專(zhuān)利名稱(chēng)：薄平板天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小厚度的平板天線。
當(dāng)制造便攜式無(wú)線電話時(shí)，當(dāng)前使用的是PIFA型平板天線或類(lèi)似的天線。實(shí)際上，所述天線完全處于便攜式電話的外殼內(nèi)并且尺寸相對(duì)較小。


圖1是穿過(guò)這種天線的簡(jiǎn)化的垂直剖面。該天線包括輻射元件10，其用于匹配所使用的波長(zhǎng)以及所需的阻抗，該阻抗典型地為50Ω。該天線還具有基本上平行于輻射元件10的地線層12。在輻射元件10和地線層之間形成短路14。最后，通常用同軸電纜16來(lái)饋電該天線，同軸電纜的中間導(dǎo)線16a電連接到輻射元件10，其屏蔽層16b連接到地線層。應(yīng)用這種天線，需要提供一個(gè)最小間距e以確保天線以滿意的方式工作。典型地，當(dāng)輻射元件和地線層之間的電介質(zhì)為空氣，并且當(dāng)頻率小于2GHz時(shí)，最小間距e為約7毫米(mm)到10mm。
如果試圖降低輻射元件和地線層之間的距離e，則所獲得的天線的工作是受限制的，即通頻帶具有不可接受的限制。具體而言，小于5mm的距離e難以獲得小于2GHz的頻率，即通常應(yīng)用在無(wú)線電話中，特別是GSM系統(tǒng)中的頻率范圍。
在當(dāng)前便攜式無(wú)線電話的發(fā)展中，無(wú)線電話的總厚度必須變得越來(lái)越小。因此存在具有同樣降低厚度的天線的需求，具體而言，距離e要大大小于7mm，例如約2mm到3mm。
應(yīng)該說(shuō)明，為了節(jié)省無(wú)線電話內(nèi)部的空間，印制電路板(PCB)上的金屬化層(metallization)(即屏蔽層等)構(gòu)成無(wú)線電話的地線層，同時(shí)由輻射元件、短路14和饋電電纜16構(gòu)成的組件直接安裝在印制電路上。
因此，真正需要的天線為具有不大于5mm的總厚度，同時(shí)具有可接受的工作條件，并且能運(yùn)行在多個(gè)頻帶，這些頻帶對(duì)應(yīng)于那些傳統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)線電話、計(jì)算機(jī)調(diào)制解調(diào)器，特別是應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī)、PCMCIA卡、PDA等的頻帶。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種厚度降低的平板天線，其通頻帶符合當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的是應(yīng)用一種小厚度的平板式天線實(shí)現(xiàn)的，其特征在于該天線包括-輻射元件；-連接到該輻射元件的天線饋電線；-導(dǎo)電表面，其基本上平行于所述輻射元件并位于與所述元件的距離為e處，所述導(dǎo)電表面具有至少一個(gè)槽，所述槽是敞開(kāi)的并且面向所述輻射元件；以及-所述導(dǎo)電表面與所述輻射元件之間的導(dǎo)電連接。
術(shù)語(yǔ)“槽”應(yīng)該理解為覆蓋導(dǎo)電表面中的任何凹槽，而不管其輪廓的形狀如何。
盡管天線具有降低的厚度，例如約3mm，符合以上限定的天線仍可能獲得適合應(yīng)用于通常工作在低于2GHz的頻帶的便攜式無(wú)線電話或類(lèi)似電話(特別是GSM系統(tǒng))的通頻帶。這種結(jié)果的獲得是由于除了主要由輻射元件產(chǎn)生的電場(chǎng)以外，在面向輻射元件的導(dǎo)電表面中的槽的存在也產(chǎn)生了磁場(chǎng)。這兩種正交的場(chǎng)一起生成了電磁波，該電磁波相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)厚度(即約7mm到10mm)的天線中應(yīng)用的波。
術(shù)語(yǔ)“敞開(kāi)的槽”用于覆蓋向?qū)щ姳砻娴耐鈬ㄩ_(kāi)的槽。換言之，當(dāng)槽敞開(kāi)時(shí)，該槽不完全被導(dǎo)電元件所包圍。由于所述槽是敞開(kāi)的，因此避免了來(lái)自槽的輻射并且改進(jìn)了天線的操作。
