小型化定向天線的製作方法
2023-06-09 03:41:11
專利名稱：小型化定向天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有至少一個諧振的印刷布線結構的陶瓷基片的小型化的定向天線，更具體的涉及用在高頻和微波範圍的。本發明還涉及這種天線的電氣和/或電子元件的表面安裝(SMD-表面安裝器件)的印刷電路板(PCB)。
背景技術：
在現代電信以及更大範圍的娛樂電子中，無線電網絡的重要性正在穩定的增長。高頻電磁波和微波範圍用作信息的傳輸。其例子如移動無線電波段在歐洲為大約880MHz到960MHz之間(GSM 900)、大約1710MHz到1880MHz之間(DCS 1800)、大約1850MHz到1990MHz之間(PCS 1900)、在大約1573MHz的頻段發射的GPS導航信號以及頻率範圍在大約2400MHz到2500MHz之間的用於在個人終端之間數據交換的藍牙波段。
特別是當重視其小型化程度、節省成本的安裝能力和電效率時，用於該目的的電子元件需要滿足更高的要求。在天線領域，在將來的行動電話中，對於它們的使用提出的額外要求的例子有內部定位、多頻帶能力以及減少用戶輻射和/或改進SAR(特定吸收率)的值。
用在行動電話中的常規天線，例如外部單極天線或在介質基片上的內部PIFA(平面反相F天線)，不能滿足或不能完全滿足上述要求。
例如，從JP-07 240 962中已知，安裝在PCB上的天線配備有地金屬層並以地金屬層位於用戶身體和發射波的輻射路徑之間的方式安裝在移動通信設備中，從而以此方式實現屏蔽效果。但是，為了達到足夠的接收靈敏度，需要分離的杆狀天線。
發明內容
因此，本發明的一個目的是製造上述配備提高效率並在首選方向上改進方向特性的類型的天線。
此外，製造上述類型的天線，其中阻抗匹配可以採用相對簡單的方式。
根據本發明也可以製造具有相對較大帶寬的上述類型的天線。
最後，也可以製造出適用於多個上述頻段(多波段能力)的上述類型的天線。
最終，根據本發明也可以製造出特別令人滿意地實現上述目的的上述類型的天線的PCB。
根據權利要求1的具有至少一個諧振的印刷線路結構的陶瓷基片的定向天線實現該目的，其特徵在於提供導電主板，主板上布置基片使至少一個印刷布線結構的一端延伸至主板。
該方案的顯著優點存在於以下事實中，採用該天線可以獲得大部分僅指向在半個空間中的輻射特性，從而由該天線引起的例如手機用戶的電磁波輻射可以顯著的降低。
從屬權利要求中包含本發明的有利的更進一步的特徵。
根據權利要求2的實施例具有如下優點，通過適當的選擇基片的層，可以實現天線的希望的帶寬。
根據權利要求3的實施例，可以實現極高度的小型化。
根據權利要求4的實施例具有如下優點，通過改變天線引入線及其電容性耦合可以以簡單的方式實現阻抗匹配。
特別地，可以以簡單的方式實現根據權利要求5的實施例，並且根據本發明的天線可以作為印刷電路板的一部分來實現。
下面將參考附圖中所示的實施例的例子進一步說明本發明，但是，本發明並不受限於此。
圖1示出了根據本發明的天線的示意性的全貌圖。
圖2示出了圖1所示的天線的遠場的輻射圖。
具體實施例方式
根據本發明的天線包括例如根據圖1的通過具有金屬層11和起保護作用的陶瓷基片2組成的常規板1(載體)形成的導電主板，該基片具有多個諧振印刷布線結構3、4、5和引入線6。在表示在最上面的板1的表面上的金屬層11優選覆蓋整個表面，只在放置印刷布線12以饋入引入線6的地方留有開口。基片2通過例如點焊(未示出)安裝在板1或金屬層11上。基片2以透明的方式示出，以清晰地顯示出導體條的布局。
陶瓷基片2基本上具有直立立方體的形狀，具有與板1的平面成垂直關係的第一到第四側面21、22、23、24，以及頂面25和底面26。但是，除了這種長方體形的基片外，也可以選擇其它幾何形狀，例如正方形、圓形、三角形或多邊形柱體形狀，在每種情況下其中有或沒有空腔，在該基片上放置成螺旋形狀的諧振印刷布線結構。
基片2具有εr＞1的介電常數，和/或相對磁導率μr≥1。典型的材料為具有高頻特性的低損耗和低的溫度靈敏度的高頻兼容基片(NP0或所謂的SL材料)。也可以使用通過以希望的方式在聚合基體中埋入陶瓷粉末可以調節基片的介電常數和/或相對磁導率的基片。
印刷布線結構3到5、引入線6和其它金屬層11、12主要由例如銀、銅、金、鋁或超導體等高導電材料形成。
