包含具有電容饋電點(diǎn)和隔開式導(dǎo)電屏蔽通路的貼片天線組合件的電子裝置以及相關(guān)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包含具有電容饋電點(diǎn)和隔開式導(dǎo)電屏蔽通路的貼片天線組合件的電子裝置以及相關(guān)方法。一種電子裝置可包含無線通信電路以及耦合到所述無線通信電路的天線組合件。所述天線組合件可包含襯底、界定由所述襯底運(yùn)載的接地平面的導(dǎo)電層，以及由所述襯底運(yùn)載且與所述接地平面間隔的導(dǎo)電貼片天線元件。所述貼片天線元件可具有將所述貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸，以及分別在所述第一和第二對稱區(qū)域中的第一和第二饋電開口。所述天線組合件還可包含分別在所述第一和第二饋電開口中的第一和第二饋電墊，以及延伸通過所述襯底且分別將所述饋電墊耦合到所述無線通信電路的第一和第二饋電線。隔開式導(dǎo)電屏蔽通路可耦合到所述接地平面且可環(huán)繞所述貼片天線元件而延伸通過所述襯底。
【專利說明】
包含具有電容饋電點(diǎn)和隔開式導(dǎo)電屏蔽通路的貼片天線組合 件的電子裝置從及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電子裝置的領(lǐng)域，且更特定地說，設(shè)及貼片天線W及相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 貼片天線(例如，微帶貼片天線)可使用相對簡單的印刷電路構(gòu)造而針對給定區(qū)域 提供相對高的增益，從而使其用途分布廣泛。一種類型的微帶貼片天線具有側(cè)向地延伸到 貼片平面的福射圖型。通常使用探針(例如，呈用W形成將電流運(yùn)載到貼片表面的探針的連 接器插腳或電路板通路的形式)對此類微帶天線進(jìn)行饋電。
[0003] 然而，微帶貼片天線的福射帶寬可受到限制。舉例來說，微帶貼片天線的半功率 (3地)瞬時(shí)增益帶寬可實(shí)際上小于20%。運(yùn)與其它類型的天線(諸如拋物面反射器天線，其 可在許多倍頻程的帶寬上操作)相比較可為特別不利的?？苫诙畏匠?ax2+bx+c = 0)而 描述簡單的正方形半波邊緣線性偏振微帶貼片天線的頻率響應(yīng)，因此，可存在圍繞第一半 波共振而定位的"單駝峰"增益最大值。
[0004] 微帶貼片天線的帶寬基于其被運(yùn)載所處的襯底的厚度而線性地增加，因此，使襯 底厚度加倍可使帶寬加倍，且使襯底厚度減半可使帶寬減半。然而，遺憾地，在使用相對厚 的襯底微帶天線的寬帶應(yīng)用中可出現(xiàn)問題，運(yùn)是因?yàn)轲侂娞结樋蒞類似于單極天線的方式 福射?？紤]到饋電探針的福射圖型不同于貼片自身的福射圖型，經(jīng)組合的厚襯底貼片福射 產(chǎn)生不對稱的圖型W及減少的實(shí)際增益。
[0005] 化n化ozen的美國專利第6,181，279號公開一種具有使用外圍寄生短粧的電學(xué)上 小的接地板的貼片天線。更特定地說，化n化ozen公開寄生短粧，或屏蔽元件用于隔離貼片 天線與接地板之間的電磁場。
[0006] Lennen等人的美國專利第5，515,057號設(shè)及一種具有n點(diǎn)對稱饋電雙頻率貼片天 線的GI^接收器。更特定地說，Lennen等人公開n個對稱饋電點(diǎn)，其幾何學(xué)上放置在貼片天線 上W實(shí)現(xiàn)具有n點(diǎn)天線的GI^接收器的圓形偏振。
[0007] 可期望對貼片天線的進(jìn)一步改進(jìn)。舉例來說，可特別合意的是增加帶寬、增益、方 向性W及福射圖型對稱性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引一種電子裝置可包含無線通信電路W及禪合到無線通信電路的天線組合件。天線 組合件可包含襯底、界定由襯底運(yùn)載的接地平面的導(dǎo)電層，W及由襯底運(yùn)載且與接地平面 間隔的導(dǎo)電貼片天線元件。導(dǎo)電貼片天線元件可具有將導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第 二對稱區(qū)域的對稱軸。導(dǎo)電貼片天線元件可具有分別在第一和第二對稱區(qū)域中的第一和第 二饋電開口，W及分別在第一和第二饋電開口中的第一和第二饋電墊，其界定第一和第二 電容饋電點(diǎn)。天線組合件還可包含延伸通過襯底且分別將第一和第二饋電墊禪合到無線通 信電路的第一和第二饋電線，W及禪合到接地平面且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過襯 底的多個隔開式導(dǎo)電屏蔽通路。因此，電子裝置可例如通過提供增加的帶寬、增益W及方向 性而提供增加的效率。
[0009] 導(dǎo)電貼片天線元件可在其中具有至少一個彎折開口。舉例來說，襯底可包含與至 少一個彎折開口對準(zhǔn)的至少一個彎折凹部。舉例來說，天線組合件可進(jìn)一步包含禪合到接 地平面且延伸到至少一個彎折凹部的至少一個導(dǎo)電彎折通路。
[0010] 電子裝置可進(jìn)一步包含由襯底運(yùn)載且禪合到第一和第二饋電線中的至少一者的 相位延遲電路。舉例來說，相位延遲電路可包含至少一根曲折線。
