专利名称：用于手提通讯用户终端的天线的制作方法
技术领域：
本发明针对一个手提用户通讯终端，更准确地说是针对一个用于卫星电话的改进天线。
天线当然是任何无线通讯设备的一个重要部件。例如，无论是无绳电话还是蜂窝电话，电话接收到的信号的质量在很大程度上依赖于电话所使用天线的质量。
卫星电话不是通过几英尺或几英里远的地面装置，而是通过地球轨道上许多英里远的卫星进行通讯。随着卫星电话的使用日益增长，天线的重要性和对天线的质量要求明显地提高了。
由于卫星系统要求的基于空间的基本设施，和系统通过空气以明显比蜂窝电话远的距离与各个用户设备通讯的要求，卫星系统的造价预期要高于传统的地面有线系统，甚至蜂窝电话系统。然而，尽管卫星电话有一些明显的优点(例如，在遥远的位置进行移动通讯)，如果通信信号(如，声音质量)差，卫星电话的可接受性将受到严重阻碍，特别是从造价来看。简单的事实是如果传送的声音质量差，几乎没有潜在的用户愿意为卫星电话付非常多的钱。当然，对于想在计算机间传送数据的潜在用户，通信信号差也能限制系统的可接受性，因为，差质量的通信信号能导致传送数据的不能接受的不可靠性。此外，任何这种受限的可接受性将是弄巧成拙的，因为它将限定用户(的数量)，这反过来将保持高成本(减少了分担固定造价的用户的数量)，从而也会限制可接受性。
当然，便携性也是卫星系统获得广泛的可接受性的一个关键因素。如果“移动”设备必须放在手提箱中载带，几乎没人愿意使用这样的系统。因此，独立的手提移动设备是卫星系统获得广泛使用的一个关键因素。但这种小的设备却以很高的代价实现，包括前面讨论过的通信信号的不合乎需要的降级。信号降级的原因是尽管需要处理必须传送很远距离的通信信号，小设备使用的天线本身也小。
简而言之，卫星电话使用的天线不仅要便于使用，而且它们要为通讯设备提供最优的功能，这是非常重要的。
在专利号为5559522的美国专利中给出了一个为手提卫星电话研制天线的尝试。那个结构提供了一个天线，它有一个成角度的枢轴，使用时令天线垂直定位。虽然，当电话在典型的手提式个人使用中的小位置范围持有时，该天线结构可以正常地工作，但它不适合在所有使用中提供理想的操作。
本发明旨在克服上面陈述的一个或多个问题。
依本发明的一个方面，提供了一个包括一个通讯单元和一个纵长天线的手提用户通讯终端。通讯单元包括一个外壳，外壳有一基本位于第一个平面的一侧的单元的顶部，和至少一个大致位于一第二平面的一侧的单元侧面，这里第一个平面和第二个平面大体上互相成直角。安装在通讯单元上的天线可以围绕一个轴线在第一和第二位置之间旋转，在该第一位置中天线的一个侧面邻近所述一个通讯单元的侧面，在第二个位置中天线的相对侧邻近通讯单元的顶端。所述天线的一个侧面与包含轴线的纵长方向的平面间隔一第一距离，该天线的相对侧与该纵长方向的平面间隔一第二距离，其中所述轴线在第一个平面的另一侧与第一个平面间隔至少第一个距离，及在第二个平面的另一侧与第二个平面间隔至少第二个距离。
在本发明的这个方面的一个优选形式中，枢轴相对于天线基本是横向居中的，此时第一距离和第二距离基本相等。
在本发明的这个方面的另一个优选方式中，天线可以在270度范围内被转动。
本发明的另一个方面，提供了一个手提用户通讯终端，它包括一个通讯单元、一个天线和一个固定天线的枢轴，此枢轴用来使天线围绕一个相对通讯单元固定的轴线旋转。通讯单元位于一个外壳内，该外壳有一大致位于一第一平面的一侧的单元顶端，和至少一个大致位于一第二平面的一侧的单元侧面，这里第一个平面和第二个平面大体上互相垂直。天线具有一个长度和一个沿着长度方向选定的横向宽度。枢轴基本平行于两个平面，并在两平面的另一侧与之间隔的距离至少等于天线横向宽度的一半。
