集成在多層印刷電路板上的天線饋電器的制作方法

本申請大體涉及無線通信裝置，并且更具體地，涉及集成在多層印刷電路板上的天線饋電器。

背景技術：

為滿足對由于第四代(4G)通信系統的發展而增加的無線數據通信量的需要，已經為研發改進的第五代(5G)或預5G通信系統做出了努力。因此，5G或預5G通信系統也稱為“超4G網絡”或“后長期演進(LTE)系統”。

5G通信系統被認為是在例如60GHz波段的更高頻率(毫米波)波段中實施，以便實現更高的數據速率。為了減少無線電波的傳播損耗并且增大傳輸距離，在5G通信系統中討論了波束成形、大規模多輸入多輸出(MIMO)、全維度MIMO(FD-MIDO)、陣列天線、模擬波束成形、大規模天線技術。

另外，在5G通信系統中，正在基于先進小小區、云無線接入網絡(RAN)、超密度網絡、裝置到裝置(D2D)通信、無線回程、移動網絡、協作通信、協作多點(CoMP)、接收端干擾消除等進行用于系統網絡改進的研發。

在5G系統中，已經研發了作為先進編碼調制(ACM)的混合頻率移位鍵控(FSK)、正交幅度調制(FQAM)和滑動窗疊加編碼(SWSC)、以及作為先進接入技術的濾波器組多載波(FBMC)、非正交多址接入(NOMA)和稀疏編碼多址接入(SCMA)。

FD-MIMO應用在基站(BS)處排列成二維點陣的大量有源天線元件。這樣，BS陣列能夠以提供充分的自由度來支持多用戶MIMO(MU-MIMO)的方位角和仰角波束成形。基站的工作頻率取決于頻譜可用性、服務供應商和所使用的雙工方案。例如，LTE TDD波段#41(2.496-2.69GHz)和#42(3.4-3.6GHz)以及FDD波段#7(2.5-2.57GHz UL和2.62-2.69GHz DL)以及#22(3.41-3.5GHz UL和3.51-3.6GHz DL)為FD-MIMO提供適當波譜。在這些頻率波段處，波長在8-12厘米的范圍內，鑒于FD-MIMO系統可由幾百個有源天線組成，因此天線系統相對龐大。因而，有必要進行高度集成來保持總體較小的形狀因數、低成本、輕重量并且避免不必要的功率損耗。這意味著構成有源天線系統的多個板(諸如，天線板、天線饋電板、收發器板和基帶板)需要集成到一個緊湊單元中。

通常，集成收發器板和基帶板需要多層PCB技術和極高效的系統架構。然而，天線和天線饋電板集成并不簡單，因為其通常導致頻帶寬度和效率的損失。

技術實現要素：

技術方案

在第一實施方式中，提供了天線系統。該天線系統包括布置成與多層印刷電路板(PCB)層疊接近的天線元件。多層PCB層疊包括多個交替的導電層和介電層，其中，第一導電層配置為用作天線接地面層并且包括縫隙開口，該縫隙開口的橫向尺寸小于天線元件的橫向尺寸，第二導電層配置為用作屏蔽層，第三導電層配置為用作系統接地面層。多層PCB層疊還包括至少兩個第一縫隙開口，該至少兩個第一縫隙開口的橫向尺寸小于天線元件的橫向尺寸，該至少兩個第一縫隙開口布置在類似的橫向位置處并且穿過至少兩個連續的導電層，使得第一縫隙開口基本上互相重疊。所述多層PCB層疊還包括印刷在至少一個導電層上的傳輸線，傳輸線配置為傳播射頻(RF)信號并且配置為通過至少兩個第一縫隙開口中的至少一個將RF信號耦合至天線元件。多層PCB層疊還包括具有配置為傳播直流(DC)信號的部分的至少一個導電層。多層PCB層疊還包括電耦合至傳輸線的至少一個RF收發器單元和電耦合至RF收發器單元的至少一個基帶處理單元。多層PCB層疊還包括多個導電層互連通孔，該多個導電層互連通孔使得所述多層PCB層疊中的所述接地面層與天線接地面層的部分之間、所述屏蔽層與所述導電層的部分之間能夠電連接，該通孔布置成穿過所有導電層、跨多層PCB層疊的區域中不包括第一縫隙開口的實質部分分布。

根據以下附圖、描述和權利要求，其它技術特征可對本領域技術人員顯而易見。在本專利文件的全文中，對某些特定的詞匯和短語進行了定義。本領域普通技術人員應理解的是，在絕大多數情況下，這些定義應用于這些所限定的詞匯和短語的以往使用以及將來使用。

