МОДИФИЦИРОВАННАЯ ПЕРЕВЕРНУТАЯ F-АНТЕННА ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2010 года по МПК H01Q1/38 

Родственная заявка

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки, озаглавленной "Модифицированная перевернутая F-антенна для беспроводной связи", поданной 28 марта 2006 года под серийным номером 60/786896.

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего изобретения, в общем, относятся к радиоантеннам для беспроводных связей. Конкретнее, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к недорогим компактным печатным антеннам для абонентских устройств беспроводных широкополосных систем связи и сотовых беспроводных систем связи.

Описание предшествующего уровня техники

Широко известно, что антенны могут быть использованы для приема и передачи электромагнитного излучения на определенных частотах, несущих сигналы. То есть антенна обычно проектируется для передачи и приема сигналов в диапазоне несущих частот. Антенна является критичной частью всех беспроводных устройств связи. Как правило, антенны должны отвечать очень жестким требованиям относительно размеров, эффективности ширины полосы пропускания, способности функционировать эффективно в ограниченном пространстве и стоимости производства. Малое пространство, обычно отводимое под антенну, диктует выбор антенны, которая может быть печатной антенной-монополем (несимметричный вибратор), L-образной антенной, планарной перевернутой F-антенной, печатной дисковой антенной или патч-(микрополосковой) антенной.

Малые размеры печатных антенн, обычно в четверть рабочей длины волны, являются следствием эффекта заземленного экрана, используемого при конструировании антенн. Токи индукции образуют зеркальное изображение излучающего элемента на заземленном экране. В конечном счете, эффективный размер антенны должен включать часть экрана заземления, который включает в себя значительную составляющую индуцированных токов. С другой стороны, индуцированные токи очень чувствительны к любым проводящим элементам, помещенным вблизи антенны. Общепринятый подход для улучшения характеристик печатной антенны состоит в удалении антенны от любых проводящих компонентов устройства. Минимальное расстояние между антенной и радиочастотными компонентами, которое считается безопасным в диапазоне частот 3 ГГц, приблизительно равняется 1 см. Нарушение этого правила приводит к значительному рассогласовыванию импеданса между антенной и фидером, потере эффективности и сдвигу резонансной частоты.

Другой фактор, который значительно влияет на эффективность антенны - пластиковый корпус устройства связи. Пластиковый корпус значительно влияет на эффективность излучения антенны. Тем не менее, пытаясь минимизировать устройство, разработчики практически не оставляют достаточно места между печатной платой и пластиковым корпусом.

Все описанные выше факторы делают процедуру проектирования антенны чрезвычайно сложной и затруднительной. В каждом отдельном случае должны приниматься во внимание не только размер печатной платы и положение радиочастотных компонентов, но также форма пластикового корпуса и диэлектрическая постоянная материала. Может потребоваться рассмотреть другие критерии проектирования антенны, такие как стоимость, портативность и, возможно, эстетичность. Эти критерии проектирования особенно существенны для портативных беспроводных устройств связи, которые предназначены для широкой публики. К тому же, размеры и форм-фактор портативных беспроводных устройств связи представляют собой особые сложности при конструировании антенн. Вдобавок, потребители требуют большей портативности, большей полосы пропускания данных, лучшего качества сигнала в устройствах беспроводной связи.

Краткое описание чертежей

Варианты реализации изобретения могут быть лучше поняты с учетом следующего описания и сопутствующих чертежей, которые используются для иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения, и на которых показано следующее:

Фиг.1A - вид сверху первого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы.

Фиг.1B - вид сверху второго варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы.

Фиг.1C - вид в разрезе заземленного копланарного волновода, показанного на фиг.1A-1B.

Фиг.2A - вид сверху третьего варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы.

Фиг.2B - вид в разрезе третьего варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны вдоль излучающего шлейфа.

Фиг.2C - вид сверху четвертого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы.

Фиг.2D - вид сверху пятого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы.

Фиг.3A - вид сверху шестого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны вдоль края печатной платы.

Фиг.3B - вид в разрезе шестого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны вдоль излучающего шлейфа.

Фиг.3C - вид сверху седьмого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны вдоль края печатной платы.

Фиг.4 - вид сверху восьмого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны вдоль края печатной платы.

Фиг.5 - вид сверху пары модифицированных перевернутых F-антенн в углах печатной платы с фидерными линиями в виде заземленного копланарного волновода для использования в приложениях CardBus.

Фиг.6 - линейная антенная решетка из четырех модифицированных перевернутых F-антенн, выштампованных из пластин заземления с фидерными линиями в виде заземленного копланарного волновода.

Фиг.7 - обобщенная блок-схема, включающая конструкцию антенны по фиг.5 и систему, использующую технологию разнесения с коммутацией.

Фиг.8 - обобщенная блок-схема, включающая конструкцию антенны по фиг.5 и систему, использующую 2×2 MIMO-технологию.

Фиг.9 - график обратных потерь модифицированной перевернутой F-антенны для печатной платы CardBus, которая показана на фиг.5.

Фиг.10 - график диаграммы направленности поля в дальней зоне в горизонтальной плоскости для модифицированной перевернутой F-антенны CardBus, показанной на фиг.5.

Фиг.11 - график диаграммы направленности поля в дальней зоне в вертикальной плоскости для модифицированной перевернутой F-антенны CardBus, показанной на фиг.5.

Фиг.12 - сеть беспроводной связи с абонентскими устройствами, использующими варианты осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13A - беспроводной адаптер универсальной последовательной шины (USB), включающий в себя печатную плату с вариантами осуществления модифицированной перевернутой F-антенны для использования в абонентском оборудовании.

Фиг.13B - еще одна беспроводная карта или адаптер, включающий в себя печатную плату с вариантами осуществления модифицированной перевернутой F-антенны.

Фиг.14 - функциональная блок-схема беспроводной карты, включающей в себя печатную плату с вариантами осуществления модифицированной перевернутой F-антенны.

Фиг.15 - графическая схема, иллюстрирующая процесс формирования модифицированной перевернутой F-антенны в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Одинаковые ссылочные позиции и обозначения на чертежах указывают на одинаковые элементы, обеспечивающие схожую функциональность. Кроме того, понятно, что все чертежи, представленные здесь, служат только для иллюстративных целей и не обязательно отражают действительную форму, размер или габариты элементов.

Описание

Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой модифицированную перевернутую F-антенну для беспроводных коммуникаций. Модифицированная перевернутая F-антенна включает в себя подложку, излучающий шлейф, один или более заземленных емкостных шлейфов, закорачивающую перемычку, заземленный экран на внешнем слое подложки, удлиненную фидерную полосковую линию и фидерную линию передачи. Фидерная линия передачи может быть реализована как микрополосковая линия, полосковая линия, копланарный волновод (CPW), заземленный копланарный волновод (GCPW) и помещена вместе с удлиненной фидерной полосковой линией на том же внешнем слое или на другом внутреннем или другом внешнем слое многослойной подложки, и соединена с излучающим шлейфом прямо через удлиненную фидерную полосковую линию для расположения в том же слое или через удлиненную фидерную полосковую линию и сквозное отверстие для расположения в другом слое. Внутренний и прочие внешние слои подложки не имеют металлических полос где-либо в области модифицированной перевернутой F-антенны, за исключением слоя с удлиненной фидерной полосковой линией. Один или несколько заземленных шлейфов служат для настройки рабочих характеристик антенны.

