天线、无线电装置、设计天线的方法和测量天线工作频率的方法

摘要

一种天线包括第一导电层、第二导电层和LC谐振电路。第一导电层具有多个单元，并且布置成互相相邻。第二导电层布置在通过电介质基板与第一导电层相隔预定距离处。LC谐振电路包括将所述多个单元和第二导电层电气连接的连接。LC谐振电路在天线的工作频率上具有阻抗变高的谐振状态。在所述多个单元中，在任意两个相邻单元的每一个上提供馈电部分。在发射期间将功率馈入这些馈电部分，从而使工作频率的这些信号相位相反，并且在接收期间输入天线的工作频率的信号以相反的相位从馈电部分输出。

权利要求

1.一种天线，包括：

第一导电层，在同一平面上具有多个单元互相相邻并且隔开地布置；

第二导电层，布置在通过电介质距离所述第一导电层一预定距离处；以及LC谐振电路，包括用于分别电气连接所述第一导电层的那些单元和所述第二导电层的连接，其中所述LC谐振电路被构造成在所述天线的工作频率上具有在其中阻抗增大的谐振状态，其中在所述多个单元的任意两个相邻单元的每一个中提供馈电部分，其中，在发射期间，将功率馈送给馈电部分，从而使工作频率的信号具有互相相反的相位，其中，在接收期间，输入所述两个单元的工作频率的信号是以互相相反的相位从所述馈电部分输出的，其中所述多个单元全部具有相同的形状和尺寸，并且其中，在构成平面的一条轴线方向，其它多个单元关于所述两个相邻单元非对称地布置。

2.如权利要求1所述的天线，其中所述多个单元的形状是多边形，并且相邻单元的相对侧边之间的距离全部相等。

3.如权利要求2所述的天线，其中所述多个单元全部是正六边形的。

4.如权利要求2所述的天线，其中所述多边形是正方形。

5.如权利要求2所述的天线，其中，在所述两个相邻单元中，所述多个馈电部分是分别在互相相对的侧边的中心位置或者相对的顶点位置提供的。

6.如权利要求2所述的天线，其中所述馈电部分是在平面方向上通过所述两个相邻单元的中心点的直线与所述单元的边缘交叉，并且在跨过所述两个相邻单元之间的间隙位置关系互相相对的位置上提供的。

7.如权利要求1所述的天线，其中所述多个单元的数量为8个或更多。

8.如权利要求1所述的天线，

其中所述电介质是电介质基板，并且在与所述第一导电层所在的同一表面上提供微带线，以及其中所述多个馈电部分通过所述微带线分别连接到所述天线的外边。

9.如权利要求1所述的天线，

其中所述电介质是电介质基板，并且在与所述第二导电层所在的同一表面上布置两个同轴连接器，以及其中所述同轴连接器的芯线通过所述电介质基板中提供的通孔分别连接到所述馈电部分。

10.一种无线电装置，包括：

如权利要求1～9中任意一个所述的天线；

功率分配/合成电路；以及

处理电路，该处理电路进行射频信号的发射处理和接收处理中的至少一种处理，其中所述功率分配/合成电路产生相位互相相反的两个分配后的输出信号或者合成相位互相相反的两个要合成的输入信号。

11.一种无线电装置，包括：

如权利要求1～9中任意一个所述的天线；

电路部分，该电路部分进行射频信号的发射处理和接收处理中的至少一种处理，其中所述电路部分装在IC内或者小尺寸封装内，并且通过用于外部连接的端子连接到所述馈电部分。

12.如权利要求11所述的无线电装置，其中所述电介质是电介质基板，以及

其中所述电路部分的所述端子安装在与所述电介质基板的第二导电层所在的同一表面上，并且通过所述电介质基板上提供的过孔内部的连接部件连接到所述天线的馈电部分。

13.如权利要求11所述的无线电装置，其中所述电路部分具有RFID标签的功能。

14.如权利要求1～9中任意一个所述的天线的设计方法，该方法包括：在天线的馈电部分处于开路状态的条件下，计算所述天线表面上信号的反射相位；

确定计算出来的反射相位处于从-90度到+90度的范围内的时候，所述天线的工作频率；以及改变天线指标，直到所确定的工作频率变成需要的频率。

15.如权利要求1～9中任意一个所述的天线的工作频率测量方法，该方法包括：让所述天线的馈电部分进入开路状态；

测量天线表面上信号的反射相位；以及

确定测量出来的反射相位处于从-90度到+90度的范围内的时候，所述天线的工作频率。

说明书

天线、无线电装置、设计天线的方法和测量天线工作频率的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及天线和使用它的无线电装置，具体而言，涉及在电介质基板上形成的平板天线。本发明还涉及设计天线和测量天线工作频率的方法。

