CN105680146A - 电路板配件和包括所述配件的电子设备 - Google Patents

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菲利普·米纳德
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Abstract

本公开提供了电路板配件和包括所述配件的电子设备，用于电子设备的电路板配件包括：主电路板，配备有接地层和用于执行电子设备的一个或多个功能的至少一个电子组件；无线模块板，与主电路板分离并在主电路板上方，该无线模块板配备有馈线和用于执行无线操作的至少一个无线模块；以及用于无线通信的天线元件，该天线元件包括谐振元件、第一连接元件和第二连接元件，其中第一连接元件连接到无线模块板的馈线，第二连接元件连接到主电路板。

Description

电路板配件和包括所述配件的电子设备
技术领域
本发明涉及电路板配件以及包括所述电路板配件的无线电子设备。
背景技术
诸如移动电话、平板、机顶盒和网关设备之类的电子无线设备配备有至少一根天线和相应的无线功能组件，该相应的无线功能组件用于对所接收到的来自天线的信号和/或经由天线发送的信号进行处理。
包括用于无线应用的无线功能组件的无线模块可以用若干种方式被集成于电子设备中。在一些情况下，直接在主电路板上提供无线功能组件，而在其它情况下，在单独的电路板上提供无线功能组件。提供互连元件来在两个电路板之间传送射频信号。在单独的板上提供无线功能组件所具有的优势是对电子设备的无线操作的任何修改或修理不需要修改主电路板。然而，互连处可发生插入损耗。
电子无线设备所碰到的另一个问题是在越来越小的空间里存在数量越来越多的电子组件。天线是此类无线设备中用于射频波的有效发送和接收的重要功能元件。放置天线的优选位置位于无线设备的前面。然而，无线设备前面存在的许多其它电子组件对无线电波的辐射构成障碍，并且影响天线的性能。此外，在一些配置中，电路板上需要提供大面积的接地隔离，以向天线提供适当的接地。由于其它电子组件的存在，在电路板的前面找到所需要的用于天线的接地隔离的空间变得越来越难。
考虑上述问题设计了本发明。
发明内容
根据本发明的一个方面提供了一种电子设备的电路板配件，包括：主电路板，配备有接地层和用于执行电子设备的一个或多个功能的至少一个电子组件；无线模块板，与主电路板分离并在主电路板上方，无线模块板配备有馈线和用于执行无线操作的至少一个无线模块；以及用于无线通信的天线元件，该天线元件包括谐振元件、第一连接元件和第二连接元件，其中第一连接元件连接到无线模块板的馈线，第二连接元件连接到主电路板。
在实施例中，第二连接元件被连接到主电路板的接地层。
在实施例中，天线元件包括倒F型天线。
在实施例中，天线元件包括单极天线。
在实施例中，馈线被连接到无线模块的输出。
在实施例中，天线元件被安排在主电路板的边缘处，面朝电路板外。
在实施例中，谐振元件被放置在主电路板的接地层上方。
在实施例中，天线的输入阻抗通过调整部件的宽度进行匹配，该部件包括天线元件。
在实施例中，第一连接元件被放置为垂直于第二连接元件，第一连接元件和第二连接元件被放置为垂直于天线的谐振元件。
在实施例中，谐振元件被布置在主板上方并平行于主板，沿无线模块板的一侧延伸，第一连接元件从谐振元件的一侧向无线模块板方向延伸，第二连接元件从谐振元件向主板方向延伸。
在实施例中，谐振元件包括第一部分和第二部分，第二部分垂直于第一部分延伸，第一部分和第二部分被布置为与无线模块板的拐角接界。
在实施例中，在主板上提供与谐振元件的第一部分和第二部分相配准的接地隔离区域。
在实施例中，天线的谐振元件形成为L型，谐振元件包括第一部分和第二部分，其中第一部分沿无线模块板的一侧延伸，第二部分被布置从主电路板向外延伸。
在实施例中，第二连接元件经由无线模块板的接地连接被连接到主板。
在实施例中，第二连接元件从谐振元件延伸到无线模块板，并被布置为与第一连接元件平行。
在实施例中，谐振元件包括第一部分和第二部分，第一部分沿无线模块板的第一侧延伸，第二部分垂直于第一部分并沿无线模块板的第二邻近侧延伸。
无线模块例如可以是WiFi模块、LTE模块DECT模块或ZigBee模块。
在实施例中，电路板配件包括多个天线元件。至少一个耦合元件可以被提供以用于互连两个天线元件。
