CN117957718A - 多频段多馈电贴片天线及包括多频段多馈电贴片天线的用户设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种贴片天线，所述贴片天线包括布置在介电衬底一侧的至少两个不同的导电贴片阵列。所述至少两个导电贴片阵列中的每一个导电贴片阵列支持不同的频段。此外，所述至少两个导电贴片阵列中的每一个导电贴片阵列都设置有分离的馈电。此外，所述至少两个导电贴片阵列中的一个或多个导电贴片阵列(例如，用于低频的那些导电贴片阵列)的每一个导电贴片实现为通过间隙分隔的两个导电子贴片的组合，从而支持限定适当的工作频率带宽。所述贴片天线的这种配置还支持单独设计每一个导电贴片的尺寸，以及所述频段中的每一个频段的贴片间间隔。在一个实施例中，所述贴片天线适合集成到UE的显示结构中。

Description

多频段多馈电贴片天线及包括多频段多馈电贴片天线的用户 设备

技术领域

本发明大体上涉及贴片天线，更具体地，涉及用于支持多个频段并使用分离的馈电在各频段中运行的贴片天线，以及包括这种贴片天线的用户设备(user equipment，UE)。

背景技术

UE中需要支持越来越多的无线技术。这些技术可以包括如第二代(secondgeneration，2G)、第三代(third generation，3G)或第四代(fourth generation，4G)无线电等蜂窝技术，以及非蜂窝技术。在即将到来的第五代(fifth generation，5G)新空口(newradio，NR)技术中，工作频率范围将从sub-6GHz扩展到毫米波(mmWave)频率，例如，在20GHz与70GHz之间。在毫米波频率下，需要安装在UE中的天线阵列形成具有较高增益的波束，以克服传播介质中较高的路径损耗。但是，具有较高增益的天线辐射方向图和波束图案会导致波束宽度较窄。因此，可以利用波束转向技术来根据需要将波束转向不同的方向。

更具体地，UE应使用具有一般恒定等效全向辐射功率(equivalent isotropicradiated power，EIRP)/等效全向灵敏度(equivalent isotropic sensitivity，EIS)、分集/多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)性能的全向覆盖(omnidirectional-coverage/omnicoverage)毫米波天线，以实现在所有方向和取向上的稳定通信。全覆盖的要求可以由增强移动宽带(enhanced mobile broadband，eMBB)密集的城市用例定义，在这种用例中，朝向UE的视线(line-of-sight，LoS)概率很高。因此，为确保良好的性能，双极化应该是必要的。

传统上，毫米波天线实现为天线模块。然后，天线模块可以集成到UE的主电路板中。但是，由于可用的内部UE空间有限，将这种天线模块(与用于向天线模块馈电的射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)一起)集成到手机等小型UE中是一项具有挑战性的任务。

发明内容

本发明内容简单介绍了一些概念，在具体实施方式中会进一步描述这些概念。本发明内容并不打算确定本发明的关键特征，也不打算用于限制本发明的范围。

本发明的目的是提供一种技术方案，这种技术方案支持贴片天线在多个频段中运行，同时对每一个频段使用分离的馈电(例如，通过RFIC)。

上述目的是通过所附权利要求中独立权利要求的特征来实现的。其它实施例和示例在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

根据第一方面，提供了一种贴片天线装置。所述贴片天线包括介电衬底、第一导电贴片阵列和第二导电贴片阵列。第一导电贴片阵列布置在介电衬底上，并具有对应于第一频段的第一贴片间间隔。第一导电贴片阵列中的每一个导电贴片包括馈电端子。第二导电贴片阵列与第一导电贴片阵列相邻布置在介电衬底上，并具有第二贴片间间隔。第二贴片间间隔对应于不同于第一频段的第二频段。第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片包括第一导电子贴片和通过间隙与第一导电子贴片分隔的第二导电子贴片。每个第一导电子贴片包括馈电端子。间隙限定第二频段的带宽。在这种配置中，贴片天线可以支持不同的(即，第一和第二)频段。此外，贴片天线的这种配置还支持单独设计每一个贴片的尺寸，以及第一频段和第二频段中的每一个频段的贴片间间隔。这样一来，两个频段的半波长要求就可以得到最好的满足。此外，通过实现第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的第一子贴片与第二子贴片之间的间隙，可以获得在从第二频段中选择的工作频率附近的两个频率谐振，从而扩大工作频率带宽。换句话说，间隙大小限定了两个频率谐振的远近。

在第一方面的一个实施例中，所述第一导电贴片阵列中的每一个导电贴片呈方形。通过使用方形导电贴片，可以在UE(例如，手机)中提供它们的紧密封装布置。

在第一方面的一个实施例中，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片具有第一尺寸(例如，面积、直径等)，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第二导电子贴片具有第二尺寸。在本实施例中，第一尺寸等于或小于第二尺寸。通过使第一尺寸等于或小于第二尺寸，可以改变第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的第一子贴片与第二子贴片之间的电磁耦合，从而也减少或增加工作频率带宽(即，两个频率谐振之间的间隔)。

在第一方面的一个实施例中，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片和所述第二导电子贴片呈方形。通过使用方形导电子贴片，可以在UE中提供它们的紧密封装布置。

在第一方面的一个实施例中，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片呈T形，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第二导电子贴片呈方形。通过将T形第一子贴片与方形第二子贴片结合使用，可以增加工作频率带宽，并在整个第二频段上实现良好的宽边辐射。

在第一方面的一个实施例中，所述第一导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述馈电端子是微带线或共面波导。通过使用这种微带线或共面波导，可以改进天线功能。

在第一方面的一个实施例中，所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片的所述馈电端子是微带线或共面波导。通过使用这种微带线或共面波导，可以改进天线功能。

