用于天線陣列的多模饋電網絡的制作方法

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年1月22日提交的名稱為“用于天線陣列的多模饋電網絡”的14/602,759號美國專利申請的優先權的權益，其內容通過引用結合于本申請中。

本發明涉及射頻(rf)前端領域，特別是涉及使用多個電磁傳播模式以用于饋電天線陣列的饋電網絡。

背景技術：

多頻帶天線和天線陣列可使用極為接近的不同類型的天線元件來實現。但是，通常會要求不同的天線元件彼此隔離，以提升天線陣列的性能。這是具挑戰性的，因為用于多頻帶陣列的不同元件的饋線通常也都極為接近。此外，現有的多頻帶陣列及其饋電網絡多為復雜的三維結構，其價格昂貴且具有有限的適用性。

因此，需要一種不受現有技術的一種或多種限制的、用于天線陣列的饋電網絡結構。

此背景信息的提供是為了揭示與本發明可能相關的信息。任何上述信息不應被認為或解釋為構成與本發明有關的現有技術。

技術實現要素：

本發明的實施例提供一種用于天線陣列的多模饋電網絡。根據本發明的一方面，提供了一種用于天線陣列的饋電網絡，所述天線陣列包括至少兩個不同集合的天線元件。所述饋電網絡包括：耦合到第一集合的天線元件的第一信號傳輸結構，以及耦合到第二集合的天線元件的第二信號傳輸結構。所述第一信號傳輸結構配置用于根據第一電磁傳播模式傳播信號，且所述第一電磁傳播模式對應于橫電磁(tem)模式或準tem模式。所述第二信號傳輸結構根據第二電磁傳播模式傳播信號，且所述第二電磁傳播模式對應于橫電波(te)和橫磁波(tm)模式其中之一。

根據本發明的另一方面，提供了一種利用包括至少兩個不同類型的元件的天線陣列進行無線通信的方法。所述方法包括：向第一類型的天線元件中傳播信號和/或傳播來自第一類型的天線元件的信號。根據第一電磁傳播模式，通過第一信號傳輸結構傳播所述信號。所述第一電磁傳播模式對應于橫電磁(tem)模式或準tem模式。所述方法還包括：向第二類型的天線元件傳播信號和/或傳播來自第二類型的天線元件的信號。根據第二電磁傳播模式，通過第二信號傳輸結構傳播所述信號，所述第二電磁傳播模式對應于橫電(te)和橫磁(tm)模式其中之一。

根據本發明的另一方面，提供了一種包括用于天線陣列的饋電網絡的無線設備，所述饋電網絡包括配置用于根據第一電磁傳播模式來傳播信號的第一傳輸線結構，所述第一電磁傳播模式對應于橫電磁(tem)或準tem模式。所述第一傳輸線結構可操作地耦合到所述天線陣列的第一集合的天線元件。所述饋電網絡還包括根據第二電磁傳播模式傳播信號的第二傳輸線結構，所述第二電磁傳播模式對應于橫電(te)和橫磁(tm)模式其中之一。所述第二傳輸線結構可操作地耦合到所述天線陣列的第二集合的天線元件，其中所述第二集合的天線元件不同于所述第一集合的天線元件。

