CN1059761C - 全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 - Google Patents
全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1059761C CN1059761C CN96104584A CN96104584A CN1059761C CN 1059761 C CN1059761 C CN 1059761C CN 96104584 A CN96104584 A CN 96104584A CN 96104584 A CN96104584 A CN 96104584A CN 1059761 C CN1059761 C CN 1059761C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- band
- band section
- antenna
- section
- plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种由两个Z型带状谐振器与介电质基板组成的天线。第一个Z型带状谐振器位于第一个平面上，具有相同尺寸形状的第一个与第二个平行纵向带段，经由第三个带段对角连接。第二个Z型带状谐振器位于与第一个平面平行的第二个平面上，具有相同尺寸形状的第四个与第五个平行纵向带段，经由第六个带段对角连接，且第六个带段与第三个带段尺寸形状相同。第六个带段位于第三个带段的下方，第一、二、四、五个带段互成矩形排列。
Description
本发明涉及一种信号接收与发射装置中的天线结构，特别涉及一种携带式通讯装置(如移动电话)的天线结构。
图1示意在环境12中使用传统携带式通讯收发机10。图中所示携带式通讯收发机10即为移动电话。当移动电话使用在如图示的办公室建筑这类无线电波散射结构的环境中，收发机10发射的无线电波信号在初始为一垂直极化波，经过环境12的建筑物反向后，发射的电波信号可能变成水平极化波。对于基地台所发射的电波信号(此信号由收发机10接收)，也会遭遇相同现象。
理想的情况是，具有偶极天线11的收发机10发射出垂直极化波信号。如图2所示，偶极天线11发射的理想电波信号为一全向垂直极化波(Eθ)场量13。
如上所述，收发机10发射或接收的信号，可能因为环境12造成极化方向的改变，因此希望提供具有水平极化波分量的垂直极化偶极天线。
现有技术已经提出使用回线式天线(Loop Antenna)传送接收水平极化波信号，这是因为回线式天线具有水平极化场型分量，然而携带式通讯收发机10需求的小回线式天线在均匀电流分布时，存在低辐射电阻和高电抗的问题。通过增大回线式天线尺寸可以增加辐射电阻，但是天线电流分布会变得比较不均匀，因而降低辐射场型的全向性。
美国专利US 4,547,776公开了一种具有改善平衡馈入点之回线式天线，其中成带状之Alford环30被制成于印刷电路板32上，环的两个半边34、36分处于印刷电路板32之相对两侧，并且该Alford环各辐射段之长约为1/4波长。该环适应微波频率发射，且具轴向静位及对称的环形发射图样(该文1栏65-66行语)，实现全向水平极化。然而，这种回线式天线结构复杂从其图3清晰可见有弯折部。
本发明的目的在于提供一种结构简单，适于携带式通信设备使用的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线。
实现本发明目的所采用的技术方案为：一种全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，包括分布位于两个互相平行平面上的第一和第二“Z”形带状谐振器，组成矩形结构，其中位于第一平面上的第一“Z”形带状谐振器和位于第二平面上的第二“Z”形带状谐振器，其中第二平面与第一平面平行。在第一和第二平面之间的第三平面上有介电质平面基板。所述第一“Z”形带状谐振器由具有相同尺寸的第一和第二平行的纵向带段组成，并由第三带段对角连接第一和第二带段的对边。所述第二“Z”形带状谐振器由具有相同尺寸的第四和第五平行的纵向带段组成，并由第六带段对角连接第一和第二带段的对边。上述第六带段与第三带段尺寸形状相同。因为第二“Z”形带状谐振器位于第二平面上，所以第六带段位于第三带段下方，且所述第一、二、四、五带段成矩形边界状排列。
本发明天线可以很方便地通过在印刷电路板上做成“Z”形带状导体制版。并以所述印刷电路板作为介电质平面基板位于所述第一、二“Z”形带状谐振器之间。
所述第三带段的中心处设置第一馈入点，第六带段的中心处设置第二馈入点。
使用时，第一信号加在第一馈入点，而与第一信号极性相反的第二信号加在第二馈入点。第一信号引发天线电流在所述第三带段流动，即电流从第一馈入点反向地流向所述第一、二带段对角的对边(此二对边由第三带段连接)，然后电流流向该第一、二带段的端点。第二信号引发天线电流从第四、五带段端点流向该第四、五带段对角的对边(此二对边由第六带段连接)，然后流向第六带段中心处的第二馈入点。
