CN112673522B - 天线和无线通信设备 - Google Patents

Abstract

根据一些实施例，提供了一种装置。该装置包括：导电回路；第一导电构件，电磁耦合到导电回路并且电耦合到射频电路；第二导电构件，跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路；以及第三导电构件，跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路，第三导电构件与第二导电构件间隔开并且电磁耦合到第一导电构件。

Description

天线和无线通信设备

技术领域

本公开的实施例总体涉及无线通信领域，并且特别地涉及一种天线以及相关联的无线通信设备。

背景技术

天线是通过空间传播的无线电波与在金属导体中移动的电流之间的接口，其与发射器或接收器一起使用。当前，越来越多的天线被部署在例如Wi-Fi应用的无线通信中。增加的天线被部署以改善通信性能，并且基于无线通信(诸如Wi-Fi应用)产生更多功能。但是，大多数产品中的增加的天线对于客户是可见的，这在美学上没有吸引力。因此，需要使天线小型化以获得节省空间的天线解决方案。

发明内容

通常，本公开的示例实施例提供一种天线以及相关联的无线通信设备。

根据一些实施例，提供了一种装置。装置包括：导电回路；第一导电构件，电磁耦合到导电回路并且电耦合到射频电路；第二导电构件，跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路；以及第三导电构件，跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路，第三导电构件与第二导电构件间隔开并且电磁耦合到第一导电构件。

根据一些实施例，提供了一种天线模块。天线模块包括如上所述的装置。

根据一些实施例，提供了一种无线通信设备。无线通信设备包括如上所述的装置。

根据一些实施例，提供了一种方法。方法包括：提供衬底；在衬底的第一表面上形成导电回路；在衬底的第二表面上形成第一导电构件，第二表面与第一表面相对，并且第一导电构件电磁耦合到导电回路并且电耦合到射频电路；在衬底的第二表面上形成第二导电构件，第二导电构件跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路；以及在衬底的第二表面上形成第三导电构件，第三导电构件跨导电回路布置并且电磁耦合到导电回路、与第二导电构件间隔开并且电磁耦合到第一导电构件。

应当理解，发明内容部分并不旨在标识本公开的实施例的关键或必要特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过以下描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

现在将参考附图描述一些示例实施例。

图1示出了根据本公开的实施例的无线通信设备的示意图；

图2A-图2B示出了根据本公开的实施例的天线的图；

图3A-图3B示出了根据本公开的实施例的示例天线的仿真反射系数的图；

图4示出了示例天线在2.4GHz下的仿真3D辐射图案；

图5示出了示例天线在5.3GHz下的仿真3D辐射图案；

图6示出了示例天线在5.5GHz下的仿真3D辐射图案；

图7示出了示例天线在5.7GHz下的仿真3D辐射图案；以及

图8示出了根据本公开的实施例的制造天线的流程图。

贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。应当理解，仅出于说明的目的描述了这些实施例，并且帮助本领域技术人员理解和实现本公开，而不暗示对本公开的范围的任何限制。除了下面描述的方式以外，可以以各种方式来实现本文描述的公开。

如本文所使用的，术语“包括”及其变型应当被理解为开放术语，其意指“包括但不限于”。术语“基于”应当被理解为“至少部分地基于”。术语“一实施例”和“一个实施例”应当被理解为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”应当被理解为“至少一个其他实施例”。其他定义(显式或隐式)可以在下面被包括。另外，本文提供一些值仅是出于说明目的，而不暗示对本公开的范围的任何限制。

现在参考图1，以用于说明适用于实践本公开的示例实施例的装置50的简化框图。在图1中，装置50被配置成与具有无线通信能力的另一装置通信。例如，装置50可以被实现为无线接入点，诸如无线路由器。无线接入点是固定电子通信设备的一个示例，其他示例可以是能够提供无线通信功能的任何其他合适的固定或移动电子设备，例如但不限于智能手机、基站、消费电子设备、计算机、平板电脑、膝上型计算机、安装在机动车中的设备等。尽管将主要参考Wi-Fi应用来描述本公开，但是应当理解，本公开也可以被应用于任何其他合适的无线通信应用。

装置50包括：处理设备，诸如至少一个控制器25；至少一个存储设备，诸如至少一个计算机可读存储器(MEM)30，其存储数据35以及至少一个计算机程序(PROG)40或其他可执行指令集；至少一个通信设备，诸如发射器TX 20和接收器RX 15，用于经由一个或多个天线10与其他无线设备进行双向无线通信。

