Настоящее изобретение относится к антеннам и, более конкретно, к малогабаритным и высокоэффективным антеннам для мобильных и микротелефонных устройств связи.
Предшествующий уровень техники
По мере развития технологии габариты мобильных устройств связи уменьшаются. Чтобы антенна работала надлежащим образом, она должна иметь размер, равный приблизительно половине длины волны, за исключением антенны в виде несимметричного вибратора (которая обычно работает над заземленной плоскостью), которая должна иметь размер четверти длины волны. Для современных мобильных устройств связи, например сотовых микротелефонных модулей, такие размеры непрактичны, поскольку полный размер микротелефонной трубки меньше половины длины волны подходящей частоты.
Использование малогабаритных антенн снижает их эффективность и, следовательно, требует подачи более высокой мощности для работы устройства. Более высокая мощность приводит к более коротким циклам между подзарядками батареи и увеличивает излучение в направлении головы/тела пользователя. Уровень мощности, излучаемый в направлении головы человека, является наиболее значительным и, чтобы защитить пользователей, предписываются серьезные ограничения и технические требования.
Работа указанных устройств вблизи тела человека изменяет поле и/или распределение тока вдоль антенны и, следовательно, изменяет диаграмму излучения устройств, а также эффективность излучения. На практике снижение эффективности может быть в пределах 10-20 дБ или более. Результатом является требование более высокой мощности для работы устройства с вытекающими отсюда вышеописанными недостатками. Использование внешних штыревых антенн, таких как «обрубленные», или же убирающихся антенн, также неудобно, так как антенны часто «зацепляются» в кармане. Они также ухудшает эстетический вид мобильного устройства связи и, что наиболее важно, диаграмма излучения является квазивсенаправленной, так что не достигается никакого улучшения в отношении излучения в направлении головы/тела пользователя.
Внутренние антенны, поставляемые разными компаниями, являются относительно неэффективными по сравнению с внешними антеннами. Более того, указанные известные внутренние антенны, в основном, не уменьшают излучение в направлении головы/тела пользователя, а во многих случаях даже увеличивают такое излучение. Коэффициент усиления антенны в общем случае мал (особенно при их использовании рядом с головой/телом человека), а величины SAR (удельная мощность поглощения, УМП) являются в основном высокими.
Другая проблема в известных внутренних антеннах состоит в узкой ширине полосы рабочих частот. Помимо узкой полосы рабочих частот, в которой входной импеданс согласован, эффективность излучения снижается дополнительно. Последнее обстоятельство считается даже более серьезной проблемой в случаях, когда требуется работа в двух или трех частотных диапазонах мобильных устройств связи, как, например, в случае стандартов сотовой связи GSM 900/1800, 900/1900, 900/1800/1900 МГц и т.д.
Известны внутренние антенны для мобильных устройств связи, которые используют резонансный излучающий элемент в качестве главного излучателя. В частности, очень удобными для использования являются печатные антенны, например микрополосковые и щелевые, из-за легкости их изготовления, их низкого профиля и их низкой себестоимости. Если бы такие печатные элементы можно было бы использовать в мобильных устройствах связи с учетом эффективности, коэффициента усиления, согласования импедансов и воспроизводимости, это было бы лучшим выбором. К сожалению, такие элементы из-за малого размера мобильного устройства связи демонстрируют очень низкую эффективность и, следовательно, низкий коэффициент усиления; кроме того, трудно согласовать их импеданс с импедансом мобильного устройства связи.
В общем случае щели, возбуждаемые фидерами (например, микрополосковыми или полосковыми структурами) или коаксиальным кабелем, обычно являются узкополосными. Чтобы достичь согласования щели даже в узкой полосе, возбуждение щели обычно выполняется со смещением от центра, чтобы уменьшить входной импеданс щели, который является, по сути, очень высоким. Патент США №5068670, принадлежащий одному из изобретателей настоящего изобретения, включенный в настоящем описании посредством ссылки, описывает широкополосную щелевую антенну, реализуемую добавлением согласующих схем с обеих сторон щели. В предпочтительном варианте осуществления фидеры расположены со смещением от центра щели.
Направление максимального излучения возбуждаемой со смещением от центра щели изменяется с частотой вследствие асимметричных распределений электрического и магнитного полей, возбуждаемых вдоль щели. Хотя на узкополосные щели указанное явление оказывает незначительное влияние, оно существенно влияет на широкополосные щели. Наилучшее решение состоит в том, чтобы симметрично возбуждать щель двойной фидерной и нагрузочной линиями, которые могут ответвляться от одного возбуждающего фидера. Каждое из полосковых плеч имеет двойную согласующую схему для расширения ширины полосы частот антенны. Длина и ширина каждого плеча могут быть равны для реализации полностью симметричной структуры, но также могут и отличаться, чтобы максимизировать ширину полосы частот. Если плечи не идентичны, будет некоторое отклонение направления максимума излучения по частоте.
Щель может быть нерезонансной, если она на обоих концах открыта («с открытыми концами»), или резонансной, если она замкнута с обоих концов («с закороченными концами»). Эффективность излучения зависит от распределения поля - амплитуды и фазы, вдоль щели. Электромагнитные поля в щелях с закороченными концами должны пропадать на обоих концах щели и, следовательно, они являются непрерывными, их значение в любой точке вдоль щелей не может достигать требуемого уровня, как с более короткими щелями. Следовательно, щели с закороченными концами относительно велики, их размеры обычно лежат в диапазоне половины длины волны на рабочей частоте.
Электромагнитные поля в щелях с открытыми концами могут иметь конечное значение на концах щелей, а не должны доходить до нуля. Из этого следует, что приемлемое значение поля может быть достигнуто даже для относительно коротких щелей. Далее, для одиночного или двойного фидеров может быть оптимизирована точка возбуждения. Следует учитывать, что диаграмма излучения будет отличаться от обычной. Кроме того, нагрузка полоскового типа для щелей с открытыми концами может быть предпочтительно выполнена в виде закорачивающей схемы, чтобы устранить плавающее заземление на дальнем конце щели. В результате, такая конфигурация является более сложной для согласования с помощью реактивной части импеданса щели. Кроме того, плавающее заземление могло бы снизить эффективность антенны.
В европейском патенте ЕР 0924797 описана конфигурация щелевой антенны, в которой щель искривлена по двум осям и возбуждается в ее центральной точке коаксиальным кабелем. Конфигурация, предложенная в указанном патенте, имеет ряд недостатков. Согласование указанной щели весьма затруднительно из-за центрированной точки возбуждения (что описано выше в патенте США № 5068670). Кроме того, часть щели, которая вносит вклад в излучение в требуемом направлении, является очень малой, поскольку благодаря согнутым плечам щели, которые параллельны, поля являются противоположными по поляризации и, следовательно, компенсируют излучение в большинстве требуемых направлений. Кроме того, возбуждение является сложным и дорогостоящим для реализации. Наконец, щели, которые открыты на одном конце, являются менее эффективными по сравнению со щелями с закороченными концами и вызывают излучение в нежелательных направлениях. Диаграмма излучения будет асимметричной вследствие излучения из открытого конца щели, поскольку поля не спадают до нуля, как упомянуто выше.
