具有紧凑超宽带天线的电子设备的制作方法

具有紧凑超宽带天线的电子设备
1.本技术要求2020年4月15日提交的美国专利申请第16/849,776号的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。


背景技术：

2.本公开涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。
3.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。一些电子设备执行位置检测操作以基于从外部设备接收(使用多个天线)的信号的到达角来检测外部设备的位置。
4.为了满足消费者对小外形无线设备的需求，制造商一直在不懈努力来实现使用紧凑结构的无线通信电路，诸如用于执行位置检测操作的天线部件。同时，期望无线设备覆盖越来越多的频带。
5.由于天线可能会彼此干扰以及干扰无线设备中的部件，因此在将天线结合到电子设备中时必须多加小心。此外，必须小心确保设备中的天线和无线电路能够在所需工作频率范围内表现出令人满意的性能。
6.因此，希望能够为无线电子设备提供改善的无线通信电路。


技术实现要素：

7.电子设备可设置有无线电路和控制电路。无线电路可包括用于确定电子设备相对于外部无线装置的位置和取向的天线。控制电路可至少部分地通过测量来自外部无线装置的射频信号的到达角来确定电子设备相对于外部无线装置的位置和取向。可在至少第一超宽带通信频带和第二超宽带通信频带中接收射频信号。
8.天线可形成在柔性印刷电路结构上。每个天线可包括柔性印刷电路结构上的电介质基底。接地迹线可在电介质基底的第一表面上图案化。导电迹线可在电介质基底的第二表面上图案化。导电迹线可包括具有相对的第一侧和第二侧的接地屏蔽环，并且可包括第一天线臂和第二天线臂。第一臂可从接地屏蔽环的第一侧延伸至第一辐射边缘。第二臂可从接地屏蔽的第二侧延伸到第二辐射边缘。第二辐射边缘可以面向第一辐射边缘，并且可以通过间隙与第一辐射边缘隔开。第一臂可在第一超宽带通信频带中辐射。第二臂可在第二超宽带通信频带中辐射。
9.第一组导电通孔可以将接地屏蔽环的第一侧耦接到接地迹线。第二组导电通孔可以将接地屏蔽环的第二侧耦接到接地迹线。附加导电通孔可以将接地屏蔽环的其他部分耦接到接地迹线。第一组导电通孔可以将第一天线臂短接到接地迹线，从而可以形成第一天线臂的返回路径。第二组导电通孔可以将第二天线臂短接到接地迹线，从而可以形成第二天线臂的返回路径(例如，天线可以是具有从接地屏蔽环的相对侧延伸的天线臂的双频带平面倒f形天线)。同时，第一组和第二组导电通孔以及接地屏蔽环可有助于将天线与电磁干扰隔离。
10.电子设备可以具有电介质覆盖层和电介质覆盖层上的导电支撑板。可在导电支撑
板中形成开口。电介质基底可安装在开口内。第一臂和第二臂以及接地屏蔽环可压贴电介质覆盖层。柔性印刷电路尾部可从电介质基底延伸。柔性印刷电路尾部可包括一个或多个弯曲部。当以这种方式配置时，天线可相对不受电介质覆盖层处的阻抗不连续性的影响，并且可表现出相对紧凑的侧向占位面积，从而使电子设备内的空间消耗最小化而不牺牲射频性能。
附图说明
11.图1是根据一些实施方案的例示性电子设备的透视图。
12.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。
13.图3是根据一些实施方案的例示性无线电路的示意图。
14.图4为根据一些实施方案的与网络中的外部节点进行无线通信的例示性电子设备的图示。
15.图5为示出根据一些实施方案的如何可相对于电子设备确定网络中的外部节点的位置(例如，到达范围和到达角)的图示。
16.图6为示出根据一些实施方案的电子设备中的例示性天线如何可用于检测到达角的图示。
17.图7是根据一些实施方案的具有用于检测到达范围和到达角的天线的例示性柔性印刷电路结构的示意图。
18.图8是一个横截面侧视图，其示出了根据一些实施方案的具有天线的例示性柔性印刷电路结构的一部分可如何安装在导电支撑板中的开口内。
19.图9为根据一些实施方案的例示性倒f形天线结构的示意图。
20.图10是根据一些实施方案的例示性双频带倒f形天线结构的示意图。
21.图11是根据一些实施方案的示例性双频带平面倒f形天线的底视图，该双频带平面倒f形天线具有共享返回路径并且由导电通孔栅栏分开的低频带臂和高频带臂。
22.图12是根据一些实施方案的具有低频带臂和高频带臂的示例性双频带平面倒f形天线的底视图，该低频带臂和高频带臂从接地屏蔽环延伸并且具有由相应导电通孔栅栏形成的单独返回路径。
23.图13为根据一些实施方案的图12所示类型的例示性天线的横截面侧视图。
具体实施方式
24.电子设备(诸如，图1的电子设备10)可设置有无线电路(在本文中有时被称为无线通信电路)。无线电路可用于支撑多个无线通信频带中的无线通信。由无线通信电路处理的通信频带(在本文中有时被称为频带)可包括卫星导航系统通信频带、蜂窝电话通信频带、无线局域网通信频带、近场通信频带、超宽带通信频带或其他无线通信频带。
25.无线电路可包括一个或多个天线。无线电路的天线可包括环形天线、倒f形天线、带状天线、平面倒f形天线、贴片天线、隙缝天线、包括多于一种类型的天线结构的混合天线、或其他合适的天线。如果需要，天线的导电结构可由导电电子设备结构形成。
26.该导电电子设备结构可包括导电外壳结构。导电外壳结构可包括围绕电子设备的周边延伸的外围结构诸如外围导电结构。该外围导电结构可用作平面结构诸如显示器的
框，可用作设备外壳的侧壁结构，可具有从一体平坦后部外壳向上延伸的部分(例如，以形成垂直的平坦侧壁或弯曲侧壁)，和/或可形成其他外壳结构。
27.可在外围导电结构中形成将外围导电结构分成外围区段的间隙。区段中的一个或多个区段可用于形成电子设备10的一个或多个天线。天线也可使用天线接地平面和/或由导电外壳结构(例如，内部和/或外部结构，支撑板结构等)形成的天线谐振元件形成。
28.电子设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，电子设备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。
29.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。
30.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/或介电部分。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)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。上述狭槽或凹槽可被填充有塑料或其他电介质。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。
31.外壳12可包括外围外壳结构诸如外围结构12w。外围结构12w和后部外壳壁12r的导电部分在本文中有时可统称为外壳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)。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)。
32.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。
33.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起的唇缘。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)。
