专利名称：臂可延展天线以及并入有该天线的模块及系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及天线以及并入有所述天线的模块及系统。
背景技术：
典型的天线包括通过传输线连接至接收器、发射器或收发器的至少一个导电天线臂。为传输射频(RF)信号，发射器(或收发器的发射器部分)施加振荡RF电流至天线臂，并且天线臂将来自振荡电流的能量作为电磁波辐射至“空中接口 ”。为接收信号，天线臂将从空中接口入射到天线臂上的电磁波转换为提供给接收器(或收发器的接收器部分)的电压。半波偶极天线和四分之一波长垂直天线是最通常实现的天线类型，并且其可以被设计为在具有特定的中心频率的期望带宽内操作。通常，天线外部的影响可能导致天线的工作带宽偏移。例如，当天线被并入到系统中时，其它系统元件对天线邻近可能影响工作频带的中心频率。当那些影响可预测时，在天线设计中可以考虑到那些影响。但是，当那些影响不可预测时，当天线被并入到系统内时它们可能引起工作频带的中心频率不希望的偏移。
发明内容
本公开一个方面提供了一种天线，包括:基板；第一天线臂，其耦接到所述基板；以及第一导电结构，其位于所述第一天线臂的远端和所述基板的底表面之间。本公开另一方面提供了一种射频(RF)模块包括:基板；天线，其包括耦接到所述基板的第一天线臂；以及第一导电结构，其位于所述第一天线臂的远端和所述基板的底表面之间。本发明又一方面提供了一种系统，包括:第一基板；第一导电结构，其位于所述第一基板的顶表面上；以及天线，其耦接到所述第一基板的所述顶表面，其中所述天线包括:第二基板，第一天线臂，其耦接到所述第二基板，以及第二导电结构，其具有近端以及远端，其中所述第二导电结构的所述近端耦接到所述第一天线臂的远端，以及所述第二导电结构的所述远端延伸至所述第二基板的底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第一导电结构。本公开再一方面提供了一种系统，包括:天线，所述天线包括:第一基板，第一天线臂，耦接到所述第一基板，以及电介质层，其覆盖所述第一天线臂并且在所述第一天线臂的远端处具有第一开口。本公开又一方面提供了一种射频(RF)模块，包括:第一基板；天线，其耦接到所述第一基板；以及一组电气元件，其耦接到所述第一基板并耦接到所述天线，其中该组电气元件被配置以接收用于从与所述模块分开封装的非RF元件传输的信号，将所述信号转换为RF信号，并且提供所述RF信号至所述天线以在空中接口上辐射。
图1-3分别示出了根据一个示例实施例的包括平面型倒F型天线(PIFA)的射频(RF)模块的顶视图、底视图、以及截面侧视图；图4和图5根据一个实施例分别示出了根据一个示例实施例的系统的顶视图和截面侧视图，所述系统包括耦接到包括调谐结构的基板的RF模块(带有PIFA)；图6-8根据一个实施例分别示出了根据一个示例实施例的包括偶极天线的RF模块的顶视图、底视图、以及截面侧视图；图9和图10根据一个实施例分别示出了根据一个示例实施例的系统的顶视图和截面侧视图，所述系统包括耦接到包括多个调谐结构的基板的RF模块(带有偶极天线)；图11示出了图9和10中所述系统的三维分解视图；图12示出了图9和10中所述系统的三维装配视图；以及图13示出了根据替代实施例的系统的截面侧视图，所述系统包括与包括调谐结构的基板耦接的RF模块。
具体实施例方式本发明的实施例包括被配置为使得能够延长其天线臂的电气长度的天线，以及其中并入有所述天线的系统和模块。更具体地，天线的实施例可以包括:基板，耦接到所述基板的一个或多个天线臂，以及位于所述天线臂的远端和所述基板的底表面之间的或多个导电结构。根据另外的实施例，所述导电结构可以耦接到在单独基板上的调谐结构，以便延展所述天线臂的所述电气长度。所述调谐结构的使用允许在天线被制作完成之后调整天线的工作频带的中心频率。虽然根据具体实施例在下面详细讨论了特定的微带天线，例如平面型倒F型天线和偶极天线，但是应理解，替代实施例可以包括不同配置的半波偶极天线、不同配置的四分之一波长垂直天线、八木-宇田(Yag1-Uda)天线、以及其中天线臂的电气长度影响天线的性能(例如，工作频带的中心频率)的其它类型的天线。因此，意图将这些替代实施例也包含在本发明主题范围内。图1-3根据一个实施例分别示出了根据一个示例实施例的射频(RF)模块100的顶视图、底视图、以及截面侧视图，所述射频(RF)模块100包括电介质基板102、平面型倒F型天线(PIFA) 110、以及接地面120。图1 一般性地示出了位于所述基板102的顶表面104上的PIFA 110和模块100的其它元件，而图2示出了位于所述基板102的底表面106上的接地面120和模块100的其它元素。然而，为了更清楚地说明和描述各种实施例，在所示出的实施例中，虽然接地面120不位于所述顶表面上，在图1 (用虚线边界以表示它不在所述顶表面104上)中也示出了接地面120。同样地,在所示出的实施例中,在图2中还也示出了 PIFA 110和各种顶面电气元件150-153(用虚线边界以表示它们不在所述顶表面104上)，虽然PIFA 110和电气元件150-153都不位于所述底表面上。基板102有顶表面104、相反的底表面106、以及在所述顶表面104和所述底表面106之间的至少一个电介质层。例如，基板102可以是印刷电路板(PCB)或其它电介质基板。在以下详细描述的实施例中，基板102包括单个电介质层。在替代实施例中，基板102可以包括两个或更多个电介质层以及位于每个所述电介质层之间的金属层。基板102具有在大约0.05毫米(mm)至大约5毫米的范围内的厚度，其中在大约0.1毫米至大约0.2毫米的范围内的厚度是优选的。根据特定的实施例，基板102具有大约0.1毫米的厚度。此夕卜，基板102具有长度190和宽度192，每一都在大约15毫米至大约30毫米的范围内，其中在大约20毫米至大约25毫米的范围内的长度和宽度是优选的。根据特定的实施例，基板102具有大约20毫米的长度和大约25毫米的宽度。在其它实施例中，基板102可以厚于或薄于上面给出的范围，和/可以具有大于或小于上面给出的范围的长度和/或宽度。