在本发明这个方面的一个优选方式中，枢轴包含一个L形支架，支架的一条腿基本上整个位于第二个平面的另一侧，这条腿的一部分位于第一平面的另一侧，该支架的另一条腿基本上整个位于第一平面的一侧，这条腿的另一部分固定在通讯单元的外壳上。枢轴从所述一条腿的一部分轴向伸出，天线中的一个轴套接纳该枢轴。
在本发明这个方面的另外的优选方式中，许多保持装置间隔地绕枢轴布置，一个固定在天线上的保持机构在天线的每个旋转位置啮合枢轴的一个制动器。
在本发明这个方面的另外的优选方式中，天线可以在270度范围内被转动，有五个制动器，其制动机构在旋转范围的每个端点啮合一个制动器，在三个选定的中间旋转位置的每个位置啮合另外三个制动器中的一个制动器。
在本发明这个方面的另外的优选方式中，天线有一个天线罩，其两个外壳基本沿着一个在纵长方向延伸的，基本与第一个和第二个平面垂直的平面连接起来，两个外壳间安装着RF(射频)构件。
在本发明这个方面的另外的优选方式中，天线罩的两个外壳有带有纵向隔开的多个肋的外壁，众肋将RF构件支撑在一个与外壳的外壁隔开的一个位置。
在本发明另一个方面，提供了一个手提用户通讯终端，包括一个通讯单元，一个封装在一个纵长天线罩中的纵长天线，一个将天线和天线罩连接到通讯单元的适于围绕一个轴线旋转的枢轴。通讯单元在大致为一个盒状的外壳内，外壳有一个带有键盘的正面，一个通过顶面、底面和两个侧面与正面连接的背面。通讯单元的正面和背面中至少有一个面从顶面到底面基本为非平状，从顶面到底面，正面和背面间的间隔是变化的。天线和天线罩在一个邻近所述一个通讯单元侧面的第一位置和许多与该通讯单元侧面隔开的工作位置之间旋转。天线罩正面和背面间的沿着天线罩的长度方向的间隔是变化的，以基本匹配单元正面和背面间该变化的间隔。
在本发明这个方面的一个优选方式中，天线罩带有一个平状侧面，于纵长方向的横断截面中大致为圆形，该平状侧面是天线罩的正面。在另一种优选的方式中，天线罩的背面沿一个基本平行于上述横截面中平状侧面的定位方向的切向平面布置。
在本发明这个方面的另一个优选方式中，当天线和天线罩在第一个位置时，天线罩和通讯单元的正面和背面确定一个基本相同的轮廓，天线罩的一个侧面邻近通讯单元的所述一个侧面，天线罩的该具有纵长轮廓的侧面与位于顶面和底面间的通讯单元的该侧面的轮廓基本相配。
本发明的一个目的是提供一个可以易于使用的手提通讯单元。
本发明的另一个目的是提供一个手提通讯单元，它能提供高质量的通讯信号。
本发明的再一个目的是提供一个手提通讯单元，它从审美观点上令人感到满意。
本发明的再进一步一个目的是提供一个手提通讯单元，它可以在多个不同的位置可靠地工作。
图1是一个体现本发明的手提用户通讯终端的正视图；图2是从图1右侧看的侧视图，示出了通讯终端的前半部分；图3-4是本发明天线组件的分解图；图5是本发明的一个优选实施例的天线罩外壳的侧视图；图6是天线罩的正视图；图7是一个天线罩外壳的透视图；图8是一个天线组件装配板的正视图，示出了将天线组件固定到通讯单元的插销结构；图9是图8的后视图；图10是一个部分断开的透视图，示出了本发明天线的枢转结构。
图1示出了一个依照本发明的手提用户通讯终端10，如一部卫星电话。终端10包括一个带有键盘14、扬声器16和数据显示器的通讯单元12。终端10还包括一个可枢转地与通讯单元12连接的天线20，下面将进行进一步的详细描述。该天线20包括一个封装天线组件的天线罩24，下面也将进行进一步的详细描述。
