CN107925168B - 无线电子设备 - Google Patents

Abstract

一种无线电子设备，该无线电子设备包括：衬底集成波导(SIW)；第一金属层，该第一金属层包括一个或更多个顶部陷波器；第二金属层；馈电结构，该馈电结构延伸穿过所述第一金属层并延伸到所述SIW中；以及反射器，该反射器位于所述SIW的第一侧。所述反射器直接连接到所述第一金属层并且沿着所述第一金属层的所述第一侧的主平面向外延伸。所述无线电子设备被配置成当被通过所述馈电结构发送或接收的信号激发时在谐振频率下谐振。所述一个或更多个顶部陷波器被配置为俘获由所述反射器基于通过所述馈电结构发送或接收的所述信号所辐射的信号。

Description

无线电子设备

技术领域

本发明构思一般地涉及无线通信的领域，并且更具体地，涉及用于无线通信设备的天线。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月13日提交的美国专利申请No.14/825,199的优先权，特此通过引用将其整个公开内容并入。

背景技术

诸如蜂窝电话和其它用户设备的无线通信设备可以包括用于与外部设备通信的天线。这些天线可以产生宽广的辐射方向图。然而，一些天线设计可以促进其主波束有方向性的不规则的辐射方向图。

发明内容

本发明构思的各种实施方式包括一种包括衬底集成波导(SIW)的无线电子设备。第一金属层可以位于所述SIW的第一侧。所述第一金属层可以包括一个或更多个顶部陷波器，每个顶部陷波器直接连接到所述第一金属层并且沿着所述第一金属层的第一侧的主平面向外延伸。第二金属层可以位于与所述SIW的所述第一侧相反的所述SIW的第二侧。馈电结构可以延伸穿过所述第一金属层并延伸到所述SIW中。反射器可以位于所述SIW的所述第一侧，并且该反射器可以直接连接到所述第一金属层并且沿着所述第一金属层的所述第一侧的主平面向外延伸。在一些实施方式中，所述无线电子设备可以被配置为当被通过所述馈电结构发送或接收的信号激发时在谐振频率下谐振。所述一个或更多个顶部陷波器可以被配置为使由所述反射器基于通过所述馈电结构发送或接收的所述信号所辐射的信号成形。

根据一些实施方式，所述第二金属层可以包括一个或更多个底部陷波器，每个底部陷波器直接连接到所述第二金属层并且沿着所述第二金属层的第一侧的主平面向外延伸。所述一个或更多个底部陷波器可以与所述顶部陷波器中的相应顶部陷波器垂直地对准。在一些实施方式中，所述馈电结构可以包括馈电通孔、与该馈电通孔间隔开并围绕该馈电通孔的环形结构和/或位于该环形结构与该馈电通孔之间的绝缘体。所述环形结构的半径和/或所述环形结构的宽度可被配置为与电耦接到所述馈电结构的信号馈电元件阻抗匹配。在一些实施方式中，所述馈电结构可以从所述第一金属层延伸穿过所述SIW到所述第二金属层。

根据一些实施方式，所述一个或更多个顶部陷波器可以包括：第一顶部陷波器，该第一顶部陷波器位于所述馈电结构的第一侧；和/或第二顶部陷波器，该第二顶部陷波器位于与所述馈电结构的所述第一侧相反的所述馈电结构的第二侧。所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器可以与所述馈电结构等距离。所述第一顶部陷波器、所述第二顶部陷波器和所述反射器可以沿着所述SIW的所述第一侧的主平面彼此大致平行。所述反射器可以与所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器间隔开且等距离。所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器可以直接连接到所述第一金属层并且可以不与所述SIW重叠。

根据一些实施方式，所述第一金属层可以包括与所述SIW重叠的沿着所述第一金属层间隔开的多个顶部通孔。所述第二金属层可以包括与所述多个顶部通孔中的相应顶部通孔大致垂直地对准的多个底部通孔。在一些实施方式中，所述馈电结构可以位于所述第一金属层中的所述多个顶部通孔中的至少两个之间。

根据一些实施方式，所述一个或更多个顶部陷波器中的第一顶部陷波器可以包括所述第一金属层中的凹口。位于所述凹口的一侧的所述第一顶部陷波器的第一部分可以与位于所述凹口的另一侧的所述第一顶部陷波器的第二部分平行且间隔开。所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器可以与所述馈电结构等距离。所述第一顶部陷波器的所述第一部分和/或所述第一顶部陷波器的所述第二部分可以离开所述SIW等距地延伸。在一些实施方式中，离开所述SIW延伸的所述第一顶部陷波器的所述第一部分的长度可以在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。离开所述SIW延伸的所述第一顶部陷波器的所述第二部分的长度可以在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。在一些实施方式中，离开所述SIW延伸的所述反射器的长度可以在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。

根据一些实施方式，所述无线电子设备可以包括一个或更多个附加SIW，和/或延伸穿过所述第一金属层的一个或更多个附加馈电结构。所述一个或更多个附加馈电结构可以与所述附加SIW中的相应附加SIW关联。所述无线电子设备可以包括位于所述SIW的所述第一侧或所述第二侧的一个或更多个附加反射器。所述一个或更多个附加反射器可以与所述附加SIW中的相应附加SIW关联并且沿着所述第一金属层的所述第一侧的主平面或者沿着所述第二金属层的第一侧的主平面向外延伸。在一些实施方式中，与和所述SIW相邻的所述附加SIW中的一个关联的所述附加反射器中的一个可以位于所述第二金属层上并且/或者可以沿着所述第二金属层的第一侧的主平面向外延伸。

