CN111106446A - 射频信号接地装置以及天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于天线的射频信号接地装置，包括：基材层；接地传输线，所述接地传输线构造在基材层的第一侧上；其特征在于，所述射频信号接地装置还包括：金属层，所述金属层构造基材层的第二侧上，其中，所述金属层具有至少一个间隙，使得所述金属层至少分成第一子区域和第二子区域，其中，所述间隙用于阻断低频信号和直流信号中的至少一种信号；和金属板，所述金属板经由介电层与金属层连接。所述射频信号接地装置通过多耦合接地能够实现有限空间内良好的射频接地同时实现低频信号和/或直流信号良好的阻断。此外，本发明还涉及一种具有所述射频信号接地装置的天线。

Description

射频信号接地装置以及天线

技术领域

本发明涉及一种用于天线的射频信号接地装置，此外，本发明还涉及一种具有所述射频信号接地装置的天线。

背景技术

在天线系统、例如用于蜂窝通信系统的天线系统中，在同一传输线上可能会传输各种信号，例如射频信号、低频控制信号和/或直流信号。射频信号通常指的是由天线系统所发射和接收的信号。低频信号通常是控制信号、例如用于电调装置的控制信号。直流信号可以是用于为天线内的元件供电的一个或多个电源信号。

为了在射频信号接地时防止低频信号和/或直流信号也一同接地，可以设置隔离电路来隔离低频信号和/或直流信号。目前，隔离电路的常见实现方式是设置短截线以沿传输线提供接地，从而抑制低频信号和直流信号，同时允许RF信号通过。然而，这些短截线隔离电路可能带宽窄并且占用印刷电路板上较大布线空间，并且成本也较高。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的射频信号接地装置以及具有所述射频信号接地装置的天线。

本发明提供一种用于天线的射频信号接地装置，包括：基材层；接地传输线，所述接地传输线构造在基材层的第一侧上。所述射频信号接地装置还包括：金属层，所述金属层构造在基材层的第二侧上，其中，所述金属层具有至少一个间隙，使得所述金属层至少分成第一子区域和第二子区域，其中，所述间隙用于阻断低频信号和直流信号中的至少一种信号；和金属板，所述金属板经由介电层与金属层连接。

在一些实施方式中，所述介电层包括阻焊层和/或空气。

在一些实施方式中，所述金属层具有两个或更多个间隙，使得所述金属层分成第一子区域、第二子区域和一个或多个附加区域，第一子区域与第二子区域通过所述一个或多个附加区域间隔开。

在本发明中，例如可以将与上游传输线、例如同轴电缆的内导体经由接地传输线电连接的子区域称为“第一子区域”，而将上游传输线、例如同轴电缆的外导体电连接的子区域称为“第二子区域”。当金属层具有多个间隙的情况下，在第一子区域和第二子区域之间还可以存在其它子区域、例如第三子区域、第四子区域等等。

在一些实施方式中，所述接地传输线经过基材层电连接至第一子区域。

在一些实施方式中，在所述基材层上具有至少一个导电的过孔，其中，所述接地传输线经由所述过孔电连接至第一子区域。导电的过孔也称金属化孔。在双面印刷电路板和多层印刷电路中，为连通各层之间的印制导线而设置过孔。根据本发明，接地传输线可以经由过孔与铜层上的第一子区域电连接，从而信号可以由传输线引导至铜层，以实现射频信号的接地。

在一些实施方式中，金属层是铜层。

在一些实施方式中，所述第一子区域构造成多边形区域或者带圆弧的区域。

在一些实施方式中，所述第一子区域构造成矩形区域、三角形区域、六边形区域或者八边形区域。

在一些实施方式中，在所述间隙中填充有空气。

在一些实施方式中，所述间隙完全填充或者部分填充有固态电介质材料。

在一些实施方式中，所述基材层是纸基板、玻纤布基板或者复合基板。

在一些实施方式中，印刷电路板的基板层可以构成为玻纤布基板(FR-4)。当然，印刷电路板的基板层也可以使用其它类型的基板，例如纸基板(FR-1、FR-2)、复合基板(CEM系列)或者特殊材料基板(陶瓷、金属基等)。

