TWI525910B - 三維螺旋天線及其應用 - Google Patents

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TWI525910B TW102108509A TW102108509A TWI525910B TW I525910 B TWI525910 B TW I525910B TW 102108509 A TW102108509 A TW 102108509A TW 102108509 A TW102108509 A TW 102108509A TW I525910 B TWI525910 B TW I525910B
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Description

三維螺旋天線及其應用
本發明總體上涉及無線通訊系統，更具體地，涉及在該無線通訊系統中使用的天線結構。
已知通訊系統支持無線和/或有線通訊裝置之間的無線和有線通訊。這種通訊系統的範圍從國內和/或國際蜂窩電話系統到網際網路、到點對點家庭無線網路、到射頻識別(RFID)系統、再到射頻雷達系統。每種類型的通訊系統根據一種或多種通訊標準來構建，並因此運行。例如，射頻(RF)無線通訊系統可根據一種或多種標準來運行，這些標準包括但不限於，RFID、IEEE 802.11、藍芽、高級行動電話服務(AMPS)、數位AMPS、全球行動通訊系統(GSM)、碼分多址(CDMA)、WCDMA、本地多點分配系統(LMDS)、多通道多點分配系統(MMDS)、LTE、WiMAX和/或其變形。作為另一實例，紅外線(IR)通訊系統可根據一種或多種標準來運行，這些標準包括但不限於IrDA(紅外線數據協會)。
對於參與無線通訊的RF無線通訊裝置而言，它包括內置無線電收發器(即，接收器和發送器)或者被耦接至相關聯的無線電收發器(例如，用於家庭和/或室內無線通訊網路的站點、RF調制解調器等)。接收器被耦接至天線且包括低噪音放大器、一個或多個中頻級、濾波級和數據恢復級。發送器包括數據調製級、一個或多個中頻級和功率放大器，該發送器被耦接至天線。
由於無線通訊以天線開始和結束，所以適當設計的天線結構 是無線通訊裝置的重要組成部分。眾所周知，天線結構被設計為具有在工作頻率處所需的阻抗(例如，50歐姆)、以所需工作頻率為中心的所需頻寬、以及所需長度(例如，用於單極天線的工作頻率的1/4波長)。如進一步已知，天線結構可包括單一的單極或偶極天線、分集式天線結構、具有相同偏振(polarization，極化)的天線陣列、具有不同偏振的天線陣列和/或任何數目的其他電磁特性。
已知二維天線包括彎曲圖形或微帶配置。對於高效的天線操作而言，天線長度對於單極天線應為1/4波長，且對於偶極天線應為1/2波長，其中，波長(λ)=c/f，其中c為光速，以及f為頻率。例如，900MHz的1/4波長天線具有約8.3釐米(即，0.25×(3×108m/s)/(900×106c/s)=0.25×33cm，其中，m/s為米每秒，c/s為週期每秒)的總長度。作為另一實例，2400MHz的1/4波長天線具有約3.1cm(即，0.25×(3×108m/s)/(2.4×109c/s)=0.25×12.5cm)的總長度。
儘管二維天線為許多無線通訊裝置提供了合理的天線性能，但當無線通訊裝置需要全雙工操作和/或多輸入和/或多輸出(例如，單輸入多輸出、多輸入多輸出、多輸入單輸出)操作時存在問題。例如，為進行很好工作的全雙工無線通訊，所接收的RF訊號必須與所發射的RF訊號隔離(例如，>20dBm)。一種常用機制是使用隔離器。另一常用機制是使用雙工器。
本發明提供了一種三維螺旋天線，包括：基板，具有三維形狀區(three-dimensional shaped region)；螺旋天線元件，被所述三維形狀區支持且與所述三維形狀區相匹配，使得所述螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及饋電點(feed point)，耦接至所述螺旋天線元件的連接點。
上述三維螺旋天線中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：阿基米德螺旋線形狀；以及等角螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的增益具有螺旋增益分量和三維增益分量。
