CN113540804A - 具有带寄生贴片的电介质谐振器天线的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有带寄生贴片的电介质谐振器天线的电子设备。电子设备可设置有相控天线阵列和显示器覆盖层。该相控天线阵列可包括辐射穿过覆盖层的探针馈电的电介质谐振器天线。该天线可包括由一个或两个馈电探针激励的电介质谐振元件。一个或多个浮动寄生元件和/或接地寄生元件可被图案化到该电介质谐振元件上。该寄生元件可在电介质谐振元件上创建边界条件，该边界条件用于将天线与交叉极化干扰隔离。

Description

具有带寄生贴片的电介质谐振器天线的电子设备
本专利申请要求2020年4月17日提交的美国专利申请第16/851,848号的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
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。
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。
可能需要支持毫米波和厘米波通信频带中的无线通信。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，但是可能带来重大挑战。例如，毫米波和厘米波通信频带中的射频通信的特征可在于信号通过各种介质传播期间的实质性衰减和/或失真。此外，存在导电电子设备部件可使得难以将用于处理毫米波和厘米波通信的电路并入电子设备中。在天线覆盖多个极化的情况下，交叉极化干扰也可限制天线性能。
因此，期望能够向电子设备提供改进的无线电路，诸如支持毫米波和厘米波通信的无线电路。
发明内容
一种电子设备，可设置有外壳、显示器和无线电路。外壳可包括围绕设备的外围延伸的外围导电外壳结构。显示器可包括被安装到外围导电外壳结构的显示器覆盖层。无线电路可包括在介于10G hz与300G Hz之间的一个或多个频带上传送射频信号的相控天线阵列。相控天线阵列可传送射频信号通过设备中的显示器覆盖层或其他电介质覆盖层。
相控天线阵列可包括探针馈电的电介质谐振器天线。每个探针馈电的电介质谐振器天线可包括由嵌入在周围的电介质基板内的相对高介电常数的材料柱形成的电介质谐振元件。电介质谐振元件可被安装到柔性印刷电路。电介质谐振元件可具有从柔性印刷电路延伸到显示器的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁。第三侧壁可与第一侧壁相对，而第四侧壁与第二侧壁相对。
馈电探针可由图案化在电介质谐振元件的第一侧壁上的导电迹线贴片形成。在第一示例中，附加馈电探针可由图案化在第二侧壁上的导电迹线的附加贴片形成。第一浮动寄生贴片可耦接到第三侧壁并且可与第一馈电探针重叠。第二浮动寄生贴片可耦接到第四侧壁并且可与第二馈电探针重叠。如果需要，可在电介质谐振元件的相对端部处形成附加组的浮动寄生贴片。在另一个示例中，第一接地寄生贴片可耦接到第二侧壁，并且第二接地寄生贴片可耦接到第四侧壁。第二接地贴片可与第一接地贴片重叠。寄生贴片可在馈电探针的电介质谐振元件上产生边界条件，并且可用于将天线与交叉极化干扰隔离。
附图说明
图1是根据一些实施方案的例示性电子设备的透视图。
图2是根据一些实施方案的电子设备中例示性电路的示意图。
图3是根据一些实施方案的例示性无线电路的示意图。
图4是根据一些实施方案的可使用控制电路进行调节来引导信号束的例示性相控天线阵列的图示。
图5是根据一些实施方案的具有用于辐射通过电子设备的不同侧的相控天线阵列的例示性电子设备的横截面侧视图。
图6是根据一些实施方案的可被安装在电子设备内的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的横截面侧视图。
图7是根据一些实施方案的用于覆盖多个极化的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的透视图。
图8是根据一些实施方案的与接地迹线中的开口重叠的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的横截面侧视图。
图9是根据一些实施方案的与接地迹线中的开口重叠的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的自顶向下视图。
图10是根据一些实施方案的具有多个馈电探针和用于减轻交叉极化干扰的浮动寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的自顶向下视图。
图11是根据一些实施方案的具有多个馈电探针和用于减轻交叉极化干扰的浮动寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的横截面侧视图。
图12是根据一些实施方案的在天线的与天线的馈电探针相对的端部处具有浮动寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振器天线的透视图。
图13是根据一些实施方案的具有单个馈电探针和用于减轻交叉极化干扰的接地寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振天线的自顶向下视图。
图14是根据一些实施方案的具有单个馈电探针和用于减轻交叉极化干扰的接地寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振天线的侧视图。
图15是根据一些实施方案的具有不同数量接地寄生贴片的例示性探针馈电的电介质谐振天线的天线性能(回波损耗)随频率变化的曲线图。
图16是根据一些实施方案的具有与外围导电外壳结构中的凹口对准的探针馈电的电介质谐振器天线的例示性电子设备的自顶向下视图。
图17是根据一些实施方案的具有与显示模块中的凹口对准的探针馈电的电介质谐振器天线的例示性电子设备的自顶向下视图。
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。无线电路可包括一个或多个天线。天线可包括用于使用毫米波和厘米波信号来执行无线通信的相控天线阵列。毫米波信号，有时被称为极高频(EHF)信号，以约30GHz以上的频率(例如，以60GHz或介于约30GHz与300GHz之间的其他频率)传播。厘米波信号以介于约10GHz与30GHz之间的频率传播。如果需要，设备10还可包含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的天线。
电子设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，电子设备10可为膝上型计算机、平板计算机、稍小的设备(诸如腕表设备、挂式设备、耳机设备、听筒设备或其他可佩戴或微型设备)，手持设备(诸如蜂窝电话)、媒体播放器或其他小型便携式设备。设备10还可以是机顶盒、台式计算机、已集成有计算机或其他处理电路的显示器、没有集成计算机的显示器、无线接入点、无线基站，并入报刊亭、建筑物或车辆的电子设备，或者其他合适的电子装备。
设备10可包括外壳诸如外壳12。外壳12(有时可被称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部件可由电介质或其他低导电率材料(例如玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
如果需要，设备10可具有显示器诸如显示器14。显示器14可被安装在设备10的正面上。显示器14可以是结合电容式触摸电极的或者可对触摸不灵敏的触摸屏。外壳12的背面(即，设备10的与设备10的正面相对的面)可具有基本平坦的外壳壁，诸如后部外壳壁12R(例如，平面外壳壁)。后部外壳壁12R可具有完全穿过后部外壳壁的隙缝，并且因此将外壳12的部分彼此分开。后部外壳壁12R可包括导电部分和/或介电部分。如果需要，后部外壳壁12R可包括由薄层或电介质涂层(诸如玻璃、塑料、蓝宝石或陶瓷)覆盖的平面金属层。外壳12也可具有不完全穿过外壳12的浅槽。上述狭槽或槽可被填充有塑料或其他电介质。如果需要，可通过内部导电结构(例如，桥接狭槽的金属片或其他金属构件)来将外壳12的(例如，通过贯通狭槽)彼此分离的部分接合。
外壳12可包括外围外壳结构诸如外围结构12W。外围结构12W的导电部分和后部外壳壁12R的导电部分在本文中有时可被统称为外壳12的导电结构。外围结构12W可围绕设备10和显示器14的外围延伸。在设备10和显示器14具有带有四个边缘的矩形形状的配置中，外围结构12W可使用外围外壳结构来实现，该外围外壳结构具有带四个对应边缘的矩形环形状，并且从后部外壳壁12R延伸至设备10的正面(作为示例)。如果需要，外围结构12W或外围结构12W的一部分可用作显示器14的外框(例如，围绕显示器14的所有四侧和/或有助于将显示器14保持到设备10的装饰性修饰件)。如果需要，外围结构12W可形成设备10的侧壁结构(例如，通过形成具有垂直侧壁、弯曲侧壁等的金属带)。
外围结构12W可由导电材料(诸如金属)形成，并且因此有时可被称为外围导电外壳结构、导电外壳结构、外围金属结构、外围导电侧壁、外围导电侧壁结构、导电外壳侧壁、外围导电外壳侧壁、侧壁、侧壁结构或外围导电外壳构件(作为示例)。外围导电外壳结构12W可由金属诸如不锈钢、铝或其他合适材料形成。一种、两种或多于两种单独结构可用于形成外围导电外壳结构12W。
外围导电外壳结构12W不一定具有均匀横截面。例如，如果需要，外围导电外壳结构12W的顶部可具有有助于将显示器14保持在适当位置的向内突出的凸缘。外围导电外壳结构12W的底部还可具有加大的唇缘(例如，在设备10的背面的平面中)。外围导电外壳结构12W可具有基本上笔直的竖直侧壁，可具有弯曲的侧壁，或者可具有其他合适的形状。在一些配置中(例如，当外围导电外壳结构12W用作显示器14的外框时)，外围导电外壳结构12W可围绕外壳12的唇缘延伸(即，外围导电外壳结构12W可仅覆盖围绕显示器14而非外壳12的其余侧壁的外壳12的边缘)。
后部外壳壁12R可位于与显示器14平行的平面中。在设备10的构形中，其中后部外壳壁12R的一些或全部由金属形成，可能需要将外围导电外壳结构12W的一部分形成为形成后部外壳壁12R的外壳结构的集成部分。例如，设备10的后部外壳壁12R可包括平面金属结构，并且外壳12的侧面上的外围导电外壳结构12W的一部分可被形成为平面金属结构的平坦的或弯曲的竖直延伸的集成金属部分(例如，外壳结构12R和12W可以由单体构形的连续金属片形成)。如果需要，外壳结构诸如这些外壳结构可由金属块加工而成，和/或可包括被组装在一起以形成外壳12的多个金属件。后部外壳壁12R可具有一个或多个、两个或多个或者三个或多个部分。外围导电外壳结构12W和/或后部外壳壁12R的导电部分可形成设备10的一个或多个外部表面(例如，设备10的用户可见的表面)，和/或可使用不形成设备10的外部表面的内部结构(例如，设备10的用户不可见的导电外壳结构，诸如被覆盖有层(诸如薄装饰层、保护涂层、和/或可包括电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料的其他涂层)的导电结构，或形成设备10的外部表面和/或用于从用户的视角隐藏外围导电外壳结构12W和/或后部外壳壁12R的导电部分的其他结构)来实现。
