專利名稱：緊湊的倒f天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻天線，更具體地，涉及緊湊的倒F射頻天線。
背景技術(shù)：
射頻(RF)天線用于發(fā)射和接收通訊的各種設(shè)備。很多用途具有嚴(yán)格的空間和體積限制，并需要天線有效地工作，但要比較小。這對于移動設(shè)備特別如此，例如蜂窩電話、射頻識別(RFID)標(biāo)簽和移動手持設(shè)備。
為了保持小的外形，一些設(shè)備使用倒F天線。這種天線具有小的外形，因為輻射臂平行接地面，而不是象大多數(shù)天線的情況垂直。授權(quán)給Liu的美國專利6222496給出了一種倒F天線的例子。
減小天線尺寸的另外選擇使用曲線天線。曲線天線是一種方便的天線，特征是前后迂回的形貌。如這里的圖4所示。與其它迂回結(jié)構(gòu)相比，例如螺旋天線，按Z字形前后迂回制成天線有助于減小空間并保持較高的輻射電阻。授權(quán)給Tomomatsu等人的美國專利6630906披露了一種更加緊湊的曲線天線，其中描述了在部分曲線天線周圍形成電介質(zhì)塊，接著將曲線天線的暴露部分在電介質(zhì)塊周圍交疊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種緊湊的倒F天線。根據(jù)本發(fā)明的天線包括具有輻射臂的倒F天線，輻射臂具有設(shè)置在兩個平行分開平面上并彼此電氣連接的部分。輻射臂形成交疊曲線結(jié)構(gòu)(topology)。
在一個方面，本發(fā)明提供一種倒F天線，包括具有第一部分和第二部分的輻射臂，第一部分布置在第一平面，第二部分布置在第二平面，第一平面與第二平面彼此分隔開并大體上平行，第一部分和第二部分電氣連接，輻射臂沿輻射臂軸線布置，并具有開端和短路端。天線還包括與輻射臂軸線分隔開并大體上平行的接地面、連接到接地面和輻射臂的短路端的短路帶、以及連接到短路端和開端之間的輻射臂的饋線。輻射臂形成交疊曲線結(jié)構(gòu)。
在另一方面，本發(fā)明提供一種緊湊的倒F天線。天線包括具有上表面和下表面的電介質(zhì)塊，上表面與下表面彼此分隔開并大體上平行。天線還包括輻射臂，輻射臂包括上部路線和下部路線，上部路線印制在上表面，下部路線印制在下表面，輻射臂具有開端和短路端，輻射臂包括電氣連接上表面和下表面的填充通孔。天線還包括印制在電介質(zhì)塊上、與輻射臂彼此分離開并大體上平行的接地面、連接到接地面和輻射臂短路端的短路帶、以及連接短路端和開端之間輻射臂的饋線。輻射臂形成三維曲線天線結(jié)構(gòu)，其中上路線包括三維曲線天線結(jié)構(gòu)中的之字形部分。
在另一方面，本發(fā)明提供一種具有交疊曲線輻射臂結(jié)構(gòu)的倒F天線，從而得到緊湊的天線。將天線設(shè)計成倒F形式，并且緊湊的天線與接地面彼此分離開并平行，可形成小的外形并改善空間利用。
參閱以下詳細(xì)說明并綜合考慮附圖，本發(fā)明的其它方面和特征對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將是明顯的。


下面以例證方式參考表示本發(fā)明實施例的附圖。在附圖中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的天線實施例的透視圖；圖2表示圖1所示天線實施例的頂視圖；圖3表示圖2所示輻射臂的一部分；圖4示意性表示平面曲線形貌；圖5示意性表示交疊曲線形貌的第一實施例；圖6示意性表示交疊曲線形貌的第二實施例；以及圖7示意性表示交疊曲線形貌的第三實施例。
相似的參考數(shù)字用于在不同附圖中表示相似的構(gòu)件。
具體實施例方式
首先參考圖1，表示根據(jù)本發(fā)明的天線10的一個實施例的透視圖。圖2表示圖1所示天線10實施例的頂視圖。
天線10包括輻射臂12、接地面14、短路帶16和饋線18。天線10設(shè)計成倒F天線，輻射臂12具有自由端32和短路端34。短路端34通過短路帶16連接到接地面14。在短路端34和自由端32之間的一個點，饋線18連接到輻射臂12。在一個實施例中，輻射臂12包括短路端安裝墊12d，短路帶16和饋線18都連接到短路端安裝墊12d。
天線10的輻射臂12包括上部分12a和下部分12b。輻射臂12的上部分12a設(shè)置在上平面22。輻射臂12的下部分12b設(shè)置在下平面24。上平面22和下平面24基本互相平行，并且間隔距離26。輻射臂12的上部分12a和下部分12b可以印制在基體36上，基體36的厚度形成距離26。輻射臂12的自由端32可以終止于t形開端導(dǎo)體墊12c。