附圖說明

結合附圖，本發明的進一步特征和優勢將從下文的具體描述中變得明顯，其中：

圖1示意性地示出了根據本發明一些實施例的雙頻帶天線陣列。

圖2示出了根據本發明的一個實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構。

圖3示出了根據本發明另一實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構。

圖4示出了根據本發明再一實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構。

圖5示出了根據本發明又一實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構。

圖6a示出了根據本發明的又一實施例的位于兩個不同的層上的傳輸線結構的第一部分。

圖6b示出了第一傳輸線結構的第二部分，其中形成有通孔以互相連接圖6a所示的兩個不同的層。

圖6c示出了根據本發明又一實施例的第二傳輸線結構。

圖7示出了根據本發明實施例的饋電網絡與組合天線元件之間的互聯。

圖8示出了根據本發明實施例的與傳輸線結構的根部耦合的轉換電路。

圖9示出了根據本發明實施例的無線通信方法。

圖10a至圖10f示出了根據本發明實施例的分支的傳輸線結構的第一子部以及相關性能方面。

圖11a至圖11f示出了根據本發明實施例的分支的傳輸線結構的第二子部以及相關性能方面。

圖12示出了根據本發明實施例提供的包括雙模傳輸線結構的手持無線設備。

圖13示出了根據本發明實施例提供的包括雙模傳輸線結構的無線路由器。

應注意到，在全部附圖中，相同的特征由相同的附圖標記進行標識。

具體實施方式

定義

本文中所用的術語“約”是指標稱值變化+/-10％。應理解，不管是否特別提及，這種變化總是包含于本文給出的一個給定值中。

除非另有定義，這里使用的所有科技術語與本發明所屬領域任何一個技術人員通常理解的意義相同。

本發明的各種實施例包含波導結構和多導體傳輸線結構其中之一或兩者，該波導結構和多導體傳輸線結構對應于兩種不同類型的信號傳輸結構。在一些實施例中，利用印刷電路板(pcb)特征來實現這些結構。例如，所述波導結構可以包括基片集成波導(siw)，并且所述多導體傳輸線結構可以包括帶線、微帶或類似結構。本領域技術人員將容易理解，用于波導的電磁傳播模式可為橫電(te)或橫磁(tm)模式，然而用于多導體傳輸線的電磁傳播模式可為橫電磁(tem)模式或準tem模式。利用不同的模式饋電不同的天線元件可以有助于不同天線元件間的彼此隔離。例如，因為tem模式和/或由相應多導體傳輸線傳播的頻率通常不能由波導來維持，傳輸線饋電信號和/或其諧波會被阻礙耦合到波導上。同樣地，因為te模式和tm模式不易由帶線、微帶或類似多導體傳輸線來維持，波導饋電信號和/或其諧波會被阻礙耦合到傳輸線上。

本文所使用的術語“多導體傳輸線”指的是一種信號傳輸線，例如：帶線、微線、同軸電纜、共面波導等，區別于通常包含用以定向電磁能量的單導管的波導。不同的傳輸線可包括基本上為線性或具有有限橫截面的第一導體，以及具有較大橫截面且操作類似于接地面的第二導體，這兩個導體以一定距離隔開以利于信號傳播，例如：以tem或準tem模式傳播。

使用多層pcb實施的波導和多導體傳輸線結構可以提供緊湊且低成本的實施方式，特別是當天線元件也作為多層pcb的特征而被實施的時候。進一步地，當該天線陣列包括二維排列的天線元件時，例如，平面、矩形網格圖案或同心圓形圖案，該pcb實施方式會是有用的。

在不同的實施例中，信號傳輸結構可被形成作為多層印刷電路板(pcb)的合適導電特征，例如，通過蝕刻導電層、提供通孔、盲孔、埋孔等形成的特征。這種pcb實施方式可以是適當緊湊的以包含于無線通信設備中，例如：移動通信終端、手持式設備、無線路由器、移動基站、微微小區、無線接入點等，同時也適用于低成本批量生產。

本發明的一方面提供了一種用于天線陣列的饋電網絡及相關方法。該天線陣列包括至少兩個不同集合的天線元件，其可以具有不同尺寸、不同類型、和/或在不同頻帶下運行。饋電網絡提供了第一信號傳輸結構，例如多導體傳輸線結構，其耦合到第一集合的天線元件，第一信號傳輸結構被配置為根據第一電磁傳播模式來傳播信號，如橫電磁(tem)模式或準tem模式。饋電網絡還提供第二信號傳輸結構，例如波導結構，其耦合到第二集合的天線元件，第二信號傳輸結構被配置為根據第二、不同的電磁傳播模式來傳播信號，如橫電(te)或橫磁(tm)模式。不同傳播模式的使用有助于或提高了兩種信號傳輸結構的信號隔離，例如在該結構中的天線耦合點和/或饋電點處。

在不同的實施例中，第一集合的一個或多個天線元件可與第二集合中相應的天線元件位于一處以形成一個或多個組合天線元件。第一集合和第二集合的天線元件可分別對應于組合天線元件的第一部分和第二部分。因此，這種組合天線元件可以被視為同時耦合到第一信號傳輸結構和第二信號傳輸結構，例如第一信號傳輸結構和第二信號傳輸結構分別耦合到組合天線元件的第一部分和第二部分。至少部分為了服務位于一處的天線元件，所述信號傳輸結構可彼此集成，例如以共享共同特征，如下文所述。

利用兩種信號傳輸結構分別饋電兩個集合的天線元件，可以有利于相應天線陣列的期望阻抗匹配以及期望間距。例如：定制每個信號傳輸結構以為其相應類型的天線元件提供有效的、阻抗匹配的饋電，而不是試圖將單一的信號傳輸結構與兩種不同類型的天線元件進行匹配。

