CN110383579B - 可穿戴设备天线系统 - Google Patents

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Abstract

一种天线系统，包括：驱动天线元件，其连接到印刷电路板(PCB)；以及多个PCB扩展器，其由导电体提供，连接到PCB接地平面，用于在信号通信中与驱动天线元件合作。在包含天线系统的眼镜设备中，多个PCB扩展器由包含在眼镜镜架中的导电结构元件提供。

Description

可穿戴设备天线系统
优先权申请
本申请要求2017年3月6日提交的美国临时申请序列号62/467,675的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开通常涉及无线通信。本公开的各方面涉及无线通信系统、构成这种无线通信系统的一部分的天线系统、和具有无线通信功能的电子设备。本公开还涉及电子使能的眼镜设备。
背景技术
消费电子产品的最近趋势已经一致朝着较大的小型化，而这样的设备的功能需要日益无所不在的无线连接性。构成具有有限形状因子的电子设备的一部分的无线通信系统努力满足在增加紧密度的同时实现能够可靠传送大量数据(例如，由智能眼镜捕获的视频)的无线连接性的冲突要求。这些困难在电池电量通常珍贵的可穿戴设备中加重。
在可穿戴电子设备中，这些困难通常由于热管理考虑而恶化。针对这种可穿戴电子使能设备的热管理由于空间和/或重量约束而可能有问题。而且，考虑到这种设备的外部通常与用户的身体的部分定期接触，因此，通过暴露在环境大气中来冷却通常不是可穿戴设备的选项。
附图说明
本公开在附图中以示例而非限制的方式图示，其中：
图1是现有的用于电子设备中的无线通信系统的配置的一系列示意性表示，示出了历史上天线小型化的发展阶段。
图2是根据示例实施例的可集成各种所公开的无线通信系统的采用电子使能眼镜设备示例形式的可穿戴电子设备的示意性三维斜主视图。
图3是根据一个示例实施例的电子使能眼镜设备的一部分的部分暴露的主视图，该眼镜设备包含具有从印刷电路板(PCB)突出并安置在眼镜设备的镜架内的驱动天线元件的无线通信系统。
图4是根据既定原则的具有倒L型天线的天线系统的不同版本的一系列示意性表示。
图5A是根据示例实施例的具有与共同驱动天线元件合作的多个相互横向的接地平面的天线系统的示意性表示。
图5B是根据示例实施例的与图5A对应的示意性表示，其中，接地平面由具有不同长度的PCB扩展器提供。
图6示出了图示平面倒L型天线(图4)、倒L型天线(图4)和根据图5A的示例实施例的多平面天线系统的阻抗行为的比较图。
图7是根据示例实施例的眼镜设备的部分剖面三维视图，在该眼镜设备中包含具有两个横向接地平面的天线系统，这两个横向接地平面分别由沿着该设备的一个镜腿的PCB扩展器和横向跨越该设备的镜架延伸的PCB扩展器提供。
图8是构成根据图7的示例实施例的眼镜物品的一部分的天线系统的理想化示意性表示。
图9是根据另一示例实施例的具有多平面无线通信系统的眼镜设备的部分剖面三维视图。
具体实施方式
介绍
如前所述，电气工程的发展已经使得电子产品能够变得物理上更小并传递日益更多的功能。实现进一步发展的瓶颈是天线系统小型化的相对较慢的节奏。特别是在天线小型化中，流行的观点是考虑到相关部件的尺寸，透射性能正在接近物理学指示的极限。在这方面，最近消费电子产品技术中的天线趋势的简要概述是有益的。
图1提供了具有无线连接性的消费电子产品中天线系统的历史的示意性概述。用于这些目的的天线系统通常工作在微波频率(300MHz到30GHz)。通过天线系统202、208、212和216的理想化示意性表示来示出了四个不同的天线配置。图示的每个天线系统包括驱动天线元件，该驱动天线元件连接到在印刷电路板(PCB)204中包含的通信电子装置(例如，收发机系统)。PCB 204在用附图标记207示意性表示的信号馈送处连接到驱动天线。可见，图1的图示系统之间的差异在于驱动天线元件相对于PCB 204的尺寸、形状和/或定向的变化。
如天线配置202示意性图示的，早期的消费电子设备具有比较长的单极天线206。这些天线仍然可在步话机或者一些性能需要的无线通信设备(诸如军用无线电)中看到。在追求小型化时，这种单极天线在消费电子产品中被螺旋天线210代替。这意味着保持相同的天线金属长度，同时将天线金属限制在较小空间中。结果是具有最小性能影响的天线小型化。系统212示意性表示的下一代设备用反向单极天线214代替这些螺旋天线，实现甚至更大的紧凑度。反向单极天线214还允许将其嵌入在消费电子设备内，因为该技术显著减少了驱动天线元件214所占用的体积。该天线技术的性能虽然不如前一代，但是由于射频(RF)基础架构的显著改进并且由于天线仍然从PCB 204接收对辐射的贡献，因此对于现代消费电子设备是足够的。
应当注意，这种系统中的PCB 204是总辐射系统的一部分，PCB 204在文献中也被称为接地平面。因此，PCB 204在无线信号的通信中与驱动天线元件合作。这些设备的主PCB204基本上是平衡单极并携带引起有效RF辐射的电流的另一“极”。在PCB 204中，接地平面通常由PCB 204的板上比较大的铜箔区域提供，并且金属箔连接到电源接地端并用作来自板上的不同部件的电流的返回路径。因此，信号馈送207在图1中示为连接在驱动天线元件与PCB 204之间。
取决于天线系统的调谐以及PCB接地平面和驱动天线元件的相对尺寸和定向，诸如系统202的单极天线元件206可被视为并可类似于偏移馈送双极天线表现，其中，双极的不同臂分别由单极导体206和PCB 204提供。
反向单极利用与PCB接地平面相关联的现象。添加更多不同长度的反向单极218(由天线系统216示意性示出的)使能在不同无线电频带上同时的无线通信能力。在本质上，这意味着更多的带宽和更快的通信速度，同时牺牲很少的天线体积。然而，增加的信赖被放在PCB 204上用于天线性能。
