CN111801843A - 表面安装天线装置和具有该天线装置的通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种天线装置(102)，包括具有第一侧和第二侧的电介质载体(110)。天线装置还包括多频带天线(108)，其具有内表面和外表面。多频带天线包括相对于彼此弯曲的第一部分(142)和第二部分(144)。沿着第一部分和第二部分的内表面限定接收空间。电介质载体设置在接收空间内，使得第一部分沿着电介质载体的第一侧(130)设置且第二部分沿着电介质载体的第二侧(132)设置。电介质载体包括至少一个突起(151‑154，167‑169)，其覆盖多频带天线的外表面(126)的一部分。

Description

表面安装天线装置和具有该天线装置的通信系统
技术领域
本文总体上涉及天线装置，其配置为安装有载体。
背景技术
各种行业中的多种应用越来越多地需要天线和使用天线。这样的应用的示例包括移动电话、可穿戴设备、便携式计算机以及用于交通工具(例如，汽车、火车、飞机等)的通信系统。但是，这种天线存在冲突的市场需求。用户和供应商要求多频带能力，但希望天线更小、隐藏和/或放置在非理想的位置，例如其他金属物体附近。其他限制可能包括请求的带宽、可用的馈电位置、以及天线可能安装到的接地平面的大小。
为了满足这些需求，制造商已尝试通过改造部件或将部件移动到不同位置来优化天线。尽管这些天线可以有效地进行无线通信，但是仍然需要在占用更少空间的同时提供足够通信的替代天线。特别地，越来越难以为较小的天线获得足够的带宽，同时还要提供在安装和/或使用期间不易损坏的天线。
因此，要解决的问题是提供一种具有足够带宽但占用空间较小并且在安装或操作期间不易损坏的天线装置。
发明内容
该问题通过一种天线装置来解决，其包括具有第一侧和第二侧的电介质载体。天线装置还包括多频带天线，其具有内表面和外表面。多频带天线包括相对于彼此弯曲的第一部分和第二部分。沿着第一部分和第二部分的内表面限定接收空间。电介质载体设置在接收空间内，使得第一部分沿着电介质载体的第一侧设置且第二部分沿着电介质载体的第二侧设置。电介质载体包括至少一个突起，其覆盖多频带天线的外表面的一部分。
在一些方面，至少一个突起包括锁定突起，其远离电介质载体延伸。锁定突起被配置为偏转以允许多频带天线设置在电介质载体附近。锁定突起包括夹紧表面，其覆盖外表面的一部分。可选地，锁定突起远离第二侧延伸。
在一些方面，至少一个突起包括引导突起，其与电介质载体的表面间隔开且沿着该表面延伸。引导突起在引导突起与电介质载体的表面之间限定槽。槽的尺寸被设定为接收多频带天线的导电片的厚度。可选地，引导突起沿着第一侧延伸。
在一些方面，至少一个突起包括锁定突起，其远离电介质载体延伸。锁定突起被配置为偏转以允许多频带天线设置在电介质载体附近。锁定突起包括夹紧表面，其覆盖外表面的一部分。至少一个突起还包括引导突起，其与电介质载体的表面间隔开且沿着该表面延伸。引导突起在引导突起与电介质载体的表面之间限定槽。槽的尺寸被设定为接收多频带天线的导电片的厚度。引导突起沿着第一侧延伸且锁定突起远离第二侧延伸。多频带天线配置为在装载方向上移动，使得第一部分接收在槽内且第二部分偏转锁定突起。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中，
图1是根据实施例形成的包括天线装置的通信系统的透视图。
图2是可以与图1的天线装置一起使用的多频带天线的透视图。
图3是可以与图1的天线装置一起使用的多频带天线的俯视图。
图4是可以与图1的天线装置一起使用的多频带天线的正视图。
图5是可以与图1的天线装置一起使用的多频带天线的侧视图。
图6是可以与图1的天线装置一起使用的用于保持多频带天线的电介质载体的单独的俯视图。
图7是可以与图1的天线装置一起使用的电介质载体的透视图。
图8是图1的天线装置的俯视图，示出了天线装置的顶部。
图9是图1的天线装置的透视图，示出了电介质载体的底部。
图10是示出根据实施例形成的天线装置在宽频率范围上的回波损耗的曲线图。
具体实施方式
本文所述的实施例包括天线装置。天线装置包括多频带天线和被配置为支撑多频带天线的电介质载体。电介质载体包括一个或多个突起，其越过或延伸超过多频带天线并且沿着多频带天线的外侧延伸以相对于电介质载体保持多频带天线。例如，多频带天线具有沿着电介质载体延伸并面向电介质载体的内表面。多频带天线还具有外表面，其背向电介质载体且可以表示天线装置的外部。所述突起可以远离电介质载体的主体且在外表面上突出。突起阻止多频带天线意外地从电介质载体移开。当电介质载体和多频带天线彼此固定时，这两个元件可以形成模块化结构，该模块化结构被配置为作为单元移动以进行安装。
