CN104718662A - 宽频多条补片天线 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种提供宽频补片天线的系统及方法，该宽频补片天线包含具有围绕自接地平面(106)延伸的接地条(102)而定位的第一条及第二条的主补片(101)，其中该主补片的该第一条的至少一部分布置于该接地平面上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘。寄生补片(103，104)沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片。

Description

宽频多条补片天线

技术领域

本发明大体上涉及于天线，且特别地，本发明涉及多层补片天线。

背景技术

本文中所提供的背景技术是为了大体上呈现本发明的背景。背景技术中在一定程度上描述的本发明者的作品以及不可在申请时以其他方式用作背景技术的描述的态样未明确且未隐含地被确认为与本发明相悖的背景技术。

无线通信需要使用天线来发射及接收电磁信号。若干天线类型可用于各种目的且一类型或另一类型的天线的选择通常取决于天线的特定应用。为选择天线，可评估及比较该天线的各种操作特性以判定提供最多益处或最适合于一特定应用的天线的类型。

有时，具有特定应用的所有或大多数所要操作特性的天线可能并不存在，而可存在具有适宜及不适宜态样的不同组合的若干天线。例如，具有低轮廓及宽频宽的小型天线一般最适合于现代无线通信。微带或补片天线为能够与诸多电子器件容易地整合的相对较便宜天线。尽管补片天线可具有低轮廓的特征，但其相对较大尺寸(约半个波长)及窄频宽(约5％)会成为其用于一些无线应用中的障碍因数。然而，已开发各种技术以显著减小补片天线的尺寸。例如，可藉由缩短补片天线的一个边缘及/或使补片天线本身折迭而达成其原始尺寸减小四分之一。不幸的是，依此方式减小补片天线的尺寸亦会显著减小其频宽(例如1.3％比例频宽)。因此，既有补片天线的频宽太窄以无法实际用于短至适中范围的无线通信系统(诸如无线麦克风、无线监听系统、区域无线资料网路、无线医疗器件)中。

发明内容

本文中描述提供用于无线系统中的天线的示例性装置及方法。在一示例性实施例中，该天线包含主补片、寄生补片及接地平面，该接地平面具有自该接地平面延伸的接地条。该主补片包含第一条及第二条，其中该主补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘。该寄生补片沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片。该寄生补片包含第一条及第二条，其中该寄生补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方及该寄生补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方。

若期望，则天线可包含直接耦合至寄生补片及接地条的调谐条。天线可进一步包含位于第一平面中的主补片的第一条的至少一部分及寄生补片的第一条的至少一部分，及位于第二平面中的主补片的第二条的至少一部分及寄生补片的第二条的至少一部分，其中该第一平面与该第二平面是不同的且该第一平面可平行于或可不平行于该第二平面。另外，第二寄生补片可沿主补片的第二非辐射边缘的至少一部分耦合至主补片。该第二寄生补片包含第一条及第二条，该第二寄生补片的该第一条的至少一部分布置于接地条上方及该第二寄生补片的该第二条的至少一部分布置于接地条下方。主补片、第一寄生补片及第二寄生补片各包含一长度及一宽度。主补片、第一寄生补片及第二寄生补片的长度可相同或不同，及主补片、第一寄生补片及第二寄生补片的宽度可相同或不同。

天线的另一示例性实施例可包含可挠性印刷电路板，该可挠性印刷电路板包含主补片及第一寄生补片与第二寄生补片的一或两者。该可挠性印刷电路板围绕接地条及加强件折迭以支撑该可挠性印刷电路，且可附接至一或多个支撑件。天线的替代性实施方案可包含多个印刷电路板，其中第一印刷电路板包含主补片的第一条及第一寄生补片与第二寄生补片的一或两者的第一条，第二印刷电路板包含接地条，及第三印刷电路板包含主补片的第二条及第一寄生补片与第二寄生补片的一或两者的第二条。第一连接器将主补片的第一条可操作地耦合至主补片的第二条，及第二连接器将寄生补片的第一条可操作地耦合至寄生补片的第二条。若使用第二寄生补片，则第三连接器可操作地耦合第二寄生补片的第一条与第二条。一或多个间隔件及一或多个支撑件可用于分离及配置呈分层低轮廓组态的该第一印刷电路板、该第二印刷电路板及该第三印刷电路板。