В патентах США № 5929813 и 6025802 описаны подобные антенны. Такие антенны в действительности являются рамочными антеннами, в которых «проводная щель» создает рамочную антенну. Конфигурация, предложенная в указанных патентах, имеет ряд недостатков. «Проводная щель» открыта в соединительных точках, срезана вдоль края антенны и также изогнута на металлическом листе, следовательно, она вызывает излучение в нежелательных направлениях и с противоположной (горизонтальной) поляризацией. «Проводная щель» возбуждается антенным соединителем очень близко к краю антенны (и телефона); следовательно, излучение к голове пользователя не снижается. Действительно, поскольку печатные платы телефонов вносят вклад в излучение на частотах МДКР/МДВР/GSM (800 и 900 МГц), очевидно, что излучение к голове пользователя даже увеличивается.
Кроме того, в варианте двухчастотного режима работы согласно указанным патентам диаграмма излучения в более высокой полосе имеет нули или, по меньшей мере, значительное уменьшение под некоторыми углами и далека от всенаправленной в азимутальной плоскости. В такой конфигурации каждая «проводная щель» влияет на работу другой полосы, где не предполагается, что она оказывает влияние на контур, создаваемый такой конфигурацией параллельно голове пользователя в «положении разговора» (например, положение, в котором пользователь держит мобильное устройство связи рядом с головой) и, следовательно, голова пользователя значительно изменяет распределения полей.
В результате характеристики антенны снижаются, требуется высокий уровень передаваемой мощности и чувствительность приема будет меньше, чем требуется.
В патенте США № 6002367 описана микрополосково-щелевая антенна, возбуждаемая фидером, подобная структуре, описанной в патенте США № 5068670. Микрополосковый элемент возбуждается посредством электромагнитной связи фидера с микрополосковым элементом через щель вдоль ее центральной линии и является очень малым по сравнению с длиной волны на рабочей частоте; следовательно, он излучает неэффективно. Микрополосковый элемент или элементы, добавленные над щелью, возбуждаются фидером; нагрузочная линия (описанная в нескольких вариантах осуществления) и заземление микрополоскового элемента настраивают микрополосковый элемент. Указанный механизм антенны подобен механизму хорошо известной плоской антенны в виде инвертированной буквы «F» (PIFA), где заземление элемента настраивает антенну, за исключением подачи сигнала, которая выполняется фидером, а не зондом (PIFA). Эффективность антенны низка, а ее рабочая ширина полосы частот очень узкая. Она сложна в изготовлении и является относительно дорогостоящей, причем не достигается реального снижения излучения в направлении головы/тела пользователя. Кроме того, высота конструкции велика даже в простейшем варианте осуществления с одиночным микрополосковым элементом. Для современных мобильных устройств связи, которые являются очень компактными, такие размеры являются непрактичными. Другие конструкции антенн описаны в документах WO 99/13528, WO 99/36988 (US 5945954), однако такие антенны также имеют один или более вышеописанных недостатков.
Задачи изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая хотя и является очень малой по сравнению с известными антеннами, все же, тем не менее, способна работать с высокой эффективностью.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, показывающей низкую удельную мощность поглощения (SAR) по отношению к излучению в направлении головы/тела человека.
Также задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, для которой работа вблизи головы/тела человека оказывает незначительное влияние на характеристики антенны.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая может эффективно работать в широкой полосе частот - одиночной, двойной или многополосной.
Также задача настоящего изобретения заключается в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, которая может изготавливаться экономичным образом в объеме, сравнимом с известными внешними антеннами.
Еще одна задача и преимущество настоящего изобретения заключаются в создании внутренней антенны для мобильных устройств связи, имеющей более эстетический вид, чем сопоставимые устройства, оснащенные известными внешними антеннами.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена многодиапазонная микроволновая антенна, являющаяся резонансной и излучающей в полосе высоких частот, и, по меньшей мере, в одной полосе более низких частот, содержащая: диэлектрическую подложку, имеющую противоположные поверхности; электропроводный слой, служащий в качестве плоскости заземления на одной поверхности диэлектрической подложки, электропроводную фидерную линию, выполненную на противоположной поверхности диэлектрической подложки, причем фидерная линия имеет, по меньшей мере, один питающий конец и, по меньшей мере, один нагрузочный конец; щель, выполненную в плоскости заземления, имеющую питающую сторону и нагрузочную сторону по отношению к питающему концу и нагрузочному концу, причем щель электромагнитным способом связана с нагрузочным концом фидерной линии, так что щель является резонансной и излучающей в полосе высоких частот; а также дополнительный электрический проводник, электрически соединенный с плоскостью заземления, служащий в качестве ее продолжения на нагрузочной стороне щели, причем дополнительный электрический проводник имеет заданные размеры, расположен и связан электромагнитным способом со щелью в полосе более низких частот, так чтобы обеспечить резонанс щели и ее излучение, по меньшей мере, в одной полосе более низких частот.
Пояснение улучшения на более низкой рабочей частоте заключается в следующем. По плоскости заземления антенны генерируются электрические токи, которые вносят вклад в излучение антенны. В плоскости заземления конечных размеров эти токи генерируют электрические и магнитные поля на обоих концах плоскости заземления (это концы, которые перпендикулярны направлению распространения токов), действующих как микрополосковая антенна. Токи, генерируемые по плоскости заземления, должны быть непрерывными и, следовательно, если размер плоскости заземления мал, то не будет достигаться значительная амплитуда тока (теоретически, чтобы генерировать максимальный ток, требуется приблизительно половина длины волны). При добавлении второй плоскости заземления не требуется, чтобы генерируемые токи сводились к нулю на краю первой плоскости заземления, и таким образом они вносят вклад в излучение щели. Выбор размера порядка половины длины волны основан на фазе тока, которая имеет разность 180° на обоих краях. Генерируемые электромагнитные поля на краях, представляющие собой результат умножения тока на нормаль к краю (который противоположен по направлению на обоих краях), дают синфазные электромагнитные поля и, следовательно, вносят вклад в излучение в желаемых направлениях.
Для того чтобы поддерживать поверхность антенны малой, как это обычно требуется для мобильных устройств связи, вторая плоскость заземления может быть согнута или помещена над или под первой плоскостью заземления, а затем два слоя могут быть соединены штырями или металлическими элементами для обеспечения непрерывности плоскости заземления и генерируемых токов. Последнее обеспечивает возможность непрерывности токов, не влияя на окрестность антенны. Указанный добавленный слой может быть расположен в зазоре, требуемом между антенной и устройством связи, так что суммарный объем остается таким же. Зазор требуется для устранения компенсации электромагнитного поля (полей), обусловленной отраженными полями от печатной платы (ПСП) мобильного устройства связи.
Согнутая плоскость заземления может быть дополнительно согнута, например, посредством третьего слоя, чтобы дополнительно увеличить его длину ценой усложнения изготовления.
Как упоминалось, согнутая вторая плоскость заземления служит также в качестве рефлектора, который отражает электромагнитные поля от направления к голове/телу пользователя. Такой рефлектор снижает излучение к голове/телу пользователя и повышает коэффициент усиления антенны главным образом по направлению половины свободного пространства, противоположной пользователю.
