专利名称：多折叠天线的制作方法
技术领域：
本公开涉及无线设备，更具体地，涉及用于无线设备中的天线。
背景技术：
无线设备通过天线发送和接收信号。为了达到传输的目的，天线将来 自功率放大器的电信号转换为电磁场，并以一种期望的方式向外辐射。在 接收时，天线接收辐射的电磁场并将它们转换为电信号，以通过无线设备 进行分析和操作。
很多不同类型的天线被用于无线设备中。通常的一种是倒"F"天线。 其具有两个"指状元件(finger)，，和一个长直臂，"指状元件，，提供到 无线设备的电连接，而长直臂通常平行于无线设备装配在其上的印制电路 板的边缘。倒"F"天线提供了好的电性能，但是物理尺寸较大。另一选 择是一种形状类似于"？"的天线，但是物理尺寸与倒"F"天线相当。
因为无线设备不受线缆和电线的束缚，所以特别适合小的便携式器 材。 一个使设备制造得更小的主要物理局限在于天线的尺寸。然而，较小 的天线需要能够匹配较大天线的电性能。
发明内容
本发明的一个实施例是一种具有带有通信端口的模块和电连接至通 信端口的天线的无线设备，该天线具有多个折叠(fold)。
本发明的另一实施例是具有电连接至接地面(ground plane)的分路 脚线(shunt stub)和有多个折叠或波形(wiggle)的发射部分的天线，使得 以最小尺寸获得好的电性能。
本发明的另一实施例是制造具有多个折叠的天线的方法。
附困说明
通过参照附图阅读本公开，可以极好地理解本发明的实施例，其中
图1示出了倒F天线；
图2示出了具有冲莫块的基片和具有多个折叠的天线的实施例； 图3示出了具有多个折叠和垂直分路脚线的天线的实施例； 图4示出了具有多个折叠和水平分路脚线的天线的实施例； 图5示出了不同基片厚度的天线回波损耗与频率间关系的图表； 图6a-6c示出了在基片上制备多折叠天线的方法的实施例的流程具体实施例方式
在图1中示出了倒F天线的实施例。基片IO具有装配在其上的模块 12。基片可以是印制电路板或等价物，例如，层状陶资基片。基片为模块 提供了电连接以使得其能够连接至电源、通信设备和基片上其他类型的路 线。例如，该基片可以具有边缘连接器15，边缘连接器15使得基片被嵌 入在较大基片例如母板上的插槽(slot)中。母板向单独的导体例如边缘 连接器的17提供电力、接地和信号。这些导体接着通过基片上的路线连 接至模块。
基片还可以为倒F天线18提供连接器16之间的导线14。分路脚线 19在天线的发射部分和;f莫块12间提供连接。连接器16会包括通信端口 ， 该通信端口使得模块12能够提供将被天线发射出去的信号，并且使得模 块12接收来自天线的信号以进行转换和操作。
如在图1所看到的，基片10的尺寸很大程度上取决于倒F天线18的 尺寸。这是因为天线必备的尺寸以提供好的电性能。如之前所提及，通常 期望降低无线模块的尺寸，而天线是尺寸上的主要物理局限之一。
一种可选的设计是一种形状很类似于问号"？"的天线，然而，该天 线的必备尺寸类似于倒F天线的尺寸，限制了大于期望尺寸单元的尺寸。
在图2中，示出了具有多个折叠的本发明的实施例。其可以称为"波 形"天线。模块和天线的实际尺寸可以变化，但是它们之间的相对尺寸可
以通过比较图l和图2所见。在该实施例中，两个基片具有类似的垂直长 度，但是图2中所示的折叠天线基片小于倒F天线基片的水平长度的—半。
图2中，基片20具有与连接器例如26连接的模块22。导线24将模 块22连接至连接器26，尽管如果实际导线掩藏在基片的层中可能不会被 看见。导线24向模块22提供通信端口。在一个实施例中，模块22是利 用USB通信协议与其他设备进行通信的通用串行总线(USB)模块。基 片20可以或者可以不具有其他特征，例如在图1中所示的基片IO的边缘 连接器。
天线28具有多个折叠，例如，32a和32b。图2的实施例具有垂直分 路脚线30。垂直分路脚线或水平分路脚线的选择取决于系统设计者，并
在图3和4中示出了水平分路脚线和垂直分路脚线配置的示例。
图3示出了垂直分路脚线波形天线。天线在具有底层金属40和顶层 金属44的基片之外制造而成。底层金属在左侧示出。其宽度为WG，高 度为HGB。在该实施例中高度为H5且宽度为W3的切口 (notch) 42示 出在底层金属的左上方拐角处。这仅仅出于示范的目的，并且可以将切口 设置在允许天线适当连接的底层金属的任何位置中。
