用于無線多波段通信系統(tǒng)的改進(jìn)印刷偶極天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于無線多波段通信系統(tǒng)的改進(jìn)印刷偶極天線。該偶極天線包括經(jīng)由第一介電層疊置在第二導(dǎo)電元件一部分上并且與第二導(dǎo)電元件分開的第一導(dǎo)電元件。第一導(dǎo)電通道穿過所述第一介電層連接所述第一和第二導(dǎo)電元件。所述第二導(dǎo)電元件為大致U形。所述第二導(dǎo)體包括多個分隔開的導(dǎo)電條，所述多個分隔開的導(dǎo)電條從所述U形的各腿的相鄰端部橫向延伸。各條形成用于不同中心頻率λ0的合適尺寸。所述第一導(dǎo)電元件可以為L形，并且所述L形的各腿中的一個疊置在所述U形的各腿中的一個上。所述第一導(dǎo)電通道將所述L形的另一腿連接到所述U形的另一腿上。
【專利說明】用于無線多波段通信系統(tǒng)的改進(jìn)印刷偶極天線
[0001] 本申請是 申請人:為：高通股份有限公司，申請日為：2004年11月22日，申請?zhí)枮椋?200480034696. 4,名稱為：用于無線多波段通信系統(tǒng)的改進(jìn)印刷偶極天線的發(fā)明的分案申 請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明的公開內(nèi)容涉及一種用于無線通信裝置和系統(tǒng)的天線，并且更具體地涉及 一種用于無線多波段通信系統(tǒng)的通信的印刷偶極天線。

【背景技術(shù)】
[0003] 無線通信裝置和系統(tǒng)通常是手提式的或是便攜式電腦的一部分。因此，其天線必 須具有非常小的尺寸以安裝合適的裝置。該系統(tǒng)用于一般的通信，以及用于無線局域網(wǎng)絡(luò) (WLAN)系統(tǒng)。由于偶極天線較小并且可以調(diào)諧到合適的頻率，所以其已經(jīng)用在上述的系統(tǒng) 中。印刷偶極的形狀通常是狹窄、矩形的條，其寬度小于〇. 05 λ ^并且總長度小于〇. 5 λ p 各向同性偶極的理論上的增益通常為2. 5dB并且對于雙偶極來說增益小于或等于3dB。一 種流行的印刷偶極天線是平面倒置F天線（PIFA)。雙模式印刷偶極天線的典型實(shí)例示出在 美國專利 5, 532, 708 和 W002/23669。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明公開內(nèi)容是用于無線通信裝置的偶極天線。其包括經(jīng)由第一介電層疊置在 第二導(dǎo)電元件一部分上并且與第二導(dǎo)電元件分開的第一導(dǎo)電元件。第一導(dǎo)電通道穿過所述 第一介電層連接所述第一和第二導(dǎo)電元件。所述第二導(dǎo)電元件為大致U形。所述第二導(dǎo)體 包括多個分隔開的導(dǎo)電條，所述多個分隔開的導(dǎo)電條從所述U形的各腿的相鄰端部橫向延 伸。各條形成用于不同中心頻率的合適尺寸。所述第一導(dǎo)電元件可以為L形，并且所述 L形的各腿中的一個疊置在所述U形的各腿中的一個上。所述第一導(dǎo)電通道將所述L形的 另一腿連接到所述U形的另一腿上。
[0005] 所述第一和第二導(dǎo)電兀件各自為平面的。各條具有小于0. 05 λ ^的寬度以及小于 0.5 λ。的長度。
[0006] 所述天線可以是全向的或單維。如果其是單維的，其包括經(jīng)由第二介電層與所述 第二導(dǎo)電元件疊置并且與所述第二導(dǎo)電元件分開的接地平面導(dǎo)體。第三導(dǎo)電元件經(jīng)由所述 第一介電層與所述第二導(dǎo)電元件的各條疊置并且與其分開。第二導(dǎo)電通道穿過所述各介電 層將所述第三導(dǎo)電元件與所述接地導(dǎo)體連接。所述第一和第三導(dǎo)電元件可以在同一平面。 所述第三導(dǎo)電元件包括多個指部，所述多個指部疊置在各所述條中各自的橫向邊緣的一部 分上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 結(jié)合附圖考慮，通過以下對本發(fā)明的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些和其他方面會變得 顯而易見。
[0008] 圖1是結(jié)合了本發(fā)明原理的全向、四波段偶極天線的透視簡圖。
[0009] 圖2A是圖1的偶極導(dǎo)電層的平面圖。