通讯单元12包括一个外壳26，其中安置着一个控制器，处理器和其它(未示出的)元件，用来接收、处理和发射信号，象卫星通讯系统技术中已知道的那样。外壳26包括一个正面30和一个背面32(图2中的虚框所示)，这两个面通过顶面34，底面36和两个侧面38、40相连。顶面34基本整个在第一平面44的一侧，及一个侧面40基本整个在第二平面46的一侧，平面46基本垂直于第一个平面44。也就是说，象从图1的定位看到的，顶面34在第一平面44之下，右侧面40在第二平面46的左边。
在图2所示的优选实施例中，外壳26的正面30不是平面而是曲面状的，使得特别是有基本为一个平状的背面32时，正面30和背面32间的间隔沿着外壳26的高度方向变化。
图3和4给出了一个依照本发明的优选实施例的天线组件50的分解图。天线20包括一个合适的RF结构或者说天线元件54，它被固定在两个外壳24a,24b之间，图5-7也图解说明了该两外壳。每个天线罩外壳24a,24b包含至少两个纵向隔开的肋56，它们在天线罩24内支撑着RF天线元件54，以便基本上沿RF天线元件54的整个长度，在RF天线单元54和天线罩24外壁间提供一个空气间隔，以提供理想的工作状态。在一个优选的形式中，至少外壳24a,24b之一里还提供了销钉57(见图4)，该销钉由RF天线元件54上的配合孔58接纳，以进一步在天线罩24内固定RF天线元件54。
一个L形装配板60包括一个空心枢轴62，其穿过一个枢轴衬套64和一个天线罩外壳里的圆柱孔66，以允许围绕枢轴线68相对枢转。枢轴衬套64装在天线罩外壳24b里的凹槽内以和天线罩24一起旋转。
一个支撑架70安装在天线罩外壳24的里面，位于枢轴端点，并且，在图3-4所示的实施例中，安装了一个保持机构如示出的具有向外凸出点76的保持簧74，当天线20位于选定的枢转位置时，该凸出点被向外加力并接纳在枢轴62的保持凹槽78接纳。象图示的那样，枢轴62包含四个保持凹槽78，其中的两个间隔约270度，当天线20的枢转范围终止时(即，平行于终端10的顶部和平行于终端10的侧面)用来接纳保持簧凸出点76以将天线20保持在该位置，另外两个槽在中间位置用来使天线20停在中间转动位置，之后还要讨论该问题。
应该认识到本发明还可以使用其它保持机构，例如，包括，一个合适地压向间隔开的保持凹槽的滚珠轴承。
一个保持环84被配置在枢轴62的端部，通过一个合适的干涉配合摩擦地固定在枢轴上，以将天线20固定在装配板60上作枢转。当然，在本发明的范围内还可以使用其它方法将天线20固定在装配板60上，包括(例如)一个接纳在一个绕枢轴62的凹槽中的保持环。
装配板60包括三个插销88，插销可滑动地装配在其上，以及一片簧90与一对可枢转地安装在该装配盘上杆92、94接合。如此后详细描述的那样，杆92、94接合插销88，使插销向外偏压，以将装配板60固定到通讯单元12的背部。一个垫板96可安装在装配板60上用来把片簧90和杆92、94保持在装配板60上。
适合的RF同轴电缆100在相对的端部有两个端子102、104，并提供高质量的信号传输和终端10与RF天线单元54间的可靠的长距离持久柔性连接。电缆100贯穿空心枢轴62的中心，以便端子102伸展到天线罩24内并与一个连接到RF天线元件54的合适的连接组件110的端子108连接。电缆100另一端的端子104合适地固定在一个固定架114和垫片116之间，以便端子104的端部保持适当的间隔从装配盘60的孔118中伸出。
一个L形后壳122合适地固定在装配板60之上，还有为了保护，增强和当然是为了美观的各种各样的附件。
