CN103296455A

CN103296455A - 外置天线装置

Info

Publication number: CN103296455A
Application number: CN2012100510753A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 徐冠雄; 吕晶; 李日照
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN103296455B

Abstract

一种外置天线装置包括一基座、一天线壳体、一连接器、一电信号传输线及一超材料天线；所述基座一端固定连接于天线壳体，所述基座另一端固定连接于所述连接器；所述超材料天线收容于所述天线壳体内，所述电信号传输线贯穿于所述基座和连接器；所述电信号传输线一端电连接于超材料天线。超材料天线突破了传统天线的设计通常需要半波长的物理长度，进而将所述加工组装成外置天线，体积或者长度变小。

Description

外置天线装置

技术领域

本发明涉及外置天线领域，尤其涉及一种基于超材料天线的外置天线装置。

背景技术

现有的鞭状天线、螺旋天线、PIFA天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度，因而体积较大。为了增强信号接收强度，进一步地将上述天线组装成外置天线以螺接于或直接插接于无线路由器或者无线接入点等无线通讯设备上，然而上述外置天线的整体长度太长，所以占据的立体空间太大。

发明内容

基于此，为了解决因此外置天线长度过长以减少其使用空间的技术问题，因此提供一种基于超材料天线的外置天线装置。

一种外置天线装置包括一基座、一天线壳体、一连接器、一电信号传输线及一超材料天线；所述基座一端固定连接于天线壳体，所述基座另一端固定连接于所述连接器；所述超材料天线收容于所述天线壳体内，所述电信号传输线贯穿于所述基座和连接器；所述电信号传输线一端电连接于超材料天线。

进一步地，超材料天线包括介质基板、金属结构、馈线及参考地，所述金属结构、馈线及参考地均置于所述介质基板上，所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述参考地包括位于所述介质基板相对两表面上的第一参考地单元及第二参考地单元，所述第一参考地单元使所述馈线的一端形成微带线。

进一步地，所述第一参考地单元及第二参考地单元相互电连接。

进一步地，所述介质基板设置有若干金属化通孔，所述第一参考地单元与所述第二参考地单元通过所述金属化通孔实现电连接。

进一步地，所述第一参考地单元设置有相互电连接的第一金属面单元及第二金属面单元，所述第一金属面单元与所述馈线的一端位置相对，使所述馈线的一端形成所述微带线；所述第二参考地单元设置有第三金属面单元，所述第三金属面单元与所述第二金属面单元位置相对。

进一步地，所述介质基板位于所述第二金属面单元及所述第三金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第二金属面单元与所述第三金属面单元通过所述金属化通孔电连接。

进一步地，所述第三金属面单元位于所述金属结构的一端，所述第三金属面单元呈长方面板状，并与所述馈线的延伸方向相同。

进一步地，所述第二参考地单元还包括第四金属面单元，所述第四金属面单元位于所述馈线一端的一侧，并位于所述馈线的延伸方向上。

进一步地，所述介质基板位于所述第一金属面单元及所述第四金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第一金属面单元与所述第四金属面单元通过所述金属化通孔电连接。

进一步地，所述天线壳体包括第一壳体和与第一壳体相互卡合的第二壳体。

与现有技术相比，本发明采用超材料天线通过精密地控制天线金属结构的拓扑形态及其所依附基材介电常数的大小，从而得到需要的等效介电常数和磁导率分布，使得天线能够在工作频段内实现较好地阻抗匹配，高效率地完成能量转换，超材料天线突破了传统天线的设计通常需要半波长的物理长度，进而将所述加工组装成外置天线，体积变小。

附图说明

图1是本发明基于超材料天线的外置天线装置立体图；

图2为图1所示的外置天线装置分解图；

图3为图1所示的外置天线装置去掉部分壳体的立体图；

图4为图3所示的外置天线装置局部放大图；

图5为图3所示超材料天线安装于壳体内的剖面图；

图6为图1所示超材料天线的一实施例的正视图；

图7为图6所示超材料天线的后视图。

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。

请一并参考图1和图2，为是本发明基于超材料天线的外置天线装置立体图。外置天线装置10包括一基座12、与所述基座12一端固定连接的天线壳体11及与所述基座12另一端固定连接的连接器13。其中所述天线壳体11包括第一壳体111和与第一壳体111相互卡合的第二壳体112。在本实施方式中，所述天线壳体11呈扁平状。

