CN115939736A - 用于无线通信的模块化多级天线系统和组件 - Google Patents

Abstract

一种包括辐射系统的无线设备，辐射系统包括模块化天线系统，模块化天线系统包括：至少一个天线组件，至少一个天线组件包括第一多节段天线组件，第一多节段天线组件包括至少两个节段，至少两个节段中的每个节段包括导电元件；至少一个接地平面层；以及匹配网络，匹配网络连接到天线系统以用于在也连接到上述匹配网络的端口处与第一频率范围进行阻抗匹配。辐射系统被配置为操作在包括上述第一频率范围的操作的频率范围中，第一频率范围包括第一最高频率和第一最低频率，并且辐射系统包括天线系统，天线系统包括第一天线组件，第一天线组件包括至少两个节段，特征在于大于与操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/30倍并且小于1/5倍的最大大小；其中第一天线组件的不同节段中包括的导电元件通过间隙被间隔开。与本发明相关的模块化多级天线系统在不同通信标准下的频带的分配中提供灵活性，并且容易集成在托管它的无线设备中。

Description

用于无线通信的模块化多级天线系统和组件

本申请是2020年1月6日提交的201880045357.8号的发明专利申请(名称为“用于无线通信的模块化多级天线系统和组件”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及无线便携式设备的领域，并且更具体地涉及通常需要在不同通信标准下的操作的多频带和/或多功能无线设备。

背景技术

无线电子设备典型地处理一个或多个蜂窝通信标准、和/或无线连接标准、和/或广播标准，每个标准被分配在一个或多个频带中，并且上述频带被包含在电磁谱的一个或多个区域内。越来越多地，无线设备需要在不同通信标准下的操作，而需要大操作带宽和/或高效率以用于覆盖市场需求。

为此目的，如今无线电子设备必须包括这样的辐射系统，该辐射系统能够以可接受的无线电电性能(典型地是在例如反射系数和/或阻抗带宽和/或增益和/或效率和/或辐射图案方面)操作在一个或多个频率区域中。此外，辐射系统在无线电子设备内的集成必须有效，以确保整个设备获得良好的无线电电性能(诸如，例如在辐射功率、接收功率、灵敏度的方面来评估)，而不被附近的电子组件和/或人工加载所扰乱。

无线电子设备内的空间经常是有限的并且辐射系统必须安装在可用空间中。因此，辐射系统被期望为小型的，以在设备内占据尽可能少的空间。在无线设备是多功能无线设备，而需要在多于一种通信标准下的操作以用于覆盖若干通信服务的情况下，可用空间甚至更为关键。除了无线电电性能、不够小的大小、以及与人体和附近电子组件的相互作用之外，现有技术的当前限制之一是，天线系统一般是针对每个特定的无线手持设备模型而定制的。

开发如下的无线设备将是适合于覆盖真实市场需求的有利解决方案，该无线设备包括以灵活的配置、能够覆盖多个频带并且能够在至少一个通信标准下操作为特征的小尺寸的辐射系统。

市场中存在增强器解决方案，它们覆盖在一个或多个频率区域中分配的频带处的操作。如在所拥有的专利申请US9,130,259B2中描述的，增强器元件是非谐振元件，其在无线设备中集成的辐射结构中包括的接地平面层中至少激发辐射模式。增强器解决方案的优点之一是辐射系统中包括的增强器元件或多个增强器元件的减小的大小，其使这些解决方案具有特点。然而，覆盖大带宽和/或提供覆盖低频(像例如LTE700)处频带的多频带操作的解决方案，并且更特别是对于操作在低频区域和高频区域两者的多区域解决方案的情况，像例如要求覆盖从698MHz到960MHz以及从1710MHz到2690MHz的范围的大带宽的解决方案，需要最小大小和/或体积的增强器元件、或者多于一个或甚至多于两个的增强器元件。还存在如US2017/0202058A1中公开的增强器解决方案，这些增强器解决方案包括射频系统，该射频系统包括可调谐组件，这些可调谐组件允许增强器元件的大小和/或数目的减小，而减小将天线系统分配到无线设备中所需要的空间。然而，通过可调谐解决方案所达到的带宽不足够大以覆盖与无线设备相关的带宽需求，特别是在频谱聚合和载波聚合需要对整个频谱的瞬时使用的环境中，如在本发明中。

专利US9,331,389B2还提供了一种独立组件，其包括嵌入在一体式电介质材料结构或支撑件中的至少两个辐射增强器。上述独立组件中包括的辐射增强器可以通过外部电路(像例如，SMD组件)连接在它们之间，以便形成单个电功能单元。辐射增强器的最大大小小于设备的操作的频率区域或多个频率区域的最低频率的波长的1/30倍。在一些示例中，这样的大小可以小于上述波长的1/20倍。辐射增强器的另一特性涉及其辐射特性，特征在于当它们被考虑为独立元件时的差辐射效率，这与它们的非谐振本质相一致。为了提供增强器的辐射性质的说明性示例，在专利申请WO2016/012507A1中提供了特性化的测试平台。上述测试平台包括方形导电表面和电连接到将被特性化的增强器的连接器。例如，这样的平台在WO2016/012507A1中更详细地被描述，连同对于增强器杆元件的情况，在1,0GHz以下的低频处测量的辐射和天线效率，其被布置为使得其最大尺寸垂直于上述导电表面。已经测量了对于上述增强器元件的低于5％的辐射效率。

针对多频带无线设备中包括的通信系统开发的其他天线技术已经聚焦于如下的解决方案，这些解决方案包含天线元件以替代非谐振元件，以用于提供在所寻求频带处的操作。在所拥有的专利申请US9,130,267B2中公开的发明涉及多频带无线设备，这些多频带无线设备包括也在多个频率区域有操作性的天线系统，上述天线系统借助于匹配和调谐系统来匹配。在另一现有技术的共同拥有的专利申请US15/621,792中，公开了一种在通常分配在若干频率区域中的多个频带中操作的辐射系统，上述辐射系统包括天线元件解决方案，该天线元件解决方案包括射频系统，该射频系统至少包括被配置用于在低频区域和高频区域两者提供操作的匹配网络。上述天线元件的长度以这样的方式被优化：其有助于同时最大化低频区域(LFR，例如698MHz-960Mz)处和高频区域(HFR，1710MHz-2690MHz)处的带宽。在这个意义上，在基于上述解决方案来设计多频带天线时存在权衡，因为如果长度大以优化LFR，则它可能降低HFR处的性能。相反，如果使得长度为短以便优化HFR处的性能，则LFR处的性能下降。因此，当寻求更具挑战性的性能时，现有技术中的当前解决方案经常不能达到苛刻的要求。根据本发明的解决方案提供了改进的无线电电性能，它们覆盖了与当前无线设备相关的所需要的操作需求。

在现有技术中找到了包括经常被配置用于在不同频带处操作的多个元件的其他天线，像例如专利US6,664,930B2或US5,504,494。通常，在现有技术中找到的那些多元件天线中包括的上述元件经常是整个天线中包含的辐射部分。通常针对具有特定配置的每个元件来配置这些元件对整个天线的操作的无线电电贡献，这意味着每个辐射部分被专门配置以对天线的整个辐射过程作出贡献，并且因此对无线设备的通信特征作出贡献。

另外，根据本发明的天线系统也可以被配置用于提供MIMO操作。在现有技术中，已经存在包括天线结构的MIMO解决方案，这些天线结构包括多于一个天线元件，这些天线元件借助于不包括解耦网络的多模式天线结构在它们之间解耦，US8,547,289B2。

