CN114552187A - 天线装置、天线阵列和电子装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种天线装置、天线阵列和电子装置。所述天线装置包括:第一贴片天线图案,被配置为发送或接收第一射频(RF)信号,并且包括凹入部,所述凹入部设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧;第一馈电过孔,被配置为向所述第一贴片天线图案馈电;以及附加天线图案,与所述第一贴片天线图案分开设置,并且耦合到所述第一贴片天线图案,并且设置在与所述凹入部对应的位置。
Description
技术领域
以下描述涉及天线装置、天线阵列和电子装置。
背景技术
与移动通信系统相关联的数据流量每年都在快速增长。正在进行积极的技术开发,以支持无线网络中迅速增长的实时数据。例如,处理与基于IoT(物联网)的数据、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、与社交网络服务(SNS)结合的实况VR/AR、自主驾驶、同步视图(使用超小型相机传输用户视角的实时图像)等相关的内容的应用利用支持大量数据的发送和接收的通信(例如,第五代(5G)通信、毫米波(mmWave)通信等)。
因此,近来,已经积极实现了包括5G通信的毫米波(mmWave)通信。
具有高频带宽(例如,24GHz、28GHz、36GHz、39GHz、60GHz等)的射频(RF)信号在传输过程期间容易被吸收(这导致数据丢失),因此通信质量会快速劣化。因此,发射高频带宽信号的天线可能需要与现有天线技术不同的技术手段,并且可能需要特殊的技术开发(诸如,获得天线增益的附加功率放大器、集成天线和射频集成电路(RFIC)、确保有效全向辐射功率(EIRP)等)。
上述信息仅作为背景技术信息来呈现,以用于帮助理解本公开。上述记载不应被解释为这些内容属于本公开的现有技术。
发明内容
提供本发明内容是为了按照简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的所选择的构思。本发明内容既不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不意在用作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:第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频(RF)信号,并且包括凹入部,所述凹入部设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧;第一馈电过孔,被配置为向所述第一贴片天线图案馈电;以及附加天线图案,与所述第一贴片天线图案分开设置,并且耦合到所述第一贴片天线图案,并且设置在与所述凹入部对应的位置,其中,所述附加天线图案的至少一部分设置在所述凹入部的内部。
盘绕式馈电图案可电连接到所述第一馈电过孔的上端,并且所述盘绕式馈电图案的至少一部分具有盘绕形状。
所述盘绕式馈电图案可包括从所述盘绕式馈电图案的一端延伸的延伸部。
所述天线装置还可包括:第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第二RF信号;以及第二馈电过孔,被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
所述天线装置还可包括第一屏蔽过孔,所述第一屏蔽过孔被配置为围绕所述第二馈电过孔。
所述天线装置还可包括第二屏蔽过孔,其中,所述第一屏蔽过孔和所述第二屏蔽过孔相对于虚拟的第一延长线彼此水平对称地布置,所述第一延长线连接所述第一馈电过孔和所述第二馈电过孔,或者,所述天线装置还可包括第三屏蔽过孔,其中,所述第一屏蔽过孔和所述第三屏蔽过孔相对于虚拟的第二延长线彼此水平对称地布置,所述第二延长线垂直于连接所述第一馈电过孔和所述第二馈电过孔的第一延长线。
所述第一馈电过孔可包括多个第一馈电过孔,所述多个第一馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第一RF信号,并且所述第二馈电过孔可包括多个第二馈电过孔,所述多个第二馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第二RF信号。
在平面图中,所述第一贴片天线图案的至少一条边可相对于安装有所述天线装置的基板的一条边倾斜。
所述天线装置还可包括感应线,所述感应线设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧,并且被构造为通过连接过孔连接到所述第一贴片天线图案。
所述感应线可在竖直方向上与所述凹入部叠置。
所述天线装置还可包括扩展贴片天线图案,所述扩展贴片天线图案耦合到所述第一贴片天线图案,与所述第一贴片天线图案和所述附加天线图案分开,并且设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧。
所述天线装置还可包括盘绕式馈电图案,所述盘绕式馈电图案电连接到所述第一馈电过孔的上端,并且所述盘绕式馈电图案的一部分具有盘绕形状,其中,所述盘绕式馈电图案在竖直方向上与所述扩展贴片天线图案的至少一部分叠置。
在一个总体方面,一种天线阵列包括第一天线装置和与所述第一天线装置分开设置的第二天线装置,所述第一天线装置包括:第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频(RF)信号,并且包括凹入部,所述凹入部设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧;第一馈电过孔,被配置为向所述第一贴片天线图案馈电;以及附加天线图案,耦合到所述第一贴片天线图案,并且与所述第一贴片天线图案分开设置,其中,在平面图中,所述第一贴片天线图案的至少一条边相对于安装有所述第一天线装置和所述第二天线装置的基板的一条边倾斜。
所述天线阵列还可包括多个屏蔽结构,所述多个屏蔽结构设置在所述第一天线装置与所述第二天线装置之间。
所述天线阵列还可包括:第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第二RF信号;以及第二馈电过孔,被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
