專利名稱：多頻帶印制單極天線的制作方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及用于輻射電磁信號的單極天線，并特別涉及一種印制單極天線，該印制單極天線包括形成在印制電路板一側的至少一個輻射元件，它具有一個電長度，以便輻射元件具有在第一頻帶內的一次諧振，和形成在印制板的相反側的附加元件，用來調諧在第二頻帶內輻射元件的二次或高次模式諧振響應。
2.相關技術描述已發(fā)現(xiàn)垂直于導電表面安裝的單極天線具有極好的輻射特性、所需的激勵點阻抗、和相當簡單的結構。因此，單極天線已被應用于可攜式無線電設備、蜂窩式電話、和其它個人通信系統(tǒng)。至今，這種單極天線局限于工作在單個頻率和相關帶寬的天線設計(例如Eberhardt等人提出的美國專利5,231,412中的螺旋形結構)。
為了降低尺寸要求和允許多頻帶工作，供某些通信所使用的微帶和疊層天線已經問世。更具體地說，由Kaloi提出的美國專利4,356,492公開了一種包括單獨微帶輻射元件的微帶天線系統(tǒng)，當從單個公共輸入點饋送時，該輻射元件在不同和較寬的單獨頻率上工作。然而，這些輻射元件相互直接連接和需要一個接地平面，以完全復蓋這些輻射元件的介質基片的相反側。顯然，這種設計對于單極天線應于是不實際的，且其功能亦完全不同。同樣，由Garay等人提出的美國專利5,075,691和4,800,392公開的疊層天線在輻射元件和接地平面之間都需要直接連接，以便提供多頻帶工作。
此外，由Shoemaker提出的美國專利5,363,114公開了一種平面螺旋形天線，該天線包括一個大致扁平的非導電介質層和一個以固定在介質層表面的大致螺旋形圖案排列的預定長度的大致扁平的輻射器。這種天線的一種形式具有一個與輻射器部分保持平行間隔關系的曲折圖形，以便提供雙頻帶工作。然而，可以看到產生諧振的兩個頻率涉及每個輻射器部分的長度和在第一和第二端之間的總長度。雖然這個方案適合于其預定的目的，但它也不能夠以單極或偶極天線的形式工作。
因此，最好是，要研制的單極天線不僅在多于一個頻帶內工作，而且也避免了微帶和疊層天線的相關限制。此外，最好是，要研制印制單極天線，它可工作在多于一個頻率上和被構成為僅需單個輻射元件。
根據(jù)以上所述，本發(fā)明的主要目的是提供一種能在多于一個頻帶內工作的單極天線。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能在極嚴公差內構建的單極天線。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種可在一個以上頻帶內工作的印制單極天線。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種能消除在微帶和疊層天線中的接地平面要求的單極天線。
本發(fā)明的另一個目的是消除在多頻帶天線的輻射元件之間的直接電連接。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種能在多于一個頻帶內工作的僅需要單個輻射元件的印制單極天線。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種能調諧在第二特定頻帶內輻射元件的二次諧振的印制單極天線。
本發(fā)明的還有另一個目的是提供一種對各種工作頻帶能容易地構形的印制單極天線。
通過下面結合附圖的說明，本發(fā)明的這些目的和其它特征將變得顯而易見。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開的一種印制單極天線包括具有第一側和第二側的印制電路板。以導電線的形式的單極輻射天線形成在印制電路板的一側，其中導電線具有一個產生在第一特定頻帶內一次諧振的電長度。非諧振附加元件形成在印刷電路板的相反側，其中附加元件被設計來調諧導電線到在第二特定頻帶內的二次諧振。在單極輻射元件和附加元件之間的直接連接不存在，但是，在這兩元件之間的耦合使在第二頻帶內產生輻射元件的二次諧振。第二頻帶不包括在第一特定頻帶內的一次諧振頻率的整數(shù)倍。為了產生附加的工作頻帶，印制單極天線可包括多于一個形成在附加元件相反的印制電路板側上的輻射元件。
盡管本發(fā)明的包括權利要求的說明書中已作出特別地指示和清楚地要求，但相信從下面結合附圖的描述中對本發(fā)明會有更好理解，其中附圖簡述

圖1是本發(fā)明的多頻帶印制單極天線的左側視圖；圖2是圖1所示的多頻帶印制單極天線的右側視圖；圖3是在天線已被模壓以后安裝在收發(fā)信機上的圖1和圖2所示的多頻帶印制單極天線的示意圖。
圖4是圖1所示的多頻帶印制單極天線的右側視圖，但圖1中的附加元件采用了另一可選擇的實施例。
圖5是包括形成在其上的多個輻射元件的多頻帶印制單極天線的另一實施例的左側視圖。
發(fā)明詳細描述現(xiàn)詳細地參照附圖，其中相同的標號表示所有的圖的相同元件，圖1～3表示無線電收發(fā)信機、蜂窩式電話、和具有多個工作頻帶的其它個人通信設備所利用的該類印制單極天線。如圖1和2所見，印制單極天線10包括印制電路板12，它最好是具有第一側14(見圖1)和第二側16(見圖2)的平面構形。應該注意，印制單極天線10包括以形成在印制電路板12的第一側14的第一導電線18的形式的單極輻射元件。此外，非諧振附加元件形成在印制電路板12的第二側16。
更具體地說，第一導電線18具有一個從饋電端22到相對的開路端24的機械長度L1。第一導電線18可具有線性構形，其中電長度基本上等于其機械長度L1，或者它可以選擇具有非線性構件(如圖1所示)，其中電長度比機械長度L1長。該非線性型的導電線在由本發(fā)明的受讓人所有的、并與此同時提出的題目為“天線具有比其機械長度長的電長度”的專利申請中有更詳細地說明，該專利在此引入作為參考。無論如何，可理解為，第一導電線18的電長度將具有在第一特定頻帶內的一次諧振。最佳地，第一導電線18將具有基本上等于在第一特定頻帶內一頻率的1/4波長或1/2波長的電長度。
