专利名称：具有从地平面和/或从至少一个辐射元件延伸的导电柱的平面天线、及对应的生产方法
技术领域：
本发明的领域是包括由电介质与地平面分离的至少一个辐射元件(也称作“补片”、平面图案、辐射图案或印刷图案)的类型的平面天线的领域。
我们的时代当前正在经历移动网络，并且更一般地说，所有“无线”网络，的显著扩展。由于这样的系统带来对于多个方面，如连接灵活性、移动性、调配或网络扩充的可能性，的吸引人的影响，所以这种扩展在将来应该继续以高度显著的方式增长。
事实上，在所有这些系统中，辐射元件起关键元件的作用，就其而论，要求的规范日益严格。显然与这些天线相关的电气性能的所有领域需要不断优化，但也有满足日益苛刻标准的需要，如空间要求、这些元件的重量或成本。
天线小型化当前因此代表有意义的挑战，并且在这个领域中在国际水平下正在进行大量工作。这种小型化事实上提供了大量优点，在这些优点可以下列举的是天线可容易地建造成机载设备(具体地说，在移动设备内)、网联这些辐射元件的较大灵活性(由于它们的小尺寸)、特别是便于宽束操纵系统的并入的较宽图形孔径、等等。
在用来并入天线的不同工艺中，平面方案当今似乎特别适当，以便满足所有要求技术参数。这种平面手段事实上供给设计者在具有特别小尺寸的有效方案的开发方面的足够灵活性。
借助于在天线领域中完全传统误用的语言，“平面天线”(或使用平面工艺实施的天线)认为是-实际上是平面的两根天线，就其而论，地平面和辐射元件是平面，
-和实际上不是平面的天线，换句话说，对于该天线，地平面和/或至少一个辐射元件不是平面，但模型化到给定三维(3D)形状，以便在形状上与支撑相符。
上述第二种类的平面天线(实际上不是平面的天线)一般，但不是必须地，使用印刷工艺制成。这解释为什么在历史上，在表达“平面天线”中已经选择了形容词“平面的(planar)”，来表示具有基于三维(3-D)波导管的传统天线结构的对立物。本发明落在这种框架内，并且在上述意义上更准确地涉及原始平面天线方案，和涉及一种其允许基本印刷图案(换句话说，也称作补片的辐射元件)的物理尺寸显著减小的制造方法。
背景技术：
平面天线尺寸的减小是使它们更容易使用和并入现代系统中的主要问题。
至今实施的大多数方案的基本原理在于增加印刷图案的等效电气长度，从而它可在要求的频率下辐射，同时减小其物理尺寸(即，其表面或其体积)。
为此，最常用的结构对应于-具有刻槽的补片型方案，这些槽允许信号的电气路径在平面图案上延长(见例如专利文件WO01/31739和WO01/17063)，或-辐射图案折回以便得到紧凑性的方案(见例如专利文件WO02/052680、WO01/63695及US6,483,462B2)应该注意，这些不同概念也可以在同一结构中组合(见例如专利文件WO02/101874)。
发明内容
本发明的具体目的在于，提供一种与至今用来增大天线的印刷图案(辐射元件或补片)的等效电气长度的那些相差很大的技术，以便得到非常紧凑的平面天线。
本发明的另外目的在于，提供这样一种直接实施并且便宜的技术。
本发明的进一步目的在于，提供这样一种可应用于任何种类的平面辐射结构，如基本“半波补片”或“四分之一波补片”天线、“环形补片”天线、“刻槽补片”天线，PIFA(平面倒置-F天线)天线、等等，的技术。
本发明的另一个目的在于，提供这样一种与包括几个辐射元件堆叠的平面天线一样好地应用于具有单一辐射元件的平面天线的技术。
本发明的又一个目的在于，提供一种基于非常直接集成技术、用于平面天线的制造的对应方法，该方法允许找到非常低成本方案，完全适应在客户市场的扩展。
这些不同目的、和以后将出现的其它目的根据本发明通过使用一种类型的平面天线满足，该类型的平面天线包括由电介质与地平面分离的至少一个辐射元件。根据本发明，天线还包括导电柱的至少一个组合件，这些导电柱连接到属于包括地平面和所述至少一个辐射元件的组的元件的至少一个上，并且从其延伸；以便对于给定谐振频率减小所述至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
本发明的一般原理因此简单地包括把柱布置在平面天线的地平面上和/或一个或多个辐射元件(补片)上。
在本发明的上下文中，术语柱在一般意义上使用，因为它能够分解成不同的变形(并且具体地但不是排它地，如在下面的公开中详细叙述的那样，处于突起形式的，孔或接片)。
电介质用来指空气或特性接近空气的固体材料，像例如塑料、或泡沫型等的材料。
如下面详细解释的那样，关于图3，这些柱具有局部修改电磁场的分布、和允许辐射元件的至少一个物理尺寸(长度和/或宽度)对于固定谐振频率减小的效果。
下文指明导电柱的不同组合件。显然，有本发明的多个可想象实施例，每个与这些组合件的一个或多个的不同组合相对应。也应该注意，本发明应用在包括单个辐射元件的天线结构上，或应用在包括几个辐射元件堆叠的天线结构上。
有利地，天线包括导电柱的第一组合件，这些导电柱连接到地平面上，并且向所述至少一个辐射元件延伸而不连接到其上。
