TWI377733B - Multiband antenna array using electromagnetic bandgap structures - Google Patents

Description

1377733 九、發明說明： t發明所屬之技術領域3 發明的技術領域 本發明的實施例係大致有關天線的技術領域，且更確切 來說，本發明係有關使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線 5 陣列。 L先前技術3 發明的技術背景 今曰的無線通訊裝置，例如膝上型電腦，需要至少二個 天線來發送與接收外部信號。隨著所需天線數量的增加， 便需要使天線彼此隔離。同時，期望著無線裝置的尺寸能 10 越來越小。 【發明内容】 發明的概要說明 本發明揭露一種天線陣列，其包含：實質地設置在一基 體之一表面上的二或更多個平面型天線；實質地設置在該 15 等天線之間且與其共平面的一第一組電磁能帶間隙（E B G) 胞元；以及設置在該等天線下方之該基體内的一第二組 EBG胞元。 圖式的簡要說明 係以列舉方式且不具限制性的方式展示出本發明，圖式 中相似的元件編號用以表示相似的元件，在圖式中： 第1圖以俯視圖方式展示出根據本發明一例示實施例 5 1377733 之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列； 第2圖以橫截面圖方式展示出根據本發明一例示實施 例之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列；' 知 第3圖以橫戴面圖方式展*出根據本發明一例示實施 例之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列；' 允 第4圖以流程圖方式展示出根據本發明—例示實施例

之-種用以製造使用電磁能帶間隙結構之多頻帶天線陣歹I 的方法；以及 ％ 例示實施例之 帶天線陣列的 第5圖以方塊圖方式展示出根據本發明一 一種適於實行使用電磁能帶間隙結構之多頻 例示電子設備。 t實施方式3 致隹實施例的詳細說明

在下面詳細說明中，為了解說目的將列出多種特定細 即以便提供本發明的完整购H熟知技藝者將可了 解的是m該等特定細節亦能實現本發明盆二 例中’並不詳細地說明已知方法、程序 々 避免模糊本發明的焦點。 牛與電路’以 本發明說明中所述的"—個實施例"或,, 針對所述實補說_—轉定特徵、結 w係表示 包括在本發明的至少—實施例中。因此、。構、或者特性可 不同處中出現的"在一個實施例"或"在此―，本發明說明各個 示相同的實施例。再者，可利用任和、。實施例〃未必均表 實施例中結合該等特定特徵、5方式在-或多個 〜構、或者特性。 6 1377733 同或不同的頻率。使用天線104的無線通訊實例包括 WiFi、WiMax、Bluetooth(藍牙）、以及蜂巢式通訊。在_ 實施例中，天線陣列封裝1〇〇為多輸入多輸出（MIM〇)無線 電的部分’其中天線104為相同的，而EBGi胞元ι〇2使信 號往上改向，且實質上避免信號向側邊傳播。 第2圖以橫截面圖方式展示出根據本發明一例示實施 例之-種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列。如所 φ 展示地，天線陣列封裝2〇〇包括EBG胞元2〇2、天線2〇4、 EBG胞元206、接地平面208、以及介電層21〇與212。 EBG就202防止來自天線2Q4 _射波傳播到鄰近 的天線’且反之亦然。 EBG胞元2G6具有天線2Q4頻帶中的-㈣能帶間隙。 热知技藝者將了解的是，基體厚度可小於傳統平面型嵌補 式天線所需的四分之一波長。EBG胞元2〇6可在大小與拓 樸結構上與EBG胞元202相同或不同JBG胞元206可具 φ 有低於50 Ghz的一個、二個、三個、或更多個能帶間隙。 在一實施例中，將藉著改變使EBG胞元2〇6與接地平面2〇8 ~ 耦合之通孔的高度來改變並增高EBG胞元206的電感。 - 作為種用以製造使用電磁能帶間隙，结構之多頻帶天 線陣列之程序的部分，例如參照第4圖所述，可使介電層 210與212層疊在一核心接地平面208上〇在一實施例中’ 接地平面208為與一印刷電路板上之/接地耦合且透過 PTH技術與EBG胞元202和206耦合的〆金屬層。在一實 施例中，介電層210與212為有機基體層。 8 1377733 第3圖以橫載面圖方式展示出根據本 例之一種使用電磁能德 〇 一例示實施 电磁牝帶間隙結構的多頻帶天線 展示地，天線陣列封裝3〇〇包括ebg胞 車歹卜如所 EBG胞元306、接妯伞而扣0 天線304、 接地千面308、天線310 312與314。 及EBG胞元

