антенное устройство, содержащее излучающие элементы с емкостной связью, и портативное устройство радиосвязи для такой антенной системы

Формула изобретения

1. Антенное устройство для приема и передачи радиочастотных (РЧ) сигналов, содержащее опору (201; 301; 401; 501; 802), N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801), где N - целое, большее единицы, N точек (202; 302; 402; 502) возбуждения, приспособленных для подачи РЧ сигналов в упомянутые N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801), причем N упомянутых точек (202; 302; 402; 502) возбуждения приспособлены для соединения с приемопередающими схемами, упомянутые N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801) приспособлены для передачи РЧ сигналов, по меньшей мере, в первом частотном диапазоне, причем упомянутые схемы приспособлены для подачи РЧ сигналов в каждую точку возбуждения (202; 302; 402; 502) так, что передается круговой поляризованный РЧ сигнал, причем каждый из упомянутых N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801) коаксиально расположен на упомянутой опоре (201; 301; 401; 501; 802), по существу, в спиральной форме так, чтобы определять цилиндрическую огибающую поверхность, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно соединительное средство (203а; 203с; 307, 308; 406, 407; 601; 702; 803) приспособлено для емкостного соединения первого из упомянутых N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801), по меньшей мере, со вторым из упомянутых N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801).

2. Антенное устройство по п.1, в котором упомянутые схемы приспособлены для подачи РЧ сигналов в каждую точку (202; 302; 402; 502) возбуждения с разностью фазы, по существу, 360/N так, чтобы передавался круговой поляризованный РЧ сигнал.

3. Антенное устройство по п.1 или 2, в котором каждый излучающий элемент из упомянутых N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602) имеет многопозиционную извилистую конфигурацию, устроенную так, что каждый поворот в упомянутой извилистой конфигурации составляет емкостное соединение с одним соседним элементом упомянутого излучающего элемента.

4. Антенное устройство по любому из пп.1-3, в котором упомянутые N точек (202; 302; 402; 502) возбуждения расположены на первом конце опоры симметричным круговым образом так, что каждая точка возбуждения находится на угловом расстоянии, по существу, 360/N от точки возбуждения своего соседнего излучающего элемента, и так, что N излучающих элементов (203; 303; 403; 503; 602; 801) совместно вытянуты, имея одинаковые радиус и шаг.

5. Антенное устройство по любому из пп.1-4, в котором каждый излучающий элемент имеет емкостное соединение с обоими из своих ближайших соседних излучающих элементов, по меньшей мере, через одну соединительную часть (307, 308; 406, 407; 505; 601, 604; 803).

6. Антенное устройство по п.5, в котором излучающий элемент (403; 602) содержит первую соединительную часть (406; 604), расположенную на втором конце, и вторую соединительную часть (407; 601), расположенную на расстоянии L от второго конца.

7. Антенное устройство по любому из пп.5-6, в котором, по меньшей мере, одна из упомянутых соединительных частей проводящим образом соединена с упомянутым излучающим элементом, по меньшей мере, одна из упомянутых соединительных частей содержит, по меньшей мере, один принимающий элемент (307), по меньшей мере, одна из упомянутых соединительных частей содержит, по меньшей мере, один вытягивающийся элемент (308), упомянутый, по меньшей мере, один вытягивающийся элемент первого излучающего элемента из N излучающих элементов приспособлен для установки в упомянутый, по меньшей мере, один принимающий элемент второго излучающего элемента из N излучающих элементов для осуществления емкостного соединения.

8. Антенное устройство по любому из пп.5-7, в котором упомянутая соединительная часть расположена на втором конце (304), отдаленном от первого конца (305).

9. Антенное устройство по любому из пп.5-7, в котором упомянутая соединительная часть расположена на расстоянии L от второго конца, отдаленного от упомянутого первого конца.

10. Антенное устройство по любому из пп.6-9, которое приспособлено для приема и передачи РЧ сигналов во втором частотном диапазоне и в котором расстояние L выбирается для увеличения эффективности упомянутого антенного устройства в упомянутом втором частотном диапазоне.

