相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求享有共同所有的2014年12月4日提交的美國非臨時專利申請no.14560,598的優(yōu)先權(quán)，該申請在此通過全文引用的方式將其內(nèi)容并入本文。

本公開總體涉及天線。

背景技術(shù)：

技術(shù)的進步已經(jīng)導(dǎo)致更小和更強大的計算裝置。例如，當(dāng)前存在各種便攜式個人計算裝置，包括無線計算裝置，諸如便攜式無線電話、個人數(shù)字助理(pda)，以及小型、輕量并易于由用戶攜帶的呼叫裝置。更具體地，便攜式無線電話諸如蜂窩電話和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(ip)電話可以通過無線網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)送語音和數(shù)據(jù)包。進一步，許多這種無線電話包括包含在其中的其他類型裝置。例如，無線電話也可以包括數(shù)字照相機、數(shù)字攝影機、數(shù)字錄音機、以及音頻文件播放器。同樣，這些無線電話可以處理可執(zhí)行指令，包括軟件應(yīng)用程序，諸如可以用于訪問互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器應(yīng)用程序。同樣地，這些無線電話可以包括相當(dāng)大的計算性能。

對于60吉赫茲(ghz)無線系統(tǒng)，希望在單個裝置中包括多個天線以提高裝置的發(fā)射和接收性能。隨著包括移動通信裝置內(nèi)射頻集成電路的封裝中系統(tǒng)(sip)的尺寸減小，其已經(jīng)變得難以在sip中布置大量天線。此外，sip可以處于金屬化環(huán)境中(例如靠近移動電話殼體的金屬)，并且其將需要天線以與附近的金屬化層協(xié)同工作。用于增加天線數(shù)目的一種過去的方案是使用邊緣偶極天線，其利用印刷電路(pc)板的邊緣，但是該邊緣偶極天線并未被設(shè)計用于緊密靠近金屬而工作。

附圖說明

圖1示出了包括背腔(cavitybacked)的縫隙(slot)天線的無線裝置；

圖2示出了圖1中無線裝置的部件的框圖；

圖3示出了可以由圖1-圖2的無線裝置所使用的示意性背腔的縫隙孔徑天線的示意圖；

圖4示出了包括射頻集成電路(rfic)和多個背腔的縫隙孔徑天線的射頻封裝中系統(tǒng)(sip)的示意圖；

圖5a示出了在移動電話的殼體中的開口的示意圖；

圖5b示出了在移動電話的殼體中的開口的另一示意圖；

圖6示出了示意性的背腔的角狀孔徑天線的示意圖；

圖7示出了在移動電話的殼體與印刷電路板之間的位置關(guān)系；以及

圖8示出了顯示了使用背腔的縫隙孔徑天線通信的方法的流程圖。

具體實施方式

以下所闡述的詳細說明書意在作為本公開的示例性設(shè)計的說明并且并非意在僅展示其中可以實施本公開的設(shè)計。術(shù)語“示例性”在此用于意味著“用作示例、實例或說明”。在此描述為“示例性”的任何設(shè)計不必構(gòu)造為在其他設(shè)計之上的優(yōu)選或有利的。詳細說明書包括具體細節(jié)以為了提供對本公開的示例性設(shè)計全面理解的目的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是可以不采用這些具體細節(jié)而實施在此所述的示例性設(shè)計。在一些情形中，以框圖形式示出了廣泛已知的結(jié)構(gòu)和裝置以便于避免模糊在此所展示的示例性設(shè)計的創(chuàng)新性。