在该实施例中的天线在右侧所示的顶层金属44之外形成。顶层金属 的高度为HGT，其可以小于底层金属高度HGB。天线的发射部分具有经 由连接器焊盘(pad) 54连接的连接臂(connecting arm) 46。天线具有多 个折叠，例如48，每个间隔开距离G并且内高为Hl，与底层金属的间隔 为H2。
连接臂和天线折叠的宽度一般是相同的，如本文中宽度W所示。天 线的外高因此为内高Hl加上折叠顶部的天线自身的宽度W。天线具有末 端(tip) 50，末端50的长度为L_tip。这些尺寸的独立选择取决于设计者 和用于设计天线的模块的局限。
在该实施例中，分路脚线52为垂直分路脚线。分路脚线52与第一个 天线折叠间隔开距离G3。为了易于制造，通常分路脚线52会与天线的折
叠一样宽。在该实施例中，可以看到，天线折叠的底部与金属44的顶层 间隔开距离H6。为了达到比4交的目的，图3中的距离H6基本上等于图4 的距离H3+W+H2。
除了天线的发射部分之外，天线还具有分路脚线52。在一个实施例 中，发射部分和分路脚线在相同层之外制再。应该推断出对于分别制造这 些结构时没有限制。如图3中所视，分路脚线52连接至底层金属40。这 样为天线提供了扩展的接地面。扩展的接地面改善了天线回波损耗和带宽 控制。在传输线上的入射电压或电流和在特定点测量的反射电流或电压之 间进行比较，以分贝UB)表示的回波损耗通常定义为差别。这将进一 步参照图5进行讨论。分路脚线的位置和尺寸还帮助获得期望的共振行 为。
考虑带宽控制，带宽控制可以由基片中金属的顶层和底层之间的距离 进行改进。对于给定频率和给定基片厚度，存在一个最适宜的偏移。接地 偏移扮演天线的调谐元件的角色，类似于调谐电容器。图5中示出了不同 板厚度的波形天线的性能。
图4中，示出了具有水平分路脚线的天线的实施例。在该实施例中， 天线的连接臂连接至焊盘54，并且如在图4中所示的水平实施例一样， 天线48的折叠间隔开距离G。分路脚线52在金属44的底层之上间隔开 距离H3，并与天线的折叠底部形成H2的距离。
如以上参照图4所述，波形天线的使用减小了天线的尺寸，同时还提 供了优良的回波损耗性能。图5示出了四个不同厚度基片的回波损耗与频 率关系的图表。在该图中，基片是印制电路板，但是在意指或暗示基片时 并不限于PCB板的使用。
图上，曲线60是回波损耗的性能说明。曲线62是基片厚度为15毫 英寸(mil)的波形天线的回波性能。必须注意，基片的厚度是顶层金属 和底层金属之间的间隙。曲线64针对厚度为32毫英寸(mil)的基片。 曲线66针对厚度为47毫英寸(mil)的基片，而曲线68针对厚度为63 毫英寸(mil)的基片。如这些结果所示，波形天线的回波损耗更加令人 满意。波形天线制造不比倒F天线或类似结构例如问号天线的制备复杂。相 对于图3.和4中所示的底层金属和顶层金属，对该工艺进行讨-论。
在图6a中，底层金属40在左上方角落中被示出具有切口 42。如之 前所提及，切口可以位于系统设计者和出于易于制造目的而期望的任何位 置处。在图6a中，提供了接触焊盘54,邻近于切口42。
当形成或提供顶层金属44时，其产生了图6b中所示的结构。在一个 实施例中，其中，天线形成在顶层金属之外，从这个角度，金属的顶层可 以覆盖金属的所有底层。如参照图3和4所论述的，天线折叠的尺寸可以 是相同的。这样使得利用较少的步骤就可以图样化(pattern)和蚀刻该金属。
例如，假定一种利用紫外光固化掩模图样化金属的工艺。光刻胶 (photoresist)和其他掩模材料形成在金属的顶层上。利用刻线来形成适 当的图样，光刻胶在图样中固化，如图6c中所示的一种。结构尺寸的统 一使得利用较少的刻线和较容易的步骤重复工艺可以形成天线的折叠。
在图6d中，蚀刻了暴露的金属，并除去了掩模，留下了如图3中所 示的结构。天线48连接至导体焊盘54，而垂直脚线52连接至底层金属 40。用于垂直脚线天线的工艺非常类似。如以上所提及，天线的讨^^仑可以 参照发射部分和分路脚线，好像它们是独立的结构。然而，实际上，这些 结构可以同时在金属的相同层之外形成。
