本申请案主张2017年4月27日申请且标题为“具有波纹状接地平面的偶极天线行(dipoleantennarowwithcorrugatedgroundplane)”的第62/490,984号美国临时专利申请案的优先权，其以全文引用的方式并入本文中。
本公开大体上涉及天线，且更明确地说，涉及偶极天线阵列。
背景技术
可使用具有高方向性的单个天线，或使用较小天线元件阵列，且测量或更改元件之间的rf信号相位，来执行测量传入射频(rf)信号的到达角度(aoa)。
技术实现要素：
实例实施例提供一种偶极天线设备，其包括具有第一锯齿状边缘的接地平面；以及第一偶极天线，其中所述第一偶极天线的至少一部分平行于所述第一锯齿状边缘安置。
实例实施例还提供一种偶极天线组合件，其包括印刷电路板(pcb)；收发器，其安装到所述pcb，所述收发器经由切换网络选择性耦合到共线偶极天线的元件；以及处理器，其安装到所述pcb，所述处理器以通信方式耦合到所述收发器，其中所述pcb包含具有锯齿状边缘的接地平面，所述锯齿状边缘包含多个间隔开的并行部件，其从所述接地平面的实心部分延伸；共线偶极天线阵列，其一部分平行于锯齿状边缘安置，平衡-不平衡转换器耦合到所述共线偶极天线的元件中的对应者；以及切换网络，其经由所述平衡-不平衡转换器中的对应者耦合到所述共线偶极天线的元件。
附图说明
图1是其中可实施根据本发明的实例接地平面和实例偶极天线的实例rf无线电的框图。
图2说明图1的实例接地平面的实例实施方案。
图3说明图1和/或图2的实例锯齿状边缘的实例实施方案。
图4是图1的实例接地平面和实例偶极天线的实例实施方案的平面视图。
图5是图4的实例接地平面和实例偶极天线阵列的实例放大部分的平面视图。
图6是图1中示出的实例印刷电路板(pcb)的实例实施方案的图像。
图7是图6的实例接地平面的实例实施方案的平面视图。
图8是图6和/或图7的实例接地平面和实例偶极天线阵列的一部分的斜视图。
图9说明图1的实例接地平面和实例偶极天线的另一实例实施方案。
图10说明可进行以形成本文所揭示的实例rf无线电和pcb的实例过程。
图不按比例。实情为，为了阐明多个层和区，可在图中放大所述层的厚度。只要可能，相同的参考标号将用于整个图式以及随附的书面描述中以指代相同或相似的部分。呈现的各图中示出的连接线或连接件既定表示各种元件之间的实例功能关系和/或物理或逻辑耦合。如所使用，在此专利中，陈述任何部分(例如层、膜、区域或板)以任何方式位于另一部分上(例如位于其上、定位于其上、安置于其上或形成于其上等)，指示所参考的部分与所述另一部分接触，或所参考的部分在所述另一部分上方，其间定位一或多个中间部分。对任何部分与另一部分接触的阐述意味着在这两个部分之间没有中间部分。
具体实施方式
天线阵列的优点是可使天线阵列制作得比常规指令天线小且便宜，且可使用数字后处理来改进性能。优选的是，在天线阵列中，个别天线元件仅接收直接传入rf信号，且不会接收来自相邻天线元件或接地平面的反射。在天线阵列中，可存在其它天线元件，且rf收发器通常需要接地平面，因此难以阻止来自其它天线元件和接地平面的寄生反射。实际上，天线元件之间的距离是固定的，要求元件的相位中心稳定，且独立于rf信号的方向。
本文揭示至少克服这些问题的实例偶极天线阵列。在一些所揭示的实例中，为了在不存在接地平面的情况下使用而设计的差动(例如偶极)天线是结合具有锯齿状边缘的接地平面使用的。所揭示的实例锯齿状边缘减少原本将已使天线性能减弱的接地平面反射。另外和/或替代地，在一些实例中，将不同天线放入彼此的零辐射方向上(例如在共线或端对端布置中)，以减少天线到天线耦合。通过避免或至少减少接地平面和天线到天线反射，所揭示的实例实施稳定相位中心，不管rf信号的行进方向(也称为aoa)如何，且使在阵列中的不同天线处接收到的rf信号之间的相位差能够用以确定aoa。
现将详细参考本发明的非限制性实例，其实例在附图中说明。下文通过参看图式来描述所述实例。
图1是包含具有实例锯齿状边缘104的实例接地平面102和沿实例锯齿状边缘104安置的实例偶极天线阵列106的实例rf无线电100的框图。在图1所说明的实例中，接地平面102、锯齿状边缘104和偶极天线阵列106安置于实例pcb108中。虽然结合基于pcb的天线来描述所揭示的实例，但可在其它标度(例如在集成电路内等)实施具有锯齿状边缘的天线和接接地平面。在一些实例中，除实例接地平面102之外，图1的实例pcb108还包含一或多个层，其具有迹线、通孔等来运载信号、功率等。在一些实例中，实例接地平面102是导电材料的平坦、薄、平面层、箔或薄片。实例接地平面102的厚度为10到50微米(μm)。
