапазонная антенна для радиотерминала, содержащая спиральную антенну, содержащую первую и вторую спиральные части, причем первая и вторая спиральные части выполнены с возможностью независимой работы в разных диапазонах частот, при этом шаг первой спиральной части отличается от шага второй спиральной части, гибкую штыревую антенну, содержащую внутренний проводник, внешний проводник, покрывающий первую часть внутреннего проводника и служащий в качестве дросселя, и изолирующий элемент, проходящий от верхнего конца внутреннего проводника, для заполнения зазора между внутренним проводником и внешним проводником, при этом только первая часть внутреннего проводника выполнена с возможностью работы в первом диапазоне частот, а весь внутренний проводник выполнен с возможностью работы во втором диапазоне частот, и фиксирующий элемент для фиксирования спиральной антенны и гибкой штыревой антенны к радиотерминалу.

2. Двухдиапазонная антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующий элемент имеет верхний конец, соединенный с нижним концом спиральной антенны, и сквозное отверстие, предназначенное для введения гибкой штыревой антенны внутрь радиотерминала.

3. Двухдиапазонная антенна по п.1, отличающаяся тем, что гибкая штыревая антенна выполнена с возможностью убирания внутрь и выдвижения из радиотерминала в результате чего, если гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал, работает только спиральная антенна.

4. Двухдиапазонная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части уже, чем шаг второй спиральной части.

5. Двухдиапазонная антенна по п.2, отличающаяся тем, что изолирующий элемент гибкой штыревой антенны расположен в сквозном отверстии фиксирующего элемента, если гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал, для разъединения гибкой штыревой антенны от спиральной антенны.

6. Двухдиапазонная антенна по п.1, отличающаяся тем, что отношение резонансной частоты первого диапазона частот и резонансной частоты второго диапазона частот регулируют посредством регулирования числа витков спирали, содержащей указанные первую и вторую спиральные части.

7. Двухдиапазонная антенна по п. 6, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части и шаг второй спиральной части регулируют для регулирования отношения резонансной частоты первого диапазона частот и резонансной частоты второго диапазона частот.

8. Двухдиапазонная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части и шаг второй спиральной части имеют заданные значения.

9. Двухдиапазонная антенна по п.2, отличающаяся тем, что первый диапазон частот находится между 1850-1990 МГц, а второй диапазон частот находится между 824-894 МГц.

10. Двухдиапазонная антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующий элемент имеет винтовую нарезку, выполненную на нижней внешней стенке для фиксирования фиксирующего элемента к радиотерминалу.

11. Двухдиапазонная антенна, включающая в себя спиральную антенну для радиотерминала, содержащая гибкую штыревую антенну, содержащую внутренний проводник, внешний проводник, покрывающий первую часть внутреннего проводника и служащий в качестве дросселя, и изолирующий элемент, проходящий от верхнего конца внутреннего проводника, для заполнения зазора между внутренним проводником и внешним проводником, причем только первая часть внутреннего проводника выполнена с возможностью работы в первом диапазоне частот, а весь внутренний проводник выполнен с возможностью работы во втором диапазоне частот, и фиксирующий элемент для фиксирования спиральной антенны и гибкой штыревой антенны к радиотерминалу, причем фиксирующий элемент имеет верхний конец, соединенный с нижним концом спиральной антенны, сквозное отверстие для введения гибкой штыревой антенны внутрь радиотерминала.

12. Двухдиапазонная антенна по п.11, отличающаяся тем, что изолирующий элемент гибкой штыревой антенны расположен в сквозном отверстии фиксирующего элемента, в результате чего, если гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал, то гибкая штыревая антенна разъединена от спиральной антенны.

13. Двухдиапазонная антенна по п.11, отличающаяся тем, что первый диапазон частот находится между 1850-1990 МГц, а второй диапазон частот находится между 824-894 МГц.

14. Двухдиапазонная антенна по п.11, отличающаяся тем, что длина первой части внутреннего проводника, покрытая внешним проводником, равна /4 в первом диапазоне частот, где - резонансная длина волны в первом диапазоне частот из двух принимаемых диапазонов частот.

15. Двухдиапазонная антенна по п.11, отличающаяся тем, что фиксирующий элемент имеет винтовую нарезку, выполненную на нижней внешней стенке для фиксирования фиксирующего элемента к радиотерминалу.

16. Двухдиапазонная антенна для радиотерминала, содержащая спиральную антенну, содержащую первую и вторую спиральные части, причем первая и вторая спиральные части выполнены с возможностью независимой работы в разных диапазонах частот, при этом шаг первой спиральной части отличается от шага второй спиральной части, и фиксирующий элемент для фиксирования спиральной антенны к радиотерминалу.

17. Двухдиапазонная антенна по п.16, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части является более узким, чем шаг второй спиральной части.

