CN111628278B - 天线子系统及其组装和定制方法以及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了天线子系统及其组装和定制方法以及通信设备。通信设备的天线子系统具有中空部分，该中空部分包括内部开口以及限定腔的横侧和外侧。腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸。在中空部分腔的内部开口处放置的毫米波天线元件在腔中激发倏逝电磁场。在腔的外侧的金属层中形成有缝隙天线。金属接近柱具有第一部分，该第一部分被定位成与毫米波天线元件相邻并且与毫米波天线元件间隔开以耦合至倏逝电磁场并传导倏逝电磁场。金属接近柱具有第二部分，该第二部分被定位成与缝隙天线相邻并且与缝隙天线间隔开以在毫米波工作频率下耦合，使得缝隙天线能够再辐射。

Description

天线子系统及其组装和定制方法以及通信设备
技术领域
本公开内容大体涉及通信设备，并且尤其涉及配置有毫米波天线的通信设备。
背景技术
通过从第一代(1G)、第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)和最近的第五代(5G)的电信标准的演进，蜂窝通信已经扩展到多个通信频带和调制方案。5G蜂窝系统在移动设备和基站两者处连同相控阵天线一起使用毫米波频带。不容易将公知的嵌入式毫米波天线阵列装配到诸如“智能电话”的通信设备的工业设计(ID)或形状因数中。必须将嵌入式毫米波天线阵列放置在智能电话的外部边界上，以使天线阵列辐射。外边界定位需要明显的尺寸和厚度限制连同对ID的大量修改和修整，以使天线阵列集成并且实现可接受的天线性能。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种通信设备，包括：中空部分，其包括内部开口以及限定腔的横侧和外侧，所述腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；毫米波天线元件，在所述腔的内部开口处，并且所述毫米波天线元件在所述腔中激发倏逝电磁场；缝隙天线，形成在所述腔的所述外侧的金属层中；以及金属接近柱，具有：(i)第一部分，所述第一部分被定位成与所述毫米波天线元件相邻并且与所述毫米波天线元件间隔开以耦合至所述倏逝电磁场并传导所述倏逝电磁场；以及(ii)第二部分，所述第二部分被定位成与所述缝隙天线相邻并且与所述缝隙天线间隔开以在所述毫米波工作频率下耦合，使得所述缝隙天线能够再辐射。
根据本发明的方面，提供了一种天线子系统，包括：中空部分，其包括内部开口以及限定腔的横侧和外侧，所述腔的相应尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；毫米波天线元件，在中空部分的所述腔的所述内部开口处，所述毫米波天线元件在所述腔中激发倏逝电磁场；缝隙天线，形成在与所述腔的所述外侧中的孔径对准的金属层中；以及金属接近柱，具有：(i)第一部分，所述第一部分被定位成与所述毫米波天线元件相邻并且与所述毫米波天线元件间隔开以耦合至所述倏逝电磁场并传导所述倏逝电磁场；以及(ii)第二部分，所述第二部分电耦接至所述第一部分并且被定位成与所述缝隙天线相邻并且与所述缝隙天线间隔开以在所述毫米波工作频率下倏逝耦合，使得所述缝隙天线能够再辐射。
根据本发明的方面，提供了一种用于组装和定制天线子系统的方法，包括：提供中空部分，所述中空部分具有带有开口侧和外侧的腔，所述腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；将金属阶梯接近柱定位在所述中空部分的所述腔中，其中，所述金属阶梯接近柱的第一部分与所述中空部分的所述开口侧对准，所述金属阶梯接近柱的第二部分与所述中空部分的所述外侧中的孔径对准；围绕与所述金属阶梯接近柱的所述第一部分间隔开的毫米波天线元件耦接所述中空部分的所述开口侧；以及在所述中空部分的所述外侧中的孔径上耦接缝隙天线，所述缝隙天线与所述金属阶梯接近柱的所述第二部分间隔开。
