可重构贴片天线和相控阵列
阅读：399发布：2022-08-12
专利汇可以提供可重构贴片天线和相控阵列专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种可重构贴片天线和 相控阵 列，所述可重构贴片天线包括： 基板 ；接地平面，所述接地平面形成于所述基板的底表面上或所述基板内；主要贴片；延伸贴片；以及 开关 部件。所述主要贴片和所述延伸贴片形成于所述基板的顶表面上并且彼此平行地放置。在此处，间隙形成于所述主要贴片与第一延伸贴片之间。所述开关部件越过所述间隙形成，电耦合到所述主要贴片和所述延伸贴片两者，并且被配置成将所述主要贴片连接到所述延伸贴片或将所述主要贴片与所述延伸贴片断开。，下面是可重构贴片天线和相控阵列专利的具体信息内容。
1.一种设备，所述设备包括：
●基板，所述基板具有顶表面和底表面；
●接地平面，所述接地平面形成于所述基板的所述底表面上或所述基板内；
●主要贴片，所述主要贴片形成于所述基板的所述顶表面上，其中：
●所述主要贴片具有沿着Y轴的宽度和沿着正交于所述Y轴的X轴的长度，其中X-Y轴的原点沿着所述主要贴片的所述宽度和所述长度两者是居中的；并且
●所述主要贴片具有馈电点，所述馈电点被配置成接收射频(RF)信号，其中所述馈电点沿着所述主要贴片的所述宽度是居中的，并且沿着所述主要贴片的所述长度是偏离中心的；
●第一延伸贴片，所述第一延伸贴片形成于所述基板的所述顶表面上并且平行于所述主要贴片，其中第一间隙形成于所述第一延伸贴片与所述主要贴片之间；以及●至少一个第一开关部件，所述至少一个第一开关部件越过所述第一间隙形成，电耦合到所述主要贴片和所述第一延伸贴片两者，并且被配置成将所述主要贴片连接到所述第一延伸贴片或将所述主要贴片与所述第一延伸贴片断开。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件是由以下组成的组中的一者：单刀单掷(SPST)开关、绝缘体上硅(SOI)开关、微机电系统(MEMS)开关、机械开关以及PIN二极管开关。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括单个开关。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括多个开关。
5.如权利要求1所述的设备，其中：
●所述第一延伸贴片具有沿着所述Y轴的宽度和沿着所述X轴的长度；
●所述主要贴片的所述宽度和所述第一延伸贴片的所述宽度具有基本上相同的值；
●所述第一延伸贴片的所述宽度相对于所述X轴是对称的；并且
●所述至少一个第一开关部件沿着所述X轴形成。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括在所述X轴上的第一开关部件。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括不在所述X轴上的第一开关部件。
8.如权利要求5所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括两个第一开关部件，所述两个第一开关部件相对于所述X轴对称地定位。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件驻留在所述基板的所述顶表面上。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件和所述接地平面两者形成于所述基板的所述底表面上并且彼此隔开。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述主要贴片和所述第一延伸贴片通过基板通孔耦合到所述至少一个第一开关部件，所述基板通孔延伸穿过所述基板。
12.如权利要求1所述的设备，其中：
●所述至少一个第一开关部件形成于所述基板的所述底表面上；以及
●所述接地平面形成于所述基板内。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述主要贴片和所述第一延伸贴片通过基板通孔耦合到所述至少一个第一开关部件，所述基板通孔延伸穿过所述基板并且与所述接地平面隔开。
14.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括：
●第二延伸贴片，所述第二延伸贴片形成于所述基板的所述顶表面上，平行于所述主要贴片，并且与所述第一延伸贴片相对，其中第二间隙形成于所述第二延伸贴片与所述主要贴片之间；以及
●至少一个第二开关部件，所述至少一个第二开关部件越过所述第二间隙形成，电耦合到所述主要贴片和所述第二延伸贴片两者，并且被配置成将所述主要贴片连接到所述第二延伸贴片或将所述主要贴片与所述第二延伸贴片断开。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述第一间隙和所述第二间隙具有基本上相同的值。
16.如权利要求14所述的设备，其中所述馈电点沿着所述主要贴片的所述宽度是居中的并且沿着所述主要贴片的所述长度是偏离中心的，其中：
●所述第一延伸贴片具有沿着所述Y轴的宽度和沿着所述X轴的长度；
●所述第二延伸贴片具有沿着所述Y轴的宽度和沿着所述X轴的长度；
●所述主要贴片的所述宽度、所述第一延伸贴片的所述宽度和所述第二延伸贴片的所述宽度具有基本上相同的值；
●所述第一延伸贴片的所述宽度相对于所述X轴是对称的；
●所述第二延伸贴片的所述宽度相对于所述X轴是对称的；并且
●所述至少一个第一开关部件和所述至少一个第二开关部件沿着所述X轴形成。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述主要贴片的所述长度、所述第一延伸贴片的所述长度和所述第二延伸贴片的所述长度彼此不同。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述第一延伸贴片的所述长度与所述第二延伸贴片的所述长度基本上相同，并且不同于所述主要贴片的所述长度。
