多元件式全向天线的制作方法
【专利摘要】一种天线组件，包括：具有由导电材料构成的接地平面的基板；安装至基板并连接至接地平面的第一天线元件；安装至基板并连接至接地平面的第二天线元件；安装至基板并连接至接地平面的第三天线元件；和蚀刻入接地平面中的多个部件，所述多个部件中的每一个具有各自的长度和各自的宽度。所述多个部件中的每一个的各自的长度和各自的宽度被选择以增加第一、第二和第三天线元件之间的隔离。
【专利说明】多元件式全向天线
【背景技术】
[0001]随着诸如4G LTE之类的新技术的新近发展，希望天线在小的物理天线体积中覆盖宽的频带宽度。如果天线外壳包括多个天线，还希望在在相同的频率范围内运行的任何两个天线之间具有足够的隔离。
【发明内容】
[0002]在一个实施例中，提供了一种天线电路板组件。该天线电路板组件包括:具有由导电材料构成的接地平面的基板；安装至基板并连接至接地平面的第一天线元件；安装至基板并连接至接地平面的第二天线元件；安装至基板并连接至接地平面的第三天线元件；和蚀刻入接地平面中的多个部件，所述多个部件中的每一个具有各自的长度和各自的宽度。所述多个部件中的每一个的各自的长度和各自的宽度被选择以增加第一、第二和第三天线元件之间的隔离(isolation)。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]所理解的是，附图仅仅图示示例性实施例，并且因此不被认为限制范围，将通过使用附图以附加特征和细节描述示例性实施例，在附图中:
[0004]图1是天线组件的一个实施例的侧视图。
[0005]图2A和2B分别图示示例性天线元件的正视图和侧视图。
[0006]图3A和3B分别图示另一个示例性天线元件的正视图和侧视图。
[0007]图4A-4D图示示例性天线电路板组件的视图。
[0008]图5是示例性通信系统的一个实施例的高层框图。
[0009]图6-14是图示示例性天线组件的作为频率和角度二者的函数的示例性标准方向性图的图表。
[0010]图15-17是图示示例性天线组件的天线元件之间的隔离的示例性图表。
[0011]根据实践，所描述的多个特征不是按比例绘制，而是被绘制以强调与示例性实施例相关的具体特征。
【具体实施方式】
[0012]在接下来的详细描述中，参照附图，附图形成本文的一部分，并且其中通过说明的方式示出特定的说明性实施例。然而，将会理解，可以利用其它实施例，并且可以进行逻辑的、机械的和电学的改变。而且，在附图和说明书中呈现的方法不应被解释为限制可以进行的单独的步骤的顺序。因此，不以限制性含义进行接下来的相似描述。
[0013]图1是天线组件100的一个实施例的侧视图。天线组件100包括电路板组件102、壳体107和多个导线110。电路板组件102定位在壳体107内，如虚线所示。电路板组件102包括安装至基板104的多个天线元件101、103和105，基板104在此也被称为电路板104。电路板104包括天线侧106，天线元件101、103和105安装至天线侧106。电路板104还包括电缆侧108，连接至天线元件101、103和105的导线或电缆110端接至电缆侧108。此外，电路板104包括接地平面，并且天线元件101、103和105接地至电路板104的公共接地平面。
[0014]天线元件101、103和105中的每一个被设计为接收电磁波，并且被特别地设计和/或定尺寸(如，定大小和定形状)在一个或多个选择的频率范围的内运行(即，发射电磁波)。在该实施例中，天线元件101和105在形状、尺寸和材料方面是大致等同的。另一方面，天线元件103至少在尺寸和形状方面不同于天线元件101和105。因此，在该实施例中，天线元件101和105被构造成在同一频率范围内运行，而天线元件103被构造成在在不同于天线元件101和105的对应频率范围的至少一个频率范围内运行。例如，天线元件101和105在一个实施例中被构造成在在频率范围698-960MHZ和1710_2170MHz内运行，天线元件103被构造成在频率范围1710-2170MHz和2496_2690MHz内运行。
