專利名稱：平面天線及使用它的便攜式無線電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地涉及用于衛(wèi)星通信的圓偏振平面天線的多諧振頻率的阻抗匹配和調(diào)整。還有，本發(fā)明涉及采用圓偏振平面天線的便攜式無線電裝置。
最近多家公司已提出使用衛(wèi)星的便攜式蜂窩電話的概念。對(duì)于便攜式蜂窩電話所使用的頻率波段，將1.6GHz的頻率段分配給從地面便攜式蜂窩電話到通信衛(wèi)星的上行通信，而將2.4GHz的頻率段分配給從通信衛(wèi)星到地面便攜式蜂窩電話的下行通信。1.6GHz的頻率段也被分配給地面站和通信衛(wèi)星之間的雙向通信。為確保通信線路的質(zhì)量，通信中通常使用圓偏振波。
平面天線已在實(shí)踐中得到使用，它接收從全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星發(fā)送來的無線電波(例如1.5GHz的圓偏振右旋波)。平面天線是一種單點(diǎn)反饋微帶天線(MSA)，包括板狀介質(zhì)襯底，貼在板狀介質(zhì)襯底的一側(cè)的片形導(dǎo)體(即輻射元件)及貼在板狀介質(zhì)襯底的另一側(cè)的接地導(dǎo)體。圖5是表示現(xiàn)有單點(diǎn)反饋微帶天線(MSA)21的俯視圖，并且片形導(dǎo)體21b具有長(zhǎng)方體的形狀。將片形導(dǎo)體21b的長(zhǎng)邊PO和QR的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，將片形導(dǎo)體21b的短邊PQ和OR的長(zhǎng)度設(shè)為S，這樣將該導(dǎo)體設(shè)置為100×L/S=102到103％左右。長(zhǎng)邊P0和QR在相對(duì)低的頻率上產(chǎn)生諧振，并呈現(xiàn)一橢圓偏振波。相反，短邊PQ和OR在相對(duì)高的頻率上產(chǎn)生諧振，并呈現(xiàn)與前述橢圓偏振波正交的另一橢圓偏振波。該片形導(dǎo)體用作上述頻率之間的圓偏振天線。
為了將具有50Ω的特征阻抗的電饋線與饋腳21a(來自背后)相連接，可通過調(diào)整饋腳21a的位置將電饋線的阻抗與饋腳的阻抗相匹配。具體地說，大家都知道只有大致沿正方形的對(duì)角線的任一位置上放置饋腳21a。
實(shí)際中已經(jīng)使用構(gòu)成MS A21的介質(zhì)襯底21c，其結(jié)構(gòu)是介質(zhì)常數(shù)大約為20，厚度為4到6mm，大小為25mm左右。GPS要求大約1MHz量級(jí)的很窄的帶寬。
相反，由于衛(wèi)星便攜式蜂窩電話在大約10MHz量級(jí)的相對(duì)較寬的帶寬上進(jìn)行發(fā)送和接收信號(hào)，介質(zhì)襯底21c的厚度必須增加，以便相對(duì)地加寬帶寬。而且，在采用低軌衛(wèi)星的系統(tǒng)中，需要在低仰角時(shí)確保天線的增益。
然而，如果為了提高天線的帶寬或低仰角特性而加厚介質(zhì)襯底(以便變?yōu)楝F(xiàn)有GPSMSA厚度的兩倍)，那么長(zhǎng)方形片形導(dǎo)體同時(shí)滿足希望的多源諧振頻率和阻抗匹配是很困難的。
利用本專利說明書所附權(quán)利要求書說明的裝置，本發(fā)明解決了上述問題。更具體地，本發(fā)明提供一種微帶平面天線，它包括板狀介質(zhì)物質(zhì)，安裝在介質(zhì)物質(zhì)一側(cè)的片形導(dǎo)體及安裝在介質(zhì)物質(zhì)的另一側(cè)的接地導(dǎo)體，并利用反饋方法將電能供給片形導(dǎo)體，這一發(fā)明的特征在于片形導(dǎo)體具有方形，并且至少有三條大小不同的邊。