在開始以下具體實施方式之前，闡述在本專利文獻全文中所使用的某些詞匯和短于的定義可能是有利的。術語“耦合(couple)”及其派生詞表示兩個或更多元件之間的任何直接或間接通信，而不管這些元件是否互相物理接觸。措辭“發送”、“接收”和“通信”及其派生詞包括直接通信和間接通信。措辭“包括(include)”和“包括(comprise)”及其派生詞表示沒有限制的包括。措辭“或”是可兼的，表示和/或。短語“與……相關(associated with)”及其派生詞表示包括(include)、包括在……中(be included within)、與……互連(interconnect with)、包含(contain)、包含在……中(be contained within)、連接至……或者與……連接(connect to or with)、耦合至……或與……耦合(couple to or with)、可與……通信(be communicable with)、與……配合(cooperate with)、交叉(interleave)、并列(juxtapose)、與……接近(be proximate to)、結合至……或與……結合(be bound to or with)、具有……性質(have a property of)、與……有關系或和……有關系(have a relationship to or with)等。術語“控制器”表示控制至少一個操作的任何裝置、系統或其部分。這種控制器可在硬件中實現或可在硬件和軟件和/或固件的組合中實現。與任一特定控制器相關的功能都可以為集中式或分布式，無論是本地還是遠程。當短語“中的至少一個”與項目的列表一起使用時，表示可使用所列項目中一個或多個的不同組合，并且可需要列表中的僅一個項目。例如“A、B和C中的至少一個”包括以下組合中的任一個：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。

附圖說明

為了更完全理解本公開及其優點，現參考結合附圖所作出的以下描述，其中，相同的附圖標記表示相同的部件：

圖1示出了根據本公開的示例性無線網絡；

圖2A和圖2B示出了根據本公開的示例性無線發送與接收路徑；

圖3A示出了根據本公開的示例性用戶設備(UE)；

圖3B示出了根據本公開的示例性演進型Node B(eNB)；

圖4示出了使用縫隙耦合微帶的貼片天線饋電器；

圖5示出了多層印刷電路板(PCB)貼片天線饋電器；

圖6示出了圖4中典型的縫隙饋電器與圖5中多層PCB縫隙饋電器的史密斯圓圖天線阻抗；

圖7示出了使用連接件附接至多層PCB的天線饋電電路的圖示；

圖8示出了根據本公開集成到多層PCB中的天線饋電電路；

圖9示出了根據本公開集成有天線饋電設備的多層PCB板；

圖10示出了根據本公開位于所提出的天線饋電多層PCB之上的雙極化天線貼片板；

圖11示出了根據本公開的偶極天線組件；以及

圖12和圖13示出了根據本公開從圖11的偶極天線PCB板到多層PCB的過渡。

具體實施方式

在本專利文獻中，以下討論的圖1至圖13以及用來描述本公開的原理的多個實施方式僅用作示例，并且不應以任何限制本公開的范圍的方式解釋。本領域技術人員將理解的是，本公開的原理可以在任何適當布置的無線通信裝置中實施。

圖1示出了根據本公開的示例性無線網絡100。圖1中示出的無線網絡100的實施方式僅用作示例。在不脫離本公開的范圍的情況下，可使用無線網絡100的其他實施方式。

如圖1所示，無線網絡100包括eNodeB(eNB)101、eNB 102和eNB 103。eNB 101與eNB 102和eNB 103通信。eNB 101還與至少一個網間協議(IP)網絡130(諸如因特網、專有IP網絡或其他數據網絡)通信。

根據網絡類型，也可使用其他公知的術語代替“eNodeB“或“eNB”，諸如使用“基站“或“接入點”。為方便起見，在本專利文件中使用術語“eNodeB”和“eNB”來表示向遠程終端提供無線接入的網絡基礎設施構件。此外，根據網絡類型，可使用其他公知的術語(諸如，“移動電臺”、“用戶服務站”、“遠程終端”、“無線終端”或“用戶裝置”)來代替“用戶設備”或“UE”。為方便起見，無論UE是移動裝置(諸如，移動電話或智能電話)還是通常被認為是固定裝置(例如，臺式計算機或自動售貨機)，在本專利文獻中都使用術語“用戶設備”和“UE”來表示無線地接入eNB的遠程無線設備。

