具有毫米波和超宽带天线模块的电子设备的制作方法

具有毫米波和超宽带天线模块的电子设备
1.本技术要求2020年9月21日提交的美国专利申请第17/026,974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.本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信能力的电子设备。
3.诸如便携式计算机和蜂窝电话的电子设备通常具有无线通信能力。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，诸如天线部件。同时，期望无线设备覆盖越来越多的通信频带。
4.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一系列工作频率范围内表现出令人满意的性能并具有令人满意的效率带宽。
5.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：

6.电子设备可设置有无线电路和外壳。该外壳可具有外壳壁。该无线电路可包括辐射穿过该外壳壁的天线。该天线可包括第一相控天线阵列和第二相控天线阵列以及第一超宽带天线、第二超宽带天线和第三超宽带天线的三元组。该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列可以大于10ghz的第一频率和第二频率辐射。该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列以及该三元组超宽带天线可形成在同一天线模块上。
7.该天线模块可具有介电基板。该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列以及该三元组超宽带天线可形成在该介电基板上。该第三超宽带天线和该第二超宽带天线可由间隙隔开。该第一相控天线阵列可在该间隙内横向插置在该第三超宽带天线和该第二超宽带天线之间。该第三超宽带天线可横向插置在该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列中的至少一些第二相控天线阵列之间。
8.可使用内插器将射频集成电路(rfic)安装到该介电基板。该rfic可包括用于该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列的相位和幅度控制器。当以这种方式配置时，天线模块可在设备内占据最小量的空间。与相控天线阵列和超宽带天线形成在单独的天线模块上的情况相比，该天线模块还可能需要更少的互连器，并且可能更容易制造且成本更低。
附图说明
9.图1是根据一些实施方案的例示性电子设备的透视图。
10.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。
11.图3是根据一些实施方案的例示性无线电路的示意图。
12.图4是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。
13.图5是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。
14.图6是示出了根据一些实施方案的电子设备中的例示性超宽带天线如何可用于检测到达角的图示。
15.图7是根据一些实施方案的可使用控制电路进行调节来引导信号束的例示性相控天线阵列的图示。
16.图8是根据一些实施方案的具有超宽带天线和相控天线阵列的例示性天线模块的底视图。
17.图9是根据一些实施方案的示例性天线模块的侧视图，该天线模块具有使用内插器安装到布线层的射频集成电路。
18.图10是根据一些实施方案的示例性天线模块的侧视图，该天线模块具有使用柔性集成电路安装到布线层的射频集成电路。
具体实施方式
19.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。该天线可用于发送和/或接收无线射频信号。
20.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。
21.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。
22.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(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。
23.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)。
24.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。
25.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)。
26.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。
27.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。
28.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。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可包括凹陷区域，诸如延伸到有效区域aa中的凹口24。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。显示模块可在设备10的上部区域20中具有没有有效显示电路(即，形成无效区域ia的凹口24)的凹陷或凹口。凹口24可以是基本上为矩形的区域，其三侧被有效区域aa围绕(限定)，而第四侧被外围导电外壳结构12w围绕。
29.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，以容纳端口诸如凹口24中的扬声器端口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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.一般来讲，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。
34.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。
