具有平面導電元件的天線的制作方法

專利名稱：具有平面導電元件的天線的制作方法
具有平面導電元件的天線
相關申請的交叉引用
本申請要求提交于2011年2月14日的第13/027,022號美國專利申請、提交于 2010年11月2日的第12/938,375號美國專利申請，以及提交于2010年5月10日的第 12/777，103號美國專利申請的優先權，在此結合它們所揭示的全部內容作為參考。
背景技術：
偶極天線是一種用于接收或發射射頻輻射的有用天線。然而，偶極天線僅工作在一個頻率波段上，但是，有時候需要工作在多個波段上的天線。例如，對于全球微波互聯接入(WiMAX)、超寬帶(UWB)、無線保真(Wi-Fi)、ZigBee，以及長期演進技術(LTE)的應用就經常會需要工作在多個波段上的天線。
在小型裝置的內部通常期望能夠使用高增益的天線。但是，被配置成在諸如800 或900MHz的較低頻率上諧振的天線都趨向于在實體上大于被配置成在(諸如2. 3GHz、 2. 5GHz或3. 5GHz)的較高頻率上諧振的天線。當需要將在較低頻率上諧振的天線結合到小型裝置(或者用于實施或容納天線的物理空間有限的裝置)中時，這可能是成問題的。這樣的情況有需要被配置成用于包括較低諧振頻率的全球互操作性標準(worldwide interoperability standards)的裝置,諸如被配置成用于微波接入(WiMAX)的全球互操作或第三代無線(3G)標準的裝置。發明內容
在一個實施例中，天線包括介電材料，其包括i)第一側和相反的第二側，以及ii) 在其中的導電通孔。第一平面導電元件在介電材料的第一側上，并且具有與導電通孔的電連接。第二平面導電元件也在介電材料的第一側上，還通過間隙與第一平面導電元件電隔離。在介電材料的第二側上具有電微帶饋送線。該電微帶饋送線與導電通孔電連接，并具有從導電通孔延伸出、跨過間隙、延伸到第二平面導電元件下方的路線。該第二平面導電元件為電微帶饋送線和第一平面導電元件提供了參考平面。第一平面導電元件具有多個電磁輻射器。每一個輻射器具有使其能夠在不同于相鄰的輻射器諧振的頻率范圍的頻率范圍上諧振的尺寸。至少第一個和第二個諧振器界定出在第一平面導電元件上的開放槽。
在另一個實施例中，天線包括介電材料，其包括i)第一側和相反的第二側，以及 ii)在其中的導電通孔。在介電材料的第一側上具有第一平面導電元件。該第一平面導電元件具有i)到導電通孔的電連接，以及ii)第一邊和相反的第二邊。第二邊為階梯狀的邊， 其中，每一個階梯定義了在第一平面導電元件上的電磁輻射器或開放槽。第二平面導電元件也在介電材料的第一側上，并且通過間隙與第一平面導電元件電隔離。該第一平面導電元件的第一邊與該間隙鄰接。在介電材料的第二側上具有電微帶饋送線。電微帶饋送線與導電通孔電連接，并具有從導電通孔延伸出、跨過間隙、延伸到第二平面導電元件下方的路線。該第二平面導電元件為電微帶饋送線和第一平面導電元件提供了參考平面。
在再另一個實施例中，天線包括介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其中的導電通孔。在介電材料的第一側上具有第一平面導電元件。該第一平面導電元件具有i)到導電通孔的電連接，ii)多個電磁輻射器，以及iii)由電磁輻射器中的至少第一和第二個界定出的開放槽。第二平面導電元件也在介電材料的第一側上，并且其通過間隙與第一平面導電元件電隔離。電微帶饋送線在介電材料的第二側上。電微帶饋送線與導電通孔電連接，并具有從導電通孔跨過間隙延伸到第二平面導電元件下方的路線。該第二平面導電元件為電微帶饋送線和第一平面導電元件均提供參考平面。
在又另一個實施例中，天線包括介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其中的導電通孔。第一平面導電元件在介電材料的第一側上，并且其具有與導電通孔的電連接。第二平面導電元件也在介電材料的第一側上，并且其通過間隙與第一平面導電元件電隔離。在介電材料的第二側上具有電微帶饋送線。電微帶饋送線電連接至導電通孔，并具有從導電通孔延伸出、跨過間隙延伸到第二平面導電元件下方的路線。該第二平面導電元件為電微帶饋送線和第一平面導電元件均提供了參考平面。可調位的柔性導體被電連接到第二平面導電元件，并且從第二平面導電元件延伸出。可調位柔性導體增加了第二平面導電元件的電長度，同時使天線能夠被容納在較小的物理空間之內。
在額外的實施例中，天線包括介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及 ii)在其中的導電通孔。第一平面導電元件在介電材料的第一側上，并具有到導電通孔的電連接。第二平面導電元件也在介電材料的第一側上，并通過間隙與第一平面導電元件電隔離。在介電材料的第二側上具有電微帶饋送線。電微帶饋送線與導電通孔電連接，并具有從導電通孔跨過間隙延伸到第二平面導電元件下方的路線。第二平面導電元件為電微帶饋送線和第一平面導電元件均提供了參考平面。第一平面導電元件和第二平面導電元件中的至少一個具有一部分經過曲折路徑。
還揭示了其它實施例。


在附圖中示出了本發明的說明性實施例，其中，
圖I至圖3示出了具有第一和第二平面導電元件的天線的第一示范性實施例，其中的一個平面導電元件包括多個電磁輻射器和開放槽，并被電連接到電微帶饋送線；
圖4示出了可被電連接到圖I至圖3中所示出的天線的示范性同軸電纜的橫截面的一部分；
圖5至圖7示出了圖4中所示出的同軸電纜與圖I至圖3中示出的天線的示范性連接；
圖8示出了具有第一和第二平面導電元件的天線的第二示范性實施例，其中一個平面導電元件具有多個電磁輻射器和開放槽，并被電連接到電微帶饋送線；
圖9示出了具有第一和第二平面導電元件的天線的第三示范性實施例，其中一個平面導電元件具有多個電磁輻射器和開放槽，并被電連接到電微帶饋送線；