背景技术

[0002] 贴片天线具有平板天线的典型结构。贴片天线使用在电介质基板表面形成的矩形或者圆形金属图案作为辐射器，其中的金属图案在发送或接收的射频信号上谐振。贴片天线使用基板背面形成的金属膜作为接地电极。由于一般的贴片天线都具有背面上的接地电极，因此它们都呈现出无线电波朝着天线的表面(正面)方向辐射的方向性。因为这一特性，常常将贴片天线用于贴在设备或墙壁的表面，在朝向天线正面的方向发射和接收无线电波的应用中。但是，当贴片天线接地电极的尺寸很小的时候，对于正面方向的辐射天线的方向性不够，因此会有一些无线电波向侧面和后面泄漏，有可能导致干扰。

[0003] 为了抑制贴片天线向侧面和后面的不必要的辐射，常常采用高阻抗平面(HIP)、光子带隙(PBG)或者电磁带隙(EBG)。因为HIP、PBG和EBG基本上具有类似结构。

[0004] 如同第6,262,495号美国专利中所描述的一样，在EBG多边形(例如六边形)中，将金属电极周期性地布置在电介质基板的表面上，从而使这些金属电极通过穿透电介质基板的过孔里的连接材料，与电介质基板背面形成的金属膜实现电气连接。在这种EBG里，由于上述结构呈现出其中的电感器(L)和电容器(C)连续连接的电路的特性，因此通过这种表面传递射频信号的时候，在一个特定频率上会发生LC谐振，并且阻抗会变得很高。阻抗变得很高的频率区域叫做带隙。

[0005] 当这一现象与图18A和18B所示的贴片天线30结合起来，从而将EBG布置在贴片天线30的附近，使贴片天线30的谐振频率与EBG31的谐振频率一致的时候，从贴片天线30侧面辐射的射频信号会因为EBG 31的谐振效应而衰减。结果，入射到贴片天线30的侧面和后面的无线电波得到抑制，并且不必要的辐射也能得到抑制。在图18B中，标号32表示同轴电缆。Matsugatani等等在2003年8月第E86-C卷第8期的Institute Electronic，Information and Communication and Engineers English Papers IEICE Trans.Electron中第1542～1549页上的文章“Radiation Characteristics of Antenna with External High-Impedance-Plane Shield”报告了上述结构的详细特性结果。

[0006] 因此，通过结合EBG和贴片天线，天线可以具有很薄的形状和优良的方向性。但是，在上述结构情形中，作为天线能够使用的频带宽度会变窄。这一点归因于贴片天线本身的工作原理。贴片天线利用电介质基板上形成的金属电极的谐振现象，由于从金属电极的端部朝向电介质的电场的限制现象(confining phenomenon)，会出现非常尖锐的谐振。结果，尽管辐射特性优良，谐振频率的宽度，也就是可以用于天线发射和接收的频率宽度，也会变得非常窄。

[0007] 此外，在结合贴片天线和EBG的情况下，贴片天线是建立在源自金属电极几何形状的谐振现象这一基础之上的，但是EBG则是建立在LC谐振现象这一基础之上的。因此，需要复杂的设计来使它们的谐振频率互相一致。

发明内容

[0008] 因此，本发明的一个目的是提供具有宽频带并且容易设计的天线，无线电装置，设计这种天线的方法以及测量这种天线工作频率的方法。

[0009] 根据本发明的一个方面，构成具有第一导电层、第二导电层和LC谐振电路的一种天线。第一导电层在同一平面上具有互相相邻并且隔开地布置的多个单元。第二导电层布置在通过电介质距离所述第一导电层一预定距离处。LC谐振电路包括用于分别电气连接所述第一导电层的那些单元和所述第二导电层的连接。所述LC谐振电路被构造成在所述天线的工作频率上具有在其中阻抗增大的谐振状态。在所述多个单元的任意两个相邻单元的每一个中提供馈电部分。在发射期间，将功率馈送给馈电部分，从而使工作频率的信号具有互相相反的相位。在接收期间，输入所述两个单元的工作频率的信号是以互相相反的相位从所述功率馈送部分输出的。