35.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。
36.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。其中设备10包括三个或四个上部天线和五个下部天线的示例在本文中作为示例进行描述。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)。
37.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38。控制电路38可包括存储装置诸如存储电路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。
38.控制电路38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38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。
39.控制电路38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38可用在实现通信协议。可使用控制电路38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、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期望的距离检测协议)等。每个通信协议可与指定用于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。
40.设备10可包括输入-输出电路26。输入-输出电路26可包括输入-输出设备28。输入-输出设备28可用于允许将数据供应至设备10且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备28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。
41.输入-输出电路26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38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38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38的部分)。例如，控制电路38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。
42.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、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。
43.无线电路34可包括用于处理各种射频通信频带中的射频信号的传输和/或接收的射频收发器电路36。例如，射频收发器电路36可处理：无线局域网(wlan)通信频带，诸如2.4ghz和5ghz (ieee 802.11)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，从1700mhz至2200mhz)、蜂窝高频带(hb)(例如，从2300mhz至2700mhz)、蜂窝超高频带(uhb)(例如，从3300mhz至5000mhz)或介于约600mhz和约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新无线电频率范围1(fr1)频带、在20ghz和60ghz之间的毫米波长和厘米波长下的5g新无线电频率范围2(fr2)频带等)；近场通信(nfc)频带(例如，在
13.56mhz下)；卫星导航频带(例如，在1575mhz的l1全球定位系统(gps)频带、在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ieee 802.15.4协议和/或其他uwb通信协议支持的超宽带(uwb)通信频带(例如，在6.5ghz的第一uwb通信频带和/或在8.0ghz的第二uwb通信频带)；和/或任何其他期望的通信频带。由射频收发器电路36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”并且可跨越对应的频率范围。
44.由射频收发器电路36处理的uwb通信频带可基于使用频带受限数据脉冲的脉冲无线电信令方案。uwb频率带中的射频信号可具有任何期望带宽，诸如在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物体诸如墙壁。例如，在ieee 802.15.4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)。
45.射频收发器电路36可包括处理这些频率带中的每个频率带的相应收发器(例如，收发器集成电路或芯片)或处理这些频率带中的两个或更多个频率带的任何期望数量的收发器。在不同收发器耦接到同一天线的场景中，滤波器电路(例如，双工器电路、双讯器电路、低通滤波器电路、高通滤波器电路、带通滤波器电路、带阻滤波器电路等)、开关电路、多路复用电路或者任何其他期望的电路可用于隔离由每个收发器通过同一天线传送的射频信号(例如，滤波电路或多路复用电路可被插置在由收发器共享的射频传输线上)。射频收发器电路36可包括一个或多个集成电路(芯片)、集成电路封装(例如，安装在系统级封装设备中的公共印刷电路上的多个集成电路、安装在不同基板上的一个或多个集成电路等)、功率放大器电路、上变频电路、下变频电路、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和/或用于在射频、中频和/或基带频率之间转换信号的其他电路。
46.一般来讲，射频收发器电路36可覆盖(处理)任何感兴趣的期望频率带。如图2所示，无线电路34可包括天线40。射频收发器电路36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介电覆盖层)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介电覆盖层)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。
