CN100466377C - 多频带平面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种小型平面天线(10)，其中呈直角三角形形状的一辐射元件(20)形成在一基板(18)上。一接地平面(16)可定位在该基板(18)的一侧或两侧上。一缝隙(46)从该辐射元件(20)的一侧延伸进入该元件。

Description

多频带平面天线
技术领城
本发明涉及一种用于无线通信装置(诸如蜂窝式电话、PCMCIA卡等)的小型、多频带平面天线。
背景技术
对于一给定的物理尺寸和一组天线性能参数(诸如增益和天线图案)，多频带天线的性能通常低于相同尺寸的单频带天线，或相反地，多频带天线在物理上大于具有相同性能的单频带天线。另外，多频带天线在结构上通常比单频带天线更复杂，因此多频带天线的成本高于单频带天线。在许多应用多频带天线的情况中，多频带天线阻抗特性在所有期望频带中都不能与50欧姆匹配，因此需要一匹配网络来与多频带天线一起使用。在许多应用中，希望多频带天线具有与单频带天线相同的尺寸、成本和简单性。对于平面天线的需要曾在美国专利第6,157,344号、6,249,254号和6,037,525号中充分地描述过。因而，需要一种平面的、多频带天线，该天线具有诸如‘344专利中的平面天线的优点但是以两个或多个频率工作且不大于‘344专利的天线。特别地，远程通信市场需要一种用于两个主要网络频率(例如，860兆赫兹[AMPS]和1920兆赫兹[PCS])的双频带天线。美国专利第6,307,525号是关于一种多频带天线，该天线结合了美国专利第6,157,344号和第6,249,254号的设计的元件与一能够基于频率分离出射频能量的多路复用器。虽然‘525专利的天线运行地非常好且已经成功地商品化，但它相对较大且一般大于它所替换的天线的面积。此外，多路复用器电路的引入引起了一些损耗，这减少了‘525专利中天线的增益，并且在一些情况下，天线辐射的图案因多路复用器的存在而受到影响。‘525专利中天线的主要优点是单端口和它的平面形状。
发明内容
本发明描述一种平面天线，其包括一由商用PCB层压板或其它材料中制造的电介质基板和一以直角三角形或相关形状形成在它的一侧上的辐射元件。一缝隙从该辐射元件的一侧延伸进入该元件。在一些实施例中，该基板的一侧或两侧上提供一接地平面。
本发明提供一种多频带平面天线，其包括:一平坦的电介质基板，其具有一第一表面、一通常平行于该第一表面的第二表面、一第一边缘和一通常定位成与该第一边缘相对的第二边缘；在该基板的该第一表面上的一金属辐射元件；该辐射元件通常具有一直角三角形形状，该直角三角形包括一通常定位成与该基板的该第一边缘相邻的线性底部、一从该底部的一端延伸的第一线性侧和一从该线性底部的另一端延伸的第二线性侧，该辐射元件具有一由该第一线性侧和该第二线性侧相交形成的三角形顶点；该辐射元件具有一形成在其中的缝隙，该缝隙向内延伸进入该辐射元件的该第一侧；一线性金属馈电线包括且形成为该三角形顶点的延伸，该馈电线沿一远离该三角形底部的方向延伸且从该三角形顶点向该基板的该第二边缘延伸；和一在该基板的该第二表面上的金属接地平面元件，该接地平面元件具有一通常定位成与该基板的该第二边缘相邻的第一边缘；该接地平面元件具有第二边缘，其中该第二边缘在尺寸上与该馈电线和仅仅该辐射元件的该顶点重叠；该接地平面元件电连接到该辐射元件。
本发明还提供一种多频带平面天线，其包括:一平坦的电介质基板，它具有一第一表面、一通常平行于该第一表面的第二表面、一第一边缘和一通常定位成与该第一边缘相对的第二边缘；在该基板的该第一表面上的一金属辐射元件；该辐射元件具有一整体地直角三角形形状，该直角三角形包括一通常与该基板的该第一边缘相邻设置的线性底部、一从该底部的一端延伸的第一线性侧和一从该线性底部的另一端延伸的第二线性侧，该辐射元件具有一由该第一线性侧和该第二线性侧相交形成的三角形顶点；该辐射元件具有一形成在其中的缝隙，该缝隙向内延伸进入该辐射元件的该第一线性侧；从该辐射元件的该顶点延伸的线性金属馈电线；和设置在该基板的该第一表面上的金属接地平面元件。
因此本发明的一主要目的是提供一种足够小而可用于大多数应用中的小型、多频带平面天线。
本发明的另一目的是提供一种足够小而可用于大多数应用中且不损失增益、图案和带宽性能的小型、多频频平面天线。
本发明一进一步的目的是提供一种包括一呈直角三角形或相关形状的天线元件的小型、多频带平面天线。
本发明的又一目的是提供一种比某些其它的平面天线的制造花费更少的小型、多频带平面天线。
所属技术领域的技术人员应当理解这些和其它的目的。
附图说明
图1A是本发明的辐射元件一侧的顶视图，其中具有一装配在基板同一侧上的可选接地平面元件；
图1B是图1A的基板的另一侧的顶视图，其中说明了一提供在其上的接地平面。
具体实施方式
图1A是一顶视图，也就是，依照本发明的天线10的辐射元件侧的视图，其中最后的保护性非传导塑胶涂层没有施加到该天线上，且其中天线10的位于中心的长轴以箭头12示出。图1B是一底视图，也就是，天线10的接地平面元件侧的视图。数字14指的是一通孔，其延伸穿过接地平面16、基板18和天线元件20以方便将一馈电电缆连接到天线。
在本发明的一较佳实施例中，天线10的基板18由相对薄的商用PCB层压板基板(诸如玻璃环氧树脂)形成，但是不限于此。基板18的顶部和底部平面22和24承载一金属(诸如铜)的薄层、涂层或薄膜。覆铜箔的基板18(例如)通过使用众所周知的掩模和蚀刻技术加以处理，以便提供(1)该基板18的图1A侧上的一第一金属图案，该第一金属图案包括一直角三角形的金属辐射元件20，该元件20的底部26与该基板18的第一侧边缘或边缘表面28相重合或紧密地相邻，且提供一从该三角形的顶点32延伸的金属馈电线30；且提供(2)该基板18的图1B侧上的一第二金属图案，该第二图案包括一金属接地板元件16，该元件16具有一定位成与与第二侧边缘或边缘表面34相重合或紧密地相邻的第一边缘33，且具有在尺寸上与馈电线30的一部分重叠但是不与辐射元件20重叠的第二边缘36。
在本发明的较佳实施例中，基板18是矩形，辐射元件20形成为具有从底部26向顶点32延伸的边38和40的直角三角形，但是不限于此。
在本发明的精神和范围内，电连接该天线的辐射元件20与接地平面元件16的方式可以采取多种形式。例如，可将一边缘连接器连接至馈电线30，且可将一第二边缘连接器连接至接地平面元件16。在图示的实施例中，通孔14允许一同轴电缆有效地连接至接地平面元件16和天线元件20。
在本发明的一实施例中，第二接地平面元件42可以形成在天线10的辐射元件侧上(如图1中所见)，且接地平面元件42具有一收纳馈电线30的切口部分44(如图1A所示)。
辐射元件20具有一形成于其中的缝隙46，其为产生本发明的多频特性的电流路径的多重性作准备。如在图1A中所看到的，缝隙46的一端是开放的而另一端是封闭的。缝隙46产生多重电流路径，从而引起来自于没有额外天线尺寸的结构中的多重辐射谐振。可改变缝隙46的尺寸和几何形状来获得用于第二主要谐振频带的所要频率。如果需要，可将一简单的微带传输线匹配网络添加至天线馈电点30，以便增加所要谐振的带宽和阻抗匹配。本发明的天线具有两个或两个以上的有用频带，该等频带以单极或偶极模式辐射，其尺寸需求大约是当前商品化的‘344专利的天线的百分之五十而没有任何附加部件。
在一些应用中，需要PCB作为额外部件，诸如全球定位系统(GPS)接收天线的低噪声天线(LNA)级。本发明的天线提供必需的PCB区域作为该天线现有接地平面的一部分，从而允许比过去他人曾使用的将一分离的PCB用于GPS天线组件的解决方案更为成本有效和更小型的解决方案，且允许比现有先前技术的天线更为成本有效和更小型的解决方案。
在其它应用中，希望将一第二GPS天线组件与该天线结合在一起。在这样的一应用中，该GPS天线组件需要一接地平面。本发明在这里提供必需的接地平面作为该天线的一部分，从而允许比过去他人曾使用的一分离的接地平面的解决方案更为成本有效和更小型的解决方案，且其允许比现有的先前技术天线更为成本有效和更小型的解决方案。
本发明的天线允许单个天线用于多频带而不需要至发送机/接收机的额外敷设电缆或连接。在希望将多个载波连接到一系统(诸如多载波室内声音系统)的情况下，使用有时重复的多频带天线可允许单个零件号的尺度的经济性胜于两个或三个或对于各种频率而言在分离的零件中。将本发明的方法用于远程通信应用允许使用比集成的双工器方法更小的天线。本发明的优点对于必须尽可能小的玻璃上天线和秘密天线来说很关键。
本发明的平面天线理想地适合于无线应用和远程通信应用中，在无线应用中，小天线是最小限度的可视效果(秘密)所必需的，在远程通信应用中，小平面天线是有用的以便允许该装置隐藏在交通工具中。另外，该天线在包括PCMCIA卡的便携式无线装置中是有用的，其中卡的尺寸是预先确定的从而限制了天线的可用空间。由于本发明天线的小尺寸，其在线性阵列天线中是有用的因为其使阵列的最终尺寸最小。
本发明天线的尺寸大约是美国专利第6,157,344号中描述的具有相同增益、图案和带宽性能的MicrosphereTM天线的尺寸的一半。本发明的天线是理想的，适合于‘344专利中陈述的所有使用(应用)。
因而可以看到本发明至少实现了所有它宣称的目的。

Claims (4)

1.一种多频带平面天线，其包括:
一平坦的电介质基板，其具有一第一表面、一平行于该第一表面的第二表面、一第一边缘和一定位成与该第一边缘相对的第二边缘；
在该基板的该第一表面上的一金属辐射元件；该辐射元件具有一直角三角形形状，该直角三角形包括一定位成与该基板的该第一边缘相邻的线性底部、一从该底部的一端延伸的第一线性侧和一从该线性底部的另一端延伸的第二线性侧，该辐射元件具有一由该第一线性侧和该第二线性侧相交形成的三角形顶点；该辐射元件具有一形成在其中的缝隙，该缝隙向内延伸进入该辐射元件的该第一线性侧；
一从该三角形顶点延伸的线性金属馈电线，该馈电线沿一远离该三角形底部的方向延伸且从该三角形顶点向该基板的该第二边缘延伸；和
一在该基板的该第二表面上的金属接地平面元件，该接地平面元件具有一定位成与该基板的该第二边缘相邻的第一边缘；该接地平面元件具有在尺寸上与该馈电线的一部分重叠但是不与该辐射元件重叠的第二边缘；该接地平面元件电连接到该辐射元件。
2.如权利要求1所述的天线，其中该缝隙平行于该辐射元件的该线性底部。
3.如权利要求2所述的天线，其中该缝隙形成在与该基板的该第一边缘相邻的该辐射元件中。
4.如权利要求1所述的天线，其中一第二金属接地平面元件被提供在该基板的该第一表面上。
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