如前面已经提到过的天线罩24也示于图5-7中。天线罩24的两个外壳24a、24b沿着一个平面分开，此平面基本沿天线20的纵长方向，在所示的优选形式中，一个外壳24b包含一个唇边130(见图7)它被接纳到另一个外壳24a的内侧。当装配RF天线元件54和其它构件(支架70、保持簧74、保持环84和连接器组件110)时，使用一种合适的粘合剂将两个外壳24a、24b固定在一起。如前所述，两个外壳24a、24b中的肋56从外壳24a、24b的外壁支撑着RF天线元件54，以便在天线元件54的周围保持一个均匀的空气间隔，使得天线20理想地工作。本设计允许接触到RF天线元件54，直到两个外壳24a、24b被粘在一起的装配结束时，而且还保证在装配过程中构件被引导到它们在天线罩24中的精确的合适位置。还应该理解的是，这里揭示的本发明的其它方面可以通过使用两个以上的外壳和/或使用一个以上平面或者曲面连接的外壳形成的天线罩实现。
如图5-7示出的和前面提到的，该结构允许总的外形或天线20的轮廓是变化的，以基本与通讯单元12的从顶部到底部的曲线相配。由外壳24a提供的正面包括一个横向的平面(即，天线罩24带有一平状侧，在垂直于天线20的众截面中为圆状)，当天线20的一个侧面邻近通讯单元12的侧面40而处于存放位置时(如图1所示)，它基本与通讯单元12的正面30(见图2)相统一。这种构型不仅在审美观上令人合意，而且基本消除了天线20或通讯单元12中的任何突出的表面，它们可能会被不经意地碰撞，引起天线20不经意地和不合意地从它的邻近通讯单元12的侧面40的存放位置转开。如果通讯终端10是放在用户的公文包内携带的，例如，当通讯终端在公文包内移动时一个突出的表面可能碰到某东西，并将天线从通讯单元12转开。在这样的位置，随着通讯终端10进一步在公文包内移动，天线20更加容易受到毁坏。通过消除这样的表面，本发明的这种优选的实施例基本上消除了这种可能性。然而，不言自明，还可以得到这里揭示的本发明的其它方面而无上面详细描述的天线罩轮廓与通讯单元的轮廓相配之情形。
图8-9进一步阐明了适合于将天线组件50接附在通讯单元12上的优选结构。片簧90固定到装配板60上，其中一端140被合适地放在一个杆92上，以逆时针绕装配板60上的枢轴销142可摆动地偏压杆92(如图9所示)。杆92有两个凹口144、146接纳插销88a、88b上的耳状物148、150，这样一来，偏置的杆92给两个插销88a、88b加向外偏压。插销88b上的另一个耳状物152被另一个杆94的凹口154接纳，以便插销88b上的向外偏压能顺时针偏压另一个杆94，如图9所示，其中杆94通过另一个凹口156的咬合而咬住插销88c上的耳状物158，引起它也受向外偏压。通讯单元12中包含接纳插销88a-c端部的凹槽，以保持天线组件50在其上。插销88a-c的端部最好呈锥状，以便组件50能被推到通讯单元12上，其中顶着上面描述的偏置力插销88a-c被压入，直到它们到达通讯单元的凹槽，在该点它们将咔嗒一声进入凹槽，并可分开地将天线组件50保持到通讯单元12上。然而，不言自明，本发明可以使用其它将天线组件50放在通讯单元12上的结构。
