CN110546761A - 用于无线设备应用的体积天线元件的超级定向阵列 - Google Patents

Abstract

天线阵列，其提供在多个频率、多个极化之上的定向辐射，和/或在减少去往近旁人体内不必要的辐射的模式中运作。所述阵列特别适合用于供手持式无线设备使用，所述手持式无线设备诸如智能电话、平板设备和蜂窝式电话。

Description

用于无线设备应用的体积天线元件的超级定向阵列

背景技术。

技术领域

本申请涉及无线通信，并且具体地涉及包括体积天线元件的阵列的设备。

背景信息

在无线设备设计中的重要考虑是天线。操作频率、带宽、尺寸约束、以及受周围环境扰动的可能性通常取决于天线配置。手持式无线设备、诸如蜂窝式电话已经典型地使用了单极天线。然而，通过近旁人类用户的邻近，单极天线的增益显著降低。单极天线仅仅能够在一个模式中高效地运作。它们例如不能被优化以在两个不同的射频带中谐振。单极不能适应的另一日益重要的考虑是在多于一个极化的情况下运作的需要。

在天线中实现定向性（directivity）也可以是相当有用的。定向天线、或射束天线在一个或多个所指定的方向上辐射或接收更大的功率。定向天线因而允许增大的性能以及来自不想要的源的降低的干扰。用于实现定向天线的一种方式是利用相控阵列。相控阵列包括具有审慎相位关系的多个几何地布置的辐射元件。被应用到不同元件的相移变化以便在不使用移动部分的情况下操控（steer）射束的定向图案。所谓的智能天线是相控阵列的另一应用，其中数字信号处理器可以在飞行中计算相移。

政府调控机关、诸如美国联邦通信委员会（FCC）指定针对从无线设备发射的辐射的最大特定吸收率（SAR）。对由集中式射频发射所产生的潜在不利的健康影响的这样的调控、以及一般担忧已经限制了定向天线的广泛采用。智能电话、平板设备和类似的无线设备当然必须遵从所建立的射频发射限制。

在物联网（IoT）设备中新近的发展预示了未来，其中数以亿计的对象可以经由无线网络来访问因特网。总存在的对于将具有嵌入式电子器件、软件、传感器和致动器的物理设备、载具、建筑物和其它项进行网络互连的推动将使得许多不同类型的对象能够收集并且交换数据。已经估计这些IoT设备的预期增殖到2020年达到几乎500亿对象。该趋势将越来越多地需要无线设备选择性通信，以避免不必要的干扰，并且减少针对有限可用无线频谱的使用的竞争。

发明内容

本文中所述的（一个或多个）天线解决方案提供在多个频率、多个极化之上的定向辐射，和/或在减少去往近旁人体内不必要的辐射的模式中运作。

在一个实施例中，定向天线阵列被布置在无线设备内。所述无线设备可以包括矩形外壳，所述矩形外壳具有前面、背面以及四侧或四边。所述设备可以具有熟悉的“条棒型”形状因子，诸如Apple™ iPhone™或Android™智能电话。沿着外壳的四侧安置一个或多个体积天线元件。在一个配置中，沿着所述四侧中每一侧或在所述四侧中每一侧旁布置一组三个体积天线元件。所述体积元件可以各自限制（circumscribe）三维空间。在一个设计中，体积元件可以各自是平面的、导电的、材料片块。所述导电材料片块可以具有用于例如在第四代（4G）无线频率下高效地运作的尺寸。在其它实现方式中，体积元件可以具有其它形状，诸如圆柱体。这些其它形状对于在第五代（5G）无线系统的情况下运作而言可以是优选的。

辐射元件可以具有各种物理配置，并且可以用特定的方式被调谐。例如，矩形片块元件可以被折叠到“u”形状中的前面和背面上或其近旁，以符合外壳。在该配置中，辐射元件限制一体积，所述体积不仅包括沿着外壳边缘的空间，而且还包括抵达设备主体中的空间。矩形片块还可以在一个或多个端部上有凹口或歪斜。凹口沿着一个或多个对角轴而提供更几近正交的几何结构。当片块成对以实现一对交叉偶极子的时候，这些歪斜的元件提供经改进的操作。

辐射元件可以用若干不同的方式被调谐。例如，一个或多个曲折线可以连接位于侧边上的前面和侧边导电片块与位于前面和/或背面上的其它导电片块。曲折线可以用于对天线的谐振频率进行调谐。曲折线可以通过如下来被调谐：可开关的短路线，和/或使用其它结构、诸如可变阻抗传输线（VITL）。在仍其它的布置中，电容器可以被布置在曲折线与前面或背面导电表面之间，以选择性地启用或禁用相应的天线元件。

在其它方面中，天线元件可以作为驱动元件或寄生元件而被连接。在一个这样的实现方式中，三个体积元件被布置在外壳的每侧上，中心元件是被驱动的元件，并且寄生元件被安置在中心被驱动元件的任一侧上。在该实现方式中，寄生元件可以可控制以成为反射性或定向的，其诸如通过将它们相应的谐振频率调谐得比中心被驱动元件更低或更高。

选择性地驱动寄生元件还可以提供多输入/多输出（MIMO）操作。

在其它实现方式中，三个体积元件可以各自是被驱动的元件。取决于所期望的性能和封装约束，该布置可以使用若干不同的馈送线配置。

在一些布置中，所述元件可以各自是一对交叉偶极子，或甚至两对或更多对交叉偶极子。在这些实现方式中，交叉偶极子可以被耦合到组合电路，所述组合电路可以选择性地提供不同的极化。可以由可选的馈送网络来提供圆形、水平和/或垂直的极化。

可以取决于所检测的操作条件来选择操作极化。例如，控制电路可以检查以查看哪个极化模式提供最大的接收信号强度，并且然后设置阵列以在该模式中运作。在仍其它的实现方式中，电路可以检测无线设备是在运动中、相对静止、还是在城市或乡村操作环境中。可以通过获得可得自全球定位系统（GPS）的位置信息并且参考地图、或者通过诸如运动传感器或加速计之类的传感器来检测这些操作条件。如果设备在运动中，则阵列可以利用圆形极化（circular polarization）来运作。城市位置还可以通过如下来被标识：对阵列进行扫掠以确定是否存在通过在多于一个方向上所接收的相对强的信号所指示的多路径。当得出结论是设备位于城市环境中的时候，可以选择垂直极化模式。当没有检测到多路径的时候，阵列元件可以被选择在水平极化模式中。在仍其它的实现方式中，辐射元件可以包括圆形阵列，其中每个元件是体积圆柱体。圆柱形元件可以各自被配置为一组四个四分之一圆辐射体，其被连接以提供一对交叉偶极子。圆柱形元件的阵列可以被安置在衬底的一侧或两侧上。另外，圆形阵列可以具有单个被驱动的中心元件，其中周围的外围元件是寄生的。使用圆柱形元件的这些实施例可以优选用于在5G无线频带中的运作。

