專利名稱：介質天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種介質天線結構，特別適合用于便攜式無線電設備。
能夠用某些不同的方法配置對介質天線的電磁能饋送。一般短同軸饋線的內導體可延伸到該介質元件的內部。在這種情況下的缺陷在于即使小的空氣隙殘留在饋電導體和介質物質之間可顯著地改變天線的諧振頻率和帶寬。為了饋電，可以使用波導的開口端或其他孔徑的幅射器。其缺陷是它們結構的相對復雜性以及由此產生的成本。作為饋線，也可使用在電路板上形成的微帶傳輸線和在該電路板相對側上形成的接地平面傳輸線，使得微帶線在該電路板上安裝的介質元件支配下延伸。
其中從文章“Use of parasitic strip to produce circularpolarzation and increased bandwidth for cylindricalcielectric resonator antenna”(ELECTRONICS LETTERS 29th March2001，Vol.37，NO，7)得知介質天線的一種饋電設置，用作饋電的微帶線直接定位在該介質元件的表面上。
圖1中說明這種配置。這里表示電路板110，在其上表面有一個導電接地平面GND。在該電路板上部，安裝一個圓柱形介質元件120，其一個底對著接地平面。介質材料的介電系數例如為13。饋電帶131牢固地放置在該介質元件的側表面上，同圓柱體的軸平行。這樣來設計該部分的尺寸，使得當該饋電帶連接到具有一給定頻率的一個源時，將在該介質元件中產生諧振，以及這種結構起到一個輻射器的作用。此外，在介質元件的側表面上提供一寄生第二微帶132，在圖中底端連接到接地平面。由于該第二微帶的作用，對于這種結構，得到第二諧振頻率，第二諧振頻率可配置得相當接近于上述諧振的頻率，或離其相當遠，以及相應的頻段是分開的。
已知介質天線的共同缺陷在于它們的帶寬相對小。在按圖1的結構中，帶寬可通過第二微帶增加，但實際上，相對帶寬并不明顯增加超過百分之十。
本發明的基本想法如下介質天線的饋電導體作成一定形狀，使得它本身在同一頻率范圍內用作一個輻射器，同時用作介質諧振器。該饋電導體和介質元件的諧振頻率被有利地配置得如此接近以致形成一個統一的工作頻帶。饋電導體有利地放置在該元件的一個表面上。該結構另外還包括寄生導體。
本發明優點在于，對于按本發明的天線，與現有技術相應的天線相比可得到更大的帶寬。此外按本發明結構優點在于取消了饋電導體和介質元件間空氣隙，以及也導致電性能改變。再者，本發明的優點在于按本發明結構簡單，生產成本明顯低。
圖2說明按本發明的天線結構例子。天線結構200包括在電路板210上表面上的接地平面GND和放在所說電路板角上的具有矩形棱柱形狀的介質元件220。介質元件和接地平面一起形成一個介質諧振器。在本例中，介質元件的第一側表面221，其平行于形成電路板210的所說角的兩邊的第一邊E1，但相對于由邊E1接界的并垂直于接地平面GND的側表面，用導電層涂覆并連接到接地平面。形狀類似的第二側表面222，平行于形成電路板210的所說角的兩邊的第二邊E2，但相對于由邊E2接界的并垂直于接地平面GND的側表面，用導電層涂覆并連接到接地平面。現在在諧振狀態下在該介質元件中產生的電場的形狀類似于在這樣一個元件中產生的電場形狀，即從所說角觀察，其在導電側表面的方向更寬，但卻不具有導電側表面。這意味著借助于導電側表面，在給定頻率諧振的諧振腔的尺寸可以減小。
在圖2例中，天線的饋電導體231是在介質元件220的上表面223上的帶線狀的導體。定位在面對第二側表面222的上表面的那端的饋電導體的第一端通過中間導體235連接到天線端(未說明)。在該例中，該饋電導體包括四個直角彎曲，使得形成類似在一個角開口的框架的圖形。實質特征是饋電導體的電長度。按本發明，配置的所說長度使得饋電導體的諧振頻率明顯接近介質諧振器的諧振頻率，由此相應于所說兩個諧振頻率的頻帶將形成一個統一的工作頻帶。自然地由兩個諧振形成的一個頻帶寬度大于單獨一個介質諧振器的帶寬。
在說明書和附加的權利要求中，元件的“底表面”意味對著電路板落下的元件的那個表面。分別地，元件的“上表面”意味相對“底表面”的那個表面。這樣，就所說設備的使用位置而言，術語“上表面”，“底表面”和“側表面”不具有什么意義。
圖3公開按本發明天線的頻率特性例子。結果應用圖2中說明的結構，此時接地平面GND并不延伸到介質元件220的下面。在圖中，反射系數S11的曲線31為頻率的函數。在頻率2.2GHz和2.3GHz之間，存在由介質諧振器引起的一個諧振峰值。在頻率2.5GHz周圍，存在由饋電導體引起的另一個峰值。在曲線中可看到當使用-6dB反射系數值作為頻帶邊緣標準時，天線工作頻帶約為2.00GHz-2.66GHz。因此，絕對帶寬B是660MHz，而相對帶寬是28％。與由相應已知天線得到的值相比粗略地為其兩倍。
圖4通過使用史密斯(Smith)圓圖說明參照圖3同樣天線的匹配質量。曲線41表示復反射系數作為頻率的函數是如何變化的。由虛線描繪的圓41表示一種限制，在該圓內反射系數的幅度小于0.5，即-6dB。從圓41看出，所說天線結構仍能加以改善。當包含該反射系數曲線的環完全在圓42內時，達到關于帶寬的最佳狀態。