本发明构思的各种实施方式可以包括一种包括多个衬底集成波导(SIW)的无线电子设备，所述多个SIW彼此间隔开并布置在所述SIW的第一侧的平面和/或第一金属层中。所述第一金属层可以包括多个顶部陷波器。所述多个顶部陷波器可以各自直接连接到所述第一金属层并且/或者可以沿着所述第一金属层的第一侧的主平面向外延伸。第二金属层可以位于与所述SIW的所述第一侧相反的所述SIW的第二侧。所述第二金属层可以包括多个底部陷波器。所述多个底部陷波器可以各自直接连接到所述第二金属层并且/或者可以沿着所述第二金属层的第一侧的主平面向外延伸。所述无线电子设备可以包括与所述SIW中的相应SIW关联的多个馈电结构。所述多个馈电结构可以延伸穿过所述第一金属层并延伸到所关联的SIW中。所述无线电子设备可以包括多个反射器，所述多个反射器直接连接到所述第一金属层或所述第二金属层并且/或者沿着所述第一金属层或所述第二金属层的所述主平面向外延伸。所述多个反射器中的相应反射器可以与所述SIW中的相应SIW关联。在一些实施方式中，所述多个反射器中的第一反射器可以与所述多个SIW中的第一SIW关联并且/或者可以沿着所述第一金属层的所述第一侧向外延伸。所述多个反射器中的第二反射器可以与所述多个SIW中的和所述第一SIW相邻的第二SIW关联，并且/或者可以沿着所述第二金属层的所述第一侧向外延伸。所述无线电子设备可以被配置为当被通过所述馈电结构中的至少一个发送或接收的信号激发时在谐振频率下谐振。所述多个顶部陷波器中的所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器可以各自和所述第一反射器相邻并且可以被配置为俘获由所述反射器基于通过所述馈电结构中的所述至少一个发送或接收的所述信号所辐射的信号并且可以由所述第一反射器辐射。

根据一些实施方式，所述第一反射器可以与所述第一顶部陷波器和所述第二顶部陷波器大致平行。所述第一反射器可以在所述第一顶部陷波器与所述第二顶部陷波器之间延伸。所述第二反射器可以与所述多个底部陷波器中的第一底部陷波器和第二底部陷波器大致平行。所述第二反射器可以在所述第一底部陷波器与所述第二底部陷波器之间延伸。在一些实施方式中，所述第二顶部陷波器可以与所述第一底部陷波器垂直地对准。所述多个顶部陷波器可以包括与所述第二底部陷波器垂直地对准的第三顶部陷波器。所述多个底部陷波器可以包括可以与所述第一顶部陷波器垂直地对准的第三底部陷波器。

根据一些实施方式，所述无线电子设备可以包括：第一子阵列，该第一子阵列包括第一多个所述SIW；和/或第二子阵列，该第二子阵列包括第二多个所述SIW。所述第一子阵列和/或所述第二子阵列可以被配置为发送多输入多输出(MIMO)通信和/或分集通信。

在参阅以下附图和详细描述后，根据本发明构思的实施方式的其它设备和/或操作对于本领域技术人员而言将是或变得显而易见。所有此类附加设备和/或操作旨在被包括在本说明书内，在本发明构思的范围内，并且由所附权利要求书来保护。此外，本文所公开的所有实施方式旨在可被单独地实现或者按照任何方式和/或组合进行组合。

附图说明

附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入本申请并构成本申请的一部分，附图例示了某些实施方式。在附图中：

图1A例示了根据本发明构思的各种实施方式的单贴片天线。

图1B例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图1A的单贴片天线的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图2A例示了根据本发明构思的各种实施方式的单贴片天线。

图2B例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图1A的单贴片天线的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图3例示了根据本发明构思的各种实施方式的沿着包括图1A的单贴片天线的无线电子设备的在15.1GHz激发下的绝对远场增益。

图4例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括衬底集成波导(SIW)的宽带天线。

图5A例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括衬底集成波导(SIW)的宽带天线。

图5B例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括衬底集成波导(SIW)的宽带天线。

图6例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的截面图。

图7例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的截面图。

图8例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的截面图。

图9A例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的平面图。

图9B例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的平面图。

图9C例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线中的任一个的包括馈电结构的截面图。

图10例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括不同的宽带天线设计的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图11例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括不同的宽带天线设计的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图12例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括不同的宽带天线设计的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图13图式地例示了包括图4、图5A和/或图5B的SIW的宽带天线的频率响应。

图14图式地例示了根据本发明构思的各种实施方式的不同类型的天线的频率响应。

图15例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括SIW的双向阵列天线。

图16A例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图15的天线的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图16B例示了根据本发明构思的各种实施方式的包括图15的天线的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。

