CN116018726A - 用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构 - Google Patents

Abstract

描述了实现用于使毫米波(mmWave)天线覆盖转向和变宽的金属结构(106)的技术和装置。一种用户设备(102)包括产生近场辐射区域(302)和远场辐射图型(304)的至少一个毫米波天线(104)。在近场辐射区域(302)内设置有包括一个或多个金属件的金属结构(106)。金属件能够反射与远场辐射图型(304)相关联的能量，或者基于由近场辐射区域(302)在金属件中感应的电流来以如下方式产生另一个远场辐射图型，该方式使得来自毫米波天线(104)的远场辐射图型(304)受到积极影响(例如，转向和/或变宽)。以这种方式，能够以简单的成本和空间有效的设计使远场辐射图型(304)被有效地转向和/或变宽。

Description

用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构

背景技术

天线发射并接收射频(RF)信号以传递信息。这些RF信号使用户能够与朋友交谈，下载或上传信息，共享图片，远程地控制家用设备，以及使用非接触手势与计算设备交互。现代计算设备利用毫米波(mmWave)RF信号(例如，频率大于或等于24千兆赫兹的信号)，因为它们能够以快的速度传递，并且还因为它们非常适合于非接触式雷达手势识别。然而，在与更低频的RF信号相比时，这些毫米波RF信号限于更短的传播距离，并且更容易受到干扰。

为了缓解这些潜在的缺点，通常利用相控天线阵列(例如，经由波束成形)来使毫米波辐射图型(radiation pattern)转向或以其它方式操纵毫米波辐射图型。由于对在其中实现相控天线阵列的设备的空间限制，相控天线阵列通常是一维的(例如，天线以线性方式布置)，并且因此只能够操纵单个平面中的辐射图型。虽然能够在设备上的其它位置中实现其它天线或其它相控天线阵列以(例如，经由共同的波束成形)有效地使辐射图型在其它平面中转向，但是这样的设计增加了设备的复杂性和成本。因此，对于一些成本敏感或重视小尺寸的电子设备来说，实现多个相控天线阵列是不切实际的。此外，即使能够在电子设备内设置两个或更多个相控天线阵列，在设备内提供空间以容纳天线阵列的需要也可能以设备的形状因数或其它部件的操作(例如，减少的电池容量)为代价。

发明内容

描述了实现用于使毫米波天线覆盖转向和/或变宽(例如，使最大辐射方向转向和/或使辐射能量的角度范围变宽到某个阈值以上)的金属结构的技术和装置。一种装置包括产生近场和远场辐射图型的至少一个毫米波天线。在近场辐射区域内设置有包括一个或多个金属件的金属结构。金属件能够反射与远场辐射图型相关联的能量和/或基于由近场辐射区域在金属件中感应的电流来产生另一个远场辐射图型。由金属件对能量的反射和/或另一个远场辐射图型的生成的效果是产生与在没有金属件的情况下将由毫米波天线生成的远场图型不同的组合毫米波远场辐射图型。这使得与在没有金属件的情况下由毫米波天线生成的远场辐射图型相比，来自毫米波天线的远场辐射图型能够以期望的方式被改变(例如，转向和/或变宽)。以这种方式，能够以简单的成本和空间有效的设计使远场辐射图型有效地转向和/或变宽。

以下描述的方面包括一种装置，该装置包括壳体和至少一个毫米波天线，所述至少一个毫米波天线被配置成生成近场辐射区域。该装置还包括由一个或多个金属件构成的金属结构。该金属结构设置在毫米波天线与壳体之间并且位于近场辐射区域内。

以下描述的方面还包括一种由计算设备实现的方法，该方法包括使用至少一个毫米波天线发射毫米波信号，毫米波信号的发射形成近场辐射区域和远场辐射图型。该方法进一步包括经由包括一个或多个金属件的金属结构并且基于近场辐射区域来对与远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向，该金属结构设置在毫米波天线与壳体之间，该金属结构设置在近场辐射区域内。然后，该方法基于重定向来导致远场辐射图型具有第一范围的角度和第一最大能量方向。该第一范围的角度或第一最大能量方向中的至少一个与在没有金属结构的情况下远场图型将具有的角度范围或最大能量方向不同。

下面描述的方面还包括一种由计算设备实现的方法，该方法包括确定能够改进计算设备的毫米波天线的远场辐射图型。该方法进一步包括确定计算设备的设置在计算设备的毫米波天线与计算设备的壳体之间的金属结构的多个开关的配置以及基于对调整毫米波天线的远场辐射图型有效的所确定的配置来配置开关。

下面描述的方面还包括一种系统，该系统具有用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的装置。

附图说明

参考以下附图描述实现用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的装置和技术。各附图中，使用相同的附图标记来引用相同的特征和部件：

图1示出其中能够实现用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例环境；

图2示出其中能够实现用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例用户设备；

图3示出毫米波天线的示例近场和远场辐射图型；

图4示出用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例实施方案；

图5示出用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的另一示例实施方案；

图6示出用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的又一示例实施方案；

图7示出使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例效果；

图8示出使用用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例方法；

图9示出配置用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例方法；以及

图10示出示例计算系统，该示例计算系统实施用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构或在该示例计算系统中能够实现支持使用用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的技术。

具体实施方式

概述

从毫米波天线实现最佳远场辐射图型可能是具有挑战性的。例如，虽然毫米波天线能够发送和接收大量数据和/或感测非接触手势，但是由毫米波天线发射的远场辐射图型通常在广度(例如，角度覆盖)和范围上受到限制。虽然波束成形可以被用于经由设备的不同区域中的多个天线或多个天线阵列来增加信号覆盖，但是这样的办法通常在空间上和成本上是过高的。