一额外示例性实施例针对提供用于无线系统中的天线。方法包含：提供自接地平面延伸的接地条；及提供包含第一条及第二条的主补片。该方法将该主补片定位于该接地条周围，其中该主补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘。该方法沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分将寄生补片耦合至该主补片，其中该寄生补片包含第一条及第二条，且其中该寄生补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方及该寄生补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方。该方法提供藉由执行以下步骤的一个或多个而调整天线的频宽：将调谐条附接于该寄生补片与该接地条之间；改变该调谐条的尺寸；改变该寄生补片与该接地条之间的该调谐条的一位置；改变馈送接针的位置；将该主补片直接耦合至该寄生补片；将该主补片间隙耦合至该寄生补片；调整经间隙耦合的主补片与寄生补片之间的空间关系；维持该主补片的该第一条与该主补片的该第二条之间的恒定空间关系；维持该寄生补片的该第一条与该寄生补片的该第二条之间的恒定空间关系；变动该主补片的该第一条的至少一部分与该主补片的该第二条的至少一部分之间的空间关系；变动该寄生补片的该第一条的至少一部分与该寄生补片的该第二条的至少一部分之间的空间关系；变动该主补片的该第二条的至少一部分与接地平面之间的空间关系；将该主补片的宽度修改成不同于该寄生补片的宽度；及将该主补片的长度修改成不同于该寄生补片的长度。

附图说明

图1A及图1B是示出宽频多条天线的一示例的透视图。

图2A是示出图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出驱动条或主补片。

图2B是示出图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出馈送接针。

图3是示出图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出接地条。

图4A是示出图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出两个寄生补片的一者。

图4B是示出图1A、图1B及图4A中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出两个寄生补片的另一者。

图5是示出图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的透视图，其中醒目示出(若干)调谐条或(若干)当前修改条。

图6A是图1A及图1B中所展示的示例性宽频多条天线的平面图。

图6B是图6A中所展示的示例性天线的左侧正视图。

图6C是沿横截面线6C-6C取得的图6A中所展示的示例性天线的前侧正视图。

图6D是图6A中所展示的示例性天线的右侧正视图。

图7A及图7B是宽频多条天线的一示例性实施例的透视图。

图8A至图8C是宽频多条天线的另一示例性实施例的透视图。

图9A至图9C是宽频多条天线的另一示例性实施例的各种视图。

图10是展示宽频多条天线的若干示例性实施例的天线尺寸的表格。

图11是展示宽频多条天线的若干示例性实施例的各种天线效能参数的表格。

图12是示例性宽频多条天线的电压驻波比(VSWR)对频率的曲线图。

图13是示出示例性宽频多条天线的接地平面间隔的逐渐增大的效应的VSWR对频率的曲线图。

图14A是自由空间中的示例性天线及安装于金属表面上的该示例性天线的VSWR对频率的曲线图。

图14B是自由空间中操作的图14A的示例性天线及安装于金属表面上的该示例性天线的辐射场型的极座标图。

图15A是自由空间中操作的根据本发明的教示而组装的另一示例性天线及安装于金属表面上的该示例性天线的VSWR对频率的曲线图。

图15B是自由空间中操作的图15A的示例性天线及安装于金属表面上的该示例性天线的辐射场型的极座标图。

为了说明及便于绘示，应了解：图中已以阴影线及/或隐藏线描绘天线的若干示例性实施例的某些部分，其可呈现于或可不呈现于其他对应视图及/或图中。

具体实施方式

所揭示的装置及方法提供一种用于现代无线应用中的低轮廓的小型化宽频天线。一般而言，多层多条组态用于克服补片天线设计中的尺寸减小与频宽加宽之间的已知冲突。特定而言，所揭示的装置及方法并入具有两个辐射边缘的折迭主补片、耦合至该主补片的一或多个寄生补片及/或耦合于一或多个寄生条与接地平面之间的一或多个短路条的各种组合以达成沿所有维度的尺寸的显著减小及比例频宽相对于常见补片天线的显著加宽。

图1至图6大体上描绘示例性宽频多条天线100。更具体地，图1A及图1B描绘包含天线区块110及接地平面106的天线100。天线区块110包含围绕自接地平面106延伸的接地条102(于图3中醒目示出)定位的主补片101(于图2A中醒目示出)。图2A及图2B中所展示的馈送接针203延伸穿过接地平面106中的开口(参阅图6B、图6C及图6D)且耦合至主补片101以转移来自天线区块110的能量或将能量转移至天线区块110。