如圖2所見，附加元件20復蓋印制電路板第二側16的特定區(qū)域，以便調諧第一導電線18到具有在第二特定頻帶內的二次諧振。因此，應理解為，可以改變附加元件20沿印制電路板第二側16和其整體尺寸的布局，以便實現(xiàn)對第一導電線18的二次諧振所需的頻帶。然而，已發(fā)現(xiàn)將附加元件20置于或鄰接到印制電路板12的開口端可使其起最大的作用。
此外，雖然附加元件20最好是用導電材料制成的，由于其尺寸基本上比相應于印制單極天線10的工作頻率的波長短(優(yōu)選地比這種波長小10％)，所以它本身不產生諧振。因此，附加元件20的機械長度L2大的比第一導電線18的機械長度L1小10％或更小。因此，附加元件20的機械長度L2大約是比第一導電線18的電長度小10％。
如圖2所見，附加元件20完全復蓋從第一點26到第二點28的印制電路板第二側16。然而，因為附加元件僅需圍繞第一導電線18的邊緣設置在印制電路板第二側16，圖4所示的設計，其中附加元件20僅部分地復蓋從第一點26到第二點28的印制電路板第二側16。通過在印制電路板第二側16設置附加元件20，就會影響該頻帶，在該頻帶第一導電線18具有二次諧振。用這種方法，這種二次諧振可在不包括一次諧振的整數(shù)倍的第二頻帶內被調諧。即使在第一導電線18和附加元件20之間沒有直接連接，這也會產生的。
通過利用第一導電線的附加元件20，印制單極天線10可在上述第一和第二頻帶內工作。優(yōu)選地，第一頻帶大約為800MHz到1000MHz，而第二頻帶大約為1800MHz到2000MHz。其它頻帶可用作第二頻帶，這樣印制單極天線10可與衛(wèi)星在例如在大約1500MHz和1600MHz之間，或在大約2400MHz和2500MHz之間進行通信。為了更好地實現(xiàn)這種多頻帶工作，應理解為，第一導電線18最好具有基本上等于在第一頻帶內中心頻率的1/4波長或1/2波長的任一個的電長度。
印制單極天線10優(yōu)選地包括諸如以同軸連接器的形式的饋電端口30，它包括信號饋送部分32和接地部分34。如圖1所見，饋電端口30的信號饋送部分32僅與第一導電線18，例如同軸連接器的中心導體耦合。
對于印制單極天線10的結構，最好是，印制電路板12用軟性介質材料，例如聚酰胺、聚脂等制成。也最好是，第一導電線18、附加元件20、和印刷電路板12用低損耗介質材料進行模制，如在本發(fā)明的受讓人所有的、與此同時提出的題目為“制造印制天線的方法”的專利申請中進一步說明的，該專利在此引入作為參考。關于這一點，圖3表示了按其最后形式接到無線電收發(fā)信機的印制單極天線10。
圖5表示一種印制單極天線10的替換結構，其第二導電線36形成在印制電路板第一側14鄰近于第一導電線18。第一和第二導電線18和36基本上相互平行定向的和具有基本上相等的機械長度。應理解為，附加元件20可被用來不僅對第一導電線18，而且也對第二導電線36產生的第二諧振的頻帶起作用。此外如上所示，在附加元件20和第一或第二導電線18和36之間不存在直接電連接。同樣，在第一和第二導電線18和36之間不存在直接電連接。
應理解為第一和第二導電線18和36可具有不同的機械長度，以更好地區(qū)分諧振的頻帶，但是，主要的準則在于，它們具有不同的電長度。因此可以看到，至少第一和第二導電線18和36之一將具有一個小于其電長度的機械長度。當然，如圖5所見，至少第一和第二導電線18和36可具有一個基本等于其機械長度的電長度。
以上示出和描述了本發(fā)明的最佳實施例，本領域的普通技術人員還能夠在不脫離本發(fā)明的范圍內來實施多頻帶印制單極天線經適當修改。
權利要求
1.一種印制單極天線，包括(a)具有第一側和第二側的印制電路板；(b)包括形成在所述的印制電路板第一側的導電線的單極輻射單元，所述的導電線具有一個電長度，以便具有在第一特定頻帶內的一次諧振；和(c)形成在所述印制電路板第二側的附加元件，所述的附加元件復蓋特定的區(qū)域，以便調諧所述的導電線到具有在第二特定頻帶內的二次諧振。
2.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，所述的導電線具有一個從饋電端到相反端的機械長度。
3.根據(jù)權利要求2的印制單極天線，其中所述導電線的所述機械長度基本上等于所述導電線的所述的電長度。
4.根據(jù)權利要求2的印制單極天線，其中所述導電線的所述機械長度小于所述導電線的所述電長度。
5.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的第一特定頻帶大約是800MHz到1000MHz。
6.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的第二特定頻帶大約是1800MHz到2000MHz。
7.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述導電線的所述電長度基本上等于在所述第一特定頻帶內一個頻率的1/4波長。
8.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述導電線的所述電長度基本上等于在所述第一特定頻帶內一個頻率的1/2波長。
9.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中在所述的單極輻射元件和所述附加元件之間不存在直接電連接。
10.根據(jù)權利要求2的印制單極天線，進一步包括一個包含信號饋送部分和接地部分的饋電端口，所述信號饋送部分僅與所述導電線耦合。
11.根據(jù)權利要求10的印制單極天線，其中所述的饋電端口包括同軸連接器。