18. Двухдиапазонная антенна по п.16, отличающаяся тем, что первая спиральная часть выполнена с возможностью работы в первом диапазоне частот между 1850-1990 МГц, а вторая спиральная часть выполнена с возможностью работы во втором диапазоне частот между 824-894 МГц.

19. Двухдиапазонная антенна по п.18, отличающаяся тем, что отношение резонансной частоты первого диапазона частот и резонансной частоты второго диапазона частот регулируют посредством регулирования числа витков спирали, образующей спиральную антенну.

20. Двухдиапазонная антенна по п.19, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части и шаг второй спиральной части также регулируют для регулирования отношения резонансных частот первого и второго диапазонов частот.

21. Двухдиапазонная антенна по п.16, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части и шаг второй спиральной части имеют заданные значения.

22. Двухдиапазонная антенна по п.16, отличающаяся тем, что дополнительно содержит изоляционную трубку для защиты спиральной антенны.

23. Двухдиапазонная антенна по п.16, отличающаяся тем, что фиксирующий элемент имеет винтовую нарезку, выполненную на нижней внешней стенке для фиксирования фиксирующего элемента к радиотерминалу.

24. Двухдиапазонная антенна для радиотерминала, содержащая спиральную антенну, содержащую первую и вторую спиральные части, причем первая и вторая спиральные части выполнены с возможностью работы в разных диапазонах частот, при этом шаг первой спиральной части отличается от шага второй спиральной части, гибкую штыревую антенну, содержащую внутренний проводник и изолирующий элемент, проходящий от верхнего конца внутреннего проводника, причем гибкая штыревая антенна выполнена с возможностью работы в двух разных диапазонах частот при использовании ее периодической резонансной частоты, и фиксирующий элемент для фиксирования спиральной антенны и гибкой штыревой антенны к радиотерминалу, причем фиксирующий элемент имеет верхний конец, соединенный с нижним концом спиральной антенны, и сквозное отверстие, предназначенное для введения гибкой штыревой антенны внутрь радиотерминала.

25. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что гибкая штыревая антенна имеет некоторую длину, определенную так, что одна из резонансных частот, определяемых периодической резонансной характеристикой гибкой штыревой антенны, идентична частоте одного из двух диапазонов частот.

26. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что дополнительно содержит согласующую схему для регулирования резонансной частоты гибкой штыревой антенны.

27. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что гибкая штыревая антенна выполнена с возможностью убирания в радиотерминал и выдвижения из него, в результате чего, если гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал, работает только спиральная антенна.

28. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что шаг первой спиральной части уже шага второй спиральной части.

29. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что изолирующий элемент гибкой штыревой антенны расположен в сквозном отверстии фиксирующего элемента, если гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал, для разъединения гибкой штыревой антенны от спиральной антенны.

30. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что отношение резонансной частоты первого диапазона частот и резонансной частоты второго диапазона частот регулируют посредством регулирования числа витков спирали, образующей спиральную антенну, регулирования шагов первой и второй спиральных частей.

31. Двухдиапазонная антенна по п.24, отличающаяся тем, что частотная зависимость полного сопротивления спиральной антенны одинакова с частотной зависимостью полного сопротивления гибкой штыревой антенны, в результате чего гибкая штыревая антенна может использовать согласующую схему совместно со спиральной антенной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двухдиапазонной антенне для радиотерминала, выполненной с возможностью эффективной работы в двух разных диапазонах частот.

Как правило, для осуществления двухдиапазонной антенны при использовании единой антенны требуется такой дополнительный элемент, как дроссель для обеспечения возможности независимой работы соответствующих частей антенны на разных частотах. Патенты США 3139620 и 4509056 раскрывают антенну, использующую дроссель для обеспечения возможности ее работы на нескольких частотах.

Патент США 4509056 (патент 056) раскрывает многочастотную антенну, в которой применяют настроенные дроссели с коаксиальным экраном. Фиг.1 патента 056 изображает поперечное сечение несимметричной вибраторной антенны, работающей на двух частотах. Эту антенну целесообразно использовать в радиотерминале, в котором частота не изолирована гармониками, и в котором отношение частот превышает значение 1,25. В соответствии с этой иллюстрацией антенна состоит из обычной несимметричной вибраторной антенны, причем коаксиальная линия передачи имеет открытый конец, укороченный конец и горизонтальный отражающий элемент.

