专利名称：采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及保留采用现有高介电常数的电介质的天线的小型化优点，同时为了提 高天线的增益和效率及带宽，采用将介电常数低的电介质和导磁系数高的磁性物质按格状 周期结构排列的复合结构体的天线。
背景技术：
最近，地波DMB等各种数字多媒体广播系统开始服务于大众。为此，正在进行不仅 能够接收广播系统，而且还可以接收这种DMB广播的便携式终端设备的开发。同时正在积极开发与目前广泛使用的移动电话系统接轨，使用一个便携式终端设 备能够同时享受两种服务的复合型终端设备。但被这种DMB采纳的周波数带宽为174 216MHz，主要是UHF或VHF等低频带宽， 为此存在几种对便携式终端设备的制约事项。最具代表性的就是有关在便携式终端设备上基本使用的天线的大小问题。通常，频率越低天线的大小越大。如要制作UHF或VHF带宽用天线，通常需要几十 厘米(cm)的长度。但那这种天线不适合使用于便携式终端设备。对此，正在进行有关缩小 便携式终端设备用天线的大小的研究和开发。现在广泛使用的单极形态的伸缩天线或螺旋型天线具有向便携式终端设备的外 部突出的结构，因此最近正在废弃使用这种形态的天线，而把天线完全放置在便携式终端 设备内部，使其不往外突出的内置型天线受到很多关注，同时正在出世采用内置型天线的 多种便携式终端设备。印刷电路板天线(Printed Circuit Board Antenna:以下称〃 PCB天线")就是 内置型天线中的一个。PCB天线的特征为天线的形状通常是扁扁的形状，比螺旋形状的天线易形成电路、 费用低廉、可解决工程上的问题。图1为现有PCB内置型天线的(a)平面图及切断上述平面图的Ι_Γ的(b)截面 图。参照图1，现有的PCB天线包括装置便携式终端设备的部件的印刷电路板(PCB)和 在上述印刷电路板(10)上按一定形态设计的起辐射体作用的天线辐射图00)。通常广泛 使用于PCB的材料为FR4，天线辐射图用铜(Cu)印刷。但图1所示的PCB内置型天线的大小也和频率有关，因此目前的内置型天线也很 大。现有便携式终端设备从大小上渐渐小型化而且功能越来越多的趋势来看，这种内置型 天线也是制约便携式终端设备的小型化的一个重要限制因素。特别是DMB用便携式终端设备，因为在174 216MHz的UHF或VHF等低频率带宽 工作，因此在如图1所示的现有PCB天线的使用中有很多困难，迫切需要更小型的天线。为了解决这些问题，正在开发使用高电介质形成基板，并且在上述基板上形成辐射图的技术。但采用高电介质形成天线时，可以达到天线的小型化，但不能避免天线的增益 和带宽的减少。如上所述，采用高电介质的天线对需要大宽幅的带宽和高增益的地波DMB等各种 数字多媒体广播系统不适合，因此需要开发能够满足天线的小型化以及大宽幅的带宽和高 增益的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种保留采用现有高介电常数的电介质的天线的 小型化优点，同时为了提高天线的增益和效率及带宽，采用将介电常数低的电介质和导磁 系数高的磁性物质按格状周期结构排列的复合结构体的天线。本发明的技术方案在于为了达到上述目的，本发明提供采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合 结构体的天线，其特征在于包括基板、在上述基板形成的辐射补丁 ；上述基板以复数列形 成；各列轮换配置条形状的电介质及磁性物质；各列的电介质及磁性物质交叉配置，使上 述电介质和磁性物质的长轴相互垂直形成。同时为了达到上述目的，本发明提供一种采用电介质和磁性物质的格状周期结构 的复合结构体的天线，其特征在于包括基板、在上述基板形成的辐射补丁 ；上述基板以复 数层形成，各层轮换配置正六面体的电介质及磁性物质；上述电介质及磁性物质同时按所 述基板的纵向轮换积层的结构形成。优选地，上述天线在多频带共振。 而且上述电介质及磁性物质具有正四角形的截面；上述电介质及磁性物质的各个 边按5mm或IOmm的长度形成。更加优选地，上述电介质的介电常数为2. 2，导磁系数为1. 0 ；上述磁性物质的介 电常数为16，导磁系数为16。而且本发明提供包括上述天线的无线终端设备。本发明的技术效果在于如上说明，本发明提供一种保留采用现有高介电常数的电介质的天线的小型化优 点，同时为了提高天线的增益和效率及带宽，采用将介电常数低的电介质和导磁系数高的 磁性物质按格状周期结构排列的复合结构体的天线。
