專利名稱：一種裝置的內部天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種安裝在小型無線電裝置內部的天線結構。
便攜式無線電裝置非常希望將天線安置在裝置蓋子的內部，因為突出的天線很不方便。例如在新式的移動電臺中，內部天線必須具有很小的尺寸。隨著移動電臺越來越小，這一需要進一步增強。另外，在雙頻帶天線中，上工作頻帶至少應該比較寬，特別是當這種裝置試圖在采用1.7-2GHz頻帶的一個以上系統(tǒng)中工作的情況下。
對于實際的小尺寸天線，最普遍的解決方案是采用PIFA(平面倒F形天線)。工作在給定頻帶內的這種天線的性能諸如帶寬和效率取決于天線的尺寸尺寸越大，特性就越好，反之亦然。例如，如果降低PIFA的高度，也就是讓輻射面和接地面彼此靠近，帶寬就會明顯縮小。同樣，如果使元件的物理長度小于其電氣長度，從而在寬度和長度方向上縮小天線，效率就會特別地變劣。


圖1表示一例現(xiàn)有技術的雙頻帶PIFA。從圖中可見，該裝置的框架110被畫成水平的，它起到天線接地面的作用。在這一接地面上面是一個被絕緣件如105支撐著的平面輻射元件120。在輻射元件和接地面之間有一個短路件102。在點F上通過接地面中的一個孔103向輻射元件120饋電。在輻射元件中有一個縫隙125，它從元件的邊緣開始拐過兩個直角彎之后延伸到饋點F附近。從饋點F上看，該縫隙將輻射元件劃分成具有不同長度的兩個分支A1和A2。在本例中，較長的分支A1構成輻射元件邊沿區(qū)域的主要部分，其諧振頻率落在天線的低工作頻帶上。較短的分支A2構成輻射元件的中間區(qū)域，其諧振頻率落在天線的高工作頻帶上。圖1所示的這種結構的缺點在于，用于小型移動電臺的天線的小型化趨勢會隨之帶來天線的電氣性能急劇惡化。
本發(fā)明的目的是減少現(xiàn)有技術所面臨的上述缺點。在獨立權利要求1中表達了按照本發(fā)明結構的特征。其他從屬權利要求體現(xiàn)了本發(fā)明的一些最佳實施例。
本發(fā)明的基本原理如下慣用的PIFA型結構是這樣被擴展設置的，在接地面板上方不是一個而是至少兩個彼此上下疊置的輻射面板。為了縮小下輻射器的尺寸并且改善頻帶特性，在它們之間是介電材料。同樣，在最上邊輻射面板頂上也是介電材料。這一頂層被用來使該天線的一個諧振頻率相對接近另一個諧振頻率，以便展寬頻帶。上輻射面板用電流連接到下輻射面板上。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，與僅僅使輻射面板與接地面板的距離相當于本發(fā)明的上輻射面板之距離所獲得的效果相比，本發(fā)明天線大大地增加了天線的帶寬。這是因為采用了彼此接近的多個諧振頻率。本發(fā)明的其它優(yōu)點包括比較好的制造性能并且能夠降低造價。
以下要參照附圖具體解釋本發(fā)明，在附圖中圖1表示一例現(xiàn)有技術的PIFA，圖2表示按照本發(fā)明的一例天線結構，圖3表示按照本發(fā)明的一例天線的特性，圖4表示本發(fā)明的第二實施例，圖5表示本發(fā)明的第三實施例，圖6表示本發(fā)明的第四實施例，以及圖7表示裝備有本發(fā)明的天線的一種移動電臺實例。
上文在關于現(xiàn)有技術的說明中已經(jīng)討論過圖1。