图10示出了一个合适的用于天线20的枢轴连接，它与图3-4所示的枢轴连接在细节上稍有不同，但是按照与图3-4所示结构的基本相同的原理进行工作。(图10中省略了一些部分，如天线元件54和电缆100，以清楚地说明枢轴连接)。特别地，提供了一个保持机构如弹簧74’，它合适地安在支架70’上，以便它的凸出点76向外偏置，换句话说沿径向朝向枢轴线68。(如前所述，还有其它保持机构，如可以选择使用弹簧加载的滚珠轴承)。在所示的存放位置，凸出点76被保持凹槽78a接纳以将天线20靠着通讯单元12侧面的位置固定住。工作时，天线20可以从存放位置由手动枢转(图10中的逆时针方向)到许多工作位置。附加的保持凹槽78b-d绕枢轴62间隔布置，以在其它位置接纳保持弹簧74’的凸出点76，例如大约145度的位置78b,180度的位置78c和270度的位置78d，这些制动位置辅助用户找到预先选好的位置，不用必须使用他们的眼力作为参考(并且在打电话中使用他们的眼力将不合意地要求他们将电话移开耳朵，这样可能错过重要信息)。
当然，还可以提供别的保持凹槽，以在其它期望的天线20枢转位置提供确定的方位。此外应该认识到，由于工作时天线20并不要求在预选的保持位置，天线20可以被放在270度运动范围内数目不定的位置以提供理想的工作条件。
至此可见，由于其中的天线20可以容易地放在270度范围内数目不定的位置，所以依照本发明的通讯终端10可以提供理想的工作。由于通讯单元12可在较宽范围内定向，这样的位置范围允许天线20保持最优利用卫星系统所需要的增益方向图。此外，这允许将通讯单元12放在一个固定的位置如汽车支架上，但是仍然保持天线增益方向图在垂直位置，从而不需要使用外部的天线系统。
从研究说明书、插图和附加的权利要求书中能得到本发明的其它方面、目的和优点。
权利要求
1．一种手提用户通讯终端，包括一个装在一个外壳内的通讯单元，该外壳有一大致位于一第一平面的一侧的单元顶端，和至少一个大致位于一第二平面的一侧的单元侧面，所述的第一和第二平面基本互成直角；安装在所述的通讯单元上的一个纵长天线，它适合于在第一和第二位置之间绕一轴线枢转，在该第一位置中天线的一个侧面邻近所述通讯单元的一个侧面，在第二位置中天线的相对侧邻近通讯单元的顶端，所述的天线的一个侧面与包含所述的轴线的纵方向的平面间隔一第一距离，所述的天线的相对侧与所述的纵方向的平面间隔一第二距离，其中所述的轴线在所述的第一个平面的另一侧与所述的第一个平面至少间隔所述的第一距离，及在所述的第二个平面的另一侧与所述的第二个平面至少间隔所述的第二距离。
2．如权利要求1的手提用户通讯终端，其中所述的枢轴相对所述的天线大致横向居中，其中所述的第一距离和第二距离基本相等。
3．如权利要求1的手提用户通讯终端，其中所述的天线可以在270度范围内枢转。
4．一种手提用户通讯终端，包括一个装在一个外壳内的通讯单元，该外壳有一大致位于一第一平面的一侧的单元顶端，和至少一个大致位于一第二平面的一侧的单元侧面，所述的第一和第二平面基本互成直角；一个天线具有一个长度和一个沿着所述长度方向选定的一横向宽度；一个固定所述天线的枢轴装置，用来使天线可围绕一个相对所述的通讯单元固定的轴线枢转，所述的轴线基本平行于所述的两个平面，并在所述的两平面的另一侧与所述的两平面间隔的距离至少等于半个所述的天线横向宽度。
5．如权利要求4的手提用户通讯终端，其中所述的枢轴装置包括一个L形支架，所述的支架的一条腿基本上整个位于第二平面的另一侧，其中所述一条腿的一部分位于该第一个平面的另一侧，所述的支架的另一条腿基本上整个位于第一个平面的一侧，其中所述的另一条腿的一部分固定在通讯单元的外壳上；一个从所述的一条腿的一部分轴向延伸的枢轴；和一个在所述的天线上接纳所述的枢轴的枢轴套；
6．如权利要求5的手提通讯终端，还包括间隔地围绕着所述的枢轴布置的许多保持装置；和一个固定在所述的天线上的保持机构，所述的机构在所述的天线的许多枢转位置的每一处啮合一个所述的枢轴保持装置。
