CN110034394B - 多馈电贴片天线及包括多馈电贴片天线的装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种多馈电贴片天线及包括多馈电贴片天线的装置。一种射频(RF)装置可包括射频集成电路(RFIC)芯片和安装在RFIC芯片的上表面上的天线模块。所述天线模块可包括：第一贴片，与RFIC芯片平行并具有被配置为从RFIC芯片沿与第一贴片相对的垂直方向发射辐射的上表面；接地板，与第一贴片平行，并在第一贴片与RFIC芯片之间；第一多条馈电线，连接到第一贴片的下表面并被配置为将至少一个第一差分信号从RFIC芯片提供给第一贴片。

Description

多馈电贴片天线及包括多馈电贴片天线的装置
本申请要求于2018年1月11日提交到韩国知识产权局的第10-2018-0003888号韩国专利申请的权益以及于2018年3月20日提交到韩国知识产权局的第10-2018-0032345号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明构思涉及贴片天线，更具体地讲，涉及多馈电贴片天线及包括多馈电贴片天线的装置。
背景技术
用于无线通信的天线是一种可逆装置并可包括导体。信号可通过从导体发射电磁波而被发送，并且信号可通过电磁波到达导体而被感应。包括在天线中的导体可具有各种形状，并且包括具有合适的形状的导体的天线可根据应用来使用。例如，作为平面型天线的贴片天线可包括接地板、接地板上的低损耗介电材料以及低损耗介电材料的贴片，并且可用于移动应用中。
在涉及有限的空间和功率的应用(诸如，移动电话)的情况下，可能期望具有减小的大小的天线。此外，在无线通信应用中，可能采用高传输功率，这导致高功耗和发热。因此，可能期望具有高功率效率和有限的大小的天线。
发明内容
本发明构思提供贴片天线以及包括贴片天线的装置，其中，包括贴片天线的装置基于贴片天线的多馈电结构而具有高功率效率和减小的尺寸。
根据本发明构思的一方面，提供一种射频(RF)装置，包括射频集成电路(RFIC)芯片和安装在RFIC芯片的上表面上的天线模块。所述天线模块包括：第一贴片，与RFIC芯片平行并具有被配置为从RFIC芯片沿与第一贴片相对的垂直方向发射辐射的上表面；接地板，与第一贴片平行，并在第一贴片与RFIC芯片之间；第一多条馈电线，连接到第一贴片的下表面并被配置为将至少一个第一差分信号从RFIC芯片提供给第一贴片。
根据本发明构思的一方面，提供一种天线模块，包括：接地板；第一贴片，与接地板平行并具有被配置为从接地板沿与第一贴片相对的垂直方向发射辐射的上表面；第一多条馈电线，分别连接到第一贴片的下表面上的第一多个馈电点，第一多个馈电点包括沿第一水平方向彼此分离的第一馈电点和第二馈电点以及沿与第一水平方向垂直的第二水平方向彼此分离的第三馈电点和第四馈电点。
根据本发明构思的一方面，提供一种RF装置，包括：RFIC芯片，被配置为输出第一差分信号和第二差分信号；以及天线模块，在RFIC芯片的上表面上。所述天线模块包括：第一贴片，与RFIC芯片平行并被配置为从RFIC芯片沿与第一贴片相对的垂直方向发射辐射；接地板，与第一贴片平行，并在第一贴片与RFIC芯片之间；第一差分馈电线和第二差分馈电线，连接到第一贴片的下表面并被配置为将第一差分信号和第二差分信号提供给第一贴片。
附图说明
为了便于理解，在本说明书所附的附图中，构成元件的大小可被夸大或减小。
通过下面结合附图进行的详细描述，一些示例实施例将被更清楚地理解，其中：
图1是示出根据一些示例实施例的通信装置的框图；
图2A至图2C示出根据一些示例实施例的图1的通信装置的构成元件的布局；
图3A是根据一些示例实施例的2端口天线模块的透视图，图3B是根据一些示例实施例的当从y轴方向观看包括图3A的天线模块的RF系统时RF系统的侧视图；
图4是示出根据一些示例实施例的贴片和由该贴片形成的电场的示图；
图5A和图5B是总结2端口天线模块的仿真结果的示图；
图6A是根据一些示例实施例的4端口天线模块的透视图，图6B示出图6A的下部贴片的下表面；
图7是总结4端口天线模块的仿真结果的示图；
图8是根据一些示例实施例的天线模块的示图；
图9A至图9C是根据一些示例实施例的天线；
图10是根据一些示例实施例的天线和RFIC的框图；
图11是根据一些示例实施例的RFIC的框图；
图12是根据一些示例实施例的包括偶极天线和贴片天线的天线模块的示图；
图13是根据一些示例实施例的无线通信系统的框图；
图14是示出根据一些示例实施例的包括无线局域网(WLAN)的无线通信系统的示图。
具体实施方式
图1是根据一些示例实施例的通信设备10的框图。如图1中所描绘，通信设备10可包括天线100，可通过经由天线100发送或接收信号来与无线通信系统中的另一通信装置进行通信，因此，可被称为无线通信装置。根据一些示例实施例，无线通信系统与下面结合图13至图14讨论的无线通信系统相似或相同。
作为非限制性示例，通信设备10与另一通信设备进行通信的无线通信系统可以是使用蜂窝网络(诸如，第5代(5G)无线系统、长期演进(LTE)系统、高级LTE系统、码分多址(CDMA)系统或全球移动通信系统(GSM))的无线通信系统、使用无线局域网(WLAN)系统的无线通信系统或另一任意无线通信系统。在下文中，将主要描述使用蜂窝网络的无线通信系统，但一些示例实施例不限于此。
