CN112204814A

CN112204814A - 具有镀覆在高电容率壳体材料上的天线的可穿戴设备

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Publication number: CN112204814A
Application number: CN201980035791.2A
Authority: CN
Inventors: 朱江
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: CN112204814B; EP3815180A1; US11228095B2; US20200006842A1; WO2020005477A1

Abstract

提供了用于诸如智能手表的可穿戴个人计算设备的天线。天线具有彼此电容性地耦合的第一辐射元件和第二辐射元件。第一辐射元件被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合，并且第二辐射元件被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合。天线被配置为被调谐使得来自第一辐射元件的第一调谐状态集合的调谐状态能够与来自第二辐射元件的第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成天线的复合调谐状态。可穿戴个人计算设备具有由高电容率材料制成的壳体。

Description

具有镀覆在高电容率壳体材料上的天线的可穿戴设备

相关申请的交叉引用

本申请是2018年6月29日提交的美国专利申请No.16/023,067的继续申请，其公开内容通过引用合并在本文中。

背景技术

便携式电子设备包括一个或多个天线，用于在各种通信频带中发送和接收信号。用于诸如可穿戴设备的小型电子设备的天线设计可能非常具有挑战性，因为此类设备的受到限制的形状因子。例如，虽然智能电话可能仅具有有限的空间来容纳其天线，但是具有紧凑型形状因子的智能手表必然会具有更小的空间。有限的空间通常会影响天线性能，所述天线性能可以通过辐射效率和带宽来衡量。此外，可穿戴设备的天线性能可能由于与穿戴者紧密接近而受到身体效应的严重影响，这可能导致天线的失谐、衰减和遮蔽。虽然WiFi和GPS信号的覆盖可能需要仅覆盖两个通信频带，但是LTE信号的覆盖可能需要覆盖许多通信频带，诸如在700MHz和960MHz之间的低频带LTE频率范围内、在1710MHz到2200MHz之间的中频带LTE频率范围内以及在2500MHz和2700MHz之间的高频带LTE频率范围内的各种通信频带。

发明内容

本公开提供了一种用于个人计算设备的天线，该天线包括：第一辐射元件，所述第一辐射元件被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合；电容性地耦合到第一辐射元件的第二辐射元件，第二辐射元件被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合；其中，天线被配置为被调谐使得来自第一辐射元件的第一调谐状态集合的调谐状态能够与来自第二辐射元件的第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成天线的复合调谐状态。

天线还可以包括电容性地耦合第一辐射元件和第二辐射元件的负载电容器。

天线还可以包括被定位在天线的馈电部处的阻抗调谐器，阻抗调谐器被配置为调谐第一辐射元件。

天线还可以包括将第二辐射元件连接到接地面的孔径调谐器，孔径调谐器被配置为调谐第二辐射元件。孔径调谐器可以是负载电感器。

天线可以进一步包括耦合到第一辐射元件的第三辐射元件，第三辐射元件被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合。

在天线和接地面之间的间隙可以在1mm的阈值内。

来自第一谐振频率集合的一个或多个谐振频率和来自第二谐振频率集合的一个或多个谐振频率在用于LTE信号的在700MHz与960MHz之间的频率范围内。来自第三谐振频率集合的一个或多个谐振频率在用于LTE信号的在1710MHz与2200MHz之间的频率范围内。来自第一谐振频率集合的谐振频率的一个或多个谐波或者来自第二谐振频率集合的谐振频率的一个或多个谐波是在用于LTE信号的在1710MHz与2200MHz之间的频率范围或者用于LTE信号的在2500MHz与2700MHz之间的频率范围中的至少一个。

第一辐射元件和第二辐射元件可以是镀覆在介电材料上的导电材料。

本公开还提供了一种个人计算设备，包括：壳体，所述壳体由例如介电材料制成；第一天线，所述第一天线包括：第一辐射元件，所述第一辐射元件被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合；电容性地耦合到第一辐射元件的第二辐射元件，所述第二辐射元件被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合；其中，第一天线被配置为被调谐使得来自第一辐射元件的第一调谐状态集合的调谐状态能够与来自第二辐射元件的第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成第一天线的复合调谐状态；以及其中，例如第一辐射元件和第二辐射元件包括被镀覆在壳体的一个或多个内表面上的导电材料。个人计算设备的第一天线可以由根据如上所述的发明的天线提供。

所述设备可进一步包括第二天线，所述第二天线包括：第四辐射元件，所述第四辐射元件被配置为能够调谐到在第四谐振频率集合附近操作的第四调谐状态集合，其中，来自第四谐振频率集合的一个或多个谐振频率在用于GPS信号的以1575.42MHz为中心的频率范围中、或者在用于WiFi信号的在2400MHz和2484MHz之间的频率范围中；其中，第四辐射元件例如包括被镀覆在壳体的一个或多个内表面上的导电材料。

所述设备的第一天线还可以包括用于电容性地耦合第一辐射元件和第二辐射元件的负载电容器，其中，负载电容器可以被镀覆在壳体的一个或多个内表面上。

所述设备的第一天线还可以包括被定位于第一天线的馈电部处的阻抗调谐器，所述阻抗调谐器被配置为调谐第一辐射元件，其中，阻抗调谐器可以被镀覆在所述壳体的一个或多个内表面上。

所述设备的第一天线还可以包括将第二辐射元件连接到接地面的孔径调谐器，其中孔径调谐器可以被镀覆在壳体的一个或多个内表面上。

所述设备的第一天线还可以包括耦合到第一辐射元件的第三辐射元件，第三辐射元件被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合；其中，第三辐射元件可以包括镀覆在壳体的一个或多个内表面上的导电材料。

在天线系统和接地面之间的间隙可以在1mm的阈值内。

所述设备可以是可穿戴个人计算设备。

介电材料可以是玻璃或陶瓷材料。

附图说明

图1A是根据本公开的各方面的示例性天线的简化电路图。

图1B是根据本公开的各方面的另一示例性天线的简化电路图。

图1C是根据本公开的各方面的另一示例性天线的简化电路图。

图2A至图2F是示出在根据本公开的各方面的例如天线的低频带LTE频率范围内的示例性能的曲线图。

图3是说明根据本发明的各方面的示例天线系统的框图。

图4A-4F是示出用于根据本公开的各方面的示例天线系统的在中频带和高频带LTE频率范围内以及WiFi/GPS频率范围内的示例性能系统的曲线图。

图5A-5C是示出根据本公开的各方面的示例设备的框图。

图6A-6E是示出根据本公开的各方面的响应于示例设备的身体效应的示例性能的曲线图。

图7是说明根据本公开的各方面的示例系统的框图。

具体实施方式

概述

本技术总体上涉及用于个人计算设备的天线。诸如玻璃或陶瓷的高电容率材料由于其机械耐久性和美学特征而经常被用作个人计算设备的壳体。这种材料为放置在其中的天线提供了高介电负载。例如，一种制造工艺涉及将天线辐射元件直接镀覆到陶瓷或玻璃壳体的内表面上。这意味着，放置在这种材料内的天线可以以减小的物理尺寸实现相同的电长度，但是减小的尺寸还意味着天线将具有更窄的带宽。此外，由于制造公差，可能在壳体和内部天线之间形成空气空隙。例如，另一种制造工艺涉及在塑料部件的表面上镀覆天线辐射元件，其中塑料部件被接合(诸如通过嵌件模制)到陶瓷或玻璃壳体的内表面上。因为空气的介电常数远小于玻璃/陶瓷的介电常数，所以小至0.1mm的空气空隙可能导致天线的大的频移(例如200MHz)，造成不稳定。