天線陣列封裝300包括該基體表面上h 該基體巾的錢31G。藉著結合㈣錢:及 聯接地ebg胞元扣與训，可能可以實行較Γ⑽相關 而不需要增加天線陣列封裝的覆蓋區域。，個天線， 第4圖以流程圖方式展示出根據本發明 之一種用以製造❹電磁能帶間隙結構之多^實施例 的方法。熟知技藝者將了解的是，雜純二缘陣列 說為一種依序程序，實際上可並行地或 = :中的多個操作。此外，在不偏離本發明實施二^

件下，可倾安排該等操作_序，或者可重複進行= 步驟。 根據一例示實行方案，第4圖的方法係以層疊動作（步 驟402)以及通孔形絲作來㈣。在—實施财，一金屬 基體核心雜層疊且用來作為—接地平面，例如接地平面 208係由介電層210與212層疊。可在介電層21Q中產生 通孔，以允許EBG胞元206能接地到接地平面2〇8。 接下來，將使EBG胞元型樣化且形成（步驟4〇4卜在一 實施例中，感光型樣與電鍍係用來產生EBG胞元2〇6的螺 9 1377733 旋狀嵌補結構。在另一實施例中，將預形成EBG胞元206 ' 且把其設置在該基體上。 接下來’將進一步進行層疊與通孔形成動作（步驟 406)。可在介電層210中產生通孔，以允許EBG胞元202 能接地到接地平面208 ^亦可產生通孔，以把一信號饋送 到欲進行發送的天線204。 最後，將使天線與EBG胞元型樣化且形成（步驟408)。 φ 在一實施例中，感光型樣與電鍍係用來產生天線204以及 EBG胞元202的螺旋狀嵌補結構。在一實施例中，將預形 成天線204與EBG胞元202,且把其設置在該基體上。可 能需要其他步驟來完成此種封裝方式 ，例如包括加入球格 陣列（BGA)接觸孔。 第5圖以方塊圖方式展示出根據本發明一例示實施例 之一種適於實行使用電磁能帶間隙結構之多頻帶天線陣列 的例不電子設備。電子設備5〇〇意圖表示多種傳統式與非 • 傳統式電子設備、膝上型電腦、桌上型電腦、蜂巢電話、 無線通訊用戶單元、無線通訊電話基礎建設元件、個人數 位助理 '機上盒中的任一種，或表示受惠於本發明揭示的 任何電子裝置。根據所展示的例示實施例，電子設備5〇〇 可包括處理器502、記憶體控制器5〇4、系統記憶體506、 輸入/輪出控制器508、無線網路控制器510、輸入/輸出裝 置512、以及如第5圖般耦合之天線陣列514中的一或多 個。 10 1377733 處理器502可代表多種控制邏輯裝置中的任一種，包括 但不限於：一或多個微處理器、可編程邏輯裝置（pLD)、可 編程邏輯陣列（PLA)、特定應用積體電路(ASIC)、微控制器 等’然本發明並不限於此。在一實施例中，處理器502為 Intel®相容處理器。處理器5〇2可具備含容可由一應用程 式或作業系統喚起之多個機器位準指令的指令組。 記憶體控制器504可代表使系統記憶體508與電子設 備500之其他部件接合的任何類型晶片組或控制邏輯裝 置。在一實施例中’處理器502與記憶體控制器504之間 的連接可稱為一前端匯流排。在另一實施例中，記憶體控 制器504可稱為一北橋。 系統記憶體506可代表用以儲存處理器502已使用或 將使用之資料與指令的任何類型記憶體裝置。典型地，然 本發明並不限於此，系統記憶體506可由動態隨機存取記 憶體（DRAM)組成。在一實施例中，系統記憶體506可由 Rambus DRAM(RDRAM)組成。在另一實施例中，系統記憶 體506可由雙資料率同步DRAM (DDRSDRAM)組成。 輸入/輸出（I/O)控制器508可代表使I/O裝置512與電 子設備500之其他部件接合的任何類型晶片組或控制邏輯 裝置。