因此，如下的无线设备将是有利的，该无线设备不需要能够在电磁谱的多个区域内的宽范围的通信频带中提供适合的射频性能并且能够覆盖不同通信标准的复杂且大型的天线。根据本发明的无线设备通过包括简单、小型且模块化的天线系统来满足这些要求，该天线系统提供了分配频带中的灵活性以及用于覆盖不同通信服务的多功能性。当包括低频带(像例如，移动LTE700频带(698MHz-746MHz))时，利用与本发明相关的无线设备，实现了比诸如例如CUBE mXTEND^TM(FR01-S4-250)等当前解决方案更好的性能，像例如在带宽和/或效率方面来评估。此外，可以容易地集成在这样的无线设备中的与本发明相关的天线系统和/或多节段天线组件有利地被设计和制造在一个单片中，而允许上述天线组件和上述天线系统的生产成本的减少，因为天线系统不需要用于提供在不同通信标准下的操作的不同片。另外，与本发明相关的天线组件也可以是薄的、低轮廓的组件或片，其能够被分配在以减小的轮廓为特征的无线设备中。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线电子设备(诸如，例如但不限于，移动电话、智能电话、平板手机、平板计算机、PDA、MP3播放器、耳机、GPS系统、膝上型计算机、游戏设备、数码相机、可穿戴设备(如智能手表)、传感器、或一般性地是组合多个设备的功能的多功能无线设备)，该无线电子设备包括辐射系统，该辐射系统覆盖能够处理多个通信频带的宽射频范围，同时展现出适合的射频性能。更具体地，本发明的目标是提供一种无线设备和简单且模块化的天线系统、以及上述天线系统中包括的多节段或多级天线组件，其能够取决于它的通信要求向设备提供不同的功能。根据本发明的无线设备包括模块化天线系统，该模块化天线系统至少包括多节段天线组件，该多节段天线组件被配置用于在至少一个通信标准内的多个频带处提供操作。根据本发明的天线系统(其包含包括至少两个节段的至少一个多节段天线组件)提供了不同的功能配置，而提供能够覆盖不同通信服务的灵活且通用的天线系统。在一些天线系统实施例中，上述天线系统中包括的至少两个天线组件在它们之间电连接。另外，与本发明相关的天线系统和/或多节段天线组件有利地被设计和制造在一个单片中，这减少了上述天线组件和上述天线系统的生产成本，因为天线系统在大多数实施例中不需要用于提供在不同通信标准下的操作的不同片。上述天线组件在一些实施例中是薄的、低轮廓的组件或片，能够被分配在以减小的轮廓为特征的无线设备中。因此，与本发明相关的天线组件的厚度在一些实施例中是与设备的操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/60倍和1/45000倍之间的值，该设备包括天线系统，该天线系统包括上述天线组件。在一些其他实施例中，上述厚度以如下的值为特征：在上述波长的1/60倍与1/5000倍之间，或者1/70倍与1/500倍之间，或者甚至1/100与1/500之间，或者甚至1/140与1/450之间，或者甚至1/200与1/450倍之间。

与本发明相关的无线设备包含辐射系统或辐射结构，该辐射系统或辐射结构包括至少一个接地平面(通常是安装在PCB上的接地平面层)、至少一个端口、以及模块化多级天线系统102b、102c、202，模块化多级天线系统102b、102c、202包含至少一个天线组件，如图1和图2中图示的101b、101c、201元件，其中上述一个或多个天线组件中的至少一个是多节段天线组件，上述多节段天线组件包括至少两个节段，每个节段是包括导电元件的上述天线组件的一部分，不同节段中包括的导电元件在第一方向上通过间隙间隔开，该间隙是不同节段中包括的两个导电元件之间的最小距离。上述间隙在一些实施例中以如下的长度为特征，该长度在0.25mm与4mm之间、或者0.25mm与3mm之间、或者甚至0.5mm与2.0mm之间的范围中。上述第一方向在一些实施例中是平行于至少一个接地平面层的方向。

在本发明的上下文中，术语“辐射系统”和“辐射结构”可互换使用。根据本发明的辐射系统或辐射结构包括至少一个端口，上述至少一个端口中的每个端口包括馈送系统，该馈送系统将集成在无线设备中的天线系统中包括的天线组件中包括的节段之一连接到对应的端口。至少匹配网络被包括在上述馈送系统中，目的是在对应端口处在所寻求的频带处匹配设备，端口被定义在馈送系统中包括的至少一个匹配网络的端子与辐射结构中包括的至少接地平面层之间。对天线系统中的多节段天线组件的使用提供了频带的分配中的灵活性。取决于集成了模块化多节段天线系统的无线设备所需要的功能要求，根据本发明的无线设备中包括的辐射系统或辐射结构因此被配置用于覆盖在所需要的通信标准下的操作。

与本发明相关的模块化多级天线系统提供了天线系统在无线设备中的可用空间内的集成的灵活性和简易性。上述模块化天线系统中包括的天线组件可以被分配在不同的布置中，像例如图1b和图1c中呈现的那些。图1a示出了集成有图1b和图1c中提供的天线系统的示例的无线设备的示例，图示了具有如本发明中公开的那个那样的模块化天线系统的有用性，其根据例如可用空间103、104容易地被装配在主机无线设备中。图1b、图1c和图2中示出的天线系统布置的示例被提供作为说明性示例，但绝不具有限制目的。图1b和图1c中示出的天线系统布置包括被支撑在不同片上的天线组件，以使得每个天线组件被安装在一个单个分离的片上，而不是整个天线系统上，上述天线组件容易与如图1中图示的天线系统中的不同布置和配置中的其他天线组件组合。然而，图2中提供的天线系统202示例包括三个天线组件201，它们全部被支撑在同一单个块或单元上，整个天线系统被支撑在单个单元或片上。在其他实施例中，与本发明相关的天线系统仅包括一个天线组件，上述天线组件是多节段天线组件，也提供单个单元或单片天线系统。将天线系统安装在单个单元或片上允许上述天线系统的生产成本的减少。因此，与其他现有技术的天线技术相反，与本发明相关的天线组件是包括上述天线组件中的至少一个天线组件的模块化天线系统中包含的单元或片，而不是天线本身的一部分。不同的制造技术可以被应用于生产在本发明的上下文中描述的模块化天线系统中使用的上述天线组件或天线系统片。因此，上述天线系统的一些实施例包含SMD天线组件，其他实施例包含LDS天线组件、或者冲压天线组件、或者印刷在柔性膜材料上的组件、或者甚至包括在金属框架结构上制造的组件的实施例，所有这些示例被提供作为说明性示例，但不是限制性示例。

如前文提到的，根据本发明的天线系统至少包括多节段天线组件。与本发明相关的多节段天线组件包括至少两个节段，每个节段包括一个导电元件。在与本发明相关的天线系统的一些实施例中，本文中描述的上述天线系统中包括的多节段天线组件中的至少一个包含至少一个平坦节段，上述节段的特征在于二维形状或几何结构，也即，在本发明的上下文中，具有在操作波长的方面可忽略的厚度的形状(例如，设备的操作的最低频率的自由空间波长的1/45.000)。在此处公开的本发明的上下文中，与本发明相关的设备或辐射系统的操作的频率范围是指设备或辐射系统在其中提供操作的频率范围，至少包括第一频率范围，第一频率范围包括第一最高频率和第一最低频率。上述操作频率范围包括操作的最低频率和操作的最高频率。在一些实施例中，操作的最低频率是上述第一最低频率，和/或操作的最高频率是上述第一最高频率。天线系统的其他实施例包含多节段天线组件，这些多节段天线组件仅包括占据或满足体积的体积节段或不平坦节段，上述节段以三维形状为特征。一般地，与本发明相关的天线组件中包括的体积节段包含体积导电元件，也以三维形状为特征。包含天线组件的天线系统的其他实施例(其中上述天线组件中的至少一个包括至少一个体积节段)包含至少一个体积节段，该至少一个体积节段包括至少一个平坦导电元件，该至少一个平坦导电元件的特征在于如前文所定义的二维形状或几何结构。因此，与根据本发明的天线组件相关的一些实施例是体积结构，而不是上述天线组件中包括的节段中包含的导电元件。

