CN110391493A - 天线装置、天线模块及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线装置、天线模块及电子设备，所述天线装置包括：接地层，具有通孔；馈电过孔，设置为穿过所述通孔；贴片天线图案，设置在所述接地层上并且电连接到所述馈电过孔的一端；第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间；以及介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分中，使得所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的介电常数。

Description

天线装置、天线模块及电子设备
本申请要求于2018年4月23日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0046817号韩国专利申请和于2018年8月9日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0093002号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
下面的描述涉及一种天线装置、天线模块及电子设备。
背景技术
移动通信数据流量每年都在迅速增长。正在积极地进行技术开发以支持在无线网络中这种快速增长的实时数据。例如，诸如物联网(IoT)、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、与社交网络服务(SNS)结合的现场VR/AR、自主驾驶、同步视窗(其中，使用超小型相机传输用户视角的实时图像)等的应用需要通信(例如，5G通信、mmWave通信等)以支持大量数据的发送和接收。
因此，近来，已经积极地研究了包括第五代(5G)通信的毫米波(mmWave)通信，并且也正在积极地进行用于顺利地实现毫米波通信的天线模块的商业化/标准化的研究。
由于高频带(例如，24GHz、28GHz、36GHz、39GHz、60GHz等)中的射频(RF)信号在传输过程中容易被吸收并导致损耗，因此，通信质量可能会急剧劣化。因此，用于高频带通信的天线需要与传统天线技术不同的技术手段，并且可能需要诸如用于确保天线增益、集成天线和射频集成电路(RFIC)、确保有效全向辐射功率(EIRP)等的单独功率放大器。
发明内容
提供本发明的内容，以按照简化的形式介绍选择的构思，下面在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种天线装置包括：接地层，具有通孔；馈电过孔，设置为穿过所述通孔；贴片天线图案，设置在所述接地层上并且电连接到所述馈电过孔的一端；第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间；以及介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分中，使得所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的介电常数。
所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数可低于所述介电层的介电常数。
所述介电层可包括设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的腔。
所述第一耦合贴片图案可设置在所述介电层上，并且可暴露在所述介电层的一个表面上，所述第二耦合贴片图案可设置在所述腔中。
所述第一耦合贴片图案的横向长度可比所述第二耦合贴片图案的横向长度长，所述第一耦合贴片图案的横向长度可比所述腔的横向长度短。
所述贴片天线图案的横向长度可比所述第二耦合贴片图案的横向长度短。
所述天线装置可包括设置在所述介电层上并围绕所述第一耦合贴片图案的上介电层。
所述天线装置可包括电连接结构，所述电连接结构设置在所述接地层上，以支撑所述介电层，并且所述天线装置可包括接地过孔，所述接地过孔将所述电连接结构电连接到所述接地层。
所述天线装置可包括设置在所述接地层与所述贴片天线图案之间的区域的至少部分中的第二介电层，所述接地过孔中的每个的至少部分可设置在所述第二介电层中，所述电连接结构可设置在所述第二介电层上。
所述第二介电层的介电常数可比所述介电层的介电常数低。
所述天线装置还可包括导电阵列图案，所述导电阵列图案被布置为沿着所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案的侧边界围绕所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案，并且可电连接到所述电连接结构。
所述导电阵列图案可包括：第一导电阵列图案，设置在与所述第一耦合贴片图案相同的高度上；第二导电阵列图案，电连接到所述接地过孔；以及布局过孔，将所述第一导电阵列图案连接到所述第二导电阵列图案。
所述天线装置可包括导电阵列图案，所述导电阵列图案被布置为沿着所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案的侧边界围绕所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案，并且包括设置在所述介电层中的至少部分。
所述导电阵列图案可包括：第一导电阵列图案和第二导电阵列图案；以及布局过孔，将所述第一导电阵列图案连接到所述第二导电阵列图案。
在另一总体方面，一种天线模块包括：接地层，具有通孔；馈电过孔，设置为分别穿过所述通孔；贴片天线图案，设置在所述接地层上并且分别电连接到所述馈电过孔的一端；第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间；以及介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分中，使得所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的介电常数。