在第一方面的一个实施例中，所述介电衬底是光学透明膜。在本实施例中，所述第一导电贴片阵列和所述第二导电贴片阵列中的每一个中的每一个导电贴片具有网状结构。通过使用UE用户光学上不可见的介电衬底与网状导电贴片协同使用，可以将整个贴片天线集成到UE的显示结构中，从而实现所谓的“屏上天线”设计。这使得可以使用显示表面等等，用于信号接收和发送。

在第一方面的一个实施例中，所述网状结构具有单位单元，并且，所述第一导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的至少一个单位单元的宽度，并且所述第二导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的所述至少一个单位单元的宽度。通过使用这种馈电端子，可以改进天线功能。

在第一方面的一个实施例中，所述网状结构的所述单位单元呈多边形。通过使用这种形状的单位单元并适当地选择单位单元的大小，可以避免所谓的“莫尔效应”，这种效应在发光显示器上放置周期性图案时发生。

在第一方面的一个实施例中，所述第一导电贴片阵列中的每一个导电贴片布置在所述第二导电贴片阵列中的两个相邻导电贴片之间。这样一来，可以在UE中提供第一导电贴片阵列和第二导电贴片阵列的紧密封装布置。

在第一方面的一个实施例中，所述贴片天线还包括形成在所述介电衬底上、围绕所述第一导电贴片阵列和所述第二导电贴片阵列的电磁带隙(electromagnetic band-gap，EBG)结构。通过使用EBG结构，可以减少由表面波引起的波束失真。

在第一方面的一个实施例中，所述EBG结构实现为具有方形单位单元的金属网。这种网状EBG结构易于在UE的任何一侧实现。此外，通过改变方形单位单元的尺寸(面积)，可以确定EBG结构用作高阻抗表面所在的频率，从而抑制表面波。

在第一方面的一个实施例中，所述第一贴片间间隔等于来自所述第一频段的频率的平均半波长，所述第二贴片间间隔等于来自所述第二频段的频率的平均半波长。通过选择这种第一贴片间间隔和第二贴片间间隔，可以改进第一频段和第二频段中的天线功能。

在第一方面的一个实施例中，所述第一导电贴片阵列的一半沿第一方向定向，所述第一导电贴片阵列的另一半沿不同于所述第一方向的第二方向定向。同时，所述第二导电贴片阵列的一半在所述第一方向上定向，所述第二导电贴片阵列的另一半在所述第二方向上定向。通过在两个方向上定向第一导电贴片阵列和第二导电贴片阵列中的每一个的导电贴片，可以实现双极化贴片天线。

在第一方面的一个实施例中，所述贴片天线还包括第三导电贴片阵列，与所述第一导电贴片阵列和所述第二导电贴片阵列相邻布置在所述介电衬底上。第三贴片间间隔对应于不同于第一频段和第二频段的第三频段。第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片包括馈电端子。因此，如果需要并取决于特定应用，可以增加贴片天线支持的频段数量。

在第一方面的一个实施例中，所述第三导电贴片阵列的一半在所述第一方向上定向，所述第三导电贴片阵列的另一半在所述第二方向上定向。在这种情况下，贴片天线也可以在第三频段中提供双极化。

在第一方面的一个实施例中，所述第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片具有网状结构，所述网状结构具有多边形单位单元。在本实施例中，所述第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的至少一个多边形单位单元的宽度。通过使用这种网状导电贴片和通过适当选择多边形单位单元的尺寸，当第三导电贴片阵列布置在UE的显示器上或集成到UE的显示器上时，可以避免所谓的“莫尔效应”。此外，通过使用每一个馈电端子的这种宽度，可以改进天线功能。

在第一方面的一个实施例中，所述第三贴片间间隔等于来自所述第三频段的频率的平均半波长。通过选择这种第三贴片间间隔，可以改进第三频段中的天线功能。

根据第二方面，提供一种用于无线通信的UE。UE包括第一方面所述的贴片天线、处理单元、柔性印刷电路板(printed circuit board，PCB)和存储单元。柔性PCB包括一组微带线或一组共面波导，所述一组微带线或一组共面波导用于将处理单元耦合到贴片天线的馈电端子。存储单元耦合到处理单元，并存储处理器可执行指令。当由处理单元执行时，处理器可执行指令使处理单元通过使用贴片天线执行无线通信(例如，与另一UE)。通过使用这种贴片天线，UE可以在至少两个不同的频段中运行。此外，柔性PCB可以实现UE中贴片天线的不同布置，其微带线或共面波导可以提供更好的天线馈电(至少两个频段中的每一个频段分离)和天线功能。

在第二方面的一个实施例中，所述UE还包括显示器。在本实施例中，如果所述贴片天线的介电衬底实现为光学透明膜，并且所述贴片天线的每一个导电贴片具有网状结构，则所述贴片天线被布置在所述显示器上。通过使用这种贴片天线，可以避免所谓的“莫尔效应”，并且可以使用显示表面等用于信号接收和发送。

在阅读以下详细描述并回顾附图后，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。

附图说明

下文参考附图解释本发明，其中：

图1示出了现有技术提供的贴片天线的框图；

图2示出了现有技术提供的具有一种可能的贴片天线布置的UE的框图；

图3示出了现有技术提供的具有另一种可能的贴片天线布置的UE的框图；

图4示出了第一示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图5示出了第二示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图6示出了第三示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图7示出了第四示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图8示意性地示出了一个示例性实施例提供的包括图7中所示的贴片天线的UE显示结构；

图9示出了第五示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图10A和图10B示出了使用图4中所示的贴片天线和图9中所示的贴片天线在三个不同频率下获得的宽边辐射方向图的比较结果；

