專利名稱：有源天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用使高輸出放大器、低噪聲放大器等有源元件與天線單元一體化結構的有源天線。
背景技術：
在亞毫米波帶以上的頻率，因在空間的電磁波傳搬衰減較大，為了確保充分的通信區(qū)域，就需要實現輸出功率的提高和天線的高增益化。
在以往的無線機，用同軸電纜等將獨立的天線和無線機主機連接，為了補償電纜損失，就需要使最后級的放大器高輸出化、高增益化。作為其解決方策之一，存在將天線和RF電路(裝備了有源元件的)一體化的有源天線。
圖1表示以往的有源天線的組裝剖面圖。有源天線的RF電路被配置在RF-天線一體多層基板11上或其內層。在天線為微帶天線(MSA)12時，天線的結構上需要有GND(接地)層13，功率放大器、低噪聲放大器和收發(fā)切換器等MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit，微波單片集成電路)14通常裝備在與天線相反的板面上。收發(fā)切換器和天線由RF-天線結合通孔15被結合。
然而，在使用亞毫米波帶以上的系統(tǒng)中采用如圖1所示的使天線-RF電路間的損失減少的結構，而且為了擴大通話區(qū)域并確保轉送質量，需要使用高輸出的功率放大器。在如上將MMIC裝備在基板上時，其放熱量也有限界，在高溫下操作器件時還需要考慮其特性惡化等，在最壞的情況下，長期使用時會有破壞的可能性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種在使用高輸出的大耗電器件時也能夠抑制其特性惡化，并且以簡單的結構實現小型化的有源天線。
上述目的由包括天線、將信號放大并輸出到上述天線的高輸出放大器、和將由上述天線接收的信號放大的低噪聲放大器的有源天線來實現。該有源天線包括天線基板，包含有上述天線和饋電給上述天線的饋電電路；RF基板，裝備有作為有源元件的上述高輸出放大器和上述低噪聲放大器；以及放熱塊，插入在上述天線基板和R F基板之間；其中使用結合隙縫電磁界結合上述天線基板和RF基板之間。


圖1是以往的有源天線的組裝剖面圖；圖2是表示本發(fā)明實施方式1的有源天線的結構方框圖；圖3是本發(fā)明實施方式1的有源天線的組裝剖面圖；圖4A是本發(fā)明實施方式1的RF-天線連接部的詳細圖(俯視圖)；圖4B是本發(fā)明實施方式1的RF-天線連接部的詳細圖(橫斷面圖)；圖5是表示本發(fā)明實施方式2的有源天線的結構方框圖；圖6是表示本發(fā)明實施方式3的有源天線的結構方框圖；圖7是表示本發(fā)明實施方式4的有源天線的結構方框圖；以及圖8是表示本發(fā)明實施方式5的有源天線的結構方框圖。
具體實施例方式
下面，用附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖2是表示本發(fā)明實施方式1的有源天線的結構方框圖。
圖2所示的有源天線的電路包括天線100、高輸出放大器(PA)102、低噪聲放大器(LNA)103、將天線信號線分離為發(fā)送側和接收側的收發(fā)切換器101、以及將連接到無線裝置的信號線分離為發(fā)送側和接收側的收發(fā)切換器104。
信號路徑為如下。從無線裝置經過無線裝置結合端114輸入的發(fā)送信號在收發(fā)切換器104被切換其輸出目的地，并被輸出到高輸出放大器102。由高輸出放大器102放大功率的發(fā)送信號在收發(fā)切換器101被切換其輸出目的地，經過天線100被輻射到空間中。另一方面，經過天線100接收到的信號在收發(fā)切換器101被切換其輸出目的地，并被輸出到低噪聲放大器103。由低噪聲放大器103放大功率的接收信號在收發(fā)切換器104被切換其輸出目的地，經過無線裝置結合端114被輸出到無線裝置。