所述第一馈电过孔可包括多个第一馈电过孔,所述多个第一馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第一RF信号,并且所述第二馈电过孔可包括多个第二馈电过孔,所述多个第二馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第二RF信号。
在一个总体方面,一种电子装置包括天线装置,所述天线装置包括:第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频(RF)信号;第一天线图案,被设置为面对凹入部,所述凹入部形成在所述第一贴片天线图案的至少一侧;第一馈电过孔,与所述第一贴片天线图案分开设置,并且被构造为提供到所述第一贴片天线图案的馈电路径;第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收与所述第一RF信号不同的第二RF信号,并且被设置为与所述第一贴片天线图案叠置;以及第二馈电过孔,与所述第一馈电过孔分开,并且被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
所述电子装置还可包括盘绕式馈电图案,所述盘绕式馈电图案被构造为提供到所述第一贴片天线图案的馈电路径。
所述电子装置还可包括感应线,所述感应线被构造为面对所述凹入部。
所述电子装置还可包括多个扩展贴片天线图案,所述多个扩展贴片天线图案设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧。
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是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
图2是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
图3是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
图4是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
图5是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的俯视平面图。
图6是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
图7是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的俯视平面图。
图8是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的正视图。
图9是根据一个或更多个实施例的多个示例天线装置的布置的俯视平面图。
图10是示意性地示出根据一个或更多个实施例的示例天线装置的下侧结构的侧视图。
图11是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的下侧结构的示意性侧视图。
图12是根据一个或更多个实施例的示例天线装置在示例电子装置中的布置的俯视平面图。
图13是根据一个或更多个实施例的示例天线装置在示例电子装置中的布置的俯视平面图。
图14是根据一个或更多个实施例的示例天线装置在示例电子装置中的布置的俯视平面图。
图15A示出了多个屏蔽过孔具有对称布置结构的示例天线装置的电磁场分布。
图15B示出了根据一个或更多个实施例的多个屏蔽过孔具有非对称布置结构的示例天线装置的电磁场分布。
在全部附图和具体实施方式中,除非另外地描述或提供,否则相同的附图标记将被理解为指示相同的元件、特征和结构。附图可不按照比例绘制,并且为了清楚、说明和方便起见,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
提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而,在理解本申请的公开内容之后,在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同方案将是显而易见的。例如,在此描述的操作的顺序仅是示例,并且不限于在此阐述的顺序,而是除了必须以特定顺序进行的操作之外,可做出如在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外,为了提高清楚性和简洁性,可省略在理解本申请的公开内容之后知晓的特征的描述,注意,省略特征及其描述也不意在承认它们的公知。
在此描述的特征可以以不同的形式实施,并且将不被解释为限于在此描述的示例。更确切地说,已经提供在此描述的示例,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描述的方法、设备和/或系统的很多可行方式中的一些可行方式。
为了更好地理解和便于描述,任意示出了附图中所示的每个构造的尺寸和厚度,但是示例不限于此。在附图中,为了清楚起见并且为了便于解释,夸大了层、膜、板、区域等的厚度。
将理解的是,词语“在......上”或“在......上方”意味着设置在物体部上方或下方,并且不必需意味着基于重力方向设置在物体部的上侧。
尽管可在此使用诸如“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,但这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语的限制。更确切地说,这些术语仅用来将一个构件、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被称作第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在整个说明书中,当元件(诸如,层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时,该元件可直接“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,或者可存在介于它们之间的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,不存在介于它们之间的其他元件。
