集成到印刷卡中的倒f天线型的天线和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及集成到印刷卡中的IFA（“倒F型天线”）型天线，印刷卡具有主延伸平面，IFA型天线包括：用作接地平面的第一导电元件；用作天线的辐射元件的第二导电元件；用于使第一导电元件和第二导电元件短路的导电连接部；以及与第二导电元件电接触的激发元件，第二导电元件包括在印刷卡中的不同平面中的第一部分、第二部分和第三部分。
【专利说明】集成到印刷卡中的倒F天线型的天线和系统
【技术领域】
[0001]本发明首先涉及在印刷卡上实现的IFA (英语为“Inverted F Antenna”)型天线。印刷卡由主延伸平面组成，IFA型天线包括:用作接地平面的第一导电元件、用作天线的辐射元件的第二导电元件、用于使第一导电元件和第二导电元件短路的导电连接部、以及与所述第二导电元件电接触的激发元件。
[0002]其次，本发明涉及一种尤其用在包括IFA型天线的机动车辆中的系统。
【背景技术】
[0003]本发明应用于通信对象或系统，其尺寸与用于通信的波长相比是小的。通常地，本发明所涉及的对象或系统是具有大约几厘米量级的尺寸的终端，其工作在ISM(工业科学医疗)、UHF (极高频)、VHF (甚高频)、SHF (超高频)和EHF (至高频)频带中。在这样的终端上安装的天线具有相对于工作波长减小的尺寸(尺寸一般小于主工作波长的一半)。天线的这个典型特征限定通常被称为微型天线的一类天线。
[0004]关于微型天线，倒F型天线是已知的。倒F天线通常被称为IFA (倒F天线)天线。IFA天线由下列元件组成:
[0005]-第一导电元件或接地平面，
[0006]-第二导电元件，通常被称为天线的顶部，其用作天线的辐射元件，最经常地布置成平行于接地平面(但其也可以不平行于接地平面)，
[0007]-通常放置在第二导电元件(或顶部)的第一端部处的导电连接部，其使顶部和接地平面短路，以及
[0008]-放置在垂直于接地平面的第二平面中的激发元件(例如引线探针)，其连接到产生第二导电元件和第一导电元件(或接地平面)之间的电势差的射频源RF。所述顶部的第二端部通常处于开路状态，它可以连接到电容器。
[0009]所述第二导电元件(或顶部)的长度基本上等于天线的主波长的四分之一，这使IFA型天线与通信系统或设备的优选尺寸相比相对大。
【发明内容】
[0010]本发明目的尤其在于改善已知技术的缺点，尤其是上面列举的那些缺点，并且目的还在于提供IFA型天线以及包括IFA型天线的系统，所述IFA型天线以及包括IFA型天线的系统以减小的尺寸产生所述IFA型天线(对于给定的工作频率(或波长))的方式得到改
盡
口 ο
[0011]根据本发明，该目的由集成到印刷卡中的IFA (英语为“Inverted F Antenna”)型天线实现，所述印刷卡具有主延伸平面，所述IFA型天线包括:
[0012]-用作接地平面的第一导电元件，
[0013]-用作天线的辐射元件的第二导电元件，
[0014]-用于使所述第一导电元件和第二导电元件短路的导电连接部，以及[0015]-与所述第二导电元件电接触的激发元件，
[0016]所述第二导电元件包括第一部分、第二部分和第三部分，
[0017]所述第二导电元件的第一部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第一平面中，
[0018]所述第二导电元件的第二部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第二平面中，
[0019]所述第二导电元件的第三部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第三平面中，
[0020]所述第一平面和所述第二平面分离，并且所述第二导电元件的第一和第二部分由所述第二导电元件的第四部分连接，以及
[0021]所述第一平面和所述第三平面分离，并且所述第二导电元件的第一和第三部分由所述第二导电元件的第五部分连接。