天线区块110进一步包含沿主补片101的第一非辐射边缘的至少一部分耦合至主补片101的第一寄生补片103(于图4A中醒目示出)，及沿主补片101的第二非辐射边缘的至少一部分耦合至主补片101的一第二寄生补片104(于图4B中醒目示出)。寄生补片103、104的一或两者亦可分别藉由调谐条105-1、105-2(于图5中醒目示出)而直接耦合至接地条102。

在图1至图6所展示的示例性实施例中，主补片101定位成非常靠近于寄生补片103、104且被视为间隙耦合至该寄生补片。在此间隙耦合构造中，主补片101与寄生补片103、104之间不存在直接耦合，因此，表面电流无法在主补片与寄生补片之间流动。然而，由于寄生补片103、104接近于主补片101，所以RF能量能够透过自主补片放射的电磁场而自主补片101转移至寄生补片103、104。由于间隙耦合，主补片101处的RF能量电位可略微不同于寄生补片103、104的各个处的RF能量电位。例如，主补片101与寄生补片103、104之间的间隙耦合可提供主补片及寄生补片处的RF能量电位的振幅差及相位差。可藉由调整主补片101与寄生补片103、104之间的(若干)间隙的距离或间隔而实现补片101、103、104处的RF能量电位的某一振幅差及某一相位差且加宽天线的频宽。

替代地，主补片101可直接耦合至寄生补片103、104的一或两者。在一直接耦合构造中，导体(例如导电金属)将主补片101连接至寄生补片103、104的一或两者。RF能量经由该导体而自主补片101传播至寄生补片103、104，且主补片上的耦合接触点处的RF能量电位可非常类似于寄生补片上的耦合接触点处的RF能量电位。直接耦合的位置确定寄生补片上的表面电流图。可藉由调整将主补片连接至寄生补片的该导体的位置而实现寄生补片上的特定表面电流分布且加宽天线的频宽。

暂时参考图3，为提供接地条102至接地平面106的直接耦合，接地条102可包含水平部分102-1及垂直部分102-2。水平部分102-1布置于主补片101的上条101-1与下条101-2之间，及垂直部分102-2自水平部分102-1向下延伸且将接地条102耦合至接地平面106。

在图2A中，天线100的主补片101包含具有布置于接地条102上方的至少一部分的第一上条101-1及具有布置于接地条102下方的至少一部分的第二下条101-2。主补片101具有宽度及长度，且在接地条102上方及下方的主补片的相对侧处与接地条102及接地平面106形成一对辐射边缘。更具体而言，第一辐射边缘201包含由主补片101的下条(或分段)101-1及接地条102形成的第一辐射槽601(展示于图6C中)，及第二辐射边缘202包含由主补片101的下条(或分段)101-2及接地平面106形成的第二辐射槽602(展示于图6C中)。将两个辐射边缘201、202并入于接地条102、接地平面106和主补片101的折迭配置中相较于使其辐射边缘的一者短路接地的折迭补片天线总成而提高辐射效率且减小天线100的品质因数(Q)。因此，天线100的主补片101的双重辐射边缘201、202允许由天线100达成更宽频的阻抗匹配，其导致天线100的宽频操作。

总所周知，补片天线一般依由其驱动补片的长度判定的频率谐振，且该驱动补片的谐振长度约为/(2)，其中为天线的最低操作频率的自由空间波长及εr为补片与接地平面或接地条之间的介电材料的相对介电常数。当介电材料为空气时，其εr等于1。因此，根据天线100的所要操作频率范围的最低操作频率而选择主补片101的长度。然而，归因于主补片101的折迭配置，可减小天线元件110的总长度。

补片天线的宽度大体上影响该天线的输入阻抗，且该宽度的尺寸可经选择以在天线输入处提供良好阻抗匹配。部分归因于寄生补片103、104耦合至补片天线100，可根据特定所要频宽而减小主补片101的宽度。可透过实施一或多个调谐条105而进一步减小主补片101的宽度。可透过组合此等尺寸减小技术的一或多者而将天线区块110的宽度及长度减小至约/6。

