CN110970705A - 具有通信和测距能力的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有通信和测距能力的电子设备。电子设备可设置有天线和控制电路。天线可以按照单位单元阵列布置。每个单位单元可包括以高于10GHz的第一频带传送信号的第一天线和以高于第一频带的第二频带传送射频信号的第二天线。单位单元中的第一单位单元可具有天线的第一集合，该天线的第一集合以高于第二频带的第三频带发射射频信号。天线单位单元中的第二天线单位单元可具有天线的第二集合，该天线的第二集合接收被外部物体反射之后的射频信号。控制电路可通过处理第二频带中的发射信号和接收信号来执行空间测距操作。

Description

具有通信和测距能力的电子设备
本专利申请要求于2018年9月28日提交的美国专利申请No.16/146,556的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线电路的电子设备。
背景技术
电子设备通常包括无线电路。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。
可能有利的是在毫米波和厘米波频率下支持无线通信和空间测距操作。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约为10GHz-300GHz的通信。在这些频率下的操作可支持高带宽，但可能带来重大挑战。例如，由天线生成的毫米波信号的特点在于在通过各种介质传播期间发生显著的衰减和/或失真。将用于执行无线通信和空间测距操作两者的天线结合到通常受空间约束的电子设备内也可能存在困难。
因此，希望能够为电子设备提供改进的无线电路，例如，支持毫米波通信和厘米波通信以及空间测距操作的电路。
发明内容
电子设备可设置有无线电路和控制电路。无线电路可使用由天线传送的毫米波信号和厘米波信号来执行无线通信操作和/或空间测距操作。
天线可在基板上按照天线单位单元阵列布置。每个天线单位单元可包括以高于10GHz的第一频带传送射频信号的第一天线和以高于第一频带的第二频带传送射频信号的第二天线。第一天线和第二天线可用于执行与外部无线装置的双向无线通信。第一天线和第二天线可为(例如)堆叠贴片天线。阵列中的每个天线单位单元中的第一天线和第二天线可共同形成相控天线阵列。
天线单位单元中的第一天线单位单元可具有天线的第一集合，该天线的第一集合以高于第二频带的第三频带发射射频信号。天线单位单元中的第二天线单位单元可具有天线的第二集合，该天线的第二集合接收被外部物体反射之后的射频信号。控制电路可通过处理第二频带内的发射信号和接收的信号来执行空间测距操作(例如，以识别设备与外部物体之间的距离)。天线的第一集合可位于第一天线单位单元的拐角处并且比第一天线单位单元中的第一天线和第二天线更靠近地。天线的第二集合可位于第二天线单位单元的拐角处并且比第二天线单位单元中的第一天线和第二天线更靠近地。第一天线单位单元和第二天线单位单元可位于阵列的相反侧。
附图说明
图1为根据一些实施方案的具有无线电路的例示性电子设备的透视图。
图2为根据一些实施方案的例示性电子设备的后透视图。
图3为根据一些实施方案的具有无线电路的例示性电子设备的示意图。
图4是根据一些实施方案的例示性收发器电路和天线的图示。
图5为根据一些实施方案的具有双端口的例示性贴片天线的透视图。
图6是根据一些实施方案的使用天线执行无线通信和空间测距操作两者的例示性电子设备的图示。
图7为根据一些实施方案的具有用于以不同频带执行无线通信和/或空间测距操作的天线的各个集合的例示性无线电路的图示。
图8是根据一些实施方案的例示性多频带天线结构的截面侧视图，该多频带天线结构具有用于执行无线通信和/或空间测距操作的协同定位的贴片天线。
图9是根据一些实施方案的例示性多频带天线结构的顶视图，该多频带天线结构具有用于执行无线通信和/或空间测距操作的协同定位的贴片天线。
图10和图11是根据一些实施方案的用于执行无线通信和/或空间测距操作的例示性天线阵列的顶视图。
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。该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(其有时被称为极高频(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介于约10GHz和30GHz之间的信号。电子设备可包括用于使用这些频率上的信号来执行无线通信和/或空间测距操作的天线。如果需要，设备10还可包含无线通信电路，其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。
电子设备10可为计算设备，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，可为较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、虚拟或增强现实头戴式设备、被嵌入在眼镜中的设备或佩戴在用户的头部上的其他装置或者其他可穿戴的或微型设备，可为电视机、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(例如，在其中具有显示器的电子装置被安装到了信息亭或汽车中的系统)、无线接入点或基站、台式计算机、键盘、游戏控制器、计算机鼠标、鼠标垫、轨迹板或触控板、实现这些设备中的两个或更多个的功能的装置或者其他电子装置。在图1的例示性配置中，设备10是便携式设备，诸如蜂窝电话、媒体播放器、平板电脑，或其他便携式计算设备。如果需要，其他构型可用于设备10。图1的示例仅为例示性的。
如图1所示，设备10可包括显示器，例如，显示器8。显示器8可安装在如外壳12的外壳中。有时可被称为壳体或壳的外壳12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可以利用一体式构型形成，在所述一体式构型中，外壳12的一部分或全部被机加工或模制成单个结构，或者可以利用多个结构(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。
显示器8可为结合了一层导电电容触摸传感器电极或其他触摸传感器部件(例如，电阻触摸传感器部件、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8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者基于其他显示器技术的显示器像素。
可使用显示器覆盖层，诸如一层透明玻璃、透光塑料、蓝宝石或其他透明电介质来保护显示器8。可在显示器覆盖层中形成开口。例如，可在显示器覆盖层中形成开口以容纳一个或多个按钮、传感器电路(诸如指纹传感器或光传感器)、端口(诸如扬声器端口或麦克风端口)等。这些开口可在外壳12中形成，以形成通信端口(例如，音频插孔端口、数字数据端口、充电端口等)。外壳12中的开口还可被形成，以用于音频部件诸如扬声器和/或麦克风。
天线可被安装在外壳12中。如果下文，可将天线中的一些(例如，可实施波束转向等的天线阵列)安装在显示器8的无效边界区域下(例如，参见图1的例示性天线位置6)。显示器8可包含具有像素阵列(例如，中心矩形部分)的有效区域。显示器8的无效区域不含像素并且可形成有效区域的边界。如果希望，天线也可通过外壳12的后部当中的或设备10中的其他位置处的电介质填充开口来操作。
为了避免在诸如人手或用户的其他身体部位等的外部物体阻挡一个或多个天线时破坏通信，可将天线安装在外壳12中的多个位置处。传感器数据，诸如接近传感器数据、实时天线阻抗测量、信号质量测量(如所接收的信号强度信息)和其他数据可用于确定一个或多个天线何时由于外壳12的取向、用户的手或其他外部物体的阻挡或其他环境因素而受到不利影响。然后，设备10可将一个或多个替换天线切换为替代正受到不利影响的天线来使用。
天线可安装在外壳12的拐角处(例如，图1的拐角位置6和/或外壳12后部的拐角位置)，沿着外壳12的周向边缘安装，安装在外壳12的后部，安装在用于在设备10的正面覆盖和保护显示器8的显示器覆盖玻璃或其他电介质显示器覆盖层的下方，安装在外壳12的背面上或外壳12的边缘上的电介质窗口的下方，或者安装在设备10中的其他地方。
