双频段印刷全向天线制造技术

在具有第一面和相对的第二面的基底上印刷微波天线组件。该组件包括布设于基底的正面上的至少一个天线和布设于基底的背面上的平衡‑不平衡转换器。正面上的第一微带线被耦合到(一个或多个)天线。正面上的第二微带线被耦合到馈线。背面上的共面带线被电耦合到第二微带线并且被电磁耦合到第一微带线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及印刷于基底上的全向天线。
技术介绍
在联系越来越紧密的世界上，用户想要为他们的电子设备找到持续的网络连通性。用户通常通过无线网接入点来将他的设备链接到无线网络。为了最大化对无线网络的利用，无线网络接入点通常使用被调谐到根据IEEE 802.11标准的特定频率的全向天线。更高级的无线网可以包括多输入多输出(MIMO)接入点，这些MIMO接入点包括多组天线。MIMO接入点对每个个体天线元件的大小和材料加以限制。MIMO接入点可以包括被印刷在低介电常数基底上的多个天线。通常，由于要在接入点的天线罩下装配多个天线的大小限制，导致接入点中的天线是单极天线。为了适应双频段标准，单极天线的设计通常被设计为与两个另外的单极元件一起。一般而言，共享同一接地层的三个单极元件，尤其是在元件之间的间隔减小时，会招致较大量的纹波(ripple)并且形成不规则的图样。这些是当在单极元件和接地层上存在主电流时所面临的挑战。附图说明图1图示了根据示例实施例的具有双频段天线元件的印刷电路板的正面。图2图示了根据示例实施例的带有用于双频段天线元件的接地层的印刷电路板的背面。图3和图4分别示出了根据示例实施例的一个双频段天线元件的正面和背面的放大视图。图5A和图5B分别示出了根据示例实施例的从馈线(feed line)到印刷电路板的连接的正面和背面的放大视图。图6A、6B和图6C图示了根据示例实施例的双频段天线在以约2.4GHz为中心的频段中的性能。图7A、7B和图7C图示了根据示例实施例的双频段天线在以约5GHz为中心的频段中的性能。图8是描绘根据示例实施例的制造双频段天线的示例过程。具体实施方式概览微波天线组件包括具有第一面和相对的第二面的基底。该组件还包括布设于基底的第一面上的至少一个天线和布设于基底的第二面上的平衡-不平衡转换器(balun)。布设于第一面上的第一微带线被耦合到至少一个天线。布设于第一面上的第二微带线被耦合到馈线。布设于第二面上的共面带线被电耦合到第二微带线并且被电磁耦合到第一微带线。示例实施例本文提供了将若干微波构件集成在单片硬件中的双频段印刷全向天线。该天线在高频(例如，5-6GHz)和低频(例如，2.4-2.5GHz)频段内实现了非常宽的带宽，同时在整个预期空间内提供了全向覆盖。该天线包括三种线转变：同轴线到微带线、微带线到共面带线、以及共面带线到微带线。小亦有效的全向元件利用渐变特性(tapering)来增强阻抗带宽并且优化5GHz的垂直面图样。简单的馈送机制缩短了用于为各个元件馈送的微带线轨迹的长度。这些元件允许采用损耗更大的基底，这降低了整个天线的成本。参考图1，描述了双频段印刷天线组件100的一个示例实施例的正面110。在该天线组件中有两个天线元件120和130。天线元件120包括微带线122、并联短路枝节(shunt stub)124、低频段偶极子126、和高频段偶极子128。类似地，天线元件130包括微带线132、并联短路枝节134、低频段偶极子136、和高频段偶极子138。同轴线缆140作为到该天线组件的馈线。在一个示例中，同轴线缆140被连接到50Ω的微带线，该微带线被拆分为微带线122和132。微带线122和132可以作为100的微带线从馈线开始，并且随着约为一英寸长的走线(run)逐渐线性地减小回50Ω的微带线。在一个示例中，该走线接近于基底的电介质处于低工作频段(例如，2.45GHz)时的半波长，并且看向逐渐减小的线断面的反射系数较小。使用微带线122和132，天线元件120和130可以被同相(in-phase)馈送，形成堆叠的偶极配置。该配置增大了在天线周围的层中发射/接收的功率。现在参考图2，描述了双频段印刷天线组件100的背面210。平衡-不平衡转换器/接地层220被布设在与天线元件120相对的背面上。在天线元件120的发射元件的对面形成了共面带线222，该共面带线222从接地面220起由断路器224和226来定义。类似地，平衡-不平衡转换器/接地层230被布设在与天线元件130相对的背面上。天线元件130的发射元件的对面形成了共面带线232，该共面带线232由断路器234和236来定义。现在参考图3，描述了天线元件130的放大视图。微带线132将来自馈线的信号带入天线元件130。并联短路枝节134自微带线132发出，并且通过穿过基底的金属通孔(via)310被电耦合到接地层。微带线132继续朝向发射元件，并且通过穿过基底的金属通孔320被电耦合到共面带线232的一端。微带线336和338通过基底的介电层电磁耦合到共面带线232。微带线336向低频段发射元件136发送信号，微带线338向高频段发射元件138发送信号。在一些示例中，高频段偶极子138也可以在低频段内发射某些信号。在一个示例中，偶极元件136的臂可以是锥形的，从而天线的谐振频率可以在不牺牲现有阻抗带宽的情况下得以减小。