CN1417888A - 电路板和用它的表面贴装器件天线 - Google Patents

Abstract

印刷电路板(4)，用于表面贴装电/电子元件，特别具一种SMD天线，它有陶瓷衬底(1)和至少一个谐振导体印制线结构(20；30)，这种天线能用于单频带和多频带，特别用于高频和微波范围。由于天线的导体印制线结构(20)的一端连接到接地金属化层(41)，用小的天线尺寸能实现较大的频带宽度，能设计尺寸更小的电路板。

Description

电路板和用它的表面贴装器件天线

发明领域

本发明涉及用于表面贴装电和/或电子元件的印刷电路板(PCB)，更具体涉及有陶瓷衬底和至少一个谐振器导体印制线结构的SMD(表面贴装器件)天线。本发明还涉及用于单频带和多频带应用的天线，特别涉及用于高频或微波范围的天线。

背景技术

移动通信中用高频和微波范围的电磁波传输信息。例如，频率范围在约880和960MHz(GSM900)之间，和约1710和1880MHz(DCS1800)之间的移动电话频带，和约1850和1990MHz(PCS1900)的欧洲移动电话频带，在约1573MHz频带发射的GPS导航信号，和在约2400MHz和2500MHz之间的频带范围内用于各个终端之间的数据交换的兰牙频带。因此，首先强烈要求通信装置小型化，其次希望这些装置有越来越多的功能(多功能装置)。这关系到例如移动电话，它是由用于GPS定位信号的接收机模块和与其它终端进行数据通信的兰牙模块组合而成。

常用的电子元件在印刷电路板上的表面贴装方法(SMD方法)能提高单个模块的集成度，因此，能达到好的小型化程度。但是，与进一步小型化相关的问题是，元件特别是天线所需的空间应该特别小，为了形成电磁振荡天线的尺寸要特别小，通常至少是发射的射线波长的四分之一的长度。可用具有尽可能高的介电常数ε的介电载体材料(衬底)耒解决该问题。之后，由于在衬底中波长能减小1/√ε，而且天线尺寸也可能按该系数1/√ε减小。

EP0790662公开了一种天线结构，它有衬底和L形和U形的辐射电极和功率源电极。辐射电极的一端短路到接地电位，在该端与功率源电极隔开一个间隙。辐射电极的自由端与功率源电极隔开一个距离，使得两者通过由间隙形成的电容进行电耦合。由于采用这种辐射电极形状和耦合方式，所以天线能具有特别小的尺寸。

与多频带天线整体应用有关的另一问题是，要求天线能在所用的每个频带内工作和有相应的频带宽度。天线的频带宽度随衬底材料的介电常数升高而减小，但是，如果要求频带宽度保持不变，则要求天线尺寸特别小和安装天线的电路板的尺寸特别小。

发明内容

本发明的总目的是尽可能减小印刷电路板的尺寸，该印刷电路板用于承载上述类型的通信装置用的必要电和/电子元件。

本发明的具体目的是提供能允许印刷电路板进一步小型化的单频带或多频带的天线。而且要制成单频带或多频带的天线，特别是有在上述的一个或多个频带中使用的合适的频带宽度，而且不要特别大的尺寸。

最后的目的是制成相对容易定义其谐振频率的多频带天线。

按照本发明的一个方面，提供一种印刷电路板来实现发明目的，所述印刷电路板是用于表面贴装电和/电子元件的印刷电路板，特别用于SMD天线，它有陶瓷衬底和至少一个谐振导体印制线结构，其特征是，印刷电路板上有基本包围天线的接地的金属化层，天线的导体印制线结构一端连接到接地金属线化层。

这种解决方法的第一个优点是，接地金属仑层包围天线，因而允许靠近天线设置电路板上的其它元件。能减小有相同的元件数量的印刷电路板的尺寸。极大避免了由于接地金属化层而出现而适应问题，导体印制线结构不连接到要发射电磁波的功率源，而是连接到接地金属化层。

同时，该连接还有一个优点，不用低介电常数的衬底也能制成实质上有较大频带宽度的天线。与有较窄频带的天线相比不用放大天线尺寸，与有同样频带宽度的常规天线相比本发明的天线尺寸更小。

按照本发明的另一个方面，提供一种SMD天线也能达到发明目的，所述SMD天线有陶瓷衬底，和至少一个谐振导体印制线结构，其特征是，连接天线的第一谐振导体印制线结构的一端的第一功率源线接地电位，第二功率源线耦合要发射的电磁波到天线，其中第一导体印制线结构有多段导体，第一导体印制线结构的长度适合激励要求的第一谐振频率(基模)，选择导体段的路线和距离以激励基模的第一谐波，