19.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括：
●第一端口终端，所述第一端口终端耦合到所述主要贴片；以及第二端口终端，所述第二端口终端耦合到所述第一延伸贴片；
●开关支路，所述开关支路具有：第一支路终端，所述第一支路终端耦合到所述第一端口终端；支路控制终端；以及第二支路终端，所述第二支路终端耦合到所述第二端口终端，其中所述开关支路被配置成响应于与RF信号耦合并在所述第一端口终端处接收的控制信号，在接通状态下在所述第一支路终端与所述第二支路终端之间传递所述RF信号，并且在关断状态下阻止所述RF信号在所述第一支路终端与所述第二支路终端之间传递；以及●控制信号解耦电路，所述控制信号解耦电路具有：控制信号输入终端，所述控制信号输入终端耦合到所述第一端口终端以接收耦合到所述RF信号的所述控制信号；以及控制信号输出终端，所述控制信号输出终端耦合到所述支路控制终端，其中所述控制信号解耦电路被配置成将所述控制信号从所述RF信号解耦并且将所述控制信号提供到所述支路控制终端。
20.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一开关部件包括第一端口终端、第二端口终端、控制电压输入终端、接地电压终端以及开关支路，其中：
●所述第一端口终端耦合到所述主要贴片并且所述第二端口终端耦合到所述第一延伸贴片，而所述控制电压输入终端和所述接地电压终端不耦合到所述主要贴片或所述第一延伸贴片；
●所述第一端口终端被配置成从所述主要贴片接收RF信号，所述第二端口终端被配置成将所述RF信号传输到所述第一延伸贴片，所述控制电压输入终端被配置成接收控制信号，并且所述接地电压终端被接地；
●所述开关支路具有：第一支路终端，所述第一支路终端耦合到所述第一端口终端；以及第二支路终端，所述第二支路终端耦合到所述第二端口终端；并且
●所述开关支路被配置成响应于在所述控制电压输入终端处接收的所述控制信号，在接通状态下在所述第一支路终端与所述第二支路终端之间传递所述RF信号，并且在关断状态下阻止所述RF信号在所述第一支路终端与所述第二支路终端之间传递。
可重构贴片天线和相控阵列
[0001] 相关申请
[0003] 本申请涉及：于__________提交的且名称为RADIOFREQUENCY SWITCH SYSTEM的美国专利申请序列号__________，其要求于2017年11月7日提交的临时专利申请号62/582,704的权益；于__________提交的且名称为RADIOFREQUENCY SWITCH BRANCH CIRCUITRY的美国专利申请序列号__________，其要求于2017年11月7日提交的临时专利申请序列号62/
582,714的权益；以及于__________提交的且名称为RADIOFREQUENCY SWITCH CIRCUITRY的美国专利申请序列号__________，其要求于2017年11月7日提交的临时专利申请序列号62/
582,704的权益，所述专利申请的公开内容特此以引用的方式整体并入本文。
582,714的权益；以及于__________提交的且名称为RADIOFREQUENCY SWITCH CIRCUITRY的美国专利申请序列号__________，其要求于2017年11月7日提交的临时专利申请序列号62/
582,704的权益，所述专利申请的公开内容特此以引用的方式整体并入本文。
技术领域
[0004] 本公开涉及一种贴片天线和一种由多个贴片天线形成的相控阵列，并且更特别地涉及一种可重构贴片天线和一种由多个可重构贴片天线形成的可重构相控阵列。
背景技术
[0005] 由于已接近达成当前蜂窝无线网络的容量，因此引入了新的频带并且正在开发相应的无线标准。5G是所述无线标准之一，其中大多数新引入的频谱都处于毫米波内，诸如处于28、38或66GHz。由于在毫米波处存在陡峭的衰减特性，因此毫米波5G通信系统将最可能为视距(LOS)通信系统，其将使用相控阵列并且将电波引向基站/用户设备。因此，可以使功率朝向接收器/发射器局部化，并且功率-噪声系数需求在个别装置上会得到缓解。
[0006] 相控阵列本质上是一组天线，所述天线具有相同的谐振频率并且通过将波束引导到所希望的方向的邻近元件的相位差来激发。近年来，贴片天线因其低成本、简易的制作过程(可以结合其他电路一起利用常规的印刷电路板技术)和合理的性能而越来越多地用于形成相控阵列。
[0007] 图1A示出了常规贴片天线构造和探针馈电式馈电方案。贴片天线10包括贴片12、基板14、接地平面16、馈电探针18以及馈电线20。贴片12形成于基板14的顶表面上，而接地平面16形成于基板14的底表面上。馈电线20处于基板14的(与接地平面16隔开的)底表面处，并且经由馈电探针18耦合到贴片12。由馈电探针18接触并对其提供射频(RF)信号的贴片12的内部点是馈电点F，所述馈电点决定了贴片天线10的输入阻抗。
[0008] 图1B示出了具有电流分布的贴片12的顶视图。贴片12具有宽度W和正交于宽度W的长度L。馈电点F沿着贴片12的宽度W是居中的并且沿着贴片12的长度L是偏离中心的。贴片12上的电流主要沿着一个维度流动，馈电点F沿着所述维度是偏离中心的。在此处，贴片12上的电流沿着贴片12的长度L流动。对于给定大小的贴片12，公式1表示贴片天线10会谐振和辐射的频率。
[0009]
[0010] 其中c是光速，L是贴片12的长度，ε0和μ0分别是自由空间介电常数和磁导率，并且εr是有效相对介电常数。
