CN110190397A - 具有毫米波测距能力的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明题为“具有毫米波测距能力的电子设备。”本发明提供了一种电子设备诸如手表，所述电子设备可设置有用于以10GHz和300GHz之间的第一频率传送第一信号的相控天线阵列以及用于以低于10GHz的第二频率传送第二信号的非毫米波天线。所述设备可包括导电外壳侧壁和显示器。所述显示器和所述导电外壳侧壁中的导电结构可限定所述非毫米波天线中的隙缝元件。所述相控天线阵列可安装在所述隙缝元件内，与所述显示器中的空间滤波器对准，或者与所述导电外壳侧壁中的介电窗口对准。控制电路可处理由所述相控天线阵列发射的信号和由所述相控天线阵列接收的所发射信号的反射版本，以检测所述设备和外部物体之间的范围。

Description

具有毫米波测距能力的电子设备

本申请要求于2018年2月21日提交的美国专利申请No.15/901,564的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。

电子设备通常包括无线通信电路。例如，蜂窝电话、计算机和其他设备通常包含天线和用于支持无线通信的无线收发器。

可能希望支持毫米波和厘米波通信频带中的无线通信。毫米波通信(有时称为极高频(EHF)通信)和厘米波通信涉及频率为约10-300GHz的通信。在这些频率下操作可支持高带宽，但可能会带来重大挑战。例如，由天线生成的毫米波通信信号的特征在于在通过各种介质进行信号传播期间发生大量衰减和/或失真。

因此，希望能够为电子设备提供改进的无线通信电路，诸如支持毫米和厘米波通信的通信电路。

发明内容

本发明公开了一种可设置有无线电路的电子设备诸如手表。无线电路可包括布置在相控天线阵列中的天线，用于以10GHz和300GHz之间的第一频率传送第一射频信号(例如，以毫米波频率传送毫米波信号)。无线电路可包括非毫米波天线，用于以低于10GHz的第二频率传送第二射频信号。

电子设备可包括导电外壳侧壁和安装到导电外壳侧壁的触摸屏显示器。触摸屏显示器可显示图像并收集触摸输入。触摸屏显示器可包括显示器覆盖层和显示模块。显示模块和导电外壳侧壁中的导电结构可限定非毫米波天线中的隙缝元件。

在一个合适的布置中，相控天线阵列可安装在非毫米波天线的隙缝元件内，用于通过显示器覆盖层以第一频率传送第一射频信号。如果需要，可在显示模块的导电结构中形成空间滤波器诸如频率选择表面。空间滤波器可具有包括第一频率的通带。在另一个合适的布置中，相控天线阵列可安装在显示模块下方，并且可经由空间滤波器通过显示模块以第一频率传送第一射频信号。如果需要，可在一个导电外壳侧壁中形成介电窗口。在另一个合适的布置中，相控天线阵列可与介电窗口对准，并且可通过介电窗口以第一频率传送第一射频信号。

如果需要，电子设备中的控制电路可使用相控天线阵列和第一射频信号对外部物体执行空间测距操作。例如，控制电路可控制耦接到相控天线阵列的毫米波电路以发射毫米波测距信号(例如，基于测距或物体检测协议以第一频率发射具有预定脉冲序列的射频信号)。相控天线阵列可接收从电子设备附近的外部物体反射的发射的毫米波测距信号的反射版本。控制电路可处理发射的毫米波测距信号和由相控天线阵列接收的发射的毫米波测距信号的反射版本，以检测电子设备和电子设备附近的外部物体之间的范围。电子设备可包括收集传感器数据的传感器电路。如果需要，控制电路可基于检测到的范围和传感器数据来识别预定空间事件。响应于识别预定空间事件，控制电路可控制电子设备向电子设备10的用户(佩戴者)和/或其他人或实体发出通知或警报。

附图说明

图1为根据实施方案的具有无线通信电路的例示性电子设备的透视图。

图2为根据实施方案的具有无线通信电路的例示性电子设备的示意图。

图3为根据实施方案的例示性收发器和天线的示图。

图4为根据实施方案的用于处理非毫米波通信的例示性隙缝天线的示意图。

图5为根据实施方案的可使用控制电路进行调节以引导毫米或厘米波信号的波束的例示性相控天线阵列的示图。

图6为根据实施方案的可使用毫米和厘米波信号和相控天线阵列来执行空间测距操作的例示性无线电路的电路图。

图7为根据实施方案的可用于使用毫米和厘米波信号来执行空间测距操作的例示性相控天线阵列的透视图。

图8和图9为根据实施方案的图7中所示类型的例示性相控天线阵列的侧视图，该相控天线阵列包括与相控天线阵列相关联的示例性辐射图案包络线。

图10为根据实施方案的电子设备的俯视图，该俯视图示出了用于处理非毫米波通信的隙缝天线以及用于使用毫米和厘米波信号来执行空间测距操作的相控天线阵列可如何集成在电子设备内。

图11为根据实施方案的图10中所示类型的例示性电子设备的横截面侧视图，该横截面侧视图示出了用于在电子设备内形成相控天线阵列的不同可能位置。

图12为根据实施方案的可由电子设备执行以使用图5至图11中所示类型的相控天线阵列来执行空间测距操作的例示性步骤的流程图。

图13为根据实施方案的示出图1至图11中所示类型的例示性电子设备可如何响应于使用相控天线阵列以及毫米波和厘米波信号执行的空间测距操作而发出警报的示图。

具体实施方式

电子设备诸如图1的电子设备10可包含无线电路。无线电路可包括一个或多个天线。天线可包括用于处理毫米波和厘米波通信的相控天线阵列。毫米波通信(有时称为极高频(EHF)通信)涉及60GHz或约30GHz和300GHz之间的其他频率下的信号。厘米波通信涉及频率在约10GHz和30GHz之间的信号。

天线还可包括用于处理频率低于厘米波频率的射频通信(例如，频率小于10GHz的信号)的专用天线。用于处理这些频率的射频通信的天线可包括蜂窝电话天线、无线局域网和卫星导航系统天线。这些天线可例如由电子部件诸如显示器、触摸传感器、近场通信天线、无线电力线圈、外围天线谐振元件和设备外壳结构形成。如果需要，设备10还可包含用于处理卫星导航系统信号、蜂窝电话信号、无线局域网信号、近场通信、基于光的无线通信或其他无线通信的无线通信电路。

电子设备10可以是计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如，手表设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如，其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备的功能中的两种或更多种功能的设备或者其他电子设备。在图1的例示性构造中，设备10是便携式设备诸如手表(例如，智能手表)。如果需要，其他构造可用于设备10。图1的示例仅是例示性的。

在图1的示例中，设备10包括显示器诸如显示器14。显示器14可安装在外壳诸如外壳12中。外壳12(有时可称为壳体或壳件)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中的任意两种或更多种的组合形成。外壳12可使用一体构造(其中部分或全部外壳12被加工或模制成单个结构)形成，或可使用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。外壳12可具有金属侧壁，诸如侧壁12W或由其他材料形成的侧壁。可用于形成侧壁12W的金属材料的示例包括不锈钢、铝、银、金、金属合金或任何其他所需的导电材料。侧壁12W在本文中有时可称为外壳侧壁12W或导电外壳侧壁12W。

显示器14可在设备10的前侧(正面)上形成。外壳12可具有与设备10的正面相对的后外壳壁诸如后壁12R。导电外壳侧壁12W可环绕在设备10的周边(例如，导电外壳侧壁12W可围绕设备10的周边边缘延伸)。后外壳壁12R可由导电材料和/或介电材料形成。可用于形成后外壳壁12R的介电材料的示例包括塑料、玻璃、蓝宝石、陶瓷、木材、聚合物、这些材料的组合或任何其他期望的电介质。后外壳壁12R和/或显示器14可在设备10的部分或全部长度(例如，平行于图1的X轴)和宽度(例如，平行于Y轴)上延伸。导电外壳侧壁12W可在设备10的部分或全部高度(例如，平行于Z轴)上延伸。导电外壳侧壁12W和/或后外壳壁12R可形成设备10的一个或多个外表面(例如，设备10的用户可见的表面)和/或可使用不形成设备10的外表面的内部结构(例如，设备10的用户不可见的导电或介电外壳结构，诸如覆盖有层(诸如，薄装饰层、保护涂层和/或可包括介电材料诸如玻璃、陶瓷、塑料的其他涂层)的导电结构，或形成设备10的外表面和/或用于从用户的视角隐藏外壳壁12R和/或12W的其他结构)来实现。

显示器14可为并入导电电容性触摸传感器电极层或其他触摸传感器部件(例如，电阻性触摸传感器部件、声学触摸传感器部件、基于力的触摸传感器部件、基于光的触摸传感器部件等)的触摸屏显示器或者可为非触敏的显示器。电容触摸屏电极可由氧化铟锡焊盘或者其他透明导电结构的阵列形成。

显示器14可包括由液晶显示器(LCD)部件形成的显示器像素阵列、电泳显示器像素阵列、等离子体显示器像素阵列、有机发光二极管显示器像素阵列、电润湿显示器像素阵列或基于其他显示器技术的显示器像素。

显示器14可使用显示器覆盖层来保护。显示器覆盖层可由透明材料诸如玻璃、塑料、蓝宝石或其他晶体介电材料、陶瓷或其他透明材料形成。例如，显示器覆盖层可延伸设备10的基本上全部长度和宽度。

设备10可包括按钮诸如按钮18。设备10中可存在任何合适数量的按钮(例如，单个按钮、多于一个按钮、两个或更多个按钮、五个或更多个按钮等)。按钮可位于外壳12中的开口(例如，导电外壳侧壁12W或后外壳壁12R中的开口)中或显示器14中的开口中(作为示例)。按钮可以是旋转按钮、滑动按钮、通过按压可移动按钮构件致动的按钮等。按钮诸如按钮18的按钮构件可由金属、玻璃、塑料或其他材料形成。在设备10是手表设备的情况下，按钮18有时可称为表冠。

如果需要，设备10可耦接到带诸如带15上。带15可用于将设备10保持在用户的手腕上(作为示例)。带15在本文中有时可称为腕带15。在图1的示例中，腕带15连接到设备10的相对侧部8。设备10的侧部8上的导电外壳侧壁12W可包括用于将腕带15固定到外壳12的附接结构(例如，将外壳12构造成接收腕带15的凸耳或其他附接机构)。不包括带的构造也可用于设备10。

图2中示出了示出可用于设备10的例示性部件的示意图。如图2所示，设备10可包括存储和处理电路，诸如控制电路20。控制电路20可包括存储器，诸如硬盘驱动器存储器、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路20中的处理电路可用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路等。