7．如权利要求6的手提通讯终端，其中所述的天线可以在270度范围内被转动，有四个保持装置，所述的保持机构在所述的转动范围的每个端点处啮合一个所述的保持装置，所述的保持机构在三个选定的中间枢转位置的每一处啮合另外两个保持装置中的一个。
8．如权利要求4的手提通讯终端，其中所述的天线包括一个天线罩，它有两个基本上沿纵长方向延伸的平面连接的外壳，所述的纵向平面基本垂直于所述的第一和第二平面；和一个固定在所述的两个外壳间的RF结构。
9．如权利要求8的手提通讯终端，其中所述的天线罩的两个外壳有里边带若干纵向间隔的肋的外壁，所述肋将在所述的RF结构支撑在一个与所述的外壳外壁隔开的位置。
10．一种手提用户通讯终端，包括一个位于大致为盒形的外壳内的通讯单元，所述的外壳有一个带有键盘的正面和一个通过顶面、底面和两个侧面与所述的正面相连的背面，所述的正面和背面中至少有一个从底面到顶面基本为非平状的，正面和背面间的间隔从所述的底面到所述的顶面是变化的；一个纵长天线；一个封装所述的天线的纵长天线罩，有一个正面和一个背面和两个侧面；一个将所述的天线和天线罩与通讯单元连接的枢轴，用于围绕一个邻近单元顶面和单元的一个侧面的轴线枢转，所述的天线和天线罩可在一个邻近所述的一个单元侧面的第一位置和许多与所述的一个单元侧面间隔开的工作位置间转动；其中天线罩正面和背面间的间隔沿着天线罩的长度变化，以基本跟随所述的单元正面和背面间变化的间隔。
11．如权利要求10的手提用户通讯终端，其中天线罩带有一个平状侧，在纵长方向的横截面中大致为圆形，所述的平状侧是天线罩的正面。
12．如权利要求11的手提用户通讯终端，其中所述的天线罩的背面在所述的横截面中沿一个基本平行于所述的平状侧的定位方向的切向平面配置。
13．如权利要求10的手提用户通讯终端，其中，当所述的天线和天线罩在所述的第一个位置时，所述的天线罩和单元的正面和背面确定一个基本一致的轮廓。
14．如权利要求10的手提用户通讯终端，其中，当所述的天线和天线罩在所述的第一位置时，所述的天线罩侧面中的一个侧面邻近所述的一个单元侧面，并且该天线罩侧面在底面和顶面间具有一个基本与所述单元侧面的轮廓相配的纵长轮廓。
全文摘要
一个通讯终端包括一个通讯单元、一个封装在天线罩内的纵长天线、和一个将天线连接到通讯单元的枢轴,用于围绕一个轴线转动,其中RF(射频)与通讯单元连接。该通讯单元位于正面带有键盘的盒型外壳内,外壳的正面通过顶面和底面及两个侧面与外壳的背面相连。通讯单元的正面和背面中有一个面从顶部到底部是不平坦的,从顶部到底部正面和背面间的间隔是变化的。天线罩的正面和背面间的间隔也变化,以基本匹配通讯单元正面和背面间的变化间隔,这样当天线罩与通讯单元的一个侧面邻接时天线罩和通讯单元的正面和背面确定一个均称的轮廓。通讯单元的顶面位于一第一平面的一侧,至少一个通讯单元的侧面位于一个与第一平面垂直的第二平面的一侧。一个固定在通讯单元的L形支架支撑一个枢轴,此轴限定出基本与两个平面平行的轴线,并且在该两个平面的另一侧间隔的距离允许天线在270度范围内旋转。有许多保持装置绕枢轴间隔布置,一个固定在天线上的保持机构在每个旋转位置啮合一个枢轴保持装置。天线罩有两个基本沿着一个平面连接在一起的外壳,它们带有纵长间隔的肋,将天线支撑在一个与壳外壁隔开的位置。
文档编号H01Q1/24GK1320290SQ99811583
公开日2001年10月31日 申请日期1999年7月20日 优先权日1998年8月4日
发明者N·A·S·斯塔尔格伦, B·T·菲利皮, Y·马, G·达尼尔, R·J·斯坦利二世 申请人:艾利森公司