專利名稱：一種基于ltcc陶瓷介質(zhì)的芯片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線。
背景技術(shù)：
當前，無線通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展對天線的要求越來越高。傳統(tǒng)的鞭狀天線，螺旋天 線已逐步被內(nèi)置的小型天線取代。介質(zhì)芯片天線不僅具有尺寸小，重量輕，較好的全向性， 電氣特性穩(wěn)定等優(yōu)點，而且具備低成本，大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟上的優(yōu)勢，因此符合無線通訊產(chǎn) 品向輕、薄、短小方向發(fā)展的趨勢。同時，LTCC多層封裝技術(shù)為介質(zhì)芯片天線的發(fā)展提供了 強大的動力。天線設(shè)計的另一個重要的趨勢是集成天線的射頻前端電路。近年來，基于CMOS工 藝的應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的單片射頻收發(fā)器已經(jīng)出現(xiàn)了。單片射頻收發(fā)器有尺寸小系統(tǒng)可靠 性高等優(yōu)點，因此代表了無線通信射頻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。作為其中的一個重要部件，天線直 接影響了射頻收發(fā)器的整體性能。遺憾的是，目前由于種種原因，天線還是無法集成到射頻 收發(fā)器的芯片中。為了給射頻芯片提供合適的天線，研究人員設(shè)計了各種各樣的芯片天線解決方 案，如發(fā)明專利“一種異面彎折雙頻LTCC天線”，設(shè)計了一種涉及藍牙和WLAN頻帶的芯片天 線。但是，為了屏蔽有源電路對天線性能的影響，天線一般需要安裝在金屬地板之上，而上 述發(fā)明專利中不帶完整地板的天線在使用范圍上勢必會有一定的限制。另一方面，金屬板 反過來也會嚴重影響天線性能，如減少工作帶寬。因此，帶地板的芯片天線設(shè)計是一項重要 的工作和嚴峻的挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，以LTCC技術(shù)為基礎(chǔ)，提 供一種用于WLAN 5. 8GHz的LTCC陶瓷介質(zhì)芯片天線，該天線具有超低剖面和極小的外形， 且具有較寬的工作帶寬和穩(wěn)定性。本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線，如圖1至圖3所示，包括金屬接地板1、金屬 微帶饋線3、金屬輻射貼片4、第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2、第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6以及兩個短 路銷釘5。金屬接地板1位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2整個下表面，金屬微帶饋線3位于第 一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2和第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6之間，金屬輻射貼片4位于第二 LTCC陶瓷 介質(zhì)層6上表面。金屬輻射貼片4的形狀為矩形，中間關(guān)于金屬輻射貼片4水平中心線對 稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠離金屬輻射貼片 4水平中心線的方向。金屬微帶饋線3的首端位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2窄邊中間位置， 其末端伸入金屬輻射貼片4的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“ π ”型饋電結(jié)構(gòu)相 連。所述雙“ η ”型饋電結(jié)構(gòu)由四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)組成，所述四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于金屬微帶饋線 3的較長微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線3首端的大“ π ”結(jié)構(gòu)，另 外兩條平行于金屬微帶饋線3的較短微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指向遠離金屬 微帶饋線3首端的小“ π，，結(jié)構(gòu)。所述兩個短路銷釘5位于金屬射貼片4的兩個“L”形槽 的垂直段末端，并穿過第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2和第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6，將金屬接地板1 和金屬輻射貼片4連在一起。本實用新型相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于采用雙“ π ”型微帶饋電結(jié)構(gòu)，展寬了天線工作 帶寬；并且加入短路銷釘，突破了傳統(tǒng)PCB天線的尺寸，具有超低剖面和極小的外形；將天 線的金屬導(dǎo)體依照設(shè)計印在每一層LTCC陶瓷介質(zhì)層上，達到了隱藏天線設(shè)計布局的目的， 同時提高了介質(zhì)芯片天線的穩(wěn)定性。另外，采用LTCC封裝工藝，使之更好地和特定功能有 源電路進行系統(tǒng)封裝設(shè)計，形成模塊化，從而使其用于便攜式設(shè)備成為可能。