图11示出了第六示例性实施例提供的贴片天线的框图；

图12示意性地示出了一个示例性实施例提供的附加形成在图5中所示的贴片天线上的电磁带隙(EBG)结构；

图13示出了用于无线通信的UE的框图；

图14示意性地示出了一个示例性实施例提供的包括在图13中所示的UE中的柔性PCB耦合到图4中所示的贴片天线的馈电端子的方式。

具体实施方式

参考附图进一步详细地描述了本发明的各种实施例。但是，本发明可以许多其它形式体现，并且不应解释为限于在以下描述中讨论的任何特定结构或功能。相反，提供这些实施例是为了使本发明的描述详细和完整。

根据详细描述，对本领域技术人员显而易见的是，本发明的范围涵盖本文中公开的其任何实施例，无论本实施例是独立地实现还是与本发明的任何其它实施例一致地实现。例如，本文公开的装置在实践中可以通过使用本文提供的任何数量的实施例来实现。此外，应当理解，本发明的任何实施例都可以使用所附权利要求中提出的一个或多个特征来实现。

术语“示例性”在本文中用于“用作说明”的含义。除非另有说明，否则本文描述为“示例性”的任何实施例不应解释为优选或具有优于其它实施例的优点。

为了方便起见，任何定位术语，如“左”、“右”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”等在本文可以用于根据附图描述一个元件或特征与一个或多个其它元件或特征的关系。应该显而易见的是，定位术语旨在涵盖本文公开的装置的不同取向，以及附图中描绘的一个或多个取向。作为示例，如果想象将图中的装置顺时针旋转90度，则相对于其它元件或特征描述为“左”和“右”的元件或特征将分别定向在其它元件或特征的“上方”和“下方”。因此，本文中使用的定位术语不应解释为对本发明的任何限制。

虽然本文可以使用如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等数字术语来描述各种实施例和特征，但应当理解，这些实施例和特征不应受到此数字术语的限制。此数字术语仅用于将一个特征或实施例与另一个特征或实施例区分开来。例如，在不脱离本发明的指导的情况下，下文讨论的第一导电贴片阵列和第二导电贴片阵列可以分别重命名为第二导电贴片阵列和第一导电贴片阵列。

如在本文公开的实施例中所使用的，贴片天线可以指安装在介电衬底一侧的多个离散平面辐射元件。介电衬底的另一(相对)侧可以涂覆有作为贴片天线的接地层的连续导电层。离散平面辐射元件也称为导电贴片。在一些实施例中，每一个导电贴片可以由金属或金属合金制成。在其它实施例中，每一个导电贴片可以由超导体等非金属电导体制成。因此，在本文公开的实施例中使用的导电贴片应该解释为与金属和非金属电导体有关。导电贴片可以采取各种几何形状，如方形、矩形、圆形、三角形、椭圆形、偶极子等。导电贴片的方形、矩形和圆形形状由于易于分析、设计和制造而最常见。

由导电贴片辐射和接收的无线信号可以指发生在厘米波(cmWave)和毫米波(mmWave)频段中的电磁辐射类型。例如，无线信号已经用于无线通信，例如点对点通信、卫星间链路和点对多点通信等。但是，无线信号的应用并不限于无线通信，它们也可以用于例如(空中、地面或海上)车辆导航和控制、道路障碍物检测等。因此，本文公开的实施例提供的贴片天线可以用于与无线信号相同的使用场景。

更具体地，贴片天线可以实现为用户设备(UE)的一部分，用户设备可以指移动设备、移动站、终端、用户单元、手机、蜂窝电话、智能电话、无绳电话、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)、无线通信设备、台式计算机、笔记本电脑、平板计算机、单板计算机(single-board computer，SBC)(例如，树莓派(Raspberry Pi)设备)、量子计算机、游戏设备、上网本、智能本、超极本、医疗设备或医疗装置、生物识别传感器、可穿戴设备(例如智能手表、智能眼镜、智能腕带等)、娱乐设备(例如音频播放器、视频播放器等)、车辆组件或传感器(例如驾驶员辅助系统)、智能电表/传感器、无人车辆(例如工业机器人、四旋翼直升机等)及其组件(例如自动驾驶汽车计算机)、工业制造设备、全球定位系统(globalpositioning system，GPS)设备、物联网(internet-of-things，IoT)设备、工业物联网(industrial IoT，IIoT)设备、机器类型通信(machine-type communication，MTC)设备、一组大规模IoT(massive IoT，MIoT)或大规模MTC(massive MTC，mMTC)设备/传感器，或使用无线电波运行的任何其它合适设备。在一些实施例中，UE可以指如此定义的至少两个并置且互连的UE。

图1示出了现有技术提供的贴片天线100的框图。贴片天线100实现为要集成到UE(例如，手机)中的模块。贴片天线100包括介电衬底102和布置在介电衬底102一侧的方形导电贴片阵列104。如前所述，可以在贴片天线100的与导电贴片104一侧相反的另一(底部)侧形成接地层(图1中未示出)。导电贴片104可以不同地定向。例如，导电贴片104的一部分可以在第一方向上定向以辐射具有第一极化106的无线信号，而导电贴片104的另一部分可以在不同的第二方向上定向以辐射具有不同的第二极化108的无线信号。因此，贴片天线100可以实现为双极化天线。例如，在基带调制解调器的独立数据流利用极化106和108中的每一个以促进MIMO通信的情况下，可能需要双极化天线辐射。

