CN109155464A - 形成在多层印刷电路板边缘上的c馈电天线 - Google Patents

Abstract

形成在多层印刷电路板边缘上的C馈电天线。一种贴片天线(120)包括天线贴片(121)以及被配置为用于天线贴片(121)的容性馈电的馈电贴片(125)。天线贴片(121)由沿着多层印刷电路板(PCB)的边缘在水平方向上延伸的多个导电条(122)形成。多层PCB具有沿着竖直方向层叠的多个层。天线贴片(121)的各个导电条(122)被布置在多层PCB的不同层上。导电条(122)通过导电通孔(123)彼此电连接，所述导电通孔在天线贴片(121)的两个或更多个导电条(122)之间延伸。馈电贴片(125)由在水平方向上延伸的多个导电条(126)形成。馈电贴片(125)的各个导电条(126)被布置在多层PCB的不同层上。馈电贴片的导电条(126)通过导电通孔(127)彼此电连接，所述导电通孔在馈电贴片(125)的两个或更多个导电条(126)之间延伸。

Description

形成在多层印刷电路板边缘上的C馈电天线

技术领域

本发明涉及天线、具有一个或更多个天线的天线装置以及配备有这种天线装置的通信装置。

背景技术

在无线通信技术中，利用各种频带来传送通信信号。为了满足不断增加的带宽需求，还考虑了与约10GHz至约100GHz范围内的频率对应的毫米波长范围内的频带。例如，毫米波长范围内的频带被视为5G(第5代)蜂窝无线电技术的候选。然而，利用这些高频率而产生的问题在于天线尺寸需要足够小以匹配波长。此外，为了实现足够的性能，在诸如移动电话、智能电话或类似通信装置的小尺寸通信装置中可能需要多个天线(例如，以天线阵列的形式)。

此外，由于通信装置内的线缆或其它有线连接上的损失通常对于更高频率增加，所以还可能可取的是具有一种天线可非常靠近无线电前端电路放置的天线设计。

因此，需要可有效地集成在通信装置中的体积小巧的天线。

发明内容

根据实施方式，提供一种天线。该天线包括天线贴片以及被配置用于天线贴片的容性馈电的馈电贴片。天线贴片由沿着多层印刷电路板(PCB)的边缘在水平方向上延伸的多个导电条形成。多层PCB具有沿着竖直方向层叠的多个层。天线贴片的各导电条布置在多层PCB的不同层上。导电条通过在天线贴片的多个导电条中的两个或更多个导电条之间延伸且布置在多层PCB的不同层上的导电通孔彼此电连接。馈电贴片由在水平方向上延伸的多个导电条形成。馈电贴片的各个导电条布置在多层PCB的不同层上。馈电贴片的导电条通过在馈电贴片的多个导电条中的两个或更多个导电条之间延伸且布置在多层PCB的不同层上的导电通孔彼此电连接。

根据实施方式，天线贴片的导电条和导电通孔被布置为形成网格图案。例如，天线贴片的导电条和导电通孔可形成在由水平方向和竖直方向限定的平面中延伸的规则网格。

类似地，馈电贴片的导电条和导电通孔可被布置为形成网格图案。例如，天线贴片的导电条和导电通孔可形成在由水平方向和竖直方向限定的与天线贴片延伸的平面平行的平面中延伸的规则网格。

在竖直方向和水平方向上，馈电贴片的尺寸可比要经由天线发送的无线电信号的波长的四分之一短。例如，天线贴片的竖直尺寸可在0.2mm至8mm的范围内。类似地，天线贴片的水平尺寸可在0.2mm至8mm的范围内。

根据实施方式，天线还包括将天线贴片导通至接地面的接地贴片。接地面可由多层PCB的一个或更多个层的一个或更多个导电区域形成。

根据实施方式，接地贴片的长度比要经由天线发送的无线电信号的波长的四分之一短。例如，接地贴片的长度可在0.2mm至8mm的范围内。

根据实施方式，天线被配置用于发送波长大于1mm且小于3cm(与10GHz至300GHz范围内的无线电信号的频率对应)的无线电信号。

根据另一实施方式，提供一种装置。该装置包括至少一个根据上述实施方式中的任一个所述的天线以及多层PCB。此外，该装置可包括布置在多层PCB上的无线电前端电路。例如，该无线电前端电路可包括一个或更多个放大器和/或一个或更多个调制器以用于处理经由天线发送的无线电信号。例如，该装置可对应于包括多个天线的天线模块。此外，该装置可对应于包括一个或更多个天线以及用于将射频信号馈送到天线的无线电前端电路的天线电路封装。