[0011] 贴片天线10的主要缺陷是有限的带宽。通常，贴片天线10仅在一个频率处谐振，所述频率取决于所述贴片天线的尺寸和贴片天线10驻留于其上的基板14。因此，为了实施具有不同谐振频率的相控阵列，需要不同的贴片天线组，这相当耗费面积。因此，需要一种改进的天线设计，所述改进的天线设计可以利用贴片天线的优点并且使用同一硬件提供可调谐谐振频率。发明内容
[0012] 本公开涉及一种可重构贴片天线，所述可重构贴片天线包括基板、接地平面、主要贴片、第一延伸贴片以及至少一个第一开关部件。主要贴片和第一延伸贴片形成于基板的顶表面上，而接地平面形成于基板的底表面上或基板内。在此处，主要贴片具有沿着Y轴的宽度和沿着正交于Y轴的X轴的长度。X-Y轴的原点沿着主要贴片的宽度和长度两者是居中的。此外，主要贴片具有馈电点，所述馈电点被配置成接收射频(RF)信号。馈电点沿着主要贴片的宽度是居中的，并且沿着主要贴片的长度是偏离中心的。第一延伸贴片平行于主要贴片，并且第一间隙形成于第一延伸贴片与主要贴片之间。至少一个第一开关部件越过第一间隙形成，电耦合到主要贴片和第一延伸贴片两者，并且被配置成将主要贴片连接到第一延伸贴片或将主要贴片与第一延伸贴片断开。
[0014] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括单个开关。
[0015] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括多个开关。
[0016] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，第一延伸贴片具有沿着Y轴的宽度和沿着X轴的长度。主要贴片的宽度和第一延伸贴片的宽度具有基本上相同的值。第一延伸贴片的宽度相对于X轴是对称的。至少一个第一开关部件沿着X轴形成。
[0017] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括在X轴上的第一开关部件。
[0018] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括不在X轴上的第一开关部件。
[0019] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括两个第一开关部件，所述两个第一开关部件相对于X轴对称地定位。
[0020] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件驻留在基板的顶表面上。
[0021] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件和接地平面两者形成于基板的底表面上并且彼此隔开。在此处，主要贴片和第一延伸贴片通过基板通孔耦合到至少一个第一开关部件，所述基板通孔延伸穿过基板。
[0022] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件形成于基板的底表面上并且接地平面形成于基板内。在此处，主要贴片和第一延伸贴片通过基板通孔耦合到至少一个第一开关部件，所述基板通孔延伸穿过基板并且与接地平面隔开。
[0023] 根据另一个实施方案，可重构贴片天线还包括第二延伸贴片和至少一个第二开关部件。在此处，第二延伸贴片形成于基板的顶表面上，平行于主要贴片并且与第一延伸贴片相对。在第二延伸贴片与主要贴片之间形成了第二间隙。至少一个第二开关部件越过第二间隙形成，电耦合到主要贴片和第二延伸贴片两者，并且被配置成将主要贴片连接到第二延伸贴片或将主要贴片与第二延伸贴片断开。
[0024] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，第一间隙和第二间隙具有基本上相同的大小。
[0025] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，馈电点沿着主要贴片的宽度是居中的并且沿着主要贴片的长度是偏离中心的。在此处，第一延伸贴片具有沿着Y轴的宽度和沿着X轴的长度，而第二延伸贴片具有沿着Y轴的宽度和沿着X轴的长度。主要贴片的宽度、第一延伸贴片的宽度和第二延伸贴片的宽度具有基本上相同的值。第一延伸贴片的宽度相对于X轴是对称的，并且第二延伸贴片的宽度相对于X轴是对称的。至少一个第一开关部件和至少一个第二开关部件沿着X轴形成。
[0026] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，主要贴片的长度、第一延伸贴片的长度和第二延伸贴片的长度彼此不同。
[0027] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，第一延伸贴片的长度与第二延伸贴片的长度基本上相同，并且不同于主要贴片的长度。
[0028] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括第一端口终端，所述第一端口终端耦合到主要贴片；第二端口终端，所述第二端口终端耦合到第一延伸贴片；开关支路；以及控制信号解耦电路。开关支路具有：第一支路终端，所述第一支路终端耦合到第一端口终端；支路控制终端；以及第二支路终端，所述第二支路终端耦合到第二端口终端。在此处，开关支路被配置成响应于与RF信号耦合并在第一端口终端处接收的控制信号，在接通状态下在第一支路终端与第二支路终端之间传递RF信号，并且在关断状态下阻止RF信号在第一支路终端与第二支路终端之间传递。控制信号解耦电路具有控制信号输入终端，所述控制信号输入终端耦合到第一端口终端以接收耦合到RF信号的控制信号；以及控制信号输出终端，所述控制信号输出终端耦合到支路控制终端。在此处，控制信号解耦电路被配置成将控制信号从RF信号解耦并且将控制信号提供到支路控制终端。