图1为现有PCB内置型天线的(a)平面图及切断上述平面图的Ι_Γ的(b)截面 图；图2为图示根据本发明的第一实施例的采用电介质和磁性物质的垂直格状周期 结构的复合结构体的天线的图；图3及图4为图示在以各种垂直格状周期结构排列的复合结构体上形成的补丁天 线的回波损耗的图；图5为图示采用介电常数大约40的高电介质形成的与本发明的第一实施例同样 大小的补丁天线的回波损耗的图6为图示采用根据本发明第二实施例的电介质和磁性物质的多重格状周期结 构的复合结构体的图；图7及图8为图示以各种多重格状周期结构排列的复合结构体上形成的补丁天线 的回波损耗的图；图9为图示采用介电常数大约40的高电介质形成的与本发明的第二实施例同样 大小的补丁天线的回波损耗的具体实施例方式为了充分理解本发明和本发明的操作性的优点及根据本发明的实施达成的目的， 需要参照例示本发明的优选实施例的附图及在附图中记载的内容。以下参照
本发明的优选实施例，以详细说明本发明。第一实施例图2为图示根据本发明的第一实施例的采用电介质和磁性物质的垂直格状周期 结构的复合结构体的天线的图。参照图2，根据本发明的第一实施例的天线大致包括第一基板(100)和在所述第 一基板(100)上形成的辐射补丁 000)，所述第一基板(100)的电介质(110)和磁性物质 (120)以垂直格状周期结构的复合结构体形成。即所述基板以复数列形成，各列轮换配置条 形状的所述电介质(110)及磁性物质(120)；各列的电介质(110)及磁性物质(120)相互 交叉配置，所述电介质(110)及磁性物质(120)的长轴相互垂直形成。这里，优选地，所述电介质(110)为介电常数是2. 2、导磁系数是大约1.0的电介 质，所述磁性物质(120)为介电常数是16、导磁系数大约是16的、具有高导磁系数的磁性物 质。例如，所述辐射补丁(200)的大小可以是170mm*170mm，第一基板(100)的整个大 小可以是 300mm*300mm*20mm。以下参照图纸和表说明根据本发明第一实施例的具有如上结构的天线的工作特 性。图3及图4为图示在以各种垂直格状周期结构排列的复合结构体上形成的补丁天 线的回波损耗的图。更详细地，图3所示将第一基板(100)以电介质5mm，磁性物质5mm的周期垂直排 列的天线的回波损耗，图4所示以电介质10mm，磁性物质IOmm的周期垂直排列的天线的回 波损耗。垂直排列的各例中，具有垂直格状周期结构的第一基板(100)的全长如上述一样 都是300mm，各层具有同样的周期。上述例中可以确认构成多频带天线并且形成高增益及带宽。图5为图示采用介电常数大约为40的电介质而构成的与本发明第一实施例同样 大小的补丁天线的回波损耗的图。参照图5，可以确认与具有将电介质(110)和磁性物质(120)以垂直格状结构排列 的第一基板的本发明的第一实施例的天线相比较时，采用现有高电介质构成基板的天线带 宽狭小、效率低。
才卜丁大小 (λΟ)带宽(％) (VSWR=3 )最大增益 (dBi)效率(％)周期5mm0.0916.13-4.6776.28周期IOmm0.0918.35-4.8179.74电介质层 (介电常数=40)0.073.79-9.2149.03上表1比较了在图3和图4中揭示的本发明的第一实施例的两种结构和在图5中 揭示的补丁天线的天线特征。这里的比较数据是计算对第一个共振频率的带宽、增益、效率的。参照上表，可以 确认有关第一实施例的两种构成比起采用具有高介电常数的电介质的补丁天线，天线大小 同样时在带宽、增益、效率等方面得到了提高。而且对各个垂直格状周期结构变更馈电位 置，可得到多种共振频率。如上所述，本发明的第一实施例采用将具有低介电常数的电介质和具有高导磁系 数的磁性物质以垂直格状结构排列的复合结构体，可以设计小型化且具有更高的增益、效 率及带宽和各种共振频率的天线。第二实施例图6为图示采用根据本发明第二实施例的电介质和磁性物质的多重格状周期结 构的复合结构体的图；参照图2，根据本发明的第二实施例的天线大致包括第二基板(300)和在所述第 二基板(300)上形成的辐射补丁 000)，所述第二基板(300)以所述电介质(110)和所述磁 性物质(120)具有多重格状周期结构的复合结构体形成。即，所数第二基板(300)以复数 层形成，各层轮换配置正六面体形状的电介质(110)及磁性物质(120)；所述电介质(110) 和所述磁性物质(120)还按第二基板(300)的纵向轮换积层。