CN1922763B - 倒l形天线 - Google Patents

Abstract

公布了具有固定极化的倒L形天线。该具有固定极化的倒L形天线包括：包括金属层，介电质层和接地层的印刷电路板(PCB)；和与该PCB的预先确定形状的一个侧面耦合的天线元件。该预先确定的形状为使在PCB的边缘激励的电场引导至与天线元件的方向匹配的形式。

Description

倒L形天线

技术领域

本发明涉及一种倒L形天线，更具体地说，涉及用于诸如宽带通讯终端和基站天线一类的超宽带系统中的倒L形天线。其中该倒L形天线用作由一根天线构成的内设天线，可实现宽带通讯终端的，例如码分多路(CDMA)和正交频率划多路传输与各种服务，例如个人通讯系统(PCS)，蜂窝兼容终端，全球移动通讯系统(GSM)和CDMA兼容终端和PCS与IMT-2000兼容终端。

背景技术

在目前的通讯系统中很感兴趣的超宽带(UWB)通讯系统中，由于从空气中发射和在空气中接收脉冲信号，因此需要开发具有更好的宽带特性的天线。

通常，为了在UWB系统中使用，已引入倒L形天线。

图1为表示根据先前技术的一种通常的倒L形天线的图。

如图所示，该通常的倒L形天线100包括由虚线圆表示的与印刷电路板(PCB)110的边缘部分A耦合的天线元件120。该PCB 110包括金属层111，介电质层113和接地层115。输出信号通过馈线130，电气上通至该天线元件120。

该通常的倒L形天线100发射微波，用于通过使用在称为PCB 110的激励区的边缘部分A上激励的电场，与其他通讯系统进行通讯。

图2为表示根据S11参数特性，通常的倒L形天线的性能的图形。在该图形中表示代表输入该倒L形天线的信号量和从该倒L形天线反射的信号量之间的比的S11与频率的关系的变化。

如图所示，虽然该倒L形天线的高度与长度(H/L)比很低，但该倒L形天线的天线效率，电压驻波比(VSWR)和天线增益偏差的性能优越。

图3为通常的倒L形天线的增益与辐射频率关系的图形，其中实线代表增益的绝对值，虚线代表沿着天线元件方向极化的发射波分量的增益特性。

在图3中，增益的绝对值与沿着天线元件方向极化的发射波的分量的增益比较。通常的倒L形天线的增益特性表示在天线元件方向垂直地极化的极化分量的总电场在高频范围内被强烈地激励。即：在PCB 110的边缘部分A处强烈地激励的电场与天线元件的极化产生干涉。该增益特性使接收性能降低。

因此，通常的倒L形天线的接收灵敏度降低。当该通常的倒L形天线用于UWB通讯系统中时，这又会限制通讯区域。

发明内容

因此，本发明的目的是要提供一种倒L形天线，其天线元件与印刷电路板的一部分耦合，使得该部分主要地产生一个与由该天线元件产生的电场平行的电场。

根据本发明的一个方面，提供了具有固定极化的倒L形天线，它包括：包括一个金属层，一个介电质层和一个接地层的印刷电路板(PCB)；和与该PCB的一个侧面的一个预先确定形状耦合的天线元件。其中，该预先确定的形状为将在PCB的边缘上激励的电场引导至与天线元件的方向相匹配的形式。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种倒L形天线，它包括：设有至少一个金属层的印刷电路板和N个与该金属层的相应数目的部分耦合的天线元件。该耦合的方式可使每一个该部分主要产生与由相应的天线元件产生的电场平行的电场，其中N为正整数。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种移动终端，它包括：带有一个金属层的印刷电路板，和与该金属层的拐角边缘耦合的天线元件。耦合的方式使得该拐角边缘主要产生与由该天线元件产生的电场平行的电场，其中，由该天线元件产生的电场方向大致与地面垂直。

附图说明

本发明的上述和其他目的与特点通过结合附图对优选实施例的下列说明，将会更好地理解。其中：

图1为表示通常的倒L形天线的图；

图2为表示基于S11参数特性的通常的倒L形天线的性能的图形；

图3为表示通常的倒L形天线的增益的绝对值和极化方向分量的增益之间的比较的图形；

图4为表示根据本发明的一个优选实施例的倒L形天线的透视图；

图5为根据本发明的另一个优选实施例的倒L形天线的性能的图形；

图6为根据本发明的另一个优选实施例的倒L形天线的性能的图形；

图7为表示根据本发明的另一个优选实施例的倒L形天线的增益绝对值和极化方向分量的增益之间的比较的图形；

图8～15为表示根据本发明的各个方面，PCB的各种实现例子的图；

图16为表示根据本发明的另一个优选实施例的倒L形天线的图；

图17～20为表示根据本发明的其他方面的倒L形天线实现结构的例子的图；

图21～24表示根据本发明的其他方面的倒L形天线实现结构的例子；和

图25和26为说明安装在移动站上的倒L形天线的极化方向的图。

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明根据本发明的倒L形天线。

图4为表示根据本发明的一个优选实施例的倒L形天线的透视图。

如图所示，倒L形天线400包括与印刷电路板(PCB)410耦合的天线元件420。PCB 410包括金属层411，介电质层413和接地层415。由在PCB 410上形成的电路输入的信号，通过馈线430电气上通至天线元件420。金属层411的边缘部分B和接地层41 5作成半圆形状。天线元件420与金属层411的边缘部分B耦合。

