CN102544698B - 天线及传输或接收无线电信号中的至少一个的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线的制造方法，其天线包括一信号馈入结构、一天线导体以及一遮盖部。天线导体与信号馈入结构耦接，且天线导体内具有一开槽。遮盖部电容性地遮盖开槽的一机械开口端。
Description
技术领域
本发明是有关于一种天线，且特别是有关于一种用于无线传输或/和接收无线电信号的天线。
背景技术
用于无线收发器的天线需要具备轻、薄、短、小的特性。为了能够大量生产及降低成本，天线的设计已从应用在移动电话上的非平面天线例如为平面倒F型天线(PIFA)，变迁至平面PCB天线例如为单极天线。此外，芯片天线已普遍使用于小型的手持式无线装置。然而，相较与PCB天线，芯片天线仍具有效率和面积上的问题。
发明内容
本发明提供一种天线，其用于无线传输或/和接收无线电信号，本发明提供有关于用于无线传输或/和接收无线电信号的天线的一种以上的实施例。
本发明提供一种天线，包括一信号馈入结构、一天线导体以及一接地面的相应部。天线导体与信号馈入结构耦接，且天线导体内具有至少一开槽。接地面的相应部电容性地遮盖至少一开槽的一开口端。
本发明更提供一种天线，包括一信号馈入结构，一天线导体以及一相应遮盖部。天线导体与信号馈入结构耦接，且天线导体内具有至少一开槽。相应遮盖部电容性地遮盖至少一开槽于一机械开口端(mechanicallyopenend)。
本发明更提供一种方法，其用于传输或接收无线电信号，其方法包括馈入一第一信号至一天线导体，天线导体内形成至少一开槽，以及自天线导体发射第一信号。另外其方法包括接收一第二信号至天线导体，以及自天线导体馈入第二信号。具有一频谱的天线包括一第一频率响应，其对应天线的一长度，以及至少一第二频率响应，其对应至少一开槽的长度。
基于上述，本发明能够提供一个以上不同的实施例，且细节上各方面能够在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。
附图说明
图1为本发明的一实施例的天线包括具有开槽的天线导体的透视图。
图2为图1的天线包括具有开槽的天线导体的上视图。
图3为图1的天线包括具有开槽的天线导体的下视图。
图4为图1至3的天线的自一驱动电路的反射功率以频率为函数的图表。
图5为本发明的一实施例的天线的上视图。
图6为本发明的一实施例的天线的上视图。
图7为本发明的一实施例的使用具有开槽的天线传送一无线电信号的方法的流程图。
图8为本发明的一实施例的使用具有开槽的天线接收一无线电信号的方法的流程图。
具体实施方式
无线通信模块内被动元件的绝大部分的面积通常都被天线占用，故尽量减少天线的尺寸以及在无线装置的有限面积内将效率最大化已成为一种需求。与其它天线种类相较，单极天线占用的面积极小，尤其形成折迭、螺旋或河曲形状时会更为紧密。将一种与一驱动/接收电路至天线的天线阻抗匹配的匹配网络(亦为匹配电路)，连接至天线。匹配网络使用被动元件的一基板面。另外，单极天线的增益值以及频宽为固定值。
图1为本发明的一实施例的天线100包括具有开槽的天线导体105的透视图。天线100将使用的基板面积降到最小，不包含匹配的被动元件，且具有可调的增益值及频宽。图2及图3分别为图1的天线100包括具有开槽的天线导体105的上视图及下视图。
具有开槽的天线导体105为一折叠单极天体。天线导体105的总有效长度Lt(如图2)大约为要进行传输的天线100的波长的1/4。天线导体105与天线馈入线140连接的具有开槽的天线导体105的基底150上，开槽110具有一机械开口端(mechanicallyopenend)155，此为天线导体105内的一物理间隙。开槽110从机械开口端155沿着天线导体105的Lt的长度延伸Ls(如图2)的长度、于开槽110的一侧形成的天线导体105的部分156及于开槽110的另一侧形成的天线导体105的部分延伸的螺旋状部分157。部分延伸的螺旋状部分157靠近机械开口端155的部分为宽，远离开口端155的部分为窄。因此部分延伸的螺旋状部分157于远离开槽110的方向形成一个渐渐扁平的螺旋状。