圖10示出了具有第一和第二平面導電元件的天線的第四示范性實施例，其中一個平面導電元件包括多個電磁輻射器和開放槽，并被電連接到電微帶饋送線；
圖11和圖12示出了具有第一和第二平面導電元件的天線的第五示范性實施例， 其中一個平面導電元件包括多個電池輻射器和開放槽，并被電連接到電微帶饋送線；
圖13示出了在圖I至圖7中示出的天線的變形版本，其中第二平面導電元件的一部分被替換成可調位的柔性導體；
圖14至圖16示出了在不同位置處的圖13中所示的可調位柔性導體；
圖17示出了類似于圖13示出的天線，但此外還具有第二可調位柔性導體的天線； 以及
圖18和圖19示出了具有經過彎曲(meander)路徑的電磁福射器的天線。
在這些附圖中，不同附圖中相似的參考編號被用于表示在不同附圖中存在相似 (或類似的)元件。
具體實施方式
圖I至圖3示出了天線100的第一示范性實施例。天線100包括具有第一側104 和第二側106的介電材料102(見圖3)。第二側106與第一側104相反。作為示例，介電材料102可由(或可包括)FR4、塑料、玻璃、陶瓷,或者諸如包含娃或碳氫化合物的復合材料形成。介電材料102的厚度可以改變，但是在一些實施例中其等于(或約等于)0. 060”(I. 524毫米)。
在介電材料102的第一側104上設置有第一和第二平面導電元件108、110(圖I)。 該第一和第二平面導電兀件108、110由間隔112分隔開,該間隔112將第一平面導電兀件 108與第二平面導電元件110電隔離。作為示例，第一和第二平面導電元件108、110中的每一個都可以是金屬的，并且由(或可包括)銅、鋁或金形成。在一些情況下，可使用例如印刷電路板構建技術將第一和第二平面導電兀件108、110印刷在或以其他方式形成于介電材料102上；或者，可使用例如粘合劑使第一和第二平面導電元件108、110附著到介電材料 102。
在介電材料102的第二側106上設置有電微帶饋送線114 (圖2)。作為示例，可使用例如印刷電路板構建技術使電微帶饋送線114被印刷到或以其他方式形成于介電材料102上；或者，可使用例如粘合劑將電微帶饋送線附著到介電材料102。
在介電材料102上具有多個導電通孔(例如,通孔116、118)，導電通孔116、118中的每一個被定位成接近在連接棧(connection site) 120處的其它導電通孔。第一平面導電元件108和電微帶饋送線114分別被電連接到多個導電通孔116、118，從而被彼此電連接。作為示例，第一平面導電元件108被直接地電連接到多個導電通孔116、118，而電微帶饋送線114通過矩形導電襯墊122被電連接到多個導電通孔116、118，矩形導電襯墊122將電微帶饋送線114連接到多個導電通孔116、118。在一些情況下，可除去導電襯墊122。但是，導電襯墊122 —般比電微帶饋送線114更寬，從而提供更大的區域，用于將電微帶饋送線114連接到第一平面導電元件108。這個更大的區域使得能夠通過使用比在電微帶饋送線114的表面區域獨自被用于將電微帶饋送線114連接到第一平面導電元件108時更多的導電通孔116、118，將電微帶饋送線114連接到第一平面導電元件108。使用更多的導電通孔116、118通常改善了在電微帶饋送線114與第一平面導電元件108之間的電流，電流升聞通常與提聞的功率處理能力相關聯。
正如在圖2中最佳地示出的，電微帶饋送線114具有從多個導電通孔116、118跨過間隙112 (也就是，該路徑跨越間隙112)延伸到第二平面導電元件110之下的路線。以這種方式，第二平面導電元件110為電微帶饋送線114提供了參考平面。
第一平面導電元件108具有多個電磁輻射器。作為示例，第一平面導電元件108 被示出為具有三個電磁輻射器130、132、134。在其它實施例中，第一平面導電元件108可具有兩個或更多的任意個數的電磁輻射器。
每一個輻射器130、132、134具有的尺寸使其能夠在不同于一個或多個相鄰輻射器諧振的頻率范圍的頻率范圍上諧振。每一個頻率范圍中的至少一些頻率不同于在一個或多個其它頻率范圍中的至少一些頻率。以這種方式，在操作過程中，每一個輻射器130、132、 134能夠接收不同的頻率信號，并能夠響應于這些接收的信號使電微帶饋送線114通電(在接收模式下)。輻射器的組合可有時同時地使電微帶饋送線114通電。以類似的方式，被連接到電微帶饋送線114的無線電裝置可取決于在發射模式下無線電裝置工作的頻率(或多個頻率)，使輻射器130、132、134中的任意一個(或多個)通電。
作為示例，在圖I和圖2中所示出的這些輻射器130、132、134中的每一個具有長度、寬度和矩形的形狀。這些輻射器130、132、134的長度被定向成與間隙112垂直，并且在第一平面導電元件108的第一和第二相反邊136、138之間延伸。由于相鄰的輻射器具有不同的長度，第二邊具有階梯狀的配置(即，形成階梯狀邊)。如圖I和圖2所示，階梯狀邊138 可由多個平坦邊線段組成。在其它實施例中，輻射器130、132、134可具有其它的形狀，并且階梯狀邊138可采用其它的形式。例如，其邊線段中的每一個可以是凸起的或者凹進的，或者階梯狀邊138的轉角可以是無棱角的或被斜削的。邊136與間隙112鄰接。
在第一平面導電元件108上，第一和第二個輻射器130、132界定出開放槽140。開放槽140具有垂直于間隙112的定向，并且開放槽140在背向間隙112的方向開放。
作為示例，在圖I和圖2中示出的第二和第三輻射器132、134彼此鄰接(B卩，它們之間沒有槽)。在其它實施例中，在每一對相鄰的輻射器之間(例如，輻射器130和輻射器 132之間，以及輻射器132和輻射器134之間)可提供有槽。
輻射器130、132、134的寬度和長度可選擇成使每一個輻射器130、132、134能夠在特定頻率范圍上諧振。作為示例，在天線100中，第二輻射器132的長度大于第一輻射器 130的長度,并且第三福射器134的長度大于第二福射器132的長度。
