CN116454611A - 具有穿孔和增强天线元件的相控天线阵 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有穿孔和增强天线元件的相控天线阵。提供了与具有穿孔和增强的天线元件相关的系统、装置和方法。示例性贴片天线结构包括：在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个穿孔，和在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个延伸导电部分,所述第二侧与所述第一侧相对；在所述结构的接地层上的接地面,所述接地层与所述第一层间隔开；和第一信号馈源，用于将信号耦合到所述第一导电贴片。在一个示例中，一个或多个延伸导电部分的单个延伸导电部分可以补偿与一个或更多个穿孔中的对应穿孔相关联的辐射图案。

Description

具有穿孔和增强天线元件的相控天线阵

相关申请的交叉引用

本申请主张2022年1月7日提交的题为“宽扫描范围相控阵用多通道波束形成器馈电的穿孔和放大天线元件”的美国临时专利申请(编号：63/297355)的优先权和利益，在此通过引用将其全部并入本文，如同下文所述，并用于所有适用目的。

技术领域

本公开总体上涉及电子器件，更具体地涉及用于射频(RF)系统中的天线。

背景技术

RF系统是以电磁波的形式发送和接收信号的系统，其频率范围约为3千赫兹(kHz)至300千赫兹(GHz)。RF系统通常用于无线通信，蜂窝/无线移动技术是一个突出的例子。

在RF系统的背景下，天线是一种设备，它充当无线通过空间传播的无线电波和在发射器或接收器使用的金属导体中移动的电流之间的接口。在传输过程中，无线电发射机向天线的终端提供电流，天线将电流中的能量作为无线电波进行辐射。在接收过程中，天线拦截无线电波的部分功率，在其终端产生电流，电流随后被施加到接收器以进行放大。天线是所有无线电设备的基本部件，用于无线电广播、广播电视、双向无线电、通信接收机、雷达、手机、卫星通信和其他设备。

具有单个天线元件的天线可以广播在球面波阵面中的所有方向上均匀辐射的辐射图案。相控阵天线通常可以指用于在特定空间方向上聚焦电磁能量从而产生主波束的天线元件的集合。相控阵列天线与单天线系统相比可以提供许多优点，例如高增益、执行定向转向的能力以及同时通信。因此，相控阵天线可以更频繁地用于各种不同的应用，例如军事应用、移动技术、机载雷达技术、汽车雷达、蜂窝电话和数据以及Wi-Fi技术。

附图说明

为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，结合附图参考以下描述，其中相同的参考数字表示相同的部分，其中：

图1A示出了根据本公开的一些实施例的示例性天线阵列系统的俯视图；

图1B示出了根据本公开的一些实施例的示例性天线阵列系统的横截面侧视图；

图2示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线的俯视图；

图3A示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线结构的透视图；

图3B示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线结构的横截面侧视图；

图4示出了根据本公开的一些实施例的具有镀孔和切除区域的示例性贴片天线结构的透视图；

图5示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线结构的俯视图；

图6示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性堆叠贴片天线结构的俯视图；和

图7是示出根据本公开的一些实施例的天线阵列设备的框图。

具体实施方式

本公开的系统、方法和设备各自具有若干创新实施例，其中没有一个单独负责本文公开的所有期望属性。本说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节在下面的描述和附图中阐述。

如上所述，可以在RF系统中使用天线来通过空间无线地发送和/或接收无线电波。随着对无线通信的需求持续增长，由于在这些高频处可用的大带宽，人们对在毫米波段上开发无线通信感兴趣。例如，第五代(5G)系统和网络可以利用28GHz和39GHz毫米频带来提供比在较低频带中提供的服务具有更高数据速率和/或更低延迟的服务。此外，大的频率带宽可以允许无线通信设备(例如，基站或用户设备(UE))可以在其中扫描通信的许多频率信道。为此，相控阵天线通常用于频率扫描。在一些示例中，相控阵天线可以包括安装在印刷电路板(PCB)上的天线元件阵列。PCB用于使用从层压在非导电衬底(例如绝缘材料)上的金属片(例如铜片)蚀刻的导电路径、轨道或信号迹线来机械地支撑和电连接电子部件。

在一个示例中，相控阵天线阵列可以由波束形成器芯片激励。例如，相位天线阵列和波束形成芯片可以设置在多层PCB上。波束形成是一种技术，通过该技术，可以操纵天线阵列以在特定空间方向上发射无线电信号或接收无线电信号。波束形成可以包括调整由天线元件发送或从天线元件接收的信号的相位，使得发送或接收的信号可以在期望的空间方向上提供相长干扰。可以通过从波束形成器芯片到天线元件的贯穿同轴通孔(其可以被称为馈电通孔)来处理激励。因为这样的波束形成器可以具有多个信道来馈送阵列中的多个天线元件，所以馈送或激励通孔要彼此隔离以避免这些天线元件之间的相互耦合。提供这种隔离的一种方法是用屏蔽通孔包围激励通孔。在一些示例中，屏蔽通孔可以是接地通孔。围绕或邻近特定激励通孔的屏蔽通孔可以减少来自相邻激励通孔处的信号的噪声干扰，并且通常可以改善特定激励通孔处的信号完整性。

在一些示例配置中，屏蔽通孔可以在随机位置撞击天线元件。也就是说，天线元件可以具有例如靠近天线元件的边缘的部分，这些部分被随机移除或刺穿以容纳屏蔽通孔。因为电流分布可能在天线元件的边缘周围(例如，在天线元件宽度约为引导波长的十分之一的边缘区域中)处于最大值，所以去除边缘附近的部分会大大降低天线元件的性能，例如，在辐射图案和信号强度方面。

通常有两种选择来提供带有反向钻孔的屏蔽通孔。反钻可以指通过移除多层PCB中的短截线(例如，过孔的不必要或未使用部分)来创建通孔的过程，以允许信号从一层流到另一层。在第一种选择中，在天线元件中形成(例如，通过移除或刺穿天线元件的部分)通孔焊盘的孔(例如，开口、槽或穿孔)，并且穿孔为空(即，空气填充和非电镀)。在第二种选择中，天线元件中的孔或开口可以用环氧树脂填充并电镀，从而使天线元件具有更大的面积。在任何情况下，单独具有穿孔或具有镀层的天线元件可以改变和/或降低天线元件的性能，例如，在辐射图案和信号强度方面。

因此，本公开提供了由于屏蔽通孔的容纳而提高具有随机穿孔或增强的天线元件的性能的技术。在本公开的一个方面，第一示例贴片天线结构可以包括在该结构的第一层上的第一导电贴片。第一导电贴片可以包括导电材料。第一导电贴片可包括位于第一导电贴片的第一侧的外围(例如，边缘附近的区域或外周边)的一个或多个穿孔。穿孔可以是被移除以容纳如上所述使用第一选项的屏蔽通孔的区域或部分。因为第一导电贴片的外围处的穿孔会降低第一导电贴片(例如，辐射、信号强度)的性能，所以第一导电贴片可以在相对的第二侧包括一个或多个延伸的导电部分(或添加的部分)。延伸的导电部分可以补偿或平衡由穿孔引起的不期望的辐射图案。在一个示例中，第一导电贴片可以具有大致正方形的形状，在第一侧上具有一个或多个穿孔(例如，切除区域、切除部分、切口)，并且在相对的第二侧上具有延伸部分(例如，添加部分或突出部分)。第一贴片天线结构还可以包括结构的接地层上的接地面，其中接地层可以与第一层间隔开(例如，通过交替的导电层和绝缘层或电介质层)。第一贴片天线结构还可以包括第一信号馈源，以将信号(例如，来自波束形成器)耦合到第一导电贴片。在一个示例中，用于屏蔽通孔的一个或多个穿孔可以接近(或围绕)第一信号馈送，以屏蔽第一信号馈送不与其他信号馈送耦合(例如，来自其他波束形成器信道)。