为了解决这个问题，描述了实现用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的技术和装置。为了使毫米波天线的远场辐射图型转向和/或变宽，包括一个或多个金属件的金属结构被设置在毫米波天线的近场辐射区域内。金属件反射与远场辐射图型相关联的能量和/或基于由近场辐射在金属结构中感应的电流以如下方式产生另一个远场辐射图型，该方式使得与在没有金属件的情况下由毫米波天线提供的远场辐射图型相比，所得的组合毫米波远场辐射图型受到积极影响(例如，转向和/或变宽)。积极影响通常意味着所得的组合毫米波远场辐射与在没有金属结构的情况下由毫米波天线以期望的方式产生的远场辐射图型不同。例如，组合远场辐射图型可以比毫米波天线的远场辐射图型覆盖较宽的角度范围，和/或可以具有与毫米波天线远场辐射图型的图型的最大能量方向不同的最大能量方向。所描述的技术和装置在不使用其它天线或天线阵列的情况下实现毫米波远场辐射图型的转向和变宽(但是能够结合波束成形来利用本文所描述的技术和装置以进一步改进远场辐射图型)。以这种方式，能够以简单的成本和空间有效的设计使远场辐射图型有效地转向和/或变宽。

示例环境

图1是其中能够体现使用用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的技术和包括用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的装置的示例环境100的图示。在环境100中，用户设备102包括至少一个毫米波天线104和至少一个金属结构106。毫米波天线104能够包括天线阵列(例如，一维或二维天线阵列)。然而，毫米波天线104在被实现时生成毫米波信号的近场和远场辐射图型。

金属结构106设置在毫米波天线104的近场辐射区域内，并且被配置成有益地影响毫米波天线104的远场辐射图型。为了做到这一点，金属结构106能够反射近场辐射区域中的毫米波辐射的能量的一部分，这影响远场辐射图型。替代地或附加地，当通过近场辐射区域中的毫米波辐射在金属结构106内感应电流时，金属结构106能够产生另一个远场辐射图型。通过任一种或两种机制，金属结构106使用户设备102的远场辐射图型转向和/或变宽。虽然在图1中用户设备102被示出为智能电话，但是用户设备102能够替代地被实现为任何合适的计算或电子设备，如关于图2进一步所描述。

在环境100中，用户设备102是使用毫米波天线104以经由无线链路112与基站108通信或经由发射/反射信号114检测由用户110做出的手势的用户设备(UE)。毫米波天线104被配置成发射和/或接收频率等于或高于24GHz(例如，在毫米波频带中)的RF信号(例如，无线链路112和/或发射/反射信号114)。在一些实施方案中，发射/反射信号114能够包括频率为约60GHz的RF信号。然而，本文所描述的技术和装置能够在不脱离本公开的范围的情况下应用于不同的频带(只要频带间隔开即可)。能够使用任何合适的通信协议或标准来实现无线链路112。例如，无线链路112能够表示第五代新无线电(5GNR)链路。发射/反射信号114能够表示无线电检测和测距(RADAR)信号。使用雷达信号，用户设备102能够支持各种基于雷达的应用，包括存在检测(例如，检测在用户设备102附近的用户110的存在)、手势识别、碰撞避免和人类生命体征检测。关于图2进一步描述用户设备102。

图2在200处示出作为用户设备102的部分的金属结构106。用户设备102能够是任何合适的计算设备或电子设备，诸如台式计算机102-1、平板电脑102-2、膝上型计算机102-3、游戏系统102-4、智能扬声器102-5、安全相机102-6、智能恒温器102-7、微波炉102-8或车辆102-9。还能够使用其它设备，诸如家庭服务设备、雷达系统、婴儿监视器、路由器、计算手表、计算眼镜、电视、无人机、充电设备、物联网(IoT)设备、高级驾驶员辅助系统(ADAS)、销售点(POS)交易系统、健康监测设备、跟踪板、绘图板、上网本、电子阅读器、家庭自动化和控制系统、以及其它家用电器。用户设备102能够是可穿戴的、不可穿戴但移动的、或相对固定的(例如，台式机和电器)。

用户设备102包括至少一个计算机处理器202和计算机可读介质204，计算机可读介质204包括存储器介质和存储介质。体现为计算机可读介质204上的计算机可读指令的应用和/或操作系统(未示出)能够由计算机处理器202执行。如关于图1所描述，计算机可读指令能够存储指令以实现与基站108的无线通信或雷达感测(例如，手势识别、存在检测、碰撞避免或人体生命体征检测)。用户设备102还能够包括显示器(未示出)。

用户设备102包括毫米波天线104和至少一个毫米波收发器206以经由毫米波天线104发射和接收毫米波射频信号。毫米波收发器206包括用于生成和处理毫米波射频信号的电路和逻辑。毫米波收发器206的部件能够包括放大器、混频器、开关、模数转换器、滤波器等等，以便调节射频信号。毫米波收发器206还包括用于执行同相/正交(I/Q)操作(诸如调制或解调)的逻辑。毫米波收发器206和毫米波天线104一起能够发射或接收在由一个或多个支持的通信标准和/或雷达感测操作定义的频带中的频率等于或高于24千兆赫(GHz)(毫米波)的信号。

