專利名稱：平面縫隙天線的改進結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種平面天線，特別是一種用于無線網絡，尤其是工作于分離頻帶上的無線網絡中的多頻帶縫隙式平面天線。
在一個給定實例的無線網絡中，天線還覆蓋位于兩個頻帶之中一個或另一個上的帶寬為20MHz的頻帶。一種能夠避免寬頻帶天線缺陷的解決方案是使用可電子調節頻帶的天線。
如
圖1所示，包括一個工作在給定頻率f上的環形縫隙的平面天線已被人們所熟知，此縫隙由饋線2進行饋電。更確切地，在一個由常見的兩面均覆蓋金屬的印制板所形成的基板上，既可為圓形也可為任何其它封閉形狀的環形縫隙1通常被蝕刻在用來形成天線接地平面的那一面上。饋線2用來使用由電磁耦合得到的能量對縫隙1進行饋電。例如，在所述的實施例中，其由一個通過微帶線技術所形成的傳輸線構成，該傳輸線位于基板上與縫隙1所在的一面相對的那一面上，并且根據形成上述縫隙的圓形的徑向確定其位置。
在此具體實施例中，通過一種已知的方式，制作天線的微帶線環形縫隙的過渡區，使縫隙1位于傳輸線短路平面上，也就是位于電流最強的區域內。此時Im＝kλm/4，其中λm是傳輸線中傳遞的波長，而k是奇整數。I’m的長度選擇為使饋線2實現50Ω的阻抗匹配。此時縫隙1的周長p被選為等于縫隙中傳輸的波長的m倍，m是正整數。因此，P＝2πR＝mλ，其中λ是縫隙中所傳輸的波長。此時，多種模式的諧振頻率實際上均為頻率f的倍數，這些模式與基本模式、較高模式等相對應。
因而此類型的天線可在接近其諧振頻率的頻率上由并聯的RLC電路模擬，如圖2所示。由此獲得諧振頻率上的關系式LCω2＝1，其中ω＝2πf，f等于諧振頻率。
上文描述的天線具有結構緊湊和易于制造的優點，本領域技術人員還知道，包含二極管尤其是PIN二極管的等效電路在二極管的截止(OFF)狀態為容性電路，而在二極管的導通(ON)狀態為感性電路。
因此本發明還涉及一種設置在基板之上的平面天線，包括縫隙(11)，該縫隙由使縫隙工作于給定頻率的定尺寸的封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線來饋電，其特征在于包括并聯地連接在縫隙上的、能夠設置閉合狀態或開路狀態以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開關裝置。
所述的開關裝置優選地包括能夠使頻率得到連續調節的二極管或變容二極管。根據本發明的另一實施例，至少一個二極管與變容二極管并聯。另外，作為天線的期望諧振頻率的函數，開關裝置被并聯設置于縫隙的給出了最小值的電短路平面和給出了最大值的電開路平面之間。本發明的其它特征和優點將可由下文參照附圖描述的具體實施例看出。
參照圖3-5說明本發明的第一實施例。如圖3所示，根據本發明第一實施例的平面天線包括以已知方式在基板10上制成的環形縫隙11。環形縫隙11由饋線12，特別是連接到輻射頻率饋源的微帶線饋電。另外，如圖3所示，終端為金屬鍍孔的饋線14對天線進行連續控制。制造此種類型的天線用于測試。此例中，天線被制作在高度h＝0.81mm、介電常數εr＝3.38、正切值δ＝0.0022的RO4003基板上。在這種情況下，通過已知方式鍍以金屬的基板形成了長L＝35mm、寬W＝30mm的接地面。天線縫隙的半徑R＝6.7mm、寬度Ws＝0.4mm。微帶線12被設置成使得縫隙11位于饋線的短路平面上。因此，饋線12與縫隙11重疊了Im＝kλm/4的長度，其中λm是傳輸線中傳遞的波長，而k是奇整數。在本實施例中，I’m＝Im＝8.5mm。傳輸線12的寬度Wm＝0.3mm。另外，饋線12連接到50Ω阻抗傳輸線，以實現與標準連接器的阻抗匹配，如L50Ω＝4.8mm及W50Ω＝1.85mm。
根據本發明，二極管13，即諸如本實施例中使用的HP二極管RefHSMP-489B之類的PIN二極管并聯到縫隙11。在圖3所示的實施例中，二極管13位于縫隙11的開路平面。且該二極管13被連接到控制電路(未示出)，以使其既可被設置為截止狀態亦可被設置為導通狀態。
以下將參照附圖4a和4b說明具有并聯設置的二極管的環形縫隙天線的工作過程。
已知當二極管在截止狀態時起電容的作用，本實施例在附圖4a中給出了這樣的一個等效電路，即兩個電容C和Cd并聯以得到電容值Ce＝C+Cd。根據已知的方式，此電路的諧振頻率f’由LCeω’2＝1的條件給出，其中ω’＝2πf’。由于Ce的值大于當縫隙上未設置任何二極管時的電容值C，可由此推知，頻率f’低于當縫隙上未設置二極管時的頻率f。
已知當二極管在導通狀態時起電感的作用，附圖4b中給出了一個這樣的等效圖，其中并聯兩個電感L和Ld。此時的等效電感值Le＝LLd/(L+Ld)。在此電路中，工作頻率f”由新的諧振條件LeCω”2＝1給出，其中ω”＝2πf”。由于Le小于L，可由此推知，頻率f”大于當縫隙上不帶任何二極管時的頻率f。通過控制二極管13的狀態，可以實現對附圖3所示天線諧振頻率的控制。
