CN103296374A

CN103296374A - 天线装置

Info

Publication number: CN103296374A
Application number: CN2012100517061A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 徐冠雄; 邓存喜; 尹柳中
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种天线装置包括一介质基板，包括一第一表面和与所述第一表面相对两的一第二表面；一天线单元，包括一第一谐振频段单元和一第二谐振频段单元且设置所述介质基板的表面上；所述第一谐振频段单元和第二谐振频段单元相互耦合关联且共用一馈电部；所述馈电部对应的介质基板上开设一通孔；一接地单元，设置于所述通孔的介质基板边缘上。利用上述双频天线谐振在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段，并通过引入极性与非极性高分子共聚物的形式来降低介质基基板的介电常数以及介电损耗，从而使得天线装置损耗较少，能量转换率提高；同时通过天线选型、优化天线选型设计进一步提高了天线装置的增益等综合性能。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，更具体地说，涉及一种GPRS双频的天线装置。

背景技术

通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)是一种分组资料承载业务。由于GPRS通讯不受作业距离限制，特别适合城区、山区等电信号阻挡严重的复杂地区作业而被大量应用。GPRS通讯工作频率段为880～960MHz和1710～1880MHz两个频段。

现有GPRS天线基本采用拉杆天线，因此天线在使用状态时，其长度相对比较长，不适合用作消费性电子产品的天线组件。在射频天线技术领域，基于覆铜箔层压板设计天线由于呈板状等优点，也使得其大量使用与各种各样的电子设备中，经研究测试发现：现有的覆铜箔层压板相关参数如介电常数约、介电损耗值等相关参数，对天线辐射效率乃至整个天线效率影响很大。

同时，对于天线设计业者来说，天线的尺寸、大小、长短、谐振频段、谐振频宽、适用设备环境、增益效益、场性等各个因素制约天线开发和设计。尤天线辐射场型与天线要求高增益性能是一对突出的矛盾。而天线选型对天线的设计、开发有着重要影响。因此在考虑在较小天线在有限尺寸条件下，使得天线的整体性能符合相对应电子设备需求，又可节省天线开发、设计及制造的成本是天线开发者面临综合性的问题，如GPRS双频天线设计等。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，在提高一种成本低、小型化及效率高的GPRS双频的天线装置。因此，本发明提供一种基于复合材料介质基板的GPRS双频的天线装置。

一种天线装置，包括：

一介质基板，包括一第一表面和与所述第一表面相对两的一第二表面；

一天线单元，包括一第一谐振频段单元和一第二谐振频段单元且设置所述介质基板的表面上；所述第一谐振频段单元和第二谐振频段单元相互耦合关联且共用一馈电部；所述馈电部对应的介质基板上开设一通孔；

一接地单元，设置于所述通孔的介质基板边缘上。

进一步地，所述第一谐振频段单元的谐振频段是880～960MHz；第二谐振频段单元的谐振频段是1710～1880MHz。

进一步地，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量。

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

进一步地，所述第一谐振频段单元和第二谐振频段单元设置于同一表面上且连为一体。

进一步地，所述第一谐振频段单元设置于第一表面上；第二谐振频段单元设置于第二表面上，且在所述馈电部对应的介质基板上设置一金属化过孔，所述第一谐振频段单元通过所述金属化过孔与第二谐振频段单元电连接。

进一步地，与所述环氧树脂发生交联反应的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物。

进一步地，所述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式：

进一步地，所述天线装置还包括一同轴信号线，馈电部通过所述通孔与所述同轴信号线的内导体电连接；所述接地单元上述同轴信号线的外导体电连接。

进一步地，所述同轴信号线为一微波高频连接器(SMA信号连接器)。

相对现有技术，利用上述双频天线谐振在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段，并通过引入极性与非极性高分子共聚物的形式来降低介质基板的介电常数以及介电损耗，从而使得天线装置损耗较少，能量转换率提高，同时通过天线选型、优化天线选型设计进一步提高了天线装置的增益等综合性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明天线装置一实施例双面示意图；

图2为图1所示天线装置实施实物图；

图3为图1所示天线装置S11仿真参数图；

图4为图1所示天线装置在920MHz仿真方向图；

图5为图1所示天线装置在1800MHz仿真方向图；

图6为图1所示天线装置的史密斯圆图；

图7为本发明天线装置另一实施例正面视意图。

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。

请参阅图1，为本发明天线装置一实施例双面示意图。天线装置包括一介质基板4及一天线单元7，所述介质基板4包括一第一表面5和与所述第一表面5相对的一第二表面6，天线单元7包括一第一谐振频段单元EFGHJ和一第二谐振频段单元EC且设置所述介质基板4的第一表面5上；所述第一谐振频段单元EFGHJ和第二谐振频段单元EC相互耦合关联且共用一馈电部9，所述馈电部9对应的介质基板1上开设一个通孔13。所述天线装置还包括一接地单元12，所述接地单元12设置于所述通孔13的介质基板4边缘周围。