47.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、波导结构、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，诸如电介质谐振天线。如果需要，一个或多个天线40可以是背腔天线。如果需要，两个或更多个天线40可被布置成相控天线阵列(例如，用于传送厘米和/或毫米波信号)。可针对不同的频带和频带组合来使用不同类型的天线。
48.在本文作为示例描述的一种合适的布置中，天线40包括用于在uwb频带中传送射
频信号的第一组天线以及形成一个或多个相控天线阵列的第二组天线。第一组天线可包括用于在uwb频带中传送射频信号的三元组或两元组天线(在本文中有时称为uwb天线)。相控天线阵列可使用毫米波信号和/或厘米波信号来传送射频信号。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。在本文作为示例描述的一种合适的布置中，每个相控天线阵列可在约24ghz至30ghz的第一5g nr fr2频带以及在约37ghz至43ghz的第二5g nr fr2频带中传送射频信号。例如，每个相控天线阵列可包括在第一5g nr fr2频带中传送射频信号的第一组天线以及在第二5g nr fr2频带中传送射频信号的第二组天线。
49.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36，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。
50.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。
51.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。
52.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示例的适当布置中，射频传输线路径50可包括耦接到收发器电路36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。
53.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)。
54.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。
55.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正天线馈电端子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。正天线馈电端子46可耦接到天线40的天线谐振元件。接地天线馈电端子48可耦接到天线40的天线接地部。
56.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36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36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。
57.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。
58.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)。
59.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。
60.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8ghz uwb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38(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。
61.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38(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。
62.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38)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。
63.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
°
。
64.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)。
65.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。
66.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)。
67.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。
68.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。设备10可包括用于在一个或多个uwb频带中传送射频信号的多个天线40(在本文中有时称为超宽带天线40u)。如图6所示，设备10中的超宽带天线40u可包括至少第一超宽带天线40u-1和第二超宽带天线40u-2。超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2可通过相应的射频传输线路径50(例如，第一射频传输线路径50a和第二射频传输线路径50b)耦接到收发器电路36。收发器电路36以及超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2可在uwb频率下工作(例如，收发器电路36可使用超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2来传送uwb信号)。
69.超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2可以各自从节点60接收射频信号56(图5)。超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2可以横向隔开距离d1，其中超宽带天线40u-1比超宽带天线40u-2更远离节点60(在图6的示例中)。因此，与超宽带天线40u-2相比，射频信号56行进更大的距离以到达超宽带天线40u-1。节点60与超宽带天线40u-1之间的附加距离在图6中被示出为距离d2。图6还示出了角度a和b(其中a b＝90
