TWI487188B

TWI487188B - 三維天線結構

Info

Publication number: TWI487188B
Application number: TW099144725A
Authority: TW
Inventors: Nicolaos G Alexopoulos; Yunhong Liu
Original assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2015-06-01
Also published as: EP2339693A1; CN102136635A; TW201140934A; CN102136635B; HK1159861A1

Description

三維天線結構

本發明涉及無線通信系統，更具體地說，涉及一種用於上述系統的天線。

衆所周知的，通信系統支援無線和/或有線連接的通信設備間進行無線和有線連接通信。這些通信系統包括了從全國移動電話和/或國際移動電話到互聯網到點對點家庭無線網路再到射頻識別(RFID)系統。每種類型的通信系統都依據一個或多個通信標準構建繼而運行。例如，射頻(RF)無線通信系統運行中依據的標準包括RFID、IEEE 802.11、藍牙，高級移動電話系統(AMPS)、數位AMPS、全球移動通訊系統(GSM)、碼分多址(CDMA)、WCDMA、本地多點分配系統(LMDS)、多路多點分配系統(MMDS)、LTE、WiMAX和/或上述各種的變形，但並不僅限於此。在另一個範例中，紅外(IR)通信系統在運行中依據的一個或多個標準包括IrDA(紅外資料組織)，但並不僅限於此。

包括移動電話、雙向無線通信、個人數位助理(PDA)、個人電腦(PC)、筆記本電腦、家庭娛樂裝置、RFID閱讀器、RFID標簽等在內的無線通信設備根據RF無線通信系統的類型與其他通信設備直接地或間接地進行通信。直接通信(又稱為點對點通信)中，參與的無線通信設備調諧其接收器和發射器到同一通道或相同的多個通道(例如，無線通信系統中多個射頻(RF)載波的一個)，並在該/這些通道上通信。間接通信中，每個無線通信設備經由指定通道與相關基站(例如，移動電話服務)和/或相關接入點(例如，家庭網路或建築內網路)直接通信。為完成無線通信設備間的無線通信連接，相關基站和/或相關接入點相互間進行通信，方式包括直接地、通過系統控制器、通過公共交換電話網絡、通過互聯網地和/或一些其他廣域網。

參與無線通信的每個RF無線通信設備可以內置無線收發器(即接收器和發射器)，也可以連接相關無線收發器(例如，服務家庭和/或建築內無線通信網路的基站、RF數據機等)。已熟知的是，接收器連接天線，並且包含低雜訊放大器，一個或多個中頻級、過濾級、和資料恢復級。低雜訊放大器通過天線接收入站RF信號並放大。一個或多個中頻級通過混合放大的RF信號和一個或多個本地振蕩將放大的RF信號轉換成基帶信號或中頻(IF)信號。過濾級從頻帶信號中濾去天線不需要的基帶信號或IF信號後生成過濾信號。資料恢復級依據特定的無線通信標準從過濾信號恢復原始資料。

同樣熟知的，發射器包含資料調製級、一個或多個中頻級和功率放大器。資料調製級依據特定的無線通信標準將原始資料轉換成基帶信號。一個或多個中頻級通過混合基帶信號和一個或多個本地振蕩生成RF信號。功率放大器在經天線發射前放大該RF信號。

由於無線通信的無線部分都是從天線開始和結束，所以正確設計的天線結構是無線通信設備的重要部件。已熟知的，天線結構設計有工作頻率對應的所需阻抗(如50 Ohms)、中心為所需工作頻率的所需帶寬、所需長度(例如，對單極天線取工作頻率的四分之一波長)。進一步熟知的是，天線結構包括單極或雙極天線、分集天線結構、相同極化、不同極化和/或任何數量的其他電磁性質。

RF接收器上的一種流行天線結構是三維室外螺旋天線，像拉伸的彈簧。室外螺旋天線提供磁性全方位單極天線。其他類型的三維天線包括長方形、角形等形狀的孔徑天線；三維雙極天線的形狀包括錐形、筒形、橢圓形等；反射天線包含平面反射器、角反射器或抛物線反射器。這些三維天線的問題是它們無法在基板中實質的二維空間內實施，例如積體電路(IC)和/或支撐IC的印刷電路板(PCB)。

已知的二維天線包含彎曲的圖樣或微帶構造。為了有效天線操作，天線長度應在單極天線中取四分之一波長以及雙極天線中取二分之一波長，波長λ=c/f，其中c是光速，f是頻率。例如，¼波長的天線在900MHz時的總長度約為8.3釐米_即0.25*_3×10⁸ m/s/_900×10⁶ c/s=0.25*33cm，其中m/s為米每秒，c/s為周期每秒。另一個範例中，¼ 波長的天線在2400MHz時的總長度約為3.1釐米_即0.25*_3×108m/s/_2.4×109c/s=0.25*12.5cm。

