专利名称：平面天线及使用它的便携式无线电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地涉及用于卫星通信的圆偏振平面天线的多谐振频率的阻抗匹配和调整。还有，本发明涉及采用圆偏振平面天线的便携式无线电装置。
最近多家公司已提出使用卫星的便携式蜂窝电话的概念。对于便携式蜂窝电话所使用的频率波段，将1.6GHz的频率段分配给从地面便携式蜂窝电话到通信卫星的上行通信，而将2.4GHz的频率段分配给从通信卫星到地面便携式蜂窝电话的下行通信。1.6GHz的频率段也被分配给地面站和通信卫星之间的双向通信。为确保通信线路的质量，通信中通常使用圆偏振波。
平面天线已在实践中得到使用，它接收从全球定位系统(GPS)卫星发送来的无线电波(例如1.5GHz的圆偏振右旋波)。平面天线是一种单点反馈微带天线(MSA)，包括板状介质衬底，贴在板状介质衬底的一侧的片形导体(即辐射元件)及贴在板状介质衬底的另一侧的接地导体。图5是表示现有单点反馈微带天线(MSA)21的俯视图，并且片形导体21b具有长方体的形状。将片形导体21b的长边PO和QR的长度设为L，将片形导体21b的短边PQ和OR的长度设为S，这样将该导体设置为100×L/S=102到103％左右。长边P0和QR在相对低的频率上产生谐振，并呈现一椭圆偏振波。相反，短边PQ和OR在相对高的频率上产生谐振，并呈现与前述椭圆偏振波正交的另一椭圆偏振波。该片形导体用作上述频率之间的圆偏振天线。
为了将具有50Ω的特征阻抗的电馈线与馈脚21a(来自背后)相连接，可通过调整馈脚21a的位置将电馈线的阻抗与馈脚的阻抗相匹配。具体地说，大家都知道只有大致沿正方形的对角线的任一位置上放置馈脚21a。
实际中已经使用构成MS A21的介质衬底21c，其结构是介质常数大约为20，厚度为4到6mm，大小为25mm左右。GPS要求大约1MHz量级的很窄的带宽。
相反，由于卫星便携式蜂窝电话在大约10MHz量级的相对较宽的带宽上进行发送和接收信号，介质衬底21c的厚度必须增加，以便相对地加宽带宽。而且，在采用低轨卫星的系统中，需要在低仰角时确保天线的增益。
然而，如果为了提高天线的带宽或低仰角特性而加厚介质衬底(以便变为现有GPSMSA厚度的两倍)，那么长方形片形导体同时满足希望的多源谐振频率和阻抗匹配是很困难的。
利用本专利说明书所附权利要求书说明的装置，本发明解决了上述问题。更具体地，本发明提供一种微带平面天线，它包括板状介质物质，安装在介质物质一侧的片形导体及安装在介质物质的另一侧的接地导体，并利用反馈方法将电能供给片形导体，这一发明的特征在于片形导体具有方形，并且至少有三条大小不同的边。
图1是表示按照本发明的实施例的单点反馈微带平面天线的俯视示意图；图2A和2B是表示按照本发明的微带平面天线的测量实例的斯密斯图；图3是表示按照本发明的微带平面天线与四线螺旋天线结合使用时的示意图；图4是表示具有图3所示的天线的便携式无线电装置的示意图；及图5是表示现有反馈微带平面天线在俯视时的平面图。
图1是表示按照本发明实施例的平面天线的结构的示意图。图中，参考数字1表示微带平面天线(MSA)；1a表示馈脚；1b表示片形导体；及1c表示介质衬底。未图示的接地导体与介质衬底1c的反面相连，而馈脚1a以非接触的方式从后面穿过接地导体上形成的一个洞，并连接到片形导体1b的馈点H上。假设片形导体1b的第一边为(边AB)，第二边为(边BC)。假设片形导体1b的第三边为(边CD)，及第四边为(边DA)。