°
)。
70.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也可被确定为由超宽带天线40u-1接收的信号与由超宽带天线40u-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是由超宽带天线40u-1接收的信号与超宽带天线40u-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38)基于超宽带天线40u-1与超宽带天线40u-2之间的已知(预先确定)的距离d1、由超宽带天线40u-1接收的信号与由超宽带天线40u-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38(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。
71.可以选择距离d1以便于计算由超宽带天线40u-1接收的信号与由超宽带天线40u-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)。
72.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中的超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2可用于确定图5的方位角θ。可包括第三超宽带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)。在这种场景下，三个超宽带天线可形成所谓的三元组超宽带天线，其中三元组(例如，三元组可包括图6的超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2以及在垂直于超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2之间的矢量的方向上定位于距离超宽带天线40u-1距离d1处的第三天线)中的每个天线被布置成大致位于直角三角形的相应拐角上，或者使用其他一些预先确定的相对定位方式。三元组超宽带天线40u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中使用三元组超宽带天线40u和/或两元组超宽带天线40u(例如，一对天线，诸如图6的超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-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超宽带天线40u，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。
73.设备10中的天线40还可包括传送频率大于10ghz的射频信号的两个或更多个天线40。由于在大于10ghz的频率下信号大幅衰减，这些天线可被布置成一个或多个对应的相控天线阵列。图7示出了用于处理在毫米波频率和厘米波频率下的射频信号的天线40可如何形成在对应的相控天线阵列76中。
74.如图7所示，相控天线阵列76(在本文中有时被称为阵列76、天线阵列76或天线40的阵列76)可耦接到射频传输线路径50。例如，相控天线阵列76中的第一天线40-1可耦接到第一射频传输线路径50-1，相控天线阵列76中的第二天线40-2可耦接到第二射频传输线路径50-2，相控天线阵列76中的第n个天线40-n可耦接到第n个射频传输线路径50-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76中的天线40有时也可被称为共同形成单个相控阵天线。
75.相控天线阵列76中的天线40可被布置成任何期望数量的行和列或被布置成任何其他期望图案(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，射频传输线路径50可用于将信号(例如，射频信号，诸如毫米波和/或厘米波信号)从收发器电路36(图2)供应给相控天线阵列76以用于无线传输。在信号接收操作期间，射频传输线路径50可用于将在相控天线阵列76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)供应给收发器电路36(图3)。
76.在相控天线阵列76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7的示例中，天线40各自具有对应的射频相位和幅度控制器70(例如，被插置在射频传输线路径50-1上的第一相位和幅度控制器70-1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路径50-2上的第二相位和幅度控制器70-2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路径50-n上的第n相位和幅度控制器70-n可控制由天线40-n处理的射频信号的相位和幅度等)。
77.相位和幅度控制器70可各自包括用于调节射频传输线路径50(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路径50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70在本文中有时可被统称为波束转向电路(例如，转向由相控天线阵列76发射和/或接收的射频信号的波束的波束转
向电路)。
78.相位和幅度控制器70可调节被提供给相控天线阵列76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76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70可包括用于检测由相控天线阵列76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76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。