通过将金属层411的边缘部分B作成半圆形，在边缘部分B上激励的电场主要沿着与天线元件420的方向相同的方向产生。该天线元件420的方向为Z-方向。即：在边缘部分B的半圆形形状激励的电场方向形成在与天线元件420的电场方向Z平行的方向上。

在这个说明和所附的权利要求书中使用的词“天线的极化”表示在天线元件420上产生的电场方向。

图5为表示根据本发明的优选实施例的倒L形天线性能的图形。该图形是根据S11的变化作出的，S11代表输入至倒L形天线的信号量与从该倒L形天线反射的信号量的比。

图5所示的图形在长度与高度的比为2.0情况下作出的。

如图所示，本发明的倒L形天线可在非常宽的带宽上工作(例如，增益为-10dB的带宽分布在大约35～6GHz的范围内)。因此，即高度H非常低，本发明的倒L形天线可保持宽带特性。

图6表示根据本发明的一个优选实施例的倒L形天线的效率。

如图6所示，在带宽35～6GHz范围内，本发明的倒L形天线保持大于90％的天线效率。

图7为表示根据本发明的一个优选实施例的以实线表示的绝对增益和以虚线表示的宽带倒L形天线的极化的图形。

如图7所示，绝对增益和极化的二条线精确地互相匹配。这表示天线元件的极化不受在35～6GHz宽带中，在激励区域激励的电场的扰动，和增益偏差在+2dB～-2dB范围内。

因此，根据在36～6GHz带宽中的极化，本发明的倒L形天线具有满足相应的增益偏差低至-10dB的宽带天线特性。因此，本发明的倒L形天线，与通常的倒L形天线比较，可增加天线的接收灵敏度；并且本发明的倒L形天线的通讯区域可比通常的倒L形天线宽。

图8～15为表示根据本发明的一个优选实施例的形成PCB的边缘的各种实现例子的图。

图8～11表示PCB 410的上边缘的各种形状。PCB 410的上边缘的形状不是仅限于半圆形状。该形状可以为各种形状，例如半圆形，三角形，椭圆形，只要结构上可改变在激励区域的电场方向，与宽带的倒L形天线的方向匹配即可。

图12～15表示根据本发明的一个优选实施例的与倒L形天线耦合的PCB的结构。

如图12～15所示，金属层410的上边缘和接地层415作成半圆形，三角形或椭圆形。介电质层413的矩形形状延伸可包括该倒L形天线。介电质层413的矩形形状延伸至倒L形天线的末端，以便结实地使该倒L形天线与PCB耦合。

在本发明的优选实施例中，金属层411和接地层415作成的形状可满足改变激励区域的电场方向，与宽带的倒L形天线的方向匹配。然而，可以将接地层415作成与介电质层413相同的矩形形状。

图16为表示根据本发明的另一个实施例的倒L形天线的图。

如图16所示，半圆形的附加的金属层917和半圆形的附加的接地层919与PCB 910的侧面耦合。天线元件920与半圆形的金属层917和PCB 910的侧面二者耦合。当PCB 910大时，半圆形的附加金属层917和半圆形的附加接地层919可与PCB 910的侧面的一部分耦合，以改变激励区域的电场方向，与天线920的方向匹配。如上所述，该形状不是仅限于半圆形。

图17～20为表示根据本发明的另一个优选实施例的倒L形天线实现结构的例子的图。

如图17～18所示，天线元件与PCB的半圆形的上部中间和PCB的半圆形的上部角落耦合，以便保持倒L形天线的全向辐射图形。

图19和20表示倒L形天线实现结构的另一个例子。

在图19和20中，二个天线元件与PCB的上侧和底侧耦合。二个天线元件分别实现，一个用于接收，另一个用于发射。

图21～24表示根据本发明的再一个优选实施例的宽带倒L形天线实现结构的再一个例子。

如图21所示，该倒L形天线与PCB的半圆形角落耦合。当在移动电话中实现时，图21的倒L形天线可提高接收性能。在预先确定的角度-例如45°内，使天线元件与PCB的半圆形角落耦合，可使天线的极化方向与在基站中的天线极化方向匹配。在图22中，二个天线元件与PCB的上侧面的每一个角落耦合，以便实现一个用于接收，另一个用于发射。二根天线耦合成使天线元件的电场方向与另一个天线元件的电场方向保持大约为90°。

