包含具有电容馈电点和隔开式导电屏蔽通路的贴片天线组合件的电子装置以及相关方法

文档序号:10577765阅读:371来源:国知局
包含具有电容馈电点和隔开式导电屏蔽通路的贴片天线组合件的电子装置以及相关方法
【专利摘要】本发明涉及一种包含具有电容馈电点和隔开式导电屏蔽通路的贴片天线组合件的电子装置以及相关方法。一种电子装置可包含无线通信电路以及耦合到所述无线通信电路的天线组合件。所述天线组合件可包含衬底、界定由所述衬底运载的接地平面的导电层,以及由所述衬底运载且与所述接地平面间隔的导电贴片天线元件。所述贴片天线元件可具有将所述贴片天线元件划分成第一和第二对称区域的对称轴,以及分别在所述第一和第二对称区域中的第一和第二馈电开口。所述天线组合件还可包含分别在所述第一和第二馈电开口中的第一和第二馈电垫,以及延伸通过所述衬底且分别将所述馈电垫耦合到所述无线通信电路的第一和第二馈电线。隔开式导电屏蔽通路可耦合到所述接地平面且可环绕所述贴片天线元件而延伸通过所述衬底。
【专利说明】
包含具有电容馈电点和隔开式导电屏蔽通路的贴片天线组合 件的电子装置从及相关方法
技术领域
[0001] 本发明设及电子装置的领域,且更特定地说,设及贴片天线W及相关方法。
【背景技术】
[0002] 贴片天线(例如,微带贴片天线)可使用相对简单的印刷电路构造而针对给定区域 提供相对高的增益,从而使其用途分布广泛。一种类型的微带贴片天线具有侧向地延伸到 贴片平面的福射图型。通常使用探针(例如,呈用W形成将电流运载到贴片表面的探针的连 接器插脚或电路板通路的形式)对此类微带天线进行馈电。
[0003] 然而,微带贴片天线的福射带宽可受到限制。举例来说,微带贴片天线的半功率 (3地)瞬时增益带宽可实际上小于20%。运与其它类型的天线(诸如抛物面反射器天线,其 可在许多倍频程的带宽上操作)相比较可为特别不利的。可基于二次方程(ax2+bx+c = 0)而 描述简单的正方形半波边缘线性偏振微带贴片天线的频率响应,因此,可存在围绕第一半 波共振而定位的"单驼峰"增益最大值。
[0004] 微带贴片天线的带宽基于其被运载所处的衬底的厚度而线性地增加,因此,使衬 底厚度加倍可使带宽加倍,且使衬底厚度减半可使带宽减半。然而,遗憾地,在使用相对厚 的衬底微带天线的宽带应用中可出现问题,运是因为馈电探针可W类似于单极天线的方式 福射。考虑到馈电探针的福射图型不同于贴片自身的福射图型,经组合的厚衬底贴片福射 产生不对称的图型W及减少的实际增益。
[0005] 化n化ozen的美国专利第6,181,279号公开一种具有使用外围寄生短粧的电学上 小的接地板的贴片天线。更特定地说,化n化ozen公开寄生短粧,或屏蔽元件用于隔离贴片 天线与接地板之间的电磁场。
[0006] Lennen等人的美国专利第5,515,057号设及一种具有n点对称馈电双频率贴片天 线的GI^接收器。更特定地说,Lennen等人公开n个对称馈电点,其几何学上放置在贴片天线 上W实现具有n点天线的GI^接收器的圆形偏振。
[0007] 可期望对贴片天线的进一步改进。举例来说,可特别合意的是增加带宽、增益、方 向性W及福射图型对称性。

【发明内容】

[000引一种电子装置可包含无线通信电路W及禪合到无线通信电路的天线组合件。天线 组合件可包含衬底、界定由衬底运载的接地平面的导电层,W及由衬底运载且与接地平面 间隔的导电贴片天线元件。导电贴片天线元件可具有将导电贴片天线元件划分成第一和第 二对称区域的对称轴。导电贴片天线元件可具有分别在第一和第二对称区域中的第一和第 二馈电开口,W及分别在第一和第二馈电开口中的第一和第二馈电垫,其界定第一和第二 电容馈电点。天线组合件还可包含延伸通过衬底且分别将第一和第二馈电垫禪合到无线通 信电路的第一和第二馈电线,W及禪合到接地平面且环绕导电贴片天线元件而延伸通过衬 底的多个隔开式导电屏蔽通路。因此,电子装置可例如通过提供增加的带宽、增益W及方向 性而提供增加的效率。
[0009] 导电贴片天线元件可在其中具有至少一个弯折开口。举例来说,衬底可包含与至 少一个弯折开口对准的至少一个弯折凹部。举例来说,天线组合件可进一步包含禪合到接 地平面且延伸到至少一个弯折凹部的至少一个导电弯折通路。
