CN1486116A - 表面安装天线以及包括表面安装天线在内的携带式无线装置 - Google Patents

Abstract

一个天线，包括：一个绝缘主体；一个接地电极，设置在绝缘主体的第一表面；一个辐射电极，具有一个开放的第一端，和一个连接到接地电极的第二端；一个给电端子，设置在第一表面上；和一个给电电极，具有一个连接到给电端子的第一端和一个连接到接地电极的第二端，至少给电电极的第一部分在平行于辐射电极的延长线的方向上延伸，以便于以一种不接触的方式用感应耦合来激励辐射电极。本发明有效利用给电电极和辐射电极的感应耦合，可以简便地独立进行工作频率的调节和匹配，并且可以克服容性耦合的缺点，提供了一种小型的具有卓越性能和良好稳定性的表面安装天线。

Description

表面安装天线以及包括表面安装天线在内的携带式无线装置

                                技术领域

本发明涉及一种表面安装天线，所述天线巧妙地包含在一个携带式电话，一个携带式无线装置或此类装置中，并且小巧玲珑到可以直接安装在印刷线路板的表面。尤其特殊的是，本发明涉及一种由于改进了给电电极和辐射电极的电气耦合而两者之间耦合效率极高的表面安装天线，以及一个采用这种天线的携带式无线装置。

                                背景技术

一种称为倒F型天线的PIFA(倒F型平面天线)，和一种倒L型前置式容性给电天线经常被用于这种可使天线尺寸更小的表面安装天线。该倒F型天线有如图4所粗略描绘的下列结构。一个导电薄膜从绝缘基片21的一个主表面延伸到其侧表面。一个辐射电极22的一端是开放的，而其靠近侧表面的另外一端则连接到设置在绝缘基片后侧的接地电极23。一个给电引脚24通过一个通孔，穿过绝缘基片21和接地电极23与一个位于连接到接地电极23的接线柱附近的给电部分22a相连。

如图5所示，倒L型天线被设置在绝缘基片21的表面上，使得辐射电极22面对着给电电极24，并且与其容性耦合。接地电极23被设置在绝缘基片21的背面。在倒L型天线的结构中，辐射电极22的一端是开放的，并且与给电电极24容性耦合，而它的另一端则连接到接地电极23。

在这些天线的每一个天线中，辐射电极的一端是开放的，而另一端接地，并且具有一个大约是λ/4的电气长度(λ＝工作频率的波长)。辐射电极在谐振模式下被激励。该天线的工作频率(谐振频率)主要由辐射电极的电气长度来确定。有利的是，可以通过独立地调节辐射电极的长度来调节工作频率。另外的一个优点是，在两种类型的天线中，给电到辐射电极所需的阻抗匹配与工作频率无关。

在倒F型天线中，辐射电极的一端是开放的，而另一端(零电压)接地，同时，辐射电极与给电引脚在给电引脚的阻抗与位于接地端子附近的辐射电极的阻抗正好相同的某一点相连。因此，作为辐射电极的工作频率调整的结果，给电引脚所连接的给电点的阻抗变得与原来的给电引脚的阻抗不同了，就需要移动连接点来调整给电线上的连接位置。因此，它的连续调节就会给工作人员造成困难。

同样在前置式倒L型容性给电天线中，一个耦合间隙被设置在辐射电极的开放端和给电电极之间。两个电极通过间隙相互进行容性耦合。有利的是，在倒L型天线中是通过调整间隙的尺寸来进行阻抗匹配的，与工作频率的调整无关。但是，不利的是，在倒L型天线中，当辐射单元的开放端被移动以便于改变辐射电极的工作频率时，间隙的尺寸也因此而改变。因此，就不可能完全独立于工作频率的调整而进行阻抗匹配。

在理论上，电容的耦合量取决介电常数和介电效应。因此，由介电损耗而产生的耦合损耗是不可避免的。这就导致了天线的损耗。更进一步的是，电容耦合部分在理论上是被设置在电场的最大的一点。相应地，分布在电容耦合部分周围的电场与分布在电容耦合部分周围的绝缘物质相互作用，而这就导致电容的耦合量会有所变化。结果，与之相适应的匹配特性也就有所变化。

更进一步的是，给电电极在其尖端(最前部)是开放的。它在从低于工作频段的频率到直流的一个宽频带上呈现了高阻抗。因此，天线就对进来的噪音和静电非常敏感，并且容易影响装有天线的装置的负荷。

