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高頻無(wú)線通信設(shè)備的介質(zhì)天線的制作方法

文檔序號(hào):6999737閱讀:111來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:高頻無(wú)線通信設(shè)備的介質(zhì)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及無(wú)線通信使用的天線,具體涉及具有在介質(zhì)基板上形成的所謂曲折線結(jié)構(gòu)的高頻無(wú)線通信用介質(zhì)天線。
當(dāng)削減天線尺寸以實(shí)現(xiàn)小型化,即以滿足空間要求時(shí),天線線路寬度,即形成天線的導(dǎo)體寬度變得相當(dāng)小。當(dāng)天線線路為線性形狀時(shí),天線的物理長(zhǎng)度必須增加。因此,為了節(jié)省空間,天線線路采用波動(dòng)形狀形成,象例如在第3,114,582號(hào)日本專利以及第55618/1997和第139621/1997號(hào)日本專利公報(bào)中所示的那樣。在這種天線中,通過(guò)采用波動(dòng)形狀,很有可能會(huì)使天線線路寬度進(jìn)一步縮短,以實(shí)現(xiàn)天線長(zhǎng)度的縮短。
一般地說(shuō),由于阻抗匹配的要求,元件的數(shù)量越多,天線尺寸就越大。并且,更有可能會(huì)與元件封裝基板上的線路之間發(fā)生阻抗不匹配,從而導(dǎo)致無(wú)線電波輻射特性的劣化。也就是說(shuō),更難以有效地把從饋線端提供的高頻信號(hào)發(fā)送到天線線路。為了控制這種阻抗不匹配,一般對(duì)天線線路的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。然而,考慮到不斷上漲的空間要求,即由于小型化要求,并不總能任意改變天線線路長(zhǎng)度。并且,盡管知道在元件封裝基板側(cè)的線路和天線線路之間插入匹配電路,然而增設(shè)這種匹配電路往往會(huì)增加生產(chǎn)成本,并消耗過(guò)多空間,當(dāng)然,這與小型化要求背道而馳。
有各種因素會(huì)造成天線線路和饋線端部分之間的阻抗不匹配。例如,當(dāng)由于設(shè)計(jì)限制使得天線線路寬度不同于信號(hào)發(fā)送用饋入帶線路寬度時(shí),特別是由于天線小型化使得天線線路寬度小于饋入帶線路寬度時(shí),最有可能會(huì)發(fā)生阻抗不匹配問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面,本發(fā)明的上述目的是通過(guò)提供一種高頻無(wú)線通信設(shè)備的介質(zhì)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的,該介質(zhì)天線包括介質(zhì)基板;導(dǎo)電曲折線層,其形成在介質(zhì)基板上;導(dǎo)電饋線層,其形成在介質(zhì)基板上,該導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度;以及導(dǎo)電錐形層,其使導(dǎo)電曲折線層與導(dǎo)電饋線層連接,該導(dǎo)電錐形層的導(dǎo)電層具有傾斜邊緣,該傾斜邊緣在朝導(dǎo)電曲折線層的方向,與導(dǎo)電饋線層的鄰接邊緣形成角γ,該角γ包括110°~175°的角。
在本實(shí)施例中,導(dǎo)電錐形層的形成會(huì)有效實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,而不影響由天線小型化所帶來(lái)的空間節(jié)省,并可提供優(yōu)良的無(wú)線電波輻射特性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,該介質(zhì)天線包括第一導(dǎo)線部和第二導(dǎo)線部,該第一導(dǎo)線部和第二導(dǎo)線部形成在天線的介質(zhì)基板上,并通過(guò)具有錐形形狀的連接導(dǎo)線部相互電連接,該錐形形狀在寬度上按照預(yù)定錐形角從第一導(dǎo)線部側(cè)朝第二導(dǎo)線部側(cè)擴(kuò)展。當(dāng)該連接導(dǎo)線部的錐形角是5°~70°(優(yōu)選地是8°~68°,更優(yōu)選地是10°~60°)時(shí),天線可抑制阻抗不匹配,并可有效使高頻信號(hào)輻射。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,本發(fā)明的上述目的是通過(guò)提供一種高頻無(wú)線通信設(shè)備的介質(zhì)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的,該天線包括介質(zhì)基板;導(dǎo)電曲折線層,其形成在介質(zhì)基板上;導(dǎo)電饋線層,其形成在介質(zhì)基板上,該導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度;以及延伸饋線,其從在另一介質(zhì)基板的表面上形成的饋線帶延伸,該另一介質(zhì)基板的介電常數(shù)小于上述介質(zhì)基板的介電常數(shù),并且該另一介質(zhì)基板在其另一對(duì)置表面上設(shè)有接地平面,該延伸的饋線從接地電極端接的位置延伸預(yù)定長(zhǎng)度,并通過(guò)另一介質(zhì)基板分離;該預(yù)定長(zhǎng)度約為2.5~7.5mm。