[0029] 在可重构贴片天线的一个实施方案中，至少一个第一开关部件包括第一端口终端、第二端口终端、控制电压输入终端、接地电压终端以及开关支路。在此处，第一端口终端耦合到主要贴片并且第二端口终端耦合到第一延伸贴片，而控制电压输入终端和接地电压终端不耦合到主要贴片或第一延伸贴片。第一端口终端被配置成从主要贴片接收RF信号，第二端口终端被配置成将RF信号传输到第一延伸贴片，控制电压输入终端被配置成接收控制信号，并且接地电压终端被接地。开关支路具有：第一支路终端，所述第一支路终端耦合到第一端口终端；以及第二支路终端，所述第二支路终端耦合到第二端口终端。开关支路被配置成响应于在控制电压输入终端处接收的控制信号，在接通状态下在第一支路终端与第二支路终端之间传递RF信号，并且在关断状态下阻止RF信号在第一支路终端与第二支路终端之间传递。
附图说明
[0032] 图1A和图1B示出了常规贴片天线构造和探针馈电式馈电方案。
[0033] 图2A和图2B示出了根据本公开的一个实施方案的示例性可重构贴片天线。
[0034] 图3A和图3B示出了图2B所示的可重构贴片天线中包括的开关部件的示例性原理图。
[0035] 图4示出了图2B所示的可重构贴片天线中包括的开关部件的示例性原理图。
[0036] 图5至图8示出了根据本公开的一个实施方案的可重构贴片天线的替代方案。
[0037] 图9示出了由图2B所示的可重构贴片天线形成的示例性可重构相控阵列。
[0038] 将理解，为了清楚说明，图1A至图9可能未按比例绘制。
具体实施方式
[0039] 下文陈述的实施方案代表使得本领域技术人员能够实践所述实施方案的必要信息，并且说明实践所述实施方案的最佳模式。在根据附图来阅读以下描述之后，本领域技术人员将理解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用处在本公开和随附权利要求的范围内。
[0040] 将理解，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件应不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关列出项目中一个或多个的任何和所有组合。
[0041] 将理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”或延伸到另一元件“上”时，所述元件可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在插入元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”或“直接”延伸到另一元件“上”时，不存在插入元件。同样，应理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“之上”或“在另一元件之上”延伸时，它可以直接在另一元件之上或直接在另一元件之上延伸，或者插入元件也可能存在。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件“之上”或“直接在”另一元件“之上”延伸时，不存在插入元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，所述元件可以直接连接或联接到另一个元件或者可以存在插入元件。相比之下，当元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一个元件时，不存在插入元件。
[0042] 相对性术语诸如“在...下方”或“在...上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”在本文中可以用于描述如图所示的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。将理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所示的取向之外的不同取向。
[0043] 本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而且并不意图限制本公开。如本文所使用，除非上下文另外明确指明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”意图同样包括复数形式。将进一步理解，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时明确说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
[0044] 除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域之内的普通技术人员通常所理解的相同的含义。将进一步理解，本文使用的术语应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的背景下的含义一致的含义，而不能以理想化或过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
[0045] 本公开涉及一种可重构贴片天线和一种由多个可重构贴片天线形成的可重构相控阵列。图2A示出了示例性可重构贴片天线22的三维(3D)版本，并且图2B示出了根据本公开的一个实施方案的示例性可重构贴片天线22的顶部版本。可重构贴片天线22包括主要贴片24、第一延伸贴片26、第一开关部件28、基板30以及接地平面32。虽然各种馈电技术，诸如同轴馈电(即，探针馈电)技术、微带线馈电技术、口径耦合馈电技术和邻近耦合馈电技术可以用于可重构贴片天线22中，但是以下实施方案结合探针馈电技术(未示出用于探针馈电技术的馈电探针和馈电线)作为示例性馈电技术。在此处，馈电点F指示馈电探针和馈电线的位置，并且被配置成为主要贴片24接收射频(RF)信号。
