CN101147293A - 具有电磁屏蔽地网的贴片天线 - Google Patents

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Abstract

贴片天线包括位于印刷电路板(108)的一侧的辐射元件(104)、以及位于所述印刷电路板的相对一侧的电磁屏蔽(106)。所述电磁屏蔽形成地网的至少一部分，并在至少一个位置连接到PCB的接地。所述天线定位在便携式通信装置内的设计灵活性达到最大，而所述便携式通信装置的大小达到最小。

Description

具有电磁屏蔽地网的贴片天线
背景技术
本发明一般涉及天线，更特别地涉及具有电磁屏蔽地网(counterpoise)的贴片天线(patch antenna)。
电磁信号通过天线进行发送和接收。可根据多种因素选择和设计用于特殊装置的天线，这些因素包括信号频率、最小的天线性能、以及可用空间。在移动无线装置中，天线的尺寸和位置对于天线性能是重要的因素。传统的移动装置利用嵌入的贴片天线，例如辐射元件与印刷电路板(PCB)上的传导接地层构成的接地面平行的平面倒“F”天线(PIFA)。辐射元件可印刷在PCB上的传导层内，或在附着于PCB的接地层附近的单独组件上形成。由于PCB的接地面的位置以及移动装置设计的其它机械约束限制了辐射元件的可能的设置和安放位置，因此传统的贴片天线设计受到了限制。贴片天线的性能特性(例如带宽和效率)与接地面和辐射元件之间的间隔密切相关。因此，传统的移动装置中的PCB的设置和安放位置限制了辐射元件可能的设置位置，并通常使得移动通信装置比期望的要大。
因此，需要一种贴片天线，其使得便携式通信装置内的天线位置具有最大程度的灵活性，并有利于移动通信装置的紧凑设计。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方式的贴片天线装置的框图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的移动通信装置装配的、用于示出其机械构造的侧视图；
图3是根据本发明的示例性实施方式的移动通信装置装配的、用于示出其机械构造的底视图；以及
图4是其电磁屏蔽是矩形金属屏蔽的示例性移动通信装置装配的透视图。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施方式，贴片天线包括位于印刷电路板的一个平面上的辐射元件、以及位于印刷电路板的相对平面上的电磁屏蔽。电磁屏蔽形成天线地网的至少一部分，并在至少一个位置与PCB的地相连。示例性的贴片天线装置在使移动通信装置的尺寸最小化的同时，使该移动通信装置的天线位置的灵活性达到最大。
图1是根据本发明的示例性实施方式的移动通信装置装配100中的贴片天线102的侧视框图。图1中的模块通常代表示例性的相对配置，而不必代表示出的组件的相对大小或位置。贴片天线102包括辐射元件104和至少部分由电磁屏蔽106形成的地网。在示例性的实施方式中，贴片天线102与例如蜂窝电话或无线PDA的移动通信装置的印刷电路板108集成在一起。然而，在某些情况下，贴片天线102可与其它装置集成在一起，或可形成为可连接到移动通信装置的分立组件。贴片天线102被配置以在一个或多个频宽上进行操作。在示例性的实施方式中，贴片天线102是优化以在824-894MHZ频带(美国蜂窝网络)、1850-1990MHZ频带(美国个人通信业务)、以及1575MHZ频带(GPS)进行操作的多频带平面倒“F”天线(PIFA)。
贴片天线102的辐射元件104位于印刷电路板(PCB)108的一侧，且电磁屏蔽106位于PCB108的另一侧。电磁屏蔽106与PCB108的接地110相连，并形成用于贴片天线102的地网(接地面)的至少一部分。在示例性的实施方式中，贴片天线102的地网由电磁屏蔽106和PCB108的接地110的组合形成。电磁屏蔽106可由各种电传导材料形成，并可根据特殊的设计约束、操作频率、以及期望性能，具有各种形状和大小。如下文进一步详细描述，至少部分根据接地面的、用于贴片天线102的期望位置，选择电磁屏蔽106的尺寸规格。
如上所述，电磁屏蔽106与PCB108的地110相连。在示例性的实施方式中，电磁屏蔽106的至少一部分焊接到PCB108的接地层。在某些情况下，可使用其它技术连接电磁屏蔽106。例如，可如下所述将电磁屏蔽焊接到一个或多个接地通孔。
辐射元件104是适用于辐射电磁能量的任何传导的条、板、片、或装置，当被电信号适当激励时，与地网(接地面)一起工作。如下所述，示例性实施方式中的辐射元件104是分立的PIFA辐射元件，包括模压元件(stamped element)、馈电销(feed pin)、接地销(ground pin)、以及支撑框架。在示例性的实施方式中，通过例如塑料夹具装置的附着机构将分立的PIFA辐射元件固定在PCB108上。然而，根据辐射元件设计的特殊类型，可以多种方式将辐射元件104固定在PCB108上。例如，可将辐射元件104蚀刻或以其它方式形成在PCB108的传导层内。此外，在某些情况下，辐射元件可由多个元件和/或寄生元件(parasitic element)形成。当辐射元件104是分立的辐射元件时，可使用适合将辐射元件104连接到PCB108的柔性突出部件、销或其它机械装置。在某些情况下，可将辐射元件104焊接到PCB108的铜迹线或层。在某些实施方式中，馈电连接器和接地连接器将辐射元件的馈电销和接地销电连接到移动通信装置装配100的合适的电路连接。
