專利名稱：貼片天線和使用該天線的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貼片天線，該天線主要用于移動(dòng)通信或無(wú)線LAN，和涉及使用該天線的電子設(shè)備。
作為用于移動(dòng)通信或無(wú)線LAN的小型平面天線，已經(jīng)廣泛使用帶有加厚帶的微帶天線或貼片天線。圖6表示了這樣一個(gè)貼片天線的示范性結(jié)構(gòu)。在圖6所示的例子中，貼片天線51包括一個(gè)電介質(zhì)片52，提供于電介質(zhì)片52全部表面上的一個(gè)接地板53，提供在電介質(zhì)片52的另一個(gè)表面上的一個(gè)貼片54，和提供在電介質(zhì)片另一個(gè)表面上的一個(gè)饋線55用于連接到貼片54。另外，數(shù)字56表示用于向饋線55和接地板53饋送功率的一個(gè)饋電點(diǎn)。
上述結(jié)構(gòu)的貼片天線51有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即其小且薄，因此它不占用大空間?？墒?，在用其作為用于移動(dòng)通信例如移動(dòng)計(jì)算的天線或作為用于無(wú)線通信的天線用來(lái)將一個(gè)計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)的情況，就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，即由于提供在電介質(zhì)片52表面上的接地板53該天線不僅具有窄的方向性，而且由于高Q值也具有一個(gè)窄的頻率帶寬。即，如果這樣的貼片天線具有窄方向性和窄頻率帶寬，就需要在無(wú)線通信中將天線對(duì)著通信伙伴，或在安裝電子設(shè)備例如計(jì)算機(jī)時(shí)指定天線的方向。顯然，這些問(wèn)題使得這樣的貼片天線不實(shí)用。為此目的，在移動(dòng)通信或無(wú)線LAN領(lǐng)域所需要的是改善這樣的常規(guī)貼片天線以便其基本上沒有方向性和具有更寬的頻率帶寬。
另一方面，已經(jīng)提出了一種技術(shù)以在貼片天線上提供一個(gè)孔徑用于延長(zhǎng)其電流路徑，由此降低天線尺寸。在接地板上提供一個(gè)孔徑也是公知的，由此從帶狀線通過(guò)電磁耦合向天線饋送功率。另外，日本專利10-22723公開了一種技術(shù)用于在接地電極上(接地板)形成開槽以抑制明顯的極化波；日本專利10-233617公開了一種技術(shù)用于通過(guò)使用帶有孔徑(接地板)的接地板改善反向F型平面天線；和日本專利7-46033公開了一種技術(shù)用于在接地板單元(接地板)上形成一對(duì)縫隙以提供兩個(gè)頻率或多頻率能力。可是，盡管使用了這些技術(shù)，仍不能實(shí)現(xiàn)全方向性和寬帶寬特性的貼片天線。
本發(fā)明的一個(gè)目的是弱化上述問(wèn)題，由此提供一種貼片天線具有全方向性和寬帶寬特性。
在本發(fā)明的貼片天線中，在電介質(zhì)片的一個(gè)表面提供一個(gè)接地板，而一個(gè)貼片和連接到該貼片的一個(gè)饋線被提供在電介質(zhì)片的另一個(gè)表面上。本貼片天線特征在于在接地板的一個(gè)位置上提供一個(gè)孔徑，該孔徑對(duì)于接地板中心是非對(duì)稱的。在本發(fā)明中，由于以對(duì)接地板中心非對(duì)稱方式在接地板上提供該孔徑，回流分布變得不對(duì)稱以至產(chǎn)生共模式電流。以此方式，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)全方向性和寬帶寬特性。
