專利名稱：一種射頻芯片小天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新 型涉及無(wú)線射頻器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的射頻芯片小天線。
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(lái)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(wèn)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(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)。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(wú)線通信、無(wú)線接入、衛(wèi)星 通信、無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中變得越來(lái)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(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。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(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。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型的射頻芯片小天線，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)，保證其小型化和多模化。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種射頻芯片小天線，包括兩片平板狀的相互平行的金屬片、饋線、接地線；所述 兩片金屬片上均設(shè)置有可短接點(diǎn)，分別用于連接饋線和接地線。其中，所述兩片金屬片上均鏤刻有一個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)或者由至少兩個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)組 合而成的組陣結(jié)構(gòu)。其中，所述兩片金屬片中，其中之一金屬片上鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)或者組陣結(jié)構(gòu)不 同于另一金屬片上鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)或者組陣結(jié)構(gòu)。其中，在每片金屬片上的金屬微結(jié)構(gòu)內(nèi)部，嵌入鏤刻有新的金屬微結(jié)構(gòu)。[0011]其中，所述金屬微結(jié)構(gòu)的外部形狀為敞開(kāi)式的圓形或者多邊形。其中，所述兩片金屬片上所鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式 螺旋線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)與彎折 線混合結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)與雙開(kāi)口螺旋環(huán)混合結(jié)構(gòu)中的任一種。其中，所述兩片金屬片上均設(shè)有金屬化通孔，且所述兩片金屬片通過(guò)該金屬化通 孔短接。其中，所述兩片金屬片之間還包括實(shí)際填空介質(zhì)，所述兩片金屬片分別位于該實(shí) 際填空介質(zhì)的上下兩層。其中，所述實(shí)際填空介質(zhì)為空氣、陶瓷、或者介質(zhì)基板。其中，所述饋線采用電感饋入方式或者電容饋入方式，所述接地線采用電感接地 方式或者電容接地方式。本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型的射頻芯片小天線的設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)天線的設(shè)計(jì)框架，集成了新型人 工電磁材料，因此其輻射具有非常豐富的色散特性，可以形成多種輻射模式，即可免去繁瑣 的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并可以通過(guò)調(diào)整饋線的饋入耦合方式、接地線接入方式、上下兩層金屬片 上金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、上下兩層金屬片上金屬化通孔的位置、以及饋線與接地線與上 下兩層金屬片的可短接點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行調(diào)諧，這種豐富的色散特性為多頻點(diǎn)的阻抗匹配帶來(lái) 了極大的便利。同時(shí)，本實(shí)用新型的小天線采取芯片模式，因此可以充分利用輻射面積，逼 近Chu Limit的天線尺寸極限原理，且雙芯片的構(gòu)造也對(duì)局限電磁波、減少外界對(duì)天線工作 的影響帶來(lái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。綜上所述，本實(shí)用新型的射頻芯片小天線具有尺寸小、加工簡(jiǎn)單、成本低廉、天線 輻射面積利用率高、容易進(jìn)行多模天線匹配設(shè)計(jì)以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。從應(yīng)用領(lǐng)域劃 分，射頻芯片小天線可以通過(guò)相應(yīng)的接口在以下無(wú)線設(shè)備環(huán)境中應(yīng)用1)無(wú)線局域網(wǎng)(802. lla/b/g/n/y)?？