在一些实施方式中，所述第一子区域的面积和/或所述金属层的厚度和/或所述间隙的宽度基于所述射频信号的频率范围被选择。

在一些实施方式中，金属层的厚度处于0.02毫米至0.3毫米之间。

在一些实施方式中，所述间隙的宽度处于0.01毫米至1毫米之间。

在一些实施方式中，所述金属板是天线的反射板。

在一些实施方式中，所述金属板仅经由阻焊层与金属板连接。由此，金属板与金属层仅经由阻焊层紧密连接，从而能够以简单的方式改善金属层与金属板之间的耦合。

本发明还提供一种用于天线的射频信号接地装置，包括：印刷电路板，所述印刷电路板包括：电介质基板、在电介质基板的第一主表面上的接地传输线和在电介质基板的第二主表面上的金属图案，所述金属图案具有第一区域；其中，所述第一区域电容耦合到天线的接地元件。

在一些实施方式中，所述印刷电路板包括导电体，该导电体将接地传输线电连接到金属图案的第一区域。

在一些实施方式中，所述金属图案还包括在电介质基板的第二主表面上的第二区域，该第二区域电容耦合到第一区域。

在一些实施方式中，第一区域经由与第二区域的第一电容连接电容耦合到接地元件并且经由与接地元件的第二电容连接电容耦合到接地元件。

此外，本发明还提供一种天线，所述天线具有至少一个根据本发明所述的射频信号接地装置。

附图说明

图1a示出一种传统的射频信号接地装置的示意性透视图；

图1b示出图1a的传统的射频信号接地装置的示意性分解透视图；

图2a示出另一种传统的射频信号接地装置的示意性透视图；

图2b示出图2a的传统的射频信号接地装置的示意性分解透视图；

图3a示出根据本发明第一实施例的射频信号接地装置的示意性透视图；

图3b示出根据本发明第一实施例的射频信号接地装置的示意性分解透视图；

图4示出根据本发明第二实施例的射频信号接地装置的示意性分解透视图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的具体实施方式，其中的附图示出了本发明的若干实施例。然而应当理解的是，本发明可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本发明的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本发明的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本发明。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。

在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。

在天线系统中，在同一传输线上可能会传输各种信号，例如射频信号、低频信号和/或直流信号。射频信号可以是由天线系统所发射和接收的信号，并且可以包括处于多个不同射频频带内的信号。低频信号通常是控制信号、例如控制电调装置的控制信号。在本实施例中，低频信号(例如AISG信号)的频率范围可以在1MHz到5MHz之间。在其他实施例中，低频信号的频率范围可以小于1MHz或大于5MHz。直流信号通常是用于为天线内的功率电子器件和/或机电式元件供电直流功率信号。因为射频信号和低频信号和/或直流信号具有各自不同的功能，还是需要将两者分开处理。例如在射频信号接地时，不应将低频信号和直流信号也一同接地，以防控制信号无法到达电调装置和/或切断直流电源到天线内的系统，例如控制器、电调装置等。

现在参照图1a和1b，分别示出了传统的射频信号接地装置的示意性透视图及其示意性分解透视图。如图1a和1b所示，该射频信号接地装置包括接地传输线1、基材层2、铜层3、金属板6。接地传输线1位于基材层2上方，而铜层3位于基材层2下方，金属板6位于铜层3下方。在当前例子中，金属板6可以是天线的反射板。

接地传输线1具有信号输入端4，该信号输入端4将来自上游传输线(图中未示出)的信号(例如低频信号、直流信号和射频信号)引导至接地传输线1。接地传输线1将信号传输到铜层3，以实现射频信号接地。为了防止低频信号和直流信号接地，接地传输线1带有短截线5。已知的是：在忽略接地传输线的损耗下，短截线的输入阻抗是纯抗性的，而短截线是容性还是感性则取决于短截线的电长度以及是开路还是短路。为了阻断直流信号经由接地传输线1接地，该短截线5可以构造成具有容性特性的四分之一波长开路短截线。短截线的长度可以是射频信号的运行频段的中心频率对应的四分之一波长。

然而，图1a和1b的射频信号接地装置具有至少两个缺点。第一，四分之一波长开路短截线的带宽较窄，因为其实际长度仅针对射频信号的一个特定的频率点、例如运行频段的中间频率点设计。第二，四分之一波长开路短截线占据较大的布线空间。

2a和2b分别示出了另一种传统的射频信号接地装置的示意性透视图及其示意性分解透视图。如图2a和2b所示，该射频信号接地装置包括接地传输线10、基材层20、铜层30和金属板60。接地传输线10位于基材层20上方，而铜层30位于基材层20下方，金属板60位于铜层30下方。在当前例子中，金属板60可以是天线的反射板。此外，接地传输线10具有信号输入端40，该信号输入端40将来自上游传输线(图中未示出)的信号引导至接地传输线10，以实现射频信号接地。

