CN1961455A - 包含用于交换无线电频率信号的天线的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含一个用于与其他装置交换无线电频率信号的天线(2)的装置(1)，该天线(2)包括带有槽缝(10)的导电平面(11，12)，该槽缝(10)包括开口端和封闭端。连接点(13，14)位于槽缝(10)的附近且相比于开口端更靠近封闭端。导电平面(11，12)并不靠近接地面操作，以便保持天线较小。导电平面(11，12)的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间，以获得足够的天线性能和带宽。在导电平面(11，12)的不导电区域(15)上安装带有导电屏蔽的无线电模块(16)来以三个方向交换无线电频率信号。槽缝(10)的长度是波长的10％－50％。在封闭端处垂直于槽缝(10)的方向上，从连接点(13，14)到导电平面(11，12)的最近边的距离(d)至少是波长的2％。

Description

包含用于交换无线电频率信号的天线的装置
技术领域
本发明涉及一种包含用于与其他装置交换无线电频率信号的天线的装置，还涉及天线和方法。
这种装置的实例是家庭影院装置、环绕声装置、无线头戴耳机装置、第二场所无线音频装置、生物传感装置、定位跟踪装置、移动终端或无线接口。
背景技术
根据US2002/0177416A1已知一种现有技术的天线，它在图2和3中公开一种包括RF模块的接地面。该RF模块包括一个接地平面，其结合一个带有开口端和封闭端的槽缝。连接点相比于槽缝的封闭端更接近地位于槽缝的开口端。
已知的天线是不利的，特别是由于接地平面靠近接地面操作。这样的接地面导致足够的天线性能，但相对比较大。
发明内容
特别地，本发明的目的是提供一种具有足够的天线性能且相对较小的天线的装置。
特别地，本发明的另一个目的是提供一种具有足够的天线性能且相对较小的天线，以及结合一种具有足够的天线性能且相对较小的天线来使用的方法。
根据本发明的装置包含一个用于与其他装置交换无线电频率信号的天线，该天线包括：
-一个导电平面，带有一个包括开口端和封闭端的槽缝；以及
-一个连接点，位于槽缝的附近且相对于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面并不靠近接地面操作，导电平面的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
通过提供一个周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间的导电平面和避免导电平面靠近接地面操作充当镜子，根据本发明的天线相对较小且具有优良的天线性能。这一接地面提高天线效率，而根据本发明的天线的天线效率的优点可以避免接地面。由于不包括接地面充当镜子，所以该天线相对较小。优选地，其周长大约为一个波长。
该天线的优势还在于它不需要功率放大器以致超尺寸，而且不会引起额外的功率损耗。该天线可以用于发射同时接收无线电频率信号。该天线具有足够带宽，实际是带频宽，其低成本且易于制造。优选地，连接点位于槽缝的封闭端附近以提供宽频带天线效率。
通过导电平面来限定根据本发明的装置实施例，该导电平面包括一个区域，天线包括一个带有导电屏蔽的无线电模块，其安装在该区域上并与导电平面电连接。这样，通过无线电模块有效地使用导电平面上可用的空间。
通过无线电模块来限定根据本发明的装置实施例，在Z方向是垂直于导电平面的方向的情况中，无线电模块具有一定厚度用于在X方向和/或Y方向上交换无线电频率信号。没有无线电模块，就(几乎)不在X方向和/或Y方向上交换无线电频率信号。
通过槽缝来限定根据本发明的装置实施例，该槽缝将导电平面划分成第一平面和第二平面。第二平面的表面至少是导电平面的10％和至多是其50％，第一平面包括该区域。较小的第二平面的表面降低了天线效率，较大的第二平面的表面使天线过大。
通过小于第一平面的表面的无线电模块的表面来限定根据本发明的装置实施例。这样，无线电模块几乎不改变匹配参数。