先不考慮二維天線是否能在IC和/或PCB上實施，它消耗的面積就是一個問題。例如，使用希爾伯特(Hilber)形狀的單極天線在5.5GHz頻帶工作時，每個天線單元都取¼波長，即13.6mm[“Compact 2D Hilber Microstrip Resonators,”MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS,Vol.48,No.2,February 2006]。這樣每個天線單元消耗的面積近似3.633mm² _即½*_1.875mm×3.875mm，其中長度對面積比為3.74：1_即13.6：3.633。當需要提供相對緊湊的二維天線時，所消耗的面積還需要進一步減少，同時性能不能退化或退化很少。

本發明提供了一種裝置和操作方法，結合至少一幅附圖進行了充分的展現和描述，並在權利要求中得到了更完整的闡述。

根據本發明的一個方面，三維天線結構包括：位於基板第一層的第一天線部件；位於基板第二層的第二天線部件；和連接所述第一天線部件到所述第二天線部件的通路，其中所述第一天線以一重疊角從徑向角度(in a radial perspective)與所述第二天線部件重疊。

優選地，所述三維天線結構進一步包括：所述第一天線部件具有第一幾何形狀的第一圖樣；所述第二天線部件具有第二幾何形狀的第二圖樣。

優選地，所述第一和第二圖樣中至少有一個包括修正玻利耶(Polya)曲線。

優選地，所述三維天線結構進一步包括：基於所述第一和第二天線部件的物理特性以及所述重疊角的特性操作。

優選地，所述三維天線結構進一步包括單級天線。

優選地，所述三維天線結構進一步包括雙極天線。

優選地，所述基板至少包括以下一種：IC裸片；IC封裝基板；和印刷電路板。

優選地，所述三維天線結構進一步包括：多個用於連接第一天線部件到第二天線部件的通路，其中多個通路包括所述通路。

優選地，所述三維天線結構進一步包括：所述第一天線部件包含多個天線單元；所述第一天線部件包含一個或多個天線單元。

優選地，所述三維天線結構進一步包括：位於基板第三層的第三天線部件；和連接第三天線部件到所述第一或第二天線部件的第二通路；根據本發明的一個方面，三維天線陣列包括：第一天線結構包括：位於第一基板層的第一天線部件；位於第二基板層的第二天線部件；和連接所述第一天線部件到所述第二天線部件的第一通路，其中所述第一天線以第一重疊角從徑向角度與所述第二天線部件重疊；第二天線結構包括：位於第三基板層的第三天線部件；位於第四基板層的第四天線部件；和連接所述第三天線部件到所述第四天線部件的第二通路，其中所述第三天線以第二重疊角從徑向角度與所述第四天線部件重疊。

優選地，所述三維天線陣列包括：具有多個層的基板，其中所述多個層包含所述第一、第二、第三和第四基板層，所述多個層的第一層包含所述第一和第三基板層，所述多個層的第二層包含所述第二和第四基板層。

優選地，所述三維天線陣列進一步包括：包含所述第一和第二基板層的第一基板；和包含所述第三和第四基板層的第二基板。

優選地，所述第一天線結構進一步包括：位於第五基板層的第三天線部件；和連接所述第三天線部件到所述第一或第二天線部件的第三通路。

優選地，所述第二天線結構進一步包括：位於第五基板層的第三天線部件；和連接所述第三天線部件到所述第三或第四天線部件的第三通路。

優選地，所述三維天線陣列進一步包括：所述第一天線部件包含多個天線單元；和所述第二天線部件包含一個或多個天線單元。

優選地，所述三維天線陣列進一步包括：所述第三天線部件包含多個天線單元；和所述第四天線部件包含一個或多個天線單元。

優選地，所述三維天線陣列進一步包括：所述第一天線部件具有第一幾何形狀的第一修正玻利耶曲線圖樣；和所述第二天線部件具有第二幾何形狀中的第二修正玻利耶圖樣，其中所述第一天線結構的操作特性是基於所述第一和第二天線部件的物理特性以及所述第一重疊角。

優選地，所述三維天線陣列進一步包括：所述第三天線部件具有第三幾何形狀的第三修正玻利耶曲線圖樣；和所述第四天線部件具有第二幾何形狀的第二修正玻利耶圖樣，其中所述第二天線結構的操作特性是基於所述第三和第四天線部件的物理特性以及所述第二重疊角。

本發明的各種優點、各個方面和創新特徵，以及其中所示例的實施例的細節，將在以下的描述和附圖中進行詳細介紹。

10‧‧‧設備

12‧‧‧設備基板

14-20‧‧‧積體電路(IC)

22-28‧‧‧基板

30-36‧‧‧裸片

38‧‧‧天線結構

40‧‧‧天線結構

42‧‧‧天線結構

44‧‧‧天線結構

46‧‧‧射頻(RF)收發器

48‧‧‧RF收發器

50‧‧‧RF收發器

52‧‧‧RF收發器

54‧‧‧功能電路

56‧‧‧功能電路

58‧‧‧功能電路

60‧‧‧功能電路

70‧‧‧發射線

72‧‧‧開關電路

74‧‧‧阻抗匹配電路

80‧‧‧地線層(ground plane)