[0010] 根据本发明的另一个方面，将上述天线用于具有功率分配/合成电路和处理电路的无线电装置，所述处理电路进行射频信号的发射处理和接收处理中的至少一种处理。所述功率分配/合成电路产生相位互相相反的两个分配后的输出信号或者合成相位互相相反的两个要合成的输入信号。上述天线还用于具有电路部分进行射频信号的发射处理和接收处理中的至少一种处理的无线电装置。所述电路部分装在IC内或者小尺寸封装内，并且通过用于外部连接的端子连接到所述馈电部分。

[0011] 根据本发明的再一个方面，上述天线是通过以下步骤设计出来的：在所述天线的馈电部分处于开路状态的条件下，计算天线表面上信号的反射相位，确定计算出来的反射相位处于从-90度到+90度的范围内的时候，所述天线的工作频率，以及改变天线指标，直到所确定的工作频率变成需要的频率。所述天线的实际工作频率是按照以下步骤测量出来的：让所述天线的馈电部分进入开路状态；测量天线表面上信号的反射相位；以及确定测量出来的反射相位处于从-90度到+90度的范围内的时候，所述天线的工作频率。

附图说明

[0012] 通过以下详细描述，同时参考附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见。在这些附图中：

[0013] 图1A是本发明第一实施例中天线的透视图，图1B是沿着图1A里线段1B-1B的天线剖面图；

[0014] 图2是说明用于计算天线工作频率的模型结构的示意图；

[0015] 图3说明反射相位的计算结果；

[0016] 图4是说明测量天线工作频率的系统的示意图；

[0017] 图5A、5B、5C和5D是说明用于研究单元数和反射系数之间关系的单元的平面图；

[0018] 图6是说明贴片天线的平面图，这个贴片天线是一个比较实例；

[0019] 图7说明馈电部分反射系数的频率依赖性；

[0020] 图8A是说明单元中馈电部分位置的平面图，图8B说明图8A所示位置上反射系数的计算结果；

[0021] 图9A和9B是说明第一实施例中天线的变形的平面图；

[0022] 图10A和10B是说明本发明第二实施例的天线的透视图；

[0023] 图11是说明第三实施例的天线的平面图；

[0024] 图12A是说明本发明第四实施例中的天线的平面图，图12B是说明在其上形成第二导电层的表面的平面图，图12C是沿着图12A中线段12C-12C得到的剖面图；

[0025] 图13是说明本发明第五实施例中的无线电装置的框图；

[0026] 图14A是说明本发明第六实施例中无线电装置的IC的外围(periphery)的平面图；

[0027] 图14B说明沿着图14A中线段14B-14B得到的剖面图；

[0028] 图15是作为无线电装置电路结构一个实例的RFID电路的框图；

[0029] 图16A是无线电装置的变形的平面图，图16B是沿着图16A的线段16B-16B获得的剖面图；

[0030] 图17是说明另一个变形的剖面图；以及

[0031] 图18A是传统天线的平面图，图18B是沿着图18A中线段18B-18B获得的剖面图。

具体实施方式

[0032] (第一实施例)

[0033] 如图1A和1B所示，天线100包括构成第一导电层110的多个单元111，布置在距离第一导电层预定厚度T的第二导电层120，第一导电层110和第二导电层120之间的电介质基板130，以及用于各自电气连接多个单元111和第二导电层120的多个导电连接部件140。

[0034] 第一导电层110具有导电材料制成的多个单元111。这些单元111布置在电介质基板130同一平面上，互相相邻但互相隔离。多个单元111的形状和尺寸不受限制，只要能够在相邻单元111之间形成电容器。但是，如果所有单元在形状和尺寸上基本相同，设计它们就变得容易。这些单元111的有效布置有助于小型化。

[0035] 在这个实施例中，这些单元111在平面方向具有多边形的形状，相邻单元111相对侧边之间的距离(间隙G)基本上相等。在这个实施例中，将正六边形用作多边形的形状。因此，能够有效地布置这些单元111。由于场分布比采用其它多边形更加均匀，在相同布置中可以让发射(接收)面积更大。

