專利名稱：電介質(zhì)芯片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及具有改進的抗失諧的穩(wěn)定性的、表面安裝的電介質(zhì)芯片天線。
背景技術(shù)：
在電學上，表面安裝的電介質(zhì)芯片天線是通常用于小型平臺(platform)比如移動通信設(shè)備上的小型天線。它們的特征是具有電介質(zhì)材料塊，該電介質(zhì)材料塊安裝在電路板的非接地區(qū)域上。在電介質(zhì)塊上印刷導電條(conductive track)。天線由該導電條而非電介質(zhì)材料本身形成。通常，電介質(zhì)芯片天線具有立方體形狀或類似六面體的形狀，但是其他形狀也是可行的。通常，表面安裝的芯片天線的特征是具有至少兩個導電電極(通常為三個)、饋 電電極、接地電極和輻射段。在沒有接地電極的情況下，有時采用單極設(shè)計；在該情況下，可額外使用不具有電氣功能的焊盤以便増加表面安裝過程的機械穩(wěn)定性。天線的電介質(zhì)塊的材料可以是陶瓷、樹脂或其他類似的電介質(zhì)材料。該電介質(zhì)塊的功能是為天線增加機械支撐并且減少天線尺寸。通常，選擇高電介質(zhì)陶瓷材料(相對介電常數(shù)大于等于20)，但是并不是總是這樣做。也許最簡單形式的電介質(zhì)芯片天線為由EP 0766341 [村田電子(Murata)]所公開的電介質(zhì)芯片天線。其公開了印刷在電介質(zhì)塊上的、沿著分離天線的饋電電極和主輻射段的間隙進行電容性饋電的四分之一波長單極天線。在EP 1482592[索尼(Sony)]中公開了更為典型的表面安裝的電介質(zhì)芯片天線。該天線具有饋電電極和接地電極、以及在兩者之間的輻射段。該天線的諧振頻率是由印刷在安裝板(mounting board)上的圖案決定的,而不是由天線本身決定的。通過這種方式，不需要為每個應用定制芯片設(shè)計且已說明天線是標準化的。印刷在安裝板上的饋電段的特征為本質(zhì)上具有電容性，這是因為在安裝板的相對側(cè)面上使用了導電板。相對地，由于形成設(shè)計的一部分的狹窄導電帶的原因，在安裝板上印刷的接地段的特征為本質(zhì)上具有電感性。通過調(diào)整在安裝板上印刷的這些電容性和電感性段的形式，就可以調(diào)整天線的諧振頻率，而不必對電介質(zhì)芯片本身進行重新設(shè)計。在EP 1482592中公開了電介質(zhì)芯片形狀的變體。US 2003/0048225[三星(Samsung)]公開了表面安裝的芯片天線，該芯片天線具有電介質(zhì)塊以及単獨的饋電、接地和輻射電扱。公開了在電介質(zhì)塊的側(cè)表面上使用導電圖案來降低諧振頻率，并且提出了 T形形狀的饋電段以便有助于匹配。電介質(zhì)電極中可以具有一孔洞以便減少重量和成本?；旧蟻碚f，由于饋電和接地電極與饋電和輻射電極之間的電容，使天線本質(zhì)上具有電容性。在US 2003/0222827 [三星(Samsung)]中公開了寬帶芯片天線。這里，電介質(zhì)塊具有導電電極，該導電電極布置在兩個相對端部的壁部上和上下表面的部分上。一個電極是接地的，另ー個電極為饋電元件，并且兩個電極之間的狹槽(slot)引發(fā)了寬帶RF射線。由干天線輻射元件被認為是電介質(zhì)塊及布置在電介質(zhì)塊上的電極，所以沒有給出關(guān)于饋電和接地軌跡的其他信息。WO 2006/000631 [普斯(Pulse)]公開了與 US 2003/0222827 類似的鍍金屬電介質(zhì)塊裝置。然而，在該案中公開了電路板上的饋電和接地裝置。一個電極接地(其被描述為寄生天線)，而另ー個電極既在ー個位置處連接到饋電裝置又在另ー個位置接地，類似于PIFA的饋電方式。電極之間的狹槽的寬度被用來調(diào)諧和匹配。在給定的實例中，相對介電常數(shù)為20的陶瓷材料被用作電介質(zhì)塊材料。WO 2010/004084[普斯]公開了電介質(zhì)塊的金屬化以便形成圍繞區(qū)塊的回路。饋電點通常在一角落中，但也示出了在沿著電介質(zhì)塊的中途饋電的方案。建議使用相對介電常數(shù)為35的電介質(zhì)塊。EP 1003240[村田電子]公開了與 US 2003/0222827 和 WO 2006/000631 中所示相 類似的鍍金屬、饋電和狹槽的裝置。提出了朝向電介質(zhì)塊的側(cè)面傾斜的狹槽，并且狹槽的寬度沿其長度變化。US 2009/0303144公開了ー種電介質(zhì)芯片天線。該電介質(zhì)芯片天線在一端部沿著間隙進行電容性饋電，在另一端部接地，以便形成回路天線裝置。