11. Антенное устройство по любому из пп.1-4, в котором упомянутое соединительное средство является соединительным диском (505; 601; 604), приспособленным для несения, по меньшей мере, одной емкости (702), причем упомянутый диск надежно прикреплен к упомянутой опоре (501) и приспособлен для соединения упомянутой, по меньшей мере, одной емкости, по меньшей мере, с двумя из упомянутых N излучающих элементов (503; 602) так, чтобы составлять емкостное соединение между, по меньшей мере, двумя излучающими элементами.

12. Антенное устройство по любому из пп.1-4, в котором, по меньшей мере, две емкости (702) расположены так, что каждая емкость на первом конце соединена с общей точкой (704) соединения, а на втором конце соединена, по меньшей мере, с одним излучающим элементом (703, 705, 706).

13. Портативное устройство мобильной связи, содержащее антенну в соответствии с любым из предшествующих пунктов.

14. Портативное устройство мобильной связи по п.13, которое приспособлено для приема и/или передачи РЧ сигналов с вращающегося по орбите спутника и/или на него.

15. Портативное устройство мобильной связи по п.13 или 14, которое приспособлено для приема и/или передачи РЧ сигналов, по меньшей мере, в двух различных отдельных диапазонах, где каждый диапазон предназначен для приема и/или передачи РЧ сигналов.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к антенному устройству, содержащему излучающие элементы с емкостной связью, и портативному устройству мобильной связи, содержащему такую антенну для приема и передачи круговых поляризованных РЧ (радиочастотных) сигналов для связи со спутниками.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Одной из движущих сил промышленности мобильной связи сегодня является наличие, а другой - размер портативных устройств. Пользователь портативного устройства мобильной связи желает быть доступным в каком бы месте он ни находился. Это накладывает требования на оператора для того, чтобы иметь хорошую зону действия их мобильной сети, но для больших ненаселенных районов это невозможно с любой разумной экономией. Одно из решений для пользователя, который часто путешествует в ненаселенные местоположения, - вместо этого использовать спутниковый телефон.

Такой пользователь будет все же иметь требования к размеру своего устройства спутниковой связи, так как он несомненно будет сравнивать обычное устройство сотовой связи со своим устройством спутниковой связи. Поскольку расстояние до вращающихся на орбитах спутников является таким большим, используемые антенны будут больше по сравнению с антеннами для устройств сотовой связи и в результате будут занимать значительную величину пространства устройства спутниковой связи. Потребность в уменьшении размера антенн для устройств спутниковой связи, таким образом, является большой и кто-либо, способный уменьшить размер для такой антенны, будет иметь значительную конкурентную выгоду.

В патенте US-5191352 раскрывается четырехвитковая радиочастотная антенна для приема сигналов из вращающихся на земных орбитах спутников. Антенна имеет четыре спиральных проволочных элемента, которым придается такая форма и расположение таким образом, чтобы определять цилиндрическую огибающую поверхность. Элементы являются совместно вытягивающимися в осевом направлении огибающей поверхности.

Патент WO 96/06468 раскрывает антенное устройство с керамическим стержнем с относительной диэлектрической постоянной, по меньшей мере 5, где каждый второй спиральный элемент длиннее так, что выполняется самофазируемая антенна. Каждый второй элемент делается длиннее посредством извилистой формы.

В журнале Microwave Engineering Europe июнь/июль 1995 г. раскрывается антенна для персонального портативного терминала, Антенна является четырехвиточного спирального типа.

ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ДАННОЙ ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ

Следующие заявки на патенты относятся к той же самой области техники, как изобретение этой заявки и, таким образом, включены в настоящее описание в качестве ссылки:

- Шведская заявка на патент SE 9801754-4, имеющая название "Антенная система и устройство радиосвязи, включающее антенную систему", зарегистрированная в Швеции в тот же день, как эта заявка, 18 мая 1998 г., заявитель Аллгон АБ,

- Шведская заявка на патент SE 9801753-6, имеющая название "Антенное устройство, содержащее средство возбуждения и портативное устройство радиосвязи для такого антенного устройства", зарегистрированная в Швеции в тот же день, как эта заявка, 18 мая 1988, заявитель Аллгон АБ, и

- Шведская заявка на патент SE 9704938-1, зарегистрированная 30 сентября 1997 г., заявитель Аллгон АБ, имеющая название "Антенная система для круговых поляризованных радиоволн, включающая антенное средство и интерфейсную цепь".

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной задачей настоящего изобретения, таким образом, является создание антенны как для приема, так и для передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, которая меньше и легче, чем антенны предшествующего уровня техники.

Другой задачей настоящего изобретения является создание одной антенны как для приема, так и для передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, которая имеет лучшие характеристики для данной физической длины, чем антенны предшествующего уровня техники.

Другой задачей, в соответствии с одним осуществлением настоящего изобретения, является создание антенны, которая может принимать и передавать РЧ сигналы в двух различных частотных диапазонах.

Другой задачей, в соответствии с другим осуществлением изобретения, является создание одной антенны как для приема, так и для передачи круговых поляризованных РЧ сигналов в системе связи, где РЧ диапазон для приема сигналов и РЧ диапазон для передачи сигналов разделены.

Проблемы, описанные выше, как выполнить меньшую и более эффективную антенну для приема и передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, решаются предоставлением N спиральной виточной антенны с N излучающими элементами, где N - целое, большее, чем единица, коаксиально расположенными и определяющими цилиндрическую, огибающую поверхность, где каждый отдельный излучающий элемент соединяется емкостной связью с другим излучающим элементом.

Проблемы, описанные выше, как выполнить меньшую и более эффективную антенну для приема и передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, в соответствии с одним осуществлением изобретения, решаются предоставлением N спиральной виточной антенны с N излучающими элементами, расположенными коаксиально и определяющими цилиндрическую огибающую поверхность, где каждый отдельный излучающий элемент имеет извилистую форму, накладываемую на основную спиральную форму.

Более подробно задачи настоящего изобретения, как обеспечить меньшую и более эффективную антенну для приема и передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, достигаются, в соответствии с одним осуществлением изобретения, предоставлением N спиральной виточной антенны с N излучающими элементами, коаксиально расположенными и определяющими цилиндрическую огибающую поверхность, где каждый отдельный излучающий элемент имеет извилистую форму, накладываемую на основную спиральную форму, и где каждый отдельный излучающий элемент соединяется емкостной связью со своим соседним элементом, по меньшей мере, на одном конце, отдаленным от точки возбуждения.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что может быть выполнена меньшая антенна для приема и передачи круговых поляризованных РЧ сигналов.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что одна антенна может использоваться для приема и передачи круговых поляризованных РЧ сигналов в более чем одном диапазоне.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что только одна антенна требуется как для приема, так и для передачи круговых поляризованных РЧ сигналов, даже когда диапазон для приема РЧ сигналов далеко отделен от диапазона для передачи РЧ сигналов.

Дополнительные рамки промышленной применимости настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания, данного в дальнейшем. Однако следует понимать, что подробное описание и специфические примеры, несмотря на то, что показывают предпочтительные осуществления изобретения, даются только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах рамок изобретения будут очевидными для специалистов в данной области техники из этого подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более очевидно из подробного описания, данного здесь ниже, и сопровождающих чертежей, которые даны только в качестве иллюстрации и, следовательно, не являются ограничительными настоящего изобретение.

На фиг.1 представлена антенна предшествующего уровня техники.

На фиг. 2 представлена антенна с извилистой излучающей конфигурацией в соответствии с первым предпочтительным осуществлением изобретения.

На фиг. 3 представлена антенна с извилистой излучающей конфигурацией с верхней емкостью в соответствии со вторым предпочтительным осуществлением изобретения.

