CN101257141A - 覆盖导电层耦合式曲折型单极天线 - Google Patents

Abstract

一种覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，涉及无线电天线技术领域，所述单极天线包括：一支或一支以上曲折型单极天线，一块或一块以上的与曲折型单极天线相距小于λ/5距离的覆盖导电层。曲折型单极天线，可以是绕行于同一层面，或不同层面.绕行方向可以是任意的。本发明可大大缩小单极天线体积，制作简单，成本低，又可获得良好天线增益及频宽的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线。

Description

覆盖导电层耦合式曲折型单极天线

技术领域

本发明涉及无线电天线技术领域，特别涉及缩小天线体积的曲折型单极天线相关技术。

背景技术

随着无线装置的广泛应用和发展，人们对于装置的小型化提出更高的要求。

缩小型天线有很多不同的结构，其中一种最基本的结构是折叠单极天线，如图2a，或者如图2b倒F天线设计，但由于倒F天线会产生另一条路径连接于到地板，因此会令电流有所流失，增益会降低且缩小体积也不够。

人们一般希望缩小简单结构的单极天线来达到应用性能，为适合小型化的需求，最简单的，便把如图1的单线单极天线变化成曲折型单极天线，图中I为输入口馈电，A为天线。因单线单极天线的应用频率是反比于其线长，一般天线线长大约要四分之一波长。所以曲折型单极天线的形态只是把原本单线单极天线曲折起来，这样不太改变本身的应用频率，但所占体积便可缩小。如图3a所示，这是最传统的曲折单极天线。如图3b，图3c所示，是变形的曲折单极天线。可以看到面积较之前的单线单极天线有了很大的缩减。为进一步缩小曲折型单极天线，人们便向多层方向发展，希望能再一步达到缩小的目的，近年来在这方面已有很大的改进，很多新改良结构出现，如图4a螺旋扭曲天线及图4b多层或曲折天线，都是由图3a的曲折单极天线变化而成；这种天线外形虽然更为缩小，但边的转弯地方或上下层制作非常困难，令制作成本增高。传统的单极天线可以并联或串联，如联头联尾的图5a方式，联头不联尾的图5b方式，多层绕行并联的图5c方式，或串联和并联的图5d图及5e方式等，其结构可衍生出很多其他类似的曲折型单极天线；这些方式可达到天线的同一功能，或达双频甚至多频功能。

影响单线单极天线或曲折型单极天线的因素主要有以下方面：

1、天线线长形态

单线单极天线的应用频率是反比于其线长，一般没有覆盖导电层覆盖的直线单级天线，线长大约要四分之一波长，但当天线曲折起来时，因为线与线之间存在耦合电容作用及电感值受折或变值，反应频率有所改变；所以曲折天线实际长度受到曲折方向和曲折程度的影响。

2、天线线宽

天线没有固定线宽，线宽度可以变化，没有一定规律，但线宽可影响频率及频宽等天线反应。

3、曲折形态及曲折绕行方向

曲折型单极天线的形态只是把原本单线单极天线曲折起来，所占体积便可缩小，曲折线中间有一定的耦合电容量，比一般单线单极天线线长会有所改变，没有一定规律。曲折线绕行方向可以是任意的，可以变化。但是因为天线电流若遇上反方向电流，会导致天线频宽过窄至不能工作。

4、并联或串联组合式

最传统式单极天线可以并联或串联，如图5a联头联尾的合口并联组合，如图5b联头不联尾的开口并联组合，如图5c连接头串联尾并联的串联组合，或如图5d连接头串联尾并联的串联并联组合。

5、多层方向发展曲折形态

希望天线能再一步缩小，便向多层方向绕行发展，曲折线特征在于其可以是绕行于同一层面，或不同层面，如图4b的多层绕行方法。合口并联，开口并联，串联并联组合式也可以多层绕行，如图5e连接头并联尾串联的串联并联组合，如图5f连接头串联尾并联的串联并联组合，或如图5g连接头尾并联的串联并联组合。

6、双频或多频反应

基本单极天线的应用频率是反比与其线长，所以基本只有一反应频带，但当把单线单极天线曲折起来，线与线之间存在耦合电容作用及电感值受折或变值，令其反应频率有所改变，同时配合曲折后的总形态，可以带出双频，甚至多频性能，如图21a，21b(图21b是图21a的反应频率)；单线单极天线曲折成正方形态，因曲折令某一反应频率重叠，而令一高频反应出来，合成双频功能。所以曲折天线可以利用曲折度及区域效应达到双频或多频功能。

发明内容

本发明的目的是设计一种可大大缩小单极天线体积，制作简单，成本低，又可获得良好天线增益及频宽的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线。

本发明目的可通过以下技术方案实现，一种覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，所述单极天线包括：

一支或一支以上曲折型单极天线，

一块或一块以上的与曲折型单极天线相距λ/15～λ/5距离的覆盖导电层。

其中λ为波长，曲折型单极天线与覆盖导电层之间无电连接.

