CN112448149A - 天线装置 - Google Patents

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藩斯高·X·高麦之
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Abstract

提供了一种包覆成型的薄膜天线装置，所述包覆成型的薄膜天线装置可以包括：芯轴，所述芯轴具有本体和唇缘；薄膜射频(RF)元件，所述薄膜射频元件缠绕在所述本体上并且被其支撑；RF连接器，所述RF连接器电耦合至所述薄膜RF元件；以及外层，所述外层成型在所述芯轴的截止表面之间以及在所述薄膜RF元件上。所述唇缘可以在所述薄膜RF元件的一部分的顶部上延伸，以将所述薄膜射频元件的所述部分固定在所述本体与所述唇缘之间。

Description

天线装置
技术领域
本发明总体上涉及射频(RF)通信硬件。更具体地，本发明涉及一种包覆成型的薄膜天线装置。
背景技术
薄膜RF元件通常用于天线设计并且提供多功能性、成本效益、耐热性、柔性、以及适应性。然而，薄膜RF元件的柔性和适应性可能将其用途限制于不平整终端用途应用，这些应用需要进行保护以免受动态冲击和振动的影响和/或由于对紧固件的空间有限而需要紧凑的设计。对这些问题的典型的解决方案包括使用长时间硬化的多部分灌封化合物、可膨胀泡沫、或常规成型过程来封装薄膜RF元件。然而，由于增加的树脂处理压力以及薄膜RF元件和内部电气元件的热暴露，常规成型过程的产量往往很低。另外，可膨胀泡沫可能吸收湿气并且往往对薄膜RF元件具有高介电负载，由此降低产品性能。
发明内容
鉴于上述情况，对改进的天线系统的需求一直持续存在。根据本申请的一个方面提供了一种天线装置，包括：芯轴，所述芯轴具有本体和唇缘；薄膜射频元件，所述薄膜射频元件缠绕在所述本体上并且被其支撑，其中，所述唇缘在所述薄膜射频元件的一部分的顶部上延伸，以将所述薄膜射频元件的所述部分固定在所述本体与所述唇缘之间；射频连接器，所述射频连接器电耦合至所述薄膜射频元件；以及外层，所述外层成型在所述芯轴的截止表面之间以及在所述薄膜射频元件上。优选地，所述天线装置进一步包括印刷电路板，所述印刷电路板电耦合至所述射频连接器；低噪声放大器电路，所述低噪声放大器电路电耦合至所述印刷电路板，其中，所述低噪声放大器电路被安置在所述芯轴的内部，并且其中，所述薄膜射频元件通过所述印刷电路板和所述低噪声放大器电路电耦合至所述射频连接器。优选地，所述天线装置进一步包括微带线，所述微带线将所述薄膜射频元件直接耦合至所述射频连接器。优选地，所述天线装置进一步包括将所述薄膜射频元件固定至所述本体的耐高粘接温度的胶带层和接地迹线焊接。优选地，所述天线装置进一步包括：所述芯轴的盖，所述盖溶剂粘接至所述本体，其中，所述盖包括所述唇缘和至少一些所述截止表面。优选地，所述本体是空心的。优选地，所述天线装置进一步包括所述本体是实心的。优选地，所述天线装置进一步包括所述芯轴是由以下中的一种制成的：丙烯腈丁二烯苯乙烯、尼龙、陶瓷、聚碳酸酯、氟化乙烯丙烯、或聚四氟乙烯。优选地，所述天线装置进一步包括所述外层包括固化的聚合物粘合剂混合树脂。优选地，所述天线装置进一步包括基部盖，所述基部盖围绕所述射频连接器和所述芯轴的端部，其中，所述外层成型在所述基部盖上。根据本申请的另一方面提供了一种芯轴，包括：本体，所述本体被配置成支撑薄膜射频元件；以及盖，所述盖包括唇缘，所述唇缘被配置成在所述薄膜射频元件的一部分的顶部上延伸，以将所述薄膜射频元件的所述部分固定在所述本体与所述盖之间。优选地，所述盖溶剂粘接至所述本体。优选地，所述本体是空心的。优选地，所述本体是实心的。优选地，所述本体和所述盖是由以下中的一种制成的：丙烯腈丁二烯苯乙烯、尼龙、陶瓷、聚碳酸酯、氟化乙烯丙烯、或聚四氟乙烯。根据本发明的另一方面提供了一种方法，包括：提供未涂覆的天线模块，所述未涂覆的天线模块包括芯轴和缠绕在所述芯轴上并且被其支撑的薄膜射频元件；将所述未涂覆的天线模块插入到模具腔体中；以及将聚合物粘合剂混合树脂注射到所述模具腔体中，使得所述聚合物粘合剂混合树脂在所述薄膜射频元件上流动并且避免流到所述薄膜射频元件的下侧，从而在所述聚合物粘合剂混合树脂固化成外层之后将所述未涂覆的天线模块转化成包覆成型的天线模块。