專(zhuān)利名稱(chēng)：介質(zhì)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)，特別適合用于便攜式無(wú)線電設(shè)備。
能夠用某些不同的方法配置對(duì)介質(zhì)天線的電磁能饋送。一般短同軸饋線的內(nèi)導(dǎo)體可延伸到該介質(zhì)元件的內(nèi)部。在這種情況下的缺陷在于即使小的空氣隙殘留在饋電導(dǎo)體和介質(zhì)物質(zhì)之間可顯著地改變天線的諧振頻率和帶寬。為了饋電，可以使用波導(dǎo)的開(kāi)口端或其他孔徑的幅射器。其缺陷是它們結(jié)構(gòu)的相對(duì)復(fù)雜性以及由此產(chǎn)生的成本。作為饋線，也可使用在電路板上形成的微帶傳輸線和在該電路板相對(duì)側(cè)上形成的接地平面?zhèn)鬏斁€，使得微帶線在該電路板上安裝的介質(zhì)元件支配下延伸。
其中從文章“Use of parasitic strip to produce circularpolarzation and increased bandwidth for cylindricalcielectric resonator antenna”(ELECTRONICS LETTERS 29th March2001，Vol.37，NO，7)得知介質(zhì)天線的一種饋電設(shè)置，用作饋電的微帶線直接定位在該介質(zhì)元件的表面上。

圖1中說(shuō)明這種配置。這里表示電路板110，在其上表面有一個(gè)導(dǎo)電接地平面GND。在該電路板上部，安裝一個(gè)圓柱形介質(zhì)元件120，其一個(gè)底對(duì)著接地平面。介質(zhì)材料的介電系數(shù)例如為13。饋電帶131牢固地放置在該介質(zhì)元件的側(cè)表面上，同圓柱體的軸平行。這樣來(lái)設(shè)計(jì)該部分的尺寸，使得當(dāng)該饋電帶連接到具有一給定頻率的一個(gè)源時(shí)，將在該介質(zhì)元件中產(chǎn)生諧振，以及這種結(jié)構(gòu)起到一個(gè)輻射器的作用。此外，在介質(zhì)元件的側(cè)表面上提供一寄生第二微帶132，在圖中底端連接到接地平面。由于該第二微帶的作用，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，得到第二諧振頻率，第二諧振頻率可配置得相當(dāng)接近于上述諧振的頻率，或離其相當(dāng)遠(yuǎn)，以及相應(yīng)的頻段是分開(kāi)的。
已知介質(zhì)天線的共同缺陷在于它們的帶寬相對(duì)小。在按圖1的結(jié)構(gòu)中，帶寬可通過(guò)第二微帶增加，但實(shí)際上，相對(duì)帶寬并不明顯增加超過(guò)百分之十。
本發(fā)明的基本想法如下介質(zhì)天線的饋電導(dǎo)體作成一定形狀，使得它本身在同一頻率范圍內(nèi)用作一個(gè)輻射器，同時(shí)用作介質(zhì)諧振器。該饋電導(dǎo)體和介質(zhì)元件的諧振頻率被有利地配置得如此接近以致形成一個(gè)統(tǒng)一的工作頻帶。饋電導(dǎo)體有利地放置在該元件的一個(gè)表面上。該結(jié)構(gòu)另外還包括寄生導(dǎo)體。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于按本發(fā)明的天線，與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的天線相比可得到更大的帶寬。此外按本發(fā)明結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于取消了饋電導(dǎo)體和介質(zhì)元件間空氣隙，以及也導(dǎo)致電性能改變。再者，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于按本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本明顯低。
