CN100454659C - 高灵敏度手机天线用左手材料介质基板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手机天线的介质基板，特别涉及一种左手材料介质基板，用这种基板设计制作的手机天线可提高其灵敏度，改善其性能。用此种左手材料介质基板制作的天线示意图如附图所示，包括左手材料介质基板、辐射单元、接地板、馈电点等。介质基板的制作是由采用多层电路板刻蚀技术制作的由金属开口谐振环与金属线组成的左手材料叠合加压而成。利用左手材料对倏逝波的放大效应，能将电磁波信号放大，进而增强天线的灵敏度，可以解决传统手机天线经常因为周围建筑物或其它物体对信号产生屏蔽而使手机无法正常收讯的问题，有效地改善了地下商场、隧道、地铁、建筑群内等场合的移动通讯的质量。

Description

高灵敏度手机天线用左手材料介质基板

技术领域

本发明涉及一种手机天线的介质基板，特别涉及一种将左手材料用于手机天线的介质基板，用这种基板制作的手机天线可提高其灵敏度，改善其性能。

背景技术

随着现代电子通讯科技的日新月异，对于各式电子设备的要求越来越高，特别是移动通讯方面都使用电磁波传递讯号在使用上非常便利，因而使移动电话成为相当普及的通讯产品，由于使用电磁波传递讯号，因此用来感应电磁波的天线设计是非常重要的。现有的手机天线多数采用微带天线，微带天线有一种简单的结构，按这种结构，电介质形成在地板上，并将矩形或圆形辐射贴片附在电介质表面上，这种结构有一定缺点，即带宽窄、频率低，不过优点在于低成本可以制作小尺寸、重量轻的天线，适合大规模生产，因此广泛应用于移动通讯天线。但是，由于移动通讯设备的工作环境比较复杂，经常遇到在地下商场、隧道、地铁、建筑群内等封闭半封闭场合，电磁波信号被屏蔽衰减，或经过绕射反射等各种损耗，导致手机天线的收发灵敏度降低；而且手机天线自身作为一种微带天线，在工作状态下并不能将电信号完全转化为向外辐射的电磁波信号，也存在能量损耗，如电路板的介质损耗、天线周围电子元件的耦合辐射干扰等。传统的天线设计方法是将天线的结构或者与天线收发电路的匹配做出了各种优化，但并不能很好解决上述问题。

本发明提出了一种从材料上改善手机天线的新思路。本发明利用的左手材料是由周期性排列的金属图案组成，其在某一电磁波响应频段内介电常数和磁导率同时为负，在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反。由于左手材料与通常的右手材料波矢方向恰好相反，因此右手材料的衰减场进入左手材料后就会变成增强场，以指数级数衰减的倏逝波进入左手材料中将变为指数增强场，相当于对倏逝波进行了放大。左手材料在无线电通讯方面的应用是利用其对倏逝波的放大效应，能将较弱的电磁波信号放大，进而增强天线的灵敏度，改善天线的性能。这就可以解决传统手机天线经常因为周围建筑物或其它物体对信号产生屏蔽而使手机无法正常收讯的问题，有效地改善了地下商场、隧道、地铁、建筑群内等场合的移动通讯的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高灵敏度手机天线用左手材料介质基板，用这种基板制作的手机天线可解决现有手机天线灵敏度不高、工作效率低等问题。用此种基板制作的手机天线包括左手材料介质基板、接地板、辐射单元、馈电点，其中辐射单元可设计为各种形状以适于感应双频电磁波信号，如倒F形、蝶形、E形等。在一块平面介质基板的一面刻蚀金属铜贴片作为辐射单元以适于感应电磁波信号，此金属铜贴片可接收低频(900MHz)、高频(1800MHz-1900MHz)电磁波信号，在介质基板的另一面刻蚀大小能覆盖基板的金属铜作为接地板，在辐射单元上设置馈电点，天线采用同轴线直接馈电，同轴插座的探针经介质基板与贴片相连接，同轴插座的外导体连接接地板，其中介质基板是由采用多层电路板刻蚀技术制作的左手材料叠合加压而成。左手材料是由周期性排列的金属图形组成，其结构单元由金属线与金属开口谐振环组成，其中金属开口谐振环可以是单环或者同心双环，其形状可以为六边形、圆形、方形。其中的一种由六边形开口谐振双环与金属线组成的结构单元如附图1所示。通过调节左手材料的几何参数使得左手材料出现左手特性区域的频率段能覆盖手机天线的工作频率段，当手机天线工作在左手特性区域时都会对电磁波信号放大使天线的灵敏度增强，从而改善天线的性能。