对于诸如智能手表的小型电子设备，天线设计可能由于此类设备的小形状因子而尤其具有挑战性。例如，由于智能手表中的有限空间，天线接地面的尺寸可以小于或与天线被设计用于接收/发射的信号的四分之一波长相当。这意味着接地面将被强烈地激励并成为天线的辐射元件的一部分。例如，对于智能手表，接地面的尺寸受智能手表的大小限制，诸如40mm(手表的长度、宽度或直径)。然而，在750MHz处的低频带LTE信号的自由空间波长是400mm。因此，40mm的接地面的尺寸小于100mm(这些750MHz信号的四分之一波长)。对于另一个例子，即使在中频带LTE频率的诸如2200MHz的高端，其中自由波长约为136mm，在该频率的四分之一波长，34mm，仍然与40mm接地面相当。

另外，在智能手表形状因子内在天线与接地面之间的间隙也可以非常小，例如约1mm，其也可能负面地影响天线性能。此外，当在可穿戴设备中采用多个天线以在不同频率范围(诸如WiFi/GPS、LTE)处接收/发送时，小的间隙可能导致在各个天线之间的不期望的耦合。小形状因子还限制了用于为天线包含调谐器的可用空间，所述调谐器可能是必需的以便实现所需的许多通信频带的覆盖，例如，主要LTE载波所需的频带可以包括在低频带LTE范围中的LTE频带B5、B8、B12、B13和B17、在中频带LTE范围中的LTE频带B2和B4以及在高频带LTE范围中的LTE频带B40、B41和B7。为了提供对许多通信频带的覆盖，可以提供一个或多个调谐器以在各种谐振频率之间调谐天线并减少失配。

此外，由于与穿戴者的身体的一部分紧密接近，可穿戴设备的天线性能可能受到身体效应的严重影响，这可能导致天线的失谐、衰减和遮蔽。

在这方面，一个示例天线具有彼此电容性地耦合的第一辐射元件和第二辐射元件。第一辐射元件被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合，并且第二辐射元件被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合。天线被配置为被调谐，使得来自第一辐射元件的第一调谐状态集合的调谐状态可以与来自第二辐射元件的第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成天线的复合调谐状态。为了在各种调谐状态之间进行选择或调谐，天线包括一个或多个调谐器。由于复合调谐状态是来自两个辐射元件的两个调谐状态的组合，因此其具有更宽的带宽。通过使用这些复合调谐状态，即使当容纳在高电容率材料内时，天线也能够稳定地提供宽的带宽。例如，第一谐振频率集合和第二谐振频率集合可以是在700MHz和960MHz之间的频率范围内，以提供低频带LTE通信频带的覆盖。因此，天线可以被实现为在诸如智能手表、智能电话、平板电脑等的多种设备的任何设备中的LTE天线。

一个或多个调谐器可以包括阻抗调谐器和/或孔径调谐器。例如，阻抗调谐器可以被配置为选择第一辐射元件的调谐状态。例如，阻抗调谐器可以被实现为定位于天线馈电部处的可变电容器。对于另一个示例，孔径调谐器可以被配置为选择第二辐射元件的调谐状态。例如，孔径调谐器可以被实现为将第二辐射元件连接到接地面的负载电感器。

在另一示例中，天线还可以包括第三辐射元件。第三辐射元件被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合。例如，当被实现为LTE天线时，第三谐振频率集合可以是在1710MHz到2200MHz之间以及2500MHz到2700MHz之间的频率范围内，以分别提供对中频带和高频带LTE通信频带的覆盖。依此方式，天线可以在对LTE通信频带的覆盖内提供更大的分集。

在另一方面，天线系统被提供为具有两个天线。例如，天线系统包括具有至少两个如上所述的辐射元件的第一天线，以及具有第四辐射元件的第二天线，所述第四辐射元件被配置为能够调谐到在第四谐振频率集合附近操作的第四调谐状态集合。例如，第四谐振频率集合可以是在用于GPS信号的以1575.42MHz为中心的频率范围内，或者在用于WiFi信号的在2400MHz和2484MHz之间的频率范围内。依此方式，天线系统可以经由第一天线提供对LTE通信频带的覆盖，并且经由第二天线提供对GPS/WiFi通信频带的覆盖。

在又一方面，为可穿戴设备提供了一种天线系统，该天线系统具有一个或多个天线。例如，可穿戴设备可以包括具有如上所述的两个天线的天线系统。所述可穿戴设备包括被配置为向可穿戴电子设备的穿戴者呈现信息的显示设备的前盖。由高电容率材料制成的壳体被附接到盖上，用于支撑包括天线系统的各种机械和/或电子部件。用于天线系统的接地面可以由可穿戴个人计算设备的金属部件形成，诸如具有屏蔽罩的电路板。后盖附接到壳体上，以在各种电子部件和穿戴者的皮肤或衣服之间提供绝缘。可选地，玻璃或其它非导电背板被附接到后盖，以在各种电子部件和穿戴者的皮肤或衣服之间提供进一步的绝缘。

如上所述的天线和天线系统提供了设备的有效操作，特别是对于具有高电容率壳体的小因子可穿戴电子设备。天线的特征通过耦合两个辐射元件的调谐状态来提供形成具有更宽的带宽的复合调谐状态。更宽的带宽提供了许多实际的优点。例如，较高的天线带宽增加了吞吐量，改善了链路预算(从发送器到接收器的增益和损耗)，并且由于天线需要较少的功率而增加了电池寿命。此外，许多商业运营商对允许使用其网络的设备设置要求，诸如总辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)。不足的天线带宽可能导致设备不满足这些要求，并且因此不能使用这些商业网络。天线系统的特征还提供了来自可穿戴电子设备中的其它组件的减少的干扰、与其它天线的减少的耦合、以及与用户的身体效应的更大的隔离。

示例系统

图1A示出了根据本公开的各方面的示例天线100A的简化电路图。天线100A可以是任何类型的天线，例如，单极天线、偶极天线、平面天线、缝隙天线、混合天线、环形天线、倒F天线等。天线100A包括多个辐射元件。辐射元件可以由多种导电材料中的任何一种制成，例如金属和合金。例如，如图所示，天线100A包括第一辐射元件110和第二辐射元件120。第一辐射元件110具有第一端112和第二端114。第二辐射元件120也具有第一端122和第二端124。第一辐射元件110和第二辐射元件120被配置为支持直接对天线100A的辐射图案有贡献的电流或场。例如，第一辐射元件110可以被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合，并且第二辐射元件120可以被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合。第一谐振频率集合可以不同于第二谐振频率集合。

第一辐射元件110的第一调谐状态集合和第二辐射元件120的第二调谐状态集合可以覆盖第一频率范围集合。例如，第一频率范围集合包括在低频带LTE频率范围中的通信频带，诸如在700MHz和960MHz之间的LTE频带(例如，如图2B和2D所示)。当第一辐射元件110和第二辐射元件120被配置为覆盖这样大量的通信频带时，足够的天线带宽对于确保覆盖是至关重要的。

在另一个示例中，第一辐射元件110的第一调谐状态集合和第二辐射元件120的第二调谐状态集合可以另外覆盖第二频率集合。在这方面，来自第一调谐状态集合的一个或多个调谐状态可以包括来自第一谐振频率集合的谐振频率的谐波。类似地，来自第二调谐状态集合的一个或多个调谐状态还可以包括来自第二谐振频率集合的谐振频率的谐波。例如，这样的谐波可以在1710MHz和2200MHz之间的频率范围内以用于中频带LTE信号，和/或在2500MHz和2700MHz之间的频率范围内以用于高频带LTE信号。