圖2說(shuō)明按本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)例子。天線結(jié)構(gòu)200包括在電路板210上表面上的接地平面GND和放在所說(shuō)電路板角上的具有矩形棱柱形狀的介質(zhì)元件220。介質(zhì)元件和接地平面一起形成一個(gè)介質(zhì)諧振器。在本例中，介質(zhì)元件的第一側(cè)表面221，其平行于形成電路板210的所說(shuō)角的兩邊的第一邊E1，但相對(duì)于由邊E1接界的并垂直于接地平面GND的側(cè)表面，用導(dǎo)電層涂覆并連接到接地平面。形狀類(lèi)似的第二側(cè)表面222，平行于形成電路板210的所說(shuō)角的兩邊的第二邊E2，但相對(duì)于由邊E2接界的并垂直于接地平面GND的側(cè)表面，用導(dǎo)電層涂覆并連接到接地平面?，F(xiàn)在在諧振狀態(tài)下在該介質(zhì)元件中產(chǎn)生的電場(chǎng)的形狀類(lèi)似于在這樣一個(gè)元件中產(chǎn)生的電場(chǎng)形狀，即從所說(shuō)角觀察，其在導(dǎo)電側(cè)表面的方向更寬，但卻不具有導(dǎo)電側(cè)表面。這意味著借助于導(dǎo)電側(cè)表面，在給定頻率諧振的諧振腔的尺寸可以減小。
在圖2例中，天線的饋電導(dǎo)體231是在介質(zhì)元件220的上表面223上的帶線狀的導(dǎo)體。定位在面對(duì)第二側(cè)表面222的上表面的那端的饋電導(dǎo)體的第一端通過(guò)中間導(dǎo)體235連接到天線端(未說(shuō)明)。在該例中，該饋電導(dǎo)體包括四個(gè)直角彎曲，使得形成類(lèi)似在一個(gè)角開(kāi)口的框架的圖形。實(shí)質(zhì)特征是饋電導(dǎo)體的電長(zhǎng)度。按本發(fā)明，配置的所說(shuō)長(zhǎng)度使得饋電導(dǎo)體的諧振頻率明顯接近介質(zhì)諧振器的諧振頻率，由此相應(yīng)于所說(shuō)兩個(gè)諧振頻率的頻帶將形成一個(gè)統(tǒng)一的工作頻帶。自然地由兩個(gè)諧振形成的一個(gè)頻帶寬度大于單獨(dú)一個(gè)介質(zhì)諧振器的帶寬。
在說(shuō)明書(shū)和附加的權(quán)利要求中，元件的“底表面”意味對(duì)著電路板落下的元件的那個(gè)表面。分別地，元件的“上表面”意味相對(duì)“底表面”的那個(gè)表面。這樣，就所說(shuō)設(shè)備的使用位置而言，術(shù)語(yǔ)“上表面”，“底表面”和“側(cè)表面”不具有什么意義。
圖3公開(kāi)按本發(fā)明天線的頻率特性例子。結(jié)果應(yīng)用圖2中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)，此時(shí)接地平面GND并不延伸到介質(zhì)元件220的下面。在圖中，反射系數(shù)S11的曲線31為頻率的函數(shù)。在頻率2.2GHz和2.3GHz之間，存在由介質(zhì)諧振器引起的一個(gè)諧振峰值。在頻率2.5GHz周?chē)?，存在由饋電?dǎo)體引起的另一個(gè)峰值。在曲線中可看到當(dāng)使用-6dB反射系數(shù)值作為頻帶邊緣標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，天線工作頻帶約為2.00GHz-2.66GHz。因此，絕對(duì)帶寬B是660MHz，而相對(duì)帶寬是28％。與由相應(yīng)已知天線得到的值相比粗略地為其兩倍。
圖4通過(guò)使用史密斯(Smith)圓圖說(shuō)明參照?qǐng)D3同樣天線的匹配質(zhì)量。曲線41表示復(fù)反射系數(shù)作為頻率的函數(shù)是如何變化的。由虛線描繪的圓41表示一種限制，在該圓內(nèi)反射系數(shù)的幅度小于0.5，即-6dB。從圓41看出，所說(shuō)天線結(jié)構(gòu)仍能加以改善。當(dāng)包含該反射系數(shù)曲線的環(huán)完全在圓42內(nèi)時(shí)，達(dá)到關(guān)于帶寬的最佳狀態(tài)。
圖3和4說(shuō)明測(cè)量結(jié)果。通過(guò)模擬得到的輻射方向圖證實(shí)關(guān)于方向特性，所說(shuō)示例性結(jié)構(gòu)很好地適合于其位置按隨機(jī)方式改變的無(wú)線電設(shè)備。