eNB 102為在eNB 102的覆蓋區120內的第一多個用戶設備(UE)提供向網絡130的無線寬帶接入。第一多個UE包括：可位于小型企業(SB)內的UE 111；可位于企業(E)內的UE 112；可位于WiFi熱點(HS)內的UE 113；可位于第一住宅(R)的UE 114；可位于第二住宅(R)中的UE 115；以及可以是如手機、無線膝上計算機、無線PDA等的移動裝置(M)的UE 116。eNB 103為eNB 103的覆蓋區125內的第二多個UE提供向網絡130的無線寬帶接入。第二多個UE包括UE 115和UE 116。在一些實施方式中，eNB 101-103中的一個或多個可使用5G、LTE、LTE-A、WiMAX或其他先進無線通信技術來互相通信并且與UE 111-116通信。

虛線示出了覆蓋區120和125的大概范圍，僅為了圖示和說明的目的，將覆蓋區120和125示出成近似圓形。應清楚地理解，與eNB相關的覆蓋區(諸如覆蓋區120和125)可根據eNB的配置以及與自然和人為干擾相關的無線電環境變化而具有包括不規則形狀的其他形狀。

如以下更詳細地描述的，eNB 101-103中的一個或多個包括用于將天線饋電器集成到包括多個導電層和介電層的多層PCB中的設備。天線饋電板被集成到多層PCB板上，該多層PCB板包括其余關鍵的電信系統構件(諸如，收發器單元和基帶單元中的至少一個)。所集成的板的總體厚度小于2.54毫米(0.100”)，并且可以以低成本和高可靠性進行大量生產。

雖然圖1示出了無線網絡100的一個示例，但是可對圖1進行各種改變。例如，在任一適當的布置中，無線網絡100可包括任何數量的eNB和任何數量的UE。此外，eNB 101可以與任何數量的UE直接通信，并且向這些UE提供向網絡130的無線寬帶接入。同樣地，每個eNB 102-103可以與網絡130直接通信，并且為UE提供向網絡130的直接無線寬帶接入。而且，eNB 101、102和/或103可提供向其它或附加的外部網絡(諸如，外部電話網絡或其它類型的數據網絡)的接入。

圖2A和圖2B示出了根據本公開的示例性無線發送與接收路徑。在以下描述中，發送路徑200可描述成在eNB(諸如eNB 102)中實施，而接收路徑250可描述為在UE(例如UE 116)中實施。然而，將理解的是，接收路徑250可在eNB中實施，并且發送路徑200可在UE中實施。在一些實施方式中，發送路徑200和接收路徑250包括用于將天線饋電器集成到包括多個導電層和介電層的多層PCB中的設備。

發送路徑200包括信道編碼與調制塊205、串行到并行(S到P)塊210、采樣數為N的快速傅里葉逆變換(IFFT)塊215、并行到串行(P到S)塊220、添加循環前綴塊225和上轉換器(UC)230。接收路徑250包括下轉換器(DC)255、去循環前綴塊260、串行到并行(S到P)塊265、采樣數為N的快速傅里葉變換(FFT)塊270、并行到串行(P到S)塊275和信道解碼與調制塊280。

在發送路徑200中，信道編碼與調制塊205接收信息位的集合、實施編碼(諸如低密度奇偶校驗(LDPC)編碼)，并且對輸入位進行調制(例如四相移相鍵控(QPSK)或正交幅度調制(QAM))以產生頻域調制符號的序列。串行到并行塊210將串行調制符號轉換(例如，解復用)成并行數據來產生N個并行符號流，其中，N是eNB 102和UE 116中使用的IFFT/FFT采樣數。采樣數為N的IFFT塊215對N個并行符號流執行IFFT操作以產生時域輸出信號。并行到串行塊220轉換(例如，復用)來自采樣數為N的IFFT塊215的并行時域輸出符號以產生串行時域信號。添加循環前綴塊225將循環前綴插入到時域信號。上轉換器230將添加循環前綴塊225的輸出調制(例如，上轉換)成用于通過無線信道傳輸的RF頻率。信號在轉換為RF頻率之前還可在基帶處濾波。