在实施例中，多个天线元件的第一天线元件包括第一部分和第二部分，第一部分沿无线模块板的第一侧延伸，第二部分垂直于第一部分并沿无线模块板的第二邻近侧延伸，多个天线元件中的第二天线元件包括沿无线模块板的第一侧延伸的第一部分。
本发明的第二方面提供一种MIMO设备，该MIMO设备包括根据本发明的第一方面的任何实施例的电路板配件，电路板配件配备有多个天线元件。
本发明的第三方面提供用于无线应用的天线，该天线被配置为将无线模块板互连到主电路板，天线元件包括谐振元件、第一连接元件和第二连接元件，第一连接元件被连接到无线模块板的馈线，第二连接元件被连接到主电路板。
在实施例中，第二连接元件被连接到主电路板的接地层。
本发明的第四方面提供一种MIMO设备，该MIMO设备包括根据本发明的第三方面的多根天线
本发明的另一方面提供一种电子设备，该电子设备包括根据本发明的第一方面的任何实施例的电路板配件。该电子设备可以是网关或机顶盒。
附图说明
现在参考以下附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图；
图2A和2B是根据本发明的第一实施例的天线的透视图；
图3是根据本发明的第二实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图；
图4A是根据本发明的第三实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图；
图4B是根据本发明的第四实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图；
图5A和5B是根据本发明的第五实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图；
图5C是根据本发明的第五实施例的天线的透视图；
图6是根据本发明的第六实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图，该无线电子设备具有多根天线；
图7是根据本发明的第七实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图，该无线电子设备具有多根天线。
具体实施方式
图1是根据本发明的第一实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图。电路板10的配件包括主印刷电路板(PCB100)(通常被称为母板)、附加印刷电路板200(与主PCB100分开)和天线元件300。天线元件300位于主PCB的边缘处，以实现最优的辐射行为。
主PCB100配备有接地层120和用于电子设备的功能操作的电子组件(未示出)。附加PCB200配备有无线模块(未示出)和馈线220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线220连接到无线模块。用于电子设备的无线操作的这些电子组件包括用于处理无线电子设备10处发送或接收的RF信号的收发器电路。
附加电路板200位于主板100上方并与主板100分离，并且被安排在主PCB100靠近天线元件300的边缘处，以便不在辐射图和阻抗匹配方面影响天线行为。在本发明的一些实施例中，附加PCB200配备有印制在附加PCB200上的接地垫片235以及从接地垫片向主PCB100的方向延伸以连接到主PCB100的接地层120的固定柱230。
参考图2，天线元件300是倒F型天线(IFA)并包括相互垂直的谐振部件310、馈电引脚320和接地引脚330。天线元件300被布置在电路板配件上，使得谐振部件310被安排在主PCB上方，与主板平行并沿附加PCB200的边缘延伸。谐振部件310包括第一平面谐振带311和第二谐振带312，第一平面谐振带311在与主PCB100平行的平面延伸，第二谐振带312在主PCB板100的边缘处在垂直于第一谐振带的平面延伸。接地引脚330从谐振部件310的端315延伸，在与第二谐振带312相同的平面并从第二谐振带312延伸到主PCB100并被连接到主PCB100的接地层120。馈电引脚320从谐振带310的同一端315垂直于接地引脚330向附加PCB200方向延伸，并被连接到附加PCB的馈线220。馈电引脚320在与第一谐振带311相同的平面并从第一谐振带2311向附加PCB200的方向延伸。
天线元件300的输入阻抗可通过优化不同部分的宽度被调整，例如以将输入阻抗匹配到50欧姆。
