CN114450854A - 多频带天线系统 - Google Patents

Abstract

一种天线系统包括：第一贴片天线元件，第一贴片天线元件是导电的；第一能量耦合器，被配置为向第一贴片天线元件传送第一能量或者从第一贴片天线元件接收第一能量，第一能量在第一频带中；第二贴片天线元件，与第一贴片天线元件至少部分地交叠，第二贴片天线元件包括多个物理上分离的部分，多个物理上分离的部分各自是导电的；以及第二能量耦合器，连接到多个物理上分离的部分的第一子集，第一子集包括少于全部多个物理上分离的部分，第二能量耦合器被配置为向第一子集传送第二能量或者从第一子集接收第二能量，第二能量在高于第一频带的第二频带中。

Description

多频带天线系统

背景技术

无线通信设备越来越流行并且越来越复杂。例如，移动电信设备已经从简单的电话发展到具有多种通信能力(例如，多种蜂窝通信协议、Wi-Fi、

和其他短距离通信协议)、超级计算处理器、相机等的智能电话。无线通信设备具有天线以支持在一定频率范围内的通信。

通常希望具有多种通信技术，例如，以并发启用多种通信协议，和/或提供不同通信能力。例如，随着无线通信技术从4G演进到5G或不同无线局域网(WLAN)标准，例如，移动通信设备可以被配置为使用不同频率进行通信，包括通常用于4G或5G的低于6GHz的频率以及用于5G和一些WLAN通信的毫米波频率，例如23GHz以上。然而，使用不同频率进行通信可能很困难，尤其是使用具有小外形尺寸的移动无线通信设备。

发明内容

一种天线系统的示例包括：第一贴片天线元件，第一贴片天线元件是导电的；第一能量耦合器，被配置为向第一贴片天线元件传送第一能量或者从第一贴片天线元件接收第一能量，第一能量在第一频带中；第二贴片天线元件，与第一贴片天线元件至少部分地交叠，第二贴片天线元件包括多个物理上分离的部分，多个物理上分离的部分各自是导电的；以及第二能量耦合器，连接到多个物理上分离的部分的第一子集，第一子集包括少于全部多个物理上分离的部分，第二能量耦合器被配置为向第一子集传送第二能量或者从第一子集接收第二能量，第二能量在高于第一频带的第二频带中。

这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。第二能量耦合器被连接到第一子集，以将第一子集作为第一偶极子进行操作，并且其中第一偶极子包括第一多个导电贴片。第一贴片天线元件具有带有第一周界形状的第一周界，并且第二贴片天线元件具有界定第二贴片天线元件的第二周界，第二周界具有与第一周界形状相似的第二周界形状。第一周界基本是正方形，第二周界基本是正方形，并且多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分基本是正方形，并且其中第一贴片天线元件的第一边具有第一边长，第一边长是天线系统的衬底中在第一频带中的第一频率处的波长的大约一半，并且多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分的第二边具有第二边长，第二边长是天线系统的衬底中在第二频带中的第二频率处的波长的至少大约一半。多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分被设置在第二周界内的相应象限中，第一子集包括多个物理上分离的部分中的被设置在对角设置的象限中的两个物理上分离的部分。第一边长是多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分的第二边长的大约两倍，并且第二边长是第二频率处的波长的大约一半。

另外地或替代地，这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。该天线系统包括第三能量耦合器，该第三能量耦合器：耦合到第一贴片天线元件，以将第一贴片天线元件与第一能量耦合器一起作为正交极化贴片天线元件进行操作；或者仅连接到第二贴片天线元件的多个物理上分离的部分的第二子集，以向第二子集传送第二能量或者从第二子集接收第二能量，第二子集不同于第一子集。第三能量耦合器被耦合到第二子集，第一子集包括第二贴片天线元件的多个物理上分离的部分的两个小角部分，并且第二子集包括第二贴片天线元件的多个物理上分离的部分的两个其他小角部分。第一贴片天线元件限定开口，第二能量耦合器穿过该开口，第二能量耦合器从第一贴片天线元件移位。开口关于第一贴片天线元件的中心对称。第一贴片天线元件和第二贴片天线元件包括第一单元，并且天线系统包括第二单元，第二单元与第一单元类似地配置，并且平行于第一贴片天线元件的平面，从第一单元移位第一能量频率的自由空间波长的大约一半。

另外地或替代地，这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。该天线系统包括至少一个第一调谐器，至少一个第一调谐器被设置在第一贴片天线元件与第二贴片天线元件之间。至少一个第一调谐器包括耦合到第二能量耦合器的多个导电条。多个导电条被设置在天线系统的不同层中。天线系统包括多个第二调谐器，每个第二调谐器被耦合到第一能量耦合器和第二能量耦合器中的相应的能量耦合器。多个第二调谐器中的每个第二调谐器包括导电短截线。第一贴片天线元件、第二贴片天线元件、第一能量耦合器和第二能量耦合器的组合包括第一阵列单元，天线系统包括阵列，阵列包括多个第一阵列单元和多个第二阵列单元，多个第二阵列单元中的每个第二阵列单元被配置为在第二频带中操作，多个第一阵列单元在阵列中与多个第二阵列单元交错。

一种操作天线系统的方法的示例包括：操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量；将第二贴片天线元件作为第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作；以及将第二贴片天线元件的第一部分作为第一偶极天线进行操作，以发送或接收具有第二频率的第二能量。

这样的方法的实现可以包括以下特征中的一项或多项。该方法包括将第二贴片天线元件的第二部分作为第二偶极天线进行操作，以发送或接收具有第二频率的第三能量。操作第一偶极天线和操作第二偶极天线包括以正交极化分别辐射来自第一偶极天线和来自第二偶极天线的第二能量和第三能量。第二贴片天线元件基本是正方形并且包括四个物理上分离的基本是正方形的导电贴片，并且其中操作第一偶极天线包括将第二能量馈送到第一对导电贴片，第一对导电贴片被设置在第二贴片天线元件的第一对对角线的象限中，并且操作第二偶极天线包括将第三能量馈送到第二对导电贴片，第二对导电贴片被设置在第二贴片天线元件的第二对对角设置的象限中，第二对对角设置的象限不同于第一对对角设置的象限。操作第一偶极天线和操作第二偶极天线包括相对于彼此对第一偶极天线和第二偶极天线进行差分馈送。对第一偶极天线和第二偶极天线进行差分馈送包括分别利用第一对非屏蔽导线和第二对非屏蔽导线通过在第一贴片天线元件中的限定开口，对第一偶极天线和第二偶极天线进行馈送。第二频率是第一频率的大约两倍。

一种多频带天线系统的示例包括：第一装置。用于辐射和/或接收第一频带中的第一能量，第一装置包括用于寄生地辐射和/或接收第一能量的至少一部分的寄生装置；以及第二装置，用于使用寄生装置的片段的第一子集来辐射和/或接收第二频带中的第二能量。

这样的天线系统的实现可以包括第三装置，用于使用寄生装置的片段的第二子集来辐射和/或接收第二频带中的第三能量，寄生装置的片段的第二子集不同于寄生装置的片段的第一子集。

一种天线系统的另一示例包括：贴片天线元件，贴片天线元件是导电的并且基本是平面的，贴片天线元件被形成为在其中限定开口；第一能量耦合器，被配置为向贴片天线元件传送第一能量或者从贴片天线元件接收第一能量，第一能量在第一频带中；偶极天线，包括一个或多个部分，一个或多个部分是导电的并且基本是平面的，该偶极天线与贴片天线元件至少部分地交叠；以及第二能量耦合器，被配置为向偶极天线传送第二能量或者从偶极天线接收第二能量，第二能量耦合器与第一能量耦合器分离，并且第二能量耦合器的至少一部分穿过贴片天线中的开口，第二能量在高于第一频带的第二频带中。

这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。偶极天线包括多个导电板的子集，多个导电板与贴片天线元件以堆叠配置形成寄生贴片。偶极天线由形成在导电板中的一个或多个槽限定。偶极天线包括被寄生贴片包围的多个导电条，该寄生贴片与多个导电条共面。

一种天线系统的另一示例包括：第一贴片天线元件，第一贴片天线元件是导电的；第一能量耦合器，被配置为向第一贴片天线元件传送第一能量或者从第一贴片天线元件传送第一能量；第二贴片天线元件，与第一贴片天线元件至少部分地交叠，第二贴片天线元件限定穿过第二贴片天线元件的第一槽；以及第二能量耦合器，被配置为向第一槽或第一偶极子传送第二能量或从第一槽或所述第一偶极子接收第二能量，第一偶极子与第一槽至少部分地交叠。

这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。天线系统包括第一偶极子，第一偶极子被设置在第一槽中。第一贴片天线元件是矩形的并且具有边长，该边长是第一偶极子的长度的大约两倍。第二贴片天线元件还限定第二槽，第二槽与第一槽相交且基本正交。第一槽和第二槽在第一槽的第一中点和第二槽的第二中点处彼此相交。第二贴片天线元件是矩形的，并且第一槽的第一中点和第二槽的第二中点被设置在第二贴片天线元件的中心处。第二能量耦合器被配置为向第一槽和第二槽传送第二能量，或者从第一槽和第二槽接收第二能量。第二能量耦合器包括第一导电条和第二导电条，第一导电条与第一槽基本正交设置，并且第二导电条与第二槽基本正交设置，第一导电条和第二导电条被设置在第一贴片天线元件与第二贴片天线元件之间。天线系统包括第一偶极子和第二偶极子，第一偶极子被设置在第一槽中并且第二偶极子被设置在第二槽中。

另外地或替代地，这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。第二能量耦合器被配置为向第一槽传送第二能量，并且第一贴片天线元件是矩形的并且具有边长，该边长是第一槽的长度的大约两倍。第一贴片天线元件限定穿过第一贴片天线元件的开口，并且第二能量耦合器的导体延伸穿过开口。开口以第一贴片天线元件的中心为中心。第一贴片天线元件、第二贴片天线元件、第一能量耦合器和第二能量耦合器的组合包括第一阵列组件，并且天线系统包括阵列，阵列包括多个第一阵列组件和多个第二阵列组件，多个第二阵列组件中的每个第二阵列组件包括第二贴片天线元件和第二能量耦合器，多个第一阵列组件在阵列中与多个第二阵列组件交错。

一种操作天线系统的另一示例方法包括：操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量；将第二贴片天线元件作为第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作；以及操作以下中的任一项：操作第一偶极子，以发送或接收具有第二频率的第二能量，第一偶极子被设置在由第二贴片天线元件限定的第一槽中；或者操作第一槽，以发送或接收具有第二频率的第二能量。

这样的方法的实现可以包括以下特征中的一项或多项。第一偶极子被设置在第一槽中并且被操作以发送或接收第二能量，并且该方法包括操作第二偶极子，使得第一偶极子和第二偶极子被正交极化，第二偶极子被设置在由第二贴片天线元件限定的第二槽中。该方法包括操作第一槽以发送或接收第二能量，并且该方法包括操作由第二贴片天线元件限定的第二槽，使得第一槽和第二槽被正交极化。第二频率是第一频率的大约两倍。

一种多频带天线系统的示例包括：第一装置，用于辐射和/或接收第一频带中的第一能量，第一装置包括用于寄生地辐射和/或接收第一能量的至少一部分的寄生装置；以及第二装置，用于使用寄生装置中的槽或者被设置在槽中用于导电的装置，来辐射和/或接收在第二频带中的第二能量。

这样的天线系统的实现可以包括以下特征中的一项或多项。第一频带低于第二频带，并且第一频带与第二频带不交叠。第一装置包括用于以第一极化和第二极化进行辐射的装置，并且第二装置包括用于以第一极化和第二极化进行辐射的装置。

