CN118057671A - 阶梯天线的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于阶梯天线的设备和方法。在某些实施例中，贴片天线元件形成在电路板的两个或多个导电层上，其中贴片天线元件通过过孔互连以形成阶梯形天线。阶梯天线在正常工作期间使用倾斜波束进行通信(例如，没有相移)。因此，阶梯天线以相对于电路板的平面的角度(例如，对角线)发射。

Description

阶梯天线的设备和方法

技术领域

本发明的实施例涉及电子系统，更具体地，涉及用于射频(RF)通信的天线。

背景技术

天线可以在各种各样的应用中用于发送和/或接收射频(RF)信号。使用天线的示例应用包括雷达、卫星、军事和/或蜂窝通信。

发明内容

本文公开了阶梯天线。在某些实施例中，贴片天线元件形成在电路板的两个或多个导电层上，其中贴片天线元件通过过孔互连以形成阶梯天线。阶梯天线在正常工作期间使用倾斜波束进行通信(例如，没有相移)。因此，阶梯天线以相对于电路板的平面的角度(例如，对角线)辐射。因此，楼梯天线以倾斜波束辐射，而不需要使用电子或机械操纵。当阵列中包括多个阶梯天线时，可以进一步使用电子转向来相对于标称倾斜角倾斜波束。阶梯天线可以是小的，使用印刷电路板(PCB)技术形成，和/或适合作为表面安装技术(SMT)部件实现。此外，在某些实现中，阶梯天线可以被实现为使用多个信号极化进行发射和/或接收。

在一个方面，提供了一种电路板。电路板包括：由电介质分隔的多个导电层,第一贴片天线，形成在所述多个导电层中的第一导电层上,第二贴片天线，形成在所述多个导电层中的第二导电层上,第一过孔，连接到所述第一贴片天线并且被配置为携带射频(RF)信号，和第二过孔，将所述第一贴片天线连接到所述第二贴片天线。

在另一个方面，公开了一种天线形成的方法。该方法包括在电路板中形成第一过孔，第一过孔被配置为处理射频(RF)信号，在电路板的第一导电层上形成第一贴片天线，第一贴片天线连接到第一过孔、在电路板上形成第二过孔，第二过孔连接到第一贴片天线，以及在电路板的第二导电层上形成第二贴片天线，第二贴片天线连接到第二过孔。

在另一个方面，公开了一种阶梯天线结构。阶梯天线结构包括：形成在第一导电层上的第一贴片天线；形成在第二导电层上的第二贴片天线；第一过孔，连接到所述第一贴片天线并且被配置为携带射频(RF)信号；和第二过孔，将所述第一贴片天线连接到所述第二贴片天线。

附图说明

图1是相控阵天线系统的一个实施例的示意图。

图2A是前端系统的一个实施例的示意图。

图2B是前端系统的另一个实施例的示意图。

图3A是形成倾斜波束的阶梯天线的一个实施例的示意图。

图3B是形成倾斜波束的阶梯天线的另一个实施例的示意图。

图4是根据一个实施例的具有阶梯天线的电路板的示意图。

图5A是根据另一实施例的具有阶梯天线的电路板的透视图。

图5B是图5A中电路板的横截面图。

图5C是图5A的电路板的平面图。

图6A是以47GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图6B是以48GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图6C是以49GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的曲线图。

图6D是以50GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图7A是在47GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7B是在48GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7C是在49GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7D是在50GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7E是阶梯天线回波损耗与频率关系的一个示例的矩形图。

图8是具有阶梯天线阵列的电路板的一个实施例的示意图。

图9A是RF模块的一个实施例的示意图。

图9B是RF模块的另一个实施例的示意图。

图10A是根据另一个实施例的带有阶梯天线的电路板的横截面。

图10B是图10A电路板的透视图，其中电路板的一部分已移除。

图10C是图10B中电路板的平面图。

图10D是图10A电路板的透视图。

图11A是阶梯天线的回波损耗和隔离度与频率的一个示例的矩形图。

图11B是在40GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图11C是在46GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图11D是以40GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图11E是以46GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

