CN110419143A - 用于头戴式显示器设备的天线系统 - Google Patents

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Abstract

头戴式显示器(HMD)设备(102)包括：壳体(106)，被配置为安装在用户的面部上；至少一个显示器(112)，安装在壳体中；无线个域网(WPAN)天线(128)，安装在壳体的中间区域(138)中；以及，位于壳体的相应横向外围(142、144)的第一和第二无线局域网(WLAN)天线(122、124)。WPAN天线包括：定向贴片天线，定向贴片天线包括馈电线(202)；形成为多个导电侧壁(208‑211)的三维(3D)接地平面；以及，设置在侧壁的第一端的接地平面结构(206)，其中，接地平面结构基本垂直于多个侧壁。WPAN天线还包括设置在侧壁的与第一端相对的第二端处的辐射表面(204)，其中，辐射表面包括耦合到馈电线的贴片天线结构(212)。

Description

用于头戴式显示器设备的天线系统
技术领域
本公开一般涉及头戴式显示器(HMD)设备，并且更具体地涉及用于HMD设备的天线系统。
背景技术
通常，头戴式显示器(HMD)设备连接到一个或多个外部数据源，用于流式传输视频或图形内容，以支持由HMD设备促成的沉浸式增强现实(AR)或虚拟现实(VR)体验。以前，外部数据源和HMD设备之间的连接是通过有线系绳提供的。然而，这种有绳连接相对较重并因此使用户疲劳或否则抑制用户的移动性。因此，一些HMD设备经由HMD设备中的倒F天线或单极天线取消有线连接以支持与外部数据源的无线局域网(WLAN)链路。此外，HMD设备越来越多地被配置为经由由安装在HMD设备上的WPAN天线支持的无线个域网(WPAN)支持HMD设备与各种个人设备例如膝上型计算机、智能电话、音频系统等或者手持控制器之间的无线连接。
经常地，可以通过以下部分中的一个或多个来获得在一般系统中用于WPAN和WLAN目的的倒F天线或单极天线之间的充分隔离：在两个天线之间提供足够的距离；以不同的中心频率操作两个天线；或配置两个天线，使它们不同时工作(即时间复用)。然而，这些解决方案通常在HMD设备实现中不可行。HMD设备的典型尺寸通常不允许倒F/单极天线充分分离以提供足够的隔离。HMD设备中的两个天线之间的时间复用同样通常是不期望的，因为这样做会显著地削减两个天线的有效带宽。至于在频谱中分离天线，这种方法将限制HMD设备可以连接的设备的数量和类型。为了说明，虽然符合IEEE 802.11的WLAN天线可以在2.4千兆赫(GHz)频段或5GHz频段运行，但符合蓝牙的WPAN天线仅在2.4GHz频段运行，因此将WLAN天线仅限制为5GHz频段将阻止WLAN天线连接到仅在2.4GHz频段运行的接入点和其他支持WLAN的设备。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种头戴式显示器(HMD)装置，其包括：壳体，被配置成安装在用户的脸上；至少一个显示器，安装在所述壳体中；安装在所述壳体的中间区域中的无线个域网天线，所述WPAN天线包括定向贴片天线；以及，第一和第二无线局域网天线，位于所述壳体的相应横向外围区域。
优选地，所述第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线被配置为根据至少一个IEEE 802.11无线规范进行操作；并且，所述WPAN天线被配置为根据以下各项中的一个或多个来操作：至少一个蓝牙规范或至少一个IEEE 802.15无线规范。
在这种情况下，优选地，所述第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线一起提供双通道多输入多输出天线。
优选地，所述HMD设备被配置为与至少一个无线手持控制器相结合地操作；以及，所述WPAN天线被配置为与所述至少一个无线手持控制器无线通信。
在优选实施例中，所述WPAN天线位于所述壳体的顶部边缘附近；以及，所述第一和第二WLAN天线位于所述壳体的相应横向边缘附近。
优选地，WPAN天线的定向贴片天线包括：馈电线；三维接地平面，包括：多个导电侧壁；以及，导电接地平面结构，设置在所述侧壁的第一端，所述接地平面结构基本垂直于所述多个侧壁；以及，辐射表面，设置在所述侧壁的与所述第一端相对的第二端处，所述辐射表面包括耦合到所述馈电线的贴片天线结构。
贴片天线结构可包括：辐射贴片；以及，馈电贴片，电容耦合到所述辐射贴片。
