專利名稱：一種無線接入裝置的制作方法
一種無線接入裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于通訊設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種無線接入裝置。
背景技術(shù)：
隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，無線通訊設(shè)備有了越來越高的要求，為了滿足通訊的要求，現(xiàn)有的各種無線接入裝置基本上采用外置天線，極大限制產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計和機(jī)構(gòu)設(shè)計發(fā)揮的余力，而且外置天線還需要設(shè)計適應(yīng)的阻抗匹配連接器及機(jī)構(gòu)模組，這些連接器及機(jī)構(gòu)模組幾乎占了整個天線百分之九十以上的成本，所以整個天線成本上升促使整個無線接入裝置價格的上升，而天線內(nèi)置方式將極大地省掉了連接器及機(jī)構(gòu)模組成本。
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。然而現(xiàn)有天線的尺寸、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(yuǎn)遠(yuǎn)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)。
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，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。因而，天線的功能、大小成為無線接入裝置縮小體積、降低成本的技術(shù)瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有無線接入裝置中存在的問題，本發(fā)明提供了一種無線接入裝置，通過使用超材料技術(shù)設(shè)計的天線，在滿足通訊設(shè)備性能要求的前提下可以自由選擇天線內(nèi)置與外置，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種無線接入裝置，包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元和射頻單元，所述數(shù)據(jù)存儲單元和所述射頻單元與所述中央處理單元相連接，所述射頻單元包括一天線，所述天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與所述饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合。
進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成。
進(jìn)一步地，所述天線還包括接地單元，所述接地單元上設(shè)置有若干個金屬化的通孔。
進(jìn)一步地，所述接地單元對稱地分布所述饋電點兩側(cè)。
進(jìn)一步地，所述槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中槽寬與槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中相鄰槽的間距相等。
進(jìn)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制成。
進(jìn)一步地，所述天線至少使一種波段的電磁波諧振；所述電磁波諧振波段的頻率段至少包括 2. 4GHz-2. 49GHz 和 5. 72GHz_5. 85GHz。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)存儲單元存儲有WIFI或WLAN通訊協(xié)議。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)存儲單元包括只讀存儲器和隨機(jī)存取存儲器。
本發(fā)明的無線接入裝置可以自由選擇天線內(nèi)置或者外置，并且應(yīng)用該天線的無線接入裝置可以同時接受或者發(fā)送兩個或者兩個以上的不同的波段的電磁波，可以滿足單頻時具有多個工作頻段、多頻時不同工作頻段同時工作的模式需求，改變了現(xiàn)有的無線接入裝置在不同頻段工作時需要多根天線的現(xiàn)象。本發(fā)明無線接入裝置中的天線是應(yīng)用超材料技術(shù)設(shè)計出使一個波段、兩個或者更多不同波段的電磁波諧振的天線，決定該天線體積的金屬結(jié)構(gòu)尺寸的物理尺寸不受半波長的物理長度限制，與饋線進(jìn)行信號耦合即可得到本發(fā)明中的天線，可以根據(jù)無線通訊設(shè)備本身尺寸設(shè)計出相應(yīng)的天線，滿足無線接入裝置小型化、天線內(nèi)置的需求。


圖1是本發(fā)明無線接入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明應(yīng)用于無線接入裝置的天線的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明應(yīng)用于無線接入裝置的天線的實施 例2的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明應(yīng)用于無線接入裝置的天線的實施例2中金屬結(jié)構(gòu)的放大示意圖5是圖2所示天線的S參數(shù)仿真圖6是圖2所示天線操作于2. 4、2. 44、2. 48GHz時E方向遠(yuǎn)場仿真結(jié)果圖7是圖2所示天線操作于2. 4、2. 44、2. 48GHz時H方向遠(yuǎn)場仿真結(jié)果圖8是圖2所示天線操作于5. 725,5. 8,5. 85GHz時E方向遠(yuǎn)場仿真結(jié)果圖9是圖2所示天線操作于5. 725,5. 8,5. 85GHz時H方向遠(yuǎn)場仿真結(jié)果圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做一步說明。
