專利名稱：具有一個或多個孔的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的多孔天線，它可以同時工作在幾個頻率，而且阻抗匹配也得到了改善。此外，這種天線與工作在相同頻率的其他現(xiàn)有技術(shù)的天線相比具有較小的尺寸。
這種新穎的多孔天線的輻射元包括一個加工成多邊形、空間填充形、加載形或多級形的天線，它包括至少一個在輻射天線表面的孔。
本發(fā)明提出了一種新型的多孔天線，主要適合于移動通信，或者更廣一些地說，適合于任何需要將一些電信系統(tǒng)或應(yīng)用集成在單個天線內(nèi)的其他應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電信業(yè)的增長，特別是個人移動通信系統(tǒng)的發(fā)展推進(jìn)了開發(fā)需要多頻率小型天線的多業(yè)務(wù)(多頻率)小型系統(tǒng)的工程研究。因此，用具有多頻帶和/或?qū)掝l帶性能的多系統(tǒng)小型天線提供盡可能多的業(yè)務(wù)的覆蓋范圍現(xiàn)在是非常令人注目的，因?yàn)檫@允許電信運(yùn)營機(jī)構(gòu)降低它們的成本和盡量減小對環(huán)境的影響。
大部分所報道的多頻帶天線的解決方案是對于每個頻帶或業(yè)務(wù)使用一個或多個輻射器或分支。在美國專利No.09/129176“移動電話機(jī)用的多頻帶、多分支天線”(“Multiple band，multiple branch antennafor mobile phone”)中可以看到這樣的一個例子。
在物色具有多頻帶和/或小型化特性的天線時這些備選方案中的可能特別感興趣的是多級天線(見專利出版物WO 0122528“多級天線”(“Multilevel Antennas”))、微型空間填充天線(見專利出版物WO0154225“空間填充微型天線”(“Space-filling miniature antennas”))和加載天線(見專利申請PCT/EP01/11914“加載天線”(“LoadedAntenna”))。
N.P.Agrawall在“新的寬頻帶單極子天線”(“New widebandmonopole antennas”，Antennas and Propagation Society InternationalSymposium，1997，IEEE，vol.1，pp.248-251)介紹了一組固體平面多邊形單極子天線，但本發(fā)明并不涉及這些天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的關(guān)鍵是輻射元的形狀，它包括一組開在輻射元內(nèi)的孔。按照本發(fā)明，天線是一個包括至少一個孔的單極子或偶極子。此外，這種天線可以在一個輻射元內(nèi)包括一些具有不同形狀和大小的不同的孔，形成多邊形、多級或加載結(jié)構(gòu)。
由于在輻射元內(nèi)有了這些孔，天線可以具有多頻率特性，而且與工作在相同頻率的其他現(xiàn)有技術(shù)的天線相比具有較小的尺寸。對于所提到的多頻率特性來說，所述在一個單極子或偶極子天線內(nèi)的孔的面積至少為包括在所述天線的輻射元的外周邊內(nèi)的面積的20％。
這種新穎的單極子或偶極子包括一個導(dǎo)電或超導(dǎo)材料的具有至少一個孔的輻射元，這孔可以用介質(zhì)填充或部分用與用于輻射元的導(dǎo)體不同的導(dǎo)電或超導(dǎo)電材料填充。
在這種新穎的天線中，這些孔，或者其中一部分孔，可以加工成具有從多級、加載、空間填充或多邊形這些結(jié)構(gòu)中選出的一個幾何形狀。這些幾何形狀可以理解為如在前面給出的專利中所揭示的。
這種新穎的多孔天線的主要優(yōu)點(diǎn)是以下兩個天線具有多頻率特性天線可以工作在比大部分現(xiàn)有技術(shù)的天線低的頻率


圖1示出了各有一個孔的圓形、橢圓形和矩形三種天線。所有這些情況都可以認(rèn)為是多邊形的，包括圓形和橢圓形，因?yàn)榭梢詫⑺鼈兛醋骶哂写罅總?cè)邊的多邊形結(jié)構(gòu)。情況1至3示出了輻射元是圓形的包括一個孔的天線，孔的大小從情況1到3越來越大，最大的是情況3(3b)，而最小的是情況1(1a)。此外，情況1至3各包括一個圓形的孔。情況4和5示出的是具有一個橢圓形孔的橢圓形單極子。在情況(4b)中，孔相對輻射元的垂直軸是不對稱的。情況6示出了一個包括一個矩形孔的矩形單極子。在圖1的所有這些情況中，孔的面積至少為包括在輻射元外周邊以內(nèi)的面積的20％。
圖2示出了三種不同的多孔天線。情況7示出了一個具有兩個相同的圓孔(7a)和一個大一些的第三孔(7b)的圓形輻射元。情況8和9的天線是孔加工成一條曲線的形狀的多孔天線，該曲線在一個點(diǎn)自身相交。情況10和11分別示出了具有一個和三個用多級結(jié)構(gòu)成形的孔的多邊形輻射元。
