CN102414918A - 使用电气回路型信号线的宽带天线 - Google Patents

使用电气回路型信号线的宽带天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种宽带天线，该天线可以包括：基片；阻抗匹配/馈电单元，设置在所述基片上并包括第一匹配部件和第二匹配部件，用于通过耦合方法进行阻抗匹配；辐射部件，电连接于所述阻抗匹配/馈电部；以及信号线，电连接于所述第二匹配部件。此处，所述信号线被形成为电气回路的形式。

Description

使用电气回路型信号线的宽带天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及使用电气回路型信号线的宽带天线。
背景技术
目前，对于多频带业务有了很大需求，用于服务于多个频带。对能够提供使用多种频带的移动通信终端在存在需求，例如，已经在韩国商业化的824～894MHz频段的CDMA业务和1750～1870MHz的PCS业务，已经在日本商业化的832～925MHz频段的CDMA业务，已经在美国商业化的1850～1990MHz频段的PCS业务，已经在欧洲和中国商业化的880～960MHz频段的GSM业务，以及已经在部分欧洲商业化的1710～1880MHz频段的DCS业务。除了这些以外，还对能够使用蓝牙、紫蜂(ZigBee)、无线局域网(WLAN)、GPS等业务的复合终端存在需求。
为了支持这种多频带业务，移动通信终端应当配备有能够在前述频带中运行的多频带天线。通常，对于支持多频带业务的天线，主要使用螺旋天线及平面倒F天线(Planar Inverted F Antenna，简称：PIFA)。
所述螺旋天线为装设于终端顶端的外部天线，并与单极天线共同使用。此处，螺旋与单极天线的结合使用使得如果天线延伸到终端之外，则作为单极天线，如果收缩，则作为λ/4螺旋天线。
这种天线具有高增益的优点，但由于其不具有方向性，且特殊吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)不好，该SAR是用于评价电磁波对人体损害水平的标准。而且，由于螺旋天线被制造为突出终端以外，因此不容易提供美观的外表以及适用于终端移动性的外部设计。
所述倒F天线是一种被设计为具有小轮廓结构的天线，以克服这种缺点。更具体地，在倒F天线中，在从辐射器辐射出的波束中，朝地表面输出的波束被地表面反射回辐射器。结果，发往人体的波束可能会减少，相应地，SAR得到改进。而且，由于波束被地表面反射回辐射器，从而可以改进从辐射器发出的波束的方向性。结果，可以将方形的平板辐射器的长度减小一半，相应地，可以实现小轮廓结构，作为方形的微带天线运行。
所述倒F天线具有改进的方向性的优点，但是在服务多个频带时会产生窄频带的问题。
因此需要一种能够克服倒F天线的窄带特征缺点且具有小轮廓结构的天线，以便稳定地在多频带中运行。
发明内容
技术问题
本发明的目的是通过利用耦合方法的阻抗匹配/馈电部提供具有宽带特征的天线。
本发明的另一目的是使信号线具有足够面积且具有电气回路的形式，从而提供能够改进在低频带和高频带中阻抗匹配的宽带天线。
技术方案
为了实现上述的目的，本发明一实施例提供一种宽带天线，包括：基片；阻抗匹配/馈电部，设置在所述基片上且包括第一匹配部件和第二匹配部件，用于通过耦合方法进行阻抗匹配；辐射部件，电连接于所述阻抗匹配/馈电部；以及信号线，电连接于所述第二匹配部件。此处，所述信号线具有电气回路的形式。
所述第一匹配部件电气接地，且所述阻抗匹配/馈电部与所述信号线耦合。
所述信号线包括：第一信号部，平行于所述第二匹配部件且与该第二匹配部件进行耦合；第二信号部，垂直于所述第二匹配部件且电连接于所述第一信号部，并且与所述阻抗匹配/馈电部进行耦合；以及第三信号部，具有预定长度且电连接于所述第二信号部，其中，所述信号线在高频带中产生双重共振。
所述天线进一步包括：至少一个第一突出部，从所述第一匹配部件突出；以及至少一个第二突出部，从所述第二匹配部件突出。此处，所述第一突出部及所述第二突出部彼此分离，且部分所述第一突出部及所述第二突出部以不同的距离相分离。
所述第一匹配部件及所述第二匹配部件中的至少一个具有弯曲的结构。
本发明另一实施例提供一种宽带天线，包括：基片；阻抗匹配/馈电部，设置在所述基片上，该阻抗匹配/馈电部包括第一匹配部件及第二匹配部件，用于通过耦合方法进行阻抗匹配；辐射部件，电连接于所述阻抗匹配/馈电部；以及信号线，电连接于所述第二匹配部件。此处，所述信号线进一步包括：第一信号部，电连接于所述第二匹配部件；以及第二信号部，朝向与所述第二匹配部件相交的方向并电连接于所述第一信号部。
