CN101207237A - 对辐射缝隙平面天线的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对辐射缝隙平面天线的改进及一种紧凑平面天线，包括，在以至少一个接地平面(11)为特征的基板上，形成具有平行臂部分的至少一个折叠臂(10a，10b)的辐射缝隙(10)，在两个连续的臂部分之间所述天线包括至少一个反相装置(13)，所述反相装置这样定位在臂中，其方式是平行臂部分的场分量被叠加到一起。反相装置的使用使得可以降低所述天线的尺度，使它更容易集成到卡上。

Description

对辐射缝隙平面天线的改进

技术领域

本发明涉及一种基于辐射缝隙的紧凑平面天线。

背景技术

近来，使用诸如WIFI(无线保真)、WIMAX(微波存取全球互通)、DVB-T、DVB-H(数字视频广播)或其他类似技术这样的应用，诸如便携式移动电话、智能电话、PDA(个人数字助理)这样的移动或游牧(nomadic)终端的发展和设计为用来接受电视或相关服务的多媒体便携式数据终端的发展得到了稳定地成长。

为了接受这些类型的应用，终端装有天线，更具体地说是在UHF波段操作的天线，即覆盖470MHz到862MHz频率的波段或更高的波段。

事实上，集成在游牧或移动终端中的天线的设计的主要限制是大带宽、UHF波段的最低频率以及紧凑程度。

在可以被集成的天线中，特别存在一种由辐射缝隙构成的平面天线。然而在接地面中蚀刻为直线形状的辐射缝隙呈现出以λg/2为模的长度，其中λg是在所述操作频率下缝隙中的引导波长(guided wavelength)。由此，如图1所示，在直线缝隙1在公知电介质基板上制造的接地平面2中蚀刻且通过直接同轴线或通过使用公知的knorr描述的电磁耦合技术在3处馈电的情况下，所有的场线同相地辐射且指向相同的方向，如箭头F所示。

在如图2所示公知的形式的2.4GHz辐射缝隙中，场线的指向归因于通过缝隙长度方向感应的电流。所述电流用通过图2的缝隙1的长度方向的电流向量V来表示。

图1和图2所示的设计是在已完成的接地平面中的2.4GHz辐射缝隙的设计，其中所述接地平面具有111.2mm×60.5mm的尺度。在这种情况下，所选的电介质基板是公知基板Rogers 4003，其物理参数是厚度0.8mm，介电常数ε_r＝3.38，损耗角正切δ＝0.0027。

在图1和图2的情况下，缝隙通过末端短路的微带线3激励。这种类型的激励遵从如Knorr所定义的微带线到缝隙线的耦合的条件(参考J.B.Knorr“Slot lined transition”IEEE Trans.Microwave Theory and Techniques，pages548-554，May 1974)。在这种情况下，缝隙的特性如下：

缝隙长度：42.4mm(～λg/2)

缝隙宽度：0.5mm

如本领域技术人员所知，该缝隙具有对于操作频率来说不能忽略的长度，这使得这种天线难以集成到移动终端中。由于这个事实，为了降低整体尺度，如图3所示，一种已知的实践是将缝隙10的臂10a、10b弯曲为螺旋形。然而，如后文中更详细说明的那样，这样的辐射缝隙的辐射效率显著地降低了。

在图3中，已示出了蚀刻在电介质基板的接地平面11中的缝隙10。该缝隙10由微带线按照Knorr式馈电在它的中间部分12馈电。该缝隙包含两个臂10a、10b，其中每一个臂都显著地折叠为在臂的末端开口的矩形形状。臂10a和10b这种特殊的形状使得可以限制天线总的整体尺寸。在这种情况下，纵向尺度从42.4mm降低到在垂直方向为8.05mm的长度9.5mm。

如图4所示，分别给出了具有上文给定尺度的依照图1的天线和依照图3的天线在不同频率下的效率，可以注意到在2.4GHz处辐射效率从约95％到50％的下降。这可以通过这样的事实来解释，当臂10a或10b被弯曲时，在天线的平行部分中的场线，如图3中的箭头F1和F2所示，显著地相互抵消，这降低了这种类型的天线的辐射效率。