12.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的印制電路板是由軟性介質材料制成。
13.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的印制電路板、所述的導電線、和所述的附加元件都再被模制。
14.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的附加元件是由導電材料制成的。
15.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的附加元件具有一個機械長度大約比所述的導電線電長度小10％或更小。
16.根據(jù)權利要求2的印制單極天線，其中所述的附加元件在所述導電線饋電端的相反端設置在印制電路板上。
17.根據(jù)權利要求2的印制單極天線，其中所述的附加元件具有一個機械長度大約比所述的導電線的所述機械長度小10％或更小。
18.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的附加元件完全復蓋從第一端到第二端的所述印制電路板第二側。
19.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的附加元件部分地復蓋從第一點到第二點的所述印制電路板第二側。
20.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的第二特定頻帶不包括在所述第一特定頻帶內所述一次諧振頻率的整數(shù)倍。
21.根據(jù)權利要求1的印制單極天線，其中所述的附加元件是由非諧振元件確定大小的。
22.一種印制單極天線，包括(a)具有第一側和第二側的印制電路板基本上平面的；(b)包括形成在所述的印制電路板第一側的導電線的單極輻射元件，所述的導電線具有確定大小的電長度，以在特定頻帶內提供一次諧振；和(c)形成所述印制電路板第二側的非諧振附加元件，所述的附加元件被設置和構形來調諧所述導電線的二次或高次模式諧振響應到不包括在所述第一特定頻帶內-頻率的整數(shù)倍的第二特定頻率。
23.一種印制單極天線，包括(a)具有第一側、第二側、饋電端和開路端的基本平面的電路板；(b)多個單極輻射元件，每個所述的單極輻射元件包括形成在所述的印制電路板第一側的導電線，其中每個導電線具有特定電長度，以便具有在指定頻帶內的一次諧振；和(c)形成在所述的印制電路板第二側的附加元件，所述的附加元件復蓋特定的區(qū)域，以便調諧每個所述導電線使之具有在指定頻帶內的二次諧振。
24.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的各導電線基本上相互平行位向。
25.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的各導電線具有基本上相等的機械長度。
26.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中至少一個所述的導電線具有一個不同于所述其余的導電線的機械長度。
27.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中在所述多個單極輻射元件之間不存在直接電連接。
28.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，進一步包括一個包含信號饋送部分和接地部分的饋電端口，所述的信號饋送部分僅與所述導電線之一耦合。
29.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中至少一個所述的導電線具有一個小于其電長度的機械長度。
30.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中至少一個所述的導電線具有一個基本上等于其電長度的機械長度。
31.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中在所述的導電線和所述的附加元件之間不存在直接電連接。
32.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的附加元件設置在所述在所述的開路端印制電路板上。
33.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的附加元件完全復蓋從第一點到第二點的所述印制電路板第二側。
34.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的附加元件完全復蓋從第一點到第二點的所述印制電路板第二側。
35.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的每個所述導電線的二次諧振產生在不是所述各自一次諧振頻率的整數(shù)倍的頻率上。
36.根據(jù)權利要求23的印制單極天線，其中所述的附加元件是由非諧振元件確定大小。
全文摘要
公開的一種印制單極天線(10)包括:具有第一側(14)和第二側(16)的印制電路板(12),以形成在印制電路板一側的導電線(18)的形式的單極輻射元件,其中導電線具有一個電長度,使一次諧振產生在第一特定頻帶,和形成在印制電路板的相反側的附加元件(20),其中附加元件被設計來調諧導電線到在第二特定頻帶內的二次諧振。在單極輻射元件和附加元件之間不存在直接電連接,但是,在這兩個元件之間的耦合度使輻射元件的二次諧振產生在第二頻帶內。
文檔編號H01Q9/30GK1191633SQ96195663
公開日1998年8月26日 申請日期1996年5月30日 優(yōu)先權日1995年6月2日
發(fā)明者G·J·哈耶斯 申請人:艾利森公司