專利名稱：用于超寬帶應用的緊湊型天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
籠統(tǒng)地說，本發(fā)明涉及天線，具體而言，涉及用于超寬帶應用的 緊湊型天線。
背景技術(shù)：
目前能夠獲得具有無線通信能力的幾種不同形式的便攜式裝置，
包括移動電話和個人數(shù)字助理(PDA)。還可以使用象無線調(diào)制解調(diào) 器這種便攜式裝置來給膝上型或其它計算機提供這些功能。支持這些 裝置的技術(shù)正在快速發(fā)展，今天已經(jīng)包括因特網(wǎng)訪問、電子郵件服務、 語音和數(shù)據(jù)的同時傳輸以及視頻這種功能。超寬帶(UWB)技術(shù)正 是開發(fā)出來用來支持這些裝置的新興技術(shù)的一個實例。超寬帶技術(shù)在 極其寬的頻帶上支持高速通信。與此同時，超寬帶信號是用非常短的 脈沖發(fā)射的，它們很少消耗功率。
超寬帶天線需要具有3.1 10.6 GHz之間的工作頻帶。這些天線 通常都比常規(guī)窄帶天線具有更大的體積。這會給大多數(shù)實際應用帶來 問題，特別是將天線用于不動部件很少的便攜式無線裝置的情況下。 需要使用分集合并技術(shù)，其中至少有兩個天線需要共用能夠使用的不 動部件的時候，情況會更糟。
常常用于大帶寬應用的一種天線是芯片天線(chip antenna)。芯 片天線包括支撐金屬線，位于接地面上面，在芯片下面去除了接地導 體的陶瓷基底。這種天線的一個問題是接地面會增大天線的整體尺 寸。雖然在某些應用中可以使用支撐電路的印刷電路板的接地面，但 是天線決定了接地面的大小，而這不是人們所期望的。還有，印刷電 路板上的感應RF電流會降低接收機靈敏度，從而縮小便攜式無線裝 置的有用距離。在分集應用中，因為它們共用同一個接地面，因此在
天線之間耦合會增強，從而降低分集增益。
因此，需要一種大帶寬緊湊型天線用于便攜式無線裝置。這種大 帶寬緊湊型天線的設(shè)計不應該明顯地降低電路的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明中的橢圓形偶極子天線包括每個都具有橢圓形形
狀的泊和平衡泊；以及支撐所述泊和平衡泊的基底，該基底具有閉合 的三維形狀。
另一方面，本發(fā)明中的一種無線裝置包括收發(fā)信機；以及橢圓形 的偶極子天線。這種橢圓形的偶極子天線包括每個都具有橢圓形形狀 的泊和平衡泊，以及支撐所述泊和平衡泊的基底，該基底具有閉合的 三維形狀。
顯然，通過下面的詳細描述，本發(fā)明的其它實施例對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言將是顯而易見的，其中，在下面的詳細描述中，本發(fā)明的 各個實施例都是以說明的形式示出和描述的。如同會認識到的一樣， 本發(fā)明還有其它不同的實施例，還可以修改各個方面的細節(jié)，而不會 偏離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。因此，附圖和詳細說明都是說明性的，而 不是限制性的。


在附圖中，本發(fā)明的各個方面是以實例的形式而不是以限制的形 式給出的，在這些附圖中
圖1是說明無線裝置一個實例的示意圖，其中的無線裝置采用了
圍繞基底形成的橢圓形偶極子天線；
圖2是一個透視圖，它說明具有微帶饋線和柔軟印刷電路板基底 的平板橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖3是一個透視圖，它說明具有微帶饋線，圍繞圓柱形柔軟印刷 電路板基底形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖4是一個透視圖，它說明具有微帶饋線，圍繞矩形柔軟印刷電