所述信号线进一步包括第三信号部，该第三信号部具有预定长度且电连接于所述第二信号部；其中，所述第二匹配部件与所述第一信号部进行耦合，所述阻抗匹配/馈电部与所述第二信号部进行耦合，且所述信号线具有电气回路的形式且在高频带中产生双重共振。
所述天线进一步包括：至少一个第一突出部，从所述第一匹配部件突出；以及至少一个第二突出部，从所述第二匹配部件突出，其中，所述第一突出部及所述第二突出部彼此分离，并且所述第一突出部及所述第二突出部以不同的距离相分离。
所述第一匹配部件与所述第二匹配部件之间的距离部分不相同。
所述第一匹配部件及所述第二匹配部件中的至少一个具有弯曲的结构。
所述辐射部件从所述第一匹配部件延伸，并通过耦合方法被从所述第二匹配部件馈电。
技术效果
本发明所述宽带天线通过使用阻抗匹配/馈电部进行耦合匹配，从而具有宽带特征的优点。
另外，本发明所述天线的阻抗匹配/馈电部的匹配部件具有突出部，因此不仅可以增加电容，而且还可以使电容多样化。因此，所述天线可以较少地受到例如由手效应等的外部因素的影响。
进一步地，由于电连接于所述天线的阻抗匹配/馈电部的信号线具有足够的面积并采用电气回路的形式，因此所述天线提供了改进在高频带及低频带中阻抗匹配且实现宽带的优点。
附图说明
图1为显示根据本发明实施例所述宽带天线的图。
图2为显示根据本发明实施例所述突出部的各种结构的图。
图3为显示根据本发明第一实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图4为显示根据本发明第二实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图5为显示根据本发明第三实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图6为显示根据本发明第四实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图7为显示根据本发明第五实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图8为显示根据本发明第二实施例所述宽带天线的图。
具体实施方式
由于本发明允许多种变化及多个实施例，具体的实施例将被表示在附图中并被详细介绍。然而，这并未试图将本发明限定到具体的实践模式，且较佳的是，全部变化、等价物和替代物没有脱离本发明的精神和技术范围并包含在本发明中。在描述附图时，同样的参考编号对应于相同的组件。
当组件被描述为“连接”或“接合”于另一组件时，应当认为两个组件能够彼此直接连接或直接接合，但也可以在中间包括一个或多个组件。另一方面，当组件被描述为“直接连接”或“直接接合”于另一组件时，应当认为中间没有其他组件。
本说明书中使用的概念仅仅用于描述具体的实施例，而没有试图限定本发明。单数所用的表达包含了复数的表达，除非它在上下文中清楚地具有不同含义。在本说明书中，应当理解所述概念“包括”或“具有”等试图表明在公开的说明书中存在特征、数据、步骤、行为、组件、部分或他们的组合，并不试图排除一个或多个特征、数据、步骤、行为、组件、部分或他们的组合的可能性存在或可以被增加。
除非有相反的定义，此处所用的全部概念，包括技术和科学概念与本发明所属技术领域的技术人员的通常理解相一致。具有与通常使用的字典中所定义的相同含义的概念应当被理解为对应于现有技术背景中所使用的概念具有相同的含义，而不被理解为具有唯心主义或过于形式主义的含义，除非在本说明书中进行了清楚地定义。
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
图1为显示根据本发明实施例所述宽带天线的图，图2为根据显示本发明实施例所述突出部的各种结构的图。
根据本发明实施例的所述天线可以为具有宽带特征的天线以服务于多频带，能够安装于例如移动通信终端内部，并能够支持这种业务频带，如GSM、WCDMA等。尤其是，所述天线能够改进低在频带和高频带中的阻抗匹配(impedance matching)，并能够在高频带中实现宽带特征，将在如下进行说明。
参见图1，本实施例所述天线包括：基片100、辐射部件102、阻抗匹配/馈电部104和信号线106。
所述基片100由个有预定介电常数的介电材料制成。
所述辐射部件102电连接于所述阻抗匹配/馈电部104，当通过阻抗匹配/馈电部104馈电预定量的电功率时，输出具体的辐射图。然而，所述辐射部件102并不限于图1中的结构，并且可以以各种方式进行更改而没有任何限制，只要它电连接于阻抗匹配/馈电部104即可。例如，所述辐射部件中及其本身具有能够实现多频带的结构。
所述阻抗匹配/馈电部104通过耦合方法提高了频带，以便解决所述倒F天线的窄频带问题。
该阻抗匹配/馈电部104设置在基片100上，并且包括：电气接地的第一匹配部件110、电连接于所述信号线106的第二匹配部件112、至少一个第一突出部114以及至少一个第二突出部116。