PIFA 110形成PIFA金属层(例如，图3的层310)的一部分，而接地面120形成接地面金属层(例如，图3的层320)的一部分。在所示出的实施例中，PIFA金属层是在基板102的顶表面104上的被图案化的导电层，所述接地面金属层是在所述电介质基板102的底表面106上的被图案化的导电层。在一个实施例中，PIFA金属层可以被认为是模块100的第一金属层(M1)，而接地面金属层可以被认为是模块100的第二金属层(M2)，其中Ml和M2层被包括基板102的电介质材料分开。PIFA 110和接地面120彼此偏离，PIFA 110和接地面120位于基板102的不同部分上(也就是，PIFA 110不覆在接地面120上)。在其它实施例中，特别是在其中使用相对厚的基板102的实施例中，PIFA 110可以覆在接地面120 上。PIFA 110包括天线臂112、短接臂114、以及馈电臂116。天线臂112具有近端132和远端134。同样地，短接臂114具有近端136和远端138，以及馈电臂116具有近端140和远端142。短接臂114的近端136与天线臂112的近端132耦接以限定在天线臂112的远端134处的开口端。通过在基板102的顶表面104和底表面106之间延伸的一个或多个导电结构(未示出)，短接臂114的远端138与接地面120耦接(也就是，短接臂114和接地面120是导电地耦接或电耦接的)。馈电臂116的近端140在短接臂114和天线臂112的远端134之间耦接到天线臂112。馈电臂116的远端142耦接到传输线163 (例如，500nm(欧姆)微带传输线)，该传输线163通过PIFA 110携带要被辐射的RF信号至空中接口上。在馈电臂116的远端142处的锥形(taper)被配置来补偿在传输线163和PIFA 110之间遇到的陡峭的台阶转变。PIFA 110的输入阻抗可以被设计为具有适当值以匹配负载阻抗，其可以是或可以不是50欧姆。PIFA 100中的电流激励引起在接地面120中的电流激励。所产生的电磁场通过PIFA 100和在接地面120之下的其自身的像的相互作用形成。实际上，PIFA 100和接地面120的组合操作作为非对称偶极子。此外，如本领域技术人员所知的，可以调节天线臂112、短接臂114、以及馈电臂116的各种尺寸，以及短接臂114和馈电臂116之间的距离，等等，以获取PIFA 100的期望的谐振频率和带宽。根据一个实施例，确定天线臂112、短接臂114、以及馈电臂116的大小并且将其布置为具有在ISM带(工业、科学、以及医疗无线电频带)内的谐振频率。例如，根据一特定的实施例，天线臂112、短接臂114、以及馈电臂116被确定大小并布置为具有在从大约2.400GHz (千兆赫)跨展至大约2.500GHz的频带内的谐振频率，然而天线臂112、短接臂114、以及馈电臂116也可以被确定大小并布置为具有在其它带内的谐振频率。接地面120具有长度(水平尺寸)和高度(垂直尺寸)，长度和高度限定了接地面所占据的总面积。接地面120的长度小于操作波长的大约四分之一(也就是，λ/4)。根据一个实施例，接地面120具有在大约8毫米至大约15毫米的范围内的长度，其中在大约10毫米至大约13毫米的范围内的长度是优选的。根据一特定的实施例，接地面120具有大约12毫米的长度。接地面框架具有在大约15毫米至大约25毫米的范围内的高度，其中在大约18毫米至大约22毫米的范围内的高度是优选的。根据特定的实施例，接地面120具有大约20毫米的高度。在其它实施例中，接地面120的长度和/或高度可以大于或小于上面给出的范围。根据一实施例，RF模块100还包括一个或多个电气元件150、151、152、153，其连同PIFA 110和接地面120形成RF模块，该RF模块被配置来作为发射器、接收器、或收发器。例如，但不限于，电气兀件150-153可以包括一个或多个收发器、发射器、接收器、晶体振荡器、平衡-不平衡变换器(Baiun)、或其它元件。特别是，例如，电气元件150可以是收发器、平衡-不平衡变换器、或提供RF信号至传输线163的其它元件，其又耦接到馈电臂116的远(输入)端142。一些电气元件150、151耦接到上覆在接地面120上的基板102的部分170，而其它电气元件152、153耦接到没有上覆在接地面120上或没有与PIFA 110重合的基板102的部分172。虽然图3和图4示出了只耦接到基板102的顶表面104的电气元件150-153，然而应理解，电气元件150-153中的一些或全部可以还耦接到或者可以替代地耦接到基板102的底表面106，只要这些元件150-153不与接地面120重合即可。在一个实施例中，RF模块100还可以包括导电互连160、161、162、163、164以及其它导电结构165、166(例如，输入/输出垫盘(pad)和机械连接垫盘)。一些导电互连160-163耦接到基板102的顶表面104，并且可以提供顶表面104上的电气元件150-153之间的路由(例如，信号、接地等等)。例如，如先前所讨论的，导电互连163可以是耦接在元件150和馈电臂116的远(输入)端142之间的传输线(例如，50欧姆微带传输线)。其它的一些导电互连160-162可以提供各种电气兀件150-153之间的顶表面路由。根据一实施例，导电互连160-163形成部分PIFA金属层(或Ml)。根据一实施例，其它的一些导电连接164和其它导电结构165、166耦接到基板102的底表面106。导电互连164也可以提供顶表面104上的电气元件之间的路由。更具体地，除了通过导电互连162提供的顶表面路由之外，导电互连164还可以提供在基板102的部分172内的电气元件152、153之间的底表面路由。导电结构165包括I/O垫盘(或其它结构)，其可以与在另一基板(例如，图4的基板402)上的相应I/O垫盘(或其它结构)电耦接。在一实施例中，导电结构166包括浮置垫盘，浮置垫盘可以被焊接到另一基板上(例如，图4的基板402)的相应浮置垫盘(floating pad)以提供RF模块100和其它基板之间的机械连接。在替代实施例中，RF模块100和其它基板可以使用引脚(pin)、胶、或其它手段机械连接。根据一实施例，导电互连164和导电结构165、166形成部分接地面金属层(或M2)。