在这种情况下，优选地，所述辐射贴片和馈电贴片包括设置在非导电3D结构的相应表面上的一个或多个金属层；多个侧壁包括设置在所述非导电3D结构的相应表面上的一个或多个金属层；以及，所述接地平面结构包括导电地耦合到所述多个侧壁中的所述一个或多个金属层的板金属结构。
优选地，在这种情况下，所述非导电3D结构包括塑料结构；以及，所述多个侧壁中的所述一个或多个金属层和所述辐射贴片和馈电贴片的所述一个或多个金属层包括沉积在所述塑料结构的相应表面上的图案化金属层。
或者，所述板金属结构包括多个第一弹簧接触件，每个第一金属板弹簧接触件被配置为将所述板金属结构机械地和电气地耦合到所述多个侧壁的相应的侧壁。
在这种情况下，可选地，所述壳体还包括设置在所述壳体的内表面处的金属层；以及，所述板金属结构还包括第二多个弹簧接触件，用于接触设置在所述内表面处的所述金属层。
优选地，在所述WLAN天线的安装点，所述定向贴片天线的所述辐射表面的轮廓与所述壳体的区域的对应轮廓相匹配。
根据本公开的第二方面，在头戴式显示器(HMD)设备中，提供了一种方法，包括：通过安装在头戴式显示器设备的壳体的中间区域中的无线个域网天线的定向贴片天线来传送第一无线信令；以及，通过位于当壳体的相应横向外围处的第一和第二无线局域网天线中的至少一个来传送第二无线信令。
该方法还可以包括：传送所述第一无线信令包括根据以下中的一个或多个传送所述第一信令：至少一个蓝牙规范或至少一个IEEE 802.15规范；以及，传送所述第二无线信令包括根据至少IEEE 802.11规范传送所述第二无线信令。
可选地，所述HMD设备被配置为与至少一个无线手持控制器相结合地操作；以及，传送所述第一无线信令包括在所述WPAN天线和所述至少一个无线手持控制器之间传送所述第一无线信令。
根据本公开的另一方面，提供了一种定向贴片天线，包括：馈电线；三维接地平面，包括：多个导电侧壁；以及，导电接地平面结构，设置在所述侧壁的第一端，所述接地平面结构基本垂直于所述多个侧壁；以及，辐射表面，设置在所述侧壁的与所述第一端相对的第二端处，所述辐射表面包括耦合到所述馈电线的贴片天线结构。
贴片天线结构可包括：辐射贴片；以及，馈电贴片，电容耦合到所述辐射贴片。
在这种情况下，辐射贴片和馈电贴片可以包括设置在非导电3D结构的相应表面上的一个或多个金属层；多个侧壁包括设置在所述非导电3D结构的相应表面上的一个或多个金属层；以及，所述接地平面结构包括导电地耦合到所述多个侧壁中的所述一个或多个金属层的板金属结构。
最优选地，所述非导电3D结构包括塑料结构；以及，所述多个侧壁中的所述一个或多个金属层和所述辐射贴片和馈电贴片的所述一个或多个金属层包括沉积在所述塑料结构的相应表面上的图案化金属层。
或者，所述板金属结构包括多个第一弹簧接触件，每个第一金属板弹簧接触件被配置为将所述板金属结构机械地和电气地耦合到所述多个侧壁的相应的侧壁。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且使得其众多特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项。
图1是示出根据一些实施例的利用HMD安装的无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)天线的HMD系统的图，该天线在并发使用期间提供有效的天线隔离。
图2是示出根据一些实施例的图1的系统的HMD设备的WPAN天线的左侧前透视图的图。
图3是示出根据一些实施例的图2的WPAN天线的后透视图的图。
图4是示出根据一些实施例的图2的WPAN天线的底部透视图的图。
图5是示出根据一些实施例的图2的WPAN天线的顶部透视图的图。
图6是示出根据一些实施例的后板金属结构被移除的图2的WPAN天线的后透视图的图。
图7是示出根据一些实施例的图1的系统的HMD设备的WLAN天线的左侧透视图的图。
图8是示出根据一些实施例的图7的WLAN天线的后透视图的图。
图9是示出根据一些实施例的后板金属结构被移除的图7的WLAN天线的透视图的图。
图10是示出根据一些实施例的图2的WLAN天线和图7的WLAN天线安装在其上的图1的系统的HMD设备的壳体的图。
具体实施方式
