CN1202025A - 多层压制缝天线结构和方法 - Google Patents

Abstract

多层压制缝天线结构用一个以上由介电层分开的导电层缩短缝天线的物理长度,以在缝天线中产生电感结构。对缝天线增加感抗允许不调整天线辐射频率范围减少物理缝长度。电感结构的形状能被设计,以使经过缝的电流方向和穿过缝的电场方向被保持,这有助于天线效率且允许多压制缝天线的装置。也能包括电容结构,以平衡额外的在电感结构中的磁能。

Description

多层压制缝天线结构和方法

本发明通常涉及缝天线，具体地，涉及有长于天线物理长度的电长度的压制缝天线。

如无线电话的无线通信装置用天线发射和接收射频信号。适用于无线通信装置的各种天线包括偶极子天线、螺旋天线和缝天线。缝天线能用金属表面中的缝实现。简单的谐振缝天线几何结构包括半波长缝天线110，如图1的现有技术所示；和四分之一波长缝天线210，如图2的现有技术所示。对于半波长缝天线110，缝120的长度140是感兴趣的频率的半波长，且缝120的两端都闭合，而对于四分之一波长缝天线210，缝220的长度240是感兴趣的频率的四分之一波长，且缝220的一端闭合，一端断开。缝天线的金属表面是接地平面130、230，它们围绕每个缝120、220。且天线由位于接近于缝的闭合端的正极和负极差分驱动，如所示。

例如，为产生在850MHZ频率范围辐射的缝天线，半波长缝天线110有约18CM的缝长度140，四分之一波长缝天线210有约9CM的缝长度140。可惜，9CM的四分之一波长缝天线对大多手持无线电话应用尺寸大。因此，发展了感性负载，它保持了缝天线的电长度并略微缩短了物理长度。

图3示出用感性负载缩短的现有技术的四分之一波长缝天线310。缝天线310包括导电接地平面330，且由接近缝320的闭合端的点差分驱动，如所示。缝320有缝宽较大的区域350。区域350的结构能是所示的长方形，或能有其它形状，如圆。区域350的宽度370和长度360产生沿缝的长度360增加的阻抗。根据区域350的长度36、宽度370和形状，保持在希望频段的辐射，并能达到缝长度340的5％～10％的减少。由于感性负载技术的物理限制，不能达到长度的进一步减少。换言之，缝320的任何部分不能宽于产生接地平面330的导电表面的宽度。另外，沿长度360在两邻近缝天线之间有感性负载的接地平面的窄部分会是难以制造的。

图4示出用有高介电常数的延迟部件缩短的现有技术的四分之一波长缝天线410。介电延迟部件450沿有断开端和闭合端的缝串行插入。延迟部件450能被制成各种形状与尺寸以产生所需的缩短效应。缝天线410的接地平面由延迟部件450分为三个接地部分430、433、436，由于延迟部件450，缝不连续且分为两缝部分421、422。缝天线由在靠近缝部分422的闭合端的接地部分430的正和负极差分驱动，如所示。

延迟部件450的介电常数增加整个缝天线410相位延迟。根据延迟部件450的长度460和其介电常数，保持在希望的频段辐射，并能达到缝长度440的10％～20％的减少。然而，在接地部分430、延迟部件450和接地部分433、436间的阻抗不匹配引起降低天线性能的不希望的反射。