所述第一匹配部件110通过耦合方法被从所述第二匹配部件112馈电。此处，由于所述辐射部件102电连接于所述第一匹配部件110，通过耦合方法被馈电的所述电功率被转移到辐射部件102，结果从辐射部件102输出具体的辐射图。
所述第二匹配部件112电连接所述信号线106，并将由信号线106提供的RF信号(电功率)经第一匹配部件110传输给辐射部件102。
所述第一突出部114从所述第一匹配部件110突出，且所述第二突出部116从所述第二匹配部件112突出。
由于这些突出部114和116，使得匹配单元110与112之间的距离变小，从而能够比没有突出部114和116时获得更大的电容。据此，可以使用天线的移动通信终端较少地受到例如由手效应(Hand effect)等的外部因素的影响。
根据本发明一实施例，所述第一突出部114之间的距离与所述第二突出部116之间的距离可以相等，然而如图2显示，所述距离可以部分不同。当某些距离不同时，所述匹配元件110与112之间的电容可能在不同部分有所不同。换句话说，阻抗匹配/馈电部104的电容变得多样化，从而使宽带匹配成为可能。
根据本发明的另一实施例，可以使所述突出部114和116不从相应的匹配元件110和112突出；可以使所述第一突出部114从第一匹配部件110突出而令所述第二突出部116不从第二匹配部件112突出。当然，相反地，也可以使第二突出部116从第二匹配部件112突出而令所述第一突出部114不从所述第一匹配部件110突出。
根据本发明的又一实施例，如图2(A)所示，一些突出部114和116的宽度可以不同，或者如图2(B)所示，一些突出部114和116的长度可以不同。结果，在突出部114和116之间的距离部分不同，阻抗匹配/馈电部104的电容变得多样化。当然，实现这种多样化的方式可以为使全部第二突出部116为相同的长度，而使部分第一突出部114为不同的长度。
根据本发明的另一实施例，如图2(C)所示，所述突出部114和116可以为除方形以外的其他形式。
换句话说，所述阻抗匹配/馈电部104的结构以各种方式进行更改，只要耦合方法用于使电容多样化。
从匹配的观点来审视上述阻抗匹配/馈电部104的结构，所述第一匹配部件110和第二匹配部件112通过互动实现耦合阻抗匹配。此处，当第一匹配部件110和第二匹配部件互动时，是电容而非电感为耦合阻抗匹配起主要因素。为了使电容更大，如图1所示利用突出部114和116是更佳的。
如上所述，辐射部件102电连接于第一匹配部件110。而且，在辐射部件102与第一匹配部件110之间进行耦合，且相应地，所述辐射部件102与第一匹配部件110之间的距离c对于决定耦合量非常重要。此处，所述天线的频带可以通过辐射部件102的长度和阻抗匹配/馈电部104的长度进行设定。
例如，如图1所示，所述信号线106电连接于所述第二匹配部件112并被形成为电气回路(Electrical Loop)。具体地，由于所述信号线106的一端连接于所述第二匹配部件112，所述第一匹配部件110接地，则所述信号线106的一端通过匹配部件110和112的耦合电气接地。而且，由于所述信号线106的另一端连接于馈电点，则所述馈电点通过信号线106接地。换句话说，所述信号线106被形成为电气回路的形式。
该信号线106包括：第一信号部120、第二信号部122以及第三信号部124。
例如，如图1所示，所述第一信号部120电连接于所述第二匹配部件112，并被设置为与所述第二匹配部件112平行。此处，在所述第一信号部120与第二匹配部件112之间进行耦合，且相应地，所述第一信号部120与所述第二匹配部件112之间的距离c对于决定耦合量非常重要。
所述第二信号部122电连接于所述第一信号部120，例如垂直于所述第二匹配部件112，并与所述阻抗匹配/馈电部102进行耦合。相应地，所述第二信号部122与阻抗匹配/馈电部102之间的距离c对于决定耦合量非常重要。
所述第三信号部124电连接所述第二信号部122且电连接所述馈电点。
总之，根据本实施例所述天线通过使用耦合方法的阻抗匹配/馈电部104的方式使电容多样化，并且实现多频带和宽带。
而且，如图1所示，所述信号线106具有电气回路的形式，因此改进了在低频带和高频带中的阻抗匹配，并在高频带提供了宽带特征，将在如下进行说明。
尽管上述并未提及，但当实现宽带和阻抗匹配时，不仅仅是信号线106的长度重要，而且其宽度也很重要。该信号线106的长度和宽度按照要实现的天线的频带和阻抗特征决定是优选的。
以下参照附图对本实施例所述天线的阻抗匹配和带宽特征进行详细说明。
图3为显示根据本发明第一实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
与本发明的天线不同，图3(A)所示第一天线具有直接连接于所述第二匹配部件302的信号线304.