可选地，天线装置和/或多频带天线可以是“低轮廓(low-profile)”的。例如，在某些实施例中，多频带天线装置的高度不大于20毫米。在一些实施例中，天线装置可以是更大的系统的一部分。例如，天线装置可以是远程信息处理单元的一部分，其例如位于车辆(例如，汽车)内。然而，可以预期的是，本文阐述的实施例可以具有其他尺寸和/或其他应用。
在所示的实施例中，天线装置包括由热塑性材料模制的电介质载体和由导电片冲压成形的多频带天线。然而，应当理解，天线装置可以通过其他方法制造，例如激光直接成型(LDS)、双射模制(具有铜迹线的电介质)和/或油墨印刷。可以首先形成导电元件，然后可以在导电元件周围模制电介质材料。例如，导电元件可以由金属片冲压而成，将其放置于腔内，然后被注入腔的热塑性材料包围。
实施例可以在一个或多个射频(RF)带内通信。为了本公开的目的，术语“RF”被广泛地使用以包括宽范围的电磁传输频率，包括例如落在射频、微波或毫米波频率范围内的那些。RF带也可以称为频带。天线装置可以通过一个或多个RF带(或频带)进行通信。在特定实施例中，天线装置通过多个频带进行通信。例如，在一些实施例中，天线装置具有在表面安装(SMT)的欧洲长期演进(LTE)频带的范围内的一个或多个中心频率，例如在0.4GHz至2.8GHz内的那些。在特定实施例中，天线装置被配置为在790-950MHz、1700-1900MHz和2500-2750MHz内操作。
然而，应当理解，本文描述的通信系统和天线装置不限于特定的RF带，并且可以使用其他RF带。同样，应理解，本文描述的天线装置不限于特定的无线技术(例如，LTE，WLAN，Wi-Fi，WiMax)，并且可以使用其他无线技术。
图1是根据实施例形成的通信系统100的透视图。在示例性实施例中，通信系统100形成较大系统的一部分，该较大系统例如是计算机(例如，台式或便携式)、移动电话或交通工具(例如，汽车、火车、飞机)。在某些实施例中，通信系统100是或形成位于诸如汽车的车辆内的远程信息处理单元的一部分。
通信系统100包括天线装置102和具有安装侧180的印刷电路104。天线装置102安装到安装侧180。印刷电路104包括接地平面106。在其他实施例中，通信系统100不包括印刷电路，而是可以具有分立的接地平面。天线装置102包括多频带天线108和支撑多频带天线108的电介质载体110。更具体地，电介质载体110和多频带天线108可以相对于彼此成型，使得多频带天线108的部分不被电介质载体110支撑。例如，多频带天线108包括导电片114，其成型为在电介质载体110的外支撑表面112旁边延伸。
尽管未示出，但通信系统还可以包括系统电路，其具有模块(例如，发送器/接收器)，该模块对从天线装置102接收到的和/或天线装置102发送的信号进行解码。然而，在其他实施例中，模块可以是配置为仅用于接收的接收器。系统电路还可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理器(CPU)、微控制器、现场可编程阵列或其他基于逻辑的装置)、一个或多个存储器(例如，易失性和/或非易失性存储器)，以及一个或多个数据存储装置(例如，可移动存储装置或不可移动存储装置，比如硬盘驱动器)。系统电路还可包括无线控制单元(例如，移动宽带调制解调器)，其使通信系统能够经由无线网络进行通信。通信系统可以配置为根据一种或多种通信标准或协议(例如，LTE、Wi-Fi、蓝牙、蜂窝标准等)进行通信。
在通信系统100的操作期间，通信系统100可以通过天线装置102进行通信。为此，多频带天线108可以包括导电元件，该导电元件配置为针对所需应用而具有定制的电磁特性。例如，多频带天线108可以配置为同时在多个RF带中操作。多频带天线108的结构可以配置为在特定的RF带中有效地操作。多频带天线108的结构可以配置为针对不同的网络选择特定的RF带。多频带天线108可以配置为具有指定的性能特性，例如电压驻波比(VSWR)、增益、带宽和辐射图。
如图所示，天线装置102安装在印刷电路104上。接地平面106沿着印刷电路104的最靠近天线装置102的顶侧设置。然而，在其他实施例中，接地平面106可以在印刷电路104内具有不同的水平或深度。在一些实施例中，接地平面106可以具有相对小的轮廓。例如，接地平面的区域可以嵌入印刷电路中。
如图所示，多频带天线108包括馈电端子120和接地端子122。馈电端子120和接地端子122中的每一个配置为电联接到印刷电路104，例如通过焊接。