在本發(fā)明的該方面,通過(guò)設(shè)置延伸饋線,可有效消除在由上面形成饋線帶的介質(zhì)基板和上面形成包括導(dǎo)電曲折線層的天線的介質(zhì)基板之間的單位介電常數(shù)差引起的阻抗不匹配。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,通過(guò)把上述本發(fā)明的各實(shí)施例的重要特點(diǎn)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)匹配改善。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了與天線曲折線有關(guān)的各種尺寸因數(shù)和關(guān)系,這可改善介質(zhì)天線的性能。
在以下本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中將提出本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),或者從該以下詳細(xì)說(shuō)明中將明白本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的介質(zhì)天線的透視圖,其中,該天線直接形成在介質(zhì)基板上,該介質(zhì)基板設(shè)有高頻無(wú)線通信用電路模塊;圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面的天線的曲折線部的三種不同構(gòu)成;圖7是示出通過(guò)對(duì)在用β表示的延伸饋線的長(zhǎng)度和相應(yīng)反射系數(shù)S11之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖;圖8是示出通過(guò)對(duì)曲折線模型的回折寬度(d)和反射系數(shù)S11之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖;圖9是示出在設(shè)有天線的介質(zhì)基板的單位介電常數(shù)和反射系數(shù)S11之間的關(guān)系的圖;

圖10是示出在形成于介質(zhì)基板上的曲折線的寬度(w)和曲折線的長(zhǎng)度之間的關(guān)系的圖;圖11是根據(jù)本發(fā)明另一方面的構(gòu)成為饋線帶的共平面波導(dǎo)的透視圖;圖12(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的由疊層介質(zhì)基板形成的介質(zhì)天線的剖面圖;圖12(b)是示出在圖12(a)所示的介質(zhì)基板內(nèi)疊加的介質(zhì)天線的尺寸和構(gòu)成的平面圖;以及圖13是上述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的介質(zhì)天線的透視圖。
參照?qǐng)D1,介質(zhì)天線1包括介質(zhì)基板2,其典型地采用氧化鋁陶瓷制成,并具有矩形固體形狀;以及導(dǎo)線部220,其典型地采用銀(Ag)形成,并在介質(zhì)基板2的一個(gè)主表面1u上烘制而成。該導(dǎo)線部220包括導(dǎo)電曲折線層或元件202,導(dǎo)電饋線層或元件204,以及導(dǎo)電錐形層或元件203。錐形層203使曲折線層202的一端與饋線層204連接,并具有邊緣203A,該邊緣203A在朝曲折線層202的方向相對(duì)于饋線層204的鄰接邊緣204A傾斜,即與該鄰接邊緣204A成一角傾斜。在這兩個(gè)邊緣之間形成的角γ為110°~175°,更優(yōu)選地是120°~170°。曲折線層202的另一端212是無(wú)電端。饋線層204的另一端214與在介質(zhì)基板2的鄰接端上形成的饋線終端205連接。
饋線層204和饋線端205具有共用線路寬度(Wz),該共用路線寬度(Wz)大于曲折線層202的寬度(w)。如圖所示,錐形層203的線路寬度從曲折線層202朝饋線層204增加。也就是說(shuō),如圖1所示,如果曲折線邊緣212A與曲折線的縱軸平行延伸(或者換句話說(shuō),與介質(zhì)基板的縱軸平行延伸),則從曲折線邊緣212A延伸的錐形層的傾斜邊緣203B應(yīng)形成傾斜角α,該α是5°~70°,或者優(yōu)選地是8°~68°,或者更優(yōu)選地是10°~70°的角。
