專利名稱：節(jié)省空間配置的機內(nèi)槽形天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線，特別涉及折疊式的節(jié)省空間配置的機內(nèi)槽形天線，它可以應(yīng)用在空間苛刻要求的應(yīng)用中，例如一臺膝上型計算機中。
背景技術(shù)：
對使膝上型計算機和其他便攜式電子設(shè)備同一個無線局域網(wǎng)(WLAN)接口存在著興趣。WLAN可工作在多個標準之下，例如所謂的“Blue tooth”標準。在這種系統(tǒng)中，要求一個天線通過射頻(RF)通信發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
在便攜式電子設(shè)備中，空間非常寶貴。因此要求一個天線在這種設(shè)備中占有的空間最小。一種提供占據(jù)最小空間的RF天線的現(xiàn)有技術(shù)方法于1995.3.2.公開在世界知識產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)的國際公布號WO95/06338中。在該公布中，討論了一種折疊式單極天線。這種折疊式單極天線其高度低，因此它適合于安裝到小的場合中。但是這種折疊式單極天線在電氣匹配，頻寬和要求在單極天線和接地平面之間引入分路電感的電磁場方面存在著不理想的效果。
槽形天線在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，而且對于例如高速飛機這樣的仿形的或高速的設(shè)備是有用的。一個傳統(tǒng)的槽形天線在John D.Kraus所著一書An-tennas第624-632頁中(第二版，McGraw-Hill 1988)進行了描述。圖1表示一種現(xiàn)有技術(shù)槽形天線，通常指定為10，典型地為金屬的一個導(dǎo)電接地平面12同槽14一起形成。該槽長度為L，一般等于電波長λe的一半，該槽14的寬度W一般比波長短得多。這樣一種天線將均勻地從接地平面12的兩側(cè)輻射。一般用同軸電纜16饋電，其附加在一個偏心饋電點上以獲得50Ω的天線阻抗，從而匹配同軸線的典型的50Ω的特性阻抗。
在某些應(yīng)用中，希望槽形天線只在一個方向輻射。這可以用相當大的導(dǎo)電接地平面來實現(xiàn)，如圖2所示，而槽的一側(cè)處在機內(nèi)。在上述Krasu的參考書中也討論過這種結(jié)構(gòu)。一般指定為20的圖2的現(xiàn)有技術(shù)的機內(nèi)槽形天線。圖2的天線20也用一塊導(dǎo)電接地板22構(gòu)成，槽的尺寸L，W如前所述的一樣。槽指定為24。用一種盒結(jié)構(gòu)26將槽24裝在盒內(nèi)，并典型地在導(dǎo)電接地平面22的下面延伸深度h。距離h一般為四分之一波導(dǎo)波長λg。盒結(jié)構(gòu)26在圖2后部方向阻塞輻射，使前部方向的輻射增強，由此使原始槽形天線10的輻射電阻倍增。而饋電可通過同軸電纜28實施。原始槽形天線10并不適用于手持電子設(shè)備或膝上型計算機，這是因為是兩方向輻射，而圖2的現(xiàn)有技術(shù)的機內(nèi)槽形天線也不適合于上述場合，因為距離h如此之大，使得天線占據(jù)了不可接受的大的空間。注意到Kraus參考書對“h”使用“d”，在此使用“h”術(shù)語，以避免同參照以下相對本發(fā)明的“d”參數(shù)相混淆。
將理解到上述WIPO公布的現(xiàn)有技術(shù)的折疊的單極方法導(dǎo)至對電氣匹配，帶寬及迫使引入一個分路電感的電磁場的不利的變化。此外，以上剛剛討論的槽形天線之所以不適合乃是由于雙向輻射或過大的尺寸。
由于上述討論，在現(xiàn)有技術(shù)中需要一種適合用在膝上型計算機和其他例攜式電子設(shè)備的緊湊的天線。需要這樣一種天線，占用空間最小，容易制造，和具有理想的電特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中確定的需要提供一種機內(nèi)槽形天線，其中導(dǎo)電的盒結(jié)構(gòu)具有折疊，節(jié)省空間的配置，適合用在空間受限的場合，例如膝上型計算機這種場合。本發(fā)明天線用于具有自由空間波長λ，波導(dǎo)波長λg和電半波長λe/2的輻射。該天線包括在其中具有一個槽的導(dǎo)電接地平面，槽長為L，其至少基本上等于電半波長。槽寬度W小于長度L，槽還具有縱向軸和第一第二縱向邊緣。天線還包括導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)依次包括主導(dǎo)電平面，其基本平行于接地平面并與其間隔距離d。距離d基本小于1/4波導(dǎo)波長λg。該導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)還包括第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行并間隔距離g，g至少基本上等于L。第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上垂直于導(dǎo)電接地平面和主導(dǎo)電平面，并也基本上垂直于槽的縱向軸。
該導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)還包括第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行并間隔距離a，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上垂直于導(dǎo)電接地平面和主導(dǎo)電平面，也基本上平行于槽的縱軸。
距離a最好能夠基本等于下列兩者之一寬度W+1/4波導(dǎo)波長，和寬度W+1/2波導(dǎo)波長。第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成導(dǎo)電接地平面和主導(dǎo)電平面之間的導(dǎo)電路徑。當按圖觀察時，第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)對槽進行限制。
