CN106575815B - 无线通信设备中的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及要提供超越诸如长期演进(LTE)的第4代(4G)通信系统的用于支持更高数据速率的前第5代(5G)或5G通信系统。一种包括天线的装置包括：具有堆叠结构的板，其中所述板包括第一层和第二层；以及布置在所述第一层和所述第二层之间的至少一个辐射单元。此外，本发明还包括与上述实施例不同的实施例。

Description

无线通信设备中的天线装置
技术领域
本发明涉及一种用于无线通信设备的天线。
背景技术
为满足在第4代(4G)通信系统被商业化之后正在增长的无线数据业务需求，致力于开发先进的第5代(5G)通信系统或前5G通信系统。在这方面，5G通信系统或前5G通信系统被称为超4G网络通信系统或后长期演进(LTE)系统。
为实现高数据速率，5G通信系统考虑其在极高频(毫米波)频带(例如，60GHz频带)中的实现。为减轻极高频带中的传播的路径损耗并延长传播距离，5G通信系统正在讨论波束成形、大规模多入多出(MIMO)、全维(FD)-MIMO、阵列天线、模拟波束成形和大型天线技术。
另外，针对系统的网络增强，5G通信系统正在开发以下技术：例如，演进的小型小区、高级小型小区、云无线电接入网络(RAN)、超密集网络、设备到设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协作多点(CoMP)和干扰消除。
此外，5G系统正在致力于混合频移键控(FSK)和正交幅度调制(QAM)调制(FQAM)和滑动窗叠加编码(SWSC)作为高级编码调制(ACM)，以及滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)作为高级接入技术。
此外，得益于技术进步，通信设备变得越来越小，并且各种电子设备使用通信设备提供基于网络的服务。因此，不仅最初为通信开发的便携式终端(例如，蜂窝电话、智能电话等)，而且不具有通信功能的常规设备都使用通信提供各种服务。在这样做时，通常应用无线通信技术以促进便携性，并避免有线通信的不便。
对于无线通信，必须包括用于信号辐射的天线。为了经由天线发送信号，通信设备根据发送数据生成基带信号，使用RF集成电路(RFIC)生成射频(RF)信号，并然后经由天线辐射信号。此外，通信设备可以经由天线接收信号。
通常，天线和RFIC与电路板一起形成三层结构。换言之，天线、RFIC和电路板可以组装为三层结构的天线封装。这是因为天线、RFIC和电路板经过单独的设计和处理，以分别实现它们的性能。具体地，为实现高频带通信的性能，天线、RFIC和电路板通常经过单独的设计和处理。因此，在最终组装过程中，首先通过诸如倒装芯片接合、引线接合的表面安装工艺将天线与RFIC接合。接下来，使用诸如球栅阵列(BGA)、触点栅格阵列(Land GridArray)(LGA)的表面安装技术(SMT)将组合的天线-RFIC组件与电路板耦合。
如上所述，天线、RFIC和电路板作为单独的组件被制造，并且然后进行组装。因此，当制造通信设备时，需要用于天线封装的额外组装过程，并且组装导致了更高的成本。
发明内容
技术问题
本发明的一个实施例提供了一种具有用于减少通信设备中的天线封装制造成本的结构的天线装置。
本发明的另一实施例提供了一种嵌入在通信设备中的板中的天线装置。
本发明的又一个实施例提供了一种通信设备中的阻止来自外部接触的影响的天线装置。
本发明的另外实施例提供了一种用于增强通信设备中的板空间效率的天线装置。
本发明的其他实施例提供了一种用于减少通信设备中的转换损耗的天线装置。
问题的解决方案
根据本发明实施例的包括天线的装置包括：具有包括第一层和第二层的堆叠结构的板，以及布置在第一层和第二层之间的至少一个天线辐射器。
发明的有益效果
由于天线布置在无线通信设备中的板内部，所以主要安装天线的板的外表面可用于其它目的，并可以防止由于外部接触而导致的天线性能下降。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的天线封装的结构。
图2示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中利用板的上部空间的示例。
图3示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用金属外壳的示例。
图4示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的球图(ball map)的示例。
图5示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用色散介电常数的天线封装。
图6示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的具有覆板(sup erstrate)和基板的天线等效结构。
图7示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的覆板的性能。
图8示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的色散介电常数的实现方式的示例。
图9示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于色散介电常数引起的增益改善。
图10示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于色散介电常数引起的楞次(Lenz)效应。
图11示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于楞次效应引起的波束特性变化。
图12示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用多个电容耦合图案的天线封装。
图13示出了根据本发明实施例的基于无线通信设备中多贴片(multi-patches)的增加的性能变化。