34.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的一个或多个外部表面(例如，设备10的用户可见的表面)，和/或可使用不形成设备10的外部表面的内部结构(例如，设备10的用户不可见的导电外壳结构，诸如被覆盖有层(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，或形成设备10的外部表面和/或用于从用户的视角隐藏外围导电外壳结构12w和/或后部外壳壁12r的导电部分的其他结构)来实现。
35.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。
36.显示器14可以具有沿着有效区域aa的一个或多个边缘延伸的无效边界区域。无效区域ia可以不具有用于显示图像的像素，并且可以与外壳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。
37.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。
38.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(即，由焊接或以其他方式连接在外围导电结构12w的相对侧之间的一个或多个金属部分形成的基本上为矩形的片材)的平面导电外壳构件(有时被称为背板)。背板可形成设备10的外后表面，或可被诸如薄化妆品层、保护涂层和/或可包含电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料或其它结构的其他涂层的层覆盖，所述电介质材料可形成设备10的外表面和/或用于将背板从使用者视图中隐藏。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。
39.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。
40.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。
41.一般来讲，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的区域22和区域20处的端部)、沿设备外壳的一个或多个边缘、在设备外壳的中心、在其他适当位置，或者在这些位置中的一个或多个。图1的布置仅为例示性的。
42.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。例如，在外围导电外壳结构12w中可存在两个外围导电区段(例如，在具有两个间隙18的布置中)、三个外围导电区段(例如，在具有三个间隙18的布置中)、四个外围导电区段(例如，在具有四个间隙18的布置中)、六个外围导电区段(例如，在具有六个间隙18的布置中)等。如果需要，以这种方式形成的外围导电外壳结构12w的区段可形成设备10中的天线的部分。
43.如果需要，外壳12中的开口诸如延伸到中途或完全穿过外壳12延伸的凹槽可以跨外壳12的后壁的宽度延伸，并且可刺穿外壳12的后壁以将后壁分成不同部分。这些槽也可延伸到外围导电外壳结构12w中，并且可形成天线隙缝、间隙18和设备10中的其他结构。聚
合物或其他电介质可填充这些凹槽和其他外壳开口。在一些情况下，形成天线隙缝和其他结构的外壳开口可填充有电介质诸如空气。
44.为了向设备10的终端用户提供尽可能大的显示器(例如，最大化用于显示媒体、运行应用程序等的设备的区域)，可期望增加在设备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。
45.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(作为示例)。例如，上部天线可形成在区域20中设备10的上端部处。例如，下部天线可形成在区域22中设备10的下端部处。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。
46.设备10中的天线可用于支持所关注的任何通信频带。例如，设备10可包括用于支持局域网通信、语音和数据蜂窝电话通信、全球定位系统(gps)通信或其他卫星导航系统通信、通信、近场通信、超宽带通信等的天线结构。
47.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。
48.控制电路28可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)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。
49.控制电路28可用于运行设备10上的软件，诸如外部节点位置应用程序、卫星导航应用程序、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可用于实现通信协议。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，ieee802.11协议—有时被称为)、用于其他近程无线通信链路的协议诸如协议或其他wpan协议、ieee 802.11ad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(例如，全球定位系统(gps)协议、全球导航卫星系统(glonass)协议等)、ieee 802.15.4超宽带通信协议或其他超宽带通信协议等。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。
50.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
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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。
51.输入
‑
输出电路24可包括用于无线地传送射频信号的无线电路，诸如无线电路34(在本文中有时被称为无线通信电路34)。为了支持无线通信，无线电路34可包括由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(rf)部件、一个或多个天线诸如天线40、传输线和用于处理rf无线信号的其他电路形成的射频(rf)收发器电路。也可使用光(例如，使用红外通信)来发送无线信号。
52.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)。例如，控制电路28(例如，处理电路32)可包括基带处理器电路或形成无线电路34的一部分的其他控制部件。
53.无线电路34可包括用于处理各种射频通信频带的射频收发器电路。例如，无线电路34可包括支持使用ieee 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议的通信的超宽带(uwb)收发器电路36。超宽带射频信号可基于使用频带受限数据脉冲的脉冲无线电信令方案。超宽带信号可以具有任何所需带宽，诸如499mhz和1331mhz之间的带宽、大于500mhz的带宽等。基带中存在更低频率有时可允许超宽带信号穿透诸如墙壁的对象。在ieee802.15.4系统中，一对电子设备可交换无线时间戳消息。可分析消息中的时间戳以确定消息的飞行时间，从而确定设备之间的距离(范围)和/或设备之间的角度(例如，传入射频信号的到达角)。超宽带收发器电路36可在诸如约5ghz和约8.5ghz之间的超宽带通信频带(例如，6.5ghzuwb频带、8ghzuwb通信频带和/或其他合适的频率)的频带中工作(即，传送射频信号)。
