CN1117414C - 微波传输带天线和包含所述天线的设备 - Google Patents

Abstract

一个四分之一波天线包含分别在一个衬底(2)的两个表面上构成并且通过一个短电路(C2，C12)互连的一个晶片(6)和一个接地(4)。一个耦合传输带(C1)通过上述短电路进入上述晶片。它在两个横向槽(F4，F14)之间的上述晶片上延伸，并且在一个内部点(18)上与之相连以便允许激励上述天线的谐振。根据本发明，横向槽足够地窄以便横向耦合效应协助来自上述传输带的边缘的天线的激励。本发明尤其适用于移动电话。

Description

微波传输带天线和包含所述天线的设备

本发明涉及微波传输带天线。这些天线通常被用于射频和超高频。该天线包含一个晶片(patch)，一般通过对金属层进行蚀刻可以得到这种晶片。这种天线被称作微波传输带晶片天线。

微波传输带技术是一种用于构成信号传送线路和天线的平面技术，其中天线构成上述线路和发射电波之间的耦合。该技术使用平铺在一层薄绝缘衬底的顶层表面上的导电晶片和/或传输带，其中绝缘衬底将导电晶片和/或传输带与绝缘层的底层表面上的接地导电层分隔开来。上述类型的晶片通常比上述类型的传输带宽一些，并且其形状和尺寸构成了天线的重要特性。衬底的形状通常为厚度固定的长方形平面薄片。但这种形状不是绝对必须的。已知衬底厚度的指数变化拓宽了上述类型天线的带宽，并且薄片形状可以不是长方形。电子场线穿过传输带或晶片与接地层之间的衬底。上述技术不同于其它各种也在薄衬底上使用导电部件的技术，例如：

带状线技术，其中传输带被限制在底层接地层和顶层接地层之间，在这种天线中必须包含一个允许耦合发射电波的槽，

槽线技术，其中在衬底顶层表面上构成并且通过一个槽彼此分隔的两部分导电层之间建立电场，该槽在这种天线中必须张开更大的角度以便耦合发射电波，例如通过构成一个谐振结构，

共面线技术，其中在衬底的顶层表面上，并且对称地在中央导电传输带和两个导电区域之间建立电场，而两个导电区域分别位于传输带相对的两侧，并且被相应的槽相互分隔。在这种天线中，传输带通常与一个较宽的晶片相连以便构成耦合发射电波的一个谐振结构。

对于天线的制造，为了简便，下面的描述被限制在与发送器相连的发送天线的情况下。必须理解所描述的结构可以同样地应用于连接到一个接收器的接收天线。同样为了简便，假定衬底具有水平薄片的结构。

概括地讲，在可以通过微波传输带技术实现的两种基本谐振结构之间可以有差别。第一种可以称作“半波”结构。其天线则被称作“半波”或“电子”天线。假定晶片的一个维构成长度并且纵向延伸，长度基本等于在由接地平面，衬底和晶片构成的线路上沿该方向传播的电磁波的半个波长。在长度的终点耦合发射电波，该终点位于衬底中的电场范围(amplitude)最大的区域。

第二种可以通过相同技术实现的谐振结构可以被称作“四分之一波”结构。其天线又被称作“四分之一波”或“磁”天线。该天线与半波天线的不同之处首先在于其晶片具有基本等于四分之一波长的长度，其中晶片长度和波长如上所述，第二个不同之处在于接地平面和晶片之间的长度的一个终点上有一个硬件短电路(short circuit)，以便对通过短电路加上的一个电场结点进行四分之一波类型的谐振。在长度的另一个终点上耦合发射电波，该终点位于穿过衬底的电场范围为最大的区域。

实际上可以在这种天线上进行各种类型的谐振。这些谐振具体依赖于：

晶片的结构，其中可能包括槽，可能的发射槽，

任何短电路和表示短电路的电子模型的存在及位置，尽管电子模型不总能等价于具有零阻抗的最优短电路，

在这种天线中包含的，将谐振结构耦合到诸如发送器的信号处理单元的耦合设备，和这种设备的位置。

对于一种指定的天线结构，可以有多于一种的，允许在多个对应于谐振模式的频率上使用天线的谐振模式。

一个上述类型的天线通常不仅通过天线中包含的一个耦合设备，而且通过在天线外部的并把耦合设备连接到信号处理单元的连接线与一个诸如发送器的信号处理单元相连。对于包含信号处理单元，连接线，耦合设备和谐振结构的一个整体功能系统，必须构造耦合设备和连接线以便系统在整个范围内具有统一的阻抗，这样就避免了影响良好耦合的寄生反射。