79.例如，如果调节相位和幅度控制器70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7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70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。类似地，如果调节相位和幅度控制器70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70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。
80.可基于从控制电路38接收的对应控制信号s来控制每个相位和幅度控制器70以产生所需的相位和/或幅度(例如，可使用控制信号s1来控制由相位和幅度控制器70-1提供的相位和/或幅度，可使用控制信号s2来控制由相位和幅度控制器70-2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s，以随时间推移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70可向控制电路38提供识别接收信号的相位的信息。
81.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76与外部通信装备之间的视线路径上传送射频信号。如果外部物体位于图7的点a处，则可调节相位和幅度控制器70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76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70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76可在点b的方向上发射和接收射频信号。在图7的示例中，为了简单起见，波束转向被示为在单个自由度上(例如，在图7的页面上朝向左和右)执行。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7的页面上向左和向右)上转向波束。相控天线阵列76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。
82.在本文作为示例描述的一种合适的布置中，设备10中的天线40包括用于传送厘米波频率和毫米波频率的射频信号的三元组超宽带天线以及第一相控天线阵列和第二相控天线阵列。在一些场景下，三元组超宽带天线和相控天线阵列形成在单独的相应基板或模块上。然而，在设备(诸如，设备10)中，空间通常非常宝贵。在单独的相应基板或模块上形成三元组超宽带天线和相控天线阵列可能在设备10中占据过量的空间，可能增加不期望的设备10的制造成本和复杂度，并且随时间推移，可能给设备10引入机械不均匀的因素。
83.为了缓解这些问题，三元组超宽带天线以及第一相控天线阵列和第二相控天线阵列两者均可形成为同一集成天线模块的一部分。图8是示出了如何在同一天线模块上形成三元组超宽带天线以及第一相控天线阵列和第二相控天线阵列的底视图。
84.如图8所示，设备10可包括集成天线模块，诸如天线模块78。天线模块78可包括介电基板，诸如介电基板80。例如，介电基板80可为具有两个或更多个垂直堆叠的介电层的堆叠介电基板。
85.天线模块78可包括三元组超宽带天线40u，诸如超宽带天线40u-1、超宽带天线40u-2和超宽带天线40u-3。超宽带天线40u-1、超宽带天线40u-2和超宽带天线40u-3可在一个或多个超宽带频带中传送射频信号。每个超宽带天线40u可具有对应的天线谐振元件。天线谐振元件可与由介电基板80中的接地迹线形成的天线接地部重叠。
86.例如，如图8所示，超宽带天线40-1和超宽带天线40u-2可各自具有由介电基板80上的导电迹线贴片形成的天线谐振元件86。因此，天线谐振元件86可以是贴片天线谐振元件(在本文中有时称为贴片元件、贴片谐振元件、贴片辐射元件或贴片辐射器)。对应的正天线馈电端子46(诸如正天线馈电端子46u)可耦接到每个天线谐振元件86以用于为超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2馈电。可选择天线谐振元件86的长度(例如，平行于图8的x轴)以将超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2配置为在对应的超宽带频带(例如，6.5ghz uwb频带)中辐射。这仅是例示性的。如果需要，可将返回路径耦接在天线谐振元件86和接地迹线之间，以将天线谐振元件86配置为形成平面倒f形天线谐振元件。一般来讲，可使用任何其他期望的天线谐振元件结构(例如，具有任何期望的形状、任何期望数量的弯曲边缘和/或直边缘、任何期望的馈电布置等的天线谐振元件)来形成天线谐振元件86。
87.超宽带天线40u-3可具有包括第一天线谐振元件臂88和第二天线谐振元件臂90的天线谐振元件。天线谐振元件臂88和天线谐振元件臂90可由介电基板80上的导电迹线形成。天线谐振元件臂88和天线谐振元件臂90可各自由相应的正天线馈电端子46u馈电。天线谐振元件臂88和天线谐振元件臂90可由导电通孔92的围栏隔开，该围栏将形成天线谐振元件臂88和天线谐振元件臂90的导电迹线耦接到介电基板80中的接地迹线。导电通孔92的围栏可形成用于超宽带天线40u-3的返回路径。因此，超宽带天线40u-3的天线谐振元件可为双频带平面倒f形天线谐振元件(例如，天线谐振元件臂88和天线谐振元件臂90可为从导电通孔92的相对侧延伸的平面倒f形天线谐振元件臂)。
88.可选择天线谐振元件臂88的长度(例如，平行于图8的x轴)以将超宽带天线40u-3配置为在第一超宽带频带(例如，6.5ghz uwb频带)中辐射。可选择天线谐振元件臂90的长度(例如，平行于图8的x轴)以将超宽带天线40u-3配置为也在第二超宽带频带(例如，8.0ghz uwb频带)中辐射。这仅是例示性的。如果需要，超宽带天线40u-3可为单频带天线(例如，类似于图8的超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2)。如果需要，超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2中的一者或两者可为用于在6.5ghz uwb频带和8.0ghz uwb频带两者中传送射频信号的双频带天线(例如，类似于图8的超宽带天线40u-3)。一般来讲，可使用任何其他期望的天线谐振元件结构(例如，具有任何期望的形状、任何期望数量的弯曲边缘和/或直边缘、任何期望的馈电布置等的天线谐振元件)来形成超宽带天线40u-3。