54.如图2所示，无线电路34还可包括非uwb收发器电路38。非uwb收发器电路38可处理除uwb通信频带之外的通信频带，诸如用于(ieee 802.11)通信或其他无线局域网(wlan)频带中的通信的2.4ghz和5ghz频带、2.4ghz通信频带或其他无线个人局域网(wpan)频带、和/或蜂窝电话频带(诸如600mhz至960mhz的蜂窝低频带(lb)、1410mhz至1510mhz的蜂窝低中频带(lmb)、1710mhz至2170mhz的蜂窝中频带(mb)、2300mhz至2700mhz的蜂窝高频带(hb)、3300mhz至5000mhz的蜂窝超高频带(uhb))、或600mhz和5000mhz之间的其他通信频带、或其他合适的频率(作为示例)。
55.非uwb收发器电路38可处理语音数据和非语音数据。如果需要，无线电路34可包括用于其他近程和远程无线链路的电路。例如，无线电路34可包括60ghz收发器电路(例如，毫米波收发器电路)、用于接收电视和无线电信号的电路、寻呼系统收发器、近场通信(nfc)电路等。
56.无线电路34可包括天线40。天线40可使用任何合适类型的天线结构来形成。例如，
天线40可包括具有谐振元件的天线，这些天线由环形天线结构、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、螺旋形天线结构、偶极天线结构、单极天线结构、这些设计中的两种或多种的混合等形成。如果需要，天线40中的一个或多个可为背腔式天线。
57.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，在形成本地无线链路天线时可使用一种类型的天线，并且在形成远程无线链路天线时可使用另一种类型的天线。专用天线可用于在uwb通信频带中传送射频信号，或者如果需要，天线40可被配置为在uwb通信频带中传送射频信号并且在非uwb通信频带中传送射频信号(例如，无线局域网信号和/或蜂窝电话信号)。天线40可以包括用于处理超宽带无线通信的两个或更多个天线。在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，天线40包括用于处理超宽带无线通信的一个或多个三个天线组(在本文中有时被称为三元组天线)。如果需要，天线40可包括用于处理超宽带无线通信的一个或多个两元组天线(天线对)。
58.在电子设备(诸如，设备10)中，空间通常非常宝贵。为了使设备10内的空间消耗最小化，同一天线40可用于覆盖多个频带。在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，用于执行超宽带无线通信的每个天线40可以是在至少两个超宽带通信频带(例如，6.5ghzuwb通信频带和8.0ghzuwb通信频带)中传送(诸如发送和/或接收)射频信号的多频带天线。在本文中作为示例描述的另一种合适的布置中，每个天线40可在单个超宽带通信频带中传送射频信号，但是天线40可包括覆盖不同超宽带频率的不同天线。在uwb通信频带中(例如，使用uwb协议)传送的射频信号在本文中有时可被称为uwb信号或uwb射频信号。在uwb通信频带之外的频带中的射频信号(例如，蜂窝电话频带、wpan频带、wlan频带等中的射频信号)在本文中有时可被称为非uwb信号或非uwb射频信号。
59.图3中示出了无线电路34的示意图。如图3所示，无线电路34可包括收发器电路42(例如，图2的uwb收发器电路36或非uwb收发器电路38)，该收发器电路使用射频传输线路径诸如射频传输线路径50耦接到给定天线40。
60.为了提供具有覆盖感兴趣的不同频率的能力的天线结构诸如天线40，天线40可设置有电路诸如滤波器电路(例如，一个或多个无源滤波器和/或一个或多个可调谐滤波器电路)。可将离散部件诸如电容器、电感器和电阻器结合到滤波器电路中。电容结构、电感结构和电阻结构也可由图案化的金属结构(例如，天线的一部分)形成。如果需要，天线40可设置有调谐在感兴趣的通信(频率)频带上的天线的可调节电路诸如可调谐部件。可调谐部件可以是可调谐滤波器或可调谐阻抗匹配网络的一部分，可以是天线谐振元件的一部分，可跨越天线谐振元件和天线接地部之间的间隙等。
61.射频传输线路径50可包括一个或多个射频传输线(在本文中有时被简称为传输线)。射频传输线路径50(例如，射频传输线路径50中的传输线)可包括正信号导体诸如正信号导体52和接地信号导体诸如接地导体54。
62.射频传输线路径50中的传输线可例如包括同轴电缆传输线(例如，接地导体54可被实现为沿其长度围绕信号导体52的接地导电编织物)，带状线传输线(例如，其中接地导体54沿信号导体52的两侧延伸)、微带传输线(例如，其中接地导体54沿信号导体52的一侧延伸)、由金属化通孔实现的同轴探针、边缘耦接的微带传输线、边缘耦接的带状线传输线、波导结构(例如，共面波导或接地共面波导)实现的同轴探针、这些类型的传输线和/或其他
传输线结构的组合等。在一个有时在本文中描述为实施例的适当布置中，射频传输线路径50可包括耦接到收发器电路42的带状传输线以及耦接在带状传输线与天线40之间的微带传输线。
63.射频传输线路径50的传输线可被集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。在一种合适的布置中，射频传输线路径50可包括传输线导体(例如，信号导体52和接地导体54)，这些传输线导体集成在多层层压结构(例如，在没有介入粘合剂的情况下层压在一起的导电材料(诸如铜)和电介质材料(诸如树脂)的层)内。如果需要，多层层压结构可在多个维度(例如，二维或三维)上折叠或弯曲，并且可在弯曲之后保持弯曲或折叠形状(例如，多层层压结构可被折叠成特定的三维结构形状以围绕其他设备部件布线并且可为足够刚性的以在折叠之后保持其形状而不用加强件或其他结构保持在适当的位置)。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)。
64.匹配网络可包括用于将天线40的阻抗与射频传输线路径50的阻抗匹配的部件诸如电感器、电阻器和电容器。匹配网络部件可被提供作为离散部件(例如，表面安装技术部件)或者可由外壳结构、印刷电路板结构、塑料支架上的迹线等形成。部件诸如这些部件还可被用于形成天线40中的滤波器电路并且可以是可调谐部件和/或固定部件。
65.射频传输线路径50可耦接到与天线40相关联的天线馈电结构。例如，天线40可形成倒f形天线、平面倒f形天线、贴片天线，或者具有带有正天线馈电端子诸如端子46和接地天线馈电端子诸如接地天线馈电端子48的天线馈电部44的其他天线。信号导体52可耦接到正天线馈电端子46并且接地导体54可耦接到接地天线馈电端子48。如果需要，可使用其他类型的天线馈电布置。例如，天线40可使用多个馈电部来馈电，每个馈电部通过对应的传输线耦接到收发器电路42的相应端口。如果需要，信号导体52可耦接到天线40上的多个位置(例如，天线40可包括耦接到同一射频传输线路径50的信号导体52的多个正天线馈电端子)。如果需要，开关可插置在收发器电路42和正天线馈电端子之间的信号导体上(例如，在任何给定时间选择性地激活一个或多个正天线馈电端子)。图3的例示性馈电配置仅是例示性的。
66.在操作期间，设备10可以与外部无线装置通信。如果需要，设备10可以使用在设备10与外部无线装置之间传送的射频信号来识别外部无线装置相对于设备10的位置。设备10可以通过识别距外部无线装置的范围(例如，外部无线装置与设备10之间的距离)以及来自外部无线装置的射频信号的到达角(aoa)(例如，设备10从外部无线装置接收射频信号的角度)来识别外部无线装置的相对位置。
67.图4是示出设备10可如何确定设备10与外部无线装置(在本文中有时被称为无线装置60、无线设备60、外部设备60或外部装置60)诸如无线网络节点60之间的距离d的图示。节点60可包括能够接收和/或传输射频信号诸如射频信号56的设备。节点60可以包括标记设备(例如，已经被设置有无线接收器和/或无线发射器的任何合适的对象)、电子设备(例如，基础设施相关设备)、和/或其他电子设备(例如，结合图1描述的类型的设备，包括与设备10相同的无线通信能力中的一些或全部)。
