天线隔离的制作方法

背景

无线通信设备可利用多个天线来与其他无线设备(例如，wi-fi、蓝牙、专用无线网络)进行通信。天线可采取各种形式。例如，一些天线可被实现为印刷到印刷电路板上的微带天线。

概述

公开了涉及减轻无线通信设备中的天线之间的电磁耦合的实施例。一个示例提供了一种无线无线电通信设备，其包括印刷电路板(pcb)、耦合到该pcb的多个天线、以及导电地耦合到该pcb的接地平面的一个或多个平面外隔离元件。每个天线在参考平面或平行于该参考平面的平面中延伸，并且每个平面外隔离元件在横向于该参考平面的方向上延伸。一个或多个平面外隔离元件被配置成响应于一个或多个天线的激励而传导电流，其有助于至少部分地消除在所述多个天线中的所述一个或多个天线与一个或多个其他天线之间的rf传输耦合。

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。

附图简述

图1示出了示例无线通信设备。

图2示出了图1的无线通信设备的示例天线子系统的透视图，并且例示了平面内隔离元件的示例布置。

图3示出了沿着图2的线a-a截取的图2的示例天线子系统的横截面图。

图4示出了省略pcb的图2的天线子系统的透视图，并且例示了平面外隔离元件的示例布置。

图5示出了平面内隔离元件的另一示例布置。

图6示出了描绘具有和不具有5ghz平面内隔离元件的示例无线通信设备的示例隔离特性的图。

图7示出了描绘图1的无线通信设备的示例隔离和回波损耗特性的图。

图8示出了描绘在2.4ghz频带处操作的图2的天线子系统的天线的示例辐射图案的图。

图9示出了描绘在5.2ghz频带处操作的图2的天线子系统的天线的示例辐射图案的图。

图10示出了描绘在5.5ghz频带处操作的图2的天线子系统的天线的示例辐射图案的图。

图11示出了描绘在5.8ghz频带处操作的图2的天线子系统的天线的示例辐射图案的图。

详细描述

位于足够接近的位置处的两个或更多个具有类似谐振频率的天线(诸如形成于pcb上的天线)可经历电磁耦合。这种耦合降低了由天线辐射的信号的传输功率，并且还降低了在耦合的天线处接收到的信号的信噪比(s/n)。这可能不利地影响无线通信设备的数据速率和吞吐量。

作为一个非限制性示例，设备可包括多输入多输出(mimo)双频带天线对以用于与wifi接入点进行通信，并包括另一双频带天线以用于与不同设备进行通信，所有双频带天线在2.4ghz和5ghz射频(rf)通信频带处同时操作。各天线在非常接近的位置处被操作的情况下(例如，其中每个天线都是印刷在公共pcb上的微带天线的情况下)，天线之间的耦合可能会在由使用天线布置所提供的优点不能被实现的程度上影响性能。电磁耦合可例如通过将天线更远地分隔开而被减轻。然而，这也可能导致设备大小增加。

因此，公开了涉及降低此类天线之间的耦合的隔离元件的各种配置的使用的示例。所公开的隔离元件的布置被配置为当一个天线被激励时，在进入一个或多个其他天线的pcb的馈入点处统一地形成电流零点，从而降低与另一天线的耦合。本文所使用的术语“零”是指与周围区域相比，天线的馈入点处的电磁耦合的降低。此类零点的形成可有助于实现各天线之间的所期望的隔离水平，并从而实现使用在位于足够接近的位置处的具有类似谐振频率的多个天线的优点。

公开的示例可利用平面内隔离元件和平面外隔离元件的各种组合。平面内隔离元件沿着pcb的平面被印刷在该pcb上，并因此在被印刷于pcb上的天线的平面中。平面外隔离元件在横向于pcb的平面的方向上延伸，并且因此横向于形成在pcb上的天线的平面。天线的激励在相应的平面内隔离元件中引起平面内电流，并在相应的平面外隔离元件中引起平面外电流，使得在隔离元件中产生的电流有助于在另一天线的馈入点处至少部分地消除rf传输耦合。一个或多个平面外隔离元件与一个或多个平面内隔离元件相结合使用与单独使用平面内隔离元件相比可有助于实现各天线之间更大的隔离。这可有助于增加由天线产生的辐射传输信号的功率、增加在天线处接收到的信号的s/n、并与缺少此类隔离元件的配置相比，允许天线被放置成在物理上更靠近于彼此。