图14示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用具有不同极化特性的图案的天线封装。
图15示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中根据极化特性的增益变化。
图16示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用倒F天线(IFA)图案的天线封装。
图17示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。
图18示出了根据本发明实施例的使用无线通信设备中的阵列天线的辐射图案的示例。
图19示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用偶极子图案的天线封装。
图20示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。
图21示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用环形天线图案的天线封装。
图22示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。
图23示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的另一示例。
图24示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用螺旋天线图案的天线封装。
图25示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的单个螺旋图案的辐射图案。
图26示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述本发明的工作原理。在以下解释中，如果公知的功能或结构可能不必要地混淆本发明的主题内容，将不详细描述公知的功能或结构。此外，以下描述的术语是考虑本发明的功能定义的，并且可以根据用户或操作者的意图或实践而变化。因此，它们的定义应当基于说明书的全部内容来定义。
在下文中，本发明描述了用于无线通信设备中的信号辐射的技术。在以下说明中使用指示天线的组件的术语和描述无线电波特性的术语，以易于理解。因此，本发明不限于那些术语，并且可以采用具有技术上等同含义的其它术语。
在本发明中，无线通信设备可以是便携式电子设备，并且可以是包括在以下各项之一中的通信装置：智能电话、便携式终端、移动电话、移动平板、媒体播放器、平板计算机、手持计算机或个人数字助理(PDA)。备选地，无线通信设备可以是医疗设备的组件(例如，超声波仪的探头)。此外，无线通信设备可以是用于组合这些设备的两种或更多种功能的装置的通信装置。
图1示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的天线封装的结构。
参照图1，天线封装包括板100、天线110和射频集成电路(RFIC)120。
天线110指示设计为特定形状的导电材料，并包括用于信号辐射的至少一个天线图案、用于向所述至少一个天线图案传递信号的馈线以及接地。可以用针对无线电信号辐射的适当结构来设计至少一个天线图案。可以将天线图案称为辐射单元。馈线可以具有带状线结构或微带结构或嵌入式共面波导线结构。
板100是一组平面电介质或绝缘体，并且包括N元层。也就是说，板100具有包括多个层的堆叠层。板100具有与由多个导电板堆叠的电介质层电分离并在结构上由所述电介质层支撑的结构。板100是可以以高密度、低成本、高可靠性和高生产率实现电子组件之间的电连接的组件。例如，板100可以包括印刷电路板(PCB)。根据本发明实施例，板100可以具有其中嵌入用于无线通信的信号布线和天线110的结构。因此，可以省略天线110的单独制造和在组装板110和天线110时使用的组装工艺，例如球栅阵列(BGA)、触点栅格阵列(LGA)。此外，可以减小天线110与板100之间的物理距离。换言之，本发明的各种实施例通过将天线110放置在板100内部来提高高频性能，并且减小天线封装的大小。此外，在板100下方还包括用于接合RFIC 120的焊盘105。
RFIC 120是用于生成经由天线110辐射的RF信号的电路。RFIC 120可以使用倒装芯片接合或引线接合来与板100接合。RFIC 120通过至少一个球状体130与天线110的信号线115连接。信号线115指示用于将信号馈送到天线100中的至少一个辐射单元的电连接装置，并可以被称为“馈线”或“馈电单元”。信号线115可以根据直接馈送方法或耦合馈送方法将信号从RFIC 120提供给天线110。
尽管在图1中未示出，但是可以在板100内形成用于向RFIC 120供电的电源线。并且可以形成用于将电源线与用于接合RFIC 120的焊盘105中的任何一个电连接的导电通孔。
根据本发明的各实施例，天线110包括在板100内部。也就是说，包括至少一个天线图案的天线110布置在两个不同的层之间，即在板100的第一层和第二层之间。具体地，天线110布置在板100的除作为最高层的第一层110-1和作为最低层的第N层110-N之外的第二层至第(N-1)层中。在本文中，作为最高层的第一层110-1可以被称为“最高层”，作为最低层的第N层110-N可以被称为“最低层”，并且第二层至第(N-1)层可以被称为中间层。
得益于图1的结构，可以利用更少数量的天线使性能最大化。此外，如图1所示的天线封装结构可以降低批量生产成本。此外，由于图1的结构，现有技术中布置有天线的板100的表面可以用于其他用途。例如，如图2所示的利用是可行的。图2示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中利用板的上部空间的示例。