另外，本文中公开的天线组件中包括的导电元件或节段被布置在导电元件或节段的一个或多个层或水平处。上述天线组件中包括的同一层中包括的导电元件或节段被包含在不垂直于接地平面层的相同方向上，该接地平面层被包括在根据本发明的也包括上述天线组件的辐射结构中。天线组件中包括的布置在同一层或水平中或不同层或水平处的导电元件或至少两个导电元件，在一些实施例中，在它们之间电连接。因此，与本发明相关的天线组件包括至少两个节段，每个节段包括导电元件，在一些实施例中，至少两个节段在它们之间以不同的配置连接，以用于向所寻求的通信要求提供通用天线系统。在包含布置在不同层处的至少两个导电元件的多节段天线组件示例中的一些示例中，来自一个层的导电元件与来自另一层的导电元件之间的连接经常利用过孔来实施，但是这些连接不限于这种连接手段。在一些示例中，布置在不同层处的导电元件不借助于物理电连接来连接，而是它们在它们之间被耦合，当一个层投影到另一层时，上述导电元件在它们之间经常重叠。包括同一层中的导电元件(在它们之间连接)的实施例中的一些实施例借助于简单的短路连接来连接。在其他实施例中，上述导电元件借助于包含至少一个电路元件的电连接来连接，像例如但不限于，电子组件、无源或有源组件、或传输线、或滤波器、或导电迹线或条带、或这些元件的组合。在此处公开的本发明的上下文中，上述电连接不妨碍几何地标识不同节段中包括的导电元件，上述导电元件在第一方向上通过间隙间隔开。此外，在本发明的上下文中描述的天线系统的一些实施例包含天线组件(在它们之间连接)，而与上述天线系统中包括的多节段天线组件中包括的节段之间包括的连接无关。

根据与导电元件或彼此电连接的一组导电元件(被包括在根据本发明的天线组件中)相关的尺寸，与本发明相关的多节段天线组件包括增强器元件和/或辐射元件。增强器元件具有最大大小，该最大大小小于与操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/20倍。在一些实施例中，增强器元件的最大大小小于上述波长的1/30倍。上述最大大小由完全包围上述增强器元件并且增强器在其中内接的增强器盒的最大尺寸来定义。更具体地，用于增强器的增强器盒被定义为完全包围增强器的正方形面或矩形面的最小大小的平行六面体，并且其中上述最小大小的平行六面体的各个面中的每个面与上述增强器的至少一点相切。在一些示例中，增强器盒的尺寸之一基本上小于其他两个尺寸中的任何尺寸，或者甚至接近于零。在这样的情况下，上述增强器盒塌陷成实际上是二维实体。术语“尺寸”则是指上述平行六面体的两个面之间的边缘。在本发明的上下文中，本公开的天线组件中包括的节段中包含的导电元件或导电元件的集合或组(在它们之间连接)，以大于上述波长的1/20倍的最大大小为特征，则不是增强器而是辐射元件。另外，增强器元件在一些实施例中的特征在于谐振频率大于或等于设备的操作的最低频率的3倍。增强器元件的谐振频率与设备的操作的最低频率之间的一些可能的最小比率为3.0、3.4、3.8、4.2、4.6、5.0、5.4、6.0或甚至7.0。

增强器元件与辐射元件之间的除了相对于操作波长的它们的最大大小之外的另外的区别，在一些实施例中，是与这些元件相关的辐射性质。专利WO2016/012507A1提供了在测试平台中在900MHz左右的低频处进行测量时，与增强器杆相对应的效率的示例(如在以下处所描述：专利文件WO2016/012507A1的第20页第4至33行；第36页第21至32行；以及第37页第1至30行)，其中增强器被布置为使得它的最大尺寸垂直于导电表面。已经测量了针对上述增强器元件的辐射效率低于5％。因此，在本发明的上下文中描述的多节段天线组件的一些实施例(其特征还在于所提到的测试条件，特别是在低频处，像例如900MHz)以高于5％的效率为特征。

与本发明相关的多节段天线组件(包括至少两个节段，在一些实施例中在它们之间连接)的特征在于最大大小大于与辐射系统或设备的操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/30倍。上述最大大小也小于上述波长的1/5倍。在一些实施例中，上述多节段天线组件的特征在于最大大小大于上述波长的1/20倍。另外，根据与导电元件或彼此电连接的导电元件组(被包括在根据本发明的天线组件中)相关的尺寸，与本发明相关的多节段天线组件包括增强器元件和/或辐射元件。因此，与本发明相关的一些天线系统实施例至少包括多节段天线组件，该多节段天线组件至少包含辐射元件，如在本发明的上下文中定义的，如前文所描述的，其特征在于最大大小大于与设备的操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/20倍。与本发明相关的天线系统中包括的一些其他天线组件实施例包括导电元件或导电元件组(在它们之间电连接)，它们的特征在于电长度大于与设备的操作的最低频率的三倍的频率相对应的自由空间波长的1/10倍。

在图3中提供了与本发明相关的多节段天线组件的说明性示例。有利地，包括多于一个节段的与本发明相关的天线组件被安装在由单片或单块组成的支撑件上，如已经描述的，上述支撑件经常是，但不限于，普通的电介质基板。具有安装在单片上的能够覆盖多于一个通信标准的天线组件减少了上述天线组件的生产成本，并且因此减少了包括一个上述天线组件的天线系统的生产成本，并且提供了简单的多功能天线组件和系统。图3中提供的天线组件包括布置在支撑件的两个相对层302和303或相对面上的多于一个节段301，在该示例中，该支撑件是一定厚度的电介质材料基板304，并且上述节段包括不同尺寸的矩形或正方形导电元件305。在本发明的上下文中，包含天线组件的支撑件或片的厚度在如下的方向上被测量，该方向垂直于也包括上述天线组件的辐射结构中包括的接地平面层。以薄或低轮廓为特点的上述天线组件的一些实施例的特征在于：厚度被包括在与设备的操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/60至1/45000倍的范围内，该设备包括与本文中公开的本发明相关的包括上述天线组件的天线系统。这些天线组件实施例中的一些实施例的特征在于厚度在上述波长的1/70倍与1/500倍之间，或者在1/100与1/500之间，或者甚至在1/140与1/450之间，或者甚至在上述波长的1/200与1/450之间。包含布置在不同层的导电元件的天线组件提供翻转或可逆组件，其中来自上述层之一的导电元件(经常是外层或外部层)的特征在于与另一相对的外层或外部层中包含的导电元件不同的尺寸和/或形状。因此，可逆天线组件包括至少两个相对的外部导电元件层或节段层。如前文所描述的，导电元件中的一些导电元件在一些实施例中在它们之间连接，就像其是图3中提供的示例的情况，其中同一层中包括的导电元件中的一些导电元件借助于连接部件元件306被连接。如已经提到的，上述连接部件是电连接，像例如一些实施例中的短路，或者其他实施例中的包含至少一个电路元件的电连接，像例如但不限于，电子组件、无源或有源组件、或传输线、或滤波器、或导电迹线或条带。其他实施例包含连接对应的导电元件的上述元件的组合。在此处公开的本发明的上下文中，上述连接部件不妨碍几何地标识不同节段中包括的导电元件，上述导电元件在第一方向上通过间隙间隔开。如前文提到的，图3中示出的多节段天线组件中包括的导电元件被设置在电介质支撑件的两个面上。上述导电元件中的一些导电元件还借助于导电过孔307在它们之间连接，但是在其他实施例中使用其他连接部件。

本发明的另一方面涉及一种用于向无线设备提供辐射系统的方法，该方法包括：提供包括至少一个天线组件的天线系统，至少一个天线组件包含至少两个导电元件；将至少一个天线组件提供在无线设备的印刷电路板的第一部分上，该印刷电路板包括在其第二部分中的至少一个接地平面层和在第一部分中的接地平面空隙；以及将第一匹配网络电连接到天线系统，第一匹配网络被适配为在第一端口处将天线系统与第一频率范围进行阻抗匹配；至少一个天线组件具有最大大小，该最大大小大于与第一频率范围的第一最低频率相对应的自由空间波长的1/30倍并且小于1/5倍；并且至少两个导电元件中的至少两个导电元件被间隔开。

