TWI748904B - 一種毫米波與非毫米波天線整合模組 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種毫米波與非毫米波天線整合模組，包括模組載體、一支以上毫米波天線、一支以上非毫米波天線、射頻積體電路；所述射頻積體電路與毫米波天線電連接；所述射頻積體電路與非毫米波天線在模組載體的同一平面，或者，非平行空間設置。本發明移動通訊設備，能充分利用設備側邊的高度空間，從而不需要佔據大量水平面積，從而降低了天線模組對移動通訊設備的整機尺寸要求，進而減少成本及提升產品競爭力。

Description

一種毫米波與非毫米波天線整合模組
本發明涉及天線技術領域，尤其涉及毫米波與非毫米波天線整合模組。
隨著5G時代的到來，由於更高階MIMO（multi-input and multi-output，多輸入多輸出）的通訊需求、更多新頻段的覆蓋需求，甚至是毫米波段的加入，造成了更多天線（包含毫米波與非毫米波天線）的數量需求，而在整機空間無法顯著增大下，便造成更高的天線設計難度，甚至會因不夠緊湊的天線擺置或設計而造成整機尺寸的增加，以致產品競爭力的下降。而5G頻段分為毫米波段與非毫米波段，目前對於非毫米波段的主流天線設計方案為分立式的天線，主流實現方式包含衝壓鐵片、FPC（flexible printed circuits）、LDS（laser direct structuring），與PDS（printed direct structuring）等；而毫米波段的目前主流天線設計方案為集成式的封裝天線方案AiP（antenna-in-package），也就是將天線與晶片（尤其是RFIC（射頻積體電路））集成為一個封裝天線模組。如上所述，5G時代天線數目明顯增加，故5G裝置內需要多個分立設置的5G非毫米波天線與數個5G毫米波天線模組（如果裝置可支援毫米波段通訊）。
由於整機空間無法顯著增大下，但需容納更多5G（毫米波與非毫米波）天線的通訊需求，便造成更高的天線設計難度或更高的成本，甚至會因不夠緊湊的天線擺置或設計而造成整機尺寸的增加，以致產品競爭力的下降。
因此，有待於提出新的技術方案來解決現有技術中問題。
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，具體方案如下： 包括模組載體、一支以上毫米波天線、一支以上非毫米波天線、射頻積體電路；所述射頻積體電路與毫米波天線電連接；所述射頻積體電路與非毫米波天線在模組載體的同一平面，或者，非平行空間設置。
本發明中，射頻積體電路與非毫米波天線在模組載體的同一平面，或者，非平行空間設置，尤其是非平行空間設置，可充分利用手機側邊的高度空間，不會佔據較大的水平面積，獲得更緊湊的天線設計而不會造成整機尺寸與成本的增加，提高產品的競爭力。
較佳地，每支所述毫米波天線可為單頻或多頻的單線性極化、雙線性極化、單圓極化或雙園極化形式天線中的任意一種。
較佳地，所述述毫米波天線的數量為多支，組成一個以上毫米波天線陣列； 每個所述毫米波天線陣列為線形陣列、方形陣列、矩形陣列、三角形陣列、圓形陣列、非等距陣列中任意一種。
較佳地，所述毫米波天線陣列數量為一個，為一維線性陣列，每支毫米波天線單元的尺寸小於等於其最低工作頻點的2個等效導波波長；相鄰兩支毫米波天線的間距為小於等於其最低工作頻點的2個自由空間波長。
較佳地，每支所述非毫米波天線形式為單極子天線（monopole antenna）、偶極子天線（dipole antenna）、貼片天線（patch antenna）、堆疊貼片天線（stacked patch antenna）、倒F形天線（IFA, inverted F antenna）、平面倒F形天線（PIFA, planar inverted F antenna）、八木宇田天線（Yagi-Uda antenna）、縫隙天線（slot antenna）、磁電偶極子天線（magnetic-electric dipole antenna）、喇叭天線（horn antenna）、環天線（loop antenna）、柵格天線（grid antenna）、背腔天線（cavity-backed antenna）、洩漏波天線（leaky-wave antenna）中的任意一種。
較佳地，非毫米波天線的數量為兩支，每支非毫米波天線3a總長度為其工作頻點對應的等效導波波長的1/4；兩支非毫米波天線3a間距大於其最低工作頻點的0.01個自由空間波長。
較佳地，還包括其他晶片，其他晶片選自電源管理晶片、運算處理晶片、資料儲存晶片中任意一種或多種。
較佳地，所述模組載體設有接地層，所述非毫米波天線與所述接地層相連。
較佳的，所述毫米波天線以及非毫米波天線的實現工藝可為銀漿走線、LDS（laser direct structuring，即鐳射直接成型）、PDS（printed direct structuring，即印刷直接成型）、FPC、或衝壓金屬片。
較佳地，所述模組載體的外形可為正方形、長方形、三角形、梯形、C字形、E字形、F字形、L字形、T字形、V字形、U字形、W字形、X字形、Y字形、Z字形、凹字形、凸字形、口字形、回字形、圓形、橢圓形、弧形中的任意一種。