在一个具有谐振结构的发送天线中，耦合设备，连接线和天线的相应功能如下所述：连接线的功能是从发送器向天线的终端传送一个射频或微波频率信号。在不显著修改其特性，至少是理论上不修改的情况下，所有信号以行波的方式沿上述类型的线路传播。耦合设备的功能是把连接线提供的信号转换成可以激励天线谐振的形式，即必须把传送信号的行波的能量传递到在具有天线所定义的特性的天线上建立的驻波。对于这种天线，把能量从驻波传递到被发射到空间的电波。因而，第一次把发送器提供的信号从行波形式转换成驻波，第二次则转换成射电波的形式。在接收天线中，在相同的单元中信号具有相同的形式，但沿着相反的方向并且按照相反的顺序进行转换。

可以通过非平面技术，例如以同轴线的方式实现连接线。

平面技术天线被用于各类设备。其中包含移动电话，移动电话的基站，汽车，飞机和导弹。对于移动电话，天线底层接地层的连续特性意味着可以轻易限制设备用户身体截取的发射功率。对于汽车，和上述外部表面为金属表面并且具有减少阻力的曲线外形的飞机或导弹，可以使天线适应外形以便不产生非期望的额外阻力。

在T.D.Ormiston，P.Gardner和P.S.Hall所著的“微波传输带短电路晶片设计方程(Microstrip Short-Circuit Patch Design Equations)”，微波和光技术通信(Microwave and Optical Technology Letters)，Vol.16，No.1，1997年9月，12-14页中描述了一种微波传输带天线。这种天线是四分之一波类型的天线。

在上述文章的图1中，没有示出天线的衬底和接地层，但隐含了在晶片和微波传输带下面存在衬底和接地层的内容。为了在天线上进行四分之一波谐振，在晶片的一边提供了一个短电路，该短电路是在衬底一个侧表面上的导电层中构成的。短电路是复合型的，即该短电路包括两个具有垂直传输带形式的导电体。传输带横向扩展到晶片宽度方向的两端，其间有一个轴向间距。

上述文章描述了从发送器向天线进行馈送的装置。这些装置由术语“微波传输带”表示，即它们使用微波传输带技术。尽管在文章中没有解释，但是显然微波传输带装置提供耦合设备和连接线的两个上述功能。文章的图1说明连接线是标准微波传输带线路。线路的主导体是图示的位于晶片的平面中的一个传输带。线路的接地导体是图中未示出的接地层的一部分，该接地层对于线路，耦合设备和天线是公用的。

对于耦合设备，具有水平纵向传输带的形式。耦合设备被图示成延伸连接线的传输带的一个微波传输带线的一部分。这个传输带可以被称作耦合传输带。它通过短电路的边缘进入晶片区域。接着它从边缘延伸入两个槽口之间的区域并且在晶片内部的连接点上，即在晶片区域内部的点上被连接到晶片上。根据该文章，提供两个槽口以便允许连接传输带穿过相应的连接点。槽口对应于短电路的轴向间隔的两边。

第一个现有技术的天线的缺点是仅在各种参数被精确调整时，该天线可以被馈送，或耦合到信号处理单元。这些参数包括上述两个槽口的宽度，长度和耦合传输带的宽度，并且必须调整这些参数以便得到合适的天线阻抗值。这些值，尤其是长度必须被保持在非常接近的，难以预先确定的误差范围内。在大量工业制造这种天线的情况下，这种调整问题会令人难以接受地增加制造费用。

在专利文献WO94/24723(无线接入公司(Wireles Access Inc.))中描述了第二种微波传输带天线。这种天线也是四分之一波类型的天线。其晶片(图3中的316)具有一个宽槽(矩形环350)，使得对于接近诸如人体的导电体或诸如微型计算机的电子电路不敏感。其短电路(330)是部分电路，这是因为该短电路是晶片的一个边缘中的一段。应当指出这种短电路便于匹配天线的输入阻抗。馈送到天线的连接线在衬底下面垂直分布。它属于同轴类型。耦合设备是中央导体，即主导体的扩展，它沿线路的轴向扩展通过衬底以便被连接到晶片。覆盖线路的接地导体被直接连接到天线接地。

