CN102386487A - 同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种同时产生圆偏振波和线偏振波的贴片天线包括第一辐射器，其关于天线信号辐射圆偏振波；第一基板，其设置在所述第一辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处；第二辐射器，其设置在所述第一基板的后表面的一部分处或整个后表面处，并且关于所述天线信号辐射线偏振波；和第二基板，其设置在所述第二辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处。

Description

同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线及其制造方法
相关申请的交叉引用如下：本发明申请要求2010年8月31日提交的第10-2010-0085071号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容引入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及同时产生圆偏振波和线偏振波的贴片天线及其制造方法。
背景技术
通常，贴片天线包括绝缘板。绝缘板的一个表面用作接地板，其另一个表面以带状线构造电路。由于贴片天线可通过印刷板来制造，因此有利的是其易于制造、适于批量生产、牢固并且高度低。由于该天线可容易地与集成电路(IC)装置接合，因此其广泛用于例如手机等毫米范围的小装置中。
贴片天线可分为线偏振波天线和圆偏振波天线。
图1是示出线偏振波移动方向的曲线。图2是示出圆偏振波移动方向的曲线。
这里，线偏振波包括垂直偏振波，其具有垂直于地面的电场；和水平偏振波，其具有平行于地面的电场。圆偏振波为具有以串状旋转并且沿轴线移动的电场的偏振波。
当产生圆偏振波的圆偏振天线与产生线偏振波的线偏振天线通讯时，理论上在两个天线之间产生-3dB损耗。因此，需要一种贴片天线，其同时产生圆偏振波和线偏振波，以与圆偏振天线或线偏振天线通讯而无损耗。
本文背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此其可包含对于本领域普通技术人员来说在该国家已经已知的不构成现有技术的信息。
发明内容
考虑到上述问题发明本发明，并且提供一种天线，其能够与不同的天线(圆偏振天线或线偏振天线)进行数据通讯而无损耗。
本发明的一个方面提供一种同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线。所述贴片天线包括：第一辐射器，其关于天线信号辐射圆偏振波；第一基板，其设置在所述第一辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处；第二辐射器，其设置在所述第一基板的后表面的一部分处或整个后表面处，并且关于所述天线信号辐射线偏振波；和第二基板，其设置在所述第二辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处。所述贴片天线可还包括辅助辐射器，其设置在所述第一基板的前表面的一部分处或整个前表面处。
本发明的另一个方面提供一种用于通过上述贴片天线同时产生线偏振波和圆偏振波的方法。所述方法包括以下步骤：(a)关于天线信号由设置在第一基板的前表面的一部分处或整个前表面处的第一辐射器辐射圆偏振波；和(b)关于所述天线信号由设置在第二基板的前表面的一部分处或整个前表面处的第二辐射器辐射线偏振波。所述方法可还包括：(c)由设置在所述第二基板的后表面的一部分处或整个后表面处的反射板反射从所述第一辐射器辐射的圆偏振波；和(d)由所述反射板辐射所述线偏振波。
通过如下面详细描述的根据本发明的贴片天线和方法，既可稳定圆偏振波的辐射特性又可稳定线偏振波的辐射特性，可容易地控制第一辐射器的谐振频率特性，并且可与不同的天线(圆偏振天线或线偏振天线)进行数据通讯而没有与现有技术相关的损耗等问题。
附图说明
本发明的目的、特征和优点将通过下面结合附图的详细描述而更明显，附图中，
图1是示出线偏振波的移动方向的曲线；
图2是示出圆偏振波的移动方向的曲线；
图3是示出根据本发明一个实施例的贴片天线结构的立体视图，所述贴片天线同时产生线偏振波和圆偏振波；
图4是示出根据本发明一个实施例的贴片天线结构的立体视图，所述贴片天线还包括辅助辐射器，同时产生线偏振波和圆偏振波；和
