CN108574136A - 无线装置天线 - Google Patents

Abstract

一种天线，包括：具有耦合到导电带的第一端和第二端的第一导电结构；其中所述导电带耦合到第一馈入点；具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二部分耦合到第二馈入点；其中所述第一导电结构的所述第二端与所述第二导电结构的所述第一部分分隔一间隙；其中所述第一导电结构大体上与所述第二导电结构的所述第一部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第一部分的宽度；其中所述第一导电结构被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第一部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流；并且其中所述馈入点被配置成携载RF信号。

Description

无线装置天线

技术领域

本说明书涉及用于无线天线的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术

移动或固定的各种无线装置形式因数变得越来越小。举例来说，耳塞、助听器和智能电话的大小缩小且功能性能力提高，例如不同用户上两组耳塞对之间的通信。即将出现的车辆与所有事物(Vehicle-to-Everything；V2X)和物联网(Internet of Things；IoT)装置也经规划以供显著增强。

无线装置通信可借助于模拟或数字调制技术且可包含数据或音频信息。在耳塞和助听器的状况下，数据与音频信息的组合可在装置之间传送。所述音频可为高质量音频，如CD质量或可属于较低质量语音。在前一状况下，需要通信信道的较高带宽。可佩戴装置还可在所述装置接着能够根据各种Car2X无线通信标准与其它驾驶员、行人、汽车、脚踏车等等通信时由参与道路交通的用户佩戴。

此类装置优选地能够使用不同无线标准(例如蓝牙、WiFi或蜂窝)并且使用不同传播模式传送。举例来说，第一传播模式(即离体模式)使用传播跨越长距离的横向波，且第二传播模式(即体上模式)使用表面波(即蠕波、地波、行波等等)。表面波为围绕例如球体、建筑物、个体等表面绕射的一类电磁波的部分。

在一些例子实施例中，体上和离体模式两者均使用RF频率传送(例如，ISM频带通信可使用2.4GHz载波频率，且Car2X使用5.9GHz载波频率以供道路交通和车辆通信)。

将“体上”和“离体”通信添加到可佩戴装置归因于大多数可佩戴装置的小形式因数而具有挑战性。举例来说，当蓝牙2.5GHz无线电信号的波长为122mm时，耳塞可小到15mm。具有二分之一波长(1/2λ)电长度(即在此例子中为61mm)的谐振天线将在良好效率下起作用。然而，此61mm天线可并未适当地装入长度为15mm的耳塞中。天线的电长度还可受电介质材料或邻近对象或导电结构的折叠影响。

发明内容

根据例子实施例，一种天线包括：具有耦合到导电带的第一端和第二端的第一导电结构；其中所述导电带耦合到第一馈入点；具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二部分耦合到第二馈入点；其中所述第一导电结构的所述第二端与所述第二导电结构的所述第一部分分隔一间隙；其中所述第一导电结构大体上与所述第二导电结构的所述第一部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第一部分的宽度；其中所述第一导电结构被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第一部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流；且其中所述第一与第二馈入点被配置成携载RF信号。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构被配置成具有第一电流密度；所述第二导电结构的所述第一部分被配置成具有第二电流密度；且所述第一电流密度不同于所述第二电流密度。

在另一例子实施例中，所述第一电流密度大于所述第二电流密度。

在另一例子实施例中，所述导电带大体上与所述第二导电结构的所述第二部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第二部分的宽度；且所述导电带被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第二部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流。

在另一例子实施例中，所述导电带被配置成具有第一电流密度；所述第二导电结构的所述第二部分被配置成具有第二电流密度；且所述第一电流密度不同于所述第二电流密度。

在另一例子实施例中，所述第一电流密度大于所述第二电流密度。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构、所述导电带和所述第二导电结构的总体电长度为至少在所述第一与第二馈入点处接收的频率的1/2波长。