因此，將理解的是，本發(fā)明天線是對現(xiàn)有技術(shù)機內(nèi)槽形天線的改進，剛剛盡量多加描述的裝置對導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)提供了一種折疊、節(jié)省空間的配置，這種結(jié)構(gòu)允許它包括在例如膝上型計算機的空間受限的位置中。實際中，距離d可以比現(xiàn)有技術(shù)的機內(nèi)槽形天線類型的距離h小得多。
通過閱讀以下考慮到附圖的詳細說明將能理解本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點，而本發(fā)明的范圍將在附加的權(quán)利要求中陳述。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)槽形天線的部分示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)機內(nèi)槽形天線的部分示意圖；圖3為按本發(fā)明的機內(nèi)槽形天線一種形式的部分示意圖；圖4為按本發(fā)明的一種天線的平面圖，與圖3中所描繪的相似，并具有形成導(dǎo)電平面的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)；圖5為沿圖4中V-V線得到的截面圖；圖6為按本發(fā)明的一種天線的平面圖，與圖3中所描繪的相似，其中導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)形成一系列平面通孔；圖7為沿圖6中VII-VII線得到的圖6天線的截面圖；圖8為類似于圖6的應(yīng)用微帶而不是同軸饋線結(jié)構(gòu)的圖；圖9為沿圖8中IX-IX線得到的截面圖；圖10為表示本發(fā)明另一形式的部分示意圖；圖11為也表示本明另一形式的部分示意圖；圖12為還表示本發(fā)明另一形式的部分示意圖；圖13為類似于圖12中所描繪的本發(fā)明的一個實施例的平面圖，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電平面；圖14為沿圖13中XIV-XIV線得到的截面圖；圖15為類似于圖13的平面圖，但表示本發(fā)明的一個實施例，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由平面穿孔形成；圖16為沿圖15XVI-XVI線得到的截面圖；圖17為類似于圖15的圖，但表示本發(fā)明的一個實施例，其使用微帶饋電結(jié)構(gòu)而不是同軸電纜；圖18為沿圖17 XVIII-XVIII線得到的截面圖；圖19為天線電壓駐波比(VSWR)與工作頻率關(guān)系圖，用于本發(fā)明的一個示例性實施例；圖20分別表示＝0°(槽寬度方向)和＝90°(槽長度方向)的天線增益的高度平面輻射圖形，用于圖19中所示的VSWR的示例性實施例；以及圖21為一個便攜式電子設(shè)備的不完全示意的透視圖，該設(shè)備具有按本發(fā)明的天線裝置。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖3，它是本發(fā)明的一種用于輻射的機內(nèi)槽形天線形式的部分示意圖，具有自由空間波長λ，波導(dǎo)波長λg，和電半波長λe/2。本發(fā)明的天線一般指定為100。天線100包括一個導(dǎo)電接地平面102，可以是金屬的(例如)，在其中形成槽104。接地平面102具有第一和第二側(cè)。槽104長度為L，至少基本上等于電半波長。如在此所使用的“至少基本等于”意味著L大于電半波長，或基本等于電半波長，這里基本等于意味著包括等于，或稍大于或小于，只要能夠保持功能度。槽104的寬度W小于(最好小于)長度L，它還具有一個縱向軸106和相應(yīng)的第一和第二縱向邊緣108，110。最好寬度W滿足關(guān)系W＜＜λ。對于予定的輻射性能例如對于上述的輻射可以設(shè)計槽104并選定它的尺寸。天線領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，根據(jù)這里所指示的指南如何去設(shè)計理想的槽的尺寸。
本發(fā)明還包括一個導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112，它可導(dǎo)電地固定到導(dǎo)電接地平面102并配置來使槽形天線100只從該電接地平面102的一側(cè)(即第一和第二側(cè)之一)輻射，如圖3所描繪的那樣，槽形天線100朝著觀察者從導(dǎo)電接地平面102向外輻射，而向紙內(nèi)的輻射由導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112阻擋。這樣導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112起到一個波導(dǎo)的作用，從而實現(xiàn)理想的單側(cè)輻射。
將被理解的是圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)的機內(nèi)槽形天線20也包括一個具有槽的接地平面和導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)。但是本發(fā)明超過圖2中所示現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備從而得到改善的方面在于提供了折疊的節(jié)省空間配置的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112(它可以按平行于接地平面102的折疊方式配置)。在實際中為獲得這種配置，該導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112依次包括一個主導(dǎo)電平面114，它基本上平行于導(dǎo)電接地平面102并且離接地平面一個距離d。距離d基本上小于波導(dǎo)波長λg的1/4，并如此選擇，使得天線100容易放入例如一個膝上型計算機的空間有限的位置中。距離d應(yīng)盡可能地小以減小與適當帶寬一致的尺寸。如果d太小，帶寬將減小。合適的d值也受到本發(fā)明PCB實施例中基板性能的影響，以下將討論這個問題?；旧闲∮诓▽?dǎo)波長1/4的任一距離d值應(yīng)考慮在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，d可以小于15％λg，或最好小于10％λg，或其至小于5％λg更好，與適當?shù)膸捪嘁恢?。在以下討論的示例中，d約為3.8％λg。借助這些指導(dǎo)，天線技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將選擇合適的距離d值。