在此使用的术语仅用于描述各种示例,并且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出,否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、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更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
除非另外定义,否则在此使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本公开所属领域普通技术人员在理解本申请的公开内容之后所通常理解的含义相同的含义。术语(诸如,在常用词典中定义的术语)应被解释为具有与其在相关技术和本申请的公开内容的上下文中的含义一致的含义,并且除非在此明确如此定义,否则不应被解释为理想化或过于形式化的意义。
在此描述的示例实施例提供了一种可容易地缩小尺寸的天线。
在整个说明书中,当元件被称为在另一元件“上方”时,这不仅包括该元件位于所述另一元件的“正上方”的情况,而且还包括该元件位于所述另一元件的“非正上方”的情况。相比之下,当元件被称为在另一元件“下方”时,这不仅包括该元件位于所述另一元件的“正下方”的情况,而且还包括该元件位于所述另一元件的“非正下方”的情况。
在整个说明书中,图案、过孔、接地面、布线和电连接结构可包括金属材料(例如,导电材料(诸如,铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、钛(Ti)或它们的合金)),并且可根据诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、溅射、减成工艺、加成工艺、半加成工艺(SAP)、改进的半加成工艺(MSAP)等的镀覆方法来形成,但这不是限制性的。
在整个说明书中,介电层和/或绝缘层可利用热固性树脂(诸如,环氧树脂)、热塑性树脂(诸如,聚酰亚胺)、或通过将无机填料和/或芯材料(诸如,玻璃纤维、玻璃布、玻璃织物等)浸渍在热固性树脂或热塑性树脂中而制备的树脂(诸如,半固化片、味之素堆积膜(Ajinomoto build-up film,ABF)、FR-4、双马来酰亚胺三嗪(BT)、感光介电(PID)树脂、典型的覆铜层压板(CCL)或者玻璃或陶瓷基绝缘材料(诸如,液晶聚合物(LCP)、低温共烧陶瓷(LTCC)等))。
在整个说明书中,RF信号可具有根据以下协议中的任一协议的格式:Wi-Fi(IEEE802.11族等)、WiMAX(IEEE 802.16族等)、IEEE 802.20、LTE(长期演进)、Ev-DO、HSPA、HSDPA、HSUPA、EDGE、GSM、GPS、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、3G、4G、5G以及在上述协议之后指定的任意其他无线协议和有线协议,但不限于此。
在下文中,将参照附图详细描述根据一个或更多个实施例的示例天线装置。
图1是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
参照图1,天线装置100包括第一贴片天线图案111、第一馈电过孔120和附加(或第一)天线图案118。天线装置100还可包括接地面201。
第一贴片天线图案111可设置在接地面201上。第一贴片天线图案111可具有第一谐振频率,并且可远程发送或远程接收接近第一谐振频率的RF信号。
在远程发送或接收RF信号的同时,与RF信号对应的表面电流中的大部分可流过第一贴片天线图案111的顶表面和底表面。这样的表面电流可在与表面电流的方向相同的第一水平方向上形成电场,或者可在与表面电流的方向垂直的第二水平方向上形成电场。大部分RF信号可通过空气或介电层在与第一水平方向和第二水平方向垂直的方向(例如,Z轴方向)上传播。因此,第一贴片天线图案111的辐射图案可在第一贴片天线图案111的上表面和下表面的法向方向(例如,Z轴方向)上密集地形成。此外,当第一贴片天线图案111的辐射图案集中度增加时,第一贴片天线图案111的增益可得到提高。
接地面201可通过反射RF信号来支持第一贴片天线图案111的辐射图案的集中。因此,可进一步提高第一贴片天线图案111的增益,并且接地面201可支持与第一贴片天线图案111的第一谐振频率对应的阻抗的形成。接地面201可改善天线图案与集成电路(IC)之间的电磁隔离。
在第一贴片天线图案111中流动的表面电流可基于为第一贴片天线图案111提供的馈电路径形成。馈电路径可从第一贴片天线图案111连接到集成电路(IC),并且可以是RF信号的传输路径。IC可执行频率转换、放大、滤波、相位控制和电力生成中的至少一些,并且可生成要发送的RF信号。
第一馈电过孔120可被配置为向第一贴片天线图案111馈电,具体地,第一馈电过孔120可提供到第一贴片天线图案111的馈电路径。第一馈电过孔120穿透接地面201和/或介电层。第一馈电过孔120与第一贴片天线图案111分开,并且可不接触第一贴片天线图案111。因此,可更自由地设计第一馈电过孔120和第一贴片天线图案111的外围处的构成元件,从而为第一贴片天线图案111提供附加阻抗。与附加阻抗对应的至少一个附加谐振频率可使第一贴片天线图案111的通带宽度加宽。带宽的宽度可基于至少一个附加谐振频率与第一谐振频率之间的频率差的适当性(appropriateness)以及至少一个附加谐振频率之中的接近第一谐振频率的附加谐振频率的数量来确定。
第一馈电过孔120和第一贴片天线图案111附近的组件的设计自由度越高,可越有效地改善至少一个附加谐振频率的适当性和/或数量。因此,第一馈电过孔120为第一贴片天线图案111提供非接触馈电路径,因此可更有效地改善第一贴片天线图案111的带宽。
此外,第一馈电过孔120可为第一贴片天线图案111提供接触型馈电路径。
附加天线图案118在耦合到第一贴片天线图案111的同时与第一贴片天线图案111分开。附加天线图案118设置在面对凹入部的位置,凹入部形成在第一贴片天线图案111的至少一侧。附加天线图案118与凹入部对应地设置,并且附加天线图案118的至少一部分可设置在凹入部的内部。第一贴片天线图案111的凹入部可优化流到第一贴片天线图案111的表面电流的电长度。附加天线图案118(设置在面对第一贴片天线图案111的位置)可提供附加阻抗,因此,可提供附加谐振频率并且可扩展带宽。
当第一贴片天线图案111形成为四边形形状时,凹入部可设置在第一贴片天线图案111的四侧中的每侧。此外,在示例中,四个附加天线图案可分别位于与四个凹入部对应的位置。因此,由于第一贴片天线图案111和附加天线图案118,可稳定地提供扩展的带宽,并且可提供均匀的增益。
