專利名稱：平面天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以在移動(dòng)通信設(shè)備中使用的雙頻段平面天線結(jié)構(gòu)。
近年來，在應(yīng)用大約2GHz左右的頻段以后，移動(dòng)通信設(shè)備，特別是運(yùn)行在兩個(gè)頻段上的移動(dòng)通信設(shè)備變得更流行了。較低的頻段通常是GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))系統(tǒng)使用的890-960MHz，或是美國AMPS(高級移動(dòng)電話系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)使用的824-894MHz。較高的工作頻段可以是DCS(數(shù)字蜂窩系統(tǒng))和PCN(個(gè)人通信網(wǎng))使用的1710-1880MHz，或是PCS(個(gè)人通信系統(tǒng))使用的1850-1990MHz。將來的UMTS(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))已在1900-2170MHz范圍內(nèi)分配了發(fā)送和接收頻帶。因此，很明顯，工作頻帶可以很寬，這給移動(dòng)通信設(shè)備的天線提出了附加的要求。
從現(xiàn)有技術(shù)可獲知多種具有至少兩個(gè)工作頻段的天線結(jié)構(gòu)。移動(dòng)通信設(shè)備使用各種組合天線，例如，鞭狀天線和螺旋天線的組合，以及鞭狀天線和平面倒F形天線(PIFA)的組合。此外，已經(jīng)知道PIFA型天線本身就工作在兩個(gè)頻段。

圖1示出了一個(gè)這樣的現(xiàn)有技術(shù)的天線結(jié)構(gòu)。它包括輻射板110、平行于所述輻射板的接地板120、和在這兩個(gè)板之間的短路元件102。在本例中，天線是在其邊緣的一個(gè)位置101處饋入的。輻射板110在其上具有相當(dāng)窄的縫隙115，它從輻射板的一個(gè)邊緣開始，作出一個(gè)長方形拐彎，并延伸到緊靠饋入位置101。從饋入位置看，縫隙115把平板110劃分成兩個(gè)分部111和112。能工作在兩個(gè)頻段上是基于這樣的事實(shí)這兩個(gè)分部具有十分不同的諧振頻率。天線匹配可以通過改變饋入位置101以及短路102位置來進(jìn)行調(diào)整。天線諧振頻率的所需數(shù)值可以通過改變縫隙115的位置和其上的拐彎數(shù)目而得到。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，它很難在兩個(gè)運(yùn)行頻段上實(shí)現(xiàn)足夠的帶寬。頻帶可以通過增加輻射板與接地板之間的距離而加寬，但這種安排有使得天線太大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的主要目的是改進(jìn)雙頻段PIFA的頻帶特性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的特征由獨(dú)立權(quán)利要求1給出。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案在其它的權(quán)利要求中給出。
簡略地說，本發(fā)明如下在PIFA的輻射元件中，提供了由兩個(gè)不同寬度的部分組成的縫隙?？p隙較寬的部分的一端接近于輻射元件的饋入點(diǎn)?？p隙較窄的部分從較寬部分上的一點(diǎn)開始，并延伸到輻射元件的邊緣。縫隙部分有利地為直的，但較窄的部分可以在其上具有拐彎，以便形成輻射元件的分部。兩縫隙部分的寬度比值為3左右。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，雙頻段PIFA的帶寬可以做得大于相同尺寸的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的帶寬。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)很簡單，以及具有相當(dāng)?shù)偷闹圃斐杀尽?br> 現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明。參照附圖，其中圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的PIFA的例子，圖2示出了按照本發(fā)明的PIFA的例子，圖3a示出了縫隙較窄部分對天線特性的影響的例子，圖3b示出了縫隙部分的寬度比值對天線帶寬的影響的例子，圖4示出了按照本發(fā)明的另一個(gè)輻射元件的形狀，以及圖5示出了安裝有本發(fā)明天線的移動(dòng)通信設(shè)備的例子。
結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的說明已對圖1作出了討論。
