具有由傳導橋連接的傳導平面的天線的製作方法
2023-12-12 00:23:37 1
專利名稱：具有由傳導橋連接的傳導平面的天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括用於與另一設備交換射頻信號的天線的設備，並且還涉及一種天線和一種方法。
這樣的設備的例子是家庭影院設備、環繞聲設備、無線耳機設備、第二房間無線音頻設備、生物傳感設備、定位跟蹤設備、移動終端以及無線接口。
背景技術：
從US 2002/0177416 A1可了解一種現有技術天線，該文件在其圖2和3中公開了一種包括RF模塊206的地表面202。這個RF模塊206包括安裝在接地平面302上的RF電路306，其中接地平面302併入了帶有開口端和封閉端的狹槽(slot)304。如在其圖11中所公開的，連接點308、1102靠近狹槽304的靠近封閉端的兩側。
該已知天線尤其因接地平面倚靠著(against)地表面工作而是不利的。這樣的一個地表面導致足夠的天線性能，但是其相對較大。
發明內容
本發明的一個目的尤其是提供一種包括具有足夠天線性能的較小天線的設備。
本發明的另外的目的尤其是提供一種具有足夠天線性能的較小天線，以及一種結合具有足夠天線性能的較小天線進行使用的方法。
根據本發明的設備包括用於與另一設備交換射頻信號的天線，該天線包括-第一傳導平面，包括第一連接點；-第二傳導平面，包括第二連接點；-間隙(gap)，用於將傳導平面相互分隔開；以及-傳導橋，用於將傳導平面相互耦合；該第一和第二連接點靠近該間隙定位。
通過使用由間隙相互分隔開的並且由傳導橋相互傳導耦合的兩個不同的傳導平面，該天線具有足夠的天線性能。這可以如下地來推導。在US 2002/0177416 A1中，同一個接地平面併入了帶有開口端和封閉端的狹槽。為了能夠在接地平面上安裝該RF電路，該狹槽不對稱地位於接地平面上。為了提高US 2002/0177416 A1中的天線性能，必須引入充當輻射元件的地表面。根據本發明，通過使用兩個不同的傳導平面，不再需要引入這樣的地表面。
應當指出，US 6,407,706 B2公開了一種包括帶有線的正方形元件的天線。這些線構成了實際的天線。US 6,768,461 B2公開了一種包括由間隙分隔開的橢圓形元件和矩形元件的天線。兩個元件沒有通過傳導橋來相互傳導耦合。WO 01/59881 A1公開了一種包括由間隙分隔開的連接盤(land)的天線。這些連接盤沒有通過傳導橋相互傳導耦合。這些天線與所謂的開槽天線(notch antenna)不同地起作用，它們與根據本發明的設備中的天線相反，根據本發明的設備中的天線與所謂的開槽天線相一致地起作用。所謂的開槽天線包括具有帶連接點的非傳導狹槽的傳導平面，該傳導平面用於接收和/或發送射頻信號，並且該帶連接點的非傳導狹槽用於接收來自所述傳導平面的所述射頻信號和/或供應所述射頻信號給所述傳導平面。
根據本發明的設備中的天線是有另外的優勢的，因為它是一種有效的輻射體。該天線可以用於發送以及接收射頻信號。該天線具有足夠的帶寬，實際上是寬帶的、是低成本的並且可以易於製造。通過將連接點定位得更靠近所述橋，天線阻抗減小，並且反之亦然。傳導橋例如包括導線或連接器等等。通過使得這個傳導橋稍微靈活一點或者通過允許這個橋稍微靈活一點，該天線可以更好地應付衝擊(shock)。
根據本發明的設備的一個實施例由所述間隙以及第一和第二連接點來定義，其中該間隙為空氣隙，該第一和第二連接點靠近該間隙定位且與間隙相距至多一個間隙寬度。與其他非傳導間隙相比，空氣隙的使用增加了天線的帶寬。
