CN111183592B - 具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备 - Google Patents

具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备 Download PDF

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Abstract

在根据本公开的一个示例中描述了一种可穿戴通信设备。设备包括用于由用户穿戴的壳和设置在壳内的天线结构。天线结构包括基底、设置在基底的第一表面上的第一天线阵列，以及设置在基底的第二表面上的第二天线阵列。天线结构还包括面向第二表面的反射壁。

Description

具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备
背景技术
虚拟现实应用允许用户变得浸入在虚拟环境中。例如，使用立体显示设备的头部安装的显示器允许用户看见并且变得浸入到任何期望的虚拟场景中。这样的虚拟现实应用还提供视觉刺激、听觉刺激并且能够跟踪用户移动以创建丰富的沉浸式体验。
附图说明
所附附图说明在本文描述的原理的各种示例并且是说明书的一部分。给出所图示的示例仅仅为了说明，并且不限制权利要求的范围。
图1是根据在本文描述的原理的示例的具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备的框图。
图2是根据在本文描述的原理的示例的具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备的图。
图3A和3B是根据在本文描述的原理的示例的天线结构的图。
图4是根据在本文描述的原理的示例的根据在本文描述的原理的示例的由用户穿戴的具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备的图。
图5是根据在本文描述的原理的示例的具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备的横截面视图。
图6是根据在本文描述的原理的示例的用户与包括具有天线阵列和反射壁的可穿戴通信设备的虚拟现实系统接洽的图。
图7是根据在本文描述的原理的示例的用户穿戴可穿戴的虚拟现实设备的图。
遍及附图，相同的附图标记指定类似的但是不一定相同的要素。图不一定按比例，并且一些部分的尺寸可以被夸大以更清楚地图示出所示出的示例。而且，附图提供按照描述的示例和/或实施方式；然而，描述不局限于在附图中提供的示例和/或实施方式。
具体实施方式
虚拟现实应用允许用户变得浸入在虚拟环境中。例如，使用立体显示设备的头部安装的显示器允许用户看见并且变得浸入到任何期望的虚拟场景中。这样的虚拟现实应用还提供视觉刺激、听觉刺激并且能够跟踪用户移动以创建丰富的沉浸式体验。在一些示例中，用户输入设备被合并到虚拟现实系统中。例如，具有各种陀螺仪和按钮的手持物检测用户移动和其他用户输入并且因此操纵虚拟环境。照此，用户能够使用输入设备来与虚拟场景交互。作为一个特定示例，触觉手套允许用户抓取虚拟场景中的物体。
同时这样的虚拟现实设备已经无容置疑地在多个行业中提供了有价值的工具以及用于用户的转移的源。一些特性妨碍它们更完整的实施。例如，在生成虚拟场景的计算设备和包括耳机的虚拟现实设备之间传递大量数据。在一些示例中，基站被安装在由用户穿戴的虚拟现实设备上，例如被安装在他们的头部上。然而，这些基站可能是笨重的并且使用户的移动笨拙。
因此，在一些情况下经由拴在虚拟现实设备和基站之间的实线电缆来传递数据。这样的实线电缆限制用户的畅通无阻的移动，这是因为他们在他们移动时受到实线电缆的尺度的限制。
无线解决方案存在；然而，它们同样容易复杂。例如，这样的虚拟现实系统传送大量数据，即，以高速率传送视频和音频数据。随着视频分辨率和刷新率随着时间的推移被增加，这将更相关。为了适应大量数据的高传送速率，使用以诸如60吉赫(GHz)之类的高频率促进数据传输的无线传输协议。然而，在这些频率的传输易于被物理障碍阻挡。例如，如果用户的身体，或用户的身体的一部分被设置在基站和虚拟现实设备天线之间的直接路径之间，则信号可能丢失，这将导致虚拟数据传输的滞后，或虚拟数据的传输的完全缺失。