在另一例子实施例中，添加到所述导电带的电长度的所述第一导电结构的电长度为至少在所述第一与第二馈入点处接收的频率的1/4波长。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构和所述第二导电结构的所述第一部分被配置成辐射横向RF信号；且所述导电带和所述第二导电结构的所述第二部分被配置成辐射表面RF信号。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构的所述第一部分大体上垂直于所述第二导电结构的所述第二部分。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构为电池，所述第一部分为所述电池的顶部且所述第二部分为所述电池的一侧。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构与所述第二导电结构的所述第一部分之间的距离小于四分之一波长。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构具有以下各项中的至少一个：环形形状、矩形形状或螺旋形状。

在另一例子实施例中，所述天线嵌入于以下各项中的至少一个中：无线装置、可佩戴装置、助听器、耳塞、智能手表、音频装置或无线道路交通装置。

在另一例子实施例中，进一步包括第一衬底和第二衬底；其中所述第一导电结构通过所述第一衬底与所述第二导电结构的所述第一部分分隔开；其中所述第二衬底平行于所述第二导电结构的所述第二部分；且其中所述第二衬底包括以下各项中的至少一个：PC板、电子组件或RF电路。

在另一例子实施例中，进一步包括导电平面；其中所述导电平面平行于所述第二衬底；且其中所述第二馈入点耦合到所述导电平面。

在另一例子实施例中，所述导电平面耦合到所述第二衬底中电子电路的负电位。

根据例子实施例，一种可佩戴装置包括天线，所述天线包括具有耦合到导电带的第一端和第二端的第一导电结构；其中所述导电带耦合到第一馈入点；具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二部分耦合到第二馈入点；其中所述第一导电结构的所述第二端与所述第二导电结构的所述第一部分分隔一间隙；其中所述第一导电结构大体上与所述第二导电结构的所述第一部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第一部分的宽度；其中所述第一导电结构被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第一部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流；且其中所述第一与第二馈入点被配置成携载RF信号。

以上论述并不旨在呈现当前或将来权利要求集的范围内的每一例子实施例或每一实施方案。附图和之后的具体实施方式也示例出各种例子实施例。

结合附图考虑以下具体实施方式，可以更加完全地理解各种例子实施例，在附图中：

附图说明

图1A为第一无线装置天线结构的例子。

图1B为对应于第一无线装置天线结构的第一例子电路。

图1C为对应于第一无线装置天线结构的第二例子电路。

图2为第二无线装置天线结构的第一例子。

图3为第二无线装置天线结构中第一导电结构的替代例子。

图4为第二无线装置天线结构的第二例子。

图5为第二无线装置天线结构的第三例子。

图6为耦合到第二无线装置天线结构的例子电路。

图7为包括第二无线装置天线结构的第一例子耳塞。

图8为包括第二无线装置天线结构的第一耳塞和第二耳塞的例子。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其细节且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

具体实施方式

图1A为第一无线装置天线结构100的例子。天线100由具有两个导电表面102、104，线106、108、110和间隙112的传输线组成。间隙112的任一端变为天线100的馈入点且连接到另一RF电路(未示出)。非导电材料114包覆天线100。在一个例子中，第一天线结构100集成到助听器中。

传输线的导电表面102、104彼此相对且其之间的距离可沿着其长度而改变。传输线的导电表面102、104的长度连同线106的位置和长度确定天线100的谐振频率。

线106、108、110为此天线100中的主要辐射元件。这是因为导电表面102、104中的电流彼此相反，从而抵消其辐射。线106、108、110中的电流主要在相同的方向上前进且由此产生远场辐射。

导电表面102、104确实影响天线100的电长度且使得天线100能够在载波频率的二分之一波长(在2.5GHz下为61mm)下谐振。和上文所提及，在这个设计中的此61mm电长度可为小助听器或耳塞中的严重负担。

图1B为对应于第一无线装置天线结构100的第一例子电路116。在一个例子中的电阻(Rrad)远低于50欧姆且通过理想变压器(TR)变换。在谐振的情况下，电抗XCa＝电抗XLa。