[0010] 圖2B是圖2A的偶極導(dǎo)電層的六波段變型。
[0011] 圖3是圖1的天線的平面圖。
[0012] 圖4是圖1的天線的方向圖。
[0013] 圖5是兩個調(diào)諧頻率的方向性增益的圖線。
[0014] 圖6是頻率與電壓駐波比（VSWR)和S11的增益的關(guān)系圖線。
[0015] 圖7A是曲線圖，其示出了改變饋電點(diǎn)或通道對圖1的偶極天線的特性的影響，對 饋電點(diǎn)或通道的改變?nèi)鐖D7B所示。
[0016] 圖8是曲線圖，其示出了改變圖1所示偶極的槽S的寬度的影響。
[0017] 圖9是曲線圖，其不出了圖1所不的2_、3_和4_帶偶極。
[0018] 圖10A是曲線圖，其示出了如圖10B改變圖1的偶極的寬度的影響。
[0019] 圖11是結(jié)合了本發(fā)明原理的定向偶極天線的透視簡圖。
[0020] 圖12是圖11的天線的頂視平面圖。
[0021] 圖13是圖11的天線的仰視圖。
[0022] 圖14是用于五頻率的圖11所示天線的方向性增益的圖線。
[0023] 圖15是圖11所示天線的頻率與VSWR和S11的關(guān)系圖線。
[0024] 圖16A是曲線圖，其示出了在如圖16B所示的饋給位置改變圖11所示偶極天線的 饋電點(diǎn)或通道40的影響。
[0025] 圖17是曲線圖，其示出了改變?nèi)鐖D11所示偶極天線的槽S寬度的影響。
[0026] 圖18A是曲線圖，其示出了如圖18B所示改變?nèi)鐖D11所示天線的偶極寬度的影 響。
[0027] 圖19A是第二頻率的曲線圖，其示出了如圖19B所示改變?nèi)鐖D11所示偶極天線的 定向偶極長度的影響。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 雖然將相對于例如大約2. 4GHz和5. 2GHz的WLAN雙頻率波段來說明系統(tǒng)的本 天線，但是該天線可設(shè)計用于便攜式、無線通信裝置的任何頻率波段。這些裝置可包括 GPS (1575MHz)、移動電話（824-970MHZ 和 860-890MHZ)、一些 PCS 裝置（1710-1810MHZ、 1750 - 1870MHz 和 1850-1990MHZ)、無繩電話（902-928MHZ)或藍(lán)牙規(guī)范 2. 4-2. 5GHS 頻率 波段。
[0029] 圖1、2A和3的天線系統(tǒng)10包括帶有蓋層14、16的介電基板12。印刷在基板12 上的是第一導(dǎo)電層20,該導(dǎo)電層為微帶線，而印刷在相反側(cè)上的是分裂偶極導(dǎo)電層30。第 一導(dǎo)電層20是具有腿22、24的大致L形。第二導(dǎo)電層30包括具有彎曲部31和一對分離 腿33的大致U形子導(dǎo)體32。橫向延伸的并且鄰近于腿33的端部的是多個條35、37、34和 36。第一導(dǎo)電層20的腿22疊置于第二導(dǎo)電層30的其中一個腿33之上并且另一腿24橫 向于一對腿33延伸。導(dǎo)電通道40穿過介電基板12將腿24的端部與腿33的其中一個連 接。在第一導(dǎo)電層20的腿22的另一端上的末端26接受天線10的驅(qū)動。
[0030] 四個條34、36、35和37各自形成獨(dú)特的尺寸以調(diào)諧或接受不同的頻率信號。他們 各自形成合適的尺寸，以使得所述的帶具有小于〇. 05 λ ^的寬度和小于〇. 5 λ ^的長度。
[0031] 圖2Β示出了圖2Α的變型，其包括六個條35、37、39、34、36和38，所述六個條各自 從第二導(dǎo)電層30的各腿33的鄰近端部延伸。這能夠調(diào)諧并且接受六個不同頻率波段。兩 個實(shí)施例中的各條都大致彼此平行。
[0032] 介電基板12可以是印刷電路板、纖維玻璃或由聚酰亞胺制成的柔性薄膜基板。蓋 14、16可以是附加施加的介電層或者可以是中空的鑄造結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，導(dǎo)電層20、30印刷在 介電基板12上。
[0033] 作為圖1的四波段偶極天線的實(shí)例，頻率可以在例如2.4-2.487,5. 15-5.25， 2. 25-5. 35和5. 74-5. 825GHz的范圍內(nèi)。對于圖4的方向圖，在圖5中示出了兩個頻率 2. 4GHz (圖A)和5. 6GHz (圖B)的方向性增益。在90度的最大增益是頻率為2. 4GHz時 的5. 45dB和頻率為6. 19GHz時的5. 6GHz。VSWR和大小S11示出在圖6中。VSWR的值在 2. 4GHz和5. 6GHz頻率波段處低于2。從5. 15到5. 827的波段會合在5. 6GHz的頻率。