82‧‧‧第一層

84‧‧‧第二層

90‧‧‧單元

92‧‧‧連接電路

94‧‧‧層

96‧‧‧層

98‧‧‧層

100‧‧‧層

110‧‧‧基板

112‧‧‧修正玻利耶曲線(MPC)金屬痕跡

114‧‧‧終端

120‧‧‧延伸的金屬痕跡

130‧‧‧第一金屬痕跡

132‧‧‧第二金屬痕跡

142‧‧‧第一天線部件

144‧‧‧第二天線部件

146‧‧‧通路

圖1是依據本發明實施例的設備的示意圖；圖2是依據本發明實施例的天線裝置的示意圖；圖3是依據本發明實施例的天線的原理框圖；圖4是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖5是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖6是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖7是依據本發明實施例的天線結構的示意圖；圖8A-8E是依據本發明實施例的金屬痕迹的示意圖；圖9A-9C是依據本發明實施例的金屬痕迹的示意圖；圖10A和10B是依據本發明實施例的金屬痕迹的示意圖；圖11A-11H是依據本發明實施例的多邊形形狀的示意圖；圖12是依據本發明另一實施例的天線結構的示意圖；圖13是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖14是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖15是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖16是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖；圖17是依據本發明實施例的三維天線裝置的示意圖；圖18是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖19是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖20是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖21是依據本發明另一個實施例的三維天線裝置的示意圖；圖22是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖23是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖24是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖25是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖26是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖27是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖；圖28是依據本發明另一實施例的三維天線裝置的示意圖。

圖1是一個實施例中設備10的示意圖，包括設備基板12和多個積體電路(IC)14-20。上述每個IC都包含基板22-28和裸片30-36。IC 14的裸片30包含功能電路54和連接到基板12上的天線結構38的射頻(RF)收發器46。IC 16的裸片32包含天線結構40、RF收發器48和功能電路56。IC 18的裸片34包含RF收發器50和功能電路58，IC 18的封裝基板26和基板12支撐連接RF收發器52的天線結構42。IC 20的裸片36包含RF收發器52和功能電路60，IC 20的封裝基板28支撐連接RF收發器52的天線結構44。

設備10是包含積體電路的任何類型的電子裝置。例如，但遠非一個詳盡的清單，上述設備10可以是個人電腦、筆記本電腦、手持電腦、無線局域網(WLAN)接入點、WLAN基站、移動電話、音頻娛樂設備、視頻娛樂設備、視頻遊戲控制和/或控制臺、電臺、無繩電話、有線電視機頂盒、衛星接收器、網路基礎設施設備、移動電話基站和藍牙耳機。相應的，功能電路54-60包含WLAN基帶處理模組、WLAN RF收發器、蜂窩狀語音基帶處理模組、蜂窩狀語音RF收發器、蜂窩狀資料基帶處理模組、蜂窩狀資料RF收發器、本地基礎設施通信(LIC)基帶處理模組、閘道處理模組、路由器處理模組、遊戲控制器電路、遊戲控制臺電路、微處理器、微控制臺和記憶體中的一個或多個。

在一個實施例中，採用互補金屬氧化物半導體技術製備裸片30-36，封裝基板為印刷電路板(PCB)。在其他實施例中，採用砷化鎵技術、矽鍺技術、雙極、雙CMOS和/或任何其他類型的IC製備技術製備裸片30-36。在這些實施例中，封裝基板22-28為印刷電路板(PCB)、玻纖板、塑膠板和/或一些其他不導電材料板。要注意的是，如果天線結構位於裸片上，封裝板只起到裸片支撐結構的功能，包含很少或不包含痕迹。

在一個實施例中，RF收發器46-52提供本地無線通信(例如IC對IC通信)和/或遠端無線通信(例如，到/從一個設備到另一個設備)。在該實施例中，當一個IC的功能電路有資訊(例如，資料、操作指令、文件等)要傳送到另一個IC的另一個功能電路或另一個設備時，第一IC的RF收發器經由無線路徑傳送這些資訊到第二IC的RF收發器或另一個設備。這種方式下，IC對IC通信中的一些到全部能通過無線完成。

在一個實施例中，所述第一IC的基帶處理模組將出站資料(例如，資料、操作指令、文件等)轉化成出站碼流。出站資料到出站碼流的轉化依據一個或多個資料調製方法完成，諸如幅度調製(AM)、頻率調製(FM)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(FSK)、最小頻移鍵控(MSK)、高斯MSK(GMSK)、正交幅度調製(QAM)、上述各種的組合和/或上述各種的替代。例如，出站資料到出站碼流的轉化過程包括一個或多個加擾、編碼、刪餘、交織、星座映射、調製、頻率到時域的轉換、空時分組編碼、空頻分組編碼、波束形成和數位基帶到IF轉換。

