专利名称：多频带或宽频带天线的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线电波天线，尤其是涉及自由端处具有用于加 载天线的集总电抗的无线电波天线。可以预期本发明将主要应用于小型 无线通信设备。
背景技术：
无线通信器材的天线，比如寻呼机、蜂窝电话以及无线局域网(WLAN) 接入点，都应当尺寸小、重量轻、物理体积紧凑、制造成本低。因此， 经常期望甚至需要平嵌天线或嵌入内置天线。而且，由于地理频带分配 方案不同、无线供应商不同、无线服务不同、或是无线通信协议不同， 与无线服务进行通信的设备经常必须在不同频率的频带下工作。这样的 设备相应地需要响应多个频带的单个天线或多个天线。由于尺寸、外观、 成本等显而易见的原因，单天线更为优选。当前一个单天线应用的示例 是通过高端无线局域网接入点进行多频带接收与发送，这些高端无线局 域网接入点需要兼容所有的802. 11 a/b/g协议。
已经存在数种外部多频带天线设计，但是可以内置或置于外部设备 的外壳上的紧凑的多频带天线通常很被看好。不幸的是，现有内置天线 要么不很紧凑，要么就是通过降低性能质量来换取较小的尺寸。现今的 某些天线设计也是通过增加成本来换取较小尺寸，即通过使用通常较贵 的介电常数较高的材料。为此使用的一项技术是，采用慢波结构使天线 小型化，例如弯折线形状。不幸的是，这将导致增加电磁能的丟失。这 在许多应用中是没有效率的，并且在需要考虑电池容量的应用中通常是 一个严重的缺陷。
为了解决上述有关问题，人们为改进天线作出了许多尝试。使用贴 片型天线就是现今一种普通的方法。
传统的贴片天线是装在接地层上的矩形金属薄膜。然而，贴片天线
必须具有大约半个波长的尺寸，而这对于大多数终端应用来说并不合适。 采用具有高介电常数的绝缘体是减小尺寸的一种流行方法。这会增加重 量和损耗，并减小天线带宽。另一种减小尺寸的方法是结合专门的接地。 通过这种做法，电容性平面形天线上增加的电感使天线的谐振转换至一
较低的频率。这一组天线设计被称为"平面倒F天线"(PIFA)，通常包 括某些种类的沟槽，从而为天线增加了电长度。然而标准的和短路的贴 片天线的主要共有特性是，平行于接地面的金属结构是主要辐射结构， 而馈电或短路电路则不是。对于单极性天线则恰好相反。即使单极性天 线使用了一些顶部加载元件，这些仍是电抗元件，并不是主要辐射结构。
已由GUO等人的"A Quarter- Wave U-Shaped Patch Antenna With Two Unequal Arms For Wideband And Dual— Frequency Operation"， IEEE Transactions On Antennas And Propagation, Vol. 50， No.8， 2002 年8月中提供了关于一些双频带和宽频带的示例的讨论。由于这种天线 的形状以及由于它也是一种贴片型天线，它没有合适的性能和带宽。
Fang等人的美国专利no. 6, 788， 257讲授了 PIFA-贴片型天线的一种 变体，其中一个被驱动的元件，用一个短路针连接到接地面，并且通过 能量耦合来激活一个寄生短路辐射贴片以产生另一谐振模式。然而，其 性能对于许多应用尚嫌不足。
Iguchi等人已公布的专利W0 2004/109857讲授了一种基于在直接 馈电辐射元件和短路辐射元件之间寄生性耦合的PIFA型结构，但该结构 还不能够针对适当的性能提供合理的带宽。
Harano等人已公布的专利申请US 2004/0227675以及Nishikawa等 人的专利U. S.no. 4， 907，006都使用了寄生耦合。然而，由于外形未经 优化，天线总体尺寸偏大。Andersson的已^/^布的专利申请WO 03/077360 讲授了一些其他变体，它具有电磁波能量吸收比(SAR)高的问题，因其 并不完全位于接地面的一侧。
