CN101438555A - 使用电磁带隙结构的多频带天线阵列 - Google Patents

使用电磁带隙结构的多频带天线阵列 Download PDF

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Abstract

在某些实施例中，提出了使用电磁带隙结构的多频带天线阵列。就此而言，所介绍的天线阵列具有基本上位于基板表面上的两个或更多个平面天线；基本上位于所述天线之间及基本上与所述天线在同一平面上的第一组电磁带隙(EBG)单元；以及位于所述基板内在所述天线之下的第二组EBG单元。还公开了其它实施例并要求其权利。

Description

使用电磁带隙结构的多频带天线阵列
技术领域
[0001]本发明的各实施例通常涉及天线领域，并且尤其涉及使用电磁带隙结构的多频带天线阵列。
背景技术
[0002]当今诸如膝上型电脑的无线通信设备至少需要两个天线来发送和接收外部信号。随着所需天线数目的增多，将天线彼此隔离很有必要。同时，希望减小无线设备的尺寸。
附图说明
[0003]在所附各图中以示例而非限制的方式示出了本发明，在所附各图中类似参考标号表示类似要素，其中：
图1是根据本发明的一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的顶视图形表示；
图2是根据本发明的一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的横截面图形表示；
图3是根据本发明的一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的横截面图形表示；
图4是根据本发明一个示例性实施例，制造使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的示例性方法的流程图；
图5是根据本发明一个示例性实施例，适于实现使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的示例性电子设备的方框图。
具体实施方式
[0004]在下列说明中，为提供对本发明的透彻理解，出于解释目的，提出了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员来说，显然无需这些具体细节就可以实现本发明的各项实施例。在其它实例中，为了避免混淆本发明，以方框图的形式示出了各种结构和设备。
[0005]贯穿该说明书提到的“一个实施例”或“实施例”意思是与结合该实施例说明的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。这样，在贯穿该说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例。此外，可以以任意适当方式将特定特征、结构或特点合并到一个或多个实施例中。
[0006]图1是根据本发明一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的顶视图形表示。根据所示的示例性实施例，天线阵列封装100包括一个或多个电磁带隙(EBG，electromagnetic bandgap)单元102和天线104。在一个实施例中，天线阵列封装100表示包括多层有机基板的封装，该多层有机基板与其它组件一起焊到印制电路板上。
[0007]EBG单元102表示天线阵列封装100表面上的多频带EBG结构。将EBG单元102设计用于防止天线104之间传播的辐射波。本领域技术人员会认识到，EBG单元102通过允许离散天线的位置彼此接近，使的能够实现小尺寸天线阵列。如图所示，EBG单元102包括螺旋片(spiral patch)，然而也可以采用其它拓扑结构或不同拓扑结构的组合。如图所示，四行EBG单元102隔离开相邻的天线104，然而也可以采用更多或更少的行数。EBG单元102可以具有通过改变螺旋片的圈数和轨迹宽度而为天线104所传播的波定制的禁止带隙(forbidden bandgap)。在一个实施例中，对于很低频率(～1GHz)每个EBG单元102的宽度小于或等于约750μm。
[0008]天线104代表天线阵列封装100表面上的多个平面天线。天线104通过辐射波传播向自由空间中发送信号。虽然表示为包含四个正方形图案的天线，但天线阵列封装100可以包含任何数目的任何形状的天线。在一个实施例中，同轴电缆或共面波导将信号馈送到天线104。在另一个实施例中，镀通孔(PTH，plated through hole)将信号发送到天线104。天线104可以发送相同或不同的频率。可以使用天线104的某些无线通信示例包括WiFi、WiMax、蓝牙以及蜂窝通信。在一个实施例中，天线阵列封装100是多输入多输出(MIMO)无线电台的一部分，其中各天线104是相同的，EBG单元102改变信号方向使其朝上，基本上防止了信号向旁路传播。
[0009]图2是根据本发明一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的横截面图形表示。如图所示，天线阵列封装200包括EBG单元202、天线204、EBG单元206、接地平面208以及介电层210和212。
[0010]EBG单元202防止天线204的辐射波传播到邻近的天线，反之亦然。
[0011]EBG单元206具有在天线204的频带中的禁止带隙。本领域技术人员会认识到，基板厚度可以小于传统平面片天线所要求的四分之一波长。EBG单元206在尺寸和拓扑结构上可以与EBG单元202相同或不同。EBG单元206可以具有一个、两个、三个或更多个低于50Ghz的带隙。在一个实施例中，通过改变用于将EBG单元206与接地平面208进行耦合的过孔的高度，来改变和增强EBG单元206的电感。
[0012]例如参考图4所描述，作为使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的制造过程的一部分，可以将介电层210和212层叠在中心接地平面208上。在一个实施例中，接地平面208是金属层，该金属层与印制电路板上的地耦合，并且通过PTH与EBG单元202和206耦合。在一个实施例中，介电层210和212是有机基板层。