[0010] 电子装置可进一步包含由衬底运载且禪合到第一和第二馈电线中的至少一者的 相位延迟电路。举例来说,相位延迟电路可包含至少一根曲折线。
[0011] 天线组合件可进一步包含禪合到第一和第二电容馈电点中的每一者的至少一个 共振器。举例来说,至少一个共振器可包含至少一个导电X形共振器。
[0012] 电子装置可进一步包含由导电贴片天线元件运载的介电罩面层。介电罩面层可具 有相对电容率W及在彼此的20%内的相对电容率。举例来说,衬底可具有相对电容率W及 在彼此的20%内的相对电容率。
[0013] 方法方面设及一种制造天线组合件的方法。方法可包含在衬底上且与界定接地平 面的导电层间隔地形成导电贴片天线元件。导电贴片天线元件可被形成为具有将导电贴片 天线元件划分成第一和第二对称区域的对称轴。导电贴片天线元件可被形成为具有分别在 第一和第二对称区域中的第一和第二馈电开口。方法可进一步包含分别在第一和第二馈电 开口中形成第一和第二馈电垫,其界定第一和第二电容馈电点。方法还可包含形成延伸通 过衬底且分别将第一和第二馈电垫禪合到无线通信电路的第一和第二馈电线,W及形成禪 合到接地平面且环绕导电贴片天线元件而延伸通过衬底的多个隔开式导电屏蔽通路。
[0014] 另一实施例设及一种电子装置,其包含无线通信电路W及禪合到无线通信电路的 天线组合件。天线组合件可包含衬底、界定由衬底运载的接地平面的导电层,W及由衬底运 载且与接地平面间隔的导电贴片天线元件。导电贴片天线元件可具有将导电贴片天线元件 划分成第一和第二对称区域的对称轴。导电贴片可具有分别在第一和第二对称区域中的第 一和第二馈电开口,W及分别在第一和第二馈电开口中的第一和第二馈电垫,其界定第一 和第二电容馈电点。天线组合件还可包含:延伸通过衬底的第一和第二馈电线,第一和第二 馈电线中的一者将第一和第二馈电垫中的相应一者禪合到无线通信电路,且第一和第二馈 电线中的另一者为电浮动的;W及禪合到接地平面且环绕导电贴片天线元件而延伸通过衬 底的多个隔开式导电屏蔽通路。
[0015] 接地平面可在其中具有至少一个开口。举例来说,衬底可包含与至少一个开口对 准的至少一个凹部。第一和第二馈电线中的另一者可延伸到至少一个凹部。
[0016] 天线组合件可进一步包含禪合到第一和第二电容馈电点中的每一者的至少一个 共振器。至少一个共振器可为X形共振器。
[0017] 电子装置可进一步包含由导电贴片天线元件运载的介电罩面层。介电罩面层可具 有相对电容率W及在彼此的20%内的相对电容率。举例来说,衬底可具有相对电容率W及 在彼此的20%内的相对电容率。
[0018] -种制造天线组合件的对应方法可包含在衬底上且与界定接地平面接地平面的 导电层间隔地形成导电贴片天线元件。导电贴片天线可被形成为具有将导电贴片天线元件 划分成第一和第二对称区域的对称轴。导电贴片天线元件还可被形成为具有分别在第一和 第二对称区域中的第一和第二馈电开口。方法还可包含:分别在第一和第二馈电开口中形 成第一和第二馈电垫,其界定第一和第二电容馈电点;W及形成延伸通过衬底的第一和第 二馈电线,第一和第二馈电线中的一者将第一和第二馈电垫中的相应一者禪合到无线通信 电路,且第一和第二馈电线中的另一者为电浮动的。方法可进一步包含形成禪合到接地平 面且环绕导电贴片天线元件而延伸通过衬底的多个隔开式导电屏蔽通路。
【附图说明】
[0019] 图1为根据本发明的实施例的电子装置的俯视示意图。
[0020] 图2为图1的电子装置的仰视示意图。
[0021] 图3为根据本发明的实施例的天线组合件的示意剖视图。
[0022] 图4A和图4B为图1的天线组合件的模拟福射图型切割部分。
[0023] 图5为根据另一实施例的电子装置的天线组合件的示意剖视图。
[0024] 图6为图5的天线组合件的俯视示意图。
[0025] 图7为图5的天线组合件的仰视示意图。
[0026] 图8A和图8B为图5的天线组合件的模拟福射图型切割部分。
[0027] 图9为图5的天线组合件的模拟实际增益响应的图形。
[0028] 图10为图5的天线组合件的模拟阻抗的史密斯圆图。
[0029] 图11为图5的天线组合件的模拟VSW則向应的图形。
[0030] 图12为根据另一实施例的天线组合件阵列的俯视示意图。
[0031] 图13为图12的天线组合件阵列的仰视示意图。
【具体实施方式】