显示器14可具有形成有效区域AA的像素阵列，该有效区域AA显示设备10的用户的图像。例如，有效区域AA可以包括显示像素阵列。像素阵列可由液晶显示器(LCD)部件、电泳像素阵列、等离子显示器像素阵列、有机发光二极管显示器像素或其他发光二极管像素阵列、电润湿显示器像素阵列、或基于其他显示器技术的显示器像素形成。如果需要，有效区域AA可以包括触摸传感器，诸如触摸传感器电容电极、力传感器或用于收集用户输入的其他传感器。
显示器14可以具有沿着有效区域AA的一个或多个边缘延伸的无效边界区域。显示器14的无效区域IA可没有用于显示图像的像素，并且可与外壳12中的电路和其他内部设备结构重叠。为了阻止这些结构被设备10的用户检视，显示器覆盖层的下侧或显示器14中与无效区域IA重叠的其他层可以在无效区域IA中涂覆有不透明遮蔽层。不透明掩蔽层可具有任何合适的颜色。无效区域IA可包括凹陷区域，诸如延伸到有效区域AA中的凹口8。有效区域AA可例如由显示器14的显示模块(例如，包括像素电路、触摸传感器电路等的显示模块)的横向区域限定。显示模块可在设备10的上部区域20中具有没有有效显示电路(即，形成无效区域IA的凹口8)的凹陷或凹口。凹口8可以是基本上为矩形的区域，其三侧被有效区域AA围绕(限定)，而第四侧被外围导电外壳结构12W围绕。
可使用显示器覆盖层来保护显示器14，显示器覆盖层诸如透明玻璃、透光塑料、透明陶瓷、蓝宝石或其他透明结晶材料层、或一个或多个其他透明层。显示器覆盖层可具有平面形状、凸形弯曲轮廓、带有平面和弯曲部分的形状、包括在一个或多个边缘上围绕的平面主区域(其中一个或多个边缘的一部分从平面主区域的平面弯折出来)的布局、或其他合适的形状。显示器覆盖层可以覆盖设备10的整个正面。在另一种合适的布置中，显示器覆盖层可以基本上覆盖设备10的所有正面或仅覆盖设备10的正面的一部分。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，以容纳按钮。还可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳端口诸如凹口8中的扬声器端口16或麦克风端口。如果需要，可以在外壳12中形成开口以形成通信端口(例如，音频插孔端口、数字数据端口等)和/或用于音频部件的音频端口，诸如扬声器和/或麦克风。
显示器14可包括导电结构，诸如触摸传感器的电容电极阵列、用于寻址像素的导电线、驱动器电路等。外壳12可包括内部导电结构，诸如金属框架构件和跨越外壳12的壁(即，由焊接或以其他方式连接在外围导电结构12W的相对侧之间的一个或多个金属部分形成的基本上为矩形的片材)的平面导电外壳构件(有时被称为背板)。背板可形成设备10的外后表面，或可被诸如薄化妆品层、保护涂层和/或可包含电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料或其它结构的其他涂层的层覆盖，所述电介质材料可形成设备10的外表面和/或用于将背板从使用者视图中隐藏。设备10还可包括导电结构，诸如印刷电路板、被安装在印刷电路板上的部件、以及其他内部导电结构。例如，可用在形成设备10中的接地层的这些导电结构可在显示器14的有效区域AA下延伸。
在区域22和区域20中，可在设备10的导电结构内(例如，在外围导电外壳结构12W和相对的导电接地结构(诸如后部外壳壁12R的导电部分、印刷电路板上的导电迹线、显示器14中的导电电子部件等)之间)形成开口。如果需要，有时可被称为间隙的这些开口可被填充有空气、塑料和/或其他电介质并可用于形成设备10中的一个或多个天线的隙缝天线谐振元件。
设备10中的导电外壳结构和其他导电结构可以用作设备10中的天线的接地层。区域22和区域20中的开口可用作开放式隙缝天线或封闭式隙缝天线中的隙缝，可用作被环形天线中材料的导电路径围绕的中心电介质区域，可用作将天线谐振元件(诸如带状天线谐振元件或倒F形天线谐振元件)与接地层分开的空间，可有助于寄生天线谐振元件的性能，或者可以以其他方式用作区域22和区域20中形成的天线结构的一部分。如果需要，在设备10中的显示器14和/或其他金属结构的有效区域AA下的接地层可具有延伸至设备10的一部分端部中的部分(例如，接地部可朝向区域22和区域20中的电介质填充的开口延伸)，从而缩窄区域22和区域20中的狭槽。
一般来讲，设备10可包括任何适当数量的天线(例如，一个或多个，两个或更多个，三个或更多个，四个或更多个，等等)。设备10中的天线可位于细长设备外壳的相对的第一端部和第二端部处(例如，在图1的设备10的区域22和区域20处的端部)、沿设备外壳的一个或多个边缘、在设备外壳的中心、在其他适当位置，或者在这些位置中的一个或多个。图1的布置仅为例示性的。
外围导电外壳结构12W的部分可设置有外围间隙结构。例如，外围导电外壳结构12W可设置有一个或多个间隙，诸如图1所示的间隙18。外围导电外壳结构12W中的间隙可利用电介质诸如聚合物、陶瓷、玻璃、空气、其他电介质材料或这些材料的组合来填充。间隙18可将外围导电外壳结构12W分成一个或多个外围导电区段。如果需要，以这种方式形成的导电区段可形成设备10中的一部分天线。其他电介质开口可形成在外围导电外壳结构12W(例如，除间隙18之外的电介质开口)中，并且可用作被安装在设备10的内部内的天线的电介质天线窗口。设备10内的天线可与电介质天线窗口对准，以用于传送射频信号通过外围导电外壳结构12W。设备10内的天线还可与显示器14的无效区域IA对准，以用于传送射频信号通过显示器14。
为了向设备10的终端用户提供尽可能大的显示器(例如，最大化用于显示媒体、运行应用程序等的设备的区域)，可期望增加在设备10的正面处被显示器14的有效区域AA覆盖的区域量。增大有效区域AA的尺寸可以减小设备10内的无效区域IA的尺寸。这可减小显示器14后面可用于设备10内天线的区域。例如，显示器14的有效区域AA可包括导电结构，该导电结构用于阻止由被安装在有效区域AA后面的天线处理的射频信号辐射通过设备10的正面。因此，希望能够提供占用设备10内的少量空间的天线(例如，允许尽可能大的显示有效区域AA)，同时仍然允许天线与设备10外部的无线装备通信，具有令人满意的效率带宽。
在典型的场景中，设备10可具有一个或多个上部天线和一个或多个下部天线(作为示例)。例如，上部天线可形成在区域20中设备10的上端部处。例如，下部天线可形成在区域22中设备10的下端部处。如果需要，附加天线可沿在区域22和区域20之间延伸的外壳12的边缘形成。天线可单独用于覆盖相同的通信频带、重叠的通信频带或单独的通信频带。该天线可用于实现天线分集方案或多输入多输出(MIMO)天线方案。用于覆盖任何其他所需频率的其他天线还可被安装在设备10的内部内任何所需位置处。图1的示例仅为例示性的。如果需要，外壳12可具有其他形状(例如，正方形形状、圆柱形形状、球形形状、这些形状的组合和/或不同形状等)。
图2示出了可用在设备10的例示性部件的示意图。如图2所示，设备10可包括控制电路28。控制电路28可包括存储库诸如存储电路30。存储电路30可包括硬盘驱动器存储、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存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。控制电路28可包括处理电路诸如处理电路32。处理电路32可用于控制设备10的操作。处理电路32可包括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、中央处理单元(CPU)等。控制电路28可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可被存储在存储电路30上(例如，存储电路30可包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令、或代码。被存储在存储电路30上的软件代码可由处理电路32执行。
控制电路28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。为了支持与外部装备交互，控制电路28可用在实现通信协议。可使用控制电路28来实现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—有时被称为
Figure BDA0003016335760000091
)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如
Figure BDA0003016335760000092
协议或其他WPAN协议、IEEE802.11ad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和厘米波频率传送的信号的其他所需的距离检测协议)等。每个通信协议可与指定用在实现协议的物理连接方法的对应无线电接入技术(RAT)相关联。
设备10可包括输入-输出电路24。输入-输出电路24可包括输入-输出设备26。输入-输出设备26可用于允许供应数据给设备10以及允许从设备10向外部设备提供数据。输入-输出设备26可包括用户界面设备、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、以及其他音频端口部件、数字数据端口设备、光传感器、陀螺仪、加速度计、或可检测运动和相对于地球的设备定向的其他部件、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24可包括无线电路，诸如用于无线传送射频信号的无线电路34。虽然为了清楚起见，图2的示例中的控制电路28与无线电路34分开示出，但是无线电路34可包括形成处理电路32的一部分的处理电路和/或形成控制电路28的存储电路30的一部分的存储电路(例如，可在无线电路34上实现的控制电路28的部分)。例如，控制电路28可包括基带处理器电路或形成无线电路34的一部分的其他控制部件。
无线电路34可包括毫米波和厘米波收发器电路诸如毫米波/厘米波收发器电路38。毫米波/厘米波收发器电路38可支持在介于约10GHz与300GHz之间的频率下的通信。例如，毫米波/厘米波收发器电路38可支持在介于约30GHz与300GHz之间的极高频(EHF)或毫米波通信频带中和/或在介于约10GHz与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/厘米波收发器电路38可支持以下通信频带中的通信：介于约18GHz与27GHz之间的IEEE K通信频带、介于约26.5GHz与40GHz之间的K-a通信频带、介于约12GHz与18GHz之间的Ku通信频带、介于约40GHz与75GHz之间的V通信频带、介于约75GHz与110GHz之间的W通信频带、或介于大约10GHz与300GHz之间的任何其他所需频带。如果需要，毫米波/厘米波收发器电路38可支持在60GHz下的IEEE 802.11ad通信和/或介于27GHz与90GHz之间的第5代移动网络或第5代无线系统(5G)通信频带。毫米波/厘米波收发器电路38可由一个或多个集成电路(例如，被安装在系统封装设备中通用印刷电路上的多个集成电路、被安装在不同基板上的一个或多个集成电路等)形成。
