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CN109429423A - 用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其方法 - Google Patents

用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其方法 Download PDF

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CN109429423A
CN109429423A CN201710765189.7A CN201710765189A CN109429423A CN 109429423 A CN109429423 A CN 109429423A CN 201710765189 A CN201710765189 A CN 201710765189A CN 109429423 A CN109429423 A CN 109429423A
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wifi
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Abstract

本发明提供一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，终端设备WiFi11ad电路包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，其特征在于，传输装置包括：用于嵌装在印刷电路板上、形成闭合通路的传输元件；连接在传输元件与WiFi芯片之间的用于使两者阻抗连续的第一过渡元件；连接在传输元件与天线之间的用于使两者阻抗连续的第二过渡元件；其中，传输元件上开设有贯穿其厚度的两排金属孔，以便两排金属孔之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道。本发明的传输装置，结构简单，易于实现，损耗低，容量大，不会对外界造成干扰也不易受到外界的干扰，提高毫米波信号传输质量；此外，本发明还提供上述传输装置的实现方法。

Description

用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其方法。
背景技术
随着科技的发展，人们对数据传输速率的要求越来越高，而为满足市场高速率的需求，WIFI联盟发布了802.11ad的新标准。该标准采用60GHz的毫米波频段来实现高速率要求，但这一频段也有穿透力弱的特点，因此在信号传输过程中如何设计电路使得信号的损耗尽可能小，在系统的性能表现和系统的成本评估中都是至关重要的一部分。
目前由于802.11ad标准还未大规模商用，因此关于终端设备中实现该频段的传输电路资料较少，但总体来说，在终端设备中的实现方式主要有两种：同轴线形式和微带线形式。其中，同轴线形式屏蔽性好，损耗低等优点，但在毫米波频段，波长短，对同轴线的加工精度要求很高，无疑会增加成本。而微带形式尺寸小，易加工，但其开放性的电路结构使得在毫米波频段信号的辐射损耗大大增加，这样会对电路性能造成一定影响。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提出一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，其结构简单，易于实现，损耗低，容量大，不会对外界造成干扰也不易受到外界的干扰，提高信号传输质量，可在降低加工精度要求的前提下，保证毫米波信号的有效传输；此外，本发明还提供上述传输装置的实现方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，所述终端设备WiFi11ad电路包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，其特征在于，所述传输装置包括：用于嵌装在所述印刷电路板上、形成闭合通路的传输元件；用于连接在传输元件与所述WiFi芯片之间的、使两者阻抗连续的第一过渡元件；用于连接在传输元件与所述天线之间的、使两者阻抗连续的第二过渡元件；其中，所述传输元件上开设有贯穿其厚度的两排金属孔，以便两排金属孔之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；其中，所述WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，所述WiFi是指无线网。