附加天线图案118设置在接地面201上。附加天线图案118可设置在与第一贴片天线图案111相同的层中。此外,附加天线图案118可设置在第一贴片天线图案111上方或下方。
图2是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
参照图2,天线装置100可包括第一贴片天线图案111、第一馈电过孔120、附加天线图案118和盘绕式馈电图案130。天线装置100可选择性地包括接地面201。图1的天线装置100的上述描述适用于图2的天线装置100的构造之中的与图1的天线装置100重复的构造。
盘绕式馈电图案130可电连接到第一馈电过孔120的上端,并且可与第一贴片天线图案111分开。盘绕式馈电图案130可设置在由于第一馈电过孔120和第一贴片天线图案111的分开而形成的空间中,因此可提高盘绕式馈电图案130的设计自由度。
盘绕式馈电图案的至少一部分可具有盘绕形式。例如,盘绕式馈电图案130可包括第一盘绕式馈电图案131、过孔132和第二盘绕式馈电图案133中的至少一个,并且第二盘绕式馈电图案133可包括延伸部134。尽管未示出,但过孔132可具有盘绕形状。
盘绕式馈电图案130通过对第一贴片天线图案111的电磁耦合而提供到第一贴片天线图案111的馈电路径。由于盘绕式馈电图案130可用作馈电路径,因此与通过盘绕式馈电图案130传输的RF信号对应的盘绕电流可流过盘绕式馈电图案130。盘绕电流的方向可对应于盘绕式馈电图案130的盘绕形状旋转。因此,盘绕式馈电图案130的自感可升高,使得盘绕式馈电图案130可具有相对高的电感。盘绕式馈电图案130可为第一贴片天线图案111提供电感,因此第一贴片天线图案111可基于与电感对应的附加谐振频率而具有更宽的带宽。
盘绕式馈电图案130的至少一部分可具有从盘绕形状的一端沿多个方向上延伸的形状。作为示例,盘绕式馈电图案130可包括从盘绕式馈电图案130的一端延伸的延伸部134。盘绕式馈电图案130可包括延伸部134。随着延伸部134中的延伸方向的数量增加或者延伸部134中的延伸方向之间的角度增加,与盘绕式馈电图案130中的RF信号对应的能量可更集中在延伸部134中。
由于盘绕式馈电图案130包括使能量集中的延伸部134,因此第一贴片天线图案111可将延伸部134用作用于馈电路径的阻抗匹配的中继点。因此,延伸部134可进一步提高相对于第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配效率。此外,由于在天线装置100中可增加盘绕式馈电图案130的对第一贴片天线图案111的电磁耦合集中度,因此可进一步提高第一贴片天线图案111的增益。
图3是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图。
参照图3,天线装置100可包括第一贴片天线图案111、第二贴片天线图案112、附加天线图案118、第一馈电过孔120和第二馈电过孔150。天线装置100可选择性地包括接地面201。图1的天线装置100的上述描述适用于图3的天线装置100的构造之中的与图1的天线装置100重复的构造。
第二贴片天线图案112可被设置为从第一贴片天线图案111的上侧在竖直方向(例如,Z轴方向)上与第一贴片天线图案111至少部分地叠置。
第二馈电过孔150与第一馈电过孔120分开,并且穿透第一贴片天线图案111并耦合到第二贴片天线图案112。例如,第二贴片天线图案112可直接或间接地从第二馈电过孔150馈电。第二馈电过孔150可为第二贴片天线图案112提供用于第二贴片天线图案112的馈电贴片,并且可用作第二RF信号的传输路径。
第二贴片天线图案112可形成为具有与第一谐振频率不同的第二谐振频率,并且第二RF信号可具有与向第一贴片天线图案111远程发送/从第一贴片天线图案111远程接收的RF信号的第一频率不同的第二频率。例如,当第二频率高于第一频率时,第二贴片天线图案112的尺寸可小于第一贴片天线图案111的尺寸。天线装置100可根据设计而具有不同的多个频率带宽。此外,就第二贴片天线图案112而言,当第二贴片天线图案112发送或接收具有第二频率的RF信号时,第一贴片天线图案111可用作接地面。
图4是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图,并且图5是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的俯视平面图。
参照图4和图5,天线装置100可包括第一贴片天线图案111、第二贴片天线图案112、附加天线图案118、第一馈电过孔120、第二馈电过孔150和多个屏蔽过孔190。天线装置100可选择性地包括接地面201。图3的天线装置100的上述描述适用于图4和图5的天线装置100的构造之中的与图3的天线装置100重复的构造。
参照图5,多个屏蔽过孔190位于第二馈电过孔150附近。在示例中,多个屏蔽过孔190可被布置为围绕第二馈电过孔150。多个屏蔽过孔190可被布置为连接在第一贴片天线图案111与接地面201之间。多个屏蔽过孔190可保护第二馈电过孔150免受发送到第一贴片天线图案111或从第一贴片天线图案111接收的信号的影响。
第二馈电过孔150被设置为穿透第一贴片天线图案111,因此可能受到集中在第一贴片天线图案111中的第一RF信号的辐射的影响,而多个屏蔽过孔190可减少这种影响,从而减小第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112中的每个的增益的劣化。
可通过多个屏蔽过孔190反射从第一贴片天线图案111辐射的第一RF信号之中的朝向第二馈电过孔150辐射的第一RF信号,因此可改善第一RF信号与第二RF信号之间的电磁隔离,并且可提高第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112中的每个的增益。
多个屏蔽过孔190的数量和间隙没有特别限制。当多个屏蔽过孔190之间的间隙比特定长度(例如,取决于第一RF信号的第一波长的长度,或取决于第二RF信号的第二波长的长度)短时,第一RF信号或第二RF信号可能基本上无法通过多个屏蔽过孔190之间的空间。因此,可进一步改善第一RF信号与第二RF信号之间的电磁隔离程度。