附图说明

图1是通信系统的示意图。

图2是图1所示的移动设备的简化组件的分解透视图。

图3是天线和图2所示的印刷电路板的俯视图。

图4是图3所示的天线系统的一个示例的透视图。

图5是图4所示的天线系统的一个示例的透视图。

图6是图5所示的天线系统的俯视图。

图7是沿着图6所示的线7-7截取的图5所示的天线系统的侧视图。

图8是具有和不具有图5-图7所示的可选调谐元件的在57GHz频率下作为角度(视轴为0°)的函数的图5-图6所示的偶极子的天线增益的图。

图9是分别在图5-图7中示出的堆叠贴片和偶极子的回波损耗的图。

图10是天线系统阵列的简化的俯视图。

图11是图10所示的天线系统中的一个天线系统的示例的透视图。

图12是操作天线系统的方法的流程框图。

图13是图3所示的天线系统的另一示例的透视图。

图14是图13所示的天线系统的一个示例的透视图。

图15是图13所示的天线系统的另一示例的透视图。

图16是操作天线系统的另一方法的流程框图。

具体实施方式

本文中讨论了用于多频带天线系统操作的技术。例如，堆叠贴片可以用于在一个频带(例如，较低频带)中的操作，其中堆叠贴片包括有源贴片和寄生贴片。例如，有源贴片耦合到能量耦合器，使得有源贴片可以被驱动或者使得由有源贴片接收的能量可以被传送到能量耦合器以提供给用于处理能量(例如，通信信号、定位信号等)的电路。寄生贴片的至少一部分可以用于在另一频带中(例如，较高频带)的操作。因此，寄生贴片的至少一部分被共享用于在多于一个频带中的操作。例如，共享贴片可以包括多个物理上分离的片段，其中至少一些片段被用作其他频率的有源组件。例如，物理上分离的片段可以用作一个或多个偶极子。作为另一示例，共享贴片(即，用于一个频带的寄生贴片)可以提供一个或多个槽以用于在另一频带中的操作。作为又一示例，共享贴片可以提供一个或多个槽，并且一个或多个偶极子可以与一个或多个槽交叠(例如，被设置在一个或多个槽中)并且用于在另一频带中的操作。不同频带中的每个频带可以在大的频率范围内(例如，对于超过频带中最低频率的15％(例如，超过大约60％)的范围)延伸，并且不同频带可以由一定频率范围分离。例如，一个频带的最高频率比另一频带的最低频率低10GHz或更多。作为另一示例，一个频带的最高频率可以是另一频带的最低频率的大约90％。然而，可以使用其他配置。

本文中描述的项和/或技术可以提供以下能力中的一种或多种、以及未提及的其他能力。例如，可以使用并置天线组件来提供多频带天线操作。天线系统的至少一部分可以用于一个频带的无线信号的辐射或接收，并且也可以用于不同频带的无线信号的辐射或接收。可以以紧凑形式因子来提供宽带多频带天线操作，例如，具有高增益、低轮廓和/或低制造成本。可以提供其他能力，并且不是根据本公开的每个实现都必须提供所讨论的任何能力，更不用说所讨论的所有能力。此外，上述效果也可以通过上述以外的其他手段来实现，并且上述项/技术不一定会产生上述效果。

参考图1，通信系统10包括移动设备12、网络14、服务器16和接入点(AP)18、20。系统10是无线通信系统，因为系统10的组件可以彼此直接或间接通信(至少有时使用无线连接)，例如，经由网络14、和/或接入点18、20中的一个或多个(和/或未示出的一个或多个其他设备，诸如一个或多个基站收发器)。对于间接通信，可以在从一个实体到另一实体的传输过程中改变通信，例如，以改变数据分组的报头信息、改变格式等等。所示的移动设备12是移动无线通信设备(尽管它们可以无线地和经由有线连接进行通信)，包括移动电话(包括智能电话)、笔记本电脑和平板电脑。仍然可以使用其他移动设备，无论是当前存在的还是将来开发的。此外，其他无线设备(无论是否移动)可以在系统10内实现并且可以彼此通信和/或与移动设备12、网络14、服务器16和/或AP 18、20通信。例如，这样的其他设备可以包括物联网(IoT)设备、医疗设备、家庭娱乐和/或自动化设备等。移动设备12或其他设备可以被配置为在不同网络中通信和/或出于不同目的(例如，5G、Wi-Fi通信、多个频率的Wi-Fi通信、卫星定位、一种或多种类型的蜂窝通信(例如，GSM(全球移动系统)、CDMA(码分多址)、LTE(长期演进)等)、

通信等)通信。

参考图2，图1所示的移动设备12中的一个移动设备的示例包括顶盖52、显示层54、印刷电路板(PCB)层56和底盖58。所示的移动设备12可以是智能电话或平板电脑，但本文中描述的实施例不限于这样的设备。顶盖52包括屏幕53。底盖58具有底表面59。顶盖52和底盖58的侧面51、57提供边缘表面。顶盖52和底盖58包括外壳，该外壳保持显示层54、PCB层56、和移动设备12的可以位于或可以不位于PCB层56上的其他组件。例如，外壳可以保持(例如，容纳、包含)下面讨论的天线系统、前端电路、中频电路和处理器或者与其集成。外壳可以是基本矩形的，在所示实施例中具有两组平行边缘，并且可以被配置为弯曲或折叠。在该示例中，外壳具有圆角，尽管外壳可以是具有其他形状的拐角的基本矩形，例如，直角(例如，45°)拐角、90°、其他非直角拐角等。此外，PCB层56的尺寸和/或形状可以与顶盖或底盖中的任何一个的尺寸和/或形状不相称，或者与设备的周界不相称。例如，PCB层56可以具有用于容纳电池的切口。因此，本领域技术人员将理解，可以实现除所示之外的PCB层56的实施例。

还参考图3，PCB层56的示例包括主要部分60和两个天线系统62、64。在所示示例中，天线系统62、64被设置在PCB层56的相对端63、65处，并且因此，在该示例中，被设置在移动设备12的相对端63、65处(例如，移动设备12的外壳的相对端63、65处)。主要部分60包括PCB 66，PCB 66包括前端电路70、72(也称为射频(RF)电路)、中频(IF)电路74和处理器76。前端电路70、72可以被配置为提供要辐射到天线系统62、64的信号并且接收和处理由天线系统62、64接收并且从天线系统62、64提供给前端电路70、72的信号。前端电路70、72可以被配置为将从IF电路74接收的IF信号转换成RF信号(适当地用功率放大器放大)，并且将RF信号提供给天线系统62、64以用于辐射。前端电路70、72被配置为将由天线系统62、64接收的RF信号转换为IF信号(例如，使用低噪声放大器和混频器)并且将IF信号发送到IF电路74。IF电路74被配置为将从前端电路70、72接收的IF信号转换为基带信号并且将基带信号提供给处理器76。IF电路74还被配置为将由处理器76提供的基带信号转换为IF信号，并且将IF信号提供给前端电路70、72。处理器76通信耦合到IF电路74，IF电路74通信耦合到前端电路70、72，前端电路70、72分别通信耦合到天线系统62、64。在一些实施例中，可以通过绕过前端电路70和/或前端电路72将传输信号从IF电路74提供给天线系统62和/或天线系统64，例如，当前端电路70和/或前端电路72不需要进一步的上变频时。也可以通过绕过前端电路70和/或前端电路从天线系统62和/或天线系统64接收信号。在其他实施例中，与IF电路74分离的收发器被配置为向天线系统62和/或天线系统64提供传输信号和/或从天线系统62和/或天线系统64接收信号，而这样的信号不通过前端电路70和/或前端电路72。在一些实施例中，前端电路70、72被配置为放大、滤波和/或路由来自IF电路74的信号，而不上变频到天线系统62、64。类似地，前端电路70、72可以被配置为放大、滤波和/或路由来自天线系统62、64的信号，而不下变频到IF电路74。

在图3中，将天线系统62、64与PCB 66分离的虚线指示天线系统62、64(及其组件)与PCB层56的其他部分的功能分离。天线系统62、64的部分可以与PCB 66成一体，形成为PCB66的一体组件。天线系统62和/或天线系统64的一个或多个组件可以与PCB 66一体形成，并且一个或多个其他组件可以与PCB 66分离形成并且被安装到PCB 66，或者以其他方式制成PCB层56的一部分。替代地，天线系统62、64中的每个天线系统可以与PCB 66分离形成并且被分别耦合到前端电路70、72。在一些示例中，天线系统62的一个或多个组件可以与前端电路70集成，例如，集成在单个模块中或集成在与PCB 66分离的单个电路板上。例如，前端电路70可以物理地附接到天线系统62，例如，附接到天线系统62的接地平面的背面。另外地或替代地，天线系统64的一个或多个组件可以与前端电路72的一个或多个组件集成，例如，在单个模块中或在单个电路板上。例如，天线系统62的天线可以具有电(导电)耦合并且物理地附接到天线的前端电路，而另一天线可以具有物理上分离但是电耦合到另一天线的前端电路。天线系统62、64可以彼此类似地配置或彼此不同地配置。例如，天线系统62、64中的任何一个的一个或多个组件可以被省略。作为示例，天线系统62可以包括4G辐射器和5G辐射器，而天线系统64可以不包括(可以省略)5G辐射器。在其他示例中，天线系统62、64中的整个一者可以省略。虽然天线系统62、64被示出为设置在移动设备12的顶部和底部处，但是可以实现天线系统62和/或天线系统64的其他位置。例如，一个或多个天线系统可以被设置在移动设备12的一侧。此外，可以在移动设备12中实现比两个天线系统62、64更多的天线系统。

显示层54的显示器61(参见图2)可以大致覆盖与PCB 66相同的区域，或者可以在比PCB 66显著更大的区域(或至少在不同区域)上延伸，并且可以用作天线系统62、64(并且可能地，设备12的其他组件)的部分(例如，馈线或其他组件)的系统接地平面。PCB 66还可以为系统的组件提供接地平面。显示器61可以耦合到PCB 66以帮助PCB 66用作接地平面。显示器61可以被设置在天线系统62下方和天线系统64上方(“上方”和“下方”是相对于如图3所示的移动设备12，即，移动设备12的顶部在其他组件上方，而与设备12相对于地球的取向无关)。在一些实施例中，天线系统62、64可以具有大约等于显示器61的宽度的宽度。天线系统62、64可以从显示61的边缘(这里是端部77、78)延伸小于约10mm(例如，8mm)(为方便起见，在图3中示出为与PCB 66的端部重合，尽管PCB 66的端部和显示器61的端部可以不重合)。这可以为使用天线系统62、64的通信提供足够的电特性，而不占用设备12内的较大面积。在一些实施例中，天线系统62、64中的一个或多个部分地或全部地与PCB 66和/或显示器61交叠。在一些实施例中，一个或多个天线系统被设置在PCB 66和/或显示器61的一侧(相对于如图3所示的移动设备12)。在一些实施例中，一个或多个天线系统环绕移动设备12的拐角，使得天线系统被设置在PCB 66和/或显示器61上方或下方并且还被设置在PCB 66和/或显示器61侧面。

天线系统62包括一个或多个天线元件80和一个或多个对应的能量耦合器81，并且天线系统64包括一个或多个天线元件82和一个或多个对应的能量耦合器83。天线元件80、82可以被称为“辐射器”，尽管天线元件80、82可以辐射能量和/或接收能量。能量耦合器可以被称为“馈源(feed)”，但是能量耦合器可以将能量从前端电路传送到辐射器，或者可以将能量从辐射器传送到前端电路。能量耦合器可以导电地连接到辐射器，或者可以与辐射器物理上分离并且被配置为电抗性地(电容地和/或电感地)将能量耦合到辐射器或耦合来自辐射器的能量。