如果需要，毫米波/厘米波收发器电路38(本文中有时被简称为收发器电路38或毫米波/厘米波电路38)可使用由毫米波/厘米波收发器电路38发射和接收的毫米波和/或厘米波信号处的射频信号来执行空间测距操作。所接收的信号可以是已从外部物体反射并且返回设备10的所发射的信号的版本。控制电路28可处理所发射的信号和所接收的信号以检测或估计设备10与设备10周围的一个或多个外部物体(例如，设备10外部的物体，诸如用户或其他人员的身体、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。如果需要，控制电路28还可处理所发射的信号和所接收的信号以识别外部物体相对于设备10的二维或三维空间位置。
由毫米波/厘米波收发器电路38执行的空间测距操作是单向的。毫米波/厘米波收发器电路38可执行与外部无线装备的双向通信。双向通信涉及由毫米波/厘米波收发器电路38传输无线数据以及由外部无线装备接收已传输的无线数据。无线数据可例如包括已编码到对应数据包中的数据，诸如与电话呼叫相关联的无线数据、流媒体内容、互联网浏览、与在设备10上运行的软件应用程序相关联的无线数据、电子邮件消息等。
如果需要，无线电路34可包括用于处理在10GHz以下频率的通信的收发器电路，诸如非毫米波/厘米波收发器电路36。非毫米波/厘米波收发器电路36可包括处理用于
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(IEEE 802.11)通信的2.4Ghz和5GHz频带的无线局域网(WLAN)收发器电路、处理2.4Ghz
Figure BDA0003016335760000112
通信频带的无线个域网(WPAN)收发器电路、处理700MHz至960MHz、1710MHz至2170MHz、2300MHz至2700MHz的蜂窝电话通信频带和/或介于600MHz与4000MHz之间的任何其他期望的蜂窝电话通信频带的蜂窝电话收发器电路、接收在1575MHz下的GPS信号或用于处理其他卫星定位数据的信号(例如，在1609MHz下的GLONASS信号)的GPS接收器电路、电视接收器电路、AM/FM无线电接收器电路、寻呼系统收发器电路、超宽带(UWB)收发器电路、近场通信(NFC)电路等。非毫米波/厘米波收发器电路36和毫米波/厘米波收发器电路38可各自包括一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源射频部件、切换电路、传输线结构和用于处理射频信号的其他电路。如果需要，可省略非毫米波/厘米波收发器电路36。
无线电路34可包括天线40。非毫米波/厘米波收发器电路36可使用一个或多个天线40来传送10GHz以下的射频信号。毫米波/厘米波收发器电路38可使用天线40来传送10GHz(例如，在毫米波和/或厘米波频率下)以上的射频信号。一般来讲，收发器电路36和38可被配置为覆盖(处理)任何感兴趣的合适的通信(频率)频带。收发器电路可使用天线40来传送射频信号(例如，天线40可传送用于收发器电路的射频信号)。如本文所用，术语“传送射频信号”意指射频信号的传输和/或接收(例如，用于执行与外部无线通信装备的单向和/或双向无线通信)。天线40可通过将射频信号(或通过居间设备结构诸如电介质覆盖层)辐射到自由空间中来发射射频信号。除此之外或另选地，天线40可(例如，通过居间设备结构诸如电介质覆盖层)从自由空间接收射频信号。天线40对射频信号的传输和接收各自涉及由天线的操作频带内的射频信号对天线中的天线谐振元件上的天线电流的激励或谐振。
在卫星导航系统链路、蜂窝电话链路和其他长距离链路中，射频信号通常用于在数千英尺或数千英里上传送数据。在2.4GHz和5GHz下的
Figure BDA0003016335760000113
链路和
Figure BDA0003016335760000114
链路以及其他近距离无线链路中，射频信号通常用于在数十英尺或数百英尺上传送数据。毫米波/厘米波收发器电路38可在视线路径上行进的短距离上传送射频信号。为了增强毫米波和厘米波通信的信号接收，可使用相控天线阵列和波束转向技术(例如，在其中调节阵列中每个天线的天线信号相位和/或幅度以执行波束转向的方案)。由于设备10的操作环境能够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，该天线由堆叠贴片天线结构、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、单极天线结构、偶极天线结构、螺旋天线结构、八木(Yagi-Uda)天线结构、这些设计的混合等形成。在另一种合适的布置中，天线40可包括具有电介质谐振元件的天线，诸如电介质谐振天线。如果需要，一个或多个天线40可以是背腔天线。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，一种类型的天线可用在为非毫米波/厘米波收发器电路36形成非毫米波/厘米波无线链路，而另一种类型的天线可用在为毫米波/厘米波收发器电路38以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号。用于以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号的天线40可被布置在一个或多个相控天线阵列中。
图3中示出了可形成在用于以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号的相控天线阵列中的天线40的示意图。如图3所示，天线40可耦接到毫米/厘米(MM/CM)波收发器电路38。毫米波和厘米波收发器电路38可使用包括射频传输线42的传输线路径耦接到天线40的天线馈电部44。射频传输线42可包括正信号导体诸如信号导体46，并且可包括接地导体诸如接地导体48。接地导体48可耦接到天线40的天线接地部(例如，在位于天线接地部处的天线馈电部44的接地天线馈电终端上)。信号导体46可耦接到天线40的天线谐振元件。例如，信号导体46可耦接到位于天线谐振元件处的天线馈电部44的正天线馈电终端。
在另一种合适的布置中，天线40可以是使用馈电探针被馈电的探针馈电的天线。在这一布置方式中，天线馈电部44可实现为馈电探针。信号导体46可耦接到馈电探针。射频传输线42可传送射频信号至馈电探针和从馈电探针传送射频信号。当正在馈电探针和天线上传输射频信号时，馈电探针可激励天线的谐振元件(例如，可激励天线40的电介质天线谐振元件的电磁谐振模式)。谐振元件可响应于被馈电探针激励而辐射射频信号。类似地，当天线(例如，从自由空间)接收到射频信号时，射频信号可激励天线的谐振元件(例如，可激励天线40的电介质天线谐振元件的电磁谐振模式)。这可在馈电探针上产生天线电流，并且对应的射频信号可通过射频传输线传递到收发器电路。
射频传输线42可包括带状线传输线(在本文中有时被简称为带状线)、同轴电缆、由金属化通孔实现的同轴探针、微带传输线、边缘耦合的微带传输线、边缘耦合的带状线传输线、波导结构、这些的组合等。多种类型的传输线可用于形成将毫米波/厘米波收发器电路38耦接到天线馈电部44的传输线路径。如果需要，滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路、移相器电路、放大器电路和/或其他电路可被插置在射频传输线42上。
可将设备10中的射频传输线集成到陶瓷基板、刚性印刷电路板和/或柔性印刷电路中。在一种合适的布置中，可将设备10中的射频传输线集成在多层层压结构内(例如，在没有介入粘合剂的情况下被层压在一起的导电材料(诸如铜)层和电介质材料(诸如树脂)层)，该多层层压结构可在多个维度(例如，二维或三维)折叠或弯曲，并且在弯曲之后保持弯曲形状或折叠形状(例如，多层层压结构可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之后保持其形状，而无需被加强件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)。
图4示出了用于处理在毫米波和厘米波频率下的射频信号的天线40可如何形成在相控天线阵列中。如图4中所示，相控天线阵列54(在本文中有时被称为阵列54、天线阵列54或天线40的阵列54)可耦接到射频传输线42。例如，相控天线阵列54中的第一天线40-1可耦接到第一射频传输线42-1，相控天线阵列54中的第二天线40-2可耦接到第二射频传输线42-2，相控天线阵列54中的第N天线40-N可耦接到第N个射频传输线42-N等。虽然本文中天线40被描述为形成相控天线阵列，但是相控天线阵列54中的天线40有时也可被称为共同形成单个相控阵天线。
相控天线阵列54中的天线40可被布置成任何所需数量的行和列或被布置成任何其他所需图案(例如，天线无需被布置成具有行和列的网格图案)。在信号传输操作期间，射频传输线42可用于将信号(例如，射频信号，诸如毫米波和/或厘米波信号)从毫米波/厘米波收发器电路38(图3)供应给相控天线阵列54以用于无线传输。在信号接收操作期间，射频传输线42可用于将在相控天线阵列54处接收的信号(例如，从外部无线装备接收，或已被外部物体反射的发射信号)供应给毫米波/厘米波收发器电路38(图3)。
在相控天线阵列54中使用多个天线40允许通过控制由天线传送的射频信号的相对的相位和幅度(振幅)来实现波束转向布置。在图4的示例中，天线40各自具有对应的射频相位和幅度控制器50(例如，被插置在射频传输线42-1上的第一相位和幅度控制器50-1可控制由天线40-1处理的射频信号的相位和幅度，被插置在射频传输线42-2上的第二相位和幅度控制器50-2可控制由天线40-2处理的射频信号的相位和幅度，被插置在射频传输线42-N上的第N相位和幅度控制器50-N可控制由天线40-N处理的射频信号的相位和幅度，等)。
相位和幅度控制器50可各自包括用于调节射频传输线42(例如，相移器电路)上的射频信号的相位的电路和/或用于调节射频传输线42上的射频信号的幅度的电路(例如，功率放大器和/或低噪声放大器电路)。相位和幅度控制器50在本文中有时可被统称为波束转向电路(例如，转向由相控天线阵列54发射和/或接收的射频信号的波束的波束转向电路)。
相位和幅度控制器50可调节被提供给相控天线阵列54中的每个天线的发射信号的相对相位和/或幅度，并且可调节由相控天线阵列54接收的接收信号的相对相位和/或幅度。如果需要，相位和幅度控制器50可包括用于检测由相控天线阵列54接收的接收信号的相位的相位检测电路。本文中可使用术语“波束”或“信号波束”来统一指代由相控天线阵列54在特定方向上发射和接收的无线信号。信号波束可以表现出峰值增益，该峰值增益以相应的指向角度定向在特定的指向方向上(例如，基于来自相控天线阵列中的每个天线的信号组合的相长干涉和相消干涉)。术语“发射波束”有时可在本文中用于指在特定方向上发射的射频信号，而术语“接收波束”有时可在本文中用于指从特定方向上接收的射频信号。
