CN1747229A - 天线模块和具有该天线模块的电子设备 - Google Patents

Abstract

一种天线模块，包括：PCB(印制电路板)，其由具有柔性的非导电材料制成：天线元件，其安装在PCB上表面指定位置；接地线，其形成在PCB上以便使该接地线连接到天线元件接地端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；馈电线，其形成在PCB上以便使该馈电线连接到天线元件信号端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；和无源线，其具有指定的长度，形成在PCB上并与馈电线平行。接地线和馈电线的连接部分接合到无线电子设备装置的指定位置，并且具有安装在PCB上的天线元件的天线模块部分位于该装置外部。

Description

天线模块和具有该天线模块的电子设备

相关发明

本申请基于2004年9月6日提交的韩国申请No.2004-70767并且要求该申请的优先权，其整体公开内容在此处并入列为参考。

技术领域

本发明涉及一种安装在具有无线通信功能的电子设备上的天线模块，并且更具体地，涉及一种天线模块，其使在电子设备装置中占用的空间减到最小，由此增加了其安装结构的自由度用以提高电子设备组的空间利用，并且实现了电子设备的微型化和多功能化，本发明还涉及具有该天线模块的电子设备。

背景技术

为了满足半导体和通信技术新近发展的需要，用户通常使用用于提高其移动性和便携性的具有无线通信功能的电子设备(在下文中被称为“无线电子设备”)。蜂窝电话即是无线电子设备的良好示例。为了满足用户对便携性的需要，无线电子设备逐步发展为越来越轻重量的和微型设备。

而且，为了满足用户对持有便利(使单一的设备具有至少两种功能)的需要，无线电子设备是多功能的，以便包括至少一种选自下列功能中的功能：MP3、相机、信用卡和无线接触型交通卡。

因此，对无线电子设备部件的微型化进行了研究。上述研究应用到用于发射和接收无线信号的天线中。传统的无线电子设备通常使用内部天线以便减小产品的尺寸。内部天线包括微带贴片天线、平面倒F形天线和芯片天线。

微带贴片天线(microstrip patch antenna)实现为印刷在印制电路板上的微带贴片。在芯片天线中，具有包括螺旋形的多种形状的多层辐射图形形成在电介质块上，并且被电气连接，由此用作具有与指定频率相对应的电流路径的天线。

如图1所示，倒F形天线包括：辐射贴片11，其形成在离开PCB(印制电路板)10上表面指定高度处；馈电线12，其用于施加电流；和接地线13，其连接到辐射贴片11的一个边缘。馈电线12和接地线13与辐射贴片11垂直，并且接合到PCB 10上的信号和接地图形。

辐射贴片11可以具有矩形的形状。在图1中，为了扩展发射和接收频带并且增强天线特性，矩形导电平面上的辐射贴片11分成具有指定形状的缝，由此变形成螺旋形。辐射贴片11可以变形成多种形状。在图1的倒F形天线中，辐射贴片11具有两个电流路径，并且接收和发射具有同该两个电流路径的电气长度相对应的波长的频率信号。

这里，辐射贴片11的馈电线12和接地线13可以由指定的电介质块支撑，例如陶瓷块。

如图1所示，上文所述传统的内部天线需要具有指定尺寸的或者更大尺寸的外围空间，当内部型天线安装在无线电子设备装置10上时，为了维持其特性，其是不接地的。因此，传统的内部天线在无线电子设备装置上占用了具有大于天线尺寸的空间。在需要微型化和多功能化的无线电子设备上预备相应的空间是困难的。如果能够减小上述空间，则可以使无线电子设备进一步地微型化。因此，有必要减小用于在无线电子设备上安装天线的空间。

日本公开专利No.2003-87022公开了具有高的安装密度的天线模块。图2是上述专利公开的天线模块的透视图。参考图2，该天线模块包括天线元件22，用于向天线元件22提供电流的驱动电路23和从PCB 21(驱动电路23安装在该PCB 21上)的一个侧表面延伸的波导24，用于连接驱动电路23和天线元件22。这里，波导24形成在具有柔性的硬部件上，并且被弯曲成使得天线元件22被三维地安置在PCB21上。在具有上述构造的天线模块中，整体形成了天线元件22、波导24和PCB 21，由此减少了组装工艺的步骤数目并且获得了安置导线和组件的自由。

在制造了上述天线模块之后，如果垂直折起波导24用以安装到无线电子设备中，则改变了天线模块的波导24的阻抗，由此引起信号损失并且降低了天线模块的特性。

因此，已经开发了一种天线模块，其需要在电子设备装置上的小的安装空间，并且具有安置的自由而不会改变其特性。

发明内容

因此，本发明考虑了上述问题，并且本发明的目的在于提供一种天线模块，其使在电子设备装置中占用的空间减到最小而不改变其特性，增加了其安装结构的自由度用以提高设备的空间利用率，并且实现了电子设备的微型化和多功能化，本发明还涉及具有该天线模块的电子设备。