其中，所述传输元件包括：介质层；设置于介质层上表面的上金属层；设置于介质层下表面的下金属层；其中，所述金属孔由上至下依次穿透所述上金属层、介质层、下金属层。
其中，所述第一过渡元件和所述第二过渡元件分别为与所述传输元件两端分别连接的微带线。
优选的，所述第一过渡元件的用于连接所述WiFi芯片的一端的尺寸与所述WiFi芯片的收发信号管脚的尺寸相适配。
优选的，所述第二过渡元件的形状与尺寸根据所述天线阻抗确定。
其中，所述两排金属孔之间的排间距W满足：1λ≤W≤2λ，其中，λ为毫米波的波长。
其中，所述每排金属孔的相邻金属孔之间的孔间距S满足：S≤0.4λ。
其中，所述金属孔的直径或边长d满足：d≤0.2λ。
此外，本发明还提供一种终端设备WiFi11ad电路传输装置的实现方法，所述终端设备WiFi11ad电路包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，方法包括：
在所述印刷电路板上嵌装用于形成闭合通路的传输元件；
通过第一过渡元件将传输元件与所述WiFi芯片连接，以便传输元件与WiFi芯片阻抗连续；
通过第二过渡元件将传输元件与所述天线连接，以便传输元件与天线阻抗连续；
其中，在所述传输元件上开设贯穿其厚度的两排金属孔，以便两排金属孔之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；
其中，所述WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，所述WiFi是指无线网。
其中，所述两排金属孔之间的排间距W、每排金属孔的相邻金属孔之间的孔间距S、金属孔的直径或边长d根据所述毫米波的波长确定。
与现有技术相比，本发明的用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其实现方法具有如下优点：
1、本发明的用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，其辐射损耗低，可在印刷电路板(PCB)材料上实现毫米波电路的实际设计并能与微带电路结合，从而在降低加工精度要求的前提下，保证毫米波信号的有效传输。
2、本发明的传输装置，主要用于将毫米波信号传输至天线并且将由天线接收的信号传输给对信号进行分析处理的高频器件，在控制成本的情况下，信号传输过程中损耗低，使系统得到良好的性能，随着WiFi802.11ad标准在VR头盔及物联网设备中的应用，本发明的传输装置将有较大的应用前景。
3、本发明传输装置，采用传输元件与过渡元件组合的方式，既实现阻抗连续性，信号损耗又低，容量大，不会对外界造成干扰也不易受到外界的干扰，提高信号传输质量。
附图说明
图1为本发明传输元件的透视图；
图2为本发明传输元件的主视图；
图3为本发明传输元件的俯视图；
图4为本发明传输装置的系统功能图；
图5为现有技术印刷电路板上WiFi电路微带形式示意图；
图6为本发明印刷电路板上WiFi电路传输装置示意图；
图7为本发明传输元件结构尺寸图；
图8为图1所示传输元件传输通路的示意图；
图9为图2所示传输元件传输通路的示意图；
图10为本发明与现有技术WiFi11ad频段信号损耗对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图6所示，为本发明提供的用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置的示意图，终端设备包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，传输装置位于WiFi天线与WiFi收发芯片之间，由图可知，本发明的传输装置包括：用于嵌装在终端设备的印刷电路板8上、形成闭合通路的传输元件9；连接在传输元件9与WiFi芯片5之间的用于使两者阻抗连续的第一过渡元件10；连接在传输元件9与天线6之间的用于使两者阻抗连续的第二过渡元件11；其中，传输元件9上开设有贯穿其厚度的两排金属孔4，以便两排金属孔4之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；其中，WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，WiFi是指无线网。