上述三維螺旋天線中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：對稱螺旋圖案；以及偏心螺旋圖案。
上述三維螺旋天線中，所述基板包括以下中的一個：一個或多個印刷電路板；一個或多個集成電路封裝基板；以及不導電裝配式天線背襯結構(non-conductive fabricated antenna backing structure)。
上述三維螺旋天線中，所述螺旋天線元件包括：具有多匝螺旋槽的基本實心的導電材料，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於所述螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：所述螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
上述三維螺旋天線中，所述螺旋天線元件包括：導線，被形成為多匝螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於所述螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：所述螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
上述三維螺旋天線中，所述三維形狀區包括以下中的一個：杯形；圓錐形；圓柱形；棱錐形；盒形；球形；抛物線形；以及雙曲線形。
本發明還提供了一種三維螺旋天線，包括：基板，具有三維形狀區；第一螺旋天線元件，被所述三維形狀區支持且與所述三維形狀區相匹配；第二螺旋天線元件，與所述第一螺旋天線元件互相交織，其中，所述第二螺旋天線元件被三維形狀區支持且與所述三維形狀區相匹配，使得互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及 饋電點，耦接至所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的至少一個的連接點。
上述三維螺旋天線中，所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的每一個包括以下中的一個：阿基米德螺旋線形狀；以及等角螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的增益具有螺旋增益分量和三維增益分量。
上述三維螺旋天線中，所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的每一個包括以下中的一個：對稱螺旋圖案；以及偏心螺旋圖案。
上述三維螺旋天線中，所述基板包括以下中的一個：一個或多個印刷電路板；一個或多個集成電路封裝基板；以及不導電裝配式天線背襯結構。
上述三維螺旋天線中，所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的每一個包括：基本實心的導電材料，其中，多匝螺旋槽分隔所述第一螺旋天線元件與所述第二螺旋天線元件，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
上述三維螺旋天線中，所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的每一個包括：導線，被形成為多匝螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
上述三維螺旋天線中，所述三維形狀區包括以下中的一個：杯形；圓錐形；圓柱形；棱錐形；盒形；球形；抛物線形；以及雙曲線形。
本發明提供了一種射頻(RF)前端模組，包括：可操作地收發入站射頻訊號和出站射頻訊號的三維螺旋天線，所述三維螺旋天線包括：基板，具有三維形狀區；螺旋天線元件，被所述三維形狀區支持且與所述三維形狀區相匹配，使得所述螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及饋電點，耦接至所述螺旋天線元件的連接點；接收-發送隔離模組，可操作地耦接至所述三維螺旋天線，其中，所述接收-發送隔離模組可操作地隔離所述入站射頻訊號和所述出站射頻訊號；以及可操作地調諧所述接收-發送隔離模組的調諧模組。