輻射臂12的上部分12a和下部分12b通過連接件28彼此電氣連接。在一個實施例中，連接件28包括基體36中形成的填充通孔，用于將上部分12a連接到下部分12b。
上部分12a和下部分12b設(shè)計成為輻射臂12提供交疊的曲線形貌。輻射臂12沿輻射臂軸線20布置。輻射臂軸線20大體上平行于接地面14并與之分隔開。
在一個實施例中，輻射臂12包括沿輻射臂軸線20布置的交換和重疊的上部分12a和下部分12b。從輻射臂12的短路端34開始，短路端安裝墊12d通過一個連接件28連接到一個下部分12b的一端。下部分12b的另一端通過另一個連接件28連接到一個上部分12a。沿著輻射臂軸線20，每個上部分12a通過連接件28連接到兩個相鄰下部分12b，從而橋接或連接兩個相鄰下部分12b的相鄰端。同樣地，每個下部分12b通過連接件28連接到兩個相鄰上部分12a(除了連接到一個上部分12b以及短路端安裝墊12d或開端導(dǎo)體墊12c的最外下部分12b)。
下部分12b橫過輻射臂軸線20延伸，下部分12b兩端的每一端連接到連接件28。因此，每個下部分12b連接到輻射臂軸線20任一側(cè)的連接件28。
每個上部分12a橫過輻射臂軸線20延伸，并連接到輻射臂軸線20相同側(cè)的兩個連接件28。上部分12a連接到與裝在相鄰上部分12a的連接件28相對于輻射臂軸線20相對側(cè)的連接件28上。在一個實施例中，上部分12a包括U形或V形導(dǎo)電路線。連接件28連接到U形或V形導(dǎo)電路線的兩個分開上端的每一個上。
在一個實施例中，如圖1和2所示，短路帶16包括連接在短路端安裝墊12d和接地面14之間的L形導(dǎo)電路線。短路帶16包括平行于輻射臂軸線20延伸的縱向部分16a以及基本垂直于輻射臂軸線20的橫向部分16b。應(yīng)該理解的是，短路帶16可以具有其它結(jié)構(gòu)或尺寸，并不限于L形。調(diào)節(jié)短路帶16的結(jié)構(gòu)或尺寸將改變阻抗匹配。
圖3表示圖2所示輻射臂12的一部分。參看圖2和3，在一個實施例中，由天線10的幾何結(jié)構(gòu)得出其占據(jù)體積(w+h1)LT，其中w是從離接地面14最近的點到離接地面14最遠(yuǎn)的點之間的輻射臂12的跨距，h1是輻射臂12與接地面14之間的距離，L是包括短路帶16的輻射臂12的長度，T是上平面32和下平面34之間的厚度。輻射臂12與接地面14之間的距離是可以改變從而得到不同諧振頻率的一個因素。
在一個實施例中，上部分12a包括U形元件，U形元件具有主體部分和從主體部分相同側(cè)向外伸出的兩個分開的連接部分。每個連接部分連接填充的通孔。主體部分從通孔到通孔之間的長度為L1以及寬度為w3。
下部分12b包括梯形單元，梯形單元的長度為L2和寬度為w4。下部分12b在其每一端連接到填充的通孔。
在上述幾何結(jié)構(gòu)下，天線10的總長度LTotal可以由下式確定
LTotal＝(n+1)L2+2(n+1)T+h1+nL1+L4+L3(1)在一個實施例中，天線10的總長度LTotal約為工作頻率的1/4波長。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，利用附圖之一所示的不同結(jié)構(gòu)上部分12a和下部分12b可以得到輻射臂12的曲線結(jié)構(gòu)。改變上部分12a和下部分12b的結(jié)構(gòu)將改變天線的調(diào)諧。
再參看圖1和2，接地面14大體上平行于輻射臂12并與之分離開。接地面14包括置于上平面22的上接地部分14a和置于下平面24的下接地部分14b。上接地部分14a和下接地部分14b電連接，以提供公共接地。在一個實施例中，上接地部分14a和下接地部分14b是由一列連接件30例如填充的通孔連接。在此實施例中，接地面14包括大體上平行于輻射臂軸線20并基本垂直于上平面22和下平面24的接地柵格壁。接地柵格壁對其它電路部分提供屏蔽保護，防止天線10輻射臂12的輻射能量。這也增大天線10的有效接地，從而增大天線增益和工作頻率帶寬。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在其它實施例中，接地面可以包括在下平面24上通過通孔或其它連接件連接短路帶16的接地路線。在其它實施例中，接地面可以包括上平面22上的接地路線。在另外的其它實施例中，接地面包括上平面22和下平面24之間的表面或平面上的接地路線。在這樣的實施例中，接地面可包括或者可不包括填充通孔的柵格。應(yīng)該理解的是，接地面在任意這些形式下都應(yīng)連接到具體應(yīng)用中的系統(tǒng)接地。
提供交疊曲線天線結(jié)構(gòu)得到緊湊的天線。將天線10設(shè)計成倒F樣式，緊湊的天線與接地面分離并平行于接地面，從而得到小的外形并改善三維空間的利用。
