專利名稱：多頻帶平面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線通信裝置(諸如蜂窩式電話、PCMCIA卡等)的小型、多頻帶平面天線。
背景技術(shù)：
對(duì)于一給定的物理尺寸和一組天線性能參數(shù)(諸如增益和天線圖案)，多頻帶天線的性能通常低于相同尺寸的單頻帶天線，或相反地，多頻帶天線在物理上大于具有相同性能的單頻帶天線。另外，多頻帶天線在結(jié)構(gòu)上通常比單頻帶天線更復(fù)雜，因此多頻帶天線的成本高于單頻帶天線。在許多應(yīng)用多頻帶天線的情況中，多頻帶天線阻抗特性在所有期望頻帶中都不能與50歐姆匹配，因此需要一匹配網(wǎng)絡(luò)來與多頻帶天線一起使用。在許多應(yīng)用中，希望多頻帶天線具有與單頻帶天線相同的尺寸、成本和簡單性。對(duì)于平面天線的需要曾在美國專利第6,157,344號(hào)、6,249,254號(hào)和6,037,525號(hào)中充分地描述過。因而，需要一種平面的、多頻帶天線，該天線具有諸如‘344專利中的平面天線的優(yōu)點(diǎn)但是以兩個(gè)或多個(gè)頻率工作且不大于‘344專利的天線。特別地，遠(yuǎn)程通信市場需要一種用于兩個(gè)主要網(wǎng)絡(luò)頻率(例如，860兆赫茲[AMPS]和1920兆赫茲[PCS])的雙頻帶天線。美國專利第6,307,525號(hào)是關(guān)于一種多頻帶天線，該天線結(jié)合了美國專利第6,157,344號(hào)和第6,249,254號(hào)的設(shè)計(jì)的元件與一能夠基于頻率分離出射頻能量的多路復(fù)用器。雖然‘525專利的天線運(yùn)行地非常好且已經(jīng)成功地商品化，但它相對(duì)較大且一般大于它所替換的天線的面積。此外，多路復(fù)用器電路的引入引起了一些損耗，這減少了‘525專利中天線的增益，并且在一些情況下，天線輻射的圖案因多路復(fù)用器的存在而受到影響?！?25專利中天線的主要優(yōu)點(diǎn)是單端口和它的平面形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述一種平面天線，其包括一由商用PCB層壓板或其它材料中制造的電介質(zhì)基板和一以直角三角形或相關(guān)形狀形成在它的一側(cè)上的輻射元件。一縫隙從該輻射元件的一側(cè)延伸進(jìn)入該元件。在一些實(shí)施例中，該基板的一側(cè)或兩側(cè)上提供一接地平面。
因此本發(fā)明的一主要目的是提供一種足夠小而可用于大多數(shù)應(yīng)用中的小型、多頻帶平面天線。
本發(fā)明的另一目的是提供一種足夠小而可用于大多數(shù)應(yīng)用中且不損失增益、圖案和帶寬性能的小型、多頻頻平面天線。
本發(fā)明一進(jìn)一步的目的是提供一種包括一呈直角三角形或相關(guān)形狀的天線元件的小型、多頻帶平面天線。
本發(fā)明的又一目的是提供一種比某些其它的平面天線的制造花費(fèi)更少的小型、多頻帶平面天線。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解這些和其它的目的。


圖1A是本發(fā)明的輻射元件一側(cè)的頂視圖，其中具有一裝配在基板同一側(cè)上的可選接地平面元件；圖1B是圖1A的基板的另一側(cè)的頂視圖，其中說明了一提供在其上的接地平面。
具體實(shí)施例方式
圖1A是一頂視圖，也就是，依照本發(fā)明的天線10的輻射元件側(cè)的視圖，其中最后的保護(hù)性非傳導(dǎo)塑膠涂層沒有施加到該天線上，且其中天線10的位于中心的長軸以箭頭12示出。圖1B是一底視圖，也就是，天線10的接地平面元件側(cè)的視圖。數(shù)字14指的是一通孔，其延伸穿過接地平面16、基板18和天線元件20以方便將一饋電電纜連接到天線。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，天線10的基板18由相對(duì)薄的商用PCB層壓板基板(諸如玻璃環(huán)氧樹脂)形成，但是不限于此。基板18的頂部和底部平面22和24承載一金屬(諸如銅)的薄層、涂層或薄膜。