随着物联网和蓝牙低功耗(BLE)的出现，对具有无线连接性的消费电子产品的需求和对这种设备的性能需求已经显著增加。这些发展需要将天线包括在先前没有天线的设备中，如冰箱、数字照相机、近海风电场、传感器、控制器等。这些设备中的一些设备的物理形状因数太小而不具有物理孔径(即，既没有天线体积也没有接地区域)以支持有效的辐射器。因此，这些系统迄今不得不满足于窄带宽、低效率和低速度。
电子使能眼镜设备通常具有相对小的可用物理体积以用于电子电路提供该设备的各种功能。在一些这种现有的设备中，由集成PCB 204提供的PCB接地平面的长度小于在最低发射频率处的波长(λ/10)的十分之一。波长(λ/10)的至少四分之一的长度通常被认为对于有效辐射是必需的。因此，用于许多电子设备的现有的天线系统不能够为诸如将眼镜设备所捕获的高清晰视频上载到其他设备的功能提供足够有效的无线数据传送，特别是考虑到电池供电的操作的限制。
详细描述
以下描述讨论了本公开的说明性实施例。在以下描述中，为了解释的目的，阐述许多特定细节以便提供对所公开的主题的各种实施例的理解。然而，显然，对于本领域的技术人员而言，可以在没有这些特定细节的情况下实施所公开的主题的实施例。通常，众所周知的指令实例、协议、结构和技术无需详细示出。
本公开的第一方面提供了一种眼镜设备，其包括：
主体，用于由用户穿戴以支撑在用户的视野内的一个或多个光学元件；
板上电子装置，由包含在主体中的PCB承载；以及
驱动天线元件，其连接到PCB并从PCB突出，驱动天线元件被安置在眼镜物品的主体内。
驱动天线元件是导电元件，其电连接到接收机和/或发射机。在发射天线中，驱动天线元件由来自与其连接(例如，经由如图1所讨论的信号馈送207)的通信电子装置的电流驱动或者激励，并且是发射波的源。在接收天线中，驱动天线元件收集用于接收的入射波，并将其转换为振荡电流，该振荡电流由连接到驱动天线元件的通信电子装置解译。如先前所讨论的，在这种信号通信中，PCB接地平面与驱动天线元件合作。这同样适用于连接到PCB接地平面的PCB扩展器，如在本文中稍后讨论的。
在一些实施例中，驱动天线元件被配置为形成单极天线。因此，这种天线系统可具有类似于参考图1描述的系统202的配置。在其他实施例中，天线元件可按双极配置来布置。
眼镜主体可包括限定一对光学元件支架(例如，透镜支架)的镜架，以及连接到镜架的相对的侧面端部的一对镜腿。在一个示例实施例中，PCB被安置在镜架的一个侧面端部处或与该侧面端部相邻。在这种情况下，天线元件可从PCB突出以沿着对应的透镜支架的至少一部分延伸。因此，在透镜支架是围绕相应的透镜在外围延伸的一对镜框的实施例中，天线元件可围绕对应的镜框的至少一部分从PCB延伸。
现在将参考图2和图3描述根据本公开的第一方面的无线通信系统和眼镜设备的示例实施例，之后，将讨论本公开的若干进一步的方面。
图2示出了采用智能眼镜的示例形式的电子使能眼镜设备100的斜主视图。眼镜设备100包括：主体103，其包括前架或者镜架106；以及连接到镜架106的一对镜腿109，用于在佩戴眼镜设备100时在用户的脸上支持镜架106。镜架106可由任何适合的材料(诸如塑料或者金属)制成，包括任何适合的形状记忆合金。
眼镜设备100具有采用一对透镜112形式的一对光学元件，由形成镜架106的一部分的采用一对透镜镜框115形式的对应的光学元件支架支撑。镜框115由中梁118连接。在其他实施例中，光学元件中的一个或两个可以是显示器、显示组件、或者透镜和显示器组合。在这种实施例中，眼镜设备100可提供虚拟现实耳机或者增强现实显示器。因此，在本示例实施例中关于透镜或者透镜支架的元件的描述将在其他实施例中被理解为类似地适用于不同形式的光学元件。
镜架106包括限定镜架106的侧面端部的一对端片121。在该示例中，各种电子部件被安置在一个或两个端片121中，如下文更详细讨论的。在一些实施例中，镜架106由单一材料形成，以便具有单一或者整体构造。
镜腿109被耦合到相应的端片121。在该示例中，镜腿109通过相应的铰链耦接到镜架106，以便在可穿戴配置(如图1所示)与折叠配置之间可铰接地移动，在该折叠配置中，镜腿109朝着镜架106枢转以抵着镜架基本上平坦放置。在其他实施例中，镜腿109可固定地连接到镜架106或者通过任何适合装置耦合到镜架106。每个镜腿109包括耦合到镜架106的前部，以及用于耦接到用户的耳朵的后部，诸如在图1的示例实施例中图示的弧形耳机。
在本文中，诸如前、后、向前、向后、向外和向内的方向术语将参考在眼镜设备100被佩戴时用户的视野的方向来理解。因此，镜架106具有在佩戴时背对用户的向外方向的前侧134，以及眼镜设备100被佩戴时面向用户的相对的向内方向的后侧137。类似地，在本文中参考眼镜设备100的不同特征使用的术语“水平”和“垂直”将被理解为对应于当眼镜设备100在用户向前看的脸上水平时眼镜设备100的定向。眼镜设备100的横向在端片121之间或多或少水平地延伸，而眼镜设备100的垂直或直立方向横向于水平方向延伸，以使得透镜112具有或多或少垂直或直立的定向。
眼镜设备100具有板上电子装置124，该板上电子装置124包括计算设备(诸如计算机)，其可在不同实施例中具有任何适合的类型以便由主体103承载。在一些实施例中，包括板上电子装置124的各种部件被至少部分地安置在一个或两个镜腿109中。在本实施例中，板上电子装置124的各种部件被安置在镜架106的侧面端片121中。板上电子装置124包括具有存储器的一个或多个处理器、无线通信电路(例如，收发机系统)和电源(在该示例实施例中是可再充电电池，例如锂离子电池)。板上电子装置124包括低功率高速电路，并且在一些实施例中，还包括显示处理器。各种实施例可包括采用不同配置或者以不同方式集成在一起的这些元件。如参考图3下面将讨论的，在该示例实施例中，板上电子装置124的至少一部分由安置在一个端片121中的PCB 204提供。
板上电子装置124包括可再充电电池。在一些实施例中，电池被设置在一个镜腿109中。然而，在该示例实施例中，电池被安置在一个端片121中，电连接到板上电子装置124的剩余部分。
