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多层贴片天线的制作方法

文档序号:24942066发布日期:2021-05-04 11:35
多层贴片天线的制作方法

优先权

本专利申请要求于2018年9月28日提交的题为“multi-layerpatchantenna”的非临时申请no.16/147,232的优先权,该临时申请已经转让给本专利申请的受让人并且由此通过引用明确地并入本文。



背景技术:

无线通信设备越来越流行并且越来越复杂。例如,移动电信设备已经从简单的电话发展到具有多种通信能力(例如,多种蜂窝通信协议、wi-fi、和其他短距离通信协议)的智能电话、超级计算处理器、相机等。无线通信设备具有天线,以支撑在一定频率范围内的无线通信。

随着无线通信技术的发展,移动通信设备可以被配置为使用多个毫米波(例如,25ghz以上)波束进行通信。例如,5g设备可以被配置为在28ghz频带(26.5-29.5ghz)和39ghz频带(37-40ghz)中操作。毫米波接收(rx)波束可以与5g基站的发射(tx)波束对准,该5g基站可以称为gnodeb或gnb、或wlan接入点或其他通信信号源。接收波束可以来自具有相对较大波束宽度的伪欧姆尼(po)码本(即,转向角的范围和粒度),或者可以来自具有相对较小波束宽度的窄码本。为了形成波束宽度变化的波束(例如,用于数据传输的更窄的波束宽度),可以使用不同的天线阵列元件类型和布置。通过改变辐射器阵列元件的权重(信号幅度和/或输入馈送信号相位),波束可以被转向到各种不同扫描角度和/或在po波束与较窄波束之间切换。



技术实现要素:

一种天线系统的示例包括:导电的并且被配置为在第一频带和不同于第一频带的第二频带中辐射能量的贴片辐射器;与贴片辐射器重叠的寄生贴片辐射器,寄生贴片辐射器是导电的并且被配置为在第一频带中辐射能量;以及包括导体的至少一个寄生元件,导体被定尺寸并且相对于寄生贴片辐射器设置,使得寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件的组合在第二频带中辐射能量。

这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。第一频带中的最低频率比第二频带中的最高频率高至少10%。至少一个寄生元件包括邻近寄生贴片辐射器的每个边缘设置的至少一个导体。寄生贴片辐射器是正方形的,被配置为在第一频带中以两个正交极化中的至少一个正交极化辐射能量,并且相对于贴片辐射器居中,并且至少一个寄生元件相对于寄生贴片辐射器对称地设置和配置,使得寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件的组合在第二频带中以两个正交极化中的至少一个正交极化辐射能量。至少一个寄生元件还包括设置在与寄生贴片辐射器的每个拐角对角地相邻的区域中的另外的导体。至少一个寄生元件包括围绕寄生贴片辐射器设置的导电回路。

同样或备选地,这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。贴片辐射器设置在该系统的第一层中,并且寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件设置在不同于该系统的第一层的该系统的第二层中。寄生贴片辐射器是第一寄生贴片辐射器,该系统还包括设置在该系统的第三层中的第二寄生贴片辐射器,第三层不同于第一层和第二层,并且第二寄生贴片辐射器被配置为在第二频带中辐射能量。第一寄生贴片辐射器设置在贴片辐射器的第一侧,并且第二寄生贴片辐射器设置在贴片辐射器第二侧并且与贴片辐射器重叠。该系统包括多个寄生元件,其中寄生贴片辐射器和多个寄生元件关于中心点对称地设置。贴片辐射器是设置成阵列的多个贴片辐射器之一,寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件是阵列的被配置和设置为寄生地耦合到多个贴片辐射器的组件,并且与阵列中的贴片辐射器相比,寄生贴片更多。

一种多层天线系统的示例包括:多层电路板;被配置为输送电力的馈线;耦合到馈线的贴片辐射器,贴片辐射器是导电的,具有矩形形状,设置在多层电路板的第一层中,并且被配置为在第一频带和不同于第一频带的第二频带中辐射能量;设置在多层电路板的第二层中的寄生贴片辐射器,贴片辐射器和寄生贴片辐射器重叠,寄生贴片辐射器是导电的,具有矩形形状,具有第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘,第三边缘和第四边缘中的每个在第一边缘与第二边缘之间延伸,并且在多层电路板的衬底中在第一频带中具有在0.4到0.6波长之间的第一电长度;以及至少一个寄生元件,包括邻近寄生贴片辐射器的第一边缘设置的第一导体和邻近寄生贴片辐射器的第二边缘设置的第二导体。

这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件被设置和配置为组合地在衬底中在第二频带中提供在0.4到0.6波长之间的电长度,以在第二频带中辐射能量,第一频带中的最低频率比第二频带中的最高频率高至少10%。寄生贴片辐射器是正方形的,至少一个寄生元件还包括邻近贴片辐射器的第三边缘设置的第三导体和邻近贴片辐射器的第四边缘设置的第四导体,寄生贴片辐射器、第一导体和第二导体被配置为组合地在第二频带中以第一极化辐射能量,并且寄生贴片辐射器、第三导体和第四导体被配置为组合地在第二频带中以与第一极化正交的第二极化辐射能量。