例如，如果调节相位和幅度控制器50以产生所发射的射频信号的第一组相位和/或幅度，则发射信号将形成如图4的波束B1所示定向在点A的方向上的发射波束。然而，如果调节相位和幅度控制器50以产生发射信号的第二组相位和/或幅度，则发射信号将形成如波束B2所示定向在点B的方向上的发射波束。相似地，如果调节相位和幅度控制器50以产生第一组相位和/或幅度，则可从点A的方向接收射频信号(例如，接收波束中的射频信号)，如波束B1所示。如果调节相位和幅度控制器50以产生第二组相位和/或幅度，则可从点B的方向接收射频信号，如波束B2所示。
可基于从图2的控制电路28接收的对应控制信号52来控制每个相位和幅度控制器50以产生所需的相位和/或幅度(例如，可使用控制信号52-1来控制由相位和幅度控制器50-1提供的相位和/或幅度，可使用控制信号52-2来控制由相位和幅度控制器50-2提供的相位和/或幅度，等)。如果需要，控制电路可实时主动地调节控制信号52，以随时间转向在不同的所需方向上的发射波束或接收波束。如果需要，相位和幅度控制器50可向控制电路28提供识别接收信号的相位的信息。
当使用在毫米波和厘米波频率下的射频信号执行无线通信时，在相控天线阵列54与外部通信装备之间的视线路径上传送射频信号。如果外部物体位于图4的点A处，则可调节相位和幅度控制器50以转向信号波束朝向点A(例如，以转向信号波束的指向朝向点A)。相控天线阵列54可在点A的方向上发射和接收射频信号。相似地，如果外部通信装备位于点B处，则可调节相位和幅度控制器50以转向信号波束朝向点B(例如，以转向信号波束的指向朝向点B)。相控天线阵列54可在点B的方向上发射和接收射频信号。在图4的示例中，为了简单起见，波束转向被示为在单个自由度上(例如，在图4的页面上朝向左和右)执行。然而，实际上，可在两个或更多个自由度(例如，在三维进入和离开页面以及在图4的页面上向左和向右)上转向波束。相控天线阵列54可具有在其上可执行(例如，在相控天线阵列上的半球或半球的区段中)波束转向的对应视场。如果需要，设备10可包括多个相控天线阵列，该多个相控天线阵列各自面向不同方向以提供来自设备的多个侧的覆盖。
图5是在设备10具有多个相控天线阵列的示例中设备10的横截面侧视图。如图5所示，外围导电外壳结构12W可围绕设备10的(横向)外围延伸并且可从后部外壳壁12R延伸至显示器14。显示器14可具有显示模块诸如显示模块68(有时被称为显示面板)。显示模块68可包括像素电路、触摸传感器电路、力传感器电路，和/或用于形成显示器14的有效区域AA的任何其他所需电路。显示器14可包括电介质覆盖层，诸如与显示模块68重叠的显示器覆盖层56。显示模块68可发出图像光并且可通过显示器覆盖层56接收传感器输入。显示器覆盖层56和显示器14可被安装到外围导电外壳结构12W。不与显示模块68重叠的显示器14的横向区域可形成显示器14的无效区域IA。
设备10可包括多个相位天线阵列54，诸如面向后部的相控天线阵列54-1。如图5所示，相控天线阵列54-1可通过后部外壳壁12R以毫米波和厘米波频率发射和接收射频信号60。在后部外壳壁12R包括金属部分的情形中，射频信号60可被传送通过后部外壳壁12R的金属部分中的孔或开口，或可被传送通过后部外壳壁12R的其他电介质部分。孔可与跨后部外壳壁12R的横向区域(例如，在外围导电外壳结构12W之间)延伸的电介质覆盖层或电介质涂层重叠。相控天线阵列54-1可跨设备10下的半球针对射频信号60执行波束转向，如箭头62所示。
相控天线阵列54-1可被安装到基板诸如基板64。基板64可以是集成电路芯片、柔性印刷电路、刚性印刷电路板或其他基板。在本文中基板64有时可被称为天线模块64。如果需要，收发器电路(例如，图2的毫米波/厘米波收发器电路38)可被安装到天线模块64。相控天线阵列54-1可使用粘合剂被粘附到后部外壳壁12R，可被压靠(例如，接触)后部外壳壁12R，或者可与后部外壳壁12R间隔开。
相控天线阵列54-1的视场限于设备10的背面下的半球。设备10中的显示模块68和其他部件58(例如，图2的输入-输出电路24或控制电路28的部分、用于设备10的电池等)包括导电结构。如果不小心，则这些导电结构可阻止由设备10内的相控天线阵列传送射频信号跨设备10的正面上的半球。虽然用于覆盖设备10的正面上的半球的附加相控天线阵列可被安装抵靠无效区域IA内的显示器覆盖层56，但是在显示模块68的横向外围与外围导电外壳结构12W之间可能没有足够的空间以形成完全支撑相控天线阵列必需的所有电路和射频传输线。
为了缓解这些问题并且提供覆盖贯穿设备10的正面，面向前部的相控天线阵列可被安装在设备10的外围区域66内。面向前部的相控天线阵列中的天线可包括电介质谐振器天线。电介质谐振器天线可在图5的X-Y平面中比其他类型的天线诸如贴片天线和隙缝天线占据更少的区域。将天线实现为电介质谐振器天线可允许面向前部的相控天线阵列的辐射元件适配在显示模块68和外围导电外壳结构12W之间的无效区域IA内。同时，相控天线阵列的射频传输线和其他部件可位于显示模块68后面(下面)。
图6为设备10的面向前部的相控天线阵列中例示性电介质谐振器天线的横截面侧视图。如图6中所示，设备10可包括具有给定天线40(例如，被安装在图5的外围区域66内)的面向前部的相控天线阵列。图6的天线40可以是电介质谐振器天线。在这一示例中，天线40包括被安装到底层基板诸如柔性印刷电路72的电介质谐振元件92。这一示例仅为例示性的，并且如果需要，可用刚性印刷电路板、塑料基板或任何其他所需基板替换柔性印刷电路72。
柔性印刷电路72具有沿后部外壳壁12R延伸的横向区域(例如，在图6的X-Y平面中)。柔性印刷电路72可使用粘合剂被粘附到后部外壳壁12R，可被压靠(例如，被放置成接触)后部外壳壁12R，或者可与后部外壳壁12R分开。柔性印刷电路72可具有在天线40处的第一端部和耦接到设备10中的毫米波/厘米波收发器电路(例如，图2的毫米波/厘米波收发器电路38)的相对的第二端部。在一种合适的布置中，柔性印刷电路72的第二端部可耦接到图5的天线模块64。
如图6中所示，柔性印刷电路72可包括堆叠电介质层70。电介质层70可包括聚酰亚胺、陶瓷、液晶聚合物、塑料，和/或任何其他所需的电介质材料。导电迹线诸如导电迹线82可图案化在柔性印刷电路72的顶部表面76上。导电迹线诸如导电迹线80可图案化在柔性印刷电路72的相对的底部表面78上。导电迹线80可保持在接地电势，并且因此在本文中有时可被称为接地迹线80。接地迹线80可使用延伸通过柔性印刷电路72的导电通孔(为了清楚起见，在图6中未示出)短接到柔性印刷电路72内和/或柔性印刷电路72的顶部表面76上的附加接地迹线。接地迹线80可形成天线40的天线接地部的一部分。接地迹线80可耦接到设备10中的系统接地部(例如，使用焊料、焊缝、导电粘合剂、导电胶带、导电支架、导电针脚、导电螺钉、导电夹、这些的组合)。例如，接地迹线80可耦接到外围导电外壳结构12W、后部外壳壁12R的导电部分、或设备10中的其他接地结构。图6的示例仅为例示性的，其中导电迹线82形成在柔性印刷电路72的顶部表面76上，而接地迹线80形成在柔性印刷电路72的底部表面78上。如果需要，一个或多个电介质层70可在导电迹线82上分层，和/或一个或多个电介质层70可在接地迹线80下分层。
天线40可使用形成在柔性印刷电路72上和/或嵌入在柔性印刷电路72内的射频传输线诸如射频传输线74被馈电。射频传输线74(例如，图3的给定射频传输线42)可包括接地迹线80和导电迹线82。接地迹线80与导电迹线82重叠的部分可形成射频传输线74的接地导体(例如，图3的接地导体48)。导电迹线82可形成射频传输线74的信号导体(例如，图3的信号导体46)，并且因此在本文中有时可被称为信号迹线82。射频传输线74可在天线40与毫米波/厘米波收发器电路之间传送射频信号。图6的示例仅为例示性的，其中天线40使用信号迹线82和接地迹线80被馈电。总体上，天线40可使用柔性印刷电路72中和/或柔性印刷电路72中上任何所需的传输线结构被馈电。
天线40的电介质谐振元件92可由被安装到柔性印刷电路72的顶部表面76的电介质材料的柱(column或pillar)形成。如果需要，电介质谐振元件92可嵌入(例如，横向围绕)在被安装到柔性印刷电路72的顶部表面76的电介质基板诸如电介质基板90内。电介质基板90和电介质谐振元件92从柔性印刷电路72处的底部表面100延伸至显示器14处的相对的顶部表面98。
可通过调节电介质谐振元件92的尺寸(例如，在图6的X轴、Y轴和/或Z轴的方向上)来选择天线40的操作(谐振)频率。电介质谐振元件92可由介电常数为dk3的电介质材料柱形成。介电常数dk3可相对高(例如，大于10.0、大于12.0、大于15.0、大于20.0、介于15.0与40.0之间、介于10.0与50.0之间、介于18.0与30.0之间、介于12.0与45.0之间等)。在一种合适的布置中，电介质谐振元件92可由氧化锆或陶瓷材料形成。如果需要，其他电介质材料可用于形成电介质谐振元件92。
电介质基板90可由介电常数为dk4的材料形成。介电常数dk4可小于电介质谐振元件92的介电常数dk3(例如，小于18.0、小于15.0、小于10.0、介于3.0与4.0之间、小于5.0、介于2.0与5.0之间等)。介电常数dk4可比介电常数dk3小至少10.0、5.0、15.0、12.0、6.0等。在一种合适的布置中，电介质基板90可由模制塑料(例如，注塑塑料)形成。其他电介质材料可用于形成电介质基板90，
或者如果需要可省略电介质基板90。电介质谐振元件92和电介质基板90之间介电常数的差值可在电介质谐振元件92和电介质基板90之间从底部表面100到顶部表面98建立射频边界条件。这可将电介质谐振元件92配置为用作用于以毫米波和厘米波频率传播射频信号的波导。
电介质基板90可在电介质谐振元件92的每一侧上具有宽度(厚度)106。可选择宽度106以将电介质谐振元件92与外围导电外壳结构12W隔离以及最小化电介质基板90中的信号反射。宽度106可以是例如介电常数为dk4的电介质材料中的射频信号的有效波长的至少十分之一。例如，宽度106可以是0.4-0.5mm、0.3-0.5mm、0.2-0.6mm、大于0.1mm、大于0.3mm、0.2-2.0mm、0.3-1.0mm，或大于0.4mm至0.5mm。
当被射频传输线74的信号导体激励时，电介质谐振元件92可辐射射频信号104。在一些情形中，狭槽形成在柔性印刷电路的顶部表面76上的接地迹线中，狭槽被嵌入在柔性印刷电路72内的信号导体间接馈电，并且狭槽激励电介质谐振元件92辐射射频信号104。然而，在这些情形中，天线的辐射特性可能受到电介质谐振元件如何被安装到柔性印刷电路72影响。例如，气隙或用于将电介质谐振元件安装到柔性印刷电路的粘合剂层可能难以控制，并且可能无意中影响天线的辐射特性。为了减轻与使用底层狭槽激励电介质谐振元件92相关联的问题，天线40可使用射频馈电探针诸如馈电探针85被馈电。馈电探针85可形成天线40的天线馈电部(例如，图3的天线馈电部44)的一部分。
