本公开涉及天线装置。更明确地说，本公开涉及能够根据极化变化来发射和接收毫米波(mm波)的天线装置，以及包含所述天线装置的无线通信装置。
背景技术
第五代(5g)时代通过实施与附近装置的较容易的链接(例如，无线接入)以及增强的能量效率，恰好提供了可扩展的性能和对电子装置的接入以及各种用户经验。在对毫米波(mm波)频率操作的无线接入技术中，天线阵列物理学以及高速收发器设计和均衡器设计中的大多数基本问题已经在wigig/802.11ad标准中显示。支持第四代(4g)/5g移动网络或无线局域移动网络(例如，无线局域网(lan))的无线通信装置可随着用户移动而改变其位置，且它们可因此需要较宽的波束扫描范围来提供稳定的通信信道。
呈现上述信息作为背景信息只是为了帮助理解本公开。关于上述任何一者是否可作为关于本公开的现有技术适用，未做确定，且未进行断言。
技术实现要素：
技术问题
在将毫米波天线配备在无线通信装置中时，可考虑制造成本、电力效率、制造得紧凑的容易性，或稳定的接入。举例来说，随着通信频带增加，射频集成电路(rfic)可经历增加的传播损耗或高级噪声因数。天线增益的被迫提高可引起稳定的接入，但可能使电力效率恶化。作为另一实例，稳定的接入会要求较宽的波束成形和波束扫描范围。然而，由于随着通信频带升高，方向性增加，波束成形和波束扫描范围可能减小。
技术解决方案
根据本公开的另一方面，提供一种无线通信装置和/或电子装置。所述无线通信装置和/或电子装置包含天线装置(例如，变极化相控阵列天线)、毫米波天线，该毫米波天线包括多个天线元件、rfic和馈电线，其中所述多个天线元件是配置成激励不同的极化模式的双型天线元件，且其中所述馈电线允许rfic的多个端口分别连接到所述多个双型天线元件，以激励所述不同的极化模式执行波束成形。
根据本公开的另一方面，提供一种天线。所述天线包含：衬底；多个第一天线元件，其布置在第一方向上且激励第一极化模式；多个第二天线元件，其布置在第二方向上且激励不同于所述第一极化模式的第二极化模式；多个第一馈电线，其与所述第一天线元件连接；以及多个第二馈电线，其与所述第二天线元件连接，其中所述多个第一天线元件和所述多个第二天线元件交替布置在所述衬底上。
根据本公开的另一方面，提供一种无线通信装置和/或电子装置。所述无线通信装置和/或电子装置包括毫米波天线装置(例如，变极化相控阵列天线)和外壳，所述毫米波天线装置包括多个天线元件，所述外壳包含使毫米波天线与外部空间匹配的至少一个开口。所述毫米波天线包括rfic和馈电线，其中所述多个天线元件是配置成激励彼此正交的极化模式的双型天线元件，其中所述馈电线配置成分别耦接所述rfic的多个端口，以分别连接到所述多个双型天线元件，以激励所述正交极化模式以执行波束成形，且其中所述毫米波天线通过外壳与外部空间隔开，且配置成通过外壳的导电图案，将电磁波辐射到外部空间。
本发明的有益效果
本公开的方面是为了至少解决上文所提到的问题和/或缺点，且为了至少提供下文所描述的优点。因此本公开的方面是为了提供能够根据极化变化来发射和接收毫米波(mm波)的天线装置，以及包含所述天线装置的无线通信装置。
根据本公开的方面，提供一种对几十ghz的高频带操作的毫米波天线，其中射频集成电路(rfic)和辐射导体集成在单个电路板上的模块中。此类天线模块可不仅在显著较高的频带上运行，而且可提供极好的电力效率、较宽的波束成形和波束扫描范围，从而允许对通信网络的稳定接入。另外，可容易地将其制作得较小，且因此可配备在紧凑的无线通信装置和/或电子装置中。
根据本公开的另一方面，提供一种天线模块，其能够通过与周围金属结构或电介质结构的电和谐来提供稳定的通信网络接入；以及包含所述天线模块的无线通信装置(或电子装置)。
根据本公开的实施例，布置在毫米波天线中的天线元件可配置相位阵列天线来发射和接收毫米波，且可与无线通信装置和/或电子装置中提供的导电结构(例如，包含至少一个开口的金属框)电耦合。
根据本公开的实施例，变极化相控阵列天线可具有在同一天线元件中独立实施的不同类型，从而提供对双极化辐射波束成形的控制。
根据本公开的实施例，可操作天线元件阵列的阵列模式、通过导电结构配置的漏波辐射器的漏波模式以及所述阵列模式与所述漏波模式的混合模式之中的至少一个波束成形模式，从而允许较宽的波束成形和波束扫描范围。
所属领域的技术人员从以下详细描述将明白本公开的其它方面、优点和显著特征，所述详细描述是结合附图进行的，揭示本公开的各种实施例。
附图说明
从结合附图进行的以下描述来看，本公开的某些实施例的以上和其它方面、特征和优点将更明显，其中：
图1是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置的分解立体图；
图2a、图2b和图2c是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置的一部分的立体图和俯视图；
图3a、图3b和图3c是示出根据本公开的实施例的双型天线元件和双型天线元件阵列的立体图和俯视图；
图4示出根据本公开的实施例的沿线a-a'和线b-b'截取以表示双型天线元件的极化变化的图3a的双型天线元件的横截面；
图5a和图5b是示出根据本公开的实施例的用于极化多样性波束成形的双型天线元件阵列的俯视图和俯视立体图；
图6a和图6b是示出根据本公开的实施例的用于极化多样性波束成形的双型天线元件的局部内部结构的放大视图；
图7是示出根据本公开的实施例的毫米波(mm波)整体集成天线模块的堆叠结构的横截面图；
图8和图9是示出根据本公开的实施例的图3a、图3b和图3c的双型天线元件中的一些的堆叠结构的视图；
图10a、图10b和图10c是示出根据本公开的实施例的包含射频集成电路(rfic)的天线阵列模块的布局的视图；
图11a和图11b是示出根据本公开的实施例的与rfic电连接的天线阵列模块的布局的视图；
图12a和图12b是示出根据本公开的实施例的天线阵列模块的辐射型结构的阻抗匹配和隔离的示例的图；