第二平面導電元件110為電微帶饋送線114和第一平面導電元件108都提供了參考平面，并且在一些實施例中，可具有矩形的周邊142。
如圖I和圖2所示，在第二平面導電元件110上具有孔124。在介電材料102上也具有孔126。作為示例，孔124、126被示出為同心的并且是圓形的。在第二平面導電元件 110上的孔124大于介電材料102上的孔126，從而在介電材料102上的孔126的相鄰區域中暴露出介電材料102的第一側104。
圖4示出了可附著到天線110上的示范性同軸電纜400的一部分的橫截面，如圖5 至圖7所示。同軸電纜400 (圖4)具有中心導體402、導電性護皮404，以及將中心導體402 與導電性護皮404分離開的電介質406。同軸電纜400還可包括外絕緣護套408。中心導體402的一部分410從導電性護皮404和電介質406延伸出。通過將同軸電纜400定位成鄰近于天線100的第一側104，并將其中心導體402的一部分410插入穿過孔124、126，可將同軸電纜400電連接到天線100 (見圖5和圖7)。于是通過例如將中心導體402的一部分410軟焊(solder)、硬焊(braze)或導電粘接到電微帶饋送線114,中心導體402被電連接到電微帶饋送線114 (見圖6和圖7)。同軸電纜400的導電性護皮404被電連接到第二平面導電元件110 (也是例如通過將導電性護皮404軟焊、硬焊或導電粘接到第二平面導電元件110 ;見圖5和圖7)。暴露出的與介電材料102中的孔126相鄰的介電材料102的環是有用的，因為其阻止了同軸電纜400的中心導體402與同軸電纜400的導電屏蔽404短接。在一些實施例中，同軸電纜400可以是500hm(Q)同軸電纜。
天線100具有從第一平面導電元件108延伸到第二平面導電元件110的長度L。 該長度L跨過間隙112。天線100具有與該長度垂直的寬度W。同軸電纜400沿著與天線 100的寬度平行的路線而行。通過同軸電纜400的導電性護皮404與第二平面導電元件110 的電連接，或者通過同軸電纜400的中心導體402與電微帶饋送線114的電連接，同軸電纜 400沿路線被推進。
在圖I至圖3以及圖5至圖7中示出的天線中，電微帶饋送線114的路線在第二平面導電元件110的下面改變方向。更為具體地，電微帶饋送線114的路線跨過平行于天線100長度的間隙112，然后改變方向，平行于天線100的寬度延伸。電微帶饋送線114可大體上從多個導電通孔116、118延伸到與介電材料102中的孔126相鄰的終止點128。
正如以上所提及的，第一平面導電元件108的輻射器130、132、134中的每一個具有使其能夠在一定頻率范圍上諧振的尺寸。每一個頻率范圍的中心頻率和帶寬可通過調節例如每一個輻射器130、132、134的長度和寬度配置。雖然第一平面導電元件108的周邊被示出為具有多個直的邊，但是這些邊中的一些或所有可備選地為彎曲的，或者第一平面導電元件108的周邊可以具有連續彎曲的形狀。還可通過配置輻射器130、132、134相對于彼此，或者相對于一個或多個開放槽140的位置和關系，來配置每一個頻率范圍的中心頻率和帶寬。
雖然第二平面導電元件110的周邊142被示出為具有多個直的邊，但這些邊中的一些或所有可備選地為彎曲的，或者第二平面導電元件110的周長142可具有連續彎曲的形狀。
在圖I至圖3以及圖5至圖7中所示出的天線100的優點在于，天線100工作在多個頻帶上，并且具有全向方位角、較小的大小以及較高的增益。作為示例，在圖I至圖3以及圖5至圖7中所示出的天線100已經被構造成具有大約7毫米(7mm)的寬度和大約38mm 的長度的形狀因素。具有這樣的形狀因素，并具有被配置成如圖I至圖3以及圖5至圖7 所示的第一和第二平面導電元件108、110，第一輻射器130已經被配置成在從大約3. 3千兆赫(GHz)延伸至3. SGHz的第一頻率范圍上諧振，并且第二輻射器132已經被配置成在從大約2. 5GHz延伸至2. 7GHz的第二頻率范圍上諧振，第三輻射器134已經被配置成在從大約 2. 3GHz延伸至2. 7GHz的第三頻率范圍上諧振。因此這樣的天線能夠作為WiMAX或LTE天線工作，在共同使用的2. 3GHz、2. 5GHz以及3. 5GHz的中心頻率上或周圍諧振。
在圖I至圖3以及圖5至圖7中所示出的天線100可以為了不同的目的以不同的方式被改變。例如，第一和第二平面導電元件108、110的周邊可采用備選的形式，諸如具有比圖I、圖2、圖5和圖6中所示出的更多或更少的邊；直的或彎曲的邊；或者連續彎曲的周邊的形式。在一些實施例中，平面導電元件108、110中的一個或兩者的形狀、平面導電元件108、110中一部分的形狀，或者槽140的形狀，可通過一個或多個互聯的矩形導電部分或槽部分來定義。在一些實施例中，第一平面導電元件108可被改變成具有更多或更少的槽(或者不包括槽)。
對于在圖I至圖6中所示出的天線100，電磁輻射器130、132、134的尺寸使得這些輻射器能夠在非重疊(或基本上非重疊)的頻率范圍上諧振。但是，在一些實施例中，可調整這些輻射器130、132、134的大小和形狀以能夠在重疊的頻率范圍上諧振。
在一些實施例中，可將第二平面導電元件110和介電材料102上的孔124、126的大小、位置和對準關系調整成如圖I、圖2、圖5和圖6中所示出的那樣。在其它實施例中， 可通過不同的方式調整孔124、126的大小、位置或對準關系。正如在此所限定的，“對準”的孔是指至少部分重疊的孔，以便可將物體插入穿過這些對準的孔。盡管圖I示出，將孔124、 126的大小和對準關系調整成使得，在介電材料102上的孔126鄰近處暴露出介電材料102 的第一側104，但并不必須在孔126鄰近處暴露出介電材料102的第一側104。