图1-10示出了用于在具有足够天线隔离的HMD设备处促进并发WPAN和WLAN通信的示例系统和技术。在至少一个实施例中，HMD设备包括被配置为安装在用户的面部上的壳体，其中安装有一个或多个近眼显示器，用于向用户显示VR或AR内容。HMD设备还包括安装在壳体的中间区域(即，当安装在其上时，与用户头部的矢状平面对准的壳体的区域)中的WPAN天线和安装在壳体的相应横向外围区域(即，在远离用户头部的中间平面的壳体的区域)的两个WLAN天线。可以在一起操作两个WLAN天线以提供双信道多输入多(MIMO)WLAN天线结构。在操作中，可操作WLAN天线的一个或两个以从笔记本计算机、服务器计算机或其他数据源无线地流式传输视频/图形内容，以在HMD设备的一个或多个近眼显示器处显示。同时，可以操作WPAN天线以与HMD设备附近的各种设备进行无线通信，该各种设备包括但不限于与HMD设备相关联的一个或多个手持控制器、用户个人设备(例如笔记本计算机)和支持计算的便携式电话(即“智能手机”)等。
在给定壳体本身的约束尺寸的情况下，在将两个WLAN天线安装在壳体的远侧外围区域中的同时将WPAN天线安装在壳体的中间区域中提供了将两个WLAN天线彼此分开的物理距离以及将每个WLAN天线与WPAN天线分开的物理距离的有效优化。因此，由于信号在距离上的衰减，这种特定的安装配置有效地优化了天线之间的天线隔离。
此外，为了进一步改善三个天线之间的隔离，可以使用定向贴片天线来实现WPAN天线和WLAN天线中的一个或两个，与通常在HMD设备中使用的单极天线或倒F天线相比，定向贴片天线提供正交辐射图案，因此，由于它们的定向辐射图案，提供了改进的天线隔离的益处，同时还显著减少了在用户头部方向上发射的辐射量，从而减轻了潜在的健康问题。此外，在一些实施例中，利用其中平面接地平面和导电侧壁电耦合的三维(3D)接地平面实现定向贴片天线，以便在定向贴片天线的辐射结构下方有效地形成3D开放端导电多边形棱镜或3D接地平面，其用于改善定向贴片天线的辐射图案的方向性，同时进一步减少在用户头部方向上发射的辐射。
图1示出了根据本公开的至少一个实施例的用于向用户提供AR或VR内容的基于HMD的系统100。系统100包括HMD设备102和一个或多个外部数据源104。HMD设备102包括安装在用户头部108上的壳体106。壳体106包含用于向用户显示视觉内容、向用户输出音频内容并且跟踪HMD设备102的姿势的各种电子和光学组件，例如一个或多个近眼显示器112、包括一个或多个基于惯性/运动的传感器的惯性管理单元(IMU)114、处理子系统116、一个或多个图像传感器118、120以及一个或多个音频扬声器、透镜或其他光学元件等(未示出)。此外，为了促进与一个或多个外部数据源104的无线通信，壳体106包含一对WLAN天线122、124和用作WLAN天线122、124与处理子系统116之间的接口的WLAN控制器126。为了促进经由WPAN链路与一个或多个邻近设备的无线通信，壳体106还包含WPAN天线128和在WPAN天线128与处理子系统116之间的接口处服务的WPAN控制器130。这样的附近设备可以包括例如用于HMD设备102的一个或一对无线手持控制器132、134、蜂窝电话和笔记本计算机等。
作为系统100的操作的一般概述，HMD设备102操作以经由一个或多个近眼显示器112显示视觉内容，并经由一个或多个扬声器(未示出)输出音频内容。视觉和音频内容源自外部数据源104，外部数据源104可以包括例如远程服务器以及本地笔记本计算机或台式计算机等。经由通过WLAN控制器126和WLAN天线122、124中的一个或两个建立的WLAN链路将视觉和音频内容流式传输到处理子系统116，WLAN天线122、124可以一起作为双信道MIMOWLAN天线操作。WLAN控制器126和WLAN天线122、124可以实现WLAN规范各种或组合中的任何一种例如IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ad规范中的一个或多个(也称为WiFi规范)，以无线连接到相应的无线接入点。当通过WLAN链路接收视频数据时，处理子系统116的一个或多个处理器(未示出)执行存储在一个或多个存储器(未示出)中的软件以处理接收的视频数据，接收的视频数据被处理以呈现图像帧的序列，然后将其在近眼显示器112处显示。
同时，处理子系统116执行软件以连续更新HMD设备102的姿势，由此姿势可以包括HMD设备102的位置或取向中的一个或两个。作为该处理的一部分，处理子系统116可以利用来自磁力计、陀螺仪、GPS接口或IMU 114的其他传感器的位置/惯性信息。此外，处理子系统116可以利用来自一个或多个成像传感器118、120的图像以及来自一个或多个深度传感器的深度信息以确定HMD设备102的环境中的空间特征，并使用各种视觉遥测技术来促进姿势的确定。HMD设备102的当前姿势通常由处理子系统116利用来控制从其渲染图像序列的场景的透视以便向用户提供沉浸式AR或VR体验。