第二个现有技术的天线的缺点是，提供有效的，利用连接到天线晶片的同轴线中央导体终端部分的耦合设备需要一个穿过衬底的孔洞，这样会产生实际的困难，尤其是需要调整连接点的位置。这些问题增加了制造的费用，尤其是在大量制造的情况下。

本发明的目的包括：

便于上述类型的天线，尤其是四分之一波天线的谐振结构和诸如发送器的，必须与天线配合操作的信号处理单元之间的耦合，

加宽上述类型的天线的制造公差，

限制上述类型的天线的制造费用，

在大量生产上述类型通信设备的情况下，限制通信设备的制造费用，其中通信设备包含一个上述类型的天线和一个信号处理单元。

对于上述目标，本发明体现在一个微波传输带天线中，该天线包括：

一个具有一个底层表面和一个顶层表面的绝缘衬底，

一个在上述底层表面上并且构成天线地线的导体，

一个占据上述顶层表面的一个区域并且构成一个晶片的导体，

一个在上述顶层表面中沿耦合方向伸展，并且在上述导体的至少一个边缘上与上述晶片横向分隔一段距离的延伸导体，其中上述导体构成一个耦合传输带，一个沿上述耦合方向延伸并且由两个包含上述耦合传输带的上述导体构成的耦合线，上述天线具有作为上述线路的上述导体的一部分的终端，上述线路耦合上述天线并且在其终端上提供一个信号，上述耦合构成天线耦合，

上述天线的特征在于上述横向间隔的宽度足够地小，以使得上述天线耦合至少由在上述耦合方向上分布的并通过上述耦合传输带和跨越上述分隔的上述晶片之间的相互作用产生的横向耦合效应而变得容易，上述分隔则构成了一个耦合槽。

上述晶片通常与上述接地配合操作以便引导电磁波沿着传播方向在天线中传播，上述耦合方向要尽量接近传播方向。

通过上述横向耦合效应可以实现天线耦合，该耦合不同于上述第一现有技术中天线使用的终端耦合。基于本发明的，耦合传输带和晶片之间的相互作用类似于主导体和接地之间的共面线中出现的相互作用。如果这种相互作用可以忽略，则耦合线会以微波传输带线的方式工作，其中接地导体为天线接地。考虑到上述天线终端之间的天线阻抗，这就是相互作用的存在和量级使得天线阻抗更接近共面阻抗而不是微波传输带阻抗的原因，其中共面阻抗等于包括耦合传输带和脱离天线地线的上述衬底上的晶片的可能的(Virtuelle)共面线的阻抗，微波传输带阻抗等于包括耦合传输带和脱离晶片的衬底的两个相对边上的接地的可能的微波传输带线的阻抗。

上述天线阻抗最好在70％到99.9％的范围内，并且上述共面阻抗在80％到98％的范围内会更好。

一个耦合槽的必要宽度依赖于天线的各个参数值，并且主要依赖于衬底的厚度和介电常数。在本发明的内容中，上述耦合槽的宽度通常为上述衬底厚度的3％到60％。更具体地是小于衬底厚度的35％。如果不考虑衬底的厚度，显然难以使用常规的工业技术蚀刻出宽度小于0.1mm的耦合槽。

通过数字实例可以说明天线阻抗和上述共面与微波传输带阻抗之间的关系。在例子中天线阻抗被当作定义如下的复合线的复合阻抗：

其主导体由一个传输带构成，该传输带具有无限的长度和宽度w。传输带位于衬底的顶层表面上，该衬底位于两个共面接地导体之间，接地导体通过两个具有相同宽度s的槽与传输带分隔开并且在相同表面上沿传输带两个相对的边无限延伸。衬底具有厚度h和一个绝缘常数ε，并且在其所有底层表面上具有一个接地层。以上述方式但根据复合线来定义共面和微波传输带阻抗，共面接地导体取代了晶片。

目的在于使微波传输带的复合阻抗接近50Ω。在第一和第三个例子中，衬底为环氧树脂。在第二和第四个例子中，衬底为PTFE玻璃。

结果在下面的表格中给出：

h(mm)	ε	w(mm)	s(mm)	阻抗(Ω)
							共面	微波传输带	复合
				3.2	4.3	3				0.5	55.8	74	50.3
3.2	2.2	3.6	0.2				54.6	89.7	50.4
				3.2	4.3	6.2				3	81.4	50	47.9
3.2	2.2	9.8	4				97.9	50	49.3