Annamaa等人的已公布的专利申请US 2001/0048391,讲授了一种寄 生型馈电的PIFA型结构的变体，例如通过置于同一绝缘板上的导带进行 寄生型馈电。于是整个天线结构的馈电导体都与馈电元件电连接。然而， 由于其贴片型本质，本技术并未能够克服带宽问题。为了降低谐振频率， 它增加了沟道或螺旋型的结构，以增加电流流经的有效路径。
当然，也可能有其他类型的天线结构。例如，Yuanzhu的已公布的 专利申请US 2004/0150567讲授了一种使用了被放置在绝缘基片表面上 的绝缘弯折线部分和电容性导体部分的天线，所述基片表面相对于接地 导体板垂直设置。然而，如上所述，因为带宽较窄并且损耗渐增，这种 方法并不像设想的那么有效率。
Ishihara等人的已公布的专利申请US 2004/0061652描述了另外一 种天线结构。其名称为"Top-LoadingMonopole Antenna Apparatus With Short-Circuit Conductor Connected Between Top—Loading Electrode And Grounding Conductor",并且似乎与单极性天线只能在一个狭窄的 频带内有效运行这一广泛持有的信念相矛盾。如由下文讨论可见，这一 点使得Ishihara的发明与本发明关系尤其相关。然而，如专利中所示， 由于其未经优化的外形以及其主要的和寄生的顶部加载元件的设置问 题，无法获得合理的带宽，在许多情况下需要使用离散电抗元件。
发明内容
因此，本发明的目的是提供特别适于多频带或宽频带用途的天线。
简而言之，本发明的一个优选实施方案是一种用于多频带或宽频带 的发送或接收射频电磁能的单极性型天线。 一个馈电点向天线提供能量 或从天线接收能量。 一个被驱动的辐射部分包括一个顶部加载元件和一 个将馈电点线性电连接到该第 一顶部加载元件的馈电导体，并且该:故驱 动的辐射部分并不与接地表面电连接。寄生辐射部分包括一个第二顶部 加载元件和一个将该第二顶部加载元件线性电连接到接地表面的桥接导 体。当随后能量被提供到馈电点并电连接到被驱动辐射部分时，将产生 第一谐振模式，将这些能量的至少一部分耦合进来并且激活寄生辐射部 分以产生第二谐振模式。
本发明的一个优点是它为无线通信设备提供了多个工作频带，或者 一个宽的工作频带。
本发明的另 一优点就是它适用于空间有限或要求结构紧凑的或要求 视觉上不引人注目的那些应用。
本发明的另 一优点是制造较为经济，使用的是现有的普通材料和现 有的普通制造技术。
本发明的另一优点就是其天线空间可以灵活地仅纳入空气或者纳入 绝缘体材料，纳入绝缘体材料可以使天线尺寸进一步减小。
根据对当前已知的执行本发明的最佳模式的描述，以及此处描述的 和附解的优选实施例的工业适用性，本领域技术人员将可清楚地理 解本发明的这些及其他目的以及优点。
结合附图，通过下文的详细描述中，本发明的目的和优点将是明显
的，其中
图la-d描述了根据本发明的天线的一个实施方案的俯视图、左视 图、前视图以及立体图2a-b示出了该天线的可选实施方案的立体图，其中在图2a中顶 部加载元件具有改变了的子元件，而在图2b中改变了馈电导体的形状；
图3a-1是示出了其他一些可以用于天线的顶部加载元件的可能形 状的一系列俯视图；图4是示出了该天线的一个双频带实施方案的性能 的图表；以及
图5是示出了该天线的一个宽频带实施方案的性能的图表。 在附图的各幅图中，相同的参考数字用来表示相同或相似的元件或 步骤。
优选实施方案
本发明的优选实施方案是多频带天线。如此处各附图所示，尤其在 图la-d中所示，本发明的优选实施方案通过总参考数字IO来描述。
鉴于本领域在讨论能够用于发送和接收的天线时的惯例，我们将在 下文对元件编号并在下文讨论它们在发送中的作用。本领域技术人员将 容易理解，虽然只讨论发送，但是相同的元件仍然能够运用在接收中。
图la-d分别描述了根据本发明的天线10的一个实施方案的俯视图、 左视图、前视图和立体图。此处的天线10包括馈电点12、接地导体或 接地表面14、被驱动辐射部分16以及寄生辐射部分18。