天线100中提供寄生补片103、104以增强天线100的宽频效能。为此，寄生补片103、104的各者的长度及宽度经选择以在适合宽频带中达成天线100的适合输入阻抗匹配。尽管天线100的尺寸一般会因添加寄生补片103、104而增大，但可藉由使用类似于主补片101的折迭配置的寄生补片103、104的折迭配置而至少部分地抵消尺寸增大。相应地，寄生补片103、104的各者可围绕接地条102折迭，如图4A及图4B中所示出。如图4A中所展示，第一寄生补片103包含第一上条(或分段)103-1及第二下条(或分段)103-2。第一寄生补片103的上条103-1的至少一部分布置于接地条102上方及第一寄生补片103的下条103-2的至少一部分布置于接地条102下方。类似地，如图4B中所展示，第二寄生补片104包含第一上条(或分段)104-1及第二下条(或分段)104-2。第二寄生补片104的上条104-1的至少一部分布置于接地条102上方及第二寄生补片104的下条104-2的至少一部分布置于接地条102下方。应注意，天线100不受限于图1至图6中所示出的两寄生补片实施方案，且在一些实施例中，天线100可包含任何其他适合量(诸如1个、3个、4个等等)的寄生补片。例如，可自天线100省略寄生补片103、104的任一者。

图5中所展示的调谐条105-1、105-2可用于修改寄生补片103、104上的电流(或磁场)的分布以进一步增强天线100的宽频效能。为此，调谐条105-1、105-2的至少一者可经配置使得在比由寄生补片103、104上的未经修改电流分布提供的频率范围宽的频率范围内达成天线100的适合阻抗匹配。因此，调谐条105-1、105-2进一步增大天线100的比例频宽。基于对应寄生补片103、104上的驻波电流分布而选择调谐条105-1、105-2的各者的位置及宽度以在寄生补片103、104的各者上达成所要电流分布。藉由沿驻波电流图选择所要短路位置及藉由控制短路元件(即，调谐条105-1、105-2)的长度而以受控方式设定电流分布的形状且藉此达成所要电流分布。可凭经验或透过使用电磁分析软体工具而判定调谐条105-1、105-2的任一者的位置及宽度。例如，可藉由将调谐条105-1、105-2的各者定位成接近或更接近自接地平面106延伸的接地条102的垂直部分102-2而达成天线100的所要天线频宽。

图6A示出图1A及图1B中所展示的天线100的平面图。特定而言，补片101、103、104的长度及宽度无需相同。例如，补片101、103、104的各者的长度可经选择使得各补片依相对于彼此的略微不同频率谐振。选择不同长度的补片101、103、104会导致天线100的更宽频宽。作为示例，第一寄生补片103的长度可略微小于主补片101的长度，其可导致第一寄生补片103的谐振频率略微高于主补片101的谐振频率，藉此可在高于天线100的中心操作频率的频带中扩展天线100的阻抗频宽。另一方面，第二寄生补片104的长度可略微大于主补片101的长度，其可导致第二寄生补片104的谐振频率略微低于主补片101的谐振频率，藉此可在低于天线100的中心操作频率的频带中扩展天线100的阻抗频宽。补片101、103、104的宽度亦可经选择以藉由在较宽频带内给天线100提供适合阻抗匹配而进一步最佳化阻抗频宽。应注意，亦可改动馈送接针203的位置以提供用于达成天线100的所要宽频效能的额外调谐参数。

图6B、图6C及图6D分别示出图6A中所展示的天线100的左侧正视图、前侧横截面正视图及右侧正视图。如沿图6A的线6C-6C取得的图6C的横截面图中可见，天线100的第一辐射边缘201包含形成于主补片101的上条101-1与接地条102之间的第一辐射槽601，及天线100的第二辐射边缘202包含形成于主补片101的下条101-2与接地平面106之间的第二辐射槽602。当主补片101的长度约为/2时，沿主补片101的电流及电压分布使得辐射边缘201及202的各者处的电流约为0且电压为最大值。

在图1至图6所示出的分层配置中，上条101-1、103-1、104-1位于空间中的第一平面中及下条101-2、103-2、104-2位于空间中的第二平面中。接地条102的水平部分102-1位于空间中的第三平面中及接地平面106位于空间中的第四平面中。在所示出实施例中，该第一平面、该第二平面、该第三平面及该第四平面彼此平行。如下文中结合图9A至9C所更详细解释，在一些实施例中，该第二平面(即，包含补片101、103、104的下条101-2、103-2、104-2的平面)的至少一部分相对于该第一平面、该第三平面及该第四平面成角度以在天线区块110的成角部分中提供接地平面106与天线区块110之间的一逐渐变化或增大的间隔。在至少一些组态(参阅图9A至图9C的论述)中，在天线区块110与接地平面106之间提供此逐渐增大的间隔可进一步增大天线100的频宽。

