專利名稱：一種天線及具有該天線的mimo天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體地，涉及一種天線及具有該天線的MIMO天線。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝的高度發(fā)展，對(duì)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(gè)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、射頻信號(hào)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(hào)的輻射單元和接收器件，其工作特性將直接影響整個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其它器件，而由于射頻器件的電磁場(chǎng)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(shí)，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(jìn)一步增大了小型化天線多模設(shè)計(jì)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(jìn)一步苛刻地要求了天線尺寸的小型化并同時(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)。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(jì)、增大了射頻系統(tǒng)的面積同時(shí)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(jì)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(gè)重要技術(shù)瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在低頻工作時(shí)天線受控于空間面積的物理局限的缺陷，提供一種能在低頻工作同時(shí)保證其小型化的天線。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種天線，其特征在于，所述天線包括第一介質(zhì)基板、附著在第一介質(zhì)基板相對(duì)兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設(shè)置有第一饋線，圍繞第二金屬片設(shè)置有第二饋線，所述第一饋線通過耦合方式饋入所述第一金屬片，所述第二饋線通過耦合方式饋入所述第二金屬片，所述第一金屬片上鏤空有第一微槽結(jié)構(gòu)以在第一金屬片上形成第一金屬走線，所述第二金屬片上鏤空有第二微槽結(jié)構(gòu)以在第二金屬片上形成第二金屬走線，所述第一饋線與第二饋線電連接，所述第一金屬片上還覆蓋有第二介質(zhì)基板。[0006]進(jìn)一步地，所述第一介質(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，所述第二介質(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，所述第一微槽結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。進(jìn)一步地，所述第二微槽結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。進(jìn)一步地，所述第一金屬片與第二金屬片通過金屬化通孔或?qū)Ь€連接。進(jìn)一步地，所述第一饋線與第二饋線通過金屬化通孔或?qū)Ь€連接。進(jìn)一步地，所述第一金屬片為銅片或銀片。進(jìn)一步地，所述第二金屬片為銅片或銀片。實(shí)施本發(fā)明的天線，相對(duì)于現(xiàn)有的天線，具有以下有益效果在第一介質(zhì)基板兩面均設(shè)置有金屬片，充分利用了天線的空間面積，在此環(huán)境下天線能在較低工作頻率下工作， 滿足天線小型化、低工作頻率、寬帶多模的要求。另外，本發(fā)明在第一金屬片上還覆蓋有第二介質(zhì)基板，使得天線在接收或者發(fā)射電磁波時(shí)均需要通過該第二介質(zhì)基板，使得天線整體的分布電容增大，分布電容的增大能有效降低天線工作頻率，因此可在不改變饋線長度的情況下使得天線在低頻時(shí)仍然工作良好，滿足天線小體積、低工作頻率及寬帶多模的要求。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)問題是提供一種MIMO天線。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的方案是一種MIMO天線，所述MIMO天線包括多個(gè)上述的天線。根據(jù)本發(fā)明的MIMO天線，除了具備上述天線本身的特點(diǎn)外，還具有很高的隔離度，多個(gè)天線之間的抗干擾能力強(qiáng)。

圖1是本發(fā)明的天線的立體圖；圖2為圖1去掉第二介質(zhì)基板后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的另一視角圖；圖4a為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4b所示為互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4c所示為開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4d所示為雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4e所示為互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5a為圖4a所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其幾何形狀衍生示意圖；圖5b為圖4a所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其擴(kuò)展衍生示意圖；圖6a為三個(gè)圖4a所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6b為兩個(gè)圖4a所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖4b所示為互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)的復(fù)合示意4[0030]圖7為四個(gè)圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1至圖3所示，本發(fā)明的所述天線100包括第一介質(zhì)基板1、附著在第一介質(zhì)基板1相對(duì)兩表面的第一金屬片4及第二金屬片7，圍繞第一金屬片4設(shè)置有第一饋線2， 