眼镜设备100是照相机使能的，在该示例中，眼镜设备100包括照相机130，该照相机130安装在一个端片121中，并面向前方以便与眼镜设备100的佩戴者的视野的方向或多或少对齐。照相机130被配置为捕获数字摄影以及数字视频内容。照相机130的操作由板上电子装置124所提供的照相机控制器来控制，表示由照相机130捕获的图像或者视频的图像数据被暂时存储在构成板上电子装置124的一部分的存储器上。存储器与包含在眼镜主体130中的无线通信系统(参见图3中的300)通信，因此使得由照相机130捕获的视频内容能够无线上传到其他设备。在一些实施例中，眼镜设备100可具有一对照相机130，例如由相应的端片121容纳。
眼镜设备100进一步包括允许与照相机130通信并控制照相机130的一个或多个输入和输出设备。特别地，眼镜设备100包括用于使能眼镜设备100的一个或多个功能的用户控制的一个或多个输入机构。在该实施例中，输入机构包括按钮115，其安装在镜架106上以便能够在一个端片121的顶部触及以由用户按压。
如参考图3(其中镜架106以垂直剖面示出)可见，眼镜设备100具有用于与外部电子部件或者设备进行无线通信的集成无线通信系统300。为此，在一个端片121中安置的PCB204上承载的采用收发机形式的通信电子装置耦接到集成在眼镜设备100的主体103中由非环状导体提供的天线元件206。PCB 204限定PCB接地平面，如先前所讨论的。天线元件206基本上与PCB 204共面，从PCB 204突出。因此，将看到，无线通信系统300在广义上对应于参考图1的系统202所描述的天线配置。
主PCB 204具有可操作垂直的定向，并横向延伸到基本上与眼镜设备100的镜架106共面。由于PCB 204的相对小的物理尺寸，因此，依赖于主PCB接地平面作为主辐射孔径(与传统的倒型(inverted)天线配置一致)会导致次优性能。在该示例实施例中，通过采用天线元件206形式将对于有效辐射足够长的驱动天线元件嵌入在框架106内来利用双极概念。在该示例实施例中，天线元件206的长度比共面PCB接地平面的长度长大约1.5倍。特别地，在该实例中，天线元件206具有大约λ/8的长度，而PCB接地平面具有大约λ/12的长度。在其他实施例中，天线元件206的长度可以是PCB接地平面的长度的两倍或更多倍。在该示例实施例中，天线元件206被放置在镜架206的与主PCB 204相同的一侧，并完成合理有效的辐射。然而，如在本文中稍后将讨论的，在其他实施例中，天线系统的效率通过添加一个或多个PCB扩展器来大大提高。
如在图3中可见的，在该示例实施例中，单极天线元件206被嵌入在镜架106内以从PCB 204突出，沿着对应的透镜镜框115的一部分或多或少向下延伸。在其他实施例中，双极天线元件206可用单极天线元件替换。因此，将看到，天线系统300的配置类似于图1中的系统202的配置。
根据本公开的另一方面(稍后在下文讨论，作为本公开的第四方面)，驱动天线元件206被热连接到眼镜设备100的一个或多个发热电子部件。由于驱动天线元件206是金属部件，因而它与这种资源是热交换关系，因此，天线元件206用作散热装置。在该示例实施例中，天线元件206热耦合到PCB 204以用于PCB 204的热管理。相反或者另外，天线元件206可连接到其他发热部件，诸如电池。
本公开的第二方面提供一种天线系统，它具有连接到PCB的用于在信号通信中与驱动天线元件合作的一个或多个PCB扩展器，每个PCB扩展器包括连接到PCB接地平面并从中突出以限定相应的接地平面的导体。第二方面扩展到包括这种天线系统的设备以及在其中包含这种天线系统的眼镜设备。提供长度尺寸显著大于PCB接地平面的最大尺寸的PCB扩展器实现改进的用于天线系统的辐射孔径。
在一些实施例中，天线系统具有两个或更多个PCB扩展器，限定具有不同定向的相应的接地平面，以使得驱动天线元件同时与两个或更多个不同定向的接地平面合作。在一些实施例中，至少两个PCB扩展器在长度和/或其他尺寸上不同。
不同地限定，本公开的第三方面提供了一种天线系统，包括：PCB，其限定PCB接地平面；驱动天线元件，其耦合到由PCB承载的通信电子装置；以及多个PCB扩展器，其电连接到PCB接地平面并在相互横向的方向上从PCB突出。因此，多个PCB扩展器限定具有相对于驱动天线元件的不同空间定向的多个接地平面。本公开的第三方面扩展到包括这种天线系统的设备以及在其中包含这种天线系统的眼镜设备。为了便于描述，与本公开的第三方面一致的天线配置在本文中也称为多平面天线系统。这样的实施例可实现多频带功能、减小的尺寸和/或改进的图案分集。
在(参考图7至图9)描述与本公开的第三方面一致的特定示例实施例之前，现在将给出与倒L型天线有关的天线理论的简要回顾以及所公开的多平面天线配置的技术方面的简要讨论。
在图4中呈现了具有倒L型天线的不同配置的多个现有系统。最左边的两个系统(分别用附图标记410和420指示)示出了单频带倒L型天线技术。相同的附图标记指示图1中和图4中的相同部件。系统410示出了称为倒L型天线(ILA)的配置的理想化示意性表示，其中，PCB 204(并且因此PCB接地平面)和驱动天线元件214在同一平面上。这对应于图1中的系统212。相反，系统420示出了称为平面倒L型天线(PILA)的配置，其中，驱动天线元件214和PCB 204在不同但平行的平面上。系统450和460分别描绘了ILA 410和PILA 420的多频带版本，其中，不同长度的天线元件218连接到同一PCB接地平面以支持在不同频带上的同时无线功能。这些天线实现方式在具有无线能力的消费电子产品中是常见的。
部分地基于PCB 204可被认为提供这些倒L型单极天线的另一极的认知，本公开的第三方面提出了在多个接地平面之间共享驱动天线元件的天线系统结构。在一些实施例中，这些接地平面可以具有不同的长度和尺寸。应注意，这种多平面天线系统可被理解为多频带倒L型天线(450、460)的互逆方式，其中，多个天线元件218共享单个PCB接地平面。