[0036] 更加具体地说，在电介质130的一个表面上互相相邻地布置12个正六边形单元111，使得相对侧边之间的所有间隙都是恒定的。这样的单元111可以通过对电介质基板
130上提供的金属箔(例如铜箔)形成图案并进行丝网印刷而形成。单元111的数量和反射系数之间的关系将在以后描述。

[0037] 第二导电层120由导电材料制成，布置在距离单元111形成的第一导电层110预定厚度T的位置处。在上面形成单元111，具有厚度t的电介质基板130的表面的背面上，形成具有预定尺寸(平面方向)的第二导电层120，充当GND。第二导电层120可以通过在电介质基板130上施加提供的金属箔形成，或者通过施加丝网印刷、CVD法之类形成。

[0038] 电介质基板130的材料及其厚度T不限于这些具体情况。可以根据天线100的设计指标适当设定。在这一实施例中，可以采用PPO(聚苯氧化物)树脂制成的基板。将电介质基板130两面上放置的金属箔之一构图形成单元111，将另一金属箔用作第二导电层120。为了让这些单元和第二导电层120实现电气连接，在电介质基板130上形成过孔，从每个单元111穿过到达第二导电层120，并且将连接部件140放置在过孔中(例如通过电镀或者装膏(paste filling))。在这个实施例中，在电介质基板130上形成过孔，并且布置连接部件140，从而使连接部件140和单元111从中互相连接的位置之间的距离分别等于一个预定值(间距P)。更加具体地说，连接部件140与具有正六边形的单元111的中心连接。

[0039] 由电介质基板130上形成的单元111、第二导电层120和连接部件140形成一个LC谐振电路，也就是EBG。具体而言，在互相相邻，具有间隙G的单元之间形成电容器(电容C)，并且通过连接部件140、第二导电层120和连接部件140，从单元111到单元111的电流路径形成电感器(电感L)。将LC谐振电路(EBG)构造成在天线的工作频率上阻抗变高的谐振状态。具体而言，将电介质基板130的构成材料(相对介电常数)和厚度T、单元111之间的间隙G以及连接部件140和单元111之间在其中互相连接的位置之间的间距P设置为预先确定的值。

[0040] 在这多个单元111中，给任意选择的两个相邻单元111a中的每一个都提供一个馈电部分112。在发射期间，将具有工作频率、互相之间相位相反的信号馈入馈电部分112。在接收期间，从馈电部分112输出输入两个单元111a，具有工作频率并且具有相反相位的的信号。

[0041] 这两个单元111a是被任意地选择出来作为相邻地布置的十二个单元111的中心。具体而言，在单元111a的右边和左边的每一边对称地布置五个单元111。在构成平面的至少一个轴的方向上，在单元111a的左边和右边对称地布置其它单元111的这样一种结构里，可以使场分布在这个轴的方向上均匀。单元111中馈电部分112的布置和反射系数之间的关系将在后面描述。

[0042] 在天线100里，将LC谐振电路(也就是EBG)构造为也作为天线工作。在平板天线(贴片天线)和EBG相结合的传统结构里，必须让贴片部分和EBG部分的频率一致。但是，由于可以通过让单元111的谐振频率与目标频率一致来简单地设计这一实施例的天线100，(不必分开设计EBG和平板天线)，因此这种天线的设计比传统天线的设计容易。

[0043] 由于天线100的谐振是建立在LC谐振现象的基础之上的，因此与传统平板天线尤其是贴片天线相比，可以提供具有更宽频带的平板天线。更进一步，由于天线100是建立在EBG结构基础之上的，因为EBG具有高表面阻抗的固有效果，因此能够抑制从天线100的侧边和后面发生不必要的辐射。天线10具有所谓的偶极子结构。

[0044] 这一实施例的天线100具有与贴片天线和EBG结合起来的传统结构一样的薄结构，并且根据单元111的布置，能够具有优良的方向性。

[0045] 以上天线100可以按照以下方式来设计。

[0046] 首先，如图2所示，用一个模型结构来计算天线100的工作频率。在计算机仿真程序里形成如图2所示的一个虚拟立方空间，从基准侧边S输入一个射频信号。将天线100放置在与基准侧边S距离D的墙上。馈电部分112不与任何东西连接，处于开路状态。改变射频信号的频率，通过计算机仿真获得在天线100的表面反射以后，直到返回到基准侧边S，从基准侧边S输入的信号的相位改变量。在这以后，通过消除对应于从基准侧边S到天线100表面的距离D的相位延迟，计算出天线100表面上的反射相位。作为计算机仿真程序，可以采用利用有限元法的电磁仿真程序。