如上所述，大量裸露的天线在美学上没有吸引力，并且需要使天线小型化以节省空间。在一些示例中，例如，出于美学目的，天线可以被嵌入在无线产品中。在其他示例中，天线可以被做得更小以供外部使用以获得节省空间的无线产品。此外，在一些应用(例如，基于到达角(AoA)的室内定位)中，全向天线可以提供更好的到达角(AoA)确定。因此，非常期望低轮廓、小尺寸的全向天线。

图2A-图2B示出了根据本公开的实施例的装置100的示意图。装置100可以被实现为如图1中所示的天线10。装置100可以具有相对较小的形状因数，并且可以被布置在装置50的壳体内部。如图2A-2B中所示，装置100可以电磁耦合到接地平面120。例如，装置100可以被安装在接地平面120上并且由同轴线馈电。接地平面120可以由金属材料制成。如图2A中所示，接地平面120可以横向于或垂直于装置100布置。特别地，接地平面120被布置在x-y平面中，并且装置100被布置在x-z平面中。以该方式，接地平面120和装置100之间的耦合可以产生使天线尺寸比没有接地平面120的天线减小一半的图像。然而，应当理解，在备选实施例中，接地平面120可以被布置在与天线衬底107相同的平面中，或者至少被布置在相同的定向上。

在一些实施例中，装置100是微带天线或平面天线，例如，双频带全向天线。装置100包括由诸如金属的导电材料制成的导电回路101。导电回路101也可以被称为辐射器。导电回路101被配置成在双频带应用中以较低的频带操作，例如在双频带Wi-Fi应用中以2.4GHz的频带操作。例如，在发射时，导电回路101从电流辐射出作为电磁波(例如，无线电波)的能量，并且在接收时，导电回路101拦截电磁波的功率中的一些功率以产生电流。对于双频带Wi-Fi应用，电磁波可以具有在2.4GHz频带中的频率。

例如，在诸如2.4GHz的特定频率下，导电回路101(特别地，曲折线)可以捕获在近场区域中的电场以产生大的感应电流。大的感应电流可以产生电感，该电感可以用于形成自然的电阻-电感-电容(RLC)匹配元件。特别地，由曲折线产生的电感足够大以匹配在电气上小的单极天线的大电容。例如，天线可以具有0.1λ的高度，其中参数λ是较低频带的波长，其在2.4GHz下约为12.5mm。曲折线的数目可以被调节以提供必要的电感来形成RLC匹配元件。

在一些实施例中，导电回路101包括第一导电曲折部分105，第一导电曲折部分105被示为导电回路101的左臂。第一导电曲折部分105的末端电磁耦合到第二导电构件102的末端。导电回路101还包括第二导电曲折部分106，第二导电曲折部分106被示为导电回路101的右臂。第二导电曲折部分106的末端电磁耦合到第三导电构件103的末端。曲折部分使得能够减小导电回路101的尺寸，并且因此减小装置100的尺寸。但是，应当注意，所有的第一导电曲折部分105(和第二导电曲折部分106)可以电磁耦合到整个第二导电构件102(和第三导电构件103)。

在一些实施例中，导电回路101具有矩形形状，并且导电回路101包括被示为上臂的第一导电部分109和被示为下臂的第二导电部分110。在其他实施例中，导电回路101可以具有任何其他合适的形状，例如但不限于，正方形、圆形、椭圆形或可以产生“回路”的任何其他几何形状。第一导电部分109和第二导电部分110中的每个被配置成连接到第一导电曲折部分105和第二导电曲折部分106。例如，第一导电曲折部分105和第二导电曲折部分106以及导电回路101的第一导电部分109和第二导电部分110可以形成连续不间断的导电材料回路；换句话说，导电迹线没有间隙或中断，因此直流(DC)可以围绕完整的回路流动。以该方式，导电回路101也可以被称为导电材料的闭合回路。

导电构件102和103跨导电回路101布置并且电磁耦合到导电回路101。如本文使用的，如果第一元件跨第二元件布置，则第一元件耦合到第二元件的两侧或两端。如图2B中所示，导电构件102和103中的每个被配置成从导电回路101的一侧延伸到导电回路101的另一侧，或者导电构件102和103中的每个被配置成从导电回路101上的一个位置延伸到导电回路101的另一个位置。导电构件102和103在图2B中被示为z方向上的两个垂直条，也被称为垂直耦合条。如图2B中所示，导电构件102和103在x方向上对称布置。例如，导电构件102和103可以电容性地耦合到导电回路101，并且特别地耦合到导电曲折部分105和106。

