专利名称：具有宽频带和高辐射效率的天线的制作方法
技术领域：
下面的描述涉及一种具有宽频带和高辐射效率的天线。
背景技术：
狭缝天线包括切割出孔或狭缝的金属表面(诸如，平板)。当所述板通过激励频率(driving frequency)作为天线被激励时,所述狭缝福射电磁波。为了使狭缝天线具有宽频带，可增加狭缝的宽度。然而，当导体设置在高度低的狭缝天线的背表面处时，狭缝的宽度可能会比狭缝天线的基板的高度大。在该示例中，可能不能有效地增加频带宽度。
发明内容
在一个总体方面，提供一种天线，所述天线包括第一导体和设置在所述第一导体之下的电介质基板。所述天线还包括:狭缝部分，形成在所述第一导体中，并在所述电介质基板上；空腔，形成在所述电介质基板中，并与所述狭缝部分对应。在另一总体方面，提供一种天线，所述天线包括第一导体和设置在所述第一导体之下的电介质基板。所述天线还包括形成在所述第一导体中并在所述电介质基板上的狭缝部分。所述电介质基板的与所述狭缝部分对应的部分填充有空气，以减小所述狭缝部分的介电常数。在又一总体方面，提供一种天`线，所述天线包括电介质基板和设置在所述电介质基板上的导电基板。所述天线还包括:狭缝，穿透所述导电基板形成；孔，形成在所述电介质基板中，并与所述狭缝对应。通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特点和方面将是明显的。
图1是示出高效率宽频带天线的示例的平面图。图2是示出图1的高效率宽频带天线的A部分的示例的放大透视图；图3是示出沿着图1的高效率宽频带天线的B-B线切割的截面的示例的剖视图。图4是示出图1的高效率宽频带天线的等效电路的示例的图。图5是示出包括曲折的狭缝部分的图1的高效率宽频带天线的示例的平面图。图6是示出高效率宽频带天线的另一示例的局部透视图。在所有附图和具体实施方式
中，除非另外描述，否则相同的附图标记将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、图示和方便起见，这些元件的相对尺寸和绘示可能会被夸大。
具体实施例方式提供下面的详细描述，以帮助读者获得对在此描述的系统、设备和/或方法的全面理解。因此，本领域普通技术人员将想到在此描述的系统、设备和/或方法的各种变化、变型和等同物。描述的工艺步骤和/或操作的进行过程是示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于在此阐述的顺序，除必须以特定顺序进行的步骤和/或操作以外，步骤和/或操作的顺序可如本领域所知地进行改变。另外，为了提高清楚性和简要性，对公知功能和构造的描述会被省略。应该理解的是，公开的特征可以以不同形式体现，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例。相反，提供这些示例以使本公开将是彻底和完整的，并将把本公开的完整范围传达给本领域技术人员。附图可能未必按比例绘制，在一些示例中，为了清楚地示出这些示例的特征，可能已经将比例增大。当第一层被称为“在”第二层“上”或者“在”基板“上”时，其不仅可指第一层直接形成在第二层或基板上的情况，还可指在第一层与第二层或基板之间存在第三层的情况。图1是示出高效率宽频带天线100的示例的平面图。图2是示出图1的高效率宽频带天线100的A部分的示例的放大透视图。参照图1和图2,高效率宽频带天线100包括电介质基板110、下导体122、上导体124、狭缝部分130和空腔部分140。高效率宽频带天线100可用在并附着于人体上。由于人体会导致发射器功率损耗大，并且为了安全起见会限制功率，因此高效率宽频带天线100被构造成实现高辐射效率和宽频带。因此，高效率宽频带天线100包括厚度相对小的背腔式狭缝天线(cavity-backedslot antenna)。