天线元件制造技术

本发明专利技术提供一种天线元件(100,200,300,400)，包括：具有传输线的电路板(101,201,301,401)，传输线包括至少第一导体(110,210,310,410)和第二导体(120,220,320,420)；安装在所述电路板(101,201,301,401)表面(102,202,302,402)上的独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)；第一电流接触部，位于所述第一导体(110,210,310,410)与独立的三维金属环形结构(130,230,330,430)的第一部分之间；以及第二电流接触部，其位于所述第二导体(120,220,320,420)与独立的三维金属环形结构(130,230,330,430)的第二部分之间，其中第一电流接触部和第二电流接触部中至少一个包括至少两个基本上L形部分，还提供包括若干天线元件(100,200,300,400)的天线阵列(1000,2000)。

Antenna element

The invention provides an antenna element (100,200,300,400), including a circuit board (101,201,301,401) with transmission lines, including at least a first conductor (110,210,310,410) and a second conductor (120,220,320,420); an independent three-dimensional metal or metallized ring structure (130,230,330,430) mounted on the surface of the circuit board (101,201,301,401) (102,202,302,402); and a first current contact. The first conductor (110,210,310,410) is located between the first part of the first conductor (110,210,310,410) and the first part of the independent three-dimensional metal ring structure (130,230,330,430); and the second current contact part, which is located between the second conductor (120,220,320,420) and the second part of the independent three-dimensional metal ring structure (130,230,330,430), in which at least one of the first current contact part and the second current contact part includes At least two essentially L-shaped parts are provided, and antenna arrays (1000,2000) including several antenna elements (100,200,300,400) are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】天线元件专利
本专利技术涉及天线元件和由天线元件布置形成的天线元件阵列。更具体地，但非排他地，它涉及适合于使用表面安装焊接工艺技术制造的天线元件。
技术介绍
使用无线电波的无线通信以及使用无线电波的遥感使用专用频谱的电磁波。对于诸如高数据速率通信或高分辨率遥感的应用，可以有利地使用所谓的毫米波频谱的电磁波。其中术语“毫米波”通常指的是30GHz至300GHz范围内的频率，在本文的上下文中，该术语用于6GHz以上的频率，因为它有时在5G的背景下进行，即第五代移动通信，其与微波范围在0.4和6GHz之间的传统移动通信频率有所不同。根据监管机构的指定和技术限制，所谓的60GHz频段(涵盖约57GHz至64GHz)的频率被广泛用于所谓的“WiGig”标准内的高数据速率的无线通信(也被称作“802.11ad”标准)。存在其他频段和标准，并且预计将来会有更多频段和标准。无线通信系统以及许多遥感系统需要用于电磁波的发射器和接收器。发射器和接收器都包含在电子电路和自由空间之间的接口处的天线，以便将来自自由空间的传播电磁波转换成电子电路中的导波(或电压和电流)，反之亦然。因此，天线的特征在于朝向自由空间的接口和用于传输线的接口。作为自由空间的传播电磁波和导波之间的无源转换器，天线的电特性在于其耗散特性(如在任何无源器件中，一些电磁能通过导电损耗和介电损耗转换为热量)和它在电网中的行为。耗散特性由术语“效率”描述，将损失成为热量的功率与通过天线的功率相关联。其频率相关的复阻抗最佳地描述了天线在电网中的行为。