圖2表示按照本發(fā)明的一例天線結構。天線200包括一個接地面板210，它頂上是第一輻射元件220，再上面是第二輻射元件230。說明書和權利要求書中使用的詞匯“頂上”和“最頂上”是指以接地面為最下面而言的天線零部件的水平相對位置。在接地面板和第一輻射元件之間主要是空氣和一點具有低介電常數(shù)的支撐材料。在第一和第二輻射元件之間是具有比較高介電常數(shù)的第一介電板240。在第二輻射元件頂上是第二介電板250。天線饋線的內部導體201通過接地面板中的一個孔211在點F處連接到第一輻射面板220。按照這種PIFA結構，利用第一短路導體202將第一輻射面板連接到地。進而通過電流連接第一和第二輻射面板。在圖2的例子中，這種連接是通過位于饋點F和短路導體202之間區(qū)域內的第二短路導體203來實現(xiàn)的。第二輻射面板230一部分通過短路導體203用電流饋電，一部分是來自第一輻射面板220的電磁輻射。
在圖2所示的結構中，兩個輻射面板都包括兩個分支第一輻射面板220有一個縫隙225，它將其(220)劃分成具有不同諧振頻率的兩個分支。用f1和f2表示這些諧振頻率，其中的f2較高。第二輻射面230有一個縫隙235，它將其(230)劃分成具有不同諧振頻率的兩個分支A3和A4。用f3和f4表示該上輻射面板的這些諧振頻率，其中的f4較高。介電板250位于分支A4頂面上。利用分支A4的尺寸使諧振頻率f4接近諧振頻率f2，以便其工作頻帶對應于頻率f2和f4，構成一個較寬的連續(xù)工作頻帶。另外，介電板250可以改善分支A4的諧振可靠性。
圖3表示一條代表反射系數(shù)的曲線31，它是按照本發(fā)明構造的天線頻率f的函數(shù)。具有圖2所示結構的天線有四個諧振頻率。第一諧振r1出現(xiàn)在f1=0.8GHz，第二諧振r2出現(xiàn)在f2=1.66GHz，第三諧振r3出現(xiàn)在f3=0.94GHz，而第四諧振r4出現(xiàn)在f4=1.87GHz。反射系數(shù)峰值分別是14dB,21dB, dB和12dB。對應于諧振r1和r3的工作頻帶是分離的。對應于諧振r2和r4的天線元件之間的耦合產(chǎn)生一個第五諧振r5，其頻率落在f2和f4之間。對應于諧振r2,r4和r5的頻帶共同構成一個寬工作頻帶。如果將5dB的反射系數(shù)作為頻帶極限，這一頻帶就是約1.6到1.9GHz。于是，帶寬B大約有300MHz，它相當于這一頻帶之中心頻率的17％。比現(xiàn)有技術之相同尺寸天線所獲得的帶寬大得多。
圖4是本發(fā)明的實施例類似于圖2的一個頂視圖。在圖中表示了第一輻射元件420，第二輻射元件430，第一介電板440和第二介電板450?？p隙425和縫隙435分別將第一和第二輻射元件劃分成兩個分支。本例中的第二輻射元件幾乎和第一輻射元件一樣大。它們在結構的邊緣上由第二短路導體403連接。第一介電板的介電常數(shù)是ε1，而第二介電板的介電常數(shù)是ε2。與圖2的不同在于此處的第二介電板位于第二輻射元件之較長分支A3的頂上。
圖4b表示從其左側看到的圖4a的結構。在圖中除了上述零件之外還表示了接地面板410，天線饋線的內部導體401和處在接地面板和第一輻射元件之間的第一短路導體402。第一和第二輻射元件之間的一個短路導體403最好從內部導體401和第一短路導體之間的區(qū)域開始。另外，圖4b表示接地面板和第一輻射元件之間的絕緣體是空氣。
圖5a是本發(fā)明一個實施例的頂視圖，圖中有三個彼此上下層疊的輻射元件。底下是具有兩個分支的第一輻射元件520。中間是一個連續(xù)的并且小于第一輻射元件的第二輻射元件530。頂上是具有兩個分支并且比第二輻射元件更小的第三輻射元件560。在第一和第二輻射元件之間是第一介電板540，在第二和第三輻射元件之間是第二介電板550。在第三輻射元件的較短的分支頂上是第三介電板570。在這一結構的邊緣上，在第一和第二輻射元件之間有第二短路導體503，在第二和第三輻射元件之間有第三短路導體504。