发明内容

由此，本发明涉及一种平面缝隙天线，其配备有可以特别地补偿辐射效率的损耗的装置。

由此，本发明涉及一种紧凑平面天线，包括，在以至少一个接地平面为特征的基板上，辐射缝隙形成具有平行臂部分的至少一个折叠臂，其特征在于在两个连续的臂部分之间包括至少一个反相装置，所述反相装置这样定位在臂中，其方式是平行臂部分的场分量被叠加到一起。

依照一个实施例，所述反相装置由交叉形状地连接缝隙的两边的两个桥，以及接地平面构成，所述接地平面在所述反相装置的水平上包含形成开路的装置。优选地两个桥均由在所述基板的两个不同平面中蚀刻的微带线构成。

依照另一实施例，所述桥可以由连接所述缝隙的两边的分立元件制成。

依照本发明的一个实施例，形成开路的装置由基板中的缝隙组成。

依照本发明的其他特征，所述接地平面包括未金属化区域，其目的是防止来自接地平面的切口的长度方向作用到电路的开放电路的寄生谐振。接地平面的所述缝隙或切口展开到这些未金属化区域中。

依照本发明的其他特征，为了在UHF带中操作，包含天线的两臂的所述基板折叠到自己上方。

附图说明

在阅读了参考附图的各种实施例的说明之后，本发明的其他特性和优点将会变得明显，其中：

图1是依照现有技术的辐射线性缝隙天线的俯视简图，已经对该图进行描述。

图2是图1的天线的放大简图，说明了辐射线性缝隙天线的操作。

图3是依照另一实施例的缝隙天线的俯视简图，已经对该图进行了描述。

图4示出了分别给出了图1的天线和图3的天线在2.4GHz下操作的依照频率的辐射效率曲线。

图5是依照本发明的缝隙天线的俯视简图。

图6是依照本发明的天线的第一实施例的顶视图。

图7是示出了依照本发明的反相装置的整体放大顶视图。

图8是分别给出了图1的天线、图3的天线以及图6的天线的依照频率的效率的曲线。

图9是依照本发明的在UHF波段操作的天线的另一实施例的透视图。

具体实施方式

为了简化图中的描述，相同的元件具有相同的参考标记。

将首先参考本发明的第一实施例的图5到8进行描述。在图5中，可以看到已经参考图3进行描述的主要元件，即金属化基板11，包括两个臂10a和10b的缝隙天线10，其中两个臂10a和10b显著地折叠为矩形形状。该缝隙使用Knorr原理通过微带线12馈电。而且，如图5所示，接地平面11具有两个未金属化区域14，这两个未金属化区域的目的是形成开路以防止寄生谐振。

依照本发明，用圆表示的四个反相器13定位在缝隙的臂10a和10b上，其方式是在明显平行的臂部分中的电场被加到一起，如箭头S示出的所期望的场，而箭头A示出实际场。因此，在臂10a上，反相器位于第二弯曲以及第四弯曲的水平上，而在臂10b上，反相器位于第一弯曲和第三弯曲的水平上。因此，在图5所示的场的指向下，所有的场分量都被加到了一起。

将参考反相器的第一实施例的图6和7进行描述。在这种情况下，反相器13通过缝隙10的两个连续部分之间的桥形成。

以如图7所示的更具体的方式，在缝隙10的一个弯曲的水平上，第一桥13a蚀刻将缝隙的一边连接到另一边的细线而制成，而第二桥13b在加在两边(连结)的金属线的帮助下或在所述基板其它导电平面中实现或通过分立元件(阻抗0欧姆)制成，以依照基板的另一平面连接缝隙10的两个边。

如图6和7所示，在所述的桥的水平上，在接地平面中，设置了缝隙(切口)15，其实质上将该接地平面划分为几个副平面，参考图7中的接地平面1、接地平面2、接地平面3和接地平面4。该缝隙(切口)使得可以将在两个相邻接地平面(分别地接地平面1和3、接地平面2和4)中感应的的电流相位相反；所述缝隙(切口)连接到图6的未金属化区域14。