在一些方面，可以添加延伸的导电部分以平衡每个穿孔。也就是说，一个或多个穿孔中的每一个可以具有一个或更多个延伸导电部分中的对应一个。此外，每个延伸的导电部分可以对称地添加到第二侧。例如，一个或多个穿孔中的第一穿孔的位置可以与一个或更多个延伸导电部分中的对应一个在第一导电贴片的中心轴处的位置大致对称。中心轴可以从第一导电贴片的第三侧延伸到第一导电贴片相对的第四侧，其中第三侧可以与第一侧和第二侧相邻。在一些方面，所述延伸导电部分中的第一延伸导电部分的面积基于所述一个或多个穿孔中的对应穿孔的面积。例如，第一延伸导电部分的导电面积可以与第一穿孔的面积大致相同，使得第一延伸导电部可以补偿由于第一穿孔造成的辐射损失。

如上所述，在穿孔和延伸之前，第一导电贴片最初可以具有基本上正方形的形状。最初设计或期望的谐振频率和/或操作带宽可以在穿孔和延伸之后改变。为了调整或调谐穿孔的、延伸的第一导电贴片的谐振频率和/或工作带宽，第一贴片天线结构可以包括位于结构的第二层上的第二导电贴片，其中第二层可以位于第一层和接地层之间，并且通过介电材料与第一层隔开。第二导电贴片还可以包括导电材料。在一些示例中，第一导电贴片可以被称为上贴片，第二导电贴片可以称为下贴片。在一些方面，第一信号馈源可以电耦合到第一导电贴片，并且电容(或寄生)耦合到第二导电贴片。在这种配置中，第一导电贴片或上贴片可以是辐射贴片，而第二导电贴片或下贴片可以是非辐射贴片。在其他方面，第一信号馈源可以电耦合到第二导电贴片，并且电容(或寄生)耦合到第一导电贴片。在这种配置中，第一贴片天线结构可以称为堆叠贴片天线，其中第一和第二导电贴片可以作为辐射元件操作。

在一些方面，第一贴片天线结构可以支持双极化。为此，第一贴片天线结构可进一步包括第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片。第一信号馈源可以与第一极化相关联，并且第二信号馈源可与不同于(例如，正交于)第一极化的第二极化相关联。例如，第一极化可以是水平极化(H-pol)或垂直极化(V-pol)中的一个，而第二极化可以是H-pol或V-pol中的另一个。

在本公开的另一方面，第二示例贴片天线结构可以包括在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个镀孔。一个或多个镀孔可以是被移除、填充有环氧树脂材料并被镀覆(例如，被板覆盖)以容纳如上所述使用第二选项的屏蔽通孔的区域或部分。因为第一导电贴片的增大(或增大)的面积可以改变或降低第一导电贴片的性能(例如，辐射、信号强度)，所以第一导电贴片可在第一导电补的相对的第二侧包括一个或多个切除区域。切除区域可以补偿或平衡由增强引起的不期望的辐射图案。在一个示例中，第一导电贴片可以具有大致正方形的形状，在第一侧上具有一个或多个镀孔(例如，增大部分和延伸部分)，在第二侧上具有所述一个或更多个切除区域(例如，去除部分、槽、开口)。第二贴片天线结构可以进一步包括在结构的接地层上的接地面，其中接地层可以与第一层间隔开(例如，通过交替的导电层和绝缘层或介电层)。第二贴片天线结构还可以包括第一信号馈源，以将信号(例如，来自波束形成器)耦合到第一导电贴片。在一个示例中，用于屏蔽通孔的一个或多个镀孔可以接近(或围绕)第一信号馈送，以屏蔽第一信号馈送与其他信号馈送(例如，来自其他波束形成器信道)耦合。

类似于第一贴片天线结构，一个或多个镀孔中的每一个可以对应于一个或更多个切除区域中的一个。此外，可以对称地去除每个切除区域。例如，一个或多个切除区域中的第一切除区域的位置可以与第一导电贴片的中心轴处的一个或更多个镀孔中的对应一个的位置对称。中心轴可以从第一导电贴片的第三侧延伸到相对的第四侧，其中第三侧与第一侧和第二侧相邻。此外，第二贴片天线结构还可以包括位于结构的第二层上的第二导电贴片，以调节第二贴片结构的谐振频率和/或工作带宽，其中第二层可以位于第一层和接地层之间，并且通过介电材料与第一层隔开。此外，第一信号馈源可以电耦合到第一导电贴片或第二导电贴片中的一个，并且电容(寄生)耦合到第一传导贴片或第二传导贴片中的另一个。此外，第二贴片天线结构还可以支持双极化。为此，第一贴片天线结构可进一步包括第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片。第一信号馈源可以与第一极化(例如，H极化或V极化之一)相关联，并且第二信号馈源可与不同于第一极化的第二极化(例如H极化或V-极化中的另一极化)相关联。

在本公开的另一方面，天线阵列设备可以包括多个天线元件和耦合到所述多个天线元件中的一个或多个的波束形成器电路。一个或多个天线元件可以具有如上所述的第一贴片天线结构或第二贴片天线结构的结构。波束形成器电路可以包括多个波束形成器信道，其可以耦合到(例如，将信号馈送到)至少一些天线元件。

本文所述的系统、方案和机制有利地改进了由于在天线阵列装置或系统中容纳屏蔽通孔而具有随机穿孔和/或镀孔的贴片天线。例如，将延伸的导电部分添加到具有相对边缘穿孔的贴片天线的边缘可以补偿或抵消由于穿孔造成的辐射损失。或者，在贴片天线的边缘处移除或创建切口(在相对边缘处具有镀孔)，可以补偿或抵消由于镀孔(或增强)引起的辐射变化。本公开允许在任何合适的位置放置屏蔽通孔，以改善激励通孔处的信号完整性，而不会降低天线元件的性能，即使天线元件可以被随机穿孔以容纳屏蔽通孔。

图1A示出了根据本公开的一些实施例的示例性天线阵列系统100的俯视图。顶视图可以在图1A所示的x-y-z坐标系的y-x平面中。天线阵列系统100可以用在用于无线传输和/或接收的RF系统中。在一些情况下，天线阵列系统100可以是图7的天线装置700的一部分。如图1所示，天线阵列系统100可以包括天线阵列101、波束形成器集成电路(BFIC)120和BFIC 122。天线阵列101可以包括多个天线元件110(分别示为110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g和110h)。为了简化说明，图1A示出了八个天线元件110和两个BFIC 120和122。然而，天线阵列101可以包括任何合适数量的天线元件110(例如，2、4、5、6、7、9、10、16、32、64或更多)，并且系统100可以包括任何适当数量的BFIC 120和122(例如，1、3、4或更多)。

在各种示例中，系统100可以是多层PCB系统，并且BFIC 120和122可以位于PCB系统的与天线阵列101不同的层上。BFIC 120和122也可以位于不同的层上。此外，在一些示例中，天线阵列101可以在多层PCB系统的不同层上包括天线元件110。多层系统的更详细的视图显示在图1B中，并且将在下面参考图1B更充分地讨论。

如图1A中进一步示出的，BFIC 120和122中的每一个可以包括多个波束形成器信道121(由粗黑线示出，并且在图1A中仅其中一个用附图标记标记，以便不使附图混乱)。波束形成器信道可以包括移相器、放大器、发射/接收开关和/或输入/输出端口(例如，类似于图7中所示的波束形成器722)。每个波束形成器信道121可以彼此独立地执行波束形成操作。每个波束形成信道121可以生成该组中的相移和/或增益调整信号之一。对于传输，多个波束形成器信道121可以耦合到天线元件110的至少一个子集，以将相移和/或增益调整信号的集合馈送到天线元件的子集110。更具体地，每个波束形成器信道121可以向子集中的不同天线元件110馈送相移和/或增益调整信号中的不同信号。也就是说，子集中的每个天线元件110可以发射相同的信号，但具有不同的相位和/或增益。由天线阵列101辐射或发射的信号可以具有基于由天线元件110的子集发射的RF信号的相长干扰而生成的具有主波束(例如，指向特定方向)的辐射图案。在图1所示的示例中，BFIC 120可以具有耦合到天线元件110b和110c的波束形成器信道121，而BFIC 122可以具有耦合至天线元件110f和110g的波束成形器信道121。在一些示例中，BFIC 120可以操作以对一个频带中的信号进行波束成形，而BFIC 122可以操作以在另一频带中对信号进行波束形成。

