专利名称：用于无线通信的改进倒f形天线的制作方法
用于无线通信的改进倒F形天线
相关申请印刷天线尺寸小，常常是工作波长的四分之一，这是天线设计中使 用接地板带来的结果。感应电流形成接地板上辐射单元的镜像。最终，天 线的有效尺寸应该包括上面有感应电流主要部分的一部分接地板。另一方 面，感应电流对天线周围放置的任何导电元件都非常敏感。提高印刷天线 性能的常用方法是让天线远离设备的所有导电组件。在3 GHz频带中天线 和射频组件之间的最小安全距离等于大约1厘米。破坏这一规则会导致天
8线和传输线之间出现明显的阻抗失配，效率损失和谐振频率偏移。
0005严重影响天线性能的另一个因素是通信设备的塑料外壳。塑料外壳 显著地影响天线的辐射效率。然而，为了使设备最小，设计人员实际上不 会在印刷电路板和塑料盖之间留下多少空间。
0006上面描述的所有因素使得天线设计程序极其复杂和困难。在每种特 定情形下，不仅应当将印刷电路板的尺寸和射频(RF)组件的位置考虑在 内，还要将设备塑料体形状和材料介电常数考虑在内。可能还需要考虑天 线的其它设计条件，例如成本、便携性，并且有可能要考虑是否美观。这 些设计因素都与要投放市场销售给广大消费者的便携式无线通信设备密切 相关。此外，便携式无线通信设备的尺寸或形状给天线设计提出了独特的 挑战。另外，对于无线通信设备和系统，消费者希望获得更好的便携性能， 更高的数据带宽和更好的信号质量。
0007]通过以下说明并参考附图，能够最好地理解本发明的实施例。这些
附图用于说明本发明的实施例。在这些附图中图2C是印刷电路板一个角落处改进倒F形天线的第四实施例的顶 视图；[0014图2D是印刷电路板一个角落处改进倒F形天线的第五实施例的顶 视图；图3C是沿着印刷电路板一个边缘的改进倒F形天线的第七实施例 的顶视0018图4是沿着印刷电路板一个边缘的改进倒F形天线的第八实施例的 顶视0019图5是印刷电路板的一些角落里一对改进倒F形天线的顶视图，这 一对天线具有接地共面波导馈线，用于CardBus应用；本发明的一个实施例是用于无线通信的改进倒F形天线。这种改进 倒F形天线包括基底、辐射臂、一个或多个接地容性块、短引线(shortening leg)、基底外层上的接地板、延长的馈电带(extended feeding strip)和馈电 传输线。馈电传输线可以是微带线、带线、共面波导(CPW)或接地共面 波导(GCPW)，与多层基底同一外层上或不同内层或其它外层上延长的馈 电带放置在一起，并且通过延长的馈电带直接接到同一层的辐射臂，或者 通过延长的馈电带和过孔连接到其它层的辐射臂。内部和其它外部基底层 在改进倒F形天线的任何区域没有任何金属带，除了具有延长的馈电带的 层以外。 一个或多个接地容性块用来微调天线的性能参数。如图2B所示，改进倒F形天线200A的辐射臂112是在基底电介质 层101第一外表面上形成的第一金属层102中形成的。在基底101上与第 一外部表面相对的第二外部表面上的第二金属层202中形成馈线213A和延 长的馈电带213B。改进倒F形天线300A、 300C的元件，包括短引线115、辐射臂112 和一个或多个接地容性块105A 105B，呈现为从接地板304A突出出来。 辐射臂112具有第一侧边缘122R、第二侧边缘122L和顶部边缘122T。在 这种情况下，沿着第一侧边缘122R并与之分隔开，但是不沿着辐射臂112 的顶部边缘122T，来形成接地板304A。在基底101'的内部层形成馈线313A和延长的馈电带313B，并且在 外部层形成辐射臂112,馈线313A和延长的馈电带313B可以通过过孔连 接到辐射臂U2，这里的过孔是基底10r内，延长的馈电带313B和辐射臂112之间连接的金属化孔，如图3B所示。在一层形成馈线313A和延长的馈电带313B，并且在不同的层形成 辐射臂112，可以在天线周围用金属层102提供一个或多个接地板304A、 304B。另外，还可以在基底101上形成PCB结构的其它额外内部层和外部 层，图3A和3C中没有画出。在这种情况下，接地板304A和304B和其它 外部层之间由电介质层101 A 101C分隔开的馈线313A沿着馈线313A的长 度方向有效地形成带线310。现在参考图4，其中示出了改进倒F形天线400第八实施例的顶视 图。在改进倒F形天线400中，接地共面波导110被用作到辐射臂112的 馈线。在基底层101的同一外部表面，在同一金属层102中形成天线400 的元件。大面积金属板404A、 404B接地，并且基底内部或其它外层至少有
20一个金属板形成接地共面波导。这个可插接式无线用户系统还包括如图所示互相连接在一起的相 应对天线开关(SW) 810A 810B、射频收发机(TRX) 812A 812B和MIMO 基带专用集成电路(ASIC) 814。这对天线开关810A 810B是单刀双掷RF 开关。RF收发器812A 812B中的每一个具体包括用来发射信号的PA 720 和用来接收信号的LNA722。 MIMO基带ASIC 814是混合信号集成电路， 一方面通过模拟信号与射频收发机820A 820B对接，另一方面通过数字信 号与数字系统对接。与图9所示的输入返回损耗曲线901和902相比，改进倒F形天线