如图1所描绘，通信设备10可包括天线100、射频集成电路(RFIC)200和信号处理器300。天线100和RFIC 200可经由馈电线15彼此连接。在本说明书中，天线100可被称为天线模块，并且天线100和馈电线15一起可被称为天线模块。此外，天线100、馈电线15和RFIC200一起可被称为RF系统或RF装置。
在发送模式下，RFIC 200可经由馈电线15向天线100提供通过对从信号处理器300提供的发送信号TX进行处理而产生的信号。此外，在接收模式下，RFIC 200可通过对从天线100接收的信号进行处理来向信号处理器300提供接收信号RX。例如，RFIC 200可包括发送器，并且发送器可包括滤波器、混频器和功率放大器(PA)。此外，RFIC 200可包括接收器，并且接收器可包括滤波器、混频器和低噪声放大器(LNA)。在一些示例实施例中，RFIC可包括多个发送器和接收器并可包括发送器与接收器彼此结合的收发器。
信号处理器300可通过对包括将被发送的信息的信号进行处理来产生发送信号TX，并可通过对接收信号RX进行处理来产生包括信息的信号。例如，为了产生发送信号TX，信号处理器300可包括编码器、调制器和数模转换器(DAC)。此外，为了对接收信号RX进行处理，信号处理器300可包括模数转换器(ADC)、解调器和解码器。信号处理器300可产生控制信号来控制RFIC 200，可经由控制信号来设置发送模式或接收模式，并可控制包括在RFIC200中的构成元件的功率和增益。在一些示例实施例中，信号处理器300可包括至少一个核和用于存储由至少一个核执行的命令的存储器。此外，信号处理器300的至少一部分可包括存储在存储器中的软件块，并且由信号处理器300执行的在此描述的操作可由执行存储在存储器中的命令和/或软件块的至少一个核来执行。在一些示例实施例中，信号处理器300可包括通过逻辑合成设计的逻辑电路，并且信号处理器300的至少一部分可包括由逻辑电路实现的硬件块。
无线通信系统可定义用于传输大量数据的高频带。例如，由国际电信联盟(ITU)官方指定为IMT-2020的5G蜂窝系统(或5G无线系统)定义大于24GHz的毫米波(mmWave)。毫米波能够进行宽带传输，并能够使RF系统(即，天线100和RFIC 200)小型化。毫米波可提供增强的方向性，但是也增加了衰减，因此，可能期望减少衰减。
为了减轻由高频带引起的信号衰减，可使用高传输功率。根据弗里斯传输公式，可通过将功率放大器的输出功率与天线100的增益相乘来计算传输功率。由于包括在RFIC200中的功率放大器的低效率，功率放大器的功率的增加可导致过量的发热或功耗。因此，可能期望天线增益的增加以增加传输功率。天线增益可以与天线100的有效开口面积的大小成比例。然而，在空间有限的移动电话应用中，有效开口面积也可能是有限的，并且随着天线增益的增加，从天线100输出的波束宽度变窄，因此，天线100的通信范围可能减小。
根据一些示例实施例，天线100可经由至少两条馈电线15从RFIC 200接收差分信号。因此，如下面参照图4所述，可通过向天线100上分离的馈电点提供各自具有与另一个直接相反的相位的两个信号在没有降低天线100的性能的情况下实现高传输功率。RFIC 200可通过使用半导体工艺来制造，因此，针对用于产生差分信号的集成电路的限制可相对较弱。
图2A至图2C示出根据一些示例实施例的图1的通信设备10的构成元件的布局。在下文中，将参照图1来描述图2A至图2C的通信设备10的构成元件的布局，并且在描述图2A至图2C的通信设备10的构成元件的布局的过程中，可省略重复的描述。在本说明书中，彼此垂直的X轴方向和Y轴方向可分别被称为第一水平方向和第二水平方向，并且由X轴和Y轴形成的平面可被称为水平面。此外，区域可表示与水平面平行的平面上的区域，并且与水平面垂直的方向(即，Z轴方向)可被称为垂直方向。相对于其他构成元件沿+Z轴方向进一步布置的构成元件可被称为布置在其他构成元件上方的构成元件。相对于其他构成元件沿-Z轴方向进一步布置的构成元件可被称为布置在其他构成元件下方的构成元件。此外，构成元件的多个表面之中，沿+Z轴方向最远的构成元件的表面可被称为构成元件的上表面，沿-Z轴方向最远的构成元件的表面可被称为构成元件的下表面。
在高频带(诸如，毫米波频带)中，损耗参数会劣化，因此，可能难以采用在低频带中(例如，在6GHz以下的频带中)使用的天线100和RFIC 200的布局。例如，在低频带中使用的天线馈电线结构可减小毫米波频带中的信号的衰减特性，并可降低有效各向同性辐射功率(EIRP)和噪声系数。因此，为了减少图1的馈电线15的信号衰减，天线100和RFIC 200可彼此靠近。具体地讲，在移动应用(诸如，移动电话)中，可能期望高空间效率，因此，如在图2A至图2C中所描绘，可采用天线100被布置在RFIC 200上的系统级封装(SIP)结构。
参照图2A，通信设备10a可包括RF系统20a、数字集成电路13a和载板500a。RF系统20a和数字集成电路13a可安装在载板500a的上表面上。RF系统20a与数字集成电路13a可经由形成在载板500a中的导电图案彼此连接以能够彼此进行通信。在一些示例实施例中，载板500a可以是印刷电路板(PCB)。数字集成电路13a可包括图1的信号处理器300，因此，数字集成电路13a可向RFIC 200a发送发送信号TX或可从RFIC 200a接收接收信号RX，此外，数字集成电路13a可向RFIC 200a提供控制信号以控制RFIC 200a。在一些示例实施例中，数字集成电路13a可包括至少一个核和/或存储器，并可控制通信设备10a的操作。根据一些示例实施例，由数字集成电路13a执行的在此描述的操作可通过执行存储在存储器中的命令和/或软件块的至少一个核来执行。