除上述优点外，本发明的解决方案还有一个优点是能用更简单的方式制成双频带天线。

按照本发明明的又一个方面能制成有3个频带的天线，它特别适用于本文第1段所述类型的集成通信装置。

按照本发明的再一个方面有以下优点，激励的天线谐振特别显著，而按照本发明的另一个方面能使天线的电匹配最佳。

附图说明

以下将参见附图中所示的优选实施例进一步描述本发明，但这些实施例不限制本发明。

图1是天线的第一实施例示意图；

图2是天线的第二实施例示意图；

图3是图2所示天线的阻抗频谱图。

具体实施方式

按本发明的天线有正方块陶瓷衬底1，衬底块的高度比它的长度或宽度小3至10倍。如图1和2所示，衬底1的上和下表面大，因此叫做第1表面或上表面10，和第2表面或下表面11，与它们垂直的面(衬底的厚度)叫做第1侧面12至第4侧面15。

除方块形衬底外，还能用其它几何形状的衬底，诸如有腔或无腔的矩形、圆形、三角形和多菱形。衬底上设有例如螺旋形的谐振导体印刷线结构。

衬底具有相对介电常数ε_r＞1和/或相对导磁率μ_r＞1。典型材料是具有低损耗和取决于高频特性的低温高频阻抗材料(NPO或SL材料)。也能用在聚合物基质中嵌入有陶瓷粉的相对介电常数和相对导磁率可调节的衬底。

主要用例如银，铜，金，铝的高导电率导体材料或超导材料制造天线的印制线结构。

按本发明的天线是“印制导线天线”的基本类型，其中，在衬底上加了一个或多个谐振印制线结构。在原理上这些天线是导线天线，它们与在衬底的一个侧面上形成参考电位没有金属表面的微带导体天线相反。

详细地说，图1所示的天线包括一个正方块衬底1，它的第2侧面23上是第1馈电线16，它的第1侧面12上是第2馈电线17，每根馈电线线均为金属化层的形式。部分馈电线延伸到下表面11，以构成与电路板4的接触。

因此，第1金属印制线结构12在第1馈电线16的第1端开始，并有在衬底上的第2开口端，位于衬底1表面上。多个宽度不同的单个导体段组成印制线结构。

图1所示的第1实施例中，有在第1馈电线16开始的第1导体段21，它沿下表面11在第3侧面14至第4侧面15的边缘延伸。

之后，第2导体段22进入，它沿第4侧面15水平延伸向上延伸到向上垂直延伸的第3导体段23。第3导体段23在衬底的上表面(第1表面)12上继续延伸，作为第4导体段24，它沿第4侧面15的边缘延伸到笫3侧面14为止，汇入第5导体段25中，第5导体段25在第1表面10上沿第3侧面14的边缘延伸，其长度相当于第3侧面14的长度的一半。

用表面贴装方法把天线焊接在电路板4上(画出一部分)。第1馈电线6与电路板4的接地金属化层41连接，基本上包围衬底1。而第2馈电线17焊接在导体印制线42上，以馈送要发射的电磁波。

基模频率在导体印制线结构20的整个长度上变化，并按规定方式设置。在装有天线的情况下，例如可用激光束相应地缩短导体印制线结构的长度。

本实施例的主要优点是，用其中有按常规方式从电路板的信号导体42延伸的谐振导体印制线结构的印制导线天线，能获得更大的阻抗频带宽度。特别是，不需要用较低介电常数的衬底，因此，允许有较大的尺寸。

通过散射的场产生电容，经第2馈电线17进行电磁波的馈送，此处的耦合强度经从导体印制线结构20起的第2馈电线17的距离按目标方式匹配到天线谐振。在安装有天线的状态下，如果例如用激光束相应缩短第1侧面12上的第2馈电线17的长度，那也是可能的。

而且要求像已知的这类天线一样，导体印制线结构到第1馈电线16的连接允许天线被印刷电路板4上的接地金属化层41几乎全部包围，而不会因此引起适应问题。首先，接地金属化层41有确定的屏蔽作用，其次，电路板上的其它元件可以靠近天线设置，因此能使电路板做得更小，因此在同样尺寸的印刷电路板上允许有更多的空间安装其它元件或模块。

图2所示的第2实施例适合构成多频带天线，它能在全部3个移动电话频带和/或上述的其它频带中操作。

该图中没画电路板4，但天线可用相同的方法焊接到电路板，并以结合图1所述的方式用接地金属化层41包围天线。在这方面用该天线与第1实施例有相同的优点。

考虑到衬底的特性和形状，用与参考第1实施例所述的衬底相同的衬底。衬底也可以用1个或多个焊点11a焊到电路板上。

天线有第1馈电线16，它要连接到第3侧面14的边缘区中的第2侧面上的接地金属化层，和第2馈电线17，它要连接到在第2侧面13的边缘区中的在第1侧面12处要发射电磁波用的馈电线。馈电线(金属化层)再部分延伸到下表面11，以形成与电路板的接触。

