專利名稱：雙頻帶平面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面天線，更具體地，涉及一種針對(duì)在不同的頻帶中進(jìn)行操作的無線網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的狹縫式雙頻帶平面天線。
背景技術(shù)：
隨著家庭環(huán)境中無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，天線的設(shè)計(jì)面臨由各種頻率分配到這些網(wǎng)絡(luò)的方式所導(dǎo)致的特別問題。因此，在使用IEEE802.11a或者Hyperlan2標(biāo)準(zhǔn)家庭無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，工作在5GHz頻帶的兩個(gè)不同的頻率區(qū)間已如下表所示分配給多個(gè)服務(wù)提供商。
表格A

由于這個(gè)原因，為了覆蓋這兩個(gè)頻帶，無論是對(duì)于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還是同時(shí)對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，均提出了多種解決方案。
最明顯的解決方案是使用同時(shí)覆蓋上面定義的兩個(gè)頻帶的寬頻帶天線。然而，這種覆蓋寬頻帶類型的天線通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并且很昂貴。寬頻帶天線的使用也有其它一些缺點(diǎn)，比如由于噪聲頻帶的寬度和能夠工作在天線覆蓋的整個(gè)頻帶上的擾頻器而導(dǎo)致接收機(jī)性能的退化，這個(gè)頻帶也包括在5.35GHz到5.47GHz范圍之內(nèi)沒有分配給特定應(yīng)用的頻帶。
為了與功率傳輸波形掩模(profiling mask)一致，也就是在所分配的頻帶內(nèi)和所分配的頻帶外都允許的最大傳輸功率，寬頻帶天線的使用意味著對(duì)發(fā)射機(jī)更嚴(yán)格的濾波限制。這導(dǎo)致了設(shè)備的附加損耗和較高的成本。
另外，在無線網(wǎng)絡(luò)中，在任意給定時(shí)間內(nèi)，天線覆蓋位于兩個(gè)頻帶之中的一個(gè)或另一個(gè)中的大約20MHz帶寬的信道?？蛇x的、能夠避免與寬頻帶天線有關(guān)的缺陷的解決方案是使用頻帶可調(diào)的天線。
因此，如附圖1所示，由環(huán)形狹縫1形成的平面天線為已知的，且其工作在由狹縫周長決定的給定頻率f上，該狹縫由饋電線供電。更準(zhǔn)確地，在由雙面金屬化處理的普通印刷電路所形成的基板上，天線狹縫1，其可以是圓形或其它任意封閉形狀，通過被蝕刻在構(gòu)成天線接地平面的一側(cè)而構(gòu)成。饋電線2用來給狹縫1供電，特別地通過電磁耦合來供電。就是說，比如，由通過應(yīng)用微帶技術(shù)的線形成，位于基板上與狹縫1相對(duì)的一側(cè)，在示出的實(shí)施例中，徑向面對(duì)形成了狹縫的圓。
所述天線的微帶線-環(huán)形狹縫變換以一種已知方式設(shè)置，例如使狹縫1位于線的短路平面，換句話說，位于電流最大的區(qū)域。因而，在線-狹縫變換之后的饋電線長度大約是λm/4，其中λm是在微帶線下的導(dǎo)波波長。如果所述線終止于開路，此長度可以是λm/4的奇數(shù)倍，或者如果所述線終止于短路，此長度可以是λm/4的偶數(shù)倍。此外，為了使p＝λf，以已知的方式選取工作在基本模式的狹縫的直徑p，這里λf是所述狹縫中的導(dǎo)波波長。
在這些情形下，狹縫中的場分布如圖2所示，具有兩個(gè)最大場區(qū)域(CO)和兩個(gè)最小場區(qū)域(CC)。由于這個(gè)原因，可以在狹縫上短路區(qū)域CC設(shè)置第二饋電線，而不管當(dāng)仍然達(dá)到兩個(gè)通路間良好的隔離時(shí)，第一饋電線上的通路匹配的退化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明使用這種結(jié)構(gòu)，得到雙頻帶天線。
因此，本發(fā)明的主題是一種雙頻帶平面天線，由以下組件形成在印刷基板上制成的、周長等于kλf的至少一個(gè)封閉形狀狹縫，所述狹縫由兩條饋電線供電，所述兩條線通過相隔(2m+1)λf/4的兩個(gè)通道供電，其中λf是狹縫中的導(dǎo)波波長，而k和m是大于0的整數(shù)，其特征在于所述狹縫包括修改工作頻率的裝置，饋電線之一位于所述裝置上。