根据本发明的方面，通信设备、天线子系统和方法提供了用于嵌入式毫米波天线模块的耦合和再辐射系统。耦合和再辐射系统在诸如智能电话的通信设备的工业设计(ID)的尺寸限制内实现了广角天线性能。通信设备的天线子系统具有中空部分，中空部分包括内部开口以及限定作为“下截止腔”的腔的横金属侧和外金属侧。由于腔必须紧凑，因此腔的尺寸远小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸。因此，位于腔的内部开口处的毫米波天线元件仅在下截止腔中激发倏逝电磁场。在腔的外侧的金属层中形成有缝隙天线。金属接近柱具有被定位成与毫米波天线元件相邻并且与毫米波天线元件间隔开以耦合至来自倏逝电磁场的能量并传导来自倏逝电磁场的能量的第一部分。金属接近柱具有被定位成与缝隙天线相邻并且与缝隙天线间隔开以将毫米波工作频率下的能量耦合至缝隙天线使得能够再辐射的第二部分。由于缝隙天线不通过腔模激发，而是经由垂直于缝隙的耦合柱激发，因此馈送配置是独特的并且与背腔馈送不同。结合根据本公开内容的天线子系统在电话ID的设计中提供了极大的灵活性，并且有助于适当可定制的天线解决方案。
倏逝波是这里从嵌入式毫米波天线模块的表面垂直传播的快消逝波。在电磁学中，倏逝场或倏逝波是不作为电磁波传播而其能量在空间上集中在源(振荡电荷和电流)附近的振荡电场和/或磁场。金属接近柱允许倏逝场由缝隙天线辐射。
金属接近柱的尺寸在再辐射系统的预期工作频率和带宽下提供了有效耦合。为了根据经验确定精确的所需尺寸，在一个或更多个实施方式中，金属接近柱形成有阶梯结构，阶梯结构可以在仿真设计阶段进行调谐以在选择的工作频率下实现所需的天线性能。所提出的由金属阶梯接近柱提供的耦合结构使得可以将来自电话内的天线模块的射频(RF)能量传送到电话的壳体上的辐射结构。天线子系统可以容易地集成到电话的金属壳体中，而无需对ID施加限制。在一个或更多个实施方式中，为具有多个天线元件的天线阵列提供具有相应下截止腔的多个中空部分。每个中空部分提供阵列的天线元件之间的必要隔离。天线子系统的定向性可能不如天线阵列模块。特别地，天线阵列提供波束宽度增加，这使得能够实现重要的5G毫米波球面覆盖要求。
附图说明
可以结合附图来阅读对说明性实施方式的描述。应当理解，为了说明的简单和/或清楚，在附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，元件中的一些的尺寸相对于其他元件被放大。相对于本文中呈现的附图示出并描述了结合本公开内容的教导的实施方式，在附图中：
图1是示出根据一个或更多个实施方式的包括用于毫米波天线模块的耦合和再辐射系统的通信设备的简化功能框图；
图2是根据一个或更多个实施方式的具有毫米波天线模块以及耦合和再辐射系统的天线子系统的等距分解图。
图3是根据一个或更多个实施方式的包括一个中空部分的图2的天线子系统的等距剖视图；
图4是根据一个或更多个实施方式的图2的天线子系统的侧截面图；
图5是示出根据一个或更多个实施方式的注有辐射图案的天线子系统的侧截面图。
图6是示出根据一个或更多个实施方式的由天线子系统的金属接近柱提供的倏逝场的耦合的图示；以及
图7是示出根据一个或更多个实施方式的组装和定制用于耦合和再辐射来自嵌入式毫米波天线阵列的倏逝场的天线子系统的方法的流程图。
具体实施方式
在对本公开内容的示例性实施方式的以下详细描述中，足够详细地描述了可以实践本公开内容的各个方面的特定示例性实施方式，以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解，在不背离本公开内容的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以作出逻辑、架构、程序、机械、电气和其他改变。因此，以详细描述不应被视为具有限制意义，并且本公开内容的范围由所附权利要求及其等同方案限定。在对附图的不同视图的描述中，相似元件被设置有与先前附图相似的名称和附图标记。分配给元件的特定附图标记仅为帮助描述而提供，并且不意味着暗示对所描述的实施方式的(结构或功能或其他)任何限制。应当理解，为了说明的简单和/或清楚，在附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，元件中的一些的尺寸相对于其他元件被放大。