在一些实施例中，系统100利用无线手持控制器132、134中的一个或两个来使用户能够提供手势命令和其他用户输入以控制系统100的操作。因此，手持式控制器132、134通常包括具有一个或多个位置/惯性传感器的IMU，以检测用户对手持控制器的操纵，以便检测这样的手势命令。为了消除手持式控制器132、134与HMD设备102之间的有线连接的需要，手持式控制器132、134可以改为利用WPAN天线与WPAN天线128和WPAN控制器130建立WPAN链路，并经由WPAN链路传送传感器数据到处理子系统116，用于IMU传感器融合和手势检测处理。WPAN天线128和WPAN控制器130可以被配置为与各种WPAN规范例如蓝牙规范和IEEE802.15规范中的一个或多个兼容。
WPAN和WLAN规范通常允许在相同的频谱中操作。为了说明，许多IEEE 802.11WLAN规范提供2.4GHz频谱中的操作，该频谱与蓝牙和IEEE 802.15WPAN规范指定的频谱相同。因此，由于HMD设备102使用这些天线所需的数据传输速率，对WLAN天线122、124和WPAN天线128的操作进行时间复用是不切实际的，所以天线122、124、128的时间和频谱共存可能导致干扰问题和由此产生的数据错误率。尽管天线122、124、128之间存在显著的空间间隔，但壳体106的相对较小的尺寸阻止了对于干扰问题的传统的解决方案。
HMD设备102通过一种两叉方法减轻这种干扰问题：(1)利用有效的定向贴片天线，以提供减少干扰并减少朝向用户头部的辐射的定向辐射图案；(2)天线122、124、128的特定定位，以便优化天线122、124、128之间的间隔，同时还利用WPAN天线128的定向辐射图案，以有效地在使用中与它们的预期位置范围中的无线手持控制器132、134通信，并且利用WLAN天线122、124的定向辐射图案以提供双信道MIMO操作。模拟已经证明，这种两叉的方法可以在典型的HMD配置中提供大约31分贝(dB)的天线隔离，其超过被识别为适合于有效共存天线操作的最小值的25dB隔离阈值。
关于使用定向贴片天线用于一个或多个天线122、124、128，在一些实施例中，定向贴片天线利用导电接地平面和基本垂直于导电接地平面并电耦合到导电接地平面的导电侧壁以便在定向贴片天线的辐射元件结构下方有效地形成3D接地平面结构。也就是说，导电接地平面和侧壁形成开放端导电盒(或其他3D结构)，其实际上用作用于天线的辐射元件的射频(RF)法拉第笼。通过使用这样的3D接地平面而不是传统的平坦/平面接地平面，由于在3D接地平面的侧壁上的边缘场，天线的尺寸可以减小到中心频率的波长的一半以下(即，小于λ/2)。而且，这种3D接地平面结构在抑制用户头部方向的辐射方面是有效的。下面参考图2-10描述天线122、124、128的基于3D接地平面的实现的示例。
至于天线122、124、128相对于HMD设备102的壳体106的特定定位，发明人已经发现将WPAN天线128定位在壳体106的中间区域138中使得WPAN天线128在壳体106的顶部边缘处基本上关于用户的矢状平面140居中，而WLAN天线122、124分别位于侧向远侧区域142、144处，使得WLAN天线122、124位于壳体106的相应横向边缘邻近处，并且更具体地在一些实现中，在壳体106的下半部分的横向边缘的最大侧面范围内。在这样的配置中，可以实现在最大化WLAN天线122、124之间的距离以及WLAN天线122、124和WPAN天线128之间的距离之间的有效平衡，同时还当WPAN天线128和无线手持控制器132、134如预期的那样位于用户前面时，为WPAN天线128和无线手持控制器132、134之间的无线通信提供宽视场和均匀辐射，并且促使表面波产生到达用户头部后面的区域。下面参考图10更详细地描述该特定定位的示例实现。
现在转向图2-6，根据一些实施例更详细地描述了作为利用3D接地平面的定向贴片天线的WPAN天线128的示例实现。在该实现中，WPAN天线128包括馈电线202、前辐射表面204、后接地平面结构206和多个侧壁208、209、210、211。WPAN天线128还可包括便于WPAN天线128附接到HMD设备102的壳体106的组件，例如安装突片213、217。关于WPAN天线128的这种实现，图2示出了前透视图200，图3示出了后透视图300，图4示出了顶部透视图400，图5示出了底部相应视图500，而图6示出了移除了接地平面结构206的后透视图600。
