專利名稱：用于移動終端的半波長和四分之一波長印刷縫隙超寬帶(uwb)天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要地涉及天線，并且具體地涉及用于在移動終端中使用的半波長和四分之一波長印刷縫隙超寬帶(“UWB”)天線。
背景技術：
無線多媒體系統(tǒng)正在變得日益普及。然而，為了提供更高數(shù)據(jù)速率的通信鏈路例如高效地傳輸視頻信號而仍然需要改進。因此，更多的關注投向超寬帶(“UWB”)通信系統(tǒng)的發(fā)展。UWB通信系統(tǒng)是有望在如下場合中起到作用的進程無線技術，在這些場合中“所有人和所有事物”都通過包括人到人、人到機、機到人和機到機的不同類型的通信鏈路來連接?？梢灶A見客戶電子和個人計算機不久將利用UWB技術來傳輸數(shù)據(jù)、視頻和音頻。此技術也將通過開發(fā)配備有UWB的移動設備來向移動電話業(yè)界提供明顯的增值利益。
為了發(fā)送和接收UWB信號，需要有效的UWB天線。以前雖然已經(jīng)提出不同類型的UWB天線(如例如3-D錐形天線和2-D平面式蝴蝶結天線)，但是這些天線由于這些提出的UWB天線的尺寸很大而不適合于移動天線。事實上，就UWB天線的成功設計而言，需要滿足比如緊湊性、小輪廓和低成本這樣的特殊要求。
為移動終端而提出的UWB天線設計在現(xiàn)有技術中的例子包括Y.J.Wang，C.K.Lee，P.S.Tian和S.W.Lee的″NovelMicrostrip-Monopole-Integrated Ultra-Wideband Antenna forMobile UWB Devices″，Radio and Wireless Conference Proceedings，2003年第87-90頁。此設計利用微帶單極集成式UWB天線。然而在這一設計中，UWB天線的物理尺度是40mm×40mm×15.5mm，這對于現(xiàn)代移動手機又過大。其它例子已經(jīng)將印刷縫隙天線用于寬帶操作[Jia-Yi Sze和Kin-Lu Wong，″Bandwidth Enhancement of aMicrostrip-Line-Fed Printed Wide-Slot Antenna，″IEEETransactions on Antennas and Propagations，2001年7月第49卷第7期第1020-1024頁]和超寬帶操作[X.Qing，M.Y.W.Chia，X.Wu，″Wide-Slot Antenna for UWB Applications，″IEEE 2003Antennas and Propagation Society International Symposium，第1卷第834-837頁]。然而要注意，在用于寬帶操作和超寬帶操作的印刷縫隙天線的設計中所用印刷電路板(“PCB”)的尺寸與任何實際移動終端的尺寸無關，因此這些設計不能直接用于移動手機。此外，常規(guī)縫隙天線的尺寸是基于半波長設計。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這些教導中的當前優(yōu)選實施例來克服上述和其它問題以及實現(xiàn)其它優(yōu)點。
本發(fā)明利用印刷電路板上集成的縫隙天線來實現(xiàn)用于移動終端的UWB天線。在移動終端的PCB上集成的縫隙天線可以用作UWB天線。
本發(fā)明的一個實施例利用縫隙天線來形成用于移動終端的UWB天線，包括半波長縫隙UWB天線和四分之一波長UWB天線。根據(jù)本發(fā)明的實施例可以用移動終端以便在例如3.0GHz到5.0GHz的頻率范圍發(fā)送和接收UWB信號。
本發(fā)明的第一可選實施例包括一種半波長縫隙天線，該天線包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙至少具有第一側和與第一側相正交的第二側；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中，將矩形縫隙的第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，叉形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地從饋線的遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有中間點和兩個遠端，第一支路的中間點與饋線的遠端相對準，叉形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路；以及其中矩形縫隙的第一側約為10mm，而矩形縫隙的第二側約為28mm；第一支路具有約18mm的長度，以及其中半波長天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
在第一可選實施例的一個變形中，半波長天線包括半波長縫隙超寬帶天線。
在第一可選實施例的另一變形中，半波長天線的饋線包括微帶線。
在第一可選實施例的又一變形中，半波長天線的回程損耗在工作頻率范圍具有至少兩個諧振頻率。
在第一可選實施例的此外另一變形中，第一諧振頻率是縫隙的第二側的長度的函數(shù)，而第二諧振頻率是半波長天線的叉形調(diào)諧短截線的第一支路的長度的函數(shù)。