導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112還分別包括第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116，118，它們基本上彼此平行并間隔距離g，該距離g基本上至少等于L(即或基本上等于L，或大于L)。確信最好g至少稍大于L。第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116，118基本上垂直于該導(dǎo)電接地平面102和主導(dǎo)電平面114，并還基本上垂直于槽的縱向軸106。
本發(fā)明天線100的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112還分別包括第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120，122，它們基本上彼此平行并間隔距離a。第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120，122基本上垂直于導(dǎo)電接地平面和主導(dǎo)電平面，并且還基本上平行于槽104的縱向軸106。注意到在對導(dǎo)電接地平面102或主導(dǎo)電平面114，或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)116，118，120，122分別表示成無厚度這個意義上而言，圖3和圖1和2一樣本質(zhì)上是不完全示意圖。人們將理解這純粹是為了說明方便，而其各項的物理厚度在其他的圖中描繪。圖10，11和12本質(zhì)上也是不完全示意圖。
距離a最好基本等于以下兩者之一寬度W+1/4波導(dǎo)波長，或?qū)挾萕+1/2波導(dǎo)波長，但如在此其他地方所討論的那樣也可以使用另外的值。在以使用的“基本上等于”乃意指包括準確地等于，以及還包括上下略有變化，只要能保持功能度。第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116，118，120，122分別形成導(dǎo)電接地平面102和主導(dǎo)電平面114之間的導(dǎo)電路徑。當在平面圖中觀察時，第一到第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)約束著槽104。人們將理解，使垂直于接地平面102的盒結(jié)構(gòu)尺寸d更小，以及平行于接地平面102的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)尺寸a和g更長，就得到折疊配置的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)112，當與現(xiàn)有技術(shù)相比較時提供了顯著的空間節(jié)省。
如在此所使用的，一個“設(shè)計”圖指的是這樣的一個圖，其中導(dǎo)電接地平面平行于紙，在該紙上繪制該圖。此外，由導(dǎo)電結(jié)構(gòu)“約束”該槽指的是結(jié)構(gòu)圍繞槽，或基本上與該槽相重合。
仍參照圖3，人們將理解，在這里所示的本發(fā)明的實施例中，距離a基本上等于寬度W+1/2波導(dǎo)波長λg。如圖所示，第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120基本上與槽104的第一縱向邊緣108相重合。“基本上重合”是意指空間取向，其中第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120甚至同槽104的第一縱向邊緣108重合或僅僅與其稍有移位。另外，在圖3中描繪的實施例中的第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122可以定位在槽104的第二縱向邊緣110之外，在從槽104的第一縱向邊緣108到該槽104的第二縱向邊緣110的方向上移動而與第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120留出空間。
現(xiàn)在應(yīng)參照圖4和5，其分別描繪類似于圖3中所示的本發(fā)明實施例的設(shè)計和截面圖。其中與相同元件相關(guān)的參考號碼已接受圖3中那樣的相同號碼，只不過其值增加100，其中第一到第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成為例如金屬板的導(dǎo)電板。人們理解，導(dǎo)電接地平面202和主導(dǎo)電平面114也是形成為例如金屬的導(dǎo)電板。例如可以用已知形式的具有普通中心導(dǎo)體226，絕緣層228，和外導(dǎo)體230的同軸電纜224給圖4和5中描繪的實施例饋電。同軸電纜224的外導(dǎo)體230可以通過焊珠232焊接到槽204的第一縱向邊緣208，而同軸電纜224的內(nèi)導(dǎo)體226可以在焊珠234焊接到槽204的第二縱向邊緣210。同軸電纜224的外導(dǎo)體230與導(dǎo)電接地平面202留有空間，只在焊珠232處導(dǎo)電接觸，人們理解，外導(dǎo)體230可以同導(dǎo)電接地平面202保持接觸，如果需要的話(例如接觸是有優(yōu)點的)。
人們將理解在圖3中未描繪同軸電纜，微帶線饋電結(jié)構(gòu)或其他類型的天線饋電裝置；目的是為說明方便。此外，將理解饋線，例如同軸電纜224可以基本定位在槽204的中心，如圖4中所示，或可以沿其移位，后者將導(dǎo)致較低的阻抗。