如圖1所示，該無線接入裝置包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、射頻單元、電源單元和輔助單元，電源模塊提供中央處理單元工作所需的電能，中央處理單元可以是微控制器或S0C，也可以是RISC微處理芯片，數(shù)據(jù)存儲單元中存儲有通訊協(xié)議，比如WIF1、WLAN 等通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)存儲單元可以進(jìn)一步劃分為只讀存儲器和隨機(jī)存取存儲器，射頻單元中包括天線，輔助單元可以是人機(jī)接口、顯示器、電源指示燈或者狀態(tài)指示燈中的一個或者多個。
中央處理單元與射頻模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊相連接，中央處理模塊通過射頻模塊中的天線與外部做數(shù)據(jù)交換與處理，中央處理單元可以調(diào)取數(shù)據(jù)存儲單元中通訊協(xié)議，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲或者緩存，輔助單元使得車載無線接入裝置具有一些輔助性的功能，例如顯示連接狀態(tài)的指示燈或者顯示供電情況的電源指示燈等。
如圖2所示，為本發(fā)明應(yīng)用于無線接入裝置的天線的實施例1的天線10的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的天線10包括介質(zhì)基板7以及設(shè)置在介質(zhì)基板7上的饋電點5、與該饋電點5相連接的饋線4、平面板狀的金屬結(jié)構(gòu)6。其中，饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6相互耦合；金屬結(jié)構(gòu)6是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61而成，鏤刻時去除槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61對應(yīng)的材料，剩余的金屬片即為金屬結(jié)構(gòu)6，在鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61后，金屬片上呈現(xiàn)出包括在金屬結(jié)構(gòu)6內(nèi)的金屬走線62 ;槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61中相鄰槽的間距即為金屬走線62的寬度，槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61的槽寬與金屬走線62的寬度相等，且均為O. 15mm ;介質(zhì)基板7可由陶瓷材料、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。
在本實施例中，金屬結(jié)構(gòu)6為軸對稱的平面板狀。其中金屬結(jié)構(gòu)6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)6也可為銅和銀組合。
如圖3、圖4所示為本發(fā)明應(yīng)用于無線接入裝置的天線的實施例2天線結(jié)構(gòu)示意圖及該實施例2中的金屬結(jié)構(gòu)的放大示意圖。本實施例2中的天線10包括介質(zhì)基板7以及設(shè)置在介質(zhì)基板7上的饋電點5、與該饋電點5相連接的饋線4、平面板狀的金屬結(jié)構(gòu)6與實施例1中所述均相同，區(qū)別在于還包括接地單元8，接地單元8上設(shè)置有若干金屬化的通孔81 ;接地單元8對稱地分布所述饋電點5兩側(cè)，介質(zhì)基板7的選擇與圖2所示的實施例1 相同。
饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6之間信號饋入方式可以有多種。所述饋線4直接與所述金屬結(jié)構(gòu)6相連；且所述饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6的相連接點位置可以位于金屬結(jié)構(gòu)6上的任意位置。饋線4采用包圍方式設(shè)置于所述金屬結(jié)構(gòu)6外圍且饋線4的末端設(shè)置于金屬結(jié)構(gòu)6外圍任意位置。
本實施例利用人工電磁材料的特性，采用在金屬片上鏤刻成金屬結(jié)構(gòu)的方式，使得金屬結(jié)構(gòu)及與金屬結(jié)構(gòu)所依附的介質(zhì)基板共同組成一個等效介電常數(shù)按照洛侖茲材料諧振模型色散的電磁材料，從而設(shè)計出多諧振頻段的天線。在本實施方式中，如圖3所示的天線使2. 4GHz-2. 49GHz和5. 72GHz-5. 85GHz兩個頻段電磁波諧振，金屬結(jié)構(gòu)6的長和寬都可以根據(jù)通訊設(shè)備機(jī)構(gòu)布局做任意調(diào)整，但是金屬結(jié)構(gòu)6結(jié)構(gòu)形狀保持與本實施例中一致即可，該天線可以用于單頻2. 4GHz-2. 49GHz或5. 72GHz_5. 85GHz頻段的通訊設(shè)備，也可以用于雙頻2. 4GHz-2. 49GHz和5. 72GHz_ 5. 85GHz頻段的通訊設(shè)備。
如圖5所示為本發(fā)明實施例2的S參數(shù)仿真圖，該圖示出了實施例2的天線在2. 4GHz和5. 8018GHz分別具有-15. 426dB和-19. 184dB的損耗，在本發(fā)明所要求的2. 4GHz-2. 49GHz和5. 72GHz_5. 85GHz頻率段內(nèi)均具有-1OdB以下的損耗，表明本發(fā)明天線能夠單獨(dú)在2. 4GHz-2. 49GHz或5. 72GHz_5. 85GHz頻率段內(nèi)工作，也可以同時在 2. 4GHz-2. 49GHz和5. 72GHz_5. 85GHz頻率段內(nèi)工作，并且滿足無線通訊設(shè)備中對天線的要求。