梢詰?yīng)用到的設(shè)備包括無(wú)線路由器，室內(nèi)移 動(dòng)終端無(wú)線接收器，如電腦，Personal digital assistant (PDA)，無(wú)線接入設(shè)備AP等。2)蜂窩網(wǎng)通信?？梢詰?yīng)用到的設(shè)備包括Personal Digital Cellular(PDC)， Global Systems for Mobile Communications(GSM)[可以應(yīng)用到 GSM 的各種頻率，如 400MHz，450MHz，850MHz，900MHz，1800MHz，1900MHz。 ]，IS_95(Code Division Multiple Access, CDMA), IS-2000(CDMA2000), Generalized Packet Relay Service (GPRS)，Wide CodeDivision Multiple Access (WCDMA), Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access (TD-SCDMA), Universal MobileTelecommunications System (UMTS), High Speed OFDM Packet Access (HSOPA)，High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA)， High-SpeedDownl ink Packet Access (HSDPA) , Worldwide Interoperability forMicrowave Access (WiMax), UMTS Long Term Evolution(LTE)以及多輸入輸出系統(tǒng) (ΜΙΜΟ)。從以上應(yīng)用可以看到，IHT芯片小天線可以廣泛地應(yīng)用到各類(lèi)蜂窩網(wǎng)通信終端中， 其中包括各類(lèi)第二代、第三代以及第四代的無(wú)線終端。所設(shè)計(jì)的小型天線不但可以應(yīng)用在 蜂窩網(wǎng)通信中的各類(lèi)移動(dòng)接收終端中，而且稍加改動(dòng)也可以應(yīng)用在發(fā)射端，如針對(duì)于第二 代、第三代以及第四代無(wú)線通信系統(tǒng)的基站天線等。3) Global Positioning System(GPS)全球定位系統(tǒng)終端天線。[0023]4)超短距離通信(Ultra-wideband，UffB, 13m以內(nèi))。可以應(yīng)用的設(shè)備包括使用 UffB技術(shù)的所有無(wú)線電子設(shè)備。5)藍(lán)牙無(wú)線設(shè)備(IEEE802. 15. 1)。可以應(yīng)用的設(shè)備包括IEEE802. 15. 1協(xié)議定義 下的所有無(wú)線電子設(shè)備。6) ZigBee (IEEE802. 15. 4)協(xié)議內(nèi)的無(wú)線通信設(shè)備，如工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭 網(wǎng)絡(luò)、安全系統(tǒng)、車(chē)載電子系統(tǒng)、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。由于IEEE802. 15. 4定義的無(wú)線通信設(shè)備 均為功率受限設(shè)備，因此要求低功耗。本實(shí)用新型提出的小型天線在大大縮小硬件尺寸的 同時(shí)也節(jié)省了硬件的功耗，因此這里提出的小天線將非常適合IEEE802. 15. 4協(xié)議下的任 何無(wú)線電子設(shè)備。7)無(wú)有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。如傳感器網(wǎng)絡(luò)(SensorNetworks)軀域傳感 器網(wǎng)絡(luò)(Body Sensor Network)與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。由于此類(lèi)網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)線終端尺寸要求很高， 希望無(wú)線終端越小越好，因此這里所設(shè)計(jì)的小型天線將有效的解決此類(lèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)瓶頸。8)醫(yī)用電子無(wú)線設(shè)備(IEEE 1073)。包括醫(yī)用通風(fēng)設(shè)備、電震發(fā)生器、急性病醫(yī) 院中的病人監(jiān)視設(shè)備、家庭保健設(shè)備、醫(yī)用成像設(shè)備，如核磁共振成像(MRI)等。IEEE 1073 使用的總頻譜為14MHz，該頻譜是聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)于2002年10月份專門(mén)為醫(yī)療無(wú)線 應(yīng)用留出的。FCC計(jì)劃從608-614，1395-1400和1427_1432MHz三種頻段中提取頻譜，為醫(yī) 療設(shè)備提供無(wú)干擾的頻譜空間。本專利中提出的小型天線完全適用于這三種頻段。因此，本 專利中提出的小型天線可以廣泛應(yīng)用到IEEE 1073標(biāo)準(zhǔn)包括的所有醫(yī)用電子無(wú)線設(shè)備中。9)各類(lèi)衛(wèi)星通信的發(fā)射接收裝置。對(duì)于高增益要求的衛(wèi)星天線可采取基于本實(shí)用 新型的射頻芯片小天線的陣列天線系統(tǒng)。10)各類(lèi)雷達(dá)與微波探測(cè)系統(tǒng)，如車(chē)載雷達(dá)、氣象雷達(dá)以及海事雷達(dá)等。該芯片小 天線可作為雷達(dá)系統(tǒng)中的輻射單元。11)射頻標(biāo)簽與識(shí)別(RFID)的芯片天線與讀寫(xiě)天線。12)各類(lèi)無(wú)線娛樂(lè)消費(fèi)電子設(shè)備，如無(wú)線HiFi耳機(jī)(2. 4GHz_2. 48GHz和 433MHz-434MHz)、無(wú)線移動(dòng)硬盤(pán)、打印機(jī)、無(wú)線游戲手柄、無(wú)線鼠標(biāo)(27. 085MHz和 27. 135MHz)、鍵盤(pán)(27. 185MHz和27. 035MHz)等小型電子設(shè)備，以及所有應(yīng)用藍(lán)牙天線的電