優(yōu)選為，敞開(kāi)的槽的形狀與輻射元件的形狀基本相同。
在一種變型實(shí)施例中，槽的輪廓(outline)基本對(duì)應(yīng)于所述輻射元件的包絡(luò)。
在該天線的優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電表面由導(dǎo)電板構(gòu)成，并且該天線進(jìn)一步包括一個(gè)絕緣機(jī)械結(jié)構(gòu)，輻射元件、導(dǎo)電板和導(dǎo)電連接都固定在該絕緣機(jī)械結(jié)構(gòu)上。
該組合可以直接固定在印制電路上，并且以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到印制電路的導(dǎo)電軌跡。
通過(guò)閱讀以下描述的作為非限定性實(shí)例給出的本發(fā)明的各種實(shí)施例，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將會(huì)更明顯。該描述參考附圖，其中上述的圖1所示為傳統(tǒng)的PiFa型天線；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的天線的導(dǎo)電表面的平面圖；圖2B是對(duì)應(yīng)于圖2A的輻射元件的平面圖；圖2C是包括圖2A和圖2B的部件的天線的垂直剖面圖；圖3所示為對(duì)應(yīng)于參考天線和圖2A到圖2C的天線的兩條曲線；圖4是穿過(guò)第一變型實(shí)施例的天線的垂直剖面；圖5是穿過(guò)第二變型實(shí)施例的天線的垂直剖面；以及圖6是另一個(gè)變型實(shí)施例的天線的進(jìn)一步的透視圖。
以下參考圖2A到2C，描述根據(jù)本發(fā)明的天線的第一實(shí)施例。
如圖2B所示，在該實(shí)施例中，輻射元件50包括兩個(gè)平行的主體部分52和54，它們?cè)谝欢擞森h(huán)形部分(loop)56結(jié)合起來(lái)，并且在直線部分52的相對(duì)端延伸為分支58。輻射元件的形狀由天線的工作頻率(或多個(gè)工作頻率)以及由所需的阻抗確定。分支58延伸為兩個(gè)連接片60和62，分別用于天線和短路，這兩個(gè)連接片固定到雙連接元件64。
圖2A所示為導(dǎo)電表面66，該導(dǎo)電表面的槽68的輪廓接近于輻射元件50的輪廓，但是不需要與其相同。該槽由槽部分52′、54′、56′和58′組成。槽的分支58′延伸為部分70，該部分向?qū)щ姳砻?6的外圍66a敞開(kāi)，從而獲得一個(gè)以上給出的定義意義上的敞開(kāi)的槽。槽部分70位于連接區(qū)72和74之間，連接區(qū)72和74分別相應(yīng)地建立輻射元件和導(dǎo)電表面66之間的電短路，以及饋電該天線。雙連接64也構(gòu)成了機(jī)械地將輻射元件固定到導(dǎo)電表面的裝置，從而平行于導(dǎo)電表面在約為2mm的距離e1處固定所述輻射元件，并且在任何情況下所述距離都小于5mm。
導(dǎo)電表面66可以由絕緣襯底上的導(dǎo)電板或由金屬化層構(gòu)成。
圖3示出了隨頻率F變化的參考天線駐波比(SWR)的第一曲線I，以及隨頻率變化的圖2A到2C的天線的電壓駐波比(VSWR)的第二曲線II。對(duì)應(yīng)于曲線I的參考天線是與圖2A到2C所示相同的天線，除了其形成地線層的導(dǎo)電表面66沒(méi)有槽68。
圖3清楚地顯示了對(duì)應(yīng)于曲線I的參考天線的通頻帶大大降低，并且其放大率(amplification)遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)于曲線II的構(gòu)成本發(fā)明主題的天線。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線的另一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例接近于圖2A、2B和2C中的實(shí)施例。