[0011] 天線組合件可進(jìn)一步包含禪合到第一和第二電容饋電點(diǎn)中的每一者的至少一個 共振器。舉例來說，至少一個共振器可包含至少一個導(dǎo)電X形共振器。
[0012] 電子裝置可進(jìn)一步包含由導(dǎo)電貼片天線元件運(yùn)載的介電罩面層。介電罩面層可具 有相對電容率W及在彼此的20%內(nèi)的相對電容率。舉例來說，襯底可具有相對電容率W及 在彼此的20%內(nèi)的相對電容率。
[0013] 方法方面設(shè)及一種制造天線組合件的方法。方法可包含在襯底上且與界定接地平 面的導(dǎo)電層間隔地形成導(dǎo)電貼片天線元件。導(dǎo)電貼片天線元件可被形成為具有將導(dǎo)電貼片 天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸。導(dǎo)電貼片天線元件可被形成為具有分別在 第一和第二對稱區(qū)域中的第一和第二饋電開口。方法可進(jìn)一步包含分別在第一和第二饋電 開口中形成第一和第二饋電墊，其界定第一和第二電容饋電點(diǎn)。方法還可包含形成延伸通 過襯底且分別將第一和第二饋電墊禪合到無線通信電路的第一和第二饋電線，W及形成禪 合到接地平面且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過襯底的多個隔開式導(dǎo)電屏蔽通路。
[0014] 另一實(shí)施例設(shè)及一種電子裝置，其包含無線通信電路W及禪合到無線通信電路的 天線組合件。天線組合件可包含襯底、界定由襯底運(yùn)載的接地平面的導(dǎo)電層，W及由襯底運(yùn) 載且與接地平面間隔的導(dǎo)電貼片天線元件。導(dǎo)電貼片天線元件可具有將導(dǎo)電貼片天線元件 劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸。導(dǎo)電貼片可具有分別在第一和第二對稱區(qū)域中的第 一和第二饋電開口，W及分別在第一和第二饋電開口中的第一和第二饋電墊，其界定第一 和第二電容饋電點(diǎn)。天線組合件還可包含:延伸通過襯底的第一和第二饋電線，第一和第二 饋電線中的一者將第一和第二饋電墊中的相應(yīng)一者禪合到無線通信電路，且第一和第二饋 電線中的另一者為電浮動的；W及禪合到接地平面且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過襯 底的多個隔開式導(dǎo)電屏蔽通路。
[0015] 接地平面可在其中具有至少一個開口。舉例來說，襯底可包含與至少一個開口對 準(zhǔn)的至少一個凹部。第一和第二饋電線中的另一者可延伸到至少一個凹部。
[0016] 天線組合件可進(jìn)一步包含禪合到第一和第二電容饋電點(diǎn)中的每一者的至少一個 共振器。至少一個共振器可為X形共振器。
[0017] 電子裝置可進(jìn)一步包含由導(dǎo)電貼片天線元件運(yùn)載的介電罩面層。介電罩面層可具 有相對電容率W及在彼此的20%內(nèi)的相對電容率。舉例來說，襯底可具有相對電容率W及 在彼此的20%內(nèi)的相對電容率。
[0018] -種制造天線組合件的對應(yīng)方法可包含在襯底上且與界定接地平面接地平面的 導(dǎo)電層間隔地形成導(dǎo)電貼片天線元件。導(dǎo)電貼片天線可被形成為具有將導(dǎo)電貼片天線元件 劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸。導(dǎo)電貼片天線元件還可被形成為具有分別在第一和 第二對稱區(qū)域中的第一和第二饋電開口。方法還可包含:分別在第一和第二饋電開口中形 成第一和第二饋電墊，其界定第一和第二電容饋電點(diǎn)；W及形成延伸通過襯底的第一和第 二饋電線，第一和第二饋電線中的一者將第一和第二饋電墊中的相應(yīng)一者禪合到無線通信 電路，且第一和第二饋電線中的另一者為電浮動的。方法可進(jìn)一步包含形成禪合到接地平 面且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過襯底的多個隔開式導(dǎo)電屏蔽通路。
【附圖說明】
[0019] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子裝置的俯視示意圖。
[0020] 圖2為圖1的電子裝置的仰視示意圖。
[0021] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的天線組合件的示意剖視圖。
[0022] 圖4A和圖4B為圖1的天線組合件的模擬福射圖型切割部分。
[0023] 圖5為根據(jù)另一實(shí)施例的電子裝置的天線組合件的示意剖視圖。
[0024] 圖6為圖5的天線組合件的俯視示意圖。
[0025] 圖7為圖5的天線組合件的仰視示意圖。
[0026] 圖8A和圖8B為圖5的天線組合件的模擬福射圖型切割部分。
[0027] 圖9為圖5的天線組合件的模擬實(shí)際增益響應(yīng)的圖形。
[0028] 圖10為圖5的天線組合件的模擬阻抗的史密斯圓圖。
[0029] 圖11為圖5的天線組合件的模擬VSW則向應(yīng)的圖形。
[0030] 圖12為根據(jù)另一實(shí)施例的天線組合件陣列的俯視示意圖。
