超薄柔性宽带低轮廓平面导线天线的制作方法
【专利说明】超薄柔性宽带低轮廓平面导线天线
[0001]相关申请的交叉引用
本申请与2013年8月20日提交的序列号为61/867，877且名称为“宽带低轮廓(lowprofile)平面导线天线”的美国临时申请有关，通过引用将其公开内容合并于此并且在此要求保护其优先权。
[0002]发明的背景。
技术领域
[0003]本发明涉及用于接收数字广播电视信号的宽带天线，并且更具体地涉及用于电视信号接收的宽带低轮廓(low profile)平面天线。
【背景技术】
[0004]适合于接收直接来自无线电广播的(即通过空中广播的)数字电视信号传输的许多天线很多时候是相对地大且笨重并且当安装在所有者房屋中的墙壁上时占用相当大的空间。这种电视天线的另一问题是它们并不在整个VHF和UHF电视波段上提供良好的性能。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种宽带低轮廓平面导线天线。
[0006]本发明的另一目的是提供一种适合于直接来自无线电广播的数字电视信号接收的宽带天线。
[0007]本发明的又一目的是提供一种低轮廓平面导线天线，其为VHF和UHF电视波段提供良好性能且是相对地紧凑的，适合在12英寸X 12英寸薄膜衬底上。
[0008]根据本发明的一种形式，宽带低轮廓全向(至少在水平面上)平面导线天线包括利用导电银墨水制造且被镀在薄膜柔性衬底上的天线元件。该天线包括倒三角部分和中心在三角部分的顶点处的水平条状物部分。翼片(tab)元件被提供在条状物部分的相对端上以增加天线的末端效应。此外，45度翼片元件被接合到三角部分的顶部拐角并且在与其相反的方向上延伸。被添加到三角部分和条状物部分的翼片元件增加天线的总电长度以模拟物理上更大尺寸天线。
[0009]从下面要结合附图阅读的本发明说明性实施例的详细描述，本发明的这些以及其他目的、特征和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0010]图1A是根据本发明形成的且图示出天线元件的尺寸和角度的宽带低轮廓平面导线天线的前视图。
[0011]图1B是图1A中示出的且图示天线元件的尺寸和角度的本发明的宽带低轮廓平面导线天线的前视图。
[0012]图2A、2B和2C是本发明的平面天线在180MHz频率下的天线增益的不同模拟曲线图和图表。
[0013]图3A、3B和3C是本发明的平面天线在550MHz频率下的天线增益的不同模拟曲线图和图表。
[0014]图4A、4B和4C是本发明的平面天线在625MHz频率下的天线增益的不同模拟曲线图和图表。
[0015]图5A、5B和5C是本发明的平面天线在700MHz频率下的天线增益的不同模拟曲线图和图表。
[0016]图6是根据本发明形成且结合图1中示出的天线的天线产品的前立视图。
[0017]图7是图6中示出的本发明的天线产品的后立视图。
[0018]图8是图6和7中示出的本发明的天线产品的侧立视图。
[0019]图9是被示为安装在住宅窗口上的本发明的天线产品的透视图。
[0020]图10是被示为安装在住宅墙壁上的本发明的天线产品的透视图。
[0021]图11是本发明的天线产品的透视图且图示天线产品的柔性和薄度。
[0022]图12是与本发明的天线产品一起使用的前置放大器设备的透视图。
[0023]图13A是根据本发明形成的宽带低轮廓平面导线天线的另一实施例的前视图且图示此替代实施例的天线元件的尺寸和角度。
[0024]图13B是图13A中示出的本发明的宽带低轮廓平面导线天线的前视图且图示出此替代实施例的天线元件的尺寸和角度。
[0025]图14是图13中示出的本发明的天线在473MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0026]图15是图13中示出的本发明的天线在509MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0027]图16是图13中示出的本发明的天线在545MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0028]图17是图13中示出的本发明的天线在581MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0029]图18是图13中示出的本发明的天线在617MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0030]图19是图13中示出的本发明的天线在653MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
[0031]图20是图13中示出的本发明的天线在693MHz频率下测量的处于垂直的辐射方向图的图形。
【具体实施方式】
[0032]在附图的图1A和IB中示出根据本发明构造的宽带低轮廓平面导线天线I，并且在图2A-5C中示出在被选择频率下天线的频率响应的模拟图形和图表。
[0033]优选地利用导电银墨水来制造天线元件并且将其镀在已经被用作介质衬底材料的薄膜上。该薄膜材料优选为Kapton ? HPP-ST膜或者聚碳酸酯(PC)膜或材料中的一个。Kapton ? HPP-ST是由杜邦公司制造的双面都被处理过的聚酰亚胺膜。可以在杜邦公司的公告GS-96-7中的H-38479下找到Kapton ? HPP-ST膜的规范。可以在Jin-Taiwan企业有限公司的网站(www.jin-taiwan.com.tw)上找到具有PC片材或膜的一般属性的数据表。