Кроме того, плоскость заземления антенны также может быть продлена и сложена на ее питающей стороне (вместо продления или же в дополнение к нему, на ее нагрузочной стороне), чтобы минимизировать такое излучение в направлении пользователя. Практический способ выполнения такого второго продления на питающей стороне плоскости заземления состоит в том, чтобы добавить еще один электропроводный слой снизу антенны, в зазоре между печатной платой устройства и антенной, который электрически соединен с заземленным выводом (или выводами).
Электрический проводник, служащий в качестве продолжения плоскости заземления, также может быть представлен в форме добавленного шлейфа. Такая реализация изобретения устраняет потребность в лишнем слое, упрощая процессы изготовления и сборки, а также снижая стоимость антенны. Металлизированные сквозные отверстия, металлические выводы, контактные площадки или электропроводные элементы любого типа могут соединять плоскость заземления на одной стороне и добавленный шлейф - на другой стороне.
Вся антенна может быть изготовлена на гибкой однослойной печатной схемной плате, затем сгибаемой, тем самым устраняя потребность отдельного второго слоя и специальных соединений с ним. Она также может быть изготовлена на одной диэлектрической подложке, в которой электрический проводник, служащий в качестве продолжения плоскости заземления, сформирован на той же поверхности, что и фидерные линии, но изолированно от них.
Ширина электрических контактов управляет рабочей частотой полосы более низких частот. Узкое соединение понижает рабочую частоту полосы более низких частот, тогда как более широкое соединение повышает рабочую частоту полосы более низких частот. Соединение может быть индуктивного типа, чтобы действовать как фильтр нижних частот, и поэтому может сильно влиять на полосу более высоких частот.
Соединение антенны с мобильным устройством связи может быть выполнено посредством проводящих выводов. Могут использоваться либо цилиндрические, плоские, либо выводы с другими поперечными сечениями. Выводы могут быть подпружиненными выводами, жесткими выводами с упругими элементами, расположенными на печатной плате устройства связи или на антенне, или жесткими резьбовыми выводами. В другом варианте осуществления проводящие выводы могут припаиваться к устройству связи.
Другой способ соединения может быть осуществлен посредством коаксиального соединителя. Соединение также может быть выполнено с использованием гибкой печатной платы в качестве подложки антенны, которая может быть смонтирована непосредственно или соединена через разъем или выводы с печатной платой устройства связи.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных ниже, антенна является антенной типа, описанного в вышеупомянутом патенте США №5068670 (одного из соавторов настоящей заявки), включенном в настоящее описание посредством ссылки. Антенна включает в себя электропроводную фидерную линию, размещенную на поверхности диэлектрической подложки, противоположной той поверхности, которая служит в качестве плоскости заземления, и щель, сформированную в плоскости заземления, имеющую питающую сторону, связанную электромагнитным способом с питающим концом фидерной линии, и нагрузочную сторону, связанную электромагнитным способом с нагрузочным концом фидерной линии, так что щель является резонансной и излучающей в заданной полосе высоких частот.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения щель, сформированная в плоскости заземления такой антенны, является искривленной.
Улучшение, достигаемое искривлением щели, состоит в уменьшении общего размера платы антенны. Особенно в случае щели с обоими закороченными концами влияние искривления щели является минимальным относительно ее рабочих характеристик, поскольку боковые плечи такой щели находятся по соседству с концами щели. Как описано ранее, электрические и магнитные поля в закороченной на конце щели сводятся к нулю на конце указанной щели, и, поскольку они должны быть непрерывными, из этого следует, что их значения вблизи концов щели являются низкими и, следовательно, на них не влияет искривление щели. Область вблизи центра такой щели является наиболее значимой, и значения полей в этой области высоки.
Комбинация такой искривленной щели и распределенной фидерной линии (предпочтительно подобной описанному в патенте США № 5068670), в частности, обеспечивает хорошие результаты, особенно с такими малыми антеннами.
Размер типичной антенны на типичных частотах системы DCS/PCS (передачи данных/персональной системы связи) (1800 и 1900 МГц) должен быть порядка 60-80 мм. Указанный размер нереализуем на практике в современных мобильных устройствах связи, в которых пространство для внутренней антенны составляет порядка (35-45) мм на (12-30) мм. Известные щелевые антенны, используемые в настоящее время, такие как, например, в патентах США № 5929813 и 6025802 (компании Nokia), возбуждаются непосредственно штырями. Кроме того, структуры, предложенные в указанных патентах, по существу являются рамочными антеннами, а не щелевыми антеннами.
Патенты PCT/US99/0085, WO 99/36988 (принадлежащие Rangestar) представляют щелевые антенны для сотовых телефонов. Подобная предложенная сотовая антенна запитывается коаксиальным кабелем, и, следовательно, в данном случае нет места для размещения средств согласования импедансов, кроме положения точки возбуждения вдоль щели. Такая конфигурация также является сложной в отношении сборки ввиду необходимости использования пайки, причем провода коаксиального кабеля часто могут ломаться. Кроме того, щель является прямой, а не искривленной, и очень мала по длине по сравнению с длиной волны на рабочей частоте;
следовательно, ее эффективность и особенно ее ширина полосы рабочих частот являются низкими.
Таким образом, искривление щели при одновременном ее возбуждении распределенной фидерной линией, имеющей питающий конец (предпочтительно, включающий преобразователь, реализуемый за счет изменения его длины и ширины, чтобы согласовать импеданс щели), и нагрузочный конец (включающий реактивную нагрузку - разомкнутый шлейф, закороченный шлейф или элементы, предназначенные, главным образом, для уменьшения реактивной части импеданса щели до нулевого уровня) обеспечивает особенно хорошие результаты (в отношении эффективности излучения, коэффициента усиления и рабочей ширины полосы) при искривлении щели и возбуждении ее распределенной фидерной линией.
Соответственно, была изготовлена пятидиапазонная антенна, полностью покрывающая все полосы на частотах 800, 900, 1800, 1900 и 2400 МГц.
Согласно настоящему изобретению многощелевая конфигурация может быть выполнена с использованием двух щелей, возбуждаемых последовательно одной фидерной линией, например пересекающей первую щель в ее точке возбуждения, продолжающейся до второй щели, пересекающей вторую щель в ее точке возбуждения, и затем части нагрузочного конца фидерной линии. Указанный вариант осуществления позволяет всей антенне работать в дополнительных полосах частот.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения каждая из щелей может возбуждаться отдельной фидерной линией, причем фидерные линии расположены параллельно друг другу.
Согласно настоящему изобретению в другой конфигурации дополнительная фидерная линия может возбуждать каждую из двух щелей, при этом каждая из фидерных линий выполняется последовательным или параллельным способом, как упомянуто выше. Ясно, что любая комбинация последовательных и параллельных фидерных линий применима к такой антенне, выполненной согласно настоящему изобретению.
Электрическое соединение с антенной может быть выполнено в любой подходящей точке антенны. Например, металлизированные отверстия могут быть выполнены на печатной плате антенны на стадии предварительного проектирования, а выводы от печатной платы устройства связи могут быть вставлены в эти отверстия и запаяны. В другой возможной компоновке подпружиненные выводы могут создавать электрическое соединение за счет непосредственного контакта с контактными площадками на печатных платах антенны и устройства связи. Еще в одной возможной компоновке электрическое соединение с антенной может быть выполнено за счет электромагнитной связи между фидерной линией и печатной платой устройства связи.
