TWI408847B - 具有一周轉結構及等向放射之平面通信天線與其相關方法 - Google Patents

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Description

具有一周轉結構及等向放射之平面通信天線與其相關方法
本發明係關於無線通信領域，且更特定言之係關於天線及相關方法。
較新的設計及製造技術已促使電子組件趨向於小維數且已小型化許多通信器件及系統。遺憾地，未將天線大小減小至一相對水準且通常於一較小通信器件中使用較大組件之一者。不僅減小天線大小開始變得日益重要，而且設計及製造具有一足夠增益之一可擴縮大小天線亦開始變得日益重要。
目前，每天以許多不同方式使用通信器件、許多不同類型的貼片天線、負載鞭形天線、銅彈簧天線(螺旋式及餅式)及偶極天線(dipole)。然而，此等天線有時係大型的且對一特定應用不實用。具有分流電流之天線可稱為偶極天線，具有捲曲電流之該等天線可係迴圈天線，且偶極天線-迴圈天線混合體可包括螺旋線(helix)及螺旋形物(spiral)。雖然偶極天線在形狀上可係薄線性的或「一維數的」，但迴圈天線至少係2維數的。迴圈天線可正適合於平面需求。
當然天線可採用許多幾何形狀。歐幾里得(Euclidian)幾何有時對天線係較佳的，因為其等傳達古往今來已知的最佳化。例如，線形偶極天線可具有兩點之間的最短距離，且圓形迴圈天線可具有最小圓周之最大圍封區域。因此，線形及圓形兩者皆可最小化天線導體長度。然而簡單的歐幾里得天線可能不滿足所有需要，諸如可能需要以一小型實體大小相對波長操作及一自我負載天線。環狀天線可能對天線及天線陣列係有利的，然而在先前技術中環狀天線並不普遍。
簡單的平板天線或貼片天線係可以低成本製造且已經發展為用於行動通信領域之天線。例如，藉由佈置透過一電介質材料將一接地導電板上的一貼片導體切至一預定大小而組態該平板天線或薄天線。此結構允許在一相對簡單的結構中製成一幾乎平面的偶極天線。可輕易將此一天線安裝至設備，諸如一印刷電路板(PCB)。
當安裝於一水平平面時，許多應用(諸如陸上行動)可能需要具有垂直偏振之薄平面天線。此等天線可係平面單極天線，有時稱為微帶「貼片」天線。包含印刷電路製造、薄剖面可調諧安裝、且具有高增益及效率之此等天線之優點使得在許多應用中選擇該等天線。然而，微帶貼片天線通常係僅在一窄頻帶有效。該等天線經拙劣地定形用於波擴展，使得微帶天線頻寬係與天線厚度成比例。在等於零厚度之情況下，頻寬甚至可接近零(例如，見Munson、H. Jasik主筆之「Antenna Engineering Handbook」第二版第7至8頁)。在一薄平面形狀之情況下，相比於微帶貼片天線，迴圈天線可給予區域更多的頻寬。
類似於半波偶極天線，許多小型天線之放射場型形狀係環形的或cos2 θ rose。然而，一等向放射場型係在形狀上為球形的一場型，當未使天線瞄準或定向時，其可係有利的。具有足夠等向放射之平面構造之小型天線可具有相當大的效用。
口袋型天線可在人類肉體附近操作，該人類肉體可具有約50法拉/米之一相對電容率及一姆歐/米之一導電率，其有點類似於海水之性質。若一非絕緣天線接觸皮膚，則肉體對電流I有損耗，藉由電介質加熱而對近電場E有損耗，且藉由渦電流感應而對近磁場H有損耗。在口袋型天線之設計中，考慮此等效應可係重要的，例如，愈係宣稱以較高頻率電介質加熱，則以較低頻率之渦電流感應愈係重要，且絕緣可避免導電電流損失。
天線頻率穩定性係另一顧慮，因為漂移調諧可引起增益減小。少數小型天線不受極其接近人體影響。轉換僅一類型的近場(E或H)之天線可能係有利的，但其等似乎係未知的。