该方法使得有可能提供一种无线设备，该无线设备包括通用辐射结构，该通用辐射结构基于包括多个导电元件的至少一个天线组件。辐射系统的每个匹配网络(例如，第一匹配网络)被调节，以在其端口处将调谐后的天线组件与操作的频率范围相匹配。

至少两个导电元件中的至少两个导电元件、或至少两个导电元件中的每个导电元件通过间隙间隔开，该间隙是每对导电元件之间的最小距离。在一些实施例中，不同导电元件之间的分离对应于相同的间隙，而在一些其他实施例中，它们对应于不同的间隙。

在一些实施例中，至少一个天线组件(例如，其第一天线组件、其第二天线组件等)的至少两个导电元件中的至少两个导电元件之间的间隙、或者至少一个天线组件的至少两个导电元件之间的间隙包括大于或等于0.25mm并且小于或等于4.0mm的长度。在一些其他实施例中，上述间隙包括大于或等于0.5mm并且小于或等于2.0mm的长度。在一些示例中，与间隙的长度相对应的最小距离在平行于至少一个接地平面层的第一方向上被测量，也即，第一方向对应于接地平面层的平面中包含的矢量。

在一些实施例中，第一频率范围包括第一最低频率和等于或小于0.960GHz的第一最高频率。在这些实施例中，第一最低频率等于或大于0.698GHz。

在一些实施例中，第一频率范围具有至少15.0％的带宽。在这些实施例中的一些实施例中，第一频率范围的带宽为至少31.0％。

在一些实施例中，至少一个天线组件的特征在于最大大小大于与第一最低频率相对应的自由空间波长的1/30倍并且小于1/5倍。

在一些实施例中，该方法还包括：将至少两个导电元件与短路或至少一个电子组件电连接。

至少一个电子组件可以是例如电感器、电容器或它们的组合。在一些情况下，至少一个电子组件包括滤波器(在该情况下，针对不同的频率使电长度不同)或隔离桥(在该情况下，无线设备可以利用例如相同的天线组件而被提供有MIMO)。

在一些实施例中，至少两个导电元件包括三个导电元件，这三个导电元件被提供在包括电介质材料的片中。在这些实施例中的一些实施例中，第一匹配网络电连接到三个导电元件中的第一导电元件。在这些实施例中的一些实施例中，该方法还包括：将第二匹配网络电连接到三个导电元件中的第三导电元件，第二匹配网络被适配为在第二端口处将天线系统与第二频率范围进行阻抗匹配。在这些实施例中的一些实施例中，该方法还包括：利用短路或至少一个电子组件将第一导电元件电连接到三个导电元件中的第二导电元件。在这些实施例中的一些实施例中，该方法还包括：利用滤波器或隔离桥将第三导电元件电连接到第一和第二导电元件之一。

至少一个电子组件可以是例如电感器、电容器、或它们的组合。

在一些实施例中，至少三个导电元件中的至少两个导电元件被布置在至少一个天线组件的不同层上。在一些实施例中，该方法还包括：利用至少一个过孔，将至少三个导电元件中的一个或多个导电元件与至少三个导电元件中的另外的一个或多个导电元件电连接，该一个或多个导电元件被布置在至少一个组件的第一层上，并且该另外的一个或多个导电元件被布置在至少一个组件的第二层上。

在一些实施例中，第二频率范围包括等于或小于3.80GHz的第二最高频率和等于或大于1.71GHz的第二最低频率。

在一些实施例中，至少一个天线组件具有小于与第一最低频率相对应的自由空间波长的1/60倍的厚度。在一些实施例中，至少一个天线组件具有小于与第二最低频率相对应的自由空间波长的1/60倍的厚度。也就是说，至少一个天线组件中的每个天线组件的特征在于减小的厚度，这使得其在无线设备内的集成变得容易。至少一个天线组件中的每个天线组件可以包括片，该片包括电介质材料，至少两个导电元件被提供在该电介质材料上。在一些情况下，至少一个天线组件的厚度对应于该片的厚度、或者该片和其上提供的一个导电元件这两者的厚度、或者该片和其上提供的至少两个导电元件这两者的厚度。

在一些实施例中，至少一个天线组件包括辐射元件。在这些实施例中的一些实施例中，辐射元件具有最大大小，该最大大小大于与第一最低频率或第二最低频率相对应的自由空间波长的1/20倍。

与针对本发明的先前方面所描述的那些优点类似的优点也可以适用于本发明的该方面。

附图说明

鉴于详细描述，本发明的所提及的和其他的特征和优点变得更加明显，该详细描述利用本发明的一些特定示例而跟随在该附图描述之后，其借助于附图来参考，被给出仅用于说明的目的并且绝非旨在作为对本发明的范围的定义。

图1示出了包括利用虚线方形突出显示的至少一个天线组件的根据本发明的模块化天线系统的两种布置(图1b和图1c)、以及上述模块化天线系统在无线设备内的一些可能布置(图1a)。

图2示出了包括至少一个天线组件的模块化天线系统，上述天线系统安装在单片上。

图3提供了与本发明相关的多节段天线组件的示例，上述天线组件包括设置在支撑件的两个相对面上的多于一个节段，上述节段包括不同尺寸的矩形或正方形导电元件。

图4图示了多节段可逆天线组件的示例，其包括设置在单行中的在包含天线组件的支撑件的顶面处的与底面处不同数目的节段。

图5示出了多层多节段天线组件的轮廓，更具体地为三层示例。每层中包括的导电元件被布置为使得它们在不同的层处限定不同的图案。上述导电元件以它们之间的不同尺寸为特征。

图6提供了三层多节段天线组件的另一实施例的轮廓，其特征在于与图5中提供的实施例不同的导电元件图案。

图7示出了两层天线组件的示例，其中顶层中包括的导电元件耦合到底层的导电元件。

图8示出了两层可逆天线组件的示例，其中两个底部导电元件在它们之间连接，图示了可以被配置用于根据所配置的层而操作在不同功能模式的天线组件的示例。

图9至图12提供了两层多节段天线组件的一些不可逆实施例的顶视图，其以顶层和底层两者处的相同导电元件图案为特征。

图13图示了以小型化形状为特征的天线组件的实施例，其包括也用于小型化目的的附加组件。

图14提供了多节段天线组件的示例，其包括设置在单行中的在包含上述天线组件的支撑件的顶面处的与在底面处的相同数目的节段(在该情况下为两个)，包括导电元件的上述节段的特征在于在不同层或不同面处的相同尺寸并且在它们之间平行且对准。

图15提供了与本发明相关的实施例，其包含天线系统，该天线系统包括单个多节段天线组件，该单个多节段天线组件包含两个节段块，该两个节段块借助于组件电路在它们之间连接。该实施例被配置为在单个端口处在多个频带处提供操作。

图16提供了包括三个节段块的多节段天线组件的示例，每个块包含设置在支撑件的两个不同层或不同面处的两个节段，上述节段包括导电元件，这些导电元件在它们之间平行且对准，以不同层或不同面处的相同尺寸为特征。

图17示出了另一单端口实施例，其包含天线系统，该天线系统包括单个多节段天线组件，该单个多节段天线组件包含三个节段块，该三个节段块借助于两个组件电路在它们之间连接。