优选地，所述方法进一步包括：所述芯轴的在所述薄膜射频元件的一部分的顶部上延伸的唇缘将所述薄膜射频元件的所述部分固定在所述唇缘与所述芯轴的本体之间并且防止所述聚合物粘合剂混合树脂流到所述薄膜射频元件的下侧。优选地，所述方法进一步包括：所述芯轴的截止表面抵靠所述模具腔体的表面密封，以将所述未涂覆的天线模块固持成与所述模具腔体处于同心关系，并且引导所述聚合物粘合剂混合树脂的流动。优选地，所述芯轴包括盖，所述盖溶剂粘接至所述本体，并且其中，所述盖包括所述唇缘以及至少一些所述截止表面。优选地，所述方法进一步包括：将所述聚合物粘合剂混合树脂在所述芯轴的顶部中心处注射到所述模具腔体中。
附图说明
图1是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的透视图；
图2是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的天线模块的透视图；
图3是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的芯轴的透视图；
图4是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的芯轴的一部分的透视图；
图5是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的芯轴的透视图；
图6是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的天线模块的一部分的截面视图；
图7是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的天线模块的有源RF元件的透视图；
图8是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置的一部分的截面视图；以及
图9是根据所披露实施例的、在模具中的包覆成型的薄膜天线装置的天线模块的透视图。
具体实施方式
尽管本发明具有许多不同形式的实施例，但是在附图中示出并且将在本文中详细描述其具体实施例，以理解本披露应被认为是对本发明的原理的例示。不旨在将本发明限制为具体的所展示实施例。
本文所披露的实施例可以包括用于RF应用的加固包覆成型的薄膜天线装置，该加固包覆成型的薄膜天线装置可以包括在空心或实心支撑结构上形成为圆柱形形状的螺旋或四线螺旋形式的薄膜RF元件。例如，空心或实心支撑结构可以包括圆柱形芯轴，薄膜RF元件可以缠绕在该圆柱形芯轴上，使得圆柱形芯轴可以支撑薄膜RF元件的基质。本文所披露的实施例还可以包括天线模块，该天线模块包括芯支撑件，该芯支撑件可以固持圆柱形芯轴和薄膜RF元件并且可以在成型过程中精确地控制包覆成型聚合物粘合剂混合树脂的材料流动，以用包覆成型聚合物粘合剂混合树脂包绕圆柱形芯轴和薄膜RF天线元件，由此加固薄膜RF元件。
在一些实施例中，薄膜RF元件的基质的物理特性、机械特性、以及电特性可以变化，以适应各种天线应用和操作频率。另外，在一些实施例中，薄膜RF元件可以包括在其第一侧上的金属化区域以及层压到其第二侧(与第一侧相反)的接地带(grounding band)。在一些实施例中，当缠绕到圆柱形芯轴时，所得的薄膜RF元件的几何形状可以通过比如卡普顿(Kapton)等耐高粘接温度的胶带(HBTRT)的带和接地迹线焊接(ground tracesoldering)而在圆柱形芯轴上被固持在位。更进一步地，在一些实施例中，圆柱形芯轴上的薄膜RF元件可以安装到与RF连接器相互作用的基部上，并且可以通过焊接或导电胶带包裹而接地至基部。
本文所描述的加固包覆成型的薄膜天线装置可以被构造成用作无源装置或有源装置。作为无源装置，薄膜RF元件可以经由同轴电缆或其他合适的方法(比如，微带线)馈送和路由至RF连接器。然而，作为有源装置，薄膜RF元件可以焊接至基部PCB载体或基部本身，并且通过微带线馈送至低噪声放大器(LNA)电路，该低噪声放大器电路可以容纳在圆柱形芯轴的可用体积内。在任何实施例中，可以调节加固包覆成型的薄膜天线装置的连接器端部，以适应众多安装和RF接口的多种多样可能的连接和自定义选项。