金属结构106设置在毫米波天线104的近场辐射区域内，并且在毫米波天线104与设备的壳体208之间。壳体208(或其覆盖毫米波天线104和金属结构106的区域的一部分)由RF半透明或RF透明材料制成。换句话说，壳体208通常不会显著影响毫米波天线104的辐射图型(例如，使辐射图型最小程度地衰减)。在一些实施方案中，金属结构106能够是壳体208的组成部分(例如，表示壳体的一部分)。在其它实施方案中，金属结构106和毫米波天线104能够被封装在一起作为天线模块的部分。金属结构106反射近场辐射区域的一部分以影响毫米波天线104的远场辐射图型。附加地或替代地，毫米波天线104的近场辐射区域可能导致在金属结构106中感应电流，该电流导致金属结构106辐射对在没有金属结构的情况下将由天线生成的远场辐射图型有助益的另一个远场辐射图型。关于图3进一步描述近场和远场辐射图型。

近场和远场辐射图型

图3在300处示出毫米波天线104的近场辐射区域302和远场辐射图型304。近场辐射区域302与远场辐射图型304之间的边界通常由Fraunhofer距离表征，该Fraunhofer距离取决于由毫米波天线104发射的频率。在一些示例实施方案中，该边界能够距毫米波天线104几毫米或更小。为了本公开的目的，近场辐射区域302通常在用户设备102内，但是它可以延伸超过用户设备102的壳体208。远场辐射图型304具有如下有效范围，该有效范围使得用户设备102能够与基站108无线通信和/或能够通过雷达感测识别由用户110执行的手势。在图3中，为了图示简单和描述目的，未按比例绘制近场辐射区域302和远场辐射图型304。

如图3中所示，金属结构106被定位在毫米波天线104的近场辐射区域302内。由于该位置，金属结构106与近场辐射区域302内的电场和磁场相互作用。这种相互作用可能导致金属结构106反射区域302中的近场辐射的一部分，这可能影响(例如，影响或改变)毫米波天线104的远场辐射图型304。换句话说，毫米波天线104的区域302中的近场辐射可能导致在金属结构106中感应电流。该电流使金属结构106生成对远场辐射图型304有助益(例如有助益地添加到远场辐射图型304)的另一个远场辐射图型，以产生与在没有金属结构106的情况下的远场辐射图型形304相比优化的整体远场毫米波辐射图型。

通过将金属结构106放置在毫米波天线104的近场辐射区域302内，金属结构106能够(例如，通过使远场辐射图型304转向和/或变宽)改进毫米波天线104的信号覆盖。利用金属结构106的不同配置，能够在不使用昂贵且复杂的相控阵列的情况下操纵毫米波远场辐射图型。关于图4至图6进一步描述金属结构106的配置。

金属结构配置

图4至图6示出金属结构106的示例实施方案。所示出的实施方案400、500和600包含用户设备102的正视图402和俯视图404，以及正视图402的一部分的细节视图406。正视图402沿着正交(例如垂直)于正视图坐标系408的X-Y平面的Z轴示出用户设备102。俯视图404沿着Y轴示出用户设备102，Y轴正交于俯视图坐标系410的X-Z平面。正视图坐标系408和俯视图坐标系410是同一全局坐标系的旋转。X轴通常是宽度轴，Y轴通常是高度轴，并且Z轴通常是用户设备102的厚度轴。然而，全局坐标系是任意的，并且仅被提供以显示/描述所公开的部件的位置和配置。

金属结构106设置在毫米波天线104与用户设备102的壳体208之间。更具体地，如在正视图402中所示，毫米波天线104和金属结构106设置在用户设备102的顶部边框区域412内。在该位置中，毫米波天线跨X-Z平面辐射能量。毫米波天线104在沿着Y轴的正方向上具有最大远场能量方向，而没有波束成形。金属结构106能够使远场辐射图型在Y-Z平面中转向和/或变宽，如关于图7所描述。

虽然毫米波天线104和金属结构106被示出在顶部边框区域412中，但是毫米波天线104和金属结构106能够一起被设置在用户设备102的另一个区域中(例如，在用户设备102的侧面或底部区域上)，所述另一个区域具有不同的最大远场能量方向并且可能具有不同的转向/变宽平面。类似地，毫米波天线104和金属结构106的多个实例能够被放置在用户设备102的相应区域中，以改进在其它方向和平面上的毫米波天线覆盖。

能够使用一个或多个金属件来形成金属结构106。金属件能够(单独地或共同地)被调谐以具有特定电/电磁属性(例如，谐振频率、电阻、反射率、电容或阻抗)。在金属件被毫米波天线104的近场辐射所辐射时，该调谐允许金属件积极地影响毫米波天线104的远场辐射图型304。在一些实施方案中，金属件中的一个或多个可以被电加载。例如，一个或多个电部件可以被附接到金属件中的一个或多个以辅助调谐(例如，电阻器、电容器、可变电容器、电感器或二极管)。

虽然被未出为棒状结构，但是金属件能够是弯曲的，它们在X-Z平面或X-Y平面中在端部上具有弯曲，具有各种横截面，或者沿着它们的长度具有各种横截面以实现调谐。此外，金属件能够由各种导电材料(例如，金属、导电塑料、导电复合材料、非金属导体或半导体)制成。通过配置金属件的电特性、形状和材料，能够实现对毫米波天线104的远场辐射图型304的不同效果。例如，远场辐射图型304的峰值幅度、方向性和/或形状可能受到影响。

