專利名稱：電路板和用它的表面貼裝器件天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于表面貼裝電和/或電子元件的印刷電路板(PCB)，更具體涉及有陶瓷襯底和至少一個(gè)諧振器導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的SMD(表面貼裝器件)天線。本發(fā)明還涉及用于單頻帶和多頻帶應(yīng)用的天線，特別涉及用于高頻或微波范圍的天線。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信中用高頻和微波范圍的電磁波傳輸信息。例如，頻率范圍在約880和960MHz(GSM900)之間，和約1710和1880MHz(DCS1800)之間的移動(dòng)電話頻帶，和約1850和1990MHz(PCS1900)的歐洲移動(dòng)電話頻帶，在約1573MHz頻帶發(fā)射的GPS導(dǎo)航信號(hào)，和在約2400MHz和2500MHz之間的頻帶范圍內(nèi)用于各個(gè)終端之間的數(shù)據(jù)交換的蘭牙頻帶。因此，首先強(qiáng)烈要求通信裝置小型化，其次希望這些裝置有越來越多的功能(多功能裝置)。這關(guān)系到例如移動(dòng)電話，它是由用于GPS定位信號(hào)的接收機(jī)模塊和與其它終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的蘭牙模塊組合而成。
常用的電子元件在印刷電路板上的表面貼裝方法(SMD方法)能提高單個(gè)模塊的集成度，因此，能達(dá)到好的小型化程度。但是，與進(jìn)一步小型化相關(guān)的問題是，元件特別是天線所需的空間應(yīng)該特別小，為了形成電磁振蕩天線的尺寸要特別小，通常至少是發(fā)射的射線波長(zhǎng)的四分之一的長(zhǎng)度?？捎镁哂斜M可能高的介電常數(shù)ε的介電載體材料(襯底)耒解決該問題。之后，由于在襯底中波長(zhǎng)能減小1/√ε，而且天線尺寸也可能按該系數(shù)1/√ε減小。
EP0790662公開了一種天線結(jié)構(gòu)，它有襯底和L形和U形的輻射電極和功率源電極。輻射電極的一端短路到接地電位，在該端與功率源電極隔開一個(gè)間隙。輻射電極的自由端與功率源電極隔開一個(gè)距離，使得兩者通過由間隙形成的電容進(jìn)行電耦合。由于采用這種輻射電極形狀和耦合方式，所以天線能具有特別小的尺寸。
與多頻帶天線整體應(yīng)用有關(guān)的另一問題是，要求天線能在所用的每個(gè)頻帶內(nèi)工作和有相應(yīng)的頻帶寬度。天線的頻帶寬度隨襯底材料的介電常數(shù)升高而減小，但是，如果要求頻帶寬度保持不變，則要求天線尺寸特別小和安裝天線的電路板的尺寸特別小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總目的是盡可能減小印刷電路板的尺寸，該印刷電路板用于承載上述類型的通信裝置用的必要電和/電子元件。
本發(fā)明的具體目的是提供能允許印刷電路板進(jìn)一步小型化的單頻帶或多頻帶的天線。而且要制成單頻帶或多頻帶的天線，特別是有在上述的一個(gè)或多個(gè)頻帶中使用的合適的頻帶寬度，而且不要特別大的尺寸。
最后的目的是制成相對(duì)容易定義其諧振頻率的多頻帶天線。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種印刷電路板來實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述印刷電路板是用于表面貼裝電和/電子元件的印刷電路板，特別用于SMD天線，它有陶瓷襯底和至少一個(gè)諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)，其特征是，印刷電路板上有基本包圍天線的接地的金屬化層，天線的導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)一端連接到接地金屬線化層。
這種解決方法的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，接地金屬侖層包圍天線，因而允許靠近天線設(shè)置電路板上的其它元件。能減小有相同的元件數(shù)量的印刷電路板的尺寸。極大避免了由于接地金屬化層而出現(xiàn)而適應(yīng)問題，導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)不連接到要發(fā)射電磁波的功率源，而是連接到接地金屬化層。