圖5a和6說(shuō)明按本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的另外的例子。圖5a表示天線的透視圖。同樣對(duì)于這種情況，天線結(jié)構(gòu)包括在電路板510的上表面上的接地平面GND和放置在所說(shuō)電路板角處的具有矩形棱柱的介質(zhì)元件526。按圖2中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)，由一種導(dǎo)電材料涂覆連接到地的相同的兩個(gè)側(cè)表面。與圖2的差別在于在該介質(zhì)元件的上表面523并不備有介質(zhì)諧振器的饋電導(dǎo)體。在該例中，饋電導(dǎo)體531是在該介質(zhì)元件的底表面上。在圖5b中看到，在那里介質(zhì)元件520從電路板510脫離并反轉(zhuǎn)，使底表面可見(jiàn)。按本發(fā)明也起一個(gè)輻射諧振器的作用的該饋電導(dǎo)體現(xiàn)在在介質(zhì)元件的縱向形成彎曲圖形。為饋電，彎曲圖形的一端備有接觸墊F2。當(dāng)介質(zhì)元件安裝到位時(shí)，所說(shuō)接觸墊F2配對(duì)通過(guò)電路板延伸的饋電接線F1(為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，該說(shuō)明書(shū)僅涉及天線饋電。自然天線是雙向的，意味著該饋電接線也是一個(gè)接收接線)。
在該例子中，介質(zhì)元件520的底表面也備有寄生導(dǎo)體532。當(dāng)介質(zhì)元件安裝到位時(shí)，寄生導(dǎo)體的另一端配對(duì)電路板上接地平面的伸出部分，使寄生元件所說(shuō)的另一端接地。
圖6說(shuō)明按本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第三例子。天線結(jié)構(gòu)600包括接地平面GND和介質(zhì)元件620。在該介質(zhì)元件中，如圖2的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的連接到地的兩個(gè)側(cè)表面621和622涂覆一種導(dǎo)電材料。與圖2和5a，b結(jié)構(gòu)的差別在于現(xiàn)在天線饋電導(dǎo)體631定位在介質(zhì)元件的未涂覆的側(cè)表面上。在該例中，饋電導(dǎo)體的第一部分定位在與第二側(cè)表面622相對(duì)的側(cè)表面上，而第二部分定位在與第一側(cè)表面621相對(duì)的表面上。按本發(fā)明饋電導(dǎo)體同時(shí)用作輻射導(dǎo)體。
圖7是按本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第四例子。天線結(jié)構(gòu)700包括接地平面GND和介質(zhì)元件720。在該介質(zhì)元件中，如圖2結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的兩個(gè)連接到地的側(cè)表面721和722涂覆一種導(dǎo)電材料，差別在于第一側(cè)表面721僅部分涂覆。在該例中，相應(yīng)于本發(fā)明同時(shí)用作輻射導(dǎo)體的饋電導(dǎo)體731定位在第一側(cè)表面721的未涂覆區(qū)域中。
圖8表示一種無(wú)線電設(shè)備MS，例如一個(gè)移動(dòng)電話。在該無(wú)線電設(shè)備中，有一個(gè)電路板810，其上表面是接地平面，至少用于主要部件。在電路板的角處，配置按本發(fā)明的天線800。
以上已描述按本發(fā)明的某些天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)可偏離這些描述。介電元件形狀，以及饋電導(dǎo)體的形狀能夠可以有很大的變化。能夠用很多不同的方法將饋電導(dǎo)體固定到介質(zhì)元件的表面上；導(dǎo)體能夠例如由粘性的和導(dǎo)電的合成樹(shù)脂作成。饋電導(dǎo)體還可在其生產(chǎn)階段已形成在介質(zhì)元件中。本發(fā)明不以任何方式限制天線的制造方式。這樣發(fā)明構(gòu)思可以許多不同方式應(yīng)用在獨(dú)立權(quán)利要求1限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)天線包括一個(gè)開(kāi)口介質(zhì)諧振器，其具有一個(gè)介質(zhì)元件，一個(gè)接地平面和一個(gè)引導(dǎo)電磁場(chǎng)到該介質(zhì)諧振器的饋電導(dǎo)體，其特征在于進(jìn)而配置所說(shuō)饋電導(dǎo)體(231，531，631，731)，以諧振在所說(shuō)天線的工作頻段上。
