帶有兩個埠的小型平面天線和終端的製作方法
2023-05-11 14:26:51 2
專利名稱：帶有兩個埠的小型平面天線和終端的製作方法
技術領域：
本發明屬於電信領域，涉及在基片上製造呈環形槽狀的小型平面天線，並設計為在給定的頻率上運行，使其位於經饋電這個槽的線的短路平面。
它還涉及電信終端，特別是無線移動和家用網絡的終端。在那裡設置象這類的小型平面天線以便適於允許一個終端利用同一個極化發射和接收。
使用點對點連結的解決辦法，使其可以避免使用天線轉換器，它由在兩路正交極化上饋電終端的天線構成。在一種形式的實例中，第一個線性和水平極化用於終端的發射，第二個線性和垂直極化用於接收。但是，這種解決方案需要通信終端有不對稱的天線，終端發射的極化對應於與之通信的終端接收的極化，反之亦然。
在無線電信網的情況下，一般的想法是保留終端發射和接收兩條通路的同一極化。這導致必須正視的解決方案，每個終端使用兩個天線，一個用於發射，另一個用於接收，這樣可能保持同一個極化。
本發明提出在基片上製造小型平面天線，包括一定尺寸的環形槽，使其在既定的頻率上工作，使其位於饋電所述天線槽的線的短路平面。
根據本發明的特點，天線包括第二個槽饋線，與和他們一樣的所述的短路平面的另一條線對稱排列。備有能供給天線的埠的每一條饋線連接到轉換裝置，經由轉換裝置能使這個埠設為主動或被動，以便允許天線交替地使用基於兩個不同埠的同一個極化，一個為發射的目的，另一個為接收的目的。
本發明還關係到這類電信終端，包括天線以及都利用天線的發射和無線接收裝置。
圖1描述兩種已知的帶有圓形環狀槽的不同小型天線的基本布局，一個帶有軸向和直線饋線，由實線畫出。另一個帶有軸向饋線，包括兩個彎曲部件，由虛線畫出。
圖2描述本發明典型的帶有環狀槽的平面型小型天線，使其能夠為兩個不同埠使用同一極化。
圖3根據本發明描述第二類典型的帶有環狀槽的平面型小型天線，為兩種不同埠提供同一極化。
圖4是一組模擬曲線，根據圖2描述了有兩個埠天線在匹配和隔離狀態的變化依據圖1虛線畫出，每條饋線有單埠天線，在匹配時變化，包括雙曲線部分。
圖5根據圖2，基於對二極體參數的模擬，描述兩個埠天線預期變化的一組曲線。
圖6和圖7，根據本發明和帶有埠的已知槽。對於有兩個埠的槽，在E和H平面模擬的輻射圖，對應於涉及到的三面體的XOZ、YOZ平面。
圖8根據本發明，象圖2描述的那樣，一個埠開，一個埠關閉的兩種情況下，描述帶有兩個埠天線的H平面獲得的交叉極化和聯合極化的一組曲線。
具體實施例方式
以下描述的小型天線，更特別適於裝備電信終端，包括用無線電的發射裝置和接收裝置交互使用天線發射和接收。
圖1描述的基本布局顯示帶有環狀槽1A的已知典型的平面型小型天線。這種天線在兩面金屬化的基片上製造，當它與傳統的天線轉換器組合時，能用於發射和接收。
顯示為圓形的環狀槽1A在金屬面的基片上用蝕刻法製造，意圖是形成天線的接地平面。
饋線2A通過天線轉換器為環狀槽1A供應能量，不再描述。它用微帶技術或共面技術製造。
在建議的例子中，假設饋線2A採用微帶的形式，位於基片有槽面的另一面，以由槽形成的環狀中心放射形地排列，如虛線描述。線/環狀槽過渡以已知的方式形成，以便槽位於電流最大的線的短路面。選擇槽1A的周長等於將被導引的波長的m倍，m是正整數。
各種可能模式的諧振頻率是f0的整數倍，特別相應於基本模式，相應於第一較高模式等等。位於槽環內線部分的長度依賴進入線內的信號波長。
眾所周知，饋線的變形對於匹配或發射很難有影響。因此如果需要，有可能利用這種可能性。
