CN103296381B - 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介质基板的表面上；第一谐振频段单元和第二谐振频段单元共用一馈电部；天线单元还包括一微带馈线、一第一扼流部、一第二扼流部及接地单元。介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量。利用低损耗正切量的介质基基板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共用一馈电部；

所述天线单元还包括一微带馈线、一第一扼流部、一第二扼流部及接地单元；微带馈线包括设置于第一表面上的一馈线、分布所述馈线两侧的第一外导体及设置于第二表面上的第二外导体；第一外导体通过所述介质基板上开设的若干金属化过孔与第二外导体电连接；馈电部与所述馈线一端相连；

所述第一扼流部和第二扼流部设置于第二外导体两侧；所述第二外导体的一端与所述第一扼流部的一端和第二扼流部的一端电连为一体。

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

进一步地，所述第一扼流部为880MHz～960MHz频段扼流线，第二扼流部为1710MHz～1880MHz频段扼流线。

进一步地，所述接地单元包括设置第一表面上的第一接地部和设置第二表面上的第二接地部，所述第二外导体的另一端延伸成所述第二接地部且设置于第一接地部在第二表面内投影区域内；所述第一接地部通过所述介质基板上开设的若干金属化过孔与第二接地部电连接。

进一步地，所述第一扼流部和第二扼流部对称地且平行设置于第二外导体两侧。

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，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，所述微带馈线另一端延伸成一导电连接部，所述导电连接部呈圆状且在中心开设一通孔，所述导电连接部与第一接地部相对绝缘设置。

进一步地，天线装置还包括一微波高频连接器(SMA信号连接器)，所述微波高频连接器穿过所述通孔与导电连接部电接触。

相对现有技术，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。

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实物的透视图；

图2为图1所示天线装置的第一表面的平面示意图；

图3为图1所示天线装置介质基板的通孔、背面及过孔平面示意图；

图4为图1所示天线装置S11仿真参数图；

图5为图1所示天线装置的史密斯圆图；

图6为图1所示天线装置在900MHz仿真场型图；

图7为图6所示场型图的E面的方向图；

图8为图1所示天线装置在1800MHz仿真场型图；

图9为图8所示场型图的E面的方向图。

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，为本发明天线装置的一实施例实物的透视图。天线装置包括一介质基板1及设置于所述介质基板1两表面上的一天线单元3，所述介质基板1包括一第一表面5(参考图2)和与所述第一表面5相对的一第二表面6。所述天线单元3包括一第一谐振频段单元EFGHJ和一第二谐振频段单元EI；所述第一谐振频段单元EFGHJ和第二谐振频段单元EI相互耦合关联且共用一馈电部E。在本实施方式中，第一谐振频段单元EFHGJ和一第二谐振频段单元EI均设置所述介质基板1的第一表面5上。在其他实施方式中，第一谐振频段单元EFHGJ和一第二谐振频段单元EI分别设置于所述介质基板1的第一表面5和第二表面6上。

请一并参阅图2和图3，分别为本发明天线装置第一表面、介质基板上的通孔、第二表面及介质基板上的开设金属化过孔的平面示意图。所述天线单元3还包括一微带馈线MN、一第一扼流部AB、一第二扼流部CD及接地单元23\9。在本实施方式中，所述第一扼流部AB为880MHz～960MHz频段扼流线，第二扼流部CD为1710MHz～1880MHz频段扼流线。

所述接地单元23\9包括设置第一表面5上的第一接地部23和设置第二表面6上的第二接地部9，第一接地部23设置于所述第二接地部9在第一表面5内投影区域内，所述第一接地部23通过金属化过孔7与第二接地部9电连接。

所述微带馈线MN包括设置于第一表面5上的一馈线20、分布所述馈线20两侧的第一外导体19及设置于第二表面6上的第二外导体10。所述馈线20和第一外导体19设置于第二外导体10在第一表面5投影区域内。所述第二外导体10的另一端(M端)延伸成所述第二接地部9。

所述馈线20一端(N端)与所述馈电部E电连接，另一端(M端)延伸成一导电连接部22。在本实施方式中，所述导电连接部22呈圆状且在中心开设一通孔24。所述导电连接部22与第一接地部23相对绝缘设置。第一扼流部AB和第二扼流部CD对称地设置于第二外导体10两侧且相互平行。所述第二外导体10的一端(N端)与所述第一扼流部AB的一端(B端)和第二扼流部CD的一端(D端)电连为一体。