图2为电子设备10的后透视图，其示出了外壳12的后部和侧面上的例示性位置6，其中天线(例如，单个天线和/或相控天线阵列)可在所述位置上安装在设备10中。天线可安装在设备10的拐角处，沿着外壳12的边缘(诸如由侧壁12E形成的边缘)安装，安装在后外壳部分(壁)12R的上部和下部上，安装在后外壳壁12R的中心处(例如，位于后外壳12R的中心处的电介质窗口结构或其他天线窗口下方)，安装在后外壳壁12R的拐角处(例如，位于外壳12和设备10的后部的左上拐角、右上拐角、左下拐角和右下拐角上)等。
在外壳12完全或几乎完全由电介质形成的配置中，天线可透过电介质的任何合适的部分来发射和接收天线信号。在外壳12由导电材料(例如，金属)形成的配置中，外壳的某些区域，诸如所述金属中的狭槽或其他开口可填充有塑料或其他电介质。天线可被安装成与开口中的电介质对齐。这些开口(有时可称为电介质天线窗口、电介质间隙，电介质填充开口、电介质填充狭槽、细长电介质开口区域等)可允许天线信号从安装在设备10内部的天线发射到外部无线装置，并且可允许内部天线从外部无线装置接收天线信号。在另一个合适的布置方式中，天线可安装在外壳12的导电部分的外部上。
在图3中示出了说明可在设备10中使用的例示性部件的示意图。如图3所示，设备10可包括存储和处理电路，例如，控制电路14。控制电路14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速存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路14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、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路等。
控制电路14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。为了支持与外部装置进行交互，控制电路14可用于实施通信协议。可使用控制电路14实施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
Figure BDA0002185046920000051
)、用于其他近程无线通信链路的协议(诸如
Figure BDA0002185046920000052
协议或其他WPAN协议)、IEEE 802.11ad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、基于天线的空间测距协议(例如，无线电检测和测距(RADAR)协议或用于以毫米波频率和厘米波频率传送的信号的其他预期距离检测协议)等。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(RAT)相关联，所述对应RAT将指定用于实施所述协议的物理连接方法。
设备10中的控制电路(例如，控制电路14)可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件执行设备10中的操作。用于执行设备10中的操作的软件代码存储在控制电路14中的非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上。软件代码有时可被称为程序指令、软件、数据、指令或代码。该非暂态计算机可读存储介质可包括如非易失性随机存取存储器(NVRAM)的非易失性存储器、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移除闪存驱动器或其他可移除介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路14的处理电路上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)、或其它处理电路。
设备10可包括输入-输出电路16。输入-输出电路16可包括输入-输出设备18。输入-输出设备18可用于允许将数据提供到设备10并允许将数据从设备10提供到外部设备。输入-输出设备18可包括用户接口设备、数据端口设备、传感器和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备可包括触摸屏、不具有触摸传感器能力的显示器、按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、光学传感器、陀螺仪、加速度计或可检测运动和相对于地球的设备取向的其他部件、电容传感器、接近传感器(例如，电容接近传感器和/或红外接近传感器)、磁性传感器以及其他传感器和输入-输出部件。
输入-输出电路16可包括用于与外部装置进行无线通信和/或用于执行空间测距操作的无线电路34。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20。例如，收发器电路20可包括全球定位系统(GPS)接收器电路22、本地无线收发器电路24、远程无线收发器电路26和/或毫米波收发器电路28。
本地无线收发器电路24可包括无线局域网(WAN)收发器电路，并且因此在本文中有时可被称为WLAN收发器电路24。WLAN收发器电路24可针对
Figure BDA0002185046920000071
(IEEE 802.11)通信处理2.4GHz频带和5GHz频带并且可处理2.4GHz
Figure BDA0002185046920000072
通信频带。
远程无线收发器电路26可包括蜂窝电话收发器电路，并且因此在本文中有时可被称为蜂窝电话收发器电路26。蜂窝电话收发器电路26可处理某些频率范围内的无线通信，例如，所述频率范围是从700MHz至960MHz的通信频带、从1710MHz至2170MHz的通信频带以及从2300MHz至2700MHz的通信频带或介于600MHz和4000MHz之间的其他通信频带或者其他合适的频率(作为示例)。蜂窝电话收发器电路26可处理语音数据和非语音数据。
毫米波收发器电路28(本文有时称为极高频(EHF)收发器电路28或毫米波收发器电路28)可支持处在介于约10GHz和300GHz之间的频率上的通信。例如，毫米波收发器电路28可支持介于约30GHz和300GHz之间的极高频(EHF)或毫米波通信频带中的和/或介于约10GHz和30GHz之间的厘米波通信频带(有时被称为超高频(SHF)频带)中的通信。例如，毫米波收发器电路28可支持以下通信频带中的通信：介于约18GHz和27GHz之间的IEEE K通信频带、介于约26.5GHz和40GHz之间的Ka通信频带、介于约12GHz和18GHz之间的Ku通信频带、介于约40GHz和75GHz之间的V通信频带、介于约75GHz和110GHz之间的W通信频带或者介于约10GHz和300GHz之间的任何其他预期频带。如果需要，毫米波收发器电路28可支持60GHz上的IEEE 802.11ad通信以及/或者介于27GHz和90GHz之间的第5代移动网络或第5代无线系统(5G)通信频带。如果需要，毫米波收发器电路28可支持介于10GHz和300GHz之间的多个频带上的通信，诸如27.5GHz至29.5GHz的第一频带、37GHz至41GHz的第二频带、57GHz至71GHz的第三频带以及/或者介于10GHz和300GHz之间的其他通信频带。毫米波传感器电路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、安装在不同基板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收发器电路28，但毫米波收发器电路28可处理介于10GHz和300GHz之间的任何预期通信频带上(例如，毫米波通信频带、厘米波通信频带等中)的通信。在本文有时描述为示例的一种合适的布置方式中，毫米波收发器电路28可包括空间测距电路(例如，毫米波空间测距电路)，其使用由天线40发射和接收的毫米波信号和/或厘米波信号来执行空间测距操作。空间测距电路可使用所述的发射信号和接收信号来检测或估计设备10与设备10周围的外部物体(例如，外壳12与设备10外部的物体，诸如用户或其他人的身体、其他设备、动物、家具、墙壁或者设备10附近的其他物体或障碍物)之间的距离。