图5A示出了具有所公开的多平面天线配置的天线系统500的示例实施例的理想化示意图。在图5A的示例实施例中，天线系统500使用倒L型天线元件214与多个相互横向的接地平面的组合。在该示例实施例中，多个接地平面由相对于彼此正交的一对接地平面505、510提供。而且，在该示例实施例中，接地平面505、510二者都平行于倒L型天线元件214。仅为了便于描述，接地平面进一步被标识为水平接地平面505和垂直接地平面510。
在该示例实施例中，每个接地平面505、510由相应的PCB扩展器提供，PCB扩展器是电连接到PCB接地平面的导电元件。这些PCB扩展器中的每一个都在长度上显著长于PCB204，因此，提供了相应的比PCB接地平面大得多的接地平面。出于这一原因，在图5A和5B的示意性表示中未示出PCB接地平面。在其他实施例中，接地平面505、510中的一个可由PCB接地平面提供，而另一个接地平面由在横向上与其定向的PCB扩展器提供。
应注意，天线元件214基本上与水平接地平面505共面，以使得天线元件214和水平接地平面505可被认为一起限定类似于图4中的配置410的ILA。然而，天线元件214与垂直接地平面510的平面平行但与其隔开，以使得天线元件214和垂直接地平面510可被认为一起限定类似于图4中的配置420的PILA。因此，多平面天线系统500可被理解为ILA 410和PILA420的组合，同时共享共同驱动天线元件214。
图5B示出了类似于图5A的系统500的多平面天线系统520，除了正交接地平面505、510在长度上不同之外。在该实施例中，垂直接地平面510的长度增加。曲线570和580示出了天线系统500和520各自的回波损耗性能。
对负责接地平面505、510中的辐射的电流模式的分析显示出在频率fl处，针对部分由垂直接地平面510提供的PILA激发基本模式，而部分由水平接地平面505提供的ILA未被激发。然而，在频率f2处，针对部分由接地平面505提供的ILA激发基本模式，而接地平面500的PILA过模式(overmode)。因此，由于接地平面550与510之间的长度不同，因此，通过使用同一天线元件214可产生两个不同的辐射模式。通过在设计时调节这些接地平面的长度，可以控制这些模式发生的频率。
因此，如果接地平面505和510具有相同或者接近类似的长度，则天线系统500将具有在相同频率下的两个基本模式，但是在不同方向上进行辐射并接收不同的极化。这是因为在相应的PCB扩展器中的电流彼此正交。这些现象将导致图案和极化分集，因为天线系统500可“看见”更宽的区域，限制它的死点，并使天线系统免于极化失配。
图6示出了具有不同长度的接地平面的多平面天线系统505的阻抗行为曲线600。在曲线600中，实线表示复合天线系统505的阻抗行为；点划线表示由接地平面505连同天线元件214一起提供的ILA部件的阻抗行为；虚线表示由接地平面500连同天线元件214一起提供的PILA部件的阻抗行为。如从曲线600可以看出，当PCB扩展接地平面具有不同长度时，天线系统520可以不同频率进行辐射，实现多频带能力。实线清楚地显示两个辐射模式，而虚线和点划线是单辐射模式。
请注意，虽然参考倒L型天线214描述了多平面天线系统500的行为，但是，所讨论的考虑类似地适用于多个接地平面(例如，505和510)结合单极或双极驱动天线元件(诸如参考图1中的系统202讨论的天线元件206)使用的配置。例如，以下参考图7至图9讨论的示例实施例采用具有非倒型(non-inverted)天线216的多平面配置。
在一些实施例中，电子设备中的以上概念的实现包括：通过在设备中包含一个或多个PCB扩展器来定义一个或多个天线接地平面(除了由PCB提供的天线接地平面以外)，该PCB扩展器是电耦合到PCB接地平面并相对于驱动天线元件横向延伸的导电元件。
一个这种实现的示例参考图7，图7示出了与图2和图3类似的眼镜设备100，并另外提供了一对基本上正交的PCB扩展器814、821。图8示出了构成图7的眼镜设备的一部分的多平面天线系统707的理想化示意性版本。
在该示例实施例中，PCB扩展器814、821由相应的电连接到PCB 204的铜线提供，例如，通过接触紧固件、焊接等。在一些实施例中，PCB 204与PCB扩展器818、821中的一个或多个之间的电连接可以是感应的。
在该示例实施例中，PCB扩展线包括沿着由相应的透镜镜框115的上部和透镜镜框115之间延伸的中梁118限定的顶杆延伸的顶线714，以及沿着镜腿109延伸的镜腿线721，其中镜腿109在安置了PCB 204的端片121处铰接式连接到镜架106。应注意，在该示例实施例中，这两条线完全被嵌入并被镜架106和镜腿109的聚合物塑料材料包住。注意，在图7中省略了所讨论的镜腿109的塑料材料以提供镜腿线721的清楚视图。在一些实施例中，提供相应的PCB扩展器的一个或多个导体可被暴露在例如由金属装饰件提供的眼镜设备100的外部。
现在转到图8，应注意，在与图7不同的定向上示出天线系统707，对应于图5A和5B的定向。至于图8的示意图，可以理解，顶线714限定接地平面814，而接地平面821(在图8中垂直定向的)由镜腿线721定义。图8中剩余的示意性接地平面是由PCB 204提供的PCB接地平面。因此，该配置提供了单个天线206与三个接地平面(204、814和821)的组合以用于图案极化分集和多频带操作。在这些接地平面中，接地平面821基本上正交于其他两个接地平面204、814。
应注意，驱动天线元件206在图8中示为与由PCB扩展器714、721分别限定的接地平面814、821共面。然而，在一些实施例中，天线元件206可偏离附加的接地平面814、821中的一者或两者。在其他实施例中，共同天线元件可由倒L型天线(诸如参考图5B所描述的)提供。
