具有射頻護罩的印刷電路板天線組件的製作方法

2023-06-10 19:07:11

專利名稱：：具有射頻護罩的印刷電路板天線組件的製作方法
技術領域：
：本申請總體上涉及無線電波天線領域，具體來說涉及具有低成本金屬屏蔽的印刷電路板天線。
背景技術：
：併入印刷電路板(PCB)中的射頻(RF)天線是本領域眾所周知的。這種PCB天線被廣泛應用於無線通信裝置，因為它們製造相對便宜，而對於低功率通信來說又相對有效。印刷電路板的使用容許金屬的精確幾何結構被鋪設用於對RF敏感(RF-sensitive)的跡線，例如發射器、接收器或收發器中的輻射元件或接收元件。許多家用無線裝置使用2.4吉赫(GHz)的額定頻率(2.450GHz中心頻率)。該頻率對應於由國際電信聯盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)標準化的無許可證的工業、科學和醫療無線電頻段之一。這種裝置包括無繩電話、電氣和電子工程師協會(IEEE)802.Ilx無線計算機網絡(Wi-Fi)、X10照相機、藍牙耳機、汽車報警器、微波爐、以及其它設備。由於該頻段的無許可證的性質及其在裝置製造商中的普及，普通家庭和辦公室經常充滿雜散的2.4GHz信號。
發明內容根據本公開內容的實施例涉及一種特殊成形的金屬屏蔽或護罩(shroud)，該金屬屏蔽或護罩相對於印刷電路板天線被定位，使得該屏蔽抵制來自PCB天線的後側的射頻幹擾而不會將零點(null)引入到前側。在一個實施例中這種護罩能夠通過將金屬化塗料施加到塑料外殼上而被便宜地製造，該塑料外殼的一部分被模製以呈該護罩的形狀。一個實施例涉及用於接收來自第一方向的射頻(RF)信號同時減少來自第二方向的RF幹擾的印刷電路板(PCB)天線組件，該印刷電路板天線組件包括具有橫向伸展(lateralextent)和額定頻率的PCB天線、以及包含被定位成基本平行於PCB天線並與天線隔開確定的距離的背板的金屬護罩。該金屬護罩進一步包括被連接在背板的相對端處的第一和第二側板，該第一和第二側板相對於背板成角度，使得第一和第二側板的相對邊緣與PCB天線的橫向伸展基本相鄰。選擇與背板的確定的距離以及第一和第二側板的角度來減少來自第二方向的RF幹擾而不明顯影響天線在基本上額定頻率下接收來自第一方向的RF信號的能力。另一實施例涉及一種用於形成印刷電路板(PCB)天線組件的方法，包括提供用於PCB天線的非導電外殼部分，該外殼部分的內後部具有連接到背板的第一傾斜側板，該背板連接到第二傾斜側板；將金屬化塗料施加到第一和第二側板以及背板上；以及將具有橫向伸展和額定頻率的PCB天線附加到外殼部分上，使得側板的端部與PCB天線的橫向伸展基本相鄰。可以參考說明書的其餘部分和附圖來實現對在此所公開和建議的實施例的特性和優點的進一步理解。圖IA示出一個實施例的前部、左部、頂部的透視圖。圖IB示出圖IA的實施例的後部、左部、頂部的透視圖。圖2A示出圖IA中的實施例的頂部。圖2B示出圖IA中的實施例的後部。圖2C是圖IA中的實施例的左視圖。圖3A示出不具有護罩的現有技術PCB天線的天線增益測量。圖3B示出根據一個實施例的具有微型護罩的PCB天線的天線增益測量。圖3C示出根據一個實施例的具有小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖3D示出具有中等護罩的PCB天線的天線增益測量。圖3E示出具有大護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4A示出根據一個實施例的具有以IOmm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4B示出根據一個實施例的具有以15mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4C示出根據一個實施例的具有以20mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4D示出根據一個實施例的具有