用于超宽带应用的紧凑型天线的制作方法

专利名称：用于超宽带应用的紧凑型天线的制作方法
技术领域：
笼统地说，本发明涉及天线，具体而言，涉及用于超宽带应用的 紧凑型天线。
背景技术：
目前能够获得具有无线通信能力的几种不同形式的便携式装置，
包括移动电话和个人数字助理(PDA)。还可以使用象无线调制解调 器这种便携式装置来给膝上型或其它计算机提供这些功能。支持这些 装置的技术正在快速发展，今天已经包括因特网访问、电子邮件服务、 语音和数据的同时传输以及视频这种功能。超宽带(UWB)技术正 是开发出来用来支持这些装置的新兴技术的一个实例。超宽带技术在 极其宽的频带上支持高速通信。与此同时，超宽带信号是用非常短的 脉冲发射的，它们很少消耗功率。
超宽带天线需要具有3.1 10.6 GHz之间的工作频带。这些天线 通常都比常规窄带天线具有更大的体积。这会给大多数实际应用带来 问题，特别是将天线用于不动部件很少的便携式无线装置的情况下。 需要使用分集合并技术，其中至少有两个天线需要共用能够使用的不 动部件的时候，情况会更糟。
常常用于大带宽应用的一种天线是芯片天线(chip antenna)。芯 片天线包括支撑金属线，位于接地面上面，在芯片下面去除了接地导 体的陶瓷基底。这种天线的一个问题是接地面会增大天线的整体尺 寸。虽然在某些应用中可以使用支撑电路的印刷电路板的接地面，但 是天线决定了接地面的大小，而这不是人们所期望的。还有，印刷电 路板上的感应RF电流会降低接收机灵敏度，从而縮小便携式无线装 置的有用距离。在分集应用中，因为它们共用同一个接地面，因此在
天线之间耦合会增强，从而降低分集增益。
因此，需要一种大带宽紧凑型天线用于便携式无线装置。这种大 带宽紧凑型天线的设计不应该明显地降低电路的性能。

发明内容
一方面，本发明中的椭圆形偶极子天线包括每个都具有椭圆形形
状的泊和平衡泊；以及支撑所述泊和平衡泊的基底，该基底具有闭合 的三维形状。
另一方面，本发明中的一种无线装置包括收发信机；以及椭圆形 的偶极子天线。这种椭圆形的偶极子天线包括每个都具有椭圆形形状 的泊和平衡泊，以及支撑所述泊和平衡泊的基底，该基底具有闭合的 三维形状。
显然，通过下面的详细描述，本发明的其它实施例对于本领域技 术人员而言将是显而易见的，其中，在下面的详细描述中，本发明的 各个实施例都是以说明的形式示出和描述的。如同会认识到的一样， 本发明还有其它不同的实施例，还可以修改各个方面的细节，而不会 偏离本发明的范围和实质。因此，附图和详细说明都是说明性的，而 不是限制性的。


在附图中，本发明的各个方面是以实例的形式而不是以限制的形 式给出的，在这些附图中
图1是说明无线装置一个实例的示意图，其中的无线装置采用了
围绕基底形成的椭圆形偶极子天线；
图2是一个透视图，它说明具有微带馈线和柔软印刷电路板基底 的平板椭圆形偶极子天线的一个实例；
图3是一个透视图，它说明具有微带馈线，围绕圆柱形柔软印刷 电路板基底形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图4是一个透视图，它说明具有微带馈线，围绕矩形柔软印刷电
路板基底形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图5是一个透视图，它说明具有共面波导馈线和柔软印刷电路板 基底的平板椭圆形偶极子天线的一个实例；
图6是一个透视图，它说明具有共面波导馈线，围绕圆柱形柔软 印刷电路板基底形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图7是一个透视图，它说明具有共面波导馈线，围绕矩形柔软印 刷电路板基底形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图8是一个透视图，它说明具有共面波导馈线，围绕圆柱形塑料 载体形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图9是一个透视图，它说明具有共面波导馈线，围绕矩形塑料载 体形成的椭圆形偶极子天线的一个实例；
图IO是一个透视图，它说明具有微带馈线和柔软印刷电路板基 底，具有部分椭圆形泊(poise)的平板椭圆形偶极子天线的一个实例； 以及
图11是一个透视图，它说明具有微带馈线，围绕矩形柔软印刷 电路板基底形成的，具有部分椭圆形泊的椭圆形偶极子天线的一个实 例。
具体实施例方式
下面结合附图给出的详细描述是为了说明本发明的各个实施例， 而不是表示实践本发明的仅有实施例。详细描述包括了具体细节用来 帮助全面地理解本发明。但是，本领域技术人员可以实践本发明而没 有这些具体细节。在一些情况下，用框图的形式说明众所周知的结构 和组件，以免喧宾夺主。