現(xiàn)在應(yīng)參照圖6和7，它們描繪本發(fā)明類似于圖3中所示的實施例，在圖3中采用印刷電路板(PCB)技術(shù)。圖6和7中的類似于圖4和5中的項目已接受參考號碼其值增加100的表示方法。圖6和7的實施例一般指定為300，可以包括分別具有第一和第二普通平面表面338，340的第一印刷電路基板336。導(dǎo)電接地平面302可以形成第一導(dǎo)電層342，其淀積在該第一PCB基板336的第一普通平面表面338上。槽304可以蝕刻在第一導(dǎo)電層342中。主導(dǎo)電平面314可形成第二導(dǎo)電層344，其淀積在第一PCB基板336的第二普通平面表面340上。第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)316，318，320，322每個可分別形成一系列平板通孔346，其使用印刷電路板制造工藝中熟悉的技術(shù)在第一PCB基板336中形成，將理解到平板通孔346提供了在第一和第二導(dǎo)電層342，344之間的電氣導(dǎo)電路徑。如在圖6中清楚看見的，形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的平板通孔346能用距離Δ間隔，該間隔距離最好基本上不大于自由空間波長λ的1/10。上述術(shù)語意味著復(fù)蓋其間隔稍大于1/10λ但仍有功能的平板通孔，和該通孔346的任何較緊密的間隔。第二導(dǎo)電層344可以在第一PCB基板336的整個第二表面340上延伸，或者，如果要求的話，可以只在用作主導(dǎo)電平面314的范圍延伸，即在由平板通孔346限定的范圍內(nèi)延伸。
注意距離a和g可以從本發(fā)明的所有PCB實施例中的平板通孔的中心線進行測量。
如以上針對電纜224所討論的那樣，同軸電纜324可以在中心位置(所指示的)或偏中心位置定位。對于所有在此公開的本發(fā)明實施例而言一般是正確的。
現(xiàn)在應(yīng)參照圖8和9，它描繪本發(fā)明類似于圖6和7中所描繪的一個實施例，但其中采用微帶饋電結(jié)構(gòu)替代同軸電纜。在圖8和9中類似于圖6和7中的那些項目已接受參考號碼增加100的表示方法。在圖8和9中所示的實施例包括具有內(nèi)側(cè)450和外側(cè)452的第二PCB基板448，第二PCB基板448的內(nèi)側(cè)450可以相鄰導(dǎo)電接地平面402定位。天線400還包括導(dǎo)電帶454，其定位在第二PCB基板448的外側(cè)452上。導(dǎo)電帶454寬度為c并且有一個縱向軸456(它與圖8中剖切平面線IX-IX相一致)，其基本上垂直于槽404的縱向軸406(至少在接近槽的范圍內(nèi))。導(dǎo)電帶454的厚度可以是由本專業(yè)技術(shù)人員選擇的任何合適的值。導(dǎo)電帶454可以電互連接到槽404的第一和第二縱向邊緣408，410之一，并能從該縱向邊緣到朝向互連槽104的第一和第二縱向邊緣408，110的另一個延伸。在圖8和9所示的實施例中，導(dǎo)電帶454被電互連到槽404的第二縱向邊緣410，并反向延伸超出槽404的第一縱向邊緣408。將理解到配置導(dǎo)電帶454，第二PCB基板448，和導(dǎo)電接地平面402以形成天線400的微帶饋電結(jié)構(gòu)。
如圖8中所示，帶454可以相對于槽404對中，或根據(jù)要求較低的阻抗Z而橫向地移位。
導(dǎo)電帶454可電互連到槽404的第一和第二縱向邊緣408，410之一，希望通過在第二PCB基板448中形成的平板通孔連接458來對此連接。
現(xiàn)在注意力應(yīng)給圖10，它是類似于圖3的不完全示意圖，但描繪本發(fā)明的另一種形式。圖10中類似于圖3中的那些項目已接受參考號碼增加400的表示方法。將理解到圖10的天線500類似于圖3的天線100，不同之處在于圖10中距離L基本上等于距離g，而在圖3中g(shù)＞L。在導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)中具有空氣的情況下，g＞L對支持TE10模式是最佳的，而在該盒結(jié)構(gòu)中具有介質(zhì)(例如)一塊PCB基板的情況下，g＝L是較佳的。結(jié)果g的增加能使λg減小。
現(xiàn)在應(yīng)參照圖11，它描繪本發(fā)明類似于圖10中所描繪的一個實施例，其中類似的項目已接受參考號碼增加100的表示方法。如圖10中那樣，在L基本上等于g的情況下描繪圖11的實施例。然而與圖3和10a基本上等于λg/4+W不同的是在圖11中描繪的實施例表示a的一個值基本上等于W+λg/2。a值越高產(chǎn)生的帶寬越大。
現(xiàn)在注意力應(yīng)給圖12，它描繪本發(fā)明類似于圖11中所表示的一種形式，但其中g(shù)＞L。在圖12中的類似于圖11中的那些項目已接受參考號碼增加100的表示方法。參照圖12，并且如以上參照圖11所討論的那樣，將理解到如在此所描繪的，距離a基本上等于寬度W+1/2波導(dǎo)波長λg。此外，第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)620，720間隔槽604，704的第一縱向邊緣608，708基本上為1/4波導(dǎo)波長，而第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)622，722間隔槽604，704的第二縱向邊緣610，710基本上為1/4波導(dǎo)波長λg。
正如圖3的實施例，在剛剛討論的實施例中，第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)616，618，620，622和716，718，720，722可以由例如金屬板導(dǎo)電板組成。這種情況描繪在圖13和14中，除a值較大外，它們都類似于圖4和5。在類似于圖4和5中的那些圖13和14中的項目已接受參考號碼增加600的表示方法。除a值較大外，圖13和14所示的實施例的結(jié)構(gòu)類似于以上對于圖4和5所討論的結(jié)構(gòu)，因此不需要再行討論。
除剛剛討論的實施例，其中第一到第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電板，例如金屬板之外，具有較大a值的實施例也使用印刷電路板技術(shù)結(jié)構(gòu)，且如以上關(guān)于a的較小值的情況所討論的那樣，可以由同軸電纜或微帶饋電結(jié)構(gòu)饋電，或可以按其他任何合適的方式進行饋電。
