用于无线电子装置的具有周期性槽的带状线耦接天线的制作方法

本发明构思总体上涉及无线通信领域，并且更具体地，涉及用于无线通信装置的天线。

背景技术：

诸如蜂窝电话和其他用户设备的通信装置可以包括可以被用于与外部装置通信的天线。这些天线设计可以包括带状线。然而，一些具有带状线的天线设计可能促进了影响天线性能的不合需要的表面波。

技术实现要素：

本发明构思的各种实施方式包括一种无线电子装置，该无线电子装置包括：接地平面，该接地平面包括沿着所述接地平面的边缘设置的多个槽；所述接地平面上的电介质层；以及与所述接地平面相反地处于所述电介质层上的带状线。所述带状线可以被定位成交叠所述多个槽的一个槽。所述带状线还可以被定位成不交叠与所述多个槽中的、被所述带状线交叠的所述一个槽相邻的槽。所述无线电子装置可以被设置成，在被经由所述带状线发送和/或接收的信号激励时按谐振频率谐振。

根据各种实施方式，所述带状线可以包括所述带状线中的多个弯曲部，所述多个弯曲部限定所述带状线的多个部分。可以选择所述多个部分中的每一个部分的相应长度，以将所述带状线的波长设置为所述无线电子装置的所述谐振频率的有效波长的大约0.25倍。

在不同实施方式中，与所述多个槽中的、被所述带状线交叠的所述一个槽相邻的槽可以包括所述多个槽中的所述一个槽的第一侧上的第一槽以及所述多个槽中的所述一个槽的第二侧上的第二槽，第二侧与第一侧相反。所述带状线中的所述多个弯曲部可以由所述带状线中的两个弯曲部组成。所述带状线中的所述弯曲部可以在所述带状线的相邻部分之间形成大约90度的角。所述带状线中的所述多个弯曲部可以限定所述带状线的u形端部。所述带状线的所述u形端部可以具有基部和一对臂部，并且所述基部可以被设置成越过所述槽。所述基部可以被设置成与所述接地平面的所述边缘平行地越过所述多个槽中的所述一个槽。所述基部可以被设置成越过所述多个槽中的所述一个槽并与所述一个槽交叉。所述带状线可以被定位成与所述电介质层和/或接地平面阻抗匹配。

在一些实施方式中，所述多个槽中的一个槽的长度可以是所述无线电子装置的所述谐振频率的波长的大约0.25倍。所述多个槽中的所述一个槽的宽度可以是所述多个槽中的所述一个槽的长度的大约0.2倍。不被所述带状线交叠的槽可以减少所述带状线附近的表面波的传播。

根据不同实施方式，所述带状线可以是第一带状线。所述无线电子装置还可以包括一个或更多个附加带状线，其中，所述一个或更多个附加带状线中的每一个可以交叠所述多个槽中的相应槽。所述一个或更多个附加带状线还可以被定位成不交叠与所述多个槽中的、被所述一个或更多个附加带状线交叠的所述相应槽相邻的槽。

在一些实施方式中，所述多个槽中的所述一个槽可以是第一槽。与被所述带状线交叠的所述第一槽相邻的槽可以包括与所述第一槽的第一侧相邻的第二槽以及与所述第一槽的第二侧相邻的第三槽，第二侧与第一侧相反。所述一个或更多个附加带状线可以包括交叠第四槽的第二带状线，所述第四槽与不被所述第一带状线或所述一个或更多个附加带状线交叠的第五槽和第六槽相邻。所述第五槽可以与所述第四槽的第一侧相邻，而所述第六槽与所述第四槽的第二侧相邻，第二侧与第一侧相反。所述第五槽可以与所述第三槽相邻。

根据不同实施方式，所述多个槽中的相邻槽之间的距离可以在所述无线电子装置的所述谐振频率的波长的0.1倍至0.2倍之间。所述附加带状线中的相邻带状线之间的距离可以在所述无线电子装置的所述谐振频率的波长的0.25倍至0.5倍之间。所述第一带状线和所述一个或更多个附加带状线可以按阵列布置。所述带状线可以被设置成接收和/或发送多输入多输出(mimo)通信。由所述电介质层和所述第一带状线和/或所述一个或更多个附加带状线所形成的相应辐射场加性地耦合以形成电磁辐射束。

在不同实施方式中，所述多个槽中的至少一个槽可以与所述接地平面的所述边缘近似垂直。所述多个槽中的至少一个槽可以与所述接地平面的所述边缘以对角线方式取向。所述带状线可以包括一个或更多个弯曲部，并且被定位成交叠所述多个槽中的一个槽。

