CN1591974B - 多频带平面天线 - Google Patents

Abstract

多频带平面天线，在具有接地平面的衬底上，所述天线包括：至少第一槽，具有用于在第一频带上工作的尺寸；以及第二槽，具有用于在第二频带上工作的尺寸，两个槽具有闭合的形状并且由公用供电线激励，此外，这些槽与供电线耦合，从而在第一类型的供电线的电平面上实现了与第一槽的耦合，而在第二类型的供电线的电平面上实现了与第二槽的耦合，所述供电线在其自由端处具有控制元件，所述控制元件包括两个状态，以便对在所述线与第一和第二槽的耦合点处的电平面的类型进行改变，相对于供电线对这些槽进行定位，从而仅这些槽之一针对控制元件的给定状态进行辐射。该天线可以工作在诸如大约2.4GHz和大约5GHz的至少两个频带中。

Description

多频带平面天线

技术领域

本发明涉及一种在多个频带上工作的天线，更具体地，在两个频带，但是包括单一的接入。特别地，本发明涉及用于诸如WLAN(无线局域网)等已知的本地无线网络的天线，所述天线能够工作于与在两个不同频率下工作的两个标准相对应的两个模式。

背景技术

事实上，宽带无线网络的发展非常成功，而使多个标准共存。在各种标准可以提到HIPERLAN或IEEE802.11A，其工作在位于大约5GHz的频带，而且还可以提到IEEE802.11B和IEEE802.11G，其工作在位于大约2.4GHz的频带中。

在移动设备领域，需要提供低成本和小型的产品，能够以具有两个频带所公用的最大功能的接口和信号处理电路工作在一个频率或另一个频率。这些产品必须提供针对两个频率的公用天线接入。因此，所使用的天线可以是具有非常宽的频带的天线，包括2.4GHz和5GHz的频率，或者具有双频带的天线，即，分离地覆盖在2.4GHz和5GHz处的两个分离的频带。然而，使尺寸和特别是设备制造成本最小化的这样的系统可能会遭受到来自未使用频带的噪声和干扰。

发明内容

因此，本发明提出了一种天线，能够根据由设备所使用的工作模式，从一个工作频带切换到另一工作频带，并且使来自另一频带的噪声和干扰的影响最小。

因此，本发明的主题是一种多频带平面天线，在具有接地平面的衬底上，所述天线包括：至少第一槽，具有用于在第一频带上工作的尺寸；以及第二槽，具有用于在第二频带上工作的尺寸，两个槽具有闭合的形状并且由公用供电线激励。

根据本发明，这些槽与供电线耦合，从而在第一类型的供电线的电平面上实现了与第一槽的耦合，而在第二类型的供电线的电平面上实现了与第二槽的耦合，所述供电线在其自由端处具有控制元件，所述控制元件包括两个状态，以便对在所述线与第一和第二槽的耦合点处的电平面的类型进行改变，相对于供电线对这些槽进行定位，从而仅这些槽之一针对控制元件的给定状态进行辐射。

优选地，由在槽的工作频率处的短路平面或开路平面来形成第一和第二类型的电平面。所述控制元件由二极管、晶体管、开关电路或MEMS(微电机械系统)来形成，并且所述闭合形状是圆、多边形或另一闭合形状，其直径满足P_i＝k’λs_i，其中，k’是正整数，而λs_i是槽(i)中的波长，i表示槽的数量。

因此，优选地，本发明涉及一种包括环形槽的天线，所述环形槽工作在激励供电线附近其基谐模式下，并且能够与或不与该线相耦合。

附图说明

通过阅读各种实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，参考附图示出了该描述，其中，

图1是根据本发明的天线的第一实施例的示意顶视图。

图2a和2b是解释图1中的天线的工作的图。

图3a和图3b是解释根据本发明另一实施例的天线的工作的图；以及

图4到6是其他实施例的示意图。

具体实施方式

在附图中，利用相同的参考符号来表示相同的元件。

参考图1和2，现在将描述根据本发明的天线的第一实施例。

如图1所示，在具有接地平面的衬底(未示出)上，根据本发明的天线包括：第一槽1，由通过蚀刻接地平面所获得的环形槽而形成；第二环形槽2，按照与第一槽1相同的方式而获得。

根据本发明，两个环形槽1和2具有周长P₁和P₂，从而其每一个均工作在其基谐模式下。更具体地，环形槽1具有周长P₁＝λs₁，其中λs₁是槽1中的波长，而环形槽2具有周长P₂＝λs₂，其中λs₂是槽2中的波长。事实上，确定了两个槽的尺寸，从而一个工作在2.4GHz处，而另一个工作在5GHz处。

根据本发明并如图1所示，由单一的供电线3来激励两个环形槽1和2，在所示的实施例中，单一的供电线3与每一个环形槽1和2相切，并且通过电磁耦合来引起这些槽之一和另一个激励。此外，如图1所示，控制元件设置在供电线3的自由端处，以便在供电线3的末端处获得了或者开路或者短路。在图1的实施例中，由二极管PIN4形成了该控制元件，其一端与供电线相连，而另一端由电镀通孔经由其他装置与接地平面相连，以便将“地”引入到该端。控制该二极管，以使其处于导通和截止状态，如以下将更详细地解释的那样。