因此，本说明书描述一种示例通信设备，其在信号中断的较小可能性的情况下促进增加的数据传输。具体地，通信设备包括壳。壳用于由用户例如围绕颈部来穿戴。具有两个侧边上的阵列的天线结构允许相对于天线结构的两个方向上的数据传输。壳中的反射壁保证所有数据传输在相同的基本方向上。而且，在一些情况下，这些天线结构中的多个被设置在壳内。一个天线结构在由用户穿戴时将被设置在前方并且另一个在由用户穿戴时将被设置在后侧。这些双侧边天线阵列用这种方式被放置在壳的相对侧上提高可穿戴设备和基站之间的数据传输，因此导致1)更大的数据传递，因此适应更高的带宽，以及2)数据中断的降低的可能性。
具体地，本说明书描述一种示例通信设备。通信设备包括用于由用户穿戴的壳。天线结构被设置在壳内。天线结构包括基底、设置在基底的第一表面上的第一天线阵列以及设置在基底的第二表面上的第二天线阵列。天线结构还包括面向第二表面的反射壁。
在另一示例中，通信设备包括用于由用户穿戴的壳和设置在壳内的至少两个天线结构。每个天线结构包括基底、设置在基底的第一表面上的第一天线阵列、设置在基底的第二表面上的第二天线阵列以及面向第二表面的反射壁。在该示例中，第一天线结构和第二天线结构被设置在壳的相对侧上。
本说明书还描述一种示例虚拟现实系统。虚拟现实系统包括基站来与可穿戴的虚拟现实设备进行通信。可穿戴的虚拟现实设备包括用于围绕用户的颈部穿戴的壳以及发射和接收信号的至少两个天线结构。至少两个天线阵列结构被设置在壳内并且每个均包括基底、设置在基底的第一表面上的第一天线阵列以及设置在基底的第二表面上的第二天线阵列。可穿戴的虚拟现实设备还包括面向第二表面的反射壁以1)将所接收的信号引导到第二天线阵列上，以及2)将从第二天线阵列发射的信号引导为在与从第一天线阵列发射的信号基本上相同的方向上行进。
总之，使用这样的通信设备和系统1)为在高数据速率进行大量数据的有效传输作准备；2)促进用户在穿戴虚拟现实设备时进行畅通无阻的且舒适的移动；以及3)降低数据传输中断的可能性。然而，预期到，在本文公开的设备可以解决多个技术领域中的其他问题和缺陷。
如在本说明书中并且在所附权利要求中所使用的，术语“多个”或者类似的语言意味着被宽泛地理解为包括1至无穷大的任何正数。
在以下描述中，为了解释目的，阐述多个的特定细节以便提供对本发明的系统和方法的彻底的理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明的装置、系统和方法。在说明书中对“示例”或者类似的语言的引用意指与示例结合描述的特定特征、结构或特性如所描述的那样被包括，但可以或可以不被包括在其他的示例中。
图1是根据在本文描述的原理的示例的具有天线阵列(106、108)和反射壁(110)的可穿戴通信设备(100)的框图。在该示例中，通信设备(100)与基站进行通信以为用户生成虚拟环境。例如，基站发送创建虚拟环境的数据信号。通信设备(100)接收这些信号并且将它们传递到创建虚拟环境的可视接口。信号也能够被传递到音频接口以创建用于虚拟环境的音景。通信设备(100)可以耦接到虚拟现实设备中的诸如陀螺仪之类的输入设备或诸如手动控制器之类的其他输入设备。通信设备(100)将这些信号中继回基站以便被转化成移动并且允许与虚拟环境的交互。
通信设备(100)包括用于由用户穿戴的壳(102)。在图4中描绘由用户穿戴的壳(102)的示例。壳(102)可以由诸如塑料之类的任何材料形成，并且可以具有靠着用户的皮肤更为舒适的诸如橡胶之类的其他表面。壳(102)可以是可调整的，以使得其能够适应用户的各种形状和尺寸。壳(102)可以是中空的，使得其包含特定部件。例如，天线结构(104)被设置在壳(102)内。天线结构(104)与基站进行通信。也就是说，天线结构(104)从基站接收数据信号并且向基站传送信号。
天线结构(104)可以较小，例如2.5mm厚的19乘7毫米(mm)矩形。在图3中提供天线结构(104)的尺寸和配置的示例。天线结构(104)包括具有形成在其上的多个天线阵列(106、108)的基底。具体是，第一天线阵列(106)被设置在基底的第一表面上并且第二天线阵列(108)被设置在基底的第二表面上，该第二表面与第一表面相对。也就是说，第一天线阵列(106)和第二天线阵列(108)远离着彼此。
天线结构(104)还包括面向第二表面的反射壁(110)。该反射壁(110)将所接收的信号引导到天线阵列(108)上并且将从第二天线阵列(108)发射的信号引导为在与从第一天线阵列(108)发射的信号基本上相同的方向上行进。这样的双侧边天线结构(104)和反射壁(110)增加数据传输，这是因为阵列结构(104)的两个侧边上的数据传输能够接收和发送数据信号。双侧边天线结构(104)还减少数据中断，这是因为第二表面上的阵列元件能够在第一表面可以被阻挡时允许信号传输。