所述第一IC的RF收發器將出站碼流轉換成出站RF信號。所述第一IC的天線結構連接RF收發器並發射出站RF信號，其載波頻率在頻帶之內(例如900MHz、1800MHz、1900MHz、2.4GHz、5.5GHz、55GHz到64GHz等)。相應的，所述天線結構包含用於在頻帶內操作的電磁特性。例如，天線結構的長度為¼ 波長或½ 波長，具有所需帶寬、所需阻抗、所需增益等。

對本地無線通信，上述第二IC的天線結構接收上述RF信號為入站RF信號後提供給第二IC的RF收發器。RF收發器將該入站RF信號轉換成入站碼流後提供給第二IC的基帶處理模組。第二IC的基帶處理模組通過一個或多個資料調製方法將入站碼流轉換成入站資料，諸如幅度調製(AM)、頻率調製(FM)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(FSK)、最小頻移鍵控(MSK)、高斯MSK(GMSK)、正交幅度調製(QAM)、上述各種的組合和/或上述各種的替代。例如，入站碼流到入站資料的轉化過程包括一個或多個解擾、解碼、解刪餘、去交織、星座解映射、解調、時間到頻域的轉換、空時分組解碼、空頻分組解碼、去波束形成和IF到數位基帶轉換。要注意的是，上述第一IC和第二IC的基帶處理模組位於同一裸片上，而RF收發器位於各自IC內的不同裸片上。在其他實施例中，每一個IC 14到IC 20包含多個裸片上、封裝基板上和/或基板12上RF收發器和天線結構以使用一個或多個頻率偏移、相偏移、波導(例如，使用波導容納大部分RF能量)、頻率複用模式、頻分複用、時分複用、零峰多徑衰落(例如，IC中空對天線信號強度和IC中峰值對天線信號強度)、跳頻、擴頻、時空偏移和空間頻率偏移支援多個同時RF通信。要注意的是，為便於說明設備10顯示為只包含四個IC(即IC 14到IC 20)，但是在實際實施中包含的IC可以多於或少於四個。

圖2為一實施例中位於裸片30-36、封裝基板22-28和/或基板12上的天線結構38-44的示意圖。天線結構38-44連接發射線70，從而與阻抗匹配電路74和開關電路72連接。天線結構38-44可以是裸片30-36、封裝基板22-28和/或基板12上的一個或多個金屬痕迹，提供半波長雙極天線、四分之一波長單極天線、天線陣列、多入多出(MIMO)天線和/或微帶貼片天線(microstrip patch antenna)。

上述發射線70是裸片30-36、封裝基板22-28和/或設備基板12上的一對微帶線(以單個的、集體的或結合的方式為天線裝置提供基板)，通過第一和第二導體電連接天線結構38-44和電磁連接阻抗匹配電路74。一個實施例中，第一導體到發射線70的第一線間的電磁連接生成第一變壓器，第二導體到發射線70的第二線間的電磁連接生成第二變壓器。

阻抗匹配電路74包含可調電感電路、可調電容電路、可調電阻電路、電感器、電容器和電阻器中的一個或多個，結合發射線70以及第一和第二變壓器為匹配天線結構38-44的阻抗建立阻抗器。

開關電路72包含一個或多個開關、電晶體、三態緩衝器和三態驅動器，以連接阻抗匹配電路74到RF收發器46-52(從圖2)。一個實施例中，開關電路72接收來自RF收發器46-52(從圖2)、控制模組和/或基帶處理模組的連接信號，其中連接信號指示出開關電路72是開路(即，阻抗匹配電路74沒有從圖2連接RF收發器46-52)還是閉路(即，阻抗匹配電路74從圖2連接RF收發器46-52)。

圖3是天線結構38-44連接發射線70和地線層(ground plane)80的原理圖。天線結構38-44為包括痕迹的半波雙極天線或四分之一單極天線，該痕迹所具有的修正玻利耶曲線被限制為三角形。發射線70包含的第一和第二線實質上是平行的。一個實施例中，至少有發射線70的第一線電連接天線結構38-44。

地線層80的表面積大於天線結構38-44的表面積。從第一軸向角度，地線層80實質上與天線結構38-44平行，從第二軸向角度，地線層80實質上與天線結構38-44位於同一地點。

圖4是一個實施例中裸片30-36、封裝基板22-28和/或設備基板12上的天線結構38-44的示意圖。天線結構38-44包含一個或多個電線單元、天線地線層80和發射線70。本實施例中，上述一個或多個天線單元位於裸片30-36、封裝基板22-28和/或設備基板12的第一層82上，地線層80位於裸片30-36、封裝基板22-28和/或設備基板12的第二層84上。