示例天线系统——堆叠贴片，包括多片段寄生贴片

参考图4，进一步参考图3，天线系统100是天线系统62(或天线系统64)的示例。天线系统100是包括贴片天线元件102、104和能量耦合器106、108的堆叠贴片天线系统。天线系统100可以被配置为在多个频带上操作，其中在每个频带中具有宽带操作。例如，天线系统100可以在其中第一频带(较高频带)中的频率是第二频带(较低频带)中的频率的大约两倍的频带中操作。即，第二频带中的频率是第一频带中的频率的大约一半，诸如28GHz频带(例如，从28GHz到44GHz)和60GHz频带(例如，从57.5GHz到67.5GHz)。天线系统100可以被配置为在多个频带上操作，因为辐射的回波损耗(即使系统不用于辐射)可以在操作频带上低于阈值水平，例如，-3dB或-5dB或-10dB(或其他值)，和/或系统100可以在每个操作频带中具有谐振。用于在不同频带中的操作的系统100的子系统并置，例如，被设置在同一位置，并且在本文中讨论的示例中，子系统共享一个或多个组件。与其中在没有贴片天线元件104的情况下使用贴片天线元件102的配置相比，贴片天线元件104可以被配置为提供附加带宽(例如，用于5G操作)。此外，贴片天线元件104在此包括多个(更小的)贴片元件，并且更小的贴片元件中的一个或多个(例如，更小的贴片元件的一个或多个子集)可以被用来在不同频带(例如，60GHz频带)中提供天线操作。因此，天线系统100被配置为使得贴片天线元件104的至少一部分可以被共享以用于在较低频带和较高频带两者中的操作(即，作为第一频带天线子系统的一部分和作为第二频带天线子系统的一部分)。例如，贴片天线元件102、104与能量耦合器106一起可以在第一频带(例如，28GHz频带)中作为有源贴片和寄生贴片进行操作，并且贴片天线元件104的部分与能量耦合器108一起可以在另一频带(例如，60GHz频带)中作为一个或多个偶极子进行操作。贴片天线元件104的一个或多个元件(单独或一起)可以作为寄生贴片进行操作，被配置为由于与另一(例如，贴片)辐射器电抗性(电容和/或电感)耦合的能量而进行辐射，并且不被电连接到能量耦合器(这里是能量耦合器106)，或者不被设置为被配置为来自能量耦合器(这里是能量耦合器406)的能量的主接收方的有源辐射器，该能量耦合器被配置为提供该元件是寄生元件的频率的能量。用于不同操作频带的(多个)共享组件可以帮助天线系统100提供紧凑的低轮廓的天线系统。堆叠贴片可以帮助天线系统提供宽带性能。共享一个或多个组件可以帮助小形式因子系统提供多频带性能。

贴片天线元件102是导电的并且尺寸和形状适于在期望频带上的操作。例如，贴片天线元件102可以辐射在期望频带中提供给贴片天线元件102的能量的一半以上，或者可以在期望频带中具有谐振，等等。在所示示例中，贴片天线元件102是矩形的，在这种情况下基本是正方形，边长116各自在彼此的长度的5％以内并且各自具有如下信号的波长的大约一半(例如，波长的40％-60％)，该信号的频率在期望频带(例如，较低频带)中并且该信号在天线系统100的衬底(例如，贴片天线元件102被设置在其上或其中的电介质)中行进。例如，波长可以是分离贴片天线元件102、104的衬底(未示出)中的波长。在该示例中，边长是被配置为辐射或接收电磁信号的边缘的边缘长度。在该示例中，贴片天线元件104是寄生贴片天线元件并且包括多个(这里是四个)物理上分离的导电部分111、112、113、114。贴片天线元件104的部分111-114各自是导电的，并且可以被确定尺寸、形状和相对于彼此设置以电抗性地耦合到彼此。

贴片天线元件104可以相对于贴片天线元件102被确定尺寸、形状和设置以用作贴片天线元件102的寄生贴片元件。贴片天线元件104可以被确定形状(这里基本是正方形)，类似于贴片天线元件102，例如，贴片天线元件102具有形状类似于界定贴片天线元件104(包围所有部分111-114和部分111-114之间的间隙；参见下面对周界151的讨论)的周界的周界形状的周界。周界形状可以基本是正方形，例如，边长都在彼此的5％以内。贴片天线元件104可以具有比边长116长的边长118，相对长度取决于包括贴片天线元件102、104之间的间距和期望谐振轮廓在内的若干因素。贴片天线元件104、以及贴片天线元件102、104的组合的谐振频率可以不同于贴片天线元件102的谐振频率，这可以帮助增加元件102、104的组合的总带宽。例如，贴片天线元件102、104的组合可以以大约24GHz(例如，22-26GHz)谐振，而贴片天线元件102可以以大约35GHz(例如，33GHz-37GHz)谐振。这里，贴片天线元件104的部分111-114中的每个部分也基本是正方形(例如，边在彼此的长度的5％以内)，其中成对的部分111-114被间隙120、122分离。间隙120、122的(多个)尺寸可以例如凭经验选择以影响部分111-114之间的耦合以实现一种或多种期望性能特性(例如，回波损耗或天线方向图等)。部分111-114中的每个部分的边长119可以是如下信号的波长的大约一半(例如，波长的40％-60％)，该信号的频率在期望频带(例如，较高频带)中并且该信号在天线系统100的衬底(例如，部分111-114被设置在其上或其中的电介质)中行进。边长116、119可以相对于彼此确定尺寸并且可以取决于操作频带。例如，边长116可以是边长119中的每个边长的大约两倍(例如，两倍±5％)，其中较低频带从28GHz到44GHz并且较高频带从57.5GHz到67.5GHz。作为寄生贴片元件，贴片天线元件104可以提高贴片天线元件102的带宽。可以通过贴片天线元件102在其上在电信号与电磁波之间转换能量的频带来提高带宽。即，与没有贴片天线元件104的情况相比，天线系统100可以在更宽的频率范围内接收电信号并且以可接受的损耗辐射对应电磁波，和/或与没有贴片天线元件104的情况相比，可以以更少损耗在频率范围内接收电磁波并且传送对应电信号。贴片天线元件104可以不直接电连接以在较低频带中接收或传送能量，例如，来自或去往一个或多个其他组件，诸如前端电路(例如，前端电路70或前端电路72)。贴片天线元件104可以被电抗性耦合以在较低频带中接收和/或传送能量，例如来自和/或去往贴片天线元件102，并且可以直接电连接(例如，到能量耦合器108)以从一个或多个其他组件(诸如前端电路)接收和/或向一个或多个其他组件(诸如前端电路)传送较高频带中的能量。这里，贴片天线元件104与贴片天线元件102交叠，天线元件102、104两者以垂直于天线元件102、104两者的轴124为中心。

贴片天线元件104是分裂天线元件。贴片天线元件104被分段，在该示例中被分段为四个部分111-114。因此，贴片天线元件104是不连续的，不包括单片导体(例如，导电片)，而是包括多个不连续的导电部分，这里，基本是正方形导电片部分。尽管该示例中的贴片天线元件102、贴片天线元件104和部分111-114都基本是正方形，但也可以使用其他形状。例如，可以使用其他非正方形矩形形状的贴片。在一些实施例中，非正方形矩形的两个边的长度可以被配置为以两个相应的频率进行辐射，从而创建双谐振并且在一些实施例中有效地在两个相应频率上扩展带宽。作为另一示例，可以使用关于轴124旋转对称的贴片天线元件104的形状，其中部分沿着与轴124相交的正交线与轴124等距。在一些实施例中，部分111-114是椭圆形的并且元件104被布置成三叶草或蝴蝶结形状。

能量耦合器106、108被配置和设置为分别向贴片天线元件102、104提供能量和/或从贴片天线元件102、104接收能量。能量耦合器106可以直接或间接地向贴片天线元件102提供能量和/或从贴片天线元件102接收能量。例如，能量耦合器106可以包括物理连接到贴片天线元件102的一个或多个导电传输线，例如，微带线、导电棒等。替代地，能量耦合器106可以包括与贴片天线元件102物理上分离并且被配置和设置为将能量电抗性地耦合到贴片天线元件102和/或电抗性地耦合来自贴片天线元件102的能量的器件。能量耦合器108可以直接或间接地向贴片天线元件104提供能量和/或从贴片天线元件104接收能量。例如，能量耦合器108可以包括物理连接到贴片天线元件104的多个导电传输线。能量耦合器可以包括耦合到相应对的部分111-114的一对或多对导体。例如，一对导体可以连接到部分111和114，而另一对导体可以连接到部分112和113，例如，以将部分111、114的对作为一个偶极子进行操作并且将部分112、113的对作为另一偶极子进行操作。例如，能量耦合器108可以连接到靠近轴124的部分111-114，并且可以穿过贴片天线元件102(例如，如下面进一步讨论的)。贴片天线元件104和能量耦合器108被配置为使得贴片天线元件104的至少一部分可以在一种模式下在较高频带中操作，而不在贴片天线元件102中激发模式(至少具有显著的能量，例如，足以对高频操作产生显著负面影响)。不同模式可以帮助在不同频带中的操作之间提供隔离。

为了图的简单，天线系统100的其他可能的特征没有在图4中示出。例如，系统100的组件可以被设置在其上和/或其中的衬底未被示出。作为另一示例，接地平面可以对天线系统100的操作是有用的，但可以不是天线系统100本身的一部分。例如，天线系统100被设置在其中的装置的另一组件的接地平面可以用作天线系统100的接地平面。例如，显示器61(参见图2)或PCB 66的接地平面(参见图3)可以用作天线系统100的接地平面。在其他实施例中，与显示器61和PCB 66分离的接地平面相对于天线系统100被设置。例如，接地平面可以被配置在天线元件102、104在其上实现的衬底中，或者以其他方式被配置在天线系统100封装在其中的模块内。

包括多片段寄生贴片的堆叠贴片的示例

参考图5-7，进一步参考图3-4，天线系统150是图4所示的天线系统100的示例。天线系统150是被配置为在较低频带和较高频带上操作的多频带天线系统。天线系统150包括贴片天线元件152、154、能量耦合器156、158和接地平面160，并且可选地包括调谐元件159和连接层196。贴片天线元件152、154被配置为分别作为有源贴片天线元件和寄生贴片天线元件串联操作。贴片天线元件154是一种多用途元件，其被配置为至少用于双重用途，既作为贴片天线元件152的寄生贴片天线元件进行操作，又作为被配置为辐射和/或接收无线信号的一个或多个天线元件(这里是偶极子)进行操作。贴片天线元件154可以寄生地耦合到贴片天线元件152以用于在一种模式下的操作(例如，作为较低频带中的堆叠贴片天线)并且直接耦合到能量耦合器以用于在另一模式下的操作(例如，作为较高频带的偶极子)。为了图的简单起见，将接地平面160与贴片天线元件152分离以及将贴片天线元件152与贴片天线元件154(和调谐元件159，如果存在)分离的衬底170在图5中未示出，但在图7中示出。衬底170包括介电材料的衬底层172、174。层172、174可以包括相同材料，或者可以包括不同材料，例如具有不同介电常数。取决于信号在衬底170中的位置和衬底170的几何形状(例如，层172、174的厚度)，信号在衬底170中的波长可以是信号在层中的波长，或者可以是由于衬底170的多个层的有效介电常数而导致的有效波长。例如，有效介电常数可以是层172、174的介电常数的组合。

贴片天线元件152、154与接地平面160和能量耦合器156一起可以包括堆叠贴片天线。贴片天线元件152是有源贴片，因为能量耦合器156被配置为通过直接连接(例如，物理导电连接)或间接连接(例如，电抗性耦合)向贴片天线元件152提供能量和/或从贴片天线元件152接收能量。在图5-图7所示的实施例中，能量耦合器156包括直接导电连接到贴片天线元件152的导体180。贴片天线元件152可以包括被设置在衬底层172上并且被配置为以正交极化辐射和接收能量的平面导体。在该示例中，贴片天线元件152基本是正方形，边长153(参见图6)是较低频带(例如，从27.5GHz到44GHz)中的信号在衬底170中的波长的大约二分之一(例如，波长的40％-60％)。例如，边长153可以是频率为大约35GHz(例如，在34.5GHz到35.5GHz之间)的信号在衬底170中的波长的大约二分之一(例如，波长的40％-60％)。贴片天线元件154可以被设置在距接地平面160的距离176处，其中距离176是较低频带中的频率在衬底170中的波长的大约三分之一。