图2是根据在本文描述的原理的示例的具有天线阵列(图1、106、108)和反射壁(图1、110)的可穿戴通信设备(100)的图。如上所述，通信设备(100)包括用于由用户穿戴的壳(102)。例如，壳(102)可以是用于围绕用户的颈部穿戴的U型壳(102)。
在该示例中，通信设备(100)包括设置在壳(102)内的两个天线结构(104-1、104-2)。以短划线描绘天线结构(104-1、104-2)以指示在壳(102)的内部的它们的位置。天线结构(104-1、104-2)中的每一个包括第一天线阵列(图1、106)和第二天线阵列(图1、108)。也就是说，第一天线结构(104-1)具有第一天线阵列(图1、106)和第二天线阵列(图1、108)并且第二天线结构(104-2)具有第一天线阵列(图1、106)和第二天线阵列(图1、108)。
第二天线阵列(图1、108)的指向可以是朝向彼此的。也就是说，第一天线结构(104-1)的第二天线阵列(图1、108)和第二天线结构(104-2)的第二天线阵列(图1、108)可以指向一处，如由点划线箭头所指示的。然而，在这些示例中，对应的反射壁(图1、110)将发射的信号远离用户反射。
第一天线阵列(图1、106)的指向可以是彼此远离的。也就是说，第一天线结构(104-1)的第一天线阵列(图1、106)和第二天线结构(104-2)的第一天线阵列(图1、106)的指向可以是彼此远离的，如由实线箭头所指示的。
在一些示例中，天线结构(104)被设置在壳(102)的相对侧上。更具体地，如在图4中描绘的，一个天线结构(104-1)在被穿戴时将被设置在用户的前方，并且另一个天线结构(104-2)在被穿戴时将被设置在用户的后方。进行此减少信号中断的可能性。例如，在用户移动并且前方天线结构(104-1)变得被阻挡时，后方天线结构(104-2)将可用于发射和接收数据信号。换句话说，每个天线结构(104)具有180度范围，使得天线结构(104)一起具有360度范围。
两个天线结构(104)可以进行互操作，使得当一个活跃时，另一个不被激活。也就是说，当第一天线结构(104-1)活跃时，第二天线结构(104-2)不被激活。类似地，当第二天线结构(104-2)活跃时，第一天线结构(104-1)不被激活。因此，每个天线结构(104)可以包括信号处理和监视部件，使得每个天线结构(104)能够确定其自己的信号强度并且如果信号强度降低到低于阈值，或低于另一个天线结构(104)的信号强度，则其变得不被激活来支持另一个天线结构(104)。例如，当由于用户的身体的阻挡第一天线结构(104-1)的信号强度降低到低于特定水平时，第一天线结构(104-1)无效并且第二天线结构(104-2)激活。进行此节省功率，这是因为具有降低的工作效率的天线结构(104)被断电，同时更高效地发射的天线结构(104)被供电。
尽管图2描绘设置在壳(102)内的特定位置的特定数量的天线结构(104)，但任何数量的天线结构(104)可以在任何位置被设置在壳(102)内。
图3A和3B是根据在本文描述的原理的示例的天线结构(104)的图。更具体地，图3A是第一天线阵列(图1、106)被设置在其上的天线结构(104)的基底(312)的前表面的视图，并且图3B是第二天线阵列(图1、108)被设置在其上的天线结构(104)的基底(312)的后表面的视图。
每一个天线阵列(图1，106、108)由各个阵列元件(314-1、314-2)组成。为了简化，在图3A和3B中，利用附图标记来指示一些阵列元件(314)。而且，尽管图3A和3B指示特定图案中的一定数量的阵列元件(314)，但可以在阵列结构(104)中实施任何图案中的任何数量的阵列元件(314)。如在图3A和3B中所描绘的，在阵列结构(104)的相对表面上找到阵列元件(314)，以使得能够从多个侧边发射和接收数据信号，因此增加数据传输带宽和数据传输速率，以及减少数据传输中断。
如上所述，在诸如虚拟现实系统之类的一些设定中，反复传送大量数据。因此，第一天线阵列和第二天线阵列(图1，106、108)，即它们的相应天线单元(314)接收和发射60GHz信号。然而，也可以接收其他频率的信号，诸如太赫兹信号。也可以发射不同类型的信号，诸如红外和光信号。