路板基底形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖5是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線和柔軟印刷電路板 基底的平板橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖6是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線，圍繞圓柱形柔軟 印刷電路板基底形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖7是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線，圍繞矩形柔軟印 刷電路板基底形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖8是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線，圍繞圓柱形塑料 載體形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖9是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線，圍繞矩形塑料載 體形成的橢圓形偶極子天線的一個實例；
圖IO是一個透視圖，它說明具有微帶饋線和柔軟印刷電路板基 底，具有部分橢圓形泊(poise)的平板橢圓形偶極子天線的一個實例； 以及
圖11是一個透視圖，它說明具有微帶饋線，圍繞矩形柔軟印刷 電路板基底形成的，具有部分橢圓形泊的橢圓形偶極子天線的一個實 例。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖給出的詳細描述是為了說明本發(fā)明的各個實施例， 而不是表示實踐本發(fā)明的僅有實施例。詳細描述包括了具體細節(jié)用來 幫助全面地理解本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實踐本發(fā)明而沒 有這些具體細節(jié)。在一些情況下，用框圖的形式說明眾所周知的結(jié)構(gòu) 和組件，以免喧賓奪主。
在天線的一個實施例中，可以圍繞基底形成橢圓形的偶極子?；?底可以是任意的閉合三維形狀，例如包括圓柱形、矩形、三角形、球 形或者任何其它合適的形狀。這一結(jié)構(gòu)提供了能夠用于大多數(shù)便攜式 無線裝置的緊湊設(shè)計。在分集應用中，可以將具有足夠間隔的多個天 線設(shè)置在便攜式無線裝置上，以提供足夠的分集增益。這種橢圓形的
偶極子天線具有適合于超寬帶應用的大帶寬。它還具有方位面的全向 輻射方向圖以及高純度的極化。這種橢圓形偶極子天線還是平衡天 線，它能夠去除天線系統(tǒng)與它所連接的電路之間的耦合。
圖1是說明無線裝置一個實例的示意框圖，其中的無線裝置采用 了圍繞基底形成的橢圓形偶極子天線。這種橢圓形偶極子天線非常適
合于便攜式無線裝置，例如移動電話、PDA、膝上型電腦和其它計算 機，但是不限于這些裝置。可以將它用于任何無線裝置，特別是需要 寬帶通信的那些無線裝置。
可以給圖1所示的無線裝置100配備收發(fā)信機102。收發(fā)信機102 可以是能夠進行碼分多址(CDMA)通信，或者任何其它類型的通信 的超寬帶收發(fā)信機。碼分多址是基于本領(lǐng)域眾所周知的擴頻通信的一 種調(diào)制和多址方案。收發(fā)信機102可以包括連接到圍繞基底108形成 的橢圓形偶極子天線的發(fā)射機104和接收機106?？梢杂媒邮諜C106 將來自天線108的信號下變頻到基帶，進行擴頻處理、解調(diào)，并對基 帶信號進行譯碼?？梢杂冒l(fā)射機104來對基帶信號進行編碼、調(diào)制和 擴頻處理，以及將基帶信號上變頻到適合于通過天線108在空中發(fā)射 的頻率。在無線裝置100的其它實施例中，可以用多個類似結(jié)構(gòu)的天 線利用天線的空間距離以及接收機106使用的合并技術(shù)來獲得增益。
圖2是一個透視圖，它說明具有微帶饋線和柔軟印刷電路板基底 的平板橢圓形偶極子天線。虛線是隱藏起來看不見的邊緣。橢圓形偶 極子天線108可以包括基底206 —面上具有微帶饋線204的泊202， 以及基底206另一面上的平衡泊(counterpoise) 208。泊202和平衡 泊208可以具有"橢圓形形狀"，在這里這個詞不僅包括橢圓形，還 包括部分橢圓形，例如半個或四分之一個橢圓，以及整個的或部分圓 形?；?02可以是柔軟的印刷電路板，例如DuPontTMPyalux AP 或者其它合適的聚酰亞胺膜或基于環(huán)氧樹脂的膜。在所示實施例中， 在基底平面內(nèi)，泊202略微偏離平衡泊208以形成間隙210。在發(fā)射 模式中，微帶饋線204用于激勵間隙210，從而引起天線108輻射。 在接收模式中，泊202和平衡泊208也可以由進來的輻射信號激勵。 平衡泊可以包括為微帶饋線204提供接地面的一部分208a?？梢杂?br> 兩個隔離間隙212a和212b將微帶饋線204的接地面與平衡泊208的 其余部分分開。