在此，收發(fā)切換器101和收發(fā)切換器104根據所適用的系統(tǒng)采用不同的結構，例如在為發(fā)送和接收使用相同頻率的TDD(Time DivisionDuplex，時分雙工)系統(tǒng)中，采用以某一時間選擇發(fā)送端和接收端的開關結構，而在FDD(Frequency Division Duplex，頻分雙工)系統(tǒng)中不被限于特定的結構，可以是采用組合了濾波器的共用器或是開關和濾波器的組合。
另外，根據系統(tǒng)全體的所需噪聲指數(NF)，低噪聲放大器103并不一定需要裝備在本實施方式的有源天線側，也可以裝備在連接到無線裝置結合端114的無線裝置側。
接下來在圖3表示本實施方式的有源天線的組裝剖面圖。在此，作為天線以微帶天線(MSA)112為例。而且，為了說明上的方便僅表示一個接線，也可以是多個接線天線。
如圖3所示，本實施方式的有源天線主要由天線基板106、放熱塊111和RF基板107來構成。放熱塊111還具有作為機架和GND(接地)的功能。
在天線基板106上配置有MSA112，而在天線基板106的內部配置有饋電給MSA112的MSA饋電電路(內置饋電電路)113。并且，在RF基板107上配置有裝備高輸出放大器102和低噪聲放大器103等有源元件的MMIC110。
再者，在天線基板106和RF基板107之間夾(插入)有放熱塊111，天線基板106和放熱塊111之間以及放熱塊111和RF基板107之間彼此緊密結合。通過采用這樣互相密接的結構，能夠保持作為有源天線的一體性。并且，通過放熱塊111和RF基板107互相密接，能夠將在RF基板107發(fā)生的熱量高效率地放熱。
另外，該放熱塊111上設置有中空的結合隙縫108。通過具有該結合隙縫108的RF-天線連接部105，天線基板106和RF基板107互相被連接。
在此，結合隙縫108是一種具有與通常的隙縫天線同樣結構的、不向外部進行不必要的輻射的非輻射隙縫。結合隙縫108使位于其正反面的MSA饋電電路113和饋電線109電磁界結合(也就是，在發(fā)送時，由饋電線109輻射的電磁波通過隙縫中的空氣等，到達MSA饋電電路113。而在接收時，由MSA112接收到的電磁波通過MSA饋電電路113，輻射到隙縫內，并到達饋電線109)。
另外，為了降低結合隙縫和天線之間的互相結合，具有結合隙縫108的RF-天線連接部105在天線基板106上被配置在離MSA112預定距離的位置。
圖4表示RF-天線連接部105的更詳細的結構。但是，在此表示將MSA饋電電路113配置在與圖3不同的位置的情況的例子。在圖3中以MSA饋電電路113與饋電線109同樣地配置在結合隙縫108的左側的情況為例進行了說明，但如圖4所示，也可以將MSA饋電電路113配置在結合隙縫108的(圖3所示的)右側。
圖4A是從上面(圖3的上方)看RF-天線連接部105的圖。放熱塊111如圖所示地挖空成矩形，形成結合隙縫108。在此，為了提高電磁波的輻射特性(阻抗特性)，結合隙縫108和MSA饋電電路113的饋電線被設置得互相正交。另外，結合隙縫108和饋電電線109也被設置得互相正交(圖中沒有示出)。
另外，考慮到結合隙縫108的阻抗特性時，W的值越小越佳。另一方面，對于L的值，雖然用作為非輻射隙縫越小越佳，但將放熱塊111的厚度t也納入考量，根據所用的頻率來決定。也就是說，考慮到放熱特性時，放熱塊111的厚度t的值越大越佳，但是已經明白在L和t之間有比例關系，如果隨著t將L加大，就難以使結合隙縫108為非輻射。因此，非輻射的實現和放熱特性的提高之間有折衷選擇關系，L是考慮所用的頻率來被決定。
另外，雖然在此以從上面看結合隙縫108時的形狀為矩形的情況為例進行了說明，但本發(fā)明不限于此，只要W和L滿足上述條件的形狀，就可以采用其他形狀。
圖4B是從與圖3相同的方向看RF-天線連接部105的剖面圖。在此，d1和d2被決定于使結合隙縫108的阻抗特性最佳的值。
