微带天线 【技术领域】
本发明涉及微带天线，它被用作例如安装在移动电话或移动终端里面的内部天线。
技术背景
被安装在移动电话或移动终端[例如全球定位系统(GPS)的终端]里面的典型的微带天线是一种半波长(λ/2)贴片天线，其中λ表示在工作频率下的波长。
λ/2贴片天线基本上包括一块电介质基板，它具有矩形或圆形的导电体图形，或者在一个表面上具有约为λ的边长或直径的贴片图形，以及在另一个表面上的接地导电体。
贴片天线的带宽BW由下列方程式给出：
BW=(1/Qc)+(1/Qd)+(1/Qr)=1/Q0，
其效率η由下列方程式给出：
η=Q0/Qr=1/(BWQr)，
式中，Qc为与导电体损耗有关的品质因数，Qd为与电介质损耗有关的品质因数，Qr为与辐射损耗有关的品质因数，以及Q0为与天线总损耗有关的品质因数。
正如从上述各方程式可以明显看出的那样，为了增加天线的带宽，有必要降低品质因数Q0，同样，为了提高天线的效率η，有必要令品质因数Qr小于品质因数Qc和Qd。
图1是一份图，表示这些品质因数相对于代表天线尺寸的各项参数的典型特性。在图中，垂直轴表示品质因数Q，水平轴以对数刻度表示天线尺寸的各项参数，例如矩形贴片图形的边长b，圆形贴片图形地直径D，基板的厚度h，以及与基板的电介质有关的波长减小率1/ϵr]]>。
如图所示，在这样的贴片天线中，与电介质损耗有关的品质因数Qd，远远地大于跟其他损耗有关的各品质因数Qc,Qr和Q0。因此，品质因数Qd对改进天线效率将是无贡献的。跟导电体损耗有关的品质因数Qc，随着天线尺寸的增加而增加，而与辐射损耗有关的品质因数Qr，将随着天线尺寸的增加而减少。
在图1的中心部Qr=Qc的那一点处，若Qd＞＞Qr,Qc，则天线效率η将变为η=50％。若从这一点开始减小天线的尺寸，换句话说，若图1的图形沿着水平轴向左移动，则整个天线的品质因数Q0趋近于品质因数Qc，即，BW≌1/Qc，以及η≌Qc/Qr。
这意味着，当缩小天线的尺寸时，根据与导电体损耗有关的品质因数Qc来确定天线的带宽BW以及效率η。
然而，正如从图1中所了解到的那样，提升与导电体损耗有关的品质因数Qc跟缩小天线尺寸是互相矛盾的。
本发明公开的内容
因此，本发明的一个目的就是提供一种微带天线，其中，通过缩小天线尺寸，使天线的带宽BW以及效率η得以改进。
根据本发明，一组微带天线包括一个接地电极以及一个贴片电极，它们被这样支撑，以便经由一块电介质层彼此面对面，所述贴片电极具有一个电抗式安装图形，后者包括一个端部，另一个端部，以及介于各端部之间的一个中心部，各端部沿着电流流动方向被定位，同时具有大的宽度，中心部具有小于各端部的宽度，电抗式安装图形的各内角的每一处轮廓都由一条连续光滑曲线来形成。
由沿着电流流动方向而定位的各端部所配置的贴片图形，具有大的宽度，而中心部的宽度则小于各端部的宽度。通过展宽各端部，降低磁场的磁通密度来减少在这些部分上的电感，以及通过增加面积来增加在这些部分上的电容。与此相反，通过使中心部变窄，使磁场更加集中，以增加在这些部分上的电感，同时缩减在这些部分上的面积，以减小在这些部分上的电容。因此，通过使两个端部在高电位下进行充电，使之具有更大的电容，同时使中心部在低电位下进行充电，使之具有更大的电感，由此降低谐振频率。其结果是，可以更多地缩小微带天线的尺寸。
若缩小图形的尺寸，则由于电流的集中，介于窄的中心部以及宽的各端部之间的各内角的电阻将增加。然而，根据本发明，由于贴片图形的各内角的每一个边沿或轮廓都由一条连续光滑曲线来形成，所以在不增加图形面积的条件下，可以降低导电体损耗，由此导致品质因数Qc增加。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
若使用空气层作为电介质层，由于不需要电介质材料，所以能大大地降低生产成本。
在使用电介质材料作为电介质层的情况下，在电介质基板的底部表面上形成接地电极，以及在电介质基板的顶部表面上形成贴片电极。在后一种情况下，由于可以使用廉价的普通电介质材料、而不使用昂贵的电介质材料来形成电介质基板，所以，微带天线将能保持低的生产成本。
最好是，电抗式安装图形具有对称于沿着电流流动方向的一根轴线的几何形状。
在这种情况下，所述电抗式安装图形的每一个端部都可以具有矩形、圆形或椭圆形的形状。
还有，最好是，电抗式安装图形具有对称于贴片电极的中心点的几何形状。
在这种情况下，电抗式安装图形具有类似于字符S形的几何形状，类似于两个互相交叉的字符S形的几何形状，或者类似于正交十字形的几何形状。