可以用各種方式在基底206上形成泊202、平衡泊208和微帶饋 線204。蝕刻工藝僅僅是一個實例。利用蝕刻工藝，導電材料可以是 分層的、輥壓覆蓋的或者將其應用于基底206的每一面。導電材料可 以是銅，或者其它合適材料。然后可以在預定區(qū)域內(nèi)將導電材料蝕刻 掉，或者從基底206去掉，在一面上形成泊202和微帶饋線204，在 另一面上形成平衡泊208。也可以用金屬化工藝，或者采用針對環(huán)境 條件提供足夠的金屬附著力用于天線的任何其它方法，在基底上沉積 泊202、平衡泊208和微帶饋線204。這些技術(shù)在本領(lǐng)域都是眾所周 知的。
不管采用什么方法，在基底206上一形成泊202、平衡泊208和 微帶饋線204，就可以將橢圓形偶極子天線108形成為閉合的三維形 狀，例如圖3所示的圓柱形?？梢杂煤线m的粘合劑將圓柱形柔軟印刷 電路板基底206的邊緣粘合在一起。通過利用圓柱體芯子302來支撐 基底206能夠提高結(jié)構(gòu)完整性。對于維持具有圓柱形以外形狀的橢圓 形偶極子天線108，例如圖4所示的矩形橢圓形偶極子天線，芯子特 別有用。在任何情況下，芯子應該是低損耗材料的，介電常數(shù)接近l， 例如ROHACELL⑧HF或者任何其它合適的塑料。芯子可以是實心的， 也可以是空心的?？招男咀訒p小介電常數(shù)。
圖5是一個透視圖，它說明具有共面波導饋線和柔軟印刷電路板 基底的平板橢圓形偶極子天線的一個實例。不象下面有接地面的微帶 饋線，共面波導饋線具有同一平面內(nèi)的接地面。在橢圓形偶極子天線 108的這個實施例中，通過蝕刻、金屬化或者任何其它的合適工藝在 基底506的同一面形成泊502、平衡泊508和共面波導饋線504。共 面波導饋線504可以通過平衡泊508中的饋線間隙514延伸到泊502。 可以用饋線間隙兩邊上平衡泊516a和516b的一部分來為共面波導饋 線504提供接地面。可以用兩個隔離間隙512a和512b將共面波導饋 線504的接地面從平衡泊508的其余部分分開。
可以按照圖3和4所示天線那種方式將具有其共面波導饋線的橢
圓形偶極子天線108形成為閉合的三維形狀。圖6是一個透視圖，它 說明具有共面波導饋線，圍繞圓柱形柔軟印刷電路板基底形成的橢圓 形偶極子天線的一個實例?？梢园凑諈⒖紙D3和4所描述的類似方式 或相同方式，用圓柱形芯子602支撐基底506。圓柱形芯子602可以 如同圖6中一樣是實心的，也可以是空心的。也可以用合適的粘合劑 將基底506的邊緣粘合在一起，從而將橢圓形偶極子天線108簡單地 形成為圓柱體。如上所述，要維持具有圓柱形以外形狀的橢圓形偶極 子天線108的形狀，例如具有圖7所示共面波導饋線的矩形橢圓形偶 極子天線，芯子必不可少。
作為柔軟印刷電路板基底的一個替代品，可以用金屬化工藝在塑 料載體上沉積泊502、平衡泊508和共面波導饋線504。圖8是一個 透視圖，它說明具有共面波導饋線，圍繞塑料載體形成的橢圓形偶極 子天線的一個實例。塑料載體802可以是圖8所示的圓柱形的，或者 是圖9所示的矩形的。優(yōu)選采用空心載體，以減小介電常數(shù)，但是也 可以使用實心的塑料載體。
可以通過修改泊和平衡泊，然后將天線形成為閉合的三維形狀來 進一步減小橢圓形偶極子天線108的尺寸。具體而言，可以將泊和平 衡泊形成為部分橢圓形。圖10是一個透視圖，它說明具有微帶饋線 和柔軟印刷電路板基底，具有部分橢圓形泊的平板橢圓形偶極子天線 的一個實例。其中的虛線是隱藏起來看不見的邊緣。
橢圓形偶極子天線108可以包括柔軟印刷電路板基底1006 —邊 上的半橢圓形泊1002。可以用微帶饋線1004連接到泊1002a的橢圓 一邊。泊的相對邊可以包括兩個邊緣1002b和1002c，具有向內(nèi)的錐 形，這個錐形從泊的半橢圓部分延伸，在末端處的尖頭1002d結(jié)束。
橢圓形偶極子天線108還可以包括與泊1002相對的柔軟印刷電 路板基底1006 —邊上面的半橢圓形平衡泊1008。畫出的平衡泊具有 橢圓形邊1008a，在基底平面內(nèi)，它略微偏離泊1002a的橢圓形邊， 形成在發(fā)射模式中可以用微帶饋線1004激勵的間隙1010。很象泊 1002，平衡泊還包括兩個邊緣1008b和1008c，它們具有向內(nèi)的錐形， 從平衡泊的半橢圓形部分向其末端的直邊1008d延伸。平衡泊面對間