在一些實施例中，在圖I、圖2、圖5和圖6中所示出的多個導電通孔116、118可包括更多或更少的通孔；并且在一些情況下，多個導電通孔116、118可僅由一個導電通孔組成。不論在連接部位128處提供的導電通孔116、118的個數是多少，矩形導電襯墊122都可由具有其它形狀的導電襯墊來替換；或者，可將一個或多個導電性通孔116、118直接電連接到電微帶饋送線114上(B卩，并不使用襯墊130 )。在一些實施例中，通孔116、118位于開放槽140和間隙112之間(但是在其它實施例中，通孔116、118可位于其它位置)。
在圖I、圖2、圖5和圖6中，作為示例，在第一和第二平面導電元件108、110之間的間隙112被示出為矩形的并具有統一的寬度。備選地，間隙112可具有其它的配置，正如在例如圖8至圖10、圖18和圖19中所示出的。
作為示例，圖8和圖9示出了間隙112，其中，天線的第一平面導電元件802、902 的導電凸起818、914延伸到間隙112中。如所示出的，這些凸起818、914可采用三角形凸起的形式(即，凸起818、914是小三角形)。但是，在備選實施例中，凸起818、914可采用其它的形式，并具有矩形或橢圓形的形狀。電微帶饋送線114可在凸起818、914處跨過間隙 112(即，跨過凸起818、914)。凸起818、914的大小和形狀，以及電微帶饋送線1106跨過凸起818、914的方式，就是確定天線800和900進行LC諧振的因素，并因此是確定天線800 和900的諧振頻率的因素。對凸起818、914的配置還可用于調節天線800、900的回波耗損 (return loss)以及帶寬。使用凸起818、914比實施獨立電容器更具有優勢，這是因為它們不會導致明顯的電力消耗，并且它們可消除對于額外組件(即，單獨的電容器)的需要。雖然在圖8和圖9中凸起818和914被示出為僅在天線800、900的間隙112中，但是可注意到，也可將在圖I、圖2、圖18和圖19中所示出的平面導電元件108改變成包括延伸到間隙 112中的凸起。
如在此所說明的那樣構造的天線的工作頻帶可以是連續的也可以是非連續的。在一些情況下，每一個工作頻帶可覆蓋標準工作頻帶或者多個標準工作頻帶的一部分或全部。但是，可注意到，使工作頻帶的范圍增加在某些情況下可能使該工作頻帶的增益縮小。
圖8示出了具有第一和第二平面導電元件802、110的天線(B卩，天線800)的第二示范性實施例。對于大多數部分，天線800的元件可采用與天線100的元件(圖I)相同或相似的形式，并且，可以與改變天線100的元件的方式相同或相似的方式改變天線800的元件。但是，天線800與天線100的不同在于，其第一導電元件802的形狀不同于第一導電元件108的形狀。
類似于天線100的第一導電元件108，天線800的第一導電元件802包括三個電磁輻射器804、806、808，并且這些電磁輻射器804、806、808中的每一個在階梯狀的邊810處終止(在一個端部處)。但是，除具有被定向成與間隙112垂直的部分814的槽812以外，槽 812還具有被定向成與間隙112平行的部分816。平行部分816，與部分814相結合，使輻射器804、806能夠具有更長的電長度(例如長度“12”)，同時仍被包含在相對緊湊的區域中。 平行部分816還增加了輻射器804相對于輻射器806和808的電磁隔離以及獨立性，從而在輻射器804和806之間提供了較大的電“階梯”。
在天線800的一個實施例中，第一輻射器804的尺寸可被調整成使其能夠在從約 4. 9GHz到5. 9GHz的第一頻率范圍上諧振。第二輻射器806的尺寸可被調整成使其能夠在從約2. 5GHz到2. 7GHz的第二頻率范圍上諧振。第三輻射器134的尺寸可被調整成使其能夠在從約2. 3GHz到2. 7GHz的第三頻率范圍上諧振。這樣的天線800因此能夠像例如在中心頻率2. 4GHz和5. OGHz處或附近諧振的雙波段Wi-Fi天線那樣工作。
圖9示出了具有第一和第二平面導電元件902、110的天線(即天線900)的第三示范性實施例。對于大多數部分，天線900的的元件可采用與天線100的元件(圖I)相同或相似的形式，并且，可以與改變天線100的元件的方式相同或相似的方式改變天線900的元件。但是，天線900與天線100的不同在于，第一導電元件902的形狀不同于第一導電元件 108的形狀。
天線900的第一導電兀件902包括兩個電磁福射器904、906和一個開放槽908。 開放槽908朝向間隙112開口，并具有被定向成垂直于間隙112的部分910，和被定向成平行于間隙112的部分912。開放槽908的這種配置使輻射器906能夠具有更長的電長度，同時仍被包含在相對緊湊的區域中。開放槽908的這種配置還增加了輻射器904和906之間的電磁分離以及不相關性。
在天線900的一個實施例中，第一輻射器904的尺寸可被調整成使其能夠在從大約I. 8GHz到2. 2GHz的第一頻率范圍上諧振，并且第二輻射器906的尺寸可被調整成使其能夠在從大約870MHz到960MHz的第二頻率范圍上諧振。這樣的天線900因此能夠作為3G 天線(即，作為支持由國際移動電信-2000 αΜΤ-2000)標準規定的第三代服務的天線)工作。
在具有第一和第二平面導體的其它天線實施例中，其中第一平面導體具有多個電磁輻射器和開放槽，并且其中，這些天線的輻射器中至少第一和第二個界定出開放槽，該開放槽可以I)朝向第一和第二平面導體之間的間隙開口，或者2)朝向第一平面導電元件的任意一側、邊或邊界開口。電磁導體和開放槽還可具有多種配置或形狀中的任意種。例如， 圖10示出了天線1000，其配置類似于圖8所示出的天線800的配置，但其第一平面導電元件1002的配置是不同的。詳細地說，第一平面導電元件1002包括具有彎曲部分1006和大體上直的部分1008的開放槽1004。第一平面導電元件1002還包括具有的一個或多個彎曲的邊的第一、第二和第三電磁福射器1008、1010、1012。