圖1中以虛線描繪用這種方法修改的饋線2A』，它包括直線部分，這裡基本位於槽界定的內部的外面，延伸直線部分位置的雙曲終端部分處於上面提到的內部空間。假設一定的尺寸，就象饋線2A一樣在同一個波長上工作。這裡的彎曲度用來隔開饋線的端點和環狀的中心，用這樣的方法便於連接部件到這些端點。進行的模擬研究表明帶有由線饋給的如2A的圓槽，和由線饋給的如2A』的天線在E和H平面實際上顯示了同樣的輻射圖。這些面對應於相關三面體的XOZ和YOZ面，其XOY面與天線基片界定的面一致，該面包括槽1A和位於由槽形成的環狀中心的點O。
因此表示獲得兩個天線的頻率函數匹配的方向圖保持相同。上面提到的各種方向圖沒有顯示在此，一方面，他們所展示的區別在所建議的圖的範圍是看不到的，另一方面，構成他們的曲線對應所有意圖和目的在圖4、6和7中進行描述。
根據本發明，選擇把兩條饋線與至少一個平面小型天線環狀槽關聯，以便取得具有相同極化的兩個間隔的埠，與此同時提供了兩條微帶線。他們在側面偏移通過槽環狀中心點O的理論上的軸X』X一側，這個點O相當於相關的面的原始(點)，他的XOY面與天線基片的面一致。特別是，模擬研究表明輕微的偏移沒有實際的影響，得到的輻射圖，特別是相對頻率的輻射和匹配圖對應於上面的那些輻射圖。
根據本發明，通過在兩條饋線的每一條線的各自埠的級別上切換的動作，用這種方法，每一個埠根據需要能交替地主動或被動。這種切換能通過多種方法獲得，特別能使天線經由線得到反饋，通過切換設備使該線的埠激活，同時經另一線的天線的饋電由第二切換設備的動作關閉。
根據本發明，小型天線的第一個實例顯示在圖2中。這個天線包括配置在基片面上的環狀槽1B，處於與槽1A相對應的狀態。提供了兩條饋線2B和2B』，這裡他們與饋線2A』相對應。選擇的可能使他們是饋線2A的例子，象上面看到的那樣，或給予他們另一些適當的形狀，例如，包括每條線單個曲線的形狀，而不是圖1到圖3中描述的雙曲線。
圖2建議的典型實例中，兩條饋線2B和2B』在中心位於槽環面1B中心O相關三面體半軸Ox面的任一面對稱偏移，已經描述的線2B和2B』包括與半軸Ox平行的直線部分。兩個埠4B和4B』，每個按慣例使其能經過一個端點饋給線2B、2B』中的一個。這裡的端點位於槽1B界定的內部的外面。
兩個切換裝置使在饋線各自展示的阻抗上動作成為可能。這些裝置以二極體3B和3B』的形式表示，當他們切換到開狀態，能使每個饋線的端點分別接地。
饋線2B和2B』，例如設計為交替使用，一個用於發射，另一個用於接收，在某種意義上二極體3B和3B』選擇為電壓控制，以便一個接通，另一個關閉。同一個天線的極化能在兩種情況下獲得。其它形式的利用也得到重視，特別是諸如2B和2B』的兩種饋線，能通過在同一頻帶帶有槽1B的同一天線的方法使兩個不同的電路交替地發射，例如使用不同的標準，比如Hiperlan2為一個標準，IEEE802.11a為另一標準。
切換裝置，這裡特別受到關注的二極體置於饋線的微帶相同的基片一面，裝配為這些線的彎曲度。在建議的實例中，每個二極體接在電源線的一端，遠離經過饋電線的埠，這一端在槽環狀限定的部分內。他們中每一個的開通和關閉都根據端點連接的線埠供給的偏壓。
當位於饋線端點的二極體關閉，在線端的阻抗等同於開路，它顯然是做為線/槽過渡級別的短路，當選擇相應于波長λm的四分之一的線長時，這允許線和槽之間的耦合。另一方面，當一條線端的二極體為開時，這條線末端的阻抗等同短路，它顯然作為線/槽過渡級別的開路，因此避免線和槽之間的耦合。
環狀槽1B能有非圓形狀，增加它的周長，例如形成從一到更多鋸齒狀的變形，朝向基片平面的中心O，這些變形位於槽短路平面區域內，那裡電場最小。