為有效實(shí)現(xiàn)所述非方向性和寬帶寬特性，本貼片天線最好具有下列特性(1)位于接地板上的孔徑位置產(chǎn)生更強(qiáng)的電場(chǎng)；(2)該孔徑具有矩形形狀；(3)沿該孔徑的周長(zhǎng)基本上等于貼片天線諧振頻率的一個(gè)波長(zhǎng)；和(4)所述貼片分別與所述饋線平行和垂直的每個(gè)方向上被邏輯上分為兩個(gè)半部分以一起形成四個(gè)區(qū)域，由此該孔徑被放置在接近饋線的兩個(gè)區(qū)域之一中。在此注意，如果沿孔徑的周長(zhǎng)被設(shè)置為基本上等于貼片天線諧振頻率的一個(gè)波長(zhǎng)，還能夠增加來(lái)自接地側(cè)的輻射增益。
另外，本發(fā)明是指使用所述貼片天線作為天線的電子設(shè)備。更具有地，假設(shè)為一個(gè)作為電子設(shè)備的計(jì)算機(jī)，本發(fā)明的所述貼片天線用來(lái)作為用于移動(dòng)計(jì)算和/或無(wú)線LAN的天線。這樣，就減少了改變通信伙伴位置和/或基于該天線的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)的必要性。
如同從上述說(shuō)明中所見，按照本發(fā)明，通過(guò)在接地板的一個(gè)位置上安放一個(gè)孔徑有可能實(shí)現(xiàn)貼片天線的非方向性和寬帶寬特性，該孔徑與接地板中心不對(duì)稱。另外，按照本發(fā)明，與其它天線的安裝相比有可能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信和/或無(wú)線LAN而不必?fù)?dān)心電子設(shè)備的位置。


圖1(a)和(b)是本發(fā)明貼片天線的示范性結(jié)構(gòu)的平面圖和截面圖。
圖2是用于解釋使用本發(fā)明的貼片天線的電子設(shè)備的例子的一個(gè)圖。
圖3是表示本發(fā)明的貼片天線和常規(guī)貼片天線的頻率與回流損耗之間關(guān)系的模擬結(jié)果的曲線圖以確定帶寬。
圖4是表示本發(fā)明的貼片天線和常規(guī)貼片天線的方向性的模擬結(jié)果的曲線圖以確定帶寬。
圖5是表示對(duì)本發(fā)明的貼片天線和常規(guī)貼片天線實(shí)測(cè)的實(shí)際增益結(jié)果的曲線圖。
圖6是常規(guī)貼片天線示范性結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖1(a)和1(b)表示了本發(fā)明的貼片天線1的一個(gè)示范性結(jié)構(gòu)。更具體地，圖1(a)是貼片天線1的平面圖，而圖1(b)是貼片天線1沿圖1(a)中的A-A線的截面圖。在圖1(a)和1(b)的例子中，貼片天線1包括一個(gè)電介質(zhì)片2，提供在電介質(zhì)片2表面上的一個(gè)接地板3，提供在電介質(zhì)片2的另一個(gè)表面上的預(yù)定圖形的一個(gè)貼片4，和提供在電介質(zhì)片5另一個(gè)表面上的一個(gè)饋線5用于連接到該貼片4。另外，數(shù)字6表示用于向饋線5和接地板3饋送功率的一個(gè)饋電點(diǎn)。剛剛描述的結(jié)構(gòu)與常規(guī)貼片天線的結(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明的特征在于在接地板3的一個(gè)位置上提供一個(gè)孔徑7，該位置對(duì)于接地板3的中心O是非對(duì)稱的。
在圖1(a)和1(b)的例子中，作為優(yōu)選實(shí)施例，孔徑7安放在接地板靠近饋線5的位置，在此電場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。也選擇具有矩形形狀的孔徑7。另外，沿孔徑7的周長(zhǎng)設(shè)置為基本上等于貼片天線1的諧振頻率的一個(gè)波長(zhǎng)。而且，貼片4分別在對(duì)于饋線5平行和垂直的每個(gè)方向上被邏輯地分成兩個(gè)半部分，以形成四個(gè)一起的區(qū)域，由此孔徑7被放置在靠近饋線5的兩個(gè)區(qū)域之一中。