通过槽缝来限定根据本发明的装置实施例，该槽缝主要是一个连接和不辐射的槽缝。“主要是”在此意味着根据本发明的装置的天线槽缝的连接功能大于50％而辐射功能小于50％。
通过槽缝长度来限定根据本发明的装置实施例，该槽缝长度在无线电频率信号波长的10％和50％之间。该槽缝长度是一个匹配参数，在最佳情况下，该长度将为无线电频率信号波长的25％左右。如果该槽缝是一个弯曲或折叠的槽缝，槽缝长度就是该槽缝各部分长度的总和。
通过在封闭端垂直于槽缝的方向上从连接点到导电平面的最近边的距离来限定根据本发明的装置实施例，该长度至少是无线电频率信号波长的2％。优选地，该长度大约为无线电频率信号波长的5％到10％以获得最佳天线效率。
通过导电平面来限定根据本发明的装置实施例，该导电平面形成印刷电路板或其他层压材料的一部分。这样，该印刷电路板或其他层压材料具有双重功：天线功能和安装功能。
通过频率至少为1Ghz的无线电频率信号来限定根据本发明的装置实施例。优选地，该装置使用2.4Ghz或更高的无线电频率。
根据本发明用于交换无线电频率信号的天线包括：
-一个导电平面，带有一个包括开口端和封闭端的槽缝；以及
-一个连接点，位于槽缝的附近且相对于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面并不靠近接地面操作，导电平面的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
根据本发明用于交换无线电频率信号的方法包括使用天线的步骤，该天线包括：
-一个导电平面，带有一个包括开口端和封闭端的槽缝；以及
-一个连接点，位于槽缝的附近且相对于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面并不靠近接地面操作，导电平面的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
根据本发明的天线和方法的实施例对应于根据本发明的装置的实施例。
特别地，本发明基于对这样的考虑，现有技术的天线使用靠近接地面操作的接地平面，该接地面导致足够的天线性能，但使天线相对较大，特别地，本发明基于一种基本思想，即天线的导电平面不必靠近接地面操作，在此情况下，导电平面的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
特别地，本发明解决该问提以提供一种包含一个具有足够天线性能且相对较小的天线的装置，特别地，有利的是该天线具有优良的性能。此外，该天线不需要功率放大器以致超尺寸，而且不会引起额外的功率损耗。该天线可以用于发射同时接收无线电频率信号。该天线具有足够带宽，实际是带宽，其低成本且易于制造。
本发明这些及其他特征将从以下描述的实施例中清晰可见，并参考该实施例进行解释。
在附图中：
图1以示意图的方式显示了一个根据本发明的装置，其包括一个根据本发明的天线；
图2以示意图的方式更详细地显示了一个根据本发明的天线；
图3显示了根据本发明的未安装无线电模块的天线三维视图；
图4显示了根据本发明的安装了一个无线电模块的天线三维视图；
图5显示了根据本发明的安装一个无线电模块用于以三个方向交换无线电频率信号的天线三维视图；
图6显示了另一个根据本发明的安装了一个无线电模块的天线三维视图；
图7显示了根据本发明的安装了一个无线电模块的天线顶视图；
图8显示了根据本发明的天线的模拟回波损耗；
图9显示了根据本发明的天线的模拟三维辐射图；
图10显示了根据本发明的天线的模拟二维辐射图；
图11显示了根据本发明的安装了一个无线电模块的天线俯视图；
图12显示了根据本发明的另一个天线的模拟回波损耗；
图13显示了根据本发明的另一个天线的模拟二维辐射图；
图14显示了另一个根据本发明的安装了一个无线电模块的天线顶视图。
具体实施方式
如图1所示根据本发明的装置1包括一个根据本发明的连接到无线电单元3的天线2，该装置1例如是家庭影院装置、环绕声装置、无线头戴耳机装置、第二场所无线音频装置、生物传感装置、定位跟踪装置、移动终端或无线接口。无线电单元3连接到数字信号处理器4，数字信号处理器4间接经由数模转换器5连接到人机接口6，并直接连接而在两者之间无任何单元。
