專利名稱：具有電磁屏蔽地網(wǎng)的貼片天線的制作方法
具有電磁屏蔽地網(wǎng)的貼片天線
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及天線，更特別地涉及具有電磁屏蔽地網(wǎng)
(counterpoise )的貝占片天線(patch antenna )。
電磁信號通過天線進行發(fā)送和接收?？筛鶕?jù)多種因素選擇和設(shè)計 用于特殊裝置的天線，這些因素包括信號頻率、最小的天線性能、以 及可用空間。在移動無線裝置中，天線的尺寸和位置對于天線性能是 重要的因素。傳統(tǒng)的移動裝置利用嵌入的貼片天線，例如輻射元件與 印刷電路板(PCB)上的傳導(dǎo)接地層構(gòu)成的接地面平行的平面倒"F" 天線(PIFA)。輻射元件可印刷在PCB上的傳導(dǎo)層內(nèi)，或在附著于PCB 的接地層附近的單獨組件上形成。由于PCB的接地面的位置以及移動 裝置設(shè)計的其它機械約束限制了輻射元件的可能的設(shè)置和安放位置， 因此傳統(tǒng)的貼片天線設(shè)計受到了限制。貼片天線的性能特性(例如帶 寬和效率)與接地面和輻射元件之間的間隔密切相關(guān)。因此，傳統(tǒng)的 移動裝置中的PCB的設(shè)置和安放位置限制了輻射元件可能的設(shè)置位 置，并通常使得移動通信裝置比期望的要大。
因此，需要一種貼片天線，其使得便攜式通信裝置內(nèi)的天線位置 具有最大程度的靈活性，并有利于移動通信裝置的緊湊設(shè)計。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的貼片天線裝置的框圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的移動通信裝置裝配的、用 于示出其機械構(gòu)造的側(cè)視圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的移動通信裝置裝配的、用 于示出其機械構(gòu)造的底視圖；以及
圖4是其電磁屏蔽是矩形金屬屏蔽的示例性移動通信裝置裝配的 透視圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，貼片天線包括位于印刷電路板的 一個平面上的輻射元件、以及位于印刷電路板的相對平面上的電磁屏
蔽。電》茲屏蔽形成天線地網(wǎng)的至少一部分，并在至少一個位置與PCB 的地相連。示例性的貼片天線裝置在使移動通信裝置的尺寸最小化的 同時，使該移動通信裝置的天線位置的靈活性達到最大。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的移動通信裝置裝配100中 的貼片天線102的側(cè)視框圖。圖1中的模塊通常代表示例性的相對配 置，而不必代表示出的組件的相對大小或位置。貼片天線102包括輻 射元件104和至少部分由電》茲屏蔽106形成的地網(wǎng)。在示例性的實施 方式中，貼片天線102與例如蜂窩電話或無線PDA的移動通信裝置的 印刷電贈4反108集成在一起。然而，在某些情況下，貼片天線102可 與其它裝置集成在一起，或可形成為可連接到移動通信裝置的分立組 件。貼片天線102被配置以在一個或多個頻寬上進行操作。在示例性 的實施方式中，貼片天線102是優(yōu)化以在824-894 MHZ頻帶(美國蜂 窩網(wǎng)絡(luò))、1850-1990 MHZ頻帶(美國個人通信業(yè)務(wù))、以及1575 MHZ 頻帶(GPS)進行操作的多頻帶平面倒"F"天線(PIFA)。
貼片天線102的輻射元件104位于印刷電路板(PCB) 108的一 側(cè)，且電J茲屏蔽106位于PCB 108的另一側(cè)。電磁屏蔽106與PCB 108 的接地110相連，并形成用于貼片天線102的地網(wǎng)(接地面)的至少 一部分。在示例性的實施方式中，貼片天線102的地網(wǎng)由電》茲屏蔽106 和PCB 108的接地110的組合形成。電磁屏蔽106可由各種電傳導(dǎo)材 料形成，并可根據(jù)特殊的設(shè)計約束、操作頻率、以及期望性能，具有 各種形狀和大小。如下文進一步詳細描述，至少部分根據(jù)接地面的、 用于貼片天線102的期望位置，選擇電磁屏蔽106的尺寸規(guī)格。
