CN1691408A - 天线元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种为小型无线电设备设计的辐射天线元件和一种用于制造该天线元件的方法。在包括一边涂有导电材料的绝缘衬底的板上制造所述元件(300)。通过从所设计的导体分支之间区域(330)的边界线来由激光狭窄地除去所述导电涂层，以便在所述板上形成对应于所述天线操作频带的辐射导体分支。由所创建的边界沟槽限制的导电区域可以被用作寄生辅助辐射器。如果需要，由所述边界沟槽(331)限制的所述导电区域还可以被分成许多小的导电区域(CA1，CA2)，以便确保所述导电区域不辐射或不会对在所述辐射导体分支之间的耦合有任何实质上的影响。可以由通常的激光技术在所述分支之间形成在所述天线辐射分支的操作频率下“不可见的”相对较宽区域。这意味着与使用蚀刻过程相比较更低的生产成本，并且也避免了生产时的浪费问题。

Description

天线元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种特别打算用于小型无线电设备的辐射天线元件。本发明还涉及一种方法，用于依照所述方法来制造天线元件。

背景技术

内部天线通常用于诸如移动电话之类的小型无线电设备，以免有从所述装置的盖子中伸出的部分。内部天线通常是平面天线，这是因为它们具有相对良好的电特性。平面天线包括辐射平面和与其平行的地平面。由于所述天线的匹配，所述平面通常由短路导体来彼此连接。所述结构形成所需尺寸，以便其在操作频率上起谐振器的作用，这是有效辐射的先决条件。在现代移动站中，通常需要所述天线必须在两个不同的频带上操作，在这种情况下还要求两个谐振器。通过借助于不导电的槽或区域把辐射平面划分为不同长度的两个分支来满足该需求。连同所述地平面和介质，每个分支形成谐振器，在所述无线电设备的一个操作频带上调整所述谐振器固有频率。

所述辐射平面可以是单独的金属板，在这种情况下当把整个平面从较大板上切下时通过切断来形成它的槽。通过制造薄金属箔的辐射平面来实现节省材料。然后例如把从所述箔上切下的辐射平面贴到天线的绝缘框架上或贴到移动站盖子的内表面上。困难是在固定期间使所述箔元件的形状保持恰好合适。尤其是在所述平面的不导电区上，即使尺寸相对较小的改变，也会显著地削弱所述天线的特性。如果使用由金属箔覆盖的绝缘板来制造所述天线，那么可以避免改变所述箔元件形状的风险。通过把多余的部分从所述涂层上蚀刻掉，来在所述板的表面上形成所要求的辐射器图案。然后，在距离所述地平面的某个距离处固定所产生的天线元件。

图1示出了按照上述已知方法来制造的辐射天线元件100。它包括绝缘衬底110和辐射平面120，其是在所述衬底表面上的导体层。所述辐射平面具有彼此接近的天线馈电点FP和短路点SP。根据后者，当把所述天线元件安装在位置上时直接把所述辐射平面连接到所述地平面。不导电区130起始于所述元件的相同边缘，在所述元件旁边是馈电点和短路点，并且当从短路点SP看去，所述不导电区130把所述辐射平面划分为两个导体分支。第一导体分支221包括所述平面的外围区域，其形成类似字母C的图案。较短的第二导体分支222包括所述平面的内部区域。所述天线的低操作频带是基于所述第一导体分支的，并且所述天线的高操作频带是基于所述第二导体分支的。把所述天线元件切成这种形状，使得其沿着上述无线电设备末尾部分的内部空间。图1示出了所述末尾部分的轮廓COV。

通过蚀刻除去所述衬底的导电涂层部分，来形成所述天线元件100的不导电区130。在该工艺中需要的化学制品给生产带来相当大的成本。如果使在所述导体分支之间的区域相对更宽以便增加所述天线的带宽，那么该缺点更为严重。此外，使用的化学制品对环境有毒，处理所述化学制品又导致额外的成本。原则上，采用已知方法还可以使用激光来除去所述导电材料。然而，激光只适于制作非常狭窄的槽。从而除去相对宽的导电区域往往是不切实际的，即昂贵的，并且其还往往削弱了用作为衬底的绝缘板的机械和电特性。