圖1是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線的截面剖視圖。圖2是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線中金屬微帶饋線3結(jié)構(gòu) 示意圖。圖3是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線中金屬輻射貼片4結(jié)構(gòu) 示意圖。圖4是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線的反射系數(shù)仿真曲線圖。圖5是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線的在5. 73GHz的H面方 向圖。圖6是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線的在5. 73GHz的E面方 向圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。如圖1至圖3所示，本實用新型提供的一種基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線包括金 屬接地板1、金屬微帶饋線3、金屬輻射貼片4、第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2、第二 LTCC陶瓷介質(zhì) 層6以及兩個短路銷釘5。金屬接地板1位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2整個下表面，金屬微 帶饋線3位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2和第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6之間，金屬輻射貼片4位 于第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6上表面。金屬輻射貼片4的形狀為矩形，中間關(guān)于金屬輻射貼片 4水平中心線對稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠 離金屬輻射貼片4水平中心線的方向。金屬微帶饋線3的首端位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2 窄邊中間位置，其末端伸入金屬輻射貼片4的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“ π，， 型饋電結(jié)構(gòu)相連。所述雙“ η ”型饋電結(jié)構(gòu)由四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)組成， 所述四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于 金屬微帶饋線3的較長微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線3首端的大 “ ”結(jié)構(gòu)，另外兩條平行于金屬微帶饋線3的較短微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指 向遠離金屬微帶饋線3首端的小“ π，，結(jié)構(gòu)。所述兩個短路銷釘5位于金屬射貼片4的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2和第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層6，將金 屬接地板1和金屬輻射貼片4連在一起。借助目前已成熟的LTCC電路加工工藝技術(shù)，制作此天線。其中金屬接地板1長 14. 9mm,寬8mm ；第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2長14. 9mm、寬8mm、厚0. 8mm ；第二 LTCC陶瓷介質(zhì) 層6長7. 8mm、寬8mm、厚Imm ；兩層LTCC陶瓷介質(zhì)層相對介電常數(shù)是5. 9，損耗角正切值是 0. 002 ；金屬微帶饋線3特征阻抗為50歐姆，長10. 1mm、寬1. Imm ；與微帶饋線3末端相連 的雙“ η ”型饋電結(jié)構(gòu)中，四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)的特征阻抗為50歐姆，公 用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆，兩條較長微帶枝節(jié)長1. 8mm、寬1. 1mm，兩條較短的微帶 枝節(jié)長0. 9mm、寬1. Imm,公用垂直微帶線長5. 0mm、寬0. 2mm ；金屬輻射貼片4長7. 8mm、寬 8. Omm ；“L”形槽水平段長3. 8mm、寬0. 4mm,垂直段長1. 3mm、寬0. 4mm ；兩個短路銷釘半徑為 0. 3mm。確定上述尺寸和其他參數(shù)值后，采用三維電磁仿真軟件HFSS對該天線進行仿真， 得到的反射系數(shù)Sll如圖4所示，可見從5. 4GHZ-6. 06GHz范圍內(nèi)，該天線電壓駐波比VSWR < 3，即Sll < _6dB，帶寬達到660MHz，相對帶寬是11.5%。天線的總高度是1. 86mm，實 現(xiàn)了超低剖面，更利于和半導(dǎo)體芯片實現(xiàn)系統(tǒng)級封裝。圖5和圖6分別是該天線在諧振點 5. 73GHz的H面和E面方向圖，由圖可見該天線是全向性天線且在整個工作頻率范圍內(nèi)可以 獲得極好的線極化。天線的增益是2. OdBi.。
