CN102396110A - 具有端点短路的辐射体的使用耦合匹配的宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种使用耦合匹配的天线，其中辐射器的端点被短路。该天线包括第一导电部件，与接地部电连接；第二导电部件，与馈电部分电连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离；以及第三导电部件，从所述第一导电部件延伸并并其端点与接地部连接，以辐射RF信号。其中，所述第一导电部件和第二导电部件具有预定长度，以产生行波并实现足够耦合。所述天线具有宽带特征同时保持小型化特征。所述天线的频率特性不因如手影响和头影响的外部因素而显著改变。

Description

具有端点短路的辐射体的使用耦合匹配的宽带天线
技术领域
本发明的示范实施例涉及一种天线，尤其涉及一种用于实现阻抗匹配的宽带天线。
背景技术
在目前的移动终端中存在允许用户通过单个终端接入不同频带的移动通信业务的功能需求。也就是，用户根据需要利用一个终端可以在各种频带的移动通信业务中同时使用多频带信号，所述移动通信业务例如为在韩国商业化的基于824-894MHz频带的CDMA业务和基于1750-1870MHz频带的PCS业务、在日本商业化的基于832-925MHz频带的CDMA业务、在美国商业化的基于1850-1990MHz频带的PCS业务、在欧洲和中国商业化的基于880-960MHz频带的GSM业务、以及在欧洲部分地区商业化的基于1710-1880MHz频带的DCS业务。
此外，还需要复合终端允许使用诸如蓝牙、紫峰(Zigbee)、无线局域网(WLAN)、GPS等业务。在使用多频带业务的这种类型的终端中，需要能够在两个或更多所需频带工作的多频带天线。在移动终端中常用的天线包括螺旋天线(helical antenna)和平面倒F天线(Planar Inverted FAntenna：PIFA)。
其中，螺旋天线是一种固定在终端上端的外接天线，并与单极天线一同使用。在螺旋天线与单极天线一同使用的设置中，从终端的主体延伸出(extended)天线则允许该天线用作单极天线，而收起(Retracted)天线则允许该天线用作λ/4螺旋天线。虽然这种天线具有高增益的优势，但是其无方向性导致不理想的SAR特性，该SAR特性形成对人体的电磁辐射危害程度的标准。此外，由于螺旋天线形成为向终端的外部突出，所以难以将终端的外型设计成美观且适于携带，除此之外对天线的内置结构的研究较少。
为了克服这些缺点，倒F天线是一种设计成具有小型结构的天线。倒F天线具有方向性，且在辐射部件感应的电流产生波束时，朝向地面的束流可被再感应到天线以形成朝向人体的另一束流，由此提高SAR特性并增强辐射部件感应的波束密度。倒F天线还作为矩形微带天线工作，在这种矩形微带天线中矩形板状辐射部件的长度减半，由此可以实现小型结构。
由于倒F天线具有方向性辐射特性，所以相比螺旋天线，倒F天线具有出色的电磁辐射吸收率。但是，倒F天线具有窄频带宽，因此难以设计在多频带工作的天线。
此外，倒F天线还具有其频率特性由于如手影响或头影响的外部因素而容易改变的缺陷。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种实现宽带特征同时保持小型化特征的天线。
本发明的另一目的是提供一种通过耦合匹配实现宽带特征的天线。
本发明的又一目的是提供一种其频率特征较少因如手影响或头影响的外部因素而改变的天线。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的方案提供一种使用耦合方法的宽带天线，包括：第一导电部件，与接地部电连接；第二导电部件，与馈电部分电连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离；以及第三导电部件，从所述第一导电部件延伸并且其端点与接地部连接，以辐射RF信号，其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件具有预定长度，以产生行波并实现足够耦合。
所述第一导电部件和所述第二导电部件用作阻抗匹配/馈电部件，并且通过在所述阻抗匹配/馈电部分中产生的耦合实现阻抗匹配。
所述第一导电部件连接到的接地部与所述第三导电部件的端点连接到的接地部为共用的接地部。
根据所述第一导电部件的长度和所述第三导电部件的长度决定辐射频率，并且所述第一导电部件的电长度和所述第三导电部件的电长度设定为0.5倍波长(λ/2)
所述宽带天线还包括第四导电部件，与接地部连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离并用作另一频带的辐射体。
本发明的另一方案提供一种使用耦合方法的宽带天线，包括：第一导电部件，与接地部电连接；第二导电部件，与馈电部分电连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离；以及第三导电部件，从所述第一导电部件延伸并其端点与接地部连接，以辐射RF信号，其中，在所述第一导电部件和所述第二导电部件形成有向所述第一导电部件和所述第二导电部件之间突出的多条开口短柱。
从所述第一导电部件和第二导电部件突出的多条开口短柱彼此啮合。
所述开口短柱具有部分不同的宽度和部分不同的长度。
有益效果
本发明的几个方案能够提供实现宽带特征同时保持小型化特征的天线，并且其频率特征较少因如手影响或头影响的外部因素而改变。
附图说明
图1示出根据本发明第一示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路；
图2示出根据本发明第一示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路；