如图6所示，馈电探针85可由导电迹线84形成。导电迹线84可包括图案化到电介质谐振元件92的给定侧壁102上的第一部分(例如，使用溅射工艺或其他导电沉积技术来形成的侧壁102上的导电贴片)。导电迹线84可包括使用导电互连结构86耦接到信号迹线82的第二部分。导电互连结构86可包括焊料、焊缝、导电粘合剂、导电胶带、导电泡沫、导电弹簧、导电支架，和/或任何其他所需的导电互连结构。馈电探针85可由任何所需的导电结构(例如，导电迹线、导电箔、金属片和/或其他导电结构)形成。
信号迹线82可传送射频信号至馈电探针85和从馈电探针85传送射频信号。馈电探针85可将信号迹线82上的射频信号电磁耦合到电介质谐振元件92中。这可用于激励电介质谐振元件92的一个或多个电磁模式(例如，射频腔模式或波导模式)。当被馈电探针85激励时，电介质谐振元件92的电磁模式可将电介质谐振元件配置为用作波导，该波导沿电介质谐振元件92的长度(例如，在图6的Z轴方向上)传播射频信号104的波前通过顶部表面98以及通过显示器14。
例如，在信号传输期间，射频传输线74可将射频信号从毫米波/厘米波收发器电路供应给天线40。馈电探针85可将信号迹线82上的射频信号耦合到电介质谐振元件92中。这可用于激励电介质谐振元件92的一个或多个电磁模式，从而导致射频信号104沿电介质谐振元件92的长度向上传播，以及通过显示器覆盖层56传播到设备10的外部。相似地，在信号接收期间，可通过显示器覆盖层56接收射频信号104。所接收的射频信号可激励电介质谐振元件92的电磁模式，从而导致射频信号沿电介质谐振元件92的长度向下传播。馈电探针85可将所接收的射频信号耦合到射频传输线74上，该射频传输线将射频信号传递至毫米波/厘米波收发器电路。电介质谐振元件92和电介质基板90之间介电常数的相对大差值可允许电介质谐振元件92以相对高的天线效率(例如，通过在电介质谐振元件92和电介质基板90之间针对射频信号建立强边界)传送射频信号104。与使用介电常数较低的材料的情形相比，电介质谐振元件92的相对高介电常数还可允许电介质谐振元件92占据相对小的体积。
可选择馈电探针85的尺寸(例如，在图6的X轴和Z轴的方向上)以有助于匹配射频传输线74的阻抗与电介质谐振元件92的阻抗。馈电探针85可位于电介质谐振元件92的特定侧壁102上，以向天线40提供所需的线性极化(例如，垂直极化或水平极化)。如果需要，多个馈电探针85可形成在电介质谐振元件92的多个侧壁102上以将天线40配置为同时覆盖多个正交线性极化。如果需要，可随时间独立地调节每个馈电探针的相位以向天线提供其他极化，诸如椭圆极化或圆形极化。馈电探针85在本文中有时可被称为馈电导体85、馈电贴片85或探针馈电部85。电介质谐振元件92在本文中有时可被称为电介质辐射元件、电介质辐射体、电介质谐振器、电介质天线谐振元件、电介质圆柱(column)、电介质柱(pillar)、辐射元件或谐振元件。当被一个或多个馈电探针诸如馈电探针85馈电时，电介质谐振器天线诸如图6的天线40在本文中有时可被称为探针馈电的电介质谐振器天线。
显示器覆盖层56可由小于介电常数dk3的介电常数为dk1的电介质材料形成。例如，介电常数可介于约3.0与10.0之间(例如，介于4.0与9.0之间、介于5.0与8.0之间、介于5.5与7.0之间、介于5.0与7.0之间等)。在一种合适的布置中，显示器覆盖层56可由玻璃、塑料或蓝宝石形成。如果不小心，则显示器覆盖层56和电介质谐振元件92之间介电常数的相对大差值可在显示器覆盖层和电介质谐振元件之间的边界处引起不期望的信号反射。这些反射可导致发射信号与反射信号之间的破坏性干扰以及无意中限制天线40的天线效率的杂散信号损耗。
为了减轻影响，天线40可设置有阻抗匹配层诸如电介质匹配层94。电介质匹配层94可被安装到电介质谐振元件92和显示器覆盖层56之间电介质谐振元件92的顶部表面98。如果需要，电介质匹配层94可使用粘合剂层96被粘附到电介质谐振元件92。如果需要，粘合剂还可或可替代地用于将电介质匹配层94粘附到显示器覆盖层56。粘合剂96可相对薄，以使得不显著影响射频信号104的传播。
电介质匹配层94可由介电常数为dk2的电介质材料形成。介电常数dk2可大于介电常数dk1而小于介电常数dk3。例如，介电常数dk2可等于SQRT(dk1*dk3)，其中SQRT()为平方根运算符，“*”为乘法运算符。存在电介质匹配层94可允许射频信号传播而不面向介电常数为dk1的材料与介电常数为dk3的材料之间的尖锐边界，从而有助于减少信号反射。
电介质匹配层94可设置有厚度88。可选择厚度88为大约等于电介质匹配层94中射频信号104的有效波长的四分之一(例如，在15％以内)。通过将射频信号104的自由空间波长(例如，对应于介于10Ghz与300GHz之间频率的厘米波长或毫米波长)除以恒定因子(例如，dk3的平方根)给出有效波长。当设置有厚度88时，电介质匹配层94可形成四分之一波长阻抗转换器，该阻抗转换器减轻了与在显示器覆盖层56、电介质匹配层94和电介质谐振元件92之间边界处反射射频信号104相关联的任何破坏性干扰。
当以这种方式被配置时，天线40可辐射射频信号104通过设备10的正面，
尽管其耦接到位于设备10的后部处的柔性印刷电路上的毫米波/厘米波收发器电路。电介质谐振元件92的相对窄的宽度可允许天线40适配在显示模块68、其他部件58和外围导电外壳结构12W之间的体积中。图6的天线40可形成在面向前部的相控天线阵列中，该相控天线阵列传送射频信号跨设备10的正面上的至少一部分半球。
图7为图6的探针馈电的电介质谐振器天线在电介质谐振元件使用用于覆盖多个极化的多个馈电探针被馈电的情形中的透视图。为了清楚起见，从图7省略了图6的外围导电外壳结构12W、电介质基板90、电介质匹配层94、粘合剂96、后部外壳壁12R、显示器14和其他部件58。
如图7所示，天线40的电介质谐振元件92被安装到柔性印刷电路72的顶部表面76。天线40可使用多个馈电探针85(诸如被安装到电介质谐振元件92和柔性印刷电路72的第一馈电探针85V和第二馈电探针85H)被馈电。馈电探针85V包括图案化在电介质谐振元件92的第一侧壁102上的导电迹线84V。馈电探针85H包括图案化在电介质谐振元件92的第二(正交)侧壁102上的导电迹线84H。
天线40可使用多个射频传输线74(诸如第一射频传输线74V和第二射频传输线74H)被馈电。第一射频传输线74V可包括柔性印刷电路72的顶部表面76上的导电迹线122V和120V。导电迹线122V和120V可形成射频传输线74V的信号导体(例如，图6的信号迹线82)的一部分。相似地，第二射频传输线74H可包括柔性印刷电路72的顶部表面76上的导电迹线122H和120H。导电迹线122H和120H可形成射频传输线74H的信号导体(例如，图6的信号迹线82)的一部分。
导电迹线122V可比导电迹线120V更窄。导电迹线122H可比导电迹线120H更窄。导电迹线120V和120H可例如为柔性印刷电路72的顶部表面76上的导电接触焊盘。馈电探针85V的导电迹线84V可被安装并且耦接到导电迹线120V(例如，使用图6的导电互连结构86)。相似地，馈电探针85H的导电迹线84H可被安装并且耦接到导电迹线120H。
射频传输线74V和馈电探针85V可传送具有第一线性极化(例如，垂直极化)的第一射频信号。当使用第一射频信号被驱动时，馈电探针85V可激励与第一极化相关联的电介质谐振元件92的一个或多个电磁模式。当以这种方式被激励时，与第一射频信号相关联的波前可沿电介质谐振元件92的长度(例如，沿中心轴线/纵向轴线109)传播，并且可被辐射通过显示器(例如，通过图6的显示器覆盖层56)。
相似地，射频传输线74H和馈电探针85H可传送有正交于第一极化(例如，水平极化)的第二线性极化的射频信号。当使用第二射频信号被驱动时，馈电探针85H可激励与第二极化相关联的电介质谐振元件92的一个或多个电磁模式。当以这种方式被激励时，与第二射频信号相关联的波前可沿电介质谐振元件92的长度传播，并且可被辐射通过显示器(例如，通过图6的显示器覆盖层56)。馈电探针85H和85V两者可同时有效，以使得天线40在任何给定时间传送第一射频信号和第二射频信号两者。在另一种合适的布置中，馈电探针85H和85V中的单个可同时有效，以使得天线40在任何给定时间传送仅有单个极化的射频信号。
电介质谐振元件92可具有长度110、宽度112和高度114。可选择长度110、宽度112和高度114以向电介质谐振元件92提供电磁腔模式/波导模式的对应混合，该电磁腔模式/波导模式当被馈电探针85H和/或85V激励时，将天线40配置为以期望的频率辐射。例如，高度114可为2-10mm、4-6mm、3-7mm、4.5-5.5mm或大于2mm。宽度112和长度110可各自为0.5-1.0mm、0.4-1.2mm、0.7-0.9mm、0.5-2.0mm、1.5mm-2.5mm、1.7mm-1.9mm、1.0mm-3.0mm等。宽度112可等于长度110，或者在其他布置方式中可不同于长度110。电介质谐振元件92的侧壁102可接触周围的电介质基板(例如，图6的电介质基板90)。电介质基板可被模制在馈电探针85H和85V上，或者可包括开口、凹口、或容纳馈电探针85H和85V存在的其他结构。图7的示例仅为例示性的，并且如果需要，电介质谐振元件92可具有其他形状(例如，具有任何所需数量的笔直侧壁和/或弯曲侧壁102的形状)。
导电迹线84V和84H可各自具有宽度118和高度116。可选择宽度118和高度116以匹配射频传输线74V和74H的阻抗与电介质谐振元件92的阻抗。例如，宽度118可介于0.3mm与0.7mm之间、介于0.2mm与0.8mm之间、介于0.4mm与0.6mm之间，或者是其他值。高度116可介于0.3mm与0.7mm之间、介于0.2mm与0.8mm之间、介于0.4mm与0.6mm之间，或者是其他值。高度116可等于宽度118或者可不同于宽度118。
如果需要，传输线74V和74H可包括一个或多个传输线匹配短插芯，诸如耦接到迹线122V和122H的匹配短插芯124。匹配短插芯124可有助于确保射频传输线74H和74V的阻抗与电介质谐振元件92的阻抗匹配。匹配短插芯124可具有任何所需的形状或者可被省略。导电迹线84V和84H可具有其他形状(例如，具有任何所需数量的笔直边缘和/或弯曲边缘的形状)。
如果需要，狭槽可形成在柔性印刷电路72上的接地迹线80中，以有助于匹配(多个)射频传输线与电介质谐振元件92的阻抗。图8为天线40的横截面侧视图，示出了接地迹线80可如何包括开口以有助于匹配(多个)射频传输线与电介质谐振元件92的阻抗。在图8的示例中，为了清楚起见，仅示出了单个馈电探针，并且省略了图6的外围导电外壳结构12W、电介质基板90、电介质匹配层94、粘合剂96、后部外壳壁12R、显示器14和其他部件58。