图13、图14和图15是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置的天线装置中的各种形式的漏波结构的视图；
图16a和图16b是示出根据本公开的实施例的不具有金属框或塑料盒的天线阵列的视图；
图17a和图17b是示出根据本公开的实施例的金属框双极化型漏波结构的立体图；
图18a和图18b是示出根据本公开的实施例的通过漏波结构辐射的电磁波的分布的视图；以及
图19是示出根据本公开的实施例的通过漏波结构传播的垂直极化模式和水平极化模式下的辐射图案的视图。
贯穿附图，相同附图标记将始终理解为指代相同部分、组件和结构。
具体实施方式
提供参考附图的以下描述是为了辅助对如由所附权利要求书及其均等物定义的本公开的各种实施例的广泛理解。以下描述包含各种特定细节来帮助理解，但这些将被视为仅示范性的。因此，所属领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对本文所描述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清楚和简明，可省略对众所周知的功能和构造的描述。
以下描述和所附权利要求书中所使用的术语和词语不限于书目含义，而是仅供发明人用来实现对本公开的清楚且一致的理解。因此，所属领域的技术人员应明白，以下提供的对本公开多个实施例的描述仅出于说明目的，而不是出于限制如由所附权利要求书及其均等物定义的本公开的目的。
将理解，单数形式“一”和“所述”包含复数参考，除非上下文另有清楚指示。因此，例如对“组件表面”的参考包含对此类表面中的一或多者的参考。
结合例如“第一”和“第二”等序数的术语可用来表示各种组件，但所述组件不受所述术语限制。所述术语仅用来将一个组件与另一组件区分开。举例来说，在不脱离本公开的范围的情况下，第一组件可表示为第二组件，且反之亦然。术语“和/或”可表示如所列出的多个相关项目的组合或所述项目中的任一者。
术语“前”、“后表面”、“上表面”和“下表面”是可取决于其中观看图式的方向而变化的相对术语，且可用例如“第一”和“第二”等序数来代替。可在必要时改变序数第一和第二所表示的次序。
将进一步理解，术语“包括”和/或“具有”当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整体、操作、元件和/或组件的存在，而不预先排除一或多个其它特征、整体、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
除非另有定义，否则包含本文所使用的技术和科学术语的所有术语具有与本公开的各种实施例所属的领域的一般技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，例如通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，且将不在理想化或过度正式的意义上解释，除非本文明确这样定义。
如本文所使用，术语“电子装置”可为具有触摸面板的装置，且电子装置还可被称为终端、便携式终端、移动终端、通信终端、便携式通信终端、便携式移动终端或显示设备。
举例来说，所述电子装置可为智能电话、移动电话、导航装置、游戏装置、电视机(tv)、交通工具的头部单元、膝上型计算机、平板计算机、个人媒体播放器(pmp)或个人数字助理(pda)。所述电子装置可实施为具有无线电通信功能的口袋大小的便携式通信终端。根据本公开的实施例，所述电子装置可为柔性装置或柔性显示器。
电子装置可与外部电子装置(例如，服务器)通信，或可通过与此类外部电子装置执行交互作用来执行任务。举例来说，电子装置可通过网络将相机捕获的图像和/或传感器检测到的位置信息发射到服务器。所述网络可包含但不限于移动或蜂窝式通信网络、局域网(lan)、无线lan(wlan)、广域网(wan)因特网或小区域网络(san)。
根据本公开的实施例，无线通信装置和/或电子装置可将包含多个天线元件的天线模块与盒或外壳的导电结构(包含至少一个开口)电磁组合。
在无线通信系统和/或电子装置中，相控阵列天线模块可为变极化的，在毫米波(mm波)频率上操作，且在例如移动装置等电子装置上提供垂直和水平波束成形两者。根据本公开的实施例，可在孔口辐射型结构和/或行进辐射型结构中提供双型天线阵列装置。
根据本公开的实施例，在同一天线元件中独立地形成不同的辐射类型(孔口辐射类型和/或行进辐射类型)可提供双极化辐射波束成形。形成于不同结构中的孔口辐射类型和/或行进辐射类型可形成其相应的对应极化辐射。举例来说，垂直极化辐射可由孔口辐射型结构形成，且水平极化辐射可由行进波辐射类型结构形成。
上文所提到的无线通信装置和/或电子装置可在天线元件阵列的阵列模式、导电结构的漏波模式以及根据所述阵列模式和所述漏波模式的组合的混合模式之中的任何一个波束成形模式下操作，从而允许较宽的波束成形和波束扫描范围。
根据本公开的实施例，用于配置毫米波双型天线的天线元件和/或天线模块可容纳在电子装置的外壳中，且从天线元件辐射的无线电波应能够穿过外壳的金属部分或电介质部分发射。
根据本公开的实施例，当金属部分或电介质部分的厚度(t)满足以下等式1时，可穿过外壳的金属部分或电介质部分发射无线信号。
【数学式.1】
此处，“λc”是中心频率(例如，60.5ghz)处的波长。在利用典型的介电常数εr后，当外壳的金属部分或电介质部分的厚度约为690μm或更小时，可平滑地发射无线信号。
根据本公开的实施例，无线通信系统和/或电子装置可具有以下特征。
根据本公开的无线通信系统和/或电子装置可为新的双型天线，其中水平地极化的行进波型天线可形成为垂直极化的孔口型天线的一部分，以同时提供垂直极化辐射和水平极化辐射。按照惯例，如在本公开中，不存在其中行进波型和孔口型天线集成在同一孔口中的结构。
根据本公开，无线通信装置和/或电子装置中的极化相控漏波天线阵列可提供多个波束成形模式。举例来说，在其中天线元件本身辐射无线信号的阵列模式中，可通过馈送至每一天线元件的相位电力来进行毫米波发射和接收，且在混合模式或漏波模式下，可将从天线元件辐射的电磁能量的至少一部分聚集到漏波结构上，使得漏波结构可将毫米波信号辐射到自由空间。如在本公开中，不存在在多个模式下操作的常规相控天线结构。
