CN117239428A - 一种pcb贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，包括以下步骤；将配制好的浆料通过干法流延获得厚度为50μm的生带，生带附于PET膜上，切断后形成固定尺寸的生带单元；每张生带按照固定的通孔模式进行激光打孔，激光打孔的孔径为80μm；设计中间馈电孔的直径为2mm，在预留馈电孔的大圆周上用打出密集微孔，然后形成大直径通孔。有益效果：Ba‑B‑Si‑Ti体系的玻璃陶瓷材料具有较宽的介电常数在区间和低的介质损耗系数，将微波带隙结构引入到LTCC天线的设计，可获得具有小尺寸，高性能的新型天线。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体来说，涉及一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法。
背景技术
SMT贴片中的PCB贴片天线由于尺寸小且完全无需人工操作受到一些用户的青睐，但由于产品空间和电路板尺寸限制，通常在PCB贴片天线的设计中，要求天线的谐振频率落在所需频段附近，然后对该天线通过阻抗匹配器件进行天线匹配调谐，从而实现指定阻抗的匹配。
作为实现无线电应用的关键设备，天线顺应通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统在不同阶段的需要而不断发展。直到今天，天线在功能、设计及制造工艺上都发生巨大变化。然而微电子技术与大规模集成电路迅猛发展，使天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出，因而对能与设备大小协调且具有有效电性能的小天线的需求愈加迫切。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，包括以下步骤；
将配制好的浆料通过干法流延获得厚度为50μm的生带，生带附于PET膜上，切断后形成固定尺寸的生带单元；
每张生带按照固定的通孔模式进行激光打孔，激光打孔的孔径为80μm；
设计中间馈电孔的直径为2mm，在预留馈电孔的大圆周上用打出密集微孔，然后形成大直径通孔；
对生带进行丝网印刷，对印刷之后的生带进行烘干；
对烘干后的生带用叠层机进行叠层之后进行真空温水压，若预留的馈电孔被挤压变形，可在烧结之后利用微型电钻对馈电孔进行扩孔，得到初级EBG结构；
切割初级EBG结构，并对切割之后的初级EBG结构进行烧结，得到EBG结构，将得到的EBG结构引入天线。
作为优选的，切割过程为：按照步进位移连续切割，然后顺时针旋转工作台60°，切割之后的六边形的边长有两种尺寸，分别是边长为1.7cm和2.55cm的正六边形。
作为优选的，烧结过程具体为：经过6小时的时间升温到200℃，再经过8小时升温到440℃，经过10小时升温到450℃，1小时升温到750℃，然后保温1小时，半小时升温到850℃，保温半小时后冷却到室温。
作为优选的，所述EBG结构的最底层为底电极层，底电极层设计成正六边形结构，能够避免银电极层和生带层大面积接触而形成的层间开裂的现象。
作为优选的，结合仿真尺寸，在设计丝网图时采用以下方案：
将每一张丝网划分成四个区域，每个区域对应一种尺寸的线圈；
四个区域按照位置分别以PA、PB、PC和PD进行命名；
并预留后续整合天线时的馈电孔，每部分的中间去掉几个单元的线圈结构，其中a为线圈边长，b为线圈线宽，c为线圈间距：
设计叠层的顺序为：第一层是印刷有MARK图形的生带层，这层的作用有两个：
MARK层下面是按固定顺序排列的线圈层，最下层线圈层为底电极层，底电极层下再叠若干层白板层。
作为优选的，设计的PA、PB、PC和PD的线圈尺寸分别为：
PA：线圈边长a=1.0404mm，线宽b=0.1377mm，线圈间距c=0.2295mm；
PB：线圈边长a=1.156mm，线宽b=0.153mm，线圈间距c=0.255mm；
PC：线圈边长a=1.360mm，线宽b=0.18mm，线圈间距c=0.3mm；
PD：线圈边长a=1.599mm，线宽b=0.2118mm，线圈间距c=0.3529mm。
作为优选的，所述叠层的顺序还可以为；
一、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
二、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
三、叠层顺序为MARK层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55mm；
四、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