控制电路20可用于运行设备10上的软件，诸如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部设备进行交互，控制电路20可用于实现通信协议。可使用控制电路20实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如，IEEE 802.11协议，有时称为)、用于其他近程无线通信链路的协议(诸如，协议或其他WPAN协议)、IEEE802.11ad协议、蜂窝电话协议、MIMO协议、天线分集协议、卫星导航系统协议、天线测距协议(例如，无线电检测和测距(RADAR)协议或用于以毫米和厘米波频率传送的信号的其他期望的范围检测协议)等。

设备10可包括输入-输出电路22。输入-输出电路22可包括输入-输出设备24。输入-输出设备24可用于允许将数据提供给设备10并允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备24可包括用户界面设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备24可包括触摸屏、没有触摸传感器能力的显示器、按钮、滚轮、触控板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔和其他音频端口部件、振动器或其他触觉反馈引擎、数字数据端口设备、光传感器(红外光传感器、可见光传感器等)、发光二极管、运动传感器(加速度计)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)等。

输入-输出电路22可包括无线电路34。无线电路34可包括线圈44和用于从无线功率适配器接收无线发射的功率的无线功率接收器26。为了支持无线通信，无线电路34可包括由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源射频(RF)部件、一个或多个天线诸如天线40、传输线和用于处理RF无线信号的其他电路形成的RF收发器电路。也可使用光(例如，使用红外通信)来发送无线信号。

无线电路34可包括用于处理各种射频通信频带的射频收发器电路42。例如，电路34可包括收发器电路38、36、32、30和28。收发器电路36可以是无线局域网收发器电路。收发器电路36可处理用于(IEEE 802.11)通信或其他无线局域网(WLAN)频带的2.4GHz和5GHz频带，并且可处理2.4GHz通信频带或其他无线个人局域网(WPAN)频带。

无线电路34可使用蜂窝电话收发器电路32来处理各种频率范围内的无线通信，诸如从600MHz至960MHz的低通信频带、从1400MHz或1500MHz至2170MHz或2200MHz的中频带(例如，峰值为1700MHz的中频带)以及从2200MHz或2300MHz至2700MHz的高频带(例如，峰值为2400MHz的高频带)，或者600MHz和4000MHz之间或其他合适的频率的其他通信频带(作为示例)。电路32可处理语音数据和非语音数据。

毫米波电路28(有时称为极高频(EHF)收发器电路28、收发器电路28或毫米波收发器电路)可支持频率在约10GHz和300GHz之间的通信。例如，毫米波电路28可支持约30GHz和300GHz之间的极高频(EHF)或毫米波通信频带和/或约10GHz和30GHz之间的厘米波通信频带(有时称为超高频(SHF)频带)中的通信。作为示例，毫米波电路28可支持约18GHz和27GHz之间的IEEE K通信频带、约26.5GHz和40GHz之间的K_a通信频带、约12GHz和18GHz之间的Ku通信频带、约40GHz和75GHz之间的V通信频带、约75GHz和110GHz之间的W通信频带或者大约10GHz和300GHz之间的任何其他期望频带中的通信。如果需要，电路28可支持60GHz和/或第5代移动网络或27GHz和90GHz之间的第5代无线系统(5G)通信频带的IEEE802.11ad通信。如果需要，电路28可支持10GHz和300GHz之间的多个频带(诸如，27.5GHz至28.5GHz的第一频带、37GHz至41GHz的第二频带以及57GHz至71GHz的第三频带，或者10GHz和300GHz之间的其他通信频带)的通信。电路28可由一个或多个集成电路(例如，安装在系统级封装设备中的公共印刷电路上的多个集成电路、安装在不同衬底上的一个或多个集成电路等)形成。

虽然电路28在本文中有时称为毫米波电路28，但是毫米波电路28可处理频率在10GHz和300GHz之间的任何期望通信频带的通信(例如，电路28可发射和接收毫米波通信频带和/或厘米波通信频带中的射频信号)。在一个合适的布置中，毫米波电路28可使用毫米和/或厘米波信号来执行空间测距操作，以检测或估计设备10和设备10周围的外部物体(例如，外壳12和设备10外部的物体，诸如用户或其他人的身体、动物、家具、墙壁或设备10附近的其他物体或障碍物)之间的范围。

无线电路34可包括卫星导航系统电路，诸如全球定位系统(GPS)接收器电路38，用于接收1575MHz的GPS信号或用于处理其他卫星定位数据(例如，1609MHz的GLONASS信号)。接收器38从绕地球轨道运行的卫星星群接收卫星导航系统信号。如果需要，无线电路34可包括用于其他近程和远程无线链路的电路。例如，无线电路34可包括用于接收电视和无线电信号的电路、寻呼系统收发器、近场通信(NFC)收发器电路46(例如，以13.56MHz或另一合适的频率操作的NFC收发器)等。

在NFC链路中，无线信号通常最多在几英寸内传送。在卫星导航系统链路、蜂窝电话链路和其他远程链路中，无线信号通常用于在几千英尺或英里内传送数据。在2.4GHz和5GHz的WLAN和WPAN链路以及其他近程无线链路中，无线信号通常用于在几十或几百英尺内传送数据。毫米波电路28可传送在视线路径上在发射器和接收器之间行进(在短距离内)的信号。为了增强毫米和厘米波通信的信号接收，可使用相控天线阵列和波束控制技术(例如，调节阵列中每个天线的天线信号相位和/或幅度以执行波束控制的方案)。也可使用天线分集方案来确保已被阻挡或者由于设备10的操作环境而退化的天线可被切换为停止使用并且在它们的位置使用性能更高的天线。

无线电路34可包括天线40。可使用任何合适的天线类型来形成天线40。例如，天线40可包括具有由以下结构形成的谐振元件的天线：隙缝天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、堆叠贴片天线结构、具有寄生元件的天线结构、倒F形天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋天线结构、单极天线、偶极天线结构、八木(Yagi-Uda)天线结构、表面集成波导结构、这些设计的混合等。如果需要，一个或多个天线40可以是背腔天线。

可针对不同的频带和频带组合来使用不同类型的天线。例如，在形成本地无线链路天线时可使用一种类型的天线，而在形成远程无线链路天线时使用另一种类型的天线。如果需要，通过使用单个天线来处理两个或更多个不同的通信频带可节省设备10内的空间。例如，设备10中的单个天线40可用于处理2.4GHz的或通信频带、1575MHz的GPS通信频带、5.0GHz的或通信频带以及一个或多个蜂窝电话通信频带(诸如，1500MHz和2170MHz之间的蜂窝电话中频带)中的通信。专用天线可用于接收卫星导航系统信号，或者如果需要，天线40可被配置为接收卫星导航系统信号和用于其他通信频带的信号(例如，无线局域网信号和/或蜂窝电话信号)。天线40可布置在相控天线阵列中，用于处理毫米波和厘米波通信。

可能希望使用原本不用作天线并且支持附加设备功能的部分电子部件来实现设备10中的至少一些天线。作为示例，可能希望在部件诸如显示器14(图1)中感应天线电流，使得显示器14和/或其他电子部件(例如，触摸传感器、近场通信环形天线、导电显示器组件或外壳、导电屏蔽结构等)可用作Wi-Fi、Bluetooth、GPS、蜂窝频率和/或其他频率的天线，而不需要在设备10中结合庞大的天线结构。

传输线路径可用于在设备10内路由天线信号(例如，由天线40空中发射或接收的信号)。例如，传输线路径可用于将天线结构40耦接到收发器电路42。设备10中的传输线路径可包括同轴电缆路径、微带传输线、带线传输线、边缘耦接微带传输线、边缘耦接带线传输线、用于以毫米波频率传送信号的波导结构(例如，共面波导或接地共面波导)、由这些类型的传输线的组合形成的传输线等。

如果需要，设备10中的传输线路径可集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。在一个合适的布置中，设备10中的传输线路径可包括集成在多层层压结构(例如，层压在一起但没有介入粘合剂的导电材料(诸如铜)层和介电材料(诸如树脂)层)内的传输线导体(例如，信号和接地导体)，所述多层层压结构可在多个维度(例如，二维或三维)上折叠或弯曲，并且在弯曲之后保持弯曲或折叠形状(例如，所述多层层压结构可折叠成特定的三维形状以围绕其他设备部件布线，并且可具有足够的刚性以在折叠后保持其形状，而无需通过加强件或其他结构保持在适当位置)。层压结构的所有多个层可以在没有粘合剂的情况下分批层压在一起(例如，在单个压制过程中)(例如，与进行多个压制过程以将多个层用粘合剂层压在一起相反)。如果需要，滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路和其他电路可插入传输线内。

设备10可包含多个天线40。可一起使用这些天线，或者可将一个天线切换为使用，而将其他天线切换为停止使用。如果需要，控制电路20可用于选择最佳天线以在设备10中实时使用和/或选择与一个或多个天线40相关联的可调节无线电路的最佳设置。可进行天线调节以调谐天线以在期望频率范围内执行，以利用相控天线阵列执行波束控制，并且以其他方式优化天线性能。如果需要，可将传感器结合到天线40中以实时收集用于调节天线40的传感器数据。

在一些配置中，天线40可包括天线阵列，诸如实现波束控制功能的相控天线阵列。例如，用于处理毫米波电路28的毫米波和厘米波信号的天线可在一个或多个相控天线阵列中实现。用于支持毫米波和厘米波通信的相控天线阵列中的辐射元件可以是贴片天线、偶极天线、八木(Yagi-Uda)天线或其他合适的天线。如果需要，毫米波电路28可与相控天线阵列集成以形成集成的相控天线阵列和收发器电路模块或封装。

在设备诸如手持设备中，外部物体诸如用户的手或桌子或设备所在的其他表面的存在有可能阻挡无线信号诸如毫米波信号。另外，毫米波通信通常需要天线40和外部设备上的天线之间的视线。因此，可能希望将多个相控天线阵列结合到设备10中，每个相控天线阵列放置在设备10内或设备10上的不同位置。利用这种类型的布置，可将未阻挡的相控天线阵列切换为使用，并且一旦切换为使用，该相控天线阵列可使用波束控制来优化无线性能。类似地，如果相控天线阵列没有面向外部设备或不具有外部设备的视线，则可将具有外部设备的视线的另一个相控天线阵列切换为使用，并且该相控天线阵列可使用波束控制来优化无线性能。也可使用其中来自设备10中的一个或多个不同位置的天线一起操作的配置(例如，以形成相控天线阵列等)。

