CN1716697B - 天线及其频带微调的方法 - Google Patents

Abstract

一种天线，包括：辐射部、接地部、将信号馈入的馈线和绝缘介质，其中绝缘介质设在辐射部一表面且其并非在辐射部与接地部之间。一种天线频率的微调方法包括：第一步，测定天线的当前中心频率；第二步，选择一个目标中心频率并计算两者之差；第三步，在天线辐射路径上覆盖一层绝缘介质；第四步，再将前述两频率进行比较；第五步，若当前中心频率比目标中心频率高，则增加所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到两个频率相等；若当前中心频率比目标中心频率低，则减少所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到两个频率相等。本发明天线通过附在辐射部上的绝缘介质用来调整天线频带范围使得天线开发速度提高并可降低天线生产不良品。

Description

天线及其频带微调的方法

【技术领域】

本发明是关于一种天线及其频带微调的方法，尤其涉及一种用在电子设备中的天线及其频带微调的方法。

【背景技术】

天线是通讯设备中重要的被动元件，其开发过程相对于其它被动元件来说比较复杂，其原因在于开发过程中需要考虑的目标参数非常多，如天线具体尺寸、共振频率、频宽、阻抗匹配和增益等。就蜂窝移动通讯系统和无线局域网络系统来说，虽然天线设计已经趋向成熟，但在开发或者生产过程中仍然会出现天线参数偏离目标参数的情形。在传统的制作天线过程中，以平面倒F型(PIFA)天线为例，工程人员通常先通过理论计算得出天线的理论尺寸，并依此做出天线，进而对天线进行调整，先调整天线阻抗匹配，然后调整天线中心频率。其中，对于频率的调整，一般做法为改变有效辐射路径的长度(对于PIFA天线，其长度通常为中心波长的四分之一)以实现向目标中心频率的靠近，例如减小辐射路径的长度，则天线中心频率变高，反之若增加辐射路径长度，则天线中心频率变低。在制作天线过程中，工程上一般的做法是将辐射路径长度预设为大于四分之一中心波长，然后慢慢减小辐射路径长度使得中心频率向目标中心频率靠近；但是如果预设的辐射长度发生错误或者对其调整的幅度过大导致中心频率超出了目标中心频率，在这种情况下，如果不改变天线馈入点而增加有效辐射路径是很困难的；但是一旦改变馈入点，则阻抗匹配需要重新调整，这样将会导致开发或生产效率明显降低。因此在发生这种错误时，对工程或生产人员来说，该天线成为无法运用的不良品。且对于开发来说，这将导致非常耗时的阻抗匹配调整过程。

最近，随着宽频技术的发展，宽频天线也大量出现。结构紧凑的微带天线是常见的设计方案，微带天线的频宽通常为其中心频率的2％-7％。这样的频宽显然不能适应天线宽频带的发展趋势(如IEEE802.11a/b/g的应用)，现有做法是通过辐射部与接地部之间增加一层或者多层绝缘介质用来提高天线的工作频宽(同时还可以减小天线的尺寸)，但是这样也会导致天线增益的下降。所以工程人员通常取折衷方案，但是这样无法同时兼顾天线尺寸、频宽和增益。

【内容】

本发明的目的在于提供一种通过辐射体表面覆盖绝缘介质以优化共振频率的天线。

本发明另一目的在于提供一种上述天线频率优化方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种天线包括：由金属材料制成的辐射部、由金属材料制成的接地部、馈线和绝缘介质，其中馈线包括内导体和外导体，内导体与辐射部电连接，外导体与接地部电连接，绝缘介质设在辐射部一表面且其并非在辐射部与接地部之间。

本发明天线频带微调的方法包括：第一步，测定待调整天线的当前中心频率；第二步，选择目标中心频率，且该目标中心频率小于当前天线中心频率，计算目标中心频率与当前天线中心频率的差；第三步，在天线辐射路径上覆盖一层绝缘介质；第四步，再测定当前天线中心频率并与目标中心频率进行比较；第五步，若当前天线中心频率比目标中心频率高，则增加所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率；若当前天线中心频率比目标中心频率低，则减少所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率。