圖1示出了與無線通信系統(tǒng)120通信的無線裝置110。無線通信裝置120可以是長期演進(lte)系統(tǒng)、碼分多址(cdma)系統(tǒng)、用于移動通信的全球系統(tǒng)(gsm)的系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)(wlan)系統(tǒng)、根據(jù)一個或多個電氣和電子工程師協(xié)會(ieee)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)(例如ieee802.11ad)而工作的無線系統(tǒng)、60ghz無線系統(tǒng)、毫米波(mm波)無線系統(tǒng)、或一些其他無線系統(tǒng)。cdma系統(tǒng)可以實施寬帶cdma(wcdma)、cdma1x、優(yōu)化的演進數(shù)據(jù)(evdo)、時分同步cdma(td-scdma)、或cdma的一些其他版本。為了簡便，圖1示出了包括兩個基站130和132以及一個系統(tǒng)控制器140的無線通信系統(tǒng)120。通常，無線系統(tǒng)可以包括任意數(shù)目的基站以及網(wǎng)絡(luò)實體的任意集合。

無線裝置110也可以稱作用戶設(shè)備(ue)、移動站點、終端、訪問終端、訂戶單元、站點等。無線裝置110可以是蜂窩電話、智能電話、輸入板、無線調(diào)制解調(diào)器、個人數(shù)字助理(pda)、手持式裝置、膝上型計算機、智能本、上網(wǎng)本、無繩電話、無線本地回路(wll)站點、藍牙裝置等。無線裝置110可以與無線通信系統(tǒng)120通信。無線裝置110也可以接收來自廣播站(例如廣播站134)的信號，來自一個或多個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)中衛(wèi)星(例如衛(wèi)星150)的信號等。無線裝置110可以支持用于無線通信的一個或多個無線電技術(shù)諸如lte、wcdma、cdma1x、evdo、td-scdma、gsm、ieee802.11ad、無線吉比特、60ghz頻帶通信、mm波通信等。

進一步，在示例性實施例中，無線裝置110可以包括一個或多個背腔的縫隙孔徑天線(例如作為一個或多個天線陣列的一部分)，如在此進一步所述。在特別的示例中，背腔的孔徑天線可以是具有對準(zhǔn)于印刷電路板(pc)邊緣的縫隙的縫隙天線，并且通孔可以耦合至pc板的金屬層以在pc板的金屬層之間形成空腔。參照圖3進一步描述示意性的背腔的孔徑天線。

在示例性的實施例中，無線裝置110中一個或多個天線可以是背腔的角狀孔徑天線。例如，背腔的角狀孔徑天線可以包括具有擴展部分(flaredsection)的空腔，其可以由pc板的多個層形成。可以改變擴展部分的高度和/或?qū)挾?。例如，通孔可以定位在pc板的金屬層之間以改變空腔的擴展部分的高度和/或?qū)挾?，如參照圖6進一步所述。作為另一示例，可以由無線裝置的殼體的逐漸縮減的壁而形成角狀天線，如參照圖7進一步所述。

圖2示出了無線裝置110的部件的示例性設(shè)計的框圖。在該示例性設(shè)計中，無線裝置110包括耦合至初級天線陣列210的收發(fā)器220，耦合至次級天線陣列212的收發(fā)器222，以及數(shù)據(jù)處理器/控制器280。收發(fā)器220包括多個(k)接收器230pa至230pk以及多個(k)發(fā)射器250pa至250pk以支持多頻帶、多無線電技術(shù)、載波聚集等。收發(fā)器222包括多個(l)接收器230sa至230sl以及多個(l)發(fā)射器250sa至250sl以支持多頻帶、多無線電技術(shù)、載波聚集、接收、從多個發(fā)射天線至多個接收天線的多輸入多輸出(mimo)傳輸?shù)取?/p>

初級天線陣列210和/或次級天線陣列212可以包括一個或多個背腔的縫隙孔徑天線，如參照圖3－圖4進一步所述。備選地或額外地，初級天線陣列210和/或次級天線陣列212可以包括一個或多個背腔的角狀孔徑天線，如參照圖6－圖7進一步所述。