圖6顯示了導(dǎo)電表面140，例如，該導(dǎo)電表面是由形成在絕緣襯底142上的一些金屬化層構(gòu)成的。導(dǎo)電表面140具有槽144，該槽將在以下詳細(xì)描述。圖6同樣顯示了輻射元件146，該輻射元件放置在基本上平行于導(dǎo)電表面140的平面上。在該例中，輻射元件146包括對(duì)應(yīng)于第一頻帶的第一分支148、對(duì)應(yīng)于第二頻帶的第二分支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和相對(duì)于第一部分150a縮回的第二部分150b構(gòu)成。最后包括對(duì)兩個(gè)分支共用的基底152。輻射元件146可由小厚度的導(dǎo)電金屬片切割而成。在該例中，輻射元件146安裝在雙連接器154上。該連接器構(gòu)成輻射元件和導(dǎo)電表面140之間的短路連接和輻射元件和天線電纜156之間的第二連接。輻射元件146和導(dǎo)電表面140之間的距離e等于2mm。
槽144的輪廓144a基本完全對(duì)應(yīng)于輻射元件146的包絡(luò)。在圖6所示的例子中，輪廓144a是矩形的。該槽優(yōu)選基本上與輻射元件呈面向關(guān)系放置。槽144本身延伸為延伸部分158，該延伸部分向?qū)щ姳砻?40的外圍140a敞開(kāi)，以形成以上定義的表述意義上的敞開(kāi)的槽。
如上所述，導(dǎo)電表面可包括與輻射元件的形狀相關(guān)的幾個(gè)槽。優(yōu)選為，這些槽是敞開(kāi)的或這些槽中的至少一個(gè)是敞開(kāi)的。
參考圖4，描述根據(jù)本發(fā)明的天線的另一個(gè)變型實(shí)施例。在該變型中，天線本身的結(jié)構(gòu)與以上所述相同，但是在其上增加了一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)以形成模塊化天線。該機(jī)械結(jié)構(gòu)由絕緣材料制成，優(yōu)選為一種可塑的塑料材料，對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)給定總參考數(shù)字80，并且其總體形狀為具有上壁82和四個(gè)側(cè)壁如84的蓋子。以簡(jiǎn)化方式顯示為86的輻射元件優(yōu)選為嵌入到構(gòu)成上壁82的塑料材料中。該輻射元件可具有圖2B所示的形狀。面向輻射元件的部分86a，上壁82具有連接凹槽88和90。此外，機(jī)械結(jié)構(gòu)80形成一個(gè)殼體92，在該殼體內(nèi)可以任何其他適合的方式夾住或安裝雙連接構(gòu)件94。構(gòu)件94用于提供天線連接和短路連接。為此，連接構(gòu)件94具有穿入到凹槽88和90中的兩個(gè)上接頭96和98以及兩個(gè)下接頭100和102。
蓋子80的側(cè)壁84的底部具有厚度增加的邊緣104，用于固定到構(gòu)成導(dǎo)電表面的導(dǎo)電板106的外圍。形成在板106中的敞開(kāi)的槽(多個(gè)槽)108以簡(jiǎn)化的方式顯示。此外，板106具有柔性的接頭110，該接頭穿入到殼體92內(nèi)以提供與短路接頭102的電連接，并從而提供與輻射元件的連接。
圖4也顯示了具有導(dǎo)電軌跡114的印制電路112的一部分，該軌跡首先構(gòu)成了電氣接地，其次構(gòu)成了天線導(dǎo)線。這些導(dǎo)電軌跡114被連接到連接構(gòu)件94的電接頭100和102。
可以理解，由具有連接構(gòu)件94的蓋子80構(gòu)成的組件可直接固定到印制電路112的表面以建立上述的電連接，并從而將蓋子機(jī)械固定到印制電路上。當(dāng)然，在該實(shí)施例中，輻射元件86和導(dǎo)電板106之間的距離e1約為2mm。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線的第二個(gè)變型實(shí)施例。該天線被做為印制電路120。在該圖中，可以看到印制電路的絕緣襯底122的厚度e2約為2mm。在絕緣襯底122的第一面122a上，具有確定輻射元件的第一金屬化層124，該輻射元件可以是圖2B或圖6所示的形狀。第二金屬化層126形成在絕緣襯底122的第二面122b上，以構(gòu)成天線的導(dǎo)電表面。該導(dǎo)電表面自然地具有面向輻射元件124并且其輪廓與輻射元件的輪廓基本相同或與輻射元件的包絡(luò)對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)敞開(kāi)的槽128。經(jīng)過(guò)第一鍍通孔130建立短路，該鍍通孔穿過(guò)絕緣襯底122并被連接到金屬化層126。另一個(gè)金屬化層132形成在絕緣襯底122的面122b上以構(gòu)成天線導(dǎo)線。天線導(dǎo)線132由第二鍍通孔134連接到輻射元件124。
