專利名稱：2.4GHz/5.8GHz雙頻無線通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線通訊領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種包含MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put)天線的2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的日益發(fā)展，使無線通訊電子設(shè)備同時進行多個不同頻段通訊需求日益增強?，F(xiàn)有無線通訊電子設(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)。這些指標極限的基本原理使得天線的小型化技術(shù)難度遠遠超過了其它器件，而由于射頻器件的電磁場分析的復(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行設(shè)計，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。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、增大了射頻系統(tǒng)的面積同時匹配網(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)計要求。因此，小型化、多模式的天線技術(shù)成為了當(dāng)代無線通訊電子設(shè)備的一個亟待解決的問題。多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO)技術(shù)的優(yōu)點是能夠增加無線范圍并提高性能。所謂的MIMO是指無線網(wǎng)絡(luò)訊號通過多重天線進行同步收發(fā)，所以可以增加資料傳輸率。多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO)在無線通信、無線數(shù)據(jù)服務(wù)領(lǐng)域的高速發(fā)展更進一步苛刻地要求了天線尺寸的小型化并同時保證良好的隔離度、輻射性能以及抗干擾能力。此時的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，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。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，突破傳統(tǒng)天線設(shè)計的框架，省去阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜設(shè)計，保證其小型化，使其能夠應(yīng)用在尺寸受限的無線通訊裝置之中，且天線輻射面積利用率高、抗干擾能力強且基于現(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，本實用新型提供一種2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置。一種2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置包括一 MIMO天線，所述MIMO天線包括至少兩天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)； 所述金屬結(jié)構(gòu)至少使兩不同頻段的電磁波諧振。進一步地，所述兩不同頻段包括2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G_5. 9GHz電磁波頻段。進一步地，所述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置還包括一切換單元和MIMO調(diào)制解調(diào)電路；每一天線單元的饋電點向外延伸成引腳，每一天線單元通過所述引腳分別與切換單元連接；MIMO調(diào)制解調(diào)電路通過切換單元接收所述至少兩天線單元的電信號和傳送電信號給所述至少兩天線單元。進一步地，所述至少兩天線元件設(shè)置于同一介質(zhì)基板上。進一步地，所述兩天線單元數(shù)量為兩個。進一步地，所述介質(zhì)基材的材質(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非導(dǎo)電材料。 進一步地，所述MIMO天線包括兩個互補式金屬結(jié)構(gòu)。進一步地，所述MIMO天線包括兩個相同金屬結(jié)構(gòu)。進一步地，所述MIMO天線包括一對互補式的金屬結(jié)構(gòu)。進一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)的長和寬是任意的。相對現(xiàn)有技術(shù)，采用人工電磁材料技術(shù)設(shè)計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)尺寸不受半波長的物理長度限制；根據(jù)應(yīng)用的無線通訊裝置選取阻抗匹配的金屬結(jié)構(gòu)，然后將其設(shè)計成對應(yīng)的天線單元；進一步將這些天線與MIMO技術(shù)結(jié)合，從而雙頻無線通訊裝置接收或發(fā)送無線信號的性能信息吞吐量得到顯著提高。