基體36包括電介質(zhì)材料?；w36可以是陶瓷基、有機基或者基于提供穩(wěn)定介電常數(shù)和低損耗的任何其它物質(zhì)。在一個實施例中，連接件28、30可以包括連接基體36不同層上重疊電路路線的填充通孔。在其它實施例中，一個或多個連接件28、30包括在基體36外表面上的印刷路線。應(yīng)該理解的是，可以使用連接基體36不同層/平面上的電路路線的任何其它方法或機構(gòu)，以提供連接件28、30。
再次參看圖1和2，圖示的開端導(dǎo)電墊12c位于上平面22。在另一個實施例中，開端導(dǎo)電墊12c置于下平面24。天線10可以裝在印刷電路板(PCB)上。當(dāng)開端導(dǎo)電墊12c置于與PCB接觸的表面時，它可以焊接到PCB表面上相應(yīng)的導(dǎo)電墊上。在這樣的實施例中，將開端導(dǎo)電墊12c焊接到另外的導(dǎo)電墊改變了輻射臂12的開端32的幾何尺寸，因此，改變了天線10的諧振頻率。對于特殊應(yīng)用，通過定制開端導(dǎo)電墊12c焊接到其上的導(dǎo)電墊尺寸，這允許天線10的用戶調(diào)節(jié)天線10的諧振頻率。
將開端導(dǎo)電墊12c焊接到PCB的相應(yīng)導(dǎo)電墊上也在回流焊接工藝過程中提供了機械穩(wěn)定性，其中回流焊接是可以用于生產(chǎn)包括天線10的產(chǎn)品的一個安裝工藝。需要注意的是，饋線18和接地面14都位于基體36的公共邊緣，并可以焊接到PCB上。開端導(dǎo)電墊12c靠近基體36的相對一側(cè)。因此，在基體36兩側(cè)都有焊點的回流焊接工藝中，將為基體36提供機械穩(wěn)定性，而如果焊點僅位于基體36的一側(cè)，則基體36可以在回流焊接工藝中傾斜或滑動。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在上面實施例中描述的、布置在上平面的電路路線也可以布置在下平面。同樣地，那些在上面描述中布置在下平面的元件在其它實施例中也可以布置在上平面。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員由上面的描述將意識到，天線10的輻射臂12形成交疊曲線結(jié)構(gòu)，它具有布置在兩個平行分開平面上并彼此電氣連接在一起的部分。還應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的天線可以利用上平面22和下平面24的不同結(jié)構(gòu)路線，以便形成交疊曲線結(jié)構(gòu)。
下面參看圖4，示意性地表示傳統(tǒng)平面曲線結(jié)構(gòu)100的一個例子。平面曲線結(jié)構(gòu)100包括多個之字形部分，即在此實施例中包括弧形部分102，以及多個連接部分104。弧形部分102和連接部分104交替排列，形成迂回的之字形路線。
下面參看圖5，表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的交疊曲線結(jié)構(gòu)200。交疊曲線結(jié)構(gòu)200包括弧形部分202和連接部分204?；⌒尾糠?04位于上平面，連接部分204位于下平面?；⌒尾糠?04通過上平面和下平面之間延伸的通孔206連接到連接部分204。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將意識到，傳統(tǒng)平面曲線結(jié)構(gòu)100的連接部分104(圖4)對應(yīng)于第一實施例交疊曲線結(jié)構(gòu)200的連接部分204和通孔206。還需要理解的是，傳統(tǒng)的弧形部分102(圖4)向內(nèi)交疊形成圖5所示的弧形部分202。應(yīng)該理解的是，第一實施例的交疊曲線結(jié)構(gòu)200對應(yīng)于圖1和2所示輻射臂12形成的結(jié)構(gòu)。
圖6示意性表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的交疊曲線結(jié)構(gòu)300。交疊曲線結(jié)構(gòu)300包括弧形部分302。特別是，它包括布置在上平面的上弧形部分302a以及布置在下平面的下弧形部分302b。上弧形部分302a端部與下弧形部分302b的端部重疊。上弧形部分302a與下弧形部分302b的端部通過上平面和下平面之間延伸的通孔306電氣連接。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，傳統(tǒng)平面曲線結(jié)構(gòu)100的連接部分104(圖4)對應(yīng)于第二實施例交疊曲線結(jié)構(gòu)300的通孔306。還可以理解的是，大致每隔一個的傳統(tǒng)弧形部分102被交疊或翻轉(zhuǎn)，從而形成弧形部分302a和302b。應(yīng)該意識到，在一些實施例中，通孔306可以是電介質(zhì)塊一側(cè)的印刷電路路線。