图7A及图7B描绘利用印刷电路板702来实施图1至图6的天线100的天线结构700的一实施例。第一电路板702-1包含主补片101的上条101-1、第一寄生补片103的上条103-1及第二寄生补片104的上条104-1。第二电路板702-2包含主补片101的下条101-2、第一寄生补片103的下条103-2及第二寄生补片104的下条104-2。第三电路板702-3包含接地条102的水平部分102-1。电路板702的组合形成天线100的天线区块110。电路板702-3可包括适合金属(诸如附接至一适合非导电基板的铜或铝)的薄片，诸如(例如)分层玻璃纤维环氧树脂FR4。补片条101、103及104可印刷于电路板702-1及702-2上，或使用任何其他适合程序(诸如(例如)蚀刻)来产生于电路板702-1、702-2上。

在图7A所展示的实施例中，使用布置于天线结构700的层之间的一或多个(例如一组)非导电螺钉及/或间隔件701来将电路板702安装至接地平面706。例如，间隔件701可定位于天线结构700的各层之间的电路板702-1、702-2、702-3的角部附近。使用间隔件701来配置天线结构700的层的优点在于：在此配置中，可容易且精确地控制层之间的间隔。替代地，天线结构700的另一组装程序可使用自接地平面706延伸的一或多个非导电壁来配置电路板702。在此等实施例中，可自天线结构700省略一或多个螺钉及/或间隔件701。

现参考图7B，上条101-1、103-1、104-1的各者藉由相应的连接器703而耦合至对应下条101-2、103-2、104-2。特定而言，连接器703-2将主补片101的上条101-1与下条101-2耦合，连接器703-1将第一寄生补片103的上条103-1与下条103-2耦合，及连接器703-3将第二寄生补片104的上条104-1与下条104-2耦合。类似地，连接器703-4将接地PCB 702-3与接地平面706耦合，如图7A中所展示。若期望，则一或多个调谐条707可连接于第一寄生补片103与接地PCB 702-3之间及/或第二寄生补片104与接地PCB 702-3之间。

图8A至图8C描绘根据另一实施例的实施图1至图6的天线100的天线结构800，其中主补片101、第一寄生补片103及第二寄生补片104印刷于可挠性电路板801上。可挠性电路板801围绕自接地平面804延伸或连接至接地平面804的接地条802折迭。经折迭的可挠性电路板801及接地条802可藉由一或多个非导电支撑件803(例如壁)而固持于适当位置。在一些实施例中，如图8C中所示出，天线总成800亦可包含一或多个加强条805以产生经折迭可挠性电路板801的所要形状。若期望，则一或多个调谐条807可连接于第一寄生补片103与接地条802之间及/或第二寄生补片104与接地条802之间。使用可挠性电路板来取代下条及上条的两个分离板因无需单独连接天线补片101、103及104的各自上条及下条而大体上简化天线100的制程。

图9A至图9C示出实施图1至图6的天线100的天线结构900的另一实施例，其中主补片101、第一寄生补片103及第二寄生补片104印刷于可挠性电路板905上。可挠性电路板905围绕自接地平面904延伸或连接至接地平面904的接地条908折迭。经折迭的可挠性电路板905及接地条908可藉由一或多个非导电支撑件909(例如壁)而固持于适当位置。在一些实施例中，天线总成900亦可包含一或多个加强条906以产生经折迭可挠性电路板905的所要形状。若期望，则一或多个调谐条907可连接于第一寄生补片103与接地条908之间及/或第二寄生补片104与接地条908之间。

在天线结构900中，可挠性电路板905的主补片101的上条的至少一部分及第一寄生补片103及第二寄生补片104的上条的至少一部分位于空间中的第一平面901中。可挠性电路板905的主补片101的下条的至少一部分及第一寄生补片103及第二寄生补片104的下条的至少一部分位于空间中的第二平面902及第三平面903中。第二平面902不平行于第一平面901或接地平面904。相应地，在此配置中，接地平面904与位于第二平面902内的补片天线元件的非平行部分(以及各自补片101、103、104的下条101-2、103-2、104-2的部分)之间的距离沿一方向逐渐增大。增大接地间隔一般会改良天线的辐射效率，藉此减小天线的Q因数及加宽天线的频宽。因此，接地平面904与各自补片101、103、104的下条101-2、103-2、104-2(其等包含于位于第二平面902内的可挠性电路板905的非平行部分内)之间的间隔量的逐渐增大会使天线的频宽增大且不增加总天线高度。应注意：天线900中的逐渐间隔特征不受限于可挠性电路板实施方案且可以任何其他适合方式(例如使用若干非可挠电路板)实施。