在前两个例子中，相对于衬底厚度而言较窄的槽宽度使得复合线以更接近共面线而不是微波传输带线的方式进行工作。另一方面，在后两个例子中，复合线更类似于微波传输带线。

上述衬底，上述天线接地和上述晶片通常构成一个谐振结构，该结构允许行波在该结构中沿上述传播方向传播，该结构为电波构成放置在前向和返回路径的两个反射器以便产生天线谐振。

上述耦合传输带通常在一个将传输带连接到一个天线终端的外部连接点和一个将传输带连接到上述晶片的内部连接点之间延伸。

结合下面的描述和附图对本发明的各种方面加以说明。如果相同的项目在不止一个图中出现，则用相同的索引号和/或字母表示。

图1是包含基于本发明的第一天线的通信设备的透视图。

图2是图1的天线的俯视图。

图3是同一天线的前视图。

图4是以分贝表示的同一天线的输入上的反射系数作为以MHz表示的频率的函数的变化的图例。

图5部分示出了基于本发明的第二个天线的一部分。

象上述第一个现有技术的天线那样，基于本发明的天线具有由下述部件构成的谐振结构：

一个绝缘衬底2，该衬底具有两个相对的主表面，该表面沿着天线中指定的方向延伸，并且构成水平方向DL和DT，这些方向可能依赖于天线所涉及的区域。如上所述，衬底可以具有各种形状。其两个主表面分别是底层表面S1和顶层表面S2。在天线中也定义了另一个方向。它与每个水平方向均有一个角度，并且构成一个垂直方向DV。刚才提到的角度通常是一个直角。但是，垂直方向也可以采用和水平方向不同的角度，并且也可以依赖所涉及的天线的区域。衬底有几个象表面S3那样的侧表面，每个侧表面均把底层表面的一个边缘连接到顶层表面的一个对应的边缘，并且包含垂直方向。

一个底层导电层，该导电层在底层表面上延伸并且构成一个天线接地4。

一个顶层导电层，该导电层在接地4上的顶层表面的一个区域上延伸以构成一个晶片6。该晶片具有特定于天线的结构。在两个构成纵向方向DL和横向方向DT的上述水平方向中也有一个长度和一个宽度，横向方向与侧表面S3平行。纵向方向构成前面提到的耦合和传播方向。尽管文字长度和宽度通常适用于长方形对象的两个相互正交的维，并且长度大于宽度，但必须理解在不偏离本发明范围的情况下晶片6可以具有不同的形状。具体地，方向DL和DT可以拥有不同于90度的角度，晶片的边缘不需要是直线形的，并且其长度可以小于其宽度。一个边缘位于顶层表面S2和侧表面S3的交叉处。该边缘沿横向方向DT延伸。该边缘构成了后缘10并且定义了一个沿横向方向DL到后缘的通路DB和一个沿纵向方向DL的反向通路DF。

最终，在基于本发明的第一天线中，一个短电路C2把晶片6电子连接到接地4。该短电路在侧表面S3中构成，该侧表面通常是平面形的，并且构成了一个短电路平面。该电路至少进行近似四分之一波类型的天线谐振。

天线还包括一个具有耦合线形式的耦合设备。该设备包含一个主导体，该导体包括两个在一个内部连接点18与晶片6相连的部分C1和C3。该设备还包括一个复合接地导体，该导体与主导体配合操作并且会在下面加以描述。该设备构成了全部或部分的连接系统，该系统把天线的谐振结构连接到信号处理单元8以便，例如在涉及一个发送天线的情况下，自该单元激励一或多个天线谐振。除了该设备之外，连接系统一般还包括一个在天线外部并且包含两个导体的连接线C4，C5。在这个线路的一个天线终点上，两个导体被连接到相应的连接导体，上述连接导体是耦合设备的一部分，并且可以被看作构成了天线的两个终端。在线路的另一端，两个导体分别被连接到到信号处理单元的两个终端。线路可以是同轴型，微波传输带型或共面型。如果所涉及的天线是一个接收天线，则同一的系统向信号处理单元发送天线接收的信号。系统的各种部件具有前面所述的功能。