根据实施方式，该装置包括根据上述实施方式中的任一个所述的第一天线以及根据上述实施方式中的任一个所述的第二天线，并且第一天线的天线贴片具有不同于第二天线的天线贴片的尺寸。这样，第一天线和第二天线可有效地支持来自两个不同频带的无线电信号的发送。

根据实施方式，第一天线的馈电贴片和第二天线的馈电贴片连接到由多层PCB的一个层上的导电条形成的公共馈电支路。

根据实施方式，该装置还包括由多层印刷电路板的一个或更多个层上的导电条(例如，沿着水平方向延伸的导电条)形成的至少一个偶极天线。

根据实施方式，该装置包括由多层PCB的一个层上的导电条形成的第一偶极天线以及由多层PCB的这一个层上的导电条形成的第二偶极天线，并且第一偶极天线的导电条可具有不同于第二偶极天线的导电条的尺寸。这样，第一偶极天线和第二偶极天线可有效地支持来自两个不同频带的无线电信号的发送。

根据实施方式，第一偶极天线和第二偶极天线连接到由多层PCB的所述一个层上的导电条形成的公共馈电支路。

如果装置包括布置在多层PCB上的无线电前端电路，则多层PCB可包括容纳无线电前端电路的腔体。

根据另一实施方式，提供一种通信装置，例如移动电话、智能电话或类似用户装置的形式。该通信装置包括根据上述实施方式中的任一个所述的装置，即，包括至少一个根据上述实施方式中的任一个所述的天线以及多层PCB的装置。此外，该通信装置包括被配置为处理经由装置的至少一个天线发送的通信信号的至少一个处理器。

现在将参照附图更详细地描述本发明的上述和另外的实施方式。

附图说明

图1示出示意性地例示了根据本发明的实施方式的天线装置的立体图。

图2示出例示了天线装置的天线的另一立体图。

图3示出示意性地例示了天线装置的天线贴片的立体图。

图4示出示意性地例示了天线装置的馈电贴片的立体图。

图5示出示意性地例示了天线装置的贴片天线的配置和尺寸确定的剖视图。

图6示出示意性地例示了根据本发明的另一实施方式的天线装置的立体图。

图7示出示意性地例示了天线装置的不同天线的尺寸确定的立体图。

图8示出示意性地例示了天线装置的不同天线的容性馈电的立体图。

图9示出示意性地例示了根据本发明的实施方式的通信装置的框图。

具体实施方式

在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施方式。必须理解的是，给出以下描述仅是为了例示本发明的原理，而不应被视为限制。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定，并非旨在由下文所描述的示例性实施方式限制。

所示实施方式涉及用于发送无线电信号(特别是cm/mm波长范围内的短波长无线电信号)的天线。例如，所示天线和天线装置可用在诸如移动电话、智能电话、平板计算机等的通信装置中。

在所示构思中，利用多层PCB来形成C馈电(容性馈电)贴片天线。多层PCB具有在竖直方向上层叠的多个层。多层PCB的层可分别构造有导电条图案。具体地讲，形成在多层PCB的不同层上的导电条可通过在不同层的导电条之间延伸的导电通孔彼此连接，以形成天线贴片以及容性耦合至天线贴片的馈电贴片。贴片天线可为四分之一波型或半波型。这样，天线贴片和馈电贴片可形成在在与多层PCB的层的平面垂直的竖直方向上延伸。这样，可按照有效的方式形成允许发送在竖直方向上极化的无线电信号的天线。此外，可按照有效的方式利用多层PCB的一个或更多个层来将贴片天线连接到无线电前端电路。具体地讲，可实现小尺寸的贴片天线以及到贴片天线的短连接长度。此外，可将多个这样的贴片天线集成在多层PCB上。此外，贴片天线可与形成在多层PCB的一个或更多个层上的其它天线类型有效地组合。这样，可在紧凑的结构中支持不同的极化方向和/或不同频带。