根据本公开，无线通信装置和/或电子装置可实施耦接到无线通信装置和/或电子装置的电介质和/或金属结构的阵列天线。
根据本公开的实施例，无线通信装置和/或电子装置可实施漏波结构(例如，漏波辐射器或漏波相位阵列天线)，并通过在外壳的导电结构中形成至少一个开口来将所述漏波结构与所述天线元件组合。所述漏波结构和天线元件阵列的组合可使波束成形模式多样化。
根据本公开的实施例，所述阵列模式中的天线元件可穿过形成于外壳的导电结构中的开口辐射无线信号。漏波相位阵列天线可在与阵列模式中不同的方向和/或角度上执行波束成形和波束扫描。举例来说，根据本公开的实施例，无线通信装置和/或电子装置可通过选择性地操作阵列模式和漏波模式，来获得较宽的波束成形和波束扫描范围。在一些实施例中，当漏波相位阵列天线运行时，天线元件可穿过开口辐射无线信号，使得根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置可在阵列模式和漏波模式的混合模式下进行波束成形。因此，根据本公开的实施例，无线通信装置和/或电子装置可甚至在几十ghz或更大的高通信频带上获得较宽的波束成形和波束扫描范围。
图1是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置的分解立体图。
参看图1，根据本公开的实施例，无线通信装置和/或电子装置10(下文“电子装置”)可包含外壳100，其包含金属框101，以及前盖102和/或后盖103中的至少一者，以及收纳在外壳100中的电路板104。在一个实施例中，电子装置10的天线模块可包含多个双型天线元件200，且双型天线元件200的阵列201可形成于电路板104上。在一些实施例中，双型天线元件200各自可接收彼此独立馈送的相位差电力。举例来说，双型天线元件200的阵列201可形成相位阵列天线。在另一实施方案中，双型天线元件200与射频集成电路(rfic)一起，可集成在一个电路板(例如，电路板104)上。
根据本公开的实施例，金属框101可通常具有闭环形状，且可至少部分地包含导电材料。后盖103可与金属框101组合，以形成外壳100和/或电子装置10的后表面。后盖103可由金属材料形成，例如铝或镁或电介质材料，例如合成树脂。根据本公开的实施例，后盖103和金属框101可形成于单个主体中。举例来说，后盖103可由与金属框101相同的材料形成，或后盖103与金属框101一起可在成形的同时形成于单体结构中，而不经历通过夹物模制工艺或此类工艺的单独组装过程。前盖102可在与后盖103相对的方向上与金属框101组合，以形成外壳100和/或电子装置10的前表面。举例来说，可提供金属框101来至少部分地环绕后盖103与前盖102之间的空间，且可形成外壳100和/或电子装置10的侧壁。前盖102可为例如将窗玻璃与显示装置和/或触摸面板集成在一起的显示器。
外壳100可包含形成为穿过侧壁(例如，金属框101)的至少一个开口111。开口111可例如形成于金属框101的导电结构上。根据本公开的实施例，开口111可为形成于外壳100的侧壁的一者、外壳100的侧壁的分别多个侧壁，或外壳100的侧壁的两个邻近侧壁的细长狭槽。根据本公开的实施例，电路板104和/或双型天线元件200的一部分可接纳在开口111中。开口111的至少一部分可与双型天线元件200电磁组合，以形成漏波结构(例如，漏波相位阵列天线)，例如图2a中示出的漏波结构500。
根据本公开的实施例，多个圆形或多边形开口可排列在外壳100的侧壁(例如，金属框101的导电结构部分)上。形成于外壳100的侧壁中的所述多个开口可用作电子装置10的声学孔。举例来说，所述开口可用作用于输入用户语音的麦克风孔，或输出从扬声器模块产生的声音的声音输出孔。根据本公开的实施例，尽管未直接接纳双型天线元件200，但此类声学孔可布置成邻近于双型天线元件200或邻近于双型天线元件200的阵列201。举例来说，作为声学孔提供的多个开口各自可与双型天线元件200电磁耦合，以形成漏波结构(例如，漏波相位阵列天线)，例如图2a中示出的漏波结构500。
根据本公开的实施例，电路板104可由印刷电路板(pcb)或低温共烧陶瓷(ltcc)板形成。双型天线元件200可配置有波导管，例如图3a中示出的孔口辐射型结构210，其布置在电路板104的至少一个表面上。当电路板104是多层电路板时，其中可包含网格结构，所述网格结构包含形成于所述多层电路板中的通孔和/或导电图案或形成于电路板104的至少一个层上的波导管的一部分的组合。当电路板104接纳在外壳100中时，双型天线元件200可接纳在开口111中，或安置成邻近于开口111。
根据本公开的实施例，外壳100(例如，开口111)可具有波束偏转器105。波束偏转器105可从外壳100的外侧插入到开口111。根据本公开的实施例，波束偏转器105可包含大体上由电介质物质(例如，合成树脂)形成的主体和形成于主体中的寄生导体，且在插入到开口111中时，其侧表面可暴露于自由空间(例如，外壳100的外部空间)。根据本公开的实施例，波束偏转器105可与开口111组合，以形成漏波结构(例如，漏波相位阵列天线)，例如图2a中示出的漏波结构500。举例来说，在通过双型天线元件200发射或接收无线信号后，波束偏转器105可与开口111组合，以将导电结构(例如，金属框101)中产生的表面电流转换成漏波，并将所述漏波辐射到自由空间。
图2a、图2b和图2c是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置的天线模块的立体图和俯视图。
参看图2a，电子装置10的天线模块20包含双型天线元件200的阵列201，其可安置成邻近于外壳100的侧壁(例如，金属框101的导电结构部分)。金属框101的导电结构部分可形成漏波结构500。
