专利名称：无线lan天线及具有该天线的无线lan卡的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及安装于无线局域网内的天线，更具体地说，涉及一种无线局域网天线及其无线局域网卡，它能够在没有增大天线尺寸的情况下在高频带(5GHz)和低频带(2.4GHz)上发送/接收RF信号，并且在没有改变天线结构的情况下调节天线特性。
背景技术：
最近，随着移动通信设备的小型化和重量的减轻以及一个发送/接收频段到两个或多个频段的复用，作为进行移动通信终端的无线发送/接收的关键部件之一的天线已从外部螺旋天线发展至F或倒F型天线。
特别地，在无线局域网(LAN)的情况中，能够在5GHz频带以及当前使用的2.4GHz频带上发送/接收数据的双频天线必须能够支持随后待发送的大量数据，例如多媒体数据。
图1是示出现有双频天线的视图。如图1所示，天线11包含一个拥有预先设定的面积的发射电极13、位于发射电极13内用于复用发射电极13的电流路径的狭缝14、用于向发射电极13施加电流的馈电极16以及用于把发射电极13接地的接地电极15。
在图1中，一个狭缝14在馈电极16的基础上形成两条并联在发射电极13上的电流路径，从而在两个分别与各自的电流路径相应的频带内引起谐振。进而，产生谐振的两个频带是相应的天线的发送/接收频段。因此，两个发送/接收频段由发射电极13的狭缝14所划分的两个辐射区的面积决定。
图1中所示的天线根据其形状称为平面倒F型天线(PIFA)。除了PIFA之外，也使用一种没有带有图1的结构中的接地电极的单极天线。
但是，如果如图1所示的传统双频天线被应用到无线局域网中，由于该无线LAN天线的尺寸可能对天线的高度、长度和面积等有所限制。
具体地说，天线的发射电极13必须放置在距离印制电路板(PCB)的接地表面最远的位置，且其面积必须足够大以使具有图1的结构的天线能够拥有合适的中心频率以及实现所需的阻抗匹配。但是，大多数近期开发的无线LAN产品都呈卡型，例如个人计算机存储卡国际联合会(PCMCIA)卡和压缩闪存(CF)卡。因此，发射电极和天线的接地表面之间的最大高度受到限制。
因此，在双频无线LAN天线的情况中，由于天线的高度和面积的限制，不能在2.4GHz和5GHz频带上获得令人满意的发送/接收特性。
图2是示出使用现有结构所实现的针对2.4GHz/5GHz频带的双频无线LAN天线的特性的图表。
参考图2中的图表，可以观察到在现有双频无线LAN天线中，电压驻波比(VSWR)曲线在2.4GHz和5GHz频带上形成窄宽度的V型谷，因此其形状很尖。从标记P1和P2之间以及标记P3和P4之间的频带的方面来看，由于2.4GHz频带上的VSWR值大于2，存在着2.4GHz频带的信号特性受到损害的问题。从信号特性的方面来看，由于满足VSWR值等于或小于2的2.4GHz频带上的带宽很窄，存在着天线特性容易根据设置或周围环境的变化而发生偏离的问题。
为了解决这些问题，如上所述，必须增大发射电极的面积或者增大发射电极和地之间的距离。但是，在这种情况中，存在着天线尺寸会变大的问题。因此，很难把这种天线应用到卡型无线LAN产品中。
发明内容
因此，为了解决上述现有技术中存在的问题，提出了本发明，且本发明的目标是提供一种无线LAN天线及其无线LAN卡，它能够在没有增大天线尺寸的情况下满足高频带和低频带的天线特性，并且在没有改变其天线结构的情况下方便地调节天线特性。
本发明的另一目标是提供一种双频无线LAN天线，它通过只改变馈电位置而没有修改天线的结构或形状的方式来实现阻抗匹配并调节谐振频率。
此外，本发明的另一目标是提供一种双频无线LAN天线，其中，在不改变天线的形状或结构的情况下，天线类型可以很容易地从单极天线改变成倒F型天线，从而可以快速地适应设置的变化。
为了实现上述和其它目标，本发明提供一种无线局域网(LAN)天线，其包括拥有预先设定的面积、用于确定天线的至少一个发送/接收频带的发射电极；带有至少一个开放式短截线(open stub)的匹配电极；以及带有形成在其任意位置上以接收电流的馈电点的馈电极，其第一端连接至发射电极而第二端连接至匹配电极。
优选地，无线LAN天线进一步包括至少一个狭缝，用于在馈电极的基础上把发射电极分成两个或多个区以形成并联的电流路径。
优选地，无线LAN天线被设计成其阻抗匹配可以通过调节匹配电极的开放式短截线的长度的方式来调节。