На фиг. 4 представлена антенна с извилистой излучающей конфигурацией с верхней емкостью и второй линией емкости в соответствии с третьим осуществлением изобретения.

На фиг. 5 представлена извилистая излучающая спиральная антенна в соответствии с четвертым осуществлением изобретения.

На фиг.6 представлена извилистая излучающая спиральная антенна с диском в соответствии с пятым осуществлением изобретения.

На фиг.7а, 7b и 7с представлен опорный/емкостной диск, раскрытый на фиг. 5 и 6.

На фиг. 8 представлена антенна с извилистой излучающей конфигурацией в соответствии с шестым предпочтительным осуществлением изобретения.

На фиг. 9 представлено портативное устройство связи с антенной в соответствии с изобретением.

На фиг.10а и 10b представлены различные извилистые конфигурации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ

На фиг. 1 показана антенна предшествующего уровня техники. Позицией 101 обозначена опора, а позицией 102 обозначено средство возбуждения. Средство возбуждения 102 содержит первую, вторую, третью и четвертую точки возбуждения 102а, 102b, 102с и 102d. Упомянутые точки возбуждения соединяются с первым, вторым, третьим и четвертым излучающими элементами, обозначенными 103а, 103b, 103с и 103d, совместно обозначенными 103. Излучающие элементы коаксиально намотаны вокруг общей оси, определяя спиральную структуру. РЧ сигналы подаются в излучающие элементы 103 из схем 104 через фазирующую цепь 105. Фазирующая цепь 105 преобразует РЧ сигнал в четыре сигнала, каждый подаваемый в одну точку возбуждения соответственно с разностью фазы 360^o/4=90^o, давая возможность антенне создавать круговые поляризованные РЧ сигналы. Сигналы могут быть право или лево поляризованными. Различная поляризация достигается наматыванием излучающих элементов в правом или левом направлении и соответственно возбуждением РЧ сигналов.

Даже, если на всем протяжении этого описания преимущественно описывается передача РЧ сигналов, антенное устройство конечно также способно принимать сигналы.

На фиг.2 показана антенна в соответствии с первым предпочтительным осуществлением изобретения. Позицией 201 обозначена опора, а первая, вторая и третья точки возбуждения обозначены 202а, 202b и 202с соответственно. Упомянутые точки возбуждения соединяются с первым, вторым и третьим излучающими элементами 203а, 203b и 203с соответственно, которые обозначаются общей позицией 203. Упомянутые излучающие элементы 203 в этом предпочтительном осуществлении формуются на упомянутую опору, используя технологию MID (конструирование формовочным проникновением). Упомянутые излучающие элементы 203 расположены таким образом, чтобы образовывать цилиндрическую огибающую поверхность на упомянутой опоре. То есть, каждый излучающий элемент изгибается вокруг общей оси, определяемой упомянутой опорой, совместно вытягиваясь цилиндрическим образом так, чтобы определять спиральную форму с общим радиусом и шагом. Извилистая конфигурация накладывается на упомянутую спиральную форму, образуя общую спиральную форму с извилистой конфигурацией. Другими словами, каждый из упомянутых излучающих элементов 203а, 203b, 203с содержит ряд небольших изгибов или поворотов без законченных поворотов так, чтобы определять ступенчатую конфигурацию на упомянутой опоре. Извилистая конфигурация увеличивает электрическую длину излучающего элемента для одной и той же физической длины и соединяет емкостной связью каждый излучающий элемент с его соседним элементом, таким образом давая возможность конструкции более короткой антенны с данной электрической длиной для специфического применения, как, например, Iridium, Globalstar и т.д. Схемы 204 подают РЧ сигналы в упомянутые точки возбуждения 202 через фазирующую цепь 205. Упомянутая фазирующая цепь 205 преобразует РЧ сигнал в три различных сигнала с разностью фазы 360^o/3=120^o и подает упомянутые сигналы в каждую из точек 202 возбуждения, соответственно давая возможность создания круговых поляризованных РЧ сигналов. Сигналы могут быть право или лево поляризованными. Различная поляризация достигается наматыванием излучающих элементов в правом или левом направлении и соответственно возбуждением РЧ сигналов. Извилистая форма излучающих элементов может быть расположена таким образом, чтобы емкостное соединение имело место между различными излучающими элементами.