GPS接收器电路22可接收1575MHz上的GPS信号或接收用于处理其他卫星定位数据(例如，1609MHz上的GLONASS信号)的信号。从围绕地球轨道运行的一组卫星接收用于GPS接收器电路22的卫星导航系统信号。
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)电路等。
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范围内输送数据。在2.4GHz和5GHz上的
Figure BDA0002185046920000081
链路和
Figure BDA0002185046920000082
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范围内传送数据。毫米波收发器电路28可在短距离上传送信号，所述信号跨越视线路径在发射器和接收器之间传播。为了增强毫米和厘米波通信的信号接收，可以使用相控天线阵列和波束转向技术(例如，调整阵列中每个天线的天线信号相位和/或幅值以执行波束转向的方案)。由于设备10的操作环境可以切换成不使用并且在它们的位置使用性能更高的天线，天线分集方案也可用于确保天线已经开始被阻挡或以其他方式降解。
无线电路34中的天线40可使用任何合适的天线类型形成。例如，天线40可包括具有谐振元件的天线，所述天线由堆叠的贴片天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、单极天线、偶极天线、螺旋形天线结构、八木(Yagi(Yagi-Uda))天线结构、这些设计的混合等形成。如果希望，天线40中的一个或多个天线可为背腔式天线。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，并且在形成远程无线链路天线时可使用另一种类型的天线。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)。如果希望，可以采用专用天线执行毫米和厘米波空间测距操作。天线40可包括被布置到一个或多个相控天线阵列内的用于处理毫米和厘米波通信和/或用于处理空间测距操作的天线。
传输线路径可用于在设备10内路由天线信号。例如，传输线路径可用于将天线40耦接到收发器电路20。设备10中的传输线路径(有时在本文称为传输线)可包括由同轴电缆、通过金属化通孔实现的同轴探针、微带传输线、带状线传输线、边缘耦接微带传输线、边缘耦接带状线传输线、波导结构、由这些类型的传输线的组合形成的传输线等。
如果希望，设备10中的传输线可以集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。在一种合适的布置中，设备10中的传输线还可包括集成在多层层压结构(例如，导电材料(诸如铜)层和电介质材料(诸如树脂)层，被层压在一起，而没有介入粘合剂)内的传输线导体(例如，信号和接地导体)，该多层层压结构可以在多个维度(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，多层层压结构可以折叠成特定的三维形状以围绕其他设备部件布线，并且可具有足够刚性以在折叠后保持其形状，而无需用加强片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、以及其他电路可被插入到发射线内。
在诸如手持设备的设备中，存在外部物体(诸如用户的手或桌子或设备所在的其他表面)有可能会阻挡无线信号(诸如毫米波信号)。因此，可能需要将多个天线或相控天线阵列结合到设备10中，它们的每者被放置在设备10内的不同位置处。利用此类型的布置，可将未被阻挡的天线或相控天线阵列切换为投入使用。在将相控天线阵列形成到设备10中的情形下，一旦被切换为投入使用，相控天线阵列可使用波束转向来优化无线性能。还可使用对来自设备10中的一个或多个不同位置的天线一起操作的配置。
在具有相控天线阵列的设备中，无线电路34可包括增益和相位调整电路，该增益和相位调整电路用于调整与相控天线阵列中的每个天线40相关联的信号(例如，以执行波束转向，从而使相控天线阵列的信号束射向期望的指向)。开关电路可用于将预期天线40切换为被投入使用和不被使用。如果希望，图1和图2的位置6中的每一个位置可包括多个天线40(例如，相控天线阵列中的由三个天线或者多于三个或少于三个的天线构成的集合)，并且如果希望，来自位置6中的一个位置的一个或多个天线可用于发射和接收信号，同时使用来自位置6中的另一个位置的一个或多个天线发射和接收信号。
在图4中示出了耦接到收发器电路20(例如，图3的毫米波收发器电路28)的天线40的示意图。如图4所示，射频收发器电路20可使用传输线50耦接到天线40的天线馈电部F。天线馈电部F可包括正天线馈电端子，例如，正天线馈电端子56，并可包括接地天线馈电端子，例如，接地天线馈电端子58。传输线50可由印刷电路上的金属迹线或其他导电结构形成，并且可具有正传输线信号路径(例如，耦接到正天线馈电端子56的路径52)以及接地传输线信号路径(例如，耦接到接地天线馈电端子58的路径54)。路径52在本文中有时可被称为信号导体52。路径54在本文中有时可被称为接地导体54。
设备10可包含多个天线40。天线可被一起使用或者天线中的一个天线可被切换到使用中，而其他天线(多个)被切换成不使用。如果希望，控制电路14(图3)可用于实时选择在设备10中使用的最佳天线和/或用于选择与天线40中的一个或多个天线相关联的可调整无线电路的最佳设置。天线调整可用于调谐天线，使其在所需的频率范围内执行，用相控天线阵列执行波束转向，以及以其他方式优化天线性能。传感器可结合到天线40中以实时采集用于调整天线40的传感器数据。
在一些配置中，天线40可被按照一个或多个天线阵列(例如，用于实现波束转向功能的相控天线阵列)布置。例如，用于处理毫米波无线收发器电路28的毫米波信号和厘米波信号的天线可以被实施为相控天线阵列。用于支持毫米波通信和厘米波通信的相控天线阵列中的辐射元件可为贴片天线(例如，堆叠贴片天线)、偶极天线、除了偶极天线谐振元件之外还具有导向器和反射器的偶极天线(有时称为八木天线或波束天线)或其他合适的天线元件。收发器电路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。
在一种合适的布置中，其在本文中有时被描述为示例，贴片天线结构可用于实现天线40。使用贴片天线结构实现的天线40在本文中有时可称为贴片天线。在图5中示出了例示性贴片天线。
如图5所示，天线40可具有贴片天线谐振元件60，该贴片天线谐振元件与接地平面(例如，天线接地平面64，有时在本文中称为天线地64)分离并平行。贴片天线谐振元件60可位于平面内，例如，位于图5的X-Y平面内(例如，元件60的横向表面区域可位于所述X-Y平面内)。贴片天线谐振元件60在本文中有时可称为贴片60、贴片元件60、贴片谐振元件60、天线谐振元件60或谐振元件60。天线地64可位于与贴片元件60的平面平行的平面内。因此，贴片元件60和天线地64可位于分开固定距离的单独的平行平面中。贴片元件60和天线地64可由在诸如刚性或柔性印刷电路板基板的电介质基板上图案化的导电迹线、金属箔、冲压薄片金属、电子设备外壳结构或任何其它预期导电结构形成。
可选择贴片元件60的侧边的长度，使得天线40以预期操作频率谐振(辐射)。例如，贴片元件60的侧边可各自具有大约等于由天线40传送的信号的波长(例如，给定围绕贴片元件60的材料的介电特性的有效波长)的一半的长度62。在一个合适的布置方式中，仅作为一个示例，长度62可介于0.8mm和1.2mm之间(例如，大约1.1mm)以覆盖介于57GHz和70GHz之间的毫米波频带。
图5的示例只是例示性的。贴片元件60可具有正方形形状，其中，贴片元件60的所有侧边具有相同的长度，或者可具有不同的矩形形状。贴片元件60可形成为具有任何预期数量的直边和/或曲边的其他形状。如果希望，贴片元件60和天线地64可具有不同的形状和相对取向。
