專利名稱：天線及無線通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線領(lǐng)域，尤其涉及一種天線及應(yīng)用該天線的無線通訊裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝的高度發(fā)展，對當(dāng)今的電子系統(tǒng)集成度提出了越來越高的要求，器件的小型化成為了整個產(chǎn)業(yè)非常關(guān)注的技術(shù)問題。然而，不同于IC芯片遵循“摩爾定律”的發(fā)展，作為電子系統(tǒng)的另外重要組成一射頻模塊，卻面臨著器件小型化的高難度技術(shù)挑戰(zhàn)。射頻模塊主要包括了混頻、功放、濾波、射頻信 傳輸、匹配網(wǎng)絡(luò)與天線等主要器件。其中，天線作為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(tǒng)的工作性能。然而天線的尺寸、帶寬、增益等重要指標(biāo)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(biāo)極限的基本原理使得天線的小型化技術(shù)難度遠遠超過了其它器件，而由于射頻器件的電磁場分析的復(fù)雜性，逼近這些極限值都成為了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。同時，隨著現(xiàn)代電子系統(tǒng)的復(fù)雜化，多模服務(wù)的需求在無線通信、無線接入、衛(wèi)星通信、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中變得越來越重要。而多模服務(wù)的需求進一步增大了小型化天線多模設(shè)計的復(fù)雜度。除去小型化的技術(shù)挑戰(zhàn)，天線的多模阻抗匹配也成為了天線技術(shù)的瓶頸。另一方面，多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO)在無線通信、無線數(shù)據(jù)服務(wù)領(lǐng)域的高速發(fā)展更進一步苛刻地要求了天線尺寸的小型化并同時保證良好的隔離度、輻射性能以及抗干擾能力。然而，傳統(tǒng)的終端通信天線主要基于電單極子或偶極子的輻射原理進行設(shè)計，比如最常用的平面反F天線(PIFA)。傳統(tǒng)天線的輻射工作頻率直接和天線的尺寸正相關(guān)，帶寬和天線的面積正相關(guān)，使得天線的設(shè)計通常需要半波長的物理長度。在一些更為復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，天線需要多模工作，就需要在饋入天線前額外的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。但阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)額外的增加了電子系統(tǒng)的饋線設(shè)計、增大了射頻系統(tǒng)的面積同時匹配網(wǎng)絡(luò)還引入了不少的能量損耗，很難滿足低功耗的系統(tǒng)設(shè)計要求。因此，小型化、多模式的新型天線技術(shù)成為了當(dāng)代電子集成系統(tǒng)的一個重要技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，現(xiàn)有的手機天線尺寸基于半波長的物理長度限制很難滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)低功耗、小型化及多功能的設(shè)計要求，因此本發(fā)明提供一種低功耗、小型化及多諧振頻點的天線。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該天線的無線通訊裝置。一種天線包括一介質(zhì)基板和附著于介質(zhì)基板上接地單元，天線還包括一附著于所述介質(zhì)基板的金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬結(jié)構(gòu)包括一電磁響應(yīng)單元、用于包裹所述電磁響應(yīng)單元的一金屬開口環(huán)及與金屬開口環(huán)的一端延長末端相連的饋點，所述電磁響應(yīng)單兀包括一電場耦合結(jié)構(gòu)和至少一金屬子結(jié)構(gòu)，所述金屬子結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述電場耦合結(jié)構(gòu)中。進一步地，所述至少一金屬子結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述電場耦合結(jié)構(gòu)中且與電場耦合結(jié)構(gòu)相連成一體。進一步地，所述至少一金屬子結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述電場耦合結(jié)構(gòu)中且與電場耦合結(jié)構(gòu)I禹合。進一步地，所述金屬子結(jié)構(gòu)由至少兩個金屬子結(jié)構(gòu)復(fù)合疊加形成一個復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)。進一步地，所述復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)包括三個開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)。進一步地，基于所述三個開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)形成相應(yīng)的互補式復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)。進一步地，所述介質(zhì)基板的相對兩表面均有設(shè)置有接地單元，所述接地單元上開設(shè)至少一金屬化通孔。進一步地，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著金屬結(jié)構(gòu)?！みM一步地，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著的金屬結(jié)構(gòu)形狀相同。進一步地，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著的金屬結(jié)構(gòu)形狀不相同。進一步地，所述介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料中任意一種材料制成。一種無線通訊裝置所述天線，無線通訊裝置還包括一 PCB板，所述天線與PCB板連接。將此種設(shè)計等效于增加了天線物理長度，可以在極小的空間內(nèi)設(shè)計出工作在極低工作頻率下的射頻天線，解決傳統(tǒng)天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限，滿足手機天線的小型化、低工作頻率、寬帶多模的要求。同時為無線通訊設(shè)備的天線設(shè)計提供了一種更低成本的設(shè)計方式。