通常将该阻抗与典型的馈电传输线特性阻抗(例如，50欧姆)相关联，可以定义电压波反射系数。小的反射系数意味着大部分功率通过天线。因此，在实际应用中，在所有操作频率下，天线需要为馈电功率提供小的反射系数。这定义了天线阻抗带宽。可以限定天线的其他要求并且取决于相应的应用。例如，用于无线通信的移动用户设备需要物理上小、紧凑且重量轻的天线。这些天线需要平滑地集成到无线设备中。天线频率带宽必须与应用相匹配，效率必须很高。与往常一样，需要具有成本效益的制造和有效的系统集成的可能性。在先前公开的文献中，提出了几种电路板集成天线。具体地，S.Brebels、K.Khalaf、G.Mangraviti、K.Vaesen、M.Lubois、B.Parvais、V.Vidojkovic、V.Szortyka，A.Bourdoux、P.Wambacq，C.Soens、W.vanThillo于2016年4月瑞士达沃斯的欧洲天线和传播会议(EuCAP)上在“带有集成相控阵天线的有机封装上的60GHzCMOSTX/RX芯片组”中提出了堆叠贴片天线；W.Hong、K.Baek、Y.G.Kim、Y.Lee、B.Kim于2014年4月荷兰海牙的欧洲天线和传播会议(EuCAP)上在“具有半球覆盖范围的第五代蜂窝手机的mm波形相控阵”中提出了一种网格贴片天线；以及W.Hong、S.-T.Ko、Y.Lee、K.-H.Baek于2015年4月葡萄牙里斯本的欧洲天线和传播会议(EuCAP)上在“在偏航、俯仰、滚动运动下具有全极化灵活性的紧凑型28GHz天线阵列”中提出了Yagi-Uda天线的变体。所有这些天线都具有低效率(通常，大约50％的通过天线的功率转换成了热量)和高成本(堆叠贴片所需的相对厚的电路板材料是昂贵的，因为它基于PTFE基塑料，多层电路板制造昂贵，通过电路板的复杂金属连接制造昂贵)。本专利技术解决的问题是提供一种天线元件，其结合了诸如大频率带宽、高效率、紧凑性、易于与传统电子电路和封装技术集成的特性，以及可能的低成本，以用于毫米波频率的应用。
技术实现思路
根据本专利技术的天线元件包括具有传输线的电路板，所述传输线至少包括第一导体和第二导体。在一个实施例中，传输线可以是电路板上的平面传输线，包括金属信号迹线和金属接地迹线，并且可以将天线连接到发射器或接收器的电子电路。平面传输线可以是众所周知的类型，例如微带线或共面波导。平面传输线的特征阻抗可以是例如50欧姆。根据本专利技术的天线元件还包括安装在电路板的表面上的独立的三维(与贴片天线相反，贴片天线中附加结构是所述电路板的集成部分并且被认为基本上是二维的)金属或金属化环形结构。与电路板平行的金属环形结构的截面设计成使得具有天线元件设计给定频率的电磁波可以通过它。可以将这种结构视为金属波导。充气金属波导的特征在于截止频率，低于该截止频率，通过具有这种截面的结构的波传播被抑制。应当理解，在本专利技术的上下文中，如果空气填充区域中的电磁波被(就结构的截面而言)任意筒形形状的金属导体环绕/包围，则认为结构是环形的，筒形形状包括例如(但不限于)正方形、矩形、圆形或椭圆形(即内部和/或外部截面)，无论是否具有称为脊的一个或多个突起。本专利技术的天线元件还包括位于所述第一导体和所述独立的三围金属环形结构的第一部分之间的第一电流接触部(即直接的、电流的、金属对金属的接触部，其显示出比诸如串联电容耦合或者并联电感耦合等其它常见的耦合方法更低的串联阻抗，因此具有更小的信号干扰和更小的容差灵敏度，并且优选地由经触电连接的每个结构的平面表面区域形成，其中所述平面表面区域之间的空间(薄层)填充有导电材料，例如焊料或导电粘合剂)以及位于所述第二导体与所述独立的三维金属环形结构的第二部分之间的第二电流接触部，其中所述第一电流接触部和所述第二电流接触部中的至少一个包括至少两个基本上L形的部分。优选地，在这种配置中，两个电流接触部通过环形结构连接，但是另外被彼此RF去耦，即仅通过诸如长度为η*λ/4(其中n是奇数)的短路的RF去耦结构电流分离或连接。具体地，如果第一或第二电流接触部的至少两个基本上L形的部分与另一个电流接触部位于同一平面中，则这种布置可以用单层技术实现，特别是如果第一或第二电流接触部通过穿过基板的通孔电连接到位于基板背面的接地平面，即与独立的三维金属环形结构所在的一侧相对的一侧，或者如果第一或第二电流接触部电连接到位于与相应的另一电流接触部相同的平面中的至少一个接地迹线。以这种方式，可以实现电路板的接地平面分离并垂直连接(通孔)的导体(第一导体、第二导体)位于单个平面中。根据本说明书中使用的术语，如果接触部在上述环形结构的角部分上延伸，则其包括基本为L形的部分，该角部分包括环形结构的360°角度延伸的至少20°且小于170°。更具体地，可以可选地/优选地是存在L的第一部分和L的第二部分正交合并的区域。因此，这种L形部分可以例如由圆的一部分及其半径形成。应理解，这些L形部分不必彼此分开，而是可以彼此连接。具体地，存在类似于字母U或C的形状，其可以使用两个或更多个L形部分(以及最终的其他部分)形成。同样，应该理解的是，T形部分包括如上所述的L形部分。传输线和环形部分之间的接触部分需要实现/提供平滑过渡以引导电磁波和电流传导，并且还需要防止电磁波泄漏，这将导致在不需要的方向的辐射、不希望的耦合和功率损耗。