前辐射表面204实现贴片结构212，贴片结构212包括由一种或多种金属或其他导电材料构成的平面辐射元件。如图2的视图200所示，WPAN天线128的该示例实现被实现为电容耦合的定向贴片天线，因此贴片结构212包括馈电贴片214(实现为例如微带)和辐射贴片215，由此馈电贴片214电耦合到馈电线202并且跨越两个贴片214、215之间的介电间隙电容耦合到辐射贴片215。虽然图2和4示出了馈电贴片214和辐射贴片215的特定配置，可以适当地利用各种配置中的任何配置。
侧壁208-211由金属构成或包括一层或多层金属材料并机械连接以形成多边形周边结构(在这种情况下为矩形边缘结构)。后接地平面结构206包括主平面结构216，主平面结构216设置在侧壁208-211的一端并且基本垂直于侧壁。前辐射表面204又设置在侧壁208-211的相对端。如视图200和400所示，并且如参考图10更详细地示出，前辐射表面204可以是非平面的并且轮廓使得与将要安装WPAN天线128的壳体106的区域的轮廓相匹配。侧壁208-211、主平面结构216和前辐射表面204因此一起形成多边形棱镜(在这种情况下，矩形棱镜)。此外，侧壁208-211和主平面结构216由一种或多种金属构成，或者包含设置在电介质基板上的一个或多个金属层，并且形成为使得侧壁208-211的金属和主平面结构216的金属电耦合并且实际上在前辐射表面204下面形成开放端金属盒或其他棱镜。即，侧壁208-211的金属和主平面结构216形成3D接地平面，其具有与前辐射表面204基本平行的截面以及与前辐射表面204基本正交的截面。
该3D接地平面配置有助于HMD设备102中的WPAN天线128的有效利用。例如，由该3D接地平面中的侧壁208-211形成的边缘场允许WPAN天线128的整体尺寸低于具有WPAN天线128的预期中心频率的信号波长的一半。接地平面的3D配置具有进一步的优点。首先，如图2的配置所示，来自侧壁的电容性负载有助于将天线的尺寸减小到其电长度中的波长一半以下。其次，地平面的3D配置迫使场主要限制在天线模块内；也就是说，天线是独立的。此外，这种3D配置减少了装配公差变化的影响。最后，由于天线是独立的，它对系统噪声或灵敏度更具免疫力。此外，利用电容馈电点有助于将WPAN天线128调谐到期望的中心频率，即使天线尺寸较小。
可以使用各种技术中的任何技术来制造WPAN天线128。例如，在一些实施例中，后接地平面结构206和侧壁208-211通过冲压或压制金属板或通过金属铸造工艺形成为单个单片结构，并因此产生主要或完全由金属组成的侧壁208-211。然而，这种方法可能导致过重的天线128。因此，在一些实施例中，并且如图2-6所示，通过下述方式制造侧壁208-210和前辐射表面204：通过热成型或机械加工塑料或其他介电材料来形成单片非导电3D结构602(参见图6)，然后使用激光直接成型(LDS)技术或其他金属电镀技术电镀非导电3D结构602的对应于具有一个或多个图案化金属层的侧壁208-211和前辐射表面204的外部表面。如图6的视图600所示，其描绘了移除后接地平面结构206的WPAN天线128的背面，非导电3D结构602可包括内部肋或挡板以增强WPAN天线128的机械完整性。此外，在该方法中，可以通过冲压金属板形成后接地平面结构206。然后，所得到的板金属结构可以固定到3D结构602的对应端部。
为了在后接地平面结构206的板金属结构和3D结构602的金属化外表面之间提供机械和电气耦合，板金属结构可以采用围绕周边的多个金属板弹簧接触件220，其中，弹簧接触件220被配置为与形成在侧壁208-211中的对应的接触凹口222接合，并因此将板金属结构机械地结合到3D结构602，同时还在围绕侧壁208-10和后接地平面结构206之间的结的周边的后地面平面结构206的板金属和侧壁208-210的金属化侧面之间提供多个导电接触件。此外，后接地平面结构206的板金属结构可包括当WPAN天线128安装在其上时其被配置为接触HMD设备102的壳体106的金属层或结构的附加弹簧接触件224，并且因此将3D接地平面电接地到壳体106。