外置天线装置10还包括一电信号传输线16和与电信号传输线16电连接的超材料天线15。所述电信号传输线16为一同轴电缆且贯穿于基座12和连接器13。在本实施方式中，其一端从基座12伸出以电连接所述超材料天线15；另一端穿过连接器13以用于外接电子设备(图中未示)，电子设备管通过所述电信号传输线16将电信号传导至超材料天线15。所述超材料天线15固定设置于所述天线壳体11内。

所述基座12还包括一铰链结构121。在本实施方式中，所述铰链结构121可在同一平面内旋转90度。在其他实施方式中，所述铰链结构121可在同一平面内旋转180度、270度或其他任意角度；也可在不同平面旋转多个任意角度。

在本实施方式中，所述连接器13采用金属的螺母结构以通过螺接方式外接于电子设备上。在其他实施方式中，所述连接器13也可通过插接方式与电子设备相连接。

请一并参考图3和图4，所述一壳体111和第二壳体112相互卡合之后形成中空腔体110以收容所述超材料天线15。在所述腔体110内壁上设置若干个固定卡勾121以卡设所述超材料天线15。在本实施方式中，所述固定卡勾121数量为三个，以便既能较稳定地固定所述超材料天线15，又能降低加工天线壳体11的难度。为了进一步方便将超材料天线15安装设置于卡勾121上，各个卡勾121上设置一斜部1121，当安装所述超材料天线15时，将超材料天线15边缘沿着所述斜部1121滑动并最后卡设于所述固定卡勾121上。

请同时参考图5，为了将所述超材料天线15稳定设置于所述天线壳体11，所述第二壳体112内部还设置有若干个支撑部1122，以将超材料天线15稳定固定于支撑部1122与所述固定卡勾121之间。因此超材料天线15被固定之后，以方便将电信号传输线16焊接于超材料天线15的一端。

所述第一壳体111和第二壳体112相对位置上分别设置有一对卡钩1122以方便第一壳体111和第二壳体112相互卡合。第二壳体112内壁上还有固定柱1123，第一壳体111内壁上还有收容所述固定柱1123的柱套1124，以使第一壳体111和第二壳体112相互卡合之后，使所述固定柱1123伸入柱套1124内而相互固定。

接下来介绍本发明所述的超材料天线15一些具体实施例：超材料天线15是基于人工电磁材料技术设计而成，人工电磁材料是指将金属片镂刻成特定形状的拓扑金属结构，并将所述特定形状的拓扑金属结构设置于一定介电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料，其性能参数主要取决于其亚波长的特定形状的拓扑金属结构。在谐振频段，人工电磁材料通常体现出高度的色散特性，换言之，天线的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。因而可采用人工电磁材料技术对上述天线的基本特性进行改造，使得金属结构与其依附的介质基板等效地组成了一个高度色散的特种电磁材料，从而实现辐射特性丰富的新型天线。

请参阅图6及图7，所述超材料天线15包括介质基板1、金属结构2、馈线3及参考地，所述介质基板1呈长方板状，其可由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等材质制成。在本实施例中，所述介质基板1的材质采用玻纤材质(FR4)制成，因而不仅成本低，而且可保证在不同的工作频率中保持良好的天线工作特性。

所述金属结构2、馈线3及参考地均置于所述介质基板1的表面上，所述金属结构2与所述介质基板1形成超材料，所述超材料的性能取决于所述金属结构2，在谐振频段，超材料通常体现出高度的色散特性，即其阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化，因而通过改变所述金属结构2及介质基板1的基本特性，便使得所述金属结构2与介质基板1等效地组成一个按照洛伦兹材料谐振模型的高度色散的特种电磁材料。