多个屏蔽过孔190可彼此对称地布置。例如,四个屏蔽过孔190a、190b、190d和190e可相对于虚拟的第一延长线V1彼此水平对称地布置,并且四个屏蔽过孔190a、190b、190d和190e相对于虚拟的第二延长线V2彼此水平对称地布置,第一延长线V1连接第一馈电过孔120和第二馈电过孔150,第二延长线V2垂直于第一延长线V1。相比之下,在多个屏蔽过孔190之中,可仅存在三个屏蔽过孔190a、190b和190c,并且当未设置两个屏蔽过孔190d和190e时,三个屏蔽过孔190a、190b和190c可相对于虚拟的第二延长线V2彼此水平非对称地布置。
与多个屏蔽过孔的非对称布置结构相比,当多个屏蔽过孔190彼此对称时,峰值增益朝向辐射图案中的视轴偏移,使得峰值增益与视轴处的增益之间的差可减小。此外,与多个屏蔽过孔的非对称布置的结构相比,在多个屏蔽过孔的对称布置的示例中,在电磁场(E场)分布中,天线装置100中感应的电流量可更均匀,并且在天线装置100中,边缘场的大小可更大。因此,可减轻天线装置100的波束倾斜现象,可提高视轴处的增益,并且可在带宽内形成均匀的增益。
图6是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的立体图,图7是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的俯视平面图,并且图8是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的正视图。
参照图6至图8,天线装置100可包括第一贴片天线图案111、第二贴片天线图案112、第一馈电过孔120、第二馈电过孔150和多个屏蔽过孔190。天线装置100可选择性地包括接地面201。图1至图3的天线装置100的上述描述适用于图6至图8的天线装置100的构造之中的与图1至图3的天线装置100重复的构造。
感应线141设置在第一贴片天线图案111的至少一侧。感应线141可与第一贴片天线图案111的至少一侧对应地延伸,例如,感应线141可沿着与第一贴片天线图案111的至少一条边的延伸方向平行的方向延伸。感应线141可通过连接过孔142连接到第一贴片天线图案111。由于感应线141可提供流过第一贴片天线图案111的表面电流的旁路路径,因此可为第一贴片天线图案111提供可用于针对第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配的电感。
第一贴片天线图案111可在感应线141所位于的部分中具有凹入部。因此,基于流过感应线141的表面电流的电场和/或磁场中的竖直方向分量的比例可进一步增加。竖直方向分量可用作针对第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配设计元素,并且可基于第一贴片天线图案111的凹入部的长度和深度来确定。因此,第一贴片天线图案111可通过在感应线141所位于的部分中具有凹入的凹入部而被更有效地馈电。
第一贴片天线图案111的凹入部可在竖直方向上与感应线141叠置。由于感应线141的位置可影响竖直方向分量,因此可更有效地设计感应线141。
此外,感应线141与盘绕式馈电图案130之间的电磁耦合可提高互感,因此可进一步提高针对第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配效率。
因此,天线装置100可改善盘绕式馈电图案130的对第一贴片天线图案111的电磁耦合集中度,因此可进一步提高第一贴片天线图案111的增益。
盘绕式馈电图案130可通过对第一贴片天线图案111的电磁耦合来提供到第一贴片天线图案111的馈电路径。随着电磁耦合的集中度增加,电磁耦合的能量损耗可减少,并且第一贴片天线图案111的增益可提高。
当第一贴片天线图案111形成为四边形形状时,四条感应线141可分别位于与第一贴片天线图案111的四条边对应的位置。因此,可稳定地提供针对第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配效率,并且可提供均匀的增益。
感应线141可减小由于接地面201的边缘引起的电场和/或磁场的分布。与感应线141连接的第一贴片天线图案111可更有效地支持第二贴片天线图案112的辐射图案的集中,从而进一步增加第二贴片天线图案112的增益,并且可更有效地支持与第二贴片天线图案112的第二谐振频率对应的阻抗的形成。
多个扩展贴片天线图案114可定位在第一贴片天线图案111的至少一侧,并且可耦合到第一贴片天线图案111。此外,多个扩展贴片天线图案114可与第一贴片天线图案111和附加天线图案118间隔开。多个扩展贴片天线图案114中的至少一个的一部分可被设置为从盘绕式馈电图案130的上侧在竖直方向(例如,Z轴方向)上与盘绕式馈电图案130叠置。第二贴片天线图案112的至少一部分可被设置为从第一贴片天线图案111的上侧在竖直方向(例如,Z轴方向)上与第一贴片天线图案111叠置。
由于多个扩展贴片天线图案114中的至少一个可电磁耦合到盘绕式馈电图案130,因此与RF信号对应的能量中的一些可提供给多个扩展贴片天线图案114中的至少一个,并且可通过第一贴片天线图案111提供给第二贴片天线图案112。在该示例中,可将盘绕式馈电图案130的馈电路径进一步多样化,因此可进一步提高盘绕式馈电图案130的馈电效率。
因此,天线装置100可改善盘绕式馈电图案130的对第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112的电磁耦合集中度,因此可进一步提高第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112的增益。
此外,可通过附加天线图案118以及多个扩展贴片天线图案114来改善阻抗匹配。因此,在天线装置100的工作频率带宽内,可均匀地保持高增益。
当天线装置100被实现用于5G毫米波通信时,天线装置100可在具有小尺寸的同时针对具有5G频率带宽之中的四通带宽的信号具有高且均匀的增益。在示例中,四通频带包括n257(26.5GHz-29.5GHz)、n258(24.25GHz-27.5GHz)、n260(37GHz-40GHz)和n261(27.5GHz-28.35GHz)。
天线装置100可包括第一馈电过孔120和第二馈电过孔150。第一馈电过孔120可包括1-1馈电过孔120a和1-2馈电过孔120b。第二馈电过孔150可包括2-1馈电过孔150a和2-2馈电过孔150b。因此,第一馈电过孔120和第二馈电过孔150可发送和接收各自具有不同相位的多个极化波。具体地,1-1馈电过孔120a和1-2馈电过孔120b可被配置为发送各自不同相位的多个第一RF信号,2-1馈电过孔150a和2-2馈电过孔150b可被配置为发送各自具有不同相位的多个第二RF信号。
