CN117223225A - 具有减少的串扰的天线背板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种天线背板，包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板包括具有第一导体和第二导体的第一差分对以及具有第三导体和第四导体的第二差分对。该第一导体被定位为距该第二差分对第一距离并且该第二导体被定位为距该第二导体差分对第二距离，其中该第一距离大于该第二距离。该第三导体被定位为距该第一差分对第二距离并且该第四导体被定位为距该第一差分对第三距离，其中该第三距离大于该第二距离。以预定频率提供大约180度的奇整数倍的相移的相移串联谐振耦合在该第一导体与该第四导体之间。

Description

具有减少的串扰的天线背板及其制造方法

技术领域

本公开总体上涉及天线背板，并且更特别地涉及毫米波(mmW)天线背板，具有改善的回波损耗、改善的阻抗匹配和减少的差分对信号抑制的天线背板，以及具有高引脚连接器、差分对之间的串扰减少的天线背板。

相关技术讨论

蜂窝电信公司于2019年开始部署蜂窝网络的第五代(5G)无线电技术标准。5G无线电标准使用比前几代商业通信技术更高的频谱。正在针对5G标准设计和开发MmW相控阵天线，5G标准提供比4G系统更高的性能，同时还降低成本。通常，在这些类型的相控阵天线中，高引脚数连接器用作在主模块电路板与次级电路板之间的传输线部件。对于给定的连接器尺寸，较高的频率和较高的引脚数会导致更严重的不连续性，从而抑制到连接器的输入信号，使其回到源。减少这种抑制的一种方式是增加差分对的迹线之间的间距，这会增加印刷电路板(PCB)的尺寸、增加系统的成本和/或可能在特定环境中是不可行的。

发明内容

以下讨论公开和描述了一种天线背板，该天线背板包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有第一差分对和第二差分对，该第一差分对具有第一导体和第二导体，该第二差分对具有第三导体和第四导体。该第一导体被定位为距该第二差分对第一距离并且该第二导体被定位为距该第二导体差分对第二距离，其中该第一距离大于该第二距离。该第三导体被定位为距该第一差分对第二距离并且该第四导体被定位为距该第一差分对第三距离，其中该第三距离大于该第二距离。相移串联谐振或调谐电路在该第一导体与该第四导体之间耦合并且以预定频率提供大约180度的奇整数倍的相移。

结合附图，从以下描述和所附权利要求书中，本公开的附加特征将变得明显。

附图说明

在本文讨论的非限制性实施例中，贯穿多个附图，相同的附图标记指示相同的元件。

图1是包括相移串联谐振或调谐短截线电路的天线背板的图示；

图2是图1中示出的天线背板的另一图示；

图3是图1中示出的天线背板的另一图示，示出了导体之间的间隔距离；

图4是图1中示出并且包括曲折的导电条的天线背板的一部分的图示；

图5是包括导电条的天线背板的图示，导电条是PCB的一侧上的相移串联谐振或调谐短截线电路的一部分；

图6是包括导电条的天线背板的图示，导电条是PCB的相反侧上的相移串联谐振或调谐短截线电路的一部分；

图7是包括多层PCB的天线背板的图示；以及

图8是安装到天线背板的多引脚连接器的图示。

具体实施方式

以下对于涉及提供减少的差分对信号抑制的天线背板的本公开的实施例的讨论本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开或其应用或用途。

本公开提出了通过使用设置在差分对的外导体之间的相移串联谐振或调谐短截线电路而具有减少的差分对信号抑制的天线背板的各种实施例。相移串联谐振或调谐短截线电路可以以期望的工作频率展现出串联谐振，并且以期望的工作频率展现出180度的奇整数倍的相移，其中相移可以由一个或多个具有适当长度的带状线或微带线提供。众所周知调谐短截线电路与RF传输线相关。然而，在本文讨论的实施例中，同时使用两个调谐短截线来改善通过连接器的RF信号的传输，其中传输线被实施为差分对。

在一个非限制性实施例中，天线背板包括第一差分对和第二差分对，其中第一差分对包括第一导体和第二导体，第二导体比第一导体更靠近第二差分对，第二差分对包括第三导体和第四导体，并且第三导体比第四导体更靠近第一差分对。相移串联谐振电路连接在第一导体与第四导体之间。

