專利名稱：2.4GHz/5.8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通訊領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種2. 4GHz/5. SGHz雙頻無(wú)線通訊
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信技術(shù)的日益發(fā)展，使無(wú)線通訊電子設(shè)備同時(shí)進(jìn)行多個(gè)不同頻段通訊需求日益增強(qiáng)。現(xiàn)有無(wú)線通訊電子設(shè)備一般采用多根射頻天線。然而這些天線的尺寸、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(guò)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)。比如，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)，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(zhǎng)的物理長(zhǎng)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、多模式的天線技術(shù)成為了當(dāng)代無(wú)線通訊電子設(shè)備的一個(gè)亟待解決的問題。多輸入多輸出系統(tǒng)(MMO)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠增加無(wú)線范圍并提高性能。所謂的MMO是指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)通過(guò)多重天線進(jìn)行同步收發(fā)，所以可以增加資料傳輸率。多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO)在無(wú)線通信、無(wú)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。此時(shí)的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說(shuō)可以利用MIMO信道成倍地提高無(wú)線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，突破傳統(tǒng)天線設(shè)計(jì)的框架，省去阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜設(shè)計(jì)，保證其小型化，使其能夠應(yīng)用在尺寸受限的無(wú)線通訊裝置之中，且天線輻射面積利用率高、抗干擾能力強(qiáng)且基于現(xiàn)有頻率資源的頻譜，提高天線發(fā)送或者接收信息吞吐量。因此，本發(fā)明提供一種2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置?！N2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置包括一天線,所述天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于介質(zhì)基板一表面上的至少一天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、設(shè)置于饋電單元兩側(cè)的接地單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述天線單元至少使兩不同頻段的電磁波諧振。進(jìn)一步地，所述兩不同頻段包括2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G_5. 9GHz電磁波頻段。進(jìn)一步地，所述天線單元數(shù)量為兩個(gè)。進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱的平面板狀的金屬薄片結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述兩天線單元之間信號(hào)隔離度最大設(shè)置于介質(zhì)基板上。進(jìn)一步地，所述接地單元的形狀不同。進(jìn)一步地，所述接地單元上可設(shè)由金屬化的通孔。進(jìn)一步地，所述兩天線單元設(shè)置于介質(zhì)基板的同一表面。進(jìn)一步地，所述兩天線單元分別設(shè)置于介質(zhì)基板的相對(duì)兩表面上。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，采用人工電磁材料技術(shù)設(shè)計(jì)出電磁波諧振頻段為2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz的金屬結(jié)構(gòu)，這些金屬結(jié)構(gòu)尺寸不受半波長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度限制；根據(jù)應(yīng)用的無(wú)線通訊裝置選取阻抗匹配的金屬結(jié)構(gòu)，然后將其設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)的天線單元；將這些多個(gè)天線單元應(yīng)用到無(wú)線電子設(shè)備中，從而雙頻無(wú)線通訊裝置接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的性能信息吞吐量得到顯著提高。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為本發(fā)明中2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置示意圖；圖2為圖1所示天線一具體實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖1所示天線另一具體實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)圖；圖4為圖1所示天線第三具體實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)圖；圖5為圖3、4及5所示天線中天線單元的一實(shí)施方式平面結(jié)構(gòu)圖；圖6為圖3、4及5所示天線中天線單元的另一實(shí)施方式平面結(jié)構(gòu)圖；圖7為圖3、4及5所示天線中天線單元的第三實(shí)施方式平面結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明一互補(bǔ)式天線單元平面結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明天線包含一對(duì)互補(bǔ)式天線單元平面結(jié)構(gòu)圖。圖10為本發(fā)明天線包含兩個(gè)圖8所示互補(bǔ)式天線單元平面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述請(qǐng)參閱圖1,為本發(fā)明2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置的示意圖。