需要说明的是，当终端设备工作于WiFi802.11ad的毫米波频段时，由于频段波长短，对于集中器件来说分布效应明显，在传输过程中信号的损耗也较大，造成系统性能降低。本发明就是针对终端设备传输毫米波信号这一应用场景，在控制成本的情况下，制作出本发明的传输装置，将毫米波信号传输至天线并且将由天线接收的信号传输给对信号进行分析处理的高频器件，可使得信号传输过程中有尽量低的损耗，使系统得到良好的性能，随着WiFi802.11ad标准在VR头盔及物联网设备中的应用，本发明的传输装置将有较大的应用前景。
下面，对本发明用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置的结构进行详细描述。
如图6所示，本发明的传输装置包括用于形成闭合通路的传输元件9。
其中，本发明的传输元件9采用如图1-图3所示的结构，该传输元件9呈长方体形，包括：介质层2；设置于介质层2上表面的上金属层1；设置于介质层2下表面的下金属层3。其中，由上至下在上金属层1、介质层2和下金属层3上开设有两排平行且贯穿厚度的金属孔4，每个金属孔4的上下两端分别与上金属层1、下金属层3导通。
本发明的上金属层1、下金属层3、金属孔4可以采用铜、金等材料通过电镀或其它现有技术方式所形成。其中，金属孔4的形状可以是圆形或方形，也可以为其它的对称形状，且两排金属孔4均匀分布。优选的，本发明采用圆形或方形的金属孔。
设计时，两排金属孔4之间的排间距W、每排金属孔4的相邻金属孔4之间的孔间距S、金属孔4的直径或边长d根据传输的毫米波的波长λ确定。其中，两排金属孔4之间的排间距W满足：1λ≤W≤2λ，每排金属孔4的相邻金属孔4之间的孔间距S满足：S≤0.4λ，金属孔4的直径(或边长)d满足：d≤0.2λ。
由于WiFi11ad的传输频段为60GHz毫米波频段(57GHz-66GHz)，根据该传输频段的波长，确定本发明采用如图7所示(图中金属孔为圆形)传输元件时，各尺寸可采用如下数据：W为2.94±0.02mm，S为0.7±0.02mm，直径d为0.4±0.02mm(若金属孔为正方形，则d是正方形的边长)。
本发明传输元件的损耗低，容量大，而且不易产生电磁干扰(即EMI)等问题。其传输通路原理如图8和图9所示。由于传输元件的d和S的尺寸远小于60GHz频段毫米波的波长，这样就使得整个传输元件四周等效为密闭的金属层，信号只在图8、图9中所示两条虚线中间的通道部分传输，因此这种闭合通路使得信号几乎不会辐射到传输元件的外面，不会对外界造成干扰也不易受到外界的干扰，减小信号损耗，提高信号传输质量。
本发明的传输装置除了传输元件9之外，还包括连接在传输元件9与WiFi芯片5之间的第一过渡元件10、连接在传输元件9与天线6之间的第二过渡元件11。其中，第一过渡元件10和第二过渡元件11分别为与传输元件9两端分别连接的微带线，第一过渡元件10的用于连接WiFi芯片5的一端的尺寸与WiFi芯片5的收发信号管脚的尺寸相适配，第二过渡元件11的形状与尺寸根据天线6阻抗确定。
具体的，如图4、图6所示，本发明的传输装置位于WiFi天线与WiFi收发芯片之间，可将毫米波信号传输至天线并且将由天线接收的信号传输给对信号进行分析处理的高频器件(WiFi芯片)，再由WiFi芯片传输给基带进行处理。在传输元件9和WiFi芯片5之间设置微带线，是因为WiFi芯片收发信号的管脚的尺寸相对于传输元件要小一些，或直接将管脚与传输元件连接，则会出现阻抗的不连续性，因此，管脚由一小段微带线引出，再与传输元件相连接，信号会在传输元件到WiFi芯片之间产生过渡，使得传输元件与WiFi芯片之间的阻抗匹配，从而减少信号的反射。同样，在传输元件9的天线6之间设置微带线，也可以使天线6与传输元件9信号阻抗连续。
采用本发明的传输装置，与现有技术中采用如图5所示的PCB电路板(即印刷电路板)上WiFi电路微带形式结构相比，本发明传输装置采用与微带线结构相同板料、同等长度的条件下，在WiFi11ad频段两种结构的信号损耗对比如图10所示。从图中可以看出，本发明传输装置与微带线结构相比，其信号损耗有1dB以上的改善。
本发明除了提供上述终端设备WiFi11ad电路的传输装置外，还提供该传输装置的实现方法，其包括：
在终端设备的印刷电路板8上嵌装用于形成闭合通路的传输元件9；
通过第一过渡元件10将传输元件9与WiFi芯片5连接，以便传输元件9与WiFi芯片5阻抗连续；
通过第二过渡元件11将传输元件9与天线6连接，以便传输元件9与天线6阻抗连续；
其中，在传输元件9上开设贯穿其厚度的两排金属孔4，以便两排金属孔4之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；