移动通信装置装配100包括位于PCB108上并相互连通以形成该移动通信装置的电路的电组件112。贴片天线102通过铜迹线、电线、电组件、或连接器与一个或多个电路相连。PCB108上的铜迹线将天线电路连接到与辐射元件104的馈电销和接地销接合的连接器。
在示例性的实施方式中，PCB108包括辐射元件104和电磁屏蔽106之间的开口114。然而，在某些情况下，辐射元件104和电磁屏蔽106之间的区域可至少部分包括PCB108的电介质材料。因此，示例性实施方式中的辐射元件104至少部分位于PCB开口114的上方，并暴露电磁屏蔽106的至少一部分。
图2是根据本发明的示例性实施方式的移动通信装置装配100的、用于示出其机械构造的侧视图，图3是其机械示意底视图。为了清楚，图2和图3中省略了移动通信装置装配100的各种细节。图2和图3中的一般描绘表示出的组件和元件可适用于各种组件或装置。例如虽然图2和图3中示出的电路组件是矩形块(112)，但是电组件可具有各种形状和大小。本领域技术人员将容易认识到由示例的一般描绘代表的各种组件。
示例性实施方式中的辐射元件104是分立的装置，包括用于支撑铜片204的塑料框架206，当所述铜片位于距接地面适当距离时，其布置形式可构造多频带PIFA贴片天线102。然而，如上所述，辐射元件204可为各种天线设计辐射元件，并且在某些情况下可形成在PCB108的传导层内。
示例性实施方式中的附着机构208包括搭锁在PCB108上的两个或多个塑料突出部件。馈电销210与PCB108上连接到天线电路的馈电天线连接器接合。接地销与连接到PCB108上的接地110的接地连接器接合。
电磁屏蔽106是传导材料制成的折叠片，所述传导材料例如铜、钢、传导塑料、电镀塑料、或具有传导涂料的塑料。材料的选择和用于形成电磁屏蔽106的制造技术依赖于具体实现、费用考虑、以及其它因素。电磁屏蔽106的合适的结构的实施例包括具有足够硬度以使导致天线性能下降的变形最小化的结构。示例性的电磁屏蔽106通过对厚度为0.2mm(38号)的冷轧钢板(1010-1008系列)进行板料冲压成形处理而形成。用于成形电磁屏蔽106的适合的技术的实施例包括使用成形压力机。在示例性的实施方式中，将磁屏蔽106镀锌以提高其焊接特性。至少部分基于辐射元件104和接地面之间优选的间隔，确定电磁屏蔽106的高度。根据应用于贴片天线102的具体实现的已知的天线设计技术确定优选的间隔。
电磁屏蔽106的至少一部分与PCB108的接地110相连。在示例性的实施方式中，将四个相等侧之一的一部分焊接到PCB108的顶端传导接地面。适用于焊接电磁屏蔽106的技术包括在电磁屏蔽106的侧缘和PCB108之间使用焊膏，以及将该装配置于具有适当温度的回流炉(reflow oven)。在示例性的实施方式中，电磁屏蔽106包括一个或多个腿(leg)，其具有成直角的、被接到PCB108上的焊盘上的脚(foot)。脚与PCB平行，并用焊膏固定到焊盘上，以允许电磁屏蔽106在回流焊接过程中保持位于PCB108上。为了增加结构完整性，可将电磁屏蔽106的不止一个侧连接到PCB108。例如，可将矩形屏蔽的两个侧、三个侧、或全部四个侧的至少一部分焊接到接地110。
在某些情况下，将电磁屏蔽106的不止一个侧焊接到接地可降低天线性能。此外，可使用其它技术将电磁屏蔽106电连接到PCB108的接地。例如，在某些情况下可使用一个或多个传导的垫座(pillow)或衬垫(gasket)实现连接。
图4示出了其电磁屏蔽106是矩形金属屏蔽的示例性移动通信装置装配400的透视图。示例性的电磁屏蔽106包括四个等侧，其中两个侧的至少一部分406焊接到PCB108的接地110。接地110包括传导接地层402，传导接地层402在PCB108连接电磁屏蔽106的侧上形成。接地通孔404将其它接地层连接到传导接地层404。在某些情况下，可删除接地通孔404。此外，电磁屏蔽106可直接连接到PCB接地110的接地通孔404。尽管示例性的电磁屏蔽106是矩形的，但是也可使用其它的形状和配置，其中屏蔽106可具有任何数量的侧并可为不对称的。例如，屏蔽106可为椭圆的、圆的、三角形的、梯形的、或六边形的，并可在一个或多个侧上具有凹口、凹槽、锯齿痕、或其它中断。
因此，当辐射元件104位于PCB108的第一侧且电磁屏蔽106附着于其相对一侧时，辐射元件104和电磁屏蔽106形成贴片天线102。PCB108上的开口114使损耗最小化。尽管可将电磁屏蔽106的单独的一侧连接到PCB108的接地110，但是在某些情况下也可将其多个侧焊接到传导接地面402。电磁屏蔽106允许示例性天线102的接地面偏离PCB108的面，或偏离PCB108的表面。与传统天线相比，在将贴片天线102相对于移动通信装置的各组件定位时，提供了额外的灵活性。例如，因为可将贴片天线102居中地设置在移动通信装置的外壳内，所以可减少该外壳的厚度。
显然，本领域普通技术人员通过这些教导可以容易得到本发明的其它实施方式和变形。以上说明均为示例性的，而非限制性的。本发明仅由权利要求书限制，包括结合以上说明和附图的全部实施方式和变形。因此，本发明的范围不应根据以上说明确定，而是应根据权利要求书及其等价的全部范围确定。

