天线装置和利用其的手表无线电通信装置 本发明一般涉及在手表无线电通信装置中使用的具有例如采用高于UHS频段的射频的PHS(个人手持麦克风系统)的天线装置，尤其涉及适合于戴在用户手腕上的其设计成在对话或等待时间中保证稳定和可靠通信的天线装置，以及利用该天线装置的手表无线电通信装置。
最近，诸如移动电话和PHS的移动通信系统取得迅速发展，便携式无线电单元正在小型化。作为这种便携式无线电单元，已经提出了手表无线电通信装置。作为一种典型的手表无线电通信装置，手表寻呼机投入实际使用。例如，日本实用新型第一公报5-21536教导了一种装在腕带上的螺旋天线。日本专利第一公报5-276056教导了一种装在腕带上的环形天线。日本专利第一公报6-188809教导了一种装在手表壳盖上的环形天线。日本专利第一公报8-274536揭示了设置在手表壳上的缝隙天线。
另外，作为其射频例如为1.9GHz的PHS中使用的手表无线电天线，日本专利第一公报11-55143提出一种装在手表盖上的一种一个波长环形天线。
通常，作为诸如PHS这类移动电话天线的一个性能指数，采用当天线戴在人体上时的水平图案平均增益(PAG)。如果佩戴移动电话天线的人体位于球坐标系的中心，头朝向顶点，PAG可以由以下方程式给出：PAG=12π∫02π[Gθ(φ)+Gφ(φ)XPR]dφ]]>
式中Gθ(φ)Gφ(φ)分别是在水平面(X-Y平面)内垂直和水平极化分量的功率图，XPR是由天线接收的地入射波的正交极化鉴别，或者垂直极化分量与水平极化分量的功率比。在多径环境条件下陆上移动通信系统的典型XPR已知为4-9dB，这意味着入射波的垂直极化功率高于水平极化功率4-9dB。因此，以上方程式表示，通过用XPR对垂直极化加权可导出水平平面内功率图的平均。在以下讨论中，正交极化鉴别XPR为6dB，这是城区内的典型值。
为了保证高的通信质量，诸如PHS的无线电系统的天线需要大于约-6dBd(半波长偶极子比率)的PAG。当扬声器置于用户耳朵附近时，典型电话单元在设计上更重视说话位置。然而，手表无线电通信装置必须考虑两个使用条件，一个是戴在手腕上的装置置于用户面部的正面的条件，以便对话，第二是在等待时间期间戴在手腕上的装置保持在腰部侧面的条件。在这两个条件下，PAG必须是-6dBd或者更大。为了改善在对话时间期间打开表盖而在等待时间期间关闭表盖这两种情况中天线的性能，设计了如上所述的置于手表表盖内的一个波长环形天线。
然而，用于手表寻呼机的上述天线是为使用小于300MHz射频而设计的，并具有通常低于-15dBd的较低天线增益。因此，在采用其射频高于UHF频段的PHS的手表无线电通信装置中难以使用这种天线。
正如日本专利第一公报11-55143中所教导的，用在PHS手表无线电通信装置中的一个波长环形天线在一定程度上改善了在对话和等待时间期间的天线性能，但是基本上采用平衡馈送结构，如图2所示，这是较为复杂的。另外，从加入用户整个身体后的辐射特性考虑，这一天线还没有最佳化，这将导致在对话和等待时间期间都不能保证高于-6dBd的PAG的问题。
所以采用上述一个波长环形天线，在对话时间期间其双向定向性指向用户身体左右两侧，并具有降低向着用户身体正面的辐射的问题。垂直极化的获取需要将馈电安装在盖的侧面，当打开表盖时它与手表外壳相垂直，因此需要馈电电缆连接至安排在手表外壳内的无线电电路。当盖被打开时，环形天线的阻抗高达100Ω，因此导致难以与无线电电路50Ω阻抗相匹配。
因此，本发明的一个主要目的是避免现有技术的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种天线装置，它具有简单馈电结构，在利用该天线的便携式无线电电话和手表无线电通信装置中在对话和等待时间期间都能保证高的天线性能。