68.例如，电子设备60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、头戴式受话器设备(例如，虚拟或增强现实头戴式受话器设
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。节点60还可为机顶盒、具有无线通信能力的相机设备、台式计算机、计算机或其他处理电路已被集成到其中的显示器、没有集成计算机的显示器，或其他合适的电子装置。节点60还可以是密钥卡、钱包、书、笔或其他已经设置有低功率发射器(例如，rfid发射器或其他发射器)的对象。节点60可以是电子装置，诸如恒温器、烟雾探测器、低功耗(bluetooth le)信标、无线接入点、无线基站、服务器、加热、通风和空调(hvac)系统(有时被称为温度控制系统)、光源诸如发光二极管(led)灯泡、灯开关、电源插座、占用检测器(例如，主动或被动红外光检测器、微波检测器等)、门传感器、湿度传感器、电子门锁、安全相机或其他设备。如果需要，设备10也可以是这些类型的设备中的一种。
69.如图4所示，设备10可以使用无线射频信号56与节点60进行通信。射频信号56可以包括信号、近场通信信号、诸如ieee802.11信号的无线局域网信号、毫米波通信信号(诸如60ghz信号)、uwb信号、其他射频无线信号、红外信号等。在本文通过示例描述的一种合适布置中，射频信号56是在诸如6.5ghz和8ghzuwb通信频带的多个uwb通信频带中传送的uwb信号。射频信号56可用于确定和/或传送信息诸如位置和取向信息。例如，设备10中的控制电路28(图2)可使用射频信号56来确定节点60相对于设备10的位置58。
70.在节点60能够发送或接收通信信号的布置中，设备10中的控制电路28(图2)可使用图4的射频信号56来确定距离d。控制电路可使用信号强度测量方案(例如，测量来自节点60的射频信号56的信号强度)，或使用基于时间的测量方案(诸如，渡越时间测量技术、到达时间差测量技术、到达角测量技术、三角测量方法、渡越时间方法)，使用众包位置数据库和其他合适的测量技术来确定距离d。然而，这仅是例示性的。如果需要，控制电路可使用来自全球定位系统接收器电路、接近传感器(例如，红外接近传感器或其他接近传感器)的信息，来自相机的图像数据，来自运动传感器的运动传感器数据，和/或使用设备10中的其他电路来帮助确定距离d。除了确定设备10与节点60之间的距离d之外，控制电路可确定设备10相对于节点60的取向。
71.图5示出了如何确定设备10相对于诸如节点60的附近节点的位置和取向。在图5的示例中，设备10中的控制电路(例如，图2的控制电路28)使用水平极坐标系来确定设备10相对于节点60的位置和取向。在这种类型的坐标系中，控制电路可确定方位角θ和/或仰角以描述附近节点60相对于设备10的位置。控制电路可限定参考平面(诸如，局部地平面64)和参考矢量(诸如，参考矢量68)。局部地平面64可以是与设备10相交并相对于设备10的表面(例如，设备10的前面或后面)限定的平面。例如，局部地平面64可以是与设备10的显示器14(图1)平行或共面的平面。参考矢量68(有时称为“北”方向)可以是局部地平面64中的矢量。如果需要，参考矢量68可以与设备10的纵向轴线62(例如，沿设备10的中心纵向并平行于设备10的最长矩形尺寸，即平行于图1的y轴行进的轴线)对准。当参考矢量68与设备10的纵向轴线62对准时，参考矢量68可以对应于设备10指向的方向。
72.可以相对于局部地平面64和参考矢量68测量方位角θ和仰角如图5所示，节点60的仰角(有时被称为高度)是节点60与设备10的局部地平面64之间的角度(例如，在设备10与节点60之间延伸的矢量67以及设备10与局部地平面64之间延伸的共面矢量66之间的角度)。节点60的方位角θ是节点60围绕局部地平面64的角度(例如，参考矢量68与矢量66之
间的角度)。在图5的示例中，节点60的方位角θ和仰角大于0
°
。
73.如果需要，除了纵向轴线62之外的其他轴线可以用于限定参考矢量68。例如，控制电路可使用垂直于纵向轴线62的水平轴线作为参考矢量68。这可以用于确定节点60何时位于设备10的侧部附近(例如，当设备10被取向在节点60中的一个的左右时)。
74.在确定设备10相对于节点60的取向之后，设备10中的控制电路可采取适当的动作。例如，控制电路可向节点60发送信息，可从60请求和/或接收信息，可使用显示器14(图1)来显示与节点60无线配对的视觉指示，可使用扬声器来生成与节点60无线配对的音频指示，可使用振动器、触觉致动器或其他机械元件来生成指示与节点60无线配对的触觉输出，可使用显示器14来显示节点60相对于设备10的位置的视觉指示，可使用扬声器来生成节点60的位置的音频指示，可使用振动器、触觉致动器或其他机械元件来生成指示节点60的位置的触觉输出，和/或可采取其他合适的动作。
75.在一个合适的布置中，设备10可以使用两个或更多个超宽带天线来确定设备10与节点60之间的距离以及设备10相对于节点60的取向。超宽带天线可从节点60接收射频信号(例如，图4的射频信号56)。可以分析无线通信信号中的时间戳以确定无线通信信号的渡越时间，并由此确定设备10与节点60之间的距离(范围)。附加地，可以使用到达角(aoa)测量技术来确定电子设备10相对于节点60的取向(例如，方位角θ和仰角)。
76.在到达角测量中，节点60将射频信号传输到设备10(例如，图4的射频信号56)。设备10可测量两个或更多个超宽带天线之间的射频信号的到达时间的延迟。到达时间的延迟(例如，每个超宽带天线处的接收相位的差异)可以用于确定射频信号的到达角(并因此确定节点60相对于设备10的角度)。一旦确定了距离d和到达角，设备10就可以知道节点60相对于设备10的精确位置。
77.图6是示出可以如何使用到达角测量技术来确定设备10相对于节点60的取向的示意图。如图6所示，设备10可包括通过相应射频传输线路径(例如，第一射频传输线路径50
‑
1和第二射频传输线路径50
‑
2)耦接到uwb收发器电路36的多个天线(例如，第一天线40
‑
1和第二天线40
‑
2)。uwb收发器电路36以及天线40
‑
1和40
‑
2可在uwb频率下工作(例如，uwb收发器电路36可使用天线40
‑
1和40
‑
2来传送(发送和/或接收)uwb信号)。
78.天线40
‑
1和40
‑
2可以各自从节点60接收射频信号56(图5)。天线40
‑
1和40
‑
2可以横向分开距离d1，其中天线40
‑
1比天线40
‑
2更远离节点60(在图6的示例中)。因此，与天线40
‑
2相比，射频信号56行进更大的距离以到达天线40
‑
1。节点60与天线40
‑
1之间的附加距离在图6中被示为距离d2。图6还示出了角度a和b(其中a b＝90
°
)。
79.距离d2可被确定为角度a或角度b的函数(例如，d2＝d1*sin(a)或d2＝d1*cos(b))。距离d2也可被确定为由天线40
‑
1接收的信号与由天线40
‑
2接收的信号之间的相位差的函数(例如，d2＝(pd)*λ/(2*π))，其中pd是由天线40
‑
1接收的信号与由天线40
‑
2接收的信号之间的相位差(有时写为)，并且λ是射频信号56的波长。设备10可以包括相位测量电路，其耦接到每个天线以测量接收信号的相位并识别相位差pd(例如，通过从针对一个天线测量的相位减去针对另一个天线测量的相位)。d2的两个等式可被设置为彼此相等(例如，d1*sin(a)＝(pd)*λ/(2*π))并且重新布置以求解角度a(例如，a＝sin
‑1((pd)*λ/(2*π*d1))或角度b。因此，到达角可(例如，通过图2的控制电路28)基于天线40
‑
1与40
‑
2之间的已知(预先确定)的距离d1、由天线40
‑
1接收的信号与由天线40
‑
2接收的信号之间的检测到(测