[0031] 圖13為圖12的天線組合件陣列的仰視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 現(xiàn)在將在下文中參考附圖來更充分地描述本發(fā)明，附圖中展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例。然而，本發(fā)明可W許多不同形式予W體現(xiàn)且不應(yīng)被認(rèn)作限于本文中所闡述的實(shí)施例。更 確切地說，提供運(yùn)些實(shí)施例使得本公開將透徹且完整，且將向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地 傳達(dá)本發(fā)明的范圍。類似編號始終指代類似元件，且在替代實(shí)施例中使用撇號和多撇號標(biāo) 記法W指示相似元件。
[0033] 最初參看圖1到圖3,電子裝置20包含無線通信電路21W及禪合到無線通信電路的 天線組合件30。無線通信電路21可包含無線收發(fā)器，例如，僅僅是發(fā)射器、僅僅是接收器， 和/或RF電源。無線通信電路21可包含用于無線通信的其它和/或額外電路。所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員將了解，天線組合件30可被認(rèn)為是可用于發(fā)射和接收兩者的互易裝置。
[0034] 天線組合件30可呈用于線性偏振的微帶貼片天線的形式，且說明性地包含襯底31 W及界定由襯底運(yùn)載的接地平面32的導(dǎo)電層。接地平面32說明性地被運(yùn)載在襯底31內(nèi)，例 如，包夾在襯底的兩個介電層之間。在一些實(shí)施例中，接地平面32可由襯底31的下表面或由 襯底的另一部分運(yùn)載。天線組合件30可被實(shí)現(xiàn)為多層電路板?？砂~外接地平面層。
[0035] 天線組合件30還包含由襯底31的上表面運(yùn)載的導(dǎo)電貼片天線元件33。導(dǎo)電貼片天 線元件33說明性地與接地平面32間隔。
[0036] 說明性地，導(dǎo)電貼片天線元件33呈矩形的形狀，且更特定地說，呈正方形的形狀。 當(dāng)然，導(dǎo)電貼片天線元件33可具有另一形狀，例如，圓形形狀。
[0037] 導(dǎo)電貼片天線元件33具有將導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域35曰、 3化的對稱軸34。導(dǎo)電貼片天線元件33具有分別在第一和第二對稱區(qū)域35a、35b中的第一和 第二饋電開口 36a、36b。雖然說明了特定對稱軸34，但應(yīng)理解，對稱軸可不同于如所說明的 情形而對準(zhǔn)，例如，其可對角地定向。
[0038] 導(dǎo)電貼片天線元件33還包含分別在第一和第二饋電開口 36a、36b中的第一和第二 饋電墊，其界定第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b。導(dǎo)電貼片天線元件33還包含延伸通過襯底 31且分別將第一和第二饋電墊或第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b禪合到無線通信電路21的 第一和第二饋電線41a、4化。第一和第二饋電線41a、4化可呈電鍛通孔通路、金屬連接器插 腳、馴釘、架空電線或其它饋電結(jié)構(gòu)的形式，運(yùn)將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解。
[0039] 第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b跨越其與導(dǎo)電貼片天線元件33之間的氣隙將電流 電容性地禪合到導(dǎo)電貼片天線元件33。第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b可消除第一和第二 饋電線41a、4化的分布式電感。
[0040] 第一和第二饋電線41a、41b的分布式電感與第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b的分 布式電容一起形成串聯(lián)共振電路，其可提供經(jīng)雙調(diào)諧的天線系統(tǒng)W用于增加帶寬。雙調(diào)諧 可形成四階切比雪夫響應(yīng)，其具有針對通帶波紋而選擇的最大平坦己特沃斯響應(yīng)或其它響 應(yīng)形狀，運(yùn)將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解。
[0041] 第一和第二電容饋電點(diǎn)37a、37b相對于導(dǎo)電貼片天線元件33說明性地被定向?yàn)榱?形形狀。運(yùn)可減少對電流在導(dǎo)電貼片天線元件33的表面上的通過的反射。當(dāng)然，第一和第二 電容饋電點(diǎn)37a、37b可被定向?yàn)檎叫?，即，與導(dǎo)電貼片天線元件33對準(zhǔn)，或也具有其它形 狀。
