CN101385199B - 小型宽带天线和无线电通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种小型宽带天线(103)，包括在介质衬底(1)上形成的辐射元件和作为将偶极电位供应到辐射元件的电力供应单元的同轴电缆(2)。辐射元件包括接地电位单元和对极电位单元，接地电位经由同轴电缆的外导体(4)被供应给该接地电位单元，并且与接地电位形成一对的对极电位经由同轴电缆的中心导体(3)被供应给该对极电位单元。接地电位单元包括在介质衬底的前表面和后表面上以楔形形状形成的并且相互电容性地耦合的导体对(13，14)。对极电位单元包括在介质衬底的前表面和后表面上以楔形形状形成的并且相互电容性地耦合的导体对(31，32)。接地电位单元和对极电位单元的每个在导体的(13，31)的楔形顶点处具有电力供应点。小型宽带天线(103)还包括作为在辐射元件和电力供应单元之间进行阻抗匹配的阻抗匹配单元的短截线导体(17)。

Description

小型宽带天线和无线电通信设备
技术领域
本发明涉及利用介质衬底的天线，更具体地涉及用在宽带无线电通信中的小型天线。
背景技术
已知用于超宽带无线电通信的UWB(超宽带)技术。一般地，UWB技术被用在无线TV、用于笔记本式PC(笔记本式个人计算机)或便携式信息终端(个人数字助理)的无线LAN系统等等中。一般地，利用UWB技术的通信预期使用3.1GHz到4.9GHz的频带。为了实现利用UWB技术的通信，需要与UWB无线通信兼容的天线。
作为传统上已知的宽带天线，存在如图25所示的盘锥形天线200’。盘锥形天线200’具有这样的结构，其中以如图25所示的方式将用作辐射元件的圆盘201’和锥盘202’装配到同轴电缆203’，所述同轴电缆203’具有被同轴外导体205’包覆的同轴中心导体204’。
此外，除如盘锥形天线200’之类的3D天线外，还已知具有如下结构的平面天线，其中辐射元件被形成在印制电路板上。作为这种类型的天线技术，以下的非专利文献1公开了一种利用自互补辐射元件的宽带天线。该天线具有这样的结构，其中对应于偶极天线的两个系统辐射元件的两个图案被形成在印制电路板上。所述两个图案之一形成在印制电路板的前表面上，并且另一个以不朝向前表面上的图案的方式形成在印制电路板的后表面上。
非专利文献1：Journal of Institute of Electronics，Information andCommunication Engineers(B)Vol.J88-B No.9，September 2005，pages 1,662to 1,673
发明内容
本发明要解决的问题
现今，已经提出了如下的技术，即利用上述的UWB技术以无线方式来实现对便携式信息终端或笔记本式PC的USB(通用串行总线)连接。一般地，考虑到便携式信息终端或笔记本式PC的尺寸或者便携性，期望附接到便携式信息终端或笔记本式PC的USB设备的尺寸尽可能小，如存储棒(通常，具有大约60mm×15mm×8mm的长×宽×厚尺寸)。因此，为了基于UWB技术来实现USB连接，要求附接到终端的无线电接口设备的尺寸与存储棒的尺寸一样小。
天线和实现连接到天线的通信电路的印制电路板被安装在根据UWB技术的棒状USB设备上，也就是，附接到终端的无线电接口设备上。印制电路板具有大约50mm×10mm的长×宽尺寸。在上述的整个面积中，大约20mm×10mm的长×宽尺寸被指定给天线。
虽然如上所述的盘锥形天线200’可以获得宽带特性，但是它具有如图25所示的3D形状并且其尺寸往往较大，因此不适合用作将被附接到便携式信息终端的无线电接口设备。虽然在非专利文献1中提出的天线具有平面形状，但是它需要65mm×40mm的长×宽尺寸。因此，很难将非专利文献1的技术应用于上述的无线电接口设备，在该无线电接口设备中指定给天线的尺寸被限于大约20mm×10mm的长×宽尺寸。
考虑到上述问题而提出本发明，并且本发明的目的在于提供一种用于使宽带无线电通信中所使用的天线尺寸更小以安装在印制电路板上的技术。
解决问题的手段
本发明的小型宽带天线包括在介质衬底上形成的辐射元件；以及电力供应单元，用于将偶极电位供应到辐射元件。辐射元件包括接地电位部分和对极电位部分，该接地电位部分具有从电力供应单元向其供应接地电位的电力供应点，并且该对极电位部分具有从电力供应单元向其供应与接地电位形成一对的电位的电力供应点。接地电位部分和对极电位部分的每个包括导体对，所述导体对以楔形形状形成在介质衬底的前表面和后表面上并且相互电容性地耦合。接地电位部分和对极电位部分的电力供应点位于在介质衬底的相同面(前面或后面)上形成的导体的楔形顶点处。
本发明的基本构想是，偶极天线的两个系统辐射元件被分开，并且通过分开而获得的元件部分被配置在介质衬底的前面和后面上。因此，两个系统辐射元件存在于衬底的相同表面上。当电力被供应到具有这样的结构的天线时，形成于介质衬底的前表面和后表面上的相同系统的元件经由介质衬底在彼此重叠(即朝向彼此)的部分处，彼此电容性地耦合。因此，相同系统的元件经由衬底彼此电连接。
本发明的优点