五、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
六、叠层顺序为MARK层 +18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm。
作为优选的，在引出底电极的过程中，若有残存的银浆留在样品表面，可将需要沾银的附近用发泡胶覆盖，只露出需要涂银的地方，这样即可以形成整齐的外观形状，有可以防止银浆沾到其他的地方；
由于端电极需要在两端分别引出，所以采用的方法是涂覆完一端后，将样品至于烘干炉，在150℃下烘干一小时，取出之后再进行令一端的涂覆。由于发泡胶在150℃时会发泡失去粘性而脱落，所以应该在一端烘干之后再进行另一端的发泡胶的粘贴，两端都引出之后进行烧银，烧结最高温度670℃，烧结时间为两小时。
作为优选的，所述EBG结构每层印刷不同的线圈形状，线圈为缺少一边的正六边形，通过通孔与下一层连接，在各层线圈的连接时，每个线圈在相应位置上增加了焊盘结构，目的是承接上层的通孔，使各层实现有效互连。
作为优选的，所述浆料为硼硅酸盐玻璃+陶瓷复合体系，复合材料介电常数4.8左右，成分为Al2O3 -B2O3-SiO2-R2O,其中R2O为碱金属氧化物，配制陶瓷浆料使用的溶剂为甲苯和异丙醇，增塑剂为己二酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，粘合剂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为磷酸酯。
本发明的有益效果为：Ba-B-Si-Ti体系的玻璃陶瓷材料具有较宽的介电常数在区间和低的介质损耗系数，将微波带隙结构引入到LTCC天线的设计，可获得具有小尺寸，高性能的新型天线；且在电磁波传播方向上如果也设计很多可以“阻断”电磁波传输的单元，在电磁波传播方向上如果也设计很多可以“阻断”电磁波传输的单元，这些“阻断”单元按照一定的规则有序排列在一个平面上，则有可能使整个平面上（至少在平面内某些方向）电磁波传播被禁止，从而增加了没有被禁止方向（如垂直于基板方向）的电磁波传输能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法的步骤流程图。
图2是根据本发明实施例的EBG结构底电极形状图；
图3是根据本发明实施例的丝网设计示意图；
图4是根据本发明实施例的线圈尺寸图；
图5是根据本发明实施例的切割线示意图；
图6是根据本发明实施例的烧结曲线图
图7是根据本发明实施例的底电极的引出图；
图8是根据本发明实施例的EBG结构线圈连接示意图。
实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法。
实施例1
如图1-8所示，根据本发明实施例的PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，包括以下步骤；
步骤S101、将配制好的浆料通过干法流延获得厚度为50μm的生带，生带附于PET膜上，切断后形成固定尺寸的生带单元；
步骤S103、每张生带按照固定的通孔模式进行激光打孔，激光打孔的孔径为80μm；
步骤S105、设计中间馈电孔的直径为2mm，在预留馈电孔的大圆周上用打出密集微孔，然后形成大直径通孔；
步骤S107、对生带进行丝网印刷，对印刷之后的生带进行烘干；
步骤S109、对烘干后的生带用叠层机进行叠层之后进行真空温水压，若预留的馈电孔被挤压变形，可在烧结之后利用微型电钻对馈电孔进行扩孔，得到初级EBG结构；
步骤S111、切割初级EBG结构，并对切割之后的初级EBG结构进行烧结，得到EBG结构，将得到的EBG结构引入天线。
实施例2
如图5所示，切割过程为：按照步进位移连续切割，然后顺时针旋转工作台60°，切割之后的六边形的边长有两种尺寸，分别是边长为1.7cm和2.55cm的正六边形；
如图6所示，烧结过程具体为：经过6小时的时间升温到200℃，再经过8小时升温到440℃，经过10小时升温到450℃，1小时升温到750℃，然后保温1小时，半小时升温到850℃，保温半小时后冷却到室温。
实施例3
如图2所示，所述EBG结构的最底层为底电极层，底电极层设计成正六边形结构，能够避免银电极层和生带层大面积接触而形成的层间开裂的现象。
结合仿真尺寸，在设计丝网图时采用以下方案：
如图3所示，将每一张丝网划分成四个区域，每个区域对应一种尺寸的线圈；
四个区域按照位置分别以PA、PB、PC和PD进行命名；
| PA | PB |
| PC | PD |
并预留后续整合天线时的馈电孔，每部分的中间去掉几个单元的线圈结构，如图4所示，其中a为线圈边长，b为线圈线宽，c为线圈间距；