在另一个非限制性实施例中，天线背板包括具有第一侧和第二侧的PCB，其中第二侧包括接地平面。具有第一导体和第二导体的第一差分对设置在第一侧上并且具有第三导体和第四导体的第二差分对设置在第一侧上，其中第二导体比第一导体更靠近第二差分对并且第三导体比第四导体更靠近第一差分对。PCB还包括连接到第一导体的第五导体和连接到第四导体的第六导体，第五导体具有第一长度并且在第一侧上，第六导体具有第二长度并且也在第一侧上，其中第五导体的边缘平行于第六导体的边缘并提供重叠距离。在此实施例中，第五导体和第六导体形成相移串联谐振电路。

图1是示意图并且图2是包括PCB 12的天线背板10的俯视图，该PCB具有介电板和在该介电板两侧上的导电迹线和/或接地平面。在其他实施例中，天线背板10可以包括多层PCB，该多层PCB具有多个介电层以及在不同介电层之间和/或在最外介电层的外侧上的导电迹线和/或接地平面。虽然本文的讨论将天线背板10称为相控阵天线的一部分，但是本领域技术人员应当理解，可以将天线背板10用在希望减少差分对的信号抑制的其他装置和系统中。天线背板10给相控阵天线中的多个RF收发器天线电路(未示出)提供电源和控制信号。

应当注意的是，具有单个介电层的PCB上的导电迹线通常被称为微带线，以及被介电材料包围并且在具有两个或更多个介电层的PCB的内层上的两个接地平面之间的导电迹线通常被称为带状线。出于方便，诸如微带线和带状线的导电迹线在本文中被称为“导体”。天线背板10包括第一差分对14和第二差分对18，该第一差分对具有分别耦合到连接点16A和16B的外导体14A和内导体14B，该第二差分对具有分别耦合到连接点20A和20B的内导体18A和外导体18B。连接点16A、16B、20A和20B包括将要安装连接器(未示出)的在PCB 12上的连接焊盘22。天线背板10还包括在差分对14与18之间和周围的多个接地引脚24(或接地带)。由在内导体14B与18A之间的电容器26示出的电容和/或电感耦合可能导致差分对14与18之间的串扰。

天线背板10包括相移串联谐振电路34，该相移串联谐振电路具有电感器28、电容器30以及导电条32A和32B，导电条可以是例如微带线，其中导电条32A电耦合到外导体14A并且导电条32B电耦合到外导体18B。差分对14和18上的信号在已知的工作频率处提供，并且相移串联谐振电路34以该工作频率或附近频率谐振。因此，外导体14A和18B上的信号可以被相移串联谐振电路34交叉耦合。在没有额外保护的情况下，交叉耦合可以提高差分对14与18之间的整体串扰，其中内导体14B和18A彼此并排延伸越长，它们之间的耦合和串扰就越大。因此，可以提高电容器30的电容以提供内导体14A与18B之间的适当耦合。电容器30的值可以通过导电条32A和32B的边缘处的重叠距离42的长度、和/或导电条32A和32B在重叠距离42处面对彼此的侧面的面积来确定。对于导电条32A和32B的某些重叠距离42，使用较薄的导电条提供了沿着边缘面对彼此的较小的面积，并且因此导致电容器30的值比使用较厚的导电条所产生的值更小。

图3是天线背板10的图示，示出了导体之间的间隔距离，该间隔距离包括差分对14的外导体14A与差分对18的内导体18A之间的第一距离D1、差分对14的内导体14B与差分对18的内导体18A之间的第二距离D2、以及差分对18的外导体18B与差分对14的内导体14B之间的第三距离D3。如明显看出的，第一距离D1和第三距离D3是相同的并且第二距离D2小于距离D1和D3。

