專利名稱：臂可延展天線以及并入有該天線的模塊及系統的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及天線以及并入有所述天線的模塊及系統。
背景技術：
典型的天線包括通過傳輸線連接至接收器、發射器或收發器的至少一個導電天線臂。為傳輸射頻(RF)信號，發射器(或收發器的發射器部分)施加振蕩RF電流至天線臂，并且天線臂將來自振蕩電流的能量作為電磁波輻射至“空中接口 ”。為接收信號，天線臂將從空中接口入射到天線臂上的電磁波轉換為提供給接收器(或收發器的接收器部分)的電壓。半波偶極天線和四分之一波長垂直天線是最通常實現的天線類型，并且其可以被設計為在具有特定的中心頻率的期望帶寬內操作。通常，天線外部的影響可能導致天線的工作帶寬偏移。例如，當天線被并入到系統中時，其它系統元件對天線鄰近可能影響工作頻帶的中心頻率。當那些影響可預測時，在天線設計中可以考慮到那些影響。但是，當那些影響不可預測時，當天線被并入到系統內時它們可能引起工作頻帶的中心頻率不希望的偏移。
發明內容
本公開一個方面提供了一種天線，包括:基板；第一天線臂，其耦接到所述基板；以及第一導電結構，其位于所述第一天線臂的遠端和所述基板的底表面之間。本公開另一方面提供了一種射頻(RF)模塊包括:基板；天線，其包括耦接到所述基板的第一天線臂；以及第一導電結構，其位于所述第一天線臂的遠端和所述基板的底表面之間。本發明又一方面提供了一種系統，包括:第一基板；第一導電結構，其位于所述第一基板的頂表面上；以及天線，其耦接到所述第一基板的所述頂表面，其中所述天線包括:第二基板，第一天線臂，其耦接到所述第二基板，以及第二導電結構，其具有近端以及遠端，其中所述第二導電結構的所述近端耦接到所述第一天線臂的遠端，以及所述第二導電結構的所述遠端延伸至所述第二基板的底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第一導電結構。本公開再一方面提供了一種系統，包括:天線，所述天線包括:第一基板，第一天線臂，耦接到所述第一基板，以及電介質層，其覆蓋所述第一天線臂并且在所述第一天線臂的遠端處具有第一開口。本公開又一方面提供了一種射頻(RF)模塊，包括:第一基板；天線，其耦接到所述第一基板；以及一組電氣元件，其耦接到所述第一基板并耦接到所述天線，其中該組電氣元件被配置以接收用于從與所述模塊分開封裝的非RF元件傳輸的信號，將所述信號轉換為RF信號，并且提供所述RF信號至所述天線以在空中接口上輻射。
圖1-3分別示出了根據一個示例實施例的包括平面型倒F型天線(PIFA)的射頻(RF)模塊的頂視圖、底視圖、以及截面側視圖；圖4和圖5根據一個實施例分別示出了根據一個示例實施例的系統的頂視圖和截面側視圖，所述系統包括耦接到包括調諧結構的基板的RF模塊(帶有PIFA)；圖6-8根據一個實施例分別示出了根據一個示例實施例的包括偶極天線的RF模塊的頂視圖、底視圖、以及截面側視圖；圖9和圖10根據一個實施例分別示出了根據一個示例實施例的系統的頂視圖和截面側視圖，所述系統包括耦接到包括多個調諧結構的基板的RF模塊(帶有偶極天線)；圖11示出了圖9和10中所述系統的三維分解視圖；圖12示出了圖9和10中所述系統的三維裝配視圖；以及圖13示出了根據替代實施例的系統的截面側視圖，所述系統包括與包括調諧結構的基板耦接的RF模塊。
具體實施例方式本發明的實施例包括被配置為使得能夠延長其天線臂的電氣長度的天線，以及其中并入有所述天線的系統和模塊。更具體地，天線的實施例可以包括:基板，耦接到所述基板的一個或多個天線臂，以及位于所述天線臂的遠端和所述基板的底表面之間的或多個導電結構。根據另外的實施例，所述導電結構可以耦接到在單獨基板上的調諧結構，以便延展所述天線臂的所述電氣長度。所述調諧結構的使用允許在天線被制作完成之后調整天線的工作頻帶的中心頻率。雖然根據具體實施例在下面詳細討論了特定的微帶天線，例如平面型倒F型天線和偶極天線，但是應理解，替代實施例可以包括不同配置的半波偶極天線、不同配置的四分之一波長垂直天線、八木-宇田(Yag1-Uda)天線、以及其中天線臂的電氣長度影響天線的性能(例如，工作頻帶的中心頻率)的其它類型的天線。因此，意圖將這些替代實施例也包含在本發明主題范圍內。圖1-3根據一個實施例分別示出了根據一個示例實施例的射頻(RF)模塊100的頂視圖、底視圖、以及截面側視圖，所述射頻(RF)模塊100包括電介質基板102、平面型倒F型天線(PIFA) 110、以及接地面120。圖1 一般性地示出了位于所述基板102的頂表面104上的PIFA 110和模塊100的其它元件，而圖2示出了位于所述基板102的底表面106上的接地面120和模塊100的其它元素。然而，為了更清楚地說明和描述各種實施例，在所示出的實施例中，雖然接地面120不位于所述頂表面上，在圖1 (用虛線邊界以表示它不在所述頂表面104上)中也示出了接地面120。同樣地,在所示出的實施例中,在圖2中還也示出了 PIFA 110和各種頂面電氣元件150-153(用虛線邊界以表示它們不在所述頂表面104上)，雖然PIFA 110和電氣元件150-153都不位于所述底表面上。基板102有頂表面104、相反的底表面106、以及在所述頂表面104和所述底表面106之間的至少一個電介質層。例如，基板102可以是印刷電路板(PCB)或其它電介質基板。在以下詳細描述的實施例中，基板102包括單個電介質層。在替代實施例中，基板102可以包括兩個或更多個電介質層以及位于每個所述電介質層之間的金屬層。基板102具有在大約0.05毫米(mm)至大約5毫米的范圍內的厚度，其中在大約0.1毫米至大約0.2毫米的范圍內的厚度是優選的。根據特定的實施例，基板102具有大約0.1毫米的厚度。此夕卜，基板102具有長度190和寬度192，每一都在大約15毫米至大約30毫米的范圍內，其中在大約20毫米至大約25毫米的范圍內的長度和寬度是優選的。根據特定的實施例，基板102具有大約20毫米的長度和大約25毫米的寬度。在其它實施例中，基板102可以厚于或薄于上面給出的范圍，和/可以具有大于或小于上面給出的范圍的長度和/或寬度。