在第一可選實施例的此外又一變形中，本發(fā)明包括天線組件，其中天線組件包括半波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙至少具有第一側和與第一側相正交的第二側；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中，將矩形縫隙的第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，叉形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地從饋線的遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有中間點和兩個遠端，第一支路的中間點與饋線的遠端相對準，叉形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路；以及其中天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線，定位于電介質(zhì)襯底上。
通過利用移動終端的PCB上印刷的縫隙天線，可以設計適合于移動終端的縫隙UWB天線。此外，為了進一步減少印刷縫隙UWB天線的尺寸，利用了四分之一波長縫隙UWB天線。
通過使用四分之一波長印刷天線，在保持所需諧振性質(zhì)和輻射性質(zhì)的同時，與常規(guī)半波長縫隙天線相比可以實現(xiàn)至少80％的尺寸節(jié)省。此外，相當?shù)販p少在用于蜂窩系統(tǒng)(例如GSM、cdma2000、WCDMA)的移動終端使用的印刷縫隙超寬帶天線與雙頻帶平面式倒F-天線(PIFA)天線之間的交互?？p隙天線與PIFA天線之間的隔離低到足以使得可以在同一終端中使用兩種天線。
因此，本發(fā)明的第二可選實施例包括一種四分之一波長縫隙天線，該天線包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少一個邊；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙的第一側與電介質(zhì)襯底的至少一個邊相對準；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線沿電介質(zhì)襯底的至少一個邊延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，L形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地遠離電介質(zhì)襯底的第一邊從饋線的遠端橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有近端和遠端，L形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路。
在第二可選實施例的一個變形中，饋線包括微帶線。
在第二可選實施例的另一變形中，天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
在第二可選實施例的又一變形中，四分之一波長天線的回程損耗在工作頻率范圍具有至少兩個諧振頻率。
在第二可選實施例的此外另一變形中，至少兩個諧振頻率包括第一諧振頻率，其中第一諧振頻率是矩形縫隙的第二側的長度的函數(shù)；以及第二諧振頻率，其中第二諧振頻率是L形調(diào)諧短截線的第一支路的長度的函數(shù)。
在第二可選實施例的此外又一變形中，本發(fā)明包括一種天線組件，其中天線組件包括四分之一波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少兩個邊，其中兩個邊包括第一邊和與第一邊相正交的第二邊；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙的第一側與電介質(zhì)襯底的第一邊相對準；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線沿電介質(zhì)襯底的至少一個邊延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，L形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地遠離電介質(zhì)襯底的第一邊從饋線的遠端橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有近端和遠端，L形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路；以及雙頻帶平面式倒F-天線，從電介質(zhì)襯底的第二邊向內(nèi)地定位于電介質(zhì)襯底上。