图2示出了现有技术提供的具有一种可能的贴片天线布置的UE 200的框图。假设UE 200是包括壳体202和显示器204的手机。UE 200还包括三个贴片天线206、208和210，每一个贴片天线可以实现为贴片天线100。更具体地，贴片天线206布置在壳体202的上边缘，贴片天线208布置在壳体202的左边缘，贴片天线210布置在壳体202的右边缘。贴片天线206、208和210的这种布置需要充分覆盖UE 200周围尽可能多的球体。但是，由图2中所示的贴片天线布置提供的覆盖不包括正面方向，即，从显示器204朝向自由空间的方向。UE 200还可以包括用于向贴片天线206、208和210中的每一个贴片天线馈电的RFIC(图2中未示出)。

图3示出了现有技术提供的具有另一种可能的贴片天线布置的UE 300的框图。再次假设UE 300是包括壳体302和显示器304的手机。UE 300还包括两个贴片天线306和308，每一个贴片天线可以实现为图1中所示的贴片天线100。贴片天线306和308都安装在壳体302内部，使得贴片天线306在背面方向310上，即垂直于UE 300的壳体302(以及显示器304)的方向上提供双极化辐射，而贴片天线308在端射方向312上，即平行于UE 300的显示器304的方向上提供双极化辐射。贴片天线306和308也可以通过使用UE 300中包括的RFIC(图3中未示出)馈电。或者，RFIC和天线306和308中的每一个天线可以集成在单个封装中。

如图2和图3所示，多个贴片天线(例如，类似贴片天线100)可以位于UE(例如，手机)的不同位置。但是，由于手机内部可用空间有限，将这种贴片天线和这种RFIC集成到手机中是具有挑战性的。此外，目前的贴片天线很难甚至不可能集成到手机的显示结构中。同时，这种屏上天线设计将支持使用正面方向辐射(即，从显示器朝向自由空间的辐射，或参考图3，与背面方向310相反的辐射)，从而增强波束覆盖，因此增强链路性能和用户体验。

本文中公开的示例性实施例提供一种技术方案，可以减轻或甚至消除现有技术特有的上述缺点。具体地，本文公开的示例性实施例提供了一种贴片天线，所述贴片天线包括布置在介电衬底一侧的至少两个不同的导电贴片阵列。至少两个导电贴片阵列中的每一个导电贴片阵列支持不同的频段。此外，所述至少两个导电贴片阵列中的每一个导电贴片阵列都设置有分离的馈电。此外，至少两个导电贴片阵列中的一个或多个导电贴片阵列(例如，用于低频的一个或多个导电贴片阵列)的每一个导电贴片实现为通过间隙分隔的两个导电子贴片的组合，从而支持限定适当的工作频率带宽。贴片天线的这种配置还支持单独设计每一个导电贴片的尺寸，以及所考虑的频段中的每一个频段的贴片间间隔。在一个实施例中，贴片天线适合集成到UE的显示结构中，从而使得可能使用正面方向辐射。

图4示出了第一示例性实施例提供的贴片天线400的框图。贴片天线400可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图4所示，贴片天线400包括以下构造元件：介电衬底402、第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406。

第一导电贴片阵列404布置在介电衬底402上，并具有对应于第一频段的第一贴片间间隔408。如果第一频率范围在约37GHz到约44GHz之间变化，则无线信号波长在约6.8mm到约8.1mm之间变化(前提是无线信号以光速传播)，并且第一贴片间间隔408可以等于这些波长中的一个波长。或者，第一贴片间间隔408可以等于来自第一频段的频率的平均半波长(例如，如果第一频段是从37GHz到44GHz，则第一贴片间间隔可以等于约3.75mm)。第一导电贴片阵列404中的每一个导电贴片包括馈电端子410。

第二导电贴片阵列406与第一导电贴片阵列404相邻布置在介电衬底402上，并具有第二贴片间间隔412。第二贴片间间隔412对应于不同于第一频段的第二频段。具体地，第二频段包括比第一频段的频率小的频率。从这个意义上讲，第一频段是高频频段，而第二频段是低频频段。如果第二频率范围在约24GHz到约30GHz之间变化，则无线信号波长在约10mm到约12.5mm之间变化(前提是无线信号以光速传播)，并且第二贴片间间隔412可以等于这些波长中的一个波长或这些波长的平均半波长(即，约5.6mm)。与第一导电贴片阵列404不同，第二导电贴片阵列406中的每一个导电贴片包括第一导电子贴片414和通过间隙418与第一导电子贴片414分隔的第二导电子贴片416。这样做是为了克服低频段特有的更严重的带宽挑战。间隙418可以在50μm到200μm的范围变化。第一导电子贴片414中的每一个导电子贴片包括馈电端子420。馈电端子410和420可以实现为微带线或共面波导。

需要说明的是，上文给出的第一贴片间间隔和第二贴片间间隔的可能数值是基于自由空间波长。例如，如果在介电常数(dielectric constant，DK)高于1的衬底或其它介质中计算这些贴片间间隔，则它们的值将按1/sqrt(DK)缩放(其中，“sqrt”是平方根)，即第一贴片间间隔和第二贴片间间隔的数值将较小。

此外，如果需要，介电衬底402可以在与第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406相反的一侧设置接地层。

至于两个子贴片414和416以及间隙418的尺寸，它们限定了第一子贴片414与第二子贴片416之间的电磁(electromagnetic，EM)耦合量。两个间隙分隔的子贴片414和416的存在会在从第二频段中选择的工作频率附近产生两个频率谐振，从而增加工作频率带宽。EM耦合量可以视为用于确定两个频率谐振相距远近的度量。换句话说，间隙418和两个子贴片414和416的尺寸应该设置成使得为低频段获得所需的工作频率带宽。

如在本文公开的实施例中使用的，导电贴片(或子贴片)的尺寸应解释为支持确定导电贴片(或子贴片)的大小的参数。根据导电贴片(或子贴片)的形状，该参数可以不同地表示。更具体地，如果导电贴片(或子贴片)呈圆形，则其尺寸可以由直径表示(支持计算导电贴片(或子贴片)占据的圆形面积)；如果导电贴片(或子贴片)呈方形，其尺寸可以由方形边的长度表示(支持计算方形导电贴片(或子贴片)占据的面积)；等等。例如，在方形导电贴片的情况下，方形边可以等于2mm。

