CN101281992B - 无线芯片及无线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线芯片，包括电路层，所述电路层上方设置有微带天线；在电路层和微带天线之间设置有吸波体。由于微带天线设置在电路层上方，并利用具有吸收能量的吸波体将电路和天线隔离，同时，微带天线中的金属膜不仅作为天线的射频地，而且具有屏蔽干扰的作用，从而有效解决天线对电路的干扰问题；通过选取具备合适介电常数的介质，不会过多增加芯片的高度，保证芯片以及使用该芯片的无线设备的小巧。同时，本发明还提供一种包含所述无线芯片的无线设备。

Description

无线芯片及无线设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种集成了天线功能的芯片，以及一种使用该集成了天线功能的芯片的无线设备。
背景技术
天线是无线设备必不可少的一个部件，通常作为一个单独器件存在。由于内置天线具有便于馈点、重量轻、价格低、可移动性好和对人体辐射小等特点，所以内置天线近年来得到了迅速发展和应用。越来越多的移动无线设备采用内置天线工作，如无线局域网的客户端无线网卡、手机、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）设备和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）中的接收机等。
下面对现有内置天线的两种典型实现方案进行介绍：
（1）             单级天线环绕在芯片周围
参见图1，是内置天线方案一示意图。
由于天线是环绕在芯片周围，这种天线相当于一个环形天线。由物理学可知，由于环形导线上有交变电流，那么，在环形圈内会产生磁场通量，交变的磁场会产生电场，这样会对芯片电路产生干扰。而且，环形天线往往效率比较低，通常采用N匝天线来提高效率，那么其辐射电阻会增加N2倍，导致对周围芯片电路干扰增大。
（2）             天线放置在芯片周围
参见图2，是内置天线方案二示意图。
这种方式会大大增加芯片整体的面积，不能满足当今无线设备设计小巧的要求；而且，由于天线和芯片在同一水平面，所以无论天线是全向或单向，也不可避免会对芯片造成一定程度的干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种集成了天线功能的无线芯片，此芯片不会受天线干扰；
同时，本发明还提供一种使用该芯片的无线设备。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
一种无线芯片，包括电路层， 所述电路层上方设置有微带天线；在电路层和微带天线之间设置有吸波体，用于吸收各频段的能量，防止能量反射到电路层上。
一种无线设备，包括无线芯片，所述无线芯片包括电路层，所述电路层上方设置有微带天线；在电路层和微带天线之间设置有吸波体，用于吸收各频段的能量，防止能量反射到电路层上，。
所述微带天线由金属膜、介质和辐射体组成；所述金属膜设置在所述吸波体上方；所述介质设置在所述金属膜上方；所述辐射体设置在所述介质上方。
所述电路层具有馈点和地；所述辐射体具有馈点与地，此辐射体馈点与电路层馈点相连，此辐射体地与电路层地相连；所述金属膜接地。
所述吸波体为铁酸盐粒子吸波材料或纳米钡铁氧体吸波材料。
所述介质，是介电常数在4至6之间的介质，或者是介电常数在10至20之间的介质。
所述介质为环氧树脂、酚醛塑料、聚四氟乙烯、铝酸镧或镧铝氧氮。
所述无线设备是手机、个人数字助理设备或全球定位系统中的接收机。
对于上述技术方案的技术效果分析如下：
（1）由于微带天线设置在电路层上方，并利用具有吸收能量的吸波体将电路和天线隔离，同时，微带天线中的金属膜具有屏蔽干扰的作用，从而有效解决天线对电路的干扰问题；
（2）通过选取具备合适介电常数的介质，不会过多增加芯片的高度，保证芯片以及使用该芯片的无线设备的小巧。
附图说明
图1为现有技术内置天线方案一示意图；
图2为现有技术内置天线方案二示意图；
图3为本发明实施例无线芯片结构示意图；
图4为本发明实施例无线设备示意图。
具体实施方式
本发明采用微带天线实现天线与电路芯片的集成，这种方式在原有电路芯片的基础上仅增加一点高度，在减少芯片面积的同时，有效降低天线对芯片电路的干扰。
随着移动无线设备的普及，微带天线以其加工方便、美观以及对人体辐射地的特点，得到应用；而且，通过各种技术手段提高微带天线的性能，如改善Patch的面积以及形状来提高天线的带宽与辐射效率，因此，微带天线得到了越来越多的应用。有关微带天线的原理及应用，可参见人民邮电出版社出版的、清华大学梁联倬译的《微带天线》一书。
不同于现有内置天线实现方案采用单级天线的方式，本发明实施例在原有电路层上方设置有微带天线，在电路层和微带天线之间设置有吸波体。
吸波体主要起吸收各频段能量的作用，防止能量反射到电路层上。吸波体可以采用各种吸波材料，例如：铁酸盐粒子吸波材料，纳米钡铁氧体吸波材料，等等。
参见图3，为本发明实施例无线芯片结构示意图。
由图可知，在电路层301原有基础上，增加吸波体302、金属膜303、介质304以及辐射体305；金属膜303、介质304以及辐射体305即构成一个微带天线。
电路层301可以包括射频调制解调、功率放大、收发开关等功能电路模块，具体操作时，将各功能电路模块集成到一个硅片中，在硅片外留出天线馈点和地，以待集成天线使用。