附图说明

图1组成左手材料的金属开口谐振环和金属线的结构单元示意图

图2实施例一的高灵敏度手机天线示意图及其其中一内层左手材料介质基板示意图

图3实施例二的高灵敏度手机天线示意图及其其中一内层左手材料介质基板示意图

图4实施例三的高灵敏度手机天线示意图及其其中一内层左手材料介质基板示意图

具体实施方式

本发明采用多层电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板，基板厚度为1.1～1.4mm，内层层数为5～7层，将由金属开口谐振环和金属线组成的左手材料刻蚀在基板内层，由于手机天线的工作频率在900MHz、1800MHz-1900MHz，需设计两种不同几何尺寸的左手材料使其左手特性频率段分别覆盖以上手机天线的两个频率段：

(1)设计左手特性带宽为600MHz，中心频率在900MHz的左手材料，其组成结构单元金属开口谐振环若为圆形、六边形、方形同心双环结构，其几何尺寸为：内环的内切圆直径为d₁＝9.5-10.5mm，外环的内切圆直径为d₂＝21.5-22.5mm，开口为g＝2-3mm，线宽为c₁＝3.5-4.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm；若为圆形、六边形、方形单环结构，其几何尺寸为：环的内切圆直径为d₂＝21.5-22.5mm，开口为g＝2-3mm，线宽为c₁＝3.5-4.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm。组成左手材料的结构单元金属线几何尺寸为：长度为L＝60-66mm，线宽为c₂＝4.5-5.5mm。金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.03-0.04mm。

(2)设计左手特性带宽为600MHz，中心频率在1800MHz的左手材料，其组成结构单元金属开口谐振环若为圆形、六边形、方形同心双环结构，几何尺寸为：内环的内切圆直径为d₁＝4.5-5.5mm，外环的内切圆直径为d₂＝10.5-11.5mm，开口为g＝1.2-1.3mm，线宽为c₁＝1.5-2.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm；若为圆形、六边形、方形单环结构，几何尺寸为：环的内切圆直径为d₂＝10.5-11.5mm，开口为g＝1.2-1.3mm，线宽为c₁＝1.5-2.5mm。组成左手材料的结构单元金属线几何尺寸为：长度为L＝60-66mm，线宽为c₂＝4.5-5.5mm，金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.03-0.04mm。

设计的左手材料的金属开口谐振环单元和金属线单元分别刻蚀在内层介质基板的正反两面，基板正面刻蚀四个金属开口谐振环，其中两个的几何参数较大，尺寸如上面(1)所述，另外两个的几何参数较小，尺寸如上面(2)所述，这四个金属开口谐振环的外环开口均朝同一方向，在基板另一面刻蚀两条中心距离为20-21mm的金属线，其中的一条金属线对应于两个几何尺寸较大的开口谐振环的轴线，另一条对应于两个几何尺寸较小的开口谐振环的轴线。每两层刻蚀有左手材料的内层介质基板间加入一层空白介质基板，将刻蚀好的内层基板和空白介质基板叠合加压成整块左手材料介质基板。在左手材料介质基板的外层上表面刻蚀金属铜贴片作为辐射单元以适于感应双频电磁波信号，外层下表面刻蚀大小能覆盖基板的金属铜作为接地板，在辐射单元上设置一馈电点，天线采用同轴线直接馈电，同轴插座的探针经介质基板与贴片相连接，同轴插座的外导体连接接地板，最终制得手机天线成品。在手机天线工作频率内左手材料介质基板将会放大天线接收的电磁波信号，提高天线的灵敏度和工作效率，改善手机天线性能。

本发明的实现过程由实施例和附图说明：

实施例一：

采用多层电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板，内层层数为5层，其具体制备过程如实施方式所述，本实施例所用的左手材料结构单元为金属铜六边形开口谐振双环与金属铜线。在一层厚度为0.25mm的聚四氟乙烯介质基板(ε＝2.6)一面刻蚀两个中心频率为900MHz的开口谐振环11，其参数为：内环的内切圆直径为d₁＝10mm，外环的内切圆直径为d₂＝22mm，开口为g＝2.5mm，线宽为c₁＝4mm，间距t＝2mm；刻蚀的两个中心频率为1800MHz的开口谐振环12参数为：内环的内切圆直径为d₁＝5mm，外环的内切圆直径为d₂＝11mm，开口为g＝1.25mm，线宽为c₁＝2mm，间距t＝2mm。在基板另一面刻蚀的两条金属线13，其参数为：长度为L＝65mm，线宽为c₂＝5mm，间距为20.5mm。金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.04mm。在此左手材料聚四氟乙烯基板1的一面刻蚀倒F形状金属铜贴片2作为辐射单元，另一面刻蚀大小能覆盖基板的金属铜作为接地板3，在辐射单元上设置一馈电点4，此馈电点旁边设置三个金属短路销钉5，此销钉可将辐射单元贴片分为两部分L形贴片21和矩形贴片22，L形贴片用以感应收讯低频电磁波信号，矩形贴片用以感应高频电磁波信号，这样便在左手材料介质基板上制作了高灵敏度手机天线如附图2所示。