在一些实施方式中，所述多个槽可以沿着所述接地平面的一个边缘。所述接地平面的所述一个边缘可以沿着移动装置的边缘。

本发明构思的各个实施方式包括一种无线电子装置，该无线电子装置包括：接地平面，该接地平面包括沿着所述接地平面的边缘定位的多个槽；所述接地平面上的电介质层；以及与所述接地平面相反地处于所述电介质层上的多个带状线。所述多个带状线中的每一个带状线都可以被定位成交叠所述多个槽中的相应槽。所述多个带状线中的每一个带状线还可以被定位成不交叠与所述多个槽中的、被所述带状线交叠的相应槽相邻的槽。所述无线电子装置可以被设置成在被经由所述带状线中的至少一个带状线发送和/或接收的信号激励时按谐振频率谐振。

本领域技术人员通过审查下列图和详细描述，将清楚根据本发明构思的实施方式的其它装置和/或操作。所有这种附加装置和/或操作都旨在被包括在该描述内、本发明构思的范围内，并且通过所附权利要求书来保护。而且，在此公开的所有实施方式都旨在可以分离地实现，或者按任何方式和/或组合来组合。

附图说明

图1例示了根据本发明构思的各种实施方式的、无线电子装置的带状线天线。

图2例示了根据本发明构思的各种实施方式的、图1的带状线天线的平面图，其包括接地平面中的槽。

图3例示了根据本发明构思的各种实施方式的、图1的带状线天线的平面图。

图4例示了根据本发明构思的各种实施方式的、具有多个带状线的有槽的接地平面。

图5例示了根据本发明构思的各种实施方式的、包括图4的有槽的接地平面的具有多个带状线的天线。

图6例示了根据本发明构思的各种实施方式的、用于图1至图5中的任一个图的带状线。

图7a例示了根据本发明构思的各种实施方式的、单槽的接地平面和带状线。

图7b例示了根据本发明构思的各种实施方式的、针对接地平面中每带状线具有单个槽的天线的辐射图案。

图7c例示了根据本发明构思的各种实施方式的、图7a和7b的天线的频率响应。

图8a例示了根据本发明构思的各种实施方式的、包括接地平面中的多个槽和带状线的天线。

图8b例示了根据本发明构思的各种实施方式的、针对接地平面中每带状线具有多个槽的天线的辐射图案。

图8c例示了根据本发明构思的各种实施方式的、图8a和8b的天线的频率响应。

图9例示了根据本发明构思的各种实施方式的、沿着移动装置的边缘的、带状线阵列和接地平面中每带状线多个槽。

图10例示了根据本发明构思的各种实施方式的、沿着移动装置的边缘处于电介质层上的带状线阵列。

图11例示了根据本发明构思的各种实施方式的、包括图9和10的阵列天线的移动装置周围的辐射图案。

图12例示了根据本发明构思的各种实施方式的、具有处于接地平面中的对角状槽的天线。

图13例示了根据本发明构思的各种实施方式的、具有处于接地平面中的折状槽的天线。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明构思进行更全面描述，其中，示出了本发明构思的实施方式。然而，本申请不应被视为受限于在此阐述的这些实施方式。相反，提供这些实施方式以使本公开透彻和完整，并且向本领域技术人员全面表达该实施方式的范围。贯穿全文，相同标号指相同部件。

在此使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而不是旨在对这些实施方式进行限制。如在此使用的，单数形式一(a)”、“一(an)”以及“该/所述(the)”同样旨在包括多数形式，除非上下文另外进行了明确指示。还应明白，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”和/或“包括(including)”当在此使用时，指定存在规定特征、步骤、操作、部件和/或组件，而非排除存在或增加一个或更多个其它特征、步骤、操作、部件、组件和/或其组合。与此相反，术语“包括(consistingof)”(及其变型)当在此使用时，指定规定特征、整数、步骤、操作、部件和/或组件，而非排除附加特征、整数、步骤、操作、部件和/或组件。

应当明白，当一部件被称为“联接至”、“连接至”或“响应于”另一部件时，其可以直接联接至、连接至或者响应于该另一部件，或者也可以存在中间部件。与此相反，当一部件被称为“直接联接至”、“直接连接至”或“直接响应于”另一部件时，不存在中间部件。如在此使用的，术语“和(以及)/或”包括多个关联列出项目中的一个或更多个的任一和全部组合。

