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CN107039743B - 配置为减少射频暴露的天线设备 - Google Patents

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Abstract

一种天线设备，包含系统接地和天线子组件，天线子组件包含馈电垫和接地垫，馈电垫和接地垫配置为具有端接至其的电缆。接地垫电耦合至系统接地。天线子组件包含第一级，第一级具有电耦合至馈电垫的辐射迹线。辐射迹线配置为用于指定的射频(RF)带内的通信。天线子组件还包含第二级，第二级相对于第一级堆叠并具有反射器。反射器与辐射迹线的一部分竖直地对准，以阻挡来自其的RF发射。

Description

配置为减少射频暴露的天线设备
技术领域
主题总体上涉及无线通信装置以及可由无线通信装置使用的天线组件或设备，其配置为减少或重导向辐射，以降低比吸收率(SAR)。
背景技术
无线通信装置越来越多地被消费者使用，并且在各种行业中具有越来越多的应用。这样的无线装置的示例包含移动电话、平板计算机、笔记本计算机，膝上型计算机和手机。这些装置通常包含一个或多个集成天线，其允许在通信网络内进行无线通信。近来，对于无线装置存在两个冲突的市场需求。用户通常需要更小或更轻的无线装置，但是用户也希望更好的性能和/或更多的功能。例如，无线装置目前在多个频带内操作，并且能够选择用于不同网络的这些频带。最近已改进的特征包含数据存储、电池寿命和相机性能，以及其他。
为了提供具有改进的性能和更多的功能的更小的装置，制造商已经尝试通过改变无线装置内的组件的尺寸或通过将组件移动到不同的位置来优化无线装置内的可用空间。例如，天线的尺寸和形状可以被重新配置，和/或天线可以被移动到不同的位置。然而，天线的可用位置的数量不仅受到无线装置的其他部件的限制，还受到政府法规和/或行业要求的限制，例如那些与SAR相关的的政府法规或行业要求。
对于便携式计算机，诸如膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、以及可以以膝上型或平板模式操作的可转换计算机，天线被设置在计算机的包含显示器的部分内或包含键盘的基部部分内。然而，无论位置如何，很可能的是，个人的身体将在某点定位为与天线相邻。例如，个人通常将便携式计算机放置在他们的膝盖上，或者在平板模式下折叠和握持可转换的计算机。即使在这些时候，政府和/或行业要求要求SAR不超过预定的水平。相应地，需要一种天线设计，其减少暴露至个人的身体的射频(RF)的量，而不显著地限制性能。
发明内容
在实施例中，提供一种天线设备，其包含系统接地和天线子组件，天线子组件包含馈电垫和接地垫，馈电垫和接地垫配置为具有端接至其的电缆。接地垫电耦合至系统接地。天线子组件包含第一级，第一级具有电耦合至馈电垫的辐射迹线。辐射迹线配置为用于指定的射频(RF)带内的通信。天线子组件还包含第二级，第二级相对于第一级堆叠并具有反射器。反射器与辐射迹线的一部分竖直地对准，以阻挡来自其的RF发射。
在实施例中，提供一种天线设备，其包含系统接地和天线子组件，天线子组件包含馈电垫和接地垫，馈电垫和接地垫配置为具有端接至其的电缆。接地垫电耦合至系统接地。天线子组件包含第一级，第一级具有电耦合至馈电垫的辐射迹线。辐射迹线配置为用于指定的射频(RF)带内的通信。天线子组件还包含第二级，第二级相对于第一级堆叠并具有导向器。导向器配置为重导向发射的RF能量，且电耦合至系统接地。
在实施例中，提供一种无线通信装置，其包含第一装置部分和第二装置部分，两者具有可旋转地彼此联接的相应的边缘。无线通信装置还包含设置在第一装置部分内的天线设备。天线设备包含系统接地和天线子组件，天线子组件具有馈电垫和接地垫，馈电垫和接地垫配置为具有端接至其的电缆。接地垫电耦合至系统接地。天线子组件包含第一级，第一级具有电耦合至馈电垫的辐射迹线。辐射迹线配置为用于指定的射频(RF)带内的通信。天线子组件还包含第二级，第二级相对于第一级堆叠并具有反射器。反射器与辐射迹线的一部分竖直地对准，以阻挡来自其的RF发射。
附图说明
图1是根据实施例形成的无线通信装置的示意图。
图2示出了根据实施例形成的无线通信装置的三个侧视图，并例示了无线通信装置的三个不同的操作状态。
图3是便携式计算机的仰视透视图，其中基部部分的一部分被暴露，以示出根据实施例形成的天线设备。
图4是图3的天线设备的天线子组件的平面图。
图5是图4的天线子组件的第一级的平面图，例示了天线子组件的导电元件。
图6是图4的天线子组件的第二级的平面图，例示了天线子组件的附加的导电元件。
图7是图4的天线子组件的第三级，例示了互连第一级与第二级的导电元件的过孔。
图8例示了图3的天线设备的彼此电耦合的天线子组件和系统接地。
图9是例示了根据实施例形成的天线设备的无源效率(passive efficiency)的曲线图。
图10是例示了根据实施例形成的天线设备的回波损耗的曲线图。
具体实施方式