本发明还包括一个通信设备和一个上述类型的信号处理单元，其中通信设备包括一个基于本发明的天线，信号处理单元通过上述类型的连接系统与天线相连。

基于本发明的天线可以是一个单频天线或多频天线。第一个例子的天线是一个双频天线，即它必须产生至少两个谐振以便能够在对应于两个操作频率的两个模式上进行工作。为此一个在晶片6中构成的槽向晶片的前面和外部打开。因而构成了一个纵向分隔槽F1。该槽的纵向延伸部分在晶片中定义了一个前端区域Z2，Z1，Z12，其中该槽将一个基本区域Z1和一个辅助区域Z2分割开。一个后缘区域ZA在前端区域和后缘10之间延伸。后缘区域在纵向方向DL上比前端区域更短。

内部连接点18在基本区域Z1中。天线的一个操作模式构成了一个基本模式，其中依靠沿纵向方向或接近纵向方向的一个方向对行波进行双向传播可以建立一个驻波，并且电波在包含基本区域和后缘区域，并且基本不包含辅助区域Z2的一个区域中传播。另一个操作模式构成了一个辅助模式，其中依靠在另一个包含基本区域，辅助区域和后缘区域的区域中对行波进行双向传播(与前相同)可以建立一个驻波。

在这种结构中，后缘区域ZA具有把辅助区域耦合到基本区域以便允许建立辅助模式的第一功能。它具有允许后缘上的短电路在这两个区域中发挥作用的第二功能。天线是一个针对各个操作频率的四分之一波天线，至少是近似的四分之一波天线。

选择晶片和耦合线的结构和内部连接点18的纵向位置以得到所期望的，由天线提供给信号处理单元或把单元连接到设备的连接线的阻抗预定值。这里把该阻抗称作天线阻抗。对于发送天线，该阻抗通常被称作输入阻抗。其期望值最好等于连接线的阻抗。这就是连接点的位置最好针对各个操作频率基本给定相同的阻抗值的原因。

通常情况下操作频率最好具有预定的期望值。通过适当选择基本区域Z1和辅助区域Z2各自的纵向尺寸可以得到这些值。这就是两个尺寸通常互不相同的原因。

在更具体的描述的情况下，晶片6的结构也构成了一个沿横向方向DT延伸的槽。这个槽构成了将基本区域与后缘区域ZA部分分隔的一个横向分隔槽F2。该槽被连接到纵向分隔槽F1的后端。基本区域Z1中的另一个槽F3从横向分隔槽F2向前端延伸。由于其作用是随着长度增加减少操作频率，所以该槽可以被称作频率减少槽。这样，不仅限制了为得到预定的期望操作频率值所必须的晶片长度，而且允许通过适当地调整长度来调整频率。

天线最好有一个沿纵向方向DL和垂直方向DV对称延伸的平面，该平面在衬底的顶层表面中的轨迹构成了晶片6的对称轴A。如果两个部件关于对称轴或平面彼此对称，则图中右边的索引号包含的数字等于左边的对应数字加10。耦合设备，延伸到轴A附近的基本区域Z1和晶片的结构在基本区域的相对两边上构成了上述两个纵向分隔槽F1，F11。辅助区域则包含两个分别在相应的槽以外的部分Z2，Z12。

综上所述，这组分隔槽F1，F2，F11，F12是U形的。U的分支和主干分别是纵向和横向的。主干有一个沿轴的两边延伸的轴向间隔20，该间隔通过后缘区域ZA的一个轴向部分把基本区域Z1连接到短电路C2，C12。

根据一个已经在上述第一现有技术天线中使用的有用结构，构成天线的耦合设备的耦合线包含一个作为顶层导电层一部分的导体。为了更精确，上述主导体的一部分C1沿纵向DL进入晶片区域6。该部分在一个邻近后缘10的后端和一个包括内部连接点18的前端之间延伸。这个主导体部分具有传输带的形式并且可以被称作水平耦合传输带。象上述第一现有技术天线那样，该传输带受到两个槽口的横向限制。但是，在本发明的天线中，两个槽口在方向DT上足够地窄并且在方向DL上足够地长，以致被分别当作两个纵向槽F4和F14。两个槽分隔传输带和晶片6，并且被称作耦合槽。其宽度允许在设计线路时能够较好地确定线路参数，其中耦合传输带构成主导体，该线路是适于沿线路长度以分布方式激励天线的共面线，而不是适于只在线路端点激励天线的微波传输带线路，象共面线那样，共面线的接地导体包括分别超出两个槽F4和F14的传输带相对的两个侧边之上，而不是微波传输带线中的天线接地的晶片部分。该线路被称作水平共面线。

