CN1303141A - 平面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放置在特别小的无线电设备内的一种天线装置(400)。通过在比较接近天线的馈入点(F)设置构件(415)来增加辐射平面(420)与地平面(410)之间的电容,扩展了通常的PIFA型结构。该构件可以是从该辐射平面向该地平面(反之亦然)延伸的凸起。本发明的优点是,在不增加天线尺寸的情况下显著增加了天线带宽。本发明的另一个优点是,其结构简单并从而降低了制造成本。

Description

平面天线
本发明特别涉及一种可安装在小型无线电设备内的平面天线装置。
在便携式无线电装置中，很希望将天线安装在装置的壳内，因为突出的天线是不实用的。在现代的移动站上，例如，其内部天线自然必须是小型的。由于移动站变得越来越少，就更强调了这种需要。此外，在双频带天线中，高的操作频带至少应是比较宽的，特别是如果所述装置计划工作在采用1.7-2GHz频带的多于一个的系统时。
当目标在于小型天线时，最普通的方案是采用PIFA(平面倒F天线)。在一个给定频带或一些频带上这种天线的工作性能依赖于它的尺寸：其尺寸越大，其性能越好，反之亦然。例如，降低PIFA的高度，即使得辐射平面与地面彼此更接近，则显著地减少了带宽并降低了效率。同样，在宽度和长度的方向上减小天线，使其部件的实际长度小于它的电子长度，则减少了带宽，特别是降低了效率。
图1表示现有的双频带PIFA的一个例子。在图中，可以看出所述装置的框架110，是水平画出的，并作为该天线的地平面。在该地平面之上有一个由绝缘件(例如105)支持的平面辐射元件120。在该辐射元件与地平面之间有一个短路件102。通过经该地平面上的孔的导体103在F点对该辐射元件馈送。在该辐射元件中有一缝隙125。从该元件的边缘开始，在转两个直角后延伸到接近馈送点F。从馈送点F观查，该缝隙将该辐射元件分为具有不同长度的两个分支A1和A2。在这个例子中，该较长的分支A1包括该辐射元件的边缘区的主要部分，它的谐振频率落在该天线的下工作频带上。该较短的分支A2包括该辐射元件的中区，它们谐振频率落在该天线的上工作频带上。图1中所描述的结构的缺点是，使小型移动站的更小天线可能降低天线的特性太多；更高谐振频率的带宽可能是不够的。
从现有技术中并不知道，在不增加天线尺寸的情况下会显著地增加PIFA的带宽。从一些较早的应用中申请人知道一种结构，其中通过以具有一定宽度比的两部分制作该辐射元件的缝隙来增加带宽(FI991807)；以及另一种结构，其中通过在该辐射平面之上增加第二辐射平面，并在这些平面之间和在最上的平面的顶上放置绝缘的材料来增加带宽。
在这里公开的方案中，利用在一定的区域通过导体增加地平面和辐射平面之间的电容来增加PIFA的带宽。在现有技术中实质上是知道这种电容的增加的。图2表示一个简化的例子，其中在朝向地平面210的它的边缘上已将辐射平面220弯曲。在弯曲215与地平面之间则有一定的附加电容C。图3表示从公开的US 5764190中得知的结构，其中在辐射平面320与地平面310之间有一较小的平行平面315，通过与前者的电流接触来增加电容。在这些情况下，增加电容的构件是在对于由馈送导体203(303)和短路导体202(302)所确定的馈送位置的天线的相反端上，这个构件的目的主要是减少天线的实际尺寸。
本发明的目的是以新颖的方式来增加小尺寸的PIFA的带宽。根据本发明的结构的特征在于独立权利要求1中所表示的。在其它的权利要求中给出了本发明的一些最佳实施方案。
本发明的基本构思如下：通过在比较接近天线的馈点形成该构件增加辐射平面与地平面之间的电容来扩展通常PIFA型的结构。该构件可以是从辐射平面向地平面的凸起，反之亦然。
本发明的优点在于，在不增加天线尺寸和情况下显著地增加了天线带宽。本发明的另一个优点在于，根据它的结构简单并降低了制造成本。
下面，将参考附图详细地描述本发明，其中：
图1表示根据现有技术的PIFA的一个例子。
图2表示想要增加电容的已知结构的一例，
图3表示想要增加电容的已知结构的第二例，
图4表示根据本发明的天线结构的一例，
图5表示本发明的第二实施方案，
图6表示本发明的第三实施方案，
图7表示本发明的第四实施方案，
图8表示根据本发明的天线特性的例子，和
图9表示用根据本发明的天线装备移动站的例子。
结合现有技术的描述已经讨论了图1，2和3。