[0013]图3是根据本发明一个示例性实施例，使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的横截面图形表示。如图所示，天线阵列封装300包括EBG单元302、天线304、EBG单元306、接地平面308、天线310、EBG单元312以及314。
[0014]天线阵列封装300包括基板表面上的天线304以及基板内的天线310。通过将天线以及相关联的接地EBG单元312和314合并在基板内，有可能无需增加天线阵列封装的占地面积(footprint)而实现更多的天线。
[0015]图4是根据本发明的一个示例性实施例，制造使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的示例性方法的流程图。虽然可以将下列操作说明为顺序的过程，但是实际上很多操作可以并行或同时执行，这对于本领域普通技术人员是显而易见的。另外，在不偏离本发明各实施例精神的情况下，可以重新安排各个操作的顺序或者可以重复某些步骤。
[0016]根据一个示例性实现，图4的方法从层压(lamination)和过孔形成开始。在一个实施例中，层压了一个金属基板中心，并且将其用作接地平面，例如被介电层210和212层压的接地平面208。在介电层210中可以产生多个过孔，以允许EBG单元206接地到接地平面208。
[0017]接着，可以制图(pattern)并形成EBG单元(404)。在一个实施例中，采用光刻胶图形和电镀来产生EBG单元206的螺旋片。在另一个实施例中，可以预先形成EBG单元206并放置在基板上。
[0018]接着，进一步进行层压和过孔形成(406)。可以在介电层210中产生过孔，以允许EBG单元202接地到接地平面208。也可以产生过孔以向天线204馈送要发送的信号。
[0019]最后，制图并形成天线和EBG单元(408)。在一个实施例中，采用光刻胶图形和电镀来产生天线204以及EBG单元202的螺旋片。在一个实施例中，预先形成天线204和EBG单元202，并将其设置在基板上。完成封装可能还需要其它步骤，例如包括添加球栅阵列(BGA)触点。
[0020]图5是根据本发明的一个实施例，适于实现使用电磁带隙结构的多频带天线阵列的示例性电子设备的方框图。电子设备500想要表示任何各种传统和非传统电子设备、膝上型电脑、桌上型电脑、蜂窝电话、无线通信用户单元、无线通信电话架构元件、个人数字助理、机顶盒或能从本发明教导中获益的任何电子设备。根据所示示例性实施例，电子设备500可以包括一个或多个处理器502、存储器控制器504、系统存储器506、输入/输出控制器508、(多个)无线网络控制器510、(多个)输入/输出设备512以及天线阵列514，它们如图5所示耦合在一起。
[0021]虽然本发明并不限于以下方面，但处理器502可以表示任何各种控制逻辑，其包括但并非限于一个或多个处理器、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、微处理器以及诸如此类。在一个实施例中，处理器502是Intel
Figure A200780016376D0008091047QIETU
兼容处理器。处理器502可以具有包含可以由例如应用程序或操作系统调用的多条机器级指令的指令集。
[0022]存储器控制器504可以代表用于将系统存储器508与电子设备500的其它组件进行接口的任意类型芯片组或控制逻辑。在一个实施例中，可以将处理器502与存储器控制器504之间的连接称为前端总线。在另一个实施例中，可以将存储器控制器504称为北桥。
[0023]系统存储器506可以代表用于存储处理器502已使用或将要使用的数据和指令的任意类型的存储器设备。通常，虽然本发明并不限于该方面，但系统存储器506将由动态随机访问存储器(DRAM)组成。在一个实施例中，系统存储器506可由Rambus DRAM(RDRAM)组成。在另一个实施例中，系统存储器506可由双数据率同步DRAM(DDRSDRAM)组成。
[0024]输入/输出(I/O)控制器508可以代表用于将I/O设备512与电子设备500的其它组件进行接口的任意类型的芯片组或控制逻辑。在一个实施例中，可以将I/O控制器508称为南桥。在另一个实施例中，I/O控制器508可以符合PCI特殊兴趣组于2003年4月15日发布的外围组件互连(PCI)ExpressTM基本规范(修订版1.0a)。
[0025]无线网络控制器510可以代表使电子设备500与其它电子装置或设备进行无线通信的任意类型的设备。在一个实施例中，网络控制器510可以符合电气与电子工程协会(IEEE)802.11b标准(1999年9月16日批准，ANSI/IEEE标准802.11的补充，1999版)。在另一个实施例中，无线网络控制器510也可以包括超宽带(UWB)、全球移动通信系统(GSM)、全球定位系统(GPS)或者其它通信。
[0026]输入/输出(I/O)设备512可以代表为电子设备500提供输入或处理来自电子设备500的输出的任意类型的设备、外设或组件。
[0027]天线阵列514可以代表如图1、2或3所示的使用电磁带隙结构的多频带天线阵列。
[0028]在上述说明中，出于解释目的，为提供对本发明的透彻理解阐述了许多具体细节。然而，对本领域技术人员来说显然不需要这些具体细节就可以实现本发明。在其它实例中，以方框图形式示出了众所周知的结构和设备。
[0029]以最基本的形式说明了很多方法，但是在不偏离本发明基本范围的情况下，可以将各项操作添加到这些方法的任意一个中或从中删除各项操作，可以在所描述消息的任意一个中添加或减去信息。可以预期该发明概念任意数目的变体都在本发明的范围和精神以内。就此而言，特别说明的示例性实施例并非是被提供用来限制本发明，而仅仅是为了说明本发明。这样，本发明的范围并非由以上提供的特定示例来确定，而是由下列权利要求的明确语言来确定。