在圖2中所示的示例性設(shè)計中，每個接收器230包括lna240和接收電路242。對于數(shù)據(jù)接收，初級天線陣列210從基站和/或其他發(fā)射器站點接收信號并且提供所接收的rf信號至所選擇的接收器，所接收的rf信號通過天線接口電路224路由發(fā)送并且作為輸入rf信號而呈現(xiàn)。天線接口電路224可以包括開關(guān)、雙工器、發(fā)射濾波器、接收濾波器、匹配電路等。以下描述假設(shè)接收器230pa是所選擇的接收器。在接收器230pa內(nèi)，lna240pa放大輸入rf信號并提供輸出rf信號。接收電路240pa將輸出rf信號從rf降頻轉(zhuǎn)換至基帶，放大并濾波所降頻轉(zhuǎn)換的信號，以及提供模擬輸入信號至數(shù)據(jù)處理器/控制器280。接收電路242pa可以包括混頻器、濾波器、放大器、匹配電路、振蕩器、本地振蕩器(lo)發(fā)生器、鎖相環(huán)(pll)等。收發(fā)器220和222中每個剩余的接收器230可以以與接收器230pa類似的方式而工作。

在圖2中所示的示例性設(shè)計中，每個收發(fā)器250包括發(fā)射電路252和功率放大器(pa)254。對于數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理器/控制器280處理(例如編碼和調(diào)制)待發(fā)射的數(shù)據(jù)以及提供模擬輸出信號至所選擇的收發(fā)器。以下說明書假設(shè)收發(fā)器250pa是所選擇的收發(fā)器。在收發(fā)器250pa內(nèi)，發(fā)射電路252pa放大、濾波模擬輸出信號并將其從基帶升頻轉(zhuǎn)換至rf以及提供已調(diào)制的rf信號。發(fā)射電路252pa可以包括放大器、濾波器、混頻器、匹配電路、振蕩器、lo發(fā)生器、pll等。pa254pa接收并放大已調(diào)制rf信號以及提供具有合適的輸出功率水平的發(fā)射rf信號。發(fā)射rf信號通過天線接口電路224布線發(fā)送并經(jīng)由初級天線陣列210而發(fā)射。收發(fā)器220和222中每個剩余的收發(fā)器250可以以與發(fā)射器250pa類似的方式而工作。

圖2示出了接收器230和發(fā)射器250的示例性設(shè)計。接收器和發(fā)射器也可以包括圖2中未示出的其他電路，諸如濾波器、匹配電路等。收發(fā)器220和222的所有或一部分可以實施在一個或多個模擬集成電路(ic)、rfic(rfic)、混合信號ic等上。例如，lna240和接收電路242可以實施在一個模塊上，其可以是rfic等。收發(fā)器220和222中電路也可以以其他方式而實施。rfic可以包括在封裝中系統(tǒng)(sip)中，其也包括天線，諸如接線板(patch)天線以及如圖4中所示的背腔的孔徑天線。

數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以執(zhí)行用于無線裝置110的各種功能。例如，數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以對于經(jīng)由接收器230接收的數(shù)據(jù)以及經(jīng)由發(fā)射器250發(fā)射的數(shù)據(jù)執(zhí)行處理。數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以控制收發(fā)器220和222內(nèi)各個電路的操作。存儲器282可以存儲用于數(shù)據(jù)處理器/控制器280的程序代碼和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以實施在一個或多個專用集成電路(asics)和/或其他ics上。

無線裝置110可以支持多頻帶群組、多無線電技術(shù)、和/或多天線。無線裝置110可以包括許多l(xiāng)na以支持經(jīng)由多頻帶群組、多無線電技術(shù)和/或多天線而接收。