來自eNB 102的所發送的RF信號在穿過無線信道之后到達UE 116，并且在UE 116處執行與在eNB 102處執行的那些操作相逆的操作。下轉換器255將所接收的信號下轉換成基帶頻率，并且去循環前綴塊260去除循環前綴，以產生串行時域基帶信號。串行到并行塊265將時域基帶信號轉換成并行時域信號。采樣數為N的FFT塊270執行FFT算法來產生N個并行頻域信號。并行到串行塊275將并行頻域信號轉換成經調制的數據符號的序列。信道解碼與解調塊280解調并解碼經調制的符號，以恢復初始輸入數據流。

eNB 101-103中的每個可實現與下行鏈路中向UE 111-116的發送相似的發送路徑200，并且可實現與上行鏈路中從UE 111-116的接收相似的接收路徑250。同樣地，UE 111-116中的每個可實現用于在上行鏈路中向eNB101-103的發送的發送路徑200，并且可實現用于在下行鏈路中從eNB 101-103的接收的接收路徑250。

圖2A和圖2B中的每個構件可僅使用硬件或使用硬件與軟件/固件的組合實現。作為具體示例，圖2A和圖2B中的至少一部分構件可通過軟件實現，而其他構件可通過可配置硬件或軟件與可配置硬件的結合實現。例如，FFT塊270和IFFT塊215可實現為可配置的軟件算法，其中，采樣數N的值可根據實施例而進行修改。

此外，雖然本公開被描述為使用FFT和IFFT，但是，這僅用作示例并且不應被解釋為限制本公開的范圍。可使用其他類型的變換式(諸如離散傅里葉變換(DFT)方程和離散傅里葉逆變換(IDFT)方程)。將理解的是，對于DFT方程和IDFT方程，變量N的值可以是任何整數(諸如1、2、3、4等)，而對于FFT方程和IFFT方程，變量N的值可以是為2的冪的任何整數(例如，1、2、4、8、16等)。

雖然圖2A和圖2B示出了無線發送與接收路徑的示例，但是可對圖2A和圖2B作出各種改變。例如，圖2A和圖2B中的各種構件可結合、進一步再分或省略，并且可根據特定需要添加其他構件。此外，圖2A和圖2B旨在示出可用于無線網絡的發送與接收路徑的類型的示例。可使用任何其他適當的架構來支持無線網絡中的無線通信。

圖3A示出了根據本公開的示例性UE 116。圖3中示出的UE 116的實施方式僅用作示例，并且圖1A的UE 111-115可具有相同或類似的配置。然而，UE以多種配置出現，并且圖3A不將本公開的范圍限制到UE的任何具體實施例。

UE 116包括多個天線305a-305n、射頻(RF)收發器310a-310n、發送(TX)處理電路315、擴音器320以及接收(RX)處理電路325。TX處理電路315和RX處理電路325分別耦合至RF收發器310a-310n中的每個，例如，分別耦合至與天線305a、天線305b和第N個天線305n耦合的RF收發器310a、RF收發器210b至第N個RF收發器310n。在某些實施方式中，UE 116包括單個天線305a和單個RF收發器310a。在某些實施方式中，天線305中的一個或多個包括用于將天線饋電器集成到包括多個導電層和介電層的多層PCB的設備。UE 116還包括揚聲器330、主處理器340、輸入/輸出(I/O)接口(IF)345、鍵盤350、顯示器355和存儲器360。存儲器360包括基本操作系統(OS)程序361和一或多個應用362。

RF收發器310a-310n從相應的天線305a-305n接收由網絡100的eNB或AP發送的輸入RF信號。在某些實施方式中，RF收發器310a-310n中的每個與相應的天線305a-305n被配置用于特定的頻率波段或技術類型。例如，第一RF收發器310a和天線305a可配置為通過近場通信(諸如藍牙)來進行通信，而第二RF收發器310b和天線305b可配置為通過IEEE 802.11通信(諸如Wi-Fi)來進行通信，并且另一RF收發器310n和天線305n可配置為通過蜂窩式通信(諸如3G、4G、5G、LTE、LET-A或WiMAX)進行通信。在某些實施方式中，RF收發器310a-310n中的一個或多個與相應的天線305a-305n被配置用于特定的頻率波段或相同的技術類型。RF收發器310a-310n對輸入RF信號進行下轉換來產生中頻(IF)信號或基帶信號。IF信號或基帶信號被發送至RX處理電路325，RX處理電路325通過對基帶信號或IF信號進行濾波、解碼和/或數字化來產生經處理的基帶信號。RX處理電路325將經處理的基帶信號發送至揚聲器330(諸如對于語音數據)或發送至主處理器340以供進一步處理(諸如對于網頁瀏覽數據)。