在一个应用中，天线可以被设计为在2.4-2.5GHz频带中操作。用于此种波段的天线元件的尺寸的示例如下所示：谐振部件310的长度为25.7mm，第一谐振带311的宽度是3.2mm，第二谐振带312的宽度是2mm，接地引脚的全长是5.6mm，谐振带和接地引脚的厚度是0.6mm。这种配置展示少于-10dB的回波损耗、4dBi左右的峰值增益和方向性以及接近90％的天线和辐射效率，其中主要的辐射来自电路板配件10的前面。
在本发明的一些实施例中，接地引脚形成S型，以延长它的长度并从而优化回波损耗响应。
图3是根据本发明的第二实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图。电路板配件20包括主PCB2100、与主PCB2100分离的附加印刷电路板2200以及位于主电路板2100的边缘处的天线元件2300。
如在第一实施例中，主PCB2100配备有接地层2120和用于电子设备的功能操作的电子组件。附加PCB2200配备有无线模块和馈线2220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线2220连接到无线模块。附加电路板2200位于主板2100上方并与主板2100分开，并且被安排在主PCB2100的边缘处，以便不在辐射图和阻抗匹配方面影响天线行为。附加PCB2200配备有印制在附加PCB2200上的接地垫片以及从接地垫片向主PCB2100的方向延伸以连接到主PCB2100的接地层2120的固定柱。
天线元件2300是倒F型天线并包括谐振部件2310、馈电引脚2320和接地引脚2330。天线元件300被布置在电路板配件20上，使得谐振部件2310被安排在主PCB2100上方。谐振部件2310形成L型，其包括第一部分2321和第二部分2322，第一部分2321平行于主PCB并沿附加PCB2200的一侧边缘延伸，第二部分2322方向垂直于第一部分2321，平行于主PCB延伸，并被布置为沿附加PCB2200的垂直于第一侧边缘的第二侧边缘延伸。如在第一实施例中，谐振部件2310包括方向相互垂直的第一平面谐振带2311和第二平面谐振带2312。第一平面谐振带2311在与主PCB2100平行的平面延伸，第二谐振带2312在垂直于第一谐振带2311的平面沿主PCB版2100的两个垂直邻接边缘延伸。接地引脚2330从谐振部件2310的第一部分2321的端2315延伸，在与第二谐振带2312相同的平面并从第二谐振带2312延伸到主PCB2100并被连接到主PCB2100的接地层2120。馈电引脚2320从谐振带2310的第一部分2321的端2315向附加PCB2200方向延伸，并被连接到附加PCB的馈线2220。馈电引脚2320在与第一谐振带2311的第一部分相同的平面并从第一谐振带2311的第一部分向附加PCB2200的方向延伸。
在主PCB上提供接地隔离，以增强阻抗匹配。接地层2120中的接地隔离区域2121作为L型的去金属化区域被提供，该L型的去金属化区域与天线元件2300的谐振部件2310的第一部分2321和第二部分2322相配准。在该实施例中，辐射来自电路板配件20的一角。
图4A是根据本发明的第三实施例的无线电子设备的电路板配件30的透视图。电路板配件30包括主PCB3100、与主PCB3100分离的附加印刷电路板3200以及天线元件3300。
如在第一和第二实施例中，主PCB3100配备有接地层3120和用于电子设备的功能操作的电子组件。附加PCB3200配备有无线模块和馈线3220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线3220连接到无线模块。附加电路板3200位于主PCB3100上方并与主PCB3100分离，并且被安排在主PCB3100的边缘处。附加PCB3200可以配备有印制在附加PCB3200上的多个接地垫片3235以及从相应的接地垫片3235向主PCB3100的方向延伸以连接到主PCB3100的接地层3120的相应的固定柱3230。
