CN102007642A

CN102007642A - 天线组件、印刷配线板和装置

Info

Publication number: CN102007642A
Application number: CN2008801286795A
Authority: CN
Inventors: 应志农; 石宮克教
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications AB
Current assignee: Sony Mobile Communications AB
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2011-04-06
Also published as: EP2269265A1; US7768463B2; WO2009127266A1; JP2011521513A; US20090262023A1; TW200952253A

Abstract

一种天线组件(12)，该天线组件(12)包括相对介电常数(ε_r)大于1的介电基底(14)。该介电基底(14)包括第一分支(14a)，该第一分支包括第一天线图案和用于将第一天线图案连接至第一接地部(18a)的第一接地点(16a)。介电基底(14)还包括第二分支(14b)，该第二分支包括第二天线图案和用于将第二天线图案连接至第二接地部(18b)的第二接地点(16b)。由此，每个天线图案被设置为在所述天线组件(12)处于使用状态时发送和/或接收预定频带内的信号。

Description

天线组件、印刷配线板和装置

技术领域

本发明涉及一种用于发送和/或接收信号的天线组件。本发明还涉及一种包括这种天线组件的印刷配线板(PWB)和一种包括这种天线组件或PWB的装置。

背景技术

天线是一种被设计为发送和/或接收收音机、电视、微波、电话和雷达信号的变换器，即，天线将特定频率的电流转换为电磁波或将电磁波转换为特定频率的电流。就物理构成而言，天线是具有一个或多个电导体的结构，其被设置成响应于被施加的交流电压和关联的交流电流来生成辐射电磁场，或者其可以被放置在电磁场中，使得该电磁场在天线中上感生出交流电流且在天线的端子之间感生出交流电压。

如移动电话的便携式无线通信电子装置通常包括通过焊接或熔接与在印刷配线板上的导电迹线或触点相连接的天线。这种电子装置的制造商一直处于减小所述装置的外形尺寸、重量和成本并提高其电气性能的压力之下。这种低成本的要求决定了所述电子装置及其天线的制造和组装应当是简单且便宜的。

为了把用于特定波长的天线的尺寸最小化，可以在便携式无线通信电子装置内使用微带天线(又被称作印刷天线)。微带天线通过在介电常数(ε_r)大于1的绝缘介电基底的内部或在其一个表面上刻蚀出天线图案(即，谐振布线结构)制作而成，其中连续导电层(如金属层)被粘接到介电基底的形成了接地平面的另一面。由于其具有简单的二维几何形状，因此这种天线外形薄、机械强度高并且制造和设计相对低廉。

最常用的微带天线是矩形贴片。矩形贴片天线的长度大约是矩形微带传输线的半波长长部分。当天线的基底是空气时，矩形微带天线的长度大约是自由空间波长的一半。由于天线安装在作为其基底的电介质上，因此天线的长度随着基底的相对介电常数的增大而减小。即，电介质的辐射波长可以缩短1/√ε_r倍。因此可以使包括这样的介电基底的天线缩短1/√ε_r倍。

制造商还需要面对的挑战是提供一种具有能够使用诸如GPS、Rx分集、W-LAN、Wi-Fi、蓝牙以及UWB等不同的无线通信标准同时发送和/或接收信号的天线(即，双频带或多频带天线)的电子装置，该天线紧凑且易于制造和装配。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于双频带应用或多频带应用的改进的天线。

本发明的这一目的通过一种包括相对介电常数(ε_r)大于1的介电基底的天线组件实现。所述介电基底包括第一分支，所述第一分支包括第一天线图案和用于将所述第一天线图案连接至第一接地部的第一接地点。所述介电基底还包括第二分支，所述第二分支包括第二天线图案和用于将所述第二天线图案连接至第二接地部的第二接地点。因此一个介电基底包括两个相互隔离开的天线图案，由此各个天线图案被设置成在该天线组件处于使用状态时(同时地或不同时地)发送和/或接收预定频带内的信号。

由于其双频带/多频带功能，这种天线组件可以用于将GPS和蓝牙功能集成于电子装置中。然而，该天线组件可在以下一个或多个频率范围内工作：GPS、Rx分集、W-LAN、Wi-Fi、蓝牙、UWB或任意其它频率范围。此外，该天线组件的紧凑尺寸允许设计人员将该天线组件嵌入到最小的电子装置中。在天线安装空间受限时，这种天线组件还可以代替多个仅能在某一给定频率工作的天线，从而提供一种针对多个天线的安装的成本低、空间利用率高的替代方案。