此外，理论上，耦合电容对耦合间隙尺寸是很敏感的。因此，匹配特性对间隙尺寸的改变是很敏感的，并且产品的匹配特性在它们的生产过程中是容易变化的。

                                  发明内容

本发明的一个目的就是提供一种小型的表面安装天线，其中，谐振频率调节和匹配特性调节是独立实施的，就像在倒F型天线或电容耦合型天线一样，而同时却能够克服电容耦合型天线的缺点。本发明的另一个目的是提供一种包括这种表面安装天线在内的携带式无线装置。

为了达到上述的目的，根据本发明，提供了一种天线，包括：

一个绝缘主体；

一个设置在绝缘主体第一表面的接地电极；

一个第一端开放，第二端连接到接地电极的辐射电极；

一个设置在第一表面的给电端子；以及

一个第一端连接到给电端子，第二端连接到接地电极的给电电极，至少给电电极的第一部分沿着平行于辐射电极延长线的方向延伸，以便用感应耦合以一种不接触的方式来激励辐射电极。

在这种配制情况下，一个到给电端子的给电信号输入导致流向接地电极的电流在接地点(给电电极的第二端)是最大电流。一个由电流引起的磁场在与给电电极平行的辐射电极部分中感应出电流。这时，辐射电极与给电电极进行磁耦合并被激发。该耦合可以简单而独立地调整而与工作频率无关，因为给电电极设计成较宽的尺寸，给电电极到给电端子的耦合部分的宽度也就很好调整了。

最好是，给电电极的第一部分的电气长度基本上等于在天线工作频率下的波长的四分之一。

在这种配制情况下，就可以获得更为充分的感应耦合。

最好是，给电电极的一部分延伸到辐射电极的第一端附近以便在它们中间建立一个电容耦合。

在这种配制情况下，给电电极和辐射电极进行电容耦合和磁耦合，这样，就可以形成一个令人满意的稳定的耦合。

根据本发明，也提供了一种包括一个设置有无线通信线路，和安装了上述天线的线路板的携带式无线装置。

根据本发明，由于有效利用给电电极和辐射电极的感应耦合，比起倒F型天线和前置式电容给电倒L型天线来，工作频率调整和匹配调整可以更为容易地独立进行。更进一步的是，本发明成功地克服了容性耦合的缺点，提供了一种小型的具有卓越性能和良好稳定性的表面安装天线。因此，天线可以简便地安装到需要减小尺寸，例如携带式电话，的携带式无线装置上。在这种情况下，它能起到高性能天线的作用。

                                附图说明

本发明的上述目的和优点可以通过参考如下的附图对优选的实施例进行详细的描述而使其更加一目了然，其中，

图1A是根据本发明的第一实施例的表面安装天线的顶部透视图；

图1B是图1A的表面安装天线的底部透视图；

图2是根据本发明的第二实施例的表面安装天线的透视图；

图3是根据本发明的第三实施例的表面安装天线的透视图；

图4A是相关方法的倒L型天线的透视图；

图4B是相关方法的倒L型天线的侧视图；和

图5是相关方法的倒F型天线的透视图。

                              具体实施方式

下面将结合附图详细介绍本发明的优选实施例。图1A和图1B透视地显示根据本发明的第一实施例的表面安装天线结构的顶部和后部。一个接地电极4大部分设置在由绝缘材料构成的绝缘基片1的至少一个表面上。一个一端开放，另一端连接到接地电极4的辐射电极2被设置在绝缘基片1中或在绝缘主体的一个表面上。一个给电端子3a在一种与接地电极4相分离的状态下被设置在绝缘主体的表面。一个用于电气连接辐射电极2与给电端子3a的给电电极3被设置在绝缘基片1中和/或其表面。

给电电极3的一端连接到给电端子3a，另一端连接到接地电极4。该给电电极3被配置成至少它的一个部分沿着平行于辐射电极2的延长线的方向延伸。该平行部分与辐射电极2进行感应耦合以便以一种不接触的方式激励辐射电极2。