如图1A中进一步所示，BFIC 120的波束形成器信道121可以耦合到激励通孔112，使得来自波束形成器信道121的信号可以被馈送到天线元件110b。此外，可以添加屏蔽通孔114和116以隔离由激励通孔112馈送的信号，从而对天线元件110b造成随机穿孔。通常，图1A中的每个空填充圆可以表示通孔。通孔通常可以是PCB的不同层之间的电连接。在一些示例中，激励线113可以从多层PCB系统的不同层馈送到天线元件110d的激励通孔115。

虽然在图1A中未示出，但是天线元件110f和110g还可以包括分别类似于激励通孔112和屏蔽通孔114和116的激励通孔(用于耦合到BFIC122的波束形成器信道121)和屏蔽通孔。

图1B示出了根据本公开的一些实施例的图1A的示例性天线阵列系统100的横截面侧视图。横截面侧视图可以沿着图1A的线B-B截取。横截面侧视图可以在图1A-1B的x-y-z坐标系的z-x平面中。如图1B所示，系统100可以是多层PCB系统，其包括沿着z轴垂直地与绝缘层或电介质层交替的导电层。在所示示例中，系统100可以包括导电层140，然后是导电层140顶部的绝缘层142(例如，包括介电材料)，然后是绝缘层142顶部的另一导电层144，依此类推。层140可以是贴片天线层150，图1A的天线元件110可以设置在该贴片天线层上。系统100可包括与层140(其上设置有天线元件110)间隔开的另一层146。层146可以是天线接地层152，用作系统100的天线接地面。系统100可进一步包括位于层146顶部的导电层148。层148可以是激励层154，激励线(例如来自BFIC 120和/或122)可以设置在激励层154上。

如图1B中进一步所示，激励通孔112(例如，垂直电导体)可以在贴片天线层150和激励层154之间延伸。例如，激励通孔112可以具有电耦合到贴片天线层150的一端和电耦合到激励层154的相对端。在一些情况下，例如，当贴片天线层150中的天线元件110电容(或寄生)耦合时，激励通孔112可以在层148和144之间延伸。

如图1B中进一步所示，屏蔽通孔114在反钻之前(例如，从层140延伸到顶层149)，而屏蔽通孔116在反钻之后(例如，去除从层140到层146附近的短截线)。

因为屏蔽通孔(例如，屏蔽通孔114和116)被添加以围绕激励通孔，使得激励通孔可以与其他激励信号隔离，所以天线元件(例如，天线元件110)可以在随机位置处具有穿孔。穿孔会降低天线元件的性能(例如，辐射性能)。图2、图3A-3B和图4-6示出了由于容纳屏蔽通孔而可以提高性能或恢复性能损失的各种天线结构配置。

图2示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线200的俯视图。顶视图可以在图2所示的x-y-z坐标系的y-x平面中。在一些方面，贴片天线200可以用作天线阵列(例如，图1的天线阵列101或图7的天线阵列710)中的天线元件。贴片天线200可以是导电贴片(例如，辐射元件)。在一些示例中，贴片天线200可以设置在多层PCB系统的层上，如上文参考图1B所述。

如图2所示，贴片天线200可以具有基本上正方形的形状210，其中穿孔211、212、213、214、215、216、217和218位于贴片天线200的外围220(例如，靠近边缘或外周边的区域)中。更具体地，穿孔211和212可以位于贴片天线200的第一侧(由区域1示出)，穿孔213和214可以位于贴片天线200的与第一侧相对的第二侧(由区域2示出)，穿孔215和216可以位于贴片天线200的第一侧和第二侧之间的第三侧(由区域3示出)，穿孔217和218可以位于与第三侧相对的贴片天线200第四侧(由区4示出)。在一个示例中，穿孔211-218可以被创建为容纳如上所述的屏蔽通孔(例如，屏蔽通孔114和116)。穿孔211-218也可以通常称为开口、槽或移除部分。

如图2进一步所示，贴片天线200可以具有大约为引导波长(例如，λ_g)的一半的边长202。贴片天线200上的电流分布可以在贴片天线200的边缘处最大，例如，在大约引导波长的十分之一的宽度204内。这样，这些边缘区域内的任何穿孔(由带有斜线的图案所示)都会显著降低贴片天线200的性能(例如，辐射图案和/或信号强度)。

为了补偿穿孔211-218，贴片天线200可以包括延伸的导电部分230、232、234、236、238、240、242和244。每个延伸的导电部分230-244可以补偿穿孔211-218中的一个。也就是说，穿孔211-218中的每一个可以具有延伸的导电部分230-244中的相应一个。更具体地，每个延伸的导电部分230-244可以对称地添加到贴片天线200。例如，可以增加沿第二侧延伸的导电部分234以补偿区域1中的穿孔211，可以增加沿第二侧延伸的导电部分236以补偿区域1中的穿孔212，可以增加沿第一侧延伸的导电部分230以补偿区域2中的穿孔213，并且可以增加沿着第一侧的延伸导电部分232以补偿区域2中的穿孔214。也就是说，单个穿孔(例如，穿孔211)的位置可以与贴片天线的中心轴201处的延伸导电部分(例如，延伸导电部分234)中的相应一个的位置大致对称。中心轴201可以从贴片天线200的第三侧延伸到相对的第四侧。

以类似的方式，可以增加沿第四侧延伸的导电部分242以补偿区域3中的穿孔215，可以增加沿第四侧延伸的导电部分244以补偿区域3中的穿孔216，可以增加沿第三侧延伸的导电部分238以补偿区域4中的穿孔217，并且可以增加沿第三侧延伸的导电部分240以补偿区域4中的穿孔218。也就是说，单个穿孔(例如，穿孔211)的位置可以与贴片天线的中心轴203处的延伸导电部分(例如，延伸导电部分234)中的相应一个的位置大致对称。中心轴203可以从贴片天线200的第一侧延伸到相对的第二侧。即，中心轴线203可以大致垂直于中心轴线201。延伸的导电部分230-244也可以通常称为附加的导电部分、增强部分和/或延伸部分，并且可以包括与贴片天线200的其余部分(例如，原始方形部分)相同的导电材料。

在一些方面，可能期望延伸导电部分具有与延伸导电部分要补偿的穿孔大致相同的面积。也就是说，延伸的导电部分234可以具有与穿孔211大致相同的面积，延伸的传导部分236可以具有与孔212大致相同的区域，等等。

虽然图2示出了具有基本圆形形状的穿孔211-218和具有基本矩形形状的延伸导电部分230-244，但是穿孔211-218和延伸的导电部分230-244可以具有任何合适的形状组合(例如正方形、圆形、矩形、不规则几何形状等)。此外，穿孔211-218中的每一个和延伸导电部分230-244中的对应一个可以具有相同的形状或不同的形状。

在一些示例中，贴片天线200的延伸导电部分230-244可以从期望的谐振频率和/或操作带宽(例如，由原始正方形贴片提供)偏移贴片天线200中的谐振频率，和/或修改贴片天线200上的操作带宽。在各个方面，谐振频率和/或工作带宽可以通过在贴片天线200的垂直下方添加另一个导电贴片而恢复到期望的频率和/或者工作带宽(如为方形贴片天线设计的)，这将在下面参考图3A-3B、4和6更充分地讨论。