[0046] 详细地说，主要贴片24和第一延伸贴片26形成于基板30的顶表面上，而接地平面32形成于基板30的底表面上。主要贴片24和第一延伸贴片26可以由微型金属条形成，基板
30可以由层压板形成，并且接地平面32可以由金属片形成。在一个实施方案中，主要贴片24和第一延伸贴片26具有矩形形状。主要贴片24具有沿着Y轴的宽度W1和沿着正交于Y轴的X轴的长度L1。X-Y轴的原点“0”沿着主要贴片24的宽度W1和长度L1两者是居中的。第一延伸贴片26具有沿着Y轴的宽度W2和沿着X轴的长度L2。第一延伸贴片26的宽度W2和主要贴片24的宽度W1基本上是相同的，而第一延伸贴片26的长度L2和主要贴片24的长度L1可以是基本上相同的或不同的。馈电点F是主要贴片24上的内部点，沿着主要贴片24的宽度W1是居中的(在X轴上)，并且沿着主要贴片24的长度L1是偏离中心的(不在Y轴上)。因此，主要贴片24上的电流将沿着主要贴片24的长度L1流动。在不同应用中，诸如方形、圆形、椭圆形或其他连续形状的不同形状可以适用于主要贴片24和第一延伸贴片26。
30可以由层压板形成，并且接地平面32可以由金属片形成。在一个实施方案中，主要贴片24和第一延伸贴片26具有矩形形状。主要贴片24具有沿着Y轴的宽度W1和沿着正交于Y轴的X轴的长度L1。X-Y轴的原点“0”沿着主要贴片24的宽度W1和长度L1两者是居中的。第一延伸贴片26具有沿着Y轴的宽度W2和沿着X轴的长度L2。第一延伸贴片26的宽度W2和主要贴片24的宽度W1基本上是相同的，而第一延伸贴片26的长度L2和主要贴片24的长度L1可以是基本上相同的或不同的。馈电点F是主要贴片24上的内部点，沿着主要贴片24的宽度W1是居中的(在X轴上)，并且沿着主要贴片24的长度L1是偏离中心的(不在Y轴上)。因此，主要贴片24上的电流将沿着主要贴片24的长度L1流动。在不同应用中，诸如方形、圆形、椭圆形或其他连续形状的不同形状可以适用于主要贴片24和第一延伸贴片26。
[0047] 第一延伸贴片26与主要贴片24并联，并且第一延伸贴片26的宽度W2相对于X轴是对称的。在主要贴片24与第一延伸贴片26之间存在具有长度L3的第一间隙34。应注意到，馈电点F沿着主要贴片24和第一延伸贴片26的组合的宽度仍然是居中的(在X轴上)，并且沿着主要贴片24和第一延伸贴片26的组合的长度(L1+L2+L3)是偏离中心的。在一些应用中，第一延伸贴片26和馈电点F可以相对于Y轴相对地定位。在一些应用中，第一延伸贴片26和馈电点F可以位于Y轴的同一侧(未示出)。
[0048] 在本文中，贴片天线22包括两个第一开关部件28，并且每个第一开关部件28越过第一间隙34形成并且耦合到主要贴片24和第一延伸贴片26两者。两个第一开关部件28可以相对于X轴对称地定位。第一开关部件28被配置成连接主要贴片24和第一延伸贴片26，或将主要贴片24与第一延伸贴片26断开。第一开关部件28可以是任何类型的开关，诸如单刀单掷(SPST)开关、绝缘体上硅(SOI)开关、微机电系统(MEMS)开关、机械开关或PIN二极管开关。
[0049] 在一个实施方案中，每个第一开关部件28包括单个开关，所述单个开关至少具有第一端口终端P1和第二端口终端P2，所述第一端口终端P1和第二端口终端P2分别通过第一凸点36耦合到主要贴片24和第一延伸贴片26(为了清楚起见，只用附图标记标记了一个第一凸点)。耦合到主要贴片24的第一凸点36被配置成将RF信号从主要贴片24传递到第一开关部件28的第一端口终端P1。耦合到第一延伸贴片26的第一凸点36被配置成将RF信号从第一开关部件28的第二端口终端P2传递到第一延伸贴片26。在此处以及在下文中，其中一个耦合到主要贴片24，且其中另一个耦合到第一延伸贴片26的两个第一凸点36表示一个开关。
[0050] 第一间隙34的长度L3的范围受到以下各项的影响：包装考虑、第一开关部件28中的凸点间距、开关部件28的物理特性以及在其上制作主要贴片24和第一延伸贴片26的层压板的制造限制。第一间隙34的长度L3是在40μm与300μm之间。
[0051] 通过断开或闭合第一开关部件28，主要贴片24相应地与第一延伸贴片26断开或连接到所述第一延伸贴片。当主要贴片24与第一延伸贴片26断开时，可重构贴片天线22的第一谐振频率fR1为：
[0052]
[0053] 当主要贴片24连接到第一延伸贴片26时，可重构贴片天线22的第二谐振频率fR2为：
[0054]
[0055] 其中c是光速，L1是主要贴片24的长度，L2是第一延伸贴片26的长度，L3是第一间隙34的长度，ε0和μ0分别是自由空间介电常数和磁导率，并且εr是有效相对介电常数。主要贴片24的长度L1和第一延伸贴片26的长度L2受到所希望的谐振频率的影响。清楚的是，第一开关部件28被配置成调谐可重构贴片天线22的有效长度，以便调谐可重构贴片天线22的谐振频率。可重构贴片天线22使用同一硬件提供可调谐谐振频率。
[0056] 图3A是第一开关部件28的示例性原理图。第一开关部件28的第一端口终端P1被配置成接收与控制信号(非零电压)耦合的RF信号，所述控制信号对断开或闭合第一开关部件28进行控制。在一些应用中，可以存在偏置器，所述偏置器设置在第一端口终端P1的前面以将RF信号与控制信号进行组合。第一开关部件28包括开关支路38、隔离电感器40、第一端口电感器42、第二端口电感器44以及控制信号解耦电路46。
