CN103682605A - 小型宽带多层芯片天线 - Google Patents

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郑轶
徐自强
宋世明
徐美娟
陈绍均
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Chengdu Electronic & Information Technology Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明涉及小型宽带多层芯片天线，包括LTCC陶瓷介质体、匹配单元、多层互连单元、耦合单元和末端加载单元；所述匹配单元包括位于最前端的馈电端、与馈电端连接的多组通过等高的金属通孔依次首尾连接的倒L型导电体；所述多层互连单元包括两层通过一个金属通孔连接的上辐射元和下辐射元，所述上辐射元和下辐射元的位置相互交错分别分布于两个介质层上，所述耦合单元由一层位于多层互连单元两层结构之间的呈F型的平面结构构成，所述耦合单元利用层间耦合实现多谐振；本发明的有益效果是：利用LTCC技术，采用多层互连和层间互耦相结合的三维立体组合结构，不仅可以使天线在宽频段工作，同时也实现了小型化和封装。

Description

小型宽带多层芯片天线
技术领域
本发明属于便携式无线通信设备及移动通信终端天线技术领域，特别涉及覆盖2G通信（GSM）、3G通信（CDMA）、4G通信（LTE）的工作频段的小型化宽带多层芯片天线。 
背景技术
近年来，无线通信系统不断向着大容量，多功能，智能化的趋势飞速发展，使得3G无线通信服务尚处于发展普及时，4G通信技术的研究开发早已如火如荼开展，并正在带来信息产业新的革命，成为国际竞争制高点之一。LTE作为3G向4G的演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。其中，TD-LTE是我国主导的新一代宽带移动通信技术，是3G国际标准TD-SCDMA的后续演进技术。目前，工信部已经正式批准了2570MHz-2620MHz之间总共50M的TD-LTE频率，整个2.6G频段也已经有了具体规划。 
天线作为无线通信系统必不可少的一部分，顺应了小型化，多频化和宽带化的发展趋势。当今移动通信终端设备中，内置的小型天线已成为主流。伴随着无线通信产品向着更轻、更薄、更小发展的方向，多频带、宽带化的小型芯片天线将成为近年的市场需求热点。 
LTCC（低温共烧陶瓷）技术以其良好的材料性能（高介电常数、低介质损耗）和易实现三维结构（多层应用、垂直互连）的技术特点，可在天线小型化、宽频带、完整封装等方面发挥出了巨大作用。 
现有的天线结构中，还未发现涉及覆盖2G通信（GSM）、3G通信（CDMA）、4G通信（LTE）的工作频段的小型化宽带多层芯片天线结构。 
发明内容
本发明的目的是为了提供一种能够覆盖2G通信（GSM）、3G通信（CDMA）、4G通信（LTE）的工作频段的小型化宽带多层芯片天线。 
本发明的技术方案是：小型宽带多层芯片天线，其特征在于，包括LTCC陶瓷介质体、匹配单元、多层互连单元、耦合单元和末端加载单元； 
所述匹配单元包括位于最前端的馈电端、与馈电端连接的多组通过等高的金属通孔依次首尾连接的倒L型导电体，所述多组倒L型导电体在金属通孔的两端形成两层结构的立体电路结构，最后一组倒L型导电体的末端通过金属通孔与多层互连单元连接； 
所述多层互连单元包括两层通过一个金属通孔连接的上辐射元和下辐射元，所述上辐射元和下辐射元的位置相互交错分别分布于两个介质层上，其中较长的下辐射元的末端与末端加载单元连接，下辐射元的前端通过金属通孔与匹配单元的最后一组倒L型导电体的 末端连接； 
所述耦合单元由一层位于多层互连单元两层结构之间的呈F型的平面结构构成，所述耦合单元利用层间耦合实现多谐振； 
上述所述匹配单元、多层互连单元、耦合单元和末端加载单元的材料为高频介电损耗小、电阻率低的金属导体。 
本发明的有益效果是：利用LTCC技术，采用多层互连和层间互耦相结合的三维立体组合结构，不仅可以使天线在宽频段工作，能够满足GSM、GPS、WCDMA、TD-SCDMA、TD-LTE、蓝牙、WLAN、WIFI等多种通信模式终端的应用，同时也实现了小型化和封装。该天线还具有良好的全向性和增益特性。此外，基于LTCC工艺技术，天线生产不但可以节省加工时间，降低生产成本，而且还可便于天线产品的测试与调试。 
附图说明
图1为本发明天线的三维模型结构图。 
图2为本发明匹配单元结构图。 
图3为本发明多层互连单元和耦合单元的耦合互连结构图。 
图4为本发明天线的S11图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。 
如图1所示，小型宽带多层芯片天线，其特征在于，包括LTCC陶瓷介质体10、匹配单元20、多层互连单元30、耦合单元40和末端加载单元50； 
如图2所示，所述匹配单元20包括位于最前端的馈电端201、与馈电端201连接的多组通过等高的金属通孔20A依次首尾连接的倒L型导电体，所述多组倒L型导电体在金属通孔20A的两端形成两层结构的立体电路结构，最后一组倒L型导电体的末端通过金属通孔20A与多层互连单元30连接； 
本实施例中，多组倒L型导电体依次包括了首尾连接的倒L型导电体202、倒L型导电体203、倒L型导电体204、倒L型导电体205和倒L型导电体206共5组，其中L型导电体202、倒L型导电体203和倒L型导电体204位于上层，倒L型导电体204和倒L型导电体205位于下层。 
本实施例中多组倒L型导电体组成的倒L型圈数为2.5，层间距为1mm，但是，本领域的普通技术人员应该意识到，所述匹配单元的倒L型圈数和层间距视具体天线的工作频段和结构而定，其具体数值可以由本领域的普通技术人员根据公知技术进行调整，上述数值不能被理解为对本发明方案的限制。 
如图3所示，所述多层互连单元30包括两层通过一个金属通孔30A连接的上辐射元31和下辐射元32，所述上辐射元31和下辐射元32的位置相互交错分别分布于两个介质层上，其中较长的下辐射元32的末端与末端加载单元50连接，下辐射元32的前端通过金属通孔20A与匹配单元20的最后一组倒L型导电体的末端连接； 
本实施例中多层互连单元30的层数为2层，层间距为0.9mm，但是，本领域的普通技术人员应该意识到，所述多层互连单元30的层数、辐射元的长度和层间距可以视具体天线的工作频段和结构而定，其具体数值可以由本领域的普通技术人员根据公知技术进行调整，上述数值不能被理解为对本发明方案的限制。 
所述耦合单元40由一层位于多层互连单元30两层结构之间的呈F型的平面结构构成，所述耦合单元40利用层间耦合实现多谐振； 
本实施例中耦合单元40距底层单元0.7mm，但是，本领域的普通技术人员应该意识到，耦合单元40的尺寸及其与多层互连单元30的耦合间距等可以视具体天线的工作频段和结构而定，其具体数值可以由本领域的普通技术人员根据公知技术进行调整，上述数值不能被理解为对本发明方案的限制。 
上述所述匹配单元20、多层互连单元30、耦合单元40和末端加载单元50的材料为高频介电损耗小、电阻率低的金属导体，具体来说，材质可为Ag、Au、Cu及其相关合金等等。 
上述结构组成的小型宽带多层芯片天线通过陶瓷封装形成三维结构，在LTCC陶瓷介质体10表面靠近天线终端的位置进行标记，记为安装方向。通过调节匹配单元20的圈数和层间距（即金属圆柱20A的高度），多层互连单元30中两个辐射元31、32的长度和间距（即金属圆柱30A的高度）以及耦合单元40的尺寸及其在多层互连单元30之间的位置，不仅可以使天线在所需频段上宽频工作，还可以大幅减小天线的体积。 
如图4所示，给出了本实施例下，对应的小型化宽带多层芯片天线在其工作频带内的S11变化，如图中曲线所示，天线的回波损耗小于-6dB的带宽为890~960MHz、1880~2025MHz、2320~2370MHz、2570~2620MHz，完全覆盖GSM、TD-SCDMA、TD-LTE等移动通信设备终端工作频段。 
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。 