应当理解，特定部件、设备和/或参数名称的使用，例如本文中描述的执行工具、逻辑和/或固件的特定部件、设备和/或参数名称，仅作为示例，而不意味着暗示对所描述的实施方式的任何限制。因此，可以在没有限制的情况下使用被用以描述本文中的部件、设备、参数、方法和/或功能的不同命名法和/或术语来描述实施方式。在描述实施方式的一个或更多个元件、特征或概念时对任何特定协议或专有名称的引用仅作为一种实现方式的示例，并且这样的引用不限制使所要求保护的实施方式扩展至其中利用不同元件、特征或概念名称的实施方式。因此，在给定使用术语的上下文的情况下，将给本文中所利用的每个术语最广泛的解释。
如以下进一步描述的，在处理设备和/或结构内提供在本文中描述的本公开内容的功能特征的实现方式，并且实现方式可以涉及执行以提供设备的特定功能或特定功能逻辑的硬件、固件以及若干软件级构造(例如，程序代码和/或程序指令和/或伪代码)的组合的使用。所呈现的附图示出了硬件部件以及软件和/或逻辑部件两者。
本领域普通技术人员将理解，附图中描绘的硬件部件和基本配置可以变化。说明性部件并非旨在穷举，而是代表性的以突出被利用以实现所描述的实施方式的方面的必要部件。例如，除了所描绘的硬件和/或固件之外或者代替所描绘的硬件和/或固件，可以使用其他设备/部件。所描绘的示例并不意味着暗示关于当前描述的实施方式和/或总体发明的结构或其他限制。
可以结合附图来阅读对说明性实施方式的描述。关于本文中呈现的附图示出并描述了结合本公开内容的教导的实施方式。
图1是示出结合毫米波天线子系统101的示例通信设备100的简化功能框图，毫米波天线子系统101耦合和再辐射来自毫米波天线阵列模块102的毫米(mm)波射频(RF)倏逝场能量。通信设备100可以是许多不同类型的设备中之一，包括但不限于移动蜂窝电话或智能电话、膝上型计算机、上网本、超级本、网络智能表或网络体育/运动表和/或平板计算设备或者可以包括无线通信功能的类似设备。作为支持无线通信的设备，通信设备100可以是以下之一并且也被称为：系统、设备、订户单元、订户站、移动站(MS)、移动、移动设备、远程站、远程终端、用户终端、终端、用户代理、用户设备、蜂窝电话、卫星电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)电话、无线本地环路(WLL)站、个人数字助理(PDA)、具有无线连接能力的手持设备、计算设备或者连接到无线调制解调器的其他处理设备。作为通信系统的一部分，这些各种设备均提供和/或包括支持各种无线或有线通信功能的必要的硬件和软件。通信设备100也可以是通信系统中的空中链路。通信设备100可以旨在是便携式的、手持的或固定在位置上的。这样的空中链路通信设备(100)的示例包括无线调制解调器、接入点、中继器、无线使能亭或器具、毫微微蜂窝、小覆盖区域节点和无线传感器等。
现在参照所呈现的部件的特定部件组成和相关联功能，通信设备100包括与外部空中(OTA)通信系统104进行通信的OTA通信子系统103。通信设备100提供支持与外部OTA通信系统104的OTA通信的计算和数据存储功能以及其他功能。通信设备100包括经由系统互连109彼此通信地耦接的控制器106、数据存储子系统107和输入/输出(I/O)子系统108。