較佳地，所述模組載體的材質為低溫共燒陶瓷（LTCC, low-temperature co-fired ceramic）、高溫共燒陶瓷（HTCC, high-temperature co-fired ceramic）、陶瓷、印刷電路板（PCB, printed circuit board）、柔性印刷板（FPC，flexible printed circuits）、改性PI（MPI，Modified PI）、液晶聚合物（LCP，liquid crystal polymer）、含氟材料中的任意一種。
本發明提供的毫米波與非毫米波天線整合模組，具有以下有益效果： 應用於移動通訊設備，能充分利用設備側邊的高度空間，從而不需要佔據大量水平面積，而降低了天線模組對移動通訊設備的整機尺寸要求，進而減少成本及提升產品競爭力。
以下結合附圖和具體實施例，對本發明進一步說明。
實施例一
參照圖1和圖2，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，包括模組載體1a、毫米波天線陣列2a、兩支非毫米波天線3a、射頻積體電路4a以及連接座5a，所述模組載體1a為長方體，所述毫米波天線陣列2a設置於所述模組載體1a的前長邊側立面11a，兩支所述非毫米波天線3a分別從所述模組載體1a的兩個短邊側立面12a佈線至所述模組載體1a的上頂面13a，所述射頻積體電路4a以及連接座5a設置於所述模組載體1a的後長邊側立面14a。
所述毫米波天線陣列2a由四支毫米波天線呈一維線性陣列形成，其中四支毫米波天線為單頻或多頻的單線性極化、雙線性極化、單圓極化、雙圓極化中一種或多種形式天線，每支毫米波天線單元的尺寸小於等於其最低工作頻點的2個等效導波波長，相鄰兩支毫米波天線的間距為小於等於其最低工作頻點的2個自由空間波長；兩支所述非毫米波天線3a為單極子天線，每支非毫米波天線3a總長度較佳為其工作頻點對應的1/4等效導波波長，兩支非毫米波天線3a間距大於其最低工作頻點的0.01個自由空間波長。
參照圖3和圖4，應用時，所述毫米波與非毫米波天線整合模組置於PCB板6a上，兩支所述非毫米波天線3a分別於所述毫米波與非毫米波天線整合模組左右兩側接一個非毫米波天線匹配網路7a及一個非毫米波天線回饋源8a。
本實施例中，射頻積體電路4a與非毫米波天線3a處於非平行的空間關係，下述其他實施例，其均處於非平行的空間關係，或同一平面，具體可以根據所述模組載體1a的形狀來設置，本領域技術人員根據實施例一的敘述，可以知悉如何進行同一平面，或非平行空間設置，下述實施例不對此進行詳細展開。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組應用於移動通訊設備，具有以下效果： 1、能充分利用手機側邊的高度空間，從而不需要佔據大量水平面積，從而故降低了對移動通訊設備的整機尺寸要求，即而降低了天線模組對移動通訊設備的整機尺寸要求，進而減少成本及提升產品競爭力。
實施例二
參照圖5和圖6，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例一基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線3b走線除兩短邊側立面12b以及上頂面13b外，還包括模組載體1a的前長邊側立面11b，每支所述非毫米波天線3b各枝節總長度為其各工作頻點對應的1/4的等效導波波長，而兩非毫米波天線3b的間距大於其最低工作頻點的0.01個自由空間波長。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例一相同的技術效果。
實施例三
參照圖7和圖8，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例二基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線3c走線除兩短邊側立面12c以及上頂面13c、前長邊側立面11c外，還包括後長邊側立面14c。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例一以及實施例二相同的技術效果。
實施例四
參照圖9和圖10，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例一基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線（31d、32d）為兩支不同形式的非毫米波天線，兩支非毫米波天線（31d、32d）的枝節總長度均為其各工作頻點對應的1/4的等效導波波長。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例一相同的技術效果。
實施例五
參照圖11和圖12，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例一基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線3e為兩支相同形式的環天線，每支非毫米波天線3a總長度較佳為其工作頻點對應的1/2等效導波波長；其應用狀態如圖13和圖14所示。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例一相同的技術效果。