图18图示了包括两个端口和天线系统的多端口解决方案，该天线系统包含一个天线组件，该天线组件包括三个节段块，它们中的两个节段块借助于组件电路在它们之间连接。

图19图示了包括两个端口和天线系统的多端口解决方案，该天线系统包含一个天线组件，该天线组件包括三个节段块，它们中的两个节段块借助于组件电路在它们之间连接。

图20提供了以减小的接地平面空隙为特征的与本发明相关的辐射系统的示例，其分配以非线性布置为特征的天线系统。

图21呈现了安装在两层支撑件中的多节段天线组件，其特征在于被配置用于提供MIMO操作的节段矩阵布置。

图22提供了根据本发明的MIMO天线系统，其包括线性地被布置并且借助于如本文所描述的隔离桥元件被连接的两个节段。

图23示出了包括天线系统的单端口辐射结构，该天线系统包含多节段天线组件，该多节段天线组件包括支撑在高度2.4mm的电介质材料片上的不同大小的两个节段。

图24提供了用于匹配图23中示出的实施例的一个匹配网络。两个节段在该情况下借助于电感器在它们之间连接。附图中包括所使用的组件的零件号。

图25示出了与来自图24的匹配网络相匹配的与图23中提供的实施例相关的输入反射系数。

图26提供了在陷波滤波器连接上述多节段天线组件中包括的两个节段时，也用于匹配图23中示出的实施例的匹配网络。附图中也包括在上述匹配网络和滤波器中使用的组件的零件号。

图27示出了当与图26中提供的匹配网络和滤波器相匹配时，与图23中提供的实施例相关的输入反射系数。

图28示出了天线组件，该天线组件每层包括三个导电元件，其被配置用于通过在不同节段的导电元件之间包括不同的滤波器，而在两个不同端口处操作在不同的通信标准下。

图29提供了包括天线系统的双端口辐射结构，该天线系统包含多节段天线组件，该多节段天线组件包括支撑在厚度1mm的电介质材料片上的三个节段。

图30示出了与图29中提供的双端口实施例中包括的每个端口相关的输入反射系数。端口之间的传输系数也被包括。

图31提供了用于匹配来自图29的双端口实施例中包括的每个端口的匹配网络、以及包括在上述实施例中包括的天线组件中包括的节段中的两个节段之间的陷波滤波器拓扑。

图32提供了与本发明相关的辐射结构的实施例，其包含纤细的细长天线组件，该纤细的细长天线组件提供了灵活且纤细的天线系统解决方案。上述天线系统被分配在减小的尺寸的接地平面空隙中。

图33提供了与图32中示出的辐射结构实施例(在它包括图34中提供的匹配网络时)相关的电压驻波比和天线效率。

图34示出了图32中提供的辐射结构中包括的匹配网络的拓扑、以及所使用的真实组件的零件号。

图35示出了与本发明相关的辐射结构的实施例，包含来自图32的实施例中包括的纤细的细长天线组件，其提供两端口实施例。

图36示出了用于在该辐射结构中包括的两个对应端口3501和3502处匹配来自图35的实施例的匹配网络3602和3603、以及连接上述辐射结构实施例中包括的天线组件的两个节段的滤波器3601。

图37提供了与来自图35中提供的辐射结构的端口3501相关的电压驻波比和天线效率。

图38提供了与来自图35中提供的辐射结构的端口3502相关的电压驻波比和天线效率。

图39示出了两端口MIMO解决方案，其包含被配置用于操作在从LTE700到LTE2600的移动频带处的天线组件，上述MIMO解决方案包括隔离桥，该隔离桥包含智能调谐器。

图40提供了另一MIMO解决方案，其包括与图39中提供的天线组件不同地被配置的天线组件，包括比图33中提供的实施例更简单的隔离桥，该天线组件也用于操作在从LTE700到LTE2600的移动频带处。

具体实施方式

下面，描述与本发明相关的一些其他实施例。这些实施例被提供为说明性的，而不是限制此处公开的本发明的示例。在本发明的上下文中，与每个实施例相关的特性和教导与本发明的其他实施例的特征是可组合的。

图4中提供了多节段可逆天线组件的实施例，其包括被布置在单行中的、在包含该天线组件的支撑件的两个相对的外部面处(更具体地是在顶面处和底面处)的不同数目的节段。所包括的节段401被布置在单行中，并且被设置在用作支撑件的电介质片的两个层上，或更特别地是在两个面402和403上。上述节段中包含的导电元件404的特征在于它们之间的不同尺寸。像在先前的实施例中那样，来自上述两个不同面的节段中包含的上述导电元件中的一些导电元件借助于过孔405连接。未物理连接的导电元件电磁耦合到它们周围的和对应的底部导电元件。

在图5至图8中提供了与本发明相关的天线组件的一些多层实施例的轮廓。图5呈现了包括至少两个层的天线组件的示例，并且更具体地是包括由电介质基板片支撑的三个层501的天线组件的示例。图6提供了根据本发明的三层天线组件的另一示例。在包括多于两个节段层的那些实施例中，设置在两个其他层之间的层是内层。这些实施例中包括的节段和导电元件以它们之间非常不同的布置被设置。在两个示例中，不同层中包括的节段包含以不同尺寸502为特征的导电元件，并且由设置在不同层处的导电元件组限定的图案是不同的。这两个实施例都说明了包含不同层处的导电元件的天线组件的示例，这些导电元件通过过孔503在它们之间连接。一种实施例提供了翻转组件，该实施例的特征是在天线组件片中包括的外部层或外部面处设置的不同的导电元件图案，该翻转组件的特征在于它提供多于一个功能模式的能力。在图7中，提供了包括布置在两个层701中的不同节段的天线组件，上述层每个包含不同数目的节段702。该实施例是天线组件的示例，该天线组件包含在它们之间耦合的导电元件703，而不是通过物理手段被电连接，这意味着在该示例中，底部节段中包括的导电元件耦合到顶层中包括的导电元件，其借助于过孔704连接到馈送系统705。最后，在图8中提供了包含两个层的另一多节段天线组件，每层包括多于一个节段。该实施例还包含在两个底部导电元件或它们的对应节段之间的连接部801，图示了被配置用于根据所配置的层以不同的功能模式进行操作的天线组件的示例。

在图9至图13中提供了与根据本发明的多节段天线组件相关的其他实施例。上述实施例图示了包含相同数目的节段901、1001、1101、1201的两层天线组件的示例，其特征也在于支撑件(典型地是电介质材料片)中包括的顶层和底层两者处的相同形状。因此，在上述对应的附图中提供了顶视图，该顶视图示出了前文提到的实施例中的每个实施例中包括的上述层或面之一。这些实施例包含如下的节段，这些节段示出在两个上述层处的相同导电元件图案，当使用一个层或另一个层时，提供相同的配置可能性。从图9至图12的示例中包括的节段中包含的导电元件的形状和大小的多变性表明，使与本发明相关的天线组件有特点的可能节段图案是多样的，从图9至图12的那些在本文中作为说明性示例提供，但绝不具有限制性目的。来自图9、图11和图12的附图还包括一些导电条902、1102、1202，它们借助于连接焊盘903、1103、1203添加到天线组件片下面，连接到其底层或底面。上述导电条主要用于分配必要的连接元件，这些连接元件互连天线组件的节段以便将天线系统配置用于操作在所需要的通信频带处。

在图13中提供了一种实施例，该实施例表示以小型化形状为特征的天线组件的示例。更具体地，上述天线组件包括两个节段1301，其中一个节段借助于曲折形状1302被小型化，而减小天线组件的大小。来自图13的实施例中应用的曲折化小型化技术不是可应用到与本发明相关的天线组件的仅有的可能的小型化技术。在这些小型化实施例中的一些中，还包括附加组件，通常其目的是使对应节段并且因此使天线组件甚至更多地小型化，像例如借助于图13中提供的实施例中的元件1303所图示的。

在图14和图15中呈现了与本发明相关的多节段天线组件的其他实施例。这些实施例在包含天线组件的支撑件的顶面处包括与在底面处相同数目的节段，上述节段包括导电元件，这些导电元件的特征为，在不同层处的相同尺寸并且在不同层水平处在它们之间是平行且对准的。在本发明的上下文中，导电元件或节段(在不同层或水平处在它们之间连接)形成节段块。在来自图14和图15的实施例中，天线组件中包括的在不同层(或前文提到的面)处的节段被分组在如图14中示出的节段块1401中，该天线组件在上述不同层处包含包括相同尺寸的导电元件的相同数目的节段，并且在不同层或水平处在它们之间对准。更具体地，图14中提供的实施例包括两个节段块1401，并且图16中提供的实施例包括三个节段块1601，在这两种情况下，彼此相邻的节段块被设置在单行中。顶部节段中包括的导电元件借助于过孔1402、1602连接到同一对应节段块中包括的正好在顶部节段下方的底部节段中包括的导电元件。