应当允许通过电磁信号来耦合天线，其中外部连接线在介于两个终端之间的水平共面线的后端得到或提取电磁信号，两个终端对于水平共面线和天线是共用的，两个终端分别包括线路的接地导体和传输带的后端。但是，至少在诸如移动电话的设备的情况下，通过晶片平面中的这种导体在耦合设备和外部线路之间建立连接会使设备制造复杂化。

具体地，有关的水平共面线沿轴A延伸。该共面线在U的主干处进入轴向间隔20，该间隔由两个耦合槽F4和F14来界定。如上所述，确定其主导体的前端18的位置以得到期望的天线阻抗值。但是，天线阻抗也依赖于诸如耦合传输带C1的宽度，耦合槽的宽度的其它参数和衬底的性质。

根据在前面第一现有技术天线中使用的另一个有用特性，上述短电路是一个包括两个短电路导体C2和C12的复合短电路。两个导体沿垂直方向DV延伸，其间有一个间隔。其中每一个导体把天线接地4连接到晶片6。

在一个有用的结构中，天线耦合线还包括连接导体，该导体在侧表面S3上构成并且可以构成一个垂直共面线。这种线路由以下导体构成：

一个主导体C3，该导体沿着垂直方向DV在一个底端和一个顶端之间延伸，上述底端和顶端位于两个短电路导体之间的间隔内。顶端被连接到水平共面线的主导体C1的后端。垂直共面线的主导体同时构成上述第一连接导体，天线的第一终端和一个耦合线的主导体的垂直部分。

与导体C3配合操作的两个接地导体，并且包括两个短电路导体C2和C12。两个短电路导体还共同构成天线第二终端。

在设备尺寸受到限制的情况下，在侧表面S3上构成连接导体的事实显然允许在耦合设备之间建立连接，该耦合设备是在设备表面上构成的天线的一部分，并且一个连接线把该设备连接到一个信号处理单元。如果单元在设备之内，则线路可以具有同轴线的形式，其在天线附近与天线平面正交。在其它情况下这种连接导体结构允许把天线连接到导体，其中这些导体被一个母板接到一个表面上，并且天线衬底已被固定在该表面上，连接线通常与天线的纵向方向平行，至少在天线附近是这样。构成这种适于在衬底的侧表面构成天线终端的导体只是稍稍增加了天线制造的复杂度。制造四分之一波类型的天线需要短电路导体。第一连接导体通过多数情况下在相同的制造步骤中使用的，至少类似于用于短电路导体的过程的过程可以构成。

更具体地，在特定于第一示例天线的有用结构中，通过下面步骤集中构成耦合设备的所有连接器：

在侧表面S3构成一个垂直导电层，

对该层进行蚀刻以同时构成两个短电路导体C2，C12和第一连接导体C3。这些导体则分别构成两个短电路传输带和一个垂直耦合传输带。

连接导体最好只覆盖小部分后缘10。在示例天线中，该部分与基本区域Z1基本相同。

最好选择耦合传输带和诸如传输带两边的耦合槽的宽度以得到一个统一和合适的阻抗，对于包括垂直和水平共面线的耦合线而言，该阻抗通常为50欧姆。通过选择内部连接点18的位置来调整天线阻抗。耦合槽较窄的宽度和产生的横向耦合效应使得能够放宽各种参数的制造公差并且不会牺牲好的耦合质量。

在试图用于小尺寸设备的第一示例天线中，在天线外部的连接线是同轴线。至少在天线附近该连接线可以沿着与天线表面基本正交的方向，例如沿着垂直方向DV延伸。该连接线包含一个轴向导体C4。在线路的第一端，轴向导体被连接到导体C3。在线路的另一端导体被连接到信号处理单元8的第一终端。沿着线路长度环绕着一个导电外壳C5。在线路的第一端外壳被连接到两个短电路导体C2和C12。在线路的另一端则被连接到比如一个发送器的信号处理单元8的另一个终端。