参照图2A，天线210布置在板200内部。因此，可以在板200的上表面上布置不同频带的天线、其他组件和热沉。具体地，如图2B中所示，不同频带的天线(例如，全球定位系统(GPS)天线)272可以布置在板200的顶部。尽管不同频带的天线272布置在板200的顶部，但是由于天线210布置在板200内部，因此可以确保足够的间隔。此外，如图2C中所示，热沉274可以布置在板210的顶部。由此，可以提高空间效率。
图3示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用金属外壳的示例。
如图3A中所示，金属外壳373可以被布置为与包括天线310的板300相邻。金属外壳372可以提高天线增益。例如，金属外壳372可以充当具有高电介质层的基板。换言之，当天线310的信号朝向金属外壳372向右辐射时，金属外壳372可以增加信号方向性。参照图3B，通信设备的盖体374与包括天线的板间隔开距离d。例如，距离d可以是2mm。与金属外壳372相对应的导体372-1和372-2可以布置在盖体374的内表面上。方向性的变化量可以根据距离d的大小而变化。
根据现有技术的天线封装需要图案化直到板边缘，并增大了转换损耗。然而，根据本发明的各种实施例的天线封装可以使包括金属组件和下层的接地的嵌入式鲁棒天线的利用最大化。例如，在图4中示出了用于在板上安装RFIC的区域。图4示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的球图(ball map)的示例。图4示出了多个传输路径，每个传输路径包括传输线482，并且传输线的端部包括RFIC球484。如图4所示，RFIC区域480位于板的顶部的某一区域中。根据本发明实施例的嵌入式天线可以减小每个传输路径的长度。也就是说，根据本发明实施例，可以增强安装和互连。换言之，缩短RFTC的输入球和天线之间的路径长度，可以减小转换损耗。
在下文中，利用附图描述本发明的天线嵌入式结构的具体实施例。
图5示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用色散介电常数的天线封装。
参照图5，天线封装包括板500、天线510和RFIC 520，天线510嵌入在板500中，并且板500的顶层的部分区域包括色散电介质530。色散电介质530具有与板500不同的介电常数。得益于色散电介质530，可以实现覆板或者楞次结构。也就是说，色散电介质530可以增强高增益和波束成形。
图6示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的具有覆板和基板的天线等效结构。参照图6，贴片636位于覆板662和基板664之间。基板664包括接地平面668和馈线670。覆板662与色散电介质530相对应，基板664与板500相对应，并且贴片636、接地平面668和馈线670与天线510相对应。现有技术需要用于堆叠基板664、贴片636和覆板662的单独空间。然而，在本发明的实施例中，由于天线510嵌入在板500中，所以可以通过用其它材料替换板500的顶部的一部分而在更小的空间中实现图6的结构。
覆板结构的性能改变如图7所示。图7示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的覆板的性能。参照图7，利用覆板，改善了0°的方向性。
色散电介质530可以实现为各种结构。例如，色散电介质530可以实现为周期性结构。图8示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中色散介电常数的实现方式的示例。参照图8，色散介电常数830可以用包括多个单位单元832的周期性结构来实现。单位单元832具有谐振频率，并且可以根据谐振频率的变化由色散介电常数830控制波束图案。例如，单位单元832可以包括可控的无源元件。具体地，单位单元832可以在电介质的顶部或底部实现特定形状的金属图案化。所形成的特定金属图案化可以通过以特定间隔在特定方向(例如，x轴、y轴、两个方向)上布置单位单元832来实现。金属图案化可以具有在等效电路方面复合右/左手(CRLH)材料或并行RLC(即右手(RH))材料在特定频带中的特性。在本文中，间隔可以具有小于工作频率的波长的固定值。
图9中示出了基于色散介电常数530的性能增强。图9示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于色散介电常数引起的增益改善。参照图9，当色散介电常数530布置在天线的顶部时，增益在大多数方向上改善。此外，由色散介电常数530引起的楞次效应如图10所示。图10示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于色散介电常数引起的楞次效应。参照图10，针对色散电介质1030的传播的折射可以在多个方向1042和1044上形成波束。如图11所示，利用楞次效应，可以提高性能。图11示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中由于楞次效应引起的性能提高。参照图11，在0°方向上增益提高约11dB。
图12示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用多个电容耦合图案的天线封装。
参照图12，天线封装包括板1200、天线1210和RFIC 1220，并且天线1210嵌入在板1200中。根据本发明实施例，天线1210包括电容耦合的多贴片1211。图12的结构的天线1210在主天线的匹配和带宽调谐方面是有利的。如图12所示，多贴片1211在没有物理连接的情况下垂直地间隔开，但在水平方向上部分重叠。多贴片1211在水平方向上的总长度和确定谐振频率。此外，通过控制由于多贴片1211导致的主电流路径长度，可以控制天线1210的LC值。在水平方向上重叠的多贴片1211的贴片的面积确定信号的传输速率。
图13示出了根据本发明实施例的根据在无线通信设备中多贴片的增加的性能变化。当形成多贴片1211的贴片的数量增加时，电流路径的长度增加，并且因此谐振频率减小。谐振频率可以表示为LC值的平方根的倒数。图13示出了根据频率的回波损耗(returnloss)。具有最小回波损耗的频率是谐振频率。如图13所示，随着贴片的数量增加，谐振频率降低。