具体实施方式

以下实施例的详细描述呈现了对本发明的特定实施例的各种描述。然而，本发明可以以多种不同的方式来实施。在本说明书中，参考附图。应当理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，将理解的是，某些实施例可以包括比图中所示的更多的元件和/或图中所述的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或多个附图的特征的任何合适的组合。

图1是相控阵天线系统10的一个实施例的示意图。相控阵天线系统10包括数字处理电路1、数据转换电路2、信道处理电路3、RF前端5a、5b、…5n以及天线6a、6b、…6n。尽管示出了具有三个RF前端和三个天线的示例系统，但是相控阵天线系统10可以包括更多或更少的RF前端和/或更多或更少天线，如椭圆所示。此外，在某些实施方式中，相控阵天线系统10利用用于发射和接收信号的分离天线来实施。

相控阵天线系统10示出了电子系统的一个实施例，该电子系统可以包括根据本文教导实现的一个或多个阶梯天线。然而，本文公开的阶梯天线可以用于广泛的电子器件中。相控阵天线系统在本文中也称为有源扫描电子转向阵列或波束成形通信系统。

如图1所示，信道处理电路3分别通过RF前端5a、5b、…5n耦合到天线6a、6b、…6n。在本实施例中，信道处理电路3包括分割/组合电路7、频率上/下转换电路8以及相位和幅度控制电路9。信道处理电路3提供由每个通信信道发送和从每个通信信道接收的RF信号的RF信号处理。在图示的实施例中，每个通信信道与对应的RF前端和天线相关联。然而，其他实现也是可能的。

继续参考图1，数字处理电路1生成用于控制从天线6a、6b…6n辐射的发射波束的数字发射数据。数字处理电路1还处理表示由天线6a、6b、…6n接收的接收波束的数字接收数据。在某些实施方式中，数字处理电路1包括一个或多个基带处理器。

如图1所示，数字处理电路1耦合到数据转换电路2，数据转换电路可以包括用于将数字发射数据转换为一个或多个基带发射信号的数模转换器(DAC)电路，以及用于将一个或多个基带接收信号转换为数字接收数据的模数转换器(ADC)电路。

在该实施例中，频率上/下转换电路8提供从基带到RF的频率升频和从RF到基带的频率降频。然而，其他实施方式也是可能的，例如其中相控阵天线系统10部分地以中频(IF)操作或者其中RF数据转换器提供数字和RF之间的直接转换的配置。在某些实施方式中，分割/组合电路7提供对一个或多个频率升档的发射信号的分离，以产生适合于由RF前端5a、5b、…5n处理的RF信号以及随后在天线6a、6b、…6n上的发射。此外，分割/组合电路7组合经由天线6a、6b、…6n和RF前端5a、5b、…5n接收的RF信号，以生成用于数据转换电路2的一个或多个基带接收信号。

信道处理电路3还包括用于控制波束成形操作的相位和幅度控制电路9。例如，相位和振幅控制电路9控制经由天线6a、6b、…6n发送或接收的RF信号的振幅和相位，以提供波束成形。

关于信号传输，从天线6a、6b、…6n辐射的RF信号通过相长和相消干扰聚合，以共同产生具有特定方向的发射波束。关于信号接收，信道处理电路3通过在幅度缩放和相移之后组合从天线6a、6b…6n接收的RF信号来生成接收波束。

相控阵天线系统用于多种应用，包括但不限于移动通信、军事和国防系统和/或雷达技术。

如图1所示，RF前端5a、5b、…5n分别包括一个或多个VGA 11a、11b、…11n，用于分别缩放天线6a、6b、…6n发送或接收的RF信号的幅度。此外，RF前端5a、5b、…5n各自包括一个或多个移相器12a、12b、…12n，用于对RF信号进行相移。例如，在某些实施方式中，相位和幅度控制电路9生成用于控制由VGA 11a、11b、…11n提供的增益量的增益控制信号和用于控制由移相器12a、12b、…12n提供的相移量的相位控制信号。