根据本发明的一个方面，提供一种在手表无线电通信装置中使用的天线装置。该天线装置包括：(a)具有给定长度的环形导体，该导体的一端与安装在手表无线电通信装置中的接地构件电连接；和(b)设置在环形导体另一端与接地构件之间的馈电。
环形导体为矩形，其周长等于手表无线电通信装置的无线电通信中使用的频率的波长。环形导体至少有一边设置得靠近装在手表无线电通信装置中的接地构件。
环形导体安排为沿着装在手表无线电通信装置中的可打开盖的外周。环形导体、接地构件和馈电通过一支承机构电连接，该支承机构设计为将盖以枢轴方式支承在手表无线电通信装置的机体上。
支承机构设置在手表无线电通信装置机体的附着表带的一边上。
环形导体印刷在装在手表无线电通信装置的盖内的板上。
该板上设置有匹配电路。
在表带内进一步设置一接地导体，它与手表无线电通信装置内的接地构件电连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种手表无线电通信装置，它包括：(a)具有无线电通信电路的手表体；(b)装在该手表体内的接地构件；以及(c)天线。天线包括具有给定长度的环形导体，其一端与所述接地构件电连接，以及设置在所述环形导体另一端与接地构件之间的馈电。
从以下给出的对本发明较佳实施例的详细描述以及从附图中将能更全面地理解本发明，然而，不应把本发明的较佳实施例作为本发明只限于这些特定的实施例，而是仅仅作为说明和理解的目的。
在附图中：
图1是透视图，它表明戴在用户手腕上的配备有天线装置的手表无线电通信装置。
图2示出传统一个波长环形天线经历平衡馈电的电流分布。
图3示出图2的环形天线的辐射定向性。
图4示出根据本发明第一实施例的天线装置的电流分布。
图5示出图4的环形天线的辐射定向性。
图6是透视图，它表明维持在用户面部前面以便对话的手表无线电通信装置。
图7示出安装在图6所示手表无线电通信装置中的天线装置的定向性或辐射图。
图8示出戴在用户手腕商店手表无线电通信装置，在腰部一侧上笔直伸展，盖闭合。
图9示出安装在图8的手表无线电通信装置中的不受用户身体影响的天线装置在等待时间期间的电流分布。
图10示出图9所环形天线在等待时间期间在X-Y平面上的辐射定向性。
图11示出戴在用户手腕上的手表无线电通信装置，在等待时间期间向下伸展。
图12示出安装在图11的手表无线电通信装置中的天线装置在X-Y平面上的定向性或辐射图。
图13是透视图，表明根据本发明第二实施例的手表无线电通信装置。
图14示出安装在图13的手表无线电通信装置中的天线装置在X-Y平面上的定向性或辐射图。
图15是透视图，表明根据本发明第三实施例的手表无线电通信装置。
参考附图，其中在几幅图中相似参考编号指相似部件，尤其是参考图1，图中示出根据本发明第一实施例的天线装置17，它安装在手表无线电通信装置中。
手表无线电通信装置通常包括手表体6，可打开的盖5，表带7，在使用时通过表带7戴在用户的手腕8上。在以下的讨论中，作为一个例子，假设手表无线电通信装置装在其射频为1.9GHz的手表体6PHS系统中。天线装置17包括由导电条制成的环形天线1。环形天线1拟合在盖5中，后者以枢轴方式维持在手表体6上，环形天线的一端通过接地端子3与接地板2连接，另一端与馈电4连接。接地板2基本上处于零电位。
环形天线1由例如铜线制成，其周长基本上等于一个波长(约158mm)并沿盖5的周边安装。盖5由树脂材料制成，以致于不会电碰击在环形天线1上。接地板2作为接地工作并与装在手表体6中的无线电电路板连接，安装在手表体6的几乎所有表面上。如上所述，环形天线1一端通过接地端子3连接至接地板2，另一端连接至设置在环形天线1与接地板2之间的馈电4。接地端子3和馈电4基本上安排在手表体6的附着表带7一侧的中心部分。采用这种配置，环形天线1在接地板2上接受非平衡馈电，接地板2作为有限接地板工作。