在该布置的另外的扩展中，可以提供圆形阵列的阵列。

定向阵列还可以被控制以最小化去往用户身体内的定向辐射发射。天线射束的最优定向可以关于以下二者来被选择：近旁的人的定位，以及所指定的接收位置、诸如基站、WiFi接入点或成对的无线设备的位置。例如，人员倾向于在使用蜂窝式电话的时候将它握持在他们的头和/或身体附近，从而将他们自身暴露于辐射。有时，将设备安置在桌面上或别处将其他人暴露于辐射。因此，在某些实施例中，接收信号测量或其它信息用于检测设备、近旁的人和所预期的接收站的相对定位。定向阵列然后在一模式中被操作以操控远离人；如果那不可能，那么选择全向模式。

电子器件的新应用正在改造汽车行业。现今的汽车可具有多达20个不同的计算机、关于一亿行编程代码的特征，并且一小时处理多达25千兆字节的数据。虽然在数字技术方面的开发在传统上已聚焦于优化车辆自己的内部功能，但是在过去5年左右内，注意力已经转向开发汽车与外部世界连接并且增强汽车内体验的能力。所谓的“被连接的汽车”不仅能优化其自己的操作和维护，而且还能优化乘客使用车载传感器以及与外部网络和其它设备的无线连接性的便利和舒适度。

典型的被连接的汽车具有内置式系统（in-dash system），所述内置式系统具有一屏幕，从所述屏幕可以由驾驶员查看或管理对连接的操作。可以制成的功能的类型包括与蜂窝式网络的语音呼叫连接性、卫星无线电、经由与个人无线设备的连接的音频回放、与被安装在智能电话上的应用的集成、导航功能、业务重路由、路边辅助、语音命令、情境帮助/供应、无线因特网接入、以及对于增强自驾驶特征所需要的连接性。

连接到各种本地和远程无线网络的能力需要所连接的汽车具有在4G、5G、卫星无线电、GPS、蓝牙、WiFi带中运作的无线电收发器。这些要求对设计天线以得到跨这样的宽范围频率的最优性能造成增大的挑战。已知的是：由多个辐射元件所形成的定向天线可以在所选的方向上提供集中的信号或射束，以增大天线增益和定向性。但是由于车辆设计通常取决于式样，所以众多突出天线的存在不是合期望的。定向天线阵列具有复杂的形状，并且在尺寸方面通常相对大，使得它们难以封装在车辆中。

附图说明

以下描述涉及附图，在所述附图中：

图1描绘了具有三元件线阵列的四个分组的智能电话设备；

图2A、2B和2C图示了图1的天线的交叉偶极子元件和射束图案；

图3是阵列的三元件区段的更详细的视图；

图4示出了连接侧边和前面片块的曲折线；

图5是剖面侧视图；

图6A、6B和6C示出了电容器和曲折线的另一交叉偶极子布置和连接；

图6D示出了用于选择经调谐的子带的可开关的电容器；

图7A和7B示出了可调谐的曲折线；

图8A和8B图示了可选择的极化；

图8C是用于控制寄生元件是被启用还是被短路以控制按照图2A和2B的阵列的方向的示例电路；

图9A至9G图示了为每个阵列区段使用被驱动的元件的另一实施例；

图9H是一表，其图示了如何控制图9A至9G的实施例的极化；

图10是时间延迟射束形成模式的示意图；

图11是另一射束形成器的示意图；

图12A和12B分别示出了可选的曲折线和回路连接；

图13A、13B和13C示出了各种圆柱形元件圆形阵列配置；

图14是圆柱形交叉偶极子元件的详细视图；

图15是与图14的圆柱形元件一起使用的电路；

图16示出了四个圆形子阵列的阵列；

图17是折叠的曲折线；

图18A、18B和18C示出了可以如何控制定向阵列；

图18D是图18B的控制器的流程图；

图19图示了针对四个操作带中每一个的分离的射束形成器；并且

图20A、20B和20C示出了定向的单个元件。

图21是圆柱形元件ORIAN阵列。

图22是可以在车辆中被使用以提供4G和5G操作的阵列。

图23是图22的5G阵列的更详细的视图。

图24示出了每侧具有单个ORIAN阵列的移动电话。

图25示出了每侧具有两个ORIAN阵列的膝上型电脑。

图26A和26B分别图示了用于移动电话和膝上型电脑实现方式的射束图案。

具体实施方式

图1是诸如手机、智能电话、平板设备、个人数字助理或类似的手持式便携通信设备之类的无线通信设备100的前平面视图。预期设备100典型地在两个、三个、四个或甚至更多频带以及无线协议之中运作，所述无线协议诸如与第四代（4G）无线系统、Wi-Fi、蓝牙、全球定位系统（GPS）和/或第五代（5G）无线相关联的那些。设备100的典型手持式、相对小的尺寸（每侧上几英寸）使得其难以提供增大的天线增益。在本文中描述的是一种用于改进天线操作的方式，其使用符合设备100的外围的体积片块天线的超级定向端射阵列，或其中圆柱形阵列元件被布置在设备100的内部。

在所图示的实施例中，三个辐射元件的四个分组被布置在外围周围。特别地，天线阵列110包括沿着设备100的外壳115的左边缘111、顶边缘112、右边缘113和底边缘114而被布置在其上的四个线阵列101、102、103、104。示例性线阵列101包括沿着靠近于外壳115的相应边缘的近似2.4英寸的空间被布置的三个平面片块元件120-1、120-2和120-3。该配置可以适合用于在4G带中的运作，所述4G带即包括近似700 MHz、800 MHz、850 MHz和1700/2100 MHz无线电频率。

每个线阵列由被驱动的和寄生元件二者组成。在所图示的配置中，中心元件120-2是被驱动的元件，并且被布置在其任一侧上的元件120-1和120-3是寄生的。

阵列的四个分组中所选的那些的组合可以用于在不同的方向上生成天线射束。这在图2A、2B和2C中被图示。图2A示出了一个实现方式，其中每个元件120可以是独立于定向（ORIAN）的辐射体，其包括由四个片块型元件片块所形成的一对交叉偶极子。此处，四个片块201-1、201-2、201-3和201-4中的每一个是被布置在绝缘（介电）衬底上的金属表面。在每个辐射体上提供诸如203之类的馈送点。馈送点可以用A、B对被连接以提供该对交叉偶极子。这些A、B馈送点然后被连接到无线电收发器。ORIAN元件的示例在我们的其它专利中被描述，诸如被赋予AMI Research and Development有限责任公司的美国专利8,988,303和9,013,360，其由此通过引用被并入。