根据本公开的实施例，双型天线元件200可以对应于漏波结构500的形状的弧形形状，沿电子装置10的内部边缘排列。双型天线元件200可具有例如波导形状，且可通过馈电端口，从天线元件之外接收电力，以提供垂直极化辐射和/或水平极化辐射。可取决于无线信号的辐射方向，或包含有双型天线元件200的阵列201的安装环境，在各种位置提供馈电端口。
参看图2b，包含有双型天线元件200的阵列201可安置成邻近于对应电子装置(例如，图1的电子装置10)和/或对应外壳(例如，图1的外壳100)中的隅角，且可安置在形成于对应金属框(例如，图1的金属框101)中的对应开口(例如，图1的开口111)内部。分别提供到馈电端口的馈电信号可相对于彼此具有相位差，这允许例如通过双型天线元件200发射和接收的无线信号的辐射方向以各种方式设置。等角阵列，例如如图所示的包含有双型天线元件200的阵列201，可增加波束扫描范围。
参看图2c，波束偏转器105或金属框101的对应内部结构与pcb104之间的距离可取决于对抗应力持久性的机械要求而调整。
图3a、图3b和图3c是示出根据本公开的实施例的双型天线元件和所述双型天线元件的阵列的立体图和俯视图。
根据本公开，电子装置的毫米波整体集成天线模块(例如，图2a、图2b和图2c中示出的电子装置10的天线模块20)可包含多个双型天线元件200、rfic(例如，图10c中示出的rfic300)和馈电线233。
根据本公开的实施例，双型天线元件200可配置成激励不同极化模式，且馈电线233可配置成将rfic300的多个端口分别连接到双型天线元件200，以激励不同的单独极化模式，且进行波束成形。
参看图3a，双型天线元件200可包含孔口辐射型结构210和行进辐射型结构230，以按照两个分开的极化模式来实现电磁波的辐射。
根据本公开的实施例，可以以具有形成于其表面中的孔口212的矩形波导215的形式来提供孔口辐射型结构210，且可通过形成于波导215的波导形状的纵长表面中的狭槽线232来提供行进辐射型结构230。
根据本公开的实施例，孔口辐射型结构210的孔口212可提供在第一方向(x)上极化的辐射，且形成于波导215中的狭槽线232可提供在与第一方向x正交的第二方向(y)上极化的辐射。举例来说，在波导215的一侧提供的孔口212可产生垂直于波导215的纵长方向的垂直极化辐射，且安置在波导215的中心的狭槽线232可产生水平极化辐射。
根据本公开的实施例，垂直极化辐射可由孔口辐射型结构210提供，且孔口辐射型结构210可由支持te10模式的波导215实现。垂直极化辐射可由通过由金属电介质形成的阻抗变换零件211与外部空间配合的波导215的孔口212执行。
根据本公开的实施例，水平极化辐射可由行进辐射型结构230提供，且行进辐射型结构230可由形成于波导215的上表面中的非辐射狭槽线232实现。安置在行进辐射型结构的下表面上的馈电线233可安置成与来自窄壁的波导215连接，以将电力馈送到狭槽线232。举例来说，狭槽线232可以渐细狭槽的形式安置。
参看图3b，双型天线元件200的阵列201可安置成形成pcb(例如，图1的pcb104)上的直线区段。举例来说，外壳100的内部空间和形成其的导电结构可与双型天线元件200和/或双型天线元件200的阵列201电磁组合，以形成多个波导结构。双型天线元件200可通过彼此独立的通道从rfic300接收电力，且它们连同其周围的导电结构可形成多个波导结构。从rfic300接收电力的馈电线233可包含用于垂直极化辐射的第一馈电端口213(图3c中示出)，和用于水平极化辐射的第二馈电端口214。
参看图3c，可在双型天线元件200的阵列201的顶部和/或底部上提供至少一个金属屏106或107。金属屏106或107可安置成邻近于导电结构，例如金属框101(参考图1)。
第一金属屏106和第二金属屏107可安置成彼此邻近，其中电路板104的至少一部分，例如，双型天线元件200(和/或双型天线元件200的阵列201)插入在其间。
根据本公开的实施例，第一金属屏106和/或第二金属屏107可安置在金属框101中，以增强上文所述的电子装置的硬度。在另一实施方案中，第一金属屏106和/或第二金属屏107可在电路板104与其中的其它电子部件(例如，显示装置)之间提供电磁屏蔽功能。在另一实施方案中，第一金属屏106和/或第二金属屏107可使排列在电路板104中的各种电子部件(例如，处理器、rfic、音频模块、电力管理模块等)在空间上彼此隔离和/或电磁隔离。
根据本公开的实施例，双型天线元件200中的宽带阻抗匹配特性可通过以下手段来获得：用于水平极化的阻抗变换的渐细狭槽轮廓；形成来变换垂直极化的阻抗的金属电介质部件；以及排列在双型天线元件200的端部的寄生匹配元件。
根据本公开的实施例，孔口辐射型结构210与行进辐射型结构230之间的去耦可通过以下手段来实现：由于带线是几何对称的线，且垂直于te10模式的电场，所以te10模式可能不耦合到所述带线，且行进辐射型结构230可由波导的宽侧表面的中心处的对称非辐射狭槽线形成。
根据本公开的实施例，双型天线元件200可形成于pcb104上，或在另一实施例中，可形成于整体集成电路板上。或者，双型天线元件200可由具有蚀刻到其的导体的塑料片实施。
图4示出图3a的双型天线元件的沿线a-a'和线b-b'截取的横截面，以表示根据本公开的实施例的双型天线元件的极化变化。
参看图4，用于表示水平极化辐射的电场向量11分布在孔口辐射型结构210的金属部分以及成形为狭槽-耦合器线的第二馈电端口214中。根据本公开的实施例，水平极化模式电磁波可经核实为由狭槽-耦合器线辐射，且第二馈电端口214可感应行进辐射型结构230的狭槽线上的电流。
举例来说，垂直极化模式电磁波13和14可由成形为矩形波导端口的孔口辐射型结构210产生，且通过狭槽结构传播的电磁波13和14可具有准te10模式。
图5a和图5b是示出根据本公开的实施例的用于极化多样性波束成形的双型天线元件的阵列的俯视图和俯视立体图。