圖I是本發(fā)明天線中一實施例的立體圖；圖2為圖I天線的金屬結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明天線另一實施例的立體圖；圖4a為圖2所示金屬結(jié)構(gòu)中的一種開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖4b為圖4a所示開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖5a為圖2所示金屬結(jié)構(gòu)中的一種螺旋線金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖5b為圖5a所示螺旋線金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖6a為圖2所示金屬結(jié)構(gòu)的一種彎折線金屬子結(jié)構(gòu)的平面圖；圖6b為圖6a所示彎折線金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖7a為圖2所示金屬結(jié)構(gòu)中的一種開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)的平面圖；圖7b為圖7a所示開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖8a為圖2所示金屬結(jié)構(gòu)中的一種雙開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖8b為圖8a所示雙開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖9是本發(fā)明天線第三實施例的立體圖；圖10是本發(fā)明天線第四實施例的立體圖；圖11為圖4a所示開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)其中之一結(jié)構(gòu)的幾何形狀衍生示意圖12為圖4b所示互補式開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)中另一結(jié)構(gòu)的幾何形狀衍生示意圖；圖13a為圖4b所示三個互補式開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)復(fù)合衍生得到一種金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖13b為圖13a所示金屬子結(jié)構(gòu)的一種互補式的金屬子結(jié)構(gòu)平面圖；圖14為應(yīng)用本發(fā)明的天線的一無線通訊裝置。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體內(nèi)容。請參考圖1，為本發(fā)明天線中一實施例的立體圖。所述天線10包括介質(zhì)基板11、均附著在介質(zhì)基板11上的金屬結(jié)構(gòu)12及接地單元22。所述接地單元22為金屬片且上開 設(shè)由至少一個金屬化通孔23。在本實施方式中，所述天線10的介質(zhì)基板11的一表面上附著金屬結(jié)構(gòu)12 ;在介質(zhì)基板11的相對兩表面均有設(shè)置有接地單元22，在所述金屬化通孔23對應(yīng)位置的質(zhì)基板11也開設(shè)由通孔(圖中未示)，通過這些金屬化通孔23將各個分散的接地單元22電連接形成公共地。在其他實施方式中，所述天線10的介質(zhì)基板11相對兩表面均附著金屬結(jié)構(gòu)12，在介質(zhì)基板11的相對兩表面均有設(shè)置有接地單元22。請參考圖2,所示金屬結(jié)構(gòu)12包括一電磁響應(yīng)單元120、用于包裹所述電磁響應(yīng)單元120的一金屬開口環(huán)121及與金屬開口環(huán)121的一端延長末端相連的饋點123。所述電磁響應(yīng)單元123包括一個電場稱合結(jié)構(gòu)(electric-field-coupled,縮寫ELC)。此種設(shè)計等效于增加了天線物理長度(實際長度尺寸不增加)，這樣就可以在極小的空間內(nèi)設(shè)計出工作在極低工作頻率下的射頻天線。解決傳統(tǒng)天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限。請一并參閱圖2和圖3，天線的金屬結(jié)構(gòu)的示意圖和本發(fā)明天線第二實施例的立體圖。為了實現(xiàn)阻抗匹配和更好提高天線10的性能，還可以將天線10進一步修改；所述金屬結(jié)構(gòu)12還包括至少一個金屬子結(jié)構(gòu)122，即在所述電磁響應(yīng)單元123的電場耦合結(jié)構(gòu)(electric-field-coupled,縮寫ELC)中嵌套至少一個金屬子結(jié)構(gòu)122。在本實施方式中，在電場稱合結(jié)構(gòu)(ELC)中嵌套分別四個相同的金屬子結(jié)構(gòu)122且與電場稱合結(jié)構(gòu)相連成一體(如圖3所示)。在本其他方式中，所述四個相同的金屬子結(jié)構(gòu)122可以直接與電場耦合結(jié)構(gòu)采用電場耦合或電感耦合方式連接。上述四個金屬子結(jié)構(gòu)122中的至少兩個金屬子結(jié)構(gòu)的形狀不相同，即所述四個金屬子結(jié)構(gòu)122可以完全不相同和部分不相同。