应自上文的描述了解，可藉由执行以下步骤的一或多者而调整天线的操作频率特性(特定而言，频宽)：在寄生补片与接地条之间附接调谐条；改变该调谐条的尺寸；改变寄生补片与接地条之间的该调谐条的位置；改变馈送接针的位置；将主补片直接耦合至寄生补片；将主补片间隙耦合至寄生补片；调整经间隙耦合的主补片与寄生补片之间的空间关系；维持主补片的第一条与主补片的第二条之间的恒定空间关系；维持寄生补片的第一条与寄生补片的第二条之间的恒定空间关系；变动主补片的第一条的至少一部分与主补片的第二条的至少一部分之间的空间关系；变动寄生补片的第一条的至少一部分与寄生补片的第二条的至少一部分之间的空间关系；变动主补片的第二条的至少一部分与一接地平面之间的空间关系；将主补片的长度修改成不同于寄生补片的长度；及将主补片的宽度修改成不同于寄生补片的宽度。

图10中的表1000展示根据若干实施例的若干操作频率处的天线100相对于常见单一谐振器补片天线的尺寸比较。如自表1000可见，藉由利用本文中所描述的技术而达成相对于常见补片天线的尺寸的显著尺寸减小。

图11中的表1100展示根据若干实施例的若干操作频率处的天线100相对于常见单一谐振器补片天线的天线效能比较。表1100展示：天线100的增益、方向性及失配损耗尽管略微降级，但仍可与常见单谐振器补片天线的对应参数相比，从而使天线100适合于需要或可受益于天线100的尺寸减小的诸多应用。

图12是展示天线100的示例性实施例的电压驻波比(VSWR)对频率的VSWR曲线图1200。曲线图1200展示：在所示出实施例中，在约40％的比例频宽内达成适合的输入阻抗匹配(VSWR<6)。

图13是天线的两个示例性实施例(即，具有及不具有接地平面间隔的逐渐增大(上文结合图9A至图9C所论述))的VSWR对频率的曲线图1300。在曲线图1300中，由实线指示不具有渐增接地平面间隔的示例性天线的VSWR，同时由虚线指示具有与接地平面的渐增间隔的示例性天线。如自曲线图1300可见，虚线所展示的低VSWR(例如<6)区域覆盖比由实线指示的低VSWR(例如<6)区域所覆盖的频带大的频带。相应地，曲线图1300展示：当引入逐渐增大的接地平面间隔时，天线频宽加宽。

图14A及图14B分别描绘根据实施例的比较自由空间中操作的示例性天线与安装于金属表面上的该示例性天线的辐射场型的VSWR曲线图1400及极座标图1410。在图14A及图14B所描绘的实施例中，该示例性天线在超高频(UHF)频带中的相对较低频率范围(即，约470MHz至约790MHz的操作频率范围)内操作。在图14A及图14B中，虚线对应于自由空间操作的示例性天线，同时实线对应于安装于大金属表面上的该示例性天线。如自曲线图1400及1410可见，该安装表面对天线的效能无显著影响。

图15A及图15B分别描绘根据另一实施例的比较自由空间操作的示例性天线与安装于金属表面上的该示例性天线的辐射场型的VSWR曲线图1500及极座标图1510。在图15A及图15B所描绘的实施例中，该示例性天线在UHF频带中的相对较高频率范围(即，约680MHz至约980MHz的操作频率范围)内操作。在图15A及图15B中，虚线对应于自由空间操作的示例性天线，同时实线对应于安装于大金属表面上的该示例性天线。如自曲线图1500及1510可见，该安装表面对较高频率范围内操作的天线的效能无显著影响。

上文所描述的组态及技术提供用于减小补片天线的尺寸及增大频宽的若干调谐选项，诸如：使用具有两个辐射边缘的折迭主补片；沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分将寄生补片间隙耦合至该主补片；使用一或多个调谐条来将一或多个寄生补片耦合至接地条；逐渐增大该主补片及该(等)寄生补片与接地平面之间的间隔；及修改该主补片及该一或多个寄生补片的长度及宽度。能够透过使用此等调谐选项的一或多者而实现具有相较于既有补片天线的40％比例频宽及沿所有维度的50％尺寸减小的改良型补片天线。此补片天线适合于短至适中范围的无线通信系统，例如无线麦克风、无线监听系统、区域无线资料网路及无线医疗器件。另外，低轮廓、显著减小的尺寸及对安装表面的不敏感性使本发明的天线与永久性室内安装设备相容。