图17例示了根据本发明构思的各种实施方式的沿着包括图15的双向阵列天线的无线电子设备的在29.5GHz激发下的绝对远场增益。

图18例示了根据本发明构思的各种实施方式的各种天线的互耦。

图19例示了根据本发明构思的各种实施方式的各种天线的互耦。

图20是根据本发明构思的各种实施方式的无线电子设备的一些电子组件(包括宽带天线)的框图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述本发明构思，在附图中示出了发明构思的实施方式。然而，本申请不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供为使得本公开将是彻底且完整的，并且将实施方式的范围充分地传达给本领域技术人员。相同的附图标记自始至终指代相同的元件。

各种无线通信应用可以使用贴片天线、介质谐振器天线(DRA)和/或衬底集成波导(SIW)天线。贴片天线和/或衬底集成波导(SIW)天线可以适合于在从10GHz到300GHz的电磁频谱中的毫米波段射频中使用。贴片天线和/或SIW天线可以各自提供相当宽的辐射波束。贴片天线设计和/或SIW天线设计的潜在缺点可以是辐射方向图是方向性的。例如，如果在移动设备中使用贴片天线，则辐射方向图可以仅覆盖移动设备周围的三维空间一半。在这种情况下，天线产生方向性的辐射方向图，并且可能需要将移动设备指向基站以便于适当的操作。

本文所描述的各种实施方式可以由如下认识而产生：可以通过添加诸如改进天线的辐射的反射器以及控制和/或减少来自反射器的信号的互干扰的陷波器的其它元件来改进SIW天线设计。反射器和/或陷波器元件可以通过产生覆盖移动设备周围的三维空间的辐射方向图来改进天线性能。

现在参照图1A，例示了无线电子设备101的正面上的单贴片天线100。单贴片天线100沿着无线电子设备101的边缘被定位。现在参照图1B，例示了包括图1A的单贴片天线100的无线电子设备101周围的辐射方向图。当在15.1GHz下激发单贴片天线100时，不规则的辐射方向图形成在无线电子设备101周围。现在参照图2A，例示了无线电子设备101的背面上的单贴片天线102。当在15.1GHz下激发单贴片天线102时，不规则的辐射方向图形成在无线电子设备101周围。在两种情况下，无线电子设备101周围的辐射方向图展示方向性失真，其中宽均匀辐射覆盖天线周围的空间一半但是在天线的另一半周围的辐射很差。因此，此单贴片天线可能不适合于在这些频率下通信，因为一些定向展示差性能。

现在参照图3，例示了沿着包括图1A的单贴片天线100的无线电子设备101的在15.1GHz激发下的绝对远场增益。轴θ表示y-z平面，而轴Φ表示围绕图1B的无线电子设备101的x-y平面。与图1B的结果得到的辐射方向图类似，绝对远场增益在无线电子设备101周围的一个方向上展示令人满意的增益特性，诸如例如在x-y中宽广地(例如0°至360°)跨越。然而，在y-z平面中，仅仅在无线电子设备101周围诸如例如从60°至120°获得差绝对远场增益结果。

现在参照图4，该图例示了包括在衬底402中具有衬底集成波导(SIW)的宽带SIW天线400的无线电子设备。衬底402可以包括具有高介电常数和低耗散因数tanδ的材料。例如，诸如Rogers RO4003C的材料可以被用作衬底402的介质层，使得在10GHz下介电常数Er(epsilon)＝3.55并且耗散因数tanδ＝0.0027。宽带SIW天线400包括第一金属层404、反射器406和/或陷波器408。陷波器408各自直接连接到第一金属层404并且沿着第一金属层404的第一侧的主平面向外延伸。反射器406被配置为辐射和/或反射宽带SIW天线400的信号。由反射器406反射的信号在陷波器408之间可以具有最大强度。在一些实施方式中，由反射器406反射的信号可以随着它们在陷波器408外行进而减轻。

在高频应用中，微带器件由于损耗而可能效率不高。附加地，因为高频率下的波长小，所以微带器件的制造可能需要非常严的公差。因此，在高频率下介质填充波导(DFW)设备可以是优选的。然而，常规波导器件的制造可以是困难的。为了易于制造，可以通过使用通孔来形成衬底集成波导(SIW)而增强DFW器件。现在参照图5A，例示了图4的宽带SIW天线400的详细视图。衬底402包括网格状衬底集成波导(SIW)412和通孔414。通孔414可以形成SIW 412的侧壁并且从第一金属层404延伸到SIW 412中，如图5A所例示。在一些实施方式中，通孔414可以从第一金属层404延伸到与SIW 412相对的第二金属层422。

仍然参照图5A，馈电结构420可以从第一金属层404延伸到SIW 412中。馈电结构420可以包括馈电通孔416和与馈电通孔416间隔开并围绕馈电通孔416的环形结构418。绝缘体424可以位于环形结构418与馈电通孔416之间。在一些实施方式中，环形结构418的半径和/或环形结构418的宽度可以被配置为与电耦接到馈电结构418的信号馈电元件阻抗匹配。可以通过信号馈电元件(诸如例如，连接到馈电结构的RF/同轴电缆和/或微带)来给馈电结构420馈电。宽带SIW天线400可以被配置为当被通过馈电结构420发送和/或接收的信号激发时在谐振频率下谐振。尽管图5A将馈电结构418例示为馈电结构418的示例馈电，然而馈电结构418的馈电可以包括微带、带线和/或其它类型的馈电。馈电结构418的馈电的类型可以不影响包括反射器和/或陷波器的天线的性能。