所述参考地位于所述馈线3的一侧，使所述馈线3的位于所述金属结构2端部的一端形成微带线31。在本实施例中，所述参考地包括第一参考地单元41及第二参考地单元42，所述第一参考地单元41及第二参考地单元42分别位于所述介质基板1的相对两表面。所述第一参考地单元41设置有相互电连接的第一金属面单元411及第二金属面单元412。所述第二参考地单元42与所述馈线3位于所述介质基板1的同一侧，并设置有第三金属面单元421及第四金属面单元422。

所述第一金属面单元411与所述馈线3位置相对，使所述馈线3的位于所述金属结构2端部的一端形成所述微带线31，即所述参考地为虚拟地。所述第二金属面单元412与所述第三金属面单元421位置相对。所述第三金属面单元421位于所述金属结构2的一端，所述第三金属面单元421呈长方面板状，并与所述馈线3的延伸方向相同。所述介质基板1位于所述第二金属面单元412及所述第三金属面单元421处开设有若干金属化通孔5，所述第二金属面单元412与所述第三金属面单元421通过所述金属化通孔5电连接。

所述第四金属面单元422位于所述馈线3一端的一侧，并位于所述馈线3的延伸方向上。所述介质基板1位于所述第一金属面单元411及所述第四金属面单元422处开设有若干金属化通孔5，所述第一金属面单元411与所述第四金属面单元422通过所述金属化通孔5电连接。通过第一金属面单元411与所述馈线3的一端形成所述微带线31，因而可减少外部信号对在所述馈线3上传送的信号干扰，提高天线增益，实现较好的阻抗匹配，节省材料，成本低。所述第一金属面单元411至第四金属面单元422之间通过巧妙的位置设置，因而使所述参考地占用较小的空间，便使得天线小型化。

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

1.一种外置天线装置，其特征在于，包括一基座、一天线壳体、一连接器、一电信号传输线及一超材料天线；所述基座一端固定连接于天线壳体，所述基座另一端固定连接于所述连接器；所述超材料天线收容于所述天线壳体内，所述电信号传输线贯穿于所述基座和连接器；所述电信号传输线一端电连接于超材料天线。

2.根据权利要求1所述的外置天线装置，其特征在于：超材料天线包括介质基板、金属结构、馈线及参考地，所述金属结构、馈线及参考地均置于所述介质基板上，所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述参考地包括位于所述介质基板相对两表面上的第一参考地单元及第二参考地单元，所述第一参考地单元使所述馈线的一端形成微带线。

3.根据权利要求2所述的外置天线装置，其特征在于：所述第一参考地单元及第二参考地单元相互电连接。

4.根据权利要求3所述的外置天线装置，其特征在于：所述介质基板设置有若干金属化通孔，所述第一参考地单元与所述第二参考地单元通过所述金属化通孔实现电连接。

5.根据权利要求2所述的外置天线装置，其特征在于：所述第一参考地单元设置有相互电连接的第一金属面单元及第二金属面单元，所述第一金属面单元与所述馈线的一端位置相对，使所述馈线的一端形成所述微带线；所述第二参考地单元设置有第三金属面单元，所述第三金属面单元与所述第二金属面单元位置相对。

6.根据权利要求5所述的外置天线装置，其特征在于：所述介质基板位于所述第二金属面单元及所述第三金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第二金属面单元与所述第三金属面单元通过所述金属化通孔电连接。

7.根据权利要求6所述的外置天线装置，其特征在于：所述第三金属面单元位于所述金属结构的一端，所述第三金属面单元呈长方面板状，并与所述馈线的延伸方向相同。

8.根据权利要求5所述的外置天线装置，其特征在于：所述第二参考地单元还包括第四金属面单元，所述第四金属面单元位于所述馈线一端的一侧，并位于所述馈线的延伸方向上。

9.根据权利要求8所述的外置天线装置，其特征在于：所述介质基板位于所述第一金属面单元及所述第四金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第一金属面单元与所述第四金属面单元通过所述金属化通孔电连接。

10.根据权利要求1所述的外置天线装置，其特征在于：所述天线壳体包括第一壳体和与第一壳体相互卡合的第二壳体。