圖15和16描繪類似于圖6和7中所示的本發(fā)明的一個實施例，其中類似的項目已接受如圖6和7中參考號碼增加600的表示方法。除a值較大外，結(jié)構(gòu)類似于較早討論的實施例。
最后，注意力應(yīng)當給予圖17和18，它描繪本發(fā)明類似于圖8和9中所示的實施例，包括一種微帶饋電結(jié)構(gòu)，但具有較大的a值。圖17和18中類似于圖8和9中的項目已接受如圖8，和9中參考號碼增加600的表示方法。除a值較大外，圖17和18實施例的結(jié)構(gòu)類似于圖8和9的結(jié)構(gòu)，所以無需進一步討論。
由于以上說明，將理解到本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，其平行于接地平面，而不像現(xiàn)有技術(shù)那樣垂直于接地平面，由此可以容易地使用印刷電路板技術(shù)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，和與現(xiàn)有技術(shù)相比，厚度明顯減小。
參照本發(fā)明的那些實施例，這里a基本上等于λg/2+W，事實上將理解到，已附加了一個第二導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)與a值較小的實施例的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)串連。這樣，較大的a值能改善槽形天線的帶寬。例如，如果由具有較低a值的盒結(jié)構(gòu)提供的阻抗為Z，則由具有較大a值的盒結(jié)構(gòu)(即，a＝W+λg/2)提供的整個阻抗將為2Z，整個天線阻抗越大，對能從導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)得到的天線帶寬的影響越小。在那些實施例中，盒結(jié)構(gòu)尺寸g大于槽的長度L，則能夠存在具有TE10模的橫電磁波(即，TE10波)。將理解的是，在所有本發(fā)明的實施例中，導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)起一段波導(dǎo)的作用，并要求在導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)中建立起一種駐波。最好a應(yīng)等于W+λg/4或W+λg/2，以得到最好的性能，但其他值是起作用的，并且這些其他值也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
將理解工作頻率，基板材料的介質(zhì)特性(例如介電常數(shù)εr)，和導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)尺寸g，以及其深度d都將確定波導(dǎo)波長λg，因此g和εr是最重要的。在本發(fā)明的其他實施例中類似的考慮應(yīng)用是在導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)中具有空氣的情況；當然，空氣的εr接近1。
注意到圖8，9，17和18中描繪的實施例將理解導(dǎo)電帶寬度C能這樣選擇，以使得提供一個理想的特性阻抗，例如50Ω。第一和第二PCB基板436，448，和1036，1048可以由具有不同介電常數(shù)的不同材料制成，并能具有不同的厚度。
在所有表示的實施例中，將理解尺寸L具有接近電半波長即λe/2的一個最小值?？蓱?yīng)用較大值，例如，可采用L＝0.7λe的值。最好，L＜λe以抑制高階傳輸模式。應(yīng)參考Kraus的上述天線參考文本的其13章。將進一步理解L值的增加將趨使阻抗Z降低。阻抗也可以通過使用偏中心饋電來降低，但是如圖中所指示的那樣，不管微帶或同軸線，饋電也可以是對中的。如那些天線技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的那樣，在所有實施例中，不管微帶或同軸線，饋電軸應(yīng)當垂直于槽，至少離槽某個距離。
在所有實施例中，導(dǎo)電接地平面應(yīng)該盡可能大，但產(chǎn)生有功能的天線的尺寸是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。最好在平行于槽縱向軸的方向上最小尺寸約為0.75λ，而在垂直于槽縱向軸的方向上接近0.5λ。
現(xiàn)在應(yīng)將注意力給予圖21。本發(fā)明注視通常指定為2000的一種便攜式電子設(shè)備的組合，其具有按本發(fā)明的任一種類型的天線。這種設(shè)備可以是膝上型計算機，個人數(shù)字助理，或其他設(shè)備。如圖21所示，這樣的一種設(shè)備具有第一部分2002，例如其具有字母鏈2004(為說明方便僅指出幾個)和指向設(shè)備2006。第二部分2008在活頁邊緣2010固定到第一部分2002。第二部分2008包括一個顯示器2012，用于分別顯示文本和/或圖表的數(shù)據(jù)2014，2016。按本發(fā)明任一結(jié)構(gòu)的一個或多個天線2020可以與設(shè)備2000結(jié)合使用。例如，可以使用多個天線，在那里要求在不同的頻率上，或者在那里要求或希望分集制的系統(tǒng)中進行通信。
天線的最佳位置是在具有顯示器2012的第二部分2008上，接近頂2022。第一天線2020被表示成鄰近部分2008的右邊緣2026，面向側(cè)邊。第二天線2020表示成鄰近部分2008的頂2022，面向離開可能在擊打鏈2004的用戶(未示)。由于內(nèi)部環(huán)境的反射，所顯示的定向的任何一個應(yīng)該是有作用的。最佳位置是在部分2008高位置上(即，接近頂2002)和接近頂或邊緣2024，2026之一。當定位鄰近一邊緣2024，2026時，天線2020應(yīng)仍舊是接近頂2022，如圖所示的那樣。最好，天線應(yīng)當面向側(cè)邊或離開用戶，但是，任一另外的有作用的定向(例如向上的)應(yīng)考慮在在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