根据本发明，构成辐射元件的接地电位部分和对极电位部分的每个被分开，并且用作通过分开而获得的元件部分的导体被配置在介质衬底的前面和后面。因此，天线尺寸可以被减小。此外，通过以楔形形状形成每个导体，可以获得宽带频率特性。因此，本发明能够应用于利用UWB技术来实现无线电USB连接的技术。
附图说明
图1是根据本发明的小型宽带天线的第一实施例的配置视图；
图2是示出根据第一实施例的天线的两个面的配置视图；
图3是根据本发明的小型宽带天线的第二实施例的配置视图；
图4是示出根据第二实施例的天线的两个面的配置视图；
图5是根据本发明的小型宽带天线的第三实施例的配置视图；
图6是示出根据第三实施例的天线的两个面的配置视图；
图7是根据本发明的小型宽带天线的第四实施例的配置视图；
图8是示出根据第四实施例的天线的两个面的配置视图；
图9是根据本发明的小型宽带天线的第五实施例的配置视图；
图10是示出根据第五实施例的天线的两个面的配置视图；
图11是根据本发明的小型宽带天线的第六实施例的配置视图；
图12是示出根据第六实施例的天线的两个面的配置视图；
图13是根据本发明的小型宽带天线的第七实施例的配置视图；
图14是示出根据第七实施例的天线的两个面的配置视图；
图15是根据本发明的小型宽带天线的第八实施例的配置视图；
图16是示出根据第八实施例的天线的两个面的配置视图；
图17是根据本发明的小型宽带天线的第九实施例的配置视图；
图18是示出根据第九实施例的天线的两个面的配置视图；
图19是根据本发明的小型宽带天线的第十实施例的配置视图；
图20是根据本发明的小型宽带天线的第十一实施例的配置视图；
图21是根据本发明的小型宽带天线的第十二实施例的配置视图；
图22是根据本发明的小型宽带天线的第十三实施例的配置视图；
图23是示出根据第十三实施例的天线的两个面的配置视图；
图24是根据本发明的小型宽带天线的回波损耗特性的说明性视图；
图25是传统盘锥形天线的配置视图；
图26是示出根据第十四实施例的天线的两个面的配置视图；
图27是根据第十四实施例的天线的回波损耗特性的说明性视图；
图28是示出根据第十五实施例的天线的两个侧面的配置视图；
图29是示出根据第十六实施例的天线的两个面的配置视图；
图30是示出根据第十七实施例的天线的两个面的配置视图；以及
图31是示意性示出无线电通信设备的框图。
标号说明
101到107：天线
1，61：印制电路板(介质衬底)
2：同轴电缆
3：同轴中心导体
4：同轴外导体
5：同轴外导体连接线
11到17，31，32，41，42：导体
21，51，73：通孔
71：微带线
72：接地
200：印制电路板(介质衬底)
201：接地
202：微带线
203，301，401：短截线
204：通孔
具体实施方式
<实施例配置说明-1>
图1示出根据本发明第一实施例的天线101的配置。图2总体示出在天线101的前表面和后表面上形成的导体图案。在根据本实施例的天线101中，在印制电路板1上，每个都用作辐射元件的导体11到16(随后将进行描述)和用作阻抗匹配部分的导体17(随后将进行描述)被图案化。印制电路板1是在纵向方向上具有尺寸“Y”并且在横向方向上具有尺寸“X”(X＜Y)的矩形介质衬底。也就是，在本实施例和后续实施例中所提及的印制电路板表示导体将被印制到其外部表面上的介质衬底。
用作将偶极电位供应给辐射元件的电力供应单元的同轴电缆2连接到天线101。同轴电缆2包括呈现接地电位的同轴外导体4，和被同轴外导体4包覆并且将与接地电位构成一对的电位供应给辐射元件的同轴中心导体3。
印制电路板1具有矩形形状，并且辐射元件被形成在由两个纵向外周边(每个都具有尺寸Y的直线状外周边)和两个横向外周边(每个都具有尺寸X的直线状外周边)所限定的矩形天线区域中。
导体11是在印制电路板1的前表面上从第一纵向外周侧边的中心附近向横向上部外周边伸展的楔形(tapered)导体图案。导体11被形成为以印制电路板1的一个上部顶点为直角顶点的大致直角三角形，并具有从直角三角形的斜边向印制电路板1的第二纵向外周边伸出的伸出部分。伸出部分在印制电路板1的上端部分附近被形成为三角形或梯形。
导体12是在印制电路板1的后表面上从第二纵向外周边的中心附近向横向上部外周边伸展的楔形导体图案。导体12上被形成为以印制电路板1的一个上部顶点为直角顶点的大致的直角三角形，并具有从直角三角形的斜边向印制电路板1的第一纵向外周边伸出的伸出部分。伸出部分在印制电路板1的上端部分附近被形成为三角形或梯形。导体11和12是对应于对极电位部分的组件，与接地电位构成一对的电位被供应给该对极电位部分。
导体13是在印制电路板1的前表面上从第一纵向外周边的中心附近向横向下部外周边伸展的楔形导体图案。导体14是在印制电路板1的后表面上从第二纵向外周边的中心附近向横向下部外周边伸展的楔形导体图案。导体13和14是对应于接地电位部分的组件，接地电位被供应给该接地电位部分，并且导体13和14被形成为以印制电路板1的不同顶点为直角顶点的大致的直角三角形。
导体15和16被形成在分别对应于印制电路板1的第二和第一纵向外周边的两个侧表面上，并且它们的每个连接到导体11和12二者以用作导体11和12之间短路的单元，导体11和12定位成邻接印制电路板1的横向上部外周边。导体17是从在印制电路板1的前表面上形成的导体11延伸的钩状(L形)短截线(stub)导体。设定导体17的弯曲方向以使短截线导体的前端朝向导体11(也就是，以使其前端与导体11的对角线大致平行地延伸)。导体15、16和17是对应于阻抗匹配部分的组件，所述阻抗匹配部分用于使同轴电缆2的特性阻抗与当从同轴电缆2向导体11看去时的输入阻抗相匹配。