同样或备选地,这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。至少一个寄生元件包括至少四个导电带,每个导电带邻近寄生贴片辐射器的第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘中的相应边缘设置。至少一个寄生元件还包括正方形导体,每个正方形导体与四个导电带中的两个导电带对准。

同样或备选地,这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。至少一个寄生元件包括围绕寄生贴片辐射器设置的导电环。寄生贴片辐射器是第一寄生贴片辐射器,并且该系统还包括设置在多层电路板的第三层中并且被配置为在第二频带中辐射能量的第二寄生贴片辐射器。至少一个寄生元件设置在多层电路板的第二层中。

一种天线系统的另一示例包括:多层电路板;被配置为输送电力的馈线;耦合到馈线的贴片辐射器,贴片辐射器是导电的,设置在多层电路板的第一层中,并且被配置为以第一频率和第二频率辐射能量,第一频率和第二频率相隔5ghz以上;以及设置在多层电路板的第二层中的多个寄生贴片,多个寄生贴片被配置为从贴片辐射器以第一频率接收第一能量并且以第一频率重新辐射所接收的第一能量的至少一部分,并且被配置为从贴片辐射器以第二频率接收第二能量并且以第二频率重新辐射所接收的第二能量的至少一部分。

这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。多个寄生贴片关于中心点对称。多个寄生贴片包括四个正方形贴片,每个正方形贴片与贴片辐射器部分重叠。中心点是贴片辐射器的中心点。第一频率与第二频率相隔大约11ghz。

一种天线系统的另一示例包括:用于提供在第一频带中提供第一信号和在第二频带中提供第二信号的馈送装置;电耦合到馈送装置的第一辐射装置,用于在第一频带中辐射从馈送装置接收的第一信号并且用于在第二频带中辐射从馈送装置接收的第二信号;第二辐射装置,用于从第一辐射装置寄生地接收第一信号并且在第一频带中以第一频带辐射第一信号;以及第三辐射装置,用于与第二辐射装置组合地在第二频带中寄生地接收第二信号并且用于与第二辐射装置组合地在第二频带中辐射第二信号。

这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。第三辐射装置用于与第二辐射装置组合地从第一辐射装置在第二频带中寄生地接收第二信号。第一频带中的最低频率比第二频带中的最高频率高至少10%。第二辐射装置和第三辐射装置设置在多层电路板的第一层中。该系统可以包括用于从第一辐射装置在第二频带中寄生地接收第二信号并且用于在第二频带中辐射第二信号的第四辐射装置,其中第四辐射装置设置在多层电路板的不同于第一层的第二层中。第二辐射装置用于以两个正交极化辐射第一信号,并且第三辐射装置围绕第二辐射装置对称地设置并且用于与第二辐射装置组合地以两个正交极化辐射第二信号。

一种双频带、双极化天线系统的示例包括:多层电路板;被配置为输送电力的多个馈线;耦合到多个馈线的贴片辐射器,贴片辐射器是导电的,具有正方形形状,设置在多层电路板的第一层中,并且被成形为响应于从多个馈线在第一频带中接收到能量而以不同极化的第一频带辐射能量,并且被成形为响应于从多个馈线在第二频带中接收到能量而以不同极化的第二频带辐射能量,第二频带不同于第一频带;设置在多层电路板的第二层中的寄生贴片辐射器,贴片辐射器和寄生贴片辐射器重叠,寄生贴片辐射器是导电的,并且具有正方形形状,每个边缘在多层电路板中在第一频带中的能量具有在0.4波长到0.6波长之间的长度;以及设置在多层电路板的第二层中的至少一个寄生元件,至少一个寄生元件包括邻近贴片辐射器的至少两个正交边缘设置的导电材料;其中平行于寄生贴片辐射器的任何边缘而测量的贴片辐射器和至少一个寄生元件的累积长度在多层电路板中在第二频带中的能量在0.4波长到0.6波长之间。

这样的系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。第一频带中的最低频率比第二频带中的最高频率高至少10%。至少一个寄生元件包括至少四个导电条,每个导电条邻近寄生贴片辐射器的相应边缘设置。至少一个寄生元件还包括正方形导体,每个正方形导体与四个导电条中的两个导电条对准。