仍然参照图5A，宽带SIW天线400可以包括顶部陷波器408a和408b和/或底部陷波器410a和410b。顶部陷波器408a和408b可以各自直接连接到第一金属层404并且可以沿着第一金属层404的第一侧的主平面向外延伸。底部陷波器410a和410b可以各自直接连接到第二金属层422并且可以沿着第二金属层422的第一侧的主平面向外延伸。反射器406可以直接连接到第一金属层并且沿着第一金属层的第一侧的主平面向外延伸404。离开SIW 412延伸的反射器406的长度可以在谐振频率宽带SIW天线400的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。有效波长可以取决于宽带SIW天线400的衬底的介电常数和/或谐振频率的波长。

在一些实施方式中，顶部陷波器408a和408b分别可以与底部陷波器410a和410b垂直地对准。顶部陷波器408a、顶部陷波器408b和反射器406可以沿着SIW 412的第一侧的主平面彼此大致平行。反射器406可以与顶部陷波器408a和顶部陷波器408b间隔开和/或等距离。在一些实施方式中，顶部陷波器408a和顶部陷波器408b可以直接连接到第一金属层404并且/或者可以不与SIW 412重叠。

在一些实施方式中，顶部陷波器408a、408b可以是第一金属层404中的凹口。顶部陷波器408a可以包括第一部分和第二部分。顶部陷波器408a的第一部分可以与顶部陷波器408a的第二部分平行和/或间隔开。在一些实施方式中，绝缘材料可以被包括在顶部陷波器408a的第一部分和第二部分之间。顶部陷波器408a的第一部分和顶部陷波器408a的第二部分可以离开SIW 412等距地延伸。离开SIW 412延伸的顶部陷波器408a的第一部分的长度可以在谐振频率宽带SIW天线400的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。离开SIW 412延伸的顶部陷波器408a的第二部分的长度可以在谐振频率宽带SIW天线400的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。在一些实施方式中，反射器406的尺寸和/或陷波器的尺寸可以基于宽带SIW天线400的衬底的材料。

类似地，底部陷波器410a、410b可以是第二金属层422中的凹口。底部陷波器410a可以包括第一部分和第二部分。底部陷波器410a的第一部分可以与底部陷波器410a的第二部分平行和/或间隔开。顶部陷波器408a和顶部陷波器408b可以与馈电结构420等距离。

仍然参照图5A，顶部陷波器408a可以在馈电结构420的第一侧并且顶部陷波器408b可以在与馈电结构420的第一侧相反的馈电结构420的第二侧。顶部陷波器408a和顶部陷波器408b可以与馈电结构420等距离。在一些实施方式中，通孔414可以从第一金属层404延伸到第二金属层422。通孔414可以在第一金属层404和/或第二金属层422中的通孔中包括导电材料。第一金属层404可以包括与SIW重叠的沿着第一金属层间隔开的顶部通孔。第二金属层422可以包括与顶部通孔的各个通孔大致垂直地对准的底部通孔。馈电结构420可以位于第一金属层中的多个顶部通孔中的至少两个之间。

现在参照图5B，例示了图5A的宽带SIW天线400的翻转视图。馈电通孔416可以延伸穿过第一金属层404到SIW 412中。在一些实施方式中，馈电通孔416可以延伸穿过第一金属层404到SIW 418中，并且延伸到第二金属层422。

图6、图7和图8例示了包括图4、图5A和图5B的SIW的宽带天线中的任一个的截面图。现在参照图6，例示了包括SIW 412的宽带SIW天线400的侧视图。通孔414从第一金属层404延伸到第二金属层422。信号馈电元件426可以连接到宽带SIW天线400的馈电结构。顶部陷波器408b从第一金属层404延伸并且底部陷波器410b从第二金属层422延伸。现在参照图7，例示了包括SIW 412的宽带SIW天线400的后视图。通孔414从第一金属层404延伸到第二金属层422。信号馈电元件426可以连接到宽带SIW天线400的馈电结构。现在参照图8，例示了包括SIW 412的宽带SIW天线400的前视图。通孔414从第一金属层404延伸到第二金属层422。信号馈电元件426可以连接到宽带SIW天线400的馈电结构。

现在参照图9A，例示了图4、图5A和图5B的宽带SIW天线400中的任一个的俯视平面图。第一金属层404包括布置在馈电结构420周围的通孔414。反射器406从第一金属层404延伸。顶部陷波器408a、408b可以是第一金属层404中的凹口。顶部陷波器408a可以包括第一部分428a和第二部分428b。顶部陷波器408a的第一部分428a可以与顶部陷波器408a的第二部分428b平行和/或间隔开。顶部陷波器408a的第一部分428a和顶部陷波器408a的第二部分428b可以与在第一金属层404下面与SIW重叠的第一金属层404等距地延伸。顶部陷波器408a的第一部分428a和顶部陷波器408a的第二部分428b可以被介电材料分离。