图2B是设备100的前平面视图，并且是可以通过激活图1的成对的所选阵列而被生成的辐射射束族的示例。例如，水平端射射束201-R和201-L可以通过如下在设备100的左侧和右侧被生成：组合顶边缘和底边缘上的阵列102和104的输出，并且使左侧和右侧上的其它阵列101和103短路（或以其它方式解激活）。射束202-T和202-B可以通过如下来被激活：组合阵列101和103的输出，而同时使阵列102和104短路。一般在右上方的方向上的射束205可以通过组合阵列102和103的输出来被生成。类似地，可以通过阵列103和104来提供射束208；可以通过阵列101和102来提供射束209；以此类推。在每个射束内示出预期的增益。如以下更详细地解释的，可以利用受开关控制的电容性电路来激活阵列或使阵列短路。

图2C是一侧视图，其示出了如何可以通过组合阵列101、102、103和104的输出来生成垂直的宽侧射束。这生成分别从设备100的前面151和背面152伸出的宽侧射束210-F和210-R。

图3是一个示例性三元件线阵列101的更详细的视图，所述示例性三元件线阵列101是被布置在图1中的外壳115的左手侧111上的阵列。如先前所解释的，该特定的线阵列101包括中心被驱动元件120-2和被布置在其任一侧上的两个寄生元件120-1和120-3。沿着侧边111的四个片块302提供一对交叉偶极子元件。在该实现方式中，示例性的被驱动元件120-2实际上包括八个片块，包括沿着外壳115的相邻左侧111被定位的四个片块302-1、302-2、302-3、302-4，以及与前面151和背面152中每一个相邻的两个片块，包括与前面151相邻的片块304-4、304-2以及与背面152相邻的片块306-3、306-4。

三个元件102通过传输线、而不是通过寄生耦合被连接到收发器（未被示出）。元件本身可以是回路状结构，其固有地是不受相对高的手阻抗影响的低阻抗结构。在近旁的手的存在的主要影响是所辐射的信号的衰减。考虑手的平均厚度，以及在这些频率下的手的所测量的衰减，指示大约1.2dBci损耗。

回路状结构可以通过如下来被实现：连接元件102-2的片块304-1和304-2与跨元件120-2底部的间隙的小电容。因而，可选电容333可以被布置在片块304-4、304-2和元件120-2之间。类似的电容可以被提供在背侧上的片块306-1、306-2之间，以及被提供用于其它元件120-1、120-3。

寄生元件120-1和120-3由类似布置的导电片块来被构造。

图4是元件120-2的更详细的视图，其示出了与前面相邻的片块304-1、304-2以及与侧边相邻的片块302-1。在该实施例中，曲折线340被连接在片块302-1和304-1之间。在一些实现方式中，由曲折线340所呈现的延迟可以被改变，从而变更元件102-2的谐振频率。另外，电容器350可以被布置在片块302-1和304-1之间。

电容器350是可开关的——也就是说，一开关（未在图4中被示出）控制电容器350是否在片块302-1和304-1之间被断开，从而禁用该元件（通过对该子阵列元件进行“解谐”），或在它们之间的连接是否被做出以从而使得该元件能够辐射。对于寄生元件102-1、102-3，四侧片块可以选择性地被短接到其相应的相邻的顶部和底部片块。关于被驱动的元件102-2，寄生元件102-1、102-3中的可开关的电容器350还可以帮助提供选择性操作以操控阵列。

图5是还示出了元件120-2的设备100的横截面视图。如先前所提及的，元件120-2包括沿着外壳115的侧边111所布置的或与所述侧边111相邻的片块302-1、沿着前面151所布置的或与前面151相邻的片块304-1，以及沿着背面152所布置的或与背面152相邻的片块306-1。外壳115将各种部件520围封在其前面151、侧边111和背面152内。触摸屏510典型地被布置在前面151上或被布置作为前面151的部分。元件120-2在以下意义上是“体积性的”：限制了三维空间，如通过点线502所指示的，以及如通过片块304-1、302-1和306-1的范围所限定的。部件520可以位于空间502内，而没有不利地影响元件120-2的运作。以此方式，在外壳115内可用的受限区域可以被优化以用于封装除了（一个或多个）天线阵列之外的其它部件。

图6A是设备100的剖面侧视图，其示出了被驱动的元件120-2的另一示例。该被驱动的元件120-2包括第一对歪斜的片块602-A、602B以及第二对歪斜的片块602-C、602-D。布置了针对每个片块的馈送点604，其中四个片块一般在中心相遇。片块在以下意义上是“歪斜的”：导电片块的三角形区段605不存在。该歪斜的形状帮助沿着对角轴606-1、606-2而提供更对称的形状，从而作为结果影响更正交的偶极子状结构。被驱动的元件在馈送点604处以如下方式被驱动：所述方式可以控制极化，如在本文中别处所描述的。

在图6B中示出示例性的无源元件120-1。它在构造上类似于被驱动的元件120-2，然而，四个馈送点610被短接在一起以便提供寄生配置。注意到，在图6A和6B的两个实现方式中，（一个或多个）曲折线340还沿着至少一个歪斜的片块被安置，如在图3的其它元件实现方式中那样。

图6C是寄生元件120-1的横截面视图，其更详细地示出了曲折线340以及一个或多个电容器350-1、350-2的互连。电容器350-1、350-2可以此外在将无源元件调谐成是定向的或反射性的中被使用。在特定的实施例中，每个阵列中的寄生元件之一可以被调谐成是定向的，并且其它寄生元件可以被调谐成是反射性的。电容器因而被接通或断开以改变元件120-1的谐振频率。

曲折线有助于经由可开关的短接线来调谐每个元件。因而，阵列110的元件各自包括两个交叉、歪斜的偶极子，其环绕在设备100的边缘周围。电容器和/或电感延迟结构、诸如曲折线可以被连接或耦合到所述元件或者被连接或耦合在所述元件之间。（一个或多个）曲折线结构此外允许元件被调谐成不同的频率。该设计增强瞬时带宽，并且还允许阵列110接近小天线的Q因子上的Chu-Harrington限制。

图6D示出了可以用于控制图6C中的电容器350-1、350-2……350-n是否被连接到相应的曲折线340的开关355的布置。

在图7A中所示的示例中，一个或多个可开关的短接路径701可以沿着曲折线340的主体、跨主导体702被布置。通过在不同的短接路径中切换，曲折线340可以被调谐到不同的谐振。还可以用其它方式来调谐曲折线340。图7B示出了对此的一个示例，其中利用压电或其它致动器711来调节在曲折线340与相邻的表面之间的空间704的大小。