在一些示例中，表面中的至少一个可以包括信号处理部件(316)。信号处理部件(316)可以对天线结构(104)上的阵列(图1，106、108)执行任何数量的控制操作。例如，信号处理部件(316)可以对信号进行滤波和缩放。作为另一示例，如上所述，信号处理部件(316)可以断开天线结构(104)以支持具有更强信号的另一个天线结构(104)。
图4是根据在本文描述的原理的示例的由用户(418)穿戴的具有天线阵列(图1、106)和反射壁(图1、110)的可穿戴通信设备(100)的图。如上所述，壳(102)可以是用于围绕用户(418)的颈部穿戴的U型。而且如上所述，天线结构(104)中的每一个位于壳(102)的相对侧上。具体是，第一天线结构(图1、104-1)在被穿戴时被定位在用户(418)的前方，并且第二天线结构(104-2)在被穿戴时被定位在用户(418)的后方。
而且，如上所述，壳(102)可以包括一些柔软的表面，例如接触用户(418)皮肤的那些表面，以便在使用期间舒适。壳(102)可以被调尺寸以舒适地配合在用户(418)的颈部周围。例如，壳(102)可以具有36毫米的外径。壳(102)也可以被设计为轻型的。例如，壳(102)可以由轻型塑料形成并且可以具有2mm的厚度。
图5是根据在本文描述的原理的示例的、具有天线阵列(图1，106、108)和反射壁(110)的可穿戴通信设备(图1、100)的横截面视图。更具体地，图5是沿图4中的线A-A所截取的横截面视图。图5清楚地描绘中空的壳(102)。图5还描绘具有远离着用户(418)的第一天线阵列(图1、106)和面对用户(418)的第二天线阵列(图1、108)的天线结构(104)。
然而，如上所述，壳(102)还包括反射壁(110)。反射壁(110)执行多个功能。首先，反射壁(110)保护用户(418)免于能量吸收。也就是说，诸如在虚拟现实系统中使用的那些之类的射频信号产生电磁场，该电磁场生成可能被吸收到身体中的能量。反射壁(110)通过将所接收和发射的信号反射为远离用户(418)身体将身体从这些放射和可以从其中导致的任何可能的不良影响屏蔽。
作为另一示例，反射壁(110)增强通信设备(图1、100)和基站之间的通信模式。例如，在一些情况下，诸如用户的手之类的物体(520)可以阻挡第一天线阵列(图1、106)和基站之间的传输路径。然而，可以弯曲的反射壁(110)能够以一角度但是与来自第一天线阵列(图1、106)的信号基本上相同的方向反射从第二天线阵列(图1、108)发射的信号，以使其围绕物体(520)行走。因此，由于弯曲的反射壁(110)的效果信号能够到达基站并且因此承载信息，否则不能到达基站。换句话说，在没有反射壁(110)的情况下，来自第二天线阵列(图1、108)的辐射可能被用户(418)身体吸收并且来自第一天线阵列(图1、106)的辐射可能很可能被传输路径中的障碍(520)所阻挡。因此，反射壁(110)1)减少载波的身体吸收并且2)增加数据传输效率。
在一些示例中，反射壁(110)可以是被弯曲为形状的金属片的片材，或其可以是设置在塑料片的片材之上的反射膜。尽管对特定形式的反射壁(110)作出特定参考，但反射壁(110)可以具有各种形式。
图6是根据在本文描述的原理的示例的用户(418)与包括具有天线阵列(图1，106、108)和反射壁(图1、110)的可穿戴通信设备(图1、100)的虚拟现实系统接洽的图。系统包括可穿戴通信设备(图1、100)，该设备包括壳(102)和设置在其中的天线结构(图1、104)。该系统还包括可以距用户(418)一段距离的基站(622)。基站(622)与可穿戴的虚拟现实设备进行通信，该可穿戴的虚拟现实设备包括通信设备(图1、100)。基站(622)可以是被创建并且基于从可穿戴的虚拟现实设备接收到的信息来促进用户(418)与环境的交互的虚拟环境的源。也就是说，可穿戴的虚拟设备中的传感器(该传感器包括陀螺仪、移动传感器，以及其他类型的输入传感器)生成经由通信设备(图1、100)被传递到基站(622)的数据。该数据然后由基站(622)使用以重复与由传感器和其他输入设备检测的移动相当的数字显示。
图7是根据在本文描述的原理的示例的用户穿戴可穿戴的虚拟现实设备的图。如上所述，虚拟现实设备包括具有其壳(102)和促进数据传输的天线结构(104)的可穿戴通信设备(100)。虚拟现实设备还包括可视接口(724)。可视接口(724)生成虚拟现实的视觉显示部分。在一些示例中，可视接口(724)包括由用户(418)穿戴的虚拟现实护目镜。这些虚拟现实护目镜可以包括向所显示的现实添加维度的立体显示器。虚拟现实设备还可以包括提供用于被创建的虚拟现实环境的音景的音频接口。
