具有分区射频天线和匹配网络的装置以及相关方法与流程

相关申请的交叉引用

本专利申请是美国专利申请号15/250,719(提交于2016年8月29日，题为“apparatuswithpartitionedradiofrequencyantennastructureandassociatedmethods”，代理人案号sila381)的部分继续申请。此外，本专利申请涉及美国专利申请号16/237,511(提交于2018年12月31日，题为“apparatusforantennaimpedance-matchingandassociatedmethods”，代理人案号sila411)。前述专利申请通过引用整体合并于此以用于所有目的。

本公开总体涉及射频(rf)信号发射/接收技术、线路、系统和相关方法。更具体地，本公开涉及具有分区天线结构和匹配网络以提供改进特征的rf装置以及相关方法。

背景技术：

随着无线技术(诸如wi-fi、蓝牙以及移动或无线物联网(iot)设备)的日益扩展，越来越多的设备或系统包含有射频(rf)线路(circuitry)，诸如接收器和/或发射器。为了减少材料的成本、尺寸和清单并且增加此类设备或系统的可靠性，各种电路或功能已经被集成到集成电路(ic)中。例如，ic通常包括接收器和/或发射器线路。使用了多种类型和线路的发射器和接收器。发射器使用rf信号经由介质(例如空气)发送或发射信息。在另一点或另一位置处的接收器从介质接收rf信号，然后恢复信息。

为了发射或接收rf信号，典型的无线设备或装置使用天线。有时会使用包含发射/接收线路的rf模块。图1所示的典型rf模块5包括rf电路6、谐振器8和辐射器9。通常，谐振器8和辐射器9被包括在rf模块中。换句话说，形成谐振器8和辐射器9的结构被包括在rf模块5内。

本节中的描述和任何对应的附图均被包括作为背景信息材料。本节中的材料不应被认为是承认这种材料构成了本专利申请的现有技术。

技术实现要素：

根据一个示例性实施例，设想了各种装置和相关方法。根据一个示例性实施例，一种装置包括用于发射或接收rf信号的rf电路。该装置还包括用于发射或接收rf信号的环形天线。该装置还包括耦合到rf电路和环形天线的阻抗匹配电路。该阻抗匹配电路包括集总电抗部件。

根据另一示例性实施例，一种装置包括模块和耦合至该模块的衬底。该模块包括用于发射或接收rf信号的rf电路，以及用于发射或接收rf信号的环形天线的第一部分。该衬底包括环形天线的第二部分。

根据另一示例性实施例，一种装置包括模块和耦合至该模块的衬底。该模块包括用于发射或接收rf信号的rf电路，以及耦合到rf电路的阻抗匹配电路的一部分。该衬底包括阻抗匹配电路的另一部分。

附图说明

附图仅示出示例性实施例，因此不应视为限制本申请或权利要求的范围。本领域普通技术人员将理解，所公开的概念本身适用于其他等效的实施例。在附图中，在一个以上的附图中使用的相同附图标记表示相同、相似或等效的功能、部件或方框。

图1示出常规的rf模块。

图2示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图3示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图4示出根据一个示例性实施例的具有分区天线结构的rf装置。

图5示出根据另一示例性实施例的具有分区天线结构的rf装置。

图6示出根据另一示例性实施例的具有分区天线结构的rf装置。

图7示出根据一个示例性实施例的制作具有分区天线结构的模块的工艺的流程图。

图8示出根据另一示例性实施例的制作具有分区天线结构的rf装置的工艺的流程图。

图9示出根据另一示例性实施例的具有分区天线结构的rf装置。

图10示出根据另一示例性实施例的具有分区天线结构的rf装置。

图11示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图12示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图13示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图14示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图15示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图16示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图17示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图18示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图19示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的布局。

图20示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的布局。

图21示出根据一个示例性实施例的rf装置(或rf装置的一部分)中的电流的流程图。

图22示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的布局。

图23示出根据一个示例性实施例的用于天线匹配线路的电路布置。

图24示出根据另一示例性实施例的用于天线匹配线路的电路布置。

图25示出根据另一示例性实施例的用于天线匹配线路的电路布置。

图26示出根据另一示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置。

图27示出根据一个示例性实施例的用于射频通信的系统。

具体实施方式

本公开的一个方面总体上涉及具有分区天线结构以提供改进特征的rf装置以及相关的方法。如下所述，根据该方面，在根据示例性实施例的rf装置中，天线结构被划分。更具体地，谐振器和辐射器结构的一部分被包括在一个设备(例如，一个模块)中，并且谐振器和辐射器结构的其余部分或额外部分被制作或加工或包括在该设备的外部(例如，在模块的外部)。

图2描绘了根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置10。更具体地，电路布置10示出了rf装置的各个部分之间的电连接件和耦合件。

电路布置10包括天线结构15。天线结构15包括耦合到谐振器25的芯片天线20。通常，谐振器25包括在某些频率(例如，rf装置发射rf信号时的频率或rf装置接收rf信号时的频率)下自然振荡的设备、部件或装置。在示例性实施例中，一个或多个特征或设备的电抗或一部分衬底(在其上布置或固定有电路布置10的各种部件)或衬底布局、匹配部件(例如，(多个)电感器、(多个)电容器)(未示出)和/或芯片天线20形成谐振器25。

再次参考图2，谐振器25耦合到辐射器30。通常，辐射器30包括将传导的rf能量(例如，从rf电路35或者从通信介质(诸如空气或自由空间)接收)转换成辐射的rf能量的设备、部件或装置。在示例性实施例中，一个或多个特征或设备或一部分衬底(在其上布置或固定有电路布置10的各种部件)或衬底布局、芯片天线20和/或周围接地平面(例如，形成在衬底中或衬底上的接地平面，在其上布置或固定有衬底包括的电路布置10)形成辐射器30。