曲折线340还可以通过使用其它频率相关的结构来被实现，所述其它频率相关的结构诸如在被赋予AMI Research and Development有限责任公司的美国专利9,147,936中所描述的可调谐的可变阻抗传输线（VITL），所述美国专利由此通过引用被并入。

线阵列还可以提供不同的极化，诸如圆形（右手或左手）、垂直的、水平的极化、或者此类极化中一些或全部的组合。图8A和8B图示了如何可以实现不同的组合网络以提供这些不同的极化模式。图8A表示被驱动的元件120-2的馈送点。示出的是两个交叉偶极子片块602-A、602-B和602-C、602-D。开关802-A和802-B提供用于选择性地控制第一偶极子（其由片块602-A、602-B形成）的能力。这些开关将馈送点连接到相邻片块上的不同位置。例如，开关802-A准许将针对片块604-A的馈送连接到包括定位808-2、809-2和810-2的相邻片块602-C上的三个不同定位之一以及片块602-D上的第四定位808-1。类似地，开关802-B选择性地将片块602-B上的馈送点连接到片块602-D上的三个定位808-1、809-1和810-1之一，或连接到片块602-C上的点808-2。点809-1和809-2通过90°移相器被连接到它们相应的片块。点810-1和810-2通过-90°移相器被连接到相应的片块。

图8B的表示出了针对每个开关802-A、802-B的四个不同的可选定位，以及结果得到的在E平面和H平面中的极化。

例如，将开关802-A安置在定位2中（将它连接到点808-2）并且将开关802-B安置成连接到定位1（连接到点808-1）提供在E平面中的水平极化以及在H平面中的垂直极化。利用在定位808-1中的开关802-A以及在定位808-2中的开关802-B，提供了相对的水平和垂直极化。为90°移相器或-90°移相器所选择的开关定位分别提供右手圆形极化或左手圆形极化。

图8A和8B因而图示了如何可以通过数字控制器850来操作被驱动的元件120-2以提供不同的极化。寄生元件120-1和120-3类似地受数字控制器850控制（其中理解到馈送点A和B不被连接到驱动电路）。

控制器850可以包括数字逻辑电路、门阵列、可编程微处理器、数字信号处理器、或控制开关802的状态的其它电路。

在某些实施例中，对垂直、水平或圆形极化状态的选择可取决于所检测到的操作环境。在一个示例中，控制器850可以尝试以初始模式的各种可能的极化。然后通过控制器850来选择具有最高接收功率的极化模式以用于后续操作。在其它实施例中，当其它传感器指示设备100处于运动中的时候，可以选择圆形极化。这样的输入可以来自向控制器850提供输入的加速计、GPS或其它传感器。在另一模式中，不同方向的扫描可以用于指示设备处于多路径环境中。例如，如果从两个或更多方向接收到强信号，那么设备可以被操作，就好像它处于城市环境中那样。在该情况中，可以通过控制器来启用垂直极化模式。然而，如果没有检测到多路径，那么可以启用水平极化。

图8C示出了示例电路860，所述电路860控制电容器350，并且因而控制八个寄生元件的状态，从而改变射束方向。电容器被接通和断开以确定每个寄生元件是否被启用，从而实现如图2B和2C中所示的射束图案。电路862-1、……862-8可以是数字可调谐的电容器（DTC）电路，诸如Peregrine™ PE64101。为图1中所示的左上角、中间左上方、中间左下方、左下角、右上角、中间、右上方、中间右下方和右下角的寄生元件中的每一个提供DTC电路862。

选择器861可以是单极的、八掷开关（SP8T），其被用作解复用器，用于发送前哨863，以将相应的DTC 862接通到其电路或从其电路中断开。选择器861取三个输入数字位S0、S1和S2，并且选择八个DTC 862中的哪一个将被切换到不同的状态。

寄生阵列、诸如图1和3中的那个在一些实现方式中可能易受人类触觉效应伤害。这可将自身显露为带宽限制和/或其它降级性能。在这些环境中、诸如在手持式移动设备中，其中用户的手部或头部可能靠近辐射元件，被驱动的阵列可提供更稳健的运作。

在图9A中示出了针对三元件线阵列的一个配置，其中每个元件都被驱动。理解到，该三元件阵列901可以被安置在设备外壳115的顶部、左侧、右侧和底部边缘中的每一个上，如利用结合图1所描述的线阵列110的情况那样。在图9A中，三个单位单元902-1、902-2和902-3通过四分之一波长而被间隔开。主馈送线904仅仅直接连接到中心单元902-2。传输线903和905将中心单位单元902-2连接到其它单位单元902-1、902-3。特别地，上部单位单元902-1经由传输线903而被连接；下部单位单元902-3可以经由传输线905中的交叉906而被连接。交叉906将连接的极性反转成下部单位单元902-3。该被驱动的阵列901布置在箭头907的方向上提供主射束。

图9B和9C示出了对于图9A的布置的可替换方案。该配置可提供更大的带宽，对于触觉反馈的甚至更小的灵敏度，以及在封装中的更大自由度，因为它消除对于四分之一波长间隔的需要。再次，存在三个被驱动的单位单元902-1、902-2、902-3。顶部单元902-1和中心单元902-2经由馈送线910-1和910-2被异相地从点909馈送。在馈送线910-2处提供交叉911。还通过具有交叉913的馈送线912来从单位单元902-2馈送给底部元件902-3。具有交叉916的馈送线915连接单元902-1与902-2。图9B的配置在箭头919的方向上提供主射束。为了在相反的方向上提供主射束，使用图9C的馈送线配置。此处，中心元件902-2和底部元件902-3在点908处经由传输线920-1、920-2和交叉921而被异相地驱动。在该配置中的上部元件902-1可以通过馈送线922和交叉923而从中心元件902-2被驱动。馈送线924和交叉925耦合单元902-2和902-3；结果得到的射束930在与图9B布置所生成的射束919相反的方向上。可以通过使用图9B中的相同单位单元、通过使用多组开关（此处为了清楚而未被示出）来提供图9C的配置。