[0057] 开关支路38具有第一支路终端T1，所述第一支路终端T1通过第一端口电感器42耦合到第一端口终端P1；以及第二支路终端T2，所述第二支路终端T2通过第二端口电感器44耦合到第二端口终端P2。图3B示出了开关支路38的细节。开关支路38由串联耦合的场效应晶体管M1至MN的堆叠层构成。源极-漏极电阻器网络由源极-漏极电阻器RSD构成，源极-漏极电阻器RSD中的每一个越过场效应晶体管M1至MN中的每一个从源极耦合到漏极。栅极电阻器网络由栅极电阻器RG构成，所述栅极电阻器RG耦合在场效应晶体管M1至MN的邻近的场效应晶体管的栅极之间。体电阻器网络由体电阻器RB构成，所述体电阻器RB耦合到场效应晶体管M1至MN的体终端。在此处，N是有限的整数计数。
[0058] 栅极终端G1通过公共栅极电阻器RGC耦合到栅极电阻器网络，并且体终端B1通过公共体电阻器RBC耦合到体电阻器网络，所述栅极终端G1和所述体终端B1中的每一个接收偏压以控制接通状态，所述接通状态用于在第一端口终端P1与第二端口终端P2之间传递射频信号；以及关断状态，所述关断状态阻止射频信号在第一端口终端P1与第二端口终端P2之间传递。下表1针对分别施加到栅极终端G1和体终端B1的栅极偏压VG和体偏压VB列出了一些典型的偏置值(以伏特计)。在接通状态下，源极、漏极和体偏压被设定为0伏特，并且栅极被偏置为2.5伏特。在关断状态下，源极和漏极被偏置为0伏特，但是本体和栅极都被设定为-2.5伏特，例如强关断。本体有时被称为“主体”。
[0059] 表1
[0060]
[0061] 应理解，开关支路38可以是基于绝缘体上硅技术和高电子迁移率技术。
[0062] 开关支路38具有接通状态和关断状态两者，以响应于施加到栅极终端G1的栅极偏压VG而控制RF信号在第一端口终端P1与第二端口终端P2之间的传递。在这个示例性实施方案中，每当栅极偏压VG为正时，场效应晶体管M1至MN的沟道变得导通，从而将开关支路38置于接通状态。当栅极偏压VG为负时，场效应晶体管M1至MN的沟道变得不导通，从而将开关支路38置于关断状态。
[0063] 控制信号解耦电路46具有控制信号输入终端CSI1，所述控制信号输入终端CSI1(通过第一端口电感器42)耦合到第一端口终端P1以接收复合信号；以及控制信号输出终端CSO1。在此处，控制信号解耦电路46被配置成将控制信号从RF信号解耦。此外，隔直流电容器CBLK1可以耦合在控制信号输入终端CSI1与第一支路终端T1之间，以阻止控制信号通过第一支路终端T1进入开关支路38。
[0064] 在这个特定实施方案中，控制信号解耦电路46包括控制信号调节电路48，所述控制信号调节电路48被配置成将RF信号从控制信号滤除。控制信号调节电路48耦合在控制电压输入终端VCTRL与接地电压终端VGND之间。在这个示例性实施方案中，第一低通滤波器由以下各项构成：第一滤波电阻器RFIL1，所述第一滤波电阻器RFIL1耦合在控制电压输入终端VCTRL与控制信号输出终端CSO1之间；以及第一滤波电容器CF1，所述第一滤波电容器CF1耦合在控制电压输入终端VCTRL与接地电压终端VGND之间。第二低通滤波器由以下各项构成：第二滤波电阻器RFIL2，所述第二滤波电阻器RFIL2耦合在第一滤波电阻器RFIL1与控制信号输出终端CSO1之间；以及第二滤波电容器CF2，所述第二滤波电容器CF2耦合在接地电压终端VGND与由第一滤波电阻器RFIL1和第二滤波电阻器RFIL2共享的节点之间。
[0065] 耦合在控制电压输入终端VCTRL与接地电压终端VGND之间的静电放电(ESD)分流二极管50被配置成将ESD事件的能量从开关支路38分流出去。在图3A的示例性配置中，ESD分流二极管50以两个反并联支路布置，所述两个反并联支路各自包括串联耦合的ESD分流二极管50中的三个。
[0066] 控制信号解耦电路46中还包括的是第一RF衰减支路52，所述第一RF衰减支路52耦合在控制电压输入终端VCTRL与控制信号输入终端CSI1之间，以呈现在包括控制信号调节电路48的第一路径内对RF信号的阻抗。第一RF衰减支路52可以包括耦合在控制电压输入终端VCTRL与控制信号输入终端CSI1之间的第一衰减电阻器RA1和/或第一衰减电感器LA1。此外，第一衰减电容器CA1可以与第一衰减电感器LA1并联地耦合来提供陷波滤波器，以使RF信号进一步衰减，而不会使控制信号明显衰减。
[0067] 控制信号解耦电路46中更进一步包括的是第二RF衰减支路54，所述第二RF衰减支路54耦合在接地电压终端VGND与第二支路终端T2之间，以呈现在包括控制信号调节电路48的第二路径内对RF信号的阻抗。第二RF衰减支路54可以包括耦合在接地电压终端VGND与第二支路终端T2之间的第二衰减电阻器RA2和/或第二衰减电感器LA2。此外，第二衰减电容器CA2可以与第二衰减电感器LA2并联地耦合来提供陷波滤波器，以使RF信号进一步衰减，以便防止RF信号施加到控制信号输出终端CSO1。在一个示例性实施方案中，第一衰减电感器LA1和第二衰减电感器LA2各自具有2.84nH的电感值，以对频率为28GHz的RF信号提供500Ω的阻抗。在一些实施方案中，第一RF衰减支路52和第二RF衰减支路54各自提供对RF信号的阻抗，所述对RF信号的阻抗至少比由于第一端口电感器42或第二端口电感器44中任一个而导致的对RF信号的阻抗高一个数量级。
[0068] 偏置电路56耦合在控制信号输出终端CSO1和栅极终端G1，以及(在这个示例性实施方案中)体终端B1之间。在这个特定实施方案中，偏置电路56使构成开关支路38的场效应晶体管M1至MN的堆叠层的本体和栅极两者偏置。响应于控制信号，栅极偏压VG被施加到栅极终端G1，并且体偏压VB被施加到体终端B1。在一些应用中，隔离电感器40耦合在开关支路38的第一支路终端T1与第二支路终端T2之间。隔离电感器40具有给定电感，所述给定电感在RF信号的中心频率处与开关支路38的总关断状态电容一起提供谐振，所述RF信号处于从
26GHz到66GHz的频率范围内。在一些应用中，第一开关部件28可能不包括隔离电感器40。
26GHz到66GHz的频率范围内。在一些应用中，第一开关部件28可能不包括隔离电感器40。