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其所述的曲折型单极天线可以是绕行于同一层面，或不同层面.

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线其曲折线绕行方向可以是任意的，曲折线有一输入馈电口。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其所述的覆盖导电层可位于所述曲折型单极天线的上方或下方或夹在2支或2支以上曲折型单极天线之间。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线中，其所述的覆盖导电层的覆盖面为任何形状，覆盖面全部覆盖或部分覆盖曲折型单极天线。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线中，所述覆盖于曲折型单极天线的覆盖导电层的覆盖面可以为一个以上，相互之间可电连接或不电连接。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线中，所述曲折型单极天线为一支以上时，其相互之间可以合口并联，开口并联或串联组合。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线中，所述曲折型单极天线，可以添加一条或一条以上的线或片的旁支，旁支可以连接或不连接于天线其中一面或一面以上的任何部分，也可以排列于天线任何一层或一层以上的任何位置。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线中，其所述覆盖导电层可以为铜、银、金、铝、合金等导电材料。

本设计的优点是，覆盖导电层耦合式曲折型单极天线具有良好天线增益及频宽，可大大缩小单极天线体积，制作简单，成本低。

通过下文对附图所示的本发明的一些实施例子进行更详细的说明，将易知本发明的上述及其他特征，实用性和优点。

附图说明

图1为现有的简单的单线单极天线的原理示意图。

图2a为现有的单极折叠天线的原理示意图。

图2b为现有的倒F型天线的原理示意图。

图3a为现有的单线弓型曲折单极天线的示意图。

图3b为现有的单线旋转型曲折单极天线的示意图。

图3c为现有的单线图纹绕走型曲折单极天线的示意图。

图4a为现有的单线2层式螺旋型曲折单极天线的示意图。

图4b为现有的单线螺旋反折型曲折单极天线的示意图。

图5a为现有的双线并联的曲折型单极天线的一层原理示意图(两线头连接，尾连接组合)。

图5b为现有的一层双线并联的曲折型单极天线的原理示意图(两线头连接，尾不连接组合)。

图5c为现有的一层双线并联和串联组合的曲折型单极天线的原理示意图(两线头连接后，并联，尾串联组合)。

图5d为现有的一层串联和双线并联组合的曲折型单极天线的原理示意图(两线头串联，尾并联组合)。

图5e为现有的2层式双线并联和串联组合的曲折型单极天线的原理示意图(连接头并联，尾串联组合)。

图5f为现有的2层式串联和双线并联组合的曲折型单极天线的原理示意图(连接头串联，尾并联组合)。

图5g为现有的2层式双线并联双组合的曲折型单极天线的原理示意图(连接头尾并联组合)。

图6为曲折型天线的电流走向示意图。

图7a为一层式曲折型天线的电流走向原理示意图。

图7b为2层式曲折型天线的电流走向原理示意图。

图8a为本发明实施例为骨状型的覆盖导电层的示意图。

图8b为本发明实施例为网状型的覆盖导电层的示意图。

图8c为本发明实施例为多孔型的覆盖导电层的示意图。

图8d为本发明实施例覆盖导电层耦合覆盖地方的原理示意图(图中VB为覆盖层，A为曲折型天线，区域2为被覆盖区，区域1为覆盖层示意，区域3为曲折型天线示)。

图9a为本发明实施例中覆盖导电层覆盖在曲折型单极天线上方示意图。

图9b为本发明实施例中覆盖导电层覆盖在曲折型单极天线下方示意图。

图9c为本发明实施例中覆盖导电层覆盖在曲折型单极天线2分之1上方示意图。

图10为本发明实施例中两层导电层覆盖在曲折型单极天线上方示意图。

图11为本发明实施例中导电层覆盖曲折型单极天线上下方示意图。

图12a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面示意图。

图12b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面示意图。

图12c为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层位于天线上下层面中间层面示意图。

图13a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，另一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方示意图。