采用本发明提供的水平极化辐射天线，由于上述对称的几何结构，特别是其中所述两个“Z”形谐振器各自的第三和第六带段的单纯“直线形”结构，这比起前面引述的美国专利来，不仅使结构简单、制作简单，利于保证该二“Z”形谐振器几何结构的对称性，尤其再结合所述二“Z”形谐振器各自的第三、六带段的中心对称的布置方式，所有这些结构上的安排，其直接技术效果即可保证本发明的天线能够向各个方向发射完全对称的水平极化无线电波信号，实现全向性水平极化发射。这是因为本发明与美国专利的发明目的不同所决定的。正如前面引述的，美国专利的目的在于改善馈入点的平衡，为此，美国专利特别采用了“纽结(kink)39”的结构设计。本发明天线的则在于其为适应移动通信所需要的全向性要求，因此无需那种复杂的结构。
另外，本天线不仅可以利用各种工业上适用的印刷电路制作技术制作，尤其因其上述结构可使这种天线特别适用于装配在手持移动收发机上，充分适应飞速发展的移动电话通信产业的需求，为提高通话质量提供了必要的条件。
下面结合附图与实施例对本发明作详细说明，其中；
图1为在典型通信环境中使用传统携带式通信收发机的示意图；
图2为传统偶极天线发射的理想辐射场型示意图；
图3为一种现有技术阿尔福德天线的结构示意图；
图4a-4c示出本发明一种实施例的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线结构，其中图4a和4b分别示出其中两个“Z”形谐振器的结构，图4c表示其使用状态下的分解结构透视图；
图5a和5b分别示出图4a和4b的“Z”形谐振器中的天线电流流动方向，图5c示出本发明天线的全向性发射情况示意图；
图6为本发明天线实施例的驻波比数值计算结果曲线；
图7a-c和图8a-8c分别示意地表示本发明天线实施例的H-平面与E-平面辐射场型数值计算结果；
图9为本发明天线一项实施例的驻波比实际测量结果；
图10为本发明天线H-平面辐射场型实际测量结果。
图4a-4c为本发明天线100一种实施例的结构示意图，如图所示天线100构成携带式通信收发机200(如移动电话)的一部分。天线100包含两个“Z”形带状谐振器110和120以及一个介电物质130，如图所示带状谐振器110和120为贴在印刷电路板(如FR4玻织基板)表面的金属带状导体。
谐振器110位于第一平面111上，包含两个纵向平行的带段(或“带翼”)113和115，带段113和115有相同的大小与尺寸。再者，端点113a与115a、113b与115b安排位置后，使得介于端点113a与115a间的最短直线垂直于带段113和115。类似地，使得介于端点113b与115b间的最短直线垂直于带段113和115。
对角对边113a与115a经由第三带段(或带翼)117相连接。如图示角A1和A2都等于45°，带段113、115和117如图示合为一体。
谐振器120位于平行于第一平面111的第二平面121上，包含两个纵向平行的带段(或“带翼”)123和125，带段123平行于带段125。两个带段123和125的端点为123a、123b、125a及125b。带段123、125、113和115有相同的大小与尺寸。再者，端点123a与125a、123b与125b安排位置后，使得介于端点123a与125a间的最短直线垂直于带段123和125。类似地，使得介于端点123b与125b间的最短直线垂直于带段123和125。
对角对边123a与125a经由第六带段(或带翼)127互相连接。如图示角A3和A4都等于45°，带段123、125和127如图示合为一体。
介电质基板130位于平行于平面111和121的第三平面131上，且基板被夹在谐振器110和120之间。
谐振器110和120皆为“Z”形。由于谐振器110和120平行排列，以致于带段117和127重叠，带段117和127有相同的尺寸，且带段127位于带段117的正下方。此外带段113、115、123和125互成矩形边界状排列。
谐振器110具有馈入点119，而谐振器120具有馈入点129。激发馈入点119的信号与激发馈入点129的信号为相反的极性。如图5a所示，馈入点119的激发信号产生在带段117中流动的天线电流。电流从馈入点119分别流向带段113和115的对角对边113a和115a，然后电流分别在带段113和115中流动。如图5b所示，激发馈入点129的信号在带段123和125中产生相反方向的天线电流。在带段123中的天线电流从端点123b流向端点123a，而带段125中的天线电流从端点125a流向端点123b，随后电流分别从带段端点123a和125b流向带段127中的馈入点129。
在谐振器110和120中流动的天线电流构成一个矩形的电流回路，并产生水平极化电磁波辐射，如图5c所示。发射的电磁波信号的极化方向带段113、115、123及125。由于带段117与127间的距离很短，因此从带段117和127辐射的电磁场几乎互相抵消。
如图4a和4b所示，图中L、W1及W2尺寸的选择须根据馈入点119及129的激发信号频率与激发信号的电源阻抗来决定。如图6所表明的，信号频率915MHz为902-928ISM(用于工业、科学和医学的频段)频带的中心。又如上所述，上述L就等于阿尔福德回线式天线的1/4波长，不过这只是粗略估计的L值。
