CN1208873C

CN1208873C - 天线制造方法

Info

Publication number: CN1208873C
Application number: CN 01143045
Authority: CN
Inventors: 郑永昌; 戴新国
Original assignee: Foxconn Kunshan Computer Connector Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Foxconn Kunshan Computer Connector Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: CN1391307A

Abstract

一种天线制造方法，该天线包括具有上、下表面的基板、平行于基板上表面且相互隔离设置的第一、二辐射片、设于基板下表面的接地片、设于基板与第一辐射片之间并与基板垂直且电性相连二者的第一导电柱，以及设于基板与第二辐射片之间亦与基板垂直且电性相连二者的第二导电柱，另外，该天线还包括第一馈线端和第二馈线端，上述第一馈线端的内、外导体分别电性连接到上述第一辐射片和接地片，上述第二馈线端的内、外导体分别电性连接至所述第二辐射片和接地片，该天线制造方法通过分别调节第一、二导电柱的高度调节天线的电参数制造出符合要求的天线。

Description

天线制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种天线制造方法，尤其是关于一种双频微带天线的制造方法。

【背景技术】

微带天线是近几年来逐渐发展起来的一种新型天线。由于其体积小、重量轻且型式和性能多样化。例如便于获得圆极化，容易实现双频段和双极化，容易通过微波集成技术实现大量生产，因此在通信领域获得广泛应用。

现有的微带天线是在带有导体接地片的介质基板上贴加导体薄片形成。利用微带线或同轴线馈电，在导体薄片与接地片之间激励起射频电磁场，并通过导电薄片四周与接地板间的缝隙向外辐射电磁能量。对于矩形微带天线，一般使用传输线模理论分析，即将矩形微带的两个开路端等效为两个缝隙，根据传输线理论求出缝隙上的切线电场，再利用等效原理求出缝隙的面磁流密度，此即辐射场的场源，整个微带线的辐射场可由两个缝隙组成的二元阵求出。

由于微带天线结构参数对其各种电参数影响并不一致，其设计和制造通常兼用理论和实验的手段进行，即理论概算和实际测量相结合进行以便所取的结构参数能在不同的主要电参数之间取得折衷。相关现有技术请参照图1所示，其中W为导电贴片的宽度，L为导电贴片的长度，h为基板的高度，其中W＝(λ/2)[2/(ε_r+1)]^1/2，ε_r为基板的介电常数，由基板的材质决定，λ为微带天线的工作波长，由微带天线的工作频率决定且满足λ＝c/f，其中f为微带天线的工作频率，c为光速。由于矩形微带的两个开路端等效为两个缝隙，所以在此处电场强度会发生畸变，电力线会延伸到导电贴片以外一段长度ΔL，通常将其等效为一段传输线的延伸长度，通过该等效传输线的延伸长度修正导电贴片的长度L，以消除这种终端效应所引起的误差。导电贴片的理论长度为L_理论＝λ/2ε_e ^1/2，而等效传输线的延伸长度的经验公式为ΔL＝(0.412h)(ε_e+0.3)(W/h+0.264)/(ε_e-0.258)(W/h+0.8)，其中等效介电常数ε_e＝(ε_r+1)/2+[(ε_r-1)/2](1+12h/W)^-1/2，这样，导电贴片的有效长度为L_有效＝L-2ΔL，当选定导电贴片和基板的参数后，再通过实验测得同轴线的馈点位置，使导电贴片天线之输入阻抗等于同轴线之特性阻抗，并在该馈点处将同轴线与导电贴片天线电性连接。

而双频微带天线的设计和制造一般通过改变结构参数，使两工作频率的频率间隔增大而实现双频，这些主要参数包括辐射片的尺寸和基板的介电常数或高度，且主要通过实验优化。

美国专利第5,561,435号揭示了一种所示双频微带天线，其代表图标如图2。该双频微带天线，包括堆迭设置的第一、二、三层电介质层4’、6’、16’，接地片2’在第一电介质层4’的外层，辐射片18’设于第三电介质16’的外层，第二电介质层6’设于第一、三层电介质层4’、16’之间，平行于辐射片18’的导电片12’，14’则设于第三电介质层16’与第二电介质层6’的交界处。其中，第二电介质层6，的介电常数与第一、三电介质层4’、16’的介电常数不同，第二电介质层6’主要影响微带天线的低频段，第一、三电介质层4’、16’主要影响微带天线的高频段。可见，该方法通过将基板的不同部分设置为不同材质实现双频微带天线的功能。