所述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置100包括一本體101和天線12。所述天線12能接收2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9GHz_5. 9GHz兩個(gè)頻段電磁波，從而實(shí)現(xiàn)2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置100同時(shí)接收或者發(fā)送2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9GHz-5. 9GHz兩個(gè)頻段電磁波信號(hào)。在其他實(shí)施方式中，天線12也可外置于本體101上以將加強(qiáng)無(wú)線電磁信號(hào)的接收強(qiáng)度。所述2. 4GHz/5. SGHz雙頻無(wú)線通訊裝置100包括但不限于無(wú)線數(shù)據(jù)卡、無(wú)網(wǎng)卡、無(wú)線路由器、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、導(dǎo)航裝置、藍(lán)牙裝置、筆記本電腦及WIFI無(wú)線基站等各種同時(shí)工作于2. 4GHz和5. 8GHz電子設(shè)備。請(qǐng)參閱圖2，為所述天線一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。所述天線12包括一介質(zhì)基板7和設(shè)置于介質(zhì)基板7上的兩天線單元10。兩天線單元10相互獨(dú)立設(shè)置于介質(zhì)基板7上。在本實(shí)施方式中，兩天線單元10設(shè)置于介質(zhì)基板7的同一表面。在其他實(shí)施方式中，所述兩天線單元10分別設(shè)置于介質(zhì)基板7的相對(duì)兩表面上。所述每一天線單元10包括一饋電單元5、設(shè)置于饋電單元5兩側(cè)的接地單元8、與該饋電單元5相連接的饋線4及一金屬結(jié)構(gòu)6。其中饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6相互電信號(hào)耦合連接；所述金屬結(jié)構(gòu)6為采用人工電磁材料方式設(shè)計(jì)；所述人工電磁材料由具有一定圖案形狀的人造金屬導(dǎo)電片按照特定方式排列于介質(zhì)基材上。介質(zhì)基板7的材質(zhì)可選用空氣、陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等介電材料。人造金屬導(dǎo)電片不同的圖案形狀和排列方式使得超材料具有不同的介電常數(shù)和不同的磁導(dǎo)率從而使得超材料具有不同的電磁響應(yīng)。其中，當(dāng)該人造金屬導(dǎo)電片處于諧振頻段時(shí)，該人造金屬導(dǎo)電片將表現(xiàn)出高度的色散特性，所謂高度的色散特性是指該人造金屬導(dǎo)電片的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會(huì)發(fā)生劇烈的變化。在本書實(shí)施方式中，上述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置為了提高信號(hào)數(shù)據(jù)吞吐量，基于MMO技術(shù)來(lái)使用兩個(gè)天線單元10。所述金屬結(jié)構(gòu)6為軸對(duì)稱的平面板狀的金屬薄片結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的兩諧振頻段為2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz。對(duì)應(yīng)形成的天線單元10的能同時(shí)接收和發(fā)送頻率為2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz的電磁波信號(hào)。其中金屬結(jié)構(gòu)6為銅或銀材料制成。優(yōu)選為銅，價(jià)格低廉，導(dǎo)電性能好。為了實(shí)現(xiàn)更好阻抗匹配，金屬結(jié)構(gòu)12也為銅和銀組合。 在本實(shí)施方式中，為減少兩天線單元10工作時(shí)相互干擾，使兩天線單元10的饋線4長(zhǎng)度不相等，進(jìn)而使得兩天線單元10錯(cuò)位排列設(shè)置以使得兩天線單元在介質(zhì)基板7上保持信號(hào)最大隔離度。于接地單元8包部分夾的饋線4略寬于其它部分的饋線4，且饋線4 一端設(shè)置一用于接收電信號(hào)饋電單元5。在本實(shí)施方式中，饋電單元5為一銅材料印制與介質(zhì)基板7上。所述接地單元8根據(jù)饋線4設(shè)置對(duì)應(yīng)寬度和長(zhǎng)度。在本實(shí)施方式中，由于兩天線單元10錯(cuò)位排列，因此兩天線單元10的接地單元8的形狀不同。請(qǐng)參閱圖3，為所述天線另一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。所述每一天線單元10的接地單元8上可設(shè)由金屬化的通孔81。請(qǐng)參閱圖4，為所述天線優(yōu)選的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。所述介質(zhì)基板7的空余部分上設(shè)置于穿孔82，所述穿孔82目的可以減輕產(chǎn)品重量以及有助于配合其應(yīng)用的電子設(shè)備進(jìn)行散熱。請(qǐng)一并參考圖5、圖6及圖7，所述饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6之間信號(hào)饋入方式可以多種。如圖5所示，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(diǎn)位置可以位于金屬結(jié)構(gòu)6上的任意位置。如圖6和7所示，饋線4采用包圍方式設(shè)置于與所述金屬結(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。請(qǐng)參閱圖8，為本發(fā)明的另一實(shí)施方式互補(bǔ)式金屬結(jié)構(gòu)的天線單元結(jié)構(gòu)圖。所述天線單元10’中的金屬結(jié)構(gòu)6’與上述實(shí)施方式金屬結(jié)構(gòu)6形成互補(bǔ)。也就是說(shuō)，由一完整的片金屬片切分成兩部分，即金屬結(jié)構(gòu)6和互補(bǔ)式金屬結(jié)構(gòu)6’兩部分。介質(zhì)基板7上附著金屬結(jié)構(gòu)6或互補(bǔ)式金屬結(jié)構(gòu)6’及饋線4和饋電點(diǎn)5，從而形成本發(fā)明所述的天線單元10。本實(shí)施方式中，將兩相同的金屬結(jié)構(gòu)6’及對(duì)應(yīng)的饋線4和饋電點(diǎn)5設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上，也就是說(shuō)，將兩個(gè)天線單元10設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上形成本發(fā)明所述的天線12。所述天線12可通過(guò)接口插接于包含兩諧振頻段(例如2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz)的無(wú)線通訊裝置。而所述金屬結(jié)構(gòu)6與饋線4的方式可以相同，也可以不同。在本實(shí)施方式中，所述金屬結(jié)構(gòu)6與饋線4都采用非直接電連接方式，即電信號(hào)電感電容方式饋入。