TX處理電路315從擴音器320接收模擬語音或數字語音，或者從主處理器340接收其他輸出基帶數據(諸如網頁數據、電子郵件或交互式視頻游戲數據)。TX處理電路315對輸出基帶數據進行編碼、復用和/或數字化，以產生經處理的基帶信號或IF信號。RF收發器310a-310n從TX處理電路315接收輸出的經處理的基帶信號或IF信號，并且將基帶信號或IF信號上轉換成通過天線305a-305n中的一個或多個發送的RF信號。

主處理器340可包括一個或多個處理器或其他處理裝置，并且執行存儲在存儲器360中的基本OS程序361來控制UE 116的總體操作。例如，根據公知的原理，主處理器340可通過RF收發器310a-310n、RX處理電路325和TX處理電路315來控制正向信道信號的接收和反向信道信號的發送。在一些實施方式中，主處理器340包括至少一個微處理器或微控制器。

主處理器340還能夠執行存儲器360中存在的其他處理和程序。主處理器340可根據執行過程的需要將數據移動到存儲器360中或從存儲器360中移出。在一些實施方式中，主處理器340配置為基于OS程序361或響應于從eNB或操作員接收到的信號來執行應用362。主處理器340還耦合至I/O接口345，I/O接口345使UE 116能夠連接至其他裝置(諸如，膝上型計算機和便攜計算機)。I/O接口345是這些配件與主控制器340之間的通信路徑。

主處理器340還耦合至鍵盤350和顯示單元355。UE 116的用戶可使用鍵盤350來將數據輸入到UE 116中。顯示器355可以是液晶顯示器或能夠呈現文本或至少有限圖形(諸如來自網站)或者文本和有限圖形的組合的其他顯示器。

存儲器360耦合至主處理器340。存儲器360的一部分可包括隨機存取存儲器(RAM)，并且存儲器360的另一部分可包括閃速存儲器或其它只讀存儲器(ROM)。

雖然圖3A示出了UE 116的一個示例，但是可對圖3作出各種改變。例如，圖3A中的各種構件可結合、進一步再分或省略，并且可根據特定需要添加其他構件。作為具體示例，主處理器340可劃分為多個處理器，諸如一個或多個中央處理器(CPU)和一個或多個圖形處理單元(GPU)。此外，雖然圖3示出了配置成移動電話或智能電話的UE 116，但是UE可配置成如其他類型的移動裝置或固定裝置那樣工作。

圖3B示出了根據本公開的示例性eNB 102。圖3B中所示的eNB 102的實施方式僅用作示例，并且圖1的其他eNB可具有相同或類似的配置。然而，eNB以多種配置出現，并且圖3B不將本公開的范圍限制到eNB的任何具體的實施例。

eNB 102包括多個天線365a-365n、多個RF收發器370a-370n、發送(TX)處理電路375和接收(RX)處理電路380。eNB 102還包括控制器/處理器385、存儲器390和回程或網絡接口395。

RF收發器370a-370n從天線365a-365n接收輸入RF信號(諸如，由UE或其他eNB發送的信號)。RF收發器370a-370n對輸入RF信號進行下轉換以產生IF信號或基帶信號。IF信號或基帶信號被發送至RX處理電路380，RX處理電路380通過對基帶信號或IF信號進行濾波、解碼和/或數字化來產生經處理的基帶信號。RX處理電路320將經處理的基帶信號發送至控制器/處理器385以供進一步處理。在某些實施方式中，天線370或RF收發器370a-370n中的一個或多個包括用于將天線饋電器集成到包括多個導電層和介電層的多層PCB中的設備。

TX處理電路375從控制器/處理器385接收模擬數據或數字數據(諸如，語音數據、網頁數據、電子郵件或交互式視頻游戲數據)。TX處理電路375對輸出的基帶數據進行解碼、復合和/或數字化，以產生經處理的基帶信號或IF信號。RF收發器370a-370n從TX處理電路385接收輸出的經處理的基帶信號或IF信號，并且將基帶信號或IF信號上轉換成通過天線365a-365n發送的RF信號。

控制器/處理器385可包括控制eNB 102的總體操作的一個或多個處理器或其他處理裝置。例如，根據公知原理，控制器/處理器385可通過RF收發器370a-370n、RX處理電路380和TX處理電路375來控制正向信道信號的接收和反向信道信號的發送。控制器/處理器385也可支持其他功能，諸如更先進的無線通信功能。例如，控制器/處理器385可支持波束成形操作或方向性路由操作，在方向性路由操作中，來自多個天線365a-365n的輸出信號被不同地加權，以將輸出的信號有效地轉向到期望的方向上。在eNB 102中，控制器/處理器385可支持各種其他功能。在一些實施方式中，控制器/處理器385包括至少一個微處理器或微控制器。