通过使用这些反相器8以及如图7所示的更清楚的方式，辐射缝隙由两个导体制成，即接地平面1和接地平面2，两者之间具有足够的距离以允许通过该缝隙线整个长度的电流的传播。当通过与辐射缝隙在同一水平上的用13a表示的导线将接地平面1连接到接地平面4以几何学上地倒转通过辐射缝隙的全程的电流时，场的指向改变180度。相似地，接地平面2通过与线13a具有相同宽度的线13b穿过基板的另一层而与接地平面3连接。缝隙或切口15允许在缝隙10的长度上感应的电流的极性改变。

分别对图1、图3和图6中三种类型的天线进行了模拟，并给出了依照频率的辐射效率曲线，如图8所示。

在这种情况下，可以看出在具有反相器桥的情况下获得的效率相对于如图3所示的臂被折叠的缝隙线构成的天线得到了显著地提高。此外，在具有反相器的情况下，缝隙的尺寸可以以更加可观的方式降低，因为对于2.4GHz下操作的天线得到了6.3×9mm²的尺寸。

现在将参考图9描述本发明的另一实施例，特别地用于实现在UHF波段下操作的折叠缝隙天线。

在如图9所示的情况下，臂被明显地折叠为矩形形状的缝隙110，110’被蚀刻到两个基板部分100，100’。在这种情况下，为了限制天线的尺寸，基板100，100’一个放置到另一个的上方，且每一个都在它们的边101，101’处通过导电销钉102连接到另一个。

如图9所示，缝隙110由在基板107上展开的三层板线(triplate line)106馈电。所述基板基于FR4，多层E_r＝4.5，tanD＝0.02。在该情况下，外部层用于印刷缝隙的轮廓(contours)而仅一个内部层用于三层板激励线。三层板激励线的末端不是如前述电路图那样短路，而是具有一长度以使耦合对于UHF波段最佳。

依照本发明，反相器103，103’在缝隙的弯曲之一的水平处在缝隙110的各部分中实现。这些反相器103，103’分别地通过金属化线和另一金属化线构成，所述金属化线将缝隙110的边之一连接到它的相对边，且位于接地平面100，100’的同一平面，所述另一金属化线通过在基板的另一层中的金属化桥连接，且该另一桥通过金属销钉连接到缝隙的两边。

如图9所示，每一个接地平面100，100’都以缝隙104，104’为特征，所述缝隙104，104’在接地平面100，100’的未金属化区域105，105’上展开。这种结构使得可以实现紧凑天线，所述天线适于UHF波段中的操作且可以容易地集成到移动终端的卡中。在弯曲的水平处的钉(studs)111确保了缝隙的两个外部层之间的接地连通。

上述天线具有大量的优点。由此可以获得与标准的折叠缝隙相比非常优秀的辐射效率。此外，这种类型的天线由于它的平面结构可以容易地集成到消费品中。此外，射频电路可以容易的集成到作为天线的同一卡上，因为使用的是印刷技术。该解决方案是在低成本基板上使用印刷技术的低成本解决方案。由此可以获得在中央操作频率下0.22λg量级的尺度的紧凑天线。

Claims (7)

1.一种紧凑平面天线，包括，在基板上装有至少一个接地平面(11；100，100’)，形成具有平行臂部分的至少一个折叠臂(10a，10b)的辐射缝隙(10；110，110’)其特征在于在两个连续的臂部分之间包括至少一个反相装置(13；103，103’)，所述反相装置这样定位在臂上，其方式是平行臂部分的场分量被叠加到一起。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于所述反相装置(13)由交叉形状地连接缝隙的两边的两个桥(13a，13b)构成，所述接地平面在所述反相装置的水平上包含形成开路的装置。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于所述形成开路的装置由接地平面中的缝隙或切口(15，104)构成。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于所述接地平面包括未金属化区域(14；105)。

5.如权利要求2所述的天线，其特征在于所述桥可以由连接所述缝隙的两边的分立元件实现。

6.如权利要求2所述的天线，其特征在于所述桥由在所述基板的两个不同平面中蚀刻的微带线实现。

7.如权利要求1到6之中任一项所述的天线，其特征在于包含天线的两臂的所述基板折叠到自身上方。

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