公開了在電路板上的饋電和接地裝置，并且饋電和接地裝置示出了在饋電側(cè)的匹配組件和在接地側(cè)的頻率調(diào)整元件(通常為電容器或電感器)。US 20101/0007575 [佳邦科技(Inpaq)]公開了另ー種回路天線裝置。這里，圍繞電介質(zhì)塊形成回路，并且回路包括在上層和下層之間的電容性耦合以便完成回路。饋電的方法沒有在附圖中示出，但已說明是在電介質(zhì)塊的ー個端部處進行。以上描述的電介質(zhì)芯片天線中大部分在對抗失諧(比如當天線布置在移動設(shè)備上時的手動失諧(hand detuning))方面是不穩(wěn)定的。此外，由于這些芯片中有許多芯片的接地設(shè)置對它們的性能來說是至關(guān)重要的，所以天線性能在一定程度上取決于安裝板的大小、形狀以及其上的接地面積。例如，在安裝板的一個邊緣的中間處芯片天線可以很好地エ作，但是在一個角落中不能很好地工作，反之亦然。因此，期望提供一種天線，其具有芯片天線的尺寸小、成本低的優(yōu)點，但是不具有失諧和安裝敏感性。在共同待決英國專利申請GB 0912368. 8和GB 0914280. 3中本申請人已經(jīng)開發(fā)了用于移動通信平臺的磁偶極子電極天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種天線裝置，該天線裝置包括第一和第二導電無源輻射元件和至少ー個有源輻射源元件；第一和第二導電無源輻射元件均具有第一端部和第二端部，無源輻射元件的每個第一端部均接地，無源輻射元件的第二端部分別連接到ー電介質(zhì)塊的、彼此分離的金屬化表面區(qū)域；該至少一個有源輻射元件與無源輻射元件非導電地連接，其中，無源輻射元件配置為由至少ー個有源輻射元件寄生饋電。無源輻射元件典型地形成為電介質(zhì)基板(比如印刷電路板(PCB))上的導電條。電介質(zhì)塊可以在基板上表面安裝?；宓湫偷厥瞧教沟?，具有相対的上下表面。第一無源輻射元件的第二端部電連接到電介質(zhì)塊的第一金屬化表面區(qū)域，第二無源輻射元件的第二端部電連接到電介質(zhì)塊的第二金屬化表面區(qū)域。第一和第二金屬化表面區(qū)域彼此之間非導電連接。在一些實施例中，可以提供額外的無源輻射元件。例如，可以在電介質(zhì)基板上形成第三和第四導電條，并且第三和第四導電條鏈接到電介質(zhì)塊的金屬化表面區(qū)域?？梢赃B接到與第一和第二導電條相同的金屬化區(qū)域，或者作為替代可以連接到金屬化區(qū)域中，該金屬化區(qū)域可以或者也可以不與相應的第一和第二金屬化區(qū)域?qū)щ娺B接。第一和第二導電條可以接觸電介質(zhì)塊的第一對相對表面的金屬化區(qū)域，而第三和第四導電條可以接觸電介質(zhì)塊的第二對相對表面的金屬化區(qū)域。第一對相對表面通?？梢哉欢ㄎ坏降诙ο鄬Ρ砻妗Ｍㄟ^這種方式，可以引入額外的諧振或工作頻率或頻帶。具有介入式(intervening)電介質(zhì)塊的無源福射元件有利地按回路或者U形配置 設(shè)置在電介質(zhì)基板上，因此采用了磁性天線的配置。用來向無源輻射元件饋電的有源輻射元件可以位于基板的同一表面上的(或者可能在基板的相對表面上的)無源輻射元件的第
一端部。有源輻射元件本身可以是以回路天線的形式，該回路天線通過與無源輻射元件的電感連接進行饋電，或者有源輻射元件可以配置為與無源輻射元件電容連接的單極。 在一些實施例中，可以提供兩個以上的有源輻射元件。有源輻射源元件可以在大體上與無源輻射元件相同的頻率下或者頻帶上輻射，在該情況下，其簡單地進行饋電。在其他實施例中，有源輻射元件可以替代地，或者額外地在與無源輻射元件不同頻率下或者頻帶上輻射，選擇該頻率或者頻帶以便(為多頻帶操作)提供額外的諧振，同時仍然與無源輻射元件耦合以便使無源輻射元件進行寄生性諧振。在一些實施例中，第一有源輻射元件可以在與無源輻射元件相同的頻率處或頻帶下輻射，第ニ有源輻射元件可以在ー不同頻率處或在一不同頻帶上輻射。電介質(zhì)塊可以由電介質(zhì)陶瓷材料制成，并且可以制成為相同的大小以便在傳統(tǒng)的電介質(zhì)芯片天線中使用。無源輻射元件的第二端部可以連接到在電介質(zhì)塊上通過傳統(tǒng)技術(shù)形成的金屬焊盤。金屬焊盤可以在電介質(zhì)塊的相對表面上或者鄰接表面上形成或者在ー些實施例中在相同的表面上形成。在一些實施例中，金屬焊盤可以分別越過電介質(zhì)塊的邊緣延伸以便同時與連個鄰接表面接觸。