圖5是一實施例中連接發射線70的天線結構38-44的示意圖，上述天線結構連接阻抗匹配電路74。在此視圖中，天線結構38-44、發射線70和阻抗匹配電路74包含多個單元90和連接電路92。連接電路92允許對單元90的配置以提供天線結構38-44所需的天線屬性。例如，天線結構38-44具有不同的所需有效長度、不同的所需帶寬、不同的所需阻抗、不同的所需品質因數和/或不同的所需頻帶。

作為一個具體的例子，½ 波長或更短的天線帶寬主要取決於天線的品質因數_Q，數學表示如公式1所示，其中ν₀ 為共振頻率，2 δ ν為半功率點間的頻率差_即帶寬。

公式2提供了針對天線結構的基本品質因數公式，其中R為天線結構的電阻，L為天線結構的電感，C為天線結構的電容。

因此，可以通過調節天線結構的電阻、電感和/或電容控制帶寬。比如，品質因數越小，帶寬越窄。要注意的是，電容主要由發射線90的線長、線間距離的長度，天線90的單元間的距離以及任何附加在天線結構上的電容決定。進一步要注意的是，發射線90的線和上述天線結構38-44的相關結構都在一個IC、封裝基板和/或設備基板12的同一層和/或不同層上。

圖6是一個實施例中天線結構38-44的示意圖，包括基板(例如，裸片、封裝基板和/或設備基板)的層94和98上的單元90以及層96上的連接電路92。如果地線層80也包括在內，則位於基板的另一個層100上。

在這個實施例中，在單元90位於不同層上時，它們之間通過連接電路92的電磁連接不同於圖5中單元位於同一層的情況。相應的，將獲得不同的所需有效長度、不同的所需帶寬、不同的所需阻抗、不同的所需品質因數和/或不同的所需頻帶。

在本視圖的一個實施例中，可調的地線層80包括多個地線層和一個地線層選擇電路。地線層的多個位於基板的一個或多個層。

在本視圖的一個實施例中，可調的地線層80包含多個地線層單元和一個地線層連接電路。依據一個或多個功能電路提供的地線層特徵信號，地線層連接電路連接地線層單元多個中的至少一個到地線層80內。

圖7是一個實施例中天線結構38-44的示意圖，包括修正玻利耶曲線(MPC)金屬痕迹112和相連接的終端114。將MPC金屬痕迹112限制為多邊形形狀，且具有階數(例如，n=>2，範例如圖8a-8e所示)、線寬(例如，痕迹寬度)和/或形成因數(例如，s<1，範例如圖9a-9c所示)。天線結構由基板110支撐(為IC裸片、封裝基板和/或設備基板)。

配置MPC金屬痕迹112以提供多個天線配置種類中的一個或多個。例如，MPC金屬痕迹112提供單極天線¼ 波長的長度。另一個範例中，配置MPC金屬痕迹112以提供雙極天線。在此例中，MPC金屬痕迹112包括兩段，每段長度為¼ 波長。仍然是另一個範例中，配置MPC金屬痕迹112以提供微帶貼片天線。

圖8A-8E是一個實施例中MPC金屬痕迹的示意圖，具有固定的寬度(w)和形成因數(s)以及可變的階數(n)。具體而言，圖8A顯示的MPC金屬痕迹的階數為二階；圖8B顯示的MPC金屬痕迹為三階；圖8C顯示的MPC金屬痕迹為四階；圖8D顯示的MPC金屬痕迹為五階以及圖8E顯示的MPC金屬痕迹為六階。要注意的是，多邊形形狀內使用更高的MPC金屬痕迹階數以提供天線結構。

圖9A-9C是一個實施例中MPC(修正玻利耶曲線)金屬痕迹的示意圖，具有固定的寬度(W)和階數(n)以及可變的形成因數(s)。具體而言，圖9A顯示的MPC金屬痕迹的形成因數為0.15；圖9B顯示的MPC金屬痕迹的形成因數為0.25；圖9C顯示的MPC金屬痕迹的形成因數為0.5。要注意的是，MPC金屬痕迹可以提供給天線結構其他形成因數。

圖10A和圖10B是實施例中MPC(修正玻利耶曲線)金屬痕迹的示意圖。圖10A中，MPC金屬痕迹被限制為直角三角形，包含兩個單元：短角直線和弧線。在本實施中，天線結構在操作中採用兩個或多個頻帶。例如，天線結構可以採用2.4GHz頻帶和5.5GHz頻帶操作。

圖10B顯示了圖10A中天線結構的優化。圖中，直線痕迹包含延伸的金屬痕迹120，和縮短的曲線。具體而言，延伸痕迹120和/或縮短曲線調節了天線結構的屬性(例如，頻帶、帶寬、增益等。)