因而并聯設置多個二極管的作用為1，用于加大配置了處于截止狀態的二極管時所獲得的較低的頻率f’與未配置二極管時的頻率f間的區別，2，用于加大配置了處于導通狀態的二極管時所獲得的較高的頻率f”與未配置二極管時的頻率f間的區別。
由此可以控制附圖3中天線在某些頻帶上的諧振頻率，上述頻帶或多或少地比未在縫隙上配置二極管時縫隙的諧振頻率寬，或者或多或少與其對稱。
附圖5中的曲線清楚地說明，對于附圖3中的天線結構，通過將PIN二極管由截止狀態改變到導通狀態，可以將頻率由二極管截止狀態時的4.8GHz改變為二極管導通狀態時的7.1GHz。
以下將參照圖6至7說明在縫隙上配置一個或多個二極管所產生的作用，上述作用對縫隙工作頻率有影響。
圖6示出了由諸如微帶線12饋電的環形縫隙11，圖中的二極管被并聯設置在縫隙的多個位置上，這些位置位于二極管13所在的與開路平面對應的位置和二極管13’所在的與短路平面對應的位置之間。其余二極管位于例如與短路平面成22°、45°或60°的位置。此實施例中二極管與諧振縫隙11間的耦合被改變，這在二極管的截止狀態改變了等效電容的精確值，或在二極管的導通狀態改變了等效電感的精確值。當二極管13’被設置于電短路平面時，它提供并聯于零阻抗的阻抗值(電感或電容，取決于所述的狀態)。此時它的影響最小。相反，當二極管13被設置于電開路平面時，它提供并聯于無窮大阻抗的阻抗值，此時它的影響最大。由此產生的明顯結果由附圖7示出，其中給出了反射系數S11，其以dB為單位并且是以GHz為單位的頻率的函數。
圖8和圖9示出了本發明的可選實施例。圖8與圖3一樣，示出了包括由微帶線12以及控制天線連續數值的微帶線14饋電的縫隙天線11的平面天線。在這種情況下，如圖8所示，兩個二極管15A、15B并聯地連接到縫隙的開路平面的兩端，如圖所示的SC平面。在本實施例中，兩個二極管15A、15B間的距離d等于2.8mm。如圖9所示，當二件管由截止狀態改變到導通狀態時，工作頻率由5.54GHz改變為5.94GHz。圖9中還給出了以GHz為單位并作為頻率函數的以dB為單位的反射系數。于是可以看到500Mhz的頻率變化。
在微波暗室中測量如圖8所示天線模型的輻射圖，并得到上文給出的尺寸。這基于二極管未對環形縫隙的基本輻射形成干擾的情況。
參照由PIN二極管實現的開關裝置對本發明進行了說明。本領域技術人員清楚其它可能被使用的開關裝置，特別是在給定頻率范圍內能夠實現對諧振頻率的準連續控制的變容二極管。特別地，變容二極管是一種電子元件(通常是反偏壓二極管)，它可以控制作為施加到終端的電壓的函數而降低的結電容(OFF-狀態二極管)。因此可以通過改變變容二極管的偏置電壓來連續地改變天線的諧振頻率。變容二極管可以與至少一個所述的PIN二極管連接，以實現在一個或多個范圍內的頻率的準連續控制。所述的縫隙還可能具有并非圓形的封閉形狀。可能具有諸如正方形、三角形、長方形的多邊形。因而上文所描述的本發明給出了一個結構緊湊、成本低廉并可工作于與IEEE802.11a或Hiperlan2標準對應的多個頻帶的平面天線。
權利要求
1.一種設置在基板之上的平面天線，包括縫隙(11)，該縫隙由使所述縫隙工作于給定頻率的定尺寸封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線(12)來饋電，其特征在于包括并聯地連接在縫隙上的、能夠設置閉合狀態或開路狀態以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開關裝置(13；13，13’；15A，15B)。
2.如權利要求1所述的天線，其特征在于作為天線的期望諧振頻率的函數，開關裝置被并聯設置于縫隙的給出了最小值的電短路平面和給出了最大值的電開路平面之間。
3.如權利要求1和2中任一項所述的天線，其特征在于開關裝置包括二極管。
4.如權利要求1和2中任一項所述的天線，其特征在于開關裝置包括變容二極管。
5.如權利要求3和4中任一項所述的天線，其特征在于至少一個二極管與變容二極管并聯。
6.如前述任何一項權利要求所述的天線，其特征在于縫隙是圓形或多邊形的。
全文摘要
本發明涉及一種設置在基板之上的平面天線，其包括縫隙(11)，該縫隙由使所述縫隙工作于給定頻率的定尺寸封閉曲線形成，并且由使所述縫隙位于饋線的短路平面上的饋線(12)來饋電。此天線包括至少一個并聯地連接在縫隙11上的、能夠設置閉合狀態或開路狀態以改變平面天線的中心頻率和工作頻率帶寬的開關裝置13。此天線尤其適用于家庭無線網絡。
文檔編號H01Q5/00GK1462134SQ0313823
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月29日 優先權日2002年5月31日
發明者阿里·盧齊耶, 弗蘭克·圖德, 伯納德·德尼, 弗朗索瓦·巴龍 申請人:湯姆森許可貿易公司