参看图5a和图5b，孔口辐射型结构400可提供垂直极化辐射，且可由第一天线402形成。举例来说，第一天线402可包含探测天线，其以柱的形式安置在成形为喇叭天线的孔口辐射型结构404内部。
根据本公开的实施例，第一天线402可由安置为朝向孔口辐射型结构404的一侧410处的孔口408的线的第一馈电端口406馈送电力。第一馈电端口406可包含带线。第一天线402通过从对应rfic的馈电线延伸的第一馈电端口406馈送电力，且可朝孔口408辐射垂直极化。
根据本公开的实施例，喇叭天线形孔口辐射型结构404可由布置在第二天线412的上侧和下侧以及表面处的两个导电层围绕，所述第二天线安置在外侧且成形为下文描述的狭槽线，且安置在孔口辐射型结构404内部的第一天线402的一端可与第一馈电端口406的一端连接，以接收电力。
根据本公开的实施例，第一馈电端口406可以以线形状安置在间隙狭槽之间，且可形成于pcb上，以直接提供电连接。
行进辐射型结构414可提供水平极化辐射，且可由第二天线412形成。举例来说，第二天线412可以以狭槽的形式实施。根据本公开的实施例，第二天线412可由安置成连接行进辐射型结构414的渐细狭槽的第二馈电端口416馈送电力。第二馈电端口233可包含狭槽耦合器带线。由对应rfic的馈电线扩展的第二馈电端口416馈送电力的第二天线412可朝时隙的开口辐射水平极化。
根据本公开的实施例，第二天线412可成形为向内部变窄的渐细狭槽，且多个第二天线412可以以预定间隔排列。第二天线412可在其中的内部端包含圆形开口。根据本公开的实施例，第二馈电端口413可安置成连接渐细狭槽的线形状，且可由pcb形成，以直接提供电连接。
图6a和图6b是示出根据本公开的实施例的用于极化多样性波束成形的双型天线元件的局部内部结构的放大图。
参看图6a，多个双型天线元件400相互连接，以横向扩张，且可排列在多个层418上(参看图6b)。举例来说，双型天线元件400的多个孔口辐射型结构404(在图5a中以虚线标记)可在水平方向上耦合，且多个行进辐射型结构414可形成为孔口辐射型结构404的若干部分，且相对于渐细狭槽，在电子装置10的水平方向上耦合在一起。渐细狭槽形第二天线412可提供水平极化辐射，以维持宽频带上的低反射损耗。
参看图6b，相同形状的多个双型天线元件200可结构化为在多个层上一者堆叠在另一者之上。电介质层可布置在所述层之间，且扼流器420可安置在最高层或最低层上，以隔离用于水平极化辐射和垂直极化辐射的元件。
举例来说，双型天线元件400可包含扼流器420，以将第二天线412的水平极化辐射结构与第一天线402的垂直极化辐射结构隔离。因此，彼此邻近定位的双型天线元件400之间的去耦可通过高阻抗扼流器420来实现。
根据本公开的实施例，扼流器420的宽度可为0.18λ和0.024λ。扼流器420可相对于第一天线402对称，且彼此相对。
根据本公开的实施例，行进辐射型结构414可包含安置在渐细狭槽的一侧的用于阻抗匹配的平衡到失衡(平衡不平衡变换器)。举例来说，第二馈电端口416可在渐细狭槽形状的第二天线412的侧表面上变短，且第二馈电端口416可以以开放形式安置在阻抗匹配平衡不平衡变换器的一端。
根据本公开的实施例，行进辐射型结构414可进一步包含用于与水平极化辐射的天线阻抗匹配的结构。举例来说，此类结构可由短突部422形成。成对的短突部422可沿渐细狭槽412的长度方向伸出，彼此间隔开。短突部422可与失衡的电路(例如同轴电缆和安置成极高频带发射电路中的接地并行的电路)耦合，以感应阻抗匹配。短突部422可使第二天线412与宽频带上的外部空间匹配。
根据本公开的实施例，垂直于pcb中的第二天线412堆叠的结构可相互通过导电柱424电连接。
图7是示出根据本公开的实施例的毫米波整体集成天线模块的堆叠结构的横截面图。
可使用利用pcb、ltcc或任何电介质材料的整体堆叠技术来制造毫米波整体集成天线模块的示例，例如图2a的天线模块20。为了清楚，以下描述专注于由pcb(例如图1的pcb104)形成的天线模块700(类似于图2a的天线模块20)的示例。然而，本公开不限于此，且在不脱离本公开的情况下，类似结构可同样适用于任何其它实施例。
用于集成在电子装置10(例如移动装置)中的双型天线元件200的相控阵列的示例可基于毫米波整体集成天线模块700。
参看图7，毫米波整体集成天线模块700可包含双型天线元件200、用于垂直极化天线元件的馈送线200a、用于水平极化天线元件的馈送线200b和用于对应rfic的电力和通信线的馈送线300a的堆叠结构。
根据本公开的实施例，毫米波整体集成天线模块700的堆叠可包含多个导电层，且来自顶部的多个层l1到l5可为宽侧天线阵列的多个导电层。在天线阵列的所述导电层下，可循序地排列着用于端射水平极化天线馈送线的导电线l5到l9、用于垂直极化天线馈送线的导电线l9到l13，以及用于rfic数据和电力线的导电线l13到l17。
根据本公开的实施例，水平极化天线馈送线200b和垂直极化天线馈送线200a可包含带线类型。举例来说，水平极化天线馈送线200b中的两个邻近者或垂直极化天线馈送线200a中的两个邻近者可通过电介质层307分开。可取决于在提供最小馈送线损耗时堆叠多少层，来确定导体迹线宽度和衬底高度。
根据本公开的实施例，双极化阵列可由双型天线元件的结构以及馈送线的堆叠布置来实现，以便包含以高密度分配的双型天线元件。
图8和图9是示出根据本公开的实施例的图3a、图3b和图3c的双型天线元件中的一些的堆叠结构的视图。
参看图8和图9，产生垂直极化辐射的垂直极化天线元件的一些馈送线200a可排列在毫米波整体集成天线模块700的层11(l11)(参考图7)上，且产生水平极化辐射的水平极化天线元件的一些馈送线200b可排列在毫米波整体集成天线模块700的层7(l7)(参考图7)上。其下可安置用于rfic数据和电力线的堆叠馈送线300a的导电层中的一者。
根据本公开的实施例，导电层可沿堆叠方向排列，且由电介质形成的绝缘层307可安置在每一导电层的后表面或前表面上。这些层可交替地且重复地一者排列在另一者之上。导电层可具有用于电连接的至少一个导电通孔200e。
