CN1150660C - 多频带印制单极天线 - Google Patents

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Abstract

公开的一种印制单极天线(10)包括：具有第一侧(14)和第二侧(16)的印制电路板(12)，以形成在印制电路板一侧的导电线(18)的形式的单极辐射元件，其中导电线具有一个电长度，使一次谐振产生在第一特定频带，和形成在印制电路板的相反侧的附加元件(20)，其中附加元件被设计来调谐导电线到在第二特定频带内的二次谐振。在单极辐射元件和附加元件之间不存在直接电连接，但是，在这两个元件之间的耦合度使辐射元件的二次谐振产生在第二频带内。

Description

多频带印制单极天线
技术领域
本发明涉及用于辐射电磁信号的单极天线，并特别涉及一种印制单极天线，该印制单极天线包括：形成在印制电路板一侧的至少一个辐射元件，它具有一个电气长度，以便辐射元件具有在第一频带内的一次谐振，和形成在印制板的相反侧的附加元件，用来调谐在第二频带内辐射元件的二次或高次模式谐振响应。
背景技术
已发现垂直于导电表面安装的单极天线具有极好的辐射特性、所需的激励点阻抗、和相当简单的结构。因此，单极天线已被应用于可携式无线电设备、蜂窝式电话、和其它个人通信***。至今，这种单极天线局限于工作在单个频率和相关带宽的天线设计(例如Eberhardt等人提出的美国专利5,231,412中的螺旋形结构)。
为了降低尺寸要求和允许多频带工作，供某些通信所使用的微带和叠层天线已经问世。更具体地说，由Kaloi提出的美国专利4,356,492公开了一种包括单独微带辐射元件的微带天线***，当从单个公共输入点馈送时，该辐射元件在不同和较宽的单独频率上工作。然而，这些辐射元件相互直接连接和需要一个接地平面，以完全复盖这些辐射元件的介质基片的相反侧。显然，这种设计对于单极天线应于是不实际的，且其功能亦完全不同。同样，由Garay等人提出的美国专利5,075,691和4,800,392公开的叠层天线在辐射元件和接地平面之间都需要直接连接，以便提供多频带工作。
此外，由Shoemaker提出的美国专利5,363,114公开了一种平面螺旋形天线，该天线包括一个大致扁平的非导电介质层和一个以固定在介质层表面的大致螺旋形图案排列的预定长度的大致扁平的辐射器。这种天线的一种形式具有一个与辐射器部分保持平行间隔关系的曲折图形，以便提供双频带工作。然而，可以看到产生谐振的两个频率涉及每个辐射器部分的长度和在第一和第二端之间的总长度。虽然这个方案适合于其预定的目的，但它也不能够以单极或偶极天线的形式工作。
发明内容
因此，最好是，要研制的单极天线不仅在多于一个频带内工作，而且也避免了微带和叠层天线的相关限制。此外，最好是，要研制印制单极天线，它可工作在多于一个频率上和被构成为仅需单个辐射元件。
根据以上所述，本发明的主要目的是提供一种能在多于一个频带内工作的单极天线。
本发明的另一个目的是提供一种能在极严公差内构建的单极天线。
本发明的又一个目的是提供一种可在一个以上频带内工作的印制单极天线。
本发明还有一个目的是提供一种能消除在微带和叠层天线中的接地平面要求的单极天线。
本发明的另一个目的是消除在多频带天线的辐射元件之间的直接电连接。
本发明的又一个目的是提供一种能在多于一个频带内工作的仅需要单个辐射元件的印制单极天线。
本发明的进一步目的是提供一种能调谐在第二特定频带内辐射元件的二次谐振的印制单极天线。
本发明的还有另一个目的是提供一种对各种工作频带能容易地构形的印制单极天线。
通过下面结合附图的说明，本发明的这些目的和其它特征将变得显而易见。
根据本发明的一方面，公开的一种印制单极天线包括具有第一侧和第二侧的印制电路板。以导电线的形式的单极辐射天线形成在印制电路板的一侧，其中导电线具有一个产生在第一特定频带内一次谐振的电气长度。非谐振附加元件形成在印刷电路板的相反侧，其中附加元件被设计来调谐导电线到在第二特定频带内的二次谐振。在单极辐射元件和附加元件之间的直接连接不存在，但是，在这两元件之间的耦合使在第二频带内产生辐射元件的二次谐振。第二频带不包括在第一特定频带内的一次谐振频率的整数倍。为了产生附加的工作频带，印制单极天线可包括多于一个形成在附加元件相反的印制电路板侧上的辐射元件。
尽管本发明的包括权利要求的说明书中已作出特别地指示和清楚地要求，但相信从下面结合附图的描述中对本发明会有更好理解，其中：
附图简述
图1是本发明的多频带印制单极天线的左侧视图；
图2是图1所示的多频带印制单极天线的右侧视图；
图3是在天线已被模压以后安装在收发信机上的图1和图2所示的多频带印制单极天线的示意图。
图4是图1所示的多频带印制单极天线的右侧视图，但图1中的附加元件采用了另一可选择的实施例。