在天线的一个实施例中，可以围绕基底形成椭圆形的偶极子。基 底可以是任意的闭合三维形状，例如包括圆柱形、矩形、三角形、球 形或者任何其它合适的形状。这一结构提供了能够用于大多数便携式 无线装置的紧凑设计。在分集应用中，可以将具有足够间隔的多个天 线设置在便携式无线装置上，以提供足够的分集增益。这种椭圆形的
偶极子天线具有适合于超宽带应用的大带宽。它还具有方位面的全向 辐射方向图以及高纯度的极化。这种椭圆形偶极子天线还是平衡天 线，它能够去除天线系统与它所连接的电路之间的耦合。
图1是说明无线装置一个实例的示意框图，其中的无线装置采用 了围绕基底形成的椭圆形偶极子天线。这种椭圆形偶极子天线非常适
合于便携式无线装置，例如移动电话、PDA、膝上型电脑和其它计算 机，但是不限于这些装置。可以将它用于任何无线装置，特别是需要 宽带通信的那些无线装置。
可以给图1所示的无线装置100配备收发信机102。收发信机102 可以是能够进行码分多址(CDMA)通信，或者任何其它类型的通信 的超宽带收发信机。码分多址是基于本领域众所周知的扩频通信的一 种调制和多址方案。收发信机102可以包括连接到围绕基底108形成 的椭圆形偶极子天线的发射机104和接收机106。可以用接收机106 将来自天线108的信号下变频到基带，进行扩频处理、解调，并对基 带信号进行译码。可以用发射机104来对基带信号进行编码、调制和 扩频处理，以及将基带信号上变频到适合于通过天线108在空中发射 的频率。在无线装置100的其它实施例中，可以用多个类似结构的天 线利用天线的空间距离以及接收机106使用的合并技术来获得增益。
图2是一个透视图，它说明具有微带馈线和柔软印刷电路板基底 的平板椭圆形偶极子天线。虚线是隐藏起来看不见的边缘。椭圆形偶 极子天线108可以包括基底206 —面上具有微带馈线204的泊202， 以及基底206另一面上的平衡泊(counterpoise) 208。泊202和平衡 泊208可以具有"椭圆形形状"，在这里这个词不仅包括椭圆形，还 包括部分椭圆形，例如半个或四分之一个椭圆，以及整个的或部分圆 形。基底202可以是柔软的印刷电路板，例如DuPontTMPyalux AP 或者其它合适的聚酰亚胺膜或基于环氧树脂的膜。在所示实施例中， 在基底平面内，泊202略微偏离平衡泊208以形成间隙210。在发射 模式中，微带馈线204用于激励间隙210，从而引起天线108辐射。 在接收模式中，泊202和平衡泊208也可以由进来的辐射信号激励。 平衡泊可以包括为微带馈线204提供接地面的一部分208a。可以用
两个隔离间隙212a和212b将微带馈线204的接地面与平衡泊208的 其余部分分开。
可以用各种方式在基底206上形成泊202、平衡泊208和微带馈 线204。蚀刻工艺仅仅是一个实例。利用蚀刻工艺，导电材料可以是 分层的、辊压覆盖的或者将其应用于基底206的每一面。导电材料可 以是铜，或者其它合适材料。然后可以在预定区域内将导电材料蚀刻 掉，或者从基底206去掉，在一面上形成泊202和微带馈线204，在 另一面上形成平衡泊208。也可以用金属化工艺，或者采用针对环境 条件提供足够的金属附着力用于天线的任何其它方法，在基底上沉积 泊202、平衡泊208和微带馈线204。这些技术在本领域都是众所周 知的。
不管采用什么方法，在基底206上一形成泊202、平衡泊208和 微带馈线204，就可以将椭圆形偶极子天线108形成为闭合的三维形 状，例如图3所示的圆柱形。可以用合适的粘合剂将圆柱形柔软印刷 电路板基底206的边缘粘合在一起。通过利用圆柱体芯子302来支撑 基底206能够提高结构完整性。对于维持具有圆柱形以外形状的椭圆 形偶极子天线108，例如图4所示的矩形椭圆形偶极子天线，芯子特 别有用。在任何情况下，芯子应该是低损耗材料的，介电常数接近l， 例如ROHACELL⑧HF或者任何其它合适的塑料。芯子可以是实心的， 也可以是空心的。空心芯子会减小介电常数。
图5是一个透视图，它说明具有共面波导馈线和柔软印刷电路板 基底的平板椭圆形偶极子天线的一个实例。不象下面有接地面的微带 馈线，共面波导馈线具有同一平面内的接地面。在椭圆形偶极子天线 108的这个实施例中，通过蚀刻、金属化或者任何其它的合适工艺在 基底506的同一面形成泊502、平衡泊508和共面波导馈线504。共 面波导馈线504可以通过平衡泊508中的馈线间隙514延伸到泊502。 可以用馈线间隙两边上平衡泊516a和516b的一部分来为共面波导馈 线504提供接地面。可以用两个隔离间隙512a和512b将共面波导馈 线504的接地面从平衡泊508的其余部分分开。
可以按照图3和4所示天线那种方式将具有其共面波导馈线的椭