具有上述構(gòu)成的天線1在有利方面是可對(duì)在曲折線層部202和饋線層部203之間的接合部發(fā)生的阻抗不匹配進(jìn)行抑制,并且還可從饋線終端205有效發(fā)送射頻信號(hào)。由于通過(guò)這種簡(jiǎn)單構(gòu)成可實(shí)現(xiàn)在天線部(即曲折線圖型部)和導(dǎo)線部(即饋線部)之間的阻抗匹配,因而可簡(jiǎn)化天線導(dǎo)線圖型的設(shè)計(jì)。并且,由于在介質(zhì)基板2的端表面的饋線終端205具有與饋線層204相同的線路寬度,因而也可消除在饋線層204和饋線終端205之間的接合部發(fā)生的阻抗不匹配,并且可通過(guò)饋線終端205有效收發(fā)射頻信號(hào)。
使用圖2所示的構(gòu)成,制備了與上述這些特點(diǎn)對(duì)應(yīng)的介質(zhì)天線,供以下實(shí)驗(yàn)使用。在示例性實(shí)施中,對(duì)用作介質(zhì)基板2原材料的預(yù)定量的氧化鋁、氧化鈦和氧化錫進(jìn)行稱重和混合,并對(duì)混合粉末進(jìn)行壓力模制。然后,對(duì)模制產(chǎn)物進(jìn)行燒制。把如此燒制的模制產(chǎn)物切割成介質(zhì)基板2,正如在此所實(shí)施的那樣,該介質(zhì)基板2為矩形固體形狀,寬度為2.5mm,長(zhǎng)度為11mm,高度為0.8mm。通過(guò)絲網(wǎng)印刷把由作為主要成分的Ag組成的導(dǎo)電膏印刷在介質(zhì)基板2的主表面1u上,并對(duì)該導(dǎo)電膏進(jìn)行烘制以形成導(dǎo)線部220。采用相同方式來(lái)形成饋線終端205。在烘制后,導(dǎo)線部220包括曲折線層或部202,其線路寬度(w)為0.3mm,線路間隔為0.3mm,回折寬度(d)為1.5mm;饋線層或部204,其線路寬度(w2)為1.5mm;以及錐形層或部203,其錐形角α分別為5°、16°、31°、50°和70°。以下將結(jié)合圖6(a),對(duì)參數(shù)s和d進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。如圖所示,采用曲折或起伏構(gòu)成的“環(huán)路”的數(shù)量約為三個(gè)。
用這種方法,針對(duì)5.2GHz頻帶制成了五種天線,各種天線均具有不同錐形角α,并且各種天線的構(gòu)成均與圖2所示的構(gòu)成類似。
為了進(jìn)行比較,制成了一種具有該天線線路圖型的天線,該天線線路圖型包括第一導(dǎo)線部202,其具有與上述實(shí)施例相同的線路寬度(w)、相同的線路間隔(s)以及相同的回折寬度(d);以及饋線層204,其具有與這些實(shí)施例相同的線路寬度(w2),但具有90°的角α和γ(也就是說(shuō),取消了錐形層或部203)。
在比較測(cè)試中,各天線均與評(píng)估基板接合,并使用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)5.2GHz時(shí)該天線的反射系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。下表1是結(jié)果列表。
表1
將從表1中理解的是,與不具有錐形形狀并用比較例表示的例子相比,所有具有錐形形狀,即包括錐形層或部203并用實(shí)施例1~5表示的例子表明,反射系數(shù)和發(fā)送效率都得到提高。而且還確認(rèn)的是,圖1和圖2之間的錐形形狀差異不會(huì)導(dǎo)致天線性能顯著改變,正如使用反射系數(shù)和發(fā)送效率所測(cè)定的那樣。然而,僅從實(shí)際觀點(diǎn)來(lái)看,圖2的構(gòu)成可以是優(yōu)選的,因?yàn)閳D2的構(gòu)成比圖1的構(gòu)成簡(jiǎn)單。
參照?qǐng)D3,根據(jù)本發(fā)明的另一方面,示出了根據(jù)另一實(shí)施例的介質(zhì)天線1,該介質(zhì)天線1設(shè)置在形成天線模塊40的另一介質(zhì)基板上。在圖3中,包括介質(zhì)天線1和天線電路元件43在內(nèi)的各種電子元件設(shè)置在天線模塊40的介質(zhì)基板上。
參照?qǐng)D4,在第二介質(zhì)基板42上形成饋線帶10,以使相關(guān)接地背面導(dǎo)電層11覆蓋介質(zhì)基板42的背面。與未形成接地背面導(dǎo)線11的區(qū)域12’對(duì)應(yīng)的用MP表示的主表面上的區(qū)域12設(shè)置成介質(zhì)天線1的介質(zhì)基板2的封裝區(qū)域或安裝部位。
縱向延伸饋線10e從饋線帶10到饋線終端205延伸預(yù)定長(zhǎng)度,該預(yù)定長(zhǎng)度用β表示,該縱向延伸饋線10e是從與位于背面導(dǎo)電層11的區(qū)域和未形成背面導(dǎo)線層11的區(qū)域之間的邊界線(BL)對(duì)應(yīng)的位置延伸。表面封裝墊5形成在介質(zhì)天線1的背面,用于通過(guò)焊接部9使饋線終端205與延伸饋線10e的端部牢固連接。在介質(zhì)基板2的背面形成輔助墊6,以便通過(guò)焊接部9與在基板42上形成的支撐墊15接合。