89.三元组超宽带天线40u-1、超宽带天线40u-2和超宽带天线40u-3可用于确定图4的距离d和/或确定入射射频信号在6.5ghz uwb频带和8.0ghz uwb频带中的一者或两者中的
到达角。如果需要，可省略超宽带天线40u-1、超宽带天线40u-2或超宽带天线40u-3(例如，天线模块78可包括二元组超宽带天线40u)。
90.天线模块78还可包括多个相控天线阵列76，诸如第一相控天线阵列76a和第二相控天线阵列76b。第一相控天线阵列76a可包括在相对较高的5g nr fr2频带(例如，以约37ghz至43ghz之间的频率)中辐射的第一组天线40h。第一相控天线阵列76a可包括任何期望数量的天线40h。在图8的示例中，第一相控天线阵列76a包括四个天线40h，诸如天线40h-1、天线40h-2、天线40h-3和天线40h-4。第一相控天线阵列76a中的每个天线40h可通过距离82与第一相控天线阵列76a中的一个或两个相邻天线40h隔开。可选择距离82以允许第一相控天线阵列76a中的天线40h执行令人满意的波束形成操作(例如，距离82可大致等于天线40h的有效操作波长的一半，其中该有效波长等于自由空间波长乘以基于介电基板80的介电常数而选择的恒定值)。
91.第一相控天线阵列76a还可包括在相对较低的5g nr fr2频带(例如，以约24ghz至30ghz之间的频率)中辐射的第二组天线40l。第一相控天线阵列76a可包括任何期望数量的天线40l。在图8的示例中，第一相控天线阵列76a包括四个天线40l，诸如天线40l-1、天线40l-2、天线40l-3和天线40l-4。第一相控天线阵列76a中的每个天线40l可通过距离84与第一相控天线阵列76a中的一个或两个相邻天线40l隔开。可选择距离84以允许第一相控天线阵列76a中的天线40l执行令人满意的波束形成操作(例如，距离84可大致等于天线40l的有效操作波长的一半)。
92.在图8的示例中，第一相控天线阵列76a包括第一行天线40h和第二行天线40l。这仅仅是示例性的，并且一般来讲，可将第一相控天线阵列76a中的天线40h和天线40l布置成任何期望的图案(例如，天线40h可以与天线40l交织成单行，天线40h可以与天线40l交织成跨两行等)。天线40h和天线40l可共同允许第一相控天线阵列76a在相对较低的5g nr fr2频带和相对较高的5g nr fr2频带两者中传送射频信号(例如，根据波束形成方案)。
93.第二相控天线阵列76b可包括在相对较高的5g nr fr2频带(例如，以约37ghz至43ghz之间的频率)中辐射的第三组天线40h。第二相控天线阵列76b可包括任何期望数量的天线40h。在本文有时作为示例描述的一种合适的布置中，第二相控天线阵列76b包括的天线40h比第一相控天线阵列76a更少(例如，第二相控天线阵列76b可包括两个天线40h，诸如天线40h-5和天线40h-6)。天线40h-5和天线40h-6可通过距离82彼此隔开。
94.第二相控天线阵列76b还可包括在相对较低的5g nr fr2频带(例如，以约24ghz至30ghz之间的频率)中辐射的第四组天线40l。第二相控天线阵列76b可包括任何期望数量的天线40l。在本文有时作为示例描述的一种合适的布置中，第二相控天线阵列76b包括的天线40l比第一相控天线阵列76b更少(例如，第二相控天线阵列76b可包括两个天线40l，诸如天线40l-5和天线40l-6)。天线40l-5和天线40l-6可通过距离84彼此隔开。
95.第二相控天线阵列76b中的天线可位于介电基板80的未被第一相控天线阵列76a和超宽带天线40u-1、超宽带天线40u-2和超宽带天线40u-3占据的部分(区域)上。例如，如图8所示，天线40h-5和天线40h-6可被布置成列，并且可横向插置在超宽带天线40u-3和天线40h-4与介电基板80的右边缘之间。同时，天线40l-5和天线40l-6可被布置成行，并且可横向插置在超宽带天线40u-3和介电基板80的上边缘之间。这仅仅是例示性的，并且一般来讲，可将第二相控天线阵列76b中的天线40h和天线40l布置成任何期望的图案。天线40h和
天线40l可共同允许相控天线阵列76b在相对较低的5g nr fr2频带和相对较高的5g nr fr2频带两者中传送射频信号(例如，根据波束形成方案)。
96.如果需要，第二相控天线阵列76b可独立于第一相控天线阵列76a转向。例如，第一相控天线阵列76a可在第一信号波束内传送射频信号，而第二相控天线阵列76b在第二信号波束内传送射频信号。在本文作为示例描述的一种合适的布置中，第一相控天线阵列76a可为用于设备10的主要相控天线阵列，而第二相控天线阵列76b为用于设备10的辅助相控天线阵列或分集相控天线阵列。
97.例如，控制电路38(图2)可采集传感器数据、无线性能度量数据或指示相控天线阵列76a和相控天线阵列76b随时间推移的射频性能的其他数据。控制电路38可使用第一相控天线阵列76a在5g nr fr2频带中传送射频信号。当所采集的数据指示第一相控天线阵列76a正被外部物体(例如，用户的手、台面或其他外部物体)阻挡或以其他方式表现出不令人满意的射频性能(例如，当所采集的无线性能度量数据落在令人满意的无线性能度量数据值的预定范围之外时)，控制电路38可将第一相控天线阵列76a切换成停用。控制电路38可随后将第二相控天线阵列76b切换成启用，并且可使用第二相控天线阵列76b在5g nr fr2频带中传送射频信号，直到第一相控天线阵列76a不再被阻挡或将以其他方式表现出令人满意的射频性能。这样，即使外部物体随时间推移偶尔阻挡天线模块78的一部分，天线模块78也可以继续在5g nr fr2频带中传送射频信号。
98.可使用任何期望的天线结构形成相控天线阵列76a和相控天线阵列76b中的天线40h和天线40l。在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，天线40h和天线40l是堆叠贴片天线。例如，如图8所示，每个天线40h可具有由介电基板80上的导电迹线贴片形成的天线谐振元件100(例如，天线谐振元件100可以是贴片天线谐振元件，并且因此在本文中有时可称为贴片元件100)。天线40h可具有由堆叠在贴片元件100上方的导电迹线贴片形成的寄生元件102。
99.贴片元件100可由一个或多个正天线馈电端子46h直接馈电。例如，贴片元件100可由耦接到贴片元件100的第一边缘的第一正天线馈电端子46hh馈电，并且可由耦接到贴片元件100的第二边缘(例如，与第一边缘正交的边缘)的第二正天线馈电端子46hv馈电。使用多个正天线馈电端子来馈电贴片元件100可允许天线40h传送具有多种偏振的射频信号。例如，第一正天线馈电端子46hh可传送具有第一线性(例如，水平)偏振的射频信号，而第二正天线馈电端子46hv传送具有第二线性(例如，垂直)偏振的射频信号。如果需要，也可使用圆偏振或椭圆偏振。