屏蔽口袋型天線可使用天線與身體之間的一金屬層以減少損失。雖然該屏蔽降低身體影響，但該屏蔽本身具有效應。導電屏蔽必須具有足夠大小且其可降低效率及頻寬：屏蔽反射可類似於一鏡子之影像反轉，例如180度非同相位引起信號抵消。若可能，則較佳的在口袋型天線中避免屏蔽及接地平面。
Lilly等人之標題為「Tunable Patch Antenna」之美國專利案第6,501,427號係針對包含在一基板上之一分段式貼片似舌簧之MEMS開關之一貼片天線。結構之區段可經切換以重新組態該天線，從而提供一廣泛的可調諧頻寬。然而，瞬時頻寬可不受影響。
Sampo之標題為「Microstrip antenna」之美國專利案第7,126,538號係針對具有在一接地導電板上所佈置的一電介質構件之一微帶天線。在該電介質構件上佈置一貼片天線元件。
Parsche之標題為「Broadband Planar Dipole Antenna Structure And Associated Methods」之美國專利案第7,495,627號描述具有藉由多項式調諧而提高的瞬時增益頻寬之一平面偶極天線圓形微帶貼片天線。然而，其他天線類型可能需要其他需求，例如水平偏振而非垂直偏振，或等向放射而非全向放射。
關於頻率，可能需要一平面天線係撓性及/或可擴縮的及提供適當的增益。可能需要此一天線用於病人可戴式監視器件中，例如，以提供醫學及生命資訊之遙測。亦需要具有一放射場型之一天線足夠等向以避免產品定向之需要，例如，以避免如可用於無線電定位標籤或翻滾衛星之天線瞄準之需要。
鑑於先前背景，因此本發明之一目的係提供可戴於一身體鄰近之具有穩定頻率及足夠增益之一平面天線。又另一目的係提供用於無定向通信器件之一足夠等向天線。
由一種天線器件提供根據本發明之此等及其他目的、特徵及優點，該天線器件包含一電導體，其中該電導體係在一基板上延伸且具有至少一間隙，且該電導體具有：一外環部分，其係用以界定一放射場型元件；及一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，該內環部分係與該外環部分串聯連接且延伸入該外環部分中。一耦合饋給元件係與該至少一內環部分鄰近，且該饋給結構係連接至該耦合饋給元件以饋給該外環部分。
該外環部分可係具有具一第一直徑之一圓形形狀，且其中該至少一內環部分可係具有具小於該第一直徑之一第二直徑之一圓形形狀。該第二直徑可小於該第一直徑之三分之一。再者，該第一直徑可小於該天線器件之一操作波長之三分之一。
該至少一間隙及該饋給耦合器較佳係徑向相對。複數個內環部分可具有與該複數個內環部分之被選擇的一者鄰近之耦合饋給元件。該複數個內環部分可具有一普遍大小且在該外環部分內經對稱分隔。該基板可係一電介質材料且可進一步包含在其之一側上的與該電導體相對之一黏合層。該耦合饋給元件可係一磁性耦合環。該饋給結構可係一印刷饋給線、一雙絞饋給線或一同軸饋給線。
本發明之一態樣係針對一電子感測器，該電子感測器包含一撓性基板、在該撓性基板上的感測器電路、耦合至該感測器電路之一電池及耦合至該感測器電路之一天線。天線器件包含一電導體，其中該電導體係在該基板上延伸且具有至少一間隙。該電導體包含：一外環部分，其係用以界定一放射天線元件；及至少一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，且該內環部分係與該外環部分串聯連接且延伸入該外環部分中。一耦合饋給元件係與該至少一內環部分鄰近，且在該感測器電路與該耦合饋給元件之間耦合一饋給結構以饋給該外環部分。
一種方法態樣係針對製作一無線傳輸器件，該方法包含：提供一電導體，其中該電導體係在一基板上延伸且具有至少一間隙，該電導體具有：一外環部分，其係用以定義一放射天線元件；及至少一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，且該內環部分係與該外環部分串聯連接且延伸入該外環部分中。該方法包含：定位與該至少一內環部分鄰近之一耦合饋給元件；及將一饋給結構連接至該耦合饋給元件以饋給該外環部分。