[0032] 现在将在下文中参考附图来更充分地描述本发明,附图中展示本发明的优选实施 例。然而,本发明可W许多不同形式予W体现且不应被认作限于本文中所阐述的实施例。更 确切地说,提供运些实施例使得本公开将透彻且完整,且将向所属领域的技术人员充分地 传达本发明的范围。类似编号始终指代类似元件,且在替代实施例中使用撇号和多撇号标 记法W指示相似元件。
[0033] 最初参看图1到图3,电子装置20包含无线通信电路21W及禪合到无线通信电路的 天线组合件30。无线通信电路21可包含无线收发器,例如,仅仅是发射器、仅仅是接收器, 和/或RF电源。无线通信电路21可包含用于无线通信的其它和/或额外电路。所属领域的技 术人员将了解,天线组合件30可被认为是可用于发射和接收两者的互易装置。
[0034] 天线组合件30可呈用于线性偏振的微带贴片天线的形式,且说明性地包含衬底31 W及界定由衬底运载的接地平面32的导电层。接地平面32说明性地被运载在衬底31内,例 如,包夹在衬底的两个介电层之间。在一些实施例中,接地平面32可由衬底31的下表面或由 衬底的另一部分运载。天线组合件30可被实现为多层电路板。可包含额外接地平面层。
[0035] 天线组合件30还包含由衬底31的上表面运载的导电贴片天线元件33。导电贴片天 线元件33说明性地与接地平面32间隔。
[0036] 说明性地,导电贴片天线元件33呈矩形的形状,且更特定地说,呈正方形的形状。 当然,导电贴片天线元件33可具有另一形状,例如,圆形形状。
[0037] 导电贴片天线元件33具有将导电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域35曰、 3化的对称轴34。导电贴片天线元件33具有分别在第一和第二对称区域35a、35b中的第一和 第二馈电开口 36a、36b。虽然说明了特定对称轴34,但应理解,对称轴可不同于如所说明的 情形而对准,例如,其可对角地定向。
[0038] 导电贴片天线元件33还包含分别在第一和第二馈电开口 36a、36b中的第一和第二 馈电垫,其界定第一和第二电容馈电点37a、37b。导电贴片天线元件33还包含延伸通过衬底 31且分别将第一和第二馈电垫或第一和第二电容馈电点37a、37b禪合到无线通信电路21的 第一和第二馈电线41a、4化。第一和第二馈电线41a、4化可呈电锻通孔通路、金属连接器插 脚、馴钉、架空电线或其它馈电结构的形式,运将为所属领域的技术人员所了解。
[0039] 第一和第二电容馈电点37a、37b跨越其与导电贴片天线元件33之间的气隙将电流 电容性地禪合到导电贴片天线元件33。第一和第二电容馈电点37a、37b可消除第一和第二 馈电线41a、4化的分布式电感。
[0040] 第一和第二馈电线41a、41b的分布式电感与第一和第二电容馈电点37a、37b的分 布式电容一起形成串联共振电路,其可提供经双调谐的天线系统W用于增加带宽。双调谐 可形成四阶切比雪夫响应,其具有针对通带波纹而选择的最大平坦己特沃斯响应或其它响 应形状,运将为所属领域的技术人员所了解。
[0041] 第一和第二电容馈电点37a、37b相对于导电贴片天线元件33说明性地被定向为菱 形形状。运可减少对电流在导电贴片天线元件33的表面上的通过的反射。当然,第一和第二 电容馈电点37a、37b可被定向为正方形,即,与导电贴片天线元件33对准,或也具有其它形 状。
[0042] 来自第二馈电线4化的福射相比于来自第一馈电线41a的福射是朝向导电贴片天 线元件33的相对侧。来自第一和第二馈电线41a、4化的福射可因此彼此抵消W产生更对称 的福射图型,其中射束最大值更垂直于导电贴片天线元件33。可合意的是W相等功率驱动 第一和第二馈电线41a、4化且相对于第一馈电线W延迟相位驱动第二馈电线。应用于第二 馈电线42b的延迟相位是由d)表示且由下式近似地给出: d) =-(360f s)/[レ^^(er山)]度 其中: 4 =相对于第一馈电线41a应用于第二馈电线4化的相位延迟; 360 =-循环中的度数的常数; f=W赫兹为单位的操作频率; C = W米/秒为单位的光速; 5 = W米为单位的通路之间的间隔; £r =衬底相对电容率(无量纲);且 Wr =衬底相对磁导率(如果有的话)(无量纲)。