[0047] 图3示出一个实际计算实例。计算的时候电介质基板130的相对介电常数为9.8，厚度T为1.27毫米，间隙G为0.3毫米，单元111的间隔P为5.5毫米。图3分别示出按照图5B所示布局的四个单元(长短交替虚线)，按照图5C所示布局的八个单元(虚线)，以及按照图5D所示布局的十二个单元(实线)这些情形，包括按照图5A所示与馈电部分112连接的单元111a。

[0048] 当射频信号的频率升高的时候，天线100表面的反射相位从+180度变到-180度。在布置了单元111的一种结构(EBG结构)中，发生LC谐振。当阻抗升高时，反射相位的绝对值变小，并且在-90度到+90度之间取值。在第6,262,495号美国专利里公开了这些内容。因此，可以将反射相位在这个范围(从-90度到+90度)内的频率用作天线100的工作频率。

[0049] 如上所述，电介质基板130的相对介电常数和厚度T，单元111的间隙G和间距P，以及单元111的数量都是临时设置的，并且图2所示的计算模型是在计算机仿真程序里建立的。下一步，确定如图3所示，计算出来的反射相位特性在-90度到+90度的频率范围，以便基于临时设置的参数获得工作频率范围。当工作频率范围包括目标工作频率的时候，设计工作就完成了，利用临时设置的参数制造天线100。当目标工作频率在上述工作频率范围之外的时候，改变以上参数的至少一个参数(例如间距P或者间隙G)，以重复以上计算，并且获得能够得到目标工作频率的参数。通过这样利用计算机仿真，能够确定天线100中的设计参数。

[0050] 可以按着以下方式测量按照上述方式制造的天线100的工作频率。按照惯例，作为利用比如网络分析仪这种设备连接到天线馈电部分这种天线工作频率的常用测量方法，通过改变频率来测量天线馈电部分的反射系数。在天线的工作频率中，输入馈电部分的无线电波从天线辐射到空中，反射系数变小表明天线在有效地工作。因此，通过测量反射系数的频率依赖性，可以将工作频率确定在反射系数变小的一个点上。但是，利用这一方法，当同轴电缆之类没有直接连接到天线的时候，利用这种方法进行测量是不可能的。例如，由于集成有天线和无线电模块的设备被设计成天线与无线电模块直接连接，因此很难利用这种测量方法，原因是同轴电路无法连接到天线上进行测量。

[0051] 因此，测量是利用图4所示的测量系统进行的。利用具有两个端口的网络分析仪10连接发射端11和接收端12。这样放置这些装置，从而使无线电波从发射端11辐射出来，这一信号进入天线100，并且能够在接收端12检测到它的表面反射的信号。将吸波器13放置在发射端11和接收端12之间，防止发射端11发出的无线电波不在天线100处反射直接进入接收端12。

[0052] 已知因为镜像电流效应，无线电波在金属板表面以180度的相位反射而与频率无关。因此，利用上述测量系统，测量天线100的反射相位的频率依赖性。实际测量是在天线100的馈电部分112不连接任何东西，处于开路状态进行的。下一步，为了进行比较，将与天线100具有相同尺寸的金属板14放置在其中测量天线100的位置，测量反射相位的频率依赖性。利用金属板14的测量数据校正天线100的相位。

[0053] 通过这样做，可以测量出天线100的表面反射相位，能够实际测量图3所示的数据一样的数据。从这些测量数据，就象通过计算机仿真计算出来的数据一样，通过确定反射相位特性在-90度到+90度的范围之内的频率范围，就能够获得天线的工作频率。根据这一测量方法，不必用同轴电缆之类连接到制造出来的天线100上，让馈电部分112开路，就能够测量工作频率。因此，在制造天线的时候进行性能评估很容易。