图1示出了示例无线通信设备100。以简化的形式示出了无线通信设备100，并可表示任何合适的设备，包括但不限于个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备以及移动通信设备(例如智能电话)。无线通信设备100包括包含金属底板104和天线子系统106的外壳102。金属底板104提供支撑结构，天线子系统106和各种其他电子组件可被安装在该支撑结构上。

图2-4更详细地示出了天线子系统106。天线子系统106包括耦合到pcb108的多个天线110(110a、110b、以及110c)。所描绘的天线110采用被印刷在pcb108的侧面112上的微带天线的形式，使得多个天线110沿着pcb108的平面(α)(由轴α与轴α和β的法线轴定义)延伸。多个天线110中的每个天线都具有相关联的馈入点114(例如，114a、114b、以及114c)。

在其他实现中，诸如冲压金属天线之类的一个或多个天线可被耦合到pcb但与pcb间隔。在此类实现中，天线可在大致平行于印刷电路板的一个或多个平面中延伸。在又一实现中，冲压金属天线可在彼此平行但不平行于pcb的各平面中延伸。附加地，印刷天线可类似地位于不同但平行的各平面中，例如在天线被印刷于印刷电路板的不同侧面上的情况下。在这些实现中的每一个中，各天线可被认为在参考平面(在所描绘的示例中为α)或平行于参考平面的平面中延伸，其中参考平面可以是印刷电路板的平面或横向于印刷电路板(pcb)的平面的平面。

在一些实现中，多个天线110中的一个或多个可以是被配置为在不同射频处同时谐振的多频带天线。在一个非限制性示例中，如以上所提到的，每个天线110可以是在2.4ghz和5ghz频率两者处操作的双频带天线。在一些实现中，可指定多个天线110中的不同天线根据不同的标准传送rf信号，以在不同网络上和/或与不同设备传递信息。示例包括但不限于wi-fi、wcdma、hsdpa、4glte以及蓝牙。应当理解，多个天线110中的任何合适数量的天线可被用于根据任何合适的标准来传送rf信号。

多个平面内隔离元件116(例如，116a、116b、116c、116d、116e以及116f)被形成在pcb108上和pcb108的平面α中。多个平面内隔离元件116可采用寄生元件的形式，每个寄生元件被配置成传导电流，其有助于在激励多个天线110的不同天线之际至少部分地消除在多个天线110的选定天线的馈入点处的rf传输耦合。可按与天线的印刷相同的过程来印刷所描绘的平面内隔离元件，因此平面内隔离元件可以最小的额外费用来形成。

在利用多频带天线的实现中，可为多频带天线的每个rf通信频带或为一个或多个频带提供平面内隔离元件以排除一个或多个其他频带。在所描绘的示例中，平面内隔离元件116a、116b、116c以及116d被配置成减轻在2.4ghz频带中的rf传输耦合，而平面内隔离元件116e和116f被配置为减轻在5ghz频带中的rf传输耦合。所描绘的平面内隔离元件116a、116b、116c以及116d在大小上比平面内隔离元件116e和116f大，这是由于2.4ghz频带相对于5ghz频带而言具有较长的波长。平面内隔离元件116a、116b、116c以及116d还可被称为用于第一频率的第一组平面内隔离元件，并且平面内隔离元件116e和116f可被称为用于第二频率的第二组隔离元件。应当理解，此类一个或多个隔离元件的组可被配置成帮助隔离任何合适的谐振频率或各频率的天线。尽管本文在固定频带的上下文中描述了多个天线，但在不脱离本公开的范围的情况下，该多个天线可在较宽的扩展频谱实现中操作。