圖3示出了示例性的背腔的縫隙孔徑天線300的等角視圖，其具有對準(zhǔn)至印刷電路(pc)板306的邊緣304的縫隙302。天線300可以是天線陣列的一個或多個天線，諸如無線裝置110的天線陣列210－212。通孔308用于在pc板306的金屬層之間產(chǎn)生空腔309。例如，pc板306的頂層310(例如第一金屬區(qū)域)和pc板306的底層312(例如第二金屬區(qū)域)可以用作空腔309的兩側(cè)，以及三個通孔308的集合可以形成空腔309的三個其他側(cè)邊，如圖3中所示。在該情形中，空腔309具有箱盒的形狀，具有頂表面、底表面、三個側(cè)面(由通孔形成)，以及對準(zhǔn)于pc板306的邊緣304的開口縫隙302。通孔308連接至底表面和頂表面。在該示例性實施例中，圖3示出了由t條棒諧振器314饋送的縫隙302，盡管可以使用其他饋送方法。因此，天線300的輻射/饋送元件(諸如t條棒諧振器314)可以位于pc板306的內(nèi)側(cè)(例如在其內(nèi))。

根據(jù)本公開，縫隙可以從pc板的邊緣發(fā)出，并且激勵縫隙的探針(例如輻射/饋送元件)可以位于pc板的內(nèi)側(cè)。在示例性實施例中，所述的背腔的孔徑天線可以用于在mm波范圍內(nèi)通信的無線裝置中實施一個或多個天線。在毫米波范圍的天線中，縫隙用于將接地金屬與輻射金屬區(qū)域分離以使得天線不會短路。對于在此所述的mm波天線，縫隙可以是有源輻射孔徑，并且圍繞縫隙的金屬可以接地。縫隙可以耦合至pc板上或內(nèi)的輻射器。備選地，縫隙可以鄰接激勵天線并且可以輻射作為由另一天線所激勵的角狀天線。

圖4示出了系統(tǒng)示意圖，其示出了射頻封裝中系統(tǒng)(sip)402，包括rfic404以及多個背腔的縫隙孔徑天線406－412，每個縫隙孔徑天線可以具有如參照圖3所述的結(jié)構(gòu)。在示例性的實施方式中，多個背腔的縫隙孔徑天線406－412可以共用sip402的pc板的第一層和第二層，并且不同的通孔集合可以用于形成分立的天線406－412。

例如，第一背腔縫隙孔徑天線406可以包括pc板的第一部分，pc板的第一部分包括第一縫隙孔徑，以及第二背腔縫隙孔徑天線408可以包括pc板的第二部分，pc板的第二部分包括第二縫隙孔徑。第一背腔的縫隙孔徑天線406可以包括第一金屬區(qū)域、第二金屬區(qū)域、以及形成第一空腔的第一通孔。第二背腔縫隙孔徑天線408可以包括第三金屬區(qū)域、第四金屬區(qū)域、以及形成第二空腔的第二通孔。第一金屬區(qū)域和第二金屬區(qū)域可以形成第一空腔的兩個側(cè)面(例如頂部和底部)。類似地，第三金屬區(qū)域和第四金屬區(qū)域可以形成第二空腔的兩個側(cè)邊。例如，在pc板的頂表面處的第一導(dǎo)電層可以對應(yīng)于圖3的頂層310，以及在pc板的底表面處的第二導(dǎo)電層可以對應(yīng)于圖3的底層312。第一空腔的第一金屬區(qū)域以及第二空腔的第三金屬區(qū)域可以是第一導(dǎo)電層的一部分，以及第一空腔的第二金屬區(qū)域以及第二空腔的第四金屬區(qū)域可以位于第二導(dǎo)電層。

第一通孔和第二通孔可以每個分別形成第一空腔和第二空腔的三個側(cè)邊(例如側(cè)壁和背壁)。第一背腔孔徑天線406可以包括第一諧振器，諸如t條棒諧振器314，以及第二背腔的孔徑天線408可以包括第二諧振器。其他背腔的天線410、412中的每一個可以具有如參照背腔的孔徑天線406、408所述的類似結(jié)構(gòu)。