[0054] 关于图5A、5B、5C和5D所示的单元111的各种布局研究了单元111的数量和反射系数之间的关系。在这些布局中的每一种布局里，计算的时候将电介质基板130的相对介电常数选为9.8，厚度T为1.27毫米，单元111的间距P为5.5毫米，间隙G为0.3毫米。采用施加互相具有相反相位的射频信号给两个馈电部分112的馈电方法。在图5B～5D里，采用对称布置，其中两个单元111a夹在其它单元111之间。

[0055] 为了与图5A～5D所示的天线100进行比较，采用图6所示的贴片天线。具体而言，在与电介质基板130类似，相对介电常数为9.8，厚度为1.27毫米的基板21的一个表面上，在具有边长7.4毫米的一个正方形区域上放置贴片天线20。在距离贴片天线20底边2.8毫米或更近的一个中心位置提供馈电部分22。在基板21的整个背面提供一个金属电极(未示出)，从而将射频信号馈送给馈电点22和金属电极之间。

[0056] 在这一研究中，为了将工作频率与包括贴片天线20的现有技术(比较实例)的那些进行比较，用计算机仿真计算出馈电部分112和22的反射系数的频率依赖性。计算结果在图7中示出。如上所述，在天线工作正在的状态里，从馈电部分输入的射频信号被辐射到空中成为无线电波。因此，馈电部分的反射系数变得很小。一般而言，实际天线具有-10分贝或者更小的反射系数。从这个角度评估图7中的结果的时候，作为比较实例的贴片天线20的实际频率范围是图7中Fp表明的范围，频率宽度近似为70兆赫兹，相对带宽为1.7％这样一个非常窄的值，这个相对带宽是通过将带宽除以中心频率获得的。

[0057] 另一方面，在这个实施例的天线100里，随着单元总数的增加，馈电部分112的反射系数变得更小。例如，当单元111的总数是8的时候，发现获得的实际反射系数在图7中F8所示的范围内。这个时候，F8的频率宽度范围大约是325兆赫兹，相对带宽为大约4.5％，它比贴片天线20的宽得多。当天线111的总数进一步增加到12的时候，频率范围表明实际反射系数扩展到图7中的F12，频率宽度为大约500兆赫兹，相对带宽为大约7.3％。

[0058] 根据这一实施例的天线100，很显然与比较实例相比，可以将天线100用于更宽的范围。包括馈电部分112，至少有两个单元。虽然依赖于构成天线100的参数，但是如果单元111的总数是8或者更多，就可以将馈电部分112的反射系数设置成低于-10分贝，这个-10分贝是实际天线100的一个准则。这样，天线100能够有效地工作。

[0059] 在图8A中示出的单元111a里馈电部分112的布局情况下，单元111a中馈电部分112的布置和反射系数之间的关系在图8B中示出。构成天线100的单元111具有图5D所示的构造。但是，图8A只示出了单元111a具有馈电部分112。在单元111a里，它们的相应馈电部分112是在用C1～C4表明的位置上提供的(条件C1～C4)。

[0060] 对于这些条件C1～C4，象图7一样，利用不同的频率计算出馈电部分112的反射系数。跟以上计算一样，这一计算是在电介质基板130的相对介电常数为9.8，厚度T为1.27毫米，单元111的间隙G为0.3毫米，间距P为5.5毫米的情况下进行的。

[0061] 如图8B所示，在将馈电部分112放置在单元111a的中心位置的条件C2里，馈电部分112的反射系数很高，这表明天线100在有效地工作。在条件C3的位置处，发现有一点点改善。在条件C1里，也就是在单元111a的相对侧边的两个相邻单元(cell)的中心位置处，或者在条件C4里，也就是在条件C1的相对侧边对边的中心位置处，如果布置了馈电部分112，就发现反射系数变得很小，天线100有效地工作。

[0062] 在这一实施例的天线100里，不限于在两个单元111a里提供的馈电部分112的位置。但是，如果馈电部分112分别是在两个多边形单元111a里互相相对的侧边的中心位置或者相对的顶点位置处，或者在通过两个单元11a的中心点的直线与单元11a的边缘交叉，并且跨过两个单元111a之间的间隙G，位置关系互相相对的位置处，可以使馈电部分112的反射系数很小。这样，天线能够有效地工作。

