专利名称：一种装置的内部天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在小型无线电装置内部的天线结构。
便携式无线电装置非常希望将天线安置在装置盖子的内部，因为突出的天线很不方便。例如在新式的移动电台中，内部天线必须具有很小的尺寸。随着移动电台越来越小，这一需要进一步增强。另外，在双频带天线中，上工作频带至少应该比较宽，特别是当这种装置试图在采用1.7-2GHz频带的一个以上系统中工作的情况下。
对于实际的小尺寸天线，最普遍的解决方案是采用PIFA(平面倒F形天线)。工作在给定频带内的这种天线的性能诸如带宽和效率取决于天线的尺寸尺寸越大，特性就越好，反之亦然。例如，如果降低PIFA的高度，也就是让辐射面和接地面彼此靠近，带宽就会明显缩小。同样，如果使元件的物理长度小于其电气长度，从而在宽度和长度方向上缩小天线，效率就会特别地变劣。
图1表示一例现有技术的双频带PIFA。从图中可见，该装置的框架110被画成水平的，它起到天线接地面的作用。在这一接地面上面是一个被绝缘件如105支撑着的平面辐射元件120。在辐射元件和接地面之间有一个短路件102。在点F上通过接地面中的一个孔103向辐射元件120馈电。在辐射元件中有一个缝隙125，它从元件的边缘开始拐过两个直角弯之后延伸到馈点F附近。从馈点F上看，该缝隙将辐射元件划分成具有不同长度的两个分支A1和A2。在本例中，较长的分支A1构成辐射元件边沿区域的主要部分，其谐振频率落在天线的低工作频带上。较短的分支A2构成辐射元件的中间区域，其谐振频率落在天线的高工作频带上。图1所示的这种结构的缺点在于，用于小型移动电台的天线的小型化趋势会随之带来天线的电气性能急剧恶化。
本发明的目的是减少现有技术所面临的上述缺点。在独立权利要求1中表达了按照本发明结构的特征。其他从属权利要求体现了本发明的一些最佳实施例。
本发明的基本原理如下惯用的PIFA型结构是这样被扩展设置的，在接地面板上方不是一个而是至少两个彼此上下叠置的辐射面板。为了缩小下辐射器的尺寸并且改善频带特性，在它们之间是介电材料。同样，在最上边辐射面板顶上也是介电材料。这一顶层被用来使该天线的一个谐振频率相对接近另一个谐振频率，以便展宽频带。上辐射面板用电流连接到下辐射面板上。
本发明的优点在于，与仅仅使辐射面板与接地面板的距离相当于本发明的上辐射面板之距离所获得的效果相比，本发明天线大大地增加了天线的带宽。这是因为采用了彼此接近的多个谐振频率。本发明的其它优点包括比较好的制造性能并且能够降低造价。
以下要参照附图具体解释本发明，在附图中图1表示一例现有技术的PIFA，图2表示按照本发明的一例天线结构，图3表示按照本发明的一例天线的特性，图4表示本发明的第二实施例，图5表示本发明的第三实施例，图6表示本发明的第四实施例，以及图7表示装备有本发明的天线的一种移动电台实例。
上文在关于现有技术的说明中已经讨论过图1。
图2表示按照本发明的一例天线结构。天线200包括一个接地面板210，它顶上是第一辐射元件220，再上面是第二辐射元件230。说明书和权利要求书中使用的词汇“顶上”和“最顶上”是指以接地面为最下面而言的天线零部件的水平相对位置。在接地面板和第一辐射元件之间主要是空气和一点具有低介电常数的支撑材料。在第一和第二辐射元件之间是具有比较高介电常数的第一介电板240。在第二辐射元件顶上是第二介电板250。天线馈线的内部导体201通过接地面板中的一个孔211在点F处连接到第一辐射面板220。按照这种PIFA结构，利用第一短路导体202将第一辐射面板连接到地。进而通过电流连接第一和第二辐射面板。在图2的例子中，这种连接是通过位于馈点F和短路导体202之间区域内的第二短路导体203来实现的。第二辐射面板230一部分通过短路导体203用电流馈电，一部分是来自第一辐射面板220的电磁辐射。
在图2所示的结构中，两个辐射面板都包括两个分支第一辐射面板220有一个缝隙225，它将其(220)划分成具有不同谐振频率的两个分支。用f1和f2表示这些谐振频率，其中的f2较高。第二辐射面230有一个缝隙235，它将其(230)划分成具有不同谐振频率的两个分支A3和A4。用f3和f4表示该上辐射面板的这些谐振频率，其中的f4较高。介电板250位于分支A4顶面上。利用分支A4的尺寸使谐振频率f4接近谐振频率f2，以便其工作频带对应于频率f2和f4，构成一个较宽的连续工作频带。另外，介电板250可以改善分支A4的谐振可靠性。
图3表示一条代表反射系数的曲线31，它是按照本发明构造的天线频率f的函数。具有图2所示结构的天线有四个谐振频率。第一谐振r1出现在f1=0.8GHz，第二谐振r2出现在f2=1.66GHz，第三谐振r3出现在f3=0.94GHz，而第四谐振r4出现在f4=1.87GHz。反射系数峰值分别是14dB,21dB, dB和12dB。对应于谐振r1和r3的工作频带是分离的。对应于谐振r2和r4的天线元件之间的耦合产生一个第五谐振r5，其频率落在f2和f4之间。对应于谐振r2,r4和r5的频带共同构成一个宽工作频带。如果将5dB的反射系数作为频带极限，这一频带就是约1.6到1.9GHz。于是，带宽B大约有300MHz，它相当于这一频带之中心频率的17％。比现有技术之相同尺寸天线所获得的带宽大得多。