Предпочтительный вариант осуществления заключается в выполнении антенны в виде интегральной части печатной платы устройства связи. В наиболее общем случае печатная плата устройства связи представляет собой многослойную печатную плату, и антенна может быть легко выполнена непосредственно на этой печатной плате, тем самым устраняя любую потребность в любом дополнительном соединении или отдельной печатной плате. Проводящий отражатель, при его выполнении в виде отдельного слоя, в таком случае может представлять собой простой металлический лист, размещенный близко к передней крышке печатной платы устройства, электрически подсоединяемый к антенне, например посредством проводящих выводов.
В другой реализации верхний слой печатной платы устройства выполнен в виде гибкого слоя, содержащего антенну и проводящий отражатель на ней, при этом панель заземления или панель проводящего отражателя сгибается для получения законченной антенны.
Другой предпочтительный вариант осуществления заключается в выполнении антенны в виде интегральной части батареи устройства связи, которая обычно помещается на задней стороне устройства связи. В такой конструкции контактные элементы будут предпочтительно выполняться в виде подпружиненных штырьков. Предпочтительное положение для размещения антенны - в верхней части на задней стороне устройства связи для уменьшения помех ее работе, ее эффективности, когда устройство связи удерживается в руках и/или вблизи головы/тела пользователя.
Таким образом, видно, что настоящее изобретение может быть реализовано в виде антенны, образованной резонансной щелью (т.е. «закороченной на концах щели»), вырезанной в плоскости заземления платы печатной схемы и возбуждаемой, по меньшей мере, одной фидерной линией, пересекающей щель, по меньшей мере, в одной точке возбуждения вдоль щели. Указанная точка возбуждения выбирается таким образом, чтобы оптимизировать импеданс щели по отношению к точке фидерной линии на требуемой рабочей частоте. Возбуждение также может реализовываться двойной фидерной линией, чтобы возбуждать щель симметрично для обеспечения симметричного излучения щели или асимметрично для расширения полосы рабочих частот за счет комбинации двух различных возбудителей. Для того чтобы увеличить эффективность антенны, сторона нагрузочного конца фидерной линии является предпочтительно нагрузкой реактивного типа, а не согласованной нагрузкой. Конструкция питающего конца фидерной линии и нагрузочного конца фидерной линии может быть выполнена согласно патенту США №5068670, чтобы максимизировать ширину полосы рабочих частот антенны. Щель предпочтительно искривляется в плоскости заземления, в которой она вырезана, для обеспечения малого размера антенны.
Как упомянуто выше, нагрузочный конец является нагрузкой реактивного типа. Он может быть закороченным шлейфом (имитирующим цепь короткого замыкания, где конец шлейфа соединен с плоскостью заземления, например посредством сквозного отверстия), разомкнутым шлейфом (имитирующим разомкнутую цепь) или смешанным элементом(-ами) (имитирующим реактивную нагрузку, которая может представлять импеданс, отличный от импеданса цепи короткого замыкания или разомкнутой цепи). В описанных конструкциях антенн в качестве нагрузочного конца может служить любая комбинация реактивных нагрузок.
Как упомянуто выше, современные мобильные устройства связи теперь требуют двойной или тройной полосы рабочих частот. Следовательно, щель конструируется для работы в более высокочастотной полосе(-ах) (т.е. для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 1800 и/или 1900 МГц). Для того чтобы антенна работала также в полосе более низких частот (например, для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 800 и/или 900 МГц), на дальнем конце щели может быть выполнено увеличение плоскости заземления за счет металлического листа, электрически соединенного с краем плоскости заземления, чтобы добавить к антенне дополнительную рабочую полосу (например, для сотовых телефонных устройств, работающих на частотах 800 и/или 900 МГц). Добавленный участок плоскости заземления вместе с печатной платой мобильного устройства связи служат для настройки на более низкую полосу рабочих частот. Поскольку печатная плата устройств связи изготавливается заранее и в большинстве случаев не зависит от конструкции антенны, настройка обычно определяется формой, длиной, шириной и типом соединения удлиненной таким образом плоскости заземления.
Вышеупомянутая удлиненная плоскость заземления может быть наложена на печатную плату, согнутую к другой стороне печатной платы антенны, или в качестве второго слоя, размещенного под углом или параллельно печатной плате антенны, чтобы сэкономить поверхность антенны. В предпочтительном варианте осуществления удлинение плоскости заземления выполняется посредством шлейфов фидерной линии на другой стороне печатной платы антенны и электрически соединяется с плоскостью заземления посредством металлизированных отверстий или проводящих выводов. Шлейфы выполнены так, что они не создают существенных помех питающим и нагрузочным концам фидерной линии, возбуждающей щель, или самой щели.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется описанием конкретных вариантов осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг.1 - одна из форм мобильного устройства связи, выполненного с возможностью введения в него внутренней антенны, соответствующей настоящему изобретению;
фиг.2 - другой вариант мобильного устройства связи, выполненного с возможностью введения в него внутренней антенны, соответствующей настоящему изобретению;
фиг.3 - одна из форм внутренней антенны, выполненной согласно настоящему изобретению, в ее разогнутом состоянии; фиг.3а-3в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;
фиг.4 - конструкция, подобная показанной на фиг.3, но со щелью, разомкнутой на одном конце в отражателе, а не замкнутой на обоих концах, как на фиг.3;
фиг.5 - другая форма внутренней антенны, выполненной согласно настоящему изобретению, также в ее разогнутом состоянии; фиг.5а-5в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;
фиг.6 - внутренняя антенна, выполненная согласно настоящему изобретению на одной гибкой плате печатной схемы в разогнутом состоянии; фиг.6а-6в схематично иллюстрируют, как может быть согнута такая антенна;
фиг.7 - внутренняя антенна, выполненная на одной гибкой плате печатной схемы согласно настоящему изобретению, фиг.7а-7в иллюстрируют, как может быть согнута плата печатной схемы;
фиг.8, 8а и 8б - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое платы печатной схемы (ППС), фиг.8а и 8б иллюстрируют противоположные поверхности ППС платы фиг.8;
фиг.9, 9а и 9б - виды, соответствующие фиг.8, 8а и 8б, иллюстрирующие модификации конструкции такой антенны;
фиг.10, 10а, 10б и 10в - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое ППС, с некоторыми модификациями по сравнению с фиг.8;
фиг.11 - другая форма внутренней антенны с двойными отражателями; фиг.11а-11в схематично иллюстрируют, как такая антенна может быть согнута дважды;
фиг.12, 12а, 126 и 12в - внутренняя антенна, выполненная на одном жестком слое ППС, с дополнительными модификациями;
фиг.13 и 13а-13в - внутренняя антенна, выполненная согласно настоящему изобретению на одной ППС, имеющей две щели, возбуждаемые двумя фидерными линиями; фиг.13а и 13б иллюстрируют противоположные поверхности ППС по фиг.13 и фиг.13в, иллюстрирующим боковой вид;
фиг.14 и 14а-14в - конструкция, подобная показанной на фиг.13, но с одной фидерной линией;
фиг.15 - антенна, подобная показанной на фиг.3, но с разомкнутой щелью в отражателе; на фиг.15а показан вид сбоку, на фиг.156 и 15в показан вид в сборке.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1 иллюстрирует основные компоненты мобильного устройства связи, такого как трубка сотового телефона, выполненного согласно настоящему изобретению. Указанное устройство, в целом обозначенное ссылочной позицией 2, содержит переднюю крышку 3, главную ППС 4 и заднюю крышку 5, обычно содержащую также батарею (не показана). Вышеупомянутые компоненты могут быть известными и поэтому не описываются более подробно.
