CN1180947A

CN1180947A - 具有短路叠置元件的平面印刷电路天线

Info

Publication number: CN1180947A
Application number: CN97119295.2A
Authority: CN
Inventors: G·科西尔瓦斯; A·帕皮尔尼克; P·布拉查特; J·卡扎齐斯; P·拉塔扎克
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Gula Consulting LLC
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: EP0825673A1; FR2752646A1; US5986606A; EP0825673B1; DE69740078D1; CN1174522C; FR2752646B1; CA2213155A1

Abstract

一种用于发射和/或接收微波类型信号的平面印刷电路天线,包括:基本平行于地平面的第一导电元件或片;将第一片与地平面隔开的第一介电基片;天线的供电装置;至少一个第二片,与所述第一片基本相同,第二片叠置在第一片上并基本上平行于地平面;将第一片及第二片隔开的第二介电基片;及至少一个第一短路,使第一和第二片相互连接。所述第一及第二片中至少一片包括至少一个槽。

Description

具有短路叠置元件的平面印刷电路天线

本发明的领域为小尺寸电磁天线，它们依赖其几何构型，能够工作在几百MHz至若干GHz的频率上。

具体说，本发明涉及小尺寸平面印刷电路天线。

小尺寸天线具有各种应用，诸如，与移动单元的通信(在此情况下，天线放置在与基于地面或卫星的通信网一起工作的便携式无线电移动终端中)，近距离通信(如各计算机之间或建筑物内部)，用于识别装置等。

在现有技术中，有两种主要类型的公知小尺寸天线，即：——双偶极天线或从其派生出的线状天线，通常工作在低于1GHz的频率上。——平面(或印刷电路)天线，工作在低于0.5GHz的频率上。它们由平行于地平面的金属片构成。该金属片也称为“片”(“patch”)。

小尺寸平面天线的公知例子包括四分之一波长天线，PIFA或“平面反相F天线”，单层C型天线及H形天线。

在现有技术所提出的大多数天线上具有两个主要存在的缺点：具有过大的尺寸及过小的通带。换言之，对于变得愈来愈紧凑的终端来说，公知天线所需空间量太大而它们的带宽则太小。

本发明尤其是旨在克服现有技术的这些缺点。

更具体地，本发明的一个目的是提供非常紧凑的平面印刷电路天线，也即相对工作波长来说非常小尺寸的天线。

本发明还旨在提供具有宽通带的这种小尺寸天线。

本发明的另一目的是提供小尺寸的波段天线。

根据本发明这些不同目的以及在下面将出现的另外目的将借助一种用于发射和/或接收微波类型信号的平面印刷电路天线来实现，该天线具体包括：——基本平行于地平面的第一导电元件或片，——将所述第一片与所述地平面隔开的第一介电基片，——所述天线的供电装置，——至少一个第二片，它基本与所述第一片相同，所述第二片叠置在所述第一片上并基本上平行于所述地平面，——将所述第一片及第二片隔开的第二介电基片，——至少一个第一短路，使所述第一和第二片相互连接，

其中所述第一及第二片中至少一片包括至少一个槽。

因此本发明的总原则在于，在两叠置片之间引入一个短路，它们中至少一个包括一个(或多个)槽。

换言之，本发明涉及将槽引入到片的几何构型中。实际上，适当布置的槽(或孔)的存在易于增长电流线，由此能够：——或对于具有给定空间需要量的天线工作于较低频率，——或对于工作在给定效率上减少天线尺寸。

天线尺寸的减小也是由于在叠置的各片之间(或在各片与地之间)存在部分短路平面所产生的，它也增长了电流线的长度。

此外，通过金属元件的叠置获得了通带的增宽。

本发明能获得可工作于2GHz范围的非常小尺寸天线(典型35mm×35mm)的不同结构。显然，利用甚至更小的尺寸，它们可工作在更高的频率上。

有利的是，至少一个第二短路将所述第一片与所述地平面相连接。

最好，所述第一介电基片和/或所述第二介电基片属于包括空气和另外介电材料的组。

在本发明的一个有利实施例中，所述第一及第二片的每个均具有C形状，并包括确定第一自由端及第二自由端的一个槽，及

第一及第二片的第一自由端通过所述第一短路相连接。

本发明的该有利实施例被称为短路多层C型天线。“多层”是指存在两叠置的片。

在本发明该优选实施例的情况下，有利的是，所述第一及第二片中的每个具有与单层C型天线的片相同的形状。

实际上，在现存技术中具有公知的单层C型天线(即仅具有一片的天线)。该天线是由折叠偶极子获得的。这是通过沿它的对称轴切割并在观察到连接天线两部分的金属条中流过非常小的电流时仅保持其一半来作出的。