图9D是图9A、9B和9C的实施例中的单位单元902-1的一个配置。此处，每个单位单元实际上包括两组交叉偶极子或ORIAN。第一ORIAN辐射体917-1包括最靠近于观看者的四个片块921和四个片块920；第二ORIAN 917-2包括向后方的八个片块。每个ORIAN 917因而包括在侧边上所示的四个片块921（在顶部上被示出）以及四个片块920（理解到在该视图中，电话被安置在其边缘上，其中片块920在前面和后面旁，并且片块921在侧边旁）。理解到，元件920和921可以是导电材料的单个片块，或可以是与曲折线和/或电容互连的两个片块，如在图3以及图6A至6C实施例中那样。馈送线925、926可以沿着底部边缘而延伸到点928、929。为每个ORIAN元件提供A、B馈送点930-A和930-B对，类似于以上所述的那个。虽然图9D示出了一种布置，其中每个单位单元包括一对ORIAN元件（每个ORIAN进而包括一对交叉偶极子），但是应当理解到，三个或更多组交叉偶极子可以用于实现每个单位单元。

在图9B（和图9C）布置后面的想法是通过使用信号A-B和B-C来生成两个错列的心形线图案。心形线在宽带上提供高的前面与背面比。通过异相地馈送心形线，可以提供具有4-5 dBi增益的宽带“图形8”形状因子。阵列因子乘心形线图案的乘法可导致大约8-10 dBi的总增益，其中具有高的前面与背面比。

图9E、9F和9G分别是针对图9D的单位单元902-1的侧边、顶部和横截面视图。这些视图更详细地示出了馈送点930-A、930-B。还示出了交叉偶极子馈送线925和926。

图9G是单位单元的横截面视图，其类似于图5的那个，示出了体积元件920和921。

图9H是一表，其示出了图9E的馈送线如何可以被同相地、异相地或正交地驱动，以提供垂直、水平极化、右手圆形或左手圆形极化。在该配置中，馈送线1（926）用作主馈送。利用相同的信号、同相地驱动馈送线2（925）提供垂直极化模式。这是在图9E中所示出的模式。利用相反的相位来驱动馈送线2（925）提供水平极化模式。利用正交的相应90°和-90°来驱动馈送线2（925）提供右手极化或左手极化。

图10图示了阵列的另一实现方式，其提供时间延迟射束形成。此处，阵列1010仍包括四组线阵列1001、1002、1003、1004，其中每个线阵列包括三个元件1020。所有元件1020被驱动并且没有任何寄生元件。例如，元件1020-1的配置与元件1020-2的配置相同。单个馈送点1030通过在馈送装置1030与元件1020中每个相应一个之间布置的相应延迟装置1040而连接。延迟装置1040可以用各种方式被实现，包括曲折线、VITL、或横向滤波器。延迟装置还可以通过如在被赋予AMI Research and Development有限责任公司的美国专利9,166,301中所述的介电行进波导阵列（DTWA）来被提供。其中十二个元件各自被有源地馈送的该布置提供更聚焦的射束，其具有增大的带宽。该配置还消除如在图3实施例的情况下可能出现的相邻射束之间的交叉。延迟装置1040可以被安置在每个辐射元件1020旁的板外位置中（也就是说沿着外壳的边缘）。然而在其它实施例中，延迟装置1040被定位得更中央，诸如更靠近馈送点1030。

应当理解到，图10阵列的辐射元件还可以利用按照图6A和6B的交叉偶极子来被实现，并且利用如在图8A和8B中所述的各种技术来被驱动以提供可选的水平、垂直、和圆形极化。

图11图示了用于射束形成的另一途径作为对于图10的可替换方案。此处，仅仅中心元件1111-2、1112-2、1113-2、1114-2被驱动，并且在其任一侧上的元件（诸如元件1111-1和1111-3）是寄生的。该实现方式因而仅仅使用连接到中央馈送装置1130的四个延迟装置1120-1、1120-2、1120-3、1120-4。虽然在结果得到的射束之上提供了较少的控制，但是与图10设计相比，这可能更容易实现。

图12A图示了可与图10和图11的设计一起使用的延迟元件配置。交叉偶极子、被驱动的元件1201-2和1202-3包括馈送点1202-A和1202-B。一个或多个曲折线1210被耦合在连接到辐射片块的馈送点1202-A和终结点1202-C之间。类似地，曲折线1210被连接在馈送点1202-B与终结点1202-D之间。曲折线1210提供了用于调节在输入馈送装置与相应的辐射片块102-2之间的延迟的另一方式。还注意到，可存在单独地可接通到电路并且可从电路断开的多个曲折线（在此处为了清楚没有示出开关）。

针对定向阵列的各种配置可以被使用在相同的设备100中。例如，控制器850可以将阵列置于第一模式中，其中具有如图2A、2B和3中所述的寄生元件，或其中具有按照图9A、9B和9C的被驱动的元件，以获得对方向的初始粗略估计。阵列然后可以被切换到射束形成模式，诸如在图10或11中那样，用以提供更窄聚焦的射束。

在又一操作模式中，开关可以被布置在阵列元件之间用以将它们连接在一个或多个平衡馈送线分支中。这些平衡馈送线分支1250、1260可以与一组耦合器相组合，所述耦合器具有诸如在图12B中所示的指数锥形物（exponential taper ）。锥形的耦合向各种元件120提供相等的功率分布。在一个实施例中，平衡馈送线可以从诸如在被赋予AMI Researchand Development有限责任公司的美国专利9,166,301中所示的介电行进波导阵列来被提供，所述美国专利由此通过引用被并入。

图13A图示了另一途径，其中体积元件取位于圆形阵列1300中的圆柱体的形式。圆柱形元件可以被安置在衬底的一侧（按照图13A）或两侧（按照图13B和13C）上。该实现方式可以特别地用于在5G无线带中的频率下（在28 GHz、37 GHz、39 GHz和64.71 GHz下）的运作。阵列1300包括由被布置在中心元件1310周围的圆圈中的两个或更多寄生元件1320-1、1320-2、1320-n……所围绕的中心被驱动的元件1310。寄生元件可以被控制，如在上述其它实现方式中那样，以提供不同的极化或射束形成。在一些实现方式（本文中未被示出）中，元件可以被布置在公共中心元件周围的两个或更多圆形阵列中。

图14是圆柱形元件1310、1320之一的更详细的视图，其可以包括一对四分之一圆区段，所述四分之一圆区段提供一对交叉偶极子。该类型的圆柱形、独立于定向的（ORIAN）天线元件在被赋予AMI Research and Development有限责任公司的美国专利9,118,116和8,988,303中被进一步详细地描述。图15图示了用于组合用于给定寄生元件的四个四分之一圆馈送装置的一种可能的方式。

