CN101032053B - 用于贴片天线的引脚形鳍片接地面 - Google Patents

Abstract

提供了一种通过结合引脚形鳍片接地面和整体天线馈电组件来改进线性极化微带贴片天线性能和制造的系统和方法。在一个实施例中，贴片天线系统包括具有提供无线通信的贴片天线的天线区域。散热部件耦合到天线区域并包括多个引脚，该多个引脚既用于从天线区域散热又为天线区域提供接地面。天线馈线还与天线贴片耦合以提供从天线贴片到其它电子电路的电连接，其它电子电路比如是可以机械地连接到散热部件的无线设备。可以通过散热部件将在无线设备的操作中生成的热量导向周围的空气。

Description

用于贴片天线的引脚形鳍片接地面

交叉引用

本申请要求关于2004年12月3日提交的题为“用于贴片天线的引脚形鳍片接地面”的美国专利申请No.11/003,255以及2004年9月22日提交的题为“用于贴片天线的CPE引脚形鳍片接地面”的美国临时专利申请No.60/612,054的权益。

技术领域

本发明一般地涉及贴片天线，具体涉及针对线性极化贴片天线利用引脚形鳍片(pin fin)接地面结构。

背景技术

贴片天线是在无线链路和其它微波应用中使用的平面天线。传统的线性极化单波段贴片天线包括绝缘基板，绝缘基板的背面具有接地面。在绝缘基板的前面是也称为“贴片”的方形或矩形传导区域，贴片天线的名称由此得来。通常，同轴电缆用作接通“贴片”以发射或接收信号的馈线。此外，在馈电方向上的贴片长度通常稍小于工作频率的波长的一半。

贴片天线容易制造在平坦基板上是贴片天线的主要卖点。尽管贴片天线与较大的碟形/抛物面类型天线相比具有较低的增益，但是它们可以排列成阵列以获得较高增益。商业贴片天线当打开之后通常包括不同形状贴片的阵列。对于线性极化辐射来说，最简单的贴片单元是矩形的。

然而，传统的贴片天线设计存在某些缺陷。传统贴片天线的谐振长度与光在平坦接地面上方的绝缘基板中的固有速度直接成正比，该速度通常是该基板材料的发布值。辐射结构是半波谐振结构。电场存在于贴片与接地面之间。由于电场没有完全包围其边缘附近，因此产生了边缘场(fringing field)，其接着成为辐射源。其他因素也会影响贴片天线的谐振频率。这些因素包括：接地面大小、绝缘基板厚度、金属(铜)厚度以及贴片宽度(阻抗)。选择贴片宽度以提供适当的辐射电阻和工作带宽。

在线性极化微带贴片天线的现有技术中，期望获得改进的贴片天线设计，其可以在保持传统贴片天线性能的同时提供较小的尺寸、较轻的重量并减少制造和装配费用。

发明内容

根据前述内容，本发明提供了一种结构和装配方法，用以通过结合引脚形鳍片接地面和整体天线馈电组件来改进线性极化微带贴片天线的制造和性能。引脚形鳍片结构还充当散热片。

在一个实施例中，贴片天线系统包括具有提供无线通信的天线贴片的天线区域。散热区域耦合到天线区域，并且包括多个引脚以及为天线区域提供接地面。天线馈线还与天线贴片相耦合以提供从天线贴片到其它电子电路的电连接，其它电子电路比如是无线电子设备。与传统贴片天线不同，馈线和天线贴片制造为单独的部分。天线贴片的接地面还用作馈线的接地面以及用于EMI屏蔽。新的贴片天线设计可以得到简化的制造和装配过程，由此降低了成本。

然而，根据以下结合附图阅读的特定实施例描述，本发明的构造和操作方法以及本发明的其它目的和优势将得到最佳的理解。

附图说明

图1提供了传统线性极化微带贴片天线的视图。

图2提供了根据本发明的一个实施例的两个线性极化微带贴片天线的视图。

图3提供了根据本发明的一个实施例的线性极化微带贴片天线的两个等比例视图。

具体实施方式

下文将提供对改进的贴片天线设计的具体描述。

图1提供了传统线性极化微带贴片天线102的视图。在其它的示例性实施例中，可以使用除微带贴片天线之外的其它贴片天线。传统贴片天线102包括绝缘基板104、在绝缘基板104的背面的接地面106、在绝缘基板104的前面的传导贴片108以及通常为同轴电缆的RF馈线110。本领域普通技术人员可以理解，为了清楚起见，放大了绝缘基板104的厚度，并且这不表示与图中呈现的其它组件的比例。RF电子模块112通过RF馈线110和探针馈电114连接到传导贴片108。例如，在发射模式，RF信号产生于RF电子模块112中，向下传导到RF馈线110和探针馈电114，并进一步传导进入传导贴片108中。RF能量产生传导贴片108与接地面106之间的电场116。由于电场116没有完全包围传统贴片天线102边缘附近，因此产生边缘场118，其是天线的辐射源。作为另一例子，在接收模式，接收的辐射信号建立传统贴片天线102内的微小电场。该信号由探针馈电114检测到并通过RF馈线110被发送到RF电子模块112供进一步处理。

