螺旋天线及相关制造技术制造技术

本文描述的构思、系统、电路和技术针对可以使用增材制造技术提供的螺旋天线，从而提供一种能够在比使用标准光刻或印刷电路板(PCB)制造工艺制造的螺旋天线更高的频率下工作的天线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺旋天线及相关制造技术政府权利不适用。对相关申请的交叉引用本申请主张2017年11月10日提交的题为“螺旋天线及相关制造技术”的美国临时专利申请No.62/584,260的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
本领域已知，所谓的螺旋天线是一种由基板提供的射频(RF)天线，该基板具有以螺旋形状设置在其上方的两个或多个导体。又已知，螺旋天线的上限工作频率由天线的内半径(ri)定义，天线的内半径越小，工作频率越高。然而，传统制造技术(例如，标准光刻或印刷电路板(PCB)制造工艺)的局限性限制了可以实现的螺旋天线的内半径尺寸，从而限制了螺旋天线的上限工作频率。
技术实现思路
根据本文描述的构思、系统、电路和技术，螺旋天线包括天线基板，所述天线基板具有设置在其第一表面上的两个或多个螺旋导体，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一(或内)端和限定所述螺旋的外半径的第二(或外)端。所述天线基板的第二表面设置在馈送电路基板的第一接地平面表面上方。每个螺旋导体的第一端具有与其耦接的垂直发射馈线。每根垂直发射馈线都耦接到设置在馈送电路基板中或馈送电路基板上的馈送电路。具有圆柱形状的法拉第壁设置在馈送电路基板的第一接地平面与天线基板的第一表面之间，并且围绕垂直发射馈线。馈送电路法拉第壁设置在馈送电路周围的接地平面之间并围绕馈送电路。通过这种特定的布置，提供了螺旋天线和馈送电路。围绕天线馈送电路和垂直发射馈线设置的法拉第壁增加了在电路的不同部分中传播的信号之间的隔离程度。根据本文描述的构思的另一方面，制造螺旋天线的增材制造技术(AMT)包括从天线基板去除(例如，通过铣削技术)导电材料，以在基板上形成两个或更多个导电螺旋；在每个螺旋导体的第一端，在基板中形成(例如，通过铣削技术)从基板的第一表面延伸到第二相对表面的开口；形成(例如，通过铣削技术)围绕终止于所述螺旋的第一端的每个所述开口的一开口，所述开口具有圆柱形状；以及用导电油墨填充每个开口，以在天线基板中形成导电信号路径和导电壁。利用这种特定技术，AMT制造方法提供了一种天线，该天线在生产中具有较低的制造成本，可以被快速制造原型(prototype)并被定制以满足设计需求。AMT用于使部件尺寸微型化，以在大约25GHz及更高范围内的频率下工作，这高于迄今为止螺旋天线可获得的工作频率。因此，使用AMT来制造螺旋天线克服了由于使用标准光刻或印刷电路板制造工艺(PCB)而导致的当前的制造限制。本文描述的天线通过利用至少使用由AMT提供的铣削能力和印刷能力的设计特征(例如，垂直发射馈送电路、法拉第壁等)解决了与传统PCB制造相关的问题。AMT机器的这种铣削能力和印刷能力允许制造在约25GHz至约25GHz范围内的频率下工作的天线所需的特征尺寸。在实施例中，使用本文描述的设计和技术，对于迹线宽度可以实现大约0.002”的尺寸，对于垂直发射馈送电路的直径可以实现大约0.005”的尺寸。此外，印刷导电法拉第壁用于约束电场，并且可以在与铣削其他特征相同的制造步骤中加工。这节省了可观的人工成本，从而降低了组件的总成本。最后，使用定制的印刷连接器接口，以便可以使用标准同轴连接器来测试设备。本文描述的天线设计使用AMT技术，例如法拉第壁、垂直发射连接、单步铣削和填充操作、小型(2x2元件)构件、和铣削的铜迹线。它代表了一种天线结构，其完全采用AMT制造，能够以经济高效的方式可靠地生产部件。此外，使用AMT的天线设计大大降低了生产成本，可以被快速制造原型并被定制以满足设计需求。本文描述的螺旋天线设计使用AMT来使部件尺寸微型化，以在高于现有技术螺旋天线的工作频率的频率下工作。现有技术设计不具有微型特征尺寸、印刷导电元件、快速制造原型能力以及与标准连接器进行连接的组合。通过利用使用AMT(例如，AMT机器的铣削能力和印刷能力)提供的能力的天线设计，本文描述的天线解决了与传统PCB制造相关的问题。特别地，使用AMT铣削能力和印刷能力允许制造具有在高于26.5GHz的频率下工作的天线所需的较小特征尺寸的天线。在实施例中，对于迹线宽度，尺寸可以缩小到0.002英寸，对于通孔直径(即垂直发射馈线直径)，尺寸可以缩小到0.005英寸。印刷导电法拉第壁用于限制电场，并且可以在与铣削其他特征相同的制造步骤中加工。这节省了可观的人工成本，从而降低了天线组件的总成本。最后，使用定制的印刷连接器接口，以便可以使用标准同轴连接器来测试设备。使用AMT来制造本文所描述的类型的螺旋天线，突破了标准光刻或印刷电路板制造工艺(PCB)的当前限制，从而使得螺旋天线的尺寸能够在高于26.5GHz甚至高于30GHz的射频频率下工作。本申请的一个方面涉及一种螺旋天线，包括：天线基板，其具有第一表面和第二表面；两个或更多个螺旋导体，其设置在所述天线基板的第一表面上，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一端和限定所述螺旋的外半径的第二端；馈送电路基板，其设置在所述天线基板的所述第二表面上方；馈送电路，其设置在所述馈送电路基板中或所述馈送电路基板上；垂直发射馈线，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到每个螺旋导体的第一端，所述第二端耦接到所述馈送电路；以及垂直发射馈线法拉第壁，其围绕所述垂直发射馈线。所述螺旋天线的实施例还可包括具有第一接地平面和第二接地平面的所述馈送电路基板。所述垂直发射馈线法拉第壁可以具有设置在所述馈送电路基板的所述第一接地平面与所述天线基板的所述第一表面之间的圆柱形状。所述馈送电路可以包括两根馈线，所述两个或更多个螺旋导体中的第一螺旋导体的第一端耦接到第一馈线，并且所述两个或更多个螺旋导体中的第二螺旋导体的第一端耦接到第二馈线。所述馈送电路法拉第壁可以围绕所述两根馈线。所述螺旋天线还可包括设置在该馈送电路基板的所述第一和第二接地平面之间并且围绕所述馈送电路的馈送电路法拉第壁。所述螺旋天线还可以包括设置在所述馈送电路基板的所述第一和第二接地平面之间并且围绕所述馈送电路的馈送电路法拉第壁。本申请的另一方面直接涉及一种螺旋天线，包括：天线基板，其具有第一表面和第二表面；两个或更多个螺旋导体，其设置在所述天线基板的第一表面上，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一端和限定所述螺旋的外半径的第二端；馈送电路基板，其设置在所述天线基板的所述第二表面上方；所述馈送电路基板具有第一接地平面和第二接地平面；馈送电路，其设置在所述馈送电路基板中或所述馈送电路基板上；以及馈送电路法拉第壁，其设置在所述馈送电路基板的所述第一和第二接地平面之间并且围绕所述馈送电路。所述螺旋天线的实施例还可以包括垂直发射馈线，所述垂直发射馈线具有第一端和第二端，所述第一端耦接到每个螺旋导体的第一端，所述第二端耦接到所述馈送电路。所述螺旋天线还可以包括围绕所述垂直发射馈线的垂直发射馈线法拉第壁。所述垂直发射馈线法拉第壁可以具有设置在所述馈送电路基板的所述第一接地平面与所述天线基板的所述第一表面之间的圆柱形状。所述馈送电路包括两根馈线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋天线，包括：/n天线基板，其具有第一表面和第二表面；/n两个或更多个螺旋导体，其设置在所述天线基板的第一表面上，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一端和限定所述螺旋的外半径的第二端；/n馈送电路基板，其设置在所述天线基板的所述第二表面上方；/n馈送电路，其设置在所述馈送电路基板中或所述馈送电路基板上；/n垂直发射馈线，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到每个螺旋导体的第一端，所述第二端耦接到所述馈送电路；以及/n垂直发射馈线法拉第壁，其围绕所述垂直发射馈线。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 US 62/584,2601.一种螺旋天线，包括：
天线基板，其具有第一表面和第二表面；
两个或更多个螺旋导体，其设置在所述天线基板的第一表面上，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一端和限定所述螺旋的外半径的第二端；
馈送电路基板，其设置在所述天线基板的所述第二表面上方；
馈送电路，其设置在所述馈送电路基板中或所述馈送电路基板上；
垂直发射馈线，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到每个螺旋导体的第一端，所述第二端耦接到所述馈送电路；以及
垂直发射馈线法拉第壁，其围绕所述垂直发射馈线。