图16是利用图13的圆形阵列1300的另一设计。在该设计中，四个圆形子阵列1600-1、1600-2、1600-3和1600-4各自以与图13的圆形阵列相同的方式被配置。子阵列中每一个的中心元件通过相应的延迟装置1610-1、1610-2、1610-3和1610-4被连接到公共馈送装置1620。延迟元件1610可以是经软件控制的（诸如由控制器850），以用与上面所解释的方式相类似的方式来提供另外的射束形成。在针对5G无线频率下的运作的该实施例中，延迟装置1610可以被实现为介电DTWA，而不是曲折线。四个阵列1600的组合在射束形状和方向之上给出更大的控制。

图17是一种实现方式，其中通过折叠的介电行进波导1700来提供延迟。在电介质中的折叠1701提供不同的可选的波导长度。致动器或开关（未被示出）提供对所引入的总延迟的控制。在一个示例中，致动器可以改变在折叠之间的相对间隔，或可以将延迟区段、诸如区段1702接入或断开。

在手持式无线通信设备内使用上述定向阵列之一引入如下可能性：增大向用户的辐射暴露的量。

在图18A中所示的一个场景中，用户的头部1810完全或甚至仅仅部分地与在设备1800与诸如蜂窝式基站（或WiFi接入点、对等设备等等）之类的目的地收发器1830之间的辐射路径1820在一条线上。在该情形中，如果设备1800包括上述定向天线阵列之一，则设备1800将会确定塔1830的位置，选择路径1820作为最佳方向，并且利用通过用户头部1810的定向射束来聚焦大部分传输能量。这可引入不合期望的情形，其中用户被暴露于多于平常量的辐射。

图18B是另一场景，其中设备1800被安置在其用户1810前方的桌面上。由于目的地1830的相对定位，所以在桌面相对侧上的另一人1820可以不必要地被暴露于所聚焦的辐射，尽管第二人1825与在操作设备100的人1810相比甚至更远离设备1800。

这些情形可以利用特定的操作方法以及图18C的电路1840来被减缓。可以用天线阵列1850来对电路1840进行馈送，所述天线阵列1850可以是上述天线阵列之一、或某个其它的定向天线。阵列1850可以在至少两个不同的方向上被操控。在每个特定的方向上所获得的输出通过定向耦合器1860而被馈送到人密度分布检测器1870。密度分布检测器1870可以使用任何已知的技术来确定近旁人类的存在。一种技术通过如下来检测近场中阻抗方面的改变：通过天线1850来发射低频无线电信号并且观察响应。响应然后可以被分析以确定所谓的生物阻抗效应。在另一途径中，密度检测器1870可以是基于反射的。例如，检测器1870可以包括如下电路：所述电路确定在特定的方向上检测到电压驻波比（经由SWR）失配。

控制器1890因而运作以通过多个方向来扫描阵列1850，并且确定针对每个方向的、来自检测器1870的响应。以此方式，在近旁的人类的存在及其相对于设备1800的相对定位是已知的。控制器1890然后可以关于辐射的功率应当被指向哪里做出决定，以便减少对于近旁的（一个或多个）人的暴露。特别地，控制器1890可以操作阵列1850以改变远离用户头部的射束的方向——如果有可能这样做的话——并且仍在具有充足功率的情况下抵达站1830。如果那不可能，并且射束1820的方向必须通过用户的头部，那么功率可以降低，并且可以在全向模式中操作阵列。

在又一实现方式中，如果从站1830检测到强的次级响应，那么控制器可以确定多路径是可用的（诸如在城市环境中）。在该情况中，控制器1890可以仅仅使能实现远离用户头部的定向阵列1850的次级路径。在仍其它的布置中，可以提示用户将他们的头移动并且/或者将他们的设备1800移动到不同的位置，以减少辐射暴露。

在图18D中示出了以此方式控制阵列的一个过程。在第一步骤1891中，阵列被扫掠以便确定人的位置。在可发生在第一步骤1891之前或之后的下一步骤1892中，确定所意图的接收设备、诸如塔1830的相对方向。这还可以通过如下来被进行：扫掠阵列并且确定最强接收信号的方向，和/或传输信号并且请求目的地1830利用包含站1830所检测的定向信息的消息来应答。现在有了关于用户1810的位置和站1830的位置的信息，在步骤1893中，控制器现在因而可以确定是否存在如下可能性：定向射束与用户1810或另一近旁的人1820重叠。如果该可能性低，则在步骤1894中，在定向模式中操作阵列1850，启用在具有最大能量的方向上的射束。此处，可以假定的是，利用定向射束来传输是安全的。如果在理想方向数据与人体之间存在重叠，那么要么可以在全向模式中降低功率，要么可以启用次级所检测的多路径。

如果在近场中检测到人体，并且其因而相对靠近于如图18A中的设备1800，则可以提示用户将设备切换到不同的定位。在一个实现方式中，可以提示用户1810将设备1800移动到他们的另一只耳朵。可以通过振动或听觉信号来指示该提示。可以通过人密度检测器1870或以其它方式、诸如通过红外或其它检测器来确定头部的邻近度。

在一些场景中，设备1800可能不是极接近于人员的头部（在阵列1850的后方辐射场中），而是可以在远场中。例如，设备1800可以位于远离用户所就座的桌子顶上的用户若干尺处，诸如在图18B中那样。在该情形中，定向信号仍可以通过人体来被传输。为了增大密度检测1850的范围，设备1800可有意在较低频率下传输，以便增大近场半径。在一个示例中，用于检测人员的存在的步骤可涉及在700 MHz或更低的频率下进行传输以增大范围。

体积元件的阵列还可以被配置有用于每个所期望的操作频带的分离的射束形成器。例如，如图19中所示，这些可以是分离的射束形成器1901、1902、1903和1904，用于相应地在蜂窝式、Wi-Fi、GPS和蓝牙带中运作。

还可以优选的是将针对每个带的带通滤波器1911、1912、1913、1914布置在（一个或多个）射束形成器和阵列元件之间成一直线。

通过插入适当的带通滤波器来仅仅向和自被驱动的元件传递相应的蜂窝式、GPS、Wi-Fi、或蓝牙频率，应当可能的是通过使用单个阵列来操控针对每个频带的不同射束。以此方式，多个射束可以被同时生成，每个操作带一个。辐射片块或圆柱形元件在该配置中可以足够宽带，以覆盖蜂窝式、WiFi、GPS和蓝牙带。

每个射束形成器1901、1902、1903、1904可以包括特定于其相应操作带的一组延迟元件，诸如结合图10或图11所描述的那些。在仍其它的实施例中，还可以合期望的是提供不同的极化，以及不同的组合网络，如在图8A和8B中所示的（再次，每个带各自一个）。