本文所阐述的实施例包含天线设备以及具有天线设备的无线通信装置，其配置为减少至个人的射频(RF)发射的暴露。无线通信装置在本文中被称为无线装置。在一些实施例中，天线设备与无线装置的指定部分集成在一起。例如，无线装置可以是便携式计算机，其具有可能与个人相接触的一个或多个部分。如本文所使用的，“便携式计算机”包含膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、以及诸如此类。在特定的实施例中，便携式计算机类似于膝上型或笔记本计算机，且能够转换为平板型计算机。在其他实施例中，便携式计算机是膝上型或笔记本计算机。便携式计算机可以具有分立的可移动的部分。例如，便携式计算机可以包含基部部分，基部部分具有键盘，以及其他。便携式计算机还可以包含显示部分，其包含显示器(例如触摸屏)，以及其他。基部部分和显示部分可以可旋转地彼此联接。天线设备可以由基部部分或显示部分中的至少一个保持。
天线设备可以包含系统接地或装置接地，以及电耦合至系统接地的天线子组件。在一些实施例中，系统接地具有的面积显著地大于天线子组件。系统接地可以例如是一个或多个导电金属片。系统接地可以电耦合至无线装置的其他元件，例如便携式计算机的外壳。如本文所描述的，天线子组件可以包含多个级或层，其中至少一个级或层具有能够在指定的RF频率或带下进行通信的一个或多个辐射迹线。天线子组件还可以包含一个或多个反射器、一个或多个导向器、以及一个或多个寄生迹线，其相对于辐射迹线设置，以减少RF暴露。在特定的实施例中，无线装置可以包电力控制电路，当例如无线装置感测到个人的身体邻近天线设备时，电力控制电路减少至天线设备的电力。
在一些实施例中，天线设备可以作用为多频带天线，其包含至少两个频带，例如704-960MHz、1425-1850MHz和1850-2700MHz。在其他实施例中，天线设备可以在其他频带下操作，例如包含大约5.3GHz和/或5.8GHz的那些频带。应当理解的是，本文所描述的无线装置和天线设备不限于特定的频带，且可以使用使其他频带。如本文所使用的，如果两个频带不重叠或部分地重叠，则两个频带可以是“不同的”。
形成天线设备的一个或多个导电元件可以包括超材料(metamaterial)。大多数材料中的电磁波的传播遵循(E，H，β)矢量场的右手定则，其中E是电场、H是磁场、β是波矢量(或传播常数)。相速度方向与信号能量传播(组速度)的方向相同，并且折射率为正数。这样的材料是“右手(RH)”材料。大多数自然材料是RH材料。人造材料也可以是RH材料。
超材料(MTM)具有人造结构。当设计为具有远小于由超材料引导的电磁能的波长的结构平均单元晶格尺寸ρ时，超材料可以表现为类似于对引导的电磁能来说同质的(homogeneous)介质。与RH材料不同，超材料可以表现出负折射率，且相速度方向与信号能量传播的方向相反，其中(E，H，β)矢量场的相对方向遵循左手定则。仅支持负折射率且介电常数ε和磁导率μ同时为负的超材料是纯“左手(LH)”超材料。许多超材料是LH超材料和RH材料的混合物，且从而是复合右手和左手(CRLH)超材料。CRLH超材料可以表现为类似于在低频率下的LH超材料和在高频率下的RH材料。
例如，Caloz和Itoh在John Wiley&Sons(2006)的“Electromagneticmetamaterials:Transmission Line Theory and Microwave Applications,(电磁超材料：传输线路理论和微波应用)”中描述了各种CRLH超材料的实现和性质。Tatsuo Itoh在Electronics Letters,Vol.40,No.16(2004年8月)的“Invited paper:Prospects forMetamaterials,(特约报告：超材料的前景)”中描述了CRLH超材料和它们在天线中的应用。CRLH超材料可以被结构化和工程化，以表现专用于特定应用的电磁性能，并且可以用于这样的应用中，其中使用其他材料可能是困难的、不切实际的或不可行的。此外，CRLH超材料可以用于开发新应用并构造新装置，其对于RH材料来说可能是行不通的。
MTM结构可以用于构造天线、传输线以及其他RF部件和装置，允许广泛的技术进步，例如功能增强，尺寸减小和性能改进。MTM结构具有一个或多个MTM单元晶格。用于MTM单元晶格的等效电路包括右手串联电感LR、右手并联电容CR、左手串联电容CL和左手并联电感LL。可以基于这些CRLH MTM单元晶格来设计基于MTM的部件和装置，其可以通过使用分布式电路元件、集总电路元件或两者的组合来实现。与常规天线不同，MTM天线谐振受到左手LH模式的存在的影响。通常来说，LH模式有助于激励和更好地匹配低频谐振，以及改善高频谐振的匹配。MTM天线结构可以配置为支持一个或多个频带，且被支持的频带可以包含一个或多个天线频率谐振。例如，MTM天线结构可以构造为支持包含“低频带”和“高频带”的多个频带。低频带包含至少一个LH模式谐振，且高频带包含与天线信号相关联的至少一个右手RH模式谐振。