上述射頻前端模組還包括以下中的至少一個：功率放大器，可操作地耦接至所述接收-發送隔離模組，其中，所述功率放大器放大上變頻出站訊號以產生所述出站射頻訊號；以及低噪音放大器，可操作地耦接至所述接收-發送隔離模組，其中，所述低噪音放大器放大所述入站射頻訊號。
上述射頻前端模組還包括：集成電路(IC)晶片，包括所述調諧模組；以及集成電路封裝基板，支持所述集成電路晶片，並且是包括三維形狀區的所述基板，其中，所述接收-發送隔離模組位於所述集成電路晶片或所述集成電路封裝基板上。
上述射頻前端模組中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：阿基米德對稱螺旋形狀；阿基米德偏心螺旋形狀；等角對稱螺旋形狀；以及等角偏心螺旋形狀。
上述射頻前端模組中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：具有多匝螺旋槽的基本實心的導電材料；以及導線，被形成為多匝螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於所述螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中 的至少一個：所述螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
上述射頻前端模組中，所述三維螺旋天線包括：第二螺旋天線元件，與第一螺旋天線元件互相交織，其中，所述第二螺旋天線元件被三維形狀區支持且與所述三維形狀區相匹配，使得互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件具有接近所述三維形狀區的整體形狀；以及饋電點，耦接至所述第二螺旋天線元件的連接點。
5‧‧‧無線通訊裝置
10‧‧‧射頻(RF)前端模組
12‧‧‧三維(3D)螺旋天線
14‧‧‧接收-發送(RX-TX)隔離模組
14-1‧‧‧雙工器
14-2‧‧‧平衡網路
16‧‧‧調諧模組
18‧‧‧功率放大器(PA)
20‧‧‧低噪音放大器(LNA)
22‧‧‧上變頻模組
24‧‧‧下變頻模組
26‧‧‧基頻處理模組
30‧‧‧出站RF訊號
32‧‧‧入站RF訊號
34‧‧‧檢測器
36‧‧‧調諧引擎
40‧‧‧基板
42、44‧‧‧三維形狀區
46‧‧‧螺旋天線元件
48、62‧‧‧饋電點
52‧‧‧對稱螺旋圖案
54‧‧‧偏心螺旋圖案
60‧‧‧交織螺旋天線元件
60-1‧‧‧第一螺旋天線元件
60-2‧‧‧第二螺旋天線元件
R1、R2‧‧‧電阻分壓器
圖1是根據本發明的無線通訊裝置的一種實施方式的示意性框圖；圖2是根據本發明的RF前端模組的一種實施方式的示意性框圖；圖3是根據本發明的三維螺旋天線的一種實施方式的軸測圖；圖4是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的軸測圖；圖5是根據本發明的螺旋天線元件的一種實施方式的示意圖；圖6是根據本發明的螺旋天線元件的另一實施方式的示意圖；圖7是根據本發明的螺旋天線元件的另一實施方式的示意圖；圖8是根據本發明的螺旋天線元件的另一實施方式的示意圖；圖9是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的軸測圖；圖10是根據本發明的三維螺旋天線的一種實施方式的截面圖；圖11是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的截面圖；圖12是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的軸測圖；圖13是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的軸測圖； 圖14是根據本發明的螺旋天線元件的另一實施方式的示意圖；圖15是根據本發明的螺旋天線元件的另一實施方式的示意圖；圖16是根據本發明的三維螺旋天線的一種實施方式的截面圖；以及圖17是根據本發明的三維螺旋天線的另一實施方式的截面圖。