为了实现在两个环形槽1和2的一个或另一个的切换模式下的工作，沿单一的供电线3来定位环形槽1或2，从而在第一类型的供电线3的电平面上，即，短路平面或开路平面上实现线3与第一槽1的耦合，以及在第二类型的供电线3的电平面上，即，开路平面或短路平面上实现与第二槽2的耦合。在图1中，由T1和T2来表示耦合平面。

因此，对于给定的二极管状态，例如二极管处于截止状态，如果工作在频率f1处的环形槽具有在耦合点处的短路条件，则必须确保：工作在频率f2处的另一环形槽具有非短路条件，更具体地，开路条件。为了为天线系统提供在这些频率的一个或另一个处的交替工作，当二极管改变状态，即切换到开路状态时，必须在耦合点T2、T1处对这些条件进行反转。假定当二极管处于截止状态时天线工作在频率f2处，并且当二极管处于导通状态时天线工作在频率f1处，在图1的实施例中，其中，与较大直径的槽1相比，较小直径的槽2更靠近二极管PIN4，必须满足与二极管和耦合点之间的长度有关的尺寸l₂和l₁的以下所需条件：

l₂＝λ₂/4+k₂λ₂/2

l₁＝λ₁/2+k₁λ₁/2

其中，标记1涉及频率f1而标记2涉及频率f2，并且频率f1低于频率f2，λ_i是在频率fi处的供电线3中的导波波长，而K_i是正整数或零。

根据本发明的另一特征，为了避免干扰，当二极管4处于截止状态时，距离l₁使得通过在频率f2处与槽2的耦合点T2的电平面不是短路平面。可以采用各种方案，以便如果通过耦合点T1的电平面是在频率f2处的短路平面，避免了干扰。因此，进行设置，从而使环形槽1并不处理与频率f2一致的更高模式。为了实现这一点，在二极管4和耦合点T2之间的线部分、以及在耦合点T2和T1之间的线部分或在耦合点和j之间的线部分具有相匹配的宽度Wj，如图1中的3a、3b和3c所示。

类似地，通过改变形成环形槽1的槽宽度Ws，可以获得相同的结果。因此，通过调节供电线和在频率i处的环形槽的宽度，能够确保槽i唯一地工作在频率i处而不是频率j处。对于正确的耦合，不仅需要存在在线上的短路条件，而且需要调节线和槽之间的阻抗比，以便在工作频率处的正确工作，有效地，这需要调节线和环形槽的宽度。

根据本发明的另一特征，调节在耦合点T1和匹配线j之间的线3c的部分的长度和特性阻抗，从而针对二极管的两个工作状态即截止或导通，并且针对天线的两个工作频率，获得了较好的天线匹配。可以使用多个线部分和其他任何匹配技术，以便实现所需的阻抗匹配条件。

在图2a和2b中用符号表示了图1所示的天线的工作。

如图2a所示，当二极管4处于其截止状态时，在供电线3的末端获得了开路平面。在这种情况下，当已经如上所述选择了尺寸时，工作在频率f2处的天线2的耦合点位于短路平面中，而环形槽1与供电线3的耦合点位于开路平面中，该结构提供了在5GHz的工作。对于在2.4GHz处的工作，环形槽2的耦合点不位于任何特定平面中，而环形槽1的耦合点位于开路平面中。因此，当二极管4处于截止状态下时，结构在5GHz处进行辐射。

如图2b所示，在二极管4处于导通状态的情况下，线3的末端位于短路平面中。因此，对于5GHz，槽2的耦合点位于开路平面中，而槽1的耦合点位于针对5GHz的短路平面中。类似地，对于2.4GHz，槽2的耦合点并不重要，而槽1的耦合点位于短路平面中。因此，当二极管4处于导通状态时，系统工作在2.4GHz。

如图3a和3b所示，当定位较大直径的环形槽1’以使其靠近二极管4与供电线3相切时，观察到类似的但相转的工作，而将较小直径的环形槽2’定位为更远，按照以下所示的方式来计算二极管4和两个环形槽的耦合点之间的距离。在这种情况下，

l_2’＝λ_2’/2+k₂λ_2’/2

l₁’＝λ₁’/4+k₁λ₁’/2

其中，标记1涉及槽1’的频率f1’而标记2涉及槽2’的频率f2’，并且λ_i’是在频率fi’处的供电线3中的导波波长，而k_i是正整数或零。

在这种情况下，当二极管4处于截止状态下时，供电线3的末端位于开路平面中，而较大直径的槽1’的耦合点分别位于5GHz的开路平面中和2.4GHz的短路平面中，而较小直径的槽2’的耦合点位于同时频率5GHz和2.4GHz的开路平面中。因此，该天线确保了在2.4GHz处的工作。类似地，当二极管4处于导通状态时，供电线3的末端处于短路平面中，而较大直径的环形槽2’的耦合点分别位于5GHz的短路平面和2.4GHz的开路平面中，而较小直径的槽1’的耦合点分别位于同时针对5GHz和2.4GHz的短路平面中。因此，在这种情况下，确保了在5GHz处的天线工作。