控制器/處理器385還能夠執行存儲器390中存在的程序以及其他進程，諸如基本OS。控制器/處理器385可根據執行過程的需要而將數據移動到存儲器390中或從存儲器390中移出。

控制器/處理器325還耦合至回程或網絡接口395。回程或網絡接口395允許eNB 102通過回程連接或通過網絡與其他裝置或系統通信。接口395可支持借助于任何適當的有線或無線連接的通信。例如，當eNB 102實現為蜂窩式通信系統的一部分(諸如支持5G、LTE或LTE-A的那部分)時，接口395可允許eNB 102通過有線或無線回程連接與其他eNB通信。當eNB 102實現為接入點時，接口395可允許eNB 102通過有線或無線局域網絡或者通過與更大型的網絡(諸如因特網)的有線或無線連接進行通信。接口395包括支持借助于有線或無線連接的通信的任何適當的結構，諸如以太網或RF收發器。

存儲器390耦合至控制器/處理器385。存儲器390的一部分可包括RAM，并且存儲器390的另一部分可包括閃速存儲器或其他ROM。

如以下更詳細地描述的，eNB 102的發送與接收路徑(使用RF收發器370a-370n、TX處理電路375和/或RX處理電路380實現)支持與FDD小區和TDD小區的集合體的通信。

雖然圖3B示出了eNB 102的一個示例，但是可對圖3B作出各種改變。例如，eNB 102可包括任何數量的圖3B所示的每個構件。作為具體示例，接入點可包括多個接口395，并且控制器/處理器385可支持在不同網絡地址之間路由數據的路由功能。作為另一具體示例，雖然eNB 102被示出為包括單個實例的TX處理電路375和單個實例的RX處理電路380，但是eNB 102可每個都包括多個實例(諸如每個RF收發器對應一個TX處理電路375和RX處理電路380)。

圖4示出了使用縫隙耦合微帶的貼片天線饋電器400。FD-MIMO BS陣列中使用的兩種普及的天線元件(貼片天線和偶極天線)在試圖與其它RF構件集成時均會受到性能劣化的困擾。具體地，為使印刷微帶貼片天線覆蓋如LTE TDD#41、#42波段和FDD#7、#22波段中操作所需的頻帶寬度的約10％的頻帶寬度，必須使用約1-5毫米的空氣間隙405來代替介電基底。空氣間隙405可通過使用塑料間隔件410將貼片天線板415以所需距離固定在具有接地面425和縫隙430開口的板420之上來建立。在這種情況下，通過直接電接觸(諸如使用某種探針饋電技術)來給貼片天線饋電不是良好的實踐，因為這樣會增大機械復雜性、降低可靠性、增加總成本并且需要會妨礙組裝和生產的定制。因此，貼片天線饋電器400使用孔徑耦合饋電技術，其中，縫隙430在貼片天線435之下的區域中的天線接地面425上開口，并且將RF信號從橫跨縫隙430開口的印刷傳輸線440耦合至貼片天線415。

這是饋電孔徑耦合貼片天線的典型形式。然而，該技術要求縫隙430和印刷微帶440饋電線從下方與金屬表面相距至少λ/8。如果例如為了屏蔽目的而將導電層505在縫隙430的下方放平或者作為多層PCB層疊的導電層的一部分，如圖5中所示的多層印刷電路板(PCB)貼片天線饋電器500中那樣，則縫隙430實際上被金屬層短接，或者相當于其品質因數Q變得很高并且天線帶寬和阻抗受到嚴重影響。例如，在波段#41(2.496-2.69GHz)處的λ/8相當于14.4毫米(0.567”)的距離。這是多層PCB中饋電線必須與任何銅信號布線或接地面/布線相距的最短距離，否則，如圖6所示，天線阻抗遠遠偏離期望的50歐姆(Ω)的目標。該λ/8間隔的要求的不利影響是其不能將縫隙饋電的微帶天線饋電線路由到多層PCB上，這是因為現代PCB的最大厚度限于＜5.08毫米(0.200”)。

為了避免這個缺點，如圖7所示天線饋電電路700中所示，先前的方法將多層PCB板的屏蔽層或頂部導電層505以大于λ/8的距離與天線饋電板分離開，使用RF連接件705將來自收發器的RF信號傳送至天線饋電板，其中，收發器通常被包括在多層PCB上。