再次参考图2，rf电路35经由链路40耦合到天线结构15。在示例性实施例中，rf电路35可以包括发射(tx)、接收(rx)或者发射和接收(收发器)线路。在发射模式中，rf电路35使用天线结构15来发射rf信号。在接收模式中，rf电路35经由天线结构15接收rf信号。在收发器模式中，rf电路35可以在一些时段期间接收rf信号并且可替代地在其他时段期间发射rf信号(或者根据需要执行发射或接收)。因此，收发器模式可以被视为以时分复用方式组合发射模式和接收模式。

链路40提供电耦合以从rf电路35向天线结构15提供rf信号或者可替代地从天线结构15向rf电路35提供rf信号(分别在发射模式和接收模式)。通常，链路40构成传输线。在示例性实施例中，链路40可以具有或包括各种形式、设备或结构。例如，在一些实施例中，链路40可以包括同轴线或结构。作为另一示例，在一些实施例中，链路40可以包括带线或微带结构(例如，以长度方向并行方式布置的两个导体)。

不管链路40的形式如何，链路40都在馈电点或节点45处耦合到天线结构15。在一些实施例中，馈电点45可以包括连接器，例如rf连接器。在一些实施例中，馈电点40可以包括电耦合件(例如，点/节点/焊点等)，以将链路40耦合到芯片天线20。馈电点45(在发射模式期间)向芯片天线20提供rf信号，或者(在接收模式期间)从芯片天线20提供rf信号到链路40。

在示例性实施例中，芯片天线20可以构成各种期望的芯片天线。如本领域普通技术人员所知，芯片天线是具有相对较小物理尺寸的无源电子部件。参照图2，芯片天线20与谐振器25和辐射器30一起形成天线结构15。如上所述，天线结构15从rf电路35发射rf信号或者向rf电路35提供从通信介质(例如，空气)接收的rf信号。在一些实施例中，可以使用不同于芯片天线的天线。图2所示的实施例使用芯片天线20，因为其尺寸相对较小、成本相对较低并且相对容易获得。

通常，在示例性实施例中，用于加工或实现谐振器25和辐射器30的结构可以重叠或具有共同的元件。例如，如上所述，在一些实施例中，谐振器25和辐射器30可以包括衬底(在其上布置或固定了电路布置或rf装置的各种部件)或衬底布局的一个或多个特征或设备。在这种情况下，谐振器25和辐射器30可以被组合。

图3示出根据一个示例性实施例的用于rf装置(或rf装置的一部分)的电路布置60，其包括组合的谐振器和辐射器，即谐振器/辐射器50。更具体地，电路布置60示出rf装置的各个部分之间的电连接件或耦合件。除了组合的谐振器和辐射器之外，电路布置60具有与上面关于电路布置10(参见图2)所描述的相同的或类似的特征。

如上所述，图2和图3示出根据一个示例性实施例的rf装置的电气拓扑。图4、图5和图6示出或添加了根据一个示例性实施例的rf装置的物理特征或配置。更具体地，图4、图5和图6示出谐振器25和辐射器30的分区(类似的分区可以应用于组合的谐振器和辐射器，例如谐振器/辐射器50(参见图3))。

在示例性实施例中，物理载体、设备、壳体或其他物理实体被用于容纳或包括或支撑天线结构15。在一些实施例中，天线结构15(图2的实施例中的芯片天线20、谐振器25和辐射器30，或者图3所示的实施例中的芯片天线20和谐振器/辐射器50)被包括或容纳在模块中。图4示出被标记为80的这种模块。

在一些实施例中，模块80包括物理设备或部件，例如衬底(未示出)，其中各种部件(例如，芯片天线20)被固定到该衬底或者该衬底支撑各种部件。在各种实施例中，该衬底提供用于模块80的各种部件的物理支撑。另外，在一些实施例中，衬底提供用于电耦合模块80的各种部件的机制。例如，衬底可以包括导电迹线以将芯片天线20耦合到谐振器和/或辐射器。

在示例性实施例中，可以根据需要以各种方式制造衬底。例如，在一些实施例中，衬底可以构成印刷电路板(pcb)。如本领域普通技术人员将理解，pcb提供用于电耦合模块80的各种部件的机构或特征，例如迹线、通孔等。pcb机构或特征也可以用于实现谐振器和/或辐射器(或组合的谐振器/辐射器)的一部分，例如，迹线、匹配部件、接地平面等。

在示例性实施例中，可以基于各种考虑和属性来选择用于制造pcb的一种或多种材料。例如，可以选择pcb材料以便提供某些物理属性，例如用于支撑模块80中的各种部件的足够强度。作为另一示例，可以选择pcb材料以便提供某些电属性，例如，用于提供期望的电特性(例如在给定或期望频率下的电抗)的介电常数。

如上所述，示例性实施例包括分区天线结构。再次参照图4，天线结构15(在图4中未标记)包括分区谐振器和分区辐射器。更具体地，天线结构15包括模块80中的谐振器的一部分。因此，谐振器在物理上被划分为两个部分(或零件或片段)。这些部分之一被包含在模块80中并标记为85a。换句话说，部分85a小于整个(或完整的)谐振器。谐振器零件或部分85a可以包括整个谐振器结构的一部分，例如，一个或多个匹配部件、整个接地平面的一部分等。谐振器的第二部分不被包括在模块80中，而是如下面详细描述的那样使用模块80外部的结构来制造。谐振器的两个部分共同形成整个或完整的谐振器。