上天线罩的存在并不降低其匹配性能。相反，改进倒F形天线上天线罩的 存在还能构改善天线的匹配性能。现在参考图10和11，其中画出了 Cardbus天线设计的远场辐射方 向图。图10是包括如图5所示改进倒F形天线的CardBus设计的水平面远 场辐射方向图。图11是包括如图5所示改进倒F形天线的CardBus设计的 垂直面远场辐射方向图。图5所示的CardBus天线设计被用来进行上述测量。利用与辐射臂 所在的同一层上形成的接地共面波导馈线来测量每个天线。包括改进倒F 形天线的图5所示CardBus天线设计的测量增益和计算增益基本上都是3.1 分贝(dBi)。适配器1300A-1300B中的每一个在尺寸或无线电设备的形状因子 方面都非常有限，因此它们非常适合携带。如同前面描述的一样作为印刷电路板一部分形成的(有时称为"印刷"在PCB上作为"印刷天线")改进 倒F形天线非常适合于这些形状因子小的应用。
00117现在参考图14，其中画出了无线卡1400的功能框图，无线卡1400 中包括具有改进倒F形天线501A 501B的印刷电路板1401。无线卡1400 的功能框图包括前面参考图8描述的MIMO基带ASIC 814的功能框图。 MIMO基带ASIC 814具有接口连接到卡1400的连接器1402。连接器1400
可以被插入各种数字设备来提供无线通信。尽管通过几个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员明白本发 明不限于这里描述的实施例，而是可以在后面的权利要求的实质和范围之 内具有各种改进和改变。因此这些说明仅仅是用于进行说明而不是进行限 制。
权利要求
1. 一种装置，包括具有第一表面的电介质基底；所述电介质基底第一表面上的辐射臂；以及所述电介质基底第一表面上连接到地的第一接地板，该第一接地板包括与所述辐射臂分隔开的一个或多个接地容性块，所述一个或多个接地容性块用于微调性能参数。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个接地容性块从所述 第一接地板与所述辐射臂的侧边缘平行的第一边缘伸出来。
3. 如权利要求l所述的装置，还包括短引线，该短引线具有连接到所述辐射臂底部的第一末端；以及 延长的馈电带，该延长的馈电带连接到所述辐射臂的所述侧边缘，与所述短引线分隔开；其中所述辐射臂、所述短引线和所述延长的馈电带连接在一起形成F形状。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述短引线具有连接到所述第一接 地板并且与所述第一末端相对的第二末端。
5. 如权利要求l所述的装置，还包括-第二接地板，该第二接地板与所述第一接地板分隔开，该第二接地板 连接到地，并且其中所述短引线具有连接到所述第二接地板并且与所述第 一末端相对的第二末端。
6. 如权利要求3所述的装置，还包括 连接到所述延长的馈电带的馈线。
7. 如权利要求6所述的装置，其中所述馈线是接地共面波导，该接地 共面波导具有中心带，该中心带与所述第一接地板和所述第二接地板分隔 开，形成一对间隙。
8. 如权利要求7所述的装置，还包括第三接地板，该第三接地板在所述电介质基底与所述第一表面相对的 第二表面上，该第三接地板连接到地，该第三接地板在所述中心带和所述 对间隙下。
9. 如权利要求8所述的装置，其中所述延长的馈电带是在所述电介质 基底与所述第一表面相对的所述第二表面上的第二金属层内形成的，并且 所述馈线是连接到所述延长的馈电带并且在所述电介质基底的所述第二表 面上的所述第二金属层中形成的微带线。
10. 如权利要求9所述的装置，还包括金属导体，该金属导体在所述电介质基底的过孔中，连接在所述延长 的馈电带和所述辐射臂之间。
11. 如权利要求1所述的装置，其中所述第一接地板具有第二边缘， 该第二边缘垂直于所述第一接地板的所述第一边缘，与所述辐射臂的顶部 边缘分隔开并与之平行。
12. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个接地容性块是单 个接地容性块，该单个接地容性块从所述第一接地板的所述第一边缘朝所 述辐射臂延伸，并且所述辐射臂与所述单个接地容性块平行，使得所述辐 射臂的顶部边缘延伸超过所述单个接地块的宽度，进入所述第一接地板的 空间。
13. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个接地容性块是第 一接地容性块和第二接地容性块，它们互相平行，互相分隔开，并且从所述第一接地板的所述第一边缘朝所述辐射臂延伸，并且所述辐射臂与所述 第一和第二接地容性块平行，使得所述辐射臂的顶部边缘延伸超过所述第 一接地容性块的宽度和所述第一和第二接地容性块之间的空间，向上到达 所述第二接地容性块的宽度的中间点。
