[发明专利]宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及用于诸如超宽带(UWB)的宽带通信系统和无线电局域网(LAN)的天线，更具体地说，涉及适合用作移动终端的天线的宽带天线。

背景技术

近年来，应用UWB的宽带通信系统和无线电LAN已经应用在各种领域中。例如，诸如由于UWB或无线电LAN而具有通信功能的个人计算机(下文称为“PC”)、蜂窝电话、和个人数字助理(PDA)的移动终端已经出现。

因为在UWB中使用了各种带频，人们希望UWB天线具有尽可能宽的频带。尤其，合并到移动终端中的天线在尺寸小和成本低的同时，最好是高性能的和宽带的。

传统移动终端天线具有诸如它的安装部分和接地导体，即接地部分的尺寸的固有问题。存在诸如PC、蜂窝电话和PDA的各种类型的移动终端。即使类别相同，外壳的配置也随制造者或型号而异。即使型号相同，每当加入新功能时，通常也要改变设计等。由于传统宽带天线由协作的接地部分和发射元件部分构成，所以会引起不可能实现宽带特性、以及天线性能随天线的安装部分的改变或接地部分的尺寸不同而显著改变的问题。

本发明的目的是，提供一种能够保持宽带特性而不受天线的安装部分或接地部分的尺寸的改变影响的宽带天线。

发明内容

根据本发明，一种宽带天线具有用于调整天线特性的脊形元部分和用于电磁波辐射的辐射元部分，所述脊形元部分形成脊形波导的开口截面结构的一部分或全部并在平面上展开。辐射元部分从脊形元部分延伸出来。脊形元部分具有与脊形波导的脊形部分相对应的调整部分和受到馈电的馈电部分。天线元和接地导体图案可以一起集成在一个印刷电路板上。

此外，宽带天线可以进一步包括与辐射元部分或脊形元部分电容耦合的用于电磁波辐射的电容耦合辐射元。在这种情况下，辐射元部分具有可以用在第一频带的尺寸，以及电容耦合辐射元具有可以用在第二频带的尺寸，第二频带在频带中比第一频带低。

并且，宽带天线可以配置成以与辐射元相同的图案或对称图案来形成电容耦合辐射元部分。

作为经过脊形波导的电磁波，存在TE模波和TM模波。TE模波的浪涌阻抗Zw和TM模波的阻抗Ze分别变成如下：

Zw＝Zo/(1-(fc/f)^2)

Ze＝Zo·(1-(fc/f)^2)

在这种情况下，Zo＝120π·(μr/εr)，其中，μr是传播媒体的相对磁导率，以及εr是传播媒体的相对介电常数。在真空的情况下，μr＝εr＝1，以及Zo变成120π。当信号的频率f高于波导的截止频率fc时，信号经过这个脊形波导。当信号的频率f比波导的截止频率fc高许多时，Zw和Ze的值与真空中的Zo一样变成120π。脊形波导的截止频率fc低于例如具有相同截面大小的普通长方形波导的截止频率。因此，可以实现在降低可用频率的同时保持宽带特性不变的天线。此外，包括与脊形元部分相似的表面部分，因此，与例如缠绕导线的情况相比，加宽了匹配范围。换句话说，在实现诸如电磁波辐射器的功能的同时，还可以抑制馈电端的失配。在设计和生产时，只对打算使用的最低频率给予考虑就足够了，这有助于大规模生产，并且还实现了成本降低。于是，根据本发明的宽带天线以诸如高通滤波器的工作模式的工作模式工作，其中，当截止频率fc得到确定时，明显高于截止频率fc的所有频率f都能通过。

脊形波导可以包括例如具有前端相互面对的一对脊形部分的双圆柱脊形波导。在这种情况下，脊形元部分对应于双圆柱脊形波导的一个脊形部分，以及与双圆柱脊形波导的另一个脊形部分相对应的元件部分包括保持在地电位的接地部分。

接地部分直接与外部接地导体连接。由于接地部分初始保持在地电位(接地部分直接与外部接地导体连接)，从而抑制了使用频率的变化。外部接地导体的配置和尺寸可以任意设置。也就是说，可以实现不受安装部分影响的天线。

从馈电端延伸出来的馈电线可被引到外部作为共面波导(CPW)。借助于这种配置，可以在馈电点保持极好的高频特性。

最好，脊形元部分和接地部分的至少一个形成弧形或基本弧形。与不具有弧形或基本弧形的配置相比，这样的配置不受限制地提高了可用频率的上限，从而使得可以提供非凡的宽带特性。从极好地保持宽带特性的观点来看，为了细调频带，将脊形元部分与调整元部分集成。