CN117767010A - 具有寄生元件的多层电介质谐振器天线 - Google Patents

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D·加里多洛佩斯
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Abstract

本发明涉及一种电子设备，该电子设备可设置有具有电介质谐振器天线的相控天线阵列。该天线可包括印刷电路上的第一电介质块、该第一电介质块上的第二电介质块以及该第二电介质块上的第三电介质块。至少该第二电介质块和该第三电介质块可具有不同的介电常数。寄生元件可设置在该第二电介质谐振元件和该第三电介质谐振元件之间，和/或寄生元件可设置在该第三电介质谐振元件的辐射面上。这些寄生元件可充当在这些电介质谐振元件中形成电场图像的电磁反射镜。这些图像可以使这些电介质谐振元件表现出比物理高度高的电磁高度。这可以允许减小该电介质谐振器天线的整体物理高度，而不牺牲无线性能。

Description

具有寄生元件的多层电介质谐振器天线
本申请要求于2022年9月23日提交的美国专利申请17/951,938号的优先权，该专利申请据此以引用方式全文并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。
背景技术
该电子设备通常包括无线通信电路。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至300GHz的通信。在这些频率下的操作可支持高吞吐量，但是可能带来重大挑战。例如，在毫米波和厘米波频率下的射频信号的特征可在于在信号通过各种介质传播期间的实质性衰减和/或失真。另外，如果不小心，天线可能表现出不足的带宽，并且存在导电电子设备部件可以使得难以将用于处理毫米波通信和厘米波通信的部件并入电子设备中。
发明内容
电子设备可设置有无线电路和外壳。该外壳可具有外围导电外壳结构和后部壁。显示器可与后部壁相对地安装到外围导电外壳结构。相控天线阵列可以大于10GHz的频率辐射通过显示器。
相控天线阵列可包括电介质谐振器天线。电介质谐振器天线可包括印刷电路上的第一电介质谐振元件、第一电介质谐振元件上的第二电介质谐振元件以及第二电介质谐振元件上的第三电介质谐振元件。至少第二电介质谐振元件和第三电介质谐振元件可具有不同的介电常数。电介质谐振器天线可以由一个或多个馈电探针馈电。
第一寄生元件可设置在第二电介质谐振元件和第三电介质谐振元件之间。附加地或另选地，第二寄生元件可设置在第三电介质谐振元件上。寄生元件可各自包括一个或多个导电贴片。这些寄生元件可充当在这些电介质谐振元件中形成电场图像的电磁反射镜。这可以允许电介质元件表现出减小的物理高度，同时保持扩大的电磁高度。这可以允许减小电介质谐振器天线的整体高度，而不牺牲无线性能。
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以被安装在电子设备内的例示性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例示性电介质谐振器天线的透视图。
图8是根据一些实施方案的具有多个堆叠电介质谐振器的例示性电介质谐振器天线的截面侧视图。
图9是根据一些实施方案的具有多个堆叠电介质谐振器和在堆叠电介质谐振器之间的馈电贴片的例示性电介质谐振器天线的截面侧视图。
图10是根据一些实施方案的具有多个堆叠电介质谐振器和在堆叠电介质谐振器之间的馈电贴片的例示性电介质谐振器天线的透明透视图。
图11是根据一些实施方案的随频率变化的天线性能(实现的增益)的曲线图，其示出了堆叠电介质谐振器之间的例示性馈电贴片可如何优化天线性能。
图12是根据一些实施方案的具有多个堆叠电介质谐振器和设置在堆叠电介质谐振器的辐射面上的寄生元件的例示性电介质谐振器天线的截面侧视图。
图13是根据一些实施方案的随频率变化的天线性能(实现的增益)的曲线图，其示出了设置在堆叠电介质谐振器的辐射面上的例示性寄生元件可如何维持天线性能同时允许减小堆叠电介质谐振器的大小。
图14和图15是根据一些实施方案的具有多个堆叠电介质谐振器和设置在堆叠电介质谐振器之一的辐射面上的寄生元件的例示性电介质谐振器天线的截面侧视图。
图16是根据一些实施方案的由导电贴片形成的例示性寄生元件的顶视图。
图17是根据一些实施方案的由多个导电贴片的图案形成的例示性寄生元件的顶视图。
图18是根据一些实施方案的由导电迹线的网格(网眼)图案形成的例示性寄生元件的顶视图。
具体实施方式
电子设备诸如图1的电子设备10可设置有包括天线的无线电路。该天线可用于发射和/或接收无线射频信号。天线可包括用于使用毫米波和厘米波信号执行无线通信和/或空间测距操作的相控天线阵列。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。
设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，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/或电介质部分。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(例如，电介质覆盖层)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。可利用塑料或其他电介质材料来填充隙缝或槽。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)。换句话讲，设备10可具有长度(例如，平行于Y轴线所测量的)、小于长度的宽度(例如，平行于X轴线所测量的)和小于宽度的高度(例如，平行于Z轴线所测量的)。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、合金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的一个或多个外表面(例如，设备10的用户可见的表面)，并且/或者可使用不形成设备10的外表面的内部结构(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)或其他结构来实现，这些其他结构形成设备10的外表面和/或用于隐藏外围导电外壳结构12W和/或后部外壳壁12R的导电部分以免被用户看到。
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可以包括显示器像素阵列。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可包括延伸到有效区域AA中(例如，在扬声器端口16处)的凹入区域或凹口。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。