延伸的饋線10e在減少或防止在介質(zhì)天線1和饋線帶10之間的阻抗不匹配方面是重要的,通過(guò)饋線帶10收發(fā)電信號(hào)。如上所述,常規(guī)上,在介質(zhì)天線和饋線帶之間設(shè)有匹配元件。如果在電路模塊41的介質(zhì)基板42內(nèi)設(shè)有饋線10,則無(wú)需匹配元件,其中,介質(zhì)基板42的單位介電常數(shù)小于介質(zhì)天線1的介質(zhì)基板2的單位介電常數(shù)。
正如從圖7的圖中可理解,可以發(fā)現(xiàn),延伸饋線10e的合適長(zhǎng)度β約為2.5mm~7.5mm。
并且,如圖11所示,在同一主表面MP上形成饋線帶110和延伸饋線110e,而在該同一主表面MP上可形成兩根接地背面導(dǎo)線111e,并且,接地背面導(dǎo)線111e把饋線帶110夾在中間,即接地背面導(dǎo)線111e設(shè)置在對(duì)置兩側(cè)上。
參照?qǐng)D5,根據(jù)本發(fā)明的另一方面,如圖5所示,可使用一個(gè)介質(zhì)基板42作為多個(gè)元件的共用基板,即作為具有導(dǎo)電曲折線層202、導(dǎo)電錐形層203和導(dǎo)電饋線層204的天線3的介質(zhì)基板,還可作為上面設(shè)有相關(guān)天線電路模塊的各種電子元件的基板。
參照?qǐng)D6(a)~6(c),根據(jù)本發(fā)明的另一方面,如圖6(a)至圖6(c)所示,應(yīng)認(rèn)真設(shè)計(jì)和構(gòu)成導(dǎo)電曲折線層,以獲得最好的天線性能,尤其是在線路寬度(w)、線路間隔(s)和回折寬度(d)方面。
以下將根據(jù)為檢查曲折或回折寬度(d)的影響所做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。首先,在這些實(shí)驗(yàn)中,使用氧化鋁基板(厚度1mm)作為介質(zhì)天線基板2。制成線路全長(zhǎng)為30mm的介質(zhì)天線,其中,可采用各種組合來(lái)改變回折寬度(d)、線路寬度(w)和對(duì)置邊緣間隔(s)。這些天線均與網(wǎng)絡(luò)分析儀(HP-8510C,由惠普公司(Hewlett Packard Co.)生產(chǎn))連接,并對(duì)2.4GHz時(shí)各種天線的反射系數(shù)S11進(jìn)行測(cè)量。圖8示出了結(jié)果。下表2是圖8的各測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的列表。
表2
將從表2中列表的這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果理解的是,線路寬度(w)越小,反射系數(shù)(S11)就越小,這與線路寬度(w)和對(duì)置邊緣間隔(s)無(wú)關(guān),并且可提高無(wú)線電波的輻射效率。還將理解的是,當(dāng)回折寬度(d)小于3mm時(shí),可獲得-8dB或以下的天線增益值,即滿足需要的天線增益值。
當(dāng)使形成天線基板2的介質(zhì)材料的單位介電常數(shù)增加時(shí),可縮短天線長(zhǎng)度。然而,這會(huì)導(dǎo)致在某些情況下,由于無(wú)負(fù)載增加使得無(wú)線電波輻射效率減少和/或帶寬更窄。有鑒于此,形成天線基板2的介質(zhì)材料優(yōu)選地是在2.4GHz時(shí)具有不大于13的單位介電常數(shù)。氧化鋁含量為至少98%的氧化鋁陶瓷、高鋁紅柱石陶瓷或者玻璃陶瓷可在本發(fā)明的基板中合適用作在高頻范圍內(nèi)介質(zhì)損耗較少的材料。在玻璃陶瓷中,優(yōu)選地使用一種陶瓷系統(tǒng),該陶瓷系統(tǒng)是通過(guò)把按重量計(jì)為40~60分之一的諸如氧化鋁那樣的無(wú)機(jī)填充物添加給硼硅玻璃或硼硅酸鉛玻璃而制備的,因?yàn)檫@種成份具有良好的共同燃燒(co-firing)特性,并且在其該陶瓷系統(tǒng)的上部或內(nèi)部形成金屬線路或元件。并且,可使用諸如玻璃環(huán)氧材料那樣的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料來(lái)替代陶瓷介質(zhì)材料。
以下將對(duì)為檢查單位介電常數(shù)使用影響所作實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。在這些實(shí)驗(yàn)中,制備以下材料,作為圖1所示類型的介質(zhì)天線1的天線基板2的材料(所有基板的厚度都是1mm)。
二氧化鈦陶瓷