偶极锥(dipole taper)是在不危害射束宽度或发射效率的情况下减小天线的谐振频率的有效方式。随着锥宽度的增大，天线的Q因子和谐振频率减小。这些臂也可以沿远离偶极元件138的发方向逐渐锥化，从而高频段中的垂直面图样不会受到扰动。在此示例中。锥化偶极元件的臂可以包括：使得这些臂在每个臂的一端越来越窄同时在每个臂的另一端越来越宽。另外，使这些臂沿远离低频段偶极子136的方向逐渐锥化可以包括：印刷低频段偶极子136，以使得与偶极臂的馈送端相比这些臂的自由端离偶极子138更远。现在参考图4，描述了天线元件130下面的基底的背面的放大视图。接地层230由金属通孔310电耦合到并联短路枝节134。共面带线232由断路器234和236来定义，并且被通过通孔320电耦合到微带线132。共面带线还被电磁耦合到微带线336和微带线338。断路器234和236迫使共面带线232处于开路状况。随着信号波沿共面带线232从通孔320向断路器236传播，电场的主向量分量在偶极子的长度的方向上。这是因为在共面带线232的与通孔320相对的一侧上的电势是接地的。该电场引起微带线336和微带线338中的电流，并且该电流向上(或向下)传播到偶极子126和偶极子128。轴向电流建立了时间相关的磁场，该磁场继而产生时间相关的电场，这两种场在相位上的振荡的组合产生了向外的行波。因为电流主要是沿着偶极子的长度进行传输，所述全向发射模式得以维持。如本文所使用的，“电耦合”被用于表示两个元件之间存在用于传输信号的直接物理传导路径。例如，金属通孔320在微带线132和共面带线232之间提供了直接的、物理的、金属的路径。相对地，如本文所使用的，“电磁耦合”被用于表示不存在直接的传导路径，但是信号可以通过借由电介质的电感或电容耦合来传输。例如，共面带线232被通过基底的介电层电磁耦合到微带线336和微带线338。现在参考图5A和图5B，示出了同轴馈线和印刷微带线之间的连接。同轴馈线包括被耦合到焊盘(pad)515的中心导线510和被耦合到焊盘525的编织外导线(braided outer conductor)520。在一个示例中，同轴馈线140包括端接于耦合到无线电元件的微同轴(MCX)连接头的直径为1.32mm的带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：基底，该基底具有第一面和相对的第二面；至少一个天线，该至少一个天线被布设于所述基底的所述第一面上；平衡‑不平衡转换器，该平衡‑不平衡转换器被布设于所述基底的所述第二面上；第一微带线，该第一微带线被布设于所述第一面上并且被耦合到所述至少一个天线；第二微带线，该第二微带线被布设于所述第一面上并且被耦合到馈线；以及共面带线，该共面带线被布设于所述第二面上，其中所述共面带线被电耦合到所述第二微带线并且被电磁耦合到第所述第一微带线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 US 14/245,1711.一种装置，包括：基底，该基底具有第一面和相对的第二面；至少一个天线，该至少一个天线被布设于所述基底的所述第一面上；平衡-不平衡转换器，该平衡-不平衡转换器被布设于所述基底的所述第二面上；第一微带线，该第一微带线被布设于所述第一面上并且被耦合到所述至少一个天线；第二微带线，该第二微带线被布设于所述第一面上并且被耦合到馈线；以及共面带线，该共面带线被布设于所述第二面上，其中所述共面带线被电耦合到所述第二微带线并且被电磁耦合到第所述第一微带线。2.如权利要求1所述的装置，还包括被布设于所述第一面上的并联短路枝节，该并联短路枝节通过穿过所述基底的通孔将所述第二微带线耦合到所述平衡-不平衡转换器。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述并联短路枝节被安置在所述第一面上以在所述馈线处产生50Ω的阻抗匹配。4.如权利要求1所述的装置，其中，所述共面带线被通过穿过所述基底的通孔电耦合到所述第二微带线。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个天线包括至少一个偶极天线。6.如权利要求5所述的装置，其中，所述至少一个偶极天线包括第一偶极天线和第二偶极天线，所述第一偶极天线被调谐到以约5.5GHz为中心的第一频段并且所述第二偶极天线被调谐到以约2.45GHz为中心的第二频段。7.如权利要求6所述的装置，其中，所述第二偶极天线沿远离所述第一偶极天线的方向被锥化。8.如权利要求1所述的装置，其中，所述共面带线从所述平衡-不平衡转换器起由在所述共面带线的相对端上的、所述平衡-不平衡转换器中的孔来定义。9.如权利要求1所述的装置，其中，所述馈线包括被耦合到所述平衡-不平衡转换器和所述第二微带线的同轴线缆。10.如权利要求1所述的装置，还包括：第二共面带线，该第二共面带线被布设于所述第二面上并且被电耦合到所述第二微带线；以及至少一个其他天...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾琳·帕特里克·麦高夫，托马斯·戈斯·路特曼，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US