具體的，以下的部分位於基片2上由在頂面25上的第一印刷布線31和在基片2的第四側面24上連接布線31並與其基本成直角向下直到金屬層11的第二印刷布線32組成的第一印刷布線結構3。第二印刷布線結構4包括在頂面25上的第一印刷布線41和在基片2的第二側面22上連接布線41並與其基本成直角向下直到金屬層11的第二印刷布線42。最後，第三印刷布線結構5依次包括在頂面25上的第一印刷布線51和在基片2的第二側面22上連接布線51並與其基本成直角向下直到金屬層11的第二印刷布線52。第二印刷布線32、42、52優選分別通過焊接或其它方式粘結到金屬層11。
印刷布線結構3、4和5通過引入線6饋入，引入線6由在第一側面21的下沿處的金屬薄片61開始，在基片2的底面26上延伸一小段，並焊接到板1上的共面的印刷布線12上。第一印刷布線62連接的金屬薄片61上，印刷布線62在與底面26的邊緣區域沿第二側面22延伸，直到以直角與以頂面25的方向沿第二側面22延伸一小段的第二印刷布線63相連。
印刷布線結構3、4和5通過引入線6以容性的方式饋入，同時通過引入線6與印刷布線結構3、4和5的距離並由此通過第一和第二印刷布線62、63的長度來實現阻抗匹配。該耦合及其阻抗匹配也可以在天線安裝後的狀態下通過例如雷射束縮短第二印刷布線63的長度來實現。
天線的電氣原理是基於基本呈L形的印刷布線結構3、4和5的每一個的四分之一波長諧振的激勵，其長度根據所需要的諧振頻率來計算，並考慮基片材料的介電常數和/或相對磁導率。
電場分量分別沿第二(垂直)印刷布線32、42、52的每一個成直角進入金屬層11，從而在每種情況下從在頂面25的最大值減小到在金屬層11上的大約0值。
可以通過改變基片2的高度(level)來影響天線的帶寬。實用的關係為隨著基片高度的增加，即，從金屬層11到第一印刷布線31、41、51的距離的增大，帶寬變大。
因為每個印刷布線結構3、4、5可以產生一個諧振頻率，所以希望數量的諧振頻率可以通過採用相應數量的如上所述的印刷布線結構來實現，從而實現多波段能力。在圖1所示的實施例中，第一個、較長的印刷布線結構3作為在GSM 900波段的激勵諧振，而兩個短的，即，第二和第三印刷布線結構4、5作為高頻段例如DCS 1800和PCS 1900波段的激勵諧振。
板1上的金屬層11達到在半空間中所希望的天線的指向特性。圖2示出了圖1所示的天線的遠場的指向圖的剖面(＝0)，而在遠場中的電場強度的值在圖1中所示的金屬層11上面的半空間中形成了一個基本呈球形的圖。作為反射器或屏蔽的金屬層11位於常規印刷電路板上，金屬層的面積大約90×35mm2，基片為24mm長、4mm寬和10mm高。天線工作在大約900Mhz的頻率範圍內。
根據本發明的天線優選作為PCB的一部分或作為其中的一個區域實現，其中PCB具有除金屬層11以外的其它的電器和/或電子元件，用於例如上述類型的移動電信器件。
權利要求
1.一種具有至少一個諧振的印刷布線結構的陶瓷基片的小型化的定向天線，其特徵在於在提供的導電主板(1，11)上放置具有至少一個印刷布線結構(3、4、5)的一端延伸至主板的基片(2)。
2.如權利要求1的定向天線，其特徵在於基片(2)基本上為立方體，並且至少一個印刷布線結構(3、4、5)具有位於頂面(25)上的第一印刷布線(31；41；51)，其中印刷布線通過沿基片的側面(21、22、23、24)中的一個延伸的第二印刷布線(32；42；52)連接到主板上。
3.如權利要求1的定向天線，其特徵在於計算至少一個印刷布線結構(3、4、5)用於四分之一波長諧振的激勵。
4.如權利要求1的定向天線，其特徵在於在基片(2)上提供用於至少一個印刷布線結構(3、4、5)的容性饋入的引入線(6)。
5.如權利要求1的定向天線，其特徵在於主板由塗覆金屬層(11)的P.C.主板(1)形成。
6.一種印刷電路板，具體用於高頻和微波範圍的移動通訊器件，其特徵如權利要求1到5中的一個的定向天線，其中導電主板由塗覆金屬層(11)的PCB的區域形成，並且基片(2)放置在金屬層上。
7.一種用於高頻和微波範圍的通訊器件，其特徵在於印刷電路板(PCB)具有如權利要求6中所要求的定向天線。
全文摘要
給出具有至少一個諧振的印刷布線結構(3、4、5)的陶瓷基片(2)的小型化的定向天線的說明，具體的用在高頻和微波範圍內，該天線特別適合於在提供的導電主板(1，11)上放置基片，同時至少一個印刷布線結構(3、4、5)的一端延伸至主板。由此可獲得大部分僅指向在半個空間中的輻射特性。
文檔編號H01Q1/24GK1409438SQ0214951
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月25日 優先權日2001年9月29日
發明者T·普爾, R·皮蒂格 申請人:皇家菲利浦電子有限公司