专利名称：一种用于射频前端系统的ltcc电小集成天线的制作方法
技术领域：
本发明属于微波毫米波通信技术领域，涉及天线技术和低温共烧陶瓷(LTCC)技 术，尤其涉及一种5. 8GHz频段用于射频前端系统的全向宽带电小集成天线。
背景技术：
随着笔记本电脑的普及和无线PDA的推广应用促使短距离无线接入技术诸如蓝 牙和无线局域网技术的迅速发展，而作为无线电子系统的必不可少的部件_天线，也必然 向宽带化、小型化、高效率方向发展。 在现有技术中，能应用于5. 8GHz频段的传统天线往往体积较大，不便于使用和携 带，调试安装都很困难。 在过去几年中，低温共烧陶瓷(LTCC)技术大量用于射频前端电路，但是基于LTCC 技术的天线设计和制作还处于初级阶段，只有关于简单的曲折型微带天线和多层贴片天线 的报道和专利申请，而针对LTCC叠层超低剖面全向微带贴片天线的报道还没有。而且现有 该频段的天线尺寸长度普遍在15mm以上，剖面厚度超过2mm，难以和其他器件进行系统级 封装形成模块化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，以LTCC工艺为基础，提供一 种用于射频前端系统集成封装的宽带电小集成天线。
本发明技术方案如下 —种用于射频前端系统的LTCC电小集成天线，如图1、2和3所示，采用LTCC工艺 制成，包括辐射部分和介质基片，所述辐射部分由一金属导带4、一金属接地区1、四个金属 条5以及四个辐射元3构成。所述辐射部分分布在所述介质基板2的两面一面是金属导 带4和四个金属条5，另一面是金属接地区1和四个辐射元3。所述金属导带4的中间部分 呈直角弯折形状(如图3中的图标6所示)，使其在有限空间内增加电流有限长度，从而达 到在5. 8GHz附近谐振；所述金属导带4的两端直线部分分别连接两个垂直于金属导带4的 金属条5，且位于金属导带4相同端直线部分的两个金属条5以金属导带中心轴线为中心呈 对称分布。所述金属接地区1为长方形金属条，位于介质基板边缘且垂直于金属导带4的 两端直线部分；所述四个辐射元3为四个相同的金属开路电流环谐振器，四个辐射元3在介 质基片上的位置与介质基片另一面四个金属条的位置相对应。 本发明提供的宽带电小集成天线采用同轴馈电，馈线包括内芯线和屏蔽层，其中 内芯线与金属导带4相连，屏蔽层与金属接地区1相连。 相较于现有技术，本发明的显著优点采用折叠金属导带和开路电流环谐振器，改 变片上电流分布，突破传统PCB天线的尺寸，具有超低剖面和极小的外形。采用LTCC工艺， 使之能够更好地和特定功能有源电路进行系统集成和封装，形成模块化，从而使其用于便 携式设备成为可能。另外，LTCC介质基板可以对辐射单元提供有效支撑，延长天线的寿命。
图1是本发明提供的用于射频前端系统的LTCC电小集成天线的结构分解示意图。
图2是本发明提供的用于射频前端系统的LTCC电小集成天线的仰视图。
图3是本发明提供的用于射频前端系统的LTCC电小集成天线的俯视图。
图4是本发明提供的一种具体用于射频前端系统的LTCC电小集成天线中频率与 反射损耗Sll之间的关系。 图5是本发明提供的一种具体用于射频前端系统的LTCC电小集成天线的E面方 向图。 图6是本发明提供的一种具体用于射频前端系统的LTCC电小集成天线的H面方 向图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 如图1、图2和图3公开的一种用于射频前端系统的LTCC电小集成天线，采用LTCC 工艺制成，包括辐射部分和介质基片，所述辐射部分由一金属导带4、一金属接地区1、四个 金属条5以及四个辐射元3构成。所述辐射部分分布在所述介质基板2的两面一面是金 属导带4和四个金属条5，另一面是金属接地区1和四个辐射元3。所述金属导带4的中间 部分呈直角弯折形状(如图3中的图标6所示)，使其在有限空间内增加电流有限长度，从 而达到在5. 8GHz附近谐振；所述金属导带4的两端直线部分分别连接两个垂直于金属导带 4的金属条5，且位于金属导带4相同端直线部分的两个金属条5以金属导带中心轴线为中 心呈对称分布。所述金属接地区1为长方形金属条，位于介质基板边缘且垂直于金属导带 4的两端直线部分；所述四个辐射元3为四个相同的金属开路电流环谐振器，四个辐射元3 在介质基片上的位置与介质基片另一面四个金属条的位置相对应。 金属接地区1长为4mm 7mm，宽为lmm 2mm ;介质基片2长为7mm 8mm，宽为 7mm 8mm，厚为0. 5mm 0. 9mm，四个辐射元3的大环边长均为的1. 4mm 2mm，小环边长 均为0. 7mm 0. 9mm，大环和小环的开口距离相同，均为0. 15mm 0. 3mm，两个环的间距为 0. lmm 0. 3mm ;四个金属条的长度均为4. 5mm 6. 5mm，宽度均为0. 4mm 0. 9mm，金属导 带4直角弯折部分左侧的两个金属条距离金属导带4的左边缘距离为5. 8mm 6. 5mm，金属 导带4直角弯折部分右侧的两个金属条距离金属导带4的左边缘距离为1. 6mm 1. 9mm ;金 属导带4长为7. 4mm 7. 7mm，宽为0. 5mm 1. 2mm，直角弯折6的线宽为0. 4mm 0. 8mm， 直角弯折6沿金属导带4长边方向的尺寸为4mm 5mm，直角弯折6沿金属导带4宽边方向 的尺寸为2. 5mm 3mm ;介质基片2为相对介电常数、在为4 12之间的陶瓷介质。