如上所述，電》茲屏蔽106與PCB 108的地110相連。在示例性的 實施方式中，電》茲屏蔽106的至少一部分焊接到PCB 108的接地層。 在某些情況下，可使用其它技術(shù)連接電磁屏蔽106。例如，可如下所 述將電磁屏蔽焊接到一個或多個接地通孔。 輻射元件104是適用于輻射電磁能量的任何傳導(dǎo)的條、板、片、 或裝置，當被電信號適當激勵時，與地網(wǎng)(接地面)一起工作。如下 所述，示例性實施方式中的輻射元件104是分立的PIFA輻射元件，包 括模壓元件(stamped element )、饋電銷(feed pin )、接地銷(ground pin )、 以及支撐框架。在示例性的實施方式中，通過例如塑料夾具裝置的附 著^L構(gòu)將分立的PIFA輻射元件固定在PCB 108上。然而，才艮據(jù)輻射 元件設(shè)計的特殊類型，可以多種方式將輻射元件104固定在PCB 108 上。例如，可將輻射元件104蝕刻或以其它方式形成在PCB 108的傳 導(dǎo)層內(nèi)。此外，在某些情況下，輻射元件可由多個元件和/或寄生元件 (parasitic element)形成。當輻射元件104是分立的輻射元件時，可 使用適合將輻射元件104連接到PCB 108的柔性突出部件、銷或其它 機械裝置。在某些情況下，可將輻射元件104焊接到PCB 108的銅跡 線或?qū)?。在某些實施方式中，饋電連接器和接地連接器將輻射元件的 饋電銷和接地銷電連接到移動通信裝置裝配100的合適的電路連接。移動通信裝置裝配100包括位于PCB 108上并相互連通以形成該 移動通信裝置的電路的電組件112。貼片天線102通過銅跡線、電線、 電組件、或連接器與一個或多個電路相連。PCB 108上的銅跡線將天 線電路連接到與輻射元件104的饋電銷和接地銷接合的連接器。在示例性的實施方式中，PCB 108包括輻射元件104和電磁屏蔽 106之間的開口 114。然而，在某些情況下，輻射元件104和電磁屏蔽 106之間的區(qū)域可至少部分包括PCB 108的電介質(zhì)材料。因此，示例 性實施方式中的輻射元件104至少部分位于PCB開口 114的上方，并 暴露電,茲屏蔽106的至少一部分。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的移動通信裝置裝配IOO的、 用于示出其機械構(gòu)造的側(cè)視圖，圖3是其機械示意底視圖。為了清楚， 圖2和圖3中省略了移動通信裝置裝配IOO的各種細節(jié)。圖2和圖3 中的一般描繪表示出的組件和元件可適用于各種組件或裝置。例如雖 然圖2和圖3中示出的電路組件是矩形塊(112)，但是電組件可具有 各種形狀和大小。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到由示例的一般描繪代 表的各種組件。 示例性實施方式中的輻射元件104是分立的裝置，包括用于支撐 銅片204的塑料框架206,當所述銅片位于距接地面適當距離時，其 布置形式可構(gòu)造多頻帶PIFA貼片天線102。然而，如上所述，輻射元 件204可為各種天線設(shè)計輻射元件，并且在某些情況下可形成在PCB 108的傳導(dǎo)層內(nèi)。示例性實施方式中的附著機構(gòu)208包括搭鎖在PCB 108上的兩個 或多個塑料突出部件。饋電銷210與PCB 108上連接到天線電路的饋 電天線連接器接合。接地銷與連接到PCB 108上的接地110的接地連 接器接合。電磁屏蔽106是傳導(dǎo)材料制成的折疊片，所述傳導(dǎo)材料例如銅、 鋼、傳導(dǎo)塑料、電鍍塑料、或具有傳導(dǎo)涂料的塑料。材料的選擇和用 于形成電磁屏蔽106的制造技術(shù)依賴于具體實現(xiàn)、費用考慮、以及其 它因素。電磁屏蔽106的合適的結(jié)構(gòu)的實施例包括具有足夠硬度以使 導(dǎo)致天線性能下降的變形最小化的結(jié)構(gòu)。示例性的電it屏蔽106通過 對厚度為0.2mm ( 38號)的冷軋鋼板(1010-1008系列)進行板料沖 壓成形處理而形成。