再有，最好是，用一条连续光滑曲线来形成电抗式安装图形的各外角的每一处轮廓。
通过对在各附图中图示的本发明的各优选实施例进行以下的说明，将使本发明进一步的目标和优点变得更为明显。
诸附图的简要说明
图1是一份图，表示天线的品质因数与代表天线尺寸的各项参数之间的典型特性；
图2是一份倾斜的俯视图，概略地表示在本发明的一个优选实施例中的微带天线；
图3是一份平面图，表示图2所示的一个贴片图形；
图4是一份平面图，表示在本发明的一个不同的优选实施例中的微带天线的一个贴片图形；
图5是一份平面图，表示在本发明的另一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形；
图6是一份平面图，表示在本发明的又一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形；
图7是一份平面图，表示在本发明的再一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形；
图8是一份平面图，表示在本发明的还一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形；
图9是一份平面图，表示在本发明的最后一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形。
实施本发明的最佳方式
图2概略地表示在本发明的一个优选实施例中的微带天线，并且图3表示图2所示的一个贴片图形。
在这些图形中，分别用参考数字20来表示一块电介质基板，21表示形成于基板20底部表面的整个区域的接地电极，22表示形成于基板20顶部表面的一块贴片电极，以及23表示一个功率馈送端子。
电介质基板20由普通的电介质材料制成，例如一种用于高频的陶瓷电介质材料，其相对介电常数例如约为εr=38。
通过按照样板用诸如铜或银那样的金属材料导电层来形成接地电极21以及贴片电极22，它们分别地被淀积在基板20的底部和顶部表面之上。更具体地说，通过将银的粉末调成糊状按照样板涂印在基板上，然后对印上去的糊状物进行焙烤，通过在基板上覆盖金属图形层，或者通过在基板上蚀刻一块金属薄膜，来形成这些电极。
在轴线25的一个任意位置上用贴片电极22跟功率馈送端子23建立电气连接，除了在贴片电极22的中心点以外，轴线25都平行于电流的流动方向24。
在本实施例中，贴片电极22的贴片图形对称于沿着电流的流动方向24而延伸的轴线25。沿着电流的流动方向24而定位的贴片电极22的一个端部22a和另一个端部22b被形成矩形的形状，它在垂直于电流流动方向24的方向上，具有大的宽度和大的长度。贴片电极22的中心部22c被形成这样的形状，使得其宽度小于各端部22a和22b。特别是，在本实施例中，介于中心部22c和各端部22a和22b之间的各内角的每一个边沿或轮廓26a-26d都由连续光滑的曲线形成。换句话说，各内角的轮廓26a-26d都是圆的。
各端部22a和22b的宽度被确定为小于λ/2的一个数值。希望将中心部22c的宽度确定在生产上允许的一个尽可能小的范围内，以便缩小天线的尺寸。作为本实施例的一个非限定性的例子，沿着各端部22a和22b中的每一个的轴线25的长度被确定为大约λ/8，并且沿着中心部22c的轴线25的方向的长度被确定为大约λ/4。
各端部22a和22b被形成为除了矩形以外的任何形状，例如，三角形，多边形或梯形。
通过展宽各端部22a和22b，降低磁场的集中程度，以减小在这些部分上的电感，同时增加在这些部分上的面积，以增加在这些部分上的电容。与此相反，通过使中心部22c变窄，增加磁场的集中程度，以提升在这些部分上的电感，同时减小在这些部分上的面积，以降低在这些部分上的电容。因此，通过使两个端部22a和22b在高电位下进行充电，使之具有更大的电容，同时使中心部22c在低电位下进行充电，使之具有更大的电感，由此降低谐振频率，以便进一步地缩小微带天线的尺寸。可以使用廉价的普通电介质材料而不使用昂贵的电介质材料来形成电介质基板20。因此，将使微带天线的制造成本保持在低水平上。
特别是，根据本实施例，用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一处边沿或轮廓26a-26d。因此，有可能抑制在这些内角上由于电流而导致的电阻的增加。其结果是，在不增加图形尺寸的条件下，就能减少导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
