CN102017292A - 使用慢波结构的宽频带内置型天线 - Google Patents

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Abstract

公开了一种利用慢波结构的宽频带内置型天线。公开的天线包括：阻抗匹配/供电部，具有从供电线延伸的第一导电部件和与所述第一导电部件相隔预定距离并与所述接地电性连接的第二导电部件；至少一个辐射体，从所述阻抗匹配/供电部延伸，其中，所述阻抗匹配/供电部的第一导电部件和第二导电部件形成慢波结构。根据公开的天线，通过将慢波结构应用到耦合匹配，具有低剖面结构的同时，能够解决倒F天线具有的关于窄频带特性的问题的优点。

Description

使用慢波结构的宽频带内置型天线 
技术领域
本发明涉及天线，更详细地讲，涉及支持针对宽频带的阻抗匹配的内置型天线。 
背景技术
最近，随着移动通信终端的小型化和轻量化，需要能够利用一个终端来接受相互不同频带的移动通信服务的功能。例如，在韩国商用化的824～829MHz频带的CDMA服务和1750～1870MHz频带的PCS服务；在日本商用化的832～925MHz频带的CDMA服务；在美国商用化的1850～1990MHz频带的PCS服务；在欧洲、中国商用化的880～960MHz频带的GSM服务以及在欧洲一些地区商用化的1710～1880MHz频带的DCS服务等利用多种频带的移动通信服务中，需要根据需求而能够同时利用多频带信号的终端，并且为了涵盖这种多频带，需要具有多频带特性的天线。 
此外，实情是需要能够利用蓝牙、紫蜂(ZigBee)、无线局域网、GPS等服务的复合终端。为了利用这种多频带服务，在终端中应使用具有宽频带特性的天线。一般使用的移动通信终端的天线，主要使用螺旋形天线(helicalantenna)、平面倒F天线(Planar Inverted F Antenna：PIFA)。 
在此，螺旋形天线是固定在终端上端的外置型天线，与单极天线一起使用。在并用螺旋形天线和单极天线形态，从终端机体引出天线时，作为单极天线运行；插入时，以λ/4螺旋形天线运行。这种天线具有高增益的优点，但是，由于无指向性，因此作为电磁波人体危害标准的SAR特性不好。此外，由于螺旋形天线构成为凸出于终端外部的形状，因此，难以设计终端的富有美感的外观和适合于便携功能的外观，至今还没有研究对此的内置型结构。 
另外，倒F天线是为了克服这种缺陷而设计为具有低的剖面结构(profilestructure)的天线。倒F天线具有指向性，其中，该指向性是指通过再感应所述辐射部上的感应电流产生的全部电磁波束(beam)中的朝向接地面侧的电磁波束来衰减朝向人体的电磁波束，由此在改善SAR特性的同时，强化辐射 部方向的感应的电磁波束，由于倒F天线以矩形的平板形辐射部的长度缩小到一半的矩形的微带天线运行，从而可以实现低的剖面结构。 
这种倒F天线因具有衰减人体方向的电磁波束的强度并增强向人体的外部方向的电磁波束的强度的指向性辐射特性，所以，与螺旋形天线相比较，能够获得电磁波吸收效率优异的特性。但是，当将倒F天线设计为在多频带运行时，具有频率带宽窄的问题。 
将倒F天线设置为在多频带中运行时，频率带宽变窄的原因在于，在与辐射体进行匹配时在特定点形成匹配的点匹配。 
为了在多频带中更稳定地运行，需要具有低的剖面结构的同时，能够克服倒F天线的窄频带特性的天线。 
发明内容
技术问题 
本发明中，为了解决上述的现有技术的问题，期望提供一种能够支持针对宽频带的阻抗匹配的内置型天线。 
本发明的另一目的是，提供一种具有低的剖面结构的同时，能够解决倒F天线具有的窄频带特性的问题的宽频带内置型天线。 
通过以下实施例，本领域的技术人员能够导出本发明的其它目的。 
技术方案 
为了达到如上的目的，根据本发明的一方面，提供了一种利用慢波结构的宽频带内置型天线，所述天线包括：阻抗匹配/供电部，具有从供电线延伸的第一导电部件和与所述第一导电部件相隔预定距离并与所述接地电性连接的第二导电部件；至少一个辐射体，从所述阻抗匹配/供电部延伸，其中，所述阻抗匹配/供电部的第一导电部件和第二导电部件形成慢波结构。 
从所述形成慢波结构的阻抗匹配/供电部的第一导电部件凸出有多个第一耦合元件，从所述第二导电部件凸出有多个第二导电部件，所述第一耦合元件和所述第二耦合元件通过周期性地凸出以形成慢波结构。 