第一辐射元件110和第二辐射元件120例如通过负载电容器130电容性地耦合。如图所示，负载电容器130定位于第一辐射元件110的第二端114与第二辐射元件120的第一端122之间。例如，负载电容器130可以是平行板电容器，并且在平行板之间的空隙可以被选择为允许在两个辐射元件110、120之间的期望耦合量。对于另一个例子，负载电容器130可以是一个叉指式(interdigtal)电容器，其大小被选择为允许在两个辐射元件110、120之间的期望耦合量。负载电容器130可以被选择为使得它能够将第一辐射元件110的调谐状态与来自第二辐射元件120的调谐状态合并以形成一个或多个复合调谐状态。换句话说，每个复合调谐状态都可以被认为是“双谐振”调谐状态——在它们相应的谐振频率附近操作的两个调谐状态(“单谐振”调谐状态)的叠加。依此方式，与来自第一调谐状态集合和第二调谐状态集合的相应调谐状态相比，每个复合调谐状态可以具有更大的带宽以覆盖期望的频率范围(例如，将在图2A中所示的曲线的宽度与在图2B中所示的那些相比)。

天线100A包括一个或多个天线馈电部。例如，如图所示，天线100A包括天线馈电部140。天线馈电部140定位于第一辐射元件110的第一端112。天线馈电部140被配置成将无线电波的电流或场馈电到天线结构的其余部分，包括第一和第二辐射元件110和120，或者收集无线电波的传入电流或场，将它们转换成电流并将电流传递到一个或多个接收器。在这点上，天线馈电部140可以连接到天线控制电路(图1A中未示出，在图7中示为758)。天线控制电路(图1A中未示出，在图7中示为758)可以被配置为在天线馈电部140处对天线100A进行馈电。在一些示例(未示出)中，天线100A可由定位于天线馈电部140附近的馈电结构电容性地馈电。天线馈电部140连接到传导端口180，该传导端口180继而连接到一个或多个收发器(未示出)。

天线100A连接到接地面。例如，返回参考图1A，第二辐射元件120的第二端124连接到接地面150。在这点上，可以提供电连接152以将第二辐射元件120的第二端124短路到接地面150。接地面150是传导表面，其用作由辐射元件110和120接收和/或发送的无线电波的反射表面。此外，通过将电连接152定位在第二辐射元件120的第二端124处，其还可以充当用于天线100A的天线开口中的一个(例如，天线100A开始或结束处的边界条件)。

为了选择各种调谐状态，天线100A包括一个或多个调谐器。例如，如图所示，天线100A包括阻抗调谐器160和孔径调谐器170。阻抗调谐器160连接到天线100A，以将第一辐射元件110调谐到在第一调谐状态集合中的调谐状态之一。阻抗调谐器160还可以被配置为改变天线100A的阻抗，以便与期望的通信频带进行更好的阻抗匹配。例如，阻抗调谐器160可以将天线的阻抗匹配调谐到50欧姆。如图所示，阻抗调谐器160在天线馈电部140处、在第一辐射元件110的第一端112处实现。附加地或替换地，预匹配电路(未示出)可以连接在天线馈电部140与阻抗调谐器160之间以根据需要定制阻抗调谐器160。

孔径调谐器170连接到第二辐射元件120，以将第二辐射元件120调谐到在第二调谐状态集合中的调谐状态之一。在这点上，孔径调谐器170改变第二辐射元件120的孔径尺寸，这影响第二辐射元件120的谐振频率。如图所示，孔径调谐器170定位于第二辐射元件120的第二端124和电连接152之间。替换地，可以将孔径调谐器170定位在第二辐射元件120的内部，使得孔径调谐器170位于其中电流和/或场分布与第二辐射元件120的其它位置相比更强的位置处。孔径调谐器170可以被配置为从第二调谐状态集合中选择用于第二辐射元件120的调谐状态。

阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以被选择为使得当来自阻抗调谐器160的调谐状态与来自孔径调谐器170的调谐状态组合时，相应的谐振可以被合并以覆盖具有扩展的天线带宽的某些LTE低频带。阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以改善频率匹配、天线效率，并且即使在接地面150的尺寸与低频带LTE或中频带LTE信号的四分之一波长相当或更小(例如，40mm)并且接地面150与天线100A之间的间隙小至1mm时也能降低比吸收率。尽管在该示例中，阻抗调谐器160被配置为主要调谐第一辐射元件110，但是阻抗调谐器160也可以对第二辐射元件120具有一些调谐效果。同样，虽然在该示例中，孔径调谐器170被配置为主要调谐第二辐射元件120，但是孔径调谐器170可以对第一辐射元件110具有一些调谐效果。换句话说，阻抗调谐器160和孔径调谐器170对两个辐射元件110和120的累积调谐效应允许形成用于天线100A的复合调谐状态，其中每个这样的复合调谐状态是关于它们相应的谐振频率操作的两个调谐状态的叠加。

阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以是由天线控制电路(图1A中未示出，如图7中的758所示)控制的有源调谐器。在这方面，阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以基于诸如信号强度和用户业务的多个网络要求中的任何一个在不同的通信频带之间进行调谐。例如，阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以被配置为使得当信号强度下降到天线100A当前调谐到的LTE频带的低质量阈值以下时，阻抗调谐器160可以改变第一辐射元件110的阻抗以改变其谐振频率(改变调谐状态)，并且孔径调谐器170可以改变第二辐射元件120的孔径尺寸以改变其谐振频率(改变调谐状态)，结果，天线100A可以被调谐到不同的复合谐振频率(改变复合调谐状态)以在这个新的谐振频率附近的另一个LTE频带接收和发送信号。阻抗调谐器160和孔径调谐器170可以被配置为使得当阻抗调谐器160进行谐振频率的切换时，孔径调谐器170将相应地调整，反之亦然。

图1B是根据本公开的各方面的另一示例天线100B的简化电路图。示例天线100B包括示例天线100A的许多特征，但是具有如下进一步讨论的某些差异。例如，天线100B的阻抗调谐器被实现为可变电容器162。可变电容器162可以被配置为改变其电容，并且根据该电容，可以为第一辐射元件110从第一调谐状态集合中选择调谐状态。

对于另一个示例，天线100B的孔径调谐器被实现为负载电感器172。对于小形状因子的设备(诸如智能手表)，有限的空间通常将辐射元件的尺寸限制为短于期望的长度，在这样的情况下，负载电感器可以用作孔径调谐器。例如，如图所示，负载电感器172可以包括多个电感器元件，每个电感器元件具有不同的电感，并且根据哪个电感器元件通过开关连接，可以为第二辐射元件120选择来自第二调谐状态集合的不同调谐状态。相反，如果第二辐射元件120太长(例如，在诸如膝上型计算机的大的计算设备中)，则可以提供负载电容器来代替负载电感器172。

图1C是根据本公开的各方面的又一示例天线100C的简化电路图。示例天线100C包括示例天线100A的许多特征，但是具有如下进一步讨论的某些差异。例如，天线100C另外包括耦合到第一辐射元件110的第三辐射元件190。第三辐射元件190具有可以用作天线100C的天线开口的第一端192(例如，在天线100A开始或结束处的边界条件)和耦合到第一辐射元件110的第一端112的第二端194。

第三辐射元件190可以被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合。例如，如图所示，由于阻抗调谐器160被实现在天线馈电部140处，在第三辐射元件190的第二端194处，阻抗调谐器160可以被配置为将第三辐射元件190调谐到在第三调谐状态集合中的调谐状态之一。与被配置为配对作为覆盖相同频率范围的复合调谐状态的第一和第二调谐状态集合相比，第三调谐状态集合可以覆盖与第一和第二辐射元件110、120不同的频率范围。