图4表示在本发明的一个不同的实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，贴片电极42的贴片图形对称于沿着电流流动方向44而延伸的轴线45。沿着电流流动方向44而定位的贴片电极42的一个端部42a和另一个端部42b被形成为矩形的形状，它在垂直于电流流动方向44的方向上，具有大的宽度和大的长度。贴片电极42的中心部42c被形成这样的形状，使得其宽度小于各端部42a和42b。特别是，在本实施例中，不仅介于中心部42c以及各端部42a和42b之间的各内角的每一个边沿或轮廓46a-46d，而且各端部42a和42b的各外角的每一个边沿或轮廓46e-46l，都由一条连续光滑的曲线形成。换句话说，各内角的轮廓46a-46d以及各外角的轮廓46e到46l都是圆的。
在轴线45的一个任意位置上用贴片电极42跟功率馈送端子43建立电气连接，除了在贴片电极42的中心点处以外，轴线45都平行于电流的流动方向44。
各端部42a和42b被形成为除了矩形以外的任何形状，例如，三角形，多边形或梯形。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
图5表示在本发明的另一个实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，贴片电极52的贴片图形对称于沿着电流流动方向54而延伸的轴线55。沿着电流流动方向54而定位的贴片电极52的一个端部52a和另一个端部52b被形成为矩形的形状，它在垂直于电流流动方向54的方向上，具有大的宽度和大的长度。贴片电极52的中心部52c被形成这样的形状，使得其宽度小于各端部52a和52b。特别是，在本实施例中，介于中心部52c和各端部52a和52b之间的各内角的每一个边沿或轮廓56a-56d都由一条连续光滑的曲线形成。换句话说，各内角的轮廓56a-56d都是圆的。
在轴线55的一个任意位置上用贴片电极42跟功率馈送端子53建立电气连接，除了在贴片电极52的中心点以外，轴线55都平行于电流流动方向54。
可以用椭圆形以外的任何圆弧形(例如圆形)来形成各端部52a和52b。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
图6表示在本发明的又一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，各贴片电极62的贴片图形都对称于天线的中心线65，也对称于天线的中心点67，同时具有字符S的形状。沿着电流流动方向64而定位的贴片电极62的一个端部62a和另一个端部62b被形成矩形的形状，它在垂直于电流流动方向的方向上，具有大的宽度和大的长度。贴片电极62的中心部62c被形成带状，使得其宽度小于各端部62a和62b。特别是，在本实施例中，介于中心部62c和各端部62a和62b之间的各内角的每一个边沿或轮廓66a-66d都由一条连续光滑的曲线形成。换句话说，各内角的轮廓66a-66d都是圆的。
功率馈送端子63跟贴片电极62建立电气连接。
可以用除矩形以外的任何形状，例如三角形、多边形或梯形，来形成各端部62a和62b。
在λ/2天线的情况下，如果电极的图形具有对称的形状，就能激发正交谐振模式，并能输出由此产生的各交叉极化分量。然而，对例如根据本发明的微带天线那样的小尺寸天线来说，交叉极化特性是不重要的。宁可，通过形成对称于本实施例的中心点的字符S形各贴片图形，具有小宽度的中心部62c可以在保持面积恒定的条件下增加长度，并且还可能增加各端部62a和62b的面积。因此，通过在低电位下进行充电来增加中心部62c的电感，以及通过在高电位下进行充电来增加各端部62a和62b的电容，由此降低谐振频率，以便进一步地缩小微带天线的尺寸。
特别是，根据本实施例，用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一个边沿或轮廓66a-66d。因此，有可能抑制在这些内角上由于电流集中而导致的电阻的增加。其结果是，在不增加图形尺寸的条件下，就能减少导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