发明内容

本发明的目的是降低所提及的现有技术的缺点。依照本发明的天线元件包括绝缘衬底和在所述衬底的一个表面上的导电涂层，所述涂层被中间区域划分为至少第一和第二辐射导体分支，以便形成一个以上操作频带，其特征在于在所述中间区域上还存在一些所述的导电涂层，其通过边界沟槽与辐射导体分支分离。

在依照本发明的方法中，通过除去在绝缘衬底的一个表面上的一些导电涂层，来制造多频带平面天线的辐射天线元件，以便形成至少第一和第二辐射导体分支，其特征在于通过加工在所述导体分支之间的中间区域的边界沟槽，来实现除去所述导电涂层，借此所述中间区域的导电涂层基本上完全地保留在所述天线元件中。

本发明的基本思想如下：用板子制造多频带平面天线的辐射单元，所述板子包括一边涂有导电材料的绝缘衬底。通过从所设计的导体分支之间的区域的边界线狭窄地除去导体涂层，来形成对应于所述天线操作频带的所述辐射导体分支。由所产生的边界沟槽限制的导电区域可以被用作寄生辅助辐射器。如果需要，由所述边界沟槽限制的所述导电区域还可以被分成许多小的导电区域，以便确保所述导电区域不辐射或不会对在所述辐射导体分支之间的耦合有任何实质上的影响。优选地是，除去所述导电涂层由激光执行。

本发明有下列好处即：可以由通常的激光技术在所述分支之间形成在所述天线辐射分支的操作频率下“不可见的”相对较宽区域。这意味着与使用蚀刻过程相比较，有更低的生产成本。另外，避免了废物处理的成本问题，废物的种类是在所述蚀刻过程中释放的化学制品。本发明还有下列好处即：例如可以把保留在所述辐射分支之间的导电区域利用为在2.4GHz频段上的辅助辐射器。

附图说明

在下面，将要更详细地描述本发明。将要参考附图，其中

图1给出了现有技术天线元件的例子，

图2给出了依照本发明的天线元件的例子，

图3给出了依照本发明的天线元件的另一例子，

图4给出了依照本发明天线元件的第三例子，

图5给出了依照本发明的方法的例子，

图6给出了把依照本发明的天线元件安装在无线电设备中的例子，

图7给出了把依照本发明的天线元件安装在无线电设备中的另一例子，

图8示出了使用依照本发明元件的天线的频带特性的例子，和

图9示出了使用依照本发明元件的天线的效率的例子。

具体实施方式

图2示出了依照本发明的辐射天线元件的例子。所述天线元件200包括绝缘衬底和在其表面上的辐射平面220，所述辐射平面220被分成两个导体分支，像在图1的元件一样。所述元件相对于分离所述辐射导体分支的区域彼此不同。在图1中，已经完全地把所述导电涂层从该中间区域130中除掉。回到图2中，原始的导电涂层几乎完全地留在相应的中间区域230上。只是在所述中间区域的边界线上狭窄地除去了所述导电涂层。从而把产生的线形不导电区域称作“沟槽”。这样，由边界沟槽231来限制所述中间区域230。保留在所述边界沟槽内的导电区域略小于所述中间区域230，并且原则上连同地平面和辐射平面的另一部分一起在所述成品中形成谐振器，在所述谐振器中可以激励振荡。形成依照图2的元件所需的尺寸，以便所述振荡的频率远在对应于所述辐射平面的第一221以及第二222导体分支的谐振器的固有频率之上。因此，所述中间区域的导电区域223不会显著地影响所述天线在天线的操作频带上的功能。