還有，諸如圖2中描述的環形槽能與天線中至少一個其他槽相結合，使這個天線在幾個頻率上工作。一個槽位於其他中心的內部。每一個槽限定在一個頻率上工作。通過饋線激勵槽，每個槽有天線供給兩條饋線交叉通過。這特別使得製造多頻帶與/或寬帶天線成為可能。
圖3提出了小型天線的不同實例，設想環形槽1C相應於槽1A和1B，象他們一樣，能與在同一頻率以不同模式運行的其他同心環狀槽組合。設想兩條饋線2C和2C』，這裡他們有相應於饋線2A』的形狀，與槽環1C的中心O對稱排列。這些饋線2C和2C』可能沿著通過中心O的XX』軸排列，中心O作為相關三面體的起始點，它的XOY平面與天線基片界定的平面相符合。這裡他們與這個軸X』X平行排列。兩個埠4C和4C』位於槽環形的兩側，每個都能饋電一個饋線，兩個二極體3C和3C』能作用在由線/槽過渡水平饋線2C和2C』各自顯示的阻抗。
交替地與饋線2C和2C』的一個或另一個耦合的槽1C能在槽1B對線2B和2B』耦合的相同條件下獲得。
例如，在埠級別零電壓的應用，比如4C或4C』用於關閉它連接的二極體，比如各自的3C和3C』，因此使這個埠是有效的。在其他埠的級別應用適當正電壓Vcc引起連接其他埠的二極體傳導和使得這個埠失效。
另外，因為同一原因或在同一條件下，就象1B一樣，環狀槽1C能變形與/或其他槽組合。
根據本發明，象圖2描述的那樣，圖4能夠顯示為帶有環狀槽和設置同一極化的兩個埠的平面小型天線得到了模擬的結果。
模擬設想二極體3B和3B』之一對應於理想的短路，另一個對應於理想的開電路。它在由頻率函數產生的匹配和隔離中發生變化，測量單位分別是分貝和千兆赫茲。通過參考，圖4的曲線「a」說明在匹配狀態下，在天線配有偏移的雙曲線饋線的環狀槽情況下的變化，就象圖1中描述的相關的2A』。中心頻率5.80GHz獲得的匹配值為-22dB。這個曲線「a」允許與曲線「b」描述的結果比較，曲線「b」結果是在天線帶有兩個埠的情況下獲得的。如圖2描述，兩個天線有相同的環形槽的條件下相比較。模擬顯示圖2帶有2個埠的天線獲得的匹配特別相應於圖1中帶有單個偏移埠天線獲得的匹配。作為頻率的函數，埠間隔離變化的曲線C顯示隔離總是保持大於帶有兩個埠天線情況下的20分貝。
當考慮實際二極體的參數時，圖5描述天線獲得的模擬結果與圖2所示的一樣。
曲線「a1」作為頻率的函數描述在匹配狀態中的變化，和顯示所獲得的帶有V形的曲線相應於圖4所描述的曲線「a」，向中心頻率的高頻率方向有輕微的偏移。如所知，這種偏移是能消除的。埠間隔離變化的曲線「c1」，作為頻率的函數，顯示隔離特別在中心頻率附近保持約20分貝的值。
圖6和圖7描述各自在E和H部分的平面中所獲得的輻射圖，帶有偏移埠的槽，如圖1中的槽2A』，和帶有兩個埠的槽，如圖2中所描述的。很明顯，圖6中標有「d」的虛線在其相關的有關「e」的實線的大致形式中沒有變化，根據圖1，標記「e」實曲線為帶有偏移埠的槽所形成的。
圖8描述H平面的輻射圖，H平面內描述表示圖2中天線的交叉極化和聯合極化的圖解。標有「F」的曲線相應於二極體3B關閉二極體3B』開時所得到的交叉極化。圖中的左瓣在圖中對於相關的右瓣向上偏移，右瓣實際上保持在X』X軸中央，略有輕微向上偏移。標有「g」的曲線相應於二極體3B』關閉。二極體3B開時所獲得的交叉極化。已獲得的曲線g的右瓣和左瓣與在沿X』X軸對稱排列的曲線「f」，對稱排列，因此他們在圖中向下偏移，對應於曲線「f」兩瓣的向上偏移。
在上面描述的兩個二極體中的一個或另一個工作的條件下所獲得的聯合極化，如圖所示，所描述的級別上和所考慮的範圍與間隔為6分貝的刻度特別的相符。這兩個曲線在這裡用標為「h」的單虛曲線來說明。
