CN102723594B - 一种gprs天线及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GPRS天线，GPRS天线包括天线单元，该天线单元包括：一介质基板、设置于介质基板一表面的第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元与第二辐射单元共用一馈电点，第二辐射单元弯折、间隔地围绕第一辐射单元，本发明还提供了一种电子装置。本发明的GPRS天线通过结构设计即满足了天线的性能要求，并且具有较高的增益，能够满足使用GPRS模块的电子装置的无线数据传输要求，结合低损耗的天线介质基板，使GPRS天线具有良好的工作性能。应用本发明GPRS天线的电子装置在天线外置时能够避免铜材料的使用，降低了连接部分的加工制造成本以及电子装置的整体成本，节约了资源与能源，便于大规模的生产制造。

Description

一种GPRS天线及电子装置

技术领域

本发明属于通信设备领域，具体涉及一种GPRS天线以及应用该天线的电子装置，特别是用于机顶盒。

背景技术

无线数据传输有一种是通过GPRS进行的，在GPRS的数据传输中，性能优异的天线是数据传输的保证，并且随着通信事业的不断发展将会不限于手机等移动终端，还会大量的使用到更多的电子装置。

数字电视机顶盒是随着电视系统的更新而推出的一种家庭数字终端产品，是把卫星数字电视信号、地面数字电视信号、有线电视网数字信号甚至互联网的数字信号进行解调、解码转换成现有电视能接受的模拟信号和数字信号。三网融合是实现有线电视网、电信网与因特网的兼并融合，通过对现有网络环境的优化整合组成业务高度集成化的多媒体信息网络，提供集三网于一体的多媒体信息服务。因此，机顶盒成为未来必不可少的终端电子装置。

天线作为数字电视机顶盒无线数据交换的桥梁，将起着非常重要的作用。目前，用于数字电视机顶盒的天线常因增益不足导致无线数据传输间断，因此，需要一种新的GPRS天线，以解决无线数据传输问题。

目前的电子装置为了取得较好的通信效果，很多使用外置天线，多使用同轴连接器将天线与电子装置连接在一起，以传输射频信号，同轴连接器的基本结构包括：中心导体、内导体外的介电材料(绝缘体)以及最外面的外接触件，外接触件部分起着如同轴电缆外屏蔽层一样的作用，即传输信号、作为屏蔽或电路的接地元件。但是同轴连接器在制备时一般会使用到铜等金属，加工成螺纹形式，这不仅需要使用大量的金属，而且加工工艺复杂，在大批量生产时耗资源、耗时。在天线的大量使用中，同轴连接器的使用提高了天线的制造、安装成本以及带来的整体的电子装置的制造成本。

发明内容

为了解决现有GPRS天线特别是用于数字电视机顶盒的天线存在的问题，本发明提供了一种GPRS天线，该天线通过巧妙的结构设计满足了使用GPRS的电子装置的无线数据传输要求，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种GPRS天线，所述GPRS天线包括天线单元，所述天线单元包括：一介质基板、设置于所述介质基板表面的第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元共用一馈电点，所述第二辐射单元弯折、间隔地围绕所述第一辐射单元，所述天线单元还包括设置于所述介质基板上的接地单元，所述接地单元与所述第一辐射单元、第二辐射单元位于介质基板的同一表面，所述接地单元包括具有成对矩形条状的双频巴伦结构，其中，较短的矩形条状巴伦结构对应所述第一辐射单元，较长的矩形条状巴伦结构对应所述第二辐射单元。

进一步地，所述第一辐射单元谐振频段为880MHz～960MHz，所述第二辐射单元谐振频段为1710MHz～1880MHz。

进一步地，所述介质基板设置有穿插在所述巴伦结构间的若干通孔。

进一步地，所述第一辐射单元呈矩形片状，所述第二辐射单元为矩形条状经弯折围绕所述第一辐射单元。

进一步地，所述介质基板上设置若干定位孔。

进一步地，所述介质基板组分包括玻纤布、环氧树脂以及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

进一步地，还包括天线主体和与天线主体相接的带有线孔的柱状的插接部，所述天线单元固装于所述天线主体内。

进一步地，所述第二辐射单元沿垂直所述介质基板表面的平面翻转180°后，间隔地围绕所述第一辐射单元。

进一步地，还包括一电连接所述馈电点的信号传输线。

一种电子装置，包括壳体、电路板和GPRS天线，所述GPRS天线包括权利要求1-10所述的GPRS天线，所述GPRS天线通过信号传输线与所述电路板电连接。

本发明的GPRS天线通过结构设计即满足了天线的性能要求，并且具有较高的增益，能够满足使用GPRS模块的电子装置的无线数据传输要求，结合低损耗的天线介质基板，使GPRS天线具有良好的工作性能。应用本发明GPRS天线的电子装置在天线外置时能够避免铜材料的使用，降低了连接部分的加工制造成本以及电子装置的整体成本，节约了资源与能源，便于大规模的生产制造。