例如，第三辐射元件190的第三调谐状态集合可以覆盖第二频率范围集合。例如，如上文关于在第一辐射元件110和/或第二辐射元件120的谐波频率处操作的调谐状态所描述的，第二频率范围集合可以包括中频带LTE频率范围，诸如在1710MHz到2200MHz之间的LTE频带。在这点上，第三调谐状态集合可以仅包括一个调谐状态以覆盖在1710MHz到2200MHz之间的LTE频带。对于另一示例，为了进一步增加LTE分集，第二频率范围集合还可以包括高频带LTE频率范围，诸如在2500MHz与2700MHz之间的LTE频带。在这点上，第三调谐状态集合可以包括一个附加的调谐状态，以覆盖在2500MHz和2700MHz之间的LTE频带。

在其它示例中，在第一辐射元件110和/或第二辐射元件120的调谐状态包括在第一辐射元件110和/或第二辐射元件120的谐波频率处操作的那些调谐状态，并且这些谐波频率与第三辐射元件190的第三谐振频率集合处于相同的频率范围中的情况下，第三辐射元件190的调谐状态可以与这些谐波调谐状态叠加，以提供更宽的波谷(trough)。

替代将第三辐射元件190定位成与第一辐射元件110相邻，替换地，可以将第三辐射元件190定位成与第二辐射元件120相邻。例如，第三辐射元件可以被定位成使得第一端192连接到电连接152，并且第二端194连接到孔径调谐器170。在这个替换布置中，第三辐射元件190可以被配置成由孔径调谐器170调谐。

图2A-2F示出了根据本公开的各方面的两个示例天线在低频带LTE频率范围中的示例性能。虽然图2A、2C和2E示出了具有一个辐射元件(“单谐振”)的示例天线的各种示例性能，但是图2B、2D、2E示出了具有两个辐射元件的示例天线的相应示例性能，所述两个辐射元件的相应调谐状态可以被合并成复合调谐状态(“双谐振”)，诸如天线100A、100B和100C。这样，这些曲线图被配对以示出在示例双谐振天线与示例单谐振天线之间的各种性能比较。

图2A和2B示出了当定位在介电常数dk＝10的介电材料中时两个示例天线在低频带LTE频率范围中的性能曲线图。例如，介电材料可以是玻璃材料。例如，介电材料可以是0.6mm厚。阴影区域指示在低频带LTE频率范围中的各种通信频带，诸如LTE频带B12、B17、B13、B5和B26。曲线图210和220是用于在700MHz-950MHz之间的低频带LTE频率范围的s参数的绘图。天线的s参数描述了在天线的输入和输出之间的关系。这里，所绘制的s参数为S11，它是天线的回波损耗。

参考图2A，单谐振天线被示出为在关于三个谐振频率操作的三个不同调谐状态之间调谐，所述三个谐振频率由具有三个不同波谷的三个曲线212、214、216表示。因此，三个曲线中的每一个表示单谐振天线的调谐状态。因为要覆盖的频率范围(阴影区域)比相应的波谷宽得多，所以失配损耗可能很高，例如＞7dB。在每个调谐状态关于相应谐振频率仅具有一个窄的波谷的情况下，每个调谐状态仅覆盖低频带LTE频率范围的一小部分。结果，即使具有三个调谐状态，该单谐振天线也仅覆盖了低频带LTE频率范围的一小部分。

相反，参考图2B，双谐振天线被示出为在关于两个谐振频率集合操作的由两个曲线222和224表示的两个复合调谐状态之间被调谐。因此，两个曲线中的每一个表示双谐振天线的复合调谐状态。为了选择复合调谐状态，天线可以由阻抗调谐器160和孔径调谐器170调谐。例如，如曲线222所示的复合调谐状态可以由第一辐射元件110的第一调谐状态(显示为具有在0.72GHz附近的谐振频率)和第二辐射元件120的第一调谐状态(显示为具有在0.79GHz附近的谐振频率)形成。对于另一个示例，可以根据第一辐射元件110的第二调谐状态和第二辐射元件120的第二调谐状态(两个谐振频率都在0.84GHz附近，因此不能分开地看到)来形成如曲线224所示的复合调谐状态。对于又一个示例(未示出)，可以由第一辐射元件110的第二调谐状态和第二辐射元件120的第一调谐状态形成在曲线224中示出的复合调谐状态。

因此，由两个辐射元件110、120的两个相应调谐状态形成的复合调谐状态中的每一个导致宽的波谷。因为波谷的宽度与要覆盖的频率范围相当，所以失配损耗低，例如大约1dB。此外，两个复合调谐状态充分地覆盖在低频带LTE频率范围中的所有通信频带，包括由第一波谷覆盖的LTE频带B12、B17和B13以及由第二波谷覆盖的频带B5和B26。另外，双谐振天线的较宽波谷还减少了覆盖相同通信频带所需的调谐状态的数量。例如，对于图2A中所示的单谐振天线，需要三个调谐状态(三个曲线)来覆盖LTE频带B12、B17、B13、B5和B26，而对于图2B中所示的双谐振天线，仅需要两个复合调谐状态(两个曲线)来覆盖相同的五个LTE频带。

图2C和2D示出了当定位于介电常数dk＝33的介电材料中时两个示例天线在低频带LTE频率范围中的性能曲线图。例如，介电材料可以是陶瓷材料，例如氧化锆。例如，介电材料可以是0.6mm厚。阴影区域指示在低频带LTE频率范围中的各种通信频带，诸如LTE频带B12、B17、B13、B5、B26和B8。曲线图230和240是在700MHz-950MHz之间的低频带LTE频率范围的s参数(S11)的绘图。

在图2C中，单谐振天线被示出为在关于四个谐振频率操作的四个不同调谐状态之间调谐，四个谐振频率由具有四个不同波谷的四个曲线232、234、236、238表示。将图2C与图2A比较，随着壳体材料的电容率增加，单谐振天线的失配损耗甚至更大(与阴影区域相比，波谷甚至更窄)，例如>15dB。结果，即使具有四个调谐状态，该单谐振天线也仅覆盖了低频带LTE频率范围的一小部分。

相反，在图2D中，示出了在四个复合调谐状态之间调谐的双谐振天线，这四个复合调谐状态由四个曲线242、244、246和248表示。例如，可以由第一辐射元件110的第一调谐状态(在710MHz附近的谐振频率示出)和第二辐射元件120的第一调谐状态(在750MHz附近的谐振频率示出)形成如曲线242所示的复合调谐状态。对于另一个示例，可以由第一辐射元件110的第二调谐状态(以在800MHz附近的谐振频率示出)和第二辐射元件120的第一调谐状态(以在750MHz附近的谐振频率示出)形成如曲线244所示的复合调谐状态。对于又一个例子，曲线246中所示的复合调谐状态可以由第一辐射元件110的第二调谐状态(在815MHz附近的谐振频率示出)和第二辐射元件120的第二调谐状态(在880MHz附近的谐振频率示出)形成。对于再一个示例，可以由第一辐射元件110的第三调谐状态和第二辐射元件120的第三调谐状态(这两个谐振频率都在930MHz附近，因此不能分别看到)形成曲线248所示的复合调谐状态。

因此，由两个辐射元件110、120的两个相应调谐状态形成的复合调谐状态中的每一个导致宽的波谷。因为要覆盖的频率范围与宽的波谷相当，所以失配损耗低，例如大约1dB。此外，四种复合调谐状态充分覆盖了低频带LTE频率范围内的所有通信频带，包括被第一波谷覆盖的LTE频带B12和B17，被第二波谷覆盖的B13，被第三波谷覆盖的B5和B26，以及被第四波谷覆盖的B8。

