CN1672289A

CN1672289A - 薄平板天线

Info

Publication number: CN1672289A
Application number: CN 03817958
Authority: CN
Inventors: 罗兰·樊尚; 阿尤布·安娜比; 达尼埃尔·勒克莱克
Original assignee: Amphenol Socapex SA
Current assignee: Amphenol Socapex SA
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-09-21
Also published as: AU2003269057A1; WO2004012298A3; AU2003269057A8; FR2842951A1; JP2005534242A; EP1525641A2; WO2004012298A2

Abstract

本发明涉及小厚度的平板天线，该天线包括：辐射元件(50)；连接到该辐射元件的天线馈电线；导电表面(66)，其基本上平行于所述辐射元件并位于与所述元件的距离为e处，所述导电表面具有至少一个槽(68)，所述槽面向所述辐射元件；以及所述导电表面与所述辐射元件之间的导电连接。

Description

薄平板天线

本发明涉及一种小厚度的平板天线。

当制造便携式无线电话时，当前使用的是PIFA型平板天线或类似的天线。实际上，所述天线完全处于便携式电话的外壳内并且尺寸相对较小。

图1是穿过这种天线的简化的垂直剖面。该天线包括辐射元件10，其用于匹配所使用的波长以及所需的阻抗，该阻抗典型地为50Ω。该天线还具有基本上平行于辐射元件10的地线层12。在辐射元件10和地线层之间形成短路14。最后，通常用同轴电缆16来馈电该天线，同轴电缆的中间导线16a电连接到辐射元件10，其屏蔽层16b连接到地线层。应用这种天线，需要提供一个最小间距 e以确保天线以满意的方式工作。典型地，当辐射元件和地线层之间的电介质为空气，并且当频率小于2GHz时，最小间距 e为约7毫米(mm)到10mm。

如果试图降低辐射元件和地线层之间的距离 e，则所获得的天线的工作是受限制的，即通频带具有不可接受的限制。具体而言，小于5mm的距离 e难以获得小于2GHz的频率，即通常应用在无线电话中，特别是GSM***中的频率范围。

在当前便携式无线电话的发展中，无线电话的总厚度必须变得越来越小。因此存在具有同样降低厚度的天线的需求，具体而言，距离e要大大小于7mm，例如约2mm到3mm。

应该说明，为了节省无线电话内部的空间，印制电路板(PCB)上的金属化层(metallization)(即屏蔽层等)构成无线电话的地线层，同时由辐射元件、短路14和馈电电缆16构成的组件直接安装在印制电路上。

因此，真正需要的天线为：具有不大于5mm的总厚度，同时具有可接受的工作条件，并且能运行在多个频带，这些频带对应于那些传统应用于无线电话、计算机调制解调器，特别是应用于便携式计算机、PCMCIA卡、PDA等的频带。

因此，本发明的目的是提供一种厚度降低的平板天线，其通频带符合当前的标准。

本发明的目的是应用一种小厚度的平板式天线实现的，其特征在于该天线包括：

-辐射元件；

-连接到该辐射元件的天线馈电线；

-导电表面，其基本上平行于所述辐射元件并位于与所述元件的距离为 e处，所述导电表面具有至少一个槽，所述槽是敞开的并且面向所述辐射元件；以及

-所述导电表面与所述辐射元件之间的导电连接。

术语“槽”应该理解为覆盖导电表面中的任何凹槽，而不管其轮廓的形状如何。

尽管天线具有降低的厚度，例如约3mm，符合以上限定的天线仍可能获得适合应用于通常工作在低于2GHz的频带的便携式无线电话或类似电话(特别是GSM***)的通频带。这种结果的获得是由于除了主要由辐射元件产生的电场以外，在面向辐射元件的导电表面中的槽的存在也产生了磁场。这两种正交的场一起生成了电磁波，该电磁波相当于标准厚度(即约7mm到10mm)的天线中应用的波。

术语“敞开的槽”用于覆盖向导电表面的***敞开的槽。换言之，当槽敞开时，该槽不完全被导电元件所包围。由于所述槽是敞开的，因此避免了来自槽的辐射并且改进了天线的操作。