图14示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用具有不同极化特性的图案的天线封装。
参照图14，天线封装包括板1400、天线1410和RFIC 1420，并且天线1410嵌入在板1400中。根据本发明实施例，天线1410包括贴片1413，贴片1413包括用于不同极化的寄生耦合图案。也就是说，图14的实施例可以增强天线1410的极化特性。寄生耦合贴片1413可以包括用于垂直极化、水平极化和圆极化中的至少两个极化特性的天线图案。具有垂直极化的天线需要垂直于地面安装，并且因此难以应用于根据现有技术的天线封装。然而，在本发明的实施例中，由于天线1410嵌入在板1400中，所以天线图案可以在垂直方向上形成。当板1400与地面垂直时，现有技术对于具有水平极化的天线具有类似的问题。然而，在任一情况下，根据本发明实施例的天线封装可以包括垂直极化的天线和水平极化的天线二者。
使用不同的极化特性，可以为了空间分集(space diversity)或多入多出(MIMO)空间分集的目的而应用天线1410。也就是说，天线1410中的用于不同极化特性的图案可以与不同的天线一起使用。因此，可以扩展波束覆盖。
此外，由于存在具有不同极化特性的天线，可以根据其他设备的天线的极化特性来选择性地使用适当的天线。例如，当接收信号时，通信设备可以通过与其他设备的发射天线的极化特性匹配的天线接收信号来提高接收性能。类似地，当发射信号时，通信设备可以通过经由与其他设备的天线具有相同极化特性的天线发射信号来提高该其他设备的接收性能。也就是说，天线的极化特性影响通信性能。根据天线的极化特性的接收增益被表示为等式1。
[等式1]
Figure BDA0001195110090000101
Figure BDA0001195110090000102
Figure BDA0001195110090000103
这里，
Figure BDA0001195110090000104
表示在发射或接收天线中流动的电流矢量，
Figure BDA0001195110090000105
表示发射或接收天线的矢量值，I1表示在发射或接收天线中流动的电流电平，
Figure BDA0001195110090000106
表示在发射和接收天线中流动的电流矢量，
Figure BDA0001195110090000107
表示发射或接收天线的矢量值，I2表示在发射和接收天线中流动的电流电平，并且PLF表示极化损耗因子(PLF)。
图15示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中根据极化特性的增益变化。图15A示出了在两个通信设备之间的共极化的情况下的增益，并且图15B示出了在两个通信设备之间的交叉极化的情况下的增益。比较图15A和图15B，对于交叉极化，在0°方向上表现出低增益，并且在90°至270°，即在不期望的方向上，表现出高增益。也就是说，在共极化的情况下增益高得多。
图16示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用倒F天线(IFA)图案的天线封装。
参照图16，天线封装包括板1600、天线1610和RFIC 1620，并且天线1610嵌入在板1600中。根据本发明的实施例，天线1610包括IFA图案1615。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括嵌入式IFA 1615。此外，在现有技术中，天线图案在板1600上方突出，并且因此IFA图案1615不能如图16所示垂直地安装。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括垂直安装的IFA图案1615。
此外，使用IFA的阵列天线可以如图17所示配置。图17示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。参照图17，多个IFA图案1715-1至1715-5布置在板1700中。图18的辐射图案可以从图18的阵列天线产生。图18示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用阵列天线的辐射图案的示例。图18A示出了单个IFA的辐射图案，并且图18B示出了1xN IFA阵列天线的辐射图案。也就是说，通过配置具有IFA的阵列天线，可以提高增益并可以实现波束成形。
图19示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用偶极子图案的天线封装。
参照图19，天线封装包括板1900、天线1910和RFIC 1920，并且天线1910嵌入在板1600中。根据本发明的实施例，天线1910包括嵌入式偶极子图案1917。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括嵌入式偶极子天线1917。嵌入式偶极子图案1917可以使用各种形状的铜图案和通孔来实现。此外，在现有技术中，天线图案在板1900上方突出，并且因此偶极子图案1917不能如图19所示垂直地安装。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括垂直安装的偶极子图案1917。
此外，使用偶极子天线的阵列天线可以如图20所示配置。图20示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。参照图20，多个偶极子天线2017-1至2017-5布置在板2000中。图20的阵列天线可以实现自适应全向或定向波束图案。此外，可以通过调整嵌入式偶极子图案1917的长度d来调谐频率。此外，可以利用板2000的高度来维持天线体积，并因此可以实现小型化。
图21示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用环形天线图案的天线封装。