量)的相位差pd以及接收到的射频信号56的已知波长(频率)来确定。例如，可将图6的角度a和/或b转换为球面坐标以获得图5的方位角θ和仰角控制电路28(图2)可通过计算方位角θ和仰角中的一者或两者来确定射频信号56的到达角。
80.可以选择距离d1以便于计算由天线40
‑
1接收的信号与由天线40
‑
2接收的信号之间的相位差pd。例如，d1可小于或等于接收到的射频信号56的波长(例如，有效波长)的一半(例如，以避免多个相位差解决方案)。
81.利用用于确定到达角的两个天线(如图6所示)，可以确定单个平面内的到达角。例如，图6中的天线40
‑
1和40
‑
2可用于确定图5的方位角θ。可包括第三天线以使得能够在多个平面中确定到达角(例如，可确定图5的方位角θ和仰角两者)。在这种情况下，三个天线可形成所谓的三元组天线，其中三元组(例如，三元组可包括图6的天线40
‑
1和40
‑
2以及在垂直于天线40
‑
1和40
‑
2之间的矢量的方向上位于距天线40
‑
1距离d1处的第三天线)中的每个天线被布置成位于直角三角形的相应拐角上。三元组天线40可用于确定两个平面中的到达角(例如，以确定图5的方位角θ和仰角)。可在设备10中使用三元组天线40和/或两元组天线(例如，一对天线，诸如图6的天线40
‑
1和40
‑
2)来确定到达角。如果需要，不同的两元组天线可在设备10中相对于彼此正交地取向，以(例如，使用两个或更多个正交的两元组天线40，其中每个天线在单个相应平面中测量到达角)在两个维度中恢复到达角。
82.如果需要，设备10用于执行超宽带通信的三元组天线或两元组天线中的每个天线可被安装到公共(共享)基底，诸如公共柔性印刷电路结构。图7为示出天线40可如何安装到公共柔性印刷电路结构的俯视图。如图7所示，用于执行超宽带通信的两个或更多个天线(例如，三元组天线)可被安装到柔性印刷电路结构70。如果需要，柔性印刷电路结构70可沿一个或多个轴线弯曲或折叠(例如，以适应柔性印刷电路结构70附近的其他电子设备部件的存在)。
83.柔性印刷电路结构70可包括部分72(在本文中有时被称为短插芯部分72或短插芯72)。用于执行超宽带通信的天线40可形成在柔性印刷电路结构70的短插芯72上的区域80、78和74内。例如，用于执行超宽带通信的三元组天线40可包括区域74中的第一天线、区域78中的第二天线和区域80中的第三天线。
84.射频传输线路径(例如，图3的射频传输线路径50)可形成在柔性印刷电路结构70上，并且可耦接到区域80、78和74中的天线。柔性印刷电路结构70可包括(例如，在短插芯72中的一个或多个处或在柔性印刷电路结构70中的其他地方的)一个或多个射频连接器82。射频连接器82可将柔性印刷电路结构70上的射频传输线路径耦接到设备10中的收发器电路(例如，图3的收发器电路42)。收发器电路可例如安装到不同基底，诸如用于设备10的主逻辑板。
85.柔性印刷电路结构70可包括一个、两个、三个或三个以上柔性印刷电路。如果需要，每个柔性印刷电路可以安装(例如，焊接、表面安装、粘附等)到柔性印刷电路结构70中的至少一个其他柔性印刷电路。在一个合适的布置中，区域80和78位于第一柔性印刷电路上，而区域74位于表面安装到第一柔性印刷电路的第二柔性印刷电路上。在另一个合适的布置中，区域80、78和74中的每一个位于表面安装在一起的相应柔性印刷电路上。射频连接器82可安装到柔性印刷电路结构70上的任何所需位置。
86.图7的示例仅为例示性的。一般而言，柔性印刷电路结构70可具有任何所需形状。
柔性印刷电路结构70不需要包括短插芯72(例如，柔性印刷电路结构70可具有矩形形状或其他形状)。在柔性印刷电路结构70上仅形成两元组天线以用于执行超宽带通信的情况下，可省略区域80、78和74中的一者。在另一种合适的布置中，图7的柔性印刷电路结构70可使用用于天线40的刚性印刷电路板或其他基底来替换。如果需要，可将其他部件(例如，输入
‑
输出设备26或图2的控制电路28的部分、附加天线等)安装到柔性印刷电路结构70。
87.图8为示出柔性印刷电路结构70可如何安装在设备10内的横截面侧视图。如图8所示，设备10可包括电介质覆盖层(诸如电介质覆盖层84)和导电支撑板(诸如层叠在电介质覆盖层84上(面)的导电支撑板86)。电介质覆盖层84和导电支撑板86可(例如)形成设备10的外壳壁(例如，图1的后外壳壁12r)。如果需要，导电支撑板86可以是外围导电外壳壁12w(图1)的整体部分，或者可以焊接或以其他方式附连到外围导电外壳壁12w。导电支撑板86可具有诸如开口88的开口。
88.柔性印刷电路结构70可沿导电支撑板86延伸。柔性印刷电路结构70的短插芯72可在导电支撑板86中的开口88内延伸。柔性印刷电路结构70可具有天线基底，诸如短插芯72处的天线基底92。天线结构94可形成在天线基底92上。天线结构94可包括给定天线40的部分(例如，图6的天线40
‑
1或40
‑
2)，用于通过电介质覆盖层84传送超宽带信号或其他射频信号。短插芯72(例如，天线结构94)可被按压在开口88内，从而在柔性印刷电路结构70中形成弯曲部，诸如弯曲部98。短插芯72和天线结构94从而可位于导电支撑板86的上表面85和电介质覆盖层84之间。天线结构94可压靠(例如，直接接触)电介质覆盖层84(例如，弯曲部98可允许天线结构94压靠电介质覆盖层84，尽管柔性印刷电路结构70的其余部分形成在开口88的外部)。如果需要，可使用粘合剂来帮助将天线结构94粘附到电介质覆盖层84。
89.诸如导电屏蔽层96的电磁屏蔽件可层叠在导电支撑板86和柔性印刷电路结构70上面。导电屏蔽层96可完全覆盖开口88。导电屏蔽层96可(例如，使用焊料、焊接件或其他导电粘合剂)电连接到导电支撑板86，可被放置为与导电支撑板86接触，或者可与导电支撑板86分开并电容耦合到该导电支撑板。导电屏蔽层96可包括金属片、导电粘合剂(例如，具有粘合剂层的铜带)、电介质基底上的导电迹线、设备10的外壳的导电部分、导电箔、铁氧体或阻挡射频信号的任何其他所需结构。在不存在导电屏蔽层96的情况下，间隙90可响应于来自由天线结构94处理的极化之外的极化的射频信号而辐射。这可引入对由天线结构94处理的射频信号的不期望的交叉极化干扰。导电屏蔽层96的存在可用于阻挡这些射频信号使间隙90辐射，从而减轻天线结构94的交叉极化干扰。图8的示例仅为示例性的。如果需要，导电部件可与间隙90重叠以防止交叉极化干扰。如果需要，可省略导电屏蔽层96。如果需要，间隙90可具有零mm的宽度(例如，短插芯72可完全填充开口88的侧向区域)。
90.将天线结构94压靠在电介质覆盖层84上可有助于在天线结构94的整个侧向区域上提供从天线结构94到设备10外部的空闲空间的一致性阻抗过渡(例如，天线结构94和电介质覆盖层84之间没有任何气隙或气泡，否则将向系统引入不期望的阻抗不连续性)。然而，在实施过程中，用于形成柔性印刷电路结构70的材料可能趋向于处于基本上平面的形状。弯曲部98的存在可能导致柔性印刷电路结构70在 z方向上表现出偏置力100。偏置力100可能在短插芯72和天线结构94的侧向拐角处特别明显。偏置力100在平行于z轴的方向上影响天线结构的阻抗(例如，在偏置力最强的位置在天线结构94和电介质覆盖层84之间引入轻微阻抗不连续性)。由偏置力100产生的阻抗不连续性可由于施加到设备10的外力
(诸如与跌落事件相关联的力)而加剧，在跌落事件中，设备跌落到地板或其它表面上。如果不注意，这些阻抗不连续性可能不期望地限制天线结构94在一个或多个频带中的总体天线效率。还可能期望在能够减小天线结构94的横向面积的同时，仍然在多个频带上表现出令人满意的天线效率。
91.任何所需天线结构可用于实现图7的区域74、80和78中的天线40(例如，用于实现图6的用于传送uwb信号的至少天线40
‑
1和40
‑
2)。在本文中有时作为示例描述的一种合适的布置中，平面倒f形天线结构可用于实现天线40。使用平面倒f形天线结构实现的天线在本文中有时可被称为平面倒f形天线。