能量耦合器156还可以包括调谐短截线(stub)182。调谐短截线182本身可以是导电的并且通过线184连接到导体180，并且可以与线184一起形成调谐器，该调谐器被配置(例如，确定尺寸并且被设置)为与不具有通过线184连接到导体180的调谐短截线182的情况相比，改进导体180与贴片天线元件152之间的耦合(例如，改进阻抗匹配)。调谐短截线182和线184与接地平面160分离，例如通过衬底170的薄层(参见图7)。

能量耦合器156可以通过连接层196中的一个或多个适当导体连接到前端电路70(参见图3)。贴片天线元件152因此可以通过导体180直接电连接到连接层196并且因此连接到前端电路70以从前端电路70接收能量(在较低频带中)和/或向前端电路70传送能量(在较低频带中)。虽然在该示例中，能量耦合器156包括单个导体180，但是可以提供另一类似导体(以及可选地，类似的对应调谐短截线)并且将该另一类似导体连接到贴片天线元件152。例如，该另一导体(和可选的调谐短截线)可以连接到贴片天线元件152以与由导体180感应的极化相比以正交极化来操作贴片天线元件152，使得贴片天线元件152可以作为正交极化的贴片天线元件进行操作。在一些实施例中，该另一导体(和可选的调谐短截线)可以与能量耦合器156一起形成附加能量耦合器以操作贴片天线元件152。此外，虽然导体180被示出为直接导电连接到贴片天线元件152，但是导体180(或多个导体中的一个或多个导体，例如当另一导体用于提供正交极化时)可以以其他方式耦合到贴片天线元件152。例如，导体180可以延伸到与贴片天线元件152的平面对准(例如，在同一平面中)的区域，但是可以通过间隙与贴片天线元件152分离，以便形成用于贴片天线元件152的邻近馈源(或间隙馈源)。在其他实施例中，导体180不一直延伸到贴片天线元件152的平面，而是与(平面和)贴片天线元件152物理上分离并且通信耦合到其。

贴片天线元件154可以被配置和被设置为与贴片天线元件152一起操作。贴片天线元件154可以被配置和被设置为作为寄生贴片天线元件进行操作，例如以提高贴片天线元件152的带宽。这里，贴片天线元件154具有周界151(参见图6)，周界151与贴片天线元件152形状基本相同，在此基本是正方形，其中贴片天线元件154具有边长155(参见图6-图7)，边长155可以比贴片天线元件152的边长153长。可以使用其他形状的贴片天线元件，例如，圆形。贴片天线元件154可以包括设置在衬底层174上的多个分离的导电平面部分，在该示例中为四个天线元件部分161、162、163、164。在该示例中，部分161-164中的每个部分被设置在周界151的相应象限中。在该示例中，天线元件部分161-164中的每个天线元件部分可以是基本正方形的导电贴片，由间隙166、167彼此分离，并且具有边长168。天线元件部分161-164可以被设置成使得间隙166、167允许天线元件部分161-164中的相邻天线元件部分之间的电抗性耦合，使得贴片天线元件154的部分161-164可以作为单个单元在较低频带的频率上有效地操作。在一些实施例中，间隙166、167的宽度(例如，相邻导电贴片之间的距离)大约等于或小于较高频带中的信号的波长的1/8、1/16、1/20或1/32(或更小)。天线系统150可以不包括设置在衬底层174上或贴片天线元件154上的任何衬底，并且因此贴片天线元件154可以暴露于自由空间(尽管也可能暴露于移动设备的可能具有低介电常数的外壳，天线系统150设置在该外壳内部，或也可能暴露于形成在天线系统150或其一部分上的屏蔽或其他封装组件)。贴片天线元件154可以相对于贴片天线元件152被设置，其中元件152、154交叠、以公共轴为中心，并且被定向为使得元件152、154中的每个元件的边缘平行或垂直于其他天线元件152、154的边缘。

贴片天线元件154的边长155可以是衬底层174中较低频带中的频率的波长的大约一半(例如，波长的40％-60％)。例如，对于30GHz的频率，并且对于介电常数为3.4的衬底层174，边长155可以是大约2.47mm(在3.4的介电常数衬底中30GHz的波长的二分之一是大约2.71mm)。在该示例中，贴片天线元件152的边长153可以是大约2mm。由于由贴片天线元件152提供的开口190(下面进一步讨论)，边长153可以小于该波长的二分之一，这使得贴片天线元件152比没有开口190的情况下更具电感性。

贴片天线元件152限定开口190，能量耦合器158的部分穿过该开口190设置。贴片天线元件152在贴片天线元件152的中心提供开口190以帮助限制能量耦合器158的部分通过贴片天线元件152的电效应。贴片天线元件152的中央部分将在使用中具有消失的电场(朝向中心线，例如，参见图4中的轴124)，使得开口190和穿过开口190的能量耦合器158的存在将对贴片天线元件152的操作(例如，天线方向图、回波损耗)几乎没有影响(如果有的话)。开口190的尺寸可以例如凭经验选择，作为贴片天线元件104在较高频带中的操作(例如，作为一个或多个偶极子)与贴片天线元件152、154的组合在较低频带中的操作(例如，天线方向图、回波损耗)之间的折衷。随着开口190的尺寸增加，贴片天线元件152的谐振频率会降低并且贴片天线元件152的电感会增加，这可以通过使贴片天线元件152的尺寸更小来补偿。该示例中的开口190是圆形的，尽管可以使用其他形状的开口。贴片天线元件152可以(尽管不是必须)关于贴片天线元件152的中心对称，例如，关于贴片天线元件152的周界的中心对称，以用于双极化操作。

能量耦合器158可以被配置为将能量耦合到天线元件部分161-164中的相应天线元件部分和/或耦合来自天线元件部分161-164中的相应天线元件部分的能量。在该示例中，能量耦合器被配置为将能量耦合到天线元件部分161和164/耦合来自天线元件部分161和164的能量，但是在其他示例中，代替天线元件部分161和164或除了天线元件部分161和164，能量耦合器158可以被配置为将能量耦合到天线元件部分162和163。能量耦合器158被配置为将能量耦合到天线元件部分161-164的一个或多个子集和/或耦合来自天线元件部分161-164的一个或多个子集的能量，这里每个子集包括部分161-164中在周界151的对角设置的象限中的一对(即，两个)部分。这里，能量耦合器158包括分别直接导电连接到贴片天线元件154的天线元件部分161、164的一对导体202、204。导体202、204可以是平行导电线，例如双线，并且可以通过连接层196中的适当导体连接到前端电路70。贴片天线元件154可以因此将导体202、204直接电连接到连接层196并且因此电连接到前端电路70，以从前端电路70接收能量(在较高频带中)和/或向前端电路70传送能量(在较高频带中)。导体202、204被设置在开口190中并且与贴片天线元件152移位(物理上分离，未连接到其)以抑制导体202、204与贴片天线元件152之间的耦合。虽然在该示例中，能量耦合器158包括两个导体202、204，但是可以提供更多导体(以及可选地一个或多个其他对应的调谐短截线，下面进一步讨论)以用于贴片天线元件154的其他操作，例如，以正交极化，诸如使用连接到天线元件部分162、163的导体，以将部分162、163作为另一偶极子进行操作。在这种情况下，导体可以连接到部分161-164的不同子集，例如，导体202、204连接到部分161、164，而其他导体连接到天线元件部分162、163。子集是贴片天线元件154的相应小角(kitty-corner)部分，例如，一个子集中对角相对的部分161、164和另一子集中对角相对的部分162、163。不同组的导体可以连接到前端电路70以被差分馈送以抑制作为用于天线元件部分161、164的偶极子的一个组导体(即，导体202、204)与作为天线元件部分162、163的偶极子的另一组其他导体之间的耦合。即，相应导体对可以相对于彼此异相180°被馈送。导体202、204可以被屏蔽，即使差分操作。虽然导体202、204被示出为直接导电连接到天线元件部分161、164，但是导体202、204可以以其他方式耦合到贴片天线元件154。例如，导体202、204可以延伸到与天线元件154的平面对准(例如，在同一平面中)的区域，但是可以分别通过间隙与天线元件部分161、164分离，以便为天线元件部分161、164形成邻近馈源(或间隙馈源)。在其他实施例中，导体202、204中的一个或多个导体不一直延伸到天线元件154的平面，而是与(平面以及)天线元件部分161和/或164物理上分离并且通信耦合到其。

能量耦合器158还包括分别通过线208、210连接到导体202、204的调谐短截线206。调谐短截线206与线208、210一起形成调谐器，该调谐器被配置(例如，确定尺寸和设置)为与不具有通过线208、210连接到导体202、204的调谐短截线206的情况相比改善导体202、204与天线元件部分161、164之间的耦合(例如，改善阻抗匹配)。调谐短截线206和线208、210与接地平面160分离，例如，通过衬底170的薄层(参见图7)。调谐短截线206连接到导体202、204两者，但是在其他配置中，分离的调谐短截线可以连接到导体202、204。

天线元件部分161、164被配置为与能量耦合器158一起作为与贴片天线元件154分离的天线元件(这里是偶极子)进行操作。天线元件部分161、164可以接收来自能量耦合器158的较高频带中的能量并且辐射较高频带中的能量。另外地或替代地，天线元件部分161、164可以接收较高频带中的能量并且将较高频带中的能量提供给能量耦合器158以向前端电路70传送。天线元件部分161、164中的每个天线元件部分可以包括被设置在衬底层174上并且被配置为以正交极化辐射和/或接收能量的平面导体。在该示例中，天线元件部分161、164中的每个天线元件部分基本是正方形，其中边长168(参见图6)是较高频带(例如，从57.5GHz到67.5GHz)中的信号在衬底170中的波长的大约一半(例如，波长的40％-60％)。例如，对于60GHz的频率，以及对于介电常数为3.4的衬底层174，边长168可以是大约1.55mm(在介电常数为3.4的衬底中在60GHz处波长的二分之一是大约1.35mm)。部分161、164被配置为分别沿着边缘230、232和234、236辐射从导体202、204接收的能量，和/或沿着边缘230、232和234、236接收能量，并且将接收到的能量分别提供给导体202、204。边缘230、236可以像边缘232、234一样协同地充当全波长天线元件。边缘230、236和边缘232、234的组合可以产生全波长偶极天线元件和全波长槽，其中偶极子和槽的极化反转。

由天线元件部分161、164形成的偶极子(是全波长偶极子(因为边长168每个长度都是大约二分之一波长))可以具有类似于全波长槽的天线方向图，其中视轴上的零点(例如，在垂直于贴片天线元件154的平面的方向上，例如，如图4所示的轴124)没有某种补偿结构。调谐元件159(也称为调谐器)可以是四分之一波长调谐器，连接到导体202、204中的每个导体并且在较高频带(例如，大约63GHz)处在衬底170中从导体202、204中的每个导体延伸大约四分之一波长(例如，四分之一波长±10％或更少)。调谐元件159可以包括一个或多个导电(例如，金属)条。可选的调谐元件159可以帮助至少部分填充包括部分161、164的偶极子和包括部分162、163的偶极子的天线方向图中的零点，并且因此可以帮助系统150在较高频带中提供宽带操作。例如，如图8所示，在包括不存在调谐元件159的部分161、164的偶极子的天线增益的曲线222中接近视轴(0°)的零点220(约-8.5dB)被减小到在包括存在调谐元件159的部分161、164的偶极子的天线增益的曲线226中的零点224(约-5dB)。此外，虽然仅示出了一个调谐元件159，但可以使用多于一个调谐元件159。例如，两个调谐元件159可以被设置在贴片天线元件152与贴片天线元件154之间，例如具有相似取向，彼此交叠，但是在天线系统150的不同层中。