[0042] 來自第二饋電線4化的福射相比于來自第一饋電線41a的福射是朝向?qū)щ娰N片天 線元件33的相對側(cè)。來自第一和第二饋電線41a、4化的福射可因此彼此抵消W產(chǎn)生更對稱 的福射圖型，其中射束最大值更垂直于導(dǎo)電貼片天線元件33?？珊弦獾氖荳相等功率驅(qū)動 第一和第二饋電線41a、4化且相對于第一饋電線W延遲相位驅(qū)動第二饋電線。應(yīng)用于第二 饋電線42b的延遲相位是由d)表示且由下式近似地給出： d) =-(360f s)/[レ^^(er山）]度 其中： 4 =相對于第一饋電線41a應(yīng)用于第二饋電線4化的相位延遲； 360 =-循環(huán)中的度數(shù)的常數(shù)； f=W赫茲為單位的操作頻率； C = W米/秒為單位的光速； 5 = W米為單位的通路之間的間隔； ￡r =襯底相對電容率(無量綱）；且 Wr =襯底相對磁導(dǎo)率(如果有的話)（無量綱）。
[0043] 出現(xiàn)減號W作為用于加上相移(增加的時(shí)間延遲)的慣例。所述方程起源于微帶發(fā) 射線理論，運(yùn)是因?yàn)檫\(yùn)對于跨越導(dǎo)電貼片天線元件33行進(jìn)的電流來說是第一和第二饋電線 41a、4化之間的相位延遲。在一個原型中，第一饋電線41a處于0度相位且第二饋電線4化處 于-168度相位。
[0044] 現(xiàn)有技術(shù)的圓形偏振貼片使用多個饋電探針W及正交定相(疊加余弦和正弦電流 分布）W在貼片上引起行波電流分布。另外，現(xiàn)有技術(shù)的圓形偏振貼片根據(jù)如下畢達(dá)哥拉斯 恒等式而實(shí)施正交定相： 本 n = cos2目+sin2(目+90°-90°) = cos2目+sin2白。 不同地，本文中所描述的實(shí)施例可使用具有非正交定相(即，非0、90、180或270相位)的 多根饋電線且在貼片上仍呈現(xiàn)圓形偏振福射。
[0045] 不同地，所公開的實(shí)施例根據(jù)下式而實(shí)施饋電線定相： 4>。二-(360f S)/[(C<v^ (Eriir)]度。
[0046] 隔開式導(dǎo)電屏蔽通路42說明性地W導(dǎo)電方式連接到接地平面32,且環(huán)繞導(dǎo)電貼片 天線元件33而延伸通過襯底31。隔開式導(dǎo)電屏蔽通路42可提供靜電屏蔽W進(jìn)一步衰減來自 第一和第二饋電線41a、41b的不想要的福射。隔開式導(dǎo)電屏蔽通路42通常不在其頂部處進(jìn) 行電接觸，運(yùn)可減少導(dǎo)電屏蔽通路與導(dǎo)電貼片天線元件33的邊緣之間的電容，且減少其變 為回路或W其它方式屏蔽來自導(dǎo)電貼片天線元件33的福射。由第一和第二饋電線41a、41b 形成的電磁波通常不能穿過由導(dǎo)電屏蔽通路42提供的梳狀靜電屏蔽。由導(dǎo)電貼片天線元件 33的邊緣形成的電磁波通常不必穿過導(dǎo)電屏蔽通路42,因此，自由地出現(xiàn)期望福射。
[0047] 導(dǎo)電貼片天線元件33說明性地在其中具有第一和第二彎折開口 44a、44b。襯底31 具有與彎折開口 44a、44b對準(zhǔn)的相應(yīng)彎折凹部45a、45b。
[004引相應(yīng)導(dǎo)電彎折通路46a、46b禪合到接地平面32,且各自延伸到對應(yīng)彎折凹部45曰、 4化的水平。彎折通路46a、46b減少來自第一和第二饋電線41a、4化的非合意福射。每一彎折 通路46a、46bW及饋電線41a、4化在相對方向上運(yùn)載電流W減少通路福射場，例如，反平行 電流。彎折通路46a、46bW及第一和第二饋電線41a、4化可一起形成明線發(fā)射線，運(yùn)將為所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解。
[0049] 舉例來說，每一彎折凹部45a、45b可具有圓錐形狀，且可通過從上方向下鉆削并鉆 削到襯底31中而形成。運(yùn)可有利地減少每一彎折通路46a、46b與導(dǎo)電貼片天線元件33之間 的電容。舉例來說，鉆頭的圓錐點(diǎn)：1)在導(dǎo)電貼片天線元件33中形成孔，W及2)減少每一彎 折通路46a、46b的高度，使得彎折通路不會到達(dá)導(dǎo)電貼片天線元件33的平面。
[0050] 減少彎折通路46a、46b與導(dǎo)電貼片天線元件33之間的電容可增加彎折通路電流。 因?yàn)橥吠ǔ？杀恍纬蔀殡婂懲祝覂H電鍛所述孔的一部分是困難的且非合意的，所W 埋頭孔鉆削可有利地允許形成具有部分高度的通路，運(yùn)將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解。
[0051] 電子裝置20可進(jìn)一步包含由襯底31運(yùn)載且禪合到第一和第二饋電線41a、4化的相 位延遲電路51。相位延遲電路51說明性地包含針對第一和第二饋電線41a、4化中的每一者 沿著襯底31的底表面而運(yùn)載的相應(yīng)曲折線52a、52b。
