适用于手提无线电收发机的双重天线装置发明背景
1．发明的领域
本发明涉及适用于手提无线电收发机的双重天线装置，特别是印
刷电路天线，其赖于单极天线处于伸长还是缩进状态与该单极天线电
连接或者断开。
2．有关技术的说明
众所周知，在手提无线电收发机技术中，辅助小天线被用于同可
伸长的鞭状天线结合。因为鞭状天线当伸长时会是很不方便的，所以
通常可取的做法是除非当无线电收发机在有效地被利用时，否则它被
缩进。辅助天线可以被安置在无线电收发机壳内部(例如，Imanishi
的美国专利4,958,382和Saarnimo等人的美国专利5,138,329)，
或者作为一单独天线部件安放在鞭状天线周围或附近(例如，Irwin
等人的美国专利4,121,218)。
在美国专利4,958,382和5,138,329中所利用的内部天线适
用于予定的目的，但同它们各自的可伸长天线结合时不起作用。这不
仅降低了这些天线系统的有效性，而且产生哪个天线都不能辐射的一
段时间。
在美国专利4,121,218中的螺旋天线被揭示为安置在鞭状天线
的周围或附近。当螺旋天线在尺寸上是比较小时(由于它有比其物理
长度大的电长度)，要求利用更小的天线，它有至少同样大的电长度。
另外，螺旋天线和鞭状天线之间的间距与它们之间的电容耦合有直接
关系。这个间距也是一个关于天线间的阻抗匹配的因数，其可以产生
关于最佳间隔的折衷处理的需要。此外，如在标题为“印刷套管单极
天线”的专利申请(编号08/459,237，本专利受让人拥有)中所注
意到的，螺旋天线的一个优点是由于输入阻抗在频率上的变化减小其
工作辐射带宽。特别是，这种带宽上的减小由起因于较小的天线尺寸
的较低辐射电阻和产生高Q的较大储存能量的组合引起。
还发现，实际上小的天线(相对于自由空间中的波长)在电抗性
近场具有比电等效但物理上更长的天线更高的能量储存。在电抗性近
场的能量储存是借其能量被耦合到位于电抗性近场的损耗介质(如人
体组织)的一种作用过程。于是，对于一定的发射输出功率电平，实
际上小的天线增加耦合到手提无线电收发机装置的用户的能量，并发
射非电离的电磁射频能量。
因此，本发明的主要目的是提供一种适用于手提无线电收发机的
双重天线装置，其在伸长状态允许由单极天线辐射，而当该单极天线
处于缩进状态时允许由印刷电路天线辐射。
本发明的另一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双
重天线装置，其中印刷电路天线的尺寸被做得最小。
本发明的再一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双
重天线装置，这里天线被匹配，以便它们之间的最佳功率传送。
本发明的还一个目的是提供一种适用于手提无线电收发机的双
重天线装置，这里发射的功率电平依赖于哪个天线被使用。
本发明再另一个目的是提供一种适用于手提天线电收发机的双
重无线配置，其中二个天线之间有直接的电连接。
本发明的这些目的和其他特点参考以下结合附图的说明将更易
成为明显的。
发明的概要
按照本发明的一个方面，一种适用于手提无线电收发机的天线装
置被揭示为包括安装在无线电收发机上的并由无线电收发机的电路
激励而被连接的印刷电路天线。伸长的单极天线也被安装在无线电收
发机上，并适合于在伸长状态时被电连接到印刷电路天线上，在缩进
状态时从印刷电路天线电断开。一个连接器在第一端被固定地附到印
刷电路天线上，而当单极天线在伸长和缩进状态间滑动时，该连接器
在第二端保持同单极天线接触。单极天线包括在伸长状态同连接器接
触的导电部分和在缩进状态同连接器接触的非导电部分。
按照本发明的第二方面，适用于手提无线电收发机的双重天线被
揭示为包括一用于检测可伸长单极天线在伸长状态和缩进状态中的
状态的电路。当在伸长状态时，单极天线被电连接到印刷电路天线上
并用于全功率发射。当单极天线在缩进状态时，单极天线被从印刷电
路天线电断开并被用于以一降低的功率电平发射。
附图的简要说明