在一些實施例中，由雙模饋電網絡饋電的天線陣列可為雙頻帶天線陣列。在本發明的不同實施例中，陣列中一些天線元件工作的第一頻帶不同于陣列中的另一些天線元件工作的第二頻帶。在不同的實施例中，這兩個頻帶可由大頻差或小頻差區分開。在一些實施例中，這兩個頻帶可以至少有部分是重疊的。雙模饋電網絡可被用于在這兩個工作頻率下饋電天線陣列的元件。在一些實施例中，這兩個工作頻率對應于本地多點分配業務(lmds)頻帶，例如26ghz至31ghz頻帶，以及一個或者多個e-頻帶，如71ghz至76ghz頻帶和81ghz至86ghz頻帶。在一個實施例中，lmds頻帶的一個代表頻率為約28ghz，e-頻帶的一個代表頻率為約84ghz。顯見，頻率84ghz約為頻率28ghz的3倍，相當于兩個代表頻率的整數倍。

在不同的實施例中，第一信號傳輸結構和第二信號傳輸結構中的一個或全部為分支結構，例如：對稱分支結構。舉例來說，為了提供一種傳輸線或波導以用于將陣列天線的多個天線耦合到普通的信號源或目的地，例如放大器或其他rf前端組件，相應的信號傳輸結構可包含至少一個分支點，例如：分叉點，在分叉點處信號傳輸結構可分支或分叉為多個分支，以向多條天線提供多條路徑和/或提供來自多條天線的多條路徑。這些分支可在其與相應天線元件耦合的點的附近終止。

進一步地，在不同的實施例中，第一信號傳輸結構和第二信號傳輸結構可共享一個或多個共同特征，比如接地面特征。例如，諸如帶線的多導體傳輸線結構可位于諸如siw的波導結構的內部。因此，該多導體傳輸線結構可謂內嵌于或集成于波導內。再例如，諸如微帶的多導體傳輸線結構可位于諸如siw的波導結構的上方，該傳輸線結構使用波導結構的導電平面作為其參考或接地面結構。在其他示例中，部分或者全部波導結構也可作為多導體傳輸線結構的一個導體工作。也就是說，多導體傳輸線的一個導體對應于波導結構的導電邊界。這種布置有利于兩種信號傳輸結構的交叉和/或共存，且有利于整個天線陣列饋電網絡尺寸的減小。兩種信號傳輸結構占用的結構部分和/或體積可以重疊或者被共享。進一步地，在一些實施例中，兩種信號傳輸結構的整合有助于信號路徑的重疊，從而這兩種信號傳輸結構可被布線在公共點之間，同時占用一個有限的公共體積。進一步地，在一些實施例中，兩種信號傳輸結構的整合本身可以允許一個信號傳輸結構通過另一個信號傳輸結構，不必需將一個信號傳輸結構的所有組件布線在另一個信號傳輸結構的上方或下方。

當一個組合天線元件耦合到兩個不同傳輸線結構的兩個不同分支上時，這些分支可共同終止。例如，當多導體傳輸線結構的一個分支內嵌于或集成于波導的分支內時就是這種情況。

應注意到，2007年10月，電子封裝的電氣性能的ieee會議上的、作者a.suntives和r.abhari的論文“利用基片集成波導互聯的雙模高速數據傳輸”討論了一種內嵌于基片集成波導的帶線以建立雙模或混合互連結構。然而，和上述論文相比，本發明實施例提供一種應用，兩種信號傳輸結構共享共同特征，二者直接耦合到天線元件的一端，因此可用于饋電天線元件或者被天線元件饋電，且呈分支和潛在的對稱信號傳輸結構。本發明實施例還可提供不同信號的雙工至和/或來自天線陣列中不同集合的元件，例如：利用功率的分配和組合以及潛在的不同工作頻率。不同的信號對應于不同的頻帶，例如，lmds和e-頻帶，而非相同的頻帶。進一步地，本發明的實施例涉及到rf、微波以及毫米波應用中天線陣列的雙模饋電。

應注意到，不同的實施例提供一種饋電雙頻帶天線陣列的替代方式。即，并非利用單個寬帶饋電網絡耦合到在不同頻率下工作的多個天線元件，而是可以提供兩個交叉且相對窄帶的饋電網絡。

在不同的實施例中，兩個信號線傳輸結構的交叉有利于提供一種在饋點或端口之間具有期望間距的天線饋電網絡。此外，相較于其他一些未交叉的方法來說，交叉結構可允許更窄的端口間距。這對于服務有特定元件間間距要求的天線陣列有利，例如：在毫米波天線元件的陣列中，天線元件以工作波長的一半間隔開。一方面實現饋點之間的期望間距，這與兩種獨立結構相比，交叉的傳輸線結構占用的體積減少。另一方面是簡化的布置，這是由于對分開的傳輸線減小了彼此避開的要求。由于pcb中特定的布局限制，這些考慮在信號線傳輸結構作為pcb上的層時尤為突出。

