CN103779655B - 一种双频天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双频天线装置，包括一介质基板及设置在介质基板上的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元；包括第一馈电输入端、与第一馈电输入端连接的第一辐射部及第一接地部；第二天线单元；包括第二馈电输入端、与第二馈电输入端连接的第二辐射部及第二接地部；巴伦；包括第三接地部且设置于第一天线单元与第二天线单元之间，其中第二天线单元通过第二接地部与巴伦一体相连；第一辐射部为类“凹”字型超材料人造微结构及其衍生结构。本发明在一种低损耗介质基板上设置两个天线单元，在两天线之间加入双向巴伦，降低两天线间干扰，超材料微结构为其中一个天线单元的辐射部，在提高天线性能的同时，实现天线小型化。

Description

一种双频天线装置

技术领域

本实用新型涉及无线通讯领域，具体地涉及一种双频天线装置。

背景技术

随着无线通信技术的日益发展，使无线通讯电子设备同时进行多个不同频段通讯需求日益增强。现有无线通讯电子设备一般采用多根射频天线。然而这些天线的尺寸、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)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。

在一些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前额外的阻抗匹配网络设计。但阻抗匹配网络额外的增加了电子系统的馈线设计、增大了射频系统的面积同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的系统设计要求。在无线系统设计时，往往给天线设置的空间相对来说非常有限，随着现代设备的通讯信息流量的增加，单天线的无法满足现有设备的要求，因此利用多天线可以解决这个瓶颈，但是多天线的设置于一体，容易使得天线相互干扰，隔离度很低。

无线通信业务的发展对通信数据的传输能力的需求越来越高，双频天线的内置化设计要求在小空间、近金属表面等恶劣背景下应用面临很多的困难，尤其电子设备大多采用金属壳体，对内置天线性能产生很大的负面影响；如果为了天线的性能提高而更改金属机壳模具，导致成本增加，因此基于现有金属机壳设计及开模成本，其内置天线的设计面临诸多问题。其中最大的影响通信质量的因素在于它的双天线端口间隔离度的提高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于，将两个天线设置为一体化，降低天线互相干扰，实现天线小型化，满足特定无线电子设备需要。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一介质基板及设置在所述介质基板上的第一天线单元和第二天线单元，其中，

第一天线单元；包括第一馈电输入端、与所述第一馈电输入端连接的第一辐射部及第一接地部；

第二天线单元；包括第二馈电输入端、与所述第二馈电输入端连接的第二辐射部及第二接地部；以及

巴伦，包括第三接地部且设置于第一天线单元与第二天线单元之间，其中第二天线单元通过第二接地部与巴伦一体相连；

第一辐射部包括一馈电点、与该馈电点相连接的馈线及一金属结构；馈线与金属结构相互耦合；所述金属结构至少使两个不同波段的电磁波谐振。

优选地，第一天线单元用于谐振接收或发射通讯频带为2400-2500MHz和5725～5850MHz电磁波信号。

优选地，第二天线单元用于谐振接收或发射通讯频带为2400-2500MHz和5725～5850MHz电磁波信号。

优选地，介质基板成份包括玻纤布、环氧树脂及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

优选地，第一天线单元和第二天线单元都采用金属铜材料设置于所述介质基板上。

优选地，第一天线单元、巴伦及第二天线单元都设置于所述介质基板的同一表面上。

优选地，第一天线单元与第二天线单元分别设置于介质基板相对的两个表面上，其中巴伦与第二天线单元设置于所述介质基板的同一表面上。

优选地，介质基板采用在1GHz工作频率下，具有标称的≤0.008的电损耗正切量。

优选地，巴伦为双向巴伦。

一种根据以上双频天线装置的数字机顶盒，其通讯频段为2400-2500MHz和5725～5850MHz。

本实用新型的有益效果在于，在一种低损耗的介质基板上设置两个天线单元，在两个天线之间加入双向巴伦，降低两天线间的干扰，使用超材料微结构作为其中一个天线单元的辐射部，在提高天线性能的同时，实现天线小型化。

