[发明专利]具有槽孔天线的通信装置及追踪装置以及其相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，且更特定来说涉及具槽孔天线的无线通信装置及其相关方法。

背景技术

无线通信装置是社会的组成部分且渗入到日常生活中。典型无线通信装置包含天线及耦合到所述天线的收发器。所述收发器与所述天线协作以发射及接收通信信号。

典型个人射频(RF)收发器或无线电定位标签包含天线、射频电子器件及电池。所述天线、电子器件及电池通常是包括组合件的分开的组件。因此，在许多个人收发器中，在电池大小与天线大小之间、在电池容量与天线效率之间及在操作时间与信号质量之间可存在折衷。天线性能及电池容量与大小有关，但个人电子器件通常是小的，而外部天线又笨重且通常在此些应用中不实用。

天线是用于发送及接收无线电波的传感器，且其可通过导体上的电流运动而形成。优选天线形状可引导根据古往今来已知用于最优化的欧几里得几何形状(例如线及圆)的电流运动。偶极天线及环形天线是提供发散及卷边的欧几里得几何形状。规范偶极天线是线形的，且规范环形天线是圆形的。

天线一般需要建构电绝缘体及电导体两者。最佳室温导体是金属。如将明白，在室温时，存在极好绝缘体，例如Teflon^TM及空气。可用电导体较不令人满意，然而且事实上，所有室温天线在足够小时都可能变得无效(归因于导体电阻损耗)。因此，可能重要的是，小天线具有大的导体表面。绝缘体与导体之间的材料二分性可为小环形天线提供以下优点：环形结构本质上就地提供最大的可能电感器以提升效率。电容器效率(质量因数或“Q”)可比电感器好得多，因此当使用电容器时可以低损耗实现天线加载及调谐。环形天线对于简易印刷线路板(PWB)建构来说是平面的且当戴在身上调谐时是稳定的。

如所属领域的技术人员将明白，提供高增益及效率的小天线将是有价值的。天线形状可为1维、2维或3维，即，天线在形状上可为线性的、平面的或立体的。线、圆及球是优选天线包络，这是因为其提供两点之间的最短距离、最少圆周得最大面积及最少表面积得最大体积的几何形状最优化。在小天线中，线、圆及球形状可最小化金属导体损耗。

球形绕组已在詹姆斯·麦克斯韦(James Maxwell)的“电与磁(Electricity and Magnetism)”(牛津大学出版社，1892年，第三版，第2卷，球形线圈，第304到308页(3^rdedition，Volume2，Oxford University Press，1892.Spherical Coil，pp.304-308)中被揭示为电感器且在哈罗德A·惠勒(HaroldA.Wheeler)的“球形线圈作为电感器、屏蔽或天线(The Spherical Coil As An Inductor，Shield，Or Antenna)”(IRE论文集(Proceedings Of The IRE)，1952年9月，第1595到1602页)中被揭示为天线。球形绕组做法是在球形芯(3维)上使用多匝导线且是空间有效的。当缠绕足够多匝以发生自共振时，小直径球形绕组可具有相对良好的辐射效率。阿基米得螺旋天线可几乎是2维的且是具良好效率的小用电量天线。

细线偶极可几乎是1维的且具有比其物理面积大1785倍的电孔隙面积。细线偶极可供应体积的最大增益及效率。因此，存在对小用电量天线有利的许多形状，但是许多天线并未很好地集成在个人通信中。例如，可能难以将电子组件安装在一些附近电池上，可遮蔽导线环上的近场及辐射，当戴在身上时缠绕天线的调谐可能不稳定，且鞭形天线可为笨重的。小天线设计可包含大小、形状、效率及增益、带宽及使用方便性的折衷。

许多个人通信及无线电定位天线在人体上操作。人体中多半是水，具高介电常数(ε_r＝≈50)，且是导电的(δ≈1.0姆欧/米)。因此在实践中，戴在身上的天线可能具有损耗，且增益响应可能不在所要频率上，例如调谐漂移。特定来说，可通过“杂散电容”使人体拉低天线共振频率而捕捉天线近电场。使用大负载电容器的天线可具有更稳定的调谐，这是因为人体杂散电容可为相对小的加载电容。在柏士捷(Parsche)等人的第6,597,318号美国专利中揭示了此效果，所述专利还揭示在人体附近多个大的负载电容器串联以获得环形最小化天线调谐漂移。