圖11A-11H是實施例中多邊形形狀的示意圖，其中限制了修正玻利耶曲線(MPC)痕迹。具體而言，圖11A顯示的是等腰三角形；圖11B顯示的是等邊三角形；圖11C顯示的是直角三角形；圖11D顯示的是任意三角形；圖11E顯示的是矩形；圖11F顯示的是五角形；圖11G顯示的是六邊形；以及圖11H顯示的是八角形。要注意的是，其他幾何形狀也可用來限制MPC金屬痕迹。

圖12是另一實施例中天線結構38-44的示意圖，包括多個金屬痕迹112和多個終端114。多個金屬痕迹112限制在多邊形形狀內(本範例中為矩形，但也可為三角形、五角形、六邊形、八角形等)，每個金屬痕迹112中的具有修正玻利耶曲線形狀。多個終端114連接多個金屬痕迹112。

在本實施例中，可以連接金屬痕迹112中的多個以形成天線陣列；形成多入站多出站天線；形成微帶貼片天線；形成雙極天線；或形成單極天線。

圖13是另一個實施例中天線裝置的示意圖，包括基板(例如，裸片、IC封裝基板和/或設備基板)和天線結構，它們包含第一金屬痕迹130和第二金屬痕迹132。基板包括多個層82-84。要注意的是，這些層可能屬於同一基板單元(例如，裸片、IC封裝基板或設備基板)或屬於不同的基板單元(例如，一個或多個層屬於IC封裝基板，一個或多個層來自設備基板，一個或多個層屬於裸片)。

第一金屬痕迹130具有第一修正玻利耶曲線形狀(例如，具有第一階數值、第一形成因數值、第一線寬或痕迹寬度值)，該曲線形狀被限制為第一多邊形形狀(例如，三角形、矩形、五角形、六角形、八角形等)。如圖所示，第一金屬痕迹130位於基板的第一層82上。第一終端連接上述第一金屬痕迹，但是圖中沒有具體顯示。這樣配置的範例在前文的圖中有提供。

第二金屬痕迹132具有第二修正玻利耶曲線形狀(例如，具有第二階數值、第二形成因數值、第二線寬或痕迹寬度值)，該曲線形狀被限制為第二多邊形形狀(例如，三角形、矩形、五角形、六角形、八角形等)。同樣如圖所示，第二金屬痕迹132位於基板的第二層84上。要注意的是，第一和第二修正玻利耶曲線可以是相同(例如，具有同樣的階數、形成因數和痕迹寬度)或不同(例如，階數、形成因數和/或痕迹寬度中有一個或多個不同值)的修正玻利耶曲線。進一步要注意的是，第二終端連接第二金屬痕迹132。

在一實施例中，配置第一和第二金屬痕迹130、132以提供微帶貼片天線；雙極天線；或單極天線。在另一實施例中，配置第一金屬痕迹130以提供第一微帶貼片天線以及配置第二金屬痕迹132以提供第二微帶貼片天線。在另一個可選實施例中，配置第一金屬痕迹130以提供雙極天線以及配置第二金屬痕迹132以提供第二雙極天線。在另一個可選實施例中，配置第一金屬痕迹130以提供第一單極天線以及配置第二金屬痕迹132以提供第二單極天線。在一個或多個實施例中，第一和/或第二金屬痕迹130、132包含延伸金屬痕迹以調節天線結構的天線屬性。

圖14是圖13中天線裝置進一步實施例的示意圖。在本實施例中，第一和/或第二金屬痕迹130、132包含多個金屬痕迹段，並限制在上述第一和第二多邊形形狀中的至少一個內。多個金屬痕迹段的每一個具有第一和第二修正玻利耶曲線形狀中的至少一個，並連接多個終端中所對應的一個。

在一實施例中，連接第一和/或第二金屬痕迹130、132的多個金屬痕迹段以形成一個或多個天線陣列。在另一實施例中，連接第一和/或第二金屬痕迹130、132的多個金屬痕迹段以形成一個或多個多入多出(MIMO)天線。在另一實施例中，連接第一和/或第二金屬痕迹130、132的多個金屬痕迹段以形成一個或多個微帶貼片天線。在另一實施例中，連接第一和/或第二金屬痕迹130、132的多個金屬痕迹段以形成一個或多個雙極天線。在另一實施例中，連接第一和/或第二金屬痕迹130、132的多個金屬痕迹段以形成一個或多個單極天線。

圖15是另一個實施例中天線裝置的示意圖，包含長度(I)的金屬痕迹112，具有的修正玻利耶曲線形狀被限制為面積(a)的三角形形狀140。金屬痕迹112的長度近似為三角形形狀(例如，等腰、等邊、直角或任意)面積的4到7倍。換句話說，金屬痕迹的長度面積比近似為4比1到7比1。與長度面積比為3.74：1的希爾伯特形狀的天線相比，該包含修正玻利耶曲線形狀的天線裝置在面積上至少小30%。要注意的是，金屬痕迹112連接終端114。