背腔式狭缝天线包括形成到狭缝天线的背表面的空腔，并且受其上放置狭缝天线的材料的电特性的影响不大。因此，背腔式狭缝天线可用于包括损耗介质(诸如，设置在狭缝天线的背表面处的地面或人体)的系统中。更详细地讲，电 介质基板110可具有基本上呈矩形的板的形式，但是电介质基板110的形状不限于此。例如，电介质基板110可具有多边形板或圆形板的形式。下导体122设置在电介质基板110的下表面之下，例如，下导体122设置在背腔式狭缝天线的背表面上。上导体124设置在电介质基板110的上表面之上。狭缝部分130形成在上导体124中(例如，狭缝部分130穿透上导体124形成)，并位于电介质基板110的上表面上。狭缝部分130包括使电介质基板110部分地暴露的狭缝(例如，沟槽)。通过按照预定图案移除上导体124的一部分来使电介质基板110暴露。狭缝部分130可包括长度相当于发射波的波长的大约二分之一的线性延伸部。如将参照图3详细地描述的，空腔部分140形成在电介质基板110中，位于狭缝部分130之下，并在下导体122上。空腔部分140包括填充有空气的空腔。图3是示出沿着图1的高效率宽频带天线100的B-B线切割的截面的示例的剖视图。参照图3，空腔部分140包括空腔(例如，沟槽)，所述空腔通过穿透电介质基板110的上表面和电介质基板110的下表面移除设置在狭缝部分130之下的电介质基板110而形成。即，通过移除电介质基板110的与狭缝部分130对应的部分(例如，电介质基板110的位于狭缝部分130之下并与狭缝部分130对齐的部分)而形成空腔部分140。空腔部分140延伸到与包括背腔式狭缝天线的背表面的下导体122接触的位置(例如，深度)，从而形成高效率宽频带天线100的空腔。可选地，空腔部分140可穿透电介质基板110的上表面并部分地深入到电介质基板110中的不与下导体122接触的位置(例如，深度)而形成。即，可通过移除电介质基板110的与狭缝部分130对应的部分(例如，电介质基板110的位于狭缝部分130之下并与狭缝部分130对齐的部分)中的一小部分而形成空腔部分140，以减小空腔的尺寸。这可通过使用高介电常数基板(例如，FR-4)作为电介质基板110来实现。以下，将详细描述高效率宽频带天线100的辐射效率和带宽由于空腔部分140的增加。图4是示出图1的高效率宽频带天线100的等效电路的示例的图。参照图4，高效率宽频带天线100包括具有狭缝部分(例如，图1的狭缝部分130)的背腔式狭缝天线。所述狭缝部分的长度可相当于发射波的波长的大约二分之一。背腔式狭缝天线可通过具有短路端的大约四分之一波长的发射电路(例如，如图4所示的并联RLC电路)来实现。因此，背腔式狭缝天线可具有与并联谐振器的阻抗特性相似的阻抗特性。Q因子是调谐电路的谐振锐度。即，Q因子可以是串联谐振器中的电容器或电感器两端电势之差的倍数，或者并联谐振器中流过电容器或电感器两端的电流的倍数。可基于等式(1)的示例确定并联谐振器(例如，高效率宽频带天线100)的Q因子:Q= Co0CR (1)在等式⑴中，Q表示Q因子，Coci表示并联谐振器谐振时的频率，C表示并联谐振器中的电容器的电容，R表示并联谐振器中的电阻器的电阻。可基于等式 ⑵的示例确定并联谐振器的带宽BW:BW = 1/Q = l/co0CR (2)因此，由于电容C与带宽BW成反比关系，所以带宽BW随着电容C的减小而增加。再次参照图3，当电介质基板110的位于狭缝部分130之下并与狭缝部分130对齐的部分被移除时，狭缝部分130的介电常数减小。即，当形成空腔部分140时，空气填充在空腔部分140中。空气的介电常数^比电介质基板110的介电常数小。因此，与电介质基板110填充空腔部分140时相比，当空气填充空腔部分140时，狭缝部分130的介电常数减小。因此，高效率宽频带天线100的电容C减小。