[0052] 天線組合件30進(jìn)一步包含禪合到第一和第二饋電電容點(diǎn)37a、37b中的每一者的相 應(yīng)共振器53a、53b。每一共振器53a、53b為導(dǎo)電的，且說明性地為X形狀W及如圖2所說明的 不對稱X形狀。應(yīng)理解，X形狀可包含對稱X形狀和不對稱X形狀兩者。當(dāng)然，可存在任何數(shù)目 個共振器和臂。另外，每一共振器53a、53b可具有不同形狀。X形導(dǎo)電共振器53a、53b可通過 增加通帶波紋的數(shù)目而強(qiáng)制高階多項(xiàng)式響應(yīng)，運(yùn)將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解。可通過 改變每一 X形導(dǎo)電共振器的總長度a+bW及臂之間的擴(kuò)展角a而調(diào)整X形導(dǎo)電共振器53a、53b 的阻抗響應(yīng)且又調(diào)整天線頻率響應(yīng)。擴(kuò)展角a調(diào)整X形共振器53a、53b的Q因子。長度a+b調(diào)整 每一共振器53a、53b的共振頻率;換句話說，較大的X形導(dǎo)電共振器在較低頻率下具有自共 振，且物理上較小的X形導(dǎo)電共振器在較高頻率下共振。a+b的優(yōu)選長度可為在不同X形共振 器臂尖端之間引起半波共振的那個長度。a除Wb的比率(例如，a/b)調(diào)整每一不對稱X形導(dǎo) 電共振器與天線組合件30電禪合的程度。a/b的較大比率提供較不對稱的X形導(dǎo)電共振器 53a、53b，其可較少地電禪合到天線組合件30中，從而減少天線組合件30的通帶波紋。a/b的 較小比率意味著較對稱的X形導(dǎo)電共振器53a、53b，其可較多地禪合到天線組合件30中W增 加帶寬。X形共振器53a、53b允許天線組合件30的通帶波紋振幅與天線組合件30的總帶寬之 間的折衷。較高波紋振幅意味著較多帶寬。每一共振器53a、53b實(shí)際上為與天線并聯(lián)的一個 或多個共振電路。每一 X形導(dǎo)電共振器53a、53b通?？蛇\(yùn)載正弦電流分布。在第一和第二饋 電線41a、41b處并聯(lián)地連接X形導(dǎo)電共振器53a、53b會增加天線系統(tǒng)30的多項(xiàng)式調(diào)諧階。取 決于選擇的波紋等級、擴(kuò)展角aW及X形導(dǎo)電共振器53a、53b的臂長度的權(quán)衡，可在天線組合 件30中包含X形共振器53a、53b時(shí)獲得2到4倍或甚至更多的帶寬增加。
[0053] 第一和第二饋電線41a、41b可由來自無線通信電路21的同軸天線饋電線61饋電。 同軸天線饋電線61的外導(dǎo)體63禪合到接地平面32,例如，焊接到通路填充接地墊71，而同軸 天線饋電線的內(nèi)導(dǎo)體62禪合到共同發(fā)射線64。共同發(fā)射線64繼續(xù)到與第一和第二饋電線 41a、41b的并聯(lián)結(jié)69dRF功率在并聯(lián)結(jié)69處劃分W向第一和第二饋電線41a、41b饋電。功率 劃分在大多數(shù)實(shí)施例中可相等，但在需要用來進(jìn)一步合成圖型形狀、克服發(fā)射線損耗等等 的情況下可不相等。第一和第二饋電線41a、41b的定位變壓器可調(diào)整并聯(lián)結(jié)69處的分支阻 抗且又調(diào)整所述功率劃分比率。可獨(dú)立于所說明的機(jī)載無線通信電路21而使用天線組合件 30 O
[0054] 天線組合件30可任選地包含在襯底的上表面上方且覆蓋第一和第二饋電電容點(diǎn) 37a、37bW及導(dǎo)電彎折通路46a、46b(圖3)的罩面層48。罩面層48可為實(shí)質(zhì)上非導(dǎo)電材料，且 具有在相對磁導(dǎo)率化的± 20%內(nèi)且更優(yōu)選地等于相對磁導(dǎo)率Wr的相對電容率Er。換句話說， 在罩面層48中，Er 3 iir。有利地，對于Er 3 iir的所有值，罩面層48的特性阻抗因而幾乎為自由 空間的特性阻抗。運(yùn)是因?yàn)檎置鎸?8中的固有波阻抗是由Zc。ver = 377^^(er/山)歐姆給出， 且每當(dāng)Er和iir的值相同時(shí)，項(xiàng)ErAir就通?？偸堑扔?，因此，結(jié)果為或約為377歐姆。當(dāng)然， 377歐姆為自由空間的波阻抗。具有Zcover - 377歐姆的Er S iir罩面層48的另外優(yōu)勢為:對于 罩面層的厚度的所有值，罩面層因而為無反射的。運(yùn)是因?yàn)檎置鎸?8的反射系數(shù)是由「= (Zfreespace-Zcover )/(Zcover+Zf reespace )拿合出? 且由于罩面層的固有波阻抗為377歐姆或幾乎為 377歐姆，因此所述方程的分子項(xiàng)小或?yàn)榱恪r 3 Wr罩面層48具有根據(jù)V = C八T(e山r)的固有 波速度，因此，波可被明顯地小型化，且天線大小與波長大小成比例，因此，Er- iir罩面層48 可對天線組合件30產(chǎn)生實(shí)質(zhì)小型化效應(yīng)。對于給定頻率，較小的天線組合件30可為可能的。 在一些實(shí)施例中，襯底31可同樣地具有相對電容率W及在彼此的±20%內(nèi)的相對電容率的 性質(zhì)，且更特定地說，Er- iir，且其可提供具有時(shí)間延遲、群延遲W及在頻率上較恒定的差分 相位的相似小型化襯底。實(shí)例Er - iir罩面層材料48可包含輕儀鋒鐵氧體，諸如紐約化ir Rite of Wallkill 的混合物68,或賓夕法尼亞州化 tional Magnetics Group-TCl Ceramics of Bethlehem的材料M5。當(dāng)然，磁性粉末和介電粉末的混合物可與粘合劑一起使 用W實(shí)現(xiàn)具有Er -化的期望值的罩面層48。