根據本發明的設備的一個實施例由傳導平面周長、間隙長度以及間隙寬度來定義，其中傳導平面周長為射頻信號波長的至少50％，間隙長度是在射頻信號波長的10％和50％之間，間隙寬度為射頻信號波長的至多20％。這個天線具有良好的天線性能。優選地，所述周長每個約為一個波長。
根據本發明的設備的一個實施例由第一傳導平面來定義，其中該第一傳導平面另外用作承載處理電路的載體。這個處理電路例如包括信號處理電路比如射頻電路和基帶電路。
根據本發明的設備的一個實施例由第二傳導平面來定義，該第二傳導平面另外用作承載接口電路的載體。這個接口電路例如包括用戶接口電路比如音量(volume)控制電路和信道控制電路。
根據本發明的設備的一個實施例由所述間隙來定義，該間隙包括由傳導橋相互分隔開的第一間隙和第二間隙，第一和第二連接點靠近第一間隙定位，並且第一傳導平面又包括另一個第一連接點，第二傳導平面又包括另一個第二連接點，所述另一個第一和另一個第二連接點靠近第二間隙定位。這允許該天線以第一模式或第二模式被使用，在第一模式情況下第一間隙是有效的，在第二模式情況下第二間隙是有效的。
根據本發明的設備的一個實施例由第一和第二間隙、第一和第二連接點、以及另一個第一和另一個第二連接點來定義，其中第一和第二間隙為空氣隙，第一和第二連接點靠近第一間隙定位且與第一間隙相距至多一個間隙寬度，另一個第一和另一個第二連接點靠近第二間隙定位且與第二間隙相距至多為該間隙寬度。與其他非傳導間隙相比，空氣隙的使用增加了天線帶寬。
根據本發明的設備的一個實施例由第一間隙和第二間隙來定義，其中第一間隙具有在射頻信號第一波長的10％和50％之間的第一間隙長度，第二間隙具有在射頻信號第二波長的10％和50％之間的第二間隙長度。在第一模式下，交換具有第一波長的射頻信號，並且在第二模式下，交換具有第二波長的射頻信號。
根據本發明的設備的一個實施例由射頻信號的第一波長和射頻信號的第二波長來定義，其中第一波長對應於1GHz以下的頻率，第二波長對應於1GHz以上的頻率。第一波長例如對應於位於800MHz和950MHz之間的頻率，並且第二波長例如對應於2.4GHz的頻率。
根據本發明的設備的一個實施例由不倚靠著地表面工作的傳導平面來定義。這允許天線儘可能緊緻(compact)。
根據本發明的設備的一個實施例由構成印製電路板或其他層合材料(laminate material)的一部分的傳導平面來定義。這允許印製電路板或其他層合材料具有雙重功能天線功能和座架(mounting)功能。
根據本發明的設備的一個實施例由相對於彼此成一個角度的傳導平面來定義，該角度不同於0度、也不同於180度。這允許天線根據設備的結構來定形，並且改善了天線的全向性。
通過包括以下各項而定義了根據本發明的用於交換射頻信號的天線-第一傳導平面，包括第一連接點；-第二傳導平面，包括第二連接點；-間隙，用於將傳導平面相互分隔開；以及-傳導橋，用於將傳導平面相互耦合；該第一和第二連接點靠近該間隙定位。
通過包括一種使用天線的步驟而定義了根據本發明的用於交換射頻信號的方法，該天線包括-第一傳導平面，包括第一連接點；-第二傳導平面，包括第二連接點；-間隙，用於將傳導平面相互分隔開；以及-傳導橋，用於將傳導平面相互耦合；該第一和第二連接點靠近該間隙定位。
根據本發明的天線的實施例和根據本發明的方法的實施例對應於根據本發明的設備的實施例。
本發明尤其是基於這樣的觀點，即現有技術天線使用一個具有不對稱狹槽的接地平面，並且要求引入一個比較大的地表面來充當輻射元件，以及，本發明尤其是基於這樣的基本思想，即由一個或多個間隙相互分隔開的並且由一個或多個傳導橋相互傳導耦合的兩個或多個不同的傳導平面被用於實現足夠的天線性能。