还参考图9，天线系统150可以在多个频带上具有低回波损耗，这里在28GHz和60GHz频带两者上。图9所示的曲线是天线系统150的组件的计算机模拟回波损耗的近似。如曲线250所示，天线系统150的贴片天线元件152、154的堆叠贴片组合的回波损耗(S₁₁)在从约28GHz到约48GHz的范围内低于-10dB，并且在从约27.5GHz到约53GHz的范围内低于-7dB。因此，可以说贴片天线元件152、154在从27.5GHz到44GHz的5G频率范围内辐射良好(例如，回波损耗小于-7dB)。此外，如曲线252所示，贴片天线元件154的部分161、164的偶极子在从57GHz到68GHz的频率范围内并且实际上在从约54GHz到68GHz的范围内具有低于-8dB的回波损耗。取决于与什么被认为是“辐射”或“辐射良好”相对应的阈值，天线系统150可以被认为被配置为在各种频带上辐射或辐射良好。例如，如果使用-5dB回波损耗的阈值，则天线系统150可以被认为在至少从27.5GHz到68GHz的范围内辐射或辐射良好，其中堆叠贴片天线元件152、154在27.5GHz(或更小)到大约57GHz内辐射良好，并且贴片天线元件154的偶极子部分在从约40.5GHz到至少68GHz的范围内辐射良好。

使用具有多片段寄生贴片的多频带堆叠贴片天线的阵列

参考图10，进一步参考图3-图7，天线系统62(或天线系统64)的示例包括阵列310，该阵列310包括多频带天线单元312、第一组较高频带天线单元314和第二组较高频带单元316。单元312中的每个单元可以被配置为在较低频带(例如，28GHz频带)和较高频带(例如，60GHz频带)中操作。例如，单元312中的每个单元可以是天线系统100的示例，例如，可以类似于上面讨论的天线系统150来配置。单元314、316中的每个单元可以是被配置为在较高频带中操作的天线系统。下面关于图11进一步讨论单元314中的一个单元的示例。在图10所示的示例中，单元316中的每个单元是偶极子，具有导电臂320、322，并且被配置为在60GHz频带中操作，尽管可以使用天线类型的其他配置(例如，除了偶极子之外)和/或用于其他频带的配置。可以使用除所示数量之外的其他数量的单元。例如，连同单元314中的一个或多个单元一起，还可以使用单元312中的两个或更多个单元。作为另一示例，可以使用单元312中的一个单元和单元314中的一个单元。作为又一示例，单元312的数目和单元314的数目可以相差多于一个，例如，如果使用单元312中的一个单元并且使用单元314中的多于两个单元(例如，单元314中的多个单元相邻彼此相邻，即，不与单元312中的一个或多个单元交错)。作为又一示例，阵列的一部分可以具有交错的单元312、314，而另一部分可以仅具有单元314(不与任何单元312交错)。还可以使用其他示例。在其他示例中，可以从上述配置中的任何配置中省略单元316。

阵列310的单元被设置以提供改进的天线增益(例如，与单个单元相比)同时抑制栅瓣。例如，单元312与单元314交错，其中单元312、314沿着阵列310的长度交替。单元312可以设置为具有在较低频带中的频率处的自由空间波长的大约一半的中心到中心间距330。这里，由于单元312被配置为在28GHz频带和60GHz频带中操作，中心到中心间距330可以是在30GHz处的自由空间波长的大约一半，例如，大约5mm。相对于被配置为在与单元314被配置为在其中操作的相同频带中操作的每个相邻天线组件或子系统(例如，单元312中的一个单元的一部分或相邻单元314)，单元314可以被设置为具有在较高频带中的频率处的自由空间波长的大约一半的中心到中心间距332。这里，由于单元314被配置用于在60GHz频带中的操作并且单元312中的每个单元的一部分被配置为在60GHz频带中操作，所以中心到中心间距332可以是在60GHz处的自由空间波长的大约一半，例如，大约2.5mm。

还参考图11，天线系统350是单元314中的一个单元的示例。天线系统350可以被配置为在诸如60GHz频带等期望频带上操作。在该示例中，天线系统350包括堆叠贴片，堆叠贴片包括贴片天线元件352和贴片天线元件354，并且天线系统350还包括能量耦合器356、358和接地平面360。贴片天线元件354被配置和被设置为作为寄生贴片与贴片天线元件352一起进行操作，贴片天线元件352被配置和设置为作为有源贴片进行操作。贴片天线元件354包括多个部分362，与包括单片导电片段的贴片天线元件354相比，多个部分362可以增加由天线系统350提供的带宽。然而，贴片天线元件354可以具有其他配置，诸如为单片导电片，或包括不同数量的分离部分，而不是图11中所示的16个分离部分362。在图11所示的示例中，天线系统350包括两个能量耦合器356、358，每个能量耦合器与图5中所示的能量耦合器156类似地配置，其中能量耦合器356、358直接连接到贴片天线元件352，以使贴片天线元件352以正交极化进行操作。尽管在该示例中包括两个能量耦合器356、358，但是也可以使用其他数量的能量耦合器，诸如一个能量耦合器。此外，可以采用其他耦合机制。为简单起见，图11中省略了天线系统350的细节。例如，贴片天线元件352、354设置在其中或其上的衬底未示出，被配置并且被耦合到能量耦合器356、358以在能量耦合器356、358与前端电路(例如，前端电路70(图3))之间传送能量的连接层364的细节也未示出。

虽然天线系统350已经在上面被描述为单元314中的一个的示例，但是在其他实施例中，天线系统350可以被配置为单元312中的一个单元的示例。例如，贴片天线元件352可以被配置(例如，确定尺寸和确定形状)为以20GHz-30GHz范围内的频率进行辐射。在一些实施例中，贴片天线元件352与贴片天线元件152类似地配置。此外，贴片天线元件352可以具有形成在其中的开口或孔(图11中未示出)以允许多个馈源(图11中未示出)从连接层364耦合到贴片天线元件354的若干部分362。例如，第一馈源可以通过贴片天线元件352中的开口从连接层364耦合到部分362中的第一部分372，并且第二馈源可以通过贴片天线元件352中的相同开口或不同开口从连接层364耦合到部分362中的第二部分374。在这样的实施例中，部分362可以比早先的图中所示的导电/天线元件部分(例如，天线元件部分161-164)小，并且因此第一部分372和第二部分374可以被配置为以与先前图所示的部分相比不同的(例如，更高)频率进行辐射。如对本领域技术人员很清楚的，先前的图中所示的实施例因此不限于所实现的四个导电/天线元件部分。此外，本文中描述的天线系统的实施例可以包括不同形状和/或尺寸的导电/天线部分。在一些实施例中，部分372、374被确定尺寸和/或形状(例如，正方形)以在被适当馈送时表现为对于频率在大约70GHz-100GHz范围内某处的信号的全波长偶极子(例如，根据上述方法和配置)。在一些这样的实施例中，部分376、378被确定尺寸和形状(例如，作为正方形)为与部分372、374相同，并且可以被或也可以不被馈送，以引起部分376、378表现为全波长偶极子。除了部分372-378之外的其他贴片天线元件354的部分(例如，形成周界的那些部分)可以比部分372-378更小和/或形状不同。例如，拐角部分可以是较小尺寸的正方形，而其他部分可以是矩形条，矩形条的两个边的长度与部分372的边的长度相同，矩形条的另外两个边的长度与拐角正方形部分的边的长度相同。这可以允许部分372-378中的两个或更多个部分被配置用于在期望频带中的通信，同时还允许贴片天线元件354的整体尺寸和/或形状被配置为使得其在第二期望频带中使用贴片天线元件352进行操作(例如，寄生地)和/或扩展贴片天线元件352可以在其中操作的带宽。

包括多片段寄生贴片的堆叠贴片的操作

参考图12。进一步参考图1-图11，一种操作天线系统的方法380包括所示的阶段。然而，方法380仅是示例而非限制。可以改变方法380，例如，通过添加阶段、移除阶段、重新布置阶段、组合阶段、同时执行阶段和/或将单个阶段分成多个阶段。对如所示和所述的方法380的其他改变也是可能的。

在阶段382，方法380包括操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量。例如，处理器76可以使IF电路74经由前端电路70和/或前端电路72分别向天线系统62和/或天线系统64发送信号。(多个)前端电路70、72可以向(多个)天线系统62、64(例如，向(多个)能量耦合器81、83)提供信号，(多个)天线系统62、64将信号提供给(多个)天线元件80、82。例如，较低频带中的能量可以经由能量耦合器156被提供给贴片天线元件152(或经由诸如阵列310等阵列中的能量耦合器156的相应实例被提供给贴片天线元件152的多个实例)。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件152接收，并且可以经由能量耦合器156(例如，能量耦合器81或能量耦合器83)、前端电路70(或72)和IF电路74被提供给处理器76。

在阶段384，方法380包括将第二贴片天线元件作为第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作。例如，由于来自贴片天线元件152的辐射，能量可以被提供给作为寄生贴片的贴片天线元件154，并且贴片天线元件154可以重新辐射由贴片天线元件154从贴片天线元件152接收的能量中的一些。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件154接收，并且所接收的能量中的一些从贴片天线元件154耦合(辐射)到贴片天线元件152。贴片天线元件152、154(以及可能地，能量耦合器156)可以包括用于辐射和/或接收第一能量(例如，在较低频带中)的第一装置。贴片天线元件154可以包括用于第一装置的寄生装置，用于寄生地辐射和/或接收第一能量的至少一部分。

在阶段386，方法380包括将第二贴片天线元件的第一部分作为第一偶极天线进行操作以发送或接收具有第二频率的第二能量。例如，处理器76可以使IF电路74经由前端电路70和/或前端电路72分别向天线系统62和/或天线系统64发送信号。(多个)前端电路70、72可以向(多个)天线系统62、64(例如，向(多个)能量耦合器81、83)提供信号，(多个)天线系统62、64将信号提供给(多个)天线元件80、82。例如，较高频带中的能量可以经由能量耦合器158被提供给贴片天线元件154，并且特别是经由能量耦合器158被提供给部分161、164(或者经由能量耦合器158的相应实例或诸如阵列310等阵列中的能量耦合器356、358中的一个或多个，被提供给贴片天线元件154的多个实例，并且可能被提供给天线系统350的一个或多个实例)。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件154(例如，部分161、164)接收，并且经由能量耦合器158(例如，能量耦合器81或能量耦合器83)、前端电路70(或72)和IF电路74被提供给处理器76。贴片天线元件154(并且可能地，能量耦合器158)的部分161、164(和/或其他部分，诸如部分162、163)可以提供第二装置，第二装置用于使用寄生装置的片段的子集来辐射和/或接收第二频带中的第二能量。

方法380可以包括一项或多项其他特征，诸如以下特征中的一项或多项。例如，方法380可以包括将第二贴片天线元件的第二部分作为第二偶极天线进行操作以发送或接收具有第二频率的第三能量。在这种情况下，例如，部分162、163连同对应的能量耦合器也可以被用于辐射和/或接收第二频率(例如，在第二频带中)的能量。用于辐射和/或接收第三能量的第三装置可以包括部分162、163和对应的能量耦合器，其中第三能量具有第二频率(例如，具有在第二频带中的频率)。操作第一偶极天线和操作第二偶极天线可以包括以正交极化分别从第一偶极天线和第二偶极天线辐射(和/或接收)第二能量和第三能量。例如，可以使用两组能量耦合器(例如，包括能量耦合器158)以一个极化激发部分161、164(设置在对角相对的象限中)并且以另一正交极化激发部分162、163(设置在另一对角相对的象限中)。操作第一偶极子和第二偶极子可以包括相对于彼此对第一偶极子和第二偶极子进行差分馈送。例如，对部分161、164进行馈送的导体202、204可以相对于对部分162、163进行馈送的导体进行差分馈送(例如，180°异相)。对第一偶极子和第二偶极子进行差分馈送可以包括利用相应导线对通过限定在第一贴片天线元件中的开口对偶极子进行馈送。例如，对部分161、164进行馈送的导体202、204和对部分162、163进行馈送的导体可以穿过第一贴片天线152中的开口190。(由第二贴片天线的第一部分发送和/或接收的信号的)第二频率可以是(由第一贴片天线和第二贴片天线发送和/或接收的信号的)第一频率的大约两倍。