为易于描述，在此可以使用诸如“上面”、“下面”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等的空间上相对的术语，以描述如附图中所示一个部件或特征与另一部件或特征的关系。应当明白，空间上相对的术语除了附图中描绘的取向以外还可以涵盖该装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果这些图中的装置翻转，则被描述为处于其它部件或特征“下面”的部件将在该其它部件或特征“上面”取向。由此，术语“下面”可以涵盖上面和下面两个取向。该装置可以以其它方式取向(旋转90度或按其它取向)，并且由此解释在此使用的空间上相对的描述符。为简短和/或清楚起见，公知功能或构造可能不详细描述。

应当明白，尽管术语“第一”、“第二”等在此可以被用于描述各个组件，但这些部件不应受限于这些术语。这些术语仅被用于区别一个部件与另一部件。由此，在不脱离本实施方式的教导的情况下，第一组件可以称作第二组件。

除非另外限定，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有和这些实施方式所属于的技术领域的普通技术人员所共同理解的含义相同的含义。还应明白，诸如在公用词典中定义的那些术语的术语应当被解释为具有和它们在相关领域的背景下的含义一致的含义，而不应按理想化或过度形式化的意义来解释，除非在此明确地这样定义。

具有带状线的天线通常被用于移动终端的微波天线设计中。这些天线设计尺寸上紧凑并且易于制造，因为它们可以被实现为印刷电路板(pcb)上的边缘印刷特征。各种无线通信应用可以使用这些带状线天线阵列。阵列天线可以提供具有正确定相的潜在天线增益。带状线天线设计的缺点可能是沿pcb的边缘传播表面波。这些表面波可以导致天线阵列部件之间的较高辐射耦合，并且可能导致不规则的辐射图案，其因来自邻近带状线的耦合而在某些频率下具有较高损耗。天线阵列部件之间的较高耦合和不规则辐射图案可能不适于供在10ghz至300ghz频率范围内使用的极高频(ehf)无线电天线应用，如毫米波天线阵列。这些毫米波频率可以被用于智能电话中的各种通信，诸如宽带因特网接入、wi-fi等。而且，阵列天线可以将辐射图案变窄成定向的波束，并且可能需要将高装置指向基站。

根据本发明构思的各种实施方式，带状线天线设计可以通过将槽添加至接地平面来改进。这些槽可以停止、防止和/或减少表面波，减少辐射图案中的旁瓣，和/或减小阵列部件之间的互耦合。具有带槽的接地平面的带状线天线可以展现出良好的偏振特性，并且宽的辐射束与宽扫描角度基本对称。

下面，参照图1，例示了无线电子装置100的包括带状线101的天线。接地平面103具有处于上方的电介质层102和处于接地平面103下方的电介质层104。接地平面103可以包括诸如铜的导电材料。带状线101电介质层102上，与接地平面相反。电介质层102和104可以包括具有高介电常数和低损耗因数tanδ的材料。例如，可以使用诸如rogersro4003c的材料作为电介质层102和104，使得在10ghz，介电常数r＝3.55，并且损耗因数tanδ＝0.0027。

下面，参照图2，例示了图1的无线电子装置100的接地平面103中的槽201a至201c。带状线101与中间槽201b交叠并且可以包括与接地平面间隔开的有源部件。在带状线101处接收到的信号可以激励无线电子装置100。带状线101可以耦接(couple)至用于发送和接收通信信号的收发器。槽201a至201c与接地平面103处于pcb的相同层上。带状线101可以位于pcb的与接地平面103不同的层上。

还参照图2，与槽201b相邻的槽201a和201c未被带状线101交叠。槽201a至201c中的至少一个槽可以垂直于接地平面103的边缘。在一些实施方式中，槽201a至201c可以是波纹状的，使得槽被整形成交替的脊和凹槽。如果沿着接地平面103的边缘不存在槽201a至201c，则表面波可以容易沿着包括接地平面103的pcb的边缘传播。槽201a和201c减少和/或防止表面波沿着pcb的端部传播。换句话说，围绕但不与带状线交叠的槽201a和201c可以阻止表面波。另外，因存在槽201a至203a，可以减小和/或防止边缘电流。在一些实施方式中，可能希望不完全根除表面波(即，不完全阻止表面波)，以便获得无线电子装置100的更宽的扫描角度。

