CN109509994B - 多频带天线阵列 - Google Patents

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Abstract

多频带天线阵列包含多个第一天线，共振于在第一频带处，以及多个第二天线，共振于第二频带处。第二频带的频率高于第一频带的频率。该多个第一天线的位置投影到表面的多个栅格一位置；该多个第二天线的位置投影到该表面的多个栅格二位置。在该栅格一位置中，第二栅格一位置沿第一方向经由第一距离最靠近第一栅格一位置。在该栅格二位置中，第一栅格二位置和第二栅格二位置是最接近第一栅格一位置的两个。该第一和第二栅格二位置沿第二方向分开第二距离；以及，该第一方向和该第二方向是非平行的。

Description

多频带天线阵列
相关申请的交叉引用
本发明要求如下优先权：申请日为2017年9月14日，申请号为62/558,376的美国临时专利申请，相关申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明系有关于多频带天线阵列，以及，更具体地，有关于具有沿不同方向相邻布置的不同频带的天线的多频带天线阵列，以提高紧密性(compactness)。
背景技术
天线模块对于需要无线功能的设备是必不可少的，例如，需要移动通信的移动电话。诸如5G(第五代)移动通信的现代先进无线功能，需要用于在不同频率的多个射频(radio frequency，RF)频带传送信号(发送和/或接收)的多频带天线模块。此外，无线设备的有限形状因子(form factor)限制了天线模块的尺寸。
发明内容
本发明的目的是提供改善紧密性的多频带天线阵列(例如，图1、图3a、图3b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7、图8、图9a或图9b中的100、300a、300b、500a、500b、500c、600a、600b、700、800、900a或900b)。天线阵列可以包含多个第一天线(例如，图1、图2、图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7或图9b中的a1到a4；图9a中的a1到a4以及a1c；或图8中a1到a9)，共振于第一频带(例如，低频带)处，以及多个第二天线(例如，图1、图2、图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7或图9a中的b1到b4；或图9b中的b1到b4以及b1c；或图8中b1到b12)，共振于第二频带(例如，高频带)处。第二频带的频率可以高于第一频带的频率。该多个第一天线的位置可以分别投影到表面(surface)(例如，图1、图2、图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7、图8、图9a或图9b中的xy1)的多个栅格(grid)一位置(例如，图1、图2、图3a、图3b、图3c、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7或图9b中的p1到p4；或图9a中的p1到p4以及p1c；或图8中p1到p9)。该多个第二天线的位置可以分别投影到表面(例如，xy1)的多个栅格二位置(例如，图1、图2、图3a、图3b、图3c、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7或图9a中的u1到u4；或图8中u1到u12；或图9b中的u1到u4以及u1c)。在多个栅格一位置中，该多个栅格一位置中的第二栅格一位置(例如，图1、图2、图3a、图3b、图3c、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7、图8或图9b中的p2；图9a中的p1c)沿第一方向(图1、图3a、图3b、图5a、图7、图8、图9a中的v1；或图9a的v1c)经由第一距离(图1、图3a、图3b、图7、图8、图9b中的d1或图9a中的d1c)最靠近该多个栅格一位置中的第一栅格一位置(例如，图1、图2、图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7、图8、图9a或图9b中的p1)。在多个栅格二位置中，该多个栅格二位置中的第一栅格二位置和第二栅格二位置(例如，图1、图2、图3a、图3b、图3c、图4a、图4b、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图7、图8、图9a或图9b中的u1和u2)是到第一栅格一位置最近的两个。该第一栅格二位置和该第二栅格二位置沿第二方向(图1、图3a、图3b、图5a、图7、图8、图9a或图9b中的v2)分开第二距离(图1、图3a、图3b、图7、图8、图9a或图9b中的d2)。根据本发明，该第一方向和该第二方向可以是不平行的。
在一个实施例(例如，图1、图3a、图3b、图7、图8、图9a或图9b)中，该第二距离(例如，d2)可以不比该第一距离(例如，d1或d1c)长。在一个实施例(例如，图1、图3a、图3b、图7、图8或图9b)中，该第二距离可以比该第一距离更短。
在一个实施例(例如，图1)中，该第二栅格二位置(例如，u2)可以在第一栅格一位置(例如，p1)与第二栅格一位置(例如，p2)之间的第一几何线段上。在一个实施例(例如，图1)中，该第二栅格二位置可以在该第一几何线段的中点。