图1C为对应于第一无线装置天线结构200的第二例子电路118。在此例子中，Rrad设定成50欧姆或更低且接着外部匹配。如前所述，在谐振的情况下，电抗XCa＝电抗XLa。

图2为第二无线装置天线结构200的第一例子。第二无线装置天线结构200包括第一导电结构202。第一导电结构202包括宽度206(例如A-A′)、第一端208、第二端210(打开)、间隙233，且被配置成携载电流232。

天线200还包括导电带204。导电带204包括宽度212(例如B-B′)、第一端214、第二端216，且被配置成携载电流234。

天线200包括第二导电结构(未编号)(例如，B/电池)。第二导电结构包括具有宽度220(例如C-C′)且被配置成携载电流236的第一部分218和具有宽度224(例如D-D′)且被配置成携载电流238的第二部分222。

天线200进一步包括第一馈入点226和第二馈入点228以用于发射或接收RF信号。这些馈入点226、228被配置成耦合到RF电路230。

在一个例子中，RF电路230耦合到天线200以产生或接收AC RF电流信号，所述ACRF电流信号如由箭头指示流动1/2循环。流动通过天线200的不同结构、带和部分的AC电流出于此论述的目的标注为电流232、234、236和238。所述AC电流电耦合到RF电路230，且归因于天线200中物理上并联元件也电感耦合。

在特定相位角度下，RF电路230的电流在第一馈入点226和第二馈入点228处处于最大振幅。电流234越过导电带204从第一端214到第二端216到达第一导电结构202的第一端208。电流232遵循第一导电结构202的形状到达第二端210。

在此1/2循环例子中，电流振幅在RF电路230处从第一馈入点226减小，直到存在开放间隙233的第一导电结构202的第二端210为止。

归因于第一导电结构202与第二导电结构的第一部分218的并联和接近放置的电感效应，第二导电结构的第一部分218中电流236的极性与第一导电结构202中电流232的极性相反。

在导电带204与第一导电结构202的相交点(即第一端208与第二端216相交点)处，将电流236转变成第二导电结构的第二部分222中的电流238。

在此1/2循环例子中，电流振幅接着沿着第二导电结构的第一部分218从间隙233增大直到在第二导电结构的第二部分222上的第二馈入点228处再次到达最大振幅为止。

总体天线200结构因此具有等于RF电路230的RF操作频率的1/2波长的总体电长度。所述波长的1/4通过第一导电结构202和导电带204形成，且其它1/4波长通过第二导电结构的第一部分218和第二部分222形成。

在一个例子中，如果宽度220(例如C-C′)大于宽度206(例如A-A′)，那么跨越第二导电结构的第一部分218(例如跨越电池)的电流236密度相较于通过第一导电结构202的电流232密度较低(即更加分散、更加散开等等)。

在另一个例子中，如果宽度206(例如A-A′)大于宽度220(例如C-C′)，那么电流232密度相较于电流236密度将更加散开。

电流密度归因于不同宽度206、220的此差异实现在平行于第一导电结构202的平面表面(例如当个人正佩戴具有嵌入天线结构200的耳塞时平行于下文论述的图7和8中所示出的实施例的个人的皮肤)的方向上具有偏振的远场RF横向波发射。

然而，如果宽度206、220相同，那么第一导电结构202中的电流232和第二导电结构的第一部分218中的电流236往往会抵消，因此使任何横向RF波发射减弱。

类似地在一个例子中，如果宽度224(例如D-D′)大于宽度212(例如B-B′)，那么跨越第二导电结构的第二部分222的电流238密度低于通过导电带204的电流234密度。