以25mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4E示出根據一個實施例的具有以30mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4F示出根據一個實施例的具有以40mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4G示出根據一個實施例的具有以50mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖4H示出根據一個實施例的具有以60mm被隔開的小護罩的PCB天線的天線增益測量。圖5A示出用於形成PCB天線組件的方法的一個階段。圖5B示出用於形成PCB天線組件的方法的一個階段。圖5C示出用於形成PCB天線組件的方法的一個階段。圖5D示出用於形成PCB天線組件的方法的一個階段。具體實施例方式圖IA示出一個實施例的前部、左部、頂部的透視圖，而圖IB示出該實施例的後部、左部、頂部的透視圖。印刷電路板(PCB)天線組件100包括具有高度H和寬度W的PCB天線102，在這種情況下，寬度W是橫向伸展。PCB天線102具有設置到非導電基板104上的跡線106的對射頻(RF)敏感的圖案。跡線106的對RF敏感的圖案被調諧成在額定頻率(或頻率組)(例如2.4GHz)進行輻射或接收。天線也能夠被調諧到其它頻率，所述其它頻率包括工業、科學和醫療(ISM)無線電頻段中的那些頻率，例如6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、5.724-5.875GHz、24_24.25GHz、61_61.5GHz、122_123GHz和244_246GHz。跡線106的對RF敏感的圖案的一部分被鋪設成L形狀，使得天線有時候被稱為「L天線」。跡線也能被鋪設成其它形狀或圖案，使得導電跡線在特定方向和極化上是敏感的(或不敏感的)或者對特定頻率敏感(或不敏感)。其它類型的PCB天線是本領域眾所周知的，包括F天線、蛇形天線和彎曲天線(meanderantenna)。PCB天線可以被成形為矩形，如示例性實施例中所示出的，或者它可以是三角形、多邊形、圓形、橢圓形或各種其它幾何形狀。典型地，PCB天線總體上是平面的，即使多個部件可以從天線的任一側突出。金屬護罩110包括背板112、左側板114和右側板116。背板112被定位成基本平行於PCB天線102。「基本平行」包括在該術語的普通含義範圍內的各平行平面，包括在5°，10°和30°範圍內平行的那些平面。背板112還被定位成距PCB天線102有確定的垂直距離D。選擇距離D來最小化來自天線背部的RF幹擾而不引入不需要的零點，從而明顯降低增益，或另外明顯影響PCB天線在2.4GHz接收來自前部的RF信號的能力。圖2A-2C分別示出PCB天線組件100的頂側視圖、後側視圖和左側視圖。左側板114和右側板116位於背板112的相對端上。左側板114和右側板116關於PCB天線垂直中心平面C對稱。非對稱配置也是有效的。側板114和116都相對於背板112成角度Θ。如針對側板114和116所示的角度θ大約是45°。在角度方面的「大約」包括該術語的普通含義範圍內的容差(tolerance)，包括在額定角度的士5°、士10°、士15°以及更大範圍內的角度。背板112和前板102之間的垂直距離D是背板112的前面和跡線106的對RF敏感的圖案的背面之間的距離。如果跡線的對RF敏感的圖案向前或向後延伸到例如PCB基板內的不同層，那麼距離D是背板的前面和跡線的具有多個平面區域的層之間的距離。例如，如果存在具有兩層補充天線的天線跡線的主層，那麼該垂直測量應在天線跡線的主層和背板之間進行。已經發現特定形狀的金屬護罩在降低對來自後部的RF幹擾的天線增益(即天線敏感性)同時保持前部中的天線增益方面更有效。表1呈現來自不同形狀的金屬護罩的經驗測量數據。表1tableseeoriginaldocumentpage7如數據表明的，與其它幾何形狀的直護罩相比，具有45°側板的直金屬護罩在朝向前部的水平極化增益方面較高以及在朝向背部的增益方面較低。