图3中示出了耦接到收发器电路42的天线40的示意图。如图3所示，射频收发器电路42可使用传输线路径64耦接到天线40的天线馈电部100。天线馈电部100可包括正天线馈电端子(诸如，正天线馈电端子96)并且可包括接地天线馈电端子(诸如，接地天线馈电端子98)。传输线路径64可包括正传输线信号路径(诸如，耦接到端子96的路径94)和接地传输线信号路径(诸如，耦接到端子98的路径92)。传输线路径64可直接耦接到天线40的天线谐振元件和接地部，或者可耦接到用于间接馈送天线40的谐振元件的近场耦接天线馈电部结构。

可使用任何期望的天线结构来实现天线40。在一个合适的布置中，可使用不同的天线结构来实现传送毫米和厘米波信号的天线40，而不是实现以较低频率传送射频信号的天线40。

图4中示出了用于以低于厘米和毫米波频率的频率(例如，低于10GHz的频率)传送射频信号的例示性天线40。如图4所示，设备10中的天线40可包括处理频率低于10GHz的射频信号的天线40S。尽管天线40S处理低于厘米波和毫米波频率的频率(即，低于10GHz的频率)，但是天线40S在本文中有时可称为非毫米波天线40S。非毫米波天线40S可例如用于在蜂窝电话、WLAN、WPAN和/或GPS频带中传送射频信号。

在本文中有时被描述为示例的一个合适的布置中，非毫米波天线40S可使用隙缝天线结构来实现(例如，非毫米波天线40S可以是隙缝天线并且在本文中有时可称为隙缝天线40S或非毫米波隙缝天线40S)。这仅是例示性的，一般来讲，任何期望的天线结构都可用于实现非毫米波天线40S。

如图4所示，非毫米波天线40S可包括已设置有介电开口诸如介电开口104的导电结构诸如结构102。开口诸如图4的开口104有时称为隙缝、隙缝天线谐振元件或隙缝元件。在图4的构造中，开口104是闭合隙缝，因为部分导电结构102完全环绕并包围开口104。也可在导电材料诸如导电结构102中(例如，通过在导电结构102的右手端或左手端形成开口，使得开口104突出穿过导电结构102)形成开口隙缝天线。

可使用正天线馈电端子96和地天线馈电端子98来形成非毫米波天线40S的天线馈电部100。一般来讲，天线的频率响应与天线中导电结构的尺寸和形状有关。当隙缝周长P等于天线的有效操作波长时(例如，在周长P等于长度L的两倍加上宽度W的两倍并且有效波长考虑与隙缝104内的任何介电材料相关的介电效应的情况下)，隙缝天线诸如图4的非毫米波天线40S倾向于表现出响应峰值。天线电流可围绕隙缝104的周长P在馈电端子96和98之间流动。作为示例，在隙缝长度L大于隙缝宽度W的情况下，非毫米波天线40S的长度将倾向于为其他类型的天线(诸如，被配置为处理相同频率的信号的倒F形天线)的长度的约一半。因此，给定相等的天线体积，非毫米波天线40S将能够处理频率为其他天线(诸如，倒F形天线)的大约两倍的信号。

馈电部100可在隙缝104的相对边缘114和116之间的位置处耦接在整个隙缝104上。例如，馈电部100可位于距隙缝104的侧部114距离118处。可以调节距离118以使非毫米波天线40S的阻抗与相应传输线(例如，图3的传输线路径64)的阻抗相匹配。例如，围绕隙缝104流动的天线电流可在隙缝104的边缘114和116经历零阻抗(例如，短路阻抗)并且在隙缝104的中心(例如，在隙缝的基频)经历无限(开路)阻抗。位置118可位于隙缝104的中心和边缘114之间，例如在天线电流经历与相应传输线的阻抗相匹配的阻抗的位置处(例如，距离118可在非毫米波天线40S的操作波长的0和1/4之间)。

图4的示例仅是例示性的。一般来讲，隙缝104可具有任何期望的形状(例如，其中隙缝104的周长P限定非毫米波天线40S的辐射特征)。例如，隙缝104可具有曲折的形状，其中不同的区段在不同的方向上延伸，可具有笔直和/或弯曲的边缘等。导电结构102可由任何期望的导电电子设备结构形成。例如，导电结构102可包括印刷电路板或其他衬底上的导电迹线、金属片、金属箔、与显示器14(图1)相关联的导电结构、外壳12的导电部分(例如，图1的导电外壳侧壁12W)或设备10内的其他导电结构。在一个合适的布置中，隙缝104的不同侧部(边缘)可由不同的导电结构限定。

由于频率大于10GHz的信号存在大幅空中衰减，因此可以在实现波束控制功能的相控天线阵列中形成用于处理大于10GHz的毫米和厘米波频率的设备10中的天线40。在相控天线阵列中实现这些天线可允许毫米和厘米波信号的总增益大于原本使用单个天线可实现的增益(例如，由于相控天线阵列中的各个天线之间存在相长干涉)，从而有助于抵消这些频率下的空中衰减(例如，信号的增益可与阵列的天线数量成比例)。可使用波束控制技术来允许相控天线阵列覆盖其视场内的所有角度(例如，因为与使用相控天线阵列相关联的增益增加也使得任何给定时间的覆盖区域变窄)。

图5示出了如何在相控天线阵列中形成用于处理频率大于10GHz的射频信号(例如，毫米波和厘米波信号)的天线40。如图5所示，无线电路34可包括用于处理大于10GHz的频率的天线40，诸如天线40M。尽管天线40M通常可处理10GHz和300GHz之间的毫米波信号和/或厘米波信号，但是为了简单起见，天线40M在本文中有时可称为毫米波天线40M。

如图5所示，无线电路34可包括相控天线阵列124(在本文中有时称为阵列124、天线阵列124或毫米波天线40M阵列124)。相控天线阵列124可包括N个毫米波天线40M。相控天线阵列124可耦接到信号路径，诸如传输线路径64(例如，一个或多个射频传输线)。例如，相控天线阵列124中的第一毫米波天线40M-1可耦接到第一传输线路径64-1，相控天线阵列124中的第二毫米波天线40M-2可耦接到第二传输线路径64-2，相控天线阵列124中的第N毫米波天线40M-N可耦接到第N传输线路径64-N等。

相控天线阵列124中的毫米波天线40M可以任何期望数量的行和列或以任何其他期望的图案布置(例如，天线不必以具有行和列的网格图案布置)。在一个合适的布置(在本文中有时被描述为示例)中，相控天线阵列124是毫米波天线40M的1乘N阵列(例如，相控天线阵列124中的天线40M可以单行或单列布置)。

在信号传输操作期间，传输线路径64可用于将信号(例如，射频信号，诸如毫米波和/或厘米波信号)从毫米波电路28(图2)提供给相控天线阵列124，用于无线传输到外部无线设备。在信号接收操作期间，传输线路径64可用于将在相控天线阵列124处接收的信号从外部设备传送到毫米波电路28(图2)。

在相控天线阵列124中使用多个毫米波天线40M允许通过控制由天线传送的射频信号的相对相位和量值(幅度)来实现波束控制布置。在图5的示例中，毫米波天线40M各自具有相应的射频相位和量值控制器120(例如，插入在传输线路径64-1上的第一相位和量值控制器120-1可控制由毫米波天线40M-1处理的射频信号的相位和量值，插入在传输线路径64-2上的第二相位和量值控制器120-2可控制由毫米波天线40M-2处理的射频信号的相位和量值，插入在传输线路径64-N上的第N相位和量值控制器120-N可控制由毫米波天线40M-N处理的射频信号的相位和量值等)。

相位和量值控制器120各自可包括用于调节传输线路径64上射频信号的相位的电路(例如，相移器电路)和/或用于调节传输线路径64上射频信号的量值的电路(例如，功率放大器和/或低噪声放大器电路)。相位和量值控制器120在本文中有时统称为波束控制电路(例如，使由相控天线阵列124发射和/或接收的射频信号的波束转向的波束控制电路)。

相位和量值控制器120可调节提供给相控天线阵列124中的每个天线的所发射信号的相对相位和/或量值，并且可调节由相控天线阵列124从外部设备接收的所接收信号的相对相位和/或量值。本文可使用术语“波束”或“信号波束”来共同指代由相控天线阵列124在特定方向上发射和接收的无线信号。术语“发射波束”在本文中有时可用于指代在特定方向上发射的无线射频信号，而术语“接收波束”在本文中有时可用于指代从特定方向接收的无线射频信号。

例如，如果调节相位和量值控制器120以产生所发射毫米波信号的第一组相位和/或量值，则所发射信号将形成如图5的波束126所示的在点A的方向上取向的毫米波发射波束。然而，如果调节相位和量值控制器120以产生所发射毫米波信号的第二组相位和/或量值，则所发射信号将形成如波束128所示的在点B的方向上取向的毫米波发射波束。类似地，如果调节相位和量值控制器120以产生第一组相位和/或量值，则可从如波束126所示的点A的方向接收无线信号(例如，毫米波频率接收波束中的毫米波信号)。如果调节相位和量值控制器120以产生第二组相位和/或量值，则可从点B的方向接收信号，如波束128所示。

可控制每个相位和量值控制器120以基于从控制电路20(图2)或设备10中的其他控制电路接收的相应控制信号122产生期望的相位和/或量值(例如，可使用控制信号122-1来控制由相位和量值控制器120-1提供的相位和/或量值，可使用控制信号122-2来控制由相位和量值控制器120-2提供的相位和/或量值)。如果需要，控制电路20可实时主动地调节控制信号122，以随时间在不同的期望方向上使发射或接收波束转向。

当执行毫米波或厘米波通信时，射频信号通过相控天线阵列60和外部设备之间的视线路径传送。如果外部设备位于图5的位置A，则可调节相位和量值控制器120以使信号波束朝向方向A转向。如果外部设备位于位置B，则可调节相位和量值控制器120以使信号波束朝向方向B转向。在图5的示例中，为了简单起见，波束控制被示出为在单个自由度上(例如，朝向图5的页面上的左侧和右侧)执行。然而，在实践中，使波束在两个或更多个自由度上(例如，在三个维度中，即在图5的页面上向内和向外并且在该页面上向左和向右)转向。当使用相控天线阵列124执行空间测距操作时，可使信号波束朝向方向A转向以检测设备10和位置A处的外部物体之间的范围，并且可使信号波束朝向方向B转向以检测设备10和位置B处的外部物体之间的范围。