[0063] 在这个实施例中，示出了一个实例，这个实例布置在多个单元111的中心位置具有馈电部分112的单元111a，并且在单元111a的两边对称布置其余单元111。但是，例如，如图9A所示，在构成平面的至少一个轴的方向上，可以在具有馈电部分112的两个单元111a的两边非对称地布置其它单元111。在这种情况下，由于场分布向具有较少单元111的一边倾斜，因此可以在至少一个轴的方向上提供目标方向性。

[0064] 在这个实施例中，如图9A里所示，只是在具有馈电部分112的单元111a的左边和右边布置其余单元111，在这两个单元的上边和下边都不布置单元111。但是，如图9B所示，可以布置其它单元111，从而包围这两个单元111a的周边。在这种情况下，可以使场分布更加均匀。

[0065] (第二实施例)

[0066] 在这个实施例中，单元111在平面方向的形状是正方形。在正方形这种情况下，象正六边形情况一样，能够有效地布置单元111。此外，还能够降低制造成本，这是因为与其它多边形形状相比制造起来更加容易。

[0067] 如图10A所示，在将单元111布置成每个都具有馈电部分112的单元111a的侧边互相相对的构造中，在相对侧边的中心或者在相对侧边对面的中心提供馈电部分112的时候，能够降低馈电部分112的反射系数。也就是说，天线100能够有效地工作。如图10B所示，在将单元111布置成每个都具有馈电部分112的单元111a的顶点互相相对的构造中，在相对顶点或者在这些顶点对面的顶点提供馈电部分112的时候，能够降低馈电部分112的反射系数。这样，天线就能够有效地工作。

[0068] 其它构造、操作和特性都类似于第一实施例中示出的天线100的。因此，可以按照第一实施例中研究的结构相同的方式想出计算工作频率的方法，测量工作频率的方法，单元111的数量和反射系数之间的关系，以及馈电部分的位置和反射系数之间的关系。

[0069] (第三实施例)

[0070] 在这个实施例中，为了连接到外边，在电介质基板130上形成单元的表面上提供微带线150，从而通过微带线150将功率馈送给天线100。具体而言，在第一或第二实施例中的天线100里，在两个单元111a的相对侧边(或者相对顶点)对面的侧边的中心提供馈电部分112，并且布置这些单元，从而使具有馈电部分112的侧边或顶点不靠近其它单元111。微带线150分别连接到馈电部分112的位置，并且连接到天线100(电介质基板130)的外边。将功率馈送给微带线150，从而使射频相位的信号互相相反。也就是说，如果一个射频信号的相位是0度，另一个的相位就是180度。这样的微带线150可以通过对电介质基板
130上提供的金属箔(例如铜箔)进行构图或者丝网印刷来形成。在这一实施例中，通过对电介质基板130表面上的金属箔进行构图，在单元111的同一位置处形成微带线150。

[0071] 可以通过连接使用已有微带线的射频电路来使用微带线150。使用公知的连接方法，可以将同轴连接器连接到微带线150上，以便能够连接同轴电缆。

[0072] (第四实施例)

[0073] 第四实施例中的天线100与第一和第二实施例具有许多共同部分。但是，在这个实施例中，为了连接到外边，将同轴连接器160布置在电介质基板130的背面(形成第二导电层120的那一面)，从而通过同轴连接器160将功率馈送给天线100。具体而言，在第一实施例和第二实施例中的天线100里，在电介质基板130上对应于馈电部分112的位置上提供通孔，同轴连接器160的芯线161通过这些通孔从电介质基板130的背面穿到它的表面，用于与单元111a的馈电部分112的电气连接(例如焊接)。连接点对应于馈电部分112。为了防止馈送信号接触第二导电层120，如图12B所示，在布置芯线161的位置以及它们周围的区域上不提供第二导电层。同轴连接器160的GND 162接触第二导电层120。

[0074] 将同轴电缆连接到同轴连接器160，馈送功率，从而使射频信号的相位互相相反，也就是说，当一个射频信号的相位是0度的时候，另一个射频信号的相位是180度。

[0075] (第五实施例)

[0076] 一般无线电发射/接收电路(处理电路)常常假定天线连接端是通过同轴电缆或者微带线连接到天线的。因此，这一实施例的无线电装置200通过功率分配/合成电路201将天线端分成具有互相相反相位的两个信号。分出来的信号又一次通过同轴电缆和微带线150传播，连接到第三(第四)实施例的天线100。替代功率分配/合成电路201，可以采用通常用来将功率从同轴电缆馈送给偶极子天线之类的对称-不对称变换器。在图13中，采用了第三实施例中示出的天线100(图11)。