为了产生和/或接收rf信号，实例rf无线电100包含任何类型和/或数目的实例无线收发器，其中的一者在参考标号110处指定。图1的实例收发器110经由pcb108的一或多个迹线112以通信方式耦合到天线106。在一些实例中，实施单个收发器110，循序地与多个天线通信，例如天线阵列106的实例天线106a和实例天线106b。在所说明的实例中，收发器110经由相应的平衡-不平衡转换器107a和107b以及切换矩阵113耦合到天线106a和106b。在图1的所说明的实例中，天线106a和106b与收发器110之间的接收器链对于天线106a和106b来说是相同的，因此正测量的唯一改变是从一个天线106a、106b到下一天线106b、106a的移动/切换。在一些实例中，使用移相器、功率组合器等来代替切换矩阵。实例收发器110包含(但不限于)
为了经由实例收发器110和实例天线阵列106发射和/或接收数据，实例rf无线电100包含任何数目和/或类型的处理器，其中的一者在参考标号114处指定。图1的实例处理器114经由实例pcb108的一或多个迹线116以通信方式耦合到实例收发器110。在一些实例中，处理器114和收发器110在同一集成电路裸片上实施，例如在单块芯片上系统(soc)或无线微控制器单元(mcu)中实施。实例处理器114可例如由可编程处理器、可编程控制器、微处理器、微控制器、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程逻辑装置(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、现场可编程逻辑装置(fpld)等实施。
实例rf无线电100可实施计算装置和/或为计算装置的部分，所述计算装置例如(但不限于)计算机、移动装置(例如手机、智能电话、平板计算机，例如ipadtm)、个人数字助理(pda)、因特网电器、物联网(iot)装置、头戴式耳机、眼镜或其它可佩戴装置、数字多功能光盘(dvd)播放器、压缩光盘(cd)播放器、数字录像机、蓝光播放器、游戏控制台、个人录像机、机顶盒或任何其它类型的计算装置。
虽然图1中说明实例rf无线电100，但图1中所说明的元件和/或装置中的一或多者可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实施。另外，除图1中所说明的那些之外或代替图1中所说明的那些，图1的实例rf无线电100还可包含一或多个元件和/或装置，和/或可包含所说明的元件和装置中的任一者或全部中的多于一个。
图1的实例锯齿状边缘104可具有以任何数目的图案布置的任何数目的部件。实例图案包含呈锯齿状、齿形、梳状、凹口状、指状等布置的多个间隔开的部件。在图2中所说明的俯视图实例中，接地平面102包含从接地平面102的实心底部部分204延伸的多个并行间隔开的矩形部件202(例如指状、翅状等)。虽然示出矩形部件202，但可使用其它形状和/或图案。举例来说，可使用回折迹线来减小锯齿状边缘104的深度。参考图3，实例锯齿状边缘104的实例端视图实施方案包含邻近pcb108(例如衬底)的另一层302(例如在其上等)的实例接地平面102。接地平面102的部件202和层302形成具有谷306(例如谷线等)和脊308(例如槽沟等)的波纹状(例如波纹、波动等)表面304。
图4说明图1的实例接地平面102、锯齿状边缘104和天线阵列106的实例实施方案。在图4所说明的实例中，实例天线阵列106是实例偶极天线402、403和404的共线偶极天线阵列，尽管可实施其它数目的天线。可使用任何类型的偶极天线来实施图4的实例偶极天线402到404。在一些实例中，天线阵列106可为rf偶极天线阵列，且个别偶极天线可为rf偶极天线。实例偶极天线402到404中的每一者包含两个部分。举例来说，偶极天线403包含两个部分406和408。偶极天线402到404可以在最接近的近场中不重叠的图案辐射。实例波头在参考标号410处指定。如所示出，偶极天线402到404不在另一偶极天线402到404的方向上辐射。在所说明的实例中，用以实施天线402到404的子元件的迹线的宽度为0.4mm，且当它们分割时，分开0.8mm，且长度为0.2λ到0.5λ。一般来说，这些尺寸取决于天线设计考量，例如阻抗、带宽等。