用作短截线的导体17的形状并不局限于如所示出的钩状，导体17可以被形成为线带状，只要其前端开放(opened)。此外，不一定总是如在导体17的情况下那样将短截线配置在导体11的楔形顶点附近，而是可以根据阻抗匹配来改变其配置。
通过将同轴电缆2的同轴中心导体3焊接到导体11的楔形顶点，并且此外，从导体13的楔形顶点开始，将同轴电缆2的同轴外导体4沿印制电路板1的第一纵向外周边均一地焊接，来实现向具有上述配置的天线101的电力供应。接地电位部分和对极电位部分分别在介质衬底1的前表面上形成的导体11和13的楔形顶点处具有电力供应点。
如上所述，对用作接地电位部分的导体对13和14进行配置，以使得各导体的楔形顶点附近区域不会经由介质衬底1彼此相对，并且使得各导体的剩余区域(邻接横向下部外周边的区域)经由介质衬底1彼此相对。类似地，对用作对极电位部分的导体对11和12进行配置，以使得各导体的楔形顶点附近区域不会经由介质衬底1彼此相对，并且使得各导体的剩余区域(邻接横向上部外周边的区域)经由介质衬底1彼此相对。
分别具有接地电位部分和对极电位部分的电力供应点的导体11和13的楔形顶点位于天线区域的第一纵向外周边的中心附近，所述天线区域具有对应于印制电路板1的外形的矩形形状。形成楔形顶点的导体11和13的边中的相应边对应于天线区域的第一纵向外周边。分别与如下的导体成对的导体12和14的楔形顶点位于天线区域的第二纵向外周边的中心附近，所述导体分别具有接地电位部分和对极电位部分的电力供应点。形成楔形顶点的导体12和14的边中的相应边对应于天线区域的第二纵向外周边。此外，形成楔形顶点的、用作接地电位部分的导体13和14的边中的相应其它边(即，对角线)彼此交叉；并且形成楔形顶点的、用作对极电位部分的导体11和12的边中的相应其它边(即，对角线)彼此交叉。注意上述导体实际上并不彼此交叉，但是当在衬底的前表面或后表面的法线方向上看去时，好像彼此交叉。
图3示出根据本发明第二实施例的天线102的配置。图4总体地示出在天线102的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线102与在图1中示出的天线101的区别在于用于在导体11和12之间进行短路的单元。具体地，在图1的天线101中，在侧表面上形成的导体15和16用作短路单元，而在本实施例的天线102中，在图3和图4中示出的通孔21用作短路单元。
通孔21是为人熟知的短路单元，并且还被称作“过孔”。通孔21的每个具有这样的结构：导体被形成在穿透位于导体11和12之间的印制电路板1的孔的内壁上。在图3和图4的示例中，沿两个侧表面的每个在印制电路板1的上部部分处配置三个通孔21，因此形成总共六个通孔。然而，通孔21的个数可以被任意确定(例如，每侧两个通孔进而总共四个，或者每侧一个通孔进而总共两个，或者每侧三个或更多通孔，等等)，只要根据高频特性，每个通孔21的尺寸足够小(即相对于所使用的波长而言足够小)即可。此外，通孔21的配置并不局限于在图3和图4中所示出的那样。
图5示出根据本发明第三实施例的天线103的配置。图6总体地示出在天线103的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线103与在图1中示出的天线101的区别在于短路单元的存在/不存在，以及用作对极电位部分的导体图案的形状。也就是，天线103不包括用于在印制电路板1的前表面和后表面上的导体之间进行短路的单元，并且包括替代了图1的导体11和12的、作为对极电位部分的导体31和32。
导体31是在印制电路板1的前表面上从第一纵向外周边的中心附近向横向上部外周边伸展的楔形导体图案。导体32是在印制电路板1的后表面上从第二纵向外周边的中心附近向横向上部外周边伸展的楔形导体图案。如图5和图6所示，导体31和32各被形成为不具有上述导体11和12所具有的伸出部分的大致直角三角形。
图7示出根据本发明第四实施例的天线104的配置。图8总体地示出在天线104的前表面和后表面上形成的导体图案。根据本实施例的天线104具有这样的结构，即通过将用作短截线的导体41添加到图1的天线101的印制电路板1的后表面而获得的结构。
在印制电路板1的后表面上形成导体41，以使得其一部分朝向在印制电路板1的前表面上形成的导体13，从而用作第二短截线导体，该第二短截线导体构成本发明中用于接地电位部分的阻抗匹配部分。在印制电路板1的后侧面上，在图7和图8中示出的导体41从第一纵向外周边的中心附近延伸出来，并且以独立的方式被形成使得它不连接到任何其他导体图案。导体41的弯曲方向与在印制电路板1的前表面上形成的短截线导体17的弯曲方向关于水平方向(与印制电路板1的横向外周边平行的方向)对称。也就是，设定第二短截线导体41的弯曲方向，使得在介质衬底1的前面和后面上(经由介质衬底1)，其前端朝向电容性地耦合到第二短截线导体41的、用作接地电位部分的导体13(也就是，使得其前端与导体13的对角线大致平行地延伸)。导体41的形状并不局限于如所示出的钩状(L形)，导体41可以被形成为线带状。