[0077] 这一实施例的无线电装置200包括天线100、功率分配/合成电路201以及针对射频信号进行发射处理和接收处理中至少一样处理的处理电路202。功率分配/合成电路201产生相位相反的两个功率分配后的输出信号或者合成两个要合成的输入信号。因此，天线100中必需的，施加具有互相相反的相位的信号的馈电方法，是通过这一功率分配/合成电路201实现的，因此能够提供包括具有宽频带的天线100的小尺寸的无线电装置200(例如收发信机)。处理电路202可以具有公知的电路结构，例如，包括滤波器、本地发射机、变频部分、放大器、检波电路等等。

[0078] (第六实施例)

[0079] 在这个实施例中的无线电装置200里，如图14A和14B所示，针对射频信号进行发射处理和接收处理中至少一样处理的电路部分装在集成电路(IC)210或者小尺寸的封装内，并且安装在天线100的表面。

[0080] 具体而言，IC 210具有能够输入输出相位相反的信号的两个馈电端子210a，其中的IC 210是用于RFID(射频标识)的ID的IC(标签的IC)。天线100可以具有与第一和第二实施例相关的结构。在这个实施例中，在图1所示结构的天线100里，在两个单元111a的相对侧边的中心提供馈电部分112。将IC 210布置在两个单元111的表面，跨接在间隙G上，分别将端子210a连接(例如焊接)到馈电部分112。但是，在这种结构里，在一个大范围上布置IC 210的时候，IC 210的工作产生的电场有可能影响天线100(或者天线100影响IC210)。因此，当无线电装置200的IC 210的长度几乎等于间隙G的时候获得特别好的效果，在这种情况下，可以产生集成了天线100例如RFID标签的小尺寸无线电装置200。

[0081] 图15所示的电路是属于公知技术的一般RFID标签的电路，它通过整流电路212对天线100收到的射频信号整流，将它用作电源驱动整个RFID标签，将这一电源提供给调制电路212，基于响应信号控制晶体管213，并且从天线100发送出响应信号。这些组件构成IC210。许多RFID电路都假定一对输出端子直接连接到偶极子天线供使用。因此，可以将相应的端子不可改变地用于与第一和第二实施例相关的天线，它们通过相位相反例如0度/180度的信号馈电。

[0082] 在这个实施例中，示出了在单元111的表面上安装IC 210的实例。但是，如图16A和16B所示，可以将IC 210安装在电介质基板130的第二导电层120的同一个表面(也就是背面)上，从而通过用于在电介质基板130上提供的过孔内馈电141的连接部件将端子210a分别连接到馈电部分112。如图16B所示，在电介质基板130的背面，提供了与连接部件141电气连接用于馈电的连接位置121，并且IC210的端子210a连接到连接位置121。在连接位置121和第二导电层120之间提供电气绝缘区域，以便在IC 210的端子210a连接到连接位置121的时候，限制端子210a和第二导电层120互相接触。在这种结构里，将IC
210安装在电介质基板130的背面。因此，虽然这一构造在结构上比图14所示的构造更加复杂，但是仍然能够降低IC210工作期间对天线100的影响(或者天线对IC 210的影响)。
因此，将IC 210安装在封装内的电子部分以及比图14所示构造略大的无线电通信电路以及天线100可以集成起来。

[0083] 本发明不限于这些具体实施例，而是可以以各种方式进行修改和改变。

[0084] 在上述实施例中，采用电介质基板130作为电介质。但是，在第一导电层110(每一单元111)和第二导电层120之间布置电介质的时候，基板不是绝对必要的。即使没有任何基板用于支撑第一导电层110和第二导电层120，在通过连接器140能够使第一导电层110(每个单元111)和第二导电层120维持(例如通过冲压之类整体成型)所需要的结构的时候，可以采用气体131(例如空气)，如图17所示。

[0085] 在这些实施例中，单元111的形状采取正六边形和正方形。但是，也可以采用三角形。在这些多边形中，也可以采用圆形，以及具有波形相对表面以节省电容器表面面积的结构。