现在参照图9B，例示了图4、图5A和图5B的宽带SIW天线400中的任一个的俯视平面图。馈电结构420可以包括馈电通孔416和环形结构418。馈电通孔的半径“r”、环形结构418的半径“r2”和/或环形结构418的厚度可以控制馈电结构420的阻抗。宽带SIW天线400的衬底可以包括具有高介电常数Er(epsilon)的材料。通孔414之间的间距可以是距离“S”。离最靠近包括陷波器的第一金属层404的第一侧的通孔414和后排通孔414的距离可以是距离“L”。与反射器和/或陷波器平行的两排通孔414之间的距离可以是距离“a”。离后排通孔414和馈电结构420的距离可以是距离“L_q”。距离“S”、“a”、“L”和/或“L_q”可以影响宽带SIW天线400的带宽和/或谐振频率。

现在参照图9C，例示了图4、图5A和图5B的宽带SIW天线400中的任一个的截面后视图。馈电通孔416可以从第一金属层404延伸到具有高介电常数Er(epsilon)的衬底的SIW中。馈电通孔可以具有高度L_p。在一些实施方式中，高度L_p可以确定谐振频率。通孔414可以从第一金属层404延伸到第二金属层422。

现在参照图10，例示了包括常规SIW天线的诸如智能电话的无线电子设备101周围的辐射方向图。不规则的辐射方向图形成在包括常规SIW天线的无线电子设备101周围。无线电子设备101周围的辐射方向图展示显著的方向性失真。现在参照图11，例示了包括图1A的单贴片天线的诸如智能电话的无线电子设备101周围的辐射方向图。该辐射方向图展示显著的方向性行为，使得无线电子设备101可以在某些方向上展示良好的性能，因为仅无线电子设备101的一个方向具有良好的辐射性质，如图11所例示。

现在参照图12，例示了包括图4、图5A和/或图5B中的任一个的宽带SIW天线400的诸如智能电话的无线电子设备101周围的辐射方向图。无线电子设备201周围的辐射方向图展示小方向性失真，其中宽包含辐射覆盖包括宽带SIW天线400的无线电子设备的正面和背面周围的空间。

参照图13，例示了图4、图5A或图5B中的任一个的宽带SIW天线400的频率响应。在此非限制性示例中，图4、图5A或图5B的宽带SIW天线400被设计为具有接近30GHz的谐振频率响应。在此谐振频率周围具有-10dB回波损耗的带宽可以是大约3.0GHz。具有由此天线在谐振频率周围提供的低回波损耗的此宽带宽提供极好的信号完整性，同时可以在此带宽范围内的多个不同频率下使用。

参照图14，与图1A的贴片天线的频率响应1404和常规SIW天线的频率响应1402相比例示了图4、图5A或图5B中的任一个的宽带SIW天线400的频率响应1406。当与贴片天线或常规SIW天线相比时宽带SIW天线的频率响应1406提供大得多的带宽(即，>3GHz)。

现在参照图15，例示了包括两个SIW的双向宽带阵列天线1500。为了易于讨论，例示了两个天线元件400a和400b。然而，这些构思可以被应用于包括附加天线元件的阵列，所述附加天线元件诸如例如用于多输入多输出(MIMO)应用和/或用于分集通信的四个或更多个天线元件。可以将天线元件分组成在MIMO通信中使用的子阵列。图15的宽带阵列天线1500可以包括彼此相邻的两个宽带SIW天线400a和400b。天线400b可以与图5A的天线400类似。两个SIW 412a和412b可以被包括在宽带阵列天线1500中。这些SIW可以间隔开。顶部陷波器408a、408b和408c可以从第一金属层404延伸。底部陷波器410a、410b和410c可以从第二金属层422延伸。顶部陷波器408b可以位于两个SIW 412a和412b之间，并且底部陷波器410b可以位于两个SIW 412a和412b之间。顶部陷波器408b和底部陷波器410b可以用来俘获和/或使来自两个宽带SIW天线400a和400b的辐射信号成形。宽带SIW天线400a的反射器406b可以在第一金属层404上，然而相邻宽带SIW天线400b的反射器406a可以在第二金属层422上。在具有多于两个宽带SIW天线的一些实施方式中，相邻宽带SIW天线的反射器可以在相反的金属层上。换句话说，反射器的位置对于相邻宽带SIW天线来说在第一金属层与第二金属层之间交替。这种交替反射器定位可以改进天线的双向行为并且可以由设备提供较低的功耗，因为相邻天线元件之间的信号向彼此提供较少的干扰。宽带SIW天线400a和400b中的每一个可以包括相应的馈电结构420a和420b。

图16A和图16B例示了包括图15的双向宽带阵列天线1500的诸如智能电话的无线电子设备周围的辐射方向图。现在参照图16A，例示了由于图15的宽带SIW天线元件400a而导致的辐射方向图。无线电子设备周围的辐射方向图展示小方向性失真，其中宽包含辐射覆盖包括宽带SIW天线400a的无线电子设备的正面和背面周围的空间。现在参照图16B，例示了由于图15的宽带SIW天线元件400b而导致的辐射方向图。无线电子设备周围的辐射方向图展示小方向性失真，其中宽包含辐射覆盖包括宽带SIW天线400b的无线电子设备的正面和背面周围的空间。