所述天线模块可包括：贴片天线馈线，设置在所述接地层的与所述贴片天线图案相对的侧上，并且电连接到所述馈电过孔；集成电路(IC)，设置在所述贴片天线馈线的与所述贴片天线图案相对的侧上；以及布线过孔，将所述贴片天线馈线电连接到所述集成电路。
在另一总体方面，一种天线装置包括：接地层；贴片天线图案，设置在所述接地层上；第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的所述贴片天线图案上；以及介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间。
所述介电层可包括设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的腔。
所述第二耦合贴片图案可设置在所述腔中。
所述天线装置可包括在电子设备中。
通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示意性示出根据示例的天线装置和天线模块的侧视图。
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G、图2H、图2I和图2J是示出根据示例的天线装置和天线模块的侧视图。
图3A、图3B和图3C是示出根据不同示例的天线装置和天线模块可包括的多个导电阵列图案的示图。
图4A、图4B和图4C是示出根据示例的天线装置和天线模块的平面图。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F是示出根据不同示例的天线装置和天线模块中可包括的连接构件的示图。
图6是示出根据示例的天线装置和天线模块的变型结构的示图。
图7A和图7B是示出根据示例的电子设备中的天线模块的布局的平面图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记表示相同的元件。附图可以不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下详细描述，以帮助读者获得对在此描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此所描述的方法、装置和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。例如，除了必须以特定的顺序出现的操作之外，在此描述的操作顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是可以在理解本申请的公开内容之后做出将显而易见的改变。而且，为了增加清楚性和简洁性，可省略对本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此描述的示例。更确切地说，已提供在此描述的示例，仅仅是为了示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此所述的方法、装置和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
在此，注意关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这种特征的至少一个示例或实施例，而所有示例和实施例不限于此。
在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接“在”所述另一元件“上”、直接“连接到”所述另一元件或直接“结合到”所述另一元件，或者在它们之间可以存在一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，它们之间可不存在其他元件。
如在此所用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个以及任意两个或更多个的任意组合。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间相关术语来描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相关术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将被描述为相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据设备的空间方位而包含“在……之上”和“在……之下”两个方位。设备还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或在其他方位)，并对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
这里使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”表示存在所述特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可能发生附图中所示形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中示出的特定形状，而是包括在制造过程中发生的形状变化。
在此描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有多种配置，但是在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是其他配置是可行的。
在下文中，将参照附图详细描述示例。
图1是示意性示出根据示例的天线装置和天线模块的侧视图。
参照图1，天线装置100可设置在连接构件200上，天线模块可包括与天线装置100对应的多个天线装置。根据设计，连接构件200可包括在天线装置100和天线模块中。集成电路(IC)可设置在连接构件200下方。
连接构件200可设置在第三区域153上，将天线装置100和天线模块电连接到IC，并且提供天线装置100及天线模块与IC之间的电磁隔离和/或阻抗。
