CN103094674A - 混合天线、冲压元件、印刷电路板及混合天线制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合天线、冲压元件、印刷电路板以及混合天线制造方法，其中，混合天线包括：印刷电路板，包括接地面以及基板；第一走线，设置于基板的表面；第二走线，设置于基板的表面；以及冲压元件，包括主辐射器、第一支架和第二支架；其中，主辐射器设置于虚拟平面之上，虚拟平面平行于基板的表面但不同于该表面；其中，主辐射器通过该第一支架耦接于第一走线，且主辐射器通过第二支架耦接于第二走线。本发明提供的混合天线可在造价合理的前提下增强天线带宽。

Description

混合天线、冲压元件、印刷电路板及混合天线制造方法

技术领域

本发明有关于混合天线，更具体地，有关于包括印刷电路板和冲压元件的混合天线以及混合天线制造方法。

背景技术

如今，第二代(2G)或第三代(3G)通信系统技术已运用于笔记本电脑、平板计算机(Tablet PC)或移动电话中。在印刷电路板(PCB)中加入射频(RF)天线(称之为PCB天线结构)是本领域已知的技术。由于PCB天线结构相对而言制造价格低廉却能有效地降低功耗，因而广泛运用于无线通信装置。然而，PCB天线结构的缺陷却在于带宽(bandwidth)窄且天线效率(antenna efficiency)低。

冲压天线(stamping antenna)结构可克服PCB天线结构的一些缺陷，然而冲压天线结构的制造过程更复杂且造价更昂贵。因此需要设计出一种混合天线以结合冲压天线结构和PCB天线结构。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混合天线、冲压元件、印刷电路板以及混合天线制造方法。

本发明提供一种混合天线，包括：印刷电路板、第一走线、第二走线以及冲压元件；其中，印刷电路板包括接地面以及基板；第一走线设置于基板的表面；第二走线设置于基板的表面；以及冲压元件包括主辐射器、第一支架和第二支架；主辐射器设置于虚拟平面之上，虚拟平面平行于基板的表面但不同于该表面；其中，主辐射器通过第一支架耦接于第一走线，且主辐射器通过第二支架耦接于第二走线。

本发明另提供一种冲压元件，用于天线设计，冲压元件包括：主辐射器；第一支架，连接于主辐射器；以及第二支架，连接于主辐射器；其中，第一支架与第二支架都与主辐射器垂直。

本发明再提供一种印刷电路板，用于天线设计，印刷电路板包括：基板；第一走线，设置于基板的第一表面，且第一走线包括第一焊盘；第二走线，设置于基板的第一表面，且第二走线包括第二焊盘；以及接地面，设置于基板的第二表面；其中，第一表面为第二表面的相反面。

本发明还提供一种混合天线制造方法，包括：提供印刷电路板，该印刷电路板包括基板和接地面；将第一走线和第二走线设置于基板的表面，其中，第一走线和第二走线分别包括第一焊盘和第二焊盘，且第一焊盘和第二焊盘上有第一焊膏和第二焊膏；提供冲压元件，冲压元件包括主辐射器、第一支架和第二支架；将第一支架和第二支架分别设置于第一焊盘和第二焊盘上；以及加热第一焊膏和第二焊膏以使第一支架和第二支架分别焊接于第一焊盘和第二焊盘之上。

本发明提供的混合天线可在造价合理的前提下增强天线带宽、提高辐射效率。

附图说明

图1A为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图1B为根据本发明另一个实施例混合天线的示意图；

图2A为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图2B为根据本发明另一个实施例混合天线的示意图；

图2C为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图2D为根据本发明另一个实施例混合天线的示意图；

图3A为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图3B为根据本发明另一个实施例混合天线的示意图；