14. 如权利要求1所述的装置，其中所述第一接地板在所述电介质基 底的所述表面中形成电介质窗口，该电介质窗口被所述辐射臂和所述一个 或多个接地容性块占据。
15. 如权利要求5所述的装置，其中所述第一接地板和所述第二接地 板在所述电介质基底的所述表面中形成电介质窗口 ，该电介质窗口被所述 辐射臂和所述一个或多个接地容性块占据。
16. —种方法，包括在第一金属层上形成具有第一表面的电介质层；在所述电介质层上形成第二金属层的图案，露出作为所述电介质层一 部分的电介质窗口，所述图案具有辐射臂和一个或多个接地容性块，所述 一个或多个接地容性块与所述辐射臂分隔开；以及形成连接到所述一个或多个接地容性块的第一接地板，所述第一接地 板是所述第二金属层的一部分，并且连接到地。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个接地容性块从所 述第一接地板与所述辐射臂的侧边缘平行的第一边缘伸出来。
18. 如权利要求16所述的方法，还包括形成短引线，该短引线具有连接到所述辐射臂底部的第一末端；并且 形成延长的馈电带，该延长的馈电带连接到所述辐射臂的所述侧边缘，与所述短引线分隔幵；其中所述辐射臂、所述短引线和所述延长的馈电带连接在一起形成F形状。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述短引线具有连接到所述第一 接地板并且与所述第一末端相对的第二末端。
20. 如权利要求16所述的方法，还包括形成第二接地板，该第二接地板与所述第一接地板分隔开，该第二接 地板连接到地，并且其中所述短引线具有连接到所述第二接地板并且与所 述第一末端相对的第二末端。
21. 如权利要求18所述的方法，还包括 形成连接到所述延长的馈电带的馈线。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述馈线是接地共面波导，该接 地共面波导具有中心带，该中心带与所述第一接地板和所述第二接地板分 隔开，形成一对间隙。
23. 如权利要求22所述的方法，还包括形成第三接地板，该第三接地板形成在所述电介质层与所述第一表面 相对的第二表面上，该第三接地板连接到地，该第三接地板在所述中心带 和所述对间隙下。
24. 如权利要求23所述的方法，其中所述延长的馈电带是在所述电介 质基底与所述第一表面相对的所述第二表面上的第二金属层内形成的，并 且所述馈线是连接到所述延长的馈电带并且在所述电介质基底的所述第二 表面上的所述第二金属层中形成的微带线。
25. 如权利要求24所述的方法，还包括形成金属导体，该金属导体形成在所述电介质基底的过孔中，连接在 所述延长的馈电带和所述辐射臂之间。
26. —种系统，包括基带处理器，用于处理基带信号，该基带处理器生成发射信号并处理接收信号；收发机，连接到所述基带处理器，用于处理所述发射信号和所述接收'士 口开关，连接到所述收发机，用于在所述发射信号和所述接收信号之间 切换；以及天线电路，连接到所述开关，用来发射所述发射信号并接收所述接收 信号，该天线电路包括具有第一表面的电介质基底； 所述电介质基底第一表面上的辐射臂；以及所述电介质基底的所述表面上连接到地的第一接地板，该第一接 地板包括与所述辐射臂分隔开的一个或多个接地容性块，所述一个或多个 接地容性块用于微调性能参数。
27. 如权利要求26所述的系统，其中所述一个或多个接地容性块从所 述第一接地板与所述辐射臂的侧边缘平行的第一边缘伸出来。
28. 如权利要求l所述的系统，其中所述天线电路还包括 短引线，该短引线具有连接到所述辐射臂底部的第一末端；以及 延长的馈电带，该延长的馈电带连接到所述辐射臂的所述侧边缘，与所述短引线分隔开；其中所述辐射臂、所述短引线和所述延长的馈电带连接在一起形成F 形状。
29. 如权利要求28所述的系统，其中所述短引线具有连接到所述第一 接地板并且与所述第一末端相对的第二末端。
30. 如权利要求26所述的系统，其中所述天线电路还包括 第二接地板，该第二接地板与所述第一接地板分隔开，该第二接地板连接到地，并且其中所述短引线具有连接到所述第二接地板并且与所述第 一末端相对的第二末端。
全文摘要
本发明的一个实施例是用于无线通信的改进倒F形天线。这种天线电路包括具有第一表面的电介质基底；电介质基底第一表面上的辐射臂；以及电介质基底第一表面上连接到地的第一接地板。第一接地板包括与辐射臂分隔开的一个或多个接地容性块。这一个或多个接地容性块用于微调天线电路的性能参数。
文档编号H01Q21/00GK101443957SQ200780010793
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者J·W·金, K·S·韩, O·苏力马, V·拉克特扬斯基 申请人:高通股份有限公司