与现有技术相比，本发明天线通过附在辐射部上的绝缘介质用来调整天线的共振频率，通过这样的设计提高天线开发速度并可降低天线生产不良品。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例的立体图。

图2是本发明第二实施例的立体图。

图3是本发明第三实施例的立体图。

图4是本发明第四实施例的立体图。

图5是本发明第一实施例多频平面倒F型天线第一辐射单元未贴聚酰亚胺(Capton)的电压驻波比测试图。

图6是本发明第一实施例多频平面倒F型天线第一辐射单元贴有聚酰亚胺(Capton)的电压驻波比测试图。

【具体实施方式】

本发明可应用在多种天线，如平面倒F型天线、偶极天线和微带天线等，且适用上述各种天线的多种制作形式，如印刷式、贴片式和金属片式等。以下仅是以一多频平面倒F型天线对本发明的发明构思进行详细说明。

请参阅图1所示，本发明的多频平面倒F型天线1包括设置在同一平面的辐射部2、接地部3、连接辐射部2和接地部3的连接部4和馈线5，其中辐射部2、接地部3和连接部4皆由金属片制成。接地部3上设有开槽31，所述开槽31与连接部4配合用来调整多频平面倒F型天线1的阻抗匹配。馈线5是同轴线，包括分别焊接在辐射部2和接地部3的内导体50和外导体51，其中内导体50与辐射部2的连接点为多频平面倒F型天线1的馈点。连接部4一端连接在馈点，另一端连接至接地部3。自馈点延伸至辐射部2一端的部分为第一辐射单元21，自馈点延伸至辐射部2另一端的部分为第二辐射单元22，其中第二辐射单元22较第一辐射单元21宽，而第一辐射单元21较第二辐射单元22长。第一辐射单元21可共振在一较低的频段，如2.4-2.5GHz，中心频率为2.45GHz，而第二辐射单元22可共振在较高的频段，如5.15-5.85GHz，中心频率5.5GHz。

上述多频平面倒F型天线1为频带微调的对象，假设工程人员在制作天线过程中使得第一辐射单元21的长度小于其中心频率对应的波长时，第一辐射单元21的中心频率将会向上偏移，如偏移到2.55GHz，其电压驻波比测试图请参阅图5所示。此时如果增加第一辐射单元的长度恐非易事。本发明将一层绝缘介质6覆盖在第一辐射单元21上表面，所述绝缘介质6可选用多种材质。当前实施方式和以下实施方式中所述绝缘介质6都为聚酰亚胺(Capton)，且采用最优的方式：完全覆盖第一辐射单元21的上表面。覆盖绝缘介质6后，第一辐射单元21的中心频率将会受到影响，第一辐射单元21开路端到馈点的反射波将因周遭的介电常数发生改变而产生频率偏移，进而使得反射波与入射波相加的驻波发生频率下移，故其中心频率也发生下移，其下移幅度将与绝缘介质6的厚度和面积成正比，即绝缘介质6越厚、面积越大，天线对应工作频率下移幅度就越大。请参阅图6所示，此时由于阻抗匹配未发生改变，所以第一辐射单元21的共振频段(即电压驻波比小于2的部分)大小基本未发生改变，同时由于绝缘介质6并非设置在第一辐射单元21与接地部之间，将不会引入插入损耗，所以其增益所受影响甚微。

在上述的实施方式中，多频平面倒F型天线1的第一辐射单元21发生了中心频率上移。同样道理，多频平面倒F型天线1的第二辐射单元22也有可能发生中心频率上移。此时频率调整的做法与上述实施方式相同，故不赘述。图2所示为本发明天线的第二种实施例，多频平面倒F型天线1的第二辐射单元22上覆盖了绝缘介质6，但是此时第一辐射单元21上并未设有绝缘介质6。