图9示出根据本发明第五实施例的天线105的配置。图10总体地示出在天线105的前表面和后表面上形成的导体图案。
本实施例的天线105与图7的天线104的区别在于短路单元。具体地，在图7的天线104中，被形成在印制电路板1的侧表面上的导体15和16用作短路单元，而如图9所示，在本实施例的天线105中，通孔21用作短路单元。通孔21的配置与在图3中示出的配置相同，因而在此省略其描述。
图11示出根据本发明第六实施例的天线106的配置。图12总体地示出在天线106的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线106具有这样的结构，即通过将图7的天线104所具有的第二短截线导体41添加到不具有短路单元的图5的天线103的后表面而获得的结构。
图13示出根据本发明第七实施例的天线107的配置。图14总体地示出在天线107的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线107具有这样的结构，即通过将导体42添加在衬底侧表面处而获得结构，所述导体42用于在形成于印制电路板1的前表面上的导体13和形成于印制电路板1的后表面上的第二短截线导体41之间进行短路。
图15示出根据本发明第八实施例的天线108的配置。图16总体地示出在天线108的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线108具有这样的结构，即通过将通孔51添加到图9的天线105而获得的结构，所述通孔51用于在形成于印制电路板1的前表面上的导体13和形成于印制电路板1的后表面上的第二短截线导体41之间进行短路。通孔51的配置与在印制电路板1的上端部分处形成的每个通孔21的配置相同，因而在此省略其描述。
图17示出根据本发明第九实施例的天线109的配置。图18总体地示出在天线109的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线109具有这样的结构，即通过将通孔51添加到图11的天线106而获得的结构，所述通孔51用于在形成于印制电路板1的前表面上的导体13和形成于印制电路板1的后表面上的第二短截线导体41之间进行短路。
在此，将描述到关于根据本发明的小型宽带天线的电力供应的两个实施例。图19示出根据本发明第十实施例的天线110的配置。虽然为了方便将第一实施例(图1和图2)的导体图案应用于天线110，但是可以采用任何其他实施例的图案。
天线110的电力供应方法如下。也就是，同轴电缆2的同轴中心导体3被焊接到导体11的楔形顶点，并且同轴外导体4通过同轴外导体连接线5连接到导体13的楔形顶点。更具体地，同轴外导体连接线5的一端被焊接到同轴外导体4，并且另一端被焊接到导体13的楔形顶点。
在上述第一到第九实施例中，沿印制电路板1的纵向方向来配置同轴电缆2以进行连接，而在图19所示的本实施例中，使同轴中心导体3弯曲从而使得在大致垂直于印制电路板1的纵向方向的方向上配置同轴电缆2。
图20示出作为关于电力供应方法的另一实施例的本发明第十一实施例。本实施例的天线111与图19的天线110的区别在于同轴外导体4的连接配置。也就是，在图19的天线110中，导体13和同轴外导体4通过同轴外导体连接线5彼此连接，然而，在本实施例的天线111中，以点接触的方式将同轴外导体4直接焊接到导体13的楔形顶点。
如上所述，在实施本发明时，可以根据同轴电缆2的布线方向来选择如图1、图19和图20所示的电力供应方法的任一种。
图21示出本发明第十二实施例的配置。在上述的实施例中，印制电路板1的尺寸定义了天线的外周尺寸，而在本实施例中，天线112被形成在具有比印制电路板1更大的尺寸的印制电路板61的区域(天线区域)上。印制电路板61是安装在诸如附接到便携式信息终端的USB兼容无线电接口设备之类的无线电通信设备中的介质衬底。印制电路板61用于与天线112一起形成未示出的通信电路。
也就是，介质衬底61具有矩形形状，并且辐射元件被形成在由介质衬底61的纵向外周边的一部分及其横向外周边的一部分所限定的矩形天线区域中。介质衬底61的纵向方向不必与天线区域的纵向方向一致，例如，它们可以彼此垂直。
因此获得包括小型宽带天线和无线电通信电路部分的无线电通信设备，利用其上形成了天线的印制电路板61来形成所述无线电通信电路部分，并且所述无线电通信电路部分电连接到天线。在图31中示出这样的框图，其示意性地示出这样的无线电通信设备的配置。
在图21中示出的天线112采用在图3中示出的天线102的导体图案以及在图19中示出的电力供应方法。可以将前述实施例中的导体图案的任一种应用于将在印制电路板61上形成的天线。然而，在设置了短路单元的情况下，优选地采用具有通孔的导体图案。
图22示出本发明第十三实施例的配置。图23总体地示出在根据本实施例的天线113的前表面和后表面上形成的导体图案。