图3C为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图3D为根据本发明一个实施例混合天线的示意图；

图4为根据本发明一个实施例混合天线的回波损耗示意图；

图5为根据本发明一个实施例表面贴装技术过程中冲压元件和PCB的示意图；

图6为根据本发明另一个实施例SMT过程中冲压元件和PCB的示意图；

图7为根据本发明一个实施例SMT过程中冲压元件和PCB的示意图；

图8为根据本发明另一个实施例SMT过程中冲压元件和PCB的示意图；

图9A为根据本发明的一个实施例用于混合天线设计的PCB的示意图；

图9B为根据本发明的一个实施例SMT过程中PCB和冲压元件的侧视示意图；

图9C为根据本发明的另一个实施例SMT过程中PCB和冲压元件的侧视示意图；

图10为根据本发明的一个实施例混合天线制造方法流程图。

具体实施方式

图1A为根据本发明一个实施例混合天线1100的示意图。如图1A所示，混合天线1100包括PCB102、第一走线(first trace)150、第二走线(second trace)160以及冲压元件120。PCB包括基板(substrate)104和接地面(ground plane)106，其中，接地面106设置于基板104的表面E2之上。基板104可具有4.3(FR4substrate)的介电常数(dielectric constant)。第一走线150和第二走线160都设置于基板104的另一个表面E1上。冲压元件120包括主辐射器(radiator)122、第一支架(holder)124以及第二支架126。主辐射器122设置于虚拟平面(virtualplane)VE上，虚拟平面VE平行于基板104的表面E1但不同于表面E1。虚拟平面VE与基板104的表面E1之间的距离D1约为2mm至10mm。主辐射器122通过第一支架124电性耦接于第一走线150，且主辐射器122通过第二支架126电性耦接于第二走线160。第一走线150具有馈电点(feed point)130以用于接收信号，馈电点130可电性连接于信号源(图未示)。在一些实施例中，第一走线150为直线形，而第二走线160为U形。

主辐射器122可通过两个或多个连接元件(例如第一走线150和第二走线160)而连接于PCB102。因此，混合天线1100为坚固的(robust)，且表面贴装装置(surface mount device，SMD)的制造可得到简化。此外，如果通过混合天线1100的馈电点130来提供信号，主辐射器122将在冲压元件120之中具有最大电流密度。由于主辐射器122与PCB102分离，混合天线1100的辐射效率(radiation efficiency)得到改进且带宽增强。混合天线1100可更设计成多种形式，对于多种形式的具体介绍如下述。

图1B为根据本发明另一个实施例混合天线1200的示意图。如图1B所示，第二走线160更通过金属线141和导通孔(via hole)142电性耦接于接地面106。图1A中的混合天线1100为单极天线(monopole antenna)，而混合天线1200变为环形天线(loop antenna)。因此，混合天线1200相比混合天线1100具有更高的工作频带。

图2A为根据本发明一个实施例混合天线2100的示意图。如图2A所示，混合天线2100包括冲压元件220，冲压元件220比图1A中所示的冲压元件120更细。

图2B为根据本发明另一个实施例混合天线2200的示意图。如图2B所示，混合天线2200包括第一走线250和第二走线260，而第一走线250和第二走线260的形式与图1A-图2A中的不同。第一走线250弯曲(meander)且包括第一L形部分251和第二L形部分252，而第二走线260沿着主辐射器220弯曲。

图2C为根据本发明一个实施例混合天线2300的示意图。如图2C所示，混合天线2300包括不同形式的第一走线250和第二走线261。第一走线250弯曲且包括第一L形部分251和第二L形部分252，而第二走线260为H形。

图2D为根据本发明另一个实施例混合天线2400的示意图。如图2D所示，混合天线2400包括不同形式的第一走线250和第二走线262。第一走线250弯曲且包括第一L形部分251和第二L形部分252，而第二走线260为C形。