在另一个例子中，如果宽度212(例如B-B′)大于宽度224(例如D-D′)，那么电流234密度相较于电流238密度将更加散开。

归因于不同宽度212、224的此不相等电量散布实现在平行于导电带204的平面表面(例如当个人正佩戴具有嵌入天线结构200的耳塞时垂直于下文论述的图7和8中所示出的实施例的个人的皮肤)的方向上具有偏振的远场RF表面波发射。

因此，当第一导电结构202与导电带204垂直于彼此朝向(例如通过环绕电池或其它盒状结构)时，接着两个通信模式(例如“离体”和“体上”)可由天线结构200产生。

天线200的谐振频率可通过改变第一导电结构202和导电带204的总体电长度而调整。因此，在一个例子中，如果第二导电结构(即经组合的218和222)为电池，那么导电带204的电长度由电池的大小限定；然而，第一导电结构202的电长度仍可经调整，所述第一导电结构202的一个例子在图3中。

图3为第二无线装置天线结构200中第一导电结构202的替代例子300。

在此例子300中，第一导电结构202的形状为多匝环302(例如螺旋环)。这允许增大第一导电结构202的电长度，即使第二导电结构(即经组合的218和222)的尺寸固定。

图4为第二无线装置天线结构200的第二例子400。在此例子400中，第二导电结构(即经组合的218和222)为电池402。

电池402包括在与RF电路412的相互作用期间携载电流406的第一部分404和在与RF电路412的相互作用期间携载电流410的第二部分408。

电池402的顶部上第一部分404的额外区域准许相较于第一导电结构202中的电流232较低的电流406密度。因此，在一个例子中，横向波发射大于图2中所示出的横向波发射。

电池402的一侧上第二部分408的额外区域准许相较于导电带204中的电流234较低的电流410密度。因此，在一个例子中，表面波发射大于图2中所示出的表面波发射。

图5为第二无线装置天线结构200的第三例子500。在此例子500中，第二导电结构(即，经组合的218和222)也为电池502。电池502包括第一部分504和第二部分506。

第一导电结构202在电池502的第一部分504的顶部上通过第一衬底508(例如印刷电路(PC)板)分隔开。第二衬底510(例如印刷电路(PC)板)如所示紧邻电池502的第二部分506定位。衬底508、510两者均可为FR4材料(即PCB材料)、空气或某一其它电介质。第二衬底510还可包括电子组件，例如RF电路和其它支撑或介接天线200组件。

第一导电结构202与第一部分504并联定位在第一衬底508的相反侧。导电带204与第一导电结构202电连接且与电池502并联定位。

在一个例子中，第二衬底510中电子电路的负电位连接到较大导电平面512(即接地电位，可能由铜组成)。

第一导电结构202在连接到导电带204的一端处，而另一侧如图2中所论述为打开的。导电带204的另一端连接到第一馈入点514(即天线端口)。第二馈入点516连接到导电平面512且在接地电位下。

图6为耦合到第二无线装置天线结构200的例子电路600。天线200馈入点226、228耦合到一组电子件602。

该组电子件602包括调谐单元604、平衡-不平衡变压器606和无线电电子件608。调谐单元604的阻抗使天线200与平衡-不平衡变压器606的阻抗匹配。平衡-不平衡变压器606为用于在RF天线200频率下从平衡线转换为非平衡线的无线电装置。平衡-不平衡变压器606进一步连接到无线电电子件608。取决于无线电电子件608，平衡-不平衡变压器606可或可不是任选的。阻抗匹配使无线电电子件608与天线200之间的电力传递最大化。

图7为包括第二无线装置天线结构200的第一例子耳塞700。所述耳塞包括扬声器702以再现音频信号。也包括无线电电子件(未示出)以供耳塞700的功能性。

图8为包括第二无线装置天线结构200的第一耳塞700和第二耳塞802的例子800。示出例子用户806的佩戴位置。

在一个例子中，根据假想线XX 804定位耳塞700、802中的天线结构200。这允许天线系统200产生垂直于用户806的皮肤的电场。

产生先前引入的两个传播模式。第一模式为当电场矢量垂直于用户806的皮肤时和当产生表面波时的“体上”模式。在“体上”模式中，耳对耳的“直接”通信是可能的。

第二模式为当电场矢量与用户806的皮肤平行时和当产生且接收远场横向RF波时的“离体”模式。在“离体”模式中，进行到远离用户806定位的另一装置(即智能电话、另一耳塞、Car2X装置等等)的通信。