接地面160形成于远离具有开槽的天线导体105位置的基板130的相对侧。接地面160的遮盖部170从接地面160延伸并与具有开槽的天线导体105于基底150重叠，将开槽110于基底150以电容性耦接电性遮盖。
开槽110两侧与遮盖部170之间形成的电容量大约取决于遮盖面积与具有开槽的天线导体105的开槽110两侧含接地面160及基板130的介电常数。考虑具有开槽的天线导体105侧边的边际电场及遮盖部170可得知开槽110两侧与遮盖部170之间形成的更精确的电容量近似值。电容性地遮盖开槽110于基底150时，电容性遮盖的开槽会形成一LC(或共振)电路。适当地选择开槽的长度Ls可决定开槽110的电感。适当地选择遮盖部170的尺寸、基板130的厚度及基板130的介电常数可决定电容量。因此，LC电路的频率为取决于上述选择的参数。选择一LC值其对应于以具有开槽的天线导体105的总长度Lt定义的波长，以增加天线100的增益值。选择一LC值其对应于一波长，此波长为以具有开槽的天线导体105的总长度Lt定义的波长的转移后的波长，以维持天线100的增益值和增加频宽。此外，开槽结构的等效LC电路也能够使一驱动/接收电路120匹配于具有开槽的天线导体105。
天线馈入线140与具有开槽的天线导体105的驱动/接收电路120连接于基板130上。驱动/接收电路120通过天线馈入线140驱动或接收信号至天线导体105。天线馈入线140被设计为锥形以使驱动电路匹配于天线100。
基板130为一电介质材料与本发明公开的多个实施例相符，且具有适合形成电容性遮盖开槽110于基底150的电容器的介电常数。适合的材料例如包括FR4、玻璃纤维PCB、铝、铍、陶瓷、玻璃、二氧化硅、硅、铁电材料例如PZT、弹性基板例如铁氟龙、聚酰亚胺PI、聚醚醚酮PEEK或聚酯纤维。另外，在一些实施例中，没有使用基板且以真空或额定气体将遮盖部170与具有开槽的天线导体105分隔。若分隔遮盖部170与具有开槽的天线导体105的间隙为非真空，则将填满分隔间隙而使遮盖部170与具有开槽的天线导体105分隔的气体包含空气、氮气及SF6。
在一些实施例中，具有开槽的天线导体105于基板130上形成。接地面160及遮盖部170在具有开槽的天线导体105上方形成。在具有开槽的天线导体105、接地面160及遮盖部170之间由以上所述的其中一种电介质材料形成一个绝缘体。以此方式，天线100于基板130的一侧形成。
具有开槽的天线导体105、天线馈入线140、遮盖部170与接地面160由一种导电材料制作并与本发明公开的多个实施例相符。导电材料包含金属材料如铝、铜、金、银、铬、镍、铅、锡、所述金属的合金或多层材料、高分子导电材料、导电浆料、低温或高温超导体材料。
图4为天线100的自一驱动/接收电路120的反射功率以频率为函数的图表400。X轴410为频率、单位为GHz，Y轴420为反射功率、单位为dB。由驱动/接收电路120馈入功率至具有开槽的天线导体105，天线100具有两个反射零点430、440。两个反射零点430、440对应于自天线100发射的射频。与反射零点430对应的是具有开槽的天线导体105的总长度Lt。与反射零点440对应的是没有被遮盖部170遮盖的开槽110的长度Lr及电容性地遮盖开槽110的电容。因此，具有开槽的天线100的总频宽将相比于不具有开槽的同样的天线为增加。
反射零点430与440是由天线100放射的功率提供自驱动/接收电路120造成。故具有开槽的天线导体105的单极部分和具有开槽的天线导体105的部分与开槽110皆发射无线电波。