其他配置

上面讨论的示例是非穷举示例并且可以使用很多其他配置。下面的讨论针对这样的其他配置中的一些，但并非详尽无遗(单独或与上述讨论结合时)。

示例天线系统——堆叠贴片，堆叠贴片包括具有(多个)槽/(多个)偶极子的寄生 贴片

参考图13，进一步参考图3，天线系统400是天线系统62(或天线系统64)的示例。天线系统400可以与图4所示的天线系统100具有若干相似之处，也有显著差异。此外，与图4类似，天线系统400的其他可能特征(例如，衬底、接地平面)在图13中未示出。天线系统400是堆叠贴片天线系统，包括贴片天线元件402、404和能量耦合器406、408。天线系统400可以被配置为在多个频带上操作，其中在每个频带中具有宽带操作。例如，天线系统400可以在其中第一频带(较高频带)中的频率是第二频带(较低频带)中的频率的大约两倍的频带中操作。即，第二频带中的频率是第一频带中的频率的大约一半，诸如28GHz频带(例如，从28GHz到44GHz)和60GHz频带(例如，从57.5GHz到67.5GHz)。用于在不同频带中的操作的系统400的子系统是并置的，例如，被设置在同一位置，并且在本文中讨论的示例中，子系统共享一个或多个组件。例如，贴片天线元件404(或其一个或多个部分)可以在用于在不同频带处操作的子系统之间共享。贴片天线元件404可以被配置为为贴片天线元件402提供附加带宽(例如，用于5G操作)。贴片天线元件404可以被配置为在不同的频带(例如，60GHz频带)中提供天线操作。例如，贴片天线元件404可以提供一个或多个槽412、414以用于在不同频带中的操作。可选地，一个或多个偶极子416、418可以分别与一个或多个槽412、414交叠或甚至被设置在其中，以用于在不同频带中操作，由贴片天线元件404来限定一个或多个槽412、414。一个或多个偶极子416、418可以用作贴片天线元件404的一个或多个部分以用于贴片天线元件402的频带的操作。例如，贴片天线元件402、404(包括一个或多个偶极子416、418，如果存在)与能量耦合器406一起可以在第一频带(例如，28GHz频带)中作为贴片和寄生贴片进行操作。一个或多个槽412、414和/或一个或多个偶极子416、418(如果存在)与能量耦合器408一起可以在另一频带(例如，60GHz频带)中操作。贴片天线元件404是寄生贴片，被配置为由于与另一(贴片)辐射器电抗性耦合的能量而进行辐射，并且不被电连接到能量耦合器(这里是能量耦合器406)，或者不被设置为来自能量耦合器(这里是能量耦合器406)的能量的主接收方，该能量耦合器被配置为提供该元件是寄生元件的频率的能量。

贴片天线元件402和能量耦合器406可以与图4所示和上面讨论的贴片天线元件和能量耦合器106类似地配置。例如，能量耦合器406可以包括能量耦合器156，并且可选地包括如图5-图7中所示和上面讨论的能量耦合器156的另一实例。贴片天线元件402可以是导电的，并且被确定尺寸和形状以用于在期望频带上的操作。例如，贴片天线元件402可以在期望频带中辐射提供给贴片天线元件402的能量的一半以上，或者可以在期望频带中具有谐振，等等。在所示的这个示例中，贴片天线元件402基本是正方形，其边中的每个边是如下信号的波长的大约一半(例如，波长的40％-60％)，该信号具有在期望频带(例如，较低频带，诸如27.5GHz到44GHz)中的频率并且该信号在天线系统400的衬底中行进。

贴片天线元件404相对于贴片天线元件402被确定尺寸、形状和被设置以用作贴片天线元件402的寄生贴片元件。贴片天线元件402、404的电气长度可以分离大约90°。贴片天线元件404可以类似于贴片天线元件402(这里基本是正方形)被确定形状。贴片天线元件404的边可以比贴片天线元件402的边更长(例如，长5％与20％之间)。贴片天线元件404的谐振频率可以不同于贴片天线元件402的谐振频率，这可以帮助增加元件402、404的组合的总带宽。例如，贴片天线元件402的谐振频率可以比贴片天线元件404的谐振频率大三倍。作为寄生贴片元件，贴片天线元件404可以提高贴片天线元件402的带宽，类似于上面关于贴片天线元件104讨论的。也类似于上面关于贴片天线元件104的讨论，贴片天线元件404可以相对于贴片天线元件402被配置、设置和耦合(例如，电抗性耦合而不是直接电耦合)，类似于相对于贴片天线元件102的贴片天线元件104。

能量耦合器406、408被配置和设置为向贴片天线元件402和一个或多个槽412、414或一个或多个偶极子416、418提供能量和/或从贴片天线元件402和一个或多个槽412、414或一个或多个偶极子416、418接收能量。能量耦合器406可以直接地或间接地向贴片天线元件402提供能量和/或从贴片天线元件402接收能量，例如，如上文关于能量耦合器106和贴片天线元件102所讨论的。能量耦合器408可以间接地向一个或多个槽412、414提供能量和/或从一个或多个槽412、414接收能量，如下面进一步讨论。替代地，能量耦合器408可以将能量耦合到一个或多个偶极子416、418和/或从一个或多个偶极子416、418接收能量，如下面进一步讨论的，例如，直接电连接到一个或多个偶极子416、418。

一个或多个槽412、414或一个或多个偶极子416、418可以被配置为在比贴片天线元件402、404被配置为操作的频带更高的频带处进行操作。例如，一个或多个槽412、414的长度可以是天线系统400的衬底中与较高频带(例如，60GHz频带)相对应的波长的大约一半，而贴片天线元件402、404被配置为在较低频带(例如，28GHz频带)处操作。例如，槽412、414的长度可以是贴片天线元件402的边长403的大约一半。类似地，偶极子416、418的长度可以是贴片天线元件402的边长403的大约一半，在这种情况下，偶极子416、418在其中驻留或交叠的槽可以比偶极子416、418更长。在存在偶极子416、418的情况下，槽412、414可以比在偶极子416、418不存在的情况下大(并且因此，槽412、414本身用于辐射和/或接收能量)。

天线系统400(包括下面讨论的示例)可以用作天线阵列的组件。例如，天线系统400可以代替图10所示的一个或多个单元312。单元314可以如上所述配置，或者可以具有不同配置，例如，系统400的贴片天线元件404仅具有槽412、414中的一个或多个或具有槽412、414中的一个或多个以及偶极子416、418中的一个或多个，或仅具有被配置为在较高频率处辐射的贴片或偶极子。

堆叠贴片的示例，堆叠贴片包括带有(多个)槽的寄生贴片

参考图14，进一步参考图13，天线系统450是图13所示的天线系统400的示例。天线系统450是多频带天线系统，该多频带天线系统可以被配置为在较低频带上和较高频带上操作。天线系统450可以包括贴片天线元件452、454、能量耦合器456、457、458、接地平面460和衬底462。衬底462可以是天线系统450的较大衬底的一部分(例如，一层)，类似于图7所示的衬底170。可以使用其他层，例如，在贴片天线元件452与耦合带(下面讨论)之间的层、以及在耦合带与贴片天线元件454之间的层，其中不同层可能包括不同材料和/或具有不同介电常数。贴片天线元件452、454被配置为分别作为有源贴片天线元件和寄生贴片天线元件串联操作。贴片天线元件454是一种多用途元件，其被配置为至少用于双重用途，既作为贴片天线元件452的寄生贴片天线元件进行操作，又提供一个或多个槽以用于在与贴片天线元件452不同的频带中的操作。贴片天线元件454可以寄生地耦合到贴片天线元件452以用于在一种模式下的操作(例如，在较低频带中的堆叠贴片天线)并且具有耦合到能量耦合器457、458的槽472、474以用于在另一模式下的操作(例如，对于较高频带)。为了图的简单起见，将贴片天线元件452与贴片天线元件452分离的衬底未在图14中示出。堆叠贴片天线元件452、454的带宽可能受到天线系统450的各种特性的影响，例如，天线系统450的衬底的一个或多个层的一个或多个介电常数、衬底的每层的厚度、贴片天线元件452、454中的每个贴片天线元件的厚度等。例如，从贴片天线元件452到接地平面460的天线系统450的厚度可以是期望频率(例如，在诸如60GHz等较高频带中的频率)处的衬底(其可以是不同衬底层的组合)中的波长的大约四分之一。虽然贴片天线元件454限定两个槽472、474(如图所示)，但是贴片天线元件454可以限定另一数量的槽，例如一个槽(例如，用于单极化操作)。在另一实施例中，在贴片天线元件454中可以形成有大致平行的若干槽。

贴片天线元件452、454与接地平面460和能量耦合器456一起可以包括堆叠贴片天线。贴片天线元件452是有源贴片，因为能量耦合器456被配置为通过直接连接(例如，物理导电连接)或间接连接(例如，电抗性耦合)向贴片天线元件452传送(提供)能量和/或从贴片天线元件452接收能量。这里，能量耦合器456包括直接导电连接到贴片天线元件452的导体480。贴片天线元件452包括设置在衬底462上并且被配置为可能以正交极化(例如，如果另一能量耦合器456被连接到贴片天线元件452)辐射和接收能量的平面导体。在该示例中，贴片天线元件452是矩形的，这里基本是正方形，其中边长453是较低频带(例如，从27.5GHz到44GHz)中的信号在衬底462中的波长的大约二分之一(例如，波长的40％-60％)。例如，边长453可以是频率为大约35GHz(例如，在34.5GHz到35.5GHz之间)的信号在衬底462中的波长的大约二分之一(例如，波长的40％-60％)。尽管在该示例中未示出，但能量耦合器456可以包括与上述能量耦合器156中包括的调谐短截线182类似的调谐短截线。导体480可以经由连接层(未示出)被耦合到前端电路(例如，前端电路70)，例如，类似于图5和图7所示的连接层196。导体480可以包括穿过衬底462的电镀通孔。

贴片天线元件454限定槽472、474以用于在较高频带中的操作。槽472、474以贴片天线元件454(即，矩形，这里基本是正方形)的中心为中心，并且是交叉槽，相对于彼此基本垂直(正交)设置，其中每个槽在槽中的每一个的中点处与另一槽相交且正交。如这里，槽472、474可以被配置用于正交极化操作(例如，用于圆极化)。槽472、474可以例如通过贴片天线元件454的蚀刻形成，贴片天线元件454可以是天线系统450的衬底上的金属(例如，铜)层。槽472、474被确定尺寸和形状以用于在较高频带中操作(例如，辐射和/或接收)能量。例如，槽472、474可以具有长度484，长度484彼此相似并且为在天线系统450的衬底中的较高频带中的频率处的波长的约二分之一(例如，45％-55％)(例如，衬底中60GHz处的大约一半波长)。例如，长度484中的每个长度可以是贴片天线元件452的边的长度453的大约一半(例如，45％-55％)(即，长度453可以是槽472、474的长度484的大约两倍(190％-210％))。在其他实施例中，槽472、474的长度可以彼此不同，使得一个槽被配置为以第一较高频率辐射，而另一槽被配置为以第二较高频率辐射。