Согласно настоящему изобретению мобильное устройство 2 содержит внутреннюю антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 6, расположенную между главной ППС 4 и задней крышкой 5, и соединенную с ППС питающими вводами 8. В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1, внутренняя антенна 6 расположена, по существу, параллельно плоскости главной ППС 4, с которой она соединяется питающими выводами 8. Фиг.2 иллюстрирует вариант, в котором внутренняя антенна 16 расположена, по существу, перпендикулярно главной ППС 4, с которой она соединяется питающими выводами 18.
Настоящее изобретение в первую очередь относится к конструкции внутренней антенны такой, как антенна 6, 16, как описано ниже для различных вариантов осуществления указанной внутренней антенны, представленных на фиг.3-15.
Фиг.3 и 3а-3в иллюстрируют одну из предпочтительных конструкций внутренней антенны 6 по фиг.1 или внутренней антенны 16 по фиг.2.
Таким образом, как показано на фиг.3 и 3а-3в, внутренняя антенна 100 состоит из двух панелей 101, 102, механически и электрически соединенных между собой вдоль одного края одним или более электропроводными выводами 112 (показан только один), проходящими через металлизированные сквозные отверстия 111a, 111b. Понятно, что для соединения двух слоев могут быть использованы подпружиненные выводы или выводы другого типа.
Панель 101 представляет собой плату печатной схемы (ППС), состоящую из диэлектрической подложки, имеющей электропроводный слой 103 на одной поверхности, служащий в качестве плоскости заземления, с вырезанной резонансной щелью 104. Щель 104 имеет искривленную U-образную конфигурацию, замкнута на обоих ее концах для получения двух замкнутых боковых плеч 104а, 104b, соединенных мостом 104с. Резонансная щель 104 возбуждается электропроводной фидерной линией 105, проведенной на поверхности диэлектрической панели 101, противоположной поверхности плоскости 103 заземления.
Вариант осуществления, иллюстрируемый на фиг.3, представляет собой симметричную конструкцию, в которой два боковых плеча 104а, 104b являются, по существу, параллельными, по существу, одинаковой длины и ширины, и возбуждаются посредством общей точки возбуждения, а именно точки, в которой фидерная линия 105 пересекает щель. Однако должно быть понятно, что антенна может быть непараллельной и/или асимметричной структурой, в которой боковые плечи 104а, 104b не параллельны, имеют различные длину и ширину и/или несимметрично возбуждаются фидерными линиями соответственно.
Электропроводная фидерная линия 105 (пунктирная линия на фиг.3), проведенная на противоположной стороне ППС, возбуждает щель 104. Главное плечо фидерной линии 105а соединяет вывод 108а входного сигнала, проходящий через ППС, деля мощность на две секции 105b и 105с преобразователя фидерной линии, возбуждая щель 104 в двух точках. Секции 105b и 105с преобразователя могут быть либо идентичными, как на фиг.3, либо различными по длине и/или по ширине. Секции 105b и 105с фидерной линии продолжаются от точек возбуждения под щелью и выполняют функцию реактивных нагрузок 106а и 106b соответственно.
Реактивные нагрузки для данного варианта осуществления закорачиваются на плоскость 103 заземления на другой стороне ППС через сквозные металлизированные отверстия 107а, 107b, соответственно. Указанные реактивные нагрузки усиливают и улучшают согласование импеданса щели; то есть они, в основном, снижают реактивную часть импеданса щели приблизительно до нуля в широком диапазоне частот. Таким образом, передаваемая мощность передается за счет электромагнитной связи от фидерных линий 105b и 105с к щели 104, обеспечивая возможность излучения из щели 104. Те же самые рассуждения применимы для приема, когда принимаемая мощность за счет электромагнитной связи передается от щели 104 к фидерным линиям 105b и 105с.
Длина и/или ширина каждого плеча фидерной линии 105, и/или реактивная нагрузка 106, и/или каждая часть щели 104а-104с может быть изменена. Данные параметры, а также точка возбуждения щели, высота над главной ППС 4, угол между антенной 6 или 16 и главной ППС 4, расстояние между выводами 8 и их диаметр, тип и толщина подложки и т.п. определяют более высокочастотную полосу антенны. В данном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения структура является полностью симметричной, и, следовательно, диаграмма излучения щели 104 будет симметричной.
Важная особенность настоящего изобретения состоит в том, что внутренняя антенна является резонансной и излучающей не только на заданной высокой частоте, которая определяется щелью 104, вырезанной в плоскости 103 заземления, фидерной линией 105 и реактивными нагрузками 106, но и в более низкочастотной полосе, так что ее можно использовать в качестве многодиапазонной микроволновой антенны. Для этой цели антенна 100 по фиг.3 содержит дополнительную панель 102 (например ППС), являющуюся электрическим проводником 110, электрически соединенную с плоскостью 103 заземления электропроводным выводом 112 (фиг.3b, 3с), вставленным в сквозные металлизированные отверстия 111a, 111b, предварительно выполненные в панелях 101 и 102 соответственно. Таким образом, электрический проводник 110 служит продолжением плоскости 103 заземления на нагрузочной стороне щели 104. Щель 109, вырезанная в электрическом проводнике 110, действует в качестве электромагнитной нагрузки для щели 104 в полосе более низких частот. Длина и/или ширина каждого плеча 109а-109с щели 109 может изменяться так же, как сторона размыкания щели и положение щели на электрическом проводнике 110. Щель 109 может быть отличающейся по длине, ширине и форме по сравнению со щелью 6 или 16. Указанные параметры влияют на низкочастотные характеристики антенны 100.
Электрический проводник 110, в дополнение к его вкладу в полосу более низких частот, также способствует снижению излучения в направлении головы пользователя, служа отражателем, предназначенным для отражения электромагнитных волн, рассеиваемых щелью 104, тем самым он также снижает уровень удельной мощности поглощения (УМП). В зависимости от типа и структуры антенны, УМП снижается приблизительно на 3 дБ в типичных полосах частот МДКР/МДВР/GSM (800 и 900 МГц), и более чем на 5 дБ в типичных полосах частот системы DCS/PCS (передачи данных/персональной системы связи) (1800 и 1900 МГц). Дополнительно, очень высокая эффективность антенны позволяет снижать уровень передаваемой радиочастотной мощности устройства связи и тем самым повышает безопасность для пользователя, а также срок службы батареи между подзарядками.