本实施例的天线113具有这样的结构，即通过在印制电路板1的前表面和后表面上分别形成作为电力供应单元的微带线(micro-strip line)71和接地72来替代图21的天线112的配置(其中同轴电缆2被作为电力供应单元连接)而获得的结构。具体地，如图22所示，对应于同轴中心导体3的微带线71连接到在印制电路板1的前表面上形成的导体31，并且利用通孔73在接地72和导体13之间进行短路，所述接地72对应于同轴外导体4并且被形成在印制电路板1的后表面上，所述导体13被形成在印制电路板1的前表面上。
在形成于前表面上的导体13和形成于后表面上的接地72之间的短路配置并不局限于在图22和图23中所示出的配置。例如，可以通过利用条状导体和导线的焊接连接来实现导体13和接地72之间的短路。可替代地，可以采用这样的配置，其中通过形成延伸到导体13下面的接地72的图案，由静电电容来实现导体13和接地72之间的高频短路。
虽然，在上述实施例中，形成于印制电路板1的侧表面上的导体15和16(例如，图1)被用作短路单元，但是可以采用这样的配置，其中用于在导体11和12之间进行短路的导体被形成在印制电路板1的上端表面上，即，在印制电路板1的横向上部外周边上。在这种情况下，作为导体图案，可以使用如图5所示的导体31和32来替代在印制电路板1的上端部分处具有矩形部分或伸出部分的导体11和12(图1)。
此外，就根据本发明的小型宽带天线而言，辐射元件的形状并不局限于在上述实施例中所示出的形状。例如，用作辐射元件的每个导体图案可以被形成为没有直角的大致三角形。此外，每个导体图案不仅可以被形成为仅通过直线而限定的形状，而且可以被形成为包括曲线的形状，只要其具有包括顶点(在该顶点处设定电力供应点)的楔形形状即可。此外，可以采用这样的配置，其中形成每个用作接地电位部分和对极电位部分的导体的楔形顶点的两个边均不与印制电路板的外周边一致。
<电气作用说明-1>
接下来，将描述根据本发明的小型宽带天线的电气作用。首先通过将不具有短路单元的图5的天线103用作示例来进行描述。天线103的基本操作是基于偶极天线。在图5中，同轴电缆2连接到在印制电路板1的前表面上的导体31和13。也就是，每个导体31和13对应于偶极天线的偶极元件。
然而，作为元件，仅在衬底的前表面上形成导体31和13并不足以确保绝对长度。因此，为了弥补不足而形成了导体32和14。也就是，利用前表面导体31和后表面导体32形成了根据本发明的对极电位部分，并且利用前表面导体13和后表面导体14形成了根据本发明的接地电位部分。
虽然构成对极电位部分的前表面导体31和后表面导体32没有以通电的方式实现传导，但是它们可以被认为是以高频的方式彼此连接。以高频方式进行连接表示由导体31和32之间的电容性耦合而导致的作用。更具体地，当从同轴电缆2供应电力时，电容性耦合经由印制电路板1出现在导体31和32之间的交叠部分，藉此导体31和32之间的电气连接被建立。
因此，当将天线103视为偶极天线时，能够将连接到同轴中心导体3的辐射元件的长度视为通过相加导体31和32的长度而获得的长度，并且能够认为导体31和32在印制电路板1的上端部分彼此连接并且导体32被折叠到后侧面。
因为导体31和32二者被形成为楔形形状，所以当假设它们在相同平面上彼此连接的状态时，所获得的形状类似于平行四边形。因此，能够确保各种长度的路径作为从用作电力供应点的导体31的楔形顶点到导体32的电流传播路径。这意味着可以分布各种波长，即可以获得宽带特性。
作为偶极天线的另一元件的接地电位部分中电气作用与在上述描述被应用于导体13和14的情况下所获得的电气作用相同，因而在此省略其描述。如上所述，导体17是被形成在适当位置以实现阻抗匹配的短截线。
接下来，通过将具有短路单元的图1的天线101用作示例来描述本发明的电气作用。图1的天线101中的电气作用与图5的天线103中的电气作用基本相同。天线101与103之间的区别在于存在/不存在用于实现阻抗匹配的短路单元。也就是，在天线101中，用作对极电位部分的导体11和12的每个具有伸出部分，并且导体11和12通过连接到伸出部分的导体15和16被短路。
虽然在图1的天线101和图5的天线103之间存在这样的结构差别，但是在如下的方面，即在印制电路板1的端部以折叠的方式形成各个天线单元并且它们通过经折叠而获得的交叠部分被电容性地耦合方面，它们具有相同的配置。容易想到天线101和103在阻抗匹配单元方面存在结构差别，并且可以得到这样的结论，即在电气作用方面，在原理上，它们之间没有差别。
如上所述，根据本发明的任何一个小型宽带天线作为具有偶极元件的偶极天线在原理上以相同方式进行操作。
将描述根据本发明的小型宽带天线的实际尺寸。可以利用所使用频率的最小波长来计算天线尺寸。例如，天线的横向尺寸可以被设定为大约0.1波长，并且其纵向尺寸可以被设定为大约0.2波长。在图1和图5的示例中，X被设定为大约0.1波长，并且Y被设定为大约0.2波长。
如上所述，根据本发明的天线可以被视为这样的结构，其中具有较宽中间部分的偶极天线的每个元件被折叠。因此，因为在折叠状态下的纵向长度(Y)是0.2波长，所以每个元件的长度在伸展状态下变为0.2波长。此外，当考虑元件的对角线方向时，即考虑电流也在上述的伪平行四边形中的对角线方向上流动时，可以认为每个元件的整个长度为大约0.25波长。因此，可以理解，本发明的原理十分实用并且对于宽带天线而言是有效的。