隙1012的邊也可以是直邊緣，或者是任何其它合適的邊緣結(jié)構(gòu)。從 直邊緣1008d的每一端延伸的是隔離間隙1012a和1012b。隔離間隙 1012a和1012b可以被用于將平衡泊的一部分從微帶饋線1004的接 地面分隔開。
圖11是一個透視圖，它說明具有微帶饋線，圍繞矩形柔軟印刷 電路板基底形成的，具有部分橢圓形泊的橢圓形偶極子天線的一個實 例。還可以使用實心或空心芯子(沒有畫出)，特別是將柔軟的印刷 電路板基底用于非圓柱形天線結(jié)構(gòu)的時候。泊1002d的尖頭可以在天 線108端頭那邊彎曲，進一步減小天線長度。
前面對公開的實施例的描述是為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠使用 或制造本發(fā)明。這些實施例的各種變形對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是 顯而易見的，可以將這里給出的一般原理應用于其它實施例而不會偏 離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。因此，本發(fā)明不限于這里公開的實施例，而 是與權(quán)利要求的全部范圍一致，其中對單數(shù)形式的單元的引用不是指 "一個并且只有一個"，而是指"一個或多個"，除非專門說明。本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的或者將來了解到的說明書中描述的各個實施例中 單元的所有結(jié)構(gòu)或功能等同物，都被引入作為參考，包括在權(quán)利要求 的范圍之內(nèi)。此外，這里所公開的所有內(nèi)容不是專門為了給公眾，而 不管這些內(nèi)容是不是在權(quán)利要求中被明確給出。沒有任何權(quán)利要求單 元可以按照35 U.S.C. §112第六段來解釋，除非這個單元明確引用了 "用于……的裝置"這樣的術(shù)語，或者在方法權(quán)利要求中，這個單元 采用了"用于……的步驟"這樣的術(shù)語。
權(quán)利要求
1.一種橢圓形偶極子天線，包括每個都具有橢圓形形狀的泊和平衡泊；以及支撐所述泊和平衡泊的基底，該基底具有閉合的三維形狀。
2. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泊和平衡 泊中的每一個都包括橢圓。
3. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泊和平衡 泊中的每一個都包括半橢圓。
4. 如權(quán)利要求3所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泊還包括 折疊尖端。
5. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述基底是圓 柱形的。
6. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述基底是矩 形的。
7. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述基底包括 柔軟的印刷電路板。
8. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述基底包括 聚酰亞胺膜。
9. 如權(quán)利要求1所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泊和平衡 泊放置在所述基底的相對邊。
10. 如權(quán)利要求9所述的橢圓形偶極子天線，還包括與所述泊連 接的微帶饋線。
11. 如權(quán)利要求IO所述的橢圓形偶極子天線，其中所述平衡泊 包括為所述微帶饋線提供接地面的一部分，并且其中所述平衡泊還包 括用來將所述部分和所述平衡泊的其余部分分開的兩個隔離間隙。
12. 如權(quán)利要求l所述的橢圓形偶極子天線，還包括支撐所述基 底的芯子。
13. 如權(quán)利要求12所述的橢圓形偶極子天線，其中所述芯子包 括泡沫塑料。
14. 如權(quán)利要求13所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泡沫塑 料芯子包括聚甲基丙烯酰亞胺。