根据本发明的一个方面，通过提供天线模块实现了上述和其他目的，该天线模块包括：PCB(印制电路板)，其由具有柔性的非导电材料制成；天线元件，其安装在PCB的上表面的指定位置；接地线，其形成在PCB上以便使该接地线连接到天线元件的接地端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；馈电线，其形成在PCB上以便使该馈电线连接到天线元件的信号端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；和无源线，其具有指定的长度，形成在PCB上并且与馈电线平行。

该天线模块可以进一步包括固定板，其由具有指定硬度的非导电材料制成并且连结到在其上安装有天线元件的PCB的下表面用于支撑天线元件。

优选地，PCB具有单层结构，其由选自包括包含聚合物和柔性金属的可逆材料和包含聚酰亚胺、聚酯和玻璃环氧树脂的不可逆材料的组中的材料制成，或者可以具有多层结构，该多层结构包括由一种或者多种选自上述组中的材料制成的、并且通过有机粘合剂粘合的多个片。

而且，优选地，可以通过模片接合方法将天线元件安装在PCB的上表面上。更优选地，天线元件可以包括层叠陶瓷芯片天线或者倒F形天线。

根据本发明的另一方面，提供了无线电子设备，其包括：构成指定电路的多个元件的装置；和天线模块，该天线模块包括：PCB(印制电路板)，其由具有柔性的材料制成；天线元件，其安装在PCB的上表面的指定位置；接地线，其形成在PCB上以便使该接地线连接到天线元件的接地端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；馈电线，其形成在PCB上以便使该馈电线连接到天线元件的信号端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；和无源线，其形成在PCB上，与馈电线平行，其中接地线和馈电线的连接部分接合到该装置的指定位置，并且具有安装在PCB上的天线元件的天线模块部分位于该装置外部。

优选地，接地线和馈电线的连接部分可以连接到该装置的上表面的外边缘。这里，具有指定尺寸的侧壁可以形成在该装置的侧表面上；并且具有被放置的天线元件的天线模块部分可以连结到该侧壁上。

而且，优选地，包括凸出的固定销的具有指定尺寸的侧壁可以形成在该装置的侧表面上；固定孔可以形成在对应于该固定销的天线模块位置处；并且通过将固定销插入到固定孔中，可以将天线模块固定到侧壁上。

附图说明

通过下文的详细描述，结合附图，本发明的上述和其他目的、特征及其他优点将变得更加易于理解，在附图中：

图1是说明了传统内部天线的结构和安装的透视图；

图2是说明了另一传统天线模块的结构的透视图；

图3是说明了根据本发明的天线模块的整体构造的分解透视图；

图4a和4b是说明了本发明的天线模块的特性的曲线图，该天线模块不包括无源线；

图5a和5b是说明了本发明的天线模块的特性的曲线图，该天线模块包括无源线；

图6a～6c是说明了电子设备装置上的本发明的天线模块的安装结构的示例的透视图。

具体实施方式

通过参考附图，将描述本发明的优选实施例。

图3是说明了根据本发明的天线模块的整体构造的分解透视图。

参考图3，本发明的天线模块30包括：PCB(印制电路板)31，其由具有柔性的非导电材料制成；接地线32，其形成在PCB 31上，并且由导电材料制成，用于使天线元件36接地；馈电线33，其形成在PCB 31的指定位置，并且由导电材料制成，用于向天线元件36提供电流；无源线34，其与馈电线33平行形成，并且未连接到地或者信号端子，用于通过同馈电线33的电气耦合来调节阻抗；多个接合焊盘35，其形成在PCB 31上的位置，用于安装天线元件36，并且其连接到接地线32或者馈电线33；天线元件36，其使用接合焊盘35安装在PCB 31的上表面的指定位置，以便天线元件36的接地端子和信号端子分别接触接地线32和馈电线33的侧面；和固定板37，其连结到PCB 31(在该PCB 31上安装有天线元件36)的下表面，并且由具有指定硬度的非导电材料制成，用于支撑天线元件36。

上述天线模块30安装在无线电子设备装置的外表面上，使得仅有天线模块30的馈电线33安装在该装置上，由此减少了在装置中的安装空间的尺寸。而且，天线模块30是可折叠的，且不会引起阻抗匹配的扭曲，由此在天线模块30安装到无线电子设备装置上时，维持了该天线模块的特性，并且增加了安置的自由度。

由于此原因，PCB 31(在其上形成有用于向和从天线元件36输入和输出信号的线32、用于接地的线33和用于阻抗匹配的线34)是柔性的和非导电的，由此增加了在无线电子设备装置外部进行安置的自由度。