[0069] 在这种配置中，第一开关部件28可以被视为是双端部件，因为除了可能的接地端之外，只有第一端口终端P1和第二端口终端P2处于第一开关部件28外部。在一些应用中，如果第一开关部件28不具有耦合到接地端的额外的终端(除了第一终端P1和第二终端P2之外)，则控制信号调节电路48的接地电压终端VGND不接地，但是耦合到开关支路38的第二支路终端T2。此外，第一延伸贴片26可以通过高值电阻或电感器(未示出)耦合到接地端。因此，第一开关部件28的第一端口终端P1处的复合信号是RF信号和非零电压控制信号的组合，而第一开关部件28的第二端口终端P2处的复合信号是RF信号和接地电压的组合。
[0070] 在此处，如果主要贴片24接收到非零电压(正电压或负电压)，并且馈电点F和第一延伸贴片26处的RF信号接地，则主要贴片24可以耦合到第一开关部件28的第一端口终端P1，并且第一延伸贴片26可以耦合到第一开关部件28的第二端口终端P2。如果主要贴片24在馈电点F处接收到RF信号和接地电压(0V)并且第一延伸贴片26被设定为非零电压(正电压或负电压)，则主要贴片24可以耦合到第一开关部件28的第二端口终端P2，并且第一延伸贴片26可以耦合到第一开关部件28的第一端口终端P1。
[0071] 在一些应用中，除了第一端口终端P1和第二端口终端P2之外，第一开关部件28还可以包括如图4所示的控制电压输入终端VCTRL和接地电压终端VGND。在此处，第一端口终端P1和第二端口终端P2分别通过第一凸点36耦合到主要贴片24和第一延伸贴片26；而控制电压输入终端VCTRL和接地电压终端VGND可能不耦合到主要贴片24或第一延伸贴片26(未示出)。
[0072] 在这个特定实施方案中，控制信号可以直接从控制电压输入终端VCTRL提供，从而消除对第一RF衰减支路52和第二RF衰减支路54的需求。然而，这种缩减以相对于图3A的示例性实施方案来说增加的引脚计数为代价。控制信号调节电路48保持对控制信号提供滤波，以减少无意中耦合到控制信号的可能的RF噪声。此外，耦合在控制电压输入终端VCTRL与接地电压终端VGND之间的ESD分流二极管50保持配置成将ESD事件的能量从开关支路38分流出去。在一些应用中，隔离电感器40耦合在开关支路38的第一支路终端T1与第二支路终端T2之间。隔离电感器40具有给定电感，所述给定电感在RF信号的中心频率处与开关支路38的总关断状态电容一起提供谐振，所述RF信号处于从26GHz到66GHz的频率范围内。在一些应用中，第一开关部件28可能不包括隔离电感器40。
[0073] 在不同应用中，可重构贴片天线22可以在主要贴片24与第一延伸贴片26之间利用更少或更多的第一开关部件28。如图5所示，代替两个第一开关部件28，单个第一开关部件28越过第一间隙34形成并且联接到主要贴片24和第一延伸贴片26两者。单个第一开关部件
28可以是在或不在(未示出)X轴上。在一些应用中，单个第一开关部件28可以如图6所示包括两个或更多个开关，而不是单个开关。单个第一开关部件28的多个开关可以相对于X轴对称地定位。
28可以是在或不在(未示出)X轴上。在一些应用中，单个第一开关部件28可以如图6所示包括两个或更多个开关，而不是单个开关。单个第一开关部件28的多个开关可以相对于X轴对称地定位。
[0074] 如图2A、图2B、图5和图6所示，第一开关部件28形成于主要贴片24和第一延伸贴片26之上，由此驻留在基板30的顶表面上。可选地，在一些应用中，第一开关部件28如图7A所示驻留在基板30的下方。可重构贴片天线22还可以包括基板垫58和基板通孔60。基板垫58形成于基板30的底表面上，彼此隔开并且与接地平面32隔开。每个基板通孔60延伸穿过基板30并且将主要贴片24或第一延伸贴片26连接到对应的基板垫58。在一些应用中，接地平面32可以如图7B所示形成于基板30内。每个基板通孔60与接地平面32隔开。
[0075] 在一个实施方案中，第一开关部件28的第一端口终端P1(与其第一凸点36相关联)通过对应的基板垫58和基板通孔60耦合到主要贴片24。第一开关部件28的第二端口终端P2(与其第一凸点36相关联)通过对应的基板垫58和基板通孔60耦合到第一延伸贴片26。因此，第一开关部件28仍然越过第一间隙34并且电耦合到主要贴片24和第一延伸贴片26两者。在此处，第一开关部件28可以包括额外的终端(未示出)，所述额外的终端被配置成接收控制第一开关部件28何时断开和何时闭合的开关控制信号。第一开关部件28还可以包括被配置成进行接地的额外的终端(未示出)。
[0076] 在一些应用中，可重构贴片天线22可以如图8所示包括超过一个延伸贴片。在这个实施方案中，可重构贴片天线22还包括第二延伸贴片62和第二开关部件64。第二延伸贴片62驻留在基板30的顶表面上，并且可以由具有矩形形状的微型金属条形成。第二延伸贴片
62具有沿着Y轴的宽度W3和沿着X轴的长度L4。主要贴片24的宽度W1、第一延伸贴片26的宽度W2和第二延伸贴片62的宽度W3基本上是相同的。主要贴片24的长度L1、第一延伸贴片26的长度L2和第二延伸贴片62的长度L4可以是基本上相同或不同的。例如，第二延伸贴片62的长度L4与第一延伸贴片26的长度L2基本上相同，但是不同于主要贴片24的长度L1。或者，主要贴片24的长度L1、第一延伸贴片26的长度L2和第二延伸贴片62的长度L3彼此不同。在此处，第二延伸贴片62也与主要贴片24并联并且与第一延伸贴片26相对。第二延伸贴片62的宽度W3相对于X轴是对称的。在主要贴片24与第二延伸贴片62之间存在具有长度L5的第二间隙66。
第二间隙66和第一间隙34可以具有基本上相同的大小(L3＝L5)。