圆形偶极子天线108形成为闭合的三维形状。图6是一个透视图，它 说明具有共面波导馈线，围绕圆柱形柔软印刷电路板基底形成的椭圆 形偶极子天线的一个实例。可以按照参考图3和4所描述的类似方式 或相同方式，用圆柱形芯子602支撑基底506。圆柱形芯子602可以 如同图6中一样是实心的，也可以是空心的。也可以用合适的粘合剂 将基底506的边缘粘合在一起，从而将椭圆形偶极子天线108简单地 形成为圆柱体。如上所述，要维持具有圆柱形以外形状的椭圆形偶极 子天线108的形状，例如具有图7所示共面波导馈线的矩形椭圆形偶 极子天线，芯子必不可少。
作为柔软印刷电路板基底的一个替代品，可以用金属化工艺在塑 料载体上沉积泊502、平衡泊508和共面波导馈线504。图8是一个 透视图，它说明具有共面波导馈线，围绕塑料载体形成的椭圆形偶极 子天线的一个实例。塑料载体802可以是图8所示的圆柱形的，或者 是图9所示的矩形的。优选采用空心载体，以减小介电常数，但是也 可以使用实心的塑料载体。
可以通过修改泊和平衡泊，然后将天线形成为闭合的三维形状来 进一步减小椭圆形偶极子天线108的尺寸。具体而言，可以将泊和平 衡泊形成为部分椭圆形。图10是一个透视图，它说明具有微带馈线 和柔软印刷电路板基底，具有部分椭圆形泊的平板椭圆形偶极子天线 的一个实例。其中的虚线是隐藏起来看不见的边缘。
椭圆形偶极子天线108可以包括柔软印刷电路板基底1006 —边 上的半椭圆形泊1002。可以用微带馈线1004连接到泊1002a的椭圆 一边。泊的相对边可以包括两个边缘1002b和1002c，具有向内的锥 形，这个锥形从泊的半椭圆部分延伸，在末端处的尖头1002d结束。
椭圆形偶极子天线108还可以包括与泊1002相对的柔软印刷电 路板基底1006 —边上面的半椭圆形平衡泊1008。画出的平衡泊具有 椭圆形边1008a，在基底平面内，它略微偏离泊1002a的椭圆形边， 形成在发射模式中可以用微带馈线1004激励的间隙1010。很象泊 1002，平衡泊还包括两个边缘1008b和1008c，它们具有向内的锥形， 从平衡泊的半椭圆形部分向其末端的直边1008d延伸。平衡泊面对间
隙1012的边也可以是直边缘，或者是任何其它合适的边缘结构。从 直边缘1008d的每一端延伸的是隔离间隙1012a和1012b。隔离间隙 1012a和1012b可以被用于将平衡泊的一部分从微带馈线1004的接 地面分隔开。
图11是一个透视图，它说明具有微带馈线，围绕矩形柔软印刷 电路板基底形成的，具有部分椭圆形泊的椭圆形偶极子天线的一个实 例。还可以使用实心或空心芯子(没有画出)，特别是将柔软的印刷 电路板基底用于非圆柱形天线结构的时候。泊1002d的尖头可以在天 线108端头那边弯曲，进一步减小天线长度。
前面对公开的实施例的描述是为了让本领域技术人员能够使用 或制造本发明。这些实施例的各种变形对于本领域技术人员而言都是 显而易见的，可以将这里给出的一般原理应用于其它实施例而不会偏 离本发明的实质和范围。因此，本发明不限于这里公开的实施例，而 是与权利要求的全部范围一致，其中对单数形式的单元的引用不是指 "一个并且只有一个"，而是指"一个或多个"，除非专门说明。本领 域技术人员已知的或者将来了解到的说明书中描述的各个实施例中 单元的所有结构或功能等同物，都被引入作为参考，包括在权利要求 的范围之内。此外，这里所公开的所有内容不是专门为了给公众，而 不管这些内容是不是在权利要求中被明确给出。没有任何权利要求单 元可以按照35 U.S.C. §112第六段来解释，除非这个单元明确引用了 "用于……的装置"这样的术语，或者在方法权利要求中，这个单元 采用了"用于……的步骤"这样的术语。
权利要求
1.一种椭圆形偶极子天线，包括每个都具有椭圆形形状的泊和平衡泊；以及支撑所述泊和平衡泊的基底，该基底具有闭合的三维形状。
2. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泊和平衡 泊中的每一个都包括椭圆。
3. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泊和平衡 泊中的每一个都包括半椭圆。
4. 如权利要求3所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泊还包括 折叠尖端。
5. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述基底是圆 柱形的。
6. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述基底是矩 形的。
7. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述基底包括 柔软的印刷电路板。
8. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述基底包括 聚酰亚胺膜。
9. 如权利要求1所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泊和平衡 泊放置在所述基底的相对边。