На фиг. 1 дроссель 12i коаксиальной линии передачи выполнен посередине антенны и имеет электрическую длину, равную /4 в диапазоне более высокой частоты двойного диапазона частот. В более высоком диапазоне частот дроссель 12i с коаксиальным экраном и длиной /4 формирует очень высокое полное сопротивление между открытым концом и удлинительным элементом 100 коаксиального антенного фидера, в результате чего связь между ними исключается. Соответственно, в диапазоне более высокой частоты только та часть, которая представлена обозначением 1 на фиг.2, функционирует как антенна. В диапазоне более низких частот дроссель 12i с коаксиальным экраном не служит в качестве изолирующего элемента, и поэтому вся часть, представленная обозначением Р, функционирует как несимметричная вибраторная антенна.

Недостаток, присущий обычной двухдиапазонной антенне, в которой используют дроссель, заключается в том, что она одновременно и сложная, и громоздкая по сравнению с однополосной антенной. При этом громоздкая антенна более подвержена обычным физическим повреждениям. Помимо этого, обычная фиксированная антенна (т.е. неубирающаяся) может представлять неудобство для пользователя, который носит радиотерминал с собой.

Поэтому задача данного изобретения заключается в создании двухдиапазонной антенны для радиотерминала, состоящей из убирающейся гибкой штыревой антенны и спиральной антенны с неравномерным шагом спирали, причем гибкая штыревая антенна независима от спиральной антенны.

Для решения указанной выше задачи предложена двухдиапазонная антенна для радиотерминала, содержащая спиральную антенну, имеющую первую и вторую спиральные части, причем шаг первой спиральной части отличается от шага второй спиральной части. Первая и вторая спиральные части выполнены с возможностью независимой работы в разных диапазонах частот. Двухдиапазонная антенна также содержит гибкую штыревую антенну, содержащую внутренний проводник, внешний проводник, покрывающий первую часть внутреннего проводника и служащий в качестве дросселя, и изолирующий элемент, проходящий от верхнего конца внутреннего проводника, для заполнения зазора между внутренним проводником и внешним проводником, причем только первая часть внутреннего проводника выполнена с возможностью работы в первом диапазоне частот, а весь внутренний проводник выполнен с возможностью работы во втором диапазоне частот и фиксирующий элемент для фиксирования спиральной антенны и гибкой штыревой антенны к радиотерминалу, при этом фиксирующий элемент имеет верхний конец, соединенный с нижним концом спиральной антенны, и сквозное отверстие, предназначенное для введения гибкой штыревой антенны внутрь радиотерминала. При этом шаг первой спиральной части уже, чем шаг второй спиральной части.

Особенность данного изобретения заключается в том, что, если штыревая антенна убирается внутрь радиотерминала, тогда действует только спиральная антенна, и изолирующий элемент гибкой штыревой антенны расположен в сквозном отверстии фиксирующего элемента для разъединения гибкой штыревой антенны от спиральной антенны.

Соотношение между частотой первого диапазона частот и частотой второго диапазона частот регулируют посредством регулирования числа витков спирали, образующей спиральную антенну, при этом шаги первой и второй спиральных частей имеют заданные значения.

Фиксирующий элемент имеет винтовую нарезку, выполненную на нижней, наружной стенке для фиксирования фиксирующего элемента к радиотерминалу.

Излагаемые выше и другие задачи, признаки и преимущества данного изобретения станут более понятными из приводимого ниже подробного описания в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые цифровые обозначения указывают одинаковые компоненты. На чертежах:

фиг. 1 - поперечное сечение, изображающее несимметричную вибраторную антенну, выполненную с возможностью работы на двух частотах, в соответствии с известным уровнем техники;

фиг.2 - поперечное сечение, изображающее двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны, выходящей из радиотерминала, и спиральной антенны, в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг.3 - поперечное сечение, изображающее двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны, убираемой в радиотерминал, и спиральной антенны, в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 4А - схематическое изображение гибкой штыревой антенны с изображением периодической характеристики резонансной частоты;

фиг.4В - график частотной зависимости полного сопротивления изображаемой на фиг.4А гибкой штыревой антенны в зависимости от частоты;

фиг. 5А - схематическое изображение обычной спиральной антенны с равномерным шагом в соответствии с известным уровнем техники;

фиг. 5В - круговая диаграмма полных сопротивлений, изображающая полные сопротивления в диапазоне частот, включающем в себя две резонансные частоты спиральной антенны, изображаемой на фиг.5А;

фиг. 6А - схематическое изображение спиральной антенны с неравномерным шагом в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 6В - круговая диаграмма полных сопротивлений, изображающая полные сопротивления в диапазоне частот, включающем в себя две резонансные частоты спиральной антенны, изображаемой на фиг.6А;

фиг.7 - график сопротивления частотной зависимости полного сопротивления спиральной антенны в соответствии с изменением числа витков спирали (35) в первой спиральной части (16), имеющей первый шаг;

фиг. 8 - график частотной зависимости полного сопротивления спиральной антенны в соответствии с изменением числа витков спирали (35) во второй спиральной части (15), имеющей второй шаг;