上述方案中，所述天線各部分的尺寸也可以選用其他長度，比如同比例放大或縮 小，這對相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的；LTCC陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)也可在 2 10的范圍內(nèi)進行選擇。
權(quán)利要求一種基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線，包括金屬接地板(1)、金屬微帶饋線(3)、金屬輻射貼片(4)、第一LTCC陶瓷介質(zhì)層(2)、第二LTCC陶瓷介質(zhì)層(6)以及兩個短路銷釘(5)；金屬接地板(1)位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層(2)整個下表面，金屬微帶饋線(3)位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層(2)和第二LTCC陶瓷介質(zhì)層(6)之間，金屬輻射貼片(4)位于第二LTCC陶瓷介質(zhì)層(6)上表面；金屬輻射貼片(4)的形狀為矩形，中間關(guān)于金屬輻射貼片(4)水平中心線對稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠離金屬輻射貼片(4)水平中心線的方向；金屬微帶饋線(3)的首端位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層(2)窄邊中間位置，其末端伸入金屬輻射貼片(4)的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“π”型饋電結(jié)構(gòu)相連；所述雙“π”型饋電結(jié)構(gòu)由四條平行于金屬微帶饋線(3)的微帶枝節(jié)組成，所述四條平行于金屬微帶饋線(3)的微帶枝節(jié)與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于金屬微帶饋線(3)的較長微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線(3)首端的大“π”結(jié)構(gòu)，另外兩條平行于金屬微帶饋線(3)的較短微帶枝節(jié)和公用垂直微帶線組成一個指向遠離金屬微帶饋線(3)首端的小“π”結(jié)構(gòu)；所述兩個短路銷釘(5)位于金屬射貼片(4)的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一LTCC陶瓷介質(zhì)層(2)和第二LTCC陶瓷介質(zhì)層(6)，將金屬接地板(1)和金屬輻射貼片(4)連在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線，其特征在于，所述金屬微帶 饋線(3)是特征阻抗為50歐姆的微帶線；所述雙“ π ”型饋電結(jié)構(gòu)中，四條平行于金屬微帶 饋線(3)的微帶枝節(jié)的特征阻抗為50歐姆，公用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線，其特征在于，金屬接地板1 長14. 9mm,寬8mm ；第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層2長14. 9mm、寬8mm、厚0. 8mm ；第二 LTCC陶瓷介 質(zhì)層6長7. 8mm、寬8mm、厚Imm ；兩層LTCC陶瓷介質(zhì)層相對介電常數(shù)是5. 9，損耗角正切值 是0. 002 ；金屬微帶饋線3特征阻抗為50歐姆，長10. 1mm、寬1. Imm ；與微帶饋線3末端相 連的雙“ η ”型饋電結(jié)構(gòu)中，四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節(jié)的特征阻抗為50歐姆， 公用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆，兩條較長微帶枝節(jié)長1. 8mm、寬1. 1mm，兩條較短的微 帶枝節(jié)長0. 9mm、寬1. Imm,公用垂直微帶線長5. 0mm、寬0. 2mm ；金屬輻射貼片4長7. 8mm、 寬8. Omm ；“L”形槽水平段長3. 8mm、寬0. 4mm，垂直段長1. 3mm、寬0. 4mm ；兩個短路銷釘半 徑為0. 3mmο
專利摘要一種基于LTCC陶瓷介質(zhì)的芯片天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。該天線由三層金屬圖形層和兩層LTCC陶瓷介質(zhì)層構(gòu)成，金屬接地板位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層下表面，金屬微帶饋線位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層和第二LTCC陶瓷介質(zhì)層之間，金屬輻射貼片位于第二LTCC陶瓷介質(zhì)層上表面。金屬輻射貼片中間開有兩個“L”形槽；金屬微帶饋線末端伸入金屬輻射貼片的兩個“L”形槽的正下方，并與一個雙“π”型饋電結(jié)構(gòu)相連；兩個短路銷釘位于金屬射貼片的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一、二LTCC陶瓷介質(zhì)層將金屬接地板和金屬輻射貼片連在一起。本實用新型具有較寬的工作帶寬、超低剖面和極小的外形，同時具有良好的穩(wěn)定性，能夠更好地和特定功能有源電路進行集成。
文檔編號H01Q13/08GK201741809SQ20102050748
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者王秉中, 肖紹球, 金大鵬 申請人:電子科技大學