CN1906801A - 用于膝上计算机、打印机以及类似设备的双频段分集式无线局域网天线系统 - Google Patents

用于膝上计算机、打印机以及类似设备的双频段分集式无线局域网天线系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种双频段天线器件，包括：电介质基底(6)，该基底具有相反的第一和第二表面，以及位于第二表面上的接地面(7)。在第一表面上设置有微带传输线(4)，并且电介质片状元件(5)安装在第一表面上，并位于该微带传输线(4)上。分叉平面倒L型天线(PILA)部件(1)也安装在第一表面上，该PILA部件(1)具有在所述电介质片状元件(5)的表面上延伸并与其接触的第一臂(2)和第二臂(3)。第一臂(2)与所述电介质片状元件(5)的表面接触的面积与第二臂(3)不同。所述天线器件在2.4GHz和5.5GHz两个频段都能够良好的操作。

Description

用于膝上计算机、打印机以及类似设备的 双频段分集式无线局域网天线系统
技术领域
本发明涉及一种新颖的天线，该天线能够覆盖用于IEEE802.11a/b/g无线LAN(局域网)的频段，并包括借助于成型陶瓷片状元件与微带传输线耦合的双频发射器。该器件用于装配在膝上计算机的显示部分中，但是也可以应用于与计算机进行通信的设备中，诸如打印机等。这些器件用于成对操作，并且彼此间具有良好隔离度，从而能够在天线系统中产生分集。
背景技术
无线LAN连通性的引入已经引起了一种对覆盖频段2.4-2.5GHz和4.9-5.9GHz的紧凑型低成本天线的需求。这些天线通常适用于膝上计算机和PDA(个人数字助理)，并且它们将很快用于打印机、扫描仪以及其它外围设备中。
这些天线的基本特性是效率高，并且即使安装在目标设备上时，其辐射图(radiation pattern)也几乎可能是全方位的。这些电学参数必须与物理上较小的尺寸以及能够以非常低的成本进行生产的潜能相结合。大多数天线将直接与超小型的同轴电缆相连，并且该天线的设计必须实施成一种适当的附件装置，该装置将足够精确地控制电缆的布置，以确保输入匹配的良好重复性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种双频段天线器件，该器件包括：电介质基底，该基底具有相反的第一和第二表面；位于第二表面上的接地面(groundplane)；位于第一表面上的微带传输线；安装在第一表面上、位于微带传输线上的电介质片状元件；以及安装在第一表面上的分叉平面倒L型天线(PILA)部件，该PILA部件具有第一和第二电连接臂，所述臂在电介质片状元件的表面上延伸并与该表面接触，第一臂与所述电介质片状元件的表面接触的面积与第二臂不同，所述PILA还与所述接地面电连接。
电介质基底可以采用带有金属化(例如，铜)接地面的印刷电路板(PCB)形式。一种特别优选的电介质基底为DuroidPCB。
电介质片状元件优选由高介电常数陶瓷材料制成，例如具有至少为6的相对介电常数。
电介质片状元件优选为具有大体上平坦的上表面(即，片状元件的、远离所述电介质基底的第一表面的表面)的细长的长方形，并且在一个特别优选的实施方式中形成为一种桥形构件，以便它能够仅仅在其末端接触所述微带传输线。
分叉的PILA优选为基本上与所述细长陶瓷片状元件对齐设置，并且优选地，该PILA的第一臂基本在所述陶瓷片状元件的上表面的整个长度上延伸并与其接触，而PILA的第二臂优选为比第一臂短，并且仅仅接触所述陶瓷片状元件的上表面的一个小部分。所述PILA的远离所述臂的端部可以借助于穿过所述电介质基底的导电引脚而与所述接地面连接。
与其中在单点处(例如通过探针或狭槽供给)对陶瓷片状元件(谐振器)进行供给的传统电介质谐振天线(DRA)结构相比，本发明的陶瓷片状元件是沿着其与所述微带传输线接触的长度方向供给的。该陶瓷片状元件自身并不进行显著地发射，而是起到所述PILA的臂的电介质载体(load)的作用，所述PILA的臂是主要的发射构件。
在较低的频段下，例如2.4GHz，PILA的第一臂，即较长的臂将是主要的发射器，并且受到在所述陶瓷片状元件的、靠近所述第一臂端部的拐角中的电磁场的激励。
在较高的频段下，例如5.4GHz，PILA的第二臂，即较短的臂将是主要的发射器，并且受到在所述陶瓷片状元件的、靠近所述第二臂端部的拐角中的电磁场的激励。
然而，可以理解的是，整个陶瓷片状元件能够根据频率以及具体的设计因素而更大或是更小程度地激励所述PILA。
通过以不同的方式激励所述PILA的两臂，本发明提供了一种新颖的双频段混合天线。
