CN101589507A

CN101589507A - 电介质天线

Info

Publication number: CN101589507A
Application number: CNA2007800437859A
Authority: CN
Inventors: M·琼蒂拉
Original assignee: Pulse Finland Oy
Current assignee: Pulse Finland Oy
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-11-25
Also published as: EP2097946A1; WO2008065241A1; EP2097946A4; FI20065751L; FI20065751A0; FI120120B

Abstract

一种适合于小型无线电设备的双频带电介质天线。其具有贴片衬底(720)，所述贴片衬底具有相对高的介电常数以用于减小天线尺寸。然而，仅仅辐射导体的一部分(712，713)在贴片衬底的表面上，而其他部分(711)被邻近于贴片衬底定位以使得所述其他部分由介电常数基本上低于贴片衬底的介电常数的材料包围。周围的材料基本上能够是贴片衬底被紧固着于其上的电介质板的材料，或者仅仅是空气。在前一种情况下，天线的整个衬底于是具有两个部分。与对应的已知天线相比，该天线的效率得以提高，这是因为辐射导体的一部分在与贴片衬底相比具有较低介电常数的衬底上行进。同时，实际上相对窄的低频带能够被加宽。

Description

电介质天线

本发明涉及适合于小型无线电设备的双频带(dualband)电介质天线。

为了方便起见，通常放在口袋中的小型无线电设备的天线优选地被置于设备的外壳内部。这样的内天线通常是平面结构以使得它们包括与无线电设备的电路板平行的辐射平面以及辐射平面下的地平面。天线的尺寸，即其所需要的空间依赖于辐射体的尺寸和天线的高度。后者指的是在与该设备的电路板的法线方向上的结构的尺寸。为了缩小平面天线，其高度能够被安排得非常小，但是在这种情况下不利影响是由于接近于地平面而引起的天线电特性的恶化。内天线还能够是单极类型的，在这种情况下其高度能够被做得非常小。天线辐射体的电尺寸由其使用频率决定，而与天线类型无关。当把空气绝缘的天线保持作为基础时(从效率观点看这是有利的)，辐射体的实际尺寸并且同时整个天线的尺寸能够通过电介质衬底而得以减小。在这种情况下，辐射体是所讨论的衬底的导电涂层。然而，在这样的天线(即电介质天线)中，减小天线尺寸的代价是其损耗的增加。

在图1中，存在着已知的电介质天线的例子。该天线是单极类型。在图中看到无线电设备的电路板PCB的一部分。在电路板的上表面上，接近其一端，存在着天线组件100，其包括电介质衬底120和辐射单元110。衬底是拉长的(elongated)部件以使得它具有上下表面、第一和第二侧表面以及第一和第二头表面(head surface)。下表面靠在电路板PCB上。天线的馈电点FP处于由第一侧表面和第一头表面所限定的衬底的下表面的角落中。辐射单元110已经通过利用导电材料对衬底120的一部分进行涂覆而实现。它包括三个长度为衬底长度或至少接近于衬底长度的作为彼此延续(continuation)而定位的带状段(portion)。第一段起始于馈电点FP并且沿着衬底的第一侧表面延伸到第二头表面。第二段沿着在第一侧表面一侧的衬底的上表面延伸到接近于第一头表面的第一端。第三段邻近于在第二侧表面一侧的上表面上的第二段，并且它延伸到接近于第二头表面的第二端。

在电路板PCB上，存在着还为天线的功能所需的地平面GND。地平面的边缘在与天线组件的纵向垂直的方向上与该组件相距特定距离。天线的馈电导体FC是电路板PCB上的导电带，其延伸到馈电点FP。为了匹配天线阻抗，已经在馈电导体与地GND之间连接了匹配组件150，所述组件在此是电感贴片(chip)组件。

图1中的天线是双频带天线。下(lower)操作频带基于整个辐射单元110的谐振(resonance)，而上(upper)操作频带基于辐射单元的第一与第二段之间的缝隙(slot)的谐振。因此，除了辐射(导电)元件之外，天线还包括辐射缝隙。

如所提到的，诸如上述天线之类的天线的缺点是衬底的电介质材料中相当大的损耗。这自然影响天线在每个操作频带中的效率。实际上，在下操作频带中，该缺点更加严重，这是因为更加难以将其做得足够宽。因此由于使用具有高介电常数的衬底所引起的效率降低意味着可用的频带变得更窄。