92.图9是可用于形成天线40(例如，图6的天线40
‑
1和40
‑
2中的一个给定天线)的倒f形天线结构的示意图。如图9所示，天线40可包括天线谐振元件(诸如，天线谐振元件104)和天线接地部(诸如，天线接地部108)。天线谐振元件104可包括通过返回路径106短接到天线接地部108的谐振元件臂102(在本文中有时被称为天线谐振元件臂)。天线40可通过将传输线(例如，图3的射频传输线路径50中的传输线)耦接到天线馈电44的正天线馈电端子46和接地天线馈电端子48来馈电。正天线馈电端子46可耦接到谐振元件臂102，并且接地天线馈电端子48可耦接到天线接地部108。返回路径106可耦接在谐振元件臂102和与天线馈电部44并联的天线接地部108之间。谐振元件臂102的长度可确定天线的响应(谐振)频率。
93.在图9的示例中，天线40被配置为仅覆盖单个频带。如果需要，天线谐振元件104可包括将天线40配置为覆盖多个频带的多个谐振元件臂102。图10是可用于形成天线40(例如，图6的天线40
‑
1和40
‑
2中的一个给定天线)的双频带倒f形天线结构的示意图。如图10所示，天线谐振元件104包括从返回路径106的相对侧延伸的第一谐振元件臂102l和第二谐振元件臂102h。
94.第一谐振元件臂102l的长度(在本文中有时被称为低频带臂102l)可被选择为在第一频带中辐射，并且第二谐振元件臂102h的长度(在本文中有时被称为高频带臂102h)可被选择为在第二频带中以高于第一频带的频率辐射。例如，低频带臂102l可具有将低频带臂102l配置为在6.5ghzuwb通信频带中辐射的长度，而高频带臂102h具有将高频带臂102h配置为在8.0ghzuwb通信频带中辐射的长度。如本文所用，术语“辐射”是指通过由天线谐振元件发射的和/或由天线谐振元件接收的(例如，在天线谐振元件工作的一个或多个频带内)射频信号激发天线谐振元件。
95.图10的天线40可使用两个天线馈电部诸如天线馈电部44h和天线馈电部44l来馈电。天线馈电部44h可包括耦接到高频带臂102h的正天线馈电端子46h。天线馈电部44l可包括耦接到低频带臂102l的正天线馈电端子46l。为了清楚起见，在图10的示例中未示出天线馈电部44l和44h的接地天线馈电端子。如果需要，天线馈电部44l和44h可共享同一接地天线馈电端子。正天线馈电端子46h和46l两者均可耦接到同一传输线(例如，耦接到如图3所示的同一信号导体52)。这可例如优化天线40在由低频带臂102l覆盖的频带和由高频带臂102h覆盖的频带两者中的天线效率(例如，因为天线电流可通过对应的正天线馈电端子传送到每个谐振元件臂，而无需首先通过返回路径106短接到接地部)。
96.在本文中有时作为示例描述的一种合适的布置中，天线40可以是双频带平面倒f形天线。当被配置为双频带平面倒f形天线时，谐振元件臂102h和102l可使用延伸跨过天线接地部108上方的平面横向区域的导电结构(例如，导电迹线或贴片、金属片、导电箔等)来
形成。
97.图11是可用于形成天线40(例如，图6的天线40
‑
1和40
‑
2中的一个给定天线)的双频带平面倒f形天线结构的仰视图。如图11所示，天线40的天线谐振元件104(例如，双频带平面倒f形天线)可由导电结构(诸如，天线基底92的表面上(例如，天线基底92的最上面的表面上)的导电迹线)形成。天线基底92可由任何所需电介质材料(诸如，环氧树脂，塑料，陶瓷，玻璃，泡沫、聚酰亚胺、液晶聚合物或其他材料)形成。在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，天线基底92是具有柔性印刷电路材料(例如，聚酰亚胺、液晶聚合物等)的堆叠层的柔性印刷电路基底。天线基底92在本文中有时可能被称为电介质基底92。
98.如图11所示，天线谐振元件104可具有平面形状，该平面形状的长度等于高频带臂102h的长度l2和低频带臂102l的长度l1的总和。天线谐振元件104(例如，谐振元件臂102h和102l中的每一者)可具有垂直宽度114，使得天线谐振元件104具有在平行于天线接地部(例如，图10的天线接地部108)的给定平面(例如，图11的x
‑
y平面)中横向延伸的平面形状。换言之，低频带臂102l具有长度l1和宽度114，而高频带臂102h具有长度l2和宽度114。图11的示例仅为例示性的，并且如果需要，低频带臂102l和/或高频带臂102h可具有其他形状(例如，具有切口区域以容纳天线40附近的其他部件的形状、具有任何所需数量的弯曲边缘和/或笔直边缘的形状等)。在这些情况下，例如，长度l1可为低频带臂102l的最大横向尺寸，并且长度l2可为高频带臂102h的最大横向尺寸。
99.长度l2可被选择为配置高频带臂102h以在相对高频带诸如8.0ghzuwb通信频带中辐射。长度l1可被选择为将低频带臂102l配置为在相对低频带诸如6.5ghzuwb通信频带中辐射。例如，长度l2可大约等于对应于8.0ghz uwb通信频带中的频率的有效波长的四分之一(例如，在该有效波长的15％以内)。类似地，长度l1可大约等于对应于6.5ghz uwb通信频带中的频率的有效波长的四分之一。这些有效波长通过与用于形成天线基底92的电介质材料相关联的恒定值根据自由空间波长来修改(例如，通过将自由空间波长乘以基于天线基底92的电介质常数d
‑
k
的恒定值来找到有效波长)。该示例仅为例示性的，并且一般来讲，任何所需频带(例如，uwb通信频带)可由高频带臂102h和低频带臂102l覆盖。
100.低频带臂102l可通过导电通孔112的栅栏与天线谐振元件104中的高频带臂102h分开。导电通孔112(例如，在图11的z轴方向上)从天线基底92的最上面的表面延伸，穿过天线基底92，到达下面的接地层。导电通孔112的栅栏可形成天线40的返回路径(例如，图10的返回路径106)。
101.每个导电通孔112可与一个或多个相邻导电通孔112分开足够窄的距离，使得天线谐振元件104的位于导电通孔112的栅栏左侧的部分对于8.0ghzuwb通信频带中的天线电流表现为开路(无限大阻抗)，并且使得天线谐振元件104的位于导电通孔112的栅栏右侧的部分对于6.5ghzuwb通信频带中的天线电流表现为开路(无限大阻抗)。例如，栅栏中的每个导电通孔112可与一个或多个相邻的导电通孔112分开以下的距离：由高频带臂102h覆盖的波长的六分之一、由高频带臂102h覆盖的波长的八分之一、由高频带臂102h覆盖的波长的十分之一、由高频带臂102h覆盖的波长的十五分之一、小于由高频带臂102h覆盖的波长的十五分之一、小于由高频带臂102h覆盖的波长的六分之一等。
102.如果需要，电磁屏蔽(防护)环诸如接地屏蔽环110可在天线基底92的最上表面处侧向围绕天线谐振元件104。接地屏蔽环110可由天线基底92的表面上的导电迹线形成。接
地屏蔽环110的导电迹线可通过延伸穿过天线基底92的导电通孔118的栅栏短接到天线接地部(例如，下面的平面接地迹线)。耦接到接地屏蔽环110的每个导电通孔118可以足够窄的距离与一个或多个相邻导电通孔118分开，使得导电通孔的栅栏对于处于由天线谐振元件104处理的频带的射频信号呈现为实体壁。接地屏蔽环110可用于隔离和屏蔽天线40使其免受电磁干扰。
103.接地屏蔽环110、导电通孔118以及下面的平面接地迹线可共同形成图10的天线接地部108，并且可形成(限定)天线40的导电天线腔体，该导电天线腔体用于优化天线40的射频性能(例如，天线效率和带宽)。天线接地部可包括在天线基底92的最上面的层下方的天线基底92的一个或多个层上的接地迹线。接地迹线可包括在基本上全部天线40下方延伸(例如，与其重叠)的平面接地迹线。如果需要，接地迹线还可包括与接地屏蔽环110重叠但形成在平面接地迹线与天线基底92的最上面的层之间的天线基底92的层上的接地迹线环或其他形状的接地迹线。如果需要，天线40中的接地迹线的每个层可使用导电通孔来耦接在一起(例如，使得全部接地迹线保持在相同的地电位)。