在本实施方式中，请参阅图2，为所示天线装置实施实物图。所述天线装置还包括一铜轴信号线8，馈电部9通过所述通孔13与所述铜轴信号线8的内导体(图中未示出)电连接。所述接地单元12上述铜轴信号线8的外导体电连接。其中铜轴信号线8采用微波高频连接器，亦称SMA信号连接器。

所述第一谐振频段单元EFGHJ的平面视图的形状大致呈“G”字形状，且谐振频段是880～960MHz；第二谐振频段单元EC的平面视图的形状大致呈反向的“L”字形状，且谐振频段是1710～1880MHz。

在其他实施方中，所述第一谐振频段单元EFGHJ与第二谐振频段单元EC分别设置在一第一表面5和第二表面6上，且在所述馈电部9对应的介质基板4上设置一金属化过孔(图中未示出)，所述第一谐振频段单元EFGHJ通过所述金属化过孔与第二谐振频段单元EC电连接，使得同轴信号线8电信号可同时传导至所述第一谐振频段单元EFGHJ与第二谐振频段单元EC上。

在其他可选的实施方式中，所述第一谐振频段单元EFGHJ和第二谐振频段单元EC蚀刻成两个单独的电导体，并通过一相关联的导体连接，所述关联的导体为馈电部。

请参阅图3，为本天线装置S11仿真参数图。所述天线装置的在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段均有很高的增益值。如下表：分别在920MHz和1800MHz对应的S11参数数值：

f(MHz)	S11
		920	-15.7
1800	-30.5

请参阅图4和图5，天线装置在920MHz仿真方向图及1800MHz仿真方向图。其中所述天线装置在920MHz的增益为1.56dbi，而天线装置在1800MHz的增益为2.2dbi。

图6为图1所示天线装置的史密斯圆图。所述天线装置驻波比参数如下表：

f(MHz)	驻波比(VSWR)
		920	1.8
1810	1.1

从上述表格数据来，所述天线装置在920MHz的驻波比低至1.8，在1810MHz的驻波比低至1.1，可以看出该GPRS双频天线在920MHz和1810MHz频率点有很好的驻波比，完全满足相应电子设备需求。

天线装置的介质基板的设计：

为了降低天线单元的能量损耗，提高整个天线装置的性能，采用低介电常数低损耗介质基板作为本发明的天线装置的介质基板，要求天线介质基板在1GHz工作频率下，具有≤4.0的标称介电常数和≤0.008的电损耗正切量。所述介质基板包括玻纤布、环氧树脂及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。所述介质基板第一类实施方式如下：

所述介质基板制作工艺如下：首先，提供一浸润溶液包括：第一组份，包含有环氧树脂；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。

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片或者固化片。半固化片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)。

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。

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秒时间内胶化(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。

介质基板的第二类实施方式如下：

在本发明第二类实施方式中，所述低介电常数低损耗的介质基板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。最后通过蚀刻工艺将上述覆铜介质基板蚀刻成本发明所对应的天线装置。

同时为了适用天线系统或电子设备一些性能参数要求，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、多层层压板加工成本发明的介质基板，通过引入极性与非极性高分子共聚物的形式来降低介质基基板的介电常数以及介电损耗，从而使得天线装置损耗较少，能量转换率提高；同时通过天线选型、优化天线选型设计进一步提高了天线装置的增益等综合性能。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

一接地单元，设置于所述通孔的介质基板边缘上。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振频段单元的谐振频段是880～960MHz；第二谐振频段单元的谐振频段是1710～1880MHz。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述介质基板包括玻纤布、环氧树脂及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

5.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振频段单元和第二谐振频段单元设置于同一表面上且连为一体。

6.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振频段单元设置于第一表面上；第二谐振频段单元设置于第二表面上，且在所述馈电部对应的介质基板上设置一金属化过孔，所述第一谐振频段单元通过所述金属化过孔与第二谐振频段单元电连接。

7.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，与所述环氧树脂发生交联反应的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式：

。

9.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括一同轴信号线，馈电部通过所述通孔与所述同轴信号线的内导体电连接；所述接地单元上述同轴信号线的外导体电连接。

10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述同轴信号线为一微波高频连接器(SMA信号连接器)。