如果需要，图2的毫米波电路28可使用毫米波通信协议执行与外部设备(例如，外部无线通信设备，诸如蜂窝电话、计算机、可穿戴设备、无线接入点或基站等)之间的双向通信。当执行双向通信时，图2的毫米波电路28可使用毫米波通信协议编码无线数据，可以毫米或厘米波频率将无线数据发送到外部设备，可接收由外部设备以毫米或厘米波频率发送的无线数据，并且可使用毫米波通信协议解码所接收的无线数据。这种毫米波通信协议可包括例如IEEE 802.11ad通信协议或第五代无线系统(5G)通信协议。

由毫米波电路28执行的空间测距操作可涉及不需要外部通信设备的单向通信。例如，空间测距操作可包括范围检测操作、外部物体检测操作和/或外部物体跟踪操作。在执行空间测距操作时，毫米波电路28可使用相控天线阵列124以毫米或厘米波频率发射信号(诸如，脉冲序列(系列)或其他预定信号)(例如，基于RADAR协议或者其他范围或物体检测协议)。毫米波电路28然后可等待接收从设备10附近(例如，设备10的视线内)的外部物体反射的所发射信号的反射版本。在接收到所发射信号的反射版本时，毫米波电路28或控制电路20(图2)可将所发射信号(例如，所发射信号中的脉冲序列)与所接收的所发射信号的反射版本(例如，所接收信号中的脉冲序列)进行比较，以识别设备10和外部物体之间的距离(例如，基于所发射信号和所接收信号之间的时间延迟以及空中信号的已知传播速度并使用范围或物体检测协议)。例如，脉冲序列可允许毫米波电路28识别任何给定的所接收信号是所发射信号的反射版本而不是在设备10处接收的一些其他信号(例如，因为所发射信号的反射版本的脉冲序列将与所发射信号中已知的脉冲序列相同)。

实际上，使用图2的毫米波电路28执行空间测距操作所需的硬件比使用毫米波电路28执行双向通信所需的硬件更小并且资源更密集。对于相对小的形状因数设备，诸如设备10被实施为手表或其他可穿戴设备的情况下(例如，如图1所示并且通过示例在本文中描述)，在设备10内可能没有足够的空间来形成使用毫米波电路28执行双向通信所需的硬件。然而，在设备10内仍然可有足够的空间来允许毫米波电路28使用一个或多个相控天线阵列124来执行空间测距操作。在另一个合适的布置中，即使在设备10内有足够的空间来形成使用毫米波电路28执行双向通信所需的硬件，如果需要，毫米波电路28也可仅包括执行空间测距操作所需的硬件，以便节省设备10内的空间以供其他部件使用。

图6为示出无线电路34可如何包括用于执行空间测距操作的毫米波电路的电路图。如图6所示，毫米波电路28可通过传输线路径64耦接到相控天线阵列124。射频切换电路诸如开关SW可插入在毫米波电路28和相控天线阵列124之间的传输线路径64上。

毫米波电路28可包括发射器诸如发射器146和接收器诸如接收器148(在本文中有时称为毫米波发射器146和毫米波接收器148)。发射器146可耦接到开关SW的端子142。接收器148可耦接到开关SW的端子140。相控天线阵列124可耦接到开关SW的端子144。毫米波电路28可通过路径150耦接到控制电路20(图2)。

控制电路20可通过路径150提供控制毫米波电路28以执行空间测距操作的控制信号。例如，发射器146可生成包括预定脉冲序列的频率大于10GHz的信号(例如，基于范围或物体检测协议和/或通过路径150接收的控制信号)。在另一个合适的布置中，毫米波电路28可包括生成预定脉冲序列的基带电路，并且发射器146可生成包括该脉冲的频率大于10GHz的信号。发射器146可将信号发射到开关SW。

图2的毫米波电路28或控制电路20可在端子142耦接到端子144的第一状态和端子144耦接到端子140的第二状态之间控制(切换)开关SW(例如，开关SW可以是单刀单掷(SPST)开关)。可在信号传输期间将开关SW置于第一状态，以将端子144耦接到端子142。开关SW可将信号从发射器146路由到相控天线阵列124，并且相控天线阵列124可将信号作为发射波束发射。图2的控制电路20可将控制信号122提供给相控天线阵列124，以使发射波束在期望的方向上转向(例如，相控天线阵列124中的每个天线可使用由控制信号122识别的相应相位和/或量值来发射同一信号)。

在发射信号之后，可将开关SW置于第二状态以将端子144耦接到端子140。接收器148可等待从相控天线阵列124接收所发射信号的反射版本。相控天线阵列124可接收从设备10附近(例如，相控天线阵列124的视线内)的外部物体反射的所发射信号的反射版本。开关SW可将接收到的所发射信号的反射版本路由到接收器148。如果需要，可通过路径150将接收到的所发射信号的版本传递给图2的控制电路20。毫米波电路28和/或控制电路20可将所发射信号与接收到的所发射信号的反射版本进行比较，以识别设备10和外部物体之间的范围和/或检测外部物体的存在。随后可将开关SW切换回第一状态，并且发射器146可发射另一信号以继续执行空间测距操作。如果需要，可使相控天线阵列124在其视场内的所有角度内转向，以执行空间测距操作。以这种方式，毫米波电路28可使用时分双工(TDD)方案(其中发射器146和接收器148中的仅一者在给定时间耦接到相控天线阵列124)执行空间测距操作。

发射器146和接收器148可通过使用范围和物体检测协议发射和接收频率大于10GHz的脉冲序列(例如，不使用双向毫米波通信协议调制信号)来执行空间测距操作。相对于毫米波电路28执行双向毫米波通信(例如，使用5G协议或IEEE 802.11ad协议)的情况，这可极大地简化实现毫米波电路28所需的硬件和空间。

图6的示例仅是例示性的。如果需要，发射器146和接收器148可耦接到多个相控天线阵列(例如，通过相应的传输线，这些传输线通过开关矩阵或具有相应数量的端子的其他切换电路耦接到毫米波电路28)。如果需要，无线电路34可包括耦接到相同相控天线阵列124或耦接到不同相控天线阵列124的多个发射器146和接收器148(例如，如果需要，每个相控天线阵列可具有用于执行空间测距操作的相应发射器146和接收器148)。

实际上，可能需要相对大的相控天线阵列来执行双向毫米波通信操作。例如，可能需要以行和列布置的二维天线阵列来获得足够的增益，以在相对长的距离内执行具有令人满意的链路质量的双向毫米波通信。然而，当执行空间测距操作时，毫米波信号通常在较短距离内发射，并且没有与双向毫米波通信相同的链路质量要求。因此，用于执行空间测距操作的相控天线阵列诸如相控天线阵列124可以是相对小的阵列，诸如包括相对少的天线(例如，两个天线、三个天线、四个天线、五个天线、少于九个天线等)的一维阵列。

图7为可由毫米波电路28用来执行空间测距操作的例示性一维相控天线阵列124的透视图。如图7所示，相控天线阵列124包括单行或单列的N个毫米波天线40M(例如，第一毫米波天线40M-1、第二毫米波天线40M-2、第N毫米波天线40M-N等)。

相控天线阵列124可在介电衬底诸如衬底160上形成。衬底160可以是例如刚性或柔性印刷电路或者其他介电衬底。衬底160可包括多个堆叠的介电层(例如，多层印刷电路板衬底，诸如多层玻璃纤维填充的环氧树脂)或者可包括单个介电层。衬底160可包括任何期望的介电材料，诸如环氧树脂、塑料、陶瓷、玻璃、泡沫或其他材料。相控天线阵列124中的毫米波天线40M可安装在衬底160的表面处，或者可部分地或完全地嵌入衬底160内(例如，单层衬底160内或多层衬底160内)。

在图7的示例中，毫米波天线40M被示出为具有在天线接地平面上形成的贴片天线谐振元件的贴片天线。如果需要，接地平面、贴片天线谐振元件以及贴片天线谐振元件上的任选寄生元件可各自在衬底160的单独层上形成(例如，寄生元件或贴片天线谐振元件可在衬底160的暴露表面上形成)。如果需要，每个毫米波天线40M可使用单个馈电部进行馈电以覆盖单个极化，或者可使用多个馈电部进行馈电以覆盖多个极化或其他极化，诸如圆形或椭圆形极化。这仅是例示性的，一般来讲，任何其他期望的天线结构都可用于实现相控天线阵列124上的毫米波天线40M。

相控天线阵列124中的每个毫米波天线40M可与相邻的毫米波天线40M横向分开(例如，在图7的V-U平面中)距离161。例如，距离161可近似等于相控天线阵列124的有效操作波长的一半(例如，在对来自用于形成衬底160的介电材料的贡献进行调节之后自由空间操作波长的一半)。作为一个示例，距离161可在1.0mm和4.0mm之间(例如，对于60GHz的信号，为大约2.5mm)。

当执行空间测距操作时，相控天线阵列124可以大于10GHz的频率发射射频信号162(例如，由图6的发射器146发射的脉冲序列)。相控天线阵列124可接收反射的射频信号164，该反射的射频信号是从位于相控天线阵列124的视线中(例如，位于相控天线阵列124的波束转向到的位置处)的外部物体反射的所发射射频信号162的版本。

相控天线阵列124和衬底160在本文中有时统称为天线模块。如果需要，图6的毫米波电路28或其他收发器电路可安装到天线模块(例如，位于衬底160的表面处或嵌入衬底160内)。

图8为图7的一维相控天线阵列124的侧视图(例如，其中图8中页面的平面位于图7的U-W平面中)。如图8所示，相控天线阵列124可呈现与图案包络线诸如图案包络线170相关联的辐射图案。图案包络线(曲线)170可指示当在相控天线阵列124的整个视场内转向时由该相控天线阵列发射的射频信号162(图7)的增益(例如，由相控天线阵列124处理并在任何给定时间在特定方向上转向的信号波束仅延伸穿过图案包络线170的一小部分)。

图案包络线170与相控天线阵列124的中心的距离指示在不同的波束转向角处相控天线阵列的增益。如图案包络线170所示，因为相控天线阵列124是纵向轴线与图8的U轴对齐的一维阵列，所以相控天线阵列124可在U轴上方的大部分U-W平面内表现出相对均匀的增益(例如，由阈值171之间的角度C1表征，超过该角度，相控天线阵列124的增益下降到预定阈值以下)。

