CN106684556B - 具有多个接地谐振器的柔性聚合物天线 - Google Patents

Abstract

一种具有多个接地谐振器的柔性聚合物天线。本公开涉及具有基底的天线组件，天线辐射元件和接地导体布置在该基底上，接地导体的特征还在于多个接地谐振器，其中与每个接地谐振器相关的长度随着接地谐振器远离天线辐射元件而增加。另外，同轴电缆在天线组件的周围路由以用于将同轴电缆配置为与天线组件相关的附加接地谐振器。与传统的天线相比，生成的天线提供具有提高的效率的700MHz和2700MHz之间的宽波段性能。

Description

具有多个接地谐振器的柔性聚合物天线

技术领域

本发明涉及用于无线通信的天线；并且更具体地，涉及在柔性聚合物基底上生产的天线，该天线包括：辐射元件和形成多个接地谐振器用以提供宽的带宽上的高性能的接地导体。

背景技术

有对改进的天线尤其是柔性天线的持续的需求，该柔性天线具有用于放置在各种产品的弯曲表面的柔性配置并能够调谐到宽的波段（例如：700MHz-2700MHz的范围）。

发明内容

存在对具有在例如700MHz和2700MHz的宽波段处的多个谐振频率的能力的天线，尤其是能够关于设备的曲线表面来成形的这种天线的需求。

在许多的测试和实验后，如本文所公开的天线架构已经被发现，其提供在700MHz和2700MHz之间的相当宽的波段上的多个谐振频率处的有效的信令。所公开的天线的性能超出传统天线的性能并且还适用于柔性基底且被配置为符合大概的弯曲设备表面用于与多个主机设备集成。

具体而言，本发明涉及一种天线组件，包括：天线辐射元件；以及接地导体；所述天线辐射元件定位成邻近所述接地导体；其特征在于，所述接地导体包括：多个子元件，每个子元件被配置成产生不同的谐振并且具有长度，所述多个子元件的长度随距所述天线辐射元件的距离增加而增加。

除了宽的波段的性能，柔性聚合物基底提供将天线符合设备的大概的弯曲表面的能力。当被弯曲时，天线继续展现宽的波段上的有效的性能。

附图说明

图1示出具有多个接地谐振器的天线组件，该天线组件包括位于基底上的辐射元件，以及位于基底上的邻近天线辐射元件的接地导体，该接地导体包括多个谐振部分。

图2示出天线组件的横截面（未按比例）。

图3还示出接地导体和与其相关的多个谐振部分。

图4示出从图1-3的天线组件生成的回波损耗的曲线图。

图5示出图1-3的天线组件的效率的曲线图。

图6示出与图1-3的天线组件有关的峰值增益的曲线图。

具体实施方式

在各种实施例中，天线被公开，其包括：基底、放置在基底上的天线辐射元件以及接地导体，其中，该接地导体包括：接地补片、第一接地谐振器、第二接地谐振器以及第三接地谐振器；其中，该接地导体关于天线辐射元件的两个侧面围绕天线辐射元件并提供形成宽的波段响应的多个谐振频率。

假设接地平面足够大，则天线组件（其由共轴电缆的中心元件馈送）的天线辐射元件已知在其它设计中工作良好。当前天线设计的动机是改进天线组件的接地导体以与柔性基底一起工作并以可能的最小形式实现足够的有效性。此外，接地导体被配置为允许电缆屏蔽及其端部连接以用作接地平面的扩展。

包括3G和4G的现代的蜂窝应用常常需要在700-2700MHz范围中的波段的大集合上的高效率和小尺寸的结合。电缆馈送的柔性聚合物天线组件是这个市场的天线的通用实现。由于电缆附近的金属物体的靠近或不适当的路由，将这样的天线集成到紧凑设备而没有回波损耗（以及因此的效率）的降级常常是具有挑战性的。

本公开使用已知的天线辐射元件和被馈送电缆实际延伸的独特的多部件封装接地导体来呈现具有可接受的效率的、处于非常小的形式的新颖的天线架构。该结构被设计为，以不被需要的那些频率的效率为代价，将其效率集中在其被需要的那些频段中。

设计在现代应用中的所有蜂窝波段上有效地操作的具有小的尺寸的天线是困难的。

在典型的电缆馈送的准偶极子上，接地对于稳定的操作常常太小并且电缆屏蔽被依赖以提供接地导体。这种电缆接地是不理想的，因为其不能实现谐振元件。

对于小尺寸天线，为了产生在700MHz-960MHz的宽范围内的低频率处的高效率，发现对多个封装接地谐振器且每个朝向外部逐渐变大的使用工作良好。此外，利用多个接地谐振器，电缆屏蔽可用作对于最低频率所需的最后的谐振器结构。