圖1是無線通訊裝置5的一種實施方式的示意性框圖，該無線通訊裝置包括射頻(RF)前端模組10、功率放大器18、低噪音放大器20、上變頻模組22、下變頻模組24和基頻處理模組26。RF前端模組10包括三維(3D)螺旋天線12、接收-發送(RX-TX)隔離模組14和調諧模組16。
無線通訊裝置5可以是能由人攜帶的任何裝置，可至少部分由電池供電，包括無線電收發器(例如，射頻(RF)和/或毫米波(MMW))，以及執行一個或多個軟體應用。例如，無線通訊裝置5可以是蜂窩電話、手提電腦、個人數位助理、電子遊戲控制器、電子遊戲機、個人娛樂裝置、平板電腦等。
在發送出站RF訊號的一個實例中，基頻處理模組26根據通訊標準或協議將出站數據(例如，語音、文本、視頻、圖形、視頻文件、音頻文件等)轉換為一個或多個出站符號流。可以是直接轉換模組或超外差轉換模組的上變頻模組22，將一個或多個出站符號流轉換為一個或多個上變頻訊號。功率放大器18放大該一個或多個上變頻訊號，以產生一個或多個出站RF訊號。RX-TX隔離模組14將出站RF訊號與入站RF訊號隔離，並將出站RF訊號提供給3D螺旋天線12以用於發送。注意，調諧模組16對RX-TX隔離模組14進行調諧。
在接收一個或多個入站RF訊號的實例中，3D螺旋天線12接收入站RF訊號，並將其提供給RX-TX隔離模組14。RX-TX隔離模組14將入站RF訊號與出站RF訊號隔離，並將入站RF訊號提供給低噪音放大器20。低噪音放大器20放大入站RF訊號，且可以是直接下變頻模組或超外差轉換模組的下變頻模組24，將放大的入站RF訊號轉換為一個或多個入站符號流。基頻處理模組26將一個或多個入站符號流轉換為入站數據。
RF前端模組10可被實施為包括一個或多個IC晶片和IC封裝基板的集成電路(IC)。調諧模組16被實施在一個或多個IC晶片上。IC封裝基板支持IC晶片，且還可包括3D螺旋天線12。RX-TX隔離模組14可被實施在一個或多個IC晶片和/或IC封裝基板上。功率放大器18、低噪音放大器20、上變頻模組22、下變頻模組24和基頻處理模組26中的一個或多個可被實施在一個或多個IC晶片上。
圖2是RF前端模組10的一種實施方式的示意性框圖，該RF前端模組包括3D螺旋天線12、作為RX-TX隔離模組14的雙工器14-1和平衡網路14-2、以及作為調諧模組16的電阻分壓器(R1和R2)、檢測器34和調諧引擎36。雙工器14-1理想地用於對次級繞阻添加由入站RF訊號32在兩個初級繞阻上感應的電壓，並減去由出站RF訊號30在兩個初級繞阻上感應的電壓，使得在次級繞阻上不存在出站RF訊號，且入站RF訊號在次級繞阻上出現兩次。基於來自調諧模組16的反饋，平衡網路14-2調整其阻抗來基本匹配3D螺旋天線的阻抗，使得雙工器更接近理想狀態來工作。
圖3是三維螺旋天線12的一種實施方式的軸測圖，該三維螺旋天線包括基板40、螺旋天線元件46和耦接至螺旋天線元件46的連接點的饋電點48。可以是一個或多個印刷電路板、一個或多個集成電路封裝基板和/或不導電裝配式天線背襯結構的基板 40，包括外部的三維形狀區42(例如，延伸至超過基板40的表面或周邊)。螺旋天線元件46被三維形狀區42支持且與該三維形狀區相匹配，使得螺旋天線元件46具有接近三維形狀區的整體形狀。
例如，當三維形狀區42具有雙曲線形狀時，螺旋天線元件具有與三維形狀區42大約相同尺寸的雙曲線形狀。作為另一實例，基板40可以是被3D形狀區42圍繞(encompass)以提供雙曲線形天線的不導電天線背襯結構(例如，塑料、玻璃、玻璃纖維等)。雙曲線形狀的直徑範圍可從用於高頻(例如，幾十吉赫茲(GHz))和/或較低功率應用的幾微米到用於低頻和/或較高功率應用的幾十米。
作為另一實例，三維形狀區42具有圓錐形狀，使得螺旋天線元件46也具有圓錐形狀，且與三維形狀區42的尺寸大致相同。三維形狀區42可具有其他形狀，諸如杯形、圓柱形、棱錐形、盒形(如圖3中所示)、球形或抛物線形。