相控阵天线系统10操作以产生发射波束和/或接收波束，该发射波束和/或接收波束包括指向期望通信方向的主波瓣。相控阵天线系统10实现了在主瓣方向上增加的信噪比(SNR)。发射波束和/或接收波束还包括一个或多个旁瓣，其指向与主瓣不同的方向并且是不希望的。

相控阵天线系统10的波束方向的精度基于控制经由天线6a、6b、…6n传送的RF信号的增益和相位的精度。例如，当一个或多个RF信号具有大的相位误差时，波束可能被打断和/或指向不正确的方向。此外，波束旁瓣电平的大小或幅度基于控制RF信号的相位和幅度的准确性。

因此，希望严格控制由天线6a、6b…6n传送的RF信号的相位和幅度，以提供稳健的波束成形操作。

尽管这里的RF放大器可以用于波束成形通信，但是这里的教导也适用于其他类型的电子系统。

图2A是前端系统30的一个实施例的示意图。前端系统30包括第一发射/接收(T/R)开关21、第二发射/接收开关22、接收路径VGA 23、发射路径VGA 24、接收路径可控移相器25、发射路径移相器26、低噪声放大器(LNA)27和功率放大器(PA)28。如图2A所示，前端系统30被描述为耦合到天线20。

天线20可以对应于根据本文的任何实施例实现的阶梯天线。尽管图2A描述了可以发送和接收RF信号的前端系统的一个示例，但本文中的阶梯天线可以与各种类型的RF前端结合使用。因此，其他实施方式也是可能的。

前端系统30可以包括在各种各样的RF系统中，包括但不限于相控阵天线系统，例如图1的相控阵天线系统10。例如，前端系统30的多个实例可用于实现图1的RF前端5a、5b…5n。在某些实施方式中，前端系统30的一个或多个实例被制造在半导体管芯或芯片上。

如图2A所示，前端系统30包括用于控制提供给天线20上接收的RF输入信号的放大量的接收路径VGA 23，以及用于控制提供到天线20上发送的RF输出信号的放大率的发送路径VGA 24。此外，前端系统30包括接收路径可控移相器25，用于控制对在天线20上接收到的RF输入信号的相移量，以及发送路径可控相移器26，用于控制提供给在天线20中发送的RF输出信号的相移量。

VGA提供的增益控制和移相器提供的相位控制可以用于多种目的，包括但不限于补偿温度和/或工艺变化。此外，在波束成形应用中，VGA和移相器可以控制波束图的旁瓣电平。

图2B是前端系统35的另一个实施例的示意图。图2B的前端系统35类似于图2A的前端系统30，只是前端系统35省略了第二个发射/接收开关22。如图2B所示，前端系统35被描述为耦合到接收天线31和发射天线32。

接收天线31和/或发射天线32可以对应于根据本文的任何实施例实现的阶梯天线。尽管图2B描述了可以在阶梯天线上发送和接收RF信号的前端系统的另一个示例，但本文中的阶梯线可以与各种类型的RF前端结合使用。因此，其他实施方式也是可能的。

前端系统35使用不同的天线来进行信号发送和接收。在所示的实施例中，接收路径VGA 23控制提供给在接收天线31上接收的RF输入信号的放大量，并且发送路径VGA 24控制提供给第二天线32上发送的RF输出信号的放大率。此外，接收路径移相器25控制提供给在接收天线31上接收的RF输入信号的相移量，并且发送路径移相器26控制提供给第二天线32上发送的RF输出信号的相移量。