[0034] 介電基板12的高度h會取決于層的磁導(dǎo)率或介電常數(shù)而變化。
[0035] 具有合適尺寸的狹窄矩形條34、36、35、37通過減小導(dǎo)電層中的表面波和損耗來 增加總的增益。導(dǎo)電條的數(shù)量也影響頻率分波段。
[0036] 通道40的位置以及U形子導(dǎo)體32的各腿33之間的槽S影響與頻率波段中的增 益"分布"相關(guān)的天線性能。槽尺寸S的寬度和通道40的位置選定成在各條34、36、35、37 的所有頻率波段中具有大約相同的增益。所獲得的理論最大增益超過4dB，并且在頻率為 2. 4GHz時為5. 7dB，在頻率為5. 4GHz時為7. 5dB。
[0037] 圖7A是饋電點(diǎn)fp或通道40的各位置以及對VSWR和S11的影響的圖線。中心饋 電點(diǎn)fpl對應(yīng)于圖6的結(jié)果。雖然饋電點(diǎn)fpl的變化對增益具有較小的影響，但是其對在 5GHz范圍內(nèi)的第二頻率波段處λ ^的偏移具有較大影響。
[0038] 圖8示出了槽寬度從1mm變化到3mm再到5mm的影響。3mm的槽寬度對應(yīng)于圖6。 雖然VSWR的變化不大，但是S11的增益具有顯著的變化。例如，對于5mm槽寬度條來說，S11 在2. 5GHz時為-21dB，而在5. 3GHz時為-16dB。對于3. 3mm槽寬度條來說，S11在2. 5GHz 時為-14dB，而在5. 23GHz時為-25dB。對于1mm槽寬度條來說，S11在2. 5GHz和5. 3GHz時 大約等于-13dB。
[0039] 應(yīng)該注意的是，在5mm、10mm和15mm之間改變各腿34、35、36、37的長度對于S11的 增益和VSWR具有非常小的影響。圖6對應(yīng)于15_的長度。還有，在lmm、2mm、4mm之間改 變各腿34、35、36、37之間的距離對S11的增益和VSWR也具有很小的影響。在圖6中反映 了 2毫米的分開距離。2mm和4mm間隔之間的增益的差別大約為2dB。圖9示出了圖1的 2_、3-和4-條偶極的效果。
[0040] 圖10A和10B示出了在保持單個條的寬度的同時改變偶極寬度的影響。偶極寬度 從6mm、8mm變化到10mm。6mm的寬度對應(yīng)于圖6。對于6mm的寬度，具有兩個不同的頻率波 段 2. 4GHz 和 5. 3GHz，在 2. 4GHz，S11 增益為一14dB，而在 5. 3GHz，S11 增益為一25dB。對 于8mm的寬度，具有一個大波段，該波段在從1. 75延伸到5. 4GHz時VSWR低于2,而S11增 益大約為20dB。類似地，對于10mm寬度，具有一個大波段，該波段在從1. 65延伸到5. 16GHz 時VSWR低于2,并且增益為從2. 2GHz的一34dB到4. 9GHz的一lldB。
[0041] 在圖7至9示出了結(jié)合了本發(fā)明原理的方向或單方向偶極天線。與圖1的全向天 線具有相同結(jié)構(gòu)、功能和目的的這些元件具有相同的附圖標(biāo)記。
[0042] 圖11至13的天線11除包括介電基板12的第一表面上的第一導(dǎo)電層20和介電基 板12的相反表面上的第二導(dǎo)電偶極30之外，還包括通過下介電層16與第二導(dǎo)電層30分 開的接地導(dǎo)電層60。還有，第三導(dǎo)電元件50設(shè)置在介電基板12上的第一導(dǎo)電元件20設(shè)置 在其上的同一表面。第三導(dǎo)電兀件50是方向偶極。其包括具有一對端部53的中心條51。 這是大致杠鈴形的導(dǎo)電元件。其疊置在第二導(dǎo)電層30的各條34、36、35、37。其通過延伸穿 過介電基板12和介電層16的通道42連接到接地層60上。
[0043] 方向偶極50包括多個疊置在各條34、36、35、37的邊緣部上的指部。如圖所示，端 條52、58疊置于并且橫向延伸超過各條34、36、35、37的橫向邊緣。內(nèi)指部54、56鄰近于各 條34、36、35、37的內(nèi)邊緣但不在此橫向延伸超過。
[0044] 優(yōu)選地，介電基板12的磁導(dǎo)率或介電常數(shù)大于介電層16的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)。還 有，介電基板12的厚度hi基本上小于介電層16的厚度h2。優(yōu)選地，介電基板12為介電層 16的厚度的至少一半。
