專利名稱：用于貼片天線的引腳形鰭片接地面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及貼片天線，具體涉及針對(duì)線性極化貼片天線利用引腳形鰭片(pin fin)接地面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
貼片天線是在無線鏈路和其它微波應(yīng)用中使用的平面天線。傳統(tǒng)的線性極化單波段貼片天線包括絕緣基板，絕緣基板的背面具有接地面。在絕緣基板的前面是也稱為“貼片”的方形或矩形傳導(dǎo)區(qū)域，貼片天線的名稱由此得來。通常，同軸電纜用作接通“貼片”以發(fā)射或接收信號(hào)的饋線。此外，在饋電方向上的貼片長(zhǎng)度通常稍小于工作頻率的波長(zhǎng)的一半。
貼片天線容易制造在平坦基板上是貼片天線的主要賣點(diǎn)。盡管貼片天線與較大的碟形/拋物面類型天線相比具有較低的增益，但是它們可以排列成陣列以獲得較高增益。商業(yè)貼片天線當(dāng)打開之后通常包括不同形狀貼片的陣列。對(duì)于線性極化輻射來說，最簡(jiǎn)單的貼片單元是矩形的。
然而，傳統(tǒng)的貼片天線設(shè)計(jì)存在某些缺陷。傳統(tǒng)貼片天線的諧振長(zhǎng)度與光在平坦接地面上方的絕緣基板中的固有速度直接成正比，該速度通常是該基板材料的發(fā)布值。輻射結(jié)構(gòu)是半波諧振結(jié)構(gòu)。電場(chǎng)存在于貼片與接地面之間。由于電場(chǎng)沒有完全包圍其邊緣附近，因此產(chǎn)生了邊緣場(chǎng)(fringing field)，其接著成為輻射源。其他因素也會(huì)影響貼片天線的諧振頻率。這些因素包括接地面大小、絕緣基板厚度、金屬(銅)厚度以及貼片寬度(阻抗)。選擇貼片寬度以提供適當(dāng)?shù)妮椛潆娮韬凸ぷ鲙挕?br> 在線性極化微帶貼片天線的現(xiàn)有技術(shù)中，期望獲得改進(jìn)的貼片天線設(shè)計(jì)，其可以在保持傳統(tǒng)貼片天線性能的同時(shí)提供較小的尺寸、較輕的重量并減少制造和裝配費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前述內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)和裝配方法，用以通過結(jié)合引腳形鰭片接地面和整體天線饋電組件來改進(jìn)線性極化微帶貼片天線的制造和性能。引腳形鰭片結(jié)構(gòu)還充當(dāng)散熱片。
在一個(gè)實(shí)施例中，貼片天線系統(tǒng)包括具有提供無線通信的天線貼片的天線區(qū)域。散熱區(qū)域耦合到天線區(qū)域，并且包括多個(gè)引腳以及為天線區(qū)域提供接地面。天線饋線還與天線貼片相耦合以提供從天線貼片到其它電子電路的電連接，其它電子電路比如是無線電子設(shè)備。與傳統(tǒng)貼片天線不同，饋線和天線貼片制造為單獨(dú)的部分。天線貼片的接地面還用作饋線的接地面以及用于EMI屏蔽。新的貼片天線設(shè)計(jì)可以得到簡(jiǎn)化的制造和裝配過程，由此降低了成本。
然而，根據(jù)以下結(jié)合附圖閱讀的特定實(shí)施例描述，本發(fā)明的構(gòu)造和操作方法以及本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)將得到最佳的理解。


圖1提供了傳統(tǒng)線性極化微帶貼片天線的視圖。
圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩個(gè)線性極化微帶貼片天線的視圖。
圖3提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的線性極化微帶貼片天線的兩個(gè)等比例視圖。
具體實(shí)施例方式
下文將提供對(duì)改進(jìn)的貼片天線設(shè)計(jì)的具體描述。
圖1提供了傳統(tǒng)線性極化微帶貼片天線102的視圖。在其它的示例性實(shí)施例中，可以使用除微帶貼片天線之外的其它貼片天線。傳統(tǒng)貼片天線102包括絕緣基板104、在絕緣基板104的背面的接地面106、在絕緣基板104的前面的傳導(dǎo)貼片108以及通常為同軸電纜的RF饋線110。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，為了清楚起見，放大了絕緣基板104的厚度，并且這不表示與圖中呈現(xiàn)的其它組件的比例。RF電子模塊112通過RF饋線110和探針饋電114連接到傳導(dǎo)貼片108。例如，在發(fā)射模式，RF信號(hào)產(chǎn)生于RF電子模塊112中，向下傳導(dǎo)到RF饋線110和探針饋電114，并進(jìn)一步傳導(dǎo)進(jìn)入傳導(dǎo)貼片108中。RF能量產(chǎn)生傳導(dǎo)貼片108與接地面106之間的電場(chǎng)116。由于電場(chǎng)116沒有完全包圍傳統(tǒng)貼片天線102邊緣附近，因此產(chǎn)生邊緣場(chǎng)118，其是天線的輻射源。作為另一例子，在接收模式，接收的輻射信號(hào)建立傳統(tǒng)貼片天線102內(nèi)的微小電場(chǎng)。該信號(hào)由探針饋電114檢測(cè)到并通過RF饋線110被發(fā)送到RF電子模塊112供進(jìn)一步處理。
圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的線性極化微帶貼片天線200和201的視圖。貼片天線200和201具有與傳統(tǒng)貼片天線相比較小的尺寸。每個(gè)貼片天線200和201具有兩個(gè)功能區(qū)域天線區(qū)域202和散熱區(qū)域或部件206。可以理解，在每個(gè)貼片天線中，兩個(gè)功能區(qū)域可以具有重疊區(qū)域的部分形成一個(gè)集成的單片結(jié)構(gòu)。還可以理解，該集成的單片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了整個(gè)制造和裝配。
無線電子設(shè)備204位于兩個(gè)貼片天線200和201之間并且在示例性實(shí)施例中可以垂直地定向。無線電子設(shè)備204可以是無線調(diào)制解調(diào)器，但是在其它實(shí)施例中也可以使用其它無線電子設(shè)備?？梢园ㄒ_形鰭片散熱片的散熱區(qū)域206附著到無線設(shè)備204的兩側(cè)以實(shí)現(xiàn)從設(shè)備到周圍空氣的被動(dòng)熱傳遞。散熱區(qū)域206是一種具有從散熱區(qū)域206的表面伸出的多個(gè)引腳208的結(jié)構(gòu)，以便使熱傳遞的表面區(qū)域最大化。在示例性實(shí)施例中，散熱區(qū)域206可以用鋁制成?？梢岳斫?，引腳208可以包括圓柱形、橢圓形、方形或矩形形狀并且可以用鋁、其它金屬或其它適當(dāng)?shù)纳崞牧现瞥伞Ｉ釁^(qū)域206還充當(dāng)電磁干擾屏蔽，以避免電磁輻射到達(dá)無線設(shè)備204或從無線設(shè)備204發(fā)射出來。
每個(gè)貼片天線200和201的天線區(qū)域202包括貼片210、絕緣基板212，并且使用其與散熱區(qū)域206的機(jī)械連接作為其接地面。應(yīng)當(dāng)理解，盡管天線區(qū)域202機(jī)械地連接到散熱區(qū)域206，但其通過絕緣基板212與散熱區(qū)域206電隔離。
代替在傳統(tǒng)貼片天線中的平坦接地面使用散熱區(qū)域206作為天線區(qū)域202的接地面的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，散熱區(qū)域206的電長(zhǎng)度大于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中平坦接地面的電長(zhǎng)度。這之所以可能是因?yàn)樯釁^(qū)域206的多個(gè)引腳208形成的接地面的電長(zhǎng)度大于散熱區(qū)域的平面痕跡。如圖2所示，由散熱區(qū)域206形成的接地面的電長(zhǎng)度由粗線214提供。粗線214的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于貼片210的長(zhǎng)度，而貼片210的長(zhǎng)度可能已經(jīng)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最大電長(zhǎng)度了。通過增大接地面的電長(zhǎng)度，在保持與現(xiàn)有技術(shù)相同的天線效率的同時(shí)可以獲得物理上較小的貼片天線。
貼片天線200和201的另一個(gè)特征是用于貼片天線的整體天線饋電結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)貼片天線設(shè)計(jì)不同，貼片210的本體和天線饋線216制造成一個(gè)部分。當(dāng)安裝貼片天線200和201時(shí)，天線饋線216電連接到無線設(shè)備204。另外，貼片天線的接地面用作天線饋電結(jié)構(gòu)的接地面。該整體的天線饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更穩(wěn)定的性能并顯著地節(jié)約了裝配復(fù)雜度和成本。
無線設(shè)備204從連接218獲得其電源，在連接220處獲得其接地并在連接222處獲得其雙向LAN連接(以太網(wǎng)、吉比特以太網(wǎng)、USB等)。無線設(shè)備204通過天線饋線216向貼片天線200和201發(fā)射LAN信號(hào)并從貼片天線200和201接收LAN信號(hào)。通過將天線區(qū)域202、散熱區(qū)域206以及無線設(shè)備204集成在一起，提供了尺寸減小以及重量減小的緊湊設(shè)計(jì)。
圖2基本提供了結(jié)合了兩個(gè)貼片天線200和201以及無線設(shè)備204的完全獨(dú)立的無線數(shù)據(jù)終端。在這一實(shí)施例中獲得的緊湊設(shè)計(jì)在不犧牲天線性能的情況下提供了額外的裝配成本節(jié)省和空間節(jié)省。多個(gè)引腳208提供兩項(xiàng)功能引腳為貼片天線200和201創(chuàng)建在電方面更大的接地面，因此允許更小的貼片天線尺寸，并且引腳從無線設(shè)備204向周圍的空氣散熱以便冷卻。提供接地面的總表面包括引腳208的頂表面和側(cè)表面，以及引腳208從其延伸的基底部件的公共表面。此外，散熱區(qū)域206還充當(dāng)天線饋電結(jié)構(gòu)的接地面。這一實(shí)施例使用一種將貼片天線本體和天線饋線作為一個(gè)結(jié)構(gòu)的整體天線饋電結(jié)構(gòu)，由此減少了裝配復(fù)雜度和裝配時(shí)間。