实施例二：

采用多层电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板，内层层数为5层，其具体制备过程如实施方式所述，本实施例所用的左手材料的结构单元为金属铜方形开口谐振单环与金属铜线。在一层厚度为0.2mm的聚四氟乙烯介质基板(ε＝2.6)一面刻蚀两个中心频率为900MHz的开口谐振环11，其参数为：环的内切圆直径为d₂＝22.2mm，开口为g＝2.4mm，线宽为c₁＝4.2mm，间距t＝2.2mm；两个中心频率为1800MHz的开口谐振环12的参数为：环的内切圆直径为d₂＝11.3mm，开口为g＝1.23mm，线宽为c₁＝2.3mm，间距.2mm。在基板另一面刻蚀的两条金属线13，其参数为：长度为L＝62mm，线宽为c₂＝5.2mm，间距为21mm。金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.035mm。在此左手材料聚四氟乙烯基板1的一面刻蚀蝶形金属铜贴片2作为辐射单元，另一面刻蚀大小能覆盖基板的金属铜作为接地板3，在辐射单元上设置一馈电点4，这样便在左手材料介质基板上制作了高灵敏度手机天线如附图3所示。

实施例三：

采用多层电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板，内层层数为7层，其具体制备过程如实施方式所述，本实施例所用的左手材料的结构单元为金属铜圆形开口谐振单环与金属铜线。在厚度为0.15mm的聚四氟乙烯介质基板(ε＝2.6)一面刻蚀两个中心频率为900MHz的开口谐振环11，其参数为：环的内切圆直径为d₂＝21.7mm，开口为g＝2.7mm，线宽为c₁＝4.3mm，间距t＝1.8mm；两个中心频率为1800MHz的开口谐振环12的参数为：环的内切圆直径为d₂＝11.3mm，开口为g＝1.29mm，线宽为c₁＝2.1mm，间距t＝1.8mm。在基板另一面刻蚀的两条金属线13，其参数为：长度为L＝65mm，线宽为c₂＝4.8mm，间距为20.7mm。金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.035mm。在此左手材料聚四氟乙烯基板1的一面刻蚀蝶形金属铜贴片2作为辐射单元，另一面刻蚀大小能覆盖基板的金属铜作为接地板3，在辐射单元上设置一馈电点4，此天线的示意图如附图4所示。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims (4)

1.一种高灵敏度手机天线用左手材料介质基板，用该左手材料介质基板制作的高灵敏度手机天线包括左手材料介质基板、接地板、辐射单元、馈电点，其主要特征是天线的介质基板是由采用多层电路板刻蚀技术制作的由金属开口谐振环与金属线组成的左手材料叠合加压而成。

2.如权利要求1所述的高灵敏度手机天线用左手材料介质基板，其特征是：采用多层电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板，基板厚度1.1～1.4mm，层数为5～7层，左手材料的金属开口谐振环和金属线分别刻蚀在每层介质基板的正反两面，每两层刻蚀有左手材料的介质基板间加入一层空白介质基板，将刻蚀有左手材料的基板和空白介质基板叠合加压成整块左手材料介质基板。

3.如权利要求1所述的高灵敏度手机天线用左手材料介质基板，其特征是采用了左手特性区域中心频率分别在900MHz和1800MHz的两种左手材料，其几何参数为：

(1.)中心频率在900MHz的左手材料，其组成结构单元金属开口谐振环若为圆形、六边形或方形同心双环结构，几何尺寸为：内环的内切圆直径为d₁＝9.5-10.5mm，外环的内切圆直径为d₂＝21.5-22.5mm，开口为g＝2-3mm，线宽为c₁＝3.5-4.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm；若为圆形、六边形或方形单环结构，其几何尺寸为：环的内切圆直径为d₂＝21.5-22.5mm，开口为g＝2-3mm，线宽为c₁＝3.5-4.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm；组成左手材料的结构单元金属线几何尺寸为：长度为L＝60-66mm，线宽为c₂＝4.5-5.5mm，金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.03-0.04mm；

(2.)中心频率在1800MHz的左手材料，其组成结构单元金属开口谐振环若为圆形、六边形或方形同心双环结构，几何尺寸为：内环的内切圆直径为d₁＝4.5-5.5mm，外环的内切圆直径为d₂＝10.5-11.5mm，开口为g＝1.2-1.3mm，线宽为c₁＝1.5-2.5mm，间距为t＝1.5-2.5mm；若为圆形、六边形或方形单环结构，几何尺寸为：环的内切圆直径为d₂＝10.5-11.5mm，开口为g＝1.2-1.3mm，线宽为c₁＝1.5-2.5mm；组成左手材料的结构单元金属线几何尺寸为：长度为L＝60-66mm，线宽为c₂＝4.5-5.5mm，金属开口谐振环与金属线的厚度均为u＝0.03-0.04mm。

4.如权利要求1所述的高灵敏度手机天线用左手材料介质基板，其特征是：刻蚀在介质基板上的四个金属开口谐振环外环开口均朝同一方向，且每两个谐振环的轴线对应于基板另一面的一条金属线，两条金属线的中心距离为20-21mm。

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