本发明的目标是减少与现有技术有关的所述缺点。本发明的天线的特征存在于独立权利要求1中。本发明的一些有利的实施例在其他权利要求中被公开。

本发明的基本思想如下：在电介质天线中，具有相对高的介电常数的贴片衬底被用于减小天线的尺寸。然而，仅仅辐射导体的一部分在贴片衬底的表面上，而其他部分被邻近于贴片衬底定位以使得其由介电常数基本上低于贴片衬底的介电常数的材料包围。周围的材料基本上能够是贴片衬底所附着于其上的电介质板的材料，或者仅仅是空气。在前一种情况下，天线的整个衬底于是具有两个部分。

本发明的优点是：与其他对应的已知天线相比，电介质天线的效率得以提高。这是由于以下事实：辐射导体的一部分在与贴片衬底相比具有较低介电常数的衬底上行进。与对应的已知电介质天线相比，实现了效率的提高而不会在无线电设备中的天线所需的空间几乎不增加。效率的提高还涉及下操作频带，本发明的优点是：实际上相对窄的下操作频带能够做得更宽。本发明的另外的优点是根据本发明的天线组件相对便宜，在生产中由它们的安装所引起的成本很低。

在下文中将会参照附图来描述本发明，其中

图1示出根据现有技术的电介质天线的例子，

图2示出根据本发明的电介质天线的例子，

图3示出根据本发明的电介质天线的第二例子，

图4示出根据本发明的电介质天线的第三例子，

图5示出根据本发明的电介质天线的第四例子，

图6示出根据本发明的电介质天线的第五例子，

图7示出根据本发明的电介质天线的第六例子，

图8示出根据本发明的电介质天线的第七例子，

图9示出根据本发明的电介质天线的第八例子，

图10示出根据本发明的电介质天线的第九例子，

图11a，b示出根据图10的辐射体线(wire)与天线的贴片衬底(chipsubstrate)的连接的例子，

图12a，b示出根据图10的辐射体线与天线的贴片衬底的连接的另一例子，

图13示出根据本发明的天线的频带特性的例子，并且

图14示出根据本发明的天线以及两个参考天线的效率的例子。

图2示出根据本发明的电介质天线的例子。在该图中可看到无线电设备的电路板PCB的一部分，在电路板的上表面上是天线组件200。该组件包括电介质贴片衬底220和辐射单元，所述辐射单元是贴片衬底的导电涂层，与图1中一样。贴片衬底是拉长的部件以使得它具有上下表面、第一和第二侧表面以及第一和第二头表面，所述下表面靠在电路板PCB上。与图1中的结构不同，贴片衬底的表面上的辐射单元212、213没有形成天线的整个辐射导体210，而仅仅是其第二部分。辐射导体210的第一部分211现在是电路板PCB上贴片衬底旁的导电带。因此，除了贴片衬底220之外，天线还包括第二衬底230，在本例中其包括贴片衬底下面尤其是辐射导体的第一部分下面的电路板PCB的电介质基层(base)的一部分。

天线的馈电点FP位于电路板PCB上接近由贴片衬底220的第一头表面和第一侧表面所限定的角落处。辐射导体的第一部分211起始于馈电点，在贴片衬底的纵向上延伸直到贴片衬底的第二头表面，然后向下转到贴片衬底的一端。在贴片衬底的下表面上，在由其第一侧表面和第二头表面所限定的角落中，辐射导体的第一部分连接到它的第二部分。辐射导体的第二部分包括它的作为彼此延续的第一和第二段。第二部分的第一段212起始于贴片衬底下面的上述连接点，通过第一侧表面上升到贴片衬底的上表面，并且在那里在第一侧表面一侧延续到贴片衬底的接近第一头表面的第一端。第二部分的第二段213邻近于在贴片衬底的第二侧表面一侧的上表面上的第一段212，并且延伸到接近第二头表面和第二段的起始端的第二端。

在电路板PCB上，存在着还为天线功能所需的地平面GND。地平面的边缘在与天线组件200的纵向垂直的方向上与该组件相距特定距离。天线的馈电导体FC是在电路板PCB上延伸到馈电点FP的导电带。馈电导体不属于辐射结构，这是因为其部分地由地平面包围。为了匹配天线阻抗，已经在馈电导体与地GND之间连接了匹配组件250，所述组件在本例中是电感贴片组件。