圖2示出了按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的例子，圖上為簡單起見，沒有示出任何支撐結(jié)構(gòu)。天線200包括輻射元件210，接地板220，和在這二者之間的短路元件202。天線饋線201的外導(dǎo)體從圖的下方連接到接地板上。天線饋線的內(nèi)導(dǎo)體通過接地板上的開孔在點(diǎn)S處連接到輻射板210上，在這個(gè)圖上，點(diǎn)S靠近輻射元件的前部邊緣。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是輻射元件中的縫隙形狀。該縫隙由兩個(gè)部分組成。第一部分216是具有寬度為w1的長方形，其長邊被縱向地放置?？p隙的第一部分216完全位于元件210的區(qū)域內(nèi)，且它延伸到相當(dāng)接近于元件饋入點(diǎn)S。在本例中，縫隙的第二部分也是長方形的。第二部分在第一部分216的長邊上開了一道口，并橫向地延伸到輻射元件的左面縱向邊緣。第二部分217的寬度是w2。從饋入點(diǎn)S看來，第一和第二部分一起把輻射元件210劃分成具有不同諧振頻率的兩個(gè)分部211和212。
在本說明中和權(quán)利要求中，橫方向是指輻射元件的前面邊緣的方向，即最靠近饋入點(diǎn)S的邊緣的方向。相反地，在本說明中和權(quán)利要求中，縱方向是指基本垂直于輻射元件橫方向的方向。
在按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，縫隙部分的寬度w1和w2是相當(dāng)大的，這是為了增加天線帶寬的目的。把縫隙做得更寬，減小了分部211和212之間的耦合，這使得帶寬更大。而且，另一種輻射機(jī)理開始以很大程度而作用到天線上對于分部211和212、以及它們在縫隙217中的相互電容，當(dāng)它們被做成適當(dāng)?shù)某叽鐣r(shí)，便可在高工作頻段上起到環(huán)路天線的作用，這可被用來使高工作頻段變得更寬。
圖2所示結(jié)構(gòu)的有利尺寸為輻射元件210的橫向長度s1是20mm，輻射元件的縱向長度s2是35mm，以及天線結(jié)構(gòu)的高度h是5-6mm。
圖3a示出了輻射元件中縫隙的第二部分(即，較窄部分)寬度w2對天線的帶寬特性的影響。圖上示出的是較低工作頻帶△B1、較高工作頻帶△B2、以及較高和較低工作頻段的中心頻率比值f2/f1等對縫隙第二部分寬度的函數(shù)。當(dāng)縫隙寬度w2從0.6mm增加到2.8mm時(shí)，較低工作頻帶的寬度△B1增加略高于20％，它一開始相當(dāng)快速地增加，在結(jié)尾處變得較為緩慢。較高工作頻帶的寬度△B2增加約10％，一開始較慢增加，在結(jié)尾處增加較快。當(dāng)縫隙寬度w2從0.6mm增加到2.8mm時(shí)，較高和較低工作頻段的中心頻率比值f2/f1從約1.85增加到約2.1。這些結(jié)果對于縫隙第一部分的寬度w1為4.5mm的天線尺寸是正確的。
圖3b示出了輻射元件中縫隙各部分的寬度比值對天線帶寬的影響。圖上示出了縫隙寬度的比值w1/w2從1增加到7時(shí)，較低工作頻帶的寬度△B1降低約25％，一開始降低較慢，在結(jié)尾處降低較快。同樣地，當(dāng)縫隙寬度的比值w1/w2從1增加到6時(shí)，較高工作頻帶的寬度△B2增加約40％，一開始增加相當(dāng)快，在結(jié)尾處增加較慢。隨著比值w1/w2進(jìn)一步增加，帶寬△B2開始慢慢地降低。
現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)于輻射元件內(nèi)各縫隙部分寬度都相當(dāng)小(遠(yuǎn)低于1mm)的一種結(jié)構(gòu)。圖3a和3b示出了，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使帶寬有可能大于20％，至少對于較高工作頻段是如此。例如，假定想要的中心頻率是f1=925MHz和f2=1795MHz。則比值f2/f1是1.94。按照圖3a，這相應(yīng)于寬度w2大約為1.3mm。如果寬度w1是4.5mm，如圖3b所示，則比值w1/w2大約是3.4。與想象的情形(其中寬度w1和w2均為0.6mm)相比，較低工作頻帶的寬度B1內(nèi)的增加大約是10-2=8％，而較高工作頻帶的寬度B2的增加大約是29+1=30％。
實(shí)際上，天線的尺寸不是直接從圖3a和3b的曲線得出的。首先，對于寬度w1要選擇一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值。然后找到寬度w2的一個(gè)數(shù)值，以使得頻率比值f2/f1正確。該過程被迭代地進(jìn)行，直至頻率值f1和f2以及它們的比值都正確。其目標(biāo)是使縫隙寬度的比值w1/w2位于2和4之間。這確保了較高工作頻帶的寬度B2內(nèi)將有相當(dāng)大的增加，而在較低工作頻帶的寬度B1內(nèi)，所產(chǎn)生的減小將不會(huì)大大低于在寬度w2較大時(shí)的值。