除了輻射元件124和導(dǎo)電表面126之間的電介質(zhì)不再是空氣之外，該實(shí)施例提供了一個(gè)具有與上述實(shí)施例完全相同的特性的天線。但是形成印制電路的絕緣襯底122的材料稍有不同。
權(quán)利要求
1.一種小厚度的平板天線，其特征在于該天線包括-輻射元件；-連接到該輻射元件的天線饋電線；-導(dǎo)電表面，其基本上平行于所述輻射元件并位于與所述元件的距離為e處，所述導(dǎo)電表面具有至少一個(gè)槽，所述槽是敞開(kāi)的并且基本上面向所述輻射元件；以及-所述導(dǎo)電表面與所述輻射元件之間的導(dǎo)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述輻射元件具有特定的形狀，并且所述槽或所述多個(gè)槽具有與該輻射元件的所述特定形狀基本相同的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述槽的輪廓對(duì)應(yīng)于所述輻射元件的包絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的天線，其特征在于所述導(dǎo)電表面由導(dǎo)電板構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于該天線進(jìn)一步包括絕緣機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述輻射元件、所述導(dǎo)電板和所述導(dǎo)電連接都固定在該絕緣機(jī)械結(jié)構(gòu)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于所述機(jī)械結(jié)構(gòu)由可塑材料制成，并且所述結(jié)構(gòu)具有一個(gè)頂部，所述輻射元件被嵌入到該頂部中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的天線，其特征在于該天線進(jìn)一步包括安裝在所述機(jī)械結(jié)構(gòu)上的連接器部件，用于將所述輻射元件電連接到所述天線饋電線，并用于在所述輻射元件和地之間形成短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)側(cè)壁，固定在其上的所述導(dǎo)電板平行于所述輻射元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的天線，其特征在于該天線包括印制電路的絕緣襯底；第一金屬化層，其形成在所述襯底的第一面上以形成所述輻射元件；第二金屬化層，其形成在所述絕緣襯底的第二面上以形成所述導(dǎo)電表面；以及兩個(gè)電鏈路，其穿過(guò)所述襯底以建立所述電連接和所述天線饋電線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的天線，其特征在于所述天線的工作頻率小于2GHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及小厚度的平板天線，該天線包括輻射元件(50)；連接到該輻射元件的天線饋電線；導(dǎo)電表面(66)，其基本上平行于所述輻射元件并位于與所述元件的距離為e處，所述導(dǎo)電表面具有至少一個(gè)槽(68)，所述槽面向所述輻射元件；以及所述導(dǎo)電表面與所述輻射元件之間的導(dǎo)電連接。
文檔編號(hào)H01Q1/00GK1672289SQ03817958
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者羅蘭·樊尚, 阿尤布·安娜比, 達(dá)尼埃爾·勒克萊克 申請(qǐng)人:安菲諾爾·索卡佩克斯公司