фиг. 9 - график частотной зависимости полного сопротивления двухдиапазонной антенны, состоящей из гибкой штыревой антенны и спиральной антенны;

фиг. 10 - диаграмма, иллюстрирующая характеристику излучения двухдиапазонной антенны в диапазоне частот УМТС (Усовершенствованная мобильная телефонная служба) в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 11 - диаграмма, иллюстрирующая характеристику излучения двухдиапазонной антенны в диапазоне частот СПС (служба персональной связи) США, в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг.12 - поперечное сечение, изображающее двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны и спиральной антенны, в соответствии с еще одним из вариантов реализации данного изобретения, причем гибкая штыревая антенна выдвинута из радиотерминала в соответствии с еще одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 13 - график, изображающий КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна не находится в выдвинутом положении в соответствии с еще одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 14 - круговая диаграмма, изображающая коэффициент отражения гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна не находится в выдвинутом положении, в соответствии с еще одним из вариантов реализации данного изобретения;

фиг. 15 - график, изображающий КСВН гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна находится в выдвинутом положении;

фиг. 16 - круговая диаграмма, изображающая коэффициент отражения гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна находится в выдвинутом положении; и

фиг.17 - поперечное сечение, изображающее двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны и спиральной антенны, в соответствии с еще одним из вариантов реализации данного изобретения, причем гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал.

Предпочтительный пример осуществления данного изобретения ниже описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи. В приводимом ниже описании хорошо известные функции или конструкции подробно не описываются, чтобы не перегружать описание ненужными подробностями.

Двухдиапазонная антенна согласно данному изобретению будет ниже описываться как содержащая гибкую штыревую антенну и спиральную антенну, причем гибкая штыревая антенна выполнена с возможностью убирания внутрь радиотерминала.

В убранном состоянии (см. фиг.3 и 17) штыревая антенна полностью убирается внутрь радиотерминала, и только относительно короткая спиральная антенна выходит из радиотерминала. В этом положении работает только спиральная антенна. Поэтому в убранном положении общая длина радиотерминала становится короче, обеспечивая тем самым хороший внешний вид. Кроме того, штыревая антенна защищена от внешнего физического воздействия. Используемая в данном изобретении гибкая штыревая антенна имеет два отдельных варианта ее реализации.

В первом варианте реализации гибкая штыревая антенна использует дроссельную конструкцию, которую широко применяют для двухдиапазонных антенн. Дроссельная конструкция гибкой штыревой антенны состоит из внешнего проводника, покрывающего внутренний проводник (см. фиг.2). Во втором варианте реализации гибкая штыревая антенна в целях выполнения двухдиапазонной антенны использует простую согласующую схему вместо дросселя (см. фиг.12).

Если антенна находится в убранном положении, работает только та часть двухдиапазонной антенны, которая является спиральной антенной. То есть в убранном положении антенны гибкая штыревая антенна не работает. В отличие от обычной двухдиапазонной антенны эта спиральная антенна может работать независимо на двух разных частотах при простом регулировании шагов спирали, без использования дополнительного изолирующего частоту элемента. Эта возможность позволяет выполнить двухдиапазонную антенну согласно данному изобретению, имеющую небольшие размеры и простую конструкцию.

Фиг. 2 изображает двухдиапазонную антенну, смонтированную в радиотерминале (например, в мобильном телефоне), в котором убирающаяся гибкая штыревая антенна 10 выходит из радиотерминала на эффективную электрическую длину антенны, тем самым улучшая характеристику излучения. Гибкая штыревая антенна 10 содержит внутренний проводник 12, внешний проводник 13, покрывающий первую часть внутреннего проводника 12 и служащий в качестве дросселя, и изолирующий элемент 11 для заполнения зазора между внутренним проводником 12 и внешним проводником 13. Изолирующий элемент 11 проходит от верхнего конца внутреннего проводника 12 на протяжении определенной длины. В гибкой штыревой антенне 10 только первая часть внутреннего проводника 12 служит в качестве антенны в одном диапазоне частот, а весь внутренний проводник 12 служит в качестве антенны в другом диапазоне частот.

Спиральная антенна 30 состоит из первой и второй спиральных частей l4 и l5, имеющих разные шаги, выполненные в виде намотки спирали 35, и изолирующей трубки 20, для защиты первой и второй спиральных частей l4, l5. При этой конструкции спиральная антенна 30 способна работать в двух независимых диапазонах частот при простом регулировании шагов спирали 35 вместо использования дополнительного изолирующего частоту элемента обычной двухдиапазонной антенной. Металлический фиксирующий элемент 40 фиксирует гибкую штыревую антенну 10 и спиральную антенну 30 к монтажной панели 60 радиотерминала. Нижний конец спирали 35, образующей спиральную антенну 30, соединен с верхним концом металлического фиксирующего элемента 40. Фиксирующий элемент 40 имеет сквозное отверстие, и поэтому гибкую штыревую антенну 10 можно ввести внутрь радиотерминала через сквозное отверстие. Нижний конец фиксирующего элемента 40 соединен с печатной схемой 70 посредством контакта 80 фидера для подключения антенны к источнику сигнала. Помимо этого фиксирующий элемент 40 имеет винтовую нарезку, выполненную на его нижней наружной стенке. В данном случае винтовая нарезка функционирует для соединения нижнего конца спиральной антенны 30 с корпусом радиотерминала.