附图说明

图1是本发明GPRS天线的天线单元的结构示意图；

图2是图1所示GPRS天线电压驻波比仿真图；

图3是本发明电子装置的结构示意图；

图4是图3中圈示部分的放大图；

图5是图3电子装置组装后的另一视角的结构示意图。

具体实施方式

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法。过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

参见图1所示分别为本发明GPRS天线的天线单元的结构示意图，该天线单元33包括介质基板331、第一辐射单元332、第二辐射单元333、馈电点334、接地单元335、若干通孔336和两定位孔337，第一辐射单元332呈矩形片状，第二辐射单元333为矩形条状，第二辐射单元333弯折、间隔地围绕第一辐射单元332，第一辐射单元332和第二辐射单元333共用馈电点334，接地单元335与第一辐射单元332、第二辐射单元333、馈电点334位于介质基板331的同一表面，该接地单元335包括巴伦结构，该巴伦结构为成对的矩形条状，其中，较短的矩形条状巴伦结构3351对应第一辐射单元332设置，较长的矩形条状巴伦结构3352对应第二辐射单元333设置，若干通孔336均为矩形状，穿插地分布在多个矩形条状的巴伦结构间，这些通孔336大小不完全相同，例如位于中间的通孔336要大于其他的通孔336，定位孔337设置了两个，可以方便天线单元33安装时的定位。

信号传输线(图中未示出)可以直接电连接馈电点334和接地单元335，也可以在介质基板331上对应馈电点334和接地单元335的位置设置金属化通孔，将馈电点334和接地单元335对应的电连接点放置在介质基板331的另一表面。

第一辐射单元332谐振频段主要为880MHz～960MHz，第二辐射单元333谐振频段主要为1710MHz～1880MHz，该天线单元33具有880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz的谐振频段，还包括第一辐射单元332和第二辐射单元333之间的相互作用。

天线单元33的第一辐射单元332和第二辐射单元333可以位于介质基板331的同一表面，也可以是不同的表面，只要满足位置、结构形态即可；还可以是第二辐射单元333背向第一辐射单元332弯折，第二辐射单元333沿垂直介质基板331表面的平面翻转180°后，间隔地围绕第一辐射单元332；其中的间隔地围绕只要是第一辐射单元332和第二辐射单元333投影到任一介质基板331的表面时，满足该条件即可。

介质基板331组分包括玻纤布、环氧树脂以及与该环氧树脂发生交联反应的化合物，以下通过具体实施方式说明该介质基板。

第一类实施方式如下：

在该类实施方式中，用于生产加工本发明中的介质基板(包括单层或多层层压板片、覆铜基板、PCB板、芯片载体件或类似应用件等)的一些低介电常数低损耗的浸润溶液。所述浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。其中第一组份和第二组份按照一定比例配置混合。上述第一组份、第二组份及所述一种或者多种溶剂配成所述浸润溶液。所述浸润溶液经过搅拌后、将所述一玻纤布浸润所述浸润溶液中使第一组份与第二组份吸附在玻纤布中或者表面上；然后烘拷所述玻纤布使所述一种或者多种溶剂挥发，并使第一组份与第二组份相互化合交联形成半固化物或者固化物。半固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较低环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的软性混合物。固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较高环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的相对较硬的混合物。

在本实施方式中，所述浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物(呈片状)，然后所述半固化物剪裁成剪裁片，根据厚度需要将所述多片剪裁片叠合并进行热压成本实施所述的多层介质基板(即多层层压板或片)。其中热压工序目的就是使得第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物全部发生化合交联反应。

当然也可以理解，所述浸润过的玻纤布直接通过高温烘烤形成固化物，即本发明所述的单层介质基板(即单层层压板或片)。

在具体的实施例中，所述第二组份的化合物可选用包含由极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，如苯乙烯马来酸酐共聚物。可以理解的是，可以与环氧树脂发生化合交联反应的共聚物均可用于本实施方式的配方成份。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、8个苯乙烯或者任意个数。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合，从而使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合后即是本发明所述浸润溶液。

在具体的实施例中，通过加入一定的促进剂促使上述浸润溶液200-400秒内胶化(选用胶化环境温度171℃)，其中促进上述浸润溶液胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较好。所述促进剂可选用包括但不限于叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述两种以上溶剂之间混合形成的混合溶剂。