PIFA 110形成PIFA金屬層(例如，圖3的層310)的一部分，而接地面120形成接地面金屬層(例如，圖3的層320)的一部分。在所示出的實施例中，PIFA金屬層是在基板102的頂表面104上的被圖案化的導電層，所述接地面金屬層是在所述電介質基板102的底表面106上的被圖案化的導電層。在一個實施例中，PIFA金屬層可以被認為是模塊100的第一金屬層(M1)，而接地面金屬層可以被認為是模塊100的第二金屬層(M2)，其中Ml和M2層被包括基板102的電介質材料分開。PIFA 110和接地面120彼此偏離，PIFA 110和接地面120位于基板102的不同部分上(也就是，PIFA 110不覆在接地面120上)。在其它實施例中，特別是在其中使用相對厚的基板102的實施例中，PIFA 110可以覆在接地面120 上。PIFA 110包括天線臂112、短接臂114、以及饋電臂116。天線臂112具有近端132和遠端134。同樣地，短接臂114具有近端136和遠端138，以及饋電臂116具有近端140和遠端142。短接臂114的近端136與天線臂112的近端132耦接以限定在天線臂112的遠端134處的開口端。通過在基板102的頂表面104和底表面106之間延伸的一個或多個導電結構(未示出)，短接臂114的遠端138與接地面120耦接(也就是，短接臂114和接地面120是導電地耦接或電耦接的)。饋電臂116的近端140在短接臂114和天線臂112的遠端134之間耦接到天線臂112。饋電臂116的遠端142耦接到傳輸線163 (例如，500nm(歐姆)微帶傳輸線)，該傳輸線163通過PIFA 110攜帶要被輻射的RF信號至空中接口上。在饋電臂116的遠端142處的錐形(taper)被配置來補償在傳輸線163和PIFA 110之間遇到的陡峭的臺階轉變。PIFA 110的輸入阻抗可以被設計為具有適當值以匹配負載阻抗，其可以是或可以不是50歐姆。PIFA 100中的電流激勵引起在接地面120中的電流激勵。所產生的電磁場通過PIFA 100和在接地面120之下的其自身的像的相互作用形成。實際上，PIFA 100和接地面120的組合操作作為非對稱偶極子。此外，如本領域技術人員所知的，可以調節天線臂112、短接臂114、以及饋電臂116的各種尺寸，以及短接臂114和饋電臂116之間的距離，等等，以獲取PIFA 100的期望的諧振頻率和帶寬。根據一個實施例，確定天線臂112、短接臂114、以及饋電臂116的大小并且將其布置為具有在ISM帶(工業、科學、以及醫療無線電頻帶)內的諧振頻率。例如，根據一特定的實施例，天線臂112、短接臂114、以及饋電臂116被確定大小并布置為具有在從大約2.400GHz (千兆赫)跨展至大約2.500GHz的頻帶內的諧振頻率，然而天線臂112、短接臂114、以及饋電臂116也可以被確定大小并布置為具有在其它帶內的諧振頻率。接地面120具有長度(水平尺寸)和高度(垂直尺寸)，長度和高度限定了接地面所占據的總面積。接地面120的長度小于操作波長的大約四分之一(也就是，λ/4)。根據一個實施例，接地面120具有在大約8毫米至大約15毫米的范圍內的長度，其中在大約10毫米至大約13毫米的范圍內的長度是優選的。根據一特定的實施例，接地面120具有大約12毫米的長度。接地面框架具有在大約15毫米至大約25毫米的范圍內的高度，其中在大約18毫米至大約22毫米的范圍內的高度是優選的。根據特定的實施例，接地面120具有大約20毫米的高度。在其它實施例中，接地面120的長度和/或高度可以大于或小于上面給出的范圍。根據一實施例，RF模塊100還包括一個或多個電氣元件150、151、152、153，其連同PIFA 110和接地面120形成RF模塊，該RF模塊被配置來作為發射器、接收器、或收發器。例如，但不限于，電氣兀件150-153可以包括一個或多個收發器、發射器、接收器、晶體振蕩器、平衡-不平衡變換器(Baiun)、或其它元件。特別是，例如，電氣元件150可以是收發器、平衡-不平衡變換器、或提供RF信號至傳輸線163的其它元件，其又耦接到饋電臂116的遠(輸入)端142。一些電氣元件150、151耦接到上覆在接地面120上的基板102的部分170，而其它電氣元件152、153耦接到沒有上覆在接地面120上或沒有與PIFA 110重合的基板102的部分172。雖然圖3和圖4示出了只耦接到基板102的頂表面104的電氣元件150-153，然而應理解，電氣元件150-153中的一些或全部可以還耦接到或者可以替代地耦接到基板102的底表面106，只要這些元件150-153不與接地面120重合即可。在一個實施例中，RF模塊100還可以包括導電互連160、161、162、163、164以及其它導電結構165、166(例如，輸入/輸出墊盤(pad)和機械連接墊盤)。一些導電互連160-163耦接到基板102的頂表面104，并且可以提供頂表面104上的電氣元件150-153之間的路由(例如，信號、接地等等)。例如，如先前所討論的，導電互連163可以是耦接在元件150和饋電臂116的遠(輸入)端142之間的傳輸線(例如，50歐姆微帶傳輸線)。其它的一些導電互連160-162可以提供各種電氣兀件150-153之間的頂表面路由。根據一實施例，導電互連160-163形成部分PIFA金屬層(或Ml)。根據一實施例，其它的一些導電連接164和其它導電結構165、166耦接到基板102的底表面106。導電互連164也可以提供頂表面104上的電氣元件之間的路由。更具體地，除了通過導電互連162提供的頂表面路由之外，導電互連164還可以提供在基板102的部分172內的電氣元件152、153之間的底表面路由。導電結構165包括I/O墊盤(或其它結構)，其可以與在另一基板(例如，圖4的基板402)上的相應I/O墊盤(或其它結構)電耦接。在一實施例中，導電結構166包括浮置墊盤，浮置墊盤可以被焊接到另一基板上(例如，圖4的基板402)的相應浮置墊盤(floating pad)以提供RF模塊100和其它基板之間的機械連接。