附图说明

图1是通信系统的示意图。

图2是图1所示的移动设备的简化组件的分解透视图。

图3是包括天线的图2所示的印刷电路板的俯视图。

图4是图3所示的示例贴片辐射器系统的俯视图。

图5是图4所示的贴片辐射器系统的侧视图。

图6是具有回路寄生元件的备选贴片辐射器系统的俯视图。

图7-图8是具有另外的寄生元件的另外的备选贴片辐射器系统的俯视图。

图9是另一示例贴片辐射器系统的侧视图。

图10是图9所示的贴片辐射器系统的俯视图。

图11是寄生地接收和重新辐射不同频带的信号的方法的框图。

具体实施方式

本文中讨论用于在多层天线中布置非辐射金属的技术。例如,贴片天线可以通过不同频率信号来驱动,并且可以被驱动以多个极化(例如,针对每个不同频率信号的两个极化)进行辐射。例如,在较低频率(例如,28ghz频带)中以及在较高频率(例如,39ghz频带)中,贴片天线可以通过水平极化信号(在h-pol馈电上)和竖直极化信号(在v-pol馈电上)来驱动。被驱动的贴片以两个极化辐射较低频率和较高频率的能量,并且至少较高频率的能量耦合到寄生贴片辐射器,该寄生贴片辐射器设置在与贴片天线不同的层中并且与贴片天线重叠。寄生贴片辐射器从贴片天线接收较高频率的能量,并且以较高频率重新辐射该能量。至少一个寄生元件被配置(例如,定尺寸、成形等)并且被设置为与寄生贴片辐射器协同工作以从贴片天线接收较低频率的能量并且重新辐射较低频率的能量。例如,寄生贴片辐射器可以以较高频率谐振,而寄生贴片辐射器与至少一个寄生元件组合地以较低频率谐振。但是,可以使用其他配置。

本文中描述的项目和/或技术可以提供以下能力中的一个或多个、以及未提及的其他能力。可以使用紧凑的天线配置来辐射多个频带的信号,例如,将辐射贴片天线与寄生贴片辐射器和至少一个寄生元件结合地使用。可以从薄的多层天线结构辐射在多个毫米波频带中的信号。寄生贴片辐射器可以在一个频带中谐振,并且可以形成在不同频带中谐振的辐射器的一部分。与其他天线配置相比,带宽可以在一个或多个频带中被加宽,例如,在一个或多个毫米波频带(例如,28ghz频带和39ghz频带)中被加宽。可以提供其他能力,并且并非根据本公开的每个实现都必须提供所讨论的任何能力,更不用说全部能力。此外,以上指出的效果可以通过不同于所指出的方式来实现,并且所指出的项目/技术可以不一定产生所指出的效果。

参考图1,通信系统10包括移动设备12、网络14、服务器16和接入点(ap)18、20。系统10是一种无线通信系统,其中系统10的组件可以直接或间接地(例如,经由网络14和/或一个或多个接入点18、20(和/或未示出的一个或多个其他设备,诸如一个或多个基站收发器))彼此通信(至少有时使用无线连接)。对于间接通信,可以在从一个实体到另一实体的发射期间改变通信,例如,以改变数据分组的报头信息,改变格式,等等。所示的移动设备12是移动无线通信设备(尽管它们可以无线地和经由有线连接进行通信),包括移动电话(包括智能电话)、膝上型计算机和平板电脑。还可以使用其他移动设备,无论是当前存在的还是将来开发的。此外,其他无线设备(无论是否移动)都可以在系统10中实现,并且可以彼此通信和/或与移动设备12、网络14、服务器16和/或ap18、20通信。例如,这样的其他设备可以包括物联网(iot)设备、医疗设备、家庭娱乐和/或自动化设备等。移动设备12或其他设备可以被配置为在不同网络中和/或出于不同目的进行通信(例如,5g、wi-fi通信、wi-fi通信的多种频率、卫星定位、一种或多种类型的蜂窝通信(例如,gsm(全球移动系统)、cdma(码分多址)、lte(长期演进)等)。移动设备12在umts(通用移动电信系统)应用中通常被称为用户设备(ue),但是也可以称为移动台(ms)、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动订户站、接入终端(at)、移动终端、无线终端、远程终端、手机、终端、用户代理、移动客户端、客户端或某种其他合适的术语。

参考图2,图1所示的移动设备12之一的示例包括顶盖52、显示层54、印刷电路板(pcb)层56和底盖58。所示的移动设备12可以是智能电话或平板计算机,但是讨论不限于这样的设备。顶盖52包括屏幕53。pcb层56包括一个或多个天线,该天线被配置为促进移动设备12与一个或多个其他设备(包括其他无线通信设备)之间的双向通信。底盖58具有底表面59,并且顶盖52的侧面51、57和底盖58提供边缘表面。顶盖52和底盖58可以包括壳体,该壳体保持显示层54、pcb层56、以及移动设备12的其他组件,这些组件可以位于或可以不位于pcb层56上。例如,壳体可以保持(例如,持有、容纳)下面讨论的天线系统、前端电路、中频电路和处理器。此外,pcb层56的尺寸和/或形状可能与顶盖或底盖的尺寸和/或形状不相称,或者与设备的周长以其他方式不相称。例如,pcb层56可以具有切口以容纳电池。因此,本领域技术人员将理解,可以实现除所示出的之外的pcb层56的其他实施例。

还参考图3,pcb层56的示例包括主部分60和两个天线系统62、64。在所示的示例中,天线系统62、64设置在pcb层56的相对端63、65处,并且因此,在该示例中,设置在移动设备12(例如,移动设备12的壳体)的相对端处。主部分60可以包括pcb66,该pcb66包括前端电路70、72(也称为射频(rf)电路)、中频(if)电路74和处理器76。前端电路70、72被配置为提供要辐射到天线系统62、64的信号,并且接收和处理由前端电路70、72从天线系统62、64接收并且从天线系统62、64提供给前端电路70、72的信号。前端电路70、72被配置为将从if电路74接收的if信号转换为rf信号(适当地用功率放大器放大),并且将rf信号提供给天线系统62、64以进行辐射。前端电路70、72被配置为将由天线系统62、64接收的rf信号转换为if信号(例如,使用低噪声放大器和混频器),并且将if信号发送到if电路74。if电路74被配置为将从前端电路70、72接收的if信号转换为基带信号,并且将基带信号提供给处理器76。if电路74还被配置为将由处理器76提供的基带信号转换为if信号,并且将if信号提供给前端电路70、72。处理器76通信耦合到if电路74,if电路74通信耦合到前端电路70、72,前端电路70、72分别通信耦合到天线系统62、64。