[0022]借助于根据本发明的IFA型天线的这种实施例，能够有利地生成减小尺寸的天线，因为所述第二导电元件的第一部分的长度可以基本小于天线的工作波长的四分之一。根据本发明的这种天线可以被称为“混合(印刷和悬挂)IFA天线”。
[0023]根据本发明，天线的谐振元件，即，第二导电元件包括不位于同一平面中的五个部分。天线的谐振元件以某种方式折叠，以用于减小对于给定的谐振频率生成天线所需的最大长度。
[0024]根据本发明，优选的是:
[0025]-所述第二导电元件的第一部分和所述第二导电元件的第四部分形成一角度，尤其是直角，和/或
[0026]-所述第二导电元件的第一部分和所述第二导电元件的第五部分形成一角度，尤其是直角，和/或
[0027]-所述第二导电元件的第二部分和所述第二导电元件的第四部分形成一角度，尤其是直角，和/或
[0028]-所述第二导电元件的第三部分和所述第二导电元件的第五部分形成一角度，尤其是直角。
[0029]根据本发明，根据实施例的一种模式，所述第二导电元件的第二部分和所述第二导电元件的第三部分能够位于不同的平面中(即，它们分别位于第二平面和第三平面中)。另外，根据本发明，所述第二平面和第三平面(同时平行于所述印刷卡的主延伸平面并且平行于第一平面)也能够位于第一平面的不同面上。这意味着所述第二导电元件的第二部分和所述第二导电元件的第三部分相对于所述第二导电元件的第一部分在不同的侧面上折叠。
[0030]然而，根据按照本发明的实施例的另一模式，优选地，所述第二平面和第三平面是相同的。
[0031]借助于根据本发明的天线的这种实施例，可以生成具有相对简单的结构的IFA型天线，该结构具有在两个不同的平面中，即，在第一平面中和第二平面(因为第三平面对应于第二平面)中的天线的元件或元件的部分。在根据本发明的天线的这种实施例中，所述第二导电元件的第二部分和第三部分都位于第二平面(平行于所述印刷卡的主延伸平面)中。[0032]本发明的优选发展在于以下事实:所述第二导电元件的第一部分位于所述印刷卡的第一侧上，并且所述第二导电元件的第二部分和/或第二导电元件的第三部分位于所述印刷卡的第二侧上，所述第二侧与所述印刷卡的第一侧相对。
[0033]借助于根据本发明的IFA型天线的这种实施例，能够有利地使用所述印刷卡的两侧生成天线。
[0034]根据本发明的实施例的又一优选模式，
[0035]-第一导电元件，
[0036]-导电连接部，和/或
[0037]-激发元件
[0038]位于印刷卡的第一侧上或所述印刷卡的第二侧上。
[0039]借助于根据本发明的IFA型天线的这种实施例，能够有利地简单和便宜地生成IFA型天线。
[0040]按照根据本发明的IFA型天线的实施例的优选模式，所述印刷卡包括用于所述第二导电元件的第四部分的第一开口和/或所述印刷卡包括用于所述第二导电元件的第五部分的第二开口。
[0041]按照根据本发明的IFA型天线的实施例的另一模式，优选的是:
[0042]-所述第二导电元件的第一部分具有第一长度的延伸，
[0043]-所述第二导电元件的第二部分具有第二长度的延伸，
[0044]-所述第二导电元件的第三部分具有第三长度的延伸，
[0045]-所述第二导电元件的第四部分具有第四长度的延伸，
[0046]-所述第二导电元件的第五部分具有第五长度的延伸，以及
[0047]-所述第二导电元件的总长度(L)——通常相应于IFA型天线的主工作波长的四分之一-对应于第一长度、第二长度、第三长度、第四长度和第五长度的总和。
[0048]借助于根据本发明的IFA型天线的这种实施例，能够有利地将IFA型天线的尺寸显著减小，尤其与产生具有工作波长的四分之一的有效总长度的第二导电元件所必需的最大尺寸(或延伸部分)相比，能够减小50%以上。
[0049]按照根据本发明的IFA型天线的实施例的优选模式，电容器设置在所述第一导电元件和所述第二导电元件的第二部分之间。
[0050]这使得天线能够被调谐到较低频率或能够减小天线的尺寸(D2、L2、L1、L5和L4)。
[0051]-所述天线的输入阻抗的值可以被修改:
[0052]-或者通过改变导电连接部和所述激发元件之间的第一距离，
[0053]-或通过改变以下长度的总和:
[0054]-所述激发元件和所述第二导电元件的第五部分的位置之间的第二距离，
[0055]-所述第一长度，
[0056]-所述第二长度，以及
[0057]-所述第四长度。
[0058]本发明还涉及尤其用在包括IFA型天线的机动车辆中的系统，所述IFA型天线集成到印刷卡中，所述印刷卡具有主延伸平面，所述IFA型天线包括:
[0059]-用作接地平面的第一导电元件，[0060]-用作所述天线的辐射元件的第二导电元件，
[0061]-用于使所述第一导电元件和第二导电元件短路的导电连接部，以及
[0062]-与所述第二导电元件电接触的激发元件，
[0063]所述第二导电元件包括第一部分、第二部分和第三部分，
[0064]所述第二导电元件的第一部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第一平面中，
[0065]所述第二导电元件的第二部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第二平面中，
[0066]所述第二导电元件的第三部分位于与所述印刷卡的主延伸平面平行的第三平面中，
[0067]所述第一平面和第二平面分离，并且所述第二导电元件的第一和第二部分由所述第二导电元件的第四部分连接，以及
[0068]所述第一平面和第三平面分离，并且所述第二导电元件的第一和第三部分由所述第二导电元件的第五部分连接。
[0069]本发明的其它特征和优点将从阅读本发明的实施例的非限制性特定模式的以下描述时呈现。
【专利附图】
【附图说明】
[0070]根据涉及实施例的优选模式的以下描述中将更好地理解本发明，所述优选模式作为非限制性的示例给出并且参考所附示意图进行解释，其中:
[0071]图1是根据现有技术的IFA型天线的侧视图的示意性表示，
[0072]图2A是根据本发明的IFA型天线的侧视图的示意性表示，
[0073]图2B是根据本发明的IFA型天线的顶视图的示意性表示，以及
[0074]图2C是根据本发明的IFA型天线的底视图的示意性表示。
【具体实施方式】
[0075]在图1中示出了根据现有技术的IFA型天线的侧视图的示意性表示。
[0076]根据现有技术的IFA型天线I包括第二导电元件1.1，所述第二导电元件1.1用作天线I的辐射元件并且取向为平行于印刷卡1.2。天线I还包括用作接地平面但未在图1中示出的第一导电元件。通常，第一导电元件集成到印刷卡1.2中。第二导电元件1.1经由导电连接部1.3与第一导电元件连接，导电连接部1.3用于使第一导电元件和第二导电元件1.1短路。此外，天线I包括使第二导电元件1.1与印刷卡1.2的RF电路连接的激发元件1.4 (也被称为天线的基部)。
[0077]导电连接部1.3与第一导电元件的链接以及激发元件1.4与印刷卡1.2的电路的链接可以经由焊接制成。天线I的组件类似于倒F。
[0078]第二导电元件1.1相对于第一导电元件(或接地平面)的距离定义了天线I的高度
H。天线I的高度对应于激发元件1.4的长度L2以及导电连接部1.3的长度L5。第二导电元件1.1的高度H和长度L定义了天线I的输入阻抗。
[0079]此外，第二导电元件1.1的长度L适于天线I的谐振频率。谐振频率越短(并且因此波长很长)，长度L就必须越长。
[0080]大约17.7cm的天线I的第二导电元件1.1的长度L (对应于天线I的工作波长(在空气中)λ air的四分之一)对应于434MHz的谐振频率。高度H对应于例如天线I的工作波长(在空气中)λ air的十分之一，即，大约1.7cm。因此，根据现有技术的天线I必须相对大，具有434MHz的谐振频率，并且相对难以集成到小设备中。这样的设备用在很多应用领域中，特别是汽车、通信中和电子数据处理领域中。
[0081]图2A、2B和2C示出了根据本发明的IFA型天线2。图2A是这种天线的侧视图的示意性表示，图2B是顶视图的示意性表示，并且图2C是这种天线的底视图的示意性表示。电容器在图2C中示出。在本发明的实施例的优选模式中提供了这种电容器，但该电容器仅仅是可选的:在本发明的实施例的另一优选模式中，这种电容器不存在。在接下来的描述中，图2A、2B和2C都由表达法“图2”表示。