图5是示出根据本发明一个实施例的由同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线产生线偏振波和圆偏振波的过程的立体视图。
附图标记说明
100：贴片天线
10：第一辐射器
20：第一基板
30：第二辐射器
40：第二基板
50：反射板
60：辅助辐射器
具体实施方式
参照附图详细描述本发明的示例性实施例。用于全部附图的相同的附图标记指代相同或相似的部件。可能省略结合在本文中的公知功能和结构的详细描述，以避免本发明的主题不突出。
图3是示出根据本发明一个实施例的贴片天线100的结构的立体视图，所述贴片天线100同时产生线偏振波和圆偏振波。图4是示出根据本发明一个实施例的贴片天线100的结构的立体视图，所述贴片天线100还包括辅助辐射器60，并且同时产生线偏振波和圆偏振波。
根据本发明一个实施例的同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线100包括第一辐射器10、第一基板20、第二辐射器30、第二基板40和反射板50。其还可包括辅助辐射器60和电源线L。
第一辐射器10具有矩形平板形状，并且辐射圆偏振波。第一基板10设置在第一辐射器10的后表面的一部分处或整个后表面处，并且支撑第一辐射器10。
第二辐射器30设置在第一基板20的后表面的一部分处或整个后表面处，以不与第一辐射器10在平面上重叠。第二辐射器30辐射线偏振波。第二基板40设置在第二辐射器30的后表面的一部分处或整个后表面处。
反射板50设置在第二基板40的后表面的一部分处或整个后表面处，并且反射从第一辐射器10辐射的圆偏振波。而且，反射板50与第二辐射器30一起辐射线偏振波。
辅助辐射器60与第二辐射器30和反射板50一起辐射线偏振波。
电源线L穿过反射板50、第二基板40和第一基板20而不与其电连接，以将天线信号提供给第一辐射器10。
下文中将详细描述根据本发明一个实施例的同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线。
第一辐射器10
参照图3和4，第一辐射器10包括圆偏振波辐射模块11、信号接收模块12和X形槽14。
圆偏振波辐射模块11设置为具有矩形平板形状。圆偏振波辐射模块11中以预定角度切除斜对角。圆偏振波辐射模块11将通过下面描述的电源模块接收的天线信号转换为圆偏振波。而且，圆偏振波辐射模块11向外辐射经转换的圆偏振波。这里圆偏振波辐射模块11在正(+)极和负(-)极中以周期0.5λ辐射圆偏振波。圆偏振波辐射模块11的后表面的一部分或全部与下面描述的第一基板20的前表面的一部分或全部接触。
信号接收模块12设置在圆偏振波辐射模块11的一侧。信号接收模块12从外部天线信号发生器通过电源线L接收天线信号。而且，信号接收模块12将接收的天线信号传送到圆偏振波辐射模块11。
X形槽14通过将两个不同长度的具有预定宽度的形成在圆偏振波辐射模块11的前表面上的预定位置处的两个凹槽以X状相交设置。X形槽14增大圆偏振波辐射模块11的前表面的表面积，以减小圆偏振波辐射模块11的尺寸，例如长度减小0.3λ。
而且，如本领域所知的，X形槽14将频带转换为宽频带。这里，天线的波长λ由下面的方程(1)表示。
λ = C F - - - ( 1 )
其中，λ为天线的波长，c为光速，F为频率。即，当天线的波长增大时，其尺寸增大。相反，当天线的波长减小时，其尺寸减小。同时，当频率变得更高时，波长减小。相反，当频率变低时，波长增大。即，当天线的尺寸减小时，频率增大。当天线的尺寸增大时，频率减小。因此，圆偏振波辐射模块11通过X形槽14减小天线的尺寸，但是增大了真正的辐射面积。具有真正增大的辐射面积的圆偏振波辐射模块11可有效地辐射圆偏振波。由于天线尺寸通过X形槽14减小，因此频率变得更高，增大。因此，天线的频率带宽可大大增大。天线的辐射效率通过X形槽14提高，并且由于频率带宽的扩大，可确保圆偏振波的辐射特性的稳定性。
第一基板20和第二基板40
第一基板20设置在第一辐射器10和第二辐射器30之间。而且，第二基板40设置在第二辐射器30和反射板50之间。第一基板20和第二基板40分别支撑第一辐射器10和第二辐射器30。这里，第一基板20和第二基板40优选由耐燃级别(FR)为4的基板构造。FR4基板为玻璃环氧树脂层合板，其具有通常的介电常数。如前面示出的，
Figure BSA00000368244000051
并且介电常数与频率成反比。因此，频率可通过调节第一基板20和第二基板40的介电常数来设计波长和第一辐射器10与第二辐射器30的天线尺寸。