某些RF系统包括用于发送和接收信号的独立天线。

在某些应用中，希望倾斜从天线传送的波束。例如，具有向下倾斜波束的天线对于诸如基站塔、室内接入点和/或屋顶通信设备之类的高海拔应用是有吸引力的。

光束倾斜可以通过电子方式或机械方式实现。例如，与电子倾斜相反，机械倾斜在扫描角度下保留了波束的增益。因此，在阵列的情况下，机械倾斜不会遇到光栅波瓣出现的问题，因此与电子倾斜相比具有更宽的扫描范围。然而，机械倾斜可能是昂贵的、复杂的和/或具有大的实施面积。

本文公开了阶梯天线。在某些实施例中，贴片天线元件形成在电路板的两个或多个导电层上，其中贴片天线元件通过过孔互连以形成阶梯天线。阶梯天线在正常工作期间使用倾斜波束进行通信(例如，没有相移)。因此，阶梯天线以相对于电路板的平面的角度(例如，对角线)辐射。

因此，楼梯天线以倾斜波束辐射，而不需要使用电子或机械操纵。当阵列中包括多个阶梯天线时，可以进一步使用电子转向来相对于标称倾斜角倾斜波束。

阶梯天线可以是小的，使用印刷电路板(PCB)技术形成，和/或适合作为表面安装技术(SMT)部件实现。

此外，在某些实现中，阶梯天线可以被实现为使用多个信号极化进行发射和/或接收。在一个示例中，阶梯天线可以包括天线贴片、信号馈送和其他结构，以支持水平和垂直天线极化。

图3A是形成倾斜波束65的阶梯天线50的一个实施例的示意图。阶梯天线50包括第一贴片天线51、第二贴片天线52、第三贴片天线53、接地平面54、信号源55、第一过孔57、第二过孔58和第三过孔59。

如图3A所示，第一贴片天线51、第二贴片天线52、第三贴片天线53、接地平面54和信号源55位于天线结构的不同导电层上。例如，阶梯天线50可以形成在印刷电路板(PCB)上，每个贴片天线形成在PCB的不同导电层上。因此，通过使用通过过孔互连的不同层上的贴片，可以使用PCB技术来实现阶梯天线，其中贴片对应于阶梯天线的阶梯。

在所示实施例中，第一过孔57穿过接地平面54中的开口，以将信号源55连接到第一贴片天线51。此外，第二过孔58将第一贴片天线51连接到第二贴片天线52，并且第三过孔59将第二贴片天线52连接到第三贴片天线53。贴片天线51-53彼此偏移以形成阶梯。例如，关于用附图定向的x-y平面，贴片天线51-53在x方向和y方向上彼此偏移，并且通过过孔57-59互连以形成阶梯形状。

如图3A所示，第一贴片天线51比第二贴片天线52宽，第二贴片天线52比第三贴片天线53宽。贴片天线的总数和宽度可以在设计期间选择，以实现期望的天线辐射方向图，包括标称波束角。

信号源55通过过孔57-59向贴片天线元件51-53提供RF信号。阶梯贴片天线结构上的分布可以通过等效的倾斜电流来近似。如图3A所示，来自信号源55的施加RF信号导致倾斜波束65以对角线从阶梯天线50辐射。

在图示的实施例中，通过使用近似倾斜的贴片天线的阶梯来实现波束倾斜。尽管示出了具有三个贴片天线的实现方式，但是阶梯天线中可以包括更多或更少的贴片天线。

当封装为表面安装设备(SMD)时，天线可以与客户板共形，同时提供倾斜波束，而无需特殊结构或机械倾斜。

图3B是形成倾斜波束65的阶梯天线66的另一个实施例的示意图。阶梯天线66包括第一贴片天线51、第二贴片天线52、第三贴片天线53、接地平面54、信号源55、第一过孔57、第二过孔58和第三过孔59。

图3B的阶梯天线66类似于图3A的阶梯天线50，不同之处在于图3B的楼梯天线66描绘了信号馈送的差分实现。例如，在图3A中，馈送被应用于堆栈的底部补丁，而在图3B中，馈送则被应用于堆叠的顶部补丁。这里的任何楼梯天线都可以在楼梯结构的顶部、底部或其他合适的位置接触。