在替代實施例中，RF模塊100和其它基板可以使用引腳(pin)、膠、或其它手段機械連接。根據一實施例，導電互連164和導電結構165、166形成部分接地面金屬層(或M2)。如圖2和圖3所描述的，根據一實施例，RF模塊100還包括在PIFA金屬層310 (Ml)和基板102的底表面106之間的導電結構180。在底表面106處，可選地，導電結構180可以耦接到墊盤304，墊盤304可以被形成作為接地面金屬層320 (M2)的一部分。更具體地，導電結構180被電連接至天線臂112的遠端134，并且導電結構180延伸通過基板102至基板102的底表面106 (例如，至墊盤304)。如將結合圖4和圖5更詳細說明，導電結構180可以耦接(例如，直接地，或使用可選的墊盤304)到在另一基板(例如，圖4的基板402)的頂表面上的調諧結構(例如，圖4的調諧結構410)。該調諧結構是如下的導電結構，其被配置為當使用導電結構180將天線臂112連接至該調諧結構時，增加天線臂112的電氣長度。期望地，將導電結構180配置為具有與天線臂112大致相同的特征阻抗以便使反射最小化。在一實施例中，如圖2和圖3所示的，導電結構180可以是單個通孔(via)。在替代實施例中，導電結構180可以包括多個通孔。在另一替代實施例中，導電結構180可以被平面型導電互連取代，例如包繞位于天線臂112的遠端134和基板102的底表面106之間的基板102的邊緣的金屬化條帶。在其它實施例中，導電結構180可以包括一個或多個通孔和平面型導電互連的組合，或提供天線臂112的遠端134和在RF模塊100所附連的基板上的調諧結構(例如，圖4的調諧結構410)之間的導電性的任何其它結構。根據一個實施例，以及如圖3所描述(但未在圖1和2中示出)的，RF模塊100還可以包括上覆在PIFA 110、電氣元件150-153、以及基板102的頂表面104上的包封材料302。如以下將進一步描述的，通過包封材料302，PIFA 110和電氣元件150-153被保護以免受環境的和機械的損傷，并且RF模塊100可以易于與其它系統結合以給那些其它系統提供RF通信能力。在上述描述中，PIFA 110及其相應的接地面120都被包括在模塊的不同金屬層中。在替代實施例中(未示出)，PIFA及其相應的接地面可以在模塊的相同金屬層內(例如，PIFA和接地面兩者可以被印在基板的相同表面上)。此外，雖然這里所討論的多個不同實施例描述了帶有兩個金屬層(例如，圖3的層310、320)和位于這兩個金屬層之間的單個電介質層(例如，圖1的基板102)的RF模塊100，然而替代實施例可以包括三個或更多個金屬層和將所述三個或更多個金屬層分隔開的兩個或更多個電介質層。PIFA和接地面可以在相鄰的金屬層(也就是，被單個電介質層分隔開的金屬層)中，如上面所描述的；或者，在多種替代實施例中，一個或多個金屬層(以及兩個或更多個相應的電介質層)可以插入在PIFA和接地面之間。此外，在多種實施例中，PIFA和接地面其中之一或兩者可以被包括作為位于表面金屬層之間的金屬層(也就是，除表面金屬層以外的金屬層)的一部分。雖然這樣的替代實施例在此不詳細討論，然而本領域技術人員基于描述會理解如何修改這里所討論的各種實施例以產生這樣系統。此外，雖然在圖1-3中在不同位置不出了多種電氣兀件150-153、導電互連160-164、以及導電結構165、166，然而應理解，被包括在圖1_3中的電氣元件150-153、導電互連160-164、以及導電結構165、166的數量和布置是被選擇以便于說明多個不同實施例的，并且所選擇的數量和布置，以及所描述的位于電氣元件150-153之間的互連，都不應被解釋為限制性的。如上面提到的，RF模塊的實施例，例如RF模塊100，可以被并入到期望無線地通信信息的系統中。例如，圖4和5分別示出了根據一個示例性實施例的系統400的頂視圖和截面側視圖，該系統400包括耦接到基板402 (例如，PCB)的RF模塊(例如，帶有PIFA 110的RF模塊100)。為了方便起見，在圖4和圖5中保留了圖1中所使用的用于RF模塊100的各種元件的參考數字。在一個實施例中，系統400包括至少一個非RF元件420。正如先前所討論的，RF模塊100包括PIFA110、接地面120、以及多種電氣元件(例如，圖1的元件150-154)，所述電氣元件使得PIFA 110能夠在空中接口上發送RF信號，從空中接口接收RF信號，或這二者。根據一個實施例，非RF元件420被配置為產生通過RF模塊100傳輸的信號，和/或，使用通過RF模塊100產生的信號(基于RF模塊100從空中接口接收的RF信號)。RF模塊100、調諧結構410、以及非RF元件420被機械耦接到基板402。例如，可以使用至少一個導電結構(例如，導電結構166，例如浮置墊盤)，將RF模塊100機械耦接到基板402，所述導電結構可以被焊接到基板402上的至少一個相應的導電結構430 (例如，其它浮置墊盤)。非RF元件420可以類同地機械耦接到基板402。替代地，可以使用引腳、膠、或其它手段，將RF模塊100和/或非RF元件420機械耦接到基板402。此外，可以使用各種墊盤(未示出)、通孔(未示出)、以及在基板402上或穿過基板402的導電互連(未示出)將RF模塊100和非RF元件420電耦接到基板402并且相互電耦接。以這種方式，RF模塊100和非RF元件420可以交換電信號。基板402的厚度和介電常數(或相對介電常數，Er)可以影響PIFA 110的諧振頻率。例如，常用基板可以具有在大約2.0至4.7的范圍內的介電常數，但是基板也可以具有更低或更高的介電常數。此外，不同PCB的厚度可以差別很大。根據一個實施例，RF模塊100被設計為具有一定的諧振頻率和帶寬。根據一個實施例，為了確保所需要的諧振頻率不因基板402的厚度和介電常數而發生顯著偏移，在基板402上設置調諧結構410以增加天線臂112的電氣長度。調諧結構410的配置在具有不同介電常數和/或厚度的基板上可以是不同的，以確保不管RF模塊100所耦接的基板的介電常數和/或厚度如何都實現所期望的諧振頻率。