同时，至少一个接合孔22和至少一个接合孔42分别形成在第一基板20和第二基板40装置，形成在反射板50上的插入部52穿过所述接合孔。至少一个通孔24和至少一个通孔44分别形成在第一基板20和第二基板40中，电源线L穿过所述通孔。
第二辐射器30
第二辐射器30包括线偏振波辐射模块31、至少一个接合孔32和至少一个孔34。
线偏振波辐射模块31具有方形带状形状。线偏振波辐射模块31在正极(+)和负极(-)中以周期0.5λ辐射线偏振波。线偏振波辐射模块31还接收从第一辐射器10辐射的圆偏振波。而且，线偏振波辐射模块31将接收的圆偏振波转换为线偏振波。接下来，线偏振波辐射模块31向外辐射经转换的线偏振波。这里，线偏振波辐射模块31成形为比第二基板40小。因此，线偏振波辐射模块31不与穿过第一基板20和第二基板40的通孔24和44的电源线L接触。即，线偏振波辐射模块31不通过单独的连接线连接到第一辐射器10。即，线偏振波辐射模块31以无线方案接收从第一辐射器10辐射的圆偏振波，并且将其转换为线偏振波，以产生经转换的线偏振波。
至少一个接合孔32形成在线偏振波辐射模块31中，反射板50的插入部52穿过所述接合孔。
至少一个孔34设置在对应于第一辐射器形状的辐射模块31的内侧(中心部分)处。如图3和4中所示，当在平面上观察时，第一辐射器10设置在对应于第二辐射器30的孔34处。即，第一辐射器10和第二辐射器30在平面上观察时不相互重叠，以使从第一辐射器10辐射的线偏振波和由第二辐射器30辐射的圆偏振波不相互影响。因此，其防止从第一辐射器10和第二辐射器30产生的线偏振波和圆偏振波的损耗。
反射板50
反射板50包括主体51、至少一个插入部52和至少一个通孔54。
主体51设置在第二基板40的后表面的一部分或整个后表面处。至少一个插入部52设置在主体51的前表面，其穿过接合孔22、32和42。而且，至少一个通孔54形成在主体51中，电源线L穿过所述通孔。主体51均匀地向外部反射从第一辐射器10辐射的圆偏振波。而且，主体51通过一个或多个插入部52电连接到第二辐射器30，并且与第二辐射器30一起产生线偏振波。这里，主体51由金属材料制成，优选由铝材料制成，以有效地反射和辐射线偏振波和圆偏振波。
在如图3和4中所示的一个实施例中，可沿对角方向设置两个插入部52。反射板50的面积由于所述插入部52而增大。这里，插入部52由与反射板50相同的材料形成。插入部52将反射板50、第二辐射器30和辅助辐射器60彼此电连接。
辅助辐射器60
第一基板20上可设置至少两个辅助辐射器60。优选地，两个辅助辐射器60设置在第一基板20上，如图4中所示。辅助辐射器60中的每一个包括主体61和至少一个接合孔62。第二辐射器30的孔34的尺寸与第一辐射器10的相同或比其更大。主体61的宽度与第二辐射器30的侧部相同或比其更小。主体61成形为在平面上观察时使其与第二辐射器30的侧部重叠。而且，主体61由预定距离与第一辐射器10间隔开。结果，辅助辐射器60可与第二辐射器30一起产生线偏振波而不受来自第一辐射器10的圆偏振波的影响。
至少一个接合孔62形成在主体61的一侧，反射板50的插入部52中的一个穿过所述接合孔62。因此，辅助辐射器60通过反射板50的插入部52电连接到第二辐射器30和反射板50。辅助辐射器60可与第二辐射器30以及反射板50一起产生线偏振波。
这里，通过调节辅助辐射器60的尺寸和/或第一辐射器10和辅助辐射器60之间的间距可控制第一辐射器10的谐振频率。例如，当辅助辐射器60的长度增大时，第一辐射器10的谐振频率由于与第一辐射器10的耦合效应而减小。相反，当辅助辐射器60的长度减小时，第一辐射器10的谐振频率由于与第一辐射器10的耦合效应而增大。同时，当辅助辐射器60的宽度减小时，辅助辐射器60和第一辐射器10之间的间距增大，并且第一辐射器10的谐振频率由于与第一辐射器10的耦合效应而减小。相反地，当辅助辐射器60的宽度增大时，第一辐射器10的谐振频率由于第一辐射器10的耦合效应而增大。因此，第一辐射器10的谐振频率特性可通过调节辅助辐射器60的尺寸和/或第一辐射器10和辅助辐射器60之间的间距来控制。
在图4中所示的天线的例子中，两个辅助辐射器60中的一个的尺寸可以与另一个辅助辐射器60的尺寸相同或不同。第一辐射器10和两个辅助辐射器60中的一个之间的距离可以与第一辐射器10和另一个辅助辐射器60之间的距离不同。
电源线L
电源线L通过通孔24、44和54连接到信号接收模块12。因此，电源线L接收来自外部天线信号发生器的天线信号，并且将其传送到信号接收模块12。这里，电源线L不与第二辐射器30相连。电源线L涂覆有绝缘材料，以使天线信号不传送到反射板50、第二基板40和第一基板20，而是传送到信号接收模块12。