該外環部分可形成為具有具一第一直徑之一圓形形狀，且該至少一內環部分可形成為具有具小於該第一直徑之一第二直徑之一圓形形狀。該至少一間隙及該饋給耦合器可形成為徑向相對。再者，形成該電導體可包含形成複數個內環部分，與此同時定位與該複數個內環部分之被選擇的一者鄰近之該耦合饋給元件。
當前實施例之天線器件係可擴縮至任何大小及頻率。該天線可用於許多應用，諸如(例如)在身體可戴式病人監視器件中需要一低成本撓性平面天線之一應用。該天線器件可足夠等向以避免當離開人類身體使用時需要天線瞄準或定向。
現在，其後將參考隨附圖式更完全地描述本發明，其中展示本發明之較佳實施例。然而，應以許多不同方式具體實施本發明，且不應將本發明理解為限制於本文所陳述的該等實施例。提供此等實施例使得本揭示內容將係徹底的及完整的，且將完全將本發明之範疇傳達至熟習此項技術者。自始至終相同號碼係指相同元件。
初始參考圖1，將描述具有穩定頻率及足夠增益之一平面天線器件10。例如，可聯合配戴於一人類身體鄰近之一電子器件或感測器使用此一天線器件。該平面天線器件可係(但無需係)撓性。該天線器件10包含一電導體12，其中該電導體12可常駐於一基板14上且具有至少一間隙16。該基板14較佳係一電介質材料且係撓性。該間隙16可操作為該天線器件10之一調諧特徵。此一間隙16可在該電導體內旋轉電流分佈以用於匹配增強。可透過間隙16而可操作地連接一可變電容器(圖中未展示)以用於調諧。
該電導體12包含：一外環部分18，其係用以界定一放射天線元件；及至少一內環部分20，其係用以界定一饋給耦合器，該內環部分20係與該外環部分18串聯連接且延伸入該外環部分18中。可認為該內環部分20係與該外環部分18串聯之一迴圈，但應注意較佳係在該電導體12之任何交叉點32處不存在電連接。一耦合饋給元件22係與該內環部分20鄰近，且一傳輸線24係連接至該耦合饋給元件22以經由感應耦合或磁性耦合、透過該內環部分20而饋給該外環部分18。因此，該耦合饋給元件22可係一磁性耦合器環。耦合饋給元件22不在任何該等導體交叉點32處建立至內環部分20或外環部分18之導電連接。
可以許多方式實現該平面天線器件10，例如用薄絕緣導線或用印刷導線板(PWB)。當該導體12係一絕緣導線時，該內環部分可形成為一迴圈、回線(bight)或形成為一寬鬆反手結(overhand knot)(圖中未展示)。在PWB實施例中，通道可交越內環部分20與外環部分18之導體，如為熟習此項技術者所熟悉。
如所圖解說明，該外環部分18可具有具一第一直徑A(例如，約0.124λ或小於該天線器件10之操作波長λ之三分之一)之一圓形形狀。該間隙16可具有約0.0044λ之一長度B，且該內環部分20可具有具小於該第一直徑A之一第二直徑C(例如0.022λ)之一圓形形狀。例如，該第二直徑C可小於該第一直徑A之三分之一。再者，該間隙16及該饋給耦合器內環部分20較佳係徑向相對。耦合饋給元件22可具有一直徑D，例如約0.022λ。因此耦合饋給元件22可係與內環部分20直徑相同或稍顯小於內環部分20。
該基板14或電介質材料可進一步包含在其之一側上的與該電導體12相對之一黏合層26。饋給結構24可係一印刷饋給線、一雙絞饋給線或一同軸饋給線或任何其他適合的饋給結構，如由熟習此項技術者所瞭解。
以下表格中包含圖1中圖解說明的單一內環部分實施例之一實體原型之效能概述。
如背景，對於在0.124波長直徑之一球體中所圍繞的一天線而言，單一調諧3 dB增益頻寬(1/kr3 )之Chu限制係11.7%。因此，本發明可操作近40%的Chu之單一調諧增益頻寬限制(於1948年12月L. J. Chu之應用物理學期刊第19冊「全向天線之實體限制」第1163至1175頁)。當然根據Chu限制之天線可係未知的，其本發明可提供足夠等向放射、易於製造、積分平衡-不平衡轉換器、單一控制調諧等之優點。薄直波偶極天線可操作近5%的Chu之單一調諧頻寬限制。