因此，在一些实施例中，与过孔通向底部贴片的实施例相比，阶梯天线可以由通向顶部贴片的过孔激励。由于电流方向相反，这就产生了相位相反的辐射场。

此外，当图3A和图3B的实施例在阵列环境中组合时，交叉极化场被进一步抑制，即使在电子束扫描到相对于板瞄准镜固有倾斜方向的方向(方位角或仰角)的情况下，也能为阵列实现总体上优异的交叉极化辨别(XPD)。

图4是根据一个实施例的具有阶梯天线的电路板70的示意图。电路板70包括由电介质分隔的多个导电层。电介质可以是任何合适的电路板电介质。

如图4所示，接地屏蔽结构76形成在第一导电层上，信号路由75形成在第二导电层上、天线接地平面74形成在第三导电层上以及第一贴片天线71形成在第四导电层上和第二贴片天线72形成在第五导电层上，并且第三贴片天线73形成在第六导电层上。此外，第一过孔77穿过天线接地平面74中的开口，以将信号路由75连接到第一贴片天线71的第一侧。此外，第二过孔78将第一贴片天线71的第二侧连接到第二贴片天线72的第一侧，并且第三过孔79将第二贴片电极72的第二侧连接到第三贴片天线73的第一侧。

电路板70可以形成为PCB，每个贴片天线形成在PCB的不同导电层上。因此，通过在通过过孔连接的不同层上使用贴片，可以在PCB技术上实现阶梯天线。

图5A是根据另一实施例的具有阶梯天线的电路板100的透视图。图5B是图5A的电路板100的横截面。图5C是图5A的电路板100的平面图。

参考图5A-5C，电路板100包括第一贴片天线101、第二贴片天线102、第三贴片天线103、信号路由105、第一过孔107、第二过孔108、第三过孔109、顶部接地屏蔽104、底部接地屏蔽106和接地过孔笼110。

图5A-5C的电路板100包括与图4的电路板70类似的贴片天线阶梯结构。

如图5A所示，第一过孔107将第一贴片天线101连接到信号路由105，信号路由105被屏蔽为法拉第笼。特别地，法拉第笼的顶部由顶部接地屏蔽104形成，法拉第笼底部由底部接地屏蔽106形成，并且法拉第笼的侧面或壁由接地过孔笼110形成。因此，信号路由105的所有侧面都被接地导体包围，以增强隔离和/或其他RF信令性能特性。

尽管上面的某些实施例是在单极化阶梯天线的背景下描述的，但本文的教导也适用于双极化阶梯天线，例如使用水平和垂直极化进行发射和/或接收的天线。

图6A是以47GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图6B是以48GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图6C是以49GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的曲线图。

图6D是以50GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

如图6A-6D所示，楼梯天线在没有转向的情况下以倾斜角度辐射。此外，阶梯天线在一个频率范围内辐射一致的图案，从而表现出优异的天线辐射特性。在该示例中，RF信号是毫米波信号。

图7A是在47GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7B是在48GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7C是在49GHz下工作的共极化和交叉极化辐射场或阶梯天线的一个示例的极坐标图。

图7D是在50GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。

图7E是阶梯天线回波损耗与频率关系的一个示例的矩形图。

如图7A-7D所示，对于楼梯形状的某些实施例(特定频率范围下楼梯台阶的相对尺寸)，共极化场实现了与瞄准线相距超过40度的期望波束倾斜。这是在保持可接受水平的交叉极化场的同时实现的。

此外，如图7E所示，阶梯天线在整个频率上表现出良好的回波损耗特性。因此，楼梯天线适用于广泛的应用和部署场景。

如上所述，两个或多个阶梯天线可以排列成阵列。此外，关于信号传输，可以控制提供给阵列的每个阶梯天线的RF信号的增益和相位，以提供电子操纵。此外，关于信号接收，可以控制施加到由阵列的阶梯天线接收的每个RF信号的增益和相位，以提供电子操纵。这种电子转向可以用于使天线阵列的波束相对于与无相移相关联的标称角度倾斜。有利的是，即使当阵列的每个天线没有相移时，标称角度也是倾斜的。相反，对于远离瞄准线的大扫描角度，没有这种倾斜的天线阵列的波束增益较差。

