用于无线电子设备的双频带多层偶极子天线的制作方法

本发明构思总体上涉及无线通信领域，并且具体地涉及无线通信设备的天线。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月21日提交的美国专利申请号14/549,547的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

背景技术：

诸如蜂窝电话和其它用户设备的通信设备可以包括可以用于与外部设备进行通信的天线。这些天线设计可以在多个谐振频率下操作。然而，一些天线设计不能提供合适的天线性能。

技术实现要素：

本发明构思的各个实施方式包括无线电子设备，所述无线电子设备包括具有通过介电层彼此分隔开的第一导电层、第二导电层和第三导电层的印刷电路板(pcb)。带状线可以被包含在第一导电层中。两个高频带偶极子天线带可以被包含在第二导电层中和/或两个低频带偶极子天线带可以被包含在第三导电层中。无线电子设备可以被构造成当由带状线发送和/或接收的信号激励时，在与两个低频带偶极子天线带对应的低频带谐振频率下谐振以及在与两个高频带偶极子天线带对应的高频带谐振频率下谐振。在一些实施方式中，无线电子设备可以包括馈送通孔(feedingvia)，所述馈送通孔穿过第一介电层将带状线电连接到高频带偶极子天线带中的至少一个。

根据一些实施方式，无线电子设备可以包括平衡-不平衡变换器(balun)。该平衡-不平衡变换器可以包括接地面(groundplane)和/或电流相位控制元件。接地面和电流相位控制元件可以在第二导电层中。电流相位控制元件可以包括的第一部分和第二部分，在第一部分和该第二部分之间具有狭缝。狭缝的宽度可以控制无线电子设备的电流的相位。

根据一些实施方式，带状线可以包括第一部分和第二部分。带状线的第一部分可以被定位成与电流相位控制元件的第二部分交叠以进行电磁耦合以形成电磁辐射束。在一些实施方式中，馈送通孔可以将带状线的第二部分电连接到高频带偶极子天线带中的至少一个。在一些实施方式中，无线电子设备可以包括天线元件通孔(antennaelementvia)，所述天线元件通孔穿过第二介电层将电流相位控制元件电连接到低频带偶极子天线带中的至少一个。

根据一些实施方式，无线电子设备的两个谐振频率可以包括低频带谐振频率和高频带谐振频率。低频带偶极子天线带可以被构造成在低频带谐振频率下谐振，和/或高频带偶极子天线带可以被构造成在高频带谐振频率下谐振。低频带偶极子天线带中的一个的长度可以是低频带频率的大约0.25波长，和/或高频带偶极子天线带中的一个的长度可以是高频带谐振频率的大约0.25波长。带状线可以被设置成与平衡-不平衡变换器阻抗匹配。带状线的宽度可以基于第一导电层与第二导电层之间的第一介电层的厚度。

本发明构思的各个实施方式包括无线电子设备，所述无线电子设备包括具有通过介电层彼此分隔开的第一层、第二层和第三层的印刷电路板(pcb)。无线电子设备可以包括第一层中的带状线、第二层中的电流相位控制元件、第二层中的两个高频带偶极子天线带和/或第三层中的两个低频带偶极子天线带。天线元件通孔可以从第二层中的电流相位控制元件延伸到第三层中的低频带偶极子天线带中的至少一个。馈送通孔可以从第一层中的带状线延伸到第二层中的高频带偶极子天线带中的至少一个。

在阅读下面的附图和详细说明书的基础上，根据本发明构思实施方式的其它设备和/或操作对于本领域技术人员来说是显而易见的。可以预期的是所有这样的附加设备和/或操作可以被包括在本说明书中，可以落在本发明构思的范围内，并且可以受到所附权利要求保护。此外，可以预期的是本文公开的所有实施方式可以以任何方式和/组合单独或组合实现。

附图说明

[图1a]图1a示出根据本发明构思的各个实施方式的无线电子设备的双频带天线的截面图。

[图1b]图1b示出根据本发明构思的各个实施方式的图1的双频带天线的截面图。

[图1c]图1c示出根据本发明构思的各个实施方式的图1的双频带天线的截面图。

[图2]图2示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图1c的双频带天线的平面图。

[图3a]图3a示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图2的双频带天线的低频带偶极子天线带的平面图。

[图3b]图3b示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图2的双频带天线的高频带偶极子天线带的平面图。

[图4a]图4a示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图3b的双频带天线的第一导电层的平面图。

