专利名称：天线及形成天线的方法
技术领域：
本发明通常涉及天线。更具体地说，本发明涉及天线以及设计和形成天线的方法。
背景技术：
在利用甚高频(VHF)和超高频(UHF)的无线通信系统中，使用鞭状天线。鞭状天 线的频率范围是鞭状天线的电容和电感的函数。另外，天线响应的准确度取决于天线中谐 振元件的数目，即，电感L和电容C(LC)对。此外，鞭状天线的电容和电感取决于鞭状天线 的形状和尺寸。通常通过使用螺旋注射成型技术来制备鞭状天线。使用这种技术，鞭状天线成螺旋 形地缠绕成预定的螺旋形状和尺寸，以形成模具。其后，将天线材料注入模具以形成螺旋形 状。鞭状天线中的螺旋的数目以及螺旋之间的间隙确定了鞭状天线的电容和LC对的数目。 使用螺旋注射成型技术制备的鞭状天线由于鞭状天线的形状和尺寸的实际限制而造成限 于支持很窄的频率范围。形状和尺寸的限制可能导致在较高的频率上频率响应的不准确。为了支持多频带和宽带覆盖，鞭状天线设计者面临这样的挑战实现期望频率范 围的设计复杂度且保持频率响应的准确度等级。克服使用螺旋注射成型制备的鞭状天线中 的限制由于实际使用(例如，双向无线电装置)要求的形状和尺寸而在技术上很难实现且 价格昂贵。因此，通过使用现有设计方法设计的鞭状天线具有有限的频率范围和保持准确频 率响应的问题。因此需要改进的天线以及形成该改进的天线的方法。
附图中相同的附图标记在各个视图中表示相同或功能上类似地元素，并且附图与 下面的详细说明一起并入本说明书中，并且形成本说明书的一部分，附图用于进一步图示 各种实施例并且用于说明所有根据本发明的各种原理和优点。图IA和图IB示出根据本发明的实施例形成的天线。图2是根据本发明的实施例的形成天线的方法的流程图。图3是根据本发明的另一实施例的形成天线的方法的流程图。图4A和图4B示出根据本发明的示例性实施例的天线的平面模型表示以及通过划 分平面模型表示而做出的导电条。图5是根据本发明的实施例的用于表示天线的辐射响应的方法的流程图。本领域技术人员将理解，在附图中的元素是为了简明和清楚而图示的，并且不一 定按照比例绘制。例如，附图中的一些元素的尺寸可以相对于其它元素被夸大，以有助于提 高对本发明的实施例的理解。
具体实施例方式在描述根据本发明的详细实施例之前，应当注意到，实施例主要在于与天线相关的方法步骤和装置组件以及用于设计和形成天线的方法的组合。因此，已经通过附图中的 常规符号适当地表示了装置组件和方法步骤，仅示出与理解本发明的实施例相关的那些特 定细节，以免不会因对于受益于此处描述的本领域的普通技术人员来说将是很容易显而易 见的细节而使本公开模糊。在本文档中，例如第一和第二、顶和底等的关系术语可以仅用于将一个实体或动 作与另一实体或动作区别开来，而不一定要求或暗示这样的实体或动作之间的任何实际这 样的关系或顺序。术语“包括”或其任何其它变形，意欲涵盖非排他性的包括，使得包括一 系列元素的过程、方法、物品、或装置不仅包括这些元素，还可以包括未明确列出的元素，或 者这样的过程、方法、物品、或装置所固有的其他元素。以“包括…一”开始的元素，在没有 更多的约束的情况下，不排除在包括该元素的过程、方法、物品、或装置中其它相同的元素 的存在。在此处的描述中，给出多个实施例以提供对本发明的各种实施例的透彻理解。示 例仅为了说明目的而被包括，而不是意在穷尽或对本发明以任何方式进行限制。应当注意， 在本发明的精神和范围内可以进行各种等同修改。然而，相关领域的技术人员将认识到，可 以利用或不利用描述中提到的装置、系统、配件、方法、组件来实践本发明的实施例。根据各种实施例，本发明提供一种天线和制造该天线的方法。例如，天线可以是鞭 状天线。天线包括不导电基底和导电条。导电条缠绕在不导电基底周围，使得形成在导电 条的相邻匝之间的重叠。相邻匝之间的重叠处不存在电流连接(galvanic connection) 0图1示出根据本发明的实施例的天线100。天线100可以是鞭状天线。在本发明 的实施例中，天线100用于甚高频(VHF)和超高频(UHF)。天线100可以是一个或多个以下 设备的一部分，但不限于此汽车无线电接收机、便携式射频(RF)接收机、具有通信能力的 膝上型计算机、双向无线电装置、具有通信能力的个人数字助理(PDA)、消息发送设备和移 动电话。天线100包括不导电基底102。不导电基底102可以是以下中的一个，但不限于 此橡胶杆、塑料杆、聚碳酸酯杆、弹性杆。可以由多个异质基底形成不导电基底102。例如， 不导电基底102可以由橡胶和塑料制成。不导电基底102是圆柱形状。替代地，不导电基 底102可以具有以下形状中的一种或多种，但不限于此螺旋形、圆形、三角形、矩形。天线100进一步包括导电条104。对本领域的技术人员将显而易见的是，天线100 可以包括不止一个导电条。导电条104可以是以下中的一个，但不限于此铜条、黄铜条、铝 条和不锈钢条。导电条104可以包括多个串联连接的导电条。