在属于包括单个辐射元件的类型的天线的情况下，它有利地包括导电柱的第二组合件，这些导电柱连接到所述单个辐射元件上，并且向所述地平面延伸而不连接到其上。
在属于包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型的天线的情况下，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，天线有利地包括导电柱的第三组合件，这些导电柱连接到所述主辐射元件的第一表面上，并且向所述地平面延伸而不连接到其上。
在属于包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型的天线的情况下，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，天线有利地包括导电柱的第四组合件，这些导电柱连接到所述主辐射元件的第二表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上。
在属于包括由电介质彼此分离的至少三个辐射元件堆叠的类型的天线的情况下，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除主辐射元件和上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，天线对于中间辐射元件的至少一个，有利地包括导电柱的第五组合件，这些导电柱连接到所述中间辐射元件的第一表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向跟随所述中间辐射元件。
在属于包括由电介质彼此分离的至少三个辐射元件堆叠的类型的天线的情况下，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除所述主辐射元件和所述上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，天线对于中间辐射元件的至少一个，有利地包括导电柱的第六组合件，这些导电柱连接到所述中间辐射元件的第二表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向先于所述中间辐射元件。
在是包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型的天线的情况下，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除所述主辐射元件和所述上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，天线有利地包括导电柱的第七组合件，这些导电柱连接到所述上部辐射元件的第一表面上，并且向所述辐射元件的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向先于所述上部辐射元件。
有利地，从地平面、从辐射元件之一分别延伸的导电柱组合件，与从辐射元件之一或从辐射元件中的另一个分别延伸的导电柱的另一个组合件交错。
有利地，对于导电柱组合件连接到其上的每个辐射元件，所述辐射元件不连接到在其中所述辐射元件与电源装置相连接的区域中的任何导电柱上。
有利地，同一导电柱组合件的导电柱以矩阵形式分布。
根据一个便利特征，导电柱至少一个组合件连接到其上的至少一个辐射元件是沿其两个主轴线具有对称性的类型的，并且在该类型中，所述导电柱以遵守所述对称性的布置而分布。
以这种方式，完全可能的是，按照两个横交线性偏振、或者甚至按照圆偏振，使用本发明的天线。基于导电柱开发的方案因此本身对用于任何类型要求偏振的天线的使用不是障碍。
优选地，天线属于的组包括半波辐射元件型的平面天线、四分之一波辐射元件型的平面天线、环形辐射元件型的平面天线、刻槽辐射元件型的平面天线、倒置-F辐射元件型的平面天线。
有利地，天线属于的组包括平面天线、和由于地平面的和/或辐射元件的至少一个的非平面性不是平面的天线。
在本发明的第一具体实施例中，连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱的至少一个，是在第一导电元件中形成的和从所述第一导电元件的主体延伸的导电突起，所述主体形成所述地平面或所述辐射元件。
在本发明的第二具体实施例中，连接到辐射元件的至少一个上的导电柱的至少一个是导电接片，该导电接片从第二导电元件的至少一个偏心部分上切出，并且相对于第二导电元件的中央部分折回，所述中央部分形成所述辐射元件。
有利地，天线还包括所述第一或第二导电元件的至少一个支撑元件，该支撑元件由介电材料制成，并且允许地平面相对于辐射元件的至少一个定位，或允许所述辐射元件相对于地平面或辐射元件的至少另一个定位。
