CN201038307Y - 用于wcdma系统移动终端的小型化pbg陶瓷天线 - Google Patents

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Abstract

用于WCDMA系统移动终端的小型化PBG陶瓷天线，涉及一种陶瓷天线。提供一种天线特性好，天线尺寸小，带宽达到250MHz以上，可覆盖整个收发频段的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线。设有双面介质基板，在双面介质基板一面的中央设有陶瓷天线，在双面介质基板的另一面设有光子带隙层，双面介质基板的长度为2.9～3.1cm，宽度为2.9～3.1cm，厚度为2.9～3.1mm，陶瓷天线为矩形辐射贴片。在光子带隙层上设有2行2列共4个方形孔，每个方形孔的边长为0.6～0.8cm；方形孔之间的周期间隔为0.7～0.9cm。双面介质基板为双面陶瓷介质基板。结构简单，成本低，性能好，易于集成。

Description

用于WCDMA系统移动终端的小型化PBG陶瓷天线
技术领域
本实用新型涉及一种陶瓷天线，尤其是涉及一种用于WCDMA系统移动终端的小型化PBG陶瓷天线。
背景技术
随着无线通信系统和用户人数的发展，对系统通信容量提出更高的要求。为此，人们提出了第三代移动通信系统，其中采用直接扩频技术的WCDMA除了提供传统的语音服务以外，还提供图像、数据等宽带多媒体服务。WCDMA系统射频的工作频率范围是1920～2170MHz，频宽达250MHz，相对带宽达到13％，因此对于WCDMA移动终端的天线设计要求有大带宽、小尺寸，且在整个方位平面上提供均匀覆盖，增益在0dBi以上。
目前商用的手机终端天线主要采用鞭状天线，其缺点是尺寸不易缩小，且人体邻近效应的存在造成辐射方向覆盖不均匀。而陶瓷天线就是这种随现代通信发展的要求而发展起来的典型小型化天线，它以结构简单、尺寸小、重量轻、制造成本低、易于集成等独特优点，得到了广泛的研究和发展。因此，研究影响陶瓷天线的使用和其展宽天线的带宽，对于扩大陶瓷天线的使用范围，使陶瓷天线更广泛地应用到工业、民用和国防具有重要意义。
光子带隙(PBG，Photonic Band-Gap)结构可以实现光子带隙的周期性结构。利用其带阻特性，可以实现宽带滤波，提高放大器效率，改善天线的方向图。
资料表明，未见有人把陶瓷天线与PBG技术结合起来应用在WCDMA通信系统终端的频段，国内外主要是把陶瓷天线应用在GPS、无线局域网和蓝牙系统中。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种天线特性好，天线尺寸小，带宽达到250MHz以上，可覆盖整个收发频段的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线。
本实用新型采用了与PBG技术相结合的技术方案。
本实用新型设有双面介质基板，在双面介质基板一面的中央设有陶瓷天线，在双面介质基板的另一面设有光子带隙层，双面介质基板的长度为2.9～3.1cm，宽度为2.9～3.1cm，厚度为2.9～3.1mm，陶瓷天线为矩形辐射贴片。在光子带隙层上设有2行2列共4个方形孔，每个方形孔的边长为0.6～0.8cm；方形孔之间的周期间隔为0.7～0.9cm。
双面介质基板最好为双面陶瓷介质基板。双面陶瓷介质基板的介电常数最好为20。最好双面陶瓷介质基板的长度为3cm，宽度为3cm，厚度为3mm。最好矩形辐射贴片的长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度≤5μm。在光子带隙层上所设的方形孔的边长最好为0.7cm；方形孔之间的周期间隔最好为0.8cm。方形孔与双面介质基板边沿之间的距离为0.4cm。
与现有的陶瓷天线相比，由于本实用新型采用的光子带隙(PBG，Photonic Band-Gap)结构可以实现光子带隙的周期性结构，利用其带阻特性，可以实现宽带滤波，提高放大器效率，改善天线的方向图。目前比较常用的陶瓷天线制作方法是低温共烧和高温烧结两种方法。对于多层陶瓷天线来说，一般采用低温共烧的方法；而对于块状陶瓷天线来说，一般则采用高温烧结的方法。块状陶瓷天线是使用高温(1000℃以上)将整块陶瓷体一次性烧结完成后，再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。本实用新型的块状陶瓷天线制板可采用以下工艺：首先根据前面分析得到的陶瓷天线和PBG结构设计尺寸，利用画图软件画出陶瓷天线的实际电路图。然后将电路图按照1∶1的比例使用制板纸打印出来。通过高温烧结先做好陶瓷基板，再按照电路图在陶瓷基板指定的地方印上银即可。
把PBG结构应用在陶瓷天线上，能减小天线的尺寸和表面波的产生，提高天线的效率，改善天线的性能，扩展天线的使用带宽等。研究可用于WCDMA系统射频的工作频段同时能扩展带宽的PBG对于陶瓷天线工程的应用有着重要的意义。
本实用新型最终设计好的陶瓷天线尺寸只有3cm×3cm大小，是普通微带天线的尺寸的14％，达到了小型化陶瓷天线的目的，完全可以将其放到移动终端里，而且具有结构简单、成本低、性能好和易于集成等优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的正面陶瓷天线结构示意图。
图2为本实用新型实施例的背面光子带隙层结构示意图。
