201248994 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種天線裝置。 【先前技術】 隨著半導體製程的高度發展’對當今的電子系統集成度提 出了越來越高的要求，器件的小型化成爲了整個産業非常關注 的技術問題。然而，不同於ic芯片遵循“摩爾定律，，的發展， 作爲電子系統的另外重要組成—射頻模塊，卻面臨著器件小 型化的高難度技術挑戰。射頻模塊主要包括了混頻、功^、濾 波、射頻信號傳輸、匹配網絡與天線等主要器件。其中，天線 作爲最終射頻信號的輻射單元和接收器件，其工作特性將直接 影響整個電子系統的工作性能。然而天線的尺寸、帶寬、增益 等重要指標卻受到了基本物理原理的限制（固定尺寸下的增益 極限、帶寬極限等）。這些指標極限的基本原理使得天線的小 型化技術難度遠遠超過了其它器件’而由於射頻器件的電磁場 分析的複雜性，逼近這些極限值都成爲了巨大的技術挑戰。 同時，隨著現代電子系統的複雜化，多模服務的需求在無 線通信、無線接入、衛星通信、無線數據網絡等系統中變得越 來越重要。而多模服務的需求進一步增大了小型化天線多模設 計的複雜度。除去小型化的技術挑戰，天線的多模阻抗匹配也 成爲了天線技術的瓶頸。另一方面，多輸入多輸出系統 (ΜΙΜΟ)在無線通信、無線數據服務領域的高速發展更進一 步苛刻地要求了天線尺寸的小型化並同時保證良好的隔離 201248994 度、輻射性能以及抗干擾能力。⑽，傳統的終端通信天線主 要基於電單極子或偶極子的輻射原理進行設計，比如最常用的 平面反F天線(PIFA)。傳統天線的輻射工作頻率直接和天線的 尺寸正相關’帶寬和天線的面積正蝴，使得天_設計通常 需要半波長的物理長度。在-些更爲複雜的電子系統中，天線 需要多模作’就需要在饋人天線前額外的阻抗隨網絡設 計。但阻抗匹配網絡額外的增加了電子系統的饋線設計、增大 了射頻系統的面積_匹_絡剝人了不少的能量損耗很 難滿足低雜的纽設計要求。因此，小舰、多模式的新型 天線技術成爲了當代電子集、統的—鑛要技術瓶頸。 【發明内容】 本發明所要解決的技術簡在於，針對财技術的上述不 足’提供-種小型化且進行多模工作模式的天線裝置。 本發明爲解決技術問題而採㈣—個技術方案是:提供一 種天線裝置’其包括導賴點、饋線、接地線及公共地單^， 還包括：將一導電薄片鏤刻一第一圖案而形成的第-天線單 兀·’及將另—導電薄片鏤刻—第二圖案而形成的第二天線單 兀，絕緣的介質基板；第一天線單元與第二天線單元 對設置；介質基板包括第一表面和與第一表面相對的第二表 面’第-天線單謂著於第—表面上，第二天線單元附著 二表面上；饋線的饋入方式與接地線的接地方式是容性人 是感性耦合’介質基板開設 一個過孔，饋線與第一天線單:或 連接’饋__减第二天料元電絲。天線早几電 201248994 圖荦進軸歧_ 口諧振環 ::r衍生、其”種結二 進-步地，饋線的饋入方式和接地 用：饋線電感饋入，接地線電感接地 大=選 電容接地；饋線電容饋入，接地線電感=電=容=線 接地線電容接地四種中的任意一種。 貝 進-步地，介質基板由陶莞材料、高分子材料 鐵氧材料或鐵磁材料中的任意一種制得。 鐵電材科、 進一步地，第一圖案和第二圖案爲軸對稱圖案。 進一步地，第一圖案和第二圖案爲軸不對稱圖案。 本發明爲解決技蝴題而制㈣— 其包括導電饋點、饋線、接地線及 置還包括:將—導電薄片鏤刻-第—圖案而形成的第一 =早兀，及將另-導電薄片鎮刻—第二圖案而形成的^天 置；介質基板包括平 t面矣第一天線單元附著於第一表面上，第二天線單元附著- ίίίΐΐ ’介質基板_紐料、高分子㈣、鐵電材料: ϋ材料或鐵磁材料中的任意一種制得；饋線的饋入 接財式可枝容_合也抑妓_合，並且，饋 線的饋入方式和接地、_接地方式可以_:饋線電感饋入， 201248994 接地線電感接地；饋線電感饋入，接地線電容接地；饋線電容 饋入，接地線電感接地；饋線電容饋入，接地線電容接地四種 中的任意一種。 -種天線裝置包括導電饋點、饋線、接地線、公共地單元、 艾第—圖案而形成的第—天線單元;及將另 導電薄片鏤刻-第二圖案而形成的第二天線單元 單元與第二天線單元平行相對設置。 線 質述天線裝置包括一絕緣的介質基板，所述介 =附練所述第-表面上；第二天線單元附著於所述第2 材料、鐵氧材料'鐵電 進-步地’所述第—圖案和第^、不對稱圖案。 