圖4示出了幾種替換的輻射元件形狀。最左面的子圖(a)示出了相應(yīng)于圖2的形狀。在該形狀中，縫隙的較寬部分(即第一部分)相對于輻射元件410是縱向的，而且相當(dāng)靠近元件410的縱向邊緣，它示出在該圖的較下方?？p隙的較窄部分(即第二部分)大約在第一部分的中間開始，而且橫向和直接地延伸到元件410的縱向邊緣上，圖上示出它在較上方。子圖(b)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最靠近元件饋入點(diǎn)S)的位置起始。子圖(c)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最遠(yuǎn)離元件的饋入點(diǎn)S)的位置起始。子圖(d)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最遠(yuǎn)離元件饋入點(diǎn)S)的位置起始，并傾斜地延長，且在最接近饋入點(diǎn)邊緣處的元件縱向邊緣處開出口子。子圖(e)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最靠近元件饋入點(diǎn)S)的位置起始，并傾斜地延長，且在接近于邊緣(該邊緣與饋入點(diǎn)相對)的元件縱向邊緣處開出口子。子圖(f)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從第一部分最靠近元件饋入點(diǎn)S的末端起始，作一個(gè)長方形的轉(zhuǎn)彎，并橫向地延伸到元件上方的縱向邊緣。子圖(g)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最靠近元件饋入點(diǎn)S)的位置橫向地起始，朝著元件的相反端縱向地延長，最后橫向地延伸到元件上方的縱向邊緣。子圖(h)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端與元件饋入點(diǎn)S相對)的位置橫向地起始，朝著最靠近元件饋入點(diǎn)的一端縱向地延長，最后橫向地延伸到元件上方的縱向邊緣。子圖(i)示出了一種形狀，其中，縫隙的第二部分從接近于第一部分末端(該末端最遠(yuǎn)離元件饋入點(diǎn)S)的位置起始，并且以曲線到達(dá)最靠近饋入點(diǎn)的元件邊緣。
圖5示出了移動(dòng)通信設(shè)備500。它包括按照本發(fā)明的天線200，該天線整個(gè)地被放置在移動(dòng)通信設(shè)備的機(jī)殼內(nèi)。
以上描述了本發(fā)明的基本解決辦法及其某些方案。就輻射元件的設(shè)計(jì)來說，本發(fā)明并不局限于所描述的解決辦法。而且，本發(fā)明既不限制平板天線的其它結(jié)構(gòu)的解決辦法，也不限制它的制造方法。本發(fā)明的思想可以以不同的方式被應(yīng)用，但不會(huì)脫離獨(dú)立權(quán)利要求1規(guī)定的范圍。
權(quán)利要求
1．一種天線結(jié)構(gòu)，包括輻射板和接地板，所述輻射板具有延伸到其邊緣的縫隙，以便建立兩個(gè)分開的工作頻段，其特征在于所述縫隙包括第一部分(216)，它基本上是縱向的且延伸到輻射元件(210)的饋入點(diǎn)(S)附近，以及第二部分(217)，其一端的開口伸至所述第一部分內(nèi)，另一端的開口則伸至輻射元件的邊緣，第一部分寬度與第二部分寬度的比值大于1.5。
2．權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述第一部分的形狀基本似長方形，該長方形的短邊是上述第一部分的寬度，其特征在于，第一部分與第二部分在第一部分的長邊上相交。
3．權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述第一部分的形狀基本似長方形，該長方形的短邊是上述第一部分的寬度，其特征在于，第一部分與第二部分在第一部分的短邊上相交。
4．權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二部分基本上是直的。
5．權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二部分至少具有一個(gè)基本呈直角的拐彎。
6．權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一部分寬度與第二部分寬度的比值大于2和小于4。
7．一種無線電設(shè)備(500)，其特征在于，它的天線(200)包括輻射板和接地板，該輻射板具有縫隙，以便建立兩個(gè)分開的工作頻段，該縫隙包括基本為縱向且延伸到輻射元件的饋入點(diǎn)附近的第一部分，以及第二部分，該第二部分一端的開口伸至所述第一部分內(nèi)，另一端則伸至輻射元件的邊緣，第一部分寬度與第二部分寬度的比值大于1.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙頻段平面天線的結(jié)構(gòu)。平面天線(200)中的輻射元件(210)具有一個(gè)由兩種不同寬度的部分組成的縫隙?？p隙的較寬部分(216)的一端接近于輻射元件的饋入點(diǎn)(S)?？p隙的較窄部分(217)從較寬部分上的一點(diǎn)起始,延伸到輻射元件的邊緣。縫隙的兩個(gè)部分有利地為直的。兩個(gè)部分的寬度比值(w1/w2)的數(shù)量級是3。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于,雙頻段平面天線的帶寬大于同樣尺寸的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的帶寬。
文檔編號H01Q1/24GK1286508SQ0012602
公開日2001年3月7日 申請日期2000年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月25日
發(fā)明者P·安納馬爾 申請人:菲爾特朗尼克Lk公司