类似地，天线结构15(在图4中未标记)包括模块80中的辐射器的一部分。换句话说，辐射器在物理上被划分为两个部分(或零件或片段)。这些部分之一被包含在模块80中并在图4中标记为90a。因此，部分90a小于整个(或完整的)辐射器。辐射器零件或部分90a可以包括整个辐射器结构的一部分，例如，一个或多个匹配部件、整个接地平面的一部分等。辐射器的第二部分不被包括在模块80中，而是如下面详细描述的那样使用模块80外部的结构来制造。辐射器的两个部分共同形成整个或完整的辐射器。

应注意，在一些实施例中，谐振器或辐射器被划分，但是不是谐振器或辐射器都被划分。例如，在一些实施例中，谐振器如上所述被划分，但是辐射器不被划分并被包含在模块80中(即使在辐射器可能具有相对较小的效率的情况下)。作为另一示例，在一些实施例中，辐射器如上所述被划分，但是谐振器不被划分并被包含在模块80中。

如上所述，在一些实施例中，谐振器和辐射器被组合(例如，谐振器/辐射器)。在这种实施例中，天线结构15(在图4中未标记)包括模块80中的谐振器/辐射器的一部分。换句话说，谐振器/辐射器在物理上被划分成两个部分(或零件或片段)。这些部分之一被包含在模块80中。包括在模块80中的谐振器/辐射器部分可以包括整个谐振器/辐射器结构的一部分，例如，一个或多个匹配部件、整个接地平面的一部分等。谐振器/辐射器的第二部分不被包括在模块80中，而是使用模块80外部的结构来制造。

应注意在图4所示的实施例中，rf电路35在物理上未被包含在模块80中。相反，rf电路35在模块80的外部并且经由链路40耦合到芯片天线20。在一些实施例中，与链路40一样，rf电路35在物理上被包含在模块80中。图5描述了这种实施例的示例。在图5中的实施例中，rf电路被包含在模块80中，并且经由链路40(其也被包含在模块80中)耦合到芯片天线20。链路40可以在模块80外部使用以允许与rf电路35通信(例如，提供信号以便发射或接收已经接收的rf信号)。将rf电路35包括在模块80中有利于根据需要针对给定的标准或协议对模块80进行认证。

如上所述，天线结构15包括谐振器85a的一部分和辐射器90a的一部分。谐振器和辐射器的剩余部分或零件是在模块80外部制造的。在一些实施例中，剩余部分是使用模块80耦合到或固定到的衬底中的特征或设备制造的。图6描述了这种实施例的示例。

更具体地，图6中的装置100示出耦合到或固定到衬底105的rf模块80。除了模块80之外，衬底105还可以根据需要耦合到或固定到其他设备、特征、子系统、电路等。在示例性实施例中，衬底105可以根据需要以各种方式制造。例如，在一些实施例中，衬底可以构成pcb(总体标记为105)。如本领域普通技术人员将理解，pcb提供一些机构或特征(诸如迹线、通孔等)以将模块80电耦合到其他设备、特征、子系统、电路等。

pcb(或一般地衬底)105特征(或机构或设备或部件或零件)也可以用于实现谐振器和辐射器(或组合的谐振器/辐射器)的第二部分。此类特征的示例包括迹线、导电区域或导电平面(诸如接地平面)等。在图示的实施例中，衬底105的特征被用于谐振器(标记为85b)的一部分和辐射器(标记为90b)的一部分。谐振器零件或部分85a和85b(在电气上和/或物理上)耦合在一起以形成整个谐振器(例如，图2中的谐振器25)。类似地，辐射器零件或部分90a和90b(在电气上和/或物理上)耦合在一起以形成整个辐射器(例如，图2中的辐射器30)。

在示例性实施例中，可以基于各种考虑和属性来选择用于制造衬底或pcb105的一种或多种材料。例如，可以选择pcb材料以便提供某些物理属性，例如用于支撑耦合或固定到pcb105的各种部件的足够强度。作为另一示例，可以选择pcb材料以便提供某些电属性，例如，用于提供期望的电特性(例如在给定或所需频率下的电抗)、期望的整体谐振器电特性和/或期望的整体辐射器电特性的介电常数。

通过划分谐振器(例如，谐振器25)和辐射器(例如，辐射器30)，天线结构15被分区。例如，参照图6，谐振器被划分成部分85a和部分85b。附加地或替代地，辐射器被划分成部分90a和部分90b。假定天线结构15包括谐振器和辐射器，则天线结构15如图所示并且如上所述进行划分。在谐振器和辐射器被组合的实施例中，划分所得到的谐振器/辐射器也导致天线结构15被划分。

根据示例性实施例的分区天线结构提供若干特征和属性。例如，分区天线结构提供天线(例如，芯片天线20)的有效调谐，而不是仅依赖于涉及改变在天线的相对接近区域中的介电材料、改变封装材料(例如，模制材料)或尺度或者改变模块80固定到的衬底(例如，pcb)的尺度或特性的技术。因此，即使由于各种因素(例如，模制和塑料层，是用在模块80中还是用在模块80之外)而发生相对显著的失调，用于使用模块80的给定应用的天线的有效或高效调谐也是可能的。因此，可以以相对灵活的方式并以可能较低的成本(例如，因为较小的模块尺寸等)实现天线的调谐。