62具有沿着Y轴的宽度W3和沿着X轴的长度L4。主要贴片24的宽度W1、第一延伸贴片26的宽度W2和第二延伸贴片62的宽度W3基本上是相同的。主要贴片24的长度L1、第一延伸贴片26的长度L2和第二延伸贴片62的长度L4可以是基本上相同或不同的。例如，第二延伸贴片62的长度L4与第一延伸贴片26的长度L2基本上相同，但是不同于主要贴片24的长度L1。或者，主要贴片24的长度L1、第一延伸贴片26的长度L2和第二延伸贴片62的长度L3彼此不同。在此处，第二延伸贴片62也与主要贴片24并联并且与第一延伸贴片26相对。第二延伸贴片62的宽度W3相对于X轴是对称的。在主要贴片24与第二延伸贴片62之间存在具有长度L5的第二间隙66。
第二间隙66和第一间隙34可以具有基本上相同的大小(L3＝L5)。
[0077] 应注意到，馈电点F的位置沿着主要贴片24、第一延伸贴片26和第二延伸贴片62的组合的宽度是居中的(在X轴上)。此外，馈电点F需要沿着主要贴片24的长度L1偏离中心，沿着主要贴片24和第一延伸贴片26的组合的长度(L1+L2+L3)偏离中心，沿着主要贴片24和第二延伸贴片62的组合的长度(L1+L4+L5)偏离中心，并且沿着主要贴片24、第一延伸贴片26和第二延伸贴片62的组合的长度(L1+L2+L3+L4+L5)偏离中心。
[0078] 每个第二开关部件64越过第二间隙66形成并且耦合到主要贴片24和第二延伸贴片62两者。第二开关部件64可以相对于X轴对称地定位。第二开关部件64被配置成连接主要贴片24和第二延伸贴片62，或将主要贴片24与第二延伸贴片62断开。第二开关部件64可以是任何类型的开关，诸如单刀单掷(SPST)开关、绝缘体上硅(SOI)开关、微机电系统(MEMS)开关、机械开关或PIN二极管开关。
[0079] 在一个实施方案中，每个第二开关部件64包括单个开关，所述单个开关具有至少一个第一端口终端P1和第二端口终端P2，所述至少一个第一端口终端P1和第二端口终端P2分别通过第二凸点68耦合到主要贴片24和第一延伸贴片26。耦合到主要贴片24的第二凸点68被配置成将RF信号从主要贴片24传递到第二开关部件64的第一端口终端P1。耦合到第二延伸贴片62的第二凸点68被配置成将RF信号从第二开关部件64的第二端口终端P2传递到第二延伸贴片62。在一些应用中，每个第二开关部件64可以包括额外的终端(未示出)。例如，一个额外的终端被配置成接收控制何时断开和何时闭合第一开关部件28的开关控制信号。另一个额外的终端被配置成进行接地。在一些应用中，每个第二开关部件64仅具有第一端口终端P1和第二端口终端P2。RF信号和控制信号两者都接收在馈电点F处，并且从主要贴片24传递到第二开关部件64的第一端口终端P1。
[0080] 为了独立地连接第一延伸贴片26和第二延伸贴片62，在主要贴片24与第一延伸贴片26之间的电压差和在主要贴片24与第二延伸贴片62之间的电压差可以是不同的。在此处，人们可以将第一延伸贴片26和第二延伸贴片62设定为不同的电压。
[0081] 如果第一开关部件28和第二开关部件64是双端部件，则第一开关部件28/第二开关部件64的第一端口终端P1连接到设定为非零电压的贴片，而第一开关部件28/第二开关部件64的第二端口终端P2连接到接地的贴片。因此，第一开关部件28的第一端口终端P1可以耦合到主要贴片24或第一延伸贴片26，并且第一开关部件28的第二端口终端P2可以耦合到主要贴片24或第一延伸贴片26。类似地，第二开关部件64的第一端口终端P1可以耦合到主要贴片24或第二延伸贴片62，并且第二开关部件64的第二端口终端P2可以耦合到主要贴片24或第二延伸贴片62。
[0082] 通过断开或闭合第一开关部件28和第二开关部件64，可重构贴片天线22被配置成提供不同的谐振频率。当主要贴片24与第一延伸贴片26断开并且与第二延伸贴片62断开(第一开关部件28和第二开关部件64两者都断开)时，可重构贴片天线22的第一谐振频率fR1为：
[0083]
[0084] 当主要贴片24连接到第一延伸贴片26并且与第二延伸贴片62断开时，可重构贴片天线22的第二谐振频率fR2为：
[0085]
[0086] 当主要贴片24与第一延伸贴片26断开并且连接到第二延伸贴片62时，可重构贴片天线22的第三谐振频率fR3为：
[0087]
[0088] 当主要贴片24连接到第一延伸贴片26和第二延伸贴片62两者时，可重构贴片天线22的第四谐振频率fR4为：
[0089]
[0090] 其中c是光速，L1是主要贴片24的长度，L2是第一延伸贴片26的长度，L3是第一间隙34的长度，L4是第二延伸贴片62的长度，L5是第二间隙66的长度，ε0和μ0分别是自由空间介电常数和磁导率，并且εr是有效相对介电常数。清楚的是，第一开关部件28和第二开关部件
64被配置成调谐可重构贴片天线22的有效长度，以便调谐可重构贴片天线22的谐振频率。
可重构贴片天线22使用同一硬件提供可调谐谐振频率。
64被配置成调谐可重构贴片天线22的有效长度，以便调谐可重构贴片天线22的谐振频率。
可重构贴片天线22使用同一硬件提供可调谐谐振频率。
[0091] 图9示出了由图2B所示的可重构贴片天线22形成的示例性可重构相控阵列70。出于这种例示的目的，可重构相控阵列70包括六个可重构贴片天线22，所述六个可重构贴片天线22以2×3配置布置并且共享共同的基板30。在不同的应用中，可重构相控阵列70可以包括更少或更多的可重构贴片天线。在此处，每个可重构贴片天线22具有相同的配置，所述相同的配置具有相同的主要贴片24、相同的第一延伸贴片26、相同的第一开关部件28以及相同的第一间隙34。此外，将在相同的谐振频率处并通过邻近的可重构贴片天线之间的相位差激发每个可重构贴片天线22。通过断开或闭合每个可重构贴片天线22中的第一开关部件28的开关，可重构相控阵列70被配置成提供不同的谐振频率。
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