(在2.4GHz時(shí),單位介電常數(shù)21)氧化鋁陶瓷(在2.4GHz時(shí),單位介電常數(shù)13)玻璃陶瓷(在2.4GHz時(shí),單位介電常數(shù)8)玻璃環(huán)氧材料(在2.4GHz時(shí),單位介電常數(shù)4)各種介質(zhì)天線是使用上述天線基板2制成的,并且參照?qǐng)D6(a),把回折寬度(d)設(shè)定為2mm,并把正交線元件32的對(duì)置邊緣間隔(s)設(shè)定為與線路寬度(w)相等,并優(yōu)化線路全長(zhǎng),以獲得2.4GHz的共振頻率。這些天線均與上述網(wǎng)絡(luò)分析儀連接,并對(duì)在2.4GHz時(shí)的反射系數(shù)(S11)進(jìn)行測(cè)定。圖9示出了結(jié)果。從圖9所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可理解的是,天線基板2的單位介電常數(shù)越小,反射系數(shù)(S11)就越小,因而無(wú)線電波輻射效率提高就越大。當(dāng)單位介電常數(shù)被設(shè)定為13或以下時(shí),可獲得-8dB的容許天線增益。
再參照?qǐng)D3和圖4,注意的是,延伸的饋線10e的延伸饋線長(zhǎng)度(β)的最佳長(zhǎng)度(βp)隨著饋線帶10的線路寬度(Ws)以及天線線路模型3的線路寬度(w)而變化。為了確定βp的最佳值,可使用一種已知方法,該方法可根據(jù)理論計(jì)算提供模擬。然而,當(dāng)確定各線路寬度Ws或w時(shí),制成基板,在這些基板上,延伸饋線10e的延伸饋線長(zhǎng)度β發(fā)生變動(dòng)或變化。然后,使各基板均與天線連接,并使用上述已知網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)在目標(biāo)頻率時(shí)的反射系數(shù)S11進(jìn)行測(cè)定,這樣可確定使S11的值最小的延伸饋線長(zhǎng)度β,即可確定最佳長(zhǎng)度(βp)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),當(dāng)饋線帶10的線路寬度(Ws)為1.0~2.0mm,并且天線線路圖型3的線路寬度(w)在0.5~0.3mm的范圍內(nèi)時(shí),作為示例性數(shù)值,可把延伸的饋線10e的延伸饋線長(zhǎng)度β最佳調(diào)整為在2.4~7.5mm范圍內(nèi)的值。
現(xiàn)將對(duì)一具體例進(jìn)行探究。使用一種氧化鋁燒制體(寬度3mm,長(zhǎng)度15mm,厚度1mm),作為形成圖1所示的介質(zhì)天線1的天線基板2的介質(zhì)材料。參照?qǐng)D6(a),通過(guò)絲網(wǎng)印刷以及Ag膏的二次烘制,形成一種回折寬度(d)為2.4mm、線路寬度(w)為0.3mm、對(duì)置邊緣間隔(s)為0.3mm的天線線路圖型。另一方面,如圖3和圖4所示,制備一種在市場(chǎng)上可買到的長(zhǎng)度為50mm、寬度為25mm、厚度為1mm的玻璃環(huán)氧基板,作為封裝基板42。在基板42的一個(gè)反向主表面上形成寬度為25mm、長(zhǎng)度為20mm的Cu制接地背面導(dǎo)線層11(厚度35μm),并且在另一主表面上形成饋線帶10(寬度1.4mm,厚度35μm),并具有各種延伸長(zhǎng)度β的延伸饋線10e。除了延伸饋線10e以外,使用上述網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)在2.4GHz時(shí)的饋線帶10的特性阻抗Zo進(jìn)行測(cè)定,從而發(fā)現(xiàn)阻抗為50Ω。
在下一步驟,對(duì)介質(zhì)天線進(jìn)行表面封裝,即使用焊料將介質(zhì)天線1以圖4所示的形式安裝到封裝基板上的饋線帶10上,并且使用上述網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)在2.4GHz時(shí)的反射系數(shù)S11進(jìn)行測(cè)定。圖7示出了如此測(cè)定的S11值,該S11值是根據(jù)延伸饋線10e的延伸饋線長(zhǎng)度β而標(biāo)繪的。將從圖7中理解的是,S11明顯比在未形成延伸饋線10e時(shí)的情況(β=0)小多達(dá)10mm的β值,這樣,通過(guò)設(shè)置合適長(zhǎng)度的延伸饋線,可改善無(wú)線電波的輻射特性。還將理解的是,S11在β=5mm時(shí)達(dá)到最小,并且該β值與上述最佳長(zhǎng)度βp對(duì)應(yīng)。為了進(jìn)行比較,當(dāng)饋線帶10進(jìn)一步伸縮到邊界線BL(由圖7中的負(fù)值表示)以外的接地背面導(dǎo)線層11內(nèi)時(shí),還要測(cè)定S11。在這種情況下發(fā)現(xiàn),如圖7所示,S11接近于0,與全反射對(duì)應(yīng),這樣,無(wú)線電波的輻射非常少。