根据本公开的实施例，可在导电层之间提供绝缘层307，以防止导电层彼此接触来形成电连接。举例来说，各自提供在多个导电层中的两个邻近导电层之间的多个绝缘层可使导电层彼此绝缘。所述绝缘层可包含树脂和玻璃织物。
根据本公开的实施例，导电层可与多个信号线和多个接地线200c中的任一者电连接。将导电层彼此连接的导电通孔200e可包含穿过所有层导电的导电通孔，以及在邻近于彼此定位的层之间导电的导电通孔。
根据本公开的实施例，堆叠在下部部分的用于rfic数据和电力线的馈送线的导电层300a中的一些可包含接触层200d。馈送线可通过上文所提到的导电通孔200c，将电信号从接触层200d发射到每一信号层。举例来说，信号层可形成带线(第一馈电端口213)，其将电力馈送到成形为喇叭天线的孔口辐射型结构210的第一天线211。作为另一实例，信号层可形成狭槽-耦合器线(第二馈电端口214)，其将电力馈送到行进辐射型结构230的第二天线231。邻近的信号层可通过接地层200c隔离。
根据本公开的实施例，两个单独的极化模式下的双型天线元件200的极化模式的激励可由垂直极化天线元件的馈送线和水平极化天线元件的馈送线提供。举例来说，可将水平极化天线元件的一些馈送线分配给双型天线元件200的层11(l11)，且可通过安置在层7到层11(l7-l11)上的通孔200f，将信号发射到天线元件层。
图10a、图10b、图10c和图11是示出根据本公开的实施例的包含rfic的天线阵列模块的布局的视图。
参看图10a和图10b，毫米波整体集成天线模块20可安置在电子装置10的隅角附近。举例来说，示出双型天线元件200的结构(孔口辐射型结构210和行进辐射型结构230)，其沿着上部和左侧部分附近的扇形形状的弧延伸。
根据本公开的实施例，天线模块20的双型天线元件200可由排列在电路板104的至少一个表面上的波导形成。当电路板104是多层电路板时，其中可包含网格结构，其包含形成于多层电路板中的通孔和/或导电图案或形成于电路板104的至少一个层上的波导管的一部分的组合。
根据本公开的实施例，当从上方观看时，天线模块20可包含形成行进辐射型结构230的多个狭槽。行进辐射型结构230可由在波导形孔口辐射型结构210的纵长方向上提供于表面上的狭槽线来设置。
参看图10c，天线模块20可具有在天线模块中心处安置于其中的rfic300。rfic300可位于双型天线元件200附近，且与双型天线元件200电连接。由rfic300和天线阵列占用的区域可为2.4λx3λ。
参看图11a和图11b，负责电连接的带线可有组织地排列在毫米波整体集成天线模块中。
根据本公开的实施例，成形为馈送带线的第一馈电端口211和成形为狭槽-耦合器带线的第二馈电端口233可将电力从rfic300的输出310馈送到喇叭天线形第一天线211以及渐细狭槽形第二天线231(参考图10a、图10b和图10c)。彼此电连接的第一天线211和第二天线231可分别产生垂直极化辐射和水平极化辐射。此类结构全部可形成于毫米波整体集成天线模块20中。
根据本公开的实施例，rfic300和带线可安置成彼此邻近。举例来说，在将电力从rfic300的输出310馈送到第二天线231时，狭槽-耦合器带线中的馈送线损耗需要最小化。另外，在将电力从rfic300的输出310馈送到第一天线211时，带线中的馈送线损耗需要最小化。因此，rfic300可安置在距第一天线211和/或第二天线231(图6c)最小的距离内，以减少此类馈送线损耗。
根据本公开的实施例，根据毫米波整体集成天线模块20的每一结构可提供在馈送线和结合点中具有最小化电力损失的最大化总辐射电力。毫米波整体集成天线模块20中的所有组件是在通常的整体模块工艺序列中制造的。因此，生产中容许的容差和产量可最大化。
图12a和图12b是示出根据本公开的实施例的天线阵列模块的辐射型结构的阻抗匹配和隔离的示例的图。
参看图12a，上部两条线601显示邻近的共极元件之间的关系，且下部两条线602显示邻近的交叉极元件之间的关系。
根据本公开的实施例，经验证地是，通过孔口辐射型结构辐射垂直极化的邻近交叉极元件之间的耦合601表示垂直轴上的小值，在60.00ghz下约-20db。经验证地是，所述值足够小，以能够忽视交叉极耦合602，且不影响天线阵列的波束成形。
根据本公开的实施例，经验证地是，通过行进辐射型结构辐射水平极化的邻近共极元件之间的耦合602表示垂直轴上的小值，在60.00ghz下约-12db。经验证地是，尽管天线展现相对来说比共极元件的耦合值大的耦合值(因为天线具有相同极化)，但其仍在非常低的等级，足以忽视共极耦合602，而不影响天线阵列的波束成形。
图12b示出根据用于孔口辐射型结构的垂直极化604的阻抗匹配和行进辐射型结构的用于水平极化603的阻抗匹配的示例。
所述图表是显示史密斯图表上的50ohm匹配的阻抗图表，且其中标记为中心1.0的是50ohm区。每一值是通过对使用＝r+jx表示的复值进行标准化来获得的值。
由于可分析出良好的阻抗匹配实现为图表方法1.0上的线，因此可经验证地是，根据本公开，可忽视天线交叉极耦合，而不影响天线阵列的波束成形。根据本公开，阻抗匹配可导致最大化的电力发射，以及最小化的寄生信号反射。
现在描述各种形状的漏波结构。
图13、图14和图15是示出根据本公开的实施例的无线通信装置和/或电子装置10的天线模块中的各种形式的漏波结构的视图。
在结合图1的上文所述的实施例中，描述其中开口形成于外壳100的两个侧表面之上的示例。然而，在本公开的实施例中，描述漏波结构500，例如，其中开口形成于外壳100(例如，金属框101)的单个侧表面中。
参看图1和图13，电子装置(图1的电子装置10)中的金属框101的一部分可提供作为漏波表面(例如，局部反射表面)。举例来说，金属框101可具有多个填充有电介质物质的开口155(例如，波导)，且相邻开口155之间的导电结构(或导电图案)可充当漏波表面。包含双型天线元件200的电路板104可接纳在金属框101内部。双型天线元件200可邻近于金属框101内部的开口155排列。