圖4A至圖4D係圖解說明一自由空間放射場型座標系統(圖4A)中的及在XY平面(圖4B)、YZ平面(圖4C)及ZX平面(圖4D)中的各自的主平面放射場型切口之本發明之圖表。標繪量係關於如IEEE標準145-1993中所描述的一等向放射器之以dBi或分貝為單位之總場實現增益，IEEE標準145-1993係以引用的方式併入本文中。如在此所使用的實現增益包含不匹配損失及材料損失。放射場型係有利地等向(球狀地定形)至+/- 3.0 dBi之內。當該天線結構係在水平平面上時，偏振係實質上線性的且係水平的。用一種考慮導體電阻及匹配條件之力矩分析碼之方法獲得圖4B至圖4D放射場型。
若結合一圓形偏振天線使用本發明(在通信鏈路之另一端)，則當隨機定向時，本發明將僅遭遇陰影褪化。此係因為偏振不匹配損失幾乎係恆定的3 dB(圓形的或線性的)，且如本發明先前所提及，放射場型係等向至+/- 3 dB之內。因此，當無法使該天線瞄準或定向於(諸如)傳呼機、放射器件或翻滾衛星時，本發明係有用的。具體言之，將結合本發明使用一圓形偏振天線視為本文之一方法。
圖5描繪本發明之該圖1實施例之該表格1原型之經量測的電壓駐波比(VSWR)回應。經量測的2比1 VSWR頻寬係3.3%，其可對傳輸目的有用。6比1 VSWR操作可與接收相關，因為6比1 VSWR頻率可與在小型天線中的天線3 dB增益頻寬頻率一致。
現將描述圖1之該天線10之操作之一理論。雖然並非如此受限制，但平面天線器件12實施例之一幾何較佳係稱為具有r=0.5+cos θ之Pascal之Limacon之一環狀數學曲線。該Pascal之Limacon係長短幅圓外旋輪曲線之一特定情況，可自「版權1978之第25版本CRC標準數學表格第308頁，情況(1) a>b」獲得長短幅圓外旋輪曲線之方程式。由化學橡膠公司發佈此文獻，且該文獻係一引用的方式併入本文中。
繼續操作理論及參考圖1，該外環部分18係捲曲一射頻(RF)電流之一圓形放射元件，例如，一迴圈天線。至少在間隙16及至多在內環部分20，沿著導線之電流分佈係實質上正弦的。遠場放射場型可單獨與在外環部分18上的電流分佈之傅立葉變換有關，因為該內環部分20之放射電阻Rr 可能係約2至4毫歐姆且該(較大)外環部分18之放射電阻可能係約3至6歐姆。放射電阻值係近似的且係取決於導體直徑及間隙寬度，然而且大體上：(Rr 外環)>>(Rr 內環)。在該圖1實施例中，雖然主要經組態用於耦合目的，但內環部分20提供某感應負載至外環部分18；在頻率減小30%之一371 MHZ原型中約係15奈亨利，所以不與內環部分20串聯之情況下，外環部分18之自然諧振將約高出30%。應注意，外環部分18及內環部分20之經組合的放射電阻加上導體電阻可實質上小於50歐姆，如同頻繁在同軸饋給實踐中探尋，所以具有一中斷之驅動可能係不足夠的。
繼續操作理論及參考圖1，使用一耦合饋給元件22以自傳輸線24驅動天線結構之放射部分，且該耦合饋給元件22參考該天線放射電阻加上損失電阻係50歐姆或所需的其他電阻值。內環部分20及耦合饋給元件22係類似於各一個單匝之變壓器繞組，且亦可包括半個鏈路耦合器。因此由寬鬆的或緊的耦合來設定阻抗變換比率。以降壓實現圖1/表格1原型中的約一10比1之一阻抗變換比率(5歐姆天線比50歐姆同軸電纜)。