在此是利用数值计算决定L、W1及W2尺寸值。如图4a-4c所示，以小的方形和三角形子区域(三角形为45°等边三角形，且三角形边长等于长方形边长)模拟组合成谐振器110和120区域，接着采用频域电场积分方程式数值方法可以计算每一方形和三角形子区域上的电流分布，再决定产生最佳电流分布所需的谐振器尺寸。在数值计算中，作了以下的假设；
电源阻抗＝50Ω
方形子区域尺寸＝72.5mil×72.5mil
介电质基板130厚度1.6mm
相对介电系数εr＝4.7
基于以上假设，L、W1及W2尺寸值决定如下：
L＝42.35mm，
W1＝3.86mm，
W2＝7.81mm。
图6说明本发明天线100一项实施例(天线尺寸如上)的输入驻波比(SWR)随频率变化的数值计算结果，它的中心频率接近915MHz；而天线100的H平面和E平面辐射场型的数值计算结果分布示于图7a-c和图8a-c中。正如我们所期望的，可以观察到水平平面上为水平极化全向性场型。
图9为本发明天线100一项实施例的输入驻波比实际测量值。实际天线100的H-平面辐射场型的测量值如图10所示。比较图6、9与图7a-c、10，可以看到，驻波比和H-平面场型的测量结果类似预测结果。
简言之，本发明提出一种新的水平极化设计天线。这种天线应用了阿尔福德回路原理与印刷电路板技术，制作非常容易。该天线具有相当全向性的场型，在水平平面上为水平极化波辐射。
Claims (5)
1.一种全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，包括分布位于两个互相平行平面上的第一和第二“Z”形带状谐振器，组成矩形结构，其特征在于：
位于第一平面上的第一“Z”形带状谐振器，由具有相同尺寸的第一和第二平行的纵向带段组成，并由第三带段对角连接第一和第二带段的对边；
位于第二平面上的第二“Z”形带状谐振器，由具有相同尺寸的第四和第五平行的纵向带段组成，并由第六带段对角连接第一和第二带段的对边；
所述第二平面与第一平面平行；
所述第一和第二平面之间的第三平面上有介电质平面基板；
所述第六带段与第三带段尺寸形状相同；
所述第一、二、四、五带段成矩形边界状排列；
所述第三带段的中心处设置第一馈入点，第六带段的中心处设置第二馈入点。
2.按照权利要求1所述的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，其特征在于，所述第一和第二“Z”形带状谐振器为在印刷电路板上做成导体制版。
3.按照权利要求2所述的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，其特征在于，所述印刷电路板作为介电质平面基板位于所述第一、二“Z”形带状谐振器之间。
4.按照权利要求1-3任一项所述的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，其特征在于，第一信号加在第一馈入点，而与第一信号极性相反的第二信号加在第二馈入点。
5.按照权利要求4所述的全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线，其特征在于，所述第一信号引发天线电流在所述第三带段流动，即电流从第一馈入点反向地流向所述第一、二带段对角的对边，然后电流流向该第一、二带段的端点；第二信号引发天线电流从第四、五带段端点流向该第四、五带段对角的对边，然后流向第六带段中心处的第二馈入点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN96104584A CN1059761C (zh) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN96104584A CN1059761C (zh) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1162850A CN1162850A (zh) | 1997-10-22 |
| CN1059761C true CN1059761C (zh) | 2000-12-20 |
Family
ID=5118394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN96104584A Expired - Fee Related CN1059761C (zh) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1059761C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100339716C (zh) * | 2002-05-30 | 2007-09-26 | 唐纳德·J·盖泽尔 | 分析材料的离析度、密度和水分的装置和方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102280697A (zh) * | 2011-04-21 | 2011-12-14 | 浙江大学宁波理工学院 | 双z形微带天线 |