另外，注意，在该实施例中，镜腿线721被配置用于连同对应的镜腿109相对于镜架106的铰接位移一起断开与PCB接地平面的连接和重新连接PCB接地平面。采用通常的方式，镜腿109通常在眼镜放置在存放配置时抵着镜架折叠起来，而当要佩戴眼镜设备100时镜腿109铰接地离开镜架106进入图8所示的配置。耦合可合并到镜架106与镜腿109之间的铰接接头中，诸如自动在镜腿109处于伸展配置中时将镜腿线721连接到PCB 204的接地平面。这种耦合可类似于以下任一个的公开内容中所描述的耦合来构造和配置：申请人的名称为EYEWEAR WITH CONDUCTIVE TEMPLE JOINT的美国专利9,726,904(2015年9月29日申请，申请号14/869,149)；名称为EYEWEAR HAVING SELECTIVELY EXPOSABLE FEATURE的US9,482,882(2015年4月15日申请，申请号14/687,308)；以及名称为EYEWEAR HAVING LINKAGEASSEMBLY BETWEEN A TEMPLE AND A FRAME的US9,482,882(2015年4月15日申请，申请号14/687,308)，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
注意，在一些实施例中，如以下参考本公开的第四方面描述的，PCB扩展器714、721可另外用作以热传递关系与PCB 204热连接的散热装置和/或在相关联的端片121中的其他热源。在这种实例中，镜腿接头可被配置为响应于打开和/或关闭镜腿109来提供镜腿线721与PCB 204之间的电连接和热连接两者的自动连接和断开。在一些实施例中，相关线714、721与PCB 204之间的电和热接口可由单个连接提供。
在一些实施例中，PCB扩展器714、721中的至少一些服务以下三重功能：不仅限定用于天线系统707的接地平面，并用作散热装置，而且还另外可以是构成设备部件的一部分的机械或者结构部件。例如，镜腿线721用作镜腿109的芯线，提供镜腿的结构完整性和刚性。在一些实施例中，这同样适用于顶线118。在一些这种实施例中，在相应的芯线PCB扩展器上注模镜架106或者镜腿109的聚合物塑料材料。
如根据先前参考图5至图7的讨论所理解的，所描述的PCB扩展器714、721向驱动天线元件206提供附加的且更长的接地平面814、821，因此，提供图案极化分集，在一些实施例中，还提供多频带操作。注意，可选择相应的PCB扩展器714、721的长度和/或形状，以提供期望的复合天线性能。在天线系统707被配置用于多频带操作的实施例中，PCB 204的通信电子装置被配置用于与天线系统707合作以促进多频带无线通信。因此，例如，在一些这种实施例中，通信电子装置包括收发机，该收发机连接到双工器以提供在不同频带中接收的信号之间的频域鉴别。
在一些实施例中，代替或者除了一对正交扩展器(诸如顶线714和镜腿线721)以外，天线系统707可包括一个或多个不同的PCB扩展器。在图9中示出了一个这种示例实施例，通过包含多个附加的PCB扩展器示出类似于图7的眼镜设备700的眼镜设备900。
眼镜设备900的天线系统903主要与参考图7所描述的天线系统707类似，除了它具有多个附加的扩展线以限定彼此间隔和/或彼此横向的相应的接地平面。这些PCB扩展器包括部分地沿着相应的透镜支架115延伸的三个镜框线909、918和927。注意，在该示例实施例中，这些镜框线在定向和尺寸方面或多或少对应于在横向上与其隔开的驱动天线元件206。沿着离PCB 204最远的镜腿109延伸的第二镜腿线936提供另一个PCB扩展器。先前关于铰接连接性、导热性、结构功能的考虑同样适用于两个镜腿线721和936。
因此，将看到，图9的实施例提供多个附加的接地平面，本质上增加了天线可支持的频带数量。
如图7至图9的示例实施例所例示的，将看到，采用不同的措辞，本公开的第二方面提供一种天线系统，包括：
PCB，其容纳板上电子装置；
驱动天线元件，其连接到PCB，用于传输去往和/或来自PCB上的电子装置的信号；以及
至少一个PCB扩展器，其电连接到PCB并从PCB突出，以限定用于在信号接收/发送中与驱动天线元件合作的相应的接地平面。
本公开的该方面扩展到电子设备和包含这种天线系统的电子使能眼镜设备。在一些实施例中，多个PCB扩展器可在相互横向的定向上提供，从而限定多个横向天线接地平面。
在一些实施例中，PCB扩展器是长度比PCB的最大尺寸大三倍或更多倍的导电元件。在一些实施例中，诸如参考图7所描述的，PCB扩展器是基本上一维元件，例如是彼此横向地延伸的金属线。然而，在其他实施例中，PCB扩展器中的一个或多个可由基本上平面元件(诸如金属板)提供。
注意，所公开的天线系统不限于在眼镜设备(诸如本文中所公开的)中使用。相反，应设想到，由所公开的天线系统提供的益处可找到在许多不同设备和部件中的有益的实施方式。将理解，在不同实施例中，PCB扩展器的尺寸和定向由包含它的设备或者物品的物理尺寸影响或者决定。例如，在机动车辆上提供所公开的天线系统将允许使用利用车辆的顶板定位的至少一个平面PCB扩展器。还应注意，在一些实施例中，包含在设备中的天线系统可以具有共同倒型天线，诸如参考图5A和5B所描述的，而不是具有在图7的眼镜设备中例示并在图8中示意性表示的配置。
如先前所提到的，在一些实施例中，PCB扩展器中的一个或多个可另外连接到PCB以与PCB上的一个或多个热源是热传递关系或者以其他方式安置在设备主体中，从而用作设备的发热电子部件的相应的散热装置。在这种情况下，各个PCB扩展器的质量可以大于由于信号发送/接收的目的而需要的质量，从而向对应的散热装置提供更大的热质量。在图7的示例实施例中，例如，每个PCB扩展器714、721都是铜线，其与PCB 204接触耦合以用于热传递，并且厚度在该线所位于的特定设备部件的物理尺寸所允许的最大厚度处或接近该最大厚度。
因此，本公开的第四方面提供一种设备(例如，可穿戴设备)，包括：
设备主体；
PCB，其承载设备主体所容纳的设备电子装置；以及
天线系统，其连接到PCB，用于提供与PCB的无线连接性，天线系统包括至少一个散热元件，该散热元件从PCB突出并连接到PCB以用于电传导和热传导，以使得至少一个散热元件执行以下双重功能：
有助于天线系统进行的信号接收/发送，以及
向设备电子装置提供散热装置。