各種無線通訊裝置都可以采用本發(fā)明中的天線10或20，但是為了天線10或20與各種無線通訊裝置之間的阻抗匹配或者實現(xiàn)多模工作模式，所述金屬子結(jié)構(gòu)122可以采用各種對電磁波響應(yīng)的金屬子結(jié)構(gòu)及其衍生結(jié)構(gòu)。如所述金屬子結(jié)構(gòu)122可選用互補式的開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)(如圖4a、4b所示)，即如圖4a、4b所示兩種金屬子結(jié)構(gòu)的形狀形成互補。所述圖4a和4b所示金屬子結(jié)構(gòu)122相互形成一對互補式的開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)。由于如圖4a所示的金屬子結(jié)構(gòu)122未設(shè)置有連接末端，因此圖4a所示的金屬子結(jié)構(gòu)122可以采用耦合方式設(shè)置于金屬結(jié)構(gòu)12中，從而形成本發(fā)明的所述天線10(如圖9所示)。同理，圖4b所示也未設(shè)置由連接末端，也可采用耦合方式設(shè)置于金屬結(jié)構(gòu)12中。所述金屬子結(jié)構(gòu)122還可選用如圖5a和5b所示的一對互補式螺旋線金屬子結(jié)構(gòu)、如圖6a和6b所不的一對互補式彎折線金屬子結(jié)構(gòu)、如圖7a和7b所不的一對互補式的開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)及如圖8a和Sb所示的一對互補式的雙開口螺旋環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)。若所述金屬子結(jié)構(gòu)122設(shè)置有連接末端，則所述金屬子結(jié)構(gòu)122可以與金屬結(jié)構(gòu)12直接相連，如圖6b金屬子結(jié)構(gòu)122。請一并參閱圖10，將如圖6b金屬子結(jié)構(gòu)122電連接于金屬結(jié)構(gòu)12的電場耦合結(jié)構(gòu)上，從而獲得本發(fā)明衍生的天線10。在上述各種金屬子結(jié)構(gòu)122形成各種的彎折處都是呈直角形狀的。在其他實施方式中，金屬子結(jié)構(gòu)122形成各種的彎折處為圓角，如電磁響應(yīng)單元120的彎折處的圓角形狀。所述金屬子結(jié)構(gòu)122可以由一種或者是通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復(fù)合或組陣得到的金屬子結(jié)構(gòu)。衍生分為兩種，一種是幾何形狀衍生，另一種是擴展衍生。此處的幾何形狀 衍生是指功能類似、形狀不同的結(jié)構(gòu)衍生，例如由方框類結(jié)構(gòu)衍生開口曲線金屬子結(jié)構(gòu)、開口三角形金屬子結(jié)構(gòu)、開口多邊形金屬子結(jié)構(gòu)及其它不同的多邊形類結(jié)構(gòu)，以圖4a所示的開口諧振金屬子環(huán)結(jié)構(gòu)為例，圖11為其幾何形狀衍生示意圖，圖11為其幾何形狀衍生示意圖。由上述幾何形狀衍生方式從而得出相對應(yīng)的互補式衍生結(jié)構(gòu)，如基于所述開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)形成的互補式衍生結(jié)構(gòu)(如圖12所示)。此處的擴展衍生即在圖4至圖8的金屬子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上相互復(fù)合疊加形成符合金屬子結(jié)構(gòu)；此處的復(fù)合是指，如圖4至圖8所示的至少兩個金屬子結(jié)構(gòu)復(fù)合疊加形成一個復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)122。如圖13a所示的復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)是由三個如圖4b所示互補式開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)復(fù)合嵌套形成。從而由如圖13a所示的金屬子結(jié)構(gòu)得到一種互補式的復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)(如圖13b所示)。在本發(fā)明中，所述介質(zhì)基板11、21兩相對表面都設(shè)有金屬結(jié)構(gòu)12情況下，兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12可以連接，也可以不連接。當(dāng)所述兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12不連接的情況下，所述兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12之間通過容性耦合的方式饋電；此種情況下，通過改變介質(zhì)基板11、21的厚度可以實現(xiàn)兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12的諧振。在所述兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12電連接的情況下(例如通過導(dǎo)線或金屬化通孔的形式連接)，所述兩表面上的金屬結(jié)構(gòu)12之間通過感性耦合的方式饋電。本發(fā)明中，介質(zhì)基板11、21由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。優(yōu)選地，由高分子材料制成，具體地可以是FR-4、F4B等高分子材料。本發(fā)明中，金屬結(jié)構(gòu)12為銅或銀材料制成。優(yōu)選為銅，價格低廉，導(dǎo)電性能好。為了實現(xiàn)更好阻抗匹配，金屬結(jié)構(gòu)12也為銅和銀組合，例如，電磁響應(yīng)單元120和金屬子結(jié)構(gòu)122采用銀材料制成，而金屬開口環(huán)121與饋點123采用銅材料制成，如此可以得出多種銅和銀組合制成的金屬結(jié)構(gòu)12。