此外，假定模块80包括谐振器和辐射器的一些部分而不是整个谐振器和辐射器，则模块尺寸被减小。模块80的减小的尺寸提供了减小的板面积、减小的成本、增加的灵活性等。例如，在模块80外部(例如，使用衬底105的特征或零件)制造的谐振器部分85b和辐射器90b可以被确定尺寸或配置或制造成适应期望的rf频率而无需改变模块80的特性。换句话说，在模块80外部(例如，使用衬底105的特征或零件)制造的谐振器部分85b和辐射器部分90b可以被确定尺寸或配置或制造成针对模块80的特定特性提供有效的rf发射或接收。

本申请的一个方面涉及用于制作或使用诸如模块80的模块的过程。图7示出根据示例性实施例用于制作具有分区天线结构的模块的过程的流程图120。在125处，rf电路(例如上述的rf电路35)根据需要被制造并包含在模块中。(在已经制造了rf电路(例如，包括该rf电路的半导体管芯)的实施例中，所制造的rf电路可以被包含在模块80中。此外，在rf电路位于模块外部的实施例，框125可以被取消。)

在128处，芯片天线(例如上述的芯片天线20)根据需要被制造并包含在模块80中。(在已经制造了芯片天线(例如作为独立的部件以封装形式获得)的实施例中，所制造的芯片天线可以被包含在模块80中。)

在131处，谐振器(例如图2中的谐振器25)的一部分或零件被制造并包含在模块80中。谐振器的该部分或零件可以构成例如图5和图6中所示的部分85a。换句话说，形成谐振器的整个结构如上所述被划分成两个部分。这些部分之一(例如，部分85a)被包含在模块80中。

可替代地或附加地，在134处，辐射器(例如图2中的辐射器30)的一部分或零件被制造并包含在模块80中。辐射器的该部分或零件可以构成例如图5和图6中所示的部分90a。(应注意，在使用组合的谐振器和辐射器的实施例中，谐振器/辐射器的一部分被制造并包含在模块80中)。换句话说，形成辐射器的整个结构如上所述被划分成两个部分。这些部分之一(例如，部分90a)被包含在模块80中。

图8示出了根据另一示例性实施例用于制作具有分区天线结构的rf装置的工艺的流程图150。图8中所示的工艺假定谐振器的一部分和辐射器的一部分(或谐振器/辐射器的一部分)如上所述被包含在诸如模块80的模块中(虽然该工艺可以根据需要通过做出适当的修改来用于其他实施例)。

在155处，确定或计算在模块外部(例如被制造或包含在图6中的衬底105中)的谐振器和辐射器的一些部分(例如上述部分85b和90b)的特性。此类特性包括各种特征(例如，接地平面)的尺寸、材料特性(例如，介电常数)等。

在160处，使用衬底(例如，上述的衬底105)的特征来制造在模块外部的谐振器和辐射器的部分。在165处，模块被安装到衬底上。在170处，将模块电耦合到衬底，例如，将部分85a耦合到部分85b，将部分90a耦合到部分90b、电力和接地连接件、rf信号路径等。应注意，在一些实施例中，安装模块以及将模块电耦合到衬底可以一起执行(例如通过将模块焊接到衬底上)。

本申请的一个方面涉及使用衬底105将线路包含在rf装置中以提供用于rf通信装置的大多数或全部部件(例如，接收器、发射器、收发器)。图9示出了根据另一示例性实施例的具有分区天线结构的rf通信装置200。

如上所述，被制造/包含在衬底105中或衬底105上的模块80以及部分85b和90b提供用于rf装置的rf线路。另外，rf通信装置200包括基带电路205和信号源/目的地210。在示出的实施例中，基带电路205被包含在模块80中。基带电路205经由链路220耦合到rf电路35。

在rf接收的情况下，基带电路可以使用链路220从rf电路35接收信号，并且将那些信号转换成基带信号。如本领域技术人员将理解，该转换可以包括频率平移、解码、解调等。从该转换得到的信号经由链路215被提供给信号源/目的地210。在rf接收的情况下，信号源/目的地210可以包括信号目的地，诸如扬声器、存储设备、控制电路、换能器等。

在rf发射的情况下，信号源/目的地210可以包括信号源，诸如换能器，麦克风、传感器、存储设备、控制电路等。该信号源提供用于调制被发射的rf信号的信号。基带电路205经由链路215接收信号源的输出信号，并且将那些信号转换成其经由链路220提供给rf电路35的输出信号。如本领域技术人员将理解，该转换可以包括频率平移、编码、调制等。rf电路35使用分区天线结构来经由诸如空气的介质传送rf信号。

在一些实施例中，基带电路205可以从模块80中取消，并且替代地附着到衬底105上。例如，包含有或集成有基带电路205的半导体管芯或ic可以附着到衬底205上并且可以耦合到模块80。图10示出包括这种布置的rf通信装置240。如上所述，链路220提供基带电路205与rf电路35之间的耦合机构。rf通信装置240提供上面结合图10所描述的功能。使基带电路205包含在模块80中将有利于根据需要针对给定的标准或协议对模块80进行认证。

本申请的另一方面涉及一种用于rf装置中的阻抗匹配电路(或匹配电路或匹配网络或匹配线路或阻抗匹配网络或阻抗匹配线路)的装置以及相关方法。如本领域技术人员将理解的，在不失一般性的情况下，可以将阻抗匹配电路简称为“匹配电路”。

阻抗匹配或阻抗转换电路(这里称为匹配电路)通常用在rf装置(例如，接收器、发射器和/或收发器)中，以在具有不同阻抗的线路之间提供接口或匹配。

更具体地，在纯电阻性阻抗的情况下，当源电路的输出阻抗等于负载电路的输入阻抗时，发生最大功率传输。在复阻抗的情况下，当负载电路的输入阻抗是源电路的输出阻抗的复共轭时，发生最大功率传输。