图3A示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线结构300的透视图。透视图可以在如图3A所示的x-y-z坐标系中。在一些方面，贴片天线结构300可以用作天线阵列(例如，图1的天线阵列101或图7的天线阵列710)中的天线元件。如图3A所示，贴片天线结构300可以包括上导电贴片310(例如，第一导电贴片)、下导电贴片320(例如，第二导电贴片)和接地面330。贴片天线结构300可以是多层PCB系统(例如，类似于图1B中所示的系统100)，其中上导电贴片310、下导电贴片320和接地面可以布置在结构300的不同层上。多层系统的更详细视图在图3B中示出，并在下面参考图3B更充分地讨论。

如图3A中进一步所示，上导电贴片310可包括靠近上导电贴片310的边缘的穿孔302(在虚线椭圆所示的区域中单独地示出为302a、302b和302c)和靠近上导电贴片310的其他边缘的延伸导电部分304(在虚线椭圆形303和305所示的区域中)。穿孔302可以允许容纳屏蔽通孔(例如，屏蔽通孔114和116)的空间。延伸的导电部分304(在虚线椭圆所示的区域中单独显示为304a、304b、304c)可以补偿穿孔302。穿孔302和延伸的导电部分304可以基本上类似于上文参考图2讨论的贴片天线200处的穿孔211-218和延伸的传导部分230-244。通常，每个穿孔302可以具有相应的延伸导电部分304，以补偿由穿孔302引起的辐射图案变化。例如，延伸的导电部分304a可以补偿穿孔302a，延伸的传导部分304b可以补偿穿孔302b，并且延伸的传导部304c可以补偿穿孔302c。

下导电贴片320可以与上导电贴片310间隔开(例如，通过电介质材料)。下导电贴片320可用于调谐或调整上导电贴片310所看到的介电常数。在一些示例中，下导电贴片320可以是非辐射贴片或元件。下导电贴片320可以具有任何合适的形状，并且通常具有与穿孔302对准的凹口或切口，以适应屏蔽通孔。

在各个方面，贴片天线结构300可以支持双极化。如图3A所示，贴片天线结构300可以包括第一信号馈源340(例如，激励通孔或垂直电导体)和第二信号馈源342。第一信号馈源340可以用于第一极化，而第二信号馈源342可以用于不同于第一极化的第二极化。例如，第一极化可以是H极化，第二极化可以是V极化。或者，第一极化可以是V-pol，第二极化可以是H-pol。此外，在结构300中，第一信号馈源340和第二信号馈源342可以电容(寄生)耦合到下导电贴片320。即，第一信号馈源340和第二信号馈源342可以不与下导电贴片320直接接触。

图3B示出了根据本公开的一些实施例的图3A的示例性贴片天线结构300的横截面侧视图。横截面侧视图可以沿着图3A的线B-B截取。横截面侧视图可以在图3A-3B的x-y-z坐标系的z-x平面中。如图3B所示，与图1B所示的系统100类似，结构300可以是多层PCB系统，其包括与图1B所示的系统100类似的沿着z轴垂直地与绝缘或介电层交替的导电层。为了简单起见，使用相同的附图标记来表示与图1B中相同的PCB层。在图3B所示的示例中，层140可以是上贴片天线层350，图3A的上导电贴片310可以设置在上贴片天线350上，层144可以是下贴片天线层351，图3A中的下导电贴片320可以设置在下贴片天线层351上，层146可以是天线接地层352，图3A所示的接地面330可以设置在其上。层148可以是激励层354，其上可以设置激励线(来自BFIC，例如BFIC 120和/或122)。第一信号馈送340(例如，激励通孔)可以在上贴片天线层350和激励层354之间延伸。例如，第一信号馈源340可以具有电耦合到上贴片天线层350的一端(例如，第一端)和电耦合到激励层354的相对端(例如第二端)。

图3B进一步示出了在反向钻孔(例如，从层140延伸到顶层149)之前的屏蔽通孔314。在一个示例中，屏蔽通孔可以对应于穿孔302a。屏蔽通孔314可以接近第一信号馈送340。通常，结构300可以包括布置在任何合适位置的任何合适数量的屏蔽通孔，以将第一信号馈源340和/或第二信号馈源342彼此隔离和/或将来自相同天线阵列中相邻天线元件的其他信号馈源的信号隔离。

图4示出了根据本公开的一些实施例的具有镀孔和切除区域的示例性贴片天线结构400的透视图。透视图可以在如图4所示的x-y-z坐标系中。在一些方面，贴片天线结构400可以用作天线阵列(例如，图1的天线阵列101或图7的天线阵列710)中的天线元件。如图4所示，贴片天线结构400可以包括上导电贴片410(例如，第一导电贴片)、下导电贴片420(例如，第二导电贴片)和接地面430。贴片天线结构400可以是多层PCB系统(例如，类似于图1B所示的系统100和图3B所示的结构300)，其中上导电贴片410、下导电贴片420和接地面可以布置在结构400的不同层上。

在图4中，上导电贴片410可以包括靠近上导电贴片410的边缘的镀孔402(在虚线椭圆所示的区域中)和靠近上导电贴片410的其他边缘的切除区域404(在虚线椭圆形所示的区中)。镀孔402可以是类似于穿孔302的穿孔，但具有环氧树脂填充和镀覆(例如，导电材料)以覆盖环氧树脂填充的穿孔。镀孔402可用于容纳与结构300的穿孔302类似的屏蔽通孔(例如，屏蔽通孔114和116)。由于镀覆，镀覆周围的面积可能会增加。也就是说，上导电贴片410可以在相应边缘处具有增加的导电面积。切除区域404可以补偿由镀孔402引起的增大。

通常，每个镀孔402可以具有对应的切除区域404，以补偿由镀孔402引起的辐射图案变化。在一个示例中，每个切除区域404可以与对应的镀孔402大致对称，类似于上文参考图2讨论的穿孔211-218和延伸导电部分230-244之间的对应关系。一般而言，上导电贴片410的第一侧上的第一切除区域的位置可以与上导电贴片410的中心轴处的上导电贴片410的相对第二侧上的对应镀孔的位置大致对称。中心轴可以从上导电贴片410的第三侧延伸到相对的第四侧，其中第三侧可以与第一侧和第二侧相邻。在一些示例中，切除区域404的面积可以与对应的镀孔402的面积大致相同。切除区域404通常可被称为开口、槽或移除部分。

类似于结构300，结构400中的下导电贴片420可以与上导电贴片410间隔开(例如，通过电介质材料)。下导电贴片420可用于调谐或调整上导电贴片410所看到的介电常数。在一些示例中，下导电贴片420可以是非辐射元件。下导电贴片420可以具有任何合适的形状，并且通常具有与上导电贴片410的镀孔对齐的增强部，以适应屏蔽通孔。

此外，类似于结构300，贴片天线结构400可以支持双极化。如图4所示，贴片天线结构400可以包括第一信号馈源440(例如，激励通孔或垂直电导体)和第二信号馈源442。第一信号馈源440可以用于第一极化，而第二信号馈源442可以用于不同于第一极化的第二极化。例如，第一极化可以是H极化，第二极化可以是V极化。或者，第一极化可以是V-pol，第二极化可以是H-pol。此外，在结构400中，第一信号馈源440和第二信号馈源442可以电容(寄生)耦合到下导电贴片420。即，第一信号馈源440和第二信号馈源442可以不与下导电贴片420直接接触。