当本说明书以详细地指出和清楚地申请本发明的权利要求结束
时，相信从以下结合附图的说明中上述情况将会被很好地了解。附图
有：
图1是具有本发明的双重天线装置的手提无线电收发机的示意立
视图，其中单极天线处于伸长状态；
图2是图1中所描绘的手提无线电收发机的示意立视图，其中单
极天线处于缩进状态；
图3是图1和图2中所描绘的手提无线电收发机的示意顶视图；
图4是图1-3的双重天线装置的透视图，其中印刷电路天线被
表示为同单极天线连接；
图5是对于图1-4中所描绘的印刷电路天线的第一实施例的分
解示意正视图；
图5A是对于图1-4中所描绘的印刷电路天线的另一个实施例的
分解示意正视图；
图6是表示单极天线处于缩进状态时的直流状态检测电路的电路
图；
图7是表示单极天线处于伸长状态时的直流状态检测电路的电路
图。
发明的详细说明
现在详细地参看附图。所有图中相同的数字都表示相同的部件。
图1和图2描绘有包含发射和接收电路(未示出)的外壳12的手提
无线电收发机10。按着本发明，提供适用于手提无线电收发机10的
双重特性天线装置，其中基本天线14最好取为印刷电路天线形式，
而辅助天线最好取为可伸长单极天线(也称为鞭状天线)的形式。将
会了解到，只一个印刷电路天线14或单极天线16被用于在任何给定
时间发射功率。
为实现其予定效用，会了解到借助在无线电收发机外壳12内安
置的电连接器15和17，印刷电路天线14被直接连接到在外壳12内
的发射和接收电路上。单极天线16在有高度h1的伸长状态和有高度
h2的缩进状态间是可伸长的。伸长状态和缩进状态这些高度的每一个
都是相对无线电接收机外壳12的顶面13(见图3)进行测量的。第
一连接器18被提供有被固定地附到印刷电路天线14上(例如通过焊
接)的第一端20和被制成允许单极天线16经其在伸长状态和缩进状
态间滑动而仍旧保持接触的第二端22(最好取一对反弹簧夹等的形
式)。单极天线16包括导电部分24，其被安排在从下端到上末端段
26的单极天线16的大部分上。上末端段26由非导电材料(例如，任
何电介材料)制成。因此，在图1中会看到，单极天线16的导电部
分在伸长状态时将同第一连接器18的第二端22接触以致单极天线16
在这时是无线电收发机10的辐射部件。另一方面，当单极天线16处
在缩进状态时，在图2中会看到，其非导电末端段26同第一连接器
18的第二端22接触以致印刷电路天线14成为无线电收发机10的辐
射部件。虽然单极天线16可以有叠缩式结构，但较可取的是，它保
持不变的长度，至少其导电部分24的大部分当在缩进状态时被包含
在无线电收发机的外壳12内(见图2)。
会了解到，印刷电路天线14和单极天线16之间的距离d，如由
它们沿图3中的无线电收发机外壳12的顶面的各自所定位置所反映
的，设计使得当单极天线16处于伸长状态时获得其最佳天线效率。
这是因为印刷电路天线14包含对处于伸长状态时的单极天线16的阻
抗匹配网络。
印刷电路天线14一般地与在一专利申请中所介绍的一种天线一
致。这个专利申请就是标题为“印刷的单极天线”，编号为08/459,
237，它为现在的受让人所拥有，特此引入作为参考。因此，印刷电
路天线14包括印刷电路板28，其大致为矩形形状并有第一面和第二
面。如在图5中所最好看出的，以第一导电线迹30形式的辐射部件
被形成在印刷电路板28上并有从馈送端到相对端的物理长度L1。电
连接器15和17被附到印刷电路板28上并连接到第一导电线迹30
上。印刷电路天线14最好包括以在印刷电路板28的与第一导电线迹
30相对的面上形成的第二导电线迹32形式的导电部件，这里第二导
电线迹32有从接地端到相对端的物理长度L2。最好第二导电线迹32
是导电扦接线元件(如在图5中所看到的)，其限定一扩展的接地平
面，该扩展接地面影响在第一导电线迹30的与第二导电线迹32对齐
的那部分上的虚拟馈送点。第二导电线迹32也可以被形成在印刷电
路板28的与第一导电线迹30相同的面上。在任何情况下，第二导电
线迹32的实际长度L2被调整尺寸以提供同第一导电线迹30的阻抗