根據一個實施例，調諧結構410包括在基板402的頂表面404上的被圖案化的平面型導電結構(例如，導電層的一部分)。在其它實施例中，調諧結構410可以是被圖案化的導電結構以外的導電結構。例如，替代地，調諧結構410可以是導電的凸塊、球、片、或通孔(例如，到基板402中的和/或穿過基板402的通孔)。如先前所論述的，調諧結構410被配置來:在調諧結構410電耦接(例如，通過使用導電結構180和可選的墊盤304)到天線臂112的遠端134時，增加天線臂112的電氣長度。如圖4所示的，調諧結構410可以具有主軸(圖4中的垂直軸)與天線臂112的主軸(在圖4中也是垂直的)平行的伸長形狀。替代地，調諧結構410和天線臂112的主軸可以不平行。調諧結構410的配置限定了調諧結構410所提供的天線臂112的電氣長度的增加的百分比。例如,天線臂112的物理長度430和調諧結構410的物理長度432之間的相對差可能牽涉到調諧結構410所提供的天線臂112的電氣長度的增加百分比。然而，本領域技術人員基于本發明的描述將理解，調諧結構410的物理長度432不是決定調諧結構410所提供的天線臂112的電氣長度的增長百分比的唯一因素。系統400的諧振頻率牽涉到天線臂112、導電結構180、以及調諧結構410的整個組合的電氣長度。根據一個實施例，調諧結構410占天線臂112、導電結構180、以及調諧結構410的整個組合的電氣長度的大約10%或更少。根據另一實施例，調諧結構410占天線臂112、導電結構180、以及調諧結構410的整個組合的電氣長度的高達50%。在其它實施例中，調諧結構410可以占每個組合的整個電氣長度的50%以上。上面所討論的多種實施例包括包含PIFA 110的RF模塊100。在其它實施例中，RF模塊可以包括不同類型的天線。例如，圖6-12示出了包括偶極天線610的RF模塊600和模塊600被并入在內的系統900。包括PIFA的RF模塊(例如，RF模塊100)的實施例和包括偶極天線的RF模塊(例如，RF模塊600)的實施例之間的顯著性區別是:在包括偶極天線的RF模塊中，天線被配置為使得能夠延展(例如，通過使用導電結構680、681、1010、1011，圖10)其天線臂(例如，圖6的天線臂612、613)的電氣長度。除了天線110、610本身(并且在RF模塊600中缺少接地面，但也可以包括)以夕卜，模塊100、600可以具有某些基本常見的元件。為了簡潔起見，并未將模塊100的全部元件都包括在模塊600的所示中，然而模塊600可以具有結合模塊100說明和討論的許多元件。例如，在圖6中僅示出了一些電氣元件650、651、652以及其間的簡單路由。應理解，模塊可以具有更多(或更少)的元件、頂面和底面路由、以及可能未作具體說明的其它特征。此外，在模塊600和系統900的以下描述中，作為模塊100和系統400的類似特征的特性可能被更簡略地討論或根本不討論。應理解，模塊100和系統400的類似特征的討論也適用于模塊600和系統900。圖6-8分別示出了根據一個實施例的包括電介質基板602和雙側偶極天線610的RF模塊600的頂視圖、底視圖、以及截面側視圖。總的來說，圖6描述了位于基板602的頂表面604上的偶極天線610和模塊600的其它兀件,而圖7描述了位于基板602的底表面606上的模塊600的元件。然而，為更清楚示出和描述各種實施例，在所示的實施例中，在圖7中示出了偶極天線610 (用虛線邊界，以表示其不在頂表面604上)，雖然偶極天線610和電氣兀件150-153不位于底表面上。基板602具有頂表面604、相反的底表面606、以及位于頂表面604和底表面606之間的至少一個電介質層。例如，基板602可以是印刷電路板(PCB)或其它電介質基板。在以下詳細描述的實施例中，基板602包括單個電介質層。在替代實施例中，基板602可以包括兩個或更多個電介質層和位于每個電介質層之間的金屬層。基板602具有在大約0.05毫米(mm)至大約5毫米的范圍內的厚度，其中在大約0.1毫米至大約0.2毫米的范圍內的厚度是優選的。根據特定的實施例，基板602具有大約0.1毫米的厚度。此外，基板602具有在大約20毫米至大約60毫米的范圍內的長度690，其中在大約30毫米至大約50毫米的范圍內的長度690是優選的。基板602具有在大約5毫米至大約20毫米的范圍內的寬度692，其中在大約8毫米至大約12毫米的范圍內的寬度是優選的。根據特定的實施例，基板602具有大約40毫米的長度和大約10毫米的寬度。在其它實施例中，基板602可以厚于或薄于上面給出的范圍，和/可以具有大于或小于上面給出的范圍的長度和/或寬度。偶極天線610形成天線金屬層(例如，圖8的層810)的一部分，其它元件(例如，導電結構660)形成較低的金屬層(例如，圖8的層820)的部分。在所示出的實施例中，天線金屬層是在基板602的頂表面604上的被圖案化的導電層，而較低的金屬層是在電介質基板602的底表面606上的被圖案化的導電層。在一個實施例中，天線金屬層可以被認為是模塊600的第一金屬層(Ml),而較低的金屬層可以被認為是模塊600的第二金屬層(M2),其中Ml和M2層被包括基板602的電介質材料分開。偶極天線610包括對稱的天線臂612、613，該對稱的天線臂612、613在其近端632,633處耦接到平行的饋電臂616、617(也就是，偶極天線610被中心饋電)。正如所示的，天線臂612、613可以包括單個彎曲部，或者，天線臂612、613也可以被形成不同形狀。例如，在其它實施例中，天線臂612、613可以是直的或彎曲的，或者，可以包括多個彎曲部。平行的饋電臂616、617通過使用線性錐形而過渡到同軸不平衡饋電點614。末端裝接連接器(end launchconnector)(例如,50歐姆的連接器)被連接在饋電點614處。在饋電點614處，RF信號被從電氣元件650 (例如，發射器或收發器)提供給偶極天線610以用于輻射到空中接口上，或者，被偶極天線610截取的RF信號被提供給電氣元件650 (例如，接收器或收發器)。