图5示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性贴片天线结构500的俯视图。结构500可以是如图1B和图3B所示的多层PCB系统。顶视图可以在图5所示的x-y-z坐标系的y-x平面中。在一些方面，贴片天线结构500可以用作天线阵列(例如，图1的天线阵列101或图7的天线阵列710)中的天线元件。贴片天线结构500可以包括上导电贴片510(例如，类似于图3的上导电贴片310或图2的贴片天线200)。导电贴片510最初可以具有大致正方形的形状。导电贴片510可以包括穿孔502(单独示为502a、502b、502c)以容纳屏蔽通孔(例如，屏蔽通孔114和116)。为了补偿由穿孔502引起的性能损失，导电贴片510可以包括用于每个穿孔502的延伸导电部分504(单独示出为504a、504b、504c)。更具体地，可以添加延伸导电部分504a以补偿穿孔502a，可以添加扩展导电部分504b来补偿穿孔502b，等等。通常，从导电贴片510的一侧(或边缘)移除的部分可以添加回导电贴片510相对的一侧(或者边缘)。在一些示例中，延伸导电部分504的面积可以与对应穿孔502的面积大致相同。

在各种实施例中，贴片天线结构500可以支持类似于天线结构300和400的双极化。例如，结构500可进一步包括第一信号馈源540(例如，激励通孔或垂直电导体)和第二信号馈源542。第一信号馈源540可以用于第一极化，而第二信号馈源542可以用于不同于第一极化的第二极化。作为示例，第一极化可以是H极化，第二极化可以是V极化，其中V极化的短路线可以由线501示出，H极化的短路线路可以由线503示出。

图6示出了根据本公开的一些实施例的具有穿孔和延伸导电部分的示例性堆叠贴片天线结构600的俯视图。透视图可以在如图6所示的x-y-z坐标系中。在一些方面，贴片天线结构600可以用作天线阵列(例如，图1的天线阵列101或图7的天线阵列710)中的天线元件。如图6所示，贴片天线结构600可以包括上导电贴片610(例如，第一导电贴片)、下导电贴片620(例如，第二导电贴片)和接地面630。贴片天线结构600可以是多层PCB系统(例如，类似于图1B所示的系统100和图3B所示的结构300)，其中上导电贴片610、下导电贴片620和接地面可以布置在结构600的不同层上。此外，上导电贴片610和下导电贴片620可以分别与图3的上导电贴片310和下导电片320基本相似，其中上导电贴片610可包括与穿孔302类似的穿孔602(在由虚线椭圆所示的区域中)，并且上导电贴片610和下导电贴片620可包括与延伸导电部分304类似的延伸导电部分604(在由点椭圆所示区域中)以补偿由于穿孔602而造成的辐射损失。然而，在结构600中，第一信号馈源640和第二信号馈源642电耦合(连接)到下导电贴片620，并且电容(寄生)耦合到上导电贴片610，并且上导电贴片620和下导电贴片610都是辐射贴片或元件。因此，结构600可以被称为堆叠天线结构。此外，结构600可以支持双极化，其中第一信号馈源640可以用于第一极化，第二信号馈源642可以用于不同于(正交于)第一极化的第二极化。例如，第一极化可以是H-极化或V-极化中的一个，而第二极化可以是H极化或V-极化中的另一个。

如图6中进一步所示，结构600可以包括位于接地面630和另一接地面632之间的激励层650。激励层650可以包括耦合到波束形成器(例如，图1的BFIC 120和122或图7的波束形成器阵列720)的激励带状线。

通常，允许屏蔽通孔的天线结构可以包括穿孔(例如，钻孔可以留作气孔)、延伸的导电部分、镀孔(例如，其中钻孔可以填充环氧树脂材料(导电或非导电环氧树脂材料)并镀覆)和/或切除区域的任何适当组合。也就是说，天线结构可以利用上面参考图2、3A-3B和4-6所讨论的任何适当的配置组合。

图7是示出根据本公开的一些实施例的天线阵列装置700的框图，其中，如本文所讨论的具有穿孔和增强的天线元件可用于发射/接收。如图7所示，天线装置700可以包括天线阵列710、波束形成器阵列720、UDC电路740和控制器770。

通常，天线阵列710可以包括多个天线元件712(在图7中仅用附图标记标记了其中的一个，以便不混淆附图)，这些天线元件被容纳在基板714中(例如，在基板714中或上方)，其中基板714可以是例如PCB或任何其他支撑结构。在各种实施例中，天线元件712可以是辐射元件或无源元件。例如，天线元件712可以包括偶极子、开口波导、开槽波导、微带天线等。在一些实施例中，天线元件712可以包括被配置为无线发送和/或接收RF信号的任何合适的元件。天线阵列710可以是相控阵天线，因此在下文中将被称为相控阵天线。在一些实施例中，相控阵天线710可以是印刷相控阵天线。在一些实施例中，天线阵列710可以类似于图1的天线阵列101。

天线元件712中的至少一些可以使用第一导电贴片或贴片天线(例如，贴片天线200或上导电贴片310、410、510、610)来实现。在一些示例中，第一导电贴片可以包括穿孔和相应的延伸导电部分，类似于如上所述的贴片天线200、上导电贴片310、510或610。在其他示例中，第一导电贴片可以包括与上面讨论的上导电贴片410类似的镀孔和相应的切除区域。在一些实施例中，至少一些天线元件712可以包括第二导电贴片(例如，下导电贴片320、420、620)，用于调谐和/或调节谐振频率和/或工作带宽，如本文所讨论的。

图7中所示的进一步细节，例如波束形成器阵列720、UDC电路740的特定布置、以及波束形成器阵列720和UDC电路720之间的关系在不同的实施例中可以是不同的，图7的描述仅提供了这些组件如何与相控阵天线710一起使用的一些示例，相控阵天线710包括例如使用天线结构300、400、500和/或600配置的天线元件712。此外尽管本附图中所示的一些实施例示出了一定数量的组件(例如，一定数量的天线元件712、波束形成器和/或UDC电路)，应当理解，根据这里提供的描述，这些实施例可以用任何数量的这些组件来实现。此外，尽管本公开可以参考天线设备的某些类型的组件来讨论某些实施例(例如，将容纳天线元件的基板称为PCB，尽管通常它可以是任何合适的支撑结构)，但是应当理解，这里公开的实施例可以用不同类型的组件实现。

波束形成器阵列720可以包括多个波束形成器722(在图7中，仅其中一个用附图标记标记)。波束形成器722可以被视为馈送到天线元件712的收发器(例如，可以发送和/或接收信号的设备，在这种情况下是RF信号)。在一些实施例中，单个波束形成器722可以与天线元件712中的一个(例如，以一对一的对应关系)相关联(即，与例如馈送信号的天线元件交换信号)。在其他实施例中，多个波束形成器722可以与单个天线元件712相关联。然而在其他实施例中，单个波束形成器722可以与多个天线元件712相关联。在一些实施例中，波束形成器722可以对应于上面讨论的BFIC 120和/或122中的波束形成器信道121。在一些实施例中，每个波束形成器信道121可以耦合或馈送到天线元件712。当天线元件712包括如本文所讨论的两个导电贴片时，波束形成器信道121可以使用激励通孔来馈电，该激励通孔电耦合到两个导电片中的一个并且电容耦合到这两个导电块中的另一个。

在一些实施例中，每个波束形成器722可以包括开关724，以将路径从对应的天线元件712切换到接收机或发射机路径。尽管在图7中未具体示出，但在一些实施例中，每个波束形成器722还可以包括另一个开关，以将路径从信号处理器(也未示出)切换到接收机或发射机路径。如图7所示，在一些实施例中，每个波束形成器722的发射路径(TX路径)可以包括移相器726和可变(例如，可编程)增益放大器728，而接收路径(RX路径)可以包含移相器730和可变(例如，可编程的)增益放大器732。移相器726可以被配置为调整要由天线元件712发送的RF信号(TX信号)的相位，可变增益放大器728可以被配置为调整要由天线元件712发送的TX信号的幅度。类似地，移相器730和可变增益放大器732可以被配置为在将RX信号提供给其他电路(例如UDC电路740)和信号处理器(未示出)之前，调整由天线元件712接收的RF信号(RX信号)。波束形成器722可以被认为是天线设备700的“RF路径中”，因为穿过波束形成器722的信号是RF信号(即，可以穿过波束形成器722的TX信号是由UDC电路740从低频信号上变频的RF信号，例如从中频(IF)信号或来自基带信号，而可以穿过波束形成器722的RX信号是尚未被UDC电路740下变频为较低频率信号的RF信号，例如下变频为IF信号或基带信号)。

