具有设置在围绕管结构缠绕的柔性基板上的螺旋天线的天线组件的制作方法

具有设置在围绕管结构缠绕的柔性基板上的螺旋天线的天线组件
1.优先权
2.本技术要求申请日为2019年6月13日，标题为“antenna assembly having a helical antenna disposed on a flexible substrate wrapped around a tube structure”的美国临时申请no.62/861,046的优先权，其通过引用并入本文。本技术要求还申请日为2019年7月9日，标题为“antenna assembly having a helical antenna disposed on a flexible substrate wrapped around a tube structure”的美国临时申请no.62/871,886的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及天线组件。


背景技术：

4.螺旋天线可用于促进两个设备之间的通信。例如，螺旋天线可用于促进与卫星的通信。螺旋天线可以将电信号转换成射频(rf)波，然后在空中传输到另一设备。螺旋天线还可以将射频波转换为电信号。在一些情况下，贴片天线必须设计为在很宽的频率范围内操作，这会影响与螺旋天线相关的辐射图案的轴向比。


技术实现要素：

5.本公开实施例的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中获悉，或者可以通过实施例的实践获知。
6.在一方面，提供了一种天线组件。该天线组件包括设置于电路板上的管结构。该天线组件还包括设置在柔性基板上的多条导电迹线，该柔性基板围绕管结构缠绕。
7.在另一方面，提供了一种天线组件。天线组件包括管结构，其联接到电路板的第一侧。该天线组件还包括设置在柔性基板上的螺旋天线，该柔性基板围绕管结构缠绕。此外，天线组件包括移相器电路，其联接到电路板的第二侧。移相器电路被配置为向螺旋天线提供rf信号，使得当螺旋天线的仰角在大约-25度至大约-40度或大约25度至40度的范围内时，与螺旋天线相关联的辐射图案的轴向比在小于4分贝。
8.在又一方面，提供了一种制造天线组件的方法，该天线组件包括设置在柔性基板上的螺旋天线。该方法包括将螺旋天线的多个对准点中的第一对准点与天线组件的电路板上的第一对准点对准。此外，在将螺旋天线的第一对准点与电路板的第一对准点对准后，该方法包括将围绕设置在电路板上的管结构缠绕柔性基板。
9.参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
10.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
11.图1描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件的透视图；
12.图2描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件的俯视图；
13.图3描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件的侧视图；
14.图4描绘了根据本公开的示例实施例的设置在天线组件的电路板上的移相器电路；
15.图5描绘了根据本公开的示例实施例的设置在柔性基板上的天线组件的螺旋天线；
16.图6描绘了根据本公开的示例实施例的用于制造天线组件的方法的流程图；
17.图7描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件的螺旋天线的峰值增益的图形表示；
18.图8描绘了与根据本公开的示例实施例的天线组件的螺旋天线的辐射图案相关联的轴向比的图形表示；
19.图9描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件的螺旋天线的总增益的图形表示；和
20.图10描绘了与根据本公开的示例实施例的天线组件的螺旋天线相关联的电压驻波比(vswr)的图形表示。
具体实施方式
21.现在将详细参考实施例，附图中示出了实施例的一个或多个示例。各实施例用于说明实施例的方式提供，并非对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开的方面旨在涵盖此类修改和变型。
22.本公开的示例方面涉及一种天线组件。天线组件可以包括具有第一侧和第二侧的电路板。天线组件还可包括设置在电路板的第二侧上的管结构。在一些实施方式中，管结构可由聚碳酸酯材料形成。管结构可以具有任何合适的尺寸和形状。例如，在一些实施方式中，管结构可以是圆柱体。
23.天线组件还可包括螺旋天线。螺旋天线可以是圆极化螺旋天线。例如，螺旋天线可以是左旋圆极化(lhcp)天线或右旋圆极化(rhcp)天线。在一些实施方式中，螺旋天线可以被配置为在与卫星通信(例如，s波段、l波段、gps、铱星等)相关联的频率范围内发射和接收rf信号。例如，频率范围可以从大约1980兆赫(mhz)到大约2200mhz。作为另一示例，频率范围可以从大约1000mhz到大约1800mhz。
24.在一些实施方式中，螺旋天线可以包括多条导电迹线。多条导电迹线中的每一条可以包括第一部分和第二部分。第二部分可以从第一部分延伸，使得在第一部分和第二部分之间限定一角度。在一些实施方式中，该角度可以在大约25度至大约40度的范围内。应当理解，多条导电迹线可以由任何合适类型的导电材料形成。例如，在一些实施方式中，多条
迹线可以由铜形成。
25.在一些实施方式中，多条导电迹线可设置在柔性基板上，使得多条导电迹线彼此等距间隔开。替代地或附加地，柔性基板可具有非矩形形状以促进将柔性基板围绕管结构缠绕。应当理解，柔性基板可以是任何合适类型的柔性材料。例如，在一些实施方式中，柔性基板可以是聚酰亚胺膜(例如，聚酰亚胺材料，kapton material)。
26.在一些实施方式中，螺旋天线可以包括设置在柔性基板上并且彼此等距间隔开的多个对准点或特征。在围绕管结构缠绕柔性基板之前，多个对准点可以促进螺旋天线相对于电路板的对准。例如，螺旋天线可以相对于电路板定位，使得设置在柔性基板上的多个对准点中的第一对准点与设置在柔性基板第二侧上并围绕管结构周向间隔开的多个对准点中的对应对准点对准。以此方式，分别在螺旋天线和电路板上的对准点可促进在围绕管结构缠绕柔性基板之前螺旋天线相对于电路板的对准。
27.当设置于柔性基板上的多个对准点中的第一对准点与设置于电路板上且围绕管结构周向间隔开的多个对准点中的第一对准点对准时，柔性基板围绕管结构缠绕，使得螺旋天线的多条导电迹线中的每一条与与设置在电路板上的移相器电路相关联的多条导电迹线中的对应导电迹线对准。在一些实施方式中，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第一导电迹线可以在围绕管结构缠绕柔性基板之前固定或连接到移相器电路的第一导电迹线，以将螺旋天线的剩余导电迹线与与移相器电路相关联的相应导电迹线对准。例如，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第一导电迹线可以焊接到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的第一导电迹线。
28.在一些实施方式中，一旦设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第一导电迹线固定到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的第一导电迹线，柔性基板可以围绕管结构缠绕。当柔性基板围绕管结构缠绕时，设置于柔性基板上的多个对准点中剩余的对准点可与设置在电路板上的多个对准点中的对应对准点对准。此外，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的剩余导电迹线可以变得与与移相器电路相关联的多条导电迹线中的对应导电迹线对准。以此方式，设置在柔性基板上的多条导电迹线的剩余导电迹线中的每一个可固定或连接到与移相器电路相关联的多条导电迹线的对应导电迹线。例如，设置在柔性基板上的每条剩余导电迹线可以焊接到与移相器电路相关联的对应导电迹线。
29.当设置在柔性基板上的多条导电迹线中的每一条固定或连接到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的对应导电迹线时，移相器电路可以向设置于柔性基板上的多条导电迹线的每一条提供rf信号。
30.在一些实施方式中，移相器电路可以被配置为向设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第一导电迹线提供第一rf信号。移相器电路还可以被配置为向设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第二导电迹线提供第二rf信号。在一些实施方式中，第二rf信号可以相对于第一rf信号异相约90度。移相器电路还可以被配置为向多条导电迹线中的第三导电迹线提供第三rf信号。在一些实施方式中，第三rf信号相对于第一rf信号异相约180度。移相器电路可以被配置为向设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第四导电迹线提供第四rf信号。在一些实施方式中，第四rf信号可以相对于第一rf信号异相约270度。
31.在一些实施方式中，天线组件可以包括可联接到电路板的间隔件。间隔件可包括多个突出部。当间隔件联接到电路板时，多个突出部中的每一个都延伸穿过由电路板限定
的多个孔中的对应孔。以此方式，由电路板上的一个或多个电子元件(例如移相器电路)产生的热量可经由间隔件消散。此外，当间隔件联接到电路板时，间隔件可以定位在电路板和接地平面(未示出)之间。以此方式，当间隔件联接到电路板时，设置围绕管结构缠绕的柔性基板上的螺旋天线可以与接地平面间隔开。
32.当天线元件被放置在接地平面上而其间没有间隔件时，与辐射图案相关联的参数(例如，轴向比、低仰角增益等)可能至少部分地由于接地平面而受到影响。特别是，接地平面可以使辐射图案更具方向性。因此，天线组件的间隔件可以允许螺旋天线与地面间隔开，使得螺旋天线的辐射图案类似于如果螺旋天线是独立单元时的螺旋天线的辐射图案。
33.常规贴片天线在与卫星通信相关的仰角范围内的轴向比可以在5分贝到6分贝的范围内。特别地，仰角的范围可以从距水平线约25度跨越到距地平线约35度。应当理解，在与卫星通信相关的仰角范围内5分贝和6分贝范围内的轴向比可能降低贴片天线的圆极化。
34.本公开的天线组件可以提供许多技术优势。例如，根据本公开的螺旋天线的轴向比在与卫星通信相关联的仰角范围内可以是约3分贝。以此方式，与常规贴片天线在关联的仰角范围内的轴向比相比，根据本公开的螺旋天线的轴向比在与卫星通信关联的仰角范围内可以表现出约2分贝的改进。因此，在与卫星通信相关的仰角范围内，与传统贴片天线的圆极化相比，螺旋天线的圆极化可以得到改善。
35.如这里所使用的，术语“轴向比”的使用是指由根据本公开的示例实施例的天线组件的螺旋天线提供的辐射图案的短轴和长轴之间的比率。如本文所使用的，与数值结合使用术语“大约”或“几乎”旨在指在所述数值的百分之十(10％)以内。
36.现在参考附图，图1至图5描绘了根据本公开的示例实施例的天线组件100。如图所示，天线组件100可以包括电路板110。在一些实施方式中，天线组件100可以包括设置在电路板110上的移相器电路120。更具体地，移相器电路120可以设置在电路板110的第一侧112上。在一些实施方式中，移相器电路120可以经由导体130联接到射频(rf)源(未示出)。以此方式，由rf源产生的rf信号可以经由导体130提供给移相器电路120。如图所示，移相器电路120可以包括多条导电迹线122。在一些实施方式中，多条导电迹线122可以相对于彼此旋转。例如，在一些实施方式中，多条导电迹线122可以相对于彼此旋转大约90度。
37.在一些实施方式中，天线组件100可以包括设置在电路板110上的管结构140。更具体地，管结构140可设置在电路板110的与第一侧112相对的第二侧114上。在一些实施方式中，管结构140可以是具有任何合适尺寸的圆柱体。例如，管结构140可具有约1毫米的厚度142。替代地或另外地，管结构140的高度144可以在从大约50毫米到大约80毫米的范围内。此外，管结构140的直径146的范围可以从大约30毫米到大约50毫米。在一些实施方式中，直径146可以对应于管结构140的内直径。或者，直径146可以对应于管结构140的外直径。
38.应当理解，管结构140可以具有任何合适的形状。还应当理解，管结构140可以由任何合适类型的材料形成。例如，在一些实施方式中，管结构140可以由聚碳酸酯材料形成。
39.在一些实施方式中，天线组件100可以包括螺旋天线150。螺旋天线150可以是圆极化螺旋天线150。例如，螺旋天线150可以是左手圆极化(lhcp)天线或右手圆极化(rhcp)天线。在一些实施方式中，螺旋天线150可以被配置为在与卫星通信(例如，s波段、l波段、gps、铱星等)相关联的频率范围内发射和接收rf信号。例如，频率范围可以从大约1980兆赫(mhz)到大约2200mhz。作为另一示例，频率范围可以从大约1000mhz到大约1800mhz。
40.如图所示，螺旋天线150可以定义包括横向方向l和垂直方向v的坐标系。在一些实施方式中，螺旋天线150可以包括多条导电迹线152。如图所示，多条导电迹线152中的每一条可以包括第一部分154和第二部分156。第二部分156可以从第一部分154延伸，使得在第一部分154和第二部分156之间限定角度158。应当理解，角度158可以对应于在电路板110和多条导电迹线152中的每一个之间限定的角度。在一些实施方式中，角度158可以在大约25度和大约40度之间。应当理解，多条导电迹线152可以由任何合适类型的导电材料形成。例如，在一些实施方式中，多条导电迹线152可以由铜形成。
41.在一些实施方式中，多条导电迹线152可以设置在柔性基板160上，使得多条导电迹线152彼此等距间隔开。更具体地，多条导电迹线152可沿横向方向l彼此等距间隔。此外，在一些实施方式中，柔性基板160可具有非矩形形状以促进将柔性基板160围绕管结构140缠绕。如图所示，柔性基板160可以在柔性基板160的顶部162和柔性基板160的底部164之间沿垂直方向v延伸。柔性基板160可进一步沿横向l在柔性基板160的第一侧166与柔性基板160的第二侧168之间延伸。应当理解，柔性基板160可以是任何合适类型的柔性材料。例如，在一些实施方式中，柔性基板160可以是聚酰亚胺膜(例如，聚酰亚胺材料)。
42.在一些实施方式中，螺旋天线150可包括多个对准点170，其设置在柔性基板160上且沿横向方向l彼此等距间隔。多个对准点170可用于促进螺旋天线150相对于电路板110的对准。例如，螺旋天线150可相对于电路板110定位，使得设置在柔性基板160上的多个对准点170中的第一对准点与设置在电路板110的第二侧114上并且围绕管结构140的圆周彼此周向间隔开的多个对准点116中的对应对准点对准。如此一来，设置于柔性基板160上的多个对准点170与设置于电路板110上的多个对准点116可促进在围绕管结构140缠绕柔性基板160之前将螺旋天线150相对于电路板110对准。
43.当设置于柔性基板160上的多个对准点170中的第一对准点与设置于电路板110上的多个对准点116中的第一对准点对准时，柔性基板160可围绕管结构140缠绕使得设置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的每一个与与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的对应导电迹线对准。在一些实施方式中，布置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的第一导电迹线可以在围绕管结构140缠绕柔性基板160之前固定或连接到与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的第一导电迹线，以将螺旋天线150的剩余导电迹线152与与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的相应导电线对准。例如，布置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的第一导电迹线可以焊接到与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的第一导电迹线。
44.在一些实施方式中，一旦设置在柔性基板上的多条导电迹线152中的第一导电迹线固定到与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的第一导电迹线,柔性基板160就可以围绕管结构140缠绕，使得柔性基板160围绕管结构140的圆周。由于柔性基板160围绕管结构140缠绕，因此应了解，设置于柔性基板160上的多个对准点170的其余对准点可与设置在电路板110上并且围绕管结构140的周边周向地间隔开的多个对准点116的对应对准点对准。此外，设置在柔性基板160上的多条导电迹线152的剩余迹线可以变得与与移相器电路120相关联的多条导电迹线中的对应导电迹线对准。以此方式，设置在柔性基板上的多条导电迹线152的剩余导电迹线中的每一个可固定或连接到与移相器电路120相关联的多条导电迹线122的对应导电迹线。
45.当设置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的每一个固定到与移相器电路120相关联的多条导电迹线122中的对应导电迹线时，移相器电路120可以向设置于柔性基板160上的多条导电迹线152的每一条提供rf信号。
46.例如，移相器电路120可以被配置为向设置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的第一导电迹线提供第一rf信号。移相器电路120可以被配置为向设置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的第二导电迹线提供第二rf信号。在一些实施方式中，第二rf信号可以相对于第一rf信号异相约90度。移相器电路120还可以被配置为向多条导电迹线152中的第三导电迹线提供第三rf信号。在一些实施方式中，第三rf信号相对于第一rf信号异相约180度。移相器电路120可以被配置为向设置在柔性基板160上的多条导电迹线152中的第四导电迹线提供第四rf信号。在一些实施方式中，第四rf信号可以相对于第一rf信号异相约270度。
47.在一些实施方式中，天线组件100可以包括可联接到电路板110的间隔件180。在一些实施方式中，间隔件180可以包括多个突出部182。当间隔件联接到电路板110时，多个突出部182中的每一个都延伸穿过由电路板110限定的多个孔(未示出)中的对应孔。以此方式，由电路板110上的一个或多个电子元件(例如移相器电路120)产生的热量可经由间隔件180散发。
48.当间隔件180联接至电路板110时，间隔件180可位于电路板110与接地平面(未图示)之间。以此方式，设置在围绕管结构140缠绕的柔性基板160上的螺旋天线150与接地平面间隔开。在一些实施方式中，间隔件180的高度184可以在从约5毫米到约25毫米的范围内。
49.现在参考图6，提供了根据本公开的示例实施例的用于制造天线组件的方法200的流程图。一般而言，这里将参考如上参考图1至图5描述的天线组件来讨论方法200。然而，尽管图6为了说明和讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但本文讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。本领域技术人员使用在此提供的公开内容将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或修改在此公开的方法的各个步骤。
50.在(202)处，方法200可以包括将设置在柔性基板上的螺旋天线与电路板对准。在示例实施例中，螺旋天线可以相对于电路板对准，使得螺旋天线的第一对准点或特征与电路板的第一对准点或特征对准。当螺旋天线相对于电路板对准时，方法200进行到(204)。
51.在(204)处，方法200可以包括将设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第一导电迹线固定或连接到与设置在电路板上的移相器电路相关联的多条导电迹线中的第一导电迹线。在一些实施方式中，设置在柔性基板上的第一导电迹线可以焊接到移相器电路的第一导电迹线。当设置在柔性基板上的第一导电迹线固定到移相器电路的第一导电迹线时，方法200可以进行到(206)。
52.在(206)处，方法200可以包括围绕管结构缠绕柔性基板。当柔性基板围绕管结构缠绕时，设置于柔性基板上的多个对准点中剩余的对准点与设置在电路板上的多个对准点中的对应对准点对准。此外，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的剩余导电迹线变得与与移相器电路相关联的多条导电迹线中的对应导电迹线对准。当设置在柔性基板上的剩余导电迹线与与移相器电路相关联的对应导电迹线对准时，方法200可以进行到(208)。
53.在(208)处，方法200可以包括将设置在柔性基板上的剩余导电迹线中的每一个固定或连接到与移相器电路相关联的对应导电迹线。例如，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第二导电迹线可以固定(例如焊接)到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的第二导电迹线。同样，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第三导电迹线可以固定(例如焊接)到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的第三导电迹线。此外，设置在柔性基板上的多条导电迹线中的第四导电迹线可以固定(例如焊接)到与移相器电路相关联的多条导电迹线中的第四导电迹线。
54.现在参考图7，根据本公开的示例实施例提供了天线组件100的螺旋天线150的峰值增益的图形表示。如图所示，图7中的曲线图示出了根据频率的螺旋天线150的峰值增益(沿水平轴线以兆赫兹表示)。可以看出，曲线300示出了天线组件100的螺旋天线150在从1900mhz跨越到2200mhz的频率范围内的增益图案或辐射图案。尽管图7限于s波段(例如，1900mhz到2200mhz)，应当理解螺旋天线150可以被配置为在与卫星通信相关联的任何合适的频带上操作。例如，在一些实施方式中，螺旋天线150可以被配置为在l波段内操作。或者，螺旋天线150可以被配置为在铱波段工作。
55.现在参考图8，根据本公开的示例实施例提供了与天线组件100(图1)的螺旋天线150(图1)的辐射图案相关联的轴向比的图形表示。如图所示，图8中的曲线图示出了根据螺旋天线150的仰角(沿水平轴线以度数表示)的轴向比。可以看出，当螺旋天线150的仰角在从水平线以下约25度到水平线以下约35度的范围内时，与螺旋天线150相关联的辐射图案的轴向比小于约4分贝。更具体地说，轴向比约为3分贝。同样，当螺旋天线150的仰角从水平线上方约25度到水平线上方约35度的范围内时，与螺旋天线150相关联的辐射图案的轴向比小于约4分贝。更具体地说，轴向比约为3分贝。
56.现在参考图9，根据本公开的示例实施例提供了天线组件100(图1)的螺旋天线150(图1)的总增益的图形表示。如图所示，图9中的曲线图示出了根据螺旋天线150的仰角(沿水平轴线以度数表示)的总增益。可以看出，当螺旋天线150的仰角从水平线以下约25度到水平线以下约35度的范围内时，与螺旋天线150相关联的辐射图案的增益约为1dbi。相反，当螺旋天线150的仰角从水平线上方约25度到水平线上方约35度的范围内时，与螺旋天线150相关联的辐射图案的增益为约-1dbi。
57.现在参考图10，根据本公开的示例实施例提供了与天线组件100(图1)的螺旋天线150(图1)相关联的vswr的图形表示。如图所示，图8中的曲线图示出了根据频率(沿水平轴线以兆赫兹表示)的vswr。可以看出，曲线400图示了在从1900mhz跨越到2200mhz的频带内vswr小于1.5。应当理解，该频带可以与卫星通信相关联。
58.虽然已经关于其特定示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后可以容易地产生对这些实施例的改变、变化和等效。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本主题公开不排除包括对本主题的此类修改、变化和/或添加，其对于本领域普通技术人员是显而易见的。