为了增强天线40所处理的偏振，可为天线40提供多个馈电。如图5所示，天线40可具有：处于天线端口P1处的耦接到第一传输线路径50(例如，传输线路径50V)的第一馈电部；和处于天线端口P2处的耦接到第二传输线路径50(例如，传输线路径50H)的第二馈电部。第一天线馈电部可具有耦接到天线地64的第一接地天线馈电端子(为了清楚起见未在图5中示出)和耦接到贴片元件60的第一正天线馈电端子56(例如，正天线馈电端子56V)。第二天线馈电部可具有耦接到天线地64的第二接地天线馈电端子(为了清楚起见未在图5中示出)和耦接到贴片元件60的第二正天线馈电端子5(例如，正天线馈电端子56H)。
孔或开口(诸如开口70和开口72)可形成于天线地64中。传输线路径50V可包括垂直导体66V(例如，导电通孔、导电引脚、金属柱、焊料凸块、这些的组合或其他垂直导电互连结构)，该垂直导体穿过孔70延伸至贴片元件60上的正天线馈电端子56V。传输线路径50H可包括垂直导体66H，该垂直导体穿过孔72延伸至贴片元件60上的正天线馈电端子56H。该示例仅为例示性的，并且如果需要，可使用其他传输线结构(例如同轴电缆结构、带状传输线结构等)。
当使用与端口P1相关联的第一天线馈电部时，天线40可发射和/或接收具有第一线性偏振的射频信号(例如，与端口P1相关联的天线信号68的电场E1可具有平行于图5中的Y轴的取向)。当使用与端口P2相关联的天线馈电部时，天线40可发射和/或接收具有第二线性偏振的射频信号(例如，与端口P2相关联的天线信号68的电场E2可具有平行于图5的X轴的取向，使得与端口P1和端口P2相关联的线性偏振相互正交)。
端口P1和P2中的一个可在给定时间使用，使得天线40作为单偏振天线操作，或者两个端口可同时操作，使得天线40用其他偏振操作(例如，作为双偏振天线、圆偏振天线、椭圆偏振天线等)。如果需要，活动端口可随时间推移而变化，使得天线40可在给定时间在覆盖垂直偏振或水平偏振之间切换。端口P1和端口P2可耦接到不同的相位和幅值控制器，或者两者均可耦接到相同的相位和幅值控制器(例如，在天线40形成于相控天线阵列内的情形下)。如果需要，端口P1和P2可在给定时间以相同的相位和幅值操作(例如，当天线40用作双偏振天线时)。如果希望，在端口P1和端口P2上传送的射频信号的相位和幅值可被单独控制并随着时间的推移而变化，使得天线40表现出其他偏振(例如，圆形偏振或椭圆形偏振)。
如果不小心，则图5所示类型的天线40(诸如双偏振贴片天线)可具有不足以覆盖整个所关注的通信频带(例如，频率大于10GHz的通信频带)的带宽。如果希望，天线40可包括起着扩大天线40的带宽的作用的一个或多个寄生天线谐振元件(例如，以扩展天线40的带宽，使之覆盖整个对应的通信频带)。例如，寄生天线谐振元件可包括位于贴片元件60以上的一个或多个导电贴片。寄生天线谐振元件的长度可大于或小于贴片元件60的长度，以增添扩大天线带宽的额外谐振。如果希望，寄生天线谐振元件可具有用于阻抗匹配的十字形。
设备10可使用毫米波信号和厘米波信号(例如，使用图3的毫米波收发器电路28)执行无线通信和空间测距操作两者。图6为示出了设备10可如何执行无线通信和空间测距操作两者的图示。如图6中所示，设备10可通过无线通信链路84与外部无线装置(例如，外部设备80)以毫米波频率和厘米波频率传送射频信号。
作为示例，外部设备80可以是电子设备，诸如无线基站、无线接入点、嵌入式计算机、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，可以是较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、虚拟或增强现实头戴式设备、被嵌入在眼镜中的设备或佩戴在用户的头部上的其他装置或者其他可佩戴式或微型设备，可以是电视机、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(例如，在其中具有显示器的电子装置被安装到了信息亭或汽车中的系统)、台式计算机、键盘、游戏控制器、计算机鼠标、鼠标垫、轨迹板、触控板或触摸板。
同时，设备10可(例如，以毫米波频率或厘米波频率)发射射频信号86。设备10可接收反射的射频信号88，所述反射的射频信号是所发射射频信号86的已被从外部物体82反射开的经反射版本。设备10可处理射频信号86和射频信号88以识别设备10与外部物体82之间的距离(测距)(例如，通过将接收到射频信号88的时间与所发射的射频信号86中的时间戳进行比较等)。设备10可使用射频信号86和射频信号88执行任何期望的空间测距操作(例如，距离检测操作、外部物体检测操作、外部物体跟踪操作等)。
无线通信链路84可以是双向通信链路(例如，使用毫米波通信协议维护的通信链路)。当执行双向通信时，设备10上的毫米波收发器电路28(图3)可使用毫米波通信协议来编码无线数据，可将无线数据以毫米波频率或厘米波频率发射至外部设备80，可接收由外部设备80以毫米波频率或厘米波频率发射的无线数据，并且可使用毫米波通信协议解码所接收的无线数据。此类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。
使用图6的射频信号86和射频信号88通过毫米波收发器电路28(图3)执行的空间测距操作涉及不需要外部通信装置的单向通信。在执行空间测距操作时，毫米波收发器电路28可发射射频信号86，使得所述信号包括处于毫米波频率或厘米波频率上的脉冲序列(系列)或其他预定信号(例如，基于RADAR协议或其他距离或对象检测协议)。毫米波收发器电路28随后可等待接收已从外部物体82反射开的反射射频信号88。在接收到发射信号的经反射版本时，毫米波收发器电路28或控制电路14(图3)可将所发射的射频信号86(例如，所发射信号中的脉冲序列)与所接收的射频信号88(例如，所接收信号中的脉冲序列)进行比较以识别设备10与外部物体82之间的距离(例如，基于发射信号和接收信号之间的时间延迟和所述信号通过空气的已知传播速度，并且使用距离或对象检测协议)。所述脉冲序列可(例如)允许毫米波收发器电路28识别出任何给定接收信号是发射信号的经反射版本而不是在设备10处接收到的一些其他信号(例如，因为对于反射信号而言所述脉冲序列与发射信号的已知脉冲序列将是相同的)。
设备10可在第一低频带和/或第二低频带(例如，27.5GHz至29.5GHz的频带或37GHz至41GHz的频带)内通过无线通信链路84传送射频信号。设备10可在高频带(例如，57GHz至71GHz的频带)内发射射频信号86。如果希望，设备10还可在高频带内执行双向通信。设备10可包括用于处理无线通信链路84的天线40的第一集合(例如，相控天线阵列)。设备10可包括用于发射射频信号86的天线40的第二集合(例如，以阵列模式布置的一个或多个天线，该阵列模式可作为或可不作为相控天线阵列来操作)。设备10可包括用于接收射频信号88的天线40的第三集合(例如，以阵列模式布置的一个或多个天线，该阵列模式可作为或可不作为相控天线阵列来操作)。如果希望，可使用天线的同一集合既发射射频信号86，又接收射频信号88。
图7为示出设备10上的无线电路34可如何包括用于执行无线通信和空间测距操作的不同天线集合的示意图。如图7所示，无线电路34可包括处理第一低频带和第二低频带(例如，27.5GHz至29.5GHz的频带和37GHz至41GHz的频带)内的射频信号的天线40L的第一集合90。无线电路34还可包括处理高于第一低频带和第二低频带的高频带(例如，57GHz至71GHz的频带)内的射频信号的天线40H的第二集合92。集合90中的天线40L可通过图6的无线通信链路84来处理无线通信，而集合92中的天线40H可处理与图6的射频信号86和射频信号88相关联的空间测距操作。集合92可包括用于发射图6的射频信号86的天线的第一子集，并且可包括用于以一种合适的布置方式接收图6的射频信号88的天线的第二子集。如果希望，集合92中的相同天线40H可既发射射频信号86，又接收射频信号88。
如果希望，集合90中的天线40L可使用所选择的相位和幅值来操作以形成单个相控天线阵列(例如，在本文中，集合90有时可被称为相控天线阵列90或天线40L的相控阵列90)。集合90中的天线40L有时可统称为相控阵列天线。如果希望，集合92中的天线40L可使用所选择的相位和幅值来操作以形成单个相控天线阵列(例如，在本文中，集合92有时可被称为相控天线阵列92)。在另一个合适的布置方式中，集合92中的天线40H可发射和接收毫米波信号和厘米波信号而不作为相控天线阵列的一部分来操作。