连接构件200可为天线装置100和天线模块以及IC提供电接地，并且可包括接地层125、第二接地层202、第三接地层203、第四接地层204、第五接地层205和屏蔽过孔245中的至少部分。
根据设计，连接构件200可包括至少一个端射天线。端射天线可包括端射天线图案210、端射天线馈电过孔211、导向图案215以及端射天线馈线220的至少部分，并且可在X方向上发送和接收射频(RF)信号。
天线装置100和天线模块可包括天线封装件105和馈电过孔120，并且可在Z方向上发送和接收RF信号。
天线封装件105可设置在第一区域154上，包括下面将描述的贴片天线图案和第一耦合贴片图案及第二耦合贴片图案，并且还可包括多个导电阵列图案。
馈电过孔120可设置在第二区域152上，并且可电连接在天线封装件105与连接构件200之间。
天线装置100和天线模块可随着第一区域154和第二区域152的介电常数变大而有利于小型化，并且可随着第一区域154和第二区域152的介电常数变小而有利于天线性能(例如，增益、带宽)的改善。
天线装置100和天线模块可通过第一区域154和第二区域152的介电常数的配置而提供有利于小型化同时具有改善的天线性能的结构。
图2A至图2J是示出根据示例的天线装置和天线模块的侧视图。
参照图2A，天线装置可包括贴片天线图案110、第一耦合贴片图案111、第二耦合贴片图案112、馈电过孔120、接地层125、接地过孔127、焊盘128、电连接结构129、多个导电阵列图案130、第二介电层140、低介电区域145和介电层150中的至少部分。
介电层150和第二介电层140中的每个可提供贴片天线图案110、第一耦合贴片图案111、第二耦合贴片图案112中的部分的布局空间。例如，贴片天线图案110可设置在第二介电层140的上表面上或者设置在第二介电层140中。例如，第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112可设置在介电层150的上表面或下表面上或者设置在介电层150中。例如，介电层150和第二介电层140中的每个可具有多个层堆叠的形式。介电层150和第二介电层140中的每个可根据视角包括多个介电组件。介电层150可设置在第一耦合贴片图案111与第二耦合贴片图案112之间的空间的至少部分中。
接地层125可改善贴片天线图案110与上面描述的连接构件之间的电磁隔离，并且用作贴片天线图案110的反射器，以在Z方向上反射贴片天线图案110的RF信号，以将RF信号进一步集中在Z方向上。接地层125可设置为确保距贴片天线图案110的间隔距离H4，以具有反射器特性。
接地层125可具有供馈电过孔120穿过的通孔。在Z方向上观看时，通孔可与贴片天线图案110重叠。
馈电过孔120可将从贴片天线图案110接收的RF信号发送到上面描述的连接构件和/或IC，并且将从连接构件和/或IC接收的RF信号发送到贴片天线图案110。根据设计，多个馈电过孔120可连接到单个贴片天线图案110或多个贴片天线图案110。在多个馈电过孔120连接到单个贴片天线图案110的情况下，多个馈电过孔120中的每个可被构造为使作为相对于彼此的极化波的水平(H)极RF信号和竖直(V)极RF信号流过多个馈电过孔120中的每个。
贴片天线图案110可设置在接地层125的上侧，并且可电连接到馈电过孔120的一个端部。贴片天线图案110可接收来自馈电过孔120的RF信号，以在Z方向上远距离地发送RF信号，或者可在Z方向上远距离地接收RF信号，以将RF信号发送到馈电过孔120。
第一耦合贴片图案111可设置在贴片天线图案110的上侧。第一耦合贴片图案111可电磁耦合到贴片天线图案110，并且可影响贴片天线图案110的谐振频率并且将RF信号进一步集中在Z方向上，以改善贴片天线图案110的增益。
在贴片天线图案110与第一耦合贴片图案111之间发送的RF信号的波长可随着贴片天线图案110与第一耦合贴片图案111之间的有效介电常数变小而更长。根据贴片天线图案110和第一耦合贴片图案111之间的电磁耦合的RF信号在Z方向上的集中可随着RF信号的波长变长而更大。因此，贴片天线图案110的增益可随着贴片天线图案110和第一耦合贴片图案111之间的有效介电常数变小而得到改善。
在贴片天线图案110与第一耦合贴片图案111之间的有效介电常数变小的情况下，用于保持谐振频率的贴片天线图案110的尺寸可变大并且贴片天线图案110的带宽可变窄。
因此，天线装置和天线模块还可包括设置在贴片天线图案110和第一耦合贴片图案111之间的第二耦合贴片图案112，从而降低贴片天线图案110的谐振频率并加宽贴片天线图案110的带宽。
第二耦合贴片图案112可设置在第一耦合贴片图案111和贴片天线图案110之间。第二耦合贴片图案112可设置为使得第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的有效介电常数大于第二耦合贴片图案112和贴片天线图案110之间的有效介电常数。因此，根据贴片天线图案110和第一耦合贴片图案111之间的有效介电常数的减小，贴片天线图案110可更容易地抵消谐振频率偏移和带宽减小。
介电层150可占据第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的空间的至少部分，并且可设置为使得贴片天线图案110和第二耦合贴片图案112之间的空间的至少部分的介电常数DK低于第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的空间的介电常数DK。
第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的有效介电常数以及第二耦合贴片图案112和贴片天线图案110之间的有效介电常数可根据介电层150的布局位置来确定。
例如，贴片天线图案110和第二耦合贴片图案112之间的空间的至少部分的介电常数可低于介电层150的介电常数。贴片天线图案110与第二耦合贴片图案112之间的空间可包括低介电区域145。例如，低介电区域145可具有与空气相同的介电常数，但是根据设计包括介电常数小于介电层150的介电常数的介电材料或包封剂，从而确保绝缘可靠性。
