TWI623150B - 包含具有電容性饋入點和間隔開的傳導性屏蔽導通孔的平片天線總成的電子裝置及有關方法 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置可包含無線通信電路及一耦接至其之天線總成。所述天線總成可包含一基板、一界定由所述基板攜載的一接地平面的導電層及一由所述基板攜載且與所述接地平面間隔開的導電性平片天線元件。所述平片天線元件可具有一將所述平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的對稱軸線，及分別在所述第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口。所述天線總成亦可包含分別在所述第一及第二饋入開口中的第一及第二饋入墊，及延伸穿過所述基板且分別將所述饋入墊耦接至所述無線通信電路的第一及第二饋入線。間隔開的傳導性屏蔽導通孔可耦接至所述接地平面且可延伸穿過包圍所述平片天線元件的所述基板。

Description

包含具有電容性饋入點和間隔開的傳導性屏蔽導通孔的平片天線總成的電子裝置及有關方法
本發明是關於電子裝置的領域，且更特定言之，是關於平片天線及有關方法。
平片天線(例如，微帶平片天線)可使用相對簡單的印刷電路構造提供針對給定區域的高增益，因此使其使用廣泛。一個類型的微帶平片天線具有在橫向延伸至平片平面的輻射型樣。此微帶天線通常使用(例如)呈連接器接腳或電路板導通孔的形式的探針來饋入，以形成將電流攜載至平片表面的探針。
然而，微帶平片天線的輻射頻寬可有限。舉例而言，實務上，微帶平片天線的半功率(3dB)可小於百分之20。與可在頻寬的許多倍頻程上操作的其他類型的天線(諸如，抛物面反射器天線)相比，此可特別不利。可基於二次等式(ax2+bx+c=0)來描述簡單正方形半波邊緣線性極化的微帶平片天線的頻率回應，因此可存在位於約第一半波諧 振的「單峰」增益最大值。
微帶平片天線的頻寬基於其攜載於上的基板的厚度而線性增大，因此使基板厚度增大一倍可使頻寬增大一倍，且使基板厚度減半可使頻寬減半。然而，遺憾地，在使用相對厚的基板微帶天線的寬頻帶應用程序中可引起問題，因為饋入探針可以類似於單極天線的方式輻射。假定饋入探針的輻射圖案不同於平片自身的輻射圖案，則組合的厚基板平片輻射產生不對稱圖案及減小的實現增益。
授予Van Hoozen的美國專利第6,181,279號揭露一種具有使用周邊寄生短線的電小接地板的平片天線。更特定言之，Van Hoozen揭露寄生短線或屏蔽元件用於分隔平片天線與接地板之間的電磁場。
授予Lennen等人的美國專利第5,515,057號是有關一種具有n點對稱饋入雙頻率平片天線的GPS接收器。更特定言之，Lennen等人揭露幾何置放於平片天線上以達成具有n點天線的GPS接收器的圓形極化的n個對稱饋入點。
可能需要對平片天線的進一步改良。舉例而言，可特別需要增大頻寬、增益、方向性及輻射圖案對稱性。
一種電子裝置可包含無線通信電路，及一耦接至所述無線通信電路的天線總成。天線總成可包含一基板、一界定由基板攜載的一接地平面的導電層及一由基板攜載且與接地平面間隔開的導電性平片天線元件。所述導電性平片天線元件可具有一將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的對稱軸線。所述導電性平片天線元件可具有分 別在第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口，及分別界定第一及第二電容性饋入點的在第一及第二饋入開口中的第一及第二饋入墊。天線總成亦可包含延伸穿過基板且分別將第一及第二饋入墊耦接至無線通信電路的第一及第二饋入線，及耦接至接地平面且延伸穿過包圍導電性平片天線元件的基板的多個間隔開的傳導性屏蔽導通孔。因此，電子裝置可提供增大的效率，例如，藉由提供增大的頻寬、增益及方向性。
導電性平片天線元件可具有在其中的至少一個反感應開口。舉例而言，基板可包含與至少一個反感應開口對準的至少一個反感應凹座。舉例而言，天線總成可更包含耦接至接地平面且延伸至至少一個反感應凹座的至少一個傳導性反感應導通孔。
電子裝置可更包含由基板攜載且耦接至第一及第二饋入線中的至少一者的相位延遲電路。舉例而言，相位延遲電路可包含至少一個曲流線。
天線總成可更包含耦接至第一及第二電容性饋入點中的每一者的至少一個諧振器。舉例而言，所述至少一個諧振器可包含至少一個傳導性X形諧振器。