本發(fā)明的第三可選實施例包括一種具有天線組件的移動站，其中天線組件包括半波長縫隙天線，該天線包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙至少具有第一側和與第一側相正交的第二側；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中，將矩形縫隙的第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，叉形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地從饋線的遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有中間點和兩個遠端，第一支路的中間點與饋線的遠端相對準，叉形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路；以及其中矩形縫隙的第一側約為10mm，而矩形縫隙的第二側約為28mm；第一支路具有約18mm的長度，以及其中半波長天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
在第三可選實施例的移動站的一個變形中，天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線。
本發(fā)明的第四可選實施例包括一種具有天線組件的移動站，該天線組件包括四分之一波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少一個邊；導電層，定位于電介質(zhì)襯底的第一側上，其中在導電層中有暴露電介質(zhì)襯底的第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中矩形縫隙的第一側與電介質(zhì)襯底的至少一個邊相對準；饋線，定位于電介質(zhì)襯底的第二側上，其中饋線的中心線與矩形縫隙的第一側相平行地延伸，以及其中饋線沿電介質(zhì)襯底的至少一個邊延伸，以及其中饋線具有近端和遠端，饋線的遠端恰延伸到與矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與第一側的矩形縫隙正相對的電介質(zhì)襯底的第二側上，L形調(diào)諧短截線包括與矩形縫隙的第二側相平行地遠離電介質(zhì)襯底的第一邊從饋線的遠端橫向延伸的第一支路，其中第一支路具有近端和遠端，L形調(diào)諧短截線還包括與矩形縫隙的第一側相平行地從第一支路的遠端橫向延伸的第二支路。
在第四可選實施例的移動站的一個變形中，四分之一波長縫隙天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
在第四可選實施例的移動站的另一變形中，天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線。
總而言之，根據(jù)本發(fā)明而實現(xiàn)的印刷UWB縫隙天線至少具有如下優(yōu)點它們薄至僅有PCB的厚度；它們抗碎；以及它們無需特殊的制作步驟并且因此制造起來便宜。


在結合附圖來閱讀時的以下具體實施方式
中，這些教導中的上述以及其它方面變得更為明顯，在附圖中圖1A和1B描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一可選實施例而實現(xiàn)的在移動終端的PCB上集成的半波長縫隙UWB天線的頂視圖和側視圖；圖2是圖1A和1B的半波長UWB縫隙天線的回程損耗的曲線圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的三個非限制性變形在移動終端的PCB上集成的四分之一波長縫隙UWB天線的頂視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的三個非限制性變形在移動終端的PCB上集成的四分之一波長縫隙UWB天線的側視圖；圖5是示出了圖3和圖4的PCB上集成的四分之三波長縫隙UWB天線的回程損耗的曲線圖；圖6A描繪了天線組件的頂視圖，該天線組件包括雙頻帶平面式倒F-天線(PIFA)天線和根據(jù)本發(fā)明第一可選實施例的變形而實現(xiàn)的半波長縫隙UWB天線，而圖6B示出了雙頻帶PIFA天線(S11)和半波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)；圖7A描繪了天線組件的頂視圖，該天線組件包括雙頻帶平面式倒F-天線(PIFA)天線和根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的變形而實現(xiàn)的四分之一波長縫隙UWB天線，而圖7B示出了雙頻帶PIFA天線(S11)和四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)；圖8A描繪了天線組件的頂視圖，該天線組件包括雙頻帶平面式倒F-天線(PIFA)天線和根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的變形而實現(xiàn)的四分之一波長縫隙UWB天線，而圖8B示出了雙頻帶PIFA天線(S11)和四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)；以及圖9描繪了天線組件的頂視圖，該天線組件包括雙頻帶平面式倒F-天線(PIFA)天線和根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的變形而實現(xiàn)的四分之一波長縫隙UWB天線，而圖9B示出了雙頻帶PIFA天線(S11)和四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)。