导电构件103与导电构件102间隔开并且电磁耦合到导电构件104。导电构件102和103耦合到导电回路101以形成回路天线(也被称为耦合回路)，其在双频带应用中以更高的频带操作，例如，针对双频带Wi-Fi应用，以5.1GHz-5.8GHz的频带操作。

两个垂直耦合条对在2.4GHz的较低频带处的辐射影响很小。两个条可以具有足够大的长度，以与辐射器具有电容耦合。该条沿x轴线的位置确定了布置，并且因此确定了回路天线的操作频率。

如图2B中所示，导电构件102和103被布置为不延伸超过导电回路101的轮廓。如此，装置100的尺寸将由导电回路101界定，这有助于最小化天线100的占地面积。

导电构件104电磁耦合到导电回路102，并且经由馈电点108电耦合到射频(RF)电路130。射频电路130是如图1中所示的接收器电路15和发射器电路20中的至少一个。如本文所使用的，如果第一元件电耦合到第二元件，则在第一元件和第二元件之间可以存在电流路径。换句话说，电流可以从第一元件流到第二元件，和/或从第二元件流到第一元件。应当注意，馈电点108和天线可以仅在一个方向(接收或发射RF信号)或在两个方向(接收和/或发射RF信号)上传送RF信号。

例如，导电构件104可以从RF电路130接收电流和/或向RF电路130传送电流。例如，导电构件104可以是L形的，并且包括电磁耦合到导电回路101和导电构件103的第一部分。第一部分可以与导电构件103交叉。导电构件104还可以包括电耦合到射频电路的第二部分。第一部分基本垂直于第二部分。

在一些实施例中，导电回路101被布置在与第一、第二和第三导电构件104、102和103不同的平面上。以该方式，导电构件102和103将对用于低频应用的导电回路102没有任何实质影响。在一些实施例中，第一、第二和第三导电构件104、102和103被布置在相同的平面上。在一些实施例中，导电回路101被布置在衬底107的第一表面上，并且第一、第二和第三导电构件104、102和103被布置在衬底107的与第一表面相对的第二表面上。在备选实施例中，第三导电构件104可以被布置在与第一导电构件102和第二导电构件103不同的平面上。

通过导电构件104(L形馈电结构)，穿过衬底107，将电场耦合到导电回路101(矩形天线辐射器)。尽管在该示例实施例中，衬底107被示为具有大于导电回路101的面积，但是在其他实施例中，衬底可以具有与导电回路101相同的面积。作为示例，衬底可以是0.5mm厚，并且衬底可以是具有2.55的介电常数并且具有0.006的切线损耗的层压结构。L形馈电结构的长度可以调整辐射器的电阻，以便匹配50Ohm源并且实现小轮廓天线系统。

图3A-图3B示出了装置100的仿真反射系数。下面总结了用于仿真的装置100的尺寸。然而，应当理解，该些值仅出于说明目的而被提供，而不暗示对本公开的范围的任何限制。

示例天线在z方向上具有12.5mm的高度，并且在x方向上具有25mm的宽度(不包括衬底尺寸，衬底尺寸在该示例实施例中较大)。左臂和右臂在x方向上具有5.8mm的宽度，并且上臂和下臂在z方向上具有3.3mm的宽度。导电构件102和103在x方向上具有1.4mm的宽度并且在z方向上具有8.8mm的长度。导电构件104在x方向上具有14mm的尺寸并且在z方向上具有6.5mm的尺寸。

如图3A-图3B中所示，-10dB回波损耗(S11)水平分别指示2.37GHz至2.57GHz和4.97GHz至5.97GHz的操作频带范围，并且覆盖无线局域网(WLAN)的2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz。

图4示出了装置100在2.4GHz下的仿真3D辐射图案，图5示出了装置100在5.3GHz下的仿真3D辐射图案，图6示出了装置100在5.5GHz下的仿真3D辐射图案，并且图7示出了装置100在5.7GHz下的仿真3D辐射图案。跨所有操作频带实现了全向辐射。如所示的，增益在2.4GHz下为3dBi，并且增益在5GHz频带中可以达到4dBi以上。因此，天线可以实现小型化，同时维持高增益。

图8图示了根据本公开的一些实施例的制造天线的示例方法200的流程图。天线可以是如图2A-图2B中所示的装置100。应当理解，方法200还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略如所示的一些动作。

如图8中所示，在框202处，提供衬底107。在框204处，在衬底107的第一表面上形成导电回路101。在框206处，在衬底107的第二表面上形成第一导电构件104，第二表面与第一表面相对。第一导电构件104电磁耦合到导电回路101，并且电耦合到RF电路130。