不同数量的平面内隔离元件可被用于不同rf频带。例如，相较于用于隔离在5.0ghz处操作的天线，更多数量的平面内隔离元件可被用于隔离在2.4ghz处操作的天线。这在图3中被例示出，其中天线子系统包括用于2.4ghz天线的四个平面内隔离元件和用于5ghz天线的两个平面内隔离元件。在其他示例中，取决于每个频率的天线之间的电磁耦合的幅度，可为一些频带而不是其他频带提供平面内隔离元件。应当理解，针对每个天线频率可使用任何合适数量的平面内隔离元件。

平面内隔离元件116可被放置在pcb108上的多个天线110中的不同相关联的天线对之间，以有助于为每个相关联的天线对(即，天线对110a和110b、天线对110a和110c、以及天线对110b和110c)提供合适的隔离。位于每个天线对之间的平面内隔离元件可能比不位于此天线对之间的平面内隔离元件更有助于解耦该天线对，因此位于天线对之间的平面内隔离元件可被认为对应于此天线对。然而，其他平面内隔离元件也可有助于解耦天线对。

天线子系统106还包括形成在pcb108的侧面120(其与侧面112相对)上的接地平面118，侧面112上形成有多个天线110，如图2所示。接地平面118可用作来自多个天线110以及在pcb108上形成的其他电气元件的电流的返回路径。多个天线110和多个平面内隔离元件116可通过pcb108或经由任何其它合适的电路路径被连接到接地平面118。

在图4中的122a、122b、122c以及122d中最清楚地例示了天线子系统106经由包括平面外隔离元件122的结构物理地并导电地耦合到金属底板104。多个平面外隔离元件122中的每一个在横向于多个天线110的平面α的方向上延伸，以导电地耦合接地平面118和金属底板104。多个平面外隔离元件122可沿垂直于平面α的方向β和/或在横向于多个天线的平面的一个或多个其它方向上延伸。在所描绘的示例中，多个平面外隔离元件122中的每一个采取金属桩的形式，这些金属桩在接地平面118和金属底板104之间延伸并被绑定到接地平面118和金属底板104上。此类平面外隔离元件在本文中也可被称为平面外导电元件。

所描绘的平面外隔离元件122起到了双重作用：提供与金属底板104的物理耦合，并且还有助于在天线馈入点处零电流的形成。由于多个平面外隔离元件122在横向于pcb108的平面的方向上延伸，所以由平面外隔离元件122中的电流产生的电场具有与平面内隔离元件116中的那些电场所不同的方向特性，并因此可有助于以与使用平面内隔离元件116可被实现的不同的方式在天线馈入点处创建电流零点。此外，多个平面外隔离元件122还可有助于为多个天线110中的每一个创建相对各向同性的辐射图案。在其他示例中，分离的结构可被用作平面外隔离元件和pcb108和金属底板104之间的物理耦合。

多个平面外隔离元件122可将pcb108与金属底板104间隔开选定的距离d。距离d可被选定以保持形成在pcb108上的天线的合适性能。

多个天线110可在pcb108上具有任何合适的布置。例如，多个天线110可被彼此正交地布置在pcb108上以利用有助于将天线彼此隔离的极化区分。在所描绘的示例中，天线110a与天线110c正交，而天线110c与天线110b正交。

如以上所提到的，所描绘的天线可被配置成多输入和多输出(mimo)双频带印刷天线对，该双频带印刷天线对包括天线110a和110c(在本文中被称为“网络天线”)，以及另一双频带印刷天线110b(在本文中被称为“附件天线”)。在此类布置中，多个天线110中的每一个可被配置成在2.4ghzrf频带和5ghzrf频带处同时操作。更具体而言，该天线对110a和110c可被配置成作为2x2mimo网络来操作，该2x2mimo网络被配置成与远程wi-fi接入点进行通信以为无线通信设备100提供网络连接性。天线110b可被配置成经由另一网络(例如专有无线网络、蓝牙连接)与另一无线设备进行通信。然而，应当理解，天线对的任何合适数量和/或组合可在天线子系统中被实现。此外，多个天线中的任何一个都可在包括除那些为wi-fi指定的频带的任何合适数量的不同频带中操作。