圖1示意性地示出了根據本發明的一些實施例提供的雙頻帶天線陣列。所述天線陣列包括單頻帶天線元件110和雙頻帶組合天線元件120。所示天線陣列可以為較大的天線陣列的一部分。單頻帶天線元件可工作于第一頻帶，而每個雙頻帶天線元件可分別包括工作于第一頻帶的第一子元件以及工作于第二頻帶的第二子元件。

所示陣列天線元件之間的間距如下所述。第一頻帶包括第一代表頻率，例如：與第一波長相關聯的頻帶中心頻率。同樣地，第二頻帶包括第二代表頻率，例如：與第二波長相關聯的頻帶中心頻率。相鄰的單頻帶天線元件110之間以及相鄰的單頻帶天線元件110和雙頻帶天線元件120之間的元件間間距115與第一波長呈比例。例如，元件間間距115可以約等于第一波長的一半。這樣，所有工作于第一頻帶的天線元件或子元件都以一個與第一波長呈比例的距離被分開。同樣地，雙頻帶天線元件120之間的元件間間距125與第二波長呈比例，例如：元件間間距125可以約等于第二波長的一半。這樣，所有工作于第二頻帶的天線子元件都以一個與第二波長呈比例的距離被分開。最后，第一代表頻率基本上為第二代表頻率的整數倍，因此第二元件間間距125可為第一元件間間距的相同整數倍。例如，第一頻帶可對應于具有在約84ghz的第一代表頻率的e-頻帶。同樣地，第二頻帶可對應于具有在約28ghz的第二代表頻率的lmds頻帶。因此，第一代表頻率為第二代表頻率的約三倍，且第二元件間間距125為第一元件間間距115的約三倍。這樣，天線陣列中的每第四元件為組合天線元件。可以使用頻率的其他整數倍，得到其他陣列配置。例如，如果第一代表頻率是第二代表頻率的k整數倍，則矩形天線陣列中在水平方向和豎直方向上的每第k+1個元件可以是組合天線元件。在其他實施例中，所述代表頻率可以是彼此的非整數倍。

圖2示出了依照本發明一個實施例的第一對稱傳輸線結構210和第二對稱傳輸線結構220，用于可操作地耦合于圖1所示的天線陣列。所述第一傳輸線結構210包括多個分支，用于耦合到單頻帶天線元件110和組合天線元件120的第一子元件。第二傳輸線結構220包括多個分支，用于耦合到組合天線元件120的第二子元件。

在所示的本實施例中，第一傳輸線結構210可為分支的多導體傳輸線，如帶線，而第二傳輸線結構220可為分支的波導，如siw。在不同的區域，例如：在區域230中，多導體傳輸線中的一部分與波導中相應的部分位于一處。在此類區域230中，多導體傳輸線與波導共享共同特征，且帶線的另一個導體可對應于波導導體。例如，帶線的一個導體可布線于所述波導的內部。在多導體傳輸線離開波導的地方，對帶線的導體進行布線使其通過波導的側壁中形成的間隙可有利于所述離開。對于siw，此間隙可形成于2個通孔之間，所述通孔的作用是作為形成siw側壁通孔的圍欄的一部分。分支的傳輸線結構的根部端口240可操作地耦合到rf前端的其他組件上。利用通孔，帶線的替代離開可以穿過波導結構的頂部或底部中形成的縫隙。

圖3示出了依照本發明另一實施例的第一對稱傳輸線結構310和第二對稱傳輸線結構320，用于可操作地耦合到圖1所示的天線陣列。如前所示，第一傳輸線結構310包含有分支，用于耦合到單頻帶天線元件110和組合天線元件120的第一子元件。第二傳輸線結構320包含有分支，用于耦合到組合天線元件120的第二子元件。分支的傳輸線結構的根部端口340可操作地耦合到rf前端的其他組件上。

在所示的本實施例中，第一傳輸線結構310可為分支的波導結構，如siw，而第二傳輸線結構320可為分支的多導體傳輸線，如帶線。在不同區域中，如在區域330中，多導體傳輸線的一部分與波導的相應部分位于一處。如參考圖2所述的，在此類區域330中，多導體傳輸線與波導共享共同特征。

