專利名稱：一種基于ltcc陶瓷介質的芯片天線的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于天線技術領域，涉及一種基于LTCC陶瓷介質的芯片天線。
背景技術：
當前，無線通信系統的迅猛發展對天線的要求越來越高。傳統的鞭狀天線，螺旋天 線已逐步被內置的小型天線取代。介質芯片天線不僅具有尺寸小，重量輕，較好的全向性， 電氣特性穩定等優點，而且具備低成本，大批量生產的經濟上的優勢，因此符合無線通訊產 品向輕、薄、短小方向發展的趨勢。同時，LTCC多層封裝技術為介質芯片天線的發展提供了 強大的動力。天線設計的另一個重要的趨勢是集成天線的射頻前端電路。近年來，基于CMOS工 藝的應用于無線局域網的單片射頻收發器已經出現了。單片射頻收發器有尺寸小系統可靠 性高等優點，因此代表了無線通信射頻系統的發展趨勢。作為其中的一個重要部件，天線直 接影響了射頻收發器的整體性能。遺憾的是，目前由于種種原因，天線還是無法集成到射頻 收發器的芯片中。為了給射頻芯片提供合適的天線，研究人員設計了各種各樣的芯片天線解決方 案，如發明專利“一種異面彎折雙頻LTCC天線”，設計了一種涉及藍牙和WLAN頻帶的芯片天 線。但是，為了屏蔽有源電路對天線性能的影響，天線一般需要安裝在金屬地板之上，而上 述發明專利中不帶完整地板的天線在使用范圍上勢必會有一定的限制。另一方面，金屬板 反過來也會嚴重影響天線性能，如減少工作帶寬。因此，帶地板的芯片天線設計是一項重要 的工作和嚴峻的挑戰。
發明內容本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，以LTCC技術為基礎，提 供一種用于WLAN 5. 8GHz的LTCC陶瓷介質芯片天線，該天線具有超低剖面和極小的外形， 且具有較寬的工作帶寬和穩定性。本實用新型的目的通過下述技術方案實現一種基于LTCC陶瓷介質的芯片天線，如圖1至圖3所示，包括金屬接地板1、金屬 微帶饋線3、金屬輻射貼片4、第一 LTCC陶瓷介質層2、第二 LTCC陶瓷介質層6以及兩個短 路銷釘5。金屬接地板1位于第一 LTCC陶瓷介質層2整個下表面，金屬微帶饋線3位于第 一 LTCC陶瓷介質層2和第二 LTCC陶瓷介質層6之間，金屬輻射貼片4位于第二 LTCC陶瓷 介質層6上表面。金屬輻射貼片4的形狀為矩形，中間關于金屬輻射貼片4水平中心線對 稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠離金屬輻射貼片 4水平中心線的方向。金屬微帶饋線3的首端位于第一 LTCC陶瓷介質層2窄邊中間位置， 其末端伸入金屬輻射貼片4的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“ π ”型饋電結構相 連。所述雙“ η ”型饋電結構由四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節組成，所述四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于金屬微帶饋線 3的較長微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線3首端的大“ π ”結構，另 外兩條平行于金屬微帶饋線3的較短微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指向遠離金屬 微帶饋線3首端的小“ π，，結構。所述兩個短路銷釘5位于金屬射貼片4的兩個“L”形槽 的垂直段末端，并穿過第一 LTCC陶瓷介質層2和第二 LTCC陶瓷介質層6，將金屬接地板1 和金屬輻射貼片4連在一起。本實用新型相較于現有技術，由于采用雙“ π ”型微帶饋電結構，展寬了天線工作 帶寬；并且加入短路銷釘，突破了傳統PCB天線的尺寸，具有超低剖面和極小的外形；將天 線的金屬導體依照設計印在每一層LTCC陶瓷介質層上，達到了隱藏天線設計布局的目的， 同時提高了介質芯片天線的穩定性。另外，采用LTCC封裝工藝，使之更好地和特定功能有 源電路進行系統封裝設計，形成模塊化，從而使其用于便攜式設備成為可能。

