專利名稱：一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種無線移動設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的天線，尤其涉及數(shù)據(jù)卡天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著全球3G通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，無線通訊和數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為人們使用新科技的重要方式。載有天線的無線數(shù)據(jù)卡作為一種無線上網(wǎng)方式具有傳輸速度快、使用便捷以及隨時隨地在線等優(yōu)點(diǎn)，因此，在未來的市場中，無線設(shè)備配置無線數(shù)據(jù)卡是必然的趨勢。天線作為無線數(shù)據(jù)卡的重要組成部分，直接影響無線設(shè)備的收發(fā)性能。目前，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)卡天線的挑戰(zhàn)是，需要在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)低SAR (Specific Absorption Rate,比吸收率)值輻射的多頻帶/寬帶的天線。
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一般來說，無線移動通信的頻段由低頻和高頻兩個通信頻段組成(低頻段范圍為698-960MHZ，高頻段范圍為1710_2690MHz)。其中天線的輸入阻抗可表示為Zin=R+jwL_l/jwC,其中,R表示電阻,jwL表示感抗,I/jwC為容抗。當(dāng)輸入阻抗中的感抗和容抗等值異號，即天線的輸入阻抗為純電阻性時，天線便達(dá)到了諧振狀態(tài)。天線在某一頻段內(nèi)產(chǎn)生諧振即說明天線在該頻段內(nèi)能形成良好的匹配，這樣電磁場的能量就不會被儲存起來了，而是形成有效地輻射?，F(xiàn)在，在數(shù)據(jù)卡天線設(shè)計形式上，廣泛采用單極子(Monopole)、倒F天線(Inverted-FAntenna, IFA)和平面倒 F 天線(Planar Inverted-F Antenna, PIFA)等內(nèi)置式天線，這些形式的天線一般設(shè)置在數(shù)據(jù)卡的末端，由數(shù)據(jù)卡主板作為天線的“地”，天線和“地”共同組成輻射器。然而，上述設(shè)計的天線工作帶寬都較窄，難以滿足日益增長的帶寬需求。無線數(shù)據(jù)卡工作時產(chǎn)生的電磁輻射對用戶的影響也受到人們的廣泛關(guān)注。這要求無線數(shù)據(jù)卡要在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)低SAR值輻射的天線?，F(xiàn)有的低SAR天線技術(shù)方案中，常采用新型高磁導(dǎo)率材料制作天線，以盡量提高數(shù)據(jù)卡天線近場中磁場能的比重，減小電場能在近場中的比重，從而實(shí)現(xiàn)天線低SAR值的目的，然而，由于無線數(shù)據(jù)卡天線結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和使用環(huán)境的多變性的特點(diǎn)，往往導(dǎo)致上述方案失效，且成本較高。還有些天線在設(shè)計時僅僅簡單地通過降低輻射功率達(dá)到控制SAR值的目的，這種做法會顯著影響天線的傳輸特性和通信性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種內(nèi)置式無線數(shù)據(jù)卡天線，能夠在無線數(shù)據(jù)卡的小尺寸上獲得較寬的工作帶寬和較低的SAR值。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段是，一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，包括天線走線、金屬地和微帶饋線，所述天線走線和微帶饋線設(shè)置在所述數(shù)據(jù)卡主板的一面，所述金屬地設(shè)置在所述數(shù)據(jù)卡主板的另一面；在所述金屬地中設(shè)置有一個半封閉的無金屬區(qū)域，無金屬區(qū)域包括天線走線正投影至金屬地所在平面上的對應(yīng)區(qū)域；