被驱动的辐射部分16包括一个馈电导体20,它将馈电点12电连接 到一个第一顶部加载元件22，而寄生辐射部分18包括一个桥接导体24,
它将第二顶部加载元件26电连接到接地表面14。顶部加载元件22、 26 与接地表面14相对，在顶部加载元件22、 26与接地表面14之间，创建 了天线空间28。
在发送操作中，在馈电点12提供能量，并且将能量电连接到被驱动 的辐射部分16,在此产生第一谐振模式。通过能量的耦合，寄生辐射部 分18然后被激活并且产生第二谐振模式。由此得到一种紧凑有效的多频 带或宽频带辐射结构。
在本发明者的本优选实施方案中，仅使用了金属(或镀覆金属的塑 料)来构建天线IO。运用多种公知技术，这些材料可以容易地成形为所 希望的形状。在一个实施方案中，天线空间28仅仅是简单地留空。然而， 在第二个实施例中，绝缘材料部分地或完全地填满了天线空间28，以更 进一步帮助减小天线10的尺寸。
馈电点12可以基本是常规的。类似地，接地表面14也可以是常规 的。通常，接地表面会是一个平面，但这不是绝对的要求。例如，诸如 水箱的大圆柱形结构可以用作接地表面14。在这种情况下，接地表面14 可以被认为是有效的平面。然而，在另一个实施方案中，不规则的表面 也可以用作接地表面14，例如汽车的顶板。这种情况下接地表面14的 形状也许不是最理想的，但是对于特定的应用仍然是足够的。
被驱动的辐射部分16和寄生辐射部分18，不应与贴片天线中有些 相似外观的元件混淆。此处的天线IO属于单极性型。第一顶部加载元件 22和第二顶部加载元件26实质上基本起电容相同的作用。因此，天线 IO可以满足双频带或宽频带的角色，并不受到贴片天线的特定尺寸和形 状约束。
图2a-b是天线10的两个可选实施方案的立体图。在图2a中，顶部 加载元件22、 26分别具有第一改变元件30和第二改变元件32。这样的 子元件可以用于，例如改变天线10的美学外观。然而在更一般地，这些 子元件是用于进一步扩大带宽或者改变天线10的工作频率的。为此目的 而给天线加上"短截线(stub)，，的方法在本领域内是7>知的，并且可 以用于，例如对顶部加载电抗值或谐振频率进行微调。
图2b示出了馈电导体20的形状可被改变。这可以用于提高阻抗匹 配，并且桥接导体24的形状可以类似地做出某些改变(未示出)。
图3a-l是一系列俯视图，示出了，但不限于，在天线10的其他可 选实施方案中其他一些可以用于顶部加载元件的可能形状。
图4是示出了 一个尤其适用于双频带用途的创造性天线10实施方案 的回波损耗的图。本图具体说明了此处的天线IO具有两个足够宽的符合 -10dB回波损耗阈值标准的区域。因此，此处的天线10具有一个以 2. 4gHz为中心的频带以及一个以5. 4gHz为中心的第二频带。这个特定 示例适用于当前所有802. 11 a/b/g协^R。
图5是示出了一个尤其适用于宽频带用途的创造性天线10实施方案 的性能的图。本图具体说明了此处的天线10具有一个宽的符合-10dB回 波损耗阈值标准的区域。从而此处的天线10具有一个从2. 9gHz延伸到 6. 2gHz的非常宽的频带，可用于超宽频带应用。
总之，本发明天线10的实施方案可以提供足够的带宽，既可用作多 频带天线，也可用作宽频带天线。同时，这些实施例制造简易、结构紧 凑、成本经济。这就使得这样的实施方案特别适用于现代无线通信设备 中，并且具体地，结构紧凑适合用于一些可用空间很小或是要求天线尽 量不引人注目的场所中。
上文虽然描述了多个实施方案，但是应该理解只是为了示例而给出 这些实施方案，并非限于这些实施方案。因此，本发明的宽度和范围不 应被上述任一范例实施方案所限制，而仅应按照下述权利要求书及其等 价物来限定。
权利要求