Claims (20)

1.一种贴片天线，包括：
辐射元件，位于印刷电路板的第一侧；以及
电磁屏蔽，位于所述印刷电路板的相对一侧，并形成所述贴片天线的地网的至少一部分。
2.如权利要求1所述的贴片天线，其中所述天线的所述地网包括电磁屏蔽以及所述印刷电路板的接地。
3.如权利要求1所述的贴片天线，其中所述辐射元件至少部分位于所述印刷电路板内的开口的上方，并暴露所述电磁屏蔽的至少一部分。
4.如权利要求1所述的贴片天线，其中所述辐射元件和所述电磁屏蔽至少部分形成平面倒“F”天线(PIFA)。
5.如权利要求1所述的贴片天线，其中将所述电磁屏蔽焊接到所述印刷电路板的接地。
6.如权利要求5所述的贴片天线，其中所述电磁屏蔽具有四个侧，并沿着所述四个侧至少之一的至少一部分焊接到所述接地。
7.如权利要求6所述的贴片天线，其中所述电磁屏蔽沿着所述四个侧中的一个侧的至少一部分焊接到所述接地。
8.如权利要求1所述的贴片天线，其中所述电磁屏蔽进一步包括偏离所述印刷电路板的所述相对一侧的顶表面。
9.一种贴片天线，包括：
印刷电路板，其具有第一侧和第二侧；
平面辐射元件，其与所述印刷电路板的所述第一侧相连，并至少部分位于所述印刷电路板的开口的上方；以及
电磁屏蔽，其与所述印刷电路板的所述第二侧相连，并至少部分位于所述开口的下方，所述电磁屏蔽形成所述贴片天线的地网的至少一部分。
10.如权利要求9所述的贴片天线，其中所述电磁屏蔽具有四个侧，且至少一个侧的至少一部分焊接到所述印刷电路板的传导接地层。
11.如权利要求10所述的贴片天线，其中仅一个侧的至少一部分焊接到所述传导接地层。
12.如权利要求10所述的贴片天线，其中至少两个侧的至少一部分焊接到所述传导接地层。
13.如权利要求12所述的贴片天线，其中至少三个侧的至少一部分焊接到所述传导接地层。
14.如权利要求9所述的贴片天线，其中所述电磁屏蔽进一步包括偏离所述印刷电路板的所述相对一侧的顶表面。
15.如权利要求9所述的贴片天线，其中所述辐射元件和所述电磁屏蔽至少部分形成平面倒“F”天线(PIFA)。
16.如权利要求15所述的贴片天线，其中所述PIFA是多频带PIFA。
17.如权利要求16所述的贴片天线，其中所述PIFA被优化以在824-894MHZ的频带、1850-1990MHZ的频带、以及包括1575MHZ的频带进行操作。
18.一种移动通信装置装配，包括：
具有第一侧和第二侧的印刷电路板；
安装在所述印刷电路板上的多个电组件；
与所述印刷电路板的所述第一侧相连的平面辐射元件，其至少部分位于所述印刷电路板的开口的上方；以及
与所述印刷电路板的所述第二侧相连且至少部分位于所述开口的下方的电磁屏蔽，所述平面辐射元件和所述电磁屏蔽形成贴片天线的至少一部分。
19.如权利要求18所述的移动通信装置装配，其中所述电磁屏蔽具有四个侧，且一个侧的至少一部分焊接到所述印刷电路板的传导接地层。
20.如权利要求19所述的移动通信装置装配，其中所述电磁屏蔽的至少两个侧中的每一个的至少一部分焊接到所述传导接地层。
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