将描述同时产生线偏振波和圆偏振波的贴片天线的操作的示例。
第一辐射器10通过电源线L接收外部天线信号，将所接收的天线信号转换为圆偏振信号，并且将所述转换的圆偏振信号辐射到外部。
接下来，反射板50反射从第一辐射器10辐射的圆偏振波。
随后，第二辐射器30接收从第一辐射器10辐射的圆偏振波，将所接收的圆偏振波转换为线偏振波，并且与反射板50和辅助辐射器60一起将转换的线偏振波辐射到外部。
如图5中所示的贴片天线100可产生包括圆偏振(CP)波，其由第一辐射器10产生，沿第一辐射器10的纵向以串状向上旋转；垂直线偏振(LP)波，其具有垂直于地面的电场；和水平线偏振(LP)波，其具有平行于地面的电池。
虽然上文已经详细描述了本发明的示例性实施例，但是可清楚理解的是，本文教导的基本发明概念的可能对本领域技术人员显而易见的很多变形形式和修改形式仍落在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种贴片天线，同时产生线偏振波和圆偏振波，包括：
第一辐射器，其关于天线信号辐射圆偏振波；
第一基板，其设置在所述第一辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处；
第二辐射器，其设置在所述第一基板的后表面的一部分处或整个后表面处，并且关于所述天线信号辐射线偏振波；和
第二基板，其设置在所述第二辐射器的后表面的一部分处或整个后表面处。
2.根据权利要求1所述的贴片天线，还包括反射板，其反射从所述第一辐射器辐射的圆偏振波，并且辐射线偏振波。
3.根据权利要求2所述的贴片天线，其中，所述第一基板、第二辐射器和第二基板分别设置有至少一个形成于其中的接合孔，且所述反射板设置有至少一个形成在其前表面上的插入部，以使所述插入部能够插入所述接合孔中。
4.根据权利要求2所述的贴片天线，其中，所述第二辐射器接收从所述第一辐射器辐射的圆偏振波，将接收的所述圆偏振波转换为线偏振波，并且辐射已转换的所述线偏振波。
5.根据权利要求1所述的贴片天线，其中，所述第一辐射器和所述第二辐射器设置成在一个平面上看时彼此不重叠。
6.根据权利要求5所述的贴片天线，其中，所述第二辐射器在其中心具有孔，并且所述第一辐射器设置成当在一个平面上看时位于所述第二辐射器的中心孔中。
7.根据权利要求2所述的贴片天线，还包括辅助辐射器，其设置在所述第一基板的前表面上，与所述第一辐射器以预定距离间隔开。
8.根据权利要求7所述的贴片天线，其中，所述辅助辐射器设置在所述第一基板的前表面上，使得在一个平面上看时，所述辅助辐射器与所述第二辐射器重叠。
9.根据权利要求8所述的贴片天线，其中，所述辅助辐射器的宽度与所述第二辐射器的外端部的宽度相同或比其小。
10.根据权利要求2所述的贴片天线，还包括电源线，其电连接到所述第一辐射器，而没有电连接到所述反射板、所述第二基板和所述第一基板。
11.根据权利要求1所述的贴片天线，其中，所述第一辐射器包括圆偏振波辐射模块、设置在所述圆偏振波辐射模块一侧的信号接收模块和形成在所述圆偏振波辐射模块的前表面的一部分上的X形槽。
12.根据权利要求11所述的贴片天线，其中，还包括电源线，其电连接到所述第一辐射器的信号接收模块。
13.一种用于通过贴片天线同时产生线偏振波和圆偏振波的方法，包括以下步骤：
(a)关于天线信号由设置在第一基板的前表面的一部分处或整个前表面处的第一辐射器辐射圆偏振波；和
(b)关于所述天线信号由设置在第二基板的前表面的一部分处或整个前表面处的第二辐射器辐射线偏振波。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
(c)由设置在所述第二基板的后表面的一部分处或整个后表面处的反射板反射从所述第一辐射器辐射的圆偏振波；和
(d)由所述反射板辐射所述线偏振波。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二辐射器接收从所述第一辐射器辐射的圆偏振波，将接收的所述圆偏振波转换为线偏振波，并且将已转换的所述线偏振波在步骤(d)中辐射。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括由设置在所述第一基板的前表面的一部分处或整个前表面处的辅助辐射器产生线偏振波。
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