设计叠层的顺序为：第一层是印刷有MARK图形的生带层，这层的作用有两个：
MARK层下面是按固定顺序排列的线圈层，最下层线圈层为底电极层，底电极层下再叠若干层白板层。
设计的PA、PB、PC和PD的线圈尺寸分别为：
PA：线圈边长a=1.0404mm，线宽b=0.1377mm，线圈间距c=0.2295mm；
PB：线圈边长a=1.156mm，线宽b=0.153mm，线圈间距c=0.255mm；
PC：线圈边长a=1.360mm，线宽b=0.18mm，线圈间距c=0.3mm；
PD：线圈边长a=1.599mm，线宽b=0.2118mm，线圈间距c=0.3529mm。
所述叠层的顺序还可以为；
一、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
二、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
三、叠层顺序为MARK层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55mm；
四、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
五、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
六、叠层顺序为MARK层 +18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm。
实施例4
如图7所示，在引出底电极的过程中，若有残存的银浆留在样品表面，可将需要沾银的附近用发泡胶覆盖，只露出需要涂银的地方，这样即可以形成整齐的外观形状，有可以防止银浆沾到其他的地方；
由于端电极需要在两端分别引出，所以采用的方法是涂覆完一端后，将样品至于烘干炉，在150℃下烘干一小时，取出之后再进行令一端的涂覆。由于发泡胶在150℃时会发泡失去粘性而脱落，所以应该在一端烘干之后再进行另一端的发泡胶的粘贴，两端都引出之后进行烧银，烧结最高温度670℃，烧结时间为两小时。
如图8所述EBG结构每层印刷不同的线圈形状，线圈为缺少一边的正六边形，通过通孔与下一层连接，在各层线圈的连接时，每个线圈在相应位置上增加了焊盘结构，目的是承接上层的通孔，使各层实现有效互连。
所述浆料为硼硅酸盐玻璃+陶瓷复合体系，复合材料介电常数4.8左右，成分为Al2O3 -B2O3-SiO2-R2O,其中R2O为碱金属氧化物，配制陶瓷浆料使用的溶剂为甲苯和异丙醇，增塑剂为己二酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，粘合剂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为磷酸酯。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，Ba-B-Si-Ti体系的玻璃陶瓷材料具有较宽的介电常数在区间和低的介质损耗系数，将微波带隙结构引入到LTCC天线的设计，可获得具有小尺寸，高性能的新型天线；且在电磁波传播方向上如果也设计很多可以“阻断”电磁波传输的单元，在电磁波传播方向上如果也设计很多可以“阻断”电磁波传输的单元，这些“阻断”单元按照一定的规则有序排列在一个平面上，则有可能使整个平面上（至少在平面内某些方向）电磁波传播被禁止，从而增加了没有被禁止方向（如垂直于基板方向）的电磁波传输能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，包括以下步骤；
将配制好的浆料通过干法流延获得厚度为50μm的生带，生带附于PET膜上，切断后形成固定尺寸的生带单元；
每张生带按照固定的通孔模式进行激光打孔，激光打孔的孔径为80μm；
设计中间馈电孔的直径为2mm，在预留馈电孔的大圆周上用打出密集微孔，然后形成大直径通孔；
对生带进行丝网印刷，对印刷之后的生带进行烘干；
对烘干后的生带用叠层机进行叠层之后进行真空温水压，若预留的馈电孔被挤压变形，可在烧结之后利用微型电钻对馈电孔进行扩孔，得到初级EBG结构；
切割初级EBG结构，并对切割之后的初级EBG结构进行烧结，得到EBG结构，将得到的EBG结构引入天线。
2.根据权利要求1所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，切割过程为：按照步进位移连续切割，然后顺时针旋转工作台60°，切割之后的六边形的边长有两种尺寸，分别是边长为1.7cm和2.55cm的正六边形。