在蜂窩頻率下，RF連接件705的長度通常為約18毫米。圖7的天線饋電電路700的配置不是很有實用性，因為天線饋電電路700的配置增大了總體的天線形狀因數、由于昂貴的RF連接件和適配器而增加了成本，而RF連接件和適配器導致系統的額外損耗、增加組件的復雜性并且降低可靠性(尤其在進行大量生產時)、增加了總重量(考慮到具有約幾百個天線連接件的實際天線系統)并且最終對兩個板與RF連接件之間的錯位誤差敏感。

本公開的實施方式闡明了將天線饋電板集成到多層PCB板上的方法和設備，該多層PCB板包括其余關鍵的電信系統構件(諸如，至少一個收發器單元和基帶單元)。該集成板的總厚度小于2.54毫米(0.100”)，并且該集成板可以以低成本和高可靠性進行大規模生產。

圖8示出了根據本公開集成到多層PCB中的天線饋電電路。圖8中示出的天線饋電電路800的實施方式僅用作示例。在某些實施方式中，eNB 102的天線365或收發器370中的一個或多個可具有相同或類似的配置。在不脫離本公開的范圍的情況下，可使用天線饋電電路800的其他實施方式。

天線饋電電路800被集成到多層PCB 805中。為了避免阻擋天線接地面810層上的縫隙開口815a，在主天線饋電縫隙815之下在多層PCB 805板上的所有連續導電層820上提供縫隙815b開口。為了保證導電層820的部分與系統和天線接地面810層的電連接，根據需要加入互連導電通孔825。通孔825跨多層PCB 805的區域的實質部分分布，但是在所有導電層820上的縫隙815開口之外并且遠離所有導電層820上的縫隙815開口。天線饋電電路800包括貼片天線835。在某些實施方式中，貼片天線835是天線365。傳播待耦合至貼片天線835的RF信號的微帶線830放置在頂部導電層820之上，并且部分地放置在貼片天線835之下。空氣間隙840通過將貼片天線板850以所需距離固定在具有接地面810的板855之上的塑料間隔件845建立。

圖9示出了根據本公開集成有天線饋電設備的多層PCB板。圖9所示的集成有天線饋電設備900的多層PCB板的實施方式僅用作示例。在某些實施方式中，eNB 102的天線365或收發器370中的一個或多個可具有相同或類似的配置。在不脫離本公開范圍的情況下，可使用天線饋電電路900的其他實施方式。

集成有天線饋電設備900的多層PCB板包括收發器905。收發器905和基帶910包括收發器370的部分。收發器905包括功率放大器、濾波器、發送與接收(TRX)開關、雙工器、混合器、摸擬-數字轉換器(ADC)/數字-模擬轉換器(DAC)。收發器905的電構件主要耦合至多層PCB 805板的底側處的導電層820a，與天線饋電線915的電連接用互連通孔825實現，天線饋電線915可以是在多層PCB 805板的頂側處的導電層820之上的印刷微帶線830。印刷定向耦合器920和功率分配器925也放置在多層PCB板855的頂側處的導電層820之上，并且電連接至天線饋電線915。基帶910被包括在PCB板855的頂側之上，并且通過互連通孔825電連接至收發器單元905。基帶910包括諸如ASIC、FPGA、DSP、存儲器等處理電路。

圖10示出了根據本公開位于所提出的天線饋電多層PCB之上的雙極化天線貼片板。圖10中示出的雙極化天線貼片板1000的實施方式僅用作示例。在圖10所示的示例中，僅示出了兩個元件。在不脫離本公開范圍的情況下，可使用其他實施方式。

圖10示出了以短距離位于包括參照圖8所描述的饋電設備的多層PCB之上的雙極化的貼片天線陣列板的俯視圖，示出的兩個元件1005a和1005b僅用作示例。通孔825的陣列布置成穿過多層PCB 805并且以約λ/10均勻地間隔開。通孔825配置為用作補償較差的饋電線阻抗的調諧元件，即根據圖6使較差的饋電線阻抗旋轉成接近50Ω，其中，較差的饋電線阻抗是由天線接地面層上的縫隙元件與多層PCB的底層上的屏蔽層之間缺乏垂直間隔而引起的。在沒有補償通孔陣列的情況下，由于圖8中指出的阻抗，而不能將天線饋電結構集成到多層PCB中。雖然對于通孔陣列間隔不存在精確的公式，但是經驗數據指示λ/10-λ/12在大多數情況下都會產生最優的阻抗，不過這些經驗數據不是硬性限制。