图2E和2F示出了对于定位于介电常数dk＝33的介电材料中的两个示例天线在低频带LTE频率范围中的另一性能曲线图集合。曲线图250和260是在700MHz-950MHz之间的低频带LTE频率范围的辐射效率的绘图。天线的辐射效率是传递到天线的功率相对于从天线辐射的功率的比率。因此，如图2E的曲线图250所示，单谐振天线的辐射效率在-10dB和刚好低于-11dB之间。如图2F的曲线图260所示，双谐振天线的辐射效率在刚好高于-11dB和刚好低于-12dB之间。由于给定智能手表或其它可穿戴设备的性能准则可能需要约-10dB的辐射效率，在这种情况下，双谐振天线能够提供关于该准则的辐射效率。

图3示出了根据本公开的各方面的示例天线系统300。天线系统300包括具有多个辐射元件的第一天线，例如天线100C(虚线框所示的组件)，以及第二天线310(虚线框所示的组件)。在其它示例中，第一天线也可以被实现为天线100A或100B。这里，代替电路图，简化的示意图示出了可用于天线系统300的天线100C的各种组件的示例性相对位置。例如，第一辐射元件110和第二辐射元件120被空间132物理地分离。负载电容130定位于空间132内，且电连接至第一辐射元件110及第二辐射元件120两者。尽管第三辐射元件190物理地连接到第一辐射元件110，但是天线馈电部140限定了在第一辐射元件110与第三辐射元件190之间的边界。如图所示，阻抗调谐器160设置在天线馈电部140处，而孔径调谐器170定位于电连接152处。电连接152被示出为将天线100C连接到接地面150。

第二天线310可以是任何类型的天线，例如单极天线、偶极天线、平面天线、缝隙天线、混合天线、环形天线、倒F天线等。第二天线310包括第四辐射元件312。第四辐射元件312可以由诸如金属和合金的多种导电材料中的任何一种制成。第四辐射元件312可以被配置为能够调谐到在第四谐振频率集合附近操作的第四调谐状态集合。例如，来自第四谐振频率集合的一个或多个谐振频率可以是在用于GPS信号的以1575.42MHz为中心的频率范围内，或者是在用于WiFi信号的在2400MHz和2484MHz之间的频率范围内。这样，天线系统300可以经由天线100C提供对LTE通信频带的覆盖，并且经由第二天线310提供对GPS/WiFi通信频带的覆盖。

第二天线310包括一个或多个天线馈电部。例如，如图所示，第二天线310包括天线馈电部320。在一些示例中(尽管未示出)，第二天线310可以由定位于天线馈电部320附近的馈电结构来电容性地馈电。此外，提供电连接154以将第二天线310的第四辐射元件312短路到接地面150。依此方式，在有限的空间的情况下，较大的接地面150可以被天线100C和310两者共享，而不是具有两个较小的、分立的接地面。另外，通过将电连接154定位在第四辐射元件312的端部处，电连接154还可以用作第二天线310的天线开口之一(例如，在第二天线310开始或结束处的边界条件)。另外，虽然未示出，但是第二天线310还可以包括一个或多个调谐器，诸如阻抗调谐器或孔径调谐器。

上述示例天线系统300可以以环状或弓形类型配置来实现。依此方式，天线系统300可以被容纳在诸如智能手表或智能电话的小型电子设备的外围中。这种布置不仅节省空间，而且还可以减少在外围中的天线系统300与在电子设备中心处的其它电子组件之间的干扰。例如，天线系统300的部件，诸如第一、第二、第三和第四辐射元件110、120、190、312，可以直接镀覆到壳体材料350的内表面上。壳体材料350可以是电容率材料，诸如玻璃或陶瓷。由于辐射元件110、120、190、312被镀覆到不导电壳体材料350上，所以天线100C和310的边界条件可以简单地是镀覆材料的端部。另外，如果诸如各种调谐器160、170和天线馈电部140、320的其它天线组件在z方向上被定位在辐射元件110、120、190、312的上方或下方，则所述其它天线组件也可被直接镀覆在壳体材料350上。

作为将辐射元件110、120、190、312直接镀覆到壳体材料350上的替代方案，辐射元件110、120、190、312可以镀覆到一个或多个塑料部件上，其中塑料部件接合到壳体材料350的内表面上。例如，为了更好地控制在辐射元件110、120、190、312与壳体材料350之间形成的空气空隙，塑料部件可以被嵌件模制到壳体材料350上。又例如，塑料部件可以是紧密地装配在壳体材料350内部的塑料壳体，使得辐射元件110、120、190、312可以镀覆在塑料壳体的面向壳体材料350内表面的外表面上。类似地，诸如各种调谐器160、170和天线馈电部140、320的其它天线组件也可以镀覆在塑料部件上。尽管壳体材料350被示为矩形，但是壳体可替代地为多种几何形状中的任何一种，例如，正方形、圆形、椭圆形、三角形或任何其它多边形。

图4A-4F示出了根据本公开的各方面的示例天线系统在中频带和高频带LTE频率范围以及WiFi/GPS频率范围中的示例性能。例如，这些曲线图可以表示天线系统300的示例性能。

图4A和4B示出了当定位于由介电常数dk＝10的介电材料制成的壳体中时天线系统的性能图集合。例如，介电材料可以是玻璃材料。例如，介电材料可以是0.6mm厚。在图4A中，天线100C被调谐到用于覆盖中频带LTE频率范围的调谐状态，而在图4B中，天线100C被调谐到用于覆盖高频带LTE频率范围的调谐状态。阴影区域指示在中频带和/或高频带LTE频率范围中的各种通信频带，诸如图4A的中频带LTE频率范围中的LTE频带B2和B4，或者图4B的高频带LTE频率范围中的B40、B41和B7。

在图4A中，曲线图410绘出了当天线100C被调谐到用于覆盖在1710MHz到2200MHz之间的中频带LTE频率范围的调谐状态时天线系统300的s参数(S11)。如图所示，曲线412是天线100C的s参数的绘图。例如，曲线412可以是第一辐射元件110的调谐状态(以在1.8GHz附近的谐振频率示出)和第三辐射元件190的调谐状态(以在2.05GHz附近的谐振频率示出)的叠加，其中第一辐射元件110的调谐状态在谐波频率处操作。这样，叠加的调谐状态提供了比相应的调谐状态更宽的波谷，因此提供了更大的带宽和更低的失配损耗。

曲线414是第二天线310的s参数的绘图，其示出了用于GPS信号的在1575.42MHz附近的一个波谷和用于WiFi信号的在2400MHz-2484MHz附近的一个波谷。这样，第二天线310提供GPS和WiFi频率范围的足够覆盖。曲线416是示出在天线100C和第二天线310之间的耦合效应的s参数的绘图。如图所示，在1.5-1.75GHz之间和1.95-2.45GHz之间存在高达-14dB的耦合。因此，在天线100C和第二天线310之间的天线耦合远低于-10dB(或隔离高于10dB)。这显示出比10dB隔离的准则性能更好的性能。