На фиг.3 показано второе предпочтительное осуществление в соответствии с изобретением. Опора обозначена 301, а первая и вторая точки возбуждения на первом конце 305 упомянутой опоры 301 обозначены 302а и 302b соответственно. Первый и второй излучающий элемент обозначен 303а и 303b, соответственно совместно обозначенные 303. Упомянутые излучающие конфигурации 303 расположены таким образом, чтобы образовывать спиральную цилиндрическую огибающую поверхность на упомянутой опоре с наложенной извилистой конфигурацией. То есть, каждый излучающий элемент изгибается вокруг общей оси, определяемой упомянутой опорой, цилиндрическим образом так, чтобы определять спиральную конфигурацию. Другими словами, каждый из упомянутых излучающих элементов 303 содержат ряд небольших изгибов или поворотов в одну и в обратную сторону без законченных поворотов так, чтобы определять ступенчатую конфигурацию на упомянутой опоре. Излучающие конфигурации печатаются, вытравливаются или подобным образом на тонком диэлектрическом носителе. Упомянутый носитель неподвижно монтируется на упомянутой опоре, например, клеящим веществом. Каждый излучающий элемент 303 дополнительно содержит соединительную часть 304 для емкостного соединения упомянутого первого излучающего элемента 303а с упомянутым вторым излучающим элементом 303b на втором конце 306, периферическим к первому концу 305. Упомянутая соединительная часть 304 содержит принимающий элемент 307 и удлиняющийся элемент 308, где упомянутый удлиняющийся элемент 308 устанавливается в упомянутый принимающий элемент 308 так, чтобы образовывать емкость. Верхняя емкость дает возможность конструкции даже более коротких антенн для данной электрической длины, она также улучшает общую эффективность антенны.

На фиг.4 показано третье предпочтительное осуществление в соответствии с изобретением. Позицией 401 обозначена опора, первая, вторая, третья и четвертая точки возбуждения обозначены 402а, 402b, 402с и 402d соответственно, а первый, второй, третий и четвертый излучающие элементы обозначены 403а, 403b, 403с и 403d соответственно. Первый конец, содержащий точки 402 возбуждения, обозначен 404, а второй конец, периферический к первому концу, обозначен 405. Первая соединительная часть обозначена 406, а вторая соединительная часть обозначена 407, причем упомянутые соединительные части 406 и 407 содержат принимающие элементы и удлиняющиеся элементы, описанные в связи со вторым предпочтительным осуществлением и фиг.3. Антенна на фиг.4 устроена для приема и/или передачи РЧ сигналов в двух различных частотных диапазонах. Первая соединительная часть 406, образующая емкостное соединение между первым излучающим элементом 403а и его соседом, то есть, соседями первого излучающего элемента являются второй и четвертый элементы 403а и 403d, эффективно удлиняет электрическую длину упомянутой антенны, настроенную на первый диапазон для приема и/или передачи РЧ сигналов, по сравнению с физической длиной. Вторая соединительная часть 407 расположена на расстоянии от упомянутого первого или второго конца 404 или 405 так, чтобы настраивать упомянутую антенну для передачи и/или приема РЧ сигналов во втором диапазоне с увеличенной эффективностью. Два упомянутых диапазона могут быть, один для приема РЧ сигналов, а другой - для передачи РЧ сигналов, или оба могут быть как для приема, так и для передачи сигналов. Таким образом, изобретение делает возможным конструировать портативное устройство радиосвязи с одной единственной антенной для приема и/или передачи РЧ сигналов в двух отдельных диапазонах.