图2提供了根据本发明的一个实施例的线性极化微带贴片天线200和201的视图。贴片天线200和201具有与传统贴片天线相比较小的尺寸。每个贴片天线200和201具有两个功能区域：天线区域202和散热区域或部件206。可以理解，在每个贴片天线中，两个功能区域可以具有重叠区域的部分形成一个集成的单片结构。还可以理解，该集成的单片结构简化了整个制造和装配。

无线电子设备204位于两个贴片天线200和201之间并且在示例性实施例中可以垂直地定向。无线电子设备204可以是无线调制解调器，但是在其它实施例中也可以使用其它无线电子设备。可以包括引脚形鳍片散热片的散热区域206附着到无线设备204的两侧以实现从设备到周围空气的被动热传递。散热区域206是一种具有从散热区域206的表面伸出的多个引脚208的结构，以便使热传递的表面区域最大化。在示例性实施例中，散热区域206可以用铝制成。可以理解，引脚208可以包括圆柱形、椭圆形、方形或矩形形状并且可以用铝、其它金属或其它适当的散热片材料制成。散热区域206还充当电磁干扰屏蔽，以避免电磁辐射到达无线设备204或从无线设备204发射出来。

每个贴片天线200和201的天线区域202包括贴片210、绝缘基板212，并且使用其与散热区域206的机械连接作为其接地面。应当理解，尽管天线区域202机械地连接到散热区域206，但其通过绝缘基板212与散热区域206电隔离。

代替在传统贴片天线中的平坦接地面使用散热区域206作为天线区域202的接地面的一个优势在于，散热区域206的电长度大于传统设计中平坦接地面的电长度。这之所以可能是因为散热区域206的多个引脚208形成的接地面的电长度大于散热区域的平面痕迹。如图2所示，由散热区域206形成的接地面的电长度由粗线214提供。粗线214的长度远大于贴片210的长度，而贴片210的长度可能已经是传统设计中的最大电长度了。通过增大接地面的电长度，在保持与现有技术相同的天线效率的同时可以获得物理上较小的贴片天线。

贴片天线200和201的另一个特征是用于贴片天线的整体天线馈电结构。与传统贴片天线设计不同，贴片210的本体和天线馈线216制造成一个部分。当安装贴片天线200和201时，天线馈线216电连接到无线设备204。另外，贴片天线的接地面用作天线馈电结构的接地面。该整体的天线馈电结构设计提供了更稳定的性能并显著地节约了装配复杂度和成本。

无线设备204从连接218获得其电源，在连接220处获得其接地并在连接222处获得其双向LAN连接(以太网、吉比特以太网、USB等)。无线设备204通过天线馈线216向贴片天线200和201发射LAN信号并从贴片天线200和201接收LAN信号。通过将天线区域202、散热区域206以及无线设备204集成在一起，提供了尺寸减小以及重量减小的紧凑设计。

图2基本提供了结合了两个贴片天线200和201以及无线设备204的完全独立的无线数据终端。在这一实施例中获得的紧凑设计在不牺牲天线性能的情况下提供了额外的装配成本节省和空间节省。多个引脚208提供两项功能：引脚为贴片天线200和201创建在电方面更大的接地面，因此允许更小的贴片天线尺寸，并且引脚从无线设备204向周围的空气散热以便冷却。提供接地面的总表面包括引脚208的顶表面和侧表面，以及引脚208从其延伸的基底部件的公共表面。此外，散热区域206还充当天线馈电结构的接地面。这一实施例使用一种将贴片天线本体和天线馈线作为一个结构的整体天线馈电结构，由此减少了装配复杂度和装配时间。

图3提供了根据本发明的一个实施例的线性极化微带贴片天线的两个等比例视图300和302。引脚208以网格形式排列，在图3中其一部分被天线贴片210遮住。可以理解，等比例视图300示出了在无线设备204的一个侧面上的贴片天线，而等比例视图302示出了在无线设备204的另一个侧面上的贴片天线。视图300和302可以提供包括安排在相对的贴片天线之间的无线设备204的单元的前面和后面，该相对的贴片天线各自包括散热区域206，散热区域206进一步包括引脚208、绝缘基板212和贴片210。这一实施例可以得到集成的无线设备和贴片天线的紧凑且有效的设计。

上述说明提供了用于实现本发明的不同特征的很多不同实施例。描述组件和处理的特定实施例以帮助明白本发明。当然，这些仅是实施例并且不打算与权利要求书中所描述的本发明不同地限制本发明。

本发明还提供了一种用于以所描述的设置来装配和操作组件以形成贴片天线组件的装配方法。可以使用传统的耦合方法。该方法包括：如上所述地形成多个天线贴片系统，并通过将无线设备连接到散热部件和每根天线馈线而将无线设备机械地连接到两个天线贴片系统，散热部件将热量从设备导向周围的空气，并且天线馈线将天线贴片与无线设备电耦合。该方法包括通过在绝缘基板上形成天线贴片并将绝缘基板定位在邻近散热部件的位置来将天线贴片与散热部件电隔离。使用传统方法来操作无线设备和天线贴片中的至少一个并生成热量。散热部件将无线设备和天线贴片在操作中生成的热量导向周围的空气。该方法还包括向无线设备提供电源，使无线设备接地并提供双向LAN连接(以太网、吉比特以太网、USB等)。无线设备操作可以包括设备通过天线馈线向贴片天线发射LAN信号以及从贴片天线接收LAN信号。

