專利名稱：平面天線小型化方法及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線小型化方法，特別是涉及平面縫隙天線小型化方法和用該方法設(shè)計制作的袖珍平面天線。
現(xiàn)有技術(shù)的線狀和平面天線，只有當(dāng)其某一方向長度等于半波長(1/2λ)，與電磁波共振時，接收和發(fā)射效果才最佳。而且使用頻率一旦確定，天線尺寸也就據(jù)此確定。隨著VLSI(超大規(guī)模集成電路)技術(shù)的發(fā)展，幾乎所有電子電路產(chǎn)品都已經(jīng)變得越來越小，與之配合使用的天線裝置小型化自然也就是迫在眉睫的事了。
現(xiàn)有技術(shù)使天線小形化的方法通常有兩種其一是，在線狀天線的適當(dāng)部位加入電感或電容，強(qiáng)迫天線輸入端阻抗的虛部為零，實部與饋線的特征阻抗匹配;另一方法是，利用介電常數(shù)(εr)大的絕緣基板制作印刷電路平面天線，使介質(zhì)中的波長變短以減小天線尺寸。以上兩種方法都引起功率損失，使天線效率低下。前者由外加的電感和電容引起，后者是因為介電常數(shù)大的介質(zhì)在電磁場中損耗也大，因而都不可取。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出另一種使天線小型化的方法，在保證天線有效地接收和發(fā)射的同時，使其面積大幅度減小并且依據(jù)該方法設(shè)計制作一種袖珍平面天線，其面積只及現(xiàn)有技術(shù)天線的若干分之一，可安裝在汽車殼體或房屋墻壁表面，或貼在窗戶上。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到提出一種平面天線小型化的方法，它是在絕緣基板上制作導(dǎo)電圖形，該圖形包括中央?yún)^(qū)和周圍環(huán)帶;中央?yún)^(qū)可以是任意形狀，環(huán)帶圍繞中央?yún)^(qū)形成一條連續(xù)的均勻縫隙，縫隙長度大致等于半波波長(1/2λ)。
附圖的圖面說明如下

圖1是用本發(fā)明方法設(shè)計的天線結(jié)構(gòu)形狀示意圖;
圖2是本發(fā)明為900兆赫頻段設(shè)計的一個最佳實施例天線的導(dǎo)電圖形和尺寸圖;
圖3是圖2最佳實施例天線的失配衰減(回程損耗)曲線;
圖4是圖2最佳實施例天線的輻射方向圖，10分貝/格，按900兆赫時的值為最大值畫出。
以下結(jié)合附圖就本發(fā)明的一個最佳實施例作進(jìn)一步詳述。
本發(fā)明方法是在絕緣基板1上制作導(dǎo)電圖形2，如圖1所示，包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22。它們是一層金屬薄膜，可用印刷電路板(PCB)技術(shù)制成。中央?yún)^(qū)21可以是任意形狀，環(huán)帶22圍繞中央?yún)^(qū)21形成一條連續(xù)的均勻縫隙3，縫隙長度1大致等于半波波長(1/2λ)。中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22分別同連結(jié)器(饋線)的中心導(dǎo)體和外導(dǎo)體相連結(jié)。電磁場能量主要集中在縫隙3內(nèi)，通過所述連續(xù)器(饋線)饋給或引出。
本發(fā)明方法是在平面天線基礎(chǔ)上形成環(huán)狀縫隙3，縫隙3的長度，基本上就是中央?yún)^(qū)21的周邊長1，決定天線的工作頻率f?，F(xiàn)在1≈1/2λ，進(jìn)入共振狀態(tài)，就可以有效地發(fā)射和接收信號。因為是在金屬膜的周長方向共振，因而相比現(xiàn)有技術(shù)線狀和平面天線在某一方向長度共振，面積大大減小，而且還可以調(diào)整周圍環(huán)帶22的帶寬Wl和縫隙寬度S，見圖2，使天線輸入阻抗改變，實現(xiàn)最佳功率轉(zhuǎn)換。另外，中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22可以制作在基板1的同一面，也可以分別制作在該基板的兩面，以適應(yīng)不同用途和配合不同型式的連結(jié)器(饋線)。
本發(fā)明方法尤其適合制作用于VHF、UHF頻段的FM廣播和電視接收天線，用于900和1800兆赫頻段手提電話和汽車電話的天線，用于1500兆赫的衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)。利用本發(fā)明方法獲得的袖珍平面天線作為基本構(gòu)成元素，還可以組成面積小、方向性強(qiáng)的陣列天線，用于接收衛(wèi)星電視和作地面微波中繼用途。
圖2所示是圖1方法的具體化，是本發(fā)明為工作在900兆赫頻段設(shè)計的袖珍平面天線的導(dǎo)電圖形和尺寸圖。結(jié)合圖1和圖2一起看，這種天線包括絕緣基板1，例如是厚度δ＝0.38毫米、相對介電常數(shù)εr＝2.5的PC(聚碳酸酯)板，以及制作在它上面的導(dǎo)電圖形2，該圖形包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22，中央?yún)^(qū)21可以是任意形狀，例如可以設(shè)計成矩形、圓形、三角形、星形、菱形等各種形狀，環(huán)帶2圍繞著它，兩者間有一條連續(xù)的均勻縫隙3，其長度大致等于半波波長(1/2λ)。實際上，這種表面制作有導(dǎo)電圖形2的絕緣基板1是一種印刷電路板(PCB)，包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22的導(dǎo)電圖形2是一層金屬薄膜。