電子裝置可更包含由導電性平片天線元件攜載的一介電質覆蓋層。介電質覆蓋層可具有一相對介電常數及在彼此的20%內的一相對介電常數。舉例而言，基板可具有一相對介電常數及在彼此的20%內的一相對介電常數。
一方法態樣是有關一種製造一天線總成的方法。所述方法可包含在一基板上且與界定一接地平面的一導 電層間隔開地形成一導電性平片天線元件。所述導電性平片天線元件可經形成以具有將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的一對稱軸線。所述導電性平片天線元件可經形成以具有分別在第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口。所述方法可更包含分別在第一及第二饋入開口中形成界定第一及第二電容性饋入點的第一及第二饋入墊。所述方法亦可包含形成延伸穿過基板且分別將第一及第二饋入墊耦接至無線通信電路的第一及第二饋入線，及形成耦接至接地平面且延伸穿過包圍導電性平片天線元件的基板的多個間隔開的傳導性屏蔽導通孔。
另一實施例是有關一種包括無線通信電路及一耦接至所述無線通信電路的天線總成的電子裝置。天線總成可包含一基板、一界定由基板攜載的一接地平面的導電層及一由基板攜載且與接地平面間隔開的導電性平片天線元件。所述導電性平片天線可具有一將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的對稱軸線。所述導電性平片可具有分別在第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口，及分別界定第一及第二電容性饋入點的在第一及第二饋入開口中的第一及第二饋入墊。所述天線總成亦可延伸穿過基板的第一及第二饋入線，第一及第二饋入線中的一者將第一及第二饋入墊中的一各別者耦接至無線通信電路，且第一及第二饋入線中的另一者正電浮動，及耦接至接地平面且延伸穿過包圍導電性平片天線元件的基板的多個間隔開的傳導性屏蔽導通孔。
接地平面可具有在其中的至少一個開口。舉例而 言，基板可包含與所述至少一個開口對準的至少一個凹座。第一及第二饋入線中的另一者可延伸至所述至少一個凹座。
天線總成可更包含耦接至第一及第二電容性饋入點中的每一者的至少一個諧振器。所述至少一個諧振器可為X形諧振器。
電子裝置可更包含由導電性平片天線元件攜載的一介電質覆蓋層。介電質覆蓋層可具有一相對介電常數及在彼此的20%內的一相對介電常數。舉例而言，基板可具有一相對介電常數及在彼此的20%內的一相對介電常數。
製造一天線總成的對應方法可包含在一基板上且與界定一接地平面接地平面的一導電層間隔開地形成一導電性平片天線元件。所述導電性平片天線可經形成以具有將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的一對稱軸線。所述導電性平片天線元件亦可經形成以具有分別在第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口。方法亦可包含分別在第一及第二饋入開口中形成第一及第二饋入墊，界定第一及第二電容性饋入點及形成延伸穿過基板的第一及第二饋入線，第一及第二饋入線中的一者將第一及第二饋入墊中的一各別者耦接至無線通信電路且第一及第二饋入線中的另一者正電浮動。所述方法可更包含形成耦接至接地平面且延伸穿過包圍導電性平片天線元件的基板的多個間隔開的傳導性屏蔽導通孔。
20‧‧‧電子裝置
21‧‧‧無線通信電路
21'‧‧‧無線通信電路
30‧‧‧天線總成
30'‧‧‧天線總成
30"‧‧‧陣列
31‧‧‧基板
31'‧‧‧基板
31"‧‧‧共同基板
32'‧‧‧接地平面
33‧‧‧導電性平片天線元件
33'‧‧‧導電性平片天線元件
33"‧‧‧導電性平片天線元件
34‧‧‧對稱軸線
34'‧‧‧對稱軸線
35a‧‧‧第一對稱區域
35a'‧‧‧第一對稱區域
35b‧‧‧第二對稱區域
35b'‧‧‧第二對稱區域
36a‧‧‧第一饋入開口
36a'‧‧‧第一饋入開口
36b‧‧‧第二饋入開口
36b'‧‧‧第二饋入開口
37a‧‧‧第一電容性饋入點
37a'‧‧‧第一電容性饋入點
37b‧‧‧第二電容性饋入點
37b'‧‧‧第二電容性饋入點
41a‧‧‧第一饋入線
41a'‧‧‧第一饋入線
41a"‧‧‧驅動饋入線
41b‧‧‧第二饋入線
41b'‧‧‧第二饋入線
41b"‧‧‧電浮動饋入線
