CN101164197B - 偶极型宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带偶极天线，其包括具有不同的电源的第一导电臂(1)和第二导电臂(2)，所述臂中的被称为第一臂(1)的一个臂形成用于电子卡的至少一个外盒。这种类型的天线连接到诸如PC等的便携式电子设备。

Description

偶极型宽带天线

技术领域

本发明涉及一种偶极型宽带天线，更具体地涉及一种用于在诸如膝上型计算机、PVA(个人助理)或其它类似设备的便携式电子装置上接收电视信号、特别是接收数字电视信号的天线。

背景技术

目前，在市场上，存在可以在膝上型计算机或PC上接收陆地数字电视或TNT的设备。在膝上型计算机上接收TNT信号使得能够将PC的计算能力用于将数字图像流解码。这一设备最多地是以具有两个接口的盒子的形式出售的，所述两个接口即：用于连接到内部或外部VHF-UHF天线的一个RF(射频)接口以及用于连接到计算机的USB接口。在以MICROSOFT公司名义的美国专利中请2004/0263417中或者在以ACCTON技术公司名义的美国专利6544075中具体给出了这种类型的示例。然而，这两篇文档描述了这样的设备，所述设备包括最多地是安装在USB单元上的鞭型或环型天线的分离的天线。

而且，很久以前就知道如何使用偶极天线作为电视信号接收天线。通常，标准的偶极天线包括两个相同的臂，它们具有明显等于λ/4的长度并且被彼此相对地放置。所述臂由发生器(generator)不同地供电(supply)。这种类型的天线自从电磁学开始以来就在被研究，并且被特别用于UHF接收以及甚至最近被用于WLAN类型的无线网络中。

发明内容

因此，本发明使用偶极型天线的思想来制造一种紧凑的宽带天线，其覆盖整个UHF波段，并且与这样的电子板相关联，该电子板能够通过使用，具体地，USB型连接器而连接到便携式设备。

因此，本发明涉及一种偶极型宽带天线，其包括被不同地供电的第一导电臂和第二导电臂。根据本发明，所述臂中的被称为第一臂的一个臂形成电子卡的至少一个盖子。

根据第一实施例，第一臂具有盒子的形状，其中电子卡被插入该盒子中。

根据第二实施例，第一臂包括覆盖电子卡的上表面。可以将两个侧面与此上表面相组合。

优选地，将第一臂和第二臂相对于彼此旋转地安装，并且每个臂具有带有弯曲外形(profile)的大致矩形的形状，所述外形优选地以能够将两个臂相对于彼此折叠这样的方式互补，从而获得紧凑的、容易携带的天线。

根据本发明的一个特性，所述电子卡在一个末端包括用于给天线供电的连接端口，并且在另一末端包括到电子装置的连接端口。优选地，到电子装置的连接端口是USB连接端口。此外，所述电子卡包括用于处理电视类型信号的电路。