如图7所示，集合90中的每个天线40L可通过对应的传输线50耦接到射频集成电路(RFIC)94的一个或多个端口96。集合92中的每个天线40H可通过对应的传输线50耦接到RFIC 94的一个或多个端口98。RFIC 94可包括耦接到端口98的空间测距电路(例如，用于通过一个或多个端口98发射图6的射频信号86的电路和用于通过一个或多个端口98接收图6的射频信号88的电路)。端口96可处理相对较低频率(例如，天线40L的工作频率)上的射频信号，而端口98处理相对较高频率(例如，天线40H的工作频率)上的射频信号。RFIC 94可(例如)形成图3的毫米波收发器电路28。图7的示例只是例示性的。一般来讲，可以采用任何预期数量的集成电路实施图3的毫米波收发器电路28(例如，第一集成电路可耦接到集合90并且可包括端口96，第二集成电路可耦接到集合92并且可包括端口98，多个集成电路可耦接到集合92等)。
在无线电子设备(例如，设备10)内，空间通常非常宝贵。因此，可能难以既容纳用于维持图6的无线通信链路84的天线40L的集合90，又容纳用于执行设备10内的空间测距操作的天线40H的集合92(例如，在给定与图1的外壳12相关联的形状因子约束条件等的情况下)。如果希望，集合90中的天线40L中的一个或多个天线可与集合92中的一个或多个天线40H协同定位，以更有效地利用设备10内的空间。然而，如果不小心，协同定位的天线，例如，协同定位的天线40H和天线40L可表现出不令人满意的射频性能。
图8是可表现出令人满意的射频性能的多个协同定位的天线40H和天线40L的截面侧视图。如图8所示，协同定位的天线结构100可包括多个天线40L，诸如第一天线40L-1和第二天线40L-2。协同定位的天线结构100在本文中有时可被称为天线的单位单元100或天线单位单元100。天线40L-1可覆盖第一低频带，而天线40L-2则覆盖处于比第一低频带更高的频率上的第二低频带(使得单位单元100共同覆盖第一低频带和第二低频带两者)。例如，第一低频带可以是介于27.5GHz和29.5GHz之间的频带，而第二低频带可以是介于37GHz和41GHz之间的频带。如果希望，可省略天线40L-1和40L-2中的一者(例如，使得单位单元100仅覆盖第一低频带和第二低频带中的一者)。
如图8所示，单位单元100还可包括多个天线40H，诸如第一天线40H-1和第二天线40H-2。天线40H-1和40H-2均可覆盖高频带(例如，相同的高频带，比如介于57GHz和71GHz之间的频带)。在图8的示例中，为了清楚起见，单位单元100被示为仅包括两个天线40H。通常，单位单元100可包括任何预期数量的天线40H(例如，一个天线40H、三个天线40H、四个天线40H等)。
天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和天线40L-2可各自为贴片天线，例如，图5所示的贴片天线。天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和天线40L-2可各自包括单个天线馈电部或者可均包括用于覆盖不同偏振的多个天线馈电部。如图8所示，天线40L-1可包括贴片元件60-1、使用接地迹线114形成的天线地(例如，图5的天线地64)和天线馈电部，该天线馈电部包括耦接到贴片元件60-1的正天线馈电端子56-1和耦接至接地迹线114的对应接地天线馈电端子。类似地，天线40L-2可包括贴片元件60-2、使用接地迹线114形成的天线地和天线馈电部，该天线馈电部包括耦接到贴片元件60-2的正天线馈电端子56-2和耦接至接地迹线114的对应接地天线馈电端子。天线40H-1可包括贴片元件60-3、使用接地迹线114形成的天线地和天线馈电部，该天线馈电部包括耦接到贴片元件60-2的正天线馈电端子56-3和耦接至接地迹线114的对应接地天线馈电端子。类似地，天线40H-2可包括贴片元件60-4、使用接地迹线114形成的天线地和天线馈电部，该天线馈电部包括耦接到贴片元件60-4的正天线馈电端子56-4和耦接至接地迹线114的对应接地天线馈电端子。
贴片元件60-1、贴片元件60-2、贴片元件60-3和贴片元件60-4可各自具有在图8的X-Y平面中延伸的横向表面。贴片元件60-3和贴片元件60-4可各自与接地迹线114(例如，地)隔开距离H1。距离H1可(例如)介于0.1mm和0.5mm之间，介于0.2mm和0.4mm之间，大约0.3mm，大于0.5mm，小于0.1mm，或者可以是其他距离。贴片元件60-1可与接地迹线114隔开大于距离H1的距离H2。贴片元件60-2可与贴片元件60-1隔开距离H3，并且与接地迹线114隔开距离H2+H3。这样，单位单元100中的天线40H-1和天线40H-2的贴片元件可比单位单元100中的天线40L-1和天线40L-2的贴片元件更靠近天线地(例如，接地迹线114)。其作用可在于使单位单元100中的天线40H-1/40H-2与天线40L-1/40L-2之间的干扰最小化。
单位单元100中的天线40H-1和天线40H-2的贴片元件可位于单位单元100中的天线40L-1和天线40L-2的贴片元件的下方，但不与天线40L-1和天线40L-2的贴片元件的横向轮廓重叠。这可允许天线40H-1和天线40H-2在高通信频带中传送射频信号111，而不会受到天线40L-1和天线40L-2的显著遮蔽。一个或多个寄生天线谐振元件，例如，寄生元件102(例如，导电贴片，比如十字形导电贴片)可安装在贴片元件60-2之上，并且可起着扩大天线40L-2和/或天线40L-1的带宽的作用。
图8的天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和天线40L-2可形成在电介质基板(例如，基板104)上。基板104可以是(例如)刚性或印刷电路板或其他电介质基板。基板104可包括多个电介质层106(例如，多层陶瓷或印刷电路板基板的多个层，例如，玻璃纤维填充的环氧树脂)。电介质层106可包括第一电介质层106-1、第一电介质层上方的第二电介质层106-2、第二电介质层上方的第三电介质层106-3、第三电介质层上方的第四电介质层106-4、第四电介质层上方的第五电介质层106-5和第五电介质层上方的第六电介质层106-6以及第六电介质层上方的第七电介质层106-7。如果希望，可在基板104内堆叠更少的或额外的电介质层106。
利用此类型的布置方式，天线40L-1、天线40L-2、天线40H-1和天线40H-2可被嵌入到基板104的电介质层内。例如，接地迹线114(例如，天线地)可形成在第二电介质层106-2的表面上，贴片元件60-3和贴片元件60-4可由第三电介质层106-3的表面上的导电迹线形成，贴片元件60-1可由第四电介质层106-4的表面上的导电迹线形成，贴片元件60-2可由第五电介质层106-5的表面上的导电迹线形成，并且寄生元件102可由第六电介质层106-6的表面上的导电迹线形成。贴片元件60-2的横向区域的一些或全部可与贴片元件60-1的横向轮廓(覆盖区)重叠(在X-Y平面中)。天线40L-1可以第一低频带辐射而不受天线40L-2的显著信号阻挡。
可以使用相应的传输线对天线40L-1、天线40L-2、天线40H-1和天线40H-2馈电。传输线可(例如)由电介质层106-1上的导电迹线112和接地迹线114的部分形成。导电迹线112可形成与天线40L-1、天线40L-2、天线40H-1和天线40H-2相关联的传输线的信号导体。天线40H-1的传输线可包括垂直导电通孔110-3，其从导电迹线112穿过电介质层106-2、接地迹线114中的孔和电介质层106-3延伸到贴片元件60-3上的正天线馈电端子56-3。类似地，天线40H-2的传输线可包括垂直导电通孔110-4，其从导电迹线112穿过电介质层106-2、接地迹线114中的孔和电介质层106-3延伸到贴片元件60-4上的正天线馈电端子56-4。天线40L-1的传输线可包括垂直导电通孔110-1，其从导电迹线112穿过电介质层106-2、接地迹线114中的孔、电介质层106-3和电介质层106-4延伸到贴片元件60-1上的正天线馈电端子56-1。类似地，天线40L-2的传输线可包括垂直导电通孔110-2，其从导电迹线112穿过电介质层106-2、接地迹线114中的孔、电介质层106-3、电介质层106-4、贴片元件60-1中的孔和电介质层106-5延伸到贴片元件60-2上的正天线馈电端子56-2。该示例仅为例示性的，并且如果需要，可使用其他传输线结构(例如同轴电缆结构、带状传输线结构等)。