圖1是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的單點(diǎn)反饋微帶平面天線的俯視示意圖；圖2A和2B是表示按照本發(fā)明的微帶平面天線的測(cè)量實(shí)例的斯密斯圖；圖3是表示按照本發(fā)明的微帶平面天線與四線螺旋天線結(jié)合使用時(shí)的示意圖；圖4是表示具有圖3所示的天線的便攜式無線電裝置的示意圖；及圖5是表示現(xiàn)有反饋微帶平面天線在俯視時(shí)的平面圖。
圖1是表示按照本發(fā)明實(shí)施例的平面天線的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中，參考數(shù)字1表示微帶平面天線(MSA)；1a表示饋腳；1b表示片形導(dǎo)體；及1c表示介質(zhì)襯底。未圖示的接地導(dǎo)體與介質(zhì)襯底1c的反面相連，而饋腳1a以非接觸的方式從后面穿過接地導(dǎo)體上形成的一個(gè)洞，并連接到片形導(dǎo)體1b的饋點(diǎn)H上。假設(shè)片形導(dǎo)體1b的第一邊為(邊AB)，第二邊為(邊BC)。假設(shè)片形導(dǎo)體1b的第三邊為(邊CD)，及第四邊為(邊DA)。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，起初構(gòu)成矩形EBFD，假設(shè)對(duì)角線EF和對(duì)角線BD的交叉點(diǎn)為G。沿線段EG放置點(diǎn)H作為饋送點(diǎn)，以便產(chǎn)生圓偏振右旋波。另外，為了便于調(diào)整多諧振頻率和阻抗匹配，邊EB延長(zhǎng)到邊A，而邊BF延長(zhǎng)到邊C(其中AB≠BC)。這些邊被延長(zhǎng)的結(jié)果就是CD和DA成為斜線。結(jié)果，從饋送點(diǎn)H到這些邊的實(shí)際距離增加。簡(jiǎn)言之，片形導(dǎo)體1b的帶寬也增加，并減輕了由饋點(diǎn)H到各邊的距離確定的阻抗匹配條件。圖2表示MSAl的測(cè)量實(shí)例。圖2A和2B是ABFD代表的不規(guī)則片形導(dǎo)體的測(cè)量的實(shí)例，該不規(guī)則1四邊形是通過延長(zhǎng)圖1所示EBFD表示的矩形的邊EB而得到的。圖2A是在將片形導(dǎo)體(即邊AE)延長(zhǎng)1.5mm的長(zhǎng)度時(shí)得到的斯密斯圖，而圖2B是在將片形導(dǎo)體(即邊AE)延長(zhǎng)2.0mm的長(zhǎng)度時(shí)得到的斯密斯圖。
假設(shè)片形導(dǎo)體1b的邊AB、BC、CD和DA分別為20mm、19mm、18.6mm和17.04mm，并假設(shè)介質(zhì)襯底1c的厚度為12mm，介電常數(shù)約為20，以及外部尺寸為28mm×28mm，片形導(dǎo)體1b和螺旋天線2結(jié)合使用，如圖3所示。圖3示出了一接地導(dǎo)體4，而螺旋天線2在軸線方向與接地導(dǎo)體4的下面部分相連。螺旋天線2包括有一直徑為30mm的丙稀酸柱體(或介質(zhì)桿)，以及四條銅箔帶(或線性輻射元件)2b，它們的寬度為4.5mm，在丙稀酸柱體的表面螺旋地環(huán)繞180°，高度為134mm，并且這些銅箔帶2b在丙稀酸柱體的下端相互相向而立，并由鎧裝線電連接在一起。在丙稀酸柱體的底端銑裝線之間的交叉不會(huì)引起直流耦合。盡管MSA1安裝在丙稀酸柱體2a的上端，但用作線性偏振螺旋輻射元件的銅箔帶2b并不直接與接地導(dǎo)體4相連。