CN2567892Y - 硅微机械短接式微带天线 - Google Patents

Abstract

硅微机械短接式微带天线，它的结构是：在单晶硅片的一侧生成有二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层之上沉积并刻蚀有微带金属贴片；单晶硅片的另一侧粘接在接地板上，在它们之间有腐蚀出的一定厚度的空腔；在紧邻微带金属贴片的一端的单晶硅片有腐蚀出的狭缝，与空腔相通；采用金属薄片穿过狭缝，将微带金属贴片和接地板短接起来。采用本结构的优点是：可按各种阻抗值来设计微带贴片天线，无需匹配网络，便于阻抗匹配；可显著缩小天线的尺寸，天线尺寸只有1/12－1/8波长；可采用微机械工艺，进行大规模生成，成本低；可方便地与硅或砷化镓等集成电路集成到一起；还可明显减小电磁波对人体头部的辐射作用。

Description

硅微机械短接式微带天线

技术领域

本实用新型属于无线通信装置的微型天线技术领域，具体涉及一种硅微机械短接式微带天线。

技术背景

目前无线通信装置使用的天线由于体积较大或向外突起，给使用带来了不便，并且需要阻抗匹配网络，增加了设计制作的复杂性和成本。有的便携式无线通信装置使用了内置式天线，但不是在硅片上制作的，不易于与其他电路元件集成在一起，并且没有使用减小天线尺寸的技术，天线尺寸普遍较大。

与本实用新型密切相关的技术之一是《通信学报》1996年第2期(3月)第95-97页《计算多介质层矩形微带天线协振频率的解析方法》在中的多层微带天线，但该方案是常规半波长天线，并且不是在硅片上，这样的天线尺寸较大，且不易与其他电路器件集成在一起。另一种相关技术是ELECTONICSLETTERS 1998年第34卷第10期中的论文(第933-934页)《双C超小型贴片天线》(Very compact double C-patch antenna)，该文中采用的双C型结构，而且材料不是用的硅片，这种天线同样也不易与其他电路器件集成在一起。

发明内容

本实用新型针对现有无线通信装置使用的天线的缺陷，目的在于提供一种以腐蚀有空腔的硅片作基底，将微带金属贴片和接地板短接的方案，制作一种硅微机械短接式微带天线，该天线可以减小无线通信装置天线的尺寸，增加天线带宽，并使其易于与其它电路元件集成。

硅微机械短接式微带天线，它的结构是：在单晶硅片的一侧生成有二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层之上沉积并刻蚀有微带金属贴片；单晶硅片的另一侧粘接在接地板上，在它们之间有腐蚀出的一定厚度的空腔；在紧邻微带金属贴片的一端的单晶硅片有腐蚀出的狭缝，与空腔相通；采用金属薄片穿过狭缝，将微带金属贴片和接地板短接起来。

以上的微带金属帖片的形状可以为矩形、C形、E形、三角形或圆形，当然也可以根据实际需要有其他形状。

本实用新型的有益效果是：(1)采用此结构，可按各种阻抗值来设计微带贴片天线，无需匹配网络，便于阻抗匹配；(2)采用此结构可显著缩小天线的尺寸，这样制作的天线尺寸只有1/12-1/8波长。(3)可采用微机械工艺，进行大规模生成，成本低；(4)由于是在硅上制作，可以方便地与硅或砷化镓等集成电路集成到一起；(5)当用于手机或无绳电话时，可以明显减小电磁波对人体头部的辐射作用。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图2-I是图2的I部放大图；图2-II是图2的II部放大图。

图3的a和b是实验测试的回波损耗和史密斯曲线。

图4是天线辐射方向图。

图5是图6分别为C型和E贴片形式的天线结构图。

具体实施方式

图中，1-微带金属贴片，2-馈电探针，3-标准微波接头，4-单晶硅片，5-狭缝，6-接地板，7-空腔，8-金属挡板，9-金属薄片，10-二氧化硅绝缘层，11-导电胶

参见图1、图2和图2-I、图2-II，本天线的制作结构如下：

(一)、先按要求设计好天线的几何尺寸，采用微机械加工工艺，在单晶硅片4的一侧生长一层1微米厚的二氧化硅绝缘层10，然后在该侧面淀积并刻蚀出1微米厚微带金属贴片1，贴片的形状为矩形。在单晶硅片的另一侧与金属贴片相对的下方，腐蚀有一定厚度的空腔7，并在紧邻金属贴片1的一端的单晶硅片4上腐蚀有狭缝5，狭缝5与空腔7相通，按设计尺寸将制作好的硅片切割下来；

(二)、用铜板或铝板按设计尺寸制作接地板6；

(三)、用环氧树脂将制作完毕的单晶硅片4粘贴到金属接地板6上，用一块金属薄片9穿过狭缝将金属贴片1和接地板6短接起来，短接金属薄片9和接地板6间用焊接连接，而与金属贴片1间的连接则采用导电胶11粘接；

根据需要，上述结构既可作成分离的天线，也可作成单芯片无线收发系统的一部分。本例是将其作成分离的天线，接下去的步骤是：

(四)、在一块矩形金属条上按要求钻一个圆孔，使得标准微波接头3内导体能够通过，做成金属挡板8；

(五)然后将金属挡板8垂直地焊接在接地板6上，最后根据设计的馈电处装上标准微波连接头3。

图3为制作的2.4GHz工业、科学、医学(ISM)频段硅微机械短接式微带天线的回波损耗和史密斯图曲线，图4为天线辐射测试曲线。由图3可看出其10dB带宽为10％左右，比传统的微带天线带宽(10dB带宽一般小于2％)增加了3倍以上。由图4可看出，如果此种天线用于手机和无绳电话，通过人体的电磁辐射将大大减小。

根据需要，微带金属贴片1的形状也可以是C型、E型，参见图5和6所示。

Claims (3)

1.硅微机械短接式微带天线，其特征在于在单晶硅片(4)的一侧生成有二氧化硅绝缘层(10)，在二氧化硅绝缘层(10)之上沉积并刻蚀有微带金属贴片(1)；单晶硅片(4)的另一侧粘接在接地板上，在它们之间有腐蚀出的一定厚度的空腔(7)；在紧邻微带金属贴片(1)一端的单晶硅片(4)上有腐蚀出的狭缝(5)，与空腔(7)相通；金属薄片(9)形成的短路片穿过狭缝(5)，将微带金属贴片(1)和接地板短接起来。

2.根据权利要求1所述的硅微机械短接式微带天线，其特征在于微带金属帖片(1)为矩形、C形、E形、三角形或圆形。

3.根据权利要求1或2所述的硅微机械短接式微带天线，其特征在于接地板采用铜板或铝板。

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