從ー方面來看，本發(fā)明可以被認為是ー種寄生天線裝置，該寄生天線裝置包括具有相對側(cè)面的電介質(zhì)芯片或電介質(zhì)塊，每個側(cè)面均被提供有金屬化并且直接或者經(jīng)由匹配電路接地；以及饋電天線，該饋電天線包括在一端具有RF饋電點在另一端直接或者經(jīng)由匹配電路接地的回路天線。在某些實施例中，饋電天線裝置不是印刷在(電介質(zhì))芯片或(電介質(zhì))塊上，并且饋電天線裝置位干與芯片分離的主PCB上。從另一方面來看，本發(fā)明可以認為是ー種寄生天線裝置，該寄生天線裝置包括具有相對側(cè)面的電介質(zhì)芯片或電介質(zhì)塊，每個側(cè)面均被提供有金屬化并且直接或者經(jīng)由匹配電路接地；以及單極饋電天線，該單極饋電天線包括在一端處的RF饋電點以及ー短單極以便電容性耦合到寄生電介質(zhì)芯片天線。在某些實施例中，饋電天線裝置不是印刷在(電介質(zhì))芯片或(電介質(zhì))塊上，并且饋電天線裝置位干與芯片分離的主PCB上，例如在主PBC的相對表面上的寄生芯片天線之下。本發(fā)明將磁偶極子天線的概念延伸到小型電介質(zhì)芯片天線。這些天線主要地意圖覆蓋藍牙 和無線保真(WiFi)頻帶，但是可能并且已經(jīng)設(shè)計了在其他頻率下進行工作。


參照附圖在后文中進ー步描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖I示出了本發(fā)明的第一實施例；圖2為圖I所示天線裝置的頻率響應的曲線圖；圖3為圖I所示天線裝置的史密斯圖表(Smith Chart)曲線圖；圖4為圖I所示天線裝置的效率的曲線圖；圖5a和圖5b示出了本發(fā)明的替代實施例；圖6為圖5a和圖5b所示天線裝置的頻率響應的曲線圖；以及
圖7進ー步示出了本發(fā)明的替代實施例。
具體實施例方式在本發(fā)明的第一實施例中，如圖I所示，主輻射天線包括導電回路1，導電回路I由導電條(conductive track) 2、3形成，導電條2、3形成在PCB基板4上并且在兩個端部5、6接地。朝向回路I的中心的電介質(zhì)芯片電容器7中斷了回路I?；芈稩的電感和金屬化電介質(zhì)芯片的電容在期望的工作頻率下引起了諧振。電介質(zhì)芯片7的金屬化8與US2003/0222827或W02006/000631中所公開的類似，但是設(shè)備在安裝板(mountingboard) 4上的部署方式以及設(shè)備作為天線的工作方式是非常不同的。主輻射天線為寄生設(shè)備，該寄生設(shè)備是由単獨的饋電天線9激發(fā)的。在該第一實施例中，饋電天線9也是在一端部供電而在另一端部接地的回路。在圖I所示的實施例中，導電條2、3在它們的非接地端部處分別連接到電介質(zhì)芯片7的金屬化表面8，電介質(zhì)芯片7是由陶瓷材料制成的。芯片7的任一端部處的金屬化8與相對端部表面接觸并且還與芯片7的上表面接觸。在這種裝置中，芯片7被用作電介質(zhì)電容器。使用陶瓷材料用于電介質(zhì)塊，組建并測試了圖I所示的天線裝置。陶瓷的相對介電常數(shù)為20，也可以使用其他介電常數(shù)的陶瓷。在2. 45GHz下獲得了達到50歐姆(Ohm)的良好匹配，如圖2所示。對應該匹配的史密斯圖表曲線圖在圖3中示出。通常使用兩個或三個元件匹配電路來優(yōu)化匹配及進行這些測量。該天線結(jié)構(gòu)經(jīng)過測量的效率是良好的，如圖4所示。在長安裝板4(80X40mm)及較短安裝板(45X40mm)上的ー邊緣的中心附近對天線I分別進行了測試，在兩種情況下性能為60%或更高。當天線I朝著安裝板4的角落移動時，效率輕微下降，但是沿著頻帶仍然是50%或更高?？故謩邮еC性非常好。在第二實施例中，如圖7所示，主輻射天線回路具有靠近無源輻射元件2、3的第一端部的焊盤，使得可以增加O歐姆分流組件。這些短路11具有縮短回路并且提升諧振頻率的作用。借助于此，可以使天線裝置在其他頻帶上工作而無需改變電介質(zhì)塊7的結(jié)構(gòu)。在第三實施例中，如圖7所示，主輻射天線回路具有焊盤使得可以增加一系列電感組件12，該焊盤靠近無源輻射元件2、3中至少ー個的第一端部或第二端部。這些電感器12具有増加回路的電感并且降低諧振頻率的作用。借助于此，可以使天線裝置在其他頻帶上工作而無需改變電介質(zhì)塊7的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的實施例采用寄生回路天線的形式，在兩個端部都接地，并且在回路中心附近具有電容性電介質(zhì)塊結(jié)構(gòu)。在第四實施例中，電感饋電回路9被電容饋電天線所取代。這具有減少所需的非接地面積的優(yōu)點，并且因此使得整個天線裝置更小。