[0043] 出现减号W作为用于加上相移(增加的时间延迟)的惯例。所述方程起源于微带发 射线理论,运是因为运对于跨越导电贴片天线元件33行进的电流来说是第一和第二馈电线 41a、4化之间的相位延迟。在一个原型中,第一馈电线41a处于0度相位且第二馈电线4化处 于-168度相位。
[0044] 现有技术的圆形偏振贴片使用多个馈电探针W及正交定相(叠加余弦和正弦电流 分布)W在贴片上引起行波电流分布。另外,现有技术的圆形偏振贴片根据如下毕达哥拉斯 恒等式而实施正交定相: 本 n = cos2目+sin2(目+90°-90°) = cos2目+sin2白。 不同地,本文中所描述的实施例可使用具有非正交定相(即,非0、90、180或270相位)的 多根馈电线且在贴片上仍呈现圆形偏振福射。
[0045] 不同地,所公开的实施例根据下式而实施馈电线定相: 4>。二-(360f S)/[(C<v^ (Eriir)]度。
[0046] 隔开式导电屏蔽通路42说明性地W导电方式连接到接地平面32,且环绕导电贴片 天线元件33而延伸通过衬底31。隔开式导电屏蔽通路42可提供静电屏蔽W进一步衰减来自 第一和第二馈电线41a、41b的不想要的福射。隔开式导电屏蔽通路42通常不在其顶部处进 行电接触,运可减少导电屏蔽通路与导电贴片天线元件33的边缘之间的电容,且减少其变 为回路或W其它方式屏蔽来自导电贴片天线元件33的福射。由第一和第二馈电线41a、41b 形成的电磁波通常不能穿过由导电屏蔽通路42提供的梳状静电屏蔽。由导电贴片天线元件 33的边缘形成的电磁波通常不必穿过导电屏蔽通路42,因此,自由地出现期望福射。
[0047] 导电贴片天线元件33说明性地在其中具有第一和第二弯折开口 44a、44b。衬底31 具有与弯折开口 44a、44b对准的相应弯折凹部45a、45b。
[004引相应导电弯折通路46a、46b禪合到接地平面32,且各自延伸到对应弯折凹部45曰、 4化的水平。弯折通路46a、46b减少来自第一和第二馈电线41a、4化的非合意福射。每一弯折 通路46a、46bW及馈电线41a、4化在相对方向上运载电流W减少通路福射场,例如,反平行 电流。弯折通路46a、46bW及第一和第二馈电线41a、4化可一起形成明线发射线,运将为所 属领域的技术人员所了解。
[0049] 举例来说,每一弯折凹部45a、45b可具有圆锥形状,且可通过从上方向下钻削并钻 削到衬底31中而形成。运可有利地减少每一弯折通路46a、46b与导电贴片天线元件33之间 的电容。举例来说,钻头的圆锥点:1)在导电贴片天线元件33中形成孔,W及2)减少每一弯 折通路46a、46b的高度,使得弯折通路不会到达导电贴片天线元件33的平面。
[0050] 减少弯折通路46a、46b与导电贴片天线元件33之间的电容可增加弯折通路电流。 因为通路通常可被形成为电锻通孔,且仅电锻所述孔的一部分是困难的且非合意的,所W 埋头孔钻削可有利地允许形成具有部分高度的通路,运将为所属领域的技术人员所了解。
[0051] 电子装置20可进一步包含由衬底31运载且禪合到第一和第二馈电线41a、4化的相 位延迟电路51。相位延迟电路51说明性地包含针对第一和第二馈电线41a、4化中的每一者 沿着衬底31的底表面而运载的相应曲折线52a、52b。
[0052] 天线组合件30进一步包含禪合到第一和第二馈电电容点37a、37b中的每一者的相 应共振器53a、53b。每一共振器53a、53b为导电的,且说明性地为X形状W及如图2所说明的 不对称X形状。应理解,X形状可包含对称X形状和不对称X形状两者。当然,可存在任何数目 个共振器和臂。另外,每一共振器53a、53b可具有不同形状。X形导电共振器53a、53b可通过 增加通带波纹的数目而强制高阶多项式响应,运将为所属领域的技术人员所了解。可通过 改变每一 X形导电共振器的总长度a+bW及臂之间的扩展角a而调整X形导电共振器53a、53b 的阻抗响应且又调整天线频率响应。扩展角a调整X形共振器53a、53b的Q因子。长度a+b调整 每一共振器53a、53b的共振频率;换句话说,较大的X形导电共振器在较低频率下具有自共 振,且物理上较小的X形导电共振器在较高频率下共振。