На фиг. 2 ссылочное обозначение l1 означает некоторую длину некоторой части изолирующего элемента 11, в котором отсутствует внутренний проводник 12. Ссылочное обозначение l3 обозначает физическую длину спиральной антенны 30, содержащей фиксирующий элемент 40. Ссылочное обозначение l7 обозначает некоторую длину гибкой штыревой антенны 10, которая служит в качестве антенны в первом диапазоне частот (т.е. более высоких частот) из двух диапазонов частот. Ссылочное обозначение l2 обозначает некоторую длину внутреннего проводника 12 гибкой штыревой антенны. Ссылочные обозначения l5 и l4 обозначают физические длины второй и первой спиральных частей спиральной антенны 30, имеющих разные шаги соответственно, причем первая спиральная часть l4 имеет более узкий шаг, чем вторая спиральная часть l5. Ссылочное обозначение l6 обозначает некоторую длину некоторой части внутреннего проводника 12, которая не покрыта внешним проводником 13. Ссылочное обозначение l8 обозначает некоторую длину первой части внутреннего проводника 12, которая покрыта внешним проводником 13, образующим дроссель на гибкой штыревой антенне 10, и имеет длину /4 на более высокой частоте.

Фиг. 3 изображает двухдиапазонную антенну, смонтированную в радиотерминале, причем гибкая штыревая антенна 10 убрана в радиотерминал. Гибкая штыревая антенна 10 изображена полностью убранной в монтажную панель 60 радиотерминала, а спиральная антенна 30 выходит из монтажной панели 60. Спиральная антенна 30, прикрепленная к монтажной панели 60, гораздо короче гибкой штыревой антенны 10. Если гибкая штыревая антенна 10 находится в убранном положении, работает только спиральная антенна 30.

Фиг.4А изображает упрощенную штыревую антенну с изображением периодической характеристики резонансной частоты; фиг.4В изображает частотную зависимость полного сопротивления гибкой штыревой антенны в зависимости от частоты, изображаемой на фиг.4А.

На фиг. 4В отношение частот f_A/f_B в точках А и В, имеющих самые низкие резонансные частоты, составляет 3:1. Если радиотерминал действует при точном отношении частот f_A/f_B, равном 3:1, то возможно простое выполнение двухдиапазонной антенны, использующей характеристику, изображаемую в фиг.4В. Но двухдиапазонная антенна редко когда будет работать точно при правильном отношении частот _A/f_B, равном 3:1. Поэтому применить эту характеристику для двухдиапазонной антенны, имеющей неопределенное отношение частот, невозможно. В соответствии с реализацией известного уровня техники согласно фиг.1 дроссель формируют в определенном положении антенны, чтобы выполнить антенну, имеющую резонансную характеристику при заданном отношении частот. Чтобы исключить снижение эффективности излучения отношение частот двух резонансных частот двухдиапазонной антенны можно регулировать с помощью дросселя, выполненного в середине антенны, как показано на фиг.1. В соответствии с решением данного изобретения дроссель не требуется. Возможно получить заданное отношение частот без использования дросселя одним только регулированием шага и/или числа витков спирали 35, образующей спиральную антенну 30.

В двухдиапазонной антенне, показанной на фиг.2 и 3, гибкая штыревая антенна 10 выполнена убирающейся и независимой от спиральной антенны 30. Далее следует подробное описание, согласно которому в выдвинутом положении антенны работает только гибкая штыревая антенна 10, а в убранном положении антенны работает только спиральная антенна 30.

Выдвинутое положение штыревой антенны

Обратимся к фиг.2, гибкая штыревая антенна 10 полностью выдвинута из монтажной панели 60 радиотерминала. В этом случае фиксирующий элемент 40 соединен и с гибкой штыревой антенной 10 и со спиральной антенной 30. Но поскольку спиральная антенна 30 относительно намного короче по физической длине, чем гибкая штыревая антенна 10, и контактирует с гибкой штыревой антенной 10, то фактически работает только гибкая штыревая антенна 10. Эту эквивалентность раскрывают в патенте США 5479178. Поэтому очевидно, что двухдиапазонная антенна приблизительно эквивалентна гибкой штыревой антенне 10, если гибкая штыревая антенна находится в выдвинутом положении.