在具体设计时，首先在电路层301上覆盖吸波体302，在吸波体302上覆盖金属膜303，该金属膜303接地；其次，在金属膜303之上覆盖介质304，在介质304上覆盖辐射体305，辐射体305上也设置有馈点，并与硅片外的馈点相连，同时，辐射体305与地相连；最后，将整个电路层301、吸波体302、金属膜303、介质304和辐射体305进行封装，形成具备天线功能的无线收发芯片。
在具体设计时，可在无线收发芯片上设置过孔，辐射体305的馈点或地与电路层301的馈点或地可经过孔相连；金属膜303可通过电路层301边框接地。
下面对微带电线的各组成进一步介绍。
1）金属膜303主要是作为天线辐射地，除此之外，金属膜402也具有屏蔽干扰的作用。
对于金属膜303具有屏蔽干扰作用的原理分析如下：
对于实际导体，电磁场可以穿入其中，但它的振幅将按指数形式
exp(-z/δs)衰减，式中z是穿入导体的深度，δs称为趋肤深度。
从趋肤效应来计算金属膜303厚度，由下式给出：
δs＝[2/(ωμ0σ)]0.5
对于金属膜303为铁材质的：σ＝107S/m 、μ0=4π×10－7H/m；对于2.4GHz来说，
δs＝[2/(ωμ0σ)]0.5＝3.25×10－3mm
3.25×10－3mm这个厚度远远低于一般金属屏蔽厚度0.2mm , 所以采用普通的屏蔽罩金属膜完全可以满足条件。
基于上述分析，一般的金属即能满足本发明对金属膜303的要求，优选采用铜或钢。
可见，利用吸波体302吸收能量、以及金属膜303屏蔽干扰的功能，有效防止微带天线对电路层造成干扰。
2）对于介质304，一般选择介电常数在4－6之间或者10~20之间的介质。
介电常数是用来衡量绝缘体储存电能的性能，它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。
可见，介电常数太小，需要很高的高度空间；介电常数太大，又会增加能量损耗，降低辐射效率。本实施例中介质304优选的介质材料是：介电常数在4－6之间的介质，例如环氧树脂（Fr4-epoxy）、酚醛塑料（bakelite，又称：人造树胶、胶木或电木）和聚四氟乙烯；或者选择介电常数为10－20之间的介质，例如：铝酸镧(LAO)和镧铝氧氮(LAON)。
3）对于辐射体305，可采用一般金属材料，优选铜或钢。
本实施例提供的无线芯片，具备无线收发功能，又有效避免天线对电路干扰，同时保证芯片的小巧实用。
这是因为：
（1）通过在电路层301上增加具有吸收能量的吸波体302、以及屏蔽干
扰的金属膜303，将天线和电路进行了隔离，有效解决天线对电路的干扰问题；
（2）通过选取具备合适介电常数的介质304，不会过多增加芯片的高度，
保证芯片以及使用该芯片的无线设备的小巧。
参见图4，为包含无线芯片411的无线设备401示意图。
无线芯片411是具有无线收发功能的芯片或无线单芯片，其内部结构参见图3，具体实施方式与前一致，在此不再赘述。
无线设备401可以是无线局域网的客户端无线网卡、手机、PDA设备和GPS中的接收机等。
采用无线芯片411的无线设备401，能够实现天线内置，而且，天线不会对电路造成干扰；同时，由于无线芯片411体积小巧，也不会增加无线设备401的体积，能够满足目前无线设备设计小巧美观的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线芯片，包括电路层，其特征在于，
所述电路层上方设置有微带天线；在电路层和微带天线之间设置有吸波体，用于吸收各频段的能量，防止能量反射到电路层上，所述微带天线由金属膜、介质和辐射体组成；
所述金属膜设置在所述吸波体上方；所述介质设置在所述金属膜上方；所述辐射体设置在所述介质上方，所述金属膜接地。
2.根据权利要求1所述无线芯片，其特征在于，
所述电路层具有馈点和地；
所述辐射体具有馈点与地，此辐射体馈点与电路层馈点相连，此辐射体地与电路层地相连。
3.根据权利要求1至2中任一项所述无线芯片，其特征在于，
所述吸波体为铁酸盐粒子吸波材料或纳米钡铁氧体吸波材料。
4.根据权利要求1至2中任一项所述无线芯片，其特征在于，
所述介质，是介电常数在4至6之间的介质，或者是介电常数在10至20之间的介质。
5.根据权利要求4所述无线芯片，其特征在于，
所述介质为环氧树脂、酚醛塑料、聚四氟乙烯、铝酸镧或镧铝氧氮。
6.一种无线设备，包括无线芯片，所述无线芯片包括电路层，其特征在于，
所述电路层上方设置有微带天线；在电路层和微带天线之间设置有吸波体，用于吸收各频段的能量，防止能量反射到电路层上，所述微带天线由金属膜、介质和辐射体组成；
所述金属膜设置在所述吸波体上方；所述介质设置在所述金属膜上方；所述辐射体设置在所述介质上方，所述金属膜接地。
7.根据权利要求6所述无线设备，其特征在于，
所述电路层具有馈点和地；
所述辐射体具有馈点与地，此辐射体馈点与电路层馈点相连，此辐射体地与电路层地相连。
8.根据权利要求6或7任一项所述无线设备，其特征在于，
所述介质，是介电常数在4至6之间的介质，或者是介电常数在10至20之间的介质。
9.根据权利要求6或7任一项所述无线设备，其特征在于，
所述无线设备是手机、个人数字助理设备或全球定位系统中的接收机。
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