电介质载体110配置为支撑多频带天线108并为其提供结构完整性，从而在运输、安装和/或操作期间不会意外损坏多频带天线。如图所示，多频段天线108的导电片114包括暴露于天线装置102的外部的外表面126。电介质载体110的尺寸和形状被设定为紧挨着相对的内表面128(如图2所示)延伸。由此，电介质载体110可以减少多频带天线108在运输、安装和/或操作期间损坏的可能性。
电介质载体110包括背向印刷电路104的顶侧或高侧130和相对于顶侧130成角度的侧壁132。例如，侧壁132可以垂直于顶侧130。电介质载体110还包括相背的端侧134、136，所述相背的端侧134、136面向相反的方向，顶侧130和侧壁132在其之间延伸。电介质载体110还包括大致面向印刷电路104的底侧138。
电介质载体110还被配置为接收多频带天线108，使得当将多频带天线108安装到或装载到电介质载体110上时，减小了损坏多频带天线108的可能性。例如，多频带天线108可以如图1所示取向，并在装载方向140上朝向电介质载体110移动。导电片114包括升高部142和直立部144。
在装载期间，多频带天线108的升高部142可以沿着电介质载体110的顶侧130滑动，且多频带天线108的直立部144可以朝向电介质载体110的侧壁132移动并最终与其抵接。在所示的实施例中，升高部142和直立部144沿着折叠线170彼此联接并且定向为彼此垂直。然而，在其他实施例中，升高部142和直立部144可以相对于彼此形成不同的角度。由此，升高部142和直立部144相对于彼此弯曲。可以由升高部142和直立部144限定的角度可以是例如90°±20°。在特定的实施例中，所述角度具有90°±10°的范围或90°±5°的范围。当升高部142沿着电介质载体110的顶部滑动时，升高部142可以滑动通过由电介质载体110的引导突起151-154限定的槽161-164。引导突起151-154成形为沿着顶侧130延伸但与顶侧130间隔开，从而在顶侧130和引导突起151-154之间限定槽161-164。引导突起151-154可在装载操作期间引导升高部142，并防止在操作期间升高部142被无意地拉动离开电介质载体110。
电介质载体110还被配置为将多频带天线108相对于电介质载体110保持在基本固定的位置，并防止多频带天线108被意外移除。例如，电介质载体110包括多个锁定突起167、168、169。锁定突起167、168和169从侧壁132突出。在所示的实施例中，锁定突起167-169是闩锁，其配置为由多频带天线108偏转，且当越过多频带天线108时，朝向未偏转位置移回以沿着侧壁132夹紧多频带天线108。
电介质载体110还可以包括限定平台空间174的壁架172。平台空间174的尺寸和形状可以被设定为接收多频带天线108的升高部142。例如，壁架172可以对接升高部142的相反侧的边缘。如果壁架172直接接合或紧邻升高部142的侧边缘，则壁架172与升高部142对接。由此，壁架172将多频带天线108沿X轴保持在基本固定的位置，且高侧130、侧壁132、突起151-154和167-169将多频带天线装置102沿着Y轴和Z轴保持在基本固定的位置。
还如图1所示，通信系统100可以包括传输线190，其电联接至多频带天线108。例如，传输线190可以是同轴电缆，其端接至与多频带天线108电连接的印刷电路104的镀覆通孔(未示出)。
图2-5更详细地示出了多频带天线108。更具体地，图2是多频带天线108的透视图、图3是多频带天线108的俯视图、图4是多频带天线108的正视图，图5是多频带天线108的侧视图。如图2-5所示，多频带天线108相对于相互垂直的X、Y和Z轴取向。应当理解，X、Y、Z轴仅用于参考以描述多频带天线108不同部件之间的位置关系。Y和Z轴相对于重力不具有任何特定取向。
如上文所述，多频带天线108包括升高部142、直立部144，以及馈电端子120和接地端子122。升高部142和直立部144中的每一个基本上是平面的，尽管可以设想这些部分的一个或多个部分可以在不同的方向上延伸。多频带天线108可特别是贴片天线。多频带天线108具有沿着Z轴延伸的高度202(图5)、沿着X轴延伸的宽度204(图4)和沿着Y轴延伸的长度206(图3)。还示出，多频带天线108的导电片114具有限定在外表面126和内表面128之间的厚度176。
在特定的实施例中，高度202约为17.3毫米(mm)、宽度204约为56.5mm，且长度206约为41.0mm。高度202包括馈电端子120(图2和图4)和接地端子122(图2、4和5)。不包括馈电端子120和接地端子122的高度203(图5)可以约为16.2mm，厚度176可以例如为约0.9mm。然而，应当理解，实施例可以具有除以上提供的尺寸之外的其他尺寸。