圖4是三維螺旋天線12的另一實施方式的軸測圖，該三維螺旋天線包括基板40、螺旋天線元件46和耦接至螺旋天線元件46的連接點的饋電點48。可以是一個或多個印刷電路板、一個或多個集成電路封裝基板和/或不導電裝配式天線背襯結構的基板40，包括內部的三維形狀區44(例如，相對於基板40的表面或外緣向內延伸)。螺旋天線元件46被三維形狀區44支持且與該三維形狀區44相匹配，使得螺旋天線元件46具有接近三維形狀區的整體形狀。三維形狀區44可具有杯形、抛物線形、圓錐形、盒形(如圖4所示)、圓柱形、棱錐形或球形。
圖5至圖8是3D螺旋天線12的螺旋天線元件46的實施方式的示意圖，該3D天線具有一匝或多匝的螺旋形狀。該螺旋形狀可以是阿基米德螺旋線形狀和/或等角螺旋形狀(例如，塞爾特螺旋)。由於螺旋天線元件46的螺旋特性，天線具有約3dB的增益(例如，螺旋增益分量)，因為相反的輻射波瓣被反轉，因此使前 向輻射模式能量加倍。由於天線元件的三維形狀，天線增益又進一步增加了約2dB(例如，三維增益分量)。因此，3D螺旋天線12具有約5dB的增益。
3D螺旋天線12的工作頻帶至少部分基於3D螺旋天線12的物理屬性。例如，3D螺旋天線12的激發區(即，饋電點和/或內匝半徑)的尺寸建立了頻寬的上截止區，以及3D螺旋天線12的外周建立了頻寬的下截止區。螺旋圖案創建了圓偏振。跡線寬度、跡線之間的距離、每個螺旋部分的長度、到地平面的距離和/或人工磁導體平面的使用會影響3D螺旋天線12的品質因數、輻射模式、阻抗(在頻寬上相當恒定)、增益和/或其他特性。
如圖5所示，螺旋天線元件46包括被形成為多匝螺旋形的導線。長度、寬度和匝之間的距離取決於天線的所需特性(例如，頻寬、中心頻率、品質因數、阻抗、偏振等)。圖6示出了包括具有多匝螺旋槽的基本為實心的導電材料的螺旋天線元件46。圖7示出了包括具有對稱螺旋圖案52的導線或基本為實心的導體實現的螺旋天線元件46，該對稱螺旋圖案創建了基本垂直於饋電點的輻射模式。圖8示出了包括具有偏心螺旋圖案54的導線或基本為實心的導體實現的螺旋天線元件46，該偏心螺旋圖案創建了不垂直於饋電點的輻射模式。
圖9是三維螺旋天線12的軸測圖，該三維螺旋天線包括呈三維抛物線形狀的螺旋天線元件46。在該實例性實施方式中，基板40僅包括3D形狀區42或44。因此，3D螺旋天線12是具有上述特性的拋物螺旋形天線。注意，螺旋天線元件46可根據圖5至圖8中的一個或多個來實施。
圖10是僅包括三維抛物線形狀的三維螺旋天線12的截面圖，該三維螺旋天線包括螺旋天線元件46和基板40。圖11是僅包括三維雙曲線形狀的三維螺旋天線12的截面圖，該三維螺旋天線包括螺旋天線元件46和基板40。因此，3D螺旋天線12是具有 上述特性的雙曲螺旋天線。注意，螺旋天線元件46可根據圖5至圖8中的一個或多個來實施。
圖12是三維螺旋天線12的另一實施方式的軸測圖，該三維螺旋天線包括基板40、交織螺旋天線元件60和耦接至交織螺旋天線元件60的連接點的饋電點62。可以是一個或多個印刷電路板、一個或多個集成電路封裝基板和/或不導電裝配式天線背襯結構的基板40，包括外部的三維形狀區42(延伸至超過基板40的表面或周邊)。交織螺旋天線元件60包括第一螺旋天線元件和第二螺旋天線元件，且被三維形狀區42支持並與該三維形狀區相配合，使得交織螺旋天線元件60具有接近三維形狀區的整體形狀。
例如，當三維形狀區42具有雙曲線形狀時，交織螺旋天線元件60具有與三維形狀區42大致相同尺寸的雙曲線形狀。作為另一實例，基板40可以是被3D形狀區42圍繞以提供雙曲線形天線的不導電天線背襯結構(例如，塑料、玻璃、玻璃纖維等)。雙曲線的直徑範圍可從用於高頻(例如，幾十吉赫茲(GHz))和/或低功率應用的幾微米到用於低頻和/或較高功率應用的幾十米。
作為另一實例，三維形狀區42具有圓錐形狀，使得交織螺旋天線元件60也具有圓錐形狀且與三維形狀區42的尺寸大致相同。三維形狀區42可具有其他形狀，諸如杯形、圓柱形、棱錐形、盒形(如圖12所示)、球形或抛物線形。
圖13是三維螺旋天線12的另一實施方式的軸測圖，該三維螺旋天線包括基板40、交織螺旋天線元件60和耦接至交織螺旋天線元件的連接點的饋電點62。可以是一個或多個印刷電路板、一個或多個集成電路封裝基板和/或不導電裝配式天線背襯結構的基板40，包括內部的三維形狀區44(例如，相對於基板40的表面或外緣向內延伸)。交織螺旋天線元件60被三維形狀區44支持且與該三維形狀區相匹配，使得交織螺旋天線元件60具有接近三維 形狀區的整體形狀。三維形狀區44可具有杯形、抛物線形、圓錐形、盒形(如圖4所示)、圓柱形、棱錐形或球形。