a+b的优选长度可为在不同X形共振 器臂尖端之间引起半波共振的那个长度。a除Wb的比率(例如,a/b)调整每一不对称X形导 电共振器与天线组合件30电禪合的程度。a/b的较大比率提供较不对称的X形导电共振器 53a、53b,其可较少地电禪合到天线组合件30中,从而减少天线组合件30的通带波纹。a/b的 较小比率意味着较对称的X形导电共振器53a、53b,其可较多地禪合到天线组合件30中W增 加带宽。X形共振器53a、53b允许天线组合件30的通带波纹振幅与天线组合件30的总带宽之 间的折衷。较高波纹振幅意味着较多带宽。每一共振器53a、53b实际上为与天线并联的一个 或多个共振电路。每一 X形导电共振器53a、53b通常可运载正弦电流分布。在第一和第二馈 电线41a、41b处并联地连接X形导电共振器53a、53b会增加天线系统30的多项式调谐阶。取 决于选择的波纹等级、扩展角aW及X形导电共振器53a、53b的臂长度的权衡,可在天线组合 件30中包含X形共振器53a、53b时获得2到4倍或甚至更多的带宽增加。
[0053] 第一和第二馈电线41a、41b可由来自无线通信电路21的同轴天线馈电线61馈电。 同轴天线馈电线61的外导体63禪合到接地平面32,例如,焊接到通路填充接地垫71,而同轴 天线馈电线的内导体62禪合到共同发射线64。共同发射线64继续到与第一和第二馈电线 41a、41b的并联结69dRF功率在并联结69处划分W向第一和第二馈电线41a、41b馈电。功率 划分在大多数实施例中可相等,但在需要用来进一步合成图型形状、克服发射线损耗等等 的情况下可不相等。第一和第二馈电线41a、41b的定位变压器可调整并联结69处的分支阻 抗且又调整所述功率划分比率。可独立于所说明的机载无线通信电路21而使用天线组合件 30 O
[0054] 天线组合件30可任选地包含在衬底的上表面上方且覆盖第一和第二馈电电容点 37a、37bW及导电弯折通路46a、46b(图3)的罩面层48。罩面层48可为实质上非导电材料,且 具有在相对磁导率化的± 20%内且更优选地等于相对磁导率Wr的相对电容率Er。换句话说, 在罩面层48中,Er 3 iir。有利地,对于Er 3 iir的所有值,罩面层48的特性阻抗因而几乎为自由 空间的特性阻抗。运是因为罩面层48中的固有波阻抗是由Zc。ver = 377^^(er/山)欧姆给出, 且每当Er和iir的值相同时,项ErAir就通常总是等于1,因此,结果为或约为377欧姆。当然, 377欧姆为自由空间的波阻抗。具有Zcover - 377欧姆的Er S iir罩面层48的另外优势为:对于 罩面层的厚度的所有值,罩面层因而为无反射的。运是因为罩面层48的反射系数是由「= (Zfreespace-Zcover )/(Zcover+Zf reespace )拿合出? 且由于罩面层的固有波阻抗为377欧姆或几乎为 377欧姆,因此所述方程的分子项小或为零。Er 3 Wr罩面层48具有根据V = C八T(e山r)的固有 波速度,因此,波可被明显地小型化,且天线大小与波长大小成比例,因此,Er- iir罩面层48 可对天线组合件30产生实质小型化效应。对于给定频率,较小的天线组合件30可为可能的。 在一些实施例中,衬底31可同样地具有相对电容率W及在彼此的±20%内的相对电容率的 性质,且更特定地说,Er- iir,且其可提供具有时间延迟、群延迟W及在频率上较恒定的差分 相位的相似小型化衬底。实例Er - iir罩面层材料48可包含轻儀锋铁氧体,诸如纽约化ir Rite of Wallkill 的混合物68,或宾夕法尼亚州化 tional Magnetics Group-TCl Ceramics of Bethlehem的材料M5。当然,磁性粉末和介电粉末的混合物可与粘合剂一起使 用W实现具有Er -化的期望值的罩面层48。
[0055] 参看图4A和图4B,现在将描述具有和没有馈电线41a、4化中的一者的天线组合件 30的福射图型的比较。运些福射图型为极坐标中的E场平面切割部分。作为背景,E平面和H 平面名称为用W描述线性偏振天线的定向的速记,且对于天线组合件3〇/,第一和第二馈电 线41a、4化两者物理上位于那个E场平面中。因此,运是探针的平面中的福射图型切割部分。
