專利名稱：對(duì)輻射縫隙平面天線的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于輻射縫隙的緊湊平面天線。
背景技術(shù)：
近來(lái)，使用諸如WIFI (無(wú)線保真)、WIMAX (孩(波存取全球互通)、 DVB-T、 DVB-H(數(shù)字視頻廣播)或其他類似技術(shù)這樣的應(yīng)用，諸如便攜式 移動(dòng)電話、智能電話、PDA (個(gè)人數(shù)字助理)這樣的移動(dòng)或游牧(nomadic) 終端的發(fā)展和設(shè)計(jì)為用來(lái)接受電視或相關(guān)服務(wù)的多媒體便攜式數(shù)據(jù)終端的 發(fā)展得到了穩(wěn)定地成長(zhǎng)。
為了接受這些類型的應(yīng)用，終端裝有天線，更具體地說(shuō)是在UHF波段 操作的天線，即覆蓋470MHz到862MHz頻率的波段或更高的波段。
事實(shí)上，集成在游牧或移動(dòng)終端中的天線的設(shè)計(jì)的主要限制是大帶寬、 UHF波段的最低頻率以及緊湊程度。
在可以被集成的天線中，特別存在一種由輻射縫隙構(gòu)成的平面天線。然 而在接地面中蝕刻為直線形狀的輻射縫隙呈現(xiàn)出以化/2為模的長(zhǎng)度，其中 義g是在所述操:作頻率下縫隙中的引導(dǎo)波長(zhǎng)(guided wavelength)。由此，如 圖1所示，在直線縫隙1在公知電介質(zhì)基板上制造的接地平面2中蝕刻且通 過(guò)直接同軸線或通過(guò)使用公知的knorr描述的電磁耦合技術(shù)在3處饋電的情 況下，所有的場(chǎng)線同相地輻射且指向相同的方向，如箭頭F所示。
在如圖2所示公知的形式的2.4GHz輻射縫隙中，場(chǎng)線的指向歸因于通 過(guò)縫隙長(zhǎng)度方向感應(yīng)的電流。所述電流用通過(guò)圖2的縫隙1的長(zhǎng)度方向的電 流向量V來(lái)表示。
圖1和圖2所示的設(shè)計(jì)是在已完成的接地平面中的2.4GHz輻射縫隙的 設(shè)計(jì)，其中所述接地平面具有111.2mm x 60.5mm的尺度。在這種情況下， 所選的電介質(zhì)基板是公知基板Rogers 4003,其物理參數(shù)是厚度0.8mm,介 電常數(shù)"=3.38,損耗角正切S =0.0027。
在圖1和圖2的情況下，縫隙通過(guò)末端短路的微帶線3激勵(lì)。這種類型
的激勵(lì)遵從如Knorr所定義的微帶線到縫隙線的耦合的條件(參考J. B. Knorr "Slot lined transition" IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, pages 548-554, May 1974)。在這種情況下，縫隙的特性如下
纟逢隙長(zhǎng)度42.4mm ( ~ )
纟逢隙寬度0.5mm
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，該縫隙具有對(duì)于操作頻率來(lái)說(shuō)不能忽略的長(zhǎng) 度，這使得這種天線難以集成到移動(dòng)終端中。由于這個(gè)事實(shí)，為了降低整體 尺度，如圖3所示， 一種已知的實(shí)踐是將縫隙10的臂10a、 10b彎曲為螺旋 形。然而，如后文中更詳細(xì)說(shuō)明的那樣，這樣的輻射縫隙的輻射效率顯著地 降低了。
在圖3中，已示出了蝕刻在電介質(zhì)基板的接地平面11中的縫隙10。該 縫隙10由微帶線按照Knorr式饋電在它的中間部分12饋電。該縫隙包含兩 個(gè)臂10a、 10b，其中每一個(gè)臂都顯著地折疊為在臂的末端開口的矩形形狀。 臂10a和10b這種特殊的形狀使得可以限制天線總的整體尺寸。在這種情況 下，縱向尺度從42.4mm降低到在垂直方向?yàn)?.05mm的長(zhǎng)度9.5mm。