还参照图2，槽201a至201c可以都具有无线电子装置100的谐振频率的0.2至0.4倍波长范围内的长度。在一些实施方式中，槽201a至201c的长度可以是无线电子装置的谐振频率的0.25倍波长。槽201a至201c中的每个槽的宽度可以是相应槽的长度的0.2倍。

下面，参照图3，例示了图1的无线电子装置100的平面图。电介质层102在接地平面103上。带状线101在电介质层上。带状线101位于pcb的与接地平面103不同的层上。电介质层102位于与接地平面103和带状线101不同的层上。

在一些实施方式中，电介质层102可以包括槽。电介质层102中的槽可以具有与接地平面103中的槽相同的宽度和/或长度。在一些实施方式中，电介质层102中的槽在尺寸上可以大于或小于接地平面103中的槽。电介质层102中的槽可以与接地平面103中的槽的位置重合或者可以不与接地平面103中的槽交叠。

下面，参照图4，例示了具有多个槽201和多个带状线101的接地平面103。例如，例示了具有八个带状线101的8×1阵列和包括槽201a至201f在内的二十四个槽201。然而，根据本发明构思的各种实施方式，可以设置更少或更多数量。该阵列可以被设置为两个4×1阵列以接收和/或发送4g和/或lte网络的多输入多输出(mimo)通信。带状线101之间的间距可以处于无线电子装置的谐振频率的0.25倍至0.5倍波长之间的范围内。相邻的槽201之间的间距可以处于无线电子装置的谐振频率的0.1倍至0.2倍波长之间。在一些实施方式中，带状线101可以间隔开0.45倍波长，并且槽201可以间隔开0.15倍波长。槽201与带状线101之间的前述间距可以基于用于调谐的自由空间波长或有效波长。通常，由于电介质层的负载，有效波长可能比自由空间波长稍小。

还参照图4，作为非限制示例，带状线101交叠槽201b。与槽201b相邻的槽201a及201c不被带状线101交叠。槽201e被不同的带状线101交叠，而相邻的槽201d和201f未被带状线101交叠。在一些实施方式中，槽201a、201c、201d和/或201f可以表现为寄生部件。

下面，参照图5，例示了包括图4的接地平面103以及电介质层102的多个带状线101。带状线101、电介质层102以及接地平面103可以处于pcb的不同层上。带状线101可以在槽上方定位，以实现希望的耦合以及与电介质层102和/或接地平面103的阻抗匹配。阻抗匹配通过最小化从负载(即，天线)反射的功率并且最大化递送至天线的功率来减小失配损耗。

下面，参照图6，例示了用于图1至图5中的任一图的带状线101。带状线101可以包括一个或更多个弯曲部。带状线的弯曲可以促进辐射图案以带状线和相关联的槽为中心，而更少耦合至相邻的带状线。带状线101中的弯曲部可以限定带状线101的多个部分。作为非限制示例，图6的带状线101可以包括将带状线分成部分q1和q2的两个弯曲部。可以选择带状线101的所述部分的长度，使得当带状线101被激励时，与带状线101下方和相邻的槽的耦合实现无线电子装置的谐振频率的0.25倍波长。例如，q1+q2≈λeff/4。带状线101中的弯曲部可以在带状线101的相邻部分之间形成大约90度的角。在一些实施方式中，带状线101中的所述多个弯曲部可以限定带状线101的u形端部。带状线101的u形端部可以包括基部601和一对臂部602和603。带状线101的u形端部可越过接地平面103的槽201中的一个。具体来说，基部601可以平行于接地平面的边缘越过所述槽之一。在一些实施方式中，基部可以越过接地平面中的所述槽之一并与之交叉。

下面，参照图7a，例示了具有与带状线101相关联的单个槽201的接地平面103。在该构造中不存在未被带状线交叠的相邻槽。下面，参照图7b，例示了接地平面中每带状线具有单个槽的天线的辐射图案。接地平面103周围的辐射图案包括不规则旁瓣和不适于极高频(ehf)下的通信的失真。下面，参照图7c，例示了图7a和7b的天线的频率响应。s1例示了因来自相邻带状线的辐射图案之间的耦合而导致在17ghz处具有显著失真的频率失真。s2例示了与单个槽201相关联的一个单一带状线101的匹配损耗。另外，针对这种单槽情况，曲线s1和s2呈现出没有更多相关性。