虽然第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406中的每一个仅包括四个导电贴片，但在图4中示出了这个数量的导电贴片仅用于说明目的，不应解释为本发明的任何限制。图4中所示的每一个导电贴片的方形形状也是如此。通常，图4中所示的导电贴片的数量、形状和布置仅用于提供如何在介电衬底402上提供导电贴片的一般想法。例如，第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406中的每一个可以具有不同(偶数或奇数)数量的导电贴片，和/或第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406可以在它们的导电贴片的形状和/或取向上彼此不同。

或者或另外，第一导电贴片阵列404中的每一个导电贴片也可以实现为由间隙分隔的两个导电子贴片的组合，如由间隙418分隔的导电子贴片414和416。在这种情况下，第一导电贴片阵列404的子贴片的间隙和尺寸将基于第一频段定义。但是，在实践中，低频段(假设第二频段所属)的带宽要求相对高于高频段(假设第一频段所属)。因此，可以充分实现第一频段的期望带宽，而不必将第一导电贴片阵列404中的每一个导电贴片划分为间隙分隔的子贴片。

图5示出了第二示例性实施例提供的贴片天线500的框图。与贴片天线400类似，贴片天线500可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图5所示，贴片天线500包括以下构造元件：介电衬底502、第一导电贴片阵列504和第二导电贴片阵列506。图5中所示的虚线用于示出哪些导电贴片属于第一导电贴片阵列504和第二导电贴片阵列506中的哪一个。更具体地，再次示出，第一导电贴片阵列504和第二导电贴片阵列506中的每一个仅包括四个导电贴片。第一导电贴片阵列504的贴片间间隔与第二导电贴片阵列506的贴片间间隔不同。第一导电贴片阵列504的导电贴片与第一导电贴片阵列404的导电贴片类似地实现，而第二导电贴片阵列506的导电贴片与第二导电贴片阵列406的导电贴片类似地实现。同时，与贴片天线400不同，贴片天线500被实现成使得第一导电贴片阵列504中的每一个导电贴片布置在第二导电贴片阵列506中的两个相邻导电贴片之间。例如，第二导电贴片阵列506中的每一个贴片间间隔可以包括第一导电贴片阵列504中的一个导电贴片。换句话说，第一导电贴片阵列504和第二导电贴片阵列506中的导电贴片可以交替布置成行，同时分别保持第一导电贴片阵列504的贴片间间隔和第二导电贴片阵列506的贴片间间隔。通过这样做，可以在贴片天线500中以及因此在UE中提供导电贴片的紧密封装布置。

图6示出了第三示例性实施例提供的贴片天线600的框图。与贴片天线400和500类似，贴片天线600可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图6所示，贴片天线600包括以下构造元件：介电衬底602、第一导电贴片阵列604和第二导电贴片阵列606。同样，图6中所示的虚线用于示出哪些导电贴片属于第一导电贴片阵列604和第二导电贴片阵列606中的哪一个。更具体地，示出了第一导电贴片阵列604和第二导电贴片阵列606中的每一个包括八个导电贴片。第一导电贴片阵列604的导电贴片与第一导电贴片阵列404的导电贴片类似地实现，而第二导电贴片阵列606的导电贴片与第二导电贴片阵列406的导电贴片类似地实现。与贴片天线500类似，第一导电贴片阵列604和第二导电贴片阵列606中的导电贴片紧密封装。同时，与贴片天线400和贴片天线500不同，贴片天线600被实现成使得第一导电贴片阵列604的一半(即，四个左导电贴片)在第一方向上定向，而另一半(即，第一导电贴片阵列604的四个右导电贴片)在不同于第一方向的第二方向上定向。类似地，第二导电贴片阵列606的一半(即四个左导电贴片)在第一方向上定向，第二导电贴片阵列606的另一半(即四个右导电贴片)在第二方向上定向。这意味着贴片天线600用于处理双极化辐射。

图7示出了第四示例性实施例提供的贴片天线700的框图。与贴片天线400、500和600类似，贴片天线700可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图7所示，贴片天线700包括以下构造元件：介电衬底702、第一导电贴片阵列704和第二导电贴片阵列706。同样，图7中所示的虚线用于示出哪些导电贴片属于第一导电贴片阵列704和第二导电贴片阵列706中的哪一个。更具体地，示出了第一导电贴片阵列704和第二导电贴片阵列706中的每一个包括八个导电贴片。贴片天线700的导电贴片的布置与贴片天线600的导电贴片的布置类似，这表示贴片天线700是具有紧密封装的导电贴片的双频段双极化贴片天线。同时，与贴片天线400、500和600不同，介电衬底702被假设实现为对UE用户光学上不可见的透明膜(例如，透明膜可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、环烯烃聚合物(cyclo olefin polymer，COP)等制成)，并且贴片天线700的每一个导电贴片具有网状结构，所述网状结构具有菱形单位单元。在一些其它实施例中，如果需要并取决于特定应用，网状结构可以具有任何多边形单位单元，例如三角形、方形、矩形等。网状结构可以由氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、铜、银等制成，并具有细导体线，其非常薄，不会影响用户观看体验。例如，网状结构的导体线可以具有约1μm的宽度和厚度，并且单位单元的尺寸可以在200μm到500μm变化。此外，如图7所示，例如，贴片天线700的导电贴片的馈电端子具有等于网状结构的至少一个单位单元的宽度，这可以改进天线功能。由于光学上不可见的介电衬底702和网状的导电贴片，可以将贴片天线702集成到UE显示结构中。同时，网状结构的单位单元(例如，菱形单位单元)的尺寸主要由光学设计确定，以避免在发光显示器上放置周期性图案时将发生的所谓的“莫尔效应”。