再參照?qǐng)D6(a),如上所述,天線線路圖型3包括多個(gè)正交線元件32,如圖所示,這些正交線元件32在某一方向延伸,以便與天線3的縱軸或延伸線O交叉或相交,并且采用并排關(guān)系布置在天線的縱方向上。而且如圖6(a)所示,鄰接正交線元件32的端部相互連接,并且作為整體形成具有曲折或波動(dòng)形狀的實(shí)線部。
由于天線線路圖型3為波動(dòng)形狀,因而可有效縮短天線全長(zhǎng)L。正如圖中清楚可見,在幾何學(xué)上無(wú)法使回折寬度(d)小于線路寬度(w)。如圖6(b)所示,因此當(dāng)縮短線路寬度(w)時(shí),可提供寬度較小的波動(dòng)形狀。即使回折寬度(d)較小,也可在縮短天線全長(zhǎng)L方面獲得顯著效果。當(dāng)d/w值被設(shè)定為3或以上時(shí),作為在實(shí)現(xiàn)天線長(zhǎng)度的預(yù)定縮短方面的基本條件,優(yōu)選地是把回折寬度(d)的絕對(duì)值設(shè)定為3mm或以下,這與線路寬度(w)無(wú)關(guān)。這樣,即使采用波動(dòng)或曲折圖型,也可有效地控制或抑制介質(zhì)天線的無(wú)線電波輻射特性的劣化,并可提供尺寸小而性能高的介質(zhì)天線。
再參照?qǐng)D4,并對(duì)本實(shí)施例探究得更詳細(xì)一些,如上所述,在介質(zhì)天線1的背面形成的表面封裝墊5通過(guò)焊接部9與延伸饋線10e的端部連接。輔助墊6通過(guò)焊接部9與基板側(cè)的支撐墊15連接。
如圖4所示,天線線路圖型3作為整體布置在天線基板2的主表面MP上。當(dāng)天線基板2采用陶瓷介質(zhì)材料構(gòu)成時(shí),使用諸如鉑那樣的高熔點(diǎn)金屬來(lái)形成天線線路圖型3,并將該金屬與陶瓷介質(zhì)材料同時(shí)烘制,以形成天線線路模型3。在這種情況下,由于天線線路圖型3的線路金屬材料必須是價(jià)格昂貴的高熔點(diǎn)金屬,因而其生產(chǎn)成本很有可能會(huì)增加。
與上述情況相比,當(dāng)采用一種制造方法,即對(duì)天線基板2進(jìn)行燒制,然后通過(guò)對(duì)天線線路圖型3進(jìn)行二次金屬化處理,在天線基板2的主表面MP上形成天線線路圖型3的這種制造方法時(shí),可經(jīng)濟(jì)地使用熔點(diǎn)較低的金屬,作為線路金屬材料。更具體地說(shuō),可使用諸如Ag型膏那樣的熔點(diǎn)較低的金屬膏來(lái)印刷圖型。該膏在烘制后被涂敷到天線基板2上,并在某一溫度時(shí)進(jìn)行二次烘制,該溫度比介質(zhì)材料的燒制溫度低,并且在該溫度時(shí),進(jìn)行金屬膏的充分烘制。也可使用化學(xué)電鍍法或物理真空淀積法來(lái)形成線路模型。具體例包括從以下組中所選的低電阻材料,該組包括Ag型(Ag單物質(zhì)),Ag金屬氧化物(Mn、V、Bi、Al、Si或Cu的氧化物),Ag玻璃添加(Ag-Pd,Ag-Pt,Ag-Rh等),以及Cu型(Cu單物質(zhì),Cu金屬氧化物,Cu-Pd,Cu-Pt,Cu-Rh等)。注意的是,也可使用由聚合物或者諸如玻璃陶瓷那樣的低溫烘制型陶瓷材料形成的保護(hù)介質(zhì)層(典型地是5~50μm厚)來(lái)覆蓋在天線基板2的主表面MP上形成的天線線路圖型3。
如上所述,在圖6(a)所示的天線線路圖型3中,各正交線路元件32均在與天線縱向延伸方向正交的方向,即與天線的縱軸垂直的方向上形成。使鄰接正交線元件32互連的各互連線元件33在天線縱方向上形成,即與天線的縱軸平行延伸。在天線的天線縱向上,各正交線元件32的長(zhǎng)度的最小可能值是線路寬度(w)。因此,主要優(yōu)點(diǎn)是可縮短天線長(zhǎng)度。然而,本發(fā)明的天線線路模型的形式或構(gòu)成不限于上述特定形式。例如,可使用與天線縱軸平行延伸的互連線元件33使傾斜的正交線元件32互連,或者可采用一種天線線路圖型,在該天線線路圖型中,正交線元件32通過(guò)平滑互連而接合,以形成正弦式的曲線。這種天線線路圖型在縮短天線長(zhǎng)度方面不如圖6(a)~6(c)所示的圖型,但具有降低無(wú)線電波輻射損耗的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)檫@些模型不包括圖6(a)~6(c)所示的銳彎部。
對(duì)縮短天線長(zhǎng)度的重要性進(jìn)行更詳細(xì)探究,圖10示出了介質(zhì)天線的線路寬度(w)和天線長(zhǎng)度(L)之間的關(guān)系,其中,形成天線基板2的介質(zhì)材料是氧化鋁烘制體(厚度1mm),并且共振頻率被設(shè)定為2.4GHz。在這種情況下,波動(dòng)或回折寬度(d)為2mm,并且在正交線元件32的對(duì)置邊緣之間的間隔(被定義為對(duì)置邊緣之間的距離)被設(shè)定為與線路寬度(w)相等。將從圖10中理解的是,天線線路模型3的線路寬度(w)越小,在縮短天線長(zhǎng)度方面的效果就越顯著。