天线元件3300是L型的倒F型天线。天线元件3300包括L型的谐振部件3310、馈电引脚3320和接地引脚3330。天线元件3300被布置在电路板配件上，使得谐振部件3310在远离主PCB3100的方向上延伸。谐振部件3310形成L型，包括第一部分3321和第二部分3322，第一部分3321平行于主PCB3100并沿附加PCB3200的一侧边缘延伸，第二部分3322在主PCB3100的边缘处从主PCB3100向外延伸。接地引脚3330从谐振部件3310的内端3315延伸到主PCB3100并被连接到主PCB3100的接地层3120。馈电引脚3320从谐振带3312的同一端3315向附加PCB3200方向延伸，并被连接到附加PCB3200的馈线3220。馈电引脚3320在与第一谐振带3311的第一部分相同的平面并从第一谐振带3311的第一部分向附加PCB3200的方向延伸。天线元件的这种配置对于某些空间或辐射图限制或要求是有用的。
图4B是根据本发明的第四实施例的无线电子设备的电路板配件35的透视图。电路板配件35包括主印刷电路板(PCB)3600、与主PCB3600分离的附加印刷电路板3700以及天线元件3800。天线元件3800位于主PCB3600的边缘处。
主PCB3600配备有用于电子设备的功能操作的电子组件(未示出)、接地层3620和在接地层中的接地隔离区域3621，接地隔离区域3621作为去金属化区域被提供并位于天线元件3800的谐振部件3810的下面。附加PCB3700配备有无线模块(未示出)和馈线3820，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线3820连接到无线模块。用于电子设备的无线操作的这些电子组件包括用于处理无线电子设备处发送或接收的RF信号的收发器电路。
附加电路板3700位于主板3600上方并与主PCB3600分离，并且被安排在主PCB3600靠近天线元件3800的边缘处，以便不在辐射图和阻抗匹配方面影响天线行为。在本发明的一些实施例中，附加PCB3700配备有印制在附加PCB3700上的接地垫片3735以及从接地垫片3735向主PCB3600的方向延伸以连接到主PCB3600的接地层3620的固定柱3730。
天线元件3800的谐振部件3810包括第一平面谐振带3811和第二谐振带3812，第一平面谐振带3811在与主PCB3600平行的平面延伸，第二谐振带3812在主PCB板3600的边缘处在垂直于第一谐振带的平面中延伸。垂直引脚3830从谐振部件3810的端3815延伸，在与第二谐振带3812相同的平面并从第二谐振带3812延伸到主PCB3600，并且在接地隔离区域3621处被固定到主PCB3600，使得它不被连接到接地层3620。该垂直引脚3830可在刻蚀到主板3600的金属垫片(未示出)的帮助下被固定到主板。
图5A和5B是根据本发明的第五实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图。
电路板配件40包括主PCB4100、与主PCB4100分离的附加印刷电路板4200以及天线元件4300。
如在先前的实施例中，主PCB4100配备有接地层4120用于电子设备的功能操作的电子组件。附加PCB4200配备有无线模块和馈线4220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线4220连接到无线模块。附加电路板4200位于主PCB4100上方并与主PCB4100分离，并且被安排在主PCB4100的边缘处。附加PCB4200配备有印制在附加PCB4200上的多个接地垫片4335以及从相应的接地垫片向主PCB4100的方向延伸以连接到主PCB4100的接地层4120的相应的固定柱4230，固定柱4230在主PCB4100和附加PCB4200之间提供接地连续性。
参考图5C，天线元件4300是倒F型天线，并包括谐振部件4310、馈电引脚4320、和接地引脚4330；馈电引脚4320和接地引脚4330被安排为从谐振部件4310向附加PCB4200延伸并且相互平行。天线元件4300被布置在电路板配件上，使得谐振部件4310被安排在主PCB上方，平行于主PCB4100并沿附加PCB4200的侧边缘延伸。谐振部件4310包括第一平面谐振带4311和第二谐振带4312，第一平面谐振带4311在平行于主PCB4100的平面中延伸，第二谐振带4312在主PCB板4100的边缘处在垂直于第一谐振带4311的平面中延伸。接地引脚4330的末端是用于连接到接地柱4230的连接器4350，接地柱4230将附加PCB4200连接到主板4100的接地层。在一个实施例中，连接器是方形垫片4350，方形垫片4350配备有用于容纳诸如螺钉之类的固定装置的孔，以将接地引脚连接到接地柱4230。这样，公共接地布置被提供给天线元件4300、附加PCB4200和主PCB4100，从而提供了接地连续性。馈电引脚4320被连接到附加PCB4200的馈线4220。