在本发明的该实施例中，起初构成矩形EBFD，假设对角线EF和对角线BD的交叉点为G。沿线段EG放置点H作为馈送点，以便产生圆偏振右旋波。另外，为了便于调整多谐振频率和阻抗匹配，边EB延长到边A，而边BF延长到边C(其中AB≠BC)。这些边被延长的结果就是CD和DA成为斜线。结果，从馈送点H到这些边的实际距离增加。简言之，片形导体1b的带宽也增加，并减轻了由馈点H到各边的距离确定的阻抗匹配条件。图2表示MSAl的测量实例。图2A和2B是ABFD代表的不规则片形导体的测量的实例，该不规则1四边形是通过延长图1所示EBFD表示的矩形的边EB而得到的。图2A是在将片形导体(即边AE)延长1.5mm的长度时得到的斯密斯图，而图2B是在将片形导体(即边AE)延长2.0mm的长度时得到的斯密斯图。
假设片形导体1b的边AB、BC、CD和DA分别为20mm、19mm、18.6mm和17.04mm，并假设介质衬底1c的厚度为12mm，介电常数约为20，以及外部尺寸为28mm×28mm，片形导体1b和螺旋天线2结合使用，如图3所示。图3示出了一接地导体4，而螺旋天线2在轴线方向与接地导体4的下面部分相连。螺旋天线2包括有一直径为30mm的丙稀酸柱体(或介质杆)，以及四条铜箔带(或线性辐射元件)2b，它们的宽度为4.5mm，在丙稀酸柱体的表面螺旋地环绕180°，高度为134mm，并且这些铜箔带2b在丙稀酸柱体的下端相互相向而立，并由铠装线电连接在一起。在丙稀酸柱体的底端铣装线之间的交叉不会引起直流耦合。尽管MSA1安装在丙稀酸柱体2a的上端，但用作线性偏振螺旋辐射元件的铜箔带2b并不直接与接地导体4相连。具有大约7mm宽的边缘部分(一导体)2d连接在接地导体4和铜箔带2b之间，并与螺旋辐射元件电连接。同轴电缆(或信号发送路径)6经由丙稀酸柱体2a的里面与馈脚1a相连，馈脚1a穿过接地导体4上形成的孔4a，由此将电能馈送给片形导体16。在本实施例中，与仅采用MSA1的天线的增益相比，能提高天线在低仰角状况下的增益。这种结构的天线在从低仰角到天顶角的几乎每个方向上具有统一的方向性，并具有优越的轴向比。
图4表示具有图3所示天线的便携式无线电装置(或便携式蜂窝电话)。螺旋天线2由天线支撑柱体13来支撑，并用在其间安装的通信部分13a来在长度方向与便携式无线电装置11隔开。在便携式无线电装置11中，参考数字11a表示接收部分；11b表示显示器；11c表示操作部分；及11d表示发送部分。结果，采用图3所示天线的便携式无线电装置通过使用一个天线能够在天顶角方向与低轨道卫星建立通信。
如上所述，即使在具有相对较大的厚度的介质衬底上构成用作辐射元件的片形导体，本发明也能调整希望的多谐振频率和馈线与馈脚之间的阻抗匹配，使它们两者同时满足。而且，毫无疑问本发明也能用于具有相对较小厚度的介质衬底的天线，例如现有的介质衬底。当平面天线具有高介电常数并要求片形导体的分割尺寸精度时，本发明能产生所宣称的效果。
权利要求
1.一种微带平面天线，包括一板状介质物质，一安装在所述介质物质的一侧的片形导体，及一安装在所述介质物质的另一侧的接地导体，并采用反馈方法将电能量馈送给所述片形导体，其中所述片形导体具有一方形；以及至少三条大小不同的边。
2.权利要求1的微带平面天线，还包括一螺旋天线，与所述平面天线的所述接地导体的下面部分电连接。
3.权利要求1的微带平面天线，其中所述板状介质物质的介电常数大约为20，厚度为4到6mm，大小大约为25mm。
4.一种便携式无线电装置，包括一包括有板状介质物质的微带平面天线，安装在所述板状介质物质的一侧的四边形片状导体，及安装在所述板状介质物质的另一侧的接地导体，并采用反馈方法将电能量馈送给所述片形导体，其中所述四边形片状导体具有至少三条大小不同的边；及与所述平面天线的下面部分电连接的螺旋天线。
5.权利要求4的微带平面天线，其中所述板状介质物质的介质常数为大约20，厚度为4到6mm，及大小为大约25mm。
全文摘要
在用作发射元件的四边形导体的四条边之中,至少有三条边在长度上相互不同。
文档编号H01Q21/29GK1234628SQ9810183
公开日1999年11月10日 申请日期1998年5月6日 优先权日1998年5月6日
发明者胜吕明弘, 森岛隆仁 申请人:京都陶瓷株式会社