根據一個實施例，天線臂662、613和饋電臂616、617被確定大小并且被布置為具有在ISM頻帶內的諧振頻率，然而，天線臂662、613和饋電臂616、617也可以被確定大小并且被布置為具有在其它頻帶內的諧振頻率。根據一個實施例,RF模塊600還包括一個或多個電氣兀件650、651、652,電氣兀件650、651、652與偶極天線610協同形成被配置來作為發射器、接收器、或收發器的RF模塊。例如，但不限于，電氣兀件650-652可以包括一個或多個收發器、發射器、接收器、晶體振蕩器、或其它元件(在天線610中可以不需要平衡-不平衡變換器，但是也可以包括)。特別是，例如，電氣元件650可以是收發器或其它提供RF信號至饋電點614的元件，其又耦接到饋電臂616、617的輸入端。雖然圖6描述了只耦接到基板602的頂表面604的電氣元件650-652，但是應理解，電氣元件650-652中的一些或全部還可以耦接到或者替代地耦接到基板602的底表面606。RF模塊600可以還包括形成Ml和/或M2層的一部分的導電互連(未編號)以提供電氣元件650-652之間的路由(例如，信號、接地，等等)。此外，RF模塊660包括導電結構660、662(例如，I/O墊盤和/或其它結構)，其可以電耦接到在另一基板(例如，圖9的基板902)上的相應的I/O墊盤(或其它結構)。在一個實施例中，導電結構662包括浮置墊盤，其可以被焊接到在另一基板(例如，圖9的基板902)上的相應的浮置墊盤，以提供RF模塊600和其它基板之間的機械連接。在替代實施例中，可以用引腳、膠、或其它手段，將RF模塊600和其它基板機械連接。根據一個實施例，任何底表面導電互連和導電結構660、662形成較低的金屬層(或M2)的一部分。如圖7和圖8中所描述的，根據一個實施例，RF模塊600還包括在天線金屬層810 (Ml)和基板602的底表面606之間的導電結構680、681。在底表面606處,可選地，導電結構680、681可以耦接到墊盤804、805，墊盤804、805可以被形成作為較低的金屬層820 (M2)的一部分。更具體地，導電結構680、681可以電連接至天線臂612、613的遠端634、635，并且導電結構680、681穿過基板602延伸至基板602的底表面606 (例如，至墊盤804、805)。如結合圖9-12將更詳細解釋的，導電結構680、681可以耦接(例如，直接或通過使用可選的墊盤804、805)到另一基板(例如，圖9的基板902)的頂表面上的調諧結構(例如，圖9的調諧結構910、911)。該調諧結構是這樣的導電結構，其被配置為:當利用導電結構680、681將天線臂612、613連接至該調諧結構時，增加天線臂612、613的電氣長度。期望地，導電結構680、681被配置為具有與天線臂612、613大致相同的特征阻抗以便使反射最小化。在一個實施例中，如圖7和圖8所不的，導電結構680、681每一可以是單個通孔。在替代實施例中，導電結構680、681每一可以包括多個通孔。在另一替代實施例中，導電結構680、681可以被平面型導電互連代替，所述平面型導電互連例如包繞天線臂612、613的遠端634、635和基板602的底表面606之間的基板602的邊緣的金屬化條帶。在其它實施例中，導電結構680、681每一可以包括一個或多個通孔和平面型導電互連的組合，或者，可以包括提供天線臂612、613的遠端634、635和RF模塊600所附連的基板上的調諧結構(例如，圖9的調諧結構910、911)之間的導電性的任何其它結構。根據一個實施例，以及如圖8所描述的(但在圖6和7中未描述)，RF模塊600可以還包括上覆在偶極天線610、電氣元件650-652、以及基板602的頂表面604上的包封材料802。雖然這里討論的各種實施例描述了帶有兩個金屬層(例如，圖8的層810、820)和位于它們之間的單個電介質層(例如，圖6的基板602)的RF模塊600,然而,替代實施例可以包括三個或更多個金屬層和將所述三個或更多個金屬層分隔開的兩個或更多個電介質層。此外，在不同實施例中，偶極天線610可以被包括作為位于表面金屬層之間的金屬層(也就是，除表面金屬層以外的金屬層)的部分。雖然這樣的替代實施例在此未作詳細討論，然而本領域技術人員基于描述會理解如何修改在此所討論的各種實施例以產生這樣系統。此夕卜，雖然在圖6_8中在不同位置不出了各種電氣兀件650-652、導電互連、以及導電結構660、662，但是應理解，被包括在圖6-8中的電氣元件650-652、導電互連、以及導電結構660、662的數量和布置被選擇以便于各實施例的說明，并且所選擇的數量和布置以及電氣元件650-652之間的所描述的互連不應被解釋為限制性的。如上面提到的，RF模塊的實施例，例如RF模塊600，可以被并入到需要無線地通信信息的系統中。例如，圖9和圖10分別示出了根據一個實施例的系統900的頂視圖和截面側視圖，系統900包括耦接到基板902 (例如，PCB)的RF模塊(例如，帶有偶極天線610的RF模塊600)。為了方便起見，在圖9和圖10中保留了在圖6中使用的用于RF模塊600的各元件的參考數字。在一個實施例中，系統900包括至少一個非RF元件920。如先前所討論的，RF模塊600包括偶極天線610和各種電氣元件(例如，圖6的元件650-652)，各種電氣元件使得偶極天線610能夠在空中接口上發送RF信號，從空中接口接收RF信號，或二者。根據一個實施例，非RF元件920被配置以產生通過RF模塊600傳輸的信號和/或以使用通過RF模塊600產生的信號(基于RF模塊600從空中接口接收的RF信號)。RF模塊600、調諧結構910、911、以及非RF元件920被機械耦接到基板902。例如，可以通過使用至少一個導電結構(例如，導電結構662，諸如，浮置墊盤)，將RF模塊600機械耦接到基板902，所述導電結構可以被焊接至在基板902上的至少一個相應的導電結構(例如，其它浮置墊盤，未示出)。非RF元件920可以類同地機械耦接到基板902。替代地，可以通過使用引腳、膠、或其它手段，將RF模塊600和/或非RF元件920機械耦接到基板902。此外，可以通過使用各種墊盤(未示出)、通孔(未示出)、以及在基板902上和/或穿過基板902的導電互連(未示出)，將RF模塊600和非RF元件920電耦接到基板902并且相互電耦接。