图4表示根据本发明的天线结构的例子。天线400包括地平面410和辐射平面420。在此例中将短路导体402和天线馈入导体403连接到接近这个角落的辐射平面。该辐射平面具有一缝隙425，从馈入点F观查将它分为两个分支A1和A2，它们具有明显不等的谐振频率。因此该例表示一个双频带结构。根据本发明将朝向地平面的导电凸起415连接到比较接近该馈入点F的辐射平面上。例如，通过将原先在平面420上在面向该馈入点的一侧形成的凸起弯曲成直角来形成该凸起415。在凸起415和地410之间有一定的电容C。这就有效地补偿了天线馈入阻抗的电感部分，从而在比没有所述凸起时的显著更宽的频带上产生可接受的匹配。可将图4的装置特别用于加宽高频频带，这的确是经常需要做的。
图5表示根据本发明装置的第二例。这有一个天线500，包括地平面510，辐射平面520和它们之间的短路导体502。根据本发明，将一个朝向地平面的导电凸起515连接到该辐射平面。在这个例子中该凸起与该短路导体502是电流接触，使得当从该辐射平面开始时该短路导体很宽，而在下端，即连接到地平面的部分比较窄。例如，可通过将原先在平面520上形成的凸起弯曲成直角来生成该凸起515和短路导体502。当辐射器的可用区域是比较大时，根据图5的装置特别优越。短路导体的延伸降低了谐振频率，必须通过使辐射器较长来补偿，从而使它们变得更窄。这就减少了用小天线区的结构的优点。
图6表示根据本发明的装置的第三例。这里有一天线600，包括地平面610，辐射平面620和它们之间的短路导体602。在这个例子中，有两个导电体来增加这些平面之间的电容，它们位于地平面一侧：第一导电体615，从地平面向辐射平面延伸，在后者的边缘下面，比较接近于馈入导体603。对应的，第二导电体616，从地平面向辐射平面延伸，在后者的下面，比第一导电体更接近馈入导体603。
图7表示根据本发明的装置的第四例。这里有天线700，包括地平面710，辐射平面720和它们之间的短路导体702。在这个例子中，该天线有一个工作频带。增加平面之间的电容的导电件715是环绕馈线703部分的一个空小圆柱，该圆柱位于地平面和辐射平面之间，该导电体715与地平面电流接触。因此，所述的导电件，除了增加在馈入点附近的平面之间的电容之外，还减少了馈入的电感，因为它有对于馈送导体的分布电容。与圆柱715对应的部件可以连接到该辐射平面，延伸到距地平面的一定距离。
图8表示作为频率函数的反射系数S11的曲线，示出了本发明对双频带天线的带宽的效果。对于图4的示例性结构该结果是有效的。曲线81表示根据现有技术天线的反射系数的变化，曲线82表示根据本发明的有图4中的凸起415的延伸的相应天线的反射系数的变化。比较这些曲线，可以看到特别是位于1.8GHz区域的上工作频带，采用根据本发明的装置变宽了。以-6dB的反射系数值作为频带极限的标准，带宽B增加1.5倍以上：它的相对值从6％下一点增加到9％上一点。其在900MHz区域的下工作频带也变得宽一些。
图9表示一个移动站MS。它具有根据本发明的天线900，在这个例子中它是完全放置在该移动站的壳内。
上面描述了根据本发明的天线结构。本发明并未限制辐射部件的形状和数量；例如，另一个辐射元件可能在根据本发明的元件的顶上。而且，本发明并未以任何方式限制该天线的制造方法。可将该发明构思以不同的方式应用到由独立权利要求1所限定的范围之内。

Claims (6)

1．一种天线装置包括：平面辐射元件；地平面；上述二者之间的短路导体；和该辐射元件的馈入导体，其特征在于它还包括增加该辐射元件和地平面之间电容的导电材料，当从该辐射元件的法线方向观查时它位于所述短路导体和馈入导体所在的该装置的一边。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于所述的导电材料构成辐射元件(420)的一部分(415)，朝向地平面(410)，且位于比较接近所述辐射元件的馈入点F的地方。
3．根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的导电材料(515)附有电流接触的所述短路导体(502)。
4．根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的导电材料形成至少一个凸起(615,616)，位于比较接近于辐射元件(620)的馈入导体(603)，并从地平面(610)向该辐射元件延伸。
5．根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的导电材料形成安置在辐射元件(720)的馈入导体(703)周围的部件(715)。
6．一种无线电设备(MS)包括天线(900)，天线(900)包括：平面辐射元件和地平面，它们之间的短路导体，和该用于辐射元件的馈入导体，其特征在于，所述的天线还包括用于增加该辐射元件与地平面之间电容的导电材料，当从该辐射元件的法线方向观查时，它位于所述短路导体和馈入导体所在的该装置的一边。
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