比較圖2和圖3可見，本發明的一些實施例包括：波導結構，其布線至具有較小元件間間距的相對更高頻率的天線元件，以及多導體傳輸線結構，其布線至具有更大元件間間距的相對更低頻率的天線元件。本發明的其他實施例包括：多導體傳輸線結構，其布線至具有較小元件間間距的相對更高頻率的天線元件，以及波導結構，其布線至具有更大元件間間距的相對更低頻率的天線元件。在任何一種情況下，這兩種傳輸線結構中每個都具有不同數量的(可能是對稱的)分支，以饋電陣列中以不同元件間間距或節距設置的不同數量的天線元件。這樣，一個傳輸線結構的分支數量可小于其他傳輸線結構的分支數量。

本發明的不同實施例提供了一對交叉的信號線傳輸結構，每個都包含不同數量的端口，這些端口在空間上以不同節距或端口間間距設置于陣列中。進一步地，在一些實施例中，第一個信號線傳輸結構的一些端口與第二個信號線傳輸結構的一些端口位于一處。因此，一些天線元件可以雙模方式被饋電，而其他天線元件以單模方式被饋電。

在一些實施例中，多層pcb中的兩層被蝕刻有匹配的分支結構，這些匹配的分支結構可以對稱的方式布線至待由一對交叉的信號線傳輸結構服務的所有端口。在這樣的一個實施例中，在匹配的分支結構之間或者外部的另一個pcb層被蝕刻有一個相對較窄分支“條狀”導體，該導體可以與匹配的分支結構相同的對稱方式進行布線，以提供可布線至所有端口的帶線或微帶。在本實施例中，進一步地提供了一個通孔圍欄，以實現布線至部分端口的siw。在另一實施例中，另一pcb層被蝕刻有相對較窄分支的“條狀”導體，其位于匹配的分支結構之間且可布線至部分端口以提供帶線或微帶，同時提供了通孔圍欄以實現可以布線至全部端口的siw。在任何一種情況下，通孔結構連接匹配的分支結構的邊緣，在一些情況下，當siw被布線至部分端口時，通孔結構穿過匹配的分支端口內部，如圖6a至圖6c所示，此處會討論更多細節。

圖4示出了根據本發明再一實施例的第一對稱傳輸線結構410和第二對稱傳輸線結構420，用于可操作地耦合到圖1所示的天線陣列。再有，第一傳輸線結構410包含有分支，用于耦合到單頻帶天線元件110和組合天線元件120的第一子元件。第二傳輸線結構420包含有分支，用于耦合到組合天線元件120的第二子元件。如參照圖3，第一傳輸線結構410為分支的波導結構，如siw，而第二傳輸線結構420為分支的多導體傳輸線，如帶線。然而，與圖3相比，圖4的排列方式為多導體傳輸線的所有部分與波導的相應部分位于一處。這種排列方式減輕了潛在的信號丟失、信號反射、信號漏泄等，這是由于傳輸線的布線為離開并返回波導，比如，帶線導體布線通過在siw中的通孔之間的間隙。如前所述，多導體傳輸線可與波導共享共同特征。分支的傳輸線結構的根部端口440可操作地耦合到rf前端的其他組件上。

圖5示出了根據本發明實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構的透視圖。與圖4類似，第一傳輸線結構為波導結構510，如siw，而第二傳輸線結構為分支的多導體傳輸線結構520，如帶線。而且，基本上，多導體傳輸線520的整個圖示部分均集成于波導結構510內。這些傳輸線結構均在多層pcb內實現，例如，其中第一pcb層和第二pcb層上分別蝕刻有波導結構510的上、下表面并在pcb內的預定節距提供通孔以互聯上、下表面，以及第一、第二層之間的第三pcb層蝕刻有帶線導體特征。該帶線可位于上、下表面之間的中心位置，或者該帶線可以是距離其中一個表面較另一表面更近的偏移帶線。類似地，在一些實施例中，帶線可用微帶代替，該微帶在第一層和第二層之上或之下進行布線，因此處于siw之外。分支的傳輸線結構的根部端口540可操作地耦合到rf前端的其他組件上。

如圖5所示的傳輸線結構也可耦合到如圖1所示的天線陣列。因為圖1的天線陣列中的每第四元件為組合天線元件，所以傳輸線結構可由基本上對稱序列的分叉分支形成。同樣地，若天線陣列是這樣一種天線陣列，其中每第k個元件為組合天線元件，k為2的冪次方，那么可以使用基本上對稱序列的分叉分支。否則，可能需要一個不同的分支排列。應注意，k為2的冪次方適用于當雙頻帶天線陣列的較高代表頻率小于較低代表頻率的2次冪的情況。如圖5所示，多導體傳輸線結構520的4個終端或端口522的間距是波導結構510的16個終端或端口512的間距的約四倍。

