复合环形天线制造技术

各实施例涉及一种平面的（双面的）和印刷的（单面的）复合场天线。改进特别地，但非独占地，涉及具有电场正交于磁场的共平面电场辐射器和磁回路的复合环形天线，其在较高带宽（较低Q）、较大辐射强度/功率/增益以及较高效率方面实现了性能益处。其他实施例涉及自含式地网复合场天线，其包括在磁回路上形成的跃变并具有大于磁回路的宽度的跃变宽度。跃变实质上隔离了在与电场辐射器相反或邻近的磁回路上形成的地网。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合环形天线相关申请 本申请要求于2010年9月8日提交的美国申请No. 12/878,016、No. 12/878,018以及No. 12/878,020的优先权，上述这些申请是要求于2010年2月11日提交的美国临时申请No. 61/303,594的优先权的非临时申请。简要说明 本专利技术的实施例涉及平面的(双面的)和印刷的(单面的)复合场天线，并且特别地，但非独占地，涉及具有电场正交于磁场的共平面电场辐射器和磁回路的复合环形天线，其在较高带宽(较低Q)、较大辐射强度/功率/增益以及较高效率方面实现了性能益处。其他实施例涉及自含式地网复合场天线，其包括在磁回路上形成的跃变(transition)并具有大于 磁回路的宽度的跃变宽度。跃变实质上隔离了在与电场辐射器相反或邻近的磁回路上形成的地网。
技术介绍
现代电信设备的日益缩减的尺寸产生对改进天线设计的需求。在诸如手机/移动电话等设备中已知的天线提供了在性能方面的主要局限性之一并且几乎总是以一种方式或另外的方式折衷。特别地，天线的效率可能对设备性能具有主要影响。更高效的天线将辐射从发射器供给到天线的较高比例的能量。同样地，由于天线的固有相互作用，更高效的天线将较多的接收信号转换为用于接收器处理的电能。为了保证在收发器(既作为发射器又作为接收器操作的设备)与天线之间能量的最大传递(在发送和接收两种模式中)，两者的阻抗的大小应该互相匹配。两者之间的任何不匹配将导致欠佳的性能，在发送情况下，从天线向发射器反射回能量。当作为接收器操作时，天线的欠佳性能导致比否则将可能实现的更低的接收功率。已知的简单环形天线典型地为电流馈送设备，其主要产生磁(H)场。这样，这种天线不是典型地适合作为发射器。这尤其对于小环形天线(也就是那些比一个波长小或具有比一个波长小的直径的天线)是成立的。相比之下，电压馈送天线，诸如偶极天线，产生电(E)场和H场两者并且能够被用在发送和接收两种模式中。由环形天线接收的或从环形天线发送的能量的量部分地由天线的面积决定。典型地，每当环的面积减半时，可被接收/发送的能量的量根据诸如初始尺寸、频率等应用参数减少大约3dB。这种物理约束趋于意味着非常小的环形天线在实际中不能被使用。复合天线是这样的天线激励横向电磁(TM)模式和横向电(TE)模式两种模式以便获得较高性能益处，诸如较高带宽(较低Q)、较大辐射强度/功率/增益以及较高效率。在1940年代后期，Wheeler和Chu最先检查电短(ELS)天线的性能。通过他们的工作，仓Il建出若干数值公式来描述当天线的物理尺寸减小时天线的局限性。由Wheeler和Chu提及的ELS天线的其中一个局限性是其具有大的辐射品质因数Q，这是因为它们按时储存比它们辐射的平均更多的能量，这具有特别的重要性。根据Wheeler和Chu，ELS天线具有高的辐射Q，这导致在天线或匹配网络中最小的电阻损耗并且导致非常低的辐射效率，典型地在1-50%之间。结果，自从1940年代起，被科学界公认的是ELS天线具有窄带宽和差的辐射效率。在使用ELS天线的无线通信系统中的许多现今成果已经从严格的实验和调制方案的最优化以及通讯网络协议中产生，但现今在商业上使用的ELS天线仍然反映出Wheeler和Chu首先证实的窄带宽、低效率属性。在1990年代早期，Dale M. Grimes和Craig A. Grimes声称数学上发现了在ELS天线中一起操作的TM和TE模式的某些组合，其超过由Wheeler和Chu的理论建立的低辐射Q极限。Grimes和Grimes在于1995年5月关于电磁兼容性的IEEE学报中出版的标题为“辐射TE和TM模式的天线的带宽和Q”的期刊中描述了他们的工作。