例如，考虑一个阻抗为50欧姆(r＝50ω)的天线耦合到阻抗为50欧姆的接收或接收器(rx)电路。在这种情况下，由于天线的输出阻抗等于rx电路的输入阻抗，因此无需使用阻抗匹配电路即可发生最大功率传输。

现在考虑将阻抗为50欧姆(r＝50ω)的天线耦合到阻抗为250欧姆的rx电路的情况。在这种情况下，因为天线和rx电路的各自阻抗不相等，所以不会发生最大功率传输。

但是，使用阻抗匹配电路可以使天线的阻抗与rx电路的阻抗匹配。由于使用了阻抗匹配电路，因此可以实现从天线到rx电路的最大功率传输。

更具体地，阻抗匹配电路被耦合在天线和rx电路之间。阻抗匹配电路具有两个端口，其中一个端口耦合到天线，而另一端口耦合到rx电路。

在与天线耦合的端口处，阻抗匹配电路在理想情况下向天线展现出50欧姆的阻抗。结果，在天线与阻抗匹配电路之间发生最大功率传输。

相反，在与rx电路耦合的端口处，阻抗匹配电路向rx电路展现出250欧姆的阻抗。因此，最大功率传输发生在阻抗匹配电路和rx电路之间。

在实践中，阻抗匹配电路通常无法完美地匹配阻抗。换句话说，从一个网络到另一个网络的信号传输不是完美的，并且没有100％的信号功率被传输。结果，在具有不完美匹配的阻抗的电路或网络之间的界面处发生反射。

反射系数s11可以用作阻抗匹配水平的一种量度或品质因数。较低的s11表示更好的功率传输(更好的阻抗匹配)，反之亦然。

在示例性实施例中，公开了阻抗匹配电路或包括阻抗匹配电路的装置以及相关方法。阻抗匹配电路的成本相对较低，其可以与rf接收器(rx)、rf发射器(tx)和/或rf收发器一起使用。

此外，根据各种实施例的阻抗匹配电路可以适用于各种工作频率范围、功率水平以及rx电路或rx和tx电路阻抗。另外，如本领域技术人员将理解的，根据各种实施例的阻抗匹配电路可以与各种rx电路或rx和tx电路配置(例如，低if接收器、直接转换接收器或发射器等)一起使用。

根据本申请的一个方面，在rf装置中提供了匹配电路，该匹配电路使天线(更具体地在一些实施例中的环形天线，如下面详细描述)的阻抗与rf电路的阻抗相匹配。匹配电路无需使用芯片天线或陶瓷天线即可提供阻抗匹配功能。换句话说，根据本申请的该方面，rf装置包括rf电路、匹配电路和天线。

替代使用芯片天线而使用匹配电路，该匹配电路使用集总部件或元件，例如电抗部件((多个)电感器、(多个)电容器)。在一些实施例中，电抗部件构成表面安装设备(smd)部件。但是，如本领域技术人员将理解的，取决于各种因素，可以使用其他类型的部件。如本领域技术人员将理解的，这些因素的示例包括工作频率、成本、可用空间、性能规格、设计规格、可用技术等。

匹配电路避免了在此类rf装置中使用芯片天线。避免使用芯片天线会提供一些益处。例如，可以通过避免使用或消除芯片天线来降低rf装置的总成本。

图11描绘了用于根据示例性实施例的rf装置(或rf装置的一部分)300的电路布置。更具体地，该图示出了rf装置300的各个部分之间的电连接件或耦合件。rf装置300包括环形天线310，如下面详细所述，环形天线310被形成在衬底105之中或之上。rf电路35经由链路40耦合到匹配电路305。在示例性实施例中，rf电路35可以包括发射(tx)、接收(rx)或者发射和接收(收发器)线路。在发射模式中，rf电路35使用环形天线310来发射rf信号。在接收模式中，rf电路35经由环形天线310接收rf信号。在收发器模式中，rf电路35可以在某些时间段内接收rf信号，并且替代地在其他时间段内发射rf信号(或者根据需要既不执行发射也不执行接收)。因此，可以将收发器模式视为以时分复用的方式组合发射模式和接收模式。

链路40提供电耦合以将rf信号从rf电路35提供给匹配电路305，或者将rf信号从天线匹配电路305提供给rf电路35(分别在发射和接收模式期间)。通常，链路40构成传输线。在示例性实施例中，链路40可以具有或包括多种形式、设备或结构。例如，在一些实施例中，链路40可以包括同轴线或结构。作为另一示例，在一些实施例中，链路40可以包括带状线或微带结构(例如，以长度方向平行的方式布置的两个导体)。如本领域技术人员将理解的，可以使用其他类型的结构来实现链路40。

无论链路40的形式如何，链路40都在馈电点或节点45处耦合到匹配电路305。在一些实施例中，馈电点45可以包括连接器，例如rf连接器。在一些实施例中，馈电点40可以包括电耦合件(例如，点、节点、焊接头、焊球、通孔等)，以将链路40耦合到匹配电路305。馈电点45将rf信号提供给匹配电路305并且最终提供给环形天线310(在发射模式期间)，或者提供来自环形天线310的rf信号，该rf信号由匹配电路305提供给链路40(在接收模式期间)。

在一些实施例中，匹配电路305可以形成在衬底105中，形成在衬底105上或使用衬底105的各种特征来形成。图12示出了这样的实施例。在一些实施例中，使用诸如rf模块的模块或半导体管芯。图13示出了这样的实施例。