在所使用频率的最小值例如是3.1Ghz的情况下，对应于该频率的波长是大约9.7mm。在该情况下，可以理解，当可以确保天线尺寸为10mm×大约20mm的尺寸时，可以实现本发明。因此，本发明可以合适地应用于用以基于UWB技术来实现USB连接的无线电接口设备。
图24示出在图1的配置中回波损耗特性的实际测量值。假设在图1中示出的印制电路板1具有大约20mm ×10mm×0.8mm的长(Y)×宽(X)×厚尺寸。印制电路板1的材料是FR-4衬底(玻璃环氧树脂衬底)。如图24所示，在3.1Ghz和4.9Ghz之间的回波损耗大约是-7.4dB，并且所获得的VSWR是2.5或更小。
根据上述实施例，能够在印制电路板上形成这样的小型天线，其能够满足诸如UWB之类的宽带无线电通信的需求。
<实施例配置说明-2>
图26示出本发明第十四实施例的配置。图26总体地示出在根据本实施例的天线114的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线114是基于具有作为电力供应单元的微带线(71和72)的天线113(图22和图23)。
天线114包括印制电路板200，其中整个形状或者至少天线区域的形状被形成为矩形、被形成在印制电路板200的端部的前表面和后表面上的导体11、12、13和14以及用作电力供应单元的微带线202和接地201。微带线202对应于构成本发明中的微带线的第一导体，并且接地201对应于其第二导体。
导体11到14的形状与在上述实施例中示出的相应导体的形状基本相同。然而，导体13在其逐渐加宽的端部处连接到接地201，并与接地201充分结合。接地201是所谓的接地板，其形成在印制电路板200上从而为诸如用于在印制电路板200上实施的UWB的LSI(未示出)之类的组件提供接地电位。在本实施例中，导体13和接地201彼此结合，因此接地201被天线114和所实施的组件共用。
如图26所示，天线114具有短截线203，该短截线203是从形成于印制电路板200的前表面上的导体13的楔形顶点延伸的钩状短截线导体。设定短截线203的弯曲方向以使得短截线的前端朝向导体13(也就是，以使得其前端与导体13的对角线大致平行地延伸)。短截线203被设置用于调节天线114的电阻抗，因此短截线的配置和数目并不局限于所示出的配置和数目，而是可以根据需要被改变。
通过经由通孔204而连接到导体11的楔形顶点的微带线202来对天线114进行电力供应。如果需要，那么微带线202的一端被连接到诸如用于在接地201一侧实施的UWB的LSI之类的电路。
因此获得包括小型宽带天线和无线电通信电路部分的无线电通信设备，利用其上形成了天线的印制电路板200来形成所述无线电通信电路部分，并且所述无线电通信电路部分电连接到天线。
<电气作用说明-2>
天线114中的电气作用在原理上与通过将天线101和103(图1和图5)用作示例描述的电气作用相同。引用上述描述，天线114可以被视为竖直偶极天线。此外，导体13和接地201在天线114中彼此结合，因此如在对关于图5的天线的电气作用进行说明时所描述的，导体13的右端(图26中)部分地用作偶极子的另一元件的一部分。因此，通过将导体13连接到接地201以允许导体13上的电流自由流动到接地201一侧，阻抗匹配的效果可以被增强。
图27示出图26的配置中的回波损耗特性。假设印制电路板200具有10mm×45mm×0.8mm的宽×长×厚尺寸。印制电路板200的材料是FR-4衬底(玻璃环氧树脂衬底)。如图27所示，在用户频带(3.1Ghz和4.9Ghz之间)中的回波损耗大约是-11dB，其对应于1.8或更小的VSWR。这样的令人满意的VSWR可以被获得，并且因此由于阻抗失配而导致的由天线所反射的功率被减小，从而增强了天线的辐射效率和增益。
如上所述，通过由天线和所实施的组件共用用于诸如在印制电路板(200)上实施的UWB的LSI之类的组件的接地板(201)的配置，能够实现更令人满意的VSWR特性、辐射效率和增益。
<实施例配置说明-3>
如上所述，如图26所示的短截线203之类的短截线导体的配置和数目并不限于所示出的那些配置和数目。以下，将参考图28、图29和图30来描述这样的实施例，其中从天线114的配置修改了短截线导体(203)的配置和数目。
图28示出本发明第十五实施例的配置。图28总体地示出在根据本实施例的天线115的前表面和后表面上形成的导体图案。上述天线114(图26)具有从导体13延伸出的短截线203，而如图28所示，本实施例的天线115具有在印制电路板200的后表面上从微带线202延伸出的短截线301。短截线301具有类似于短截线203的钩状，并且其弯曲方向被设定以使得短截线的前端经由印制电路板200朝向导体11(也就是，以使得其前端与导体11的对角线大致平行地延伸)。
图29示出本发明第十六实施例的配置。图29总体地示出在根据本实施例的天线116的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线116具有在印制电路板200的前表面上从导体11的楔形顶点(即通孔204附近)延伸出的钩状短截线401。如图29所示，短截线401的弯曲方向被设定以使得短截线的前端朝向导体11(也就是，以使得其前端与导体11的对角线大致平行地延伸)。