图8示意性地示出了一个示例性实施例提供的包括贴片天线700的UE显示结构800。因此，UE显示结构800是屏上天线设计。如图8所示，UE显示结构800包括形成在显示面板802上的不同层的堆叠，显示面板802可以基于任何传统的显示技术(例如，基于发光二极管(light-emitting diode，LED)、有机LED(organic LED，OLED)等)实现。在本实施例中，显示面板802用作贴片天线700的接地层。光学透明双极化贴片天线700通过第一光学透明胶(optically clear adhesive，OCA)层804连接到显示面板802。UE显示结构800可以可选地包括形成在贴片天线700上的膜极化器806(例如，衬里或圆形极化器)。膜极化器806可用于阻挡来自网状结构的导体线的反射，并可由贴片天线700辐射(和接收)的无线信号透射(其在图8中示意性地示为箭头)。为了保护贴片天线700和显示面板802，UE显示结构800包括通过第二OCA层810连接到膜极化器806的保护盖808。保护盖808可以是盖玻璃，或者可以由任何其它适合(例如用于可折叠/柔性显示器)的材料制成。需要说明的是，图8中所示的层的所有厚度仅用于说明目的，不应解释为对本发明的任何限制。

图9示出了第五示例性实施例提供的贴片天线900的框图。与贴片天线400、500、600和700类似，贴片天线800可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图9所示，贴片天线900包括以下构造元件：介电衬底902、第一导电贴片阵列904和第二导电贴片阵列906。第一导电贴片阵列904和第二导电贴片阵列906布置在介电衬底902一侧。第一导电贴片阵列904具有第一贴片间间隔908，第一导电贴片阵列904中的每一个导电贴片具有馈电端子910。类似地，第二导电贴片阵列906具有第二贴片间间隔912，第二导电贴片阵列906中的每一个导电贴片设置有馈电端子914。第一贴片间间隔和第二贴片间间隔对应于不同的频段，并且可以分别以与第一贴片间间隔408和第二贴片间间隔412相同或类似的方式限定。第一导电贴片阵列904可以以与贴片天线400的第一导电贴片阵列404相同或类似的方式实现。至于第二导电贴片阵列906，其每一个导电贴片还包括第一导电子贴片916和通过间隙920与第一导电子贴片916分隔的第二导电子贴片918，但是第一导电子贴片916和第二导电子贴片918的尺寸不同。更具体地，第一导电子贴片916的面积小于第二导电子贴片918的面积。这样做是为了确保在假设为低频段的第二频段的不同频率下良好的宽边辐射方向图，如上所述。宽边辐射方向图可以认为是在从导电贴片朝向自由空间的方向上的辐射方向图。更详细地，第一导电子贴片916呈T形，而第二导电子贴片918呈方形。同时，第一导电子贴片916和第二导电子贴片918的所示形状不应解释为对本发明的任何限制。如果需要改进宽边辐射方向图，则使第一导电子贴片916的尺寸比第二导电子贴片918小就足够了。再次需要说明的是，第一导电子贴片916和第二导电子贴片918的尺寸不仅可以表示它们的面积，而且还可以表示其它参数(例如，直径、方形边的长度等)取决于导电贴片的形状。

在一个实施例中，第一导电贴片阵列904和第二导电贴片阵列906中的每一个可以具有网状结构。网状结构可以以与参考图7讨论的相同或类似的方式实现。此外，与介电衬底702类似，介电衬底902可以是对UE用户光学上不可见的透明膜。在本实施例中，贴片天线900可以例如集成到UE显示结构800中，而不是如贴片天线700。在这种情况下，宽边辐射方向图可以视为正面方向辐射方向图。

图10A和图10B示出了通过使用贴片天线400和贴片天线900在三个不同频率(即24GHz、27HGz和29GHz)下获得的宽边辐射方向图的比较结果。具体地，图10A示出了贴片天线400的宽边辐射方向图，而图10B示出了贴片天线900的宽边辐射方向图。如图10A所示，随着频率的增加，宽边辐射方向图开始向侧面方向倾斜，这甚至会导致在29GHz下宽边方向上的“零”。如上所述，这个问题可以通过略微调谐第一导电子贴片916来解决，使得它具有比间隙耦合的第二导电子贴片918小的尺寸。从图10B可以看出，随着频率的增加，宽边辐射方向图保持足够好。

图11示出了第六示例性实施例提供的贴片天线1100的框图。与贴片天线400、500、600、700和900类似，贴片天线1100可以是上述任何UE(例如，手机)的一部分。如图11所示，贴片天线1100包括以下构造元件：介电衬底1102、第一导电贴片阵列1104和第二导电贴片阵列1106。同样，图11中所示的虚线用于示出哪些导电贴片属于第一导电贴片阵列1104和第二导电贴片阵列1106中的哪一个。更具体地，示出了第一导电贴片阵列1104和第二导电贴片阵列1106中的每一个包括八个导电贴片。第一导电贴片阵列1104的导电贴片与第一导电贴片阵列404或904的导电贴片类似地实现，而第二导电贴片阵列1106的导电贴片与第二导电贴片阵列906的导电贴片类似地实现(即，它们呈T形)。贴片天线1100的导电贴片的布置与贴片天线600的导电贴片的布置类似，这表示贴片天线1100是具有紧密封装的导电贴片的双频段双极化贴片天线。