参照图13，各种替代方案是可预期的并且是可能的。例如，在一些实施例中，模块80可以具有其自己的封装件。在这样的实施例中，将模块80的封装件直接(例如，焊接)或通过使用载体等安装、附着或附接到衬底105。作为另一示例，在一些实施例中，模块80可以被形成或附着或附接到其自己的衬底上。在这样的实施例中，模块80的衬底直接(例如，焊接)或通过使用载体等安装、附着或附接到衬底105。

在一些实施例中，匹配电路305被分区。换句话说，用于匹配电路305的线路的一部分(或零件)被包含在模块80中，而匹配电路305的另一部分被包含在衬底105中或形成在衬底105中或形成在衬底105上或使用衬底105形成。图14示出了这种实施例。在图14的实施例中，匹配电路305的一部分305a被包含在模块80中。例如，匹配电路305的一些电抗部件可以被包含在模块80中。再次参考图14，匹配电路的另一部分305b是使用衬底105来实现的。例如，衬底105可以包括导电迹线或图案，匹配电路305的一些电抗部件可以附着(例如，焊接)到这些导电迹线或图案上。这些导电迹线或图案(例如，在用于实现衬底105的pcb中形成的导体的图案)将匹配电路305的部分305b耦合到环形天线310。

在一些实施例中，环形天线310是分区的。换句话说，环形天线310的一部分(或零件)被包含在模块80中，而环形天线310的另一部分被包含在衬底105中或形成在衬底105中或形成在衬底105上或使用衬底105形成。图15示出了这样的实施例。在图15的实施例中，环形天线310的一部分310a被包含在模块80中。例如，模块80中的导体迹线或导体或导体图案可以用于实现环形天线310的部分310a。再次参考图14，环形天线310的另一部分310b使用衬底105来实现。例如，衬底105可以包括用于实现或实施环形天线310的部分310b的导电迹线或图案。这些导电迹线或图案(例如，在用于实现衬底105的pcb中形成的导体的图案)将环形天线310的部分310b耦合到匹配电路305。

本申请的一个方面涉及在使用衬底105的rf装置中包括线路，以提供用于rf装置(例如，接收器、发射器、收发器)300的一些或全部部件。图16示出了根据示例性实施例的包括在模块80中的具有匹配电路305的rf通信装置300(如以上结合图13所述)。另外，参照图16，rf装置300包括基带电路205和信号源/目的地210。在所示的实施例中，基带电路205在模块80的外部，并且经由链路220耦合到rf电路35。

在rf接收的情况下，基带电路可以使用链路220从rf电路35接收信号，并将这些信号转换为基带信号。如本领域技术人员将理解的，该转换可以包括频率平移、解码、解调等。由该转换得到的信号经由链路215被提供给信号源/目的地210。如本领域技术人员将理解的，在rf接收的情况下，信号源/目的地210可以包括信号目的地，例如，扬声器、存储设备、控制电路、换能器等。在rf发射的情况下，信号源/目的地210可以包括信号源，例如，换能器、麦克风、传感器、存储设备、数据源、控制电路等。信号源提供被用于调制所发射的rf信号的信号。基带电路205经由链路215接收信号源的输出信号，并将这些信号转换为经由链路220提供给rf电路35的输出信号。如本领域技术人员将理解的，该转换可以包括频率平移、编码、调制等。rf电路35使用匹配电路305将rf信号提供给环形天线310，以经由诸如空气或真空的介质进行传输。

在一些实施例中，匹配电路305的一部分或零件被包含在模块80中，而匹配电路305的另一部分或零件在模块80的外部。图17示出了这样的实施例。与图14的实施例类似，在图17的实施例中，匹配电路305的一部分305a被包含在模块80中。匹配电路305的另一部分305b在模块80的外部，例如如上所述使用衬底105来实现。

在一些实施例中，环形天线310的一部分(或零件)被包含在模块80中，而环形天线310的另一部分在模块80的外部。图18示出了这样的实施例。与图15的实施例相似，在图18的实施例中，环形天线310的一部分310a被包含在模块80中。环形天线310的另一部分310b在模块80的外部，例如如上所述使用衬底105来实现。

本申请的另一方面涉及匹配电路305和天线环路310的物理布局。图19示出了用于根据示例性实施例的rf装置(或rf装置的一部分)的布局。更具体地，图19示出了实现为印刷环路衬底边缘弥散场天线的环形天线。换句话说，环形天线310使用实现为利用在衬底105(例如，pcb)之中或之上形成的传导图案或迹线的示例的传导环路，从而实现标签印刷环路。传导环路(例如，印刷环路)被实现在衬底105的边缘(如图19所示)处或其附近，即在衬底105的一个或多个边缘附近(如图19所示)，或在衬底105的一个或多个边缘处，即在传导环路和衬底105的(多个)边缘之间没有空隙(或几乎没有空隙)。

衬底105的一些部分不被用于实现环形天线310，例如，pcb上的导电层的一些部分被剥离或修边以产生空隙330(即，未被导电层覆盖的区域)。传导图案或迹线340和345被用于实现匹配电路305。在所示的示例中，rf馈源使用传导图案340来实现(即接收器(未示出)或发射器(未示出)耦合到传导图案340)。电感器l1耦接在传导图案340和环形天线310之间。电容器c1将传导图案340耦接到传导图案345。电容器c2耦接在传导图案345和环形天线310之间。