[图4b]图4b示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图3b的双频带天线的第三导电层的平面图。

[图4c]图4c示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图3b的双频带天线的第二导电层的平面图。

[图5a]图5a图示地示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图4c的天线的频率响应。

[图5b]图5b示出根据本发明构思的各个实施方式的图2至图4c的天线的低频带辐射模式。

[图6a]图6a图示地示出根据本发明构思的各个实施方式的图1a至图4c的天线的频率响应。

[图6b]图6b示出根据本发明构思的各个实施方式的图6a的点1处的高频带辐射模式。

[图6c]图6c示出根据本发明构思的各个实施方式的图6a的点2处的高频带辐射模式。

[图6d]图6d示出根据本发明构思的各个实施方式的图6a的点3处的高频带辐射模式。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述本发明构思，其中，本发明构思的实施方式被示出。然而，本申请不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供以使得本公开将是彻底的和完全的，并且将实施方式的范围充分地传达给本领域技术人员。相同的附图标记始终表示相同的元件。

本文使用的术语仅仅是处于描述特定实施方式的目的而并不旨在限制实施方式。如本文所述使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确的指示。将进一步理解术语“包括”、“包含”、“具有”和/或“含有”(和其变形)，在本文使用时，指定了所述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、组件、和/或其组合的存在或添加。相比之下，术语“由......组成”(及其变形)在本文使用时，指定了所述特征、整体(integer)、步骤、操作、元件和/或组件，并且排除附加的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件。

]应当理解在元件被称为“联接”、“连接”或“响应”于另一元件时，所述元件可以是直接联接、连接或响应于另一元件，或者也可以存在中间元件。相比之下，在元件被称为“直接联接”、“直接连接”或“直接响应”于其它元件时，不存在中间元件。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关的所列出的项目的任何和所有组合。

空间的相关术语(诸如“上面”、“下面”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等)可以被本文使用以便于说明书描述如附图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，。应当理解，空间相关术语旨在包含除了在图中描述的方向之外的使用中或操作中的设备的不同方向。例如，如果附图中的设备被翻转，描述为在其它元件或特征“下面”的元件进而将被定向为在其它元件或部件“上面”。因此，术语“下面”可以包含上面和下面两个方位。设备可以被反向定位(旋转90度或其它方位)并且本文所使用的空间相关描述符被相应地解释。出于简洁和/或清晰的原因而没有详细描述公知的功能或构造。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可以被用来描述各个元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于与另一个元件相区别。因此，在没有脱离本实施方式教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件。

除非相反的定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与属于这些实施方式的普通技术人员所普遍理解的相同含义。应当进一步理解，诸如普遍使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与相关领域的上下文中的它们含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于形式化的解释，除非本文明确如此定义。

天线通常用于针对无线电子设备(诸如，包括智能电话和平板在内的移动终端)的微波天线设计中。这些天线设计可以是尺寸上紧凑的并且易于制造，因为它们可以被实现为印刷电路板(pcb)上的印刷特征件。各种无线通信应用可以使用这些印刷天线设计。然而，许多印刷天线设计的缺点是它们在单个谐振频率下实现谐振。此外，这些单谐振天线可以将辐射模式缩窄成定向的的波束并且可以要求设备指向基站。此外，这些单谐振频率天线可以产生不规则的辐射模式，所述不规则的辐射模式不适于极高频(ehf)无线电天线应用，诸如，在10到300ghz频率范围内使用的毫米波天线阵列。极高频可以被用于智能手机中的诸如宽带因特网访问、wi-fi等的各种类型的通信。期望于建立带有集成的平衡-不平衡变换器的具有双频带多层印刷偶极子的单个天线来实现多谐振频率，以用于使用多ehf谐振频率的移动电话的多个应用中。

根据本发明构思的各个实施方式，双频带印刷天线可以使用pcb的三个导电层来实现，以包括位于pcb的不同层上的带状线、低频带天线臂和高频带天线臂。具有三个层的双频带天线可以展示基本对称的在低频带频率和高频带频率这二者下具有宽扫描角的宽辐射束的良好极化特性。

现在参照图1a，示出了无线电子设备100的侧视图。无线电子设备100可以包括通过介电层102a和/或102b分隔开的多个导电层101。这些导电层可以包括诸如铜的合适的导体。例如，无线电子设备100可以包括第一导电层101a、第二导电层101b和第三导电层101c。介电层102a和/或102b可以包括具有高介电常数和低耗散因子tanδ的材料。例如，诸如rogersro4003c的材料可以被用作介电层102，使得在10ghz时介电常数er(epsilon)＝3.55和耗散因子tanδ＝0.0027。