在本发明的第三具体实施例中，连接到地平面上或辐射元件的至少一个上的导电柱的至少一个，是从介电材料层的第一表面延伸的导电孔，所述第一表面携带所述地平面或所述至少一个辐射元件，所述导电孔从所述第一表面延伸，并且在所述介电材料层的第二表面上不露出，所述导电孔的表面涂有导电材料。
本发明也涉及一种制造平面天线的过程，该类型的平面天线包括由电介质与地平面分离的至少一个辐射元件。根据本发明，该方法包括实施导电柱的至少一个组合件的阶段，这些导电柱连接到属于包括地平面和所述至少一个辐射元件的组的元件的至少一个上，并且从其延伸；以便对于给定谐振频率减小所述至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
在本发明的第一具体实施例中，对于导电柱的组合件连接到其上的地平面和/或辐射元件的至少一个，方法包括如下阶段实施第一导电元件，它包括-主体，形成所述地平面或所述辐射元件；和-至少一个导电突起，从所述主体延伸，从而形成连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱之一。
在本发明的第二具体实施例中，对于导电柱的组合件连接到其上的辐射元件的至少一个，方法包括如下阶段-实施第二导电元件，它包括形成所述辐射元件的中央部分；-从所述第二导电元件的偏心部分切出至少一个导电接片；-所述至少一个导电接片相对于中央部分折回，从而形成连接到辐射元件之一上的导电柱之一。
有利地，过程还包括阶段使用由介电材料制成的至少一个支撑元件，相对于天线的另一个元件定位所述第一或第二导电元件。
在本发明的第三具体实施例中，对于导电柱的组合件连接到其上的地平面和/或辐射元件的至少一个，方法包括如下阶段-在介电材料层中实施至少一个孔，所述至少一个孔从所述层的第一表面延伸，并且在所述层的第二表面上不露出；-导电材料的涂层选择性地涂敷到*所述第一表面的至少一部分上，从而形成所述地平面或所述辐射元件；和*所述至少一个孔的表面上，从而得到导电孔，该导电孔形成连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱之一。
本发明的其它特征和优点将由本发明优选实施例的和附图的描述显现，该描述纯粹作为例子并且决不是限制性地给出，在附图中图1表示根据本发明、使柱分布在辐射元件下的半波补片型平面天线的例子的立体图；图2是沿轴线B-B′在图1中的天线的剖视图；图3的上部部分是沿轴线A-A′在图1中的天线的剖视图，使得有可能解释定位在辐射元件下的柱的效果，并且图3的下部部分是柱的效果的电气模型；图4表示根据本发明、使柱分布在辐射元件下的四分之一波补片型平面天线的例子；图5表示根据本发明、使柱分布在辐射元件下的环形补片型平面天线的例子；图6表示基于三维(3-D)金属元件和定位支撑的使用、用根据本发明的天线制造方法的第一实施例得到的天线的例子；图7表示基于具有金属镀非露出孔的介电基片层的使用、用根据本发明的天线制造方法的第二实施例得到的天线的例子；图8提供来自根据本发明的半波补片类型的平面天线的实验结果的说明，该平面天线用根据本发明的天线制造方法的第二实施例得到；图9提供来自传统半波补片类型的平面天线的实验结果的说明，该平面天线具有与根据本发明的、其结果表明在图8中的天线相同的尺寸；图10提供来自根据本发明的四分之一波补片类型的平面天线的实验结果的说明，该平面天线用根据本发明的天线制造方法的第二实施例得到；图11提供来自传统四分之一波补片类型的平面天线的实验结果的说明，该平面天线具有与根据本发明的、其结果表明在图10中的天线相同的尺寸；图12是根据本发明、具有两个堆叠辐射元件的天线构造的剖视图；图13是根据本发明具有一个辐射元件的天线的变形的剖视图，其中地平面和单个辐射元件的下表面具有导电柱；图14是根据本发明具有两个辐射元件的天线的变形的剖视图，其中地平面和主辐射元件的两个表面具有导电柱；图15是根据本发明具有一个辐射元件的天线的另一种变形的剖视图，其中地平面是平的，并且单个辐射元件是共形的(conformed)；图16是根据本发明具有两个辐射元件的天线的另一种变形的剖视图，其中地平面和两个辐射元件是共形的；图17是根据本发明具有一个辐射元件的天线的另一种变形的立体图，使以接片形式制成的柱分布在辐射元件的周缘上；及图18是根据本发明具有三个辐射元件的天线的另一种变形的剖视图，其中主辐射元件的一个表面和中间辐射元件的两个表面具有导电柱。
具体实施例方式
在图1至7、12及17中，同一元件从一张图至下一张保持同一附图标记(具体地说，1用于辐射元件，2用于地平面，3用于在辐射元件与地平面之间的电介质，及4用于导电柱)。
传统平面天线包括至少一个辐射元件和地平面。至少一种电介质分离最靠近地平面的辐射元件和地平面本身，并且把辐射元件彼此分离。“电介质”认为指空气或拥有较接近空气的特性的固体材料，像例如塑料、泡沫等等的材料。