圖3和4說明測量結果。通過模擬得到的輻射方向圖證實關于方向特性，所說示例性結構很好地適合于其位置按隨機方式改變的無線電設備。
圖5a和6說明按本發明的天線結構的另外的例子。圖5a表示天線的透視圖。同樣對于這種情況，天線結構包括在電路板510的上表面上的接地平面GND和放置在所說電路板角處的具有矩形棱柱的介質元件526。按圖2中說明的結構，由一種導電材料涂覆連接到地的相同的兩個側表面。與圖2的差別在于在該介質元件的上表面523并不備有介質諧振器的饋電導體。在該例中，饋電導體531是在該介質元件的底表面上。在圖5b中看到，在那里介質元件520從電路板510脫離并反轉，使底表面可見。按本發明也起一個輻射諧振器的作用的該饋電導體現在在介質元件的縱向形成彎曲圖形。為饋電，彎曲圖形的一端備有接觸墊F2。當介質元件安裝到位時，所說接觸墊F2配對通過電路板延伸的饋電接線F1(為簡化起見，該說明書僅涉及天線饋電。自然天線是雙向的，意味著該饋電接線也是一個接收接線)。
在該例子中，介質元件520的底表面也備有寄生導體532。當介質元件安裝到位時，寄生導體的另一端配對電路板上接地平面的伸出部分，使寄生元件所說的另一端接地。
圖6說明按本發明的天線結構的第三例子。天線結構600包括接地平面GND和介質元件620。在該介質元件中，如圖2的結構，相應的連接到地的兩個側表面621和622涂覆一種導電材料。與圖2和5a，b結構的差別在于現在天線饋電導體631定位在介質元件的未涂覆的側表面上。在該例中，饋電導體的第一部分定位在與第二側表面622相對的側表面上，而第二部分定位在與第一側表面621相對的表面上。按本發明饋電導體同時用作輻射導體。
圖7是按本發明的天線結構的第四例子。天線結構700包括接地平面GND和介質元件720。在該介質元件中，如圖2結構，相應的兩個連接到地的側表面721和722涂覆一種導電材料，差別在于第一側表面721僅部分涂覆。在該例中，相應于本發明同時用作輻射導體的饋電導體731定位在第一側表面721的未涂覆區域中。
圖8表示一種無線電設備MS，例如一個移動電話。在該無線電設備中，有一個電路板810，其上表面是接地平面，至少用于主要部件。在電路板的角處，配置按本發明的天線800。
以上已描述按本發明的某些天線結構。天線結構可偏離這些描述。介電元件形狀，以及饋電導體的形狀能夠可以有很大的變化。能夠用很多不同的方法將饋電導體固定到介質元件的表面上；導體能夠例如由粘性的和導電的合成樹脂作成。饋電導體還可在其生產階段已形成在介質元件中。本發明不以任何方式限制天線的制造方式。這樣發明構思可以許多不同方式應用在獨立權利要求1限定的范圍內。
權利要求
1.一種介質天線包括一個開口介質諧振器，其具有一個介質元件，一個接地平面和一個引導電磁場到該介質諧振器的饋電導體，其特征在于進而配置所說饋電導體(231，531，631，731)，以諧振在所說天線的工作頻段上。
2.按權利要求1的天線，其特征在于介質元件的側表面部分地涂覆導電層并電連接到接地平面。
3.按權利要求1的天線，其特征在于對應于饋電導體的諧振頻率和介質諧振器的諧振頻率的頻段形成天線的統一工作頻段。
4.按權利要求1的天線，其特征在于對應于饋電導體的諧振頻率和介質諧振器的諧振頻率的頻段形成天線的兩個分開的工作頻段。
5.按權利要求1的天線，其特征在于饋電導體(231)定位在介質元件(220)的上表面上。
6.按權利要求1的天線，其特征在于饋電導體(531)定位在介質元件(520)的底表面上。
7.按權利要求1的天線，其特征在于饋電導體(631)定位在介質元件(620)的至少一個側表面上。
8.按權利要求7的天線，其特征在于所說至少一個側表面(721)部分地由導電層涂覆并電連接到接地平面。
9.按權利要求1的天線，其特征在于饋電導體定位在介質元件內。
10.按權利要求1的天線，其特征在于饋電導體是帶狀導體。
11.按權利要求10的天線，其特征在于所說帶狀導體是彎曲元件(531，731)。
12.按權利要求1的天線，其特征在于它還包括至少一個寄生導體元件(532)。
13.按權利要求10的天線，其特征在于所說帶狀導體由導電樹脂制成。
14.一個具有介質天線(800)的無線電設備(MS)，其包括一個開口的介質諧振器和一個引導電磁場到該介質諧振器的饋電導體，其特征在于進一步配置所說饋電導體以便諧振在所說天線的工作頻段上。
全文摘要
本發明涉及一種介質天線,特別適合于便攜式無線電設備。天線的饋電導體(231)作成一定形狀,使得它本身在同一頻率范圍內用作一個輻射器,同時用作該天線的介質諧振器。該饋電導體和介質諧振器的諧振頻率被有利地配置得彼此如此接近以致形成一個統一的工作頻帶。饋電導體有利地定位在介質元件的表面(223)上。該結構還包括寄生導體。對于按本發明的天線,與相應現有技術天線相比可得到更大的帶寬。此外取消饋電導體和介質元件間的空氣隙,以及導致電性能改變。
文檔編號H01Q9/04GK1389954SQ0212162
公開日2003年1月8日 申請日期2002年5月31日 優先權日2001年6月1日
發明者O·基維凱斯, J·奧利凱寧, J·瓊圖寧, P·韋尼凱寧 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司