参照图1b，接地面103可以被包含在第二导电层101b的至少一部分上。介电层102a和/或102b可以介于各个导电层之间。馈送通孔107延伸穿过介电层102a并将带状线104电连接到平衡-不平衡变换器(未示出)。电流相位控制元件105可以包括由介于其间的狭缝分隔开的两个部分105a和105b。

参照图1c，无线电子设备100可以包括一个或更多个天线元件通孔108a和/或108b，所述天线元件通孔108a和/或108b可以穿过第二介电层102b将电流相位控制元件105电连接到至少一个或更多个低频带偶极子天线带106a和/或106b。

参照图2，在一些实施方式中，带状线104的部分104b可以被包含在平衡-不平衡变换器201中。带状线104可以通过馈送通孔107连接到一个或更多个高频带偶极子天线带202a和/或202b。带状线104可以与接地面103在不同的导电层中。例如，带状线104可以在第一导电层101a上并且接地面103可以在第二导电层101b上。平衡-不平衡变换器结构201可以包括接地面103、电流相位控制元件105和馈送通孔107。电流相位控制元件105可以包括具有介于其间的狭缝的第一部分105a和第二部分105b。狭缝的宽度(即，电流相位控制元件105的第一部分105a和第二部分105b之间的距离)可以控制无线电子设备100的电流的相位。

仍然参照图2，无线电子设备100可以包括低频带偶极子天线带106a和/或106b。无线电子设备100可以被构造成当由通过带状线104发送和/接收的信号激励时在两个谐振频率下谐振。两个谐振频率可以包括低频带谐振频率和/或高频带谐振频率。接地面103可以远离低频带偶极子天线带106a和/或106b和/或远离高频带偶极子天线带202a和/或202b达长度l。在一些实施方式中，长度l可以在低频带谐振频率和/或高频带谐振频率的0.125波长到0.5波长范围内。在一些实施方式中，长度l可以是低频带谐振频率和/或高频带谐振频率的大约0.25波长。

参照图3a，示出了图2的具有低频带偶极子天线带106a和/或106b的天线。带状线的第一部分104a可以与电流相位控制元件的第二部分105b交叠以进行电磁耦合以形成电磁辐射模式。图1a的介电层102a的厚度可以影响带状线的第一部分104a的宽度的选择。期望带状线104被阻抗匹配到图2的平衡-不平衡变换器201。在一些实施方式中，带状线的宽度基于第一导电层与第二导电层之间的第一介电层的厚度。

仍然参照图3a，带状线104可以被设置成与平衡-不平衡变换器201阻抗匹配。带状线的第一部分104a可以与电流相位控制元件的第二部分105b交叠来产生电磁耦合，使得低频带偶极子天线带106a和/106b在低频带谐振频率下谐振。低频带谐振频率可以是在极高频(ehf)中用于在10ghz到300ghz频率范围内使用的无线电天线应用(诸如，毫米波天线)。低频带偶极子天线带106a和/或106b中的一个的长度可以是低频带谐振频率的大约0.25波长。在一些实施方式中，低频带偶极子天线带106a和/或106b中的一个的长度可以在低频带谐振频率的0.125波长到0.5波长的范围内。

参照图3b，示出了图2的具有高频带偶极子天线带202a和/或202b的天线。馈送通孔107可以将带状线104b与高频带偶极子天线带202a和/或202b中的至少一个电连接。带状线的第一部分104a可以与电流相位控制元件的第二部分105b交叠以产生电磁耦合，使得高频带偶极子天线带202a和/或202b在高频带谐振频率下谐振。高频带谐振频率可以在10ghz到300ghz的极高频(ehf)范围内。高频带偶极子天线带202a和/或202b中的一个的长度可以是高频带谐振频率的大约0.25波长。在一些实施方式中，高频带偶极子天线带202a和/或202b中的一个的长度可以在高频带谐振频率的0.125波长到0.5波长的范围内。

参照图4a，示出了图1a的第一导电层101a的平面图。带状线104可以被包括在层101a中。馈送通孔107可从第一导电层101a中的带状线104延伸到第二导电层101b中的高频带偶极子天线带202a和/或202b。虚线标记第二导电层101b中的接地面103的边缘。