2.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于介質(zhì)元件的側(cè)表面部分地涂覆導(dǎo)電層并電連接到接地平面。
3.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于對(duì)應(yīng)于饋電導(dǎo)體的諧振頻率和介質(zhì)諧振器的諧振頻率的頻段形成天線的統(tǒng)一工作頻段。
4.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于對(duì)應(yīng)于饋電導(dǎo)體的諧振頻率和介質(zhì)諧振器的諧振頻率的頻段形成天線的兩個(gè)分開(kāi)的工作頻段。
5.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于饋電導(dǎo)體(231)定位在介質(zhì)元件(220)的上表面上。
6.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于饋電導(dǎo)體(531)定位在介質(zhì)元件(520)的底表面上。
7.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于饋電導(dǎo)體(631)定位在介質(zhì)元件(620)的至少一個(gè)側(cè)表面上。
8.按權(quán)利要求7的天線，其特征在于所說(shuō)至少一個(gè)側(cè)表面(721)部分地由導(dǎo)電層涂覆并電連接到接地平面。
9.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于饋電導(dǎo)體定位在介質(zhì)元件內(nèi)。
10.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于饋電導(dǎo)體是帶狀導(dǎo)體。
11.按權(quán)利要求10的天線，其特征在于所說(shuō)帶狀導(dǎo)體是彎曲元件(531，731)。
12.按權(quán)利要求1的天線，其特征在于它還包括至少一個(gè)寄生導(dǎo)體元件(532)。
13.按權(quán)利要求10的天線，其特征在于所說(shuō)帶狀導(dǎo)體由導(dǎo)電樹(shù)脂制成。
14.一個(gè)具有介質(zhì)天線(800)的無(wú)線電設(shè)備(MS)，其包括一個(gè)開(kāi)口的介質(zhì)諧振器和一個(gè)引導(dǎo)電磁場(chǎng)到該介質(zhì)諧振器的饋電導(dǎo)體，其特征在于進(jìn)一步配置所說(shuō)饋電導(dǎo)體以便諧振在所說(shuō)天線的工作頻段上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)天線,特別適合于便攜式無(wú)線電設(shè)備。天線的饋電導(dǎo)體(231)作成一定形狀,使得它本身在同一頻率范圍內(nèi)用作一個(gè)輻射器,同時(shí)用作該天線的介質(zhì)諧振器。該饋電導(dǎo)體和介質(zhì)諧振器的諧振頻率被有利地配置得彼此如此接近以致形成一個(gè)統(tǒng)一的工作頻帶。饋電導(dǎo)體有利地定位在介質(zhì)元件的表面(223)上。該結(jié)構(gòu)還包括寄生導(dǎo)體。對(duì)于按本發(fā)明的天線,與相應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)天線相比可得到更大的帶寬。此外取消饋電導(dǎo)體和介質(zhì)元件間的空氣隙,以及導(dǎo)致電性能改變。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1389954SQ0212162
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者O·基維凱斯, J·奧利凱寧, J·瓊圖寧, P·韋尼凱寧 申請(qǐng)人:菲爾特朗尼克Lk有限公司