在一个实施例(例如，图1)中，该第一距离(例如，d1)除以该第二距离(例如，d2)的比率(例如，d1/d2)与该第二频带的该频率(例如，f2)除以该第一频带的该频率(例如，f1)的比率(例如，f2/f1)正相关。在一个实施例(例如，图1)中，该第一距离(例如，d1)除以该第二距离(例如，d2)的比率(例如，d1/d2)可以基本上等于(包含等于)该第二频带的该频率(例如，f2)除以该第一频带的该频率(例如，f1)的比率(例如，f2/f1)。
在一个实施例(例如，图1)中，该第一方向(例如，v1)与该第二方向(例如，v2)之间的角度基本上等于(包含等于)45度。
在一个实施例(例如，图1、图3a、图3b、图7、图8、图9a或图9b)中，该多个栅格一位置中的第三栅格一位置(例如，p4)沿第三方向(例如，v3)经由第三距离(例如，d3)第二最靠近该第一栅格一位置(例如，p1)，该第三方向不平行于该第一方向(例如，v1或v1c)以及该第二方向(例如，v2)。
在一个实施例(例如，图1)中，该第二栅格二位置(例如，u2)在该第一栅格一位置(例如，p1)与该第二栅格一位置(例如，p2)之间的第一几何线段上，以及该第一栅格二位置(例如，u1)在该第一栅格一位置(例如，p1)与该第三栅格一位置(例如，p3)之间的第二几何线段上。在一个实施例(例如，图1)中，该第一栅格二位置(例如，u1)在该第二几何线段的中点。
在一个实施例(例如，图1、图3a、图3b、图7、图8、图9a或图9b)中，该第二方向(例如，v2)可以不垂直于该第一方向(例如，v1或v1c)和该第三方向(例如，v3)。
在一个实施例(例如，图1)中，该第三方向(例如，v3)可以基本上垂直于(包含垂直于)该第一方向(例如，v1)。在一个实施例(例如，图1)中，该第三距离(例如，d3)可以基本上等于(包含等于)该第一距离(例如，d1)。
在一个实施例(例如，图4a或图4b)中，该多个第一天线的子集(空、一个、一些或全部)的每一个包含两个第一馈电端，用于双正交极化操作。在一个实施例(例如，图4a或图4b)中，该多个第二天线的子集(空、一个、一些或全部)的每一个包含两个第二馈电端，用于双正交极化操作。
在一个实施例(例如，图6a或图6b)中，该天线阵列(例如，600a或600b)进一步包含一个或多个寄生元件(例如，图6a或图6b中的pa1到pa8或pb1到pb8)。
在一个实施例(例如，图7)中，该天线阵列(例如，700)可以进一步包含多个第三天线(例如，c1到c4)，共振于第三频带(例如，更高的高频带)处。该第三频带的频率可以高于该第二频带(例如，高频)的频率。该多个第三天线的位置分别投影到该表面(例如，xy1)的多个栅格三位置(例如，k1到k4)；在该多个栅格三位置(例如，k1到k4)中，该多个栅格三位置中的第一栅格三位置和第二栅格三位置(例如，k1和k2)是最接近该第二栅格二位置(例如，u2)的两个；以及，该第一栅格三位置和该第二栅格三位置(例如，k1和k2)相互沿第四方向(例如，v4)分开第四距离(例如，d4)。该第四方向(例如，v4)与该第二方向(例如，v2)是不平行的。
在一个实施例(例如，图7)中，该第四距离(例如，d4)不比该第二距离(例如，d2)长。在一个实施例(例如，图7)中，该第一栅格三位置(例如，k1)在该第一栅格二位置与该第二栅格二位置之间的几何线段上。
在一个实施例(例如，图9b)中，在该多个栅格一位置中，该多个栅格一位置中的第三栅格一位置(例如，p4)和第四栅格一位置(例如，p3)第二和第三最接近该第一栅格一位置(例如，p1)；以及该多个栅格二位置中的第三栅格二位置(例如，u1c)在通过在该第一栅格一位置、该第二栅格一位置、该第三栅格一位置以及该第四栅格一位置处顶点形成的几何多边形(例如，p1-p2-p3-p4)之内。
本发明所提出的多频带天线阵列通过合理布置、布局以及配置，实现了改善多频带天线阵列的紧密性的有益效果。
结合附图阅读本发明实施例的下文详细描述，本发明的许多目的、特征和有益效果将是显而易见的。然而，在此采用的附图是出于描述的目的，而不应被视为是限制的。
附图说明
在审阅以下详细描述和附图之后，上述目的和有益效果对本领域技术人员将是显而易见的，其中：
图1是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图2是根据本发明实施例示出了图1的天线阵列的三维视图和侧视图；
图3a是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图3b是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图3c是根据本发明实施例示出了可能天线布局范围的俯视图；
图4a是根据本发明实施例示出了图1的天线阵列的馈电端布局的俯视图；
图4b是根据本发明实施例示出了图1的天线阵列的馈电端布局的俯视图；
图5a是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图5b是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图5c是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图6a是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图6b是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图7是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图8是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；