盡管在圖4中示出了四個天線，可以在sip402的pc板上布置多于四個天線或少于四個天線，取決于可應(yīng)用空間和設(shè)計約束。盡管圖4示出了相互間隔開的天線406－412，但是在其他實施例中天線406－412中的兩個或多個可以相互相鄰，諸如通過共用一個或多個側(cè)壁。為了示意說明，通孔的單個壁可以將(第一背腔孔徑天線406的)第一空腔與(第二背腔孔徑天線408的)第二空腔分離。盡管在圖4中未示出，在另一示例性實施例中，rfic404可以包括其他類型的天線(例如接線板、單極、或偶極天線)。天線元件可以布置在pc板上rfic404中或周圍位置中以提供覆蓋的多樣化。例如，背腔縫隙孔徑天線406－412可以相對于pc板邊緣垂直地極化以補充包括在rfic404中、被水平的極化的偶極天線。

因為所公開的示例性天線300是孔徑天線，因此在金屬環(huán)境中布置天線(諸如靠近其他金屬結(jié)構(gòu)，例如移動電話的金屬殼體)可以有利地影響天線300的性能(與具有由金屬環(huán)境不利地影響的性能的偶極天線相反)。作為示例性的實施例，移動電話的殼體中開口可以與背腔縫隙孔徑天線的孔徑對準(zhǔn)。例如，示例性背腔縫隙結(jié)構(gòu)天線的至少一個可以靠近殼體中開口。圖5a和圖5b示出了在移動殼體(例如殼體)中刻蝕縫隙的示例性實施例。在圖5a的示例性實施例中，多個天線在pc板504上，并且刻蝕的縫隙510、520、530在移動殼體502中的每個天線開口的前面。在圖5b的示例性實施例中，單個槽口540在天線陣列的前方。槽口510-540中的一個或多個可以與背腔的孔徑天線(例如sip402的)對準(zhǔn)(例如sip402)。因此，所公開的示例性天線提供了在金屬環(huán)境中改進的性能，并且提供對于rf模塊設(shè)計的增強的靈活性以及在殼體的各個位置處放置。

盡管在圖3中示出了空腔的縫隙類型，但是應(yīng)該理解，可以使用其他空腔類型。例如，可以使用臺階狀空腔，其中空腔“逐步降低”(通過使用板的多層，空腔可以開始于寬的高度，并且高度可以沿至pc板內(nèi)部方向逐步地減小)。在另一示例性實施例中，如圖6中所示，可以形成角狀天線。角狀天線可以使用擴展形狀的通孔，增大了前饋天線的擴展。圖6示出了背腔角狀孔徑天線的自定向下視圖620，以及背腔的角狀孔徑天線的剖視圖630。背腔角狀孔徑天線形成在pc板606的頂層(例如金屬區(qū)域)610、pc板606的底層(例如金屬區(qū)域)612與通孔608之間。背腔的角狀孔徑天線也可以包括輻射或饋送元件614，諸如t條棒諧振器或其他元件。在自頂向下視圖中，以虛線示出了元件614和通孔608以表示它們在頂層610的下方。在示例性實施例中，如自頂向下視圖620中所示，空腔的寬度可以基于通孔608的定位而擴展，通孔608連接pcb板606的層以形成空腔。備選地，或額外地，如剖視圖630中所示，空腔的高度可以基于通孔608的定位和連接而擴展。本公開因此示出了具有擴展寬度、擴展高度或兩者的背腔角狀孔徑天線。

雖然圖6示出了pc板中包括逐漸縮減形狀的角狀天線的示例性實施例，在備選實施例中，角狀天線可以由移動裝置的逐漸縮減的壁(或殼體)形成。例如，如在圖7的710處所示，形成在移動裝置的金屬殼體中的刻蝕縫隙可以是逐漸縮減的。圖7也示出了在pc板與金屬殼體之間的備選的位置關(guān)系。在720和730處，示出了包括矩形刻蝕縫隙的示例性實施例。在740處，示出了示例性的實施例，其中pc板延伸至金屬殼體的外側(cè)邊緣。