图5是包括形成在其上的多个辐射元件的多频带印制单极天线的另一实施例的左侧视图。
具体实施例详细描述
现详细地参照附图，其中相同的标号表示所有的图的相同元件，图1～3表示无线电收发信机、蜂窝式电话、和具有多个工作频带的其它个人通信设备所利用的该类印制单极天线。如图1和2所见，印制单极天线10包括印制电路板12，它最好是具有第一侧14(见图1)和第二侧16(见图2)的平面构形。应该注意，印制单极天线10包括以形成在印制电路板12的第一侧14的第一导电线18的形式的单极辐射元件。此外，非谐振附加元件形成在印制电路板12的第二侧16。
更具体地说，第一导电线18具有一个从馈电端22到相对的开路端24的物理长度L1。第一导电线18可具有线性构形，其中电气长度基本上等于其物理长度L1，或者它可以选择具有非线性构件(如图1所示)，其中电气长度比物理长度L1长。该非线性型的导电线在由本发明的受让人所有的、并与此同时提出的题目为“天线具有比其物理长度长的电气长度”的专利申请中有更详细地说明，该专利在此引入作为参考。无论如何，可理解为，第一导电线18的电气长度将具有在第一特定频带内的一次谐振。最佳地，第一导电线18将具有基本上等于在第一特定频带内一频率的1/4波长或1/2波长的电气长度。
如图2所见，附加元件20复盖印制电路板第二侧16的特定区域，以便调谐第一导电线18到具有在第二特定频带内的二次谐振。因此，应理解为，可以改变附加元件20沿印制电路板第二侧16和其整体尺寸的布局，以便实现对第一导电线18的二次谐振所需的频带。然而，已发现将附加元件20置于或邻接到印制电路板12的开口端可使其起最大的作用。
此外，虽然附加元件20最好是用导电材料制成的，由于其尺寸基本上比相应于印制单极天线10的工作频率的波长短(优选地比这种波长小10％)，所以它本身不产生谐振。因此，附加元件20的物理长度L2大约是第一导电线18的物理长度L1的10％或更小。因此，附加元件20的物理长度L2是第一导电线18的电气长度的10％或更小。
如图2所见，附加元件20完全复盖从第一端26到第二端28的印制电路板第二侧16。然而，因为附加元件仅需围绕第一导电线18的边缘设置在印制电路板第二侧16，图4所示的设计，其中附加元件20仅部分地复盖从第一端26到第二端28的印制电路板第二侧16。通过在印制电路板第二侧16设置附加元件20，就会影响该频带，在该频带第一导电线18具有二次谐振。用这种方法，这种二次谐振可在不包括一次谐振的整数倍的第二频带内被调谐。即使在第一导电线18和附加元件20之间没有直接连接，这也会产生的。
通过利用第一导电线的附加元件20，印制单极天线10可在上述第一和第二频带内工作。优选地，第一频带大约为800MHz到1000MHz，而第二频带大约为1800MHz到2000MHz。其它频带可用作第二频带，这样印制单极天线10可与卫星在例如在大约1500MHz和1600MHz之间，或在大约2400MHz和2500MHz之间进行通信。为了更好地实现这种多频带工作，应理解为，第一导电线18最好具有基本上等于在第一频带内中心频率的1/4波长或1/2波长的任一个的电气长度。
印制单极天线10优选地包括：诸如以同轴连接器的形式的馈电端口30，它包括信号馈送部分32和接地部分34。如图1所见，馈电端口30的信号馈送部分32仅与第一导电线18，例如同轴连接器的中心导体耦合。
对于印制单极天线10的结构，最好是，印制电路板12用软性介质材料，例如聚酰胺、聚脂等制成。也最好是，第一导电线18、附加元件20、和印刷电路板12用低损耗介质材料进行模制，如在本发明的受让人所有的、与此同时提出的题目为“制造印制天线的方法”的专利申请中进一步说明的，该专利在此引入作为参考。关于这一点，图3表示了按其最后形式接到无线电收发信机的印制单极天线10。
图5表示一种印制单极天线10的替换结构，其第二导电线36形成在印制电路板第一侧14邻近于第一导电线18。第一和第二导电线18和36基本上相互平行定向的和具有基本上相等的物理长度。应理解为，附加元件20可被用来不仅对第一导电线18，而且也对第二导电线36产生的第二谐振的频带起作用。此外如上所示，在附加元件20和第一或第二导电线18和36之间不存在直接电连接。同样，在第一和第二导电线18和36之间不存在直接电连接。
应理解为：第一和第二导电线18和36可具有不同的物理长度，以更好地区分谐振的频带，但是，主要的准则在于，它们具有不同的电气长度。因此可以看到，至少第一和第二导电线18和36之一将具有一个小于其电气长度的物理长度。当然，如图5所见，至少第一和第二导电线18和36之一可具有一个基本等于其物理长度的电气长度。
以上示出和描述了本发明的最佳实施例，本领域的普通技术人员还能够在不脱离本发明的范围内来实施多频带印制单极天线经适当修改。