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。还可以在显示器覆盖层中形成开口，以容纳端口诸如扬声器端口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(例如，由焊接或以其他方式连接在外围导电外壳结构12W的相对侧面之间的一个或多个金属部分形成的基本上矩形的片材)的平面导电外壳构件(有时被称为导电支撑板或背板)。导电支撑板可形成设备10的外后表面，或者可由电介质覆盖层(诸如薄装饰层、保护性涂层和/或可包括电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料的其他涂层)或其他结构覆盖，这些其他结构形成设备10的外表面和/或用于隐藏导电支撑板以免被用户看到(例如，导电支撑板可形成后部外壳壁12R的一部分)。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。区域22在本文中有时可被称为设备10的下部区域22或下端22。区域20在本文中有时可被称为设备10的上部区域20或上端20。
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中的天线可沿设备外壳的一个或多个边缘而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的下部区域22和/或上部区域20处)、位于设备外壳的中心中、位于其他适当位置中，或者位于这些位置中的一个或多个位置中。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电介质填充间隙，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，以使用于显示媒体、运行应用程序等的设备的区域最大化)，可以期望增加在设备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器有效区域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。例如，上部天线可形成在设备10的上部区域20中。例如，下部天线可形成在设备10的下部区域22中。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可以包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，闪存存储器或被配置为形成固态驱动器的其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。
控制电路28可以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可包括一个或多个处理器，诸如微处理器、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)、图形处理单元(GPU)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)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如/>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)。作为示例，控制电路28可包括基带电路(例如，一个或多个基带处理器)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100GHz之间的频率下的通信。例如，毫米波/厘米波收发器电路38可以支持在介于约30GHz与100GHz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可以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Ka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100GHz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(例如，约57GHz至61GHz的WiGig或60GHz Wi-Fi频带)、在约24GHz与90GHz之间的第5代移动网络或第5代无线系统(5G)新空口(NR)频率范围2(FR2)通信频带和/或约100GHz至1000GHz的第6代(6G)通信频带(例如，亚THz、THz或THF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/或厘米波频率下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。如果需要，毫米波/厘米波收发器电路38还可与外部装备进行双向通信(例如，通过双向毫米波/厘米波无线通信链路)。外部装备可包括其他电子设备诸如设备10、无线基站、无线接入点、无线附件，或者发射和接收毫米波/厘米波信号的任何其他所需装备。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可以包括用于处理在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。例如，非毫米波/厘米波收发器电路36可处理：无线局域网(WLAN)通信频带，诸如2.4GHz和5GHz(IEEE802.11)频带；无线个人局域网(WPAN)通信频带，诸如2.4GHz/>通信频带；蜂窝电话通信频带，诸如蜂窝低频带(LB)(例如，600MHz至960MHz)、蜂窝低中频带(LMB)(例如，1400MHz至1550MHz)、蜂窝中频带(MB)(例如，1700MHz至2200MHz)、蜂窝高频带(HB)(例如，2300MHz至2700MHz)、蜂窝超高频带(UHB)(例如，3300MHz至5000MHz)或在约600MHz与约5000MHz之间的其他蜂窝通信频带(例如，3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新空口频率范围1(FR1)频带等)；近场通信(NFC)频带(例如，13.56MHz)；卫星导航频带(例如，1575MHz的L1全球定位系统(GPS)频带、1176MHz的L5 GPS频带、全球导航卫星系统(GLONASS)频带、北斗导航卫星系统(BDS)频带等)；由IEEE802.15.4协议和/或其他UWB通信协议支持的超宽带(UWB)通信频带(例如，6.5GHz的第一UWB通信频带和/或8.0GHz的第二UWB通信频带)；和/或任何其他所需通信频带。
由射频收发器电路处理的通信频带在本文中有时可被称为频率带或简称为“频带”并且可跨对应的频率范围。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、开关电路、传输线结构，以及用于处理射频信号的其他电路。