RF系统20a可包括天线模块100a和RFIC 200a。天线模块100a可被称为天线封装件，并且如在图2A中所描绘，天线模块100a可包括基底120a和形成在基底120a上的导体110a。例如，如下面参照图3A和图3B所述，电线模块100a可包括接地板和与水平面平行的贴片，或者可包括用于从RFIC 200a向贴片提供信号的馈电线。RFIC 200a可具有电连接到天线模块100a的下表面的上表面并可被称为无线电管芯(radio die)。在一些示例实施例中，天线模块100a和RFIC 200a可经由可控塌陷芯片连接(C4)彼此连接。图2A的RF系统20a可被期望用于散热并可具有稳定的结构。
参照图2B，通信设备10b可包括数字集成电路13b和载板500b。RFIC 200b和集成电路13b可安装在载板500b的下表面上。RFIC 200b与数字集成电路13b可经由形成在载板500b中的导电图案彼此连接以能够彼此进行通信。
在图2B的通信设备10b中，RF系统20b可包括形成在载板500b中的天线模块100b和安装在载板500b的下表面上的RFIC 200b。如在图2B中所描绘，天线模块100b可包括形成在载板500b上的导体110b和形成在载板500b中以将信号从RFIC 200b提供给导体110b的馈电线。在图2B的通信设备10b中，将RF系统20b安装在载板500b上的过程可被省略并且用于天线的基底可被省略。因此，通信设备10b可具有减小的高度(即，在Z轴方向上减小的长度)。
参照图2C，通信设备10c可包括RF系统20c、载板400和数字集成电路13c。如在图2C中所描绘，数字集成电路13c可安装在载板400的下表面上，并且RF系统20c和载板400可通过跳线17彼此连接以能够彼此进行通信。
在图2C的通信设备10c中，RF系统20c可包括天线模块100c和安装在天线模块100c的下表面上的RFIC 200c。如在图2C中所描绘，天线模块100c可包括天线板120c、形成在天线板120c上的导体110c以及形成在天线板120c中以将信号从RFIC 200c提供给导体110c的馈电线。在图2C的通信设备10c中，用于天线的基底可被省略并且RF系统20c和载板400可被独立制造，因此，通信设备10c可更高效地并以降低的成本而生产。
在下文中，可参照图2A的RF系统20a来描述一些示例实施例。然而，应理解，该描述还可不仅分别适用于在图2B中描绘的RF系统20b和在图2C中描绘的RF系统20c，而且适用于具有包括天线模块和RFIC的其他任意结构(例如，片上系统(SoC)结构)的RF系统。
图3A是根据一些示例实施例的天线模块30的透视图，图3B是根据一些示例实施例的当从y轴方向观看包括图3A的天线模块30的RF系统时RF系统的侧视图。图3A和图3B示出贴片天线作为天线模块30的示例，并且为了便于解释，仅描绘天线模块30的一些构成元件。
参照图3A，天线模块30可包括沿Z轴方向彼此平行分离的顶部贴片31和底部贴片32，并可沿+Z轴方向发射电磁波。顶部贴片31和底部贴片32可包括导电材料(诸如，金属)，并且如图3A中所描绘，可具有矩形形状。在一些示例实施例中，与图3A中描绘的顶部贴片31和底部贴片32不同，顶部贴片31和底部贴片32中的至少一个可具有与矩形形状不同的形状(诸如，圆形、椭圆形、菱形等)。虽然未在图3A中示出，但是如图3B中所描绘，天线模块30还可包括底部贴片32下方的接地板33，并且在一些示例实施例中，顶部贴片31可被省略。
天线模块30可包括连接到底部贴片32的第一端口PORT1和第二端口PORT2。如在图3A中所描绘，第一端口PORT1和第二端口PORT2可沿X轴方向分离，并且均可包括用于将信号提供给底部贴片32的馈电线。如下面参照图4所述，底部贴片32可从沿X轴方向分离的两个馈电点接收差分信号，因此，可具有高功率效率。
参照图3B，RFIC 200d可安装在天线模块30的下表面上。RFIC 200d可经由包括在第一端口PORT1和第二端口PORT2中的馈电线将信号(即，差分信号)提供给底部贴片32。例如，如在图3B中所描绘，第二端口PORT2可包括连接到底部贴片32的馈电线35和多个埋孔36。馈电线35可包括沿Z轴方向延伸的部分(例如，过孔)和沿X轴方向延伸的部分(例如，金属图案)。第一端口PORT1和第二端口PORT2的馈电线35连接到底部贴片32的馈电点可沿X轴方向彼此分离。
埋孔36可被布置为与馈电线35分离。例如，如图3A和图3B中所描绘，埋孔36可通过沿X轴方向和Y轴方向与馈电线35分离来规则地布置。埋孔36可被配置为施加稳压器，例如，如图3B中所描绘，埋孔36可连接到接地板33。
第一端口PORT1可具有与第二端口PORT2相同的结构或与第二端口PORT2相似的结构。在一些示例实施例中，第一端口PORT1和第二端口PORT2可具有以与由Z轴和Y轴形成的平面平行的表面为中心的对称结构。图3A和图3B中描绘的第一端口PORT1和第二端口PORT2的结构仅是示例，因此，应理解，具有与图3A和图3B中描绘的结构不同的结构的端口可沿X轴方向分离以将差分信号提供给贴片。