在一些实施方案中，当(例如，在俯视图404中)沿着Y轴观察时，金属结构的至少一部分与毫米波天线104的至少一部分重叠。例如，金属结构106的金属件能够与毫米波天线104沿着Z轴重叠小于0.25mm。金属结构106能够是任何宽度(例如，沿着X轴的长度)，尽管它通常接近毫米波天线104的宽度。为了实现耦合，金属结构106(作为整体、单个金属件或电连接的金属件)的宽度通常超过毫米波辐射的波长的1/4(例如，3mm至50mm)。金属结构106的金属件沿着Z轴的不同位置能够使得能够对远场辐射图型304的转向/变宽效果的量和/或方向进行配置。

金属件通常与毫米波天线104沿着Y轴分开(以便不会经由直接导电而成为毫米波天线104的一部分)。在一些示例实施方案中，毫米波天线104与金属结构106之间沿着Y轴的距离(例如，间隔)能够小于一毫米。虽然金属件被示出为与毫米波天线104沿着Y轴分开，但是金属件的部分能够在毫米波天线104的区域之外沿着X轴和Y轴重叠。例如，金属件中的一个或多个能够具有弯曲，使得该金属件沿着毫米波天线104的多于一个面延伸和/或在两个或更多个平面中延伸。

下面描述金属结构106的三个示例配置。

图4示出金属结构106的示例实施方案400。在示例实施方案400中，金属结构106包括单个金属件，在该金属件的端部(例如414-1和414-2)处有接地的连接部414。

虽然被示出为具有单个金属件，但是金属结构106能够替代地具有设置在毫米波天线104上方的金属件的多个实例，以便(例如，经由切换)使远场辐射图型304在X-Z平面中或在另一个平面中来回转向。例如，可以实现在毫米波天线104的相对侧上且与第一金属件平行的另一金属件。图4中所示的金属件使远场辐射图型304以绕X轴的正旋转(如关于图7所讨论)转向/变宽，并且在毫米波天线104的相对侧上实现另一金属件使远场辐射图型304以绕X轴的负旋转转向/变宽。切换可以有效地致使金属件之一对毫米波天线104电磁透明(例如，通过接地、解耦或以其它方式调整金属件的一个或多个部分的电负载)。

对于其中毫米波天线104实现多维天线阵列的实施方案，金属结构106能够例如使用围绕毫米波天线104定位的四个金属件形成，其中这四个金属件中的两个垂直于图4中所示的第一金属件(如上文所讨论，第四金属件与第一金属件平行)。垂直于所描绘的金属件的金属件能够使远场辐射图型304绕Z轴转向/变宽。

图5示出金属结构106的另一个示例实施方案500。在示例实施方案500中，金属结构106包括两个金属件506(例如，506-1和506-2)。虽然标示金属结构106的边界框被示出为延伸到用户设备102之外，但是该边界框仅用于图示。如所示出的，形成金属结构106的金属件506(例如，506-1和506-2)设置在用户设备内。虽然它们被示出为不同的长度，但是金属件506能够替代地具有彼此相似的尺寸。金属件之一(例如，506-1)在该件的中间(例如，在502-1处)能够具有多个接地的连接部502中的一个，而另一个金属件(例如，506-2)在该件的端部处(例如，在502-2处)能够具有接地的连接部502中的另一个。断开的连接部504(例如，电断开)能够在金属件506的未接地的每个端部(例如，504-1、504-2和504-4)上。断开的连接部504能够包括断开的开关。

图6示出金属结构106的又一个示例实施方案600。在示例实施方案600中，金属结构106包括多个金属件604(例如，604-1至604-6)。虽然它们被示出为具有相似的尺寸，但是金属件604能够替代地具有相互不同的尺寸。如果它们是不同的尺寸，则能够在金属结构106的长度内的任何地方配置较大的金属件。此外，虽然金属件被示出为一维阵列(例如，布置在一行中)，但是金属件604能够替代地被配置为非线性一维阵列或多维阵列(例如，二维阵列或三维阵列)。例如，二维阵列能够包括围绕毫米波天线104的周边分布的多个线性或二维阵列，类似于关于图4所描述的多金属件结构。因此，二维阵列可以不覆盖毫米波天线104的中央区域。

在金属结构106的端部处(例如，在602-1和602-2处)，金属结构106能够具有接地的连接部602。在每一对金属件604之间能够存在电开关(例如，微机电系统(MEMS)、二极管、绝缘体上硅(SOI)或互补金属氧化物半导体(CMOS))。能够通过配置开关(例如，通过将金属件604的一部分串联连接在一起并将金属件604的另一部分与连接的金属件604的部分断开连接)来改变金属结构的配置。这样做使得能够实现毫米波天线104的远场辐射图型304的不同量的转向和/或变宽以及方向。

例如，当以一维线性阵列实现金属件604(例如，如图6中所示)时，将不同数量的金属件604连接在一起能够实现使远场辐射图型304以绕Y轴的正旋转进行不同量的转向和/或变宽。例如，如果所有开关都闭合，则金属件在金属结构106的端部处的接地的连接部602之间相互串联连接。然而，如果一个或多个开关断开，则金属结构被配置为两个单独的金属件或串联连接的金属件的组，其中的每一个金属件都连接到接地的连接部中的一个。类似地，如果存在三个或更多个金属件并且两个或更多个开关断开，则至少一个金属件与接地的连接部隔离(例如，虽然该至少一个金属件能够经由一个或多个其它开关接地，但是该至少一个金属件不接地)。当以二维阵列实现时，将二维阵列的相应区域中的不同数量的金属件604连接在一起，将不同的金属件604接地和/或改变金属件604的电负载能够实现不同量的转向和变宽(正和负)以及在另一个维度上的转向和变宽(例如，使远场辐射图型304以绕Z轴的正旋转或负旋转朝向用户设备102的侧面转向)。下面关于图7讨论转向角。