现有技术的感性负载和延迟部件方法都实现了有限的缝长度的减少，然而，制造中有些困难。

本发明的目的是提供一种多层压制缝天线结构和方法，更显著地减少缝天线的长度，也能容易地制造较短的缝天线，以安装在小无线通信装置上。

本发明提供一种多层压制缝天线结构，包括：

第一导电层，有缝；

第二导电层；

介电层，夹于所述第一导电层和所述第二导电层之间；和

第一电感结构，耦合到所述第一导电层。

本发明的优点是：以简单方法保持希望的辐射频率范围，并提供缝天线的物理长度的减少。

附图描述

图1示出现有技术的半波长缝天线；

图2示出现有技术的四分之一波长缝天线；

图3示出现有技术的用感性负载缩短的四分之一波长缝天线；

图4示出现有技术的用介电负载缩短的四分之一波长缝天线；

图5示出根据第一优选实施方案的多层压制缝天线；

图6示出根据第一优选实施方案用于多缝天线装置的多层压制缝天线；

图7示出根据第二优选实施方案的多层压制缝天线；

图8示出图7中根据第二优选实施方案的多层压制缝天线的扩大图，分别细化第一和第二层，且示出电流方向；

图9示出图7和8中根据第二优选实施方案的多层压制缝天线的第一级等效电路；

图10示出根据第二优选实施方案用于多缝天线装置的多层压制缝天线；

图11示出根据优选实施方案多层压制缝天线的截面图。

用由介电层分离的一个以上导电层以在缝天线内产生电感结构，多层压制缝天线缩短缝天线的物理长度。向缝天线增加感抗允许不调整天线的辐射频率范围物理减少缝长度。设计电感结构的形状，以使经过缝的电流方向和穿过缝的电场方向被保持，这有助于天线效率并允许多个压制缝天线的装置。这个多层压制缝天线特别用于无线电话和其它手持或便携通信装置。

图5示出根据第一优选实施方案的多层压制缝天线510。接地平面部分530、533、536在第一导电层，且接地部分被配置成包括指534、535、538、539和连续缝520。夹在第一导电层和以阴影清楚的示出的第二导电层之间，设置有分开两导电层的连续介电层。这里未示出介电层，以免使两导电层的细部分模糊。沿线11-11的多层压制缝天线的分层结构的细部分参照图11描绘。介电材料的选择和介电层的厚度仅由多层压制缝天线510的予计应用所限。

在以阴影清楚的示出的第二导电层中，扩展器550是电感结构590的部分，它用过孔572、573连接指534、535在一起。过孔是导电区，它提供通过介电层的从第一导电层到第二导电层的直流通路。另一电感结构595包括用过孔577、578连接指538、539在一起的扩展器555。电容盘582、587也包括在第二导电层中。电容盘582、导电接地平面部分530位于电容盘582之下的部分、和夹于电容盘582与接地平面部分530之间的介电层被用于产生电容结构580。类似地，另一电容结构585由电容盘587、接地平面部分533及536位于电容盘587之下的部分、和夹于其间的介电层产生。电容结构580、585被用于平衡由指、扩展器和过孔产生的电感结构590、595中存储的附加磁能。电容结构580、585还能用焊接到第一导电层的分立电容部件实现。

指534、535、538、539，扩展器550、555和过孔572、573、577、578的结构产生在XZ平面中的两单环电感结构590、595，这加长了缝天线510的电长度。缝天线510由接近缝520的闭合端的点差分驱动，如所示。从接地平面部分533流过的电流穿过电容盘587之下，进入指534。当电流到达过孔572，它传到第二层中的扩展器550。在扩展器550的对端，电流用过孔573返回第一层。在接地平面部分530中，电流在电容盘582下流动，环绕缝520的端，流经电容盘582之下的第二点，且进入指538。在指538端的过孔577将电流引到第二层中的扩展器555。在扩展器555的对端，过孔578返回电流到第一导电层于接地平面部分536的指539，且在电容盘587下穿过。电感结构590、595的长度560影响能用这个结构达到的缝长度540的减少量。

为使用根据第一优选实施方案的缝天线于多缝天线装置，中心电感结构的设计被略调整以产生关于XZ平面对称的方向图。图6示出根据第一优选实施方案用于多缝天线装置610的两多层压制缝天线。很象图5，天线用近于缝620、625的闭合端的双端口差分驱动，如所示，且有在第一导电层中的有指631、632、634、635、637、638、641的接地平面部分630、633、636、639。连续介电层分开第一导电层与第二导电层。这里未示出介电层，以免使两导电层的细部分模糊。多层压制缝天线的分层结构的细部分参照图11描绘。介电材料的选择和介电层的厚度仅由多层压制缝天线610的予计应用所限。

在以阴影清楚示出的第二导电层上形成扩展器650、651、654、655和电容盘682、684、687、689，用过孔672、673、674、676、675、677、678建立通过介电层的在第一和第二导电层之间的直接电路连接。