图3为本实用新型实施例的实际匹配电路组成原理图。
图4为本实用新型实施例的陶瓷天线2GHz的H面方向图。在图4中，(a)H面实测方向图；(b)H面仿真方向图。
图5为本实用新型实施例的陶瓷天线2GHz的E面方向图。在图5中，(a)E面实测方向图；(b)E面仿真方向图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的技术方案及其突出效果作进一步说明。
参见图1和2，本实用新型设有双面陶瓷介质基板1，在双面陶瓷介质基板1正面的中央设有陶瓷天线2，在双面陶瓷介质基板1的背面设有光子带隙层3，双面陶瓷介质基板1的介电常数为20，双面陶瓷介质基板1的长度和宽度均为3cm，厚度为3mm。陶瓷天线2为矩形辐射贴片，矩形辐射贴片的长度L为2cm，宽度W为1.5cm，厚度1μm。在光子带隙层3上设有2行2列共4个方形孔4，每个方形孔4的边长a为0.7cm；方形孔4之间的周期间隔T为0.8cm。方形孔4与双面陶瓷介质基板1边沿之间的距离为0.4cm。
本实用新型的匹配电路组成原理图如图3所示，其中C1＝3pF，L1＝1000nH，L2＝10nH。L1与C1的连接点接矢量网络分析仪Y。
图4和5给出了本实用新型实测的2GHzH面和E面方向图以及仿真方向图，信号源的幅度为-15dBm。
其中，图4为本实用新型实施例实测的2GHz的H面方向图，通过对比可知两H面图形状大致相同，天线有两个瓣，一个在30°～150°之间，另一个在210°～330°之间。两个瓣基本上覆盖大部分角度，所以该陶瓷天线具有全向辐射特性。图5为本实用新型实施例实测的2GHz的E面方向图，从图4和5中可以看出，上半部分形状基本一致，主瓣在30°～150°之间，跟仿真图相比有一些小差别，仿真的效果没有实测的主瓣角度大。而对于下半部分，从实测图可以看出，在190°～320°之间有辐射泄漏，这主要是由于天线的背面具有PBG结构，腐蚀了方孔，电磁波从方孔处有泄漏。这是PBG结构带来的负作用。
从实测的陶瓷天线的反射系数S11图可以看出，天线的工作频带已经处于1.91～2.4 GHz，带内的回波损耗都在-10dB以下，最小回波损耗为-39.75dB。天线S11性能在整个通频带内满足要求，且带宽达到490MHz，提高了陶瓷天线的性能。
根据图3给出的本实用新型的陶瓷天线实际匹配电路，从匹配后测试数据可以看出，对应频率为1910MHz的S11为-10.09dB，对应频率为2226MHz的S11为-9.95dB。S11小于-10dB的频率范围为490MHz，已经把WCDMA的收发频段(1920～2170MHz)完全覆盖住了。天线反射系数的最小值所对应的频率为1965MHz，S11为-39.75dB。实际上天线已经达到了设计要求，匹配效果也很好，已经完全满足WCDMA通信系统移动终端的天线要求。
综上所述，本实用新型采用陶瓷天线与光子带隙结构相结合的技术，即陶瓷天线的结构和光子带隙结构，从仿真和实际测试的S11图可以看出，天线已经覆盖了1920～2170MHz这个频带，达到了WCDMA通信系统移动终端天线的标准要求。

Claims (9)

1.用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于设有双面介质基板，在双面介质基板一面的中央设有陶瓷天线，在双面介质基板的另一面设有光子带隙层，双面介质基板的长度为2.9～3.1cm，宽度为2.9～3.1cm，厚度为2.9～3.1mm，陶瓷天线为矩形辐射贴片；在光子带隙层上设有2行2列共4个方形孔，方形孔的边长为0.6～0.8cm；方形孔之间的周期间隔为0.7～0.9cm。
2.如权利要求1所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于双面介质基板为双面陶瓷介质基板。
3.如权利要求2所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于双面陶瓷介质基板的介电常数为20。
4.如权利要求2或3所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于双面陶瓷介质基板的长度为3cm，宽度为3cm。
5.如权利要求2或3所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于双面陶瓷介质基板的厚度为3mm。
6.如权利要求1所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于矩形辐射贴片的长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度≤5μm。
7.如权利要求1所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于在光子带隙层上所设的方形孔的边长为0.7cm。
8.如权利要求1所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于方形孔之间的周期间隔为0.8cm。
9.如权利要求1或7或8所述的用于WCDMA系统移动终端的小型化陶瓷天线，其特征在于方形孔与双面介质基板边沿之间的距离为0.4cm。
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