[发明专利]具有宽频带和通频带功能用贴片发射器的平面式天线

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及天线，尤其涉及采用贴片发射器(patch radiator)的平面式天线。

发明背景

平面式微带天线常具有搜寻便携式通信设备的特性，包括在成本、效率、大小和重量方面的优点。但是，这种天线一般具有较窄的带宽，于是限制了它的应用范围。至今已在增宽这种结构带宽的技术方面提出了几种方案。其中一种方案在1996年11月5日授予Mailandt等人的题为“AMicrostripPatch Antenna Array”的美国专利5,572,222中有述。这里，用一间隔开的贴片发射器阵列来构成一微带贴片天线(microstrip patch antenna)，这些贴片发射器由一电磁耦合的微带线馈送信号。通常，就这种结构来说，由于把发射器之间的电磁耦合看作二阶不良作用，故可忽略不计。Mailandt的结构是打算用于固定的通信设备中。对于便携式通信设备来说，大小和重量条件是至关重要的，这种结构可能并不适合。许多其他的现有技术方案也存在类似缺点。

目前的趋势是需要减小便携式通信设备的大小、重量和成本。若致力于带宽关系而在大小和重量方面没有较大的牺牲，则平面式贴片天线可以提供一部分解决方案。此外，这些天线可以在方向性和效率方面提供额外的便利条件。还有，最理想的是以一经济有效的方式提供带通作用，具有很强的抑制不良边带噪音的作用。若致力于带宽关系，则平面式贴片天线可以提供一部分解决方案，还可以提供更有效的带通滤波功能。因此，需要一种具有增加带宽和带通作用的平面式贴片天线新的解决方案。

附图简述

根据本发明，图1是一贴片天线的顶视平面图。

根据本发明，图2是图1贴片天线的剖视图。

根据本发明，图3是一种采用圆形极化的贴片天线结构的顶视平面图。

根据本发明，图4是一平面式通频带天线的顶视平面图。

图5是图4天线的剖视图。

图6是表示根据本发明所制天线试验结果的曲线图。

优选实施例详述

本发明提供一种贴片天线，它优选为平面式结构，其采用一种不对称的发射结构来实现宽频带。这种发射结构维持至少两种谐振模，其优选为差振模和共振模。一馈送系统被耦合到该发射结构上，以在不同频率下激励各个谐振模，从而为通信信号提供一个发射频带。在优选实施例中，发射结构包括承载诸如贴片发射器之类谐振结构的接地电介质基底，这些谐振结构具有相当大的电磁耦合。这些谐振结构被同时馈送信号以激励差振模和共振模，这两种谐振模以基本上相同的有效介电常数工作。当电流沿基本上相同的方向同时经过每个谐振结构时，电磁耦合的谐振结构出现一共振模。当电流沿基本上相反的方向同时经过每个谐振结构时，电磁耦合的谐振结构出现一差振模。差振模与共振模相结合产生一宽的发射频带。

本发明还提供一种天线，它优选为平面式结构，其用一谐振结构来实现宽的频带和带通滤波，该谐振结构有一特殊的几何形状和元件分布。该谐振结构维持至少三种谐振模，这些谐振模一起工作以产生一通频带，即一连续的发射频带，该频带由间隔开的截止频率下的基本发射场抵消作用(substantial radiated field cancellation)界定。一馈送系统被耦合到这种发射结构上，以激励各谐振模，从而为通信信号提供一发射频带，并且产生相反的电流，这些电流引起截止频率下发射场的破坏性叠加。在优选实施例中，该天线包括承载一谐振结构的接地电介质基底，该谐振结构由具有相当大电磁耦合的三种不同规格贴片发射器构成。这些贴片发射器优选由一电磁耦合微带线同时馈送信号。

根据本发明，图1是平面式贴片天线100的顶视平面图。图2是平面式贴片天线100的剖视图。参见图1和2，平面式贴片天线100包括：一接地电介质基底120；一发射结构110，它由基底120承载或支撑；和一馈送系统130、135。电介质基底120由电介质材料层122和导电材料层124构成，导电材料层124起地平面作用。在优选实施例中，所用的电介质材料是氧化铝材料基底，其介电常数约为十(10)。馈送系统130、135包括埋设的微带线130，它设于地平面124与发射结构110之间。一同轴馈线135被耦合至微带线130上，以为通信信号提供一导线管。