图2中的天线具有两个频带。下操作频带基于整个辐射导体210的谐振，而上操作频带基于辐射导体的第一部分211与第二部分的第一段212之间的缝隙的谐振。因此除了辐射导体之外，天线还包括辐射缝隙。

上述天线结构中的基本特征是第二衬底230的介电常数基本上低于贴片衬底220的介电常数。第二衬底通常由普通的电路板材料FR4制成，其相对介电常数ε_r约为4。贴片衬底例如是陶瓷的，其系数ε_r约为9。较低的介电常数意味着较低的电介质损耗。因为辐射导体的第一部分在第二衬底上行进，所以天线的损耗较低并且于是效率优于根据图1的对应已知天线。效率的提高涉及两个操作频带。其还涉及上操作频带，原因在于由于天线的几何的缘故，与图1的情况相比，上述辐射缝隙的近场现在在更大程度上位于空气空间中。

天线组件200通过例如焊接附着于电路板PCB。为了焊接，在贴片衬底的下表面上的辐射导体的第二部分的第一段的起始端被制成具有适当区域，而且在电路板上的辐射导体的第一部分的尾端(在所述起始端处)也是如此。而且在贴片衬底的第一端处，在其下表面上，能够形成用于焊接组件的(一个或多个)导电衬垫。在这种情况下，在电路板上在(一个或多个)相应点处自然存在着(一个或多个)导电衬垫。必要时，能够通过粘合材料来加强紧固(fastening)。还能够通过层压来实现紧固，在这种情况下在高温下将陶瓷件压在电路板上，直到它们彼此粘附。

图3示出根据本发明的电介质天线的第二例子。它包括无线电设备的电路板PCB上的电介质贴片衬底320、邻近于贴片衬底的辐射导体310的第一部分311、在贴片衬底的表面上的辐射导体的第二部分312以及匹配组件350，与在图2中一样。电路板PCB的电介质部分用作天线的第二衬底330，与在图2中一样。与图2中所示的结构的不同在于：辐射导体的第二部分312没有在贴片衬底的上表面上转弯，这样它的尾端将位于起始端旁边，但是它基本上与贴片衬底的上表面一样宽地从贴片衬底的第二端延伸到接近第一头表面的第一端。另一不同在于：现在辐射导体的第一部分311在其起始端分成两个支路。其第一支路B1类似于图2中的辐射导体的第一部分211并且从其尾端连接到辐射导体的第二部分312，而第二支路B2位于第一支路B1与贴片衬底之间。这种成形的结果是，对应于上操作频带，辐射导体的第一与第二部分之间的这样缝隙能够在电尺寸方面做得更大。

图4示出根据本发明的电介质天线的第三例子。该天线包括贴片衬底420、第二衬底430和辐射导体410，辐射导体410的第一部分411在第二衬底的表面上而第二部分412、413在贴片衬底的表面上，与图2中一样。在本例中，第二部分的第一段412通过贴片衬底的第二头表面上升到贴片衬底的上表面。相对于图2中的结构更加显著的差异在于：第二衬底430现在形成单独的小的辅助板，贴片衬底被紧固于其上。贴片衬底与它的导电涂层以及第二衬底与它的导电涂层以及可能的分立元件一起形成将被安装到无线电设备中某处的天线组件400。

在图4中，天线组件400还以透视图的形式被呈现，并且从下文可以看到。在由第二衬底430形成的板上，存在着与图2中类似的电感分立匹配组件450。匹配组件450的一端在天线的馈电点FP处连接到辐射导体的第一部分411的起始端。从馈电点FP那里，延伸通孔(through hole)到第二衬底的下表面以将辐射体连接到无线电设备的天线端口或开关。从匹配组件450的另一端那里，延伸通孔到第二衬底的下表面以将所述另一端连接到无线电设备中的信号地GND。在绘制视图中，天线组件400的下表面-贴片衬底420和匹配组件450(其位于反面上)通过虚线来标记。

图5示出根据本发明的电介质天线的第四例子。天线的结构类似于图4中的结构，不同在于：现在辐射导体510的第二部分的第一段512位于贴片衬底520的第一侧表面上而不是上表面上。辐射导体的第一部分511与第二部分的第一段512的连接点处于贴片衬底下面由其第二头表面和第一侧表面所限定的角落中，与图3和4中一样。第一段512从连接点直接上升到第一侧表面。在贴片衬底的上表面上，仅仅存在着辐射导体的第二部分的第二段513。相应地，贴片衬底多少比图4中的贴片衬底要窄。