如已经提到的，根据本发明的辐射结构包括至少一个端口。上述至少一个端口中的每个端口包括馈送系统，该馈送系统将集成在无线设备中的天线系统中包括的天线组件中包括的节段之一连接到对应的端口。在上述馈送系统中至少包括匹配网络，其目的是在对应端口处在所寻求的频带处对设备进行匹配。天线系统中的多节段天线组件的使用提供了频带的分配中的灵活性。取决于集成了模块化多节段天线系统的无线设备所需要的功能要求，根据本发明的实施例被配置用于覆盖在所需要的通信标准下的操作。后文中提供了利用与本发明相关的天线系统来实施的可能配置中的一些配置，作为说明性示例。

在一些实施例中，像例如在图15和图17中提供的实施例中，所使用的天线系统中包含的天线组件中包括的不同节段(或更具体地是在所提到的示例中的节段块)被有利地在它们之间连接，该天线系统仅包括一个多级或多节段天线组件，包括布置在单行中的相邻节段或节段块。经常地，在节段之间使用的连接部件1501或1701至少包括无源或有源的电路组件1502或1702，但是在其他实施例中使用其他连接元件，像例如传输线、导电迹线、滤波器。来自图15和图17的示例是单端口解决方案，它们在解决方案中包括的仅有输入/输出端口1503、1703处在多个频带处提供操作，覆盖例如像698MHz-960MHz和1710MHz-2690MHz的频率区域。在包括天线系统的单端口实施例(该天线系统仅包括一个多级天线组件，该多级天线组件包括两个节段块或如在图15中示出的那个中的节段块)中，通常第一节段块1504被配置用于操作在HFR，经常是从1710MHz至2690MHz，而上述第二节段块1505对LFR操作有贡献，经常是被配置用于操作在698MHz和960MHz之间。在如图15中示出的那个那样的单端口配置中(其中天线组件中包括的两个节段块被互连)，HFR节段对设备的LFR操作也有贡献。两个节段块在一些实施例中有利地通过陷波LC滤波器在它们之间连接，该陷波LC滤波器在高频区域(HFR)的那些频率处呈现高阻抗，并且在低频区域(LFR)处呈现小阻抗值。

与本发明相关的无线设备的其他实施例包括多于一个端口。这些多端口实施例中的一些实施例包括天线系统，该天线系统包括至少一个天线组件，该至少一个天线组件包括布置在同一层中的至少两个节段、或者在它们之间电连接的节段块。为了提供两个说明性示例，图18和图19示出了两个实施例，这两个实施例每个包括两个端口1801、1802和1901、1902，并且包括天线系统，该天线系统包括一个天线组件，该天线组件包含三个节段块，如分别在图18和图19中示出的元件1803或1903，其中上述节段中的两个节段借助于经常包括在滤波器电路中的至少一个电路组件在它们之间连接。开放电路1804、1904实现了其他两个节段之间的间隙，以使得它们之间没有电连接。这些实施例被配置用于，例如在一些情况下，覆盖在一个端口处在移动通信下的操作，以及在另一端口处至少在GNSS和/或蓝牙和/或Wifi(2.4GHz Wifi和/或5GHz Wifi)下的操作。在其他情况下，一个端口提供在移动通信下的操作，覆盖例如LTE700、GSM850、GSM900、LTE1700、GSM1800、GSM1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500和LTE2600标准，并且另一端口在GPS通信下。

如来自图20的示例中示出的，与本发明相关的无线设备中包括的辐射系统的其他实施例以减小的接地平面空隙2001为特征，其中模块化天线系统2002有利地被集成。上述接地平面空隙对应于没有接地平面的辐射系统中包括的PCB中的可用空间。集成在减小的尺寸的接地平面空隙中的天线系统以也占据最小化空间的布置为特征(典型地以非线性布置为特征)，以使得天线系统适合于可用空间。非线性地布置的天线系统(如图20中示出的那个)也有利于将不同的天线组件在它们之间互连，如已经在图20中图示的，利用元件2003。

包含与本发明相关的多级天线系统的辐射系统的其他实施例在多于一个输入/输出端口处，在至少一个共同频率范围中提供同时操作。这些实施例有利地包括至少一个隔离桥，上述隔离桥是天线系统中包括的多节段天线组件中包括的至少两个节段之间的连接，或者是天线系统中包括的两个或更多天线组件之间的连接，上述隔离桥外部连接到多级天线组件或天线系统结构。上述隔离桥连接允许隔离或解耦上述辐射系统中包括的端口。由于与本发明相关的隔离桥是添加到天线组件或天线系统结构的外部元件，因此在不同端口处提供同时操作的与本发明相关的天线和辐射系统是灵活的系统，它们能够接纳用于实现所寻求的隔离特性的不同配置，这与在现有技术中找到的在它们的天线系统结构中包括固定解耦元件或系统的当前系统是相反的(US8,547,289B2)。与本发明相关的隔离桥至少包括导体元件，在一些实施例中典型地为导电迹线或条带，但不限于这些元件。另外，在一些实施例中，上述隔离桥还包括电抗性组件，像例如电容器或电感器，或者在其他实施例中还包括并联和/或串联布置的电抗性组件的组合，或者在其他实施例中甚至还包括电阻。在其他示例中，上述隔离桥另外包括智能调谐器，该智能调谐器包含至少一个有源或可变电路组件。包括隔离桥或多个隔离桥(其包括元件的固定配置)的实施例在被调节至固定频带或多个固定频带的端口之间提供隔离。有利地，包含包括智能调谐器的隔离桥的实施例能够将隔离功能调谐到所需要的频带或多个频带，而提供能够在多于一个端口处提供同时操作的更加灵活的天线和辐射系统。因此，根据本发明的多级天线系统也可以集成在例如MIMO设备中，并且更一般地集成在提供性能多样性的无线设备中。

图21中呈现了安装在两层支撑件中的多节段天线组件的说明性示例，每层包括在矩阵布局中布置的多于一个节段，其被配置用于提供MIMO操作。一些节段在它们之间互连，如图21中示出的，而创建两个节段组2101和2102，每个节段组连接到端口，在该情况下，所有端口都被配置用于操作在相同频带处。另外，图21中示出的两个提及的节段组借助于至少一个隔离桥2103在它们之间连接，上述隔离桥有利地是智能调谐器。如前文所描述的，上述隔离桥允许辐射系统提供MIMO操作，而允许在设备中包括的多个端口处的相同频带中的覆盖。

图22中提供了与本发明相关的模块化天线系统中包括的多节段天线组件(更具体地是具有线性布置的两节段天线组件)的实施例，该模块化天线系统被包括在无线设备的辐射系统中，该辐射系统在多于一个端口处在至少一个共同频率范围中提供同时操作。上述天线组件被包括在天线系统中，该天线系统被包括在辐射系统中，该辐射系统包括两个端口2201、2202，每个端口连接到一个节段，每个节段包括上述天线组件2205中包括的一个导电元件2203、2204，上述节段通过隔离桥连接，如由元件2206所示出的。在该示例中，每个导电元件和节段都对每个端口的操作有贡献，两个端口操作在相同的频率范围2200处，上述端口借助于隔离桥元件解耦，该隔离桥元件在外部将两个节段连接。

在图23中提供了与本发明相关的无线设备中包括的辐射系统的实施例，该辐射系统包括天线系统，该天线系统包括天线组件，该天线组件包括两个节段。上述辐射系统包括天线系统，该天线系统包括一个多节段天线组件，上述天线系统安装在一个单片上，并且上述天线组件包含两个节段，该两个节段包括两个导电六面体，这两个导电六面体以矩形面为特征，这些矩形面以25mm和7mm的长度以及3mm的宽度为特征。上述导电六面体在该示例中通过0.5mm的气隙间隔开。上述天线组件由电介质材料块支撑，该电介质材料片以2.4mm的高度或厚度为特征，该高度或厚度对应于与179.1以上的设备的操作的最低频率相关的自由空间波长。上述解决方案包含尺寸130mm x 60mm的接地平面层，其被放置在距包括上述天线组件的天线系统9mm距离处。

