CN1516315A - 一种宽频带天线 - Google Patents

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Abstract

一种宽频带天线，其包括载体(1)和接地平面(4)，载体带有至少两个电并联的发射天线(2，3)，其特征在于，所述发射天线(2，3)是平面的，并位于共用的第一平面；所述接地平面(4)位于与所述第一平面基本平行的第二平面上。

Description

一种宽频带天线
发明领域
本发明涉及一种宽频带天线，这种宽频带天线包括载体和接地平面，所述载体带有至少两个电并联的发射天线。
背景技术
不同电气或电子装置之间可根据许多不同的标准进行信息交换，例如，蓝牙(bluetooth)和无线局域网(WLAN)。进行这样的通讯可采用开放频带。而进行其他通讯，可采用两个分别为2.4-2.5GHz和5.15-5.825GHz属于工业、科学及医药设备(ISM)的频带。
用于进行上述范围通讯的天线应当是全方位的，故天线的功能不取决于设置天线装置的位置或方向。另外，在进行上述通讯的环境下，经常存在非常接近带有天线装置的干扰源。
美国专利6 337 670 B1以引介方式介绍了一种上述类型的全方位宽频带天线。根据该公开，天线具有设置在载体上的四方的很大的接地平面，在4个角上分别设置了螺旋发射天线，天线的纵向正交于接地平面。4个螺旋形发射天线通过对角线方向的导线互相电并联，导线在设置发射天线的载体的中心点相交。这些导线长度(近似等于四分之一波长)可用于天线的阻抗匹配。
根据美国专利说明书的天线具有很大的体积，出于这个原因其使用受到很大的限制。此外，其设计成单频带天线，这样就不能用于双频带，如上面介绍的2.4-2.5GHz和5.15-5.825GHz。
因此，本发明的目的是设计出一种类似上面介绍的天线，这种天线具有优越的全方位性能，非常高的效率并具有很紧凑的结构尺寸。此外，本发明为此目的设计的天线可通过经济和合理的方式进行制造。
发明内容
构成本发明基础的目的的实现是通过一种类似于上面介绍的天线，其包括载体和接地平面，载体带有至少两个电并联的发射天线，其特征在于，发射天线是平面的并位于共同的第一平面，接地平面位于第二平面，第二平面基本平行于第一平面。
作为上述天线可与50欧标准系统阻抗进行阻抗匹配的一个重要特征，根据本发明的发射天线包括与接地平面的边形成锐角的元件。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图中，
图1是根据本发明的天线的第一实施例的平面图；
图2是图1所示天线的透视图；
图3是根据本发明的天线的第二实施例的平面图；
图4是测量图1和图2天线的回波损耗所得结果的图表。
具体实施方式
本发明将以示例的方式通过双频带天线进行介绍，但是也可设计为在多于两个频带的情况下进行谐振。
图1显示了根据本发明的天线的第一实施例。天线设有载体1，载体可用电绝缘和非磁性材料制造。载体具有平板形状，在示例性实施例中是平面的，但是也可以具有能适应设置天线的装置外壳的结构。天线还可以直接设置在装置壳体上。
天线具有安装到载体1上的两个第一发射天线2和两个第二发射天线3，以及接地平面4。第一和第二发射天线2，3和接地平面4分别为导电体，包括设置在载体1上的金属层、金属涂层或金属箔；可以是电路板或柔性薄膜。在这种情况下，发射天线2和3可设置在载体的侧面上，而接地平面4位于相对的侧面，但在优选的实施例中，发射天线和接地平面设置在载体的同一侧面上。
第一和第二发射天线2，3具有共用馈电件5，同轴电缆7的中心导线6，比如可通过纤接，电连接到共用馈电件5。同轴电缆7带有外面的接地导线8，可通过纤接电连接到接地平面上的馈电件9。此外，同轴电缆7带有连接触点10，可将天线连接到使用天线的电气或电子装置上。
接地平面4具有基本直线的边11，其面对发射天线2和3，横向于第一发射天线2的纵向。但是，纵向最好与边11成直角。第一发射天线最好沿纵向互相平行设置，并通过横向部分12连接到馈电件5。
在第一发射天线2的相对端部，即在第一发射天线的相面对的边的端部，横向部分12与第二发射天线3连接。第二发射天线从接地平面4的边11向外延伸，与边11形成锐角α。在图示的实施例中，第二发射天线的纵向可近似平分第一发射天线和边11之间的角度。第二发射天线3的纵向和边11之间的角度α可近似为60°或小于60°，最好是大约45°。
发射天线2和3在图示实施例中具有基本相同的宽度，其中第一发射天线2的长度稍大于第二发射天线3。