於1943之McGraw-Hill Book Company之Fredrick E. Terman之「Radio Engineers Handbook」第153至162頁中描述感應協調之設計方程式及鏈路耦合電路，且本文將此文獻列舉為一參考。如背景，熟悉變壓器設計實務可藉由緊密耦合多匝繞組之間的一不等匝比(N1 /N2 )≠1而實現阻抗變換。然而，在本發明中，藉由改變繞組大小(而非藉由使用不等繞組匝)而設定阻抗變換比率。內環部分20與耦合饋給元件22之間的增大間隔使天線驅動電阻減小。反之亦然，減小間隔則使天線驅動電阻增大。減小耦合饋給元件22之大小使所獲得的天線驅動電阻減小。當耦合元件22係定位於遠離天線器件10時，該耦合元件22變為一簡單電感器，且在一原型中，該耦合元件22由其自身所產生的Z=2+j80歐姆之複數阻抗，且當以後定位於內環部分20上時，天線阻抗變為Z=55+j0.2歐姆。表格1原型係基於3 dB增益頻寬、與約37之一電路Q耦合、以臨界狀態操作。
繼續操作理論，本發明天線10之諧振頻率總體上係隨耦合之增長而稍微向上偏移，此對耦合電路而言係普遍的。此偏移可係約設計頻率之1/2至2百分比且可在調諧中經補償。在生產中，初始可將間隙16製作為小型的且初始天線10係低頻率的。接著可藉由在間隙16處燒蝕(例如，調諧或生產微調)而向上且精確地調整天線10。然而關於需要手動頻率調整，本發明當然並非如此受限制，且不同於微帶貼片天線的係，本發明相對不受PWB電介質變動之影響，因為內部無需一印刷傳輸線。
繼續該圖1實施例之操作理論，除一耦合器之外，內環部分20及耦合饋給元件22亦一起形成一絕緣變壓器類型之平衡-不平衡轉換器，因為內環部分20與耦合饋給元件22之間的雜散電容可能係無足輕重的或相差無幾。平衡-不平衡轉換器器件可減小或消除同軸饋給電纜外側上的共用電流，其繼而可引起同軸電纜非故意地放射。歸因於平衡-不平衡轉換器效應，本發明亦可具有導電電磁干擾(EMI)拒斥之有益的性質。
參考圖2中所圖解說明的實施例，其中一天線器件100包含一電導體112，該電導體112具有一外環部分118及一相關聯的間隙106。該天線器件100包含複數個內環部分120。耦合饋給元件122係與饋給耦合器內環部分121鄰近且係連接至饋給結構124。該複數個內環部分120可具有一普遍大小且係在該外環部分118內經對稱地分隔。如所圖解說明，該實施例包含八個內環部分120/121，但其之數目可獨立地調整頻率及天線大小。
可認為該等內環部分120/121係比一長短輻圓內旋輪線更精確的之一旋輪線之瓣。該等瓣界定負載電感器及/或放射迴圈天線元件之一串聯饋給式矩陣。該饋給耦合器內環部分121連同該耦合饋給元件122可界定一平衡-不平衡轉換器抗流器。
雖然可將圖2之該天線100製作得更小，但該天線100(多個內環部分)係主要針對電小型大小需求，且直徑E之較佳範圍可係自0.125λ至0.0625λ。應注意當形成內環瓣120時，本發明之旋輪線幾何追蹤導體132之一交越，此係有利的以確保構造性而非內環120之場與外環118之場之間的相對定相。
以具有最小大小之一增益交易之大小及頻率之大多數組合實現該圖2實施例。如可由熟習此項技術者所瞭解，電小型天線中的天線增益可受導體損失電阻之影響，導體損失電阻包括室溫條件下使用金屬導體及具有足夠小的大小之所有當天天線之一基本限制。歸因於開始導體近似效應，所以甚至槽孔天線係經受損失電阻限制，該等槽孔天線可具有具縮減大小之一上升放射電阻。在本發明中，可藉由保持導體12的寬度小於約0.20C而避免槽孔效應，其意謂著對於最佳增益，該導體12的直徑應不大於該內耦合環120之該直徑C之十分之二。因為較佳的係導體近似效應可跨單一匝而發生。
該圖2實施例可包含在內環部分120內之用於增加負載效應之額外內環部分128，例如，本發明可形成許多反覆之一週期的或碎形的結構。大體上，由於外環部分118之直徑E愈來愈小，所以可組態愈來愈多的內環部分120、128。改變或逐漸變化內環部分120、128之直徑係所期望的且可用以調整多個諧振或一調和級數回應。在原型中存在單調和諧振。