图9a是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图；以及
图9b是根据本发明实施例示出了天线阵列的俯视图。
具体实施方式
请查阅图1，其根据本发明实施例示出了天线阵列100的俯视图；天线阵列100可以是多频带天线阵列(天线模块)。天线阵列100可以包含多个低频带天线，例如，a1、a2、a3和a4，用于在频率为f1的低频带处进行电磁共振。天线阵列100还可以包含多个高频带天线，例如，b1、b2、b3和b4，用于在频率为f2的高频带处进行电磁共振。高频带的频率f2可以高于低频带的频率f1。低频带天线a1到a4可以形成低频带子阵列，并且高频带天线b1到b4可以形成高频带子阵列。
可以配置低频带天线a1到a4和高频带天线b1到b4靠近同一表面或靠近不同表面；例如，如图2所示，可以配置天线a1到a4靠近表面xy1(例如，x-y平面)，可以配置天线b1到b4靠近表面xy2，其中表面xy1和xy2可以是同一表面，或者是不同表面。低频带天线a1到a4的位置可以投影到表面xy1上的位置p1到p4。高频带天线b1到b4的位置可以投影到表面xy1上的位置u1到u4。低频带天线a1到a4的每一个可以是微带天线(patch antenna)、平面倒F天线(planar inverted-F antenna，PIFA)、环路天线(loop antenna)或槽孔天线(slotantenna)等。类似地，高频带天线b1到b 4的每一个可以是微带天线、PIFA、环路天线或槽孔天线等。可选地，如图2所示，天线阵列100可以进一步包含一个或多个天线导向器层(antenna director layer)，例如Ld0，平行于表面xy1和xy2。天线导向器层可以与天线a1到a4以及b1到b4绝缘，例如，通过介电材料和/或充气空间与天线a1到a4以及b1到b4分离。天线导向器层Ld0可以通过高介电常数的金属或材料形成，因此可以增强天线阵列100的定向增益(directional gain)。
通常，天线的位置可以参考几何点或几何点的投影(到表面xy1)，其与天线的其他几何点具有预定义的几何关系，和/或与天线的几何特征具有预定义的几何关系。例如，天线的位置可以参考天线的几何中心(或几何中心的投影)、或天线的给定边的中点(或中点的投影)、或通过预定义的比率在天线的两个给定几何点(例如，顶点)之间划分线段的分割点(或分割点的投影)等；或，天线的位置可以参考天线的馈电端(feed terminal)或接地端(ground terminal)的位置(或位置的投影)。
无论低频带天线a1到a4和高频带天线b1到b4是在同一表面上还是在不同表面上(如图2所示)，在一个实施例中，天线a1到a4以及b1到b4的投影平面布局可以根据图1布置。如图1所示，在低频带天线a1到a4的位置p1到p4中，天线a2的位置p2沿方向v1经由距离d1最靠近天线a1的位置p1。也就是说，位置p1与p2之间的距离d1可以比位置p1与p3之间的距离更短或与其相等，并且可以比位置p1与p4之间的距离更短或与其相等。低频带天线a1到a4的位置p1到p4可看作是指示低频带子阵列的栅格的栅格一位置(grid-one position)，并且方向v1可以指示低频带子阵列的栅格的方向。在另一方面，高频带天线b1到b4的位置u1到u4可看作是指示高频带子阵列的栅格的栅格二位置(grid-two position)。
在高频带天线b1到b4的位置u1到u4中，位置u1和u2可以是与低频带天线a1的位置p1最靠近的两个；即，位置u1和u2中的一个可以是位置u1到u4中最靠近位置p1的一个，并且位置u1和u2中的另一个可以是位置u1到u4中第二最靠近位置p1的一个。也就是说，位置p1与u1之间的距离ds1或位置p1与u2之间的距离ds2可以比位置p1与u3之间的距离更短或与其相等，并且比位置p1与u4之间的距离更短或与其相等。
最靠近位置p1的两个位置u1和u2可以沿方向v2相互分开距离d2。方向v2可以指示高频带子阵列的栅格的方向。根据本发明，可以布置从位置p1指向p2的方向v1与从位置u1指向u2的方向v2是不平行的。例如，如图1所示，方向v1与方向v2之间的角度可以基本上等于45度。通过将方向v1和v2布置成不平行的，经由高频带天线b1到b4形成的高频带子阵列可以集成在经由低频带天线a1到a4形成的低频带子阵列中，从而改善多频带天线阵列100的紧密性。
在一个实施例中，位置u1与u2之间的距离d2可以比位置p1与p2之间的距离d1更短(或与其相等)。为了更好的高频带子阵列的辐射场型(radiation pattern)，在一个实施例中，可以设置距离d2比高频带的半波长更短或与其相等。类似地，为了更好的低频带子阵列的辐射场型，在一个实施例中，距离d1可以设置为比低频带的半波长更短或与其相等。频带的波长与频带的频率的倒数(reciprocal)成比例，高频带的波长比低频带的波长更短。因此，通过将距离d2设置为比距离d1更短或与其相等，低频带子阵列和高频带子阵列两者都可以得益于更好的辐射场型。
在一个实施例中，距离d1除以距离d2的距离比率d1/d2可以与高频带的频率f2除以低频带的频率f1的频率比率f2/f1正相关；也就是说，如果由于实施需求比率f2/f1较大，则可以设计比率d1/d2较大。在一个实施例中，距离比率d1/d2可以基本上等于(例如，等于或者存在很小误差的等于)频率比率f2/f1。例如，在一个实施例中，频率f1和f2可以分别是28GHz和39GHz，因此f2/f1可以近似为1.4，则可以设置距离d2基本上等于d1/1.4，或者近似为0.7*d1。