也就是说，由于PCB 31是可自由折叠的或者弯曲的，因此弯曲PCB 31并且将其放置在无线电子设备装置的上表面或者侧表面上。这里，天线模块30可以进一步地包括附加的固定部件，用于固定天线元件36的辐射方向。将通过参考本发明的另一实施例在下文中描述该固定部件。

为了获得柔性，PCB 31由可逆材料制成，诸如聚合物或者柔性金属，或者PCB 31由不可逆材料制成，诸如聚酰亚胺、聚酯和玻璃环氧树脂。PCB 31可以是由选自上述组中的一种材料制成的单层PCB，或者是多层PCB，其包括多个由选自上述组中的一种或多种材料制成的、并且通过有机粘合剂粘合的片。

随后，在PCB 31上形成的接地线32和馈电线33分别连接到形成在用于安装天线元件36的位置的接合焊盘35，并且接触形成在天线元件36上的接地端子和信号端子。由例如焊料制成的连接部分32a和33a形成在接地线32和馈电线33的端部，由此将天线模块30安装在无线电子设备上。

除了接地线32和馈电线33，本发明的天线模块30进一步包括由导电材料制成的无源线34，其具有指定的长度，且与馈电线33平行。

无源线34与馈电线33电气耦合，因此，即使馈电线33以指定的角度折叠，其也能够实现50Ω的匹配阻抗。也就是说，实现了天线元件36和无线电子设备装置之间的阻抗匹配，由此使信号损失减到最小。

在天线模块不包括无源线34的情况中，由于根据频率制造的芯片天线具有不同的特性，因此要重新设计芯片天线的馈电线。而且，在天线模块垂直竖立的情况中，如图2所示，馈电线垂直弯曲，由此使阻抗匹配扭曲。

另一方面，在包括无源线34的天线模块30中，无源线34与馈电线33电气耦合，并且产生耦合电容，由此减小了由于天线元件36的位置变化而引起的阻抗变化，并且实现了信号的无损传输。换言之，与CPW(共面波导)的馈电结构相似，能够在宽的频带上实现阻抗匹配。

图4a和和4b是说明了具有传统馈电结构的天线模块的特性的曲线图，该天线模块不包括无源线34，而图5a和5b是说明了本发明的天线模块30的特性的曲线图，该天线模块30包括无源线34。图4a和5a的曲线图分别示出了驻波比，而图4b和5b的曲线图分别示出了辐射特性。

将图4a和4b的曲线图同图5a和5b的曲线图进行比较，可以看到，在较宽的频带上，图5a和5b所示的包括无源线34的天线模块30所具有的信号损失小于图4a和4b所示的不包括无源线34的天线模块所具有的信号损失。即通过在天线模块30中形成无源线34改善了阻抗匹配。

安装在PCB 31上的天线元件36可以具有多种的类型，其可以通过模片接合(die-bonding)方法安装到PCB 31的上表面上。例如，优选地，天线元件36可以包括具有最小尺寸的芯片天线元件，并且更具体地，可以包括层叠芯片天线(stacked chip antenna)或者倒F型芯片天线。更广泛地，天线元件36可以包括平面天线，其具有形成在PCB上的具有指定尺寸的微带。

在本发明的天线模块30的天线元件36安装到由柔性材料制成的PCB 31上的情况中，天线元件35不是完全地接合到PCB 31，或者接合的天线元件35容易地从PCB 31分离。为了解决上述问题，具有指定硬度的固定板37连结到PCB 31的对应天线元件36的下表面。固定板37由非导电非金属材料制成，以便不改变天线元件36的特性。

上述天线模块30形成在无线电子设备装置的外表面上。图6a～6c分别是说明了无线电子设备装置上的本发明的天线模块30的安装结构的示例透视图。在下文中，通过参考图6a～6c，将详细描述天线模块30的安装。

参考图6a，天线模块30的连接部分32a和33a通过焊接接合到无线电子设备装置40的电路印刷表面的指定位置。这里，优选地，连接部分32a和33a的接合位置位于无线电子设备装置40的上表面的外边缘。连接部分32a和33a可以以无线电子设备装置40的任何方向接合到无线电子设备装置40的上表面。因此，通过考虑无线电子设备的设计和使用方向，选择连接部分32a和33a对无线电子设备装置40的接合位置。

如图6a所示，接合到无线电子设备装置40的天线模块30具有柔性并且向内折叠，由此柔性地与通过封装相应的无线电子设备而获得的封装结构相配合。

这里，优选地，天线模块30的辐射方向是朝向上面或者朝向侧面，而不是朝向无线电子设备装置40。为了固定天线模块30的辐射方向，使用附加的固定结构固定天线模块30。

图6b和6c说明了天线模块30的固定结构，该天线模块30安装在无线电子设备装置40上，与无线电子设备装置40的上表面垂直。

参考图6b，天线模块30的连接部分32a和33a通过焊接连接到无线电子设备装置40的电路印刷表面的外边缘。而且，用于支撑天线模块30的具有指定尺寸的侧壁41形成在无线电子设备装置40的侧表面上，并且通过使用有机材料使其上放置有天线元件36的天线模块的表面连结到侧壁41。因此，天线元件36的主辐射方向朝向无线电子设备装置40的侧表面。