具有大約7mm寬的邊緣部分(一導(dǎo)體)2d連接在接地導(dǎo)體4和銅箔帶2b之間，并與螺旋輻射元件電連接。同軸電纜(或信號(hào)發(fā)送路徑)6經(jīng)由丙稀酸柱體2a的里面與饋腳1a相連，饋腳1a穿過接地導(dǎo)體4上形成的孔4a，由此將電能饋送給片形導(dǎo)體16。在本實(shí)施例中，與僅采用MSA1的天線的增益相比，能提高天線在低仰角狀況下的增益。這種結(jié)構(gòu)的天線在從低仰角到天頂角的幾乎每個(gè)方向上具有統(tǒng)一的方向性，并具有優(yōu)越的軸向比。
圖4表示具有圖3所示天線的便攜式無線電裝置(或便攜式蜂窩電話)。螺旋天線2由天線支撐柱體13來支撐，并用在其間安裝的通信部分13a來在長(zhǎng)度方向與便攜式無線電裝置11隔開。在便攜式無線電裝置11中，參考數(shù)字11a表示接收部分；11b表示顯示器；11c表示操作部分；及11d表示發(fā)送部分。結(jié)果，采用圖3所示天線的便攜式無線電裝置通過使用一個(gè)天線能夠在天頂角方向與低軌道衛(wèi)星建立通信。
如上所述，即使在具有相對(duì)較大的厚度的介質(zhì)襯底上構(gòu)成用作輻射元件的片形導(dǎo)體，本發(fā)明也能調(diào)整希望的多諧振頻率和饋線與饋腳之間的阻抗匹配，使它們兩者同時(shí)滿足。而且，毫無疑問本發(fā)明也能用于具有相對(duì)較小厚度的介質(zhì)襯底的天線，例如現(xiàn)有的介質(zhì)襯底。當(dāng)平面天線具有高介電常數(shù)并要求片形導(dǎo)體的分割尺寸精度時(shí)，本發(fā)明能產(chǎn)生所宣稱的效果。
權(quán)利要求
1.一種微帶平面天線，包括一板狀介質(zhì)物質(zhì)，一安裝在所述介質(zhì)物質(zhì)的一側(cè)的片形導(dǎo)體，及一安裝在所述介質(zhì)物質(zhì)的另一側(cè)的接地導(dǎo)體，并采用反饋方法將電能量饋送給所述片形導(dǎo)體，其中所述片形導(dǎo)體具有一方形；以及至少三條大小不同的邊。
2.權(quán)利要求1的微帶平面天線，還包括一螺旋天線，與所述平面天線的所述接地導(dǎo)體的下面部分電連接。
3.權(quán)利要求1的微帶平面天線，其中所述板狀介質(zhì)物質(zhì)的介電常數(shù)大約為20，厚度為4到6mm，大小大約為25mm。
4.一種便攜式無線電裝置，包括一包括有板狀介質(zhì)物質(zhì)的微帶平面天線，安裝在所述板狀介質(zhì)物質(zhì)的一側(cè)的四邊形片狀導(dǎo)體，及安裝在所述板狀介質(zhì)物質(zhì)的另一側(cè)的接地導(dǎo)體，并采用反饋方法將電能量饋送給所述片形導(dǎo)體，其中所述四邊形片狀導(dǎo)體具有至少三條大小不同的邊；及與所述平面天線的下面部分電連接的螺旋天線。
5.權(quán)利要求4的微帶平面天線，其中所述板狀介質(zhì)物質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)為大約20，厚度為4到6mm，及大小為大約25mm。
全文摘要
在用作發(fā)射元件的四邊形導(dǎo)體的四條邊之中,至少有三條邊在長(zhǎng)度上相互不同。
文檔編號(hào)H01Q21/29GK1234628SQ9810183
公開日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1998年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月6日
發(fā)明者勝呂明弘, 森島隆仁 申請(qǐng)人:京都陶瓷株式會(huì)社