如圖4所示，分別給出了具有上文給定尺度的依照?qǐng)D1的天線和依照?qǐng)D 3的天線在不同頻率下的效率，可以注意到在2.4GHz處輻射效率/人約95°/。 到50%的下降。這可以通過(guò)這樣的事實(shí)來(lái)解釋，當(dāng)臂10a或10b被彎曲時(shí)， 在天線的平行部分中的場(chǎng)線，如圖3中的箭頭F1和F2所示，顯著地相互4氐 消，這降低了這種類型的天線的輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明涉及一種平面縫隙天線，其配備有可以特別地補(bǔ)償輻射效 率的損耗的裝置。
由此，本發(fā)明涉及一種緊湊平面天線，包括，在以至少一個(gè)接地平面為 特征的基板上，輻射縫隙形成具有平行臂部分的至少一個(gè)折疊臂，其特征在 于在兩個(gè)連續(xù)的臂部分之間包括至少一個(gè)反相裝置，所述反相裝置這樣定位 在臂中，其方式是平行臂部分的場(chǎng)分量被疊加到一起。
依照一個(gè)實(shí)施例，所述反相裝置由交叉形狀地連接縫隙的兩邊的兩個(gè) 橋，以及接地平面構(gòu)成，所述接地平面在所述反相裝置的水平上包含形成開 路的裝置。優(yōu)選地兩個(gè)橋均由在所述基板的兩個(gè)不同平面中蝕刻的微帶線構(gòu)成。
依照另 一實(shí)施例，所述橋可以由連接所述縫隙的兩邊的分立元件制成。 依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，形成開路的裝置由基板中的縫隙組成。 依照本發(fā)明的其他特征，所述接地平面包括未金屬化區(qū)域，其目的是防
止來(lái)自接地平面的切口的長(zhǎng)度方向作用到電路的開放電路的寄生諧振。接地
平面的所述縫隙或切口展開到這些未金屬化區(qū)域中。
依照本發(fā)明的其他特征，為了在UHF帶中操作，包含天線的兩臂的所 述基板折疊到自己上方。


在閱讀了參考附圖的各種實(shí)施例的說(shuō)明之后，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn) 將會(huì)變得明顯，其中
圖l是依照現(xiàn)有技術(shù)的輻射線性縫隙天線的俯視簡(jiǎn)圖，已經(jīng)對(duì)該圖進(jìn)行 描述。
圖2是圖1的天線的^L大簡(jiǎn)圖，說(shuō)明了輻射線性縫隙天線的操作。
圖3是依照另一實(shí)施例的縫隙天線的俯視簡(jiǎn)圖，已經(jīng)對(duì)該圖進(jìn)行了描述。
圖4示出了分別給出了圖1的天線和圖3的天線在2.4GHz下操作的依
照頻率的輻射效率曲線。
圖5是依照本發(fā)明的縫隙天線的俯視簡(jiǎn)圖。
圖6是依照本發(fā)明的天線的第一實(shí)施例的頂視圖。
圖7是示出了依照本發(fā)明的反相裝置的整體放大頂視圖。
圖8是分別給出了圖1的天線、圖3的天線以及圖6的天線的依照頻率
的效率的曲線。
圖9是依照本發(fā)明的在UHF波段操作的天線的另一實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式
為了簡(jiǎn)化圖中的描述，相同的元件具有相同的參考標(biāo)記。 將首先參考本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖5到8進(jìn)行描述。在圖5中，可以 看到已經(jīng)參考圖3進(jìn)行描述的主要元件，即金屬化基板11,包括兩個(gè)臂10a 和10b的縫隙天線10，其中兩個(gè)臂10a和10b顯著地折疊為矩形形狀。該縫 隙使用Knorr原理通過(guò)微帶線12饋電。而且，如圖5所示，接地平面11具
有兩個(gè)未金屬化區(qū)域14,這兩個(gè)未金屬化區(qū)域的目的是形成開路以防止寄生 諧振。