尽管已参考意欲仅具绘示性而非限制本发明的特定示例而描述所揭示的方法及装置，但一般技术者应明白，可在不背离本发明的精神及范畴的情况下对所揭示实施例进行改变、添加或删除。因此，本专利涵盖字面上或依等同原则完全落于随附申请专利范围的范畴内的所有方法、装置及制品。

Claims (27)

1.一种天线总成，其包括：

接地平面；

接地条，其自该接地平面延伸；

主补片，其包含第一条及第二条，该主补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘；及

寄生补片，其沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片，该寄生补片包含第一条及第二条，该寄生补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方及该寄生补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方。

2.如权利要求1所述的天线总成，其进一步包括直接耦合至该寄生补片及该接地条的调谐条。

3.如权利要求1所述的天线总成，其中该主补片的该第一条的该至少一部分及该寄生补片的该第一条的该至少一部分位于第一平面中，及该主补片的该第二条的该至少一部分及该寄生补片的该第二条的该至少一部分位于第二平面中，其中该第一平面与该第二平面是不同的。

4.如权利要求3所述的天线总成，其中该第一平面平行于该第二平面。

5.如权利要求3所述的天线总成，其中该第一平面不平行于该第二平面。

6.如权利要求1所述的天线总成，其中：

该主补片具有长度及宽度；及

该寄生补片具有长度及宽度，其中该主补片的该长度不同于该寄生补片的该长度。

7.如权利要求6所述的天线总成，其中：

该主补片的该宽度不同于该寄生补片的该宽度。

8.如权利要求1所述的天线总成，其中：

该主补片具有长度及宽度；及

该寄生补片具有长度及宽度，其中该主补片的该宽度不同于该寄生补片的该宽度。

9.如权利要求1所述的天线总成，其中该寄生补片是第一寄生补片及该非辐射边缘是第一非辐射边缘，该天线总成进一步包括：

第二寄生补片，其沿该主补片的第二非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片，该第二寄生补片包含第一条及第二条，该第二寄生补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方及该第二寄生补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方。

10.如权利要求9所述的天线总成，其进一步包括：

第一调谐条，其直接耦合至该第一寄生补片及该接地条；及

第二调谐条，其直接耦合至该第二寄生补片及该接地条。

11.如权利要求10所述的天线总成，其中该主补片的该第一条的该至少一部分、该第一寄生补片的该第一条的该至少一部分及该第二寄生补片的该第一条的该至少一部分位于第一平面中，及该主补片的该第二条的该至少一部分、该第一寄生补片的该第二条的该至少一部分及该第二寄生补片的该第二条的该至少一部分位于第二平面中，其中该第一平面与该第二平面是不同的。

12.如权利要求11所述的天线总成，其中该第一平面平行于该第二平面。

13.如权利要求11所述的天线总成，其中该第一平面不平行于该第二平面。

14.如权利要求9所述的天线总成，其中

该主补片具有长度及宽度；

该第一寄生补片具有长度及宽度；

该第二寄生补片具有长度及宽度；及

其中该主补片的该长度、该第一寄生补片的该长度及该第二寄生补片的该长度是不同的。

15.如权利要求14所述的天线总成，其中

该主补片的该宽度、该第一寄生补片的该宽度及该第二寄生补片的该宽度是不同的。

16.如权利要求9所述的天线总成，其中

该主补片具有长度及宽度；

该第一寄生补片具有长度及宽度；

该第二寄生补片具有长度及宽度；及

其中该主补片的该宽度、该第一寄生补片的该宽度及该第二寄生补片的该宽度是不同的。

17.如权利要求1所述的天线总成，其进一步包括：

可挠性印刷电路板，其包含该主补片及该寄生补片，该可挠性印刷电路板围绕该接地条折迭；

加强件，其支撑围绕该接地条折迭的该可挠性电路板；及

至少一个支撑件，其中该加强件附接至该支撑件。

18.如权利要求1所述的天线总成，其进一步包括：

第一印刷电路板，其包含该主补片的该第一条及该寄生补片的该第一条；

第二印刷电路板，其包含该接地条；

第三印刷电路板，其包含该主补片的该第二条及该寄生补片的该第二条；

第一连接器，其将该主补片的该第一条耦合至该主补片的该第二条；

第二连接器，其将该寄生补片的该第一条耦合至该寄生补片的该第二条；及

至少一个间隔件，其布置于该第一印刷电路板、该第二印刷电路板及该第三印刷电路板之间。

19.如权利要求1所述的天线总成，其中该寄生补片沿该主补片的该非辐射边缘的至少一部分间隙耦合至该主补片。

20.一种天线总成，其包括：

接地平面；

接地条，其自该接地平面延伸；

主补片，其包含第一条及第二条，该主补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘；

第一寄生补片，其沿该主补片的第一非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片，该第一寄生补片包含第一条及第二条，该第一寄生补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方及该第一寄生补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方；

