CN103296375A - 天线装置 - Google Patents

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；一天线导体，设置于所述介质基板表面上，包括一馈电引脚、由所述馈电引脚延伸成一第一导电分支和一第二导电分支、再由所述第二导电分支延伸成一第一谐振臂和一第二谐振臂、在所述第一谐振臂与第一导电分支之间设置一短接分支及所述第一导电分支的一端形成一接地引脚。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，涉及一种基于复合材料介质基板内置型的天线装置。

背景技术

天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。

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。

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、小型化及效率高的内置型的天线装置。因此，本发明提供一种基于复合材料介质基板内置型的天线装置。

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；

一天线导体，设置于所述介质基板表面上，包括一馈电引脚、由所述馈电引脚延伸成一第一导电分支和一第二导电分支、再由所述第二导电分支延伸成一第一谐振臂和一第二谐振臂、在所述第一谐振臂与第一导电分支之间设置一短接分支及所述第一导电分支的一端形成一接地引脚。

进一步地，所述天线导体呈平面状且附着在所述第一表面上。

进一步地，天线装置还包括设置于第二表面上的馈电引脚和接地引脚，所述第一表面的馈电引脚和接地引脚分别与所述第二表面上的馈电引脚和接地引脚相互镜像设置于介质基板相对的表面上，并且馈电引脚和接地引脚对应的介质基板上设置有若干个金属化孔。

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，所述第一谐振臂主要影响2.4GHz频段的谐振，第二谐振臂主要影响5.8GH频段的谐振。

进一步地，所述短接分支与所述第二导电分支平行设置，所述第一谐振臂与第一导电分支平行设置；所述第一谐振臂且靠近短接分支挖设一缺口。

进一步地，所述第一谐振臂还设置若干个孔。

进一步地，所述第一谐振臂和第二谐振臂设置在同一直线上。

进一步地，所述孔为方圆孔、形孔、或多边形孔。

进一步地，所述天线导体垂直设置或成一定角度的设置于所述第一表面或第二表面上。

进一步地，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.0002的电损耗正切量。

相对现有技术，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。

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平面图；

图2为图1所示天线装置的第一表面示意图；

图3为图1所示天线装置的第二表面示意图；

图4为图1所示天线装置的S11仿真参数图；

图5为本发明天线装置另一实施例的第一表面示意图。

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。

请参阅图1和图2，为本发明天线装置一实施例双面示意图及第一表面示意图。天线装置包括一介质基板11及一天线导体12，所述介质基板11包括一第一表面111和与所述第一表面111相对的一第二表面112(如图3所示)。在本实施方式中，所述天线导体12呈平面状且附着在所述第一表面111上。在其他实施方式中，所述天线导体12垂直设置或成一定角度的设置于所述第一表面111或第二表面112上。

天线导体12包括一馈电引脚15、由所述馈电引脚15延伸成一第一导电分支GD和一第二导电分支GE、再由所述第二导电分支GE延伸成一第一谐振臂EA和一第二谐振臂EF、在所述第一谐振臂EA与第一导电分支GD之间设置一短接分支BC及所述第一导电分支GD端形成一接地引脚16。

在本实施方式中，所述第一谐振臂EA和第二谐振臂EF设置在同一直线上。所述第一谐振臂EA还设置若干个圆孔13。在其他实施方式中，所述第一谐振臂EA和第二谐振臂EF相互成一定角度设置。所述圆孔13为方形孔、多边形孔等各种各样的孔。

在本实施方式中，请参阅图3，为图1所示天线装置的第二表面示意图。天线装置还包括设置于第二表面112上的馈电引脚15和接地引脚16，所述第一表面111的馈电引脚15和接地引脚16分别与所述第二表面112上的馈电引脚15和接地引脚16相互镜像设置于介质基板11相对的表面111、112上，并且馈电引脚15和接地引脚16对应的介质基板上设置有若干个金属化孔14。设置第一表面111的馈电引脚15与所述第二表面112上的馈电引脚15通过所述金属化孔14电连接；设置第一表面111的接地引脚16与所述第二表面112上的接地引脚16通过所述金属化孔14电连接。

在本实施方式中，第一谐振臂EA的长度决定天线的谐振频率，BCD长度决定电感量的大小，第二谐振臂EF决定天线装置的电容量，两者协调调整天线的端口阻抗。在本实施方式中，所述第一谐振臂EA主要影响2.4GHz频段的谐振，第二谐振臂EF主要影响5.8GH频段的谐振。

请参考图5，为本发明天线装置另一实施例的第一表面示意图。上述实施方式中与本发明的第一实施方式中区别在于，所述第一谐振臂EA未设置若干个圆孔。

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。在本实施方式中，所述介质基板在1GHz工作频率下，具有≤0.0002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。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导体。

请参阅图4，为本发明所示天线装置的S11仿真参数图。所述天线装置在2.4GHz和5.8GHz两个频段分别选择5个频点的驻波比参数如下表：

频点	频率(f)	电压驻波比(VSWR)
			m1	2.4GHz	1.74
m2	2.45GHz	1.6
			m3	2.5GHz	1.69
m4	5.7GHz	1.25
			m5	5.8GHz	1.29

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 (11)

1.一种天线装置，其特征在于，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；

一天线导体，设置于所述介质基板表面上，包括一馈电引脚、由所述馈电引脚延伸成一第一导电分支和一第二导电分支、再由所述第二导电分支延伸成一第一谐振臂和一第二谐振臂、在所述第一谐振臂与第一导电分支之间设置一短接分支及所述第一导电分支的一端形成一接地引脚。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线导体呈平面状且附着在所述第一表面上。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，天线装置还包括设置于第二表面上的馈电引脚和接地引脚，所述第一表面的馈电引脚和接地引脚分别与所述第二表面上的馈电引脚和接地引脚相互镜像设置于介质基板相对的表面上，并且馈电引脚和接地引脚对应的介质基板上设置有若干个金属化孔。

4.根据权利要求2或3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。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振臂主要影响2.4GHz频段的谐振，第二谐振臂主要影响5.8GH频段的谐振。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，所述短接分支与所述第二导电分支平行设置，所述第一谐振臂与第一导电分支平行设置；所述第一谐振臂且靠近短接分支挖设一缺口。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振臂还设置若干个孔。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述第一谐振臂和第二谐振臂设置在同一直线上。

9.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述孔为方圆孔、形孔、或多边形孔。

10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线导体垂直设置或成一定角度的设置于所述第一表面或第二表面上。

11.根据权利要求2或3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≤0.0002的电损耗正切量。

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