优选地，无线LAN天线被设计成其谐振频率和阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的位置的方式来调节。
优选地，在该无线LAN天线中，接地点可以进一步形成在馈电极上，且天线类型可以根据是否有形成接地点从单极天线改变成倒F型天线。
此外，本发明提供一种无线局域网(LAN)卡，其包括印制电路板，其上面组装有多个半导体芯片和器件以处理RF LAN信号；以及第一和第二天线，均设计成拥有预先设定的面积、用于确定每个天线的至少一个发送/接收频带的发射电极被印刷在一个六面体介质块的上表面，带有至少一个开放式短截线的匹配电极被印刷在该介质块的前表面以使其不能和发射电极直接接触，以及其第一端连接至发射电极而第二端连接至匹配电极的馈电极被印刷在该介质块的后表面和底表面，第一和第二天线组装在印制电路板上以垂直放置；以及当第一和第二天线组装在印制电路板上时，第一和第二天线的阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的方式来调节。
此外，本发明提供一种无线局域网(LAN)卡，其包括印制电路板，其上面组装有多个半导体芯片和器件以处理RF LAN信号；天线支撑物(support member)，固定至印制电路板的预先设定的位置上，使其与印制电路板具有一定高度的间隔；以及第一和第二天线，均包括拥有预先设定的面积以用于确定天线的至少一个发送/接收频带的发射电极，带有至少一个开放式短截线的匹配电极，以及其第一端连接至发射电极、第二端连接至匹配电极的馈电极，以及馈电点，形成在馈电极的任意位置上以接收电流的馈电极，第一和第二天线的发射电极由天线支撑物支撑以互相垂直，而其馈电极被焊在印制电路板的预先设定的位置上；以及当第一和第二天线组装在印制电路板上时，第一和第二天线的阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的方式来调节。
结合附图，下面的详细说明将使本发明的上述和其它目标、特性和其它优点变得更加易于理解。在附图中图1是现有技术的双频天线的透视图；图2是示出现有技术的双频天线的特性的图表；图3是根据本发明的双频天线的透视图；图4是示出根据本发明的双频天线的特性的图表；图5A和5B是示出在本发明的双频天线中馈电点的位置发生改变的示例的视图；图6是示出本发明的双频天线被改制成倒F型天线的实施方式的视图；图7是示出本发明的双频天线的另一种经修改的实施方式的透视图；图8是示出本发明的双频天线的进一步经修改的实施方式的透视图；图9是示出使用本发明的双频无线LAN天线实现的分集式天线(Diversity antenna)的组装状态的视图；以及图10是示出使用本发明的双频无线LAN天线而实现的分集式天线的另一组装状态的视图。
具体实施例方式
现在，参考附图对本发明的实施例进行详细描述。
图3是根据本发明的实施例的双频无线LAN天线的透视图。
参考图3，本发明的双频无线LAN天线包括拥有预先设定的面积以用于确定天线的至少一个发送/接收频带的发射电极31；用于划分发射电极31以拥有两条来自馈电点FP的并联的电流路径的狭缝(slot)32；其一端连接至发射电极31的某个部位以及带有形成在其任意位置上以接收电流的馈电点FP的馈电极33；以及连接至馈电极33的另一端且至少带有一个与发射电极31间隔有预先设定的距离的开放式短截线的匹配电极34。
具有上述结构的天线可以以这样的方式实现电极被印刷在由一定量的介电陶瓷或聚合物制成的介质块的各个表面。另外，天线可以以这样的方式实现电极被按压形成，然后由某个支撑物(例如，由塑料或聚合物制成且固定至PCB)支撑以保持图3的形状。
如上所述，在根据本发明的天线中，无论天线通过何种方法制成，天线特性都受发射电极31、狭缝32、馈电极33和匹配电极34的面积、距离和高度的影响。
与此类似，可以通过采用丝网印刷或其它方法把例如Ag或Cu材料等导电材料印刷到介质块的表面、接着热处理在其上面印刷了导电材料的介质块的方式来形成发射电极31、馈电极33和匹配电极34。进而，它们也可以通过电镀或其它方法来形成。进而，电极31、33和34可以通过以下方式形成Ag或Cu层或其它导电电极被切成如图3所示的形状，然后贴到介质块的表面，或者由安装在PCB上的支撑物支撑。
天线可以设计成电极31、33和34可以直接形成在PCB上，而无需像另一种方法那样使用支撑物。