天線2020的接地平面應(yīng)接地到設(shè)備2000的導(dǎo)電部分，例如，現(xiàn)存的金屬結(jié)構(gòu)部分(和甚至可以是與其整體形成的部分)。天線2020的其他部分不應(yīng)接觸設(shè)備2000的任何導(dǎo)電的或金屬的部分。
在此清楚地包括美國專利申請序號09/598,719的公開，其申請日為2000年7月21日，IBM文檔號為YOR9-2000-0206US1，標題為“一種用于膝上型應(yīng)用的集成天線”，申請人Ephraim Bemis Flint，Brian Paul Gaucher和Duixian Liu，其全部在此作為參考。
通過用新西蘭的IEBD計算機程序模擬予示本發(fā)明折疊式的節(jié)省空間配置的導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)的機內(nèi)槽形天線的性能。描繪本發(fā)明類似于圖10中所示一個實施例的性能(即，g＝L，a＝W+λg/4)，但對于一種印刷電路板結(jié)構(gòu)，類似于在圖6和7中所示的由同軸電纜饋電(但是，如所指出的那樣，g＝L)。導(dǎo)電接地平面垂直于槽的尺寸為70mm而平行于槽的尺寸為99mm。槽寬度為W＝3mm，以及g＝L＝50.5mm。第一PCB基板厚度為3mm和相對介電常數(shù)為4.6。使用λg/4＝19.75mm的值，使得a為22.75mm。
圖19描繪天線的預(yù)測的電壓駐波比(VSWR)。2∶1的VSWR的帶寬是154MHz，其對于2.4GHz ISM應(yīng)用是足夠?qū)?。圖20分別表示天線在＝0°即槽寬度方向，以及＝90°，即槽長度方向的模擬仰角平面輻射圖，天線的最大予測增量為6.4dB。
已經(jīng)描述了什么是目前認為是本發(fā)明的最佳實施例，本專業(yè)技術(shù)人員將認識可以對本發(fā)明進行各種變化和修改而不偏離本發(fā)明的精神，并且意圖是要求所有這樣的變化和修改落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機內(nèi)槽形天線，用于輻射自由空間波長λ，波導(dǎo)波長λg，和電半波長λe/2電磁波，所說天線具有(a)一個導(dǎo)電接地平面具有一槽形成其中，所說槽的長度L至少基本上等于所說電半波長，所說槽還具有小于所說長度L的寬度W，所說槽還具有一個縱向軸和第一第二縱向邊緣；以及(b)一種導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電地固定到所說導(dǎo)電接地平面和配置來使得所說槽形天線只從所說導(dǎo)電接地平面的一側(cè)輻射；其特征在于一種折疊的節(jié)省空間配置的所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)依次包括(b-1)一個主導(dǎo)電平面，基本上平行于所說接地平面并與其間隔一距離d，所說距離d基本上小于所說波導(dǎo)波長λe的四分之一，并選擇來允許所說天線容易安裝到例如膝上型計算機的空間有限的位置中；(b-2)第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行，并間距一距離g，其至少基本上等于L，所說第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本垂直于所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面，并也是基本上垂直于所說槽的所說縱向軸；以及(b-3)第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行，并間隔一距離a，所說第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本垂直于所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面，并也基本上平行于所說槽的所說縱向軸；其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面間的導(dǎo)電路徑；以及當以平面圖觀察時，所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)限制了所說槽；因此形成了所說用于所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)的折疊的節(jié)省空間的配置。
2.權(quán)利要求1的天線，其中所說距離a基本上等于所說寬度W+1/4λg；所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上與所說槽的所說第一縱向邊緣相一致；所說第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)定位超出所說槽的所說第二縱向邊緣，在從所說槽的所說第一縱向邊緣移動到所說槽的所說第二縱向邊緣的方向上間隔所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2的天線，其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電平板。
4.權(quán)利要求2的天線，還包括第一印刷電路板(PCB)基板，其有第一和第二普通平面表面；其中所說導(dǎo)電接地平面被形成為在所說第一PCB基板的所說第一普通平面表面上淀積的第一導(dǎo)電層，所說槽被蝕刻在所說第一導(dǎo)電層中；所說主導(dǎo)電平面被形成為在所說第一PCB基板的所說第二普通平面表面上淀積的第二導(dǎo)電層；以及所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的每一個包括在所說第一PCB基板中形成的一系列平板通孔，所說平板通孔相鄰間隔基本上不大于所說自由空間波長λ的十分之一。