本发明的一般原理除这种类型的传统平面天线之外，包括连接到地平面和/或一个或多个辐射元件上并且从地平面和/或一个或多个辐射元件延伸的多个导电柱，以便对于给定谐振频率减小所述至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
图1表示根据本发明、使导电柱仅分布在辐射元件下的半波补片型平面天线的一个例子的立体图。这些柱4连接到辐射元件1上，并且向地平面2延伸而不连接到它上。在这个例子中，天线由位于半波长度的两个分离端处的两个辐射槽5建模(图3)。
柱例如按照称作矩阵的空间分布而分布，如图2中所示，图2是沿轴线B-B′的在图1中的天线的剖视图。这种分布可以是均匀的或不均匀。一般地说，柱的任何类型的布置是可想象的，而不脱离本发明的框架。
图3的上部部分是沿轴线A-A′在图1中的天线的剖视图，使得有可能解释定位在辐射元件下的柱的效果。在辐射元件1与地平面2之间的电场的分布以虚线箭头表示。图3的下部部分是定位在辐射元件1下的柱4的效果的电气模型化。
在电气方面，定位在辐射图案1与地平面2之间、并且只连接到这个辐射图案1上的柱4，具有局部修改电磁场分布的作用，因此有返回到这些柱4与辐射图案1的不同连接点的等效电容性效应(局部电容C)的增大。因此，在辐射图案1上的信号相速减小，这允许对于固定谐振频率减小辐射图案1的至少一个物理尺寸(长度和/或宽度)(见下面关于解释这个的数学推理的提示)。应该注意，长度和/或宽度的这种减小直接取决于在辐射图案1下的柱4的数量，并且取决于其位置和尺寸(长度和直径)。因而，例如，柱的数量和长度增加得越多，尺寸减小得越多。
为了弄清楚上文，应该记住，就辐射元件而论，相速v_是局部电容C和局部电感L的函数 因此，C的增大允许v_减小。
此外，在给定谐振频率fres下，天线必须等效于给定电气长度φ。例如对于半波补片型天线φ＝180°。
事实上，φ＝β×lphysique，其中β＝(2πfres/v_)，并且lphysique是天线的物理长度。因此，φ＝2πfres(lphysique/v_)。
对于给定fres和φ，如果v_减小，那么lphysique也减小，所以实现天线的小型化。此外，C增大得越多，v_减小得越多，并因此lphysique减小得越多。
不必具有均匀的柱组合件。优选地可设想，设计形式和尺寸不同的柱。
为了把功率供给到根据本发明的平面天线，所有传统激励装置是可设想的，不管是通过连接到辐射元件的边缘之一上并且起正确地适应天线的阻抗转换器作用的直接线段、通过直接连接到在辐射元件的表面上的等效“50Ω”点的探针还是通过基于电磁耦合的激励方案。
在所有情况下，为了不妨碍与放置在天线上游的信号处理电路的这种连接，在必要的场合在由在辐射元件与电源装置之间的这种互连局部涉及的区域下不添加任何柱就足够了。
另一方面，在图1中的例子中，考虑沿辐射元件1的两个主轴线(在图2中的X、Y)的对称性。换句话说，根据考虑这种对称性的布置而分布柱。因此优选地可能是，根据两个交叉线性偏振、或甚至在圆偏振中使用天线。基于导电柱开发的方案因此本身对用于任何类型要求的偏振的天线的使用不是障碍。
强调由本发明的技术供给的优点的充分程度的另一个基本点，就任何其它类型的平面天线在于其实施的容易性。的确，在辐射元件下导电柱的原理可没有特别困难地适应非常不同的平面天线构造和几何形状，不管对于具有地返回的平面图案、对于开出沟槽的或环形图案、对于刻槽图案还是以非常一般的方式，对于本领域的技术人员已知的任何其它类型的平面结构。
为了说明这点，根据本发明具有柱的平面天线的两个其它例子在图4和5中给出有一种四分之一波补片型的平面天线，使地返回(给出附图标记6)位于支撑晶片3之一上(图4)，并且有一种环形补片型的平面天线(图5)。
关于根据本发明具有柱的平面天线的材料实施例，几种直接制造方法是可设想的，这种简单性是用于特别降低这些元件的成本的基本标准。
根据本发明的天线制造方法的第一实施例现在将相对于图6呈现。在这个第一实施例中，辐射元件(补片)1和柱4制成为单个导电元件7(例如金属元件)，通过加工、敲打、或用于三维金属元件制造的任何其它方法得到。换句话说，导电元件7的主体形成辐射元件1，并且导电柱4是在导电元件中形成的并且从这个元件的主体延伸的导电突起。
这个元件然后转移到一个或多个支撑元件8，允许它相对于下部地平面定位。优选方案包括，在支撑处8以这样一种方式使用其本质使它接近空气的介电材料，从而这个支撑或这些支撑从电磁观点看尽可能透明。例如推荐泡沫型材料的使用，对于这种材料，电气特性完全符合要求的技术参数(例如来自ROEHM的聚甲基丙烯酸酯亚胺泡沫ROHACELL对于5GHz，εr＝1.11并且tgδ＝7×10-4)。在一种实施例变形中，由其制出支撑元件的介电材料，是例如通过已知技术之一容易成形的塑料材料。
图6表示基于三维金属元件7(集成辐射元件1和柱4)和定位支撑8的使用、用根据本发明的天线制造方法的第一实施例得到的天线的例子。在导电柱4连接到其上的辐射元件1与地平面2之间的空间中包括的电介质3是例如空气。