此外，狭缝32起到在发射电极31上形成两条或多条并联的路径的作用，来自馈电点FP的电流输入流经这些路径。狭缝32根据各个辐射区的电气长度(electrical length)来生成不同的谐振频率。因此，在相应的天线需要单个频带的情况中无需使用狭缝32。进而，在相应的天线需要两个或多个频带的情况中根据频带来形成多个狭缝32。
图3的实施例示出能够在2.4GHz和5GHz两个频段上发送/接收数据的无线LAN天线。在无线LAN天线中，形成一个狭缝32并根据由狭缝32所划分的发射电极31的两个区中的电气长度在两个频段上产生谐振。即，假定发射电极31的面积保持不变，谐振频段因狭缝32的长度D1的不同而不同。即，当狭缝32的长度D1变长时，电流路径与长度D1成比例地变长，因而，所有谐振频带变低。相反，当狭缝32的长度D1变短时，电流路径也变短，因而，所有谐振频带变高。即，通过对狭缝32的长度D1的调节，高频带和低频带上的谐振频率可以同时得到调节。
发射电极31和狭缝32的形状不限于图3的形状。任何普通的形状都可以用于发射电极31和狭缝32。
此外，匹配电极34是用于调节天线的阻抗匹配的装置，呈倒反转L形状，其一端通过馈电极33连接至发射电极31而另一端改制成开放式短截线。天线的阻抗根据开放式短截线的长度D2来调节。
具体地说，如果开放式短截线的长度D2变长，相应天线的阻抗循环变大并导致天线阻抗变小。相反，如果其长度D2变短，天线阻抗变大。因此，天线的阻抗匹配可通过匹配电极34来实现。
此外，天线的频率和频段特性可以通过同时调节狭缝32的长度D1和匹配电极34的开放式短截线的长度D2来同时调节。
图3的实施例示出本发明的无线LAN天线的基本结构的示例。在这种结构中，狭缝32和匹配电极34的开放式短截线的数量和形状可以改变，且最佳天线设计值可以从这些改变中获得。
例如，图7示出了本发明的无线LAN天线的经改制的实施例，其中，凸出的“一”部分从倒反转L型开放式短截线上除去。在本实施例中，匹配电极34’呈棒状，且此时的阻抗匹配通过调节匹配电极34’的长度(即高度)来实现。
图8示出了本发明的无线LAN天线的另一种经改制的实施例，其中图示了带有多个开放式短截线的无线LAN天线。如图8所示，本发明的无线LAN天线可以进一步包括两个并联至馈电极33的一端的匹配电极34和35。此时，阻抗的大小依赖于两个匹配电极34和35的开放式短截线的总长度。如果需要，可以增加匹配电极34和35的数量。
此外，如果需要，可以对匹配电极34和35进行改制。
图4是个图表，示出了在实现如图3中所示的天线后由以2.4GHz和5GHz双频段运行的双频无线LAN天线测量到的VSWR值。在这种情况中，天线的尺寸设置成等于在图2中测量到的现有天线的尺寸。
如果把图4的测量值和图2的现有测量值作比较，现有天线在分别与标记P1和P2对应的2.4和2.484GHz之间的频段上产生相对较高的VSWR值。相反，本发明的天线在分别与标记P1和P2对应的2.4和2.484GHz之间的频段上产生等于或少于2的VSWR值。
一般而言，当满足VSWR值的谐振频带变宽时，天线显示出稳定的高性能，而没有由于设置和周围环境的变化而偏离天线特性。现有无线LAN天线的缺陷在于由于2.4GHz频带上的天线特性容易因设置和周围环境的变化而发生偏离，天线不能满足所需的性能。相反，本发明的无线LAN天线具有在两个频带上显示出宽带宽特性的优点，从而不管设置和周围环境的变化都可以获得稳定的特性。
此外，本发明的天线显示了低于现有天线的甚至在5GHz频带(标记P3和P4之间的频段)上的VSWR值。根据这个低VSWR值，本发明的双频段无线LAN天线可以同时在2.4GHz和5GHz频带获得良好的信号特性。
此外，在没有调节匹配电极34的开放式短截线的长度或狭缝32的长度的情况下，本发明的无线LAN天线可以通过改变馈电极33上的用于接收电流(即，与外部电路接触)的馈电点FP的位置来实现阻抗匹配。
图5A和5B是示出图3的无线LAN天线中的馈电点FP的位置发生改变的示例。图5A示出图3的无线LAN天线中的馈电点FP移到发射电极31的一侧的情况。在这种情况中，可以获得相对延长匹配电极34的开放式短截线的效果。即，匹配电极34的开放式短截线的长度与馈电点FP至发射电极31的一侧的移动长度成比例变长。因而，天线的阻抗得到调节而变小了(即，提高阻抗循环)。进而，由于馈电点FP从发射电极31的某个位置上移至发射电极31的一侧，出现着电流路径相对变短的优点，从而把谐振频段的中心频率移至较高的频率。
