专利名称：设计用于在小天线中工作的辐射元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及设计用于在电气小的天线中工作的辐射元件。
这种电气小的天线，即尺寸比其接收和发射的信号波长小得多的天线，特别适用于便携式接收FM无线电波。因此，这种天线必需能集成在一个小尺寸的部件中，以满足便携性的限制。
现在，已知道，为了能正确地工作，不论其形式或用于实现的工艺如何，天线必需具有为波长的尺度，一般为大于1/4波长的最小尺寸。
对于FM频率，波长在100MHz时约为3米，FM电台频带在这个值附近扩展。例如，在法国，FM频带范围为88～108MHz。为了得到有效的接收，一般使用指向和长度可以调节的鞭状天线，即典型地对于100MHz下1/4波长为75cm，以便接收最好。然而，这种形式的天线不能在便携式应用场合使用。因此，使用环圈形式的天线，这种天线是一种电气小的天线，其效率一般很低。效率可用下式表示η=RradRrad+Rohm]]>式中Rrad为辐射电阻，Rohm为欧姆损失电阻。
为了改善效率，使用的方法包括增加辐射电阻，同时提供最优的耦合条件。辐射电阻的增加可通过增加该天线所占据的体积达到。这点在HaroldWheeler的文章“小天线”中说明，该文章登载在“IEEE Trams.Ant.Propagation卷AP23，1975年7月”，1975年7月出版的AP23中。当辐射元件所用的导电材料具有可接受的导电性和介电损失低时，一般，欧姆损失可相对于辐射电阻保持较小。但当在小天线情况下，效率低时，就不是这样。
因此，需要提出一个可以在电气小的天线中使用，并且可以得到正确的天线效率的辐射元件。
本发明涉及一种带式天线，即由如同风箱一样折叠N次和折叠成环形的一个导电条构成的电气小的天线。
的确发现，对于按风箱方式，有规律地折叠该导电条，可使效率增加N倍。折叠可使同样尺寸的天线的总尺寸保持为类似于利用相同尺寸的天线和利用标准的导电条所实现的总尺寸。根据体积的不同，风箱式折叠可以为直线的和平行的，或者不根据相应的天线形状的。
在一个实施例中，确定折叠角度，以调节辐射元件的阻抗。
带的折叠在天线性质中引入电容分量，当天线尺寸小时，会呈强烈的感性。因此，这可使阻抗匹配。
在一个实施例中，该导电条为一个薄的金属片条。
在一个实施例中，该导电条由在由薄的塑料制成的基片的一个表面上形成的金属化的层构成。
本发明的其他特征和优点从阅读不同的非限制性例子的说明中可以清楚。该说明是参照附图作出的。其中
图1表示一种标准的环形天线；图2表示导电条的横截面；图3表示在本发明中使用的一个导电元件，在折叠前；图4表示在本发明中使用的一个导电元件，在折叠后；图5表示根据本发明的环形天线；图6表示在本发明的一个具体实施例中的一个导电元件，在折叠前；图7表示在本发明的一个具体实施例中的一个导电元件，在折叠后。
图1表示包括一个长度为L，宽度为W的辐射元件11的周长为L的标准的环形天线10。该辐射元件11例如为厚度为e，宽度为w，横截面如图2所示的一个导电条20。
这种天线传统上是在便携式设备中用于接收FM频率的。的确，在便携式设备中，不可能使用长度为波长量级的天线。该波长在100MHz下为3m。该环形天线是电气小的天线，即其长度L比波长小很多。考虑到其产生电气作用的尺寸小，一般这些天线的效率低。效率可用下式表示η=RradRrad+Rohm]]>式中Rrad为辐射电阻，Rohm为欧姆损失电阻。
本发明通过减小欧姆损失的电阻，不需改变天线的尺寸，可以改善天线的效率。
图3表示根据本发明的折叠前的辐射元件30。这个辐射元件30为宽度为W，长度为L和厚度为e的一个导电条。这个条可用铜制成。
根据本发明，这个条如图4所示的风箱一样，折叠N次。
最后，在环形天线的例子中，当折叠该辐射元件30后，得到其周长等于L，高度等于W＝W/N的环形天线的形式。如果需要的话，宽度W可以改变。
根据本发明，利用这种方法得到并且表现为周长尺寸为L，宽度为W的天线的辐射电阻几乎与图1所示尺寸的标准的环的辐射电阻相同，的确，辐射电阻主要由天线的形状和等价体积确定。
例如，该天线的尺寸可如下这样确定，W＝50mm，N＝10，e＝0.1mm，L＝10cm。
已知，通过宽度为W，厚度为e的导电条流动的电流，限制在靠近称为表皮深度的厚度为δ的表面的一个薄层中。该厚度δ如图2所示，并可由下式确定δ=1πfuσ]]>式中f＝工作频率(Hz)；μ＝4π×10-7H/m，σ为材料的导电率(对于铜，等于5.813×107S/m)。