[0034]天线元件被镀在其上的介质衬底还可以是具有优选最小值为I盎司铜包层的任何FR4或Gl O玻璃纤维、单面、印刷电路板材料。
[0035]如从附图的图1A和IB可以看到的，宽带低轮廓平面导线天线I展示平面盘锥形天线的一些结构特性。天线I包括普通的倒三角部分2、和条状物部分4，条状物部分4的中心被定位于接近三角部分2的顶点6。
[0036]甚至更具体地，利用从三角部分2的顶点6有角度地延伸的多个段(天线元件)来形成三角部分2。
[0037]更特别地，第一和第二外部段8、10限定三角部分2的斜边。第一和第二外部段8、10的近端被接合到三角部分2的顶点6，并且第一和第二外部段8、10中的每一个的轴向相对远端被分别接合到平行设置的第一和第二侧段12、14。第一和第二侧段12、14被垂直接合到三角部分2的基部段16的相对端。第一和第二侧段12、14、第一和第二外段8、10以及基部段16一起限定具有内部区域17的倒三角部分2。
[0038]三角部分2的中心段18从顶点6延伸到基部段16的中心。至少第一和第二内部成角度的段20、22从顶点6延伸到由基部段16以及第一和第二侧段12、14的交点限定的三角部分2的顶部拐角24A、24B，至少第一内部成角度的段20位于第一外部段8和中心段18之间、并且至少第二内部成角度的段20位于第二外部段10和中心段18之间。
[0039]三角部分2的顶点6由相对短的相交段26来限定，三角部分2的第一和第二外部段
8、10和其他内部段20、22以及中心段18从其延伸。应该理解，这里描述的段指代并用作天线元件。
[0040]在三角部分2的每个顶部拐角24A、24B处(即排除顶点6，该拐角24A、24B由第一和第二侧段12、14以及基部段16的接合点来限定)，延伸出分别从第一和第二侧段12、14在朝外向下的方向上有角度地延伸的第一和第二翼片元件28、29以及分别在与第一和第二翼片元件28、29的一般相对方向上且在朝外有角度地向上方向上延伸的第三和第四翼片元件
30、31。位于天线1的三角部分2的顶部拐角244、248处的该第一和第二翼片元件28、29以及第三和第四翼片元件30、31帮助增加天线I的有效电长度。
[0041]更具体地，并且优选地，第一和第二翼片元件28、29是各自第一和第二侧段12、14的整体形成的延伸。作为第一和第二侧段12、14的优选延伸部分的翼片元件28、29在它们的各自侧段12、14上有角度地折叠，翼片元件28、29从它们的各自侧段12、14延伸并且与它们限定锐的内角A5，在表格I中指定优选的角度A5。第一和第二翼片元件28、29从由基部段16以及第一和第二侧段12、14的接合点限定的天线I的顶部拐角24有角度地延伸。
[0042]类似地，并且也是优选地，第三和第四翼片元件30、31是各自的第一和第二内部成角度的段20、22的整体形成的延伸，并且分别地从第一和第二内部成角度的段20、22的远端经过基部段16的顶部边缘有角度地延伸。第三和第四翼片元件30、31与基部元件16—起限定锐的内角Al，在表格I中指定优选的角度Al。
[0043]较低的条状物部分4还包括在第一和第二末端翼片元件32、33，它们在垂直于条状物部分4的相对轴端的其中心处接合。第一和第二末端翼片元件32、33被添加到条状物部分4的末端以增加末端效应(也就是说，末端翼片元件32、33允许条状物部分4物理上缩短并且仍提供有效谐振)。
[0044]用于天线I的馈电点(信号和接地)分别在三角部分2的顶点6处和下面的条状物部分4的中心处。更具体地，天线信号电缆42的中心导体电连接到限定倒三角部分2的顶点6的相交段26的中心，并且信号电缆42的接地屏蔽被电连接到条状物部分4的中心，其充当天线的接地平面。
[0045]位于三角部分2的顶部拐角24A、24B处的第一到第四翼片元件28-31、以及位于条状物部分4的相对轴端处的第一和第二末端翼片元件32、33、以及三角部分2的独特形状允许本发明的天线I在用于接收直接来自无线电广播的(即通过空中广播的)ATSC(高级电视系统委员会)数字电视传输信号的VHF和UHF电视波段上表现良好，并且进一步向天线I提供类似于物理上更大尺寸天线的电特性和电长度。
[0046]甚至更具体地，镀在特定介质衬底(诸如Kapton?或PC膜材料)上的导电银墨水的独特天线设计方向图提供可以被构造成适合在12英寸X 12英寸薄膜片材上并仍为VHF和UHF电视接收波段两者提供良好性能的紧凑天线。此天线在所选频率处的频率响应可以从对于180MHz的图2A-2C、对于550MHz的图3A-3C、对于625MHz的图4A-4C和对于700MHz的图5A-5C中示出的增益图和图表中看到。
[0047]再次参考附图的图1B，三角部分和条状物部分的天线元件段以及翼片和末端元件的尺寸和角度被分别标记为L1-L16和A1-A7，并且下面在表格I中阐述天线元件中的每个的特定长度和角度:
表格I
图1A和IB中示出的天线的天线段的优选长度和角度
Ll=1.11 英寸
L2=0.43 英寸
L3=0.19 英寸
L4=0.41英寸
L5=0.25 英寸
L6=2.18 英寸
L7=2.43 英寸
L8=8.24 英寸
L9=10.6 英寸
LlO=0.5 英寸
Lll=0.21 英寸
L12=0.17 英寸
L13=0.