以這種方式，RF模塊600和非RF元件920可以交換電信號。根據一個實施例，RF模塊600被設計為具有特定的諧振頻率和帶寬。根據一個實施例，為了確保所期望的諧振頻率不因基板902的厚度和介電常數而發生顯著偏移，在基板902上設置調諧結構910、911以增加天線臂612、613的電氣長度。調諧結構910、911的配置在具有不同介電常數和/或厚度的基板上可以是不同的，以確保不管RF模塊600所耦接的基板的介電常數和/或厚度如何都實現所需要的諧振頻率。根據一個實施例，調諧結構910、911每一都包括在基板902的頂表面904上的被圖案化的平面型導電結構(例如，導電層的一部分)。在其它實施例中，調諧結構910、911可以是除被圖案化的導電結構以外的導電結構。例如，替代地，調諧結構910、911可以是導電的凸塊、球、片、或通孔(例如，到基板902中的和/或穿過基板902的通孔)。如先前所討論的，調諧結構910、911被配置來:當調諧結構910、911電耦接(例如，通過使用導電結構680、681和可選的墊盤804、805)到天線臂612、613的遠端634、635時，增加天線臂612、613的電氣長度。如圖9所示的，調諧結構910、911可以有伸長的形狀。主軸(圖9中的水平軸)可以與天線臂612、613的主軸(圖9中的對角線)平行，或者，可以不與其平行(未示出)。調諧結構910、911的配置確定了調諧結構910、911所提供的天線臂612、613的電氣長度的增長百分比。例如，天線臂612、613的物理長度930、931和調諧結構910、911的物理長度932、933之間的相對差可能牽涉到調諧結構910、911所提供的天線臂612、613的電氣長度的增長百分比。然而，本領域技術人員基于這里的描述將理解，調諧結構910、911的物理長度932、933不是決定調諧結構910、911所提供的天線臂612、613的電氣長度的增長百分比的唯一因素。系統900的諧振頻率牽涉到天線臂612、613，導電結構680、681，以及調諧結構910、911的整個組合的電氣長度。根據一個實施例，調諧結構910、911占天線臂612、613，導電結構680、681，以及調諧結構910、911的每個整個組合的電氣長度的大約10%或更少。根據另一實施例，調諧結構910、911占天線臂612、613，導電結構680、681，以及調諧結構910,911的每個整個組合的電氣長度的達50%。在其它實施例中，調諧結構910、911可以占每個組合的整個電氣長度的50%以上。根據一個實施例，以及如圖3所描述的(但在圖1和圖2中未描述)，RF模塊100還可以包括上覆在PIFA 110、電氣元件150-153、以及基板102的頂表面104上的包封材料302。通過包封材料302，PIFA 110和電氣元件150-153被保護以免受環境和機械的損傷。為了進一步說明不同實施例，圖11和圖12示出了圖9和圖10中的系統的簡化版本的三維的、分解以及組裝視圖。如圖11所示的，RF模塊1100(其包括基板1102、偶極天線1110、以及包封物1120)不同于系統基板1130(其包括調諧結構1140、1141)。為了產生組裝系統1200，使RF模塊1100接觸系統基板1130，如箭頭1150所示的，并將RF模塊1100和系統基板1130對齊以使得在天線臂1112、1113的遠端1114、1115處的導電結構(例如，圖6的導電結構680、681)與調諧結構1140、1141對齊。然后將RF模塊1100機械附接并電連接至系統基板1130(例如，用焊料、膠、或其它手段)。作為本領域技術人員基于這里的描述應理解，可以使用類似的工藝將帶有不同類型天線的RF模塊和系統基板互連。在上面所討論的多種實施例中，RF模塊(例如，圖1和圖6的模塊100、600)在模塊基板(例如，圖1和圖6的基板102、602)上有天線(例如，圖1和圖6的倒F型天線110、偶極天線610)。然后將RF模塊與另一基板(例如，圖4和圖9的基板402、902)組裝，其中RF模塊的底表面面向該其它基板的頂表面。在這樣的實施例中，通過模塊基板將RF模塊的天線與所述其它基板分隔開。在替代實施例中，RF模塊可以與另一基板組裝以使得模塊基板的帶有天線的面面向所述其它基板(也就是，相對于先前所描述的實施例，RF模塊被翻轉)。例如，圖13示出了根據替代實施例的系統1300的截面側視圖，系統1300包括耦接到包括調諧結構1322的系統基板1320的RF模塊1310。RF模塊1310可以與RF模塊100、600類似，類似之處在于RF模塊1310包括模塊基板1312和包括至少一個天線臂1314的天線。然而，不是用包封材料(例如，圖3、8的包封材料302、802)覆蓋天線臂1314，而是用非導電材料層1330(例如，焊料阻擋物(solder block))覆蓋天線臂1314。層1330包括在天線臂1314的遠端1316處的開口，從而使得天線臂1314的遠端1316可以電耦接到系統基板1320上的調諧結構1322(例如，通過使用焊料1350)。根據這樣的實施例，不需要穿過模塊基板1312的導電結構(例如，圖1、6的導電結構180、680、681)來將天線臂1314的遠端1316電連接至調諧結構1322。代之以，天線臂1314的遠端1316通過在非導電材料層1330中的開口電連接至調諧結構1322。雖然在圖4、5和9-13中示出特定的系統配置，然而應理解，所示出的配置只是提供用于示例目的，并且可以對系統400、900以及1300做出多種修改而仍享有各實施例的優點。例如，雖然在圖4、5和9-12中僅示出了單個RF模塊100、600和非RF元件420、920，然而其它系統可以包括多個RF模塊100、600和/或非EF元件420、920。此外，雖然RF模塊100、600、1300和非RF元件420、920每一都被示出為耦接到基板402、902、1320的頂面，但是RF模塊100、600、1300或非RF元件420、920中的任一個或全部可以耦接到基板402、902、1320的底面。