图6是根据本发明的第六实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图。在本发明的该实施例中，电路板配件配备有多根天线。
电路板配件50包括主PCB5100、与主PCB5100分离的附加印刷电路板5200、以及两根天线5300和5400。
如先前的实施例，主PCB5100配备有接地层5120和用于电子设备的功能操作的电子组件。附加PCB5200配备有无线模块和馈线5220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线5220连接到无线模块。附加电路板5200位于主板5100上方并与主板2100分离，并且被安排在主PCB5100的角落区域。附加PCB5200配备有印制在附加PCB5200上的多个接地垫片以及从接地垫片向主PCB5100的方向延伸以连接到主PCB5100的接地层5120的相应的固定柱。
第一天线元件5300是倒F型天线，该倒F型天线与根据本发明的第一实施例的天线元件1300相同。第二天线元件5400形成为L型并类似于根据本发明的第二实施例的天线元件2300。第一天线元件位于附加PCB5200的角落处，与附加PCB5200的外边缘的一部分接界并沿主PCB5100的边缘从附加PCB5200向外延伸。第二天线元件5400位于主PCB5100的角落处，其L形与附加PCB5200的相邻垂直边接界。主PCB5100在接地层5120内配备有两个接地隔离区域5121和5122，这两个接地隔离区域5121和5122分别与第一天线元件5300和第二天线元件5400配准。
这种配置的潜在应用包括2*2MIMO应用中的两个天线元件。本发明的实施例提供包括图6的天线配件的无线电子设备。将要理解的是，本发明不限于两根天线的配设，根据目标无线应用，任意数量的天线元件可以被包括在无线电子设备中。
图7是根据本发明的第七实施例的无线电子设备的电路板配件的透视图。在本发明的该实施例中，电路板配件配备有多根天线。
电路板配件60包括主PCB6100、与主PCB6100分离的附加印刷电路板6200以及天线系统6500，天线系统6500包括两个天线元件6300和6400以及对天线元件6300和6400进行互连的耦合线6600。耦合线例如可以是如Diallo，A.等在IEEE《天线与传播协会》第54卷第11册十一月的3063-3073页的“StudyandreductionofthemutualcouplingbetweentwomobilephonePIFAsoperatingintheDCS1800andUMTSbands”(2006)中所描述的耦合线。
如先前的实施例，主PCB6100配备有接地层6120和用于电子设备的功能操作的电子组件。附加PCB6200配备有无线模块和馈线6220，无线模块包括用于电子设备的无线操作的一个或多个电子组件，馈线6220连接到无线模块。附加电路板6200位于主板6100上方并与主板2100分离，并且被安排在主PCB6100的角落区域。附加PCB6200配备有印制在附加PCB6200上的多个接地垫片以及从接地垫片向主PCB6100的方向延伸以连接到主PCB6100的接地层6120的相应的固定柱。
第一天线元件6300是倒F型天线，该倒F型天线与根据本发明的第一实施例的天线元件1300相同。第二天线元件6400形成为L型并类似于根据本发明的第二实施例的天线元件2300。第一天线元件位于附加PCB6200的角落处，与附加PCB6200的外边缘的一部分接界并沿主PCB6100的边缘从附加PCB6200向外延伸。第二天线元件6400位于主PCB6100的角落处，其L形与附加PCB6200的相邻垂直边缘接界。主PCB6100在接地层6120内配备有两个接地隔离区域6121和6122，这两个接地隔离区域6121和6122分别与第一天线元件6300和第二天线元件6400配准。
这种配置的潜在应用包括2*2MIMO应用中的两个天线元件。本发明的实施例提供包括图7的天线配件的无线电子设备。
本发明的实施例使得模块到天线的互连插入损耗能够被减小。此外，电子设备的主板上所占用的空间可以被减小。
