专利名称：平面天线小型化方法及产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及天线小型化方法，特别是涉及平面缝隙天线小型化方法和用该方法设计制作的袖珍平面天线。
现有技术的线状和平面天线，只有当其某一方向长度等于半波长(1/2λ)，与电磁波共振时，接收和发射效果才最佳。而且使用频率一旦确定，天线尺寸也就据此确定。随着VLSI(超大规模集成电路)技术的发展，几乎所有电子电路产品都已经变得越来越小，与之配合使用的天线装置小型化自然也就是迫在眉睫的事了。
现有技术使天线小形化的方法通常有两种其一是，在线状天线的适当部位加入电感或电容，强迫天线输入端阻抗的虚部为零，实部与馈线的特征阻抗匹配;另一方法是，利用介电常数(εr)大的绝缘基板制作印刷电路平面天线，使介质中的波长变短以减小天线尺寸。以上两种方法都引起功率损失，使天线效率低下。前者由外加的电感和电容引起，后者是因为介电常数大的介质在电磁场中损耗也大，因而都不可取。
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提出另一种使天线小型化的方法，在保证天线有效地接收和发射的同时，使其面积大幅度减小并且依据该方法设计制作一种袖珍平面天线，其面积只及现有技术天线的若干分之一，可安装在汽车壳体或房屋墙壁表面，或贴在窗户上。
本发明的目的可以通过以下措施来达到提出一种平面天线小型化的方法，它是在绝缘基板上制作导电图形，该图形包括中央区和周围环带;中央区可以是任意形状，环带围绕中央区形成一条连续的均匀缝隙，缝隙长度大致等于半波波长(1/2λ)。
附图的图面说明如下
图1是用本发明方法设计的天线结构形状示意图;
图2是本发明为900兆赫频段设计的一个最佳实施例天线的导电图形和尺寸图;
图3是图2最佳实施例天线的失配衰减(回程损耗)曲线;
图4是图2最佳实施例天线的辐射方向图，10分贝/格，按900兆赫时的值为最大值画出。
以下结合附图就本发明的一个最佳实施例作进一步详述。
本发明方法是在绝缘基板1上制作导电图形2，如图1所示，包括中央区21和周围环带22。它们是一层金属薄膜，可用印刷电路板(PCB)技术制成。中央区21可以是任意形状，环带22围绕中央区21形成一条连续的均匀缝隙3，缝隙长度1大致等于半波波长(1/2λ)。中央区21和周围环带22分别同连结器(馈线)的中心导体和外导体相连结。电磁场能量主要集中在缝隙3内，通过所述连续器(馈线)馈给或引出。
本发明方法是在平面天线基础上形成环状缝隙3，缝隙3的长度，基本上就是中央区21的周边长1，决定天线的工作频率f。现在1≈1/2λ，进入共振状态，就可以有效地发射和接收信号。因为是在金属膜的周长方向共振，因而相比现有技术线状和平面天线在某一方向长度共振，面积大大减小，而且还可以调整周围环带22的带宽Wl和缝隙宽度S，见图2，使天线输入阻抗改变，实现最佳功率转换。另外，中央区21和周围环带22可以制作在基板1的同一面，也可以分别制作在该基板的两面，以适应不同用途和配合不同型式的连结器(馈线)。
本发明方法尤其适合制作用于VHF、UHF频段的FM广播和电视接收天线，用于900和1800兆赫频段手提电话和汽车电话的天线，用于1500兆赫的卫星全球定位系统。利用本发明方法获得的袖珍平面天线作为基本构成元素，还可以组成面积小、方向性强的阵列天线，用于接收卫星电视和作地面微波中继用途。
图2所示是图1方法的具体化，是本发明为工作在900兆赫频段设计的袖珍平面天线的导电图形和尺寸图。结合图1和图2一起看，这种天线包括绝缘基板1，例如是厚度δ＝0.38毫米、相对介电常数εr＝2.5的PC(聚碳酸酯)板，以及制作在它上面的导电图形2，该图形包括中央区21和周围环带22，中央区21可以是任意形状，例如可以设计成矩形、圆形、三角形、星形、菱形等各种形状，环带2围绕着它，两者间有一条连续的均匀缝隙3，其长度大致等于半波波长(1/2λ)。实际上，这种表面制作有导电图形2的绝缘基板1是一种印刷电路板(PCB)，包括中央区21和周围环带22的导电图形2是一层金属薄膜。在这个实施例中，周围环带22宽W＝71毫米，长L＝45毫米，面积仅是工作在同样频率下现有技术微带天线的八分分之一。