如图2和图3所描述的，根据一实施例，RF模块100还包括在PIFA金属层310 (Ml)和基板102的底表面106之间的导电结构180。在底表面106处，可选地，导电结构180可以耦接到垫盘304，垫盘304可以被形成作为接地面金属层320 (M2)的一部分。更具体地，导电结构180被电连接至天线臂112的远端134，并且导电结构180延伸通过基板102至基板102的底表面106 (例如，至垫盘304)。如将结合图4和图5更详细说明，导电结构180可以耦接(例如，直接地，或使用可选的垫盘304)到在另一基板(例如，图4的基板402)的顶表面上的调谐结构(例如，图4的调谐结构410)。该调谐结构是如下的导电结构，其被配置为当使用导电结构180将天线臂112连接至该调谐结构时，增加天线臂112的电气长度。期望地，将导电结构180配置为具有与天线臂112大致相同的特征阻抗以便使反射最小化。在一实施例中，如图2和图3所示的，导电结构180可以是单个通孔(via)。在替代实施例中，导电结构180可以包括多个通孔。在另一替代实施例中，导电结构180可以被平面型导电互连取代，例如包绕位于天线臂112的远端134和基板102的底表面106之间的基板102的边缘的金属化条带。在其它实施例中，导电结构180可以包括一个或多个通孔和平面型导电互连的组合，或提供天线臂112的远端134和在RF模块100所附连的基板上的调谐结构(例如，图4的调谐结构410)之间的导电性的任何其它结构。根据一个实施例，以及如图3所描述(但未在图1和2中示出)的，RF模块100还可以包括上覆在PIFA 110、电气元件150-153、以及基板102的顶表面104上的包封材料302。如以下将进一步描述的，通过包封材料302，PIFA 110和电气元件150-153被保护以免受环境的和机械的损伤，并且RF模块100可以易于与其它系统结合以给那些其它系统提供RF通信能力。在上述描述中，PIFA 110及其相应的接地面120都被包括在模块的不同金属层中。在替代实施例中(未示出)，PIFA及其相应的接地面可以在模块的相同金属层内(例如，PIFA和接地面两者可以被印在基板的相同表面上)。此外，虽然这里所讨论的多个不同实施例描述了带有两个金属层(例如，图3的层310、320)和位于这两个金属层之间的单个电介质层(例如，图1的基板102)的RF模块100，然而替代实施例可以包括三个或更多个金属层和将所述三个或更多个金属层分隔开的两个或更多个电介质层。PIFA和接地面可以在相邻的金属层(也就是，被单个电介质层分隔开的金属层)中，如上面所描述的；或者，在多种替代实施例中，一个或多个金属层(以及两个或更多个相应的电介质层)可以插入在PIFA和接地面之间。此外，在多种实施例中，PIFA和接地面其中之一或两者可以被包括作为位于表面金属层之间的金属层(也就是，除表面金属层以外的金属层)的一部分。虽然这样的替代实施例在此不详细讨论，然而本领域技术人员基于描述会理解如何修改这里所讨论的各种实施例以产生这样系统。此外，虽然在图1-3中在不同位置不出了多种电气兀件150-153、导电互连160-164、以及导电结构165、166，然而应理解，被包括在图1_3中的电气元件150-153、导电互连160-164、以及导电结构165、166的数量和布置是被选择以便于说明多个不同实施例的，并且所选择的数量和布置，以及所描述的位于电气元件150-153之间的互连，都不应被解释为限制性的。如上面提到的，RF模块的实施例，例如RF模块100，可以被并入到期望无线地通信信息的系统中。例如，图4和5分别示出了根据一个示例性实施例的系统400的顶视图和截面侧视图，该系统400包括耦接到基板402 (例如，PCB)的RF模块(例如，带有PIFA 110的RF模块100)。为了方便起见，在图4和图5中保留了图1中所使用的用于RF模块100的各种元件的参考数字。在一个实施例中，系统400包括至少一个非RF元件420。正如先前所讨论的，RF模块100包括PIFA110、接地面120、以及多种电气元件(例如，图1的元件150-154)，所述电气元件使得PIFA 110能够在空中接口上发送RF信号，从空中接口接收RF信号，或这二者。根据一个实施例，非RF元件420被配置为产生通过RF模块100传输的信号，和/或，使用通过RF模块100产生的信号(基于RF模块100从空中接口接收的RF信号)。RF模块100、调谐结构410、以及非RF元件420被机械耦接到基板402。例如，可以使用至少一个导电结构(例如，导电结构166，例如浮置垫盘)，将RF模块100机械耦接到基板402，所述导电结构可以被焊接到基板402上的至少一个相应的导电结构430 (例如，其它浮置垫盘)。非RF元件420可以类同地机械耦接到基板402。替代地，可以使用引脚、胶、或其它手段，将RF模块100和/或非RF元件420机械耦接到基板402。此外，可以使用各种垫盘(未示出)、通孔(未示出)、以及在基板402上或穿过基板402的导电互连(未示出)将RF模块100和非RF元件420电耦接到基板402并且相互电耦接。以这种方式，RF模块100和非RF元件420可以交换电信号。基板402的厚度和介电常数(或相对介电常数，Er)可以影响PIFA 110的谐振频率。例如，常用基板可以具有在大约2.0至4.7的范围内的介电常数，但是基板也可以具有更低或更高的介电常数。此外，不同PCB的厚度可以差别很大。根据一个实施例，RF模块100被设计为具有一定的谐振频率和带宽。根据一个实施例，为了确保所需要的谐振频率不因基板402的厚度和介电常数而发生显著偏移，在基板402上设置调谐结构410以增加天线臂112的电气长度。调谐结构410的配置在具有不同介电常数和/或厚度的基板上可以是不同的，以确保不管RF模块100所耦接的基板的介电常数和/或厚度如何都实现所期望的谐振频率。根据一个实施例，调谐结构410包括在基板402的顶表面404上的被图案化的平面型导电结构(例如，导电层的一部分)。在其它实施例中，调谐结构410可以是被图案化的导电结构以外的导电结构。例如，替代地，调谐结构410可以是导电的凸块、球、片、或通孔(例如，到基板402中的和/或穿过基板402的通孔)。