覆銅箔的基板18(例如)通過使用眾所周知的掩模和蝕刻技術(shù)加以處理，以便提供(1)該基板18的圖1A側(cè)上的一第一金屬圖案，該第一金屬圖案包括一直角三角形的金屬輻射元件20，該元件20的底部26與該基板18的第一側(cè)邊緣或邊緣表面28相重合或緊密地相鄰，且提供一從該三角形的頂點(diǎn)32延伸的金屬饋電線30；且提供(2)該基板18的圖1B側(cè)上的一第二金屬圖案，該第二圖案包括一金屬接地板元件16，該元件16具有一定位成與與第二側(cè)邊緣或邊緣表面34相重合或緊密地相鄰的第一邊緣33，且具有在尺寸上與饋電線30的一部分重疊但是不與輻射元件20重疊的第二邊緣36。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，基板18是矩形，輻射元件20形成為具有從底部26向頂點(diǎn)32延伸的邊38和40的直角三角形，但是不限于此。
在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，電連接該天線的輻射元件20與接地平面元件16的方式可以采取多種形式。例如，可將一邊緣連接器連接至饋電線30，且可將一第二邊緣連接器連接至接地平面元件16。在圖示的實(shí)施例中，通孔14允許一同軸電纜有效地連接至接地平面元件16和天線元件2 。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第二接地平面元件42可以形成在天線10的輻射元件側(cè)上(如圖1中所見)，且接地平面元件42具有一收納饋電線30的切口部分44(如圖1A所示)。
輻射元件20具有一形成于其中的縫隙46，其為產(chǎn)生本發(fā)明的多頻特性的電流路徑的多重性作準(zhǔn)備。如在圖1A中所看到的，縫隙46的一端是開放的而另一端是封閉的?？p隙46產(chǎn)生多重電流路徑，從而引起來自于沒有額外天線尺寸的結(jié)構(gòu)中的多重輻射諧振?？筛淖兛p隙46的尺寸和幾何形狀來獲得用于第二主要諧振頻帶的所要頻率。如果需要，可將一簡單的微帶傳輸線匹配網(wǎng)絡(luò)添加至天線饋電點(diǎn)30，以便增加所要諧振的帶寬和阻抗匹配。本發(fā)明的天線具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的有用頻帶，該等頻帶以單極或偶極模式輻射，其尺寸需求大約是當(dāng)前商品化的‘344專利的天線的百分之五十而沒有任何附加部件。
在一些應(yīng)用中，需要PCB作為額外部件，諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)接收天線的低噪聲天線(LNA)級(jí)。本發(fā)明的天線提供必需的PCB區(qū)域作為該天線現(xiàn)有接地平面的一部分，從而允許比過去他人曾使用的將一分離的PCB用于GPS天線組件的解決方案更為成本有效和更小型的解決方案，且允許比現(xiàn)有先前技術(shù)的天線更為成本有效和更小型的解決方案。
在其它應(yīng)用中，希望將一第二GPS天線組件與該天線結(jié)合在一起。在這樣的一應(yīng)用中，該GPS天線組件需要一接地平面。本發(fā)明在這里提供必需的接地平面作為該天線的一部分，從而允許比過去他人曾使用的一分離的接地平面的解決方案更為成本有效和更小型的解決方案，且其允許比現(xiàn)有的先前技術(shù)天線更為成本有效和更小型的解決方案。
本發(fā)明的天線允許單個(gè)天線用于多頻帶而不需要至發(fā)送機(jī)/接收機(jī)的額外敷設(shè)電纜或連接。在希望將多個(gè)載波連接到一系統(tǒng)(諸如多載波室內(nèi)聲音系統(tǒng))的情況下，使用有時(shí)重復(fù)的多頻帶天線可允許單個(gè)零件號(hào)的尺度的經(jīng)濟(jì)性勝于兩個(gè)或三個(gè)或?qū)τ诟鞣N頻率而言在分離的零件中。將本發(fā)明的方法用于遠(yuǎn)程通信應(yīng)用允許使用比集成的雙工器方法更小的天線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于必須盡可能小的玻璃上天線和秘密天線來說很關(guān)鍵。
本發(fā)明的平面天線理想地適合于無線應(yīng)用和遠(yuǎn)程通信應(yīng)用中，在無線應(yīng)用中，小天線是最小限度的可視效果(秘密)所必需的，在遠(yuǎn)程通信應(yīng)用中，小平面天線是有用的以便允許該裝置隱藏在交通工具中。另外，該天線在包括PCMCIA卡的便攜式無線裝置中是有用的，其中卡的尺寸是預(yù)先確定的從而限制了天線的可用空間。由于本發(fā)明天線的小尺寸，其在線性陣列天線中是有用的因?yàn)槠涫龟嚵械淖罱K尺寸最小。
