Pcb波束形成天線的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在現(xiàn)代通信設(shè)備中，二維印刷電路板天線允許通過在標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板(PCB)上印刷導(dǎo)電材料來實現(xiàn)天線。這種印刷電路板天線成本很低并且最小化用于實現(xiàn)通信設(shè)備的天線所需的空間量。
[0002]圖1是描繪轉(zhuǎn)換到印刷電路板110的平面的常規(guī)三維天線100的示意圖。偶極輻射器元件120正交于印刷電路板110的地平面140突出。地平面110代替第一突起中的返回偶極130。
[0003]通過將偶極輻射器元件120向下旋轉(zhuǎn)到印刷電路板110的平面，天線被縮減到二維，如圖2所示，圖2為印刷電路板210的頂視圖。偶極輻射器元件220使用諸如銅的導(dǎo)電材料在電路板210上實現(xiàn)。輻射器220與地平面230相鄰設(shè)置但是不在地平面230上或上方。在圖2的實施例中，輻射器220是線性元件并且與地平面230正交地延伸。
[0004]圖2的印刷電路板天線產(chǎn)生很大程度上的全向輻射模式，即，信號強(qiáng)度在所有方向上近似相等。在一些應(yīng)用中，期望產(chǎn)生會聚輻射波束并且能夠控制所產(chǎn)生的波束的方向和強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的二維印刷電路板天線包括:地平面；主輻射器元件以及關(guān)聯(lián)的可切換輻射器元件。地平面包括導(dǎo)電材料并且電耦合到電接地。該主輻射器元件被設(shè)置成與所述地平面呈共面關(guān)系并且電耦合到收發(fā)器的信號路徑。該至少一個可切換輻射器元件設(shè)置成與所述地平面和所述主輻射器元件呈共面關(guān)系并且可選擇地可電耦合到所述收發(fā)器的所述信號路徑和所述電接地中的一方。
[0006]本發(fā)明的另一個實施例涉及一種電子組件，該電子組件包括印刷電路板和二維天線。該二維天線包括地平面、主輻射器元件和至少一個可切換輻射器元件。該地平面設(shè)置在所述印刷電路板上，所述地平面包括導(dǎo)電材料并且電耦合到電接地。該主輻射器元件在印刷電路板上被設(shè)置成與所述地平面呈共面關(guān)系并且電耦合到收發(fā)器的信號路徑。該至少一個可切換輻射器元件在所述印刷電路板上被設(shè)置成與所述地平面和所述主輻射器元件呈共面關(guān)系并且可選擇地可電耦合到所述收發(fā)器的所述信號路徑和所述電接地中的一方。
[0007]本發(fā)明的另一個實施例涉及操作二維天線的方法。根據(jù)所述方法，提供地平面，該地平面包括導(dǎo)電材料并且電耦合到電接地。提供主輻射器元件，該主輻射器元件被設(shè)置成與所述地平面呈共面關(guān)系并且電耦合到收發(fā)器的信號路徑。還提供至少一個可切換輻射器元件，該至少一個可切換輻射器元件設(shè)置成與該地平面和該主輻射器元件呈共面關(guān)系?？汕袚Q輻射元件中的至少一個被選擇性地電耦合到收發(fā)器的信號路徑和電接地中的一方。
【附圖說明】
[0008]圖1是描繪轉(zhuǎn)換到印刷電路板的平面的常規(guī)三維天線的示意圖。
[0009]圖2是印刷電路板天線的頂視圖。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的二維印刷電路板天線的頂視圖。
[0011]圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖3的RF開關(guān)單元的示意圖。
[0012]圖5是表示操作二維天線的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明總體上涉及在印刷電路板上切換輻射器元件以會聚波束功率和輻射模式覆蓋范圍。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的二維印刷電路板天線的頂視圖。在圖3中，印刷電路板300包括包含地平面310的一部分(圖3的陰影部分)。地平面310是導(dǎo)電材料的區(qū)域或?qū)?，其連接到電路的接地點，該接地點通常是電源的一個端子。在一些實施例中，地平面310包括銅箔層。在印刷電路板300是多層PCB的實施例中，地平面通常包括印刷電路板的單獨的層。地平面310用作來自印刷電路板300上的多個不同部件的電流的返回路徑。地平面還用作天線結(jié)構(gòu)325的部分，起到天線325的返回偶極的部分的作用。天線325還包括主輻射器元件330和一個或更多個可切換輻射器元件，它們?nèi)吭O(shè)置在印刷電路板330的不包括銅接地層的部分320 (圖3中沒有陰影的部分)上。