該圖2實施例之一實體原型係使用直徑F=0.01λair 之八個(8)內環部分120而以E=0.033λair 諧振。該等內環部分120並不彼此覆蓋，其等各者提供約25奈亨利之負載感應，且其等之經組合的總負載效應係約一4.8比1頻率減小，例如，在無任何內負載環120之情況下，該天線100之諧振頻率將已係583 MHz。具有3.2英寸之一外側直徑及約-10 dBi之一實現增益之圖2原型係以121.5 MHz操作。在22量測關於頻寬及其他考量之品質因數Q。
參考圖3，將描述包含根據本發明之特徵之一天線器件202之一電子感測器200。該感測器200包含一撓性基板214、在該撓性基板上的感測器電路230、耦合至該感測器電路之一電池232及耦合至該感測器電路之該天線器件202。該電子感測器200可界定一身體可配戴式病人監視器件，例如，以用於人類生命徵象之醫學遙測。
該天線器件202包含一電導體212，其中該電導體212係在基板214上延伸且具有至少一間隙216。該電導體212包含：一外環部分218，其係用以界定一放射天線元件；及至少一內環部分220，其係用以界定一饋給耦合器，且該內環部分220係與該外環部分218串聯連接且延伸入該外環部分中。一耦合饋給元件222係與該至少一內環部分220鄰近，且在該感測器電路230與該耦合饋給元件222之間耦合一饋給結構224以饋給該外環部分218。
該基板214可係(例如)背面具有黏合劑226之醫學用布或撓性繃帶。因此，該電子感測器200可配戴於一病人身體上以提供病人醫學資訊(諸如生命徵象等)之無線遙測。該感測器電路230可包含用於監視經由一無線傳輸器傳輸及用一控制器/處理器處理之生命徵象(諸如心跳速率、ECG、呼吸、體溫、血壓等)之多種感測器。如將由熟習此項技術者所瞭解，一無線網路及資料管理系統將係與此等電子感測器200之使用相關聯。
在口袋型應用中，本發明天線器件202之放射近磁場可有益於天線效率，因為可最小化身體之電介質加熱，其可能在UHF(300-3000 MHz)及更高的頻率處係重要的。不同於典型的微帶貼片天線實踐的係，該天線202可在介於該天線202與該病人之身體之間無一屏蔽或接地平面之情況下操作。例如，為了病人舒適，在繃帶中，天線器件202可有利地具有薄導線，且該撓性基板214係透氣的。例如，在2441 MHz，該天線器件202的直徑可係約0.6英寸且該天線器件202係由繫結、打結或編織之#50 AWG銅磁導線所製成。
圖6描繪多種銅導線大小及頻率之本發明之該圖1實施例(其僅使用一內環部分20)之自由空間實現增益。在圖6實例中，外環部分18及內環部分20的線規相同。如可自圖6所瞭解，當由五個導體所組成時，本發明可提供有用的放射效率。如背景，編號50 AWG(美國線規)導線直徑係25微米，且一股人類頭髮直徑可能約係100微米。當然本發明不限於導線構造及印刷導線板、衝壓金屬、導電油墨、管道或其他所使用的構造。
藉由包含跨間隙16之一可變電容器(圖中未展示)，本發明之圖1實施例中的低VSWR已實現5比1或更大之廣可調諧頻寬。本質上，內環部分20至耦合饋給元件22之變壓器動作係寬頻帶，且因此一可變電容器係所需的唯一調諧調整，例如，實現單一控制調諧。在間隙16增大電容使頻率減小且調諧偏移係關於因諧振公式F=1/2πLC引起的電容變化之平方根，其中L係該天線10之感應係數。變容二極體可提供電子調諧且亦可在間隙16形成雙絞導線電容器。
參考圖1，一種方法態樣係針對製作一天線器件10，該方法包含形成一電子導體12，該電導體12係在一基板14上延伸且具有至少一間隙16。該電導體12包含：一外環部分18，其係用以界定一放射天線元件；及至少一內環部分20，其係用以界定一饋給耦合器，且該內環部分20係與該外環部分串聯連接及延伸入該外環部分中。該方法包含：定位與該至少一內環部分20鄰近之一耦合饋給元件22；及將一饋給結構24連接至該耦合饋給元件以饋給該外環部分。