为了减少差分对14与18之间的串扰，可以选择导电条32A和32B的长度以提供大约180度的奇整数倍的相移，使得外导体14A和18B上的交叉耦合信号与内导体14B和18A上的交叉耦合信号大致处于相同相位。在一个实施例中，选择导电条32A和32B的长度以提供大约180度的相移，其中奇整数为1。当交叉耦合信号大约同相时，信号将被连接到连接点16A、16B、20A和20B的差分接收器(未示出)抑制为共模噪声，从而提高差分对14与18之间的隔离度。此外，通过使中频(IF)信号穿过mmW天线系统的高引脚数连接器可以提高差分对14与18之间的隔离度。

外导体14A与18B之间的耦合的量可以通过调整电容器30的值和/或电感器28的值来控制。相位延迟可以通过调整导电条32A和32B中的一者或两者的长度来控制。如果使用导电条32A和32B中的一者或两者的较长长度来实现期望的延迟，如在奇整数倍为三或更大的情况下、和/或在工作频率较低的情况下，那么导电条32A和32B中的一者或两者可以曲折或自身回折以实现期望的延迟而不提高自感。

相移串联谐振电路34提高了差分对14与18之间的隔离度(减少信号抑制并降低串扰)，从而允许使用较短轮廓、高引脚数连接器作为天线背板10和相控阵天线的次级电路板之间的传输线部件，该天线背板可以是相控阵天线的主模块电路板。差分对14和18可以传送例如相控阵天线的IF信号。使用较短轮廓、高引脚数连接器还可以节省成本，同时保持系统的性能。高引脚数连接器可以是通常用于网络服务器或交换机的类型。相移串联谐振电路34还可以减少实现差分对14与18之间的期望的隔离度所需的接地引脚的数量。虽然相移串联谐振电路34已被示出为在天线背板10的一侧上，但是该电路可以用于天线背板10的两侧上的差分对14和18。此外，电路34可以用于在多层PCB上或内部以及在主PCB、配合PCB或两者上具有导体的差分对。

对于高频电路，差分对14和18的阻抗的变化可以产生反射、信号损耗、数据错误、降低的数据传输速度和/或其他问题。因此，即使随着信号通过一个或多个连接器和/或电缆从一个PCB传递到另一个PCB，差分对14和18的阻抗也可以保持基本恒定。在导体14A与18B之间添加相移串联谐振电路34可以改变差分对14和18的阻抗。与导体14A、14B、18A和18B相关联的焊盘22的尺寸和形状可以用于将阻抗恢复到期望的值。

电容器30可以例如以下列方式实施：通过导电条32A的边缘与导电条32B的边缘平行地延伸重叠距离42；通过导电条32A的表面区域(例如宽度，而不是厚度)面对导电条32B的表面区域，如通过位于PCB 12的电介质的相对侧上；通过具有面对彼此的显式板区域的导电条32A和32B，如通过位于PCB 50的电介质的相对侧上；通过具有叉指电容结构的导电条32A和32B；或者通过使用分立的表面安装部件。

在一个非限制性实施例中，工作频率为大约4.5GHz，并且因此二分之一波长(180度)将为大约33.3mm(1.31英寸)，并且导电条32A和32B的组合长度将为大约33.3mm。此外，导电片32A和32B的组合长度为大约15mm，并且重叠距离42的大致长度为1mm。

图4是天线背板10的一部分的图示，其中导电条32A被具有曲折构造的导电条38代替，曲折构造比如通过自身折回实现，以提供期望的长度来实现期望的相移，而电感器28的值没有相应地大幅提高。

图5是类似于天线背板10的天线背板40的图示。天线背板40包括PCB 42，该PCB具有在PCB 42的底表面上形成的接地平面44和在PCB 42的顶表面上形成的一对间隔开的导电条46和48，其中导电条46和48类似于导电条32A和32B，并且其中导电条46和48限定边缘耦合的电容器50。在此示例中，电容器50的值主要通过导电条46与48之间的距离、导电条46和48的高度(厚度)以及导电条46和48的重叠距离来确定。电容器50的值也可能受到PCB 42的主体的介电值的影响。虽然导电条46和48以及接地平面44被示出为在PCB 42的相对侧上，但是导电条46和48可以与接地平面44在PCB 42的相同侧上，其中将足够的接地平面42去除以允许形成导电条46和48。