一般来讲，在无线电路34中的收发器电路可以覆盖(处理)任何感兴趣的所需频率带。如图2所示，无线电路34可包括天线40。收发器电路可使用一个或多个天线40来传送射频信号(例如，天线40可为收发器电路传送射频信号)。如本文所用，术语“传送射频信号”意指射频信号的发射和/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下的链路和/>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形成(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，诸如电介质谐振器天线。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的正天线馈电端子。
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可如何形成相控天线阵列。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)或波束形成电路。
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(LOS)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，波束操控被示为在单个自由度上执行(例如，朝图4页面上的左边和右边)。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以被安装在设备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)。虽然本文描述了相控天线阵列是辐射通过显示器14的面向前部的相控天线阵列的示例，但是在另一合适的布置中，相控天线阵列可以是辐射通过外围导电外壳结构12W中的一个或多个孔的面向侧部的相控天线阵列。
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(DRA)。在这一示例中，天线40包括被安装到底层基板(诸如电路板72)的电介质谐振元件92。例如，电路板72可以是柔性印刷电路板或刚性印刷电路板。
电路板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)。电路板72可以使用粘合剂被粘附到后部外壳壁12R，可以被压靠(例如，被放置成接触)后部外壳壁12R或者可以与后部外壳壁12R分开。电路板72可以具有在天线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，电路板72的第二端部可以耦接到图5的天线模块64。
如图6中所示，电路板72可以包括堆叠电介质层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)可以图案化在电路板72的顶部表面76上。导电迹线(诸如导电迹线80)可以图案化在电路板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可以使用延伸通过电路板72的导电通孔(为了清楚起见，在图6中未示出)短接到电路板72内和/或电路板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形成在顶部表面76上，而接地迹线80形成在电路板72的底部表面78上。如果需要，一个或多个电介质层70可以在导电迹线82上分层，和/或一个或多个电介质层70可以在接地迹线80下分层。
可以使用形成在电路板72上和/或嵌入其内的射频传输线(诸如射频传输线74)对天线40进行馈电。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，可以使用电路板72中和/或其上的任何所需的传输线结构对天线40进行馈电。
天线40的电介质谐振元件92可以由被安装到电路板72的顶部表面76的电介质材料圆柱(柱)形成。如果需要，电介质谐振元件92可以嵌入(例如，横向围绕)在被安装到电路板72的顶部表面76的电介质基板(诸如电介质基板90)内。电介质谐振元件92可以具有在电路板72处的第一(底部)表面100和在显示器14处的相对的第二(顶部)表面98。底部表面100有时可以被称为电介质谐振元件92的底端100、底面100、近端100或近侧表面100。类似地，顶部表面98在本文中有时可以被称为电介质谐振元件92的顶端98、顶面98、远端98或远侧表面98。电介质谐振元件92可以具有从顶部表面98延伸到底部表面100的竖直侧壁102。电介质谐振元件92可以沿穿过顶部表面98和底部表面100两者的中心的中心轴线/纵向轴线(例如，平行于Z轴)延伸。
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可以由介电常数为εr3的电介质材料柱形成。介电常数εr3可以相对高(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可以由介电常数为εr4的材料形成。介电常数εr4可以小于电介质谐振元件92的介电常数εr3(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εr4可以比介电常数εr3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可以由模制塑料(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εr4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。在一些场景中，狭槽形成在柔性印刷电路的顶部表面76上的接地迹线中，狭槽被嵌入在电路板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，在这些场景中，天线的辐射特性可能受到电介质谐振元件如何被安装到电路板72的影响。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可以包括馈电导体84。馈电导体84可以包括电介质谐振元件92的给定侧壁102上的第一部分。馈电导体84可以由被压靠侧壁102的冲压片材金属贴片形成(例如，通过偏置结构和/或电介质基板90)。在另一种合适的布置中，馈电导体84可以由直接图案化到侧壁102(例如，使用溅射工艺、激光直接结构化工艺或其他导电沉积技术)的导电迹线形成。馈电导体84可以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。