[0082]与根据现有技术的IFA型天线一样，根据本发明的天线2包括用作接地平面的第一导电元件2.7、用作天线的辐射元件的第二导电元件2.8、用于使第一导电元件2.7和第二导电元件2.8短路的导电连接部2.3、以及与第二导电元件2.8电接触的激发元件2.4。
[0083]在图2的示例中，根据本发明的IFA型天线2包括两个主部分:第一主部分Al和第二主部分A2。第一主部分Al包括第二导电兀件2.8的第一部分2.1,第二导电兀件2.8的第一部分2.1具有第一长度LI。
[0084]在图2的示例中，根据本发明的IFA型天线2的第二主部分A2包括印刷卡2.2以及导电连接部2.3和激发元件2.4。导电连接部2.3和激发元件2.4生成于印刷卡2.2的一侧(底面)。在实施例的另一模式(未在图2中示出)中，导电连接部2.3和激发元件2.4生成于印刷卡2.2的另一侧(顶面)。
[0085]可以使第一主部分Al在第二主部分A2的顶部(或底部)上偏移，例如浮置地在第二主部分A2上方。第一主部分Al和第二主部分A2的距离或偏移对应于高度H，并且该高度H对应于第二导电兀件2.8的兀件(或部分)的长度L2和L5。第四长度L5对应于第二导电元件2.8的第四部分2.1.1，并且第五长度L2对应于第二导电元件2.8的第五部分2.1.2。
[0086]在图2的示例中，第二导电元件2.8的第四部分2.1.1例如由具有第四长度L5的分支(也具有参考符号2.1.1)生成。第二导电元件2.8的第四部分2.1.1使第二导电元件
2.8的第一部分2.1与第二导电元件2.8的第二部分2.5连接。第二导电元件2.8的第二部分2.5具有第二长度L4。在图2的示例中，特别假设第二导电元件2.8的第二部分2.5穿过印刷卡2.2的第一开口 2.2.1。
[0087]在图2的示例中，第二导电元件2.8的第五部分2.1.2例如由具有第五长度L2的(第二)分支(也具有参考符号2.1.2)生成。第二导电兀件2.8的第五部分2.1.2使第二导电元件2.8的第一部分2.1与第二导电元件2.8的第三部分2.8连接。第二导电元件2.8的第三部分2.6具有第三长度L3。在图2的示例中，特别假设第二导电元件2.8的第三部分2.6穿过印刷卡2.2的第二开口 2.2.2。
[0088]第二导电元件2.8的第二和第三部分2.5、2.6彼此电隔离。优选地，第二导电元件2.8的第二和第三部分2.5,2.6印刷在印刷卡2.2上。在附图中未示出的示例中，第二导电元件2.8的第二和第三部分2.5,2.6印刷在印刷卡2.2的顶面上。
[0089]第二导电元件2.8的第三部分2.6经由导电连接部2.3连接到第一导电元件2.7。优选地，导电连接部2.3以及第一导电元件2.7经由印刷卡2.2上的导电迹线优选通过印刷方法生成。
[0090]激发元件2.4也尤其经由印刷方法生成，优选作为印刷卡2.2上或中的导电迹线。激发兀件2.4与第一导电兀件2.7电隔离。
[0091]根据本发明的IFA型天线2具有优点，尤其是由于第二导电元件2.8的第四和第五部分2.1.1,2.1.2以及第二导电元件2.8的第二和第三部分2.5、2.6和较高的介电常数——与现有技术IFA型天线(对于天线的相同工作频率(或波长)相比具有非常减小的尺寸(尤其是第二导电兀件2.8的第一部分2.1的尺寸LI)。
[0092]在如图2C所示的本发明的实施例的模式中，电容器Cl设置在第一导电元件2.7和第二导电元件2.8的第二部分2.5之间。该电容器Cl仅仅是可选的，即，在本发明的实施例的另一优选模式中，这种电容器不设置在第一导电元件2.7和第二导电元件2.8的第二部分2.5之间。
[0093]具有电容器的实施例的模式使得天线能够被调谐到更低的频率(与没有电容器的配置相比)或天线的空间要求能够通过减小其尺寸(D2、L2、L1、L5和L4，即，减小第二导电元件2.8的最大部分的尺寸)来减小。