圖14是交織螺旋天線元件60的另一實施方式的示意圖，該交織螺旋天線元件包括第一螺旋天線元件60-1和第二螺旋天線元件60-2。第一螺旋天線元件60-1和第二螺旋天線元件60-2中的每一個均可具有阿基米德螺旋線形狀或等角螺旋形狀。此外，第一螺旋天線元件和第二螺旋天線元件中的每一個均可具有對稱螺旋圖案或偏心螺旋圖案。更進一步，第一螺旋天線元件和第二螺旋天線元件中的每一個均可包括被形成為多匝螺旋形狀的導線。
由於交織螺旋天線元件60的螺旋特性，3D螺旋天線12具有約3dB的增益(例如，螺旋增益分量)，因為相反的輻射波瓣被反轉，因此使前向輻射模式能量加倍。由於天線元件的三維形狀，天線增益又進一步增加了約2dB(例如，三維增益分量)。因此，3D螺旋天線12具有約5dB的增益。
3D螺旋天線12的工作頻帶至少部分基於3D螺旋天線12的物理屬性。例如，3D螺旋天線12的激發區(即，饋電點和/或內匝半徑)的尺寸建立了頻寬的上截止區，以及3D螺旋天線12的周長建立了頻寬的下截止區。交織螺旋圖案創建了圓偏振。跡線寬度、跡線之間的距離、每個螺旋部分的長度、到地平面的距離和/或人工磁導體平面的使用會影響3D螺旋天線12的品質因數、輻射模式、阻抗(在頻寬上比較恒定)、增益和/或其他特性。
在具體實例中，20mm半徑(例如，2×π×20=125.66mm周長)提供了約2GHz的低截止頻率，以及具有約5mm半徑的激發區建立了約8GHz的高截止頻率。因此，該特定實例的天線具有以5GHz為中心的2-8GHz的頻寬。
圖15是交織螺旋天線元件60的另一實施方式的示意圖，該交織螺旋天線元件包括第一螺旋天線元件60-1和第二螺旋天線元件60-2。第一螺旋天線元件60-1和第二螺旋天線元件60-2中的每 一個均可具有阿基米德螺旋線形狀或等角螺旋形狀。此外，第一螺旋天線元件和第二螺旋天線元件中的每一個均可具有對稱螺旋圖案或偏心螺旋圖案。更進一步，交織螺旋天線元件60可以是基本為實心的導電材料，其中，多匝螺旋槽分隔第一螺旋天線元件60-1和第二螺旋天線元件60-2。
圖16是僅包括三維抛物線形狀的三維螺旋天線12的一種實施方式的截面圖，該三維螺旋天線包括交織螺旋天線元件60和基板40。因此，3D螺旋天線12是具有上述特性的拋物螺旋形天線。注意，該螺旋天線元件46可根據圖13和圖14中的一個或多個來實施。
圖17是僅包括三維雙曲線形狀的三維螺旋天線12的截面圖，該三維螺旋天線包括交織螺旋天線元件60和基板40。因此，3D螺旋天線12是具有上述特性的雙曲螺旋天線。注意，該螺旋天線元件46可根據圖13和圖14中的一個或多個來實施。
如本文所用，術語“基本”和“約”為其相應項和/或項之間的相關性提供了業內可接受的容差。該業內可接受容差包括從小於1%到50%的範圍，且對應於但不限於組件值、集成電路工藝變化、溫度變化、升降次數和/或熱噪音。項之間的該相關性包括從百分之幾的差異到大量差異的範圍。也如本文所用，術語“可操作地耦接至”、“耦接至”和/或“耦接”包括項之間的直接耦接和/或項之間經由中間項(例如，項包括但不限於組件、元件、電路和/或模組)的間接耦接，其中，對於間接耦接，中間項不修改訊號訊息，但可調整其電流水平、電壓水平和/或功率水平。如本文還可使用，推斷耦接(即，其中一個元件通過推斷耦接至另一元件)包括兩個項之間以與“耦接至”相同的方式的直接和間接耦接。如本文還可使用，術語“可操作地”或“可操作地耦接至”指示某項包括一個以上電源連接、輸入、輸出等，以便在被啟用時執行一個以上其相應功能，且還可包括推斷耦接至一個以上其 他項。如本文還可使用，術語“與...相關聯”包括單獨項的直接和/或間接耦接和/或一個項嵌入另一項內。如本文所用，術語“優選比較”表示兩個以上的項、訊號等之間的比較提供了期望關係。例如，當期望關係為訊號1具有比訊號2更大的幅值時，當訊號1的幅值大於訊號2的幅值時或者當訊號2的幅值小於訊號1的幅值時，可實現優選比較。