将容易理解，如本文中通常描述且在附图中示出的实施例的组件可以用各种各样不同的配置来布置和设计。因此，如图中所表示的各种实施例的详细描述并不意图限制本公开的范围，而仅仅是表示各种实施例。虽然在图式中呈现了实施例的各种方面，但除非特别地指示，否则所述图式未必按比例绘制。

在不脱离本发明精神或基本特性的情况下，可以其它特定形式实施本发明。所描述实施例应视为在所有方面均仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此详细描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化均涵盖在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的参考并不暗示可以使用本发明实现的所有特征和优点应该在或在本发明的任何单一实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可以是(但未必是)指同一实施例。

此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以用任何合适方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，本发明可在无特定实施例的特定特征或优点中的一个或多个特征或优点的情况下实践。在其它情况下，可能在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的参考意指结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可能(但未必)全部是指同一实施例。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

具有耦合到导电带的第一端和第二端的第一导电结构；

其中所述导电带耦合到第一馈入点；

具有第一部分和第二部分的第二导电结构；

其中所述第二部分耦合到第二馈入点；

其中所述第一导电结构的所述第二端与所述第二导电结构的所述第一部分分隔一间隙；

其中所述第一导电结构大体上与所述第二导电结构的所述第一部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第一部分的宽度；

其中所述第一导电结构被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第一部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流；且

其中所述第一和第二馈入点被配置成携载RF信号。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述第一导电结构被配置成具有第一电流密度；

所述第二导电结构的所述第一部分被配置成具有第二电流密度；且

所述第一电流密度不同于所述第二电流密度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述导电带大体上与所述第二导电结构的所述第二部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第二部分的宽度；且

所述导电带被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第二部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述导电带被配置成具有第一电流密度；

所述第二导电结构的所述第二部分被配置成具有第二电流密度；且

所述第一电流密度不同于所述第二电流密度。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述第一导电结构和所述第二导电结构的所述第一部分被配置成辐射横向RF信号；且

所述导电带和所述第二导电结构的所述第二部分被配置成辐射表面RF信号。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述第二导电结构的所述第一部分大体上垂直于所述第二导电结构的所述第二部分。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述第一导电结构与所述第二导电结构的所述第一部分之间的距离小于四分之一波长。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

进一步包括第一衬底和第二衬底；

其中所述第一导电结构通过所述第一衬底与所述第二导电结构的所述第一部分分隔开；

其中所述第二衬底平行于所述第二导电结构的所述第二部分；且

其中所述第二衬底包括以下各项中的至少一个：PC板、电子组件或RF电路。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

进一步包括导电平面；

其中所述导电平面平行于所述第二衬底；且

其中所述第二馈入点耦合到所述导电平面。

10.一种可佩戴装置，其特征在于，包括：

天线，所述天线包括，

具有耦合到导电带的第一端和第二端的第一导电结构；

其中所述导电带耦合到第一馈入点；

具有第一部分和第二部分的第二导电结构；

其中所述第二部分耦合到第二馈入点；

其中所述第一导电结构的所述第二端与所述第二导电结构的所述第一部分分隔一间隙；

其中所述第一导电结构大体上与所述第二导电结构的所述第一部分并联且具有不同于所述第二导电结构的所述第一部分的宽度；

其中所述第一导电结构被配置成携载呈第一极性的电流且所述第二导电结构的所述第一部分被配置成携载呈与所述第一极性相反的第二极性的电流；且

其中所述第一和第二馈入点被配置成携载RF信号。