[0094]天线的输入阻抗的值可以被修改:
[0095]-或者通过改变导电连接部2.3和激发元件2.4之间的第一距离D1，
[0096]-或通过改变以下长度的总和:
[0097]-激发元件2.4和第二导电元件2.8的第五部分2.1.2的位置之间的第二距离D2，
`[0098]-第一长度LI，
[0099]-第二长度L4，
[0100]-第四长度L5，以及
[0101]-第五长度L2。
[0102]在下文中，针对使用在具有材料名称“FR4” (FR-4是玻璃纤维增强的环氧树脂复合物并且具有特性——尤其是包括最大4.70、在500MHz下的4.35、在IGHz下的4.34的介电常数(电容率)——的环氧树脂中的玻璃纤维生成的印刷卡2.2的情况，针对434MHz的谐振频率的根据本发明的IFA型天线2的情况来描述第二导电元件2.8的第一部分2.1的第一长度LI的计算。在计算示例中，选择4.6的介电常数。
[0103]示例:
[0104]根据下式来计算空气中的波长λ air:
I /Λ ? /Λ K Ijn, ? SS
LU IUOJpI )
[0106]其中:C=速度
[0107]F=频率
[0108]在434MHz的频率下:
[0109]λ air=69cm。2)
[0110]对于第一部分Al，根据下式计算长度L1、L2和L5:
【权利要求】
1.一种集成到印刷卡(2.2)中的IFA (英语为“Inverted F Antenna”)型天线(2),所述印刷卡(2.2)具有主延伸平面，所述IFA型天线(2)包括: -用作接地平面的第一导电元件(2.7)， -用作所述天线的辐射元件的第二导电元件(2.8)， -用于使所述第一导电元件(2.7)和所述第二导电元件(2.8)短路的导电连接部(2.3)，以及 -与所述第二导电元件(2.8)电接触的激发元件(2.4)， -其特征在于，所述第二导电元件(2.8)包括第一部分(2.1)、第二部分(2.5)和第三部分(2.6)， 所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分(2.1)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第一平面中， 所述第二导电元件(2.8)的所述第二部分(2.5)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第二平面中， 所述第二导电元件(2.8)的所述第三部分(2.6)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第三平面中， 所述第一平面与所述第二平面分离，并且所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分和第二部分(2.1, 2.5)通过所述第二导电元件(2.8)的第四部分(2.1.1)连接，所述第一平面和所述第三平面分离，并且所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分和第三部分(2.1,2.6)通过所述第二导电元件(2.8)的第五部分(2.1.2)连接。
2.如权利要求1所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述第二平面和所述第三平面是相同的。
3.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分(2.1)位于所述印刷卡(2.2)的第一侧上，并且其特征在于所述第二导电元件(2.8)的所述第二部分(2.5)和/或所述第二导电元件(2.8)的所述第三部分(2.6)位于所述印刷卡(2.2)的第二侧上，所述第二侧与所述印刷卡(2.2)的所述第一侧相对。
4.如权利要求3所述的IFA型天线(2)，其特征在于， -所述第一导电兀件(2.7), -所述导电连接部(2.3)，和/或 -所述激发元件(2.4) 位于所述印刷卡(2.2)的所述第一侧或所述印刷卡(2.2)的所述第二侧上。