当反射零点430的1/10的功率点位于反射零点440的1/10的功率点一样的频率时，天线100的频宽将增加至约两倍。若试图将反射零点430和440位于比相对的1/10的功率点距离更远时，可以产生具有两个分别传输频宽的天线。再者，若将反射零点430与440位于相差很远时，将会失去开槽110的匹配功能。
在一些实施例中，将反射零点430和440设计为重叠。若反射零点430和440设计实质上为重叠，则在零点的天线100的增益值相比于单极天线的增益值为增加。而且，此天线100的频宽相比于不具有开槽的天线导体为减少。
开槽110的长度Ls与本发明公开的多个实施例相符。在一些实施例中，开槽110的长度为1/16至1/8的波长其对应于天线100的传输或接收频率的波长。
遮盖部170在开槽110任意一侧上延伸，并沿着具有开槽的天线导体105的部分且在基板130的相对侧。在其它实施例中，遮盖部170也会在开槽110任意一侧沿着开槽110延伸。在其它实施例中，遮盖部170在具有开槽的天线导体105的基底150上的形状为能够提供与具有开槽的天线导体105的基底150及遮盖部170之间的电容量合适的值的一种形状。
接地面160具有足够大的尺寸以使具有开槽的天线导体105能够发射或接收信号。在一些实施例中，与具有开槽的天线导体105相应的接地面160形状及位置、遮盖部170及馈入线140为形状上或位置上与本发明公开的多个实施例相符。而且在一些实施例中，接地面160就如具有开槽的天线导体105于基板130的同侧形成或于基板130两侧形成。
在图1至3的实施例中，开槽110于具有开槽的天线导体105的基底150上一个机械开口端155上形成。在其它实施例中，开槽110的机械开口端155的位置并不在具有开槽的天线导体105的基底150上而位于沿着天线100的某一个距离上。与本发明公开的多个实施例相符的天线100的开槽110沿着天线100起始和结束的位置正是为本发明的公开范围内。
在图1至3的实施例中，天线100包括一单一开槽。在其它实施例中，多个开槽110由具有开槽的天线导体105形成，每个开槽110分别以不同的长度及电容性地遮盖的相应遮盖部170形成。在一些实施例中，各具有一机械开口端及电容性地遮盖的相应遮盖部的多个开槽110相互邻近的形成，亦邻近于具有开槽的天线导体105的基底150。例如：图5为天线300的上视图。天线300与天线100相似但具有一改良的天线导体305，改良的天线导体305除包括如图2的延伸的锥形螺旋状部分157、天线导体的部分156及开槽110以外，还包括一个额外的开槽310。开槽310具有一额外的机械开口端356。额外的开槽310是于天线导体305的部分156及额外的部分357之间形成。额外的开槽310的长度与开槽110的长度不同，因此可产生一个额外的反射零点其对应于一长度Lr2(如图5所示)。额外的开槽310被改良的遮盖部370电容性地遮盖。
在一些实施例中，多个开槽形成于沿着具有开槽的天线导体的不同位置，具有沿着具有开槽的天线导体105的不同位置上形成的多个不同的相应机械开口端，且开槽被相应遮盖部遮盖。
在多个开槽的实施例中，可选择各开槽的反射零点的频率以更拓宽天线100的频宽、增加天线的增益值或者产生天线的频宽和增益值皆增加的组合。与本发明公开的多个实施例相符的由相应遮盖部170形成的开槽长度及电容量的组合正是为本发明的公开范围内。
在一些实施例中，具有开槽的天线导体105具有折叠式单极天线以外的形状。在一些实施例中，具有开槽的天线导体为螺旋状、河曲状、直条状、曲折状或其它与本发明公开的多个实施例相符的形状。在上述形状形成的实施例中，具有开槽的天线导体105的总长度约为所需传输或接收频率的1/4。以上所述的形状天线的开槽自天线的基底沿天线长度并顺着天线形状的路径延伸一个距离Ls。因此，举例而言，一个河曲形状的天线具有顺着此河曲形状的天线的开槽。