天线结构的中央部分的结构，包括接地平面部分633，指634、635、637和扩展器650、651，略不同于天线结构的顶和底部分的结构。中央部分的对称性沿每个缝620、625的长度提供恒定的有矢量E的电场和有矢量H的磁场，如所示。缺少该对称性，磁场H将沿每个缝620、625的长度660改变方向，导致天线性能下降。象图5所示的天线，缝长度640相对运行在感兴趣的同频的传统的四分之一波长缝天线减少。

能用不同结构以增加缝天线的感抗，且因此进一步缩短缝天线的物理长度。图7示出根据第二优选实施方案的多层压制缝天线710。设计这个实施方案，以使经过缝的电流方向和穿过缝的电场方向沿缝天线710的整个长度恒定。缝纫720由接地平面部分730、733、736在第一导电层中产生，且接地平面部分包括指735、738。示出差分驱动端接近缝720的闭合端。扩展器750、755和电容盘782、787在以阴影清楚的示出的第二导电层中。连续的介电层分开两导电层。这里未示出介电层，以免使两导电层的细节模糊。沿线11-11的多层压制缝天线的分层结构的细节参照图11描绘。介电材料的选择和介电层的厚度仅由多层压制缝天线710的予计应用所限。过孔772、773、777、778通过介电层在第一和第二导电层之间导通电流。

电容盘782，在电容盘782之下的导电接地平面部分730的部分和夹于电容盘782和接地平面部分730之间的介电层被用于产生电容结构780。类似地，另一电容结构785由电容盘787，在电容盘787之下的导电接地平面部分733、736的部分和其间的介电层产生。电容结构780、785被用于平衡由指、扩展器和过孔产生的电感结构790、795中存储的附加磁能。电容结构780、785还能用焊接到第一导电层的分立电容部件实现。指735、738，扩展器750、755和过孔772、773、777、778的结构产生两并联单环电感结构790、795，它加长缝天线710的电长度。电感结构790、795的长度760决定相比于传统缝天线缝720长度740的全部减少。

图8示出图7中根据第二优选实施方案的多层压制缝天线的扩大图，分别细化第一和第二导电层，且示出电流方向。从接地平面部分733流来的电流通过电容盘787下面至过孔772。过孔772传电流到第二层中的扩展器750。扩展器750在两通路851、852之间分电流，如指向箭头所示。两通路在扩展器750的舌部分853又结合，当电流到达在舌部分853的端部的过也773时，它返回在接地平面部分730上的第一层，以再被分为通路831、832，如指向箭头所示。在两通路的端点，电流又结合。

又结合的电流在电容盘782下，转过缝720的端，且在另一点的电容盘782下流动。在指738，电流又分为两通路837、838，如指向箭头所示。在指738的远端，电流又结合，且过孔777将电流引到第二层中的扩展器755。电流沿舌部分856运动，且在舌部分856的端分为两通路857、858，如指向箭头所示。在过孔778，来自分开的两通路857、858的电流又结合且传回在接地平面部分736的第一层。电流再一次通过电容盘787之下。

在共处于XY平面的多个路径831、851；832、852；837、857；838、858上以同样方向运动的电流引起的感抗允许缝天线的物理长度的显著缩短。第二层中的扩展器750、755的舌部分853、856不重叠第一层上的任何结构，且因此对结构的感抗影响很小。电感结构790、795的长度760决定用这个结构所能缩短的量。有所示的结构的缝天线的长度与运行于同样频段的传统四分之一波长缝天线相比减少约25％。

图9示出图7和8中根据第二优选实施方案的多层压制缝天线的第一级等效电路。电容980、985由电容结构780、785(图7和8所示)形成。两双环电感990、995由双指、过孔和扩展器结构沿长度760(图7和8所示)形成。一个双环电感990由通过图8所示的通过831、851和通路832、852的电流形成。第二双环电感995由通过通路837、857和通路838、858的电流形成。在电感结构的XY平面中指通路和扩展器通路831、851；832、852；857、837；838、858的共处也产生寄生电容992、997。由于电感由多层压制缝天线的结构产生，天线应设计成保证电感不接近自谐振。