同時，可能更難以製造的彎曲護罩在水平增益方面比具有45°側板的直金屬護罩表現稍差並且顯然從後部具有較小的屏蔽作用。還已經發現較小尺寸的金屬護罩能夠比較大護罩更有效，因為較小護罩屏蔽天線的後部而不會將不需要的零點引入到天線的前部。然而，護罩尺寸應當與PCB天線的尺寸相當，因為較小尺寸通常也不會表現良好。圖3A-3E呈現在2.40GHz使用不同尺寸的金屬護罩的PCB天線增益的經驗測量數據。儘管不接地的護罩會適度地屏蔽RF能量，但是接地的護罩更有效。然而，製造考慮的事項可能會排除接地。圖3A示出不具有護罩的現有技術PCB天線的天線增益測量。天線的前部處於0°(圖的頂部)。圖3B示出PCB天線的天線增益測量，但是該PCB天線具有置於對RF敏感的跡線和該PCB天線的其它有源元件後面的微型護罩(140mmWx35mmH)。圖3C示出PCB天線的天線增益測量，但是該PCB天線具有小護罩(140mmWx70mmH)，使得金屬護罩的高度基本上等於該PCB天線的高度。儘管在垂直RF極性中出現零點，但是該垂直RF極性並不像水平極性那樣重要，該水平極性朝向前部被增強。朝向前部的垂直極性中的零點不一定是不需要的，因為該零點能夠被用於降低朝向前部的來自源的幹擾。後部的零點是有益的，因為目的是降低後部中的天線增益。圖3D和3E示出PCB天線的天線增益測量，但是所述PCB天線分別具有中等護罩(300mmWx150mmH)和大護罩(900mmWx300mmH)。如由這些圖明顯得出的，所述中等護罩和大護罩在水平RF極性中朝向前部引入多個不需要的零點。圖4A-4H示出在2.44GHz的PCB天線的天線增益測量。天線的前部處於0°(每個圖的頂部)。針對這些測量，具有45°側板的金屬護罩被放置成遠離PCB天線的後部確定的垂直距離。該確定的距離是10、15、20、25、30、40、50和60mm，針對這些距離分別在圖4A-4H中示出測量。注意，在50和60mm間距時，在PCB天線的前部中存在大的、不需要的零點(參見圖4G-4H)。如在這些圖中明顯的，PCB天線和示例性護罩之間的最佳間距在20和30mm之間，優選地是25mm。在2.44GHz,電磁輻射(例如無線電波)的波長大約是123mm。由此，25mm的距離大約是波長的1/5。這已經通過實驗被證明是金屬護罩110和類似配置的最佳間距。在距離或波長方面的「大約」包括在該術語的普通含義範圍內的距離或長度，包括在額定值的士5%、士10%、士20%或更大範圍內的那些值。圖5A-5D示出用於形成印刷電路板(PCB)天線組件的方法。在圖5A中，從頂部看到的非導電外殼部分520具有分別具有背板522和左側板524及右側板526的內後部。側板524和526處於45°角。在圖5B中，金屬化塗料528被施加到背板522和左側板524及右側板526的內部。金屬化塗料528可以被施加到側板的部分上或者被施加到整個側板上，如所示的。金屬化塗料528還可以被施加到背板522和左側板524及右側板526的外部。金屬化塗料528可以是任何金屬粒子液體懸浮液，該金屬粒子液體懸浮液當被固化或乾燥時粘附到表面上。優選的金屬包括鋁、銅和金。金屬化塗料528可以被直接施加到各板上，如所示的，或者它可以首先被施加到紙張、織物或其它適當的媒介上，然後被包裹到各板之中或周圍以使它們適應板形狀。金屬化塗料528可以被沉積、刷、噴射或以其它方式施加到表面上。在圖5C中，共形塗層530可選地被施加到金屬化塗料528上方。用於共形塗層530的適當材料包括工業標準材料，該工業標準材料被用於覆蓋電子器件以及通常覆蓋非導電的塗層，例如非金屬塗料。在圖5D中，PCB天線502被固定到外殼部分520，使得側板524和526將金屬化塗料528保持成與PCB天線102的橫向伸展基本相鄰。也是外殼的一部分的面板532被可選地附著到外殼部分520。「基本相鄰」包括該術語的普通含義，包括在物品附近但是不一定接觸該物品。圖5D的金屬化塗料528是具有背板和有角度的側板的護罩。