形成天线系统的一部分的一个或多个散热元件的热管理特性可相似或类似于针对以下申请人的在先专利(申请)中的散热元件所描述的热管理特性：名称为HEAT SINKCONFIGURATION FOR WEARABLE ELECTRONIC DEVICE的US9,851,585(2016年3月18日申请，申请号15/073,856)；名称为WEARABLE DEVICE WITH HEAT TRANSFER PATHWAY的US9,740,023(2016年3月30日申请，申请号15/084,683)；以及2017年2月6日提交的名称为HEATMANAGEMENT FOR ELECTRONIC DEVICES的美国专利申请No.15/425,774，以上全部的整体内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，只有一个天线系统部件热连接到PCB以用于热管理目的。这种实施例的一个示例参考图3进行了描述，其中，驱动天线元件206用作散热元件。在类似于参考图7描述的眼镜设备的一个实施例中，只有天线元件206与PCB或其他电子部件是热传递关系，而PCB扩展器714、721与发热电子部件热隔离。在其他实施例中，驱动天线元件可以与PCB热隔离，一个或多个散热元件由相应的PCB扩展器提供。
在其他实施例中，PCB扩展器中的两个或更多个可用作散热装置。例如，在类似于参考图7描述的实施例中，顶线714和镜腿线721二者都可以是散热装置。类似地，在图9的示例实施例中，所有各种PCB扩展器线可直接或间接地热连接到PCB以用于热管理目的。
根据前面的描述将看出，公开了多个示例实施例和实施例的组合。这包括但不限于以下示例实施例的列表。
示例1：一种天线系统，包括：
驱动天线元件；
印刷电路板(PCB)，其承载板上电子装置，板上电子装置通信耦合到驱动天线元件以经由驱动天线元件传递无线信号，PCB限定用于在信号通信中与驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
PCB扩展器，其包括电连接到PCB接地平面的导体并从PCB突出，用于在信号通信中与驱动天线元件合作。
示例2：根据示例1所述的天线系统，包括多个PCB扩展器，其电连接到PCB接地平面并在相互横向的定向上从PCB突出，从而限定用于驱动天线元件的多个相互横向的接地平面。。多个PCB扩展器中的至少一个可形成包含天线系统的设备的结构部件。
示例3：根据示例2所述的天线系统，其中，多个PCB扩展器包括相对于彼此基本正交的一对PCB扩展器。
示例4：根据示例2或示例3所述的天线系统，其中，多个PCB扩展器中的每一个包括线导体。因此，多个PCB扩展器中的每一个可以基本上是一维部件。在其他实施例中，PCB扩展器中的至少一个可以基本上是二维或者平面导体。
示例5：根据示例2-4中的任一个所述的天线系统，其中，驱动天线元件是非环状导体，其一端连接到由PCB电子装置提供的信号馈送。因此，，驱动天线元件在一些实施例中可以是单极天线元件，在其他实施例中可以是双极天线元件。
示例6：根据示例2-5中的任一个所述的天线系统，其中，系统被包含在电子使能设备中，驱动天线元件和多个PCB扩展器被安置在设备的主体内。
示例7：根据示例6所述的天线系统，其中，设备是眼镜设备，眼镜设备的主体包括限定一个或多个光学元件支架的眼镜镜架，光学元件支架用于在眼镜设备被佩戴时支撑在用户的视野内的相应的光学元件，驱动天线元件和多个PCB扩展器中的至少一个被包含在眼镜镜架中。
示例8：根据示例6或示例7所述的天线系统，其中，多个PCB扩展器中的至少一个形成向设备的主体的至少一部分提供增加的结构刚性的支撑元件。
示例9：根据示例8所述的天线系统，其中，多个PCB扩展器中的一个或多个形成用于设备主体的模制部件的芯线。在该示例的其他实施例中，多个PCB扩展器中的一个或多个可形成用于设备主体的非模制部件的芯线。
示例10：根据示例2-9中的任一个所述的天线系统，其中，从包括驱动天线元件和多个PCB扩展器的组中选择的一个或多个天线部件包括：导热元件，其连接到PCB以与PCB上的一个或多个热源是热传递关系，从而用作用于PCB上的电子装置的散热装置。
示例11：根据示例10所述的天线系统，其中，多个PCB扩展器中的至少一个包括电和热连接到PCB的金属线。在特定示例实施例中，至少一个PCB扩展器是铜线。
示例12：一种设备，包括：
设备主体；
驱动天线元件，其被设备主体容纳；
印刷电路板(PCB)，其被设备主体容纳，并承载板上通信电子装置，板上通信电子装置耦合到驱动天线元件以经由驱动天线元件传递无线信号，PCB限定耦合到通信电子装置以用于在信号通信中与驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
一个或多个PCB扩展器，其被主体容纳，每个PCB扩展器包括电连接到PCB接地平面的导体，并从PCB突出，用于在信号通信中与驱动天线元件合作。
示例13：根据示例12所述的设备，其中，一个或多个PCB扩展器包括在相互横向的定向上从PCB突出的一对PCB扩展器，该对PCB扩展器限定用于驱动天线元件的一对相互横向的接地平面。
示例14：根据示例13所述的设备，其中，驱动天线元件在横向于该对PCB扩展器的方向上从PCB突出。
示例15：根据示例12-14中的任一个所述的设备，其中，设备是眼镜设备，设备主体包括限定一个或多个光学元件支架的眼镜镜架，光学元件支架用于在眼镜设备被佩戴时支撑在用户的视野内的相应的光学元件，驱动天线元件和一个或多个PCB扩展器中的至少一个被包含在眼镜镜架中。
示例16：根据示例15所述的设备，其中，驱动天线元件和一个或多个PCB扩展器中的至少一个沿着一个或多个光学元件支架之一的一部分延伸。
示例17：根据示例15或示例16所述的设备，其中，一个或多个PCB扩展器之一沿着眼镜镜架的可操作顶部延伸，具有相对于眼镜设备的视图方向的横向定向。
示例18：根据示例15-17中的任一个所述的设备，其中，设备主体还包括连接到眼镜镜架的一对镜腿，用于在佩戴期间支撑眼镜镜架在适当位置，第一PCB扩展器包括沿着一对镜腿之一延伸的线。