該裝置的性能良好，但是其沒有展現(xiàn)出電感饋電裝置9所顯示出的穩(wěn)定的抗失諧性。在第五實施例中，如圖5a和圖5b所示，饋電回路9被在安裝板基板4的下表面上的單極天線10取代。這樣，不但具有主輻射回路的電容性饋電的優(yōu)點(如第四實施例)，而且具有由來自單極10本身的輻射引起的、額外的第二輻射頻率。通過這種方式，可以進行雙頻帶操作，而無需改變電介質(zhì)塊7的結(jié)構(gòu)。圖6示出了ー實例，其中主輻射回路在2. 4GHz附近諧振并且單極10在5GHz附近輻射。利用該方法在其他頻率下工作也是可行的，比如用于ー個頻帶的I. 575GHz GPS以及用于另ー個頻帶的2. 4GHzo在說明書和權(quán)利要求中，單詞“包含”和“包括”以及它們的詞性變化都意味著“包 括但不限干”，并且它們并不意圖(并且也沒有)排除其他部分、添加物、組件、整數(shù)或步驟。単數(shù)的概念也包含復數(shù)的概念，除非上下文中有其他要求。尤其是，當使用不定冠詞時，應該理解為說明書考慮了単數(shù)和復數(shù)，除非上下文有其他要求。關(guān)于本發(fā)明的特定方面、實施例或?qū)嵗枋龅奶匦?、整?shù)、特征、化合物、化學部分(chemical moiety)或組分要理解為適用于這里描述的任何其他方面、實施例或?qū)嵗潜舜酥g不相客。說明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中描述的特征，和/或所公開的任何方法或過程的步驟，可以以任何組合方式組合，除非這些組合中這樣的特征和/或步驟中至少有ー些互相排斥。本發(fā)明并不受限于任何前述實施例中的細節(jié)。本發(fā)明延伸到本說明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)的特征的任何新穎的特征或任何新穎的組合，或者延伸到所公開的任何方法或過程的步驟中的任何新穎的步驟或任何新穎的組
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ロ ο讀者應注意所有在本申請的說明書遞交當日或之前遞交的并且通過該說明書向公眾開放的文章及文獻，其內(nèi)容以引用的方式并入本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種天線裝置，包括第一和第二導電無源輻射元件以及至少一個有源輻射元件；所述第一和第二導電無源輻射元件均具有第一端部和第二端部，所述無源輻射元件的每個所述第一端部均接地，所述無源輻射元件的所述第二端部分別連接到一電介質(zhì)塊的、彼此分離的金屬化表面區(qū)域；所述至少一個有源輻射元件與所述無源輻射元件非導電地連接，其中所述無源輻射元件配置為由所述至少一個有源輻射元件寄生饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線裝置，進一步包括電介質(zhì)基板，例如印刷電路板基板或印刷線路板基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線裝置，其中所述無源輻射元件包括在所述電介質(zhì)基板上的導電條。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件包括在所述電介質(zhì)基板上的導電條。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件和所述無源輻射元件是在所述電介質(zhì)基板的同一表面上形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件為磁環(huán)天線，配置為與所述無源輻射元件中至少一個無源輻射元件電感耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件位于所述各個無源輻射元件的所述第一端部之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件和所述無源輻射元件是在所述電介質(zhì)基板的相對表面上形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件為單極天線，配置為跨過所述電介質(zhì)基板與所述無源輻射元件中至少一個無源輻射元件電容耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項所述的天線裝置，其中所述電介質(zhì)塊表面安裝在所述電介質(zhì)基板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項所述的天線裝置，其中具有介入式電介質(zhì)塊的所述無源輻射元件按照回路或U形配置設(shè)置在所述電介質(zhì)基板上以便將所述無源輻射元件配置為磁環(huán)天線。