OTA通信子系统103包括通信模块110，通信模块110在基带中操作以根据适用的通信协议对用于传输的数据进行编码并且对接收到的数据进行解码。OTA通信子系统103包括具有一个或更多个调制解调器112的射频(RF)前端111。调制解调器112将来自通信模块110的基带编码数据调制到载波信号上，以提供由发射器113放大的发送信号。通信设备100可以包括用于提供较宽的定向覆盖和/或支持附加的通信频带的多个天线子系统。在一个或更多个实施方式中，通信设备100可以包括一个毫米波天线子系统101。在一个或更多个实施方式中，通信设备100可以包括例如用于实现球面天线覆盖(未示出)的两个或更多个毫米波天线阵列101。在一个或更多个实施方式中，对于低于毫米波的频率，通信设备100可以不包括天线子系统。替选地，在一个或更多个实施方式中，对于低于毫米波的频率，通信设备100可以包括一个或更多个天线子系统114(未示出)。为了清楚起见，示出了仅两个天线子系统(101、114)，其中，天线子系统101支持毫米波通信，而天线子系统114支持其他较低的通信频率。
天线阵列101、114发送和接收信号。调制解调器112对来自天线阵列101、114的接收到的信号进行解调。接收到的信号被接收器115放大和滤波，将从接收到的载波信号分离出接收到的编码数据。多输入多输出(MIMO)空间分集控制116可以利用一个或更多个天线阵列101、114内的天线元件来主动地和定向地控制天线增益，以提高通信性能。天线调谐电路117调整天线阵列101、114的天线阻抗，以分别在收发器118的发射器113和接收器115的期望发送或接收频率下提高天线效率。RF前端111包括发送功率控制119，用于根据需要调整上行链路发送功率以有效地与外部OTA通信系统104进行通信。
控制器106控制通信设备100的通信、用户接口和其他功能和/或操作。这些功能和/或操作包括但不限于包括应用数据处理和信号处理。通信设备100可以使用用于应用数据处理和信号处理的硬件部件等同物。例如，通信设备100可以使用专用硬件、专用处理器、通用计算机、基于微处理器的计算机、微控制器、光学计算机、模拟计算机、专用处理器和/或专用硬连线逻辑。如本文中所使用的，术语“通信地耦接”意味着信息信号能够通过部件之间的各种互连(包括有线和/或无线链路)传输。部件之间的互连可以是包括导电传输介质的直接互连，或者可以是包括一个或更多个中间电气部件的间接互连。尽管在图1中示出了某些直接互连(互连109)，但是应当理解，可以在其他实施方式中存在更多、更少或不同的互连。
在一个或更多个实施方式中，控制器106控制OTA通信子系统103执行与外部OTA通信系统104的多个类型的OTA通信。OTA通信子系统103可以与一个或更多个个人接入网络(PAN)设备(例如经由蓝牙连接到达的智能表120)进行通信。OTA通信子系统103可以经由由WLAN节点122提供的无线局域网(WLAN)链路与一个或更多个本地网络设备进行通信。OTA通信子系统103可以与全球定位系统(GPS)卫星127进行通信以获得地理空间位置信息。WLAN节点122又连接到诸如因特网的广域网128。OTA通信子系统103还可以与具有相应基站(BS)或小区130的无线电接入网络(RAN)129进行通信。RAN 129是连接到广域网128并且提供数据和语音服务的无线广域网(WWAN)的一部分。
控制器106包括处理器子系统132，其执行程序代码以提供通信设备100的功能。处理器子系统132包括一个或更多个中央处理单元(CPU)(“数据处理器”)133。处理器子系统132可以包括数字信号处理器(DSP)134。控制器106包括系统存储器135，系统存储器135包含活跃地使用的程序代码和数据。系统存储器135可以在其中包括多个程序代码和模块，包括应用136、操作系统(OS)139、固件接口140(例如，基本输入/输出系统(BIOS)或统一可扩展固件接口(UEFI))以及平台固件141。当这些软件和/或固件模块的相应程序代码由通信设备100内的处理器子系统132或辅助处理设备执行时，这些软件和/或固件模块具有变化的功能。
数据存储子系统107提供控制器106可以访问的非易失性存储。例如，数据存储子系统107可以提供可以对被加载到系统存储器135中的应用136的大量选择。本地数据存储设备144可以包括硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器和固态驱动器(SSD)等。在一个或更多个实施方式中，可移除存储设备(RSD)145被容纳在RSD接口146中。RSD 145是可以被称为非暂态计算机可读介质的计算机可读存储设备。RSD 145是可以由控制器106访问以向通信设备100提供程序代码的计算机程序产品的示例，程序代码在由控制器106执行时提供使通信设备100能够或将通信设备100配置成执行本文中所描述的本发明的方面的功能。
