CN1389954A - 介质天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质天线,特别适合于便携式无线电设备。天线的馈电导体(231)作成一定形状,使得它本身在同一频率范围内用作一个辐射器,同时用作该天线的介质谐振器。该馈电导体和介质谐振器的谐振频率被有利地配置得彼此如此接近以致形成一个统一的工作频带。馈电导体有利地定位在介质元件的表面(223)上。该结构还包括寄生导体。对于按本发明的天线,与相应现有技术天线相比可得到更大的带宽。此外取消馈电导体和介质元件间的空气隙,以及导致电性能改变。

Description

介质天线

技术领域

本发明涉及一种介质天线结构，特别适合用于便携式无线电设备。

背景技术

一个介质天线意味一个谐振器，该基本介质元件在某些侧面是开口的，使得当该结构谐振时电磁能量向周围自由地发射。介质天线在很高的频率有利是因为借助它们导体损耗小。此外，当与具有类似电磁特性的其他结构相比时，它们在尺寸方面显得小。

能够用某些不同的方法配置对介质天线的电磁能馈送。一般短同轴馈线的内导体可延伸到该介质元件的内部。在这种情况下的缺陷在于即使小的空气隙残留在馈电导体和介质物质之间可显著地改变天线的谐振频率和带宽。为了馈电，可以使用波导的开口端或其他孔径的幅射器。其缺陷是它们结构的相对复杂性以及由此产生的成本。作为馈线，也可使用在电路板上形成的微带传输线和在该电路板相对侧上形成的接地平面传输线，使得微带线在该电路板上安装的介质元件支配下延伸。

其中从文章“Use of parasitic strip to produce circularpolarzation and increased bandwidth for cylindricalcielectric resonator antenna”(ELECTRONICS LETTERS 29th March2001，Vol.37，NO，7)得知介质天线的一种馈电设置，用作馈电的微带线直接定位在该介质元件的表面上。图1中说明这种配置。这里表示电路板110，在其上表面有一个导电接地平面GND。在该电路板上部，安装一个圆柱形介质元件120，其一个底对着接地平面。介质材料的介电系数例如为13。馈电带131牢固地放置在该介质元件的侧表面上，同圆柱体的轴平行。这样来设计该部分的尺寸，使得当该馈电带连接到具有一给定频率的一个源时，将在该介质元件中产生谐振，以及这种结构起到一个辐射器的作用。此外，在介质元件的侧表面上提供一寄生第二微带132，在图中底端连接到接地平面。由于该第二微带的作用，对于这种结构，得到第二谐振频率，第二谐振频率可配置得相当接近于上述谐振的频率，或离其相当远，以及相应的频段是分开的。

已知介质天线的共同缺陷在于它们的带宽相对小。在按图1的结构中，带宽可通过第二微带增加，但实际上，相对带宽并不明显增加超过百分之十。

发明内容

本发明的目的在于消除结合到现有技术的所说缺陷。由此按本发明的介质天线的特征在于在独立权利要求1中所陈述的特征。在从属权利要求中描述本发明的优选实施例。

本发明的基本想法如下：介质天线的馈电导体作成一定形状，使得它本身在同一频率范围内用作一个辐射器，同时用作介质谐振器。该馈电导体和介质元件的谐振频率被有利地配置得如此接近以致形成一个统一的工作频带。馈电导体有利地放置在该元件的一个表面上。该结构另外还包括寄生导体。

本发明优点在于，对于按本发明的天线，与现有技术相应的天线相比可得到更大的带宽。此外按本发明结构优点在于取消了馈电导体和介质元件间空气隙，以及也导致电性能改变。再者，本发明的优点在于按本发明结构简单，生产成本明显低。