其中，WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，WiFi是指无线网。
其中，传输元件包括上述的上金属层1、介质层2和下金属层3，制作时，可以在介质层2上钻设两排平行的通孔，然后在介质层2的上表面、下表面和通孔内分别通过电镀铜、金等金属的方式形成上金属层、下金属层以及与上金属层、下金属层相导通的金属孔。
设计时，两排金属孔4之间的排间距W、每排金属孔4的相邻金属孔4之间的孔间距S、金属孔4的直径或边长d根据传输的毫米波的波长λ确定。
综上所述，与现有技术相比，本发明的用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置及其实现方法具有如下优点：
1、本发明的用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，其辐射损耗低，可在印刷电路板(PCB)材料上实现毫米波电路的实际设计并能与微带电路结合，从而在降低加工精度要求的前提下，保证毫米波信号的有效传输。
2、本发明的传输装置，主要用于将毫米波信号传输至天线并且将由天线接收的信号传输给对信号进行分析处理的高频器件，在控制成本的情况下，信号传输过程中损耗低，使系统得到良好的性能，随着WiFi802.11ad标准在VR头盔及物联网设备中的应用，本发明的传输装置将有较大的应用前景。
3、本发明传输装置，采用传输元件与过渡元件组合的方式，既实现阻抗连续性，信号损耗又低，容量大，不会对外界造成干扰也不易受到外界的干扰，提高信号传输质量。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置，所述终端设备包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，其特征在于，所述传输装置包括：
用于嵌装在所述印刷电路板上、形成闭合通路的传输元件；
用于连接在传输元件与所述WiFi芯片之间的、使两者阻抗连续的第一过渡元件；
用于连接在传输元件与所述天线之间的、使两者阻抗连续的第二过渡元件；
其中，所述传输元件上开设有贯穿其厚度的两排金属孔，以便两排金属孔之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；
其中，所述WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，所述WiFi是指无线网。
2.根据权利要求1所述的传输装置，其特征在于，所述传输元件包括：
介质层；
设置于介质层上表面的上金属层；
设置于介质层下表面的下金属层；
其中，所述金属孔由上至下依次穿透所述上金属层、介质层、下金属层。
3.根据权利要求2所述的传输装置，其特征在于，所述第一过渡元件和所述第二过渡元件分别为与所述传输元件两端分别连接的微带线。
4.根据权利要求3所述的传输装置，其特征在于，所述第一过渡元件的用于连接所述WiFi芯片的一端的尺寸与所述WiFi芯片的收发信号管脚的尺寸相适配。
5.根据权利要求3所述的传输装置，其特征在于，所述第二过渡元件的形状与尺寸根据所述天线阻抗确定。
6.根据权利要求1-3任一项所述的传输装置，其特征在于，所述两排金属孔之间的排间距W满足：1λ≤W≤2λ，其中，λ为毫米波的波长。
7.根据权利要求6所述的传输装置，其特征在于，所述每排金属孔的相邻金属孔之间的孔间距S满足：S≤0.4λ。
8.根据权利要求7所述的传输装置，其特征在于，所述金属孔的直径或边长d满足：d≤0.2λ。
9.一种用于终端设备WiFi11ad电路的传输装置的实现方法，所述终端设备包括印刷电路板、WiFi芯片和天线，其特征在于，所述方法包括：
在所述印刷电路板上嵌装用于形成闭合通路的传输元件；
通过第一过渡元件将传输元件与所述WiFi芯片连接，以便传输元件与WiFi芯片阻抗连续；
通过第二过渡元件将传输元件与所述天线连接，以便传输元件与天线阻抗连续；
其中，在所述传输元件上开设贯穿其厚度的两排金属孔，以便两排金属孔之间形成用于供毫米波信号传输的、减少信号损耗的通道；
其中，所述WiFi11ad是指WiFi联盟发布的一种新标准，所述WiFi是指无线网。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述两排金属孔之间的排间距W、每排金属孔的相邻金属孔之间的孔间距S、金属孔的直径或边长d根据所述毫米波的波长确定。
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