如上文所陈述的，在俯视图404中，金属件604的至少一部分与毫米波天线104的区域的至少一部分重叠。例如，当被实现为线性阵列时，金属件604能够沿着Z轴与毫米波天线104的区域重叠小于0.25mm。在线性阵列沿着Z轴向上移动的另一配置中，一个或多个金属件604能够在毫米波天线104的区域内。在金属件604被实现为二维阵列的又一配置中，一些金属件604能够在毫米波天线104的区域内，并且一些金属件604能够仅部分地在毫米波天线104的区域内。

通过将不同数量的金属件604连接在一起，能够实现毫米波天线104的远场辐射图型304的不同量的转向和/或变宽。此外，当金属结构106被实现为金属件604的二维阵列时，能够在多个平面(例如，X-Y平面连同图7的X-Z平面)中实现毫米波天线104的远场辐射图型304的转向和/或变宽。

示例转向和变宽

图7描绘了对毫米波天线104的远场辐射图型304的转向和变宽效果的示例图示700。图示700示出没有图1至图6的金属结构106设置在用户设备102内的图示702以及具有图1至图6的金属结构106设置在用户设备102内的图示704。图示702和图示704两者都示出如沿着正交于侧视图坐标系708中的Z-Y平面的X轴(例如，侧视图706)观察到的用户设备102。

在图示702中，毫米波天线104被配置成在没有波束成形(并且没有金属结构106)的情况下辐射具有通常在与正Y轴相同的方向上的未实现的最大能量方向712的未实现的远场辐射图型710。未实现的远场辐射图型710还具有与未实现的远场辐射图型710的高于阈值能级的角度范围相对应的未实现的角度覆盖714。

在图示704中，实现金属结构106，这对远场辐射图型304产生转向和/或变宽效果。当实现时，金属结构106使未实现的远场辐射图型710偏移到已实现的远场辐射图型716。已实现的远场辐射图型716具有已经从未实现的最大能量方向712偏移了转向角720的已实现的最大能量方向718。在该图示中，转向角720是正的(例如，顺时针)。如果金属结构106被放置在其它地方(例如，沿着Z轴)或通过金属结构106的另一个配置(例如，连接在一起的不同数量的金属件504)，则能够实现更大或更小的转向角或负转向角。已经发现，能够将远场辐射图型转向多达且至少45°。已实现的远场辐射图型716还具有与已实现的远场辐射图型716的高于阈值能级的角度范围相对应的已实现的角度覆盖722。如所示出的，与未实现的角度覆盖714相比，已实现的角度覆盖722更宽(例如，角度范围更大)。因此，能够利用仅单个天线(或天线阵列)实现与用户设备102的不同侧上的多个天线(或天线阵列)的覆盖相似的(或更好的)覆盖。

如上文所讨论的，通过金属结构106的配置，能够实现转向角720的不同值和覆盖的范围的变宽(例如，已实现的角度覆盖722对比未实现的角度覆盖714)。如上文还讨论的，对于单个天线(或天线阵列)而言，所示出的转向和变宽的示例是在单个平面中。通过将金属件配置为二维阵列，能够在两个正交平面(例如，X-Y平面连同Z-Y平面)中实现转向/变宽。此外，通过将金属结构106的类似的其它实例与设备的其它侧上的其它天线/阵列集成，能够改进设备的球状信号覆盖。

示例方法

下面描述的方法被示出为所执行的操作(或动作)的集合，但不一定限于在本文中描述操作的顺序或组合。此外，能够重复、组合、重组或链接操作中的一个或多个操作中的任何操作，以提供广泛的附加的和/或替代的方法。在以下讨论的部分中，能够对关于图1至图7所讨论的部件进行参考，对这些部件进行参考仅为了示例。技术并不限于由在一个设备上操作的一个实体或多个实体执行。

图8描绘了用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的示例方法800。

在802处，使用至少一个毫米波天线发射毫米波信号。所发射的毫米波信号形成近场辐射区域和远场辐射图型。例如，毫米波天线104发射毫米波信号，该毫米波信号形成图3中所示的近场辐射区域302和远场辐射图型304。如图1中所示，毫米波信号能够包括用于形成无线链路112的无线通信信号或用于识别用户110的手势的雷达信号。毫米波信号能够包括大于或等于24GHz(例如，约30GHz或约60GHz)的频率。

在804处，经由金属结构对与远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向。该金属结构具有位于近场辐射区域内的一个或多个金属件，并且该金属结构设置在毫米波天线与壳体之间。例如，金属结构106基于近场辐射区域302来对与远场辐射图型304相关联的能量的至少一部分进行重定向。由于近场辐射区域302中的辐射作用于金属结构106(例如，在金属结构106内生成电流)，因此金属结构106对远场辐射图型进行重定向。金属结构106包括位于近场辐射区域302内的一个或多个金属件(例如，图5的金属件506-1和506-2或图6的金属件604-1至604-6)。在一些实施方案中，金属结构106与毫米波天线104之间的距离是数毫米或更小(例如，小于一毫米)。如图4至图6中所示，金属结构106设置在毫米波天线104与壳体208之间。在一些情况下，金属结构106和毫米波天线104设置在用户设备102的顶部边框312区域中。