[0055] 參看圖4A和圖4B，現(xiàn)在將描述具有和沒有饋電線41a、4化中的一者的天線組合件 30的福射圖型的比較。運(yùn)些福射圖型為極坐標(biāo)中的E場平面切割部分。作為背景，E平面和H 平面名稱為用W描述線性偏振天線的定向的速記，且對于天線組合件3〇/，第一和第二饋電 線41a、4化兩者物理上位于那個E場平面中。因此，運(yùn)是探針的平面中的福射圖型切割部分。
[0056] 跡線504、506為WdBi為單位的實(shí)際增益數(shù)據(jù)。實(shí)際增益包含材料損耗和失配損 耗?？煽闯觯砑拥诙侂娋€41a、4化增加了福射圖型對稱性且致使特定實(shí)例實(shí)施例的側(cè)向 (俯仰角(6=0)增益從5.6dBi增加到8.5地i而得到1.9地i的實(shí)際增益增加。有利地，使福射 圖型豎直，因此，當(dāng)包含額外饋電線41a、41b時(shí)幾乎確切地在貼片平面垂線處出現(xiàn)峰值圖型 振幅。可在制造第一饋電線的同時(shí)在幾乎沒有成本增加的情況下將額外饋電線(例如，饋電 線41a、4化中的一者)添加到貼片天線。
[0057] 方法方面設(shè)及一種制造天線組合件30的方法。方法包含在襯底31上且與界定接地 平面32的導(dǎo)電層間隔地形成導(dǎo)電貼片天線元件33。導(dǎo)電貼片天線元件33被形成為具有將導(dǎo) 電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域35a、35b的對稱軸34。導(dǎo)電貼片天線元件33被 形成為具有分別在第一和第二對稱區(qū)域35a、35b中的第一和第二饋電開口 36a、36b。
[0058] 方法包含分別在第一和第二饋電開口中形成第一和第二饋電墊，其界定第一和第 二電容饋電點(diǎn)37a、37b。方法還包含形成延伸通過襯底31且分別將第一和第二饋電墊37a、 37b禪合到無線通信電路21的第一和第二饋電線41a、4化。方法還包含形成禪合到接地平面 32且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件33而延伸通過襯底31的多個隔開式導(dǎo)電屏蔽通路42。
[0059] 現(xiàn)在參看圖5到圖7,在另一實(shí)施例中，天線組合件3〇/包含襯底31/W及界定由襯 底運(yùn)載的接地平面32/的導(dǎo)電層。天線組合件3〇/還包含由襯底31/運(yùn)載且與接地平面32/間 隔的導(dǎo)電貼片天線元件33/。天線組合件3〇/可不包含多層類型印刷電路板，且因此相比于 上文所描述的天線組合件30的實(shí)施例可更具制造經(jīng)濟(jì)性。
[0060] 導(dǎo)電貼片天線元件33/具有將導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域 35曰/、35b/的對稱軸3少。導(dǎo)電貼片天線元件33/具有分別在第一和第二對稱區(qū)域35曰/、3化/ 中的第一和第二饋電開口36a/、3化/。第一和第二饋電墊分別在第一和第二饋電開口中，其 界定第一和第二電容饋電點(diǎn)37曰/、3化/。
[0061] 天線組合件3〇/還包含延伸通過襯底31/的第一和第二饋電線41曰/、4化/。在所說 明的實(shí)施例中，第一和第二饋電線中的一者41a/將第一和第二饋電墊中的相應(yīng)一者36a/禪 合到無線通信電路21/(即，驅(qū)動饋電線），且第一和第二饋電線中的另一者4化/為電浮動 的。
[0062] 接地平面32/在其中具有開口 56/。襯底31/在其中還具有凹部57/，其與接地平面 32/中的開口 56/對準(zhǔn)。舉例來說，凹部57/可為圓錐形。電浮動饋電線4化/說明性地從導(dǎo)電 貼片天線元件33/向下延伸到凹部57/。
[0063] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，電浮動饋電線4化/可被認(rèn)為是寄生饋電線，且可在 沒有用W對其進(jìn)行驅(qū)動的微帶功率劃分器或額外印刷電路板層的情況下提供可用的福射 圖型對稱性。電浮動饋電線4化/在其上端處與第一和第二電容饋電點(diǎn)37a/、37b/進(jìn)行電接 觸，且在其下端處不與接地平面32/進(jìn)行電接觸。歸因于接地平面32/中的圓錐形凹部57/和 開口56/而在電浮動或寄生饋電線4化/處存在斷路。鄰近于電浮動饋電線4化/的電容饋電 點(diǎn)37b/可具有與另一電容饋電點(diǎn)37a/相同的尺寸。在一些實(shí)施例中，第一和第二電容饋電 點(diǎn)37曰/、3化/可具有不同的大小。
[0064] 電浮動饋電線4化/從導(dǎo)電貼片天線元件33/接收電流。電浮動饋電線4化/上的電 流引起單極狀福射，其抵消驅(qū)動饋電線41a/的福射。來自驅(qū)動饋電線41a/的福射使福射圖 型在所述驅(qū)動饋電線的方向上側(cè)向地偏斜，而來自電浮動饋電線4化/的福射使福射圖型在 所述電浮動饋電線的方向上偏斜。來自第一和第二饋電線41曰/、4化/ (即，驅(qū)動和電浮動饋 電線）的組合福射將天線福射圖型引導(dǎo)為側(cè)向或幾乎為側(cè)向。