在本实施方式中，天线装置的介质基板1上设置若干个任意形状的通孔8。在本实施方式中，所述通孔8为长方形。所述第一外导体19对应的介质基板1上开设若干个金属化过孔7。所述金属化过孔7用于将位于第一表面5的第一外导体19和第二表面6的第二外导体10电连接。所述金属化过孔7还用于将位于第一表面5的第一接地部23和第二表面6的第二接地部9电连接。

在本实施方式中，所述天线装置还包括一铜轴信号线8，导电连接部22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(参阅图1)。在本实施方式中，所述第一谐振频段单元EFHGJ的谐振频段是880MHz～960MHz；第二谐振频段单元EC的谐振频段是1710MHz～1880MHz。所述微波高频连接器19的内导体穿过所述通孔24与导电连接部22电接触。

在其他实施方中，所述第一谐振频段单元EFHGJ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上设置的若干金属化过孔(图中未示出)，所述第一谐振频段单元EFHGJ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EFHGJ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。

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，要求天线介质基板在1GHz频率下工作，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。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，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装置。

对本发明的天线装置进行仿真测试结果如下：

请参阅图4，所示天线装置S11仿真参数图。所述天线装置的在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段均有很好增益性能。如下表：分别在880MHz(m1)、960MHz(m2)、908MHz(m6)、1710MHz(m3)、1810MHz(m5)及1880MHz(m4)对应的S11参数数值：

Name	X	Y
			m1	0.8800	2.0803
m2	0.9600	3.0899
			m3	1.7100	1.4627
m4	1.8800	2.4113
			m5	1.8100	2.9244
m6	0.9080	1.1025

请参阅图5，天线装置在在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段施密特圆图。

请参阅图6和图7，所示天线装置在900MHz仿真场型图及E面的方向图。从场型图中可以看出，天线装置在900MHz频段左右是全向性天线且增益均达1.9dB，接近理论值。

请参阅图8和图9，所示天线装置在1800MHz仿真场型图及E面的方向图。从场型图中可以看出，天线装置在1800MHz频段左右是全向性天线且增益均达3.38dB。

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 (12)

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第一表面上；所述第一谐振频段单元和第二谐振频段单元共用一馈电部；

所述天线单元还包括一微带馈线、一第一扼流部、一第二扼流部及接地单元；微带馈线包括设置于第一表面上的一馈线、分布所述馈线两侧的第一外导体及设置于第二表面上的第二外导体；第一外导体通过所述介质基板上开设的若干金属化过孔与第二外导体电连接；馈电部与所述馈线一端相连，所述馈线的另一端延伸成一导电连接部；

所述第一扼流部对称地设置于第二外导体两侧，所述第二扼流部对称地设置于第二外导体两侧；所述第二外导体的一端与所述第一扼流部的一端和第二扼流部的一端电连为一体；

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，所述化合物包含极性高分子与非极性高分子化合的共聚物。

2.根据权利要求1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。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述馈线和第一外导体设置于第二外导体在第一表面投影区域内。

4.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的谐振频段是880MHz～960MHz；第二谐振频段单元的谐振频段是1710MHz～

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第一扼流部为880MHz～960MHz频段扼流线，第二扼流部为1710MHz～1880MHz频段扼流线。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，所述接地单元包括设置第一表面上的第一接地部和设置第二表面上的第二接地部，所述第二外导体的另一端延伸成所述第二接地部，第一接地部设置于所述第二接地部在第一表面内投影区域内；所述第一接地部通过所述介质基板上开设的若干金属化过孔与第二接地部电连接。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述第一扼流部对称地且平行设置于第二外导体两侧，所述第二扼流部对称地且平行设置于第二外导体两侧。

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。

9.根据权利要求1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。

10.根据权利要求9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：

11.根据权利要求10所述的天线装置，其特征在于，所述导电连接部呈圆状且在中心开设一通孔，所述导电连接部与第一接地部相对绝缘设置。

12.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于，天线装置还包括一微波高频连接器(SMA信号连接器)，所述微波高频连接器穿过所述通孔与导电连接部电接触。