專利名稱：折疊偶極子天線的制作方法
折疊偶極子天線
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及無線通訊，更具體地，涉及在無線通訊中
使用的偶極子天線。天線是無線通訊裝置中的重要元件。無線通訊裝置的例子
包括蜂窩式電話、膝上型計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、收音機(jī)、 無線控制器和傳呼機(jī)。無線通訊裝置中的天線充當(dāng)用于收發(fā)射頻(RF ) 波的空中接口。偶極子天線具有在中心分開的導(dǎo)電線。中心處的各端連接
到饋電線。通過將輻射材料沉積在印刷電路板(PCB)上形成的偶極 子天線稱為印刷偶極子天線。輻射材料可以是能夠輻射射頻波的任何 金屬。偶極子天線可以被折疊成不規(guī)則形狀以便節(jié)省印刷電路板上的 面積。這類偶極子天線稱為折疊偶極子天線。折疊偶極子天線具有在 印刷電路板上形成且間隔有限距離的兩個輻射帶(radiating strips )。 通常，無線通訊裝置中使用的折疊偶極子天線的長度等于射頻信號波 長的一半?，F(xiàn)在，無線通訊裝置中使用的折疊偶極子天線的長度已 經(jīng)縮小到射頻信號波長的大約四分之一，以努力縮小無線通訊裝置的 尺寸。但是，縮小長度導(dǎo)致天線增益和輻射效率的降低及其輻射性能 的退化。此外，長度等于射頻信號波長的一半的折疊偶極子天線的輸 入阻抗大約為73歐姆。將天線長度縮小至小于射頻信號波長的一半 導(dǎo)致輸入阻抗的減小。此輸入阻抗的減小是不希望有的，特別是在向 折疊偶極子天線的輸入端傳輸最大射頻功率至關(guān)重要的時候。在無線通訊裝置中，折疊偶極子天線通過不平衡變壓器連 接到射頻集成電路(RFIC)。該不平衡變壓器充當(dāng)RFIC的差動端口 與折疊偶極子天線的單端端口之間的適配器。但是，該不平衡變壓器 導(dǎo)致所利用的PCB面積增加。更進(jìn)一步地，將單個折疊偶極子天線
用于發(fā)送和接收時，需要使用射頻開關(guān)。射頻開關(guān)根據(jù)天線的操作方
式在RFIC的發(fā)送和接收端口之間切換。但是，射頻開關(guān)也增加天線 占用的PCB面積。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，以下本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的詳 細(xì)說明將更好地被理解。本發(fā)明以示例的方式圖解但并不限于附圖， 附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似的組成部分。圖1是依照本發(fā)明的實施方案的帶有金屬輻射單元的折
疊偶極子天線的示意圖；圖2是圖解依照本發(fā)明的實施方案的帶有金屬輻射單元 的折疊偶極子天線與不帶金屬輻射單元的折疊偶極子天線之間的增 益比較的曲線圖；圖3是圖解依照本發(fā)明的實施方案的垂直構(gòu)造中折疊偶 極子天線的垂直和水平極化的輻射方向圖(radiation pattern );圖4是圖解依照本發(fā)明的實施方案的水平構(gòu)造中折疊偶 極子天線的垂直和水平極化的輻射方向圖；和
ooio]圖5是依照本發(fā)明的實施方案的帶有折疊偶極子天線的 無線通訊裝置的方框圖。
具體實施例方式附圖的詳細(xì)說明旨在作為本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方案的 說明，而并不希望表示可以實踐本發(fā)明的唯一形式。應(yīng)該理解，通過 希望包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的不同實施方案，可以實現(xiàn)相同或 等效的功能。
0012]在本發(fā)明的實施方案中，提供帶有金屬輻射單元的折疊偶 極子天線用于收發(fā)射頻(RF)波。折疊偶極子天線具有彼此相隔預(yù)定 距離的兩個輻射帶。金屬輻射單元在兩個輻射帶之間形成。在本發(fā)明的另一實施方案中，提供帶有折疊偶極子天線的
無線通訊裝置。該無線通訊裝置包括發(fā)送折疊偶極子天線和接收折疊 偶極子天線。發(fā)送和接收折疊偶極子天線中的每一個均具有彼此相隔 預(yù)定距離的兩個金屬輻射帶。金屬輻射單元在兩個輻射帶之間形成。 發(fā)送和接收折疊偶極子天線中的每一個均具有連接到射頻集成電路
(RFIC)的差動端口的兩個輸入端口。本發(fā)明的實施方案提供帶有金屬輻射單元的折疊偶極子
天線。即使折疊偶極子天線的長度小于射頻波波長的一半或等于射頻 波波長的大約四分之一，金屬輻射單元的存在也提高折疊偶極子天線 的增益。當(dāng)折疊偶極子天線連接到饋電線時， 一些電流流入金屬輻射 單元，導(dǎo)致金屬輻射單元處電流密度的幅度幾乎等于沿著兩輻射帶的 電流密度的幅度。因此，金屬輻射單元有助于折疊偶極子天線射頻波 的全面輻射。由此，折疊偶極子天線的增益得到提高，從而實現(xiàn)輻射 效率和性能的提高。折疊偶極子天線由于輻射金屬單元的存在而具有