在本發(fā)明中，由于以對(duì)于接地板3中心非對(duì)稱方式提供接地板3上的孔徑7，貼片天線1的特性被保持和回流分布為非對(duì)稱以至產(chǎn)生共模式電流。以此方式，有可能實(shí)現(xiàn)貼片天線1的全方向性和寬帶寬特性。如果沿孔徑7的周長(zhǎng)也設(shè)置為基本上等于貼片天線1的諧振頻率的一個(gè)波長(zhǎng)，在相關(guān)頻率上的各個(gè)諧振被疊加在一起，由此改善了輸出或接收效率。
形成本發(fā)明的貼片天線1的電介質(zhì)片2，接地板3，貼片4和饋線5的材料不特別限制為具體材料。這是因?yàn)橐呀?jīng)被常規(guī)用于這些元件的任何這樣的材料可以以與以前相同的方式使用。
圖2是用于說(shuō)明使用本發(fā)明貼片天線的電子設(shè)備的一個(gè)例子的圖。更具體地，圖2表示了這樣一個(gè)例子，其中作為終端的一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)11被通過(guò)無(wú)線LAN互連到主計(jì)算機(jī)12。在該實(shí)施例中，如果本發(fā)明的上述貼片天線1被用作天線用于每個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)11和主計(jì)算機(jī)12，有可能放置個(gè)人計(jì)算機(jī)11和主計(jì)算機(jī)12而不必?fù)?dān)心貼片天線1的安裝或固定位置。
在圖3中，表示回流損耗(S11)三個(gè)例子的模擬結(jié)果，包括(1)第一例子(W/縫隙)，其中在所述四個(gè)區(qū)域中靠近饋線5的兩個(gè)區(qū)域上的任何一個(gè)提供孔徑7，如圖1中所示；(2)第二例子(W/縫隙(頂部))，其中在所述四個(gè)區(qū)域中遠(yuǎn)離饋線5的兩個(gè)區(qū)域上的任何一個(gè)提供孔徑7；和(3)第三例子(W/O縫隙)，其中如圖6中所示沒有提供孔徑。注意模擬結(jié)果已經(jīng)由EMI模擬器獲得，該結(jié)果基于由Rubin等人開發(fā)的“邊界單元法/瞬時(shí)法”(B J Rubin，SDai javad“Radiation and scattering from structures InvolvingFinite-Size Dielectric Regions”，IEEE學(xué)報(bào)，天線傳播，AP-38，1866-1873頁(yè)(1990))。在下面的表1中也總結(jié)了該結(jié)果。
(表1)<
考慮到來(lái)自圖3和表1中所示的結(jié)果中的回流損耗，明顯看出在帶有提供在頂部的孔徑的第二例子(W/縫隙(頂部))和沒有任何縫隙的第三例子(W/O縫隙)中，低于-10dB的帶寬S11接近等于40MHz，而在帶有提供在靠近饋線的孔徑的第一例子(W/縫隙)中，低于-10dB的帶寬S11近似等于100MHz。這樣，能夠看出通過(guò)在預(yù)定位置提供孔徑可以擴(kuò)寬貼片天線的帶寬。鑒于諧振頻率，也可以看出在每個(gè)帶有孔徑的第一和第二例子(W/縫隙，W/縫隙(頂部))中，它們的諧振頻率近似分別等于2.48GHz和2.53GHz，而在沒有任何孔徑的例子(W/O縫隙)中其諧振頻率近似等于2.62GHz。這樣，能夠看出在設(shè)計(jì)相同諧振頻率的貼片天線的情況下，帶有孔徑的示范性貼片天線可以比沒有孔徑的另一個(gè)示范性貼片天線明顯減小尺寸。注意在這方面從類似的三個(gè)不同例子實(shí)測(cè)的回流損耗的實(shí)際結(jié)果與所述結(jié)論基本相符。