根据本发明的天线制造方法的第二实施例现在将相对于图7呈现。这个第二方案更多地符合用来实施标准印刷电路的技术。
它涉及，在天线的支撑基片3(它可能是泡沫、塑料材料等等，换句话说，除空气之外的介电材料层)中直接钻出非露出孔(通孔)，并且以选择方式用导电材料涂敷这个基片的上表面(从而形成辐射元件1)、和从这个上表面延伸的孔的内侧(从而形成导电柱4)。换句话说，导电柱4这里以导电孔的形式嵌入。
在优选实施例中，导电材料涂层包括金属镀敷。这种金属镀敷能以直接方式例如通过导电涂料的沉积或通过电化学沉积而实现。显然，对于本领域的技术人员已知的任何技术可用来施加导电材料涂层。
在电气方面，导电孔(通孔4)具有与在以前方案中的导电柱(导电突起)类似的效果，所以减小辐射元件1的尺寸。
这个元件(其上表面携带辐射元件1并且具有多个金属镀敷孔4的支撑基片3)然后经其下表面与地平面2产生接触，以得到最终天线结构。
应该注意，对于这个第二方案，也优选的是，挑选泡沫型的基片，该基片如以前指出的那样具有完全适于平面天线实施的电气特性，并且此外非常容易地适于根据要求形状的三维构造。在一种实施例变形中，支撑基片是由已知模压技术之一容易成形的塑料材料。
图7表示基于介电基片3的使用、用根据本发明的天线制造方法的第二实施例得到的天线的例子，该介电基片3的上表面携带辐射元件1，并且具有形成导电柱4的多个金属镀敷孔。
根据本发明的天线制造方法的第三实施例现在将相对于图17呈现。在这个第三实施例中，辐射元件(补片)和柱以如下方式制成
-实施导电元件171(例如金属箔)，它包括形成辐射元件1的中央部分；-从这个导电元件的周缘(换句话说，在这个元件的偏心部分中，与中央部分相邻)切出多个导电接片；-导电接片相对于中央部分折回，从而形成连接到辐射元件1上的导电柱4。一旦折回(例如与形成辐射元件的中央部分正交地)，导电接片4就例如定位在形成支撑元件170的基片的晶片上。
图17表示基于制成折回导电接片的、用根据本发明的天线制造方法的这个第三实施例得到的天线的例子，该导电接片形成导电柱4。
辐射元件相对于地平面或反之亦然通过一个或多个支撑的使用被定位，该支撑可具有与在图6中表示的那些相同的样式。在优选实施例中，支撑元件中只不过是介电基片170的晶片，其高度稍大于接片的高度，从而避免在接片与地平面之间的任何接触。
为了使根据本发明的小型平面天线有效，制成在图7中表示的天线类型的、根据本发明的第一天线原型。这是印刷在尺寸50×50×10mm3的泡沫材料上并且转移到100×100mm2的地平面上的半波补片型的方案。在这个基片中，圆柱形几何形状(直径Φ＝2mm并且高度h＝7.5mm)的非露出孔均匀地钻在泡沫块的整个上表面上。在当前情况下，这个上表面和孔的内侧通过银基导电涂料(参照Spraylat 59983730)的直接沉积金属镀敷。在偏振水平下，形成选择以集成直接线性偏振天线，该天线那么只要求一个激励点。后者通过同轴探针的使用而实现，该同轴探针在其端部处连接到在辐射元件的上表面上的等效“50Ω”点上。
完全可设想的是，具有其中孔具有可变形状和尺寸的设计。
图8给出来自根据本发明的这个第一平面天线原型的实验结果的说明。天线的特征在于适应性和沿优选辐射轴线的传输。传输测量基于在开发原型与基准天线(在当前情况下，印刷偶极子)之间的直接链路估算的实施。应该注意，由于这种链路估算在无回波腔室中得不到，所以表示的结果允许仅定性地表示辐射。
作为比较，也印刷在泡沫上并且具有与以前辐射元件相同尺寸(50×50×10mm3)的直接传统半波补片天线的测量表示在图9中。为了允许在两种天线之间的这种比较，在与以前一种全部类似的条件下测量链路估算。
如可在图8和9中看到的那样，根据本发明的天线(具有非露出孔)的谐振频率远小于传统天线的谐振频率。事实上可注意到这个谐振频率的值的25％的减小(换句话说，Δf＝665MHzfrminia.＝1.969GHz，代替frclassi.＝2.634GHz)。除频率的这种显著移动外，适应水平、带宽及辐射基本上保持正确，如由对于两种天线测量的响应表示的那样。本发明的技术(添加导电柱4)因此导致用来小型化印刷图案的(辐射元件)的显著潜力。
为了强调本发明技术的通用性质，制成第二小型天线原型有一种四分之一波补片天线，使地返回位于支撑晶片之一上。如在以前情况下那样，它是在选择的泡沫材料中分布的孔(通孔)的原理。这种天线印刷在尺寸25×25×10mm3的基片上，并且转移到100×100mm2的地平面上。非露出孔仍然具有圆柱形几何形状(Φ＝2mm并且h＝7.5mm)。地返回由5mm宽接片实施，该接片印刷在泡沫支撑基片的晶片之一上，并且在其端部处连接到地平面上。激励由连接到“50Ω”点上的同轴探针得到。
图10提供来自根据本发明的这个第二平面天线的实验结果的说明。这个第二原型的特征也在适应和传输。
这些结果可与来自四分之一波补片型的传统天线的那些相比较，该传统天线除了非露出孔的存在之外，几何形状完全类似于第二原型的几何形状，并且性能在图11中给出。