圖3提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的線性極化微帶貼片天線的兩個(gè)等比例視圖300和302。引腳208以網(wǎng)格形式排列，在圖3中其一部分被天線貼片210遮住?？梢岳斫猓缺壤晥D300示出了在無線設(shè)備204的一個(gè)側(cè)面上的貼片天線，而等比例視圖302示出了在無線設(shè)備204的另一個(gè)側(cè)面上的貼片天線。視圖300和302可以提供包括安排在相對(duì)的貼片天線之間的無線設(shè)備204的單元的前面和后面，該相對(duì)的貼片天線各自包括散熱區(qū)域206，散熱區(qū)域206進(jìn)一步包括引腳208、絕緣基板212和貼片210。這一實(shí)施例可以得到集成的無線設(shè)備和貼片天線的緊湊且有效的設(shè)計(jì)。
上述說明提供了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的很多不同實(shí)施例。描述組件和處理的特定實(shí)施例以幫助明白本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)施例并且不打算與權(quán)利要求書中所描述的本發(fā)明不同地限制本發(fā)明。
本發(fā)明還提供了一種用于以所描述的設(shè)置來裝配和操作組件以形成貼片天線組件的裝配方法?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的耦合方法。該方法包括如上所述地形成多個(gè)天線貼片系統(tǒng)，并通過將無線設(shè)備連接到散熱部件和每根天線饋線而將無線設(shè)備機(jī)械地連接到兩個(gè)天線貼片系統(tǒng)，散熱部件將熱量從設(shè)備導(dǎo)向周圍的空氣，并且天線饋線將天線貼片與無線設(shè)備電耦合。該方法包括通過在絕緣基板上形成天線貼片并將絕緣基板定位在鄰近散熱部件的位置來將天線貼片與散熱部件電隔離。使用傳統(tǒng)方法來操作無線設(shè)備和天線貼片中的至少一個(gè)并生成熱量。散熱部件將無線設(shè)備和天線貼片在操作中生成的熱量導(dǎo)向周圍的空氣。該方法還包括向無線設(shè)備提供電源，使無線設(shè)備接地并提供雙向LAN連接(以太網(wǎng)、吉比特以太網(wǎng)、USB等)。無線設(shè)備操作可以包括設(shè)備通過天線饋線向貼片天線發(fā)射LAN信號(hào)以及從貼片天線接收LAN信號(hào)。
盡管在此已經(jīng)將本發(fā)明說明和描述為在一個(gè)或多個(gè)特定的例子中實(shí)現(xiàn)，但是本發(fā)明不打算限制于所示出的細(xì)節(jié)，因?yàn)樵诓幻撾x本發(fā)明的精神的情況下并且在權(quán)利要求書的等同方案的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種修改和結(jié)構(gòu)性改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解，要寬泛地并以與所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的范圍一致的方式來解釋所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種貼片天線系統(tǒng)，包括貼片天線，其提供無線通信；散熱部件，其機(jī)械地連接到所述貼片天線，并包括多個(gè)從貼片天線區(qū)域散熱的引腳，所述散熱部件提供為所述貼片天線提供接地面的總表面，所述總表面至少包括所述引腳的表面；以及天線饋線，其耦合到所述貼片天線并提供所述貼片天線與其它電子電路之間的電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述貼片天線是線性極化的單波段貼片天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述引腳一般是柱狀的并且包括圓的、方的、矩形的或橢圓的橫截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述引腳各自包括頂表面，所述頂表面連接到其上放置所述貼片天線的基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，還包括放置在所述貼片天線與所述多個(gè)引腳之間的絕緣基板，所述絕緣基板將在其上形成的所述貼片天線機(jī)械地連接到所述多個(gè)引腳并提供二者之間的電隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述貼片天線和所述天線饋線各自形成一個(gè)整體單元的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述散熱