CN102810737B - 一种gprs天线及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GPRS天线，该GPRS天线包括天线单元，天线单元包括：一介质基板以及设置于介质基板表面的第一辐射单元、第二辐射单元、馈电点和接地点；第一辐射单元呈带状，与馈电点电连接；第二辐射单元包括两分设于所述第一辐射单元两侧的辐射片，辐射片均与接地点电连接；本发明还提供了一种电子装置。本发明的GPRS天线通过结构设计即满足了天线的性能要求，同时在两个电磁波段下工作，具有高增益、宽带宽的特点，而且易于进行调试，能够满足使用GPRS模块的电子装置的无线数据传输要求，结合低损耗的天线介质基板，使GPRS天线具有良好的工作性能。

Description

一种GPRS天线及电子装置

技术领域

本发明属于通信设备领域，具体涉及一种GPRS天线以及应用该天线的电子装置，特别是用于机顶盒。

背景技术

无线数据传输有一种是通过GPRS进行的，在GPRS的数据传输中，性能优异的天线是数据传输的保证，并且随着通信事业的不断发展将会不限于手机等移动终端，还会大量的使用到更多的电子装置。

现有GPRS天线基本采用拉杆天线，因此天线在使用状态时，其长度相对比较长，不适合用作消费性电子产品的天线组件。在射频天线技术领域，基于覆铜箔层压板设计天线由于呈板状等优点，也使得其大量使用与各种各样的电子装置中，经研究测试发现：现有的覆铜箔层压板相关参数如介电常数约、损耗角正切值等相关参数，对天线辐射效率乃至整个天线效率影响很大。

同时，对于天线设计业者来说，天线的尺寸、大小、长短、谐振频段、谐振频宽、适用设备环境、增益效益、场性等各个因素制约天线开发和设计。尤天线辐射场型与天线要求高增益性能是一对突出的矛盾。而天线选型对天线的设计、开发有着重要影响。因此在考虑在较小天线在有限尺寸条件下，使得天线的整体性能符合相对应电子装置需求，又可节省天线开发、设计及制造的成本是天线开发者面临综合性的问题，如GPRS双频天线设计等。

发明内容

为了解决现有GPRS天线存在的问题，本发明提供了一种GPRS天线，该天线通过结构设计满足了使用GPRS的电子装置的无线数据传输要求，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种GPRS天线，所述GPRS天线包括天线单元，所述天线单元包括：一介质基板以及设置于所述介质基板表面的第一辐射单元、第二辐射单元、馈电点和接地点；第一辐射单元呈带状，与所述馈电点电连接；所述第二辐射单元包括两分设于所述第一辐射单元两侧的辐射片，所述辐射片均与所述接地点电连接。

进一步地，所述第一辐射单元呈中间窄、两端宽的阶梯带状。

进一步地，所述第一辐射单元自由端向中间的宽度两次阶梯减小。

进一步地，所述两辐射片在所述介质基板上关于所述第一辐射单元纵向中心线对称设置。

进一步地，所述两辐射片呈自由端起宽度阶梯增加的带状。

进一步地，所述馈电点处设置了贯穿所述介质基板的金属化通孔，所述馈电点所在所述介质基板表面的相对表面上环绕所述金属化通孔设置了馈电板。

进一步地，所述接地点所在所述介质基板表面的相对表面上相对所述接地点设置了接地板，所述接地板通过若干金属化孔于所述接地点电连接。

进一步地，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元分设于所述介质基板的不同表面。

进一步地，所述介质基板组分包括玻纤布、环氧树脂以及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

进一步地，还包括天线壳体，所述天线单元固装于所述天线壳体内。

进一步地，还包括一电连接所述馈电点的信号传输接头。

一种电子装置，包括壳体、电路板和GPRS天线，所述GPRS天线包括上述的GPRS天线，所述GPRS天线通过信号传输接头与所述电路板电连接。

本发明的GPRS天线通过结构设计即满足了天线的性能要求，同时在两个电磁波段下工作，具有高增益、宽带宽的特点，而且易于进行调试，能够满足使用GPRS模块的电子装置的无线数据传输要求，结合低损耗的天线介质基板，使GPRS天线具有良好的工作性能。

附图说明

图1是本发明GPRS天线的天线单元一表面的结构示意图；

图2是图1所示GPRS天线的天线单元另一表面的结构示意图；

图3是图1所示GPRS天线的S11曲线仿真图。

具体实施方式

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

参见图1和图2所示分别为本发明GPRS天线的天线单元的两表面的结构示意图，该天线单元包括介质基板1、第一辐射单元2、第二辐射单元(未标出，包括辐射片31、32)、馈电点4、接地单元5和一定位孔6。第一辐射单元2位于介质基板1的一表面，呈中间窄、两端宽的阶梯带状，该第一辐射单元2从自由端向中间的宽度两次阶梯减小，在中间时宽度最窄，然后宽度再次增加；第二辐射单元位于介质基板1的另一表面，包括辐射片31、32，这两个辐射片31、32关于第一辐射单元2的纵向中心线对称分布，呈自由端起宽度阶梯增加的带状；馈电点4设置在与第一辐射单元2相同的介质基板1表面上，馈电点4上设置了贯穿介质基板1的金属化通孔41，在介质基板1另一表面上环绕金属化通孔41设置了馈电板42，该馈电板42呈圆环状；接地点5设置在与两辐射片31、32相同的介质基板1表面上，该接地点5包括两部分，这两部分与两辐射片31、32的端部电连接在一起，在接地点5所在介质基板1表面的相对表面上设置了接地板52，该接地板52也包括两部分，与接地点5位置相对的设置在介质基板1的两表面上，接地点5和接地板52通过金属化孔51电连接在一起。