Как указано ранее, фиг.3 иллюстрирует щель 104, имеющую симметричную структуру двойной фидерной линии, образованную посредством секций 105b и 105с преобразователя и реактивных нагрузок 106а и 106b. Фиг.3 иллюстрирует три питающих вывода, используемых согласно указанному варианту осуществления: вывод 108а входного сигнала и пара заземляющих выводов 108b и 108с на противоположных сторонах от него. Такая композиция обеспечивает симметрию структуры и снижает характеристический импеданс линии передачи, представляемый выводами. Характеристический импеданс симметричной структуры с тремя выводами составляет приблизительно половину характеристического импеданса структуры с двумя выводами. Это в большинстве случаев облегчает согласование антенны с входным импедансом передатчика и/или с входным импедансом приемника через эти выводы.
Реактивная нагрузка 106 согласует реактивную часть импеданса щели 104 в каждой точке возбуждения в более высокочастотной полосе. Отражатель 102, в дополнение ко всем параметрам, описанным выше, влияющим на высокочастотную полосу, также согласует импеданс щели в полосе более низких частот. Объединенный импеданс, создаваемый щелью 104 и реактивной нагрузкой 106 или отражателем 102, передается секциями 105b и 105с преобразователя в точку соединения между главным питающим плечом 105а и секциями 105а и 105b преобразователя. Оба импеданса с двух сторон объединяются и отражаются через главное питающее плечо 105а и входные штырьки 8 в микротелефонную трубку. Щель 104, реактивная нагрузка 106, панель 102 (отражатель 110), фидерная линия 105 и входные выводы 8 могут быть рассчитаны так, чтобы гарантировать широкую полосу рабочих частот для антенны, т.е. как в полосе более низких частот, так и в одной или более высокочастотных полос.
Фиг.3а иллюстрирует вид сбоку двух панелей 101 и 102 перед тем, как они соединяются механически и электрически; фиг.3б иллюстрирует один из способов соединения двух панелей, при котором панель 101, содержащая плоскость 103 заземления, щель 104 и фидерную линию 105, накладывается на панель 102, содержащую отражатель 110 и щель 109 (может быть также асимметричной); в то время как фиг.3в иллюстрирует обратную компоновку, в которой панель 102 накладывается на панель 101. Важным параметром антенны является угол, образованный между двумя панелями 101, 102. Можно изменять угол между панелями, изменять панель, которая накладывается, а также изменять поверхность панели, обращенную вверх, но такие изменения потребуют точной настройки фидерной линии. Кроме того, хотя фиг.3, 3а и 36 иллюстрируют две панели, механически и электрически соединенные между собой одним выводом 112, входящим в металлизированные отверстия (РТН) 111a, 111b, в двух панелях соответственно, должно быть понятно, что для этой цели можно использовать множество таких выводов и сквозных металлизированных отверстий.
Фиг.4 иллюстрирует антенну 1000, подобную антенне 100 по фиг.3, за исключением того, что щель 109 в проводящем отражателе 110 разомкнута на одном конце, как показано плечом 109d на фиг.4.
Фиг.5 иллюстрирует другую конструкцию внутренней антенны 200, которая подобна антенне, показанной на фиг.3, за исключением того, что она содержит только два питающих вывода, а именно вывод 208а сигнала и вывод 208b заземления. Тем самым изменяется характеристический импеданс линии передачи, представляющий электрический интерфейс между антенной и микротелефонной трубкой. Местоположение двух питающих выводов смещено от центра антенны, следовательно, диаграмма излучения является асимметричной.
Как видно на фиг.5, в таком варианте осуществления возбуждение щели 104 на панели 101 реализуются посредством одной фидерной линии 205 и одной точки возбуждения; также, реактивная нагрузка 206 является разомкнутой на концах. Такая фидерная линия также делает диаграмму излучения антенны асимметричной.
Длина и/или ширина фидерной линии или реактивной нагрузки, так же как и точки возбуждения, может изменяться. Панель 102 отражателя включает закрытую щель 109, вырезанную в проводящем слое 110, как на фиг.3. Характеристика щели 109 отражателя может быть отличной от излучающей щели 104 в плоскости 103 заземления. Плечи 109а и 109Ь замкнутой стороны щели 109 отражателя могут либо быть идентичными, либо отличаться по длине и ширине друг от друга.
Две панели 101, 102 могут быть механически или электрически скреплены между собой в требуемом соотношении, под требуемым углом, посредством одного или нескольких электропроводящих выводов 112, показанных на фиг.5b и 5с. Как было описано выше в отношении фиг.3 и фиг.3а-3с, соотношение между двумя панелями, а также угол, образуемый двумя панелями, могут изменяться в соответствии с конкретным применением, и фидерная линия может быть точно настроена в соответствии с требуемым порядком панелей и углом между панелями.
Фиг.6 иллюстрирует внутреннюю антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 300, которая подобна антенне по фиг.3, но построена на одной гибкой панели ППС двойного размера, с двумя сторонами, а не на двух жестких панелях ППС. Такая конструкция исключает необходимость металлизированных отверстий 111 и выводов 112 в сборке, показанной на фиг.3. Подготавливаются две поверхности А, В одной гибкой панели, показанной на фиг.6, с различными элементами, как описано выше со ссылками на фиг.3 и показано на виде сбоку на фиг.6а; и затем одну панель просто сгибают вдоль оси 317 сгиба до заданного углового положения, как показано на фиг.6б и фиг.6в в соответствии с конкретным применением.
Питающие выводы 108а-108с и фидерная линия 105 подобны соответствующим элементам, описанным выше со ссылками на фиг.3. Реактивная нагрузка 206 является разомкнутой реактивной нагрузкой, как на фиг.5. Основное отличие в антенне по фиг.6 заключается в добавлении настроечного шлейфа 313 с разомкнутыми концами. Указанный шлейф улучшает ширину полосы антенны и улучшает согласование антенны с микротелефонной трубкой. Его длина и ширина могут изменяться в соответствии с конкретным применением.
Электропроводный слой, определяющий плоскость 103 заземления, на одной стороне панели формируется с увеличенным вырезом или прерыванием 314 (например, с участком вообще без проводника) на противоположной стороне панели, определяющей отражатель, чтобы таким образом определить два шлейфовых отражателя 316а, 316b на противоположных концах панели. Длина и/или ширина шлейфовых отражателей 316а, 316Ь могут быть одинаковыми для симметричной структуры или же отличаться для несимметричной структуры, обеспечивая более широкую полосу. Два шлейфовых отражателя 316а, 316b электрически соединяются к плоскости 103 заземления через фидерные линии 318а, 318b отражателей и секцию 315 электрического соединения. Две фидерные линии 318а, 318b отражателей могут иметь одинаковые длину и ширину для симметричной структуры или различные длину и/или ширину для несимметричной структуры, обеспечивая более широкую полосу. Соединение 315 действует как фильтр, и поэтому его размеры (длина и ширина) влияют на низкочастотную полосу.
На фиг.6а показан вид с торца панели по фиг.6 перед ее сгибанием; фиг.6б и 6в иллюстрируют два возможных способа сгибания панели, соответствующих компоновкам, иллюстрируемым на фиг.3б и 3в соответственно. Форма участка 314 диэлектрической подложки может варьироваться по желанию, для того чтобы изменить длину и/или ширину шлейфовых отражателей 316а, 316b и фидерных линий 318а, 318Ь отражателей. Кроме того, часть 314 диэлектрической подложки может быть сформирована с одним или более отверстиями для размещения питающих выводов 108.