图12示意性地示出了一个示例性实施例提供的附加形成在贴片天线500上的电磁带隙(EBG)结构1200。具体地，EBG结构1200围绕第一导电贴片阵列504和第二导电贴片阵列506布置在介电衬底502上。需要说明的是，相同的EBG结构1200可以类似地形成在贴片天线400、600、700、900和1100中的任何一个贴片天线上，并且贴片天线500仅作为示例在图12中示出。EBG结构1200实现为通过间隙1204彼此分隔的离散方形导体阵列1202。方形导体1202的尺寸确定EBG结构1200用作表面波的高阻抗表面所在的频率，从而提供它们的凹陷，因此减少或甚至消除波束失真。在一些实施例中，导体1202可以具有任何其它多边形形状(例如，三角形、矩形等)，或者可以具有与贴片天线500的导电贴片相同的形状。在一些其它实施例中，EBG结构1200的导体1202可以具有金属网状结构，所述金属网状结构具有方形单位单元。在这种情况下，EBG结构1200可以在单位单元形状上类似于贴片天线700的导电贴片的网状结构。

在一个实施例中，贴片天线400、500、600、700、900和1100中的任何一个贴片天线可以另外设置有第三导电贴片阵列阵列。在此参考贴片天线700来考虑这种实施例。第三导电贴片阵列可以与第一导电贴片阵列704和第二导电贴片阵列706相邻布置在介电衬底702的同一侧。第三导电贴片阵列可以具有对应于第三频段的第三贴片间间隔，所述第三频段不同于第一导电贴片阵列704支持的第一频段(例如，从约37GHz到约44GHz)和第二导电贴片阵列706支持的第二频段(例如，从约24GHz到约30GHz)。例如，第三导电贴片阵列可以类似于第一导电贴片阵列704实现，因此，第三频段可以是另一个高频频段(例如，从约60GHz到约77GHz)。第三贴片间间隔可以以与上文参考贴片天线400讨论的相同的方式定义。类似地，为了在第三频段中提供双极化，第三导电贴片阵列的一半可以在第一方向上定向，第三导电贴片阵列的另一半可以在第二方向上定向。

图13示出了用于无线通信的UE 1300的框图。UE 1300包括处理单元1302、存储单元1304、柔性PCB 1306和贴片天线1308。贴片天线1308可以实现为贴片天线400、500、600、700、900和1100中的任何一个。假设贴片天线1308实现为贴片天线400。给定这一假设，柔性PCB 1306可用于将处理单元1302(即，其RFIC输入/输出端口)耦合到贴片天线400的馈电端子410、420，从而为第一导电贴片阵列404和第二导电贴片阵列406中的每一个提供分离的馈电。存储单元1304存储处理器可执行指令1310。处理器执行指令1310由处理单元1302执行，使处理单元1302通过贴片天线400进行无线通信。需要说明的是，构成如图13中所示的UE 1300的构造元件的数量、布置和互连并不旨在作为对本发明的任何限制，而仅仅用于提供可如何在UE 1300内实现构造元件的一般想法。例如，UE 1300可以包括两个或两个以上贴片天线(例如，两个或两个以上贴片天线500)，处理单元1302可以替换为多个处理单元，每一个处理单元通过柔性PCB 1306耦合到其中一个贴片天线，并且存储单元1304可以替换为几个可移除和/或固定的存储设备，这取决于特定的应用。

处理单元1302可以实现为CPU、通用处理器、单用途处理器、微控制器、微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、复杂可编程逻辑器件等。还需要说明的是，处理单元1302可以实现为上述中的一个或多个的任何组合。作为示例，处理单元1302可以是两个或两个以上微处理器的组合。

存储单元1304可以实现为现代电子计算机中使用的经典非易失性或易失性存储器。作为示例，非易失性存储器可以包括只读存储器(read-only memory，ROM)、铁电随机存取存储器(random-access memory，RAM)、可编程ROM(programmable ROM，PROM)、电可擦除PROM(electrically erasable PROM，EEPROM)、固态驱动器(solid state drive，SSD)、闪存、磁盘存储器(例如硬盘驱动器和磁带)、光盘存储器(例如CD、DVD和蓝光光盘)等。至于易失性存储器，其示例包括动态RAM、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、双数据速率SDRAM(doubledata rate SDRAM，DDR SDRAM)、静态RAM等。

存储在存储单元1304中的处理器可执行指令1310可以配置为使处理器1302通过贴片天线1308(例如，贴片天线500)执行无线通信的计算机可执行代码。用于执行本发明的各方面的操作或步骤的计算机可执行代码可以用一种或多种编程语言的任何组合编写，例如Java、C++等。在一些示例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或预编译的形式，并由解释器(也预存储在存储单元1304中)动态生成。

柔性PCB 1306可以指如下PCB：其包括通常由铜制成的金属迹线层，粘合到通常由聚酰亚胺制成的柔性介电层或衬底上。金属迹线层可以通过使用粘合剂粘合到衬底上，但可以为此目的使用其它类型的粘合，如气相沉积。此外，由于铜倾向于容易氧化，暴露的铜表面可以被保护介电层覆盖。

图14示意性地示出了一个示例性实施例提供的柔性PCB 1306耦合到贴片天线500的馈电端子的方式。在本实施例中，柔性PCB 1306包括一组微带线1400，这些微带线耦合到贴片天线500的馈电端子。在另一个实施例中，相同的耦合可以通过在柔性PCB 1306中使用的一组共面波导而不是微带线1400提供。

虽然本文描述了本发明的示例性实施例，但需要说明的是，在不偏离由所附权利要求限定的法律保护范围的情况下，可以在本发明的实施例中进行任何各种改变和修改。在所附权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件操作，术语“一”或者“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (21)