42‧‧‧間隔開的傳導性屏蔽導通孔
42'‧‧‧間隔開的傳導性屏蔽導通孔
44a‧‧‧第一反感應開口
44b‧‧‧第二反感應開口
45a‧‧‧反感應凹座
45b‧‧‧反感應凹座
46a‧‧‧反感應導通孔
46b‧‧‧反感應導通孔
52"‧‧‧曲流線
52a‧‧‧曲流線
52b‧‧‧曲流線
53a‧‧‧諧振器
53b‧‧‧諧振器
56'‧‧‧開口
57'‧‧‧凹座
61‧‧‧同軸天線饋入線
62‧‧‧內導體
63‧‧‧外導體
64‧‧‧共同傳輸線
65'‧‧‧同軸連接器
66'‧‧‧開口
67'‧‧‧主體
68'‧‧‧螺紋
69‧‧‧接面
71‧‧‧導通孔填充的接地墊
133"‧‧‧導電性平片天線元件
141a"‧‧‧驅動饋入線
141b"‧‧‧電浮動饋入線
152"‧‧‧曲流線
233"‧‧‧導電性平片天線元件
241a"‧‧‧驅動饋入線
241b"‧‧‧電浮動饋入線
252"‧‧‧曲流線
333"‧‧‧導電性平片天線元件
341a"‧‧‧驅動饋入線
341b"‧‧‧電浮動饋入線
352"‧‧‧曲流線
504‧‧‧跡線
506‧‧‧跡線
604‧‧‧跡線
606‧‧‧跡線
704‧‧‧跡線
706‧‧‧峰值
708‧‧‧峰值
710‧‧‧突降
804‧‧‧跡線
806‧‧‧交叉
808‧‧‧標記資料
902‧‧‧跡線
圖1為根據本發明的實施例的電子裝置的頂部示意圖。
圖2為圖1的電子裝置的底部示意圖。
圖3為根據本發明的一實施例的天線總成的示意性橫截面圖。
圖4A及圖4B為圖1的天線總成的模擬的輻射型樣切割。
圖5為根據另一實施例的電子裝置的天線總成的示意性橫截面圖。
圖6為圖5的天線總成的頂部示意圖。
圖7為圖5的天線總成的底部示意圖。
圖8A及圖8B為圖5的天線總成的模擬的輻射型樣切割。
圖9為圖5的天線總成的模擬的實現增益回應的曲線圖。
圖10為圖5的天線總成的經模擬阻抗的史密斯圖。
圖11為圖5的天線總成的模擬的VSWR回應的曲線圖。
圖12為根據另一實施例的天線總成陣列的頂部示意圖。
圖13為圖12的天線總成陣列的底部示意圖。
現將在下文中參考展示本發明的較佳實施例的附圖更充分地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式體現且不應被解釋為限於本文中所闡述的實施例。相反地，提供此等實施例以使得本發明將透徹且完整，且將向熟習此項技術者充分地傳達本發明的範疇。貫穿全文，相同數字指相同元件，且引號及多引號標記用以指示替代性實施例中的類似元件。
一開始參看圖1至圖3，電子裝置20包含無線通信電路21及耦接至無線通信電路的天線總成30。無線通信電路21可包含(例如)一無線收發器、僅一傳輸器、僅一接收 器及/或一RF電源。無線通信電路21可包含其他及/或額外電路用於無線通信。如熟習此項技術者將瞭解，可將天線總成30考慮為可用於傳輸及接收兩者的互逆裝置。
天線總成30可呈用於線性極化的微帶平片天線的形式，且說明性地，包含一基板31及一界定由基板攜載的接地平面32的導電層。接地平面32說明性地攜載於基板31內，例如，夾在基板的兩個介電層之間。在一些實施例中，接地平面32可由基板31的下表面或由基板的另一部分攜載。可將天線總成30實現為多層電路板。可包含額外接地平面層。
天線總成30亦包含一由基板31的上表面攜載的導電性平片天線元件33。導電性平片天線元件33說明性地與接地平面32間隔開。
導電性平片天線元件33說明性地呈矩形(更特定言之，正方形)的形狀。當然，導電性平片天線元件33可具有另一形狀，例如，圓形形狀。
所述導電性平片天線元件33具有一將所述導電性平片天線元件劃分成第一對稱區域35a及第二對稱區域35b的對稱軸線34。所述導電性平片天線元件33具有分別在第一對稱區域35a及第二對稱區域35b中的第一饋入開口36a及第二饋入開口36b。雖然說明一對稱軸線34，但應理解，對稱軸線可不同於如所說明對準，例如，其可成對角線定向。
導電性平片天線元件33亦包含分別在第一饋入開口36a及第二饋入開口36b中的第一及第二饋入墊，其界定第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b。導電性平 片天線元件33亦包含延伸穿過基板31且分別將第一及第二饋入墊或第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b耦接至無線通信電路21的第一饋入線41a及第二饋入線41b。如熟習此項技術者將瞭解，第一饋入線41a及第二饋入線41b可呈電鍍導通孔、金屬連接器接腳、鉚釘、中繼電線或其他饋入結構的形式。