与图1a和1b的射频信号接地装置不同的是，图2a和2b的射频信号接地装置中的接地传输线10实现为扇形短截线50。该扇形短截线50的半径为四分之一波长。相比于四分之一波长开路短截线，扇形短截线50具有较宽的带宽。然而，扇形短截线50需要更大的布线空间。

现在参照图3a和3b，分别示出了本发明第一实施例的射频信号接地装置的示意性透视图及其示意性分解透视图。如图3a和3b所示，该射频信号接地装置包括接地传输线101、基材层201、铜层301和金属板601。在铜层301和金属板601之间可以使用阻焊层1101隔开。接地传输线101位于基材层201上方，而铜层301位于基材层201下方，金属板601位于铜层301下方。因此，基材层201作为接地传输线101与铜层301之间的介电层，该基材层201可以是纸基板、玻纤布基板或者复合基板等无特殊要求的普通基板。在当前例子中，金属板601可以是天线的反射板。

从图3a和3b中可见，接地传输线101具有信号输入端401，该信号输入端401将来自上游传输线(图中未示出)的信号引导至接地传输线101，以实现射频信号接地。此外，在接地传输线101和基材层201上分别具有两个过孔1001(过孔也可称金属化孔)，这两个过孔经由印制导线1003电连接接地传输线101和铜层301。可以理解的是，在其它实施例中也可以设置一个过孔或者多于两个的过孔(例如三个或者四个过孔)。

从图3a和3b中可见，铜层301上具有一个环形的间隙701，该间隙701将铜层301分成环形的第一子区域801和围绕第一子区域801的第二子区域901。第一子区域801与第二子区域901通过环形的间隙701间隔开，由此形成了一个电容。此外，第一子区域801与金属板601通过阻焊层1101间隔开。可能的是，第一子区域801仅仅通过薄的阻焊层1101与金属板601紧密间隔，由此也可形成另一个电容。从而能够以简单的方式改善金属层与金属板之间的耦合。在其他实施例中，也可能的是，第一子区域801与金属板601通过阻焊层和/或空气间隔开。这种多耦合的设计形式是有利的，实现了在有限空间内保持良好的射频接地性能和直流阻断功能。

第一子区域801与第二子区域901可以形成电容的两个电极，而环形的间隙701可以作为电容的电介质。由第一子区域801形成的圆柱体的侧面积可以相当于电容的正对面积，而间隙701的宽度相当于电容的两个电极之间的距离。因此，为了调节电容的容量大小，可以增大或减小铜层301的厚度，也可以增大第一子区域801的面积，从而使得正对面积增大。此外，还可以在间隙701内填充或者部分填充有除空气之外的电介质材料。

同样地，第一子区域801和金属板601也可以形成另一电容的两个电极。之间的阻焊层和/或空气也可以作为电容的电介质。因此，为了调节电容的容量大小，可以增大第一子区域801的面积，从而使得正对面积增大。此外，还可以在第一子区域801和金属板601之间填充或者部分填充有其它电介质材料。

为了实现射频接地并阻断低频和/或直流接地。上游传输线、例如同轴电缆的内导体与接地传输线101的信号输入端401连接，以将来自上游传输线的信号(例如低频信号、直流信号和射频信号)引导至接地传输线101。此外，同轴电缆的外导体与铜层301的第二子区域901连接。从图3b中可见，接地传输线101经由过孔1001电连接至第一子区域801，并且通过间隙701与第二子区域901间隔开。此外，第一子区域801与金属板601可以通过阻焊层1101和/或空气隔开。由此，射频信号能够从接地传输线101经由过孔1001穿过基材层201到达第一子区域801，然后从第一子区域801经由间隙701达到第二子区域901。同时，射频信号可以从第一子区域801经由阻焊层1101和/或空气达到金属板601。由此实现射频信号接地。相反，虽然低频信号和直流信号能够从接地传输线101经由过孔1001穿过基材层201到达第一子区域801，但是低频信号和直流信号不能从第一子区域801经由间隙701达到第二子区域901或者经由阻焊层1101和/或空气达到金属板601。因此，低频信号和直流信号不会接地。

铜层301的厚度可以处于0.02毫米至0.3毫米之间。当然，在其它实施例中也可以小于0.02毫米或者大于0.3毫米，其厚度可以根据射频信号的特性或者加工工艺来选择。同样的，在该实施例中，间隙701的宽度处于0.02毫米至1毫米之间。当然，在其它实施例中也可以小于0.02毫米或者大于1毫米，其宽度可以根据射频信号的特性和加工工艺水平来选择。

