專利名稱：平面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種可安裝在小型無線電設(shè)備內(nèi)的平面天線裝置。
在便攜式無線電裝置中，很希望將天線安裝在裝置的殼內(nèi)，因為突出的天線是不實用的。在現(xiàn)代的移動站上，例如，其內(nèi)部天線自然必須是小型的。由于移動站變得越來越少，就更強調(diào)了這種需要。此外，在雙頻帶天線中，高的操作頻帶至少應(yīng)是比較寬的，特別是如果所述裝置計劃工作在采用1.7-2GHz頻帶的多于一個的系統(tǒng)時。
當目標在于小型天線時，最普通的方案是采用PIFA(平面倒F天線)。在一個給定頻帶或一些頻帶上這種天線的工作性能依賴于它的尺寸其尺寸越大，其性能越好，反之亦然。例如，降低PIFA的高度，即使得輻射平面與地面彼此更接近，則顯著地減少了帶寬并降低了效率。同樣，在寬度和長度的方向上減小天線，使其部件的實際長度小于它的電子長度，則減少了帶寬，特別是降低了效率。


圖1表示現(xiàn)有的雙頻帶PIFA的一個例子。在圖中，可以看出所述裝置的框架110，是水平畫出的，并作為該天線的地平面。在該地平面之上有一個由絕緣件(例如105)支持的平面輻射元件120。在該輻射元件與地平面之間有一個短路件102。通過經(jīng)該地平面上的孔的導(dǎo)體103在F點對該輻射元件饋送。在該輻射元件中有一縫隙125。從該元件的邊緣開始，在轉(zhuǎn)兩個直角后延伸到接近饋送點F。從饋送點F觀查，該縫隙將該輻射元件分為具有不同長度的兩個分支A1和A2。在這個例子中，該較長的分支A1包括該輻射元件的邊緣區(qū)的主要部分，它的諧振頻率落在該天線的下工作頻帶上。該較短的分支A2包括該輻射元件的中區(qū)，它們諧振頻率落在該天線的上工作頻帶上。圖1中所描述的結(jié)構(gòu)的缺點是，使小型移動站的更小天線可能降低天線的特性太多；更高諧振頻率的帶寬可能是不夠的。
從現(xiàn)有技術(shù)中并不知道，在不增加天線尺寸的情況下會顯著地增加PIFA的帶寬。從一些較早的應(yīng)用中申請人知道一種結(jié)構(gòu)，其中通過以具有一定寬度比的兩部分制作該輻射元件的縫隙來增加帶寬(FI991807)；以及另一種結(jié)構(gòu)，其中通過在該輻射平面之上增加第二輻射平面，并在這些平面之間和在最上的平面的頂上放置絕緣的材料來增加帶寬。
在這里公開的方案中，利用在一定的區(qū)域通過導(dǎo)體增加地平面和輻射平面之間的電容來增加PIFA的帶寬。在現(xiàn)有技術(shù)中實質(zhì)上是知道這種電容的增加的。圖2表示一個簡化的例子，其中在朝向地平面210的它的邊緣上已將輻射平面220彎曲。在彎曲215與地平面之間則有一定的附加電容C。圖3表示從公開的US 5764190中得知的結(jié)構(gòu)，其中在輻射平面320與地平面310之間有一較小的平行平面315，通過與前者的電流接觸來增加電容。在這些情況下，增加電容的構(gòu)件是在對于由饋送導(dǎo)體203(303)和短路導(dǎo)體202(302)所確定的饋送位置的天線的相反端上，這個構(gòu)件的目的主要是減少天線的實際尺寸。
本發(fā)明的目的是以新穎的方式來增加小尺寸的PIFA的帶寬。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在于獨立權(quán)利要求1中所表示的。在其它的權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的一些最佳實施方案。
本發(fā)明的基本構(gòu)思如下通過在比較接近天線的饋點形成該構(gòu)件增加輻射平面與地平面之間的電容來擴展通常PIFA型的結(jié)構(gòu)。該構(gòu)件可以是從輻射平面向地平面的凸起，反之亦然。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在不增加天線尺寸和情況下顯著地增加了天線帶寬。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)簡單并降低了制造成本。
下面，將參考附圖詳細地描述本發(fā)明，其中圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的PIFA的一個例子。
圖2表示想要增加電容的已知結(jié)構(gòu)的一例，圖3表示想要增加電容的已知結(jié)構(gòu)的第二例，圖4表示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一例，圖5表示本發(fā)明的第二實施方案，圖6表示本發(fā)明的第三實施方案，圖7表示本發(fā)明的第四實施方案，圖8表示根據(jù)本發(fā)明的天線特性的例子，和圖9表示用根據(jù)本發(fā)明的天線裝備移動站的例子。
結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的描述已經(jīng)討論了圖1，2和3。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的例子。天線400包括地平面410和輻射平面420。在此例中將短路導(dǎo)體402和天線饋入導(dǎo)體403連接到接近這個角落的輻射平面。該輻射平面具有一縫隙425，從饋入點F觀查將它分為兩個分支A1和A2，它們具有明顯不等的諧振頻率。因此該例表示一個雙頻帶結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明將朝向地平面的導(dǎo)電凸起415連接到比較接近該饋入點F的輻射平面上。例如，通過將原先在平面420上在面向該饋入點的一側(cè)形成的凸起彎曲成直角來形成該凸起415。在凸起415和地410之間有一定的電容C。這就有效地補償了天線饋入阻抗的電感部分，從而在比沒有所述凸起時的顯著更寬的頻帶上產(chǎn)生可接受的匹配?？蓪D4的裝置特別用于加寬高頻頻帶，這的確是經(jīng)常需要做的。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明裝置的第二例。這有一個天線500，包括地平面510，輻射平面520和它們之間的短路導(dǎo)體502。