同時(shí)，該連接還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，不用低介電常數(shù)的襯底也能制成實(shí)質(zhì)上有較大頻帶寬度的天線。與有較窄頻帶的天線相比不用放大天線尺寸，與有同樣頻帶寬度的常規(guī)天線相比本發(fā)明的天線尺寸更小。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種SMD天線也能達(dá)到發(fā)明目的，所述SMD天線有陶瓷襯底，和至少一個(gè)諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)，其特征是，連接天線的第一諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的一端的第一功率源線接地電位，第二功率源線耦合要發(fā)射的電磁波到天線，其中第一導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)有多段導(dǎo)體，第一導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度適合激勵(lì)要求的第一諧振頻率(基模)，選擇導(dǎo)體段的路線和距離以激勵(lì)基模的第一諧波，除上述優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的解決方案還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能用更簡(jiǎn)單的方式制成雙頻帶天線。
按照本發(fā)明明的又一個(gè)方面能制成有3個(gè)頻帶的天線，它特別適用于本文第1段所述類型的集成通信裝置。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面有以下優(yōu)點(diǎn)，激勵(lì)的天線諧振特別顯著，而按照本發(fā)明的另一個(gè)方面能使天線的電匹配最佳。


以下將參見附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但這些實(shí)施例不限制本發(fā)明。
圖1是天線的第一實(shí)施例示意圖；圖2是天線的第二實(shí)施例示意圖；圖3是圖2所示天線的阻抗頻譜圖。
具體實(shí)施例方式
按本發(fā)明的天線有正方塊陶瓷襯底1，襯底塊的高度比它的長(zhǎng)度或?qū)挾刃?至10倍。如圖1和2所示，襯底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，與它們垂直的面(襯底的厚度)叫做第1側(cè)面12至第4側(cè)面15。
除方塊形襯底外，還能用其它幾何形狀的襯底，諸如有腔或無腔的矩形、圓形、三角形和多菱形。襯底上設(shè)有例如螺旋形的諧振導(dǎo)體印刷線結(jié)構(gòu)。
襯底具有相對(duì)介電常數(shù)εr＞1和/或相對(duì)導(dǎo)磁率μr＞1。典型材料是具有低損耗和取決于高頻特性的低溫高頻阻抗材料(NPO或SL材料)。也能用在聚合物基質(zhì)中嵌入有陶瓷粉的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)導(dǎo)磁率可調(diào)節(jié)的襯底。
主要用例如銀，銅，金，鋁的高導(dǎo)電率導(dǎo)體材料或超導(dǎo)材料制造天線的印制線結(jié)構(gòu)。
按本發(fā)明的天線是“印制導(dǎo)線天線”的基本類型，其中，在襯底上加了一個(gè)或多個(gè)諧振印制線結(jié)構(gòu)。在原理上這些天線是導(dǎo)線天線，它們與在襯底的一個(gè)側(cè)面上形成參考電位沒有金屬表面的微帶導(dǎo)體天線相反。
詳細(xì)地說，圖1所示的天線包括一個(gè)正方塊襯底1，它的第2側(cè)面23上是第1饋電線16，它的第1側(cè)面12上是第2饋電線17，每根饋電線線均為金屬化層的形式。部分饋電線延伸到下表面11，以構(gòu)成與電路板4的接觸。
因此，第1金屬印制線結(jié)構(gòu)12在第1饋電線16的第1端開始，并有在襯底上的第2開口端，位于襯底1表面上。多個(gè)寬度不同的單個(gè)導(dǎo)體段組成印制線結(jié)構(gòu)。
圖1所示的第1實(shí)施例中，有在第1饋電線16開始的第1導(dǎo)體段21，它沿下表面11在第3側(cè)面14至第4側(cè)面15的邊緣延伸。
之后，第2導(dǎo)體段22進(jìn)入，它沿第4側(cè)面15水平延伸向上延伸到向上垂直延伸的第3導(dǎo)體段23。第3導(dǎo)體段23在襯底的上表面(第1表面)12上繼續(xù)延伸，作為第4導(dǎo)體段24，它沿第4側(cè)面15的邊緣延伸到笫3側(cè)面14為止，匯入第5導(dǎo)體段25中，第5導(dǎo)體段25在第1表面10上沿第3側(cè)面14的邊緣延伸，其長(zhǎng)度相當(dāng)于第3側(cè)面14的長(zhǎng)度的一半。
用表面貼裝方法把天線焊接在電路板4上(畫出一部分)。第1饋電線6與電路板4的接地金屬化層41連接，基本上包圍襯底1。而第2饋電線17焊接在導(dǎo)體印制線42上，以饋送要發(fā)射的電磁波。
基模頻率在導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20的整個(gè)長(zhǎng)度上變化，并按規(guī)定方式設(shè)置。在裝有天線的情況下，例如可用激光束相應(yīng)地縮短導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。
