[发明专利]减小环形天线寄生效应的技术

说明书

本发明的背景

发明的领域：

本发明涉及天线，更具体地说，涉及一种用于优化小型环形天线性能的天线电路和匹配技术。

相关技术的描述：

由于小型环形天线的辐射图定义清晰，以及它的小尺寸和性能特性，使得它们常常被用于许多应用装置中。例如，无绳键盘和接收机可以利用小型环形天线实现。在设计环形天线时必须考虑某些寄生振子的影响。特别是由于许多原因，欧姆损耗以及容抗可能具有降低天线性能的作用。具体来说，欧姆损耗可能直接地降低天线的最大效率，按如下等式计：eff＝Rr/Rl，在这里Rr是辐射电阻而Rl是天线的欧姆损耗。正如该等式所示，天线的欧姆损耗(Rl)越大，天线效率越低。

另一方面，寄生电容可能在环形天线的环路段之间、或者在多个环形天线的圆圈之间有效地建立电抗的路径。结果是当前传递给天线的一部分性能是在环路段或者包括天线的导体的圆圈之间定向的，而不是沿着用于产生最大磁通量的天线的导体流动。因此，不能获得最佳的辐射。除了这些欧姆的和电容的损耗之外，环形天线的自谐振频率可能比实际期望的工作频率更低。这样的情况还可能导致显著的损耗以及要求复杂的补偿技术。

另一种鲜为人知的环形天线的寄生效应是它产生与天线的导体表面相关的电抗性电压的能力。这些电抗性电压给予电容性泄漏电流的生存而环绕一般接地的环境导体。到其它环境的这些电容性泄漏电流特别地出现在RF频率，和有效地建立电容性的辐射单元或者电容性的天线。然后这个寄生的电容性天线的辐射图与小型环形天线的辐射图交互作用，并且潜在地降低期望的天线性能。环绕接地的环境导体的改变引起电容性天线的辐射图做相应的改变，使得这一问题复杂化，从而进一步干扰小型环形天线的范围。因此，小型环形天线的可靠性在环绕环境导体中可能会发生变化。这种情况在许多应用中是无法接受的，因为该天线的性能是不可预测的和不可靠的。

有一种特定的情况，即电容性泄漏电流的问题恶化，该情况是处于无线电设备连接到电缆且该电缆穿越小型环形天线的工作范围时。例如，接收机单元通过电缆连接到主计算机，和电缆穿越无绳鼠标的传输范围。电缆的位置、以及在小型环形天线附近的其它接地设备将影响寄生的电容性天线的寄生电容并且最终改变电感性的小型环形天线的辐射图。简而言之，两个天线即期望的小型环形天线和不需要的寄生的电容性天线将具有它们的矢量和的辐射图。这种情况是不希望发生的，因为矢量相加促使天线性能不可预测。虽然一些结构实际上有可能增加期望的天线性能，这样的配置只是不规则的，并且确实不可靠。而且，很可能出现相反的结果，即天线性能被显著地降低。不论如何，其直接的结果是小型环形天线的工作范围无规则地变化。这样的结果直接地限制了该天线的应用，因为天线的可靠性是决定性的。

因此，有许多理由要求正确地控制和降低天线的各种寄生振子。有一种设备可用于减少寄生的电容性的天线对环绕环境导体的影响，它被称为平衡转换器(balun，平衡-不平衡的缩写词)。这个设备设计有集总元件，例如变压器设备，或者是带状线，它的长度是天线波长的一部分。但是这些平衡转换器设备并不总是实用的，因为它们可能结构大而昂贵。而且，这样的设备不能阻止天线电流在环形天线的环路段之间流动，因此没有优化磁通量的产生。平衡转换器也没有减少欧姆损耗。相反地，平衡转换器增加了天线匹配电路中的额外损耗，并且可能需要复杂的调谐过程。

屏蔽小型环形天线也是熟知的技术，它增加环形天线到屏蔽地线的耦合，因此防止电场向外辐射到小型环形天线系统附近的其它接地设备。但是，由于印制电路板上的天线的实际布局，这种解决方案对于印制电路板型的环形天线是不实用的。因此这个技术在其应用中有很大的局限性。而且，屏蔽往往会增加小型环形天线的电容性损耗，减少它的性能的有效范围。

因此，需要一种用于平衡环形天线的天线电路和匹配技术，以抵消天线之寄生振子的影响。这项技术对于包括印制电路板(PCB)应用装置的很小的天线应该是有用的，并且应该不会要求增加大体积部件。得到的天线应该是对地平衡的，并且在该天线的相邻的圈的相应点之间具有可忽略的电抗性电压差。而且，天线应该是不受环境条件影响的，并且应该以相当低的成本提供可靠的性能。

本发明概述