尽管在图7中示出了从发射机路径切换到接收路径的开关(即，开关724)，但是在波束形成器722的其他实施例中，可以使用其他组件，例如双工器。此外，尽管图7示出了波束形成器722包括移相器726、730(也可以称为“相位调整器”)和可变增益放大器728、732的实施例，但是在其他实施例中，波束形成器722中的任何一个都可以包括其他组件以调整TX和/或RX信号的幅度和/或相位。在一些实施例中，一个或多个波束形成器722可以不包括移相器726和/或移相器730，因为可替代地，可以使用本地振荡器(LO)路径中的相移模块来执行期望的相位调整。在其他实施例中，在LO路径中执行的相位调整可以与使用波束形成器722的移相器在RF路径中进行的相位调整相结合。

转到UDC的细节，通常，UDC电路740可包括上变频器和/或下变频器电路，即，在各种实施例中，UDC回路740可包括7)上变频器电路但不包括下变频器电路、2)下变频器电路但没有上变频器电路、或3)上变频器和下变频器电路。如图7所示，在一些实施例中，UDC电路740的下变频器电路可以包括放大器742和混频器744，而UDC电路730的上变频器电路可以包含放大器746和混频器748。在一些实施例中，UDC电路740可以进一步包括相移模块750。

在各种实施例中，术语“UDC电路”可用于包括频率转换电路(例如，被配置为执行到用于无线传输的RF信号的上变频的混频器、被配置为对接收到的RF信号执行下变频的混频器或两者)，以及可被包括在该术语的更广泛含义中的任何其他组件，例如滤波器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、变压器和通常与混频器结合使用的其他电路元件。在所有这些变型中，术语“UDC电路”涵盖了UDC电路740仅包括与TX路径相关的电路元件的实施方式(例如，仅上变频混频器而不包括下变频混频器；在这样的实施方式中，UDC电路可用作/在RF发射机中用于生成用于传输的RF信号)、其中UDC电路740仅包括与RX路径相关的电路元件的实施方式(例如，仅下变频混频器而不上变频混频器；在这样的实施方式中，UDC电路740可被用作或在RF接收器中，以下变频接收的RF信号，例如，UDC电路740可使相控阵天线710的天线元件充当或用作接收器)，以及其中UDC电路740包括两者的实施方式，TX路径的电路元件和RX路径的电路单元(例如，上变频混频器和下变频混频器；在这样的实现中，UDC电路740可以用作RF收发器，例如，UDC线路740可以使相控阵天线710的天线单元用作或被用作收发器)。

尽管在图7中示出了单个UDC电路740，但是天线设备700中可以包括多个UDC电路730，以向波束形成器722中的任何一个提供上变频的RF信号和/或从波束形成器中的任意一个接收要下变频的RF信号。每个UDC电路740可以例如使用分离器/组合器与波束形成器阵列720的多个波束形成器722相关联。这在图7中用连接波束形成器阵列720和UDC电路740的各个元件的分离器/组合器内的虚线和虚线示意性地示出。即，图7示出了虚线将UDC电路740的下变频器电路(即，放大器742)连接到两个不同波束形成器722的RX路径，并且虚线将UDC电路740的上变频器电路(即放大器746)连接到两个不同波束形成器722的TX路径。例如，波束形成器阵列720中可以有96个波束形成器722，与相控阵天线710的96个天线元件712相关联。

在一些实施例中，UDC电路740的下变频器路径(即，RX路径)中的混频器744可以具有至少两个输入和一个输出。混频器744的输入之一可以包括来自放大器742的输入，放大器742例如可以是低噪声放大器(LNA)。混频器744的第二输入可以包括指示LO信号760的输入。在一些实施例中，可以在LO路径中实现相移(作为RF路径中相移的补充或替代)，在这种情况下，可以首先向相移模块750提供LO信号760，然后向混频器744提供相移LO信号760作为第二输入。在没有实现LO路径中的相移的实施例中，相移模块750可以不存在，并且混频器744的第二输入可以被配置为接收LO信号760。混频器744的一个输出是用于提供下变频信号756的输出，该下变频信号例如可以是IF信号756。混频器744可以被配置为在其第一输入处接收来自波束形成器722之一的RX路径的RF RX信号，在其被放大器742放大之后，在其第一输入处接收来自相移模块750的信号或在其第二输入处接收LO信号760本身，并混合这两个信号以将RF RX信号下变频到较低频率，产生下变频的RX信号756，例如IF处的RX信号。因此，UDC电路740的下变频器路径中的混频器744可以被称为“下变频混频器”

在一些实施例中，UDC电路740的上变频器路径(即，TX路径)中的混频器748可以具有[至少]两个输入和一个输出。混频器748的第一输入可以是用于接收较低频率的TX信号758的输入，例如IF处的TX信号。混频器748的第二输入可以包括指示LO信号760的输入。在LO路径中实现相移的实施例中(附加地或替代地，在RF路径中的相移)，LO信号760可以首先被提供给相移模块750，然后相移LO信号760被提供作为混频器748的第二输入。在没有实现LO路径中的相移的实施例中，相移模块750可以不存在，并且混频器748的第二输入可以被配置为接收LO信号760。混频器748的一个输出是放大器746的输出，放大器746例如可以是功率放大器(PA)。混频器748可以被配置为在其第一输入端接收IF TX信号758(即，要发送的较低频率(例如IF)信号)，并且在其第二输入处接收来自相移模块750的信号或LO信号760本身，并且混合这两个信号以将IF TX信号上变频到期望的RF频率，产生上变频的RF TX信号，该信号在被放大器746放大之后被提供给波束形成器722之一的TX路径。因此，UDC电路740的上变频器路径中的混频器748可以被称为“上变频混频器”

在一些实施例中，放大器728可以是PA和/或放大器732可以是LNA。

正如在通信和电子工程中所知的，IF是载波作为传输或接收的中间步骤被移动到的频率。IF信号可以通过在称为外差的过程中将载波信号与LO信号混合而产生，从而产生差频或拍频的信号。转换为IF可能有几个原因。一个原因是，当使用多个阶段的滤波器时，它们都可以设置为固定频率，这使得它们更容易构建和调整。另一个原因是较低频率的晶体管通常具有较高的增益，因此可能需要较少的级。另一个原因是为了提高频率选择性，因为在较低的固定频率下可以更容易地制造高选择性滤波器。还应注意，虽然本文提供的一些描述将信号756和758称为IF信号，但这些描述同样适用于信号756、758是基带信号的实施例。在这样的实施例中，混频器744和748的频率混频可以是零IF混频(也称为“零IF转换”)，其中用于执行混频的LO信号760可以具有RF RX/TX频率频带中的中心频率。

尽管在图7中未具体示出，但在其他实施例中，UDC电路740可进一步包括平衡器，例如，在TX和RX路径中的每一个中，其被配置为减轻由于失配而导致的同相和正交(IQ)信号中的不平衡。此外，尽管在图7中也未具体示出，但在其他实施例中，天线装置700可以包括如本文所述的相控阵天线710、波束形成器阵列720和UDC电路740的组合的其他实例。