本發明尤其通過提供一種包括具有足夠天線性能的較小天線的設備而解決了所述問題，並且，本發明尤其是有優勢的，因為該天線具有良好的天線性能。該天線是有效的輻射體並且可以用於發送和接收射頻信號。該天線具有足夠的帶寬，實際上是寬帶的，是低成本的並且可以易於製造。
本發明的這些和其他方面將從下文所述的實施例變得明顯並參照所述實施例來進行詮釋。
在附圖中圖1示意性示出了根據本發明的設備，其包括根據本發明的天線；圖2更具體地示意性示出了根據本發明的天線；圖3示出了根據本發明的安裝有處理電路和接口電路的天線的頂視圖；圖4示出了根據本發明的天線的平面仿真器中的仿真的回程損耗；圖5示出了根據本發明的天線的平面仿真器中的仿真的三維輻射圖；以及圖6示出了根據本發明的天線的平面仿真器中的仿真的二維輻射圖。
具體實施例圖1中示出的根據本發明的設備1，舉例來說諸如是家庭影院設備、環繞聲設備、無線耳機設備、第二房間無線音頻設備、生物傳感設備、定位跟蹤設備、移動終端以及無線接口，其包括被耦合到無線電單元3的根據本發明的天線2。無線電單元3被耦合到數位訊號處理器4，數位訊號處理器4通過數模轉換器5間接地、以及中間沒有任何單元而直接地耦合到人機界面6。
圖2中更具體地示出的根據本發明的天線2包括第一傳導平面21和第二傳導平面22，它們由非傳導間隙23分隔開並且通過傳導橋24相互傳導耦合。該傳導橋24將間隙23分隔為第一間隙23a和第二間隙23b。第一傳導平面21包括靠近第一間隙23a定位的第一連接點31a以及靠近第二間隙23b定位的另一個第一連接點31b，而第二傳導平面22包括靠近第一間隙23a定位的第二連接點32a以及靠近第二間隙23b定位的另一個第二連接點32b。處理電路41被安裝在第一傳導平面21上，而接口電路42被安裝在第二傳導平面22上。所述(另一個)連接點31a、32a(31b、32b)之一例如為接地饋點、而另外一個例如為信號饋點。
間隙23例如為空氣隙。與其他的非傳導間隙相比，這增加了天線2的帶寬。第一和第二連接點31a、32a靠近間隙23定位且與間隙23相距至多一個間隙寬度。該間隙寬度是傳導平面21、22之間的距離。
為了獲得良好的天線性能，傳導平面21、22的周長為將要與未示出的其他設備交換的射頻信號波長的至少50％。第一間隙23a的第一間隙長度是在射頻信號波長的10％和50％之間，並且該間隙寬度為射頻信號波長的至多20％。第一間隙23a的第一間隙長度為從傳導橋24到傳導平面21、22的拐角之一的距離，該拐角為當從傳導橋24沿著第一間隙23a到第一間隙23a的開口端時首次出現的拐角。優選地，所述周長每個約為一個波長，並且間隙長度約為該波長的四分之一。
第一傳導平面21承載處理電路41，舉例來說比如是信號處理電路，諸如射頻電路(無線電單元3)以及基帶電路(數位訊號處理器4和數模轉換器5)。
第二傳導平面22承載接口電路42，舉例來說比如是用戶接口電路，諸如音量控制電路以及信道控制電路(人機界面6)。
天線2可以工作在第一模式或者工作在第二模式，在第一模式情況下第一間隙23a和第一與第二連接點31a、32a是有效的，在第二模式情況下第二間隙23b和所述另一個第一與另一個第二連接點31b、32b是有效的。