RFIC 200d的上表面可经由多个路径电连接到天线模块30的下表面。在一些示例实施例中，天线模块30和RFIC 200d可通过使用倒装法彼此连接。例如，如图3B中所描绘，金属化焊盘37可布置在天线模块30的下表面上，并且焊球38可分别布置在金属化焊盘37上。焊球38可接触由RFIC 200d的上表面上的导体构成的连接器。以这种方式，RFIC 200d可经由受控塌陷芯片连接(C4)连接到馈电线35并可将差分信号中的一个提供给馈电线35(并将差分信号中的另一个提供给另一个馈电线)。此外，RFIC 200d可连接到接地板33并可向接地板33施加地电位或者可从接地板33接收地电位。
图4是根据一些示例实施例的贴片42和由贴片42形成的电场的示意图。详细地讲，在图4的左侧的示图示出贴片42的下表面上的分别连接到两条馈电线的第一馈电点P1和第二馈电点P2，在图4的右侧的示图示出贴片42与接地板43之间产生的电场。
参照在图4的左侧的示图，贴片42可具有矩形形状并可具有X轴方向上的长度L和Y轴方向上的长度W。在一些示例实施例中，X轴方向上的长度L可以是通过差分信号发射的波长的一半。两条馈电线可在第一馈电点P1和第二馈电点P2处连接到贴片42的下表面。第一馈电点P1和第二馈电点P2可沿X轴方向分离，并且第一馈电点P1和第二馈电点P2在贴片42的下表面上的位置可通过阻抗匹配来确定。在一些示例实施例中，第一馈电点P1和第二馈电点P2可布置在与X轴平行并穿过贴片42的中心的第一中心线LY上或者可靠近与X轴平行并穿过贴片42的中心的第一中心线LY布置。
在贴片天线的电场分布中，具有彼此相反的相位的电场可在信号被集中馈送的轴的两端形成。因此，当具有相反的相位的两个输入信号(即，差分信号)被施加到信号被馈送的轴时，可在没有降低贴片天线的性能的情况下传输更高功率。例如，如在图4的右侧的示图中所描绘，当由于差分信号而导致具有相对较高的电位的信号被施加到第一馈电点P1并且具有相对较低的电位的信号被施加到第二馈电点P2时，具有相反的相位的电场可在以穿过第一馈电点P1和第二馈电点P2的轴(即，与X轴平行的轴)为中心的两端形成。因此，与单条馈电线结构相比，天线增益可被保持并且EIRP可被增大到两倍。在下文中，将参照图5A和图5B来描述包括用于提供差分信号的两条馈电线的天线模块的有利特性。
图5A和图5B是总结天线模块的仿真结果的示图。详细地讲，图5A示出经由两个端口馈送差分信号的天线模块51的仿真结果和经由单个端口馈送信号的天线模块52的仿真结果。图5B示出经由两个端口馈送差分信号的天线模块53的仿真结果和包括经由各自的单个端口馈送信号的两个贴片的天线模块54的仿真结果。在下文中，关于图5A和图5B的描述中的重复的描述可被省略。
参照图5A，包括第一端口PORT1和第二端口PORT2的天线模块51可被称为双馈电贴片天线模块51，仅包括第一端口PORT1的天线模块52可被称为单馈电贴片天线模块52。参照图5A的表格，当在相同功率输入(即，10dBm)的情况下，与单馈电贴片天线模块52相比时，双馈电贴片天线模块51可具有高天线增益(即，6.52dBi>5.92dBi)。此外，EIRP和辐射功率可被增加大于3dB而没有功率组合损耗。
参照图5B，天线模块53(还可被称为双馈电贴片天线模块53)可包括连接到单个下部贴片的第一端口PORT1和第二端口PORT2。天线模块54可包括分别连接到沿Y轴方向彼此分离的两个下部贴片的第一端口PORT1和第二端口PORT2并可被称为1×2贴片阵列天线。参照图5B的表格，将双馈电贴片天线模块53与1×2天线模块54进行比较，双馈电贴片天线模块53可具有降低的天线增益。然而，当与1×2天线模块54相比时，双馈电贴片天线模块53占用更小的面积(即，8mm×8mm<13mm×8mm)，并且还可根据辐射模式提供更宽的波束宽度。
图6A是根据一些示例实施例的天线模块60的透视图，图6B示出图6A中描绘的天线模块60的底部贴片62的下表面。图6A和图6B示出贴片天线作为天线模块60的示例，并且，为了便于解释，仅描绘天线模块60的一些构成元件。
参照图6A，天线模块60可包括彼此平行并沿Z轴方向分离的顶部贴片61和底部贴片62，并且可沿+Z轴方向发射电磁波。与图3A的天线模块30相似，顶部贴片61和底部贴片62可包括导电材料(诸如，金属)，并且如图6A中所描绘，可具有矩形形状。虽然未在图6A中示出，但是如图3B中所描绘，天线模块60还可包括底部贴片62下方的接地板，并且在一些示例实施例中，顶部贴片61可被省略。
天线模块60可包括四个端口，即，第一端口PORT1至第四端口PORT4。如在图6A中所描绘，第一端口PORT1和第二端口PORT2可沿X轴方向彼此分离，并且第三端口PORT3和第四端口PORT4可沿Y轴方向彼此分离。在一些示例实施例中，第一端口PORT1至第四端口PORT4可分别具有与针对图3A描述的端口结构相同或相似的结构。