控制器770可以包括被配置为控制天线装置700的各个部分的操作的任何合适的设备。例如，在一些实施例中，控制器770可以控制在天线装置700中实现的相移的量和定时。在另一示例中，在一些实施例中，控制器770可以控制在天线装置700中实现的相移的量和定时。在另一示例中，在一些实施例中，控制器770可以控制提供给使用贴片天线200、天线阵列710中的天线结构300、400、500和/或600实现的天线元件712的各种信号以及这些信号的定时，以提供双频带操作和/或宽扫描范围。

天线设备700可以在特定方向上引导相控阵天线710的电磁辐射图案，从而使得相控阵天线710能够在该方向上产生主波束，并在其他方向上产生旁瓣。基于基于发射信号的相位的发射RF信号的构造性推断来生成辐射图案的主波束。旁瓣电平可由天线元件发射的RF信号的幅度确定。天线装置700可以通过例如使用波束形成器722和/或相移模块750的相移器为天线元件712提供相移器设置来生成期望的天线图案。

以下段落提供了本文公开的实施例的各种示例。

示例1包括贴片天线结构，包括：在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括：在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个穿孔，和在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个延伸导电部分,所述第二侧与所述第一侧相对；在所述结构的接地层上的接地面,所述接地层与所述第一层间隔开；和第一信号馈源，用于将信号耦合到所述第一导电贴片。

在示例2中，示例1的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个穿孔中的每一个具有所述一或多个延伸导电部分中的对应一个。

在示例3中，任意示例1-2的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个穿孔的第一穿孔的位置在所述第一导电贴片的中心轴处与所述一条或多条延伸的导电部分中的相应一条的位置对称，所述中心轴从所述第一导电贴片的第三侧延伸到第四侧，所述第三侧与所述第四侧相对并与所述第一侧和第二侧相邻。

在示例4中，任意示例1-3的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述延伸导电部分中的第一延伸导电部分的面积基于所述一个或多个穿孔中的对应穿孔的面积.

在示例5中，任意示例1-4的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述延伸导电部分的第一延伸导电部分补偿与所述一个或多个穿孔中的对应穿孔相关联的辐射图案.

在示例6中，任意示例1-5的贴片天线结构可以可选地包括：在所述结构的第二层上的第二导电贴片，所述第二层位于所述第一层和所述接地层之间，并且通过介电材料与所述第一层间隔开。

在示例7中，示例6的贴片天线结构可以可选地包括：所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片并且电容耦合到所述第二导电贴片。

在示例8中，任意示例6-7的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述第一信号馈源电耦合到所述第二导电贴片并且电容耦合到所述第一导电贴片。

在示例9中，示例8的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述第一导电贴片和所述第二导电贴片是辐射元件。

在示例10中，任何示例1-9的贴片天线结构可以可选地包括：第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片，其中所述第一信号馈源与第一极化相关联，和第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。

在示例11中，任何示例1-10的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个穿孔中的第一穿孔用于屏蔽通孔并且靠近所述第一信号馈源。

示例12包括贴片天线结构，包括：在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个镀孔，和在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个切除区域，所述第二侧与所述第一侧相对；在所述结构的接地层上的接地面,所述接地层与所述第一层间隔开；和第一信号馈源，用于将信号耦合到所述第一导电贴片。一个或多个镀孔可以用环氧树脂材料填充并电镀。

在示例13中，示例12的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个镀孔中的每一个都具有所述一个或更多个切除区域中的对应一个。

在示例14中，任何示例12-13的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个切除区域中的第一切除区域的位置与所述第一导电贴片的中心轴处的一个或更多个镀孔中的对应一个的位置对称,所述中心轴从所述第一导电贴片的第三侧延伸到第四侧，所述第三侧与所述第四侧相对并与所述第一侧和第二侧相邻。

在示例15中，任何示例12-14的贴片天线结构可任选地包括：其中一个或多个切除区域的第一切除区域的面积基于一个或更多个镀孔中的对应一个的面积。

在示例16中，任何示例12-15的贴片天线结构可以可选地包括：其中一个或多个切除区域的第一切除区域补偿与一个或多个镀孔中的对应一个相关联的辐射图案。

在示例17中，任何示例12-16的贴片天线结构可以可选地包括：在所述结构的第二层上的第二导电贴片，所述第二层位于所述第一层和所述接地层之间，并且通过介电材料与所述第一层间隔开，其中所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片或所述第二导电贴片中的一个，并且电容耦合到所述第一导电贴片或者所述第二导电贴片中的另一个。

在示例18中，任何示例12-17的贴片天线结构可以可选地包括：第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片，其中所述第一信号馈源与第一极化相关联，和第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。

在示例19中，任何示例12-18的贴片天线结构可以可选地包括：其中所述一个或多个镀孔中的第一镀孔用于屏蔽通孔并且靠近所述第一信号馈源。

示例20包括包括多个天线元件的天线阵列装置，其中多个天线单元中的第一天线单元包括：第一导电贴片，包括在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个穿孔，和在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个延伸导电部分,所述第二侧与所述第一侧相对；接地面，垂直地位于所述第一导电贴片下方并与所述第一导电贴片间隔开；和耦合到所述第一导电贴片的第一信号馈源；和耦合到所述多个天线元件中的一个或多个的波束形成器电路，其中波束形成器电路包括多个波束形成器信道，其中多个波束形成器信道中的第一波束形成器信道耦合到所述第一信号馈源。

在示例21中，示例20的天线阵列设备可以可选地包括其中第一天线元件还包括：第二导电贴片，位于所述第一导电贴片和所述接地面之间，并通过介电材料与所述第一导电贴片间隔开，和所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片或所述第二导电贴片中的一个，并且电容耦合到所述第一导电贴片或者所述第二导电贴片中的另一个。

在示例22中，示例20-21中任一个的天线阵列设备可以可选地包括：其中第一天线元件还包括：耦合到所述第一导电贴片的第二信号馈源，其中所述第一信号馈源与第一极化相关联，和第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。

变化和实施

尽管以上参考图1A-1B、图2、图3A-3B和图4-7中所示的示例性实施方式描述了本公开的实施方式，但本领域技术人员将认识到，上述各种教导可应用于大量其他实施方式。

在某些情况下，本文所讨论的特征可适用于汽车系统、安全关键工业应用、医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、无线电、雷达、工业过程控制、音频和视频设备、电流传感、仪器(可以是高度精确的)以及其他基于数字处理的系统。

在以上实施例的讨论中，系统的组件，例如滤波器、频率选择性耦合元件、移相器、通孔和/或其他组件，可以容易地被替换、替代或以其他方式修改，以适应特定的电路需求。此外，应当注意，使用互补的电子设备、硬件、软件等为在各种通信系统中实现与双宽带天线相关的本公开的教导提供了同样可行的选择。

在一个示例实施例中，可以在相关电子设备的板上实现本图的任意数量的电路。该板可以是通用电路板，该通用电路板可以保持电子设备的内部电子系统的各种组件，并且进一步为其他外围设备提供连接器。更具体地，板可以提供电连接，通过该电连接，系统的其他部件可以进行电通信。任何合适的处理器(包括DSP、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读非暂时性存储器元件等可基于特定配置需求、处理需求、计算机设计等适当地耦合到板。诸如外部存储器、附加传感器、用于音频/视频显示的控制器和外围设备等其他组件可以作为插件卡、通过电缆连接到板上，或者集成到板本身中。在各种实施例中，这里描述的功能可以仿真形式实现为在一个或多个可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件，所述元件布置在支持这些功能的结构中。提供仿真的软件或固件可以被提供在包括允许处理器执行这些功能的指令的非暂时性计算机可读存储介质上。

在另一示例实施例中，本图的电路可以被实现为独立模块(例如，具有被配置为执行特定应用或功能的相关组件和电路的设备)或者被实现为电子设备的专用硬件中的插件模块。注意，本公开的特定实施例可以部分地或全部地容易地包括在片上系统(SOC)封装中。SOC表示将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的IC。它可能包含数字、模拟、混合信号以及通常的RF功能：所有这些功能都可以在单个芯片基板上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，其中多个单独的IC位于单个电子封装内，并且被配置为通过电子封装彼此紧密交互。