可以通過具有連接金屬痕迹112的延伸金屬痕迹調節天線裝置的屬性(例如，中心頻率、帶寬、增益、品質因數等)。還可以根據修正玻利耶曲線的階數、線寬和/或形成因數進一步調節其屬性。

在另一個實施例中，天線裝置包含多個金屬痕迹112；每一個都具有限制為三角形形狀的修正玻利耶曲線形狀，以及長度面積比在4比1到7比1的近似範圍內。在本實施例中，排列金屬痕迹中的多個形成多邊形形狀(例如，矩形、五角形、六邊形、八邊形等)後形成天線陣列、MIMO天線、微帶貼片天線、單極天線或雙極天線。要注意的是，金屬112中的多個連接終端114中的多個。

圖16和17是具有第一和第二金屬痕迹112的雙極天線的示意圖，每一個都具有限制為三角形形狀的修正玻利耶曲線形狀，以及長度面積比在4比1到7比1的近似範圍內。第一金屬痕迹112與第二金屬痕迹112並列，且都與終端114連接。圖6中的金屬痕迹限制為直角三角形，圖7中的金屬痕迹限制為等邊三角形。

圖18是一實施例中三維天線裝置的示意圖，包含第一天線部件142、第二天線部件144以及至少一條通路146。第一天線部件142具有第一圖樣以及如圖所示的任意的幾何形狀或其他形狀，位於積體電路(IC)、IC封裝基板和/或印刷電路板(PCB)的第一層上。第二天線部件144具有第二圖樣以及相同或不同於第一天線部件142的任意的幾何形狀，位於IC、IC封裝基板和/或PCB的第二層上。例如，第一和/或第二圖樣可以是一個或多個前面圖中顯示的修正玻利耶曲線形狀。

天線裝置進一步包含多個位於附加層上的天線部件和通路 146。例如，第三天線部件具有與第一和/或第二天線部件相同或不同的任意幾何形狀的第三圖樣，位於IC、IC封裝基板和/或PCB的第三層上。第一天線部件142使用一個或多個通路146連接第二天線單元，第二天線部件144使用一個或多個通路146連接第三天線部件。天線結構的結合長度(第一和第二天線部件142的單個長度之和，如果包含第三個的話)至少部分決定了天線結構的操作屬性(例如，頻率、帶寬、品質因數、阻抗等)。這種天線提供在大量RF和/或MMW通信設備中使用的小覆蓋區(footprint)天線。

圖19是另一實施例中三維天線裝置的示意圖，包含第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路。本視圖中，重疊角(θ)的範圍從0到360度，該值同樣對天線的操作屬性有貢獻(例如，增益、輻射圖樣等)。因此從徑向層角度，第一天線部件142完全重疊第二天線部件144、第一天線部件142部分重疊第二天線部件144或第一天線部件142最低限度重疊第二天線部件144。

圖20是另一實施例中三維天線裝置的示意圖，包含第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路146。本視圖中，第一天線部件142通過多個通路146連接第二天線部件144。要注意的是，通路146的數量根據第一和第二天線部件142、144間建立電連接的需要在1到數打內變化。

圖21是另一實施例中三維(3D)天線裝置的頂視圖，包括第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路146。本視圖中，3D天線結構是單極天線，具有第一天線部件142的多個單元以及第二天線部件144的一個或多個單元。第一天線部件142的多個單元通過一個或多個通路146連接第二天線部件144的一個或多個單元。本視圖進一步顯示，第一和第二天線部件142、144的圖樣是限制為任意幾何形狀的階數修正玻利耶曲線。

圖22是本實施例中圖21中三維天線裝置的等比例示意圖(isometric diagram)。本圖更加清楚地顯示了第一天線部件142的多個單元與第二天線部件144的電連接。進一步說明的是，本重疊角取自第一天線部件142與第二天線部件144的重疊。

圖23是另一實施例中三維天線裝置的示意圖，包括第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路146。本視圖中，3D天線結構是單極天線，具有第一天線部件142的多個單元以及第二天線部件144的一個或多個單元。第一天線部件142的多個單元通過一個或多個通路146以實質上非重疊的方式(例如，重疊角近似為180。)連接第二天線部件144的一個或多個單元。本視圖進一步顯示，第一和第二天線部件142、144的圖樣是限制為任意幾何形狀的階數修正玻利耶曲線。

圖24是本實施例中圖23中三維天線裝置的等比例示意圖。本圖更加清楚地顯示了第一天線部件142的多個單元與第二天線部件144的電連接。

圖25是另一實施例中三維(3D)天線裝置的示意圖，包括第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路146。本視圖中，3D天線結構是雙極天線，對於該雙極天線的每個腿(leg)都具有第一天線部件142的多個單元以及第二天線部件144的一個或多個單元。第一天線部件142的多個單元通過一個或多個通路146連接第二天線部件144的一個或多個單元。本視圖進一步顯示，第一和第二天線部件142、144的圖樣是限制為任意幾何形狀的階數修正玻利耶曲線。