在一些实施例中，馈入线并非为如图1所示的锥形，但是与本发明公开的多个实施例相符的其它形状。例如，馈入线具有常数宽度、指数函数形的锥形、多项式形的锥形或其它形状。如图1，馈入线140与具有开槽的天线导体105接触于基底150。在其它实施例中，馈入线140与具有开槽的天线导体105接触于与本发明公开的多个实施例相符的点，例如为自基底150且总长度Lt的1/4处。在一些实施例中，馈入线140利用电容耦合的方式与具有开槽的天线导体105耦接，举例而言，于基板的相对侧至具有开槽的天线导体105形成且被具有开槽的天线导体的部分遮盖以形成一个耦合电容。在其它实施例中，电容是由将馈入线140配置于与具有开槽的天线导体105相同的基板的同侧而形成，其中馈入线140的形成为仅靠近具有开槽的天线导体105但非接触。
图6为本发明的一其它实施例的天线500的上视图。天线500相似于天线100，拥有具有开槽的天线导体505和开槽510。接地面560与遮盖部570配置于与具有开槽的天线导体505相同的基板530的同一侧。为形成天线的基底550上的遮盖部的电容，遮盖部570形成位置为靠近在基底550围绕着开槽的金属且具有开槽的天线导体505与馈入线540连接的地方。在一些实施例中，在具有开槽的天线导体505的基底围绕着开槽510的遮盖部570的形状为能够提供具有开槽的天线导体505的基底与遮盖部570之间的适当的电容量的形状。如图6所示，遮盖部570沿开槽510的中央延伸，且没有与具有开槽的天线导体505接触。
在图1至3、5、6的实施例中，遮盖部与接地面是接触的。在一些实施例中，遮盖部与接地面并非接触但将开槽的机械开口端的两侧电容性地耦接。在一些具有多个开槽的实施例中，多个相应遮盖部并没有互相连接且也没有和接地面连接，但将开槽的相应机械开口端的两侧电容性地耦接。遮盖部连接至接地面的组合和遮盖部没有连接至接地面的组合与本发明公开的多个实施例相符的组合，正是为本发明的公开范围内。
图7为使用天线100传送一无线电信号的方法的流程图600。此方法的由步骤610开始并继续步骤620。
在步骤620中，将一个信号由驱动/接收电路120通过馈入线140馈入至天线导体105。在其它实施例中，使用的馈入线为上述的与本发明公开的多个实施例相符的多种馈入线之一。接下来继续至下一个步骤630。
在步骤630中，信号由具有开槽的天线导体105发射。具有一频谱的天线100包括相对于具有开槽的天线导体的长度的一个第一频率响应与相对于具有开槽的天线导体105的开槽110的长度的一个第二频率响应。在其它实施例中，使用的具有开槽的天线导体为上述的与本发明公开的多个实施例相符的多个具有开槽的天线导体的其中之一。在一些实施例中，对应于额外的开槽的长度的频率响应的任何数目并与本发明公开的多个实施例相符的，正是为本发明的公开范围内。再者，在其它实施例中，任何上述的电容性地遮盖开槽110的结构相符于本发明公开的多个实施例，正是为本发明的公开范围内。
接下来，进入此方法的最终步骤640。
图8为使用天线100接收一无线电信号的方法的流程图700。此方法由步骤710开始继续至下一个步骤720。
在步骤720中，具有开槽的天线导体105接收一个信号。具有一频谱的天线100包括相对于具有开槽的天线导体的长度的一个第一频率响应与相对于具有开槽的天线导体105的开槽110的长度的一个第二频率响应。在其它实施例中，使用的具有开槽的天线导体为上述的与本发明公开的多个实施例相符的多个具有开槽的天线导体的其中之一。在一些实施例中，对应于额外的开槽的长度的频率响应的任何数目并与本发明公开的多个实施例相符的，正是为本发明的公开范围内。再者，在一些实施例中，任何上述的单一或多种电容性地遮盖开槽110的结构相符于本发明公开的多个实施例，正是为本发明的公开范围内。
接下来，进行至下一个步骤730。