从图2可清楚看到，载体1设置在结构13上。结构13包括弹性的，最好是柔性的和绝缘的以及非磁性材料。从图中还可以清楚看到，弹性结构13的横向于载体平面范围的厚度要比载体厚度大很多。弹性结构包括或适合采用泡沫材料，并且在不面对载体1的侧面上设置了粘接剂层，通过粘接剂天线和弹性结构可固定到装置的外壳上，甚至外壳不必是平面的。
图1和2的天线，如上所述，是双频带天线，可设定为两个频率，2.4-2.5GHz和5.15-5.825GHz。具有这样频带的天线可用于无线电通讯，可根据任何标准，如蓝牙和无线局域网。
从图中可清楚地看出，第一发射天线2和第二发射天线3具有自由端，并且是端部馈电的。第一和第二发射天线具有四分之一波长谐振和半波长谐振。四分之一波长谐振形成低频带，而半波长谐振产生较高频带。第一和第二发射天线2，3具有差别不大的长度，所以天线可具有较大的频带宽度。
在所示的实施例中，第一反射天线2对于低频带的四分之一波长谐振特别有效，并对较高频带下半部的半波长谐振特别有效。第二发射天线3，要比第一发射天线短，对较高频带的上半部特别有效。
在工作的情况下，所有发射天线作为端部馈电的高阻抗半波发射天线，阻抗范围在300到500欧。阻抗的变化取决于发射天线的长度和宽度关系。通过并联多个发射天线，在数量为4个的情况下，系统的全部阻抗非常低，并接近50欧，这是目前许多类型电气或电子装置的标准系统阻抗。
另一方面，端部馈电的半波发射天线的低阻抗通常在35到40欧的量级。这也是由发射天线的长度和宽度关系造成。通过并联多个端部馈电的半波谐振器，将产生更低的阻抗。对这种低阻抗可通过使第二发射天线3更靠近接地平面4并与接地平面的边11形成大约45°的角度α进行弥补。在这种情况下，相关角度可用于调节半波谐振下的天线阻抗。
从图4可清楚地看出，图1和图2的天线在2.4-2.5GHz的频率范围有第一谐振区，在5.15-5.825GHz的频率范围有第二谐振区。从图中清楚地看到，回波损耗在低频带优于-15dB，在较高频带优于-20dB。双频带天线在这个频率区域的一般数据是不优于-10dB。因此，本发明的天线取得明显的改进。
如图1和2所示第一和第二发射天线2，3的设置，天线对入射辐射具有很大俘获表面。俘获表面的宽度与接地平面4的边11的长度近似相同，这表明天线对所占据的空间有最大的有效利用。
从上面的介绍可进一步看出，天线在两个频带不必采用任何传统的匹配就可得到50欧量级的有利阻抗。
根据本发明，第一和第二发射天线2，3不必是直线的和同样宽度的金属导体。为了使天线更紧凑，可使发射天线具有曲折的结构，设置顶部塑料，或在连接件5和发射天线的主要部分之间设置加长线圈。当设置顶部塑料时，发射天线在相同频率下可缩短，具有改进的带宽和更容易具有阻抗适应性。
图3显示了根据本发明的天线的另一可采用的实施例。与上面天线的主要差别是只有两个并联的发射天线。发射天线具有馈电件14，位于接地平面4的横边11的附近。图3所示的发射天线具有倾斜部分15，在馈电件14处互相连接，其纵向与接地平面4的横向和非常接近的边11形成锐角。该角度小于上面介绍的实施例中的角度，最好在20°的量级。
两个发射天线的倾斜部分15因此以梯形方式离开馈电件14和接地平面4的边11倾斜地延伸。在其位于载体1相对边处的远端，倾斜部分15结合或连接到侧边部分16，侧边部分横向于接地平面的边11，最好形成直角。两个侧边部分因此互相平行，沿载体1的相对侧边延伸。
在侧边部分16的距边11最远的端部，侧边部分结合或连接横向部分17，横向部分位于载体1距接地平面4的边11最远的端部。两个横向部分17从载体的相对侧边朝中心和对方互相延伸。在横向部分17的互相最接近的端部，横向部分与中间部分18连接或结合，中间部分基本平行于侧边部分16，并互相平行和朝接地平面4延伸，终止于距发射天线的倾斜部分15很近的位置。
图3未显示出与上面介绍的同轴电缆7相对应的元件，但可以设想发射天线的馈电件14连接到同轴电缆的中心导线，其外面导线连接到接地平面4。
图3的实施例可以设置上面介绍的弹性结构13。
图3所示实施例的功能对应于图1和2的实施例的功能。具体地，利用了接地平面4和倾斜部分之间的角度以进行四分之一波长谐振的阻抗匹配。
如上所述，根据本发明的天线可设计成进行多于两个频带的谐振。如果额外的一个或多个频带靠近两个原有频带，增加天线的频带宽度就可以了，如增加图1和2分别所示的第一和第二发射天线2，3之间的长度差。在图3所示的实施例中，这可通过将左和右侧的发射天线设计成稍微不同，如具有不同的长度。其他增加频带宽度的方法已经在上面介绍。
如果新增加的频率离原有频率较远，必须形成另外的谐振。如在图1中，使发射天线2和3中的一个的长度形成比上面所介绍的偏差更大的偏差，发射天线将有两个自身谐振频率、一个半波和一个四分之一波谐振频率。
在极端的情况下，图1中的全部4个发射天线2和3分别具有不同的长度，这将使天线共具有8个谐振频率。