图3A为根据本发明一个实施例混合天线3100的示意图。如图3A所示，混合天线3100包括弯曲的(meandering)冲压元件320。

图3B为根据本发明另一个实施例混合天线3200的示意图。如图3B所示，混合天线3200包括冲压元件321，冲压元件321电性连接于第二走线160的第一部分。

图3C为根据本发明一个实施例混合天线3300的示意图。如图3C所示，混合天线3300包括冲压元件322，冲压元件322电性连接于第二走线160的第二部分。

图3D为根据本发明一个实施例混合天线3400的示意图。如图3D所示，混合天线3400包括冲压元件323，冲压元件323电性连接于第二走线160的第三部分。

图4为根据本发明一个实施例混合天线1100的回波损耗(return loss)示意图4000。图4用于说明频率与回波损耗之间的关系，其中回波损耗的单位为dB，频率的单位为GHz。如图4所示，根据设定为5dB的标准，混合天线1100覆盖第一频带F1和第二频带F2。在基模(fundamental mode)中，第一走线150、冲压元件120以及第二走线160受激发而形成第一频带F1，第一频带F1为从824MHz至960MHz。在高阶模(high order mode)中，第一走线150、冲压元件120以及第二走线160更受激发而形成第二频带F2，第二频带F2为从1710MHz至1990MHz。可配置混合天线1100覆盖GSM900/1800频带。在另一个实施例中，可在信号源与馈电点130之间设置匹配电路(matching circuit)以调整混合天线1100的频带和带宽。

图5为根据本发明一个实施例表面贴装技术(surface mount technology，SMT)过程中冲压元件510和PCB580的示意图。如图5所示，冲压元件510包括主辐射器520、第一支架530和第二支架540。第一支架530和第二支架540都连接于主辐射器520且与之垂直。主辐射器520可包括圆形元件521。在一些实施例中，第一支架530和第二支架540可设置于PCB580上，且主辐射器520可与PCB580平行。第一支架530包括第一突出部分(protrusion)535，且第二支架540包括第二突出部分545。参考图5，第一突出部分535和第二突出部分545向彼此延伸。即第一突出部分535向X轴正方向延伸，而第二突出部分545向X轴负方向延伸。需注意，第一突出部分535和第二突出部分545可包括圆形孔以增加焊接面积(soldering area)。为保证坚固性，PCB580可包括孔581a、581b、581c及581d，第一突出部分535可包括定位柱(location pillar)531a、531b。以及第二突出部分545可包括定位柱531c、531d。SMT过程后，定位柱531a，531b分别插入孔581a、581b，且定位柱531c、531d分别插入孔581c、581d。因此，第一突出部分535和第二突出部分545都连接于PCB580。需注意，定位柱和PCB孔的数目可发生变化。在本发明中可有1、2、3、4、5或更多个定位柱和PCB孔。

图6为根据本发明另一个实施例SMT过程中冲压元件610和PCB590的示意图。如图6所示，冲压元件610包括主辐射器620、第一支架630和第二支架640。第一支架630和第二支架640都连接于主辐射器620且与之垂直。主辐射器620可包括圆形元件621。第一支架630包括第一突出部分635，且第二支架640包括第二突出部分645。需注意，第一突出部分635和第二突出部分645可包括圆形孔以增加焊接面积。图6与图5的不同之处在于第一突出部分635和第二突出部分645不包括定位柱，且PCB590不包括PCB孔。SMT过程后，第一突出部分635和第二突出部分645直接连接于PCB590。

图7为根据本发明一个实施例SMT过程中冲压元件710和PCB580的示意图。如图7所示，冲压元件710包括主辐射器720、第一支架730和第二支架740。第一支架730和第二支架740都连接于主辐射器720且与之垂直。主辐射器720可包括圆形元件721。在一些实施例中，第一支架730和第二支架740可设置于PCB580上，且主辐射器720可与PCB580平行。第一支架730包括第一突出部分735，且第二支架740包括第二突出部分745。需注意，第一突出部分735和第二突出部分745可包括圆形孔以增加焊接面积。参考图7，第一突出部分735和第二突出部分745背离彼此延伸。即第一突出部分735向X轴负方向延伸，而第二突出部分745向X轴正方向延伸。为保证坚固性，PCB580可包括孔581a、581b、581c及581d，第一突出部分735可包括定位柱731a、731b。以及第二突出部分745可包括定位柱731c、731d。SMT过程后，定位柱731a，731b分别插入孔581a、581b，且定位柱731c、731d分别插入孔581c、581d。因此，第一突出部分735和第二突出部分745都连接于PCB580。需注意，定位柱和PCB孔的数目可发生变化。在本发明中可有1、2、3、4、5或更多个定位柱和PCB孔。