接下来，图5B示出图3的无线LAN天线中的馈电点FP移到匹配电极34的一侧的情况。在这种情况中，与图5A的情况相反，电流路径变长且开放式短截线变短，从而把谐振频段的中心频率移至较低的频率。
因此，在本发明的无线LAN天线中，通过只改变馈电点FP的位置来同时改变天线的阻抗和中心频率的方式，可以根据设置轻松实现最佳的天线。
此外，在本发明的无线LAN天线中，天线类型可以从单极天线改变成倒F型天线。
如上所述，倒F型天线被设计成发射电极通过某个部位接地而通过另一部位接收电流。因此，馈电点和接地点都同时出现在倒F型天线中。如图6所示，在本发明的无线LAN天线中，带有馈电点FP的馈电极33的某个点被接地，以使天线可以改制成倒F型天线。馈电极33上的接地部分称为接地点GP。即使在设置中PCB的接地条件存在很大的差别，通过调节馈电点FP和接地点SP之间的距离及其位置的方式，可以很容易地执行天线的阻抗匹配以及改变双谐振频率。
如上所述的本发明的无线LAN天线在实现采用用于垂直极化和水平极化的两个天线的分集式天线时特别有用处。
图9和10是示出使用本发明的双频无线LAN天线在无线LAN卡中实现分集式天线的实施例的视图。
图9示出使用本发明的无线LAN天线所制造的芯片天线类型中的分集式天线。在该分集式天线中，第一天线92以垂直的方向贴到无线LAN卡的PCB 91上，接着第二天线93以和第一天线92呈直角的方向贴到PCB 91上。此时，由于第一天线92的干扰，第二天线93的特性可能根据设置的不同而不同。由于这个原因，在把第二天线93焊到PCB 91上之前，可以通过调节形成于介质块93a的底表面上的馈电极上的馈电点FP2(即，焊有PCB图形的点)的位置的方式来调节天线特性，以获得最佳的特性。
类似地，可以通过改变第一天线92的馈电点FP1的位置来调节天线特性。
图10是示出使用本发明的无线LAN天线来实现分集式天线的另一实施例的视图。参考图10，由聚合物或塑料制成的天线支撑物102形成在PCB 101的预先设定的位置上，其中在PCB 101上组装有多个用于处理RF LAN信号的电路和器件。进而，根据本发明的第一和第二天线103和104由天线支撑物102支撑，使其垂直放置。
在这种情况中，第一和第二天线103和104的发射电极放置在天线支撑物102的上表面，其馈电极放置在PCB 101上，而馈电极上的某些点焊有信号图形和/或接地图形。
天线支撑物102起到支撑第一和第二天线103和104的作用，以使得发射电极与PCB 101间隔有一定的高度。天线支撑物102的形状不限于特定的形状。
此外，第一和第二天线103和104均以这样的方式实现通过按压方式形成金属层以拥有上述的发射电极31、狭缝32、馈电极33和匹配电极34。
此外，即使在如图10所示的分集式天线中，第一和第二天线103和104的馈电点不同以调节如上文参考图9所述的阻抗，从而使由于第一和第二天线103和104之间的干扰而产生的影响达到最小。
如上所述，本发明提供了一种无线LAN天线及其无线LAN卡，它以这样的方式形成在馈电部分的基础上使发射电极和匹配电极的开放式短截线互相连接，从而实现了天线的超小型化和高性能。
此外，本发明具有的优点在于由于无线LAN天线可以通过只改变馈电点的位置而无需改变电极的长度的方式来调节天线的阻抗和谐振频率，天线特性可以通过简单的方法来调节，从而降低了天线的制造成本。
此外，本发明具有的优点在于只通过把馈电极的一个部分接地的方式，天线的结构就可以自由地从单极天线改变成倒F型天线，以及天线特性可以通过调节馈电点和接地点之间的距离及其位置的方式来方便地进行调节，从而快速适应设置的变化。
虽然作为示例目地已公开了本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员应该理解，在不背离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可行的。
权利要求
1.一种无线局域网(LAN)天线，包括发射电极，拥有预先设定的面积以用于确定天线的至少一个发送/接收频带；匹配电极，带有至少一个开放式短截线；以及馈电极，带有形成在其任意位置上以接收电流的馈电点，其第一端连接至所述发射电极，并且第二端连接至所述匹配电极。