图9为图7和图8的一维相控天线阵列124的侧视图(例如，图9中的页面的平面位于图7和图8的V-W平面中)。如图9所示，因为相控天线阵列124是纵向轴线垂直于图9的V轴和W轴对齐的一维阵列，所以相控天线阵列124可在V轴上方的一片相对较窄的V-W平面内表现出相对均匀的增益(例如，由阈值173之间的角度C2表征，超过该角度，相控天线阵列124的增益下降到预定阈值以下)。图8的角度C1和图9的角度C2可例如表征相控天线阵列124的视场。如图9所示，由于在该示例中相控天线阵列124呈一维几何形状，角度C2可小于角度C1(例如，该相控天线阵列的视场在沿着相控天线阵列124的纵向轴线观察时可相对较窄，但是在垂直于纵向轴线观察时可相对较宽)。

图7至图9的示例仅是例示性的。一般来讲，图案包络线170可具有任何形状(例如，对应于相控天线阵列124中的毫米波天线40M的特定布置、用于形成衬底160的材料、相控天线阵列124的操作频率等)。相控天线阵列60可包括以任何期望的图案布置的任何期望数量的毫米波天线40M。

图10为示出可如何在设备10内形成非毫米波天线40S和毫米波天线40M(例如，毫米波天线40M的一个或多个相控天线阵列124)的设备10的俯视图。图10的页面的平面可例如位于图1的X-Y平面内。在图10的示例中，为了清楚起见未示出显示器14的覆盖层。

如图10所示，非毫米波天线40S的隙缝104可沿循曲折的路径并且可具有由不同导电电子设备结构限定的边缘。隙缝104可具有由导电外壳侧壁12W限定的第一组边缘(例如，外边缘)和由导电结构200限定的第二组边缘(例如，内边缘)。导电结构200可例如包括显示器14(图1)的各部分，诸如显示器14的框架或组件的金属部分、显示器14内的触摸传感器电极、嵌入显示器14内的近场通信天线的各部分、显示器14内的接地平面结构、显示器14的金属背板或显示器14上或显示器中的其他导电结构。导电结构200在本文中有时可称为导电显示结构200或导电显示模块结构200。

在图10的示例中，隙缝104沿循曲折的路径并且具有左侧导电外壳侧壁12W和导电显示结构200的边缘之间的第一区段210、顶部导电外壳侧壁12W和导电显示结构200之间的第二区段212、右侧导电外壳侧壁12W和导电显示结构200之间的第三区段214，以及底部导电外壳侧壁12W和导电显示结构200之间的第四区段216。区段210和214可沿着平行的纵向轴线延伸。区段212和216可在区段210和214的端部之间延伸(例如，沿着垂直于区段210和214的纵向轴线的平行纵向轴线)。以这种方式，隙缝104可以是在导电显示结构200和多个导电外壳侧壁12W之间延伸的细长隙缝(例如，以最大化隙缝104的长度以便使用非毫米波天线40S覆盖相对低的频带，诸如非毫米波频带，其中隙缝104的周长由隙缝104的由导电外壳侧壁12W和导电显示结构200限定的边缘长度总和给出)。隙缝104和/或调谐电路(诸如，耦接到天线馈电部100或非毫米波天线40S上的其他地方的可调节匹配电路)的谐波模式可允许非毫米波天线40S同时覆盖10GHz以下的多个频带(例如，蜂窝电话频带、无线局域网频带和/或GPS频带)。

图10的示例仅是例示性的。如果需要，导电结构(未示出)可沿着隙缝104的长度在一个或多个位置处桥接隙缝104的宽度W，以缩短隙缝104的周长(例如，以调谐非毫米波天线40S的频率覆盖)。如果需要，导电结构可短接到导电外壳侧壁12W和/或导电显示结构200。

非毫米波天线40S可使用耦接在隙缝104的宽度W上的天线馈电部100进行馈电。在图10的示例中，天线馈电部100耦接在隙缝104的区段212上。这仅是例示性的，如果需要，馈电部100可耦接在隙缝104的区段210、214或216上。天线馈电部100的地馈电端子98可耦接到给定的导电外壳侧壁12W，并且天线馈电部100的正馈电端子96可耦接到导电显示结构200。这仅是例示性的，如果需要，天线馈电部100的地馈电端子98可耦接到导电显示结构200，并且天线馈电部100的正馈电端子96可耦接到给定的导电外壳侧壁12W。

天线馈电部100可围绕隙缝104的周长(例如，在导电外壳侧壁12W和导电显示结构200上)传送非毫米波频率低于10GHz的天线电流。天线电流可生成由非毫米波天线40S发射的相应射频信号，或者可响应于非毫米波天线40S从外部设备接收的相应射频信号而产生。

隙缝104沿其长度可具有均匀的宽度W，或者沿其长度可具有不同的宽度。如果需要，可调节宽度W以微调非毫米波天线40S的带宽。作为示例，宽度W可在0.5mm和1.0mm之间。如果需要，隙缝104可具有其他形状(例如，具有沿着相应的纵向轴线延伸的多于三个区段、少于三个区段、弯曲边缘等的形状)。

为了优化设备10内的空间消耗，图5至图9中用于处理毫米波和厘米波通信的一个或多个相控天线阵列124可与非毫米波天线40S共同定位或相邻。如图10所示，一个或多个相控天线阵列124(例如，如图7所示的毫米波天线40M的一维相控天线阵列124)可在非毫米波天线40S的隙缝104(例如，隙缝104的区段210中的第一虚线区域204-1、隙缝104的区段216中的第二虚线区域204-2、隙缝104的区段214中的第三虚线区域204-3，或隙缝104的区段212中的第四虚线区域204-4)内形成，如虚线区域204所示。

例如，电子设备10可包括位于区域204-1、204-2、204-3或204-4中的一者中的单个相控天线阵列124，或者可包括位于区域204-1、204-2、204-3和204-4中的两者或更多者中的两个或更多个相控天线阵列124。如果需要，多于一个相控天线阵列124可位于给定区域204内。将相控天线阵列124实现为一维阵列可允许天线阵列124装配在隙缝104的宽度W内(例如，不会发生毫米波天线40M被导电显示结构200或导电外壳侧壁12W阻挡)。例如，相控天线阵列124的纵向轴线可与该相控天线阵列所位于的隙缝104的区段的纵向轴线平行(例如，对齐)。

如果需要，一个或多个相控天线阵列124可位于导电显示结构200后面，如虚线区域220所示。一般来讲，导电显示结构200中的导电材料对于毫米和厘米波频率的射频信号可能是不透明的。如果不小心，导电显示结构200可阻止安装在区域220中的导电显示结构200后面的相控天线阵列124将射频信号发射到设备10显示器14的外部。

为了允许安装在区域220中的相控天线阵列124发射的毫米波信号通过显示器14传送，导电显示结构200可包括电磁滤波器，诸如传递一些射频(例如，滤波器的通带内)的电磁信号并且阻挡其他频率(例如，滤波器的通带外)的电磁信号的频率选择滤波器。频率选择滤波器例如可以是包括导电结构的空间滤波器，所述导电结构以限定滤波器的通带的周期性方式布置(例如，以允许发射通带内的电磁信号，同时阻挡通带外的电磁信号)。在使用导电显示结构200中的单层导电材料形成频率选择滤波器的情况下，频率选择滤波器在本文中有时可称为频率选择表面(FSS)。

以这种方式，滤波器可有效地在导电显示结构200中形成天线窗口，从而形成在相控天线阵列124的操作频率下是透明的显示器14(例如，对频率大于10GHz的射频信号是透明的天线窗口)。因此，区域220内的相控天线阵列124可经由滤波器通过导电显示结构200传送射频信号。导电显示结构200的横向环绕滤波器(例如，横向环绕区域220)的部分可对由相控天线阵列124处理的射频信号保持不透明。

如果需要，介电窗口诸如介电窗口202可在给定的导电外壳侧壁12W中形成。介电窗口202可由塑料、玻璃、蓝宝石、陶瓷或任何其他期望的介电材料形成。一个或多个相控天线阵列124可位于区域218内的介电窗口202上或内。例如，相控天线阵列124可安装到介电窗口202的内表面，或者可嵌入介电窗口202内。当以这种方式对齐时，相控天线阵列可通过介电窗口202传送毫米或厘米波频率的射频信号。如果需要，介电窗口202可在其他导电外壳侧壁12W内形成。如果需要，另外的介电窗口可在其他导电外壳侧壁12W中形成(例如，设备10可在导电外壳侧壁12W中包括任何期望数量的介电窗口)。

图10的示例仅是例示性的。设备10可具有任何期望的形状或轮廓。一般来讲，一个或多个一维相控天线阵列124可位于图10的区域204-1、204-2、204-3、204-4、220和218中的一者或多者内。在诸如这些的位置处形成相控天线阵列124可允许相控天线阵列通过以下方式执行空间测距操作：通过设备10的正面和/或通过设备10的一个或多个导电外壳侧壁12W发射和接收毫米波频率的射频信号，同时还优化设备10内的空间消耗并且不牺牲非毫米波天线40S的射频性能。如果需要，另外的介电窗口202可在设备10的一个或多个其他导电外壳侧壁12W中形成，用于相应的相控天线阵列124。例如，与仅使用一个相控天线阵列124的情况相比，在设备10内的多个位置处形成多个相控天线阵列124可允许在设备10周围进行更大的空间覆盖以执行空间测距操作。

图11为示出相控天线阵列124可如何位于不同区域诸如图10的区域220、204-2和218内的电子设备10的横截面侧视图(例如，沿图10的箭头230的方向截取)。如图11所示，显示器14可包括显示模块239(在本文中有时称为显示堆叠239、显示组件239或显示器14的有效区域239)和显示器覆盖层248。

显示模块239可例如形成显示器14的显示图像和/或接收触摸传感器输入的有效区域或部分。显示器14的不包括显示模块239的横向部分(例如，显示器14的由显示器覆盖层248形成但没有显示器模块239的下面部分的部分)在本文中有时可称为显示器14的无效区域或部分，因为显示器14的该部分不显示图像也不收集触摸传感器输入。

显示模块239可包括用于形成非毫米波天线40S的一部分的导电部件(例如，图10的导电显示结构200中的导电部件)。显示模块239中的导电部件可例如具有平面形状(例如，平面矩形形状、平面圆形形状等)，并且可由承载天线电流的金属和/或其他导电材料形成。这些部件的薄平面形状和图11的堆叠构型可例如将这些部件电容耦接到彼此，使得它们可在射频下一起操作以形成图10的导电显示结构200(例如，从而有效地/电气地形成单个导体)。