在低频带天线a1到a4的位置p1到p4中，虽然位置p2可以最靠近位置p1，然而位置p4可以沿方向v3经由距离d3第二最靠近位置p1；即，位置p1与p4之间的距离d3可以比位置p1与p2之间的距离d1长或与其相等，然而可以比位置p1与p3之间的距离更短或与其相等。在一个实施例中，可以布置方向v3不平行于方向v1和v2。例如，如图1所示，在一个实施例中，方向v3可以基本垂直于方向v1。在一个实施例中，距离d2可以比距离d3更短或与其相等。
在一个实施例中，如图1所示，可以布局位置u2于位置p1与p2之间的几何线段p1-p2上。例如，在一个实施例中，可以布局位置u2于线段p1-p2的中点，从而使得位置p1与u2之间的距离ds2可以基本上等于距离d1的一半。在不同的实施例中，可以布局位置u2于线段p1-p2上，但是在线段p1-p2的中点以外的点处，从而使得距离ds2可以不同于距离d1的一半。在又一个实施例中，可以布局位置u2不在线段p1-p2上。
在一个实施例中，可以布局位置u1于位置p1与p4之间的几何线段p1-p4上。例如，在一个实施例中，可以布局位置u1于线段p1-p4的中点，使得位置p1与u1之间的距离ds1可以基本上等于距离d3的一半。在不同的实施例中，可以布局位置u1于线段p1-p4上，但是在与线段p1-p4的中点以外的点处，从而使得距离ds1可以不同于距离d3的一半。在又一个实施例中，位置u1可以不在线段p1-p4上。
关于低频带天线a3的位置p3，可以设置位置p4到p3的方向平行于或不平行于方向v1；以及，可以设置位置p2到p3的方向平行于或不平行于方向v3。可以设置位置p3与p4之间的距离基本上等于或不同于距离d1；以及，可以设置位置p2与p3之间的距离基本上等于或不同于距离d3。在一个实施例中，在低频带天线a1到a4的位置p1到p4中，位置p4和p2可以是最靠近以及第二最靠近位置p3的。
关于高频带天线b3和b4的位置u3和u4，在一个实施例中，位置u1到u4的方向可以不平行于方向v1、v2和v3；例如，如图1所示，位置u1到u4的方向与方向v2之间的角度可以是90度。位置u1到u4的方向可以平行于或不平行于位置u2到u3的方向；并且，位置u4到u3的方向可以平行于或不平行于方向v2。在一个实施例中，可以布局位置u4于位置p3与p4之间的几何线段p3-p4上；在不同的实施例中，可以布局位置u4不在几何线段p3-p4上。在一个实施例中，可以布局位置u3于位置p2与p3之间的几何线段p2-p3上；在不同的实施例中，可以布局位置u3不在几何线段p2-p3上。
如图1所示，在用于多频带f1＝28GHz和f2＝39GHz的实施例中，方向v1和v3可以是垂直的，位置p4到p3的方向可以平行于方向v1，位置p2到位置p3的方向可以平行于方向v3，可以设置距离d1和d3相等，并且可以分别布局位置u1、u2、u3和u4于线段p1-p4、p1-p2、p2-p3和p3-p4的中点，因此位置p1到p4可以形成几何正方形p1-p2-p3-p4的四个顶点，以及位置u1到u4可以在正方形p1-p2-p3-p4之内形成几何正方形u1-u2-u3-u4的四个顶点。在该种布置下，距离d2可以等于sqrt(ds1^2+ds2^2)＝d1*sqrt(2)/2(sqrt()表示开平方根)，或近似为0.7*d1，从而使得距离比率d1/d2近似匹配于所期望的频率比率f2/f1。
虽然在图1中示出位置u1到u4在几何多边形p1-p2-p3-p4的边上，但本发明并不限于此。请查阅图3a，其示出了多频带天线阵列300a的俯视图。类似于图1中的天线阵列100，图3a中的天线阵列300a可以包含：低频带天线a1到a4和高频带天线b1到b4；天线a1到a4的位置可以投影到表面xy1上的位置p1到p4，并且天线b1到b4的位置可以投影到表面xy1上的位置u1到u4。在位置p1到p4中，位置p2和p4可以是最靠近以及第二最靠近位置p1的，其中位置p1可以沿方向v1与位置p2相邻距离d1，并且沿方向v3与位置p3相邻距离d3。在位置u1到u4中，位置u1和u2可以是最靠近位置p1的两个，并且位置u1和u2可以沿方向v2分开距离d2。方向v2可以不平行于方向v1和v3。如图3a所示，在一个实施例中，位置u1到u4的子集(一个、一些或全部)可以不在几何多边形p1-p2-p3-p4的任何边上。例如，位置u1到u4的第一子集(空、一个、一些或全部)可以位于多边形p1-p2-p3-p4之内；和/或，位置u1到u4的不同的第二子集(空、一个、一些或全部)可以位于多边形p1-p2-p3-p4之外。
虽然在图1中示出方向v1和v3是垂直的，但本发明并不限于此。请查阅图3b，其示出了多频带天线阵列300b的俯视图。类似于图1中的天线阵列100和图3a中的天线阵列300a。图3b中的天线阵列300b可以包含低频带天线a1到a4和高频带天线b1到b4；天线a1到a4的位置可以投影到表面xy1上的位置p1到p4，并且天线b1到b4的位置可以投影到表面xy1上的位置u1到u4。在位置p1到p4中，位置p2和p4可以是最靠近以及第二最靠近位置p1的，其中位置p1可以沿方向v1与位置p2相邻距离d1，并且沿方向v3与位置p3相邻距离d3。在位置u1到u4中，位置u1和u2可以是最靠近位置p1的两个，并且位置u1和u2可以沿方向v2分开距离d2。可以设置方向v2不平行于方向v1和v3。如图3b所示，在一个实施例中，方向v1和v3可以是不垂直的，即，方向v1与v3之间的角度可以小于或大于90度。
虽然在图1中示出位置p4到p3的方向平行于方向v1，并且示出位置p2到p3的方向平行于方向v3，但本发明并不限于此。如图3b所示，位置p4到p3的方向可以不平行于方向v1；和/或，位置p2到p3的方向可以不平行于方向v3。