5.權(quán)利要求4的天線，還包括第二PCB基板，且有內(nèi)和外側(cè)，所說內(nèi)側(cè)相鄰所說導(dǎo)電接地平面定位；以及一導(dǎo)電帶，在所說第二PCB基板的所說外側(cè)定位；其中所說導(dǎo)電帶具備密度C和一縱向軸，該軸基本垂直于所說槽的所說縱向軸；所說導(dǎo)電帶電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一，所說導(dǎo)電帶從所說縱向邊緣延伸到其互連朝向所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之另一個；以及所說導(dǎo)電帶，所說第二PCB基片和所說導(dǎo)電接地平面被配置形成對所說天線的一種微帶饋電結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求5的天線，其中所說導(dǎo)電帶由在所說第二PCB基板中形成的平板穿孔電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一。
7.權(quán)利要求1的天線，其中所說距離a基本上等于所說寬度W加上所說波導(dǎo)波長λg的一半；所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)間隔所說槽的所說第一縱向邊緣基本上為所說波導(dǎo)波長λg的四分之一；以及所說第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)間隔所說槽的所說第二縱向邊緣基本上為所說波導(dǎo)波長λg的四分之一。
8.權(quán)利要求7的天線，其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電平板。
9.權(quán)利要求7的天線，還包括第一印刷電路板(PCB)，其具有第一和第二普通平面表面；其中所說導(dǎo)電接地平面形成為在所說第一PCB基板的所說第一普通平面表面上淀積的第一導(dǎo)電層，所說槽蝕刻在所說第一導(dǎo)電層中；所說主導(dǎo)電平面形成為在所說第一PCB基板的所說第二普通平面表面上淀積的第二導(dǎo)電層；以及所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)每一個包括在所說第一PCB基板中形成的一系列平板穿孔，相鄰所說平板穿孔的間距基本上不大于所說自由空間波長λ的十分之一。
10.權(quán)利要求9的天線，還包括第二PCB基板，具有內(nèi)和外側(cè)，所說內(nèi)側(cè)相鄰所說導(dǎo)電接地平面定位，以及導(dǎo)電帶，定位在所說第二PCB基板的所說外側(cè)；其中所說導(dǎo)電帶具有寬度C和基本上垂直于所說槽的所說縱向軸的縱向軸；所說導(dǎo)電帶電互連到所說槽的第一和第二縱向邊緣之一，所說導(dǎo)電帶從所說縱向邊緣延伸到其互連朝向所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之另一個；以及所說導(dǎo)電帶，所說第二PCB基板和所說導(dǎo)電接地平面被配置形成所說天線的微帶饋電結(jié)構(gòu)。
11.權(quán)利要求10的天線，其中所說導(dǎo)電帶由在所說第二PCB基板中形成的一個平板穿孔電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一。
12.一種機內(nèi)槽形天線，用于輻射自由空間波長λ，波導(dǎo)波長λg和電半波長λe/2，所說天線包括(a)一個導(dǎo)電接地平面，一槽形成其中，所說槽的長度L至少基本上等于所說電半波長，所說槽還具有小于所說長度L的寬度W，所說槽還具有一個縱向軸和第一第二縱向邊緣；以及(b)一種導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)依次包括(b-1)一個主導(dǎo)電平面，基本上平行于所說接地平面，并與其間隔一距離d，所說距離d基本上小于所說波導(dǎo)波長λg的四分之一；(b-2)第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行，并間距一距離g，其至少基本上等于L，所說第一和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上垂直于所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面，并基本上垂直于所說槽的所說縱向軸；以及(b-3)第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其基本上彼此平行，并間隔一距離a，所說第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上垂直于所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面，并基本上平行于所說槽的所說縱向軸；其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成所說導(dǎo)電接地平面和所說主導(dǎo)電平面間的導(dǎo)電路徑；以及當以平面圖觀察時，所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)限制了所說槽。
13.權(quán)利要求12的天線，其中所說距離a基本上等于所說寬度W加上所說波導(dǎo)波長λg的四分之一；所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基本上與所說槽的所說第一縱向邊緣一致；所說第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)定位超出所說槽的所說第二縱向邊緣，在從所說槽的所說第一縱向邊緣移動到所說槽的所說第二縱向邊緣的方向上間隔所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
14.權(quán)利要求13的天線，其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電平板。
