專利名稱：平面縫隙天線的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面天線，特別是一種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，尤其是工作于分離頻帶上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多頻帶縫隙式平面天線。
在一個(gè)給定實(shí)例的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，天線還覆蓋位于兩個(gè)頻帶之中一個(gè)或另一個(gè)上的帶寬為20MHz的頻帶。一種能夠避免寬頻帶天線缺陷的解決方案是使用可電子調(diào)節(jié)頻帶的天線。
如

圖1所示，包括一個(gè)工作在給定頻率f上的環(huán)形縫隙的平面天線已被人們所熟知，此縫隙由饋線2進(jìn)行饋電。更確切地，在一個(gè)由常見(jiàn)的兩面均覆蓋金屬的印制板所形成的基板上，既可為圓形也可為任何其它封閉形狀的環(huán)形縫隙1通常被蝕刻在用來(lái)形成天線接地平面的那一面上。饋線2用來(lái)使用由電磁耦合得到的能量對(duì)縫隙1進(jìn)行饋電。例如，在所述的實(shí)施例中，其由一個(gè)通過(guò)微帶線技術(shù)所形成的傳輸線構(gòu)成，該傳輸線位于基板上與縫隙1所在的一面相對(duì)的那一面上，并且根據(jù)形成上述縫隙的圓形的徑向確定其位置。
在此具體實(shí)施例中，通過(guò)一種已知的方式，制作天線的微帶線環(huán)形縫隙的過(guò)渡區(qū)，使縫隙1位于傳輸線短路平面上，也就是位于電流最強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)。此時(shí)Im＝kλm/4，其中λm是傳輸線中傳遞的波長(zhǎng)，而k是奇整數(shù)。I’m的長(zhǎng)度選擇為使饋線2實(shí)現(xiàn)50Ω的阻抗匹配。此時(shí)縫隙1的周長(zhǎng)p被選為等于縫隙中傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)的m倍，m是正整數(shù)。因此，P＝2πR＝mλ，其中λ是縫隙中所傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)。此時(shí)，多種模式的諧振頻率實(shí)際上均為頻率f的倍數(shù)，這些模式與基本模式、較高模式等相對(duì)應(yīng)。
因而此類型的天線可在接近其諧振頻率的頻率上由并聯(lián)的RLC電路模擬，如圖2所示。由此獲得諧振頻率上的關(guān)系式LCω2＝1，其中ω＝2πf，f等于諧振頻率。
上文描述的天線具有結(jié)構(gòu)緊湊和易于制造的優(yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還知道，包含二極管尤其是PIN二極管的等效電路在二極管的截止(OFF)狀態(tài)為容性電路，而在二極管的導(dǎo)通(ON)狀態(tài)為感性電路。
因此本發(fā)明還涉及一種設(shè)置在基板之上的平面天線，包括縫隙(11)，該縫隙由使縫隙工作于給定頻率的定尺寸的封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線來(lái)饋電，其特征在于包括并聯(lián)地連接在縫隙上的、能夠設(shè)置閉合狀態(tài)或開(kāi)路狀態(tài)以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開(kāi)關(guān)裝置。
所述的開(kāi)關(guān)裝置優(yōu)選地包括能夠使頻率得到連續(xù)調(diào)節(jié)的二極管或變?nèi)荻O管。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，至少一個(gè)二極管與變?nèi)荻O管并聯(lián)。另外，作為天線的期望諧振頻率的函數(shù)，開(kāi)關(guān)裝置被并聯(lián)設(shè)置于縫隙的給出了最小值的電短路平面和給出了最大值的電開(kāi)路平面之間。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將可由下文參照附圖描述的具體實(shí)施例看出。
參照?qǐng)D3-5說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的平面天線包括以已知方式在基板10上制成的環(huán)形縫隙11。環(huán)形縫隙11由饋線12，特別是連接到輻射頻率饋源的微帶線饋電。另外，如圖3所示，終端為金屬鍍孔的饋線14對(duì)天線進(jìn)行連續(xù)控制。制造此種類型的天線用于測(cè)試。此例中，天線被制作在高度h＝0.81mm、介電常數(shù)εr＝3.38、正切值δ＝0.0022的RO4003基板上。在這種情況下，通過(guò)已知方式鍍以金屬的基板形成了長(zhǎng)L＝35mm、寬W＝30mm的接地面。天線縫隙的半徑R＝6.7mm、寬度Ws＝0.4mm。微帶線12被設(shè)置成使得縫隙11位于饋線的短路平面上。因此，饋線12與縫隙11重疊了Im＝kλm/4的長(zhǎng)度，其中λm是傳輸線中傳遞的波長(zhǎng)，而k是奇整數(shù)。在本實(shí)施例中，I’m＝Im＝8.5mm。傳輸線12的寬度Wm＝0.3mm。另外，饋線12連接到50Ω阻抗傳輸線，以實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)連接器的阻抗匹配，如L50Ω＝4.8mm及W50Ω＝1.85mm。