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。这可以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在本文中有时可称为电介质辐射元件92、电介质谐振器92、电介质辐射器92、电介质天线谐振元件92、电介质列92、列92、电介质块92、块92、电介质柱92、辐射元件92或谐振元件92。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可以由介电常数εr1小于介电常数εr3的电介质材料形成。例如，介电常数εr1可以介于约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，如果需要，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可以由介电常数为εr2的电介质材料形成。介电常数εr2可以大于介电常数εr1并且小于介电常数εr3。例如，介电常数εr2可以等于SQRT(εr1*εr3)，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可以允许射频信号传播而不面向介电常数为εr1的材料与介电常数为εr3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之间的频率的厘米波长或毫米波长)除以恒定因子(例如，εr2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。这仅是例示性的，并且如果需要，可以省略电介质匹配层94。
当以这种方式被配置时，天线40可以辐射射频信号104通过设备10的正面，尽管其耦接到位于设备10的后部处的电路板上的毫米波/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(例如，图6的底部表面100)可以被安装到电路板72的顶部表面76上。可使用多个馈电探针85(诸如被安装到电介质谐振元件92和电路板72的第一馈电探针85V和第二馈电探针85H)对天线40进行馈电。馈电探针85V包括电介质谐振元件92的第一侧壁102上的馈电导体84V。馈电探针85H包括电介质谐振元件92的第二(正交)侧壁102上的馈电导体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可以包括电路板72的顶部表面76上的导电迹线122V和导电迹线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可以包括电路板72的顶部表面76上的导电迹线122H和导电迹线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和导电迹线120H可以例如为电路板72的顶部表面76上的导电接触焊盘。馈电探针85V的馈电导体84V可以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的馈电导体84H可以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)。侧壁102可以在中心轴线/纵向轴线109的方向上(例如，在+Z方向上)延伸。中心轴线/纵向轴线109可以穿过电介质谐振元件92的顶部表面和底部表面两者的中心(例如，图6的顶部表面98和底部表面100)。
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可以为2mm-10mm、4mm-6mm、3mm-7mm、4.5mm-5.5mm、3mm-4mm、3.5mm或大于2mm。宽度112和长度110可以各自为0.5mm-1.0mm、0.4mm-1.2mm、0.7mm-0.9mm、0.5mm-2.0mm、1.5mm-2.5mm、1.7mm-1.9mm、1.0mm-3.0mm等。宽度112可以等于长度110或者在其他布置方式中可以不同于长度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)。
馈电导体84V和馈电导体84H可以各自具有宽度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。馈电导体84V和馈电导体84H可以具有其他形状(例如，具有任何所需数量的笔直边缘和/或弯曲边缘的形状)。
其中电介质谐振元件92由单个整体式电介质材料形成的图6和图7的示例仅是例示性的。如果需要，天线40可包括具有不同材料特性的多个堆叠电介质谐振元件92，以有效加宽天线的带宽。在这些示例中，天线40在本文中有时可以被称为堆叠电介质谐振器天线。图8是示出天线40可如何包括具有不同材料特性的多个堆叠电介质谐振元件92的一个示例的截面侧视图。
如图8所示，天线40可包括安装到电路板72的第一电介质谐振元件92C(例如，第一电介质谐振元件92C可具有形成天线40的底表面100的底表面，并且可具有相对的顶表面130)。天线40还可包括安装到第一电介质谐振元件92C(堆叠在其上)的第二电介质谐振元件92B(例如，第二电介质谐振元件92B可具有安装到第一电介质谐振元件92C的顶表面130的底表面136并且可具有相对的顶表面132)。第二电介质谐振元件92B可使用粘合剂薄层(未示出)和/或使用塑料重叠注塑件安装到第一电介质谐振元件92C，该塑料重叠注塑件用于将第二电介质谐振元件92B保持在第一电介质谐振元件92C(例如，图6的电介质基板90)上方的适当位置。
如果需要，天线40还可包括安装到第二电介质谐振元件92B(堆叠在其上)的第三电介质谐振元件92A(例如，第三电介质谐振元件92A可具有安装到第二电介质谐振元件92B的顶表面132的底表面134，并且可具有形成天线40的顶表面98的相对顶表面)。第三电介质谐振元件92A可使用粘合剂薄层(未示出)和/或使用塑料重叠注塑件(例如，图6的电介质基板90)安装到第二电介质谐振元件92B，该塑料重叠注塑件用于将第三电介质谐振元件92A保持在第二电介质谐振元件92B和第一电介质谐振元件92C上方的适当位置。
第一电介质谐振元件92C可以由第一材料形成，该第一材料具有第一介电常数dkz(例如，对应于εrz)。第二电介质谐振元件92B可以由第二材料形成，该第二材料具有第二介电常数dky(例如，对应于εry)。第三电介质谐振元件92A可以由第三材料形成，该第三材料具有第三介电常数dkx(例如，对应于εrx)。在一些实施方案中，第一材料、第二材料和第三材料中的每一者可不同(例如，介电常数dkx、dky和dkz可各自不同)。如果需要，这些材料中的两种或更多种材料可以相同(例如，介电常数dkx、dky和dkz中的两者或更多者可以相同)。在本文作为示例描述的一些具体实施中，电介质谐振元件92B和92C由第一材料形成(例如，dky＝dkz)，而电介质谐振元件92A由不同于第一材料的第二材料形成(例如，dkx可以不同于dky和dkz)。
