專利名稱：設計用于在小天線中工作的輻射元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及設計用于在電氣小的天線中工作的輻射元件。
這種電氣小的天線，即尺寸比其接收和發射的信號波長小得多的天線，特別適用于便攜式接收FM無線電波。因此，這種天線必需能集成在一個小尺寸的部件中，以滿足便攜性的限制。
現在，已知道，為了能正確地工作，不論其形式或用于實現的工藝如何，天線必需具有為波長的尺度，一般為大于1/4波長的最小尺寸。
對于FM頻率，波長在100MHz時約為3米，FM電臺頻帶在這個值附近擴展。例如，在法國，FM頻帶范圍為88～108MHz。為了得到有效的接收，一般使用指向和長度可以調節的鞭狀天線，即典型地對于100MHz下1/4波長為75cm，以便接收最好。然而，這種形式的天線不能在便攜式應用場合使用。因此，使用環圈形式的天線，這種天線是一種電氣小的天線，其效率一般很低。效率可用下式表示η=RradRrad+Rohm]]>式中Rrad為輻射電阻，Rohm為歐姆損失電阻。
為了改善效率，使用的方法包括增加輻射電阻，同時提供最優的耦合條件。輻射電阻的增加可通過增加該天線所占據的體積達到。這點在HaroldWheeler的文章“小天線”中說明，該文章登載在“IEEE Trams.Ant.Propagation卷AP23，1975年7月”，1975年7月出版的AP23中。當輻射元件所用的導電材料具有可接受的導電性和介電損失低時，一般，歐姆損失可相對于輻射電阻保持較小。但當在小天線情況下，效率低時，就不是這樣。
因此，需要提出一個可以在電氣小的天線中使用，并且可以得到正確的天線效率的輻射元件。
本發明涉及一種帶式天線，即由如同風箱一樣折疊N次和折疊成環形的一個導電條構成的電氣小的天線。
的確發現，對于按風箱方式，有規律地折疊該導電條，可使效率增加N倍。折疊可使同樣尺寸的天線的總尺寸保持為類似于利用相同尺寸的天線和利用標準的導電條所實現的總尺寸。根據體積的不同，風箱式折疊可以為直線的和平行的，或者不根據相應的天線形狀的。
在一個實施例中，確定折疊角度，以調節輻射元件的阻抗。
帶的折疊在天線性質中引入電容分量，當天線尺寸小時，會呈強烈的感性。因此，這可使阻抗匹配。
在一個實施例中，該導電條為一個薄的金屬片條。
在一個實施例中，該導電條由在由薄的塑料制成的基片的一個表面上形成的金屬化的層構成。
本發明的其他特征和優點從閱讀不同的非限制性例子的說明中可以清楚。該說明是參照附圖作出的。其中
圖1表示一種標準的環形天線；圖2表示導電條的橫截面；圖3表示在本發明中使用的一個導電元件，在折疊前；圖4表示在本發明中使用的一個導電元件，在折疊后；圖5表示根據本發明的環形天線；圖6表示在本發明的一個具體實施例中的一個導電元件，在折疊前；圖7表示在本發明的一個具體實施例中的一個導電元件，在折疊后。
圖1表示包括一個長度為L，寬度為W的輻射元件11的周長為L的標準的環形天線10。該輻射元件11例如為厚度為e，寬度為w，橫截面如圖2所示的一個導電條20。
這種天線傳統上是在便攜式設備中用于接收FM頻率的。的確，在便攜式設備中，不可能使用長度為波長量級的天線。該波長在100MHz下為3m。該環形天線是電氣小的天線，即其長度L比波長小很多。考慮到其產生電氣作用的尺寸小，一般這些天線的效率低。效率可用下式表示η=RradRrad+Rohm]]>式中Rrad為輻射電阻，Rohm為歐姆損失電阻。
本發明通過減小歐姆損失的電阻，不需改變天線的尺寸，可以改善天線的效率。
圖3表示根據本發明的折疊前的輻射元件30。這個輻射元件30為寬度為W，長度為L和厚度為e的一個導電條。這個條可用銅制成。
根據本發明，這個條如圖4所示的風箱一樣，折疊N次。
最后，在環形天線的例子中，當折疊該輻射元件30后，得到其周長等于L，高度等于W＝W/N的環形天線的形式。如果需要的話，寬度W可以改變。
根據本發明，利用這種方法得到并且表現為周長尺寸為L，寬度為W的天線的輻射電阻幾乎與圖1所示尺寸的標準的環的輻射電阻相同，的確，輻射電阻主要由天線的形狀和等價體積確定。
例如，該天線的尺寸可如下這樣確定，W＝50mm，N＝10，e＝0.1mm，L＝10cm。
已知，通過寬度為W，厚度為e的導電條流動的電流，限制在靠近稱為表皮深度的厚度為δ的表面的一個薄層中。該厚度δ如圖2所示，并可由下式確定δ=1πfuσ]]>式中f＝工作頻率(Hz)；μ＝4π×10-7H/m，σ為材料的導電率(對于銅，等于5.813×107S/m)。