圖7示意性表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的交疊曲線結(jié)構(gòu)400。交疊曲線結(jié)構(gòu)400包括弧形部分402。特別是，它包括布置在上平面的上弧形部分402a以及布置在下平面的下弧形部分402b。上弧形部分402a和下弧形部分402b的重疊程度大于圖6所示重疊程度，即，在每個平面，弧形部分402a和402b排列得比第二實施例交疊曲線結(jié)構(gòu)300更加靠近(圖7)。因此，上弧形部分402a的端部不是位于下弧形部分402b的端部正上方。此外，上弧形部分402a的端部與下弧形部分402b的端部通過上平面和下平面之間延伸的連接件408電氣連接。
連接件408可以按不同方式實現(xiàn)。在一個實施例中，連接件408可以包括上平面和中間平面之間的通孔406a、下平面與中間平面之間的通孔406b、以及中間平面上連接上通孔406a和下通孔406b的電路路線。在一些實施例中，連接件408也可以包括電介質(zhì)塊側(cè)壁上的印刷電路路線。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，傳統(tǒng)平面曲線結(jié)構(gòu)100的連接部分104(圖4)對應(yīng)于第三實施例交疊曲線結(jié)構(gòu)400的連接件408。還可以理解的是，大致每隔一個的傳統(tǒng)弧形部分102被交疊或翻轉(zhuǎn)，從而形成圖7所示弧形部分402a和402b。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，雖然上述交疊曲線結(jié)構(gòu)使用弧形之字形部分，但之字形部分不必要是弧形的。它們可以是其它結(jié)構(gòu)或形式，例如，圖1和2所示的方形。
制造天線10可以利用低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)、傳統(tǒng)PCB制造技術(shù)、或者在多層基體上提供連接通孔或電路路線的任何其它制造技術(shù)。
可以理解的是，天線10可以制成模塊的一個集成部分、或者是單獨的分立元件。
本發(fā)明的實施可以在很多技術(shù)中找到應(yīng)用，包括RFID標(biāo)簽、小型短距離無線電模塊、移動技術(shù)，等等。
在不偏離本發(fā)明精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以按其它特定形式實施。對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，某些適應(yīng)和修改是顯而易見的。因此，上述實施例被認(rèn)為是說明性，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定，而不是上面的描述。因此，落在與權(quán)利要求等同條款的含義和范圍內(nèi)的所有變化包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種倒F天線，包括具有第一部分和第二部分的輻射臂，所述第一部分布置在第一平面，所述第二部分布置在第二平面，所述第一平面與所述第二平面彼此分隔開并大體上平行，所述第一部分和所述第二部分電氣連接，所述輻射臂沿輻射臂軸線布置，并具有開端和短路端；與所述輻射臂軸線分隔開并大體上平行的接地面；連接到所述接地面和所述輻射臂的所述短路端的短路帶；以及連接到所述短路端和所述開端之間的所述輻射臂的饋線；其中，所述輻射臂形成交疊曲線結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一部分與所述第二部分部分地重疊。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一部分包括多個第一導(dǎo)電路線，并且所述第二部分包括多個第二導(dǎo)電路線。
4.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，至少一個所述第一導(dǎo)電路線與至少一個所述第二導(dǎo)電路線部分地重疊。
5.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第一導(dǎo)電路線和所述第二導(dǎo)電路線串聯(lián)連接，所述多個第二導(dǎo)電路線中的每個與至少一相鄰對的所述第一導(dǎo)電路線電氣連接。