第一間隙23a的第一間隙長度是在射頻信號第一波長的10％和50％之間，而第二間隙23b的第二間隙長度是在射頻信號第二波長的10％和50％之間。第二間隙23b的第二間隙長度為從傳導橋24到傳導平面21、22的拐角之一的距離，該拐角為當從傳導橋24沿著第二間隙23b到第二間隙23b的開口端時首次出現的拐角。在第一模式下，交換具有第一波長的射頻信號，而在第二模式下，交換具有第二波長的射頻信號。射頻信號的第一波長對應於例如1GHz以下的頻率，比如位於800MHz和950MHz之間的頻率，而射頻信號的第二波長對應於例如1GHz以上的頻率，比如2.4GHz的頻率。
傳導平面21、22不倚靠著地表面工作。這允許天線2儘可能緊緻。傳導平面21、22構成了印製電路板或其他層合材料的一部分。這允許印製電路板或其他層合材料具有雙重功能天線功能和座架功能。
傳導平面21、22可相對於彼此成一個角度(例如通過給傳導橋一個鉸鏈功能)，該角度不同於0度、也不同於180度。這允許天線2根據設備1的結構來定形，並且改善了天線2的全向性。
在圖3中，示出了根據本發明的安裝有處理電路41和接口電路42的天線2的頂視圖。傳導平面21、22例如為FR4印製板，其具有例如1.6mm厚度。第一傳導平面21例如為58×58mm，第二傳導平面22例如為70×32mm。處理電路41例如為33×24mm。接地連接點31a可以存在於第一傳導平面21中。間隙寬度可以是0.5mm至5mm。處理電路41和接口電路42可以由未示出的屏蔽來進行屏蔽以有效地增加天線表面。這樣的屏蔽將被傳導耦合到傳導平面21、22。
在圖4中，示出了在已經將天線組件與阻抗網絡進行適配之後、根據本發明的天線2的平面仿真器中仿真的回程損耗。所述帶寬足夠用來覆蓋全世界範圍的所有無線音頻頻段。
在圖5中，示出了根據本發明的天線2的平面仿真器中仿真的三維輻射圖，當空氣隙被水平極化時，天線2充當垂直偶極子。
在圖6中，示出了根據本發明的天線2的平面仿真器中仿真的二維輻射圖。
應當指出，上述實施例用來說明而不是限制本發明，並且本領域的技術人員將能夠設計出許多可替換的實施例而不背離所附權利要求的範圍。在權利要求中，放置在括號中的任何參考符號不應當被視作限制權利要求。動詞「包括」及其變形的使用不排除在權利要求中陳述的那些部件或步驟之外的部件或步驟的存在。部件之前的冠詞「一」或「一個」不排除多個這樣的部件的存在。本發明可以通過包括若干不同部件的硬體來實現。在列舉若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的幾個可以被同一項硬體所包含。在相互不同的從屬權利要求中敘述了某些措施，這一起碼的事實不表示這些措施的組合不能用於獲益。
權利要求
1.包括天線(2)的設備(1)，該天線用於與另一設備交換射頻信號，該天線(2)包括-第一傳導平面(21)，包括第一連接點(31a)；-第二傳導平面(22)，包括第二連接點(32a)；-間隙(23)，用於將傳導平面(21，22)相互分隔開；以及-傳導橋(24)，用於將傳導平面(21，22)相互耦合；該第一和第二連接點(31a，32a)靠近該間隙(23)定位。
2.根據權利要求1的設備(1)，所述間隙(23)為空氣隙，並且第一和第二連接點(31a，32a)靠近該間隙(23)定位、且與該間隙(23)相距至多一個間隙寬度。
3.根據權利要求1的設備(1)，傳導平面(21，22)的周長為射頻信號波長的至少50％，並且間隙長度是在射頻信號波長的10％和50％之間，而間隙寬度為射頻信號波長的至多20％。
4.根據權利要求1的設備(1)，第一傳導平面(21)另外用作承載處理電路(41)的載體。
5.根據權利要求1的設備(1)，第二傳導平面(22)另外用作承載接口電路(42)的載體。