在一實施例中，I/O控制器508可稱為南橋。在另 一實施例中，I/O控制器508可遵循2003年4月15日由 PCI Special Interest Group出品的週邊構件互連快速 ((PCI)-Express)TM基本規格第ua修正版（以下稱為、、PCI ExpressTM 匯流排"）。 11 1377733 無線網路控制器510可代表允許電子設備5〇〇能無線 地與其他電子設備或裝置通訊的任何類型裝置。在一實扩 例中，網路控制器510可遵循美國電機電子工程師協會 (IEEE)8〇2_llb 標準（1999 年 9月 16 日核定 ansi/ieee 標準802.U ’ 1999版增添版）。在另—實施例中益線網 路控制器51〇亦可包括超寬頻（UWB)、全球行___ (GSM)、全球定位系統（GPS)、或其他通訊。 輸入/輸出⑽)裝置512可代表對電子設備5⑽提供輸 入或處理來自電子設備咖之輸出的任何類型H周邊 設置或部件。 天線陣列514可代表利用電磁能帶間隙結構的多頻帶 天線陣列’如第1圖、第2圖、或第3圖所述。 的^為了提供本㈣實施㈣整說明的目 不同的特定細節。然而，熟知技藝者可了解 ;牛的/利用一個或多個該等特定細節或其他方法 = 實現本發明的實施例。在其他事例中，已 。鼻與裝置係展T於方塊圖形式中。 已利用最基本形式來說明許多 求項目之基本範下^ 在不偏離本發明請 貢枓加入到任何上 北五J杷 明範圍*精神Μ ]除。在不偏離本發 /、精神的條件下，可進行發 案。於此’該等特定實施例並制二種變化方 目，而是用以展示出本發明的請求項：明f的項 喟目。因此，本發明請 12 1377733 求項目的範圍並不受到上面提供之特定實例的判定，而僅 受到以下申請專利範圍的限制。 【囷式簡單說明3 第1圖以俯視圖方式展示出根據本發明一例示實施例 之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列； 第2圖以橫截面圖方式展示出根據本發明一例示實施 例之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列； 第3圖以橫截面圖方式展示出根據本發明一例示實施 例之一種使用電磁能帶間隙結構的多頻帶天線陣列； 第4圖以流程圖方式展示出根據本發明一例示實施例 之一種用以製造使用電磁能帶間隙結構之多頻帶天線陣列 的方法；以及 第5圖以方塊圖方式展示出根據本發明一例示實施例之 5 —種適於實行使用電磁能帶間隙結構之多頻帶天線陣列的 例示電子設備。 【主要元件符號說明】 100 天線陣列封裝 208 接地平面 102 電磁能帶間隙(EBG)胞 210 介電層 元 212 介電層 104 天線 300 天線陣列封裝 200 天線陣列封裝 302 EBG胞元 202 EBG胞元 304 天線 204 天線 306 EBG胞元 206 EBG胞元 308 接地平面 13 1377733 310 天線 504 記憶體控制器 312 EBG胞元 506 系統記憶體 314 EBG胞元 508 輸入/輸出控制器 400 方法 510 無線網路控制器 402~408 步驟 512 輸入/輸出裝置 500 電子設備 514 天線陣列 502 處理器 14

Claims (1)

1377733 _第96120722號申請案申請專利範圍替換本100.10.21.

、申請專利範圍： 100年10月21日修正頁

10 2. 3. 4.

5.6.