如图2更详细描述的根据本发明的天线包括一个带有槽缝10的导电平面11、12。槽缝10包括一个开口端和一个封闭端。天线2包括位于槽缝10附近且相比于开口端更靠近封闭端的连接点13、14。例如，连接点13为接地馈电点而连接点14为信号馈送点。
天线2与未显示的其他装置交换无线电频率信号。此交换包括接收和/或发送无线电频率信号，例如1Ghz或更高的无线电频率信号。
天线2有利地不靠近接地面操作。槽缝10主要是一个连接和不辐射的槽缝。导电平面11、12的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间，优选为100％左右。槽缝10的长度在无线电频率信号波长的10％和50％之间，优选为25％左右。
在封闭端垂直于槽缝10的方向上，从连接点13、14到导电平面11、12的最近边的距离“d”至少是无线电频率信号波长的2％，优选为5％到10％左右。
槽缝将导电平面11、12划分成第一平面11和第二平面12。第二平面12的表面至少是导电平面11、12的10％和至多是其50％。第一平面11包括区域15，例如是非导电的，天线2包括安装在区域15上带有导电屏蔽的无线电模块16。带有导电屏蔽的无线电模块16通过一个耦合连接17在每一个拐角与第一平面11电连接。无线电模块16例如对应或包括图1所示无线电模块3的一部分。无线电模块16的表面小于第一平面11的表面。在连接点13、14和无线电模块16之间会存在一个匹配网络。
在图3中显示了根据本发明的未安装无线电模块16的天线2的三维视图，其中使用了相应的参考标记。虚线表示第一平面11(上面部分)和第二平面12(下面部分)之间的边界。
在图4中显示了根据本发明的安装了无线电模块16的天线2的三维视图，其中使用了相应的参考标记。导电平面11、12形成印刷电路板18或其他层压材料的一部分。
在图5中显示了根据本发明的安装无线电模块16用于以三个方向交换无线电频率信号的天线2的三维视图。在Z方向是垂直于导电平面11、12的方向的情况中，无线电模块16具有一定厚度用于在X方向和/或Y方向上交换无线电频率信号。
在图6中显示了另一个根据本发明的安装了无线电模块16的天线2的三维视图。显然，第二平面的宽度最大到槽缝10的封闭端位置上。可以容易地按照圆形安装这一圆形天线，例如头戴耳机。虚线表示第一平面11(上面部分)和第二平面12(下面部分)之间的边界。
在图7中显示了根据本发明的安装了无线电模块16的天线2的顶视图。在此情况下，使用了30×17mm的FR4印刷电路板，其厚度为1.6mm，无线电模块16为20×12mm。
在图8中显示了根据本发明的天线2的模拟回波损耗，分贝(dB)与千兆赫(Ghz)相对。固有输入阻抗与50欧姆(0hm)的带宽匹配电路相匹配，结果产生300Mhz左右的带宽。
在图9中显示了根据本发明的天线2的模拟三维辐射图。
在图10中显示了根据本发明的天线2的模拟二维辐射图。峰值天线增益大约为2dbi。
在图11中显示了另一个根据本发明的安装了无线电模块16的天线2的顶视图。在此情况下，使用了35×18mm的FR4印刷电路板，其厚度为1.2mm，无线电模块16为20×12mm。
在图12中显示了根据本发明的另一个天线2的模拟回波损耗，分贝(dB)与千兆赫(Ghz)相对。正常输入阻抗与50欧姆(0hm)的带宽匹配电路相匹配，结果产生250Mhz左右的带宽。
在图13中显示了根据本发明的另一个天线2的模拟二维辐射图。峰值天线增益大约为3dbi。
在图14中显示了另一个根据本发明的安装了一个无线电模块的天线顶视图。在封闭端垂直于槽缝10的方向上，从连接点13、14到导电平面11、12的最近边的距离“d”至少是无线电频率信号波长的2％，优选为5％到10％左右。