在圖3中，情況12示出了一個三角形的輻射元，它有一個用一條空間填充曲線(12b)成形的孔。情況13示出了一個具有一個圓孔的多孔天線，這個孔與輻射元的周邊在一個離饋電點(diǎn)比輻射元的外周邊的四分之三長的距離處相交。情況14示出了一個由一個矩形和一個圓形合成的輻射元(14a)，它包括兩個孔，一個是圓形的孔(14b)而一個是用多級結(jié)構(gòu)成形的孔(14c)。情況15示出了另一個具有一個呈圓形的孔(15b)的輻射元。
在圖4中，情況16示出了一個加載輻射元(16a)，它包括兩個矩形孔(16b)。
圖5示出了多孔天線的兩個具體情況。它們各包括一個單極子，這個單極子包括一個導(dǎo)體或超導(dǎo)體的接地面，這個接地面有一個開口，用來安置一個同軸電纜(18)，同軸電纜的外導(dǎo)體接到所述接地面上，內(nèi)導(dǎo)體接到多孔輻射元上。輻射元可以按需要安置在支持介質(zhì)(20)上。
圖6示出了一個包括一個偶極子的多孔天線，偶極子的兩臂各有一個孔。饋線(21)表示輸入端點(diǎn)。這兩個圖示出了同一個基本偶極子的不同配置，在下面的這個圖中，輻射元由一個介質(zhì)基片(20)支持。
圖7示出了一個孔徑天線，其中將一個多孔結(jié)構(gòu)做成孔徑天線(3)?？讖郊庸ぴ谝粋€導(dǎo)電或者超導(dǎo)電構(gòu)件(23)上。
圖8示出了一個包括一些多孔輻射元(17)的天線陣(24)。
具體實(shí)施例方式
多孔天線的一個優(yōu)選實(shí)施例為如圖5所示的單極子配置。手持電話機(jī)外殼，以至汽車或火車的金屬結(jié)構(gòu)一部分，可以作為這樣一個接地面。接地面和單極子臂(17)(在這里示出了臂的一個具體實(shí)施例，但可代之以任何以上提到的多孔天線結(jié)構(gòu))如通常在現(xiàn)有技術(shù)的單極子中那樣用例如一條傳輸線(18)來激勵。所述傳輸線由兩個導(dǎo)體形成，第一導(dǎo)體接到導(dǎo)電或超導(dǎo)電的多孔結(jié)構(gòu)的一個點(diǎn)上，而第二導(dǎo)體接到接地面或接地線上。在圖5中，用同軸電纜(18)作為傳輸線的特定情況，但對于任何熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的來說很清楚也可用其他傳輸線(例如微帶臂)來激勵單極子。也可以是按剛才所說明的方式，將多孔單極子印刷、蝕刻或附貼到例如一個介質(zhì)基片(20)上。
圖6示出了本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例。所構(gòu)成的雙臂天線偶極子包括兩個導(dǎo)電或超導(dǎo)電的部分，每個部分是一個多孔結(jié)構(gòu)。為了清晰起見(但不失一般性)，在這里選擇多孔天線(17)的一個特定情況，顯然，可以代之以使用其他結(jié)構(gòu)，例如圖1中所示的那些。在這個特定情況中，兩個分別處在兩臂的周邊上的點(diǎn)(21)可以用作偶極子結(jié)構(gòu)的輸入部分。在其他實(shí)施例中，可以用其他點(diǎn)作為輸入端。輸入端(21)作為導(dǎo)電或超導(dǎo)電線拉出，但如熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員所知，這樣的輸入端可以加工成任何其他圖案的形狀，只要將它們保持成比工作波長小。熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的可以看到，可以將偶極子的臂以不同的方式轉(zhuǎn)動和折疊，以精細(xì)地調(diào)整天線的輸入阻抗或諸如極化之類的輻射特性。
圖6中還示出了多孔偶極子天線的另一個優(yōu)選實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，多孔臂印刷在一個介質(zhì)基片(20)上，在輻射元的形狀如多級結(jié)構(gòu)那樣含有大量多角形時，就成本和機(jī)械強(qiáng)度而言這種方法是特別合適的。任何眾所周知的印制電路制造技術(shù)可以用來在介質(zhì)基片上形成切口饋電結(jié)構(gòu)的圖案。所述介質(zhì)基片可以例如是玻璃纖維板、基于聚四氟乙烯的基片(諸如Cuclad)或者是其他標(biāo)準(zhǔn)的射頻和微波基片(例如Rogers4003或Kapton)。介質(zhì)基片可以例如是窗玻璃的一部分，如果天線需安裝在諸如汽車、火車或飛機(jī)之類的機(jī)動交通工具上來發(fā)送或接收無線電、電視、蜂窩電話(GSM900，GSM1800，UMTS)或其他通信業(yè)務(wù)的電磁波的話。當(dāng)然，可以將一個平衡-不平衡變換網(wǎng)絡(luò)接到偶極子的輸入端上或集成在輸入端內(nèi)，以平衡兩個偶極子臂之間的電流分配。