第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b將電流電容性地耦合至導電性平片天線元件33，並跨其間的氣隙。第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b可消除第一饋入線41a及第二饋入線41b的分散式電感。
第一饋入線41a及第二饋入線41b的分散式電感及第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b的分散式電容一起形成一串聯諧振電路，其可提供用於增大的頻寬的經雙倍調諧的天線系統。雙倍調諧可形成針對通帶漣波選擇的4階契比雪夫(Chebyschev)回應、最大限度的平巴特沃斯(Butterworth)回應或如熟習此項技術者將瞭解的其他回應形狀。
第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b說明性地經相對於導電性平片天線元件33定向為菱形形狀。此可減少至導電性平片天線元件33的表面上的電流的通過的反射。當然，第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b可定向為正方形，亦即，與導電性平片天線元件33對準，或亦具有其他形狀。
自第二饋入線41b的輻射朝向導電性平片天線元件33的與自第一饋入線41a的輻射相對的側。自第一饋入 線41a及第二饋入線41b的輻射可因此相互抵消以產生更對稱的輻射型樣，其中光束最大者更與導電性平片天線元件33正交。可能需要在相等功率下驅動第一饋入線41a及第二饋入線41b且在相對於第一饋入線的延遲的相位下驅動第二饋入線。施加至第二饋入線42b的延遲的相位由φ表示，且大致由以下給出：φ=-(360 f s)/[(c(εr μr)]度
其中：φ=施加至第二饋入線41b、相對應於第一饋入線41a的相位延遲；360=等於圓的度數的常數；f=以赫茲計的操作頻率；c=以公尺/秒計的光速；s=以公尺計的導通孔之間的間距；εr=基板相對介電常數(無因次)；及μr=若有，基板相對介電常數(無因次)。
作為用於添加相移(增大的時間延遲)的慣例，出現負號。所述等式自微帶傳輸線理論導出，因為對於在導電性平片天線元件33上行進的電流，此為第一饋入線41a與第二饋入線41b之間的相位延遲。在一個原型中，第一饋入線41a處於0度相位，且第二饋入線41b處於-168度相位。
先前技術圓形極化的平片使用多個饋入探針及正交定相(疊加餘弦及正弦電流分佈)以引起在平片上的行波電流分佈。另外，先前技術圓形極化的平片根據畢達哥拉士(Pythagorean)恆等式實施正交定相： φn=cos2 θ+sin2(θ+900-900)=cos2 θ+sin2 θ。
不同地，本文中描述的實施例可使用具有非正交定相(亦即，非0、90、180或270相位)的多個饋入線，且仍致使在平片上的圓形極化的輻射。
不同，揭露的實施例根據以下實施饋入線定相：φn=-(360 f s)/[(c(εr μr)]度。
間隔開的傳導性屏蔽導通孔42說明性地以傳導方式連接至接地平面32且延伸穿過包圍導電性平片天線元件33的基板31。間隔開的傳導性屏蔽導通孔42可提供靜電護罩以進一步衰減自第一饋入線41a及第二饋入線41b的不想要的輻射。間隔開的傳導性屏蔽導通孔42通常不進行在其頂部的電收縮，此可減小傳導性屏蔽導通孔與導電性平片天線元件33的邊緣之間的電容，且減小其變為迴路或另外屏蔽自導電性平片天線元件33的輻射。由第一饋入線41a及第二饋入線41b形成的電磁波通常不能穿過由傳導性屏蔽導通孔42提供的梳狀靜電護罩。由導電性平片天線元件33的邊緣形成的電磁波通常不必須穿過傳導性屏蔽導通孔42，因此所要的輻射自由地出現。
導電性平片天線元件33說明性地具有在其中的第一反感應開口44a及第二反感應開口44b。基板31具有與反感應開口44a、44b對準的反感應凹座45a、45b。
各別傳導性反感應導通孔46a、46b耦接至接地平面32，且每一者延伸至對應的反感應凹座45a、45b的層級。反感應導通孔46a、46b減少自第一饋入線41a及第二饋入線41b的不良輻射。每一反感應導通孔46a、46b及饋入線 41a、41b在相對方向上攜載電流以減小導通孔輻射場，例如，反並行電流。反感應導通孔46a、46b及饋入線41a、41b可一起形成開路線傳輸線，如熟習此項技術者將瞭解。