附图说明

当阅读不同实施例的描述时，将出现本发明的其它特性和优点，所述描述是参照附图而实现的，其中：

图1是根据本发明的天线的第一实施例的侧面透视图。

图2是图1的天线的透视图。

图3示出了分别在具有和不具有阻抗匹配电路的情况下、图2的天线的作为频率的函数的阻抗匹配曲线S11。

图4示出了在具有和不具有阻抗匹配电路的情况下、图2的天线的史密斯圆图(Smith abacus)。

图5示出了指示在具有或不具有阻抗匹配电路的情况下、随频率变化的天线效率的曲线。

图6是图2的天线的增益辐射模式。

图7是其中第二臂占据不同位置的图1的相同表示。

图8示出了指示对于图7所示的臂2的不同位置的、随频率变化的阻抗匹配的曲线。

图9示出了指示当阻抗匹配电路在所述天线之后时，对于图7所示的臂2的不同位置的、随频率变化的阻抗匹配的曲线。

图10示出了对于臂2的不同位置的、图7的天线的增益辐射模式。

图11示意性地示出了在天线输出处提供的阻抗匹配电路。

图12是根据本发明的天线的第二实施例的示意性透视图。

图13和图14通过将图12的天线与图2的天线相比较，而分别示出了图12的天线的指示随频率变化的阻抗匹配的曲线和指示随频率变化的天线效率的曲线。

图15是本发明第三实施例的示意性透视图。

图16和图17通过将图15的天线与图2的天线相比较，而分别示出了图15的天线的指示随频率变化的阻抗匹配的曲线和指示随频率变化的天线效率的曲线。

图18示出了本发明第四实施例的示意性透视图，以及

图19是在本发明中使用的电子卡的示意图。

具体实施方式

为了简化描述，相同的元件具有与附图相同的参考标号。

参照图1和图2，将首先对根据本发明的、可用于在膝上型计算机上接收陆地数字电视的紧凑的宽带天线的第一实施例进行描述。

如图1和图2示意性地示出的那样，该偶极型天线主要包括第一导电臂1和第二导电臂2，这两个臂通过位于每个臂的末端之一处的铰接区域3而互相连接。

更具体地说，臂2由矩形板构成，并且具有接近操作中心频率处的λ/4的长度，即，对于UHF波段(在460和870MHz之间的波段)中的操作，具有接近112mm的长度，所述矩形板由导电金属、金属化的材料或其它材料制成。臂2具有直线部分2a和使得能够在区域3的层面(level)上连接到另一臂1的弯曲部分2b。臂1具有使得至少可以将其用作电子卡的盖子这样的形式，将在下文中更详细地描述所述电子卡。

更具体地说，图1和图2所示的臂1包括形成可以将所述卡插入其中的单元的矩形部分1a，并且它通过弯曲部分1b而延伸，所述弯曲部分1b形成缓变的锥形(gradual tapering)，其使得能够逐渐地辐射能量，并且以这一方式增强了对于更大频带的阻抗匹配。臂1的长度也明显等于λ/4。臂1由金属、金属化的材料或其它材料制成。

如图1所示，在所示实施例中，臂1和臂2具有几乎相同的总长度，即118.7mm的长度。更具体地说，直线部分具有70mm的长度和25mm的宽度。此外，盒子形状的臂1具有10mm的高度。这两个臂1和2在铰接区域3的层面上相互链接，所述铰接区域3在3a中包括使得能够将天线连接到发生器或用于处理电磁信号的接收机电路的连接元件。为了不扰乱天线的电磁操作，铰接区域包括使用对于无线电波相对透明的材料制成的连接元件，而通过连接到发生器或用于处理电磁信号的接收机电路的金属绞合线、同轴电缆或类似电缆来提供电气连接。为了防止金属绞合线和臂2之间的短路，在臂2中需要开孔(opening)。

如上所述，这两个臂1和2由导电材料、特别是金属材料制成。因此，可以通过切割金属板而由所述板制成所述两个臂1和2。

使用商业电磁软件(IE3D)仿真了示出上面给出的尺寸的图2的天线。在这些仿真中，假设天线在空气中并且由具有良好的导电率(σ＞＝5.10⁷S/m)的导电材料构成。在图3到图6的曲线中给出了所述仿真的结果，所述曲线主要涉及对天线本身进行的仿真、以及当天线连接到诸如参照图11所述的阻抗匹配电路时进行的仿真。

图3示出了在具有和不具有阻抗匹配电路的情况下图2的天线的阻抗匹配曲线。这些曲线表明阻抗匹配单元可以在整个UHF波段(即，在460-870MHz之间的频带)上获得良好的阻抗匹配，而在没有阻抗匹配电路的情况下获得的曲线可以在更有限的频带上获得良好的阻抗匹配。这在图4的史密斯圆图上被证实。

图5示出了指示在具有和不具有阻抗匹配电路的情况下的天线效率的曲线。所获得的曲线证实了先前的结果，并且表明当使用阻抗匹配电路时，对于整个UHF波段获得大于80％的天线效率。

图6的辐射图是证实图2的天线作为偶极天线操作的增益辐射图。

如上所述，以将天线定向为最佳接收这样的方式，相对于臂1而旋转地安装天线的臂2。在图7中，示出了臂2相对于臂1的不同位置，即：参考标号为20的、两臂之间的角∝等于0°的一个位置，参考标号为21的、两臂之间的角∝明显等于30°的一个位置，参考标号为22的、由两臂形成的角∝明显等于45°的一个位置，参考标号为23的、两臂之间的角∝明显等于60°的一个位置，以及参考标号为24的、两臂之间的角∝明显等于90°的一个位置。

为了确定臂2相对于臂1的倾度(inclination)的影响，对臂的不同位置进行了仿真。分别在图8、9和10中提供了这些仿真的结果。

图8示出了指示对于臂2的不同位置的、随频率变化的阻抗匹配的不同曲线。将注意到：当所述角的值∝较低时，对于高频，所述天线被自然地阻抗匹配，反之亦然。实际上，分别地，当角∝＝0°时在低频上容易建立电场E，以及当角∝＝90°时在高频上容易建立电场E。

图8提供了对于天线本身的结果。在此情况下，天线没有在整个UHF频率上被阻抗匹配。如果使用诸如图11所示的阻抗匹配单元之类的阻抗匹配单元，则在此情况下获得图9的阻抗匹配曲线。根据这些曲线，对于臂2的所有位置，在小于-6dB的系数S11的情况下，高波段具有良好的阻抗匹配，并且，对于0°和60°之间的臂2的位置，在小于-6dB的S11的情况下，低波段具有良好的阻抗匹配。