升高部142和直立部144被成型为使得多频带天线108能够在多个频带内进行通信。例如，如图3所示，升高部142包括主体部220、主延伸部222和副延伸部224。虚线221在主体部220和主延伸部222之间延伸，虚线223在主延伸部222和副延伸部224之间延伸。主体部220延伸整个长度206。主体部220和主延伸部222通过切口226区分。主延伸部222和副延伸部224通过切口228区分。
升高部142包括外部边缘241-248，其限定升高部142的轮廓。外部边缘241从折叠线170沿着Y轴延伸到外部边缘242。外部边缘242沿着X轴延伸到外部边缘243，外部边缘243沿着Y轴向回延伸到外部边缘244。外部边缘244沿着X轴延伸到外部边缘245，外部边缘245沿着Y轴延伸到外部边缘246。外部边缘246沿着X轴延伸到外部边缘247，外部边缘247沿着Y轴延伸到外部边缘248。外部边缘248延伸到直立部144。
主体部220由外部边缘241、242、243和虚线221限定。主延伸部222由外部边缘244、247和虚线223限定。副延伸部224由外部边缘244、245、246和虚线223限定。主体部220、主延伸部222和副延伸部224的尺寸和形状相对于直立部144设定以实现规定的性能。例如，多频带天线108可以通过以下频率进行通信：790-950MHz的范围内的一个或多个中心频率、1700-1900MHz的范围内的一个或多个中心频率、和/或2500-2750MHz的范围内的一个或多个中心频率。
如图4所示，直立部144包括主体部210和部分延伸部212。主体部210包括部分槽214，其设置在馈电端子120和接地端子122之间。部分延伸部212横向远离主体部210且沿着折叠线170延伸。
参考图5，沿着升高部142和沿着直立部144的内表面128限定空间178(下文称为“接收空间”)。接收空间178的尺寸和形状被设定为接收设置在其中的电介质载体110。在特定的实施例中，馈电端子120或接地端子122中的至少一个可以在装载方向140上延伸，使得电介质载体110可以装配(例如，紧贴配合或过盈配合)在夹紧空间184内，该夹紧空间184限定在所述至少一个端子和升高部142的内表面128之间。
图6是电介质载体110的顶侧130的视图，图7是电介质载体110的透视图。导电片114(图1)未在图6和图7中示出。锁定突起167设置在突起凹部251内，且锁定突起168、169设置在突起凹部252内。突起凹部251-252的尺寸和形状设定为当将导电片114装载到电介质载体110上时能够使相应的锁定突起167-169发生偏转。
电介质载体110还包括引导突起192。引导突起192是凸片形的，但在其他实施例中可以具有不同的形状。引导突起192包括限定平台空间174的引导表面193的一部分。壁架172也可以限定引导表面。引导突起192配置为能够横向偏转远离平台空间174。更具体地，当多频带天线108(图1)的升高部142(图1)接合引导突起192时，引导突起192可以横向偏转远离平台空间174。引导突起192设置在突起凹部254内。突起凹部254的尺寸和形状被设定为当将导电片114装载到电介质载体110上时能够使引导突起192偏转足够的量。
还示出，电介质载体110可以包括穿过电介质载体110的高侧130的通道261-264。通道261-264分别与引导突起151-154对齐。通道261-264可以减小电介质载体110和导电片114之间的摩擦量。通道261-264的尺寸和形状也可以设定为实现天线装置102的规定性能。
图8是天线装置102的俯视图，示出了顶侧130和导电片114的升高部142。如图所示，升高部142设置在电介质载体110的引导突起151-154下方。电介质载体110在图8中示出为部分透明。引导突起192设置为使得引导突起192可以阻止导电片114在与装载方向140相反的卸载方向141上移动。
图9是天线装置102的仰视图。如图所示，电介质载体110设置在由多频带天线108限定的接收空间178内。电介质载体110包括腿部230、232。腿部230、232允许在电介质载体110或天线装置102下方的附加空间，使得其他部件可以安装至印刷电路104。腿部230、232被配置为接合印刷电路104(图1)的安装侧180(图1)。可选地，腿部230、232可以具有相应的柱234、236，其尺寸和形状被设定为插入印刷电路104的孔(未示出)中以安装天线装置102。电介质载体110还具有柱235，其沿着侧壁132设置。腿部230、232、侧壁132和端侧134、136被设置和成型为当安装到印刷电路104时为电介质载体110(或天线装置102)提供平衡。柱234-236配置为在回流工艺之前将天线装置102机械地保持至印刷电路104。