图24提供了用于匹配图23中提供的实施例的匹配网络的示例。图24示出了拓扑，并且提供了在该特定匹配示例中使用的组件的零件号。对应于每个零件号的组件值在图24中的上述零件号中以粗体字母突出显示。例如，Z1组件是2.2nH的电感器，并且Z3或Z4分别是值1.8pF和0.5pF的电容器。图23中所图示和描述的天线系统中包含的天线组件中包括的节段借助于电感器被连接，该电感器的值也通过提供它的零件号-LQW18AN18NG80-而被包括在图24中，该零件号对应于值18nH。

图25图示了当天线组件中包含的节段借助于电感器被连接、并且利用如图24中示出的那个那样的匹配网络被匹配时，与图23中提供的实施例相关的输入反射系数，该天线组件被包括在天线系统中，该天线系统被包括在上述实施例中。图25中包括一些标记，以指示该解决方案的感兴趣的频带，意味着从698MHz至960MHz和从1710MHz至2690MHz。在上述频率范围中获得了非常好的输入反射系数值。

在图26中提供了用于匹配来自图23的实施例的匹配网络的另一示例。该匹配网络与陷波滤波器组合使用，更具体地是在图26中提供的陷波滤波器。如图26中示出的滤波器原理图所图示的，上述陷波滤波器包括电感器和电容器，该电感器和该电容器在它们之间并联连接并且连接到天线组件节段。陷波滤波器阻挡高频波传播通过7mm节段到25mm节段。用于实施匹配网络和滤波器两者的组件的零件号也被包括。在图27中提供了利用这样的匹配配置获得的输入反射系数，其特点是使用上述陷波滤波器来连接图23中示出的天线系统中包括的天线组件中包括的两个节段。相对于利用图24中提供的和图25中提供的匹配配置所获得的匹配性能，这里以输入反射系数来表征的实施例匹配性能被改进。当将图25和图27进行比较时，这样的性能改进清楚地被证明。

在图28中提供了每层包括三个节段的两层多节段天线组件的实施例，每个节段包括一个导电元件。每个层中包括的导电元件和节段被布置为形成相同的图案。该特定实施例包括两个端口2801和2802，端口2801操作在覆盖从698MHz至2690MHz的移动频带，并且端口2802操作在蓝牙通信和Wifi通信(它们覆盖2.4-2.5GHz频率范围)、以及覆盖在1.6GHz处的操作的GPS通信。该实施例被配置为使得两个第一节段和/或导电元件借助于HFR滤波器(元件2803)来连接，该HFR滤波器对超过1.5GHz的高频进行滤波，并且在端口2802附近的两个最后节段通过以元件2804表示的滤波器来连接，其阻挡蓝牙频率和Wifi频率。最终，在端口2802处包括带通滤波器2805，以用于阻止例如低于1GHz的低频带移动频率和超过2GHz的高频带移动频率。更具体地，上述滤波器包括电抗性电路组件，如电容器和电感器。利用这样的实施例配置，天线组件中包括的三个节段对低移动频率处的操作(在端口2801处为操作性的)有贡献，主要是两个第一节段对高移动频率有贡献，并且两个最后节段对蓝牙、Wifi和GPS处的操作(在端口2802处可用)有贡献。

在图29中呈现了与本发明相关的辐射结构的另一实施例，其包括天线系统，该天线系统包括一个多节段天线组件，该多节段天线组件包括三个节段2901。上述天线系统也安装在提供降低成本的天线系统的单片上。在该特定实施例中，上述天线组件包含以矩形面为特征的三个导电六面体，上述导电体积以1mm厚度以及图29中包括的长度尺寸和宽度尺寸为特征。上述厚度对应于与辐射结构或包括它的无线设备的操作的最低频率相对应的自由空间波长的1/429.8倍。在该特定示例中，两个0.5mm的气隙将三个导电元件在它们之间隔开，而形成以30mm长度为特征的天线组件和天线系统。在以该特定示例中描述的天线组件的特性为特征的天线组件的其他实施例中，上述间隙以在0.5mm至3mm范围中的值为特征。因此，该天线系统是薄的且细长的结构，其可以容易地分配在用于集成天线系统的低轮廓无线设备内预留的小空间中。接地平面层2902，在该实施例中尺寸为130mm x 60mm，被包括在该实施例中包含的辐射系统中，并且两个端口2903、2904连接到天线组件节段中包括的三个导电元件中的两个导电元件，更具体地是每个端口连接到一个导电元件。

图30中图示了与图29中呈现的实施例(当它包括来自图31的匹配网络时)中包括的每个端口相关的输入反射系数。由实线表示的曲线(3001)对应于与端口2903相关的输入反射系数，并且由虚线表示的曲线(3002)对应于与端口2904相关的输入反射系数。端口2903已经被配置为在覆盖LFR范围698MHz-960MHz和HFR范围1710MHz-2690MHz两者的移动通信下提供操作，而端口2904已经被配置用于在覆盖频率范围1561MHz-1606MHz的GNSS通信下提供操作。两个端口之间的传输系数(3003)也被包括在图30中。这些端口在上述感兴趣的频带中被很好地隔离。

在图31中提供了用于匹配图29中描述的辐射结构实施例的匹配网络的示例。首先，用于在端口2903处在移动通信下提供操作的匹配网络被呈现。其次，用于在端口2904处在GNSS通信下提供操作的匹配网络被示出。陷波滤波器被包括在图31的末尾处，上述滤波器包括电感器和电容器，该电感器和该电容器在它们之间并联设置，而连接如在图29中由元件2905示出的两个第一节段。中间节段与连接到GNSS端口(2904)的节段之间的间隙对于该特定配置示例保持开路，这意味着如图29中所看到的，这些节段在它们之间没有连接。与这些匹配网络示例中使用的组件相对应的零件号也在图31中指定。上述组件的值在零件号术语中以粗体字母突出显示。

图32示出了与本发明相关的无线设备中包括的辐射系统的实施例，其包含与本发明相关的天线系统，该天线系统仅包括安装在1mm厚度的两层电介质片上的一个多节段天线组件3201，每个层包含三个节段，该三个节段每个包括导电元件并且借助于过孔竖直地连接到它们对应的平行的顶部或底部导电元件，而形成三个节段块。上述节段和节段块、以及整个天线组件3201的尺寸与图29中提供的实施例中包括的天线组件的尺寸相同。如所提到的，上述天线组件以1mm厚度为特征，其对应于操作的最低频率(即，对于该情况为698MHz)处的自由空间波长的1/429.8倍，而提供容易地安装在纤细无线设备上的薄且简单的多节段天线组件。上述辐射系统还包括在PCB上蚀刻的每120mm有60mm的接地平面层，相对于其他解决方案，像例如图29中提供的以完整的空隙区域为特征的解决方案，上述接地平面层以尺寸为每12mm有40mm的减小的空隙区域3202为特征。更具体地，该辐射系统是一端口解决方案，其包括匹配网络3203和滤波器3204，滤波器3204连接前文描述的天线组件中包含的两个第一节段。上述滤波器阻挡高频波，而避免它们从连接到上述匹配网络的节段传播到其连续节段。天线组件中包含的两个最后相继节段在它们之间没有连接。如已经提到的，所提供的该解决方案是一端口解决方案，但PCB准备好用于分配两端口解决方案。在输入阻抗匹配和天线效率的方面，利用包含如图32中提供的那个那样并且在前文描述的天线系统的解决方案可实现的性能，相对于利用在现有技术中找到的其他当前解决方案(像例如CUBE mXTENDTM(FR01-S4-250))所获得的性能被改进，特别是在LFR频率处。更具体地，图33提供了当先前描述的并且在图32中示出的实施例与图34中呈现的匹配网络和滤波器相匹配时，与上述解决方案相关的电压驻波比(VSWR)3301。图33还呈现了在从650MHz去到3GHz的频率范围中的与该特定解决方案相关的天线效率3302。前文提到的辐射系统配置提供了在分别覆盖从698MHz至960MHz和从1.71GHz至2.69GHz的LFR移动频带和HFR移动频带处的操作，如图33中以灰色阴影示出的，其特征在于分别在LFR频带和HFR频带处在范围55％-60％和65％-75％内在上述频带中的天线效率平均值，更具体地是针对图32中示出的实施例获得的59％和71％的天线效率。