例如，介电层150可在向下的方向(Z方向)上提供腔。腔可降低有效介电常数，而不增大贴片天线图案110与第一耦合贴片图案111及第二耦合贴片图案112之间的物理距离或者增大介电层150在Z方向上的长度H12。因此，在保持天线性能的情况下，可进一步减小天线装置和天线模块的尺寸。
例如，第一耦合贴片图案111可设置在介电层150上，并且可设置为暴露于介电层150的上侧，第二耦合贴片图案112可设置在介电层150的腔中。例如，第二耦合贴片图案112和贴片天线图案110之间的距离可从H3增大到(H2+H3)，第二耦合贴片图案112和第一耦合贴片图案111之间的距离可从H12缩短到H1。天线装置和天线模块可更有效地使用有利于天线性能的低介电常数的特性，并且可更有效地使用有利于小型化的高介电常数的特性。
例如，第一耦合贴片图案111的横向长度L3可长于第二耦合贴片图案112的横向长度L2，第一耦合贴片图案111的横向长度L3可短于介电层150的腔的横向长度L4。因此，第二耦合贴片图案112可通过有效地利用腔的边界来改善增益并加宽带宽。
例如，贴片天线图案110的横向长度L1可短于第二耦合贴片图案112的横向长度L2。因此，第二耦合贴片图案112可更容易地耦合到贴片天线图案110，贴片天线图案110的带宽可进一步加宽。
腔可被省略。即使不存在腔，天线装置和天线模块也可通过省略介电材料的填充以及填充具有低介电常数的介电材料来实现，并且可在介电层150和第二介电层140分开制造的状态下通过电结合来实现。
第二介电层140可设置为占据接地层125和贴片天线图案110之间的区域的至少部分。
多个电连接结构129可设置在接地层125上并且支撑介电层150。多个电连接结构129中的每个可具有预定高度，从而提供低介电区域145。
由于低介电区域145可在没有单独的绝缘材料的情况下确保绝缘可靠性，因此低介电区域145可利用空气形成。空气可具有基本上为1的介电常数，并且可不需要单独的工艺来填充在低介电区域145中。因此，设置在第二介电层140上的贴片天线图案110与设置在介电层150上的第二耦合贴片图案112之间的有效介电常数可容易地降低。
多个电连接结构129可将设置在介电层150上的导电组件(例如，导电阵列图案)与设置在第二介电层140上的导电组件(例如，接地层)彼此电连接，并且具有比导电组件的熔点低的熔点，从而在介电层150和第二介电层140分开制造的状态下提供电结合环境。
即使天线装置和天线模块不具有腔，天线装置和天线模块也可增大多个电连接结构129的尺寸和/或高度，从而进一步降低贴片天线图案110和第二耦合贴片图案112之间的有效介电常数。例如，多个电连接结构129可设计成大于IC和连接构件之间的电连接结构。例如，多个电连接结构129可从诸如焊球、引脚、焊盘(pad)、接地焊盘(land)或子板(sub-board)的结构中选择，并且可具有与IC和连接构件之间的电连接结构不同的结构，从而增大尺寸和/或高度。
第二介电层140的介电常数可低于介电层150的介电常数。用于保持谐振频率的贴片天线图案110以及第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112的尺寸可随着介电层150的介电常数变大而更小。贴片天线图案110和相邻的天线装置之间的间隔距离可随着介电层150的介电常数变大而更小。天线装置和天线模块可通过提供低介电区域145来改善天线性能，同时通过使用具有较大介电常数的介电层150实现小型化。
例如，介电层150可具有小于第二介电层140的介电损耗因子(DF)的介电损耗因子。因此，可减少由于贴片天线图案110的RF信号发送和接收导致的能量损失。
多个导电阵列图案130可具有预定的横向长度L5，以沿着第一耦合贴片图案111或第二耦合贴片图案112的侧边界围绕第一耦合贴片图案111或第二耦合贴片图案112设置，并且可电连接到多个电连接结构129。介电层150可提供多个导电阵列图案130的布局空间。多个导电阵列图案130可电磁耦合到第一耦合贴片图案111或第二耦合贴片图案112，并且可改善贴片天线图案110和相邻的天线装置之间的电磁隔离。
例如，多个导电阵列图案130可包括多个第一导电阵列图案132、多个第二导电阵列图案138和多个布局过孔131，多个第一导电阵列图案132设置在与第一耦合贴片图案111相同的高度上，多个第二导电阵列图案138电连接到多个接地过孔127，多个布局过孔131将多个第一导电阵列图案132和多个第二导电阵列图案138彼此连接。因此，由于多个导电阵列图案130可类似于电磁带隙结构，因此可将发送的RF信号进一步诱导在Z方向上。
例如，多个导电阵列图案130可通过多个接地过孔127和焊盘128电连接到接地层125。多个接地过孔127中的每个的至少部分可设置在第二介电层140中。因此，可进一步改善多个导电阵列图案130的电磁屏蔽性能。
图2B是示出与图2A的天线装置相比省略多个导电阵列图案的结构的示图。也就是说，天线装置可不包括上面描述的多个导电阵列图案。
与图2A中所示的天线装置相比，图2B中所示的天线装置可由于贴片天线图案110的数量更小而具有改善的天线性能，并且可由于贴片天线图案110和相邻的天线图案之间的间隔更长而具有改善的天线性能。因此，是否包括多个导电阵列图案可根据贴片天线图案110的数量和/或间隔而改变。
例如，贴片天线图案110和第二耦合贴片图案112之间的间隔可以是约0.2mm，第二耦合贴片图案112和第一耦合贴片图案111之间的间隔可以是约0.2mm，腔的在Z方向上的高度可以是约0.1mm，第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112的在Z方向上的高度可各自为约0.015mm，贴片天线图案110与接地层125之间的距离可以是约0.3mm。
图2C是示出与图2B的天线装置相比减小第一耦合贴片图案和第二耦合贴片图案的尺寸的结构的示图。
参照图2C，介电层150可具有大于第二介电层140的介电常数的介电常数，并且可具有大于图2A和图2B中所示的介电层的介电常数的介电常数。因此，与图2B中所示的天线装置相比，图2C中所示的天线装置可具有进一步小型化的第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112。