В следующем описании присутствуют некоторые характерные детали. Однако, понятно, что варианты реализации настоящего изобретения могут быть осуществлены на практике без этих характерных деталей. В других вариантах не показаны хорошо известные цепи, конструкции и технологии, чтобы избежать затруднения понимания этого описания.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения может быть описан как процесс, который обычно изображают в виде блок-схемы, диаграммы последовательности операций, структурной схемы. Хотя блок-схема может описывать операции как последовательный процесс, многие из операций могут быть выполнены параллельно или одновременно. Кроме того, порядок операций может быть переупорядочен. Процесс заканчивается, когда все операции выполнены. Процесс может соответствовать способу, программе, процедуре, способу изготовления или производства.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя модифицированную перевернутую F-антенну для передачи и/или приема беспроводных электромагнитных сигналов связи в беспроводной системе связи. В отличие от базовой станции (BS) модифицированная перевернутая F-антенна спроектирована для абонентских станций (SS) беспроводной связи, которые могут быть как стационарными (FS), так и мобильными станциями (MS). В типовой абонентской станции размеры и характеристики имеют главное значение благодаря плотно скомпонованным радиочастотным схемам и требованиям для одной или более антенн по коммутационному разнесению, технологии множества входов и множества выходов (MIMO) или приложений, технологии адаптивных антенных решеток. Примерами приложений с малым форм-фактором могут быть беспроводные адаптеры, такие как CardBus, PСМCIA и терминальные USB адаптеры, а также портативные компьютеры (например, печатная перевернутая F-антенна (PIFA) для MiniPCI SS), сотовые телефоны и персональные цифровые помощники (PDA).

Модифицированная перевернутая F-антенна на печатной плате обладает хорошим согласованием и спроектирована для таких приложений, где активные радиочастотные цепи и другие структуры находятся в непосредственной близости. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения модифицированная перевернутая F-антенна сформирована в одном или нескольких углах печатной платы. В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения модифицированная перевернутая F-антенна сформирована вдоль края печатной платы.

Каждый вариант осуществления модифицированной перевернутой F-антенны включает в себя фидерную линию передачи и удлиненную фидерную полосковую линию, которые могут быть реализованы различными путями. Фидерная линия передачи может быть реализована как микрополосковая линия, полосковая линия, копланарный волновод (CPW) или заземленный копланарный волновод (GCPW). Удлиненная фидерная полосковая линия сформирована на том же уровне, что и фидерная линия передачи, и соединена с ней. Тип выбранной фидерной линии передачи имеет незначительное влияние на характеристики модифицированной перевернутой F-антенны. Напротив, выбор типа фидерной линии передачи основывается на том, как, в целом, спроектирована радиочастотная печатная плата, как, например, на каких слоях печатной платы имеются сигналы от усилителей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения фидерная линия, удлиненная фидерная полосковая линия и излучающий шлейф находятся в одном и том же слое печатной платы и поэтому могут быть легко соединены вместе. В других вариантах осуществления настоящего изобретения фидерная линия и удлиненная фидерная полосковая линия находятся в слоях, отличающихся от слоя излучающего шлейфа. В этом случае фидерная линия и удлиненная фидерная полосковая линия могут присоединяться к излучающему шлейфу при помощи сквозного (VIA) отверстия с металлическими стенками.

На фиг.1A показан вид сверху первого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 100A. Модифицированная перевернутая F-антенна 100 A является интегральной частью печатной платы 100', включающей в себя слой диэлектрической подложки 101 и внешний проводящий металлический слой 102. Шаблон внешнего проводящего металлического слоя 102 на слое диэлектрической подложки 101, в целом, образует модифицированную перевернутую F-антенну 100A на поверхности диэлектрического окна 109 размерами АЧВ, как показано на чертеже. В данном варианте осуществления настоящего изобретения размер A составляет 9,4 мм, а размер B составляет 20,8 мм. Модифицированная перевернутая F-антенна 100A спроектирована с множеством заземленных емкостных шлейфов и фидерной линией в виде заземленного копланарного волновода на том же внешнем проводящем металлическом слое 102, сформированном на слое диэлектрической подложки 101. Диэлектрическое окно на поверхности диэлектрической подложки частично перекрыто шаблоном и одним или более заземленными емкостными шлейфами. Таким образом, шаблон и один или более заземленных емкостных шлейфов продолжаются или заходят внутрь диэлектрического окна 109.

Модифицированная перевернутая F-антенна 100A включает в себя слой 101 диэлектрической подложки, излучающий шлейф 112, один или несколько заземляющих емкостных шлейфов 105A-105B, закорачивающую перемычку 115 и одну или более пластину 104A-104B заземления, образованную в металлическом слое 102 на внешнем слое 101 подложки, как показано на фиг.1A. Одна или более пластины заземления 104A-104B должны быть соединены с землей.

Излучающий шлейф 112 имеет край 122R первой стороны, край 122L второй стороны и верхний край 122T. Пластина 104A заземления сформирована вдоль края 122R первой стороны и верхнего края 122T излучающего шлейфа 112 с разнесением от них.

Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105A-105B проходят от первого края 108A пластины 104A заземления, которая параллельна краю 122R первой стороны излучающего шлейфа. Высота h одного или более заземленных емкостных шлейфов 105A-105B ориентирована по направлению к излучающему шлейфу. Второй край 108B пластины 104A заземления практически перпендикулярен первому краю 108A. Второй край 108B пластины 104A заземления практически параллелен верхнему краю 122T излучающего шлейфа и разнесен от него на расстояние X, как показано на фиг.1A.

Модифицированная перевернутая F-антенна 100A дополнительно включает в себя удлиненную фидерную полосковую линию 113B, как показано на фиг.1A. В этом случае заземленный копланарный волновод (GCPW) 110 представляет собой фидерную линию передачи.

Заземленный копланарный волновод (GCPW) 110 включает в себя центральную полосу 113A, ограниченную с левой и правой сторон пластинами 104A-104B заземления, каждая из которых отделена зазором 114. Для завершения волновода GCPW 110 печатная плата 100' имеет пластину 125 заземления (показана на фиг.1C) на втором металлическом слое 103 (показан на фиг.1C) и под центральной полосой 113A и зазорами 114. Пластина 125 заземления изолирована от центральной полосы 113A с помощью диэлектрического слоя подложки 101. Центральная полоса 113A соединяется с удлиненной фидерной полосковой линией 113B. Ширина центральной полосы 113A и зазоров 114 является функцией длины волны несущих частот каналов и характеристик диэлектрических слоев подложки 101.

Удлиненная фидерная полосковая линия 113B соединяется с излучающим шлейфом 112 с одного конца и центральной полосой 113 A с другого конца. Закорачивающая перемычка 115 соединена с пластиной 104B заземления с одного конца и с излучающим шлейфом 112 с другого конца. Длина закорачивающей перемычки 115 выбрана так, чтобы обеспечить пятидесятиомный активный входной импеданс для антенны в соединении GCPW 110 и удлиненной фидерной полосковой линией 113B. Так как антенна представляет собой индуктивный заземленный шлейф, то входной импеданс антенны имеет некоторое индуктивное сопротивление от металла, образующего излучающий шлейф 112 и закорачивающую перемычку 115. В уровне техники это индуктивное сопротивление пытались уменьшать путем уменьшения зазора между концом излучающего шлейфа и пластиной заземления и путем сгибания излучающего шлейфа по направлению к пластине заземления, что не имело большого успеха из-за их ограниченного воздействия на входной импеданс антенны.

На фиг.1B показан вид сверху второго варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 100B. Модифицированная перевернутая F-антенна 100B имеет фидерную линию передачи, образованную на том же внешнем слое подложки, на котором сформирована антенна.

Модифицированная перевернутая F-антенна 100B подобна модифицированной перевернутой F-антенне 100A, но имеет только один заземленный емкостной шлейф 105 шириной g и расстоянием или зазором S от пластины 104A заземления. В этом типовом варианте осуществления край 122R излучающего шлейфа 112 параллелен заземленному емкостному шлейфу 105, так что верхний край 122T излучающего шлейфа продолжается за ширину g заземленного емкостного шлейфа 105 в промежуток S.