本发明的短路多层C型天线，其本身部分是通过绕其对称面“折叠”双偶极获得的。换言之，本发明完全与上述现有技术背道而驶，因为这样获得的两半天线均被保留，而不只是其中之一。根据本发明，这两半相同且叠置的天线形成了两个片。连接它们的金属条是这两片之间的第一短路。

该短路多层C型天线看来象使用折叠偶极子的第一方式(通常为非发射方式)。假定折叠偶极子第一方式的电流分布被维持，则这样获得的保持叠置的两半天线具有类似的电流分布模式且它们的发射值加在一起。于是，建立了发射而同时双倍地减小天线表面积。

有利的是，每个所述第一及第二片除了制出所述槽的部分外其大致为方形，其边长约为l＝λ/12，其中λ为天线工作波长。

于是，就获得了具有特别小的模向尺寸的平面天线。实际上，就本发明人所知，并不存在具有象这种天线那样小尺寸的天线。具体地，可想到传统的天线通常是方形的，其边长为l＝λ/2。

从下面以非限定的举例方式对本发明优选实施例的说明及附图中将会了解本发明的其他特点和优点，附图为：

图1为现有技术的一个公知折叠偶极子的顶视图；

图2、3及4各表示根据本发明的称为短路多层C型天线的具体实施例的一个透视图、一个侧视图及一个顶视图；

图5为本发明实施例的天线尺寸与传统天线尺寸的比较；

图6(a)和6(b)各表示图2、3和4所示举例性短路多层C型天线的发射模型，分别用于说明主极化(图6(a))和交叉极化(图6(b))情况；

图6(C)为图6(a)和6(b)中的轮廓线的参照对应表。

本发明的一种小尺寸平面天线具体包括：叠置着的并彼此短路的两个导电元件或片(使之与地平面平行)。下片和地也可以短路。这两片上可具有一个或多个槽。

在以下的说明中，将展示本发明天线的一个具体实施例。它被称为“短路多层C型天线”。

以下将参照图2、3和4来描述本发明天线的具体实施例，即短路多层C型天线。图2、3和4各为本发明短路多层C型天线的透视图、侧视图和顶视图。

天线包括地平面1和两个叠置的片2、3(称为上片2和下片3)。它还包括一个同轴供电端4。

下片2和上片3是相同的。每个均为“C”形，槽5、5′形成在起初的方形中并确定出第一自由端6、6′和第二自由端7、7′。两片2、3的第一自由端6、6′通过短路点8相连接。

图1为现有技术中公知的折叠偶极子天线的顶视图。本发明的短路多层C型天线是通过将该折叠偶极子绕对称轴XX′“折叠”而获得的。所获得的两半天线是相同的并叠置起来，形成了下片2和上片3。连接它们的金属条形成两片2、3之间的短路点8。

该短路多层C型天线使用折叠偶极子的第一方式(通常为非辐射方式)。如果假定第一偶极子的第一实施例的电流分布被维持，则现在是叠放所获得的两半天线具有相似的电流分布模式且它们的发射值加起来。于是建立了发射，同时天线的表面积双倍地增小。

由根据本发明的两个示例性短路多层C型天线所获得的结果表示在下面。下面的表I展示了这两个示范天线的精确尺寸。

在这两个例中，如果将存在的槽5、5′除外，则这两个片2、3为方形(l₁+l₂+l₃＝w₁+w₂)。

在第一例中(表I中第一行)，天线全部是金属的。地平面1和下片2之间的空间及下片2和上片3之间的空间均为空气(ε_r1＝ε_r2＝1)。该天线的厚度为6mm(h₁+h₂)，全部空间需要20×20×6mm。