输入和输出(I/O)子系统108提供输入和输出设备。I/O子系统108可以包括用于检测人何时接近通信设备100的传感器。例如，诸如摄像装置的图像捕获设备148可以检测姿势并接收/捕获其他图像数据。用户接口设备149可以呈现视觉或触觉输出以及接收用户输入。触觉/触感控件150可以提供用于物理接触例如用于盲文阅读或手动输入的接口。麦克风151接收可听输入。音频扬声器152可以提供音频输出，包括音频回放和警报。测距仪153可以发射诸如声学、红外、射频(RF)等的能量的波形，其飞行时间可以用来测量到反射物体的距离。I/O子系统108可以全部或基本上由设备壳体154包围。在一个或更多个实施方式中，I/O子系统108的部分可以作为外围设备156经由I/O控制器155连接。I/O控制器155还可以与有线本地接入网络(LAN)接口。
在一个或更多个实施方式中，图1至图5示出了通信设备100的具有嵌入式毫米波天线阵列模块102的天线子系统101，毫米波天线阵列模块102通过耦合和再辐射系统157集成在壳体154内。耦合和再辐射系统157(图2)包括抵靠嵌入式毫米波天线阵列模块102的相应毫米波天线元件161(例如贴片天线)定位的至少一个中空部分160。每个中空部分160包括接收相应毫米波天线元件161的内部开口159。每个中空部分160包括限定腔164的左横侧162a、右横侧162b和外侧163。发射器113通信地耦接至毫米波天线元件161以选择性地激发毫米波天线元件161，毫米波天线元件161又在腔164内以毫米波工作频率生成倏逝电磁场。中空部分160包括形成为金属的外侧163中的孔径的缝隙天线166。在一个或更多个实施方式中，通信设备100的外部带167附接在外侧163之上并且具有暴露缝隙天线166的开口165。外部带167可以是金属的，形成缝隙天线166的至少一部分。在一个或更多个实施方式中，中空部分具有横侧，而没有包围腔的一体的外侧(未示出)。外部带提供包围腔并且包括缝隙天线的外壁。
腔164的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸。腔164的小尺寸是出于除了天线性能之外的考虑。毫米波天线元件161在不引入(例如通过嵌入在腔164内装配的RF透射塑料(未示出))被定位在腔164中的金属接近柱168的情况下不能耦接至缝隙天线166。在一个或更多个实施方式中，金属接近柱168具有第一部分169，第一部分169被定位成与毫米波天线元件161相邻并且与毫米波天线元件161间隔开以耦合来自倏逝电磁场的能量并将其传导到第二部分170。金属接近柱168的第二部分170被定位成与缝隙天线166相邻并且与缝隙天线166间隔开以在毫米波工作频率下激发，使得缝隙天线166能够再辐射171。
图2示出了具有毫米波天线模块102以及耦合和再辐射系统157的天线子系统101。特别参照图1和图2，在一个或更多个实施方式中，毫米波天线阵列模块102包括多个毫米波天线元件161。毫米波天线模块102的每个毫米波天线元件161分别与相邻的毫米波天线元件161相等地间隔开。与相邻的毫米波天线元件161相比，发射器113以特定的相位间隔激发每个毫米波天线元件161以生成波束成形。每个毫米波天线元件161与相应的中空部分160、相应的缝隙天线166和相应的金属接近柱168组装在一起，使得缝隙天线166能够以与毫米波天线阵列模块102本身相比增加3dB波束宽度再辐射。
图3示出了中空部分160的横侧162a、162b(图4)和外侧163。中空部分160是金属的。毫米波天线元件161、腔164、金属接近柱168和缝隙天线166的相应组装组合的中空部分160通过金属的横侧162a、162b和外侧163与相邻的组装组合电磁隔离。
特别参照图4，毫米波天线阵列模块102包括壳体472，壳体472在毫米波天线元件161的相对侧上具有导电接地平面473。前端基板474经由相应的馈线475将毫米波能量馈送到毫米波天线元件161。毫米波天线元件161激发倏逝场476，该倏逝场476耦合金属接近柱168的第一部分169。第一部分169具有与横向长度“L1”和纵向长度“L2”有关的第一横向区域。金属接近柱168可以具有圆形或矩形截面。第二部分170具有与横向长度“L3”有关的第二横向区域，第二横向区域大于第一横向区域以形成金属阶梯接近柱。第二部分170的尺寸与缝隙天线166对应。第二部分170可以具有比第一部分169的纵向长度“L2”短的纵向长度“L4”。
在一个或更多个实施方式中，金属接近柱168包括第一部分169和第二部分170。第一部分169附接至第二部分170并且具有纵向长度“L2”。金属阶梯接近柱在腔164内被定成使第一部分169与毫米波天线元件161之间的距离为“D1”。第二部分170与中空部分160的外侧163中的缝隙天线166之间的纵向距离为“D2”。
图5示出了注有毫米波辐射图案500的天线子系统101，毫米波辐射图案500包括毫米波天线元件161与金属接近柱168的第一部分169之间的倏逝场耦合502。毫米波辐射图案500包括金属接近柱168的第二部分170与中空部分160的外侧163中的孔径165和缝隙天线166之间的再辐射倏逝场耦合504。毫米波辐射图案500包括来自缝隙天线166的能量的辐射作为通信上行链路506。
图6示出了根据本发明的方面的包括金属接近柱的中空部分的图604与在没有金属接近柱的情况下的中空部分的基线图602之间的图示法比较600。中空部分对于腔模谐振而言太小，因此图602示出了指示不发生耦合的散射参数(S参数)。S参数是描述当经受电信号的各种稳态刺激时线性电网络的电行为的散射矩阵或S矩阵的元素。与图602相比，图604示出了大约在28GHz的频率下出现的约-18dB的S参数。图604指示通过被定位在中空部分中的金属接近柱的耦合、传导和再辐射。耦合展示通过天线子系统101(图1)的有效天线性能。
图7是示出了组装和定制用于耦合和再辐射来自嵌入式毫米波天线阵列的在选择的工作频率下的倏逝场的天线子系统的尺寸的方法700的流程图。在一个或更多个实施方式中，方法700包括通过自动化库存系统提供具有带有开口侧和外侧的腔的中空部分，腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸(框702)。方法700包括通过自动化制造系统将金属阶梯接近柱定位在中空部分的腔中，其中，金属阶梯接近柱的第一部分与中空部分的开口侧对准，并且金属阶梯接近柱的第二部分与中空部分的外侧中的孔径对准(框704)。方法700包括围绕与金属阶梯接近柱的第一部分间隔开的毫米波天线元件定位中空部分的开口侧(框706)。方法700包括在中空部分的外侧中布置与金属阶梯接近柱的第二部分间隔开的缝隙天线(框708)。方法700包括馈送毫米波天线元件以激发毫米波工作频率下的倏逝电磁场，该倏逝电磁场耦合至金属阶梯接近柱并且由金属阶梯接近柱传导以耦合至用于再辐射的缝隙天线(框710)。然后，方法700结束。
在本文中呈现的以上流程图中的每一个中，在不背离所描述的发明的精神和范围的情况下，可以对方法的某些步骤进行组合、同时地执行或以不同的顺序执行、或者可以省略。尽管以特定次序描述和示出了方法步骤，但是使用特定次序的步骤并不意味着暗示对发明的任何限制。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以关于步骤的次序作出改变。因此，特定次序的使用不应认为具有限制意义，并且本发明的范围仅由所附权利要求限定。
如本领域技术人员应当理解的，本发明的实施方式可以体现为系统、设备和/或方法。因此，本发明的实施方式可以采取完全硬件实施方式或者结合软件和硬件实施方式的实施方式的形式，这些实施方式在本文中统称为“电路”、“模块”或“系统”。