可以通过使用常规的FR-4印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)板来制造MTM天线结构。其他制造技术的示例包含薄膜制造技术、片上系统(SOC)技术，低温共烧陶瓷(LTCC)技术和单片微波集成电路(MMIC)技术。
图1是根据实施例形成的无线通信装置100的示意图。无线通信装置100在下文中被称为无线装置。在示范性实施例中，无线装置100是可转换便携式计算机，其能够被重定位，从而以不同的模式或状态操作。例如，在第一配置中，无线装置100可以作为便携式计算机(例如膝上型、笔记本、或诸如此类)操作，且在第二配置中作为平板计算机操作。然而，在其他实施例中，无线装置100可以仅具有一种配置。例如，无线装置100可以仅作为便携式计算机操作或仅作为平板计算机操作。然而，在其他实施例中，无线装置可以是移动电话或可穿戴装置(例如手表、健身追踪器、健康状态监测器，以及诸如此类)。可穿戴装置可以与其他可穿戴元件(例如衣服)集成在一起。
无线装置100可以包含相对于彼此可移动的多个互连的部分。在示范性实施例中，无线装置100包含第一装置部分102和第二装置部分104，两者通过铰链组件106彼此互连。第一装置部分102具有第一边缘103，且第二装置部分具有第二边缘105。铰链组件106可以互连第一边缘103和第二边缘105，并允许第一装置部分102和第二装置部分104在关闭状态和操作状态之间移动。在示出的实施例中，铰链组件106是浮动铰链，其能够围绕两个旋转轴线旋转。例如，铰链组件106可以沿第一旋转轴线108可旋转地联接至第一装置部分102，以及沿第二旋转轴线110可旋转地联接至第二装置部分104。因此，铰链组件106与第一装置部分102围绕第一轴线108可旋转或可枢转，且铰链组件106与第二装置部分104围绕第二轴线110可旋转或可枢转。然而，应当理解的是，本文所阐述的实施例不限于具有带有浮动铰链的铰链组件的无线装置。例如，铰链组件106可以仅具有一个旋转轴线。
在特定的实施例中，第一装置部分102包含集成的天线设备112。然而，在其他实施例中，第二装置部分可以包含天线设备112，或者第一装置部分102和第二装置部分104中的每一个可以包含天线设备112的一部分。在示范性实施例中，天线设备112包含天线子组件142，其具有一个或多个级，所述级具有配置用于无线通信的天线元件。在示出的实施例中，天线子组件142包含印刷电路，例如PCB或柔性电路，其制造为具有本文所描述的天线结构。例如，印刷电路可以包含由印刷电路的介电层支承的导电迹线或垫(其形成进行无线通信的天线的一部分)。然而，在其他实施例中，天线子组件142可以包含介电(dielectric)外壳(例如，模制外壳)，以及如下文所述的以其它方式形成的导电迹线或垫。在特定的实施例中，导电元件包含超材料。
天线设备112还可以包含系统接地(未示出)，例如系统接地214(在图3中示出)。天线子组件142电耦合至系统接地。然而，在其他实施例中，设想的是，天线设备112可以不是天线子组件的一部分。替代的是，天线元件可以包含例如金属片的冲压部分，其如关于天线子组件142所描述的相对于彼此设置。
第一装置部分102可以包含具有交互侧115的基部外壳114，交互侧115包含用户接口116。用户接口116可以包含一个或多个输入装置。例如，用户接口116包含通信地耦合至无线装置的内部电路的键盘118、触摸垫120和跟踪按钮122。键盘118、触摸垫120和跟踪按钮122中的每一个是配置为从无线装置100的用户接收用户输入的输入装置。
基部外壳114围绕并保护无线装置100的至少一些电路。例如，内部电路可以包含处理器124(例如中央处理单元)、存储器126、内部存储128(例如硬盘驱动器或固态驱动器)、电源130、以及冷却风扇。第一装置部分102还可以包含多个端口134，其允许其他装置或网络通信地耦合至无线装置100。外部装置的非限定性示例包含可移除的介质驱动器、外部键盘、鼠标、扬声器、以及电缆(例如以太网电缆)。尽管没有示出，第一装置部分102还可以配置为安装至扩展站和/或充电站。
第二装置部分104包含具有交互侧140的装置外壳135。装置外壳135围绕并保护无线装置100的至少一些电路。例如，第二装置部分104包含用户显示器136。用户显示器136通信地耦合至处理器124，例如，通过电路(例如导电通路)137。如本文所使用的，术语“通信地耦合”意味着以允许通信耦合的两个部件之间的数据信号的直接或间接通信的方式来耦合。例如，数据信号可以通过电路137在用户显示器136和处理器124之间传送。然而，可以在用户显示器136和处理器124之间的某个点处理或修改数据信号。