天线系统62、64可以以各种方式形成为pcb层56的一部分。在图3中,将天线系统62、64与pcb66分离的虚线71、73指示天线系统62、64(及其组件)与pcb层56的其他部分的功能分离。天线系统62、64可以与pcb66集成一体,形成为pcb66的整体组件,或者可以与pcb66分离但附接到pcb66。备选地,天线系统62和/或天线系统64的一个或多个组件可以与pcb66一体形成,并且一个或多个其他组件可以与pcb66分离地形成并且安装到pcb66,或者以其他方式成为pcb层56的一部分。备选地,天线系统62、64中的每个可以与pcb66分离地形成并且安装到pcb66,并且分别耦合到前端电路70、72。在一些实施例中,前端电路70、72中的一者或两者在模块中利用天线系统62或64来实现,并且耦合到pcb66。例如,模块可以安装到pcb66,或者可以与pcb66间隔开,并且例如使用柔性电缆或柔性电路耦合到pcb66。天线系统62、64可以彼此类似地配置或彼此不同地配置。例如,天线系统62、64中的任一个的一个或多个组件可以省略。作为示例,天线系统62可以包括4g和5g辐射器,而天线系统64可以不包括(可以省略)5g辐射器。在其他示例中,天线系统62、64中的整个天线系统可以被省略或者可以被配置为与诸如wlan技术等非蜂窝技术一起使用。

显示层54的显示器61(参见图2)可以大致覆盖与pcb66相同的区域,并且用作天线系统62、64(以及设备12的可能的其他组件)的系统接地平面。显示器61设置在天线系统62下方和天线系统64上方(其中“上方”和“下方”是相对于移动设备12的,即,移动设备12的顶部位于其他组件上方,而不考虑移动设备12相对于地球的取向)。

天线系统62、64可以被配置为发射和接收毫米波能量。天线系统62、64可以被配置为转向不同的扫描角度和/或改变波束宽度的大小,例如在po波束与较窄波束之间。

在此,天线系统62,64类似地配置,具有多个辐射器,以促进在相对于移动设备12的各个方向上与其他设备通信。在图3的示例中,天线系统62包括贴片辐射器系统阵列80和偶极辐射器阵列82。在其他示例中,一个或多个天线系统可以仅包括一个或多个偶极辐射器,仅包括一个或多个贴片辐射器,或者包括一个或多个偶极辐射器和一个或多个贴片辐射器的组合。在其他示例中,一种或多种其他类型的辐射器可以单独使用,或者与一个或多个偶极辐射器和/或一个或多个贴片辐射器组合使用。贴片辐射器被配置为主要向pcb层56的平面上方和下方辐射信号,并且主要从pcb层56的平面上方和下方接收信号,即,进出图3所示页面。偶极辐射器被配置为主要向pcb层56的侧面辐射信号,并且主要从pcb层56的侧面接收信号,而天线系统62中的偶极辐射器被配置为主要向如图3所示的pcb层56的顶部和左侧辐射,并且天线系统64中的偶极辐射器被配置为主要向如图3所示的pcb层56的右侧和底部辐射。将天线系统62、64定位在pcb层56的角部中或附近可以帮助提供空间分集(相对于移动设备12的方向,信号可以被发射到该移动设备12并且可以从该移动设备12接收信号),例如,以帮助增加mimo(多输入多输出)能力。此外,贴片辐射器阵列82可以被配置为提供双极化辐射和接收。

还参考图4-图5,示出了图3所示的天线系统62的贴片辐射器系统阵列80中的贴片辐射器系统110的示例,图4是系统110的俯视图并且图5是系统110的侧视图。贴片辐射器系统110包括多层电路板111,该多层电路板111包括高频带贴片112、寄生元件114、115、116、117、辐射贴片118、低频带贴片120、水平极化馈源122、竖直极化馈源124、接地平面128和衬底130。寄生元件114-117可以被认为是寄生贴片。贴片辐射器系统110被配置为双频带双极化辐射器系统。不需要被配置为用于双极化辐射,并且系统110中的一个或多个特征可以改为被配置为单极化辐射(例如,可以使用单个馈源,和/或针对要发射和/或接收的信号频率的单个极化辐射而定尺寸和成形的一个或多个贴片或其他项目)。但是,在所示示例中,针对双极化辐射配置和提供项目。特别地,例如,由于辐射器(例如,贴片辐射器、寄生辐射器)的正交边缘,系统110可以针对两个不同5g通信频带以两个正交极化中的一者或两者进行辐射。例如,系统110可以被配置为在28ghz频带和39ghz频带两者中以不同(在此是正交)极化进行辐射。在图5中,为清楚起见未示出寄生元件117。辐射贴片118、低频带贴片120和接地平面128设置在衬底130内在系统中的不同层中。高频带贴片112和寄生元件114-117设置在系统110的同一层中,在此,在衬底130之上。如图5所示,在系统110如图所示定向的情况下,高频带贴片112设置在辐射贴片118上方(即,在贴片118的与接地平面128相对的一侧),而低频带贴片120设置在辐射贴片118下方(即,在辐射贴片118的与接地平面128相同的一侧,使得低频带贴片120设置在辐射贴片118与接地平面128之间)。