[0056] 迹线504、506为WdBi为单位的实际增益数据。实际增益包含材料损耗和失配损 耗。可看出,添加第二馈电线41a、4化增加了福射图型对称性且致使特定实例实施例的侧向 (俯仰角(6=0)增益从5.6dBi增加到8.5地i而得到1.9地i的实际增益增加。有利地,使福射 图型竖直,因此,当包含额外馈电线41a、41b时几乎确切地在贴片平面垂线处出现峰值图型 振幅。可在制造第一馈电线的同时在几乎没有成本增加的情况下将额外馈电线(例如,馈电 线41a、4化中的一者)添加到贴片天线。
[0057] 方法方面设及一种制造天线组合件30的方法。方法包含在衬底31上且与界定接地 平面32的导电层间隔地形成导电贴片天线元件33。导电贴片天线元件33被形成为具有将导 电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域35a、35b的对称轴34。导电贴片天线元件33被 形成为具有分别在第一和第二对称区域35a、35b中的第一和第二馈电开口 36a、36b。
[0058] 方法包含分别在第一和第二馈电开口中形成第一和第二馈电垫,其界定第一和第 二电容馈电点37a、37b。方法还包含形成延伸通过衬底31且分别将第一和第二馈电垫37a、 37b禪合到无线通信电路21的第一和第二馈电线41a、4化。方法还包含形成禪合到接地平面 32且环绕导电贴片天线元件33而延伸通过衬底31的多个隔开式导电屏蔽通路42。
[0059] 现在参看图5到图7,在另一实施例中,天线组合件3〇/包含衬底31/W及界定由衬 底运载的接地平面32/的导电层。天线组合件3〇/还包含由衬底31/运载且与接地平面32/间 隔的导电贴片天线元件33/。天线组合件3〇/可不包含多层类型印刷电路板,且因此相比于 上文所描述的天线组合件30的实施例可更具制造经济性。
[0060] 导电贴片天线元件33/具有将导电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域 35曰/、35b/的对称轴3少。导电贴片天线元件33/具有分别在第一和第二对称区域35曰/、3化/ 中的第一和第二馈电开口36a/、3化/。第一和第二馈电垫分别在第一和第二馈电开口中,其 界定第一和第二电容馈电点37曰/、3化/。
[0061] 天线组合件3〇/还包含延伸通过衬底31/的第一和第二馈电线41曰/、4化/。在所说 明的实施例中,第一和第二馈电线中的一者41a/将第一和第二馈电垫中的相应一者36a/禪 合到无线通信电路21/(即,驱动馈电线),且第一和第二馈电线中的另一者4化/为电浮动 的。
[0062] 接地平面32/在其中具有开口 56/。衬底31/在其中还具有凹部57/,其与接地平面 32/中的开口 56/对准。举例来说,凹部57/可为圆锥形。电浮动馈电线4化/说明性地从导电 贴片天线元件33/向下延伸到凹部57/。
[0063] 所属领域的技术人员将了解,电浮动馈电线4化/可被认为是寄生馈电线,且可在 没有用W对其进行驱动的微带功率划分器或额外印刷电路板层的情况下提供可用的福射 图型对称性。电浮动馈电线4化/在其上端处与第一和第二电容馈电点37a/、37b/进行电接 触,且在其下端处不与接地平面32/进行电接触。归因于接地平面32/中的圆锥形凹部57/和 开口56/而在电浮动或寄生馈电线4化/处存在断路。邻近于电浮动馈电线4化/的电容馈电 点37b/可具有与另一电容馈电点37a/相同的尺寸。在一些实施例中,第一和第二电容馈电 点37曰/、3化/可具有不同的大小。
[0064] 电浮动馈电线4化/从导电贴片天线元件33/接收电流。电浮动馈电线4化/上的电 流引起单极状福射,其抵消驱动馈电线41a/的福射。来自驱动馈电线41a/的福射使福射图 型在所述驱动馈电线的方向上侧向地偏斜,而来自电浮动馈电线4化/的福射使福射图型在 所述电浮动馈电线的方向上偏斜。来自第一和第二馈电线41曰/、4化/ (即,驱动和电浮动馈 电线)的组合福射将天线福射图型引导为侧向或几乎为侧向。