6.根據權利要求1的設備(1)，所述間隙(23)包括由傳導橋(24)相互分隔開的第一間隙(23a)和第二間隙(23b)，第一和第二連接點(31a，32a)靠近所述第一間隙(23a)定位，並且第一傳導平面(21)又包括另一個第一連接點(31b)，第二傳導平面(22)又包括另一個第二連接點(32b)，所述另一個第一和另一個第二連接點(31b，32b)靠近第二間隙(23b)定位。
7.根據權利要求6的設備(1)，第一和第二間隙(23a，23b)為空氣隙，並且第一和第二連接點(31a，32a)靠近第一間隙定位、與第一間隙(23a)相距至多一個間隙寬度，並且所述另一個第一和另一個第二連接點(31b，32b)靠近第二間隙(23b)定位、與第二間隙(23b)相距至多為該間隙寬度。
8.根據權利要求6的設備(1)，第一間隙(23a)具有在射頻信號第一波長的10％和50％之間的第一間隙長度，並且第二間隙(23b)具有在射頻信號第二波長的10％和50％之間的第二間隙長度。
9.根據權利要求8的設備(1)，射頻信號的第一波長對應於1GHz以下的頻率，並且射頻信號的第二波長對應於1GHz以上的頻率。
10.根據權利要求1的設備(1)，傳導平面(21，22)不倚靠著地表面工作。
11.根據權利要求1的設備(1)，傳導平面(21，22)構成印製電路板或其他層合材料的一部分。
12.根據權利要求1的設備(1)，傳導平面(21，22)相對於彼此成一個角度，該角度不同於0度、也不同於180度。
13.在一設備(1)中使用的天線(2)，該天線用於與另外的設備交換射頻信號，該天線(2)包括-第一傳導平面(21)，包括第一連接點(31a)；-第二傳導平面(22)，包括第二連接點(32a)；-間隙(23)，用於將傳導平面(21，22)相互分隔開；以及-傳導橋(24)，用於將傳導平面(21，22)相互耦合；該第一和第二連接點(31a，32a)靠近該間隙(23)定位。
14.用於交換射頻信號的方法，該方法包括使用一天線(2)的步驟，該天線(2)包括-第一傳導平面(21)，包括第一連接點(31a)；-第二傳導平面(22)，包括第二連接點(32a)；-間隙(23)，用於將傳導平面(21，22)相互分隔開；以及-傳導橋(24)，用於將傳導平面(21，22)相互耦合；該第一和第二連接點(31a，32a)靠近該間隙(23)定位。
全文摘要
在包括用於交換射頻信號的天線(2)的設備中，天線(2)包括兩個傳導平面(21，22)，該傳導平面包括兩個連接點(31a，32a)，這兩個連接點由用於將傳導平面(21，22)相互分隔開的間隙(23)分隔開，並且這兩個連接點通過傳導橋(24)相互耦合。這些天線(2)具有足夠的天線性能，不需要功率放大器而形成過大尺寸，不引入額外的功率消耗，具有足夠的帶寬，是低成本的並且可以易於製造。傳導平面(21，22)承載處理電路(41)和接口電路(42)。通過引入兩個另外的連接點(31b，32b)，間隙(23)由傳導橋(24)分成第一間隙(23a)和第二間隙(23b)，並且天線(2)可以用於不同的頻段。傳導平面(21，22)可以相對於彼此成一個角度，以允許天線(2)根據設備結構來定形。
文檔編號H01Q5/00GK101073181SQ200580041821
公開日2007年11月14日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年12月6日
發明者A·克塞萊爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司