在示范性实施例中，用户显示器136是触摸屏，其能够检测来自用户的触摸，并识别显示区域内的触摸的位置。触摸可以来自用户的手指和/或触笔或其他物体。用户显示器136可以实现一个或多个触摸屏技术。例如，用户显示器136可以包含具有多个层(包含电阻层)的电阻触摸屏。用户显示器136可以包含表面声波(SAW)触摸屏，其利用超声波来识别触摸。用户显示器136还可以是基于一种或多种已知技术(例如，表面电容、投射式电容触摸(PCT)、互电容或自电容)的电容触摸屏。用户显示器136可以包含基于光学技术(例如，图像传感器和光源)的光学触摸屏。触摸屏技术的其他示例可以包含声学脉冲识别触摸屏和色散信号技术。然而，在其他实施例中，用户显示器136不是能够识别触摸的触摸屏。例如，用户显示器136可以仅能显示图像。
可选地，第二装置部分104可以包含附加的部件，诸如位于第一装置部分102内的一个或多个部件。尽管没有示出，第二装置部分104可以包含端口、扬声器、集成摄像头等。应当理解的是，无线装置100仅被描述作为一个示例，并且实施例可以包含其他类型的无线装置。例如，无线装置可以是翻盖式电话。
天线设备112通信地耦合至处理器124。例如，天线设备112可以耦合至RF模块(例如发射器/接收器)，其将来自天线设备112的信号解码和/或将从处理器124接收的信号编码。在无线装置100的操作期间，无线装置100可以通过天线组件112与外部装置或网络进行通信。为此，天线设备112可以包括天线元件，其配置为表现出专用于所需应用的电磁性质。例如，天线设备112可以配置为在多个频带中同时操作。天线设备112的结构可以配置为在特定的无线电频带中有效地操作。天线设备112的结构可以配置为远程地选择用于不同网络的特定无线电频带。天线设备112可以配置为具有指定的性质，诸如天线的电压驻波比(VSWR)、增益、带宽和辐射图。
无线装置100还可以包含电力控制电路144以及一个或多个接近度传感器146，接近度传感器146配置为检测个人的身体(包含皮肤或衣服)何时与无线装置100相邻。例如，接近度传感器146可以是红外(IR)传感器或电容传感器，其检测个人的皮肤何时在离天线设备112和/或无线装置100的一个或多个部分(例如第一装置部分102或第二装置部分104)的一定距离内。如图所示，类似于其他电路，以简单的方框例示了接近度传感器146。然而，应当理解的是，根据接近度传感器的类型，接近度传感器146可以具有任何结构。接近度传感器146通信地耦合至电力控制电路144，电力控制电路144进而通信地耦合至天线设备112。更具体地，电力控制电路144能够减少至天线设备112的电力，以便减少RF发射。在一些实施例中，电力减少可以局限于某些空间和/或仅应用于选择数量的可用频带。
本文所阐述的实施例可以配置为实现指定的SAR限制。特别地，天线设备和/或电力控制电路可以配置为实现指定的SAR限制。SAR是身体吸收RF能量的速率的度量。在一些情况下，在一克组织上取平均值，来自无线装置的可允许的SAR限制是1.6瓦每千克(W/kg)。然而，SAR限制可以基于无线装置的应用、政府法规、行业标准和/或关于RF暴露的未来研究而改变。在特定的实施例中，当确定个人的身体邻近无线装置的指定区域(例如天线设备)时，天线设备和/或电力控制电路配置为零间隙(zero clearance)。
SAR限制可以取决于无线装置的应用。可以根据一个或多个协议(例如由行业和/或政府机构提供的那些协议)来确定用于一个或多个实施例的SAR。举例来说，本文所阐述的实施例可以被测试和/或配置为满足由美国联邦通信委员会(FCC)制定的SAR相关标准。
图2示出了根据实施例形成的无线装置150的三个侧视图。更具体地，图2示出了处于关闭状态或模式170、第一操作状态或模式172、以及第二操作状态或模式174的无线装置150。无线装置150可以与无线装置100(图1)类似或相同。关于关闭状态170，无线装置150包括第一装置部分152、第二装置部分154、以及可移动地联接第一装置部分152和第二装置部分154的铰链组件156。第一装置部分152包含交互侧158和外壳侧160。交互侧158和外壳侧160面向相反的方向，第一装置部分152的厚度161在其之间延伸。交互侧158配置为接收用户输入和/或向用户提供输出。输出可以是音频信号(或声音)或视频信号(或图像)的形式。交互侧158可以包含一个或多个输入装置，诸如键盘、触摸板、和/或跟踪按钮(未示出)。
第二装置部分154可以包含交互侧162和外壳侧164。交互侧162和外壳侧164面向相反的方向，第二装置部分154的厚度165在其之间延伸。交互侧162包含用户显示器166。交互侧162还可以包含其他部件，以接收用户输入或向用户提供输出。
在关闭状态170，第一装置部分152和第二装置部分154并排设置。例如，交互侧158、162可以彼此接合和/或在其之间具有标称间隙。当无线装置处于关闭状态170时，外壳侧160、164构成无线装置100的外侧。
在第一操作状态172中，交互侧158、162限定非正交角度176。角度176在操作期间通常在80°-150°之间，但不必限于该范围。应当理解的是，第一操作状态不限于单个角度176。例如，在第一操作状态172中的角度176可以是指定的角度范围内(诸如大于60°)的任何角度。在第一操作状态172中，输入装置(例如，键盘、触摸板或跟踪按钮)是活动的，使得输入装置可以响应于用户的动作。第一操作状态172可以被称为计算机模式，其中无线装置100以类似于常规的便携式计算机的方式工作。