[0065]参看图7A和图7B中的图形,现在将描述具有和没有电浮动馈电线4化/的天线组合 件3〇/的福射图型。图7A和图7B中的图型为E场平面切割部分。E平面和H平面为用W描述线 性偏振天线物理定向的速记且用于天线组合件3〇/。第一和第二馈电线41曰/、4化/两者物理 上位于那个E场平面中。迹线604、606为W地i为单位的模拟实际增益数据。实际增益包含材 料损耗和失配损耗。可看出,包含电浮动馈电线4化/增加了福射图型对称性,且致使侧向 (4 =0)增益从5.6dBi增加到8.5dBi(1.9地i的改变)。关于电浮动馈电线4化/的图型峰值 与贴片平面侧向仅成8°且在贴片平面法线处的实际增益中仅低0.3地。有利地,在不必配置 功率划分器其它设备W驱动电浮动馈电线4化/的情况下发生所述电浮动馈电线的图型改 进。另外,由于正在实施至少一个探针(第一馈电线41/),因此将电浮动馈电线4化/添加到 设计的成本可为可忽略的。表1进一步描述供获得福射图型的实例实施例天线组合件3〇/的 特性:

[0066]图8为针对表1的天线组合件3〇/而分析的扫描增益的图形。迹线704为随着频率的 实际增益响应。可看到两个峰值706、708^及凹陷710。峰值706、708与凹陷701之间的差界 定小的响应波纹,小于1分贝。
[0067] 图9的史密斯圆图为驱动(非浮动)馈电线41a/在接地平面穿透处的阻抗。迹线804 为频率上的阻抗数据点的扫描。图12的史密斯圆图表示反射系数Sii。交越线806表示来自图 8的图形的两个增益峰值706、708。在图9的史密斯圆图中,朝向贴片边缘移动驱动(非浮动) 馈电线41曰/会向右移动迹线轨迹804,且朝向贴片中屯、移动驱动(非浮动)馈电线41曰/会向 左移动迹线轨迹804。标记数据808展示在标准化为50欧姆之后的在特定频率下的向量阻 抗。
[0068] 图10的图形展示如在50欧姆系统中在驱动(非浮动)馈电线41a/处所测量的模拟 电压驻波比率(VSWR)迹线902。所述模拟是基于用于天线衬底31/的2.17英寸厚度聚苯乙締 泡沫薄片。举例来说,可用较厚衬底材料来进一步延伸带宽。表1的实例和其数据不应被认 作限制可能的天线实施例的范围。
[0069] 包含一根或多根电浮动馈电线有益于大多数种类的贴片天线(包含许多形状的贴 片元件,所述形状包含圆形或多边形形状),且有益于堆叠式贴片天线。多根电浮动馈电线 可用W改进来自双重偏振贴片天线(诸如提供同时双重线性偏振和或同时双重圆形偏振的 天线)的福射。
[0070] 与上文关于图1到图3所描述的实施例相似地,隔开式导电屏蔽通路42/禪合到接 地平面32/,且环绕导电贴片天线元件33/而延伸通过衬底31/。
[0071] 同轴连接器65/是由衬底31/的底部运载。接地平面22/在其中具有开口66/W允许 第一馈电线41a/通过或驱动馈电线穿过开口66/W用于与(例如)同轴电缆的内导体禪合。 同轴连接器65/的主体67/ (其说明性地包含螺纹68/ W用于禪合到(例如)配合同轴电缆连 接器)禪合到接地平面32/且还将同轴电缆的外导体禪合到接地平面。可独立于所说明的机 载无线通信电路21而使用天线组合件30。
[0072] 方法方面设及一种制造天线组合件3〇/的方法。所述方法包含在衬底31/上且与界 定接地平面32/的导电层间隔地形成导电贴片天线元件33/。导电贴片天线元件33/被形成 为具有将导电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域35曰/、3化/的对称轴34/。导电贴片 天线元件33/还被形成为具有分别在第一和第二对称区域35曰/、3加/中的第一和第二馈电 开口 36a'、3化'。
[0073] 方法包含分别在第一和第二馈电开口 36a/、36b/中形成第一和第二馈电垫,其界 定第一和第二电容馈电点37曰/、37b/。方法还包含形成延伸通过衬底31/的第一和第二馈电 线41a/、4化/。第一和第二馈电线中的一者41a/将第一和第二电容馈电点中的相应一者 37曰/禪合到无线通信电路21/,且第一和第二馈电线中的另一者4化/为电浮动的。方法还包 含形成禪合到接地平面32/且环绕导电贴片天线元件33/而延伸通过衬底31/的隔开式导电 屏蔽通路42\
[0074] 现在参看图12和图13,现在描述阵列30"的实施例。说明性地,共同衬底31"运载四 个导电贴片天线元件33"、133"、233"、333",各自为对称的且具有如上文关于图3到图5所描 述的对应第一和第二电容馈电点W及第一和第二馈电线(即,各自具有驱动馈电线41a"、 141a"、241a"、341a" W及电浮动馈电线4化"、14化"、24化"、34化")。所述阵列通过减轻非期 望的馈电探针福射而有利地增加福射图型对称性。