С другой стороны, модифицированная перевернутая F-антенна 100B имеет элементы, подобные элементам модифицированной перевернутой F-антенны 100A, и использует те же ссылочные позиции и наименования. Соответственно, описание элементов модифицированной перевернутой F-антенны 100B не повторяется по соображениям краткости, и понятно, что описание элементов антенны 100A применимо к описанию элементов антенны 100B.

Различные размеры элементов модифицированной перевернутой F-антенны показаны на чертежах. Закорачивающая перемычка 115 имеет ширину W1 и длину L1, как показано. Излучающий шлейф 112 имеет длину L2 и ширину W2, как показано. На расстоянии F вверх по излучающему шлейфу 112 от закорачивающей перемычки 115 удлиненная фидерная полосковая линия 113B соединяется с излучающим шлейфом 112, как показано. Позиционирование антенны в диэлектрическом окне 109 вдоль размера A определяется длиной L1 закорачивающей перемычки 115. Позиционирование антенны в диэлектрическом окне 109 вдоль размера B определяется длиной L2 излучающего шлейфа и размерами S4, g1, S5, g2, S6 и W1 от края диэлектрического окна.

Исходя из этих и других размеров, зазор X может быть сформирован между верхним краем 122T излучающего шлейфа 112 и пластиной 104A заземления или краем диэлектрического окна 109 в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения.

Один или более заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B могут иметь высоту h; ширину g, g1 и g2 и зазор или расстояние S, S4, S5. В некоторых конструкциях антенн зазор или промежуток S4 дает мало позиционной информации, в таком случае зазор или промежуток S1 между заземленным емкостным шлейфом 105B и центральной полосой 113A или зазор или промежуток S6 между заземленным емкостным шлейфом 105B и закорачивающей перемычкой 115 могут быть использованы для получения позиционной информации.

Зная высоту h заземленных емкостных шлейфов, длину L1 и ширину W2 излучающего шлейфа 112, расстояние D между одним или несколькими заземленными емкостными шлейфами и излучающим шлейфом 112 может быть найдено из уравнения D=L1-W2-h. В дополнение к размерам h и D, общая эффективная длина одного или нескольких заземленных емкостных шлейфов (например, S4+S5+g1+g2; или S+g) вдоль края пластины заземления и параллельная длине излучающего шлейфа 112 может быть важной величиной при настройке антенны.

В типовом варианте осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 100A, показанном на фиг.1A, размеры антенны на частоту 3,5 ГГц, предназначенной для приложения CardBus WiMAX (Совместимость для микроволнового доступа), определяются следующим образом:

A=9,4 мм; B=20,8 мм; L2=14,2 мм; F=4,4 мм; L1=5,1 мм; W1=W2=1,8 мм; S4=2,3 мм; S5=0,8 мм; g2=4 мм; g1=2,4 мм и h=1,8 мм.

В этом случае слой диэлектрической подложки 101 представляет собой диэлектрический материал FR-4 с толщиной диэлектрика 0,7 мм. Кроме того, фидерная линия имеет импеданс 50 Ом. То есть микрополосковая линия, копланарный волновод или заземленный копланарный волновод, в зависимости от того, какой выбран, имеет размеры, рассчитанные для конкретной подложки из диэлектрического материала FR-4 толщиной 0,7 мм, так что он имеет импеданс 50 Ом.

В типовом варианте осуществления, показанном на фиг.1A, верхний край 122T излучающего шлейфа превышает ширину g2 заземленного емкостного шлейфа 105B, пространство S5 между первым и вторым заземленными емкостными шлейфами, вплоть до середины заземленного емкостного шлейфа 105A шириной g1.

Излучающий шлейф 112, закорачивающая перемычка 115, удлиненная фидерная полосковая линия 113B образуют форму перевернутого F в металлическом слое 102, откуда и происходит название перевернутой F-антенны. Перевернутая F-антенна используется для приема и передачи электромагнитного излучения определенных частот, несущих сигналы беспроводной связи.

Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B (см. шлейфы 105A-105B на фиг.1A и шлейф 105 на фиг.1B) изменяют или настраивают характеристики перевернутой F-антенны, служа регулировочными элементами для подстройки рабочих характеристик антенны. Рабочие характеристики включают в себя, по меньшей мере, одно из реактивного сопротивления входного импеданса, согласования с малыми потерями, эффекта заземленного экрана, антенного обтекателя, влияния радиочастотных компонентов, влияния множественных взаимных связей, резонансной частоты антенны, согласования импедансов между антенной и фидерной линией, величины усиления, диаграммы направленности антенны. Другие параметры также могут быть настроены одним или более заземленными емкостными шлейфами 105, 105A-150B, чтобы улучшить технические характеристики антенны. Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B вносят емкостное реактивное сопротивление, которое трансформируется во входной импеданс антенны. Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B компенсируют реактивное сопротивление входного импеданса антенны, возникшего из-за (1) собственного индуктивного сопротивления ее компонентов и (2) внешнего реактивного сопротивления, которое индуцируется различными внешними влияниями. Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-150B настраивают характеристики перевернутой F-антенны способом без потерь.

С одним или несколькими заземленными емкостными шлейфами, которые играют роль настроечных элементов, антенна достигает хороших характеристик согласования с малыми потерями. Настройка, которая обеспечивается одним или несколькими заземленными емкостными шлейфами, принимает во внимание условия реальной конструкции и компенсирует влияние заземленного экрана, близко расположенного антенного обтекателя, эффекта радиочастотных компонентов и взаимное влияние нескольких антенн на резонансную частоту антенны.

Настройка перевернутой F-антенны может регулироваться количеством используемых заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-150B, также как и размерами окружения заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-150B, включая ранее описанные размеры высоты h; ширины g, g1, g2; зазоров или промежутков S, S4, S5 и расстояния D.

Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B позволяют достичь существенного совпадения импеданса между антенной и выбранной фидерной линией в более чем 22% диапазоне относительных частот. То есть один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B обеспечивают существенное совпадение импеданса в диапазоне частот плюс минус 11% вокруг несущей частоты желательной системы связи. Более того, в то время как один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105, 105A-105B обеспечивают значительное совпадение импеданса, они также значительно увеличивают величину коэффициента усиления антенны без существенного влияния на диаграмму направленности антенны. Фиг.9-11, описанные ниже, иллюстрируют типовые рабочие параметры модифицированной перевернутой F-антенны.

50-омный заземленный копланарный волновод (GCPW) 110, который включает в себя центральную полосу 113A и удлиненную фидерную полосковую линию 113B, дает возможность сигналам распространяться в направлении к и от излучающего шлейфа 112 антенны. Антенный импеданс в значительной степени согласуется одним или несколькими заземленными емкостными шлейфами 105, 105A-150B с 50-омным импедансом GCPW 110.

50-омный импеданс заземленного копланарного волновода 110 также согласуется с 50-омным импедансом активных и пассивных радиочастотных цепей, таких как антенный переключатель, сигнальные фильтры, входным импедансом малошумящего усилителя и выходным импедансом усилителя мощности.

Как описано более подробно ниже, усилитель мощности передачи может соединяться с концом GCPW 110 и усиливать беспроводные сигналы для передачи от излучающего шлейфа 112. Приемный малошумящий усилитель (LNA, МШУ) может быть соединен с концом GCPW 110 для усиления сигналов, принятых от излучающего шлейфа 112. Как описано более подробно ниже, антенный переключатель, радиочастотный полосовой фильтр или радиочастотный низкочастотный фильтр могут быть подсоединены между антенной и усилителем мощности передачи и малошумящим приемным усилителем для мультиплексирования использования антенны для приема и передачи сигналов, а также для выбора одной из нескольких антенн для передачи, а другой для приема.

