槽型平面天線的改進的製作方法
2023-05-18 09:39:56
專利名稱：槽型平面天線的改進的製作方法
技術領域：
本發明涉及平面天線，更具體地涉及表現為緊湊形式以便可以被集成到例如無線網絡終端的槽型(slot type)平面天線。
背景技術：
為了適應用戶的需求，用於無線網絡中的設備日益輕便和減小。因此，為這種終端所設計的天線必須在提供高性能的同時具有縮減的尺寸。
然而，儘管已經可以在電子領域看到明顯的小型化，但是物理定律給定了在給定頻段正常工作的天線的最小尺寸。因此，對於印刷天線(printed antenna)，通常依據中心工作頻率的波長設計尺寸。
已經提出了一些技術，用於在減小天線尺寸的同時保留其關於產生頻率帶寬和輻射模式的射電(radio-electric)性能。
因此，在2001年6月22日以THOMSON Licensing S.A.的名義提交的法國專利申請中，對環形(annular)槽型平面天線進行了描述，其中槽被製作成延伸該槽的周長的形狀。這使得能夠針對給定頻率來減小襯底尺寸，或者在恆定尺寸處修改工作頻率。
公知的槽型平面天線的共振頻率依賴於槽長度，本發明提出了一種新技術，用於減小槽型平面天線的大小，其與該槽的形狀相獨立。
發明內容
因此，本發明涉及一種平面天線，其包括為了在給定頻率工作而變化尺寸的共振槽，在襯底上實現該槽並由其所在的短路面(short-circuit plane)中的饋線所提供，襯底表現為可變厚度的。
根據第一實施例，在其上實現槽的襯底表面的剖面(profile)是連續剖面，例如正弦剖面。
根據另一實施例，在其上實現槽的襯底表面的剖面是不連續的剖面，例如鋸齒剖面，鋸齒可以是方形、矩形、梯形或者表現為任何其它多邊形。
根據本發明的另一特徵，在其上實現槽的襯底的表面剖面是周期性或非周期性的剖面。因此，連續或不連續剖面的周期是規定的或可變的。例如，襯底剖面可以在長度的前半部分表現為較短周期，而在長度的另一部分為較長的周期。
仍根據另一實施例，在其上實現槽的襯底表面的剖面是徑向對稱的剖面。在這種情況下，槽可以是環形槽或者共振槽線(slot-line)。
如上所述，徑向對稱剖面還可以與連續或不連續剖面相關聯。
根據本發明的另一特徵，優選地，饋線位於恆定襯底厚度的區域。
通過閱讀不同的實施例將了解本發明的其它特徵和優點，通過參考附錄的附圖對其進行描述，其中圖1是根據現有技術的線性槽型平面天線的圖解透視圖。
圖2是根據本發明的第一實施例的線性槽型平面天線的圖解透視圖。
圖3是根據現有技術的線性槽型平面天線的圖解透視圖。
圖4分別示出了根據本發明的另一實施例的線性槽型平面天線的仰視透視圖(A)和俯視透視圖(B)，該天線通過圖3所示的天線而得到。
圖5示出了針對圖3所示天線和圖4所示天線，表示作為頻率的函數的適應性(adaptation)S11的曲線。
圖6a示出了圖4的天線的輻射圖以及，圖6b示出了圖3的天線的輻射圖。
圖7和圖8分別是針對根據本發明的平面天線的襯底的其它實施例的圖解透視圖，分別針對環形槽型天線和線性槽型天線。
具體實施例方式
首先參考圖1進行傳統的線性共振槽平面天線的描述。
如圖1所示，在由金屬材料的接地平面2所覆蓋的電介質材料的襯底1上，蝕刻線性槽3。該槽具有長度1，按照公知的方式中，其是槽中半導波波長的函數。更具體地，為了在基本模式的共振頻率下工作，1＝λs/2，其中λs是槽中的導波波長。
其次，如圖1所示，在與形成槽3的表面相反的襯底1的表面上，實現了饋線4。為導電材料的該饋線4位於此處，以使槽處於饋線的短路面中，即，饋線末端的波長λg/4，其中λg是所述饋線中的導波波長。
因此，對於傳統的平面天線，給定頻率處的天線尺寸是槽3中的導波波長的函數。
為了減小天線的總尺寸，本發明提出改變支持槽型天線的襯底的厚度。因此，通過修改襯底的垂直尺寸，可以較大地延長槽的長度並且因此可以降低共振頻率，或者相當於，對於給定的共振頻率，減小印刷天線所佔用的襯底表面。
在圖2中，圖解地示出了根據本發明的天線的第一實施例。因此，為電介質材料的襯底10具有平面表面10a，在其上用導電材料實現了饋線13，而其反面，即具有接地平面11並且其中蝕刻線性槽12的表面，表現為連續正弦形狀剖面10b。在這種情況下，代替與尺寸1相對應的長度為1的襯底上的槽12，得到針對相同縫隙長度的襯底上的等於11的尺寸，其中11＜1。在這種情況下，如圖2所示，饋線13位於恆定襯底厚度的區域並且以公知方式在短路面穿過槽。
實際上，優選地，因為由於修改剖面引起的厚度的差別具有影響，在共振槽線的歸一化阻抗的層面處，主要將恆定厚度的區域中饋線13定位在與饋線耦合的區域中。
本發明的實際實施例使得要強調的本發明的優點將可以參考圖3、4、5和6進行描述。