[0065]參看圖7A和圖7B中的圖形，現(xiàn)在將描述具有和沒有電浮動饋電線4化/的天線組合 件3〇/的福射圖型。圖7A和圖7B中的圖型為E場平面切割部分。E平面和H平面為用W描述線 性偏振天線物理定向的速記且用于天線組合件3〇/。第一和第二饋電線41曰/、4化/兩者物理 上位于那個E場平面中。跡線604、606為W地i為單位的模擬實(shí)際增益數(shù)據(jù)。實(shí)際增益包含材 料損耗和失配損耗?？煽闯?，包含電浮動饋電線4化/增加了福射圖型對稱性，且致使側(cè)向 (4 =0)增益從5.6dBi增加到8.5dBi(1.9地i的改變）。關(guān)于電浮動饋電線4化/的圖型峰值 與貼片平面?zhèn)认騼H成8°且在貼片平面法線處的實(shí)際增益中僅低0.3地。有利地，在不必配置 功率劃分器其它設(shè)備W驅(qū)動電浮動饋電線4化/的情況下發(fā)生所述電浮動饋電線的圖型改 進(jìn)。另外，由于正在實(shí)施至少一個探針(第一饋電線41/)，因此將電浮動饋電線4化/添加到 設(shè)計(jì)的成本可為可忽略的。表1進(jìn)一步描述供獲得福射圖型的實(shí)例實(shí)施例天線組合件3〇/的 特性：

[0066]圖8為針對表1的天線組合件3〇/而分析的掃描增益的圖形。跡線704為隨著頻率的 實(shí)際增益響應(yīng)?？煽吹絻蓚€峰值706、708^及凹陷710。峰值706、708與凹陷701之間的差界 定小的響應(yīng)波紋，小于1分貝。
[0067] 圖9的史密斯圓圖為驅(qū)動(非浮動)饋電線41a/在接地平面穿透處的阻抗。跡線804 為頻率上的阻抗數(shù)據(jù)點(diǎn)的掃描。圖12的史密斯圓圖表示反射系數(shù)Sii。交越線806表示來自圖 8的圖形的兩個增益峰值706、708。在圖9的史密斯圓圖中，朝向貼片邊緣移動驅(qū)動(非浮動） 饋電線41曰/會向右移動跡線軌跡804,且朝向貼片中屯、移動驅(qū)動(非浮動)饋電線41曰/會向 左移動跡線軌跡804。標(biāo)記數(shù)據(jù)808展示在標(biāo)準(zhǔn)化為50歐姆之后的在特定頻率下的向量阻 抗。
[0068] 圖10的圖形展示如在50歐姆系統(tǒng)中在驅(qū)動(非浮動)饋電線41a/處所測量的模擬 電壓駐波比率(VSWR)跡線902。所述模擬是基于用于天線襯底31/的2.17英寸厚度聚苯乙締 泡沫薄片。舉例來說，可用較厚襯底材料來進(jìn)一步延伸帶寬。表1的實(shí)例和其數(shù)據(jù)不應(yīng)被認(rèn) 作限制可能的天線實(shí)施例的范圍。
[0069] 包含一根或多根電浮動饋電線有益于大多數(shù)種類的貼片天線(包含許多形狀的貼 片元件，所述形狀包含圓形或多邊形形狀），且有益于堆疊式貼片天線。多根電浮動饋電線 可用W改進(jìn)來自雙重偏振貼片天線(諸如提供同時(shí)雙重線性偏振和或同時(shí)雙重圓形偏振的 天線）的福射。
[0070] 與上文關(guān)于圖1到圖3所描述的實(shí)施例相似地，隔開式導(dǎo)電屏蔽通路42/禪合到接 地平面32/，且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件33/而延伸通過襯底31/。
[0071] 同軸連接器65/是由襯底31/的底部運(yùn)載。接地平面22/在其中具有開口66/W允許 第一饋電線41a/通過或驅(qū)動饋電線穿過開口66/W用于與（例如）同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體禪合。 同軸連接器65/的主體67/ (其說明性地包含螺紋68/ W用于禪合到（例如）配合同軸電纜連 接器)禪合到接地平面32/且還將同軸電纜的外導(dǎo)體禪合到接地平面。可獨(dú)立于所說明的機(jī) 載無線通信電路21而使用天線組合件30。
[0072] 方法方面設(shè)及一種制造天線組合件3〇/的方法。所述方法包含在襯底31/上且與界 定接地平面32/的導(dǎo)電層間隔地形成導(dǎo)電貼片天線元件33/。導(dǎo)電貼片天線元件33/被形成 為具有將導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域35曰/、3化/的對稱軸34/。導(dǎo)電貼片 天線元件33/還被形成為具有分別在第一和第二對稱區(qū)域35曰/、3加/中的第一和第二饋電 開口 36a'、3化'。
[0073] 方法包含分別在第一和第二饋電開口 36a/、36b/中形成第一和第二饋電墊，其界 定第一和第二電容饋電點(diǎn)37曰/、37b/。方法還包含形成延伸通過襯底31/的第一和第二饋電 線41a/、4化/。第一和第二饋電線中的一者41a/將第一和第二電容饋電點(diǎn)中的相應(yīng)一者 37曰/禪合到無線通信電路21/，且第一和第二饋電線中的另一者4化/為電浮動的。方法還包 含形成禪合到接地平面32/且環(huán)繞導(dǎo)電貼片天線元件33/而延伸通過襯底31/的隔開式導(dǎo)電 屏蔽通路42\
[0074] 現(xiàn)在參看圖12和圖13,現(xiàn)在描述陣列30"的實(shí)施例。說明性地，共同襯底31"運(yùn)載四 個導(dǎo)電貼片天線元件33"、133"、233"、333"，各自為對稱的且具有如上文關(guān)于圖3到圖5所描 述的對應(yīng)第一和第二電容饋電點(diǎn)W及第一和第二饋電線（即，各自具有驅(qū)動饋電線41a"、 141a"、241a"、341a" W及電浮動饋電線4化"、14化"、24化"、34化"）。所述陣列通過減輕非期 望的饋電探針福射而有利地增加福射圖型對稱性。