以上两种实施例皆揭示了某一辐射单元发生频率上移的情况，该情况相当于某一单频天线发生频率上移的情况。实际情况中当然也有可能出现多频天线两个或两个以上辐射单元发生频率上移的情况，而且可能各辐射单元频率上移的幅度不相同。请参考图3所示，此为本发明天线的第三种实施方式，此时多频平面倒F型天线1的第一辐射单元21和第二辐射单元22皆发生了频率上移，且第二辐射单元22的频率上移幅度大于第一辐射单元21的上移幅度。所以在当前实施方式中，覆盖在第一辐射单元21的绝缘介质6的厚度小于覆盖在第二辐射单元22的绝缘介质6的厚度，其调整的手段与第一实施方式相同，故不赘述。

诚然本发明可因工程的实际需要采用其它实施方式，考虑到绝缘介质6成本并不高，为了防止多频平面倒F型天线1其它部分被空气氧化或被腐蚀，工程人员可在天线与空气接触的表面覆盖一层绝缘介质6。图4所示为本发明天线的第四种实施方式，在此种实施方式中，多频平面倒F型天线1的辐射部2、连接部4和接地部3皆覆盖了一层绝缘介质6，但是由于连接部4和接地部3覆盖绝缘介质6对天线本身各参数影响甚微，故其效果相当于第三种实施方式。

以第一实施方式为例，结合以上描述，本发明天线微调的方法包括以下步骤：第一步，测定待调整天线的当前中心频率；第二步，选择目标中心频率，且该目标中心频率小于当前天线中心频率，计算目标中心频率与当前天线中心频率的差；第三步，在天线辐射路径上覆盖一层绝缘介质；第四步，再测定当前天线中心频率并与目标中心频率进行比较；第五步，若当前天线中心频率比目标中心频率高，则增加所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率；若当前天线中心频率比目标中心频率低，则减少所述绝缘介质厚度或者面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率。

本发明天线微调的方法与传统天线频率上调方法有相同之处，即采用不断修正的方法。但是二者本质不同之处在于前者修正失误后不易反向修正，而后者不存在这样的问题。因为绝缘介质6是独立元件，且成本较低，即使发生修正错误，也可通过减少绝缘介质6的厚度、面积或者更换一层新的绝缘介质6以达成反向修正。

Claims (10)

1.一种天线，包括：由金属材料制成的辐射部、由金属材料制成的接地部和馈线，馈线包括与辐射部电连接的内导体和与接地部电连接的外导体，所述辐射部包括可共振在较低频段的第一辐射单元和可共振在较高频段的第二辐射部，其特征在于：所述辐射部和接地部位于同一平面内，在辐射部一表面设有绝缘介质，且该绝缘介质并非设置在辐射部与接地部之间，第一辐射单元和第二辐射单元之中至少有一个辐射单元被绝缘介质所覆盖。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述绝缘介质为聚酰亚胺。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述接地部上设有开槽，且接地部上也覆盖有绝缘介质。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一辐射单元较第二辐射单元长，第二辐射单元较第一辐射单元宽。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述天线为平面倒F型天线，且该天线还包括将辐射部与接地部相连的连接部，连接部上也覆盖有绝缘介质。

6.一种天线频带微调的方法，其特征在于其包括以下步骤：第一步，测定待调整天线的当前中心频率；第二步，选择目标中心频率，且该目标中心频率小于当前天线中心频率，计算目标中心频率与当前天线中心频率的差；第三步，在天线辐射路径上覆盖一层绝缘介质；第四步，再测定当前天线中心频率并与目标中心频率进行比较；第五步，若当前天线中心频率比目标中心频率高，则增加所述绝缘介质面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率；若当前天线中心频率比目标中心频率低，则减少所述绝缘介质面积，并返回第四步直到当前中心频率等于目标中心频率。

7.如权利要求6所述的天线频带微调的方法，其特征在于：所述天线为一平面倒F型天线。

8.如权利要求6所述的天线频带微调的方法，其特征在于：绝缘介质为聚酰亚胺。

9.如权利要求6所述的天线频带微调的方法，其特征在于：天线包括接地部且接地部上也覆盖有一层绝缘介质。

10.如权利要求9所述的天线频带微调的方法，其特征在于：天线还包括将辐射部与接地部相连的连接部，连接部上也覆盖有一层绝缘介质。

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