减小环形天线寄生效应的技术制造技术

一种天线电路和匹配技术，用于抵消天线的感抗并因此减小该天线的电抗性电压。每当必要时，沿着该环形天线的导体插入串联的调谐电容器，以获得很小的在该天线上电抗之瞬间电平。环形天线被分解为环路段，根据所需性能的标准，每个段可以具有或不具有串联的电容器。选择每个电容器，使得具有一个电抗，该电抗有效地抵消在相应的串联电容器之前的环路段的一部分的感抗。其优点是，在天线上电抗之瞬间电平保持为零，因此环路段之间的任何电抗性电压差一直是很小，即使有强电流流入该天线。减小了寄生效应，例如欧姆损耗、内部电容性损耗和对外界的电容性损耗都被减小。而且，所选择的串联调谐电容器沿着该天线导线设置，以使得跨接该天线的平均电抗性电压基本上为０伏。因此该天线对ＧＮＤ平衡。应用关于无源天线的互易原理，发送天线和接收天线配置都是可适用的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
减小环形天线寄生效应的技术本专利技术的背景专利技术的领域：本专利技术涉及天线，更具体地说，涉及一种用于优化小型环形天线性能的天线电路和匹配技术。相关技术的描述：由于小型环形天线的辐射图定义清晰，以及它的小尺寸和性能特性，使得它们常常被用于许多应用装置中。例如，无绳键盘和接收机可以利用小型环形天线实现。在设计环形天线时必须考虑某些寄生振子的影响。特别是由于许多原因，欧姆损耗以及容抗可能具有降低天线性能的作用。具体来说，欧姆损耗可能直接地降低天线的最大效率，按如下等式计：eff＝Rr/Rl，在这里Rr是辐射电阻而Rl是天线的欧姆损耗。正如该等式所示，天线的欧姆损耗(Rl)越大，天线效率越低。另一方面，寄生电容可能在环形天线的环路段之间、或者在多个环形天线的圆圈之间有效地建立电抗的路径。结果是当前传递给天线的一部分性能是在环路段或者包括天线的导体的圆圈之间定向的，而不是沿着用于产生最大磁通量的天线的导体流动。因此，不能获得最佳的辐射。除了这些欧姆的和电容的损耗之外，环形天线的自谐振频率可能比实际期望的工作频率更低。这样的情况还可能导致显著的损耗以及要求复杂的补偿技术。-->另一种鲜为人知的环形天线的寄生效应是它产生与天线的导体表面相关的电抗性电压的能力。这些电抗性电压给予电容性泄漏电流的生存而环绕一般接地的环境导体。到其它环境的这些电容性泄漏电流特别地出现在RF频率，和有效地建立电容性的辐射单元或者电容性的天线。然后这个寄生的电容性天线的辐射图与小型环形天线的辐射图交互作用，并且潜在地降低期望的天线性能。环绕接地的环境导体的改变引起电容性天线的辐射图做相应的改变，使得这一问题复杂化，从而进一步干扰小型环形天线的范围。因此，小型环形天线的可靠性在环绕环境导体中可能会发生变化。这种情况在许多应用中是无法接受的，因为该天线的性能是不可预测的和不可靠的。有一种特定的情况，即电容性泄漏电流的问题恶化，该情况是处于无线电设备连接到电缆且该电缆穿越小型环形天线的工作范围时。例如，接收机单元通过电缆连接到主计算机，和电缆穿越无绳鼠标的传输范围。电缆的位置、以及在小型环形天线附近的其它接地设备将影响寄生的电容性天线的寄生电容并且最终改变电感性的小型环形天线的辐射图。简而言之，两个天线即期望的小型环形天线和不需要的寄生的电容性天线将具有它们的矢量和的辐射图。这种情况是不希望发生的，因为矢量相加促使天线性能不可预测。虽然一些结构实际上有可能增加期望的天线性能，这样的配置只是不规则的，并且确实不可靠。而且，很可能出现相反的结果，即天线性能被显著地降低。不论如何，其直接的结果是小型环形天线的工作范围无规则地变化。这样的结果直接地限制了该天线的应用，因为天线的可靠性是决定性的。因此，有许多理由要求正确地控制和降低天线的各种寄生振子。有一种设备可用于减少寄生的电容性的天线对环绕环境导体的影响，它被称为平衡转换器(balun，平衡-不平衡的缩写词)。这个设备设计-->有集总元件，例如变压器设备，或者是带状线，它的长度是天线波长的一部分。但是这些平衡转换器设备并不总是实用的，因为它们可能结构大而昂贵。而且，这样的设备不能阻止天线电流在环形天线的环路段之间流动，因此没有优化磁通量的产生。