图7-9示出了根据一些实施例的作为利用3D接地平面的定向倒F天线(PIFA)的WLAN天线122的示例实现。WLAN天线124可以以相同的方式实现。在该实现中，WLAN天线122利用3D接地平面，类似于图2-6的WPAN天线128的实现。因此，WLAN天线124包括馈电线702、侧辐射表面704、接地平面结构706、多个侧壁708、709以及便于将WLAN天线122附接到HMD设备102的壳体106的组件，例如安装标签710、711、713。关于WPAN天线128的这种实现，图7示出了前透视图700，图8示出了侧透视图800，而图9示出了移除了接地平面结构706的后透视图900。
前辐射表面704实现贴片结构712，贴片结构712包括由一种或多种金属或其他导电材料构成的平面辐射元件。如图7的视图700所示，WLAN天线121的该示例实现被实现为PIFA，因此贴片结构212包括辐射贴片716，其电耦合到馈电线702并且与前辐射表面704的导电边界区域714电隔离介电间隙。虽然图7示出了特定配置，但是可以适当地利用各种补丁配置中的任何一种。
侧壁708、709由金属构成或包括一层或多层金属材料并机械连接以形成多边形周边结构(其在这种情况下为矩形边缘结构)。后接地平面结构706包括主平面结构，其设置在侧壁708、709的一端并且基本垂直于侧壁。前辐射表面704又设置在侧壁708、709的相对端处。如图700、800和900所示，并且如参考图10更详细地示出的那样，前辐射表面704可以是非平面的并且轮廓使得与壳体106的将要安装WLAN天线122的区域的轮廓相匹配。
与WPAN天线128一样，侧壁708、709和后接地平面结构706可以通过冲压金属板或金属铸件或锻造而制造为单个单片金属结构，并且前辐射表面704固定到该单个单片金属结构上，或者如图7-9所示的实现所述，侧壁708、709和前辐射表面704可以由单片非导电3D结构902(图9)形成，其中图案化金属层形成在外表面上，以及后接地平面结构706由模压板金属结构形成，在周边处利用弹簧接触件720以通过形成在侧壁708、709中的相应的接触凹口722将机械地和电气地耦合到侧壁708、709，并且在周边处利用弹簧接触件724提供与壳体106的金属层的电连接，如下面详细描述的。
图10示出了根据一些实施例的HMD设备102的壳体106的前面板1002的后视图1000。在该视图中，当壳体106安装在用户的头部上时，前面板1002的所示表面将面向用户。如图所示，WPAN天线128安装在前面板1002上，使得后接地平面结构206面向后方并且前辐射表面204(图2)面向前方。WPAN天线128安装在前面板1002的上中间区域1004中，使得WPAN天线128在前面板1002中基本上横向居中(并因此当安装HMD设备102时以用户的矢状平面140(图1)为中心)，并且靠近前面板1002的顶部周边1006或边缘。相反，WLAN天线122安装在前面板1002的右侧区域1008中，并且WLAN天线124(图10未示出)将安装在前面板1002的左侧区域1010中，使得WLAN天线122、124分别位于在沿前面板1002的周边的相对于上部中间区域1004的最大距离点的前面板1002的右侧和左侧的下边缘附近。结果，WPAN天线128和WLAN天线122、124的放置的特定布置提供了保持在WLAN天线122、124之间以及在WLAN天线122、124每个和WPAN天线128之间的足够距离的适当平衡以用于天线122、124、128的空间隔离，并且通过将WPAN天线128放置在HMD设备102的中间区域中促进WPAN天线128对无线手持控制器132、134的有效对称无线覆盖，并通过将WLAN天线122、124放置在HMD设备102的侧边缘处来促进WLAN天线122、124的有效MIMO操作。
在一些实施例中，金属层可以通过例如金属电镀或将金属箔固定到内表面1012而设置在前面板1002的部分或全部内表面1012上。然后，天线122、124、128可以利用接触机构将它们的后接地平面电耦合到内表面1012的金属层。例如，如详细视图1014所示，其示出了安装在前面板1002上的WLAN天线122的放大侧视图，当如此安装WLAN天线122时，后接地平面结构706的弹簧接触件724物理地接触前面板1002的金属化内表面1012，并在金属化内表面1012和后接地平面结构706之间形成导电路径。WPAN天线128的后接地平面结构206类似地通过弹簧接触件224电连接到前面板1002的金属化内表面1012(图2)。天线122、124、128的后接地平面结构和金属化内表面1012的电连接具有将这些天线的接地平面接地到前面板1002的相同金属化表面的效果，从而减少或消除会降低天线性能的寄生谐振。为了进一步避免对于天线122、124、128的干扰，前面板1002可以包括孔，贴片辐射表面可以通过该孔延伸，例如用于在视图1000中描述的WLAN天线124(未示出)的前面板1002中的孔1024。