這樣，對于銅導電體，在100MHz頻率下，該表皮深度為6.6μm。應當指出，該導電條的厚度e必需大于2δ。考慮到e和δ的典型值，這個條件被廣泛地滿足。
歐姆損失電阻可寫為Rohm=LSeffσ,]]>式中Seff為該條的有效導電表面積，即Seff＝2(W+e)δ。
這樣，對于根據圖5所示的本發明的環形天線，歐姆損失電阻為(Rohm)5=12(W+e)δσ]]>和，對于圖1所示的標準的環形天線，(Rohm)1=L2(WN+e)δσ]]>因此，對于W＞W/N＞＞e，對于所選擇的W＝500×e和N＝10的典型值，廣泛實現的條件為
(Rohm)5≈L2Wδσ,]]>和(Rohm)1≈NL2Wδσ.]]>因此，得到等式(Rohm)5≈(Rohm)1N,]]>因此，本發明可以減小歐姆損失電阻。這在歐姆損失和如果必要的話，還有介電損失為不可忽略的天線中有用。一般來說效率不高的小天線就是這種情況。
這樣，對于量級為-20dB的天線效率和對環形形式天線得到的標準效率，歐姆損失的減小可以改善該天線的效率。這種改善幾乎與歐姆損失的減小成比例。
的確，ηdb＝10logη意味著η=0.01=11+RohmRrad,]]>式中1+RohmRrad=100,]]>因此1+RohmRrad≈RohmRrad]]>和η≈RradRohm]]>這樣，天線效率與損失電阻Rohm成反比。在這些條件下，該損失電阻Rohm被一個10的因子除，可將天線效率改善10dB。這是改善的一個非常好的范圍。
因此，本發明大大改善小天線的效率，特別是環形形式天線的效率，同時可使天線體積保持非常小。
在一個優選實施例中，確定折疊角度，以調節天線的阻抗值。因此，本發明可改善天線的阻抗匹配。的確，已知小回路產生的阻抗是電感性很強的，這使得匹配困難。該條的折疊可引入電容分量，它具有減小回路電感性質的作用，因此使阻抗匹配較容易。利用折疊角度還可以調節該電容分量。金屬條的折疊形成V形的電容元件，并且利用與電容器的電容的已知計算類似，(C＝∈S/e，式中∈為介電質的介電常數，S為導電板的表面積，e為介電質的厚度)可以看出，電容隨著該折疊角度改變(折疊的條的每一個V形的二個金屬部分之間的角度)。
在圖6和7所示的實施例中，該輻射元件60利用由薄的塑料制成的一個基片61作為支承。例如，該塑料可以為撓性的聚酯薄膜，在其一個表面62上金屬化，并可以用另一個介電質薄層63覆蓋。這樣，該導電條夾在二個介電質薄膜層之間。厚度e量級為幾百個微米。如圖7的部分視圖所示，根據本發明，再次折疊這樣構成的該輻射元件60。除了歐姆損失電阻減小和容易實現這種天線的優點以外，由于存在介電質材料，觀測到電容作用增加。這樣，支承材料，更具體地是其介電質的介電常數的選擇可使控制電容作用，因而是天線的阻抗匹配更靈活。另外，還應注意，二個介電質層61和63的材料可以不同，以提供更大的靈活性。
本發明不是僅限于所述的實施例。技術熟練的人知道，存在不同的實施例變型。例如，該金屬條可以為薄的金屬片材的條，該條可如本發明所示，折疊成之字形，折疊的輪廓，其形式，其規律性，其周期性，可以為單個或多個的該環的長度和輪廓可以改變，以改善天線效率。
權利要求
1.一種帶式天線，其中該天線由根據所述條的長度折疊N次，如同風箱一樣，和折疊成一個環的形式的一個導電條構成。
2.如權利要求1所述的天線，其特征為，以確定的折疊角度折疊該導電條，以調節天線的阻抗。
3.如權利要求1所述的天線，其特征為，該導電條由薄的金屬片材制成。
4.如權利要求1所述的天線，其特征為，該導電條由在由薄的塑料制成的基片的一個表面上實現的金屬化的層構成。
5.如權利要求4所述的天線，其特征為，該金屬化的基片用一個薄的介電質層覆蓋。
6.如權利要求1所述的天線，其特征為，該帶式天線具有給出該帶的周邊的長度L和寬度w，式中w＝W/N，W為該條的初始寬度，N為折疊次數。
全文摘要
本發明涉及設計用于在包括如同風箱一樣折疊N次的一個導電條的電氣小的天線中工作的一種輻射元件。
文檔編號H01Q3/00GK1819332SQ200610006718
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月7日 優先權日2005年2月7日
發明者阿利·洛齊爾, 弗蘭克·圖多爾, 讓-盧克·羅伯特 申請人:湯姆森特許公司