图6是类似于天线背板10的天线背板60的图示。天线背板60包括PCB 62，该PCB具有在PCB 42的底表面上形成并且限定在其之间的间隙68的间隔开的接地平面64和66。导电条70在PCB 62的顶表面上形成并且相对的导电条72在PCB 62的底表面上的间隙68中形成以限定面耦合的电容器74。在此示例中，电容器74的值主要通过PCB 62的厚度、PCB 62的介电常数、导电条70和72的宽度以及导电条70和72的重叠距离来确定。

图7是包括具有堆叠的PCB层82、84、86、88和90的多层PCB 78的天线背板80的图示。导电条92在PCB层84的顶表面上形成并且相对的导电条94在PCB层84的底表面上形成以限定面耦合的电容器96。在此示例中，电容器96的值主要通过PCB层84的厚度、PCB层84的介电常数、导电条92和94的面对宽度以及导电条92和94的重叠距离来确定。为了清楚和方便说明，层82-90之间的接地平面未示出。

图8是包括安装到天线背板104的公连接器102的连接器组件100的图示。各自具有相对的导体108和110的多个差分对106在天线背板104的顶表面上形成并且耦合到连接器102。多个连接引脚112从连接器102与天线背板104相对的顶表面突出。连接器102可以被配置为与配合电路板(未示出)上的母连接器(未示出)配合。连接器102可以用母连接器代替，其中连接引脚将从配合电路板(未示出)上的相应的公连接器(未示出)突出。阻抗匹配可以沿着天线背板104上的差分对106通过连接器102、通过相应的配合连接器(未示出)以及沿着配合电路板(未示出)上的相应的差分对得以保持。

前述讨论仅公开和描述了本公开的示例性实施例。本领域技术人员从这样的讨论以及从附图和权利要求书将容易地认识到，可以在其中做出各种改变、修改和变型，而不会脱离如在以下权利要求书中限定的本公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种天线背板，包括：

印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板包括第一差分对和第二差分对，所述第一差分对具有第一导体和第二导体，所述第二差分对具有第三导体和第四导体，其中，所述第一导体被定位为距所述第二差分对第一距离，所述第二导体被定位为距所述第二差分对第二距离，其中，所述第一距离大于所述第二距离，所述第三导体被定位为距所述第一差分对第二距离，并且所述第四导体被定位为距所述第一差分对第三距离，其中，所述第三距离大于所述第二距离；以及

相移串联谐振电路，其耦合在所述第一导体与所述第四导体之间，所述相移串联谐振电路以预定频率提供大约180度的奇整数倍的相移。

2.根据权利要求1所述的天线背板，其中，所述相移串联谐振电路以谐振频率工作并且所述预定频率大致为所述谐振频率。

3.根据权利要求1所述的天线背板，其中，所述奇整数倍是一倍。

4.根据权利要求1所述的天线背板，其中，所述PCB包括第一侧并且所述相移串联谐振电路包括连接到所述第一导体的第五导体和连接到所述第四导体的第六导体，所述第五导体具有第一长度，所述第六导体具有第二长度并且与所述第五导体平行以提供重叠距离，并且其中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体、所述第四导体、所述第五导体和所述第六导体在所述PCB的所述第一侧上并且所述第一长度和所述第二长度提供大约180度的奇整数倍的相移。

5.根据权利要求4所述的天线背板，其中，所述PCB包括具有导电接地平面的第二侧。

6.根据权利要求1所述的天线背板，其中，所述相移串联谐振电路包括耦合到所述第一导体的第五导体和耦合到所述第四导体的第六导体，所述第五导体具有第一长度，所述第六导体具有第二长度并且与所述第五导体平行以提供重叠距离，并且其中，所述第一长度和所述第二长度提供大约180度的奇整数倍的相移。

7.根据权利要求6所述的天线背板，其中，所述PCB具有第一侧，所述第五导体和所述第六导体都在所述PCB的所述第一侧上，并且所述第六导体的边缘与所述第五导体的边缘平行地延伸所述重叠距离。