现在参照图17，例示了沿着包括图15的双向宽带阵列天线1500的无线电子设备的在29.5GHz激发下的绝对远场增益。轴θ表示y-z平面，而轴Φ表示围绕图15的双向宽带阵列天线1500的x-y平面。绝对远场增益在围绕图15的双向宽带阵列天线1500的x-y平面和y-z平面两者中展示极好的增益特性。在围绕图15的双向宽带阵列天线1500的y-z平面中，远场增益在两个方向上宽广地(例如0°至360°)跨越。如图17所例示，与y-z平面展示60°至120°的信号覆盖范围的图3中的贴片天线的差绝对远场增益结果相比图15的双向宽带阵列天线1500提供良好的增益特性。

附加地，图15的顶部陷波器408和底部陷波器410显著地减少相邻天线元件400a和400b之间的互耦，从而减少干扰。现在参照图18，例示了图15的双向宽带阵列天线1500的互耦和回波损耗。图18的曲线图1803和1804例示了相邻天线元件400a和400b之间的互耦。在29.5GHz的谐振频率下，互耦是约-37dB，指示由于图15的顶部陷波器408和底部陷陷波器410的影响而导致的非常低的互耦。曲线图1801和1802例示了天线元件400a和400b的回波损耗。在29.5GHz的谐振频率下，回波损耗是约-25dB，指示每个天线元件的回波损耗非常低。

现在参照图19，例示了具有和没有陷波器的阵列天线中的互耦。曲线图1901例示了图15的双向宽带阵列天线1500中的互耦，然而曲线图1902例示了没有陷波的类似的SIW阵列天线。在29.5GHz的谐振频率下，互耦方面的差异是大约20dB，指示包括如本文所讨论的陷波器的天线元件之间的互耦显著较低。

图20是根据本发明一些实施方式的包括天线2001的无线通信终端2000的框图。天线2001可以包括图4、图5A或图5B中的任一个的宽带SIW天线400并且/或者可以包括图15的宽带阵列天线1500并且/或者可以根据本发明的各种其它实施方式来配置。参照图20，终端2000包括天线2001、收发器2002、处理器2008，并且可进一步包括常规显示器2010、键区2012、扬声器2014、存储器2016、麦克风2018和/或相机2020，其中的一个或更多个可以电连接到天线2001。

收发器2002可以包括发送/接收电路(TX/RX)，该发送/接收电路(TX/RX)提供单独的通信路径以用于经由它们相应的RF馈电向天线2001的不同辐射元件供应/接收RF信号。因此，当天线2001包括诸如图15所示的两个天线元件400a和400b时，收发器2002可以包括经由图15的相应的馈电结构420a和420b连接到不同天线元件的两个发送/接收电路2004、2006。

与处理器2008协作操作的收发器2002可以被配置为在一个或更多个频率范围内根据至少一种无线电接入技术来通信。该至少一种无线电接入技术可以包括但不限于WLAN(例如，802.11)、WiMAX(全球微波接入互操作性)、TransferJet、3GPP LTE(第三代合作伙伴计划长期演进)、通用移动电信系统(UMTS)、全球移动通信通信标准(GSM)、通用分组无线电服务(GPRS)、增强数据速率GSM演进(EDGE)、DCS、PDC、PCS、码分多址(CDMA)、宽带CDMA和/或CDMA2000。也可在根据本发明的实施方式中使用其它无线电接入技术和/或频带。

应了解，图4至图9C和图15所示的天线的组件的某些特性(诸如例如天线的辐射元件和/或其它元件的相对宽度、导电长度和/或形状)可以在本发明的范围内变化。因此，在基本上不脱离本发明的原理的情况下，可对实施方式进行许多变化和修改。所有此类变化和修改均旨在被包括在本发明的范围内。

以上讨论的用于宽带SIW天线以及包括陷波器的宽带SIW天线的阵列的天线结构可以通过产生覆盖移动设备周围具有均匀辐射方向图的三维空间的高增益信号来改进天线性能。在一些实施方式中，可以通过添加反射器来改进宽带SIW天线的带宽而获得进一步性能改进。所描述的发明构思创建具有全向辐射和/或宽带宽的天线结构。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制实施方式。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、和“该”也旨在包括复数形式。应进一步理解，术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“具有”和/或其变体当用在本文中时，指定陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

应理解，当一个元件被称为“耦接”、“连接”或“响应于”另一元件时，它可以直接耦接、连接或响应于另一元件，或者也可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接耦接”、“直接连接”或“直接响应于”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括关联列举的项目中的一个或更多个的任何和所有组合。

为了易于描述，可以本文中使用空间相对术语(诸如“在…上面”、“在…下面”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等)来描述一个元件或特征与如图所例示的另一元件或特征的关系。应理解，空间相对术语旨在除了包含图中描绘的定向之外还包含使用或操作中的设备的不同定向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下面”的元件然后将被定向为“在”其它元件或特征“上面”。因此，术语“在...下面”可包含在上面和在下面的两个定向。设备可以被以其它方式定向(旋转90度或在其它定向上)，并且本文所使用的空间相对描述符被相应地解释。为了简洁和/或清楚，可能不详细地描述公知功能或构造。

应理解，尽管可以在本文中使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，然而这些元件不应该受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。因此，在不脱离本实施方式的教导的情况下，第一元件能被称为第二元件。

除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与由这些实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。应进一步理解，除非本文明确地如此定义，否则诸如常用词典中所定义的那些术语的术语应该被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而将不在理想化或过度正式的意义上进行解释。