与图1以及图3a和3b一起，请查阅图3c，其示出了低频带天线位置p1到p4和高频带天线位置u1到u4的可能布局范围的俯视图。高频带天线b1到b4的位置u1到u4可以位于内部几何多边形ui1-ui2-ui3-ui4与外部几何多边形ue1-ue2-ue3-ue4之间限制的范围内。在不引起天线a1到a4与天线b1到b4中的任一个的投影重叠的情况下，低频带天线a1到a4的位置p1到p4可以位于内部几何多边形pi1-pi2-pi3-pi4与外部几何多边形pe1-pe2-pe3-pe4之间限制的范围内。多边形ui1-ui2-ui3-ui4的每一个边可以不平行于多边形pi1-pi2-pi3-pi4的任一边，和/或不平行于多边形pe1-pe2-pe3-pe4的任一边。多边形ue1-ue2-ue3-ue4的每一个边可以不平行于多边形pi1-pi2-pi3-pi4的任一边，和/或不平行于多边形pe1-pe2-pe3-pe4的任一边。多边形pi1-pi2-pi3-pi4的几何中心可以在多边形ui1-ui2-ui3-ui4之内；和/或，多边形pe1-pe2-pe3-pe4的几何中心可以在多边形ui1-ui2-ui3-ui4之内。
在天线阵列100(图1)中，低频带天线a1到a4的每一个可以包含一个或多个第一馈电端，用于传送一个或多个低频带馈电信号；例如，天线a1到a4的子集(空、一个、一些或全部)中的每一个可包含用于双正交极化操作的两个馈电端。类似地，高频带天线b1到b4中每一个可以包含一个或多个第二馈电端，用于传送一个或多个高频带馈电信号；例如，天线b1到b4的子集(空、一个、一些或全部)中的每一个可包含用于双正交极化操作的两个馈电端。与图1一起，请查阅图4a；图4a是根据本发明实施例示出了馈电端布局的俯视图。如图4a所示，在天线阵列100中，天线a1可以包含两个馈电端na1和na2、天线a2可以包含两个馈电端na3和na4、天线a3可以包含两个馈电端na5和na6、以及天线a4可以包含两个馈电端na7和na8。此外，天线b1可以包含两个馈电端nb1和nb2、天线b2可以包含两个馈电端nb3和nb4、天线b3可以包含两个馈电端nb5和nb6、以及天线b4可以包含两个馈电端nb7和nb8。
如图4a所示，在一个实施例中，可以布置高频带天线b1到b4的馈电端nb1到nb8从几何参考点c0向外；也就是说，在每个高频带天线之内，可以布局其两个馈电端于远离参考点c0的位置。在未示出的另一个实施例中，可以布置高频带天线b1到b4的馈电端nb1到nb8朝向参考点c0。参考点c0可以是多边形p1-p2-p3-p4之内的几何点，和/或多边形u1-u2-u3-u4之内的几何点；例如，参考点c0可以是多边形p1-p2-p3-p4或多边形u1-u2-u3-u4的几何中心。可以布置低频带天线a1到a4的馈电端na1到na8也从参考点c0向外。
与图1以及图4a一起，请查阅图4b；图4b是根据本发明又一实施例示出了馈电端布局的俯视图。如图4b所示，在一个实施例中，可以布置馈电端nb1到nb8中的一些朝向参考点c0，然而可以布置其他馈电端从参考点c0向外。例如，如图4b所示，在天线b1之内，可以布局天线b1的馈电端nb1于更靠近参考点c0的位置，然而可以布局天线b1的其他馈电端nb2于远离参考点c0的位置。虽然未在图4a和4b中示出，但可以理解的是，类似于馈电端nb1到nb8的布局，存在用于布局低频带天线a1到a4的馈电端na1到na8的各种实施例。类似于图4a和4b，天线阵列300a或300b(图3a或3b)中的天线a1到a4和b1到b4中的每一个可以包含一个或多个馈电端，并且可以存在多个不同的实施例用于布置馈电端的位置。
虽然在图1中示出了天线a1到a4和b1到b4的形状为矩形，但本发明并不限于此。与图1一起，请查阅图5a，其根据本发明实施例示出了天线阵列500a的俯视图；可以通过变换图1中的天线阵列100中的天线a1到a4以及b1到b4的形状来实现图5a中的天线阵列500a。如图5a所示，天线b1到b4的几何形状可以分别沿参考方向vb1到vb4定向；例如，天线b1的参考方向vb1可以是其形状的几何对称轴。在一个实施例中，参考方向vb1到vb4可以从几何参考点c0向外(或向内)。在一个实施例(未示出)中，参考方向vb1到vb4可以是平行的。在一个实施例(未示出)中，参考方向vb1和vb3可以是相反的，参考方向vb2和vb4可以是相反的，参考方向vb1可以平行于或不平行于水平轴x，以及参考方向vb2可以平行于或不平行于垂直轴y。虽然未在图5a中示出，但低频带天线a1到a4中的每一个也可以沿其自身参考方向定向，类似于高频带天线b1到b4，存在各种实施例以对准低频带天线a1到a4的参考方向。
与图1一起，请查阅图5b，其根据本发明实施例示出了天线阵列500b的俯视图；可以通过变换图1中的天线阵列100的高频带天线b1到b4的方向来实现图5b中的天线阵列500b。与图1一起，请查阅图5c，其根据本发明实施例示出了天线阵列500c的俯视图；可以通过变换图1中的天线阵列100的低频带天线a1到a4的方向来实现图5c中的天线阵列500c。
与图1一起，请查阅图6a，其根据本发明实施例示出了天线阵列600a的俯视图；可以通过进一步包含一个或多个寄生元件(parasitic element)(例如，pa1到pa8)从图1中的天线阵列100衍生出图6a中的天线阵列600a。可以配置寄生元件pa1到pa8和天线a1到a4靠近同一表面xy1。寄生元件pa1到pa8可以由导体(金属)形成，并且与天线a1到a4且b1到b4绝缘。如图6a所示，在一个实施例中，可以布局寄生元件pa1到pa8靠近天线a1到a4的外面的边(相对于参考点c0)。例如，由于与天线a1的另外两个边相比，顶部的边和左面的边距参考点c0更远，可以布局寄生元件pa1和pa2靠近天线a1的顶部的边和左面的边。