这些声明发起了许多争论并导致术语“复合场天线”，其中激励TM和TE两种模式，其与单独激励TM模式或TE模式的“简单场天线”相反。复合场天线的益处已经由若干备受尊重的RF专家在数学上证明，包括被美国海军空战中心武器部雇用的团队，其中他们推断出辐射Q低 于Wheeler-Chu极限、增加的福射强度、方向性(增益)、福射功率和福射效率的证据(P. L. Overfelft、D. R. Bowling、D. J. White, “共置磁回路、电偶极子阵列天线(初步结果)，” 1994年9月期中报告)。复合场天线已经证明是复杂的并且物理上很难实施，这是由于元件耦合的不需要效应以及在设计低损耗无源网络以结合电辐射器和磁辐射器时的有关困难。存在二维非复合天线的许多实例，其一般由电路板上的印刷金属条构成。然而，这些天线是电压馈送。一个这种天线的实例是平面倒F型天线(PIFA)。多数类似天线的设计也主要由四分之一波长(或一些多重的四分之一波长)、电压馈送、偶极天线构成。平面天线在本领域也是已知的。例如，授予Zahn等人的美国专利5，061，938要求昂贵的特氟龙(Teflon)衬底或相似材料用于天线的操作。授予Shiga的美国专利5,376,942教导了一种平面天线，其能够接收，但不发送，微波信号。Shiga天线进一步要求昂贵的半导体衬底。授予Nalbandian的美国专利6,677,901涉及一种平面天线,其要求衬底具有1:Γ :3的电容率对磁导率之比并且仅能够在HF和VHF频率范围(3 30Mhz和3(T300Mhz)中操作。尽管已知在诸如FR-4等通常用于普通印刷电路板的便宜的玻璃增强环氧层压板上印刷一些较低频率器件，但FR-4中的介电损耗被认为过高并且介电常数没有足够紧密地受控用于将在微波频率下使用的这种衬底。出于这些原因，氧化铝衬底更常被使用。此外，这些平面天线都不是复合环形天线。就带宽、效率、增益和辐射强度而言，对于复合场天线的增加的性能的基础得自储存在天线的近场中的能量的作用。在RF天线设计中，期望尽可能多地将呈现给天线的能量转换为辐射功率。储存在天线近场中的能量在历史上被称为无功功率并且用于限制能被辐射的功率量。当讨论复数功率时，存在实部和虚部(经常被称为“无功”)。实功率离开源并且从不返回，而虚功率或无功功率趋向以源的固定位置为中心振荡(在半波长内)并且与源互相影响，由此影响天线的操作。来自多个源的实功率的存在可直接相加，而虚功率的多个源可被相加或相减(抵消)。复合天线的益处在于其由TM和TE两个源驱动，这允许工程师创造利用先前在简单场天线中不可取的无功功率抵消的设计，由此改进天线的实功率发送性能。为了能够在复合天线中抵消无功功率，电场和磁场应该彼此正交操作。尽管已经提出了发射电场所需的电场辐射器和产生磁场所需的磁回路的大量配置，但所有这些设计总是停留于三维天线。例如，授予McLean的美国专利7，215，292要求在平行平面内的一对磁回路，具有在位于这对磁回路之间的第三平行平面上的电偶极子。授予Grimes等人的美国专利6，437，750要求两对磁回路和电偶极子在物理上相互正交地布置。由McLean提交的美国专利申请US 2007/0080878教导了一种布置，其中磁偶极子和电偶极子也处在正交平面内。附图说明图1示出了实施例的平面实现； 图2示出了合并四个离散天线元件的实施例的电路布局； 图3A示出了包括相位跟踪器的图2的天线元件中之一的详细视 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.11 US 61/303,594;2010.09.08 US 12/878,020;1.一种单面天线，包括 磁回路，其位于平面上并且构造为产生磁场，其中所述磁回路具有添加至所述单面天线的总感抗的第一感抗；以及 至少一个电场辐射器，其位于所述平面上并且处于所述磁回路内，所述至少一个电场辐射器耦接于所述磁回路并且构造为发射与所述磁场正交的电场，其中所述至少一个电场辐射器具有添加至所述单面天线的总容抗的第一容抗，其中所述至少一个电场辐射器与所述磁回路之间的物理布置导致添加至所述总容抗的第二容抗，并且其中所述总感抗大致匹配于所述总容抗。2.根据权利要求1所述的单面天线，还包括电迹线，其将所述至少一个电场辐射器耦接至所述磁回路。3.