图6示出根据本发明的电介质天线的第五例子。该天线包括贴片衬底620、第二衬底630和辐射导体610，辐射导体610的第一部分611在第二衬底的表面上而第二部分612在贴片衬底的表面上，与图2到5中一样。与这些图中所呈现的结构的显著差异在于：现在辐射导体的馈电出现在其第二部分中而非第一部分中。馈电点FP位于第二衬底630上，接近于贴片衬底的第二端，并且它通过短的导体带在贴片衬底的第二端下面连接到辐射导体的第二部分。第二部分612通过贴片衬底的第二头表面上升到贴片衬底的上表面，在上表面上延伸(主要以原来的宽度)到贴片衬底的第一端并进一步通过第一头表面延伸到贴片衬底的下表面。在该处，贴片衬底的第一端下面，存在着辐射导体的第二部分612与第一部分611的连接点。辐射导体的第一部分横向地起始于该连接点，然后在与之邻近的贴片衬底的纵向上延续，通过贴片衬底的第二头表面并且最后进行U形转弯而指向贴片衬底的第二头表面。第一部分在其尾端是开放的。

在馈电点FP与地GND之间存在着匹配组件650，与先前的例子中一样。贴片衬底与它的导电涂层以及第二衬底与它的导电涂层以及匹配组件一起形成将被安装到无线电设备中某处的天线组件600。

图7示出根据本发明的电介质天线的第六例子。该天线结构类似于图6中的天线结构，其中显著差异在于：现在辐射导体710的第二部分在贴片衬底的第二端(或在馈电点FP一侧的那一端)分成两个支路。第二部分的第一支路712在贴片衬底的上表面上延伸到其第一端并且通过第一头表面进一步延伸到贴片衬底的下表面，其中辐射导体的第二部分与第一部分711的连接点位于那里。第二部分的第二支路713在贴片衬底的上表面上与第一支路712邻近地行进并且在其尾端是开放的。第二支路713的目的是在天线的上操作频带中实现额外谐振以用于使其加宽。

在图7的例子中，辐射导体的第一部分711的成形与图6中略有不同。第一部分在贴片衬底的纵向上从贴片衬底的第一端下面的连接点起始并且远离它，然后转成横向并且进一步转成纵向，指向贴片衬底的第二端。然后第一部分与贴片衬底邻近地行进并且通过其第二头表面，最后具有横向部分。

图8示出根据本发明的电介质天线的第六例子。该天线包括贴片衬底820、第二衬底830和辐射导体810，辐射导体810的第一部分811在第二衬底的表面上而第二部分在贴片衬底的表面上，与图2到7中一样。辐射导体的馈电出现在其第二部分，与图6和7中一样。与图6和7中所呈现的结构的显著差异在于：辐射导体的第二部分还从其某一点连接到地GND，其原因在于该天线是IFA类型的(倒F天线)。辐射导体的第二部分从馈电点FP通过贴片衬底的第二头表面上升到贴片衬底的上表面，此处第二部分包括三段。第二部分的第一段812在贴片衬底的上表面上延伸到其第一端并且通过第一侧表面的那一端进一步延伸到贴片衬底的下表面，在其下表面上存在着辐射导体的第二部分与第一部分811的连接点。第二部分的第二段813在贴片衬底的第一端处从第一段812分出支路并且在第二侧表面一侧上与其邻近地行进回到贴片衬底的第二端，其中出现与地GND的所述连接。第一段812与第二段813之间留有缝隙，所述缝隙被安排成在天线的上操作频带中进行谐振。

辐射导体的第二部分的第三段814在贴片衬底的第二端处从第一段812分出支路并且在第一侧表面一侧与第一段邻近地朝着贴片衬底的第一端行进。第三段814在其尾端是开放的。辐射导体的第一部分811起始于它在贴片衬底第一端处的连接点并且在贴片衬底的第一侧表面旁行进，而延伸接近于贴片衬底的第二头表面。第一部分811在其尾端是开放的。在本例中辐射导体的第一与第二部分之间的缝隙还在天线的上操作频带中谐振，在这种情况下上操作频带基于该缝隙和辐射导体的第二部分的第一段812与第二段813之间的缝隙这二者的谐振。第一与第二部分之间的缝隙的形状被确定，即由第二部分的第三段814确定，借助于其能够对谐振频率进行调谐。