Claims (31)

1.一种印制单极天线，包括：具有第一侧(14)和与第一侧相对的第二侧(16)的印制电路板；包括形成在所述的印制电路板第一侧(14)的导电线(18)的单极辐射单元，所述的导电线(18)具有一个电气长度，以便具有在第一特定频带内的一次谐振，其特征在于，形成在所述印制电路板第二侧(16)的非谐振附加元件(20)，所述的附加元件(20)复盖特定的区域，以便调谐所述的导电线(18)到具有在第二特定频带内的二次谐振。
2.根据权利要求1所述的印制单极天线，所述的导电线(18)具有一个从馈电端(22)到相反的开路端(24)的物理长度，所述物理长度等于所述导电线(18)的电气长度。
3.根据权利要求1所述的印制单极天线，其中所述导电线(18)具有一个从馈电端(22)到相反开路端(24)的物理长度，所述物理长度小于所述导电线(18)的电气长度。
4.根据权利要求1所述的印制单极天线，其中所述的第一特定频带是800MHz到1000MHz。
5.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的第二特定频带是1800MHz到2000MHz。
6.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述导电线(18)的所述电气长度等于在所述第一特定频带内一个频率的1/4波长。
7.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述导电线(18)的所述电气长度等于在所述第一特定频带内一个频率的1/2波长。
8.根据权利要求1所述的的印制单极天线，其中在所述的单极辐射元件(18)和所述附加元件(20)之间不存在直接电连接。
9.根据权利要求1的印制单极天线，进一步包括一个包含信号馈送部分(32)和接地部分(34)的馈电端口，所述信号馈送部分仅与所述导电线(18)耦合。
10.根据权利要求9的印制单极天线，其中所述的馈电端口(30)是同轴连接器。
11.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的印制电路板(12)是由软性介质材料制成。
12.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的印制电路板(12)、所述的导电线(18)、和所述的附加元件(20)都再被模制。
13.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)是由导电材料制成的。
14.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)的物理长度是所述导电线的电气长度的10％或更小。
15.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)在所述导电线馈电端的(22)相反的开路端(24)设置在印制电路板(12)上。
16.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)的物理长度是所述导电线(18)的所述物理长度的10％或更小。
17.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)在其表面上复盖从第一端(26)到第二端(28)的所述印制电路板侧。
18.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)在其表面上部分地复盖从附加元件第一端到第二端的所述印制电路板第二侧。
19.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的第二特定频带不包括在所述第一特定频带内所述一次谐振频率的整数倍。
20.根据权利要求1的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)被定位和配置，以将所述导电线(18)的第二谐振调谐到一个第二特定频率，所述第二特定频率不包括所述第一特定频带内一个频率的整数倍。
21.根据权利要求1所述的一种印制单极天线，其中所述印制电路板是平面的，其特征在于，多个单极辐射元件，每个所述单极辐射元件包括形成在所述印制电路板第一侧(14)上的导电线(18，36)，其中每个导电线具有不同的电气长度，其中每个导电线具有特定的电气长度，以便具有在第一特定频带内的一次谐振；和
在所述印制电路板第二侧(16)上形成的覆盖特定区域的非谐振附加元件(20)，以便调谐每个所述导电线，使之具有第二特定频带内的二次谐振。
22.根据权利要求21所述的印制单极天线，其中所述导电线(18，36)的取向彼此平行。
23.根据权利要求21的印制单极天线，其中所述的各导电线(18，36)具有相等的物理长度。
24.根据权利要求21的印制单极天线，其中至少两条所述的导电线(18，36)具有不同的物理长度。
25.根据权利要求21的印制单极天线，其中在所述的多个单极辐射元件之间不存在直接电连接。
26.根据权利要求21的印制单极天线，进一步包括一个包含信号馈送部分(32)和接地部分(34)的馈电端口(30)，所述的信号馈送部分仅与所述的导电线(18，36)之一耦合。
27.根据权利要求21的印制单极天线，其中至少一个所述的导电线(18，36)具有一个小于其电气长度的物理长度。
28.根据权利要求21的印制单极天线，其中至少一个所述的导电线(18，36)具有一个等于其电气长度的物理长度。
29.根据权利要求21的印制单极天线，其中在所述的导电线(18，36)和所述的附加元件(20)之间不存在直接电连接。
30.根据权利要求21的印制单极天线，其中所述的附加元件(20)在所述开路端设置在所述的印制电路板上。
31.根据权利要求21的印制单极天线，其中每个所述导电线的二次谐振产生在不是所述各自一次谐振频率的整数倍的频率上。
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