1-1馈电过孔120a和1-2馈电过孔120b中的每个允许彼此极化的1-1RF信号和1-2RF信号通过。2-1馈电过孔150a和2-2馈电过孔150b中的每个允许彼此极化的2-1RF信号和2-2RF信号通过。
第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112中的每个可发送多个RF信号,并且多个RF信号可以是携带不同数据的多个载波信号。因此,根据多个RF信号的发送或接收,第一贴片天线图案111和第二贴片天线图案112中的每个的数据发送速率或数据接收速率可提高2倍。
在示例中,1-1RF信号和1-2RF信号具有不同的相位(例如:90度相位差或180度相位差),使得彼此的干扰可减少,并且2-1RF信号和2-2RF信号具有不同的相位(例如:90度相位差或180度相位差),使得彼此的干扰可减少。
在示例中,1-1RF信号和2-1RF信号分别相对于X轴方向和Y轴方向(与传播方向(例如,Z轴方向)垂直的,同时彼此垂直)形成电场和磁场,从而实现RF信号之间的极化。第一贴片天线图案111中的与1-1RF信号和2-1RF信号对应的表面电流以及与1-2RF信号和2-2RF信号对应的表面电流可彼此垂直地流动。这里,X轴方向和Y轴方向匹配由第一贴片天线图案111中的彼此垂直的边指示的方向,并且Z轴方向匹配第一贴片天线图案111的法向方向。
天线装置100可包括第一馈电图案116。第一馈电图案116可包括具有预定长度的馈电路径,并且可在竖直方向上连接第一贴片天线图案111和第一馈电过孔120。因此,第一馈电图案116可提高针对第一贴片天线图案111的馈电路径的阻抗匹配效率,并且可改善双极化之间的隔离,从而减小增益劣化,并且可提供均匀的增益。
天线装置100可包括第二馈电图案117。第二馈电图案117可包括具有预定长度的馈电路径,并且可在竖直方向上连接第二贴片天线图案112和第二馈电过孔150。因此,第二馈电图案117可提高针对第二贴片天线图案112的馈电路径的阻抗匹配效率,并且可改善双极化之间的隔离,从而减小增益劣化,并且可提供均匀的增益。
天线装置100可包括第三贴片天线图案115。第三贴片天线图案115在竖直方向上与第二贴片天线图案112分开,并且在平面图中与第二贴片天线图案112的至少一部分叠置。第三贴片天线图案115与第二贴片天线图案112耦合,并且可通过增加电磁耦合集中度来提高第二贴片天线图案112的增益。
多个屏蔽过孔190可彼此对称地布置。在示例中,八个屏蔽过孔190a、190b、190d、190e、190f、190g、190h和190i相对于虚拟的第一延长线V1彼此对称地布置,并且八个屏蔽过孔190a、190b、190d、190e、190f、190g、190h和190i相对于虚拟的第二延长线V2彼此对称地布置,第一延长线V1连接1-1馈电过孔120a和2-1馈电过孔150a,第二延长线V2连接1-2馈电过孔120b和2-1馈电过孔150b。相比之下,当在多个屏蔽过孔190之中仅存在五个屏蔽过孔190a、190b、190c、190g和190i而未设置四个屏蔽过孔190d、190e、190f和190h时,五个屏蔽过孔190a、190b、190c、190g和190i相对于虚拟的第一延长线V1或虚拟的第二延长线V2彼此水平不对称地布置。
与多个屏蔽过孔的非对称布置结构相比,当多个屏蔽过孔190彼此对称时,峰值增益朝向辐射图案中的视轴偏移,使得峰值增益与视轴处的增益之间的差可减小。此外,参照图15A和图15B,与多个屏蔽过孔的非对称布置结构相比,在多个屏蔽过孔的对称布置结构的示例中,在电磁场分布图中,天线装置100中感应的电流量可更均匀,并且在天线装置100中,边缘场的大小可更大。图15A中的指示边缘场的箭头比图15B中指示边缘场的箭头厚和长。图15A示出了多个屏蔽过孔具有对称布置结构的示例天线装置的电磁场分布,并且图15B示出了多个屏蔽过孔具有不对称布置结构的天线装置的电磁场分布。因此,可减轻天线装置100的波束倾斜现象,可提高视轴中的增益,并且可在带宽内形成均匀的增益。
多个屏蔽结构180可设置在天线装置100的外周处,并且可电连接到接地面201。因此,多个屏蔽结构180可防止与相邻定位的其他天线装置干扰,并且可增加天线装置100的增益。
当天线装置100被实现用于5G毫米波通信时,可实现负责宽边波束成形的贴片天线的宽带,并且可缩小模块的尺寸。此外,在实现双极化天线的示例中,可通过使用馈电图案改善双极化波之间的隔离来减小增益劣化,并且可提供均匀的增益。此外,通过将对称布置的多个屏蔽过孔190应用于第一贴片天线图案111,可改善第一谐振频率与第二谐振频率之间的隔离的程度,从而抑制波束倾斜,从而确保高增益。此外,通过将感应线141应用于第一贴片天线图案111,可另外提高第二谐振频率带宽的增益。
图9是根据一个或更多个实施例的多个示例天线装置的布置的俯视平面图。
天线阵列可包括多个天线装置100。多个天线装置100中的每个可以是上述图1至图8的天线装置之一。在平面图中,多个天线装置100中的每个的至少一条边可相对于其上安装有多个天线装置100的基板的一条边以一定角度倾斜。在示例中,在天线装置100中,第一贴片天线图案111的至少一条边或第二贴片天线图案112的至少一条边可在平面图中倾斜。由于多个第一贴片天线图案111可被布置为使得它们彼此不平行,因此可削弱多个第一贴片天线图案111之间的耦合。此外,由于多个第二贴片天线图案112可被布置为使得它们彼此不平行,因此可削弱多个第二贴片天线图案112之间的耦合。因此,天线装置100的增益损失可能由于多个天线装置100之间的耦合而发生,与多个天线装置彼此平行地布置的情况相比,在多个天线装置100彼此倾斜地布置的情况下,增益损失可减少。此外,由于第一贴片天线图案111可以是倾斜的,因此扩展贴片天线图案114的紧凑设计是可行的,从而可减小天线装置100的尺寸。
多个屏蔽结构180可设置在多个天线装置100之间,以阻挡多个天线装置100。多个屏蔽结构180可防止多个天线装置100之间的干扰,因此可增加天线阵列的增益。
图10是示意性地示出根据一个或更多个实施例的示例天线装置的下侧结构的侧视图。
参照图10,根据一个或更多个实施例的示例天线装置可包括连接构件200、IC310、粘合构件320、电连接结构330、包封构件340、无源组件350以及芯构件410中的至少一部分。
连接构件200可具有其中具有预先设计的图案的多个金属层(例如,布线)和多个绝缘层堆叠的结构(诸如,印刷电路板(PCB))。