在圖3所示的實施例中，天線結(jié)構(gòu)325包括四個可切換輻射器元件340、350、360和370。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，主輻射器元件330以固定方式耦合到射頻收發(fā)器390。在一個實施例中，RF收發(fā)器390是通信微處理器的部分并且是相對低功率收發(fā)器。可切換輻射器元件340、350、360和370經(jīng)由RF開關(guān)單元380可選擇地可耦合到RF收發(fā)器390或耦合到地。RF開關(guān)單元經(jīng)由RF信號路徑385耦合到RF收發(fā)器。在一個實施例中，RF開關(guān)單元380實現(xiàn)成單獨的RF開關(guān)集成電路。在另一個實施例中，RF路徑385包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，以針對較高效率最大化天線功率。天線325的配置經(jīng)由可切換輻射器元件340、350、360和370到RF收發(fā)器390或地的選擇性耦合是可適應(yīng)的。選擇可切換輻射器元件340、350,360和370的哪些被耦合到RF收發(fā)器390以及哪些被耦合到地改變通信信號的覆蓋模式和范圍。天線信號覆蓋能夠從全向天線模式變化到在特定方向會聚天線波束的模式。微處理器390經(jīng)由控制總線395控制RF開關(guān)單元380中的開關(guān)的配置。
[0016]在本發(fā)明的示例性實施例中，主輻射器元件330和可切換輻射器元件340、350、360和370通過在印刷電路板300的表面上沉積諸如銅的導(dǎo)電材料來形成。主輻射器330和可切換輻射器元件340-370是示例性地線性輻射器元件。在示例性實施例中，主輻射器元件330垂直于地平面310的直邊緣而延伸。在一個示例性實施例中，主輻射器元件330和可切換輻射器元件340、350、360和370全部沿著圓形的半徑延伸到圓自身上的點。在一個實施例中，圓心對應(yīng)于地平面310的邊緣315上的點。因此，輻射器元件330-370的末端接近但是不接觸地平面310的邊緣。示例性地，可切換輻射器元件340-370以與主輻射器元件成各種角度設(shè)置在主輻射器元件330的兩側(cè)，如圖3所描繪。選擇可切換輻射器元件340、350、360和370的哪些被連接到RF收發(fā)器390以及哪些被連接到地產(chǎn)生耦合到收發(fā)器390的輻射器元件的不同空隙間隔。空隙間隔即輻射器元件和地平面310之間的角度，部分地確定最終信號的方向性和功率。增大空隙間隔增大定向波束的功率。另外，改變連接到地的可切換輻射器元件的數(shù)量還產(chǎn)生不同覆蓋模式。
[0017]在本發(fā)明的另選實施例中，全部輻射器元件330-370，包括元件330，是能夠可選擇地連接到RF收發(fā)器390或連接到地的可切換輻射器元件。圖4是表示另選實施例中的RF開關(guān)單元380的示意圖。在示例性實施例中，RF開關(guān)單元380實現(xiàn)成單獨的集成電路。在圖4的開關(guān)單元中，引線430、引線440、引線450、引線460和引線470分別耦合到圖3的福射器元件330、福射器元件340、福射器元件350、福射器元件360和福射器元件370。引線 440、450、430、460 和 470 分別連接到開關(guān) 401、402、403、404 和 405。端子 410、411、412、413和414耦合到地。端子420、421、422、423和424耦合到RF收發(fā)器390的信號路徑。在示例性實施例中，開關(guān)401-405的每個的位置，即，它們連接到地還是連接到RF收發(fā)器390，經(jīng)由控制總線395由微處理器390控制。
[0018]能夠以多種方式由微處理器390確定哪些輻射器元件被選擇為有效輻射器元件以及哪些輻射器元件被選擇為地元件。在一些實施例中，輻射器元件的選擇由微處理器390自動進(jìn)行。在這些實施例中，微處理器存儲并且執(zhí)行實現(xiàn)輻射器元件的選擇的軟件算法。輻射器元件的選擇能夠基于多種因素。在某些實施例中，為了使得指定方向上的信號功率最大化和/或使得實現(xiàn)指定方向上和指定范圍下的信號覆蓋而需要的功率使用最小化而進(jìn)行輻射器選擇。在特定實施例中，微處理器390執(zhí)行使得RF開關(guān)380通過多個天線配置循環(huán)的軟件程序。在每個天線配置下，取得一個或多個測量結(jié)果來測量從一個或更多個外部設(shè)備接收到的信號的信號強(qiáng)度。在針對指定天線配置取得這些測量結(jié)果之后，微處理器390通過命令RF開關(guān)380修改輻射器元件330-37