参看图14和图15，根据本公开的实施例，电子装置10的波束偏转器(例如，图1的波束偏转器105)可包含导电结构，例如金属框101，以及形成于金属框101中的多个开口155和157。开口155和157的阵列以及金属框101的一部分可通过形成于金属框101内部的腔与双型天线元件阵列(例如，图1的阵列201)电磁组合，且可将表面电流转换成漏波，并将漏波辐射到自由空间。在一些实施例中，开口155和157可具有多边形或圆形形状，且可部分地填充有电介质物质。根据本公开的实施例，当电子装置具有声音输入或输出功能时，开口155和157中的至少一些可用作声音通过其传播的声学孔。
图16a和图16b是示出根据本公开的实施例的不具有金属框或塑料盒的天线阵列的视图。
参看图16a，天线模块20(例如，图7的天线模块20)可包含填充有电介质的波导701和馈送双极化端口702。双极化端口702可与极化器706连接。馈送双极化端口702可通过整体集成技术来实施。
参看图16b，极化器706可包含极化滤波器704，其改变穿过电子装置的电磁波的方向。因此，垂直极化的电磁波和/或水平极化的电磁波可通过极化器706的极化滤波器704独立辐射。垂直极化的电磁波可由波端口705激励，且水平极化的电磁波可由波端口703激励。
图17a和图17b是示出根据本公开的实施例的金属框的双极化型漏波结构的立体图。
在上文结合图1所述的实施例中，描述其中开口形成于外壳100的两个侧表面之上的示例。然而，在本公开的实施例中，描述漏波结构500，其中例如，开口形成于外壳100(例如，金属框101)的单个侧表面中。
参看图1和17a，双极化型漏波结构500可安置在外壳100的表面上，例如金属框509上。金属框509可包含形成于直线区段中的开口511、安置在开口511内部的漏波导502，以及安置在漏波导502的一侧的波束偏转器505(例如，波束偏转器105)。
根据本公开的实施例，波束偏转器505可由具有导电图案504的电介质盖形成。根据本公开的实施例，导电图案504可基于经模制的金属带形成。然而，本公开不限于此。其它实施例可包含激光蚀刻的金属图案或金属布置或其相关技术。
根据本公开的实施例，漏波结构500可具有0.64λ×0.8λ×5λ(其中“λ”是形成于漏波结构中的共振频率的波长)的大小，且波束偏转器505可从金属框509的外侧插入到开口中，以使所述开口闭合。
看图17b的放大的波束偏转器505的结构，其揭露导电图案(金属带)504包含两个层，分别为0.34λ宽和0.27λ宽。导电图案504的大小或尺寸可为0.02λx0.8λ，且波束偏转器505可为大体上0.1λ厚。
根据本公开的实施例，在上述漏波结构500中，电磁波可沿着开口111的长度方向传播，或可通过波束偏转器105辐射到自由空间。辐射到自由空间的电磁波和/或无线信号的辐射方向(或角度)可取决于上文所述的天线元件阵列的相位分布或漏波结构的传播常数而变化。
举例来说，两种模式的电磁波可根据漏波结构500辐射通过漏波导。两种模式的电磁波可包含通过垂直极化模式506的垂直极化辐射和通过水平极化模式507的水平极化辐射，且电磁波可通过波束偏转器105传播到外部空间中，或行进通过漏波导502。
根据本公开的实施例，波束可通过所述装置形成于先前指定的方向上，且无线通信装置可在天线元件的阵列的阵列模式、漏波辐射器的漏波模式以及所述阵列模式与所述漏波模式的组合的混合模式中的至少一个波束成形模式下操作。
图18a和图18b示出传播通过漏波结构的电磁波的分布。
参看图18a，当根据孔口辐射型结构(例如，图2a、图2b和图2c的孔口辐射型结构210)的垂直极化模式506运行时，漏波结构500的能力可被验证。参看图18b，当根据行进辐射型结构(例如，图2a、图2b和图2c的行进辐射型结构230)的水平极化模式507运行时，漏波结构500的能力可被验证。
图19是示出根据本公开的实施例如通过漏波结构传播的垂直极化模式506和水平极化模式下的辐射图案的视图。
参看图19，经验证地是，垂直极化模式506相对于方位角平面上的对称线y1以105度(701)提供波束成形。波束偏斜是操作频带上的±5度。
还可经验证地是，水平极化模式507相对于方位角平面上的对称线y1，以100度(702)提供波束成形。可验证地是，在操作频带上的垂直极化模式下，波束偏斜与±5度相同。此类方法可防止波束倾斜角为极端值的波束偏斜，同时减少波束扫描的损耗。
漏波相控阵列天线可用于例如移动电话、平板计算机、可穿戴装置以及静止装置：基站、路由器和其它种类的发射器的装置。天线阵列可嵌入到移动装置中，用于提供多千兆位通信服务，例如高清电视机(hdtv)和超高清视频(uhdv)、数据文件共享、电影上载/下载、云服务和其它情形。
根据本公开的实施例，用于增强漏波相位阵列天线和/或电子装置所实现的网络功能性的方法可包含同时发射(空间再使用)、多输入和多输出(mimo)技术以及全双工技术。
根据本公开的实施例，漏波相位阵列天线和/或电子装置所实现的毫米波通信标准可包含无线个域网(wpan)或wlan，例如欧洲计算机制造商协会(ecma-387)、电力和电子工程师协会(ieee)802.15.3c以及ieee802.11ad。
在实施方案中，物理层和媒体接入控制(mac)层可支持多千兆位无线应用程序，包含即时无线同步、hd流的无线显示、无绳计算以及因特网接入。在物理层中，可定义两种操作模式，用于高性能应用程序(例如，高数据速率)的正交频分多路复用(ofdm)模式，以及用于低电力和低复杂性实施方案的单载波模式。