如图8所示，接地迹线80可包括狭槽或开口，诸如柔性印刷电路72的底部表面78处的狭槽126。天线40的电介质谐振元件92可被安装到柔性印刷电路72并且可与底层狭槽126对准。狭槽126可具有宽度128。宽度128可例如大于或等于电介质谐振元件92的宽度112(例如，电介质谐振元件92的整个横向区域可与狭槽126重叠)。狭槽126可有助于匹配传输线74的阻抗与电介质谐振元件92的阻抗。如果需要，存在狭槽126还可允许馈电探针85激励电介质谐振元件92的附加电磁模式以扩展被天线40覆盖的频率和/或带宽。可调节宽度128以优化射频传输线74与电介质谐振元件92之间的阻抗匹配和/或调谐天线40的频率响应(例如，峰值响应频率和带宽)。此外，狭槽126可用于最小化电介质谐振元件92中两个线性极化(例如，水平极化和垂直极化)之间的耦合。例如，狭槽126可有助于干扰与传输线74V和74H(图7)相关联的收发器端口之间的接地电流流动。
图9是天线40的自顶向下视图，示出了电介质谐振元件92可如何与接地迹线80中的底层狭槽126重叠(例如，如在图8的箭头130的方向上)。在图9的示例中，为了清楚起见，已省略了图8的柔性印刷电路72中的电介质材料。
如图9所示，电介质谐振元件92可与底层接地迹线80中的狭槽126对准。狭槽126可具有矩形形状(例如，与电介质谐振元件92的横向形状相同的形状)或者可具有其他形状。信号迹线82可耦接到位于电介质谐振元件92的给定侧壁上对应馈电探针85中的导电迹线84。这一示例仅为例示性的，并且如果需要，可提供附加的馈电探针和射频传输线以覆盖附加极化。
在实践中，如果不小心，电介质谐振器天线诸如天线40可经受不期望的交叉极化干扰。当使用用于在第二极化中传送射频信号的天线馈电部不期望地发射或接收将在第一极化中传送的射频信号时，可发生交叉极化干扰。例如，交叉极化干扰可涉及水平极化信号到图7的馈电探针85V(例如，旨在传送垂直极化信号的馈电探针)上的泄漏和/或垂直极化信号到图7的馈电探针85H(例如，旨在传送水平极化信号的馈电探针)上的泄漏。当由馈电探针85V产生的电场具有以不同角度的混合取向的分量时或者当由馈电探针85H产生的电场具有在电介质谐振元件92内以不同角度的混合取向的分量时，可出现交叉极化干扰。交叉极化干扰可导致总体数据吞吐量的减小、所发射或所接收的数据的误差，或以其他方式降低的天线性能。这些效应在天线40使用水平和垂直极化(例如，在MIMO方案下)传送独立数据流的情况下也是特别有害的，因为交叉极化干扰降低了数据流的独立性。因此，期望能够为电介质谐振器天线诸如天线40提供用于减轻交叉极化干扰(例如，用于使由天线处理的极化之间的隔离最大化)的结构。
图10是具有用于减轻交叉极化干扰的结构的天线40的自顶向下视图。在图10的示例中，天线40是具有用于激励电介质谐振元件92的不同极化的馈电探针85V和85H的双极化电介质谐振器天线。
如图10所示，电介质谐振元件92可具有矩形横向轮廓。电介质谐振元件92可具有四个侧壁102(例如，四个竖直面或表面)，诸如第一侧壁102A、第二侧壁102B、第三侧壁102C和第四侧壁102D。在电介质谐振元件92上，第三侧壁102C可与第一侧壁102A相对，并且第四侧壁102D可与第二侧壁102B相对。馈电探针85V的导电迹线84V可以图案化到第一侧壁102A上。导电迹线84V还可耦接到底层柔性印刷电路72上的导电迹线120V。导电迹线122V可耦接到导电迹线120V。类似地，馈电探针85H的导电迹线84H可以图案化到第二侧壁102B上。导电迹线84V也可耦接到柔性印刷电路72上的导电迹线120H。导电迹线122H可耦接到导电迹线120H。
为了减轻交叉极化干扰，寄生元件诸如寄生元件132H和132V可被图案化到电介质谐振元件92的侧壁上。寄生元件132H和132V可例如由图案化到电介质谐振元件92的侧壁上的导电材料浮动贴片(例如，未耦接到地或天线40的信号迹线的导电贴片)形成。如图10所示，寄生元件132H可被图案化到与馈电探针85H相对的第四侧壁102D上。寄生元件132V可被图案化到与第一馈电探针85V相对的第三侧壁102C上。
寄生元件132H中导电材料的存在可用于改变由馈电探针85H在电介质谐振元件92内激发的电场的边界条件。例如，在省略寄生元件132H的情况下，由馈电探针85H激发的电场可包括以不同方向取向的不同电场分量的混合。这可导致交叉极化干扰，其中一些垂直极化信号不期望地泄漏到馈电探针85H上。然而，由寄生元件132H产生的边界条件可用于将由馈电探针85H激发的电场在侧壁102B和102D之间的单个方向上对齐，如箭头131所示(例如，在平行于X轴的水平方向上)。因为由馈电探针85H激发的整个电场是水平的，所以馈电探针85H可仅传送水平极化信号，而没有垂直极化信号干扰水平极化信号。
类似地，寄生元件132V中导电材料的存在可用于改变由馈电探针85V在电介质谐振元件92内激发的电场的边界条件。例如，在省略寄生元件132V的情况下，由馈电探针85V激发的电场可包括以不同方向取向的不同电场分量的混合。这可导致交叉极化干扰，其中一些水平极化信号不期望地泄漏到馈电探针85V上。然而，由寄生元件132V产生的边界条件可用于将由馈电探针85V激发的电场在侧壁102A与102C之间的单个方向上对齐，如箭头133所示(例如，在平行于Y轴的竖直方向上)。因为由馈电探针85V激发的整个电场是竖直的，所以馈电探针85V可仅传送垂直极化信号，而没有水平极化信号干扰垂直极化信号。
寄生元件132V可具有与侧壁102A上的导电迹线84V的部分的形状匹配的形状(例如，X-Z平面中的横向尺寸)(例如，寄生元件132V可具有图7的宽度118和高度116。类似地，寄生元件132H可具有与侧壁102B上的导电迹线84H的部分的形状匹配的形状(例如，Y-Z平面中的横向尺寸)(例如，寄生元件132H可具有图7的宽度118和高度116)。这可确保在馈电探针85V与寄生元件132V之间以及在馈电探针85H与寄生元件132H之间存在对称边界条件。如果需要，寄生元件132V不需要具有与馈电探针85V完全一样的尺寸，并且寄生元件132H不需要具有与馈电探针85H完全一样的尺寸。
图11是具有寄生元件132H和132V的天线40的横截面侧视图(例如，沿着图10的线AA'截取)。如图11所示，可使用导电互连结构86(例如，焊料)将馈电探针85H的导电迹线84H耦接到迹线120H。寄生元件132H可形成在电介质谐振元件92的与馈电探针85H相对的侧壁102D上。寄生元件132H可具有与图案化到电介质谐振元件92的侧壁102B上的导电迹线84H的部分相同的尺寸。如果需要，寄生元件132H可向下延伸到柔性印刷电路72的顶部表面76。寄生元件132H未耦接到天线40的信号迹线或天线40的接地迹线(例如，寄生元件132H是侧壁102D上的浮动寄生贴片)。如果需要，寄生元件132H可焊接到柔性印刷电路72的顶部表面76上的浮动迹线(例如，以帮助为寄生元件132H提供机械支撑)。类似的结构可用于在图10的侧壁102C上形成寄生元件132V。
寄生元件132H可在Y-Z平面内与馈电探针85H的侧向区域对准并重叠(例如，完全重叠)。类似地，寄生元件132V可在X-Z平面内与馈电探针85V的侧向区域对准并重叠(例如，完全重叠)(图10)。寄生元件132H和132V可用于减轻针对相对低频率(诸如约24Ghz至约30GHz的频率)的交叉极化干扰。然而，如果不小心，则交叉极化干扰仍可在较高频率诸如约37Ghz至约43GHz的频率下发生。为了减轻较高频率下的交叉极化，天线40可包括在电介质谐振元件92的其他部分上的附加寄生贴片。
如图11所示，电介质谐振元件92可具有在顶部表面98处的顶端(部分)136(例如，电介质谐振元件92的与馈电探针85H和柔性印刷电路72相对的端部)。天线40可包括在端部136处图案化到电介质谐振元件92的一个或多个侧壁上的一个或多个寄生元件134。例如，天线40可包括在端部136处图案化到侧壁102D上的第一寄生元件134D和/或图案化到侧壁102B上的第二寄生元件134B。寄生元件134D和134B可以是未耦接到天线40的信号迹线或接地迹线的浮动导电贴片。寄生元件134D可与寄生元件134B对准并重叠(例如，完全重叠)。如果需要，寄生元件134D可具有与寄生元件134B相同的形状和尺寸。寄生元件134D和134B可用于为电介质谐振元件92创建附加的电磁边界条件。这些边界条件可用于将由馈电探针85H在相对高的频率(诸如约37Ghz至约43GHz的频率)下激发的电场在侧壁102D和102B之间的单个方向上(例如，在平行于X轴的水平方向上)对齐。这可用于减轻馈电探针85H在这些相对高的频率下的交叉极化干扰。
图11的示例仅为例示性的。在另一种合适的布置方式中，寄生元件134D和134B可以图案化到侧壁102D和102B的插置在端部136与馈电探针85H之间的部分上(例如，寄生元件134D和134B不需要在电介质谐振元件92的端部136处形成)。当类似的寄生元件134被图案化到电介质谐振元件92上以用于减轻图10的馈电探针85V上的交叉极化干扰时，天线40可包括总共六个寄生元件。图12是示出天线40可如何包括六个寄生元件的透视图。
在图12的示例中，为了清楚起见，省略了馈电探针85H和85V。为了说明起见，图12的电介质谐振元件92以透明的方式示出。如图12所示，天线40可包括在电介质谐振元件92的与顶部表面98相对的端部处的侧壁102D上的寄生元件132H。天线40可包括在电介质谐振元件92的与顶部表面98相对的端部处的侧壁102C上的寄生元件132V。天线40还可包括在电介质谐振元件92的端部136处图案化到侧壁102A上的寄生元件134A，并且可包括在电介质谐振元件92的端部136处图案化到侧壁102C上的寄生元件134C。
寄生元件134A和134C可以是未耦接到天线40的信号迹线或接地迹线的浮动导电贴片。寄生元件134C可与寄生元件134A对准并重叠(例如，完全重叠)。如果需要，寄生元件134C可具有与寄生元件134A相同的形状和尺寸。寄生元件134C和134A可用于为电介质谐振元件92创建附加的电磁边界条件。这些边界条件可用于将由馈电探针85V(图10)在相对高的频率(诸如约37Ghz至约43GHz的频率)下激发的电场在侧壁102A和102C之间的单个方向上(例如，在平行于Y轴的竖直方向上)对齐。这可用于减轻馈电探针85V(图10)在这些相对高的频率下的交叉极化干扰。
图12的示例仅为例示性的。如果需要，附加寄生元件可被图案化到侧壁102的任何期望部分上(例如，天线40可包括多于六个寄生元件)。如果需要，可省略寄生元件132H、132V、134A、134B、134C和/或134D。寄生元件可共同用于在任何所需频率下将天线40与交叉极化干扰隔离。
在仅使用单个馈电探针对天线40馈电的情况下，天线40还可包括交叉极化干扰减轻寄生元件。图13是自顶向下视图，示出了在仅使用单个馈电探针85对天线40馈电的布置中天线40可如何包括交叉极化干扰减轻寄生元件。
如图13所示，天线40可使用单个馈电探针85馈电。馈电探针85的导电迹线84可被图案化到电介质谐振元件92的侧壁102A上。导电迹线84可耦接到底层柔性印刷电路72上的信号迹线82。接地迹线诸如接地迹线140也可被图案化到柔性印刷电路72上。