圖1是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線的截面剖視圖。圖2是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線中金屬微帶饋線3結構 示意圖。圖3是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線中金屬輻射貼片4結構 示意圖。圖4是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線的反射系數仿真曲線圖。圖5是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線的在5. 73GHz的H面方 向圖。圖6是本實用新型提供的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線的在5. 73GHz的E面方 向圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。如圖1至圖3所示，本實用新型提供的一種基于LTCC陶瓷介質的芯片天線包括金 屬接地板1、金屬微帶饋線3、金屬輻射貼片4、第一 LTCC陶瓷介質層2、第二 LTCC陶瓷介質 層6以及兩個短路銷釘5。金屬接地板1位于第一 LTCC陶瓷介質層2整個下表面，金屬微 帶饋線3位于第一 LTCC陶瓷介質層2和第二 LTCC陶瓷介質層6之間，金屬輻射貼片4位 于第二 LTCC陶瓷介質層6上表面。金屬輻射貼片4的形狀為矩形，中間關于金屬輻射貼片 4水平中心線對稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠 離金屬輻射貼片4水平中心線的方向。金屬微帶饋線3的首端位于第一 LTCC陶瓷介質層2 窄邊中間位置，其末端伸入金屬輻射貼片4的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“ π，， 型饋電結構相連。所述雙“ η ”型饋電結構由四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節組成， 所述四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于 金屬微帶饋線3的較長微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線3首端的大 “ ”結構，另外兩條平行于金屬微帶饋線3的較短微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指 向遠離金屬微帶饋線3首端的小“ π，，結構。所述兩個短路銷釘5位于金屬射貼片4的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一 LTCC陶瓷介質層2和第二 LTCC陶瓷介質層6，將金 屬接地板1和金屬輻射貼片4連在一起。借助目前已成熟的LTCC電路加工工藝技術，制作此天線。其中金屬接地板1長 14. 9mm,寬8mm ；第一 LTCC陶瓷介質層2長14. 9mm、寬8mm、厚0. 8mm ；第二 LTCC陶瓷介質 層6長7. 8mm、寬8mm、厚Imm ；兩層LTCC陶瓷介質層相對介電常數是5. 9，損耗角正切值是 0. 002 ；金屬微帶饋線3特征阻抗為50歐姆，長10. 1mm、寬1. Imm ；與微帶饋線3末端相連 的雙“ η ”型饋電結構中，四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節的特征阻抗為50歐姆，公 用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆，兩條較長微帶枝節長1. 8mm、寬1. 1mm，兩條較短的微帶 枝節長0. 9mm、寬1. Imm,公用垂直微帶線長5. 0mm、寬0. 2mm ；金屬輻射貼片4長7. 8mm、寬 8. Omm ；“L”形槽水平段長3. 8mm、寬0. 4mm,垂直段長1. 3mm、寬0. 4mm ；兩個短路銷釘半徑為 0. 3mm。確定上述尺寸和其他參數值后，采用三維電磁仿真軟件HFSS對該天線進行仿真， 得到的反射系數Sll如圖4所示，可見從5. 4GHZ-6. 06GHz范圍內，該天線電壓駐波比VSWR < 3，即Sll < _6dB，帶寬達到660MHz，相對帶寬是11.5%。天線的總高度是1. 86mm，實 現了超低剖面，更利于和半導體芯片實現系統級封裝。圖5和圖6分別是該天線在諧振點 5. 73GHz的H面和E面方向圖，由圖可見該天線是全向性天線且在整個工作頻率范圍內可以 獲得極好的線極化。天線的增益是2. OdBi.。