在一些实施例中，圆柱形芯轴的头部或其他顶部几何特征可以搭接薄膜RF元件，以防止例如在成型过程中包覆成型聚合物粘合剂混合树脂渗透到薄膜RF元件的下侧与圆柱形芯轴之间。在一些实施例中，头部或其他顶部几何特征可以是与圆柱形芯轴分开、但可以溶剂粘接至圆柱形芯轴的本体的截止盖部件的一部分，以在模具浇口处建立包覆成型聚合物粘合剂混合树脂的材料流动，使得有助于成型过程。
在一些实施例中，圆柱形芯轴可以包括截止表面，这些截止表面抵靠模具的表面密封，使得圆柱形芯轴可以被固持成相对于模具处于精确的同心关系。模具的腔体可以限定加固包覆成型的薄膜天线装置的最终几何形状。相应地，圆柱形芯轴的截止表面以及圆柱形芯轴与模具之间精确的同心关系可以确保包覆成型聚合物粘合剂混合树脂围绕薄膜RF元件的材料流动是均匀的。例如，在一些实施例中，模具可以被设计成接纳包覆成型聚合物粘合剂混合树脂(例如，聚合物粘合剂)，该包覆成型聚合物粘合剂混合树脂在圆柱形芯轴的顶部中心附近注射到模具中。以此方式，模具、圆柱形芯轴的配合表面、以及两者之间精确的同心关系的组合可以产生高效、可重复、并且平衡的低压包覆成型(LPOM)周期，使得可以产生RF性能可预测并且无需任何额外的紧固件的坚固且耐用的密封装置。
图1是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置20的透视图。如图1所见，包覆成型的薄膜天线装置20可以包括被外层24覆盖的天线模块22，该外层被成型在天线模块22的截止表面(shutoff surface)23之间。在一些实施例中，外层24可以包括固化的聚合物粘合剂混合树脂，并且在一些实施例中，外层24可以保护包覆成型的薄膜天线装置20的内部电气部件和RF结构免受例如湿气浸入、过度的成型压力、以及破坏性热暴露的影响。另外，在一些实施例中，外层24可以提供坚固、耐用的壳体，而无需任何机械紧固件。
图2是没有外层24的天线模块22的透视图。如图2所见，天线模块22可以包括芯轴26以及薄膜RF元件28，该薄膜RF元件缠绕在芯轴26上并且被其支撑。在一些实施例中，HBTRT层30和接地迹线焊接可以将薄膜RF元件28固定至芯轴26。另外，如图2所见，在一些实施例中，天线模块22可以包括电耦合至薄膜RF元件28的RF连接器32，并且在一些实施例中，基部盖34可以围绕RF连接器34和芯轴26的端部。
图3是芯轴26的透视图。如图3所见，芯轴26可以包括本体36和盖38。在一些实施例中，盖38可以包括截止表面23，并且在一些实施例中，截止表面23可以形成通道25。在一些实施例中，本体36可以是空心的，并且在一些实施例中，本体36可以是实心的。另外，在一些实施例中，本体36和盖38可以一起一体地形成为实心整体部分，并且在一些实施例中，盖38可以溶剂粘接至本体36。例如，如图4所见，在一些实施例中，盖38可以包括长度与本体36近似相同的管状构件40，该管状构件被固定在本体36的内部。然而，如图5所见，在一些实施例中，盖38可以紧固至本体36的端部，而没有管状构件40。
可设想多种不同的材料用于芯轴26。例如，在一些实施例中，可以使用具有高介电常数的材料(比如丙烯腈丁二烯苯乙烯、尼龙、以及陶瓷)。另外或替代性地，在一些实施例中，可以使用具有较低介电常数的材料(比如聚碳酸酯、氟化乙烯丙烯、以及聚四氟乙烯)。
图6是天线模块22的一部分的截面。如图6所见，在一些实施例中，芯轴26可以包括唇缘42，该唇缘可以在薄膜RF元件28和HBTRT层30的一部分的顶部上延伸，以将薄膜元件28和HBTRT层30的这部分固定在本体与唇缘42之间。当外层24包覆成型到天线模块22上时，唇缘42可以防止用于形成外层24的聚合物粘合剂混合树脂流到薄膜RF元件28的下侧。
在一些实施例中，包覆成型的薄膜天线装置20可以包括有源部件。例如，图7是根据所披露实施例的包覆成型的薄膜天线装置20的有源RF元件44的透视图。如图7所见，在一些实施例中，有源RF元件44可以包括电耦合至RF连接器32的印刷电路板46以及电耦合至印刷电路板46的LNA电路48。如图8所见，在一些实施例中，有源RF元件44可以容纳在芯轴26的内部，并且在这些实施例中，薄膜RF元件28可以经由印刷电路板46和LNA电路48电耦合至RF连接器32。