但该方法的缺点在于第一、二、三层电介质均不易调节，这增加了通过概算后再通过实际测量和修正得到所需的介电常数的难度，不利于提高微带天线的设计和研制速度。另，上述双频微带天线的电介质一般均为印刷电路板，所以第三电介质层的介电常数与第一、二电介质层的介电常数相差很小，使得这种方法可接收的不同频率的信号之间隔离度低，影响对特定频率信号的接收效果，而且，由于微带天线正常工作的条件之一是基板高度小于工作波长，该条件不仅大大限制了这种通过设置多层电介质层的方法使微带天线达到双频或多频的功能，而且大大限制了通过调节基板高度调节微带天线电参数的可行性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种易于调节和制造双频微带天线的天线制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种可增大不同频率的信号之间隔离度的天线制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：依本发明制造的天线包括具有上、下表面的基板、平行于基板上表面且相互隔离设置的第一、二辐射片、设于基板下表面的接地片、设于基板与第一辐射片之间并与基板垂直且电性连接二者的第一导电柱，以及设于基板与第二辐射片之间亦与基板垂直并电性连接二者的第二导电柱。另外，该天线还包括第一馈线端和第二馈线端，所述第一馈线端的内、外导体分别电性连接至所述第一辐射片和接地片，所述第二馈线端的内、外导体分别电性连接至所述第二辐射片和接地片。该天线制造方法通过分别调节第一、二导电柱的高度调节天线的电参数制造出符合要求的天线。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过对有较大调节空间的第一、二导电柱长度的直接调节，使微带天线的主要电参数满足要求，同时，由于采用双频双馈方式，可增加不同频率信号之间的隔离度。

【附图说明】

图1为现有微带天线的示意图。

图2为现有双频微带天线的示意图。

图3为依本发明所制造的天线的立体示意图。

图4为依本发明制造的天线的仰视图。

图5为依本发明制造的天线的正视图。

图6为依本发明制造的天线的右视图。

图7为依本发明制造的天线，当工作频率为2.4GHZ时的频率-电压驻波比图。

图8为依本发明制造的天线，当工作频率为5.2GHZ时的频率-电压驻波比图。

图9为依本发明制造的天线在工作频段为2.4GHZ时的方向图。

图10为依本发明制造的天线在工作频段为5.2GHZ时的方向图。

【具体实施方式】

请参阅图3、4和5所示，依本发明制造的双频微带天线1包括具有上、下表面110、111的基板11、平行于基板11上表面110且相互隔离设置的第一、二辐射片21、22、设于基板11下表面111的接地片10、设于基板11与第一辐射片21之间并与基板11垂直，且电性连接接地片10和第一辐射片21的第一导电柱23，以及设于基板11与第二辐射片22之间并与基板11垂直，且电性连接接地片10和第二辐射片22的第二导电柱24。另外，该双频微带天线还包括第一馈线端25和第二馈线端26，上述第一馈线端25的内、外导体250、251分别电性连接至所述第一辐射片21和接地片10，上述第二馈线端26的内、外导体260、261则分别电性连接至上述第二辐射片22和接地片10。其中，第一导电柱23的高度为h₁，第二导电柱24的高度为h₂。

第一导电柱23和第二导电柱24均由金属材料制成，其外围包设有绝缘层(未标号)，其中第一导电柱23的两端分别与第一辐射片21和接地片10焊接，第二导电柱24的两端分别与第二辐射片22和接地片10焊接。第一导电柱23和第二导电柱24高度的变化会分别影响第一辐射片21和第二辐射片22的长度的选取。

第一馈线端25包括焊接到第一辐射片21上的第一内导体250和焊接到接地片10上的第一外导体251，第一内导体250在第一辐射片21上的焊点即第一馈点(未标号)，该焊点相距第一导电柱23的距离为a，该距离a将小于第一导电柱23到第一辐射片21纵向两端的距离，调节a的值可以使第一辐射片21与第一馈线端25达到阻抗匹配。同样，第二馈线端26包括焊接到第二辐射片22上的第二内导体260和焊接到接地片10上的第二外导体261，第二内导体260在第二辐射片22上的焊点即第二馈点(未标号)，该焊点相距第二导电柱24的距离为b，该距离b将小于第二导电柱24到第二辐射片22纵向两端的距离，调节b的值可以使第二辐射片22与第二馈线端26达到阻抗匹配。