图9示出根据本发明的电介质天线的第八例子。该天线结构包括贴片衬底920、第二衬底930和辐射导体910，辐射导体910的第一部分911在第二衬底的表面上而第二部分在贴片衬底的表面上，与图4中一样。与图4中所呈现的结构相比不同在于：现在从上方看贴片衬底920形状大约为正方形，并且辐射导体的第一部分以及第二部分的第一段912现在沿着贴片衬底的两侧而行。因此，起始于接近贴片衬底角落的馈电点FP的辐射导体的第一部分911首先紧挨着贴片衬底的一侧行进，然后在贴片衬底的该角落转到与邻侧平行，并且最后在贴片衬底的相对角落(从馈电点看)向下转。那里第一部分911与辐射导体的第二部分的第一段912接合。该段通过侧表面上升到贴片衬底的上表面并且沿着上表面并且接近于贴片衬底的上述侧延续到最接近于馈电点FP的角落。从那里贴片衬底的导电涂层作为辐射导体的第二部分的第二段913在贴片衬底的上表面上并且接近于其另两侧延续，最后转到上表面的中间区域。在图9中，第二部分的第一段912与第二段913之间的界线由虚线标出。

天线组件900在图9中被放大显示，与先前的图中一样。贴片衬底920的各侧例如是1厘米长。

图10示出根据本发明的电介质天线的第九例子。该天线包括安装到无线电设备的电路板PCB上的贴片衬底A20，在所述贴片衬底的表面上存在着辐射导体A10的第二部分A12、A13，与图2中一样。与图2相比显著差异在于：现在辐射导体的第一部分A11不在由电路板PCB实现的第二衬底A30的表面上行进。作为替代，第一部分A11是在电路板上方且横靠贴片衬底的第一侧表面的、在空中的刚性导电线。第一部分A11的起始端相对于贴片衬底A20的第一头表面弯曲，并且尾端相对于贴片衬底A20的第二头表面弯曲。在各端处，第一部分机械地附着于贴片衬底以使得贴片衬底与它的导电涂层以及辐射导体的第一部分形成集成的天线组件A00。

在贴片衬底的第二端，辐射导体的第一部分A11被电镀(galvanically)连接到辐射导体的第二部分的第一段A12，并且在第一端连接到贴片表面的导电涂层，所述涂层另外被连接到天线的馈电导体FC。在馈电导体与地GND之间连接着匹配组件A50，与先前的例子中一样。

在根据图10的结构中，辐射导体的第一部分，除了起始端和尾端外，都仅被空气包围。这意味着与根据图2的结构相比损耗的进一步降低。天线组件的机械结构意味着在生产中组件能够被表面安装到电路板上。

图11a和11b示出根据图10的辐射线与贴片衬底的连接的例子。图11a示出天线组件的第一端的纵向垂直截面，并且图11b示出了从第一端一侧看到的天线组件。在贴片衬底的端B20，存在着水平槽状的凹口，当安装第一部分时，辐射导体的第一部分B11的圆柱形起始端被压向所述凹口。因此，它的紧固比仅仅基于焊接的紧固更加坚固。导体的起始端B11被焊接到第一头表面的导电涂层B15，所述涂层略微延续到贴片衬底的下表面一侧。在下表面上，导体B15连接到馈电点FP处的天线馈电导体。导体B15于是在功能上是辐射导体的第一部分的一部分。

图12a和12b示出根据图10的辐射线与贴片衬底的连接的另一例子。图12a示出天线组件的第一端的纵向垂直截面，并且图12b示出了从第一端一侧看到的天线组件。在本例中，在贴片衬底的端C20处存在着孔，其指向衬底内部，当安装第一部分时，辐射导体的第一部分C11的起始端被置于所述孔。所述孔的横截面具有与导体C11的起始端的横截面相同的形状。因此导体的紧固与仅仅基于焊接的紧固相比变得更加坚固。导体的起始端被焊接到第一头表面的导电涂层C15，所述涂层略微延续到贴片衬底的下表面一侧。在下表面上，导体C15连接到馈电点FP处的天线馈电导体。导体C15于是在功能上是辐射导体的第一部分的一部分。