例如，贴片天线图案110在水平方向上的长度可以是约2.5mm，第一耦合贴片图案111在水平方向上的长度可以是约2.1mm，第二耦合贴片图案112在水平方向上的长度可以是约1.7mm。
图2D是示出与图2C的天线装置相比减小介电层的介电常数的结构的示图。
参照图2D，介电层150可具有与第二介电层140的介电常数基本相同的介电常数，并且可具有小于图2A和图2B中所示的介电层的介电常数的介电常数。
因此，与图2C中所示的天线装置相比，第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的间隔可被进一步缩短，并且可比第二耦合贴片图案112和贴片天线图案110之间的间隔短。
与图2C中所示的天线装置相比，腔的横向长度可更长。
例如，贴片天线图案110和第二耦合贴片图案112之间的间隔可以是约0.28mm，第二耦合贴片图案112和第一耦合贴片图案111之间的间隔可以是约0.12mm，电连接结构129的高度可以是约0.1mm，贴片天线图案110在水平方向上的长度可以是约2.5mm，第一耦合贴片图案111在水平方向上的长度可以是约2.7mm，第二耦合贴片图案112在水平方向上的长度可以是约1.5mm。
图2E是示出与图2D的天线装置相比另外设置多个导电阵列图案的结构的示图。
参照图2E，介电层150可包括多个布局过孔131、多个第一导电阵列图案132、多个第二导电阵列图案138、多个第三导电阵列图案133、多个第四导电阵列图案134、多个第五导电阵列图案135、多个第六导电阵列图案136以及多个第七导电阵列图案137。
与图2D中所示的天线装置相比，图2E中所示的天线装置可随着贴片天线图案110的数量变大而具有改善的天线性能，并且可随着贴片天线图案110和相邻的天线图案之间的间隔变短而具有改善的天线性能。例如，贴片天线图案110和相邻的天线图案之间的间隔可比RF信号波长的一半长。
图2F是示出与图2E的天线装置相比另外设置天线图案的第二上介电层的结构的示图。
参照图2F，第二介电层140还可包括围绕贴片天线图案110的侧表面的第二上介电层141。第二上介电层141可改善贴片天线图案110的耐久性。
图2G是示出与图2E的天线装置相比另外设置介电层的上介电层的结构的示图。
参照图2G，介电层150还可包括设置在介电层150上的上介电层151。上介电层151可覆盖或围绕第一耦合贴片图案111。上介电层151可改善第一耦合贴片图案111的耐久性。
图2H是示出与图2G的天线装置相比另外设置贴片天线图案的第二上介电层的结构的示图。
参照图2H，第二介电层140还可包括围绕贴片天线图案110的侧表面的第二上介电层141，介电层150还可包括设置在第一耦合贴片图案111上的上介电层151。
图2I是示出与图2E的天线装置相比增大腔的尺寸的结构的示图。
参照图2I，介电层150可包括具有相对大的高度(在Z方向上)的腔。因此，由于可进一步减小天线装置的有效介电常数，因此可进一步改善天线装置的增益。
例如，腔的高度可以是约0.18mm，第一耦合贴片图案111和第二耦合贴片图案112之间的距离可以是约0.1mm。
图2J是示出与图2E的天线装置相比省略腔的结构的示图。
参照图2J，介电层150可不包括腔。因此，可进一步加宽天线装置的带宽。
例如，电连接结构129的高度可以是约0.1mm。
图3A、图3B和图3C是示出根据示例的天线装置和天线模块中可包括的多个导电阵列图案的示图。
参照图3A和图3B，多个导电阵列图案130a中的每个可包括多个布局过孔131a、第一导电图案132a、第三导电阵列图案133a、第四导电阵列图案134a、第五导电阵列图案135a以及第六导电阵列图案136a，并且可设置在包括屏蔽过孔126a的接地层125a上。
例如，多个导电阵列图案130a可以以n×2的结构布置。这里，n是2或更大的自然数。也就是说，多个导电阵列图案130a可布置成两个行。在贴片天线图案中在X方向或Y方向上泄漏的RF信号可被发送，仿佛其由于两个行中的更靠近贴片天线图案的行与更远离贴片天线图案的行之间的窄的间隙而入射在具有负折射率的介质上。因此，以n×2的结构布置的多个导电阵列图案130a可进一步将RF信号集中在Z方向上。多个导电阵列图案130a的结构不限于n×2的结构，而是可根据设计而变化。例如，多个导电阵列图案130a可以以n×1的结构布置。
参照图3B，天线装置100a可包括多个导电阵列图案130a，多个导电阵列图案130a设置为沿着贴片天线图案110a和耦合贴片图案115a的侧边界围绕贴片天线图案110a和耦合贴片图案115a。因此，多个导电阵列图案130a可更有效地将RF信号诱导在Z方向上。
馈电过孔120a可连接到贴片天线图案110a，并且可设置为穿透接地层125a。接地层125a可包括在连接构件1200a中。
参照3C，天线装置的贴片天线图案110b可将RF信号发送到诸如IC的源SRC2或者从源SRC2接收RF信号，并且可具有电阻值R2和电感L3和L4。
多个导电阵列图案130b可具有用于贴片天线图案110b的电容C5和C12、多个导电阵列图案之间的电容C6和C10、布局过孔的电感L5和L6以及多个导电阵列图案和接地层之间的电容C7和C11。
天线装置的频带和带宽可由上述电阻值、电容和电感确定。
图4A、图4B和图4C是示出根据示例的天线装置和天线模块的平面图。
参照图4A和图4B，天线模块可包括多个贴片天线图案110c、接地层125c、多个导电阵列图案130c、多个端射天线图案210c、多个导向图案215c以及多个端射天线馈线220c中的至少部分。
多个端射天线图案210c可在第二方向(例如，X方向和Y方向)上形成辐射图案，以在第二方向(例如，横向)上发送或接收RF信号。例如，多个端射天线图案210c可设置在连接构件中以与连接构件的侧表面相邻，并且可具有偶极形状或折叠偶极形状。多个端射天线图案210c中的每个的极的一端可分别电连接到多个端射天线馈线220c的第一线和第二线。多个端射天线图案210c的频带可被设计为与多个贴片天线图案110c的频带基本相同，但不限于这样的频带。
多个导向图案215c可电磁耦合到多个端射天线图案210c，以改善多个端射天线图案210c的增益或带宽。