在這個實施例中，周圍環(huán)帶22寬W＝71毫米，長L＝45毫米，面積僅是工作在同樣頻率下現(xiàn)有技術(shù)微帶天線的八分分之一。環(huán)帶22的帶寬Wl＝4毫米，縫隙3的寬度S＝1.5毫米。W/L＝1.76，在合適范圍內(nèi)，該比值太大會導(dǎo)致頻帶狹窄的高Q(品質(zhì))因數(shù)，太小則造成輻射效率降低?？p隙3的長度l＝188毫米，相當(dāng)于f＝800兆赫時的半波長1/2λ。所述袖珍平面天線，其中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22可以制作在基板1的同一面，也可以分別制作在該基板的兩面，以適應(yīng)不同用途和配合不同型式的連結(jié)器(饋線)。本實施例是制作在基板1的同一面，是共面波導(dǎo)天線，用同軸電纜饋送信號。這樣配置的一個優(yōu)點是，可以很容易同一些有源器件，例如某些二極管、場效應(yīng)晶體管以及HEMT等適配，而不必像微帶天線的情況，需要貫穿基板。
圖3是圖2天線的失配衰減(回程損耗)曲線，天線的工作頻帶寬度以回程損耗小于或等于-10分貝定義。該曲線顯示頻帶寬度從934兆赫至1170兆赫，相對帶寬達(dá)22%。就是說，在900-1150兆赫頻段，反射功率很少，因而所述天線效果很好。相比工作在同樣頻率上的微帶天線，后者的頻帶寬度僅5%。
圖4給出本發(fā)明最佳實施例，即圖2天線的輻射方向圖。本發(fā)明的袖珍平面天線方向性變化緩慢，在上下方向取最大值。本發(fā)明天線的增益與通常的半波長線狀天線相當(dāng)，面積卻小了很多，很適合在汽車等移動體上使用，還可以同手提電話機(jī)融為一體安裝。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法及其產(chǎn)品的主要優(yōu)點是，面積顯著減少，工作頻帶拓寬，成本降低，使用方便。
權(quán)利要求
1.一種平面天線小型化的方法，包括在絕緣基板1上制作導(dǎo)電圖形2，其特征在于導(dǎo)電圖形2包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22；中央?yún)^(qū)21可以是任意形狀，環(huán)帶22圍繞中央?yún)^(qū)21形成一條連續(xù)的均勻縫隙3，縫隙3的長度ι大致等于半波波長(1/2λ)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22的導(dǎo)電圖形2是一層金屬薄膜，可用印刷電路板(PCB)技術(shù)制成。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22分別同連結(jié)器(饋線)的中心導(dǎo)體和外導(dǎo)體相連結(jié)。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22可以制作在基板1的同一面，也可以分別制作在該基板的兩面，以適應(yīng)不同用途和配合不同型式的連續(xù)器(饋線)。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于可以調(diào)整周圍環(huán)帶22的寬度WL和縫隙3的寬度S，使天線輸入阻抗改變，實現(xiàn)最佳功率轉(zhuǎn)換。
6.一種袖珍平面天線，包括絕緣基板1和制作在它上面的導(dǎo)電圖形2，其特征在于導(dǎo)電圖形2包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22，中央?yún)^(qū)21可以是任意形狀，環(huán)帶2圍繞著它，二者間有一條連續(xù)的均勻縫隙3，其長度大致等于半波波長(1/2λ)。
7.按照權(quán)利要求6所述的袖珍平面天線，其特征在于中央?yún)^(qū)21可以設(shè)計成矩形、圓形、三角形、星形、菱形等各種形狀。
8.按照權(quán)利要求6所述的袖珍平面天線，其特征在于表面制作有導(dǎo)電圖形2的絕緣基板1是一種印刷電路板(PCB)，包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22的導(dǎo)電圖形2是一層金屬薄膜。
9.按照權(quán)利要求6所述的袖珍平面天線，其特征在于中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22可以制作在基板1的同一面，也可以分別制作在該基板的兩面，以適應(yīng)不同用途和配合不同型式的連結(jié)器(饋線)。
10.按照權(quán)利要求6所述的袖珍平面天線，其特征在于所述天線可以作為基本構(gòu)成元素，組成陣列天線，用于接收衛(wèi)星電視和作地面微波中繼用途。
全文摘要
一種平面天線小型化的方法和產(chǎn)品，它是在絕緣基板1上制作導(dǎo)電圖形2，包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22。中央?yún)^(qū)21可以是任意形狀，環(huán)帶22圍繞中央?yún)^(qū)21形成一條連續(xù)的均勻縫隙3，縫隙3的長度1大致等于半波波長(1/2λ)。包括中央?yún)^(qū)21和周圍環(huán)帶22的導(dǎo)電圖形2是一層金屬薄膜，可用印刷電路板(PCB)技術(shù)制成。本發(fā)明的主要優(yōu)點是。天線面積顯著減小，工作頻帶拓寬，成本降低，使用方便，特別適合用于汽車電話和手提電話。
文檔編號H01Q9/00GK1086930SQ93100760
公開日1994年5月18日 申請日期1993年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月9日
發(fā)明者蔡茂 申請人:蔡茂