每一反感應凹座45a、45b可具有圓錐形形狀，且可(例如)藉由自上向下鑽孔且至基板31內來形成。此可有利地減小每一反感應導通孔46a、46b與導電性平片天線元件33之間的電容。鑽頭的錐點(例如)：1)形成導電性平片天線元件33中的孔洞，及2)減小每一反感應導通孔46a、46b的高度，使得反感應導通孔未達到導電性平片天線元件33的平面。
反感應導通孔46a、46b與導電性平片天線元件33之間的減小的電容可增大反感應導通孔電流。因為導通孔可通常形成為電鍍通孔，且僅電鍍孔洞的部分困難且不合需要，所以埋頭孔鑽孔可有利地允許形成部分高度的導通孔，如熟習此項技術者將瞭解。
電子裝置20可更包含由基板31攜載且耦接至第一饋入線41a及第二饋入線41b的相位延遲電路51。相位延遲電路51說明性地包含針對第一饋入線41a及第二饋入線41b中的每一者沿著基板31的底表面攜載的各別曲流線52a、52b。
天線總成30更包含耦接至第一饋入電容性點37a及第二饋入電容性點37b中的每一者的各別諧振器53a、53b。每一諧振器53a、53b是傳導性的且說明性地為X形，且為如圖2中所說明的不對稱X形。應理解，X形可包含對稱X形及不對稱X形。當然，可存在任何數目個諧振器及臂。 另外，每一諧振器53a、53b可具有不同形狀。X形傳導性諧振器53a、53b可藉由增加通帶漣波的數目來迫使較高階多項式回應，如熟習此項技術者將瞭解。X形傳導性諧振器53a、53b的阻抗回應及亦有天線頻率回應可藉由改變每一X形傳導性諧振器的總長度a+b及臂之間的散佈角度α來調整。散佈角度α調整X形諧振器53a、53b的Q因數。長度a+b調整每一諧振器53a、53b的諧振頻率；換言之，較大的X形傳導性諧振器在較低頻率下具有自諧振，且實體上較小者在較高頻率下諧振。a+b的較佳長度可為產生自X形諧振器臂尖端至臂尖端的半波諧振的長度。a除以b的比率(例如，a/b)調整每一不對稱X形傳導性諧振器電耦接至天線總成30的程度。a/b的較大比率提供較不對稱的X形傳導性諧振器53a、53bm，其可電耦接至天線總成30較少，從而減少天線總成30通帶漣波。a/b的較小比率意謂較對稱的X形傳導性諧振器53a 53b，其可耦接至天線總成30較多以增大頻寬。X形諧振器53a、53b允許天線總成30通帶漣波振幅與天線總成30的總頻寬之間的折衷。較高漣波振幅意謂較多頻寬。每一諧振器53a、53b實際上為與天線並聯的一或多個諧振電路。每一X形傳導性諧振器53a、53b可典型地攜載正弦電流分佈。在第一饋入線41a及第二饋入線41b處並聯連接X形傳導性諧振器53a、53b增大天線系統30多項式調諧階數。當X形諧振器53a、53b包含於天線總成30中時，取決於選定漣波級別、散佈角度α與X形傳導性諧振器53a、53b臂長度的折衷，可獲得2至4倍或甚至更大的頻寬增大。
第一饋入線41a及第二饋入線41b可由自無線通 信電路21的同軸天線饋入線61饋入。同軸天線饋入線61的外導體63耦接至接地平面32，例如，焊接至導通孔填充的接地墊71，而同軸天線饋入線的內導體62耦接至共同傳輸線64。共同傳輸線64繼續至與第一饋入線41a及第二饋入線41b並聯的接面69。RF功率在並聯接面69處劃分以饋入第一饋入線41a及第二饋入線41b。在多數實施例中，功率劃分可相等，但若需要進一步合成圖案形狀、克服傳輸線損失等，則可不相等。在第一饋入線41a及第二饋入線41b處定位變壓器可調整並聯接面69處的分支阻抗，及亦有彼功率劃分比。可與所說明的機載無線通信電路21獨立地使用天線總成30。
天線總成30可視情況包含在基板的上表面上且覆蓋第一饋入電容性點37a及第二饋入電容性點37b及傳導性反感應導通孔46a、46b(圖3)的一覆蓋層48。覆蓋層48可為實質上不傳導材料，且具有在±20%內的相對介電常數εr，且更佳地，等於相對磁導率磁導率μr。換言之，在覆蓋層48中，εr μr。有利地，對於εr μr的所有值，覆蓋層48的特性阻抗則幾乎為自由空間的特性阻抗。此因為覆蓋層48中的固有波阻抗由Zcover=377(εr/μr)歐姆給出，且術語εr/μr通常始終等於1，不論εr與μr的值是否相同，因此結果為或大約為377歐姆。當然，377歐姆為自由空間的波阻抗。具有Zcover 377歐姆的εr μr覆蓋層48的另一優勢在於，對於覆蓋層的厚度的所有值而言，覆蓋層則無反射。