匹配。
在图1和图2中会看到，印刷电路天线14有高度h3，它以这个
高度从无线电收发机外壳12的顶面伸出。最好，第一连接器18将通
过焊接或其他相当的措施被连接到第一导电线迹30上。会注意到，
第一连接器18将被安置在相对于无线电收发机外壳12的顶面13的
高度h4上，h4最好与第二导电线迹32的物理长度L2近似相同。为
了使印刷电路天线14的尺寸最小，会看到，第一导电线迹30有非直
线的设计以致它的电长度大于物理长度L1。这样一来，印刷电路14
能有一个这样的高度h3，它最好是在使印刷电路天线14的总物理尺
寸最小的同时近似为无线电收发机工作所要求的中心频率的1/4波
长。因此，印刷电路天线14能结合单极天线16工作。单极天线16
最好在伸长状态高度为h1近似为无线电收发机工作所要求的中心频
率的半波长。这个非直线形的第一导电线迹30也使第一连接器18能
够以水平方式调节以致进一步加强印刷电路天线14和单极天线16间
的匹配。
如在上文所提出的那样，像印刷电路天线14这样的实际上小的
天线一般地在电抗性近场有比电等效但实际上长的天线更高的能量
储存。所以，对于给定的发射输出功率电平，实际上小的天线增加耦
合到手提无线电收发机装置用户的能量(由于在电抗性近场的能量储
存是一个借其能量被耦合到如人体组织这样的损耗介质的原理过
程)，并发射非电离电磁射频能量。为了使耦合到无线电收发机10
的用户的能量减至最小，一个开关电路34可以被利用，以便当印刷
电路天线14是被用的一个天线时(即，单极天线16处在缩进状态)
由此减小被无线电收发机10发射的功率。在这方面，状态检测电路
34可以按直流电路被表示。这可以通过将第二连接器38的第一端36
(见图1和2)连接到标注14a的另一个实施例的印刷电路天线上来
实现。如在图5A所看到的，印刷电路14a包括形状为矩形的并有第
一和第二面的第一印刷电路板28a。第一印刷电路板28a包括在其上
形成的第一导电线迹30a以及像加接到对于印刷电路天线14所说明
和表示的那些连接器15a和17a。然而，印刷电路天线14a还包括毗
邻第一印刷电路板28a安置的第二印刷电路板29。在这里，第二印刷
电路板29也在形状上为矩形的并有第一和第二面。这样一来，印刷
电路天线14a由有2层或更多层的印刷电路板的多层板组成。具体
地，第三连接器的第一端36被连接到第二线迹42上，第二线迹42
被表示为在第二印刷电路板29的第一表面上被形成。另外，第二线
迹42可以被配置在第一印刷电路28a的后表面上。第二线迹42通过
穿过第一印刷电路板28a的孔(未示出)被连接到连接器17a上。导
电插接线32a则在第二印刷电路板29的后表面上被形成。
第二连接器38的第二端40同单极天线16处于滑动接触状态。
这类似于上述关于第一连接器18的印刷电路天线14和单极天线之间
的直接电连接。所以，当单极天线16处于缩进状态时，非导电部分
26同第二连接器端40接触，形成一开路直流电路(见图6)。通过
这样做，这就引起被印刷电路天线14a发射的功率的减小。否则，单
极天线16的导电部分24同第二连接器端40接触形成闭合直流电路
(见图7)，使得单极天线16发射最大功率。当然，状态检测电路
34只是检测单极天线16的状态和被发射功率的总额的一个方法。其
他直流检测技术也可被利用，例如，将第二连接器端40的一个弹簧
夹接地和检测它的其他的用于直流接地的弹簧夹。还会注意到，一对
串联的电感器44和46可以被安置在状态检测电路34的直流输入和
直流输出的附近，以便阻止任何射频信号进入并借此降低单极天线16
的性能。
已表明和说明了本发明的优选实施例，适用于手提无线电收发机
的双重特性天线能够通过本专业普通技术人员进一步修改而不偏离
本发明的范围。例如，一单个连接器可以被用于提供印刷电路天线14
和单极天线16之间的直接电连接，其中合适的天线和借其而辐射的
功率是由单极天线16的状态来识别。当然，如果需要无功率电平上
的差别，则只确定所利用的天线。