所述天線走線包括連接帶、貼片、窄條帶、集總電容,窄條帶一端通過數(shù)據(jù)卡主板上的金屬化過孔與鄰近無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地一側(cè)連接，另一端連接貼片中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊；所述連接帶一端連接微帶饋線，微帶饋線的正投影在遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地一側(cè)，連接帶的另一端連接貼片中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊；所述集總電容設(shè)置在窄條帶中；所述微帶饋線向天線走線饋電,在所述天線走線上激勵起高頻電流；所述貼片與所述金屬地在空間上存在耦合縫隙，并通過耦合激勵起金屬地上的高頻電流形成諧振；所述窄條帶在低頻段上產(chǎn)生的感抗與窄條帶中的集總電容在低頻段上產(chǎn)生的容抗相抵消，在低頻段上形成諧振。由于天線是一個完整的輻射系統(tǒng)，其中的每一部分對低頻段和高頻段諧振點(diǎn)的產(chǎn)生以及帶寬覆蓋都有一定的影響。本發(fā)明中，天線走線和金屬地共同組成天線輻射系統(tǒng)，天·線走線直接印制或焊接在無線數(shù)據(jù)卡主板的一面上，金屬地印制在無線數(shù)據(jù)卡主板的另一面上。將金屬地上對應(yīng)天線走線正投影區(qū)域的金屬全部挖空，則在金屬地上形成一個半封閉的無金屬區(qū)域，由于天線走線的貼片和金屬地分別設(shè)置在無線數(shù)據(jù)卡主板的兩個面上，這樣在貼片與金屬地之間便形成了耦合縫隙。天線走線和金屬地之間的縫隙耦合能呈現(xiàn)分布式電容的作用，同時，天線走線中的窄條帶能呈現(xiàn)分布式電感的作用，能有效的調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗，從而使天線在所需頻段內(nèi)產(chǎn)生諧振形成較寬的帶寬。本發(fā)明中，天線的高頻段諧振主要由貼片以及貼片與金屬地之間的耦合作用產(chǎn)生，天線的低頻段諧振主要由加載集總電容的窄條帶產(chǎn)生。天線走線通過微帶饋線進(jìn)行饋電，耦合縫隙的容性耦合作用可激勵起金屬地上的高頻電流，并且可調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗從而使得天線在高頻段形成多個諧振點(diǎn)，進(jìn)而在高頻段上形成較寬的諧振帶寬。窄條帶一端通過數(shù)據(jù)卡主板上的金屬化過孔與金屬地連接，另一端連接貼片，窄條帶呈現(xiàn)分布式電感的作用，而在窄條帶中設(shè)置的電容性集總元件，可以使天線在低頻段上形成良好的匹配產(chǎn)生諧振，從而在低頻段上形成較寬的諧振帶寬。窄條帶在數(shù)據(jù)卡主板上的位置和形狀可調(diào)，通過改變窄條帶相對于貼片與金屬地的位置以及窄條帶的形狀，可以改變天線走線和金屬地上的高頻電流的分布，從而可改變天線中電磁能量的分布，達(dá)到調(diào)節(jié)阻抗匹配調(diào)整天線帶寬的作用。另外，窄條帶中集總電容的參數(shù)值和加載位置也可以對天線的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明使用縫隙耦合形式，可以讓電磁場的能量分散于較長的縫隙內(nèi)，這更有助于減小電磁場能量的集中分布，減少人體組織所吸收的電場功率，降低SAR值。并且，由于天線走線中的窄條帶呈現(xiàn)分布式電感的作用，相比使用集中電感元件，窄條帶具有尺寸大、內(nèi)部電流密度小以及歐姆損耗小的優(yōu)點(diǎn)，因此更有利于電磁場向外輻射，從而可以提高天線的帶寬和效率。進(jìn)一步的，為了更進(jìn)一步的優(yōu)化天線的帶寬，使得在所需的頻段內(nèi)阻抗匹配更好，在所述微帶饋線與所述連接帶之間還設(shè)置有匹配網(wǎng)絡(luò)。