在另一设计变型中，可以利用针对每个元件使用的单个片块来生成定向射束，而不是使用图1中所描绘的三个元件的线阵列。这被示出在图20A中。此处，一组两个交叉歪斜偶极子元件可以如先前那样环绕在设备100的边缘周围。馈送点2010-A、2010-B、2010-C、2010-D被布置在相应的导电片块上或被布置成与相应的导电片块相邻，再次如上所述。

然而，在按照图20B的实施例中，第一组合网络2021耦合到馈送点2010，并且产生与cosθ有关的信号，其中θ是在阵列上的入射角。第二组合网络提供与sinθ有关的信号，其中θ再次是阵列上的入射角。第三组合网络2023组合用于圆形极化检测模式（诸如以上在图8A和8B中所述）的馈送点，以产生与有关的信号。

网络2024添加组合网络2021和2023的输出以产生与有关的信号。

并且网络2025组合网络2022和2023的输出以产生信号。

如图20B中所示，射束然后可以通过如下而在至少四个方向上被生成：以所指示的方式使用这些网络的输出。例如，在其中主瓣指向朝向图20C的右手侧的方向上的方向上的射束2031可以通过组合网络2024而被生成。类似地，指向朝上方向的射束2032可以通过组合网络2025来被生成。在两个其它方向上的射束2033和2034还可以通过差异组合器（没有在图20B中被示出）来被生成。

汽车用例：

图21（其对应于以上的图13A，图示了天线阵列100，所述天线阵列100被设计用于在5G无线带中的频率（例如但不限于28 GHz、37 GHz、39 GHz以及64.71 GHz）下运作）。阵列包括一组体积辐射元件2101、2102、2103。在一个实现方式中，每个体积元件可以取圆柱体的形式。圆柱体可以此外由四个四分之一圆区段组成，其中驱动每个四分之一圆区段的信号被电连接以提供两对交叉偶极子元件。该类型的圆柱形交叉偶极子、独立于定向的（OMAN）天线元件在被赋予AMI Research and Development有限责任公司的美国专利9,118,116和8,988,303中被进一步详细地描述，所述美国专利还通过引用被并入本文中。

每个元件可以被有源地驱动，或每个元件可以是寄生的，如在以上引用的共同待决的专利申请中所解释的。在图1中所示的实现方式中，中心元件2102是被驱动的元件并且被两个或更多寄生元件2101、2103围绕。寄生元件可以被布置在中心元件2102周围的圆圈中。元件的圆形阵列进而被布置在衬底2110上。元件可以被控制，如在以上引用的专利申请中所描述的其它阵列实现方式中那样，以提供不同的极化或射束形成。

图22图示了另外的演进，其中体积元件被布置作为多个阵列的阵列。更具体地，5G阵列2100被装配在4G阵列2200的一个或多个ORIAN元件2201、2203、2207的顶上，所述4G阵列2200被缩放以在从近似700 MHz到2500 MHz的4G频率下运作。应当注意到，尽管阵列200在本文中被称为“4G”阵列，但是其操作频率范围还包括WiFi、蓝牙、蜂窝式、GPS和卫星无线电。在4G频率下运作的4G阵列2202的示例ORIAN元件201可以具有大约0.9英寸的直径，以及在衬底2210以上大约0.5英寸的高度。

在该实现方式中，4G阵列2202包括被布置在中心ORIAN元件2203周围的圆圈中的一组八个ORIAN元件2201。在一些实施例中，4G ORIAN元件（一个是元件2207）的八（8）个第二4G阵列2206可以被安置在阵列2202外部的第二阵列2206中。在内部4G阵列2202与外部4G阵列2206的元件的中心点之间的间隔可以是大约1.25英寸。（换言之，通过外部4G阵列2206的元件的中心点的圆圈的半径比通过内部4G阵列2202的元件的中心点的圆圈的半径大了大约1.25英寸。）

图3更详细地示出了被布置在4G元件2201之一顶上的5G阵列2100。4G ORIAN元件2201的顶部表面在直径上近似是0.9英寸，并且用作用于5G阵列2100的支撑或基架。5G阵列2100中的九（9）个5G ORIAN元件2101、2102、2103中的每一个在直径上近似是0.08英寸。如还在图22中的元件2201之一的横截面视图中所示的，由于5G ORIAN元件2100的每个阵列被安置在4G元件2201的上表面上，所以5G元件2100因而不被4G元件遮蔽。

如同5G阵列那样，4G阵列2202、2206的ORIAN元件2201可以是被驱动的或可以是寄生的。用于阵列2100、2202、2206的接线、馈送和控制电路可以被安置在接地平面2210上或其下方。

一个关键的观察是5G定向阵列中的每一个可以配备有可编程的延迟，以创建相对窄的定向射束。预期在大约30到40度的范围中的射束宽度。利用该圆形几何结构，栅瓣应当因此被最小化。特别地，在相邻的5G阵列2100、2220之间的间隔（如图22中所见）大于5G带中的操作波长。典型地可预期在阵列元件之间的该相对大的间隔导致不合期望的栅瓣，诸如如果5G阵列元件是简单单极而可能是的情况。然而，在其中每个5G元件是定向的情况下，结果得到的射束将连贯地求和，倾向于减小栅瓣。

针对5G阵列的所估计的增益是19 db；针对4G阵列，估计增益是9 dbi。

膝上型电脑用例：

上述ORIAN天线阵列还可适用于膝上型计算机。如图25中所见，膝上型电脑2500每侧（例如针对显示器2502的每侧）可具有两个ORIAN阵列2501，如相比于每侧具有仅一个ORIAN2401的移动电话2400（图24）。用于先前所描述的用于供移动设备使用的周界配置的阵列的所有馈送方法也可适用于膝上型电脑实现方式。

最终结果是：独立射束的数目从针对移动电话2400（图24）的十个加倍到针对膝上型电脑2500（图25）的二十个，其中射束是一半宽度，并且天线增益增大三个dB，如在图26A和26B中分别针对移动电话2400和膝上型电脑2500所示的。多个射束配置可以与上述图2C和2B的那些类似地被生成，但是具有半宽度射束。如同移动电话实现方式那样，膝上型电脑实现方式中的每个ORIAN阵列允许选择垂直、水平或圆形极化。

用于8个ORIAN阵列的馈送和射束形成的方法类似于以上图10、11和12B中所示的那个。可以通过在每个ORIAN阵列的输入处插入经软件限定的延迟网络来实现射束形成。射束形成可以使用并联或串联的馈送网络，如已经讨论的那样。由于膝上型电脑的大尺寸，优选的馈送方法可以是串联馈送。

其它实施例

尽管在本文中已经示出了多个阵列的圆形阵列，但是应当理解到其它几何结构是可能的。例如，体积元件可以是立方体，而不是圆柱体，并且元件可以成组地被布置为矩形阵列，而不是圆形阵列。