下面，参照图8a，例示了包括处于接地平面103中的与带状线103相关联的多个槽201的天线。带状线101交叠中间槽201b。槽201a和201c与槽201b相邻，并且可以不交叠带状线101。下面，参照图8b，例示了接地平面中每带状线具有多个槽(如在图8a中)的天线的辐射图案。与图7b的辐射图案相比，该辐射图案宽泛且均匀地围绕接地平面103跨越，几乎没有突出的旁瓣并且几乎没有失真。因此，与图7a和图7b的实施方式相比，图8a和图8b的各种实施方式可以提供改进的性能。例如，图8a的相邻的槽201a和201c控制天线上的表面波，从而允许更宽的单部件远场图案。具有立体角的更宽单部件远场图案将提供更大的射束扫描，从而获得更大的总扫描面积。如果单部件远场较宽，则如图8b所示的天线阵列构造将在天线周围的球形区域的较大部分中产生大于阈值的阵列增益。比较起来，由图7a的结构产生的较窄的单部件图案将以大的扫描角度减小图7b中的阵列增益，因为图7a中的单部件在较大的扫描角度下没有贡献同样多的增益。

下面，参照图8c，例示了图8a和图8b的天线的频率响应。s1例示了在15ghz处具有失真的频率失真，所述失真小于图7c所示的失真。s2例示了与槽201a至201c相关联的单个带状线101的匹配损耗。另外，针对这种多个槽的情况，曲线s1与s2之间呈现出相关性，使得更容易补偿失真。

下面，参照图9，例示了沿移动装置901的边缘902的带状线101的阵列和接地平面103中的每带状线多个槽。下面，参照图10，例示了沿着移动装置901的边缘902的、处于电介质层102上的带状线101的阵列。下面，参照图11，例示了包括图9和图10的阵列天线的移动装置901周围的辐射图案。图11的移动装置901中的接地平面的槽可以位于移动装置901的顶部边缘902处。该辐射图案在移动装置901的顶边缘周围宽泛且均匀地跨越，几乎没有突出的旁瓣并且具有很小的失真。因此，与图7a和图7b的实施方式相比，图11的各种实施方式可以提供改进的性能。

下面，参照图12，例示了具有处于接地平面103中的对角线形状的槽201的天线。槽201可以相对于接地平面103的边缘成角度。在一些实施方式中，带状线101可以包括划分带状线101的一个或多个弯曲部。具有所述一个或更多个弯曲部的带状线101的端部可以与对角线形状的槽201中的一个交叠。可以选择带状线101的弯曲部的角度以易于辐射图案大致以带状线和相关联的对角线形状的槽201为中心。可以选择带状线101的所述部分的长度，使得当带状线101被激励时，与带状线101附近的槽的耦合实现该装置的谐振频率的0.25倍波长。

下面，参照图13，例示了具有接地平面103中的折状槽201的天线。在一些实施方式中，带状线101可以是直的，没有任何弯曲。可以选择带状线的形状以避免和/或减小与相邻带状线的寄生耦合。带状线101可以与折状槽201中的一个交叠。带状线101可以被定位成易于辐射图案大致以带状线和相关联的折状槽201为中心。

上面讨论的具有周期性带状线和不交叠的相邻槽的阵列天线结构可以形成电磁带隙(ebg)结构。这些ebg结构可以在槽之间形成单极子，从而控制天线的辐射图案。由ebg结构产生的周期性单极子可以沿着装置的边缘并且用于控制沿着该边缘的电磁图案。ebg结构的集合可以形成寄生单极阵列，其除了减小旁瓣以外，还提供波束形成功能。在一些实施方式中，这些ebg结构可以二维地实现在印刷电路板上。在一些实施方式中，可以将移相器和/或时间延迟装置用于与阵列天线部件导通，以控制扫描角度以提供均相波前。所描述的本发明构思产生具有高质量、低损耗以及宽扫描角度的周期性天线电介质结构。

ebg结构的电磁特性可以由物理尺寸和其它参数确定。例如，诸如带状线宽度、带状线之间的间距、电介质层厚度以及电介质层介电常数的参数可能会影响ebg结构的电磁特性，并且随之影响天线的性能。

在此，结合上面的描述和附图，对许多不同实施方式进行了公开。应当明白，从字面上描述和例示这些实施方式的每一个组合和子组合是不必要的重复和混淆。因此，包括附图的本说明书应被视为构成在此描述的实施方式的所有组合和子组合的和制成与利用它们的方式和处理的完整书面描述，并且应当支持针对任何这种组合或子组合的权利要求书。

在附图和说明书中，已经公开了各种实施方式，而且尽管采用特定术语，但它们仅按一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的。