馈源122、124(也称为馈线)被配置为输送电力以向辐射贴片118提供信号。每个馈源122、124被配置为向辐射贴片118提供不同频率的信号,在此是28ghz和39ghz频带的信号。馈源122、124在适当的位置电耦合到辐射贴片118,以响应于从馈源122、124接收到信号而激发辐射贴片118辐射相应极化的信号。在此,水平极化馈源122耦合到辐射贴片118以激发辐射贴片118辐射与由馈源122提供的信号的能量的频率相对应的频率的水平极化信号。另外,竖直极化馈源124耦合到辐射贴片118以激发辐射贴片118辐射与由馈源124提供的信号的能量的频率相对应的频率的竖直极化信号。馈源122、124从发射线(例如,带状线)接收要提供给辐射贴片118的信号,接地平面128是带状线的顶部部分(其余部分未示出)。馈源穿过低频带贴片120并且不与低频带贴片120电接触。

辐射贴片118是导电的(例如,由导电材料制成的导体),电耦合到馈源122、124,并且被配置为辐射从馈源122、124接收的信号。在发射期间从馈源122、124中的任一个接收的信号中的一些能量存在一定损失,但是辐射贴片118将辐射足够的能量以输送与所接收的信息相对应的信号,即,辐射信号的特性将对应于所接收的信号的特性。如图所示,辐射贴片118是矩形的,在此是正方形的,使得辐射贴片118可以从辐射贴片118的相应边缘以两个正交极化中的一者或两者来辐射信号。辐射贴片118被定尺寸为辐射高频带的能量,例如39ghz频带(37-40ghz)。例如,在衬底130中,在39ghz频带中,辐射贴片118的每个边缘可以具有在0.4到0.6波长之间的电长度。在此,辐射贴片118的边缘是笔直的,但是可以使用其他配置(例如,具有从原本笔直的边缘向内延伸的槽)。辐射贴片118还被配置为将能量在低频带(例如,28ghz频带(26.5-29.5ghz))中耦合到低频带贴片120。高频带中的最低频率可以比低频带中的最高频率高至少10%。

高频带贴片112是导电的,并且被配置和设置为寄生地接收高频带中的高频带信号并且在高频带(例如,39ghz频带)中重新辐射高频带信号。高频带贴片112可以被称为寄生贴片。高频带贴片112从辐射贴片118寄生地接收高频带信号,因为高频带贴片112无线耦合到辐射贴片118并且从由辐射贴片118辐射的能量中接收高频带信号。响应于从辐射贴片118接收到一个或多个信号,高频带贴片112重新辐射一个或多个信号。重新辐射的高频带信号可以具有少于所接收的高频带信号的能量,但是保持内容相同的信号。高频带贴片112被设置为与辐射贴片118重叠,以促进高频带贴片112对由辐射贴片118辐射的高频带信号的接收。如图所示,高频带贴片112在辐射贴片118上方居中,其中高频带贴片112的边缘113与辐射贴片118的边缘119平行,并且整个高频带贴片112与辐射贴片118重叠,尽管可以使用其他布置(例如,与辐射贴片118仅部分重叠,高频带贴片112的边缘113不平行于贴片118的边缘119,等等)。高频带贴片112是矩形的,在此是正方形的,其边缘长度针对辐射高频带(例如,39ghz频带)中的信号而被定尺寸。高频带贴片112具有略小于辐射贴片118的边缘长度133的边缘长度131,因此其可以比辐射贴片118更好地(例如,更有效地)辐射高频带中的信号。在衬底130中,高频带贴片112的每个边缘的电长度(在此是边缘长度131)可以在高频带中的频率的0.4到0.6波长之间。在此,高频带贴片112的边缘是笔直的,因此物理长度对应于电长度。然而,可以使用其他配置,例如,具有一个或多个非直的边缘(例如,具有从边缘向内延伸的槽)。高频带贴片的其他示例可以不是正方形的,例如是矩形的,但是具有两个不同的边缘长度。这可以促进不同频带中的辐射。

寄生元件114-117被配置和设置为与高频带贴片112组合地寄生地接收低频带信号。也就是说,寄生元件114-117被配置和设置为使得高频带贴片112和寄生元件114-117的组合从辐射贴片118寄生地接收低频带信号(在低频带中)。虽然示出了四个寄生元件,但这只是一个示例,并且可以使用其他数量(例如,一个、两个、三个或四个以上)的寄生元件。高频带贴片112和寄生元件114-117的组合被配置为在低频带(例如,28ghz频带)中重新辐射低频带信号。响应于从辐射贴片118接收到一个或多个信号,高频带贴片112和寄生元件114-117的组合重新辐射一个或多个信号。高频带贴片112和寄生元件114-117的组合从辐射贴片118寄生地接收低频带信号,因为高频带贴片112和寄生元件114-117没有物理耦合到辐射贴片118(或馈源122、124中的任一个),但是无线地耦合到辐射贴片118并且从由辐射贴片118辐射的能量中接收低频带信号。重新辐射的低频带信号可以具有少于所接收的低频带信号的能量,但是保持内容相同的信号。