15. 如權(quán)利要求12所述的橢圓形偶極子天線，其中所述芯子是 實心的。
16. 如權(quán)利要求12所述的橢圓形偶極子天線，其中所述芯子是 空心的。
17. 如權(quán)利要求l所述的橢圓形偶極子天線，其中所述泊和平衡 泊放置在所述基底的外表面上。
18. 如權(quán)利要求17所述的橢圓形偶極子天線，還包括連接到所 述泊的共面波導饋線。
19. 如權(quán)利要求18所述的橢圓形偶極子天線，還包括通過所述 平衡泊延伸的饋線間隙，并且其中所述共面波導饋線通過所述饋線間 隙延伸到所述泊。
20. 如權(quán)利要求19所述的橢圓形偶極子天線，其中所述平衡泊 包括為所述共面波導饋線提供接地面的所述饋線間隙每一邊上的一 部分，并且其中所述平衡泊還包括將所述部分和所述平衡泊的其余部 分分開的兩個隔離間隙。
21. —種無線裝置，包括 收發(fā)信機；以及橢圓形的偶極子天線，該天線包括每個都具有橢圓形形狀的泊和 平衡泊，以及支撐所述泊和平衡泊的基底，該基底具有閉合的三維形 狀。
22. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述泊和平衡泊中的 每一個都包括橢圓。
23. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述泊和平衡泊中的 每一個都包括半橢圓。
24. 如權(quán)利要求23所述的無線裝置，其中所述泊還包括折疊尖端。
25. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述基底是圓柱形的。
26. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述基底是矩形的。
27. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述基底包括柔軟的 印刷電路板。
28. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述基底包括聚酰亞 胺膜。
29. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述泊和平衡泊放置 在所述基底的相對邊。
30. 如權(quán)利要求29所述的無線裝置，其中所述橢圓形偶極子天 線還包括與所述泊連接的微帶饋線。
31. 如權(quán)利要求30所述的無線裝置，其中所述平衡泊包括為所 述微帶饋線提供接地面的一部分，并且其中所述平衡泊還包括用來將 所述部分和所述平衡泊的其余部分分開的兩個隔離間隙。
32. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述橢圓形偶極子天 線還包括支撐所述基底的芯子。
33. 如權(quán)利要求32所述的無線裝置，其中所述芯子包括塑料。
34. 如權(quán)利要求33所述的無線裝置，其中所述塑料芯子包括聚 甲基丙烯酰亞胺。
35. 如權(quán)利要求32所述的無線裝置，其中所述芯子是實心的。
36. 如權(quán)利要求32所述的無線裝置，其中所述芯子是空心的。
37. 如權(quán)利要求21所述的無線裝置，其中所述泊和平衡泊放置 在所述基底的外表面上。
38. 如權(quán)利要求37所述的無線裝置，其中所述橢圓形偶極子天 線還包括連接到所述泊的共面波導饋線。
39. 如權(quán)利要求38所述的無線裝置，還包括通過所述平衡泊延 伸的饋線間隙，并且其中所述共面波導饋線通過所述饋線間隙延伸到 所述泊。
40. 如權(quán)利要求39所述的無線裝置，其中所述平衡泊包括為所 述共面波導饋線提供接地面的所述饋線間隙每一邊上的一部分，并且 其中所述平衡泊還包括將所述部分和所述平衡泊的其余部分分開的 兩個隔離間隙。
全文摘要
公開了用于超寬帶應用的緊湊型天線。這種緊湊型天線可以是具有都是橢圓形形狀的泊和平衡泊的橢圓形偶極子天線?？梢杂没讈碇尾春推胶獠?，該基底具有閉合的三維形狀。
文檔編號H01Q9/04GK101111973SQ200580047226
公開日2008年1月23日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者A·H·穆罕梅迪安, J·P·伯克, S·S·索利曼 申請人:高通股份有限公司