从第1馈电线16开始的第1导体印制线结构20有在第1馈电线16开始的第1端，和在衬底上的第2开口端。第2导体印制线结构30有在第2馈电线17的第1端和在衬底上的第2开口端。第1和第2导体印制线结构20，30的各个段有不同的宽度。

第1导体印制线结构20在第1馈电线16开始，有第1段21，它在衬底1的下表面11上沿第3侧面14的边缘延伸到第4侧面15为止。第2段21向上延伸到上表面10的边缘。第1导体印制线结构20在第4侧面15用它的第3段23沿上表面10的边缘继续延伸至第1侧面12为止。之后，第4段24在上表面10上沿第1侧面12的边缘延伸，其长度约为该侧面长度的1/3。第1导体印制线结构20有终端第5段，它在上表面10上基本按直角连接到第4段24，并有第1和第2调谐短截线25a，25b。

第2导体印制线结构30在第2馈电线17开始，有第1段31，它在第2侧面13处延伸，在下表面11的边缘的长度约为第2侧面13的长度的1/3。(该第1段31也可以在下表面11上在第2侧面13的边缘处)，之后，进入第2段33，它垂直向上延伸到上表面10并汇入上表面10上的第3段33，垂直于第2侧面13。第2导体印制线结构30端有第4段34，它在上表面11上向后延伸与第2侧面13平行，延伸到第1侧面12的边缘为止。

电容和经第2馈电线17的谐振耦合组合，由此激励天线谐振。

图3是用该天线测试的阻抗谱线图。图中能清楚看出在900，1850和2100MHz的3个谐振频率。

在该情况下，第一谐振频率的位置低，这主要是由从第一馈电线16开始的第一导体印制线结构20的长度确定的，并用它的基模规定，该情况下，第2或中心谐振频率主要由从第2馈电线17开始的第2导体印制线结构的长度确定。

在该情况下在第3高谐振频率操作天线，最终激励以达到第一导体印制线结构20的第1谐波，通过改变第一导体印制线结构20的第3与第5段23、25之间的耦合和第1调谐短截线25a的长度来设定其频率位置的具体值。

改变第2调谐短截线25b的长度达到第一和第二导体印制线结构20、30之间的耦合，因此，上面的两个谐振频率匹配。在天线安装状态下，例如用激光束还能减小调谐短截线25a、25b的长度和第一、第2导体印制线结构20、30的长度，以适应具体的安装和工作状态。

例如，在高和低移动电话频带中(GSM900和DCS1800或PCS1900)操作要求用双频带天线，这能用省去第2导体印制线结构30来达到，同时，经通孔第2馈电线17能再耦合安发射的电磁波。

最后，要说明的是，所述天线可以相同的方式用在接收中。

Claims (7)

1，一种印刷电路板，用于表面贴装诸如SMD天线的电/电子元件，有陶瓷衬底和至少一个谐振导体印制线结构，其特征是，印刷电路板(4)有基本包围天线的接地金属化层(41)，天线的导体印制线结构(20)的一端连接到接地金属(化层41)。

2，一种SMD天线，安装到按权利要求1的印刷电路板上，其上有陶瓷衬底，该陶瓷衬底具有至少一个谐振印制线结构，其特征是，把天线的第1谐振印制线结构(20)的一端连接到地电位的第1馈电线(16)，和把要发射的电磁波耦合到天线的第2馈电线(17)，第1印制线结构(20)有多个导体段(20-24)，选定导体印制线结构的长度，以激励要求的第1谐振频率(基模)，选择导体段的路径和间隔，以激励基模的第1谐波。

3，按权利要求2的天线，其特征是，第2谐振导体印制线结构(30)，它的一端连接到第2馈电线(17)，并确定它的长度以激励要求的第2谐振频率和/或它的第1谐波。

4，按权利要求3的天线，其特征是，选择第1和第2导体印制线结构(20，30)之间的间隔，经组合电容和要发射的电磁波的谐振耦合，能激励天线的谐振频率。

5，按权利要求2或3的天线，其特征是，第1和/或第2导体印制线结构(20，30)有宽度不同的多个导体段(21-25；32-35)。

6，一种具有按权利要求1的印刷电路板的电信装置。

7，一种具有按权利要求2至5中任一权利要求的天线的电信装置。