总之，对于图3a和3b中所描述的结构，当二极管处于截止状态时，天线确保了在2.4GHz处的工作，而当二极管处于导通状态时，确保了在5GHz处的工作。

已经参考在该供电线的两侧与供电线3相切地定位的环形槽描述了本发明，从而获得电磁耦合。然而，可以采用其他的耦合模式，特别是如图4所示的那样。在这种情况下，环形槽之一可以相切地与供电线3耦合，即，较小直径的槽5，而槽6根据Knorr方法通过电磁耦合进行供电，其中，供电线3延伸过交点，并且以l_m＝αλ_m/4的距离与槽6进行耦合，其中λ_m是在槽中的引导波长，而α是正整数或零，供电线3由二极管4终止，如在先前实施例中那样。

根据图5所示的另一变体，考虑到两个环形槽的直径的比值，可以将较小直径的槽5’定位在槽6’内。在该实施例中，通过线3’的供电是Knorr型的供电，例如，l_6’＝λ_6’/2和l_5’＝λ_5’/4。

根据图5中的实施例的变体，如图6所示，将两个槽5”和6”一个放置在另一个的内部，并且彼此余切。在这种情况下，两个槽在耦合点T处相切地供电，例如，

l_5”＝λ_5”/2

l_6”＝λ_6”/4

其中，l_5”和l_6”表示在槽5”和6”与供电线的耦合点和二极管4之间的线的长度。

在图5和6中的解决方案产生了更为小型的天线。

可以使用耦合结构上的其他变体。类似地，已经参考环形槽描述了本发明。然而，可以使用其他闭合形状的槽，例如，方形槽、多边形槽或其他任何对称的闭合形状。在图中由二极管来表示用于切换的控制装置。然而，还可以采用其他切换装置，例如MEMS(微电机械系统)、晶体管或类似设备。在所示的实施例中，供电线3由微带线形成，但是可以采用其他类型的供电线，特别是同轴电缆。还可以使用多个同心环形槽以便加宽在两个工作频率附近的带宽。

Claims (8)

1.一种多频带平面天线，包括：

具有接地平面的衬底，

所述接地平面中的第一槽，由具有用于在第一频率上工作的尺寸的闭合曲线形成，

所述接地平面中的第二槽，由具有用于在第二频率上工作的尺寸的闭合曲线形成，

公用供电线，用于激励所述第一槽和所述第二槽，

两状态的控制元件，其一端与所述公用供电线的自由端相连，另一端通过所述接地平面被引入到地，

其中，沿着所述公用供电线将所述第一槽定位在第一点，从而在第一类型的所述公用供电线的电平面上实现所述公用供电线与所述第一槽的耦合，以及沿着所述公用供电线将所述第二槽定位在第二点，从而在第二类型的所述公用供电线的电平面上实现所述公用供电线与所述第二槽的耦合，以便所述天线根据所述控制元件的状态工作在第一频率或第二频率。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：由在第一槽或第二槽的工作频率处的短路平面或开路平面来形成第一类型的电平面和第二类型的电平面。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述控制元件由二极管、晶体管、开关电路或微电机械系统来形成。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：形成所述第一槽的闭合曲线和形成所述第二槽的闭合曲线是圆、多边形或另一闭合形状，其周长满足P_i＝k’λs_i，其中，k’是正整数，而λs_i是第一槽或第二槽(i＝1或2)中的波长。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：如果第一频率低于第二频率，则当控制元件处于截止状态时，所述天线工作在第二频率处，而当控制元件处于导通状态时，所述天线工作在第一频率处，在控制元件与所述公用供电线和所述第一槽间的耦合点之间的距离l₁和在控制元件与所述公用供电线和所述第二槽间的耦合点之间的距离l₂由以下等式给出：

l₂＝λ₂/4+k₂λ₂/2

l₁＝λ₁/2+k₁λ₁/2

λ_i(i＝1或2)是在第一频率或第二频率处在所述公用供电线中的导波波长，而k_i(i＝1或2)是正整数或零。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：如果第一频率低于第二频率，则当控制元件处于截止状态时，所述天线工作在第一频率处，而当控制元件处于导通状态时，所述天线工作在第二频率处，在控制元件与所述公用供电线和第一槽间的耦合点之间的距离l₁和在控制元件与所述公用供电线和所述第二槽间的耦合点之间的距离l₂由以下等式给出：

l₁＝λ₁/4+k₁λ₁/2

l₂＝λ₂/2+k₂λ₂/2

λ_i(i＝1或2)是在第一频率或第二频率处在所述公用供电线中的导波波长，而k_i(i＝1或2)是正整数或零。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：选择所述第一槽和所述第二槽的宽度，从而使第一槽和第二槽中工作在较低频率处的槽的更高模式并不与最高频率相对应。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：以具有被选择为使第一槽或第二槽中工作在较低频率处的槽的更高模式并不与最高频率相对应的宽度的部分，在所述控制元件、所述第一槽、所述第二槽和匹配线之间对所述公用供电线进行划分。

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