每个寄生元件114-117被设置为临近高频带贴片112的对应边缘,即,与高频带贴片112的对应边缘接近,但非零距离。高频带贴片112与每个寄生元件114-117之间的间隔量可以被选择以提供系统110的希望性能。所选择的间隔可以是低频带性能与高频带性能(例如,回波损耗)之间的折衷,较小间隔提高了低频带性能而降低了高频带性能,较大间隔提高了高频带性能而降低了低频带性能。在图4-图5所示的示例中,高频带贴片112与寄生元件114-117之间的间隔足以使寄生元件114-117不与辐射贴片118重叠,但是足够小以使得寄生元件114-117能够与低频带贴片120部分重叠。该分离仅是示例,并且可以使用其他分离。在图4-图5所示的示例中,寄生元件114-117关于辐射贴片118对称地设置。另外,在图4-图5所示的示例中,寄生元件114-117的长度比高频带贴片112的对应边缘的长度稍长。备选地,寄生元件114-117可以具有与高频带贴片112的对应边缘相同的长度,寄生元件114-117的端部与高频带贴片112的相应边缘共线。在图4-图5所示的示例中,所有寄生元件114-117都与高频带贴片112隔开相同量并且具有相等宽度,尽管可以使用其他配置(例如,不相等的间隔和/或不相等的宽度)。

寄生元件114-117被定尺寸和成形状为有助于寄生地接收和重新辐射低频带中的信号。每个寄生元件114-117具有电宽度(在该示例中为宽度132),使得两个寄生元件114-117的电宽度(在此为宽度132)和两个寄生元件114-117之间的高频带贴片112的对应边缘的电长度(在此是长度131)的组合距离约为低频带信号的波长的一半。例如,在衬底130中,该距离(在此是长度131加上宽度132的两倍的累积长度)可以在低频带中的频率的0.4至0.6波长之间。

低频带贴片120被配置和设置为寄生地接收低频带中的低频带信号并且在低频带中重新辐射低频带信号。因此,低频带贴片120是寄生贴片。低频带贴片120从辐射贴片118寄生地接收低频带信号,因为低频带贴片120未导电耦合到辐射贴片118(或馈源122、124中的任一个),而是无线耦合到辐射贴片118并且从由辐射贴片118辐射的能量中接收低频带信号。来自低频带贴片120的重新辐射的低频带信号可以具有少于所接收的低频带信号的能量,但是保持内容相同的信号。来自低频带贴片120的重新辐射的低频带信号可以通过高频带贴片112和寄生元件114-117的组合来接收和重新辐射。低频带贴片120被设置为与辐射贴片118重叠,以促进低频带贴片120对由辐射贴片118辐射的低频带信号的接收。如图所示,低频带贴片120在辐射贴片118上方居中,其中低频带贴片120的边缘121与辐射贴片118的边缘119平行,并且整个辐射贴片118与低频带贴片120重叠,尽管可以使用其他布置(例如,与辐射贴片118仅部分重叠,低频带贴片120的边缘121不平行于贴片118的边缘119,等等)。在该示例中,低频带贴片120是矩形的,在此是正方形的,其电边缘长度针对辐射低频带(例如,28ghz频带)中的信号而被定尺寸。低频带贴片120具有电边缘长度,在此是边缘长度134,其长于辐射贴片118的电边缘长度,在此是边缘长度133,因此其可以比辐射贴片118更好地(例如,更有效地)辐射低频带中的信号。在衬底130中,低频带贴片120的每个边缘的电边缘长度可以在低频带中的频率的0.4到0.6波长之间。低频带贴片的其他示例可以不是正方形的,例如是矩形的,但是具有两个不同的边缘长度。这可以促进不同频带中的辐射。

其他配置

上面讨论的示例是非穷举性示例,并且可以使用很多其他配置。下面的讨论涉及一些这样的其他配置,但是都不是详尽无遗的(无论是单独使用还是与上面的讨论结合使用)。

可以使用多个寄生元件或一个寄生元件的其他配置。参考图6,图3所示的天线系统62的贴片辐射器系统阵列80中的贴片辐射器系统150的示例包括高频带贴片152和单个寄生元件154,图6是系统150的俯视图。系统150包括辐射贴片,并且可以包括类似于图4-图5所示的系统110的其他特征(例如,低频带贴片),但是这些特征在图6中为了简化附图而未示出。系统150包括单个寄生元件154,而不是图4所示的寄生元件114-117。寄生元件154是围绕高频带贴片152而设置的环。在此,该环是正方形导电环,尽管可以使用其他形状。