附图说明

图1为本实用新型双频天线装置的优选实施方式第一表面示意图；

图2为本实用新型金属结构实施方式1示意图；

图3为本实用新型金属结构实施方式2示意图；

图4为本实用新型金属结构实施方式3示意图；

图5为本实用新型金属结构实施方式4示意图；

图6为本实用新型金属结构实施方式5示意图；

图7为本实用新型金属结构实施方式6示意图；

图8为本实用新型双频天线装置的优选实施方式第二表面示意图；

图9为本实用新型第一天线单元的第一输入端口电压驻波比图；

图10为本实用新型第二天线单元的第二输入端口电压驻波比图；

图中，11介质基板、12第一天线单元、13巴伦、14第二天线单元、21第一输入端口、22第二输入端口、8第一馈电输入端、122第一辐射部、121第一接地部、9第二馈电输入端、142第二辐射部、141第二接地部、132第三接地部、15第三接地部、16信号传输线、143接地线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述。

请参阅图1，为本实用新型双频天线装置的优选实施方式第一表面示意图。该天线装置应用于电子设备中，包括但不限于机顶盒、无线接入设备、无线路由器设备等。在本实施方式中，电子设备为通讯频段为2400～2480MHz和5745～5805MHz的数字机顶盒。

双频天线装置包括介质基板11、第一天线单元12、第一输入端口21、巴伦13、第二输入端口22及第二天线单元14。其中巴伦13为双向巴伦；第一天线单元12包括第一馈电输入端8、第一辐射部122及第一接地部121；第二天线单元14包括第二馈电输入端9、第二辐射部142及第二接地部141；巴伦13还包括第三接地部132且设置于第一天线单元12和第二天线单元14之间，第二接地部141与第三接地部132电连接于一体。双向巴伦13为轴对称铜箔金属设置图案且用于将降低第一天线单元12和第二天线单元14之间相互干扰。

应当理解，本实用新型第一天线单元12的第一辐射部122为类“凹”字超材料人造微结构及其衍生结构，如图2本实用新型金属结构实施方式1示意图所示，图中的一条线代表一定线宽的金属线，该超材料尺寸为参见图2，如图3为本实用新型金属结构实施方式2示意图、图4为本实用新型金属结构实施方式3示意图、图5为本实用新型金属结构实施方式4示意图、图6为本实用新型金属结构实施方式5示意图、图7为本实用新型金属结构实施方式6示意图，其中实施方式2-6的金属结构均为本实用新型实施方式1金属结构的衍生、变形结构，实施方式6的金属结构为实施方式1和2金属结构的组合结构，相应的，实施方式1金属结构与实施方式3金属结构的组合结构、实施方式1金属结构与实施方式4金属结构的组合结构、实施方式2金属结构与实施方式4金属结构、实施方式2金属结构与实施方式3金属结构的组合结构等，均能作为本实用新型的天线单元的一个辐射部。

在本实施方式中，第一天线单元12可同时谐振接收或发射2400-2500MHz和5725～5850MHz电磁波信号，第二天线单元也可同时谐振接收或发射2400-2500MHz和5725～5850MHz的电磁波信号。第一天线单元12、双向巴伦13及第二天线单元14都设置形成于介质基板11的同一表面上。第一天线单元12和第二天线单元14都采用铜材料设置于介质基板11上。

在其他实施方式中，第一天线单元12与第二天线单元14分别设置于介质基板11相对的两个表面上，其中双向巴伦13与第二天线单元14设置于介质基板的同一表面上。

为了降低第一天线单元12及第二天线单元14的辐射损耗，介质基板11采用在1GHz工作频率下，具有标称的≤0.008的电损耗正切量的基板。介质基板11成份包括玻纤布、环氧树脂及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；其中环氧树脂及与所述化合物按照一定比例配置混合。

为了降低天线单元的能量损耗，提高整个双频GPRS天线的性能，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≤0.0002的电损耗正切量。介质基板10包括玻纤布、环氧树脂及包含与环氧树脂发生交联反应的化合物。介质基板第一类实施方式如下：

介质基板制作工艺如下：首先，提供浸润溶液包括：第一组份，包含有环氧树脂；第二组份，包含与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。