形成图10的导电显示结构200的部件包括例如显示模块239中的一个或多个显示层(诸如，第一显示层240、第二显示层242、第三显示层246或其他期望的层)上的平面部件。作为一个示例，显示层246可形成用于显示器14的触摸传感器，显示层242可形成用于显示器14的显示面板(有时称为显示器、显示层或像素阵列)，并且显示层240可形成用于设备10的近场通信天线和/或用于支持近场通信(例如，13.56MHz)的其他电路。例如，由显示层246形成的触摸传感器可以是电容式触摸传感器，并且可由聚酰亚胺衬底或具有透明电容式触摸传感器电极(例如，氧化铟锡电极)的其他柔性聚合物层形成。由显示层242形成的显示面板可以是有机发光二极管显示层或其他合适的显示层。由显示层240形成的近场通信天线可由包括磁屏蔽材料(例如，铁氧体层或其他磁屏蔽层)并且包括金属迹线的环的柔性层形成。如果需要，导电背板、金属屏蔽罐或层和/或导电显示框架可在显示层240下面和/或周围形成，并且可为显示模块239的部件提供结构支撑和/或接地参考。

例如，层240、242和246中的导电材料、用于显示器14的导电背板、导电屏蔽层、导电屏蔽罐和/或用于显示器14的导电框架可用于形成限定非毫米波天线40S的隙缝104的导电显示结构200。例如，显示器14中用于形成导电显示结构200的这种和/或其他导电材料可使用导电迹线、竖直导电互连件或其他导电互连件和/或经由电容耦合件耦接在一起。

显示器覆盖层248可由光学透明的电介质诸如玻璃、蓝宝石、陶瓷或塑料形成。显示模块239可通过显示器覆盖层248显示图像(例如，发出图像光)以供用户观看并且/或者可通过显示器覆盖层248收集触摸或力传感器输入。如果需要，显示器覆盖层248的一部分可设置有不透明掩膜层(例如，油墨掩膜层)和/或颜料，以使用户看不到设备10的内部258。其他部件256诸如主逻辑板可位于设备10的内部258内。

用于非毫米波天线40S的隙缝104的区段216可限定在导电外壳侧壁12W和显示模块239内的导电显示结构200之间，并且可具有平行于图11的Y轴延伸的纵向轴线。隙缝104(例如，如图10中所示的非毫米波天线40S)可用于在2.4GHz和5.0GHz的WLAN和/或WPAN频带、1.7GHz和2.2GHz之间的蜂窝电话频带、1.5GHz的卫星导航频带和/或其他期望的频带中发射和接收射频信号。另外的天线也可设置在设备10中以处理这些频带和/或其他频带。

如图11所示，相控天线阵列124诸如相控天线阵列124-2可安装在区域204-2内。区域204-2可位于非毫米波天线40S的隙缝104的区段216内。相控天线阵列124-2可例如是一维阵列(例如，如图7至图9所示)，其纵向轴线平行于图11的Y轴并且平行于隙缝104的区段216(例如，如图10中的区域204-2所示)的纵向轴线延伸。

如果需要，相控天线阵列124-2可与显示器覆盖层248相邻定位(例如，可通过间隙与显示器覆盖层248分开)。在这种情况下，相控天线阵列124-2上的毫米波天线40M可插入在衬底160和显示器覆盖层248之间，或者衬底160可插入在相控天线阵列124-2上的毫米波天线40M和显示器覆盖层248之间(例如，相控天线阵列124-2可相对于图11中所示的取向翻转)。

在另一个合适的布置中，相控天线阵列124-2可与显示器覆盖层248的内表面接触(例如，其他结构可将相控天线阵列124-2偏压或按压在显示器覆盖层248或显示器覆盖层248上的不透明掩膜层的内表面上，并且/或者可使用粘合剂将相控天线阵列124-2附接到显示器覆盖层248或显示器覆盖层248上的不透明掩膜层的内表面)。在这种情况下，相控天线阵列124-2的衬底160可附接到(例如，直接接触)显示器覆盖层248或显示器覆盖层248上的不透明掩膜层(例如，衬底160可插入在毫米波天线40M和显示器覆盖层248之间)，或者相控天线阵列124-2中的毫米波天线40M可附接到显示器覆盖层248或显示器覆盖层248上的不透明掩膜层(例如，毫米波天线40M可插入在衬底160和显示器覆盖层248之间)。如果需要，可省去衬底160，并且可将相控天线阵列124-2中的毫米波天线40M直接安装到(例如，印刷到)显示器覆盖层248上(例如，显示器覆盖层248可用作相控天线阵列124-2中的毫米波天线40M的衬底)。

在另一个合适的布置中，相控天线阵列124-2可嵌入(例如，模制在)显示器覆盖层248内，如虚线区域252所示。在这种情况下，相控天线阵列124-2的毫米波天线40M和衬底160可嵌入显示器覆盖层248的区域252内，或者毫米波天线40M可嵌入没有衬底160的显示器覆盖层248的区域252内(例如，显示器覆盖层248可用作相控天线阵列124-2中的毫米波天线40M的衬底)。如果需要，可使用这些布置的组合。例如，相控天线阵列124-2的不同部分可与显示器覆盖层248的表面直接接触，通过间隙与显示器覆盖层248分开，并且/或者嵌入显示器覆盖层248内。

相控天线阵列124-2可以毫米或厘米波频率通过显示器覆盖层248发射射频信号262，以执行空间测距操作。相控天线阵列124-2可以毫米或厘米波频率通过显示器覆盖层248接收射频信号264，所述射频信号是从相控天线阵列124-2的视场内的外部物体反射的所发射射频信号262的反射版本。例如，毫米波电路28和/或控制电路20(图2)可使用射频信号262和264来通过显示器覆盖层248检测到外部物体的范围。

如图11所示，介电窗口202可在导电外壳侧壁12W中形成。介电窗口202可延伸穿过导电外壳侧壁12W的部分或全部高度(例如，在图11的Z轴的方向上)。相控天线阵列124诸如相控天线阵列124-3可安装在区域218内。相控天线阵列124-2可例如是一维阵列(例如，如图7至图9所示)，其纵向轴线平行于图11的Y轴并且平行于如图10所示的区域218的纵向轴线延伸。介电窗口202可覆盖有不透明掩模层诸如油墨层，可着色，或者可由光学不透明介电材料诸如陶瓷形成，以使看不到设备10的内部258。

如果需要，相控天线阵列124-3可与介电窗口202相邻定位(例如，可通过间隙与介电窗口202分开)。在这种情况下，相控天线阵列124-3上的毫米波天线40M可插入在衬底160和介电窗口202之间，或者衬底160可插入在相控天线阵列124-3上的毫米波天线40M和介电窗口202之间(例如，相控天线阵列124-3可相对于图11中所示的取向翻转)。

在另一个合适的布置中，相控天线阵列124-3可与介电窗口202的内表面接触(例如，其他结构可将相控天线阵列124-3偏压或按压在介电窗口202的内表面上或介电窗口202上的不透明掩膜层，并且/或者可使用粘合剂将相控天线阵列124-3附接到介电窗口202或介电窗口202上的不透明掩膜层的内表面)。在这种情况下，相控天线阵列124-3的衬底160可附接到(例如，直接接触)介电窗口202或介电窗口202上的不透明掩模层(例如，衬底160可插入在相控天线阵列124-3的毫米波天线40M和介电窗口202之间)，或者毫米波天线40M可附接到介电窗口202或介电窗口202上的不透明掩膜层(例如，相控天线阵列124-3的毫米波天线40M可插入在衬底160和显示器覆盖层248之间)。如果需要，可省去衬底160，并且可将相控天线阵列124-3的毫米波天线40M直接安装到(例如，印刷到)介电窗口202上(例如，介电窗口202可用作相控天线阵列124-3中的毫米波天线40M的衬底)。

在另一个合适的布置中，相控天线阵列124-3可嵌入(例如，模制在)介电窗口202内，如虚线区域254所示。在这种情况下，相控天线阵列124-3的毫米波天线40M和衬底160可嵌入介电窗口202的区域254内，或者毫米波天线40M可嵌入没有衬底160的介电窗口202的区域254内(例如，介电窗口202可用作相控天线阵列124-3中的毫米波天线40M的衬底)。如果需要，可使用这些布置的组合。例如，相控天线阵列124-3的不同部分可与介电窗口202的表面直接接触，通过间隙与介电窗口202分开，并且/或者嵌入介电窗口202内。

相控天线阵列124-3可以毫米或厘米波频率通过介电窗口202发射射频信号266，以执行空间测距操作。相控天线阵列124-3可以毫米或厘米波频率通过介电窗口202接收射频信号266，所述射频信号是从相控天线阵列124-3的视场内的外部物体反射的所发射射频信号266的反射版本。例如，毫米波电路28和/或控制电路20(图2)可使用射频信号266和268来通过介电窗口202检测到外部物体的范围。

如图11所示，相控天线阵列124诸如相控天线阵列124-1可安装在显示模块239后面的区域220内。相控天线阵列124-1可例如是一维阵列(例如，如图7至图9所示)，其纵向轴线平行于图11的Y轴延伸。

如果需要，相控天线阵列124-1可与显示模块239的底表面相邻定位(例如，可通过间隙与显示模块239分开)。在这种情况下，相控天线阵列124-1上的毫米波天线40M可插入在衬底160和显示模块239之间，或者衬底160可插入在相控天线阵列124-1上的毫米波天线40M和显示模块239之间(例如，相控天线阵列124-1可相对于图11中所示的取向翻转)。

在另一个合适的布置中，相控天线阵列124-1可与显示模块239的底表面接触(例如，其他结构可将相控天线阵列124-1偏压或按压在显示模块239的底表面上，并且/或者可使用粘合剂将相控天线阵列124-1附接到显示模块239的底表面)。在这种情况下，相控天线阵列124-1的衬底160可附接到(例如，直接接触)显示模块239(例如，衬底160可插入在相控天线阵列124-1的毫米波天线40M和显示模块239之间)，或者毫米波天线40M可附接到显示模块239(例如，相控天线阵列124-1的毫米波天线40M可插入在衬底160和显示模块239之间)。如果需要，可省去衬底160，并且可将相控天线阵列124-1的毫米波天线40M直接安装到(例如，印刷到)显示模块239的介电部分上(例如，显示模块239的这些部分可用作相控天线阵列124-1中的毫米波天线40M的衬底)。

如果不小心，显示模块239中的导电材料可阻挡毫米和厘米波频率的射频信号传送到相控天线阵列124-1/从相控天线阵列124-1传送。为了允许由相控天线阵列124-1处理的射频信号通过显示模块239传送，滤波器诸如频率选择滤波器250可在显示模块239的区域220内(例如，在显示模块239的一个或多个显示层诸如显示层240、242、246或其他层上)形成。