因此，形成了包括电感器l1以及电容器c1和c2的匹配电路。图19中形成的匹配电路仅仅是说明性的，而不是限制性的。如本领域技术人员将理解的，可以使用如上所述的集总电抗部件或元件，通过在衬底105中或衬底105上或在衬底105上使用这样的部件和一个或多个图案来实现其他匹配电路。匹配电路。环形天线310由匹配电路305谐振。可以使用集总电抗部件或元件来实现其他匹配电路，如上所述，通过使用此类部件和衬底105中或衬底105上的一个或多个传导图案来实现期望的匹配电路。环形天线310被匹配电路305谐振。

再次参考图19，多个接地通孔335用于将环形天线310的几个点耦合到接地平面(未示出)。可以使用衬底105的一个或多个内层(例如，多层pcb的(多个)内层)或衬底105的底层(例如，pcb的底层或背面)形成接地平面。图20示出了用于这种布置的布局。更具体地，接地通孔335将环形天线310(由于其不位于示出的层中，部分地使用虚线示出)耦合至传导图案350。传导图案350构成接地平面，并且如上所述，可以使用衬底105的一个或多个内层或者底部或背部的侧面或层来实现。

如上所述，环形天线310被匹配电路305谐振，这引起rf电流。图21示出了图19中所示的布局中的rf电流分配的示例。再次参照图21，rf电流360通常沿着衬底105的顶侧、沿着衬底105的右侧、沿着衬底105的底侧以及沿着衬底105的左侧传播，从而产生rf辐射。如图21所示，一些边缘电流沿着衬底105的顶侧或边缘流动。这样的边缘电流产生边缘场，这些边缘场也产生rf辐射。应注意，尽管通常传导环路正在辐射，但是由于相对大的尺寸，主辐射器沿着衬底105的(多个)边缘。因此，在不使用芯片或陶瓷天线的情况下，环形天线310使用传导环路和衬底105的(多个)边缘作为辐射器，其由使用集总电抗部件或元件的匹配电路驱动。

环形天线310中的传导环路的尺寸通常取决于工作频率(例如，通过环形天线310发射的rf信号的频率，或者通过环形天线310接收的rf信号的频率)。因此，可以选择传导环路和/或衬底105的尺寸以适应期望的工作频率。传导环路的各种形状也是可能的并且是可预期的。一些传导环路可以被设定形状和尺寸以便增加环形天线310的带宽，或适应衬底105上的模块80周围可用的相对有限区域。

通常，可以使用几种技术来改善环形天线310的性能：(a)使用相对远离模块80的相对窄的迹线，以便减小产生自电容的环路面积/尺度；(b)增加传导环路耦合机构(引脚等)之间的距离，以便通过匹配电路305来减小并联寄生电容；(c)增加传导环路宽度和长度以扩大带宽。应注意，可以通过多种方式来实现较大的传导环路面积，例如，通过加宽传导环路或使其更长，这降低了传导环路的品质因数(q)，即与其阻抗的实部相比降低了其阻抗的虚部。

如上所述，在一些实施例中，匹配电路305的一部分(例如参见图17)或环形天线310的一部分(参见图18)被包含在模块80中。在此类实施例中，匹配电路的另一部分305(例如参见图17)或环形天线310的一部分(参见图18)分别位于模块80的外部，例如使用衬底105形成。图22示出了此类实施例的布局。更具体地，模块80相对于衬底105被定位(通常安装或附着或附接到衬底105)。模块80被电耦合到环形天线310。如在一些实施例中所指出，匹配电路305的一部分被包含在模块80中，而匹配电路305的另一部分被布置在模块80的外部。此外，如在一些实施例中所指出，环形天线310的一部分被包含在模块80中，而环形天线310的另一部分被布置在模块80的外部。

本申请的另一方面涉及匹配电路305的拓扑。环形天线310(例如，印刷的环形天线)通常表现出电感阻抗。更具体地，通过增加长度，随着环路阻抗接近其自身并联谐振点，传导环路阻抗接近史密斯圆图的高阻抗点。并联自谐振器是通过环形电感和边缘场寄生电容形成的。为了用作天线，传导环路通常在其自谐振频率以下使用，这意味着它表现出电感阻抗。但是，传导环路也可以在其自谐振频率以上使用，此时其表现出电容阻抗。在任一情况下，各种匹配电路可以与环形天线310一起使用。一些示例在上面引用的美国专利申请号16/237,511中有所描述和图示。

图23示出了根据一个示例性实施例的匹配电路。更具体地，图23中的匹配电路305包括与电抗网络550串联耦合或级联耦合的电抗网络450。如其名称所暗示，电抗网络450和550包括一个或多个电感器和/或电容器。电抗网络450和550可以具有各种拓扑，例如，如上面引用的美国专利申请号16/237,511所描述和图示。

图24示出了根据另一示例性实施例的匹配电路，其使用并联谐振网络和电抗网络。更具体地，图24中的匹配电路305包括与匹配电路305的rf端口并联耦合(即耦合在rf端口与地之间)的谐振网络500。谐振网络500也耦合到电抗网络550。电抗网络550与匹配电路305的天线端口串联耦合或级联耦合。如其名称所暗示，谐振网络500包括一个或多个电感器，其与一个或多个相应的电容器耦合以形成谐振电路或谐振回路(tank)或谐振网络。电抗网络550和谐振网络500可以具有各种拓扑，例如，如上面引用的美国专利申请号16/237,511所描述和图示。

图25示出了根据另一示例性实施例的匹配电路，其使用串联谐振网络和电抗网络。更具体地，图25中的匹配电路305包括与电抗网络550串联耦合的谐振网络500。电抗网络550和谐振网络500可以具有各种拓扑，例如，如上面引用的美国专利申请号16/237,511所描述和图示。