下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明圖1為本實用新型中2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置示意圖；圖2為圖1所示2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置部分模塊圖；圖3為圖2所示MIMO天線的一天線單元的另一種饋入方式結(jié)構(gòu)圖；圖4為圖2所示MIMO天線的一天線單元的第三種饋入方式結(jié)構(gòu)圖；圖5為圖2所示MIMO天線的一天線單元的第三種饋入方式結(jié)構(gòu)圖；圖6為圖2所示天線單元的一互補式金屬結(jié)構(gòu)的天線單元結(jié)構(gòu)圖；圖7為圖2所示兩天線單元設(shè)置同一基板上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實用新型MIMO天線包含一對互補式天線單元結(jié)構(gòu)圖；圖9為本實用新型MIMO天線包含兩個圖6所示互補式天線單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步的描述請參閱圖1，為本實用新型2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置的示意圖。所述 2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置100包括一本體101和內(nèi)置于本體101的MIMO天線102。 所述MIMO天線102能接收2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9GHz_5. 9GHz兩個頻段電磁波，從而實現(xiàn) 2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置100同時進行雙頻段通訊。在其他實施方式中，MIMO天線10也可外置于本體101上以將加強信號接收能力。2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置包括但不限于無線數(shù)據(jù)卡、無線路由器、手機、個人數(shù)字助理、導(dǎo)航裝置、藍牙裝置及WIFI無線基站等各種工作于2. 4GHz和5. 8GHz電子設(shè)備。上述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置根據(jù)無線信號數(shù)據(jù)要求的吞吐量可以設(shè)置多根MIMO天線102。請參閱圖2，所述MIMO天線102包括至少兩天線單元10 ；所述天線單元10包括一饋電單元5、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相互信號耦合連接。2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置100還包括一切換單元19和MIMO調(diào)制解調(diào)電路18。每一天線單元10的饋電點向外延伸成引腳，每一天線單元10通過所述引腳一一與切換單元19連接；MIMO調(diào)制解調(diào)電路18通過切換單元19接收所述至少兩天線單元10的電信號和傳送電信號給所述至少兩天線單元10。在本實施方式中，所述MIMO天線裝置包括相互獨立設(shè)置的兩個天線單元10，所述兩個天線單元10相互之間間隔一定距離保持兩天線單元10 —定要求的信號隔離度以降低相互產(chǎn)生電磁干擾。所述金屬結(jié)構(gòu)6為采用人工電磁材料方式設(shè)計；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)基材的材質(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非導(dǎo)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，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)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化。在本實施方式中，所述方形狀的金屬結(jié)構(gòu)6 對2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz的電磁波段諧振。在本實施方式中，所述金屬結(jié)構(gòu)6為軸對稱的平面板狀金屬薄片。其中金屬結(jié)構(gòu)6 為銅或銀材料制成的薄片。優(yōu)選為銅，價格低廉，導(dǎo)電性能好。為了實現(xiàn)更好阻抗匹配，金屬結(jié)構(gòu)12也為銅和銀組合。請一并參考圖3、圖4及圖5，所述饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6之間信號饋入方式可以采用多種方式。如圖3所示，所述饋線4直接與所述金屬結(jié)構(gòu)6電連接；且所述饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6的相連接點位置可以位于金屬結(jié)構(gòu)6上的任意位置。如圖4和5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外圍的任意位置。請參閱圖6，為本實用新型的另一實施方式互補式金屬結(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’與前述實施方式金屬結(jié)構(gòu)6形成互補。也就是說，由一完整的片金屬薄片分割成兩部分，即金屬結(jié)構(gòu)6和互補式金屬結(jié)構(gòu)6’兩部分。請參閱圖7，本實用新型利用上述原理來設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)6，并將金屬結(jié)構(gòu)6或互補式金屬結(jié)構(gòu)6’及對應(yīng)的饋線4和饋電點5組成的天線單元10附著于介質(zhì)基板7上。本實施方式中，所述天線單元10包括兩個相同的金屬結(jié)構(gòu)6。所述天線組件可通過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，根據(jù)最后的MIMO天線102的測試最佳效果來修改饋電方式。在本實施方式中，所述金屬結(jié)構(gòu)6與饋線4都采用非直接電連接方式，即電信號電感電容方式饋入。為了更好實施本實用新型，所述介質(zhì)基板7由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、 鐵氧材料或鐵磁材料等介電材料制成。優(yōu)選方式，介質(zhì)基板7由高分子材料制成，具體地是 FR-4和F4B等高分子材料。請參閱圖8，為本實用新型MIMO天線102包含一對互補式天線單元結(jié)構(gòu)圖。