最好使用具有尽可能大的介电常数的材料来做绝缘基片1，因为使用这种材料时，辐射电极2尺寸可以减小。最好使用陶瓷材料，例如BaO-TiO₂-SnO₂或MgO-CaO-TiO₂，因为可以达到相对介电常数30或更高的数值。绝缘基片1可以做成一个绝缘材料的单体，比如陶瓷。换一种方式，它也可以由例如陶瓷片这样的合适的导电薄膜加以叠层和烧结来构成。另外一种可选择的方式是，它也可以由涂有导电薄膜的环氧玻璃叠层而构成。在天线用于蓝牙通信技术的情况下，当材料的相对介电常数为30时，绝缘主体的尺寸是12mm(长度)×4mm(宽度)×3mm(高度)。当材料的相对介电常数是8的时候，绝缘主体的尺寸可以在15mm×7mm×6mm到15mm×3mm×2mm之间的任意合适的值。长度(绝缘主体的垂直长度)是由所需的频带宽度来确定的。绝缘基片1一般采用矩形实心体或平板的形状。

在本实施例中，其宽度W基本上等于绝缘基片1宽度的辐射电极2是形成在绝缘基片1的表面上的。绝缘基片1以较宽为好，因为辐射电极2的宽度W越宽，频带就越宽。接着将要参考图2介绍的是，辐射电极的宽度可以选得比绝缘基片1的宽度更窄。一个由陶瓷片构成的叠层结构可以用做绝缘基片1。在这种情况下，辐射电极嵌入叠层结构中，而它并不暴露在绝缘主体的表面上。辐射电极2的一端是开放的，而其另一端在绝缘基片1的一侧表面上延伸并且与设置在绝缘主体的后表面上的接地电极4相连。从辐射电极2的一端2a到另一端2b的长度(在延长方向测量：L1+L2)被设置为所需频段下λ/4的电气长度。该电气长度与绝缘基片1的相对介电常数ε_γ的平方根成反比例(正比于1/ε_γ ^1/2)。这个事实启示我们：如果绝缘基片1具有一个大的介电常数，它的物理长度就可以减小。

给电电极3把辐射电极2磁耦合到给电部分以获得通信信号。在图1中所示的实施例中，给电电极从设置在绝缘基片1的底部表面上的给电端子3a开始延伸，并且进一步在绝缘主体的一个侧表面1a上延伸到其上设有辐射电极2的主体表面。在绝缘主体的与侧表面1a相背的一个侧表面1b上，给电电极有一个从辐射电极的延长方向看来与辐射电极2平行的平行部分3b。辐射电极的一个尖端延伸到绝缘基片1的底面并连接到接地电极4。平行部分3b把给电电极磁耦合到辐射电极2。平行部分从辐射电极2的开放端2a量起的长度为约λ/4(L3+L4)。有了这种长度，给电电极3就可以在足够的耦合水平上与辐射电极2进行磁耦合，这样就使得辐射电极2被激励。如果需要，长度(L3+L4)可以比λ/4更短。

如图1所示的实施例中，给电电极的平行部分3b是设置在绝缘主体1的不同于上面设有辐射电极2的表面的侧表面1b上的。但是，本发明并不局限于这种配置。

例如，在图2所示的本发明的第二实施例中，辐射电极2可能并不延伸过绝缘基片1的整个长度，并且给电电极3的一个部分可以平行于其上设有辐射电极2的表面上的辐射电极2。在此实施例中，平行于其上设有辐射电极2的表面上的辐射电极2而延伸的给电电极3的一个部分，和设在绝缘基片1的侧表面的给电电极3的另一个部分起平行部分3b的作用，使得给电电极3和辐射电极2进行磁耦合。在侧表面1b上的给电电极3的一个部分也可以设置在绝缘基片1的与设有辐射电极2的表面的同一个侧表面上(图2的右端面)。在图2中，类似或等效的部分用在第一实施例中使用的类似参考数字来标识，因此，为了简便起见，就不再对它进行更多描述了。

更进一步的是，如图3所示的第3实施例，给电电极3只可以形成在绝缘基片1的一个侧表面1b上。同样在图3中，类似或等效的部分用在第一实施例中使用的类似参考数字来标识，因此，为了简便起见，就不再对它进行更多描述了。在一个没有被显示的实施例中，给电电极3可能被嵌入绝缘基片1中。在此种情况下，给电电极3的平行部分垂直地邻接于形成在绝缘主体表面上的辐射电极2。