此因為覆蓋層48反射係數由Γ=(Zfreespace-Zcover)/(Zcover+Zfreespace)給出，且由於覆蓋層的固有波阻抗為377歐姆或幾乎為此，因此等式的分子項小或為零。εr μr覆蓋層48具有根據ν=c/(εrμr) 的固有波速度，因此可使波略微小型化，且天線大小與波長大小成比例，因此εr μr覆蓋層48可具有對天線總成30的實質上小型化的影響。對於給定頻率，較小天線總成30可為可能的。在一些實施例中，基板31可同樣地具有相對介電常數的性質及在彼此的±20%內的相對介電常數，且更特定言之，εr μr，且其可按時間延遲、群組延遲及在頻率上較恆定的微分相位提供類似小型化的基板。實例εr μr覆蓋層材料48可包含輕鎳鋅鐵氧體，諸如，紐約沃爾基的Fair Rite的mix 68，或賓夕法尼亞州伯利恆的國家磁學小組-TCI陶瓷學(National Magnetics Group-TCI Ceramics)的材料M5。當然，磁性與介電質粉末的混合可供黏合劑使用以達成具有所要的εr μr值的覆蓋層48。
參看圖4A及圖4B，現將描述具有與不饋入線41a、41b中的一者的天線總成30的輻射型樣的比較。此等輻射型樣為極座標中的E場平面切割。作為背景，E平面及H平面表示為簡寫以描述線性極化的天線的定向，且對於天線總成30'，第一饋入線41a及第二饋入線41b實體上處於彼E場平面中。因此，此為在探針的平面中的輻射圖案切割。
跡線504、506為以dBi為單位的實現的增益資料。實現的增益包含材料損失及不匹配損失。如可看出，添加第二饋入線41a、41b增大了輻射型樣對稱性，且使特定實例實施例的橫向(高程角度φ=0)增益自5.6dBi增大至8.5dBi(對於1.9dBi的實現的增益增大)。有利地，輻射型樣經糾正，因此當包含額外饋入線41a、41b時，峰值型樣振幅幾乎精確地在平片平面垂直地發生。在製造第一饋入線時，可 以極少成本增加或無成本增加來將一額外饋入線(例如，饋入線41a、41b中的一者)添加至平片天線。
一方法態樣是有關一種製造天線總成30的方法。所述方法包含在基板31上且與界定接地平面32的導電層間隔開地形成導電性平片天線元件33。導電性平片天線元件33經形成以具有將導電性平片天線元件劃分成第一對稱區域35a及第二對稱區域35b的對稱軸線34。所述導電性平片天線元件33經形成以具有分別在第一對稱區域35a及第二對稱區域35b中的第一饋入開口36a及第二饋入開口36b。
所述方法包含分別在第一及第二饋入開口中形成界定第一電容性饋入點37a及第二電容性饋入點37b的第一及第二饋入墊。方法亦包含形成延伸穿過基板31且分別將第一饋入墊37a及第二饋入墊37b耦接至無線通信電路21的第一饋入線41a及第二饋入線41b。方法亦包含形成耦接至接地平面32且延伸穿過包圍導電性平片天線元件33的基板31的多個間隔開的傳導性屏蔽導通孔42。
現參看圖5至圖7，在另一實施例中，天線總成30'包含一基板31'及一界定由基板攜載的接地平面32'的導電層。天線總成30'亦包含一由基板31'攜載且與接地平面32'間隔開的導電性平片天線元件33'。天線總成30'可不包含多層型印刷電路板，且因此，可比以上描述的天線總成30實施例製造起來更經濟節約。
所述導電性平片天線元件33'具有一將導電性平片天線元件劃分成第一對稱區域35a'及第二對稱區域35b'的對稱軸線34'。導電性平片天線元件33'具有分別在第一對稱 區域35a'及第二對稱區域35b'中的第一饋入開口36a'及第二饋入開口36b'。第一及第二饋入墊分別在界定第一電容性饋入點37a'及第二電容性饋入點37b'的第一及第二饋入開口中。
天線總成30'亦包含延伸穿過基板31'的第一饋入線41a'及第二饋入線41b'。在所說明的實施例中，第一及第二饋入線中的一者41a'將第一及第二饋入墊中的一各別者36a'耦接所述無線通信電路21'(亦即，驅動饋入線)，且第一及第二饋入墊中的另一者41b'正電浮動。
接地平面32'在其中具有一開口56'。基板31'亦在其中具有一與接地平面32'中的開口56'對準的凹座57'。舉例而言，凹座57'可為圓錐形。電浮動饋入線41b'說明性地自導電性平片天線元件33'向下延伸至凹座57'。