当以此方式布置时，天线40L-1、天线40L-2、天线40H-1和天线40H-2可协同定位在同一体积内，同时在第一低频带和第二低频带以及在高频带中表现出令人满意的天线效率。如果希望，天线40H-1和天线40H-2可使用射频信号111来执行空间测距操作，而不受天线40L-1和天线40L-2的显著信号阻挡(例如，图8的射频信号111可形成图6的射频信号86和/或射频信号88)。
图8的示例只是例示性的，并且如果希望，可在单位单元100中的任何导电迹线之间插入额外电介质层106。在另一个合适的布置方式中，基板104可由单个电介质层形成(例如，天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和天线40L-2可嵌入在如经模制的塑料层的单个电介质层内)。在另一个合适的布置方式中，可省略基板104，并且天线可形成在其他基板结构上或可在没有基板的情况下形成。在图8的示例中，为了简单起见，天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和天线40L-2被示为各自仅具有单个馈电部。为了增强由单位单元100覆盖的偏振，天线40H-1、天线40H-2、天线40L-1和/或天线40L-2可以是双偏振贴片天线，其各自具有两个对应的馈电部(例如，如图5所示)。
图9是单位单元100的顶视图(例如，沿图8的箭头108的方向取得)。如图9所示，单位单元100可包括额外的天线40H，诸如天线40H-3和40H-4。天线40H-3可包括对应的贴片元件60-5，并且天线40H-4可包括对应的贴片元件60-6(例如，由图8的电介质层106-3上的导电迹线形成的贴片元件)。在图9的示例中，为了清楚起见未示出电介质基板104。
天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3、天线40H-4、天线40L-1和天线40L-2可每者协同定位在腔穴(体积)120内。腔穴120可具有由图8的接地迹线114以及导电通孔122的集合(栅栏)限定的导电壁(边缘)。导电通孔122可从接地迹线114穿过图8的基板104延伸至基板104的顶表面，并且可横向围绕单位单元100。导电通孔122可保持在地电位或参考电位上。在被天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3、天线40H-4、天线40L-1和天线40L-2覆盖的频率上，用于单位单元100的导电通孔122的栅栏可为不透明的。每个导电通孔122可与两个相邻的导电通孔170隔开一定距离(间距)，所述距离(间距)小于单位单元100的最长工作波长(例如，补偿图8的基板104的介电效应之后第一低频带中的有效波长)的约1/8。导电通孔122的栅栏可在另一种合适的布置方式中被替换为实心金属壁(例如，薄片金属壁、由导电迹线形成的壁、设备10的外壳的不可或缺的部分等)。在另一个合适的布置方式中，可省略导电通孔122，并且腔穴120可不被任何导电壁横向围绕。
天线40L-1和天线40L-2可围绕点124居中。例如，点124可位于腔穴120(单位单元100)的中心。天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4可位于腔穴120和单位单元100的相应拐角处。例如，天线40H-1可邻近贴片元件60-1和贴片元件60-2的左下拐角定位(例如，在腔穴120的左下拐角处)，天线40H-2可邻近贴片元件60-1和贴片元件60-2的右下拐角定位(例如，在腔穴120的右下拐角处)，天线40H-3可邻近贴片元件60-1和贴片元件60-2的右上拐角定位(例如，在腔穴120的右上拐角处)，并且天线40H-4可邻近贴片元件60-1和贴片元件60-2的左上拐角定位(例如，在腔穴120的左上拐角处)。以这种方式定位天线40H-1至天线40H-4可起着使(例如)天线40L-1和天线40L-2的遮蔽最小化的作用。
通过将四个天线40H-1、40H-2、40H-3和40H-4定位在单位单元100内，单位单元100中的天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4可共同覆盖单位单元100上方的基本上均匀的视野(例如，天线40H-2可覆盖天线40H-4由于由天线40L-1和40L-2的遮蔽而无法覆盖的朝单位单元100的右下的角度，天线40H-3可覆盖天线40-1由于天线40L-1和40L-2的遮蔽而无法覆盖的朝角度单位单元100的右上的角度，等等)。在单位单元100仅包括天线40L-1和天线40L-2中的一者的情况下，可省略天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4中的两者而不牺牲单位单元100的高频带中的覆盖角(例如，由于天线40L-1和天线40L-2中的单一天线可产生比天线40L-1和天线40L-2两者更少的遮蔽)。
如图9所示，贴片元件60-1可具有边缘132，并且贴片元件60-2可具有平行于正交轴线126和128之一延伸的边缘130(例如，贴片元件60-1和60-2可为矩形贴片和/或可具有矩形横向覆盖区)。在图9的示例中，贴片元件60-1具有用于阻抗匹配的十字形状(例如，可移除否则为矩形的贴片的拐角)。这仅是例示性的。如果希望，贴片元件60-2可具有十字形，并且/或者贴片元件60-1可具有完全矩形的形状。贴片元件60-1和60-2的边缘可各自与腔穴122的侧壁对齐。换句话讲，轴线126和轴线128、贴片元件60-1的边缘132和贴片元件60-2的边缘130可各自平行于腔穴120的对应的一对侧壁(例如，平行于横向围绕腔穴120的一对通孔栅栏)延伸。
天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4中的贴片元件60-3、贴片元件60-4、贴片元件60-5和贴片元件60-6可相对于贴片元件60-1的边缘132和贴片元件60-2的边缘130以非平行角度旋转。例如，贴片元件60-3、贴片元件60-4、贴片元件60-5和贴片元件60-6的边缘138可各自平行于正交轴线136和134之一延伸。轴线136和轴线134可相对于轴线126和轴线124具有处于非平行角度上的取向(例如，十度、三十度、四十五度、介于一度和四十五度之间的角度等)。单位单元100中每个天线40H的边缘138可具有平行于单位单元100中的每个其他天线40H中的边缘138的取向，或者单位单元100中的每个天线40H可设有各自的取向。一般来讲，贴片元件60-3、贴片元件60-4、贴片元件60-5和贴片元件60-6的边缘138可相对于贴片元件60-2的边缘130和贴片元件60-1的边缘132以任何预期的非平行角度延伸。换句话讲，贴片元件60-3、贴片元件60-4、贴片元件60-5和贴片元件60-6的边缘138可相对于腔穴120的侧壁(例如，相对于单位单元100中的导电通孔122的栅栏)以任何期望的非平行角度延伸。例如，以这种方式设置贴片元件60-3、贴片元件60-4、贴片元件60-5和贴片元件60-6的取向可起到使来自天线40L-1和天线40L-2的遮蔽最小化的作用，从而使单位单元100中的天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4与天线40L-1和天线40L-2之间的隔离最大化，以及为天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4提供尽可能均匀的覆盖区域。
图9的示例只是例示性的。贴片元件60-1至贴片元件60-6可具有任何预期形状。腔穴120不必具有矩形轮廓(例如，如果希望，腔穴120可具有六边形轮廓)。设备10可包括多个单位单元，例如，图9的单位单元100(例如，以使用天线40L形成相控天线阵列)。