所采用的平面外隔离元件的数量可基于天线子系统106上的相关联的天线对的数量。在一些示例中，至少一个平面外隔离元件可被包括以有助于在每个相关联的天线对之间提供隔离。此外，附加的平面外隔离元件可被用于附加隔离，和/或用于天线子系统106的结构支撑。在所描绘的实现中，平面外隔离元件122a被定位成为天线子系统106提供机械支撑，并且平面外隔离元件122b被定位成操纵天线122b的辐射图案，以帮助避免此天线的辐射场内存在零值。平面外隔离元件122c被定位成增加天线110a和天线110c之间的隔离，并增加天线110a的回波损耗带宽。平面外隔离元件122d被定位成增加天线110a和天线110b之间的隔离，并且平面外隔离元件122e被定位成增加天线110b和天线110c之间的隔离。

尽管所描绘的平面外隔离元件的横截面形状为矩形，但是平面外隔离元件可采取任何合适的形式而不偏离本公开的范围。例如，在一些实现中，平面外隔离元件可具有椭圆形横截面、除矩形以外的多边形横截面或曲线横截面。此外，多个平面外隔离元件中的每一个的位置可随被包括在天线子系统106中的天线的数量和/或类型的变化而变化。

图2-4的平面内隔离元件采用类似于印刷天线的印刷微带型元件的形式。在此布置中，多个平面内隔离元件116可不干扰穿过pcb108到达接地平面118的天线馈入线和信号线。然而，此类配置可能会潜在地增加pcb108的大小以便沿着pcb108的周界容纳多个天线和多个平面内隔离元件两者。

在其他示例中，平面内隔离元件可采取在接地平面中形成的切口的形式。图5示出了包括形成在pcb508上的多个隔离切口524(例如，524a、524b、524c、524d以及524e)的示例天线子系统500。具体而言，多个隔离切口可由绑定到pcb508的接地平面518形成并延伸进入接地平面518。所描绘的隔离切口524可被配置成在2.4ghz处谐振，以增加天线之间的隔离。在一个示例中，当在四平方英寸的pcb上与图2的天线布置一起使用时，所描绘的隔离切口可在2.45ghz处提供大于-30db的隔离。该配置仅仅是一个非限制性示例，并且隔离切口可被配置成在任何合适频带处提供天线之间的隔离。此外，此类配置可能会潜在地减小pcb508的大小，因为平面内隔离元件不位于pcb508的周界上，从而允许多个天线有更多空间，但可使穿过pcb508到达接地平面518的天线馈入线和信号线的设计复杂化。

图6示出了描绘具有排他地为2.4ghz频带配置的平面内隔离元件的天线子系统与具有为2.4ghz频带和为5ghz频带配置的平面内隔离元件的天线子系统相比的说明性隔离特性的图600图600描绘了以分贝(db)测量的s参数对照以ghz测量的传输频率。s参数测量有多少入射于一个天线的能量是由另一个天线递送的。虚线迹线表示使用排他地用于2.4ghz频带的平面内隔离元件的示例相关联的天线对之间的隔离特性，而实线迹线表示包括用于2.4ghz和5ghz频带两者的平面内隔离元件的天线子系统的示例相关联的天线对之间的隔离特性件。框602突出显示相对于由具有被配置成排他地用于2.4ghz频带的平面内隔离元件的天线子系统所提供的隔离水平而言，由包括被配置成用于5ghz频带的附加平面内隔离元件的天线子系统所创建的5ghz频带处的隔离的增加。

图7示出了描绘具有图2-4所示的平面内隔离元件和平面外隔离元件的布置的天线子系统106的示例隔离特性的图700，并且例示了以分贝(db)为单位的s参数对照以ghz为单位的传输频率。图700上的迹线表示天线子系统106的不同相关联的天线对之间的隔离特性，以及天线子系统106的不同天线的回波损耗特性。