具體實施例方式
在本發(fā)明的非限制性實施例中，在長度80mm、寬度40mm和厚度1mm的地平面上集成半波長和四分之一波長縫隙UWB天線，該尺寸是用于移動終端的典型PCB的尺寸。用于PCB的電介質(zhì)材料是εr＝4.4的FR4，而金屬的導電率是4.9×107。所有天線例子都是以IE3D(基于力矩方法的商用軟件包)來仿真的。另外，UWB天線優(yōu)選地在3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作，雖然這對于本發(fā)明優(yōu)選實施例的實現(xiàn)沒有限制。
圖1A和1B描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一可選實施例而實現(xiàn)的在PCB2上集成的半波長印刷縫隙UWB天線7的頂視圖和側視圖。該半波長因子縫隙UWB天線構造如下。PCB 2部分地包括在半波長縫隙天線7的區(qū)域中的電介質(zhì)材料3。導電層5定位于PCB 2的第一側4上。矩形縫隙8位于PCB 2的第一側4上。矩形縫隙8至少具有第一側9和與縫隙8的第一側9正交的第二側10。饋線11印刷于PCB 2的第二側6上。饋線11具有近端12和遠端13。饋線11的遠端13恰延伸到與縫隙8正相對的PCB 2的第二側6上的區(qū)域中并且將縫隙8的第二側10平分(bisect)。饋線11的中心線與矩形縫隙8的第一側9基本上相平行地延伸。在PCB 2的第二側6上也印刷有包括第一支路15和第二支路18的叉形調(diào)諧短截線14。叉形調(diào)諧短截線14的第一支路15具有與饋線11的近端13和遠端17相對準的中間點16。第二支路18從第一支路15的遠端17橫向延伸。如上所言，PCB 2的尺度優(yōu)選地是40mm×80mm×1mm，而縫隙8的尺寸優(yōu)選地是28mm(1)×10mm(w)以實現(xiàn)在3.1GHz到4.8GHz這一范圍內(nèi)的工作頻率。
在圖2中示出了半波長縫隙天線7的回程損耗。從圖2可以看出，天線7的回程損耗就2.9GHz與5.3GHz之間的頻率而言是在10dB以下。縫隙天線7跨如此寬帶的良好阻抗匹配是通過改變調(diào)諧短截線14的尺度來獲得的。例如，在一個優(yōu)選但并非限制性實施例中，短截線14的第二支路18的尺度近似地是2mm×5.5mm。從圖2也可以看出，回程損耗的曲線在工作頻率范圍內(nèi)具有兩個諧振頻率一個是在約3.3GHz處而另一個是在約4.8GHz處。事實上，較低的諧振頻率通過縫隙8的第二側10的長度(28mm)來控制，而較高的諧振頻率取決于叉形調(diào)諧短截線14的第一支路15的長度(18mm)。縫隙8的第二側10的長度約為較低諧振頻率的半波長，因此這一縫隙天線稱之為半波長縫隙UWB天線。通過修改第一支路15和第二支路18的尺度，可以根據(jù)所需工作頻率來實現(xiàn)天線的良好阻抗匹配。
在半波長縫隙天線7內(nèi)的電場分量(Ey)有利地與縫隙的中心線(沿y軸)對稱。Ey電場在縫隙18的中心線處具有它的最大值而在縫隙8的兩端處具有它的最小值。因此，縫隙8的中心線是H-壁電路或者開路。半波長縫隙天線的這一有益性質(zhì)如下所述對于設計四分之一波長縫隙UWB天線是重要的原理。
用于移動終端的四分之一波長印刷縫隙UWB天線由于半波長縫隙天線的上述特殊性質(zhì)，四分之一縫隙UWB天線可以通過使用縫隙的一半(其中縫隙置于PCB的一個邊處)來設計。圖3和圖4描繪了位于PCB 20的第一邊25的三個不同位置處的根據(jù)本發(fā)明的第二可選實施例而實現(xiàn)的四分之一波長縫隙UWB天線26。四分之一波長縫隙天線的構造如下。PCB 20部分地包括在四分之一波長縫隙天線26的區(qū)域中的電介質(zhì)材料21。導電層23定位于PCB 20的第一側22上。矩形縫隙27沿第一邊25和在PCB 20的第一側22上設置。矩形縫隙27至少具有與PCB 20的第一邊25相對準的第一側28和與縫隙27的第一側28相正交的第二側29。在PCB20的第二側24上印刷有饋線30。饋線30具有近端31和遠端32。饋線30的遠端32恰延伸到與縫隙28正相對的PCB 20的第二側24上的區(qū)域中。饋線30的中心線與矩形縫隙27的第一側28基本上相平行地延伸。在PCB 20的第二側24上也印刷有包括第一支路34和第二支路37的L形短截線33。L形短截線33的第一支路34具有近端35和遠端36。第一支路34與矩形縫隙27的第二側29相平行地從饋線30的遠端32橫向延伸。第二支路37從第一支路34的遠端36橫向延伸。在與饋線30的近端31相重合的饋點處饋送天線26。PCB 20的尺度優(yōu)選地是40mm×80mm×1mm，而縫隙27和L形調(diào)諧短截線33的第一支路34的尺寸就情況1、2和3而言分別優(yōu)選地是(a)12mm×4mm(縫隙27)、10.2mm×0.75mm(第一支路34)、(b)11.8mm×4mm、10.5mm×0.75mm和(c)12.75mm×4mm、10.2mm×0.75mm。L形調(diào)諧短截線33的第二支路37的尺度就情況1、2和3而言分別優(yōu)選地是(a)1.5mm×1.5mm、(b)1.5mm×1.5mm和(c)1.5mm×1.75mm。