上述方案中，所述天線各部分的尺寸也可以選用其他長度，比如同比例放大或縮 小，這對相關領域的技術人員來說是顯而易見的；LTCC陶瓷介質的相對介電常數也可在 2 10的范圍內進行選擇。
權利要求一種基于LTCC陶瓷介質的芯片天線，包括金屬接地板(1)、金屬微帶饋線(3)、金屬輻射貼片(4)、第一LTCC陶瓷介質層(2)、第二LTCC陶瓷介質層(6)以及兩個短路銷釘(5)；金屬接地板(1)位于第一LTCC陶瓷介質層(2)整個下表面，金屬微帶饋線(3)位于第一LTCC陶瓷介質層(2)和第二LTCC陶瓷介質層(6)之間，金屬輻射貼片(4)位于第二LTCC陶瓷介質層(6)上表面；金屬輻射貼片(4)的形狀為矩形，中間關于金屬輻射貼片(4)水平中心線對稱地開有兩個“L”形槽，兩個“L”形槽的水平段相互平行，而垂直段指向遠離金屬輻射貼片(4)水平中心線的方向；金屬微帶饋線(3)的首端位于第一LTCC陶瓷介質層(2)窄邊中間位置，其末端伸入金屬輻射貼片(4)的兩個“L”形槽的正下方；其末端與一個雙“π”型饋電結構相連；所述雙“π”型饋電結構由四條平行于金屬微帶饋線(3)的微帶枝節組成，所述四條平行于金屬微帶饋線(3)的微帶枝節與一段公用垂直微帶線相連，其中兩條平行于金屬微帶饋線(3)的較長微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指向金屬微帶饋線(3)首端的大“π”結構，另外兩條平行于金屬微帶饋線(3)的較短微帶枝節和公用垂直微帶線組成一個指向遠離金屬微帶饋線(3)首端的小“π”結構；所述兩個短路銷釘(5)位于金屬射貼片(4)的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一LTCC陶瓷介質層(2)和第二LTCC陶瓷介質層(6)，將金屬接地板(1)和金屬輻射貼片(4)連在一起。
2.根據權利要求1所述的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線，其特征在于，所述金屬微帶 饋線(3)是特征阻抗為50歐姆的微帶線；所述雙“ π ”型饋電結構中，四條平行于金屬微帶 饋線(3)的微帶枝節的特征阻抗為50歐姆，公用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆。
3.根據權利要求1所述的基于LTCC陶瓷介質的芯片天線，其特征在于，金屬接地板1 長14. 9mm,寬8mm ；第一 LTCC陶瓷介質層2長14. 9mm、寬8mm、厚0. 8mm ；第二 LTCC陶瓷介 質層6長7. 8mm、寬8mm、厚Imm ；兩層LTCC陶瓷介質層相對介電常數是5. 9，損耗角正切值 是0. 002 ；金屬微帶饋線3特征阻抗為50歐姆，長10. 1mm、寬1. Imm ；與微帶饋線3末端相 連的雙“ η ”型饋電結構中，四條平行于金屬微帶饋線3的微帶枝節的特征阻抗為50歐姆， 公用垂直微帶線特征阻抗為100歐姆，兩條較長微帶枝節長1. 8mm、寬1. 1mm，兩條較短的微 帶枝節長0. 9mm、寬1. Imm,公用垂直微帶線長5. 0mm、寬0. 2mm ；金屬輻射貼片4長7. 8mm、 寬8. Omm ；“L”形槽水平段長3. 8mm、寬0. 4mm，垂直段長1. 3mm、寬0. 4mm ；兩個短路銷釘半 徑為0. 3mmο
專利摘要一種基于LTCC陶瓷介質的芯片天線，屬于天線技術領域。該天線由三層金屬圖形層和兩層LTCC陶瓷介質層構成，金屬接地板位于第一LTCC陶瓷介質層下表面，金屬微帶饋線位于第一LTCC陶瓷介質層和第二LTCC陶瓷介質層之間，金屬輻射貼片位于第二LTCC陶瓷介質層上表面。金屬輻射貼片中間開有兩個“L”形槽；金屬微帶饋線末端伸入金屬輻射貼片的兩個“L”形槽的正下方，并與一個雙“π”型饋電結構相連；兩個短路銷釘位于金屬射貼片的兩個“L”形槽的垂直段末端，并穿過第一、二LTCC陶瓷介質層將金屬接地板和金屬輻射貼片連在一起。本實用新型具有較寬的工作帶寬、超低剖面和極小的外形，同時具有良好的穩定性，能夠更好地和特定功能有源電路進行集成。
文檔編號H01Q13/08GK201741809SQ20102050748
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者王秉中, 肖紹球, 金大鵬 申請人:電子科技大學