根据权利要求2所述的单面天线，其中，所述电迹线具有选自由大致平滑曲线构成的群组的形状和将所述电迹线中的弯曲数量最小化的形状。4.根据权利要求2或3所述的单面天线，其中，所述电迹线在相对于所述磁回路的驱动点成大约90度或大约270度的电角度位置处将所述至少一个电场辐射器耦接至所述磁回路。5.根据权利要求2、3或4所述的单面天线，其中，所述电迹线在流过所述磁回路的电流处于反射最小值的反射最小值点处将所述至少一个电场辐射器耦接至所述磁回路。6.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述至少一个电场辐射器在相对于所述磁回路的驱动点成大约90度或大约270度的电角度位置处直接耦接至所述磁回路。7.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述至少一个电场辐射器在流过所述磁回路的电流处于反射最小值的反射最小值点处直接耦接至所述磁回路。8.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述磁回路具有选自由大约等于多倍波长、大约等于多倍四分之一波长以及大约等于多倍八分之一波长构成的群组的电长度。9.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述至少一个电场辐射器具有选自由大约等于多倍波长、大约等于多倍四分之一波长以及大约等于多倍八分之一波长构成的群组的电长度。10.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，流过所述磁回路的电流流入所述至少一个电场辐射器并且沿着相反方向将所述电流反射到所述磁回路中，导致所述电场反射入所述磁场并且产生与所述磁场正交的电场。11.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述磁回路具有大致矩形的形状。12.根据权利要求11所述的单面天线，其中，所述磁回路的大致矩形形状的四个角部以一定角度被切去。13.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述磁回路由多个连续连接的部分形成，其中所述多个区段中的至少一个区段由具有第一宽度的第一区段、具有中间宽度的中间区段以及具有第二宽度的第二区段形成，其中所述第一区段的第一端连接至并且邻近于所述中间区段的第一端并且其中所述中间区段的第二端连接至并且邻近于所述第二区段的第一端，并且其中所述第一宽度和所述第二宽度不同于所述中间宽度。14.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，其中，所述至少一个电场辐射器具有电长度并且构造为以操作频率发射所述电场，并且其中所述至少一个电场辐射器包括位于所述平面上并且位于所述磁回路之内的第二电场辐射器，所述第二电场辐射器耦接于所述磁回路并且具有添加至所述总容抗的第三容抗，所述第二电场辐射器构造为发射与所述磁场正交的第二电场，所述第二电场辐射器具有第二电长度并且构造为以第二操作频率发射所述第二电场，其中所述第二电场辐射器与所述磁回路之间的物理布置导致添加至所述总容抗的第四容抗。15.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，还包括 跃变，其形成在所述磁回路上，其中所述跃变具有比所述磁回路的宽度大的宽度； 地网，其形成在所述磁回路上沿着所述磁回路定位成与所述至少一个电场辐射器相反或邻近，其中所述跃变构造为将所述地网与所述磁回路大致电隔离。16.根据权利要求15所述的单面天线，其中，所述地网具有比所述磁回路的所述宽度大的地网宽度。17.根据前述任一项权利要求所述的单面天线，还包括平衡-不平衡转换器，其构造为抵消普通模式电流并且将所述单面天线调谐为期望的输入阻抗。18.一种多层平面天线，包括 磁回路，其位于第一平面上并产生磁场，其中所述磁回路具有添加至所述多层天线的总感抗的第一感...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ布朗，
申请(专利权)人：多康股份公司，
类型：
国别省市：