在第一个天线的一个实施例中，以数字实例的方式给出各种成分和数值。分别在纵向方向DL和横向方向DT上指出长度和宽度。

基本操作频率：940MHZ，

辅助操作频率：870MHZ，

输入阻抗：50欧姆，

衬底成分和厚度：具有相对介电常数e_r＝4.3和损耗系数tan d＝0.02，厚度为1.6mm的环氧树脂，

导电层的成分和厚度：铜，17微米，

基本区域Z1的长度：26mm，

区域Z1的宽度：29mm，

辅助区域Z2和Z12的长度：30mm，

这些区域中每一个的宽度：5.5mm，

后部区域Z3的长度：2.5mm，

水平共面线的导体C1的长度：25mm，

垂直共面线的导体C1和主导体C3的宽度：2.1mm，

导体C3的高度：0.8mm，

在横向槽F2和F12的水平方向上的所有槽的共同宽度：0.5mm，

频率减少槽F3和F13的长度：5mm，

轴向间隔的宽度：7mm，

各个短电路导体C2和C12的宽度：5mm。

图5说明了针对基于本发明的第二天线的一个外部连接线和一个天线耦合线。

第二天线的各个部件至少在功能上类似于上述第一天线的各个部件。除了数字加50之外，使用与第一天线的类似部件相同的索引字母和/或编号表示这些部件，例如第一天线的外部连接线的主导体C4类似于第二天线的导体C54。

第二天线包含一个未示出的覆盖衬底52的底层表面的接地。第二天线与第一天线的不同之处在于：

第二天线是一个半波天线，该天线在其晶片56的两个横向边缘102和104上有一个电场凸出，使得在发送天线的情况下这两个边缘构成一个发射区域。没有垂直耦合传输带和短电路。耦合传输带C51在晶片56的一个边缘的附近延伸，其中一个单独的耦合槽F54把耦合传输带C51和晶片56分隔开。外部连接线是具有接地的连接线，该接地包括与天线接地相同的导电层。其主导体具有传输带的形式，该传输带构成一个连接传输带C54，连接传输带C54被连接到一个区域C53中的耦合传输带C51，使得两个传输带类似于具有两个功能的一个公共传输带的两个连续分段。

在本发明中，天线的第一终端C53被定义成双功能传输带的两个分段之间的连接区域，第二终端包括公共地线。双功能传输带的一个分段，例如耦合传输带是具有天线谐振结构的耦合效应的位置，并且被认为是天线的一部分。另一个分段，即连接传输带不会产生这样的效应。考虑把它与耦合传输带相分隔并且作为天线外部，即使它通过与蚀刻晶片和耦合传输带相同的步骤刻出，在这种情况下，图中未示出，使用不同的比如同轴线的补充连接线把传输带C54连接到信号处理单元。

在衬底52厚度均匀并且符合本发明的结构特征的一般情况下，连接传输带的宽度大于耦合传输带C51的宽度以便防止在区域C53中阻抗不连续。更概括地讲，当使用本发明时，在其所有长度上为双功能传输带提供均匀阻抗的必要性使得传输带的参数在构成一个天线终端的位置发生变化。这种变化最好是累进的，以便避免突然的几何非连续性。

Claims (12)

1.一种微波传输带天线，其中包括：

一个具有一个底层表面(S1)和一个顶层表面(S2)的绝缘衬底(2)，

一个在上述底层表面上并且构成天线接地(4)的导体，

一个占据上述顶层表面的一个区域并且构成一个晶片(6)的导体，和

一个在上述顶层表面中沿耦合方向伸展，并且在上述导体的至少一个边缘上与上述晶片以具有一个宽度的一个横向间隔相隔开的延伸导体，其中上述导体构成一个耦合传输带(C1)，一个沿上述耦合方向延伸并且由两个包含上述耦合传输带的上述导体构成的耦合线，上述天线具有作为上述线路的上述导体的一部分的终端(C2，C3)，上述线路耦合上述天线和在其终端上提供的信号，上述耦合构成天线耦合，

上述天线的特征在于上述横向间隔的宽度足够地小，以便于上述天线耦合至少由在上述耦合方向上分布的并通过上述耦合传输带和跨越上述间隔的上述晶片之间的相互作用而产生的横向耦合效应而变得容易，上述分隔则构成了一个耦合槽(F4)。