在圖5中圖示了位于PCB 20上的三個不同位置(情況1、情況2、情況3)處的四分之一波長縫隙UWB天線26的回程損耗。從圖5可以看出，即使四分之一波長縫隙UWB天線的尺度從半波長縫隙UWB天線的原尺寸減少約80％，但是四分之一波長縫隙UWB天線的工作頻率仍然在約3.1GHz到4.9GHz的范圍中。這至少部分地歸因于在四分之一波長縫隙UWB天線26的開放側28處出現(xiàn)的較強電容效應。由于四分之一波長縫隙UWB天線的尺寸較小，四分之一波長縫隙UWB天線26因此對于移動終端而言優(yōu)于半波長波長縫隙UWB天線7。半波長和四分之一波長印刷縫隙UWB天線和雙頻帶PIFA天線的隔離現(xiàn)在討論半波長和四分之一波長縫隙UWB天線與常規(guī)雙頻帶PIFA GSM天線(在0.9GHz和1.8GHz的頻率工作)之間的隔離。具體而言，雙頻帶PIFA天線位于PCB上方8mm處。
圖6(a)圖示了雙頻帶PIFA天線40(構造于終端的頂部上)和半波長縫隙UWB天線45的位置，而在圖6(b)中示出了雙頻帶PIFA天線(S11)和半波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及隔離。從圖6(b)可以看出，這兩個天線之間的隔離大于20dB，這對于實際用途是充分的。
圖7圖示了雙頻帶PIFA天線和第一四分之一波長縫隙UWB天線的隔離。在圖7a中示出了雙頻帶PIFA天線40和四分之一波長縫隙UWB天線50的位置，而在圖7b中示出了雙頻帶PIFA天線(S11)、四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)。
圖8圖示了雙頻帶PIFA天線和第二四分之一波長縫隙UWB天線的隔離。在圖8a中示出了雙頻帶PIFA天線40和四分之一波長縫隙UWB天線50的位置，而在圖8b中示出了雙頻帶PIFA天線(S11)、四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)。
圖9圖示了雙頻帶PIFA天線和第三四分之一波長縫隙UWB天線的隔離。在圖9a中示出了雙頻帶PIFA天線40和四分之一波長縫隙UWB天線50的位置，而在圖9b中示出了雙頻帶PIFA天線(S11)、四分之一波長縫隙UWB天線(S22)的回程損耗以及它們之間的隔離(S21)。
從這些圖可以看出，用于各上述四分之一波長縫隙UWB天線例子的隔離也是充分的。此外，在上述三個四分之一波長縫隙UWB天線例子中，圖7的第一四分之一波長縫隙UWB天線呈現(xiàn)最佳的隔離。這歸因于在第一四分之一波長縫隙UWB天線例子中兩個天線間隔以最大的距離并且因此出現(xiàn)最佳的隔離這一事實。
從上述分析可以明顯地觀察到，從緊湊性和小輪廓的觀點來看，四分之一波長縫隙UWB天線適合于在移動終端和其它小外形規(guī)格的帶內(nèi)之設備中使用。
使用四分之一波長縫隙UWB天線相較于半波長縫隙UWB天線而言的優(yōu)點在于尺寸減少，這使四分之一波長縫隙UWB天線更適合于移動終端。對于四分之一波長和半波長縫隙UWB天線以下做出結論尺寸半波長縫隙UWB天線的尺寸是28mm×10mm，而四分之一波長縫隙UWB天線的(最大)尺寸是12.75mm×4mm。因此，與半波長縫隙UWB天線相比，如果使用四分之一波長縫隙UWB天線則可以實現(xiàn)約80％的尺寸減少；輻射模式PCB支配了移動終端應用中的輻射模式，因此半波長和四分之一波長縫隙UWB天線具有相似的輻射模式；輻射效率半波長縫隙UWB天線的最小(在較高頻率出現(xiàn))輻射頻率約為75％，而對于四分之一波長縫隙UWB天線，它約為65％。輻射效率的減少歸因于四分之一波長縫隙UWB天線的小尺度。
此外，當PIFA天線40和四分之一波長縫隙UWB天線50具有最大的間距時獲得(雙頻帶PIFA天線40與四分之一波長縫隙UWB天線50之間的)最佳的隔離性能。
以上描述已經(jīng)通過示例性和非限制性例子提供了對發(fā)明人當前構思用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方法和裝置的既完全又具啟發(fā)性的描述。然而，鑒于在結合附圖和所附權利要求來閱讀時的以上描述時，各種修改和適應對于相關領域技術人員可以變得明顯。然而，對本發(fā)明的教導的所有這樣的修改和相似的修改仍然落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種四分之一波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少一個邊；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙的第一側與所述電介質(zhì)襯底的所述至少一個邊相對準；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線沿所述電介質(zhì)襯底的所述至少一個邊延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰好延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述L形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的第二側相平行地遠離所述電介質(zhì)襯底的所述第一邊從所述饋線的所述遠端橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有近端和遠端，所述L形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路。