一種天線陣列，其包含： 實質地設置在一基體之一表面上的二或更多個平 面型天線； 實質地設置在該等平面型天線之間且與該等平面 型天線共平面的第一組電磁能帶間隙（EBG)嵌補結 構，用以限制輻射波之傳播；以及 設置在該等平面型天線下方之該基體内之一介電 材料内的第二組EBG嵌補結構，其中該等EBG嵌補結 構與在該介電材料内的一接地金屬層耦接。 如申請專利範圍第1項之天線陣列，其另包含實質地呈 一方塊型樣配置的四個天線。 如申請專利範圍第2項之天線陣列，其另包含設置在該 基體内的數個天線。 如申請專利範圍第1項之天線陣列，其中該等第一組 EBG嵌補結構包含螺旋式EBG嵌補結構。 如申請專利範圍第1項之天線陣列，其中該等第一組 EBG嵌補結構包含四列EBG嵌補結構。 如申請專利範圍第1項之天線陣列，其中該等第二組 EBG嵌補結構包含寬度大約為750μπι的嵌補結構。 一種具有天線陣列之裝置，其包含： 一印刷電路板； 焊接到該印刷電路板的一無線網路控制器；以及 焊接到該印刷電路板的一天線陣列，該天線陣列 15 20 丄:577733 100年10月21曰修正頁 包含： 實質地設置在—基體之一表面上的二或更多 個平面型天線； 5

10 15

20 實質地設置在該等平面型天線之間且與該等 平面型天線共平面的第-組電磁能帶間隙（EBG) 嵌補結構，用以限制輻射波之傳播，其中該等第 -組EBG嵌補結構與在基體内之—介電材料内的 一接地金屬層耦接；以及 設置在該等平面型天線下方之該介電材料内 的第一組EBG嵌補結構。 8·如申請專利範圍第7項之裝置，其另包含實質地呈―方 塊型樣配置的四個天線0 9·如申請專利制第8項之裝置，其另包含設置在該基體 内的數個天線。 10.如申請專利範圍第7項之裝置，其中該等第_組EBG 嵌補結構包含螺旋式ebg嵌補結構。 11·如申請專利範圍第7項之裝置，其中該等第二組EBG 嵌補結構包含寬度大約為750μηι的嵌補結構。 12. —種具有天線陣列之電子設備，其包含： 一無線網路控制器； 一系統記憶體； 一處理器；以及 一天線陣列’其中該天線陣列包括實質地設置在 一基體之一表面上的二或更多個平面型天線、實質地 16 100年10月21日修正頁 設置在該等平面型天線間之用於限制輻射波之傳播的 第一組電磁能帶間隙（EBG)嵌補結構、以及設置在該等 平面型天線下方之該基體内之一介電材料内的第二組 EBG嵌補結構，其中該等EBG嵌補結構與在該介電材 5 料内的一接地金屬層耦接。 13·如申請專利範圍第12項之電子設備，其另包含實質地 呈一方塊型樣配置的四個天線。 14.如申請專利範圍第13項之電子設備，其另包含設置在 該基體内的數個天線。 10 15.如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該等第一組 EBG嵌補結構包含螺旋式EBG嵌補結構。 16. 如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該等第一組 EBG嵌補結構包含四列EBG嵌補結構。 17. —種用於形成天線陣列之方法，其包含下列步驟： 15 實質地在一封裝基體之一表面上形成二或更多個 平面型天線； 實質地在該等平面型天線之間形成第一組電磁能 帶間隙(EBG)嵌補結構，用以限制輻射波之傳播； 在該等平面型天線下方之該基體内之一介電材料 20 内形成第二組EBG嵌補結構；以及 在該基體内形成數個金屬層，作為與該等EBG嵌 補結構耦接的接地面。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其另包含下列步驟： 形成實質上呈一方塊型樣配置的四個天線。 17 Γ377733 _ 100年10月21曰修正頁 19.如申請專利範圍第17項之方法，其另包含下列步驟： 形成一多層有機基體。

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