图10是示出可以如何使用多个单位单元100形成天线40L的1xN相控天线阵列的俯视图。如图10所示，N个单位单元100(例如，第一单位单元100-1、第二单位单元100-2、第N单位单元100-N等)可被布置成单个行。每个单位单元100可包括对应的天线40L-1和天线40L-2(或在省略其中一个天线的情况下仅包括天线40L-1和天线40L-2中的一者)。总体来讲，每个单位单元100中的天线40L-1和天线40L-2可形成用于覆盖第一低频带和/或第二低频带的单个相控天线阵列90(例如，图10中的天线40L-1和天线40L-2可设有用于执行波束转向的相应相位和幅值)。相控天线阵列90可用于通过双向无线通信链路(例如，图6的无线通信链路84)来传送无线数据。
单位单元100中的一个或多个可包括天线40H的对应集合(例如，在该单位单元的相应拐角处形成的图9的天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和/或天线40H-4)。在图10的示例中，处于相控天线阵列90的相反端上的单位单元(例如，第一单位单元100-1和第N单位单元100-N)设有天线40H。单位单元100-1中的天线40H可在高频带中发送射频信号(例如，图6的射频信号86)以用于执行空间测距操作。单位单元100-N中的天线40H可在高频带中接收射频信号(例如，图6的射频信号88)以用于执行空间测距操作。因此，单位单元100-1中的天线40H有时可在本文中被称为发射天线的集合或阵列92TX(例如，发射阵列92TX)，而单位单元100中的天线40H在本文中有时被称为接收天线的集合或阵列92RX(例如，接收阵列92RX)。阵列92TX中的天线40H可设有用于执行波束转向的相应相位和幅值(例如，阵列92TX可为相控天线阵列)，或者如果希望，可不执行波束转向。类似地，阵列92RX中的天线40H可设有用于执行波束转向的相应相位和幅值(例如，阵列92RX可为相控天线阵列)，或者如果希望，可不执行波束转向。在处于尽可能远的位置上的单位单元100中形成阵列92TX和阵列92RX可起到使阵列92TX和阵列92RX之间的隔离(例如，用于执行空间测距操作的发射和接收的射频信号之间的隔离)最大化的作用。
如果希望，图10的每个单位单元100内的天线40L-1、天线40L-2和天线40H可嵌入在同一基板(例如，图8的基板104)内。导电壁(例如，导电通孔122的栅栏)可分离并电磁地隔离相邻的单位单元100。如果希望，可省略通孔122。
图10的示例只是例示性的。通常，任何预期数量的单位单元100可包括对应的天线40H阵列(例如，每个单位单元、两个单位单元、一个单位单元等)。单位单元100可以按照其他图案(例如，具有N列和M行的矩形图案、非矩形图案等)布置。图11示出了四个单位单元100被布置成具有两行和两列的矩形图案的示例。
如图11中所示，相控天线阵列90可包括来自单位单元100-1、单位单元100-2、单位单元100-3和单位单元100-4的天线40L-1和天线40L-2。单位单元100-1和单位单元100-2可被布置在第一行中，而单位单元100-3和单位单元100-4则被布置在第二行中。单位单元100-1和单位单元100-3可被布置在第一列中，而单位单元100-2和单位单元100-4则被布置在第二列中。单位单元100-1可设有天线40H的阵列92TX，而单位单元100-4则设有天线40H的阵列92RX，以最大化阵列92RX和92TX之间的隔离。图11的示例仅为例示性的。可使用其他图案。可在任何预期的单位单元中形成任何预期数量的天线40H。
天线40H(例如，图8中的天线40H-1和天线40H-2；图9中的天线40H-1、天线40H-2、天线40H-3和天线40H-4；以及/或者图10和图11的天线40H)不必用于执行空间测距操作，并且如果希望，可用于与外部无线装置(例如，通过图6的无线通信链路84与外部无线设备80)在高频带中执行双向通信。这样，电子设备10可包括天线的多个集合，以用于在相对较小的空间内使用多个毫米波频带和/或厘米波频带来执行无线通信和/或空间测距操作，而不牺牲射频性能。
根据实施方案，提供了一种电子设备，其包括：堆叠的电介质基板，其具有具有第一层、第二层、第三层和第四层，第二层插置在第一层和第三层之间，并且第三层插置在第三层和第四层之间；位于第一层上的接地迹线；包括位于第二层上的第一贴片元件和接地迹线的第一天线；包括位于第二层上的第二贴片元件和接地迹线的第二天线，第一天线和第二天线被配置为以高于10GHz的第一频带辐射；包括位于第三层上的第三贴片元件和接地迹线的第三天线，该第三天线被配置为以低于第一频带的第三频带辐射；以及包括位于第四层上的第四贴片元件和接地迹线的第四天线，第四贴片元件至少部分地与第三贴片元件重叠，并且第四天线被配置为以低于第一频带的第四频带辐射。
根据另一个实施方案，该电子设备包括第五天线和第六天线，该第五天线包括位于第二层上的第五贴片元件和接地迹线，第六天线包括位于第二层上的第六贴片元件和接地迹线，第五贴片元件和第六贴片元件被配置为以第一频带辐射。
根据另一个实施方案，电子设备包括穿过堆叠的电介质基板延伸并且横向围绕第一贴片元件、第二贴片元件、第三贴片元件、第四贴片元件、第五贴片元件和第六贴片元件的导电通孔的栅栏。
根据另一个实施方案，导电通孔的栅栏和接地迹线限定腔穴的边缘，第一天线位于腔穴的第一拐角处，第二天线位于腔穴的第二拐角处，第三天线位于腔穴的第三拐角处，并且第四天线位于腔穴的第四拐角处。
根据另一个实施方案，第三贴片元件和第四贴片元件位于腔穴的中心处。
根据另一个实施方案，第一贴片元件、第二贴片元件、第五贴片元件和第六贴片元件相对于第三贴片元件和第四贴片元件以非平行角度旋转。
根据另一个实施方案，该电子设备包括耦接至第一天线、第二天线、第三天线和第四天线的收发器电路，该收发器电路被配置为使用第一天线和第二天线以及控制电路来传送射频信号，该控制电路被配置为使用由第一天线和第二天线传送的射频信号来执行空间测距操作。
根据另一个实施方案，收发器电路被配置为使用第五天线和第六天线与外部无线装置执行双向通信。
根据另一个实施方案，电子设备包括横向围绕第一贴片元件、第二贴片元件、第三贴片元件和第四贴片元件的导电壁，导电壁和接地迹线限定用于第一天线、第二天线、第三天线和第四天线的导电腔穴。
根据另一个实施方案，第四频带高于第三频带。
根据另一个实施方案，第一频带包括介于57GHz和71GHz之间的频率，第二频带包括介于27.5GHz和29.5GHz之间的频率，并且第三频带包括介于37GHz和41GHz之间的频率。
根据另一个实施方案，堆叠的电介质基板包括第五层，第四层插置在第三层和第五层之间，并且电子设备包括位于第五层上的至少部分地与第四贴片元件重叠的寄生天线谐振元件。
根据实施方案，提供了一种电子设备，其包括：天线单位单元阵列，该天线单位单元阵列包括第一天线单位单元和第二天线单位单元，阵列中的每个天线单位单元包括被配置为以高于10GHz的第一频带辐射的相应天线；第一天线单位单元中的天线的第一集合；第二天线单位单元中的天线的第二集合，天线的第一集合和第二集合被配置为以高于第一频带的第二频带传送射频信号；以及控制电路，控制电路被配置为使用由天线的第一集合和第二集合传送的射频信号来执行空间测距操作。
根据另一个实施方案，第一天线单位单元包括被配置为以第一频带辐射的第一天线以及来自天线的第一集合的第二天线和第三天线，第二天线位于第一天线单位单元的第一拐角处，并且第三天线位于第一天线单位单元的第二拐角处。
根据另一个实施方案，第一天线包括位于天线地上方第一距离处的第一贴片元件，第二天线包括位于天线地上方小于第一距离的第二距离处的第二贴片元件，并且第三天线包括位于天线地上方的第二距离处的第三贴片元件。
根据另一个实施方案，第二贴片元件和第三贴片元件位于第一贴片元件的横向覆盖区之外。
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用天线的第一集合发射射频信号并且使用天线的第二集合接收射频信号的反射版本。
根据另一个实施方案，第一天线单位单元和第二天线单位单元位于天线单位单元阵列的相反侧上。
根据另一个实施方案，第一天线单位单元位于阵列的第一行和第一列中，第二天线单位单元位于阵列的第二行和第二列中，并且阵列包括位于阵列的第二行和第一列中的第三天线单位单元和位于阵列的第一行和第二列中的第四天线单位单元。