具體的，所述匹配網(wǎng)絡(luò)為集總電感、集總電容或集總電感與集總電容串和/或并的組合，匹配網(wǎng)絡(luò)用于使得天線在使用頻段內(nèi)產(chǎn)生良好的阻抗匹配，從而使天線在所需的頻段內(nèi)產(chǎn)生諧振。進(jìn)一步的，將天線走線設(shè)置于靠近無線數(shù)據(jù)卡的接口處，無線數(shù)據(jù)卡的接口可以是USB接口或者其它電子設(shè)備接口，無線數(shù)據(jù)卡在使用時是插在無線設(shè)備上，這樣可將天線的電場能量分散到無線數(shù)據(jù)卡所在的無線設(shè)備上。本發(fā)明的有益效果是，在無線數(shù)據(jù)卡主板的小空間上獲得更寬的工作帶寬，提高天線效率，降低SAR值。


圖I為實(shí)施例I無線數(shù)據(jù)卡立體透視圖；圖2a為實(shí)施例I無線數(shù)據(jù)卡的下層面示意圖；圖2b為實(shí)施例I無線數(shù)據(jù)卡的透視正視圖；圖2c為實(shí)施例I無線數(shù)據(jù)卡的上層面示意圖；·圖3為實(shí)施例2無線數(shù)據(jù)卡立體透視圖；圖4a為實(shí)施例2無線數(shù)據(jù)卡的下層面示意圖；圖4b為實(shí)施例2無線數(shù)據(jù)卡的透視正視圖；圖4c為實(shí)施例2無線數(shù)據(jù)卡的上層面示意具體實(shí)施例方式實(shí)施例I如圖I所示，無線數(shù)據(jù)卡包括數(shù)據(jù)卡主板1、USB接口 10。USB接口 10用于無線數(shù)據(jù)卡與無線設(shè)備的連接。如圖2a、2c所示，數(shù)據(jù)卡主板I上的天線輻射系統(tǒng)分布在數(shù)據(jù)卡主板I的兩個面上(上層面、下層面)，天線走線設(shè)置在數(shù)據(jù)卡主板I的上層面上，天線走線包括連接在一起的貼片3、窄條帶4和連接帶5，金屬地2設(shè)置在數(shù)據(jù)卡主板I的下層面上，兩個面的設(shè)置如圖2所示。如圖2c所示，上層面的窄條帶4上還加載有集總電容6，連接帶5連接50歐姆微帶饋線7。如圖2b所示，無金屬區(qū)域8包括上層面的天線走線在下層面上的正投影區(qū)域。如圖2a所示，無金屬區(qū)域8的多條邊被金屬地2所包圍形成一個半封閉區(qū)域。數(shù)據(jù)卡主板I可以為單面或者雙面覆銅的介質(zhì)板。本實(shí)施例I中的數(shù)據(jù)卡主板為單面覆銅的介質(zhì)板，在實(shí)現(xiàn)時，將覆銅面作為下層面，把無金屬區(qū)域8的銅挖空；天線走線直接印制在無金屬區(qū)域8對應(yīng)的上層面上。如數(shù)據(jù)卡主板I為雙面覆銅的介質(zhì)板，除了將無金屬區(qū)域8的銅挖空之外，還需要挖空天線走線區(qū)域的銅。由圖I所示，天線走線區(qū)域位于數(shù)據(jù)卡主板I上靠近USB接口 10或其它電子設(shè)備接口的一端。天線走線區(qū)域與無金屬區(qū)域8的形狀可以是矩形、菱形、梯形、三角形、多邊形等任意規(guī)則或不規(guī)則的形狀，并不局限于實(shí)施例中所示的形狀。天線走線區(qū)域與無金屬區(qū)域8的形狀也不需要完全相同，僅需保證天線走線區(qū)域的正投影被包含在無金屬區(qū)域8內(nèi)即可。本實(shí)施例的天線走線中的貼片3和窄條帶4的形狀為L形，連接帶5為一條直線帶，但，貼片3、窄條帶4和連接帶5的形狀也可以為除了實(shí)施例中所示形狀以外其他平面結(jié)構(gòu)形狀，且均為寬度均勻或非均勻的金屬條或帶，其具體形狀要依據(jù)實(shí)際調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。連接帶5 —端連接微帶饋線7,微帶饋線7的正投影在遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地2 —側(cè)，連接帶5的另一端連接貼片3中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊。連接射頻信號的50歐姆微帶饋線7向天線走線饋電,在天線走線上激勵起高頻電流。