在图4B中，曲线图420绘制了当天线100C调谐到用于覆盖在2500MHz到2700MHz之间的高频带LTE频率范围的调谐状态时天线系统300的s参数(S11)。如图所示，曲线422是天线100C的s参数的绘图。例如，曲线422可以是第三辐射元件190的单个调谐状态。或者作为另一示例，曲线422可以是第二辐射元件120的调谐状态和第三辐射元件190的调谐状态(两个谐振频率都在2.4GHz附近，因此不是分别可见的)的叠加，其中第二辐射元件120的调谐状态在谐波频率下操作。这样，叠加的调谐状态提供了比相应的调谐状态更宽的波谷，因此提供了更大的带宽和更低的失配损耗。

曲线424是第二天线310的s参数的绘图，其具有用于GPS信号的在1575.42MHz附近的一个波谷和用于WiFi信号的在2400MHz-2484MHz附近的一个波谷。这样，第二天线310提供GPS和WiFi频率范围的足够覆盖。曲线426是示出在天线100C和第二天线310之间的耦合效应的s参数的绘图。如图所示，在1.5-1.7GHz之间有高达-16dB的耦合，在1.95-2.45GHz之间有高达-12dB的耦合。因此，在天线100C和第二天线310之间的天线耦合远低于-10dB(或隔离高于10dB)。这显示出比10dB隔离的准则性能更好的性能。

图4C和4D示出了定位于由具有介电常数dk＝10的介电材料制成的壳体中的天线系统的另一性能图集合。在图4C中，绘图430示出了天线100C的辐射效率对于在1.71GHz至2.2GHz之间的中频带LTE频率范围(阴影)在刚好低于-12dB和刚好低于-9dB之间波动，并且对于在2.5GHz至2.7GHz之间的高频带LTE频率范围(阴影)在刚好高于-14dB和-13dB之间波动。在图4D中，绘图440示出了第二天线310的辐射效率对于GPS频率范围(阴影)在刚好低于-11dB和刚好低于-10dB之间波动，并且对于WiFi频率范围(阴影)在-12dB附近波动。因此，天线100C和第二天线310C两者都提供在-10dB性能准则附近的性能。

图4E和4F示出了当定位于由介电常数dk＝33的介电材料制成的壳体内时天线系统的性能图集合。例如，介电材料可以是陶瓷材料，诸如氧化锆。例如，介电材料可以是0.6mm厚。在图4E中，绘图450示出了天线100C的辐射效率对于在1.71GHz到2.2GHz之间的中频带LTE频率范围(阴影)在刚好高于-12dB和刚好低于-9dB之间波动，并且对于在2.5GHz到2.7GHz之间的高频带LTE频率范围(阴影)在-12dB附近波动。在图4F中，绘图460示出了第二天线310的辐射效率对于GPS频率范围(阴影)在刚好高于-12dB和刚好低于-10dB之间波动，并且对于WiFi频率范围(阴影)在-11dB附近波动。因此，天线100C和第二天线310C两者都提供在-10dB性能准则附近的性能。

图5A-5C示出了根据本公开的各方面的具有天线系统的示例可穿戴设备500的各种视图。例如，如图5C所示，可穿戴设备500并入了天线系统300。例如，可穿戴设备500可以是智能手表。为了易于图示，为了清楚起见，省略了表绳、表带或其它连接机构。图5A示出了可穿戴设备500的外部的侧视图。图5B示出了可穿戴设备500的横截面的侧视图。图5C示出了可穿戴设备500的另一横截面的顶视图。

如图5A和5B所示，可穿戴设备500具有前盖510以使得能够查看显示器并与显示器交互。例如，显示器可以是屏幕或触摸屏，并且盖可以是玻璃或其它合适的材料。前盖510具有被配置为面向用户的第一表面和与第一表面相对的第二表面。壳体520具有例如沿着其第二表面附接到前盖510的第一侧，以向可穿戴设备500的各种电子和/或机械部件提供支撑和保护。例如，如图5B的横截面图所示，在壳体520内部的各种电子和/或机械部件可包括天线系统300(从该视图中，仅天线100C的第二辐射元件120、电连接件152和孔径调谐器170；以及第二天线310的第四辐射元件312是可见的)、触觉电机521、电池522和具有屏蔽罩552的电路板550(其可用作天线100C和/或第二天线310的接地面)。壳体520可以由多种介电材料中的任何一种制成。例如，介电材料可以是玻璃(例如康宁、NEG)或陶瓷材料(例如氧化锆或氧化铝)。为了机械强度和耐久性，壳体可以是0.5mm-1mm厚。

远离前盖510，后盖530附接到壳体520的第二侧。特别地，后盖530的第一表面附接到壳体520的第二侧。后盖530可以由非金属材料制成，诸如陶瓷、玻璃、塑料或其组合，以在可穿戴设备500的各种电子部件与穿戴者的皮肤之间提供进一步的绝缘。这样，后盖530可以减少身体效应，诸如由于穿戴者的皮肤而引起的天线100C和310的失谐、衰减和遮蔽。替换地，后盖530可以由金属材料制成。在这点上，后盖530可以设置有到具有屏蔽罩552的电路板550的连接，从而与天线110C和/或第二天线310共享接地。与例如将天线系统300配置在可穿戴设备500的腕带中相比，后盖530还可以提供天线系统300与穿戴者的皮肤的更大的分离。

另外，背板540被示出为附接到后盖530的第二表面，远离壳体520。背板540被配置为在可穿戴设备500的各种电子部件和穿戴者的皮肤之间提供进一步的绝缘。背板540可以由多种材料中的任何一种制成，例如玻璃、陶瓷、塑料或其组合。与单独具有后盖530相比，后盖530和背板540的组合可以提供天线系统300与穿戴者的皮肤更大的分离。这种组合进一步减少了身体效应，诸如由于穿戴者的皮肤而引起的天线100C和310的失谐、衰减和遮蔽。

参考图5C，其示出了可穿戴设备500的另一横截面的顶视图，第一辐射元件110、第二辐射元件120、第三辐射元件190和第四辐射元件312可以是直接镀覆到壳体520的一个或多个内表面上的导电材料。如上文关于图3所述的，作为替代方案，导电材料可镀覆在嵌件模制到壳体520的内表面上的塑料部件上。依此方式，可以减少来自容纳在可穿戴设备500的中心附近的其它部件的干扰。天线100C和/或第二天线310的接地面可以使用定位于壳体520内部的元件来实现。例如，天线100C和310两者的接地面可以是具有屏蔽罩552的电路板550(诸如PCB)。如图所示，电连接152和154分别将天线100C和310连接到具有屏蔽罩552的电路板550。图5C中的顶视图还示出了在壳体520内部的各种电子和/或机械组件，包括触觉电机521、电池522、扬声器523、麦克风524以及一个或多个传感器525。

可穿戴设备500可以是诸如智能手表的多个可穿戴个人计算设备中的任何一个，并且可以由于设备类型而具有特定的大小要求。例如，智能手表应当舒适地穿戴在手腕上，能够承受一些冲击，具有足够大的屏幕以用于显示文本和简单图形，并且在内部具有足够的空间以用于各种机械和电子部件，包括足够大以不需要非常频繁的再充电的电池。例如，前盖510可以具有20-50mm的长度(x方向)和/或宽度(y方向)，以及0.5-1mm的高度/厚度(z方向)。壳体520可以具有与前盖510的长度和/或宽度相似的长度和/或宽度，并且具有5-10mm的高度。后盖530可以具有与壳体520的长度和/或宽度相似的长度和/或宽度，并且具有1-5mm的高度。背板540可以具有等于或小于后盖530的长度和/或宽度的长度和/或宽度，并且具有1-3mm的高度。尽管可穿戴设备500的每个外表面均显示为具有大致圆角的矩形，但可穿戴设备500的外表面也可以是多种几何形状中的任何一种，例如正方形、圆形、椭圆形、三角形或任何其它多边形，并且具有与上述类似的大小要求。