На фиг.2A-2B показан вид сверху и в разрезе третьего варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 200A. На фиг.2B показан вид в разрезе печатной платы вдоль излучающего шлейфа 112. В этом третьем варианте осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 200A фидерная линия находится в другом слое печатной платы 200' относительно антенны. То есть фидерная линия находится на противоположном внешнем слое многослойной печатной платы по отношению в антенне. В этом случае антенна может рассматриваться как сформированная на многослойной подложке.

Как показано на фиг.2B, излучающий шлейф 112 модифицированной перевернутой F-антенны 200A образован в первом металлическом слое 102, сформированном на первой внешней поверхности диэлектрического слоя подложки 101. Фидерная линия 213A и удлиненная фидерная полосковая линия 213B сформированы во втором металлическом слое 202 на второй внешней поверхности подложки 101, напротив первой внешней поверхности.

При фидерной линии 213A и удлиненной фидерной полосковой линии 213B, сформированных на одном слое, и излучающем шлейфе 112, образованном на другом слое, фидерная линия 213A и удлиненная фидерная полосковая линия 213B могут соединяться с излучающим шлейфом 112 с помощью сквозного отверстия (VIA) 217 в печатной плате 200'. VIA контакт 216 представляет собой металлическое отверстие в подложке и соединяет удлиненную фидерную полосковую линию 213B и излучающий шлейф 112, как показано на фиг.2B.

При фидерной линии 213A и удлиненной фидерной полосковой линии 213B, образованных на одном слое, и излучающем шлейфе 112, образованном на другом слое, единственная пластина 204 заземления может быть реализована с помощью металлического слоя 102 вокруг антенны, как показано на фиг.2A. В этом случае фидерная линия 213A под пластиной 204 заземления, отделенная диэлектрическим слоем 101, фактически образует микрополосковую линию 210 вдоль длины фидерной линии 213A.

Для того чтобы модифицированная перевернутая F-антенна 200A могла эффективно излучать, отсутствуют какие-либо металлические полосы или поверхности в любом другом слое в области излучающего шлейфа 112 и закорачивающей перемычки 115, образующих часть модифицированной перевернутой F-антенны, не считая удлиненную фидерную полосковую линию 213B, которая соединена с излучающим шлейфом 112 и образует часть антенны. На фиг.2B вторая пластина 205 заземления в металлическом слое 202 значительно отделена от удлиненной фидерной полосковой линии 213B промежутком 214. Вторая пластина 205 заземления может перекрываться с частями первой пластины 204 заземления. Металл может быть образован в металлическом слое 202 почти везде, но не под антенной и не в апертуре антенного диэлектрического окна, образованного отсутствием металла в металлическом слое 102, если только не должна быть обеспечена дополнительная настройка. Дополнительная настройка антенны может быть обеспечена второй внешней пластиной 205 заземления, включая один или несколько заземленных емкостных шлейфов, образованных в металлическом слое 202 снизу и параллельно одному или нескольким заземленным емкостным шлейфам 105, 105A-105B.

Другие элементы модифицированной перевернутой F-антенны 200A подобны элементам модифицированной перевернутой F-антенны 100A и имеют те же ссылочные позиции и наименования. Соответственно, описание этих элементов модифицированной перевернутой F-антенны 200A не повторяется по причинам краткости; понятно, что описание элементов антенны 100A применимо к таким же элементам антенны 200A.

На фиг.2C-2D показан вид сверху четвертого и пятого вариантов осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 200C-200D. В каждой из модифицированных перевернутых F-антенн 200C-200D фидерная линия 213A подобна этой же линии в модифицированной перевернутой F-антенне 200A, фактически формирующей микрополосковую линию 210 вдоль длины фидерной линии 213A благодаря пластинам 204C-204D заземления и диэлектрическому слою 101 подложки.

Модифицированные перевернутые F-антенны 200C-200D подобны модифицированной перевернутой F-антенне 200A, но имеют только один заземленный емкостной шлейф 105, 205. Заземленный емкостной шлейф 105 на фиг.2C имеет ширину g и промежуток или зазор S относительно большой поверхности пластины 204C заземления. Заземленный емкостной шлейф 205 на фиг.2C имеет ширину g без промежутка или зазора S (т.е S=0) относительно большой поверхности пластины 204D заземления. В типовом варианте осуществления, показанном на фиг.2D, будучи отделенным на расстояние D, верхний край 122T излучающего шлейфа, по существу, продолжается в ширину g заземленного емкостного шлейфа 205, оставляя не перекрытым только промежуток X между верхним краем 122T и пластиной 204D заземления. То есть первый край 122R излучающего шлейфа 112 параллелен верхнему краю заземленного емкостного шлейфа 205 над значительной частью его ширины g, за исключением промежутка X.

Другими словами, модифицированные перевернутые F-антенны 200C-200D имеют такие же элементы, как и модифицированная перевернутая F-антенна 200A, и используют те же ссылочные позиции и наименования. Соответственно, описание элементов модифицированных перевернутых F-антенн 200C-200D не повторяется по соображениям краткости; понятно, что описание элементов антенны 200A применимо к описанию элементов антенн 200B-200D.

Ранее рассматривались варианты осуществления модифицированной перевернутой F-антенны в углу печатной платы. Однако модифицированная перевернутая F-антенна может также быть сформирована вдоль края печатной платы.

На фиг.3A-3B показаны вид сверху и вид в разрезе шестого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 300A. Разрез печатной платы, показанной на фиг.3B, проходит вдоль излучающего шлейфа 112.

В этом варианте осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 300A фидерная линия находится на другом слое печатной платы 300' относительно слоя антенны. То есть фидерная линия находится на внутреннем слое подложки многослойной печатной платы, тогда как антенна находится на внешней поверхности подложки. В этом случае антенну можно рассматривать как сформированную на многослойной подложке.

Как показано на фиг.3B, излучающий шлейф 112 модифицированной перевернутой F-антенны 300A образован в первом металлическом слое 102 на первой внешней поверхности слоя 101A подложки. Фидерная линия 313A и удлиненная фидерная полосковая линия 313B могут быть образованы в другом металлическом слое 302 между диэлектрическими слоями платы 101B и 101C подложки и соединены с излучающим шлейфом через отверстие VIA, как показано.

Фиг.3B показывает сечение печатной платы 300' вдоль излучающего шлейфа 112. За исключением фидерной линии, удлиненной фидерной полосковой линии верхнего слоя, образующего антенну, нужно избегать металлических пластин в других слоях под излучающим шлейфом 112. То есть в диэлектрическом окне следует избегать ненужной металллизации. Однако в области вне диэлектрического окна под заземленной пластиной 304A, между диэлектрическими слоями или во втором внешнем металлическом слое могут быть сформированы другие металлические пластины для завершения конструкции печатной платы 300' для беспроводного устройства.

Как показано на фиг.3A, антенна сформирована вдоль края печатной платы 300'. Заземленные емкостные шлейфы 105A-105B, соединенные с пластиной заземления 304A, обеспечивают настройку модифицированной перевернутой F-антенны. Однако, поскольку антенна сформирована вдоль края, промежуток S4 становится значительно больше и даже распространяется за пределы печатной платы 300'. Так как промежуток S4 не предоставляет позиционной информации для заземленного емкостного шлейфа в этой конструкции, то используется промежуток S6 между заземленным емкостным шлейфом 105B и закорачивающей перемычкой 115.

Элементы модифицированной перевернутой F-антенны 300A, 300C включают в себя закорачивающую перемычку 115, излучающий шлейф 112 и один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105A-105B, отформованных из пластины заземления 304A. Излучающий шлейф 112 имеет край 122R первой стороны, край 122L второй стороны и верхний край 122T. В этом случае пластина 304A заземления образована с разнесением вдоль края 122R первой стороны, но не от верхнего края 122T излучающего шлейфа 112.