1.一种贴片天线(400)，包括：

介电衬底(402)；

第一导电贴片阵列(404)，布置在所述介电衬底(402)上，所述第一导电贴片阵列(404)具有第一贴片间间隔(408)，所述第一贴片间间隔(408)对应于第一频段，并且所述第一导电贴片阵列(404)中的每一个导电贴片包括馈电端子(410)；

第二导电贴片阵列(406)，与所述第一导电贴片阵列(404)相邻布置在所述介电衬底(402)上，所述第二导电贴片阵列(406)具有第二贴片间间隔(412)；

其中，所述第二贴片间间隔(412)对应于不同于所述第一频段的第二频段；

其中，所述第二导电贴片阵列(406)中的每一个导电贴片包括第一导电子贴片(414)和通过间隙(418)与所述第一导电子贴片(414)分隔的第二导电子贴片(416)，每个所述第一导电子贴片(414)包括馈电端子(420)，所述间隙(418)限定所述第二频段的带宽。

2.根据权利要求1所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第一导电贴片阵列(404)中的每一个导电贴片呈方形。

3.根据权利要求1或2所述的贴片天线(400、900)，其特征在于，所述第二导电贴片阵列(406、906)中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片(414、916)具有第一尺寸，所述第二导电贴片阵列(406、906)中的每一个导电贴片的所述第二导电子贴片(416、918)具有第二尺寸，其中，所述第一尺寸等于或小于所述第二尺寸。

4.根据权利要求3所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第二导电贴片阵列(406)中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片(414)和所述第二导电子贴片(416)呈方形。

5.根据权利要求3所述的贴片天线(900)，其特征在于，所述第二导电贴片阵列(906)中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片(916)呈T形，所述第二导电贴片阵列(906)中的每一个导电贴片的所述第二导电子贴片(918)呈方形。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第一导电贴片阵列(404)中的每一个导电贴片的所述馈电端子(412)是微带线或共面波导。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第二导电贴片阵列(406)中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片(414)的所述馈电端子(420)是微带线或共面波导。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的贴片天线(700)，其特征在于，所述介电衬底(702)是光学透明膜，并且，所述第一导电贴片阵列(704)和所述第二导电贴片阵列(706)中的每一个中的每一个导电贴片具有网状结构。

9.根据权利要求8所述的贴片天线(700)，其特征在于，所述网状结构具有单位单元，并且，所述第一导电贴片阵列(704)中的每一个导电贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的至少一个单位单元的宽度，所述第二导电贴片阵列(706)中的每一个导电贴片的所述第一导电子贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的所述至少一个单位单元的宽度。

10.根据权利要求9所述的贴片天线(700)，其特征在于，所述单位单元呈多边形。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的贴片天线(500、600、700、1100)，其特征在于，所述第一导电贴片阵列(502、602、702、1102)中的每一个导电贴片布置在所述第二导电贴片阵列(504、604、704、1104)中的两个相邻导电贴片之间。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的贴片天线(500)，还包括形成在所述介电衬底(502)上、围绕所述第一导电贴片阵列(502)和所述第二导电贴片阵列(504)的电磁带隙EBG结构(1200)。

13.根据权利要求12所述的贴片天线(500)，其特征在于，所述EBG结构(1200)实现为具有方形单位单元的金属网。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第一贴片间间隔(408)等于来自所述第一频段的频率的平均半波长，所述第二贴片间间隔(412)等于来自所述第二频段的频率的平均半波长。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的贴片天线(600、700、1100)，其特征在于，所述第一导电贴片阵列(604、704、1104)的一半在第一方向上定向，所述第一导电贴片阵列(604、704、1104)的另一半在不同于所述第一方向的第二方向上定向，并且，所述第二导电贴片阵列(606、706、1106)的一半在所述第一方向上定向，所述第二导电贴片阵列(606、706、1106)的另一半在所述第二方向上定向。

16.根据权利要求15所述的贴片天线(400)，还包括第三导电贴片阵列，与所述第一导电贴片阵列(404)和所述第二导电贴片阵列(406)相邻布置在所述介电衬底(402)上，所述第三导电贴片阵列具有不同于所述第一贴片间间隔(408)和所述第二贴片间间隔(412)的第三贴片间间隔，所述第三贴片间间隔对应于不同于所述第一频段和所述第二频段的第三频段，所述第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片包括馈电端子。

17.根据权利要求16所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第三导电贴片阵列的一半在所述第一方向上定向，所述第三导电贴片阵列的另一半在所述第二方向上定向。

18.根据权利要求16或17所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片具有网状结构，所述网状结构具有多边形单位单元，并且，所述第三导电贴片阵列中的每一个导电贴片的所述馈电端子具有等于所述网状结构的至少一个多边形单位单元的宽度。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的贴片天线(400)，其特征在于，所述第三贴片间间隔等于来自所述第三频段的频率的平均半波长。

20.一种用于无线通信的用户设备UE(1300)，包括：

根据权利要求1至19中任一项所述的贴片天线(400、500、600、700、900、1100)；

处理单元(1302)；

柔性印刷电路板PCB(1306)，包括一组微带线(1400)或一组共面波导，所述一组微带线(1400)或一组共面波导用于将所述处理单元(1302)耦合到所述贴片天线(400、500、600、700、900、1100)的所述馈电端子；

存储单元(1304)，耦合到所述处理单元(1302)并存储处理器可执行指令(1310)，

其中，所述处理单元(1302)用于在执行所述处理器可执行指令时，通过使用所述贴片天线(400、500、600、700、900、1100)来执行所述无线通信。

21.根据权利要求20所述的UE(1300)，还包括显示器，其中，如果所述贴片天线(700)的所述介电衬底(702)实现为光学透明膜，并且所述贴片天线(700)的每一个导电贴片具有网状结构，则所述贴片天线(700)被布置在所述显示器上。