此外，在一些实施例中，阵列包括由通向顶部贴片的通孔激励的阶梯天线和通孔通向底部贴片的阶梯天线的混合。当这两个实施例在阵列环境中组合时，交叉极化场被进一步抑制，即使在电子束扫描到相对于板瞄准镜的固有倾斜方向的方向(方位角或仰角)的情况下，也实现了阵列的总体优异的交叉极化辨别(XPD)。

图8是具有阶梯天线阵列的电路板200的一个实施例的示意图。电路板200包括天线阵列(在该示例中为m乘n)，天线阵列包括阶梯天线201aa、201ab、…201an、201ba、201bb、…201bn、…201ma、201mb、…201mn。天线阵列可以是任何合适的尺寸，其中m和n各自是大于或等于1的整数。整数m和n可以相同也可以不同。在某些实现中，m和n各自大于或等于2。在一个例子中，m是8和n是2。

在某些实施方式中，天线阵列包括由通向顶部贴片的通孔激励的阶梯天线和通孔通向底部贴片的阶梯天线的混合。在一个示例中，一种类型的阶梯天线被用于天线阵列的奇数元件(当i+j对于天线元件201ij是奇数时)，而另一种类型楼梯天线被用于该天线阵列的偶数元件(当i+j对于天线单元201ij为偶数时)。在这样的配置中，没有相同类型的天线元件彼此直接相邻，这实现了交叉极化的增强。

图9A是RF模块210的一个实施例的示意图。RF模块210包括具有第一侧的客户电路板211，各种电路部件附接到该第一侧。在该示例中，集成电路(IC)213(在此也称为半导体管芯)和各种表面安装器件(SMD)附接到客户电路板211的第一侧。此外，包括一个或多个阶梯天线的天线模块212附接到客户电路板211的与第一侧相对的第二侧。IC 213可以包括RF电路(例如，图1-2B中所示的任何电路)，用于调节从天线模块212发送和/或由天线模块212接收的RF信号。这种调节可以包括但不限于放大、相移和/或滤波。

在某些实现中，阶梯天线形成在可连接到客户板的单独模块上。例如，在某些实施方式中，可以使用陆栅阵列(LGA)、球栅阵列(BGA)和/或其他表面安装技术来附接模块。

图9B是RF模块220的另一个实施例的示意图。RF模块220包括客户电路板221，各种组件(例如IC 213和SMD 214)附接到该客户电路板。图9B中的射频模块220与图9A中的RF模块210相似，只是在图9B的射频模块中，阶梯天线直接放置在客户电路板221上，而不是单独的天线模块上。这种阶梯天线可以被图案化为客户电路板层的一部分和/或直接安装在客户电路板221上作为SMT组件。

图10A是根据另一个实施例的带有阶梯天线的电路板310的横截面。图10B是图10A的电路板310的透视图，其中电路板的一部分被移除。图10C是图10B中电路板310的平面图。图10D是图10A的电路板310的透视图。

参考图10A-10D，天线结构包括第一天线极化和第二天线极化。

例如，关于用于第一天线极化(例如，垂直极化)的阶梯天线结构，电路板310包括第一贴片天线101a、耦合到第二贴片天线302的第一并矢耦合器301a、第三贴片天线103a、信号路由105a、第一过孔107a、第二过孔108a、第三过孔109a和接地过孔笼110a。此外，关于用于第二天线极化(例如，水平极化)的阶梯天线结构，电路板310包括第一贴片天线101b、耦合到第二贴片天线302的第二并矢耦合器301b(其与用于第一天线极化的阶梯天线结构共享)、第三贴片天线103b、信号路由105b、第一过孔107b、第二过孔108b、第三过孔109b和接地过孔笼110b。