图10示出根据第二优选实施方案的用于多缝天线装置1010的两多层压制缝天线。由于电流方向在电感结构(示于图8)的两边恒定(即：对称于XZ平面)，缝天线能容易地重复产生多缝天线装置1010。示出两缝1020、1025和三个电感结构。第一导电层包括有指1035、1038、1041的接地平面部分1030、1033、1036、1039。第二导电层包括电容盘1082、1084、1087、1089和扩展器1050、1055、1057。连续介电层分开第一导电层和第二导电层。这里未示出介电层，以免使两导电层的细节模糊。多层压制缝天线的分层结构的细节参照图11描绘。介电材料的选择和介电层的厚度仅由多层压制缝天线装置1010的予计应用所限。多缝天线装置1010的结构类似于参照图7和图8详细描绘的结构。

天线用在接近缝1020、1025的闭合端的点的双端口差分驱动。矢量I示出在多缝天线装置的不同点的电流，矢量H示出在多缝天线装置的不同点的磁场，且矢量E示出在多缝天线装置的不同点的电场。磁、电和电流场在每个缝1020、1025的所有点保持恒定。这允许较高的天线效率。另外，由于扩展器1050、1055、1057，指1035、1038、1041和过孔产生的电感结构的结构，额外的缝能被容易地加到多缝天线装置1010。电感结构的长度1060决定对比于传统的缝天线缝1020的长度1040的全部减少。

图11示出根据优选实施方案多层压制缝天线1110的截面图。不论沿图5的线11-11或沿图7的线11-11，这个截面是类似的，且示出多层压制缝天线1110的两导电层之间的介电层1190的细节。

第一导电层1192包括接地平面部分1133、1136，它们类似于图5所示的接地平面部分533、536或图7所示的接地平面部分733、736。注意，缝1120位于两接地平面部分1133、1136之间，类似于图5所示的缝520或图7所示的缝720。第二导电层1194包括电容盘1187，它类似于图5所示的电容盘587或图7所示的电容盘787。第一导电层1192由连续介电层1190从第二导电层1194分开。

因此，压制缝天线提供简单方法，用于保持希望的辐射频率范围并提供缝天线的物理长度的减少。压制缝天线的一定实施方案易于适合多缝天线装置。另外，虽然所示的压制缝天线是缩短的四分之一波长缝天线，同样缩短方法也可用于半波长缝天线。虽然上文描绘了压制缝天线的特定部件和功能，不超出本发明的精神和范畴，更多或更少的功能能由本领域的技术人员使用。本发明限于所附权利要求。

Claims (11)

1、多层缝天线，包括：

第一导电层，有缝；

第二导电层；

介电层，夹于所述第一导电层和所述第二导电层之间；和

第一电感结构，耦合到所述第一导电层。

2、如权利要求1所述的多层缝天线，其中所述第一电感结构还包括：

第一扩展器，在所述第二导电层中实现；

第一过孔，通过所述介电层连接所述第一导电层到所述第一扩展器。

3、如权利要求2所述的多层缝天线，其中所述第一电感结构还包括：

第二过孔，通过所述介电层连接所述第一导电层到所述第一扩展器。

4、如权利要求3所述的多层缝天线，其中所述第一导电层包括：

第一接地平面部分；

第二接地平面部分，与所述第一接地平面部分不连续。

5、如权利要求4所述的多层缝天线，其中所述第一过孔连接所述第一接地平面部分到所述第一扩展器。

6、如权利要求5所述的多层缝天线，其中所述第二过孔连接所述第二接地平面部分到所述第二扩展器。

7、如权利要求1所述的多层缝天线，还包括：

第一电容结构，耦合到所述第一导电层。

8、如权利要求7所述的多层缝天线，其中所述第一电容结构包括：

第一电容盘，在所述第二导电层中实现；

对着所述第一电容盘的所述第一导电层的部分；

所述介电层的部分，夹于所述第一导电层的部分和所述第一电容盘之间。

9、如权利要求8所述的多层缝天线，其中所述第一导电层还包括：

第一接地平面部分；

第二接地平面部分，与所述第一接地平面部分不连续。

10、如权利要求9所述的多层缝天线，其中所述对着所述第一电容盘的所述第一导电层的部分在所述第一接地平面部分中。

11、如权利要求10所述的多层缝天线，其中所述对着所述第一电容盘的所述第一导电层的部分在所述第二接地平面部分中。

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