图13b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，和另一覆盖导电层位于天线上下层面的中间层示意图。

图13c为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，另一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图14为本发明实施例中绕行于2个不同层面的曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，另一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，又一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图15a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方示意图。

图15b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图16a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，另一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方示意图。

图16b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，另一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图16c为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，另一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图17为本发明实施例中绕行于2个不同层面的合口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，另一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，又一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图18a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的开口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方示意图。

图18b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的开口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图19a为本发明实施例中绕行于2个不同层面的开口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，另一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方示意图。

图19b为本发明实施例中绕行于2个不同层面的开口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，另一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图20为本发明实施例中绕行于2个不同层面的开口并联组合曲折型单极天线，一覆盖导电层覆盖在天线上层面的上方，另一覆盖导电层覆盖在天线下层面的下方，又一覆盖导电层位于天线上下层面的中间示意图。

图21a为单线的弓型曲折双频单极天线的示意图。

图21b为一单线的弓型曲折双频单极天线(图21a)的反应频率频宽示意图。

具体实方法

基于现有技术以及弓形单极天线存在的体积或制作困难的问题，我们提出一种将利用覆盖导电层的耦合电容效果，将单线或并联多线的曲折型单极天线缩小的技术，覆盖导电层覆盖的曲折型天线范围越大或覆盖距离越小，响应频率便会越低，换句来说可改成更小体积，最多可缩小高达80％或以上。

所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，可实现成贴片天线形态。可设置于和电子收发电路同一块介质材料上，或者所述天线独立设置于另一块介质材料上，而平行地或垂直地连接于有电子收发电路的介质材料上。一切和一般贴片天线用途一样，只是体积小，可实现成贴片天线形态。天线可多层方向发展，曲折天线通过电连接件连接到焊盘进行输入馈电。

所述的覆盖导电层，可分隔阻挡由天线上下层反方向绕行时，反方向电流所产生的反向电流辐射，覆盖导电层其装置可设置于天线上下层面反方向绕行的中间一层面，分隔上下层面反方向电流辐射，天线频率反应及频宽良好，频率也比同一长度的直线天线低。

用本发明来实现一种贴片天线；如图7a所示，曲折型单极天线A设于设置于介质板或介质模B的反面上，再下面是另一介质板或介质模B′，其反面有两个焊盘PAD，曲折线天线一端用电连接件C和一焊盘电连接起来。如图7b所示，是图7a的基础上覆盖一导电层的示意图；以实现一种贴片天线。这种组合式曲折型天线A设置于介质板或介质模B的反面上，正面有一覆盖导电层VB，再下面是另一介质板或介质模B′的反面有两个焊盘PAD，曲折线天线一端用电连接件C和一焊盘连接起来。覆盖面和天线之间没有连接，根据其结构特点，其电流流向如图6a所示。通过利用上面覆盖导电层提供耦合电容，使曲折型天线电感响应频率降低，从而令这种组合式天线比没有覆盖导电层的同大小曲折型天线大小可缩小30％以上。

覆盖导电层与曲折型单极天线之间相互影响的因素主要有以下方面：

1、覆盖面的覆盖面积大小及覆盖距离远近

此技术利用覆盖导电层提供的耦合电容，把曲折型单极天线上的分散电感效应频率推低，这样天线的响应频率自然变低；换句来说可把天线体积缩小。此技术要点是，覆盖曲折型单极天线范围越大或覆盖距离越小，耦合电容越大，响应频率便会更低。

当覆盖导电层的面积等于或大于曲折型单极天线面积时，增大则再没有帮助。又或者覆盖导电层距离曲折线大于半个波长时，覆盖导电层对曲折线的耦合作用接近没有了。

比较图9a、图9b，图9c，图11都是由图7a增加覆盖层而成。假设增加的覆盖导电层距离曲折线全部为十分之一波长，因为4个图中的曲折天线的形态大小一样，会发现，以图9c天线的响应频率最高，然后为图9a、图9b为第二高，最后图11是响应频率最低的。