因此，在圖3中，示出了圖1的天線類型的傳統的共振線性槽天線。該天線由與蝕刻在與接收槽101的表面相反的襯底100的表面上的微波傳輸帶線102相耦合的電磁力進行激勵。在所示的實施例中，電介質材料中的襯底具有介電常數3.38。蝕刻於襯底100上的槽101進行了尺寸改變，以便工作在約為5.8GHz的中心頻率處。其長度1等於20.1mm且寬度等於0.4mm。
如圖3所示，使用微波傳輸帶技術所實現的饋線102按照以下方式橫跨縫隙101相對於槽，饋線102的末端具有等於8.2mm的尺寸12，其對應於λg/4，其中λg是饋線中的導波波長。
在圖4(A)和(B)中，示出了平面天線，其包括根據本發明的實施例的線性共振槽。改變該天線的尺寸以便與圖3的天線工作在相同頻率處。
如圖4(A)和4(B)清楚所示，根據本發明的天線在介電常數3.38的襯底110上實現。在其上使用微波傳送帶技術實現饋線113的襯底的表面110a是平面，而在其上蝕刻槽112的表面110b是可變厚度的表面。在這種情況下，表面110b的剖面是鋸齒形的不連續的剖面，每一個鋸齒具有明顯的梯形形狀。因此，如圖4(A)更具體地示出，鋸齒的底部具有3mm的尺寸，而其頂部具有1mm的尺寸。
其次，如圖4(B)所示，對應於20.1mm的槽長度的長度11僅為9.1mm。因此可以看到，根據本發明的槽性平面天線的整體尺寸的明顯減小。
為了強調該類型天線的優點，在圖5和圖6中給出了圖3的天線和圖4的天線之間的仿真結果的比較。
圖5示出了作為兩個天線的頻率的函數的適應性曲線。虛曲線表示圖3的天線，而實曲線表示圖4的天線。對兩個曲線的比較表明，兩個天線以相同頻率顯著輻射(radiate noticeably)，即對於根據本發明的天線為5.6GHz，而對於參考天線為5.80GHz。根據本發明的天線的共振頻率低於大約200MHz。在另一方面，可以觀察到頻帶寬度的明顯變寬，從對於參考天線的4.1％變為對於根據本發明的天線的13.3％。
最後，對於圖6(A)所示的根據本發明的天線和圖6(B)所示的參考天線的輻射圖進行比較表明，根據本發明的天線可以得到更多全向輻射圖。這是因為傾斜的槽段不向襯底垂直輻射，而是向襯底橫向輻射。
現在參考圖7和8來描述本發明的實施例的不同變體。在兩個實施例中，襯底120是明顯的圓柱形。襯底120的下表面是平面且具有根據輻射方向使用微波傳送帶技術實現饋線122的特點。在其上蝕刻槽的上表面120a表現為不連續的剖面，更具體地為鋸齒形表面。圖7示出了環形縫隙121的情況，而圖8示出了共振線性槽的情況。在兩種情況下，都減小了工作在給定頻率的襯底尺寸。
通常地，用於實現該類型可變厚度襯底的材料是例如泡沫型材料、塑料型或者任何其它可以實現可變高度襯底的電介質材料。
根據部件所需的體積，可以通過加工、模製、立體平版印刷術或任何其它可以實現可變高度襯底的方法從而得到剖面。
技術人員可以理解，上述實施例可以在不偏離權利要求的範圍內進行修改。
權利要求
1.一種平面天線包括為了在給定頻率工作而變化尺寸的共振槽(12，112，121，123)，通過在襯底(10，110，120)的底平面上蝕刻實現該槽並，由其所在的短路面中的饋線(13，113，122)所提供，襯底表現為可變厚度(10b，110b，120a)。
2.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於在其上實現槽的襯底表面的剖面是連續剖面，例如正弦剖面(10b)。
3.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於在其上實現槽的襯底表面的剖面是不連續剖面，例如鋸齒形剖面(110b，120a)。
4.根據權利要求1至3之一所述的天線，其特徵在於在其上實現槽的襯底表面的剖面是周期性的或非周期性的剖面。
5.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於在其上實現槽的襯底表面的剖面是徑向對稱的剖面(120a)。
6.根據權利要求5所述的天線，其特徵在於可變對稱剖面與根據權利要求2和3之一所述的連續或不連續剖面相關聯。
7.根據權利要求1至6之一所述的天線，其特徵在於饋線(13，113，122)位於恆定襯底厚度的區域。
全文摘要
本發明涉及一種平面天線，其包括為了在給定頻率工作而變化尺寸的共振槽12，通過在襯底10的底平面上蝕刻而實現該槽，並由其所在的短路面中的饋線13提供。襯底具有可變的厚度10b。本發明可在無線網絡中使用。
文檔編號H01Q9/04GK1681159SQ200510060189
公開日2005年10月12日 申請日期2005年4月1日 優先權日2004年4月6日
發明者阿里·盧澤爾, 菲利普·米納德, 讓-弗朗索瓦·平託斯 申請人:湯姆森許可貿易公司