应当注意的是，两个相互隔离的天线图案也可以被设置为在该天线组件处于使用状态时(同时地或不同时地)发送和/或接收同一预定频带内的信号。

应当注意的是，当把根据本发明的任一实施方式的所述天线组件包括在如移动电话的小型便携式无线通信装置中时，所述天线组件仅对该装置发送或接收的无线电波的发送或接收起到部分作用。该装置的诸如机壳、电池或印刷配线板的其它大型导电元件也会影响无线电信号的发送和/或接收。该天线组件的所述天线图案和主体(mass block)被以使整个天线(即，天线组件和主体)具有期望阻抗的方式进行电容性耦合和/或电感性耦合。因此，通常被认为是“天线”的部件实际上起到了所述主体的激励器的作用，因此被称为“天线组件”而不是“天线”。但是，本文中的“天线”这一用语旨在包括可以被认为是“天线组件”而不是“天线”的部件。

根据本发明的一个实施方式，所述介电基底包括超过两个分支，每个分支都包括天线图案和用于将所述天线图案连接到单独接地部的单独接地点。

根据本发明的另一实施方式，所述分支被设置为从公共点延伸。

根据本发明的又一实施方式，所述第一分支和所述第二分支被布置为形成L形，或者包括超过两个分支的所述介电基底的两个分支被布置成L形。这种正交布置可以在两个天线图案之间提供良好的隔离。此外，L形介电基底可以被安装在印刷配线板(PWB)的角部处，这样有利于所述天线组件的装配。然而，介电基底可以包括与相邻的多个或单个分支成任意角度设置的分支。

根据本发明的一个实施方式，每个天线图案都包括用于将所述天线图案连接到馈线(即，用于将信号能量从信号源传送到所述天线图案的介质)的馈点，并且所述馈点优选但不必一定设置在分支的末端。

根据本发明的另一实施方式，所述接地点位于所述第一分支和所述第二分支的接合处或者所述介电基底的两个或更多个分支的接合处。

根据本发明的又一实施方式，所述介电基底包含陶瓷、如铁氧体的具有高磁导率(μ)的材料或者任何其它具有大于1的相对介电常数(ε_r)的材料。

根据本发明的又一实施方式，所述介电基底的至少两个分支具有不同的相对介电常数(ε_r)，即，根据本发明的天线组件的介电基底的相对介电常数(ε_r)在整个介电基底中是一致的或不一致的。例如，通过在所述介电基底的制造过程中在构成分支的一部分的聚合物母体中嵌入不同量或不同类型的陶瓷粉末，可以按照需要来调整所述介电基底的各个分支或者任意数量个分支的相对介电常数(ε_r)。

根据本发明的一个实施方式，当该天线组件处于使用状态时，每个天线图案或者包括超过两个分支的介电基底的两个分支被设置为发送和/或接收不同频带内的信号。另选地，每个天线图案或者包括超过两个分支的介电基底的至少两个分支可以被设置为发送和/或接收同一频带内的信号，以便于增加特定频带内的通信信道的数量。

根据本发明的另一实施方式，所述介电基底包括被布置为形成T形的三个分支。另选地，所述介电基底包括被布置为形成十字形的四个分支，每个分支都相对于与其相邻的分支正交地设置。

本发明还涉及一种包括天线的印刷配线板(PWB)，该PWB包括根据本发明任一实施方式的天线组件。PWB可以包括根据本发明同一或不同实施方式的的多个天线组件。

印刷配线板或PWB(也被称为印刷电路板(PCB))这一用语旨在表示用于机械支承至少一个微芯片或其他电子元件和/或用于利用刻蚀/印刷/雕刻或以其他方式设置在其上的导电通路来电连接其上所支承的和/或与其相连接的元件的任意柔性或非柔性、平面或非平面的、大体上不导电的基底。

根据本发明的一个实施方式，所述天线组件被设置为所述介电基底的至少一个分支沿所述PWB的一边延伸。另选地，所述天线组件被设置在所述PCB的角部处，其中所述介电基底的一个分支沿所述PWB的一边延伸，并且所述介电基底的另一个分支沿所述PWB的另一边延伸。将天线组件布置在所述PCB的角部处有利于天线的制造和组装。然而，天线组件可以设置在PWB的任意位置处。

根据本发明的另一实施方式，所述PWB包括接地平面和用于与所述接地平面且与所述天线组件的多个接地点相连接的接地焊盘，因此介于每个接地焊盘与所述接地平面之间的连接包括不同的电容耦合和/或电感耦合(即，不同的LC负载)，以使得所述天线组件的各个天线图案在所述天线组件处于使用状态时能够实现不同的谐振频率，因而发送和/或接收不同频带内的信号。另选地，介于各接地焊盘与接地平面之间的所述连接包括相同的电容耦合和/或电感耦合，以使得所述天线组件的至少两个天线图案在所述天线组件处于使用状态时能够实现相同的谐振频率，因而发送和/或接收相同频带内的信号，以便于增加特定频带内的通信信道的数量。