圖11和圖12示出了圖I至圖3以及圖5至圖7中所示出的天線100的變形1100， 其中，已經消除了在第二平面導電元件1102和介電材料1104上的孔，以及穿過這些孔的同軸電纜。延長了電微帶饋送線114，或加入另一條饋送線(例如，另一條微帶饋送線)，以將電微帶饋送線114電連接到無線電裝置1106。該第二平面導電元件1104可被連接到接地電位，諸如由無線電裝置1106共用的系統或本地接地。
在一些情況下，無線電裝置1106可與天線1100被安裝在同一個介電材料1104 上。為了避免使用額外的導電通孔或其它電連接元件，無線電裝置1106可被安裝在介電材料1104的第二側118 (即，與電微帶饋送線114安裝在介電材料1104的同一側)。無線電裝置1106可包括集成電路。
在圖8、圖9和圖10中示出的天線800、900、1000，以及具有其它電磁輻射器配置的天線，還可被連接至同軸電纜(如圖4和圖5所示)或連接至與該天線被安裝在同一個電介質上的無線電裝置1106 (如圖11和圖12所示)。
雖然在圖I至圖3以及圖5至圖12中所揭示的天線可在實體上被制造得較小，但是還可能存在期望進一步減少它們所占用的物理空間的應用。在這點上，圖13至圖19示出了不同的節省空間的特征，這些特征可被結合到圖I至圖3以及圖5至圖12中所示出的天線(或其它天線)中。
圖13示出了在圖I至圖7中示出的天線100的變形版本1300，其中，第二平面導電元件Iio的一部分已經被替換成可調位的柔性導體1302。為了揭示的目的，“可調位的柔性導體”被定義成這樣一種導體，其I)能夠被移到不同的位置，并且2)能夠彎折而不會折斷。作為示例，在圖13中示出的這種可調位的柔性導體1302為導線。但是，這種可調位的柔性導體1302備選地也可采用其它形式，諸如柔性電路(例如，在柔性塑料襯底、聚酰亞胺、或者聚醚酮醚(PEEK)上形成的電路)或導電箔。許多形式的可調位柔性導體1302可位置保持(position-retaining)。但是,某些形式(例如導線)可能比其它形式(例如柔性電路)更加可位置保持。
可調位柔性導體1302可通過例如焊料或導電粘合劑被電連接到第二平面導電元件110。優選地，可調位柔性導體1302被附著到(或接近于)第二平面導電元件110的距間隙112最遠的末端1304。而且，優選地，可調位柔性導體1302從第二平面導電元件110以大于或等于90度的角度(α )延伸。
第二平面導電元件110和可調位柔性導體1302，組合起來，可提供天線信號參考 1306 (例如接地)。該天線信號參考1306具有等于圖I中示出的第二平面導電元件110電長度的電長度Μ。但是，天線1300優于天線100 (圖I)的優點在于，天線1300的剛性部分適合比天線100的剛性部分更小的物理空間。于是，可按需要以多種方式中的任一種定位可調位柔性導體1302，以將整個天線1300裝入在特定應用中可用的物理空間中。
作為示例，圖14示出了被彎折一次之后的可調位柔性導體1302。在此，將電長度 Ml和M2合并以提供電長度Μ。作為進一步的示例，圖15示出了被彎折兩次之后的可調位柔性導體1302。在此，電長度Μ3、Μ4和Μ5合并以提供電長度Μ。圖16示出了被彎折多次之后的可調位柔性導體1302，其被彎折多次以定義出電長度為M的較為不規則的蛇形路徑。可調位柔性導體路徑的每一次彎折(或改變方向)都形成角度。優選地，I)這些角度中的每一個都等于或大于90度，并且2)對于沿該可調位柔性導體1302的任意的第一和第二點(例如，點Pl和Ρ2，圖13、圖14和圖15)，其中第二點(Ρ2)在電氣上比第一點(Pl)離第二平面導體110更遠，與第一點(Pl)相比，第二點(Ρ2)在物理上距第二平面導體110的距離相同或更遠處。如果前述兩種情況并不滿足，則彎折(或改變方向)可能妨礙天線信號參考的諧振。
圖17示出了天線1700，除增加第二可調位柔性導體1702以外，其與圖13中示出的天線1300相似。第二可調位柔性導體1702可具有與第一可調位柔性導體1302的電長度M不同的電長度N。較長的可調位柔性導體1702支持多次彎折的天線1700的最低諧振頻率。
被構建成如圖17所示的天線1700可在某些情況下在多個諧振頻率處提供更好的工作(例如，與天線1300 (圖13)相比較時)。
正如本領域普通技術人員可理解的，在閱讀本揭示內容之后，可將天線的信號參考構建成具有從其延伸出的任意個數的可調位柔性導體1302、1702。這些可調位柔性導體 1302、1702可以是相同類型的也可以是不同類型的(例如，兩者都是可以是導線，或者一個可以是導線而一個可以是導電箔)。
圖18和圖19示出了節省空間的特征，其可以與在圖13至圖17中所示出的節省空間特征中的一個或多個分開實施，也可以結合起來實施。節省空間特征是指經過曲折路徑的電磁輻射器1802。為了本說明書的目的，術語“曲折路徑”被定義成為沿著單條蜿蜒路徑而行的路徑，該單條蜿蜒路徑具有兩次或多次方向的改變。方向的改變典型地是指方向改變90度。然而，以其它角度改變方向是包含在曲折路徑的定義之內的。
天線1800的電磁輻射器1802不僅經過了曲折路徑，而且其還經過了曲折路徑內的彎曲處。
作為示例，天線1800的第一平面導電元件1804包括兩個電磁輻射器1802、1806， 其中一個沿著曲折路徑中的彎曲處而行，而其中的另一個朝向第二平面導電元件1808延伸。沿著曲折路徑中的彎曲處行進的電磁輻射器1802提供了天線1800的最低諧振頻率。
作為進一步的示例，在圖18和圖19中示出的天線1800是使用具有約8. 8毫米 (8. 8mm)寬度和約73. 9mm長度的介電材料1820，以及具有約73. 25mm長度的可調位柔性導體構建成。導線的規格可以不同，并且導線的規格對結合起來的第二平面導電元件1808和可調位柔性導體1810的諧振頻率的影響，遠小于第二平面導電元件1808和可調位柔性導體1810的合并長度對其的影響。