能量耦合器457、458(其可以是图13中的能量耦合器408的示例)可以被配置和被设置为将能量耦合到槽472、474和/或耦合来自槽472、474的能量(例如，向槽472、474传送能量和/或从槽472、474接收能量)。能量耦合器457、458分别包括导体490、491和导电耦合线492、493。耦合线492、493被设置在贴片天线元件452与贴片天线元件454之间。耦合线492、493可以是诸如微带等导电条，并且可以被设置为与槽472、474部分交叠，例如，以足够的角度和足够接近槽472、474横向于槽472、474以将能量电磁耦合到槽472、474和/或电磁耦合来自槽472、474的能量。这里，耦合线492、493分别基本地垂直于槽472、474(例如，相对于槽472、474成85°-95°)设置。例如，耦合线492可以被形成为大致平行于槽474并且定位为使得它在图14中数字472所指的大致位置处穿过槽472，并且耦合线493可以形成为大致平行于槽472并且定位成使得它在图14中的数字474所指的大致位置处穿过槽474。导体490、491可以包括穿过耦合线492、493与贴片天线元件452之间的衬底(未示出)并且在衬底462中的电镀通孔。导体490、491可以沿着用于贴片天线元件452的电场的零平面穿过贴片天线元件452。导体490、491可以穿过由贴片天线元件452限定的开口(未示出)(例如，类似于由图5中所示的贴片天线元件152限定的开口190)。导体490、491可以与贴片天线元件452分离，例如，通过绝缘体(诸如天线系统450的衬底中的一些衬底)，或通过设置在导体490、491周围的屏蔽，或其他方式。

堆叠贴片的示例，堆叠贴片包括在(多个)槽中具有(多个)偶极子的寄生贴片

参考图15，进一步参考图13和14，天线系统510是图13所示的天线系统400的示例。天线系统510是多频带天线系统，该多频带天线系统可以被配置为在较低频带上和较高频带上操作。天线系统510可以包括贴片天线元件512、514、能量耦合器516、518、接地平面520和衬底522。在图14中，为了简化图，未示出贴片天线元件512与贴片天线元件514之间的衬底。衬底可以被配置为使得贴片天线元件514可以与接地平面520分离约为较高频带的频率(例如，大约60GHz)处的衬底中的波长的大约四分之一。贴片天线元件512的每一边的长度513可以是较低频带中的频率(例如，在一些实施例中为约28GHz，在一些实施例中为约35GHz，或在其他实施例中为其他频率)处的衬底中的波长的大约一半。此外，在图14中，为了简化图，来自能量耦合器516、518的连接(例如，用于到前端电路的连接)未示出。

天线系统510类似于图14所示的天线系统450，但偶极子530、532被设置在由贴片天线元件514限定的槽534、536中。因此，偶极子530、532可以被贴片天线元件514包围。贴片天线元件512、514与接地平面520和能量耦合器516一起可以包括堆叠贴片天线。贴片天线元件512可以是有源贴片并且贴片天线元件514可以是寄生贴片。槽534、536可以比天线系统450的槽472、474大(例如，更长并且可能更宽)，以便与偶极子530、532一起工作(例如，接收)。偶极子530、532的长度可以各自是天线系统510的衬底中在较高频带中的频率处的波长的大约一半。因此，贴片天线元件512的一边的长度513可以是偶极子530、532中的每个偶极子的长度的大约两倍(例如，190％-210％)。偶极子530、532与槽534、536至少部分交叠，并且可以被设置在槽534、536中(被槽534、536容纳)。槽534、536可以大于偶极子530、532，例如，以容纳偶极子530、532，其中偶极子530、532从槽534、536的壁移位。例如，槽534、536的宽度可以是偶极子530、532的臂的宽度的大约三倍，例如，以抑制偶极子530、532与贴片天线元件514之间的耦合。偶极子530包括偶极臂551、552，并且偶极子532包括偶极臂553、554。偶极臂551-554可以是导电条，并且可以形成在与贴片天线元件514相同的衬底层中(并且因此在相同平面中)。虽然天线系统510被示出为具有限定两个槽534、536并且包括两个偶极子530、532的贴片天线元件514，但可以使用其他数量的槽和偶极子，例如一个槽和一个偶极子。此外，虽然偶极子530、532在本文中被描述为设置在槽534、536中，但是在一些实施例中，偶极子530、532可以从贴片天线元件514的平面移位。

能量耦合器516可以类似于能量耦合器456并且被配置为向贴片天线元件512传送能量和/或从贴片天线元件512接收能量。能量耦合器516还可以包括调谐短截线(未示出)。此外，天线系统510可以包括多于一个能量耦合器516，例如，以便以正交极化操作贴片天线元件512。

能量耦合器518(其可以是图13中的能量耦合器408的示例)可以被配置和被设置为将能量耦合到偶极子530、532和/或耦合来自偶极子530、532的能量。能量耦合器518包括导体541、542、543、544，其中导体541、542连接到偶极子530的偶极臂551、552，并且导体543、544连接到偶极子532的偶极臂553、554，这些连接在图15中用虚线指示以帮助简化附图。可以在能量耦合器518中使用其他数量的导体，例如，如果天线系统510中仅包括一个偶极子，则使用两个导体。导体541-544可以是穿过衬底(层)到连接电路(未示出)的电镀通孔，诸如平衡微带线，以用于到其他组件(例如，前端电路)的连接。导体541-544可以在贴片天线元件512的电场的零平面附近穿过贴片天线元件512，例如，以抑制由于导体541-544的存在而导致贴片天线元件512的电场失真。导体541-544可以穿过由贴片天线元件512限定的开口(未示出)(例如，类似于由图5中所示的贴片天线元件152限定的开口190)。

堆叠贴片的操作，堆叠贴片包括具有(多个)槽/(多个)偶极子的寄生贴片

参考图16，进一步参考图3、图10和图13-图15，一种操作天线系统的方法580包括所示的阶段。然而，方法580仅是示例而非限制。可以改变方法580，例如，通过添加阶段、移除阶段、重新布置阶段、组合阶段、同时执行阶段和/或将单个阶段分成多个阶段。对如所示和所述的方法580的其他改变也是可能的。

在阶段582，方法580包括操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量。例如，处理器76可以使IF电路74经由前端电路70和/或前端电路72分别向天线系统62和/或天线系统64发送信号。(多个)前端电路70、72可以向(多个)天线系统62、64(例如，向(多个)能量耦合器81、83)提供信号，(多个)天线系统62、64将信号提供给(多个)天线元件80、82。例如，较低频带中的能量可以经由能量耦合器456、516被分别提供给贴片天线元件452、512(或经由诸如阵列310等阵列中的能量耦合器456、516的相应实例被提供给贴片天线元件452、512的多个实例)。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件452、512接收，并且经由能量耦合器456、516(例如，能量耦合器81或能量耦合器83)、前端电路70(或72)和IF电路74被提供给处理器76。

在阶段584，方法580包括将第二贴片天线元件作为第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作。例如，由于来自贴片天线元件452、512的辐射，能量可以被提供给作为寄生贴片的贴片天线元件454、514，并且贴片天线元件454、514可以重新辐射由贴片天线元件454、514从贴片天线元件452、512接收的能量中的一些能量。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件454、514接收，并且接收的能量中的一些能量从贴片天线元件454、514耦合(再辐射)到贴片天线元件452、512。贴片天线元件452、454或512、514可以包括用于辐射和/或接收第一能量(例如，在较低频带中)的第一装置。贴片天线元件454可以包括用于第一装置的寄生装置，用于寄生地辐射和/或接收第一能量的至少一部分。

在阶段586，方法580包括操作设置在由第二贴片天线元件限定的第一槽中的第一偶极子以发送或接收具有第二频率的第二能量，或者操作第一槽以发送或接收具有第二频率的第二能量。例如，处理器76可以使IF电路74经由前端电路70和/或前端电路72分别向天线系统62和/或天线系统64发送信号。(多个)前端电路70、72可以向(多个)天线系统62、64(例如，向(多个)能量耦合器81、83)提供信号，(多个)天线系统62、64将信号提供给(多个)天线元件80，82。例如，较高频带中的能量可以经由能量耦合器457(例如，导体490和耦合带492)被提供给贴片天线元件454，特别是槽472。较高频带中的能量可以经由能量耦合器457、458被提供给多个槽，例如槽472、474。另外地或替代地，可以经由能量耦合器457的相应实例，或诸如阵列310等阵列中的能量耦合器457、458中的一个或多个(或天线系统450的其他配置)，将能量提供给贴片天线元件454的多个实例，并且可能地，提供给天线系统450的一个或多个实例。另外地或替代地，能量可以由贴片天线元件454(例如，槽472、474中的一者或两者)接收，并且经由(多个)能量耦合器457、458(例如，能量耦合器81或能量耦合器83)、前端电路70(或72)和IF电路74被提供给处理器76。贴片天线元件454的槽472(和/或槽474)可以提供第二装置的至少一部分，该第二装置用于使用寄生装置的片段的子集来辐射和/或接收第二频带中的第二能量。(多个)能量耦合器457、458可以提供用于辐射和/或接收第二能量的第二装置的一个或多个另外的部分。

作为阶段586的另一示例，可以经由能量耦合器518(例如，导体541、542)将较高频带中的能量提供给偶极子530。可以经由能量耦合器518(使用导体541-544)将较高频带中的能量提供给多个偶极子(例如，偶极子530、532)。此外或可替代地，可以经由能量耦合器518的相应实例或诸如阵列310等阵列中的导体541-544(或天线系统510的其他配置)中的两个或更多个，将能量提供给天线系统510的一个或多个实例。另外地或替代地，能量可以由偶极子530、532中的一者或两者接收，并且可以经由能量耦合器518(例如，能量耦合器81或能量耦合器83)、前端电路70(或72)和IF电路74被提供给处理器76。贴片天线元件514的偶极子530(和/或偶极子532)可以提供用于辐射和/或接收在第二频带中的第二能量的第二装置的至少一部分，并且偶极臂551-554中的一个或多个可以提供导电装置。能量耦合器518可以提供用于辐射和/或接收第二能量的第二装置的一个或多个另外的部分。

方法580可以包括一项或多项其他特征，诸如以下特征中的一项或多项。例如，方法580可以包括操作多个槽或多个偶极子以用于较高频带能量的正交极化。第二频率可以是第一频率的大约两倍。还可以实现其他特征。

如上所述，堆叠贴片天线和偶极子的操作可以使得能够使用孔径来进行多个频率处的通信。此外，该孔径可以用于在多个频率中的每个频率处进行正交极化的通信。

其他考虑

以上讨论的技术是示例，而不是穷举。可以使用除了那些讨论之外的其他配置。

如本文中使用的，在以“至少一个”开头或以“一个或多个”开头的项的列表中使用的“或”表示分离列表，例如，“A、B或C中的至少一个”或“A、B或C中的一个或多个”的列表是指A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即，A和B和C)、或具有一项以上的特征的组合(例如，AA、AAB、ABBC等)。

上面讨论的系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略、替换或添加各种过程或组件。例如，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。配置的不同方面和元件可以以类似方式组合。此外，技术不断发展，并且因此，很多元件是示例，而并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对示例配置(包括实现)的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施配置。例如，众所周知的电路、过程、算法、结构和技术已经在没有不必要的细节的情况下示出，以避免混淆配置。本说明书仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围、适用性或配置。相反，配置的前述描述提供了用于实现所述的技术的描述。在不脱离本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (50)

1.一种天线系统，包括：

第一贴片天线元件，所述第一贴片天线元件是导电的；

第一能量耦合器，被配置为向所述第一贴片天线元件传送第一能量或者从所述第一贴片天线元件接收所述第一能量，所述第一能量在第一频带中；

第二贴片天线元件，与所述第一贴片天线元件至少部分地交叠，所述第二贴片天线元件包括多个物理上分离的部分，所述多个物理上分离的部分各自是导电的；以及

第二能量耦合器，连接到所述多个物理上分离的部分的第一子集，所述第一子集包括少于全部所述多个物理上分离的部分，所述第二能量耦合器被配置为向所述第一子集传送第二能量或者从所述第一子集接收所述第二能量，所述第二能量在高于所述第一频带的第二频带中。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第二能量耦合器被连接到所述第一子集，以将所述第一子集作为第一偶极子进行操作，并且其中所述第一偶极子包括第一多个导电贴片。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件具有带有第一周界形状的第一周界，并且所述第二贴片天线元件具有界定所述第二贴片天线元件的第二周界，所述第二周界具有所述第一周界形状。