6.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，還包括連接所述第一導(dǎo)電路線和所述第二導(dǎo)電路線的填充通孔。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，至少一個所述第二導(dǎo)電路線連接到兩個所述填充通孔。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，至少一個第一導(dǎo)電路線連接到兩個所述填充通孔。
9.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第一導(dǎo)電路線和所述第二導(dǎo)電路線沿所述輻射臂軸線交替布置，使每個第一導(dǎo)電路線與至少一個第二導(dǎo)電路線重疊，并且所述第一和所述第二導(dǎo)電路線通過連接重疊的導(dǎo)電路線的填充通孔串聯(lián)連接。
10.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第一導(dǎo)電路線包括U形導(dǎo)電路線，所述第一導(dǎo)電路線橫過所述輻射臂軸線延伸，所述第一導(dǎo)電路線連接到所述輻射臂軸線一側(cè)的兩個填充通孔。
11.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第二導(dǎo)電路線橫過所述輻射臂軸線延伸，并且所述第二導(dǎo)電路線連接到在所述輻射臂軸線每側(cè)的填充通孔。
12.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，還包括形成所述第一平面和所述第二平面的電介質(zhì)塊。
13.如權(quán)利要求12所述的天線，其特征在于，所述上部部分和所述下部部分通過填充通孔電氣連接。
14.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述接地面包括布置在所述第一平面上的第一接地面、以及布置在所述第二平面上的第二接地面，并且所述第一和所述第二接地面是電氣連接的。
15.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述接地面包括在所述第一平面和所述第二平面之間延伸的柵格導(dǎo)電壁。
16.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述短路帶包括L形導(dǎo)電路線。
17.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述饋線連接到所述輻射臂的所述短路端。
18.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述上部部分包括在所述交疊曲線結(jié)構(gòu)中的至少一個之字形部分。
19.一種緊湊的倒F天線，包括具有上表面和下表面的電介質(zhì)塊，所述上表面與所述下表面彼此分隔開并大體上平行；輻射臂，輻射臂包括上部路線和下部路線，所述上部路線印制在所述上表面上，所述下部路線印制在所述下表面上，所述輻射臂具有開端和短路端，并且所述輻射臂包括電氣連接所述上部路線和所述下部路線的填充通孔；接地面，所述接地面印制在所述電介質(zhì)塊上，并且與所述輻射臂分離開并大體上平行于所述輻射臂；短路帶，所述短路帶連接到所述接地面以及連接到所述輻射臂的所述短路端；以及饋線，所述饋線連接到所述短路端和所述開端之間的所述輻射臂；其中，所述輻射臂形成三維曲線天線結(jié)構(gòu)，所述上部路線包括三維曲線天線結(jié)構(gòu)中的之字形部分。
20.如權(quán)利要求19所述的天線，其特征在于，所述上部路線與所述下部路線至少部分地重疊。
全文摘要
一種具有輻射臂的緊湊倒F天線，輻射臂是由置于兩個平行分離開并電氣連接在一起的部分形成的，從而形成交疊曲線結(jié)構(gòu)。平面可以由電介質(zhì)基體表面形成，輻射臂可以由上部導(dǎo)電路線和下部導(dǎo)電路線形成，上部和下部導(dǎo)電路線印制在電介質(zhì)基體的每側(cè)并且通過填充通孔互相串聯(lián)連接。天線包括接地面，接地面與輻射臂平行并分隔開。接地面可以是柵格導(dǎo)電壁，由通過電介質(zhì)基體的填充通孔形成。
文檔編號H01Q9/42GK1728453SQ20051008599
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者黃永, 吳克力, 唐外成 申請人:馬克Iv工業(yè)公司, 香港中文大學(xué)