IC 310可设置在连接构件200的下侧。IC 310可连接到连接构件200的布线,因此可发送或接收RF信号,并且可通过连接到连接构件200的接地面而接地。在示例中,IC 310可通过执行频率转换、放大、滤波、相位控制和电力生成中的至少一些来生成转换后的信号。
粘合构件320可使IC 310与连接构件200彼此结合。
电连接结构330可连接IC 310和连接构件200。在示例中,电连接结构330可具有诸如焊球、引脚、焊盘和垫的结构。电连接结构330可具有比连接构件200的布线和接地面的熔点低的熔点,因此可通过使用这种较低熔点的预定工艺连接IC 310和连接构件200。
包封构件340可包封IC 310的至少一部分,并且可改善IC 310的散热性能和冲击保护性能。在示例中,包封构件340可实现为感光包封剂(PIE)、味之素堆积膜(Ajinomotobuild-up film,ABF)、环氧模塑料(EMC)等。
无源组件350可设置在连接构件200的底表面上,并且可连接到连接构件200的布线和/或接地面。在示例中,无源组件350可包括电容器(例如,多层陶瓷电容器(MLCC))、电感器以及片式电阻器中的至少一个,但不限于此。
在示例中,芯构件410可设置在连接构件200的下侧,并且可连接到连接构件200,以从外部源接收中频(IF)信号或基带信号并将接收到的信号发送到IC 310,或者从IC 310接收IF信号或基带信号并将接收到的信号发送到外部源。这里,RF信号的频率(例如,24GHz、28GHz、36GHz、39GHz或60GHz)可高于IF信号的频率(例如,2GHz、5GHz、10GHz等)。
在示例中,芯构件410可通过连接构件200的布线将IF信号或基带信号发送到IC310或者从IC 310接收IF信号。由于连接构件200的接地面设置在IC接地面与布线之间,因此在天线装置中,IF信号或基带信号与RF信号可彼此电分离。
图11是根据一个或更多个实施例的示例天线装置的下侧结构的示意性侧视图。
参照图11,根据一个或更多个实施例的示例天线装置可包括屏蔽构件360、连接器420和片式天线430中的至少一个。
屏蔽构件360可设置在连接构件200的下侧,以与连接构件200一起限制IC 310和包封构件340。在示例中,屏蔽构件360可被设置为用于所有IC 310、无源组件350和包封构件340的共形屏蔽,或者用于IC 310、无源组件350和包封构件340中的每个的隔室屏蔽。在示例中,屏蔽构件360可具有带有一个开口侧的六面体的形状,并且可通过与连接构件200组合而形成六面体容纳空间。屏蔽构件360可因为其利用具有高导电性的材料(诸如,铜)实现而具有浅的集肤深度,并且可连接到连接构件200的接地面。因此,屏蔽构件360可降低IC310和无源组件350可能接收的电磁噪声。然而,根据各种实施方式,可省略包封构件340。
连接器420可具有电缆(例如,同轴电缆等)或柔性PCB的连接结构,可连接到连接构件200的IC接地面,并且可起到与子板类似的作用。连接器420可从电缆接收IF信号、基带信号和/或电力,或者可通过电缆提供IF信号和/或基带信号。
片式天线430可发送或接收RF信号以支持示例天线装置。在示例中,片式天线430可包括:介电块,具有比绝缘层的介电常数大的介电常数;以及多个电极,设置在介电块的相对侧处。多个电极中的一个电极可连接到连接构件200的布线,并且另一电极可连接到连接构件200的接地面。
图12是示出根据一个或更多个实施例的示例天线装置在示例电子装置中的布置的俯视平面图。
参照图12,示例天线装置100可与示例电子装置700的侧边界相邻地布置在电子装置700的组板600上。天线装置100可以是图1至图11的上述天线装置之一。
作为非限制性示例,电子装置700可以是智能电话、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、电视机、视频游戏机、智能手表、汽车部件等,但这不是限制性的。
还可在组板600上设置通信模块610和基带电路620。天线装置100可通过同轴电缆630连接到通信模块610和/或基带电路620。
通信模块610可包括以下项中的至少一部分以执行数字信号处理:存储器芯片,诸如,易失性存储器(例如,DRAM)、非易失性存储器(例如,ROM)和闪存;应用处理器芯片,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、加密处理器、微处理器和微控制器;以及逻辑芯片,诸如,模数转换器和专用集成电路(ASIC)。
基带电路620可通过执行模数转换、模拟信号的放大、滤波和频率转换来生成基带信号。从基带电路620输入/输出的基带信号可通过电缆传输到天线装置。
在示例中,基带信号可通过电连接结构、芯过孔和布线传输到IC。IC可将基带信号转换为毫米波(mmWave)频带的RF信号。
可在根据该示例的天线装置中未设置图案、过孔、接地面、布线和电连接结构的区域中填充介电层1140。
图13是示出根据一个或更多个实施例的示例天线装置在电子装置中的布置的俯视平面图。
参照图13,作为示例,示例天线装置100可与多边形电子装置700的侧部的中心相邻地设置在电子装置700的组板600上,并且通信模块610和基带电路620可进一步设置在组板600上。天线装置100可通过同轴电缆630连接到通信模块610和/或基带电路620。天线装置100可以是图1至图11的上述天线装置之一。
图14是示出根据一个或更多个实施例的示例天线装置在示例电子装置中的布置的俯视平面图。
参照图14,天线装置100可在电子装置700的组板600上竖直地设置在多边形电子装置700的侧部。例如,设置在电子装置700的上侧的天线装置100的视轴方向可以是X轴方向,并且设置在电子装置700的左侧的天线装置100的视轴方向可以是变得远离电子装置700的Y轴方向。还可在组板600上设置通信模块610和基带电路620。天线装置可通过同轴电缆630连接到通信模块610和/或基带电路620。天线装置100可以是图1至图11的上述天线装置之一。
尽管本公开包括具体示例,但在理解本申请的公开内容后将显而易见的是,在不脱离权利要求及其等同方案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改变。在此描述的示例将仅被认为是描述性的意义,而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为是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、装置或电路中的组件和/或用其他组件或它们的等同物组件或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件,则可获得合适的结果。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方案来限定,并且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括在本公开中。