浸润溶液经过搅拌后、将一玻纤布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；然后烘烤玻纤布使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，浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物(呈片状)，然后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的多层介质基板(即多层层压板或片)。

在具体的实施例中，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，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，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。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。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。

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，浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。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。其中氰酸酯预聚体浓度75％。促进剂选用二甲基咪唑；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。

请参阅图8，本实用新型双频天线装置的优选实施方式第二表面示意图，第三接地部15与第一天线单元12的第一接地部121通过金属化通孔(图中未示出)导通，信号传输线16的两侧设置了接地线143，其中，接地线143与第二天线单元14的第二接地部141通过金属化通孔(图中未示出)电连通。

应当理解，第一表面与第二表面为天线相对的两个表面，第一表面或第二表面可以设置天线标记，避免在封装过程中将第一表面与第二表面的位置封装错误，该天线标记可以是“十”字形、“工”字形或其它具有标记效果的简单图形。

请参阅图9，本实用新型第一天线单元的电压驻波比图。第一天线单元12在2400-2500MHz通讯频段内的电压驻波比小于2.0，第一天线单元12在5725～5850MHz通讯频段内的电压驻波比小于2.5。

进一步通过对天线装置进行测试，请参阅图10，本实用新型第二天线单元的电压驻波比图，第二天线单元14在2400-2500MHz通讯频段内的电压驻波比小于2.5，第二天线单元14在5725～5850MHz通讯频段内的电压驻波比小于2.5。

通过采用上述内置型的双频天线装置，在一低损耗的介质基板上设置两个天线单元，然后通过加上巴伦元件，减少两天线单元之间干扰，提高双天线端口间隔离度。因此，在不更改现有金属壳体模具设计时，采用上述内置双频的天线装置，使其天线辐射方向能够绕过所述金属壳体，极大的降低产品开发的成本，在提高天线性能的同时，实现天线小型化。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种双频天线装置，其特征在于，包括：

一介质基板及设置在所述介质基板上的第一天线单元和第二天线单元，其中，

所述介质基板成份包括玻纤布、环氧树脂及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；所述介质基板在1GHz工作频率下，具有≤0.008的电损耗正切量；

所述第一天线单元；包括第一馈电输入端、与所述第一馈电输入端连接的第一辐射部及第一接地部；

所述第二天线单元；包括第二馈电输入端、与所述第二馈电输入端连接的第二辐射部及第二接地部；以及

巴伦，包括第三接地部且设置于所述第一天线单元与所述第二天线单元之间，其中所述第二天线单元通过所述第二接地部与所述巴伦一体相连，所述巴伦为双向巴伦，所述双向巴伦为多条相互平行的直线段构成的金属图案，所述第三接地部为一条直线段构成的金属图案，所述双向巴伦与所述第三接地部相互垂直，且所述双向巴伦相对于所述第三接地部的中垂线呈轴对称设置；

所述第一辐射部包括一馈电点、与该馈电点相连接的馈线及一金属结构；馈线与金属结构相互耦合；所述金属结构至少使两个不同波段的电磁波谐振。

2.根据权利要求1所述的一种双频天线装置，其特征在于，所述第一天线单元用于谐振接收或发射通讯频带为2400-2500MHz和5725～5850MHz电磁波信号。

3.根据权利要求1所述的一种双频天线装置，其特征在于，所述第二天线单元用于谐振接收或发射通讯频带为2400-2500MHz和5725～5850MHz电磁波信号。

4.根据权利要求1所述的一种双频天线装置，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元都采用金属铜材料设置于所述介质基板表面。

5.根据权利要求1所述的一种双频天线装置，其特征在于，所述第一天线单元、巴伦及第二天线单元都设置于所述介质基板的同一表面上。

6.根据权利要求1所述的一种双频天线装置，其特征在于，所述第一天线单元与第二天线单元分别设置于介质基板相对的两个表面上，其中巴伦与第二天线单元设置于所述介质基板的同一表面上。

7.一种根据权利要求1至6任意一项所述双频天线装置的数字机顶盒，其特征在于，所述数字机顶盒的通讯频段为2400-2500MHz和5725～5850MHz。