所述第一耦合元件和所述第二耦合元件可具备矩形短截线。 
形成所述慢波结构的第一耦合元件和第二耦合元件形成为重复高电容/低电感结构和低电容/高电感结构。 
所述阻抗匹配部上可结合高介电常数的介电质。 
通过所述第一导电部件和所述第二导电部件的宽度来调整与匹配相关的电感值。 
根据本发明的另一方面，提供了一种宽频带内置型天线，所述天线包括：第一导电部件，与供电部电性结合；第二导电部件，与接地电性结合并与所述第一导电部件相隔预定距离；至少一个辐射体，从所述第一导电部件延伸并通过耦合供电来辐射RF信号，其中，在所述第一导电部件和所述第二导电部件产生行波，并形成用于使所述行波的行进变缓的周期性的慢波结构。 
所述慢波结构包括从所述第一导电部件和所述第二导电部件周期性地凸出的矩形短截线。 
所述多个短截线形成为在所述第一导电部件和所述第二导电部件之间重复高电感/低电感结构和低电感/高电感结构。 
有益效果 
根据本发明，提供了一种宽皮带内置型天线，该天线通过将慢波(slowwave)结构应用到耦合匹配，解决了具有低的剖面结构的同时，倒F天线具有的窄频带的问题。 
附图说明
图1是示出利用基于耦合的匹配结构的天线的结构的图。 
图2是示出图1中示出的天线的反射损失的图。 
图3是根据本发明一实施例的利用慢波结构的宽频带内置型天线的图。 
图4是示出根据本发明一实施例的阻抗匹配部的放大图的图。 
图5是示出对于图4中示出的本发明的宽频带天线的反射损失的曲线图。 
图6是示出一般的倒F天线的反射损失的曲线图。 
图7是示出根据本发明另一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的结构的图。 
图8是示出根据本发明又一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的图。 
图9是示出对于图8中示出的天线的反射损失的曲线图。 
图10是示出根据本发明又一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的图。 
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明根据本发明的利用慢波结构的宽频带内置型天线。 
本发明提供具有低的剖面结构的同时，不同于倒F天线，能够执行针对宽频带的阻抗匹配的天线。根据本发明的实施例，提供基于利用耦合的匹配的针对宽频带的阻抗匹配结构。 
在说明根据本发明的宽频带阻抗匹配之前，先介绍作为本发明的基础的通过耦合的阻抗匹配结构。 
图1是示出利用基于耦合的匹配结构的天线的结构的图。 
参照图1，利用基于耦合的匹配结构的天线包括天线基板100、供电线102、短路线104、辐射体106和阻抗匹配部108。 
基板100上结合有供电线102和短路线104，且该基板100由介电材料形成。各种介电材料可适用于基板100，作为示例，PCB基板或FR4基板等可用作基板。 
供电线102与形成在终端的基板的RF信号发送线电性结合，提供RF信号。 
短路线104与终端的电路基板的接地电性结合。 
辐射体106执行向外辐射预设置频带的RF信号以及从外部接收预设置频带的RF信号的功能。辐射带宽根据辐射体106的长度而设置。辐射体106与短路线104电性结合，通过耦合来被供电。 
基于耦合的阻抗匹配部108包括从供电线102延伸的第一导电部件110和从短路线104延伸的第二导电部件112。 
从供电线102延伸的第一导电部件110和从短路线104延伸的第二导电部件112布置为相隔预定距离且相互平行。第一导电部件110和第二导电部件112之间发生通过相互作用的耦合现象，通过这种耦合现象来执行阻抗匹配。 
这种基于耦合的阻抗匹配中，基于电容分量和电抗分量形成耦合匹配，且电容分量的作用更为重要，特别是，若要形成宽频带的阻抗匹配，则需要大的电容值，耦合的区间应大。 
当如图1所示的形成第一导电部件110和第二导电部件112时，因没有提供充足的耦合，无法形成合适的辐射和宽频带匹配。 
图2是示出图1中示出的天线的反射损失的图。 
参照图2，可以确定在S11参数没有形成合适的匹配，其原因在于没有形成基于大的电容分量的耦合。 