所述多个导电条中的每一个 可以是不同材料。导电条104缠绕在不导电基底102周围，使得导电条104在不导电基底102周围 形成多个匝(例如，匝106、匝108、匝110、匝112、匝114、匝116和匝118)。对本领域的技 术人员将显而易见的是，天线100不限于图1所示的导电条104的匝数。在实施例中，如果 天线100包括不止一个导电条，则每个导电条可以单独地缠绕在不导电基底102周围。每 个导电条可以是不同材料。例如，天线100可以包括铜条、铝条和黄铜条。在这种情况下， 铜条、铝条和黄铜条可以单独地缠绕在不导电基底102周围。导电条104的宽度可以沿着不导电基底102的长度变化。宽度的变化改变了天线 100提供的频率响应和频率范围。例如，宽度的增加可以减小天线100的可操作频率范围，并同时增加天线100的频率响应带宽。导电条104缠绕在不导电基底102周围，使得形成导电条104的相邻匝(例如，匝 106和匝108 ；匝108和匝110 ；匝110和匝112 ；匝112和匝114)之间的重叠。相邻匝之 间的重叠处不存在电流接触。这是通过在相邻匝之间的重叠处的重叠表面之间引入电介质 材料来实现的。结合图IB对此进一步进行解释。例如，与导电条104的匝108相邻的导电 条104的匝106形成重叠120。重叠120不能在匝106和匝108的表面之间创建任何电流 连接。相邻匝之间的重叠小于导电条104的宽度。例如，匝106和匝108之间的重叠120 小于在匝108处的导电条104的宽度122。其结果是，天线100的相邻匝之间的重叠提供了 谐振元件，其对应于电容器和电感器。因此，导电条104的相邻匝之间的重叠产生了与谐振 元件等效的频率范围和频率响应。不导电基底102周围的导电条104的匝数表示相等数目的谐振元件。因此，不导 电基底102周围的导电条104的匝数增加对应于谐振元件的数目增加。基于此，可以通过 增加不导电基底102周围的导电条104的匝数来修改天线100的频率响应带宽。在本发明的实施例中，导电条104的相邻匝之间的重叠可以沿导电条104的长度 而变化。重叠的减少增加了天线100的操作频率和频率范围。更具体地，随着重叠减少，不 导电基底102周围的导电条104的匝数增加，这进一步增加了天线100的最低操作频率。天线100的预定义频率范围和预定义频率响应取决于参数，诸如相邻匝之间的重 叠、导电条104的宽度、导电条的匝数、相邻匝中重叠表面之间的距离和重叠表面之间的电 介质。可以修改这些参数来实现期望的频率范围和期望的频率响应。因此，与现有天线相 比，天线100提供了增强的性能。本领域的技术人员将理解，图1中的元件为了简明和清楚而被图示，并且不一定 按照比例绘制。图1描述的天线100的元件的形状和尺寸可以按照在此描述的方式变化， 以便实现期望的频率响应。结合图2、图3、图4和图5来解释用于形成天线100的方法。图IB示出根据本发明的实施例形成的天线100的侧视图124。侧视图124示出导 电条104的匝106和匝108之间的重叠120。重叠处的重叠表面分开距离126。重叠120 中填充的电介质材料(图IB未示出)促进了这个分开。可以减小距离126以增加天线100 的频率范围。替代地，可以增加距离126以减小天线100的频率范围。简要地，如图2所示，在步骤202，将天线100的电路拓扑转换成天线100的平面模 型表示。天线100的平面模型表示包括分布在电介质板上的一种或多种传导材料。传导材 料可以是下以下的一种或多种，但不限于此铜、黄铜、铝和不锈钢。其后，在步骤204，将天 线100的平面模型表示变换成预定义频率范围和预定义频率响应的天线100。结合图3进 一步详细解释这些步骤。图3是根据本发明的另一实施例的形成天线100的方法的流程图。在步骤302，基 于预定义频率范围和预定义频率响应来模拟天线100的电路拓扑，以计算电路拓扑的有效 电容和有效电感。电路拓扑可以包括一个或多个电感器(L)和一个或多个电容器(C)。一 个或多个电感器和一个或多个电容器可以按照串联连接和并联连接的方式中的一个或多 个进行连接。预定义频率范围和预定义频率响应用作天线100的设计参数。可以执行迭代模拟 来实现预定义频率范围和预定义频率响应。在实现预定义频率范围和预定义频率响应之后，计算电路拓扑的一个或多个电容器以及一个或多个电感器的有效电容和有效电感。
其后，在步骤304，为了从电路拓扑转换到天线lOO的平面模型表示，一个或多个预定义解析公式被应用于电路拓扑的有效电容和有效电感中的一个或多个。这确定了天线lOO的平面模型表示的电介质板上的一种或多种传导材料的形状、尺寸和位置。一个或多个预定义解析公式可以是以下中的一个或多个的函数，但不限于此导电条104的直径、匝数和长度。例如，通过等式(1)给出了预定义解析公式
权利要求