示例19：根据示例18所述的设备，其中：
第二PCB扩展器包括在相对于眼镜设备的视图方向横向的方向上沿着眼镜框架延伸的线，以使得第二PCB扩展器与第一PCB扩展器基本正交；以及
其中，驱动天线元件沿着由眼镜镜架限定的相应光学元件支架的至少一部分延伸，驱动天线元件与第一PCB扩展器和第二PCB扩展器二者基本正交。
示例20：根据示例15-19中的任一项所述的设备，其中，一个或多个PCB扩展器中的至少一个形成向其位于的对应的设备主体部件提供结构完整性的芯线。
示例21：一种眼镜设备，包括：
眼镜主体，其被配置为支撑在用户的视野内的一个或多个光学元件；
板上电子装置，其被眼镜主体容纳，所述板上电子装置包括印刷电路板(PCB)；以及
天线系统，其被眼镜主体容纳，并连接到PCB以提供与PCB的无线连接性，所述天线系统包括散热元件，所述散热元件包括导体，所述导体：
热连接到板上电子装置的发热部件以向发热部件提供散热装置；以及
电连接到PCB以有助于经由天线系统的无线信号通信。
示例22：根据示例21所述的眼镜设备，其中，散热元件包括驱动天线元件，其通信地耦合到PCB。
示例23：根据示例22所述的眼镜设备，其中，散热元件从PCB横向突出并被包在眼镜主体中。
示例23：根据示例23所述的眼镜设备，其中，眼镜主体包括眼镜镜架，其限定被配置为支撑相应的光学元件的至少一个光学元件支架，驱动天线元件沿着光学元件支架的一部分延伸。
示例25：根据示例24所述的眼镜设备，其中，至少一个光学元件支架是围绕所支撑的透镜周向延伸的镜框，驱动天线元件沿着镜框的一部分周向延伸。
示例26：根据示例21-25中的任一个所述的眼镜设备，其中，天线系统提供多个散热元件，其热连接到一个或多个发热部件，多个散热元件中的每个电连接到PCB以有助于经由天线系统的无线信号通信。
示例27：根据示例21-26中的任一个所述的眼镜设备，其中，天线系统包括：
有源天线元件，其通信耦合到PCB，所述PCB限定用于在信号通信中与驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
一个或多个PCB扩展器，每个PCB扩展器包括电连接到PCB接地平面的导体并从PCB突出，用于在信号通信中与驱动天线元件合作，
其中，散热元件从包括以下各项的组中选择：驱动天线元件，以及一个或多个PCB扩展器。
示例28：根据示例27所述的眼镜设备，其中，散热元件包括由一个或多个PCB扩展器之一提供的扩展器散热装置。
示例29：根据示例28所述的眼镜设备，其中，扩展器散热装置包括横向跨越构成眼镜设备的一部分的眼镜镜架延伸的线导体，相对于通过一个或多个光学元件的视图操作方向。
示例30：根据示例28或29所述的眼镜设备，其中，眼镜主体包括：
眼镜镜架，用于支撑一个或多个光学元件；以及
一对镜腿，其连接到眼镜镜架，用于将眼镜镜架支撑在用户的脸上，
其中，扩展器散热装置包括沿着该对镜腿之一延伸的线导体。
示例31：根据示例28-30中的任一个所述的眼镜设备，包括多个扩展器散热装置，由在相互横向的方向上从PCB突出的对应的多个PCB扩展器提供。
示例32：根据示例28-31中的任一个所述的眼镜设备，其中，扩展器散热装置形成向眼镜主体的对应部分提供增加的结构刚性的支撑元件。
示例33：根据示例32所述的眼镜设备，其中，扩展器散热装置是眼镜主体的对应部分的芯线。
示例34：根据示例21-33中的任一个所述的眼镜设备，其中，散热元件热连接到PCB。
示例35：一种无线通信系统，包括：
印刷电路板(PCB)；
天线系统，其连接到PCB以提供与PCB的无线连接性，所述天线系统包括散热元件，所述散热元件包括导体，所述导体：
热连接到PCB，与PCB是热传递关系，并被配置为向PCB提供散热装置；以及
电连接到PCB以有助于经由天线系统的无线信号通信。
示例36：根据示例35所述的无线通信系统，其中，散热元件包括有源天线元件，其通信地耦合到PCB。
示例37：根据示例35所述的无线通信系统，其中，天线系统包括：
有源天线元件，其通信地耦合到PCB，所述PCB限定用于在信号通信中与驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
一个或多个PCB扩展器，每个PCB扩展器包括电连接到PCB接地平面的导体并PCB突出，用于在信号通信中与驱动天线元件合作，
其中，散热元件由一个或多个PCB扩展器提供。
示例38：一种电子设备，包括：
主体；
板上电子装置，其被主体容纳，所述板上电子装置包括印刷电路板(PCB)；以及
天线系统，其被主体容纳，并连接到PCB以提供与PCB的无线连接性，所述天线系统包括至少一个散热元件，所述至少一个散热元件包括导体，所述导体：
热连接到板上电子装置的发热部件以向发热部件提供散热装置；以及
电连接到PCB以有助于经由天线系统的无线信号通信。
示例39：根据示例38所述的电子设备，其中，至少一个散热元件热且电连接到PCB。
示例40：根据示例39所述的电子设备，其中，天线系统包括：
有源天线元件，其通信地耦合到PCB，所述PCB限定用于在信号通信中与驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
一个或多个PCB扩展器，每个PCB扩展器包括电连接到PCB接地平面的导体并从PCB突出，用于在信号通信中与驱动天线元件合作，
其中，至少一个散热元件从包括以下各项的组中选择：驱动天线元件，以及一个或多个PCB扩展器。
示例41：一种电子设备，包括根据示例1-11或35-37中的任一个所述的天线系统。
示例42：一种眼镜设备，包括根据示例1-11或35-37中的任一个所述的天线系统。
贯穿本说明书，复数实例可以实现被描述为单个实例的部件、操作或者结构。虽然一个或多个方法的单独操作被图示并且被描述为分离的操作，但是可以并行执行单独操作中的一个或多个，并且不要求操作以所图示的次序执行。在示例配置中呈现为分离的部件的结构和功能可以被实现为组合的结构或部件。类似地，呈现为单个部件的结构和功能可以被实现为分离的部件。这些和其他变型、修改、添加和改进落在本文中的主题的范围内。