应当理解到，上述实施例只是示例，并且各种部件可以用许多不同的方式被实现。例如，部件图示、框图、电路示意图和网络图解可以包括更多或更少的元件，其被不同地布置，或被不同地表示。因此，此外的实施例还可以用各种方式被实现，并且因而本文中所述的部件意图仅仅用于说明的目的而不是作为对实施例的限制。

还应当理解到，本文中所述的“处理器”和“控制器”可以各自通过以下各项来被实现：固定的数字电路、可编程电路、可编程数字信号处理器、或具有中央处理器的物理或虚拟通用计算机、存储器、盘或其它大容量存储装置、（一个或多个）通信接口、（一个或多个）输入/输出（I/O）设备以及其它外围设备。通用计算机被变换成专门化的新颖处理器，并且执行上述的新颖过程，其例如通过将软件指令加载到处理器中，并且然后使得指令的执行实施所述功能。实施例因此可以典型地用硬件、固件、软件、或其任何组合来被实现。

实施例还可以被实现为被存储在非暂时性机器可读介质上的指令，其可以被一个或多个过程读取和执行。非暂时性机器可读介质可以包括用于以通过机器（例如计算设备）可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，非暂时性机器可读介质可以包括只读存储器（ROM）；随机存取存储器（RAM）；磁盘存储介质；光学存储介质；闪速存储器设备；以及其它。

此外，固件、软件、例程或指令可以在本文中被描述为执行某些动作和/或功能。然而，应当领会到，在本文中所包含的此类描述仅仅为了便利，并且此类动作事实上得自计算设备、处理器、控制器，或执行固件、软件、例程、指令等等的其它设备。

因而，虽然本发明已经特别地参考其示例性实施例被示出和描述，但是本领域技术人员将理解到，在其中可以做出在形式和细节上的各种改变，而不偏离所附权利要求书所涵盖的发明范围。

Claims (31)

1.一种无线通信装置，包括：

具有前面、背面和四个侧边的矩形外壳；以及沿着四个侧边中的每一个被布置在外壳内的体积天线元件的线性阵列。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积元件各自包括延伸到前面和背面上的导电表面。

3.根据权利要求1所述的装置，其中体积元件的线性阵列各自另外包括与所述四个侧边中所选的一个平行对准的第一导电表面、与前面平行对准的第二表面以及与背面平行对准的第三导电表面。

4.根据权利要求3所述的装置，另外包括：

曲折线，其将所述第一导电表面连接到所述第二或第三导电表面中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的装置，其中电容器被布置在曲折线以及所述第二或第三导电表面中的至少一个之间。

6.根据权利要求4所述的装置，其中曲折线的电气长度可经由一个或多个短接线来控制。

7.根据权利要求3所述的装置，另外包括被布置在所述第一导电表面与所述第二或第三导电表面中至少一个之间的可变阻抗传输线。

8.根据权利要求1所述的装置，其中体积天线元件的线性阵列各自包括中心被驱动的元件，其中寄生元件被布置在中心被驱动的元件的任一侧边上。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述寄生元件可控制以成为反射性或定向的。

10.根据权利要求1所述的装置，其中体积天线元件的线性阵列各自包括三个被驱动的元件。

11.根据权利要求1所述的装置，其中每个体积天线元件包括两对或更多对交叉偶极子。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积元件被选择性地驱动或是寄生的，以提供多输入多输出。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积元件此外包括被连接以提供一对交叉偶极子的四个导电表面。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述交叉偶极子此外包括被布置成与所述四个导电表面中的每一个相邻的馈送点，并且所述馈送点被耦合到彼此以选择性地提供圆形、水平或垂直极化。

15.根据权利要求14所述的装置，其中取决于所检测到的操作环境而选择圆形、水平或垂直极化，使得在城市操作环境中选择垂直极化，在乡村操作环境中选择水平极化，并且当s（城市V-极化；乡村H-极化；）在运动中操作环境中的时候检测到圆形极化。

16.一种无线通信装置，包括：

手持式外壳；以及

被布置在外壳内的衬底上的体积元件的圆形阵列。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述体积元件各自具有圆柱形形状。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述圆柱形元件被实现为一对交叉偶极子元件。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述圆柱形元件各自包括：

四个四分之一圆辐射体，每个辐射体包括馈送点、导电侧边区段和导电顶部区段；

沿着主轴被定位成与彼此相对的第一对四分之一圆辐射体；

沿着主轴被定位成与彼此相对的第二对四分之一圆辐射体；以及

用于电气地组合四分之一圆辐射体的馈送点的电路。

20.根据权利要求19所述的装置，其中被耦合到辐射体的信号被选择性地组合以提供圆形、水平或垂直的极化。

21.根据权利要求16所述的装置，其中第二圆形阵列被布置在衬底的相对的侧边上。

22.根据权利要求16所述的装置，其中所述圆形阵列包括中心被驱动的元件，其中在圆形阵列的圆周上具有寄生元件。

23.根据权利要求19所述的装置，另外包括被连接在四分之一圆辐射体之间以控制阵列射束方向的两个或更多电容器。

24.根据权利要求16所述的装置，另外包括

第二、第三和第四圆形阵列；

公共馈送点；以及

四个延迟元件，其中一延迟元件被布置在公共馈送点与每个圆形阵列之间。

25.一种无线通信设备，包括：

手持式外壳；以及

被布置在外壳内的体积天线元件的阵列；

控制器，其用于取决于在设备、用户和基站之间的所检测到的空间关系而控制阵列的射束图案。

26.根据权利要求25所述的装置，另外包括：

控制器，其当用户位于设备与基站之间的时候被连接以操纵射束图案。

27.根据权利要求26所述的装置，其中当设备位于用户与基站之间的时候控制器在全向模式中操作阵列。

28.根据权利要求25所述的装置，其中所述阵列是线性阵列，并且所述元件被选择性地驱动或是寄生的。

29.根据权利要求28所述的装置，其中中心元件被驱动，并且任一侧边上的元件是寄生的。

30.根据权利要求28所述的装置，其中

所述元件各自至少包括位于外壳的一个边缘上的第一导电表面以及位于外壳的一个面上的第二导电表面；并且

在所述侧边或所述面上的元件全是寄生的。

31.按照前述权利要求中任一项的装置，其适合用于使用在车辆中，并且此外包括：

在第一频带中运作的两个或更多体积天线元件的第一阵列；

在第二频带中运作的两个或更多体积天线元件的第二阵列，所述第二频带包括比所述第一频带更高的频率范围的范围；以及

被布置在第一阵列的天线元件之一的上表面顶上的两个或更多体积天线元件的第二阵列。