При фидерной линии 313A и удлиненной фидерной полосковой линии 313B, сформированных на внутреннем слое излучающего шлейфа 112, сформированного на внешнем слое подложки 101, фидерная линия 313A и удлиненная фидерная полосковая линия 313B могут соединяться с излучающим шлейфом 112 с помощью отверстия VIA, которое представляет собой металлическое отверстие в подложке 101', соединяющее между собой удлиненную фидерную полосковую линию 313B и излучающий шлейф 112, как показано на фиг.3B.

При фидерной линии 313A и удлиненной фидерной полосковой линии 313B, сформированных на одном слое, и излучающем шлейфе 112, сформированном на другом слое, одна или несколько пластин 304A, 304B заземления могут быть реализованы с помощью металлического слоя 102 вокруг антенны. Кроме того, другие дополнительные внутренние слои структуры печатной платы, которые не показаны на фиг.3A и 3C, также как и внешний слой, могут быть сформированы на подложке 101. В этом случае фидерная линия 313A между пластинами 304A и 304B заземления и другим внешним слоем и разделенная диэлектрическими слоями 101A-101C действительно образует полосковую линию 310 вдоль длины фидерной линии 313A.

Для того чтобы модифицированная перевернутая F-антенна 300A-300C могла эффективно излучать, отсутствуют металлические пластины или металлические поверхности в любом другом из слоев в области излучающего шлейфа 112 и закорачивающей перемычки 115, образующих часть модифицированной перевернутой F-антенны, за исключением удлиненной фидерной полосковой линии 313B, которая соединена с излучающим шлейфом 112 и образует часть антенны. Однако вторая пластина заземления (не показана) может быть предусмотрена на противоположной внешней поверхности и может перекрываться с частями первой пластины 304A, 304B заземления. Вторая пластина 205 заземления может дополнительно включать один или несколько заземленных емкостных шлейфов в металлическом слое для дополнительной подстройки антенны.

Фиг.3C иллюстрирует вид сверху седьмого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 300C. В модифицированной перевернутой F-антенне 300C фидерная линия 313A такая же, как и в модифицированной перевернутой F-антенне 300A, фактически образует полосковую линию 310 вдоль длины фидерной линии 313A благодаря пластине 304C заземления и диэлектрическому слою 101' подложки.

Модифицированная перевернутая F-антенна 300C подобна модифицированной перевернутой F-антенне 300A, но имеет только один заземленный емкостной шлейф 105. Заземленный емкостной шлейф 105 на фиг.2C имеет ширину g и промежуток или зазоp S, который много больше подобного ему зазора S4 антенны 300A.

Иными словами, модифицированная перевернутая F-антенна 300C имеет элементы, подобные элементам модифицированной перевернутой F-антенны 300A, и используются те же ссылочные позиции и наименования. Соответственно, описание элементов модифицированной перевернутой F-антенны 300C не повторяется по соображениям краткости; понятно, что описание элементов антенны 300A применимо к элементам антенны 300C.

На фиг.4 показан вид сверху восьмого варианта осуществления модифицированной перевернутой F-антенны 400. В модифицированной перевернутой F-антенне 400 заземленный копланарный волновод 110 используется как фидерная линия к излучающему шлейфу 112. Элементы антенны 400 сформированы в том же металлическом слое 102 на той же внешней поверхности слоя 101 подложки. Большие металлические пластины 404A, 404B являются заземленными, и, по меньшей мере, одна металлическая пластина на внутреннем или другом внешнем слое подложки образует заземленный копланарный волновод.

Ясно, что элементы модифицированной перевернутой F-антенны 400 отштампованы из пластин 404A-404B заземления. Закорачивающая перемычка 115 и излучающий шлейф 112 отштампованы из пластины 404B заземления. Один или несколько заземленных емкостных шлейфов 105A-105B отштампованы из пластины 404A заземления.

Как показано на фиг.4, антенна 400 сформирована вдоль края печатной платы 400'. Заземленные емкостные шлейфы 105A-105B, соединенные с пластиной 404A заземления, предусмотрены для настройки перевернутой F-антенны 400. Однако, так как антенна сформирована вдоль края, промежуток S4 существенно большой, даже выходит за рамки печатной платы 400'. То есть пластина 404A заземления располагается вдоль боковой кромки излучающего шлейфа 112, а не верхнего края излучающего шлейфа 112. Так как зазор S4 не дает никакой позиционной информации для заземленного емкостного шлейфа в этой конструкции, то используется промежуток S1 между заземленным емкостным шлейфом 105B и центральной полосой 113A.

Подробности использования заземленного копланарного волновода 110 в качестве фидерной линии передачи были описаны выше со ссылкой на фиг.1A-1B.

Более того, другие элементы модифицированной перевернутой F-антенны 400 подобны элементам модифицированной перевернутой F-антенны 100A и имеют такие же ссылочные позиции и наименования. Соответственно, описание этих элементов модифицированной перевернутой F-антенны 400 не повторяются по соображениям краткости; понятно, что описание элементов антенны 100A применимо к элементам антенны 400.

Кроме того, хотя на фиг.4 показано несколько заземленных емкостных шлейфов 105A-105B для настройки антенны 400 вдоль края печатной платы 400', вместо этого может быть использован один заземленный емкостной шлейф 105, как показано на фиг.1B.

На фиг.5 показана антенная цепь как часть печатной платы 500 для использования в беспроводном адаптере Cardbus. Печатная плата 500 включает в себя пару модифицированных перевернутых F-антенн 501A-501B в противоположных углах печатной платы. Каждая из антенн 501A-501B представляет собой реализацию антенны 100A, описанной ранее со ссылкой на фиг.1A, и включает в себя фидерные линии на заземленных копланарных волноводах 510A-510B для каждой из соответствующих антенн. Фидерные линии на заземленных копланарных волноводах 510A-510B сформированы в том же металлическом слое и на той же поверхности подложки, что и соответствующие элементы модифицированной перевернутой F-антенны 501A-501B. Заметим, что модифицированные перевернутые F-антенны 501A-501B совместно используют одну пластину 504 заземления, соединенную с излучающими шлейфами 112A-112B для экономии пространства. Дополнительные пластины 505A-505B заземления соединяет землю с заземленными емкостными шлейфами 105A-105B каждой антенны.

На фиг.6 показана антенная цепь как часть печатной платы 600, включающей линейную антенную решетку 602 из четырех модифицированных перевернутых F-антенн 400A-400D на печатной плате 601. Четыре модифицированные перевернутые F-антенны 400A-400D отформованы из пластины заземления 604A-604B, 605A-606B, 606A-606B и являются, каждая, реализацией антенны 400, описанной выше со ссылкой на фиг.4. Каждая антенна 400A-400D, соответственно, включает в себя фидерные линии 610A-610D в виде заземленных копланарных волноводов. Линейная антенная решетка расположена с одного конца печатной платы 600, вследствие этого антенны 400A и 400D располагаются вдоль края. В этом случае параметр S4 для каждой антенны очень велик.

Фидерные линии 610A-610D в виде заземленного копланарного волновода сформированы в том же металлическом слое и на той же поверхности печатной платы, что и модифицированные перевернутые F-антенны 400A-400D. Заметим, что модифицированные перевернутые F-антенны 400A-400B совместно используют пластину 604A заземления, соединенную с излучающими шлейфами 112A-112B для экономии места. Модифицированные перевернутые F-антенны 400C-400D совместно используют пластину 604B заземления, соединенную с излучающими шлейфами 112C-112D.