铰链组件106允许第一装置部分152和第二装置部分154从第一操作状态172折叠到第二操作状态174。在第二操作状态174中，第一装置部分152和第二装置部分154并排设置，且交互侧158、162面向相反的方向。交互侧158、162可以构成无线装置100的外侧。这样，用户显示器166可以暴露至无线装置100的外部。第二操作状态174可以称为平板模式，其中无线装置150以类似于常规的平板型计算机的方式工作。例如，用户显示器166可以是触摸屏，其配置为接收来自无线装置100的用户的触摸。在第二操作状态174中，铰链组件156可以形成或成为无线装置150的装置边缘184，其配置为由用户持握。
在一些实施例中，在第二操作状态174中，沿着交互侧158的(多个)输入装置可以是不活动的，使得输入装置可以不响应于用户的动作。例如，无线装置150可以具有指示无线装置150处于第二操作状态174的一个或多个传感器。处理器124可以接收该信息并停用输入装置。然而，在其他实施例中，在第二操作状态174中，沿着交互侧158的输入装置可以是活动的。
当无线装置150在不同状态之间转换时，铰链组件156可相对于第一装置部分152和/或第二装置部分154移动。举例来说，当第二装置部分154从关闭状态170移动到第一操作状态172时，铰链组件156可以围绕第一旋转轴线180和第二旋转轴线182旋转。当第二装置部分154从第一操作状态172转换至第二操作状态174时，铰链组件156可以围绕第一旋转轴线180和第二旋转轴线182旋转。
如本文所描述的，第一装置部分152和第二装置部分154中的至少一个可以包含天线设备(未示出)的一部分。当无线装置150在不同的状态之间移动时，天线设备可以相对于第一装置部分152和/或第二装置部分154移动。这里所阐述的实施例可以配置为基于以下至少一者来减少至天线设备的电力：(a)无线装置的状态或模式(例如，关闭、第一操作、第二操作)；(b)个人的身体是否邻近天线设备；(c)个人的身体离天线设备的距离；以及(d)天线设备的预定的辐射图。例如，天线设备可以设置为更接近外壳侧160。在第一操作状态中，外壳侧160暴露至无线装置150的外部。然而，在第二操作状态中，交互侧158暴露至无线装置150的外部。在这样的实施例中，第一操作状态中的电力减少可以大于第二操作状态。
图3是根据实施例形成的便携式计算机200的仰视透视图。便携式计算机200可以类似于无线装置100(图1)或无线装置150(图2)。便携式计算机200包含基部部分202和显示部分204。在图3中暴露基部部分202，以示出便携式计算机200的内部部件。例如，便携式计算机200包含天线设备210，其具有天线子组件212和系统接地214。系统接地也可以被称为接地板或接地平面。还示出的是，电缆(例如同轴电缆)215的一端端接至天线子组件212。尽管未在图3中示出，电缆215通过另一端通信地耦合至便携式计算机200的其他电路，例如发射器/接收器。基部部分202具有外壳208，其确定基部部分202的外部尺寸。更具体地，外壳208具有第一尺寸(或宽度)213和第二尺寸(或深度)216。尽管在图3中不可见，外壳208还具有第三尺寸(或者，高度或厚度)。
系统接地214包含多个导电元件，其包含主要部分220和外围部分222。主要部分220和外围部分222例如通过锡焊或焊接彼此机械地和电气地耦合。在示出的实施例中，主要部分220和外围部分222中的每一个包含相应的金属片或箔。部分220、222可以包含例如铝或铜。在其他实施例中，系统接地214仅包含一个金属片。系统接地214配置为电耦合至便携式计算机200的其他部件，例如外壳208。
系统接地214和天线子组件212彼此电耦合。如图所示，系统接地214和天线子组件212锡焊至彼此。然而，可以使用其他机构来电耦合系统接地214和天线子组件212。例如，可以通过导电带或导电夹(或弹簧夹)来耦合两个部件。在示出的实施例中，系统接地214和天线子组件212在多个端接区域231、232处电耦合。然而，在其他实施例中，系统接地214和天线子组件212可以仅在单个端接区域处彼此电耦合。如图所示，系统接地214具有的表面积显著地大于天线子组件212的表面积。更具体地，系统接地214具有第一尺寸(或宽度)224和第二尺寸(或深度)226。天线子组件212具有第一尺寸(或长度)228和第二尺寸(或宽度)230。系统接地214的面积可以例如是天线子组件212的面积的至少五倍(5X)、天线子组件212的面积的至少十倍(10X)、天线子组件212的面积的至少十五倍(15X)，或更多。在示出的实施例中，系统接地214和天线子组件212实质上不彼此重叠。然而，在其他实施例中，系统接地214和天线子组件212可以实质上彼此重叠。