第一电介质谐振元件92C可具有由宽度W3分开的侧壁102C。第二电介质谐振元件92B可具有由宽度W2分开的侧壁102B。第三电介质谐振元件92A可具有由宽度W1分开的侧壁102A。宽度W1、W2和W3可以相等，使得电介质谐振元件92A、92B和92C形成不同堆叠材料的单个线性列(例如，侧壁102A、102B和102C可在天线40的侧边周围的相同平面中彼此齐平)。如果需要，宽度W1、W2和W3中的两者或更多者可以不同。侧壁102A、102B和/或102C可以是平面的(例如，如图8所示的直的或线性的)、弯曲的、倾斜的、成角度的、波纹的，或者可具有任何期望的形状以调节天线40的响应。第一电介质谐振元件92C还可具有平行于Z轴的高度HC。第二电介质谐振元件92B可具有高度HB。第三电介质谐振元件92C可具有高度HA。高度HA、HB和HC可以相等，或者如果需要，高度HA、HB和HC中的两者或更多者可以不同。
如果需要，介电常数dkx可以小于介电常数dky和dkz。在介电常数dky不同于介电常数dkz的具体实施中，介电常数dky可小于介电常数dkz。以这种方式使列的介电常数逐渐减小可用于最大化天线40的带宽。例如，介电常数为dkx的第三电介质谐振元件92A可允许主要由第一电介质谐振单元92C和/或第二电介质谐振元件92B支持的一阶电磁谐振模式在+Z方向上进一步延伸到第三电介质谐振单元92A中，从而相对于仅使用单个电介质谐振元件的场景扩展天线40的带宽。
在图8的示例中，馈电探针85耦接到电介质谐振元件92C的侧壁102C(例如，馈电探针85可在电介质谐振元件92C处向天线40馈电)。如果需要，馈电探针85可嵌入在天线40的堆叠电介质谐振元件内和/或之间。图9是示出天线40可如何由嵌入天线40的堆叠电介质谐振器内和/或之间的一个或多个馈电探针馈电的截面侧视图。
如图9所示，天线40可由第一馈电探针85H和/或第二馈电探针85V馈电(例如，用于覆盖多个极化)。馈电探针85H和85V可嵌入天线40中的一个或多个电介质谐振元件92中和/或两个电介质谐振元件92之间。例如，馈电探针85H和85V可各自包括耦接到(例如，终止于)相应导电贴片142的相应导电通孔138。导电通孔138可从底表面100延伸穿过电介质谐振元件92C到达顶表面130。
导电通孔138可耦接到电路板72上或该电路板内的信号迹线82。在信号迹线82嵌入电路板72的层内的具体实施中，导电通孔138可延伸穿过电路板72的一些层。在信号迹线82设置在电路板72的顶表面76上的具体实施中，信号迹线82可包括接触焊盘，并且导电通孔138可耦合(例如，焊接)到接触焊盘。导电通孔138可以是延伸穿过电介质谐振元件92C的材料的导电通孔，而不是被层叠、压制或图案化到电介质谐振元件92C的侧壁102C上。
导电贴片142可安装、图案化、印刷、层叠或以其他方式设置在电介质谐振元件92C的顶表面130上(例如，在将电介质谐振元件92B堆叠到电介质谐振元件92C上之前)。导电贴片可包括导电迹线、金属片、金属箔或任何其他期望的导电材料。当电介质谐振元件92B堆叠到电介质谐振元件92C上时，导电贴片142可接触电介质谐振元件92B的底表面136(例如，导电贴片142可以层叠或夹在电介质谐振元件92B和92C之间)。
当发射射频信号时，导电通孔138和导电贴片142可用作激励电介质谐振元件92C、92B和/或92A的一个或多个电磁谐振模式的馈电探针85。当接收射频信号时，导电通孔138和导电贴片142可将入射的射频信号传递到信号迹线82上。如果需要，可从馈电探针85H和85V中省略导电贴片142。然而，如果不小心，使用不同材料来形成电介质谐振元件92A、92B和/或92C可能沿天线40的长度(例如，在Z方向上)呈现阻抗不连续性，这可能不期望地限制天线性能。例如，导电通孔138可面对顶表面130处的电介质谐振元件92B和92C之间和/或顶表面132处的电介质谐振元件92B和92A之间的射频阻抗边界。
为了减轻这些问题，导电贴片142可设置有宽度144。宽度144可以比导电通孔138的宽度宽。可选择宽度144以执行电介质谐振元件92B、92A和/或92C之间的阻抗匹配(例如，以在天线40的操作频率下沿着天线40在Z方向上形成比在省略导电贴片142并且馈电探针85仅包括导电通孔138的具体实施中更平滑的阻抗过渡)。以这种方式，导电贴片142可以对天线40中的导电通孔138和电介质谐振元件之间的馈电探针85H和85V执行阻抗匹配。导电贴片142在本文中有时可称为贴片元件142、馈电元件142、馈电焊盘142、馈电贴片142、着陆焊盘142、阻抗匹配贴片142、导电结构142、导电元件142或金属贴片142。
图10是示出馈电探针85H和85V可如何嵌入天线40的电介质谐振元件内和之间的透明透视图。在图10的示例中，为了清楚起见，省略了电介质谐振元件92A。如图10所示，导电通孔138可从电介质谐振元件92C的底表面100延伸穿过电介质谐振元件92C的体积(例如，电介质基板、块、层或列)到达该电介质谐振元件的顶表面130和电介质谐振元件92B的底表面136。导电通孔138可终止于导电贴片142处。
导电贴片142可设置或插入在顶表面130和底表面136之间。馈电探针85V和85H中的导电通孔138和导电贴片142可设置在电介质谐振元件92C的两个不同的正交侧壁处或沿着这些正交侧壁设置，以支持正交极化。导电贴片142可具有宽度144以形成用于由天线40传送的射频信号的平滑阻抗过渡。在图10的示例中，导电贴片142具有矩形或正方形形状。这仅仅是例示性的，并且一般来讲，导电贴片142可具有其他形状(例如，具有任何期望数量的弯曲边缘和/或直边缘)，以执行探针馈电85H和85V的期望阻抗匹配。
图9和图10的示例仅为例示性的。如果需要，天线40可仅包括具有单个导电通孔138和导电贴片142的单个馈电探针85(例如，用于传送单个极化或非极化信号)。导电贴片142可设置在顶表面130上的任何期望位置处。如果需要，导电通孔138可以用图案化到电介质谐振元件92C的侧壁上并且耦接到夹在电介质谐振元件92B和92C之间的导电贴片142的导电迹线来代替。如果需要，可以省略图9的电介质谐振元件92A(例如，天线40可包括两个堆叠电介质谐振元件92B和92C)。如果需要，导电通孔138也可以延伸穿过电介质谐振元件92B，并且导电贴片142可设置在电介质谐振元件92A和92B之间。电介质谐振元件92A、92B和92C可以具有其他形状的侧壁。
图11是随频率变化的天线性能(实现的增益)的曲线图，示出了导电贴片142可如何用来优化天线40的无线性能。图11的曲线150绘出了在没有导电贴片142的情况下(例如，其中馈电探针85仅包括用于向天线40馈电的导电通孔138)的天线40的性能。曲线152绘出了在馈电探针85中具有导电贴片142的天线40的性能。
如曲线150和152所示，导电贴片142可用于提升天线40在至少第一频带B1(例如，37GHz至43GHz)和第二频带B2(例如，大于46GHz)中的无线性能。例如，导电贴片142可有助于在频带B1和B2中的频率下在由不同材料形成的多个堆叠电介质谐振元件92上沿天线40的纵轴形成更平滑的阻抗过渡。这种平滑的阻抗过渡可减少在电介质谐振元件92之间的边界处的不期望的信号反射，从而最小化信号损失并且最大化实现的增益。图11的示例仅为例示性的。在实践中，曲线150和152可具有其他形状，并且频带B1和B2可包括任何期望的频率。