由于壳体520的大小受电子设备的总尺寸的限制，天线100C和310的大小也类似地受限制。例如，天线100C的第一、第二和第三辐射元件可以分别具有1mm-5mm的宽度(x或y方向)、10-50mm的长度(x或y方向)和1mm-5mm的高度(z方向)。对于另一示例，第二天线310可以具有1mm-5mm的宽度(y方向)、10mm-50mm的长度(x方向)和1mm-5mm的高度(z方向)。可选地，如果塑料部件用于镀覆辐射元件(诸如通过嵌件模制到壳体520上)，则塑料部件可以具有在0.5mm附近的厚度。

如上用作天线100C和310的接地面150的具有屏蔽罩552的电路板550的尺寸也受到壳体520的大小的限制。例如，电路板550和屏蔽罩552可以均具有15-45mm的宽度和/或长度(x或y方向)。如图5B和5C所示，在天线100C的第二辐射元件120与电路板550和/或屏蔽罩552之间的间隙d1可以是0.8-2mm，在天线100C的第三辐射元件190与电路板550和/或屏蔽罩552之间的间隙距离d2可以是0.8-2mm。在天线100C的第一辐射元件110或第二辐射元件120与电路板550和/或屏蔽罩552之间的间隙距离d3可以是0.8-2mm。类似地，在第二天线310的第四辐射元件312与电路板550和/或屏蔽罩552之间的间隙距离d4也可以是0.8-2mm。

图6A-6E示出了根据本公开的各方面的示例可穿戴的关于身体效应的示例性能。例如，曲线图可以表示可穿戴设备500的示例性能。例如，这些曲线图可表示定位于由介电常数dk＝10的介电材料制成的壳体内的天线系统300的示例性能。例如，介电材料可以是0.6mm厚。

图6A示出曲线图610，其为天线100C在700MHz至2700MHz之间的整个LTE频率范围的s参数(S11)的绘图。曲线612示出了当可穿戴设备500处于自由空间中(未被穿戴)时天线100C的s参数，曲线614示出了当可穿戴设备500被宽松地穿戴在皮肤上时天线100C的s参数，曲线616示出了当可穿戴设备500被紧密地穿戴在皮肤上时天线100C的s参数。因此，这些曲线示出了天线100C的s参数非常轻微地受皮肤的接近程度影响(波谷保持在相同的谐振频率附近)，这意味着皮肤的失谐影响非常低。

图6B示出曲线图620，其是第二天线310在700MHz到2700MHz之间的整个LTE频率范围的s参数(S11)的绘图。曲线622示出了当可穿戴设备500处于自由空间中(未被穿戴)时第二天线310的s参数，曲线624示出了当可穿戴设备500被宽松地穿戴在皮肤上时第二天线310的s参数，曲线626示出了当可穿戴设备500被紧密地穿戴在皮肤上时第二天线310的s参数。因此，这些曲线示出了第二天线310的s参数也非常轻微地受皮肤的接近程度影响(波谷保持在相同的谐振频率附近)，这意味着皮肤的失谐影响也非常低。

图6C和6D示出了曲线图630和640，其是天线100C在700MHz到2700MHz之间的大部分LTE频率范围的辐射效率的绘图。曲线632和642示出了当可穿戴设备500处于自由空间(未被穿戴)中时天线100C的辐射效率，曲线634和644示出了当可穿戴设备500被宽松地穿戴在皮肤上时天线100C的辐射效率，并且曲线636和646示出了当可穿戴设备500被紧密地穿戴在皮肤上时天线100C的辐射效率。因此，这些曲线示出了天线100C的辐射效率轻微地受皮肤的接近程度影响，这意味着皮肤的衰减效应非常低。

图6E示出了曲线图650，其是第二天线310针对GPS(在1575.42MHz附近)和WiFi(在2400MHz到2484MHz附近)频率范围的辐射效率的绘图。曲线652示出了当可穿戴设备500处于自由空间(未被穿戴)中时第二天线310的辐射效率，曲线654示出了当可穿戴设备500被宽松地穿戴在皮肤上时第二天线310的辐射效率，并且曲线656示出了当可穿戴设备500被紧密地穿戴在皮肤上时第二天线310的辐射效率。因此，这些曲线示出了第二天线的辐射效率也轻微地受皮肤的接近程度影响，这意味着衰减效应非常低。

图7示出了根据本公开的各方面的示例系统700。示例系统700可以作为示例可穿戴设备500的一部分被包括。系统700具有一个或多个计算设备，诸如包含一个或多个处理器712、存储器714和通常存在于智能电话或其它个人计算设备中的其它组件的计算设备710。例如，计算设备710可以被合并在图5B和5C所示的可穿戴设备500的电路板550上。一个或多个处理器712可以是诸如市售CPU的处理器。替代地，一个或多个处理器可以是专用设备，诸如ASIC、单核或多核控制器或其它基于硬件的处理器。

存储器714存储可由一个或多个处理器712访问的信息，包括可由每个处理器712执行或以其它方式使用的指令716和数据718。存储器714可以是例如固态存储器或其它类型的能够存储可由处理器访问的信息的非暂时性存储器，包括可写的和/或只读的存储器。

指令716可以是将由处理器直接执行的任何指令集(诸如机器代码)或间接执行的任何指令集(诸如脚本)。例如，指令可以作为计算设备代码存储在计算设备可读介质上。在这方面，术语“指令”和“程序”在本文中可以互换使用。指令可以以目标代码格式存储以便由处理器直接处理，或者以任何其它计算设备语言存储，包括根据需要解释或预先编译的独立源代码模块的脚本或合集。下面详细解释指令的功能、方法和例程。

用户接口720包括各种I/O元件。例如，提供了一个或多个用户输入722，诸如机械致动器724、软致动器726和麦克风524。例如，如图5C所示，麦克风524被附接到壳体520。机械致动器724可以包括表冠、按钮、开关和其它部件。软致动器726可以合并到触摸屏盖——例如电阻性或电容性触摸屏——中，诸如在图5A-5B所示的前盖510中。

用户接口720可以包括各种输出设备。在用户接口720中提供用户显示器728，例如屏幕或触摸屏，用于向用户显示信息。例如，用户显示器728可以合并到前盖510中，如图5A-5B所示。用户接口720还可以包括一个或多个扬声器、换能器或其它音频输出730。例如，音频输出730可以包括附接到壳体520的扬声器523，如图5C所示。触觉接口或其它触知反馈740用于向穿戴者提供非视觉和非听觉信息。例如，触觉接口740可以用在如图5B和5C所示的壳体520内部的触觉电机521来实现。用户接口720还包括一个或多个相机742，例如相机742可以被包括在壳体520上、在腕带上或者被合并到显示器728中。

用户接口720也可以包括附加组件。举例来说，一个或多个传感器525可以位于壳体520上或内。例如，如图5C所示，传感器525附加在壳体520上。传感器525可包括加速计，例如3轴加速计、陀螺仪、磁力计、大气压力传感器、环境温度传感器、皮肤温度传感器、心率监测器、测量血氧水平的血氧测定传感器和确定用力程度的皮肤电反应传感器。也可以使用附加的或不同的传感器。

系统700还包括位置确定模块744，其可以包括GPS芯片组746或其它定位系统组件。来自传感器525和/或来自从远程设备(例如，无线基站或无线接入点)接收或确定的数据的信息可以被位置确定模块744采用，以计算或以其它方式估计系统700的物理位置。

