專利名稱：具有寬頻帶和高輻射效率的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下面的描述涉及一種具有寬頻帶和高輻射效率的天線。
背景技術(shù)：
狹縫天線包括切割出孔或狹縫的金屬表面(諸如，平板)。當(dāng)所述板通過激勵頻率(driving frequency)作為天線被激勵時,所述狹縫福射電磁波。為了使狹縫天線具有寬頻帶，可增加狹縫的寬度。然而，當(dāng)導(dǎo)體設(shè)置在高度低的狹縫天線的背表面處時，狹縫的寬度可能會比狹縫天線的基板的高度大。在該示例中，可能不能有效地增加頻帶寬度。

發(fā)明內(nèi)容
在一個總體方面，提供一種天線，所述天線包括第一導(dǎo)體和設(shè)置在所述第一導(dǎo)體之下的電介質(zhì)基板。所述天線還包括:狹縫部分，形成在所述第一導(dǎo)體中，并在所述電介質(zhì)基板上；空腔，形成在所述電介質(zhì)基板中，并與所述狹縫部分對應(yīng)。在另一總體方面，提供一種天線，所述天線包括第一導(dǎo)體和設(shè)置在所述第一導(dǎo)體之下的電介質(zhì)基板。所述天線還包括形成在所述第一導(dǎo)體中并在所述電介質(zhì)基板上的狹縫部分。所述電介質(zhì)基板的與所述狹縫部分對應(yīng)的部分填充有空氣，以減小所述狹縫部分的介電常數(shù)。在又一總體方面，提供一種天`線，所述天線包括電介質(zhì)基板和設(shè)置在所述電介質(zhì)基板上的導(dǎo)電基板。所述天線還包括:狹縫，穿透所述導(dǎo)電基板形成；孔，形成在所述電介質(zhì)基板中，并與所述狹縫對應(yīng)。通過下面的詳細(xì)描述、附圖以及權(quán)利要求，其他特點(diǎn)和方面將是明顯的。


圖1是示出高效率寬頻帶天線的示例的平面圖。圖2是示出圖1的高效率寬頻帶天線的A部分的示例的放大透視圖；圖3是示出沿著圖1的高效率寬頻帶天線的B-B線切割的截面的示例的剖視圖。圖4是示出圖1的高效率寬頻帶天線的等效電路的示例的圖。圖5是示出包括曲折的狹縫部分的圖1的高效率寬頻帶天線的示例的平面圖。圖6是示出高效率寬頻帶天線的另一示例的局部透視圖。在所有附圖和具體實(shí)施方式
中，除非另外描述，否則相同的附圖標(biāo)記將被理解為指示相同的元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、圖示和方便起見，這些元件的相對尺寸和繪示可能會被夸大。
具體實(shí)施例方式提供下面的詳細(xì)描述，以幫助讀者獲得對在此描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的全面理解。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將想到在此描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的各種變化、變型和等同物。描述的工藝步驟和/或操作的進(jìn)行過程是示例；然而，步驟和/或操作的順序不限于在此闡述的順序，除必須以特定順序進(jìn)行的步驟和/或操作以外，步驟和/或操作的順序可如本領(lǐng)域所知地進(jìn)行改變。另外，為了提高清楚性和簡要性，對公知功能和構(gòu)造的描述會被省略。應(yīng)該理解的是，公開的特征可以以不同形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋為限于在此闡述的示例。相反，提供這些示例以使本公開將是徹底和完整的，并將把本公開的完整范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。附圖可能未必按比例繪制，在一些示例中，為了清楚地示出這些示例的特征，可能已經(jīng)將比例增大。當(dāng)?shù)谝粚颖环Q為“在”第二層“上”或者“在”基板“上”時，其不僅可指第一層直接形成在第二層或基板上的情況，還可指在第一層與第二層或基板之間存在第三層的情況。圖1是示出高效率寬頻帶天線100的示例的平面圖。圖2是示出圖1的高效率寬頻帶天線100的A部分的示例的放大透視圖。參照圖1和圖2,高效率寬頻帶天線100包括電介質(zhì)基板110、下導(dǎo)體122、上導(dǎo)體124、狹縫部分130和空腔部分140。高效率寬頻帶天線100可用在并附著于人體上。由于人體會導(dǎo)致發(fā)射器功率損耗大，并且為了安全起見會限制功率，因此高效率寬頻帶天線100被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)高輻射效率和寬頻帶。因此，高效率寬頻帶天線100包括厚度相對小的背腔式狹縫天線(cavity-backedslot antenna)。