當在lmds和e-頻帶上饋電信號時，下述為一個適用于圖5所示的傳輸線結構的波導和帶線尺寸的示例。該波導寬度約為55密耳(或1.4mm)，帶線寬度約為6密耳(或0.15mm)。

圖6a至圖6c示出了根據本發明另一實施例的第一傳輸線結構和第二傳輸線結構。相較于圖5，siw布線至部分傳輸線輸出端口，而帶線布線至所有傳輸線輸出端口。圖6a示出了一結構660，其以匹配的方式被蝕刻在pcb的兩個不同層上。為了實現圖5中的結構，連接通孔可以連接這些匹配結構的全部周邊，且分支帶線結構可布線于這些連接通孔之間。然而，在本實施例中，連接通孔以圖6b所示的模式給出，由此實現分支siw結構665，其布線至四個角端口670，而非圖示的所有16個潛在的端口。具體地，通孔路徑穿過結構660的內部。圖6c示出了在pcb的另一層上設置的分支結構685，以完成分支帶線或微帶傳輸線，其布線至所有16個端口。如圖所示，對于帶線的情況，分支結構685的一些部分布線通過通孔圍欄中的間距680，可以通過通孔布置形成此間距以利于布線。可替換地，通過將通孔在出口點處耦合至帶線，可使帶線從兩個參考面之間分開或離去，所述通孔會通過其中一個參考面內的縫隙。

在不同的實施例中，第一傳輸線結構和第二傳輸線結構基本上對稱。例如，從公共饋電端口到所提供的分支傳輸結構的每個天線連接端口的路徑長度可基本上相等。另外，從公共饋電端口到所提供的分支傳輸結構的每個天線連接端口的路徑形狀也基本上相同。此外，沿著每條路徑的分支模式和分支數量可基本上相同。在一些實施例中，一個或多個上述對稱結構可有助于將連接至傳輸線結構的每個天線元件以基本同相，例如由于基本上相等的路徑長度，以及分支之間基本上相等的功率分配而工作。本領域的工作人員將容易理解，關于表示對稱、相等、相似術語的上述使用的詞基本上分別含有一定變化范圍的對稱、相等、相似。例如該詞基本上可以提供約5％的變化。然而，應理解，根據多模饋電網絡的具體要求，在一些實例中，對稱、相等、相似的5％變化會導致一個不希望的相位誤差水平，而在其他示例中，對稱、相等、相似中5％的變化則可以被接受。因此，更多的變化水平將被考慮在所述詞基本上的定義的范圍內。

本發明的一些實施例提供此處描述的包括雙模傳輸結構的多層pcb。該pcb在多個層上可以包括對應于雙模傳輸結構的蝕刻導電特征，例如：包括第一傳輸結構與第二傳輸結構交叉。該pcb還包括附加組件，例如：貼片天線元件、波導天線元件、用于耦合到其他信號處理電子器件的特征等，或上述組合。

在一個實施例中，以示例的順序，pcb可以至少包括蝕刻有陣列中形成的多個微帶貼片天線(mpa)元件的外部層、蝕刻有分支siw結構的上接地面的第一內部層、蝕刻有到siw結構內部的分支帶線結構的第二內部層、以及蝕刻有分支siw結構的下接地面的第三內部層。該pcb還包括將帶線結構可操作地耦合至多個mpa元件的盲孔，所述孔被布線通過分支siw結構的上接地面中的縫隙。縫隙還可以形成在分支siw結構的上接地面上中以提供用于波導天線元件。波導天線元件可包含于組合天線元件和附加天線元件中的一個或兩者。該附加天線元件可與組合天線元件交叉。進一步地，埋孔可被提供用于連接分支siw結構的上接地面和下接地面以提供siw。

與天線元件互聯

此處描述的分支饋電網絡的多個終端的每一個均可以多種方式可操作地耦合到陣列中的多個天線元件。本領域技術人員容易理解用于可操作地將給定類型的傳輸線耦合到給定類型的天線元件的不同技術。然而，當將一對集成的傳輸線可操作地耦合到組合天線元件中位于一處的一對天線元件時，需要仔細考慮以保證充分實現每個耦合的功能。