图7表示在本发明的再一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，贴片电极72的贴片图形对称于天线的中心线75，也对称于天线的中心点77，同时具有字符S的形状。沿着电流流动方向74而定位的贴片电极72的一个端部72a和另一个端部72b被形成矩形的形状，它在垂直于电流流动方向74的方向上，具有大的宽度和大的长度。贴片电极72的中心部72c被形成一条带的形状，其宽度小于各端部72a和72b。特别是，在本实施例中，不仅介于中心部72c和各端部72a和72b之间的各内角的每一个边沿或轮廓76a-76d，而且各端部72a和72b的各外角的每一个边沿或轮廓76c-76j，都由一条连续光滑的曲线来形成。换句话说，各内角的轮廓76a和76b以及各外角的轮廓76c-76j都是圆的。
功率馈送端子73跟贴片电极72建立电气连接。
可以用除矩形以外的任何形状，例如三角形、多边形或梯形，来形成各端部72a和72b。
在λ/2天线的情况下，如果电极的图形具有对称的形状，就能激发正交谐振模式，并能输出由此产生的各交叉极化分量。然而，对例如根据本发明的微带天线那样的小尺寸天线来说，交叉极化特性是不重要的。宁可，通过形成对称于本实施例的中心点的S形各贴片图形，具有小宽度的中心部72c可以在保持面积恒定的条件下增加长度，并且还可能增加各端部72a和72b的面积。因此，通过在低电位下进行充电来增加中心部72c的电感，以及通过在高电位下进行充电来增加各端部72a和72b的电容，由此降低谐振频率，以便进一步地缩小微带天线的尺寸。
特别是，根据本实施例，用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一个边沿或轮廓76a-76d。因此，有可能抑制在这些内角上由于电流集中而导致的电阻的增加。其结果是，在不增加图形尺寸的条件下，就能减少导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
图8表示在本发明的还一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，用交叉的各图形来形成贴片电极82的十字形的贴片图形，上述交叉的各图形分别沿着平行于第1谐振模式下电流流动方向84的第1中心线85a进行配置，以及沿着垂直于电流流动方向84的第2中心线85b进行配置。沿着第1谐振模式下电流流动方向84而定位的贴片电极82的一个端部82a和另一个端部82b被形成为具有大的宽度的梯形的形状。中心部82c被形成这样的形状，其宽度小于各端部82a和82b。沿着垂直于第1谐振模式的第2谐振模式的电流流动方向而定位的贴片电极82的一个端部82d和另一个端部82e被形成具有大的宽度的梯形的形状。中心部82f被形成这样的形状，其宽度小于各端部82d和82e。
特别是，在本实施例中，用一条连续光滑曲线来形成介于中心部82c和各端部82a和82b之间，以及介于中心部82f和各端部82d和82e之间的各内角的每一个边沿或轮廓86a-86d。换句话说，各内角的轮廓86a-86d都是圆的。
功率馈送端子83跟贴片电极82建立电气连接。
在本实施例中，贴片图形具有两种图形互相交叉的几何形状。这种几何形状的垂直和水平的对称形式稍有改变，以便在彼此相同的谐振频率上，将两种正交的谐振模式耦合在一起。更具体地说，这个贴片图形的各轮廓86a-86d被这样形成，使得轮廓86a和86c对称于第1中心线85a，轮廓86b和86d对称于第1中心线85a，轮廓86a和86b对称于第2中心线85b，以及轮廓86c和86d对称于第2中心线85b。因此，两种正交的谐振模式被耦合在一起，使得频带得以大大地展宽。此外，根据本实施例，由于用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一个边沿或轮廓86a-86d，所以有可能抑制在这些内角上由于电流集中而导致的电阻的增加。其结果是，在不增加图形尺寸的条件下，就能减少导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
在本实施例中，通过将各轮廓86a和86d沿一个对角线方向排列，使其曲率半径不同于沿另一个对角线方向排列的各轮廓86b和86c。然而，在修改中，通过以具有不同于各轮廓86b和86c的缝隙或切口的形状来形成各轮廓86a和86d，来获得非对称性。有可能通过仅形成一个具有不同于其余各轮廓的形状的轮廓来提供非对称性。
可以用除梯形以外的任何形状，例如三角形、矩形或多边形，来形成各端部82a,82b,82d和82e。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