由于貼片3和金屬地2分別設(shè)置在無線數(shù)據(jù)卡主板I的兩個面上，這樣在貼片3與金屬地2之間便形成了本發(fā)明所述的耦合縫隙9。耦合縫隙9的容性耦合作用可激勵起金屬地2上的高頻電流，并且可調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗從而使得天線在高頻段上形成多個諧振點(diǎn)。由圖2b所示，天線走線中的窄條帶4設(shè)置在貼片3與無金屬區(qū)域8邊緣之間的上層面上。窄條帶4也可以設(shè)置在數(shù)據(jù)卡主板上的其它合適位置。由于窄條帶需要一定的長度，因此，窄條帶4的合適位置需要滿足窄條帶一端通過數(shù)據(jù)卡主板上的金屬化過孔與鄰近無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地2 —側(cè)連接，另一端連接與貼片3中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊；窄條帶4的一端連接貼片3，另一端通過數(shù)據(jù)卡主板I上的金屬化過孔與金屬地2連接。集總電容6可設(shè)置于窄條帶4接地的一端。集總電容6的加載位置可根據(jù)實(shí)際的·調(diào)試結(jié)果在窄條帶4上的合適位置進(jìn)行調(diào)整。窄條帶4呈現(xiàn)分布式電感的作用，而加載集總電容6可以使天線在低頻段上達(dá)到有效地匹配，從而形成較寬的諧振帶寬。由于天線是一個完整的輻射系統(tǒng)，其中的每一部分對低頻和高頻諧振點(diǎn)的產(chǎn)生以及帶寬覆蓋都有一定的影響。本實(shí)施例中，天線的高頻諧振主要由貼片3以及貼片3與金屬地2之間的耦合作用產(chǎn)生，天線的低頻諧振主要由加載集總電容6的窄條帶4產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)時,通過優(yōu)化天線走線中的窄條帶3、貼片4和連接帶5的形狀、尺寸大小和相對位置，優(yōu)化金屬地2和天線走線之間的耦合縫隙9的尺寸，以及通過調(diào)整集總電容6的參數(shù)值和加載位置，可以調(diào)節(jié)天線的諧振特性，并最終達(dá)到完全覆蓋目標(biāo)帶寬、降低SAR值的天線設(shè)計要求。實(shí)施例2它是與實(shí)施例I相同原理的另一種天線形式。如圖3所示，無線數(shù)據(jù)卡包括數(shù)據(jù)卡主板1、USB接口 10。USB接口 10用于無線數(shù)據(jù)卡與無線設(shè)備的連接。如圖4a、4c所示，數(shù)據(jù)卡主板I上的天線輻射系統(tǒng)分布在數(shù)據(jù)卡主板I的兩個面上(上層面、下層面)，天線走線設(shè)置在數(shù)據(jù)卡主板I的上層面上，天線走線包括連接在一起的貼片3、窄條帶4和連接帶5，金屬地2設(shè)置在數(shù)據(jù)卡主板I的下層面上，兩個面的設(shè)置如圖4所示。如圖4c所示，上層面的窄條帶4上還加載有集總電容6，連接帶5連接50歐姆微帶饋線7。如圖4b所示，無金屬區(qū)域8包括上層面的天線走線在下層面上的正投影區(qū)域。如圖4a所示，無金屬區(qū)域8的多條邊被金屬地2所包圍形成一個半封閉區(qū)域。由圖4b所示，天線走線中的窄條帶4設(shè)置在無金屬區(qū)域8未被金屬地2封閉一側(cè)的上層面上。窄條帶4也可以設(shè)置在其它正投影被包含在無金屬區(qū)域8內(nèi)的上層面上。貼片3、窄條帶4和連接帶5為寬度均勻或非均勻的金屬條或帶，且形狀也可以為除了實(shí)施例中所示形狀以為其他平面結(jié)構(gòu)形狀，其具體形狀要依據(jù)實(shí)際調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。在50歐姆微帶饋線7和連接帶5之間還設(shè)置有匹配網(wǎng)絡(luò)11，用來調(diào)節(jié)天線整個頻帶上的輸入阻抗，使天線在所需的頻段內(nèi)產(chǎn)生諧振。匹配網(wǎng)絡(luò)11可以由電感和/或電容中的一個組成，或者，若干個數(shù)的電感、電容的串和/或并的組合。以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。·