Claims (2)

1.小型宽带多层芯片天线，其特征在于，包括LTCC陶瓷介质体、匹配单元、多层互连单元、耦合单元和末端加载单元；
所述匹配单元包括位于最前端的馈电端、与馈电端连接的多组通过等高的金属通孔依次首尾连接的倒L型导电体，所述多组倒L型导电体在金属通孔的两端形成两层结构的立体电路结构，最后一组倒L型导电体的末端通过金属通孔与多层互连单元连接；
所述多层互连单元包括两层通过一个金属通孔连接的上辐射元和下辐射元，所述上辐射元和下辐射元的位置相互交错分别分布于两个介质层上。其中较长的下辐射元的末端与末端加载单元连接，下辐射元的前端通过金属通孔与匹配单元的最后一组倒L型导电体的末端连接；
所述耦合单元由一层位于多层互连单元两层结构之间的呈F型的平面结构构成，所述耦合单元利用层间耦合实现多谐振；
上述所述匹配单元、多层互连单元、耦合单元和末端加载单元的材料为高频介电损耗小、电阻率低的金属导体。
2.根据权利要求1所述的小型宽带多层芯片天线，其特征在于，所述多组倒L型导电体依次包括了首尾连接的倒L型导电体202、倒L型导电体203、倒L型导电体204、倒L型导电体205和倒L型导电体206共5组，其中L型导电体202、倒L型导电体203和倒L型导电体204位于上层，倒L型导电体204和倒L型导电体205位于下层。
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