2.如权利要求1所述的无线LAN天线，还包括至少一个狭缝，用于把发射电极分成两个或多个区，以在馈电极的基础上形成并联的电流路径。
3.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中其阻抗匹配可以通过调节匹配电极的开放式短截线的长度的方式来调节。
4.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中所述无线LAN天线被设计成使得其谐振频率和阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的位置的方式来调节。
5.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中所述馈电极在其上面带有所述馈电点和接地点。
6.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中所述带有开放式短截线的匹配电极呈倒或反转L形状。
7.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中所述带有开放式短截线的匹配电极呈棒状。
8.如权利要求1所述的无线LAN天线，其中所述匹配电极带有两个倒或反转L型且并联至所述馈电极的开放式短截线。
9.一种倒F型无线局域网(LAN)天线，包括发射电极，拥有预先设定的面积以用于确定天线的至少一个发送/接收频带；匹配电极，带有至少一个开放式短截线；以及馈电极，带有形成在其任意位置上以接收电流的馈电点以及连接至地的接地点，其第一端连接至所述发射电极，并且第二端连接至所述匹配电极。
10.一种无线局域网(LAN)天线，包括六面体介质块；发射电极，形成在所述介质块的上表面，以拥有预先设定的面积，且用于确定天线的至少一个发送/接收频带；匹配电极，形成在所述介质块的前表面，呈倒或反转L形状；以及馈电极，形成在所述介质块的后表面和底表面上，并且形成于介质块的底表面上的馈电极带有馈电点，其第一端连接至所述发射电极，而第二端连接至所述匹配电极。
11.一种无线局域网(LAN)卡，其包括印制电路板，用于安装多个半导体芯片和器件以处理RF LAN信号以及第一和第二天线，每个设计成为使得拥有预先设定的面积以确定每个天线的至少一个发送/接收频带的发射电极被印刷在一个六面体介质块的上表面上，带有至少一个开放式短截线的匹配电极被印刷在该介质块的前表面上，以及其第一端连接至发射电极而第二端连接至匹配电极的馈电极，被印刷在该介质块的后表面和底表面上，第一和第二天线安装在印制电路板上以垂直放置；以及其中，当第一和第二天线安装在印制电路板上时，第一和第二天线的阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的方式来调节。
12.一种无线局域网(LAN)卡，包括印制电路板，用于安装多个半导体芯片和器件以处理RF LAN信号；天线支撑物，固定至印制电路板的预先设定的位置上，使其与印制电路板具有一定高度的间隔；以及第一和第二天线，每个包括拥有预先设定的面积以用于确定天线的至少一个发送/接收频带的发射电极，带有至少一个开放式短截线的匹配电极，以及其第一端连接至发射电极、第二端连接至匹配电极的馈电极，以及馈电点，形成在馈电极的任意位置上以接收电流，第一和第二天线的发射电极由天线支撑物支撑以互相垂直，而其馈电极被焊在印制电路板的预先设定的位置上；以及其中，当第一和第二天线安装在印制电路板上时，第一和第二天线的阻抗匹配可以通过调节馈电极上的馈电点的方式来调节。
全文摘要
本发明涉及一种无线LAN天线及无线LAN卡，它能够在无线LAN所需的高频带(5GHz)和低频带(2.4GHz)上发送/接收RF信号。本发明的无线LAN天线包括发射电极、匹配电极和馈电极。发射电极拥有预先设定的面积以确定天线的发送/接收频带。匹配电极带有至少一个开放式短截线。馈电极带有形成在其任意位置上以接收电流的馈电点，其第一端连接至发射电极而第二端连接至匹配电极。此外，馈电点和接地点被任意设置在馈电极上，从而调节了无线LAN天线的阻抗和频率。
文档编号H01Q1/24GK1508907SQ20031010125
公开日2004年6月30日 申请日期2003年10月15日 优先权日2002年12月16日
发明者成宰硕, 朴凞燦 申请人:三星电机株式会社