图8为根据本发明另一个实施例SMT过程中冲压元件810和PCB590的示意图。如图8所示，冲压元件810包括主辐射器820、第一支架830和第二支架840。第一支架830和第二支架840都连接于主辐射器820且与之垂直。主辐射器820可包括圆形元件821。第一支架830包括第一突出部分835，且第二支架840包括第二突出部分845。需注意，第一突出部分835和第二突出部分845可包括圆形孔以增加焊接面积。图8与图7的不同之处在于第一突出部分835和第二突出部分845不包括定位柱，且PCB590不包括PCB孔。SMT过程后，第一突出部分835和第二突出部分845直接连接于PCB590。

图9A为根据本发明的一个实施例用于混合天线设计的PCB902示意图。PCB902包括基板904、第一走线950、第二走线960以及接地面906。第一走线950设置于基板904的表面E1上且第一走线950包括第一焊盘951。第二跟踪器960设置于基板904的表面E1上且第二走线960包括第二焊盘961。第一焊盘951和第二焊盘961上分别有第一焊膏(soldering paste)952和第二焊膏962。接地面906设置于基板904的另一个表面E2，其中，表面E2为表面E1的相反面。第一走线950为直线形，而第二走线960为U形。同样地，第一走线950和第二走线960也可为图2A-图2D中所示的其他形状。

图9B为根据本发明的一个实施例SMT过程中PCB902和冲压元件920的侧视示意图。如图9B所示，冲压元件920通过焊膏952、962而焊接在第一焊盘951和第二焊盘961之上。冲压元件920包括主辐射器922、第一支架924和第二支架926。其中第一支架924和第二支架926分别焊接在第一焊盘951和第二焊盘961之上。主辐射器922可包括圆形元件929。第一支架924和第二支架926都垂直于主辐射器922。

图9C为根据本发明的另一个实施例SMT过程中PCB902和冲压元件920的侧视示意图。如图9C所示，将冲压元件920放置在PCB902上之后，加热融化第一焊膏952和第二焊膏962以使第一支架924和第二支架926分别焊接于第一焊盘951和第二焊盘961之上。需注意，第一支架924可与第一焊盘951部分或全部重叠。且第二支架926可与第二焊盘961部分或全部重叠。主辐射器922与基板904的表面E1之间的距离D1为2mm至10mm。

图10为根据本发明的一个实施例混合天线制造方法流程图1300。首先，在步骤S110中，提供一个PCB，该PCB包括基板和接地面。在步骤S120中，将第一走线和第二走线设置于基板的表面，其中，第一走线和第二走线分别包括第一焊盘和第二焊盘，且第一焊盘和第二焊盘上有第一焊膏和第二焊膏。然后，在步骤130中，提供一个冲压元件，该冲压元件包括主辐射器、第一支架和第二支架。在步骤S140中，将第一支架和第二支架分别设置于第一焊盘和第二焊盘上。最后，在步骤S150中，加热第一焊膏和第二焊膏以使第一支架和第二支架分别焊接于第一焊盘和第二焊盘之上。

在本发明中，接地面、PCB走线、焊盘以及冲压元件由金属制成，例如铜或者银。

权利要求中用于修饰元件的“第一”、“第二”、“第三”等序数词的使用本身并未表示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或方法执行的步骤次序，仅用作标识以区分具有相同名称(但具有不同序数词)的不同组件。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明的范围，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求及其等同变形所界定者为准。

Claims (27)

1.一种混合天线，包括：

印刷电路板，包括接地面以及基板；

第一走线，设置于该基板的表面；

第二走线，设置于该基板的该表面；以及

冲压元件，包括主辐射器、第一支架和第二支架；其中，该主辐射器设置于虚拟平面之上，该虚拟平面平行于该基板的该表面但不同于该表面；其中，该主辐射器通过该第一支架耦接于该第一走线，且该主辐射器通过该第二支架耦接于该第二走线。