图4是天线子组件212的平面图，在示出的实施例中，其包含天线设备210的一部分。可以通过各种制造技术来制造天线子组件212。例如，可以通过已知的印刷电路板(PCB)技术来制造天线子组件212。对于这样的实施例，天线子组件212可以是层压或夹层结构，其包含多个堆叠的基板层。每个基板层可以至少部分地包含绝缘介电材料。举例来说，基板层可以包含介电材料(例如，阻燃环氧树脂织造玻璃板(FR4)、FR408、聚酰亚胺、聚酰亚胺玻璃、聚酯、环氧-芳族聚酰胺、金属、以及诸如此类)；粘结材料(例如，丙烯酸类粘合剂、改性环氧树脂、酚醛缩丁醛(phenolic butyral)、压敏粘合剂(PSA)、预浸渍材料、以及诸如此类)；以预定的方式设置、沉积或蚀刻的导电材料；或上述材料的组合。导电材料可以是铜(或铜合金)、铜镍、银环氧树脂、导电聚合物、以及诸如此类。应当理解的是，基板层可以包含例如粘结材料、导电材料和/或介电材料的子层。
然而，应当理解的是，可以通过其他方法来制造天线子组件210。可以通过激光直接构型(LDS)、双射模制(two-shot molding)(具有铜迹线的介电体)、和/或油墨印刷来制造天线子组件的一个或多个元件。例如，可以通过将介电材料(例如热塑性塑料)模制为指定的形状来制造结构部件。随后，导电元件(例如迹线、反射器、导向器)可以例如通过油墨印刷设置在模制件的表面上。可替代地，可以首先形成导电元件，且随后将介电材料模制在导电部件的周围。例如，导电元件可以由金属片冲压，设置在腔内，随后被注射至腔内的热塑性材料包围。
如图所示，天线子组件212相对于互相垂直的X、Y和Z轴取向。Z轴延伸进入和离开页面。天线子组件212的导电元件(例如迹线、反射器、导向器等)可以在天线子组件212中彼此重叠。如本文所使用的，如果平行于Z轴延伸的线与两个导电元件相交，则导电元件与另一个导电元件“重叠”。如本文所阐述的，导电元件可以彼此重叠，以屏蔽或反射RF发射和/或重导向RF能量，以便减少RF暴露或SAR。
图4是具有导电元件241、242和243的第一级240的视图。相对于图4的视图，第二级250(在图6中示出)设置在第一级240下方，且包含导电元件251(图6)、252(图6)、253、254和255。在图4中仅示出了导电元件253-255。天线子组件212还包含无源部件，诸如第一电容器256，第二电容器257和第三电容器258，以及电感器259。图4中还示出了，天线子组件212具有限定天线子组件212的周界的电路边缘266。电路边缘266可以限定凹陷268、270。第一级240和第二级250沿着垂直于Z轴(图3)的平面延伸，并具有相对于Z轴的不同高度。对于包含基板层的实施例，两个层可以沿Z轴相对于彼此堆叠。如本文所使用的，如果层直接彼此相接或在它们之间具有一个或多个中间层，则两个层相对于彼此“堆叠”。
图5是第一级240的平面图。导电元件241-243在下文中称为接地垫或迹线241、辐射迹线242、以及寄生迹线243。如图所示，接地垫241、辐射迹线242和寄生迹线243是彼此分离的分立结构。可以控制分离相应的元件的间隙，以实现指定的性能。
在示范性实施例中，第一尺寸228是99.00毫米(mm)，且第二尺寸230是13.50mm。在一些实施例中，导电元件241-243的尺寸可以基于第一尺寸228和第二尺寸230的这些值。例如，可以通过使用第一尺寸228作为参考来确定尺寸S2的值。类似地，可以基于这些值，在导电元件241-243之间形成任何间隙的尺寸。
如图所示，辐射迹线242包含馈电点或区域302。辐射迹线242还可以包含多个分支或臂部，其配置为在指定的频带下谐振。例如，辐射迹线242包含第一分支(由箭头304指示)，其配置为在698-960MHz的频带下谐振，第二分支(由箭头306指示)，其配置为在1425-1990MHz的频带下谐振，以及第三分支或环(由箭头308指示)，其配置为在2110-2700MHz的频带下谐振。应当注意的是，辐射迹线242可以配置为在与本文所述的不同的频带下谐振。
第一分支304在平行于Y轴的方向上从馈电点302延伸距离S1，随后延伸平行于X轴的距离S2。第一分支304的延伸距离S2的部分在下文中称为分支段305。还示出了，第二分支306在平行于Y轴的方向上从馈电点302延伸距离S1，沿分支段306延伸平行于X轴的距离S3，随后形成螺旋或钩段308。螺旋或钩段308具有用于实现预定频带的指定长度。
辐射迹线242可以具有多个高发射区域或区间，其提供相对高水平的RF发射。高发射区域或区间可以由指定区域处的电流引起。例如，第一高发射区域391可能接近馈电点302存在，第二高发射区域392可能接近辐射迹线242的接合分支段304和308的部分存在，且第三高发射区域393可能接近辐射迹线242的接合分支段304和306的部分存在。
简要来说，关于图4，馈电点302通过电容器256电容耦合至接地垫241。在示范性实施例中，电容器257具有0.5pF的电容。可选地，螺旋段308的端部部分310电容耦合至分支段305。在示范性实施例中，电容器257具有0.5pF的电容。分支段305还通过电容器258电容耦合至寄生迹线243。在示范性实施例中，电容器258具有0.6pF的电容。寄生迹线243通过电感器259电感耦合至接地垫241。在示范性实施例中，电感器259的电感是1.3nH。然而，应当理解的是，实施例不限于上文提供的电容值。在其他实施例中，可以移除一个或多个电容器。