如此，上面已經描述了被配置以使得其天線臂的電氣長度能夠被延展的天線、其中并入有這些天線的模塊和系統的多種實施例。天線的一個實施例包括:基板，耦接到基板的第一天線臂，以及位于第一天線臂的遠端和基板的底表面之間的第一導電結構。RF模塊的一個實施例包括:基板，包括耦接到基板的第一天線臂的天線，以及位于第一天線臂的遠端和基板的底表面之間的第一導電結構。RF模塊的另一實施例包括 第一基板、耦接到第一基板的天線、以及耦接到第一基板并耦接到天線的一組電氣元件。該組電氣元件被配置來接收用于從與模塊分開封裝的非RF元件接收用于傳輸的信號，將該信號轉換為RF信號，并且將該RF信號提供至天線以用于在空中接口上輻射。系統的一個實施例包括:第一基板，在第一基板的頂表面上的第一導電結構，以及耦接到第一基板的頂表面的天線。所述天線包括:第二基板，耦接到第二基板的第一天線臂，以及具有近端和遠端的 第二導電結構。第二導電結構的近端耦接到第一天線臂的遠端，并且第二導電結構的遠端延伸至第二基板的底表面，并且耦接到第一基板上的第一導電結構。系統的另一實施例包括如下的天線，所述天線具有:第一基板，耦接到第一基板的第一天線臂，以及覆蓋第一天線臂并且在第一天線臂的遠端處具有第一開口的電介質層。如本發明所使用的，術語“導電結構”意指平面型導電結構、墊盤、通孔、多個通孔、凸塊、球、導線、或其任意組合。如在此所使用的，術語“墊盤”意指位于封裝外部的電路和封裝內部的電路之間的導電連接。“墊盤”應被理解為包括引腳、墊盤、凸塊、球、以及任何其它導電連接。術語“互連”意指用于特定IC的輸入(I)導體、用于特定IC的輸出(O)導體、或用于特定IC的服務于雙重I/O目的的導體。在一些情況下，互連可以直接耦接到封裝引腳，并且在一些其它情況下，互連可以耦接到另一 IC的互連。說明書和權力要求中的術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等，如果有的話，可以被用于區分類似元件或步驟，并且并不必然用于描述特定的順序或時間順序。應理解，如此使用術語在適當的情況下是可互換的，以使得在此所描述的實施例能夠例如按這里所示的或以其他方式描述的順序或布置操作或布置。此外，在任何流程圖中描述的或結合任何流程圖描述的過程、模塊或步驟的順序僅用于示例目的，并且應理解，在其它實施例中各種過程、模塊或步驟可以以其它順序和/或并行實施，和/或所述過程、模塊或步驟中的某些可以被組合，刪除，或分解為多個過程、塊或步驟，和/或可以結合實施例實施附加的或不同的過程、模塊或步驟。此外，術語“包括”、“包含”、“具有”、及其任何變形意圖覆蓋非排他性包含，從而包括一系列元件或步驟的過程、方法、物品、或裝置并不必然限于這些元件或步驟，而是，可以包括沒有明確列出的或這些過程、方法、物品、或裝置固有的其他要素或步驟。應該理解，可以對上述所描述的實施例進行多種修改而不脫離本發明的主旨范圍。雖然已經結合特定系統、裝置、以及方法對本發明主旨原理進行了描述，然而應清楚地理解，該描述僅僅是通過示例的方式作出的，而不作為對本發明主旨范圍的限定。在此所討論的并在附圖中示出的各種功能或處理模塊可以以硬件、固件、軟件或其任何組合實現。此夕卜，在此所采用的措辭或術語是用于描述的目的而不是限定的目的。對特定的實施例的上述描述充分揭示了本發明主旨的一般特性，從而其它人可以通過運用當前的知識，在不脫離總體概念的情況下，很容易地對其進行修改和/或調整以適合各種應用。因此，這些調整和修改在所公開的實施例的等同物的含義和范圍內。本發明主旨涵蓋了所有落在所附權利要求的精神和寬泛的范圍中的所有這些替代、修改、等同、以及變化。
權利要求
1.一種天線包括: 基板； 第一天線臂，其耦接到所述基板；以及 第一導電結構，其位于所述第一天線臂的遠端和所述基板的底表面之間。
2.根據權利要求1所述的天線，其中所述天線是平面型的倒F型天線，并且所述天線還包括: 接地結構； 饋電臂，其耦接到所述第一天線臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天線臂和所述接地結構之間。
3.根據權利要求1所述的天線，其中所述天線是偶極天線，并且述天線還包括: 第二天線臂，其耦接到所述基板；以及 第二導電結構，其位于所述第二天線臂的遠端和所述基板的所述底表面之間。
4.根據權利要求1所述的天線，其中所述第一天線臂有在大約10毫米至大約50毫米范圍內的長度。
5.根據權利 要求1所述的天線，其中所述第一導電結構包括: 延伸通過所述基板的一個或多個導電通孔。
6.根據權利要求1所述的天線，其中所述第一導電結構包括: 位于所述基板的邊緣處的平面型導電互連。
7.根據權利要求1所述的天線，其中所述第一天線臂耦接到所述基板的頂表面，并且其中所述天線還包括: 包封材料，其覆在所述第一天線臂和所述基板的所述頂表面上。
8.一種射頻(RF)模塊包括: 基板； 天線，其包括耦接到所述基板的第一天線臂；以及 第一導電結構，其位于所述第一天線臂的遠端和所述基板的底表面之間。
9.根據權利要求8所述的模塊，其中所述天線是平面型的倒F型天線，并且所述天線還包括: 接地結構； 饋電臂，其耦接到所述第一天線臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天線臂和所述接地結構之間。
10.根據權利要求8所述的模塊，其中所述天線是偶極天線，并且所述天線還包括: 第二天線臂，其耦接到所述基板；以及 第二導電結構，其位于所述第二天線臂的遠端和所述基板的所述底表面之間。
11.根據權利要求8所述的模塊，其中所述第一導電結構選自:通孔，多個通孔，平面型導電互連，及其組合。
12.根據權利要求8所述的模塊，其中所述模塊還包括: 電氣元件，其耦接到所述基板的頂表面，其中所述電氣元件選自:發射器，接收器，以及收發器。
13.根據權利要求12所述的模塊，其中所述第一天線臂耦接到所述基板的所述頂表面，并且其中所述模塊還包括: 包封材料，其覆在所述第一天線臂、所述電氣元件、以及所述基板的所述頂表面上。