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件配置為在與所述無源輻射元件大體上相同的頻率處或者頻帶下輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件配置為在與所述無源輻射元件不同的頻率處或者頻帶下輻射，從而為所述天線裝置在整體上提供一額外的工作頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項所述的天線裝置，其中所述有源輻射元件配置為既在與所述無源輻射元件相同的頻率處或頻帶下輻射，又在與所述無源輻射元件不同的頻率處或頻帶下輻射，從而為所述天線裝置在整體上提供一額外的工作頻率。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，包括至少兩個有源輻射元件。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，其中所述電介質(zhì)塊是由電介質(zhì)陶瓷材料制成的。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，其中所述無源輻射元件第二端部連 接到形成于所述電介質(zhì)塊上的金屬焊盤。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天線裝置，其中所述金屬焊盤在所述電介質(zhì)塊的相對表面上形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天線裝置，其中所述金屬焊盤在所述電介質(zhì)塊的鄰接表面上形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天線裝置，其中所述金屬焊盤在所述電介質(zhì)塊的同一表面上形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天線裝置，其中所述金屬焊盤分別越過所述電介質(zhì)塊的相應邊緣延伸以便同時與兩個鄰接表面接觸。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，包括三個以上導電無源輻射元件。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，還包括第三和第四導電無源輻射元件，所述第三和第四導電無源輻射元件按照與所述第一和第二導電無源輻射元件相似的方式設(shè)置。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，進一步包括至少一個電感組件，所述至少一個電感組件在所述第一和第二導電無源輻射元件中至少一個導電無源輻射元件上串聯(lián)連接。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的天線裝置，進一步包括至少一個分流組件，以便提供短路連接；所述至少一個分流組件與所述第一和第二導電無源輻射元件中至少一個導電無源輻射元件的第一和第二部分連接。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的天線裝置，其中所述分流組件為大體上0歐姆的分流組件。
27.一種大體上如前面參照附圖描述或者在附圖中示出的天線裝置。
全文摘要
公開了一種天線裝置，該天線裝置具有寄生導電回路(1)，以及至少一個有源輻射元件(9)。導電回路(1)包括第一和第二導電無源輻射元件(2、3)，該導電無源輻射元件(2、3)均具有第一端部和第二端部。無源輻射元件的每個第一端部均接地，無源輻射元件的第二端部分別連接到電介質(zhì)塊(7)的、彼此分離的金屬化表面區(qū)域(8)。至少一個有源輻射元件(9)與無源輻射元件(2、3)非導電連接。無源輻射元件(2、3)配置為由至少一個有源輻射元件(9)寄生饋電。該天線裝置抗失諧性極好，并且可以位于PCB基板的不同區(qū)域中，而不嚴重影響性能。此外，天線尺寸小并且可以布置用于雙頻帶工作。
文檔編號H01Q1/38GK102812593SQ201180015778
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者馬克·哈珀 申請人:安蒂諾瓦有限公司