本發(fā)明天線的尺寸大約是美國專利第6,157,344號(hào)中描述的具有相同增益、圖案和帶寬性能的MicrosphereTM天線的尺寸的一半。本發(fā)明的天線是理想的，適合于‘344專利中陳述的所有使用(應(yīng)用)。
因而可以看到本發(fā)明至少實(shí)現(xiàn)了所有它宣稱的目的。
權(quán)利要求
1.一種多頻帶平面天線，其包括一平坦的電介質(zhì)基板，其具有一第一表面、一通常平行于該第一表面的第二表面、一第一邊緣和一通常定位成與該第一邊緣相對(duì)的第二邊緣；在該基板的該第一表面上的一金屬輻射元件；該輻射元件通常具有一直角三角形形狀，該直角三角形包括一通常定位成與該基板的該第一邊緣相鄰的線性底部、一從該底部的一端延伸的第一線性側(cè)和一從該線性底部的另一端延伸的第二線性側(cè)，該輻射元件具有一由該第一線性側(cè)和該第二線性側(cè)相交形成的三角形頂點(diǎn)；一線性金屬饋電線包括且形成為該三角形頂點(diǎn)的延伸，該饋電線沿一遠(yuǎn)離該三角形底部的方向延伸且從該三角形頂點(diǎn)向該基板的該第二邊緣延伸；一在該基板的該第二表面上的金屬接地平面元件，該接地平面元件具有一通常定位成與該基板的該第二邊緣相鄰的第一邊緣；該接地平面元件具有一尺寸上與該饋電線和僅僅該輻射元件的該頂點(diǎn)重疊的第二邊緣；該接地平面元件電連接到該輻射元件；該輻射元件具有一形成在其中的縫隙，該縫隙向內(nèi)延伸進(jìn)入該輻射元件的該第一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其中該縫隙通常平行于該輻射元件的該底部。
3.如權(quán)利要求2所述的天線，其中該縫隙形成在與該基板的該第一邊緣相鄰的該輻射元件中。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其中一第二金屬接地平面元件被提供在該基板的該第一表面上。
5.一種多頻帶平面天線，其包括一平坦的電介質(zhì)基板，它具有一第一表面、一通常平行于該第一表面的第二表面、一第一邊緣和一通常定位成與該第一邊緣相對(duì)的第二邊緣；在該基板的該第一表面上的一金屬輻射元件；該輻射元件具有一整體地直角三角形形狀，該直角三角形包括一通常與該基板的該第一邊緣相鄰設(shè)置的線性底部、一從該底部的一端延伸的第一線性側(cè)和一從該線性底部的另一端延伸的第二線性側(cè)，該輻射元件具有一由該第一線性側(cè)和該第二線性側(cè)相交形成的三角形頂點(diǎn)；該輻射元件具有一形成在其中的縫隙，該縫隙向內(nèi)延伸進(jìn)入該輻射元件的該第一側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的天線，其中一金屬接地平面元件被提供在該第二表面上。
7.如權(quán)利要求5所述的天線，其中一金屬接地平面元件被提供在該第一表面上。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其中一金屬接地平面元件同樣被提供在該第二表面上。
9.如權(quán)利要求6所述的天線，其中一線性金屬饋電線從該輻射元件的該頂點(diǎn)延伸。
10.如權(quán)利要求9所述的天線，其中該饋電線向一饋電點(diǎn)延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的天線，其中該饋電線具有一預(yù)先確定的長度和寬度以便組成一匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種小型平面天線(10)，其中呈直角三角形形狀的一輻射元件(20)形成在一基板(18)上。一接地平面(16)可定位在該基板(18)的一側(cè)或兩側(cè)上。一縫隙(46)從該輻射元件(20)的一側(cè)延伸進(jìn)入該元件。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK1650474SQ03809738
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者米凱爾·D·濟(jì)南蒂, 小肯尼思·T·勞森, 香農(nóng)·卡羅爾·弗倫奇, 布萊恩·R·貝特曼, 蘭迪·班克羅夫特 申請(qǐng)人:圣韻無線技術(shù)公司