在步骤730中，将一个信号由驱动/接收电路120通过馈入线140从天线导体105发射。在其它实施例中，使用的馈入线为上述的与本发明公开的多个实施例相符的多种馈入线之一。
接下来，进入此方法的最终步骤740。
综上所述，任何所属技术领域中具有公知常识者皆能够看出所公开的实施例将满足上述一个或多个优点。从上述的特点可得知，任何所属技术领域中具有公知常识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的为准。
Claims (16)
1.一种天线，包括：
一信号馈入结构；
一天线导体，与该信号馈入结构耦接，且该天线导体内具有至少一开槽；以及
一接地面的遮盖部，其从该接地面延伸并与该天线导体的基底重叠，电容性地遮盖该至少一开槽的一机械开口端；
其中选择该至少一开槽的一长度以及电容性地遮盖的该机械开口端的一电容量，以拓宽该天线的一频宽、增加该天线的一增益值或将该天线匹配于一驱动/接收电路中的至少一个。
2.如权利要求1所述的天线，其中该接地面的该遮盖部形成于自一基板的一相对侧至该天线导体。
3.如权利要求2所述的天线，其中该接地面的该遮盖部形成于该至少一开槽的正对于该机械开口端处。
4.如权利要求1所述的天线，其中该接地面的该遮盖部形成于自一基板的一同侧至该天线导体。
5.如权利要求2所述的天线，其中该接地面的该遮盖部形成于该至少一开槽的该机械开口端的相邻处。
6.如权利要求1所述的天线，其中该天线导体形成一单极天线，其长度对应于该天线的一传输或接收频率的一波长的四分之一。
7.如权利要求1所述的天线，其中该天线导体为一螺旋形状。
8.一种天线，包括：
一信号馈入结构；
一天线导体，与该信号馈入结构耦接，且该天线导体内具有至少一开槽；以及
一相应遮盖部，其从接地面延伸并与该天线导体的基底重叠，电容性地遮盖该至少一开槽于一机械开口端；
其中选择该至少一开槽的一长度以及电容性地遮盖的该机械开口端的一电容量，以拓宽该天线的一频宽、增加该天线的一增益值或将该天线匹配于一驱动/接收电路中的至少一个。
9.如权利要求8所述的天线，其中该相应遮盖部形成于自一绝缘体的一相对侧至该天线导体，以及该至少一开槽的正对于该机械开口端处。
10.如权利要求8所述的天线，其中该相应遮盖部形成于自一绝缘体的一同侧至该天线导体，以及该至少一开槽的该机械开口端的相邻处。
11.如权利要求10所述的天线，其中该绝缘体的一材料形成该遮盖部电容的一电介质。
12.如权利要求8所述的天线，其中该至少一开槽的一长度的十六分之一至八分之一的长度对应于该天线的一传输或接收频率的一波长。
13.一种传输或接收无线电信号中的至少一个的方法，包括：
馈入一第一信号至一天线导体，该天线导体内形成至少一开槽，该天线导体与信号馈入结构耦接；和/或
自该天线导体发射该第一信号，该天线导体具有一频谱包括：
一第一频率响应，其对应该天线导体的一长度；以及
至少一第二频率响应，其对应该至少一开槽的长度；
或
接收一第二信号至具有该频谱的该天线导体；以及
自该天线导体馈入该第二信号；
其中选择该第一频率响应的一个值以及该至少一第二频率响应的一个值，以拓宽该天线的一频宽、增加该天线的一增益值或将该天线匹配于一驱动/接收电路中的至少一个；
以一相应遮盖部从接地面延伸并与该天线导体的基底重叠，电容性地遮盖该至少一开槽于一机械开口端。
14.如权利要求13所述的方法，其中该相应遮盖部形成于自一基板的一相对侧至该天线导体，以及该至少一开槽的正对于该机械开口端处。
15.如权利要求13所述的方法，其中该相应遮盖部形成于自一基板的一同侧至该天线导体，以及该至少一开槽的该机械开口端的相邻处。
16.如权利要求13所述的方法，其中选择该至少一开槽的一长度的十六分之一至八分之一的长度，以对应于该天线的一传输或接收频率的一波长。
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