与图1一起，请查阅图6b，其根据本发明实施例示出了天线阵列600b的俯视图；可以通过进一步包含一个或多个寄生元件(例如，pb1到pb8)从图1中的天线阵列100衍生出图6b中的天线阵列600b。可以配置寄生元件pb1到pb8和天线b1到b4靠近同一表面(例如，图2中的xy1或xy2)。寄生元件pb1到pb8可以由导体(金属)形成，并且与天线a1到a4且b1到b4绝缘。如图6b所示，在一个实施例中，可以布局寄生元件pb1、pb3、pb5和pb7靠近天线b1到b4的外面的边(相对于参考点c0)，然而可以布局寄生元件pb2、pb4、pb6和pb8靠近天线b1到b4的内部的边。例如，在天线b1的所有的边中，其左面的边和右面的边是最远离和最靠近参考点c0的边，则可以分别布局寄生元件pb1和pb2靠近天线b1的左面的边和右面的边。
与图1一起，请查阅图7，其根据本发明实施例示出了天线阵列700的俯视图；可以通过进一步包含一个或多个更高的高频带天线(例如，c1到c4)从图1中的天线阵列100衍生出图7中的天线阵列700，以用于共振在更高的高频带处，其中更高的高频带的频率f3高于高频带的频率f2。可以配置天线c1到c4靠近天线a1到a4被配置靠近的表面(例如，图2中的xy1)、靠近天线b1到b4被配置在靠近的表面(例如，图2中的xy2)或靠近除了天线a1到a4或b1到b4被配置靠近的表面之外的表面。天线c1到c4可以形成更高的高频带子阵列。
如图7所示，更高的高频带天线c1到c4的位置可以分别投影到表面xy1上的位置k1到k4，并且可以视为位置k1到k4是栅格三位置，其指示更高的高频带子阵列的栅格。在更高的高频带天线c1到c4的位置k1到k4中，位置k1和k2可以是最接近位置u2的两个，并且位置k1和k2可以沿方向v4相互分开距离d4。根据本发明的实施例，方向v4和v2可以是不平行的。例如，在一个实施例中，方向v2与v4之间的角度可以设置为基本上等于45度。在一个实施例中，距离d4可以不比距离d2长；例如，距离d4可以比距离d2更短。在一个实施例中，位置k1到k4的子集(空、一个、一些或全部)中的每一个可以在几何多边形b1-b2-b3-b4的边上；例如，在一个实施例中，位置k1可以在位置u1与u2之间的几何线段上。在一个实施例中，位置k1到k4的子集(空、一个、一些或全部)可以不在几何多边形b1-b2-b3-b4的任何边上。
如图7所示，在用于多频带频率f1＝28GHz、f2＝39GHz以及f3＝60GHz的实施例中，方向v1和v3可以是垂直的；位置p4到p3的方向可以平行于方向v1，并且位置p2到p3的方向可以平行于方向v3；位置u4到u3的方向可以平行于方向v2，位置u2到u3的方向可以平行于位置u1到u4的方向，并且方向v2可以垂直于位置u1到u4的方向；位置k4到k3的方向可以平行于方向v4，位置k1到k4的方向可以平行于位置k2到k3的方向，并且位置k1到k4的方向可以垂直于方向v4；方向v1和v4可以是平行的，并且位置k1到k4的方向可以平行于方向v3；此外，可以设置距离d1和d3相等，位置u1与u4之间的距离可以等于距离d2，位置k1与k4之间的距离可以等于距离d4；可以分别布局位置u1、u2、u3和u4于线段p1-p4、p1-p2、p2-p3和p3-p4的中点，以及可以分别布局位置k1、k2、k3和k4于几何线段u1-u2、u2-u3、u3-u4和u4-u1的中点，因此位置p1到p4可以形成几何正方形p1-p2-p3-p4的四个顶点，位置u1到u4可以在正方形p1-p2-p3-p4之内形成几何正方形u1-u2-u3-u4的四个顶点，并且位置k1到k4可以在几何正方形u1-u2-u3-u4之内形成几何正方形k1-k2-k3-k4的四个顶点。
类似于低频带天线a1到a4以及高频带天线b1到b4的馈电端布置，图7中的更高频带天线c1到c4的每一个可以包含一个或多个馈电端(图7中未示出)，用于传送一个或多个更高的高频带馈电信号。
类似于图5a到5c，天线阵列700中的天线a1到a4、b1到b4以及c1到c4中的每一个可以是定向任何方向的任何形状。类似于图6a和/或图6b，天线阵列700还可以包含靠近天线a1到a4、b1到b4和/或c1到c4的一个或多个寄生元件(未示出)。
与图1一起，请参见图8，其根据本发明实施例示出了天线阵列800的俯视图；可以通过进一步包含诸如a5到a9的更多低频带天线以及诸如b5到b12的更多高频带天线将图1中的天线阵列100扩展成天线阵列800。由于可以配置低频带天线a1到a4靠近表面xy1，因此也可以配置附加的低频带天线a5到a9靠近表面xy1，其中附加的低频带天线a5到a9的位置可以分别投影到表面xy1处的位置p5到p9。由于可以配置高频带天线b1到b4靠近表面xy2(图2)，因此也可以配置附加的高频带天线b5到b12靠近表面xy2，其中天线b5到b12的位置可以分别投影到表面xy1的位置u5到u12。布局天线a1到a4以及b1到b4的布局场型可以在空间上重复以布局其他天线a5到a9以及b5到b12。例如，天线a2、a5、a6和a3的位置p2、p5、p6和p3之间的几何关系可以同天线a1到a4的位置p1到p4之间的几何关系相同；以及，天线b3、b5、b6、b7的位置u3、u5、u6、u7与天线a2、a5、a6和a3的位置p2、p5、p6和p3之间的几何关系可以同天线a1到a4的位置p1到p4与天线b1到b4的位置u1到u4之间的几何关系相同。