本實(shí)施例的主要優(yōu)點(diǎn)是，用其中有按常規(guī)方式從電路板的信號(hào)導(dǎo)體42延伸的諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的印制導(dǎo)線天線，能獲得更大的阻抗頻帶寬度。特別是，不需要用較低介電常數(shù)的襯底，因此，允許有較大的尺寸。
通過散射的場(chǎng)產(chǎn)生電容，經(jīng)第2饋電線17進(jìn)行電磁波的饋送，此處的耦合強(qiáng)度經(jīng)從導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20起的第2饋電線17的距離按目標(biāo)方式匹配到天線諧振。在安裝有天線的狀態(tài)下，如果例如用激光束相應(yīng)縮短第1側(cè)面12上的第2饋電線17的長(zhǎng)度，那也是可能的。
而且要求像已知的這類天線一樣，導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)到第1饋電線16的連接允許天線被印刷電路板4上的接地金屬化層41幾乎全部包圍，而不會(huì)因此引起適應(yīng)問題。首先，接地金屬化層41有確定的屏蔽作用，其次，電路板上的其它元件可以靠近天線設(shè)置，因此能使電路板做得更小，因此在同樣尺寸的印刷電路板上允許有更多的空間安裝其它元件或模塊。
圖2所示的第2實(shí)施例適合構(gòu)成多頻帶天線，它能在全部3個(gè)移動(dòng)電話頻帶和/或上述的其它頻帶中操作。
該圖中沒畫電路板4，但天線可用相同的方法焊接到電路板，并以結(jié)合圖1所述的方式用接地金屬化層41包圍天線。在這方面用該天線與第1實(shí)施例有相同的優(yōu)點(diǎn)。
考慮到襯底的特性和形狀，用與參考第1實(shí)施例所述的襯底相同的襯底。襯底也可以用1個(gè)或多個(gè)焊點(diǎn)11a焊到電路板上。
天線有第1饋電線16，它要連接到第3側(cè)面14的邊緣區(qū)中的第2側(cè)面上的接地金屬化層，和第2饋電線17，它要連接到在第2側(cè)面13的邊緣區(qū)中的在第1側(cè)面12處要發(fā)射電磁波用的饋電線。饋電線(金屬化層)再部分延伸到下表面11，以形成與電路板的接觸。
從第1饋電線16開始的第1導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20有在第1饋電線16開始的第1端，和在襯底上的第2開口端。第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)30有在第2饋電線17的第1端和在襯底上的第2開口端。第1和第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20，30的各個(gè)段有不同的寬度。
第1導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20在第1饋電線16開始，有第1段21，它在襯底1的下表面11上沿第3側(cè)面14的邊緣延伸到第4側(cè)面15為止。第2段21向上延伸到上表面10的邊緣。第1導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20在第4側(cè)面15用它的第3段23沿上表面10的邊緣繼續(xù)延伸至第1側(cè)面12為止。之后，第4段24在上表面10上沿第1側(cè)面12的邊緣延伸，其長(zhǎng)度約為該側(cè)面長(zhǎng)度的1/3。第1導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20有終端第5段，它在上表面10上基本按直角連接到第4段24，并有第1和第2調(diào)諧短截線25a，25b。
第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)30在第2饋電線17開始，有第1段31，它在第2側(cè)面13處延伸，在下表面11的邊緣的長(zhǎng)度約為第2側(cè)面13的長(zhǎng)度的1/3。(該第1段31也可以在下表面11上在第2側(cè)面13的邊緣處)，之后，進(jìn)入第2段33，它垂直向上延伸到上表面10并匯入上表面10上的第3段33，垂直于第2側(cè)面13。第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)30端有第4段34，它在上表面11上向后延伸與第2側(cè)面13平行，延伸到第1側(cè)面12的邊緣為止。
電容和經(jīng)第2饋電線17的諧振耦合組合，由此激勵(lì)天線諧振。
圖3是用該天線測(cè)試的阻抗譜線圖。圖中能清楚看出在900，1850和2100MHz的3個(gè)諧振頻率。