1.一种用于多频带或宽频带使用的发送或接收射频电磁能的单极性天线，包括一个馈电点，用于将能量接收到天线中或从天线提供能量；一个被驱动辐射部分，包括一个第一顶部加载元件以及一个将所述馈电点线性电连接到所述第一顶部加载元件的馈电导体，其中所述被驱动辐射部分未电连接到接地表面；以及一个寄生辐射部分，包括第二顶部加载元件和一个将所述第二顶部加载元件线性电连接到所述接地表面的桥接导体；以及其中当在所述馈电点提供能量并将能量电连接到所述被驱动辐射部分时，产生第一谐振模式，将这些能量的至少一部分耦合进来并且激活所述寄生辐射部分以产生第二谐振模式。
2. 权利要求1的天线，还包括所述接地表面，且其中所述顶部加载 元件与所述接地表面相对。
3. 权利要求2的天线，其中所述顶部加载元件和所述接地表面在它 们之间形成了 一个天线空间，且所述天线空间至少部分^^皮除空气外的绝 缘材料所填充。
4. 权利要求1的天线，其中所述顶部加载元件是共面的。
5. 权利要求l的天线，其中至少一个所述顶部加载元件包括一个用 于加宽带宽或改变天线工作频率的改变部分。
6. 权利要求1的天线，其中所述被驱动辐射部分和所述寄生辐射部 分是定规格的，使得该天线具有至少两个独立的符合-10dB回波损耗阈 值标准的频带，从而使该天线适用于多频带使用。
7. 权利要求1的天线，其中所述被驱动辐射部分和所述寄生辐射部 分是定规格的，使得该天线具有符合-10dB回波损耗阈值标准的至少为 3gHz的频带带宽，从而使该天线适用于宽频带使用。
8. —种用于多频带或宽频带使用的发送或接收射频电磁能的单极性 型天线，包括 馈电点装置，用于将能量接收到天线中或从该天线提供能量； 被驱动辐射装置，包括用于产生第一谐振模式的第一顶部加载装置，和 用于将所述馈电点装置线性电连接到所述第一顶部加栽装置 的馈电传导装置，其中所述被驱动辐射装置未电连接到接 地装置；以及 寄生辐射装置，包括用于产生第二谐振模式的第二顶部加载装置，和 用于将所述第二顶部加载装置线性电连接到所述接地装置的 桥接传导装置；以及 其中在所述馈电点装置提供能量并将能量电连接到所述被驱动辐射 装置时，产生所述第一谐振模式，将这些能量的至少一部分耦合进来以 及用于激活所述寄生辐射装置以产生第二谐振模式。
9. 权利要求8的天线，还包括所述接地装置，且其中所述顶部加载 装置与所述接地装置相对。
10. 权利要求9的天线，其中所述顶部加载装置和所述接地装置在它 们之间形成了 一个天线空间，且所述天线空间至少部分被除空气外的绝缘材料所填充。
11. 权利要求8的天线，其中所述顶部加载装置是共面的。
12. 权利要求8的天线，其中至少一个所述顶部加载装置包括一个用 于加宽带宽或改变天线工作频率的改变装置。
13. 权利要求8的天线，其中所述被驱动辐射装置和所述寄生辐射装 置是定规格的，使得该天线具有至少两个独立的符合-10dB回波损耗阔 值标准的频带，从而使该天线适用于多频带使用。
14. 权利要求8的天线，其中所述被驱动辐射装置和所述寄生装置 部分是定规格的，使得该天线具有符合-10dB回波损耗阈值标准的至少 为3gHz的频带带宽，从而使该天线适用于宽频带使用。
全文摘要
一种用于多频带或宽频带使用的发送或接收射频电磁能的单极性型天线(10)。一个馈电点(12)将能量提供到天线内或从天线接收能量；一个被驱动辐射部分(16)，包括一个第一顶部加载元件(22)以及一个将该馈电点线性电连接到该第一顶部加载元件的馈电导体(20)，然而该被驱动辐射部分未电连接到接地表面(14)；一个寄生辐射部分(18)包括一个第二顶部加载元件(26)和一个将该第二顶部加载元件线性电连接到该接地表面的桥接导体(24)。当在所述馈电点提供能量并将能量电连接到该被驱动辐射部分时，产生第一谐振模式，将这些能量的至少一部分耦合进来并且激活该寄生辐射部分以产生第二谐振模式。
文档编号H01Q1/38GK101189756SQ200680019443
公开日2008年5月28日 申请日期2006年4月6日 优先权日2005年4月7日
发明者B·塔瓦索尔·霍佐里 申请人:宇东科技有限责任公司