图1示出例示了基于所示构思的天线装置100的立体图。在所示示例中，天线装置100包括多层PCB 110以及形成在多层PCB 110的边缘区域中的天线120、140。多层PCB 110包括在竖直方向上层叠的多个PCB层。例如，PCB层可各自对应于隔离基板上的结构化的金属化层。天线120是在与PCB层垂直并与多层PCB 110的一个边缘平行的平面中延伸的贴片天线。天线140是形成在一个PCB层上的偶极天线,并且沿着多层PCB 110的所述边缘在与竖直方向垂直的水平方向上延伸。

此外，天线装置100包括布置在多层PCB 110中所形成的腔体170中的无线电前端电路芯片180。因此，可通过一个或更多个PCB层上的导电条有效地形成从无线电前端电路芯片180到天线120、140的电连接。具体地讲，电连接可形成为具有短长度，从而可限制高频下的信号损失。此外，还可利用一个或更多个PCB层来将无线电前端电路芯片180连接到其它电路(例如，连接到电源电路或数字信号处理电路)。

图2还例示了贴片天线120和偶极天线140的结构。为此，图2没有示出多层PCB 110的边缘区域115中的PCB层的隔离基板。

可以看出，贴片天线120包括在与PCB层垂直的平面中延伸并且沿着多层PCB110的边缘延伸的天线贴片121。天线贴片121被配置用于发送具有竖直极化方向(由实心箭头例示)(即，与PCB层垂直的方向)的无线电信号。偶极天线140包括由第一导电条141形成的第一极以及由第二导电条142形成的第二极。第一导电条141和第二导电条142沿着多层PCB110的边缘延伸。偶极天线140被配置用于发送具有水平极化方向(由空心箭头例示)(即，与PCB层平行并且与多层PCB 110的边缘平行的方向)的无线电信号。

图3还例示了天线贴片121的结构。类似于图2，图3没有示出多层PCB 110的边缘区域115中的PCB层的隔离基板。

可以看出，天线贴片121由不同PCB层上的多个导电条121形成。导电条122在竖直方向上彼此层叠，从而形成三维超结构。不同PCB层的导电条122通过导电通孔123(例如，金属化的通孔)连接。如所示，天线贴片121的导电条122和导电通孔按照网格图案布置，并形成在与PCB层垂直并与多层PCB 110的边缘平行的平面中延伸的基本上矩形导电结构。网格图案的网格间距被选择为足够小，以使得在要由贴片天线120发送的无线电信号的预期波长处，与均匀导电结构相比的差异可忽略不计。通常，这可通过小于天线贴片121的竖直和/或水平尺寸的四分之一(例如，天线贴片的竖直和/或水平尺寸的约10％)的网格间距来实现。需要注意的是，尽管图3示出具有规则网格结构的网格图案，也可利用不规则网格结构，例如，基于通孔123沿着导电条122的不规则距离和/或未在竖直方向上对齐的通孔123。

图4还例示了贴片天线120的结构。类似于图2和图3，图4没有示出多层PCB110的边缘区域115中的PCB层的隔离基板。

可以看出，除了天线贴片121之外，贴片天线120包括馈电贴片125。馈电贴片125被配置用于天线贴片121的容性馈电并且平行于天线贴片121延伸，相对于其朝着多层PCB110的中心偏移。馈电贴片125具有小于天线贴片121的尺寸。类似于天线贴片121，馈电贴片125由不同PCB层上的多个导电条126形成。导电条126在竖直方向上彼此层叠，从而形成三维超结构。不同PCB层的导电条126通过导电通孔127(例如，金属化的通孔)连接。如所示，馈电贴片125的导电条126和导电通孔按照网格图案布置，并且形成在与PCB层垂直并与多层PCB 110的边缘平行的平面中延伸的基本上矩形导电结构。网格图案的网格间距被选择为足够小，以使得在要由贴片天线120发送的无线电信号的预期波长处，与均匀导电结构相比的差异可忽略不计。因此，馈电贴片125可形成为具有与天线贴片121的相似或相同的网格间距。类似于天线贴片121，馈电贴片125可具有规则网格结构或不规则网格结构。