一般來講，為如高輸出放大器102等有源元件規(guī)定有元件本身的最大允許溫度，因此需要考慮到放熱，以使元件的溫度低于該規(guī)定溫度。在不能夠進行充分的放熱時，就無法安裝處理這種大功率的元件。另外，有源元件有在高溫下降低增益的特征，通過設計成不使元件溫度提高，能夠抑制特性惡化。
因此，在本實施方式，通過RF基板107，將裝備在RF基板107上的高輸出放大器發(fā)生的熱量傳達到密接設置在RF基板107的、導熱率良好的(例如銅制的)放熱塊111，并通過該放熱塊111將熱量放出在空氣中。
另外在本實施方式，雖然由放熱塊111的存在，在RF基板107(饋電線109)和天線基板106(MSA饋電電路113)之間發(fā)生電切斷，但是通過挖空放熱塊111的一部分來設置結合隙縫108，來自饋電線109的功率通過該結合隙縫108供給到MSA饋電電路113。也就是說，MSA饋電電路113和饋電線109被電磁界結合。另外，如上所述，通過不將兩個基板之間使用如同軸纜等連接部件以焊接等方式連接，可以在制造一般的多層基板等工程中容易地進行制造。
如上所述，根據本實施方式，在使用高輸出、大耗電的器件的情況下也能夠確保充分的放熱特性，能夠抑制該器件的溫度上升引起的特性惡化。而且，能夠提供一種由簡單的結構實現小型化的有源天線。
(實施方式2)圖5是表示本發(fā)明實施方式2的有源天線的結構方框圖。另外，該有源天線具有與圖2所示的有源天線相同的基本結構，對于相同的結構要素附上相同的標號，并省略其說明。
本實施方式的特征是采用了具有2個系統(tǒng)(天線100a、天線100b)的圖2所示的天線100來實現信號的空間合成的結構。
在圖5中，從無線裝置經過無線裝置結合端114輸入的發(fā)送信號在收發(fā)切換器104被切換其輸出目的地，被輸出到分配合成器204來分配成2個信號。分配合成器204的輸出分別輸入到高輸出放大器102a、102b。由高輸出放大器102a、102b放大的發(fā)送信號在收發(fā)切換器101a、101b被切換其輸出目的地，并經過天線100a、100b被輻射到空間中。另一方面，經過天線100a、100b接收到的信號在收發(fā)切換器101a、101b被切換其輸出目的地，被輸出到分配合成器203來被合成，并被輸出到低噪聲放大器103。由低噪聲放大器103放大的接收信號在收發(fā)切換器104被切換其輸出目的地，經過無線裝置結合端114被輸出到無線裝置。
理論上，例如在對由2個天線發(fā)送的無線信號進行空間合成時，放大器的輸出功率只要有一半就可以。并且，一般來講，總的輸出功率相同時，使用多個最大功率較小的放大器時的總耗電會較少。本實施方式謀求的是這樣的效果。
如上所述，根據本實施方式，通過配置多個天線，并將與其連接的高輸出放大器也配置多個，來降低每1個高輸出放大器的耗電，并通過選擇高輸出放大器的特性，與僅使用1個高輸出放大器的情況相比，能夠實現總耗電的削減。
另外，在此以具有2個天線部，合成2系統(tǒng)的情況為例進行了說明，也可以以同樣的結構合成2以上的多個系統(tǒng)。
(實施方式3)圖6是表示本發(fā)明實施方式3的有源天線的結構方框圖。另外，該有源天線具有與圖5所示的有源天線相同的基本結構，對于相同的結構要素附上相同的標號，并省略其說明。
本實施方式的特征是采用了在分配合成器204和高輸出放大器102a、102b之間插入了可變相位電路301a、301b的結構。
在進行空間合成的電路中，需要由多個天線以同相位進行輻射，但實際上因各個器件之間的偏差等會發(fā)生偏離，可變相位電路301a、301b具有修正該偏離的功能。
如上所述，根據本實施方式，通過修正各個器件本身的偏差和裝備時發(fā)生的相位偏差等，從而實現能夠抑制合成損、高增益的有源天線。