回到图5，寄生迹线243具有从与接地垫241相邻的位置311到寄生迹线243的远端部分312的非线性通路。寄生迹线243具有从位置311延伸至线性迹线段316的曲折段314。线性迹线段316从曲折段314延伸至远端段312。如图所示，寄生迹线243配置为使得迹线段316紧邻分支段306延伸距离S4。寄生迹线243可以沿距离S4电容耦合至分支段306。
寄生迹线243配置为修正来自辐射迹线242的RF发射的辐射图。例如，寄生迹线243可以配置为将RF发射在指定的方向上导向，并增加天线设备210的方向性或增益。寄生迹线243可以作为无源谐振器操作，其吸收来自辐射迹线242的RF波并且以不同的相位重新辐射RF波。
图6是第二级250的平面图。在一些实施例中，导电元件251-255配置为暴露至天线子组件212(图3)的外部。导电元件251-255在下文中被称为接地垫或迹线251、馈电垫252、第一反射器253、第二反射器254和导向器255。在一些实施例中，第一反射器253和第二反射器254可以结合，使得存在单个反射器。
馈电垫252通过过孔317(在图7中示出)电耦合至馈电点302(图5)。馈电垫252配置为使得导电通路(例如同轴电缆215(图3))电耦合至其，以通信射频(RF)波。在一些实施例中，接地垫251配置为使得电缆215的屏蔽或接地层端接至其。接地垫251通过多个过孔318(在图7中示出)电耦合至接地垫241(图5)。在一些实施例中，接地垫241、251具有相似的形状，且过孔318沿接地垫241、251的周界均匀地分布。
第一反射器253和第二反射器254设置为与多个高发射区域391-393(图5)对准。例如，第一反射器253可以与高发射区域391、392重叠，且第二反射器254可以与高发射区域393重叠。可选地，第一反射器253可以具有与高发射区域391重叠的边缘。在任一情况下，第一反射器253可以邻近高发射区域391，使得RF发射被阻挡和/或重导向。如本文所使用的，如果仅是RF发射的一部分被阻挡或重导向，则反射器“阻挡”或“重导向”RF发射。换言之，RF发射的另一部分或其它部分可能经过反射器逃离或泄漏。在一些实施例中，反射器253、254屏蔽天线子组件212的外部，使得RF暴露或SAR减少。在一些实施例中，反射器253、254可以作用为电容耦合至辐射迹线242和寄生迹线243的无源部件。
导向器255配置为重导向RF能量，以有效地降低可能在基部部分202(图3)的内部中经历的RF发射。在特定的实施例中，导向器255沿着天线子组件212的电路边缘266(图4)延伸。在特定的实施例中，导向器255机械地且电气地耦合至系统接地214(图3)。
图8例示了在端接区域231和端接区域232处电耦合至系统接地214的天线子组件212。如图所示，第二级250(包含第一反射器253和第二反射器254)暴露至外部。在端接区域231处，电缆215的导线导体被锡焊至馈电垫252(在图8中不可见)，且电缆215的屏蔽元件被锡焊至接地垫251(在图8中不可见)。接地垫251也可以被锡焊至系统接地214的外围部分222A。在端接区域232处，导向器255的边缘部分330被锡焊至系统接地214的外围部分222B。这样，天线子组件212可以在两个不同的区域处电接地至系统接地214。
图9是例示了根据实施例形成的天线设备的无源效率的曲线图。更具体的，天线设备((诸如天线设备210(图2))通过输入功率为24.0dBm的频率范围进行测试。相较于不包含反射器、导向器和寄生迹线的天线组件，SAR(以W/kg计量)显著地减少。例如，在1880MHz的频率下，在进行本文所述的修正之前，无源效率是-4.4dB，在进行修正之后是-3.6dB。这对应于SAR约33％的减少(例如，3.7W/kg与5.57W/kg相比)。
图10是例示了根据实施例形成的天线设备的回波损耗的曲线图。更具体地，天线设备(诸如天线设备210(图2))通过一定的频率范围(600.00MHz至3GHz)进行测试。在704MHz的频率下，回波损耗为12.825dB。在960MHz的频率下，回波损耗为3.7594dB。在1425MHz的频率下，回波损耗为7.9109dB。在1710MHz的频率下，回波损耗为6.8051dB。在2700MHz的频率下，回波损耗为5.6962dB。因此，实施例提供了一种能够在多个频带内有效地实施的天线。
应当理解的是，上述描述意在为说明性的，而不是限制性的。例如，上文所描述的实施例(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教导。本文描述的尺寸、材料的类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置意在限定某些实施例的参数，而绝非限制性的，且仅为示范性实施例。在阅读上述描述的情况下，在权利要求的精神和范围内的许多其他实施例和修改将对于本领域技术人员显而易见。因此，本发明的保护范围应当参考随附的权利要求、以及这些权利要求所声称的等价物的全部范围来确定。