一般来讲，可能期望在不牺牲天线性能的情况下减小天线40(图8)的高度114。这种高度的减小可以例如允许设备10具有更薄的形状因数和/或可以适应设备10中其他部件的存在。为了在不牺牲天线性能的情况下减小天线40的高度，可在天线40中的堆叠电介质谐振元件的一个或多个辐射面上设置一个或更多个寄生元件。
图12是示出寄生元件可如何设置在天线40中的堆叠电介质谐振元件的辐射面上的一个示例的截面侧视图。电介质谐振元件92的垂直于射频信号104(图6)的传播方向并且射频信号104通过的面(表面)在本文中有时可称为电介质谐振元件的辐射面。电介质谐振元件的不发射射频信号104的面(表面)在本文中有时可称为电介质谐振元件的非辐射面。因此，电介质谐振元件92C的顶表面130、电介质谐振元件92B的底表面136和顶表面132以及电介质谐振元件92A的底表面134和顶表面98可形成天线40的辐射面。另一方面，侧壁102A、102B和102C(图8)可形成天线40的非辐射面。
如图12所示，天线40可包括一个或多个寄生元件154，例如至少第一寄生元件154A和第二寄生元件154B。寄生元件154是电磁浮动的并且不连接到地电位或信号源。寄生元件154A可设置在天线40的辐射面上，例如电介质谐振元件92B的顶表面132。换句话讲，寄生元件154A可夹在电介质谐振元件92A和电介质谐振元件92B之间。寄生元件154B可设置在天线40的辐射面上，例如电介质谐振元件92A的顶表面98(例如，至少部分地与寄生元件154A重叠)。寄生元件154A和154B可各自包括一个或多个导电贴片(由导电迹线、金属片、金属箔等制成的贴片元件)。因此，寄生元件154A和154B在本文中有时可称为寄生贴片154A和154B、寄生贴片元件154A和154B，或简称为寄生154A和154B。
为了清楚起见，图12、图14和图15中省略了馈电探针85。图12、图14和图15的天线40可使用耦接到电介质谐振元件92C(图8)的侧壁的一个或多个馈电探针85来馈电，或者可使用延伸穿过电介质谐振元件92C并且夹在电介质谐振元件92B和92C(图9和图10)之间的一个或多个馈电探针85来馈电。图12的天线40不需要使用馈电探针来馈电，并且通常可使用任何期望的馈电结构(例如，槽馈)来馈电。
寄生元件154可充当天线40内的电场的电磁反射镜，其用以减小天线40的总高度而不牺牲天线性能(例如，减小到小于图8的高度114的高度114')。例如，当天线40的馈电探针激励电介质谐振元件92B的电磁谐振模式时，寄生元件154A可形成电介质谐振元件92B内存在的电场的电磁反射镜，从而在寄生元件154A的相对侧上(例如，在电介质谐振元件92A的体积内)产生电场的(虚拟/镜)图像。电场的图像可以有效地和相长地与电介质谐振元件92B内的(真实)电场相加。这允许电介质谐振元件92B对于通过天线40传播的射频信号在电学上表现为如同电介质谐振元件表现出比其实际更大的高度。换句话讲，这允许减小电介质谐振元件92B的高度，同时允许电介质谐振元件92B在电学上表现为如同电介质谐振元件具有较大的高度(例如，图8的高度HB)。
类似地，当天线40的馈电探针激励电介质谐振元件92A的电磁谐振模式时，寄生元件154B可形成电介质谐振元件92A内存在的电场的电磁反射镜，从而在寄生元件154B的相对侧上(例如，在电介质谐振元件92A上方具有与电介质谐振元件92A近似相同尺寸的空间体积内)产生电场的(虚拟/镜)图像。电场的该图像可以与电介质谐振元件92A内的(真实)电场相长地相加。这允许电介质谐振元件92A对于通过天线40传播的射频信号在电学上表现为如同电介质谐振元件表现出比其实际更大的高度。换句话讲，这允许减小电介质谐振元件92A的高度，同时允许电介质谐振元件92A在电学上表现为如同电介质谐振元件具有较大的高度(例如，图8的高度HA)。
如图12中所示，将寄生元件154B设置在电介质谐振元件92A的顶表面98上可允许电介质谐振元件92A表现出小于图8的高度HA的(物理)高度HE，同时表现出与具有高度HA并且没有寄生元件154A的电介质谐振元件92A类似的射频(电磁)性能(例如，电介质谐振元件92A可表现出等于HA的电磁高度但是短得多的物理高度HE)。
在图12的示例中，电介质谐振元件92B和92C均由具有介电常数dky的相同材料形成。在该示例中，将寄生元件154A设置在电介质谐振元件92B的顶表面132上可允许电介质谐振元件92B和92C表现出小于图8的高度HB和HC之和的共同(物理)高度HD，同时表现出与没有寄生元件154A的电介质谐振元件类似的射频(电磁)性能(例如，电介质谐振元件92B和92C可表现出等于HB+HC的电磁高度但是低得多的物理高度HD)。以此方式，寄生元件154A和154B可允许减小天线40的总高度(到减小的高度114')，而不牺牲射频性能(例如，同时表现出与天线具有图8的高度114类似的射频性能)。减小的高度114'可以是例如高度114的大约一半(例如，减小的高度114'可以低至1mm至2mm，而高度114可以是约2mm至4mm)。换句话讲，寄生元件154A和154B可允许天线40的50％小型化而不牺牲无线性能。
图13为随频率变化的天线性能(实现的增益)的曲线图，示出了寄生元件154A和154B可如何允许减小天线的高度而不牺牲天线的无线性能。图13的曲线160绘出了在没有寄生元件154的情况下天线40的性能(例如，其中电介质谐振元件92A具有高度HA，电介质谐振元件92B具有高度HB，并且电介质谐振元件92C具有高度HC，如图8所示)。曲线158绘出了具有寄生元件154A和154B的天线40的性能(例如，其中电介质谐振元件92A具有高度HE，并且电介质谐振元件92B和电介质谐振元件92C共同地具有高度HD，如图12所示)。
如曲线158和160所示，寄生元件154可允许天线40在至少一个频带B3(例如，24.25GHz至29.5GHz)上维持与当天线40具有高度114(图8)时基本类似的无线性能，尽管天线40反而表现出减小的高度114'。这可以允许减小设备10的尺寸，而基本上不影响天线40的性能。图13的示例仅为例示性的。在实践中，曲线158和160可具有其他形状，并且频带B3可包括任何期望的频率。
天线40包括寄生元件154A和154B两者的图12的示例仅为例示性的。如果需要，可省略寄生元件154A或154B中的一者。图14是示出天线40包括寄生元件154A而不包括寄生元件154B的示例的截面侧视图。如图14所示，寄生元件154A可允许电介质谐振元件92B和92C共同表现出高度HD(例如，图8的高度HB+HC的大约一半)，同时表现出与图8的具有较大高度HB+HC的电介质谐振元件类似的射频性能。