104.图11的天线40可使用射频传输线路径(例如，图3的射频传输线路径50)来馈电。射频传输线路径可包括传输线，诸如带状线或微带传输线。传输线可具有耦接到天线谐振元件104的信号迹线116(例如，形成图3的信号导体52的一部分)。例如，信号迹线116可具有分别耦接到天线谐振元件104上的正天线馈电端子46l和46h的第一分支和第二分支。
105.在图11的示例中，天线40仅能够传送具有单个线性极化的射频信号。换言之，高频带臂102h在8.0ghzuwb通信频带中传送具有给定线性极化的射频信号，并且低频带臂102l在6.5ghzuwb通信频带中传送具有相同线性极化的射频信号。如果需要，可通过提供彼此垂直取向的附加天线来将附加偏振覆盖在设备10中。图11的示例仅为例示性的。如果需要，天线谐振天线40和/或接地屏蔽环110可具有其他形状(例如，具有任何所需数量的笔直边缘和/或弯曲边缘的形状)。
106.在图11的示例中，天线谐振元件104通过第一间隙121和第二间隙123两者与接地屏蔽环110分开。高频带臂102h具有与导电通孔112相对的辐射边缘122。低频带臂具有与导电通孔112相对的辐射边缘120。由天线谐振元件104上的天线电流产生的电场可在辐射边缘120和122处(例如，在间隙121和123内)表现出峰值量值。一般来讲，由于阻抗不连续性，相比在电场量值较低的位置，天线40在电场量值较高的位置处特别容易失谐并降低天线效率。因此，天线40可能特别容易受到辐射边缘120和122处以及间隙121和123处的阻抗不连续性的影响。然而，在 z方向上的偏置力诸如图8的偏置力100可产生不期望的阻抗不连续性(例如，在 z和
‑
z方向上)，尤其是在天线基底92的拐角处，诸如在图11的区域124内。如图11所示，区域124可至少部分地与辐射边缘120和122以及间隙121和123重叠，在这些重叠部分，天线40对阻抗不连续性最敏感。因此，这些力可能不期望地限制天线40在一个或多个频带中的天线效率。同时，间隙121和123以及导电通孔112的存在可将天线40配置为表现出相对较大的占位面积l3。这可使得天线40占据设备10内的过量空间。因此，可能期望能够为天线40提供相对不受由偏置力100(图8)产生的阻抗不连续性影响并且表现出尽可能紧凑的占位面积的结构。
107.图12示出了天线40的布置，其相对不受由偏置力100(图8)产生的阻抗不连续性的影响，并且表现出相对紧凑的占位面积。如图12所示，低频带臂102l和高频带臂102h可具有
由接地屏蔽环110的相应部分限定的边缘(例如，低频带臂102l、高频带臂102h，并且接地屏蔽环110可由天线基底92上的连续导电迹线形成，并且可使用相同的印刷/沉积工艺同时沉积在天线基底92上)。换言之，低频带臂102l和高频带臂102h可与接地屏蔽环110成一整体。例如，低频带臂102l、高频带臂102h和接地屏蔽环110可形成图8的天线结构94。
108.低频带臂102l可从接地屏蔽环110的第一(左)段(侧)134朝向高频带臂102h(例如，平行于x轴)延伸。高频带臂102h可从接地屏蔽环110的第二(右)段(侧)136朝向低频带臂102l(例如，平行于x轴)延伸。接地屏蔽环110的区段134可以是接地屏蔽环110的与接地屏蔽环110的区段136相对的区段。接地屏蔽环110可具有垂直于区段134和136延伸并且将区段134耦接到区段136的第三区段。在该布置中，天线40可包括用于低频带臂102l和高频带臂102h的单独返回路径(例如，诸如图9和图10的返回路径106的返回路径)。低频带臂102l和高频带臂102h的返回路径可由耦接到接地屏蔽环110的导电通孔118的相应组(栅栏)形成。例如，低频带臂102l的返回路径可由耦接到接地屏蔽环110的第一区段134的第一组(栅栏)导电通孔118形成(例如，其中第一组导电通孔将低频带臂102l短接到6.5ghzuwb通信频带中的接地迹线)，而高频带臂102h的返回路径由耦接到接地屏蔽环110的第二区段136的第二组(栅栏)导电通孔118形成(例如，其中第二组导电通孔将高频带臂102h短接到8.0ghzuwb通信频带中的接地迹线)。
109.与第一组导电通孔(接地屏蔽环110的区段134)相对的低频带臂102l的边缘可形成低频带臂102l的辐射边缘120(例如，低频带臂102l可具有由接地屏蔽环110的区段134限定或形成的第一端部，并且可具有形成辐射边缘120的相对的第二端部)。与第二组导电通孔(接地屏蔽环110的区段136)相对的高频带臂102h的边缘可形成高频带臂102h的辐射边缘122(例如，高频带臂102h可具有由接地屏蔽环110的区段136限定或形成的第三端部，并且可具有形成辐射边缘122的相对第四端部)。当以这种方式布置时，低频带臂102l的辐射边缘120面向高频带臂102h的辐射边缘122。
110.辐射边缘120通过间隙138与辐射边缘122隔开。间隙138、低频带臂102l和高频带臂102h可具有平行于y轴的宽度114。从辐射边缘120到第一组导电通孔118的低频带臂102l的长度可限定低频带臂102l的长度l1。从辐射边缘122到第二组导电通孔118的高频带臂102h的长度可限定高频带臂102h的长度l2。长度l1可被选择为将低频带臂102l配置为在相对低频带诸如6.5ghzuwb通信频带中辐射。例如，长度l1可大约等于对应于6.5ghzuwb通信频带中的频率的有效波长的四分之一。类似地，例如，长度l2可大约等于对应于8.0ghzuwb通信频带中的频率的有效波长的四分之一(例如，在该有效波长的15％以内)。
111.如图12所示，信号迹线116可包括耦接到低频带臂102l上的正天线馈电端子46l的第一分支128(例如，使用延伸穿过天线基底92的导电馈电通孔)。信号迹线116还可包括耦接到高频带臂102h上的正天线馈电端子46h的第二分支126(例如，使用延伸穿过天线基底92的导电馈电通孔)。可选择第一分支128的长度132和/或第一分支128的宽度(垂直于长度132测量)以帮助将信号迹线116的阻抗与低频带臂102l的阻抗匹配(例如，在由低频带臂109l处理的频带内)。可选择第二分支126的长度130和/或第二分支126的宽度(垂直于长度130测量)以帮助将信号迹线116的阻抗与高频带臂102h的阻抗匹配(例如，在由高频带臂102h处理的频带内)。附加地或另选地，第一分支128和/或第二分支126可包括一个或多个传输线短插芯和/或曲折段，以帮助使信号迹线116的阻抗与天线谐振元件104在一个或多
个频带中的阻抗匹配。如果需要，第一分支128可被配置为在由高频带臂102h处理的频带中形成开路(无限)阻抗，并且第二分支126可被配置为在由低频带臂102l处理的频带中形成开路阻抗。
112.在图12的布置中，天线谐振元件104的辐射边缘(例如，辐射边缘120和122)位于天线基底92的中心处或附近。低频带臂102l上的天线电流可在辐射边缘120处和间隙138内产生峰值电场量值。类似地，高频带臂102h上的天线电流可在辐射边缘122处和间隙138内产生峰值电场量值。因为辐射边缘120和122以及间隙138的位置相对远离天线基底92的拐角(例如，辐射边缘120和122以及间隙138不与区域124重叠)，所以任何相对较强的偏置力诸如图8的偏置力100将对天线40的性能具有很小影响或没有影响(例如，因为由偏置力产生的阻抗不连续性集中在区域124内，该区域相对远离辐射边缘120和122以及间隙138)。因此，不论由图8的偏置力100产生的任何阻抗不连续性如何，图12的天线40将能够在8.0ghz和6.5ghzuwb频带两者中以令人满意的天线效率工作。同时，因为天线40仅具有单个间隙138(而不是一对间隙，诸如图11的间隙121和123)，并且因为天线40不需要包括附加导电通孔栅栏来将低频带臂102l和高频带臂102h(例如，图11的导电通孔112)分开，天线40可表现出小于图11的横向占位面积l3的相对紧凑的横向占位面积l4。图12的示例仅为例示性的。如果需要，低频带臂102l、高频带臂102h以及辐射边缘120和122可具有其他形状。