通过实验已知，用铜带覆盖天线辐射元件将产生不是很好但仍然在临界处的低波段性能和差的高波段性能。还已知的是，通过用铜带覆盖接地导体，低波段性能不再存在并且高波段性能不是很好但是在临界处。因此，在接地导体上具有所建议的模式而不只是传导薄片具有相同的尺寸是必须的。

简单的偶极子将需要大约210mm的长度以在700MHz处实施。

利用所公开的天线架构，我们在58mmx67mm的空间内一直到650MHz测量到高效率。因此，我们能够以更小的尺寸实现更好的效率。

此外，通过在柔性基底上形成天线组件，我们能够使天线组件的形状符合任何表面，使得天线可被安装，或我们能够将天线弯折一次或多次。

天线具有两个主要的子部件：天线辐射元件和接地导体。接地导体的新颖之处在于其是由多个子元件组成的，每个子元件逐渐变大并远离天线辐射元件，使得最后的元件是有效的电缆屏蔽及其连接，即典型的PCB接地。这给出路由电缆的已知的和合适的方式。

在一个方面，天线将天线辐射元件与由多个（这里是三个）子元件组成的接地导体的新类型组合，该多个子元件在周围封装并随着子元件（谐振器）接近天线组件的外部边界逐渐变大。由于路由，电缆屏蔽将用作最终元件。

在另一个方面，我们提议使用迷你同轴电缆作为天线的馈送技术。

在又另一个方面，我们提议在诸如聚酰亚胺（Kapton®）基底的柔性基底上生产天线结构，其具有将天线附接到任何弯曲表面或将天线弯折多次的便利。

实施例1

现转到示出示例的附图，图1示出具有多个地面谐振器的天线组件，该天线组件包括位于基底（550）上的辐射元件（100），以及位于基底上的邻近天线辐射元件的接地导体（200），该接地导体包括多个谐振部分（210、220、230）。诸如微型同轴电缆的同轴电缆（500）包括中心元件，其被焊接到天线辐射元件（100）的馈送端（402）。同轴电缆的中心元件通常通过其间的绝缘子与接地元件分开。同轴电缆的接地元件（401）被焊接到如所示的接地导体（200）。同轴电缆（500）然后以典型的方式被路由；即，围绕天线组件的外围。此外，电缆通常包括用于连接到射频电路的连接器（501）。

如从图1所理解的，天线组件包括辐射元件（100）和接地导体（200）；其中，接地导体被配置为在其两个侧面上围绕天线辐射元件。此外，接地导体包括多个子元件（也被称为“谐振器”），其中，每个谐振器的长度随着谐振器到辐射元件的距离增加而增加。所路由的电缆被配置为用作附加的谐振器，并且包括大于接地导体的每个其它谐振器的长度。

图2示出天线组件的横截面（未按比例）。天线组件包括柔性聚合物基底（604），诸如聚酰亚胺基底或具有柔性或可弯折主体的任何基底。焊料掩模层（603）被应用到柔性聚合物基底的下侧。粘合层（602）根据图示被应用到焊料掩模层的下侧。衬垫（601）如所示被应用到粘合层以形成天线组件的底部表面。进一步地，根据图1示出的设计，铜层（605）如所示被提供在柔性聚合物（604）的顶部表面。导电焊盘（607a、607b）和焊料掩模（606a、606b）中的每个被应用到铜层（605），从而形成天线组件的顶部表面。虽然所示出的示例使得本领域中的那些技术人员制作并使用本发明，本领域中的那些技术人员将认识到特定变型可被实现而不脱离本发明的精神和范围。

图3还示出接地导体和与其相关的多个谐振器。这里，接地导体包括位于邻近于天线辐射元件（100）的接地补片（201）。

沿着如所示的天线组件的第一边沿向下移动，第一接地谐振器（210）从该边沿沿着第一主体部分（211）水平延伸并朝向第一端子部分（212）以直角弯折。

如所示的，第二接地谐振器（220）从天线组件的第一边沿延伸，第二接地谐振器包括第二水平主体部分（221）、第二竖直主体部分（222）以及第二端子部分（223）。第二接地谐振器包括大于第一接地谐振器的长度的长度。第二接地谐振器还沿着接地导体放置在大于第一接地谐振器的距离处。第二接地谐振器（220）的第二竖直主体部分（222）与第一接地谐振器的端子部分（212）平行对准，第一间隙在其间延伸。