依照本發(fā)明，用圓表示的四個(gè)反相器13定位在縫隙的臂10a和10b上， 其方式是在明顯平行的臂部分中的電場(chǎng)被加到一起，如箭頭S示出的所期望 的場(chǎng)，而箭頭A示出實(shí)際場(chǎng)。因此，在臂10a上，反相器位于第二彎曲以及 第四彎曲的水平上，而在臂10b上，反相器位于第一彎曲和第三彎曲的水平 上。因此，在圖5所示的場(chǎng)的指向下，所有的場(chǎng)分量都被加到了一起。
將參考反相器的第一實(shí)施例的圖6和7進(jìn)行描述。在這種情況下，反相 器13通過(guò)縫隙10的兩個(gè)連續(xù)部分之間的橋形成。
以如圖7所示的更具體的方式，在縫隙10的一個(gè)彎曲的水平上，第一 橋13a蝕刻將縫隙的一邊連接到另一邊的細(xì)線而制成，而第二橋13b在加在 兩邊(連結(jié))的金屬線的幫助下或在所述基板其它導(dǎo)電平面中實(shí)現(xiàn)或通過(guò)分 立元件(阻抗0歐姆)制成，以依照基板的另一平面連接縫隙10的兩個(gè)邊。
如圖6和7所示，在所述的橋的水平上，在接地平面中，設(shè)置了縫隙(切 口 ) 15,其實(shí)質(zhì)上將該接地平面劃分為幾個(gè)副平面，參考圖7中的接地平面 1、接地平面2、接地平面3和接地平面4。該縫隙(切口 )使得可以將在兩 個(gè)相鄰接地平面(分別地接地平面1和3、接地平面2和4)中感應(yīng)的的電 流相位相反；所述縫隙(切口 )連接到圖6的未金屬化區(qū)域14。
通過(guò)使用這些反相器8以及如圖7所示的更清楚的方式，輻射縫隙由兩 個(gè)導(dǎo)體制成，即接地平面1和接地平面2,兩者之間具有足夠的距離以允許 通過(guò)該縫隙線整個(gè)長(zhǎng)度的電流的傳播。當(dāng)通過(guò)與輻射縫隙在同一水平上的用 13a表示的導(dǎo)線將接地平面1連接到接地平面4以幾何學(xué)上地倒轉(zhuǎn)通過(guò)輻射 縫隙的全程的電流時(shí)，場(chǎng)的指向改變180度。相似地，接地平面2通過(guò)與線 13a具有相同寬度的線13b穿過(guò)基板的另一層而與接地平面3連接?？p隙或 切口 15允許在縫隙10的長(zhǎng)度上感應(yīng)的電流的極性改變。
分別對(duì)圖1、圖3和圖6中三種類型的天線進(jìn)行了模擬，并給出了依照 頻率的輻射效率曲線，如圖8所示。
在這種情況下，可以看出在具有反相器橋的情況下獲得的效率相對(duì)于如 圖3所示的臂被折疊的縫隙線構(gòu)成的天線得到了顯著地提高。此外，在具有 反相器的情況下，縫隙的尺寸可以以更加可觀的方式降低，因?yàn)閷?duì)于2.4GHz 下操作的天線得到了 6.3 x 9mm2的尺寸。
現(xiàn)在將參考圖9描述本發(fā)明的另一實(shí)施例，特別地用于實(shí)現(xiàn)在UHF波 段下操作的折疊縫隙天線。
在如圖9所示的情況下，臂^^明顯地折疊為矩形形狀的縫隙110， 110， 被蝕刻到兩個(gè)基板部分100， 100，。在這種情況下，為了限制天線的尺寸， 基板IOO， 100，一個(gè)放置到另一個(gè)的上方，且每一個(gè)都在它們的邊101， 101， 處通過(guò)導(dǎo)電銷釘102連接到另一個(gè)。
如圖9所示，縫隙110由在基板107上展開的三層板線(triplate line) 106饋電。所述基板基于FR4，多層Er = 4.5， tanD = 0.02。在該情況下，外 部層用于印刷縫隙的輪廓(contours)而僅一個(gè)內(nèi)部層用于三層板激勵(lì)線。 三層板激勵(lì)線的末端不是如前述電路圖那樣短路，而是具有一長(zhǎng)度以使耦合 對(duì)于UHF波段最佳。
依照本發(fā)明，反相器103， 103，在縫隙的彎曲之一的水平處在縫隙110 的各部分中實(shí)現(xiàn)。這些反相器103， 103，分別地通過(guò)金屬化線和另一金屬化 線構(gòu)成，所述金屬化線將縫隙110的邊之一連接到它的相對(duì)邊，且位于接地 平面100, 100，的同一平面，所述另一金屬化線通過(guò)在基板的另一層中的金 屬化橋連接，且該另一橋通過(guò)金屬銷釘連接到縫隙的兩邊。