底部贴片62可经由沿X轴方向彼此分离的第一端口PORT1和第二端口PORT2接收第一差分信号并可经由沿Y轴方向彼此分离的第三端口PORT3和第四端口PORT4接收第二差分信号。连接到天线模块60的RFIC(例如，图2A的200a)可产生第一差分信号和第二差分信号并可将第一差分信号和第二差分信号提供给天线模块60。因此，如参照图4所述，由于提供第一差分信号的第一端口PORT1和第二端口PORT2以及提供第二差分信号的第三端口PORT3和第四端口PORT4，天线模块60可具有高功率效率。此外，由于沿X轴方向彼此分离的第一端口PORT1和第二端口PORT2以及沿Y轴方向彼此分离的第三端口PORT3和第四端口PORT4，天线模块60可提供双极化。
参照图6B，底部贴片62可具有矩形形状、X轴方向上的长度L1和Y轴方向上的长度L2。分别包括在四个端口(即，第一端口PORT1至第四端口PORT4)中的四条馈电线可在四个馈电点(即，第一馈电点P1至第四馈电点P4)处连接到底部贴片62的下表面。也就是说，第一端口PORT1的馈电线可在第一馈电点P1处连接到底部贴片62，第二端口PORT2的馈电线可在第二馈电点P2处连接到底部贴片62，第三端口PORT3的馈电线可在第三馈电点P3处连接到底部贴片62，并且第四端口PORT4的馈电线可在第四馈电点P4处连接到底部贴片62。因此，如图6B中的实心圆圈所指示，第一差分信号可被施加到第一馈电点P1和第二馈电点P2。此外，如图6B中内部为空的圆圈所指示，第二差分信号可被施加到第三馈电点P3和第四馈电点P4。
在一些示例实施例中，底部贴片62在X轴方向上的长度L1可以是由第一差分信号产生的发射波长的一半，底部贴片62在Y轴方向上的长度L2可以是由第二差分信号产生的发射波长的一半。第一馈电点P1至第四馈电点P4的位置可通过阻抗匹配来确定。在一些示例实施例中，第一馈电点P1和第二馈电点P2可布置在与X轴平行且穿过底部贴片62的中心的第一中心线LY上或者可靠近与X轴平行且穿过底部贴片62的中心的第一中心线LY布置。在一些示例实施例中，第三馈电点P3和第四馈电点P4可布置在与Y轴平行且穿过底部贴片62的中心的第二中心线LX上或者可靠近与Y轴平行且穿过底部贴片62的中心的第二中心线LX布置。
图7是总结天线模块的仿真结果的示图。详细地讲，图7示出经由四个端口馈送两个差分信号的天线模块71的仿真结果和经由单个端口馈送信号的天线模块72的仿真结果。
参照图7，包括第一端口PORT1、第二端口PORT2、第三端口PORT3和第四端口PORT4的天线模块71可被称为双馈电/双极化贴片天线71，仅包括第一端口PORT1的天线模块72可被称为单馈电贴片天线72。参照图7的表格，在相同功率输入(即，10dBm)的情况下将双馈电/双极化贴片天线模块71与单馈电贴片天线模块72进行比较，双馈电/双极化天线贴片模块71可与单馈电贴片天线模块72具有相同的面积(即，8mm×8mm)，此外，EIRP和辐射功率可被增加大于3dB而没有功率组合损耗。结果，仿真结果指示双馈电结构可被应用到双极化应用而没有功率组合损耗。
图8是根据一些示例实施例的天线模块的示图。详细地讲，图8示出具有比与双极化天线对应的天线模块81更有利的特性的天线模块82和天线模块83。
参照图8，天线模块81可包括第一贴片81_1至第四贴片81_4，并且第一贴片81_1至第四贴片81_4中的每一个可具有单馈电/双极化结构。例如，在第一贴片81_1至第四贴片81_4中的每一个中，通过施加到由实心圆圈指示的馈电点的信号而形成具有在平行于X轴的方向上变化的大小的电场，此外，通过施加到由空白圆圈指示的馈电点的信号而形成具有在平行于Y轴的方向上变化的大小的电场。
如参照图4、图5A和图5B所述，具有双馈电结构的天线模块可具有增大的EIRP，并且具有双馈电结构的天线模块82和天线模块83可根据应用的约束来采用。例如，在具有空间约束的通信装置的情况下，可使用具有双馈电/双极化1×2贴片阵列结构的天线模块82。在相同功率输入的情况下将天线模块82与天线模块81进行比较，天线模块82可在提供相似的EIRP的同时具有减小的面积。此外，在以有限的功率资源使用高发射功率的通信装置的情况下，可使用具有双馈电/双极化2×2贴片阵列结构的天线模块83。当在相同功率输入的情况下将天线模块83与天线模块81进行比较时，天线模块83可在具有相同面积的同时提供更高的EIRP。天线模块82和天线模块83是示例，因此，应理解，可采用具有包括根据应用以各种方式布置的多个贴片的双馈电结构的天线模块。
图9A至图9C是根据一些示例实施例的天线。详细地讲，图9A示出根据比较的示例的具有单馈电1×2贴片阵列结构的天线模块90a，图9B示出根据一些示例实施例的具有双馈电1×2贴片阵列结构的天线模块90b，以及图9C示出具有双馈电单贴片结构的天线模块90c。
参照图9A，包括在天线模块90a中的第一贴片91a和第二贴片92a可各自经由单个馈电点从单个功率放大器接收信号。参照图9B，包括在天线模块90b中的第一贴片91b和第二贴片92b可各自经由两个馈电点从两个功率放大器接收差分信号。参照图9C，包括在天线模块90c中的第一贴片91c可经由两个馈电点从两个功率放大器接收差分信号。在图9A至图9C，假设连接到贴片的馈电线的长度相等，功率放大器均输出6dBm的功率，并且天线模块90a、90b和90c的贴片中的每一个提供5dBi的天线增益。
天线模块90a的EIRP可通过如下等式1来计算。
[等式1]
17dBm＝6dBm+10log102+5dBi+10log102