請(qǐng)參閱圖9，為天線單元包含一對(duì)互補(bǔ)式天線單元結(jié)構(gòu)圖。將金屬結(jié)構(gòu)6和互補(bǔ)式金屬結(jié)構(gòu)6’兩種相互互補(bǔ)的金屬結(jié)構(gòu)6設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上形成一天線組件。當(dāng)然，將形狀相同的互補(bǔ)式金屬結(jié)構(gòu)6’設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上也可形成本發(fā)明的天線組件(如圖10所示)。本實(shí)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)6的方式，使得金屬結(jié)構(gòu)6及與金屬結(jié)構(gòu)所依附的介質(zhì)共同組成一個(gè)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(jì)出多諧振頻段的天線。在本實(shí)施方式中，如圖2、3、4、9及10所示天線12可用于工作頻率為2. 4GHz和5. 8GHz無(wú)線通訊裝置中。本實(shí)施例中，關(guān)于天線12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，覆銅的PCB制造均可滿足本發(fā)明的加工要求。另外還可將上述形狀金屬結(jié)構(gòu)6、饋線4和饋電點(diǎn)5都印刷于 FPC板上。除上述加工方式，還可以根據(jù)實(shí)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(lái)完成芯片微結(jié)構(gòu)部分的加工，用鐵片來(lái)完成其它輔助部分。由于采用低成本的銅材料形成所述金屬結(jié)構(gòu)6，因此暴露空氣中容易被氧化而使天線組件諧振頻率偏移或者性能急劇下降，因此天線12表面上設(shè)置有非金屬的防氧化薄膜。由于本發(fā)明的主要性能都基于在金屬結(jié)構(gòu)6設(shè)計(jì)，因此，饋線4的引線對(duì)天線組件的輻射頻率影響相對(duì)較小。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2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置包括一天線，所述天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于介質(zhì)基板一表面上的至少一天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、設(shè)置于饋電單元兩側(cè)的接地單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述天線單元至少使兩不同頻段的電磁波諧振。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2.4GHz/5. SGHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述兩不同頻段包括2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz電磁波頻段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述天線單元數(shù)量為兩個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱的平面板狀的金屬薄片結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述兩天線單元之間信號(hào)隔離度最大設(shè)置于介質(zhì)基板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述接地單元的形狀不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的2.4GHz/5. SGHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述接地單元上可設(shè)由金屬化的通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述兩天線單元設(shè)置于介質(zhì)基板的同一表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置，其特征在于，所述兩天線單元分別設(shè)置于介質(zhì)基板的相對(duì)兩表面上。
全文摘要
一種2.4GHz/5.8GHz雙頻無(wú)線通訊裝置包括一天線，所述天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于介質(zhì)基板一表面上的至少一天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、設(shè)置于饋電單元兩側(cè)的接地單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述天線單元至少使兩不同頻段的電磁波諧振。采用人工電磁材料技術(shù)設(shè)計(jì)出電磁波諧振頻段為2.4GHz-2.49GHz和4.9G-5.9GHz的金屬結(jié)構(gòu)，這些金屬結(jié)構(gòu)尺寸不受半波長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度限制；根據(jù)應(yīng)用的無(wú)線通訊裝置選取阻抗匹配的金屬結(jié)構(gòu)，然后將其設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)的天線單元；將這些多個(gè)天線單元應(yīng)用到無(wú)線電子設(shè)備中，從而雙頻無(wú)線通訊裝置接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的性能信息吞吐量得到顯著提高。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK103022650SQ20111022842
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 方能輝 申請(qǐng)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