如图10和11中所示，对于根据本发明的天线(具有非露出孔)可再次观察到向低频率的清楚移动，所以有辐射元件(基片印刷图案)的尺寸的显著减小的可能性。在这种情况下，谐振频率已经下降约20％(Δf＝265MHzfrminia.＝1.210GHz，代替frclassi.＝1.475GHz)。天线的其它性能方面初看起来似乎未受干扰。
此外，本发明的一般原理(在辐射元件的表面下添加柱，以便对于固定谐振频率减小其至少一个物理尺寸(长度和/或宽度))也可应用于具有多个堆叠元件的平面天线。
将记住，这个种类的多元件天线例如用于宽带用途，或同样地用于多频率用途。
作为例子，图12表示根据本发明、具有两个堆叠辐射元件的天线构造的剖视图。
这种天线包括由第一电介质3与地平面2分离的主辐射元件1、和由第二电介质9与主辐射元件1分离的上部辐射元件10。
主辐射元件定义为是最接近地平面的辐射元件。上部辐射元件定义为是离地平面最远的辐射元件。
在这个例子中，根据本发明的小型化的概念(柱124的添加)仅应用于主辐射元件1。换句话说，上部辐射元件10不连接到任何柱上。
一般地说，天线可以包括任何数量的堆叠辐射元件，并且本发明的概念(添加导电柱)可以应用于在堆叠中的所有辐射元件，或仅应用于其一个或多个。
如在以上已经提到那样，本发明的概念(添加导电柱)也可以独立地或与对于一个或多个辐射元件的应用相组合地应用于地平面(把柱添加到其面对辐射元件布置的表面上)。换句话说，在本发明的上下文中，如下不同情形是可设想的-只有地平面具有导电柱；-只有一个或多个辐射元件具有导电柱；-地平面和一个或多个辐射元件具有导电柱。这种构造允许更进一步减小辐射元件的最终尺寸。
图13是根据本发明具有一个辐射元件的天线的变形的剖视图。地平面132具有导电柱135。单个辐射元件131的下表面也具有导电柱134。那么有第一柱134的矩阵分布在辐射元件131下方且仅连接到其上，并且有第二柱135的矩阵分布在地平面上方且仅连接到这个平面上。这两个矩阵位于在上部辐射元件与下部地平面之间的区域中。为了避免在两个矩阵的柱之间的任何接触，第一柱与第二柱错开。
在这种情况下，以前所描述的柱(相对于图3)的电气效应被强化，这允许相应地减小对于固定频率的辐射元件的物理尺寸(长度和/或宽度)。
为了使这种原理有效，制成使柱连接到辐射元件上和连接到地平面上的天线原型。这是印刷在尺寸50×50×10mm3的泡沫材料上并且转移到100×100mm2的地平面上的半波补片型的方案。与相同尺寸的传统半波补片(换句话说，没有柱)相比，谐振频率的减小那么非常显著这个频率事实上从对于传统天线的2.634GHz下降到对于本发明的天线的1.225GHz，给出大于53％的减少。这因此导致用于基本印刷图案的超小型化的可能性。
在包括几个辐射元件堆叠的情况下，本发明的概念(添加导电柱)也同时应用于同一辐射元件的两个表面(除在堆叠中的最后一个，换句话说，离地平面最远的一个)。换句话说，同一辐射元件可以包括从其下表面延伸的第一柱、和从其上表面延伸的第二柱。
图14是根据本发明的天线的一种变形的剖视图，该天线包括地平面142和两个辐射元件141、147。地平面142具有导电柱144。上部辐射元件147不具有柱。主辐射元件141在其下表面上具有第一导电柱146，并且在其上表面上具有第二导电柱145。
图18是根据本发明的天线的另一种变形的剖视图，该天线包括地平面180和三个辐射元件主辐射元件181(见以上定义)、上部辐射元件183(见以上定义)及中间辐射元件182。中间辐射元件定义为在主辐射元件与上部辐射元件之间放置的辐射元件。地平面180和上部辐射元件183不具有柱。主辐射元件181在其下表面上具有导电柱184。中间辐射元件182在其下表面上具有第一导电柱185，并且在其上表面上具有第二导电柱186。一般说，同一辐射元件在其表面上都具有导电柱的事实允许天线小型化得更多。在同一天线中，当然可能有多个辐射元件，这些辐射元件在其两个表面上具有导电柱。
本发明应用于任何类型的平面天线(在一般意义上以上已经讨论)，换句话说，与应用于实际上是平面的平面天线同样好地应用于实际上不是平面的平面天线(由于地平面和/或至少一个辐射元件不是平面但根据给定三维形状符合的事实)。
图15是根据本发明的天线的另一种变形的剖视图，该天线包括平的地平面152、和辐射元件151，该辐射元件151具有导电柱154，并且是共形的(换句话说，具有非平面三维形状)。
图16是根据本发明的天线的另一种变形的剖视图，该天线包括地平面162，它具有导电柱164并且是共形的；和两个辐射元件161、167，它们每一个具有导电柱165、166并且是共形的。包括在上部辐射元件167与地平面162之间、具有附图标记161的辐射元件叫做主辐射元件。
以上相对于图6、7及17已经呈现了应用于具有导电柱的辐射元件制造的制造技术的三个例子。在第一技术中，导电柱是导电突起(图6)。在第二技术中，导电柱是导电孔(图7)。在第三技术中，导电柱是导电接片(图17)。第一和第二技术可用来制造包括柱的地平面。另一方面，给定地平面具有总是大于辐射元件的尺寸，第三技术(接片)不能应用于包括导电柱的地平面的制造。