优选为，敞开的槽的形状与辐射元件的形状基本相同。

在一种变型实施例中，槽的轮廓(outline)基本对应于所述辐射元件的包络。

在该天线的优选实施例中，导电表面由导电板构成，并且该天线进一步包括一个绝缘机械结构，辐射元件、导电板和导电连接都固定在该绝缘机械结构上。

该组合可以直接固定在印制电路上，并且以适当的方式连接到印制电路的导电轨迹。

通过阅读以下描述的作为非限定性实例给出的本发明的各种实施例，本发明的其他特征和优势将会更明显。该描述参考附图，其中：

上述的图1所示为传统的PiFa型天线；

图2A是根据本发明的第一实施例的天线的导电表面的平面图；

图2B是对应于图2A的辐射元件的平面图；

图2C是包括图2A和图2B的部件的天线的垂直剖面图；

图3所示为对应于参考天线和图2A到图2C的天线的两条曲线；

图4是穿过第一变型实施例的天线的垂直剖面；

图5是穿过第二变型实施例的天线的垂直剖面；以及

图6是另一个变型实施例的天线的进一步的透视图。

以下参考图2A到2C，描述根据本发明的天线的第一实施例。

如图2B所示，在该实施例中，辐射元件50包括两个平行的主体部分52和54，它们在一端由环形部分(loop)56结合起来，并且在直线部分52的相对端延伸为分支58。辐射元件的形状由天线的工作频率(或多个工作频率)以及由所需的阻抗确定。分支58延伸为两个连接片60和62，分别用于天线和短路，这两个连接片固定到双连接元件64。

图2A所示为导电表面66，该导电表面的槽68的轮廓接近于辐射元件50的轮廓，但是不需要与其相同。该槽由槽部分52′、54′、56′和58′组成。槽的分支58′延伸为部分70，该部分向导电表面66的***66a敞开，从而获得一个以上给出的定义意义上的敞开的槽。槽部分70位于连接区72和74之间，连接区72和74分别相应地建立辐射元件和导电表面66之间的电短路，以及馈电该天线。双连接64也构成了机械地将辐射元件固定到导电表面的装置，从而平行于导电表面在约为2mm的距离e1处固定所述辐射元件，并且在任何情况下所述距离都小于5mm。

导电表面66可以由绝缘衬底上的导电板或由金属化层构成。

图3示出了随频率F变化的参考天线驻波比(SWR)的第一曲线I，以及随频率变化的图2A到2C的天线的电压驻波比(VSWR)的第二曲线II。对应于曲线I的参考天线是与图2A到2C所示相同的天线，除了其形成地线层的导电表面66没有槽68。

图3清楚地显示了对应于曲线I的参考天线的通频带大大降低，并且其放大率(amplification)远小于对应于曲线II的构成本发明主题的天线。

图6显示了根据本发明的天线的另一个实施例。该实施例接近于图2A、2B和2C中的实施例。

图6显示了导电表面140，例如，该导电表面是由形成在绝缘衬底142上的一些金属化层构成的。导电表面140具有槽144，该槽将在以下详细描述。图6同样显示了辐射元件146，该辐射元件放置在基本上平行于导电表面140的平面上。在该例中，辐射元件146包括对应于第一频带的第一分支148、对应于第二频带的第二分支150和基底152。第二分支150例如由基本上平行于第一分支148的第一部分150a和相对于第一部分150a缩回的第二部分150b构成。最后包括对两个分支共用的基底152。辐射元件146可由小厚度的导电金属片切割而成。在该例中，辐射元件146安装在双连接器154上。该连接器构成辐射元件和导电表面140之间的短路连接和辐射元件和天线电缆156之间的第二连接。辐射元件146和导电表面140之间的距离 e等于2mm。

槽144的轮廓144a基本完全对应于辐射元件146的包络。在图6所示的例子中，轮廓144a是矩形的。该槽优选基本上与辐射元件呈面向关系放置。槽144本身延伸为延伸部分158，该延伸部分向导电表面140的***140a敞开，以形成以上定义的表述意义上的敞开的槽。