附图说明

以下参考附加的附图更详细地说明本发明，这里、

图1说明按现有技术的介质天线的例子，

图2说明按本发明的介质天线的例子，

图3说明按图2天线的频带特性的例子，

图4说明按图2天线的反射系数的例子，

图5a说明按本发明的介质天线的另一例子，

图5b说明图5a同电路板分离的天线，

图6说明按本发明天线的第三例子，

图7说明按本发明天线的第四例子，以及

图8说明备有按本发明天线的设备的例子。

具体实施方式

图1已在上面参照现有技术说明书作了说明。

图2说明按本发明的天线结构例子。天线结构200包括在电路板210上表面上的接地平面GND和放在所说电路板角上的具有矩形棱柱形状的介质元件220。介质元件和接地平面一起形成一个介质谐振器。在本例中，介质元件的第一侧表面221，其平行于形成电路板210的所说角的两边的第一边E1，但相对于由边E1接界的并垂直于接地平面GND的侧表面，用导电层涂覆并连接到接地平面。形状类似的第二侧表面222，平行于形成电路板210的所说角的两边的第二边E2，但相对于由边E2接界的并垂直于接地平面GND的侧表面，用导电层涂覆并连接到接地平面。现在在谐振状态下在该介质元件中产生的电场的形状类似于在这样一个元件中产生的电场形状，即从所说角观察，其在导电侧表面的方向更宽，但却不具有导电侧表面。这意味着借助于导电侧表面，在给定频率谐振的谐振腔的尺寸可以减小。

在图2例中，天线的馈电导体231是在介质元件220的上表面223上的带线状的导体。定位在面对第二侧表面222的上表面的那端的馈电导体的第一端通过中间导体235连接到天线端(未说明)。在该例中，该馈电导体包括四个直角弯曲，使得形成类似在一个角开口的框架的图形。实质特征是馈电导体的电长度。按本发明，配置的所说长度使得馈电导体的谐振频率明显接近介质谐振器的谐振频率，由此相应于所说两个谐振频率的频带将形成一个统一的工作频带。自然地由两个谐振形成的一个频带宽度大于单独一个介质谐振器的带宽。

在说明书和附加的权利要求中，元件的“底表面”意味对着电路板落下的元件的那个表面。分别地，元件的“上表面”意味相对“底表面”的那个表面。这样，就所说设备的使用位置而言，术语“上表面”，“底表面”和“侧表面”不具有什么意义。

图3公开按本发明天线的频率特性例子。结果应用图2中说明的结构，此时接地平面GND并不延伸到介质元件220的下面。在图中，反射系数S11的曲线31为频率的函数。在频率2.2GHz和2.3GHz之间，存在由介质谐振器引起的一个谐振峰值。在频率2.5GHz周围，存在由馈电导体引起的另一个峰值。在曲线中可看到当使用-6dB反射系数值作为频带边缘标准时，天线工作频带约为2.00GHz-2.66GHz。因此，绝对带宽B是660MHz，而相对带宽是28％。与由相应已知天线得到的值相比粗略地为其两倍。

图4通过使用史密斯(Smith)圆图说明参照图3同样天线的匹配质量。曲线41表示复反射系数作为频率的函数是如何变化的。由虚线描绘的圆41表示一种限制，在该圆内反射系数的幅度小于0.5，即-6dB。从圆41看出，所说天线结构仍能加以改善。当包含该反射系数曲线的环完全在圆42内时，达到关于带宽的最佳状态。

图3和4说明测量结果。通过模拟得到的辐射方向图证实关于方向特性，所说示例性结构很好地适合于其位置按随机方式改变的无线电设备。

图5a和6说明按本发明的天线结构的另外的例子。图5a表示天线的透视图。同样对于这种情况，天线结构包括在电路板510的上表面上的接地平面GND和放置在所说电路板角处的具有矩形棱柱的介质元件526。按图2中说明的结构，由一种导电材料涂覆连接到地的相同的两个侧表面。与图2的差别在于在该介质元件的上表面523并不备有介质谐振器的馈电导体。在该例中，馈电导体531是在该介质元件的底表面上。在图5b中看到，在那里介质元件520从电路板510脱离并反转，使底表面可见。按本发明也起一个辐射谐振器的作用的该馈电导体现在在介质元件的纵向形成弯曲图形。为馈电，弯曲图形的一端备有接触垫F2。当介质元件安装到位时，所说接触垫F2配对通过电路板延伸的馈电接线F1(为简化起见，该说明书仅涉及天线馈电。自然天线是双向的，意味着该馈电接线也是一个接收接线)。