虚线表示第一平面11(左边部分)和第二平面12(右边部分)之间的边界。一般来说，可以通过在槽缝10的开口端处画一条通过开口端与槽缝10平行的线来形成平面11和12之间的边界。如果槽缝10是直的而且不弯曲或折叠，可以采用两部分中的一个部分来形成第二平面12，另一部分至少部分地由无线电模块16覆盖。如果槽缝10是弯曲或折叠的，可以采用由弯曲的槽缝10包围或围绕的一个部分形成第二平面12，该部分结束于区域15开始的地方，将利用无线电模块16覆盖区域15。如果槽缝10是弯曲或折叠的，槽缝10的长度等于槽缝10各部分长度的总和。
应当注意，上述实施例举例说明本发明而不是对其进行限制，本领域技术人员能够在不脱离附加的权利要求范围的情况下设计许多可供选择的实施例。在权利要求中，任何置于括号内的参考标记不应认为限定了该权利要求。使用动词“包括”及其变化形式并不排除存在除权利要求中所述的那些元件或步骤之外的元件和步骤。在元件前面的冠词“一个”并不排除存在多个这样的元件。可以借助于包含几个独特元件的硬件来实现本发明。在装置权利要求中列举了几个装置，这些装置可以具体化为一个或相同的硬件部件。事实上，在彼此不同的独立权利要求中所述的某些手段并不表示不能为了优势而使用这些手段的组合。

Claims (12)

1.一种包含一个用于与其他装置交换无线电频率信号的天线(2)的装置(1)，该天线(2)包括：
一个导电平面(11，12)，其带有一个包括开口端和封闭端的槽缝(10)；以及
一个连接点(13，14)，其位于槽缝(10)的附近且相比于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面(11，12)并不靠近接地面操作，该导电平面(11，12)的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其中导电平面(11，12)包括一个区域(15)，天线(2)包括一个带有导电屏蔽的无线电模块(16)，该无线电模块安装在区域(15)上并与导电平面(11，12)电连接(17)。
3.按照权利要求2所述的装置(1)，其中在Z方向是垂直于导电平面(11，12)的方向的情况中，无线电模块(16)具有一定厚度用于在X方向和/或Y方向上交换无线电频率信号。
4.按照权利要求2所述的装置(1)，其中槽缝(10)将导电平面(11，12)划分成第一平面(11)和第二平面(12)，第二平面(12)的表面至少是导电平面(11，12)的10％和至多是其50％，该第一平面包括区域(15)。
5.按照权利要求4所述的装置(1)，其中无线电模块(16)的表面小于第一平面(11)的表面。
6.按照权利要求1所述的装置(1)，其中槽缝(10)主要是一个连接和不辐射的槽缝。
7.按照权利要求1所述的装置(1)，其中槽缝(10)的长度在无线电频率信号波长的10％和50％之间。
8.按照权利要求1所述的装置(1)，其中在封闭端处垂直于槽缝(10)的方向上，从连接点(13，14)到导电平面(11，12)的最近边的距离(d)至少是无线电频率信号波长的2％。
9.按照权利要求1所述的装置(1)，其中导电平面(11，12)形成印刷电路板(18)或其他层压材料的一部分。
10.按照权利要求1所述的装置(1)，其中无线电频率信号具有至少为1GHz的频率。
11.一种用于交换无线电频率信号的天线(2)，其包括：
一个导电平面(11，12)，其带有一个包括开口端和封闭端的槽缝(10)；以及
一个连接点(13，14)，其位于槽缝(10)的附近且相比于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面(11，12)并不靠近接地面操作，该导电平面(11，12)的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
12.一种用于交换无线电频率信号的方法，该方法包括使用天线(2)的步骤，该天线(2)包括：
一个导电平面(11，12)，其带有一个包括开口端和封闭端的槽缝(10)；以及
一个连接点(13，14)，其位于槽缝(10)的附近且相比于开口端更靠近封闭端；
其中导电平面(11，12)并不靠近接地面操作，该导电平面(11，12)的周长在无线电频率信号波长的50％和200％之间。
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