諧振環圖案、互補式螺旋S'1/、可鏤刻成互補式開口 胖図也 明輯圖案、開口螺旋環圖案、錐问 疑衣圖案、互補式-折線職中的—二雙開口螺 構的其中一種結構衍 福過别面五種結 陣得到的結構。 T多種4複合或其中-種結構組 進一步地’所述饋線的饋入方式盥 是容性輕合也可以是感性輕合。〃、線的接地方式可以 進—步地，所述饋線的饋入方式和 選用:饋線電感饋入，接地線電感接地;饋=方式可以 电执頌入’接地 201248994 線電容接地’·銳f容饋人，接地線電感接地；饋線電容饋入， 接地線電容接地四種中的任意一種。 進-步地，所述導電饋點和饋線均形成於第—表面上且相 互電連接，第-天線單元與第二天線單元相互電磁搞合。 。進-步地’所述介質基板開設一個過孔，饋線與第一天線 單元電連接，饋_經所述過孔與第二天線單元電連接。 _進-步地，·公共地單元包括第—接地單元和第二接地 早兀；第-接地單it附著第-表面上；第二接地單元附著第二 表面上，第-接地單元和第二接地單元及介質基板對應位置上 均開設有至少-個通孔’所述第—接地單元和第二接地單元通 過所述至少一個通孔相互電連接。 、，進一步地，所述接地線設置於第二表面上，第二天線單元 通過接地線與第二接地單元電連接。 上述天線裝置中的第-天線單元和第二天線單元根據設 計，求將導電薄腾刻掉部分導電薄片以形成特娜狀。由於 特疋形狀導電薄>{的高度色散特性使得天線具有豐富的輪射 特性從而省去了阻抗匹配祕的設計以實現 模化工作模式。 π夕 本發明可以通過相應的無線接口在以下無線設備環境中 應用： 1)無線局域網(8〇2.lia/b/g/n/y)。可以應用到的設備包括： 無線路由器’室内移動終端無線接收器’如電腦，個人數字助 理（Personaldigital assistant，PDA)，無線接入設備（AP) 等。 201248994 2)蜂窩網通信。可以應用到的設備包括：個人數字蜂窩 系統（Personal Digital Cellular ’ PDC) ’ Global Systems for Mobile Communications (GSM)[可以應用到 GSM 的各種頻 率，如 400 MHz、450 MHz、850MHz、900 MHz、1800 MHz、 1900 MHz] 1 2 IS-95 (Code Division Multiple Access, CDMA) » IS-2000 (CDMA2000), Generalized Packet Relay Service (GPRS)»Wide Code Division Multiple Access ( WCDMA ), Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), High Speed OFDM Packet Access (HSOPA), High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA), High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMax), UMTS Long Term Evolution (LTE)以及ΜΙΜΟ。即本發明可以廣泛地應用到各類蜂窩網通 信終端中，其中包括各類第二代、第三代以及第四代的無線終 端。本發明不僅可以應用在蜂窩網通信中的各類移動接收終端 中，而且還可以應用在發射端，如針對於第二代、第三代以及 第四代無線通信系統的基站天線等。 3 )全球定位系統（Global Positioning System，GPS )終端 天線。 ' 1 超短距離通信（Ultra-wideband，UWB，13m 以内）。 可以應用的設備包括使用UWB技術的所有無線電子設備。 2 藍牙無線&備（IEEE802.15.1)。可以應用的設備包括 IEEE802.15.1協議定義下的所有無線電子設備。 201248994 6) ZigBee(IEEE802.15.4)協議内的無線通信設備，如 監控、傳感器網絡、家庭網絡、安全系統、車載電子系統 服執行_ IEEE8GZ15.4定義的無線職設備均爲 功率受限設備，因此要求低雜。本發明提出的小型天線在^ 大縮小硬件尺寸的同時也節省了硬件的功耗，因此這裏提 小天線將非常適合IEEE8G2.15.4協議下的购無線電子設備。 7) 無有線基礎設施支持的移動網絡。如傳感器網絡 (SensorNetworks)軀域傳感器網絡(B〇dy Sens〇rNetw〇rk)與