2.如权利要求1所述的螺旋天线，其中，所述馈送电路基板包括第一接地平面和第二接地平面。


3.如权利要求2所述的螺旋天线，其中，所述垂直发射馈线法拉第壁具有设置在所述馈送电路基板的所述第一接地平面与所述天线基板的所述第一表面之间的圆柱形状。


4.如权利要求3所述的螺旋天线，其中，所述馈送电路包括两根馈线，所述两个或更多个螺旋导体中的第一螺旋导体的第一端耦接到第一馈线，并且所述两个或更多个螺旋导体中的第二螺旋导体的第一端耦接到第二馈线。


5.如权利要求4所述的螺旋天线，其中，所述馈送电路法拉第壁围绕所述两根馈线。


6.如权利要求3所述的螺旋天线，还包括设置在该馈送电路基板的所述第一和第二接地平面之间并围绕所述馈送电路的馈送电路法拉第壁。


7.如权利要求2所述的螺旋天线，还包括设置在所述馈送电路基板的所述第一和第二接地平面之间并且围绕所述馈送电路的馈送电路法拉第壁。


8.一种螺旋天线，包括：
天线基板，其具有第一表面和第二表面；
两个或更多个螺旋导体，其设置在所述天线基板的第一表面上，每个所述螺旋天线具有限定所述螺旋的内半径的第一端和限定所述螺旋的外半径的第二端；
馈送电路基板，其设置在所述天线基板的所述第二表面上方，所述馈送电路基板具有第一接地平面和第二接地平面；
馈送电路，其设置在所述馈送电路基板中或所述馈送电路基板上；以及
馈送电路法拉第壁，其设置在所述馈送电路基板的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·亚当斯，T·V·席基纳，J·P·黑文，J·E·贝内迪克特，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国;US