也如本文所用，術語“處理模組”、“處理電路”和/或“處理單元”可以是單個處理裝置或多個處理裝置。該處理裝置可以是微處理器、微控制器、數位訊號處理器、微計算機、中央處理單元、現場可編程門陣列、可編程邏輯器件、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或基於電路硬編碼和/或操作指令來操縱訊號(類比和/或數位)的任何裝置。處理模組、模組、處理電路和/或處理單元可以是或者還包括儲存器和/或集成儲存器元件，該儲存器和/或集成儲存器元件可以是單個儲存器裝置、多個儲存器裝置和/或另一處理模組、模組、處理電路和/或處理單元的嵌入式電路。該儲存器裝置可以是只讀儲存器、隨機存取儲存器、易失性儲存器、非易失性儲存器、靜態儲存器、動態儲存器、閃存、緩存和/或儲存數位訊息的任何裝置。注意，若處理模組、模組、處理電路和/或處理單元包括多於一個的處理裝置，則該處理裝置可被集中式定位(例如，經由有線和/或無線總線結構直接耦接在一起)，或者可被分布式定位(例如，經由區域網路和/或廣域網路間接耦接的雲端計算)。還需注意，若處理模組、模組、處理電路和/或處理單元經由狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路來實施其一個以上功能，則儲存相應操作指令的儲存器和/或儲存元件可嵌入包括狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路的電路內或者在該電路外部。還需注意，儲存元件可儲存以及處理模組、模組、處理電路和/或處理單元可執行對應於一個以上附圖所示的 步驟和/或功能中的至少一些的硬編碼和/或操作指令。該儲存裝置或儲存元件可包括在產品中。
上文已利用示出其指定功能和關係的性能的方法步驟描述了本發明。為便於描述，本文中任意定義了這些功能模組和方法步驟的邊界和順序。可定義替代性邊界和順序，只要能適當執行指定功能和關係。因此，任何該替代性邊界或順序均在所主張權利的本發明的範圍和思想內。此外，為便於描述，任意定義了這些功能模組的邊界。可定義替代性邊界，只要能適當執行特定重要功能。類似地，本文也任意定義了流程圖塊以說明特定重要功能。為達到所使用的程度，流程圖塊的邊界和順序可以其他方式定義且仍執行特定重要功能。因此，功能塊和流程圖塊以及順序的該替代性定義均在所主張權利的本發明的範圍和思想內。本領域普通技術人員還將認識到，本文的功能塊以及其他示例性塊、模組和組件可按照所示來實施，或者通過分立組件、專用集成電路、執行適當軟體的處理器等或者它們的任何組合來實施。
本發明還以一種以上實施方式的形式至少部分地進行了描述。本發明的實施方式在本文中被用於說明本發明、本發明的方面、本發明的特徵、本發明的概念和/或本發明的實例。體現本發明的裝置、產品、機器和/或處理的物理實施方式可包括參照本文所討論的一種以上的實施方式來描述的一個以上的方面、特徵、概念、實例等。此外，從圖到圖，這些實施方式可結合可使用相同或不同附圖標記的相同或類似命名的功能、步驟、模組等，且因此，這些功能、步驟、模組等可以是相同或類似的功能、步驟、模組等或者不同的功能、步驟、模組等。
除非特別指出，去往本文給出的任何附圖中的元件、來自本文給出的任何附圖中的元件和/或在本文給出的任何附圖中的元件之間的訊號可以是類比或數位的、時間連續或時間離散的以及單端或差分的。例如，若訊號通路被示出為單端通路，則訊號也可 表示差分訊號通路。類似地，若訊號通路被示出為差分通路，則訊號也可表示單端訊號通路。如本領域普通技術人員所認識到的，儘管本文描述了一個以上特定體系結構，但同樣可實施使用未明確示出的一個以上數據總線、元件間的直接連接和/或其他元件之間的間接耦接的其他體系結構。
術語“模組”被用於對本發明的各種實施方式的描述中。可如本文中所描述，模組包括用於執行一個或多個功能的處理模組、功能塊、硬體和/或儲存在儲存器中的軟體。注意，若該模組經由硬體來實施，則硬體可獨立和/或結合軟體和/或固件來運行。如本文所使用，模組可包括一個或多個子模組，其各自可以是一個或多個模組。
儘管本文已明確描述了本發明的各種功能和特徵的具體組合，但這些特徵和功能的其他組合同樣可行。本發明不由本文所公開的具體實例來限定，且明確包括這些其他組合。
42、44‧‧‧三維形狀區
46‧‧‧螺旋天線元件
48‧‧‧饋電點

Claims (10)

  1. 一種三維螺旋天線，包括：基板，具有複數個基本平面層以及形成在所述複數個基本平面層內的三維形狀區，所述三維形狀區延伸穿過所述複數個基本平面層之至少二個基本平面層；複數個電路分量，處於所述複數個基本平面層之至少不同的兩個基本平面層之上；螺旋天線元件，被形成於所述三維形狀區之上，使得所述螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及饋電點，耦接至所述螺旋天線元件的連接點以及耦接至所述複數個電路分量之至少一電路分量。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：阿基米德螺旋線形狀；以及等角螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的增益具有螺旋增益分量和三維增益分量。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述螺旋天線元件包括以下中的一個：對稱螺旋圖案；以及偏心螺旋圖案。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述基板包括以下中的一個：一個或多個印刷電路板；或一個或多個集成電路封裝基板。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述螺旋天線元件包括：具有多匝螺旋槽的基本實心的導電材料，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於所述螺旋天線元件的半徑，以及其 中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：所述螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述螺旋天線元件包括：導線，被形成為多匝螺旋形狀，其中，所述三維螺旋天線的頻帶的低端基於所述螺旋天線元件的半徑，以及其中，所述頻帶的高端基於以下中的至少一個：所述螺旋天線元件的內側線圈的半徑和所述饋電點的半徑。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的三維螺旋天線，其中，所述三維形狀區包括以下中的一個：杯形；圓錐形；圓柱形；棱錐形；盒形；球形；抛物線形；以及雙曲線形。
  8. 一種三維螺旋天線，包括：基板，具有複數個基本平面層以及形成在所述複數個基本平面層內的三維形狀區，所述三維形狀區延伸穿過所述複數個基本平面層之至少二個基本平面層；複數個電路分量，處於所述複數個基本平面層之至少不同的兩個基本平面層之上；第一螺旋天線元件，被形成於所述三維形狀區之上；第二螺旋天線元件，與所述第一螺旋天線元件互相交織，其中，所述第二螺旋天線元件被形成於所述三維形狀區之上， 使得互相交織的所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及饋電點，耦接至所述第一螺旋天線元件和所述第二螺旋天線元件中的至少一個的連接點以及耦接至所述複數個電路分量之至少一電路分量。
  9. 一種射頻(RF)前端模組，包括：可操作地收發入站射頻訊號和出站射頻訊號的三維螺旋天線，所述三維螺旋天線包括：基板，具有複數個基本平面層以及形成在所述複數個基本平面層內的三維形狀區，所述三維形狀區延伸穿過所述複數個基本平面層之至少二個基本平面層；螺旋天線元件，被形成於所述三維形狀區之上，使得所述螺旋天線元件具有接近三維形狀區的整體形狀；以及饋電點，耦接至所述螺旋天線元件的連接點；接收-發送隔離模組，可操作地耦接至所述三維螺旋天線，其中，所述接收-發送隔離模組可操作地隔離所述入站射頻訊號和所述出站射頻訊號；可操作地調諧所述接收-發送隔離模組的調諧模組；以及複數個電路分量，處於所述複數個基本平面層之至少不同的兩個基本平面層之上，所述複數個電路分量耦接至所述接收-發送隔離模組以及所述調諧模組之至少一者。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的射頻前端模組，還包括：集成電路(IC)晶片，包括所述調諧模組；以及集成電路封裝基板，支持所述集成電路晶片，並且是包括三維形狀區的所述基板，其中，所述接收-發送隔離模組位於所述集成電路晶片或所述集成電路封裝基板上。
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