子設(shè)備。13)以上提到的各類(lèi)無(wú)線技術(shù)之間應(yīng)用的多模式射頻設(shè)計(jì)。
圖1是本實(shí)用新型提出的射頻芯片小天線第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型提出的射頻芯片小天線第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖 2(a)是鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖2(b)是鏤刻有互補(bǔ)式螺旋線 結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖2(c)是鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖 2(d)是鏤刻有雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖2(e)是鏤刻有混合結(jié)構(gòu)的射頻芯 片小天線，圖2(f)是鏤刻有互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖2(g)是鏤刻有開(kāi)口螺 旋環(huán)與彎折線混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖2(h)是鏤刻有開(kāi)口螺旋環(huán)與雙開(kāi)口螺旋環(huán) 混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線；且圖2(a) — 2(h)中，左圖表示接饋線的金屬片，右圖表示接接地線的金屬片，A、B點(diǎn)表示兩金屬片平行放置時(shí)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；圖3是射頻芯片小天線在對(duì)其饋線與接地線的引線長(zhǎng)度(饋線與接地線的引線長(zhǎng) 度分別指饋點(diǎn)到金屬片微結(jié)構(gòu)的距離、接地點(diǎn)到金屬片微結(jié)構(gòu)的距離)采用不同設(shè)計(jì)時(shí)的 全波仿真結(jié)果對(duì)比示意圖；其中，圖3(a)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天 線的示意圖，圖3(b)為針對(duì)圖3(a)所示結(jié)構(gòu)的天線，對(duì)其引線長(zhǎng)度采用不同設(shè)計(jì)時(shí)的全波 仿真結(jié)果對(duì)比示意圖；圖4是射頻芯片小天線在對(duì)其金屬微結(jié)構(gòu)采用不同尺寸及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的全 波仿真結(jié)果對(duì)比示意圖；其中圖4(a)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線 的示意圖，圖4(b)為針對(duì)圖4(a)所示結(jié)構(gòu)的天線，對(duì)其金屬微結(jié)構(gòu)采用不同尺寸設(shè)計(jì)時(shí)的 全波仿真結(jié)果對(duì)比示意圖，圖4(c)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)和互補(bǔ)式雙開(kāi)口諧振環(huán)的 混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線，圖4(d)是圖4(c)所示結(jié)構(gòu)的天線的全波仿真結(jié)果；圖5是圖2(a)所示的射頻芯片小天線的反射測(cè)試結(jié)果示意圖； 圖6是圖2(a)所示的射頻芯片小天線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)衍生示意圖；其中圖6(a)為拓 撲結(jié)構(gòu)幾何形狀衍生示意圖，圖6(b)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展衍生示意圖；圖7是圖2(a)所示的射頻芯片小天線的拓?fù)鋸?fù)合結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖2(a)所示的射頻芯片小天線的組陣結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖8(a)為單饋入 多芯片組陣示意圖，圖8(b)為多饋入單芯片組陣示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中的射頻芯片小天線由饋線、接地線、兩片 具有平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的金屬片組成。兩片金屬片平行放置，饋線饋入其中一金屬片(左圖)， 接地線接另一金屬片(右圖)，且兩金屬片上可設(shè)有金屬化通孔(圖中的小圓點(diǎn))，用來(lái)實(shí) 現(xiàn)金屬片的短接。其中，饋線和接地線一般可以視為射頻芯片小天線的兩個(gè)引腳，以標(biāo)準(zhǔn)50歐姆阻 抗饋入，但饋線的饋入方式與接地線的接地方式可以是容性耦合也可以是感性耦合，具體 來(lái)說(shuō)，饋線的饋入方式與接地線的接入方式共有四種組合，分別是饋線電感饋入，接地線 電感接地；饋線電感饋入，接地線電容接地；饋線電容饋入，接地線電感接地；饋線電容饋 入，接地線電容接地。