10. 如权利要求9所述的椭圆形偶极子天线，还包括与所述泊连 接的微带馈线。
11. 如权利要求IO所述的椭圆形偶极子天线，其中所述平衡泊 包括为所述微带馈线提供接地面的一部分，并且其中所述平衡泊还包 括用来将所述部分和所述平衡泊的其余部分分开的两个隔离间隙。
12. 如权利要求l所述的椭圆形偶极子天线，还包括支撑所述基 底的芯子。
13. 如权利要求12所述的椭圆形偶极子天线，其中所述芯子包 括泡沫塑料。
14. 如权利要求13所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泡沫塑 料芯子包括聚甲基丙烯酰亚胺。
15. 如权利要求12所述的椭圆形偶极子天线，其中所述芯子是 实心的。
16. 如权利要求12所述的椭圆形偶极子天线，其中所述芯子是 空心的。
17. 如权利要求l所述的椭圆形偶极子天线，其中所述泊和平衡 泊放置在所述基底的外表面上。
18. 如权利要求17所述的椭圆形偶极子天线，还包括连接到所 述泊的共面波导馈线。
19. 如权利要求18所述的椭圆形偶极子天线，还包括通过所述 平衡泊延伸的馈线间隙，并且其中所述共面波导馈线通过所述馈线间 隙延伸到所述泊。
20. 如权利要求19所述的椭圆形偶极子天线，其中所述平衡泊 包括为所述共面波导馈线提供接地面的所述馈线间隙每一边上的一 部分，并且其中所述平衡泊还包括将所述部分和所述平衡泊的其余部 分分开的两个隔离间隙。
21. —种无线装置，包括 收发信机；以及椭圆形的偶极子天线，该天线包括每个都具有椭圆形形状的泊和 平衡泊，以及支撑所述泊和平衡泊的基底，该基底具有闭合的三维形 状。
22. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述泊和平衡泊中的 每一个都包括椭圆。
23. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述泊和平衡泊中的 每一个都包括半椭圆。
24. 如权利要求23所述的无线装置，其中所述泊还包括折叠尖端。
25. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述基底是圆柱形的。
26. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述基底是矩形的。
27. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述基底包括柔软的 印刷电路板。
28. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述基底包括聚酰亚 胺膜。
29. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述泊和平衡泊放置 在所述基底的相对边。
30. 如权利要求29所述的无线装置，其中所述椭圆形偶极子天 线还包括与所述泊连接的微带馈线。
31. 如权利要求30所述的无线装置，其中所述平衡泊包括为所 述微带馈线提供接地面的一部分，并且其中所述平衡泊还包括用来将 所述部分和所述平衡泊的其余部分分开的两个隔离间隙。
32. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述椭圆形偶极子天 线还包括支撑所述基底的芯子。
33. 如权利要求32所述的无线装置，其中所述芯子包括塑料。
34. 如权利要求33所述的无线装置，其中所述塑料芯子包括聚 甲基丙烯酰亚胺。
35. 如权利要求32所述的无线装置，其中所述芯子是实心的。
36. 如权利要求32所述的无线装置，其中所述芯子是空心的。
37. 如权利要求21所述的无线装置，其中所述泊和平衡泊放置 在所述基底的外表面上。
38. 如权利要求37所述的无线装置，其中所述椭圆形偶极子天 线还包括连接到所述泊的共面波导馈线。
39. 如权利要求38所述的无线装置，还包括通过所述平衡泊延 伸的馈线间隙，并且其中所述共面波导馈线通过所述馈线间隙延伸到 所述泊。
40. 如权利要求39所述的无线装置，其中所述平衡泊包括为所 述共面波导馈线提供接地面的所述馈线间隙每一边上的一部分，并且 其中所述平衡泊还包括将所述部分和所述平衡泊的其余部分分开的 两个隔离间隙。
全文摘要
公开了用于超宽带应用的紧凑型天线。这种紧凑型天线可以是具有都是椭圆形形状的泊和平衡泊的椭圆形偶极子天线。可以用基底来支撑泊和平衡泊，该基底具有闭合的三维形状。
文档编号H01Q9/04GK101111973SQ200580047226
公开日2008年1月23日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者A·H·穆罕梅迪安, J·P·伯克, S·S·索利曼 申请人:高通股份有限公司