2.根據(jù)權利要求1所述的四分之一波長縫隙天線，其中所述饋線是微帶線。
3.根據(jù)權利要求1所述的四分之一波長縫隙天線，其中所述天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
4.根據(jù)權利要求1所述的四分之一波長縫隙天線，其中所述四分之一波長天線的回程損耗在所述工作頻率范圍內(nèi)具有至少兩個諧振頻率。
5.根據(jù)權利要求4所述的四分之一波長縫隙天線，其中所述至少兩個諧振頻率包括第一諧振頻率，其中所述第一諧振頻率是所述矩形縫隙的所述第二側的長度的函數(shù)；以及第二諧振頻率，其中所述第二諧振頻率是所述L形調(diào)諧短截線的所述第一支路的長度的函數(shù)。
6.一種用于在移動終端中使用的天線組件，包括四分之一波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少兩個邊，其中所述兩個邊包括第一邊和與所述第一邊相正交的第二邊；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙的第一側與所述電介質(zhì)襯底的所述第一邊相對準；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線沿所述電介質(zhì)襯底的所述至少一個邊延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰好延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述L形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的第二側相平行地遠離所述電介質(zhì)襯底的所述第一邊從所述饋線的所述遠端橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有近端和遠端，所述L形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路；以及雙頻帶平面式倒F-天線，從所述電介質(zhì)襯底的所述第二邊向內(nèi)地定位于所述電介質(zhì)襯底上。
7.一種半波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙至少具有第一側和與所述第一側相正交的第二側；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰好延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上的區(qū)域中，將所述矩形縫隙的所述第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述叉形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的所述第二側相平行地從所述饋線的所述遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有中間點和兩個遠端，所述第一支路的所述中間點與所述饋線的所述遠端相對準，所述叉形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路；以及其中所述矩形縫隙的所述第一側約為10mm，而所述矩形縫隙的所述第二側約為28mm；所述第一支路具有約18mm的長度，以及其中所述半波長天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
8.根據(jù)權利要求7所述的天線，其中所述半波長天線包括半波長縫隙超寬帶天線。
9.根據(jù)權利要求7所述的天線，其中所述半波長天線的所述饋線包括微帶線。
10.根據(jù)權利要求7所述的天線，其中所述半波長天線的回程損耗在所述工作頻率范圍具內(nèi)有至少兩個諧振頻率。
11.根據(jù)權利要求10所述的天線，其中第一諧振頻率是所述縫隙的所述第二側的長度的函數(shù)，而第二諧振頻率是所述半波長天線的所述叉形調(diào)諧短截線的所述第一支路的長度的函數(shù)。