如先前所论述的，调谐结构410被配置来:在调谐结构410电耦接(例如，通过使用导电结构180和可选的垫盘304)到天线臂112的远端134时，增加天线臂112的电气长度。如图4所示的，调谐结构410可以具有主轴(图4中的垂直轴)与天线臂112的主轴(在图4中也是垂直的)平行的伸长形状。替代地，调谐结构410和天线臂112的主轴可以不平行。调谐结构410的配置限定了调谐结构410所提供的天线臂112的电气长度的增加的百分比。例如,天线臂112的物理长度430和调谐结构410的物理长度432之间的相对差可能牵涉到调谐结构410所提供的天线臂112的电气长度的增加百分比。然而，本领域技术人员基于本发明的描述将理解，调谐结构410的物理长度432不是决定调谐结构410所提供的天线臂112的电气长度的增长百分比的唯一因素。系统400的谐振频率牵涉到天线臂112、导电结构180、以及调谐结构410的整个组合的电气长度。根据一个实施例，调谐结构410占天线臂112、导电结构180、以及调谐结构410的整个组合的电气长度的大约10%或更少。根据另一实施例，调谐结构410占天线臂112、导电结构180、以及调谐结构410的整个组合的电气长度的高达50%。在其它实施例中，调谐结构410可以占每个组合的整个电气长度的50%以上。上面所讨论的多种实施例包括包含PIFA 110的RF模块100。在其它实施例中，RF模块可以包括不同类型的天线。例如，图6-12示出了包括偶极天线610的RF模块600和模块600被并入在内的系统900。包括PIFA的RF模块(例如，RF模块100)的实施例和包括偶极天线的RF模块(例如，RF模块600)的实施例之间的显著性区别是:在包括偶极天线的RF模块中，天线被配置为使得能够延展(例如，通过使用导电结构680、681、1010、1011，图10)其天线臂(例如，图6的天线臂612、613)的电气长度。除了天线110、610本身(并且在RF模块600中缺少接地面，但也可以包括)以夕卜，模块100、600可以具有某些基本常见的元件。为了简洁起见，并未将模块100的全部元件都包括在模块600的所示中，然而模块600可以具有结合模块100说明和讨论的许多元件。例如，在图6中仅示出了一些电气元件650、651、652以及其间的简单路由。应理解，模块可以具有更多(或更少)的元件、顶面和底面路由、以及可能未作具体说明的其它特征。此外，在模块600和系统900的以下描述中，作为模块100和系统400的类似特征的特性可能被更简略地讨论或根本不讨论。应理解，模块100和系统400的类似特征的讨论也适用于模块600和系统900。图6-8分别示出了根据一个实施例的包括电介质基板602和双侧偶极天线610的RF模块600的顶视图、底视图、以及截面侧视图。总的来说，图6描述了位于基板602的顶表面604上的偶极天线610和模块600的其它兀件,而图7描述了位于基板602的底表面606上的模块600的元件。然而，为更清楚示出和描述各种实施例，在所示的实施例中，在图7中示出了偶极天线610 (用虚线边界，以表示其不在顶表面604上)，虽然偶极天线610和电气兀件150-153不位于底表面上。基板602具有顶表面604、相反的底表面606、以及位于顶表面604和底表面606之间的至少一个电介质层。例如，基板602可以是印刷电路板(PCB)或其它电介质基板。在以下详细描述的实施例中，基板602包括单个电介质层。在替代实施例中，基板602可以包括两个或更多个电介质层和位于每个电介质层之间的金属层。基板602具有在大约0.05毫米(mm)至大约5毫米的范围内的厚度，其中在大约0.1毫米至大约0.2毫米的范围内的厚度是优选的。根据特定的实施例，基板602具有大约0.1毫米的厚度。此外，基板602具有在大约20毫米至大约60毫米的范围内的长度690，其中在大约30毫米至大约50毫米的范围内的长度690是优选的。基板602具有在大约5毫米至大约20毫米的范围内的宽度692，其中在大约8毫米至大约12毫米的范围内的宽度是优选的。根据特定的实施例，基板602具有大约40毫米的长度和大约10毫米的宽度。在其它实施例中，基板602可以厚于或薄于上面给出的范围，和/可以具有大于或小于上面给出的范围的长度和/或宽度。偶极天线610形成天线金属层(例如，图8的层810)的一部分，其它元件(例如，导电结构660)形成较低的金属层(例如，图8的层820)的部分。在所示出的实施例中，天线金属层是在基板602的顶表面604上的被图案化的导电层，而较低的金属层是在电介质基板602的底表面606上的被图案化的导电层。在一个实施例中，天线金属层可以被认为是模块600的第一金属层(Ml),而较低的金属层可以被认为是模块600的第二金属层(M2),其中Ml和M2层被包括基板602的电介质材料分开。偶极天线610包括对称的天线臂612、613，该对称的天线臂612、613在其近端632,633处耦接到平行的馈电臂616、617(也就是，偶极天线610被中心馈电)。正如所示的，天线臂612、613可以包括单个弯曲部，或者，天线臂612、613也可以被形成不同形状。例如，在其它实施例中，天线臂612、613可以是直的或弯曲的，或者，可以包括多个弯曲部。平行的馈电臂616、617通过使用线性锥形而过渡到同轴不平衡馈电点614。末端装接连接器(end launchconnector)(例如,50欧姆的连接器)被连接在馈电点614处。在馈电点614处，RF信号被从电气元件650 (例如，发射器或收发器)提供给偶极天线610以用于辐射到空中接口上，或者，被偶极天线610截取的RF信号被提供给电气元件650 (例如，接收器或收发器)。根据一个实施例，天线臂662、613和馈电臂616、617被确定大小并且被布置为具有在ISM频带内的谐振频率，然而，天线臂662、613和馈电臂616、617也可以被确定大小并且被布置为具有在其它频带内的谐振频率。根据一个实施例,RF模块600还包括一个或多个电气兀件650、651、652,电气兀件650、651、652与偶极天线610协同形成被配置来作为发射器、接收器、或收发器的RF模块。