在框208处，在衬底107的第二表面上形成第二导电构件102。第二导电构件102跨导电回路101布置并且与导电回路101电磁耦合。

在框210处，在衬底107的第二表面上形成第三导电构件103。第三导电构件103跨导电回路101布置并且与导电回路101电磁耦合、与第二导电构件102间隔开并且电磁耦合到第一导电构件104。

应当理解，关于装置100和天线的所有特征(如上面参考图1和2所描述的)也适用于对应的制造方法，并且因此在这里被省略。

尽管已经以特定于结构特征的语言描述了本公开，但是应当理解，所附权利要求中限定的本公开不必限于上述特定特征。而是，上面描述的特定特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (15)

1.一种用于无线通信的装置(100)，包括：

导电回路(101)；

第一导电构件(104)，电磁耦合到所述导电回路(101)并且电耦合到射频(RF)电路(130)；

第二导电构件(102)，跨所述导电回路(101)布置并且电磁耦合到所述导电回路(101)；以及

第三导电构件(103)，跨所述导电回路(101)布置并且电磁耦合到所述导电回路(101)，所述第三导电构件(103)与所述第二导电构件(102)间隔开并且电磁耦合到所述第一导电构件(104)。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述导电回路(101)包括：

第一导电曲折部分(105)，所述第一导电曲折部分(105)的末端电磁耦合到所述第二导电构件(102)的相应末端；以及

第二导电曲折部分(106)，所述第二导电曲折部分(106)的末端电磁耦合到所述第三导电构件(103)的相应末端。

3.根据权利要求2所述的装置(100)，其中所述导电回路(101)具有矩形形状，并且其中所述导电回路(101)还包括均将所述第一导电曲折部分(105)和所述第二导电曲折部分(106)相连接的第一导电部分(109)和第二导电部分(110)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(100)，其中所述第一导电构件(104)是L形的，并且包括：

第一部分，电磁耦合到所述导电回路(101)和所述第三导电构件(103)；以及

第二部分，电耦合到所述射频电路，所述第一部分基本垂直于所述第二部分。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(100)，其中所述导电回路(101)被布置在与所述第一导电构件(104)、所述第二导电构件(102)和所述第三导电构件(103)不同的平面上。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，其中所述第一导电构件(104)、所述第二导电构件(102)和所述第三导电构件(103)被布置在相同平面上。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中所述导电回路(101)被布置在衬底(107)的第一表面上，并且其中所述第一导电构件(104)、所述第二导电构件(102)和所述第三导电构件(103)被布置在所述衬底(107)的第二表面上，所述第一表面和所述第二表面彼此相对。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(100)，其中所述装置(100)是双频带全向天线。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(100)，其中所述RF电路(130)包括发射器电路(20)和接收器电路(15)中的至少一个。

10.一种天线模块(10)，包括根据权利要求1至9中任一项所述的装置(100)。

11.根据权利要求10所述的天线模块(10)，还包括：

电磁耦合到所述装置(100)的接地平面(120)，所述接地平面(120)横向于所述装置(100)布置。

12.一种无线通信设备，包括根据权利要求1-9中任一项所述的装置(100)。

13.根据权利要求12所述的无线通信设备，其中所述无线通信设备是无线接入点、智能电话、基站、消费电子设备、计算机、平板电脑、膝上型计算机或安装在机动车上的设备中的至少一个。

14.一种制造用于无线通信的装置的方法(200)，包括：

提供(202)衬底(107)；

在所述衬底(107)的第一表面上形成(204)导电回路(101)；

在所述衬底(107)的第二表面上形成(206)第一导电构件(104)，所述第二表面与所述第一表面相对，并且所述第一导电构件(104) 电磁耦合到所述导电回路(101)并且电耦合到射频(RF)电路(130)；

在所述衬底(107)的所述第二表面上形成(208)第二导电构件(102)，所述第二导电构件(102)跨所述导电回路(101)布置并且电磁耦合到所述导电回路(101)；以及

在所述衬底(107)的所述第二表面上形成(210)第三导电构件(103)，所述第三导电构件(103)跨所述导电回路(101)布置并且电磁耦合到所述导电回路(101)、与所述第二导电构件(102)间隔开并且电磁耦合到所述第一导电构件(104)。

15.根据权利要求14所述的方法(200)，其中形成所述导电回路(101)包括：

形成第一导电曲折部分(105)，所述第一导电曲折部分(105)的末端电磁耦合到所述第二导电构件(102)的相应末端；以及

形成第二导电曲折部分(106)，所述第二导电曲折部分(106)的末端电磁耦合到所述第三导电构件(103)的相应末端。

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