借助目前已非常成熟的LTCC工艺技术，制作出一种具体的用于射频前端系统的 LTCC电小集成天线，其中金属接地区1长为7mm，宽为lmm ;介质基片2长8mm，宽7mm，厚 0. 8mm，采用8张厚度为0. lmm的流延膜片叠层形成。 以下描述中，凡涉及金属的其厚度均为0. 096mm，天线的剖面厚度为两层金属加介 质基板的厚度为0. 992mm。四个辐射元3大小相同，大小环都是正方形且两者开口方向相 反，大环的边长是1. 5mm，小环边长0. 9mm，开口均为0. 3mm，大小环的宽度都是0. 2mm，大小环之间的间距为0. 10mm。金属导带4长7. 6mm，宽1. 2mm，中间的直角弯折6线宽1. 6mm ;直 角弯折6包含两个弯折，总体尺寸沿金属导带4长边方向为2. 7mm，沿金属导带4宽边方向 为4. 4mm。 图4是由三维电磁仿真软件仿真得到的反射系数S11图，可见中心频率f = 5. 76GHz，反射系数是-19. 45dB。从5. 45GHz_6. 03GHz范围内，电压驻波比VSWR < 3，带宽 达到0. 58GHz，相对带宽是10. 1%。图4和图5分别是天线的E面和H面增益图，由图可见 该天线水平面内是全向天线，增益0. 8dBi ，方向性系数是1.22，辐射效率达到98 % ，交叉极 化得到很好的抑制，小于_30dBi。
权利要求
一种用于射频前端系统的LTCC电小集成天线，采用LTCC工艺制成，包括辐射部分和介质基片，其特征在于，所述辐射部分由一金属导带(4)、一金属接地区(1)、四个金属条(5)以及四个辐射元(3)构成；所述辐射部分分布在所述介质基板(2)的两面一面是金属导带(4)和四个金属条(5)，另一面是金属接地区(1)和四个辐射元(3)；所述金属导带(4)的中间部分呈直角弯折形状；所述金属导带(4)的两端直线部分分别连接两个垂直于金属导带(4)的金属条(5)，且位于金属导带(4)相同端直线部分的两个金属条(5)以金属导带中心轴线为中心呈对称分布；所述金属接地区(1)为长方形金属条，位于介质基板边缘且垂直于金属导带(4)的两端直线部分；所述四个辐射元(3)为四个相同的金属开路电流环谐振器，四个辐射元(3)在介质基片上的位置与介质基片另一面四个金属条的位置相对应。
2. 根据权利要求1所述的用于射频前端系统的LTCC电小集成天线，其特征在于，金属 接地区(1)长为4mm 7mm，宽为lmm 2mm ;介质基片(2)长为7mm 8mm，宽为7mm 8mm，厚为0. 5mm 0. 9mm，四个辐射元(3)的大环边长均为的1. 4mm 2mm，小环边长均 为0. 7mm 0. 9mm，大环和小环的开口距离相同，均为0. 15mm 0. 3mm，两个环的间距为0. lmm 0. 3mm ;四个金属条(5)的长度均为4. 5mm 6. 5mm，宽度均为0. 4mm 0. 9mm，金 属导带(4)直角弯折部分左侧的两个金属条距离金属导带(4)的左边缘距离为5.8mm 6.5mm，金属导带(4)直角弯折部分右侧的两个金属条距离金属导带(4)的左边缘距离为1. 6mm 1. 9mm ;金属导带(4)长为7. 4mm 7. 7mm，宽为0. 5mm 1. 2mm，直角弯折(6)的 线宽为0.4mm 0.8mm，直角弯折(6)沿金属导带(4)长边方向的尺寸为4mm 5mm，直角 弯折(6)沿金属导带(4)宽边方向的尺寸为2.5mm 3mm;介质基片(2)为相对介电常数e r在为4 12之间的陶瓷介质。
全文摘要
一种用于射频前端系统的LTCC电小集成天线，属于微波毫米波通信技术领域，涉及天线技术和LTCC技术。该天线采用LTCC工艺制成，包括辐射部分和介质基片，所述辐射部分由一金属导带、一金属接地区、四个金属条以及四个辐射元构成。其中金属导带和四个金属条位于介质基板的一面，金属接地区和四个辐射元位于介质基板的另一面。金属导带的中间部分呈直角弯折形状；金属导带的两端直线部分分别连接两个垂直于金属导带的金属条。四个辐射元为四个相同的金属开路电流环谐振器，四个辐射元在介质基片上的位置与介质基片另一面四个金属条的位置相对应。本发明由于采用折叠金属导带和开路电流环谐振器，具有超低剖面和极小的外形；同时，采用LTCC工艺，便于集成和封装。
文档编号H01Q13/08GK101707284SQ20091024603
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者王秉中, 肖绍球, 金大鹏 申请人:电子科技大学