图26示出了用于耦合至环形天线310的匹配网络305的电路布置600。环形天线310的一端耦合到地面(例如，使用上述的接地通孔)。环形天线310的另一端耦合到匹配电路305的天线端口。在所示的特定示例中，匹配电路305通常具有与图25中的拓扑类似的拓扑。更具体地，匹配电路305包括谐振电路500，该谐振电路500使用与电容器c1串联的电感器l1。匹配电路305还包括电抗网络550，该电抗网络550包括单个电容器，该单个电容器被分成四个串联耦合(或级联耦合)的电容器c2-c5，以降低对部件变化或公差的敏感度，例如，如上面引用的美国专利申请号16/237,511所描述和图示。图26中的示例未使用并联耦合网络，因为在所示的特定情况下，电路中存在的并联寄生效应(例如，传导环路等)使阻抗移动接近史密斯圆图的标称电阻(例如，50ω)圆圈。在其他情况下，并联网络可能是合适的并且可以被使用，例如，如上面引用的美国专利申请号16/237,511所描述和图示。

如上所述，可以将匹配电路305或环形天线310分别划分为例如多个部分，其中一个部分被包括在模块(未示出)中，而另一部分在模块外部。此外，尽管关于环形天线描述了各种实施例，但是如本领域普通技术人员将理解的，可以使用其他类型的天线。如本领域普通技术人员将理解的，天线的选择取决于各种因素，例如，设计规格、性能规格、成本、衬底特性和尺寸、模块(如果使用)特性和尺寸、可用技术、目标市场、目标终端用户等。

根据示例性实施例的天线结构或环形天线(其包括环形导体和衬底边缘)可以根据需要用于各种通信装置、系统、子系统、网络等中。图27示出了根据示例性实施例的用于无线电通信的系统250。

系统250包括发射器105a，该发射器包括天线结构15(未示出)。发射器105a经由天线结构15或环形天线310发射rf信号。rf信号可以由包括天线结构15(未示出)或环形天线310(未示出)的接收器105b接收。另外或可替代地，收发器255a和/或收发器255b可以分别经由接收器105d和接收器105f接收所发射的rf信号。接收器105d和接收器105f中的一个或多个包括天线结构15(未示出)或环形天线310(未示出)。

除了接收能力之外，收发器255a和收发器255b还可以发射rf信号。更具体地，分别在收发器255a和收发器255b中的发射器105c和/或发射器105e可以发射rf信号。所发射的rf信号可以由接收器105b(独立接收器)接收，或者经由非发射收发器的接收器线路接收。发射器105c和发射器105e中的一个或多个包括天线结构15(未示出)或环形天线310(未示出)。

也可以考虑具有变化的配置和/或能力的其他系统或子系统。例如，在一些示例性实施例中，两个或更多个收发器(例如，收发器255a和收发器255b)可以形成网络，例如自组织网络。作为另一示例，在一些示例性实施例中，收发器255a和收发器255b可以例如与发射器105a结合形成网络的一部分。

在示例性实施例中，包括天线结构15的rf装置可以包括各种rf线路35。例如，在一些实施例中，可以使用直接转换接收器和/或发射器线路。作为另一示例，在一些实施例中，可以使用低中频(if)接收器和偏移锁相环(pll)发射器线路。

在其他实施例中，根据需要可以使用其他类型的rf接收器和/或发射器。如本领域普通技术人员将理解的，对于给定实施方式，线路的选择取决于多种因素。这些因素包括设计规格、性能规格、成本、ic、管芯、模块或设备面积、可用技术(例如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。

在示例性实施例中，包括天线结构15或环形天线310的rf装置可以根据或支持各种rf通信协议或标准进行通信。例如，在一些实施例中，可以使用或支持根据wi-fi协议或标准的rf通信。作为另一示例，在一些实施例中，可以使用或支持根据蓝牙协议或标准的rf通信。作为另一示例，在一些实施例中，可以使用或支持根据zigbee协议或标准的rf通信。根据需要，在其他实施例中可以预期并且可以使用或支持其他协议或标准。

在其他实施例中，根据需要可以使用或支持根据其他协议或标准的其他类型的rf通信。如本领域普通技术人员将理解的，用于给定实施方式的协议或标准的选择取决于多种因素。这些因素包括设计规格、性能规格、成本、复杂性、特征(安全性、吞吐量)、行业支持或可用性、目标市场、目标终端用户、目标设备(例如iot设备)等。

参照附图，本领域普通技术人员将认识到所示的各种框可能主要描绘概念功能和信号流。实际的电路实施方式可能包含或可能不包含用于各个功能块的可单独识别的硬件，并且可能会或可能不会使用所示的特定线路。例如，可以根据需要将各种模块的功能组合到一个电路模块中。此外，可以根据需要在几个电路块中实现单个块的功能。电路实施方式的选择取决于各种因素，例如给定实施方式的特定设计和性能规格。除了本公开中的实施例之外，其他修改和替代实施例对于本领域普通技术人员将是显而易见的。因此，本公开内容向本领域技术人员教导了根据示例性实施例的实施方式所公开的概念的方式，并且仅被解释为示例性的。如本领域普通技术人员将理解的，在适用的情况下，附图可能按比例绘制，也可能未按比例绘制。

示出和描述的特定形式和实施例仅构成示例性实施例。在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员可以对零件的形状、尺寸和布置进行各种改变。例如，本领域技术人员可以用等同的元件代替图示和描述的元件。而且，在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员可以独立于其他特征的使用来使用所公开概念的某些特征。