5.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述印刷卡(2.2)包括用于所述第二导电元件(2.8)的所述第四部分(2.1.1)的第一开口(2.2.1)和/或所述印刷卡(2.2)包括用于所述第二导电元件(2.8)的所述第五部分(2.1.2)的第二开口(2.2.2)。
6.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于， -所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分(2.1)具有第一长度(LI)的延伸， -所述第二导电元件(2.8)的所述第二部分(2.5)具有第二长度(L3 )的延伸， -所述第二导电元件(2.8)的所述第三部分(2.6)具有第三长度(L4)的延伸，-所述第二导电元件(2.8)的所述第四部分(2.1.1)具有第四长度(L5)的延伸， -所述第二导电元件(2.8)的所述第五部分(2.1.2)具有第五长度(L2)的延伸， -所述第二导电元件(2.8)的总长度(L)—通常对应于所述IFA型天线(2)的主工作波长的四分之一一对应于所述第一长度(LI)、所述第二长度(L3)、所述第三长度(L4)、所述第四长度(L5)和所述第五长度(L2)的总和。
7.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，电容器(Cl)设置在所述第一导电元件(2.7)和所述第二导电元件(2.8)的所述第二部分(2.5)之间。
8.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述第四和第五长度(L2、L5)对应于所述IFA型天线(2)的所述主工作波长的四十分之一。
9.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述第二和第三长度(L3、L4)对应于所述IFA型天线(2)的所述主工作波长的十二分之一。
10.如前述权利要求中的任一项所述的IFA型天线(2)，其特征在于，所述第一长度(LI)对应于所述IFA型天线(2)的所述主工作波长的十分之一。
11.一种系统，其尤其用在包括IFA型天线(2)的机动车辆中，所述IFA型天线(2)集成到印刷卡(2.2)中，所述印刷卡(2.2)具有主延伸平面，所述IFA型天线(2)包括: -用作接地平面的第一导电元件(2.7)， -用作所述天线的辐射元件的第二导电元件(2.8)， -用于使所述第一导电元件(2.7)和所述第二导电元件(2.8)短路的导电连接部(2.3)，以及 -与所述第二导电元件(2.8 )电接触的激发元件(2.4)， -其特征在于，所述第二导电元件(2.8)包括第一部分(2.1 )、第二部分(2.5)和第三部分(2.6)， 所述第二导电元件(2.8)的所述第一部分(2.1)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第一平面中， 所述第二导电元件(2.8)的所述第二部分(2.5)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第二平面中， 所述第二导电元件(2.8)的所述第三部分(2.6)位于与所述印刷卡(2.2)的所述主延伸平面平行的第三平面中， 所述第一平面和所述第二平面分离，并且所述第二导电元件(2.8)的所述第一和第二部分(2.1、2.5)通过所述第二导电元件(2.8)的第四部分(2.1.1)连接，所述第一平面和所述第三平面分离，并且所述第二导电元件(2.8)的所述第一和第三部分(2.1、2.6)通过所述第二导电元件(2.8)的第五部分(2.1.2)连接。
【文档编号】H01Q9/04GK103765676SQ201280042235
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月8日
【发明者】P·莱热 申请人:约翰逊控制器汽车电子公司