圍繞第二金屬片7設(shè)置有第二饋線8，所述第一饋線2及第二饋線8均通過耦合方式分別饋入所述第一金屬片4及第二金屬片7，所述第一金屬片4上鏤空有第一微槽結(jié)構(gòu)41以在第一金屬片上形成第一金屬走線42，所述第二金屬片7上鏤空有第二微槽結(jié)構(gòu)71以在第二金屬片上形成第二金屬走線72，所述第一饋線2與第二饋線8電連接。此種設(shè)計(jì)等效于增加了天線物理長度(實(shí)際長度尺寸不增加)，這樣就可以在極小的空間內(nèi)設(shè)計(jì)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(shí)天線受控空間面積的物理局限。如圖2及圖3所示，所述第一饋線2與第二饋線8通過在第一介質(zhì)基板1上開的金屬化通孔10電連接。當(dāng)然也可以采用導(dǎo)線連接。圖2中，第一金屬片畫剖面線的部分為第一金屬走線，第一金屬片上的空白部分 (鏤空的部分)表示第一微槽結(jié)構(gòu)。另外，第一饋線也用剖面線表示。同樣的，圖3中，第二金屬片畫剖面線的部分為第二金屬走線，第二金屬片上的空白部分(鏤空的部分)表示第二微槽結(jié)構(gòu)。另外，第二饋線也用剖面線表示。圖2所示為本發(fā)明的天線去除第二介質(zhì)基板后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為其另一視角圖。綜合兩個(gè)圖可以看出，第一介質(zhì)基板的a表面及b表面上附著的結(jié)構(gòu)相同。即第一饋線、第一金屬片在b表面的投影分別與第二饋線、第二金屬片重合。當(dāng)然，這只是一個(gè)優(yōu)選的方案，a表面與b表面的結(jié)構(gòu)根據(jù)需要也可以不同。第一饋線2圍繞第一金屬片4設(shè)置以實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合。另外第一金屬片4與第一饋線可以接觸，也可以不接觸。當(dāng)?shù)谝唤饘倨?與第一饋線2接觸時(shí)，第一饋線2與第一金屬片4之間感性耦合；當(dāng)?shù)谝唤饘倨?與第一饋線2不接觸時(shí)，第一饋線2與金屬片4之間容性耦合。第二饋線8圍繞第二金屬片7設(shè)置以實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合。另外第二金屬片7與第二饋線8可以接觸，也可以不接觸。當(dāng)?shù)诙饘倨?與第二饋線8接觸時(shí)，第二饋線8與第二金屬片7之間感性耦合；當(dāng)?shù)诙饘倨?與第二饋線8不接觸時(shí)，第二饋線8與第二金屬片7 之間容性耦合。本發(fā)明中，所述第一介質(zhì)基板兩相對(duì)表面的第一金屬片與第二金屬片可以連接， 也可以不連接。在第一金屬片與第二金屬片不連接的情況下，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過容性耦合的方式饋電；此種情況下，通過改變第一介質(zhì)基板的厚度可以實(shí)現(xiàn)第一金屬片與第二金屬片的諧振。在第一金屬片與第二金屬片電連接的情況下(例如通過導(dǎo)線或金屬化通孔的形式連接)，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過感性耦合的方式饋 H1^ ο本發(fā)明中的所述第一微槽結(jié)構(gòu)41及第二微槽結(jié)構(gòu)71可以是圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、圖4b所示的互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、圖如所示的開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、圖4d所示的雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、圖4e所示的互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種或者是通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復(fù)合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。衍生分為兩種，一種是幾何形狀衍生，另一種是擴(kuò)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)衍生到曲線類結(jié)構(gòu)、三角形類結(jié)構(gòu)及其它不同的多邊形類結(jié)構(gòu)；此處的擴(kuò)展衍生即在圖如至圖4e的基礎(chǔ)上開設(shè)新的槽以形成新的微槽結(jié)構(gòu)；以圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)為例，圖fe 為其幾何形狀衍生示意圖，圖恥為其幾何形狀衍生示意圖。此處的復(fù)合是指，圖如至圖如的微槽結(jié)構(gòu)多個(gè)疊加形成一個(gè)新的微槽結(jié)構(gòu)，如圖6a所示，為三個(gè)圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖6b所示，為兩個(gè)圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖4b所示為互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)共同復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖。此處的組陣是指由多個(gè)圖如至圖如所示的微槽結(jié)構(gòu)在同一金屬片上陣列形成一個(gè)整體的微槽結(jié)構(gòu)，如圖7所示，為多個(gè)如圖如所示的互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖。以下均以圖如所示的開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)為例闡述本發(fā)明。另外，本發(fā)明中，第一介質(zhì)基板及第二介質(zhì)基板可由陶瓷材料、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。本發(fā)明中，第一金屬片及第二金屬片為銅片或銀片。優(yōu)選為銅片，價(jià)格低廉，導(dǎo)電性能好。本發(fā)明中，第一饋線及第二饋線選用與第一金屬片及第二金屬片同樣的材料制成。優(yōu)選為銅。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(jì)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(shí)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(shí)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。本發(fā)明還提供了一種MIMO天線，所述的MIMO天線由多個(gè)上述的天線100組成。此處的MIMO即是指多輸入多輸出。即MIMO天線上的所有單個(gè)的天線100同時(shí)發(fā)射，同時(shí)接收。MIMO天線可以在不需要增加帶寬或總發(fā)送功率損耗的前提下大幅度增加系統(tǒng)的信息吞吐量及傳輸距離。另外本發(fā)明的MIMO天線還具有很高的隔離度，多個(gè)天線之間的抗干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明的MIMO天線，其每個(gè)天線100的第一饋線與第二饋線電連接后再與一個(gè)接收/發(fā)射機(jī)連接，所有的接收/發(fā)射機(jī)均連接到一個(gè)基帶信號(hào)處理器上。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)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(hù)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(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種天線，其特征在于，所述天線包括第一介質(zhì)基板、附著在所述第一介質(zhì)基板相對(duì)兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設(shè)置有第一饋線，圍繞第二金屬片設(shè)置有第二饋線，所述第一饋線通過耦合方式饋入所述第一金屬片，所述第二饋線通過耦合方式饋入所述第二金屬片，所述第一金屬片上鏤空有第一微槽結(jié)構(gòu)以在第一金屬片上形成第一金屬走線，所述第二金屬片上鏤空有第二微槽結(jié)構(gòu)以在第二金屬片上形成第二金屬走線，所述第一饋線與第二饋線電連接，所述第一金屬片上還覆蓋有第二介質(zhì)基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一介質(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二介質(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一微槽結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二微槽結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一金屬片與第二金屬片通過金屬化通孔或?qū)Ь€連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一饋線與第二饋線通過金屬化通孔或?qū)Ь€連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一金屬片為銅片或銀片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二金屬片為銅片或銀片。
10.一種MIMO天線，其特征在于，所述MIMO天線包括多個(gè)如權(quán)利要求1所述的天線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種天線，包括第一介質(zhì)基板、附著在第一介質(zhì)基板相對(duì)兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設(shè)置有第一饋線，圍繞第二金屬片設(shè)置有第二饋線，第一金屬片上鏤空有第一微槽結(jié)構(gòu)以在第一金屬片上形成第一金屬走線，第二金屬片上鏤空有第二微槽結(jié)構(gòu)以在第二金屬片上形成第二金屬走線，第一饋線與第二饋線電連接，所述第一金屬片上還覆蓋有第二介質(zhì)基板。根據(jù)本實(shí)用新型的天線，第一介質(zhì)基板兩面均設(shè)置金屬片，充分利用了天線的空間面積，在此環(huán)境下天線能在較低工作頻率下工作，同時(shí)滿足天線小型化、寬帶多模的要求。另外本實(shí)用新型還涉及一種具有多個(gè)上述的天線的MIMO天線。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK202127092SQ201120181038
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 楊松濤 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院