如上所述的具有角度延伸的L形允许这种平滑过渡。由于上述充气环形结构通过电流接触部与所述/要求保护的方式中的至少一个传输线的至少两个导体接触，所以沿着传输线行进到天线元件的电磁波将基本上(即，其能量的主要部分)承载在环形结构中，以最终到达孔径并辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线元件(100,200,300,400)，包括：电路板(101,201,301,401)，其具有传输线，所述传输线至少包括第一导体(110,210,310,410)和第二导体(120,220,320,420)，独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)，其安装在所述电路板(101,201,301,401)的表面(102,202,302,402)上，第一电流接触部(250)，其位于所述第一导体(110,210,310,410)与所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的第一部分之间，和第二电流接触部(260)，其位于所述第二导体(120,220,320,420)与所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的第二部分之间，其中所述第一电流接触部(250)和所述第二电流接触部(260)中的至少一个包括至少两个基本上L形的部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 EP 16191928.71.一种天线元件(100,200,300,400)，包括：电路板(101,201,301,401)，其具有传输线，所述传输线至少包括第一导体(110,210,310,410)和第二导体(120,220,320,420)，独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)，其安装在所述电路板(101,201,301,401)的表面(102,202,302,402)上，第一电流接触部(250)，其位于所述第一导体(110,210,310,410)与所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的第一部分之间，和第二电流接触部(260)，其位于所述第二导体(120,220,320,420)与所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的第二部分之间，其中所述第一电流接触部(250)和所述第二电流接触部(260)中的至少一个包括至少两个基本上L形的部分。2.如权利要求1所述的天线元件(100,200,300,400)，其特征在于，所述天线元件(100,200,300,400)设计用于波长λ，并且所述独立的金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的高度>λ/3。3.如权利要求1或2所述的天线元件(100,200,300,400)，其特征在于，所述第一电流接触部(250)和所述第二电流接触部(260)布置在所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的相反侧上。4.如权利要求1至3中任一项所述的天线元件(100,200,300,400)，其特征在于，所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)以这样的方式被成形，使得其桥接所述第一导体(110,210,310,410)和所述第二导体(120,220,320,420)之间的间隙(111,112,211,212,311,312,411,412)。5.如权利要求1至4中任一项所述的天线元件(100,200,300,400)，其特征在于，所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)以这样的方式被成形，使得其包括用于对至少一个所述电流接触部(250,260)进行光学检查的开口。6.如权利要求1至5中任一项所述的天线元件(100,200,300,400)，其特征在于，所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)包括至少一个脊或一对脊(131,132,232,431,432,433,434)，其具有相同或不同的突出深度，在所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)的相对侧上彼此相对地定位，其中优选地所述独立的三维金属或金属化环形结构(130,230,330,430)包括两对脊(131,132,232,431,432...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·鲍姆高特纳，简·赫塞尔巴斯，祖努莱恩·阿哈默德，
申请(专利权)人：IMS连接器系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE