封装天线及具有该封装天线的无线通信装置的制作方法

1.本发明涉及天线，尤其涉及一种同时支持多频段的封装天线及具有该封装天线的无线通信装置。


背景技术：

2.更低成本、更可靠、更快及更高密度的电路是集成电路封装追求的目标，集成电路封装通过不断减小特征尺寸来提高各种电子元器件的集成密度。天线作为射频前端系统中不可缺少的部件，在射频电路向着集成化、小型化方向发展的同时，将天线与射频前端电路进行系统集成和封装成为未来射频前端发展的必然趋势。然而，现有的大部分封装天线仅支持一种工作模态，如此，当无线通信装置需要支持不同工作模态时，仍需设置不同的封装天线，占用手机内过多的空间。


技术实现要素：

3.针对上述问题，有必要提供一种同时支持多频段的封装天线及具有该封装天线的无线通信装置。
4.本发明一方面提供一种封装天线，所述封装天线包括由下至上依次层叠设置的基板、中间介质层及辐射单元，所述辐射单元用以接收第一馈入信号，以激发第一工作模态而产生第一辐射频段的辐射信号，所述基板为介电材料，用以接收第二馈入信号，以激发第二工作模态而产生第二辐射频段的辐射信号。
5.进一步地，改变所述基板的介电系数及/或长度，以调节所述第二辐射频段的频率范围。
6.进一步地，所述基板的材质为聚碳酸酯。
7.进一步地，所述第二工作模态为sub-6g工作模态，所述第二辐射频段包括3.2ghz～5.0ghz频段。
8.进一步地，所述中间介质层设置于所述基板的一表面，所述中间介质层远离所述基板的一侧设置所述辐射单元，所述中间介质层设有容置腔，用以容纳射频单元。
9.进一步地，所述射频单元包括切换模块，所述切换模块用以控制所述封装天线在所述第一工作模态与所述第二工作模态之间切换。
10.进一步地，所述封装天线还包括连接器，所述切换模块一端电连接至所述连接器，另一端分别电连接至所述射频单元及所述基板。
11.进一步地，所述切换模块包括第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端及第二信号输出端，所述第一信号输入端及所述第二信号输入端分别电连接至所述连接器，所述第一信号输出端电连接至所述射频单元，所述第二信号输出端电连接至所述基板。
12.进一步地，所述第一工作模态为毫米波工作模态，所述第一辐射频段包括28ghz～40ghz频段。
13.本发明另一方面提供一种无线通信装置，包括如上任一项所述的封装天线。
14.本发明提供的封装天线，通过改变具有不同介电系数的基板，使得所述基板起到支撑作用的同时，还可在接收馈入信号时，激发相应的工作模态并产生相应辐射频段的辐射信号。如此，可在不增加天线空间的情况下，增加所述封装天线的工作模态。
附图说明
15.图1为本发明较佳实施例的封装天线的侧面示意图。
16.图2为图1所示封装天线中切换模块的电路示意图。
17.主要元件符号说明
18.封装天线
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100
19.基板
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10
20.第一表面
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101
21.第二表面
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102
22.中间介质层
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20
23.容置腔
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201
24.辐射单元
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30
25.连接器
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40
26.射频单元
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50
27.切换模块
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51
28.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.可以理解，天线是无线系统中的重要部件，有分离和集成两种形式。集成天线主要包括片上天线(antennaon-chip，aoc)和封装天线(antenna-in-package，aip)两大类型。其中，封装天线是指通过封装材料与工艺将天线集成在携带芯片的封装内的天线。封装天线很好地兼顾了天线性能、成本及体积，是毫米波技术应用的主流方向。封装天线系统设计周