圖26是本實施例中圖25中三維天線裝置的等比例示意圖。本圖更加清楚地顯示了對於雙極天線每個腿的第一天線部件142的多個單元與第二天線部件144的電連接。進一步說明的是，本重疊角取自對於雙極天線每個腿的第一天線部件142與第二天線部件144的重疊。

圖27是另一實施例中三維天線裝置的示意圖，包括第一天線部件142、第二天線部件144和至少一個通路146。本視圖中，3D 天線結構是雙極天線，對於該雙極天線的每個腿都具有第一天線部件142的多個單元以及第二天線部件144的一個或多個單元。對於每個腿，第一天線部件142的多個單元通過一個或多個通路146以實質上非重疊的方式(例如，重疊角近似為180°)連接第二天線部件144的一個或多個單元。本視圖進一步顯示，第一和第二天線部件142、144的圖樣是限制為任意幾何形狀的階數修正玻利耶曲線。

圖28是本實施例中圖27中三維天線裝置的等比例示意圖。本圖更加清楚地顯示了對於雙極天線每個腿的第一天線部件142的多個單元與第二天線部件144的電連接。

可以對圖18-28中三維天線各種實施例以各種方式結合來形成包含多個天線結構三維天線陣列。多個天線結構中的第一天線結構包含第一和第二天線部件和通路。第一天線部件位於第一基板層上，第二天線部件位於第二基板層上。通路連接第一天線部件到第二天線部件，其中第一天線從徑向角度以一個重疊角與第二天線部件重疊。

多個天線結構的第二天線結構包含第三和第四天線部件和通路。第三天線部件位於第三基板層上，第四天線部件位於第四基板層上。通路連接第三天線部件到第四天線部件，其中第三天線從徑向角度以一個重疊角與第四天線部件重疊。

在一個範例中，天線陣列在一個基板上實施。基板至少包含兩層，其中基板的第一層構成第一和第三基板層，基板的第二層構成第二和第四基板層。因此，天線陣列的天線結構在同一基板的兩個(或更多)層上實施。例如，如果天線結構中的一個或多個包含第三天線單元(或更多)，則使用基板兩個以上的層。

在另一個範例中，天線陣列在多個基板上實施。第一基板支撐第一天線結構以及第二基板支撐第二天線結構。因此，第一天線結構在第一基板(例如，IC裸片或IC封裝基板)的兩個或更多層上實施，第二天線結構在第二基板(例如，IC裸片、IC封裝基板、PCB)的兩個或更多層上實施。要注意的是，陣列的每個天線結構在操作中採用實質上相同的頻帶、不同頻帶和/或兩者結合的方式。

本專業普通技術人員會意識到，術語“大約”或“近似”，正如這裏可能用到的，對相應的術語提供一種業內可接受的公差。這種業內可接受的公差從小於1%到20%，並對應於，但不限於，元件值、積體電路處理波動、溫度波動、上升和下降時間和/或熱雜訊。本專業普通技術人員還會意識到，術語“可操作地連接”，正如這裏可能用到的，包括通過另一個元件、元件、電路或模組直接連接和間接連接，其中對於間接連接，中間插入元件、元件、電路或模組並不改變信號的資訊，但可以調整其電流電平、電壓電平和/或功率電平。正如本專業普通技術人員會意識到的，推斷連接(亦即，一個元件根據推論連接到另一個元件)包括兩個元件之間用相同於“可操作地連接”的方法直接和間接連接。正如本專業普通技術人員還會意識到的，術語“比較結果有利”，正如這裏可能用的，指兩個或多個元件、專案、信號等之間的比較提供一個想要的關係。例如，當想要的關係是信號1具有大於信號2的振幅時，當信號1的振幅大於信號2的振幅或信號2的振幅小於信號1振幅時，可以得到有利的比較結果。

以上對本發明的描述借助了闡述特定功能和關係的方法步驟。為方便描述任意定義了這些功能模組和方法步驟的界限和順序。只要指定的功能和關係能合適地執行，可以定義替代的界限和順序。任何替代界限或順序都在本發明主張保護的範圍和精神之內。

以上對本發明的描述借助了闡述某些重要功能的性能的功能模組。為方便描述任意定義了這些功能模組的界限。只要某些重要功能能合適地執行，可以定義替代的界限。類似的，還定義了流程圖來說明某些重要功能。使用範圍中，流程圖的界限和順序另外定義了後仍能執行某些重要功能。所有功能模組和流程圖塊以及順序的替代定義都在本發明主張保護的範圍和精神之內。本技術領域的普通技術人員能夠認出上述功能模組和其他說明塊、模組，上述部件能夠按照說明或通過分散部件、特定應用積體電路、處理器執行合適的軟體和其他類似的或以上的任意組合實施。