如图4中进一步所示，贴片天线120可设置有将天线贴片121电连接到接地面的接地贴片124。接地面可由一个PCB层上的导电区域形成。接地贴片124可由形成在一个PCB层上的导电条形成。如图4中所示，接地贴片124可在竖直方向上相对于馈电贴片125偏移。

图5示出例示了贴片天线120的配置和尺寸确定的示意性剖视图，即，与水平方向垂直的平面中的示图。可以看出，馈电贴片125连接到馈电点128。从馈电点128，可在一个PCB层上形成到无线电前端电路芯片180的电连接。馈电贴片125与天线贴片121间隔开距离G。天线贴片沿着水平方向具有尺寸W，并且接地贴片124具有长度L。可按照优化与天线贴片121的容性耦合的目的来设定馈电贴片125的距离G和尺寸。仿真已表明，例如具有天线贴片121的尺寸的四分之一或更小的小尺寸馈电贴片125允许实现良好带宽、贴片天线120的紧凑的总体尺寸以及几乎均匀的全向发送特性。

此外，尺寸W、距离G和长度L可根据要经由贴片天线120发送或接收的无线电信号的标称波长来设定。作为一般规则，当假设贴片天线120的配置为四分之一波贴片天线时，尺寸W可对应于标称波长的四分之一，并且长度L和距离G可小于标称波长的四分之一。如果贴片天线被配置成半波贴片天线，则接地贴片124被省略，尺寸W可对应于标称波长的一半，并且距离G可小于标称波长的四分之一。

例如，当针对频率为14GHz的无线电信号优化贴片天线120时，W可为约3mm并且长度L可小于3mm(例如，2mm)。当针对频率为28GHz的无线电信号优化贴片天线120时，W可为约1.5mm并且长度L可小于1.5mm(例如，1mm)。因此，可构建贴片天线120而无需多层PCB 110过厚。具体地讲，多层PCB 110的厚度可为5mm或者甚至更小。

图6示出例示了基于所示构思的另一天线装置100’的立体图。以相同的标号指代类似于图1至图5的结构，这些结构的细节也可从以上结合图1至图5的描述获得。

如所示，天线装置100’包括多层PCB 110以及形成在多层PCB 110的边缘区域中的天线120、130、140、150。多层PCB 110包括在竖直方向上层叠的多个PCB层。例如，PCB层可各自对应于隔离基板上的结构化的金属化层。为了例示性目的，图6没有示出多层PCB 110的边缘区域115中的PCB层的隔离基板。此外，天线装置100’包括布置在多层PCB 110中所形成的腔体170中的无线电前端电路芯片180。因此，可通过一个或更多个PCB层上的导电条有效地形成从无线电前端电路芯片180到天线120、130、140、150的电连接。

天线120和130是在与PCB层垂直并与多层PCB 110的一个边缘平行的平面中延伸的贴片天线。天线140、150是形成在一个PCB层上的偶极天线，并且在与竖直方向垂直的水平方向上沿着多层PCB 110的边缘延伸。可以看出，贴片天线120和130具有不同的尺寸以支持不同频带中的发送。类似地，偶极天线140和150具有不同的尺寸以支持不同频带中的发送。如上述示例中一样，贴片天线120、130被配置用于发送具有竖直极化方向的无线电信号，偶极天线140被配置用于发送具有水平极化方向的无线电信号。

图7还例示了偶极天线140、150的不同尺寸确定。偶极天线140包括由第一导电条141形成的第一极以及由第二导电条142形成的第二极。第一导电条141和第二导电条142沿着多层PCB 110的边缘延伸并且延伸第一长度D1。偶极天线140包括由第一导电条151形成的第一极以及由第二导电条152形成的第二极。第一导电条151和第二导电条152沿着多层PCB 110的边缘延伸并且延伸第二长度D2。第一长度D1大于第二长度D2，即，第一偶极天线140被优化用于发送具有比第二偶极天线150更长的波长的无线电信号。例如，第一长度D1可对应于第一频带中(例如，25GHz的范围内)的无线电信号的标称波长的一半，第二长度D2可对应于第一频带中(例如，40GHz范围内)的无线电信号的标称波长的一半。