Антенна, иллюстрируемая на фиг.7, обозначенная в целом ссылочной позицией 400, подобна антенне 300, показанной на фиг.6, и также построена на одной гибкой панели, которая сгибается для формирования плоскости заземления, щели и фидерной линии на одной стороне, и отражателя - на противоположной стороне. Однако в этом случае излучающая щель, обозначенная ссылочной позицией 404, сформированная теперь в плоскости 103 заземления, является разомкнутой на обоих концах; т.е. два ее боковых плеча 404а и 404b разомкнуты на одной стороне, а на противоположной стороне соединены перемычкой 404с. По этой причине возбуждение щели 404 отличается от вышеописанного со ссылками на фиг.6.
Таким образом, в структуре антенны, иллюстрируемой на фиг.7, настроечный шлейф 313 закорачивается на плоскость 103 заземления через металлизированные отверстия 419 для реализации основного возбуждения щели 404. Фидерная линия 105 с реактивными нагрузками 206 обеспечивает вторичное возбуждение щели для реализации многофидерного возбуждения щели. Разомкнутые боковые плечи 404а и 404b могут либо быть идентичными друг другу для симметричной структуры, либо могут иметь отличные друг от друга значения длины и/или ширины для несимметричной структуры.
Точки возбуждения щели 404 фидерной линии могут быть симметричными или несимметричными, как описано выше.
Фиг.7а изображает вид сбоку панели фиг.7; фиг.7б и 7в иллюстрируют две возможные компоновки для сгибания гибкой панели, соответствующие компоновкам, иллюстрируемым на фиг.6б и 6в соответственно.
Фиг.8 иллюстрирует другую конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 500, согласно которой антенна выполняется на одной жесткой панели ППС, имеющей верхнюю поверхность, как показано на фиг.8а, и нижнюю поверхность, как показано на фиг.8б. Такая компоновка устраняет необходимость сгибания гибкой панели или соединения между собой двух панелей, при сборке антенны в конструкции микротелефонной трубки.
Верхняя поверхность панели (фиг.8а) снабжена электропроводным слоем, служащим в качестве плоскости 103 заземления, и излучающей щелью 104, вырезанной в плоскости заземления. Кроме того, электропроводный слой на противоположных концах плоскости 103 заземления удаляется, чтобы обеспечить прерывания 521a, 521b в плоскости заземления, т.е. участки без проводника.
Противоположная поверхность платы ППС, как показано на фиг.8б, выполняется с фидерной линией 105, настроечным шлейфом 313 и с отражателем, содержащим два шлейфовых отражателя 520а, 520b (соответствующих двум шлейфовым отражателям 316а, 316b на фиг.7). В конструкции по фиг.8, однако, шлейфовые отражатели 520а, 520b возбуждаются посредством металлизированного отверстия 523, связанного с плоскостью 103 заземления на противоположной (верхней) стороне ППС. Таким образом, питающие отражатели 522а, 522b действуют как преобразователи для шлейфовых отражателей 520а, 520b, так что функция отражателя в конструкции антенны по фиг.7 теперь дополняется шлейфовыми отражателями 520а, 520b и питающими отражателями 522а, 522b, сформированными на той же поверхности (нижней поверхности) панели ППС в качестве фидерной линии 105 и настроечного шлейфа 313 в конструкции антенны по фиг.8. Прерывания 521а, 521b в плоскости заземления обеспечивают дополнительный параметр управления для более низкочастотной полосы и могут также улучшить излучение и согласование импеданса антенны.
Прерывания 521а, 521b в плоскости 103 заземления, шлейфовые отражатели 520а, 520b и питающие отражатели 522а, 522b могут быть симметричными, как показано на фиг.8, или могут быть несимметричными. Размеры этих элементов, включая их длины и/или ширины, могут варьироваться, управляя характеристиками полосы низких частот антенны. Щель 104, вырезанная в плоскости 103 заземления, фидерная линия 105, настроечный шлейф 313 и реактивные нагрузки 206а, 206b могут иметь ту же самую конфигурацию, что и описанная выше, в частности для антенны по фиг.6, но их размеры могут отличаться ввиду того, что длина плоскости 103 заземления меньше из-за прерываний 521а, 521b.
Должно быть понятно, что конструкция с одной панелью, иллюстрируемая на фиг.8, упрощает изготовление узла антенны и поэтому снижает ее стоимость.
Фиг.9 иллюстрирует конструкцию антенны, обозначенную в целом ссылочной позицией 600, которая очень похожа на конструкцию по фиг.8, за исключением того, что излучающая щель, обозначенная здесь ссылочной позицией 604, является наполовину разомкнутой щелью. То есть одно боковое плечо 604а разомкнуто, а другое боковое плечо 60 4b замкнуто, причем два боковых плеча соединены между собой перемычкой 604с.
Другой вариант конструкции антенны 600, иллюстрируемой на фиг.9, содержит два питающих вывода 208а, 208b, а не три питающих вывода 108а-108с, как на фиг.8. Фидер 105 является фидером двойного типа, возбуждающим два боковых плеча 604а, 604b щели 604.
Еще одна модификация заключается в том, что для получения широкой рабочей полосы в высокочастотном диапазоне, в антенне 600, иллюстрируемой на фиг.9, обеспечивается два типа реактивных нагрузок, а именно: реактивная нагрузка 106, закороченная через металлизированное отверстие 107 на плоскость 103 заземления, и реактивная нагрузка 206, разомкнутая на концах. Такая конфигурация обеспечивает несимметричную структуру для функционирования в низкочастотной полосе, подобную антенне 500 по фиг.8.
Фиг.10 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 700, подобную антенне 500, представленной на фиг.8, но с несколькими важными модификациями. Конструкция антенны 700 основана на одной жесткой ППС, имеющей верхнюю поверхность, показанную на фиг.10а, и нижнюю поверхность, показанную на фиг.106. Фиг.10в представляет вид сбоку.
Верхняя поверхность (фиг.10 а) имеет щель 104, вырезанную в плоскости 103 заземления, как в антенне 500, но здесь имеется только одно прерывание 521 в плоскости 103 заземления, тогда как на другой стороне верхней поверхности продолжение 724 отражателя соединяется с шлейфовым отражателем 520а на нижней стороне через металлизированное отверстие 523а. Таким образом, между плоскостью 103 заземления и продолжением 724 отражателя создается зазор 725. Щель 104 не имеет U-образную форму, но дополнительно согнута на концах.
Нижняя поверхность конструкции 700 антенны, показанная на фиг.10б, демонстрирует важное различие по сравнению с антенной 500. Точка возбуждения, т.е. металлизированное отверстие 523, шлейфовых отражателей 520а и 520b не является симметричной, поэтому питающие отражатели 522а и 522b не симметричны. Более того, на одной стороне шлейфовый отражатель 520а проходит до верхней поверхности антенны, соединенной через металлизированное отверстие 523а с продолжением 724 отражателя, тогда как на другой стороне шлейфовый отражатель 520b согнут, создавая плечо-отражатель 726.