圖7示出了根據本發明實施例的饋電網絡和組合天線元件之間的互聯，其中放大了縱向尺寸以便于參考。該饋電網絡包括：含有上導電面740和下導電面745的波導，以及內嵌于該波導的帶線730。該波導在其側面也被界定，例如，在siw情況下，由通孔圍欄(未顯示)界定。組合天線元件包括波導天線元件750和貼片天線元件710。

如圖所示，波導天線元件750至少部分由波導的上導電面740中形成的縫隙提供。其他結構特征作為波導天線元件750的一部分被提供，例如，在縫隙周圍并向外延伸形成的通孔和/或蝕刻導電特征，以及波導的接線端帽，如通孔圍欄。

同樣如圖所示，貼片天線元件710配置于pcb層上，其與波導分離，并利用穿過波導表面中形成的縫隙的通孔720耦合至帶線730。該波導表面還可以起到接地或參考面的作用，作為貼片天線元件的平衡面(counterpoise)。這可被視作為傳輸線結構交叉帶來的另一個好處。

與其他系統組件的互聯

此處描述的饋電網絡可用于將天線陣列中的元件耦合至rf前端的其他組件上，如功率放大器、低噪聲放大器等。這些天線元件可在分支的傳輸線結構的根部端口，例如，分別在圖2至圖5中所示的根部端口240、340、440和540耦合至饋電網絡。在一些實施例中，每個傳輸結構是分離的，且耦合至不同的信號處理和/或信號產生電子器件上。

圖8示出了根據本發明實施例的耦合至傳輸線結構的輸入節點的轉換電路，該傳輸線結構包括兩條集成傳輸線，例如內嵌于siw的帶線。該轉換電路包括雙工器810，其配置用于接收寬帶信號815以及使信號分叉，例如：利用功率分配器元件820，如t型接頭。可從與兩條集成傳輸線相關聯的公共端口接收寬帶信號。雙工器810還包括耦合至功率分配器元件820的一對帶通濾波器830、835。每個帶通濾波器均耦合至天線陣列饋電網絡中的一個傳輸線結構，且配置用于通過與其所耦合的傳輸線結構的另一端處所耦合的天線元件的工作頻帶相對應的信號頻率分量。因此，例如，所述帶通濾波器可配置用于通過分別對應于lmds頻帶和e-頻帶的信號頻率分量。

如本領域技術人員所容易理解的，其他組件，諸如阻抗匹配元件、開關、傳輸和/或接收放大器，例如功率放大器和低噪聲放大器等，可耦合至所述轉換電路，以處理從此處發送的或從此處接收的信號。

圖9示出了根據本發明實施例的無線通信方法。該方法包括根據第一電磁傳播模式傳播910第一信號。該信號通過可操作地耦合到第一集合的天線元件的第一傳輸線結構傳播。第一電磁傳播模式可為tem或準tem模式，且相應地，第一傳輸線結構可為多導體傳輸線結構，如pcb的帶線或微帶。該方法還包括根據第二電磁傳播模式傳播920第二信號，該第二電磁傳播模式不同于所述第一電磁傳播模式。第二信號通過可操作地耦合至第二集合的天線元件的第二傳輸線傳播，該第二集合的天線元件不同于所述第一集合的天線元件。該第二電磁傳播模式可為te或tm模式，且相應地，所述第二傳輸線結構可為波導結構，如pcb的siw。在不同的實施例中，第一信號和第二信號可同時傳播。不同的傳輸線結構之間的隔離有利于同時傳播，例如：至少部分歸功于模式隔離。

圖10a為根據本發明實施例的分支結構的第一子部，其包括集成于siw結構1010的帶線結構1000。siw結構可配置用于e-頻帶中的信號傳輸，而帶線結構可配置用于lmds頻帶中的信號傳輸。如圖所示，siw結構的所有分支包括帶線結構的相應分支。第一子部可形成分支的傳輸線結構的一部分，例如圖5的結構的中心部分。所述siw結構和帶線結構可被視作一對集成的四路功率分配器結構。圖10b至圖10f示出了所述第一子部的相關性能方面，包括通過所述結構的仿真和/或建模得到的s-參數頻率響應。

從圖5、圖10a和圖11a中還可見的是傳輸線結構的分支點處的曲線，此處可減少潛在的信號反射。進一步地，波導結構在分支點處變窄，由于應用了合適的阻抗匹配，這可進一步有利于信號傳播。

圖10b用圖表示出了圖10a的siw結構1010的s-參數。第一曲線1020實際上代表多條接近同時出現的曲線，其示出了s21a、s31a、s41a、s51a，即圖10a所示的siw四路功率分配器的每個輸出端口的傳輸系數，其中端口1為位于中下方的輸入端口，端口2至端口5為剩余端口。第二曲線1025示出了s11a，即圖10a所示的siw四路功率分配器的輸入端口的反射系數。