为了从远程设备获得信息并向远程设备发送信息，系统700可以包括具有无线网络连接模块752、无线自组织连接模块754和/或有线连接模块756的通信子系统750。通信子系统750包括天线控制电路758。例如，天线控制电路758控制天线100C和310的馈电以及天线系统300的阻抗调谐器160和孔径调谐器170。虽然未示出，但是通信子系统750具有用于处理数据的基带部分、用于向远程设备发送数据和从远程设备接收数据的收发器部分。收发器可以经由一个或多个天线，诸如天线系统300的天线100C和310在RF频率处操作。

无线网络连接模块752可被配置成支持经由蜂窝、LTE、4G、WiFi、GPS、以及其它联网架构的通信。无线自组织连接模块754可以被配置为支持

(蓝牙)、BluetoothLE、近场通信和其它非联网的无线布置。并且有线连接756可以包括USB、微型USB、C型USB或其它连接器，例如用于从膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其它设备接收数据和/或电力。

系统700包括提供定时信息的一个或多个内部时钟760，定时信息可以用于由智能手表运行的app和其它程序的时间测量，以及由计算设备710、GPS 746和通信子系统750进行的基本操作。

系统700包括向系统的各种组件提供电力的一个或多个电源770。电源770可以包括诸如电池522的电池、卷绕机构、太阳能电池或其组合。例如，如图5B和5C所示，电池522包括在壳体520内。计算设备可以经由有线总线或包括无线链路的其它链路可操作地耦合到其它子系统和组件。

如上所述的天线和天线系统提供了设备的有效操作，特别是对于具有高电容率壳体的小因子可穿戴电子设备。天线的特征通过耦合两个辐射元件的调谐状态来提供形成具有更宽带宽的复合调谐状态。更宽的带宽提供了许多实际的优点。例如，较高的天线带宽增加了吞吐量，改善了链路预算(从发送器到接收器的增益和损耗)，并由于天线需要较少的功率而增加了电池寿命。再例如，许多商业运营商对允许使用其网络的设备设置要求，诸如总辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)。天线带宽不足可能会导致设备无法满足这些要求，因此无法使用这些商业网络。天线的特征还提供来自可穿戴电子设备中其它组件的减少的干扰，减少的与其它天线的耦合以及与用户的身体效应的更好隔离。

除非另有说明，否则前述替换示例不是互相排斥的，而是可以以各种组合实施以实现独特的优点。由于可以在不脱离权利要求所限定的主题的情况下利用以上讨论的特征的这些和其它变形以及组合，因此，对实施例的前述描述应当以说明的方式而不是通过限制由权利要求所限定的主题的方式进行。另外，本文描述的示例的提供以及用“诸如”、“包括”等表达的短语不应被解释为将权利要求的主题限制于特定示例；相反，这些示例仅旨在说明许多可能的实施例之一。此外，在不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

Claims

1.一种用于个人计算设备的天线，所述天线包括：

第一辐射元件，所述第一辐射元件被配置为能够调谐到在第一谐振频率集合附近操作的第一调谐状态集合；以及

电容性地耦合到所述第一辐射元件的第二辐射元件，所述第二辐射元件被配置为能够调谐到在第二谐振频率集合附近操作的第二调谐状态集合；

其中，所述天线被配置为被调谐使得来自所述第一辐射元件的所述第一调谐状态集合的调谐状态能够与来自所述第二辐射元件的所述第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成所述天线的复合调谐状态。

2.根据权利要求1所述的天线，还包括：

电容性地耦合所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的负载电容器。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的天线，还包括：

被定位在所述天线的馈电部处的阻抗调谐器，所述阻抗调谐器被配置为调谐所述第一辐射元件。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的天线，还包括：

将所述第二辐射元件连接到接地面的孔径调谐器，所述孔径调谐器被配置为调谐所述第二辐射元件。

5.根据权利要求4所述的天线，其中，所述孔径调谐器是负载电感器。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的天线，其中，所述天线还包括：

耦合到所述第一辐射元件的第三辐射元件，所述第三辐射元件被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线，其中，在所述天线与接地面之间的间隙在1mm的阈值内。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的天线，其中，来自所述第一谐振频率集合的一个或多个谐振频率和来自所述第二谐振频率集合的一个或多个谐振频率在LTE信号的700MHz与960MHz之间的频率范围内。

9.根据从属于权利要求6的前述权利要求中的任一项所述的天线，其中，来自所述第三谐振频率集合的一个或多个谐振频率在LTE信号的1710MHz与2200MHz之间的频率范围内。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的天线，其中，来自所述第一谐振频率集合的谐振频率的一个或多个谐波或者来自所述第二谐振频率集合的谐振频率的一个或多个谐波处于下述中的至少一个：LTE信号的1710MHz与2200MHz之间的频率范围、或者LTE信号的2500MHz与2700MHz之间的频率范围。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的天线，其中，所述第一辐射元件和所述第二辐射元件是镀覆在介电材料上的导电材料。

12.一种个人计算设备，包括根据前述权利要求中的任一项所述的天线。

13.一种个人计算设备，包括：

壳体，所述壳体由介电材料制成；

第一天线，所述第一天线包括：

其中，所述第一天线被配置为被调谐使得来自所述第一辐射元件的所述第一调谐状态集合的调谐状态能够与来自所述第二辐射元件的所述第二调谐状态集合的调谐状态组合，以形成所述第一天线的复合调谐状态；以及

其中，所述第一辐射元件和所述第二辐射元件包括被镀覆在所述壳体的一个或多个内表面上的导电材料。

14.根据权利要求13所述的设备，还包括：

第二天线，所述第二天线包括：

第四辐射元件，所述第四辐射元件被配置为能够调谐到在第四谐振频率集合附近操作的第四调谐状态集合，其中，来自所述第四谐振频率集合的一个或多个谐振频率处于GPS信号的以1575.42MHz为中心的频率范围中、或者处于WiFi信号的2400MHz和2484MHz之间的频率范围中；

其中，所述第四辐射元件包括被镀覆在所述壳体的所述一个或多个内表面上的导电材料。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的设备，其中，所述第一天线还包括：

负载电容器，所述负载电容器用于电容性地耦合所述第一辐射元件和所述第二辐射元件；

其中，所述负载电容器被镀覆在所述壳体的所述一个或多个内表面上。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的设备，其中，所述第一天线还包括：

被定位于所述第一天线的馈电部处的阻抗调谐器，所述阻抗调谐器被配置为调谐所述第一辐射元件；

其中，所述阻抗调谐器被镀覆在所述壳体的所述一个或多个内表面上。

17.根据权利要求13至16中的任一项所述的设备，其中，所述第一天线还包括：

将所述第二辐射元件连接到接地面的孔径调谐器；

其中，所述孔径调谐器被镀覆在所述壳体的所述一个或多个内表面上。

18.根据权利要求13至17中的任一项所述的设备，其中，所述第一天线还包括：

耦合到所述第一辐射元件的第三辐射元件，所述第三辐射元件被配置为能够调谐到在第三谐振频率集合附近操作的第三调谐状态集合；

其中，所述第三辐射元件包括被镀覆在所述壳体的所述一个或多个内表面上的导电材料。

19.根据权利要求13至18中的任一项所述的设备，其中，在所述第一天线或所述第二天线中的至少一个与接地面之间的间隙在1mm的阈值内。

20.根据权利要求12至19中的任一项所述的设备，其中，所述设备是可穿戴个人计算设备。

21.根据权利要求13至20中的任一项所述的设备，其中，所述介电材料是玻璃或陶瓷材料。

22.根据权利要求13至21中的任一项所述的设备，其中，所述第一天线由根据权利要求1至11中的任一项所要求保护的天线提供。