實施例六
參照圖15和圖16，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例五基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線(31f、32f)為兩支不同形式的環天線；其應用狀態如圖17和圖18所示。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例五相同的技術效果。
實施例七
參照圖19和圖20，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例一基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線3g還與模組載體上的接地層相連。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例五相同的技術效果。
實施例八
參照圖21和圖22，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例二基本一致，不同的是：非毫米波天線3h的數量為四支，兩支設置於模組載體的短邊側立面、上頂面、前長邊側立面，另外兩支設置於模組載體的短邊側立面、上頂面、後長邊側立面；參照圖23和圖24，應用時，每支非毫米波天線3h分別接一個非毫米波天線匹配網路7h及一個非毫米波天線回饋源8h。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組除了具有與實施例二相同的技術效果，還可達到同時容納更多的非毫米波天線的功用。
實施例九
參照圖25和圖26，本實施例提供一種毫米波與非毫米波天線整合模組，其組成及結構佈局與實施例一基本一致，不同的是：其包含的兩支非毫米波天線3i為環彎曲型。
本實施例提供的毫米波與非毫米波天線整合模組具有與實施例二相同的技術效果。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護範圍內。
1a                     模組載體 2a                     毫米波天線陣列 31d、32d         非毫米波天線 31f、32f          非毫米波天線 3a                     非毫米波天線 3b                     非毫米波天線 3c                     非毫米波天線 3e                     非毫米波天線 3g                     非毫米波天線 3h                     非毫米波天線 3i                      非毫米波天線 4a                     射頻積體電路 5a                     連接座 6a                     PCB板 7a                     非毫米波天線匹配網路 8a                     非毫米波天線回饋源 7h                     非毫米波天線匹配網路 8h                     非毫米波天線回饋源 11a                   前長邊側立面 11b                   前長邊側立面 11c                   前長邊側立面 12a                   短邊側立面 12c                   短邊側立面 13a                   上頂面 13c                   上頂面 14a                   後長邊側立面 14c                   後長邊側立面
圖1為本發明實施例一的立體結構示意圖； 圖2為本發明實施例一另一角度的立體結構示意圖； 圖3為本發明實施例一的系統設置中結構示意圖； 圖4為圖3另一角度視圖； 圖5為本發明實施例二的立體結構示意圖； 圖6為本發明實施例二另一角度的立體結構示意圖； 圖7為本發明實施例三的立體結構示意圖； 圖8為本發明實施例三另一角度的立體結構示意圖； 圖9為本發明實施例四的立體結構示意圖； 圖10為本發明實施例四另一角度的立體結構示意圖； 圖11為本發明實施例五的立體結構示意圖； 圖12為本發明實施例五另一角度的立體結構示意圖； 圖13本發明實施例五的系統設置中結構示意圖； 圖14為圖13另一角度視圖； 圖15為本發明實施例六的立體結構示意圖； 圖16為本發明實施例六另一角度的立體結構示意圖； 圖17本發明實施例六的系統設置中結構示意圖； 圖18為圖13另一角度視圖； 圖19為本發明實施例七的立體結構示意圖； 圖20為本發明實施例七另一角度的立體結構示意圖； 圖21為本發明實施例八的立體結構示意圖； 圖22為本發明實施例八另一角度的立體結構示意圖； 圖23本發明實施例八的系統設置中結構示意圖； 圖24為圖23另一角度視圖； 圖25為本發明實施例九的立體結構示意圖； 圖26為本發明實施例九另一角度的立體結構示意圖。