在一些实施例中，上述技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器实现。该软件包括一组或多组可执行指令，其可以可选地存储或否则有形地体现在非暂时性计算机可读存储介质上。软件可以包括指令和某些数据，其当由一个或多个处理器执行时，操纵一个或多个处理器以执行上述技术的一个或多个方面。非暂时性计算机可读存储介质可包括例如磁盘或光盘存储设备以及诸如闪存、高速缓存、随机存取存储器(RAM)或其他非易失性存储设备的固态存储设备等等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解释或否则可执行的其他指令格式。
注意，并非需要一般描述中的上述所有活动或元素，可能不需要特定活动或设备的一部分，并且，除了那些描述之外还可以执行一个或多个其他活动，或者除了那些描述之外还可以包括一个或多个其他元素。此外，列出活动的顺序不一定是它们的执行顺序。而且，已经参考特定实施例描述了这些概念。然而，本领域普通技术人员认识到，在不脱离如所附的权利要求所阐述的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，要在说明性的而非限制性意义上看待说明书和附图，并且所有这些修改旨在包括在本公开的范围内。
上面已经针对特定实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。但是，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的任何特征不应被解释为任何或任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。此外，以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为所公开的主题可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。除了在所附的权利要求中描述的之外，对于本文所示的结构或设计的细节没有限制。因此显而易见的是，可以改变或修改上面公开的特定实施例，并且所有这些变化都被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文寻求的保护如所附的权利要求中所述。

Claims (16)

1.一种头戴式显示器HMD设备，包括：
壳体(106)，所述壳体(106)被配置成安装在用户的脸上；
至少一个显示器，所述至少一个显示器安装在所述壳体(106)中；
无线个域网WPAN天线(128)，所述WPAN天线(128)安装在所述壳体(106)的中间区域(138)中，所述WPAN天线(128)包括定向贴片天线；以及
第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)，第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)位于所述壳体(106)的相应横向外围区域(142、144)。
2.根据权利要求1所述的HMD设备(102)，其中：
所述第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)被配置为根据至少一个IEEE 802.11无线规范进行操作；以及
所述WPAN天线(128)被配置为根据以下中的一个或多个来操作：至少一个蓝牙规范或至少一个IEEE 802.15无线规范。
3.根据权利要求2所述的HMD设备(102)，其中，所述第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)一起提供双通道多输入多输出(MIMO)天线。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的HMD设备(102)，其中：
所述HMD设备(102)被配置为与至少一个无线手持控制器相结合地操作；以及
所述WPAN天线(128)被配置为与所述至少一个无线手持控制器无线通信。
5.根据前述权利要求中任一项所述的HMD设备(102)，其中：
所述WPAN天线(128)位于所述壳体(106)的顶部边缘(1006)附近；以及