所指定的装置可提供基本服务集的基本时序，且协调媒体接入来适应来自移动装置的业务请求。可将信道接入时间分为一序列信标间隔(bi)，且每一bi可包含信标发射间隔、联合波束成形训练、公告发射间隔和数据传送间隔。在信标发射间隔中，基站可以以发射扇形扫掠方式来发射一或多个毫米波信标帧。接着是所指定的装置与移动装置之间的初始波束成形训练，且联合可在联合波束成形训练中执行。在公告发射间隔期间，接入点(ap)可在每一数据传送间隔内分配基于争夺的接入周期和服务周期。在数据传送间隔期间，可在完成波束成形训练之后，支持包含指定装置和移动装置的任一对移动装置之间的对等通信。在ieee802.11ad中，可采用具有冲突避免(csma/ca)和时分多址(tdma)混合多址的载波感测多址来进行装置之间的发射。csma/ca可更适合突发业务(例如网络浏览)以减少等待时间，而tdma可更适合例如视频发射等业务以支持较好的服务质量(qos)。
根据本公开的实施例，天线(例如，天线元件)可排列在移动装置的至少一个隅角处，如图2a、图2b和图2c中所示。
可实现的扫描范围和天线增益可等于或好于不具有移动装置的独立天线模块。可抑制或消除在具有所述装置的情况下的归因于例如表面电流的寄生效应。
所提出的漏波阵列天线具有以下优点。
消除归因于金属或电介质装置结构的波束成形失真。因此，天线增益增加。
可在阵列的16％分数带宽上实现相控无波束偏斜波束成形。可针对水平和/或垂直偏转，获得好于+/-70度的波束扫描范围。
八个天线元件的阵列提供在整个操作带上具有高于10dbi的所实现增益的稳定端射辐射波束。
毫米波天线阵列在结构上较简单且背侧有导体，其潜在对共形集成到具有金属框的移动装置中有用。
将毫米波天线设计成具有集成到具有金属框的移动电话中的可能性。
天线可与环境因素和机械影响隔离或分开。
毫米波天线可满足外壳100和/或电子装置的机械公差和应力鲁棒性要求，同时提供稳定的性能。
形成漏波相位阵列天线的结构可提供高增益、小尺寸的天线模块。
与天线模块耦合的单独操作的漏波结构可增加波束扫描范围，且增强针对高偏转波束的天线增益。
包含波束偏转器的金属框可扩大波束扫描范围。
举例来说，且不作为限制，根据本公开的实施例的漏波相位阵列天线可用作嵌入电子装置中的天线阵列的部件，用于发射海量数据，例如未经压缩的hd视频流。举例来说，用户可通过简单地打开电视机或监视器且激活用户的电子装置上的流式传输，来经由电视机或监视器观看所要的电影。此外，通过在用户之间共享hd电影，仅仅激活电子装置的数据传输功能就能够在两到三秒内将整个电影传输到相对方的支持此标准的移动装置。此外，在从自动服务终端下载最后一部电影时，通过移动支付为所述电影的简单支付在两或三秒内允许激活所述电影的数据传输和接收。此外，电子书商店或某一数字信息共享系统中的简单支付允许在两或三秒内接收有序项目。此外，根据本公开的实施例，漏波相位阵列天线和/或包含所述漏波相位阵列天线的电子装置可在需要传输海量数据的其它各种情形中使用。
如上文所陈述，根据本公开的实施例，在包含天线装置(例如，变极化相控阵列天线)的无线通信装置和/或电子装置中，毫米波天线模块包括多个天线元件、rfic和馈电线，其中所述多个天线元件是配置成激励不同的极化模式的双型天线元件，且其中所述馈电线允许rfic的多个端口分别连接到所述多个双型天线元件，以激励所述不同的极化模式以执行波束成形。
根据本公开的实施例，双型天线元件可由提供垂直极化辐射的孔口辐射型结构和提供水平极化辐射的行进辐射型结构配置。
根据本公开的实施例，行进辐射型结构可形成为孔口辐射型结构的一部分。
根据本公开的实施例，孔口辐射型结构可包含具有配置有孔口的表面的波导、安置在所述波导内部的第一天线，以及从所述馈电线延伸且将电力馈送到第一天线的第一馈电端口。
根据本公开的实施例，行进辐射型结构可包含安置在波导的纵长方向上的狭槽线、安置在所述狭槽线上的第二天线，以及从所述馈电线延伸且将电力馈送到所述第二天线的第二馈电端口。
根据本公开的实施例，双型天线元件中的每一者可配置成通过极化捷变提供波束成形。
根据本公开的实施例，通过极化捷变的波束成形可通过相控馈送双型天线元件来执行。
根据本公开的实施例，第一天线可包含探针形状，且第二天线可包含渐细狭槽形状，且第一天线和第二天线可布置成彼此正交。
根据本公开的实施例，毫米波天线模块可进一步包括由pcb和ltcc中的一者形成的电路板。双型天线元件可形成于邻近电路板的边缘定位的部分中。所述部分可充当与天线元件匹配的电介质互感器。
根据本公开的实施例，多个馈电线可具有用于天线元件的馈送线的堆叠结构。
根据本公开的实施例，包含天线装置(例如，变极化相控阵列天线)的无线通信装置和/或电子装置可包含毫米波天线模块和外壳100，所述毫米波天线模块包含多个天线元件，所述外壳包含使天线模块与外部空间匹配的至少一个开口。毫米波天线模块可包含多个天线元件、rfic和馈电线。所述多个天线元件可为配置成激励彼此正交的极化模式的双型天线元件。所述馈电线可允许rfic的多个端口分别连接到所述多个双型天线元件，以激励正交极化模式执行波束成形。毫米波天线模块可通过外壳与外部空间分离，且可通过外壳的导电图案将电磁波辐射到外部空间。
根据本公开的实施例，形成导电图案的导电结构可形成外壳100的侧壁中的至少一些。
根据本公开的实施例，双型天线元件可配置有：孔口辐射型结构，其包含在第一方向上提供极化辐射的第一天线；以及行进辐射型结构，其包含在不同于第一方向的第二方向上提供极化辐射的第二天线。
根据本公开的实施例，外壳100可进一步包含金属框，且金属框可使波导与外部空间匹配。
根据本公开的实施例，外壳100可进一步包含金属框。波导的填充有塑料的一侧可暴露于外部空间。
根据本公开的实施例，外壳可容纳所述多个天线元件，且可包含金属导电结构。导电结构可形成外壳100的侧壁的至少一部分。
根据本公开的实施例，无线通信装置可进一步包括漏波辐射器，其使天线模块与外壳100的外部空间匹配。
根据本公开的实施例，漏波辐射器可包含形成于导电结构中的多个开口的阵列。
根据本公开的实施例，无线通信装置可在天线元件阵列的阵列模式、漏波辐射器的漏波模式以及阵列模式和漏波模式的组合的混合模式中的至少一个波束成形模式下操作。
虽然已参考本公开的各种实施例示出并描述了本公开，但所属领域的技术人员将理解，可在不脱离如由所附权利要求书及其均等物限定的本公开的精神和范围的情况下，在其中进行形式和细节的各种改变。