如图7中进一步所示，第一偶极天线140和第二偶极天线150共享由导电条161、162形成的公共馈电支路。导电条161连接到导电条141和151，即，向偶极天线140、150的第一极馈电。导电条162连接到导电条142和152，即，向偶极天线140、150的第二极馈电。

图8进一步例示了贴片天线120、130的结构。可以看出，第一贴片天线120包括天线贴片121。如结合图3说明的，天线贴片121由通过导电通孔彼此连接的不同PCB层上的多个导电条形成。类似地，第二贴片天线130包括天线贴片131，其由不同PCB层上的多个导电条132形成。导电条132在竖直方向上彼此层叠，从而形成三维超结构。不同PCB层的导电条132通过导电通孔133(例如，金属化的通孔)连接。如所示，天线贴片131的导电条132和导电通孔按照网格图案布置并形成在与PCB层垂直并与多层PCB 110的边缘平行的平面中延伸的基本上矩形导电结构。天线贴片131可形成为具有与天线贴片121相似或相同的网格间距。类似于天线贴片121，天线贴片131可具有规则网格结构或不规则网格结构.

如上所述，第一贴片天线120和第二贴片天线130具有不同的尺寸以支持不同的波长。例如，当以W指定竖直尺寸(如图5的例示)时，贴片天线120可具有比贴片天线130更大的竖直尺寸。例如，当假设配置为半波贴片天线时，第一贴片天线120的天线贴片121的竖直尺寸W可对应于第一频带中(例如，25GHz范围内)的无线电信号的标称波长的一半，并且第二贴片天线130的天线贴片131的竖直尺寸W可对应于第一频带中(例如，40GHz范围内)的无线电信号的标称波长的一半。

如图8中进一步示出的，贴片天线120和第二贴片天线130共享公共馈电支路136。公共馈电支路136由一个PCB层上的导电条形成，并且连接到在竖直方向上延伸并被配置用于天线贴片121的容性馈电的第一馈电贴片125。如结合图4说明的，馈电贴片125可由通过导电通孔竖直连接的不同PCB层上的导电条形成。此外，公共馈电支路136连接到在竖直方向上延伸并被配置用于天线贴片131的容性馈电的第二馈电贴片135。类似于第一馈电贴片125，第二馈电贴片135可由通过导电通孔竖直连接的不同PCB层上的导电条形成。根据不同尺寸的天线贴片121、131，对应馈电贴片125、135也可配置有不同的尺寸。

图9示意性地例示了配备有如上所述的天线装置(例如，天线装置100或天线装置100’)的通信装置900。通信装置可对应于小尺寸的用户装置(例如，移动电话、智能电话、平板计算机等)。然而，将理解，也可使用其它类型的通信装置，例如基于车辆的通信装置、无线调制解调器或自主传感器。

如所示，通信装置900包括一个或更多个天线910。这些天线910包括上述贴片天线类型的至少一个天线(例如，贴片天线120或贴片天线130)。此外，通信装置900也可包括其它类型的天线，例如上述偶极天线140、150或者甚至其它天线类型。利用如上所述的构思，天线910与无线电前端电路920一起集成在多层PCB 930上。如进一步所示，通信装置900还包括一个或更多个通信处理器940。通信处理器940可生成或者以其它方式处理通信信号以便于经由天线910处理。为此，通信处理器940可根据一个或更多个通信协议(例如，根据5G蜂窝无线电技术)执行各种类型的信号处理和数据处理。

将理解，如上所述的构思易于进行各种修改。例如，所述构思可结合各种类型的无线电技术和通信装置应用，而不限于5G技术。所示天线可用于从通信装置发送无线电信号和/或在通信装置中接收无线电信号。此外，将理解，所示天线结构可经受关于天线几何形状的各种修改。例如，所示矩形天线贴片形状可被修改为更复杂的形状。

Claims (16)

1.一种天线(120，130；910)，该天线包括：

天线贴片(121，131)；以及

馈电贴片(125，135)，该馈电贴片被配置为用于所述天线贴片(121，131)的容性馈电，

所述天线贴片(121，131)由沿着多层印刷电路板(110)的边缘在水平方向上延伸的多个导电条(122，132)形成，所述多层印刷电路板具有沿着竖直方向层叠的多个层，