多个端射天线馈线220c可将从多个端射天线图案210c接收的RF信号发送到IC，并且可将从IC接收的RF信号发送到多个端射天线图案210c。多个端射天线馈线220c可实现为连接构件的布线。
由于天线模块可在第一方向和第二方向上形成辐射图案，因此可全方向地扩展RF信号的发送和接收方向。
天线装置可布置成如图4A中所示的n×m的结构，包括天线装置的天线模块可设置为与电子设备的顶点相邻。
天线装置可布置成如图4B中所示的n×1的结构，包括天线装置的天线模块可设置为与电子设备的边缘的中间点相邻。
参照图4C，根据本发明的天线模块可包括多个贴片天线图案110d、接地层125d、多个导电阵列图案130d、多个端射天线图案210d、多个导向图案215d和多个端射天线馈线220d中的至少部分。
多个导电阵列图案130d可以以n×1的结构布置，可设置为围绕多个贴片天线图案110d中的每个，并且可设置为彼此分开。因此，可减少多个天线装置对彼此的影响。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F是示出根据示例的天线装置和天线模块中可包括的连接构件的示图。
参照图5A，天线模块可包括连接构件200、IC 310、粘合构件320、电连接结构330、包封剂340、无源组件350和子板410中的至少部分。
连接构件200可具有与上面参照图1至图4C描述的连接构件类似的结构。
IC 310可与上面描述的IC相同，并且可设置在连接构件200下方。IC 310可电连接到连接构件200的布线以发送或接收RF信号，并且可电连接到连接构件200的接地层以提供有地。例如，IC 310可执行频率转换、放大、滤波、相位控制和电力产生中的至少部分，并产生转换后的信号。
粘合构件320可将IC 310和连接构件200彼此结合。
电连接结构330可将IC 310和连接构件200彼此电连接。例如，电连接结构330可具有诸如焊球、引脚、接地焊盘(land)和焊盘(pad)的结构。电连接结构330可具有比连接构件200的布线和接地层的熔点低的熔点，以通过利用低熔点的预定工艺将IC 310和连接构件200彼此电连接。
包封剂340可包封IC的至少部分并且可改善IC 310的热辐射性能和防震性能。例如，包封剂340可利用光可成像包封剂(PIE)、ABF(Ajinomoto build-up film)、环氧树脂模塑料(EMC)等形成。
无源组件350可设置在连接构件200的下表面上，并且可通过电连接结构330电连接到连接构件200的布线和/或接地层。例如，无源组件350可包括电容器(例如，多层陶瓷电容器(MLCC))、电感器和片式电阻器中的至少部分。
子板410可设置在连接构件200下方，并且可电连接到连接构件200，以从外部接收中频(IF)信号或基带信号以及将IF信号或基带信号发送到IC 310，或者从IC 310接收IF信号或基带信号以及将IF信号或基带信号发送到外部。这里，RF信号的频率(例如，24GHz、28GHz、36GHz、39GHz和60GHz)可大于IF信号的频率(例如，2GHz、5GHz、10GHz等)。
例如，子板410可通过包括在连接构件200的IC接地层中的布线将IF信号或基带信号发送到IC 310或者从IC 310接收IF信号或基带信号。由于连接构件200的第一接地层设置在IC接地层和布线之间，因此IF信号或基带信号和RF信号可在天线模块内电隔离。
参照图5B，天线模块可包括屏蔽构件360、连接器420和片式天线430中的至少部分。
屏蔽构件360可设置在连接构件200下方，并可设置为与连接构件200一起限制IC310。例如，屏蔽构件360可设置为将IC 310和无源组件350一同覆盖(例如，共形屏蔽)或者分别覆盖(例如，分隔屏蔽)IC 310和无源组件350。例如，屏蔽构件360可呈具有一个表面开口的六面体形状，并且可通过与连接构件200的结合而具有六面体的容纳空间。屏蔽构件360可利用具有高导电性的材料(诸如，铜)形成，以具有短的趋肤深度，并且可电连接到连接构件200的接地层。因此，屏蔽构件360可减少IC 310和无源组件350可接收的电磁噪声。
连接器420可具有电缆(例如，同轴电缆、柔性PCB)的连接结构，可电连接到连接构件200的IC接地层，并且可执行类似于上面描述的子板的功能。也就是说，连接器420可被提供有IF信号、基带信号和/或来自电缆的电力，或者可将IF信号和/或基带信号提供给电缆。
片式天线430可帮助天线装置发送和接收RF信号。例如，片式天线430可包括介电常数大于绝缘层的介电常数的介电块以及设置在介电块的相对的表面上的多个电极。多个电极中的一个可电连接到连接构件200的布线，另一个电极可电连接到连接构件200的接地层。
参照图5C，接地层201a可具有通孔，馈电过孔120a穿过所述通孔，并且接地层201a可连接到接地过孔185a的另一端。接地层201a可在贴片天线图案110a和馈线之间电磁屏蔽。馈线(例如，下面描述的贴片天线馈线)可设置在接地层的与贴片天线图案相对的侧上，并且电连接到馈电过孔。
参照图5D，第二接地层202a可分别围绕端射天线馈线220a和贴片天线馈线221a的至少部分。端射天线馈线220a可电连接到第二布线过孔232a，贴片天线馈线221a可电连接到第一布线过孔231a。第二接地层202a可在端射天线馈线220a和贴片天线馈线221a之间电磁屏蔽。端射天线馈线220a的一端可连接到端射天线过孔211a。
参照图5E，第三接地层203a可具有多个通孔，第一布线过孔231a和第二布线过孔232a穿过所述通孔，并且第三接地层203a可具有耦合接地图案235a。第三接地层203a可在馈线和IC之间电磁屏蔽。
参照图5F，第四接地层204a可具有多个通孔，第一布线过孔231a和第二布线过孔232a穿过所述通孔。IC 310a可设置在第四接地层204a下方，并且可电连接到第一布线过孔231a和第二布线过孔232a。IC 310a可设置在贴片天线馈线的与贴片天线图案相对的侧上。端射天线图案210a和导向图案215a可设置在与第四接地层204a基本相同的高度。
第四接地层204a可为IC 310a和/或无源组件提供IC 310a中的电路和/或无源组件中使用的接地。根据设计，第四接地层204a可提供IC 310a和/或无源组件中使用的电力和信号的传输路径。因此，第四接地层204a可电连接到IC和/或无源组件。
