CN103311655B - 双频gprs天线装置 - Google Patents

Abstract

一种双频GPRS天线装置包括：一介质基板，一单极天线导体，设置于所述介质基板表面上，包括一馈电部、由所述馈电部延伸一第一导电分支和一短臂、在所述第一导电分支中间位置形成一第二导电分支、在所述第一导电分支相对隔离的设置一谐振臂及用于连接第一导电分支和谐振臂的一加载元件。通过低介电损耗介质基基板和天线选型、且优化天线选型设计提高了天线装置的增益等综合性能。

Description

双频GPRS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的双频GPRS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、小型化及效率高的双频GPRS天线装置。因此，本发明提供一种基于复合材料介质基板的双频GPRS天线装置。

一种双频GPRS天线装置包括：

一介质基板，

一单极天线导体，设置于所述介质基板表面上，包括一馈电部、由所述馈电部延伸一第一导电分支和一短臂、在所述第一导电分支中间位置形成一第二导电分支、在所述第一导电分支相对隔离的设置一谐振臂及用于连接第一导电分支和谐振臂的一加载元件。

进一步地，所述加载元件为一电感。

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，所述单极天线导体用于谐振880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz两个频段。

进一步地，所述馈电部及对应位置上开设一通孔，用于固定一高频连接器。

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。

进一步地，所述单极天线导体3用于谐振880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz两个频段。

进一步地，所述第一导电分支与所述谐振臂设置于同一直线上。

进一步地，所述馈电部、第一导电分支、第二导电分支及短臂相互围绕形成带有一缺口的长方形图案。

进一步地，所述高频连接器为一SMA连接公头。

相对于现有的双频GPRS天线，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为本发明双频GPRS天线装置一实施例实物的透视图；

图2为图1所示双频GPRS天线装置S11仿真参数图；

图3为图1所示双频GPRS天线装置的史密斯圆图；

图4为图3所示史密斯圆图上各个频点对应参数值。

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，为本发明双频GPRS天线装置的一实施例实物的透视图。双频GPRS天线装置主要参数性能相关是天线选型和确定选型之后的天线依附介质，即介质介电损耗等参数。本发明的双频GPRS天线装置包括一介质基板1及设置于所述介质基板1表面上的一单极天线导体3。本发明双频GPRS天线装置用于GPRS通讯系统中，可应用于相关系统远程收费、人、物等定位装置中。以下分两个部分介绍本发明的双频GPRS天线装置。

双频GPRS天线装置选型设计：

所述单极天线导体3包括一馈电部A、由所述馈电部A延伸一第一导电分支AC和一短臂F、在所述第一导电分支AC中间位置形成一第二导电分支BH、在所述第一导电分支AC相对隔离的设置一谐振臂DE及用于连接第一导电分支AC和谐振臂DE的一加载元件2。

在本实施方式中，加载元件2为一电感。所述第一导电分支AC与所述谐振臂DE设置于同一直线上。第二导电分支BH向第一导电分支AC弯折成倒“L”型。所述馈电部A、第一导电分支AC、第二导电分支BH及短臂F相互围绕形成带有一缺口6的长方形图案。

在本实施方式中，所述馈电部A及对应位置上开设一通孔10，用于固定一高频连接器(SMA连接公头)。

所述单极天线导体3用于谐振880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz两个频段。其中所述第一导电分支AC、第二导电分支BH、短臂F、加载元件2及谐振臂DE用于决定880MHz～960MHz谐振频段各个参数值；第一导电分支AC、第二导电分支BH及短臂F用于决定1710MHz～1880MHz谐振频段各个参数值。

双频GPRS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，提高整个双频GPRS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双频GPRS天线装置。

对本发明的双频GPRS天线装置进行仿真测试结果如下：

请参阅图2，所示双频GPRS天线装置S11仿真参数图。所述双频GPRS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(1)、920MHz(2)、960MHz(3)、1710MHz(4)、1800MHz(5)及1880MHz(6)对应的S11参数增益数值：

请参阅图3和图4，双频GPRS天线装置在在880～960MHz频段和1710～1880MHz频段施密特圆图及对应的参数值。表示分别在880MHz(1)、920MHz(2)、960MHz(3)、1710MHz(4)、1800MHz(5)及1880MHz(6)对应的驻波数值。

从整体的测试结果看出，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，从而使得双频GPRS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双频GPRS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 (4)

1.一种双频GPRS天线装置，其特征在于，包括：

一介质基板，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量；

一单极天线导体，设置于所述介质基板表面上，所述单极天线导体用于谐振880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz两个频段；包括一馈电部、由所述馈电部延伸一第一导电分支和一短臂、在所述第一导电分支中间位置形成一第二导电分支、在所述第一导电分支相对隔离的设置一谐振臂及用于连接第一导电分支和谐振臂的一加载元件；所述加载元件为一电感；所述第一导电分支与所述谐振臂设置于同一直线上；

所述馈电部、第一导电分支、第二导电分支及短臂相互围绕形成带有一缺口的长方形图案。

2.根据权利要求1所述的双频GPRS天线装置，其特征在于，所述馈电部及对应位置上开设一通孔，用于固定一高频连接器。

3.根据权利要求1所述的双频GPRS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。

4.根据权利要求2所述的双频GPRS天线装置，其特征在于，所述高频连接器为一SMA连接公头。