上下兩個(gè)金屬片的拓?fù)湮⒔Y(jié)構(gòu)與尺寸可以相同，也可以不同，從而進(jìn) 行混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并不改變基本輻射原理。此時(shí)，兩金屬片之間的介質(zhì)為實(shí)際填充介質(zhì)(介 質(zhì)材料可以任意選擇，一般可以是空氣、陶瓷或者介質(zhì)基板)，上下兩個(gè)金屬片可通過(guò)金屬 化的通孔進(jìn)行短接，由于金屬化通孔相當(dāng)于電等離子材料，則兩個(gè)金屬片短接時(shí)，該天線的 輻射參數(shù)將會(huì)發(fā)生很大變化。關(guān)于饋線與接地線的可短接點(diǎn)位置，除了圖1中所示的位置 之外(位于金屬微結(jié)構(gòu)左側(cè))，可短接點(diǎn)還可以位于金屬片上的其它任意位置。對(duì)于本實(shí)施例中的射頻芯片小天線，可通過(guò)調(diào)整饋線的饋入耦合方式、接地線的 接地方式、上下兩層金屬片的拓?fù)湮⒔Y(jié)構(gòu)與尺寸大小、上下兩層金屬片的金屬化通孔位置、 以及饋線與接地線與上下兩層金屬微結(jié)構(gòu)的可短接點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。人工電磁材料是一種利用金屬微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工制造的等效特種材料，其性能直接取決于其亞波長(zhǎng)的金屬微結(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，其阻抗、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 人工電磁材料對(duì)兩金屬片之間介質(zhì)的基本特性進(jìn)行改造，使得兩金屬片之間等效地插入了 一個(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。下面將通過(guò)實(shí)施例二 進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例二本實(shí)施例利用人工電磁材料的特性，采用在上下金屬片上鏤刻金屬微結(jié)構(gòu)的方 式，使得金屬片之間等效填充一個(gè)介電常數(shù)按照洛侖茲材料諧振模型色散的電磁材料，實(shí) 現(xiàn)改變天線的輻射特性的目的。請(qǐng)參閱圖2，該圖給出了一系列可能的等效電磁材料的微結(jié)構(gòu)，其中，圖2(a)所示 為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示意圖；圖2(b)為鏤刻有互補(bǔ)式螺 旋線結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示意圖；圖2(c)為鏤刻有開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天 線的示意圖；圖2(d)為鏤刻有雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示意圖；圖2(e)為 鏤刻有混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示意圖；圖2(f)為鏤刻 有互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)的射頻 芯片小天線的示意圖；圖2(g)為鏤刻有開(kāi)口螺旋環(huán)與彎折線混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線 的示意圖；圖2(h)為鏤刻有開(kāi)口螺旋環(huán)與雙開(kāi)口螺旋環(huán)混合結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示 意圖。其中，互補(bǔ)式開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)可以等效為具有電諧振特性的電磁材 料；雙互補(bǔ)式開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)可以等效為具有磁諧振特性的電磁材料；任 意兩種不同結(jié)構(gòu)的組合(比如說(shuō)上下金屬片各一種)可以組成色散更為豐富的等效電磁材 料。金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)種類(lèi)有無(wú)窮多種，不局限于圖2的舉例，但基本都是諧振結(jié)構(gòu)。由于 金屬化通孔相當(dāng)于電等離子材料，會(huì)和鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)形成混合模式，所以本實(shí)施例中 還可將上下金屬片通過(guò)金屬化通孔短接來(lái)對(duì)其等效的電磁材料特性、輻射參數(shù)進(jìn)行較大地 調(diào)整。本實(shí)施例中，關(guān)于天線的加工制造，只要滿足本實(shí)用新型的設(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(lèi)印刷電路板(PCB)的制造方法，金屬化的通孔，雙面 覆銅的PCB制造均可滿足本實(shí)用新型的加工要求。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(xiě)，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(lèi)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。