Claims (20)
1.一种天线装置,包括:
第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频信号,并且包括凹入部,所述凹入部设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧;
第一馈电过孔,被配置为向所述第一贴片天线图案馈电;以及
附加天线图案,与所述第一贴片天线图案分开设置,并且耦合到所述第一贴片天线图案,并且设置在与所述凹入部对应的位置,
其中,所述附加天线图案的至少一部分设置在所述凹入部的内部。
2.根据权利要求1所述的天线装置,所述天线装置还包括盘绕式馈电图案,所述盘绕式馈电图案电连接到所述第一馈电过孔的上端,并且所述盘绕式馈电图案的至少一部分具有盘绕形状。
3.根据权利要求2所述的天线装置,其中,所述盘绕式馈电图案包括从所述盘绕式馈电图案的一端延伸的延伸部。
4.根据权利要求1所述的天线装置,所述天线装置还包括:
第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第二射频信号;以及
第二馈电过孔,被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
5.根据权利要求4所述的天线装置,所述天线装置还包括第一屏蔽过孔,所述第一屏蔽过孔被配置为围绕所述第二馈电过孔。
6.根据权利要求5所述的天线装置,所述天线装置还包括第二屏蔽过孔,
其中,所述第一屏蔽过孔和所述第二屏蔽过孔相对于虚拟的第一延长线彼此水平对称地布置,所述第一延长线连接所述第一馈电过孔和所述第二馈电过孔,
或者,所述天线装置还包括第三屏蔽过孔,
其中,所述第一屏蔽过孔和所述第三屏蔽过孔相对于虚拟的第二延长线彼此水平对称地布置,所述第二延长线垂直于连接所述第一馈电过孔和所述第二馈电过孔的第一延长线。
7.根据权利要求4所述的天线装置,其中:
所述第一馈电过孔包括多个第一馈电过孔,所述多个第一馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第一射频信号,并且
所述第二馈电过孔包括多个第二馈电过孔,所述多个第二馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第二射频信号。
8.根据权利要求1所述的天线装置,其中,在平面图中,所述第一贴片天线图案的至少一条边相对于安装有所述天线装置的基板的一条边倾斜。
9.根据权利要求1所述的天线装置,所述天线装置还包括感应线,所述感应线设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧,并且被构造为通过连接过孔连接到所述第一贴片天线图案。
10.根据权利要求9所述的天线装置,其中,所述感应线在竖直方向上与所述凹入部叠置。
11.根据权利要求1所述的天线装置,所述天线装置还包括扩展贴片天线图案,所述扩展贴片天线图案耦合到所述第一贴片天线图案,与所述第一贴片天线图案和所述附加天线图案分开,并且设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧。
12.根据权利要求11所述的天线装置,所述天线装置还包括盘绕式馈电图案,所述盘绕式馈电图案电连接到所述第一馈电过孔的上端,并且所述盘绕式馈电图案的一部分具有盘绕形状,
其中,所述盘绕式馈电图案在竖直方向上与所述扩展贴片天线图案的至少一部分叠置。
13.一种天线阵列,包括:
第一天线装置,包括:
第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频信号,并且包括凹入部,所述凹入部设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧;
第一馈电过孔,被配置为向所述第一贴片天线图案馈电;以及
附加天线图案,耦合到所述第一贴片天线图案,并且与所述第一贴片天线图案分开设置;以及
第二天线装置,与所述第一天线装置分开设置,
其中,在平面图中,所述第一贴片天线图案的至少一条边相对于安装有所述第一天线装置和所述第二天线装置的基板的一条边倾斜。
14.根据权利要求13所述的天线阵列,所述天线阵列还包括多个屏蔽结构,所述多个屏蔽结构设置在所述第一天线装置与所述第二天线装置之间。
15.根据权利要求13所述的天线阵列,所述天线阵列还包括:
第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第二射频信号;以及
第二馈电过孔,被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
16.根据权利要求15所述的天线阵列,其中:
所述第一馈电过孔包括多个第一馈电过孔,所述多个第一馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第一射频信号,并且
所述第二馈电过孔包括多个第二馈电过孔,所述多个第二馈电过孔被配置为发送各自具有不同相位的多个第二射频信号。
17.一种电子装置,包括:
天线装置,包括:
第一贴片天线图案,被配置为发送和/或接收第一射频信号;
第一天线图案,被设置为面对凹入部,所述凹入部形成在所述第一贴片天线图案的至少一侧;
第一馈电过孔,与所述第一贴片天线图案分开设置,并且被构造为提供到所述第一贴片天线图案的馈电路径;
第二贴片天线图案,被配置为发送和/或接收与所述第一射频信号不同的第二射频信号,并且被设置为与所述第一贴片天线图案叠置;以及
第二馈电过孔,与所述第一馈电过孔分开,并且被配置为向所述第二贴片天线图案馈电。
18.根据权利要求17所述的电子装置,所述电子装置还包括盘绕式馈电图案,所述盘绕式馈电图案被构造为提供到所述第一贴片天线图案的馈电路径。
19.根据权利要求17所述的电子装置,所述电子装置还包括感应线,所述感应线被构造为面对所述凹入部。
20.根据权利要求17所述的电子装置,所述电子装置还包括多个扩展贴片天线图案,所述多个扩展贴片天线图案设置在所述第一贴片天线图案的至少一侧。
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