將金屬結(jié)構(gòu)6和互補式金屬結(jié)構(gòu)6’兩種相互互補的金屬結(jié)構(gòu)6設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上形成本實用新型一實施方式的MIMO天線102。當(dāng)然，將形狀相同的互補式金屬結(jié)構(gòu)6’設(shè)置于同一介質(zhì)基板7上也可形成本實用新型的MIMO天線(如圖9所示)。本實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)6所依附的介質(zhì)基板7共同組成一個等效介電常數(shù)按照洛侖茲材料諧振模型色散的電磁材料，從而設(shè)計出多諧振頻段的MIMO天線單元10。根據(jù)人工電磁材料設(shè)計理論，與上述MIMO天線單元10的金屬結(jié)構(gòu)6互補式的一金屬結(jié)構(gòu)6’，所述金屬結(jié)構(gòu)6’的諧振頻點包含2. 4GHz和5. 8GHz兩個。因此基于此。也可設(shè)計成兩個諧振頻段包含2. 4GHz-2. 49GHz和4. 9G-5. 9GHz的天線單元，所述金屬結(jié)構(gòu)6的長和寬都可以根據(jù)其應(yīng)用的電子設(shè)備機構(gòu)布局做任意調(diào)整，但是金屬結(jié)構(gòu)6結(jié)構(gòu)形狀保持與前述實施例中一致。本實施例中，關(guān)于天線單元10的加工制造，只要滿足本實用新型的設(shè)計原理，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 制造均可滿足本實用新型的加工要求。另外還可將上述形狀金屬結(jié)構(gòu)6、饋線4和饋電點5 都印刷于FPC板上。除上述加工方式，還可以根據(jù)實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的精確加工來完成芯片微結(jié)構(gòu)部分的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。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MIMO天線102表面上設(shè)置有非金屬的防氧化薄膜。由于本實用新型的主要性能都基于在金屬結(jié)構(gòu)6設(shè)計， 因此，饋線4的引線對天線單元10的輻射頻率影響相對較小。上述MIMO天線102可應(yīng)用包含2. 4GHz和5. 8GHz的無線通訊裝置，也可將本實用新型中的天線組件插接于通訊裝置的PCB板上。上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置包括一 MIMO天線，所述MIMO天線包括至少兩天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述金屬結(jié)構(gòu)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. 8GHz雙頻無線通訊裝置，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雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述 2. 4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置還包括一切換單元和MIMO調(diào)制解調(diào)電路；每一天線單元的饋電點向外延伸成引腳，每一天線單元通過所述引腳分別與切換單元連接；MIMO調(diào)制解調(diào)電路通過切換單元接收所述至少兩天線單元的電信號和傳送電信號給所述至少兩天線單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述至少兩天線單元設(shè)置于同一介質(zhì)基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述兩天線單元數(shù)量為兩個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述介質(zhì)基材的材質(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非導(dǎo)電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述MIMO 天線包括兩個互補式金屬結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述MIMO 天線包括兩個相同金屬結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述MIMO 天線包括一對互補式的金屬結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2.4GHz/5. 8GHz雙頻無線通訊裝置，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)的長和寬是任意的。
專利摘要一種2.4GHz/5.8GHz雙頻無線通訊裝置包括一MIMO天線，所述MIMO天線包括至少兩天線單元；每一天線單元包括一饋電單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述金屬結(jié)構(gòu)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)尺寸不受半波長的物理長度限制；根據(jù)應(yīng)用的2.4GHz/5.8GHz無線通訊裝置選取阻抗匹配的金屬結(jié)構(gòu)，然后將其設(shè)計成對應(yīng)的天線單元；進一步將這些天線與MIMO技術(shù)結(jié)合，從而2.4GHz/5.8GHz雙頻無線通訊裝置接收或發(fā)送無線信號的性能信息吞吐量得到顯著提高。
文檔編號H01Q21/00GK202231144SQ20112028925
公開日2012年5月23日 申請日期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, 李岳峰 申請人: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