На фиг.7 и 8 представлены блок-схемы высокого уровня систем, включающих в себя антенную цепь 110 с фиг.5. Система, показанная на фиг.7, использует технологию коммутационного разнесения, тогда как система, показанная на фиг.8, использует технологию 2×2 MIMO.

На фиг.7 модифицированная перевернутая F-антенна 501A-501B сформирована как часть печатной платы 700. Большой заземленный экран 705 соединен с пластинами 505A-505B заземления и совместно используемой пластиной заземления 504 без прерывания фидерных линий 510A-510B в виде заземленного копланарного волновода.

Подключаемая беспроводная абонентская система дополнительно включает в себя антенный переключатель (SW, АП) 710, RF приемопередатчик (TRX) 712, специализированную интегральную схему (ASIC) или процессор 714, соединенные вместе, как показано. Антенный переключатель 710 представляет собой двухполюсный радиочастотный переключатель. Антенный переключатель 710 переключается между сигналом передачи и сигналом приема. Приемопередатчик 712 включает в себя, в частности, усилитель мощности (PA, УМ) 720 для передачи сигналов и малошумящий усилитель (LNA, МШУ) 722 для приема сигналов. Специализированная интегральная схема ASIC 714 базовой полосы представляет собой интегральную схему смешанного сигнала, взаимодействующую с RF приемопередатчиком 712 с помощью аналоговых сигналов с одной стороны и с цифровой системой с помощью цифровых сигналов с другой стороны.

Дополнительный RF полосовой фильтр или RF фильтр нижних частот могут быть подсоединены между антенной и усилителем 720 мощности передачи и приемным малошумящим усилителем 722.

Как упоминалось ранее, система на фиг.7 использует технологию коммутационного разнесения, которая поддерживается интегральной схемой ASIC 714 и антенным переключателем (АП) 710, который управляется посредством ASIC. Как обсуждалось ранее, приемопередатчик 712 включает в себя усилитель мощности (УМ) 720 для передачи сигналов и малошумящий усилитель (МШУ) 722 для приема сигналов. Переключатель 710 используется для выбора антенны, обеспечивающей наилучшее качество сигнала для сигналов передачи и сигналов приема. Переключатель 710 используется для переключения между соединением усилителя мощности 720 и малошумящего усилителя 722 и выбранной антенны для того, чтобы передавать и принимать сигналы с помощью одной и той же антенны.

На фиг.8 модифицированные перевернутые F-антенны 501A-501B также образованы как часть печатной платы 800. Большая заземленная шина 805 соединена с пластинами 505A-505B заземления и совместно используемой пластиной 504 заземления без прерывания фидерных линий 510A-510B в виде заземленного копланарного волновода.

Съемное беспроводное абонентское устройство дополнительно включает в себя соответствующие пары антенных переключателей (АП) 810A-810B и РЧ приемопередатчиков 812A-812B наряду с MIMO интегральной схемой ASIC 814 базовой полосы, соединенных вместе, как показано. Пара антенных переключателей 810A-810B является двухпозиционными RF переключателями. Каждый из РЧ приемопередатчиков 812A-812B включает в себя, в частности, усилитель мощности (УМ) 720 для передачи сигналов и малошумящий усилитель (МШУ) 722 для приема сигналов. MIMO интегральная схема ASIC 814 базовой полосы является интегральной схемой смешанного сигнала, взаимодействуя с РЧ приемопередатчиками 812A-812B с помощью аналоговых сигналов с одной стороны и с цифровой системой с помощью цифровых сигналов с другой стороны.

Как раньше упоминалось, система на фиг.8 использует технологию 2Ч2 MIMO, которая поддерживается интегральной схемой ASIC 814 и антенными переключателями 810A-810B, которые управляются интегральной схемой ASIC. В этом случае обе антенны 501A-501B одновременно используются для передачи и приема сигналов. MIMO ASIC 814 базовой полосы когерентно смешивает эти сигналы, чтобы сгенерировать лучший сигнал, чем сможет обеспечить любая антенна в отдельности.

Антенна 501А соединена с антенным переключателем 810A через заземленный копланарный волновод 510A. Антенна 501B соединена с антенным переключателем 810B через заземленный копланарный волновод 510B. Приемопередатчик 812A соединен с антенным переключателем 810A. Приемопередатчик 812B соединен с антенным переключателем 810B. В этом случае антенные переключатели 810A-810B не переключаются между антеннами 501A-501B. Вместо этого переключатели, в данном случае, переключаются только между передачей и приемом, присоединяя либо усилитель мощности 720, либо малошумящий усилитель 722 к антенне для передачи или приема сигналов. То есть переключатели 810A-810B используются для переключения между усилителем мощности 720 и малошумящим усилителем 722 и выбранной антенной для передачи и приема сигналов через одну и ту же антенну.

На фиг.9 показан график входных потерь на отражение модифицированной перевернутой F-антенны для печатной платы CardBus, такой как показано на фиг.5. Модифицированные перевернутые F-антенны 501A-501B по фиг.5 сконструированы для диапазона частот 3,5 ГГц WiMAX, с форм-фактором подключаемой карты CardBus.

Кривая 901 иллюстрирует входные потери на отражение одной антенны. Кривая 902 иллюстрирует входные потери на отражение антенны в сборке с обтекателем.

Обтекатель представляет собой оболочку или футляр, который прозрачен для радиоизлучения, который часто используется для закрытия и защиты антенны от элементов внешней среды. На фиг.13B изображен обтекатель 1316 сверху антенного сегмента 1315 сменной беспроводной карты-адаптера 1300B. На фиг.13A обтекатель представляет собой футляр 1306, закрывающий целиком печатную плату, включая антенный сегмент 1305 сменного USB адаптера 1300A.

При сравнении кривых 901 и 902 входных потерь на отражение на фиг.9 видно, что наличие обтекателя над модифицированной перевернутой F-антенной не снижает качество ее согласования. Напротив, присутствие обтекателя над модифицированной перевернутой F-антенной улучшает характеристики согласования антенны.

На фиг.10 и 11 показаны графики диаграммы направленности поля в дальней зоне Cardbus антенны. Фиг.10 изображает графики диаграммы направленности поля в дальней зоне антенны в горизонтальной плоскости для конструкции адаптера CardBus, включающего модифицированную перевернутую F-антенну, как показано на фиг.5. Фиг.11 изображает график диаграммы направленности поля в дальней зоне в вертикальной плоскости для конструкции адаптера CardBus, включающего в себя модифицированную перевернутую F-антенну, показанную на фиг.5.

Конструкция антенны CardBus по фиг.5 была использована при выполнении этих измерений. Каждая антенна измерялась с использованием фидерной линии в виде заземленного копланарного волновода, сформированного на том же внешнем слое, что и излучающие шлейфы. Было определено, что измеренный и рассчитанный коэффициент усиления конструкции антенны Cardbus, приведенной на фиг.5, включающей модифицированную перевернутую F-антенну, был, по существу, 3,1 децибел (dBi).

Фиг.12 иллюстрирует сеть 1200 беспроводной связи, которая базируется на стандарте IEEE 802.16, с абонентскими устройствами, использующими варианты осуществления настоящего изобретения. Сеть 1200 беспроводной связи включает в себя одну или несколько базовых станций (BS) 1201 и одну или несколько мобильных или стационарных абонентских станций (SS) 1204A-1204C для передачи голосовых сигналов и данных между ними и через сеть IP/PSTN. После того как абонентские станции SS 1204A-1204C зарегистрированы на базовой станции BS 1201, они могут соединяться с Интернетом через базовую станцию BS, которая соединена с сетевым облаком 1203.