所述第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)位于所述壳体(106)的相应横向边缘附近。
6.一种定向天线(122、124、128)，包括：
馈电线(202、702)；
三维(3D)接地平面，包括：
多个导电侧壁(208、209、210、211、708、709)；以及
导电接地平面结构(206、706)，设置在所述侧壁(208、209、210、211、708、709)的第一端处，所述接地平面结构(206、706)基本垂直于所述多个侧壁(208、209、210、211、708、709)；以及
辐射表面(204、704)，设置在所述侧壁的与所述第一端相对的第二端处，所述辐射表面(204、704)包括耦合到所述馈电线(202、702)的贴片天线结构(212、712)。
7.根据权利要求6所述的定向贴片天线(122、124、128)，还包括：
辐射贴片(215、716)；以及
馈电贴片(214)，所述馈电贴片(214)电容耦合到所述辐射贴片(215、716)。
8.根据权利要求7所述的定向贴片天线(122、124、128)，其中：
所述辐射贴片(215、716)和馈电贴片(214)包括设置在非导电3D结构(602、902)的对应表面上的一个或多个金属层；
所述多个侧壁(208、209、210、211、708、709)包括设置在所述非导电3D结构(602、902)的对应表面上的一个或多个金属层；以及
所述接地平面结构(206、706)包括导电地耦合到所述多个侧壁(208、209、210、211、708、709)的所述一个或多个金属层的板金属结构(206、706)。
9.根据权利要求8所述的定向贴片天线(122、124、128)，其中：
所述非导电3D结构(602、902)包括塑料结构；以及
所述多个侧壁的所述一个或多个金属层和所述辐射贴片(215、716)和馈电贴片(214)的所述一个或多个金属层包括沉积在所述塑料结构的对应表面上的图案化金属层。
10.根据权利要求8所述的定向贴片天线(122、124、128)，其中：
所述板金属结构(206、706)包括多个第一弹簧接触件(220、224、724)，每个第一金属板弹簧接触件被配置为将所述板金属结构(206、706)机械地和电气地耦合到所述多个侧壁(208、209、210、211、708、709)中的对应侧壁。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的HMD设备(102)，其中，所述WPAN天线(128)的所述定向贴片天线是根据权利要求6-10中任一项所述的。
12.根据权利要求11所述的HMD设备(102)，当所述定向贴片天线是根据权利要求10的定向贴片天线时，其中：
所述壳体(106)还包括设置在所述壳体(106)的内表面(1012)处的金属层；以及
所述板金属结构(206、706)还包括第二多个弹簧接触件(220、224、724)，用于接触设置在所述内表面(1012)处的所述金属层。
13.根据权利要求11或12所述的HMD设备(102)，其中，在所述WLAN天线(121、122、124)的安装点处，所述定向贴片天线的所述辐射表面(204、704)的轮廓与所述HMD设备(102)的所述壳体(106)的区域的对应轮廓相匹配。
14.一种方法，包括：
经由安装在头戴式显示器HMD设备(102)的壳体(106)的中间区域(138)中的无线个域网WPAN天线(128)的定向贴片天线来传送第一无线信令；以及
经由位于所述壳体(106)的相应横向外围(142、144)处的第一无线局域网WLAN天线和第二无线局域网WLAN天线(122、124)中的至少一个来传送第二无线信令。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
传送所述第一无线信令包括：根据以下中的一个或多个传送所述第一信令：至少一个蓝牙规范或至少一个IEEE 802.15规范；以及
传送所述第二无线信令包括：根据至少IEEE 802.11规范传送所述第二无线信令。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中：
所述HMD设备(102)被配置为与至少一个无线手持控制器(134)相结合地操作；以及
传送所述第一无线信令包括：在所述WPAN天线(128)和所述至少一个无线手持控制器(134)之间传送所述第一无线信令。
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