12.一種用于在移動終端中使用的天線組件，包括半波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙至少具有第一側和與所述第一側相正交的第二側；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰好延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上的區(qū)域中，將所述矩形縫隙的所述第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述叉形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的所述第二側相平行地從所述饋線的所述遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有中間點和兩個遠端，所述第一支路的所述中間點與所述饋線的所述遠端相對準，所述叉形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路；以及其中所述天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線，定位于所述電介質(zhì)襯底上。
13.一種具有天線組件的移動站，其中所述天線組件包括四分之一波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側、第二側和至少一個邊；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙的第一側與所述電介質(zhì)襯底的所述一個邊相對準；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線沿所述電介質(zhì)襯底的所述至少一個邊延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰好延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上的區(qū)域中；以及L形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述L形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的第二側相平行地遠離所述電介質(zhì)襯底的所述第一邊從所述饋線的所述遠端橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有近端和遠端，所述L形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路。
14.根據(jù)權利要求13所述的移動站，其中所述四分之一波長縫隙天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
15.根據(jù)權利要求13所述的移動站，其中所述天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線。
16.一種具有天線組件的移動站，該天線組件包括半波長縫隙天線，包括電介質(zhì)襯底，具有第一側和第二側；導電層，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第一側上，其中在所述導電層中有暴露所述電介質(zhì)襯底的所述第一側的一部分的矩形縫隙，以及其中所述矩形縫隙至少具有第一側和與所述第一側相正交的第二側；饋線，定位于所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，其中所述饋線的中心線與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地延伸，以及其中所述饋線具有近端和遠端，所述饋線的所述遠端恰延伸到與所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上的區(qū)域中，將所述矩形縫隙的所述第二側平分；以及叉形調(diào)諧短截線，定位于與所述第一側的所述矩形縫隙正相對的所述電介質(zhì)襯底的所述第二側上，所述叉形調(diào)諧短截線包括與所述矩形縫隙的所述第二側相平行地從所述饋線的所述遠端在任一方向橫向延伸的第一支路，其中所述第一支路具有中間點和兩個遠端，所述第一支路的所述中間點與所述饋線的所述遠端相對準，所述叉形調(diào)諧短截線還包括與所述矩形縫隙的所述第一側相平行地從所述第一支路的所述遠端橫向延伸的第二支路；以及其中所述矩形縫隙的所述第一側約10mm，而所述矩形縫隙的所述第二側約28mm；所述第一支路具有約18mm的長度，以及其中所述半波長天線在約3.1GHz到4.9GHz的頻率范圍工作。
17.根據(jù)權利要求16所述的移動站，其中所述天線組件還包括雙頻帶平面式倒F-天線。
全文摘要
本發(fā)明利用縫隙天線來實現(xiàn)用于在移動終端中使用的UWB天線(7)和四分之一縫隙UWB天線。與較低諧振頻率有關的縫隙(8)長度約為波長的一半(對于半波長縫隙天線)或者四分之一(對于四分之一波長縫隙天線)，而較高諧振頻率與調(diào)諧短截線(4)的尺度有關。通過修改調(diào)諧短截線(14)的尺度，可以根據(jù)所需工作頻率來實現(xiàn)天線的良好阻抗匹配。本發(fā)明可以用于移動終端以便在3.1GHz－4.9GHz的頻率范圍發(fā)送和接收信號。
文檔編號H01Q13/10GK101084604SQ200480044454
公開日2007年12月5日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權日2004年10月13日
發(fā)明者趙安平, J·拉奧拉 申請人:諾基亞西門子網(wǎng)絡公司