Антенны, описанные здесь, спроектированы для использования в системах беспроводной связи, работающих в диапазоне частот в соответствии со стандартами IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16-2004, IEEE 802.16e и стандартами сотовой связи. Стандарты IEEE 802.16-2004 и 802.16e описывают радиоинтерфейсы для стационарных и мобильных широкополосных систем беспроводного доступа, соответственно, и используются для общегородских сетей (MAN) или региональных сетей (WAN), в то время как существуют другие стандарты для беспроводных персональных сетей (PAN) и беспроводных локальных вычислительных сетей (LAN), такие как IEEE 802.15, известный как Bluetooth, и IEEE 802.11, известный как Wi-Fi.

Печатные платы с антеннами, описанными здесь, могут быть закреплены и встроены в абонентские устройства. С другой стороны, печатные платы с антеннами, описанными здесь, могут быть присоединены к абонентскому устройству, чтобы стать частью него, равно как, будучи отключены, могут использоваться с другими абонентскими устройствами. То есть радиоустройства с печатными платами, имеющими антенны, описанные здесь, могут быть сменными. В системе 1200 беспроводной связи, показанной на фиг.12, абонентская станция 1204A включает в себя сменный беспроводной адаптер 1210.

На фиг.13A-13B показаны подключаемые радиоустройства, которые включают в себя печатные платы, имеющие модифицированные перевернутые F-антенны, описанные здесь. Эти подключаемые радиоустройства и их антенны особенно полезны для функционирования абонентских устройств в соответствии со стандартами IEEE 802.16, которые включают спецификации WiMAX, Mobile WiMAX и WiBro.

Фиг.13A иллюстрирует адаптер универсальной последовательной шины (USB-адаптер) 1300A, включающий в себя печатную плату 1304 с вариантами осуществления модифицированной перевернутой F-антенны, для использования в качестве части абонентского устройства. Адаптер 1300A включает в себя подключаемый радиоэлемент 1301 и колпачок 1302. Подключаемый радиоэлемент 1301 включает в себя печатную плату 1304, которая имеет антенный сегмент 1305 с одной стороны и USB-коннектор 1303 с другой стороны. Радиоэлемент 1301 дополнительно имеет корпус 1306, который закрывает внутреннюю печатную плату 1304, включающую модифицированную перевернутую F-антенну. Корпус 1306 прозрачен для радиосигналов и служит обтекателем для защиты антенны на печатной плате 1304.

Фиг.13B иллюстрирует другую беспроводную карту или адаптер 1300B, включающий печатную плату 1314 с вариантами осуществления модифицированной перевернутой F-антенны. Адаптер 1300B включает в себя печатную плату 1314 с антенным сегментом 1315 на одном крае и коннектор 1313 на противоположном крае. Металлическая оболочка 1316A защищает сегмент печатной платы, тогда как оболочка 1316B обтекателя прикрывает модифицированные перевернутые F-антенны. В зависимости от типа адаптера или карты коннектор 1313 может быть различного типа, например PСМCIA коннектор, CardBus коннектор и т.д.

Каждый из адаптеров 1300A-1300B имеет ограничения по размеру или форм-фактору радиоустройства, так что они в высокой степени портативны. Модифицированная перевернутая F-антенна, которая сформирована как часть печатной платы, как описано ранее (иногда упоминается как "напечатанная" на печатной плате, как "печатная антенна"), очень подходит для таких приложений с малым форм-фактором.

На фиг.14 показана функциональная блок-схема беспроводной карты 1400, включающая в себя печатную плату 1401 с модифицированными перевернутыми F-антеннами 501A-501B. Функциональная блок-схема беспроводной карты 1400 включает в себя функциональную блок-схему MIMO ASIC 814 базовой полосы, описанную ранее со ссылкой на фиг.8. MIMO ASIC 814 базовой полосы имеет интерфейс для соединения с коннектором 1402 карты 1400. Коннектор 1402 может подключаться к различным цифровым устройствам для обеспечения беспроводной связи.

На фиг.15 представлена блок-схема процесса 1500 формирования модифицированной перевернутой F-антенны в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

После начала процесс 1500 формирует диэлектрический слой на первом металлическом слое, имеющий первую поверхность (блок 1510). Затем процесс 1500 формирует шаблон второго металлического слоя на диэлектрическом слое, чтобы вскрыть диэлектрическое окно, которое является частью диэлектрического слоя (блок 1520). Шаблон образует излучающий шлейф и один или несколько заземленных емкостных шлейфов, разнесенных от излучающего шлейфа. Один или несколько заземленных емкостных шлейфов продолжаются от первого края первой пластины заземления параллельно боковому краю излучающего шлейфа.

Затем процесс 1500 формирует первую пластину заземления, соединенную с одним или несколькими заземленными емкостными шлейфами (блок 1530). Первая пластина заземления является частью второго металлического слоя и соединена с землей. Затем процесс 1500 формирует закорачивающую перемычку, первый конец которой соединен с нижней частью излучающего шлейфа (блок 1540). Второй конец закорачивающей перемычки расположен напротив первого конца и соединен с первой пластиной заземления. Затем процесс 1500 формирует удлиненную фидерную полосковую линию, соединенную с боковой стороной излучающего шлейфа и отделенную от закорачивающей перемычки (блок 1550). Излучающий шлейф, закорачивающая перемычка и удлиненная фидерная полосковая линия соединены вместе и образуют F-форму.

Затем процесс 1500 формирует вторую пластину заземления, разнесенную с первой пластиной заземления (блок 1560). Вторая пластина заземления соединена с землей и вторым концом закорачивающей перемычки, противоположным первому концу. Затем процесс 1500 формирует фидерную линию, соединенную с удлиненной фидерной полосковой линией (блок 1570). Фидерная линия представляет собой заземленный копланарный волновод, центральная полоса которого разнесена от первой пластины заземления и второй пластины заземления, образуя пару промежутков. Затем процесс 1500 завершается.

Процесс 1500 является характерным процессом формирования схемы модифицированной перевернутой F-антенны. Для формирования различных вариантов осуществления схемы модифицированной перевернутой F-антенны могут использоваться дополнительные процессы, как описано выше.

Хотя изобретение описано в терминах нескольких вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, но может быть реализовано с модификациями и изменениями в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Описание, таким образом, должно рассматриваться в качестве иллюстрации, но не в качестве ограничения.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к компактным печатным антеннам для абонентских устройств беспроводных широкополосных систем связи и сотовых телефонов. Устройство включает в себя диэлектрическую подложку, имеющую первую поверхность, излучающий шлейф на первой поверхности диэлектрической подложки и первую пластину заземления на первой поверхности диэлектрической подложки для соединения с землей. Первая пластина заземления включает в себя один или более заземленных емкостных шлейфов, разнесенных от излучающего шлейфа. Один или более заземленных емкостных шлейфов настраивают рабочие характеристики антенной цепи. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Устройство, содержащее:
диэлектрическую подложку, имеющую первую поверхность;
излучающий шлейф на первой поверхности диэлектрической подложки; и
первую пластину заземления на первой поверхности диэлектрической подложки для соединения с землей, причем первая пластина заземления включает в себя один или более заземленных емкостных шлейфов, разнесенных от излучающего шлейфа, при этом один или более заземленных емкостных шлейфов служат для настройки рабочих параметров.

2. Устройство по п.1, в котором один или более заземленных емкостных шлейфов продолжаются от первого края первой пластины заземления параллельно боковому краю излучающего шлейфа.

3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
закорачивающую перемычку, имеющую первый конец, соединенный с низом излучающего шлейфа; и
удлиненную фидерную полосковую линию, соединенную с боковым краем излучающего шлейфа, разнесенную от закорачивающей перемычки; при этом излучающий шлейф, закорачивающая перемычка, удлиненная фидерная полосковая линия соединены вместе с образованием F-формы.