根據(jù)本發(fā)明，將一個朝向地平面的導(dǎo)電凸起515連接到該輻射平面。在這個例子中該凸起與該短路導(dǎo)體502是電流接觸，使得當從該輻射平面開始時該短路導(dǎo)體很寬，而在下端，即連接到地平面的部分比較窄。例如，可通過將原先在平面520上形成的凸起彎曲成直角來生成該凸起515和短路導(dǎo)體502。當輻射器的可用區(qū)域是比較大時，根據(jù)圖5的裝置特別優(yōu)越。短路導(dǎo)體的延伸降低了諧振頻率，必須通過使輻射器較長來補償，從而使它們變得更窄。這就減少了用小天線區(qū)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三例。這里有一天線600，包括地平面610，輻射平面620和它們之間的短路導(dǎo)體602。在這個例子中，有兩個導(dǎo)電體來增加這些平面之間的電容，它們位于地平面一側(cè)第一導(dǎo)電體615，從地平面向輻射平面延伸，在后者的邊緣下面，比較接近于饋入導(dǎo)體603。對應(yīng)的，第二導(dǎo)電體616，從地平面向輻射平面延伸，在后者的下面，比第一導(dǎo)電體更接近饋入導(dǎo)體603。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的第四例。這里有天線700，包括地平面710，輻射平面720和它們之間的短路導(dǎo)體702。在這個例子中，該天線有一個工作頻帶。增加平面之間的電容的導(dǎo)電件715是環(huán)繞饋線703部分的一個空小圓柱，該圓柱位于地平面和輻射平面之間，該導(dǎo)電體715與地平面電流接觸。因此，所述的導(dǎo)電件，除了增加在饋入點附近的平面之間的電容之外，還減少了饋入的電感，因為它有對于饋送導(dǎo)體的分布電容。與圓柱715對應(yīng)的部件可以連接到該輻射平面，延伸到距地平面的一定距離。
圖8表示作為頻率函數(shù)的反射系數(shù)S11的曲線，示出了本發(fā)明對雙頻帶天線的帶寬的效果。對于圖4的示例性結(jié)構(gòu)該結(jié)果是有效的。曲線81表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)天線的反射系數(shù)的變化，曲線82表示根據(jù)本發(fā)明的有圖4中的凸起415的延伸的相應(yīng)天線的反射系數(shù)的變化。比較這些曲線，可以看到特別是位于1.8GHz區(qū)域的上工作頻帶，采用根據(jù)本發(fā)明的裝置變寬了。以-6dB的反射系數(shù)值作為頻帶極限的標準，帶寬B增加1.5倍以上它的相對值從6％下一點增加到9％上一點。其在900MHz區(qū)域的下工作頻帶也變得寬一些。
圖9表示一個移動站MS。它具有根據(jù)本發(fā)明的天線900，在這個例子中它是完全放置在該移動站的殼內(nèi)。
上面描述了根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明并未限制輻射部件的形狀和數(shù)量；例如，另一個輻射元件可能在根據(jù)本發(fā)明的元件的頂上。而且，本發(fā)明并未以任何方式限制該天線的制造方法?？蓪⒃摪l(fā)明構(gòu)思以不同的方式應(yīng)用到由獨立權(quán)利要求1所限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種天線裝置包括平面輻射元件；地平面；上述二者之間的短路導(dǎo)體；和該輻射元件的饋入導(dǎo)體，其特征在于它還包括增加該輻射元件和地平面之間電容的導(dǎo)電材料，當從該輻射元件的法線方向觀查時它位于所述短路導(dǎo)體和饋入導(dǎo)體所在的該裝置的一邊。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)電材料構(gòu)成輻射元件(420)的一部分(415)，朝向地平面(410)，且位于比較接近所述輻射元件的饋入點F的地方。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)電材料(515)附有電流接觸的所述短路導(dǎo)體(502)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)電材料形成至少一個凸起(615,616)，位于比較接近于輻射元件(620)的饋入導(dǎo)體(603)，并從地平面(610)向該輻射元件延伸。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)電材料形成安置在輻射元件(720)的饋入導(dǎo)體(703)周圍的部件(715)。
6．一種無線電設(shè)備(MS)包括天線(900)，天線(900)包括平面輻射元件和地平面，它們之間的短路導(dǎo)體，和該用于輻射元件的饋入導(dǎo)體，其特征在于，所述的天線還包括用于增加該輻射元件與地平面之間電容的導(dǎo)電材料，當從該輻射元件的法線方向觀查時，它位于所述短路導(dǎo)體和饋入導(dǎo)體所在的該裝置的一邊。
全文摘要
本發(fā)明涉及放置在特別小的無線電設(shè)備內(nèi)的一種天線裝置(400)。通過在比較接近天線的饋入點(F)設(shè)置構(gòu)件(415)來增加輻射平面(420)與地平面(410)之間的電容,擴展了通常的PIFA型結(jié)構(gòu)。該構(gòu)件可以是從該輻射平面向該地平面(反之亦然)延伸的凸起。本發(fā)明的優(yōu)點是,在不增加天線尺寸的情況下顯著增加了天線帶寬。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是,其結(jié)構(gòu)簡單并從而降低了制造成本。
文檔編號H01Q9/04GK1303141SQ0013195
公開日2001年7月11日 申請日期2000年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月1日
發(fā)明者A·伊索海泰萊, S·塔瓦斯, P·安納馬爾 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司