在806处，基于重定向来导致远场辐射图型具有第一角度范围和第一最大能量方向。例如，如图7中所示，金属结构106导致远场辐射图型304具有已实现的角度覆盖722和已实现的最大能量方向718。相对于不包括金属结构106的其它实施方案，已实现的角度覆盖722和/或已实现的最大能量方向718增加了毫米波天线104的毫米波覆盖面积。以这种方式，用户设备102能够使用较少的毫米波天线104实现特定量的毫米波覆盖。此外，金属结构106的一些实施方案使得用户设备102能够动态地改变已实现的角度覆盖722和最大能量方向718，如下面关于图9进一步所描述。

图9描绘了用于配置用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构106的示例方法900。

在902处，由用户设备做出用户设备的毫米波天线的远场辐射图型可以被改进的确定。例如，用户设备(例如，用户设备102)能够确定链路(例如，无线链路112)质量已经下降到阈值以下，或者一个或多个基站(例如基站108)没有接收到分组。用户设备102还能够从一个或多个基站108接收远场辐射图型304可以被改进的指示。

在904处，关于远场辐射图型可以如何被改进做出确定。例如，调整可以是远场辐射图型(例如，已实现的角度覆盖622)的变宽或转向量(例如，转向角620)，或两者的组合。用户设备102可以基于传感器数据(诸如陀螺仪、加速度计或全球导航卫星系统(GNSS))来做出确定。例如，用户设备102可以确定用户设备102的取向，并且基于用户设备102的取向来确定调整。

在906处，用户设备基于所确定的调整来确定设置在毫米波天线与用户设备的壳体之间的金属结构的配置，该配置能够提供对远场辐射图型的一些或优选全部期望调整。金属结构能够包括多个金属件，这些金属件经由开关与一个或多个接地路径互连。这些开关是能致动的，以将不同数量的金属件连接在一起。用户设备102能够使用开关的与相应的调整对应的预设配置的查找表，或者能够使用一项或多项计算来确定金属件之间的开关的配置。

替代904和906，在908处，用户设备能够利用基站执行金属结构配置扫描过程。例如，用户设备102能够依次使用金属件的多个配置与基站108通信，使得能够选择最佳配置。基于对应于每一个配置的反馈，用户设备能够选择多个配置中的提供最佳配置或最接近最佳配置的一个配置。

在910处，基于所确定的配置来配置金属结构。该配置包括对在多个金属件之间的每一个开关进行设置。如上文所讨论的，该配置能够是多个预设配置中的一个，或者能够在每次执行该过程时被临时确定。一旦金属结构已经被配置，然后毫米波天线就可以被操作以提供期望的远场毫米波图型。

通过配置金属结构106以有效地修改毫米波天线的远场辐射图型，能够在不依赖复杂且昂贵的相控天线阵列的情况下改进信号质量。

类似地，当将远场辐射图型304用于雷达感测时，由于检测到的环境的变化，可以对远场辐射图型304进行偏移或操纵。例如，远场辐射图型304能够(例如，经由转向)跟随用户110的移动，或者远场辐射图型304的角度范围能够基于距用户110的距离而被调整(例如，经由变宽或变窄)，以便支持手势识别和存在检测。

示例计算系统

图10示出能够被实现为如参考先前图2所描述的用于无线通信应用的任何类型的客户端、服务器和/或计算设备的示例计算系统1000的各种部件。

计算系统1000包括金属结构106和一个或多个通信或感测设备1002(例如，毫米波天线104和毫米波收发器206)，所述一个或多个通信或感测设备1002能够实现设备数据1004(例如，已接收的数据、正被接收的数据、计划用于广播的数据或数据的数据分组)的无线通信或雷达感测。设备数据1004或其它设备内容能够包括设备的配置设置、存储在设备上的媒体内容和/或与设备的用户相关联的信息。存储在计算系统1000上的媒体内容能够包括任何类型的音频、视频和/或图像数据。在这种情况下，金属结构106有助于促进对携带设备数据1004的至少一部分或用于雷达感测的信号的发射或接收。计算系统1000包括接收任何类型的数据、媒体内容和/或输入的一个或多个数据输入1006。其它类型的数据输入1006包括人类话语、用户可选择输入(显式或隐式)、消息、音乐、电视媒体内容、记录的视频内容、用户手势以及从任何内容和/或数据源接收的任何其它类型的音频、视频和/或图像数据。

计算系统1000还包括一个或多个通信接口1008，所述一个或多个通信接口1008能够被实现为串行和/或并行接口、无线接口、任何类型的网络接口、调制解调器以及任何其它类型的通信接口中的任何一个或多个。通信接口1008提供计算系统1000与如下通信网络之间的连接和/或通信链路，其它电子器件、计算设备和通信设备通过该通信网络与计算系统1000进行数据通信。

计算系统1000包括一个或多个处理器1010(例如，微处理器、控制器等的任一种)，所述一个或多个处理器1010处理各种计算机可执行指令以控制计算系统1000的操作。替代地或附加地，能够用硬件、固件或固定逻辑电路中的任何一个或它们的组合来实现计算系统1000，结合大体在1012处标识的处理和控制电路来实现所述硬件、所述固件或所述固定逻辑电路。虽然未示出，但是计算系统1000能够包括耦合设备内的各种部件的系统总线或数据传输系统。系统总线能够包括不同总线结构中的任一种或它们的组合，诸如存储器总线或存储器控制器、外围总线、通用串行总线和/或利用各种总线架构中的任一种的处理器或本地总线。