其次，關(guān)于饋線與接地線的可短接點(diǎn)位置，該可短接點(diǎn)可以位于其所在金屬片上 的任意位置。饋線的饋入方式與接地線的接地方式可以是容性耦合也可以是感性耦合，具 體來(lái)說(shuō)，饋線的饋入方式與接地線的接入方式共有四種組合，分別是饋線電感饋入，接地 線電感接地；饋線電感饋入，接地線電容接地；饋線電容饋入，接地線電感接地；饋線電容 饋入，接地線電容接地。上下兩個(gè)金屬片的拓?fù)湮⒔Y(jié)構(gòu)與尺寸可以相同，也可以不同，從而 進(jìn)行混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并不改變基本輻射原理，但會(huì)改變天線具體的輻射性能。同時(shí)，由于射頻芯片小天線的主要性能都集中在金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)浜托酒糠值脑O(shè) 計(jì)，因此，饋線與接地線的引線對(duì)天線的輻射頻率影響相對(duì)較小。基于這個(gè)特點(diǎn)，射頻芯片 小天線可以被靈活的擺放在系統(tǒng)的任何位置，簡(jiǎn)化的安裝測(cè)試的復(fù)雜度。[0053]請(qǐng)參閱圖3，其中圖3(a)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示 意圖，圖3(b)為針對(duì)圖3(a)所示結(jié)構(gòu)的天線，對(duì)其饋線與接地線的引線長(zhǎng)度采用不同設(shè)計(jì) 時(shí)的全波仿真結(jié)果對(duì)比示意圖，由此可以看出，饋線與接地線引線長(zhǎng)度對(duì)天線的輻射頻率 的影響較小。請(qǐng)參閱圖4，其中圖4(a)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻芯片小天線的示 意圖，圖4(b)為針對(duì)圖4(a)所示結(jié)構(gòu)的天線，對(duì)其金屬微結(jié)構(gòu)采用不同尺寸設(shè)計(jì)時(shí)的全波 仿真結(jié)果對(duì)比示意圖，由此可以看出，天線的輻射頻率隨著微結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)的不同而發(fā) 生著大幅度的變化；圖4(c)為鏤刻有互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)和互補(bǔ)式雙開(kāi)口諧振環(huán)的混合結(jié) 構(gòu)的射頻芯片小天線，圖4(d)是圖4(c)所示結(jié)構(gòu)的天線的全波仿真結(jié)果，通過(guò)對(duì)比圖4(d) 和圖4(b)可知，天線的輻射頻率隨著金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)不同而發(fā)生著大幅度的變化。 因此，調(diào)節(jié)芯片與芯片上微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)與尺寸大小可以對(duì)本實(shí)用新型的小天線進(jìn)行具 體參數(shù)優(yōu)化，以達(dá)到應(yīng)用要求。 請(qǐng)參閱圖5，該圖所示為圖2(a)所示的射頻芯片小天線的反射(Sll)測(cè)試結(jié) 果。本例中，該天線設(shè)計(jì)尺寸為13mm*16mm，其加工采取了聚四氟乙烯(FR4)介質(zhì)板材，饋 線采取電容耦合，接地線采用短接電感耦合，兩片金屬片均被鏤刻了互補(bǔ)的開(kāi)口諧振環(huán)微 結(jié)構(gòu)，上下兩片金屬片之間沒(méi)有任何短接。由圖可以看出，該小天線具有多個(gè)頻段的良好 輻射特性，五個(gè)主要輻射頻率從900MHz —直分布到5. 5GHz，幾乎涵蓋了 GSM、CDMA、藍(lán)牙、 WLAN(IEEE802. 11協(xié)議)、GPS等各個(gè)主要的通信頻率，具有非常高的集成度以及極具有競(jìng) 爭(zhēng)力的小尺寸。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，其天線的尺寸可以根據(jù)需要引入更多的諧振微結(jié)構(gòu)，來(lái)進(jìn)一 步的減小天線尺寸，使其畢竟天線輻射的極限制。本實(shí)用新型不限于以上所述的樣例，具體 的開(kāi)發(fā)可以有多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造加工的方式。本實(shí)用新型所提出的射頻芯片小天線中，上下兩層金屬片的拓?fù)湮⒔Y(jié)構(gòu)具有衍 生、混合、復(fù)合與組陣特性，因而金屬片上金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以根據(jù)金屬片的拓?fù)涮匦赃M(jìn) 行修改，下面將具體描述請(qǐng)參閱圖6，該圖所示為圖2(a)所示的射頻芯片小天線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)衍生示意圖。 其中圖6(a)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾何形狀衍生示意圖，這里拓?fù)鋷缀涡螤钛苌侵冈诒緦?shí)用新型 中金屬微結(jié)構(gòu)的形狀不僅僅局限于長(zhǎng)方形，也可以為任意平面幾何圖形，如圓形、三角形、 多邊形。圖6(b)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展衍生示意圖，這里的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展衍生是指在不改變?cè)?金屬微結(jié)構(gòu)本質(zhì)特性前提下，可以任意添加金屬線從而擴(kuò)展原有金屬微結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖7，該圖所示為圖2(a)所示的射頻芯片小天線的拓?fù)鋸?fù)合結(jié)構(gòu)示意圖， 這里拓?fù)鋸?fù)合結(jié)構(gòu)是指在原有金屬微結(jié)構(gòu)的形狀中嵌套新的幾何形狀，此嵌入的新幾何形 狀可以相同，也可以不同。