已经连同以上描述和附图一起在本文中公开了许多不同的实施方式。应理解，从字面上描述并例示这些实施方式的每一组合和子组合将是过分重复且混淆的。因此，包括附图的本说明书将被解释为构成本文所描述的实施方式的所有组合和子组合的以及制作并使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且将支持对任何这种组合或子组合的要求。

在附图和说明书中，已经公开了各种实施方式，并且尽管采用了特定术语，然而它们仅在通用和描述性意义上使用，而不是用于限制的目的。

Claims (20)

1.一种无线电子设备(101)，该无线电子设备(101)包括：

衬底集成波导SIW(412)；

第一金属层(404)，该第一金属层(404)位于所述SIW(412)的第一侧，该第一金属层(404)包括两个或更多个顶部陷波器(408)，每个顶部陷波器(408)直接连接到所述第一金属层(404)并且沿着所述第一金属层(404)的第一侧的主平面向外延伸；

第二金属层(422)，该第二金属层(422)位于与所述SIW(412)的所述第一侧相反的所述SIW(412)的第二侧，并且所述第二金属层(422)包括两个或更多个底部陷波器(410)，每个底部陷波器(410)直接连接到所述第二金属层(422)，并且沿着所述第二金属层(422)的第一侧的主平面向外延伸；

馈电结构(420)，该馈电结构(420)延伸穿过所述第一金属层(404)并延伸到所述SIW(412)中；以及

反射器(406)，该反射器(406)位于所述SIW(412)的所述第一侧，该反射器(406)直接连接到所述第一金属层(404)并且沿着所述第一金属层(404)的所述第一侧的主平面向外延伸，

其中，所述无线电子设备(101)被配置为当被通过所述馈电结构(420)发送或接收的信号激发时在谐振频率下谐振，并且

其中，所述两个或更多个顶部陷波器(408)被配置为使由所述反射器(406)基于通过所述馈电结构(420)发送或接收的所述信号所辐射的信号成形，

其中，所述两个或更多个顶部陷波器(408)中的第一顶部陷波器(408a)包括所述第一金属层(404)中的凹口，并且

其中，位于所述凹口的一侧的所述第一顶部陷波器(408a)的第一部分(428a)与位于所述凹口的另一侧的所述第一顶部陷波器(408a)的第二部分(428b)平行且间隔开。

2.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，

其中，所述两个或更多个底部陷波器(410)与所述两个或更多个顶部陷波器(408)中的相应顶部陷波器垂直地对准。

3.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，其中，所述馈电结构(420)包括：

馈电通孔(416)；

环形结构(418)，该环形结构(418)与所述馈电通孔(416)间隔开并围绕所述馈电通孔(416)；以及

绝缘体(424)，该绝缘体(424)位于所述环形结构(418)与所述馈电通孔(416)之间。

4.根据权利要求3所述的无线电子设备(101)，其中，所述环形结构(418)的半径和/或所述环形结构(418)的宽度被配置为与电耦接到所述馈电结构(420)的信号馈电元件阻抗匹配。

5.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，其中，所述馈电结构(420)从所述第一金属层(404)延伸穿过所述SIW(412)到所述第二金属层(422)。

6.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，其中，所述两个或更多个顶部陷波器(408)包括：

第一顶部陷波器(408a)，该第一顶部陷波器(408a)位于所述馈电结构(420)的第一侧，以及

第二顶部陷波器(408b)，该第二顶部陷波器(408b)位于与所述馈电结构(420)的所述第一侧相反的所述馈电结构(420)的第二侧。

7.根据权利要求6所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一顶部陷波器(408a)和所述第二顶部陷波器(408b)与所述馈电结构(420)等距离。

8.根据权利要求6所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一顶部陷波器(408a)、所述第二顶部陷波器(408b)和所述反射器(406)沿着所述SIW(412)的所述第一侧的主平面彼此平行，并且

其中，所述反射器(406)与所述第一顶部陷波器(408a)和所述第二顶部陷波器(408b)间隔开并且/或者等距离。

9.根据权利要求8所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一顶部陷波器(408a)和所述第二顶部陷波器(408b)直接连接到所述第一金属层(404)并且不与所述SIW(412)重叠。

10.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一金属层(404)包括与所述SIW(412)重叠的沿着所述第一金属层(404)间隔开的多个顶部通孔(414)

其中，所述第二金属层(422)包括与所述多个顶部通孔(414)中的相应顶部通孔垂直地对准的多个底部通孔(414)，并且

其中，所述馈电结构(420)位于所述第一金属层(404)中的所述多个顶部通孔(414)中的至少两个之间。

11.根据权利要求6所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一顶部陷波器(408a)和所述第二顶部陷波器(408b)与所述馈电结构(420)等距离，并且

其中，所述第一顶部陷波器(408a)的所述第一部分(428a)和所述第一顶部陷波器(408a)的所述第二部分(428b)离开所述SIW(412)等距地延伸。

12.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，

其中，离开所述SIW(412)延伸的所述第一顶部陷波器(408a)的所述第一部分(428a)的长度在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间，并且

其中，离开所述SIW(412)延伸的所述第一顶部陷波器(408a)的所述第二部分(428b)的长度在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。