频率选择滤波器250可传递一些射频(例如，滤波器的通带内的频率)的电磁信号，并且可阻挡其他频率(例如，滤波器的通带外的频率)的电磁信号。频率选择滤波器250例如可以是包括导电结构(例如，导电贴片)的空间滤波器，所述导电结构由介电隙缝分开并且以限定滤波器的通带的周期布置。在使用显示模块239中的单层导电材料形成频率选择滤波器的情况下，频率选择滤波器在本文中有时可称为频率选择表面(FSS)。

如果需要，可使用显示模块239中的多个导电层(例如，多个竖直堆叠的频率选择表面，诸如由隙缝分开的多个竖直堆叠的导电贴片阵列)形成滤波器。在滤波器250由多个竖直堆叠的导电贴片阵列(这些阵列由隙缝分开)形成的情况下，如果需要，隙缝可足够窄以便设备10的用户在典型的观看距离处观看显示器14时看不到隙缝(例如，隙缝可具有200微米或更小的宽度)。

滤波器250可在显示模块239的原本会阻挡由相控天线阵列124-1处理的射频信号的导电层内形成。滤波器250的通带可与相控天线阵列124-1的操作频带(例如，10GHz和300GHz之间的频带)对准，使得滤波器250在显示模块239中形成用于相控天线阵列124-1的透明窗口。以这种方式，相控天线阵列124-1可以毫米或厘米波频率经由滤波器250通过显示模块239发射射频信号258，以执行空间测距操作。相控天线阵列124-1可以毫米或厘米波频率通过滤波器250接收射频信号260，所述射频信号是从相控天线阵列124-1的视场内的外部物体反射的所发射射频信号258的反射版本。例如，毫米波电路28和/或控制电路20(图2)可使用射频信号258和260来通过显示模块239和显示器覆盖层248检测到外部物体的范围。

图11的示例仅是例示性的。设备10可具有任何期望的形状或轮廓。一般来讲，可在区域218、204-2和220内省去相控天线阵列124，并且可在设备10上的其他地方(例如，在图10的区域204-1、204-4或204-3内或在设备10中的其他地方)形成相控天线阵列124。相控天线阵列124可在图11的区域218、204-2和220中的每一者中的位置处形成(例如，以允许诸如通过设备10的侧壁并且通过设备10的正面在设备10周围的所有角度处形成更大覆盖)，或者可省去相控天线阵列124-1、124-2和124-3中的一者或多者(例如，以最小化设备10内由相控天线阵列造成的空间消耗)。

图12为可由电子设备10执行以使用由一个或多个相控天线阵列124传送的频率大于10GHz的射频信号来执行空间测距操作的例示性步骤的流程图。

如图12所示，在任选步骤300处，设备10可使用图2的输入-输出设备24中的传感器开始收集传感器数据。例如，设备10可开始使用收集光传感器数据(例如，可见和/或红外图像数据、环境光传感器数据等)的光传感器(例如，红外光传感器、可见光传感器等)、收集运动传感器数据(例如，有关设备10如何随时间物理移动的信息)的运动传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性传感器等)、收集电容传感器数据的电容传感器、收集接近传感器数据的接近传感器、收集磁传感器数据的磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)等。

在步骤302处，设备10上的控制电路20(图2)可使用毫米和/或厘米波信号来识别触发以开始空间测距操作。例如，触发例如是由在控制电路20上运行的软件应用程序或操作系统识别的软件事件或触发、用户输入(例如，当用户使用在控制电路20上运行的软件工具打开设备10的空间测距功能时)等。

一旦识别(检测到)触发，在步骤304处，毫米波电路28(图6)便可开始通过一个或多个相控天线阵列124(例如，位于设备10上的不同位置处(诸如，图10的区域204-1、204-2、204-3、204-4、220和/或218内或者其他位置)的一个或多个相控天线阵列124)发射频率大于10GHz的射频信号。如果需要，毫米波电路28可根据RADAR协议或其他范围和物体检测协议将射频信号生成为预定脉冲系列。虽然由毫米波电路28发射的射频信号可包括毫米波和厘米波信号，但是由毫米波电路28发射的射频信号在本文中有时可称为所发射毫米波测距信号。

在步骤306处，毫米波电路28(图6)可(例如，在处理步骤304时)使用发射毫米波测距信号的一个或多个相控天线阵列124来接收所发射毫米波测距信号的反射版本。所发射毫米波测距信号的反射版本可例如从一个或多个相控天线阵列124的视场内的外部物体反射。

在步骤308处，毫米波电路28和/或控制电路20(图2)可处理所发射毫米波测距信号和所发射毫米波测距信号的反射版本以生成经处理的数据。例如，控制电路20可从所发射毫米波测距信号的反射版本中的所发射毫米波测距信号中识别已知的脉冲序列。控制电路20可比较所发射毫米波测距信号和所接收毫米波测距信号之间的定时信息，以生成与外部物体相关联的范围数据。例如，范围数据可指示设备10和外部物体(例如，将所发射毫米波测距信号反射回设备10的外部物体)之间的范围。在另一个合适的布置中，控制电路20可基于所发射毫米波测距信号和所发射毫米波测距信号的所接收反射版本来识别指示设备10在其环境内的相对位置的位置信息。在又一个合适的布置中，控制电路20可执行外部物体检测或跟踪以识别设备10附近的外部物体的存在或跟踪该外部物体的位置。如果需要，控制电路20可使用随时间发射和接收的反射测距信号来跟踪设备10和设备10周围的许多外部物体之间的距离(例如，以跟踪设备10随时间相对于其周围环境的位置)。这些示例仅是例示性的，一般来讲，控制电路20可基于所发射的毫米波测距信号和所接收的所发射毫米波测距信号的反射版本来生成任何期望的经处理的数据。

在步骤310处，控制电路20可基于经处理的数据(例如，在处理步骤308时生成的)和/或基于所收集的传感器数据(例如，在处理步骤300时发起的)来确定(检测)是否已发生预定空间事件。例如，预定空间事件可以是当外部物体在预定距离内接近设备10时、当外部物体以超速接近设备10时、当设备10相对于其周围环境进入或离开预定空间位置时、当设备10的用户执行预定物理动作时、当设备10移动超出距外部物体预定距离时，或者与设备10的运动或设备10的位置相关联的任何其他期望事件。

在传感器数据也用于处理步骤310的情况下，可使用传感器数据来过滤在步骤308处收集的经处理的数据，以在需要时帮助识别预定空间事件。在一个示例中，预定空间事件可以是当佩戴设备10的用户跌倒时发生的跌倒事件。传感器数据可包括取向传感器数据、接近传感器数据和/或加速度计数据，可使用这些数据来将用户跌倒与用户的手腕仅接近外部物体的其他情况(诸如，当用户将他们的手臂靠近墙壁或其他物体时)区分开。在另一个示例中，预定空间事件可以是当佩戴设备10的用户离开预定义空间区域时，并且可使用传感器数据来将该事件与用户在佩戴设备10时仅移动他们的手腕区分开。在又一个示例中，预定空间事件可以是当在一个或多个相控天线阵列124的视场内检测到特定物体时。这些示例仅是例示性的，一般来讲，可使用经处理的数据和传感器数据的任何期望组合来识别与设备10相对于外部物体的定位相关联的任何期望空间事件。

如果在处理步骤310时没有检测到预定空间事件，则处理可循环回到步骤302，如路径314所示。设备10可继续执行空间测距操作，直到检测到事件或者直到控制电路20控制设备10停止执行空间测距操作。如果检测到预定空间事件，则处理可前进到步骤312，如路径316所示。

在步骤312处，设备10可响应于检测到预定空间事件而采取适当的动作。例如，设备10可向用户发出警报(例如，使用扬声器发出音频警报，使用振动器或其他触觉引擎发出触觉警报，和/或使用设备10上的显示器14或其他发光部件发出视觉警报)，可向另一个人或实体发出警报(例如，通过向设备10外部的另一电子设备发送文本消息、电子邮件消息或其他无线消息或通知)，或者可执行任何其他期望的操作。例如，这种警报可用于警告用户外部物体诸如墙壁或其他障碍物正在接近用户(例如，对于视力受损的用户)或者警告用户其他信息。

图12的示例仅是例示性的。如果需要，步骤300可与步骤302、304、306或308同时、在这些步骤之前或之后执行。如果需要，电子设备10可使用一个或多个相控天线阵列124和在一个或多个方向上取向(转向)的射频信号波束来执行步骤304-308。例如，如果需要，相控天线阵列124可执行波束控制操作以在多个角度(例如，相控天线阵列的视场内的所有可能角度)内扫描波束，并且可在这些角度内发射和接收毫米波测距信号以执行空间测距操作(例如，以确定位于设备10的所有侧上的外部物体的范围信息)。如果需要，可执行其他测距操作。

图13为示出设备10如何使用毫米波测距信号来识别设备10和外部物体之间的范围并响应于预定空间事件发出警报的视图。如图13所示，初始，设备10可位于距外部物体320的第一距离处。设备10可使用一个或多个相控天线阵列来发射毫米波测距信号162。设备10可接收从外部物体320反射的所发射信号162的反射版本164。设备10可处理信号162和164以识别设备10和外部物体320之间的距离(范围)。

稍后，设备10可移动到更靠近外部物体320，如箭头322所示。设备10可再次发射毫米波测距信号162并接收从外部物体320反射的所发射信号162的反射版本164。设备10可处理信号162和164以识别设备10和外部物体320之间的新范围。设备10可连续地处理该范围信息以确定是否已发生预定空间事件(例如，在处理图12的步骤310时)。例如，设备10可将该范围与预定最小阈值范围进行比较。响应于确定外部物体320已经移动到比预定最小阈值范围更靠近设备10，设备10可发出警报324。

警报324可例如包括对设备10的用户(例如，手腕上佩戴有设备1O的用户)的音频或触觉警告，以警告用户物体320已经接近用户。如果需要，可将其他传感器数据与范围数据组合以确定是否发出警报324。在另一个合适的布置中，警报324可以是发送到外部设备的射频信号(例如，使用WLAN、WPAN或蜂窝电话链路和非毫米波天线40S)以向外部设备通知物体320已经在预定最小阈值范围内通过。图13的示例仅是例示性的，一般来讲，可使用毫米波测距信号162来监测任何期望的空间事件。以这种方式，设备10可使用由一个或多个相控天线阵列124发射的毫米波信号连续地跟踪设备10和其周围环境之间的距离，所述一个或多个相控天线阵列与其他非毫米波天线诸如图10的天线40S共同定位或相邻定位，由此优化设备10内的空间消耗。