图30示出本发明第十七实施例的配置。图30总体地示出在根据本实施例的天线117的前表面和后表面上形成的导体图案。本实施例的天线117具有在印制电路板200的前表面上从导体13延伸出的上述短截线203(图26)和在印制电路板200的后表面上从微带线202延伸出的短截线301(图28)。
通过从如图26所示的天线114对短截线导体(203)的配置或数目进行修改而获得的配置并不局限于在图28到图30中所示出的那些配置，而是可以取决于阻抗匹配的便利性根据需要改变所述配置。
产业应用性
本发明的小型宽带天线可以合适地应用于需要小型和宽范围频带的使用，并且可以被合适地用作在UWB无线电技术中使用的天线、用于无线LAN的天线、用于接收地面数字TV广播的天线、用于移动电话的天线等。

Claims (29)

1.一种小型宽带天线，包括：
在介质衬底上形成的辐射元件；以及
电力供应单元，用于将偶极电位供应到所述辐射元件，
其中，所述辐射元件包括接地电位部分和对极电位部分，所述接地电位部分具有从所述电力供应单元向其供应接地电位的电力供应点，并且所述对极电位部分具有从所述电力供应单元向其供应与所述接地电位形成一对的电位的电力供应点，并且
其中，所述接地电位部分和所述对极电位部分的每个包括成对的导体，所述成对的导体以楔形形状形成在所述介质衬底的前表面和后表面上并相互电容性地耦合，并且所述接地电位部分和所述对极电位部分的所述电力供应点位于在所述介质衬底的相同面上形成的所述导体的楔形顶点处，
其中，所述介质衬底具有矩形形状，并且所述辐射元件被形成在由所述介质衬底的纵向外周边的至少一部分和所述介质衬底的横向外周边的至少一部分限定的矩形天线区域上，
对具有所述接地电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体和所述对极电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体进行配置，以使得所述导体的、所述电力供应点所在的所述楔形顶点位于所述天线区域的第一纵向边的中心附近，并且使得对于每个所述楔形顶点而言形成该楔形顶点的边中的一个边对应于所述天线区域的所述第一纵向边，
对与具有所述接地电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体和所述对极电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体成对的导体进行配置，以使得与具有所述接地电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体和所述对极电位部分的所述电力供应点所位于的所述导体成对的所述导体的所述楔形顶点位于所述天线区域的第二纵向边的中心附近，并且使得对于每个所述楔形顶点而言形成该楔形顶点的边中的一个边对应于所述天线区域的所述第二纵向边，并且
构成所述接地电位部分的所述成对的导体的、形成所述楔形顶点的边中的其它边彼此交叉，并且构成所述对极电位部分的所述成对的导体的、形成所述楔形顶点的边中的其它边彼此交叉。
2.如权利要求1所述的小型宽带天线，其中，对构成所述接地电位部分和所述对极电位部分的每个的所述成对的导体进行配置，以使得所述成对的导体的所述楔形顶点附近的区域不会经由所述介质衬底彼此相对，并且使得除了所述成对的导体的所述楔形顶点附近的所述区域之外的区域经由所述介质衬底彼此相对。
3.如权利要求1所述的小型宽带天线，还包括用于在所述辐射元件和所述电力供应单元之间进行阻抗匹配的阻抗匹配部分。
4.如权利要求3所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括从构成所述对极电位部分的所述导体之一延伸出的并且具有开放端的第一短截线导体。
5.如权利要求4所述的小型宽带天线，其中，所述第一短截线导体具有钩状形状。
6.如权利要求4所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括第二短截线导体，所述第二短截线导体经由所述介质衬底电容性地耦合到构成所述接地电位部分的、在所述介质衬底的与上面形成了所述第一短截线导体的面相同的面上形成的所述导体，并且所述第二短截线导体被形成在所述介质衬底的与上面形成了所述第一短截线导体的面相反的面上。
7.如权利要求3所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括侧表面导体，所述侧表面导体形成在所述介质衬底的侧表面上并且连接到构成所述对极电位部分的所述成对的导体，并且所述侧表面导体使构成所述对极电位部分的所述成对的导体短路。
8.如权利要求3所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括通孔，所述通孔形成在所述介质衬底中，并且所述通孔使构成所述对极电位部分的所述成对的导体短路。
9.如权利要求1所述的小型宽带天线，其中，对构成所述接地电位部分和所述对极电位部分的每个的所述成对的导体进行配置，以使得每个导体具有直角形状，其中形成所述楔形形状的边之一被设定为斜边，并且使得一个导体的所述斜边与另一个导体的所述斜边交叉。