图35呈现了与本发明相关的辐射系统的另一实施例，该特定示例包含两个端口和天线系统，该天线系统包括一个多节段天线组件，该多节段天线组件包括三个节段块，上述天线组件也被包括在图32中提供并且在上文描述的先前实施例中。分配该辐射系统的PCB也与图32中呈现的先前实施例中包括的PCB相同，但是如已经提到的，图35中提供的解决方案包含两个端口。该实施例是灵活性的清楚示例，该灵活性以与本发明相关的天线系统和上述天线系统中包括的天线组件这两者为特征，意味着根据本发明的辐射系统结构可以按不同的方式被配置用于覆盖不同的通信频带和标准，以获得不同的设备功能。特别地，图35中呈现的实施例覆盖在3G/4G和5G移动通信标准下的操作，其中端口1(3501)覆盖从698MHz去到960MHz以及从1.71GHz去到2.69GHz的3G移动频带和4G移动频带，并且端口2(3502)覆盖从3.4GHz去到3.8GHz的5G移动频带。对于该特定示例，所描述的辐射系统中包括的天线组件的厚度为698MHz处的自由空间波长的1/429.8倍。节段3503和3504借助于滤波器3601在它们之间电连接，滤波器3601对应于图35中的元件3506，包含图36中提供的并且布置在上述附图中示出的配置中的电路组件，而节段3504和3505在它们之间没有电连接。在该特定实施例中，端口3501与匹配网络3602相匹配，匹配网络3602对应于元件3507，并且端口3502与匹配网络3603相匹配，匹配网络3603对应于来自图35的元件3508和3509。元件3508对应于低容量电容器，更具体地为0.lpF电容器，其阻挡低频传播通过该实施例中包括的并且与端口3502相关的第二馈送系统。上述匹配网络拓扑和天线组件配置提供了分别在3G频带和4G频带中以及在5G频带中的、在图37和图38中示出的电压驻波比(VSWR)3701和3801以及效率3702和3802。由该实施例提供的天线效率平均值，在图35中示出，在698MHz至960MHz频带中高于50％，在1.71GHz至2.69GHz频带中高于70％，并且在3.4GHz至3.8GHz频带中高于55％。

包含来自图32和图35的实施例中包括的天线组件的其他辐射系统实施例被配置为在一个端口处操作在至少包括频率范围824MHz至960MHz和1.71GHz至2.17GHz的移动频带处，并且在另一端口处操作在附加频率范围处，用于提供在附加通信标准下的操作，像例如但不限于GNSS(从1561MHz去到1606MHz)或蓝牙(从2.4GHz到2.5GHz)。这些辐射系统实施例中的一些被分配在PCB中，就像图32和图35中提供的实施例中包括的PCB。这些实施例中包括的馈送系统中包括的用于匹配不工作在移动通信下的端口的匹配网络有利地包括两级滤波器，该两级滤波器包括低通滤波器和高通滤波器，从而滤波器响应足够有选择性以实现端口之间的良好隔离，并且因此在两个端口处实现感兴趣频带处的天线效率平均值的至少50％的良好效率性能。

图39和图40中示出的随后的实施例提供了无线设备中包括的模块化天线系统中包括的三节段天线组件，其在两个不同端口处在相同频率范围或多个相同频率范围中提供同时操作，因此操作为MIMO设备。包括至少一个隔离桥的不同天线系统配置利用包括相同天线组件的上述不同实施例而被提供。两个实施例都被配置用于在两个端口处覆盖范围从LTE700到LTE2600(698MHz到2690MHz频率范围)的移动通信。图39中示出的实施例包括位于不同节段中包括的不同相继导电元件之间的两个连接3901(短路)和3902(电感)、以及在第一节段和最后节段之间的附加隔离桥3903，上述隔离桥包括智能调谐器，该智能调谐器能够将隔离频率调谐到天线系统的操作频率内的所寻求的频带。如前文提到的，在图40中提供了MIMO实施例的另一可能的系统配置，其操作在覆盖从LTE700到LTE2600的移动通信下。上述实施例中包括的天线组件中包括的相继节段也在它们之间连接，如以元件4001(短路)和4002所图示的。隔离桥4002在该情况下不包括智能调谐器，但它是无源电感器组件，其取决于电感器值而阻挡一些频率。与该特定实施例相关的附加特征是端口4003在与端口4004连接侧相反的一侧连接到天线组件，如以连接元件4005所图示的。

Claims (15)

1.一种在一个单片中制造的多节段天线组件包括至少两个节段，第一节段包括辐射增强器，第二节段包括以下之一：辐射元件，或两个或更多个辐射增强器；

其中，所述第一节段和所述第二节段通过间隙间隔开并且沿第一方向指向；

所述多节段天线组件具有大于自由空间波长1/30倍的最大大小，所述自由空间波长与所述多节段天线组件的操作的最低频率相对应，所述最大大小也小于所述自由空间波长的1/5倍，

其中，所述多节段天线组件的厚度在所述自由空间波长的1/60倍和1/45000倍的范围内。

2.根据权利要求1所述的多节段天线组件，包括通过间隙间隔开的三个或更多个节段，其中，三个或更多个所述节段布置成非线性形式。

3.根据前述权利要求中任一项所述的多节段天线组件，包括通过间隙间隔开的三个或更多个节段，其中三个或更多个所述节段以矩阵布局布置。

4.根据权利要求2或3所述的多节段天线组件，其中间隔至少三个所述节段的间隙是相同的。

5.根据权利要求2或3所述的多节段天线组件，其中间隔至少三个所述节段的间隙是不同的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的多节段天线组件，至少两个所述节段安装在电介质支撑件上并且分别包括布置在二维形状中的至少一个导电元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的多节段天线组件，其中所述电介质支撑件包括电介质基板并且至少一个所述节段包括体积导电元件。

8.根据权利要求7所述的多节段天线组件，其中至少一个所述体积导电元件包括布置在所述电介质基板的不同层中的两个平坦导电元件，所述导电元件通过连接部件连接。

9.根据权利要求8所述的多节段天线组件，其中所述连接部件是印刷电路板上的过孔。

10.根据前述权利要求中任一项所述的多节段天线组件，其中所述间隙在0.5mm和4mm之间并且所述导电元件包括长方形或者正方形的形状。

11.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的多节段天线组件的无线电子设备，包括：

在一个或多个频率区域中操作的辐射系统，

包括在所述辐射系统中的接地平面，

匹配网络。

12.根据权利要求11所述的包括多节段天线组件的无线电子设备，其中所述无线电子设备在包括对应于两个或更多个通信标准的两个或更多个不同频带的两个或更多个的频率区域中操作。

13.根据权利要求12所述的包括多节段天线组件的无线电子设备，其中两个或更多个通信标准选自以下构成的组：GNSS，蜂窝通信标准，WiFi，蓝牙。

14.根据权利要求11，12或13所述的包括多节段天线组件的无线电子设备，其中所述多节段天线组件的两个或更多个节段通过外部电路连接。

15.根据权利要求11，12，13或14所述的包括多节段天线组件的无线电子设备，其中所述多节段天线组件的两个或更多个节段通过外部电路连接，所述外部电路包括选自以下构成的组中的元件：电子组件，无源或有源组件，或传输线，或滤波器，或导电迹线或条带。

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