虽然已经参考特定示例实施例描述了所公开的主题的概述，但是在不脱离本公开的实施例的较宽范围的情况下，可以对这些实施例做出各种修改和改变。发明主题的这样的实施例可以仅出于方便在本文中单独地和/或共同地被称为术语“发明”并且不旨在自愿地将本申请的范围限于任何单个公开或者发明构思(如果实际上公开了超过一个)。
以足够的细节描述本文所图示的实施例以使得本领域的技术人员能够实践所公开的教导。可以使用并且从其导出其他实施例，使得在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出结构和逻辑替换和改变。因此，详细描述将不以限制性意义理解，并且各种实施例的范围仅由随附的权利要求连同题为这样的权利要求的等同物的全范围一起定义。
如本文所使用的，术语“或者”可以以或者包括性或者专有性意义解释。而且，多个实例可以被提供用于在本文中被描述为单个实例的资源、操作或结构。此外，各种资源、操作、模块、引擎和数据存储之间的界限在某种程度上是任意的，并且在特定说明性配置的上下文中图示了特定操作。功能的其他分配被设计并且可以落在本公开的各种实施例的范围内。一般而言，在示例配置中被呈现为分离的资源的结构和功能可以被实现为组合的结构或资源。类似地，如单个资源所呈现的结构和功能可以被实现为分离的资源。这些和其他变型、修改、添加和改进落在如在随附的权利要求所表示的本公开的实施例的范围内。因此，说明书和附图将被认为是说明性而非限制性意义。

Claims (15)

1.一种天线系统，包括：
驱动天线元件；
印刷电路板PCB，其承载板上电子装置，所述板上电子装置被可通信地耦合到所述驱动天线元件以经由所述驱动天线元件传递无线信号，所述PCB限定用于在信号通信中与所述驱动天线元件合作的PCB接地平面；以及
多个PCB扩展器，所述多个PCB扩展器包括相应的被电连接到所述PCB接地平面的导体并在相互横向的定向上从所述PCB突出，从而限定用于在信号通信中与所述驱动天线元件合作的多个相互横向的接地平面；
其中，从包括所述驱动天线元件和所述多个PCB扩展器的组中选择的一个或多个天线部件包括：导热元件，其被连接到所述PCB以与所述PCB上的一个或多个热源是热传递关系，从而用作用于所述PCB上的板上电子装置的散热装置。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述多个PCB扩展器包括相对于彼此基本正交的一对PCB扩展器。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述多个PCB扩展器中的每一个包括线导体。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述驱动天线元件是非环状导体，其一端连接到由所述PCB电子装置提供的信号馈送。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的天线系统，其中，所述多个PCB扩展器中的至少一个包括电和热连接到所述PCB的金属线。
6.一种设备，包括：
设备主体；以及
如权利要求1至5任意一项所述的天线系统；
其中，所述驱动天线元件、所述PCB和所述多个PCB扩展器被所述设备主体容纳。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个PCB扩展器包括在相互横向的定向上从所述PCB突出的一对PCB扩展器，所述一对PCB扩展器限定用于所述驱动天线元件的一对相互横向的接地平面。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述驱动天线元件在横向于所述一对PCB扩展器的方向上从所述PCB突出。
9.根据权利要求6至8任意一项所述的设备，其中，所述设备是眼镜设备，所述设备主体包括限定一个或多个光学元件支架的眼镜镜架，所述光学元件支架用于在所述眼镜设备被佩戴时支撑在用户的视野内的相应的光学元件，所述驱动天线元件和所述多个PCB扩展器中的至少一个被包含在所述眼镜镜架中。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述驱动天线元件和所述多个PCB扩展器中的至少一个沿着所述一个或多个光学元件支架之一的一部分延伸。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个PCB扩展器之一沿着所述眼镜镜架的可操作顶部延伸，具有相对于所述眼镜设备的视图方向的横向定向。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述设备主体还包括连接到所述眼镜镜架的一对镜腿，用于在佩戴期间支撑所述眼镜镜架在适当位置，第一PCB扩展器包括沿着所述一对镜腿之一延伸的线。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，
第二PCB扩展器包括在相对于所述眼镜设备的视图方向横向的方向上沿着所述眼镜镜架延伸的线，以使得所述第二PCB扩展器与所述第一PCB扩展器基本正交；以及
其中，所述驱动天线元件沿着由所述眼镜镜架限定的相应光学元件支架的至少一部分延伸，所述驱动天线元件与所述第一PCB扩展器和所述第二PCB扩展器二者基本正交。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个PCB扩展器中的至少一个形成向其位于的对应的设备主体部件提供结构完整性的芯线。
15.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个PCB扩展器中的至少一个形成向所述设备主体的至少一部分提供增加的结构刚性的支撑元件，并且所述多个PCB扩展器中的一个或多个形成用于所述设备主体的模制部件的芯线。
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