10.如权利要求7所述的小型宽带天线，其中，对构成所述接地电位部分和所述对极电位部分的每个的所述成对的导体进行配置，以使得每个导体具有直角形状，其中形成所述楔形形状的边之一被设定为斜边，并且使得一个导体的所述斜边与另一个导体的所述斜边交叉，并且
构成所述对极电位部分的所述成对的导体在其斜边上具有伸出部分，并且所述伸出部分分别连接到所述侧表面导体。
11.如权利要求8所述的小型宽带天线，其中，对构成所述接地电位部分和所述对极电位部分的每个的所述成对导体进行配置，以使得每个导体具有直角形状，其中形成所述楔形形状的边之一被设定为斜边，并且使得一个导体的所述斜边与另一个导体的所述斜边交叉，并且
构成所述对极电位部分的所述成对的导体在其斜边上具有伸出部分，并且所述伸出部分分别连接到所述通孔。
12.如权利要求4所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括在所述介质衬底的与上面形成了所述第一短截线导体的面相反的面上形成的第二短截线导体，并且还包括侧表面导体，所述侧表面导体形成在所述介质衬底的侧表面上，并且所述侧表面导体连接到所述第二短截线导体和构成所述接地电位部分的、在所述介质衬底的与上面形成了所述第二短截线导体的面相反的面上形成的导体以使它们短路。
13.如权利要求4所述的小型宽带天线，其中，所述阻抗匹配部分包括在所述介质衬底的与上面形成了所述第一短截线导体的面相反的面上形成的第二短截线导体，并且还包括通孔，所述通孔形成在所述介质衬底中，并且所述通孔连接到所述第二短截线导体和构成所述接地电位部分的、在所述介质衬底的与上面形成了所述第二短截线导体的面相反的面上形成的导体以使它们短路。
14.如权利要求5所述的小型宽带天线，其中，所述第一短截线导体从构成所述对极电位部分的所述导体之一的所述楔形顶点延伸出来，并且以钩状的方式被弯曲以使得其前端朝向构成所述对极电位部分的所述导体。
15.如权利要求6所述的小型宽带天线，其中，所述第二短截线导体具有钩状形状，并且被弯曲以使得其前端朝向构成所述接地电位部分的、所述第二短截线导体经由所述介质衬底与其电容性地耦合的导体。
16.如权利要求4所述的小型宽带天线，其中，所述第一短截线导体具有直线状形状。
17.如权利要求1所述的小型宽带天线，其中，所述电力供应单元是同轴电缆，所述同轴电缆包括连接到构成所述对极电位部分的所述导体之一的中心导体，和包覆所述中心导体并将接地电位供应给所述接地电位部分的外导体。
18.如权利要求17所述的小型宽带天线，其中，所述同轴电缆的所述外导体沿着作为形成所述楔形顶点的边之一并且对应于所述介质衬底的所述纵向外周边的边，连接到构成所述接地电位部分的、与所述中心导体连接的构成所述对极电位部分的所述导体位于所述介质衬底的同一个面上的所述导体。
19.如权利要求17所述的小型宽带天线，其中，在与作为具有形成所述楔形顶点的所述电力供应点的所述对极电位部分和所述接地电位部分的所述边之一并对应于所述介质衬底的所述纵向外周边的的边相交的方向上配置所述同轴电缆。
20.如权利要求19所述的小型宽带天线，其中，所述外导体经由连接线连接到构成所述接地电位部分的所述导体。
21.如权利要求1所述的小型宽带天线，其中，所述电力供应单元是在所述介质衬底上形成的微带线。
22.如权利要求21所述的小型宽带天线，其中，所述微带线包括从构成所述对极电位部分的所述导体之一延伸出的导体，和通过在所述介质衬底中形成的通孔与构成所述接地电位部分的所述导体之一短路的导体。
23.如权利要求1所述的小型宽带天线，其中，基于所使用频率的最小值，通过具有0.1波长×0.2波长的尺寸的矩形来限定所述辐射元件的外周。
24.如权利要求23所述的小型宽带天线，其中，所述介质衬底的尺寸对应于限定所述辐射元件的外周的所述尺寸。
25.如权利要求21所述的小型宽带天线，其中，所述微带线包括通过在所述介质衬底中形成的通孔与构成所述对极电位部分的所述导体之一短路的第一导体，和与构成所述接地电位部分的所述导体之一结合并且其上安装了无线电通信电路的第二导体。
26.如权利要求25所述的小型宽带天线，其中，所述天线包括阻抗匹配部分，其包括从构成与所述第二导体相结合的所述接地电位部分的所述导体之一延伸出的并且具有开放端的钩状短截线导体，并且所述钩状短截线导体被弯曲以使得其前端朝向构成所述接地电位部分的所述导体之一。
27.如权利要求25所述的小型宽带天线，其中，所述天线包括阻抗匹配部分，其包括从所述第一导体延伸出的并且具有开放端的钩状短截线导体，并且从所述第一导体延伸出的所述钩状短截线导体被弯曲以使得其前端朝向构成所述对极电位部分的所述导体之一。
28.如权利要求25所述的小型宽带天线，其中，所述天线包括阻抗匹配部分，其包括从构成所述对极电位部分的、与所述第二导体配置在所述介质衬底的同一个面上的所述导体延伸出的并且具有开放端的钩状短截线导体，并且所述钩状短截线导体被弯曲以使得其前端朝向构成所述对极电位部分的所述导体之一。
29.一种无线电通信设备，其包括如权利要求1所述的小型宽带天线和利用所述小型宽带天线的介质衬底而形成的无线电通信电路部分。
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