该GPRS天线单元外还可以进一步包括壳体，使用能够扣合的壳体将天线单元古装在其内，为了安装的方便，在天线单元上设置了定位孔6，天线单元固装在壳体内，可以保护天线单元不受外界环境侵蚀等。

该GPRS天线还可以进一步包括一信号传输端，与天线单元的馈电点和接地点电连接，例如使用SMA接头做为GPRS天线的信号传输端，内导体连接馈电点，外导体连接接地点，使得该GPRS天线能够在两个电磁波段下工作；信号传输端也可以是信号传输线，直接使用信号传输线连接GPRS天线和电子装置，赋予电子装置无线信号收发的功能。

第一辐射单元和第二辐射单元的端部是指与馈电点或者接地点电连接的一端，自由端指第一辐射单元和第二辐射单元的另一端。

第一辐射单元和第二辐射单元的宽度阶梯变化，包括在宽度变化处具有一平的台阶，也包括斜台阶的情况，即在宽度变化时，使用一倾斜的直线或者曲线连接某一宽度的结束点和另一宽度的开始点，例如图1中的第一辐射单元从自由端起第二次宽度阶梯变化时的情况。

第一辐射单元2谐振频段主要为低频，第二辐射单元3谐振频段主要为高频，该天线单元具有低频和高频两个谐振频段，这也包括第一辐射单元2和第二辐射单元3之间的相互作用。

介质基板1组分包括玻纤布、环氧树脂以及与该环氧树脂发生交联反应的化合物，以下通过具体实施方式说明该介质基板。

第一类实施方式如下：

在该类实施方式中，用于生产加工本发明中的介质基板(包括单层或多层层压板片)的一些低介电常数低损耗的浸润溶液。所述浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。其中第一组份和第二组份按照一定比例配置混合。上述第一组份、第二组份及所述一种或者多种溶剂配成所述浸润溶液。所述浸润溶液经过搅拌后、将所述一玻纤布浸润所述浸润溶液中使第一组份与第二组份吸附在玻纤布中或者表面上；然后烘拷所述玻纤布使所述一种或者多种溶剂挥发，并使第一组份与第二组份相互化合交联形成半固化物或者固化物。半固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较低环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的软性混合物。固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较高环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的相对较硬的混合物。

在本实施方式中，所述浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物(呈片状)，然后所述半固化物剪裁成剪裁片，根据厚度需要将所述多片剪裁片叠合并进行热压成本实施所述的多层介质基板(即多层层压板或片)。其中热压工序目的就是使得第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物全部发生化合交联反应。

当然也可以理解，所述浸润过的玻纤布直接通过高温烘烤形成固化物，即本发明所述的单层介质基板(即单层层压板或片)。

在具体的实施例中，所述第二组份的化合物可选用包含由极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，如苯乙烯马来酸酐共聚物。可以理解的是，可以与环氧树脂发生化合交联反应的共聚物均可用于本实施方式的配方成份。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、8个苯乙烯或者任意个数。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合，从而使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合后即是本发明所述浸润溶液。

在具体的实施例中，通过加入一定的促进剂促使上述浸润溶液200-400秒内胶化(选用胶化环境温度171℃)，其中促进上述浸润溶液胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较好。所述促进剂可选用包括但不限于叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述两种以上溶剂之间混合形成的混合溶剂。

在另一实施例中，所述浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。所述第二组份的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。其中所述氰酸酯预聚体浓度75％。促进剂选用二甲基咪唑；所述溶剂选用丁酮。该实施方式浸润溶液具体配方如下表：

在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂均能发生化合交联反应。

第二类实施方式如下：

在本发明第二类实施方式中，生产本发明中的介质基板(包括单层或多层层压板片、覆铜基板、PCB板、芯片载体件或类似应用件等)的一些低介电常数低损耗的组合物(也可称之复合物或复合材料)，所述组合物包括玻纤布、第一组份及第二组份，第一组份包含环氧树脂；第二组份包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

所述组合物制造过程还包括如下工艺：

首先，将第二组份包含与所述环氧树脂发生交联的反应的化合物与所述环氧树脂按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。在具体的实施例中，所述化合物包含极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，其中较佳实施例的共聚物可以选用苯乙烯马来酸酐共聚物。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、或8个苯乙烯。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物在一定条件下能进行化合交联反应，发生化合交联反应后依附于所述玻纤布，从而形成本发明的介质基板。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述之间混合溶剂。

所述溶液一具体实施例各种成分比例如下表：

上述溶液配方包括环氧树脂、苯乙烯马来酸酐共聚物、氰酸酯预聚体、促进剂二甲基咪唑及一种溶剂丁酮。在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂能化合交联。