13.根据权利要求1所述的无线电子设备(101)，

其中，离开所述SIW(412)延伸的所述反射器(406)的长度在所述谐振频率的0.25个有效波长到0.5个有效波长之间。

14.根据权利要求2所述的无线电子设备(101)，所述无线电子设备(101)还包括：

一个或更多个附加SIW(412)；

延伸穿过所述第一金属层(404)的一个或更多个附加馈电结构(420)，其中，所述一个或更多个附加馈电结构(420)与所述附加SIW(412)中的相应附加SIW关联；以及

位于所述SIW(412)的所述第一侧或所述第二侧的一个或更多个附加反射器(406)，其中，所述一个或更多个附加反射器(406)与所述附加SIW(412)中的相应附加SIW关联并且沿着所述第一金属层(404)的所述第一侧的主平面或沿着所述第二金属层(422)的第一侧的主平面向外延伸。

15.根据权利要求14所述的无线电子设备(101)，

其中，所述附加反射器(406)中的与所述附加SIW(412)中的和所述SIW(412)相邻的一个附加SIW关联的一个附加反射器位于所述第二金属层(422)上并且沿着所述第二金属层(422)的第一侧的主平面向外延伸。

16.一种无线电子设备(101)，该无线电子设备(101)包括：

多个衬底集成波导SIW(412)，所述多个衬底集成波导(SIW)彼此间隔开并布置在平面中；

第一金属层(404)，该第一金属层(404)位于所述SIW(412)的第一侧，该第一金属层(404)包括多个顶部陷波器(408)，其中，所述多个顶部陷波器(408)各自直接连接到所述第一金属层(404)并且沿着所述第一金属层(404)的第一侧的主平面向外延伸；

第二金属层(422)，该第二金属层(422)位于与所述SIW(412)的所述第一侧相反的所述SIW(412)的第二侧，该第二金属层(422)包括多个底部陷波器(410)，其中，所述多个底部陷波器(410)各自直接连接到所述第二金属层(422)并且沿着所述第二金属层(422)的第一侧的主平面向外延伸；

多个馈电结构(420)，所述多个馈电结构(420)与所述SIW(412)中的相应SIW关联，所述多个馈电结构(420)延伸穿过所述第一金属层(404)并延伸到所关联的SIW(412)中；以及

多个反射器(406)，所述多个反射器(406)直接连接到所述第一金属层(404)或所述第二金属层(422)并且沿着所述第一金属层(404)或所述第二金属层(422)的所述主平面向外延伸，其中，所述多个反射器(406)中的相应反射器与所述SIW(412)中的相应SIW关联，

其中，所述多个反射器(406)中的第一反射器(406b)与所述多个衬底集成波导SIW(412)中的第一SIW(412b)关联并且沿着所述第一金属层(404)的所述第一侧向外延伸，

其中，所述多个反射器(406)中的第二反射器(406a)与所述多个衬底集成波导SIW(412)中的和所述第一SIW(412b)相邻的第二SIW(412a)关联，并且沿着所述第二金属层(422)的所述第一侧向外延伸，

其中，所述无线电子设备(101)被配置为当被通过所述馈电结构(420)中的至少一个发送或接收的信号激发时在谐振频率下谐振，并且

其中，所述多个顶部陷波器(408)中的第一顶部陷波器(408c)和第二顶部陷波器(408b)各自和所述第一反射器(406b)相邻并且被配置为俘获由所述反射器(406b)基于通过所述馈电结构(420)中的所述至少一个发送或接收的所述信号所辐射的信号，

其中，所述多个顶部陷波器(408)中的第一顶部陷波器(408a)包括所述第一金属层(404)中的凹口，并且

其中，位于所述凹口的一侧的所述第一顶部陷波器(408a)的第一部分(428a)与位于所述凹口的另一侧的所述第一顶部陷波器(408a)的第二部分(428b)平行且间隔开。

17.根据权利要求16所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第一反射器(406b)与所述第一顶部陷波器(408c)和所述第二顶部陷波器(408b)平行，

其中，所述第一反射器(406b)在所述第一顶部陷波器(408c)与所述第二顶部陷波器(408b)之间延伸，

其中，所述第二反射器(406a)与所述多个底部陷波器(410)中的第一底部陷波器(410b)和第二底部陷波器(410a)平行，并且

其中，所述第二反射器(406a)在所述第一底部陷波器(410b)与所述第二底部陷波器(410a)之间延伸。

18.根据权利要求17所述的无线电子设备(101)，

其中，所述第二顶部陷波器(408b)与所述第一底部陷波器(410b)垂直地对准，

其中，所述多个顶部陷波器(408)还包括与所述第二底部陷波器(410a)垂直地对准的第三顶部陷波器(408a)，并且

其中，所述多个底部陷波器(410)还包括与所述第一顶部陷波器(408c)垂直地对准的第三底部陷波器(410c)。

19.根据权利要求16所述的无线电子设备(101)，其中，所述无线电子设备(101)还包括：

第一子阵列，该第一子阵列包括第一多个所述SIW(412)；以及

第二子阵列，该第二子阵列包括第二多个所述SIW(412)。

20.根据权利要求19所述的无线电子设备(101)，其中，所述第一子阵列和/或所述第二子阵列被配置为发送多输入多输出(MIMO)通信和/或分集通信。

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