框702突出显示在2.4ghzrf频带处操作的天线的隔离。如图所示，天线对110a/110b的s参数为-23db/-29db(分别针对2.4和5ghz)、天线对110b/110c的s参数为-30db/-38db、并且天线对110a/110c的s参数为-23db/-28db。

框704突出显示在5ghzrf频带处操作的天线的隔离。如图所示，天线对110a/110b之间的s参数为-40db/-47db、天线对110b/110c之间的s参数为-32db/-38db、并且天线对110a/110c之间的s参数为-22db/-28db。

因此，在2.4ghz频带处，在所有天线对之间都获得高于23db的隔离。此外，在5ghz频带处，每个网络天线和附件天线之间可获得大于30db的隔离。附加地，在5ghz频带处，网络天线110a和附件天线110b之间可获得大于40db的隔离。

图8示出了描绘在2.4ghzrf频带处操作的无线通信设备100的示例天线的示例辐射模式的图800，而图9-11示出了描绘在接近5ghzrf频带的频率(更具体而言，分别为5.2ghz、5.5ghz和5.8ghz)处操作的无线通信设备100的示例天线的示例辐射模式的图900、1000和1100。

每个图800、900、1000以及1100示出了在每个不同频率处代表性天线产生基本上各向同性的辐射图案，而不在任何方向上有深的零点。此类辐射图案指示代表性的天线被充分隔离，以在所有方向上都提供适当强的传输信号强度。因此，所公开的隔离元件配置可允许多个天线110在公共印刷电路板(pcb)108上紧密间隔(例如，在感兴趣的频率的四分之一波长内)，以便降低在无线通信设备100中的天线子系统106的形状因子。在一个非限制性示例中，图2和4的天线和隔离元件配置(其中所有三个天线都是2.4ghz/5ghz双频带天线)可被形成在4900平方毫米的印刷电路板上并实现图7中所例示的天线隔离s参数。

虽然上文在提供各向同性辐射图案的上下文中讨论了无线无线电通信设备100的各种天线隔离元件和特征，但此类隔离元件和特征也可被应用于有向天线应用。在一个非限制性示例中，此类隔离元件和特征可被用于多元件天线阵列，所述多元件天线阵列被用于波束成形以提供该阵列中每个天线之间的隔离。

另一提供无线无线电通信设备的示例包括：印刷电路板，形成于所述印刷电路板上的多个天线，每个天线都被配置成在选定的射频(rf)频带中谐振，每个天线在参考平面或平行于所述参考平面的平面中延伸，以及导电地耦合到所述印刷电路板的接地平面并在横向于所述多个天线的所述参考平面的方向上延伸的一个或多个平面外隔离元件，所述一个或多个平面外隔离元件被配置成响应于一个或多个天线的激励而传导电流，其有助于至少部分地消除在所述多个天线中的所述一个或多个天线与一个或多个其他天线之间的rf传输耦合。在此类示例中，所述无线无线电通信设备可任选地包括：耦合到所述印刷电路板并在平行于所述参考平面的平面中的一个或多个平面内隔离元件，所述一个或多个平面内隔离元件被配置成响应于所述一个或多个相关联的天线的激励而传导电流，其也有助于至少部分地消除在所述多个天线中的两个或更多个天线之间的所述rf传输耦合。在此类示例中，所述多个天线可任选地包括：在所述pcb上具有馈入点并且与所述pcb间隔开的冲压金属天线。在此类示例中，所述多个天线可包括形成于所述pcb上的微带天线。在此类示例中，所述一个或多个平面内隔离元件可任选地包括：延伸进入所述印刷电路板的接地平面的多个切口。在此类示例中，所述一个或多个平面内隔离元件中的每一个可任选地被放置在所述多个天线的相关联的天线对中间。在此类示例中，所述无线无线电通信设备可进一步任选地包括：金属底板，并且所述一个或多个平面外隔离元件可任选地包括各自连接在所述印刷电路板的所述接地平面和所述金属底板之间的多个金属桩。在此类示例中，所述多个平面内隔离元件可任选地包括第一组一个或多个隔离元件和第二组一个或多个隔离元件，所述第一组一个或多个隔离元件对应于所述多个天线中的两个或更多个天线之间的第一rf频带，而第二组一个或多个隔离元件对应于所述多个天线中的两个或更多个天线之间的第二rf频带，并且其中所述第一组中的隔离元件的数量与所述第二组中的隔离元件的数量不同。以上描述的示例中的任何一个或全部可按任何合适的方式被组合在各实现中。