第二接地层202a、第三接地层203a和第四接地层204a可具有凹入形状以提供腔。因此，端射天线图案210a可设置为更靠近IC接地层204a。腔可设置在与上面在图1至图4C中描述的腔不同的位置处。
第二接地层202a、第三接地层203a和第四接地层204a的顶部和底部关系和形状可根据设计而变化。图1中所示的第五接地层可具有与第四接地层204a类似的结构/功能。
图6是示出根据示例的天线装置和天线模块的变型结构的示图。
参照图6，天线模块可具有端射天线100f、贴片天线图案1110f、IC 310f和无源组件350f集成到连接构件500f中的结构。
端射天线100f和贴片天线图案1110f可分别以与上面描述的端射天线和上面描述的贴片天线图案相同的方式设计，并且可接收来自IC 310f的RF信号以发送RF信号，或者将接收的RF信号发送到IC 310f。
连接构件500f可具有堆叠至少一个导电层510f和至少一个绝缘层520f的结构(例如，印刷电路板的结构)。导电层510f可具有上面描述的接地层和馈线。
此外，天线模块还可包括柔性连接构件550f。柔性连接构件550f可包括在竖直方向上观察时与连接构件500f重叠的第一柔性区域570f和不与连接构件500f重叠的第二柔性区域580f。
第二柔性区域580f可在竖直方向上柔性弯曲。因此，第二柔性区域580f可柔性地连接到组板的连接器和/或相邻的天线模块。
柔性连接构件550f可包括信号线560f。IF信号和/或基带信号可通过信号线560f被发送到IC 310f或被发送到组板的连接器和/或相邻的天线模块。
图7A和图7B是示出根据示例的电子设备中的天线模块的布局的平面图。
参照图7A，包括端射天线100g、贴片天线图案1110g和绝缘层1140g的天线模块可在电子设备700g的组板600g上设置为与电子设备700g的侧边界相邻。
电子设备700g可以是智能手机、个人数字助理、数字摄像机、数字静态相机、网络系统、计算机、监视器、平板电脑、膝上型电脑、上网本、电视、视频游戏机、智能手表、汽车组件等，但不限于此。
通信模块610g和基带电路620g可进一步设置在组板600g上。天线模块可通过同轴电缆630g电连接到通信模块610g和/或基带电路620g。根据设计，同轴电缆630g可用图6中所示的柔性连接构件代替。
通信模块610g可包括下列项中的至少部分：诸如易失性存储器(例如，DRAM)、非易失性存储器(例如，ROM)、闪存等的存储器芯片；诸如中央处理器(例如，CPU)、图形处理器(例如，GPU)、数字信号处理器、密码处理器、微处理器、微控制器等的应用处理器芯片；以及诸如模数转换器、专用IC(ASIC)等的逻辑芯片，以执行数字信号处理。
基带电路620g可通过执行模拟信号的模数转换和放大、滤波和频率转换来产生基带信号。从基带电路620g输入和输出的基带信号可通过电缆传输到天线模块。
例如，基带信号可通过电连接结构、芯过孔和布线发送到IC。IC可将基带信号转换为毫米波(mmWave)段的RF信号。
参照图7B，各自包括端射天线100h、贴片天线图案1110h和绝缘层1140h的多个天线模块可设置为在电子设备700h的组板600h上分别与电子设备700h的一个侧表面的边界和其另一侧表面的边界相邻。通信模块610h和基带电路620h可进一步设置在组板600h上。多个天线模块可通过同轴电缆630h电连接到通信模块610h和/或基带电路620h。
此外，贴片天线图案、耦合贴片图案、导电阵列图案、馈电过孔、布局过孔、接地过孔、屏蔽过孔、接地层、端射天线图案、导向图案以及示例的电连接结构可包括金属材料(例如，诸如铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、钛(Ti)或它们的合金的导电材料)，并且可通过诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、溅射、减成、加成、半加成工艺(SAP)、改进的半加成工艺(MSAP)等的镀覆方法形成，但不限于这些材料和形成方法。
介电层可利用FR-4、液晶聚合物(LCP)、低温共烧陶瓷(LTCC)、诸如环氧树脂的热固性树脂、诸如聚酰亚胺树脂的热塑性树脂、热固性树脂或热塑性树脂与无机填料一起浸在诸如玻璃纤维(或玻璃布或玻璃织物)的芯材料中的树脂(例如，半固化片、ABF(Ajinomoto build-up film)、FR-4、双马来酰亚胺三嗪(BT)、感光介电(PID)树脂、通用覆铜层压板(CCL)或玻璃或陶瓷基绝缘材料)。绝缘层可填充在天线装置和天线模块中未设置有贴片天线图案、耦合贴片图案、导电阵列图案、馈电过孔、布局过孔、接地过孔、屏蔽过孔、接地层、端射天线图案、导向图案、耦合接地图案和电连接结构的位置中的至少部分中。
这里公开的RF信号可具有根据下列项的格式：无线保真(Wi-Fi)(电气和电子工程师协会(IEEE)802.11族等)、全球微波接入互操作性(WiMAX)(IEEE 802.16族等)、IEEE802.20、长期演进(LTE)、仅演进数据(Ev-DO)、高速分组接入+(HSPA+)、高速下行链路分组接入+(HSDPA+)、高速上行链路分组接入+(HSUPA+)、增强型数据GSM环境(EDGE)、全球移动通信系统(GSM)、全球定位系统(GPS)、通用分组无线业务(GPRS)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强型无绳电信(DECT)、蓝牙、3G、4G和5G协议以及在上述协议之后指定的任何其他无线和有线协议，但不限于这些格式或协议。
天线装置和天线模块可根据多个耦合贴片图案和有效介电常数的有效配置而改善天线性能或具有有利于小型化的结构。
虽然本公开包括具体的示例，但是在理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被认为是描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或通过其他组件或者它们的等同物替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，在权利要求及其等同物的范围内的所有变型将被解释为包含于本公开中。