参考图6c，用于支撑天线模块30的侧壁41以如图6b的相同的方式同样形成在无线电子设备装置40的侧表面上。这里，固定销42形成在侧壁41的指定位置，并且形成通过PCB 31的对应于固定销42的位置的孔。固定销42插入到天线模块30的PCB 31的孔中，由此将天线模块30固定到侧壁41。这里，天线模块30的连接部分32a和33a以如图6b的相同的方式通过焊接连接到无线电子设备装置40的电路印刷表面的外边缘。

除了上述示例，天线模块30、连接到无线电子设备装置40的电路印刷表面的外边缘的连接部分32a和33a可以通过形成在无线电子设备装置40中的接收槽而被接收。

如上文所述，在天线模块30放置在无线电子设备装置40外部的情况中，减少了由天线模块30在电子设备装置中占用的空间，因此，允许容易地设计其他的电子设备元件，并且解决了问题，诸如影响天线模块特性的元件安装位置的限制，这些元件是例如，LCD、相机、扬声器，并且解决了维持天线模块特性的困难。

如通过上文描述而显而易见的，本发明提供了一种天线模块，其位于无线电子设备装置外部，并且提供了具有该天线模块的电子设备，由此使该天线模块在电子设备装置中占用的空间减到最小，并且减小了位于无线电子设备装置上并且影响天线模块特性的元件对天线模块的影响。

本发明的天线模块包括具有柔性的PCB，由此提高了其在无线电子设备装置上的安装结构的自由度。而且，本发明的天线模块使用与馈电线平行形成的无源线调节阻抗，由此使得该天线模块可以以垂直的角度安置在无线电子设备装置上而不会破坏阻抗匹配。

本发明的天线模块在无线电子设备装置表面上仅安装馈电线和接地线，并且考虑到无线电子设备的封装类型，放置有包括位于无线电子设备装置外部的天线元件的部分，由此满足了无线电子设备微型化的需要。

尽管为了说明性目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将认识到，在不偏离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，可以进行多种的变型，添加和置换。

Claims (8)

1.一种天线模块，包括

PCB(印制电路板)，其由具有柔性的非导电材料制成；

天线元件，其安装在PCB的上表面的指定位置；

接地线，其形成在PCB上以便使所述接地线连接到天线元件的接地端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；

馈电线，其形成在PCB上以便使所述馈电线连接到天线元件的信号端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；和

无源线，其具有指定的长度，形成在PCB上并且与馈电线平行。

2.权利要求1的天线模块，进一步包括固定板，其由具有指定硬度的非导电材料制成并且连结到在其上安装有天线元件的PCB的下表面用于支撑天线元件。

3.权利要求1的天线模块，其中PCB具有单层结构，其由选自包括包含聚合物和柔性金属的可逆材料和包含聚酰亚胺、聚酯和玻璃环氧树脂的不可逆材料的组中的材料制成，或者可以具有多层结构，该多层结构包括由一种或者多种选自上述组中的材料制成的、并且通过有机粘合剂粘合的多个片。

4.权利要求1的天线模块，可以通过模片接合方法将天线元件安装在PCB的上表面上。

5.一种无线电子设备，包括：

构成指定电路的多个元件的装置；和

天线模块，包括：

PCB(印制电路板)，其由具有柔性的非导电材料制成；

天线元件，其安装在PCB的上表面的指定位置；

接地线，其形成在PCB上以便使所述接地线连接到天线元件的接地端子，接地线，其形成在PCB上以便使该接地线连接到天线元件的接地端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；

馈电线，其形成在PCB上以便使该馈电线连接到天线元件的信号端子，并且提供有形成在其一端的连接部分；和

无源线，其形成在PCB上，与馈电线平行，

其中接地线和馈电线的连接部分接合到该装置的指定位置，并且具有安装在PCB上的天线元件的天线模块部分位于该装置外部。

6.权利要求5的无线电子设备，其中接地线和馈电线的连接部分连接到所述装置的上表面的外边缘。

7.权利要求6的无线电子设备，其中具有指定尺寸的侧壁形成在所述装置的侧表面上；并且

具有天线元件的天线模块部分连结到所述侧壁上。

8.权利要求6的无线电子设备，其中：

包括凸出的固定销的具有指定尺寸的侧壁形成在所述装置的侧表面上；

固定孔形成在对应于固定销的天线模块位置处；并且

通过将固定销插入到固定孔中，将天线模块固定到侧壁上。

Images