在另一实施例中，所述浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。所述第二组份的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。其中所述氰酸酯预聚体浓度75％。促进剂选用二甲基咪唑；所述溶剂选用丁酮。该实施方式浸润溶液具体配方如下表：

在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂均能发生化合交联反应。

第二类实施方式如下：

在本发明第二类实施方式中，生产本发明中的介质基板(包括单层或多层层压板片、覆铜基板、PCB板、芯片载体件或类似应用件等)的一些低介电常数低损耗的组合物(也可称之复合物或复合材料)，所述组合物包括玻纤布、第一组份及第二组份，第一组份包含环氧树脂；第二组份包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

所述组合物制造过程还包括如下工艺：

首先，将第二组份包含与所述环氧树脂发生交联的反应的化合物与所述环氧树脂按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。在具体的实施例中，所述化合物包含极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，其中较佳实施例的共聚物可以选用苯乙烯马来酸酐共聚物。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、或8个苯乙烯。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物在一定条件下能进行化合交联反应，发生化合交联反应后依附于所述玻纤布，从而形成本发明的介质基板。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述之间混合溶剂。

所述溶液一具体实施例各种成分比例如下表：

上述溶液配方包括环氧树脂、苯乙烯马来酸酐共聚物、氰酸酯预聚体、促进剂二甲基咪唑及一种溶剂丁酮。在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂能化合交联。

然后，从上述溶液中提取所述少量测试样本，在某一特定温度环境测试所述溶液胶化时间，通过添加促进剂来调节所述溶液在该定温度环境胶化时间。可以通过加入一种或多种促进剂促使上述溶液在200-400秒时间内胶化，其中所述某一特定温度环境可是单一一温度值或者一选定的特定温度范围，在本实施方式，通过设定在171摄氏度环境进行胶化时间，使得上述溶液在胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较佳。所述促进剂可选用包括但不限于选用叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

第三步，当上述测试样本在200-400秒时间范围内胶化时，将玻纤布在所述溶液中浸润后取出烘干，形成组合物。在该具体步骤中，将玻纤布浸入溶液中充分浸润保证所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物吸附在玻纤布中或者表面上，然后浸入溶液的玻璃布通过悬挂于鼓风干燥箱在180℃烘烤5分钟左右，目的就是将溶剂丁酮充分挥发，并且使得所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物化合交联反应，玻璃布与所述化合交联反应的产物制得半固化组合物。可以理解的是，延长烘烤时间和或提高烘烤温度，即可形成固化组合物。一般大量工业生产采用垂直上胶机中浸胶子系统和烘箱子系统中完成。

最后，将烘干的化组合物与导电箔进行压合。在该具体步骤中，将烘干的化组合物(半固化板或半固化片)与导电箔在真空热压机中压合。所述导电箔选用包含铜、银、金、铝或上述材料合金材料等制得的导电材料。由于铜材料的价格相对较低，因此选用铜制成的导电箔适用产业化。

同时为了适用天线或电子装置一些性能参数要求，将多片半固化板或半固化片进行层压形成多层层压板。应用这些层压板可以有效减少天线复合损耗，进而保证天线辐射增益值。

利用上述组合物、单层片半固化板或半固化片、多层层压板加工成天线基板，通过引入极性与非极性高分子共聚物的形式来降低天线基板的介电常数以及介电损耗，从而满足其在电子装置中应用的需求。

图2所示为GPRS天线电压驻波比仿真图，该GPRS天线在880MHz、960MHz、1710MHz、1880MHz、1810MHz和908MHz的电压驻波比分别为1.8003、3.0686、2.3987、2.8850、3.2319和1.2040，体现了该GPRS天线在880MHz～960MHz、1710MHz～1880MHz波段下具有良好的匹配效果，能够满足在880MHz～960MHz、1710MHz～1880MHz波段下的通信要求。

参见图3-图5所示为本发明电子装置的结构示意图以及为了清楚表达所选用的局部放大图，该电子装置包括壳体1、电路板(图中未示出)、连接件2、GPRS天线3和信号传输线5，它的一侧面上设置了圆形插孔11和挡片12，该挡片12呈近似长方体状，是由插孔11的孔壁向插孔11的中心方向延伸一段长度后，再向壳体1的内侧延伸而成的；电路板(图中未示出)和现有的电子装置的方案一样，放置在壳体1内。

连接件2上设置一通孔21、插头22、容置腔23和环槽231，通孔21可以让信号传输线5等穿过连接件2，插头22设置在连接件2的一端，该插头22的外轮廓面上设置了一限制部221，该限制部221为一平台，该限制部221能够限制连接件2的轴向转动，插头22上还具有分割插头22为两部分的通槽222，容置腔23具有一定的空间，该空间呈圆柱状，环槽231是从容置腔23的腔壁向外延伸出的环形槽，该环槽231部分镂空容置腔23，在本实施例中镂空的部分包括两个且对称分布。