图11a到12b呈现了天线组件的第一端。在第二端处，存在着与第一端处类似的接合(joint)，或者用于接合辐射导体的第一部分的起始端和尾端的方式彼此不同。

图13示出根据本发明的天线的频带特性的例子。曲线D1示出当天线类似图3中的天线时，曲线D2示出当天线类似图7中的天线时并且曲线D3示出当天线类似图8中的天线时的反射系数S11作为频率函数的变化。反射系数越小，天线就已经匹配得越好，并且它起辐射体和辐射接收机的作用就越好。可以看到每个天线具有下操作频带和上操作频带。就每个天线而言，下操作频带基于整个辐射导体的谐振。在这些谐振中，存在于根据图3的天线中的谐振r11在图13中被标出。就每个天线而言，上操作频带至少部分基于辐射导体的第一与第二部分之间的缝隙的谐振。曲线D1表明根据图3的天线在上操作频带中没有其他谐振。曲线D2同样表明根据图7的天线在上操作频带具有两个谐振。这些谐振中较低的一个谐振-谐振r22，是上述辐射导体的各部分之间的缝隙的谐振，而较高的一个谐振-谐振r23是辐射导体的第二部分的开放支路713的谐振。在图13的例子中，谐振r22和r23被布置成使得与它们相对应的天线在上操作频带的中间范围中的辐射相对较弱。这能够通过纯粹地以带宽为代价进行设计来改进。曲线D3表明根据图8的天线也在上操作频带具有两个谐振。这些谐振中较低的一个谐振-谐振r32，是上述辐射导体的各部分之间的缝隙的谐振，而较高的一个谐振-谐振r33是辐射导体的第二部分的中间段812与连接到地的段813之间的缝隙的谐振。

就每个天线而言，在900MHz范围中的下操作频带的宽度至少为80MHz，其足以覆盖例如由欧洲EGSM系统(扩展GSM)所使用的频率范围880-960MHz。根据图7的天线具有最宽的下操作频带，几乎200MHz。其足以覆盖美国GSM系统所使用的频率范围824-894MHz和EGSM系统所使用的频率范围这二者。就每个天线而言，当通过设计将谐振置于频标的适当点时，上操作频带的宽度至少为300MHz，其足以覆盖GSM1800系统所使用的频率范围1710-1880MHz和GSM1900系统所使用的频率范围1850-1990MHz或WCDMA系统宽带码分多址)所使用的频率范围1920-2170MHz这二者，

图14示出根据本发明的天线的效率以及两个参考天线的效率的例子。该曲线将效率作为频率的函数而示出。曲线E1涉及根据图2和4的天线，曲线E2涉及根据图3的天线并且曲线E3涉及根据图8的天线。为了对比，还在图中示出了涉及根据图1的已知天线的曲线E4和涉及空气绝缘的天线(其具有IFA(倒F天线)类型的主元件和寄生元件)的曲线E5。这些元件被如此成形以使得天线的下操作频带基于寄生元件的谐振，并且上操作频带基于元件之间的缝隙的两个单独谐振。主元件和寄生元件以及支持它们的塑料框构成这样组件，其尺寸是33×5.4×4mm³。在与曲线E1和E2相对应的天线中，贴片衬底是陶瓷的并且尺寸为25×3×1.5mm³。在与曲线E1、E2和E3相对应的天线中，第二衬底由材料FR4制成。

能够看到，在根据本发明的天线中，从效率观点看，与图3和8中的天线类似的天线是最佳的。它们的效率在WCDMA系统的范围1920-2170MHz中平均约为0.67。在下操作频带中，前一天线的效率约为0.52，而后一天线的效率约为0.65。根据图2和4的原型的效率在下操作频带中平均约为0.45并且在上操作频带中平均约为0.38。对应的已知电介质天线(曲线E4)的效率在下操作频带中平均约为0.36并且在上操作频带中平均约为0.19。空气绝缘的参考天线的效率在下操作频带中平均约为0.22并且在上操作频带中平均约为0.3。因此根据本发明的解决方案很明显改进了电介质天线的性能。而且，空气绝缘的参考天线很显然在下操作频带中与根据本发明的天线(对应于图2和4)相比仍然更差，尽管其体积(与上述尺寸相对应)超过六倍(six-fold)。就效率而言，与根据本发明的天线相等的空气绝缘的天线于是将会更大。