[0015]天线元件101、103和105的设计特性的另一个示例是用来制造天线元件101、103和105的材料的类型。在示例性实施例中，天线元件101、103和105由诸如铜或钢材之类的金属材料制成。任选地，该材料可以是冷轧钢材。天线元件101、103和105还可以由涂层或镀层抛光，如镀锡或增强电学性能或特性的另一种类型的镀层或涂层。此外，在一些实施例中，天线元件101、103和105在该天线元件的预定区域内被选择性地抛光。天线元件101、103和105可以都由相同或不同的材料制成。
[0016]天线元件101、103和105被构造成沿从壳体107径向向外的方向提供半球形覆盖范围。例如，图6-14是图示作为频率和角度二者的函数的示例性标准方向性图的图表。特别地，图6-8图示由X和Y轴限定的第一平面中的、分别用于天线元件101、103和105的示例性标准方向性图。图9-11图示由Y和Z轴限定的第二平面中的、分别用于天线元件101、103和105的示例性标准方向性图。图12-14图示由X和Z轴限定的第三平面中的、分别用于天线元件101、103和105的示例性标准方向性图。
[0017]图2A和2B分别图示被可以被实施为上述天线组件100中的天线元件101和105的示例性天线元件200的正视图和侧视图。天线元件200包括具有沿着第一平面延伸的长度217的第一部分212和具有沿着横向于第一平面的第二平面从第一部分212的延伸的长度243的第二部分214。第一部分212和第二部分214可以由库存材料冲压并通过在第一部分212和第二部分214结合的曲线处弯曲天线元件200而形成。第一部分212和第二部分214中的每一个都具有宽度215。在一个实施例中，长度217大致为60mm，长度243大致为IOmm,宽度215大致为65mm。
[0018]在典型应用中，当安装在电路板上时，如安装在电路板104上时，第一部分212从电路板大致垂直地延伸，并且在天线组件，如，天线组件100搁置在水平表面上，如，桌面、台面或建筑物的地板上时，具有大致垂直的定向。第二部分214从第一部分212大致垂直地延伸，使得天线元件200限定大致直角或正交天线元件。在天线组件搁置在水平表面上时，第二部分114具有大致水平定向。
[0019]在该实施例中，第一部分212还包括具有宽度229和高度223的安装部226、位于安装部226的两侧上的每个具有高度221和宽度227的多个锥形部224、以及在所述多个锥形部224外侧的每个具有宽度235的多个平直部228。第一部分212具有从所述多个平直部228延伸至第一部分212的顶部的长度219，其中第一部分212和第二部分214在第一部分212的顶部处结合。安装部226被放置成接触并结合至安装垫以将天线元件200连接至电路板。
[0020]此外，在图2的示例性实施例中，第一部分212包括多个狭槽216、218和220。狭槽216和218中的每一个具有宽度233和高度231。狭槽220具有宽度237和高度235。狭槽216、218和220的各个宽度和高度被选择为控制天线元件200的阻抗。此外，在一些实施例中，第一部分212的长度217和宽度215可以被选择以调谐天线元件200。将会理解，狭槽216、218和220的特性取决于天线元件的目标阻抗。因而，在其它实施例中可以基于所述目标阻抗改变狭槽的尺寸、位置和数量。
[0021]天线元件200还包括延长部222。在该示例中，该延长部弯曲以形成大致直角。延长部222具有从第一部分212延伸到狭槽220下面的长度241。延长部222具有足以接触电路板并经由安装垫(如，图4A中的安装垫407)连接至接地平面(如，图4D中的接地平面420)的高度239。在该示例中，延长部222的宽度小于狭槽222的宽度237。延长部222的长度和宽度帮助控制天线元件200的阻抗。
[0022]图3A和3B分别图示可以被实施为上述天线组件100中的天线元件103的另一种示例性天线元件30的正视图和侧视图。与天线元件200不同，天线元件300未弯曲以形成第一和第二部分。确切地说，天线元件300包括具有宽度301和长度303的单个部分302。在一个实施例中，宽度301大致为32mm，长度303大致为35mm。在典型应用中，当安装在电路板上，如安装在电路板104上时，第一部分212从电路板大致垂直地延伸，并且在天线组件，如，天线组件100搁置在水平表面上，如，桌面、台面或建筑物的地板上时，具有大致垂直的定向。