例如，关于低频带天线a1到a9的位置p1到p9，当位置p2可以沿方向v1与位置p1分开距离d1时，位置p5也可以沿方向v1与位置p2分开距离d1；当位置p4可以沿方向v3与位置p1分开距离d3时，位置p9也可以沿方向v3与位置p4分开距离d3。在另一方面，关于高频带天线b1到b12的位置u1到u12，通过位置p2、u3和u5形成的几何三角形p2-u3-u5可以与通过位置p1、u1和u2形成几何三角形p1-u1-u2一致，其中位置u3到u5的方向平行于方向v2；以及，通过位置u6、p6和u7形成的几何三角形u6-p6-u7可以与通过位置u3、p3和u4形成的几何三角形u3-p3-u4一致，其中位置u6到u7的方向平行于从位置u3到u4的方向。
类似于天线a1到a4，天线a5到a9中的每一个可以包含一个或多个馈电端(未示出)，用于传送一个或多个低频带馈电信号；类似于天线b1到b4，天线b5到b12中的每一个可以包含一个或多个馈电端(未示出)，用于传送一个或多个高频带馈电信号。由于可以通过包含更高的高频带天线c1到c4将图1中的双频带天线阵列100增强到图7中的三频带天线阵列700，因此也可以通过进一步包含更高的高频带天线将图8中的双频带天线阵列800增强到三频带天线阵列(未示出)。
类似于图5a到5c，天线阵列800中的天线a1到a9以及b1到b12可以是定向任何方向的任何形状。类似于图6a和/或图6b，天线阵列800可以进一步包含一个或多个寄生元件(未示出)；例如，天线阵列800可以包含：靠近天线a1、a2和a5的顶部的边的三个寄生元件；靠近天线a1、a4和a9的左面的边的三个寄生元件；靠近天线a5、a6和a7的右面的边的三个寄生元件；和/或，靠近天线a7、a8和a9的底部的边的三个寄生元件。
与图1一起，请查阅图9a，其根据本发明实施例示出了天线阵列900a；可以通过进一步包含共振于低频带处的附加低频带天线a1c将图1中的天线阵列100扩展成天线阵列900a。可以配置低频带天线a1c靠近表面xy1；天线a1c的位置可以投影到表面xy1上的位置p1c，并且位置p1c可以在几何多边形p1-p2-p3-p4之内。例如，位置p1c可以是几何多边形p1-p2-p3-p4或u1-u2-u3-u4的几何中心。在低频带天线a1到a4和a1c的位置p1到p4和p1c中，位置p1c可以沿方向v1c经由距离d1c最靠近位置p1。在高频带天线b1到b4的位置u1到u4中，位置u1和u2可以是最近接位置p1的两个，并且位置u1和u2可以沿方向v2分开距离d2。根据本发明，可以设置方向v1c和v2是非平行的。在一个实施例中，距离d2可以不比距离d1c长；例如，在一个实施例中，距离d2可以基本上等于距离d1c。
类似于图4a和图4b，在天线阵列900a中，低频带天线a1到a4以及a1c的每一个可以包含一个或多个馈电端；以及，高频带天线b1到b4的每一个可以包含一个或多个馈电端。类似于图5a到5c，天线阵列900a中的天线a1到a4、a1c以及b1到b4每一个可以是定向任何方向的任何形状。类似于图6a和/或图6a，天线阵列900a可以进一步包含靠近天线a1到a4、a1c以及b1到b4中的一个或一些的一个或多个寄生元件(未示出)。
与图1一起，请参见图9b，其根据本发明实施例示出了天线阵列900b；可以通过进一步包含共振于高频带处的附加高频带天线b1c将图1中的天线阵列100扩展成天线阵列900b。由于可以配置高频带天线b1到b4靠近表面xy2(图2)，因此也可以配置高频带天线b1c靠近表面xy2，并且天线b1c的位置可以投影到表面xy1的位置u1c。位置u1c可以在几何多边形u1-u2-u3-u4之内。例如，位置u1c可以是几何多边形p1-p2-p3-p4或u1-u2-u3-u4的几何中心。在低频带天线a1到a4的位置p1到p4中，天线a2的位置p2可以沿方向v1经由距离d1最靠近天线a1的位置p1。在高频带天线b1到b4和b1c的位置u1到u4和u1c中，位置u1和u2仍然可以是最靠近位置p1的两个，并且位置u1和u2可以沿方向v2分开距离d2。根据本发明，可以设置方向v1和v2是不平行的。
类似于图4a和图4b，在天线阵列900b中，低频带天线a1到a4的每一个可以包含一个或多个馈电端；以及，高频带天线b1到b4以及b1c的每一个可以包含一个或多个馈电端。类似于图5a到5c，天线阵列900b中的天线a1到a4、b1到b4以及b1c的每一个可以是定向任何方向的任何形状。类似于图6a和/或图6a，天线阵列900b还可以包含靠近天线a1到a4、b1到b4以及b1c中的一个或一些的一个或多个寄生元件(未示出)。
类似于图7，可以通过进一步包含更高的高频带的天线将图9a或图9b中的双频带天线阵列900a或900b增强到三频带天线阵列。类似于图8，可以通过进一步包含更多的低频带天线和高频带天线来扩展图9a或图9b中的天线阵列900a或900b，这些低频天线和高频带天线可以通过重复天线阵列900a或900b的几何布局场型来布局。
关于图3a或图3b中的天线阵列300a或300b，类似于图5a到5c，天线阵列300a或300b(图3a或图3b)中的天线a1到a4以及b1到b4中的每一个可以是定向任何方向的任何形状。类似于图6a和/或图6b中，图3a或图3b中的天线阵列300a或天线阵列300b可以进一步包含靠近天线a1到a4和/或b1到b4的寄生元件。类似于图7，可以通过进一步包含一个或多个更高的高频带天线将图3a或图3b中的双频带天线阵列300a或天线阵列300b增强到三频带天线阵列。类似于图8，可以通过包含多个低频带天线和/或高频带天线来扩展图3a或图3b中的天线阵列300a或300b。类似于图9a或图9b，可以通过在几何多边形u1-u2-u3-u4和/或几何多边形p1-p2-p3-p4之内的位置包含附加的低频带天线或高频带天线来扩展图3a或图3b中的天线阵列300a或300b。