根據(jù)第一實(shí)施例，修改工作頻率的裝置由從狹縫切出的突起組成。所述突起可位于狹縫內(nèi)邊緣或狹縫外邊緣。其形狀為正方形或矩形。由以下等式給出作為兩個(gè)工作頻率的函數(shù)的突起的尺寸2×f2-f1f2+f1=A×WcLcΠRmoy2]]>其中f1和f2是各個(gè)饋電線的中心工作頻率，Wc是突起的寬度，Lc是突起的長度，Rmoy是狹縫的平均半徑，以及A是相乘系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述修改工作頻率的裝置由所述狹縫位于開路區(qū)域附近或短路區(qū)域附近的一個(gè)邊緣的對(duì)稱逐漸變化形成。在這種情況下，所述邊緣之一是圓形，而另一邊緣為橢圓形。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述饋電線按照Knorr型線-狹縫耦合與所述狹縫耦合。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述饋電線按照切線線-狹縫轉(zhuǎn)換與所述狹縫磁耦合。


本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面參考所述附圖進(jìn)行描述，其中圖1，前面已經(jīng)描述過，是根據(jù)Knorr型的線-狹縫轉(zhuǎn)換，由微帶線饋電的環(huán)形狹縫型天線的示意平面圖。
圖2是示出了環(huán)形狹縫中的場分布的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的雙頻帶平面天線的第一實(shí)施例的頂部平面示意圖。
圖4示出了圖3所示的天線的匹配和隔離曲線。
圖5a和5b示出了當(dāng)分別通過通道1和通道2供電時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的狹縫天線的輻射圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的雙頻帶平面天線的第二實(shí)施例的頂部平面示意圖。
圖7示出了圖6所示的天線的匹配和隔離曲線。
圖8示出了當(dāng)環(huán)形狹縫天線的平均半徑改變時(shí)，作為頻率的函數(shù)的匹配曲線S11和S22。
圖9示出了當(dāng)突起的尺寸改變時(shí)，作為環(huán)形狹縫天線的頻率的函數(shù)的匹配曲線S11和S22。
圖10是示出了作為突起的相對(duì)尺寸的函數(shù)的頻率差的曲線。
圖11a、11b、圖12a、12b、圖13a、13b、圖14a、14b、圖15a、15b、圖16a、16b、分別是根據(jù)本發(fā)明的雙頻帶天線的不同實(shí)施例的平面示意圖和示出了作為頻率的函數(shù)的匹配和隔離曲線。
圖17和圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的天線，其中狹縫的封閉形狀不是圓形，以及圖19是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖，其中饋電線與狹縫相切。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖3到19描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。在這些圖中，為了簡化說明，相同的元素給出相同的標(biāo)號(hào)。
圖3到5涉及本發(fā)明的第一實(shí)施例。在這種情況下，如圖3所示，雙頻帶平面天線實(shí)質(zhì)上由圓形天線狹縫10形成，以已知方式在印刷基板上制造。根據(jù)本發(fā)明，突起11a、11b伸入狹縫中。在這個(gè)實(shí)施例中，突起11a、11b由設(shè)置在狹縫10的內(nèi)周上的正方形剪切形成。在天線10定尺寸從而按照其基本模式進(jìn)行操作的情況下，兩個(gè)突起11a、11b徑向相對(duì)，如上面所解釋的那樣。
進(jìn)一步，為了能夠在兩個(gè)不同的頻帶上工作，根據(jù)本發(fā)明的天線包括第一饋電線12a其與兩個(gè)突起11a、11b成等距離地穿過環(huán)形狹縫10，如圖3所示。以傳統(tǒng)方式、使用微帶形成的線12a間的耦合是所示實(shí)施例中的Knorr型耦合。另外，環(huán)形狹縫可由第二饋電線12b供電。該第二饋電線12b按照在突起11a處的Knorr型耦合與狹縫相耦合。