根據(jù)本發(fā)明，二極管13，即諸如本實(shí)施例中使用的HP二極管RefHSMP-489B之類的PIN二極管并聯(lián)到縫隙11。在圖3所示的實(shí)施例中，二極管13位于縫隙11的開(kāi)路平面。且該二極管13被連接到控制電路(未示出)，以使其既可被設(shè)置為截止?fàn)顟B(tài)亦可被設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)。
以下將參照附圖4a和4b說(shuō)明具有并聯(lián)設(shè)置的二極管的環(huán)形縫隙天線的工作過(guò)程。
已知當(dāng)二極管在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)起電容的作用，本實(shí)施例在附圖4a中給出了這樣的一個(gè)等效電路，即兩個(gè)電容C和Cd并聯(lián)以得到電容值Ce＝C+Cd。根據(jù)已知的方式，此電路的諧振頻率f’由LCeω’2＝1的條件給出，其中ω’＝2πf’。由于Ce的值大于當(dāng)縫隙上未設(shè)置任何二極管時(shí)的電容值C，可由此推知，頻率f’低于當(dāng)縫隙上未設(shè)置二極管時(shí)的頻率f。
已知當(dāng)二極管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)起電感的作用，附圖4b中給出了一個(gè)這樣的等效圖，其中并聯(lián)兩個(gè)電感L和Ld。此時(shí)的等效電感值Le＝LLd/(L+Ld)。在此電路中，工作頻率f”由新的諧振條件LeCω”2＝1給出，其中ω”＝2πf”。由于Le小于L，可由此推知，頻率f”大于當(dāng)縫隙上不帶任何二極管時(shí)的頻率f。通過(guò)控制二極管13的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)附圖3所示天線諧振頻率的控制。
因而并聯(lián)設(shè)置多個(gè)二極管的作用為1，用于加大配置了處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管時(shí)所獲得的較低的頻率f’與未配置二極管時(shí)的頻率f間的區(qū)別，2，用于加大配置了處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管時(shí)所獲得的較高的頻率f”與未配置二極管時(shí)的頻率f間的區(qū)別。
由此可以控制附圖3中天線在某些頻帶上的諧振頻率，上述頻帶或多或少地比未在縫隙上配置二極管時(shí)縫隙的諧振頻率寬，或者或多或少與其對(duì)稱。
附圖5中的曲線清楚地說(shuō)明，對(duì)于附圖3中的天線結(jié)構(gòu)，通過(guò)將PIN二極管由截止?fàn)顟B(tài)改變到導(dǎo)通狀態(tài)，可以將頻率由二極管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的4.8GHz改變?yōu)槎O管導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的7.1GHz。
以下將參照?qǐng)D6至7說(shuō)明在縫隙上配置一個(gè)或多個(gè)二極管所產(chǎn)生的作用，上述作用對(duì)縫隙工作頻率有影響。
圖6示出了由諸如微帶線12饋電的環(huán)形縫隙11，圖中的二極管被并聯(lián)設(shè)置在縫隙的多個(gè)位置上，這些位置位于二極管13所在的與開(kāi)路平面對(duì)應(yīng)的位置和二極管13’所在的與短路平面對(duì)應(yīng)的位置之間。其余二極管位于例如與短路平面成22°、45°或60°的位置。此實(shí)施例中二極管與諧振縫隙11間的耦合被改變，這在二極管的截止?fàn)顟B(tài)改變了等效電容的精確值，或在二極管的導(dǎo)通狀態(tài)改變了等效電感的精確值。當(dāng)二極管13’被設(shè)置于電短路平面時(shí)，它提供并聯(lián)于零阻抗的阻抗值(電感或電容，取決于所述的狀態(tài))。此時(shí)它的影響最小。相反，當(dāng)二極管13被設(shè)置于電開(kāi)路平面時(shí)，它提供并聯(lián)于無(wú)窮大阻抗的阻抗值，此時(shí)它的影響最大。由此產(chǎn)生的明顯結(jié)果由附圖7示出，其中給出了反射系數(shù)S11，其以dB為單位并且是以GHz為單位的頻率的函數(shù)。