还必须注意，本文中概述的所有规格、尺寸和关系(例如，图1A-1B、图2、图3A-3B和图4-7中所示的天线结构和/或天线装置的部件的数量)仅用于示例和教学目的。在不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围的情况下，可以显著地改变这种信息。应当理解，该系统可以以任何合适的方式被合并。沿着类似的设计备选方案，本图中所示的电路、组件、模块和元件中的任何一个都可以以各种可能的配置组合，所有这些都清楚地在本说明书的广泛范围内。在前面的描述中，已经参考特定处理器和/或组件布置描述了示例实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，描述和附图应被视为说明性的而非限制性的。

注意，对于本文提供的众多示例，可以根据两个、三个、四个或更多个电组件来描述交互。然而，这样做只是为了清楚和举例。应当理解，该系统可以以任何合适的方式被合并。沿着类似的设计备选方案，图中所示的任何组件、模块和元件可以以各种可能的配置组合，所有这些都明显在本规范的广泛范围内。在某些情况下，通过仅参考有限数量的电气元件，可以更容易地描述给定流集合的一个或多个功能。应当理解，图及其教导的电路是容易扩展的，并且可以容纳大量组件以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制电路的范围或抑制电路的广泛教导，因为电路可能应用于无数其他架构。

注意，在本说明书中，对包括在“实施例”、“示例实施例”、“一个实施例”、“另一个实施方案”、“一些实施方案”、“各种实施方案”和“其他实施方案”等中的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用意在意味着任何这样的特征都包括在本公开的一个或多个实施例中，但可以或不一定组合在相同的实施例中。此外，如本文所使用的，包括在权利要求中，在项目列表中(例如，以“至少一个”或“一个或多个”等短语开头的项目列表)使用的“或”表示包含列表，例如，[A、B或C中的至少一个]的列表表示A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即A、B和C)。

使用本领域技术人员通常使用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将其工作的实质传达给本领域其他技术人员。例如，术语“连接”是指连接的事物之间的直接电连接，没有任何中间设备/组件，而术语“耦合”是指连接物之间的直接电气连接，或通过一个或多个无源或有源中间设备/组件的间接连接。在另一个示例中，术语“电路”是指一个或多个无源和/或有源组件，它们被布置成彼此协作以提供期望的功能。此外，如本文所使用的，术语“基本上”、“近似地”、“大约地”等可用于通常指在目标值的+/-20％内，例如，基于本文所述或本领域已知的特定值的上下文，在目标值+/-10％内。

本领域技术人员可以确定许多其他的改变、替换、变化、替代和修改，并且本公开包括落入示例和所附权利要求的范围内的所有这些改变、替换、变化、替代和修改。注意，上述装置的所有可选特征也可以关于本文所述的方法或过程来实现，并且示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。

Claims (20)

1.一种贴片天线结构，包括：

在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括：

在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个穿孔，以及

在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个延伸导电部分，所述第二侧与所述第一侧相对；

在所述结构的接地层上的接地面，所述接地层与所述第一层间隔开；和

第一信号馈源，用于将信号耦合到所述第一导电贴片。

2.根据权利要求1所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个穿孔中的每一个具有所述一或多个延伸导电部分中的对应一个。

3.根据权利要求1所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个穿孔的第一穿孔的位置在所述第一导电贴片的中心轴处与所述一条或多条延伸的导电部分中的相应一条的位置对称，所述中心轴从所述第一导电贴片的第三侧延伸到第四侧，所述第三侧与所述第四侧相对并与所述第一侧和第二侧相邻。

4.根据权利要求1所述的贴片天线结构，其中所述延伸导电部分中的第一延伸导电部分的面积基于所述一个或多个穿孔中的对应穿孔的面积。

5.根据权利要求1所述的贴片天线结构，其中所述延伸导电部分的第一延伸导电部分补偿与所述一个或多个穿孔中的对应穿孔相关联的辐射图案。

6.根据权利要求1所述的贴片天线结构，还包括：

在所述结构的第二层上的第二导电贴片，所述第二层位于所述第一层和所述接地层之间，并且通过介电材料与所述第一层间隔开。

7.根据权利要求6所述的贴片天线结构，其中所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片并且电容耦合到所述第二导电贴片。

8.根据权利要求6所述的贴片天线结构，其中所述第一信号馈源电耦合到所述第二导电贴片并且电容耦合到所述第一导电贴片。

9.根据权利要求8所述的贴片天线结构，其中所述第一导电贴片和所述第二导电贴片是辐射元件。

10.根据权利要求1所述的贴片天线结构，还包括：

第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片，

其中：

所述第一信号馈源与第一极化相关联，和

第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。

11.根据权利要求1所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个穿孔中的第一穿孔用于屏蔽通孔并且靠近所述第一信号馈源。

12.一种贴片天线结构，包括:

在所述结构的第一层上的第一导电贴片，其中所述第一导电贴片包括：

在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个镀孔，和

在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个切除区域，所述第二侧与所述第一侧相对；

在所述结构的接地层上的接地面,所述接地层与所述第一层间隔开；和

第一信号馈源，用于将信号耦合到所述第一导电贴片。

13.根据权利要求12所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个镀孔中的每一个都具有所述一个或更多个切除区域中的对应一个。

14.根据权利要求12所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个切除区域中的第一切除区域的位置与所述第一导电贴片的中心轴处的一个或更多个镀孔中的对应一个的位置对称，所述中心轴从所述第一导电贴片的第三侧延伸到第四侧，所述第三侧与所述第四侧相对并与所述第一侧和第二侧相邻。

15.根据权利要求12所述的贴片天线结构，还包括：

在所述结构的第二层上的第二导电贴片，所述第二层位于所述第一层和所述接地层之间，并且通过介电材料与所述第一层间隔开，

其中所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片或所述第二导电贴片中的一个，并且电容耦合到所述第一导电贴片或者所述第二导电贴片中的另一个。

16.根据权利要求12所述的贴片天线结构，还包括：

第二信号馈源，用于将另一信号耦合到所述第一导电贴片,

其中：

所述第一信号馈源与第一极化相关联，和

第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。

17.根据权利要求12所述的贴片天线结构，其中所述一个或多个镀孔中的第一镀孔用于屏蔽通孔并且靠近所述第一信号馈源。

18.一种天线阵列装置，包括：

多个天线元件，其中所述多个天线单元中的第一天线单元包括：

第一导电贴片，包括：

在所述第一导电贴片的第一侧的外围处的一个或多个穿孔，和

在所述第一导电贴片的第二侧处的一个或多个延伸导电部分,所述第二侧与所述第一侧相对；

接地面，垂直地位于所述第一导电贴片下方并与所述第一导电贴片间隔开；和

耦合到所述第一导电贴片的第一信号馈源；和

耦合到所述多个天线元件中的一个或多个的波束形成器电路，其中所述波束形成器包括多个波束形成器信道，其中多个波束形成器信道中的第一波束形成器信道耦合到所述第一信号馈源。

19.根据权利要求18所述的天线阵列装置，其中：

所述第一天线元件还包括：

第二导电贴片，位于所述第一导电贴片和所述接地面之间，并通过介电材料与所述第一导电贴片间隔开，和

所述第一信号馈源电耦合到所述第一导电贴片或所述第二导电贴片中的一个，并且电容耦合到所述第一导电贴片或者所述第二导电贴片中的另一个。

20.根据权利要求18所述的天线阵列装置，其中：

所述第一天线元件还包括：

耦合到所述第一导电贴片的第二信号馈源，

其中：

所述第一信号馈源与第一极化相关联，和

第二信号馈源与不同于所述第一极化的第二极化相关联。