检查所述第一天线的S11特征曲线302以及图1所示本实施例所述天线的S11特征曲线300，如图3(B)所示，可以确认本实施例所述天线在低频带和高频带中具有比所述第一天线更尤异的阻抗匹配特征。而且，检查高频带，可以确认在本实施例所述天线中发生了双重共振，因此带宽更宽。
换句话说，本实施例所述天线通过将信号线106形成为电气回路从而获得足够面积(长度和宽度)，因此在低频带和高频带中改进了阻抗匹配特征且在高频带中实现了宽带。
图4为显示根据本发明第二实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
在图4(A)所示第二天线的信号线106中，所述第三信号部124的一端直接连接于所述第一信号部120。
检查该第二天线的S11特征曲线402及图1所示天线的S11特征曲线400，如图3(B)所示，可以确认图1所示天线在低频带和高频带中具有比所述第二天线更尤异的阻抗匹配特征。这是由于当信号线106被形成为电气回路时，Q值随着某些频带中的能量密度而增加。
而且，检查所述高频带，可以确认本实施例所述天线中发生了双重共振，因此带宽更宽。
换句话说，本实施例所述天线具有更优的阻抗匹配特征和带宽特征。
图5为显示根据本发明第三实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图5(A)所示的第三天线为本发明所述天线的修改例，其中，阻抗匹配/馈电部104与第二信号部122之间的距离b大于图1所示天线的相应距离。
在此情况中，检查第三天线的S11特征曲线502及图1所示天线的S11特征曲线500，如图5(B)所示，可以确认图1所示天线在高频带中具有比所述第三天线更尤异阻抗匹配特征。这是因为图1所示天线中的阻抗匹配/馈电部104和第二信号部122之间的距离小于第三天线的相应距离，从而使更大的耦合量馈电给阻抗匹配/馈电部104。
图6为显示根据本发明第四实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图6(A)所示第四天线为本发明所述天线的修改例，其中，所述第二匹配部件112与第一信号部120之间的距离a大于图1所示天线的相应距离。
在此情况中，检查第四天线的特征曲线602及图1所示天线的11特征曲线600，如图6(B)所示，可以确认图1所示天线在高频带实现了比所述第四天线更大的宽带。这是由于图1所示天线中的第二匹配部件112和第二信号部122之间的距离小于所述第四天线的相应距离，从而使更大的耦合量馈电给所述阻抗匹配/馈电部104。
图7为显示根据本发明第五实施例所述天线的阻抗匹配和频带特征的图。
图7(A)所示第五天线为本发明所述天线的修改例，其中，第一匹配部件110与辐射部件102之间的距离c大于图1所示天线中的相应距离。
在此情况中，检查第五天线的特征曲线702及图1所示天线的S11特征曲线700，如图7(B)所示，可以确认图1所示天线与第五天线相比改进了阻抗匹配并在高频带中实现了宽带。这是因为图1所示天线的第一匹配部件110与辐射部件102之间的距离小于所述第五天线的相应距离，从而将更大的耦合量馈电给辐射部件102。
总之，检查上述实施例表明在低频带和高频带中的阻抗匹配得到了改进，且在高频带中实现了宽带，这是因为通过将距离a、b和c设定为较小值从而提高了耦合量。
图8为显示根据本发明第二实施例所述宽带天线的图。
参见图8，本实施例所述宽带天线包括基片800、辐射部件802、阻抗匹配/馈电部804及信号线806。
由于除了所述阻抗匹配/馈电部804以外的其他组件与第一实施例类似，因此省略了其说明。
所述阻抗匹配/馈电部804的第一匹配部件810和第二匹配部件812不具有突出部。然而，部分第一匹配部件810弯曲且第二匹配部件812也对应于第一匹配部件810弯曲。结果，第一匹配部件810与第二匹配部件812之间的距离并不是始终如一的，相应地，使电容的多样化变为可能。
以上，各个匹配部件810和812分别具有一个弯曲部，但也可以分别具有两个或更多的弯曲部。换句话说，所述阻抗匹配/馈电部804的匹配部件810和812的弯曲结构可以各种方式进行更改，而不做特别限定。