為了更好地理解本發(fā)明，產(chǎn)生圖3所示的雙頻帶天線的仿真。在該情況，用到下述尺寸
Rint＝6.6mm、Rext＝7mm、Rmoy＝6.8mm、Ws＝0.4mm、Wm＝0.3mm、Lm＝Lm’＝8.5mm、L50Ω＝4.6mm及W50Ω＝1.85mm。
仿真使用商用電磁軟件包(IE3D，來自Zeland公司)進(jìn)行。另外，正方形突起每邊為1.29mm。仿真結(jié)果在圖4和5示出。
圖4中的曲線1示出了通過通道(access)1時(shí)的匹配曲線S11和S22，曲線2示出了通過通道2時(shí)的匹配曲線S11和S22。因此，從曲線可以看出通過通道1的操作在頻率方面低于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形天線狹縫的頻率，即5.35GHz而不是5.625GHz，然而通過通道2的操作，由曲線2示出，與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形狹縫天線相似，即5.68GHz而不是5.625GHz。在這種情況下，由此得到相近間隔頻帶的雙頻帶結(jié)構(gòu)。根據(jù)曲線，由此可看出無論考慮哪個(gè)通道，匹配頻帶的帶寬大約相同，且在兩個(gè)匹配頻帶上，通道間的隔離度大于-21dB，隔離度由曲線3給出。
此外，如圖5a和5b所示，圖3中雙頻帶平面天線的輻射圖與圓形狹縫天線的輻射圖相似，圖5a示出當(dāng)狹縫通過通道1饋電時(shí)在5.4GHz的輻射圖，而圖5b示出示出當(dāng)狹縫通過通道2饋電時(shí)在5.6GHz的輻射圖。
參考圖6和7，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在這種情況下，雙頻帶天線由具有圓形內(nèi)邊緣20a和橢圓形外邊緣20b的環(huán)形狹縫20形成。突起由此通過逐漸加寬狹縫而得到。
如圖6所示，該狹縫20根據(jù)Knorr方法，通過第一饋電線21饋電，所述第一饋電線21使用微帶技術(shù)制造，并在兩個(gè)突起間的最小場區(qū)域向狹縫20供電。該線21對(duì)應(yīng)于通道1。另外，環(huán)形狹縫20也由第二饋電線22供電。該饋電線22在由狹縫的最寬部分形成的突起處，穿過狹縫20，通過根據(jù)Knorr方法的電磁耦合實(shí)現(xiàn)供電。
這個(gè)結(jié)構(gòu)也使用IE3D包進(jìn)行仿真，平均半徑Rmoy＝6.8mm。另外，通過在通道1處，也就是在和饋電線21的交叉點(diǎn)，取狹縫寬度為0.4mm，以及在通道2處，也就是在和饋電線22的交叉點(diǎn)，取狹縫的寬度為0.8mm，來實(shí)現(xiàn)突起。在這兩點(diǎn)之間，狹縫的寬度從0.4mm到0.8mm逐漸改變。仿真的結(jié)果由圖7所示的曲線給出。對(duì)于第一實(shí)施例，工作頻帶對(duì)于給出了曲線1的通道1和給出了曲線2的通道2不同。因此，當(dāng)向通道1饋電時(shí)工作頻率是5.39GHz，而向通道2饋電時(shí)工作頻率是5.905GHz。由此，第二實(shí)施例允許修改通過通道1的工作頻率和通過通道2的工作頻率。
參考圖8、9和10，現(xiàn)在描述顯著影響圖3和6實(shí)施例的修改，以便獲得期望頻帶的操作。
因此，如圖8所示，可以看出初始環(huán)形狹縫的平均半徑的修改允許修改兩個(gè)子頻帶的工作頻率。如果平均半徑Rmoy增加，兩個(gè)子頻帶工作頻率減小，如圖8的曲線所示，其中粗曲線示出了對(duì)于平均半徑R＝6.8mm的、作為頻率的函數(shù)的匹配曲線，而細(xì)曲線示出平均半徑為7mm的、作為頻率的函數(shù)的匹配曲線。
此外，可以減小狹縫中形成的突起的尺寸來得到頻率中更小分隔的工作模式，如圖9所示。在該圖中，粗曲線表示，在第二實(shí)施例中，將狹縫擴(kuò)寬到0.8mm，而細(xì)曲線表示將狹縫擴(kuò)寬到0.6mm。
基于上面的觀察，在圖3所示實(shí)施例的情況下，已經(jīng)找到確定突起尺寸的設(shè)計(jì)規(guī)則。該設(shè)計(jì)規(guī)則允許突起的尺寸由兩個(gè)選擇的工作頻率的差的函數(shù)確定，得到以下等式2*f2-f1f2+f1=A*Wc*Lcπ*Rmoy2]]>其中f1和f2分別為通道1上和通道2上的中心工作頻率。Wc為突起的寬度，Lc為突起的長度，Rmoy為狹縫的平均半徑，以及A為相乘系數(shù)。