参照根据发明的实施方式的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图在下面描述了本发明的方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器以产生机制，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或更多个框中指定的功能/动作的装置。
虽然已经参照示例性实施方式描述了发明，但是本领域技术人员将理解，在不背离发明的范围的情况下可以进行各种改变并且可以用等效形式替换示例性实施方式的要素。另外，在不背离发明的基本范围的情况下，可以作出许多修改以使发明的特定系统、设备或部件适应于发明的教导。因此，发明并不限于用于实施本发明所公开的具体实施方式，相反，发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是使用术语第一、第二等来将一个元件与另一元件区分。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制发明。如在本文中使用的，单数形式和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。还应当理解，在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
所附权利要求中的所有功能性限定的装置或步骤的相应结构、材料、动作和等同物旨在如特别要求保护的那样包括用于与其他要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了对本发明的描述，但是这并不旨在穷举或者限于以所公开的形式的发明。在不背离发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是明显的。选择和描述实施方式是为了最好地说明发明的原理和实际应用，并且使得本领域其他普通技术人员能够理解本发明以获得具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施方式。

Claims (16)

1.一种通信设备，包括：
中空部分，其包括内部开口以及限定腔的横侧和外侧，所述腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；
毫米波天线元件，在所述腔的内部开口处，并且所述毫米波天线元件在所述腔中激发倏逝电磁场；
缝隙天线，形成在所述腔的所述外侧的金属层中；以及
金属接近柱，具有：(i)第一部分，所述第一部分被定位成与所述毫米波天线元件相邻并且与所述毫米波天线元件间隔开，以耦合至所述倏逝电磁场并传导所述倏逝电磁场；以及(ii)第二部分，所述第二部分被定位成与所述缝隙天线相邻并且与所述缝隙天线间隔开，以在所述毫米波工作频率下耦合，使得所述缝隙天线能够再辐射。
2.根据权利要求1所述的通信设备，还包括毫米波发射器，所述毫米波发射器通信地耦接所述毫米波天线元件，以选择性地馈送所述毫米波天线元件以在所述腔内以所述毫米波工作频率激发所述倏逝电磁场。
3.根据权利要求2所述的通信设备，其中，所述毫米波天线元件是具有多于一个毫米波天线元件的毫米波天线模块的多个毫米波天线元件中的一个毫米波天线元件，所述毫米波天线模块的每个毫米波天线元件分别与相邻的毫米波天线元件相等地线性间隔开，与相邻的毫米波天线元件相比，所述毫米波发射器以特定的相位间隔激发每个毫米波天线元件以生成天线波束成形，每个毫米波天线元件与包括相应的缝隙天线和相应的金属接近柱的相应的腔组装，这使得所述缝隙天线能够以与所述模块本身相比增加的3dB波束宽度再辐射。
4.根据权利要求3所述的通信设备，其中，所述通信设备包括多于一个的中空部分，所述多于一个的中空部分中的每一个包括金属横侧，所述金属横侧将毫米波天线元件、腔、金属接近柱和缝隙天线的相应组装组合中的相应一个与相邻的组装组合以及其余移动设备电路电磁隔离。