如熟習此項技術者將瞭解，可將電浮動饋入線41b'考慮為寄生饋入線，且可提供無微帶功率劃分器或額外印刷電路板層的有用輻射型樣對稱性來驅動其。電浮動饋入線41b'在其上部末端進行與第一電容性饋入點37a'及第二電容性饋入點37b'的電接觸，且不在其下部末端進行與接地平面32'的電接觸。歸因於圓錐形凹座57'及接地平面32'中的開口56'，在電浮動或寄生饋入線41b'的下部末端存在開路。鄰近電浮動饋入線41b'的電容性進料點37b'可具有與另一電容性饋入點37a'相同的尺寸。在一些實施例中，第一電容性饋入點37a'及第二電容性饋入點37b'可具有不同大小。
電浮動饋入線41b'接收來自導電性平片天線元件33'的電流。電浮動饋入線41b'上的電流引起單極狀輻射，其抵消驅動饋入線41a'的輻射。自驅動饋入線41a'的輻射在 驅動饋入線的方向上橫向偏離輻射型樣，而自電浮動饋入線41b'的輻射在電浮動饋入線的方向上偏離輻射型樣。自第一饋入線41a'及第二饋入線41b'(亦即，驅動及電浮動饋入線)的組合輻射將天線輻射型樣轉向至橫向或幾乎橫向。
參看圖7A及圖7B中的曲線圖，現將描述具有及無電浮動饋入線41b'的天線總成30'的輻射型樣。圖7A及圖7B中的型樣為E場平面切割。E平面及H平面為簡寫以描述線性極化的天線實體定向且針對天線總成30'。第一饋入線41a'及第二饋入線41b'皆實體上處於彼E場平面中。跡線604、606為以dBi為單位的模擬的實現的增益資料。實現的增益包含材料損失及不匹配損失。如可看出，包含電浮動饋入線41b'增大了輻射型樣對稱性且使橫向(φ=0)增益自5.6dBi增大至8.5dBi，改變1.9dBi。具有電浮動饋入線41b'的型樣峰值僅為自平片平面橫向8°，且在平片平面法線處僅有0.3dB低的實現的增益。有利地，電浮動饋入線41b'型樣改良發生，而不必組態功率劃分器其他設備驅動電浮動饋入線。另外，由於正實施至少一個探針(第一饋入線41')，因此將電浮動饋入線41b'添加至設計在成本上可為可忽略的。
圖8為針對表1天線總成30'分析的掃頻增益的曲線圖。跡線704為在頻率上的實現的增益回應。可看到兩個峰值706、708，以及一突降710。峰值706、708與突降701之間的差定義小的回應漣波，其小於1分貝。
圖9的史密斯圖為在接地平面穿透處的經驅動(不浮動)饋入線41a'阻抗。跡線804為以頻率計的阻抗資料點的掃頻。圖12的史密斯圖呈現反射係數S11。交叉806表示來自圖8的曲線圖的兩個增益峰值706、708。在圖9的史密斯圖中，朝向平片邊緣移動經驅動(不浮動)饋入線41a'將跡線軌跡804向右移動，且朝向平片中心移動經驅動(不浮動)饋入線41a'將跡線軌跡804向左移動。標記資料808 展示在經正規化至50歐姆後在特定頻率處的向量阻抗。
圖10的曲線圖展示模擬的電壓駐波比(VSWR)跡線902，如在50歐姆系統中的經驅動(不浮動)饋入線41a'處所量測。模擬係基於用於天線基板31'的2.17吋厚度聚苯乙烯泡沫薄片。舉例而言，在較厚基板材料的情況下，可進一步延長頻寬。表1實例及其資料不應被看作限制可能天線實施例的範疇。
包含一或多個電浮動饋入線對於大多數平片天線(包含許多形狀的平片元件，包括圓形或多邊形形狀)且對於堆疊的平片天線有益。可使用多個電浮動饋入線改良自雙極化平片天線(諸如，提供同時雙線性極化及/或同時雙圓形極化的天線)的輻射。
類似於以上關於圖1至圖3描述的實施例，間隔開的傳導性屏蔽導通孔42'耦接至接地平面32'且延伸穿過包圍導電性平片天線元件33'的基板31'。
同軸連接器65'由基板31'的底部攜載。接地平面22'具有在其中的一開口66'以允許第一饋入線41a'或驅動饋入線的通過，以穿過其以用於與(例如)同軸電纜的內導體耦接。說明性地包含用於耦接至(例如)配合的同軸電纜連接器的螺紋68'的同軸連接器65'的主體67'耦接至接地平面32'，且亦將同軸電纜的外導體耦接至接地平面。可與所說明的機載無線通信電路21獨立地使用天線總成30。
一種方法態樣是有關一種製造天線總成30'的方法。所述方法包含在一基板31'上且與界定一接地平面32'的一導電層間隔開地形成一導電性平片天線元件33'。所述導電 性平片天線元件33'經形成以具有一將導電性平片天線元件劃分成第一對稱區域35a'及第二對稱區域35b'的對稱軸線34'。導電性平片天線元件33'亦經形成以具有分別在第一對稱區域35a'及第二對稱區域35b'中的第一饋入開口36a'及第二饋入開口36b'。