参照图4b，示出了图1a的第三导电层101c的平面图。在一些实施方式中，第三导电层101c可以在无线电子设备100的底部上。在一些实施方式中，天线元件通孔108a和/或108b可以从第二导电层101b中的电流相位控制元件105a和/或105b穿过介电层102b延伸到第三导电层101c中的低频带偶极子天线带106a和/或106b。天线元件通孔108a和/或108b可以将电流相位控制元件105a和/或105b与低频带偶极子天线带106a和/或106b电连接。

参照图4c，示出了图1a的第二导电层101b的平面图。在一些实施方式中，接地面103、电流相位控制元件105a和105b、和/或高频带偶极子天线带202a和/或202b可以被定位在第二导电层101b中。馈送通孔107可以从第一导电层101a中的带状线104穿过介电层102a延伸到第二导电层101b中的高频带偶极子天线带202a和/或202b。天线元件通孔108a和/或108b可以从第二导电层101b中的电流相位控制器105a和/或105b穿过介电层102b延伸到第三导电层101c中的低频带偶极子天线带106a和/或106b。

参照图5a，示出了图1a至图4c的无线电子设备100的示例频率响应。图5a图示地示出低频带谐振频率和高频带谐振频率这二者。在该非限制示例中，点1处的谐振频率具有大约16ghz的低频带谐振频率。这个低频带谐振频率附近的-10db带宽可以是1100mhz，其可以是低频带谐振频率的大约7.3％。换言之，低频带谐振频率附近的频率响应产生低频带谐振频率附近的宽带宽响应。

参照图5b，示出了图1a至图4c的天线的辐射模式，其中，示出了大约16ghz的低频带谐振频率。16ghz附近的辐射模式广泛地横跨并且均匀地围绕设备100的顶边缘，同时具有很少明显的旁瓣和小失真。

参照图6a，示出了图1a至图4c的天线的频率响应。图6a图示地示出低频带谐振频率和高频带谐振频率这二者。在该非限制示例中，图1a至图4c的天线被设计成具有接近30ghz的高频带谐振频率响应。该低频带谐振频率附近的-10db带宽可以是11.5ghz，其可以是高频带谐振频率的大约33％。由该天线提供的在高频带谐振频率附近的该非常宽的带宽提供了优异的信号完整性，同时具有在该带宽范围内的多个不同频率下使用的潜力。

参照图6b至图6d，示出了图6a的各个点1、2和3处的辐射模式。在各个点1、2和3处的大约30ghz、33ghz和36ghz处的辐射模式每个广泛地横跨并且均匀地围绕无线电子设备100的顶边缘，同时具有很少明显的旁瓣和小失真。尽管该天线最初用作双频带天线，但是在这些附加频率下的宽带辐射模式提供了在除了本文描述的主要低频带频率和高频带频率之外的一个或更多个附加频率下使用天线的潜力。因此，本文描述的天线设计可以在各种极高频率的多个频率下提供优异的性能。

所描述的天线结构的电磁性能可以由物理尺寸和其它参数来确定。例如，诸如带状线宽度、带状线位置、介电层厚度、介电层介电常数、和天线臂的长度的参数可以影响天线结构的电磁性能以及随后天线特性。

如本文所描述的，将集成的平衡-不平衡变换器应用在具有带状线的多层环境中导致紧凑的双频带偶极子。例如，双频带偶极子天线可以提供15ghz频带和28-35ghz频带的天线覆盖。两个频带提供全方向的模式并且可以被用于天线阵列应用中。这些结构很容易被集成到多层pcb结构中并且可以是制造上成本有效的。集成的平衡-不平衡变换器可以按照阵列模式重复并且被构造成接收和/或发送多输入多输出(mimo)通信和/或3dmimo通信。由集成的平衡-不平衡变换器结构形成的各自的辐射场可以附加地耦合以形成用于波束成形应用的电磁辐射束。

本文结合上述说明书和附图已经公开了多个不同的实施方式。应当理解，逐字地描述和说明这些实施方式的每个组合和子组合将是不适当地重复和混乱的。因此，包括附图的本说明书应当被解释为构成本文描述的实施方式的所有组合和子组合、以及制造和使用它们的方式和步骤的完整的书面描述，并且应当支持对任何这样的组合或子组合要求保护。

在附图和说明书中，已经公开了各种实施方式，并且尽管使用了具体术语，但是这些术语仅是一般性和描述性意义上的使用，而不是出于限制的目的。