圖10c用圖表示出了圖10a中的帶線結構1000的s-參數。第一曲線1030實際上代表多條接近同時出現的曲線，其示出了s21b、s31b、s41b、s51b，即圖10a所示的帶線四路功率分配器的每個輸出端口的傳輸系數，其中端口1為位于中下方的輸入端口，端口2至端口5為剩余端口。第二曲線1035示出了s11b，即圖10a所示的帶線四路功率分配器的輸入端口的反射系數。

圖10d用圖表示出了s-參數，表示圖10a的siw結構1010和帶線結構1000之間的模式隔離。曲線1040示出了siw傳輸線的輸入端口和帶線的輸入端口之間的耦合系數。

圖10e示出了siw的第一子部中的e-頻帶rf能量的場分布。顯見，此rf能量基本上在siw所有所示的端口之間耦合。

圖10f示出了siw的第一子部中的lmds頻帶rf能量的場分布。顯見，此rf能量基本上局限于內嵌在siw中的帶線附近，并基本上在帶線的所有所示的端口之間耦合。

圖11a示出了根據本發明實施例的分支結構的第二子部，其包括集成于siw結構1110的帶線結構1100。siw結構可配置用于e-頻帶中的信號傳輸，而帶線結構可配置用于lmds頻帶中的信號傳輸。如圖所示，與圖10相對比，只有siw結構的一個分支包括帶線結構的相應分支。該第二子部可形成分支的傳輸線結構的一部分，如圖5所示結構的邊緣部分。siw結構和帶線結構可被視為一對集成的功率分配器結構。圖11b至圖11f示出了第一子部的性能相關方面，包括通過所述結構的仿真和/或建模得到的s-參數頻率響應。

圖11b用圖表示出了圖11a的siw結構1110的s-參數。第一曲線1120實際上代表多條接近同時出現的曲線，其示出了s21a、s31a、s41a、s51a，即在圖11a所示的siw四路功率分配器的每個輸出端口的傳輸系數，其中端口1是位于中下方的輸入端口，端口2至端口5為剩余端口。第二曲線1125示出了s11a，即圖11a所示的siw四路功率分配器的輸入端口的反射系數。

圖11c用圖表示出了圖1ia所示的帶線結構1100的s-參數。第一曲線1130實際上代表多條接近同時出現的曲線，其示出了s21b，即圖11a所示的帶線的傳輸系數。第二曲線1135示出了s11b，即圖11a所示帶線的反射系數。

圖11d用圖表示出了表示圖11a所示的siw結構1110和帶線結構1100之間的模式隔離的s-參數。曲線1140示出了siw傳輸線的輸入端口和帶線的輸出端口之間的耦合系數。

圖11e示出了在siw的第一子部內的e-頻帶rf能量的場分布。顯見，該rf能量基本上在siw所有所示端口之間耦合。

圖11f示出了在siw的第一子部內的lmds頻帶rf能量的場分布。顯見，此rf能量基本上被局限于內嵌在siw中的帶線附近，且僅基本上耦合在布線帶線的2個端口之間。

圖12示出了根據本發明實施例的包括饋電網絡的手持無線設備1200。該饋電網絡可為雙模傳輸線結構。無線設備包括具有天線元件陣列的pcb1210，以及可操作地耦合至該天線元件陣列的分支的雙模傳輸線結構1220。該手持無線設備1200可包括多種可操作地互聯的電子元件，其可包括信號處理組件、控制組件、rf前端組件、微處理器、微控制器、存儲器(隨機存取存儲器、flash存儲器等)、集成電路等中的一個或多個。

圖13示出了根據本發明實施例的包括饋電網絡的無線路由器1300。該饋電網絡可為雙模傳輸線結構。該無線路由器包括具有天線元件陣列的pcb1310，以及可操作地耦合至該天線元件陣列的分支的雙模傳輸線結構1320。該無線路由器1300可包括多種可操作地互聯的電子元件，其可包括信號處理組件、控制組件、rf前端組件、微處理器、微控制器、存儲器(隨機存取存儲器、flash存儲器等)、集成電路等中的一個或多個。

雖然本發明的描述是參考了其具體特征和實施例，但很明顯，可以在不偏離本發明的情況下做出多種修改和組合。因此，說明書和附圖可以簡單地被認作是對附加的權利要求所定義的發明的說明，且被期望于包括落入本發明范圍內的任意和所有修改、改變、組合或等同物。