GPRS天线3包括天线本体31和插接部32，天线本体31包括扣合的天线壳(图中未标出)和固装在天线壳内的天线单元(图中未示出)，插接部32呈圆柱状，插入容置腔23内后与容置腔23过渡配合，该插接部32设置了线孔321、窄缝322和凸块323，线孔321可以让信号传输线5穿过，窄缝322将插接部32分割为两部分，该两部分可以向窄缝322方向弹性形变，凸块323设置在插接部32的外轮廓面上，在插接部32插入容置腔23后，凸块323卡入环槽231内。

信号传输线5为同轴线，该信号传输线5连接GPRS天线3的天线单元后依次经线孔321、通孔21后伸出，连接到电子装置的电路板上。

壳体1的挡片12使插孔11的横截面呈现出圆缺状，在连接件2插头22插入该插孔11后，能够防止连接件2在插孔11内的转动，插头22与插孔11过渡配合，能够使插头22固定的插入插孔11内，也就使连接件2固定安装在壳体1上。

连接件2的插头22插入壳体1的插孔11中，该插头22限制部221与壳体1的挡片12弹性接触；GPRS天线3的插接部32插入连接件2的容置腔内，与容置腔过渡配合，凸块323卡入环槽231中，由于是过渡配合，在外力下，插接部32可以带动天线在容置腔内转动，凸块323防止插接部32从容置腔中脱出。

插头22上的通槽222插头22分割为两部分，分割后的两部分在外力下能够向着通槽222的方向发生弹性形变，插头22的端部进行倒角处理，可以起到导向的作用，便于插头22插入插孔11内；同理，插接部32上的窄缝322将插接部32分割为两部分，该两部分能够在外力下向着窄缝的方向发生弹性形变，插接部32的端部还可以设置一倒角，可以起到导向的作用，便于插接部插入容置腔23内。

天线本体31和插接部32的连接可以呈直线式的，也可以是天线本体31垂直插接部32式的，可以根据空间的需要和插孔11的位置确定；插接部32外圆周面上的凸块323可以对称的设置，且分别设置在被窄缝322分割的两部分上。天线本体31可以包括天线壳，也可以只是天线单元，例如PCB板辐射单元等，也可以包括使天线部分露出的天线壳。

该电子装置包括但不限于机顶盒、PDA、PAD、移动多媒体播放器、手机、笔记本、电纸书、电子相框、数码相机、数码摄像机、收音机、电视机等。

由于信号传输线在天线单元上的连接点在天线单元的中部，因此信号传输线位于天线本体中的长度较长，而在天线单元的介质基板上设置了若干通孔，信号传输线穿过通孔可使信号传输线分布在介质基板的两表面，使信号传输线能够在天线本体内较固定的放置，保持信号传输线与天线单元上的连接点的良好电连接。

上面结合附图对本发明的较佳实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种GPRS天线，其特征在于，所述GPRS天线包括天线单元，所述天线单元包括：一介质基板、设置于所述介质基板表面的第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元共用一馈电点，所述第二辐射单元弯折、间隔地围绕所述第一辐射单元,所述天线单元还包括设置于所述介质基板上的接地单元，所述接地单元与所述第一辐射单元、第二辐射单元位于介质基板的同一表面，所述接地单元包括具有成对矩形条状的双频巴伦结构，其中，较短的矩形条状巴伦结构对应所述第一辐射单元，较长的矩形条状巴伦结构对应所述第二辐射单元。

2.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述第一辐射单元谐振频段为880MHz～960MHz，所述第二辐射单元谐振频段为1710MHz～1880MHz。

3.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述介质基板设置有穿插在所述巴伦结构间的若干通孔。

4.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述第一辐射单元呈矩形片状，所述第二辐射单元为矩形条状经弯折围绕所述第一辐射单元。

5.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述介质基板上设置若干定位孔。

6.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述介质基板组分包括玻纤布、环氧树脂以及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

7.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，还包括天线主体和与天线主体相接的带有线孔的柱状的插接部，所述天线单元固装于所述天线主体内。

8.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述第二辐射单元沿垂直所述介质基板表面的平面翻转180°后，间隔地围绕所述第一辐射单元。

9.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，还包括一电连接所述馈电点的信号传输线。

10.一种电子装置，包括壳体、电路板和GPRS天线天线，其特征在于，所述GPRS天线包括权利要求1-9所述的GPRS天线，所述GPRS天线通过信号传输线与所述电路板电连接。