用于成形電磁屏蔽106的適合的技術(shù)的實施例包 括使用成形壓力機。在示例性的實施方式中，將磁屏蔽106鍍鋅以提 高其焊接特性。至少部分基于輻射元件104和接地面之間優(yōu)選的間隔， 確定電磁屏蔽106的高度。根據(jù)應(yīng)用于貼片天線102的具體實現(xiàn)的已 知的天線i殳計4支術(shù)確定優(yōu)選的間隔。電磁屏蔽106的至少一部分與PCB 108的接地110相連。在示例 性的實施方式中，將四個相等側(cè)之一的一部分焊接到PCB 108的頂端 傳導(dǎo)"l妄地面。適用于焊*接電石茲屏蔽106的技術(shù)包括在電石茲屏蔽106的 側(cè)緣和PCB 108之間使用焊膏，以及將該裝配置于具有適當溫度的回 流爐(reflowoven)。在示例性的實施方式中，電》茲屏蔽106包括一個 或多個腿(leg)，其具有成直角的、被接到PCB 108上的焊盤上的腳 (foot)。腳與PCB平行，并用焊膏固定到焊盤上，以允許電;茲屏蔽 106在回流焊接過程中保持位于PCB 108上。為了增加結(jié)構(gòu)完整性， 可將電-茲屏蔽106的不止一個側(cè)連接到PCB 108。例如，可將矩形屏 蔽的兩個側(cè)、三個側(cè)、或全部四個側(cè)的至少一部分;J:旱4妄到"I妄:地110。
在某些情況下，將電磁屏蔽106的不止一個側(cè)焊接到接地可降低天線 性能。此外，可使用其它技術(shù)將電磁屏蔽106電連接到PCB 108的接 地。例如，在某些情況下可使用一個或多個傳導(dǎo)的墊座(pillow)或襯 墊(gasket)實現(xiàn)連接。圖4示出了其電磁屏蔽106是矩形金屬屏蔽的示例性移動通信裝 置裝配400的透^L圖。示例性的電》茲屏蔽106包括四個等側(cè)，其中兩 個側(cè)的至少一部分406焊接到PCB 108的接地110。接地110包括傳 導(dǎo)接地層402，傳導(dǎo)接地層402在PCB 108連接電i茲屏蔽106的側(cè)上 形成。接地通孔404將其它接地層連接到傳導(dǎo)接地層404。在某些情 況下，可刪除接地通孔404。此外，電磁屏蔽106可直接連接到PCB接 地110的接地通孔404。盡管示例性的電磁屏蔽106是矩形的，但是 也可使用其它的形狀和配置，其中屏蔽106可具有任何數(shù)量的側(cè)并可 為不對稱的。例如，屏蔽106可為橢圓的、圓的、三角形的、梯形的、 或六邊形的，并可在一個或多個側(cè)上具有凹口、凹槽、鋸齒痕、或其 它中斷。因此，當輻射元件104位于PCB 108的第一側(cè)且電磁屏蔽106附 著于其相對一側(cè)時，輻射元件104和電磁屏蔽106形成貼片天線102。 PCB 108上的開口 114使損耗最小化。盡管可將電^f茲屏蔽106的單獨 的一側(cè)連4^到PCB 108的接地U0，但是在某些情況下也可將其多個 側(cè)焊接到傳導(dǎo)接地面402。電磁屏蔽106允許示例性天線102的接地 面偏離PCB108的面，或偏離PCB 108的表面。與傳統(tǒng)天線相比，在 將貼片天線102相對于移動通信裝置的各組件定位時，提供了額外的 靈活性。例如，因為可將貼片天線102居中地設(shè)置在移動通信裝置的 外殼內(nèi)，所以可減少該外殼的厚度。顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過這些教導(dǎo)可以容易得到本發(fā)明的 其它實施方式和變形。以上說明均為示例性的，而非限制性的。本發(fā) 明僅由權(quán)利要求書限制，包括結(jié)合以上說明和附圖的全部實施方式和 變形。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)根據(jù)以上說明確定，而是應(yīng)根據(jù)權(quán)利 要求書及其等價的全部范圍確定。
權(quán)利要求
1. 一種貼片天線，包括輻射元件，位于印刷電路板的第一側(cè)；以及 電磁屏蔽，位于所述印刷電路板的相對一側(cè)，并形成所述貼片天 線的地網(wǎng)的至少一部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的貼片天線，其中所述天線的所述地網(wǎng)包括 電磁屏蔽以及所述印刷電路板的接地。