例如，但不限于，电气兀件650-652可以包括一个或多个收发器、发射器、接收器、晶体振荡器、或其它元件(在天线610中可以不需要平衡-不平衡变换器，但是也可以包括)。特别是，例如，电气元件650可以是收发器或其它提供RF信号至馈电点614的元件，其又耦接到馈电臂616、617的输入端。虽然图6描述了只耦接到基板602的顶表面604的电气元件650-652，但是应理解，电气元件650-652中的一些或全部还可以耦接到或者替代地耦接到基板602的底表面606。RF模块600可以还包括形成Ml和/或M2层的一部分的导电互连(未编号)以提供电气元件650-652之间的路由(例如，信号、接地，等等)。此外，RF模块660包括导电结构660、662(例如，I/O垫盘和/或其它结构)，其可以电耦接到在另一基板(例如，图9的基板902)上的相应的I/O垫盘(或其它结构)。在一个实施例中，导电结构662包括浮置垫盘，其可以被焊接到在另一基板(例如，图9的基板902)上的相应的浮置垫盘，以提供RF模块600和其它基板之间的机械连接。在替代实施例中，可以用引脚、胶、或其它手段，将RF模块600和其它基板机械连接。根据一个实施例，任何底表面导电互连和导电结构660、662形成较低的金属层(或M2)的一部分。如图7和图8中所描述的，根据一个实施例，RF模块600还包括在天线金属层810 (Ml)和基板602的底表面606之间的导电结构680、681。在底表面606处,可选地，导电结构680、681可以耦接到垫盘804、805，垫盘804、805可以被形成作为较低的金属层820 (M2)的一部分。更具体地，导电结构680、681可以电连接至天线臂612、613的远端634、635，并且导电结构680、681穿过基板602延伸至基板602的底表面606 (例如，至垫盘804、805)。如结合图9-12将更详细解释的，导电结构680、681可以耦接(例如，直接或通过使用可选的垫盘804、805)到另一基板(例如，图9的基板902)的顶表面上的调谐结构(例如，图9的调谐结构910、911)。该调谐结构是这样的导电结构，其被配置为:当利用导电结构680、681将天线臂612、613连接至该调谐结构时，增加天线臂612、613的电气长度。期望地，导电结构680、681被配置为具有与天线臂612、613大致相同的特征阻抗以便使反射最小化。在一个实施例中，如图7和图8所不的，导电结构680、681每一可以是单个通孔。在替代实施例中，导电结构680、681每一可以包括多个通孔。在另一替代实施例中，导电结构680、681可以被平面型导电互连代替，所述平面型导电互连例如包绕天线臂612、613的远端634、635和基板602的底表面606之间的基板602的边缘的金属化条带。在其它实施例中，导电结构680、681每一可以包括一个或多个通孔和平面型导电互连的组合，或者，可以包括提供天线臂612、613的远端634、635和RF模块600所附连的基板上的调谐结构(例如，图9的调谐结构910、911)之间的导电性的任何其它结构。根据一个实施例，以及如图8所描述的(但在图6和7中未描述)，RF模块600可以还包括上覆在偶极天线610、电气元件650-652、以及基板602的顶表面604上的包封材料802。虽然这里讨论的各种实施例描述了带有两个金属层(例如，图8的层810、820)和位于它们之间的单个电介质层(例如，图6的基板602)的RF模块600,然而,替代实施例可以包括三个或更多个金属层和将所述三个或更多个金属层分隔开的两个或更多个电介质层。此外，在不同实施例中，偶极天线610可以被包括作为位于表面金属层之间的金属层(也就是，除表面金属层以外的金属层)的部分。虽然这样的替代实施例在此未作详细讨论，然而本领域技术人员基于描述会理解如何修改在此所讨论的各种实施例以产生这样系统。此夕卜，虽然在图6_8中在不同位置不出了各种电气兀件650-652、导电互连、以及导电结构660、662，但是应理解，被包括在图6-8中的电气元件650-652、导电互连、以及导电结构660、662的数量和布置被选择以便于各实施例的说明，并且所选择的数量和布置以及电气元件650-652之间的所描述的互连不应被解释为限制性的。如上面提到的，RF模块的实施例，例如RF模块600，可以被并入到需要无线地通信信息的系统中。例如，图9和图10分别示出了根据一个实施例的系统900的顶视图和截面侧视图，系统900包括耦接到基板902 (例如，PCB)的RF模块(例如，带有偶极天线610的RF模块600)。为了方便起见，在图9和图10中保留了在图6中使用的用于RF模块600的各元件的参考数字。在一个实施例中，系统900包括至少一个非RF元件920。如先前所讨论的，RF模块600包括偶极天线610和各种电气元件(例如，图6的元件650-652)，各种电气元件使得偶极天线610能够在空中接口上发送RF信号，从空中接口接收RF信号，或二者。根据一个实施例，非RF元件920被配置以产生通过RF模块600传输的信号和/或以使用通过RF模块600产生的信号(基于RF模块600从空中接口接收的RF信号)。RF模块600、调谐结构910、911、以及非RF元件920被机械耦接到基板902。例如，可以通过使用至少一个导电结构(例如，导电结构662，诸如，浮置垫盘)，将RF模块600机械耦接到基板902，所述导电结构可以被焊接至在基板902上的至少一个相应的导电结构(例如，其它浮置垫盘，未示出)。非RF元件920可以类同地机械耦接到基板902。替代地，可以通过使用引脚、胶、或其它手段，将RF模块600和/或非RF元件920机械耦接到基板902。此外，可以通过使用各种垫盘(未示出)、通孔(未示出)、以及在基板902上和/或穿过基板902的导电互连(未示出)，将RF模块600和非RF元件920电耦接到基板902并且相互电耦接。以这种方式，RF模块600和非RF元件920可以交换电信号。根据一个实施例，RF模块600被设计为具有特定的谐振频率和带宽。根据一个实施例，为了确保所期望的谐振频率不因基板902的厚度和介电常数而发生显著偏移，在基板902上设置调谐结构910、911以增加天线臂612、613的电气长度。调谐结构910、911的配置在具有不同介电常数和/或厚度的基板上可以是不同的，以确保不管RF模块600所耦接的基板的介电常数和/或厚度如何都实现所需要的谐振频率。