圖8和圖9示出了本發(fā)明的可選實(shí)施例。圖8與圖3一樣，示出了包括由微帶線12以及控制天線連續(xù)數(shù)值的微帶線14饋電的縫隙天線11的平面天線。在這種情況下，如圖8所示，兩個(gè)二極管15A、15B并聯(lián)地連接到縫隙的開(kāi)路平面的兩端，如圖所示的SC平面。在本實(shí)施例中，兩個(gè)二極管15A、15B間的距離d等于2.8mm。如圖9所示，當(dāng)二件管由截止?fàn)顟B(tài)改變到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，工作頻率由5.54GHz改變?yōu)?.94GHz。圖9中還給出了以GHz為單位并作為頻率函數(shù)的以dB為單位的反射系數(shù)。于是可以看到500Mhz的頻率變化。
在微波暗室中測(cè)量如圖8所示天線模型的輻射圖，并得到上文給出的尺寸。這基于二極管未對(duì)環(huán)形縫隙的基本輻射形成干擾的情況。
參照由PIN二極管實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)裝置對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚其它可能被使用的開(kāi)關(guān)裝置，特別是在給定頻率范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諧振頻率的準(zhǔn)連續(xù)控制的變?nèi)荻O管。特別地，變?nèi)荻O管是一種電子元件(通常是反偏壓二極管)，它可以控制作為施加到終端的電壓的函數(shù)而降低的結(jié)電容(OFF-狀態(tài)二極管)。因此可以通過(guò)改變變?nèi)荻O管的偏置電壓來(lái)連續(xù)地改變天線的諧振頻率。變?nèi)荻O管可以與至少一個(gè)所述的PIN二極管連接，以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)范圍內(nèi)的頻率的準(zhǔn)連續(xù)控制。所述的縫隙還可能具有并非圓形的封閉形狀?？赡芫哂兄T如正方形、三角形、長(zhǎng)方形的多邊形。因而上文所描述的本發(fā)明給出了一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉并可工作于與IEEE802.11a或Hiperlan2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的多個(gè)頻帶的平面天線。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置在基板之上的平面天線，包括縫隙(11)，該縫隙由使所述縫隙工作于給定頻率的定尺寸封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線(12)來(lái)饋電，其特征在于包括并聯(lián)地連接在縫隙上的、能夠設(shè)置閉合狀態(tài)或開(kāi)路狀態(tài)以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開(kāi)關(guān)裝置(13；13，13’；15A，15B)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于作為天線的期望諧振頻率的函數(shù)，開(kāi)關(guān)裝置被并聯(lián)設(shè)置于縫隙的給出了最小值的電短路平面和給出了最大值的電開(kāi)路平面之間。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的天線，其特征在于開(kāi)關(guān)裝置包括二極管。
4.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的天線，其特征在于開(kāi)關(guān)裝置包括變?nèi)荻O管。
5.如權(quán)利要求3和4中任一項(xiàng)所述的天線，其特征在于至少一個(gè)二極管與變?nèi)荻O管并聯(lián)。
6.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的天線，其特征在于縫隙是圓形或多邊形的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)置在基板之上的平面天線，其包括縫隙(11)，該縫隙由使所述縫隙工作于給定頻率的定尺寸封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線(12)來(lái)饋電。此天線包括至少一個(gè)并聯(lián)地連接在縫隙11上的、能夠設(shè)置閉合狀態(tài)或開(kāi)路狀態(tài)以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開(kāi)關(guān)裝置13。此天線尤其適用于家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H01Q5/00GK1462134SQ0313823
公開(kāi)日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者阿里·盧齊耶, 弗蘭克·圖德, 伯納德·德尼, 弗朗索瓦·巴龍 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司