由于电介质谐振元件92A的顶表面98没有寄生元件，所以电介质谐振元件92A可以具有高度HA。这可以将天线40配置为表现出与图8、图9和图12的天线40类似水平的射频性能，同时表现出大于减小的高度114'(图12)并且小于高度114(图8)的中间高度114"。中间高度114"可以是高度114的大约3/4。换句话讲，寄生元件154A可允许天线40的25％小型化而不牺牲无线性能。
类似地，图15是示出天线40包括寄生元件154B但不包括寄生元件154A的示例的截面侧视图。如图15所示，寄生元件154B可允许电介质谐振元件92A表现出高度HE(例如，图8的高度HA的大约一半)，同时表现出与具有高度HA的电介质谐振元件类似的射频性能。
由于电介质谐振元件92C的顶表面130没有寄生元件，所以电介质谐振元件92C可具有高度HC，并且电介质谐振元件92B可具有高度HB。这可以将天线40配置为表现出与图8、图9、图12和图14的天线40类似水平的射频性能，同时表现出中间高度114"。换句话讲，寄生元件154B可允许天线40的25％小型化而不牺牲无线性能。如果需要，天线40可包括多于三个的堆叠电介质谐振元件92以及在堆叠电介质谐振元件上或之间的任何期望数量的寄生元件。
天线40的辐射面上的寄生元件154可具有任何期望的形状。一般来说，可选择每个寄生元件154的形状、图案及配置以调谐天线40的辐射响应(例如，调谐下面的电介质谐振元件与上面的电介质谐振元件之间的边界条件以形成用于在期望频率下恢复期望量的无线性能的适合的场图像)。
图16是示出给定寄生元件154(例如，寄生元件154A或寄生元件154B)可如何由下面的电介质谐振元件92(例如，电介质谐振元件92A或电介质谐振元件92B)上的矩形导电贴片形成的顶视图。如图16所示，寄生元件154可由具有长度170和宽度172的单个连续导电贴片(例如，由导电迹线或其他导电材料形成的贴片元件或贴片)形成。长度170和宽度172可以相等或可以不同。更一般地来讲，寄生元件154可具有任何期望的形状，其具有任何期望数量的直边缘和/或弯曲边缘。寄生元件154可覆盖下面的电介质谐振元件的全部辐射表面或者少于全部辐射表面(例如，辐射表面的80％至95％、辐射表面的50％至99％、辐射表面的50％至80％、少于50％等)。
如果需要，寄生元件154可由以任何期望图案布置的多个导电贴片形成。图17是示出寄生元件154可如何由以像素化图案布置在下面的电介质谐振元件92上的多个导电贴片174(寄生贴片元件)形成的一个示例的顶视图。一般来讲，寄生元件154可包括任何期望数量的导电贴片174，其具有任何期望的形状(例如，具有任何期望数量的弯曲边缘和/或直边缘)并且以任何期望的图案布置在下面的电介质谐振元件92上。
如果需要，寄生元件154可由以网格或网眼图案布置的导电贴片形成，如图18的示例中所示。如图18所示，寄生元件154可包括在下面的电介质谐振元件92上的条形导电贴片176(例如，交叉导电迹线的网格或网眼)。在图18的示例中，网格是矩形网格。这仅是例示性的，并且通常，网格可具有任何期望的形状或图案。如果需要，可使用这些布置的组合。
设备10可收集和/或使用个人可识别信息。众所周知，使用个人可识别信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，其包括：外壳；在所述外壳上的电介质覆盖层；第一电介质谐振元件；堆叠到所述第一电介质谐振元件上的第二电介质谐振元件，所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件被配置为通过所述电介质覆盖层传送射频信号；以及夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间的导电贴片。
根据另一个实施方案，所述第二电介质谐振元件具有在所述第一电介质谐振元件上的第一表面和相对的第二表面，还包括设置在所述第二表面上的附加导电贴片。
根据另一个实施方案，所述附加导电贴片与所述导电贴片重叠。
根据另一个实施方案，所述电子设备包括印刷电路以及安装到所述印刷电路的第三电介质谐振元件，所述第一电介质谐振元件堆叠到所述第三电介质谐振元件上。
根据另一个实施方案，所述电子设备包括馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第三电介质谐振元件并且被配置为激励所述第一电介质谐振元件、所述第二电介质谐振元件和所述第三电介质谐振元件以传送所述射频信号。
根据另一个实施方案，所述馈电探针设置在所述第三电介质谐振元件的侧壁上。
根据另一个实施方案，所述馈电探针包括：延伸穿过所述第三电介质谐振元件的导电通孔；以及导电贴片，所述导电贴片设置在所述第三电介质谐振元件和所述第一电介质谐振元件之间并且耦接到所述导电通孔。
根据另一个实施方案，所述电子设备包括印刷电路以及安装到所述印刷电路的第三电介质谐振元件，所述第一电介质谐振元件堆叠到所述第三电介质谐振元件上。
根据另一个实施方案，所述导电贴片具有矩形形状。
根据另一个实施方案，所述电子设备包括夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间的一组附加导电贴片，所述导电贴片和所述一组附加导电贴片以像素化图案布置。
根据另一个实施方案，所述电子设备包括夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间的一组附加导电贴片，所述导电贴片和所述一组附加导电贴片以网眼图案布置。
根据另一个实施方案，所述第一电介质谐振元件具有第一介电常数，并且所述第二电介质谐振元件具有小于所述第一介电常数的第二介电常数。
根据一个实施方案，提供了一种电介质谐振器天线，其包括：第一电介质块，所述第一电介质块具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第二电介质块，所述第二电介质块具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，所述第三表面安装到所述第一电介质块的所述第二表面；第三电介质块，所述第三电介质块具有第五表面和与所述第三表面相对的第六表面，所述第五表面安装到所述第二电介质块的所述第四表面；馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一电介质块并且被配置为激励所述第一电介质块、所述第二电介质块和所述第三电介质块以传送射频信号；以及寄生贴片，所述寄生贴片设置在所述第四表面与所述第五表面之间。
根据另一个实施方案，所述电介质谐振器天线包括设置在所述第六表面上的附加寄生贴片。
根据另一个实施方案，所述馈电探针包括：导电通孔，所述导电通孔从所述第一表面穿过所述第一电介质块延伸到所述第二表面；以及导电贴片，所述导电贴片设置在所述第二表面和所述第三表面之间并且耦接到所述导电通孔。
根据另一个实施方案，所述第一电介质块具有第一介电常数，所述第二电介质块具有所述第一介电常数，并且所述第三电介质块具有小于所述第一介电常数的第二介电常数。