100.可选择贴片元件100的长度以在相对较高的5g nr fr2频带中辐射。未直接连接到正天线馈电端子46hv和正天线馈电端子46hh或未由正天线馈电端子46hv和正天线馈电端子46hh馈电的寄生元件102的尺寸可与贴片元件100的尺寸略有不同。这可将寄生元件102配置为加宽天线40h的带宽。如果需要，寄生元件102可以是十字形贴片(例如，具有与正天线馈电端子46hv和正天线馈电端子46hh重叠的正交的臂)。例如，这可将寄生元件102配置为执行天线40h的阻抗匹配。该示例仅仅是例示性的，并且一般来讲，可使用任何期望的天线结构来形成天线40h。
101.类似地，每个天线40l可具有由介电基板80上的导电迹线贴片形成的天线谐振元件94(例如，天线谐振元件94可以是贴片天线谐振元件，并且因此在本文中有时称为贴片元
件94)。天线40l可具有由堆叠在贴片元件94上方的导电迹线贴片形成的寄生元件96。
102.贴片元件94可由一个或多个正天线馈电端子46l直接馈电。例如，贴片元件94可由耦接到贴片元件94的第一边缘的第一正天线馈电端子46lh馈电，并且可由耦接到贴片元件94的第二边缘(例如，与第一边缘正交的边缘)的第二正天线馈电端子46lv馈电。使用多个正天线馈电端子来馈电贴片元件94可允许天线40l传送具有多种偏振的射频信号。例如，第一正天线馈电端子46lh可传送具有第一线性(例如，水平)偏振的射频信号，而第二正天线馈电端子46lv传送具有第二线性(例如，垂直)偏振的射频信号。如果需要，附加寄生元件98可横向围绕贴片元件94和/或寄生元件96(例如，寄生元件98可由介电基板80的与贴片元件94相同的介电层上的导电迹线和/或由与寄生元件96相同的介电层上的导电迹线形成)。例如，寄生元件98可有助于天线40l的辐射响应(例如，用于加宽天线40l的带宽)和/或可有助于将天线40l与设备10中的相邻天线和部件隔开。
103.可选择贴片元件94的长度以在相对较低的5g nr fr2频带中辐射。未直接连接到正天线馈电端子46hv和正天线馈电端子46hh或未由正天线馈电端子46hv和正天线馈电端子46hh馈电的寄生元件96的尺寸可与贴片元件94的尺寸略有不同。这可将寄生元件96配置为加宽天线40l的带宽。天线40h中的贴片元件100和天线40l中的贴片元件94可以与介电基板80中的接地迹线重叠(例如，如果需要，用于形成超宽带天线40u的天线接地部的相同接地迹线)。该示例仅仅是例示性的，并且一般来讲，可使用任何期望的天线结构来形成天线40h。如果需要，延伸穿过介电基板80的导电通孔的围栏可横向围绕天线模块78中的一个或多个(例如，全部)天线。例如，导电通孔的围栏可有助于将每个天线彼此隔开和/或与设备10中的其他部件的干扰隔开。
104.一般来讲，超宽带天线40u-3可通过间隙81与超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2隔开。例如，选择相对较大的间隙81可允许控制电路38(图2)以相对较高的准确度和/或精度来解析传入射频信号的到达角。为了使设备10内的空间消耗最小化，第一相控天线阵列76a可交织在天线模块78中的三元组超宽带天线内。
105.例如，如图8所示，第一相控天线阵列76a可横向插置在超宽带天线40u-3与超宽带天线40u-1和超宽带天线40u-2之间的介电基板80上。同时，超宽带天线40u-3可横向插置在第二相控天线阵列76b和第一相控天线阵列76a中的天线40l之间的介电基板80上。通过以这种方式利用三元组超宽带天线40u中存在间隙81并且相控天线阵列76a和相控天线阵列76b中存在所需的距离82和距离84，天线模块78可以在设备10内尽可能小的横向占有面积内执行超宽带通信和毫米波频率和厘米波频率通信两者。例如，这可允许设备10内有尽可能多的空间，用于形成其他设备部件。
106.天线模块78可安装在设备10内的任何期望的位置处。在本文作为示例描述的一种合适的布置中，天线模块78可压贴设备10的后外壳壁12r或与之相邻层叠(图1)。这可将相控天线阵列76a和相控天线阵列76b以及三元组超宽带天线40u配置为辐射穿过后外壳壁12r。在后外壳壁12r包括导电支撑板的情况下，导电支撑板中的孔可与天线模块78中的天线对准，以允许天线辐射穿过后外壳壁12r。在其他布置中，天线模块78中的天线可辐射穿过显示器14和/或外围导电外壳结构12w(图1)。
107.图8的示例仅为例示性的。可使用具有任何期望的形状的任何期望的天线结构来实现天线模块78中的天线。天线模块78可包括多于两个相控天线阵列76或者相控天线阵列
76a和相控天线阵列76b中的仅一者。相控天线阵列76a和相控天线阵列76b可包括在任何期望的频带中辐射的任何期望数量的天线。基板80可具有任何期望的形状。
108.用于支持相控天线阵列76a和相控天线阵列76b的操作的一个或多个电子部件诸如射频集成电路(rfic)可安装到介电基板80。图9是天线模块78的侧视图，示出了天线模块78可如何具有安装到介电基板80的rfic。
109.如图9所示，介电基板80可包括堆叠介电层104。介电层104可用于形成天线40h、天线40l和天线40u(例如，用于天线的天线谐振元件可由图案化到一个或多个介电层104的导电迹线形成)。介电层104在本文中有时可称为天线层104。介电基板80可包括将天线层104与堆叠介电层101隔开的接地迹线103。堆叠介电层101可包括用于射频传输线路径50(图3)的接地迹线和信号迹线，该射频传输线路径用于馈电天线模块78中的天线40h、天线40l和天线40u。因此，介电层101在本文中有时可称为布线层101。接地迹线103可形成天线模块78中的天线的天线接地部的一部分。开口可形成于接地迹线103中以容纳从布线层101中的信号迹线延伸到天线层104中的正天线馈电端子的导电通孔。
110.rfic(诸如rfic 110)可安装到布线层101。如果需要，rfic 110可安装到内插器106。可使用焊球108将内插器106安装到布线层101。内插器106可用于帮助将射频信号布线从布线层101卸载到内插器106上。例如，这可降低制造布线层101的尺寸、成本和复杂性，从而降低天线模块78的尺寸、成本和复杂性。