应当注意的是，使用根据本发明的所述天线组件或PWB可以实现任意数量个频带。

根据本发明的又一实施方式，所述天线组件与所述PWB一体形成，由此可以将包括天线组件的完整PWB的制造集成到一个制造步骤中，由此减少装配时间、成本和复杂性。

本发明还涉及一种包括根据本发明的任一实施方式的天线组件或根据本发明任一实施方式的印刷配线板的装置。该电子装置可以是便携式或非便携式的装置，诸如电话、媒体播放器、个人通信系统(PCS)终端、个人数据助手(PDA)、膝上型计算机、掌上型接收器、照相机、电视机、雷达或包括被设计成发送和/或接收无线电、电视、微波、电话和/或雷达信号的变换器的任意电器。然而，根据本发明的天线组件和PCB旨在特别地但不专有地用于高频无线电装置。

附图说明

下面将参照所附示意图通过非限制性的示例来进一步阐释本发明，其中：

图1示出了根据本发明实施方式的印刷配线板，

图2是根据本发明实施方式的天线组件的俯视图，

图3示出了根据本发明实施方式的印刷配线板的上表面，以及

图4示出了根据本发明实施方式的电子装置。

应当注意的是，这些图不一定是按比例描绘的，为了清楚起见，某些特征的尺寸可能有所夸张。

具体实施方式

图1示出了印刷配线板(PWB)10，PWB 10包括位于其角部的天线组件12。该天线组件12包括单层或多层的介电基底14，介电基底14的相对介电常数(ε_r)大于1。介电基底14可以包括例如PTFR(聚四氟乙烯)/玻璃纤维复合物或具有大于1且直到20或更大的相对介电常数(ε_r)的任意其他合适的电介质材料。

在所示实施方式中，介电基底14被示为矩形块。然而，应当注意的是，介电基底14可以是任意形状，并且可以具有任意数量个分支。介电基底14或介电基底的分支可以例如是正方形、圆形、三角形或椭圆形截面，或者具有任意其他规则或不无规则的几何形状。介电基底14例如可以具有其上淀积了螺旋形天线图案的圆柱形。

PWB 10和天线组件12可以一体地形成为一个单元。另选地，天线组件12可以通过诸如焊接或熔焊的任意常规手段安装在PWB 10上。

图2是图1中示出的PWB的底部右角处的俯视图。介电基底的第一分支14a包括如螺旋状图案(未在图1或2中示出)的第一天线图案，并且具有第一预定电气长度和宽度以提供期望的天线功能，介电基底的第一分支14a还包括用于将第一天线图案连接到第一接地部18a的第一接地点16a。介电基底的第二分支14b包括第二天线图案(未在图1或2中示出)，并且具有第二预定电气长度和宽度以提供期望的天线功能，介电基底的第二分支14b还包括用于将第二天线图案连接到第二接地部18b的第二接地点16b。天线图案可以例如使用光刻技术而设置在介电基底14上或其内部，且其电气长度可以设定为对应于信号谐振频率的波长的一部分，例如波长的一半。

应当注意的是，根据本发明任一实施方式的天线组件的第一分支14a和第二分支14b本身可以分支或不分支，即，分支本身可以包括分支。

因此，每个天线图案都被设置为在天线组件处于使用状态时同时或不同时地发送和/或接收预定频带内的信号。每个天线图案例如可以被设置为在天线组件处于使用状态时发送和/或接收相同或不同频带内的信号。

在所示实施方式中，单独的接地点18a、18b设置在第一分支14a和第二分支14b的接合处。每个天线图案还包括用于将每个天线图案连接至单独的馈线(未示出)的馈点20a、20b，由此馈点20a、20b在图2所示的实施方式中设置在分支14a、14b的末端。应当注意的是，接地点16a、16b和馈点20a、20b并非必须设置在介电基底14的上表面上或设置在图2所示的介电基底14的各个分支14a、14b的末端，而是可以设置在介电基底14的任意位置处。

介电基底14可以包括被布置成从公共点延伸的超过两个分支。例如，介电基底可以包括被布置为形成T形的三个分支，或者介电基底可以包括被布置为形成十字形的四个分支，每个分支都相对于与其相邻的分支正交地设置。然而，介电基底的分支不是一定要和与其相邻的一个或多个分支正交地设置，而是可以被布置为相互成任意角度。