期短，方便灵活，可以采用同一颗芯片搭配不同的封装天线以满足不同的需求，且封装、模块化的天线设计使得更换天线时更加便捷。
34.请一并参阅图1，本发明较佳实施方式提供一种封装天线100，其可应用于移动电话、个人数字助理等无线通信装置中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。
35.所述封装天线100包括基板10、中间介质层20、辐射单元30及连接器40。
36.可以理解，在本实施例中，所述基板10、中间介质层20及辐射单元30由下至上依次层叠设置。所述基板10用以支撑所述封装天线100。所述中间介质层20设置有容置腔201，用以容纳射频单元50。所述辐射单元30用以接收馈入信号，以激发第一工作模态而产生第一辐射频段的辐射信号。所述连接器40设置于所述封装天线100的一侧，用以实现所述封装天线100与其他电子元件的电连接。
37.在本实施例中，所述基板10采用介电材料制成，可作为天线，以接收馈入信号。可以理解，不同的介电材料具有不同的介电系数。通过改变所述基板10的介电系数及长度，可使所述基板10激发不同的第二工作模态，从而产生相应的第二辐射频段的辐射信号，以满足不同的工程要求。
38.在本实施例中，所述基板10大致为一长度为0.02米、宽度为0.00481米的长方体。当所述第二工作模态为sub-6g工作模态，即所述第一频段为3.2ghz～5.0ghz频段时，可根据天线波长与频率的计算公式(1)及天线波长与长度的计算公式(2)，得到所述基板10激发sub-6g工作模态时所需的材质的介电系数的计算公式(3)。
39.可以理解，天线波长与频率的计算公式为：
[0040][0041]
可以理解，在一实施例中，天线的波长与天线长度的计算公式为：
[0042][0043]
其中，公式(1)与公式(2)中，λ表示天线波长，c表示光速，f表示天线支持的频段，ε表示天线材质的介电系数，a表示天线长度。如此，可由公式(3)获得所述基板10的介电系数：
[0044][0045]
例如，当需要使得该基板10工作于sub-6g频段时，其工作频段为3.2ghz～5.0ghz。则3.2ghz～5.0ghz中心频率为4.1ghz。结合公式(1)及公式(2)，将光速c为3.0
×
108米/秒，天线长度a为0.02米，频率f为4.1ghz代入公式(3)，即可求得所述基板10激发sub-6g工作模态时所需的材质的介电系数大约为3.346。查阅材质相关的介电系数表，可知聚碳酸酯(polycarbonate，pc)的介电系数为3.3。
[0046]
如此，在本实施例中，当所述基板10的长度为0.02米，且所述基板10的材质为聚碳酸酯时，所述基板10接收馈入信号后，可激发sub-6g工作模态而产生3.2ghz～5.0ghz频段的辐射信号。即在本实施例中，所述第二工作模态为sub-6g工作模态，所述第二辐射频段为3.2ghz～5.0ghz频段。
[0047]
可以理解，在其他实施例中，天线的长度与对应的波长还可能具有其他比例关系。例如，天线的长度还可能是对应天线的四分之一波长、或四分之三波长。可以理解，本领域技术人员可根据实际情况，依照本发明思想进行天线设计。上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不对本发明造成限制。
[0048]
可以理解，在本实施例中，当所述基板10设置有相应的馈点，用以馈入电信号。所述基板10还设置有相应的接地点，用以为所述基板10提供接地。
[0049]
在本实施例中，所述基板10包括第一表面101及与所述第一表面101相背的第二表面102。所述第二表面102上设置有所述中间介质层20。
[0050]
所述中间介质层20设置有至少一个所述容置腔201，用以容纳所述射频单元50。所述射频单元50包括无线收发器及射频前端组件。在一实施例中，所述射频单元50亦可以是用于无线通信的集成电路芯片，可用于执行诸如微波混合、功率放大、低噪声放大及射频切换等功能。本发明不对所述容置腔201内的射频单元的种类及数量进行限制。
[0051]
所述中间介质层20的材料为非导电材料，所述非导电材料包括emc(epoxy molding compound，环氧树脂模塑料)、abs(acrylonitrile butadiene styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、pc(polycarbonate，聚碳酸酯)、pet(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等注塑材料中的一种或多种。
[0052]
可以理解，在本实施例中，每一所述辐射单元30为毫米波天线。所述第一工作模态为毫米波工作模态，所述第一辐射频段包括28ghz-40ghz频段。在本实施例中，所述中间介质层20远离所述基板10的一侧设置四个所述辐射单元30。如此，4个所述辐射单元30形成毫米波天线阵列。