天线40可包括一个或多个寄生元件138，诸如第一寄生元件138-1和第二寄生元件138-2。寄生元件138-1可由图案化到电介质谐振元件92的侧壁102D上的导电迹线贴片(例如，导电贴片)形成。寄生元件138-2可由图案化到电介质谐振元件92的侧壁102B上的导电迹线贴片(例如，导电贴片)形成。寄生元件138-1和138-2可例如各自具有与导电迹线84(例如，X-Z平面中)相同的大小和横向尺寸(例如，在Y-Z平面中)。寄生元件138-1和寄生元件138-2可各自通过导电互连结构142耦接到柔性印刷电路72处的接地迹线140。导电互连结构142可包括焊料、焊缝、导电粘合剂、导电胶带、导电泡沫、导电弹簧、导电支架，和/或任何其他所需的导电互连结构。这样，寄生元件138-1和138-2可各自保持在地电位(例如，寄生元件138-1和138-2可为接地贴片)。如果需要，可省略寄生元件138-1或可省略寄生元件138-2(例如，如果需要，天线40可仅包括单个寄生元件138)。
寄生元件138-1和/或寄生元件138-2可用于改变电介质谐振元件92的电磁边界条件，以减轻馈电探针85的交叉极化干扰(例如，以在馈电探针85处理垂直极化信号的情况下将馈电探针85与来自水平极化信号的干扰隔离)。电介质谐振元件92的侧壁102C可不含导电材料，诸如寄生元件138。
图14是图13的天线40的侧视图(例如，沿图13的箭头143的方向截取)。如图14所示，接地迹线140可被图案化到柔性印刷电路72的顶部表面76上。接地迹线140可耦接到设备10中的其他接地结构。例如，接地迹线140可使用延伸穿过柔性印刷电路72的导电通孔145耦接到图6-8的接地迹线80。如果需要，接地迹线140可具有横向开口以容纳图13的信号迹线82。寄生元件138-1可由图案化到侧壁102D上的导电迹线贴片形成，而寄生元件138-2由图案化到侧壁102B上的导电迹线贴片形成。寄生元件138-1和138-2可耦接到底层接地迹线140。寄生元件138-1和138-2位于电介质谐振元件92的与顶部表面98相对的端部处(例如，电介质谐振元件92在柔性印刷电路72处的端部)。如果需要，图13和图14的单极化天线40可包括附加寄生元件(例如，电介质谐振元件92的在顶部表面98处的端部处)，诸如图12的寄生元件134A-134D。
图15是图13和图14的单极化天线40的天线性能(回波损耗)随频率变化的曲线图。图15的曲线144绘出了在不存在寄生元件138-1和138-2的情况下天线40的响应。如曲线144所示，天线40在电介质谐振元件92的操作频带(例如，从频率F1延伸到频率F2的频带B)内表现出相对窄的响应峰值。仅作为一个示例，频率F1可为约26GHz，而频率F2为约30GHz。曲线144的窄响应峰值可能不足以令人满意地覆盖从频率F1到频率F2的整个频带B。
图15的曲线146绘制了在天线40仅包括寄生元件138-1和寄生元件138-2中的一个的示例中天线40的响应。如曲线146所示，相对于不使用寄生元件的情况，单个寄生元件138的存在可用于改善天线40在频带B的下端部(例如，在频率F1附近的频率)和频带B的上端部(例如，在频率F2附近的频率)处的响应。
图15的曲线148绘出了在天线40包括寄生元件138-1和寄生元件138-2两者的示例中天线40的响应。如曲线148所示，寄生元件138-1和138-2两者的存在可用于相对于不使用寄生元件的情况改善天线40跨频带B的大部分的响应。此外，相对于仅使用一个寄生元件138的情形，寄生元件138-1和138-2两者的存在可用于改善天线40在频带B的中心附近的响应。图15的示例仅为例示性的。曲线144、146和148可具有其他形状。频带B可包括任何期望的毫米和/或厘米波频率。
一个或多个前向相控天线阵列54-2(例如，包括图10-12的双极化天线40和/或图13和图14的单极化天线40的相控天线阵列)可沿显示器14的周边安装在设备10中的任何所需位置处，以用于通过显示器进行辐射(例如，在图1的显示器14的无效区域IA内)。图16为设备10的自顶向下视图，示出了给定相控天线阵列54-2可如何与外围导电外壳结构12W中的凹口对准。
如图16所示，外围导电外壳结构12W可围绕设备10中显示模块68的外围延伸。为了清楚起见，已从图16中省略了图5和图6的显示器覆盖层56。外围导电外壳结构12W可包括向内突出的唇缘149(在本文中有时被称为凸缘或基准)和凸起部分151。凸起部分151可围绕显示器覆盖层的外围边缘延伸。外围导电外壳结构12W的唇缘149可包括开口诸如凹口150。相控天线阵列54-2(例如，覆盖单个极化和频带的相控天线阵列、覆盖相同频带中的多个极化的相控天线阵列、覆盖多个极化和多个频带的相控天线阵列，或者覆盖单个极化和多个频带的相控天线阵列)可被安装在唇缘149下，并且与凹口150对准。
相控天线阵列54-2中的天线40可各自包括被一个或多个电介质基板90围绕的电介质谐振元件92。相控天线阵列54-2中的每个天线40可使用相同的柔性印刷电路72中的对应射频传输线被馈电。这一示例仅为例示性的，并且如果需要，相控天线阵列54-2中的两个或更多个天线40可使用独立的柔性印刷电路中的射频传输线被馈电。相控天线阵列54-2中的天线40可传送射频信号通过凹口150和显示器覆盖层(未示出)。相控天线阵列54-2可在设备10的正面上的半球内执行波束转向。图16的示例仅为例示性的。如果需要，相控天线阵列54-2中的天线40可被布置成具有多行天线和多列天线的二维图案，或者被布置成其他图案。
如果需要，相控天线阵列54-2可位于设备10内的其他位置。在一种合适的布置中，相控天线阵列54-2可位于显示器14的有效区域AA中的凹口8内(图1)。图17是示出相控天线阵列54-2可如何与显示器14的有效区域AA中的凹口8对准的自顶向下视图。
如图17所示，显示器14的显示模块68可包括凹口8。为了清楚起见，已从图17中省略了图5和图6的显示器覆盖层56。显示模块68可形成显示器14的有效区域AA，而凹口8形成显示器14的无效区域IA的一部分(图1)。凹口8的边缘可由外围导电外壳结构12W和显示模块68限定。例如，凹口8可具有由显示模块68限定的两个或更多个边缘(例如，三个边缘)以及由外围导电外壳结构12W限定的一个或多个边缘。
设备10可包括凹口8内的扬声器端口16(例如，耳扬声器)。如果需要，设备10可包括凹口10内的其他部件152。其他部件152可包括一个或多个图像传感器，诸如一个或多个相机、红外图像传感器、红外光发射器(例如，红外点投影仪和/或泛光照明器)、环境光传感器、指纹传感器、电容式接近传感器、热传感器、湿度传感器，或任何其他所需的输入/输出部件(例如，图2的输入/输出设备26)。一个或多个相控天线阵列54-2可与未被其他部件152或扬声器端口16占据的凹口8的(多个)部分对准。与凹口8对准的相控天线阵列54-2可包括一维相控天线阵列诸如一维相控天线阵列54-2'和/或二维相控天线阵列诸如二维相控天线阵列54-2”。因为电介质谐振元件92比覆盖相同频率的贴片天线或隙缝天线占据更少的横向区域，所以相控天线阵列54-2'和54-2”可适配在凹口8内并且仍可表现出令人满意的天线效率，尽管存在扬声器端口16和其他部件152。
如果需要，多个相控天线阵列54-2可与外围导电外壳结构12W中的多个凹口对准(例如，图16的多个凹口150)和/或可与显示模块68中的凹口8对准。相控天线阵列54-2可在设备10的正面上的一些或全部半球内提供介于10GHz与300GHz之间的一个或多个频带中的波束转向。当与设备10的后部处的相控天线阵列54-1的操作组合时(图5)，设备10中的相控天线阵列可在围绕设备10的大约整个球体内共同提供覆盖。相控天线阵列54-2的天线中寄生元件的存在可用于减轻相控天线阵列中的交叉极化干扰，从而优化相控天线阵列的射频性能。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括：外壳；显示器，所述显示器具有被安装到所述外壳的显示器覆盖层；和探针馈电的电介质谐振器天线，所述探针馈电的电介质谐振器天线位于所述外壳中并且被配置为通过所述显示器覆盖层在大于10GHz的频带中传送射频信号，所述探针馈电的电介质谐振器天线包括：寄生元件，所述寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离。
根据另一个实施方案，探针馈电的电介质谐振器天线包括电介质谐振元件以及电介质谐振元件上的馈电探针，馈电探针被配置为激励电介质谐振元件在频带中谐振。
根据另一个实施方案，电介质谐振元件包括第一侧壁、第二侧壁、与第一侧壁相对的第三侧壁以及与第二侧壁相对的第四侧壁，馈电探针耦接到第一侧壁。
根据另一个实施方案，寄生元件耦接到第三侧壁并与馈电探针对准。
根据另一个实施方案，电子设备包括基板，所述电介质谐振元件被安装到所述基板；和射频传输线，所述射频传输线位于所述基板上并且耦接到所述馈电探针，所述电介质谐振元件具有在所述显示器处的第一端部和在所述基板处的相对的第二端部，所述探针馈电的电介质谐振器天线包括附加寄生元件，所述附加寄生元件在所述电介质谐振元件的所述第一端部处耦接到所述电介质谐振元件。
根据另一个实施方案，探针馈电的电介质谐振器天线包括附加馈电探针，所述附加馈电探针耦接到所述电介质谐振元件的所述第二侧壁，所述附加馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件；和附加寄生元件，所述附加寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离，所述附加寄生元件耦接到所述第四侧壁并且与所述附加馈电探针对准。
根据另一个实施方案，所述电介质谐振元件具有在所述馈电探针处的第一端部并且具有相对的第二端部，所述探针馈电的电介质谐振器天线包括：第一浮动导电贴片，所述第一浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第一侧壁；第二浮动导电贴片，所述第二浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第二侧壁；第三浮动导电贴片，所述第三浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第三侧壁，所述第三浮动导电贴片与所述第一浮动导电贴片对准；和第四浮动导电贴片，所述第四浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第四侧壁，所述第四浮动导电贴片与所述第二浮动导电贴片对准。
根据另一个实施方案，寄生元件耦接到第二侧壁。
根据另一个实施方案，所述探针馈电的电介质谐振器天线包括附加寄生元件，所述附加寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离，所述附加寄生元件耦接到所述第四侧壁。
根据另一个实施方案，第三侧壁不含导电材料。
根据另一个实施方案，电子设备包括基板，所述电介质谐振元件安装到所述基板的表面；射频传输线，所述射频传输线位于所述基板上并且耦接到所述馈电探针；和所述基板的所述表面上的接地迹线，其中所述寄生元件和所述附加寄生元件耦接到所述接地迹线。
根据另一个实施方案，所述外壳包括围绕所述电子设备的外围延伸的外围导电外壳结构，所述显示器覆盖层被安装到所述外围导电外壳结构，并且所述电子设备包括凹口，所述凹口在所述外围导电外壳结构中，所述探针馈电的电介质谐振元件与所述凹口对准并且被配置为传送所述射频信号通过所述凹口。