本發(fā)明中，關(guān)于天線的加工制造，只要滿足本發(fā)明的設(shè)計原理，可以采用各種制造方式。最普通的方法是使用各類印刷電路板(PCB)的制造方法，當(dāng)然，金屬化的通孔，雙面覆銅的PCB制造也能滿足本發(fā)明的加工要求。除此加工方式，還可以根據(jù)實際的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽)中所使用的導(dǎo)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的精確加工來完成天線微槽結(jié)構(gòu)的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。另外，還可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法來加工。請參閱圖14，一種應(yīng)用上述天線無線通訊裝置100，所述裝置包括一個裝置殼體97、設(shè)置所述裝置殼體97內(nèi)的一 PCB板99和本發(fā) 明中所述天線10。所述天線與PCB板相連接。所述天線用于接收電磁波信號并將電磁波信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送至PCB板中進行處理。采用本發(fā)明的天線設(shè)計思想，可以根據(jù)各種無線通訊裝置的通訊頻段的很容易設(shè)計阻抗匹配的天線。所述無線通訊裝置100包括但不限于手機、移動多媒體設(shè)備、WIFI設(shè)備、個人計算機、藍牙設(shè)備，、無線路由器、無線上網(wǎng)卡及導(dǎo)航裝置等。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種天線，包括一介質(zhì)基板和附著于介質(zhì)基板上接地單元，其特征在于，天線還包括一附著于所述介質(zhì)基板的金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬結(jié)構(gòu)包括一電磁響應(yīng)單元、用于包裹所述電磁響應(yīng)單元的一金屬開口環(huán)及與金屬開口環(huán)的一端延長末端相連的饋點，所述電磁響應(yīng)單元包括一電場耦合結(jié)構(gòu)和至少一金屬子結(jié)構(gòu)，所述金屬子結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述電場耦合結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述至少一金屬子結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述電場稱合結(jié)構(gòu)中且與電場稱合結(jié)構(gòu)相連成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述至少一金屬子結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述電場稱合結(jié)構(gòu)中且與電場稱合結(jié)構(gòu)I禹合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I、2或3所述的天線，其特征在于，所述金屬子結(jié)構(gòu)由至少兩個金屬子結(jié)構(gòu)復(fù)合疊加形成一個復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，所述復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)包括三個開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，基于所述三個開口諧振環(huán)金屬子結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)形成相應(yīng)的互補式復(fù)合金屬子結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板的相對兩表面均有設(shè)置有接地單元，所述接地單元上開設(shè)至少一金屬化通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著金屬結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著的金屬結(jié)構(gòu)形狀相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板相對兩表面均附著的金屬結(jié)構(gòu)形狀不相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料中任意一種材料制成。
12.一種無線通訊裝置，包含權(quán)利要求I至11任意一項權(quán)利要求所述天線，其特征在于，無線通訊裝置還包括一 PCB板，所述天線與PCB板連接。
全文摘要
一種天線包括一介質(zhì)基板和附著于介質(zhì)基板上接地單元，天線還包括一附著于所述介質(zhì)基板的金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬結(jié)構(gòu)包括一電磁響應(yīng)單元、用于包裹所述電磁響應(yīng)單元的一金屬開口環(huán)及與金屬開口環(huán)的一端延長末端相連的饋點，所述電磁響應(yīng)單元包括一電場耦合結(jié)構(gòu)和至少一金屬子結(jié)構(gòu)，所述金屬子結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述電場耦合結(jié)構(gòu)中。將此種設(shè)計等效于增加了天線物理長度，可以在極小的空間內(nèi)設(shè)計出工作在極低工作頻率下的射頻天線，解決傳統(tǒng)天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限，滿足手機天線的小型化、低工作頻率、寬帶多模的要求。同時為無線通訊設(shè)備的天線設(shè)計提供了一種更低成本的設(shè)計方式。
文檔編號H01Q1/48GK102800948SQ20111017865
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司