由于电容C减小，因此高效率宽频带天线100的Q因子Q减小。其结果是，高效率宽频带天线100的带宽BW增加。此外，在狭缝部分130中产生强大的电场E。当使用高效率宽频带天线100时，在电介质基板110处广生的介电损耗减小，从而使闻效率宽频带天线100的福射效率提闻。通过包括空腔部分140，高效率宽频带天线100具有小的电容C，从而实现宽频带。可基于等式(3)的示例确定谐振频率:ω0= I/(LC)0.5 (3)在等式(3)中，L表示并联谐振器中的电感器的电感。电容C和电感L互成反比。即，为了使谐振频率Otl保持恒定，电感L随着电容C的减小而同等程度地增加(S卩，电感L与电容C的乘积保持不变)。通过增加狭缝部分130的长度来增加电感L。再次参照图1，狭缝部分130包括:第一狭缝132，从高效率宽频带天线100的中央以对称形状延伸到高效率宽频带天线100的相对两端；第二狭缝134，分别从第一狭缝132的两端延伸。因此，狭缝部分130具有H形形状。即，狭缝部分130的长度随着分别形成在第一狭缝132的两端的第二狭缝134的长度的增加而同等程度地增加。因此，高效率宽频带天线100的电感L增加,从而补偿高效率宽频带天线100减小的电容C。图5是示出包括曲折的狭缝部分136的图1的高效率宽频带天线100的示例的平面图。参照图5，曲折的狭缝部分136从高效率宽频带天线100的中央以对称形状延伸到高效率宽频带天线100的相对两端。曲折的狭缝部分136的长度比图1至图3的狭缝部分130的长度长。因此，高效率宽频带天线100的电感L增加,从而补偿高效率宽频带天线100的电容C的减小。可选地，高效率宽频带天线100的狭缝部分可从高效率宽频带天线100的中央以Z字形形状、波形形状和/或阶梯形状对称地延伸到高效率宽频带天线100的相对两端。尽管图1至图3的狭缝部分130和图5的狭缝部分136分别具有H形形状和曲折形状，但是狭缝部分的形状不限于此。因此，任何其他形状均可适用，只要该形状使狭缝部分的长度增加并使电感L增加以补偿电容C的减小即可。图6是示出高效率宽频带天线200的另一示例的局部透视图。参照图6，高效率宽频带天线200包括电介质基板210、导电基板220、狭缝部分230和孔部分240。导电基板220设置在电介质基板210的上表面上。狭缝部分230形成在导电基板220中，并位于电介质基板210的上表面上。孔部分240形成在电介质基板210中，位于狭缝部分230之下，并填充有空气。通过移除电介质基板210的与狭缝部分230对应的部分(例如，电介质基板210的位于狭缝部分230之下并与狭缝部分230对齐的部分)而形成孔部分240。与高效率宽频带天线100相比，高效率宽频带天线200不 包括设置在电介质基板210之下并包括高效率宽频带天线100的背表面的专用导电基板。由于电介质基板210的所述部分被移除并填充有空气，所以狭缝部分230的介电常数减小，因此，高效率宽频带天线200的电容减小。高效率宽频带天线200的带宽由于电容的减小而增加。此外，在狭缝部分230中产生强大的电场。当使用高效率宽频带天线200时，在电介质基板210处广生的介电损耗减小，从而使闻效率宽频带天线200的福射效率提闻。参照图6，孔部分240是穿透电介质基板210的上表面和电介质基板210的下表面而形成的通孔。可选地，孔部分240可以是穿透电介质基板210的上表面并部分地深入到电介质基板210中而形成的空腔(例如，沟槽)。狭缝部分230可具有曲折形状或H形形状，以增加狭缝部分230的长度，从而对应于减小的电容来增加高效率宽频带天线200的电感。为了在普通的背腔式狭缝天线与图1至图6的高效率宽频带天线100或200之间比较带宽和辐射效率，已进行了实验。实验结果在下面示出。该实验是在假设各个天线被放置于人体上，并且人体模型的介电常数ε r为大约35.15,导电率σ为大约1.16西门子每米(S/m)且尺寸为大约100晕米(mm) X 100晕米(mm)X30毫米(mm)的条件下进行的。各个天线的狭缝部分的宽度被设为大约1mm。各个天线使用三种不同类型的基板RT6010、RT 5800和FR-4。应用的各个天线具有三种不同的高度，即，和3mm。在上述条件下,测量带宽和福射效率。[实验示例I]在实验示例I中，使用基板RT 5800，基板RT 5800的介电常数为2.2且损耗角正切为0.0009。实验示例I的结果在下面示出:
权利要求
1.一种天线，所述天线包括: 第一导体； 电介质基板，设置在所述第一导体之下； 狭缝部分，形成在所述第一导体中，并在所述电介质基板上； 空腔，形成在所述电介质基板中，并与所述狭缝部分对应。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述空腔穿透所述电介质基板而形成。
3.如权利要求1所述的天线，其中，所述狭缝部分包括: 第一狭缝，从所述天线的中央以对称形状延伸到所述天线的相对两端； 第二狭缝，分别从所述第一狭缝的两端延伸。
4.如权利要求1所述的天线，其中，所述狭缝部分具有H形形状。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述狭缝部分从所述天线的中央以曲折形状、Z字形形状、波形形状、阶梯形状或所述形状的任意组合对称地延伸到所述天线的相对两端。
6.如权利要求1所述的天线，所述天线还包括: 第二导体，设置在所述电介质基板之下。
7.如权利要求6所述的天线，其中，所述空腔形成到不与所述第二导体接触的深度。
8.如权利要求7所述的天线，其中，所述电介质基板包括高介电常数基板。
9.如权利要求1所述的天线，其中，所述空腔与所述狭缝部分对齐。
10.一种天线,所述天线包括: 第一导体； 电介质基板，设置在所述第一导体之下； 狭缝部分，形成在所述第一导体中，并在所述电介质基板上， 其中，所述电介质基板的与所述狭缝部分对应的部分填充有空气，以减小所述狭缝部分的介电常数。
11.如权利要求10所述的天线，其中，所述电介质基板的与所述狭缝部分对应的部分穿透所述电介质基板而形成。
12.如权利要求10所述的天线，其中，所述狭缝部分具有曲折形状或H形形状。
13.如权利要求10所述的天线，所述天线还包括: 第二导体，设置在所述电介质基板之下。
14.如权利要求13所述的天线，其中，所述电介质基板的与所述狭缝部分对应的部分形成到不与所述第二导体接触的深度。
15.如权利要求14所述的天线，其中，所述电介质基板包括高介电常数基板。
16.—种天线,所述天线包括: 电介质基板； 导电基板，设置在所述电介质基板上； 狭缝，穿透所述导电基板而形成； 孔，形成在所述电介质基板中，并与所述狭缝对应。
17.如权利要求16所述的天线，其中，所述孔穿透所述电介质基板而形成。
18.如权利要求16所述的天线，其中，所述孔部分地形成到所述电介质基板中。
19.如权利要求18所述的天线，其中，所述电介质基板包括高介电常数基板。
20.如权利要求16所述的天线，其中，所述狭缝具有曲折形状或H形形状。
全文摘要
本发明提供一种具有宽频带和高辐射效率的天线。所述天线包括第一导体和设置在所述第一导体之下的电介质基板。所述天线还包括狭缝部分，形成在所述第一导体中，并在所述电介质基板上；空腔，形成在所述电介质基板中，并与所述狭缝部分对应。
文档编号H01Q1/38GK103227362SQ20131001142
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月11日 优先权日2012年1月26日
发明者李在燮, 金成中, 南相郁, 尹洙旻 申请人:三星电子株式会社, 首尔大学校产学协力财团