[0023]此外，在该示例中，部分302包括单个狭槽304。狭槽304具有宽度307和高度305。宽度307和高度305被选择以控制天线元件300的阻抗。此外，在一些实施例中，部分302的长度303和宽度301可以被选择以调谐天线元件300。
[0024]天线元件300还包括具有宽度315和高度313的安装部310、位于安装部310的两侧上的每个具有高度3111和宽度317的多个锥形部308、以及在所述多个锥形部308外侧的每个具有宽度319的多个平直部306。部分302具有从所述多个平直部306延伸至天线元件302的顶部的长度325。安装部310被放置成接触并结合至安装垫以将天线元件300连接至电路板。
[0025]天线元件300还包括具有长度321和高度323的延长部312。该延长部弯曲以形成大致直角。高度323被选择为使得该延长部接触并结合至电路板。天线元件200和300的形状和尺寸使得在低轮廓(如，小尺寸)组件中的频率范围能够比常规天线组件中可用的频率范围宽。
[0026]在图4A-4D中示出示例性天线电路板组件400，其包括天线元件，如天线元件200和300。特别地，图4A和4B图示示例性天线电路板组件400的顶部透视图。图4C图示示例性天线电路板组件400的底视图。图4D图示示例性天线电路板组件400的侧视图。
[0027]天线电路板组件400包括多个天线元件401、403和405，其对应于上文讨论的示例性天线组件100中的天线元件101、103和105。天线元件401、403和405被安装至电路板404的天线侧406上的对应的安装垫407。如图4A-4C所示，在该实施例中电路板404具有圆形形状。然而，在其它实施例中可以使用其它形状。此外，在该示例中，天线元件401、403和405沿着将电路板404大致对半分开的线409安装。特别地，小于天线元件401和405的天线元件403大致定位在电路板404的中心中。尺寸和形状大致等同的天线元件401和405沿着线409设置在天线元件403的两侧。天线元件401和405中的每一个定向成使得第二部分414向着电路板404的中心延伸。
[0028]此外，电路板404包括被蚀刻入电路板404的电缆侧408的接地平面420中的多个部件411。所述多个部件411在图4A和4B被图示为虚线以指示所述多个部件411在底部或电缆侧408上的存在。图4C是电缆侧408的视图，其图示用于各个天线元件401、403和405中的每一个的所述多个部件411和电缆连接器416。刻蚀所述多个部件411从导电接地平面420中去除导电材料。例如，在一些实施例中，接地平面420可以由铜层形成。以预定图案去除铜的一部分以形成所述多个部件411。
[0029]所述多个部件411改善了在相同频率范围中运行的天线元件之间的隔离。例如，如上所述，在一些实施例中，天线元件401和405被构造成在频率范围698-960MHZ和1710-2170MHz内运行，天线元件403被构造成在频率范围1710_2170MHz和2496_2690MHz内运行。因而，所述多个部件411改善了天线元件401、403和405之间的隔离。
[0030]所述多个部件411中的每一个在电路板404的边缘上开始并向着电路板的中心延伸。所述多个部件411的长度取决于天线元件的工作频率的波长。特别地，所述多个部件411的长度是对应的波长的1/4。此外，所述多个部件411中的每一个是弯曲的。所述多个部件411的曲率取决于部件411的选定长度(如，频率的1/4波长)和电路板404的尺寸。特别地，该曲率被选择为使得刻蚀的部件411具有期望的长度但未将电路板411对半分开。
[0031]通过将所述多个部件411蚀刻入接地平面420中(如，去除接地平面的导电材料的一部分)，改善了天线元件401、403和405的隔离。在图15-17中示出图示在650MHz至3GHz的频率范围内天线元件4 01、403和405之间的隔离的示例性图表。特别地，图15图示天线元件401和403之间的隔离。图16图示天线元件403和405之间的隔离，图17图示天线元件401和405之间的隔离。图15-17中的每一个包括5个参考点或标记。下表1总