如所示的該護罩被定位成平行於PCB天線520並且與該天線隔開確定的距離。因此，圖5D的組件基本上是形成圖1A-2C的組件的方法。所描述的過程導致產生簡單而有效的RF屏蔽。該過程能夠被併入現有的用於PCB天線外殼的製造過程中並且可以將單位成本僅增加幾美分。來自後部的RF幹擾被適度降低，同時在前部中增強了PCB天線的增益。小的簡單的多面形狀有助於最小化零點到天線前部的引入。在前面的說明中，參考本發明的具體實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將認識到本發明不限於此。上述發明的各種特徵和方面可以單獨使用或結合使用。另外，除了在此描述的那些環境和應用之外，本發明還能夠用於許多環境和應用中，而不會脫離本說明書的較寬的精神和範圍。本說明書和附圖因此應被認為是說明性的而不是限制性的。權利要求一種用於接收來自第一方向的射頻信號同時減少來自第二方向的射頻幹擾的印刷電路板天線組件，包括具有橫向伸展和額定頻率的印刷電路板天線；金屬護罩，該金屬護罩包括被定位成基本平行於印刷電路板天線並與該天線隔開確定的距離的背板，該金屬護罩進一步包括被連接在背板的相對端處的第一和第二側板，該第一和第二側板相對於背板成角度，使得第一和第二側板的相對邊緣與印刷電路板天線的橫向伸展基本相鄰，其中選擇與背板的確定的距離以及第一和第二側板的角度來減少來自第二方向的射頻幹擾而不明顯影響天線在基本上額定頻率下接收來自第一方向的射頻信號的能力。2.根據權利要求1的組件，其中第一和第二側板的角度大約是45°。3.根據權利要求1的組件，其中所述背板和印刷電路板天線之間的垂直距離大約是在額定頻率下的電磁輻射的波長的1/5。4.根據權利要求3的組件，其中所述額定頻率是2.44GHz。5.根據權利要求3的組件，其中所述垂直距離是25mm。6.根據權利要求1的組件，進一步包括塑料外殼，所述金屬護罩和印刷電路板天線被固定到所述外殼的內部。7.根據權利要求6的組件，其中所述金屬護罩是通過在塑料上方刷金屬化塗料或噴射金屬化塗料形成的。8.根據權利要求7的組件，進一步包括在所述金屬化塗料上方的共形塗層。9.根據權利要求1的組件，其中所述金屬護罩是通過彎曲平坦的金屬化紙張形成的。10.根據權利要求1的組件，其中所述金屬護罩的高度基本上等於印刷電路板天線的尚度。11.根據權利要求1的組件，其中所述天線選自包括L天線、F天線、蛇形天線和彎曲天線的組。12.根據權利要求1的組件，其中所述天線金屬護罩是接地的。13.一種用於形成印刷電路板天線組件的方法，包括提供用於印刷電路板天線的非導電外殼部分，所述外殼部分具有連接到背板的第一傾斜側板，該背板連接到第二傾斜側板；將金屬化塗料施加到第一和第二側板以及背板上以形成連續的金屬護罩；將具有橫向伸展和額定頻率的印刷電路板天線附加到所述外殼部分，使得側板的端部與印刷電路板天線的橫向伸展基本相鄰。14.根據權利要求13的方法，其中第一側板和所述背板之間的角度大約是45°，以及第二側板和所述背板之間的角度大約是45°。15.根據權利要求13的方法，其中在所述施加和附加之後所述背板和印刷電路板天線之間的垂直距離大約是在額定頻率下的電磁輻射的波長的1/5。16.根據權利要求13的方法，其中所述施加包括刷。17.根據權利要求13的方法，其中所述施加包括噴射。18.根據權利要求13的方法，進一步包括在金屬化塗料上方施加共形塗層。19.根據權利要求13的方法，其中所述金屬化塗料包括選自包括鋁、銅和金的組的金屬.全文摘要提供了一種具有金屬護罩的印刷電路板天線組件及其製造方法。該護罩減少來自印刷電路板天線的後部的射頻幹擾同時不會在天線的前部中引入不需要的零點。該金屬護罩具有背板和兩個有角度的側板並且被設置成使得背板平行於印刷電路板天線並且被設置在距印刷電路板天線確定的距離處。該護罩能夠通過將金屬化塗料施加到具有被適當定向的表面的非導電覆蓋物上來形成。文檔編號H01Q1/48GK101814653SQ20091021690公開日2010年8月25日申請日期2009年12月31日優先權日2009年1月2日發明者X·毛申請人:索尼電腦娛樂公司