在图23中，二个天线与PCB的左侧的每一个角落耦合，用以保持二个天线之间的最大允许距离。

在图24中，4个宽带的倒L形天线与PCB的四个角落耦合，用以消除分集问题。图25～26中的倒L形天线实现结构为通过保持发射天线和接收天线之间的最大允许距离减小耦合量的结构。

图25和26为表示安装在移动电话中的本发明的倒L形天线的图。

图26的移动电话600的接收灵敏度比图12A的移动电话500好。

如图26所示，移动电话600包括与金属层614的一个角落耦合的天线元件610。该天线元件610在大约45°内与侧边缘线612耦合。倒L形天线的电场方向保持与地面成大约90°，这与在将信号发射至移动电话600的基站中的天线的电场方向相似或相同。然而，移动电话500的天线元件510的电场方向与地面保持大约45°，这与在将信号发射至移动电话的基站中的天线的电场方向不相同。因此，移动电话600的接收灵敏度比移动电话500好。

如上所述，通过将在PCB边缘上激励的电场引导至与天线元件的方向匹配，倒L形天线可增加接收灵敏度。

因此，本发明的倒L形天线可以用于宽带通讯终端-例如码分多路和正交频率划分多路传输，与各种服务-例如个人通讯系统、蜂窝兼容终端、GSM和CDMA兼容终端，与PCS和IMT-2000兼容终端。

另外，该倒L形天线可以尺寸做得小，因此可用于便携式MP3播放器或便携式存储器中。

本申请包含与2003年12月24日在韩国专利局中提出的KR2003-0096884号韩国专利申请有关的内容，其全部内容在此引入作为参考。

虽然针对一些优选实施例说明了本发明，但本领域的技术人员知道，在不偏离由下列权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，可作各种改变和改进。

Claims (12)

1.一种倒L形天线，包括：

印刷电路板，其中

所述印刷电路板沿X轴和Z轴大体为平面，

所述印刷电路板设置有金属层，介电质层和接地层，

所述印刷电路板具有主体和边缘突起，所述边缘突起具有位于最远离所述主体处的相应顶端，

所述边缘突起包括所述金属层的一部分和所述接地层的一部分，

所述边缘突起被配置成提供大体沿着所述Z轴取向的边缘电场；和

与该金属层耦合的天线元件，其中

该天线元件与所述顶端和部分所述边缘突起重叠，并且

所述天线元件的一部分沿所述Z轴延伸离开所述印刷电路板并超出所述顶端，

使得所述天线元件被配置成提供沿着所述Z轴取向的天线电场。

2.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，所述边缘突起为半圆形的边缘突起。

3.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，所述边缘突起为三角形的边缘突起。

4.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，所述边缘突起为椭圆形的边缘突起。

5.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，该印刷电路板还包括：

在该金属层的底部表面上形成的介电质层；和

在该介电质层的底部表面上形成的接地层。

6.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，所述边缘突起的所述接地层的所述一部分的形状与所述边缘突起的所述金属层的所述一部分的形状大体相同。

7.如权利要求1所述的倒L形天线，其特征为，所述边缘电场由从安装在印刷电路板上的电气装置输入的信号产生。

8.一种倒L形天线，包括：

印刷电路板，其中

所述印刷电路板沿X轴和Z轴大体为平面，

所述印刷电路板设置有金属层，介电质层和接地层，

所述印刷电路板具有主体和多个边缘突起，各边缘突起具有位于最远离所述主体处的相应顶端，

各边缘突起包括所述金属层的一部分和所述接地层的一部分，

各边缘突起被配置成提供大体沿着X-Z平面取向的相应边缘电场；和

与该金属层耦合的多个天线元件，

其中

各天线元件与一个相应的边缘突起的一部分重叠，并与所述一个相应的边缘突起的所述相应顶端重叠，

各天线元件的一部分沿X-Z平面延伸离开所述印刷电路板并超出所述一个相应的边缘突起的所述相应顶端，使得

各天线元件被配置成提供沿着X-Z平面取向的相应天线电场。

9.如权利要求8所述的倒L形天线，其特征为，各边缘突起为半圆形。

10.一种移动终端，包括：

印刷电路板，其中

所述印刷电路板沿X轴和Z轴大体为平面，

所述印刷电路板设置有金属层，介电质层和接地层，

所述印刷电路板具有主体和边缘突起，所述边缘突起具有位于最远离所述主体处的相应顶端，

所述边缘突起包括所述金属层的一部分和所述接地层的一部分，

所述边缘突起被配置成提供大体沿着X-Z平面取向的边缘电场；和

与该金属层耦合的天线元件，其中

该天线元件与所述顶端和部分所述边缘突起重叠，并且

所述天线元件的一部分沿X-Z平面线性延伸离开所述印刷电路板并超出所述顶端，使得

所述天线元件被配置成提供沿着X-Z平面取向的天线电场。

11.如权利要求10所述的移动终端，其特征为，天线元件配置成使它与印刷电路板倾斜一个预先确定的角度。

12.如权利要求11所述的移动终端，其特征为，该预先确定的角度大约为45°。

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