圖6、圖7、圖8及圖9分別示出了本發(fā)明實施例2天線操作于2. 4,2. 44,2. 48GHz 和5. 725、5. 8、5. 85GHz時分別在垂直平面(E-Plane)和水平平面(H-Plane)方向遠(yuǎn)場仿真結(jié)果圖，在此結(jié)果中能夠觀察到本發(fā)明的天線的極化效果不亞于現(xiàn)有天線并符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明中天線是基于人工電磁材料技術(shù)設(shè)計而成，人工電磁材料是指將金屬片鏤刻成特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)，并將所述特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)置于一定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率基材上而加工制造的等效特種電磁材料，其性能參數(shù)主要取決于其亞波長的特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)。在諧振頻段，人工電磁材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，換言之，天線的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化。因而可采用人工電磁材料技術(shù)對上述天線的基本特性進(jìn)行改造，使得金屬結(jié)構(gòu)與其依附的介質(zhì)基板等效地組成了一個高度色散的特種電磁材料，從而實現(xiàn)輻射特性豐富的新型天線。
本發(fā)明中，關(guān)于天線10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，如覆銅的PCB制造均可滿足本發(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，如導(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的精確加工來完成槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。由于本發(fā)明的主要性能都集中在金屬結(jié)構(gòu)6槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61的設(shè)計，因此，饋線4的引線對天線10的輻射頻率影響相對較小?；谶@個特點，天線可以被靈活的擺放在系統(tǒng)的任何位置，簡化的安裝測試的復(fù)雜度。
上述天線10應(yīng)用到包含2. 4GHz和5. 8GHz的無線接入裝置中，該天線10可以直接設(shè)置于無線接入裝置的PCB板上，使天線10內(nèi)置于應(yīng)用該天線的無線接入裝置，也可以采用接口使天線10通過一接口與無線接入裝置的PCB板相連接，使天線10相對于應(yīng)用該天線的無線接入裝置外置。
以上是對本發(fā)明實施例的描述，不脫離本發(fā)明宗旨下的改變均處于本發(fā)明 的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線接入裝置，包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元和射頻單元，所述數(shù)據(jù)存儲單元和所述射頻單元與所述中央處理單元相連接,所述射頻單元包括一天線，所述天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與所述饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接入裝置，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接入裝置，其特征在于，所述天線還包括接地單元，所述接地單元上設(shè)置有若干個金屬化的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線接入裝置，其特征在于，所述接地單元對稱地分布所述饋電點兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線接入裝置，其特征在于，所述槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中槽寬與槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中相鄰槽的間距相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的無線接入裝置，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制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的無線接入裝置，其特征在于，所述天線至少使一種波段的電磁波諧振。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線接入裝置，其特征在于，所述電磁波諧振波段的頻率段至少包括 2. 4GHz-2. 49GHz 和 5. 72GHz-5. 85GHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的無線接入裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲單元存儲有WIFI或WLAN通訊協(xié)議。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的無線接入裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲單元包括只讀存儲器和隨機(jī)存取存儲器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線接入裝置，包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元和射頻單元，數(shù)據(jù)存儲單元和射頻單元與中央處理單元相連接，射頻單元包括一天線，天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；饋線與金屬結(jié)構(gòu)相互耦合。本發(fā)明的無線接入裝置可以選擇天線內(nèi)置或者外置，應(yīng)用該天線的無線接入裝置可以同時接受或者發(fā)送兩個或者兩個以上的不同的波段的電磁波，滿足單頻時具有多個工作頻段、多頻時不同工作頻段同時工作的模式需求，改變了現(xiàn)有的無線接入裝置在不同頻段工作時需要多根天線的現(xiàn)象，天線的金屬結(jié)構(gòu)的物理尺寸不受半波長的物理長度限制，滿足無線接入裝置小型化、天線內(nèi)置的需求。
文檔編號H04Q1/02GK103022655SQ20111028648
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23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