專利名稱：一種超材料天線及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及ー種超材料天線以及應(yīng)用該天線的電子設(shè)備，特別是用于機(jī)頂盒。
背景技術(shù)：
無線數(shù)據(jù)傳輸有ー種是通過GPRS進(jìn)行的，在GPRS的數(shù)據(jù)傳輸中，性能優(yōu)異的天線是數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋ＷC，并且隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展將會(huì)不限于手機(jī)等移動(dòng)終端，還會(huì)大量的使用到更多的電子設(shè)備。數(shù)字電視機(jī)頂盒是隨著電視系統(tǒng)的更新而推出的ー種家庭數(shù)字終端產(chǎn)品，是把衛(wèi)星數(shù)字電視信號(hào)、地面數(shù)字電視信號(hào)、有線電視網(wǎng)數(shù)字信號(hào)甚至互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼轉(zhuǎn)換成現(xiàn)有電視能接受的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。三網(wǎng)融合是實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)與因特網(wǎng)的兼并融合，通過對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的優(yōu)化整合組成業(yè)務(wù)高度集成化的多媒體信息網(wǎng)絡(luò)，提供集三網(wǎng)于一體的多媒體信息服務(wù)。因此，機(jī)頂盒成為未來必不可少的終端電子設(shè)備。天線作為數(shù)字電視機(jī)頂盒無線數(shù)據(jù)交換的橋梁，將起著非常重要的作用。目前，用于數(shù)字電視機(jī)頂盒的天線常因増益不足導(dǎo)致無線數(shù)據(jù)傳輸間斷，因此，需要一種新的GPRS天線，以解決無線數(shù)據(jù)傳輸問題。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。在ー些更為復(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(jì)。但阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)額外的増加了電子系統(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。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有GPRS天線特別是用于數(shù)字電視機(jī)頂盒的天線存在的問題，本發(fā)明提供了ー種超材料天線，該天線通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足了使用GPRS的電子設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸要求，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案ー種超材料天線，所述超材料天線包括天線單元，所述天線単元包括一介質(zhì)基板、設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的輻射單元、與所述輻射単元耦合連接的饋線、饋電點(diǎn)、電連接所述饋線和所述饋電點(diǎn)的饋電接線以及接地板、電連接所述接地板的接地點(diǎn)；所述福射単元包括金屬片和設(shè)置在所述金屬片上的鏤空的凹槽。進(jìn)ー步地，所述凹槽呈對稱的雙螺旋狀。進(jìn)ー步地，所述饋線包括第一饋線和第二饋線，所述第一饋線和所述第二饋線分別間隔環(huán)繞的設(shè)置在所述輻射単元的兩側(cè)，所述第一饋線和所述第二饋線經(jīng)所述饋電接線與所述饋電點(diǎn)電連接。進(jìn)ー步地，所述第一饋線的自由端延伸至所述輻射単元的端部；所述第二饋線的自由端延伸至所述輻射単元的中部。進(jìn)ー步地，所述接地板包括設(shè)置于所述饋電接線兩側(cè)的接地線和設(shè)置于所述介質(zhì)基板另ー表面的接地片，所述接地線與所述接地片通過若干貫穿所述介質(zhì)基板的金屬化通孔電連接。進(jìn)ー步地，所述接地片呈倒T型，所述接地點(diǎn)通過貫穿所述介質(zhì)基板的金屬化孔電連接所述接地片“一”部分。進(jìn)ー步地，所述介質(zhì)基板組分包括玻纖布、環(huán)氧樹脂以及包含與所述環(huán)氧樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的化合物。 進(jìn)ー步地，所述第一輻射單元諧振頻段為880MHz、60MHz，所述第二輻射單元諧振頻段為 1710MHz 1880MHz。進(jìn)ー步地,還包括一電連接于所述饋電點(diǎn)的信號(hào)傳輸端。ー種電子設(shè)備，包括殼體、電路板和超材料天線，所述超材料天線包括權(quán)利要求上述的超材料天線，所述超材料天線通過信號(hào)傳輸端與所述電路板電連接。進(jìn)ー步地，所述電子設(shè)備包括機(jī)頂盒、無線路由器、無線接入點(diǎn)。本發(fā)明超材料天線通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即滿足了天線的性能要求，并且具有較高的增益，能夠滿足使用GPRS模塊的電子設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸要求，結(jié)合低損耗的天線介質(zhì)基板，使該超材料天線具有良好的工作性能。應(yīng)用本發(fā)明超材料天線的電子設(shè)備能夠很好進(jìn)行無線信號(hào)的接收與發(fā)送，滿足無線信號(hào)覆蓋的要求。