应该注意，在以导电孔的形成制成柱的情况下，同一层介电基片可以在其下表面上携带地平面(或第一辐射元件)，并且在其上表面上携带辐射元件(或第二辐射元件)。连接到地平面(或连接到第一辐射元件)上的柱以第一导电孔的形式制成，该第一导电孔从基片层的下表面延伸，并且在基片层的上表面上不露出。连接到辐射元件(或连接到第二辐射元件)上的柱以第二导电孔的形式制成，该第二导电孔从基片层的下表面延伸，并且在基片层的下表面上不露出。
也应该注意，上述制造技术可组合。例如，对于地平面或辐射元件，可实施导电元件，该导电元件一方面包括形成第一导电柱的导电突起，并且另一方面包括形成第二导电柱的折回导电接片。
当然，本发明不限于上述实施例例子。可以预期通过利用柱的数量、尺寸、形状及布置允许天线尺寸更进一步小型化的其它变形。
在能够在使用平面天线的任何应用领域(移动用途、卫星通信用途、无线RF用途等等)在非常不同的频率范围中(从几百MHz至几十GHz)可以实施本发明的一般原理。
权利要求
1.一种平面天线，包括由电介质(3)与地平面(2)分离的至少一个辐射元件(1)，其特征在于它还包括导电柱的至少一个组合件(4；124；134；144至146；154；164至166；184至186)，这些导电柱连接到属于包括地平面和所述至少一个辐射元件的组的元件的至少一个上，并且从其延伸；以便对于给定谐振频率减小所述至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于它包括导电柱的第一组合件(135；144；164)，这些导电柱连接到地平面上，并且向所述至少一个辐射元件延伸而不连接到其上。
3.根据权利要求1和2任一项所述的天线，属于包括单个辐射元件的类型，其特征在于它包括导电柱的第二组合件(4；134；154)，这些导电柱连接到所述单个辐射元件上，并且向所述地平面延伸而不连接到其上。
4.根据权利要求1和2任一项所述的天线，属于包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，其特征在于它包括导电柱的第三组合件(124；146；165；184)，这些导电柱连接到所述主辐射元件的第一表面上，并且向所述地平面延伸而不连接到其上。
5.根据权利要求1至4而除权利要求3之外的任一项所述的天线，属于包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，其特征在于它包括导电柱的第四组合件(145)，这些导电柱连接到所述主辐射元件的第二表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上。
6.根据权利要求1至5而除权利要求3之外的任一项所述的天线，属于包括由电介质彼此分离的至少三个辐射元件堆叠的类型，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除主辐射元件和上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，其特征在于它对于中间辐射元件的至少一个，包括导电柱的第五组合件(186)，这些导电柱连接到所述中间辐射元件的第一表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向跟随所述中间辐射元件。
7.根据权利要求1至6而除权利要求3之外的任一项所述的天线，属于包括由电介质彼此分离的至少三个辐射元件堆叠的类型，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除所述主辐射元件和所述上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，其特征在于它对于中间辐射元件中的至少一个，包括导电柱的第六组合件(185)，这些导电柱连接到所述中间辐射元件的第二表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向先于所述中间辐射元件。
8.根据权利要求1至7而除权利要求3之外的任一项所述的天线，属于包括由电介质彼此分离的至少两个辐射元件堆叠的类型，最靠近地平面的辐射元件称作主辐射元件，离地平面最远的辐射元件称作上部辐射元件，除所述主辐射元件和所述上部辐射元件之外的每个辐射元件称作中间辐射元件，其特征在于它包括导电柱的第七组合件(166)，这些导电柱连接到所述上部辐射元件的第一表面上，并且向所述辐射元件中的另一个延伸而不连接到其上，该另一个沿主辐射元件向上部辐射元件的所述堆叠的伸展的方向先于所述上部辐射元件。
9.根据权利要求1至8任一项所述的天线，其特征在于从地平面或从辐射元件之一分别延伸的导电柱组合件，与从辐射元件之一或从辐射元件中的另一个分别延伸的导电柱的另一个组合件交错。