如本说明书中使用的，短语“在示范性实施例中”等意味着所描述的实施例仅是一个示例。该短语不旨在将发明主题限制于该实施例。本发明主题的其他实施例可以不包含所述特征或结构。在随附的权利要求中，术语“包含”和“在其中”被使用作为相应的术语“包括”和“其中”的通俗语言等价物。此外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标签使用，而非意在对它们的对象强加数值要求。

Claims (20)

1.一种天线设备，包括：
系统接地；以及
天线子组件，包含馈电垫和接地垫，所述接地垫电耦合至所述系统接地，所述馈电垫配置为电耦合至导电通路以用于通信射频(RF)波；
其中所述天线子组件包含第一级，所述第一级具有电耦合至所述馈电垫的辐射迹线，所述辐射迹线配置为在指定的RF带内进行通信，所述天线子组件还包含相对于所述第一级堆叠的第二级，所述第二级包含反射器，所述反射器与所述辐射迹线的一部分对准，以减少来自其的RF发射。
2.如权利要求1所述的天线设备，其中所述反射器设置为邻近所述馈电垫。
3.如权利要求1所述的天线设备，其中所述辐射迹线包含多个高发射区域，所述反射器与所述高发射区域中的至少一个对准，以减少来自其的RF发射。
4.如权利要求1所述的天线设备，其中所述辐射迹线具有多个分支段，每个所述分支段配置为在不同的RF带内进行通信。
5.如权利要求1所述的天线设备，其中所述天线子组件包含配置为重导向RF发射的导向器，所述导向器电耦合至所述系统接地。
6.如权利要求5所述的天线设备，其中所述导向器的至少一部分紧邻所述天线子组件的边缘延伸。
7.如权利要求1所述的天线设备，其中所述接地垫具有的表面积小于所述辐射迹线的表面积，其中所述系统接地具有的表面积显著地大于所述接地垫的表面积，且显著地大于所述辐射迹线的表面积。
8.一种天线设备，包括：
系统接地；以及
天线子组件，包含馈电垫和接地垫，所述接地垫电耦合至所述系统接地，所述馈电垫配置为电耦合至导电通路以用于通信射频(RF)波；
其中所述天线子组件包含第一级，所述第一级具有电耦合至所述馈电垫的辐射迹线，所述辐射迹线配置为在指定的RF带内进行通信，所述天线子组件还包含相对于所述第一级堆叠的第二级，所述第二级包含导向器，所述导向器电耦合至所述系统接地、且配置为重导向发射的RF发射。
9.如权利要求8所述的天线设备，其中所述导向器的至少一部分紧邻所述天线子组件的边缘延伸。
10.如权利要求8所述的天线设备，其中所述天线子组件包含寄生迹线，所述寄生迹线与所述辐射迹线共面，且平行于所述辐射迹线延伸指定的距离。
11.如权利要求8所述的天线设备，其中所述第二级包含反射器，所述反射器与所述辐射迹线的一部分对准，以减少来自其的RF发射。
12.如权利要求11所述的天线设备，其中所述辐射迹线包含多个高发射区域，所述反射器与所述高发射区域中的至少一个对准。
13.如权利要求8所述的天线设备，其中所述辐射迹线具有多个分支段，每个所述分支段配置为在不同的RF带内进行通信。
14.如权利要求10所述的天线设备，其中所述导向器接近所述寄生迹线的边缘延伸。
15.一种无线通信装置，包括：
第一装置部分和第二装置部分，具有可旋转地彼此联接的相应的边缘；
设置在所述第一装置部分内的天线设备，所述天线设备包含系统接地和天线子组件，所述天线子组件具有馈电垫和接地垫，所述接地垫电连接至所述系统接地，所述馈电垫配置为电耦合至导电通路以用于通信射频(RF)波；
其中所述天线子组件包括第一级，所述第一级具有电耦合至所述馈电垫的辐射迹线，所述辐射迹线配置为在指定的RF带内进行通信，所述天线子组件还包含相对于所述第一级堆叠的第二级，所述第二级包含反射器，所述反射器与所述辐射迹线的一部分对准，以减少来自其的RF发射。
16.如权利要求15所述的无线通信装置，还包括电力控制电路和接近度传感器，所述接近度传感器配置为检测个人的身体何时靠近所述天线设备，所述电力控制电路配置为基于来自所述接近度传感器的信号减少至所述天线设备的电力。
17.如权利要求16所述的无线通信装置，其中所述无线通信装置是便携式计算机，其配置为从计算机模式转换为平板模式，其中所述电力控制电路基于所述便携式计算机处于计算机模式或平板模式来控制电力。
18.如权利要求16所述的无线通信装置，其中所述天线子组件包含配置为重导向RF发射的导向器，所述导向器电耦合至所述系统接地。
19.如权利要求18所述的无线通信装置，其中所述导向器的至少一部分紧邻所述天线子组件的边缘延伸。
20.如权利要求16所述的无线通信装置，其中所述接地垫具有的表面积小于所述辐射迹线的表面积，其中所述系统接地具有的表面积显著地大于所述接地垫的表面积，且显著地大于所述辐射迹线的表面积。
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