當(dāng)在元件封裝用印刷電路板上形成典型現(xiàn)有單極天線時(shí),為獲得2.4GHz的共振頻率所必要的天線長(zhǎng)度可達(dá)27mm。從圖10中將理解的是,當(dāng)使用上述波動(dòng)線路圖型時(shí),通過(guò)使用0.3mm的線路寬度,可將天線長(zhǎng)度縮短成單極天線長(zhǎng)度的約一半(13.5mm)。然而,當(dāng)線路寬度(w)小于0.05mm時(shí),天線圖型的電感分量的增加會(huì)使天線的特性阻抗增加。與連接有天線的通信電路之間產(chǎn)生的阻抗不匹配很有可能會(huì)使無(wú)線電波輻射效率下降。因此,線路寬度w優(yōu)選地被設(shè)定為至少0.05mm。
參照?qǐng)D12(a),根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)天線也可采用這種構(gòu)成,即天線線路圖型3可分為疊加層分段,用3s表示,各分段3s均布置在構(gòu)成疊加體的天線基板2的不同層內(nèi)。各疊加層分段3s均通過(guò)用3v表示的導(dǎo)電中間元件與鄰接分段連接。在該構(gòu)成中,如圖12(b)中的虛線所示,天線曲折線可嵌入在疊加結(jié)構(gòu)內(nèi)部。在參數(shù)(w)、(s)和(d)方面與上述尺寸關(guān)系類似的尺寸關(guān)系也可適用于該構(gòu)成。采用該構(gòu)成,可獲得天線方向性,而不專門依賴于介質(zhì)基板的主表面。
在圖6(a)中的鄰接正交線元件32之間的對(duì)置邊緣間隔(s)優(yōu)選地是至少0.1mm,以便提供良好輻射特性。另一方面,為了實(shí)現(xiàn)天線長(zhǎng)度的顯著縮短,對(duì)置邊緣之間的間隔優(yōu)選地保持在不大于兩倍線路寬度(w)的范圍內(nèi)。再參照?qǐng)D12(b),在這種情況下,對(duì)置邊緣之間的間隔(s)被定義為在由鄰接正交線元件32的對(duì)置邊緣截?cái)嗟牟▌?dòng)范圍(d)中心的中心線O部分的長(zhǎng)度。
盡管以上對(duì)根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的天線作了說(shuō)明和論述,然而本發(fā)明的天線并不特別受限于這些實(shí)施例,而是當(dāng)然可在不背離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行合適變更或修改。例如,盡管天線1的天線線路圖型的導(dǎo)線部220具有曲折形狀,然而該導(dǎo)線部可具有其他形狀,例如,螺旋形。并且,盡管導(dǎo)線部220顯示為形成在介質(zhì)基板2的外表面上,然而導(dǎo)線部220也可形成在介質(zhì)基板2的內(nèi)部和外部。
權(quán)利要求
1.一種高頻無(wú)線通信設(shè)備用介質(zhì)天線,所述天線包括介質(zhì)基板;導(dǎo)電曲折線層,其形成在介質(zhì)基板上;導(dǎo)電饋線層,其形成在介質(zhì)基板上,所述導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度;以及導(dǎo)電錐形層,其使導(dǎo)電曲折線層與導(dǎo)電饋線層連接,所述導(dǎo)電錐形層具有邊緣,該邊緣與導(dǎo)電饋線層的鄰接邊緣成角γ傾斜,該角γ是在朝向?qū)щ娗劬€層的方向測(cè)定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述角γ是由導(dǎo)電饋線層的邊緣和導(dǎo)電錐形層的邊緣形成的,并且所述角γ是110°~175°的角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中在導(dǎo)電錐形層的邊緣和導(dǎo)電曲折線層的鄰接邊緣之間形成傾斜角α,并且所述角α是5°~70°的角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中介質(zhì)基板具有第一介電常數(shù),其中所述天線進(jìn)一步包括另一基板;饋線帶,其形成在所述另一基板的第一表面上;以及接地平面,其設(shè)置在所述另一基板的另一對(duì)置表面上;所述導(dǎo)電饋線層與延伸的饋線連接,該延伸饋線從在上述另一介質(zhì)基板的所述第一表面上形成的所述饋線帶延伸,所述另一基板的介電常數(shù)小于所述第一介電常數(shù),以及所述延伸的饋線從接地電極端接的位置延伸預(yù)定長(zhǎng)度β,并通過(guò)所述另一介質(zhì)基板分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介質(zhì)天線,其中所述預(yù)定長(zhǎng)度β是2.4~7.