图3示出了依照本发明的辐射天线元件的另一例子。所述天线元件300是与在图2中给出的元件相同的种类。与图2相比唯一的差异是保留在所述辐射导体分支之间的中间区域的边界沟槽331内侧的导电区域，现在被形成网格图案的沟槽分成更小的部分。所述网格图案包括一组平行的沟槽，诸如沟槽332，和另一组垂直于上述那些沟槽的沟槽，诸如沟槽333。这里所述沟槽具有均匀的间距，因此由所述沟槽分开的导电涂层的小部分或衬垫(pad)是正方形的，当然除了由所述边界沟槽切断的衬垫之外。两个衬垫在图3中由参考线标记为CA1和CA2。在所述中间区域中的衬垫被制造得这么小以致在所述天线的操作频率上它们完全是“不可见的”。那样就确保了所述中间区域的导电涂层不辐射或不会对在所述辐射导体分支之间电磁耦合有任何显著的影响。在该例子中，所述衬垫是正方形。它们也可以是矩形、平行四边形或其它什么形状，只要它们足够小就可以。

图4示出了依照本发明的辐射天线元件的第三例子。所述天线元件400也是与在图2中给出的元件相同的种类。与图2唯一的差异是在该例子中，在保留在所述辐射分支的中间区域的边界沟槽431内侧的导电区域423中，制作了两个沟槽432和433。把那两个沟槽加入在中间区域的相对侧上的边界沟槽431中，借此在其中形成弯曲，所述弯曲增加了所述导电区域423的电长度。采用这种方法，可以把对应于所述导电区域423的谐振器的固有频率调谐到由某个无线电系统使用的频带，诸如蓝牙或GPS(全球定位系统)。在该实施例中，所述导电区域在该频带上作为寄生辐射器起作用，并且从而可以被利用。

在本发明的所有实施例中，在所述天线元件的辐射导体分支之间的中间区域的导电涂层几乎完全地保留在其位置上。实际上，除去整个涂层往往要求使用蚀刻技术，而这正是试图避免的。当然也可以仅仅使用蚀刻来形成所述边界沟槽和其它可能的沟槽，在这种情况下所产生的组件也符合本发明。还可以通过机械地加工所述元件的表面来制作所要求的沟槽。然而，由激光技术可以实现经济上和电学上的最好效果，从而所述激光技术是用于所述导电涂层的主要加工技术。

图5示出了依照本发明方法的例子。在步骤501，准备加工所述天线元件的导电涂层。其包括当使用预先涂层的衬底板时把所述元件切为适当的形状，或者只切导体箔，并且把它固定到天线架或所述无线电设备外壳一部分上。另外，把适当的程序加载到激光加工工具上。在步骤502，所述天线组件位于所述激光工具的加工平台上。可以放置所述组件以便所述激光束直接指向所述导电涂层，或者以类似的其他方式，在这种情况下所述激光束首先穿透所述绝缘衬底。每种情况要求其自己的、适当的激光频率。在步骤503，通过加工在天线组件的辐射分支之间区域的边界沟槽来形成所述天线组件的辐射分支。当所述激光束从狭窄的区域把所述导电材料汽化时，产生所述边界沟槽。在步骤504，检查在所述中间区域上是否想要制作其它沟槽。如果是的话，以与所述边界沟槽同样的方式加工那些沟槽(步骤505)。此后，相对于其辐射特性完成所述组件。

图6示出了把依照本发明的天线元件安装在无线电设备中的例子。把所述无线电设备作为简化的横截面给出，其中可看见外壳COV和电路板PCB。所述电路板的导电上表面具有信号地线GND并且也作为所述天线地平面来起作用。所述天线元件例如可以由薄电路板来构成，所述天线元件包括绝缘衬底610及其导电涂层620。由支撑腿SUP来在所述地平面上支撑所述元件，要求所述支撑腿的总数诸如足够用于支撑。另外，所述图示出了天线馈电导体FC和短路导体SC。

图7示出了把依照本发明的天线元件安装在无线电设备中的另一例子。这里也把所述无线电设备作为简化的横截面给出，其中可看见外壳和电路板PCB。所述电路板的导电上表面具有信号地线GND并且也作为所述天线地平面来起作用。在该例子中，所述天线元件例如由无线电设备的外壳部分710和导体箔720形成，所述导体箔720通过粘贴来固定在所述外壳部分的内表面上。从而所述外壳部分作为所述元件的绝缘衬底起作用。在固定导体箔之后，在所述导体箔上形成在依照本发明的辐射分支之间的区域。在图7中也可看见天线馈电导体FC和短路导体SC。