电路板310还包括顶部接地屏蔽104、底部接地屏蔽106和将顶部接地防护104连接到第二贴片天线302的接地过孔303。

图10A-10D的电路板310类似于图5A-5C的电路100，只是电路板310已扩展为包括两个重叠的阶梯天线结构，以实现双极化，这增强了通信系统的容量和/或分集。

如图10A-10D所示，两个重叠的阶梯天线结构具有90度方向差，并且共享中间贴片302。此外，并矢耦合器301a-301b用于馈送每个极化的RF信号。使用并进耦合器301a-301b进行馈电，同时使用接地过孔303将中间贴片302接地，增强了两个信号极化之间的隔离。

图11A是阶梯天线的回波损耗和隔离度与频率的一个示例的矩形图。图11B是在40GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。图11C是在46GHz下工作的阶梯天线的共极化和交叉极化辐射场的一个例子的极坐标图。图11D是以40GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。图11E是以46GHz发射的阶梯天线的辐射方向图的一个示例的图。

图11A-11E的图表描绘了图10A-10D的双极化天线结构的一种实现方式的示例模拟结果。如图11A-11E所示，天线表现出良好的交叉极化、回波损耗特性和隔离性。

应用

采用上述方案的设备可以被实现为各种电子设备。电子设备的示例包括但不限于RF通信系统、消费电子产品、电子测试设备、通信基础设施等。例如，一个或多个阶梯天线可以包括在广泛的RF通信系统中，包括但不局限于雷达系统、基站、，移动设备(例如，智能手机或手机)、相控阵天线系统、笔记本电脑、平板电脑和/或可穿戴电子设备。

本文的教导可应用于在宽频率范围上操作的RF通信系统，不仅包括100MHz和7GHz之间的RF信号，而且还可应用于更高频率，例如在X波段(约7GHz到12GHz)、Ku波段(约12GHz到18GHz)、K波段(约18GHz到27GHz)、，和/或W波段(大约75GHz到110GHz)。因此，本文的教导可应用于各种各样的RF通信系统，包括微波通信系统。

本文中由阶梯天线无线通信的RF信号可以与各种通信标准相关联，包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、GSM演进增强型数据速率(EDGE)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(W-CDMA)、3G、长期演进(LTE)、4G和/或5G，以及其他专有和非专有通信标准。

结论

上述描述可以将元件或特征称为“连接”或“耦合”在一起。如本文所用，除非另有明确说明，否则“连接的”是指一个元件/特征直接或间接连接到另一元件/特征，而不一定是机械连接。同样，除非另有明确说明，否则“耦合”是指一个元件/特征直接或间接耦合到另一个元件或特征，而不一定是机械耦合。因此，尽管图中所示的各种示意图描绘了元件和组件的示例布置，但是在实际实施例中可以存在附加的介入元件、装置、特征或组件(假设所描绘的电路的功能没有受到不利影响)。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅通过示例的方式呈现，并不旨在限制本公开的范围。事实上，本文所描述的新颖装置、方法和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文所描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。例如，虽然所公开的实施例以给定的布置呈现，但是替代实施例可以利用不同的组件和/或电路拓扑来执行类似的功能，并且可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些元件。这些元件中的每一个可以以各种不同的方式来实现。上述各种实施例的元件和动作的任何合适的组合都可以被组合以提供进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种电路板，包括：

由电介质分隔的多个导电层；

第一贴片天线，形成在所述多个导电层中的第一导电层上；

第二贴片天线，形成在所述多个导电层中的第二导电层上；

第一过孔，连接到所述第一贴片天线并且被配置为携带射频(RF)信号；和

第二过孔，将所述第一贴片天线连接到所述第二贴片天线。

2.根据权利要求1所述的电路板，还包括在所述多个导电层中的第三导电层上的第三贴片天线、以及将所述第三贴片天线连接到所述第二贴片天线的第三过孔。

3.根据权利要求2所述的电路板，还包括形成在所述第一导电层上的第四贴片天线、将所述第四贴片天线连接到所述第二贴片天线的第四过孔、形成在所述第三导电层上的第五贴片天线、以及将所述第五贴片天线连接到所述第二贴片天线的第五过孔。