根据另一个实施方案，所述外壳包括围绕所述电子设备的外围延伸的外围导电外壳结构，所述显示器覆盖层被安装到所述外围导电外壳结构，所述显示器包括被配置为通过所述显示器覆盖层发射光的显示模块，所述显示模块包括凹口，所述凹口具有由所述显示模块和所述外围导电外壳结构限定的边缘，并且所述电子设备包括：音频扬声器，所述音频扬声器与所述凹口对准；和图像传感器，所述图像传感器与所述凹口对准，所述探针馈电的电介质谐振器天线与所述凹口对准并且被配置为传送所述射频信号通过所述凹口。
根据一个实施方案，提供了一种天线，该天线包括电介质谐振元件，所述电介质谐振元件具有底部表面、顶部表面以及从所述底部表面延伸到所述顶部表面的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁与所述第三侧壁相对，并且所述第二侧壁与所述第四侧壁相对；馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一侧壁，所述馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在大于10GHz的频带中谐振；和浮动寄生贴片，所述浮动寄生贴片耦接到所述第三侧壁并与所述馈电探针重叠。
根据另一个实施方案，天线包括附加馈电探针，所述附加馈电探针耦接到所述第二侧壁，所述附加馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在所述频带中谐振；和附加浮动寄生贴片，所述附加浮动寄生贴片耦接到所述第四侧壁并与所述附加馈电探针重叠。
根据另一个实施方案，所述电介质谐振元件具有在所述底部表面处的第一端部和在所述顶部表面处的第二端部，所述馈电探针、所述附加馈电探针、所述浮动寄生贴片和所述附加浮动寄生贴片位于所述电介质谐振元件的所述第一端部处。
根据另一个实施方案，天线包括在电介质谐振元件的第二端部处耦接到电介质谐振元件的至少一个浮动寄生贴片。
根据一个实施方案，提供了一种天线，该天线包括电介质谐振元件，所述电介质谐振元件具有底部表面、顶部表面以及从所述底部表面延伸到所述顶部表面的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁与所述第三侧壁相对，并且所述第二侧壁与所述第四侧壁相对；馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一侧壁，所述馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在大于10GHz的频带中谐振；和接地寄生贴片，所述接地寄生贴片耦接到所述第二侧壁。
根据另一个实施方案，天线包括耦接到第四侧壁的附加接地寄生贴片，附加接地寄生贴片与接地寄生贴片重叠。
根据另一个实施方案，电介质谐振元件具有在底部表面处的第一端部和在顶部表面处的第二端部，馈电探针、接地寄生贴片和附加接地寄生贴片位于电介质谐振元件的第一端部处。
前文仅为例示性的，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：
外壳；
显示器，所述显示器具有被安装到所述外壳的显示器覆盖层；和
探针馈电的电介质谐振器天线，所述探针馈电的电介质谐振器天线位于所述外壳中并被配置为通过所述显示器覆盖层在大于10GHz的频带中传送射频信号，其中所述探针馈电的电介质谐振器天线包括：
寄生元件，所述寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述探针馈电的电介质谐振器天线还包括：
电介质谐振元件；和
馈电探针，所述馈电探针位于所述电介质谐振元件上，其中所述馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在所述频带中谐振。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述电介质谐振元件包括第一侧壁、第二侧壁、与所述第一侧壁相对的第三侧壁以及与所述第二侧壁相对的第四侧壁，所述馈电探针耦接到所述第一侧壁。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述寄生元件耦接到所述第三侧壁并与所述馈电探针对准。
5.根据权利要求4所述的电子设备，还包括：
基板，其中所述电介质谐振元件被安装到所述基板；和
射频传输线，所述射频传输线位于所述基板上并耦接到所述馈电探针，其中所述电介质谐振元件具有在所述显示器处的第一端部和在所述基板处的相对的第二端部，所述探针馈电的电介质谐振器天线还包括：
附加寄生元件，所述附加寄生元件在所述电介质谐振元件的所述第一端部处耦接到所述电介质谐振元件。
6.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述探针馈电的电介质谐振器天线还包括：
附加馈电探针，所述附加馈电探针耦接到所述电介质谐振元件的所述第二侧壁，其中所述附加馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件；和
附加寄生元件，所述附加寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离，其中所述附加寄生元件耦接到所述第四侧壁并与所述附加馈电探针对准。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述电介质谐振元件具有在所述馈电探针处的第一端部并具有相对的第二端部，所述探针馈电的电介质谐振器天线还包括：
第一浮动导电贴片，所述第一浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第一侧壁；
第二浮动导电贴片，所述第二浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第二侧壁；
第三浮动导电贴片，所述第三浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第三侧壁，其中所述第三浮动导电贴片与所述第一浮动导电贴片对准；和
第四浮动导电贴片，所述第四浮动导电贴片在所述第二端部处耦接到所述第四侧壁，其中所述第四浮动导电贴片与所述第二浮动导电贴片对准。
8.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述寄生元件耦接到所述第二侧壁。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述探针馈电的电介质谐振器天线还包括：
附加寄生元件，所述附加寄生元件被配置为将所述探针馈电的电介质谐振器天线与交叉极化干扰隔离，其中所述附加寄生元件耦接到所述第四侧壁。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述第三侧壁不含导电材料。
11.根据权利要求9所述的电子设备，还包括：
基板，其中所述电介质谐振元件安装到所述基板的表面；
射频传输线，所述射频传输线位于所述基板上并且耦接到所述馈电探针；和
接地迹线，所述接地迹线位于所述基板的所述表面上，其中所述寄生元件和所述附加寄生元件耦接到所述接地迹线。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述外壳包括围绕所述电子设备的外围延伸的外围导电外壳结构，所述显示器覆盖层被安装到所述外围导电外壳结构，并且所述电子设备还包括：
凹口，所述凹口在所述外围导电外壳结构中，其中所述探针馈电的电介质谐振元件与所述凹口对准并被配置为将所述射频信号传送通过所述凹口。
13.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述外壳包括围绕所述电子设备的外围延伸的外围导电外壳结构，所述显示器覆盖层被安装到所述外围导电外壳结构，所述显示器包括被配置为通过所述显示器覆盖层发射光的显示模块，所述显示模块包括凹口，所述凹口具有由所述显示模块和所述外围导电外壳结构限定的边缘，并且所述电子设备还包括：
音频扬声器，所述音频扬声器与所述凹口对准；和
图像传感器，所述图像传感器与所述凹口对准，其中所述探针馈电的电介质谐振器天线与所述凹口对准并被配置为将所述射频信号传送通过所述凹口。
14.一种天线，包括：
电介质谐振元件，所述电介质谐振元件具有底部表面、顶部表面以及从所述底部表面延伸到所述顶部表面的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，其中所述第一侧壁与所述第三侧壁相对，并且所述第二侧壁与所述第四侧壁相对；
馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一侧壁，其中所述馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在大于10GHz的频带中谐振；和
浮动寄生贴片，所述浮动寄生贴片耦接到所述第三侧壁并与所述馈电探针重叠。
15.根据权利要求14所述的天线，还包括：
附加馈电探针，所述附加馈电探针耦接到所述第二侧壁，其中所述附加馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在所述频带中谐振；和
附加浮动寄生贴片，所述附加浮动寄生贴片耦接到所述第四侧壁并与所述附加馈电探针重叠。
16.根据权利要求15所述的天线，其中所述电介质谐振元件具有在所述底部表面处的第一端部和在所述顶部表面处的第二端部，所述馈电探针、所述附加馈电探针、所述浮动寄生贴片和所述附加浮动寄生贴片位于所述电介质谐振元件的所述第一端部处。
17.根据权利要求16所述的天线，还包括：
至少一个浮动寄生贴片，所述至少一个浮动寄生贴片在所述电介质谐振元件的所述第二端部处耦接到所述电介质谐振元件。
18.一种天线，包括：
电介质谐振元件，所述电介质谐振元件具有底部表面、顶部表面以及从所述底部表面延伸到所述顶部表面的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，其中所述第一侧壁与所述第三侧壁相对，并且所述第二侧壁与所述第四侧壁相对；
馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一侧壁，其中所述馈电探针被配置为激励所述电介质谐振元件在大于10GHz的频带中谐振；和
接地寄生贴片，所述接地寄生贴片耦接到所述第二侧壁。
19.根据权利要求18所述的天线，还包括：
附加接地寄生贴片，所述附加接地寄生贴片耦接到所述第四侧壁，其中所述附加接地寄生贴片与所述接地寄生贴片重叠。
20.根据权利要求19所述的天线，其中所述电介质谐振元件具有在所述底部表面处的第一端部和在所述顶部表面处的第二端部，所述馈电探针、所述接地寄生贴片和所述附加接地寄生贴片位于所述电介质谐振元件的所述第一端部处。
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