这样，对于铜导电体，在100MHz频率下，该表皮深度为6.6μm。应当指出，该导电条的厚度e必需大于2δ。考虑到e和δ的典型值，这个条件被广泛地满足。
欧姆损失电阻可写为Rohm=LSeffσ,]]>式中Seff为该条的有效导电表面积，即Seff＝2(W+e)δ。
这样，对于根据图5所示的本发明的环形天线，欧姆损失电阻为(Rohm)5=12(W+e)δσ]]>和，对于图1所示的标准的环形天线，(Rohm)1=L2(WN+e)δσ]]>因此，对于W＞W/N＞＞e，对于所选择的W＝500×e和N＝10的典型值，广泛实现的条件为
(Rohm)5≈L2Wδσ,]]>和(Rohm)1≈NL2Wδσ.]]>因此，得到等式(Rohm)5≈(Rohm)1N,]]>因此，本发明可以减小欧姆损失电阻。这在欧姆损失和如果必要的话，还有介电损失为不可忽略的天线中有用。一般来说效率不高的小天线就是这种情况。
这样，对于量级为-20dB的天线效率和对环形形式天线得到的标准效率，欧姆损失的减小可以改善该天线的效率。这种改善几乎与欧姆损失的减小成比例。
的确，ηdb＝10logη意味着η=0.01=11+RohmRrad,]]>式中1+RohmRrad=100,]]>因此1+RohmRrad≈RohmRrad]]>和η≈RradRohm]]>这样，天线效率与损失电阻Rohm成反比。在这些条件下，该损失电阻Rohm被一个10的因子除，可将天线效率改善10dB。这是改善的一个非常好的范围。
因此，本发明大大改善小天线的效率，特别是环形形式天线的效率，同时可使天线体积保持非常小。
在一个优选实施例中，确定折叠角度，以调节天线的阻抗值。因此，本发明可改善天线的阻抗匹配。的确，已知小回路产生的阻抗是电感性很强的，这使得匹配困难。该条的折叠可引入电容分量，它具有减小回路电感性质的作用，因此使阻抗匹配较容易。利用折叠角度还可以调节该电容分量。金属条的折叠形成V形的电容元件，并且利用与电容器的电容的已知计算类似，(C＝∈S/e，式中∈为介电质的介电常数，S为导电板的表面积，e为介电质的厚度)可以看出，电容随着该折叠角度改变(折叠的条的每一个V形的二个金属部分之间的角度)。
在图6和7所示的实施例中，该辐射元件60利用由薄的塑料制成的一个基片61作为支承。例如，该塑料可以为挠性的聚酯薄膜，在其一个表面62上金属化，并可以用另一个介电质薄层63覆盖。这样，该导电条夹在二个介电质薄膜层之间。厚度e量级为几百个微米。如图7的部分视图所示，根据本发明，再次折叠这样构成的该辐射元件60。除了欧姆损失电阻减小和容易实现这种天线的优点以外，由于存在介电质材料，观测到电容作用增加。这样，支承材料，更具体地是其介电质的介电常数的选择可使控制电容作用，因而是天线的阻抗匹配更灵活。另外，还应注意，二个介电质层61和63的材料可以不同，以提供更大的灵活性。
本发明不是仅限于所述的实施例。技术熟练的人知道，存在不同的实施例变型。例如，该金属条可以为薄的金属片材的条，该条可如本发明所示，折叠成之字形，折叠的轮廓，其形式，其规律性，其周期性，可以为单个或多个的该环的长度和轮廓可以改变，以改善天线效率。
权利要求
1.一种带式天线，其中该天线由根据所述条的长度折叠N次，如同风箱一样，和折叠成一个环的形式的一个导电条构成。
2.如权利要求1所述的天线，其特征为，以确定的折叠角度折叠该导电条，以调节天线的阻抗。
3.如权利要求1所述的天线，其特征为，该导电条由薄的金属片材制成。
4.如权利要求1所述的天线，其特征为，该导电条由在由薄的塑料制成的基片的一个表面上实现的金属化的层构成。
5.如权利要求4所述的天线，其特征为，该金属化的基片用一个薄的介电质层覆盖。
6.如权利要求1所述的天线，其特征为，该带式天线具有给出该带的周边的长度L和宽度w，式中w＝W/N，W为该条的初始宽度，N为折叠次数。
全文摘要
本发明涉及设计用于在包括如同风箱一样折叠N次的一个导电条的电气小的天线中工作的一种辐射元件。
文档编号H01Q3/00GK1819332SQ200610006718
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者阿利·洛齐尔, 弗兰克·图多尔, 让-卢克·罗伯特 申请人:汤姆森特许公司