Поскольку часть спиральной антенны 30 пренебрежимо мала, поэтому гибкая штыревая антенна 10 и фиксирующий элемент 40 рассматривают только в выдвинутом положении антенны. При этом гибкую штыревую антенну 10 можно разделить на внутренний проводник 12, на внешний проводник 13 и изолирующий элемент 11.

В предпочтительном примере осуществления дроссель для первого диапазона частот выполняют с помощью коаксиального экрана /4. Дроссель выполняют в части l8, в которой внутренний проводник 12 покрыт внешним проводником 13. По причине наличия дросселя в первом диапазоне частот часть l6 гибкой штыревой антенны 10 не действует, и только часть l7 функционирует как антенна. На фиг. 2 полное сопротивление в соединении 14 частей l7 и l6 относительно контакта 80 фидера определяют следующим образом

Z_ДР = jZ₀tan(2/_н 18) (1)

где Z₀ = 60/_r Ln(b/a) (2)

где Z_ДР - полное сопротивление дросселя,

_н - резонансная длина волны первого диапазона частот (т.е. более высоких частот) из принимаемых двух диапазонов частот;

Z_o - волновое сопротивление коаксиальной линии;

l8 - длина внешнего проводника 13, служащего в качестве дросселя;

_r - диэлектрическая проницаемость диэлектрического вещества, используемого для коаксиальной линии;

а - диаметр внутреннего проводника 12 и

b - диаметр внешнего проводника 13.

Из уравнений (1) и (2) следует, что полное сопротивление дросселя Z_ДР почти бесконечно в первом диапазоне частот (т.е. когда длина l8 составляет /4). В этом случае часть l6 гибкой штыревой антенны 10 отсоединяют от части l8, в результате чего только часть l7 может служить в качестве антенны в первом диапазоне частот. С другой стороны, во втором диапазоне частот сопротивление дросселя Z_ДР недостаточно высокое, чтобы функционировать как изолирующий элемент, для того чтобы вся часть l2 гибкой штыревой антенны 10 могла служить в качестве антенны.

Убранное положение штыревой антенны

Обратимся к фиг. 3, если гибкая штыревая антенна 10 полностью убрана в монтажную панель 60 радиотерминала, то изолирующий элемент 11 гибкой штыревой антенны 10 находится в спиральной антенне 30, а верхний конец внутреннего проводника 12 находится под нижним концом фиксирующего элемента 40, в результате чего фиксирующий элемент 40 отсоединен от внутреннего проводника 12 гибкой штыревой антенны 10. В результате этого в качестве антенны служит только спиральная антенна 30. В этом случае можно считать, что антенна радиотерминала состоит из спиральной антенны 30 и фиксирующего элемента 40 для фиксирования спиральной антенны 30.

Фиг.5А изображает спиральную антенну, известную из уровня техники, состоящую из спирали с равномерным шагом; фиг.5В изображает круговую диаграмму полных сопротивлений, изображающую полные сопротивления в диапазоне частот, содержащем два диапазона резонансных частот спиральной антенны, изображаемой на фиг. 5А. При этом отношение резонансных частот составляет около 3:1, а полные сопротивления при двух резонансных частотах отличаются друг от друга.

Фиг.6А изображает новую спиральную антенну 30, состоящую из спирали 35 с неравномерным шагом; фиг.6В изображает круговую диаграмму полных сопротивлений, изображающую полные сопротивления в двух диапазонах резонансных частот спиральной антенны 30, изображаемой на фиг.6А. При этом отношение резонансных частот составляет приблизительно 2,2:1, а полные сопротивления на двух резонансных частотах являются приблизительно одинаковыми.

Известно, что индуктивность спирали обратно пропорциональна шагу. Спираль 35, образующая спиральную антенну 30, имеет первую спиральную часть l4 и вторую спиральную часть l5, причем шаг первой спиральной части l4 уже, чем шаг второй спиральной части l5, в результате чего индуктивность в первой спиральной части l4 превышает индуктивность второй спиральной части l5. При этом общая индуктивность спирали определяется следующим выражением: j2fL. Если f и L имеют высокие значения, то общая индуктивность спирали 35 повышается. Как правило, при увеличении индуктивности ток, идущий по спирали, ослабляется. Поэтому в первом диапазоне частот индуктивность первой спиральной части l4 выше, чем индуктивность второй спиральной части l5, и ток, идущий в первую спиральную часть l4, слабее тока, идущего во вторую спиральную часть l5. Соответственно, в первом диапазоне частот только вторая спиральная часть l5 функционирует как антенна.