該外環部分118可形成為具有具一第一直徑A之一圓形形狀，且該至少一內環部分可形成為具有具小於該第一直徑之一第二直徑C之一圓形形狀。該間隙16及該饋給耦合器20可形成為徑向相對。額外參考圖2，形成該電導體112可包含形成複數個內環部分120/121，與此同時定位與該複數個內環部分之被選擇的一者鄰近之該耦合饋給元件122以操作為該饋給耦合器。
導線構造允許本發明對一輕量天線、隱蔽天線或軍事通信天線尤其有用。如背景，許多雙絞導線傳輸線提供具有足夠扭轉之一50歐姆特性阻抗。
本發明係適合於在美國88至108 MHz之FM廣播接收，因為其係小的、水平偏振的及具有全向場型涵蓋範圍。
測試已揭露本發明天線器件10提供優秀的GPS接收。即，當全球定位系統(GPS)導航衛星係用於追蹤包括隨機定向無線電定位器件之標籤時，該GPS導航衛星之可用性係高的。不同於先前技術圓形偏振微帶貼片天線，本發明未遭遇因當機械倒轉時跨意識(LHCP上的RHCP)偏振不匹配損失所引起的強褪化。如背景，直接在地面站上空的GPS衛星係實際上花較少時間之低地球軌道(LEO)類型，在一定程度上當接近地平線時其等之可視時間係最長的。因此本發明之足夠等向放射場型可對具有較高增益之未瞄準的天線有利，諸如先前技術之微帶貼片或八木-宇田(yagi-uda)正交叉天線。
當前實施例之該天線器件自一周轉幾何曲線提供一複合天線設計，該天線器件包含一阻抗匹配耦合器、平衡-不平衡轉換器及負載電感器。天線大小及頻率可經單獨改變且可用於需要一低成本撓性平面天線之任何應用，諸如用於以上所描述的可戴式病人監視器件。其他應用包含(但不限於)RFID、GPS、行動電話及/或任何其他無線個人通信器件。
10．．．平面天線器件/天線
12．．．電導體
14．．．基板
16．．．間隙
18．．．外環部分
20．．．內環部分
22．．．耦合饋給元件
24．．．傳輸線
26．．．黏合層
32．．．交叉點
100．．．天線器件
106．．．間隙
112．．．電導體
118．．．外環部分
120．．．內環部分
121．．．內環部分
122．．．耦合饋給元件
124．．．饋給結構
128．．．額外內環部分
132．．．導體
200．．．電子感測器
202．．．天線
212．．．電導體
214．．．基板
216．．．間隙
218．．．外環部分
220．．．內環部分
222．．．耦合饋給元件
224．．．饋給結構
226．．．黏合劑
230．．．感測器電路
232．．．電池
圖1係根據本發明之一實施例之一天線器件之一示意圖。
圖2係根本發明之另一實施例且包含多個內環之一天線器件之一示意圖。
圖3係包含根據本發明之另一實施例之一天線器件之一電子感測器之一示意圖。
圖4A至圖4D係圖解說明一自由空間放射場型座標系統(圖4A)中的及以dBi為單位之總場實現增益之在XY平面(圖4B)、YZ平面(圖4C)及ZX平面(圖4D)中的各自的場型切口之圖表。圖4A至圖4D圖表係用於圖1之該天線器件。
圖5係本發明之該圖1實施例之經量測的VSWR回應之一圖表。
圖6係多種導體大小之該圖1實施例之實現增益之一圖表。
10．．．平面天線器件/天線
12．．．電導體
14．．．基板
16．．．間隙
18．．．外環部分
20．．．內環部分
22．．．耦合饋給元件
24．．．傳輸線
26．．．黏合層
32．．．交叉點

Claims (22)

  1. 一種天線器件，其包括：一基板；及一電導體，其在該基板上延伸且在其中具有至少一間隙，該電導體包括：一外環部分，其係用以界定一放射天線元件，及至少一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，且係與該外環部分串聯連接及延伸入該外環部分中；一耦合饋給元件，其係與該至少一內環部分鄰近；及一饋給結構，其係連接至該耦合饋給元件以饋給該外環部分。