参考图7,图7是俯视图,贴片辐射器系统160的另一示例包括高频带贴片112、寄生元件114、115、116、117、辐射贴片118、低频带贴片120、水平极化馈源122和竖直极化馈源124,如图4所示,并且还包括另外的寄生元件164、165、166、167。寄生元件164-167在系统160的拐角处临近高频带贴片112对角地设置,并且每个寄生元件164-167与两个寄生元件114-117(在此是导电带)对准。寄生元件164-167的使用可以进一步改善系统160在较低频带中的辐射(例如,与不使用寄生元件164-167时相比,插入损耗更低)(例如,其中较低频带中的四分之一波长大约等于高频带贴片112的宽度和寄生元件114-117之一的两个宽度)。在该示例中,另外的寄生元件164-167是正方形导体。使用寄生元件还可以改善从馈源到辐射贴片的阻抗匹配。

参考图8,图8是俯视图,贴片辐射器系统170的另一示例包括寄生贴片172、寄生元件174、175、176、177、辐射贴片178、水平极化馈源180、竖直极化馈源182和另外的寄生元件184、185、186、187。在该示例中,寄生元件174-177是导电带,每个导电带与寄生贴片172的相应边缘紧密相邻地设置,并且每个导电带具有与寄生贴片172的相应边缘的长度相似(在此是相等)的长度。每个寄生元件184-187设置在系统170的相应拐角中,并且与相应的一对寄生元件174-177对准。寄生贴片172小于辐射贴片178。辐射贴片178完全覆盖寄生贴片172,部分覆盖每个寄生元件174-177,并且部分覆盖每个寄生元件184-187。寄生贴片172被定尺寸为主要辐射希望频带中的能量(例如,在系统170的衬底中,具有在希望频带中的频率的0.4波长到0.6波长之间的电边缘长度)。寄生元件174-177、184-187被定尺寸、成形和设置为使得寄生贴片172和寄生元件174-177、184-187的组合在希望频带中重新辐射主要从辐射贴片178接收的能量。

其他配置也是可能的。例如,在贴片辐射器系统170中,和/或在其他配置中,可以省略低频带贴片(诸如图4-图5所示的低频带贴片120)。

参考图9和10,图9和10分别是侧视图和俯视图,贴片辐射器系统210的另一示例包括辐射贴片212、寄生贴片214、215、216、217、馈源220、衬底222和接地平面224。在该示例中,辐射贴片212可以被配置为辐射通过馈源220提供的跨越宽频带(例如,5ghz或更高(例如,11ghz)的频带)的多个频带或多个频率的信号。在此,每个寄生贴片214-217是正方形的,并且存在四个寄生贴片,但是可以使用其他形状(例如,非方形矩形、六边形等)和/或一定数量的寄生贴片。寄生贴片214-217被配置(例如,定尺寸和成形)并且设置为从辐射贴片212寄生地接收信号并且重新辐射多个频带中的能量。

在一个示例中,贴片辐射器系统210被配置为辐射多个频带的信号,并且每个寄生贴片214-217的长度的长度230(和宽度)可以促进较高频带(例如,高于50ghz,诸如60ghz频带)的辐射。例如,长度230可以大约是馈送到辐射贴片212和由辐射贴片212辐射的较高频信号的波长的一半(例如,在0.4到0.6波长之间)。每个寄生贴片214-217可以与相邻寄生贴片214-217相隔间隙长度232,使得寄生贴片214-217中的相邻寄生贴片的阵列长度234和间隙长度232的长度促进较低频率的信号的辐射,例如,在28ghz频带中。例如,阵列长度234可以是馈送到辐射贴片212和由辐射贴片212辐射的较低频率信号的波长的一半(例如,在0.4到0.6波长之间)。间隙长度232被定尺寸为使得生贴片214-217中的相邻寄生贴片可以组合操作以辐射较低频率信号,同时允许个体寄生贴片辐射高频信号。如图所示,寄生贴片被设置为与贴片辐射器212重叠,在贴片辐射器212上方居中,并且关于中心点236对称地设置,该中心点236也是贴片辐射器212的中心点。辐射贴片212可以类似地被配置为在较高和较低频带中辐射,例如被定尺寸为用于发射或接收的信号的多个波长的倍数或分数。

在另一示例中,寄生贴片被配置为重新辐射宽频带的能量。例如,寄生贴片214-217可以被定尺寸为重新辐射28ghz至39ghz或57ghz至68ghz的频带的能量,例如,回波损耗低于该频带的阈值回波损耗(例如,-5db或-10db)。可以调节寄生贴片214-217的尺寸以及寄生贴片214-217之间的间隙240、242,以影响寄生贴片214-217的辐射,例如,作为频率的函数的回波损耗。例如,间隙240、242的尺寸可以影响作为频率的函数的辐射量,并且贴片辐射器系统210可以被配置为有效地辐射11ghz或更高频带的信号。在一些这样的实施例中,不是每个个体寄生贴片被配置为辐射频带的下端的信号,而是两个或更多个寄生贴片214-217可以被配置为组合地以频带中的所有频率进行辐射。

参考图11,进一步参考图1-图10,寄生地接收和重新辐射不同频带的信号的方法250包括所示的阶段。然而,方法250仅是示例而不是限制性的。方法250可以例如通过增加、移除、重新布置、组合、同时实行和/或将单个阶段划分为多个阶段来改变。例如,阶段254和256可以在阶段258和260之前、之后或同时实行,例如,以用于一般用途或用于载波聚合技术中。所示出和描述的方法250的其他变型是可能的。