2.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第一走线具有馈电点。

3.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第一走线为直线形。

4.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第二走线为U形。

5.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该主辐射器与该基板的该表面之间的距离为2毫米至10毫米。

6.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第一走线、该冲压元件以及该第二走线受激发而形成第一频带，该第一频带从824兆赫兹至960兆赫兹。

7.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第一走线、该冲压元件以及该第二走线更受激发而形成第二频带，该第二频带从1710兆赫兹至1990兆赫兹。

8.如权利要求1所述的混合天线，其特征在于，该第二走线更耦接于该接地面。

9.一种冲压元件，用于天线设计，包括：

主辐射器；

第一支架，连接于该主辐射器；以及

第二支架，连接于该主辐射器；

其中，该第一支架与该第二支架都与该主辐射器垂直。

10.如权利要求9所述的冲压元件，其特征在于，该主辐射器包括圆形元件。

11.如权利要求9所述的冲压元件，其特征在于，该第一支架和该第二支架设置于印刷电路板上，且该主辐射器平行于该印刷电路板。

12.如权利要求11所述的冲压元件，其特征在于，该第一支架包括第一突出部分，该第二支架包括第二突出部分，该第一突出部分与该第二突出部分连接于该印刷电路板。

13.如权利要求12所述的冲压元件，其特征在于，该第一突出部分与该第二突出部分向彼此延伸。

14.如权利要求12所述的冲压元件，其特征在于，该第一突出部分与该第二突出部分背离彼此延伸。

15.如权利要求13或14所述的冲压元件，其特征在于，该印刷电路板包括至少第一个孔和第二个孔，该第一突出部分包括至少第一个定位柱，该第二突出部分包括至少第二个定位柱，该第一个定位柱和该第二个定位柱分别插入该第一个孔和该第二个孔。

16.一种印刷电路板，用于天线设计，包括：

基板；

第一走线，设置于该基板的第一表面，且该第一走线包括第一焊盘；

第二走线，设置于该基板的该第一表面，且该第二走线包括第二焊盘；以及

接地面，设置于该基板的第二表面；

其中，该第一表面为该第二表面的相反面。

17.如权利要求16所述的印刷电路板，其特征在于，冲压元件焊接在该第一焊盘和该第二焊盘之上。

18.如权利要求17所述的印刷电路板，其特征在于，该冲压元件包括主辐射器、第一支架和第二支架。其中该第一支架和该第二支架分别焊接在该第一焊盘和该第二焊盘之上。

19.如权利要求16所述的印刷电路板，其特征在于，该第一走线为直线形。

20.如权利要求16所述的印刷电路板，其特征在于，该第二走线为U形。

21.一种混合天线制造方法，包括：

提供印刷电路板，该印刷电路板包括基板和接地面；

将第一走线和第二走线设置于该基板的表面，其中，该第一走线和该第二走线分别包括第一焊盘和第二焊盘，且该第一焊盘和该第二焊盘上有第一焊膏和第二焊膏；

提供冲压元件，该冲压元件包括主辐射器、第一支架和第二支架；

将该第一支架和该第二支架分别设置于该第一焊盘和该第二焊盘上；以及

加热该第一焊膏和该第二焊膏以使该第一支架和该第二支架分别焊接于该第一焊盘和该第二焊盘之上。

22.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，该第一走线为直线形。

23.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，该第二走线为U形。

24.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，将该第一支架和该第二支架分别设置于该第一焊盘和该第二焊盘之上，该第一支架与该第一焊盘部分或全部重叠，且该第二支架与该第二焊盘部分或全部重叠。

25.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，该主辐射器与该基板的该表面之间的距离为2毫米至10毫米。

26.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，该第一支架和该第二支架都与该主辐射器垂直。

27.如权利要求21所述的混合天线制造方法，其特征在于，该主辐射器可包括圆形元件。

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