(實施方式4)圖7是表示本發(fā)明實施方式4的有源天線的結構方框圖。另外，該有源天線具有與圖6所示的有源天線相同的基本結構，對于相同的結構要素附上相同的標號，并省略其說明。
本實施方式的特征是采用了在分配合成器204和可變相位電路301a、301b之間插入了可變增益電路401a、401b的結構。
在進行空間合成的電路中，需要由多個天線以同相位進行輻射，但實際上因各個器件之間的偏差等會發(fā)生偏離，可變增益電路401a、401b具有修正該偏離的功能。
如上所述，根據本實施方式，通過修正各個器件本身的偏差和裝備時發(fā)生的振幅偏差等，從而實現能夠抑制合成損、高增益的有源天線。并且在采購器件時不需要指定器件的等級，從而實現低成本化。
(實施方式5)圖8是表示本發(fā)明實施方式5的有源天線的結構方框圖。另外，該有源天線具有與圖7所示的有源天線相同的基本結構，對于相同的結構要素附上相同的標號，并省略其說明。
本實施方式的特征是采用了在分配合成器203和收發(fā)切換器101a、101b之間插入了可變相位電路501a、501b的結構。
在進行空間合成的電路中，需要由多個天線以同相位進行輻射，對接收信號也同理，實際上因各個器件之間的偏差等會發(fā)生偏離，可變相位電路501a、501b具有修正該偏離的功能。
如上所述，根據本實施方式，通過修正各個器件本身的偏差和裝備時發(fā)生的相位偏差等，從而實現能夠抑制合成損的、對接收信號也高增益的有源天線。
如上所述，根據本發(fā)明，能夠實現在使用高輸出、大耗電的器件時也抑制其特性惡化，容易實現小型化的有源天線。
本說明書基于2002年11月15日申請的日本專利申請?zhí)卦?002-332509號。其內容全部包含于此以資參考。
工業(yè)實用性本發(fā)明可以適用于裝備在無線機等的天線中。
權利要求
1.一種由天線、將信號放大并輸出到上述天線的高輸出放大器、以及將由上述天線接收的信號放大的低噪聲放大器組成的有源天線，其中，具備天線基板，包括上述天線和饋電給上述天線的饋電電路；RF基板，裝備有作為有源元件的上述高輸出放大器和上述低噪聲放大器；以及放熱塊，插入在上述天線基板和上述RF基板之間；并且使用結合隙縫電磁界結合上述天線基板和上述RF基板之間。
2.如權利要求1所述的有源天線，包括多個上述天線和與上述天線數目相同的上述高輸出放大器，具有分配器，將信號分配成上述天線的數目，并輸出到上述高輸出放大器；以及合成器，將由上述各個天線接收的信號合成，并輸出到上述低噪聲放大器；從而進行信號的空間合成。
3.如權利要求2所述的有源天線，其中，在上述高輸出放大器和上述分配器之間，或者在上述高輸出放大器和上述天線之間配置可變相位電路。
4.如權利要求2所述的有源天線，其中，在上述高輸出放大器和上述分配器之間，或者在上述高輸出放大器和上述天線之間配置可變增益電路。
5.如權利要求2所述的有源天線，其中，在上述合成器和上述天線之間配置可變相位電路。
全文摘要
天線基板(106)上裝配有MSA(112)和饋電給MSA(112)的MSA饋電電路(113)，而在RF基板(107)上裝備有有源元件的高輸出放大器(102)和低噪聲放大器(103)等。在天線基板(106)和RF基板(107)間夾有放熱塊(111)。RF－天線連接部(105)使用非輻射的結合隙縫(108)電磁界結合裝備在天線基板(106)上的MSA饋電電路(113)和RF基板(107)上的饋電線(109)之間。由此，能夠提供一種在使用高輸出、大耗電的器件時也抑制其特性惡化、并且由簡單結構實現小型化的有源天線。
文檔編號H01Q9/04GK1706071SQ20038010170
公開日2005年12月7日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權日2002年11月15日
發(fā)明者榎貴志, 關智弘, 厚木岳夫, 梅比良正弘 申請人:松下移動通信株式會社, 日本電信電話株式會社