平衡转换器也没有减少欧姆损耗。相反地，平衡转换器增加了天线匹配电路中的额外损耗，并且可能需要复杂的调谐过程。屏蔽小型环形天线也是熟知的技术，它增加环形天线到屏蔽地线的耦合，因此防止电场向外辐射到小型环形天线系统附近的其它接地设备。但是，由于印制电路板上的天线的实际布局，这种解决方案对于印制电路板型的环形天线是不实用的。因此这个技术在其应用中有很大的局限性。而且，屏蔽往往会增加小型环形天线的电容性损耗，减少它的性能的有效范围。因此，需要一种用于平衡环形天线的天线电路和匹配技术，以抵消天线之寄生振子的影响。这项技术对于包括印制电路板(PCB)应用装置的很小的天线应该是有用的，并且应该不会要求增加大体积部件。得到的天线应该是对地平衡的，并且在该天线的相邻的圈的相应点之间具有可忽略的电抗性电压差。而且，天线应该是不受环境条件影响的，并且应该以相当低的成本提供可靠的性能。本专利技术概述因此，本专利技术提供一种天线电路，该天线电路具有基本上为0伏的平均电抗性电压，因此是对地平衡的。另外，对于具有多圈的天线，相邻圈的相应点之间的电抗性电压差也基本上是0伏。本专利技术还提供一种天线匹配技术，该技术制作的天线具有0伏的平均电抗性电压，天线环路的相邻圈的相应点之间的差是很小的。该天线匹配技术通过-->附加一个匹配电路以抵消天线内部的天线导体的电抗性电压而不是抵消在天线端头的电抗性电压。具体来说，每当需要时，沿着小型环形天线接线插入串联的调谐电容器。该环形天线被分解为环路段，根据所需的性能标准，其中每个段可以具有或者不具有串联的电容器。环路段可以是单圈环形天线的一节，或是多圈环形天线的一圈。根据特定的应用可以实现任意多个环路段分解。选择每个电容器以便具有一个电抗，它有效地抵消在相应的串联电容器之前的环路段的感抗。其优点是天线上电抗之瞬间电平保持为零，因此环路段之间的任何电抗性电压差保持为可忽略，即使有强电流在天线内流动。而且，选择的串联调谐电容器沿着天线导线设置，以便使得跨接天线的平均电抗性电压基本上为0伏。因此该天线相对于地(GND)是平衡的。环形天线辐射功率的方式与它的电压无关，但是与它的电流有关。简而言之，在天线表面上的电抗性电压实际上对电磁辐射图的干扰多于支持。因此，天线匹配技术最初关心的应该是消除天线的电抗，从而降低跨接在天线上的电抗性电压。低的电抗性天线电压表现为溢出外部场地的天线电流量的减少。这种减少的直接结果是减少了寄生的电容性辐射。另外，天线在自谐振频率的功率随着整个寄生电容降低而增加(即因为最大磁通量的产生使得天线辐射被优化)。此外，由流到周围环境场地的电容性泄漏电流产生的电容性的辐射天线被抑制，因为环路中间的电场降低了。结果，该天线的总欧姆损耗降低了，特别是在具有多圈线圈的天线中。即使对于印制在PCB上的环路，增加太多电容器是不实用的。累积的电容值变成太大会有局限性。更确切地说，由于增加电容器的等效串联电阻(ESR)引起的损耗变成相当大。但是，通过仔细地选择调谐-->电容器值以及在天线内的每个调谐电容器的布局，该天线将是对地平衡的和优化的，以减少寄生效应和欧姆损耗。因此，本专利技术通过有选择地在小型环形天线的线圈内部设置调谐电容器，实现环形天线对地的平衡并降低环形天线寄生效应。由本专利技术减少的寄生效应例如欧姆损耗、内部的电容性损耗和向外界地面的电容性损耗。其结果是提供一种是通用性强、可靠性高的小型环形天线，它的用途广泛，包括在电子干扰环境中的PCB应用。根据互易原理，本专利技术可用于平衡发射天线和接收天线。附图简要描述图1a是现有的天线匹配电路的示意图；图1b表示图1a中所示的天线匹配电路的戴维南(Thevenin)等效电路；图1c是图1b所示的天线匹配电路的天线电压分布图；图2a是根据本专利技术的天线匹配电路的一个实施例的示意图；图2b表示图2a中所示的天线匹配电路的戴维南等效电路；图2c是图2b所示的天线匹配电路的天线电压分布图；图3a是根据本专利技术的天线匹配电路的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化环形天线之性能的方法，该环形天线运行在它的工作频率，该环形天线具有一个感抗和一个导体，该导体含有一个第一环路段和一个第二环路段，其中用于匹配该环形天线的感抗所需的总容抗是预定的，该方法包括：在该环形天线的导体的第一环路段和第 二环路段之间串联地分配该总容抗之一部分，从而保留该总容抗的剩余部分；及在该环形天线的导体两端之间分配该容抗的剩余部分。