在等式1中，前一个10log102可对应于两个功率放大器，后一个10log102可对应于第一贴片91a和第二贴片92a。
天线模块90b的EIRP可通过如下等式2来计算。
[等式2]
20dBm＝6dBm+10log104+5dBi+10log102
在等式2中，10log104可对应于四个功率放大器，10log102可对应于第一贴片91b和第二贴片92b。因此，可通过相同的1×2贴片阵列中的双馈电结构来实现高EIRP。另一方面，在图9B的功率放大器的输出功率降低到3dBm以减小功率放大器的功耗的情况下，可如等式3来计算图9B的天线模块90b的EIRP，因此，可实现图9A的天线模块90a的相同的EIRP。
[等式3]
17dBm＝3dBm+10log104+5dBi+10log102
可如下面等式4来计算图9C的天线模块90c的EIRP。当与图9A的天线模块90a进行比较时，EIRP减小。然而，可通过使用单个贴片来实现面积减小大约40％。
[等式4]
14dBm＝6dBm+10log102+5dBi
图10是根据一些示例实施例的天线100’和RFIC 200’的框图。详细地讲，图10示出包括具有双馈电/双极化的结构的第一贴片101和第二贴片102的天线100’和包括第一收发器221至第八收发器228的RFIC 200’。
RFIC 200’可经由与天线100’的八个端口对应的八条馈电线15’连接到天线100’。例如，如上面参照图2A至图2C所述，天线100’和包括馈电线15’的天线模块可布置在RFIC200’上，并且至少一个连接可形成在RFIC 200’的上表面上和天线模块的下表面上。天线100’可经由八条馈电线15’从RFIC 200’接收四个差分信号，其中，八条馈电线15’分别连接到第一贴片101和第二贴片102上的八个馈电点。对于这个操作，包括在RFIC 200’中的每对收发器可产生单个差分信号，因此，第一收发器221至第八收发器228可产生四个差分信号。
开关/双工器220可根据发送模式或接收模式将第一收发器221至第八收发器228的输出端或输入端连接到八条馈电线15’，或者将第一收发器221至第八收发器228的输出端或输入端与八条馈电线15’断开。例如，在发送模式下，开关/双工器220可将第一收发器221的输出端连接到八条馈电线15’中的第一馈电线，并且可断开第一收发器221的输入端与第一馈电线之间的连接。此外，在接收模式下，开关/双工器220可将第一收发器221的输入端连接到第一馈电线，并可断开第一收发器221的输出端与第一馈电线之间的连接。下面将参照图11来描述包括在RFIC 200’中的收发器的示例。
图11是根据一些示例实施例的RFIC 200”的框图。详细地讲，图11示出包括在图10的RFIC 200’中的收发器的示例。如上面参照图10所述，图11的第一收发器221’和第三收发器223’可输出差分信号，并且开关/双工器220’可在发送模式下将差分信号发送到馈电线。也就是说，从第一收发器221’发射的第一发送信号TX1和从第三收发器223’发射的第三发送信号TX3可被施加到单个贴片上的两个单独的馈电点。此外，由第一收发器221’接收的第一接收信号RX1和由第三收发器223’接收的第三接收信号RX3可通过单个贴片上的两个单独的馈电点接收。
参照图11，第一收发器221’可包括功率放大器221_1、低噪声放大器221_3以及移相器221_2和221_4。与第一收发器221’相似，第三收发器223’可包括功率放大器223_1、低噪声放大器223_3以及移相器223_2和223_4。在发送模式下，第一收发器221’的功率放大器221_1和第三收发器223’的功率放大器223_1可分别输出第一发送信号TX1和第三发送信号TX3。在接收模式下，第一收发器221’的低噪声放大器221_3和第三收发器223’的低噪声放大器223_3可分别接收第一接收信号RX1和第三接收信号RX3。
第一收发器221’的移相器221_2和221_4以及第三收发器223’的移相器223_2和223_4可提供180度的相位差。例如，第一收发器221’的发送移相器221_2可提供相对于传送给功率放大器221_1的输入信号具有零度的相位差的输出信号，第三收发器223’的发送移相器223_2可提供传送给功率放大器223_1的相对于提供给第一收发器221’的发送移相器221_2相同的输入信号具有180度的相位差的输出信号。因此，第一发送信号TX1和第三发送信号TX3可具有180度的相位差，并且可对应于差分信号。此外，第一收发器221’的接收移相器221_4可输出相对于低噪声放大器221_3的输出信号具有零度的相位差的信号，并且第三收发器223’的接收移相器223_4可输出相对于低噪声放大器223_3的输出信号具有180度的相位差的信号。
图12是根据一些示例实施例的天线模块100”的示图。如上面参照附图所述，天线模块100”可包括分别连接到提供差分信号的多条馈电线的贴片天线111至114。此外，为了实现双极化的贴片天线，两个差分信号可被施加到贴片天线111至114中的每一个。
参照图12，除了贴片天线111至114之外，天线模块100”还可包括偶极天线121至124。以这种方式，可通过将不同种类的天线添加到贴片天线111至114来扩大天线模块100”的覆盖范围。图12的贴片天线111至114和偶极天线121至124仅是示例，因此，应理解，天线可以以与图12的天线的布置不同的方式来布置。
