专利名称：贴片天线和使用该天线的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种贴片天线，该天线主要用于移动通信或无线LAN，和涉及使用该天线的电子设备。
作为用于移动通信或无线LAN的小型平面天线，已经广泛使用带有加厚带的微带天线或贴片天线。图6表示了这样一个贴片天线的示范性结构。在图6所示的例子中，贴片天线51包括一个电介质片52，提供于电介质片52全部表面上的一个接地板53，提供在电介质片52的另一个表面上的一个贴片54，和提供在电介质片另一个表面上的一个馈线55用于连接到贴片54。另外，数字56表示用于向馈线55和接地板53馈送功率的一个馈电点。
上述结构的贴片天线51有一个优点，即其小且薄，因此它不占用大空间。可是，在用其作为用于移动通信例如移动计算的天线或作为用于无线通信的天线用来将一个计算机连接到网络的情况，就产生一个问题，即由于提供在电介质片52表面上的接地板53该天线不仅具有窄的方向性，而且由于高Q值也具有一个窄的频率带宽。即，如果这样的贴片天线具有窄方向性和窄频率带宽，就需要在无线通信中将天线对着通信伙伴，或在安装电子设备例如计算机时指定天线的方向。显然，这些问题使得这样的贴片天线不实用。为此目的，在移动通信或无线LAN领域所需要的是改善这样的常规贴片天线以便其基本上没有方向性和具有更宽的频率带宽。
另一方面，已经提出了一种技术以在贴片天线上提供一个孔径用于延长其电流路径，由此降低天线尺寸。在接地板上提供一个孔径也是公知的，由此从带状线通过电磁耦合向天线馈送功率。另外，日本专利10-22723公开了一种技术用于在接地电极上(接地板)形成开槽以抑制明显的极化波；日本专利10-233617公开了一种技术用于通过使用带有孔径(接地板)的接地板改善反向F型平面天线；和日本专利7-46033公开了一种技术用于在接地板单元(接地板)上形成一对缝隙以提供两个频率或多频率能力。可是，尽管使用了这些技术，仍不能实现全方向性和宽带宽特性的贴片天线。
本发明的一个目的是弱化上述问题，由此提供一种贴片天线具有全方向性和宽带宽特性。
在本发明的贴片天线中，在电介质片的一个表面提供一个接地板，而一个贴片和连接到该贴片的一个馈线被提供在电介质片的另一个表面上。本贴片天线特征在于在接地板的一个位置上提供一个孔径，该孔径对于接地板中心是非对称的。在本发明中，由于以对接地板中心非对称方式在接地板上提供该孔径，回流分布变得不对称以至产生共模式电流。以此方式，本发明能够实现全方向性和宽带宽特性。
为有效实现所述非方向性和宽带宽特性，本贴片天线最好具有下列特性(1)位于接地板上的孔径位置产生更强的电场；(2)该孔径具有矩形形状；(3)沿该孔径的周长基本上等于贴片天线谐振频率的一个波长；和(4)所述贴片分别与所述馈线平行和垂直的每个方向上被逻辑上分为两个半部分以一起形成四个区域，由此该孔径被放置在接近馈线的两个区域之一中。在此注意，如果沿孔径的周长被设置为基本上等于贴片天线谐振频率的一个波长，还能够增加来自接地侧的辐射增益。
另外，本发明是指使用所述贴片天线作为天线的电子设备。更具有地，假设为一个作为电子设备的计算机，本发明的所述贴片天线用来作为用于移动计算和/或无线LAN的天线。这样，就减少了改变通信伙伴位置和/或基于该天线的计算机的设计的必要性。
如同从上述说明中所见，按照本发明，通过在接地板的一个位置上安放一个孔径有可能实现贴片天线的非方向性和宽带宽特性，该孔径与接地板中心不对称。另外，按照本发明，与其它天线的安装相比有可能实现移动通信和/或无线LAN而不必担心电子设备的位置。
图1(a)和(b)是本发明贴片天线的示范性结构的平面图和截面图。
图2是用于解释使用本发明的贴片天线的电子设备的例子的一个图。
图3是表示本发明的贴片天线和常规贴片天线的频率与回流损耗之间关系的模拟结果的曲线图以确定带宽。
图4是表示本发明的贴片天线和常规贴片天线的方向性的模拟结果的曲线图以确定带宽。
图5是表示对本发明的贴片天线和常规贴片天线实测的实际增益结果的曲线图。
图6是常规贴片天线示范性结构的透视图。
图1(a)和1(b)表示了本发明的贴片天线1的一个示范性结构。更具体地，图1(a)是贴片天线1的平面图，而图1(b)是贴片天线1沿图1(a)中的A-A线的截面图。在图1(a)和1(b)的例子中，贴片天线1包括一个电介质片2，提供在电介质片2表面上的一个接地板3，提供在电介质片2的另一个表面上的预定图形的一个贴片4，和提供在电介质片5另一个表面上的一个馈线5用于连接到该贴片4。另外，数字6表示用于向馈线5和接地板3馈送功率的一个馈电点。刚刚描述的结构与常规贴片天线的结构相同。本发明的特征在于在接地板3的一个位置上提供一个孔径7，该位置对于接地板3的中心O是非对称的。
在图1(a)和1(b)的例子中，作为优选实施例，孔径7安放在接地板靠近馈线5的位置，在此电场相对较强。也选择具有矩形形状的孔径7。另外，沿孔径7的周长设置为基本上等于贴片天线1的谐振频率的一个波长。而且，贴片4分别在对于馈线5平行和垂直的每个方向上被逻辑地分成两个半部分，以形成四个一起的区域，由此孔径7被放置在靠近馈线5的两个区域之一中。