Таким образом, за счет несимметричной структуры отражателей к низкочастотной полосе антенны может быть добавлена дополнительная полоса частот. Для того чтобы антенна работала в двух низкочастотных полосах, можно по отдельности настраивать антенну, изменяя положение металлизированного отверстия 523, ширину и длину каждого питающего отражателя 522а и 522b, каждого шлейфового отражателя 520а и 520b, плеча-отражателя 726, продолжения 724 отражателя и зазора 725.
Другое различие состоит в отсутствии настроечного шлейфа 313, имеющегося в антенне 500. Вместо этого настроечный шлейф 313 соединяется непосредственно с выводом 108а входного сигнала.
Хотя шлейфовые отражатели показаны как разомкнутые на концах, должно быть понятно, что каждый шлейфовый отражатель также должен быть заземлен на его конце либо посредством металлизированного отверстия, либо непосредственно - в случае удлиненного шлейфового отражателя 724.
Фиг.11 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 800, которая очень похожа на антенну 200 по фиг.5, с двумя важными модификациями. Во-первых, электропроводный слой 110, определяющий отражатель, является непрерывным и без щели, в отличие от отражателя со щелью, как показано ссылочной позицией 109 на фиг.5. Во-вторых, имеется другая панель 102′ с непрерывным электропроводным слоем 110'. Указанная панель 102′ соединяется с панелью 102 выводом 112' через металлизированные отверстия 111c, 111d. Фиг.11б и 11в представляют антенну в ее дважды согнутом положении.
Фиг.12 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 900, которая очень похожа на антенну 500 по фиг.8, за исключением того, что здесь шлейфовые отражатели 520а и 520b находятся внутри реактивных нагрузок 206а и 206b фидера 105 соответственно.
Фиг.13 иллюстрирует конструкцию антенны, в целом обозначенную ссылочной позицией 1100, в которой антенна выполнена на одной жесткой панели ППС, имеющей верхнюю поверхность, показанную на фиг.13а, и нижнюю поверхность, показанную на фиг.136. Две щели 104 и 104', вырезанные в плоскости 103 заземления, имеют двойное питание и симметричную конструкцию. Фидерная линия 105 и реактивные нагрузки 206а и 206b симметрично возбуждают щель 104. Фидерная линия 105' со своими реактивными нагрузками 206а' и 206b' также симметрично возбуждает щель 104'. Объединенные импедансы каждой щели с ее реактивными нагрузками и ее фидерной линией параллельно суммируются по отношению к входным выводам 108. Хотя показанная конструкция является полностью симметричной, щели 104 и 104', фидерные линии 105 и 105', реактивные нагрузки 206 и 206' и точка возбуждения каждой одной из них могут быть асимметричными.
Фиг.13в изображает вид сбоку антенны 1100, в которой верхняя и нижняя стороны антенны могут изменяться.
Фиг.14 иллюстрирует антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 1200, которая очень похожа на антенну 1100 по фиг.13, за исключением того, что щели 104 и 104', вырезанные в плоскости 103 заземления, имеют одну точку питания и одну фидерную линию 205. Фидерная линия 205 имеет секцию преобразователя между двумя щелями для улучшения согласования. Таким образом, обе щели имеют одну реактивную нагрузку. Импедансы здесь суммируются последовательно. Щели 104 и 104' имеют симметричную структуру, но это несущественно. Фиг.14а иллюстрирует верхнюю сторону, фиг.14б - нижнюю сторону, а фиг.14в - вид сбоку.
Фиг.15 иллюстрирует антенну, в целом обозначенную ссылочной позицией 1300, которая очень похожа на антенну 100 по фиг.3, за исключением того, что щель 1309, вырезанная в продолжении плоскости 110 заземления панели 102, разомкнута с обеих сторон. Таким образом, оба идентичных и параллельных боковых плеча 1309а и 1309b, соединенных перемычкой 1309с, разомкнуты на одном конце. Боковые плечи 1309а и 1309b могут отличаться друг от друга для получения асимметричной конструкции. Таким образом, электропроводная плоскость 110 является плавающей.
Хотя изобретение описано в отношении нескольких предпочтительных вариантов осуществления, должно быть понятно, что они изложены в иллюстративных целях и что могут быть реализованы различные другие варианты изобретения. Например, любая из описанных конструкций антенны может включать любой из описанных питающих выводов, расположенных под любым углом к основной ППС. Проводящие дорожки с одной стороны подложки на противоположную сторону могут быть образованы посредством проводящих выводов, металлизированных отверстий или того и другого. Число выводов подачи сигнала может варьироваться согласно конкретному применению; например, в некоторых применениях может быть желательным иметь один сигнальный вывод и кольцевую конфигурацию заземляющих выводов (например, четыре), чтобы имитировать коаксиальное питание.
Для специалистов в данной области техники очевидны различные другие вариации, модификации и применения изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СВЕТИЛЬНИК, СОДЕРЖАЩИЙ АНТЕННУ | 2014 |
|
RU2654837C2 |
| МАЛОГАБАРИТНАЯ АНТЕННА ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО УСТРОЙСТВА РАДИОСВЯЗИ | 1997 |
|
RU2178604C2 |
| РАМОЧНАЯ АНТЕННА(ВАРИАНТЫ) | 2011 |
|
RU2586272C2 |
| МОДИФИЦИРОВАННАЯ ПЕРЕВЕРНУТАЯ F-АНТЕННА ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ | 2007 |
|
RU2386197C1 |
| МИНИАТЮРНЫЕ АНТЕННЫ, ЗАПОЛНЯЮЩИЕ ПРОСТРАНСТВО | 2000 |
|
RU2263378C2 |
| СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 2003 |
|
RU2255393C2 |
| ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА В ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2017 |
|
RU2654333C1 |
| ДВУХЛУЧЕВАЯ АНТЕННАЯ СТРУКТУРА С ИЗЛУЧЕНИЕМ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ | 2012 |
|
RU2633314C2 |
| УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ МИЛЛИМЕТРОВОЙ ВОЛНЫ | 2009 |
|
RU2487446C2 |
| АДАПТЕР АНТЕННЫ | 1996 |
|
RU2178935C2 |
Изобретение относится к малогабаритным и высокоэффективным антеннам для мобильных и микротелефонных устройств связи. Многодиапазонная микроволновая антенна, являющаяся резонансной и излучающей в полосе высоких частот, а также в одной или нескольких полосах более низких частот, содержит электропроводную плоскость заземления на одной поверхности диэлектрической подложки, электропроводную полосковую линию на противоположной поверхности диэлектрической подложки и фидерную линию. В плоскости заземления выполнена искривленная щель, которая имеет питающую сторону, связанную за счет электромагнитной связи с питающим концом полосковой линии, и нагрузочную сторону, связанную за счет электромагнитной связи с нагрузочным концом полосковой линии. Щель является резонансной и излучающей в полосе высоких частот. Дополнительный электрический проводник, электрически соединенный с плоскостью заземления, служит в качестве ее продолжения на нагрузочной стороне щели и связан за счет электромагнитной связи со щелью в полосах более низких частот, так что щель также является резонансной и излучающей в полосе или полосах более низких частот. Техническим результатом является уменьшение габаритов антенны при обеспечении незначительного влияния на ее характеристики работы вблизи головы или тела человека. 3 н. и 41 з.п.ф-лы, 54 ил.
| Микрополосковая щелевая антенна | 1988 |
|
SU1626292A1 |