多孔天線的另一個優(yōu)選實(shí)施例為如圖7所示的孔徑配置。在這個圖中，多孔橢圓形結(jié)構(gòu)(3)形成一個印在一個導(dǎo)電或超導(dǎo)電片(23)上的槽或缺口。這樣的片可以例如是一個在印刷電路板結(jié)構(gòu)內(nèi)的介質(zhì)基片上的片、一層諸如淀積在窗玻璃上防止汽車內(nèi)部受到熱紅外輻射的透明導(dǎo)電薄膜，甚至可以是與手持電話機(jī)、汽車、火車、輪船或飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)分開的。饋電方式可以是在傳統(tǒng)的隙縫天線中任何眾所周知的方式，這不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性部分。在圖7這個實(shí)例中，用一根同軸電纜(22)對天線饋電，同軸電纜的一個導(dǎo)體接在導(dǎo)電片的一側(cè)，而另一個導(dǎo)體連接在導(dǎo)電片的隔著槽的另一側(cè)?？梢岳缬梦Ь€來代替同軸電纜。
圖8示出了另一個優(yōu)選實(shí)施例。它包括一個包括至少一個多孔偶極子天線(17)的天線陣(24)。
權(quán)利要求
1.一種多孔天線，其特征是所述天線的輻射元包括至少一個孔，所述孔的面積至少為包括在所述天線的輻射元的外周邊內(nèi)的面積的20％。
2.按照權(quán)利要求1所述的天線，其特征是所述輻射元是一個導(dǎo)體或超導(dǎo)體，包括至少一個可以用介質(zhì)填充或部分用與用于輻射元的導(dǎo)體不同的導(dǎo)體或超導(dǎo)材料填充的孔。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征是所述輻射元包括一個孔。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征是所述輻射元包括至少兩個孔。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的天線，其中所述輻射元的周邊或所述孔中的至少一個孔的周邊、或者所述輻射元的周邊和所述輻射元中的至少一個孔的周邊被加工成具有從三角形、正方形、矩形、斜方形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、圓形和橢圓形這些幾何形狀中選出的一個幾何形狀。
6.按照權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的天線，其中所述多孔結(jié)構(gòu)的至少一部分是一個多級或加載結(jié)構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的天線，其中至少一個孔的至少周邊是一條由最少2段、最多9段組合成的曲線，這些段連接成每段與相鄰的段形成一個角度，即沒有一對相鄰的段限定成一個較長的直線段。
8.按照權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的天線，其中至少一個孔的周邊的至少一部分加工成一個空間填充曲線的形狀。
9.按照權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的天線，其中所述孔中的至少一個孔與輻射元的周邊在離輻射元的饋電點(diǎn)一個短于輻射元的外周邊的四分之一或長于輻射元的外周邊的四分之三的距離處相交。
10.按照權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的天線，其中所述孔中的至少一個孔加工成一條曲線的形狀，所述曲線至少在一個點(diǎn)自身相交。
11.按照以上任何一個權(quán)利要求所述的天線，其特征是所述天線是一個孔徑天線，它的孔徑的形狀與任何在以上權(quán)利要求中所述的天線的輻射元的形狀相同。
12.按照以上任何一個權(quán)利要求所述的天線，其特征是所述天線是一個單極子天線或偶極子天線。
13.一種天線，所述天線是一個包括至少一個多孔天線的天線陣的一個元件。
14.按照以上任何一個權(quán)利要求所述的天線，其特征是所述天線具有多頻帶、寬頻帶或兩者的組合的特性。
15.一種多孔天線，其特征是所述天線的輻射元短于最長的工作波長的四分之一。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新型的多孔天線，主要適合于移動通信，或者更廣一些地說，適合于任何需要將一些電信系統(tǒng)或應(yīng)用集成在單個天線內(nèi)的其他應(yīng)用。這種天線包括一個至少包括一個孔的輻射元。采用這種配置，天線可以提供寬頻帶和多頻帶性能，對各個不同的頻帶具有類似的特性。此外，這種天線與工作在相同頻率的其他現(xiàn)有技術(shù)的天線相比具有較小的尺寸。
文檔編號H01Q1/36GK1639908SQ02829281
公開日2005年7月13日 申請日期2002年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者卡爾斯·譜恩特·柏利阿達(dá), 卓蒂·索勒爾·卡斯塔尼 申請人:弗拉克托斯股份有限公司