10.根据权利要求1至9任一项所述的天线，其特征在于对于导电柱组合件连接到其上的每个辐射元件，所述辐射元件不连接到在其中所述辐射元件与电源装置相连接的区域中的任何导电柱上。
11.根据权利要求1至10任一项所述的天线，其特征在于同一导电柱组合件的导电柱以矩阵形式分布。
12.根据权利要求1至11任一项所述的天线，其特征在于导电柱的至少一个组合件连接到其上的至少一个辐射元件是沿其两个主轴线呈现对称性的类型的，并且所述导电柱以遵守所述对称性的布置而分布。
13.根据权利要求1至12任一项所述的天线，其特征在于它属于的组包括半波辐射元件型的天线、四分之一波辐射元件型的天线、环形辐射元件型的天线、刻槽辐射元件型的天线、倒置-F辐射元件型的天线。
14.根据权利要求1至13任一项所述的天线，其特征在于它属于的组包括平面天线、和由于地平面的和/或辐射元件的至少一个的非平面性而不是平面的天线。
15.根据权利要求1至14任一项所述的天线，其特征在于连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱中的至少一个，是在第一导电元件(7)中形成的和从所述第一导电元件的主体延伸的导电突起，所述主体形成所述地平面或所述辐射元件。
16.根据权利要求1至15任一项所述的天线，其特征在于连接到辐射元件中的至少一个上的导电柱的至少一个是导电接片，该导电接片由第二导电元件(171)的至少一个偏心部分上切出，并且相对于第二导电元件的中央部分折回，所述中央部分形成所述辐射元件。
17.根据权利要求15和16任一项所述的天线，其特征在于它还包括所述第一(7)或第二(171)导电元件的至少一个支撑元件(8；170)，该支撑元件由介电材料制成，并且允许地平面相对于辐射元件中的至少一个定位，或允许所述辐射元件相对于地平面或辐射元件中的至少另一个定位。
18.根据权利要求1至17任一项所述的天线，其特征在于连接到地平面上或辐射元件中的至少一个上的导电柱中的至少一个，是从介电材料层的第一表面延伸的导电孔，所述第一表面携带所述地平面或所述至少一个辐射元件，所述导电孔从所述第一表面延伸，并且在所述介电材料层的第二表面上不露出，所述导电孔的表面涂有导电材料。
19.一种用来制造平面天线的方法，该类型的平面天线包括由电介质(3)与地平面(2)分离的至少一个辐射元件(1)，其特征在于它包括实施导电柱(4)的至少一个组合件的阶段，这些导电柱连接到属于包括地平面和所述至少一个辐射元件的组的元件的至少一个上，并且从其延伸，以便对于给定谐振频率减小所述至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于对于导电柱的组合件连接到其上的地平面和/或辐射元件的至少一个，所述方法包括如下阶段实施第一导电元件，该第一导电元件包括-主体，形成所述地平面或所述辐射元件；和-至少一个导电突起，从所述主体延伸，从而形成连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱之一。
21.根据权利要求19和20任一项所述的方法，其特征在于对于导电柱的组合件连接到其上的辐射元件的至少一个，方法包括如下阶段-实施第二导电元件，它包括形成所述辐射元件的中央部分；-从所述第二导电元件的偏心部分切出至少一个导电接片；-所述至少一个导电接片相对于中央部分折回，从而形成连接到辐射元件之一上的导电柱之一。
22.根据权利要求20、21任一项所述的方法，其特征在于它还包括阶段使用由介电材料制成的至少一个支撑元件，相对于天线的另一个元件定位所述第一或第二导电元件。
23.根据权利要求19至22任一项所述的方法，其特征在于对于导电柱的组合件连接到其上的地平面和/或辐射元件的至少一个，该方法包括如下阶段-在介电材料层中实施至少一个孔，所述至少一个孔从所述层的第一表面延伸，并且在所述层的第二表面上不露出；-导电材料的涂层选择性地涂敷到*所述第一表面的至少一部分上，从而形成所述地平面或所述辐射元件；和*所述至少一个孔的表面上，从而得到导电孔，该导电孔形成连接到地平面上或辐射元件之一上的导电柱之一。
全文摘要
本发明涉及一种平面天线，它包括由电介质(3)与地平面(2)分离的至少一个辐射元件(1)。本发明的天线也包括导电柱的组合件(4)，这些导电柱以这样一种方式连接到包括地平面和至少一个辐射元件的组的至少一个元件上并且从其延伸，从而减小对于给定谐振频率的至少一个辐射元件的至少一个物理尺寸。
文档编号H01Q9/04GK1998111SQ200580019034
公开日2007年7月11日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月30日
发明者让-菲利普·库佩兹, 克利斯蒂安·普尔森, 瑟尔格·皮耐尔 申请人:布列塔尼通信研究小组/国立高等工程师学校