請(qǐng)參閱圖8，該圖所示為圖2(a)所示的射頻芯片小天線的組陣結(jié)構(gòu)示意圖。其中 圖8(a)為單饋入多芯片組陣示意圖，圖8(b)為多饋入單芯片組陣示意圖。這里的芯片組 陣單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同時(shí)滿足衍生、混合與復(fù)合特性。綜上所述，由于本實(shí)施例中的天線集成了人工電磁材料，因此其輻射具有非常豐 富的色散特性，可以形成多種輻射模式，并可通過(guò)調(diào)整饋線的饋入耦合方式、接地線的接地 方式、上下兩層金屬片上金屬微結(jié)構(gòu)與尺寸大小、上下兩層金屬片金屬化通孔位置、以及上 下兩層金屬片上的可短接點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，僅僅參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技 術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種射頻芯片小天線，其特征在于，包括兩片平板狀的相互平行的金屬片、饋線、接地線；所述兩片金屬片上均設(shè)置有可短接點(diǎn)，分別用于連接饋線和接地線。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述兩片金屬片上均鏤刻有一 個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)或者由至少兩個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)組合而成的組陣結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述兩片金屬片中，其中之一金 屬片上鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)或者組陣結(jié)構(gòu)不同于另一金屬片上鏤刻的金屬微結(jié)構(gòu)或者組陣 結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的射頻芯片小天線，其特征在于，在每片金屬片上的金屬微結(jié)構(gòu) 內(nèi)部，嵌入鏤刻有新的金屬微結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求2或4所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)的外部形狀 為敞開(kāi)式的圓形或者多邊形。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述兩片金屬片上所鏤刻的金 屬微結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié) 構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)與彎折線混合結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)與雙開(kāi)口螺旋環(huán)混合結(jié) 構(gòu)中的任一種。
7.如權(quán)利要求1至4任一所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述兩片金屬片上均設(shè) 有金屬化通孔，且所述兩片金屬片通過(guò)該金屬化通孔短接。
8.如權(quán)利要求1至4任一所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述兩片金屬片之間還 包括實(shí)際填空介質(zhì)，所述兩片金屬片分別位于該實(shí)際填空介質(zhì)的上下兩層。
9.如權(quán)利要求8所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述實(shí)際填空介質(zhì)為空氣、陶 瓷、或者介質(zhì)基板。
10.如權(quán)利要求1所述的射頻芯片小天線，其特征在于，所述饋線采用電感饋入方式或 者電容饋入方式，所述接地線采用電感接地方式或者電容接地方式。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種射頻芯片小天線，包括兩片平板狀的相互平行的金屬片、饋線、接地線；所述兩片金屬片上均設(shè)置有可短接點(diǎn)，分別用于連接饋線和接地線。本實(shí)用新型的射頻芯片小天線集成了新型人工電磁材料，具有豐富的色散特性，可形成多種輻射模式，即可免去繁瑣的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)調(diào)整饋線的饋入耦合方式、接地線接入方式、金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、金屬化通孔的位置、以及饋線與接地線與上下兩層金屬片的可短接點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行調(diào)諧，為多頻點(diǎn)的阻抗匹配帶來(lái)了極大的便利；同時(shí)，本實(shí)用新型的小天線采取芯片模式，可充分利用輻射面積，逼近Chu Limit的天線尺寸極限原理，且雙芯片的構(gòu)造對(duì)局限電磁波、減少外界對(duì)天線工作的影響帶來(lái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK201611683SQ20082021362
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者劉波 申請(qǐng)人:深圳大鵬光啟科技有限公司