背腔式狹縫天線包括形成到狹縫天線的背表面的空腔，并且受其上放置狹縫天線的材料的電特性的影響不大。因此，背腔式狹縫天線可用于包括損耗介質(zhì)(諸如，設(shè)置在狹縫天線的背表面處的地面或人體)的系統(tǒng)中。更詳細(xì)地講，電 介質(zhì)基板110可具有基本上呈矩形的板的形式，但是電介質(zhì)基板110的形狀不限于此。例如，電介質(zhì)基板110可具有多邊形板或圓形板的形式。下導(dǎo)體122設(shè)置在電介質(zhì)基板110的下表面之下，例如，下導(dǎo)體122設(shè)置在背腔式狹縫天線的背表面上。上導(dǎo)體124設(shè)置在電介質(zhì)基板110的上表面之上。狹縫部分130形成在上導(dǎo)體124中(例如，狹縫部分130穿透上導(dǎo)體124形成)，并位于電介質(zhì)基板110的上表面上。狹縫部分130包括使電介質(zhì)基板110部分地暴露的狹縫(例如，溝槽)。通過按照預(yù)定圖案移除上導(dǎo)體124的一部分來使電介質(zhì)基板110暴露。狹縫部分130可包括長度相當(dāng)于發(fā)射波的波長的大約二分之一的線性延伸部。如將參照圖3詳細(xì)地描述的，空腔部分140形成在電介質(zhì)基板110中，位于狹縫部分130之下，并在下導(dǎo)體122上。空腔部分140包括填充有空氣的空腔。圖3是示出沿著圖1的高效率寬頻帶天線100的B-B線切割的截面的示例的剖視圖。參照圖3，空腔部分140包括空腔(例如，溝槽)，所述空腔通過穿透電介質(zhì)基板110的上表面和電介質(zhì)基板110的下表面移除設(shè)置在狹縫部分130之下的電介質(zhì)基板110而形成。即，通過移除電介質(zhì)基板110的與狹縫部分130對應(yīng)的部分(例如，電介質(zhì)基板110的位于狹縫部分130之下并與狹縫部分130對齊的部分)而形成空腔部分140。空腔部分140延伸到與包括背腔式狹縫天線的背表面的下導(dǎo)體122接觸的位置(例如，深度)，從而形成高效率寬頻帶天線100的空腔?？蛇x地，空腔部分140可穿透電介質(zhì)基板110的上表面并部分地深入到電介質(zhì)基板110中的不與下導(dǎo)體122接觸的位置(例如，深度)而形成。即，可通過移除電介質(zhì)基板110的與狹縫部分130對應(yīng)的部分(例如，電介質(zhì)基板110的位于狹縫部分130之下并與狹縫部分130對齊的部分)中的一小部分而形成空腔部分140，以減小空腔的尺寸。這可通過使用高介電常數(shù)基板(例如，F(xiàn)R-4)作為電介質(zhì)基板110來實(shí)現(xiàn)。以下，將詳細(xì)描述高效率寬頻帶天線100的輻射效率和帶寬由于空腔部分140的增加。圖4是示出圖1的高效率寬頻帶天線100的等效電路的示例的圖。參照圖4，高效率寬頻帶天線100包括具有狹縫部分(例如，圖1的狹縫部分130)的背腔式狹縫天線。所述狹縫部分的長度可相當(dāng)于發(fā)射波的波長的大約二分之一。背腔式狹縫天線可通過具有短路端的大約四分之一波長的發(fā)射電路(例如，如圖4所示的并聯(lián)RLC電路)來實(shí)現(xiàn)。因此，背腔式狹縫天線可具有與并聯(lián)諧振器的阻抗特性相似的阻抗特性。Q因子是調(diào)諧電路的諧振銳度。即，Q因子可以是串聯(lián)諧振器中的電容器或電感器兩端電勢之差的倍數(shù)，或者并聯(lián)諧振器中流過電容器或電感器兩端的電流的倍數(shù)?？苫诘仁?1)的示例確定并聯(lián)諧振器(例如，高效率寬頻帶天線100)的Q因子:Q= Co0CR (1)在等式⑴中，Q表示Q因子，Coci表示并聯(lián)諧振器諧振時的頻率，C表示并聯(lián)諧振器中的電容器的電容，R表示并聯(lián)諧振器中的電阻器的電阻。可基于等式 ⑵的示例確定并聯(lián)諧振器的帶寬BW:BW = 1/Q = l/co0CR (2)因此，由于電容C與帶寬BW成反比關(guān)系，所以帶寬BW隨著電容C的減小而增加。再次參照圖3，當(dāng)電介質(zhì)基板110的位于狹縫部分130之下并與狹縫部分130對齊的部分被移除時，狹縫部分130的介電常數(shù)減小。即，當(dāng)形成空腔部分140時，空氣填充在空腔部分140中?？諝獾慕殡姵?shù)^比電介質(zhì)基板110的介電常數(shù)小。因此，與電介質(zhì)基板110填充空腔部分140時相比，當(dāng)空氣填充空腔部分140時，狹縫部分130的介電常數(shù)減小。因此，高效率寬頻帶天線100的電容C減小。由于電容C減小，因此高效率寬頻帶天線100的Q因子Q減小。