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述介質(zhì)基板包括其上面形成高頻電路模塊的介質(zhì)基板的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中在介質(zhì)基板上形成的導(dǎo)電曲折線層的寬度是0.05~0.3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述導(dǎo)電饋線層具有一寬度,并包括一個(gè)部分,該部分延伸到介質(zhì)基板的端表面上,以便在其上形成饋線終端,通過(guò)該饋線終端發(fā)射或接收高頻電信號(hào),所述饋線終端的寬度與導(dǎo)電饋線層的寬度相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述導(dǎo)電曲折線層、所述導(dǎo)電饋線層以及所述導(dǎo)電錐形層包括共用層的共平面部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述介質(zhì)基板具有第一介電常數(shù),并且其中所述天線還包括另一基板;饋線帶,其形成在所述另一基板的第一表面上;以及接地帶層,其沿所述另一介質(zhì)基板的第一表面上的饋線帶形成;所述導(dǎo)電饋線層與延伸的饋線連接,該延伸饋線從在所述另一介質(zhì)基板的所述第一表面上形成的所述饋線帶延伸,所述延伸饋線從接地電極端接的位置延伸預(yù)定長(zhǎng)度2.4~7.5mm,并通過(guò)所述另一介質(zhì)基板分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中曲折線層具有縱軸,其中從第一曲折線元件的邊緣到鄰接曲折線元件的鄰接邊緣測(cè)定的邊緣間隔大于0.1mm,并小于曲折線元件寬度的兩倍;以及在與曲折線層的縱軸法線的方向,在曲折線層的最外線邊緣之間測(cè)定的回折寬度不大于3mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中所述角γ是130°~165°的角。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)天線,其中在導(dǎo)電錐形層的邊緣和導(dǎo)電曲折線層的鄰接邊緣之間形成的傾斜角α是16°~49°。
14.一種高頻無(wú)線通信設(shè)備用介質(zhì)天線,所述天線包括介質(zhì)基板;導(dǎo)電曲折線層,其形成在介質(zhì)基板內(nèi)部,并具有線路寬度;導(dǎo)電饋線層,其形成在介質(zhì)基板內(nèi)部,所述導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度;以及導(dǎo)電錐形層,其形成在介質(zhì)基板內(nèi)部,并使導(dǎo)電曲折線層與導(dǎo)電饋線層連接,該導(dǎo)電錐形層的邊緣在朝導(dǎo)電曲折線層的方向,與導(dǎo)電饋線層的鄰接邊緣成一角傾斜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的介質(zhì)天線,其中所述介質(zhì)基板是上面形成高頻電路模塊的介質(zhì)基板的一部分。
16.一種高頻無(wú)線通信設(shè)備用介質(zhì)天線,所述天線包括第一介質(zhì)基板,其具有介電常數(shù);導(dǎo)電曲折線層,其形成在第一介質(zhì)基板上,并具有線路寬度;導(dǎo)電饋線層,其形成在第一介質(zhì)基板上,該導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度;第二介質(zhì)基板,其介電常數(shù)小于第一介質(zhì)基板的介電常數(shù);導(dǎo)電饋線帶,其形成在第二介質(zhì)基板的一個(gè)表面上;接地平面,其形成在所述第二介質(zhì)基板的另一對(duì)置表面上;以及延伸饋線,其從在所述第二介質(zhì)基板的所述一個(gè)表面上形成的所述饋線帶延伸,該延伸饋線從所述接地電極端接的位置延伸預(yù)定長(zhǎng)度β,并與所述第二介質(zhì)基板分離,所述預(yù)定長(zhǎng)度β為2.5~7.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高頻無(wú)線通信設(shè)備的介質(zhì)天線。該介質(zhì)天線包括介質(zhì)基板以及在該介質(zhì)基板上形成的導(dǎo)電曲折線層。在介質(zhì)基板上還形成導(dǎo)電饋線層,該導(dǎo)電饋線層的線路寬度大于曲折線層的線路寬度。導(dǎo)電錐形層使導(dǎo)電曲折線層與導(dǎo)電饋線層連接。導(dǎo)電錐形層的邊緣在朝向?qū)щ娗劬€層的方向,與導(dǎo)電饋線層的鄰接邊緣成一角傾斜。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK1442930SQ0310511
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者杉本典康, 金森孝司, 中田大介, 若松進(jìn), 高田俊克 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社
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