在該情況下，第一諧振頻率的位置低，這主要是由從第一饋電線16開始的第一導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20的長(zhǎng)度確定的，并用它的基模規(guī)定，該情況下，第2或中心諧振頻率主要由從第2饋電線17開始的第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度確定。
在該情況下在第3高諧振頻率操作天線，最終激勵(lì)以達(dá)到第一導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20的第1諧波，通過改變第一導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20的第3與第5段23、25之間的耦合和第1調(diào)諧短截線25a的長(zhǎng)度來設(shè)定其頻率位置的具體值。
改變第2調(diào)諧短截線25b的長(zhǎng)度達(dá)到第一和第二導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20、30之間的耦合，因此，上面的兩個(gè)諧振頻率匹配。在天線安裝狀態(tài)下，例如用激光束還能減小調(diào)諧短截線25a、25b的長(zhǎng)度和第一、第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)20、30的長(zhǎng)度，以適應(yīng)具體的安裝和工作狀態(tài)。
例如，在高和低移動(dòng)電話頻帶中(GSM900和DCS1800或PCS1900)操作要求用雙頻帶天線，這能用省去第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)30來達(dá)到，同時(shí)，經(jīng)通孔第2饋電線17能再耦合安發(fā)射的電磁波。
最后，要說明的是，所述天線可以相同的方式用在接收中。
權(quán)利要求
1，一種印刷電路板，用于表面貼裝諸如SMD天線的電/電子元件，有陶瓷襯底和至少一個(gè)諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)，其特征是，印刷電路板(4)有基本包圍天線的接地金屬化層(41)，天線的導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(20)的一端連接到接地金屬(化層41)。
2，一種SMD天線，安裝到按權(quán)利要求1的印刷電路板上，其上有陶瓷襯底，該陶瓷襯底具有至少一個(gè)諧振印制線結(jié)構(gòu)，其特征是，把天線的第1諧振印制線結(jié)構(gòu)(20)的一端連接到地電位的第1饋電線(16)，和把要發(fā)射的電磁波耦合到天線的第2饋電線(17)，第1印制線結(jié)構(gòu)(20)有多個(gè)導(dǎo)體段(20-24)，選定導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，以激勵(lì)要求的第1諧振頻率(基模)，選擇導(dǎo)體段的路徑和間隔，以激勵(lì)基模的第1諧波。
3，按權(quán)利要求2的天線，其特征是，第2諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(30)，它的一端連接到第2饋電線(17)，并確定它的長(zhǎng)度以激勵(lì)要求的第2諧振頻率和/或它的第1諧波。
4，按權(quán)利要求3的天線，其特征是，選擇第1和第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(20，30)之間的間隔，經(jīng)組合電容和要發(fā)射的電磁波的諧振耦合，能激勵(lì)天線的諧振頻率。
5，按權(quán)利要求2或3的天線，其特征是，第1和/或第2導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(20，30)有寬度不同的多個(gè)導(dǎo)體段(21-25；32-35)。
6，一種具有按權(quán)利要求1的印刷電路板的電信裝置。
7，一種具有按權(quán)利要求2至5中任一權(quán)利要求的天線的電信裝置。
全文摘要
印刷電路板(4)，用于表面貼裝電/電子元件，特別具一種SMD天線，它有陶瓷襯底(1)和至少一個(gè)諧振導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(20；30)，這種天線能用于單頻帶和多頻帶，特別用于高頻和微波范圍。由于天線的導(dǎo)體印制線結(jié)構(gòu)(20)的一端連接到接地金屬化層(41)，用小的天線尺寸能實(shí)現(xiàn)較大的頻帶寬度，能設(shè)計(jì)尺寸更小的電路板。
文檔編號(hào)H01Q21/30GK1417888SQ02151470
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者H·阿茨姆 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司