在图1所示的实施例中，给电电极3被设置成面对着辐射电极2的开放端2a。当增大辐射电极2和给电电极3之间的距离以减少它们之间的电容耦合时，给电电极3与辐射电极2之间的主要耦合不仅依靠面对着辐射电极2的开放端2a的给电电极3的这个部分来建立。结果，它们之间的耦合更加稳定了。顺便说说，给电电极3与辐射电极2的耦合的程度是独立于给电电极3的工作频率而调节的，因为流入给电电极3的电流密度和它们之间的磁耦合，可以通过调节给电电极3与辐射电极2之间的距离来得到控制。

接地电极4基本上占有了绝缘基片1的，背着其上设有辐射电极2的表面的，除了由给电端子3a所占据的表面部分以外的整个表面。用把诸如银薄膜这样的导电薄膜通过印刷或真空淀积和成型在绝缘基片1的预先设置的表面上成形的办法很方便地把接地电极4，辐射电极2与给电电极3设置在绝缘基片1的表面。另一种可选择的方式是，例如把导线或钢片布置在绝缘基片1上。接着，把具有传电薄膜的绝缘片按照一定的式样层叠起来，就在绝缘基片1上形成辐射电极2，给电电极3和接地电极4或它们之中的任意一个电极。

根据如上所述的配置，来自给电端子3a的给电信号就以给电电极3电流的形式出现，并且电流在与接地电极4的连接点处达到最大值。一个由电流产生的磁场在辐射电极2的平行于给电电极3的部分(图1中的区域A和B)中感应了一个电流l。于是，辐射电极2被激励，而向空中发射信号。当接收到一个信号时，接收到的信号出现在给电端子。也即，辐射电极2磁耦合到给电电极3，并被激励，这样一个天线的工作过程就完成了。

本发明的表面安装天线利用了导线的平行部分耦合产生的磁感应。因此，本发明的天线在理论上可以不受介质损耗所产生的耦合损耗和由邻近绝缘材料所引起的耦合变动的影响。因为给电电极3的一端接地，低频区域的阻抗被固定在一个较低的值。因此，天线性能稳定，并对静电不敏感。磁感应耦合比电容耦合更少依赖于耦合的间隙尺寸。因此，相对于尺寸的变化，特性是稳定的，从而本发明的天线特别适合大批量生产。

更进一步的是，因为给电电极3被设置于辐射电极2的开放端2a的附近，在给电电极3和接地电极4的连接部分出现最大电流。相应地，增大辐射电极2的开放端2a与给电电极3之间的距离，给电电极3与辐射电极2主要通过磁感应耦合来实现电气耦合。在避免由介质损耗导致的耦合损耗和由邻近的绝缘材料引起的耦合变化的同时也可以获得一定的容性耦合。它们之间的耦合是在一个宽阔的区域内分散地实现的。结果，就可以得到一个非常稳定的耦合，并且对耦合的控制是很简单方便的。

一个包含了通信电路和其他元件的线路板被装入携带式电话或携带式终端装置。在这种情况下，本发明的天线可以直接安装在线路板上。在这种情况下，安装着天线的线路板部分的反面的接地导体被卸除，至少天线前面的一个部分机壳要形成空挡以便电磁波通过。具有了这种结构，最终的携带式无线装置就具有良好的天线特性，尺寸小巧而性能卓越。

虽然已经参照具体优选实施例介绍了本发明，对于业内专业人士而言可以进行众多的变动和改型还是不言而喻的。这种变动和改型很明显是属于定义在附加的权利要求中的精神，范围和概念之内的。

Claims (4)

1.一个天线，其特征在于，包括：

一个绝缘主体；

一个接地电极，设置在绝缘主体的第一表面；

一个辐射电极，具有一个开放的第一端，和一个连接到接地电极的第二端；

一个给电端子，设置在第一表面上；和

一个给电电极，具有一个连接到给电端子的第一端和一个连接到接地电极的第二端，至少给电电极的第一部分在平行于辐射电极的延长线的方向上延伸，以便于以一种不接触的方式用感应耦合来激励辐射电极。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，给电电极的一部分在辐射电极的第一端的附近延伸以便于在它们之间建立一个容性耦合。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，给电电极的第一部分的电气长度基本上等于天线工作频率下的波长的四分之一。

4.一个携带式无线装置，其特征在于，包括一个设置有一个无线通信线路，以及安装有如

权利要求1所述的天线的线路板。

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