相比于上面所述的传统的射频信号接地装置，本发明第一实施例的射频信号接地装置具有若干优点。第一，该射频信号接地装置需要更少的布线空间，因为在包括接地传输线101的布线层上无需设置各种隔直短截线(例如短截线5和50)。第二，该射频信号接地装置具有较宽的带宽，因为其性能并不针对特定的频率点设计。第三，基于多耦合接地设计，射频信号接地装置可以在有限的空间内实现良好的射频接地性能。第四，该射频信号接地装置结构简单、尺寸小、容易操作并且生产成本低。

现在参照图4，示出了根据本发明第二实施例的射频信号接地装置的示意性分解透视图。如图4所示，该射频信号接地装置包括接地传输线102、基材层202、铜层302和金属板602。

在此仅描述与第一实施例的区别之处。从图4中可见，铜层302上具有间隙702，该间隙702将铜层302分成位于铜层302边缘的第一子区域802和第一子区域802周围的第二子区域902。第一子区域802连同铜层302的一侧形成一个矩形区域。

为了实现射频接地并阻断低频信号和直流信号接地，接地传输线102经由过孔1002电连接至第一子区域802，并且通过间隙702与第二子区域902间隔开。此外，第一子区域802与金属板602可以通过阻焊层和/或空气隔开。由此，射频信号能够从接地传输线102经由过孔1002穿过基材层202到达第一子区域802，然后从第一子区域802经由间隙702达到第二子区域902。同时，射频信号也能够从第一子区域802经由阻焊层和/或空气达到金属板602。从而实现射频接地并且防止低频信号和直流信号接地。

在其它实施例中，第一子区域可以构造成多边形区域或者带圆弧的区域。例如在其它实施例中第一子区域可以构造成三角形区域、六边形区域或者八边形区域。

在其他实施例中，还可以设置更多的间隙，从而将铜层分成更多的子区域。例如在第一子区域和第二子区域之间还可以设置其它子区域。

在其他实施例中，第一子区域和第二子区域的数量、面积、形状等均可以任意设置。例如可以分别设置四个第一子区域和两个第二子区域。

如图3a至4所示，根据本发明实施例的射频信号接地装置可以形成在印刷电路板上。所述射频接地装置包括：电介质基板、在电介质基板的第一主表面上的接地传输线和在电介质基板的第二主表面上的金属图案，所述金属图案具有第一区域或者具有第一区域和第二区域；其中，所述第一区域电容耦合到天线的接地元件。接地传输线可以电连接到第一区域，并且第一区域可以电容性地耦合到第二区域。接地传输线和第一区域之间的电连接可以包括一个或多个导电过孔，其穿过印刷电路板的电介质基板在接地传输线和第一区域之间延伸。第一区域和第二区域之间的电容连接可以是边缘电容连接。第一区域和/或第二区域可以电容耦合到接地元件，例如天线的反射板。

虽然已经描述了本发明的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本发明的精神和范围的情况下能够对本发明的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本发明的保护范围内。本发明由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。

Claims (10)

1.一种用于天线的射频信号接地装置，包括：

基材层；

接地传输线，所述接地传输线构造在基材层的第一侧上；

其特征在于，所述射频信号接地装置还包括：

金属层，所述金属层构造在基材层的第二侧上，其中，所述金属层具有至少一个间隙，使得所述金属层至少分成第一子区域和第二子区域，所述间隙用于阻断低频信号和直流信号中的至少一种信号；和

金属板，所述金属板经由介电层与金属层连接。

2.根据权利要求1所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述介电层包括阻焊层和/或空气。

3.根据权利要求1所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述金属层具有两个或更多个间隙，使得所述金属层分成第一子区域、第二子区域和一个或多个附加区域，第一子区域与第二子区域通过所述一个或多个附加区域间隔开。

4.根据权利要求1所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述接地传输线经过基材层电连接至第一子区域。

5.根据权利要求4所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，在所述基材层上具有至少一个导电的过孔，其中，所述接地传输线经由所述过孔电连接至第一子区域。

6.根据权利要求1至5之一所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述金属层是铜层。

7.根据权利要求1至5之一所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述第一子区域构造成多边形区域或者带圆弧的区域。

8.根据权利要求7所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述第一子区域构造成矩形区域、三角形区域、六边形区域或者八边形区域。

9.根据权利要求1至5之一所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，在所述间隙中填充有空气。

10.根据权利要求9所述的用于天线的射频信号接地装置，其特征在于，所述间隙完全填充或者部分填充有固态电介质材料。

Images