仿真得到圖10中的曲線，其示出了作為突起相對(duì)尺寸的函數(shù)的頻率差。
現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明參考圖11A、11B到16A、16B描述雙頻帶平面天線各種可能的變體。
帶有標(biāo)記A的圖是天線示意圖，而帶有標(biāo)記B的圖給出匹配和隔離度曲線，就是說曲線1為通道1的，曲線2為通道2的及曲線3為隔離度曲線。
在圖11A中，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的雙頻帶平面天線，它包括具有配備在外側(cè)的兩個(gè)突起31的環(huán)形天線30，突起在環(huán)形天線30的外邊緣。在這種情況下，突起31的形狀為正方形。如參考圖3所述，該環(huán)形狹縫由與兩個(gè)突起31成等距離地通過穿過狹縫的第一饋電線31和從一個(gè)突起31穿過狹縫的第二饋電線32供電。在外側(cè)邊緣正方形突起的尺寸Wc＝1.29mm的情況下，該雙頻帶天線的仿真結(jié)果由圖11B給出。
圖12A示出了由在狹縫40內(nèi)邊緣帶有兩個(gè)矩形突起41的圓環(huán)形狹縫40形成的雙頻帶平面天線。如圖11A所示，環(huán)形狹縫由兩條饋電線42、43供電，這里，如圖11A所示，一條成等距離地位于兩個(gè)突起間及另一條位于其中一個(gè)突起處。該雙頻帶天線的仿真結(jié)果在圖12B給出。
圖13A示出了工作在第一諧波模式的三葉草形狀的環(huán)形狹縫50。因此，該狹縫周長p等于2λf。在這種情況下，突起由狹縫加寬形成，如50A和50B所示。在圖6所示的實(shí)施例的情況下，該狹縫50由兩條饋電線51和52供電，其中一條饋電線52從狹縫最大的部分穿過，而另一條饋電線51從狹縫50的最窄的部分穿過。這種類型的雙頻帶天線的仿真結(jié)果由圖13B給出。
圖14A到16A中的實(shí)施例示出由兩個(gè)同心環(huán)形狹縫形成的雙頻帶天線。多狹縫的使用使頻帶擴(kuò)寬。在這種情況下，突起可位于針對(duì)相同通道或不同通道的第一和第二狹縫上，或者只是位于兩個(gè)狹縫之一或另一個(gè)上。。
因此，圖14A所示的雙頻帶天線包括兩個(gè)同心環(huán)形狹縫60、62。在這個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)環(huán)形狹縫60在它的外側(cè)邊緣上帶有兩個(gè)矩形突起61，而內(nèi)側(cè)環(huán)形狹縫62在它的內(nèi)側(cè)邊緣上帶有兩個(gè)矩形突起63。在這個(gè)實(shí)施例中，突起61垂直于突起63。正如圖3所示實(shí)施例中，環(huán)形狹縫由第一公用饋電線64供電，其以突起61的方向穿過兩個(gè)狹縫，以及通過第二公用饋電線65供電，其以突起63的方向穿過兩個(gè)狹縫。
圖14A中天線的仿真結(jié)果在圖14B中給出。
圖15A示出了其中兩個(gè)狹縫由同心環(huán)形天線70和72形成的實(shí)施例。在這種情況下，突起71和73置于同一平面，突起71位于外側(cè)狹縫70的外邊緣上而突起73位于內(nèi)側(cè)狹縫72的內(nèi)邊緣上。在這種情況下，第一饋電線74對(duì)稱地位于突起71和73之間，而第二饋電線75從突起71和73穿過兩個(gè)環(huán)形天線狹縫。
圖15A示出的狹縫的仿真結(jié)果在圖15B中給出。
根據(jù)圖16A示出的另一實(shí)施例，多狹縫由兩個(gè)同心圓環(huán)形狹縫80、81形成。在這種情況下，只有其中一個(gè)狹縫，也就是環(huán)形狹縫81，在其內(nèi)側(cè)邊緣82上帶有矩形突起。這兩個(gè)狹縫分別由與兩個(gè)突起82等距地穿過狹縫的第一饋電線83和由從突起82穿過狹縫的第二饋電線84供電。
如上的雙頻帶天線的仿真結(jié)果在圖16B中給出。
圖17和18示出了本發(fā)明的其他實(shí)施例。在這種情況下，狹縫天線具有除了圓形以外的形狀，也就是圖17情況下的正方形狹縫。該正方形狹縫，參考符號(hào)90，在兩側(cè)帶有內(nèi)突起91，且與圖3所示實(shí)施例的情況相同，通過兩條饋電線進(jìn)行饋電，即一條饋電線93從其中一個(gè)突起91穿過狹縫90，一條饋電線92與兩個(gè)兩個(gè)突起91成等距離地穿過狹縫。
圖18示出了菱形狹縫100。在這種情況下，狹縫的外邊緣是菱形100A，而內(nèi)邊緣100B為在兩個(gè)角處帶有直邊部分的多邊形形狀，以便得到由加寬狹縫形成的突起。與圖7所示實(shí)施例的情況相同，狹縫由兩條饋電線101和102饋電，其中一條線102從它加寬的角穿過狹縫，而另一條線101距兩個(gè)加寬的角等距離地穿過狹縫。