总之，使用这样的通信设备和系统1)为在高数据速率进行大量数据的有效传输作准备；2)促进用户在穿戴虚拟现实设备时进行畅通无阻的且舒适的移动；以及3)降低数据传输中断的可能性。然而，预期到，在本文公开的设备可以解决多个技术领域中的其他问题和缺陷。
已经给出在前的描述以仅仅用于说明和描述所描述的原理的示例。本说明书并不意图是穷尽性的或者将这些原理限制到所公开的任何精确形式。根据以上教导，多个修改和变体是可能的。

Claims (15)

1.一种通信设备，包括：
用于由用户穿戴的壳；以及
设置在所述壳内的天线结构，所述天线结构包括：
基底；
设置在所述基底的第一表面上的第一天线阵列；
设置在所述基底的第二表面上的第二天线阵列；以及
面向所述第二表面的反射壁，其中来自所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的数据传输被引导到远离所述用户的相同方向上。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述壳用于围绕所述用户的颈部来穿戴。
3.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述壳是U型壳。
4.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述天线结构进一步包括用于控制天线阵列元件的信号处理部件。
5.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述天线结构中的所述第一天线阵列和所述第二天线阵列接收和发射60吉赫(GHz)频率信号。
6.一种通信设备，包括：
用于由用户穿戴的壳；
设置在所述壳内的至少两个天线结构，每个天线结构包括：
基底；
设置在所述基底的第一表面上的第一天线阵列；
设置在所述基底的第二表面上的第二天线阵列；以及
面向所述第二表面的反射壁，其中来自所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的数据传输被引导到远离所述用户的相同方向上；
其中，所述至少两个天线结构包括设置在所述壳的相对侧上的第一天线结构和第二天线结构；
来自所述第一天线结构的数据传输被引导为在第一方向上远离所述用户；和
来自所述第二天线结构的数据传输被引导为在第二方向上远离所述用户。
7.根据权利要求6所述的通信设备，其中：
所述第一天线结构被设置在所述壳内以便位于所述用户的前方；以及
所述第二天线结构被设置在所述壳内以便位于所述用户的后方。
8.根据权利要求6所述的通信设备，其中，所述第一天线结构的第一天线阵列和所述第二天线结构的第一天线阵列彼此远离指向。
9.根据权利要求6所述的通信设备，其中：
所述第一天线结构的第二天线阵列和所述第二天线结构的第二天线阵列朝向彼此指向；以及
每个反射壁将从对应的第二天线阵列发出的信号远离所述用户反射。
10.根据权利要求6所述的通信设备，其中：
当所述第一天线结构活跃时，所述第二天线结构不被激活；并且
当所述第一天线结构不活跃时，所述第二天线结构被激活。
11.一种虚拟现实系统，包括：
与可穿戴通信设备进行通信的基站；以及
所述可穿戴通信设备，包括：
用于围绕用户的颈部穿戴的壳；
至少两个天线结构，用于发射和接收信号，其中，所述至少两个天线结构被设置在所述壳内，每个天线结构包括：
基底；
设置在所述基底的第一表面上的第一天线阵列；
设置在所述基底的第二表面上的第二天线阵列；以及
面向所述第二表面的反射壁，用于：
将所接收的信号引导到所述第二天线阵列上；以及
将从所述第二天线阵列发射的信号引导为远离所述用户在与从所述第一天线阵列发射的信号基本上相同的方向上行进，其中来自所述至少两个天线结构中的第一天线结构的信号被引导为在第一方向上远离所述用户并且来自所述至少两个天线结构中的第二天线结构的信号被引导为在第二方向上远离所述用户。
12.根据权利要求11所述的虚拟现实系统，其中，所述虚拟现实系统进一步包括可视接口。
13.根据权利要求12所述的虚拟现实系统，其中，所述可视接口包括由用户穿戴的虚拟现实护目镜。
14.根据权利要求11所述的虚拟现实系统，进一步包括音频接口。
15.根据权利要求11所述的虚拟现实系统，其中：
所述至少两个天线结构包括设置在所述壳的相对侧上的第一天线结构和第二天线结构；
每个天线结构具有180度范围；并且
所述天线结构一起具有360度范围。
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