在该例子中，介质元件520的底表面也备有寄生导体532。当介质元件安装到位时，寄生导体的另一端配对电路板上接地平面的伸出部分，使寄生元件所说的另一端接地。

图6说明按本发明的天线结构的第三例子。天线结构600包括接地平面GND和介质元件620。在该介质元件中，如图2的结构，相应的连接到地的两个侧表面621和622涂覆一种导电材料。与图2和5a，b结构的差别在于现在天线馈电导体631定位在介质元件的未涂覆的侧表面上。在该例中，馈电导体的第一部分定位在与第二侧表面622相对的侧表面上，而第二部分定位在与第一侧表面621相对的表面上。按本发明馈电导体同时用作辐射导体。

图7是按本发明的天线结构的第四例子。天线结构700包括接地平面GND和介质元件720。在该介质元件中，如图2结构，相应的两个连接到地的侧表面721和722涂覆一种导电材料，差别在于第一侧表面721仅部分涂覆。在该例中，相应于本发明同时用作辐射导体的馈电导体731定位在第一侧表面721的未涂覆区域中。

图8表示一种无线电设备MS，例如一个移动电话。在该无线电设备中，有一个电路板810，其上表面是接地平面，至少用于主要部件。在电路板的角处，配置按本发明的天线800。

以上已描述按本发明的某些天线结构。天线结构可偏离这些描述。介电元件形状，以及馈电导体的形状能够可以有很大的变化。能够用很多不同的方法将馈电导体固定到介质元件的表面上；导体能够例如由粘性的和导电的合成树脂作成。馈电导体还可在其生产阶段已形成在介质元件中。本发明不以任何方式限制天线的制造方式。这样发明构思可以许多不同方式应用在独立权利要求1限定的范围内。

Claims (14)

1.一种介质天线包括一个开口介质谐振器，其具有一个介质元件，一个接地平面和一个引导电磁场到该介质谐振器的馈电导体，其特征在于进而配置所说馈电导体(231，531，631，731)，以谐振在所说天线的工作频段上。

2.按权利要求1的天线，其特征在于介质元件的侧表面部分地涂覆导电层并电连接到接地平面。

3.按权利要求1的天线，其特征在于对应于馈电导体的谐振频率和介质谐振器的谐振频率的频段形成天线的统一工作频段。

4.按权利要求1的天线，其特征在于对应于馈电导体的谐振频率和介质谐振器的谐振频率的频段形成天线的两个分开的工作频段。

5.按权利要求1的天线，其特征在于馈电导体(231)定位在介质元件(220)的上表面上。

6.按权利要求1的天线，其特征在于馈电导体(531)定位在介质元件(520)的底表面上。

7.按权利要求1的天线，其特征在于馈电导体(631)定位在介质元件(620)的至少一个侧表面上。

8.按权利要求7的天线，其特征在于所说至少一个侧表面(721)部分地由导电层涂覆并电连接到接地平面。

9.按权利要求1的天线，其特征在于馈电导体定位在介质元件内。

10.按权利要求1的天线，其特征在于馈电导体是带状导体。

11.按权利要求10的天线，其特征在于所说带状导体是弯曲元件(531，731)。

12.按权利要求1的天线，其特征在于它还包括至少一个寄生导体元件(532)。

13.按权利要求10的天线，其特征在于所说带状导体由导电树脂制成。

14.一个具有介质天线(800)的无线电设备(MS)，其包括一个开口的介质谐振器和一个引导电磁场到该介质谐振器的馈电导体，其特征在于进一步配置所说馈电导体以便谐振在所说天线的工作频段上。

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