本发明人申请的韩国专利申请第2008-2266号中提出了一种天线，该天线具有从第一导电部件和第二导电部件凸出的耦合元件，并通过耦合元件整体形成梳状(Comb)形态的结构来实现宽频带阻抗匹配。 
在该申请中，通过增大作用于耦合的电容分量并应用基于各种电容分量的耦合来实现对于宽频带的阻抗匹配，其中，通过耦合元件将第一导电部件与第二导电部件之间的距离实质变小并增加阻抗匹配部的实际电性长度来增大作用于耦合的电容分量。 
根据本发明实施例的宽频带天线，在第一导电部件与第二导电部件之间形成慢波来实现针对宽频带的阻抗匹配。相比于图1的耦合匹配结构，本发明中，在第一导电部件与第二导电部件之间形成的慢波结构，由此能够实现有效的辐射，同时，可以进行针对宽频带的阻抗匹配。 
图3是根据本发明一实施例的利用慢波结构的宽频带内置型天线的图。 
参照图3，根据本发明一实施例的利用慢波结构的宽频带内置型天线可包括基板300、供电线302、短路线304、辐射体306和阻抗匹配/供电部308。 
基板300由介电质材料形成，并结合有供电线302和短路线304。各种介电材料可适用于基板300，作为示例，PCB基板或FR4基板等可用作基板。 
供电线302由金属材料形成，与形成在终端的基板上的RF信号发送线电性结合，提供RF信号。例如，当RF信号发送线是同轴电缆时，供电线302与同轴电缆内部的导体电性结合。 
短路线304由金属材料形成，并与接地电性结合。 
辐射体306执行向外辐射预设置频率带的RF信号以及从外部接收预设置频带的RF信号的功能。辐射带宽根据辐射体306的长度而设置。 
虽然图3示出了直线形状的辐射体，但是，辐射体的形状可使用诸如倒L形状、弯曲(meandering)形状和矩形芽接(rectangular patch)形状等的公知的各种形状的辐射体。 
参照图3，辐射体306从阻抗匹配/供电部308的第二导电部件312延伸，通过耦合而被供电。 
图3中，阻抗匹配部308和辐射体306通过附着到天线载体来形成。 
阻抗匹配部308可包括从供电线302延伸的第一导电部件310、从短路线304延伸的第二导电部件312以及从第一导电部件310凸出的多个第一耦合元件320和从第二导电部件312凸出的多个第二耦合元件322。 
虽然，图3中示出了第一耦合元件320和第二耦合元件322是矩形的短截线(stub)形状，但是第一耦合元件320和第二耦合元件322不限于此，可包括各种形状。 
根据本发明的优选实施例，第一耦合元件320和第二耦合元件322整体上形成为慢波(slow wave)结构。 
图4是示出根据本发明一实施例的阻抗匹配部的放大图的图。 
可通过形成周期的图案来实现慢波结构，图4中示出耦合元件周期性地凸出的情形。 
根据本发明的优选实施例，阻抗匹配部的慢波结构能够使高的电容/低的电感的结构与低的电容/高的电感的结构周期性地重复。 
参照图4，第一耦合元件320与第二耦合元件322形成为相互面对。由于第一耦合元件320与第二耦合元件322在凸出的部分中距离变小，因此形成基于高的电容分量与低的电感分量的耦合。 
在没有形成第一耦合元件320和第二耦合元件322的部分中，形成基于低的电容分量与高的电感分量的耦合。 
这种将高的电容与低的电容交替地重复的原因在于，最大化慢波结构中的信号的变缓。 
由于将连接到供电线的第一导电部件与连接到短路线的第二导电部件相隔预定距离来布置，所以第一导电部件和第二导电部件中产生行波(travellingwave)，而行波的进行可由慢波结构变缓。 
图4示出的慢波结构中，由于通过第一耦合元件320和第二耦合元件322来减小距离，所以能够确保高的电容，因此能够通过增加耦合来实现合适的辐射。 
另外，图4中示出的慢波结构中，由于在阻抗匹配部中使行波的速度变缓，所以实质上增加了阻抗匹配部的长度，从而能够实现更充分地耦合，并将阻抗匹配部设计为更小的尺寸。 
同时，当通过慢波结构设计阻抗匹配部的结构时，按不同的行波频率实现多种的信号的变缓(信号变缓程度根据频率而不同)，这种现象能够实现在 多种频率产生共振点，其结果能够实现针对宽频带的阻抗匹配。 
图5是示出针对图4中示出的本发明的宽频带天线的反射损失的曲线图，图6是示出一般倒F天线的反射损失的曲线图。 
参照图5和图6，当设置-10dB为临界值时，可以确定能够获得比倒F对于更宽的频带的阻抗匹配。 