在阶段252,方法250包括从辐射贴片辐射第一频带中的高频带信号并且从辐射贴片辐射第二频带中的低频带信号。例如,馈源122、124可以将相应高频带信号输送到辐射贴片118,该辐射贴片118以相应极化从馈源122、124辐射高频带信号。作为另一示例,馈源122、124中的仅一个可以向辐射贴片118输送高频带信号。作为另一示例,馈源122、124之一可以向辐射贴片118输送高频带信号,而馈源122、124中的另一个可以同时向辐射贴片118输送低频带信号。作为另一示例,馈源122、124可以向辐射贴片118输送低频带信号,该辐射贴片118以相应极化从馈源122、124辐射低频带信号。作为另一示例,馈源122、124中仅一个可以向辐射贴片118输送低频带信号。高频带信号和低频带信号通常在不同时间被提供给馈源122、124,并且馈源122、124每个通常一次仅被馈送一个信号,但是可以同时向馈源122、124中的任何一个提供不同信号。由馈源122、124输送到辐射贴片118的信号可以是相同信号,或者可以是不同信号(例如,具有不同内容),即使该信号具有相同频带。

在阶段254,方法250包括通过高频带贴片寄生地接收高频带信号。例如,由辐射贴片118辐射的高频带信号的能量可以由高频带贴片112接收。当高频带贴片112无线地接收高频带信号时,高频带贴片112寄生地接收高频带信号。高频带贴片112接收高频带信号,即使高频带贴片112接收少于由辐射贴片118辐射的高频带信号的全部能量。

在阶段256,方法250包括从高频带贴片重新辐射高频带信号。例如,高频带贴片112由于接收到高频带信号而辐射能量,并且因此重新辐射高频带信号,尽管高频带贴片112辐射少于高频带贴片112从辐射贴片118接收的高频带信号的所有能量。高频带贴片112被配置(例如,成形和布置)为以由辐射贴片118辐射的每个高频带极化重新辐射高频带能量。作为其他示例,高频带贴片152或寄生贴片172重新辐射从辐射贴片118接收的高频带信号能量。

在阶段258,方法250包括通过高频带贴片和至少一个寄生元件的组合来寄生地接收低频带信号。例如,由辐射贴片118辐射的低频带信号的能量可以由以下各项来接收:高频带贴片112和寄生元件114-117、或者高频带贴片152和寄生元件154的组合、或者高频带贴片112以及寄生元件114-117和164-167的组合、或者寄生贴片172以及寄生元件174-177和184-187的组合。可以使用贴片和(多个)寄生元件的组合的其他示例。当高频带贴片112和寄生元件114-117无线地接收低频带信号时,高频带贴片112和寄生元件114-117寄生地接收低频带信号。高频带贴片112和寄生元件114-117的组合接收低频带信号,即使高频带贴片112和寄生元件114-117的组合接收少于由辐射贴片118辐射的低频带信号的全部能量。

在阶段260,方法250包括从高频带贴片和至少一个寄生元件的组合重新辐射低频带信号。例如,高频带贴片112与寄生元件114-117组合地可以由于接收低频带信号而辐射能量,并且因此重新辐射低频带信号,尽管高频带贴片112和寄生元件114-117的组合辐射少于从辐射贴片118接收的低频带信号的所有能量。如果从辐射贴片118接收到仅一个低频带信号,则少于所有寄生元件114-117(即,仅与所接收的信号的极化相对应的寄生元件114-117)可以重新辐射低频带信号的能量。高频带贴片112与寄生元件114-117组合地被配置(例如,成形和布置)为以由辐射贴片118辐射的每个低频带极化重新辐射低频带能量。作为其他示例,高频带贴片152与寄生元件154组合地、或者高频带贴片112与寄生元件114-117和另外的寄生元件164-167组合地,或者寄生贴片172以及寄生元件174-177和184-187的组合以对应极化重新辐射从辐射贴片118接收的每个低频带信号。

其他注意事项

以上讨论的技术是示例,而不是穷举性的。可以使用不同于所讨论的配置。

如本文中使用的,在以“至少一个”为开头或以“一个或多个”为开头的项目列表中使用的“或”指示析取列表,使得例如“a、b或c中的至少一个”的列表或“a、b或c中的一个或多个”的列表表示a或b或c或ab或ac或bc或abc(即,a和b和c)、或具有多个特征(例如,aa、aab、abbc等)的组合。

以上讨论的系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略、替代或添加各种过程或组件。例如,关于某些配置而描述的特征可以在各种其他配置中组合。配置的不同方面和元素可以以类似的方式组合。而且,技术在发展,并且因此,很多元素是示例,并且不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对示例配置(包括实现)的透彻理解。然而,可以在没有这些具体细节的情况下实践配置。例如,已经示出了公知的电路、过程、算法、结构和技术,而没有不必要的细节,以避免使配置模糊。该描述仅提供示例配置,而不限制权利要求的范围、适用性或配置。而是,对配置的先前描述提供了用于实现所描述的技术的描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下,可以对元素的功能和布置进行各种改变。

此外,可以公开一个以上的发明。

再多了解一些
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