图13是包括根据一些示例实施例的天线的通信装置的框图。详细地讲，图13示出在无线通信系统600中的基站610与用户设备620之间的无线通信的示例。基站610和用户设备620中的一个或二者可包括多馈电结构天线，并且可包括提供差分信号的RFIC。
基站610可以是与用户设备620和/或另一基站通信的固定站。例如，基站610可被称为节点B、eNB(演进节点B)、扇区、站点、基站收发器系统(BTS)、接入点、中继节点、远程无线电头端(RRH)、无线电单元(RU)、小区(small cell)等。用户设备620可以是固定的或可移动的，并且可通过与基站610进行通信来发送和接收数据和/或控制信息。例如，用户设备620可被称为终端设备、移动站(MS)、移动终端(MT)、用户终端(UT)、用户站(SS)、无线装置、手持装置等。
如图13中所描绘，基站610和用户设备620均可包括多个天线，并且可经由多输入多输出通道630执行无线通信。每个天线可具有根据一些示例实施例的多馈电结构和/或多极化结构。差分信号可通过RFIC提供给天线，并且基站610和/或用户设备620的各自的天线可根据特定应用的约束来配置。例如，可通过将RF路径增加一倍来增大EIRP，因此，天线的面积(或形状因子)可被减小到一半。此外，提高的EIRP能够实现宽波束，将DC功耗减小到一半并降低相位分辨率的复杂度。此外，由于可使用RFIC的增加的数量的RF路径，因此可使用减小的传输功率容易地实现毫米波天线模块。此外，根据一些示例实施例，可通过将两对差分馈电结构应用到单个贴片天线来容易地实现双极化贴片天线。
图14是示出包括根据一些示例实施例的天线的通信装置的示图。详细地讲，图14示出使用WLAN的无线通信系统中的各种无线通信装置的相互通信的示例。图14中描绘的各种无线通信装置可分别包括多馈电天线并且可包括向多馈电天线提供差分信号的RFIC。
家用配件721、家用电器722、娱乐装置723以及接入点(AP)710可构成物联网(IoT)。家用配件721、家用电器722、娱乐装置723和AP 710均可包括根据一些示例实施例的收发器作为其一部分。家用配件721、家用电器722和娱乐装置723可经由AP 710彼此进行无线通信。
如上所述，已经在附图和说明书中公开了一些示例实施例。在本说明书中，通过使用一些特定的术语来描述一些示例实施例，但是使用的术语仅是为了描述本发明构思的技术范围的目的，而不意在限制权利要求中描述的含义或技术范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离如由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，本发明构思的范围不是由本发明构思的具体实施方式而是由权利要求来限定。

Claims (23)

1.一种射频RF装置，包括：
射频集成电路RFIC芯片；
天线模块，在RFIC芯片的上表面上，所述天线模块包括：
第一贴片，与RFIC芯片平行并具有被配置为沿与第一贴片垂直的垂直方向发射辐射的上表面，
接地板，与第一贴片平行，并在第一贴片与RFIC芯片之间，
第一多条馈电线，连接到第一贴片的下表面并被配置为将至少一个第一差分信号从RFIC芯片提供给第一贴片，其中，
第一多条馈电线包括第一馈电线和第二馈电线，其中，第一馈电线和第二馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第一馈电点和第二馈电点并被配置为将所述至少一个第一差分信号中的一个提供给第一贴片，
第一馈电点和第二馈电点沿第一水平方向分离，
第一馈电线包括沿第一水平方向延伸的第一部分和沿所述垂直方向延伸的第二部分，
第二馈电线包括沿第一水平方向延伸的第一部分和沿所述垂直方向延伸的第二部分，并且
天线模块还包括：
多个第一埋孔，通过与第一馈电线的第二部分分离来规则地布置，
多个第二埋孔，通过与第二馈电线的第二部分分离来规则地布置。
2.根据权利要求1所述的RF装置，其中，第一馈电点和第二馈电点靠近沿第一水平方向穿过第一贴片的中心的第一中心线。
3.根据权利要求1所述的RF装置，其中，第一馈电点和第二馈电点等同地靠近第一贴片的中心。
4.根据权利要求1所述的RF装置，其中，第一贴片的上表面和第一贴片的下表面中的每个具有包括与第一水平方向平行的一对侧边的矩形形状。
5.根据权利要求1所述的RF装置，其中，
第一多条馈电线还包括第三馈电线和第四馈电线，其中，第三馈电线和第四馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第三馈电点和第四馈电点并被配置为将所述至少一个第一差分信号中的另一个提供给第一贴片，
第三馈电点和第四馈电点沿与第一水平方向垂直的第二水平方向分离。
6.根据权利要求5所述的RF装置，其中，第三馈电点和第四馈电点靠近沿第二水平方向穿过第一贴片的中心的第二中心线。
7.根据权利要求5所述的RF装置，其中，第三馈电点和第四馈电点等同地靠近第一贴片的中心。
8.根据权利要求5所述的RF装置，其中，
第三馈电线包括沿第二水平方向延伸的第一部分和沿所述垂直方向延伸的第二部分，
第四馈电线包括沿第二水平方向延伸的第一部分和沿所述垂直方向延伸的第二部分。