图9表示在本发明的最后一个优选实施例中的微带天线的一个贴片图形。
如图所示，以一种具有两个字符S形交叉图形的形状来形成贴片电极92的贴片图形，上述交叉图形分别沿着第1中心线95a，以及沿着垂直于第1中心线95a的第2中心线95b进行配置。沿着第1中心线95a而定位的贴片电极92的一个端部92a和另一个端部92b被形成具有大的宽度的矩形的形状，它在垂直于电流流动方向的一个方向上具有大的宽度或大的长度。用于连接这些端部92a和92b的中心部92c被形成一条带的形状，其宽度小于各端部92a和92b。沿着第2中心线95b而定位的贴片电极92的一个端部92d和另一个端部92e被形成矩形的形状，它具有大的宽度。用于连接这些端部92d和92e的中心部92f被形成一条带的形状，其宽度小于各端部92d和92e。
特别是，在本实施例中，用一条连续光滑曲线来形成介于带状部分92c和各端部92a和92b之间，以及介于带状部分92f和各端部92d和92e之间的各内角的每一个边沿或轮廓96a-96d，以及在各带状部分92c和92f的交叉部分的各内角的每一个边沿或轮廓96e-96h。换句话说，各内角的轮廓96a到96h都是圆的。
功率馈送端子93跟贴片电极92建立电气连接。
在本实施例中，贴片图形具有两个贴片互相交叉的几何形状。这种几何形状的垂直和水平的对称形式稍有改变，以便在彼此相同的谐振频率上，将两种正交的谐振模式耦合在一起。更具体地说，贴片图形的各轮廓96e-96f被这样形成，使得轮廓96e和96g对称于第1中心线95a，轮廓96f和96h对称于第1中心线95a，轮廓96e和96h对称于第2中心线95b，以及轮廓96f和96g对称于第2中心线95b。因此，两种正交的谐振模式被耦合在一起，使得频带得以大大地展宽。此外，根据本实施例，由于用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一个边沿或轮廓96a-96h，所以有可能抑制在这些内角上由于电流集中而导致的电阻的增加。其结果是，在不增加图形尺寸的条件下，就能减少导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
在本实施例中，通过将各轮廓96e和96f沿一个对角线方向排列，使其曲率半径不同于沿另一个对角线方向排列的各轮廓96g和96h。然而，在修改中，通过以具有不同于各轮廓96b和96c的缝隙或切口的形状来形成各轮廓96a和96d，来获得非对称性。有可能通过仅形成一个具有不同于其余各轮廓的形状的轮廓来提供非对称性。
可以用除矩形以外的任何形状，例如三角形、梯形、多边形、圆形或椭圆形，来形成各端部92a,92b,92d和92e。
在本实施例中，其他的配置、修改、操作和优点都跟图1和2的实施例中所描述的相同。
在上述各实施例中，微带天线在电介质基板的底部表面上具有接地电极，同时在基板的顶部表面上具有贴片电极。然而，本发明可以应用于不具有电介质基板而具有由经过空气彼此面对面的适当的支撑装置所支撑的接地电极和贴片电极的微带天线。在后一种情况下，由于通过使用空气层作为电介质层，而不需要电介质材料，使得生产成本得以大大地降低。
如同在前面详细说明的那样，根据本发明，贴片图形由沿着电流流动方向而定位的一个端部和另一个端部配置而成，它具有大的宽度，并且中心部具有小于各端部的宽度。通过展宽各端部，降低磁场集中程度，以减少在这些部分上的电感，以及增加面积，以增加在这些部分上的电容。与此相反，通过使中心部变窄，从而使磁场集中以增加在这些部分上的电感，以及缩小面积，以减少在这些部分上的电容。因此，通过令两个端部在高电位下进行充电，使之具有更大的电容，还通过令中心部在低电位下进行充电，使之具有更大的电感，从而使谐振频率降低。其结果是，可以更加缩小微带天线的尺寸。
若缩小图形的尺寸，则由于电流的集中，在介于窄的中心部以及宽的各端部之间的各内角处的电阻将增加。然而，根据本发明，由于用一条连续光滑曲线来形成贴片图形各内角的每一个边沿或轮廓，所以在不增加图形尺寸的条件下，可以降低导电体损耗，从而导致品质因数Qc的提高。相应地，可以指望既改进效率η和带宽BW，又缩小天线的尺寸。
可以在不背离本发明的精神实质和范围的前提下，来构建本发明的许多的广泛地不同的各实施例。应当理解，除了如所附权利要求书所规定的以外，本发明并不局限于在说明书中所描述的特定的各实施例。