[0075] 此外，陣列30"引起對稱的側(cè)向福射。導(dǎo)電貼片天線元件33"、133"、233"、333"被交 替地"鐘控"，因此，一半的導(dǎo)電貼片天線元件相對于其它導(dǎo)電貼片天線元件機(jī)械地旋轉(zhuǎn)180 度。所述鐘控增強(qiáng)福射圖型對稱性，運(yùn)是因?yàn)?如果個別元件福射圖型從側(cè)向/平面法線偏 斜，那么經(jīng)交替鐘控的元件將在消除所述偏斜的其它方向上福射。使用從來自徑向功率劃 分器的微帶分支起的或換句話說從不同長度曲折線52"、152"、252"、352"起的額外長度而 在用額外180度的電相位延遲的情況下向經(jīng)機(jī)械鐘控的元件饋電。
[0076] 舉例來說，本文中所描述的實(shí)施例可有利地減輕來自微帶貼片天線饋電探針的非 想要福射，增加貼片天線福射帶寬，縮減貼片天線大小，且改進(jìn)貼片天線福射圖型對稱性。 另外，應(yīng)了解，天線組合件可為圓形偏振貼片天線組合件，W及雙通道線性偏振天線組合件 和雙通道圓形偏振組合件。
[0077] 受益于前述描述和關(guān)聯(lián)附圖中所呈現(xiàn)的教示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到本發(fā) 明的許多修改和其它實(shí)施例。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的特定實(shí)施例，且修改 和實(shí)施例既定包含在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電子裝置，其包括： 無線通信電路；以及 天線組合件，其耦合到所述無線通信電路且包括 襯底， 界定由所述襯底運(yùn)載的接地平面的導(dǎo)電層， 由所述襯底運(yùn)載且與所述接地平面間隔的導(dǎo)電貼片天線元件，所述導(dǎo)電貼片天線元件 具有將所述導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸，所述導(dǎo)電貼片天線元 件具有分別在所述第一和第二對稱區(qū)域中的第一和第二饋電開口， 分別在所述第一和第二饋電開口中的第一和第二饋電墊，其界定第一和第二電容饋電 點(diǎn)， 延伸通過所述襯底且分別將所述第一和第二饋電墊耦合到所述無線通信電路的第一 和第二饋電線，以及 耦合到所述接地平面且環(huán)繞所述導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過所述襯底的多個隔開 式導(dǎo)電屏蔽通路。2. 如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中所述導(dǎo)電貼片天線元件在其中具有至少一個彎 折開口。3. 如權(quán)利要求2所述的電子裝置，其中所述襯底包括與所述至少一個彎折開口對準(zhǔn)的 至少一個彎折凹部。4. 如權(quán)利要求3所述的電子裝置，其中所述天線組合件進(jìn)一步包括耦合到所述接地平 面且延伸到所述至少一個彎折凹部的至少一個導(dǎo)電彎折通路。5. 如權(quán)利要求1所述的電子裝置，其進(jìn)一步包括由所述襯底運(yùn)載且耦合到所述第一和 第二饋電線中的至少一者的相位延遲電路。6. 如權(quán)利要求5所述的電子裝置，其中所述相位延遲電路包括至少一根曲折線。7. -種制造天線組合件的方法，其包括： 在襯底上且與界定接地平面的導(dǎo)電層間隔地形成導(dǎo)電貼片天線元件，所述導(dǎo)電貼片天 線元件被形成為具有將所述導(dǎo)電貼片天線元件劃分成第一和第二對稱區(qū)域的對稱軸，所述 導(dǎo)電貼片天線元件被形成為具有分別在所述第一和第二對稱區(qū)域中的第一和第二饋電開 P; 分別在所述第一和第二饋電開口中形成第一和第二饋電墊，其界定第一和第二電容饋 電點(diǎn)； 形成延伸通過所述襯底且分別將所述第一和第二饋電墊耦合到無線通信電路的第一 和第二饋電線；以及 形成耦合到所述接地平面且環(huán)繞所述導(dǎo)電貼片天線元件而延伸通過所述襯底的多個 隔開式導(dǎo)電屏蔽通路。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述導(dǎo)電貼片天線元件被形成為在其中具有至少一 個彎折開口。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述襯底包括與所述至少一個彎折開口對準(zhǔn)的至少 一個彎折凹部。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括將至少一個導(dǎo)電彎折通路耦合到所述接地 平面以及延伸到所述至少一個彎折凹部。
【文檔編號】H01Q1/48GK105938940SQ201610118034
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月2日
【發(fā)明人】F·E·帕爾斯徹
【申請人】賀利實(shí)公司