为了与本发明的环形天线相比较，以下将参考图2和3讨论传统的一个波长环形天线的操作。
图2示出经受平衡馈电的一个波长天线的电流分布。馈电10设置在一个波长环形天线9的水平边的中心。电流分布由虚线11表示。图3示出环形天线9的辐射在X-Y平面上的定向性。参考编号12和13分别表示环形天线9辐射在X-Y平面上的水平极化分量和垂直极化分量。正如图中清楚地示出的，水平极化分量13的电平高于垂直极化分量12。水平极化因此是主要极化。最大辐射指向X方向和-X方向上。具体地说，环形天线9在定向性上是双向的。
然而，在诸如PHS的无线电系统中，主要极化是垂直极化。因此对于图2的结构，要提供最适合于PHS的性能是不可能的。因此，如果图2的环形天线9安装在诸如这一无线电通信申请引言部分所讨论的这种手表盖中，馈电10需要设置在环形天线9的垂直边上，以增大垂直极化分量12的电平。这要求环形天线9的垂直边的相对较长连接，在其上把馈电10安装到利用馈电器电缆的手表。在这种情况下，馈电点阻抗变为大于100Ω。因此平衡馈电需要使用诸如平衡一不平衡变换器的能够改变阻抗的匹配电路。
以下将参考图4和5描述环形天线1在不受人体影响的自由控制中的操作。图4表明图1所示的天线装置17当放置在自由空间中时的电流分布。正如已经描述的，环形天线1经受接地板2上的非平衡馈电，环形天线1的边中最靠近馈电4的一条边位于接地板2的附近，由此形成电流分布14。
图5示出环形天线1的辐射在X-Y平面上的定向性。参考编号15和16分别表示环形天线1辐射的垂直极化分量和水平极化分量。正如图中清楚地示出的，水平极化分量13的电平高于垂直极化分量12的电平。正如从图中能够看出的，垂直极化分量15的电平与图3中的垂直极化分量相比有所增大，所以环形天线1是全向性的。馈电点阻抗约为70Ω，由此易于与无线电电路的阻抗(它是50Ω)匹配。在接地板2处于地电位下的条件下提供非平衡馈电也变为可能，由此允许用小尺寸、廉价的集总常数元件(芯片电容器和芯片线圈)实现匹配电路。
将参考图6和7描述配备天线装置17的手表无线电通信装置在对话时间期间(即，受人体影响)的状态以及在X-Y平面上辐射方向性。
图6示出用户18将手表无线电通信装置保持在面前，以进行对话。图7示出天线装置17在X-Y平面上的定向性或辐射图。参考编号19和20分别表示环形天线1的辐射的垂直极化分量和水平极化分量。正如图中清楚地示出的，用户身体的背向辐射的分量(即-X方向)相对较小，但是，垂直和水平极化分量19和20以高电平基本上向所有方向辐射。在这种条件下，PAG约为-5dBd。
参考图8描述这一实施例的手表无线电通信装置在等待时间期间的状态。图8示出戴在用户手腕8上的手表无线电通信装置，在手腕一条边上笔直伸展，盖5闭合。同其它附图一样，x坐标轴向着用户身体前方。如上所述，接地端子3和馈电4设置在表带7附着于手表体6的这条边上，因此，在所示的条件下，位于盖5垂直边的中心部分。
图9示出天线装置17在等待时间期间的电流分布，与同8一样，它不受用户身体的影响。整个环形天线1位于离开接地板2例如5mm的间隔处，所以环形天线1与接地板2之间的电磁相互作用建立电流分布21。当以90°倾斜时，电流分布21基本上等于图4中环形天线1的电流分布。
图10示出在等待时间期间图9中所示环形天线1的辐射在X-Y平面上的定向性。参考编号22和23分别表示环形天线1的垂直极化分量和水平极化分量。正如从图中清楚地看出的，垂直极化是主要极化。最大辐射指向Y和-Y方向。
参考图11和12描述这一实施例的手表无线电通信装置在等待时间期间的状态以及在X-Y平面上的辐射的定向性。
图11示出戴在用户手腕上的手表无线电通信装置，在等待时间期间向下伸展(即受人体影响)。盖5关闭。