在该实施例中，天线构建在金属的顶层中，而金属的底层用于接地面。 然而，反之同样可以实现。基本工艺应该是在基片上形成金属层，接着图 样化和蚀刻金属以形成具有多个折叠的天线。天线自其形成的金属层可以 是顶层或者底层。
例如，在基片上形成的金属层可以是直接地在基片上形成的底金属 层。可选地，金属层可以是在基片上形成的覆盖其它层的顶金属层，包括 底金属层。看上去产生了一种较简单的制造流程，以将顶层用于天线和将 底层用于接地面，但是如果系统设计者需要，可以对该工艺进行调整。
波形天线具有几点优势。如无线设备中期望那样，较小的尺寸使得整
个单元可以更小。基片前(顶层)或后(底层)上扩展的接地面的使用提 供了改进的回波损耗性能。类似地，扩展的接地面允许更好的带宽控制。 可以巧妙地处理分路脚线的位置和尺寸以允许特定的共振行为。
应该理解，贯穿整个说明书的所谓的"一个实施例"或"实施例"是 指联系实施例所描述的具体的特征、结构或特性包括在本发明的至少一个 实施例中。因此，应该强调和理解，在该说明书的各个部分中的"实施例" 或"一个实施例"或"可选实施例，，的两个或更多的参考不一定全部参照 相同的实施例。此外，当适于本发明的一个或更多的实施例时，具体特征、 结构或特性可以结合。
类似地，应该理解，出于使帮助理解一个或更多的各个创造性方面的 本公开简单化的目的，在本发明的示意性实施例的前述描述中，有时将本 发明的各种特征组合成一个单个的实施例、图或关于其的描述。
然而，并不将本公开的方法解释为反应声明的发明要求比在每个权利 要求中特别陈述的特征更多特征的发明。相反，如所附权利要求所反应，
创造性方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。
权利要求
1.一种无线设备，包括模块，其具有通信端口；以及天线，其电连接至所述通信端口，所述天线具有多个折叠。
2. 根据权利要求1所述的无线设备，所述模块还包括通用串行总线 模块。
3. 根据权利要求1所述的无线设备，所述天线还包括分路脚线。
4. 根据权利要求3所述的无线设备，所述分路脚线还包括垂直分路 脚线。
5. 根据权利要求3所述的无线设备，所述分路脚线还包括水平分路 脚线。
6. 根据权利要求3所述的无线设备，所述分路脚线连接至扩展的接 地面。
7. 根据权利要求1所述的无线设备，所述模块和所述天线装配在印 制电路板上。
8. —种天线，其包括 分路脚线；以及发射部分，所述发射部分具有多个折叠。
9. 根据权利要求8所述的天线，所述多个折叠还包括每个基本上高 度相等的折叠。
10. 根据权利要求8所述的天线，所述多个折叠还包括每个距其他折 叠基本上相等距离的折叠。
11. 根据权利要求8所述的天线，所述多个折叠还包括每个基本上宽 度相等的折叠。
12. 根据权利要求8所述的天线，所述分路脚线还包括垂直分路脚线。
13. 才艮据权利要求8所述的天线，所述分^各脚线还包括水平分路脚线。
14. 根据权利要求8所述的天线，所述发射部分和所述分路脚线形成 在相同的金属层之外。
15. 根据权利要求8所述的天线，所述分路脚线连接至扩展的接地面。
16. 根据权利要求15所述的天线，所述发射部分和所述扩展的接地 面偏移预定的距离，以提供带宽控制。
17. —种制造天线的方法，其包括 在基片上形成金属层；以及图样化所述金属层以形成具有分路脚线和多个折叠的天线。
18. 根据权利要求17所述的方法，所述形成金属层的步骤还包括形 成金属的顶层。
19. 根据权利要求17所述的方法，所述在所述基片上形成所述金属 层的步骤还包括在具有金属的底层的所述基片上形成所述金属层。
20. 根据权利要求17所述的方法，所述形成所述金属层的步骤还包 括形成金属的底层。
全文摘要
一种具有包括通信端口的模块和电连接至通信端口的天线的无线设备，天线具有多个折叠。天线具有连接至接地面的分路脚线和具有多个折叠或波形的发射部分，使得以最小尺寸获得好的电性能。
文档编号H01Q1/24GK101111970SQ200680003696
公开日2008年1月23日 申请日期2006年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者保罗·比尔德, 菲利普·帕克-林·科万 申请人:赛普拉斯半导体公司