1.一种天线，包括 不导电基底；以及导电条，其中，所述导电条缠绕在所述不导电基底周围，使得在所述导电条的相邻匝之 间形成重叠，其中，在所述重叠处不存在电流连接。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述导电条的相邻匝之间的重叠小于所述导电条 的宽度。
3.如权利要求1所述的天线，其中，所述导电条的相邻匝之间的重叠沿所述不导电基 底的长度而变化。
4.如权利要求2所述的天线，其中，所述导电条的宽度沿所述不导电基底的长度而变化。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述导电条是铜条、黄铜条、铝条和不锈钢条中的一个。
6.如权利要求1所述的天线，其中，所述不导电基底是橡胶杆、塑料杆、聚碳酸酯杆和 弹性杆中的一个。
7.如权利要求1所述的天线，其中，所述不导电基底包括多个异质基底。
8.如权利要求1所述的天线，其中，所述不导电基底是圆柱形状的。
9.如权利要求1所述的天线，其中，所述导电条包括串联连接的多个条。
10.如权利要求1所述的天线，其中，至少一个导电条缠绕在所述导电条上。
11.如权利要求3所述的天线，其中，所述天线的频率范围对应于所述导电条的相邻匝 之间重叠的减少而增加。
12.如权利要求3所述的天线，其中，所述天线的频率响应对应于所述不导电基底周围 的导电条的匝数的增加和所述导电条的相邻匝之间重叠的减少中的至少一个而增加。
13.如权利要求1所述的天线，其中，所述不导电基底周围的导电条的匝数的增加对应 于谐振元件数目的增加，其中，所述谐振元件包括电感器和电容器。
14.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线的频率范围对应于所述天线的重叠匝之 间的距离的减小而增加。
15.一种用于制造天线的方法，所述方法包括将所述天线的电路拓扑转换成所述天线的平面模型表示，其中，所述平面模型表示包 括分布在电介质板上的至少一种传导材料；以及变换所述平面模型表示，以提供所述天线的预定义频率范围和预定义频率响应。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括基于所述预定义频率范围和所述预定义 频率响应来模拟所述电路拓扑以计算所述电路拓扑的有效电容和有效电感，所述电路拓扑 包括至少一个电容器和至少一个电感器。
17.如权利要求16所述的方法，其中，转换包括通过将至少一个预定义解析公式应用 于所述电路拓扑的所述有效电容和所述有效电感中的至少一个，确定所述电介质板上至少 一种传导材料的形状、尺寸和位置中的至少一个。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个预定义解析公式是导电条的直径、 匝数和长度中的至少一个的函数。
19.如权利要求15所述的方法，其中，变换包括将所述平面模型表示的导电条缠绕在不导电基底周围，其中，在所述导电条的相邻匝之间形成重叠。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括将所述平面模型表示划分为所述导电条。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述导电条的相邻匝之间的重叠小于所述导电 条的宽度。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述导电条的相邻匝之间的重叠沿所述不导电 基底的长度而变化。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述导电条的宽度沿所述不导电基底的长度而变化。
24.一种用于表示天线的辐射响应的方法，所述方法包括基于预定义频率范围和预定义频率响应来模拟电路拓扑以计算所述电路拓扑的有效 电容和有效电感，其中，所述电路拓扑包括至少一个电容器和至少一个电感器；以及通过将至少一个预定义解析公式应用于所述电路拓扑的所述有效电容和所述有效电 感中的至少一个，确定所述辐射响应的形状、尺寸和位置中的至少一个。
25.如权利要求M所述的方法，进一步包括根据对所述辐射响应确定的形状、尺寸和 位置中的至少一个将至少一种传导材料分布在电介质板上。
全文摘要
提供了一种天线以及用于制造天线的方法。天线(100)包括不导电基底(102)。天线进一步包括导电条(104)。导电条(104)缠绕在所述不导电基底(102)周围，使得在导电条(104)的相邻匝之间形成重叠(120)，而不在重叠处创建电流连接。
文档编号H01Q9/27GK102113175SQ200980125405
公开日2011年6月29日 申请日期2009年5月28日 优先权日2008年5月30日
发明者奥瓦迪亚·格罗斯曼, 摩西·本阿云, 树廉·黄, 马克·罗森塔尔, 马克西姆·别列津 申请人:摩托罗拉公司