利用以上所描述的形式因素，并利用如圖18和圖19所示那樣配置的第一和第二平面導電元件1804、1808，電磁輻射器1802的布局和尺寸使其能夠在從約824MHz 到960MHz的第一頻率范圍上諧振，并且電磁輻射器1806的布局和尺寸使其能夠在從約 I. 8GHz到2. 2GHz的第二頻率范圍上諧振。因此這樣的天線1800能夠作為3G天線工作。
在某些情況(未示出)下，電磁輻射器1806還可按需要沿著曲折路徑或曲折路徑之內的彎曲處行進。電磁輻射器1806的路徑可被修改成沿著例如曲折路徑而行，以節省天線 1800所占用的表面積，或者修改天線1800占用的表面積足印。
第二平面導電元件1808中的一部分或全部也可使用曲折路徑(或者曲折路徑之內的彎曲處)來實施。備選地，并且如圖18所示，可通過將可調位柔性導體1810電連接到第二平面導電元件1808來將第二平面導電元件1808的電長度延長成在與電磁輻射器1802 相同的頻率上諧振。以這種方式，可以一種使天線1800能夠適合于所分派的物理空間的方式調整可調位柔性導體1810的路線。
在設計像天線1800那樣的天線時，可通過改變電磁輻射器1802的每一個部分(例如部分1812、1814、1816)的長度和寬度來調諧天線1800。部分的個數，以及部分之間的間隔也可以改變。在某些情況下，電磁輻射器1802的部分可例如通過使電磁輻射器1802的一個“Π形”的部分縮短的部分1818而被截短，正如所示出的。
可將天線1800的其它方面實施成如在本揭示內容中所描述的其它天線的內容中所討論的那樣。例如，構成第一和第二平面導電元件1804、1808、介電材料1820，和微帶饋送線1900的材料，可以與構成第一和第二平面導電元件108、110 (圖I)、介電材料102，和微帶饋送線114的材料相同或近似。同樣地，可使孔1822和孔1824形成為與孔124、126 相同或近似。
具有可調位柔性導體、曲折的電磁輻射器，或者其它節省空間特征的天線較為有用的應用包括，但不限于，以下應用移動電話、移動計算機(例如，膝上型電腦、筆記本電腦、平板式和筆記本計算機)、電子書(e-book)閱讀器、個人數字助手、無線路由器，以及其它需要工作在較低頻率(或在多個較低或較高的頻率)上的小型或移動裝置。
權利要求
1.一種天線，包括 介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔； 第一平面導電元件，其在所述介電材料的第一側上，所述第一平面導電元件具有到所述導電通孔的電連接； 第二平面導電元件，其在所述介電材料的第一側上，其中，所述第一和第二平面導電元件被間隙分隔開，該間隙將所述第一平面導電元件和所述第二平面導電元件電隔離；以及 電微帶饋送線，其在所述介電材料的第二側上，所述電微帶饋送線被電連接至所述導電通孔并具有從所述導電通孔延伸出、跨過所述間隙、延伸到所述第二平面導電元件下方的路線，所述第二平面導電元件為所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件均提供參考平面； 其中，所述第一平面導電元件具有多個電磁輻射器，每一個電磁輻射器的尺寸使其能夠在與相鄰輻射器諧振的頻率范圍不同的頻率范圍上諧振，并且，所述輻射器中的至少第一個和第二個界定出在所述第一平面導電元件中的開放槽。
2.如權利要求I所述的天線，其中，所述開放槽具有垂直于所述間隙的定向。
3.如權利要求I所述的天線，其中，所述開放槽具有垂直于所述間隙的第一部分，以及與所述間隙平行的第二部分。
4.如權利要求I所述的天線，其中，至少一個接地包括所述電磁輻射器，所述開放槽具有彎曲的邊。
5.如權利要求I所述的天線，其中，每個輻射器都具有長度和寬度，所述輻射器的長度具有垂直于所述間隙的定向。
6.如權利要求I所述的天線，其中，所述輻射器中的第三個與所述輻射器中的第二個鄰接。
7.如權利要求6所述的天線，其中，所述第二輻射器的長度大于所述第一輻射器的長度，并且其中，所述第三輻射器的長度大于所述第二輻射器的長度。
8.如權利要求I所述的天線，其中，所述第一平面導電元件與在所述開放槽和所述間隙之間的所述導電通孔電連接。
9.如權利要求I所述的天線，其中，所述第一平面導電元件具有第三輻射器。
10.如權利要求I所述的天線，其中，所述第二平面導電元件具有矩形周邊。
11.如權利要求I所述的天線，其中，所述輻射器中的每一個都具有矩形形狀。
12.如權利要求I所述的天線，其中，所述介電材料包括FR4。
13.如權利要求I所述的天線，其中，在所述第二平面導電元件上具有孔，并且在所述介電材料上具有孔，在所述第二平面導電元件上的孔和在所述介電材料上的孔對準。
14.如權利要求13所述的天線，其中，在所述第二平面導電元件上的孔大于在所述介電材料上的孔，從而暴露出在所述介電材料上的孔附近的所述介電材料的第一側。
15.如權利要求13所述的天線，其進一步包括同軸電纜，所述同軸電纜具有中心導體、導電護皮，以及將所述中心導體與所述導電護皮分隔開的電介質，其中，所述中心導體延伸穿過所述第二平面導電元件上的孔以及所述介電材料中的孔，其中，所述中心導體與所述電微帶饋送線電連接，并且其中，所述導電護皮被電連接到所述第二平面導電元件。
16.如權利要求15所述的天線，其中所述天線具有從所述第一平面導電元件延伸至所述第二平面導電元件的長度，所述長度跨過所述間隙； 所述天線具有垂直于所述長度的寬度；并且 所述同軸電纜沿著與所述天線的寬度平行的路線而行，通過所述導電護皮到所述第二平面導電元件的電連接，所述同軸電纜沿所述路線被推進。
17.如權利要求I所述的天線，其中，所述電微帶饋送線的所述路線在所述第二平面導電元件下面改變方向。