部件包括散熱片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述引腳以網(wǎng)格形式排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述引腳是金屬的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中每個(gè)引腳具有頂表面，所述頂表面是共面的并且各自與其上形成所述貼片天線的絕緣基板相接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述散熱部件包括從基底部件的公共表面延伸出來的所述多個(gè)引腳，并且所述總表面還包括所述公共表面，并且所述引腳的表面包括所述引腳的頂表面和側(cè)表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片天線系統(tǒng)，還包括機(jī)械地連接到所述散熱部件并電耦合到所述天線饋線的無線設(shè)備，所述散熱部件將來自所述無線設(shè)備的熱量通過所述引腳傳遞到周圍的空氣以冷卻所述無線設(shè)備，并且所述天線饋線電耦合所述貼片天線和所述無線設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述貼片天線和所述天線饋線各自是一個(gè)整體單元的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的貼片天線系統(tǒng)，其中所述散熱部件包括電磁干擾屏蔽，所述電磁干擾屏蔽保護(hù)所述無線設(shè)備免受電磁輻射。
15.一種電子組件，包括多個(gè)貼片天線系統(tǒng)，各自包括貼片天線，其提供無線通信；散熱部件，其機(jī)械地連接到所述貼片天線，并包括多個(gè)從天線區(qū)域散熱的引腳，所述散熱部件提供為所述貼片天線提供接地面的總表面；以及天線饋線，其耦合到所述貼片天線并提供所述貼片天線與其它電子電路之間的電連接，以及無線設(shè)備，其機(jī)械地連接到每個(gè)散熱部件，并且機(jī)械地連接和電耦合到每個(gè)天線饋線，所述散熱部件將來自所述設(shè)備的熱量導(dǎo)向周圍的空氣并且所述天線饋線電耦合所述貼片天線和所述無線設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子組件，其中每個(gè)總表面包括所述引腳的頂表面和側(cè)表面以及所述多個(gè)引腳從其延伸的公共表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子組件，其中每個(gè)貼片天線在與所述引腳的共面頂表面接觸的絕緣基板上形成。
18.一種用于形成貼片天線組件的方法，所述方法包括將貼片天線機(jī)械地連接到散熱部件，所述散熱部件具有多個(gè)散熱片引腳和用作所述貼片天線的接地面的總表面；使用天線饋線將所述貼片天線電耦合到無線設(shè)備；以及將所述散熱部件機(jī)械地連接到所述無線設(shè)備以提供從所述無線設(shè)備到周圍空氣的熱傳遞路徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括形成一個(gè)整體單元，所述整體單元包括作為其部件的所述貼片天線和所述天線饋線。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述多個(gè)散熱片引腳連接到基底部件的公共表面，并且所述總表面包括所述公共表面和所述引腳的頂表面和側(cè)表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過在絕緣基板上形成所述貼片天線并將所述絕緣基板定位在與所述散熱部件相鄰的位置，將所述貼片天線與所述散熱部件電隔離。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括操作所述無線設(shè)備和所述貼片天線中的至少一個(gè)，由此生成熱量并且所述散熱部件將所生成的熱量導(dǎo)向周圍的空氣。
全文摘要
提供了一種通過結(jié)合引腳形鰭片接地面和整體天線饋電組件來改進(jìn)線性極化微帶貼片天線性能和制造的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，貼片天線系統(tǒng)包括具有提供無線通信的貼片天線的天線區(qū)域。散熱部件耦合到天線區(qū)域并包括多個(gè)引腳，該多個(gè)引腳既用于從天線區(qū)域散熱又為天線區(qū)域提供接地面。天線饋線還與天線貼片耦合以提供從天線貼片到其它電子電路的電連接，其它電子電路比如是可以機(jī)械地連接到散熱部件的無線設(shè)備?？梢酝ㄟ^散熱部件將在無線設(shè)備的操作中生成的熱量導(dǎo)向周圍的空氣。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101032053SQ200580031749
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者E·B·康登, R·L·史密斯, J·格拉布納 申請(qǐng)人:娜維尼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司