[0075] 此外,阵列30"引起对称的侧向福射。导电贴片天线元件33"、133"、233"、333"被交 替地"钟控",因此,一半的导电贴片天线元件相对于其它导电贴片天线元件机械地旋转180 度。所述钟控增强福射图型对称性,运是因为:如果个别元件福射图型从侧向/平面法线偏 斜,那么经交替钟控的元件将在消除所述偏斜的其它方向上福射。使用从来自径向功率划 分器的微带分支起的或换句话说从不同长度曲折线52"、152"、252"、352"起的额外长度而 在用额外180度的电相位延迟的情况下向经机械钟控的元件馈电。
[0076] 举例来说,本文中所描述的实施例可有利地减轻来自微带贴片天线馈电探针的非 想要福射,增加贴片天线福射带宽,缩减贴片天线大小,且改进贴片天线福射图型对称性。 另外,应了解,天线组合件可为圆形偏振贴片天线组合件,W及双通道线性偏振天线组合件 和双通道圆形偏振组合件。
[0077] 受益于前述描述和关联附图中所呈现的教示的所属领域的技术人员将想到本发 明的许多修改和其它实施例。因此,应理解,本发明并不限于所公开的特定实施例,且修改 和实施例既定包含在所附权利要求书的范围内。
【主权项】
1. 一种电子装置,其包括: 无线通信电路;以及 天线组合件,其耦合到所述无线通信电路且包括 衬底, 界定由所述衬底运载的接地平面的导电层, 由所述衬底运载且与所述接地平面间隔的导电贴片天线元件,所述导电贴片天线元件 具有将所述导电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域的对称轴,所述导电贴片天线元 件具有分别在所述第一和第二对称区域中的第一和第二馈电开口, 分别在所述第一和第二馈电开口中的第一和第二馈电垫,其界定第一和第二电容馈电 点, 延伸通过所述衬底且分别将所述第一和第二馈电垫耦合到所述无线通信电路的第一 和第二馈电线,以及 耦合到所述接地平面且环绕所述导电贴片天线元件而延伸通过所述衬底的多个隔开 式导电屏蔽通路。2. 如权利要求1所述的电子装置,其中所述导电贴片天线元件在其中具有至少一个弯 折开口。3. 如权利要求2所述的电子装置,其中所述衬底包括与所述至少一个弯折开口对准的 至少一个弯折凹部。4. 如权利要求3所述的电子装置,其中所述天线组合件进一步包括耦合到所述接地平 面且延伸到所述至少一个弯折凹部的至少一个导电弯折通路。5. 如权利要求1所述的电子装置,其进一步包括由所述衬底运载且耦合到所述第一和 第二馈电线中的至少一者的相位延迟电路。6. 如权利要求5所述的电子装置,其中所述相位延迟电路包括至少一根曲折线。7. -种制造天线组合件的方法,其包括: 在衬底上且与界定接地平面的导电层间隔地形成导电贴片天线元件,所述导电贴片天 线元件被形成为具有将所述导电贴片天线元件划分成第一和第二对称区域的对称轴,所述 导电贴片天线元件被形成为具有分别在所述第一和第二对称区域中的第一和第二馈电开 P; 分别在所述第一和第二馈电开口中形成第一和第二馈电垫,其界定第一和第二电容馈 电点; 形成延伸通过所述衬底且分别将所述第一和第二馈电垫耦合到无线通信电路的第一 和第二馈电线;以及 形成耦合到所述接地平面且环绕所述导电贴片天线元件而延伸通过所述衬底的多个 隔开式导电屏蔽通路。8. 如权利要求7所述的方法,其中所述导电贴片天线元件被形成为在其中具有至少一 个弯折开口。9. 如权利要求8所述的方法,其中所述衬底包括与所述至少一个弯折开口对准的至少 一个弯折凹部。10. 如权利要求9所述的方法,其进一步包括将至少一个导电弯折通路耦合到所述接地 平面以及延伸到所述至少一个弯折凹部。
【文档编号】H01Q1/48GK105938940SQ201610118034
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月2日
【发明人】F·E·帕尔斯彻
【申请人】贺利实公司
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