Claims (25)

1、一种天线阵列，包括：
基本上位于基板表面上的两个或更多个平面天线；
基本上位于所述天线之间及基本上与所述天线在同一平面上的第一组电磁带隙(EBG)单元；以及
位于所述基板内在所述天线之下的第二组EBG单元。
2、如权利要求1所述的天线阵列，还包括四个以基本上正方形图案设置的天线。
3、如权利要求2所述的天线阵列，还包括位于所述基板内的天线。
4、如权利要求1所述的天线阵列，还包括与所述平面天线耦合的镀通孔(PTH)波导。
5、如权利要求1所述的天线阵列，其中所述第一组EBG单元包括基于螺旋的EBG单元。
6、如权利要求1所述的天线阵列，其中所述第一组EBG单元包括四行EBG单元。
7、如权利要求1所述的天线阵列，其中所述第二组EBG单元包括具有约750μm宽度的单元。
8、一种装置，包括：
印制电路板；
焊接在所述印制电路板上的无线网络控制器；以及
焊接在所述印制电路板上的天线阵列，所述天线阵列包括：
基本上位于基板表面上的两个或更多个平面天线；
基本上位于所述天线之间及基本上与所述天线在同一平面上的第一组电磁带隙(EBG)单元；以及
位于所述基板内在所述天线之下的第二组EBG单元。
9、如权利要求8所述的装置，还包括四个以基本上正方形图案设置的天线。
10、如权利要求9所述的装置，还包括位于所述基板内的天线。
11、如权利要求8所述的装置，还包括与所述基板内的接地金属层耦合的所述第一组EBG单元。
12、如权利要求8所述的装置，其中所述第一组EBG单元包括基于螺旋的EBG单元。
13、如权利要求8所述的装置，其中所述第二组EBG单元包括具有约750μm宽度的单元。
14、一种电子设备，包括：
无线网络控制器；
系统存储器；
处理器；以及
天线阵列，其中所述天线阵列包括：基本上位于基板表面上的两个或更多个平面天线；基本上位于所述天线之间的第一组电磁带隙(EBG)单元；以及位于所述基板内在所述天线之下的第二组EBG单元。
15、如权利要求14所述的电子设备，还包括四个以基本上正方形图案设置的天线。
16、如权利要求15所述的电子设备，还包括位于所述基板内的天线。
17、如权利要求14所述的电子设备，还包括与所述平面天线耦合的镀通孔(PTH)波导。
18、如权利要求14所述的电子设备，其中所述第一组EBG单元包括基于螺旋的EBG单元。
19、如权利要求14所述的电子设备，其中所述第一组EBG单元包括四行EBG单元。
20、一种方法，包括：
基本上在封装基板的表面上形成两个或更多个平面天线；以及
基本上在所述天线之间形成第一组电磁带隙(EBG)单元。
21、如权利要求20所述的方法，还包括在所述基板内在所述天线之下形成第二组EBG单元。
22、如权利要求20所述的方法，还包括形成四个以基本上正方形图案设置的天线。
23、如权利要求20所述的方法，还包括形成与所述平面天线耦合的镀通孔(PTH)波导。
24、如权利要求20所述的方法，还包括在所述基板内形成作为与所述EBG单元耦合的接地平面的金属层。
25、如权利要求20所述的方法，还包括形成多层有机基板。
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