圖I是本發(fā)明超材料天線的天線單元一表面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所不超材料天線另一表面的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3是本發(fā)明超材料天線的Sll參數(shù)仿真圖；圖4是本發(fā)明電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中圈示部分的放大圖；圖6是圖4電子設(shè)備組裝后的另ー視角的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考附圖中描述的實(shí)施例。為了全面理解本發(fā)明，在以下詳細(xì)描述中提到了眾多具體細(xì)節(jié)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明可以無需這些具體細(xì)節(jié)而實(shí)現(xiàn)。在其他實(shí)施方式中，不詳細(xì)描述公知的方法。過程、組件和電路，以免不必要地使實(shí)施例模糊。本發(fā)明中超材料天線是基于人工電磁材料技術(shù)設(shè)計(jì)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(huì)發(fā)生劇烈的變化。因而可采用人エ電磁材料技術(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)基板等效地組成了ー個(gè)高度色散的特種電磁材料，從而實(shí)現(xiàn)輻射特性豐富的新型天線。
參見圖I和圖2所示為本發(fā)明超材料天線的天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖，該天線單元33包括介質(zhì)基板331、輻射單元332、饋線(圖中未標(biāo)出)、饋電接線334、接地板(圖中未標(biāo)出)、饋電點(diǎn)336和接地點(diǎn)337，介質(zhì)基板331具有兩表面，輻射單元332、饋線(圖中未標(biāo)出)、饋電接線334、饋電點(diǎn)336和接地點(diǎn)337設(shè)置于介質(zhì)基板331的同一表面。輻射單元包括金屬片3321和凹槽3322，該金屬片3321呈矩形狀，凹槽3322鏤空金屬片3321后形成，該凹槽3322呈對稱的雙螺旋狀，對稱中心為金屬片3321縱向的中心線。饋線與輻射單元332稱合連接,該饋線包括第一饋線3331和第二饋線3332,第一饋線3331和第二饋線3332分別間隔環(huán)繞的設(shè)置在輻射單元332的兩側(cè)，其中，第一饋線3331的自由端延伸至輻射單元332的端部，第二饋線3332的自由端延伸至輻射單元332的中部，第一饋線3331和第二饋線3332匯于ー處，饋電接線334通過連接該交匯處將第一饋線3331和第二饋線3332與饋電點(diǎn)336電連接，饋電接線334的寬度略大于第一饋線3331和第二饋線3332的寬度。接地板包括接地線3351和接地片3352，接地線3351有兩條，間隔的設(shè)置于饋電接線 334的兩側(cè)，接地片3352設(shè)置于介質(zhì)基板331的另ー表面，呈倒T型，接地線3351和接地片3352通過貫穿介質(zhì)基板331的金屬化通孔3353電連接，接地點(diǎn)337與接地線3351設(shè)置于介質(zhì)基板331的同一表面，該接地點(diǎn)337通過金屬化孔3371電連接于接地片3352 “一”部分。該超材料天線還可以進(jìn)一歩包括信號(hào)傳輸端(圖中未示出)，例如信號(hào)傳輸線或者SMA接頭等，使超材料天線與電子設(shè)備間能夠進(jìn)行信號(hào)傳輸。本發(fā)明中，關(guān)于超材料天線的加工制造，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，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(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、鉄片天線的加工方式以及鉄片與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的精確加工來完成凹槽結(jié)構(gòu)的加工，用鉄片來完成其它輔助部分。由于采用低成本的銅材料形成輻射單元，因此暴露空氣中容易被氧化而使超材料天線諧振頻率偏移或者性能急劇下降，因此超材料天線表面上設(shè)置有非金屬的防氧化薄膜。介質(zhì)基板331組分包括玻纖布、環(huán)氧樹脂以及與該環(huán)氧樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的化合物，以下通過具體實(shí)施方式