2、覆盖导电层的形状

覆盖导电层没有固定形状，例如图8a、图8b、图8c的树型，骨型，打孔型甚至交叉。覆盖到曲折型天线的地方才有耦合作用，空隔的地方覆盖也没有用。要点覆盖曲折型单极天线范围越大耦合电容越大，响应频率便会更低，换句来说可改成更小体积。如图8d所示，VB为覆盖导电层，A为曲折型天线，在覆盖层来说只有区域2的覆盖地方，使曲折型天线频率产生耦合作用，其他“1”的区域没有作用。

3、覆盖导电层的数量，位置

覆盖导电层数量的多少是不会影响天线频率的因素，位置才是影响天线频率的因素，影响天线频率，即是影响缩小程度。

例如比较图9a，图9b，图9c，图10、图11都是由图7a增加覆盖层而成。假设增加的覆盖导电层距离曲折线全部为十分之一波长，因为图中的曲折天线的形态大小一样，会发现，以图9c天线响应频率最高，然后为图9a为第二，图9b及图10、图9a的反应差不多，最后图11是响应频率最低的。

覆盖导电层有一个特别的功能是有分隔作用，可以阻挡由天线绕行发生反方向时所产生的反向电流辐射，令到天线频宽过窄至不能工作。如图12a、图12b，上下层电流是反方向的，所以天线在测量时可能没有在预计长度的频率有工作反应，但若加了覆盖导电层位于天线上下层面的中间位置，如图12c，分隔上下层面反方向电流辐射，不但天线频率有反应及频宽良好，频率也比同一长度的直线天线低很多的。

增加旁支与覆盖导电层的曲折型单极天线之间相互影响的因素主要有：

组合式覆盖导电层曲折型单极天线的基本结构，也可通过增加旁支来衍生更多相类似特征但不同的新型天线。旁支可以是一块以上的导电线或层，连接或不连接于组合式覆盖导电层曲折单极天线的基本结构上。例如可以通过在曲折线上的任意地方添加旁支来构成新天线，在结构上来说，在图7a的焊盘可视为旁支。

例如因覆盖导电层有阻挡由天线绕行发生反方向时所产生的反向电流辐射分隔作用，比较图9a和图10，图10因为下层的导电层对上层导电层产生分隔作用，最顶上的导电层不能对曲折线产生耦合作用，所以图10a和图10d出来的效应频率是接近一样的，所以顶层的导电层亦视为旁支。

旁支的增加会改变频率响应或原本功能。

曲折天线可以利用曲折度及区域效应达到双频或多频功能，如图21a。覆盖导电层加入可善用这些双频或多频性能，但又把其响应频率变低，也可把天线相应缩小。

组合式覆盖导电层曲折型单极天线，其装置可设置于和电子收发电路同一块介质材料上，或者所述天线独立设置于另一块介质材料上，而平行地或垂直地连接于有电子收发电路的介质材料上，一切和一般天线用途一样，只是体积小，可实现成贴片天线形态。

Claims (10)

1.一种覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述单极天线包括：

一支或一支以上曲折型单极天线，

一块或一块以上的与曲折型单极天线相距小于λ/5距离的覆盖导电层。

2.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述的曲折型单极天线，可以是绕行于同一层面，或不同层面。

3.根据权利要求1或2所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述的曲折型单极天线的曲折线绕行方向可以是任意的，曲折线有一输入馈电口。

4.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述的覆盖导电层可位于所述曲折型单极天线的上方或下方或夹在2支或2支以上曲折型单极天线之间。

5.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述的覆盖导电层的覆盖面为任何形状，覆盖面全部覆盖或部分覆盖曲折型单极天线。

6.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述覆盖于曲折型单极天线的覆盖导电层的覆盖面可以为一个以上，相互之间可电连接或不电连接。

7.根据权利要求1或2所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述曲折型单极天线为一支以上时，其相互之间可以合口并联，开口并联或串联并联组合。

8.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述曲折型单极天线，可以添加一条或一条以上的线或片的旁支，旁支可以连接或不连接于天线其中一面或一面以上的任何部分，也可以排列于天线任何一层或一层以上的任何位置。

9.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述覆盖导电层可以为铜、银、金、铝、合金等导电材料。

10.根据权利要求1所述的覆盖导电层耦合式曲折型单极天线，其特征在于，所述覆盖导电层，可分隔阻挡由天线上下层反方向绕行发生反方向时所产生的反向电流辐射，覆盖导电层其装置可设置于天线上下层面反方向绕行的中间一层面，分隔上下层面反方向电流辐射。

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