参照图21，天线封装包括板2100、天线2110和RFIC 2120，并且天线2110嵌入在板2100中。根据本发明的实施例，天线2110包括环形天线2119。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括嵌入式环形天线图案2119。嵌入式环形天线图案2119的长度可以是一个波长。此外，在现有技术中，天线图案在板2100上方突出，并且因此环形天线图案2119不能如图21所示垂直地安装。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括垂直安装的环形天线图案2119。
此外，如图22或图23中所示，可以配置使用环形天线的阵列天线。图22示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。参照图22A，多个环形天线2219-1至2219-5布置在板2200中。图22B的辐射图案可以从图22A的阵列天线产生。也就是说，通过使用x轴、y轴和z轴在三维空间中自由地布置环形天线，可以自由地调整波束图案和极化特性。此外，可以实现360°覆盖，并可以增强极化特性。图23示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的另一示例。如图23中所示，与图22不同，环形天线2319-1至2319-4可以在板2300内部布置为一维排列。
图24示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中使用螺旋天线图案的天线封装。
参照图24，天线封装包括板2400、天线2410和RFIC 2420，并且天线2410嵌入在板2400中。根据本发明的实施例，天线2110包括螺旋天线图案2419。也就是说，根据本发明实施例的天线封装可以包括嵌入式螺旋天线图案2419。通常，螺旋天线需要用于支撑螺旋导体的极。然而，根据本发明实施例的天线2410嵌入在板2420中，因此不需要单独的极。
图25示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的单个螺旋图案的辐射图案。参照图25，单个螺旋图案可以沿z轴形成最强电场的辐射图案。在图26中示出了使用嵌入式螺旋天线2149的阵列天线的示例。图26示出了根据本发明实施例的无线通信设备中的阵列天线配置的示例。参照图26A，多个螺旋天线2619-1至2619-5与RFIC 2620连接并布置在板2600中。图25A的阵列天线可以产生图26B的辐射图案。也就是说，通过使用x轴、y轴和z轴在三维空间中自由地布置环形天线，可以自由地调整波束图案和极化特性。此外，可以实现360°覆盖，并可以增强极化特性。
在本发明的具体实施例中，根据所提出的具体实施例，用单数或复数形式来表示包括在本发明中的元件。然而，为了方便解释，根据所提出的情况适当地选择单数或复数表达，并且本发明不限于单个元件或多个元件。以复数形式表示的元件可以被配置为单个元件，并且以单数形式表示的元件可以被配置为多个元件。
尽管在本发明的说明书中描述了具体实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变。因此，本发明的范围不限于所描述的实施例，而是由要解释的权利要求及其等同物的范围来限定。

Claims (13)

1.一种电子设备中的天线封装，所述天线封装包括：
板，包括多个电介质层和布置在所述板的至少一个电介质层内的天线的至少一个辐射单元；
其中，所述至少一个电介质层是从所述多个电介质层中除最高层和最低层之外的一个或更多个中间层中选择的，其中，所述最高层包括第一区域和第二区域，其中色散电介质布置在所述第一区域中，
其中，所述第一区域和所述第二区域在由所述至少一个辐射单元辐射的信号的频率上在介电常数方面不同，以及
其中，所述至少一个辐射单元通过所述色散电介质而辐射。
2.根据权利要求1所述的天线封装，还包括：
馈送单元或接地中的至少一个，布置在所述最高层和所述最低层之间，用于向所述至少一个辐射单元发送信号。
3.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述色散电介质被配置为包括所述多个单位单元的周期性结构，并且被配置为控制由嵌入在所述板中的所述至少一个辐射单元形成的波束的波束图案。
4.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括多个电容耦合贴片。
5.根据权利要求4所述的天线封装，其中，随着所述贴片数量增加，天线的谐振频率降低。
6.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括寄生耦合贴片，以具有不同的极化特性。
7.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括配置有一个倒F天线IFA图案或多个IFA图案的阵列天线。
8.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括配置有一个偶极子天线图案或多个偶极子天线图案的阵列天线。
9.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括环形天线图案。
10.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括配置有多个环形天线图案的阵列天线。
11.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括螺旋天线图案。
12.根据权利要求1所述的天线封装，其中，所述至少一个辐射单元包括配置有多个螺旋天线图案的阵列天线。
13.根据权利要求1所述的天线封装，还包括：