图8示出了使用依照本发明元件的天线的频带特性的例子。其给出了作为频率函数的反射系数S11的曲线。根据使用依照图1元件的已知天线来测量曲线81，根据使用依照图2元件的天线来测量曲线82，根据使用依照图3元件的天线来测量曲线83，并且根据使用依照图4元件的天线来测量曲线84。所述天线被设计成用于在系统GSM850(全球移动通信系统)、GSM900、GSM1800和GSM1900中操作。由前两者要求的频带在频段824到960MHz，其是所述天线的低操作频带B1。由后两者要求的频带在频段1710到1990MHz，其是所述天线的高操作频带Bu。在原型上已经执行了所述测量。根据所述曲线可以看出，在少量辅助调谐的情况下，在两个操作频带的整个区域上，所有天线模型的反射系数要好过-5dB。另外，可见在所述天线的辐射分支之间的中间区域上剩下的导电涂层并没有恶化所述天线的带特性，相反对它们略有改善。另外，已经形成对应于曲线84和图4的天线所需的尺寸，以便在所述蓝牙系统频带上操作，因此反射系数频率2.4GHz之上迅速地下降了。最高的频带宽度几乎是100MHz。

图9示出了使用依照本发明元件的天线的效率的例子。根据与图8的匹配曲线相同的结构来测量所述效率：曲线91示出了在使用依照图1元件的已知天线中所述效率的变化，曲线92示出了在使用依照图2元件的天线中效率的变化，曲线93示出了在使用依照图3元件的天线中效率的变化，而曲线94示出了在使用依照图4元件的天线中效率的变化。在低操作频带上，所述效率在范围0.3到0.7内变化，而在高操作频带上，所述效率在范围0.3到0.65内变化。就效率而论，对应于图2的、依照本发明的天线也击败了对应于图1的现有技术天线。

在该说明书和权利要求中限定词“高”和“低”指的是存在于图5A和7到10中天线元件的位置，并且它们与使用装置的位置毫无关系。

上面已经描述了依照本发明的天线元件。所述天线元件及其辐射器的形状当然可以与上面给出的不同。在由独立权利要求1和7设定的限制内，可以采用不同的方法应用本发明的思想。

Claims (9)

1.一种多频带平面天线的辐射天线元件(200；300；400)，所述辐射天线元件包括绝缘衬底(610)和在所述衬底一个表面上的导电涂层(620)，所述涂层由中间区域(230)分为至少第一(221)和第二(222)辐射导体分支，以便形成一个以上操作频带，其特征在于，在所述中间区域上也存在一些所述导电涂层，其由边界沟槽(231；331；431)与所述辐射导体分支分离。

2.如权利要求1所述的天线元件(200)，其特征在于所述导电涂层覆盖了除所述边界沟槽(231)之外的整个中间区域(230)。

3.如权利要求1所述的天线元件(300)，其特征在于把所述中间区域的导电涂层分成多个单独的导电区域(CA1，CA2)，以便确保在所述天线操作频带的范围内，所述中间区域的导电涂层不辐射或不会对在所述辐射导体分支之间的耦合有任何影响。

4.如权利要求1所述的天线元件(400)，其特征在于所述中间区域的导电涂层是连续的并且具有至少一个起始于所述区域边界的沟槽(432，433)，以便改变所述导电涂层的电长度并且形成在一定频带中谐振的寄生辐射器。

5.如权利要求1所述的天线元件，其特征在于它是将要安装在无线电设备的外壳(COV)内侧的分立元件。

6.如权利要求1所述的天线元件，其特征在于所述绝缘衬底是无线电设备的外壳(170)的一部分。

7.一种用于制造多频带平面天线的辐射天线元件的方法，在所述方法中，除去在绝缘衬底的一个表面上的一些导电涂层以便形成至少第一和第二辐射导体分支，其特征在于通过加工在所述导体分支之间中间区域的边界沟槽，来除去(503)一些所述导电涂层，借此所述中间区域的导电涂层主要地残留在所述天线元件中。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于除了所述边界沟槽之外，在所述中间区域的所述导电涂层上加工(505)连结到所述边界沟槽的至少一个沟槽。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于加工所述中间区域的导电涂层是用激光技术来执行的。

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