2.如权利要求1所述的天线，上述晶片(6)与上述接地(4)配合操作以便引导电磁波沿着传播方向在天线中传播，上述耦合方向要尽量接近传播方向。

3.如权利要求1所述的天线，上述天线在其终端(C2，C3)之间有一个阻抗，上述阻抗构成一个天线阻抗，上述天线的特征在于上述天线阻抗更接近一个共面阻抗而不是一个微波传输带阻抗的原因，上述共面阻抗等于包括上述耦合传输带(C1)和不含有上述天线接地(4)的上述衬底(2)上的晶片(6)的一个共面线的阻抗，上述微波传输带阻抗等于包括上述耦合传输带和不含有上述晶片的上述衬底的两个相对边上的上述天线接地的一个微波传输带线的阻抗。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于上述天线阻抗在上述共面阻抗的70％到99.9％之间。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于上述天线阻抗在上述共面阻抗的80％到98％之间。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在上述耦合槽(F4)的宽度为上述衬底(2)厚度的3％到60％范围内。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在上述耦合槽(F4)的宽度小于上述衬底(2)厚度的35％。

8.如权利要求2所述的天线，上述衬底(2)，上述天线接地(4)和上述晶片(6)构成一个谐振结构，该结构允许行波在该结构中沿上述传播方向(DL)在两个相对的通路中(DF，DB)传播，上述结构为电波构成两个反射器，上述反射器安放在产生天线谐振的前向和返回路径上。

9.如权利要求8所述的天线，上述耦合传输带(C1)在一个将上述传输带连接到一个天线终端(C3)的外部连接点和一个将上述传输带连接到上述晶片(6)的内部连接点(18)之间延伸。

10.如权利要求9所述的天线，上述晶片具有一个基本与上述传播方向(DL)正交的后缘(10)，上述天线还包含一个短电路导体(C2)，该导体把上述晶片连接到上述边缘上的上述天线接地(4)，使得上述谐振是一个在上述后缘上具有一个电场结点的四分之一波谐振，上述耦合传输带(C1)在上述后缘的一个外部连接点上穿过顶层表面的上述区域，上述传输带在上述区域中延伸并且被上述传输带的相对两边上的两个耦合槽(F4，F14)与上述晶片相分隔，上述内部连接点(18)在上述区域之内。

11.一个通信设备，其中包括：

一种微波传输带天线，其中包括：一个具有一个底层表面(S1)和一个顶层表面(S2)的绝缘衬底(2)；一个在上述底层表面上并且构成天线接地(4)的导体；一个占据上述顶层表面的一个区域并且构成一个晶片(6)的导体；和一个在上述顶层表面中沿耦合方向伸展，并且在上述导体的至少一个边缘上与上述晶片以具有一个宽度的一个横向间隔相隔开的延伸导体，其中上述导体构成一个耦合传输带(C1)，一个沿上述耦合方向延伸并且由两个包含上述耦合传输带的上述导体构成的耦合线，上述天线具有作为上述线路的上述导体的一部分的终端(C2，C3)，上述线路耦合上述天线和在其终端上提供的信号，上述耦合构成天线耦合，上述天线的特征在于上述横向间隔的宽度足够地小，以便于上述天线耦合至少由在上述耦合方向上分布的并通过上述耦合传输带和跨越上述间隔的上述晶片之间的相互作用而产生的横向耦合效应而变得容易，上述分隔则构成了一个耦合槽(F4)，上述天线在其终端(C2，C3)之间有一个阻抗，上述阻抗构成一个天线阻抗，上述天线的特征在于上述天线阻抗更接近一个共面阻抗而不是一个微波传输带阻抗的原因，上述共面阻抗等于包括上述耦合传输带(C1)和不含有上述天线接地(4)的上述衬底(2)上的晶片(6)的一个共面线的阻抗，上述微波传输带阻抗等于包括上述耦合传输带和不含有上述晶片的上述衬底的两个相对边上的上述天线接地的一个微波传输带线的阻抗；

一个通过上述天线终端与上述天线相连并且具有基本等于上述天线阻抗的阻抗的信号处理单元(8)。

12.如权利要求11所述的设备，其中还包括一个把上述天线的上述终端(C53)连接到上述处理单元的连接线，上述连接线在上述天线附近至少包含：

一个在上述衬底(52)的上述底层表面上延伸并且与上述天线接地相连的导体，

一个在衬底的上述顶层表面上延伸并且与上述耦合传输带(C51)相连的延伸导体，上述导体具有一个宽度并且构成一个连接传输带(C54)，

上述设备的特征在于上述连接传输带的宽度大于上述耦合传输带的宽度。

Images