4. Устройство по п.3, в котором закорачивающая перемычка имеет второй конец, противоположный первому концу и соединенный с первой пластиной заземления.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
вторую пластину заземления, разнесенную от первой пластины заземления, причем вторая пластина заземления соединена с землей, при этом закорачивающая перемычка имеет второй конец, противоположный первому концу и соединенный со второй пластиной заземления.

6. Устройство по п.3, дополнительно содержащее:
фидерную линию, соединенную с удлиненной фидерной полосковой линией.

7. Устройство по п.6, в котором фидерная линия представляет собой заземленный копланарный волновод с центральной полосой, разнесенной от первой пластины заземления и второй пластины заземления, образуя пару промежутков.

8. Устройство по п.7, дополнительно содержащее:
третью пластину заземления на второй поверхности диэлектрической подложки, противоположной первой поверхности, причем третья пластина заземления соединяется с землей, третья пластина заземления находится под центральной полосой и парой промежутков.

9. Устройство по п.8, в котором удлиненная фидерная полосковая линия сформирована во втором металлическом слое на второй поверхности диэлектрической подложки, противоположной первой поверхности, и фидерная линия является микрополосковой линией, соединенной с удлиненной фидерной полосковой линией и сформированной во втором металлическом слое на второй поверхности диэлектрической подложки.

10. Устройство по п.9, дополнительно содержащее:
металлический проводник внутри сквозного отверстия в диэлектрической подложке, соединяющего удлиненную фидерную полосковую линию и излучающий шлейф.

11. Устройство по п.1, в котором второй край первой пластины заземления перпендикулярен первому краю первой пластины заземления, разнесен относительно верхнего края излучающего шлейфа и параллелен.

12. Устройство по п.1, в котором один или несколько заземленных емкостных шлейфов представляют собой единственный заземленный емкостной шлейф, продолжающийся от первого края первой пластины заземления, ориентированный в направлении излучающего шлейфа, при этом излучающий шлейф параллелен единственному заземленному емкостному шлейфу, так что верхний край излучающего шлейфа продолжается за ширину единственного заземленного шлейфа в пространство с первой пластиной заземления.

13. Устройство по п.1, в котором один или более заземленных емкостных шлейфов представляют собой первый заземленный емкостной шлейф и второй заземленный емкостной шлейф, параллельные, разнесенные и продолжающиеся от первого края первой пластины заземления, в направлении излучающего шлейфа, и при этом излучающий шлейф параллелен первому и второму заземленным емкостным шлейфам, так что верхний край излучающего шлейфа продолжается за ширину первого заземленного емкостного шлейфа и промежуток между первым и вторым заземленными емкостными шлейфами до середины ширины второго заземленного емкостного шлейфа.

14. Устройство по п.1, в котором первая пластина заземления формирует диэлектрическое окно на поверхности диэлектрической подложки, в которое заходит излучающий шлейф и один или более заземленных емкостных шлейфов.

15. Устройство по п.5, в котором первая пластина заземления и вторая пластина заземления образуют диэлектрическое окно на поверхности подложки, в которое заходит излучающий шлейф и один или более заземленных емкостных шлейфов.

16. Способ, содержащий:
формирование диэлектрического слоя на первом металлическом слое, имеющего первую поверхность;
формирование шаблона второго металлического слоя на диэлектрическом слое для вскрытия диэлектрического окна, являющегося частью диэлектрического слоя, причем шаблон имеет излучающий шлейф и один или более заземленных емкостных шлейфов, разнесенных от излучающего шлейфа; и
формирование первой пластины заземления, соединенной с одним или более заземленными емкостными шлейфами, причем первая пластина заземления является частью второго металлического слоя и соединена с землей.

17. Способ по п.16, в котором один или более заземленных емкостных шлейфов продолжаются от первого края первой пластины заземления параллельно боковому краю излучающего шлейфа.

18. Способ по п.16, дополнительно содержащий:
формирование закорачивающей перемычки, имеющей первый конец, соединенный с низом излучающего шлейфа; и
формирование удлиненной фидерной полосковой линии, соединенной с боковым краем излучающего шлейфа, разнесенного от закорачивающей перемычки; причем излучающий шлейф, закорачивающая перемычка, удлиненная фидерная полосковая линия соединены вместе для образования F-формы.

19. Способ по п.18, в котором закорачивающая перемычка имеет второй конец, противоположный первому концу и соединенный с первой пластиной заземления.

20. Способ по п.16, дополнительно содержащий:
формирование второй пластины заземления, разнесенной от первой пластины заземления, причем вторая пластина заземления соединена с землей, закорачивающая перемычка имеет второй конец, противолежащий первому концу, соединенный со второй пластиной заземления.

21. Способ по п.18, дополнительно содержащий:
формирование фидерной линии, соединенной с удлиненной фидерной полосковой линией.

22. Способ по п.21, в котором фидерная линия представляет собой заземленный копланарный волновод, имеющий центральную полосу, разнесенную от первой пластины заземления и второй пластины заземления, образуя пару промежутков.

23. Способ по п.22, дополнительно содержащий:
формирование третьей пластины заземления на второй поверхности диэлектрического слоя, противоположной первой поверхности, причем третья пластина заземления соединяется с землей, при этом третья пластина заземления находится под центральной полосой и парой промежутков.

24. Способ по п.23, в котором удлиненная фидерная полосковая линия образована во втором металлическом слое на второй поверхности диэлектрической подложки, противоположной первой поверхности, и фидерная линия является микрополосковой линией, соединенной с удлиненной фидерной полосковой линией и сформированной на втором металлическом слое на второй поверхности диэлектрической подложки.

25. Способ по п.24, дополнительно содержащий:
формирование металлического проводника внутри сквозного отверстия диэлектрической подложки, соединяющего удлиненную фидерную полосковую линию и излучающий шлейф.

26. Система, содержащая:
процессор базовой полосы для обработки сигналов базовой полосы, причем процессор базовой полосы генерирует передаваемый сигнал и обрабатывает принимаемый сигнал;
приемопередатчик, соединенный с процессором базовой полосы, для обработки передаваемого сигнала и принимаемого сигнала;
переключатель, связанный с приемопередатчиком, для переключения между передаваемым сигналом и принимаемым сигналом; и
антенную цепь, соединенную с переключателем для передачи передаваемого сигнала и приема принимаемого сигнала, причем антенная цепь содержит:
диэлектрическую подложку, имеющую первую поверхность,
излучающий шлейф на первой поверхности диэлектрической подложки и первую пластину заземления на поверхности диэлектрической подложки, соединенную с землей, причем первая пластина заземления включает в себя один или более заземленных емкостных шлейфов, разнесенных относительно излучающего шлейфа, причем один или более заземленных емкостных шлейфов предназначены для настройки рабочих характеристик.

27. Система по п.26, в которой один или более заземленных емкостных шлейфов продолжаются от первого края первой пластины заземления параллельно боковому краю излучающего шлейфа.

28. Система по п.26, в которой антенная цепь дополнительно содержит:
закорачивающую перемычку, имеющую первый конец, соединенный с низом излучающего шлейфа; и
удлиненную фидерную полосковую линию, соединенную с боковым краем излучающего шлейфа, разнесенную от закорачивающей перемычки;
при этом излучающий шлейф, закорачивающая перемычка и удлиненная фидерная полосковая линия соединены вместе для образования F-формы.

29. Система по п.28, в которой закорачивающая перемычка имеет второй конец, противоположный первому концу и соединенный с первой пластиной заземления.

30. Система по п.26, в которой антенная цепь дополнительно содержит:
вторую пластину заземления, разнесенную от первой пластины заземления, причем вторая пластина заземления соединена с землей, при этом закорачивающая перемычка имеет второй конец, противоположный первому концу и соединенный с второй пластиной заземления.