在一种可选实施例中，可以去除在所述陶瓷片状元件之下的电介质基底，从而留下片状元件悬挂在所述PILA下并位于所述接地面上方，并且可以省略所述微带传输线。在该实施例中，所述片状元件通过同轴电缆直接供给，并且该电缆的外部元件与地面连接，而其内部元件焊接到所述片状元件或以其它方式与该片状元件相连。
因此，在第二方面，本发明提供一种双频段天线器件，该器件包括：电介质基底，该基底具有相反的第一和第二表面；位于第二表面上的接地面；安装在第一表面上并与所述接地面电连接的分叉平面倒L型天线(PILA)部件，该PILA部件具有第一和第二电连接臂；以及电介质片状元件，具有与第一和第二臂连接的表面，其中，所述电介质基底包括设置在所述电介质片状元件之下的孔，所述片状元件与同轴馈线相连，并且所述PILA部件的第一臂与所述电介质片状元件的表面接触的面积与第二臂不同，所述PILA还与所述接地面电连接。
附图说明
为了更好地理解本发明，以及为了显示其可以怎样实现，现在以举例的方式参照附图进行说明，其中：
图1所示的是本发明的优选实施例；
图2所示的是图1中的天线在2.4GHz的频段下的电场图；
图3所示的是图1中的天线在5.5GHz的频段下的电场图；
图4所示的是图1中的天线的所测得的回波损耗图；
图5所示的是一对如图1所示的天线之间的隔离度的图。
具体实施方式
在如图1所示的特定的实例中，天线包括三个主要的部件：
发射元件1：这是窄四分之一波长的接地贴片(patch)，其具有用于每种频段的单独的发射器2、3。
微带馈线4：所述发射元件1、2、3受到在开路端处进入该构件的微带馈线4的激励。该馈线4包括匹配的微带/同轴过渡部分，以使得该天线能从超微同轴电缆(1.2毫米的直径)(未示出)供给。
陶瓷片状元件5：成型的陶瓷片状元件5(在该实例中，εr＝6)承载所述发射元件1，降低了其物理长度，并且还增强了所述元件1和馈线4之间的耦合。
发射元件1、微带馈线4以及陶瓷片状元件5都安装在电介质基底6的一侧，该电介质基底优选由Duroid制成。基底6的相反一侧上提供有导电接地面7。
发射元件1的支腿部分8借助于穿过电介质基底6的导电连接而短接到接地面7。
陶瓷部分5并没有起到电介质谐振天线(DRA)的作用，然而该构件的操作由于超出简单电介质承载之外的原因而很大程度上依赖于其存在，因此，其被称之为混合陶瓷天线。
发射元件1不是一种像通常实践用于设计小型贴片天线那样、具有抽头到该贴片或接近电容性耦合到该贴片的固定馈送点的PIFA(平面倒F型天线)。相反，元件1是一种PILA(平面倒L型天线)，并且没有直接馈送点。其是由在相对较长的电介质陶瓷片状元件5中的电磁场来激励的，该陶瓷片状元件5又是通过微带传输线4供给的。陶瓷片状元件5中的场通过位移电流产生。这种结构提供了大量的附加参数，例如陶瓷5的形状、尺寸和相对介电常数，以及其相对于微带线5和发射元件1的位置。对这些常数进行优化允许设计者在天线的性能方面具有实质性的选择，如通过该实例可以看到的那样。
馈送被安排成位于PILA 1的开口端，而对于传统的馈送而言，在该处的阻抗会非常高，并且该天线会难以进行馈送。
该PILA 1分叉成具有长度不同的两个臂2、3。细长的电介质陶瓷片状元件5起到用于该PILA 1的两个臂2、3的馈送和有效驱动装置的作用，该驱动装置以适当的频率驱动每一个。
模拟结果
采用Ansoft3D电磁模拟器HFSS来进行天线的初始开发。计算机模拟结果显示出在理想的频段下的良好回波损耗。该模拟还确认了发射元件1的两部分2、3的有效和独立操作，并允许对陶瓷片状元件5的尺寸、形状以及介电常数进行优化。图2显示了在较低的2.4GHz的频段的中间处的预期电场分布，其中在发射元件1的较长臂3的端部处电场最强。图3显示了在较高的5.5GHz的频段的中间处的预期电场分布，其中在发射元件1的较短臂2的端部处电场最强。
测量结果
图4中表示出了整个天线以及其馈电电缆的测量的输入回波损耗。该测量中较小的波动是由在测量点处的失配导致的，这是一种在高频下采用超小型电缆工作时出现的常见问题。
可以看到，与该天线的理想要求相对应，该设计已经被配置为在5GHz而不是2.5GHz提供更宽的频宽。在实际应用中，补偿在该连接器件中的连接器的不连续性可以降低输入端的失配以及相应的波动，从而能够在两个波段上都获得10dB的目标回波损耗。
为了研究隔离性能，在一种典型的膝上应用中，将一对天线安装在显示器的顶部上，这两个天线之间的间隔为75毫米。从图5中可以看到，天线之间的隔离度在低频段内大约为20dB(其中，天线之间在电学上比较接近)，而在高频段内为40dB。
本发明的优选特点可应用于本发明的所有方面，并且能够以任何可能的组合来使用。
在说明书的所有描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”以及这些词语的变化形式都表示“包括但不限于”，而不是为了(并且没有)排除其它部件、整体、部分、附加部分或步骤。