根据一个实施方案，提供了一种电介质谐振器天线，其包括：第一电介质块，所述第一电介质块具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第二电介质块，所述第二电介质块具有第三表面和与所述第三表面相对的第四表面，所述第三表面安装到所述第一电介质块的所述第二表面；第三电介质块，所述第三电介质块具有第五表面和与所述第三表面相对的第六表面，所述第五表面安装到所述第二电介质块的所述第四表面；馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一电介质块并且被配置为激励所述第一电介质块、所述第二电介质块和所述第三电介质块以传送射频信号；以及设置在所述第六表面上的寄生元件。
根据另一个实施方案，所述馈电探针包括：导电通孔，所述导电通孔从所述第一表面穿过所述第一电介质块延伸到所述第二表面；以及导电贴片，所述导电贴片设置在所述第二表面和所述第三表面之间并且耦接到所述导电通孔。
根据另一个实施方案，所述寄生元件包括多个导电贴片。
根据另一个实施方案，所述多个导电贴片以交叉网格图案布置。
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，所述电子设备包括：
外壳；
在所述外壳上的电介质覆盖层；
第一电介质谐振元件；
堆叠到所述第一电介质谐振元件上的第二电介质谐振元件，所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件被配置为通过所述电介质覆盖层传送射频信号；和
导电贴片，所述导电贴片夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二电介质谐振元件具有在所述第一电介质谐振元件上的第一表面和相对的第二表面，所述电子设备还包括：
设置在所述第二表面上的附加导电贴片。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述附加导电贴片与所述导电贴片重叠。
4.根据权利要求2所述的电子设备，所述电子设备还包括：
印刷电路；和
安装到所述印刷电路的第三电介质谐振元件，其中所述第一电介质谐振元件堆叠到所述第三电介质谐振元件上。
5.根据权利要求4所述的电子设备，所述电子设备还包括：
馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第三电介质谐振元件并且被配置为激励所述第一电介质谐振元件、所述第二电介质谐振元件和所述第三电介质谐振元件以传送所述射频信号。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述馈电探针设置在所述第三电介质谐振元件的侧壁上。
7.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述馈电探针包括：
延伸穿过所述第三电介质谐振元件的导电通孔；和
导电贴片，所述导电贴片设置在所述第三电介质谐振元件和所述第一电介质谐振元件之间并且耦接到所述导电通孔。
8.根据权利要求1所述的电子设备，所述电子设备还包括：
印刷电路；和
安装到所述印刷电路的第三电介质谐振元件，其中所述第一电介质谐振元件堆叠到所述第三电介质谐振元件上。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述导电贴片具有矩形形状。
10.根据权利要求1所述的电子设备，所述电子设备还包括：
夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间的一组附加导电贴片，所述导电贴片和所述一组附加导电贴片以像素化图案布置。
11.根据权利要求1所述的电子设备，所述电子设备还包括：
夹在所述第一电介质谐振元件和所述第二电介质谐振元件之间的一组附加导电贴片，所述导电贴片和所述一组附加导电贴片以网眼图案布置。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一电介质谐振元件具有第一介电常数，并且所述第二电介质谐振元件具有小于所述第一介电常数的第二介电常数。
13.一种电介质谐振器天线，所述电介质谐振器天线包括：
第一电介质块，所述第一电介质块具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第二电介质块，所述第二电介质块具有第三表面和与所述第三表面相对的第四表面，其中所述第三表面安装到所述第一电介质块的所述第二表面；
第三电介质块，所述第三电介质块具有第五表面和与所述第三表面相对的第六表面，其中所述第五表面安装到所述第二电介质块的所述第四表面；
馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一电介质块并且被配置为激励所述第一电介质块、所述第二电介质块和所述第三电介质块以传送射频信号；和
寄生贴片，所述寄生贴片设置在所述第四表面与所述第五表面之间。
14.根据权利要求13所述的电介质谐振器天线，所述电介质谐振器天线还包括：
设置在所述第六表面上的附加寄生贴片。
15.根据权利要求13所述的电介质谐振器天线，其中所述馈电探针包括：
导电通孔，所述导电通孔从所述第一表面穿过所述第一电介质块延伸到所述第二表面；和
导电贴片，所述导电贴片设置在所述第二表面和所述第三表面之间并且耦接到所述导电通孔。
16.根据权利要求13所述的电介质谐振器天线，其中所述第一电介质块具有第一介电常数，所述第二电介质块具有所述第一介电常数，并且所述第三电介质块具有小于所述第一介电常数的第二介电常数。
17.一种电介质谐振器天线，所述电介质谐振器天线包括：
第一电介质块，所述第一电介质块具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第二电介质块，所述第二电介质块具有第三表面和与所述第三表面相对的第四表面，其中所述第三表面安装到所述第一电介质块的所述第二表面；
第三电介质块，所述第三电介质块具有第五表面和与所述第三表面相对的第六表面，其中所述第五表面安装到所述第二电介质块的所述第四表面；
馈电探针，所述馈电探针耦接到所述第一电介质块并且被配置为激励所述第一电介质块、所述第二电介质块和所述第三电介质块以传送射频信号；和
设置在所述第六表面上的寄生元件。
18.根据权利要求17所述的电介质谐振器天线，其中所述馈电探针包括：
导电通孔，所述导电通孔从所述第一表面穿过所述第一电介质块延伸到所述第二表面；和
导电贴片，所述导电贴片设置在所述第二表面和所述第三表面之间并且耦接到所述导电通孔。
19.根据权利要求17所述的电介质谐振器天线，其中所述寄生元件包括多个导电贴片。
20.根据权利要求19所述的电介质谐振器天线，其中所述多个导电贴片以交叉网格图案布置。
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