此外，图10示出了对于天线的臂2的各种位置，在660MHz频率上的辐射模式。该辐射模式根据倾度角∝而倾斜。所述倾度可以使数字电视信号的接收最优。

在图11中示意性地示出了能够在本发明中使用的阻抗匹配单元。在该图中，天线A连接到由电感器L和电容器C构成的单元。该天线与电容器C串联连接，电容器C连接到低噪声放大器LNA，而电感器L被安装在地和天线与电容器C的连接点之间。

为了获得良好的阻抗匹配，电容器C和电感器L的值为使得C＝5pF以及L＝15nH。对于以等于60°的角倾斜的臂而优化了所述阻抗匹配单元。

参照图12、13和14，现在将描述本发明的第一实施例的变型。如图12所示，在此情况中，天线包括与图2的臂2相同的臂2以及仅由形成图2的臂1的盒子的上表面12构成的臂1。在此情况下，获得分别在图13和图14中示出的阻抗匹配曲线和效率曲线。将图12的天线的阻抗匹配与图2的天线的阻抗匹配进行比较的图13的曲线表明：仍然在整个UHF波段上获得了良好的阻抗匹配。图14的曲线表明：在此情况下，由于去除了图2的臂1的侧壁和下壁，因此在低波段中，图12的天线的效率低于图2的天线的效率。

参照图15、16和17，现在将描述本发明的第三实施例。在此情况下，臂2与图2和图12的天线的臂2相同，而臂1仅包括上表面1c和侧面1d。在此情况下，臂1形成安装到电子卡上的盖子。图16和17所示的仿真结果证明：此实施例给出了与图2的实施例明显相似的结果。所述实施例具有能够比图2的实施例更容易工业化的优点。

现在将参照图18给出对根据本发明的天线的另一实施例的描述。在此情况下，臂10由具有矩形盒子的形状的元件构成，其中以获得部件10c这样的方式来冲压(stamp)所述矩形盒子的上表面。当臂20被折叠以便运输时，所述冲压部分可以容纳臂20。臂20具有相当于半椭圆形的形状。臂10和20的尺寸明显相等，并且相当于所需操作频率处的大约λ/4。如在其它图的情况中那样，臂10和臂20以能够相对于彼此转动这样的方式而在铰接区域30的层面上互相连接。

参照图19，现在将对根据本发明的电子卡的实施例进行描述，天线的臂1形成用于此电子卡的盖子或盒子。该电子卡可以包括处理数字电视信号所必需的所有集成电路。因此，如图14所示，此卡100包括低噪声放大器101，所述低噪声放大器101在天线的旋转区域3或30的层面上连接在天线的输出处，来自LNA放大器的信号被发送给调谐器102，然后被发送给连接到USB接口104的解调器103。该电子卡以USB连接端口105为特征。如果必要的话，该电子卡可以以RE部分的屏蔽为特征。

对于本领域技术人员来说明显的是：可以使用使得能够连接到电子装置的其它类型的连接端口，例如用于存储卡(小型闪存、SD、XD等)的格式。

可以以能够将电子卡容易地插入如图2所示的形成盒子的臂1中这样的方式来制造所述电子卡，使得其具有70-80mm之间的长度和15-25mm之间的宽度。

显然，上述电子卡仅构成能够在本发明的情况中使用的电子卡的一个示例。根据实施例的变型，也可以将此卡集成到用于携带个人数据、照片或音乐的标准USB件(key)中。

Claims (6)

1.一种紧凑的UHF偶极型宽带天线，包括被不同地供电的第一导电臂(110)和第二导电臂(220)，所述第一导电臂和第二导电臂在位于每个臂的末端之一处的铰接区域(3)的层面上相互连接，所述铰接区域包括用于将天线连接到处理电路的连接元件，所述臂中的被称为第一导电臂的一个臂形成用于电子卡的至少一个盖子，每个臂具有通过在所述铰接区域的层面上的弯曲部分(1b，2b)延伸的大致矩形的形状以获得更大频带。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一导电臂(1)具有盒子(10)的形状，所述电子卡被插入所述盒子(10)中。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一导电臂包括覆盖电子卡的上表面(1c)和与所述上表面相结合的两个侧面，以形成盖子。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一导电臂(1、10)和所述第二导电臂(2、20)每个具有等于所述天线的操作中心频率处的λ/4的长度。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一导电臂(1、10)和所述第二导电臂(2、20)具有使得能够将它们折叠到一起的互补外形。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述电子卡(100)在其一个末端处包括用于给所述天线供电的连接端口，并且在另一末端处包括到电子装置的连接端口。

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