然而，在一些实施例中，包覆成型的薄膜天线装置20可以包括无源部件。例如，在这些实施例中，微带线可以将薄膜RF元件32直接耦合至RF连接器32。
图9是根据所披露实施例的、在模具50的半模中的天线模块22的透视图。如图9所见，当天线模块22放置在模具50中时，截止表面23可以抵靠模具50的表面密封，以将天线模块22固持成与模具的腔体处于同心关系。
在操作时，可以将聚合物粘合剂混合树脂注射到模具50中，使得聚合物粘合剂混合树脂可以沿箭头A指示的方向在薄膜RF元件28上流动，同时避免流到薄膜RF元件28的下侧。当固化时，聚合物粘合剂混合树脂可以将天线模块22和薄膜RF元件28转化成图1所示的包覆成型的薄膜天线装置20。
在一些实施例中，聚合物粘合剂混合树脂可以在芯轴26的顶部中心处注射到模具50中。另外，在一些实施例中，截止表面23可以引导聚合物粘合剂混合树脂在薄膜RF元件28上的流动。类似地，在一些实施例中，基部盖34可以充当相对于模具50的一个截止表面23，以防止在聚合物粘合剂混合树脂固化的同时聚合物粘合剂混合树脂流到模具50的外部。
更进一步地，在一些实施例中，唇缘42可以防止在这种成型过程中聚合物粘合剂混合树脂流到薄膜RF元件28的下侧。例如，在一些实施例中，唇缘42可以响应于模具50中增加的压力和温度而将薄膜RF元件28牢固地定位和约束在该唇缘本身上，这可以控制聚合物粘合剂混合树脂围绕截止表面23流动并且流过通道25，由此均匀地建立包覆成型的薄膜天线装置20的包覆成型的几何形状。
虽然以上已经详细地描述了几个实施例，但其他修改是可能的。例如，可以向所描述的系统添加其他部件或从其中移除其他部件，并且其他实施例可以落入本发明的范围内。
根据前述内容将观察到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现许多变体和修改。应理解的是，并不意使或不应推断出关于本文所描述的特定系统或方法的限制。当然，旨在覆盖如落入本发明的精神和范围内的所有这种修改。

Claims (10)

1.一种天线装置，包括：
芯轴，所述芯轴具有本体和唇缘；
薄膜射频元件，所述薄膜射频元件缠绕在所述本体上并且被其支撑，其中，所述唇缘在所述薄膜射频元件的一部分的顶部上延伸，以将所述薄膜射频元件的所述部分固定在所述本体与所述唇缘之间；
射频连接器，所述射频连接器电耦合至所述薄膜射频元件；以及
外层，所述外层成型在所述芯轴的截止表面之间以及在所述薄膜射频元件上。
2.如权利要求1所述的天线装置，进一步包括：
印刷电路板，所述印刷电路板电耦合至所述射频连接器；以及
低噪声放大器电路，所述低噪声放大器电路电耦合至所述印刷电路板，
其中，所述低噪声放大器电路被安置在所述芯轴的内部，并且
其中，所述薄膜射频元件通过所述印刷电路板和所述低噪声放大器电路电耦合至所述射频连接器。
3.如权利要求1所述的天线装置，进一步包括：
微带线，所述微带线将所述薄膜射频元件直接耦合至所述射频连接器。
4.如权利要求1所述的天线装置，进一步包括：
将所述薄膜射频元件固定至所述本体的耐高粘接温度的胶带层和接地迹线焊接。
5.如权利要求1所述的天线装置，进一步包括：
所述芯轴的盖，所述盖溶剂粘接至所述本体，
其中，所述盖包括所述唇缘和至少一些所述截止表面。
6.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述本体是空心的。
7.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述本体是实心的。
8.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述芯轴是由以下中的一种制成的：丙烯腈丁二烯苯乙烯、尼龙、陶瓷、聚碳酸酯、氟化乙烯丙烯、或聚四氟乙烯。
9.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述外层包括固化的聚合物粘合剂混合树脂。
10.如权利要求1所述的天线装置，进一步包括：
基部盖，所述基部盖围绕所述射频连接器和所述芯轴的端部，
其中，所述外层成型在所述基部盖上。
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