在一些实施例中，电介质载体110的底侧138可包括用于将电介质载体110机械地固定至印刷电路104的焊垫238、240。在所示的实施例中，焊垫238、240不形成通信路径，但是在其他实施例中可以配置为传递信号。还如图9所示，馈电端子120和接地端子122可以夹紧电介质载体110的底侧138。
图10是示出根据实施例形成的多频带天线的反射系数的曲线图。更具体地，在频率范围(0.5GHz至4.5GHz)内测试多频带天线，例如多频带天线108(图1)。在约790-950MHz之间，反射系数小于-6.0dB。在约1500-2700MHz之间，反射系数小于-6.0dB。因此，实施例提供了一种能够在多个RF带内有效工作的天线。

Claims (10)

1.一种天线装置(102)，包括：
电介质载体(110)，具有第一侧(130)和第二侧(132)；以及
多频带天线(108)，具有内表面(128)和外表面(126)，所述多频带天线(108)包括相对于彼此弯曲的第一部分和第二部分；
其中，沿着第一部分和第二部分的内表面(128)限定接收空间，所述电介质载体(110)设置在所述接收空间内，使得所述第一部分沿着所述电介质载体(110)的第一侧(130)设置且所述第二部分沿着所述电介质载体(110)的第二侧(132)设置，所述电介质载体(110)包括至少一个突起(151-154，167-169)，所述突起覆盖所述多频带天线(108)的外表面(126)的一部分。
2.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述至少一个突起包括远离所述电介质载体(110)延伸的锁定突起(167-169)，所述锁定突起配置为偏转以允许所述多频带天线(108)设置在所述电介质载体(110)附近，所述锁定突起阻止所述多频带天线意外移开。
3.根据权利要求2所述的天线装置(102)，其中，所述锁定突起(167-169)远离所述第二侧(132)延伸。
4.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述至少一个突起包括引导突起(151-154)，所述引导突起与所述电介质载体(110)的表面间隔开且沿着所述表面延伸，所述引导突起在所述引导突起和所述电介质载体(110)的表面之间限定槽(161-164)，所述槽的尺寸被设定为接收所述多频带天线(108)的导电片的厚度。
5.根据权利要求4所述的天线装置(102)，其中，所述引导突起(151-154)沿着所述第一侧(130)延伸。
6.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述至少一个突起包括：
锁定突起(167-169)，其远离所述电介质载体(110)延伸，所述锁定突起被配置为偏转以允许所述多频带天线(108)设置在所述电介质载体(110)附近，所述锁定突起阻止所述多频带天线意外移开；以及
引导突起(151-154)，其与所述电介质载体(110)的表面间隔开且沿着所述表面延伸，所述引导突起在所述引导突起和所述电介质载体(110)的表面之间限定槽，所述槽的尺寸被设定为接收所述多频带天线(108)的导电片的厚度；
其中，所述引导突起(151-154)沿着所述第一侧(130)延伸且所述锁定突起(167-169)远离所述第二侧(132)延伸，所述多频带天线(108)被配置为在装载方向(140)上移动，使得所述第一部分接收在所述槽内且所述第二部分偏转所述锁定突起。
7.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述至少一个突起包括多个引导突起(151-154)和多个锁定突起(167-169)，所述引导突起覆盖所述第一部分的周边的部分，所述锁定突起覆盖所述第二部分的周边的部分。
8.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述电介质载体(110)的第一侧(130)包括壁架(172)，所述壁架限定平台空间(174)，所述平台空间的尺寸和形状被设定为接收所述第一部分(142)。
9.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述多频带天线(108)包括馈电端子(120)和接地端子(122)，所述馈电端子和接地端子中的至少一个围绕所述电介质载体(110)的表面延伸且夹紧所述表面。
10.根据权利要求1所述的天线装置(102)，其中，所述天线装置(102)的高度小于二十毫米。
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