高輸入阻抗。折疊偶極子天線具有兩個可以連接到RFIC的差動端口 的輸入端口。這消除了對折疊偶極子天線與RFIC之間的不平衡變壓 器的需要，并導(dǎo)致PCB上折疊偶極子天線占據(jù)的空間減小。發(fā)送和 接收折疊偶極子天線可以構(gòu)造在PCB上的棧結(jié)構(gòu)中，從而消除對射 頻開關(guān)的需要。這進(jìn)一步幫助減小PCB空間消耗?，F(xiàn)在參照圖1,依照本發(fā)明的實施方案，示出圖解帶有金 屬輻射單元104的折疊偶極子天線102的示意圖。折疊偶極子天線102 包括第一輻射帶106和第二輻射帶108。第一和第二輻射帶106和108 否成偶極子。第一和第二輻射帶106、 108折疊成不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)并 相隔預(yù)定距離。兩輻射帶之間的預(yù)定距離可以從大約lmm (0.008AJ 至大約10mm (0.08入)之間選擇。金屬輻射單元104位于第一和第二 輻射帶106、 108之間。金屬輻射單元104連接第一輻射帶106和第 二輻射帶108。第一輻射帶106和第二輻射帶108連接到一對輸入端 口 112。接地面110與第一輻射帶106、第二輻射帶108和金屬輻射 單元104的平面基本平行。在本發(fā)明的各種實施方案中，折疊偶極子天線102可以是
平面倒F天線(PIFA)。第一和第二輻射帶106和108可以彼此互 為鏡像。第一輻射帶106、第二輻射帶108、金屬輻射單元104和接 地面IIO在同一平面中。金屬輻射單元104可以有以對稱形式連接兩 個輻射單元106和108的各種形狀，例如C、 M、 V、 W,等等。在 本發(fā)明的一個實施方案中，金屬輻射單元104通常為U形。第一輻射帶106和第二輻射帶108沿Z軸方向的組合長 度等于射頻波波長的大約四分之一。第一輻射帶106、第二輻射帶108、 金屬輻射單元104和接地面110可以在印刷電路板(PCB )上形成。 第一輻射帶106、第二輻射帶108、金屬輻射單元104和接地面110 可以用例如銅、鋁或任何合金或混合物等輻射材料形成。在本發(fā)明的 一個實施方案中，折疊偶極子天線102具有大約為80歐姆的高輸入 阻抗?，F(xiàn)在參照圖2，示出圖解折疊偶極子天線102與在設(shè)計上 類似于折疊偶極子天線102但不帶有金屬輻射單元104的折疊偶極子 天線之間的增益比較的曲線圖。X軸表示射頻波的頻率，單位為千兆 赫(GHz) 。 Y軸表示增益，單位為分貝(dBi)。曲線圖通過使用 電磁模擬器獲得。曲線202圖解在設(shè)計上與折疊偶極子天線102類似 但不帶有金屬輻射單元104的折疊偶極子天線的增益。曲線204圖解 折疊偶極子天線102的增益。曲線202示出設(shè)計上與折疊偶極子天線 102類似但不帶有金屬輻射單元104的折疊偶極子天線，獲得大約2.6 GHz頻率下的大約-7.5 dBi的峰值增益。而曲線204示出折疊偶極子 天線102，獲得大約2.3 GHz頻率下的大約O dBi的峰值增益。折疊 偶極子天線102在大約2.3 GHz的操作頻率下諧振。與在設(shè)計上類似 于折疊偶極子天線102但不帶有金屬輻射單元104的折疊偶極子天線 相比，折疊偶極子天線102表現(xiàn)出更好的增益特性?，F(xiàn)在參照圖3，依照本發(fā)明的實施方案，示出圖解垂直構(gòu) 造中折疊偶極子天線102的垂直和水平極化的輻射方向圖。輻射方向 圖通過使用電磁模擬器獲得。輻射方向圖302圖解垂直構(gòu)造中折疊偶 極子天線102的垂直極化，而輻射方向圖304圖解垂直構(gòu)造中折疊偶
極子天線102的水平極化。兩個輻射方向圖302和304都是在2.4 GHz 的輻射頻率下測量的。圖3圖解在垂直構(gòu)造中折疊偶極子天線102具 有沿Z軸方向的主傳播波陣面。現(xiàn)在參照圖4，示出圖解水平構(gòu)造中折疊偶極子天線102 的垂直和水平極化的輻射方向圖。輻射方向圖通過使用電磁模擬器獲 得。輻射方向圖402圖解水平構(gòu)造中折疊偶極子天線102的垂直極化， 輻射方向圖404圖解水平構(gòu)造中折疊偶極子天線102的水平極化。輻 射方向圖402和404都是在2.4GHz的輻射頻率下測量的。圖4圖解 在水平構(gòu)造中折疊偶極子天線102具有沿其Z軸方向的主傳播波陣 面?，F(xiàn)在參照圖5，依照本發(fā)明的實施方案，示出帶有折疊偶 極子天線102的無線通訊裝置502的方框圖。無線通訊裝置502包括 射頻集成電路(RFIC ) 504。 