9.根据权利要求5所述的RF装置，其中，所述天线模块还包括：
第二贴片，沿第一水平方向与第一贴片分离；
第二多条馈电线，连接到第二贴片的下表面并被配置为将至少一个第二差分信号从RFIC芯片提供给第二贴片。
10.根据权利要求9所述的RF装置，其中，所述天线模块还包括：
第三贴片，沿第二水平方向与第一贴片分离；
第四贴片，沿第二水平方向与第二贴片分离；
第三多条馈电线，分别连接到第三贴片的下表面和第四贴片的下表面并被配置为将至少一个第三差分信号从RFIC芯片提供给第三贴片和第四贴片。
11.根据权利要求1所述的RF装置，其中，所述天线模块还包括在第一贴片的上表面上方与第一贴片平行的顶部贴片。
12.根据权利要求1所述的RF装置，其中，RFIC芯片包括：
至少一个移相器，被配置为产生所述至少一个第一差分信号。
13.根据权利要求1所述的RF装置，其中，
第一贴片的上表面还被配置为接收辐射并经由第一多条馈电线将对应的信号提供给RFIC芯片，
RFIC芯片包括：至少一个移相器，被配置为处理经由第一多条馈电线接收的信号。
14.一种天线模块，包括：
接地板；
第一贴片，与接地板平行并具有被配置为沿与第一贴片垂直的垂直方向发射辐射的上表面；
第一多条馈电线，分别连接到第一贴片的下表面上的第一多个馈电点并被配置为将多个第一差分信号对提供给第一贴片，第一多个馈电点包括沿第一水平方向彼此分离的第一馈电点和第二馈电点以及沿与第一水平方向垂直的第二水平方向彼此分离的第三馈电点和第四馈电点，所述多个第一差分信号对中的每个包括具有各自具有与另一个直接相反的相位的两个信号，
其中，第一多条馈电线包括第一馈电线、第二馈电线、第三馈电线和第四馈电线，第一馈电线和第二馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第一馈电点和第二馈电点并被配置为将所述多个第一差分信号对中的一个提供给第一贴片，第三馈电线和第四馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第三馈电点和第四馈电点并被配置为将所述多个第一差分信号对中的另一个提供给第一贴片。
15.根据权利要求14所述的天线模块，其中，
第一馈电点和第二馈电点靠近沿第一水平方向穿过第一贴片的中心的第一中心线，
第三馈电点和第四馈电点靠近沿第二水平方向穿过第一贴片的中心的第二中心线。
16.根据权利要求14所述的天线模块，其中，
第一馈电点和第二馈电点等同地靠近第一贴片的中心，
第三馈电点和第四馈电点等同地靠近第一贴片的中心。
17.根据权利要求14所述的天线模块，其中，第一贴片的上表面和第一贴片的下表面中的每个具有包括与第一水平方向平行的第一对侧边和与第二水平方向平行的第二对侧边的矩形形状。
18.根据权利要求14所述的天线模块，还包括：
第二贴片，沿第一水平方向与第一贴片分离；
第二多条馈电线，分别连接到第二贴片的下表面上的第二多个馈电点。
19.根据权利要求18所述的天线模块，还包括：
第三贴片，沿第二水平方向与第一贴片分离；
第四贴片，沿第二水平方向与第二贴片分离；
第三多条馈电线，分别连接到第三贴片的下表面和第四贴片的下表面上的第三多个馈电点。
20.一种射频RF装置，包括：
射频集成电路RFIC芯片，被配置为输出第一差分信号对和第二差分信号对，第一差分信号对和第二差分信号对中的每个包括具有各自具有与另一个直接相反的相位的两个信号；
天线模块，在RFIC芯片的上表面上，
所述天线模块包括：
第一贴片，与RFIC芯片平行并被配置为沿与第一贴片垂直的垂直方向发射辐射，
接地板，与第一贴片平行，并在第一贴片与RFIC芯片之间，
第一差分馈电线和第二差分馈电线，连接到第一贴片的下表面并被配置为将第一差分信号和第二差分信号提供给第一贴片，
其中，第一差分馈电线包括第一馈电线和第二馈电线，第一馈电线和第二馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第一馈电点和第二馈电点并被配置为将第一差分信号对提供给第一贴片，
其中，第二差分馈电线包括第三馈电线和第四馈电线，第三馈电线和第四馈电线分别连接到第一贴片的下表面上的第三馈电点和第四馈电点并被配置为将第二差分信号对提供给第一贴片。
21.根据权利要求20所述的RF装置，其中，
第一差分馈电线连接到第一贴片的下表面上的第一馈电点和第二馈电点，第一馈电点和第二馈电点沿第一水平方向分离，
第二差分馈电线连接到第一贴片的下表面上的第三馈电点和第四馈电点，第三馈电点和第四馈电点沿与第一水平方向垂直的第二水平方向分离。
22.根据权利要求20所述的RF装置，其中，所述天线模块还包括：
第二贴片，沿第一水平方向与第一贴片分离；
第一多条馈电线，连接到第二贴片的下表面并被配置为将两个差分信号对从RFIC芯片提供给第二贴片。
23.根据权利要求22所述的RF装置，其中，所述天线模块还包括：
第三贴片，沿与第一水平方向垂直的第二水平方向与第一贴片分离；
第四贴片，沿第二水平方向与第二贴片分离；
第二多条馈电线，分别连接到第三贴片的下表面和第四贴片的下表面并被配置为将两个差分信号对从RFIC芯片提供给第三贴片并将两个差分信号对从RFIC芯片提供给第四贴片。
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