第三接地谐振器（230）从接地导体（200）延伸以形成第三水平主体部分（231），其相对于第二接地导体的第二水平主体部分（221）平行定向，并且第三竖直主体部分（232）从第三水平主体部分（231）垂直延伸。第三接地谐振器包括分别大于第一和第二接地谐振器中的每个的长度的长度。此外，第三接地导体位于分别大于第一和第二接地谐振器到辐射元件（100）的距离的距离处。第二间隙在第二接地谐振器和第三接地谐振器之间形成。接地导体（200）还包括以小于九十度的角度在第一边沿和第三接地谐振器之间延伸的劈开部分（241）。

返回参照图1，电缆（500）具有大于第一至第三接地谐振器中的每个的长度的长度，并且定位成与第一至第三接地谐振器中的每个相比更远离辐射元件（100）。

如本文所使用的，术语“水平的”、“竖直的”、“平行的”和/或“垂直的”中的每个或这些术语的变型诸如“水平地”等参照在对应的图示中示出的特定方向一起使用。

图4示出从图1-3的天线组件生成的回波损耗。天线具有如所示的在700MHz和2700MHz之间的谐振。

图5示出图1-3的天线组件的效率的曲线图。

图6示出与图1-3的天线组件有关的峰值增益的曲线图。

工业实用性

如本文所公开的当前的天线组件在700MHz和2700MHz之间的宽波段提供有用的效率和性能，在其它通信网络当中，该天线组件可用于蜂窝通信中。

参考标记列表

（100）天线辐射元件

（200）接地导体

（201）接地补片

（210）第一接地谐振器（子元件）

（211）第一主体部分

（212）第一端子部分

（220）第二接地谐振器（子元件）

（221）第二水平主体部分

（222）第二竖直主体部分

（223）第二端子部分

（230）第三接地谐振器（子元件）

（231）第三水平主体部分

（232）第三竖直主体部分

（241）劈开部分

（401）接地元件

（402）馈送部分

（500）同轴电缆

（501）连接器

（550）基底

（601）衬垫

（602）粘合层

（603）焊料掩模层

（604）柔性聚合物基底

（605）铜层

（606a、606b）焊料掩模

（607a、607b）导电焊盘。

Claims (14)

1.一种天线组件，包括：

天线辐射元件；以及

接地导体；

所述天线辐射元件定位成邻近所述接地导体；

其特征在于，所述接地导体包括：

多个子元件，所述多个子元件包括：第一接地谐振器、第二接地谐振器和第三接地谐振器,每个子元件被配置成产生不同的谐振并且具有长度，所述多个子元件的每个的长度随距所述天线辐射元件的距离增加而增加。

2.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线辐射元件中的每个和所述多个子元件被放置在柔性基底上。

3.如权利要求1所述的天线组件，其中，所述第一接地谐振器包括与其相关的第一长度。

4.如权利要求3所述的天线组件，其中，所述第二接地谐振器包括与其相关的第二长度，并且其中所述第二长度大于所述第一长度。

5.如权利要求4所述的天线组件，其中，所述第三接地谐振器包括与其相关的第三长度，并且其中所述第三长度大于所述第一长度和所述第二长度中的每一个。

6.如权利要求5所述的天线组件，还包括耦合到所述天线辐射元件的馈送部分并进一步耦合到所述接地导体的同轴电缆；所述同轴电缆被定位成围绕所述天线组件的周界。

7.如权利要求6所述的天线组件，其中，所述同轴电缆被配置成用作第四接地谐振器。

8.如权利要求2所述的天线组件，其中，所述天线辐射元件被定位在所述柔性基底的转角处。

9.如权利要求8所述的天线组件，其中，所述接地导体被配置成围绕所述天线辐射元件的两个侧面。

10.如权利要求2所述的天线组件，其中，所述接地导体沿着所述柔性基底的第一边沿延伸。

11.如权利要求10所述的天线组件，其中，所述第一接地谐振器至第三接地谐振器中的每个从所述柔性基底的所述第一边沿延伸。

12.如权利要求11所述的天线组件，其中，所述第一接地谐振器包括从所述第一边沿垂直延伸的第一主体部分和从所述第一主体部分垂直延伸的第一端子部分。

13.如权利要求12所述的天线组件，其中，所述第二接地谐振器包括从所述第一边沿垂直延伸的第二水平主体部分、从所述第二水平主体部分垂直延伸的第二竖直主体部分以及从所述第二竖直主体部分垂直延伸的第二端子部分。

14.如权利要求13所述的天线组件，其中，所述第三接地谐振器包括从所述第一边沿延伸的劈开部分、从所述劈开部分延伸的第三水平主体部分以及从所述第三水平主体部分垂直延伸的第三竖直主体部分。

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