【技术特征摘要】
US 1999-12-1 09/452,5671、一种用于优化环形天线之性能的方法，该环形天线运行在它的工作频率，该环形天线具有一个感抗和一个导体，该导体含有一个第一环路段和一个第二环路段，其中用于匹配该环形天线的感抗所需的总容抗是预定的，该方法包括：在该环形天线的导体的第一环路段和第二环路段之间串联地分配该总容抗之一部分，从而保留该总容抗的剩余部分；及在该环形天线的导体两端之间分配该容抗的剩余部分。2、根据权利要求1的方法，其中，在该天线的环路段之间串联地分配该总容抗之部分的步骤还包括：选择一个电容器，该电容器提供该总容抗之该部分容抗；在该导体上确定该电容器的位置；和在该确定的位置连接该电容器。3、根据权利要求2的方法，其中，在该导体上确定该电容器的位置之步骤还包括：沿着该天线的导体在离开该导体之一端一个距离处设置该电容器，该距离由下式确定：x＝[1－(w2*La*Cx)/2]*L4、根据权利要求1的方法，其中，有一个电抗性电压跨接于该环形天线的导体之两端，其中，分配容抗的步骤还包括：使环形天线对地平衡，致使跨接该天线的平均电抗性电压基本上是零伏。5、根据权利要求4的方法，其中，使该天线对地平衡之步骤包括：提供极性变换，使得在该环形天线的导体两端的电抗性电压的基-->本上一半是正的，在该环形天线的导体两端的电抗性电压的基本上一半是负的。6、一种用于优化环形天线之性能的方法，该环形天线运行在它的工作频率，该环形天线具有一个感抗和一个导体，该导体含有一个第一环路段和一个第二环路段，每个环路段含有一个内端和一个外端，其中用于匹配该环形天线的感抗所需的总容抗是预定的，该方法包括：在该第一环路段的内端和第二环路段的内端之间串联地分配该总容抗的一部分，从而保留该总容抗的剩余部分，其中在环路段之间的该部分电抗基本上等于该感抗的一半；将该容抗的剩余部分划分为第一子部分、第二子部分和第三子部分，其中该第三子部分的电抗基本上等于该感抗的四分之一；沿着该导体的第一环路段的外端串接第二子部分；沿着该导体的第二环路段的外端串接第三子部分；及第二子部分、第一环路段、第一环路段和第二环路段的内端之间的部分容抗、第二环路段和第三子部分相串联，在该串联支路两端跨接该第一子部分。7、一种用于优化多圈环形天线之性能的方法，该多圈环形天线具有一个第一环路圈和一个第二环路圈，该第二环路圈与该第一环路圈相邻，该方法包括：调节第一环路圈之一个点的电抗性电压，以匹配第二环路圈之相应的相邻点的电抗性电压，使得该两点之间的电抗性电压差基本上是零。8、根据权利要求7的方法，其中，调节该电抗性电压之步骤还包括：提供在该第一和第二圈之间的极性变换，使得该第一圈具有的起-->动电压基本上等于该第二圈的起动电压。9、根据权利要求7的方法，其中，该第一环路圈和该第二环路圈具有基本上相同的长度，该调节步骤包括：调节多个电抗性电压，每个电抗性电压与沿第一环路圈之长度的一个点相关，使得第一环路圈的每个电抗性电压和与沿着第二环路圈之相应的相邻点相关的电抗性电压基本上相等，导致第一和第二环路圈的相应点之间的电抗性电压差基本上为零。10、一种用于优化运行在其工作频率的环形天线之性能的方法，该环形天线具有一个感抗和一个导体，该导体含有一个第一环路段和一个第二环路段，其中，用于抵消该环形天线之感抗所需的容抗是预定的，该方法包括：将该容抗分配给第一电容器、第二电容器和第三电容器，其中，该第三电容器的电抗基本上等于该感抗的一半；沿着该导体的第一环路段的外端串接该第二电容器；沿着该导体的第二环路段的外端串接该第三电容器；及第二电容器、第一环路段、第二环...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普朱诺，
申请(专利权)人：罗技欧洲公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]