這表明在好的條件下，在帶有環形槽小型天線的級別，在平面基片的級別，每個饋線的兩個埠能獲得同一的極化。如前面表明的一樣，環形槽可能是圓形或變形的環形，它能與至少一個其他的位於同一基片區域的環形槽組合。兩條饋線，這裡設想安裝在基片面上，在面上他們以直線部分和曲線或直斜級部分展開，這個部分這裡表示為雙曲線的形式。他們能做成不同的形式與/或處於各自不同的位置，這基於需要而定。
這裡設想由二極體組成的切換裝置當然可以有多種功能，能適合電子和機電的形式。在二極體的情況下，如果對設想的應用有幫助，當然能修正偏壓的方向。
權利要求
1.一種在基片上製造的小型平面天線，包括環狀槽(1B)，其工作在給定的頻率上，設置在線(2B)的短路平面，稱為第一條線，通過這條線饋電天線槽，其特徵在於包括第二條槽饋線(2B』)，所述的第二條槽饋線在共用他們的線短路平面內與第一線對稱排列，通過切換裝置埠可被設為主動或被動，埠(4B，4B』)可以饋電與切換裝置(3B，3B』)連接的天線。
2.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於它包括兩條饋線(2B，2B』)，對稱偏移在能夠饋電環形槽(1B)的中心O的軸兩側。
3.根據權利要求2所述的天線，其特徵在於它配備的每一條饋線，包括跨過環形槽的直線部分，在其水平上，產生激勵點，這些線的各自直線部分相互平行排列。
4.根據權利要求1所述的天線，其特徵在於包括兩條饋線(2C，2C』)，對成排列在能夠饋電的環形槽(1C)的中心(O)。
5.根據權利要求4所述的天線，其特徵在於每一條饋線包括跨過環形槽的直線部分，在其水平上，產生激勵點，這些直線部分沿著穿過環形槽中心O的軸排列。
6.根據權利要求4所述的天線，其特徵在於它配備的每一條饋線包括跨過環形槽的直線部分，產生激勵點，這些直線部分與穿過環形槽中心O的軸平行，相對於中心，他們側向偏移。
7.根據權利要求3、5或6所述的天線，其特徵在於它配備的每一條饋線包括直的或彎曲的終端部分，通過饋電跨過環形槽與直線部分偏斜排列，這個終端部分位於槽形成的環形界定的內部。
8.根據權利要求1至7之一所述的天線，其特徵在於包括饋線，它的切換裝置是電子裝置或是機電裝置。
9.根據權利要求8所述的天線，其特徵在於包括由接地二極體組成的兩個饋線切換裝置，由電壓交替地接通一個關閉另一個，饋線在埠的級別各自供電，這些二極體被單獨分配。
10.據權利要求1至9之一所述的天線，其特徵在於包括由微帶和共面技術製造的饋線。
11.根據權利要求1至10之一所述的天線，其特徵在於包括至少在一個平面製造的兩個環形槽，一個在另一個內部，其環形、圓形或其他形狀，每一個由天線裝備的兩條饋線通過。
12.一種電信終端，包括天線，通過無線電用於發射的裝置和用於接收的裝置，其特徵在於包括權利要求1至11之一的天線。
全文摘要
在基片上製造的小型平面天線包括環形槽(1B)，使其在既定的頻率上工作，使其位於線(2B)的短路平面，通過該短路平面饋電天線槽。第二個槽饋線(2B』)與共用他們的線短路平面的第一條線對稱排列。備有埠(4B，4B』)的每一條線連接到切換裝置(3B，3B』)，以便允許天線經兩個埠(4B，4B』)的一個或另一個饋電天線。
文檔編號H01Q13/10GK1407655SQ0213045
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月20日 優先權日2001年8月29日
發明者弗蘭克·圖多, 菲利普·米納爾, 阿里·盧齊, 弗朗索瓦絲·勒博爾澤 申請人:湯姆森許可貿易公司