计算系统1000还包括计算机可读介质1014，诸如实现持久和/或非瞬时数据存储(例如，与仅信号传输相反)的一个或多个存储器设备，其示例包括随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪速存储器、EPROM、EEPROM等中的任何一个或多个)，以及磁盘存储设备。磁盘存储设备能够被实现为任何类型的磁或光存储设备，诸如硬盘驱动器、可记录和/或可重写光盘(CD)、任何类型的数字多功能盘(DVD)等。计算系统1000还能够包括大容量存储介质设备(存储介质)1016。

计算机可读介质1014提供数据存储机制以存储设备数据1004以及设备应用1018和与计算系统1000的操作方面相关的任何其它类型的信息和/或数据。例如，操作系统1020能够用计算机可读介质1014被维护作为计算机应用并且在处理器1010上被执行。设备应用1018能够包括设备管理器，诸如任何形式的控制应用、软件应用、信号处理和控制模块、特定设备本地的代码、特定设备的硬件抽象层等。设备应用1018还包括任何系统部件、引擎或管理器，以实现无线通信或基于雷达的应用(例如，存在检测、手势识别、碰撞避免或人类生命体征检测)。

示例

示例1：一种装置，包括：壳体；至少一个毫米波天线，所述至少一个毫米波天线被配置成生成近场辐射区域；以及金属结构：所述金属结构包括一个或多个金属件；所述金属结构设置在所述毫米波天线与所述壳体之间；并且所述金属结构设置在所述近场辐射区域内。

示例2：根据示例1所述的装置，其中，所述金属结构与所述毫米波天线在x-z平面中重叠，所述x-z平面正交于所述毫米波天线的最大辐射方向。

示例3：根据示例1或2所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括单个金属件，在所述金属件的端部上有接地的棒状结构。

示例4：根据示例1或2所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括第一金属件，所述第一金属件在中间区域中接地并且在所述第一金属件的端部上电断开。

示例5：根据示例4所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括第二金属件：所述第二金属件靠近所述第一金属件的端部设置；所述第二金属件平行于所述第一金属件取向；所述第二金属件在靠近所述第一金属件的端部上断开；并且所述第二金属件在另一端部上接地。

示例6：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述金属结构经由一个或多个电部件被电加载。

示例7：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述毫米波天线和所述金属结构设置在所述装置的顶部边框区域中。

示例8：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述壳体被配置成对与所述毫米波天线的远场辐射图型相关联的射频是基本上透明的。

示例9：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述毫米波天线进一步被配置成以所述远场辐射图型辐射能量；并且所述金属结构被配置成充当反射器，所述反射器对与所述远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向。

示例10：根据示例9所述的装置，其中，所述金属结构被配置成基于由所述近场辐射区域在所述金属结构中感应的电流来对所述能量的所述部分进行重定向。

示例11：根据示例9或10所述的装置，其中，被重定向的所述能量的所述部分使与所述远场辐射图型相关联的角度范围变宽。

示例12：根据示例9至11中的任一项所述的装置，其中，被重定向的所述能量的所述部分改变所述远场辐射图型的最大能量方向。

示例13：根据示例1、2或4至12中的任一项所述的装置，其中，所述金属结构是可重配置的。例如，所述金属结构可以包括：多个金属件；以及一个或多个电开关，每个开关连接在相应的一对所述金属件之间并且被配置成将所述一对金属件彼此选择性地连接或断开连接。

示例14：根据示例13所述的装置，其中，所述金属件以线性方式布置。

示例15：根据示例13或14所述的装置，其中：所述电开关的第一配置导致第一数量的所述金属件被串联连接，从而得到所述远场辐射图型的第一最大能量角度；并且所述电开关的第二配置导致第二数量的所述金属件被串联连接，从而得到所述远场辐射图型的第二最大能量角度。

示例16：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述装置包括：智能手机；智能扬声器；智能恒温器；智能手表；游戏系统；或家用电器。

示例17：根据任一前述示例所述的装置，其中，所述装置进一步包括无线通信或感测设备，所述无线通信或感测设备包括所述至少一个毫米波天线。

示例18：一种用于使毫米波覆盖转向和变宽的方法，所述方法包括：使用至少一个毫米波天线发射毫米波信号，所述毫米波信号的所述发射形成近场辐射区域和远场辐射图型；经由包括一个或多个金属件的金属结构并且基于所述近场辐射区域来对与所述远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向，所述金属结构设置在所述毫米波天线与壳体之间，所述金属结构设置在所述近场辐射区域内；以及基于所述重定向来导致所述远场辐射图型具有第一角度范围和第一最大能量方向。

示例19：根据示例18所述的方法，其中，所述导致所述第一角度范围和所述第一最大能量方向是进一步基于以下中的至少一项：所述远场辐射图型的估计转向量；或所述远场辐射图型的估计变宽量。

示例20：根据示例18或19所述的方法，其中：所述金属结构包括通过电开关连接的多个金属件；所述远场辐射图型的所述重定向包括在发射所述毫米波信号之前经由所述电开关连接第一数量的所述多个金属件；并且所述方法进一步包括：经由所述电开关连接第二数量的所述多个金属件；使用所述毫米波天线发射另一个毫米波信号，所述另一毫米波信号的所述发射形成另一个近场辐射区域和另一个远场辐射图型；经由所述金属结构并且基于所述另一个近场辐射区域来对与所述另一个远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向；以及基于所述重定向和所述第二数量的所述多个金属件的所述连接来导致所述另一个远场辐射图型具有第二角度范围和第二最大能量方向，其中所述第二角度范围中的至少一个不同于所述第一角度范围或者所述第二最大能量方向不同于所述第一最大能量方向。