图12示出图11中天线装置17在X-Y平面上的定向性或辐射图。参考编号26和27分别表示环形天线1辐射的垂直极化分量和水平极化分量。在这种情况中，用户25的身体，尤其是垂直伸展的手臂起反射目标的作用，所以环形天线1的定向性与具有一个反射板的一个波长环形天线基本相同。辐射集中在X-Y平面的Y方向一侧的这一半上，但是在X-Y平面上平均的PAG表明为-3dBd。移动电信装置传播的无线电波通常含有从建筑物反射的波，所以入射波的水平分布可以被看作是均匀的。因此，即使如图12所示辐射集中在X-Y平面的一半上，只要PAG高可以保证更高的传输质量。
从以上讨论显而易见，这一实施例的天线装置17是为了通过馈电4给环形天线1提供非平衡馈电而设计的，馈电4设置在接地板2与手表体6的靠近表带7端部的边之间，由此引起天线辐射的垂直极化分量是主要极化分量，由此在对话和等待时间期间保证更高的PAG。
环形天线1的长度不限于所使用射频的一个波长，可以是任何其它值。环形天线1的形状可以是椭圆形。它也提供类似环形天线1为矩形的情况中的操作效果。
图13示出根据本发明第二实施例的手表无线电通信装置，它不同于第一实施例，其中接地导体28嵌入在表带7中。其它配置是相同的，这里省略对其详细说明。
接地导体28由铜箔条形成，其长度例如为30mm、宽20mm，设置在树脂表带7中。接地导体28在手表体6内伸展，与接地板2电连接，由此引起在接地板2上分布的部分电流流入接地导体28，导致环形天线1的定向性变化。
图14示出在不受人体影响时图13的天线装置在X-Y平面上的定向性或辐射图。参考编号29和30分别表示垂直极化分量和水平极化分量。图14与图5的比较表明，垂直极化分量28平均比垂直极化分量15高2dB。这是因为在垂直平面上最大辐射的方向变为水平方向(即X-Y方向)，由此导致当这一实施例的手表无线电通信装置戴在用户手腕上时在对话时间期间PAG增大2dB，具体地说，PAG约为-3dBd。
接地导体28可以另外由导线制成。不用接地导体28而通过金属材料形成表带7也可以实现相同效果。
图15示出根据本发明第三实施例的手表无线电通信装置。采用与第一实施例中相同的参考编号指相同部件，这里省略对其详细说明。
天线装置17的环形图案31印刷在设置在盖33内的板32上。盖33由树脂材料制成，从而不影响天线装置17的操作并且铰接在手表体6端部上。印刷板32上装有开关元件35。环形图案31由沿印刷板32周边印刷的铜箔条形成，其宽为1mm，作为环形天线工作。
天线装置17还包括匹配电路34。匹配电路34由装在印刷板32上的芯片电容器和小片线圈构成，以1.9GHz工作频率工作，将环形图案31的阻抗变为50Ω。匹配电路32通过印刷导电图案与金属支承轴36和37连接。支承轴36和37以枢轴方式维持盖33，并通过铰链38和39与连接端子40和41电连接。连接端子40与装在手表体6内的无线电馈电电路42相耦合。连接端子41通过接地端子43与接地板2相耦合。其它配置与第一实施例中的配置相同，这里省略对其详细说明。
如上所述，环形天线是采用印刷板32形成的，由此也便于安装匹配电路34。再有，只有装有印刷板32(匹配电路34安装在其上)的盖33可以作为天线元件来处理，因此在制造过程中性能检查方面导致生产率的提高。
液晶显示器可以装在印刷板32上。以枢轴方式支承盖33的铰链机构不限于图15所示的，可以通过为维持盖33可打开以及实现馈电信号从天线图案31到手表体6传输而设计的任何其它结构来实现。
虽然用较佳实施例揭示了本发明，以便更好地理解本发明，但是应当明白，只要不偏离本发明的精神，能够以多种多样方法具体实施本发明。因此，应当将本发明理解为包括不偏离所附权利要求书中设定的本发明原理而能够具体实施的所有可能的实施例以及对所说明实施例的改进。