Обратимся к фиг.6В, резонансные частоты антенны равны 1972 МГц и 904 МГц соответственно. Поэтому отношение частот составляет приблизительно 2,2:1. Как указано выше, отношение резонансных частот антенны можно регулировать путем регулирования шагов первой и второй спиральных частей l4 и l5. Таблица 1 изображает две резонансные частоты f_H и f_L, и их отношение f_H/f_L зависит от шага первой спиральной части l4. При этом исходят из того, что вторая спиральная часть l5 имеет шаг 4,7 мм и внутренний диаметр 3,8 мм, спираль 35 имеет диаметр 0,4 мм.

Фиг. 7 изображает частотную зависимость полного сопротивления спиральной антенны 30 в соответствии с изменением числа витков спирали 35 в первой спиральной части l4, имеющей первый шаг.

Таблица 2 изображает две резонансные частоты f_H и f_L и их отношение f_H/f_L в зависимости от шага второй спиральной части l5. При этом исходят из того, что первая спиральная часть l4 имеет шаг, равный 0,6 мм, и внутренний диаметр 3,8 мм, а спираль 35 имеет диаметр 0,4 мм.

Фиг. 8 изображает частотную зависимость полного сопротивления спиральной антенны 30 согласно изменению числа витков спирали во второй спиральной части l5, имеющей второй шаг.

Резонансные частоты антенны, изображаемые в Таблице 3, можно также изменять путем изменения числа витков спирали 35, при этом фиксируя шаг на заданном значении.

Таблица 3 изображает две резонансные частоты f_Н и f_L и их отношение f_H/f_L в соответствии с числом витков спирали 35 во второй спиральной части l5. При этом исходят из того, что первая и вторая спиральные части l4 и l5 имеют шаги, равные 1,3 мм и 5,5 мм соответственно, и внутренний диаметр 3,8 мм, а спираль 35 имеет диаметр 0,4 мм.

Таблица 4 изображает две резонансные частоты f_H и f_L и их отношение f_H/f_L в соответствии с числом витков спирали 35 в первой спиральной части l4. При этом исходят из того, что первая и вторая спиральные части l4 и l5 имеют шаги, равные 1,3 мм и 5,5 мм соответственно, и внутренний диаметр 4,6 мм, а спираль 35 имеет диаметр 0,4 мм.

Из Таблиц 3 и 4 следует, что отношение резонансных частот уменьшается (т. е. приближается к 1) с увеличением числа витков во второй спиральной части l5. Также очевидно, что резонансная частота возрастает с увеличением числа витков в первой спиральной части l4.

Обратимся к фиг. 6В, циклы полного сопротивления на двух резонансных частотах приблизительно равны друг другу. Соответственно, в спиральной антенне 30 возможно регулирование полных сопротивлений в двух диапазонах частот до приблизительно одинакового значения, не используя при этом отдельную согласующую схему, даже если отношение двух частот не составляет точно 3:1. Поэтому возможно получение нужной двухдиапазонной антенны путем регулирования шага и числа витков спирали 35.

В данном варианте реализации спиральная антенна 30 имеет ту же частотную зависимость полного сопротивления, что и гибкая штыревая антенна 10. То есть, если гибкая штыревая антенна 10 имеет частотную зависимость полного сопротивления, изображенную на фиг.7, то спиральная антенна 30 также должна иметь ту же частотную зависимость полного сопротивления посредством регулирования шага и числа витков спирали 35. В этом случае спиральную антенну также согласовывают с согласующей схемой, используемой для штыревой антенны 10.

При этом спиральная антенна, имеющая единый шаг, имеет периодическую резонансную характеристику. Но поскольку спиральная антенна имеет разные полные сопротивления на соответствующих частотах, то поэтому спиральная антенна не может иметь то же полное сопротивление, что и гибкая штыревая антенна.

Фиг. 9 изображает частотные зависимости полного сопротивления двухдиапазонной антенны, установленной в радиотерминале как в выдвинутом положении, так и в убранном положении. Видно, что двухдиапазонная антенна обладает хорошими согласующими характеристиками в диапазоне УМТС (824-894 МГц) и в диапазоне СПС США (1850-1990 МГц).

Фиг. 10 изображает характеристику излучения двухдиапазонной антенны в диапазоне УМТС; а фиг.11 изображает характеристику излучения двухдиапазонной антенны в диапазоне СПС США в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения.

Фиг. 12 изображает двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны 10 и спиральной антенны 30 в соответствии с еще одним вариантом реализации данного изобретения; причем гибкая штыревая антенна выдвинута из радиотерминала. В соответствии с этим изображением гибкая штыревая антенна 10 выполнена в виде провода. В этом варианте реализации двухдиапазонная антенна выполнена с использованием периодической резонансной характеристики гибкой штыревой антенны 10, без дросселя. В отличие от гибкой штыревой антенны согласно фиг.2 вся часть бездроссельной гибкой штыревой антенны работает и в диапазоне более высоких частот, и в диапазоне более низких частот.