Claims (20)

1.一种天线装置，包括：
接地层，包括通孔；
馈电过孔，设置为穿过所述通孔；
贴片天线图案，设置在所述接地层上并且电连接到所述馈电过孔的一端；
第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；
第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间；以及
介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分中，使得所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的介电常数。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述介电层的介电常数。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述介电层包括设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的腔。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，所述第一耦合贴片图案设置在所述介电层上，并且暴露在所述介电层的一个表面上，
所述第二耦合贴片图案设置在所述腔中。
5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，所述第一耦合贴片图案的横向长度比所述第二耦合贴片图案的横向长度长，所述第一耦合贴片图案的横向长度比所述腔的横向长度短。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其中，所述贴片天线图案的横向长度比所述第二耦合贴片图案的横向长度短。
7.根据权利要求4所述的天线装置，所述天线装置还包括设置在所述介电层上并围绕所述第一耦合贴片图案的上介电层。
8.根据权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括：
电连接结构，设置在所述接地层上，并且被构造为支撑所述介电层；以及
接地过孔，被构造为将所述电连接结构电连接到所述接地层。
9.根据权利要求8所述的天线装置，所述天线装置还包括设置在所述接地层与所述贴片天线图案之间的区域的至少部分中的第二介电层，
其中，所述接地过孔中的每个的至少部分设置在所述第二介电层中，
所述电连接结构设置在所述第二介电层上。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其中，所述第二介电层的介电常数比所述介电层的介电常数低。
11.根据权利要求8所述的天线装置，所述天线装置还包括导电阵列图案，所述导电阵列图案被布置为沿着所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案的侧边界围绕所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案，并且电连接到所述电连接结构。
12.根据权利要求11所述的天线装置，其中，所述导电阵列图案包括：
第一导电阵列图案，设置在与所述第一耦合贴片图案相同的高度上；
第二导电阵列图案，电连接到所述接地过孔；以及
布局过孔，将所述第一导电阵列图案连接到所述第二导电阵列图案。
13.根据权利要求1所述的天线装置，所述天线装置还包括导电阵列图案，所述导电阵列图案被布置为沿着所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案的侧边界围绕所述第一耦合贴片图案或所述第二耦合贴片图案，并且包括设置在所述介电层中的至少部分。
14.根据权利要求13所述的天线装置，其中，所述导电阵列图案包括：
第一导电阵列图案和第二导电阵列图案；以及
布局过孔，将所述第一导电阵列图案连接到所述第二导电阵列图案。
15.一种天线模块，包括：
接地层，包括通孔；
馈电过孔，设置为分别穿过所述通孔；
贴片天线图案，设置在所述接地层上并且分别电连接到所述馈电过孔的一端；
第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；
第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间；以及
介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分中，使得所述贴片天线图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的至少部分的介电常数低于所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间的空间的介电常数。
16.根据权利要求15所述的天线模块，所述天线模块还包括：
贴片天线馈线，设置在所述接地层的与所述贴片天线图案相对的侧上，并且电连接到所述馈电过孔；
集成电路，设置在所述贴片天线馈线的与所述贴片天线图案相对的侧上；以及
布线过孔，被构造为将所述贴片天线馈线电连接到所述集成电路。
17.一种天线装置，包括：
接地层；
贴片天线图案，设置在所述接地层上；
第一耦合贴片图案，设置在所述贴片天线图案上；
第二耦合贴片图案，设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的所述贴片天线图案上；以及
介电层，设置在所述第一耦合贴片图案与所述第二耦合贴片图案之间。
18.根据权利要求17所述的天线装置，其中，所述介电层包括设置在所述第一耦合贴片图案与所述贴片天线图案之间的腔。
19.根据权利要求18所述的天线装置，其中，所述第二耦合贴片图案设置在所述腔中。
20.一种电子设备，包括：
权利要求17-19中任一项所述的天线装置。
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