尽管上面参考具体实施例对本发明进行了描述，本发明不限于具体实施例，并且在本发明的范围内的修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。
例如，虽然关于包括两个板的电路板配件描述了上述示例，将要理解的是，本发明可以被应用于包括任意数量的电路板的电路板配件。
本领域技术人员在参考上述示意性实施例时将联想到许多其他的修改和变化，上述示意性实施例仅作为示例的方式被给出并且不意图限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求确定。特别地，在适当的情况下，不同的实施例中的不同的特征可以被互换。

Claims (15)

1.一种用于电子设备的电路板配件，包括：
主电路板，配备有接地层和用于执行所述电子设备的一个或多个功能的至少一个电子组件；
无线模块板，与所述主电路板分离并在所述主电路板上方，所述无线模块板配备有馈线和用于执行无线操作的至少一个无线模块；以及
天线元件，用于无线通信，所述天线元件包括谐振元件、第一连接元件和第二连接元件，其中所述谐振元件被布置在所述主电路板上方并与所述主电路板分离，并且在所述无线模块板的至少一部分边缘外并沿着所述无线模块板的至少一部分边缘延伸，所述第一连接元件连接到所述无线模块板的馈线，所述第二连接元件连接到所述主电路板。
2.根据权利要求1所述的电路板配件，其中，所述第二连接元件被连接到所述主电路板的接地层。
3.根据权利要求1所述的电路板配件，其中，所述天线元件包括倒F型天线。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，所述天线的输入阻抗通过调整部件的宽度进行匹配，所述部件包括所述天线元件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，所述第一连接元件被放置为垂直于所述第二连接元件，所述第一连接元件和所述第二连接元件被放置为垂直于所述天线的谐振元件。
6.根据前述权利要求5所述的电路板配件，其中，所述第一连接元件从所述谐振元件的一侧向所述无线模块板方向延伸，所述第二连接元件从所述谐振元件向所述主板方向延伸。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，所述谐振元件包括第一部分和第二部分，所述第二部分垂直于所述第一部分延伸，所述第一部分和所述第二部分被布置为与所述无线模块板的拐角接界。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，在所述主板上提供与所述谐振元件相配准的接地隔离区域。
9.根据权利要求1-5中的任一项所述的电路板配件，其中，所述天线的谐振元件形成为L型，所述谐振元件包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分沿所述无线模块板的一侧延伸，所述第二部分被布置从所述主电路板向外延伸。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，所述第二连接元件经由所述无线模块板的接地连接被连接到所述主板。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，其中，所述第二连接元件从所述谐振元件延伸到所述无线模块板，并被布置为与所述第一连接元件平行。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的电路板配件，包括多个天线元件。
13.根据权利要求12所述的电路板配件，还包括至少一个耦合元件，该至少一个耦合元件用于互连两个天线元件。
14.根据权利要求12或13所述的电路板配件，其中，所述多个天线元件中的第一天线元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分沿所述无线模块板的第一侧延伸，所述第二部分垂直于所述第一部分并沿所述无线模块板的第二邻近侧延伸，所述多个天线元件中的第二天线元件包括沿所述无线模块板的第一侧延伸的第一部分。
15.包括权利要求1-14中任一项所述的电路板配件的无线电子设备。
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