На фиг. 5 раскрыто четвертое предпочтительное осуществление в соответствии с изобретением. Позицией 501 обозначена опора, а 502а и 502b - первое и второе средства возбуждения. Позицией 403а обозначен первый излучающий элемент, а 503b - второй излучающий элемент. Упомянутые первый и второй излучающие элементы расположены коаксиально и им придается форма так, чтобы образовывать цилиндрическую изгибающую поверхность, кроме того, каждый излучающий элемент содержит небольшие изгибы или повороты в одну и в обратную сторону без законченных поворотов так, чтобы определять извилистую конфигурацию, накладываемую на спиральную структуру. Первый диск расположен на первом конце и неподвижно крепится к упомянутой опоре 501, причем упомянутое средство возбуждения 502 и излучающие элементы 503 дают возможность соединения между средством возбуждения 502 и излучающими элементами 503. Второй диск 505 расположен на втором конце, периферическом к упомянутому первому концу, и неподвижно крепится к упомянутой опоре 501 и к упомянутым первому и второму излучающим элементам 503а и 503b. Упомянутый второй диск 505 может содержать или не содержать емкостное соединение между излучающими элементами 503а и 503b.

На фиг.6 показано пятое предпочтительное осуществление в соответствии с изобретением. Это воплощение подобно только что описанному воплощению с разницей третьего диска 601, дающего возможность емкостного соединения между первым и вторым излучающими элементами 602а и 602b на расстоянии L от первого конца. Расстояние L выбирается для улучшения характеристик антенны для второго диапазона для приема и передачи РЧ сигналов, если общая длина антенны выбирается для оптимального функционирования для первого диапазона для приема и передачи РЧ сигналов. Конечно, могло бы быть выгодным сделать некоторый компромисс в функционировании для первого диапазона для улучшения характеристик для второго диапазона.

На фиг. 7а и 7b раскрыт диск 701 с емкостным соединением между излучающими элементами 703. Фиг. 7b также раскрывает диск для антенны с четырьмя проводами. Фиг. 7с изображает диск, где конденсаторы соединяются в общую точку 704 соединения, а также, где элементы антенны расположены несимметрично, а вместо этого с разностью фазы 90^o между первым излучателем 703 и вторым и третьим излучателями 705 и 706, причем второй излучатель 705 имеет разность фазы 90^o к первому излучателю 703 и 180^o к третьему излучателю, а третий излучатель 706 имеет разность фазы 90^o к первому излучателю 703 и 180^o ко второму излучателю 705.

На фиг.8 показано шестое предпочтительное осуществление в соответствии с изобретением. Пять излучающих элементов 801 расположены в спиральной форме, образуя цилиндрическую огибающую поверхность на опоре 802. В этом осуществлении изобретения используется различная излучающая конфигурация с извилистыми краями. Конфигурация содержит чередующиеся более широкие и более узкие переходы так, что края конфигурации образуют извилистую форму. Таким образом, этот тип конфигурации также включается в термин излучающий элемент извилистой конфигурации или с извилинами. Соединительные части 803 на первом конце соединяют с емкостной связью каждый излучающий элемент со своим соседом, то есть, первый элемент соединяется с емкостной связью со вторым и пятым элементами, второй элемент соединяется с емкостной связью с третьим и первым элементами и так далее до пятого элемента, который соединяется с емкостной связью с четвертым и первым элементом.

На фиг.9 раскрыто портативное устройство радиосвязи в соответствии с изобретением.

На фиг. 10а и 10b показаны различные излучающие конфигурации, прикладываемые к тонкому гибкому носителю, и неподвижно прикрепляемые к опоре, используя, например, клеящее вещество.

Несмотря на то, что изобретение описано таким образом, совершенно очевидно, что оно может изменяться различными способами. Например, очевидно, что излучающие элементы могут наматываться либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, даже, если только одно направление раскрыто на прилагаемых чертежах. Такие изменения не должны рассматриваться как выход за рамки сущности и объема изобретения, а все такие модификации, как должно быть очевидно специалисту в данной области техники, включены в рамки формулы изобретения.