1a                     模組載體 2a                     毫米波天線陣列 3a                     非毫米波天線 11a                         前長邊側立面 12a                         短邊側立面 13a                         上頂面

Claims (10)

  1. 一種毫米波與非毫米波天線整合模組，包括模組載體、一支以上毫米波天線、一支以上非毫米波天線、射頻積體電路；所述射頻積體電路與所述毫米波天線電連接；所述射頻積體電路與所述非毫米波天線在所述模組載體的同一平面，或者，非平行空間設置，其中所述模組載體包括一第一側立面、一第二側立面、一第三側立面以及一上頂面，所述第二側立面以及所述第三側立面分別連接至所述第一側立面的兩相對端，且所述上頂面連接至所述第一側立面、所述第二側立面以及所述第三側立面；所述毫米波天線設置於所述第一側立面，所述非毫米波天線包括一第一非毫米波天線，所述第一非毫米波天線設置於所述第二側立面且自所述第二側立面延伸至所述上頂面。
  2. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：每支所述毫米波天線可為單頻或多頻的單線性極化、雙線性極化、單圓極化或雙圓極化形式天線中的任意一種。
  3. 如請求項2所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述毫米波天線的數量為多支，組成一個以上毫米波天線陣列；每個所述毫米波天線陣列為線形陣列、方形陣列、矩形陣列、三角形陣列、圓形陣列、非等距陣列中任意一種。
  4. 如請求項3所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述毫米波天線陣列數量為一個，為一維線性陣列，每支所述毫米波天線單元的尺寸小於等於其最低工作頻點的2個等效導波波長(guided wavelength)；相鄰兩支所述毫米波天線的間距為小於等於其最低工作頻點的2個自由空間波長(free-space wavelength)。
  5. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：每支所述非毫米波天線形式為單極子天線(monopole antenna)、偶極子天線(dipole antenna)、貼片天線(patch antenna)、堆疊貼片天線(stacked patch antenna)、倒F形天線(IFA,inverted F antenna)、平面倒F形天線(PIFA,planar inverted F antenna)、八木宇田天線(Yagi-Uda antenna)、縫隙天線(slot antenna)、磁電偶極子天線(magnetic-electric dipole antenna)、喇叭天線(horn antenna)、環天線(loop antenna)、柵格天線(grid antenna)、背腔天線(cavity-backed antenna)、洩漏波天線(leaky-wave antenna)中的任意一種。
  6. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述非毫米波天線的數量為兩支，每支所述非毫米波天線3a總長度為其工作頻點對應的等效導波波長(guided wavelength)的1/4；兩支所述非毫米波天線3a間距大於其最低工作頻點的0.01個自由空間波長。
  7. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：還包括其他晶片，其他晶片選自電源管理晶片、運算處理晶片、資料儲存晶片中任意一種或多種。
  8. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述模組載體設有接地層，所述非毫米波天線與所述接地層相連。
  9. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述模組載體的外形可為正方形、長方形、三角形、梯形、C字形、E字形、F字形、L字形、T字形、V字形、U字形、W字形、X字形、Y字形、Z字形、凹字形、凸字形、口字形、回字形、圓形、橢圓形、弧形中的任意一種。
  10. 如請求項1所述的毫米波與非毫米波天線整合模組，其中：所述模組載體的材質為低溫共燒陶瓷(LTCC,low-temperature co-fired ceramic)、 高溫共燒陶瓷(HTCC,high-temperature co-fired ceramic)、陶瓷、印刷電路板(PCB,printed circuit board)、柔性印刷板(FPC，flexible printed circuits)、改性PI(MPI，Modified PI)、液晶聚合物(LCP，liquid crystal polymer)、含氟材料中的任意一種。
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