其結(jié)果是，高效率寬頻帶天線100的帶寬BW增加。此外，在狹縫部分130中產(chǎn)生強(qiáng)大的電場E。當(dāng)使用高效率寬頻帶天線100時，在電介質(zhì)基板110處廣生的介電損耗減小，從而使聞效率寬頻帶天線100的福射效率提聞。通過包括空腔部分140，高效率寬頻帶天線100具有小的電容C，從而實(shí)現(xiàn)寬頻帶?？苫诘仁?3)的示例確定諧振頻率:ω0= I/(LC)0.5 (3)在等式(3)中，L表示并聯(lián)諧振器中的電感器的電感。電容C和電感L互成反比。即，為了使諧振頻率Otl保持恒定，電感L隨著電容C的減小而同等程度地增加(S卩，電感L與電容C的乘積保持不變)。通過增加狹縫部分130的長度來增加電感L。再次參照圖1，狹縫部分130包括:第一狹縫132，從高效率寬頻帶天線100的中央以對稱形狀延伸到高效率寬頻帶天線100的相對兩端；第二狹縫134，分別從第一狹縫132的兩端延伸。因此，狹縫部分130具有H形形狀。即，狹縫部分130的長度隨著分別形成在第一狹縫132的兩端的第二狹縫134的長度的增加而同等程度地增加。因此，高效率寬頻帶天線100的電感L增加,從而補(bǔ)償高效率寬頻帶天線100減小的電容C。圖5是示出包括曲折的狹縫部分136的圖1的高效率寬頻帶天線100的示例的平面圖。參照圖5，曲折的狹縫部分136從高效率寬頻帶天線100的中央以對稱形狀延伸到高效率寬頻帶天線100的相對兩端。曲折的狹縫部分136的長度比圖1至圖3的狹縫部分130的長度長。因此，高效率寬頻帶天線100的電感L增加,從而補(bǔ)償高效率寬頻帶天線100的電容C的減小?？蛇x地，高效率寬頻帶天線100的狹縫部分可從高效率寬頻帶天線100的中央以Z字形形狀、波形形狀和/或階梯形狀對稱地延伸到高效率寬頻帶天線100的相對兩端。盡管圖1至圖3的狹縫部分130和圖5的狹縫部分136分別具有H形形狀和曲折形狀，但是狹縫部分的形狀不限于此。因此，任何其他形狀均可適用，只要該形狀使狹縫部分的長度增加并使電感L增加以補(bǔ)償電容C的減小即可。圖6是示出高效率寬頻帶天線200的另一示例的局部透視圖。參照圖6，高效率寬頻帶天線200包括電介質(zhì)基板210、導(dǎo)電基板220、狹縫部分230和孔部分240。導(dǎo)電基板220設(shè)置在電介質(zhì)基板210的上表面上。狹縫部分230形成在導(dǎo)電基板220中，并位于電介質(zhì)基板210的上表面上。孔部分240形成在電介質(zhì)基板210中，位于狹縫部分230之下，并填充有空氣。通過移除電介質(zhì)基板210的與狹縫部分230對應(yīng)的部分(例如，電介質(zhì)基板210的位于狹縫部分230之下并與狹縫部分230對齊的部分)而形成孔部分240。與高效率寬頻帶天線100相比，高效率寬頻帶天線200不 包括設(shè)置在電介質(zhì)基板210之下并包括高效率寬頻帶天線100的背表面的專用導(dǎo)電基板。由于電介質(zhì)基板210的所述部分被移除并填充有空氣，所以狹縫部分230的介電常數(shù)減小，因此，高效率寬頻帶天線200的電容減小。高效率寬頻帶天線200的帶寬由于電容的減小而增加。此外，在狹縫部分230中產(chǎn)生強(qiáng)大的電場。當(dāng)使用高效率寬頻帶天線200時，在電介質(zhì)基板210處廣生的介電損耗減小，從而使聞效率寬頻帶天線200的福射效率提聞。參照圖6，孔部分240是穿透電介質(zhì)基板210的上表面和電介質(zhì)基板210的下表面而形成的通孔?？蛇x地，孔部分240可以是穿透電介質(zhì)基板210的上表面并部分地深入到電介質(zhì)基板210中而形成的空腔(例如，溝槽)。狹縫部分230可具有曲折形狀或H形形狀，以增加狹縫部分230的長度，從而對應(yīng)于減小的電容來增加高效率寬頻帶天線200的電感。為了在普通的背腔式狹縫天線與圖1至圖6的高效率寬頻帶天線100或200之間比較帶寬和輻射效率，已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在下面示出。該實(shí)驗(yàn)是在假設(shè)各個天線被放置于人體上，并且人體模型的介電常數(shù)ε r為大約35.15,導(dǎo)電率σ為大約1.16西門子每米(S/m)且尺寸為大約100暈米(mm) X 100暈米(mm)X30毫米(mm)的條件下進(jìn)行的。各個天線的狹縫部分的寬度被設(shè)為大約1mm。各個天線使用三種不同類型的基板RT6010、RT 5800和FR-4。應(yīng)用的各個天線具有三種不同的高度，即，和3mm。在上述條件下,測量帶寬和福射效率。[實(shí)驗(yàn)示例I]在實(shí)驗(yàn)示例I中，使用基板RT 5800，基板RT 5800的介電常數(shù)為2.2且損耗角正切為0.0009。實(shí)驗(yàn)示例I的結(jié)果在下面示出:
權(quán)利要求
1.一種天線，所述天線包括: 第一導(dǎo)體； 電介質(zhì)基板，設(shè)置在所述第一導(dǎo)體之下； 狹縫部分，形成在所述第一導(dǎo)體中，并在所述電介質(zhì)基板上； 空腔，形成在所述電介質(zhì)基板中，并與所述狹縫部分對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述空腔穿透所述電介質(zhì)基板而形成。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述狹縫部分包括: 第一狹縫，從所述天線的中央以對稱形狀延伸到所述天線的相對兩端； 第二狹縫，分別從所述第一狹縫的兩端延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述狹縫部分具有H形形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述狹縫部分從所述天線的中央以曲折形狀、Z字形形狀、波形形狀、階梯形狀或所述形狀的任意組合對稱地延伸到所述天線的相對兩端。
6.如權(quán)利要求1所述的天線，所述天線還包括: 第二導(dǎo)體，設(shè)置在所述電介質(zhì)基板之下。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述空腔形成到不與所述第二導(dǎo)體接觸的深度。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其中，所述電介質(zhì)基板包括高介電常數(shù)基板。
9.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述空腔與所述狹縫部分對齊。
10.一種天線,所述天線包括: 第一導(dǎo)體； 電介質(zhì)基板，設(shè)置在所述第一導(dǎo)體之下； 狹縫部分，形成在所述第一導(dǎo)體中，并在所述電介質(zhì)基板上， 其中，所述電介質(zhì)基板的與所述狹縫部分對應(yīng)的部分填充有空氣，以減小所述狹縫部分的介電常數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述電介質(zhì)基板的與所述狹縫部分對應(yīng)的部分穿透所述電介質(zhì)基板而形成。
12.如權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述狹縫部分具有曲折形狀或H形形狀。
13.如權(quán)利要求10所述的天線，所述天線還包括: 第二導(dǎo)體，設(shè)置在所述電介質(zhì)基板之下。
14.如權(quán)利要求13所述的天線，其中，所述電介質(zhì)基板的與所述狹縫部分對應(yīng)的部分形成到不與所述第二導(dǎo)體接觸的深度。
15.如權(quán)利要求14所述的天線，其中，所述電介質(zhì)基板包括高介電常數(shù)基板。
16.—種天線,所述天線包括: 電介質(zhì)基板； 導(dǎo)電基板，設(shè)置在所述電介質(zhì)基板上； 狹縫，穿透所述導(dǎo)電基板而形成； 孔，形成在所述電介質(zhì)基板中，并與所述狹縫對應(yīng)。
17.如權(quán)利要求16所述的天線，其中，所述孔穿透所述電介質(zhì)基板而形成。
18.如權(quán)利要求16所述的天線，其中，所述孔部分地形成到所述電介質(zhì)基板中。
19.如權(quán)利要求18所述的天線，其中，所述電介質(zhì)基板包括高介電常數(shù)基板。
20.如權(quán)利要求16所述的天線，其中，所述狹縫具有曲折形狀或H形形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有寬頻帶和高輻射效率的天線。所述天線包括第一導(dǎo)體和設(shè)置在所述第一導(dǎo)體之下的電介質(zhì)基板。所述天線還包括狹縫部分，形成在所述第一導(dǎo)體中，并在所述電介質(zhì)基板上；空腔，形成在所述電介質(zhì)基板中，并與所述狹縫部分對應(yīng)。
文檔編號H01Q1/38GK103227362SQ20131001142
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月26日
發(fā)明者李在燮, 金成中, 南相郁, 尹洙旻 申請人:三星電子株式會社, 首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力財(cái)團(tuán)