Claims (8)

1.一种双频段天线器件，该器件包括：电介质基底，该基底具有相反的第一和第二表面；位于所述第二表面上的接地面；位于所述第一表面上的微带传输线；安装在所述第一表面上、位于所述微带传输线上的电介质片状元件；以及安装在所述第一表面上的分叉平面倒L型天线(PILA)部件，该PILA部件具有第一和第二臂，所述第一和第二臂在所述电介质片状元件的表面上延伸并与该表面接触，所述第一臂和第二臂与所述电介质片状元件的表面相接触的面积不同，所述PILA还与所述接地面电连接。
2.如权利要求1所述的器件，其中，所述电介质片状元件由高介电常数的陶瓷材料制成。
3.如权利要求1或2所述的器件，其中，所述电介质片状元件为具有大致上平坦的外露表面的细长结构，所述外露表面远离所述电介质基底的第一表面。
4.如权利要求3所述的器件，其中，所述电介质片状元件为一种具有第一和第二末端的桥形构件，该第一和第二末端接触所述微带传输线。
5.如权利要求3或4所述的器件，其中，所述分叉的PILA基本上与所述细长陶瓷片状元件对齐设置，其中所述PILA的第一臂基本在所述陶瓷片状元件的外露表面的整个长度上延伸并与其接触，而所述PILA的第二臂比第一臂短，并且与所述陶瓷片状元件的外露表面的较小部分相接触。
6.如前述任意一项权利要求所述的器件，所述器件配置用于在2.4到2.5GHz的第一频段以及在4.9到5.9GHz的第二频段内操作。
7.一种双频段天线器件，该器件包括：电介质基底，该基底具有相反的第一和第二表面；位于第二表面上的接地面；安装在第一表面上并与所述接地面电连接的分叉平面倒L型天线(PILA)部件，该PILA部件具有第一和第二电连接臂；以及电介质片状元件，该片状元件具有与所述第一和第二臂连接的表面，其中，所述电介质基底包括设置在所述电介质片状元件之下的孔，所述片状元件连接到同轴馈线，并且所述PILA部件的第一臂和第二臂与所述电介质片状元件的表面相接触的面积不同，所述PILA还与所述接地面电连接。
8.一种基本上如前面参照附图所描述的或如附图中所示的双频段天线器件。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070131