其次，對(duì)于帶有孔徑如圖1所示的第一例子(W/縫隙)和對(duì)于沒有任何孔徑如圖6所示的第三例子(W/O縫隙)，模擬了在圖1(a)所示的XZ平面上的方向性。模擬結(jié)果如圖4所示。從圖4的結(jié)果中，可以看出帶有孔徑的目前貼片天線的方向性，如同本發(fā)明所教導(dǎo)的，與沒有任何孔徑的常規(guī)貼片天線相比在方向上不太改變，這導(dǎo)致了當(dāng)前貼片天線方向性的減低或缺少。
同樣地，對(duì)于帶有孔徑的第一例子(W/縫隙)如圖1所示和對(duì)于沒有任何孔徑的第三例子(W/O縫隙)如圖6所示，實(shí)測(cè)出了它們示在圖1(a)的XZ平面上在0到360度范圍方向上的實(shí)際增益。該實(shí)測(cè)的結(jié)果在圖5中表示。從圖5的結(jié)果，也可以看出帶有孔徑的當(dāng)前貼片天線的增益，如同本發(fā)明所教導(dǎo)的，與沒有任何孔徑的常規(guī)貼片天線相比在方向上沒有太大改變，這導(dǎo)致當(dāng)前貼片天線的方向性減少或缺少。注意，在當(dāng)前貼片天線的情況下，通過(guò)提供孔徑該天線的方向性從5.3dBi改變到3.9dBi(圖4)，這證明在窄方向性上的改善。
權(quán)利要求
1.具有在電介質(zhì)片的一個(gè)表面上提供的一個(gè)接地板，和還具有在電介質(zhì)片其它表面上提供的一個(gè)貼片和一個(gè)連接到該貼片的饋電線的一個(gè)貼片天線中，其改進(jìn)包括提供在接地板上的一個(gè)孔徑，處于與接地板中心非對(duì)稱的位置。
2.權(quán)利要求1的貼片天線，其中所述孔徑位于接地板產(chǎn)生更強(qiáng)電場(chǎng)的位置上。
3.權(quán)利要求1或2的貼片天線，其中所述孔徑具有矩形形狀。
4.前面任何權(quán)利要求的貼片天線，其中沿所述孔徑的周長(zhǎng)基本上等于貼片天線諧振頻率的一個(gè)波長(zhǎng)。
5.前面任何權(quán)利要求的貼片天線，其中所述貼片分別在平行和垂直所述饋線的每個(gè)方向上被邏輯地分成兩個(gè)半部分以形成四個(gè)都在一起的區(qū)域，由此所述孔徑被安放在兩個(gè)區(qū)域中靠近饋線的一個(gè)中。
6.使用任何前面的權(quán)利要求的貼片天線作為其天線的電子設(shè)備。
7.權(quán)利要求6的電子設(shè)備，其中所述貼片天線用于連接到在無(wú)線LAN環(huán)境中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
提供一種貼片天線,該天線具有全方向性和寬帶寬特性。一種貼片天線1由提供在電介質(zhì)片2的一個(gè)表面上的一個(gè)接地板3與每個(gè)都提供在電介質(zhì)片2的其它表面上的一個(gè)貼片4和用于連接至該貼片4的一個(gè)饋線5一起組成。在此貼片天線1中,在接地板3的一個(gè)位置上提供一個(gè)孔徑7,該孔徑與接地板3的中心為非對(duì)稱。通過(guò)以對(duì)接地板3的中心非對(duì)稱的方式在接地板3上安放該孔徑7,回流分布變得非對(duì)稱以至于產(chǎn)生一個(gè)共模式電流。以此方式,有可能實(shí)現(xiàn)全方向性和寬帶寬特性。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK1258112SQ9912476
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月24日
發(fā)明者淺野武, 櫻井秋久 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司