8.根据权利要求6所述的天线背板，其中，所述PCB具有插入在所述第五导体的至少一部分与所述第六导体的一部分之间的介电层，并且其中，所述第六导体的面与所述第五导体的面平行地延伸所述重叠距离。

9.根据权利要求6所述的天线背板，其中，所述第五导体或所述第六导体中的至少一个曲折。

10.根据权利要求1所述的天线背板，其中，所述PCB是多层PCB，并且其中，所述相移串联谐振电路包括耦合到所述第一导体的第五导体和耦合到所述第四导体的第六导体，所述第五导体具有第一长度并且在所述多层PCB的一个层上，所述第六导体具有第二长度并且在所述多层PCB的另一层上，所述第六导体的面与所述第五导体的面平行并限定重叠距离，并且其中，所述第一长度和所述第二长度提供大约180度的奇整数倍的相移。

11.一种天线背板，包括：

印刷电路板(PCB)，其包括第一侧和第二侧，所述第二侧在其上具有接地平面；

第一差分对，其设置在所述PCB的所述第一侧上，所述第一差分对包括第一导体和第二导体；

第二差分对，其设置在所述PCB的所述第一侧上，所述第二差分对包括第三导体和第四导体，其中，所述第一导体距所述第二差分对第一距离，所述第二导体距所述第二差分对第二距离，其中，所述第一距离大于所述第二距离，所述第三导体距所述第一差分对第二距离，并且所述第四导体距所述第一差分对第三距离，其中，所述第三距离大于所述第二距离；

第五导体，其耦合到所述第一导体，所述第五导体具有第一长度并且在所述PCB的所述第一侧上；以及

第六导体，其耦合到所述第四导体，所述第六导体具有第二长度并且在所述PCB的所述第一侧上，其中，所述第五导体的边缘与所述第六导体的边缘平行以提供重叠距离，并且所述第五导体和所述第六导体形成相移串联谐振电路，所述相移串联谐振电路以期望频率提供大约180度的奇整数倍的相移。

12.根据权利要求11所述的天线背板，其中，所述相移串联谐振电路展示出谐振频率并且所述期望频率大致为所述谐振频率。

13.根据权利要求11所述的天线背板，其中，所述奇整数倍是一倍。

14.根据权利要求11所述的天线背板，其中，所述第五导体或所述第六导体中的至少一个曲折。

15.一种天线背板，包括：

印刷电路板(PCB)，其具有第一侧；

第一差分对，其设置在所述PCB的所述第一侧上，所述第一差分对包括第一导体和第二导体；

第二差分对，其设置在所述PCB的所述第一侧上，所述第二差分对包括第三导体和第四导体，其中，所述第一导体距所述第二差分对第一距离，所述第二导体距所述第二差分对第二距离，其中，所述第一距离大于所述第二距离，所述第三导体距所述第一差分对所述第二距离，并且所述第四导体距所述第一差分对第三距离，其中，所述第三距离大于所述第二距离；

第五导体，其耦合到所述第一导体，所述第五导体具有第一长度并且在所述PCB的所述第一侧上；以及

第六导体，其耦合到所述第四导体，所述第六导体具有第二长度并且在所述PCB的所述第一侧上，其中，所述第五导体的面与所述第六导体的面平行地延伸重叠距离，并且所述第五导体和所述第六导体形成以期望频率提供大约180度的相移的相移串联谐振电路。

16.根据权利要求15所述的天线背板，其中，所述相移串联谐振电路展示出谐振频率并且所述期望频率大致为所述谐振频率。

17.根据权利要求15所述的天线背板，其中，所述奇整数倍是一倍。

18.根据权利要求15所述的天线背板，其中，所述第五导体或所述第六导体中的至少一个曲折。

19.根据权利要求15所述的天线背板，其中，所述PCB具有第二侧，所述第二侧在其上具有接地平面，并且所述第六导体在所述第二侧上。

20.根据权利要求15所述的天线背板，其中，所述PCB为多层印刷电路板，所述多层印刷电路板的第一层具有所述第一侧，所述多层印刷电路板的第二层具有第二侧，所述第一层和所述第二层被第三层分隔开，并且所述第六导体在所述第二侧上。