| CN105449374B (zh) * | 2014-08-12 | 2018-05-04 | 启碁科技股份有限公司 | 天线及天线模块 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4547776A (en) * | 1983-11-03 | 1985-10-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Loop antenna with improved balanced feed |
-
1996
- 1996-04-17 CN CN96104584A patent/CN1059761C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4547776A (en) * | 1983-11-03 | 1985-10-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Loop antenna with improved balanced feed |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100339716C (zh) * | 2002-05-30 | 2007-09-26 | 唐纳德·J·盖泽尔 | 分析材料的离析度、密度和水分的装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1162850A (zh) | 1997-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101698131B1 (ko) | 메타표면을 이용한 광대역 원형편파 안테나 | |
| Farahat et al. | 28/38 GHz dual-band Yagi-Uda antenna with corrugated radiator and enhanced reflectors for 5G MIMO antenna systems | |
| CN105789902B (zh) | 复合环形天线 | |
| KR101378477B1 (ko) | 기판 집적형 도파관 안테나 | |
| CN107689482B (zh) | 一种基于二维周期结构的宽带低剖面介质谐振器天线 | |
| KR20090028355A (ko) | 단일급전 광대역 원형편파 패치 안테나 | |
| CN1805213A (zh) | 共面波导馈电的超宽带分形天线 | |
| CN113540810A (zh) | 一种开口矩形环加载的微带缝隙耦合超表面天线 | |
| CN111969308A (zh) | 一种周期漏波天线 | |
| CN112803166A (zh) | 一种x波段宽频带圆极化金属加载介质谐振器天线 | |
| CN210468115U (zh) | 一种共面波导馈电的矩形挖槽高增益微带天线 | |
| Farhan et al. | Design and analysis of microstrip antenna with zig-zag feeder for wireless communication applications | |
| US20040140936A1 (en) | Patch antenna | |
| CN214378863U (zh) | 一种x波段宽频带圆极化金属加载介质谐振器天线 | |
| CN1059761C (zh) | 全向性水平极化阿尔福德回线式带状天线 | |
| CN112054305B (zh) | 一种基于复合左右手结构增益高度稳定的周期性漏波天线 | |
| CN212033242U (zh) | 微带天线 | |
| CN116613538A (zh) | 一种低剖面小型化宽带超表面天线 | |
| CN109149087B (zh) | 一种低剖面高增益超宽带天线 | |
| Radhakrishnan et al. | Axial Ratio Bandwidth Enhanced Proximity Fed Fractal MGS-Based Circularly Polarized Patch Antenna. | |
| CN111883913B (zh) | 一种枝节加载的低剖面宽带宽波束天线 | |
| CN1222078C (zh) | 集成式双极化印刷单极天线 | |
| Singh et al. | Effect of varying curvature and inter element spacing on dielectric coated conformal microstrip antenna array | |
| Mercy | Bandwidth Enhancement Analysis of Rectangular Microstrip Patch Antenna for Various Substrates | |
| Rosaline | SIW based mono-pole antenna for WLAN and WIMAX applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20001220 Termination date: 20110417 |