综上所述，根据本发明，通过沿不同方向对准不同频带的子阵列的栅格，可以将不同频带的子阵列嵌入限定区域中，从而提高多频带天线阵列的紧密性。另外，值得注意的是，本说明书中提到的“基本上等于”可为“完全等于”或者“存在很小误差的等于”，本领域技术人员可容易理解。
虽然已经根据目前被视为是最实用和最优选的实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不必限制于所公开的实施例。相反，其旨在覆盖包含在所附权利要求书的精神和范围之内的各种修改以及类似布置，其中所述各种修改和类似布置与最广泛的解释一致，从而包含所有这些修改和类似结构。

Claims (18)

1.一种多频带天线阵列，包含：
共振于第一频带处的多个第一天线；以及
共振于第二频带处的多个第二天线；其中：
该第二频带的频率高于该第一频带的频率；
该多个第一天线的位置分别投影到表面上的多个栅格一位置；
该多个第二天线的位置分别投影到该表面上的多个栅格二位置；
在该多个栅格一位置中，该多个栅格一位置中的第二栅格一位置沿第一方向经由第一距离最靠近该多个栅格一位置中的第一栅格一位置，以及该多个栅格一位置中的第三栅格一位置沿第三方向经由第三距离第二最靠近该第一栅格一位置；
在该多个栅格二位置中，该多个栅格二位置中的第一栅格二位置和第二栅格二位置是最接近该第一栅格一位置的两个；
该第一栅格二位置和该第二栅格二位置沿第二方向分开第二距离；
该第一方向与该第二方向是不平行的；以及
该第三方向不平行于该第一方向以及该第二方向。
2.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第二距离不比该第一距离长。
3.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第二栅格二位置在该第一栅格一位置与该第二栅格一位置之间的第一几何线段上。
4.根据权利要求3所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第二栅格二位置在该第一几何线段的中点。
5.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第一距离除以该第二距离的比率与该第二频带的该频率除以该第一频带的该频率的比率正相关。
6.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第一距离除以该第二距离的比率等于该第二频带的该频率除以该第一频带的该频率的比率。
7.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第一方向与该第二方向之间的角度等于45度。
8.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
该第二栅格二位置在该第一栅格一位置与该第二栅格一位置之间的第一几何线段上；以及
该第一栅格二位置在该第一栅格一位置与该第三栅格一位置之间的第二几何线段上。
9.根据权利要求8所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第一栅格二位置在该第二几何线段的中点。
10.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
该第三方向垂直于该第一方向。
11.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
该第三距离等于该第一距离。
12.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
该多个第一天线的子集中的每一个包含两个第一馈电端，用于双正交极化操作。
13.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
该多个第二天线的子集中的每一个包含两个第二馈电端，用于双正交极化操作。
14.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，进一步包含一个或多个寄生元件。
15.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于，进一步包含：
多个第三天线，共振于第三频带处；其中：
该第三频带的频率高于该第二频带的该频率；
该多个第三天线的位置分别投影到该表面的多个栅格三位置；
在该多个栅格三位置中，该多个栅格三位置中的第一栅格三位置和第二栅格三位置是最接近该第二栅格二位置的两个；
该第一栅格三位置和该第二栅格三位置相互沿第四方向分开第四距离；以及
该第四方向与该第二方向是不平行的。
16.根据权利要求15所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第四距离不比该第二距离长。
17.根据权利要求16所述的多频带天线阵列，其特征在于，该第一栅格三位置在该第一栅格二位置与该第二栅格二位置之间的几何线段上。
18.根据权利要求1所述的多频带天线阵列，其特征在于：
在该多个栅格一位置中，该多个栅格一位置中的第四栅格一位置第三最靠近该第一栅格一位置；以及
该多个栅格二位置中的第三栅格二位置在通过在该第一栅格一位置、该第二栅格一位置、该第三栅格一位置以及该第四栅格一位置处顶点形成的几何多边形之内。
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