根据一个实施例，调谐结构910、911每一都包括在基板902的顶表面904上的被图案化的平面型导电结构(例如，导电层的一部分)。在其它实施例中，调谐结构910、911可以是除被图案化的导电结构以外的导电结构。例如，替代地，调谐结构910、911可以是导电的凸块、球、片、或通孔(例如，到基板902中的和/或穿过基板902的通孔)。如先前所讨论的，调谐结构910、911被配置来:当调谐结构910、911电耦接(例如，通过使用导电结构680、681和可选的垫盘804、805)到天线臂612、613的远端634、635时，增加天线臂612、613的电气长度。如图9所示的，调谐结构910、911可以有伸长的形状。主轴(图9中的水平轴)可以与天线臂612、613的主轴(图9中的对角线)平行，或者，可以不与其平行(未示出)。调谐结构910、911的配置确定了调谐结构910、911所提供的天线臂612、613的电气长度的增长百分比。例如，天线臂612、613的物理长度930、931和调谐结构910、911的物理长度932、933之间的相对差可能牵涉到调谐结构910、911所提供的天线臂612、613的电气长度的增长百分比。然而，本领域技术人员基于这里的描述将理解，调谐结构910、911的物理长度932、933不是决定调谐结构910、911所提供的天线臂612、613的电气长度的增长百分比的唯一因素。系统900的谐振频率牵涉到天线臂612、613，导电结构680、681，以及调谐结构910、911的整个组合的电气长度。根据一个实施例，调谐结构910、911占天线臂612、613，导电结构680、681，以及调谐结构910、911的每个整个组合的电气长度的大约10%或更少。根据另一实施例，调谐结构910、911占天线臂612、613，导电结构680、681，以及调谐结构910,911的每个整个组合的电气长度的达50%。在其它实施例中，调谐结构910、911可以占每个组合的整个电气长度的50%以上。根据一个实施例，以及如图3所描述的(但在图1和图2中未描述)，RF模块100还可以包括上覆在PIFA 110、电气元件150-153、以及基板102的顶表面104上的包封材料302。通过包封材料302，PIFA 110和电气元件150-153被保护以免受环境和机械的损伤。为了进一步说明不同实施例，图11和图12示出了图9和图10中的系统的简化版本的三维的、分解以及组装视图。如图11所示的，RF模块1100(其包括基板1102、偶极天线1110、以及包封物1120)不同于系统基板1130(其包括调谐结构1140、1141)。为了产生组装系统1200，使RF模块1100接触系统基板1130，如箭头1150所示的，并将RF模块1100和系统基板1130对齐以使得在天线臂1112、1113的远端1114、1115处的导电结构(例如，图6的导电结构680、681)与调谐结构1140、1141对齐。然后将RF模块1100机械附接并电连接至系统基板1130(例如，用焊料、胶、或其它手段)。作为本领域技术人员基于这里的描述应理解，可以使用类似的工艺将带有不同类型天线的RF模块和系统基板互连。在上面所讨论的多种实施例中，RF模块(例如，图1和图6的模块100、600)在模块基板(例如，图1和图6的基板102、602)上有天线(例如，图1和图6的倒F型天线110、偶极天线610)。然后将RF模块与另一基板(例如，图4和图9的基板402、902)组装，其中RF模块的底表面面向该其它基板的顶表面。在这样的实施例中，通过模块基板将RF模块的天线与所述其它基板分隔开。在替代实施例中，RF模块可以与另一基板组装以使得模块基板的带有天线的面面向所述其它基板(也就是，相对于先前所描述的实施例，RF模块被翻转)。例如，图13示出了根据替代实施例的系统1300的截面侧视图，系统1300包括耦接到包括调谐结构1322的系统基板1320的RF模块1310。RF模块1310可以与RF模块100、600类似，类似之处在于RF模块1310包括模块基板1312和包括至少一个天线臂1314的天线。然而，不是用包封材料(例如，图3、8的包封材料302、802)覆盖天线臂1314，而是用非导电材料层1330(例如，焊料阻挡物(solder block))覆盖天线臂1314。层1330包括在天线臂1314的远端1316处的开口，从而使得天线臂1314的远端1316可以电耦接到系统基板1320上的调谐结构1322(例如，通过使用焊料1350)。根据这样的实施例，不需要穿过模块基板1312的导电结构(例如，图1、6的导电结构180、680、681)来将天线臂1314的远端1316电连接至调谐结构1322。代之以，天线臂1314的远端1316通过在非导电材料层1330中的开口电连接至调谐结构1322。虽然在图4、5和9-13中示出特定的系统配置，然而应理解，所示出的配置只是提供用于示例目的，并且可以对系统400、900以及1300做出多种修改而仍享有各实施例的优点。例如，虽然在图4、5和9-12中仅示出了单个RF模块100、600和非RF元件420、920，然而其它系统可以包括多个RF模块100、600和/或非EF元件420、920。此外，虽然RF模块100、600、1300和非RF元件420、920每一都被示出为耦接到基板402、902、1320的顶面，但是RF模块100、600、1300或非RF元件420、920中的任一个或全部可以耦接到基板402、902、1320的底面。如此，上面已经描述了被配置以使得其天线臂的电气长度能够被延展的天线、其中并入有这些天线的模块和系统的多种实施例。天线的一个实施例包括:基板，耦接到基板的第一天线臂，以及位于第一天线臂的远端和基板的底表面之间的第一导电结构。RF模块的一个实施例包括:基板，包括耦接到基板的第一天线臂的天线，以及位于第一天线臂的远端和基板的底表面之间的第一导电结构。RF模块的另一实施例包括 第一基板、耦接到第一基板的天线、以及耦接到第一基板并耦接到天线的一组电气元件。该组电气元件被配置来接收用于从与模块分开封装的非RF元件接收用于传输的信号，将该信号转换为RF信号，并且将该RF信号提供至天线以用于在空中接口上辐射。