图3示出根据本发明第二示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路；
图4示出根据本发明第二示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路；
图5示出根据本发明第三示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路；
图6示出根据本发明第三示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路；
图7示出根据本发明第四示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路；以及
图8示出根据本发明第四实施例的天线的S11参数。
具体实施方式
以下将参照附图详细地描述根据本发明实施例的使用耦合方法的宽带天线。
图1示出根据本发明第一示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路。图2示出根据本发明第一示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路。
在图1中，本实施例的宽带天线可以包括与接地部电连接的第一导电部件100、与馈电部分电连接的第二导电部件102以及从所述第一导电部件100延伸出的第三导电部件104。
与接地部连接的第一导电部件100和与馈电部分连接的第二导电部件102之间形成有特定间隙。理想的是，第一导电部件100与第二导电部件102是平行的，但这样的排列不是必须的。第一导电部件100和第二导电部件102用作阻抗匹配/馈电部分130。
阻抗匹配/馈电部分130执行阻抗匹配和耦合馈电。在阻抗匹配/馈电部分130中的第一导电部件100与第二导电部件102之间产生行波，并且预定量的电能通过耦合从第二导电部件102馈送到第一导电部件100。
为了在阻抗匹配/馈电部分130中实现用于宽带的阻抗匹配，则在第一导电部件100与第二导电部件102之间必须执行足够的耦合。为了获得足够的耦合，第一导电部件100和第二导电部件102必须确保具有指定的长度。当导电部件100和102具有较大的长度时，可以实现较宽的频带。
第三导电部件104从与耦合匹配相关的第一导电部件100延伸出，并第三导电部件104用作辐射体。如图1和图2中所示，用作辐射体的第三导电部件104的端点与接地部电连接，从而第三导电部件104用作环形辐射体。由于天线的辐射频率由第一导电部件100和第三导电部件104的长度决定并且第三导电部件104用作环形辐射体，因此第一导电部件100和第三导电部件104的长度可以具有所用频率对应的波长(λ)的约0.5倍。
如图1和图2所示，在利用端点被短路的环形辐射体执行耦合匹配以及耦合馈电的情况下，天线在手影响和头影响方面表现出色，并且获得优秀的宽带特征。
在图2中，第一导电部件100与基板200上形成的接地部电连接，并且第二导电部件102与馈电线电连接。理想的是，第三导电部件104的端点连接到的接地部为第一导电部件100也连接到的共用的接地部。
另一方面，图2中的天线中所包括的第一导电部件100、第二导电部件102和第三导电部件104可以组合在天线的载体上。
图3示出根据本发明第二示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路。图4示出根据本发明第二示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路。
在图3和图4中，本实施例的天线可以包括与接地部电连接的第一导电部件300、与馈电部分电连接的第二导电部件302、从第一导电部件300延伸出的第三导电部件304、以及从第一导电部件300和第二导电部件302突出的多条开口短柱(open stub)310。这里，第三导电部件304的端点被短路。
在图3和图4中所示的第二实施例的天线中，与第一实施例不同的是，从第一导电部件300和第三导电部件302突出的多条开口短柱310用作导电部件300与导电部件302之间的阻抗匹配/馈电部分330。图3和图4示出具有矩形形状的开口短柱310，但是本领域技术人员显而易见的是开口短柱310可以具有其他形状。
如上所述，当第一导电部件300和第二导电部件302具有较大长度时，可以获得较宽频带，这意味着通过增加第一导电部件300与第二导电部件302之间的电容因素可以获得用于较宽频带的阻抗匹配。因此，当第一导电部件300与第二导电部件302之间的距离被短路时也可以获得用于宽带的阻抗匹配。
在图3和图4中，从第一导电部件300和第二导电部件302突出的开口短柱310增加了第一导电部件300和第二导电部件302的电长度，因此尽管导电部件300和302具有有限长度，但也可以执行用于宽带的阻抗匹配。
如图4所示，当多条开口短柱310从第一导电部件300和第二导电部件302以彼此啮合的方式突出时，第一导电部件300与第二导电部件302之间的距离可以减小，从而在耦合匹配期间可以获得较大的电容值，并且可以获得用于较宽频带的阻抗匹配。
也就是，具有从第一导电部件和第二导电部件突出的彼此啮合的多个开口短柱的结构不仅充分增加了第一导电部件和第二导电部件的电长度，还减小了第一导电部件与第二导电部件之间的距离，从而可以获得较长的电长度以及较大的电容因素，以允许仅利用有限的尺寸实现用于较宽频带的阻抗匹配。
第三导电部件304从与耦合匹配相关的第一导电部件300延伸出，并第三导电部件304用作辐射体。如图3和图4所示，用作辐射体的第三导电部件304的端点与接地部电连接，从而第三导电部件304用作环形辐射体。由于天线的辐射频率由第一导电部件300和第三导电部件304的电长度决定并且第三导电部件304用作环形辐射体，因此第一导电部件300和第三导电部件304的长度可以具有使用频率对应的波长(λ)的约0.5倍。