环带22的带宽Wl＝4毫米，缝隙3的宽度S＝1.5毫米。W/L＝1.76，在合适范围内，该比值太大会导致频带狭窄的高Q(品质)因数，太小则造成辐射效率降低。缝隙3的长度l＝188毫米，相当于f＝800兆赫时的半波长1/2λ。所述袖珍平面天线，其中央区21和周围环带22可以制作在基板1的同一面，也可以分别制作在该基板的两面，以适应不同用途和配合不同型式的连结器(馈线)。本实施例是制作在基板1的同一面，是共面波导天线，用同轴电缆馈送信号。这样配置的一个优点是，可以很容易同一些有源器件，例如某些二极管、场效应晶体管以及HEMT等适配，而不必像微带天线的情况，需要贯穿基板。
图3是图2天线的失配衰减(回程损耗)曲线，天线的工作频带宽度以回程损耗小于或等于-10分贝定义。该曲线显示频带宽度从934兆赫至1170兆赫，相对带宽达22%。就是说，在900-1150兆赫频段，反射功率很少，因而所述天线效果很好。相比工作在同样频率上的微带天线，后者的频带宽度仅5%。
图4给出本发明最佳实施例，即图2天线的辐射方向图。本发明的袖珍平面天线方向性变化缓慢，在上下方向取最大值。本发明天线的增益与通常的半波长线状天线相当，面积却小了很多，很适合在汽车等移动体上使用，还可以同手提电话机融为一体安装。
同现有技术相比，本发明方法及其产品的主要优点是，面积显著减少，工作频带拓宽，成本降低，使用方便。
权利要求
1.一种平面天线小型化的方法，包括在绝缘基板1上制作导电图形2，其特征在于导电图形2包括中央区21和周围环带22；中央区21可以是任意形状，环带22围绕中央区21形成一条连续的均匀缝隙3，缝隙3的长度ι大致等于半波波长(1/2λ)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于包括中央区21和周围环带22的导电图形2是一层金属薄膜，可用印刷电路板(PCB)技术制成。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于中央区21和周围环带22分别同连结器(馈线)的中心导体和外导体相连结。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于中央区21和周围环带22可以制作在基板1的同一面，也可以分别制作在该基板的两面，以适应不同用途和配合不同型式的连续器(馈线)。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于可以调整周围环带22的宽度WL和缝隙3的宽度S，使天线输入阻抗改变，实现最佳功率转换。
6.一种袖珍平面天线，包括绝缘基板1和制作在它上面的导电图形2，其特征在于导电图形2包括中央区21和周围环带22，中央区21可以是任意形状，环带2围绕着它，二者间有一条连续的均匀缝隙3，其长度大致等于半波波长(1/2λ)。
7.按照权利要求6所述的袖珍平面天线，其特征在于中央区21可以设计成矩形、圆形、三角形、星形、菱形等各种形状。
8.按照权利要求6所述的袖珍平面天线，其特征在于表面制作有导电图形2的绝缘基板1是一种印刷电路板(PCB)，包括中央区21和周围环带22的导电图形2是一层金属薄膜。
9.按照权利要求6所述的袖珍平面天线，其特征在于中央区21和周围环带22可以制作在基板1的同一面，也可以分别制作在该基板的两面，以适应不同用途和配合不同型式的连结器(馈线)。
10.按照权利要求6所述的袖珍平面天线，其特征在于所述天线可以作为基本构成元素，组成阵列天线，用于接收卫星电视和作地面微波中继用途。
全文摘要
一种平面天线小型化的方法和产品，它是在绝缘基板1上制作导电图形2，包括中央区21和周围环带22。中央区21可以是任意形状，环带22围绕中央区21形成一条连续的均匀缝隙3，缝隙3的长度1大致等于半波波长(1/2λ)。包括中央区21和周围环带22的导电图形2是一层金属薄膜，可用印刷电路板(PCB)技术制成。本发明的主要优点是。天线面积显著减小，工作频带拓宽，成本降低，使用方便，特别适合用于汽车电话和手提电话。
文档编号H01Q9/00GK1086930SQ93100760
公开日1994年5月18日 申请日期1993年1月9日 优先权日1993年1月9日
发明者蔡茂 申请人:蔡茂