根据本发明的又一实施例，所述阻抗匹配/馈电部804的结构可以被设计为不同，以便在第一匹配部件810和第二匹配部件812设定不同的距离。例如，所述第二匹配部件812可以相对于所述第一匹配部件810形成角度。
如上所述，本发明实施例所述天线通过各种方式使电容多样化，例如通过将阻抗匹配/馈电部804的匹配部件810和812之一或二者进行弯折，并将他们设置在一定角度。较佳地，可以以天线具有大电容的形式实现所述阻抗匹配/馈电部804。
尽管上述并未提及，所述第一实施例和第二实施例的天线除了第一辐射部件以外还可以进一步包括电连接第一匹配部件的第二辐射部件。
所述第二辐射部件可以直接连接于信号线，或者可以通过耦合方法被从信号线馈电而电气接地。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种宽带天线，包括：
基片；
设置在所述基片上的阻抗匹配/馈电部，该阻抗匹配/馈电部包括第一匹配部件和第二匹配部件，用于通过耦合方法进行阻抗匹配；
辐射部件，电连接于所述阻抗匹配/馈电部；以及
信号线，电连接于所述第二匹配部件，
其中，所述信号线具有电气回路的形式。
2.根据权利要求1所述的宽带天线，其中，所述第一匹配部件电气接地，且所述阻抗匹配/馈电部与所述信号线耦合。
3.根据权利要求2所述的宽带天线，其中，所述信号线包括：
第一信号部，平行于所述第二匹配部件且与该第二匹配部件进行耦合；
第二信号部，垂直于所述第二匹配部件且电连接于所述第一信号部，并且与所述阻抗匹配/馈电部进行耦合；以及
第三信号部，具有预定长度且电连接于所述第二信号部，
其中，所述信号线在高频带中产生双重共振。
4.根据权利要求3所述的宽带天线，其中，所述天线进一步包括：
至少一个第一突出部，从所述第一匹配部件突出；以及
至少一个第二突出部，从所述第二匹配部件突出，
其中，所述第一突出部及所述第二突出部彼此分离，且部分所述第一突出部分及所述第二突出部以不同的距离相分离。
5.根据权利要求1所述的宽带天线，其中，所述第一匹配部件及所述第二匹配部件中的至少一个具有弯曲的结构。
6.一种宽带天线，包括：
基片；
设置在所述基片上的阻抗匹配/馈电部，该阻抗匹配/馈电部包括第一匹配部件及第二匹配部件，用于通过耦合方法进行阻抗匹配；
辐射部件，电连接于所述阻抗匹配/馈电部；以及
信号线，电连接于所述第二匹配部件，
其中，所述信号线进一步包括：
第一信号部，电连接于所述第二匹配部件；以及
第二信号部，朝向与所述第二匹配部件相交的方向并电连接于所述第一信号部。
7.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，所述信号线进一步包括第三信号部，该第三信号部具有预定长度且电连接于所述第二信号部；
其中，所述第二匹配部件与所述第一信号部进行耦合，所述阻抗匹配/馈电部与所述第二信号部进行耦合，且所述信号线具有电气回路的形式且在高频带中产生双重共振。
8.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，所述天线进一步包括：
至少一个第一突出部，从所述第一匹配部件突出；以及
至少一个第二突出部，从所述第二匹配部件突出；
其中，所述第一突出部及所述第二突出部彼此分离，并且所述第一突出部及所述第二突出部以不同的距离相分离。
9.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，所述第一匹配部件与所述第二匹配部件之间的距离部分不相同。
10.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，所述第一匹配部件及所述第二匹配部件中的至少一个具有弯曲的结构。
11.根据权利要求6所述的宽带天线，其中，所述辐射部件从所述第一匹配部件延伸，并通过耦合方法被从所述第二匹配部件馈电。
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