系统的一个实施例包括:第一基板，在第一基板的顶表面上的第一导电结构，以及耦接到第一基板的顶表面的天线。所述天线包括:第二基板，耦接到第二基板的第一天线臂，以及具有近端和远端的 第二导电结构。第二导电结构的近端耦接到第一天线臂的远端，并且第二导电结构的远端延伸至第二基板的底表面，并且耦接到第一基板上的第一导电结构。系统的另一实施例包括如下的天线，所述天线具有:第一基板，耦接到第一基板的第一天线臂，以及覆盖第一天线臂并且在第一天线臂的远端处具有第一开口的电介质层。如本发明所使用的，术语“导电结构”意指平面型导电结构、垫盘、通孔、多个通孔、凸块、球、导线、或其任意组合。如在此所使用的，术语“垫盘”意指位于封装外部的电路和封装内部的电路之间的导电连接。“垫盘”应被理解为包括引脚、垫盘、凸块、球、以及任何其它导电连接。术语“互连”意指用于特定IC的输入(I)导体、用于特定IC的输出(O)导体、或用于特定IC的服务于双重I/O目的的导体。在一些情况下，互连可以直接耦接到封装引脚，并且在一些其它情况下，互连可以耦接到另一 IC的互连。说明书和权力要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等，如果有的话，可以被用于区分类似元件或步骤，并且并不必然用于描述特定的顺序或时间顺序。应理解，如此使用术语在适当的情况下是可互换的，以使得在此所描述的实施例能够例如按这里所示的或以其他方式描述的顺序或布置操作或布置。此外，在任何流程图中描述的或结合任何流程图描述的过程、模块或步骤的顺序仅用于示例目的，并且应理解，在其它实施例中各种过程、模块或步骤可以以其它顺序和/或并行实施，和/或所述过程、模块或步骤中的某些可以被组合，删除，或分解为多个过程、块或步骤，和/或可以结合实施例实施附加的或不同的过程、模块或步骤。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”、及其任何变形意图覆盖非排他性包含，从而包括一系列元件或步骤的过程、方法、物品、或装置并不必然限于这些元件或步骤，而是，可以包括没有明确列出的或这些过程、方法、物品、或装置固有的其他要素或步骤。应该理解，可以对上述所描述的实施例进行多种修改而不脱离本发明的主旨范围。虽然已经结合特定系统、装置、以及方法对本发明主旨原理进行了描述，然而应清楚地理解，该描述仅仅是通过示例的方式作出的，而不作为对本发明主旨范围的限定。在此所讨论的并在附图中示出的各种功能或处理模块可以以硬件、固件、软件或其任何组合实现。此夕卜，在此所采用的措辞或术语是用于描述的目的而不是限定的目的。对特定的实施例的上述描述充分揭示了本发明主旨的一般特性，从而其它人可以通过运用当前的知识，在不脱离总体概念的情况下，很容易地对其进行修改和/或调整以适合各种应用。因此，这些调整和修改在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。本发明主旨涵盖了所有落在所附权利要求的精神和宽泛的范围中的所有这些替代、修改、等同、以及变化。
权利要求
1.一种天线包括: 基板； 第一天线臂，其耦接到所述基板；以及 第一导电结构，其位于所述第一天线臂的远端和所述基板的底表面之间。
2.根据权利要求1所述的天线，其中所述天线是平面型的倒F型天线，并且所述天线还包括: 接地结构； 馈电臂，其耦接到所述第一天线臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天线臂和所述接地结构之间。
3.根据权利要求1所述的天线，其中所述天线是偶极天线，并且述天线还包括: 第二天线臂，其耦接到所述基板；以及 第二导电结构，其位于所述第二天线臂的远端和所述基板的所述底表面之间。
4.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一天线臂有在大约10毫米至大约50毫米范围内的长度。
5.根据权利 要求1所述的天线，其中所述第一导电结构包括: 延伸通过所述基板的一个或多个导电通孔。
6.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一导电结构包括: 位于所述基板的边缘处的平面型导电互连。
7.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一天线臂耦接到所述基板的顶表面，并且其中所述天线还包括: 包封材料，其覆在所述第一天线臂和所述基板的所述顶表面上。
8.一种射频(RF)模块包括: 基板； 天线，其包括耦接到所述基板的第一天线臂；以及 第一导电结构，其位于所述第一天线臂的远端和所述基板的底表面之间。
9.根据权利要求8所述的模块，其中所述天线是平面型的倒F型天线，并且所述天线还包括: 接地结构； 馈电臂，其耦接到所述第一天线臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天线臂和所述接地结构之间。
10.根据权利要求8所述的模块，其中所述天线是偶极天线，并且所述天线还包括: 第二天线臂，其耦接到所述基板；以及 第二导电结构，其位于所述第二天线臂的远端和所述基板的所述底表面之间。
11.根据权利要求8所述的模块，其中所述第一导电结构选自:通孔，多个通孔，平面型导电互连，及其组合。
12.根据权利要求8所述的模块，其中所述模块还包括: 电气元件，其耦接到所述基板的顶表面，其中所述电气元件选自:发射器，接收器，以及收发器。
13.根据权利要求12所述的模块，其中所述第一天线臂耦接到所述基板的所述顶表面，并且其中所述模块还包括: 包封材料，其覆在所述第一天线臂、所述电气元件、以及所述基板的所述顶表面上。