有利的是，偶极天线的相位中心在偶极天线的馈送点处，在偶极天线当中，其中的一者在参考标号412处指定。然而，偶极天线是完全差动的，且可需要用与接接地平面间隔开的经平衡的信号来馈送。偶极天线通过沿偶极天线的长度传导电流来辐射。如果被带到接地平面附近，那么所述电流通过偶极天线的磁场来感应电流，所述电流在天线中的电流的相反方向上行进，从而有效地使所述天线短路。遗憾的是，将天线从接接地平面分离导致接接地平面接收到和发射的rf信号的反射干扰所述天线。
为了至少克服这些问题，虽然保持偶极天线的益处(例如稳定相位中心)，实例接地平面102包含实例锯齿状边缘104，其还可被视为实例波纹表面304。实例锯齿状边缘104包含多个并行的间隔开的部件202。部件202之间的实例间隙(其中的一者在参考标号414处指定)的长度是(偶极天线阵列402到404所发射的信号的)波长的四分之一。如图5中所示出，在图4所说明的实例的放大部分中，当使偶极天线402到404变为接近接地平面102的锯齿状边缘104，迫使天线402到404中的电流504在接地平面102中感应的电流502针对每一间隙414行进半波长绕道。半波长绕道在电流502退出间隙414时致使所述电流的极性与电流进入间隙414时的极性相反，从而彼此抵消且不在接地平面102中感应电流。因此，可使偶极天线阵列106非常近地接触(例如0到0.01λ)接地平面102，而不损害天线性能。因此，可使本文所揭示的实例锯齿状边缘104(其还可被视为实例波纹表面304)变为非常近地接触接地平面102，以除去异相rf反射，同时防止接地平面102使偶极天线402到404短路。图5中示出针对2.4ghz载波频率的rf信号的图4和图5的实例接地平面102的实例特征的实例尺寸，其中λ是载波频率的波长。一般来说，选择部件202的宽度来分解靠近天线阵列106的电流，但对于实用和/或有成本效益的光刻来说不会太小。举例来说，部件202的宽度大约为0.01λ，且部件202的间距是所述宽度的两倍。
虽然图4和5中说明实例接地平面102，但图4和5中所说明的元件和/或装置中的一或多者可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实施。另外，还有图4和5的实例接地平面102可包含除图4和5中说明的那些元件和/或装置之外或代替于那些元件和/或装置的一或多个元件和/或装置，和/或可包含任何或所有所说明的元件和装置中的多于一个。
图6是图1的实例接地平面102的实例实施方案。图7是图6实例接地平面102和实例偶极天线403的一部分的斜视图。在图6所说明的实例中，实例收发器110(见图1)经由(例如)迹线112、切换矩阵113(未图示)和实例平衡-不平衡转换器604(例如马钱德(marchand)平衡-不平衡转换器)和实例馈送网络602电连接到实例偶极天线402。实例马钱德平衡-不平衡转换器使用宽侧耦合传输线(意味着传输线在pcb的不同层中实施)。马钱德平衡-不平衡转换器的长度是波长的一半，因此其已在长度上折叠，且配合在锯齿状边缘104内。
如在图7中最佳所见，用实例顶部护罩702和实例底部护罩704来屏蔽实例平衡-不平衡转换器604和实例馈送网络602。实例顶部护罩702和实例底部护罩704防止平衡-不平衡转换器604和馈送网络602干扰pcb108或rf无线电100的其它组件，和/或被pcb108或rf无线电100的其它组件干扰。
图8是图1的实例pcb108的实例实施方案的图像，所述pcb包含图6和7的实例元件。如图8所说明的实例中示出，将接地平面102、锯齿状边缘104、偶极天线402到404实施为pcb108、护罩702和704的一部分。举例来说，接地平面102、锯齿状边缘104和偶极天线402到404在pcb108内实施。
虽然图6到8中说明实例pcb108，但图6到8中说明的元件和/或装置中的一或多者可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实施。另外，图6到8的实例pcb108可包含除图6到8中所说明的那些元件和装置之外或代替那些元件和装置的一或多个元件和/或装置，和/或可包含任何或所有所说明的元件和装置中的多于一个。