根据一个实施方案，提供了一种电子设备，其包括：具有导电外壳壁的外壳；显示器覆盖层；与显示器覆盖层重叠并且包括导电显示结构的显示模块；天线的天线馈电部，该天线馈电部具有耦接到导电显示结构的第一馈电端子和耦接到导电外壳壁的第二馈电端子，导电显示结构和导电外壳壁限定天线的隙缝元件的边缘；以及安装在外壳内的相控天线阵列，天线被配置为以低于10GHz的第一频率传送第一射频信号，并且相控天线阵列被配置为以10GHz和300GHz之间的第二频率传送第二射频信号。

根据另一个实施方案，相控天线阵列安装在天线的隙缝元件内，并且被配置为通过显示器覆盖层发射第二射频信号。

根据另一个实施方案，相控天线阵列至少部分地嵌入显示器覆盖层内。

根据另一个实施方案，在给定的一个导电外壳壁中形成介电窗口，并且相控天线阵列被配置为通过介电窗口发射第二射频信号。

根据另一个实施方案，电子设备包括安装在外壳内的附加相控天线阵列，该附加相控天线阵列安装在天线的隙缝元件内。

根据另一个实施方案，电子设备包括导电显示结构中的空间滤波器，该空间滤波器具有包括第二频率的通带，并且相控天线阵列被配置为经由空间滤波器通过显示模块并且通过显示器覆盖层发射第二射频信号。

根据另一个实施方案，在给定的一个导电外壳壁中形成介电窗口，电子设备还包括安装在外壳内的附加相控天线阵列，该附加相控天线阵列被配置为通过介电窗口以10GHz和300GHz之间的第三频率发射第三射频信号。

根据另一个实施方案，电子设备包括：耦接到天线馈电部的射频收发器；耦接到相控天线阵列的发射器和接收器，该发射器被配置为发射第二射频信号，并且该接收器被配置为接收由相控天线阵列接收的第二射频信号的反射版本；以及控制电路，该控制电路被配置为基于所发射的第二射频信号和所接收的第二射频信号的反射版本检测相控天线阵列的视场内的外部物体相对于电子设备的范围。

根据另一个实施方案，电子设备包括加速度计，该加速度计被配置为生成指示电子设备的运动的运动数据，控制电路被配置为基于检测到的范围和运动数据检测预定空间事件。

根据另一个实施方案，电子设备包括开关，该开关具有耦接到发射器的第一端子、耦接到接收器的第二端子以及耦接到相控天线阵列的第三端子，该开关被配置为在给定时间将所选发射器和接收器中的一者耦接到相控天线阵列。

根据一个实施方案，提供了一种手表，其包括：被配置为接收腕带的外壳；外壳中的无线电路，该无线电路被配置为生成频率在10GHz和300GHz之间的射频信号；以及外壳中的相控天线阵列，该相控天线阵列耦接到无线电路并且被配置为发射射频信号。

根据另一个实施方案，手表包括安装到外壳的触摸屏。

根据另一个实施方案，外壳包括导电外壳侧壁，触摸屏包括显示模块和覆盖显示模块的显示器覆盖层，并且显示模块被配置为通过显示器覆盖层显示图像，相控天线阵列安装在导电外壳侧壁和显示模块之间并且被配置为通过显示器覆盖层发射射频信号。

根据另一个实施方案，手表包括非毫米波天线，导电外壳侧壁和显示模块中的导电结构限定非毫米波天线中的隙缝的边缘。

根据另一个实施方案，手表包括外壳中的射频收发器，该射频收发器耦接到非毫米波天线，并且该射频收发器被配置为生成附加频率低于10GHz的附加射频信号，并且非毫米波天线被配置为发射附加射频信号。

根据另一个实施方案，手表包括外壳中的控制电路，该控制电路耦接到无线电路，并且该无线电路被配置为接收从外部物体反射并且由相控天线阵列接收的所发射射频信号的反射版本，并且控制电路被配置为基于所发射射频信号和所发射射频信号的反射版本识别电子设备和外部物体之间的范围。

根据另一个实施方案，相控天线阵列包括一维天线阵列。

根据一个实施方案，提供了一种手表，其包括：导电外壳壁；安装到导电外壳壁的显示器；相控天线阵列，该相控天线阵列被配置为发射射频信号并接收所发射射频信号的反射版本；以及控制电路，该控制电路耦接到相控天线阵列并且被配置为基于由相控天线阵列发射的射频信号和由相控天线阵列接收的所发射射频信号的反射版本对手表外部的物体执行空间测距操作。

根据另一个实施方案，相控天线阵列被配置为以第一频率发射射频信号，电子设备包括天线，该天线具有限定在至少导电外壳壁和显示器中的导电结构之间的隙缝元件，该天线被配置为以不同于第一频率的第二频率发射附加射频信号，并且相控天线阵列安装在天线的隙缝元件内。

根据另一个实施方案，第一频率在10GHz和300GHz之间，并且第二频率在600MHz和10GHz之间。

前述内容仅为例示性的并且能够对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

外壳，所述外壳具有导电外壳壁；

显示器覆盖层；

显示模块，所述显示模块与所述显示器覆盖层重叠并且包括导电显示结构；

天线的天线馈电部，所述天线馈电部具有耦接到所述导电显示结构的第一馈电端子和耦接到所述导电外壳壁的第二馈电端子，其中所述导电显示结构和所述导电外壳壁限定所述天线的隙缝元件的边缘；以及

相控天线阵列，所述相控天线阵列安装在所述外壳内，其中所述天线被配置为以低于10GHz的第一频率传送第一射频信号，并且所述相控天线阵列被配置为以10GHz和300GHz之间的第二频率传送第二射频信号。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述相控天线阵列安装在所述天线的所述隙缝元件内，并且被配置为通过所述显示器覆盖层发射所述第二射频信号。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述相控天线阵列至少部分地嵌入所述显示器覆盖层内。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中在给定的一个所述导电外壳壁中形成介电窗口，并且所述相控天线阵列被配置为通过所述介电窗口发射所述第二射频信号。

5.根据权利要求4所述的电子设备，还包括：

附加相控天线阵列，所述附加相控天线阵列安装在所述外壳内，其中所述附加相控天线阵列安装在所述天线的所述隙缝元件内。

6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

所述导电显示结构中的空间滤波器，其中所述空间滤波器具有包括所述第二频率的通带，并且所述相控天线阵列被配置为经由所述空间滤波器通过所述显示模块并且通过所述显示器覆盖层发射所述第二射频信号。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其中在给定的一个所述导电外壳壁中形成介电窗口，所述电子设备还包括：

附加相控天线阵列，所述附加相控天线阵列安装在所述外壳内，其中所述附加相控天线阵列被配置为通过所述介电窗口以10GHz和300GHz之间的第三频率发射第三射频信号。

8.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

射频收发器，所述射频收发器耦接到所述天线馈电部；

发射器和接收器，所述发射器和接收器耦接到所述相控天线阵列，其中所述发射器被配置为发射所述第二射频信号，并且所述接收器被配置为接收由所述相控天线阵列接收的所述第二射频信号的反射版本；以及

控制电路，所述控制电路被配置为基于所发射的第二射频信号和所接收的所述第二射频信号的所述反射版本检测所述相控天线阵列的视场内的外部物体相对于所述电子设备的范围。

9.根据权利要求8所述的电子设备，还包括：

加速度计，所述加速度计被配置为生成指示所述电子设备的运动的运动数据，其中所述控制电路被配置为基于所检测到的范围和所述运动数据检测预定空间事件。

10.根据权利要求8所述的电子设备，还包括：

开关，所述开关具有耦接到所述发射器的第一端子、耦接到所述接收器的第二端子以及耦接到所述相控天线阵列的第三端子，其中所述开关被配置为在给定时间将所选所述发射器和所述接收器中的一者耦接到所述相控天线阵列。

11.一种手表，包括：

外壳，所述外壳被配置为接收腕带；

无线电路，所述无线电路在所述外壳中并且被配置为生成频率在10GHz和300GHz之间的射频信号；以及

相控天线阵列，所述相控天线阵列在所述外壳中，所述相控天线阵列被配置为耦接到所述无线电路并且被配置为发射所述射频信号。

12.根据权利要求11所述的手表，还包括：

触摸屏，所述触摸屏安装到所述外壳。

13.根据权利要求12所述的手表，其中所述外壳包括导电外壳侧壁，所述触摸屏包括显示模块和覆盖所述显示模块的显示器覆盖层，并且所述显示模块被配置为通过所述显示器覆盖层显示图像，所述相控天线阵列安装在所述导电外壳侧壁和所述显示模块之间并且被配置为通过所述显示器覆盖层发射所述射频信号。

14.根据权利要求13所述的手表，还包括：

非毫米波天线，其中所述导电外壳侧壁和所述显示模块中的导电结构限定所述非毫米波天线中的隙缝的边缘。

15.根据权利要求14所述的手表，还包括：

所述外壳中的射频收发器，所述射频收发器耦接到所述非毫米波天线，其中所述射频收发器被配置为生成附加频率低于10GHz的附加射频信号，并且所述非毫米波天线被配置为发射所述附加射频信号。

16.根据权利要求13所述的手表，还包括：

所述外壳中的控制电路，所述控制电路耦接到所述无线电路，其中所述无线电路被配置为接收从外部物体反射并且由所述相控天线阵列接收的所发射射频信号的反射版本，并且所述控制电路被配置为基于所发射射频信号和所发射射频信号的所述反射版本识别所述电子设备和所述外部物体之间的范围。

17.根据权利要求16所述的手表，其中所述相控天线阵列包括一维天线阵列。

18.一种手表，包括：

导电外壳壁；

显示器，所述显示器安装到所述导电外壳壁；

相控天线阵列，所述相控天线阵列被配置为发射射频信号并接收所发射射频信号的反射版本；以及

控制电路，所述控制电路耦接到所述相控天线阵列并且被配置为基于由所述相控天线阵列发射的所述射频信号和由所述相控天线阵列接收的所发射射频信号的所述反射版本对所述手表外部的物体执行空间测距操作。

19.根据权利要求18所述的手表，其中所述相控天线阵列被配置为以第一频率发射所述射频信号，所述电子设备还包括：

天线，所述天线具有限定在至少所述导电外壳壁和所述显示器中的导电结构之间的隙缝元件，其中所述天线被配置为以不同于所述第一频率的第二频率发射附加射频信号，并且所述相控天线阵列安装在所述天线的所述隙缝元件内。

20.根据权利要求19所述的手表，其中所述第一频率在10GHz和300GHz之间，并且所述第二频率在600MHz和10GHz之间。