111.rfic 110可包括支持天线模块78中的天线40h和天线40l的操作的射频部件。例如，rfic 110可至少包括用于相控天线阵列76a和相控天线阵列76b的相位和幅度控制器70(图7)。可使用内插器106、布线层101和天线层104中的导电迹线和/或导电通孔并且通过焊球108将相位和幅度控制器耦接到相控天线阵列76a和相控天线阵列76b中的天线。射频板对板连接器114也可以安装到布线层101。柔性印刷电路112可经由板对板连接器114耦接到布线层101。例如，板对板连接器114和柔性印刷电路112可用于在天线模块78上的超宽带天线40u与收发器电路36(图3)之间传送射频信号。在另一种合适的布置中，可省略内插器106，并且rfic 110可经由柔性印刷电路112和板对板连接器114耦接到布线层101，如图10的示例所示。
112.通过将相控天线阵列76a和相控天线阵列76b以及超宽带天线40u集成到同一天线模块78中，可以在不牺牲射频性能的情况下使设备10中的空间消耗最小化。此种布置还比将相控天线阵列和超宽带天线形成在单独的相应模块或基板上的布置更稳健并且制造成本更低，因为例如天线模块78需要较小的水平组装公差和竖直组装公差以及较少的板对板互连器。
113.设备10可采集和/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。
114.根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括：外围导电外壳结构；显示器，该显示器安装到该外围导电外壳结构；外壳壁，该外壳壁与该显示器相对地安装到该外围导电外壳结构；和天线模块，该天线模块具有介电基板、相控天线阵列和超宽带天线，该相控天线阵列位于该介电基板上并且被配置为以大于10ghz的频率辐射穿过该外壳
壁，该超宽带天线位于该介电基板上并且被配置为在超宽带频带中辐射穿过该外壳壁。
115.根据另一个实施方案，该电子设备包括天线模块，该天线模块包括：位于介电基板上的第一附加超宽带天线；以及位于介电基板上的第二附加超宽带天线，相控天线阵列横向插置在第一附加超宽带天线和第二附加超宽带天线与超宽带天线之间。
116.根据另一个实施方案，该超宽带天线被配置为在附加超宽带频带中辐射穿过外壳壁，并且第一附加超宽带天线和第二附加超宽带天线被配置为在第一超宽带频带中辐射穿过外壳壁。
117.根据另一个实施方案，该超宽带频带包括6.5ghz超宽带频带，并且附加超宽带频带包括8.0ghz超宽带频带。
118.根据另一个实施方案，该超宽带天线包括双臂平面倒f形天线，并且第一附加超宽带天线和第二附加超宽带天线包括贴片天线。
119.根据另一个实施方案，该相控天线阵列包括被配置为以频率辐射的第一组堆叠贴片天线，该频率介于24ghz至30ghz之间，相控天线阵列包括被配置为以附加频率辐射的第二组堆叠贴片天线，并且该附加频率介于37ghz至41ghz之间。
120.根据另一个实施方案，该电子设备包括天线模块，该天线模块包括位于介电基板上的附加相控天线阵列，该附加相控天线阵列包括被配置为以该频率辐射的第三组堆叠贴片天线以及被配置为以该附加频率辐射的第四组堆叠贴片天线。
121.根据另一个实施方案，超宽带天线横向插置在位于第二组堆叠贴片天线和第三组堆叠贴片天线之间的介电基板上。
122.根据另一个实施方案，该第一组中存在比该第三组更多的堆叠贴片天线，并且该第二组中存在比该第四组更多的堆叠贴片天线，该电子设备包括控制电路，该控制电路被配置为使用相控天线阵列执行波束转向操作，并且被配置为响应于检测到覆盖相控天线阵列的外部物体而使用附加相控天线阵列而不是相控天线阵列来执行波束转向操作。
123.根据另一个实施方案，该电子设备包括安装到介电基板的射频集成电路(rfic)，该rfic包括用于相控天线阵列的相位和幅度控制器。
124.根据一个实施方案，提供了一种天线模块，该天线模块包括：介电基板；位于该介电基板上的第一超宽带天线、第二超宽带天线和第三超宽带天线的三元组，该第一超宽带天线和该第二超宽带天线由间隙隔开；相控天线阵列，该相控天线阵列被配置为以大于10ghz的频率辐射，该相控天线阵列位于该间隙内的该介电基板上；以及安装到该介电基板的射频集成电路(rfic)，该rfic包括用于相控天线阵列的相位和幅度控制器。
125.根据另一个实施方案，该介电基板包括布线层、天线层以及将该布线层和该天线层隔开的接地迹线，该相控天线阵列以及该第一超宽带天线、该第二超宽带天线和该第三超宽带天线形成在该天线层上，并且该rfic被安装到该布线层。
126.根据另一个实施方案，该天线模块包括使用焊球安装到布线层的内插器，该rfic被安装到内插器。
127.根据另一个实施方案，该天线模块包括：位于布线层上的板对板连接器；和柔性印刷电路，该柔性印刷电路经由板对板连接器和布线层耦接到第一超宽带天线、第二超宽带天线和第三超宽带天线。
128.根据另一个实施方案，该天线模块包括：位于介电基板上的板对板连接器；和耦接
到该板对板连接器的柔性印刷电路，该rfic被安装到该柔性印刷电路。
129.根据另一个实施方案，该天线模块包括位于介电基板上的附加相控天线阵列，该附加相控天线阵列被配置为以该频率辐射并且具有比相控天线阵列更少的天线，该附加相控天线阵列能够独立于相控天线阵列转向。
130.根据一个实施方案，提供了一种天线模块，该天线模块包括：介电基板；位于该介电基板上的第一超宽带天线、第二超宽带天线和第三超宽带天线；第一相控天线阵列，该第一相控天线阵列横向插置在位于该第三超宽带天线和该第二超宽带天线之间的该介电基板上；以及位于介电基板上的第二相控天线阵列，该第三超宽带天线横向插置在位于该第一相控天线阵列和该第二相控天线阵列中的至少一些第二相控天线阵列之间的该介电基板上。
131.根据另一个实施方案，该第一相控天线阵列包括被配置为以大于10ghz的第一频率辐射的第一组天线，该第一相控天线阵列包括被配置为以大于10ghz的第二频率辐射的第二组天线，该第二相控天线阵列包括被配置为以该第一频率辐射的第三组天线，该第二相控天线阵列包括被配置为以该第二频率辐射的第四组天线，并且该第三超宽带天线横向插置在位于该第三组天线和该第一相控天线阵列之间的该介电基板上。
132.根据另一个实施方案，该第一组天线、该第二组天线和该第三组天线被布置在相应的第一行、第二行和第三行中，该第四组天线被布置在正交于该第一行、该第二行和该第三行的列中。
133.根据另一个实施方案，该第三超宽带天线被配置为在6.5ghz超宽带频带和8.0ghz超宽带频带中辐射，该第一超宽带天线和该第二超宽带天线被配置为在6.5ghz超宽带频带中辐射，并且该天线模块包括：安装到介电基板的内插器；以及安装到该内插器的射频集成电路(rfic)，该rfic包括用于第一相控天线阵列和第二相控天线阵列的相位和幅度控制器。
134.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。