Ad Hoc網絡。由於此類網絡對無線終端尺寸要求很高，希望 無線終端越小越好’因此這裏所設計的小型天線將有效的解決 此類無線網絡的技術瓶頸。 、 8)醫用電子無線設備（IEEE 1073)。包括：醫用通風設 備、電震發生器、急性病醫院中的病人監視設備、家庭保健設 備、醫用成像設備，如核磁共振成像（从町）等。ffiEE 1〇73 使用的總頻譜爲14MHz，該頻譜是聯邦通信委員會（fq^) 於2002年10月份專門爲醫療無線應用留出的。FCC計劃從 608-614，1395_剛和 1427·1432ΜΗΖ^_段愧取頻"譜， 爲醫療設備提供無干擾的頻譜空間。本專利中提出的小型天線 完全適用於這三種頻段。因此’本專利申請中提出的小型天線 可以廣泛應用到IEEE 1073標準包括的所有醫用電子無線設 備中。 9) 各類衛星通信的發射接收裝置。對於高增益要求的衛 星天線可采取基於本發明的射頻芯片小天線的陣列天線系統。 10) 各類雷達與微波探測系統，如車载雷達、氣象雷達以 201248994 及海事雷達等。該芯片小天線可作爲雷達系統中的輻射單元。 11) 射頻標簽與識別（RFID)的芯片天線與讀寫天線。 12) 各類無線娛樂消費電子設備，如無線WiFi耳機 (2.4GHz-2.48GHz 和 433ΜΗζ-434ΜΗζ)、無線移動硬盤、打 印機、無線游戲手柄、無線鼠標（27·085ΜΗζ和27.135MHz；)、 鍵盤(27.185MHz和27.035MHz)等小型電子設備，以及所有應 用藍牙天線的電子設備。 ~ 13) 以上提到的各類無線技術之間應用的多模式射頻設 計。 【實施方式】 超材料天線是基於人電磁材料理論設計，人卫電磁材料 技術是指將金屬片鏤刻成特定形狀的減金屬結構，並將所述 特定形狀的減金屬結構設置於__定介電常數和磁導率基材 上而加工製造的等效特種電磁材料天線，其性能參數主要取決 於其亞波長的特定形狀的減金屬結構。在雜頻段，人 f材料通讀現岐度的色鱗性，換言之，天_阻抗、容 二等效的〃電巾數和磁導率隨著頻率會發 工電爾概騎上敍線絲树性進行改 =使传金屬結構與其依關介質基板等效地組成了一個高产 =特種電磁材料，從而實現輻射特性豐富的新型天線。又 本發明利用上述原理，設計—種多模 。 基將導電__分 成特疋形狀。由於特定形狀導電薄片的高度色散 201248994 =生使得天線具有豐富的輻射特性從而省去了阻抗匹配網絡 的設計以實現天線小型化和多模化工作模式。 請-並參晒丨和圖2，圖丨是本發日种。—實施例的天線 二置-侧面的平面示意圖；圖2爲圖i所示天線裝置另一側面 =面示意圖。天線裝置10包括一絕緣的介質基板函，所 述二質基板100包括第-表面101和與第_表面1〇1相對的第 一表面102。將一導電薄片鏤刻一第—圖案i2a而形成的第一 天線單元13a並附著於介質基板1〇〇的第_表面ι〇ι上；將另 二導電薄片鏤刻-第二圖案12b而形成第二天線單以％且附 ，於’丨質基板100的第一表面1〇2上。在本實施方式中，導電 薄片採用金屬銅，其中第-圖案12a和第二圖案⑶均爲轴對 翻案且相互分別成影像設置於第一表面1〇1和第二表面脱 上。第一圖案12a和第二圖案i2b的形狀可以相同，也可以不 相同。在其他實施方式中，導電薄片採用金屬銅，第一圖案 12a和第二圖案i2b可採用軸不對稱圖案。 在第一表面101上還形成一導電饋點14和與導電饋點14 ，連接的饋線11。在本實施方式中，所述饋線u和第一天線 單元13a相互電磁耦合，即通過電磁耦合方式相互傳遞信息； 所述第一天線單元13a與第二天線單元13b相互電磁耦合。在 其他實施方式中，饋線11分別與第一天線單元13a和第二天 線單元13b電連接，即在介質基板1〇〇開設一個過孔，饋線 11經所述過孔與第二天線單元13b電連接。 