在说明书和权利要求书中，对象的‘端’意指它的与其头表面接壤的部分并且与对象的长相比较短。限定词“下”、“上”、“水平”和“垂直”以及表述词语“在...下面”、“在...下”和“在...上”在本说明书和权利要求书中指的是天线组件的位置，其中由第二衬底形成的板是水平的并且贴片衬底位于其上表面上。当然，天线的使用位置可以是任何一个。

在上文中已经描述了根据本发明的电介质单极天线。实施它的方式的细节当然可以与所示出的不同。例如，辐射体的导电图和贴片衬底的形状可以不同。在与根据图3的结构不同的结构中，辐射导体的第一段还能够分支。空气绝缘的辐射导体还可以是例如刚性条状导体而不是图10-12中所示的圆柱形导线。本发明的思想可以在由独立权利要求1所限定的范围内以不同方式应用。

Claims

1.一种无线电设备的电介质天线，所述天线具有下操作频带和上操作频带，并且包括具有第一和第二端的贴片衬底(220；320；420；520；620；720；820；920；A20；B20；C20)和贴片衬底表面上的辐射单元，和贴片衬底的表面上的辐射单元，和将被连接到天线的馈电导体(FC)的馈电点(FP)，与贴片衬底相距一定距离的天线的地平面(GND)，其特征在于天线的辐射导体(210；310；410；510；610；710；810；910；A10)包括横靠贴片衬底的第一部分(211；311；411；511；611；711；811；911；A11；B 11；C11)，并且包围其的材料的介电常数基本上低于贴片衬底的介电常数，在这种情况下在贴片衬底的表面上的所述辐射单元(212，213；312；412，413；512，513；612；712，713；812，813，814；912，913；A12，A13)是辐射导体的第二部分。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电点(FP)位于贴片衬底(220；320；420；520；920；A20)的第一端一侧上的辐射导体的第一部分(211；311；411；511；911；A11)的起始端，并且第一部分的尾端在贴片衬底上在其第二端处连接到辐射导体的第二部分。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电点(FP)在贴片衬底(620；720；820)的第二端处连接到辐射导体的第二部分(612；712，713；812，813，814)，并且辐射导体的第二部分在贴片衬底上在其第一端处连接到辐射导体的第一部分的一端。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于其还包括第二衬底(230；330；430；530；630；730；830；930)，所述第二衬底的介电常数基本上低于贴片衬底的介电常数，并且贴片衬底从其下表面紧固于所述第二衬底上，辐射导体的第一部分(211；311；411；511；611；711；811；911)位于第二衬底的表面上，在这种情况下包围辐射导体的第一部分的所述材料基本上是第二衬底的材料。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于第二衬底(230；330；830)属于无线电设备的电路板(PCB)的电介质体。

6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于第二衬底(430；530；630；730；930)形成单独的小的辅助板，贴片衬底(420；520；620；720；920)被紧固于其上。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于辐射导体的第一部分(A11；B11；C11)是刚性导体，其起始端被相对于贴片衬底(A20；B20；C20)的第一端一侧的头表面定位并且尾端被相对于贴片衬底的第二端一侧的头表面定位，并且起始端与尾端之间的段邻近于贴片衬底的侧表面以使得包围辐射导体的第一部分的所述材料基本上是空气。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于辐射导体的第一部分(B11)的起始端和尾端中的至少一个位于由贴片衬底(B20)的头表面形成的槽以支持对辐射导体的第一部分的紧固。

9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于辐射导体的第一部分(C11)的起始端和尾端中的至少一个延伸到贴片衬底(C20)一端的孔，并且所述孔的横截面具有与辐射导体的第一部分一端的横截面相同的形状以支持对第一部分的紧固。

10.根据权利要求2所述的天线，其特征在于其下操作频带基于整个辐射导体(210；310；410；510；910；A10)的谐振，并且辐射导体的第二部分的至少一段(212；312；412；512；912；A12)是与之邻近的辐射导体的第一部分(211；311；411；511；911；A11)的延续，以使得上操作频带基于辐射导体的这些邻近部分之间的缝隙的谐振。

11.根据权利要求10所述的天线，其中贴片衬底(220；420；520；A20)是拉长的部件，其特征在于辐射导体的第二部分包括第一段(212；412；512；A12)和第二段(213；313；513；A13)，所述第一段起始于辐射导体的第一部分(211；411；511；A11)的连接点并且在贴片衬底的表面上延伸到贴片衬底的第一端，所述第二段作为与第一段邻近的第一段的延续并且在贴片衬底的上表面上延伸到贴片衬底的第二端，在这种情况下上操作频带所基于的所述缝隙是辐射导体的第一部分与第二部分的第一段(212；412；512；A12)之间的缝隙。