设h₀为基板11的高度，h对应于第一辐射片21和第二辐射片22分别为h₁+h₀及h₂+h₀，当h＞＞h₀时，h对应于第一辐射片21和第二辐射片22分别为h₁、h₂。本发明的制造流程如下：选择天线基板11的材料和高度；在基板11一面设置接地片10，然后在基板11的另一面上方垂直于基板11设置高度为h₁的第一导电柱23和高度为h₂的第二导电柱24；将第一、二辐射片21、22分别设置在第一、二导电柱23、24上；设第一、二导电柱23、24的高度初始值h₁＝h₂＝0，分别计算第一、二辐射片21、22的宽度，并根据h₁和h₂计算第一、二辐射片21、22的等效介电常数及第一、二辐射片21、22的理论长度；分别修正第一、二辐射片21、22的理论长度并计算出第一、二辐射片21、22的有效长度，测试出第一、二辐射片21、22的馈电位置；将两馈线25、26端之内、外导体分别电性连接至所述第一、二辐射片21、22和接地片10，测试并判断辐射场图和电压驻波比是否满足设计需要；增大h₁和h₂，重复测试并判断，直到得到满足设计需要的方向图和电压驻波比时的h₁和h₂；利用所得到的h₁和h₂，求得第一、二辐射片21、22的宽度、等效介电常数、理论长度和有效长度，并分别测试出第一、二辐射片21、22的馈电位置；根据得到的参数制造该双频微带天线1。

在本实施例的设计和制造中，通过调节第一、二导电柱23、24的高度h₁和h₂很容易分别实现对微带天线电参数的调节，这种简单的调节方法提高了微带天线的设计和研制速度。同时，本发明采用双频双馈方式，增加了不同频率信号的隔离度，可以确保接收信号的品质。

在本实施例中，第一辐射片21工作频段为2.4GHZ，其频率-电压驻波比测量图请参图7所示。显然，在该工作频段范围内，电压驻波比VSWR≤2，满足业界标准，其方向图则请参图9所示，其辐射场在空间上亦没有明显的辐射盲区。第二辐射片22工作频段为5.2GHZ，其频率-电压驻波比测量图请参图8所示，在该工作频段内，电压驻波比VSWR≤2，满足业界标准，其方向图请参图10所示，同样，其辐射场在空间上没有明显的辐射盲区。由于无线局域网(Wireless LAN)最常使用的频段为工业、科学、医疗即ISM频段，其工作频率为2.4GHZ和5.2GHZ，其中工作频率为2.4GHZ所对应的频段即802.11b频段，工作频率为5.2GHZ所对应的频段即802.11a频段，是以，上述实施例尤其适用于无线局域网，但本发明并不局限于该等实施例。

Claims

1.一种天线制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)选择天线基板的材料和高度；

(2)在基板一面设置接地片，然后在基板的另一面上方垂直于基板设置高度为h₁的第一导电柱和高度为h₂的第二导电柱，且第一、第二导电柱的下端皆与接地片相连；

(3)将第一、二辐射片分别设置在第一、二导电柱上，且分别与第一、第二导电柱的上端对应连接；

(4)设第一、二导电柱的高度初始值h₁＝h₂＝0，分别计算第一、二辐射片的宽度，并根据h₁和h₂计算第一、二辐射片的等效介电常数及第一、二辐射片的理论长度；

(5)分别修正第一、二辐射片的理论长度并计算出第一、二辐射片的有效长度，测试出第一、二辐射片的馈电位置；

(6)将两馈线端之内、外导体分别电性连接至所述第一、二辐射片和接地片，测试并判断辐射场图和电压驻波比是否满足设计需要；

(7)增大h₁和h₂，重复测试并判断，直到得到满足设计需要的方向图和电压驻波比时的h₁和h₂；

(8)利用(7)中所得到的h₁和h₂，按照与步骤(4)和(5)相同的方法求得第一、二辐射片的宽度、等效介电常数、理论长度和有效长度，并分别测试出第一、二辐射片的馈电位置；

(9)根据步骤(7)、(8)中所得的参数制造该双频微带天线。

2.如权利要求1所述的天线制造方法，其特征在于：第一导电柱和第二导电柱均为金属材料，其外围包设有绝缘层。

3.如权利要求2所述的天线制造方法，其特征在于：第一、二辐射片平行于基板，第一、二导电柱分别垂直于接地片和第一、二辐射片。

4.如权利要求3所述的天线制造方法，其特征在于：第一导电柱与第一辐射片和接地片焊接，第二导电柱与第二辐射片和接地片焊接。

5.一种天线的制造方法，该天线为微带天线，包括基板、接地片、辐射片、导电柱和连接于辐射部上一点馈线，其特征在于该天线制造方法包括以下步骤：

将导电柱设置在基板与辐射片之间并与基板垂直，

将接地片设在基板底面，

将导电柱与辐射片和接地片电性连接，并保持导电柱相对于辐射片的两端更加靠近于辐射片与馈线的连接点，

调节所述导电柱的高度直到获得满足需求的天线电参数。

6.如权利要求5所述的天线制造方法，其特征在于：导电柱为金属材料，其外围包设有绝缘层。

7.如权利要求6所述的天线制造方法，其特征在于：导电柱高度的变化会影响辐射片的长度的选取。