另一提供无线无线电通信设备的示例包括：印刷电路板，形成在所述印刷电路板上的多个天线，每个天线都被配置成在选定的射频频带中谐振，以及隔离元件被配置为使得以谐振频率对所述多个天线中的第一天线的激励在横向于所述印刷电路板的平面的方向上引起所述隔离元件中的平面外电流，其有助于至少部分地消除在所述多个天线的第二天线的馈入点处的rf传输耦合。在此类示例中，所述隔离元件可任选地包括导电地耦合到所述印刷电路板的接地平面并在横向于所述印刷电路板的平面的方向上延伸的平面外导电元件。在此类示例中，所述无线无线电通信设备可进一步任选地包括：金属底板，并且所述平面外导电元件可任选地包括连接在所述印刷电路板的所述接地平面和所述金属底板之间的金属桩。在此类示例中，所述无线无线电通信设备可进一步任选地包括形成在所述印刷电路板上并在所述印刷电路板的所述平面中的平面内隔离元件。在此类示例中，所述平面外隔离元件可任选地在所述印刷电路板的与所述平面内隔离元件相对的侧上被耦合到所述印刷电路板。在此类示例中，所述平面内隔离元件可任选地包括形成在所述印刷电路板上并在所述印刷电路板的所述平面中的导电元件。在此类示例中，所述平面内隔离元件可任选地包括延伸进入所述印刷电路板的接地平面的切口。在此类示例中，所述平面内隔离元件被任选地放置在所述印刷电路板上的所述第一天线和所述第二天线之间。以上描述的示例中的任何一个或全部可按任何合适的方式被组合在各实现中。

另一提供无线无线电通信设备的示例包括：印刷电路板，形成在所述印刷电路板上的三个或更多个多频带天线，每个多频带天线被配置成在两个或更多个rf频带中谐振，第一组一个或多个隔离元件，每个隔离元件被配置为传导电流，其至少部分地消除所述三个或更多个多频带天线中的两个或更多个之间的所述两个或更多个rf频带的第一rf频带处的rf耦合，以及第二组一个或多个隔离元件，每个隔离元件被配置为传导电流，其至少部分地消除所述三个或更多个多频带天线中的两个或更多个之间的所述两个或更多个rf频带的第二rf频带处的rf耦合，其中所述第一组中的隔离元件的数量与所述第二组中的隔离元件的数量不同。在此类示例中，所述第一组一个或多个隔离元件和所述第二组一个或多个隔离元件可任选地包括形成在所述印刷电路板上并在所述印刷电路板的平面中的平面内隔离元件。在此类示例中，所述无线无线电通信设备可进一步任选地包括：导电地耦合到所述印刷电路板的接地平面并在横向于所述印刷电路板的平面的方向上延伸的一个或多个平面外隔离元件，所述一个或多个平面外隔离元件被配置成响应于对一个或多个相关联的天线的激励而传导电流，其有助于至少部分地消除在所述多个天线中的两个或更多个天线之间的rf传输耦合。在此类示例中，所述无线无线电通信可进一步任选地包括：金属底板，并且所述一个或多个平面外隔离元件可任选地包括各自连接在所述印刷电路板的所述接地平面和所述金属底板之间的多个金属桩。以上描述的示例中的任何一个或全部可按任何合适的方式被组合在各实现中。

将会理解，本文描述的配置和/或方式本质是示例性的，这些具体实施例或本文示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所示和/或所述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。

本公开的主题包括本文公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及其任何和所有等同物。