圖19示出了由環(huán)形天線110形成的雙頻帶天線的實(shí)施例，在其內(nèi)側(cè)邊緣有兩個(gè)突起111。在這種情況下，通過兩個(gè)通道1、2，由與狹縫110相切生成磁耦合的兩條饋電線112和113為環(huán)形狹縫供電，饋電線之一在突起111之一與狹縫相切，而另一饋電線112在距突起111等距離的點(diǎn)與狹縫相切。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，即在此之前描述的實(shí)施例僅作為示例示出，且可以在不脫離所附的權(quán)利要求的范圍的前提下，以多種方式進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種雙頻帶平面天線，由以下組件形成在印刷基板上制成的、周長等于kλf的至少一個(gè)封閉形狀的狹縫(10、20、30、40、50、60、60、62、70、72、80、81、90、100、110)；以及兩條饋電線(12a、12b；21、22；32、33；42、43；51、52；64、65；74、75；83、84；92、93；101、102；112、113)，通過相隔(2m+1)λf/4的通道給狹縫供電，其中λf是狹縫中的導(dǎo)波波長，以及k和m為大于0的整數(shù)，其特征在于所述狹縫包括修改工作頻率的裝置，所述饋電線之一位于所述裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于修改工作頻率的裝置由從狹縫切出的突起(11a、11b；20a、20b；31；41；50A、50B；61、63；71、73；82；91；100A、100B；111)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述突起位于所述狹縫的內(nèi)側(cè)邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述突起位于所述狹縫的外側(cè)邊緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4之一所述的天線，其特征在于所述突起為正方形或矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于通過以下等式給出作為兩個(gè)工作頻率的函數(shù)的突起的尺寸2×f2-f1f2+f1=A×WcLcΠRmoy2]]>其中f1和f2為每條饋電線的中心工作頻率，Wc是突起的寬度，Lc是突起的長度，Rmoy是狹縫的平均半徑，以及A是相乘系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述修改工作頻率的裝置由所述狹縫(20a、20b；50A、50B；100A、100B)的一個(gè)邊緣的對(duì)稱逐漸變化形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于所述邊緣之一是圓形，而另一邊緣為橢圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的天線，其特征在于所述狹縫的形狀是環(huán)形、正方形、矩形或菱形。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的天線，其特征在于所述饋電線(12a、12b；21、22；32、33；42、43；51、52；64、65；74、75；83、84；92、93；101、102)按照Knorr型線-狹縫耦合與所述狹縫耦合。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的天線，其特征在于所述饋電線(112、113)按照切線線-狹縫轉(zhuǎn)換與所述狹縫磁耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙頻帶平面天線，它由以下組件形成在印刷基板上制成的、周長等于kλ
文檔編號(hào)H01Q5/01GK1610184SQ20041009033
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者弗蘭克·圖特, 弗朗索瓦·巴龍, 弗朗索瓦絲·勒博爾澤 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司