安装在所述板的项层外部的不同频带的另一天线或热沉中的至少一个。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10637127B2 (en) * 2016-11-01 2020-04-28 Lg Electronics Inc. Mobile terminal having an antenna including dielectrics on a circuit board
KR20180058016A (ko) * 2016-11-23 2018-05-31 삼성전자주식회사 안테나 장치 및 이를 포함하는 전자 장치
EP3364457A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-22 Nxp B.V. Integrated circuit package including an antenna
KR102020676B1 (ko) * 2017-05-02 2019-09-11 주식회사 아모텍 안테나 모듈
CN111052508A (zh) * 2017-09-30 2020-04-21 英特尔公司 垂直端射天线
US11322823B2 (en) 2017-10-17 2022-05-03 Mediatek Inc. Antenna-in-package with frequency-selective surface structure
KR102415591B1 (ko) 2017-11-24 2022-07-04 삼성전자주식회사 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치
KR102209123B1 (ko) 2017-12-19 2021-01-28 삼성전자 주식회사 안테나와 rf 소자를 포함하는 모듈 및 이를 포함하는 기지국
KR102469571B1 (ko) * 2018-01-25 2022-11-22 삼성전자주식회사 루프 타입 안테나 및 그것을 포함하는 전자 장치
CN110401008B (zh) * 2018-04-25 2022-02-25 华为技术有限公司 带有封装天线的封装架构及通信设备
WO2020017670A1 (ko) * 2018-07-17 2020-01-23 엘지전자 주식회사 안테나 모듈 및 이동 단말기
WO2020075434A1 (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社村田製作所 アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置
US20210408682A1 (en) * 2018-11-30 2021-12-30 Alexander KHRIPKOV Beam Steering Antenna Structure and Electronic Device Comprising Said Structure
US10680332B1 (en) 2018-12-28 2020-06-09 Industrial Technology Research Institute Hybrid multi-band antenna array
CN109786933B (zh) * 2018-12-29 2021-09-07 瑞声科技（南京）有限公司 封装天线系统及移动终端
CN111293420B (zh) * 2019-01-31 2021-04-27 展讯通信（上海）有限公司 天线单元、天线系统及电子装置
CN110931939B (zh) * 2019-11-29 2021-10-26 维沃移动通信有限公司 一种毫米波天线单元及电子设备
KR20210098764A (ko) * 2020-02-03 2021-08-11 삼성전자주식회사 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치
CN111741623A (zh) * 2020-06-18 2020-10-02 维沃移动通信有限公司 一种电子设备
US11700035B2 (en) * 2020-07-02 2023-07-11 Apple Inc. Dielectric resonator antenna modules
KR20220034547A (ko) * 2020-09-11 2022-03-18 삼성전기주식회사 안테나 장치 및 이를 포함하는 전자 장치
KR102483873B1 (ko) * 2021-01-22 2023-01-02 삼성전자주식회사 안테나와 rf 소자를 포함하는 모듈 및 이를 포함하는 기지국

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100733679B1 (ko) * 2002-07-05 2007-06-28 다이요 유덴 가부시키가이샤 유전체 안테나
KR101014347B1 (ko) * 2010-11-03 2011-02-15 삼성탈레스 주식회사 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878940A (ja) 1994-09-01 1996-03-22 Hitachi Ltd マイクロストリップ伝送線路基板およびその製造方法とそれを用いた回路モジュール
CA2181887C (en) * 1995-04-24 2000-05-16 Seiji Hagiwara Microstrip antenna device
US5777581A (en) * 1995-12-07 1998-07-07 Atlantic Aerospace Electronics Corporation Tunable microstrip patch antennas
JPH09191212A (ja) 1996-01-09 1997-07-22 Murata Mfg Co Ltd 誘電体レンズおよびその製造方法
JP4432254B2 (ja) * 2000-11-20 2010-03-17 株式会社村田製作所 表面実装型アンテナ構造およびそれを備えた通信機