14.一種系統包括: 第一基板； 第一導電結構，其位于所述第一基板的頂表面上；以及 天線，其耦接到所述第一基板的所述頂表面，其中所述天線包括: 第二基板， 第一天線臂，其耦接到所述第二基板，以及 第二導電結構，其具有近端以及遠端，其中所述第二導電結構的所述近端耦接到所述第一天線臂的遠端，以及所述第二導電結構的所述遠端延伸至所述第二基板的底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第一導電結構。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述第一導電結構被配置以增加所述第一天線臂的電氣長度。
16.根據權利要求14所述的系統，其中所述第一導電結構包括平面型導電結構。
17.根據權利要求14所述的系統，其中所述第二導電結構選自:通孔，多個通孔，平面型導電結構，及其的組合。
18.根據權利要求14所述的系統，其中所述天線是平面型的倒F型天線，并且所述天線還包括: 接地結構； 饋電臂，其耦接到所述第一天線臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天線臂和所述接地結構之間。
19.根據權利要求14所述的系統，還包括: 第三導電結構，其位于所述第一基板的所述頂表面上，并且 其中所述天線是偶極天線，并且所述天線還包括 第二天線臂，其耦接到所述第二基板，以及 第四導電結構，其具有近端和遠端，其中所述第四導電結構的所述近端耦接到所述第二天線臂的遠端，并且所述第四導電結構的所述遠端延伸至所述第二基板的所述底表面并且耦接到所述第一基板上的所述第三導電結構。
20.根據權利要求14所述的系統，還包括: 非RF元件，其耦接到所述第一基板，產生用于傳輸的信號；以及一組電氣元件，其耦接到所述第二基板并耦接到所述第一天線臂，其中該組電氣元件被配置以接收所述信號，將所述信號轉換為RF信號，并且提供所述RF信號至所述第一天線臂，以供在空中接口上輻射。
21.—種系統,包括: 天線，所述天線包括 第一基板， 第一天線臂，耦接到所述第一基板，以及 電介質層，其覆蓋所述第一天線臂并且在所述第一天線臂的遠端處具有第一開口。
22.根據權利要求21中所述的系統，還包括:第二基板；以及 第一導電結構，其位于所述第二基板的頂表面上，并且 其中所述第一天線臂的所述遠端通過所述電介質層內的所述第一開口耦接到所述第一導電結構。
23.根據權利要求22所述的系統，還包括: 第二導電結構，其位于所述第二基板的所述頂表面上，以及 其中所述天線是偶極天線，并且所述天線還包括: 第二天線臂，其耦接到所述第一基板，其中所述電介質層覆蓋所述第二天線臂并且在所述第二天線臂的遠端處具有第二開口，并且其中所述第二天線臂的所述遠端通過所述電介質層內的所述第二開口耦接到所述第二導電結構。
24.根據權利要求21所述的系統，其中所述天線是平面型的倒F型天線，并且所述天線還包括: 接地結構； 饋電臂，其耦接到所述第一天線臂；以及 短接臂，其耦接于所述第一天線臂和所述接地結構之間。
25.一種射頻(RF)模塊，包括: 第一基板；` 天線，其耦接到所述第一基板；以及 一組電氣元件，其耦接到所述第一基板并耦接到所述天線，其中該組電氣元件被配置以接收用于從與所述模塊分開封裝的非RF元件傳輸的信號，將所述信號轉換為RF信號，并且提供所述RF信號至所述天線以在空中接口上輻射。
26.根據權利要求25所述的模塊,其中該組電氣兀件包括從下列中選擇的一個或多個元件:發射器，接收器，收發器，平衡-不平衡變換器，以及振蕩器。
27.根據權利要求25所述的模塊，其中所述天線是平面型的倒F型天線，并且所述天線包括: 接地結構； 天線臂； 饋電臂，其耦接到所述天線臂并且被配置來從該組電氣元件接收所述RF信號；以及 短接臂，其耦接于所述天線臂和所述接地結構之間。
28.根據權利要求25所述的模塊，其中所述天線是偶極天線，并且所述天線包括: 第一天線臂；以及 第二天線，其中所述第一和第二天線臂被配置來從該組電氣元件接收所述RF信號。
29.根據權利要求25所述的模塊，其中所述天線和該組電氣元件耦接到所述第一基板的所述頂表面，并且其中所述模塊還包括: 包封材料，其覆在所述天線、該組電氣元件、以及所述第一基板的所述頂表面上。
30.根據權利要求25所述的模塊，其中所述模塊還包括: 一個或多個導電結構，被配置以將所述模塊與第二基板電連接，其中該組電氣元件通過所述一個或多個導電結構接收所述非RF信號。
31.根據權利要求25所述的模塊，其中所述第一基板具有長度、寬度以及厚度，并且其中: 所述長度在大約10毫米至大約100毫米的范圍內； 所述寬度在大約10毫米至大約 100毫米的范圍內；并且 所述厚度在大約0.5毫米至大約5毫米的范圍內。
全文摘要
本發明涉及臂可延展天線以及并入有該天線的模塊及系統。天線(110，610，1110)和射頻(RF)模塊(100，600，1100)的實施例包括基板(102，602，1102)、耦接到所述基板的第一天線臂(112，612，1112)、以及位于所述第一天線臂的遠端和所述基板的底表面之間的第一導電結構(106，606)。系統(400，900，1200)的實施例包括第一基板(400，900，1130)、位于所述第一基板的頂表面(404，904)上的第一導電結構(410，910，1140)、以及耦接到所述第一基板的所述頂表面天線(110，610，1110)。所述天線包括第二基板(102，602，1102)、耦接到所述第二基板的第一天線臂(112，612，1112)、以及具有近端和遠端的第二導電結構(180，680)。所述第二導電結構的所述近端耦接到所述第一天線臂的遠端(134，634)，并所述第二導電結構的所述遠端延伸至所述第二基板的底表面(106，606)并且耦接到所述第一基板上的所述第一導電結構。
文檔編號H01Q1/38GK103187625SQ201210584489
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者李強, J·T·亞當斯, O·L·哈丁 申請人:飛思卡爾半導體公司