第二寄生补片，其沿该主补片的第二非辐射边缘的至少一部分耦合至该主补片，该第二寄生补片包含第一条及第二条，该第二寄生补片的该第一条的至少一部分布置于该接地条上方及该第二寄生补片的该第二条的至少一部分布置于该接地条下方；

该主补片的该第一条的该至少一部分、该第一寄生补片的该第一条的该至少一部分及该第二寄生补片的该第一条的该至少一部分位于第一平面中，及该主补片的该第二条的该至少一部分、该第一寄生补片的该第二条的该至少一部分及该第二寄生补片的该第二条的该至少一部分位于第二平面中，其中该第一平面不同于该第二平面；

第一调谐条，其直接耦合至该第一寄生补片及该接地条；及

第二调谐条，其直接耦合至该第二寄生补片及该接地条。

21.如权利要求20所述的天线总成，其中该第一平面不平行于该第二平面。

22.如权利要求20所述的天线总成，其中：

该主补片具有长度及宽度；

该第一寄生补片具有长度及宽度；及

该第二寄生补片具有长度及宽度，其中该主补片的该长度、该第一寄生补片的该长度及该第二寄生补片的该长度是不同的，及该主补片的该宽度、该第一寄生补片的该宽度及该第二寄生补片的该宽度是不同的。

23.如权利要求20所述的天线总成，其中该第一寄生补片沿该主补片的该第一非辐射边缘的该至少一部分间隙耦合至该主补片及该第二寄生补片沿该主补片的该第二非辐射边缘的该至少一部分间隙耦合至该主补片。

24.一种用于给无线系统提供天线的方法，该方法包括：

提供接地条，该接地条自接地平面延伸；

提供包含第一条及第二条的主补片；

围绕该接地条定位该主补片，其中该主补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方且与该接地条形成第一辐射边缘，及该主补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方且与该接地平面形成第二辐射边缘；及

沿该主补片的非辐射边缘的至少一部分将寄生补片耦合至该主补片，其中该寄生补片包含第一条及第二条，该寄生补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方及该寄生补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方。

25.如权利要求24所述的方法，其进一步包括藉由执行以下步骤的一个或多个而调整该天线的频宽：

在该寄生补片与该接地条之间附接一调谐条；

改变该调谐条的尺寸；

改变该寄生补片与该接地条之间的该调谐条的位置；

改变馈送接针的位置；

将该主补片直接耦合至该寄生补片；

将该主补片间隙耦合至该寄生补片；

调整经间隙耦合的主补片与寄生补片之间的空间关系；

维持该主补片的该第一条与该主补片的该第二条之间的恒定空间关系；

变动该主补片的该第一条的该至少一部分与该主补片的该第二条的该至少一部分之间的空间关系；

变动该寄生补片的该第一条的该至少一部分与该寄生补片的该第二条的该至少一部分之间的空间关系；

变动该主补片的该第二条的至少一部分与接地平面之间的空间关系；

将该主补片的宽度修改成不同于该寄生补片的宽度；及

将该主补片的长度修改成不同于该寄生补片的长度。

26.如权利要求24所述的方法，其中该寄生补片是第一寄生补片及该非辐射边缘是第一非辐射边缘，该方法进一步包括：

沿该主补片的第二非辐射边缘的至少一部分将第二寄生补片耦合至该主补片，其中该第二寄生补片包含第一条及第二条，该第二寄生补片的该第一条的至少一部分定位于该接地条上方及该第二寄生补片的该第二条的至少一部分定位于该接地条下方。

27.如权利要求26所述的方法，其中将第一寄生补片耦合至该主补片包含沿该主补片的该第一非辐射边缘的该至少一部分将该第一寄生补片间隙耦合至该主补片，及将第二寄生补片耦合至该主补片包含沿该主补片的该第二非辐射边缘的该至少一部分将该第二寄生补片间隙耦合至该主补片。