4.根据权利要求3所述的电路板，其中所述第一贴片天线、所述第二贴片天线和所述第三贴片天线形成以第一天线极化进行发射的第一阶梯天线结构，并且所述第四贴片天线、第二贴片天线和第五贴片天线形成以第二天线极化进行发射的第二阶梯天线结构。

5.根据权利要求2所述的电路板，其中所述第二贴片天线从所述第一贴片天线偏移，并且所述第三贴片天线从第二贴片天线偏移。

6.根据权利要求2所述的电路板，其中所述第一贴片天线比所述第二贴片天线宽，并且所述第三贴片天线比所述第二贴片天线宽。

7.根据权利要求2所述的电路板，还包括在所述多个导电层中的第四导电层上的接地平面，以及在所述多个导电层的第五导电层上RF信号路由。

8.根据权利要求7所述的电路板，其中所述第一贴片天线在所述RF信号路由上，所述第二贴片天线在所述第一贴片天线上，并且所述第三贴片天线在所述第二贴片天线上。

9.根据权利要求7所述的电路板，其中所述第三贴片天线在所述RF信号路由上，所述第二贴片天线在所述第三贴片天线上，并且所述第一贴片天线在所述第二贴片天线上。

10.根据权利要求7所述的电路板，其中所述第一过孔穿过所述接地平面中的开口，以将所述RF信号路由连接到所述第一贴片天线。

11.根据权利要求7所述的电路板，还包括围绕所述RF信号路由的过孔的接地笼。

12.根据权利要求1所述的电路板，还包括阶梯天线，所述阶梯天线包括作为阶梯天线的阶梯的第一贴片天线和第二贴片天线，其中所述电路板包括阶梯天线阵列，所述楼梯天线阵列包括作为所述阵列的一个天线元件的阶梯天线。

13.一种天线形成方法，所述方法包括：

在电路板中形成第一过孔，所述第一过孔被配置为处理射频(RF)信号；

在所述电路板的第一导电层上形成第一贴片天线，所述第一贴片天线连接到所述第一过孔；

在所述电路板中形成第二过孔，所述第二过孔连接到所述第一贴片天线；和

在所述电路板的第二导电层上形成第二贴片天线，所述第二贴片天线连接到所述第二过孔。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述电路板的第三导电层上形成第三贴片天线、以及将所述第三贴片天线连接到所述第二贴片天线的第三过孔。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述第一导电层上形成第四贴片天线，形成将所述第四贴片天线连接到所述第二贴片天线的第四过孔，在所述第三导电层上形成第五贴片天线，以及形成将所述第五贴片天线连接到所述第二贴片天线的第五过孔，其中所述第一贴片天线、第二贴片天线和所述第三贴片天线形成以第一天线极化发射的第一阶梯天线结构，并且所述第四贴片天线、所述第二贴片天线以及所述第五贴片天线形成为以第二天线极化发射的第二阶梯天线结构。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二贴片天线从所述第一贴片天线偏移，并且所述第三贴片天线从所述第二贴片天线偏移。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一贴片天线比所述第二贴片天线宽，并且所述第三贴片天线比所述第二贴片天线宽。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述电路板的第四导电层上形成接地平面，以及在所述电路板的第五导电层上形成RF信号路由。

19.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述电路板上形成阶梯天线，所述阶梯天线包括作为阶梯天线的阶梯的第一贴片天线和第二贴片天线。

20.一种阶梯天线结构，包括：

第一贴片天线，形成在第一导电层上；

第二贴片天线，形成在第二导电层上；

第一过孔，连接到所述第一贴片天线并且被配置为携带射频(RF)信号；和

第二过孔，将所述第一贴片天线连接到所述第二贴片天线。