[0045] 方向偶極50的端部53的多邊形周邊具有PEAN03分形方向偶極的類似形狀。還 應(yīng)該注意的是，天線11的輪廓具有雙平面倒置F天線（PIFA)的外貌。
[0046] 圖14是天線11的方向增益的圖線，而圖15示出了 VSWR和S11增益的圖線。在 圖14中示出了 5個頻率。最大增益在7dB以上并且在2. 5GHz時為8. 29dB，而在5. 7GHz時 為10. 5dB。圖15中的VSWR是至少兩個頻率波段的VSWR值，其低于2。
[0047] 圖16A和16B示出了饋電點(diǎn)fp或通道40的影響。饋電零點(diǎn)類似于圖15所示的 饋電零點(diǎn)。圖17示出了槽寬度S在和5mm之間變化的影響。該3mm寬度大致對 應(yīng)于圖15中的3mm寬度。圖18A和18B示出了偶極條寬度SW在6mm、8mm和10mm的寬度 之間變化的影響。該6mm對應(yīng)于圖15中的寬度。圖19A和19B示出了方向偶極50的部分 51的長度SDL對在5GHz范圍內(nèi)的第二頻率的影響。該8mm的寬度大致相當(dāng)于圖15中的 8臟寬度。
[0048] 雖然沒有示出，但是可以在偶極周圍設(shè)置穿過絕緣層12的許多通道孔。這些通道 孔可以提供偽光晶體（pseudo-photonic crystals)。這通過減小介電材料中的表面波和福 射會增加總增益。對兩種天線都是這樣。
[0049] 雖然已經(jīng)詳細(xì)地說明和闡述了本發(fā)明公開的內(nèi)容，但是可以清楚地理解地是，這 僅是通過例證和實(shí)例而不是通過限制方式來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍僅僅受到所附 權(quán)利要求書的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于無線通信裝置的偶極天線，包括： 第一導(dǎo)電元件，其經(jīng)由第一介電層疊置在第二導(dǎo)電元件的一部分上并且與第二導(dǎo)電元 件分開； 第一導(dǎo)電通道通過第一介電層連接第一和第二導(dǎo)電兀件； 所述第二導(dǎo)電元件為大致U形； 所述第二導(dǎo)電元件包括多個分隔開的導(dǎo)電條，所述多個分隔開的導(dǎo)電條從所述U形的 各腿的相鄰端部橫向延伸；以及 每個導(dǎo)電條形成用于不同λ^的尺寸。
2. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，第一導(dǎo)電元件為L形。
3. 如權(quán)利要求2所述的天線，其中，所述L形的各腿中的一個疊置在所述U形的各腿中 的一個上。
4. 如權(quán)利要求3所述的天線，其中，所述第一導(dǎo)電通道將所述L形的另一腿連接到所述 U形的另一腿上。
5. 如權(quán)利要求2所述的天線，其中，所述第一導(dǎo)電通道將所述L形的各腿中的一個的端 部連接到所述U形的各腿中的一個上。
6. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述第一和第二導(dǎo)電元件各自為平面的。
7. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，各條具有小于0. 05 λ ^的寬度以及小于〇. 5 λ ^的 長度。
8. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線是全向的并且增益超過4dB。
9. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述第一介電層為基板，并且所述第一和第二導(dǎo)電 元件是在所述基板上的印刷元件。
10. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述多個導(dǎo)電條彼此平行。
11. 如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述多個分隔開的導(dǎo)電條從所述U形的各腿的相 鄰端部以相等的長度橫向延伸。
【文檔編號】H01Q5/15GK104124521SQ201410329323
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2003年11月24日
【發(fā)明者】伊曼諾伊爾.瑟杜坎, 丹尼爾.艾恩庫, 約翰.格洛斯納 申請人:高通股份有限公司