图4是本发明的实施例类似于图2的一个顶视图。在图中表示了第一辐射元件420，第二辐射元件430，第一介电板440和第二介电板450。缝隙425和缝隙435分别将第一和第二辐射元件划分成两个分支。本例中的第二辐射元件几乎和第一辐射元件一样大。它们在结构的边缘上由第二短路导体403连接。第一介电板的介电常数是ε1，而第二介电板的介电常数是ε2。与图2的不同在于此处的第二介电板位于第二辐射元件之较长分支A3的顶上。
图4b表示从其左侧看到的图4a的结构。在图中除了上述零件之外还表示了接地面板410，天线馈线的内部导体401和处在接地面板和第一辐射元件之间的第一短路导体402。第一和第二辐射元件之间的一个短路导体403最好从内部导体401和第一短路导体之间的区域开始。另外，图4b表示接地面板和第一辐射元件之间的绝缘体是空气。
图5a是本发明一个实施例的顶视图，图中有三个彼此上下层叠的辐射元件。底下是具有两个分支的第一辐射元件520。中间是一个连续的并且小于第一辐射元件的第二辐射元件530。顶上是具有两个分支并且比第二辐射元件更小的第三辐射元件560。在第一和第二辐射元件之间是第一介电板540，在第二和第三辐射元件之间是第二介电板550。在第三辐射元件的较短的分支顶上是第三介电板570。在这一结构的边缘上，在第一和第二辐射元件之间有第二短路导体503，在第二和第三辐射元件之间有第三短路导体504。
图5b表示从其左侧看到的图5a的结构。在图中除了上述零件之外还表示了接地面板510，天线馈线的内部导体501和处在接地面板和第一辐射元件之间的第一短路导体502。按照图5a,5b的结构例如可以用来构成一个三-频带天线，其中有一个频带特别宽，或者是构成一个双-频带天线，其中的一个或两个频带特别宽。
图6a是本发明一个实施例的顶视图，图中有两个彼此上下层叠的辐射元件。它与图4所示结构的不同在于第二辐射元件630是连续的，并且没有电流地接触到第一辐射元件620。因此，本例中的第二辐射元件是寄生的。图6b表示从其左侧看到的图6a的结构。在图中除了上述零件之外还表示了接地面板610，天线馈线的内部导体601和处在接地面板和第一辐射元件之间的第一短路导体602。
图7表示一个移动电台700。它包括按照本发明的天线200，图中所示的例子是天线完全被装在移动电台的盖子内部。
上文中说明了按照本发明的天线结构及其一些变型。本发明并非仅限于所说的辐射元件的结构和数量以及介电材料的配置。另外，本发明也不仅限于平面天线及其制造方法的其他结构性解决方案。在独立权利要求1的范围内可以采取多种途径来应用本发明的原理。
权利要求
1．一种天线结构包括第一平面辐射元件(220)和接地面板，其特征是在第一辐射元件顶上进一步包括至少一个第二辐射元件(230)，其中-第一辐射元件和上述接地面板之间的空隙主要是由空气构成的，-在第二辐射元件和第一辐射元件之间有一层介电常数至少为十的介电材料(240)，以及-在最上面的辐射元件之顶面上有一层介电材料(250)。
2．按照权利要求1的结构，其特征是在上述第一和第二辐射元件之间有一个提供电流耦合的第二短路导体(203)。
3．按照权利要求2的结构，其中，上述天线的馈电导体(201)与第一辐射元件形成电流接触，并且在后者和上述接地面板之间具有第一短路导体(202)，其特征在于上述第二短路导体(203)在第一辐射元件中的连接点位于上述馈电导体的连接点(F)与上述第一短路导体(202)的连接点之间的区域内。
4．按照权利要求1的结构，其特征在于至少一个上述辐射元件包括具有基本不同的谐振频率的两个分支(A3,A4)。
5．按照权利要求1的结构，其特征在于上述辐射元件的至少一个(630)是寄生的。
6．一种无线电装置(700)包括一个天线(200)，这种天线具有第一辐射元件和接地面板，其特征是在第一辐射元件顶上具有至少一个第二辐射元件，其中，在第一辐射元件和上述接地面板之间的空隙主要是由空气构成的，在第二辐射元件和第一辐射元件之间有一层介电常数至少为十的介电材料，并且在最上面的辐射元件顶上有一层介电材料。
全文摘要
本发明涉及安装在小型无线电装置内部的天线结构。现有PIFA型天线被这样扩展设置,在接地板顶上不是一个而是至少两个上下层叠的辐射板,在它们之间有介电材料,以缩小下辐射器的尺寸并改善频带特性。为了展宽频带,在最上面辐射面板顶上也有介电材料,以使天线的谐振频率相对接近另一个谐振频率。辐射板彼此之间采用有利的电流接触。与仅使辐射板与接地板的距离相当于本发明上辐射板之距离所获得的效果相比本发明可大大增加天线的带宽。
文档编号H01Q9/04GK1302093SQ0013147
公开日2001年7月4日 申请日期2000年10月20日 优先权日1999年10月20日
发明者P·安纳马尔, J·米科拉 申请人:菲尔特朗尼克Lk有限公司