12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于辐射导体的第二部分的第一段(212；412；A12)至少几乎完全位于贴片衬底(220；420；A20)的上表面上。

13.根据权利要求11所述的天线，其特征在于辐射导体的第二部分的第一段(512)至少几乎完全位于贴片衬底(520)的一个侧表面上。

14.根据权利要求10所述的天线，其中贴片衬底(320)是拉长的部件，其特征在于辐射导体的第二部分(312)起始于辐射导体的第一部分(311)的连接点并且在贴片衬底的上表面上延伸到贴片衬底的第一端，在这种情况下，上操作频带所基于的所述缝隙是辐射导体的第一部分(311)与第二部分(312)之间的缝隙。

15.根据权利要求10所述的天线，其特征在于为了增加与上操作频带相对应的所述缝隙的电尺寸，辐射导体的第一部分(311)在其起始端分成两个支路，以使得第一部分的第一支路(B1)的尾端是第一部分的、连接到辐射导体的第二部分(312)的所述尾端，并且第一部分的第二支路(B2)位于第一支路与贴片衬底之间。

16.根据权利要求3所述的天线，其特征在于其下操作频带基于整个辐射导体(610；710；810)的谐振，并且辐射导体的第二部分的至少一段(612；712；812；814)与第一部分(611；711；811)邻近地定位，以使得辐射导体的这些邻近部分之间的缝隙具有谐振，其中上操作频带至少部分地基于所述谐振。

17.根据权利要求16所述的天线，其特征在于辐射导体的第二部分(612)是基本上联合的带，在这种情况下，上操作频带完全基于所述缝隙的谐振。

18.根据权利要求16所述的天线，其特征在于，从馈电点(FP)看，辐射导体的第二部分包括第一支路(712)和第二支路(713)，所述第一支路更接近于辐射导体的第一部分(711)并且在贴片衬底(720)的第一端处连接到第一部分的一端，并且所述第二支路(713)与第一支路邻近地行进并且被安排成在上操作频带中谐振，在这种情况下，上操作频带基于辐射导体的第一支路(712)与第一部分(711)之间的缝隙的谐振和第二支路(713)的谐振这二者。

19.根据权利要求16所述的天线，其特征在于，辐射导体的第二部分包括第一段(812)和第二段(813)，所述第一段起始于馈电点(FP)从贴片衬底(820)的第二端延伸到第一端并且在那里连接到辐射导体的第一部分(811)，所述第二段作为第一段的延续与第一段邻近地行进并从贴片衬底的第一端延伸到第二端并且在那里连接到信号地(GND)，所述天线于是是IFA类型，第一与第二段之间的缝隙被安排成在上操作频带中谐振，在这种情况下上操作频带基于辐射导体的第一部分(811)与第二部分的第一段(812)之间的缝隙的谐振和第一段(812)与第二段(813)之间的缝隙的谐振这二者。

20.根据权利要求19所述的天线，其特征在于辐射导体的第二部分还包括导体带(814)，其在贴片衬底(820)的第二端处从第一段(812)分出支路并且位于辐射导体的第一段与第一部分之间，以增加辐射导体的第一部分(811)与第二部分的第一段(812)之间的缝隙的电尺寸并且对该缝隙的谐振频率进行调谐。

21.根据权利要求4所述的天线，其特征在于辐射导体的第一部分(211；311；511；811)与第二部分(212，213；312；512，513；812，813，814)的连接点位于贴片衬底(220；320；520；820)的下表面上，并且第二部分通过贴片衬底的侧表面从连接点上升到贴片衬底的上表面。

22.根据权利要求4所述的天线，其特征在于辐射导体的第一部分(411；611；711)与第二部分(412，413；612；712，713)的连接点位于贴片衬底(420；620；720)的下表面，并且第二部分通过贴片衬底的头表面从连接点上升到贴片衬底的上表面。

23.根据权利要求1所述的天线，其特征在于贴片衬底是陶瓷的。

24.根据权利要求1所述的天线，其特征在于其还包括在馈电点(FP)与地平面(GND)之间所连接的匹配组件(250；350；450；550；650；750；850；A50)。