图7是示出根据本发明另一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的结构的图。 
参照图7，阻抗匹配部上结合具有高介电常数(permittivity)的介电质700。当在阻抗匹配部上进行匹配时，介电质700可以进行基于高介电常数引起的更高的电容的耦合，并且通过高的介电常数来可变缓行波的速度。 
另外，当将高介电常数的介电质700结合到阻抗匹配部时，具有这种优点，即，通过高的电容将使反射损失的值更大，在需要高的反射损失的环境中，可使用如图7所示的结合高介电常数的介电质的天线。 
图8是示出根据本发明另一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的图。 
参照图8，相比于图3中示出的天线，可以确认在阻抗匹配部中的第一导电部件和第二导电部件的宽度窄。阻抗匹配部的第一导电部件和第二导电部件的宽度与电感值相关，通过调整第一导电部件和第二导电部件的宽度，可以进行与耦合相关的电感值的调整。 
图9是示出对于图8中示出的天线的反射损失的曲线图。 
参照图9，当使第一导电部件和第二导电部件的宽度变窄时，可以确认由于高的电感分量而进一步改善宽频带特性。 
图10是示出根据本发明又一实施例的利用慢波结构的宽频带天线的图。 
参照图10，与图3中示出的天线相比较，使用两个辐射体，可以确认第二辐射体1000从第二导电部件的另一端延伸。 

Claims (11)

1.一种利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，包括：
阻抗匹配/供电部，具有从供电线延伸的第一导电部件和与所述第一导电部件相隔预定距离并与所述接地电性连接的第二导电部件；
至少一个辐射体，从所述阻抗匹配/供电部延伸，
其中，所述阻抗匹配/供电部的第一导电部件和第二导电部件形成慢波结构。
2.如权利要求1所述的利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，从所述形成慢波结构的阻抗匹配/供电部的第一导电部件凸出有多个第一耦合元件，从所述第二导电部件凸出有多个第二导电部件，所述第一耦合元件和所述第二耦合元件通过周期性地凸出以形成慢波结构。
3.如权利要求2所述的利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，所述第一耦合元件和所述第二耦合元件是矩形短截线。
4.如权利要求2所述的利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，形成所述慢波结构的第一耦合元件和第二耦合元件形成为重复高电容/低电感结构和低电容/高电感结构。
5.如权利要求2所述的利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，所述阻抗匹配部上结合高介电常数的介电质。
6.如权利要求1所述的利用慢波结构的宽频带内置型天线，其特征在于，通过所述第一导电部件和所述第二导电部件的宽度来调整与匹配相关的电感值。
7.一种宽频带内置型天线，其特征在于，包括：
第一导电部件，与供电部电性结合；
第二导电部件，与接地电性结合并与所述第一导电部件相隔预定距离；
至少一个辐射体，从所述第一导电部件延伸并通过耦合供电来辐射RF信号，
其中，在所述第一导电部件和所述第二导电部件产生行波，并形成用于使所述行波的行进变缓的周期性的慢波结构。
8.如权利要求7所述的宽频带内置型天线，其特征在于，所述慢波结构包括从所述第一导电部件和所述第二导电部件周期性地凸出的矩形短截线。
9.如权利要求8所述的宽频带内置型天线，其特征在于，所述多个短截线形成为在所述第一导电部件和所述第二导电部件之间重复高电感/低电感结构和低电感/高电感结构。
10.如权利要求7所述的宽频带内置型天线，其特征在于，还包括：结合到所述第一导电部件和所述第二导电部件的高介电常数的介电质。
11.如权利要求7所述的宽频带内置型天线，其特征在于，通过调整所述第一导电部件和所述第二导电部件的宽度，来调整与耦合匹配相关的电感值。
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