除貼片天線835之外，這種集成饋電設備在給偶極天線饋電時也可用作平衡-不平衡轉換器。已知偶極天線比貼片天線提供更大的頻帶寬度，并且還提供低得多的交叉極化場。這種特征使得偶極天線適于使天線陣列(諸如在現代MIMO無線通信系統中使用的天線陣列)波束成形。偶極天線的一個缺點是它們需要平衡的饋電和阻抗匹配。這通常通過外部平衡-不平衡轉換器和阻抗轉化器來提供。平衡-不平衡轉換器將單端RF信號(諸如由微帶線830傳播的信號)轉換成可在差分模式中用于給偶極天線饋電的差分RF信號或平衡RF信號(諸如通過一對共面帶傳播的RF信號)。需要阻抗轉化器將系統阻抗(通常為50Ω)轉化成偶極天線阻抗(通常為約200Ω)。這種阻抗變換比(4:1)需要過長的傳輸線阻抗轉化器(>λ/4)，而過長的傳輸線阻抗轉化器需要PCB板上額外的空間，從而致使集成困難。總之，為了最佳性能，偶極天線需要放置在接地面之上約λ/4處。

圖11示出了根據本公開的偶極天線組件。圖11中示出的偶極天線組件1110的實施方式僅用作示例。在不脫離本公開的范圍的情況下，可使用其他實施方式。

如圖11中所示的示例所示，RF信號從平坦的多層PCB板向偶極天線PCB板1105的傳遞不是直接的，其中，平坦的多層PCB板通常在頂部兩層上具有天線接地面和饋電線，偶極天線PCB板1105與多層PCB 805成直角放置。偶極天線1100包括布置在偶極天線PCB板1105上的偶極天線元件1110。偶極天線PCB板1105通過緊固裝置1115耦合至多層PCB 805，緊固裝置1115諸如具有螺釘的直角連接件、具有粘合劑的直角連接件、塑料焊接件、其他化學結合件或它們的組合。偶極天線PCB板1105如傳播RF信號的微帶線830那樣布置在縫隙815的至少一部分之上。

在圖11、圖12和圖13中，本公開的實施方式中公開的集成饋電設備進行了修改，以用作給偶極天線饋電的平衡-不平衡轉換器和阻抗轉化器。從偶極天線PCB板1105向多層PCB 805的過渡也在圖12和圖13中公開。圖11、圖12和圖13示出了圖8中公開的用于給貼片天線饋電的設備、適于給偶極天線饋電。

在圖12和圖13中所示的示例中，約λ/2長的偶極天線元件印刷在具有兩個導電層820和一個介電層1205的天線PCB板1105上。然后，將天線PCB板1105與多層PCB 805成直角放置，多層PCB 805在其上部的兩個層上具有天線饋線(即傳播RF信號的微帶線830)和接地面810。在某些實施方式中，天線PCB板1105在操作的中心頻率下為約λ/4高。偶極天線PCB板1105使用緊固裝置1115固定至多層PCB 805，緊固裝置1115諸如具有螺釘的塑料直角連接件、具有粘合劑的直角連接件、塑料焊接件、其他化學結合件或它們的組合。在某些實施方式中，沿著天線PCB板1105與多層PCB板805物理接觸的邊緣1210在多層PCB板805上打開窄淺凹槽。凹槽的寬度和長度分別等于天線PCB板1105的厚度和長度。凹槽的深度1215小于多層PCB板805的第一介電層1205的厚度。通過該配置，天線PCB板1105可稍微凹進到多層PCB板805中，使得用于天線PCB板1105上的天線元件1110的兩個平衡帶與通孔墊1220實質接觸并有效地電接觸，其中，通孔墊1220位于多層PCB板805上，并且通過在縫隙815開口的兩側的通孔825與多層PCB接地面短接。通過這種方式，通過微帶線830傳播的RF信號可從微帶線830并且通過縫隙815開口耦合到成對的平衡帶(即，天線元件1110)，從而通過偶極天線1100輻射出去，其中，微帶線830在多層PCB 805的頂部導電層820b之上并且在天線接地面上橫跨縫隙815開口的一部分，而天線接地面位于多層PCB的第二導電層820上。本技術可以在給偶極陣列饋電的多個位置處進行復制。

雖然通過示例性實施方式描述了本公開，但是可給本領域技術人員各種改變和修改的啟示。其意圖是本公開如同這些改變和修改落入所附權利要求的范圍內那樣包括這些改變和修改。