14.一种系统包括: 第一基板； 第一导电结构，其位于所述第一基板的顶表面上；以及 天线，其耦接到所述第一基板的所述顶表面，其中所述天线包括: 第二基板， 第一天线臂，其耦接到所述第二基板，以及 第二导电结构，其具有近端以及远端，其中所述第二导电结构的所述近端耦接到所述第一天线臂的远端，以及所述第二导电结构的所述远端延伸至所述第二基板的底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第一导电结构。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一导电结构被配置以增加所述第一天线臂的电气长度。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一导电结构包括平面型导电结构。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述第二导电结构选自:通孔，多个通孔，平面型导电结构，及其的组合。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述天线是平面型的倒F型天线，并且所述天线还包括: 接地结构； 馈电臂，其耦接到所述第一天线臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天线臂和所述接地结构之间。
19.根据权利要求14所述的系统，还包括: 第三导电结构，其位于所述第一基板的所述顶表面上，并且 其中所述天线是偶极天线，并且所述天线还包括 第二天线臂，其耦接到所述第二基板，以及 第四导电结构，其具有近端和远端，其中所述第四导电结构的所述近端耦接到所述第二天线臂的远端，并且所述第四导电结构的所述远端延伸至所述第二基板的所述底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第三导电结构。
20.根据权利要求14所述的系统，还包括: 非RF元件，其耦接到所述第一基板，产生用于传输的信号；以及一组电气元件，其耦接到所述第二基板并耦接到所述第一天线臂，其中该组电气元件被配置以接收所述信号，将所述信号转换为RF信号，并且提供所述RF信号至所述第一天线臂，以供在空中接口上辐射。
21.—种系统,包括: 天线，所述天线包括 第一基板， 第一天线臂，耦接到所述第一基板，以及 电介质层，其覆盖所述第一天线臂并且在所述第一天线臂的远端处具有第一开口。
22.根据权利要求21中所述的系统，还包括:第二基板；以及 第一导电结构，其位于所述第二基板的顶表面上，并且 其中所述第一天线臂的所述远端通过所述电介质层内的所述第一开口耦接到所述第一导电结构。
23.根据权利要求22所述的系统，还包括: 第二导电结构，其位于所述第二基板的所述顶表面上，以及 其中所述天线是偶极天线，并且所述天线还包括: 第二天线臂，其耦接到所述第一基板，其中所述电介质层覆盖所述第二天线臂并且在所述第二天线臂的远端处具有第二开口，并且其中所述第二天线臂的所述远端通过所述电介质层内的所述第二开口耦接到所述第二导电结构。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述天线是平面型的倒F型天线，并且所述天线还包括: 接地结构； 馈电臂，其耦接到所述第一天线臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天线臂和所述接地结构之间。
25.一种射频(RF)模块，包括: 第一基板；` 天线，其耦接到所述第一基板；以及 一组电气元件，其耦接到所述第一基板并耦接到所述天线，其中该组电气元件被配置以接收用于从与所述模块分开封装的非RF元件传输的信号，将所述信号转换为RF信号，并且提供所述RF信号至所述天线以在空中接口上辐射。
26.根据权利要求25所述的模块,其中该组电气兀件包括从下列中选择的一个或多个元件:发射器，接收器，收发器，平衡-不平衡变换器，以及振荡器。
27.根据权利要求25所述的模块，其中所述天线是平面型的倒F型天线，并且所述天线包括: 接地结构； 天线臂； 馈电臂，其耦接到所述天线臂并且被配置来从该组电气元件接收所述RF信号；以及 短接臂，其耦接于所述天线臂和所述接地结构之间。
28.根据权利要求25所述的模块，其中所述天线是偶极天线，并且所述天线包括: 第一天线臂；以及 第二天线，其中所述第一和第二天线臂被配置来从该组电气元件接收所述RF信号。
29.根据权利要求25所述的模块，其中所述天线和该组电气元件耦接到所述第一基板的所述顶表面，并且其中所述模块还包括: 包封材料，其覆在所述天线、该组电气元件、以及所述第一基板的所述顶表面上。
30.根据权利要求25所述的模块，其中所述模块还包括: 一个或多个导电结构，被配置以将所述模块与第二基板电连接，其中该组电气元件通过所述一个或多个导电结构接收所述非RF信号。
31.根据权利要求25所述的模块，其中所述第一基板具有长度、宽度以及厚度，并且其中: 所述长度在大约10毫米至大约100毫米的范围内； 所述宽度在大约10毫米至大约 100毫米的范围内；并且 所述厚度在大约0.5毫米至大约5毫米的范围内。
全文摘要
本发明涉及臂可延展天线以及并入有该天线的模块及系统。天线(110，610，1110)和射频(RF)模块(100，600，1100)的实施例包括基板(102，602，1102)、耦接到所述基板的第一天线臂(112，612，1112)、以及位于所述第一天线臂的远端和所述基板的底表面之间的第一导电结构(106，606)。系统(400，900，1200)的实施例包括第一基板(400，900，1130)、位于所述第一基板的顶表面(404，904)上的第一导电结构(410，910，1140)、以及耦接到所述第一基板的所述顶表面天线(110，610，1110)。所述天线包括第二基板(102，602，1102)、耦接到所述第二基板的第一天线臂(112，612，1112)、以及具有近端和远端的第二导电结构(180，680)。所述第二导电结构的所述近端耦接到所述第一天线臂的远端(134，634)，并所述第二导电结构的所述远端延伸至所述第二基板的底表面(106，606)并且耦接到所述第一基板上的所述第一导电结构。
文档编号H01Q1/38GK103187625SQ201210584489
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者李强, J·T·亚当斯, O·L·哈丁 申请人:飞思卡尔半导体公司