根据实施方案，提供了一种电子设备，其包括：被配置为以第一频带传送射频信号的相控天线阵列，该相控天线阵列包括位于第一腔穴内的第一天线辐射元件和位于第二腔穴内的第二天线辐射元件；具有位于第一腔穴的相应拐角处并被配置为以不同于第一频带的第二频带发射射频信号的天线辐射元件的天线的第一集合；具有位于第二腔穴的相应拐角处并被配置为以第二频带接收射频信号的天线辐射元件的天线的第二集合；以及被配置为基于由天线的第二集合接收的第二频带中的射频信号来执行空间测距操作的控制电路。
前述仅为例示性的，并且在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下，本领域的技术人员可作出各种修改。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：
堆叠的电介质基板，所述堆叠的电介质基板具有第一层、第二层、第三层和第四层，所述第二层插置在所述第一层和所述第三层之间，并且所述第三层插置在所述第二层和所述第四层之间；
位于所述第一层上的接地迹线；
第一天线，所述第一天线包括位于所述第二层上的第一贴片元件和所述接地迹线；
第二天线，所述第二天线包括位于所述第二层上的第二贴片元件和所述接地迹线，其中，所述第一天线和所述第二天线被配置为以高于10GHz的第一频带辐射；
第三天线，所述第三天线包括位于所述第三层上的第三贴片元件和所述接地迹线，其中，所述第三天线被配置为以低于所述第一频带的第三频带辐射；和
第四天线，所述第四天线包括位于所述第四层上的第四贴片元件和所述接地迹线，其中，所述第四贴片元件至少部分地与所述第三贴片元件重叠，并且所述第四天线被配置为以低于所述第一频带的第四频带辐射。
2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
第五天线，所述第五天线包括位于所述第二层上的第五贴片元件和所述接地迹线；和
第六天线，所述第六天线包括位于所述第二层上的第六贴片元件和所述接地迹线，其中，所述第五贴片元件和所述第六贴片元件被配置为以所述第一频带辐射。
3.根据权利要求2所述的电子设备，还包括：
导电通孔的栅栏，所述导电通孔的栅栏穿过所述堆叠的电介质基板延伸并且横向围绕所述第一贴片元件、所述第二贴片元件、所述第三贴片元件、所述第四贴片元件、所述第五贴片元件和所述第六贴片元件。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述导电通孔的栅栏和所述接地迹线限定腔穴的边缘，所述第一天线位于所述腔穴的第一拐角处，所述第二天线位于所述腔穴的第二拐角处，所述第三天线位于所述腔穴的第三拐角处，并且所述第四天线位于所述腔穴的第四拐角处。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述第三贴片元件和所述第四贴片元件位于所述腔穴的中心处。
6.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述第一贴片元件、所述第二贴片元件、所述第五贴片元件和所述第六贴片元件相对于所述第三贴片元件和所述第四贴片元件以非平行角度旋转。
7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
收发器电路，所述收发器电路耦接到所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线，其中，所述收发器电路被配置为使用所述第一天线和所述第二天线传送射频信号；和
控制电路，其中，所述控制电路被配置为使用由所述第一天线和所述第二天线传送的所述射频信号来执行空间测距操作。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述收发器电路被配置为使用所述第五天线和所述第六天线与外部无线装置执行双向通信。
9.根据权利要求1所述的电子设备，还包括横向围绕所述第一贴片元件、所述第二贴片元件、所述第三贴片元件和所述第四贴片元件的导电壁，其中，所述导电壁和所述接地迹线限定用于所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线的导电腔穴。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第四频带高于所述第三频带。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述第一频带包括介于57GHz和71GHz之间的频率，所述第二频带包括介于27.5GHz和29.5GHz之间的频率，并且所述第三频带包括介于37GHz和41GHz之间的频率。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述堆叠的电介质基板包括第五层，所述第四层插置在所述第三层和所述第五层之间，并且所述电子设备还包括：
位于所述第五层上的寄生天线谐振元件，所述寄生天线谐振元件至少部分地与所述第四贴片元件重叠。
13.一种电子设备，包括：
天线单位单元的阵列，所述天线单位单元的阵列包括第一天线单位单元和第二天线单位单元，其中，所述阵列中的每个天线单位单元包括被配置为以高于10GHz的第一频带辐射的相应天线；
所述第一天线单位单元中的天线的第一集合；
所述第二天线单位单元中的天线的第二集合，其中，所述的天线的第一集合和所述的天线的第二集合被配置为以高于所述第一频带的第二频带传送射频信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为使用由所述的天线的第一集合和所述的天线的第二集合传送的射频信号来执行空间测距操作。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述第一天线单位单元包括被配置为以第一频带辐射的第一天线以及来自所述的天线的第一集合的第二天线和第三天线，所述第二天线位于所述第一天线单位单元的第一拐角处，并且所述第三天线位于所述第一天线单位单元的第二拐角处。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中，所述第一天线包括位于天线地上方第一距离处的第一贴片元件，所述第二天线包括位于所述天线地上方小于所述第一距离的第二距离处的第二贴片元件，并且所述第三天线包括位于所述天线地上方的所述第二距离处的第三贴片元件。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中，所述第二贴片元件和所述第三贴片元件位于所述第一贴片元件的横向覆盖区之外。
17.根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述控制电路被配置为使用所述的天线的第一集合发射所述射频信号以及使用所述的天线的第二集合接收所述射频信号的反射版本。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述第一天线单位单元和所述第二天线单位单元位于所述的天线单位单元的阵列的相反侧上。
19.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述第一天线单位单元位于所述阵列的第一行和第一列中，所述第二天线单位单元位于所述阵列的第二行和第二列中，并且所述阵列还包括位于所述阵列的所述第二行和所述第一列中的第三天线单位单元以及位于所述阵列的所述第一行和所述第二列中的第四天线单位单元。
20.一种电子设备，包括：
相控天线阵列，所述相控天线阵列被配置为以第一频带传送射频信号，其中，所述相控天线阵列包括位于第一腔穴内的第一天线辐射元件和位于第二腔穴内的第二天线辐射元件；
具有天线辐射元件的天线的第一集合，所述天线辐射元件位于所述第一腔穴的相应拐角处并且被配置为以不同于所述第一频带的第二频带发射射频信号；
具有天线辐射元件的天线的第二集合，所述天线辐射元件位于所述第二腔穴的相应拐角处并且被配置为以所述第二频带接收射频信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为基于由所述的天线的第二集合接收的所述第二频带中的所述射频信号来执行空间测距操作。
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