  2. 如請求項1之天線器件，其中該外環部分具有一第一直徑之一圓形形狀，且其中該至少一內環部分具有小於該第一直徑之一第二直徑之一圓形形狀。
  3. 如請求項2之天線器件，其中該第一直徑係小於該天線器件之一操作波長之三分之一。
  4. 如請求項1之天線器件，其中該至少一間隙與該饋給耦合器係徑向相對。
  5. 如請求項1之天線器件，其中該至少一內環部分包括複數個內環部分；且其中該耦合饋給元件鄰近於該複數個內環部分之一經選擇者。
  6. 如請求項5之天線器件，其中該複數個內環部分具有一共同尺寸且在該外環部分內被對稱地分隔。
  7. 如請求項1之天線器件，其中該基板包含一電介質材 料。
  8. 如請求項1之天線器件，其進一步包含一黏合層，該黏合層在該基板之一側上與該電導體相對。
  9. 如請求項1之天線器件，其中該耦合饋給元件包含一磁性耦合環。
  10. 如請求項1之天線器件，其中該饋給結構包含一印刷饋給線、一雙絞饋給線及一同軸饋給線中之一者。
  11. 一種電子感測器，其包含：一撓性基板；在該撓性基板上的感測器電路；耦合至該感測器電路之一電池；及耦合至該感測器電路之一天線器件，且該天線器件包含：一電導體，其在該基板上延伸且在其中具有至少一間隙，該電導體包括：一外環部分，其係用以界定一放射天線元件，及至少一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，且係與該外環部分串聯連接及延伸入該外環部分中；一耦合饋給元件，其鄰近於該至少一內環部分；及一饋給結構，其耦接於該感測器電路與該耦合饋給元件之間以饋給該外環部分。
  12. 如請求項11之電子感測器，其中該外環部分具有一第一直徑之一圓形形狀，且其中該至少一內環部分具有小於 該第一直徑之一第二直徑之一圓形形狀。
  13. 如請求項11之電子感測器，其中該至少一間隙與該饋給耦合器係徑向相對。
  14. 如請求項11之電子感測器，其中該至少一內環部分包括複數個內環部分；且其中該耦合饋給元件係鄰近於該複數個內環部分之一經選擇者。
  15. 如請求項14之電子感測器，其中該複數個內環部分具有一共同尺寸且在該外環部分內被對稱地分隔。
  16. 如請求項11之電子感測器，其中該撓性基板包含一電介質材料，其包含一黏合層，該黏合層在該撓性基板之一側上與該電導體相對。
  17. 一種製造一無線傳輸器件之方法，該方法包括：提供一電導體，其在一基板上延伸且在其中具有至少一間隙，該電導體包括：一外環部分，其係用以界定一放射天線元件，及至少一內環部分，其係用以界定一饋給耦合器，且係與該外環部分串聯連接及延伸入該外環部分中；定位與該至少一內環部分鄰近之一耦合饋給元件；及將一饋給結構連接至該耦合饋給元件以饋給該外環部分。
  18. 如請求項17之方法，其中該外環部分係形成為具有一第一直徑之一圓形形狀，且其中該至少一內環部分係形成為具有小於該第一直徑之一第二直徑之一圓形形狀。
  19. 如請求項17之方法，其中該至少一間隙與該饋給耦合器 係形成為徑向相對。
  20. 如請求項17之方法，其中形成該電導體包括形成複數個內環部分；且其中該耦合饋給元件係經定位與該複數個內環部分之一經選擇者鄰近。
  21. 如請求項20之方法，其中該複數個內環部分係形成為具有一共同尺寸且在該外環部分內被對稱地分隔。
  22. 如請求項17之方法，其中該基板係由一包含一黏合層之電介質材料所形成，該黏合層在該基板之一側上與該電導體相對。
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