为了加宽其中可进行aoa测量的扇区，可实施本文所揭示的实例锯齿状边缘104中的两个或更多个以及实例偶极天线阵列106中的两个或更多个的布置。在图9中所示的所说明的实例天线布置902中，实施锯齿状边缘104和偶极天线阵列106的两个实例对902和904。因为所说明的实例的实例对902和904以大约90度的相对角度相交，对902的部件202与另一对904的半波偶极天线906平行且物理上靠近，但不共线，且反之亦然。因此，对902的指状物908最接近于图9的天线布置的拐角910，且半波偶极天线906彼此干扰，如用实例波前912来说明，且反之亦然。因为在使用中，锯齿状边缘104将在所述频率下谐振，所以干扰加剧，且能量不在接地平面102中耗散。因此，此rf能量的大部分将再辐射，从而导致最近并行偶极天线的问题。
为了至少克服这些问题，将串联电阻器914(例如200欧)放入最接近拐角910的每一对902、904的部件916中，且在每一对902、904的接下来两个部件920和922中的每一者中产生切口918(例如不导电间隙或部分)，以改变其长度来防止部件920、922在使用中在所述频率下共振。因此，减少的rf能量将耦合到最接近拐角910的部件920和922中，且所捕获的rf能量的大部分将在电阻器914中耗散。
虽然图9中说明实例天线布置900，但图9中所说明的元件和/或装置中的一或多者可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实施。另外，图9的实例天线布置900可包含除图9中所说明的那些元件和装置之外或代替那些元件和装置的一或多个元件和/或装置，和/或可包含任何或所有所说明的元件和装置中的多于一个。
图10中示出表示用于形成尤其本文所揭示的实例rf无线电和pcb的实例过程的流程图。尽管参考图10中所说明的图10的流程图来描述实例过程，但可替代地使用形成本文所揭示的实例rf无线电和pcb的许多其它方法。举例来说，框执行顺序可改变，且/或描述的框中的一些可被改变、消除或组合。
图10的实例过程以形成底部pcb衬底(框1002)和在所述衬底上形成第一接地平面(框1004)开始。锯齿状图案形成于所述第一接地平面的一或多个边缘上，以形成一或多个锯齿状边缘(例如实例锯齿状边缘104)(框1006)。在一些实例中，底部衬底是pcb的最底部层。在一些实例中，底部衬底形成于pcb的另一层上。在一些实例中，通过去除第一接地平面的若干部分形成锯齿状图案。另外和/或替代地，例如使用可用于形成第一接地平面和锯齿状图案的同一单蚀刻和/或沉积过程，根据所要的锯齿状图案来形成第一接地平面。在第一接地平面上形成第二pcb衬底(1008)。在第二pcb衬底上形成一或多个内层(框1010)。所述一或多个内层沿第一接地平面的一或多个锯齿状边缘(例如见图6)或沿下文论述的第二接地平面的一或多个锯齿状边缘包含一或多个天线402到404，平衡-不平衡转换器(例如马钱德平衡-不平衡转换器604)、馈送网络(例如实例馈送网络602)、切换网络和迹线(例如实例迹线112)。在一些实例中，例如使用单个蚀刻和/或沉积过程来形成天线、平衡-不平衡转换器、馈送网络和切换网络。在内部层上形成第三pcb衬底(框1012)，且在第三pcb衬底上形成第二接地平面(框1014)。一或多个锯齿状图案形成于所述第二接地平面的一或多个边缘上，以形成一或多个锯齿状边缘(例如实例锯齿状边缘104)。在一些实例中，通过去除第二接地平面的若干部分形成所述锯齿状图案。另外和/或替代地，例如使用可用于形成第二接地平面(包含锯齿状图案)的同一蚀刻和/或沉积过程，根据所要的锯齿状图案来形成第二接地平面。在一些实例中，不包含第二接地平面。在一些实例中，形成额外迹线(例如实例迹线112)(框1016)，且将收发器(例如收发器110)安装到pcb，变成耦合到切换网络(1018)。pcb可包含额外和/或替代的层或平面。在一些实例中，例如单层pcb，实施较少的层。在实例单层pcb中，在单个步骤中形成pcb的导体图案。也就是说，在同一蚀刻和/或沉积过程中形成天线、接地平面、锯齿状边缘、平衡-不平衡转换器、匹配电路、切换网络、rf迹线等。控制接着从图10的实例过程退出。
本文中揭示实例偶极天线阵列。进一步实例及其组合至少包含以下各项。