圖5b表示從其左側看到的圖5a的結構。在圖中除了上述零件之外還表示了接地面板510，天線饋線的內部導體501和處在接地面板和第一輻射元件之間的第一短路導體502。按照圖5a,5b的結構例如可以用來構成一個三-頻帶天線，其中有一個頻帶特別寬，或者是構成一個雙-頻帶天線，其中的一個或兩個頻帶特別寬。
圖6a是本發(fā)明一個實施例的頂視圖，圖中有兩個彼此上下層疊的輻射元件。它與圖4所示結構的不同在于第二輻射元件630是連續(xù)的，并且沒有電流地接觸到第一輻射元件620。因此，本例中的第二輻射元件是寄生的。圖6b表示從其左側看到的圖6a的結構。在圖中除了上述零件之外還表示了接地面板610，天線饋線的內部導體601和處在接地面板和第一輻射元件之間的第一短路導體602。
圖7表示一個移動電臺700。它包括按照本發(fā)明的天線200，圖中所示的例子是天線完全被裝在移動電臺的蓋子內部。
上文中說明了按照本發(fā)明的天線結構及其一些變型。本發(fā)明并非僅限于所說的輻射元件的結構和數(shù)量以及介電材料的配置。另外，本發(fā)明也不僅限于平面天線及其制造方法的其他結構性解決方案。在獨立權利要求1的范圍內可以采取多種途徑來應用本發(fā)明的原理。
權利要求
1．一種天線結構包括第一平面輻射元件(220)和接地面板，其特征是在第一輻射元件頂上進一步包括至少一個第二輻射元件(230)，其中-第一輻射元件和上述接地面板之間的空隙主要是由空氣構成的，-在第二輻射元件和第一輻射元件之間有一層介電常數(shù)至少為十的介電材料(240)，以及-在最上面的輻射元件之頂面上有一層介電材料(250)。
2．按照權利要求1的結構，其特征是在上述第一和第二輻射元件之間有一個提供電流耦合的第二短路導體(203)。
3．按照權利要求2的結構，其中，上述天線的饋電導體(201)與第一輻射元件形成電流接觸，并且在后者和上述接地面板之間具有第一短路導體(202)，其特征在于上述第二短路導體(203)在第一輻射元件中的連接點位于上述饋電導體的連接點(F)與上述第一短路導體(202)的連接點之間的區(qū)域內。
4．按照權利要求1的結構，其特征在于至少一個上述輻射元件包括具有基本不同的諧振頻率的兩個分支(A3,A4)。
5．按照權利要求1的結構，其特征在于上述輻射元件的至少一個(630)是寄生的。
6．一種無線電裝置(700)包括一個天線(200)，這種天線具有第一輻射元件和接地面板，其特征是在第一輻射元件頂上具有至少一個第二輻射元件，其中，在第一輻射元件和上述接地面板之間的空隙主要是由空氣構成的，在第二輻射元件和第一輻射元件之間有一層介電常數(shù)至少為十的介電材料，并且在最上面的輻射元件頂上有一層介電材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及安裝在小型無線電裝置內部的天線結構?，F(xiàn)有PIFA型天線被這樣擴展設置,在接地板頂上不是一個而是至少兩個上下層疊的輻射板,在它們之間有介電材料,以縮小下輻射器的尺寸并改善頻帶特性。為了展寬頻帶,在最上面輻射面板頂上也有介電材料,以使天線的諧振頻率相對接近另一個諧振頻率。輻射板彼此之間采用有利的電流接觸。與僅使輻射板與接地板的距離相當于本發(fā)明上輻射板之距離所獲得的效果相比本發(fā)明可大大增加天線的帶寬。
文檔編號H01Q9/04GK1302093SQ0013147
公開日2001年7月4日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權日1999年10月20日
發(fā)明者P·安納馬爾, J·米科拉 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司