示例21：一种由计算设备实现的方法，所述方法包括：确定能够改进所述计算设备的毫米波天线的远场辐射图型；确定所述计算设备的设置在所述计算设备的所述毫米波天线与所述计算设备的壳体之间的金属结构的多个开关的配置；以及基于对调整所述毫米波天线的所述远场辐射图型有效的所确定的配置来配置所述开关。

示例22：根据示例21所述的方法，进一步包括：使用所述基站中的一个或多个基站来执行金属结构配置扫描过程，其中所述配置是基于所述金属结构配置扫描过程。

示例23：根据示例21所述的方法，进一步包括：确定将要应用于所述远场辐射图型的转向量和/或变宽量，其中所述配置是基于所述远场辐射图型的转向量和/或变宽量。

示例24：根据示例21至23中的任一项所述的方法，其中，所述配置是进一步基于包括多个预设配置和相关联的转向量和/或变宽量的查找表。

结论

虽然已经用特定于特征和/或方法的语言描述了使用用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的技术以及包括该金属结构的装置，但是应理解，所附权利要求书的主题不一定限于所描述的特定特征或方法。相反，特定特征和方法被公开为用于使毫米波天线覆盖转向和变宽的金属结构的示例实施方案。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

壳体；

至少一个毫米波天线，所述至少一个毫米波天线被配置成生成近场辐射区域；以及

金属结构：

所述金属结构包括一个或多个金属件；

所述金属结构设置在所述毫米波天线与所述壳体之间；并且

所述金属结构设置在所述近场辐射区域内。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属结构与所述毫米波天线在x-z平面中重叠，所述x-z平面正交于所述毫米波天线的最大辐射方向。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括单个金属件，在所述金属件的端部上有接地的棒状结构。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括第一金属件，所述第一金属件在中间区域中接地并且在所述第一金属件的端部上电断开。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述金属结构进一步包括第二金属件：

所述第二金属件靠近所述第一金属件的端部设置；

所述第二金属件平行于所述第一金属件来取向；

所述第二金属件在靠近所述第一金属件的端部上断开；并且

所述第二金属件在另一端部上接地。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述金属结构经由一个或多个电部件被电加载。

7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述毫米波天线和所述金属结构设置在所述装置的顶部边框区域中。

8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述壳体被配置成对与所述毫米波天线的远场辐射图型相关联的射频是基本上透明的。

9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中：

所述毫米波天线进一步被配置成以远场辐射图型辐射能量；并且

所述金属结构被配置成充当反射器，所述反射器对与所述远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述金属结构被配置成基于由所述近场辐射区域在所述金属结构中感应的电流来对所述能量的所述部分进行重定向。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，被重定向的所述能量的所述部分使与所述远场辐射图型相关联的角度范围变宽。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中，被重定向的所述能量的所述部分改变所述远场辐射图型的最大能量方向。

13.根据权利要求1、2或4至12中的任一项所述的装置，其中，所述金属结构包括：

多个金属件；以及

一个或多个电开关，所述一个或多个电开关被配置成选择性地将所述金属件中的每个金属件与彼此连接或断开连接。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述金属件是以线性方式来布置的。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中：

所述电开关的第一配置导致所述金属件中的第一数量的金属件被串联连接，从而得到所述远场辐射图型的第一最大能量角度；并且

所述电开关的第二配置导致所述金属件中的第二数量的金属件被串联连接，从而得到所述远场辐射图型的第二最大能量角度。

16.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述装置包括：

智能手机；

智能扬声器；

智能恒温器；

智能手表；

游戏系统；或

家用电器。

17.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述装置进一步包括无线通信或感测设备，所述无线通信或感测设备包括所述至少一个毫米波天线。

18.一种用于使毫米波覆盖转向和变宽的方法，所述方法包括：

使用至少一个毫米波天线发射毫米波信号，所述毫米波信号的发射形成近场辐射区域和远场辐射图型；

经由包括一个或多个金属件的金属结构基于所述近场辐射区域，对与所述远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向，所述金属结构设置在所述毫米波天线与壳体之间，所述金属结构设置在所述近场辐射区域内；以及

基于所述重定向来导致所述远场辐射图型具有第一范围的角度和第一最大能量方向。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，导致所述第一范围的角度和所述第一最大能量方向是进一步基于以下中的至少一项：

所述远场辐射图型的估计转向量；或

所述远场辐射图型的估计变宽量。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中：

所述金属结构包括通过电开关连接的多个金属件；

所述远场辐射图型的所述重定向包括：在发射所述毫米波信号之前，经由所述电开关连接所述多个金属件中的第一数量的金属件；并且

所述方法进一步包括：

经由所述电开关连接所述多个金属件中的第二数量的金属件；

使用所述毫米波天线发射另一个毫米波信号，所述另一毫米波信号的发射形成另一个近场辐射区域和另一个远场辐射图型；

经由所述金属结构基于所述另一个近场辐射区域，对与所述另一个远场辐射图型相关联的能量的至少一部分进行重定向；以及

基于所述重定向和所述多个金属件中的所述第二数量的金属件的连接，导致所述另一个远场辐射图型具有第二范围的角度和第二最大能量方向，其中所述第二范围的角度中的至少一个不同于所述第一范围的角度或者所述第二最大能量方向不同于所述第一最大能量方向。

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