图3示出了在图1和2中所示的PWB 10的上表面。PWB 10包括接地平面22和用于与接地平面22且与天线组件12的接地点16a、16b相连接的多个接地焊盘24a、24b(例如，金属迹线)。接地焊盘24a、24b可以设置在PWB 10的表面上，或者可以利用电介质间隔物使其悬在接地平面22上方。介于每个接地焊盘24a、24b和接地平面22之间的连接26a、26b包括不同的电容耦合和/或电感耦合(即，不同的LC负载)，以使得天线组件12的每个天线图案在天线组件处于使用状态时能够实现不同的谐振频率，因而发送和/或接收不同频带内的信号。

图4示出了根据本发明实施方式的电子装置28(即，移动电话)。电子装置28包括根据本发明的任一个实施方式的天线组件12或印刷配线板10(图4中未示出)。

对于本领域技术人员而言，在权利要求保护范围之内对本发明的进一步修改是显而易见的。例如，PWB可以包括使用户能够在不同天线组件之间或在天线组件的不同天线图案之间切换的电路，由此选择发送信号和/或接收信号的频带以及使用中的通信信道的数量。

Claims

1.一种天线组件(12)，该天线组件包括：

介电基底(14)，所述介电基底具有大于1的相对介电常数(ε_r)，所述介电基底(14)包括第一分支(14a)，所述第一分支(14a)包括第一天线图案和用于将所述第一天线图案连接至第一接地部(18a)的第一接地点(16a)，其中，所述介电基底(14)还包括第二分支(14b)，所述第二分支(14b)包括第二天线图案和用于将所述第二天线图案连接至第二接地部(18b)的第二接地点(16b)，每个天线图案由此被布置成在所述天线组件(12)处于使用状态时发送和/或接收预定频带内的信号。

2.根据权利要求1所述的天线组件(12)，其中，所述介电基底(14)包括超过两个分支(14a、14b)，每个分支由此包括天线图案和用于将所述天线图案连接至单独接地部(18a、18b)的单独接地点(16a、16b)。

3.根据权利要求1或2所述的天线组件(12)，其中，所述分支(14a、14b)被布置成从公共点延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述第一分支(14a)和所述第二分支(14b)被布置为形成L形，或者包括超过两个分支的所述介电基底(14)的两个分支被布置为形成L形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，每个天线图案都包括用于将所述天线图案连接至馈线的馈点(20a、20b)，并且所述馈点(20a、20b)设置在分支的末端。

6.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述接地点(16a、16b)设置在所述第一分支(14a)和所述第二分支(14b)的接合处或者所述介电基底(14)的两个或更多个分支的接合处。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述介电基底(14)包含陶瓷。

8.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述介电基底(14)的至少两个分支(14a、14b)具有不同的相对介电常数(ε_r)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)，其中，每个天线图案被设置成在所述天线组件(12)处于使用状态时发送和/或接收不同频带内的信号。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述介电基底(14)包括被布置为形成T形的三个分支。

11.根据权利要求2到9中任一项所述的天线组件(12)，其中，所述介电基底(14)包括被布置为形成十字形的四个分支，每个分支由此被设置为相对于与其相邻的分支正交。

12.一种包括天线的印刷配线板PWB(10)，其中，所述印刷配线板包括前述权利要求中任一项所述的天线组件(12)。

13.根据权利要求12从属于权利要求1至10中任一项时所述的印刷配线板PWB(10)，其中，所述天线组件(12)被设置为所述介电基底(14)的至少一个分支(14a、14b)沿所述PWB(10)的一边(10a、10b)延伸。

14.根据权利要求14从属于权利要求1至9中任一项时所述的印刷配线板PWB(10)，其中，所述天线组件(12)被设置在所述PCB(10)的角部处，其中所述介电基底(14)的一个分支(14a)沿着所述PWB(10)的一边(10a)延伸，并且所述介电基底(14)的另一个分支(14b)沿着所述PWB(10)的另一边(10b)延伸。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的印刷配线板PWB(10)，其中，所述印刷配线板PWB(10)包括接地平面(22)和用于与所述接地平面(22)且与所述天线组件(12)的所述接地点(16a、16b)相连接的多个接地焊盘(24a、24b)，由此介于每个接地焊盘(24a、24b)和所述接地平面(22)之间的连接(26a、26b)包括不同的电容耦合和/或电感耦合，即，不同的LC负载，以使得所述天线组件(12)的每个天线图案在所述天线组件(12)处于使用状态时能够发送和/或接收不同频带内的信号。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的印刷配线板PWB(10)，其中，所述天线组件(12)与所述PWB(10)一体形成。

17.一种装置(28)，如便携式电子装置，其中，该装置包括根据权利要求1至11中任一项所述的天线组件(12)或根据权利要求12至16中任一项所述的印刷配线板(10)。