所述天线贴片的各导电条(122，132)布置在所述多层印刷电路板(110)的不同层上，

所述多个导电条(122，132)通过在所述天线贴片的多个导电条(122，132)中的两个或更多个导电条之间延伸且布置在所述多层印刷电路板(110)的不同层上的导电通孔(123，133)彼此电连接，

所述馈电贴片(125，135)由在所述水平方向上延伸的多个导电条(126)形成，所述馈电贴片(125，135)的各导电条(126)布置在所述多层印刷电路板的不同层上，并且

所述馈电贴片的多个导电条(126)通过在所述馈电贴片(125，135)的多个导电条(126)中的两个或更多个导电条之间延伸且布置在所述多层印刷电路板(110)的不同层上的导电通孔(127)彼此电连接。

2.根据权利要求1所述的天线(120，130；910)，

其中，所述天线贴片的导电条(122，132)和导电通孔(123，133)被布置为形成网格图案。

3.根据权利要求1或2所述的天线(120，130；910)，

其中，所述馈电贴片的导电条(126)和导电通孔(127)被布置为形成网格图案。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的天线(120，130；910)，

其中，在所述竖直方向和所述水平方向上，所述馈电贴片的尺寸比要经由所述天线发送的无线电信号的波长的四分之一短。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的天线(120，130；910)，该天线还包括：

接地贴片(124)，该接地贴片将所述天线贴片(121)导通至接地面。

6.根据权利要求5所述的天线(120，130；910)，

其中，所述接地贴片(124)的长度比要经由所述天线(120，130)发送的无线电信号的波长的四分之一短。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的天线(120，130；910)，

其中，所述天线被配置为用于发送波长大于1mm且小于3cm的无线电信号。

8.一种装置(100；100’)，该装置包括：

至少一个根据权利要求1至7中的任一项所述的天线(120，130；910)；以及

所述多层印刷电路板(110；930)。

9.根据权利要求8所述的装置(100’)，该装置包括：

根据权利要求1至7中的任一项所述的第一天线(120，130)，以及

根据权利要求1至7中的任一项所述的第二天线(120，130)；

其中，所述第一天线(120，130)的天线贴片(121，131)具有不同于所述第二天线(120，130)的天线贴片(121，131)的尺寸。

10.根据权利要求9所述的装置(100’)，

其中，所述第一天线(120，130)的馈电贴片(125，135)和所述第二天线(120，130)的馈电贴片(125，135)连接到由所述多层印刷电路板(110；930)的一个层上的导电条形成的公共馈电支路(136)。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的装置(100；100’)，该装置包括：

至少一个偶极天线(140，150)，所述至少一个偶极天线由所述多层印刷电路板(110；930)的一个或更多个层上的导电条(141，142，151，152)形成。

12.根据权利要求11所述的装置(100’)，该装置包括：

第一偶极天线(140，150)，所述第一偶极天线由所述多层印刷电路板(110)的一个层上的导电条形成，以及

第二偶极天线(140，150)，所述第二偶极天线由所述多层印刷电路板(110；930)的所述一个层上的导电条(141，142，151，152)形成；

其中，所述第一偶极天线(140，150)的导电条(141，142，151，152)具有不同于所述第二偶极天线(140，150)的导电条(141，142，151，152)的尺寸。

13.根据权利要求12所述的装置，

其中，所述第一偶极天线(140，150)和所述第二偶极天线(140，150)连接到由所述多层印刷电路板(110；930)的所述一个层上的导电条(161，162)形成的公共馈电支路。

14.根据权利要求8至13中的任一项所述的装置(100；100’)，该装置包括：

无线电前端电路(180；920)，所述无线电前端电路布置在所述多层印刷电路板(110；930)上。

15.根据权利要求14所述的装置(100；100’)，

其中，所述多层印刷电路板(110；930)包括容纳所述无线电前端电路(180；920)的腔体(170)。

16.一种通信装置(900)，该通信装置包括：

根据权利要求7至15中的任一项所述的装置(100；100’)；以及

至少一个处理器(940)，所述至少一个处理器被配置为处理经由所述装置(100)的所述至少一个天线(120，130；910)发送的通信信号。