4.根据权利要求3所述的天线系统，其中所述第一周界基本是正方形，所述第二周界基本是正方形，并且所述多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分基本是正方形，并且其中所述第一贴片天线元件的第一边具有第一边长，所述第一边长是所述天线系统的衬底中在所述第一频带中的第一频率处的波长的大约一半，并且所述多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分的第二边具有第二边长，所述第二边长是所述天线系统的所述衬底中在所述第二频带中的第二频率处的波长的至少大约一半。

5.根据权利要求4所述的天线系统，其中所述多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分被设置在所述第二周界内的相应象限中，所述第一子集包括所述多个物理上分离的部分中的被设置在对角设置的象限中的两个物理上分离的部分。

6.根据权利要求5所述的天线系统，其中所述第一边长是所述多个物理上分离的部分中的每个物理上分离的部分的所述第二边长的大约两倍，并且所述第二边长是所述第二频率处的所述波长的大约一半。

7.根据权利要求1所述的天线系统，还包括第三能量耦合器，所述第三能量耦合器：

耦合到所述第一贴片天线元件，以将所述第一贴片天线元件与所述第一能量耦合器一起作为正交极化贴片天线元件进行操作；或者

连接到所述第二贴片天线元件的所述多个物理上分离的部分的第二子集，以向所述第二子集传送所述第二能量或者从所述第二子集接收所述第二能量，所述第二子集不同于所述第一子集。

8.根据权利要求7所述的天线系统，其中所述第三能量耦合器被耦合到所述第二子集，所述第一子集包括所述第二贴片天线元件的所述多个物理上分离的部分的两个小角部分，并且所述第二子集包括所述第二贴片天线元件的所述多个物理上分离的部分的两个其他小角部分。

9.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件限定开口，所述第二能量耦合器的至少一部分穿过所述开口，所述第二能量耦合器从所述第一贴片天线元件移位。

10.根据权利要求9所述的天线系统，其中所述开口关于所述第一贴片天线元件的中心对称。

11.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件和所述第二贴片天线元件包括第一单元，所述天线系统还包括第二单元，所述第二单元与所述第一单元类似地配置，并且平行于所述第一贴片天线元件的平面，从所述第一单元移位所述第一能量的频率的自由空间波长的大约一半。

12.根据权利要求1所述的天线系统，还包括至少一个第一调谐器，所述至少一个第一调谐器被设置在所述第一贴片天线元件与所述第二贴片天线元件之间。

13.根据权利要求12所述的天线系统，其中所述至少一个第一调谐器包括耦合到所述第二能量耦合器的多个导电条。

14.根据权利要求13所述的天线系统，其中所述多个导电条被设置在所述天线系统的不同层中。

15.根据权利要求1所述的天线系统，还包括多个第二调谐器，每个第二调谐器耦合到所述第一能量耦合器和所述第二能量耦合器中的相应的能量耦合器。

16.根据权利要求15所述的天线系统，其中所述多个第二调谐器中的每个第二调谐器包括导电短截线。

17.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件、所述第二贴片天线元件、所述第一能量耦合器和所述第二能量耦合器的组合包括第一阵列单元，所述天线系统包括阵列，所述阵列包括多个所述第一阵列单元和多个第二阵列单元，所述多个第二阵列单元中的每个第二阵列单元被配置为在所述第二频带中操作，所述多个所述第一阵列单元在所述阵列中与所述多个第二阵列单元交错。

18.一种操作天线系统的方法，所述方法包括：

操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量；

将第二贴片天线元件作为所述第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作；以及

将所述第二贴片天线元件的第一部分作为第一偶极天线进行操作，以发送或接收具有第二频率的第二能量。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述第二贴片天线元件的第二部分作为第二偶极天线进行操作，以发送或接收具有所述第二频率的第三能量。

20.根据权利要求19所述的方法，其中操作所述第一偶极天线和操作所述第二偶极天线包括：以正交极化分别辐射来自所述第一偶极天线和来自所述第二偶极天线的所述第二能量和所述第三能量。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二贴片天线元件基本是正方形并且包括四个物理上分离的基本是正方形的导电贴片，并且其中操作所述第一偶极天线包括将所述第二能量馈送到第一对所述导电贴片，所述第一对所述导电贴片被设置在所述第二贴片天线元件的第一对对角设置的象限中，并且操作所述第二偶极天线包括将所述第三能量馈送到第二对所述导电贴片，所述第二对所述导电贴片被设置在所述第二贴片天线元件的第二对对角设置的象限中，所述第二对对角设置的象限不同于所述第一对对角设置的象限。

22.根据权利要求21所述的方法，其中操作所述第一偶极天线和操作所述第二偶极天线包括：相对于彼此对所述第一偶极天线和所述第二偶极天线进行差分馈送。

23.根据权利要求22所述的方法，其中对所述第一偶极天线和所述第二偶极天线进行差分馈送包括：分别利用第一对非屏蔽导线和第二对非屏蔽导线通过在所述第一贴片天线元件中限定的开口，对所述第一偶极天线和所述第二偶极天线进行馈送。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二频率是所述第一频率的大约两倍。

25.一种多频带天线系统，包括：

第一装置，用于辐射和/或接收第一频带中的第一能量，所述第一装置包括用于寄生地辐射和/或接收所述第一能量的至少一部分的寄生装置；以及

第二装置，用于使用所述寄生装置的片段的第一子集来辐射和/或接收第二频带中的第二能量。

26.根据权利要求25所述的天线系统，还包括第三装置，所述第三装置用于使用所述寄生装置的片段的第二子集来辐射和/或接收所述第二频带中的第三能量，所述寄生装置的片段的所述第二子集不同于所述寄生装置的片段的所述第一子集。

27.一种天线系统，包括：

贴片天线元件，所述贴片天线元件是导电的并且基本是平面的，所述贴片天线元件被形成为在所述贴片天线元件中限定开口；

第一能量耦合器，被配置为向所述贴片天线元件传送第一能量或者从所述贴片天线元件接收所述第一能量，所述第一能量在第一频带中；

偶极天线，包括一个或多个部分，所述一个或多个部分是导电的并且基本是平面，所述偶极天线与所述贴片天线元件至少部分地交叠；以及

第二能量耦合器，被配置为向所述偶极天线传送第二能量或者从所述偶极天线接收所述第二能量，所述第二能量耦合器与所述第一能量耦合器分离，并且所述第二能量耦合器的至少一部分穿过所述贴片天线中的所述开口，所述第二能量在高于所述第一频带的第二频带中。

28.根据权利要求27所述的天线系统，其中所述偶极天线包括多个导电板的子集，所述多个导电板与所述贴片天线元件以堆叠配置形成寄生贴片。

29.根据权利要求27所述的天线系统，其中所述偶极天线由形成在导电板中的一个或多个槽限定。

30.根据权利要求27所述的天线系统，其中所述偶极天线包括被寄生贴片包围的多个导电条，所述寄生贴片与所述多个导电条共面。

31.一种天线系统，包括：

第一贴片天线元件，所述第一贴片天线元件是导电的；

第一能量耦合器，被配置为向所述第一贴片天线元件传送第一能量或者从所述第一贴片天线元件传送所述第一能量；

第二贴片天线元件，与所述第一贴片天线元件至少部分地交叠，所述第二贴片天线元件限定穿过所述第二贴片天线元件的第一槽；以及

第二能量耦合器，被配置为向所述第一槽或第一偶极子传送第二能量或者从所述第一槽或所述第一偶极子接收所述第二能量，所述第一偶极子与所述第一槽至少部分地交叠。

32.根据权利要求31所述的天线系统，还包括所述第一偶极子，所述第一偶极子被设置在所述第一槽中。

33.根据权利要求32所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件是矩形的并且具有边长，所述边长是所述第一偶极子的长度的大约两倍。

34.根据权利要求31所述的天线系统，其中所述第二贴片天线元件还限定第二槽，所述第二槽与所述第一槽相交且基本正交。

35.根据权利要求34所述的天线系统，其中所述第一槽和所述第二槽在所述第一槽的第一中点和所述第二槽的第二中点处彼此相交。

36.根据权利要求35所述的天线系统，其中所述第二贴片天线元件是矩形的，并且所述第一槽的所述第一中点和所述第二槽的所述第二中点被设置在所述第二贴片天线元件的中心处。

37.根据权利要求34所述的天线系统，其中所述第二能量耦合器被配置为向所述第一槽和所述第二槽传送所述第二能量，或者从所述第一槽和所述第二槽接收所述第二能量。

38.根据权利要求37所述的天线系统，其中所述第二能量耦合器包括第一导电条和第二导电条，所述第一导电条与所述第一槽基本正交设置，并且所述第二导电条与所述第二槽基本正交设置，所述第一导电条和所述第二导电条被设置在所述第一贴片天线元件与所述第二贴片天线元件之间。

39.根据权利要求34所述的天线系统，还包括所述第一偶极子和第二偶极子，所述第一偶极子被设置在所述第一槽中并且所述第二偶极子被设置在所述第二槽中。

40.根据权利要求31所述的天线系统，其中所述第二能量耦合器被配置为向所述第一槽传送所述第二能量，其中所述第一贴片天线元件是矩形的并且具有边长，所述边长是所述第一槽的长度的大约两倍。

41.根据权利要求31所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件限定穿过所述第一贴片天线元件的开口，并且所述第二能量耦合器的导体延伸穿过所述开口。

42.根据权利要求41所述的天线系统，其中所述开口以所述第一贴片天线元件的中心为中心。

43.根据权利要求31所述的天线系统，其中所述第一贴片天线元件、所述第二贴片天线元件、所述第一能量耦合器和所述第二能量耦合器的组合包括第一阵列组件，所述天线系统包括阵列，所述阵列包括多个所述第一阵列组件和多个第二阵列组件，所述多个第二阵列组件中的每个第二阵列组件包括所述第二贴片天线元件和所述第二能量耦合器，所述多个第一阵列组件在所述阵列中与所述多个第二阵列组件交错。

44.一种操作天线系统的方法，所述方法包括：

操作第一贴片天线元件以发送或接收具有第一频率的第一能量；

将第二贴片天线元件作为所述第一贴片天线元件的寄生贴片进行操作；以及

操作以下中的任一项：

操作第一偶极子，以发送或接收具有第二频率的第二能量，所述第一偶极子被设置在由所述第二贴片天线元件限定的第一槽中；或者

操作所述第一槽，以发送或接收具有所述第二频率的所述第二能量。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述第一偶极子被设置在所述第一槽中并且被操作以发送或接收所述第二能量，所述方法还包括操作第二偶极子，使得所述第一偶极子和所述第二偶极子被正交极化，所述第二偶极子被设置在由所述第二贴片天线元件限定的第二槽中。

46.根据权利要求44所述的方法，包括操作所述第一槽以发送或接收所述第二能量，所述方法还包括操作由所述第二贴片天线元件限定的第二槽，使得所述第一槽和所述第二槽被正交极化。

47.根据权利要求44所述的方法，其中所述第二频率是所述第一频率的大约两倍。

48.一种多频带天线系统，包括：

第一装置，用于辐射和/或接收第一频带中的第一能量，所述第一装置包括用于寄生地辐射和/或接收所述第一能量的至少一部分的寄生装置；以及

第二装置，用于使用所述寄生装置中的槽或者被设置在所述槽中用于导电的装置，来辐射和/或接收第二频带中的第二能量。

49.根据权利要求48所述的天线系统，其中所述第一频带低于所述第二频带，并且其中所述第一频带和所述第二频带不交叠。

50.根据权利要求48所述的天线系统，其中所述第一装置包括用于以第一极化和第二极化进行辐射的装置，并且其中所述第二装置包括用于以所述第一极化和所述第二极化进行辐射的装置。

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