US6914566B2 (en) * 2001-05-17 2005-07-05 Cypress Semiconductor Corp. Ball grid array antenna
KR100485354B1 (ko) 2002-11-29 2005-04-28 한국전자통신연구원 유전체 덮개를 이용한 마이크로스트립 패치 안테나 및이를 배열한 배열 안테나
US7023386B2 (en) 2004-03-15 2006-04-04 Elta Systems Ltd. High gain antenna for microwave frequencies
US7061431B1 (en) * 2004-07-30 2006-06-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Segmented microstrip patch antenna with exponential capacitive loading
JP4498292B2 (ja) * 2006-03-07 2010-07-07 株式会社東芝 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法
TWI312592B (en) 2006-06-30 2009-07-21 Ind Tech Res Inst Antenna structure with antenna radome and method for rising gain thereof
US7518229B2 (en) 2006-08-03 2009-04-14 International Business Machines Corporation Versatile Si-based packaging with integrated passive components for mmWave applications
US7675465B2 (en) 2007-05-22 2010-03-09 Sibeam, Inc. Surface mountable integrated circuit packaging scheme
US7830312B2 (en) * 2008-03-11 2010-11-09 Intel Corporation Wireless antenna array system architecture and methods to achieve 3D beam coverage
US7864117B2 (en) * 2008-05-07 2011-01-04 Nokia Siemens Networks Oy Wideband or multiband various polarized antenna
US7728774B2 (en) 2008-07-07 2010-06-01 International Business Machines Corporation Radio frequency (RF) integrated circuit (IC) packages having characteristics suitable for mass production
CN101510630B (zh) * 2009-03-30 2012-08-08 电子科技大学 一种ltcc叠层微带贴片天线
KR101202339B1 (ko) * 2009-04-29 2012-11-16 한국전자통신연구원 메타물질 상판덮개를 이용한 이득향상과 빔 성형이 동시에 가능한 안테나
US8350777B2 (en) * 2010-02-18 2013-01-08 Raytheon Company Metamaterial radome/isolator
JP2012175522A (ja) * 2011-02-23 2012-09-10 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk メタマテリアル
KR101780024B1 (ko) * 2011-10-19 2017-09-20 삼성전자주식회사 안테나-회로기판 패키지
US8952521B2 (en) * 2012-10-19 2015-02-10 Infineon Technologies Ag Semiconductor packages with integrated antenna and method of forming thereof
US9196951B2 (en) * 2012-11-26 2015-11-24 International Business Machines Corporation Millimeter-wave radio frequency integrated circuit packages with integrated antennas
US9431714B2 (en) * 2013-01-03 2016-08-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Antenna structures
JP6347424B2 (ja) * 2013-06-25 2018-06-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無線モジュール

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100733679B1 (ko) * 2002-07-05 2007-06-28 다이요 유덴 가부시키가이샤 유전체 안테나
KR101014347B1 (ko) * 2010-11-03 2011-02-15 삼성탈레스 주식회사 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나

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