RFIC 504具有一對連接到折疊偶極子天 線102兩個輸入端口 112的差動端口 。在本發(fā)明的各種實施方案中，無線通訊裝置502可以包括 但不限于蜂窩式電話、膝上計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、收音機(jī)、 無線控制器和傳呼機(jī)。無線通訊裝置502可以與各種無線通訊的行業(yè) 規(guī)格兼容，例如Bluetooth、 WLAN、 Zigbee等等。在本發(fā)明的實施 方案中，無線通訊裝置502可以包括發(fā)送折疊偶極子天線和接收折疊 偶極子天線，它們與折疊偶極子天線102相同。發(fā)送折疊偶極子天線 和接收折疊偶極子天線可以構(gòu)造在PCB上的棧結(jié)構(gòu)中。發(fā)送折疊偶 極子天線從RFIC 504接收射頻信號并在空氣中輻射射頻信號。接收 折疊偶極子天線檢測射頻波并將其提供到RFIC 504以供進(jìn)一步處 理。在一個實施例中，發(fā)送折疊偶極子天線和接收折疊偶極子天線可 以是平面倒F天線(PIFA)。雖然已經(jīng)圖解和描述了本發(fā)明的各種實施方案，但是很顯 然，本發(fā)明并不僅僅限于這些實施方案。許多變更、修改、變體、替 換和等效物對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的，而不脫離如權(quán)利要 求中所述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)送和接收射頻(RF)波中的至少一種的折疊偶極子天線，所述折疊偶極子天線包括:第一輻射帶；第二輻射帶，其中第二輻射帶與第一輻射帶相隔預(yù)定距離，其中第一輻射帶和第二輻射帶構(gòu)成偶極子；和位于第一輻射帶與第二輻射帶之間的金屬輻射單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其中金屬輻射單元通 常為U形。
3. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其中第一輻射帶與第 二輻射帶的組合長度等于射頻波波長的大約四分之一。
4. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其中折疊偶極子天線 是平面倒F天線(PIFA)。
5. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其進(jìn)一步包含連接到 第一和第二輻射帶的接地面，其與第一輻射帶、第二輻射帶和金屬輻射單元的平面平行。
6. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其中第一輻射帶、第 二輻射帶、金屬輻射單元和接地面在印刷電路板上形成。
7. 如權(quán)利要求1所述的折疊偶極子天線，其中第一和第二輻射 帶彼此互為鏡像。
8. —種無線通訊裝置，其包括 發(fā)送折疊偶極子天線，所述發(fā)送折疊偶極子天線包括 第一輻射帶；與第一輻射帶相隔預(yù)定距離的第二輻射帶，其中第一輻射 帶和第二輻射帶構(gòu)成第一偶極子；和位于第一輻射帶與第二輻射帶之間的第一金屬輻射單元； 接收折疊偶極子天線，所述接收折疊偶極子天線包括 第三輻射帶；與第三輻射帶相隔預(yù)定距離的第四輻射帶，其中第三輻射 帶和第四輻射帶構(gòu)成第二偶極子；和位于第三輻射帶與第四輻射帶之間的第二金屬輻射單元；和連接到發(fā)送折疊偶極子天線和接收折疊偶極子天線的射頻集成 電路(RFIC)。
9. 如權(quán)利要求8所述的無線通訊裝置，其中第一和第二金屬輻 射單元通常為U形。
10. 如權(quán)利要求8所述的無線通訊裝置，其中第一和第二輻射帶 彼此互為鏡像，第三和第四輻射帶彼此互為鏡像。
11. 如權(quán)利要求8所述的無線通訊裝置，其中發(fā)送折疊偶極子天 線和接收折疊偶極子天線布置在印刷電路板上的棧結(jié)構(gòu)中。
12. 如權(quán)利要求8所述的無線通訊裝置，其中發(fā)送折疊偶極子天 線是平面倒F天線(PIFA)。
13. 如權(quán)利要求8所述的無線通訊裝置，其中接收折疊偶極子天 線是平面倒F天線(PIFA)。
全文摘要
發(fā)送和接收射頻(RF)波的折疊偶極子天線具有構(gòu)成偶極子的兩個輻射帶。金屬輻射單元位于兩個輻射帶之間，幫助增加天線的增益。該折疊偶極子天線可以用于無線通訊裝置。
文檔編號H01Q1/38GK101373858SQ20081011000
公開日2009年2月25日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者泉 薛, 陸貴文, 陳志豪, 衡 黃 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司