18.如權利要求I所述的天線，其中 所述天線具有從所述第一平面導電元件延伸到所述第二平面導電元件的長度，所述長度跨過所述間隙； 所述天線具有垂直于所述長度的寬度；并且 所述電微帶饋送線的路線跨過與所述長度平行的所述間隙，然后改變方向，并平行于所述寬度延伸。
19.如權利要求I所述的天線，其中 在所述介電材料上具有多個導電通孔，其中所述導電通孔為一個，并且其中，所述多個導電通孔中的每一個被定位成接近于連接部位處的其它所述導電通孔；并且 所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件中的每一個被電連接到所述多個導電通孔中的每一個。
20.如權利要求I所述的天線，進一步包括在所述介電材料上的無線電裝置，其中，所述電微帶饋送線被電連接到所述無線電裝置。
21.如權利要求20所述的天線，其中，所述無線電裝置位于所述介電材料的第二側上。
22.如權利要求20所述的天線，其中，所述無線電裝置包括集成電路。
23.如權利要求I所述的天線，其中，所述開放槽朝向所述間隙開口。
24.如權利要求I所述的天線，其中，所述第一平面導體包括延伸到所述間隙中的導電凸起。
25.如權利要求24所述的天線，其中，所述導電凸起為三角形的。
26.一種天線，包括 介電材料，其包括i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔； 第一平面導電元件，其在所述介電材料的所述第一側上，所述第一平面導電元件具有i)到所述導電通孔的電連接，以及ii)第一邊和相對的第二邊，所述第二邊為階梯狀邊，其中，每一個階梯定義出電磁輻射器或在所述第一平面導電元件中的開放槽； 第二平面導電元件，其在所述介電材料的所述第一側上，其中，所述第一個和第二平面導電元件被將所述第一平面導電元件與所述第二平面導電元件電隔離的間隙分隔開，并且其中，所述第一平面導電元件的所述第一邊與所述間隙鄰接；以及 電微帶饋送線，其在所述介電材料的所述第二側上，所述電微帶饋送線電連接至所述導電通孔，并具有從所述導電通孔延伸出、跨過所述間隙、延伸到所述第二平面導電元件下方的路線，所述第二平面導電元件為所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件都提供了參考平面。
27.如權利要求26所述的天線，其中，在所述第二平面導電元件上具有孔，并且在所述介電材料上具有孔，所述第二平面導電元件上的所述孔和所述介電材料上的所述孔對準。
28.如權利要求27所述的天線，進一步包括同軸電纜，所述同軸電纜具有中心導體、導電護皮，以及將所述中心導體與所述導電護皮分隔開的電介質，其中，所述中心導體延伸穿過所述第二平面導電元件上的所述孔和所述介電材料上的所述孔，其中，所述中心導體被電連接到所述電微帶饋送線，并且其中，所述導電護皮被電連接到所述第二平面導電元件。
29.如權利要求26所述的天線，其中，所述電微帶饋送線的所述路線在所述第二平面導電元件下面改變方向。
30.如權利要求26所述的天線，其中， 在所述介電材料上具有多個導電通孔，其中所述導電通孔為一個，并且其中，所述多個導電通孔中的每一個被定位成接近于連接部位處的其它所述導電通孔；并且 所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件中的每一個被電連接到所述多個導電通孔中的每一個。
31.如權利要求26所述的天線，進一步包括在所述介電材料上的無線電裝置，其中，所述電微帶饋送線被電連接到所述無線電裝置。
32.一種天線，包括 介電材料，具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔； 第一平面導電元件，在所述介電材料的所述第一側上，所述第一平面導電元件具有i)到所述導電通孔的電連接，ii)多個電磁輻射器，以及iii)由所述電磁輻射器中的至少第一個和第二個界定出的開放槽； 第二平面導電元件，在所述介電材料的所述第一側上，其中，所述第一和第二平面導電元件被將所述第一平面導電元件和所述第二平面導電元件電隔離的間隙分隔開；以及電微帶饋送線，在所述介電材料的所述第二側上，所述電微帶饋送線被電連接到所述導電通孔，并具有從所述導電通孔延伸出、跨過所述間隙、延伸到所述第二平面導電元件下面的路線，所述第二平面導電元件為所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件均提供參考平面。
33.一種天線，包括 介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔； 第一平面導電元件，在所述介電材料的所述第一側上，所述第一平面導電元件具有到所述導電通孔的電連接； 第二平面導電元件，在所述介電材料的所述第一側上，其中，所述第一和第二平面導電元件被將所述第一平面導電元件與所述第二平面導電元件電隔離的間隙分隔開； 電微帶饋送線，其在所述介電材料的所述第二側上，所述電微帶饋送線被電連接到所述導電通孔，并具有從所述導電通孔延伸出、跨過所述間隙、延伸到所述第二平面導電元件下面的路線，所述第二平面導電元件為所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件均提供參考平面；以及 可調位柔性導體，被電連接到所述第二平面導電元件，并且從所述第二平面導電元件延伸出，所述可調位柔性導體增加了所述第二平面導電元件的電長度，同時使所述天線能夠被容納在較小的物理空間中。
34.如權利要求33所述的天線，其中，所述可調位柔性導體經由焊料被電連接到所述第二平面導電元件。
35.如權利要求33所述的天線，其中，所述可調位柔性導體經由導電粘合劑被電連接到所述第二平面導電元件。
36.如權利要求33所述的天線，其中，所述可調位柔性導體包括導線。