113.图13是图12的天线40的横截面侧视图(例如，沿图12的线aa'截取)。如图13所示，低频带臂102l、高频带臂102h和接地屏蔽环110可由天线基底92的表面159上的导电迹线形成(例如，可形成天线结构94)。天线基底92可包括电介质材料(例如，柔性印刷电路材料，诸如聚酰亚胺或液晶聚合物、陶瓷等)的一个或多个堆叠层162。该示例仅为例示性的，并且如果需要，天线基底92的一个或多个附加层162可形成在表面159上面。
114.天线基底92可包括尾部诸如尾部142(例如，柔性印刷电路尾部)，该尾部延伸超过天线谐振元件104的侧向轮廓(天线40、天线基底40和尾部142可全部形成柔性印刷电路结构70的一部分)。尾部142可例如包括一个或多个弯曲部，诸如图8的弯曲部98(例如，尾部142可在短插芯72外部形成图7的柔性印刷电路结构70的部分)。天线40的射频传输线可形成在尾部142上并且可延伸到天线基底92中。天线基底92可包括形成接地层(层)的导电迹线，诸如平面接地迹线148。平面接地迹线148可形成在天线基底92的表面上，或者可嵌入在天线基底92的层162内。平面接地迹线148可形成天线40的射频传输线的一部分，并且可在天线谐振元件104下方延伸(例如，天线谐振元件104可与平面接地迹线148重叠)。导电通孔144可延伸穿过柔性印刷电路基底92的尾部142，以将平面接地迹线148短接到附加接地迹线150。
115.射频传输线的信号迹线(例如，图12的信号迹线116)可包括嵌入在天线基底92的层162中的第一分支128和第二分支126。导电馈电通孔154可以在正天线馈电端子46l处从第一分支128延伸到低频带臂102l。导电馈电通孔156可以在正天线馈电端子46h处从第二分支126延伸到高频带臂102h。导电馈电通孔156和154可以在天线基底92的每个层162之间的界面处耦接到导电触点诸如着落垫146(为了清楚起见，图13中仅示出了单层着落垫146)。
116.如图13所示，接地屏蔽环110可形成在天线基底92的表面159上。低频带臂102l的辐射边缘120可在表面159处通过间隙138与高频带臂102h的辐射边缘122分离。接地屏蔽环
110可通过延伸穿过天线基底92的导电通孔118短接到平面接地迹线148。导电通孔118可在天线基底92中的每个层162之间的界面处耦接到着落垫146。
117.导电通孔118、低频带臂102l、高频带臂102h、接地屏蔽环110和平面接地迹线148可限定用于天线40的连续天线腔(容积)158。一般来讲，天线40的带宽与天线腔体158的尺寸成比例。表面152在天线谐振元件104下方的部分可不含接地迹线以使天线腔体158的尺寸最大化(例如，允许天线腔体158向下延伸到平面接地迹线148)。这可用于最大化天线40的带宽和效率。接地屏蔽环110和导电通孔118还可用于屏蔽天线40使其免受外部电磁干扰。
118.根据一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括具有至少第一堆叠电介质层和第二堆叠电介质层的基底、第一电介质层上的接地迹线、第二电介质层上的屏蔽环(该屏蔽环具有第一区段和第二区段)、穿过基底将屏蔽环耦接到接地迹线的导电通孔、位于第二电介质层上的第一天线谐振元件臂(第一天线谐振元件臂从屏蔽环的第一区段延伸到第一辐射边缘)，以及在第二电介质层上的第二天线谐振元件臂，该第二天线谐振元件臂从屏蔽环的第二区段延伸到第二辐射边缘，第二辐射边缘通过间隙与第一辐射边缘隔开。
119.根据另一个实施方案，导电通孔包括第一组导电通孔和第二组导电通孔，第一组导电通孔将屏蔽环的第一区段耦接到接地迹线，第一组导电通孔形成用于第一天线谐振元件臂的第一返回路径，第二组导电通孔将屏蔽环的第二区段耦接到接地迹线，并且第二组导电通孔形成用于第二天线谐振元件臂的第二返回路径。
120.根据另一个实施方案，屏蔽环的第一区段位于屏蔽环的第一侧，并且屏蔽环的第二区段位于屏蔽环的与第一侧相对的第二侧。
121.根据另一个实施方案，该装置包括基底上的信号迹线，该信号迹线包括第一分支和第二分支、将第一分支耦接到第一天线谐振元件臂上的第一正天线馈电端子的第一导电馈电通孔，以及将第二分支耦接到第二天线谐振元件臂上的第二正天线馈电端子的第二导电馈电通孔。
122.根据另一个实施方案，第一天线谐振元件臂被配置为在第一频带中辐射，并且第二天线谐振元件被配置为在不同于第一频带的第二频带中辐射。
123.根据另一个实施方案，第一频带包括6.5ghz超宽带通信频带，并且第二频带包括8.0ghz超宽带通信频带。
124.根据另一个实施方案，该基底包括柔性印刷电路基底。
125.根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括基底、基底的第一表面上的接地层、基底的第二表面上的导电迹线，该导电迹线包括被配置为在第一频带中辐射的第一天线臂、被配置为在不同于第一频带的第二频带中辐射的第二天线臂，以及围绕所述第一天线臂和所述第二天线臂延伸的环；第一组导电通孔，该第一组导电通孔通过基底将环耦接到接地层，第一组导电通孔被配置为将第一天线臂短接到接地层，以及第二组导电通孔，该第二组导电通孔通过基底将环耦接到所述接地层，该第二组导电通孔被配置为将第二天线臂短接到接地层。
126.根据另一个实施方案，第一天线臂具有第一辐射边缘，并且第一天线臂从环的第一区段延伸到第一辐射边缘。
127.根据另一个实施方案，第二天线臂具有第二辐射边缘，第二天线臂从环的第二区
段延伸到第二辐射边缘，并且第一辐射边缘通过基底的第二表面处的间隙与第二辐射边缘隔开。
128.根据另一个实施方案，电子设备包括电介质覆盖层和电介质覆盖层上的导电支撑板，该导电支撑板具有开口，基底安装在开口内并抵靠电介质覆盖层，并且第一谐振元件臂和第二谐振元件臂被配置为辐射穿过电介质覆盖层。
129.根据另一个实施方案，电子设备包括显示器，电介质覆盖层形成电子设备的与显示器相对的外壳壁。
130.根据另一个实施方案，电子设备包括覆盖开口和基底的屏蔽层。
131.根据另一个实施方案，电子设备包括从基底延伸的柔性印刷电路尾部，柔性印刷电路尾部具有至少一个弯曲部。
132.根据另一个实施方案，电子设备包括在基底上具有信号导体(该信号导体包括第一分支和第二分支)的射频传输线、将所述第一分支耦接到所述第一天线臂上的第一正天线馈电端子的第一导电馈电通孔，以及将所述第二分支耦接到所述第二天线臂上的第二正天线馈电端子的第二导电馈电通孔。
133.根据另一个实施方案，第一频带包括6.5ghz超宽带通信频带，并且第二频带包括8.0ghz超宽带通信频带。
134.根据一个实施方案，提供了一种天线，该天线包括具有第一区段和第二区段的导电迹线环、具有相对的第一端部和第二端部的第一臂，第一端部由导电迹线环的第一区段形成，第一臂被配置为在第一频带中辐射，第一天线馈电部耦接到第一臂，具有相对的第三端部和第四端部的第二臂，第四端部面向低频带臂的第二端部，第二臂被配置为在高于第一频带的第二频带中辐射，并且第三端部由导电迹线环的第二区段形成，并且第二天线馈电部耦接到第二臂。
135.根据另一个实施方案，天线包括接地层、将第一臂的第一端部耦接到接地层的第一组导电通孔，以及将第二臂的第三端部耦接到接地层的第二组导电通孔。
136.根据另一个实施方案，导电迹线环被配置为形成用于天线的接地屏蔽环。
137.根据另一个实施方案，第一频带包括6.5ghz超宽带通信频带，并且第二频带包括8.0ghz超宽带通信频带。
138.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。