5.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述金属层包括外部带，所述外部带提供包围腔并且包括缝隙天线的外壁。
6.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述毫米波天线元件包括贴片天线。
7.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述金属接近柱的所述第一部分具有第一横向区域，并且所述第二部分具有第二横向区域，所述第二横向区域大于所述第一横向区域以形成金属阶梯接近柱，并且所述第二横向区域的尺寸与所述缝隙天线对应。
8.一种天线子系统，包括：
中空部分，其包括内部开口以及限定腔的横侧和外侧，所述腔的相应尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；
毫米波天线元件，在中空部分的所述腔的所述内部开口处，所述毫米波天线元件在所述腔中激发倏逝电磁场；
缝隙天线，形成在与所述腔的所述外侧中的孔径对准的金属层中；以及
金属接近柱，具有：(i)第一部分，所述第一部分被定位成与所述毫米波天线元件相邻并且与所述毫米波天线元件间隔开以耦合至所述倏逝电磁场并传导所述倏逝电磁场；以及(ii)第二部分，所述第二部分电耦接至所述第一部分并且被定位成与所述缝隙天线相邻并且与所述缝隙天线间隔开以在所述毫米波工作频率下倏逝耦合，使得所述缝隙天线能够再辐射。
9.根据权利要求8所述的天线子系统，还包括天线馈源，所述天线馈源连接到所述毫米波天线元件并且通信地接合到通信设备的毫米波发射器，以选择性地激发所述毫米波天线元件。
10.根据权利要求9所述的天线子系统，还包括具有多于一个毫米波天线元件的毫米波天线模块，每个毫米波天线元件分别与相邻的毫米波天线元件相等地线性间隔开，其中，与相邻的毫米波天线元件相比，所述天线馈源使得所述毫米波发射器能够以特定的相位间隔激发每个毫米波天线元件以控制波束的形状和方向，每个天线元件与相应的腔、缝隙天线和金属接近柱组装，这使得所述缝隙天线能够以与所述模块本身相比增加的3dB波束宽度再辐射。
11.根据权利要求10所述的天线子系统，其中，所述天线子系统包括多于一个的中空部分，所述多于一个的中空部分中的每一个包括金属横侧，所述金属横侧将毫米波天线元件、腔、金属接近柱和缝隙天线的每个相应组装组合与相邻的组合电磁隔离。
12.根据权利要求9所述的天线子系统，其中，所述金属层包括外部带，所述外部带提供包围腔并且包括缝隙天线的外壁。
13.根据权利要求9所述的天线子系统，其中，所述毫米波天线元件包括贴片天线。
14.根据权利要求9所述的天线子系统，其中，所述金属接近柱的所述第一部分具有第一横向区域，并且所述第二部分具有第二横向区域，所述第二横向区域大于所述第一横向区域以形成金属阶梯接近柱，并且所述第二横向区域的尺寸与所述缝隙天线对应。
15.一种用于组装和定制天线子系统的方法，包括：
提供中空部分，所述中空部分具有带有开口侧和外侧的腔，所述腔的尺寸小于毫米波工作频率下腔模谐振所需的尺寸；
将金属阶梯接近柱定位在所述中空部分的所述腔中，其中，所述金属阶梯接近柱的第一部分与所述中空部分的所述开口侧对准，所述金属阶梯接近柱的第二部分与所述中空部分的所述外侧中的孔径对准；
围绕与所述金属阶梯接近柱的第一部分间隔开的毫米波天线元件耦接所述中空部分的所述开口侧；以及
在所述中空部分的所述外侧中的孔径上耦接缝隙天线，所述缝隙天线与所述金属阶梯接近柱的第二部分间隔开。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括使得所述毫米波天线元件能够以所述毫米波工作频率辐射倏逝电磁场，所述倏逝电磁场耦合至所述金属阶梯接近柱的第一部分并且由所述金属阶梯接近柱的第一部分传导至所述金属阶梯接近柱的第二部分，以倏逝耦合至所述缝隙天线并且由所述缝隙天线再辐射。
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