貝 第一表面101和第二表面102上均設置有第—接地單元 15a和第二接地單元15b，所述接地單元15a、15b上均開設有 201248994 至少一個通孔150’所述第一接地單元15a和第二接地單元15b 通過所述至少一個通孔15〇相互電連接以形成一公共地單 元。第，表面102上還設置有接地線16，所述接地線16將第 二接地單元15b與第二天線單元13b電連接。 其中，饋線11和接地線16 一般可以視爲天線的兩個引 脚’以標準50歐姆阻抗饋入，但饋線n的饋入方式與接地線 16的接地料可以是容_合也可以是雜輕合，且體來 =，^線11 _入方式與接地線16的接入方式共有四種組 口 "刀別是：饋線電感饋入’接地線電感接地；饋線電感饋入， f地線電容接地；饋線電容饋人’接地線電感接地；饋線電容 =^接地線t容接地。第一天線單元以、第二天線單元现 $拓撲微結構與尺寸可以相同，也可以不同，從而進行混錄 構設計，並不改變基本輻射原理。 =明中天線裝置10,第一天線單元以和第二天線單 r線11 均少於譜振電磁波波長的十分之一，可通過調整 ^ 1入耦合方式、接地線16的接地方式、天線單元 線形成多模工4。13b的可知接點位置來進行調諧，從而使天 互補==^==圖案輪但不限於 案(:二圓5所示)、雙開，環圖 ^ 、）互補式彎折線圖案中的一種或者是诵堝 月，J構的射一種結構衍生、其令多種結構複合或其中 12 201248994 结構組陣得到的結構（如圖8所示）。上述第-圖案12a =7圖案⑶射叫過如圖9_1()卿衍生方式以形成更 【的:=案’其中圖9爲幾何形狀衍生方式示意圖，幾何形 何生疋^在本發明中製備第—天線單元以、第二天線 $ 13b的導電薄片的形狀不僅僅局限於長方形，也可以爲任 ，形’如圓形、三角形、多邊形等;圖H)爲擴展 3方式示痛；擴展衍生是指在不改麵有製備第-天 ，、早TCl3a、第二天線單元13b的導電薄片本質特性前提下， 刻掉部分導電薄片從而擴展衍生出對稱或者不對 由天線顧可知’電長歧贿電魏波賴化頻繁程度 胳理量，電長度鳴理長度/波長。當天線工作於低頻時，低 麟應的1魏奸錄，械魏持冑長度不㈣前提下， „長度就是必要的選擇。然而增大物理長度必然:不能滿 〜天V、小型化的要求。根據公式仁1/(2WLc)可知，增大分佈電 ，能有效降低天缸作醉使得在不增加物理長度的前提下 就可保持電長度不變。這樣就可以在極小的m内設計出工作 在極低工作頻率下的天線。 本發明的介板⑽的材質可翻陶究、高分子材料、 鐵電材料、鐵氧材料或_材料；其中高分子材料優選聚四氣 乙稀、F4B或FR4。在本發日种，關於天線的加工製造，只要 滿足本發_設計驗’可以_各種製造方式。最普通的方 法是使用各類_電路板（P⑻的製造方法，金屬化的通孔， 雙面覆銅的PCB製造均可滿足本發_加卫要心除此加工 13 201248994 方式，還可以根據實際的需要引入其它加工手段，比如RPID (RFID 是 Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別 技術，俗稱電子標簽）中所使用的導電銀漿油墨加工方式、各 類可形變器件的柔性PCB加工、鐵片天線的加工方式以及鐵 片與PCB組合的加工方式。其中，鐵片與PCB組合加工方式 是指利用PCB的精確加工來完成芯片微結構部分的加工，用 鐵片來完成其它辅助部分。 儘管上文藉由較佳實施例揭示了本發明，但並不意圖限制 本發明。本領域熟知此項技藝者可在视離本發日_精神及範 圍的情況下進行-些潤飾及變化。_，本發_保護範圍落 入所附的申請專利範圍内。 圆式間單說明】 圖1 圖 疋本發明中一實施例的天線裝置-側面的平面示意 所示天線裝置另一侧面的平面示意圖。 電薄月上乂、所不導電薄片上圖案示意圖；其中，圖3是導 4片上軸互補式開口驗環職 片上形成互=折上線環圖案，圖7是導電薄 合圖案。 8疋導電薄片上形成對稱的複 圖9-10是圖3-8 形成的圖案，其中圖 所^導電薄#上可以通過碱衍生方式 …拓撲結構幾何形狀衍生圖案；圖10 201248994 爲拓撲結構擴展衍生圖案。 【主要元件符號說明】 ίο:天線裝置 11 :饋線 12a :第一圖案 12b :第二圖案 13a :第一天線單元 13b :第二天線單元 14 :導電饋點 15a :第一接地單元 15b ··第二接地單元 16 :接地線 100 :介質基板 101 :第一表面 102 :第二表面 150 :通孔 15