然后，从上述溶液中提取所述少量测试样本，在某一特定温度环境测试所述溶液胶化时间，通过添加促进剂来调节所述溶液在该定温度环境胶化时间。可以通过加入一种或多种促进剂促使上述溶液在200-400秒时间内胶化，其中所述某一特定温度环境可是单一一温度值或者一选定的特定温度范围，在本实施方式，通过设定在171摄氏度环境进行胶化时间，使得上述溶液在胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较佳。所述促进剂可选用包括但不限于选用叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

第三步，当上述测试样本在200-400秒时间范围内胶化时，将玻纤布在所述溶液中浸润后取出烘干，形成组合物。在该具体步骤中，将玻纤布浸入溶液中充分浸润保证所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物吸附在玻纤布中或者表面上，然后浸入溶液的玻璃布通过悬挂于鼓风干燥箱在180℃烘烤5分钟左右，目的就是将溶剂丁酮充分挥发，并且使得所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物化合交联反应，玻璃布与所述化合交联反应的产物制得半固化组合物。可以理解的是，延长烘烤时间和或提高烘烤温度，即可形成固化组合物。一般大量工业生产采用垂直上胶机中浸胶子系统和烘箱子系统中完成。

最后，将烘干的化组合物与导电箔进行压合。在该具体步骤中，将烘干的化组合物(半固化板或半固化片)与导电箔在真空热压机中压合。所述导电箔选用包含铜、银、金、铝或上述材料合金材料等制得的导电材料。由于铜材料的价格相对较低，因此选用铜制成的导电箔适用产业化。

同时为了适用天线或电子装置一些性能参数要求，将多片半固化板或半固化片进行层压形成多层层压板。应用这些层压板可以有效减少天线复合损耗，进而保证天线辐射增益值。

利用上述组合物、单层片半固化板或半固化片、多层层压板加工成天线基板，通过引入极性与非极性高分子共聚物的形式来降低天线基板的介电常数以及介电损耗，从而满足其在电子装置中应用的需求。

图3所示为GPRS天线S11曲线仿真图，该GPRS天线尺寸再如图1所示，第一辐射单元的长度为62mm，第二辐射单元的两辐射片长度均为33mm，选取特定频点进行标注，如下表所示：

频点/GHz	损耗/dB
		0.88	-14.063
0.92	-20.631
		0.96	-11.921
1.71	-6.2421
		1.8	-13.631
1.88	-10.467

通过上表，该超材料天线在880MHz～960MHz波段下具有-10dB以下的损耗，在1710MHz～1880MHz波段具有-6dB以下的损耗，在1800MHz附近具有-10dB以下的损耗，表明在880MHz～960MHz和1710MHz～1880MHz波段下具有良好的通信效果，能够满足该区间特定波段范围的通信要求。

本发明的OPRS天线能够用于电子装置中，使得电子装置通过该GPRS天线进行无线信号收发。至于该天线与电子装置中的电路连接是基于现有方案，在此不做熬述。

该天线应用的电子装置包括但不限于机顶盒、路由器、移动通信终端。

上面结合附图对本发明的较佳实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种GPRS天线，其特征在于，所述GPRS天线包括天线单元，所述天线单元包括：一介质基板以及设置于所述介质基板表面的第一辐射单元、第二辐射单元、馈电点和接地点；所述第一辐射单元与所述第二辐射单元分设于所述介质基板的不同表面；所述第一辐射单元呈中间窄、两端宽的阶梯带状，与所述馈电点电连接；所述第二辐射单元包括两分设于所述第一辐射单元两侧的辐射片，每一个辐射片均呈自由端起宽度阶梯增加的带状，所述接地点包括两部分，该两部分与两个辐射片的端部电连接；两所述接地点的两部分分设在所述馈电点的两侧；

所述馈电点处设置了贯穿所述介质基板的金属化通孔，所述馈电点所在所述介质基板表面的相对表面上环绕所述金属化通孔设置了馈电板，所述馈电板呈圆环状；

在所述接地点所在介质基板表面的相对表面上设置了接地板，该接地板包括两部分，该两部分与所述接地点的两部分分别通过金属化孔电连接在一起；

还包括具有内导体和外导体的信号传输端，所述第一辐射单元的谐振频段为低频，所述第二辐射单元的谐振频段为高频；所述内导体与所述馈电点连接，所述外导体与所述接地点连接，使得该GPRS天线能够在两个电磁波段下工作。

2.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述第一辐射单元自由端向中间的宽度两次阶梯减小。

3.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述两个辐射片在所述介质基板上关于所述第一辐射单元纵向中心线对称设置。

4.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，所述介质基板组分包括玻纤布、环氧树脂以及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。

5.根据权利要求1所述的GPRS天线，其特征在于，还包括天线壳体，所述天线单元固装于所述天线壳体内。

6.一种电子装置，包括壳体、电路板和GPRS天线，其特征在于，所述GPRS天线包括权利要求1-5任一项所述的GPRS天线，所述GPRS天线通过信号传输接头与所述电路板电连接。