在第二例中(表I中第二行)，位于地平面1和下片2之间的空间为空气(ε_r1)，而位于下片2及上片3之间的空间填以基片(ε_r2＝2.2)。该天线的厚度为3mm(h₁+h₂)，全部空间需要13.5×13.5×6mm。

以下是表I中的参数：——h₁是地平面1和下片2之间的间隔；——h₂是下片2和上片3之间的间隔；——ε_r1是位于地平面1和下片2之间的介电元件的相对介电常数；——ε_r2是位于下片2和上片3之间的介电元件的相对介电常数；——l₁是第二自由端7，7′的宽度；——l₂是槽5、5′的宽度；——l₃是第一自由端6、6′的宽度；——W₁是连接第一自由端6、6′和第二自由端7、7′的区域的宽度；——W₂是槽5、5′的长度。

表I

天线类型	h₁(mm)	h₂(mm)	ε_r1	ε_r2	l₁	l₂	l₃	W₁	W₂
天线类型	h₁(mm)	h₂(mm)	ε_r1	ε_r2	l₁	l₂	l₃	W₁	W₂	无基片	3	3	1	1	12	4	4	4	16
有基片	1,5	1,5	1	2,2	7	3,5	3	3,5	10	无基片	3	3	1	1	12	4	4	4	16

利用第一例的天线(它全部是金属的)，可获得在频率为12GHz上的谐振。通过比较，一个在相同频率上的标准方形元件应具有六倍大的尺寸。所获得的通带对于小于2的S.W.R(驻波比)为2.5％。

图6(a)和6(b)各表示第一例的短路多层C型天线的发射模型，分别为主极化图(图6(a))和交叉极化图(图6(b))。图6(c)表示图6(a)和6(b)的轮廓线的参照对应表。

这些发射模型图表示相对的全向辐射特性。它们也显示出缺乏极化纯度，这是由于这些片的复杂几何构型引起的。

第二例的天线(包括基片)具有1.47GHz的谐振频率，及在S.W.R等于2时有0.3％的通带。因此，片的尺寸进一步缩小了，这是以使用介电基片减小通带为代价的，该介电基片例如为在两叠置片之间的Duroid(注册商标)型基片，其ε_r2＝2.2。

图5示出本发明各实施例的天线尺寸与标准天线尺寸的比较。

具有边长为λ/12的方块91相应于本发明的多层C型天线的叠放短路片的尺寸，其中λ为天线的工作波长。就本申请人所知，该多层C型天线是已做出的最小天线。可通过优选其几何构型来增加其小的通带值(2.5％)。具有边长为λ/2的方块93表示在标准天线中使用的单片的尺寸。

显然，本发明能以各种型式的槽和短路来实施。

为了实施本发明，通常槽或部分短路点的位置及形状能按以下来确定：——在引入槽或短路平面之前分析电流分布(通过计算或基于物理原理的推理)，以计划这些短路平面的位置。——在引入槽或短路平面之前研究电流分布(通过计算或基于物理原理的推理)，以预先计算对天线发射模型天线的输入阻抗及输出值的影响。

Claims

1.一种用于发射和/或接收微波类型信号的平面印刷电路天线。包括：——基本平行于地平面的第一导电元件或片，——将所述第一片与所述地平面隔开的第一介电基片，——所述天线的供电装置，——至少一个第二片，它基本与所述第一片相同，所述第二片叠置在所述第一片上并基本上平行于所述地平面，——将所述第一片及第二片隔开的第二介电基片，——至少一个第一短路，使所述第一和第二片相互连接，

其中所述第一及第二片中至少一片包括至少一个槽。

2.根据权利要求1的天线，其中至少一个第二短路连接着所述第一片及所述地平面。

3.根据权利要求1的天线，其中所述第一介电基片和/或所述第二介电基片属于包括空气和另外介电材料的组。

4.根据权利要求1的天线，其中所术第一及第二片每个均具有C形状，并包括确定第—自由端及第二自由端的一个槽，及

其中第一及第二片的第一自由端由所述第一短路相连接。

5.根据权利要求1的天线，其中所述第一及第二片中的每个均具有与单层C型天线的片相同的形状。

6.根据权利要求1的天线，其中所述第一及第二片中的每片除了制出所述槽的部分外其大致为方形，其边长均为l＝λ/12，其中λ为天线的工作波长。