圖8示出了在無線裝置(諸如無線裝置110)處的操作的方法800的流程圖。方法800可以包括在802處接收射頻信號。例如，可以在802處從射頻電路接收射頻信號。方法800也可以包括在804處使用縫隙孔徑天線而輻射射頻信號。縫隙孔徑天線包括基板的第一金屬部分，基板的第二金屬區(qū)域，以及將第一金屬區(qū)域電連接至第二金屬區(qū)域以形成縫隙孔徑天線的空腔的通孔。例如，參照圖3，背腔縫隙天線300可以輻射從射頻電路接收的信號(例如圖4的rfic400)。背腔縫隙孔徑天線300包括連接pc板306的金屬層的通孔308。背腔的縫隙天線也可以接收外部信號并且將該信號提供至rf電路。

結(jié)合所述實施例，一種設(shè)備包括用于在基板的第一區(qū)域處導(dǎo)電的第一裝置。用于導(dǎo)電的第一裝置可以包括圖3的頂層310或底層312，圖4的sip402的pc板的金屬區(qū)域，圖6的頂層610或底層612、或者其任意組合，作為示意性、非限定性示例。

設(shè)備可以包括用于在基板的第二區(qū)域處導(dǎo)電的第二裝置。用于導(dǎo)電的第二裝置可以包括圖3的頂層310或底層312，圖4的sip402的pc板的金屬區(qū)域，圖6的頂層610或底層612，或者其任意組合，作為示意性的非限定性示例。

設(shè)備也可以包括用于將第一區(qū)域電連接至第二區(qū)域以限定縫隙孔徑天線的裝置。用于電連接的裝置可以包括圖3的通孔308，圖4的sip402的pc板的第一通孔或第二通孔，圖6的通孔608，以及任何其組合，如示意性的、限制性的示例。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以使用任意各種不同工藝和技術(shù)而展示信息和信號。例如，可以由電壓、電流、電磁波、磁場或磁子、光場或光子、或者其任意組合展示可以遍及以上說明書而參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、碼位、符號和芯片。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該進一步知曉，結(jié)合在此所公開實施例而描述的各種示意性邏輯組塊、配置、模塊、電路和算法步驟可以實施作為電子硬件，由處理器所執(zhí)行的計算機軟件，或者兩者的組合。以上已經(jīng)通常根據(jù)它們的功能而描述了各種示意性的部件、組塊、配置、模塊、電路和步驟。該功能是否實施作為硬件或軟件可執(zhí)行指令取決于特定的應(yīng)用和對整體系統(tǒng)提出的設(shè)計約束。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對于每個特定應(yīng)用以改變的方式而實施所述功能，但是該實施方式?jīng)Q定不應(yīng)解釋為引起從本公開的范圍的脫離。

結(jié)合在此所公開實施例描述的方法或算法的步驟可以直接地具體化在硬件中、在由處理器所執(zhí)行的軟件模塊中，或者在兩者的組合中。軟件模塊可以駐留在隨機訪問存儲器(ram)、快閃存儲器、只讀存儲器(rom)、可編程只讀存儲器(prom)、可擦除可編程只讀存儲器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、寄存器、硬盤、可移除盤、小型盤只讀存儲器(cd－rom)、或本領(lǐng)域已知的非臨時存儲媒介的任何其他形式中。示例性的存儲媒介耦合至處理器以使得處理器可以從存儲媒介讀取信息并且向其寫入信息。在備選例中，存儲媒介可以集成至處理器。處理器和存儲媒介可以駐留在專用集成電路(asic)中。asic可以駐留在計算裝置或用戶終端中。在備選例中，處理器和存儲媒介可以作為分立部件駐留在計算裝置或用戶終端中。

提供所公開實施例的之前說明以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員制造或使用所公開的實施例。對于這些實施例的各種修改將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是易于明顯的，并且在此所定義的原理可以適用于其他實施例而并未脫離本公開的范圍。因此，本公開并非意在限定于在此所示的實施例而是符合與由以下權(quán)利要求所限定的原理和創(chuàng)新特征一致的最寬可能范圍。