37.如權利要求33所述的天線，其中，所述可調位柔性導體包括柔性電路。
38.如權利要求33所述的天線，其中，所述可調位柔性導體包括導電箔。
39.如權利要求33所述的天線，其中 所述可調位柔性導體是位置保持的，并且經過具有至少一次方向改變的路徑； 每一次方向改變形成的角度等于或大于90度；并且 對于沿著所述可調位柔性導體的任意第一和第二點，所述第二點比所述第一點距所述第二平面導體的電距離更長，所述第二點與所述第一點相比距所述第二平面導體的物理距離相同或更遠。
40.如權利要求33所述的天線，進一步包括至少一個額外的可調位柔性導體，所述至少一個額外的可調位柔性導體中的每一個被電連接到所述第二平面導電元件，并從所述第二平面導電元件延伸出，所述至少一個額外的可調位柔性導體中的每一個增加了所述第二平面導電元件的電長度，并為所述天線的不同諧振頻率提供了參考平面諧振。
41.如權利要求33所述的天線，其中，所述第一平面導電元件和所述第二平面導電元件中的至少一個具有一部分經過曲折路徑。
42.如權利要求41所述的天線，其中，所述部分經過曲折路徑中的彎曲處。
43.如權利要求42所述的天線，其中，所述部分為所述第一平面導電元件的電磁輻射器，并且其中，所述第一平面導電元件具有至少一個額外的電磁輻射器。
44.如權利要求33所述的天線，其中，所述第一平面導電元件具有多個電磁輻射器，每一個輻射器具有使其能夠在不同的頻率范圍上諧振的尺寸。
45.如權利要求33所述的天線，其中，在所述第二平面導電元件上具有孔，并且在所述介電材料上具有孔，所述第二平面導電元件上的所述孔和所述介電材料上的所述孔對準。
46.如權利要求45所述的天線，進一步包括同軸電纜，所述同軸電纜具有中心導體、導電護皮，以及將所述中心導體和所述導電護皮分隔開的電介質，其中，所述中心導體延伸穿過所述第二平面導電元件中的所述孔以及所述介電材料中的所述孔，其中，所述中心導體被電連接到所述電微帶饋送線，并且其中，所述導電護皮被電連接到所述第二平面導電元件。
47.如權利要求33所述的天線，其中 在所述介電材料上具有多個導電通孔，其中所述導電通孔為一個，并且其中，所述多個導電通孔中的每一個被定位成接近于連接部位處的其它所述導電通孔；并且 所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件中的每一個被電連接到所述多個導電通孔中的每一個。
48.如權利要求33所述的天線，進一步包括在所述介電材料的所述第二側上的導電襯墊，其中，所述電微帶饋送線通過所述導電襯墊被電連接到所述導電通孔。
49.如權利要求33所述的天線，其中所述電微帶饋送線被直接電連接到所述導電通孔。
50.如權利要求33所述的天線，進一步包括無線電裝置，其在所述介電材料上，其中，所述電微帶饋送線被電連接到所述無線電裝置。
51.一種天線，包括 介電材料，其具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔； 第一平面導電元件，其在所述介電材料的所述第一側上，所述第一平面導電元件具有到所述導電通孔的電連接； 第二平面導電元件，其在所述介電材料的所述第一側上，其中，所述第一和第二平面導電元件被將所述第一平面導電元件和所述第二平面導電元件電隔離的間隙分隔開；以及 電微帶饋送線，其在所述介電材料的所述第二側上，所述電微帶饋送線被電連接到所述導電通孔，并具有從所述導電通孔延伸出、跨過所述間隙、延伸到所述第二平面導電元件下方的路線，所述第二平面導電元件為所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件均提供了參考平面； 其中，所述第一平面導電元件和所述第二平面導電元件中的至少一個的一部分經過曲折路徑。
52.如權利要求51所述的天線，其中，所述部分經過曲折路徑內的彎曲處。
53.如權利要求52所述的天線，其中，所述部分為所述第一平面導電元件的電磁輻射器，并且其中，所述第一平面導電元件具有至少一個額外的電磁輻射器。
54.如權利要求51所述的天線，其中，在所述第二平面導電元件上具有孔，并且在所述介電材料上具有孔，在所述第二平面導電元件上的所述孔和在所述介電材料上的所述孔對準。
55.如權利要求54所述的天線，進一步包括同軸電纜，所述同軸電纜具有中心導體、導電護皮，和將所述中心導體與所述導電護皮分隔開的電介質，其中，所述中心導體延伸穿過在所述第二平面導電元件上的所述孔和在所述介電材料上的所述孔，其中，所述中心導體被電連接到所述電微帶饋送線，并且其中，所述導電護皮被電連接到所述第二平面導電元件。
56.如權利要求51所述的天線，其中， 在所述介電材料上具有多個導電通孔，其中所述導電通孔為一個，并且其中，所述多個導電通孔中的每一個被定位成接近于連接部位處的其它所述導電通孔；并且 所述電微帶饋送線和所述第一平面導電元件中的每一個被電連接到所述多個導電通孔中的每一個。
全文摘要
一種天線，包括介電材料，該介電材料具有i)第一側和相反的第二側，以及ii)在其上的導電通孔。第一平面導電元件在介電材料的第一側上，并且具有與導電通孔的電連接。該介電材料的第一側上還具有第二平面導電元件。第一和第二平面導電元件彼此通過間隙被電隔離。在介電材料的第二側上的電微帶饋送線與導電通孔電連接，并具有從導電通孔延伸出、跨過間隙、延伸到第二平面導電元件下方的路線。在一些實施例中，第一平面導電元件的第一和第二電磁輻射器界定出在第一平面導電元件中的開放槽。在一些實施例中，可調位柔性導體被電連接到第二平面導電元件，或者，導電元件的一部分經過曲折路徑。
文檔編號H01Q1/24GK102986086SQ201180034180
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者F.D.沃爾夫 申請人:平衍技術公司