Гибкая штыревая антенна 10 состоит из внутреннего проводника 12 и изоляционного элемента 1, проходящего от верхнего конца внутреннего проводника 12. Спиральная антенна 30 имеет ту же конструкцию, что и согласно фиг.12.

На фиг. 12 обозначение l1 обозначает длину части изоляционного элемента 11, в котором внутренний проводник 12 отсутствует. Обозначение l2 обозначает длину внутреннего проводника 12 гибкой штыревой антенны 10. Обозначение l3 обозначает физическую длину спиральной антенны 30, содержащей фиксирующий элемент 40. Обозначения l4 и l5 обозначают физические длины первой и второй спиральных частей спиральной антенны 30, имеющей разные шаги соответственно, причем первая спиральная часть l4 имеет более узкий шаг, чем шаг второй спиральной части l5.

Для реализации бездроссельной гибкой штыревой антенны необходимо учитывать резонансные частоты и длину гибкой штыревой антенны. Снова обратимся к фиг. 4А, поскольку гибкая штыревая антенна 10 имеет периодическую резонансную характеристику при отношении частот 3:1, длину гибкой штыревой антенны 10 должным образом определяют таким образом, что одна из резонансных частот является идентичной одной из двух частот. Поэтому антенна будет резонировать даже на такой частоте, которая выше или ниже в 3 раза выбранной частоты. В этом случае возможно смещение периодической резонансной частоты до заданной частоты с помощью согласующей схемы (не изображена) в преселекторе антенны. При этом отрицательное воздействие на КВСН первой выбранной резонансной частоты оказывается редко. Как указывалось выше, даже если отношение двухдиапазонных частот не составляет точно 3:1, возможно использование гибкой штыревой антенны в качестве двухдиапазонной антенны с помощью согласующей схемы. Спиральная антенна 30 также может использовать согласующую схему, предусмотренную для гибкой штыревой антенны 10, в целях осуществления характеристики двухдиапазонной антенны.

Фиг. 13 изображает КВСН гибкой штыревой антенны 10, если двухдиапазонная антенна не находится в выдвинутом положении. Например, фиг.13 изображает диаграмму КВСН в том случае, когда длина гибкой штыревой антенны 10 установлена на значение 3/4 частотного диапазона СПС из числа двух диапазонов УМТС/СПС.

Фиг.14 изображает круговую диаграмму, изображающую коэффициент отражения гибкой штыревой антенны 10, если двухдиапазонная антенна не находится в выдвинутом положении. Фиг. 15 изображает КВСН гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна находится в выдвинутом положении. Фиг.16 изображает круговую диаграмму, изображающую коэффициент отражения гибкой штыревой антенны, если двухдиапазонная антенна находится в выдвинутом положении. Следует отметить, что гибкая штыревая антенна 10 обладает нужной характеристикой резонансной частоты в диапазоне частот СПС даже без использования согласующего элемента, поскольку имеет такую длину, что резонансная частота формируется на частоте, более низкой, чем диапазон частот УМТС. В данном варианте реализации за счет применения согласующей схемы верхних частот только более низкую резонансную частоту смещают в диапазон частот УМТС без нарушения полного сопротивления антенны в диапазоне частот СПС в соответствии с фиг.15 и 16. На фиг.13 и 15, обозначения 1 и 2 представляют диапазоны частот УМТС и обозначения 3 и 4 представляют диапазоны частот СПС. Помимо этого, в соответствии с данным изобретением при наличии спиральной антенны и в случае выдвижения гибкой штыревой антенны имеется полное сопротивление антенны, и формируются паразитные элементы спиральной антенны и корпуса. Но на предмет данного изобретения это не влияет.

Фиг. 17 изображает двухдиапазонную антенну, состоящую из убирающейся гибкой штыревой антенны и спиральной антенны согласно еще одному варианту реализации данного изобретения, причем гибкая штыревая антенна убрана в радиотерминал.

Согласно вышеизложенному двухдиапазонная антенна состоит из гибкой штыревой антенны и спиральной антенны. Гибкую штыревую антенну убирают, если она не используется, и поэтому радиотерминал с этой новой антенной удобно носить с собой, и она менее подвержена физическому воздействию. Двухдиапазонную антенну также можно выполнить при регулировании шага или числа витков спирали спиральной антенны, не используя отдельную согласующую схему или дроссель.

Несмотря на то что данное изобретение иллюстрируется и описывается здесь со ссылкой на конкретный вариант его реализации, специалистам в данной области техники будет ясно, что в нем возможны различные изменения с точки зрения формы и частностей без изменения сущности и в объеме этого изобретения, определяемого в прилагаемой формуле изобретения.