3.根据权利要求2所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，烧结过程具体为：经过6小时的时间升温到200℃，再经过8小时升温到440℃，经过10小时升温到450℃，1小时升温到750℃，然后保温1小时，半小时升温到850℃，保温半小时后冷却到室温。
4.根据权利要求3所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，所述EBG结构的最底层为底电极层，底电极层设计成正六边形结构，能够避免银电极层和生带层大面积接触而形成的层间开裂的现象。
5.根据权利要求4所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，结合仿真尺寸，在设计丝网图时采用以下方案：
将每一张丝网划分成四个区域，每个区域对应一种尺寸的线圈；
四个区域按照位置分别以PA、PB、PC和PD进行命名；
并预留后续整合天线时的馈电孔，每部分的中间去掉几个单元的线圈结构，其中a为线圈边长，b为线圈线宽，c为线圈间距：
设计叠层的顺序为：第一层是印刷有MARK图形的生带层，这层的作用有两个：
MARK层下面是按固定顺序排列的线圈层，最下层线圈层为底电极层，底电极层下再叠若干层白板层。
6.根据权利要求5所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，设计的PA、PB、PC和PD的线圈尺寸分别为：
PA：线圈边长a=1.0404mm，线宽b=0.1377mm，线圈间距c=0.2295mm；
PB：线圈边长a=1.156mm，线宽b=0.153mm，线圈间距c=0.255mm；
PC：线圈边长a=1.360mm，线宽b=0.18mm，线圈间距c=0.3mm；
PD：线圈边长a=1.599mm，线宽b=0.2118mm，线圈间距c=0.3529mm。
7.根据权利要求6所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，所述叠层的顺序还可以为；
一、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
二、叠层顺序为MARK层+6层白板层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
三、叠层顺序为MARK层+12层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55mm；
四、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm；
五、叠层顺序为MARK层+6层白板层+18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为2.55cm；
六、叠层顺序为MARK层 +18层线圈+底电极层+6层白板层，切割成的六边形的边长为1.7cm。
8.根据权利要求7所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，在引出底电极的过程中，若有残存的银浆留在样品表面，可将需要沾银的附近用发泡胶覆盖，只露出需要涂银的地方，这样即可以形成整齐的外观形状，有可以防止银浆沾到其他的地方；
由于端电极需要在两端分别引出，所以采用的方法是涂覆完一端后，将样品至于烘干炉，在150℃下烘干一小时，取出之后再进行令一端的涂覆；由于发泡胶在150℃时会发泡失去粘性而脱落，所以应该在一端烘干之后再进行另一端的发泡胶的粘贴，两端都引出之后进行烧银，烧结最高温度670℃，烧结时间为两小时。
9.根据权利要求8所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，所述EBG结构每层印刷不同的线圈形状，线圈为缺少一边的正六边形，通过通孔与下一层连接，在各层线圈的连接时，每个线圈在相应位置上增加了焊盘结构，目的是承接上层的通孔，使各层实现有效互连。
10. 根据权利要求9所述的一种PCB贴片天线加载电感的小尺寸天线构造方法，其特征在于，所述浆料为硼硅酸盐玻璃+陶瓷复合体系，复合材料介电常数4.8左右，成分为Al2O3-B2O3-SiO2-R2O,其中R2O为碱金属氧化物，配制陶瓷浆料使用的溶剂为甲苯和异丙醇，增塑剂为己二酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，粘合剂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为磷酸酯。
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