如圖9所示，每一個(gè)接地平面100, 100，都以縫隙104， 104，為特征，所 述縫隙104， 104，在接地平面100， 100，的未金屬化區(qū)域105， 105，上展開。 這種結(jié)構(gòu)使得可以實(shí)現(xiàn)緊湊天線，所述天線適于UHF波段中的操作且可以 容易地集成到移動(dòng)終端的卡中。在彎曲的水平處的釘(studs) lll確保了縫 隙的兩個(gè)外部層之間的接地連通。
上述天線具有大量的優(yōu)點(diǎn)。由此可以獲得與標(biāo)準(zhǔn)的折疊縫隙相比非常優(yōu) 秀的輻射效率。此外，這種類型的天線由于它的平面結(jié)構(gòu)可以容易地集成到 消費(fèi)品中。此外，射頻電^^可以容易的集成到作為天線的同一卡上，因?yàn)槭?用的是印刷技術(shù)。該解決方案是在低成本基板上使用印刷技術(shù)的低成本解決 方案。由此可以獲得在中央操作頻率下0.22Ag量級(jí)的尺度的緊湊天線。
權(quán)利要求
1、一種緊湊平面天線，包括，在基板上裝有至少一個(gè)接地平面(11；100，100’)，形成具有平行臂部分的至少一個(gè)折疊臂(10a，10b)的輻射縫隙(10；110，110’)其特征在于在兩個(gè)連續(xù)的臂部分之間包括至少一個(gè)反相裝置(13；103，103’)，所述反相裝置這樣定位在臂上，其方式是平行臂部分的場(chǎng)分量被疊加到一起。
2、 如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述反相裝置(13)由交叉 形狀地連接縫隙的兩邊的兩個(gè)橋(13a, 13b)構(gòu)成，所述接地平面在所述反 相裝置的水平上包含形成開路的裝置。
3、 如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述形成開路的裝置由接地 平面中的縫隙或切口 (15, 104)構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于所述接地平面包括未金屬化 區(qū)域(14; 105 )。
5、 如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述橋可以由連接所述縫隙 的兩邊的分立元件實(shí)現(xiàn)。
6、 如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述橋由在所述基板的兩個(gè) 不同平面中蝕刻的^f效帶線實(shí)現(xiàn)。
7、 如權(quán)利要求1到6之中任一項(xiàng)所述的天線，其特征在于包含天線的 兩臂的所述基板折疊到自身上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)輻射縫隙平面天線的改進(jìn)及一種緊湊平面天線，包括，在以至少一個(gè)接地平面(11)為特征的基板上，形成具有平行臂部分的至少一個(gè)折疊臂(10a，10b)的輻射縫隙(10)，在兩個(gè)連續(xù)的臂部分之間所述天線包括至少一個(gè)反相裝置(13)，所述反相裝置這樣定位在臂中，其方式是平行臂部分的場(chǎng)分量被疊加到一起。反相裝置的使用使得可以降低所述天線的尺度，使它更容易集成到卡上。
文檔編號(hào)H01Q13/10GK101207237SQ20071019985
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者菲利普·米納德, 讓-弗朗索瓦·平托斯, 阿里·洛澤爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司