实例1是包含具有第一锯齿状边缘的接地平面和第一偶极天线的偶极天线设备，所述第一偶极天线的至少一部分平行于所述。第一锯齿状边缘安置
实例2是实例1的偶极天线设备，其进一步包含结合第一偶极天线定位的第二偶极天线，以形成平行于第一锯齿状边缘安置的共线偶极天线阵列。
实例3是实例2的偶极天线设备，其中第一偶极天线和第二偶极天线在相同的方向上辐射。
实例4是实例1的偶极天线设备，其中第一偶极天线和接地平面构造成相位中心稳定。
实例5是实例1的偶极天线设备，其中第一锯齿状边缘包含两个部件，所述两个部件的长度大约为第一射频(rf)信号的四分之一波长。
实例6是实例5的偶极天线设备，其中所述两个部件的宽度大约为第一rf信号的波长的0.001到0.1倍，且隔开大约第一rf信号的波长的0.001到0.1倍。
实例7是实例1的偶极天线设备，其中第一锯齿状边缘包含从接地平面的实心部分延伸的多个间隔开的并行部件。
实例8是实例7的偶极天线设备，其进一步包括：
所述接地平面的第二锯齿状边缘，所述第二锯齿状边缘相对于第一锯齿状端成角度地安置，第二锯齿状边缘包含从接地平面的实心部分延伸的第二多个间隔开的并行部件；以及
第二偶极天线平行于所述第二锯齿状边缘安置。
实例9是实例8的偶极天线设备，其中所述第二多个间隔开的并行部件中的第一部件包含电阻器，且所述第二多个间隔开的并行部件中的第二和第三部件具有不导电间隙。
实例10是实例9的偶极天线设备，其中所述第一部件是所述第二多个间隔开的并行部件中距所述第一偶极天线最近的一个，且所述第二和第三部件是所述第二多个间隔开的并行部件中距所述第一偶极天线第二近的部件。
实例11是实例7的偶极天线设备，其中所述多个间隔开的并行部件中的第一个的长度大约为所述第一rf信号的四分之一波长。
实例12是实例7的偶极天线设备，其中所述多个间隔开的并行部件中的第一个具有矩形形状。
实例13是实例1的偶极天线设备，其中所述第一锯齿状边缘被构造成减少所述接地平面中的边界电流。
实例14是实例1的偶极天线设备，其中所述第一偶极天线是第一射频(rf)偶极天线。
实例15是实例1的偶极天线设备，其进一步包含耦合到第一偶极天线的平衡-不平衡转换器，第一接地屏蔽位于所述平衡-不平衡转换器上方，且第二接地屏蔽位于所述平衡-不平衡转换器下方。
实例16是实例1的偶极天线设备，其进一步包含第二偶极天线、耦合到所述第一和第二偶极天线的切换网络，以及替代地经由所述切换网络耦合到所述第一偶极天线和所述第二偶极天线的收发器。
实例17是偶极天线组合件，其包含
印刷电路板(pcb)，所述pcb包含：具有锯齿状边缘的接地平面，所述锯齿状边缘包含从所述接地平面的实心部分延伸的多个间隔开的并行部件；共线偶极天线阵列，其一部分平行于所述锯齿状边缘安置；平衡-不平衡转换器，其耦合到所述共线偶极天线的元件中的相应者；以及切换网络，其经由所述平衡-不平衡转换器中的相应者耦合到所述共线偶极天线的元件；
收发器，其安装到所述pcb，所述收发器经由所述切换网络选择性地耦合到所述共线偶极天线的所述元件；以及
处理器，其安装到所述pcb，所述处理器以通信方式耦合到所述收发器。
应注意，本专利主张2017年4月27日申请的第62/490,984号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
“包含”和“包括”(以及其所有形式和时态)在本文中用作开放术语。因此，每当权利要求列出遵循任何形式的“包含”或“包括”(例如包括、包含、正包括、正包含、具有等)的任何东西时，应理解，在不脱离对应权利要求的范围的情况下，可存在额外元件、术语等。如本文中所使用，当词组“至少”用作权利要求的前导中的过渡术语时，其以与术语“包括”和“包含”为开放的相同方式为开放的。例如“且”、“或”和“和/或”等连词是包含性的，除非上下文另外明确规定。举例来说，“a和/或b”包含单独的a、单独的b和a与b。在本说明书和所附权利要求书中，单数形式“一”和“所述”不排除复数参考，除非上下文另外明确规定。
本文所引用的任何参考文献，包括公开案、专利申请案以及专利特此以引用的方式并入，其引用程度就如同每一个参考文献单独地并且特定地指示为以引用的方式并入并且全文阐述于本文中一般。
尽管本文已经揭示了某些实例方法、设备和制品，但本专利的覆盖的范围并不限于此。相反，本专利覆盖落在本专利的权利要求书的范围内的所有方法、设备和制品。