这里，优选地，所述电介质(110)的介电常数为2. 2，导磁系数为1. 0 ；所述磁性物 质(120)的介电常数为16，导磁系数为16。例如，所述辐射补丁 O00)的大小可以是170mm*170mm，所述第二基板(300)的整 个大小可以是300mm*300mm*20mm。以下参照图纸及表说明具有如上述结构的本发明的天线的工作特性。图7及图8为图示以各种多重格状周期结构排列的复合结构体上形成的补丁天线 的回波损耗的图。更详细地，图3所示将第二基板(300)以电介质5mm，磁性物质5mm的周期格状排 列的回波损耗；图4所示以电介质10mm，磁性物质IOmm的周期格状排列的回波损耗。具有多重格状周期结构的第二基板(300)的全长如上述一样都是300mm，各层都 具有同样的周期。上例中可以确认构成多频带天线，并形成高增益及大宽幅的带宽。图5为图示采用介电常数大约40的高电介质构成的与本发明的第二实施例同样 大小的补丁天线的回波损耗的图。
参照图5，可以确认与根据本发明的第二实施例的具有将电介质(110)和磁性物 质(120)以多重格状周期结构排列的第二基板(300)的天线相比较，采用现有高电介质构 成基板的天线，带宽狭小、效率低。
权利要求
1.一种采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天线，其特征在于包 括基板、在所述基板形成的辐射补丁 ；所述基板以复数列形成；各列轮换配置条形状的电 介质及磁性物质；各列的电介质及磁性物质交叉配置，使所述电介质和磁性物质的长轴相 互垂直形成。
2.根据权利要求1所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述天线在多频带共振。
3.根据权利要求1所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述电介质及磁性物质具有正四角形的截面；所述电介质及磁性物质的 各个边按5mm或IOmm的长度形成。
4.根据权利要求3所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述电介质的介电常数为2. 2，导磁系数为1. 0 ；所述磁性物质的介电常数 为16，导磁系数为16。
5.一种包括根据权利要求1至4之一所述的天线的无线终端设备。
6.一种采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天线，其特征在于包 括基板、在所述基板形成的辐射补丁 ；所述基板以复数层形成，各层轮换配置正六面体的电 介质及磁性物质；所述电介质及磁性物质同时按所述基板的纵向轮换积层的结构形成。
7.根据权利要求6所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述天线在多频带共振。
8.根据权利要求6所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述电介质及磁性物质具有正四角形的截面；所述电介质及磁性物质的 各个边按5mm或IOmm的长度形成。
9.根据权利要求8所述的采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天 线，其特征在于所述电介质的介电常数为2. 2，导磁系数为1. 0 ；所述磁性物质的介电常数 为16，导磁系数为16。
10.一种包括根据权利要求6至9之一所述的天线的无线终端设备。
全文摘要
本发明的目的是提供一种保留采用现有高介电常数的电介质的天线的小型化优点，同时为了提高天线的增益和效率及带宽，采用将介电常数低的电介质和导磁系数高的磁性物质按格状周期结构排列的复合结构体的天线。为此本发明提供采用电介质和磁性物质的格状周期结构的复合结构体的天线，其特征在于包括基板、在上述基板形成的辐射补丁；上述基板以复数列形成；各列轮换配置条形状的电介质及磁性物质；各列的电介质及磁性物质交叉配置，使上述电介质和磁性物质的长轴相互垂直形成。
文档编号H01Q5/02GK102113173SQ200980128159
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年7月18日
发明者成元模, 柳秉勋, 池正根 申请人:株式会社Emw