3. 如權(quán)利要求1所述的貼片天線，其中所述輻射元件至少部分位 于所述印刷電路板內(nèi)的開口的上方，并暴露所述電磁屏蔽的至少一部
4. 如權(quán)利要求1所述的貼片天線，其中所述輻射元件和所述電磁 屏蔽至少部分形成平面倒"F"天線(PIFA)。
5. 如權(quán)利要求1所述的貼片天線，其中將所述電磁屏蔽焊接到所 述印刷電路板的接地。
6. 如權(quán)利要求5所述的貼片天線，其中所述電磁屏蔽具有四個側(cè)， 并沿著所述四個側(cè)至少之一 的至少 一部分焊接到所述接地。
7. 如權(quán)利要求6所述的貼片天線，其中所述電磁屏蔽沿著所述四 個側(cè)中的 一個側(cè)的至少 一部分焊接到所述接地。
8. 如權(quán)利要求1所述的貼片天線，其中所述電磁屏蔽進一步包括 偏離所述印刷電路板的所述相對 一 側(cè)的頂表面。
9. 一種貼片天線，包括 印刷電路板，其具有第一側(cè)和第二側(cè)；平面輻射元件，其與所述印刷電路板的所述第一側(cè)相連，并至少部分位于所述印刷電路板的開口的上方；以及電;茲屏蔽，其與所述印刷電路板的所述第二側(cè)相連，并至少部分 位于所述開口的下方，所述電》茲屏蔽形成所述貼片天線的地網(wǎng)的至少 一部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的貼片天線，其中所述電石茲屏蔽具有四個 側(cè)，且至少一個側(cè)的至少一部分焊接到所述印刷電路板的傳導(dǎo)接地層。
11. 如外又利要求IO所述的貼片天線，其中僅一個側(cè)的至少一部分 焊接到所述傳導(dǎo)接地層。
12. 如權(quán)利要求IO所述的貼片天線，其中至少兩個側(cè)的至少一部 分焊接到所述傳導(dǎo)接地層。
13. 如^K利要求12所述的貼片天線，其中至少三個側(cè)的至少一部 分焊接到所述傳導(dǎo)接地層。
14. 如權(quán)利要求9所述的貼片天線，其中所述電磁屏蔽進一步包 括偏離所述印刷電路板的所述相對一側(cè)的頂表面。
15. 如權(quán)利要求9所述的貼片天線，其中所述輻射元件和所述電 石茲屏蔽至少部分形成平面倒"F"天線(PIFA)。
16. 如權(quán)利要求15所述的貼片天線，其中所述PIFA是多頻帶 PIFA。
17. 如^又利要求16所述的貼片天線，其中所述PIFA被優(yōu)化以在 824-894 MHZ的頻帶、1850-19卯MHZ的頻帶、以及包括1575 MHZ
18. —種移動通信裝置裝配，包括具有第 一側(cè)和第二側(cè)的印刷電路板；安裝在所述印刷電路板上的多個電組件；與所述印刷電路板的所述第一側(cè)相連的平面輻射元件，其至少部 分位于所述印刷電路板的開口的上方；以及與所述印刷電路板的所述第二側(cè)相連且至少部分位于所述開口的 下方的電》茲屏蔽，所述平面輻射元件和所述電磁屏蔽形成貼片天線的 至少一部分。
19. 如權(quán)利要求18所述的移動通信裝置裝配，其中所述電^f茲屏蔽 具有四個側(cè)，且一個側(cè)的至少一部分焊接到所述印刷電路板的傳導(dǎo)接 地層。
20. 如權(quán)利要求19所述的移動通信裝置裝配，其中所述電^f茲屏蔽 的至少兩個側(cè)中的每一個的至少 一部分焊接到所述傳導(dǎo)接地層。
全文摘要
貼片天線包括位于印刷電路板(108)的一側(cè)的輻射元件(104)、以及位于所述印刷電路板的相對一側(cè)的電磁屏蔽(106)。所述電磁屏蔽形成地網(wǎng)的至少一部分，并在至少一個位置連接到PCB的接地。所述天線定位在便攜式通信裝置內(nèi)的設(shè)計靈活性達到最大，而所述便攜式通信裝置的大小達到最小。
文檔編號H01Q1/24GK101147293SQ200680009071
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者喬治·法夫雷加-桑什, 安德魯·斯蒂芬·波伊諾, 西德尼·西塔集 申請人:京瓷無線公司