15.權(quán)利要求13的天線，還包括第一印刷電路板(PCB)基板，其有第一和第二普通平面表面；其中所說導(dǎo)電接地平面被形成為在所說第一PCB基板的所說第一普通平面上淀積的第一導(dǎo)電層，所說槽被蝕刻在所說第一導(dǎo)電層中；所說主導(dǎo)電平面被形成為在所說第一PCB基板的所說第二普通平面表面上淀積的第二導(dǎo)電層；以及所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的每一個包括在所說第一PCB基板中形成的一系列平板通孔，所說平板通孔相鄰間隔基本上不大于所說自由空間波長λ的十分之一。
16.權(quán)利要求15的天線，還包括第二PCB基板，具有內(nèi)和外側(cè)，所說內(nèi)側(cè)相鄰所說導(dǎo)電接地平面定位；以及一導(dǎo)電帶，在所說第二PCB基板的所說外側(cè)定位；其中所說導(dǎo)電帶具有寬度C和一縱向軸，該軸基本垂直于所說槽的所說縱向軸；所說導(dǎo)電帶電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一，所說導(dǎo)電帶從所說縱向邊緣延伸到其互連朝向所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之另一個；以及所說導(dǎo)電帶，所說第二PCB基片和所說導(dǎo)電接地平面被配置形成對所說天線的一種微帶饋電結(jié)構(gòu)。
17.權(quán)利要求16的天線，其中所說導(dǎo)電帶由在所說第二PCB基板中形成的平板穿孔電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一。
18.權(quán)利要求12的天線，其中所說距離a基本上等于所說寬度W加上所說波導(dǎo)波長λg的一半；所說第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)間隔所說槽的所說第一縱向邊緣基本上為所說波導(dǎo)波長λg的四分之一；以及所說第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)間隔所說槽的所說第二縱向邊緣基本上為所說波導(dǎo)波長λg的四分之一。
19.權(quán)利要求18的天線，其中所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電平板。
20.權(quán)利要求18的天線，還包括第一印刷電路板(PCB)基板，其具有第一和第二普通平面表面；其中所說導(dǎo)電接地平面形成為在所說第一PCB基板的所說第一普通平面表面上淀積的第一導(dǎo)電層，所說槽蝕刻在所說第一導(dǎo)電層中；所說主導(dǎo)電平面形成為在所說第一PCB基板的所說第二普通平面表面上淀積的第二導(dǎo)電層；以及所說第一，第二，第三和第四導(dǎo)電結(jié)構(gòu)每一個包括在所說第一PCB基板中形成的一系列平板穿孔，相鄰所說平板穿孔的間距基本上不大于所說自由空間波長λ的十分之一。
21.權(quán)利要求20的天線，還包括第二PCB基板，具有內(nèi)和外側(cè)，所說內(nèi)側(cè)相鄰所說導(dǎo)電接地平面定位；以及導(dǎo)電帶，定位在所說第二PCB基板的所說外側(cè)；其中所說導(dǎo)電帶具有寬度C和基本上垂直于所說槽的所說縱向軸的縱向軸；所說導(dǎo)電帶電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一，所說導(dǎo)電帶從所說縱向邊緣延伸到其互連朝向所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之另一個；以及所說導(dǎo)電帶，所說第二PCB基板和所說導(dǎo)電接地平面被配置形成所說天線的微帶饋電結(jié)構(gòu)。
22.權(quán)利要求21的天線，其中所說導(dǎo)電帶由在所說第二PCB基板中形成的平板穿孔電互連到所說槽的所說第一和第二縱向邊緣之一。
23.一種機內(nèi)槽形天線，具有一導(dǎo)電接地平面，其具有第一和第二側(cè)，所說導(dǎo)電接地平面具有在其中形成的一個槽，所說槽被配置和被選定尺寸以予定輻射特性；和導(dǎo)電地固定到所說導(dǎo)電接地平面的一個導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)被配置來起一段波導(dǎo)的功用以使所說槽形天線只從所說導(dǎo)電接地平面的所說第一和第二側(cè)之一側(cè)輻射；其特征在于一種折疊的節(jié)省空間配置的所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)，使得所說導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)以折疊方式平行于所說接地平面配置。
全文摘要
該機內(nèi)槽形天線備有一個導(dǎo)電盒,起到一段波導(dǎo)的作用,其基本上平行于接地平面配置,不在該接地平面中形成槽,由此相對現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計提供了顯著的空間節(jié)省,在現(xiàn)有技術(shù)中盒是放置成垂直于導(dǎo)電接地平面的。使用印刷電路板技術(shù)能容易地構(gòu)成本發(fā)明的天線,如果涂覆印刷電路板基板的一側(cè)形成接地平面,在該印刷電路板的另一側(cè)形成導(dǎo)電盒結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)電平面,并利用平板通孔將以上兩者互連(即,通過)。本發(fā)明的導(dǎo)電盒的折疊式結(jié)構(gòu)使其特別地適用于空間臨界的應(yīng)用,例如可以在膝上型計算機和其他例攜式或手持電子設(shè)備中發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用,因為它們期待同一個無線局域網(wǎng)(無線LAN)互連。
文檔編號H01Q1/22GK1341979SQ01123089
公開日2002年3月27日 申請日期2001年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月25日
發(fā)明者劉兌現(xiàn) 申請人:國際商業(yè)機器公司