Claims (18)

1.一种宽频带天线，其包括载体(1)和接地平面(4)，所述载体带有至少两个电并联的发射天线(2，3)，其特征在于，所述发射天线(2，3)是平面的，并位于共用的第一平面；所述接地平面(4)位于与所述第一平面基本平行的第二平面上。
2.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述第一和第二平面基本一致。
3.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线(2，3)设有馈电点(5)，其位于所述接地平面(4)的边(11)附近，所述发射天线从所述边延伸开。
4.根据权利要求3所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线(2，3)共同沿所述边(11)的纵向占据空间，其宽度基本对应于所述边(11)的长度。
5.根据权利要求3所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线包括与所述边(11)成锐角α的部分(3，15)。
6.根据权利要求5所述的宽频带天线，其特征在于，所述角度α小于或等于约60°。
7.根据权利要求5所述的宽频带天线，其特征在于，所述角度α小于或等于约45°。
8.根据权利要求5所述的宽频带天线，其特征在于，所述角度α大约为20°。
9.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线(2，3)具有自由端。
10.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线包括两个细长近似互相平行的第一发射天线(2)，其纵向横向于所述接地平面(4)的边(11)；两个细长的第二发射天线(3)，其纵向互相成角度并与所述第一发射天线形成角度，所述第二发射天线设置在所述第一发射天线的两侧。
11.根据权利要求10所述的宽频带天线，其特征在于，所述第一发射天线(2)的长度比所述第二发射天线(3)长。
12.根据权利要求10所述的宽频带天线，其特征在于，所述第一和第二发射天线(2，3)在载体(1)上具有基本相同宽度的金属层，其包括非磁性和绝缘材料。
13.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线数量为两个，所述发射天线具有倾斜部分(15)，与所述接地平面(4)成梯形延伸；所述倾斜部分的距所述接地平面的最远端结合或连接到侧边部分(16)，所述侧边部分(16)基本互相平行，并横向于所述接地平面(4)最接近所述发射天线的边(11)。
14.根据权利要求13所述的宽频带天线，其特征在于，所述侧边部分(16)的远离所述接地平面(4)的端部连接或结合横向部分(17)，所述横向部分互相相对并基本平行于所述接地平面(4)的边(11)；所述横向部分的互相最接近的端部连接或结合中间部分(18)，所述中间部分基本平行于所述侧边部分(16)，并朝所述接地平面(4)延伸。
15.根据权利要求14所述的宽频带天线，其特征在于，所述发射天线在载体(1)上有基本相等宽度的金属层，其包括非磁性和绝缘材料。
16.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述载体(1)的一个侧面具有弹性材料结构(13)；所述弹性结构的厚度大于所述载体(1)的厚度。
17.根据权利要求16所述的宽频带天线，其特征在于，所述弹性结构是柔性的、绝缘的和非磁性的材料。
18.根据权利要求16所述的宽频带天线，其特征在于，所述弹性结构(13)包括泡沫材料。
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