如上所述，导电表面可包括与辐射元件的形状相关的几个槽。优选为，这些槽是敞开的或这些槽中的至少一个是敞开的。

参考图4，描述根据本发明的天线的另一个变型实施例。在该变型中，天线本身的结构与以上所述相同，但是在其上增加了一个机械结构以形成模块化天线。该机械结构由绝缘材料制成，优选为一种可塑的塑料材料，对该机械结构给定总参考数字80，并且其总体形状为具有上壁82和四个侧壁如84的盖子。以简化方式显示为86的辐射元件优选为嵌入到构成上壁82的塑料材料中。该辐射元件可具有图2B所示的形状。面向辐射元件的部分86a，上壁82具有连接凹槽88和90。此外，机械结构80形成一个壳体92，在该壳体内可以任何其他适合的方式夹住或安装双连接构件94。构件94用于提供天线连接和短路连接。为此，连接构件94具有穿入到凹槽88和90中的两个上接头96和98以及两个下接头100和102。

盖子80的侧壁84的底部具有厚度增加的边缘104，用于固定到构成导电表面的导电板106的***。形成在板106中的敞开的槽(多个槽)108以简化的方式显示。此外，板106具有柔性的接头110，该接头穿入到壳体92内以提供与短路接头102的电连接，并从而提供与辐射元件的连接。

图4也显示了具有导电轨迹114的印制电路112的一部分，该轨迹首先构成了电气接地，其次构成了天线导线。这些导电轨迹114被连接到连接构件94的电接头100和102。

可以理解，由具有连接构件94的盖子80构成的组件可直接固定到印制电路112的表面以建立上述的电连接，并从而将盖子机械固定到印制电路上。当然，在该实施例中，辐射元件86和导电板106之间的距离e₁约为2mm。

图5显示了根据本发明的天线的第二个变型实施例。该天线被做为印制电路120。在该图中，可以看到印制电路的绝缘衬底122的厚度e₂约为2mm。在绝缘衬底122的第一面122a上，具有确定辐射元件的第一金属化层124，该辐射元件可以是图2B或图6所示的形状。第二金属化层126形成在绝缘衬底122的第二面122b上，以构成天线的导电表面。该导电表面自然地具有面向辐射元件124并且其轮廓与辐射元件的轮廓基本相同或与辐射元件的包络对应的一个或多个敞开的槽128。经过第一镀通孔130建立短路，该镀通孔穿过绝缘衬底122并被连接到金属化层126。另一个金属化层132形成在绝缘衬底122的面122b上以构成天线导线。天线导线132由第二镀通孔134连接到辐射元件124。

除了辐射元件124和导电表面126之间的电介质不再是空气之外，该实施例提供了一个具有与上述实施例完全相同的特性的天线。但是形成印制电路的绝缘衬底122的材料稍有不同。

Claims

1.一种小厚度的平板天线，其特征在于该天线包括：

-辐射元件；

-连接到该辐射元件的天线馈电线；

-导电表面，其基本上平行于所述辐射元件并位于与所述元件的距离为e处，所述导电表面具有至少一个槽，所述槽是敞开的并且基本上面向所述辐射元件；以及

-所述导电表面与所述辐射元件之间的导电连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述辐射元件具有特定的形状，并且所述槽或所述多个槽具有与该辐射元件的所述特定形状基本相同的形状。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述槽的轮廓对应于所述辐射元件的包络。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的天线，其特征在于所述导电表面由导电板构成。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于该天线进一步包括绝缘机械结构，所述辐射元件、所述导电板和所述导电连接都固定在该绝缘机械结构上。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于所述机械结构由可塑材料制成，并且所述结构具有一个顶部，所述辐射元件被嵌入到该顶部中。

7.根据权利要求5或6所述的天线，其特征在于该天线进一步包括安装在所述机械结构上的连接器部件，用于将所述辐射元件电连接到所述天线馈电线，并用于在所述辐射元件和地之间形成短路。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于所述机械结构包括至少两个侧壁，固定在其上的所述导电板平行于所述辐射元件。

9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的天线，其特征在于该天线包括印制电路的绝缘衬底；第一金属化层，其形成在所述衬底的第一面上以形成所述辐射元件；第二金属化层，其形成在所述绝缘衬底的第二面上以形成所述导电表面；以及两个电链路，其穿过所述衬底以建立所述电连接和所述天线馈电线。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的天线，其特征在于所述天线的工作频率小于2GHz。