尽管在此已经将本发明说明和描述为在一个或多个特定的例子中实现，但是本发明不打算限制于所示出的细节，因为在不脱离本发明的精神的情况下并且在权利要求书的等同方案的范围内，可以进行各种修改和结构性改变。因此，应当理解，要宽泛地并以与所附权利要求书阐述的本发明的范围一致的方式来解释所附权利要求。

Claims (19)

1.一种贴片天线系统，包括：

贴片天线，其提供无线通信；

散热部件，其机械地连接到所述贴片天线，并包括多个从贴片天线区域散热的引脚，所述散热部件提供为所述贴片天线提供接地面的总表面，所述总表面至少包括所述引脚的表面，其中所述引脚各自包括顶表面，所述顶表面连接到其上放置所述贴片天线的绝缘基板；

放置在所述贴片天线与所述多个引脚之间的绝缘基板，所述绝缘基板将在其上形成的所述贴片天线机械地连接到所述多个引脚并提供二者之间的电隔离；以及

天线馈线，其耦合到所述贴片天线并提供所述贴片天线与其它电子电路之间的电连接。

2.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述贴片天线是线性极化的单波段贴片天线。

3.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述引脚一般是柱状的并且包括圆的、方的、矩形的或椭圆的横截面。

4.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述贴片天线和所述天线馈线形成一个整体单元的各自的一部分。

5.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述散热部件包括散热片。

6.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述引脚以网格形式排列。

7.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述引脚是金属的。

8.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中每个引脚具有顶表面，所述顶表面是共面的并且各自与其上形成所述贴片天线的所述绝缘基板相接触。

9.根据权利要求1所述的贴片天线系统，其中所述散热部件包括从基底部件的公共表面延伸出来的所述多个引脚，并且所述总表面还包括所述公共表面，并且所述引脚的表面包括所述引脚的顶表面和侧表面。

10.根据权利要求1所述的贴片天线系统，还包括机械地连接到所述散热部件并电耦合到所述天线馈线的无线设备，所述散热部件将来自所述无线设备的热量通过所述引脚传递到周围的空气以冷却所述无线设备，并且所述天线馈线电耦合所述贴片天线和所述无线设备。

11.根据权利要求10所述的贴片天线系统，其中所述贴片天线和所述天线馈线是一个整体单元的各自的一部分。

12.根据权利要求10所述的贴片天线系统，其中所述散热部件包括电磁干扰屏蔽，所述电磁干扰屏蔽保护所述无线设备免受电磁辐射。

13.一种电子组件，包括：

多个贴片天线系统，各自包括：

贴片天线，其提供无线通信；

散热部件，其机械地连接到所述贴片天线，并包括多个从天线区域散热的引脚，所述散热部件提供为所述贴片天线提供接地面的总表面，其中所述引脚各自包括顶表面，所述顶表面连接到其上放置所述贴片天线的绝缘基板；

放置在所述贴片天线与所述多个引脚之间的所述绝缘基板，所述绝缘基板将在其上形成的所述贴片天线机械地连接到所述多个引脚并提供二者之间的电隔离；以及

天线馈线，其耦合到所述贴片天线并提供所述贴片天线与其它电子电路之间的电连接，以及

无线设备，其机械地连接到每个散热部件，并且机械地连接和电耦合到每个天线馈线，所述散热部件将来自所述设备的热量导向周围的空气并且所述天线馈线电耦合所述贴片天线和所述无线设备。

14.根据权利要求13所述的电子组件，其中每个总表面包括所述引脚的顶表面和侧表面以及所述多个引脚从其延伸的公共表面。

15.根据权利要求13所述的电子组件，其中每个贴片天线在与所述引脚的共面顶表面接触的绝缘基板上形成。

16.一种用于形成贴片天线组件的方法，所述方法包括：

将贴片天线机械地连接到散热部件，所述散热部件具有多个散热片引脚和用作所述贴片天线的接地面的总表面，其中所述引脚各自包括顶表面，所述顶表面连接到其上放置所述贴片天线的绝缘基板；

在所述贴片天线与所述多个引脚之间放置所述绝缘基板，所述绝缘基板将在其上形成的所述贴片天线机械地连接到所述多个引脚并提供二者之间的电隔离；

使用天线馈线将所述贴片天线电耦合到无线设备；以及

将所述散热部件机械地连接到所述无线设备以提供从所述无线设备到周围空气的热传递路径。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括形成一个整体单元，所述整体单元包括作为其部件的所述贴片天线和所述天线馈线。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个散热片引脚连接到基底部件的公共表面，并且所述总表面包括所述公共表面和所述引脚的顶表面和侧表面。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括操作所述无线设备和所述贴片天线中的至少一个，由此生成热量并且所述散热部件将所生成的热量导向周围的空气。

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