结了由各个图表中的参考点表示的值。
[0032]
【权利要求】
1.一种天线组件，包括: 具有由导电材料构成的接地平面的基板； 安装至基板并连接至接地平面的第一天线元件； 安装至基板并连接至接地平面的第二天线元件； 安装至基板并连接至接地平面的第三天线元件；和 蚀刻入接地平面中的多个部件，所述多个部件中的每一个具有各自的长度和各自的宽度； 所述多个部件中的每一个的各自的长度和各自的宽度被选择以增加第一、第二和第三天线元件之间的隔离。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其中第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件沿着与基板的中心交叉的线安装在基板上，其中第二天线元件大致定位在基板的中心中。
3.根据权利要求2所述的天线组件，其中第一天线元件和第三天线元件被构造成具有大致相同的尺寸和形状。
4.根据权利要求3所述的天线组件，其中第一天线元件和第三天线元件中的每一个包括: 第一部分，具有安装至基板的第一端部和与第一端部相反的第二端部，第一部分定向成大致垂直于基板；和· 从第一部分的第二端部延伸的第二部分，第二部分定向成大致垂直于第一部分。
5.根据权利要求4所述的天线组件，其中第一天线元件和第三天线元件中的每一个包括在第一部分中的多个狭槽。
6.根据权利要求3所述的天线组件，其中第二天线元件被构造为具有宽度和长度，第二天线元件的宽度和长度中的每一个小于第一天线元件的相应的宽度和长度。
7.根据权利要求6所述的天线组件，其中第二天线元件包括单个狭槽。
8.根据权利要求1所述的天线组件，其中所述多个部件中的每一个是弯曲的。
9.根据权利要求1所述的天线组件，其中所述多个部件包括: 具有第一宽度和第一长度的第一曲线； 邻近第一曲线的第二曲线，第二曲线具有第二宽度和第二长度，第二宽度比第一宽度窄; 具有第三宽度和第三长度的第三曲线；和 邻近第三曲线的第四曲线，第四曲线具有第四宽度和第四长度，第四宽度比第三宽度窄。
10.根据权利要求1所述的天线组件，其中所述多个部件中的每一个的长度等于从第一天线元件发射的电磁辐射的波长的四分之一。
11.根据权利要求4所述的天线组件，其中所述两个天线元件中的每一个的第一部分具有约60mm的长度和约65mm的宽度；并且 所述两个天线元件中的每一个的第二部分具有约65mm的宽度和约IOmm的长度。
12.根据权利要求11所述的天线组件，其中所述多个天线元件包括具有约35_的长度和约32mm的宽度的第三天线元件。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的天线组件，其中， 所述基板包括电路板，所述电路板具有嵌入电路板中的接地平面，其中所述多个部件包括蚀刻入接地平面中的多个图案；并且 天线组件包括壳体，该壳体被构造成包围所述电路板和所述多个天线元件。
14.根据权利要求13所述的天线组件，其中所述多个天线元件以线性顺序安装在电路板上，所述多个天线元件中的一个大致位于电路板的中心中。
15.一种通信系统，包括: 主机单元； 传输机构；和 经由传输机构可通信地连接至主机单元的至少一个远程单元； 其中主机单元被配置成从上游设备接收下游射频信号并经由传输机构将接收到的下游射频信号传输至所述至少一个远程单元； 其中所述至少一个远程单元被配置成经由传输机构将上游射频信号传输至主机单元; 其中所述至少一个远程单元中的每一个与至少一个天线组件相关联，所述至少一个天线组件被配置成将所述下游射频信号辐射至无线设备和从该无线设备接收所述上游射频信号; 其中每个天线组件为根据权利要求1-12中任一项所述的天线组件。
【文档编号】H01Q21/00GK103579777SQ201310316518
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】布鲁氏·福斯特·毕晓普, 路易斯·卡登阿斯 申请人:泰科电子公司