所述方法包含分別在第一饋入開口36a'及第二饋入開口36b'中形成界定第一電容性饋入點37a'及第二電容性饋入點37b'的第一及第二饋入墊。方法亦包含形成延伸穿過基板31'的第一饋入線41a'及第二饋入線41b'。第一及第二饋入線中的一者41a'將第一及第二電容性饋入點中的一各別者37a'耦接至無線通信電路21'，且第一及第二饋入線中的另一者41b'正電浮動。方法亦包含形成耦接至接地平面32'且延伸穿過包圍導電性平片天線元件33'的基板31'的間隔開的傳導性屏蔽導通孔42'。
現參看圖12及圖13，現描述陣列30"實施例。說明性地，共同基板31"攜載四個導電性平片天線元件33"、133"、233"、333"，各自對稱且具有如上關於圖3至圖5描述的對應的第一及第二電容性饋入點及第一及第二饋入線(亦即，各具有一驅動饋入線41a"、141a"、241a"、341a"及一電浮動饋入線41b"、141b"、241b"、341b")。陣列有利地藉由減輕不當的饋入探針輻射來增加輻射型樣對稱性。
此外，陣列30"引起對稱、橫向輻射。導電性平片天線元件33"、133"、233"、333"替代地經「計時」，因此將導電性平片天線元件中的一半關於其他者以機械方式旋轉180度。計時增強輻射型樣對稱性，因為若使個別元件輻射型 樣偏離橫向/平面法線，則交替計時的元件將在其他方向上輻射，從而抵消偏離。使用距自徑向功率劃分器的微帶分支或換言之距不同長度曲流線52"、152"、252"、352"的添加的長度按額外180度的電相位延遲來饋入機械計時的元件。
本文中描述的實施例可(例如)有利地減輕自微帶平片天線饋入探針的不想要的輻射，增大平片天線輻射頻寬，減小平片天線大小，且改良平片天線輻射型樣對稱性。另外，應瞭解，天線總成可為圓形極化平片天線總成，以及雙頻道線性極化天線總成，及雙頻道圓形極化總成。
受益於前述描述及相關聯圖式中呈現的教示的熟習此項技術者將想到許多修改及本發明的其他實施例。因此，應理解，本發明不限於揭露的特定實施例，且修改及實施例意欲包含在所附申請專利範圍的範疇內。

Claims (4)

  1. 一種電子裝置，包括：無線通信電路；及一天線總成，其耦接至所述無線通信電路且包括：具有第一及第二反感應凹座於其中之一基板，一導電層，其界定由所述基板攜載的一接地平面，一導電性平片(patch)天線元件，其由所述基板攜載且與所述接地平面間隔開，所述導電性平片天線元件具有將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的一對稱軸線，所述導電性平片天線元件具有分別在所述第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口，及鄰近所述第一及第二饋入開口且與所述第一及第二反感應凹座對準之第一及第二分別反感應開口，分別在所述第一及第二饋入開口中的第一及第二饋入墊，其界定第一及第二電容性饋入點，第一及第二饋入線，其延伸穿過所述基板且分別將所述第一及第二饋入墊耦接至所述無線通信電路，第一及第二反感應導通孔，其各自耦接至所述接地平面且分別延伸至所述第一及第二反感應凹座，及複數個間隔開的傳導性屏蔽導通孔，其耦接至所述接地平面且延伸穿過包圍所述導電性平片天線元件的所述基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，更包括由所述基板攜載且耦接至所述第一及第二饋入線中的至少一者的相位延遲電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電子裝置，其中所述相位延遲電路包括至少一個曲流線。
  4. 一種製造一天線總成的方法，包括：在一基板上且與界定一接地平面的一導電層間隔開地形成一導電性平片天線元件，所述基板具有第一及第二反感應凹座於其中，所述導電性平片天線元件經形成以具有將所述導電性平片天線元件劃分成第一及第二對稱區域的一對稱軸線，所述導電性平片天線元件經形成以具有分別在所述第一及第二對稱區域中的第一及第二饋入開口，及具有鄰近所述第一及第二饋入開口且與所述第一及第二反感應凹座對準之第一及第二分別反感應開口；分別在所述第一及第二饋入開口中形成界定第一及第二電容性饋入點的第一及第二饋入墊；形成延伸穿過所述基板且分別將所述第一及第二饋入墊耦接至無線通信電路的第一及第二饋入線；將第一及第二反感應導通孔耦接至所述接地平面且分別延伸至所述第一及第二反感應凹座；及形成耦接至所述接地平面且延伸穿過包圍所述導電性平片天線元件的所述基板的複數個間隔開的傳導性屏蔽導通孔。
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