權(quán)利要求
1.一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，包括天線走線、金屬地和微帶饋線，所述天線走線和微帶饋線設(shè)置在所述數(shù)據(jù)卡主板的一面，所述金屬地設(shè)置在所述數(shù)據(jù)卡主板的另一面；在所述金屬地中設(shè)置有一個半封閉的無金屬區(qū)域，無金屬區(qū)域包括天線走線正投影至金屬地所在平面上的對應(yīng)區(qū)域； 其特征在于， 所述天線走線包括連接帶、貼片、窄條帶、集總電容，窄條帶一端通過數(shù)據(jù)卡主板上的金屬化過孔與鄰近無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地一側(cè)連接，另一端連接貼片中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊；所述連接帶一端連接微帶饋線，微帶饋線的正投影在遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口處的金屬地一側(cè)，連接帶的另一端連接貼片中遠(yuǎn)離無線數(shù)據(jù)卡的接口的一邊； 所述集總電容設(shè)置在窄條帶中； 所述微帶饋線向天線走線饋電，在所述天線走線上激勵起高頻電流；所述貼片與所述金屬地在空間上存在耦合縫隙，并通過耦合激勵起金屬地上的高頻電流形成諧振；所述窄條帶在低頻段上產(chǎn)生的感抗與窄條帶中的集總電容在低頻段上產(chǎn)生的容抗相抵消，在低頻段上形成諧振。
2.如權(quán)利要求I所述一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，其特征在于，所述窄條帶為寬度均勻或非均勻的金屬條或片。
3.如權(quán)利要求I所述一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，其特征在于，在所述微帶饋線與所述連接帶之間還設(shè)置有匹配網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求3所述一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，其特征在于，所述匹配網(wǎng)絡(luò)為集總電感、集總電容或集總電感與集總電容串和/或并的組合，匹配網(wǎng)絡(luò)用于使得天線在使用頻段內(nèi)產(chǎn)生的容抗與感抗相抵消。
5.如權(quán)利要求I所述一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，其特征在于，所述天線走線設(shè)置于靠近無線數(shù)據(jù)卡的接口處。
6.如權(quán)利要求I所述一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，其特征在于，所述天線走線直接印刷或焊接在無線數(shù)據(jù)卡印刷電路板的一面上。
全文摘要
本發(fā)明一種寬帶無線數(shù)據(jù)卡天線，天線走線和金屬地共同組成天線輻射系統(tǒng)，天線走線直接印制或焊接在無線數(shù)據(jù)卡主板的一面上，金屬地印制在無線數(shù)據(jù)卡主板的另一面上。將金屬地上對應(yīng)天線走線正投影區(qū)域的金屬全部挖空，則在金屬地上形成一個半封閉的無金屬區(qū)域，由于天線走線的貼片和金屬地分別設(shè)置在無線數(shù)據(jù)卡主板的兩個面上，這樣在貼片與金屬地之間便形成了耦合縫隙。天線走線和金屬地之間的縫隙耦合能呈現(xiàn)分布式電容的作用，同時，天線走線中的窄條帶能呈現(xiàn)分布式電感的作用，能有效的調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗，從而使天線在所需頻段內(nèi)產(chǎn)生諧振形成較寬的帶寬。
文檔編號H01Q1/48GK102790267SQ20121025783
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者劉成麗, 孫思成, 班永靈 申請人:電子科技大學(xué)