在本发明中，由于以对于接地板3中心非对称方式提供接地板3上的孔径7，贴片天线1的特性被保持和回流分布为非对称以至产生共模式电流。以此方式，有可能实现贴片天线1的全方向性和宽带宽特性。如果沿孔径7的周长也设置为基本上等于贴片天线1的谐振频率的一个波长，在相关频率上的各个谐振被叠加在一起，由此改善了输出或接收效率。
形成本发明的贴片天线1的电介质片2，接地板3，贴片4和馈线5的材料不特别限制为具体材料。这是因为已经被常规用于这些元件的任何这样的材料可以以与以前相同的方式使用。
图2是用于说明使用本发明贴片天线的电子设备的一个例子的图。更具体地，图2表示了这样一个例子，其中作为终端的一台个人计算机11被通过无线LAN互连到主计算机12。在该实施例中，如果本发明的上述贴片天线1被用作天线用于每个个人计算机11和主计算机12，有可能放置个人计算机11和主计算机12而不必担心贴片天线1的安装或固定位置。
在图3中，表示回流损耗(S11)三个例子的模拟结果，包括(1)第一例子(W/缝隙)，其中在所述四个区域中靠近馈线5的两个区域上的任何一个提供孔径7，如图1中所示；(2)第二例子(W/缝隙(顶部))，其中在所述四个区域中远离馈线5的两个区域上的任何一个提供孔径7；和(3)第三例子(W/O缝隙)，其中如图6中所示没有提供孔径。注意模拟结果已经由EMI模拟器获得，该结果基于由Rubin等人开发的“边界单元法/瞬时法”(B J Rubin，SDai javad“Radiation and scattering from structures InvolvingFinite-Size Dielectric Regions”，IEEE学报，天线传播，AP-38，1866-1873页(1990))。在下面的表1中也总结了该结果。
(表1)<
考虑到来自图3和表1中所示的结果中的回流损耗，明显看出在带有提供在顶部的孔径的第二例子(W/缝隙(顶部))和没有任何缝隙的第三例子(W/O缝隙)中，低于-10dB的带宽S11接近等于40MHz，而在带有提供在靠近馈线的孔径的第一例子(W/缝隙)中，低于-10dB的带宽S11近似等于100MHz。这样，能够看出通过在预定位置提供孔径可以扩宽贴片天线的带宽。鉴于谐振频率，也可以看出在每个带有孔径的第一和第二例子(W/缝隙，W/缝隙(顶部))中，它们的谐振频率近似分别等于2.48GHz和2.53GHz，而在没有任何孔径的例子(W/O缝隙)中其谐振频率近似等于2.62GHz。这样，能够看出在设计相同谐振频率的贴片天线的情况下，带有孔径的示范性贴片天线可以比没有孔径的另一个示范性贴片天线明显减小尺寸。注意在这方面从类似的三个不同例子实测的回流损耗的实际结果与所述结论基本相符。
其次，对于带有孔径如图1所示的第一例子(W/缝隙)和对于没有任何孔径如图6所示的第三例子(W/O缝隙)，模拟了在图1(a)所示的XZ平面上的方向性。模拟结果如图4所示。从图4的结果中，可以看出带有孔径的目前贴片天线的方向性，如同本发明所教导的，与没有任何孔径的常规贴片天线相比在方向上不太改变，这导致了当前贴片天线方向性的减低或缺少。
同样地，对于带有孔径的第一例子(W/缝隙)如图1所示和对于没有任何孔径的第三例子(W/O缝隙)如图6所示，实测出了它们示在图1(a)的XZ平面上在0到360度范围方向上的实际增益。该实测的结果在图5中表示。从图5的结果，也可以看出带有孔径的当前贴片天线的增益，如同本发明所教导的，与没有任何孔径的常规贴片天线相比在方向上没有太大改变，这导致当前贴片天线的方向性减少或缺少。注意，在当前贴片天线的情况下，通过提供孔径该天线的方向性从5.3dBi改变到3.9dBi(图4)，这证明在窄方向性上的改善。
权利要求
1.具有在电介质片的一个表面上提供的一个接地板，和还具有在电介质片其它表面上提供的一个贴片和一个连接到该贴片的馈电线的一个贴片天线中，其改进包括提供在接地板上的一个孔径，处于与接地板中心非对称的位置。
2.权利要求1的贴片天线，其中所述孔径位于接地板产生更强电场的位置上。
3.权利要求1或2的贴片天线，其中所述孔径具有矩形形状。
4.前面任何权利要求的贴片天线，其中沿所述孔径的周长基本上等于贴片天线谐振频率的一个波长。
5.前面任何权利要求的贴片天线，其中所述贴片分别在平行和垂直所述馈线的每个方向上被逻辑地分成两个半部分以形成四个都在一起的区域，由此所述孔径被安放在两个区域中靠近馈线的一个中。
6.使用任何前面的权利要求的贴片天线作为其天线的电子设备。
7.权利要求6的电子设备，其中所述贴片天线用于连接到在无线LAN环境中的一个网络。
全文摘要
提供一种贴片天线,该天线具有全方向性和宽带宽特性。一种贴片天线1由提供在电介质片2的一个表面上的一个接地板3与每个都提供在电介质片2的其它表面上的一个贴片4和用于连接至该贴片4的一个馈线5一起组成。在此贴片天线1中,在接地板3的一个位置上提供一个孔径7,该孔径与接地板3的中心为非对称。通过以对接地板3的中心非对称的方式在接地板3上安放该孔径7,回流分布变得非对称以至于产生一个共模式电流。以此方式,有可能实现全方向性和宽带宽特性。
文档编号H01Q13/08GK1258112SQ9912476
公开日2000年6月28日 申请日期1999年12月9日 优先权日1998年12月24日
发明者浅野武, 樱井秋久 申请人:国际商业机器公司