图5示出根据本发明第三示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线的概念结构，其中辐射体的端点被短路。图6示出根据本发明第三示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路。
在图5和图6中，根据第三实施例的天线可以包括与接地部电连接的第一导电部件500、与馈电部分电连接的第二导电部件502、从第一导电部件500延伸出的第三导电部件504、从第一导电部件500突出的多条第一开口短柱510以及从第二导电部件502突出的多条第二开口短柱510。
在图5和图6中所示的第三实施例中从第一导电部件500和第二导电部件502突出的开口短柱510和512的形状与第二实施例中的形状不同。在第二实施例中，从导电部件300和302突出的开口短柱301具有相同的宽度和长度。换句话说，在第二实施例中的开口短柱310互相一致地形成，而在第三实施例中的开口短柱510和512不一致地形成。
在图5和图6中，从第一导电部件500突出的第一开口短柱510可被结构化成宽度和长度增加然后再减小，并且从第二导电部件502突出的第二开口短柱512也被结构化成宽度和长度增加然后再减小。
如上所述，根据从导电部件500和502突出的开口短柱510和512的宽度和长度的变化，使用于耦合的电容值也可以改变。在第一导电部件500和第二导电部件502之间的电容因素被多样化的情况下，可以获得用于较宽频带的阻抗匹配。
在图5和图6中所示的开口短柱510和512的结构仅是一个例子，本领域技术人员显而易见，开口短柱510和512的宽度和长度可以有各种改变。例如，仅第一开口短柱510的宽度改变而不改变第一开口短柱的长度。或者，可以仅改变第一开口短柱510和第二开口短柱512之一的宽度或长度。
图7示出根据本发明第四示范实施例的使用耦合方法的宽带内置天线，其中辐射体的端点被短路。
在图7中，本实施例的天线可以包括与接地部电连接的第一导电部件700、与馈电部分电连接的第二导电部件702、从第一导电部件700延伸出的第三导电部件704、从第一导电部件700和第二导电部件702突出的开口短柱710、以及与第一导电部件700间隔预定距离并与接地部电连接的第四导电部件750。
与第二实施例相比，第四实施例的天线进一步包括第四导电部件750，并且第四导电部件750用作第二辐射体。在图7中，第四导电部件750邻近第一导电部件700，并且预定量的电能通过耦合方法从第一导电部件700馈送到第四导电部件750。另一方面，本领域技术人员显而易见的是，第四导电部件750可以邻近第二导电部件702，并且一定量的电能通过耦合方法从第二导电部件702馈送到第四导电部件750，由此输出RF信号。
与用作第一辐射体的第三导电部件704相比，用作第二辐射体的第四导电部件750以更高的频带发射RF信号。
图8是示出根据本发明第四实施例的天线的S11参数的视图。
如图8中所示，在1GHz的低频带，由端点接地的第三导电部件形成谐振带。这里，由于第一导电部件与第二导电部件之间的耦合，天线具有宽带特征。在大约2GHz高频带中，根据第三导电部件的复谐振和根据第四导电部件的谐振组合，即，产生双谐振，从而可以获得宽带特征。

Claims (10)

1.一种使用耦合方法的宽带天线，包括：
第一导电部件，与接地部电连接；
第二导电部件，与馈电部分电连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离；以及
第三导电部件，从所述第一导电部件延伸并且其端点与接地部连接，以辐射RF信号，
其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件具有预定长度，以产生行波并实现足够耦合。
2.根据权利要求1所述的宽带天线，其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件用作阻抗匹配/馈电部件，并且通过在所述阻抗匹配/馈电部分中产生的耦合实现阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的宽带天线，其中，所述第一导电部件连接到的接地部与所述第三导电部件的端点连接到的接地部为共用的接地部。
4.根据权利要求1所述的宽带天线，其中，根据所述第一导电部件的长度和所述第三导电部件的长度决定辐射频率，并且所述第一导电部件的电长度和所述第三导电部件的电长度设定为0.5倍波长(λ/2)。
5.根据权利要求1所述的宽带天线，还包括：
第四导电部件，与接地部连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离并用作另一频带的辐射体。
6.一种使用耦合方法的宽带天线，包括：
第一导电部件，与接地部电连接；
第二导电部件，与馈电部分电连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离；以及
第三导电部件，从所述第一导电部件延伸并其端点与接地部连接，以辐射RF信号，其中，在所述第一导电部件和所述第二导电部件形成有向所述第一导电部件和所述第二导电部件之间突出的多条开口短线。
7.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，从所述第一导电部件和所述第二导电部件突出的多条开口短线彼此啮合。
8.根据权利要求7所述的宽带天线，其中，所述多条开口短线具有一致的宽度和一致的长度。
9.根据权利要求7所述的宽带天线，其中，所述多条开口短线具有部分不同的宽度和部分不同的长度。
10.根据权利要求6所述的宽带天线，还包括：
第四导电部件，与接地部连接并且与所述第一导电部件间隔预定距离并用作另一频带的辐射体。
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