[0053]
当然，在其他实施例中，所述辐射单元30不局限于毫米波天线，其还可以为其他类型的天线，在此并不对该辐射单元30的类型、结构及工作频段进行限定。
[0054]
可以理解，在一实施例中，所述辐射单元30可为一芯片型天线，所述芯片型天线具有相应的馈入端及接地。
[0055]
可以理解，在一实施例中，所述辐射单元30与所述中间介质层20露出的表面还可覆盖一涂层，一方面保护所述辐射单元30，另一方面包装所述封装天线100，以使得所述封装天线100更加美观。
[0056]
可以理解，所述中间介质层20可设置金属过孔(图未示)。所述射频单元50通过所述金属过孔与所述基板10及与所述辐射单元30连接。
[0057]
可以理解，所述中间介质层20还可设置一接地层。所述基板10的接入点可通过所述金属过孔电连接至所述接地层，从而当所述基板10作为天线时，为所述基板10提供接地。
[0058]
所述连接器40设置于所述封装天线100的一端，用以实现所述封装天线100与其他电子元件的电连接。在本实施例中，所述连接器40为板对板连接器。可以理解，电信号通过所述连接器40馈入所述封装天线100，使得所述基板10激发第二工作模态而产生第二辐射频段的辐射信号，及/或使得所述辐射单元30激发第一工作模态而产生第一辐射频段的辐射信号。可以理解，所述连接器40可电连接至所述无线通信装置200的中央处理器(central processing unit，cpu)。
[0059]
请参阅图2，在一实施例中，所述射频单元50包括一切换模块51。所述切换模块51用以使所述封装天线100在所述第一工作模态与所述第二工作模态之间切换。
[0060]
在一实施例中，所述切换模块51一端电连接至所述连接器40，另一端分别电连接至所述辐射单元30及所述基板10。所述切换模块51包括第一信号输入端gpio1、第二信号输入端gpio2、第一信号输出端rf1、第二信号输出端rf2、电源端vdd及接地端gnd。
[0061]
所述电源端vdd电连接至一电源，用以为所述切换模块51供电。所述接地端gnd用以为所述切换模块51提供接地。所述第一信号输入端gpio1及第二信号输入端gpio2分别电连接至所述连接器40。所述第一信号输出端rf1电连接至所述辐射单元30。所述第二信号输出端rf2电连接至所述基板10。
[0062]
可以理解，所述连接器40输出第一控制信号至所述切换模块51的第一信号输入端gpio1，所述连接器40还输出第二控制信号至所述切换模块51的第二信号输入端gpio2。在所述第一控制信号及所述第二控制信号的控制下，所述切换模块51的第一信号输出端rf1输出第一馈入信号至所述第一辐射单元30，以激发所述第一工作模态，或所述切换模块51的第二信号输出端rf2输出第二馈入信号至所述基板10，以激发所述第二工作模态。
[0063]
其中，当所述第一控制信号为第一电平，例如高电平，所述第二控制信号为第二电平，例如低电平时，所述第一信号输出端rf1输出的所述第一馈入信号为所述第一电平，所述第二信号输出端rf2输出的所述第二馈入信号为所述第二电平。如此，所述辐射单元30接收所述第一馈入信号，以激发所述第一工作模态而产生所述第一辐射频段的辐射信号。
[0064]
当所述第一控制信号为第二电平，所述第二控制信号为第一电平时，所述第一信号输出端rf1输出的所述第一馈入信号为所述第二电平，所述第二信号输出端rf2输出的所述第二馈入信号为所述第一电平。如此，所述基板10接收所述第二馈入信号，以激发所述第二工作模态而产生所述第二辐射频段的辐射信号。
[0065]
当所述第一控制信号与所述第二控制信号均为第一电平或均为第二电平时，所述辐射单元30及所述基板10均未激发所述第一工作模态及所述第二工作模态。
[0066]
可以理解，在本实施例中，所述射频单元50除所述切换模块51外，还包括其他的射频元件。例如，所述射频单元50还可包括功率放大器、滤波器及低噪声放大器等。所述功率放大器用以放大发射通道中的射频信号，所述滤波器用以进行信号滤波，所述低噪声放大器用以放大接收通道中的接收信号。
[0067]
可以理解，在其他实施例中，所述切换模块51不局限于本实施例中所描述的电路结构。工程人员可根据实际需要及频率范围选择合适的切换模块。
[0068]
可以理解，本发明通过改变封装天线100的基板10的材质，使得所述基板10起到支撑作用的同时，还可在接收馈入信号时，激发第二工作模态。如此，可在不增加天线空间的情况下，增加所述封装天线100的工作模态。另外，本发明还通过设置切换模块51，如此可有效在所述辐射单元30与所述基板10之间进行天线切换，以灵活运用所述封装天线100。
[0069]
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。