說明該介質(zhì)基板。第一類實(shí)施方式如下在該類實(shí)施方式中，用于生產(chǎn)加工本發(fā)明中的介質(zhì)基板(包括單層或多層層壓板片、覆銅基板、PCB板、芯片載體件或類似應(yīng)用件等)的ー些低介電常數(shù)低損耗的浸潤溶液。所述浸潤溶液包括第一組份，包含環(huán)氧樹脂；第二組份，包含與所述環(huán)氧樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的化合物；及ー種或者多種溶剤。其中第一組份和第二組份按照一定比例配置混合。上述第一組份、第二組份及所述ー種或者多種溶劑配成所述浸潤溶液。所述浸潤溶液經(jīng)過攪拌后、將所述一玻纖布浸潤所述浸潤溶液中使第一組份與第二組份吸附在玻纖布中或者表面上；然后烘拷所述玻纖布使所述ー種或者多種溶劑揮發(fā)，并使第一組份與第二組份相互化合交聯(lián)形成半固化物或者固化物。半固化物是指將吸附第一組份與第二組份的玻纖布在烘拷溫度相對較低環(huán)境中，第一組份包含環(huán)氧樹脂與第二組份包含化合物部分發(fā)生化合交聯(lián)反應(yīng)的軟性混合物。固化物是指將吸附第一組份與第二組份的玻纖布在烘拷溫度相對較高壞境中，第一組份包含環(huán)氧樹脂與第二組份包含化合物部分發(fā)生化合交聯(lián)反應(yīng)的相對較硬的混合物。在本實(shí)施方式中，所述浸潤過的玻纖布通過低溫烘烤形成半固化物(呈片狀)，然后所述半固化物剪裁成剪裁片，根據(jù)厚度需要將所述多片剪裁片疊合并進(jìn)行熱壓成本實(shí)施所述的多層介質(zhì)基板(即多層層壓板或片)。其中熱壓エ序目的就是使得第一組份包含環(huán)氧樹脂與第二組份包含化合物全部發(fā)生化合交聯(lián)反應(yīng)。當(dāng)然也可以理解，所述浸潤過的玻纖布直接通過高溫烘烤形成固化物，即本發(fā)明所述的單層介質(zhì)基板(即單層層壓板或片)。在具體的實(shí)施例中，所述第二組份的化合物可選用包含由極性高分子與非極性高分子化合的共聚物，如苯こ烯馬來酸酐共聚物?？梢岳斫獾氖?，可以與環(huán)氧樹脂發(fā)生化合交聯(lián)反應(yīng)的共聚物均可用于本實(shí)施方式的配方成份。其中本實(shí)施方式的苯こ烯馬來酸酐共聚物，其分子式如下
權(quán)利要求
1.一種超材料天線，其特征在于，所述超材料天線包括天線單元，所述天線單元包括一介質(zhì)基板、設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的輻射單元、與所述輻射單元耦合連接的饋線、饋電點(diǎn)、電連接所述饋線和所述饋電點(diǎn)的饋電接線以及接地板、電連接所述接地板的接地點(diǎn)；所述輻射單元包括金屬片和設(shè)置在所述金屬片上的鏤空的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料天線，其特征在于，所述凹槽呈對稱的雙螺旋狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超材料天線，其特征在于，所述饋線包括第一饋線和第二饋線，所述第一饋線和所述第二饋線分別間隔環(huán)繞的設(shè)置在所述輻射單元的兩側(cè)，所述第一饋線和所述第二饋線經(jīng)所述饋電接線與所述饋電點(diǎn)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超材料天線，其特征在于，所述第一饋線的自由端延伸至所述輻射單元的端部；所述第二饋線的自由端延伸至所述輻射單元的中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料天線，其特征在于，所述接地板包括設(shè)置于所述饋電接線兩側(cè)的接地線和設(shè)置于所述介質(zhì)基板另一表面的接地片，所述接地線與所述接地片通過若干貫穿所述介質(zhì)基板的金屬化通孔電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超材料天線，其特征在于，所述接地片呈倒T型，所述接地點(diǎn)通過貫穿所述介質(zhì)基板的金屬化孔電連接所述接地片“一”部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2任一項(xiàng)所述的超材料天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板組分包括玻纖布、環(huán)氧樹脂以及包含與所述環(huán)氧樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GPRS天線，其特征在于，還包括一電連接于所述饋電點(diǎn)的信號(hào)傳輸端。
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括殼體、電路板和超材料天線，所述超材料天線包括權(quán)利要求1-7所述的超材料天線，所述超材料天線通過傳輸端與所述電路板電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括機(jī)頂盒、無線路由器、無線接入點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超材料天線，該超材料天線包括天線單元，天線單元包括一介質(zhì)基板、設(shè)置于介質(zhì)基板一表面的輻射單元、與輻射單元耦合連接的饋線、饋電點(diǎn)、電連接饋線和饋電點(diǎn)的饋電接線以及接地板、電連接接地板的接地點(diǎn)；輻射單元包括金屬片和設(shè)置在所述金屬片上的鏤空的凹槽。本發(fā)明超材料天線通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即滿足了天線的性能要求，并且具有較高的增益，能夠滿足使用GPRS模塊的電子設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸要求，結(jié)合低損耗的天線介質(zhì)基板，使該超材料天線具有良好的工作性能。應(yīng)用本發(fā)明超材料天線的電子設(shè)備能夠很好進(jìn)行無線信號(hào)的接收與發(fā)送，滿足無線信號(hào)覆蓋的要求。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102769182SQ20121022616
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司