多频带微线条天线的制作方法

本专利文件根据35 U.S.C.§119(a)和巴黎公约要求于2015年8月28日提交的国际专利申请No.PCT/CN2015/088403的优先权的权益。之前提到的专利申请的全部内容通过引用被并入作为本专利文件的公开内容的部分。

技术领域

本专利文件涉及无线通信并且特别涉及用于接收或传输无线信号的天线。

背景

许多移动无线设备已经被开发并被设计为能够在多个频带内操作。多个射频频带的例子包括但不限于频段1/2/3/5/7/8/26/34/38/39/40/41以覆盖GSM/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/LTE的蜂窝通信技术、GPS、用于WiFi和蓝牙应用的ISM 2.4GHz和5GHz频段。

可在多个频带中操作的各种天线(多频带天线)已经被开发以促进各种无线通信技术的多频带操作。然而，多频带小天线的现有技术通常被放置在移动无线设备的后盖上，其中天线迹线由导电条制成并缺乏视觉透明性。在一些特定的形状因数设计中，有设计期望和需求以具有已经改进视觉透明性的多频带天线。

概述

在下面的描述中，公开了具有微线条的多个辐射元件的多频带天线的实施方式。在一些实施方式中，辐射元件中的每个的宽度足够小以不会遮挡用户的视角，例如不大于0.1毫米。在一个有益的方面中，与传统的设计相比，当天线基底衬底、天线迹线衬底和移动无线设备的壳体由透明或半透明材料制成时，所公开的实施方式可显著地提高天线结构的视觉透明性。

在多频带微线条天线的一些实施方式中，多个微线条辐射元件被设计成在多个频带中操作。在一些实施方式中，多频带微线条天线包括具有信号馈送迹线和部分接地平面的基底衬底以及具有电磁地耦合到信号馈送迹线的多个微线条辐射元件的两个或更多个衬底。在一些实施方式中，微线条辐射元件中的每个的宽度不大于0.1毫米，并因此可显著地提高天线结构的视觉透明性。为了提高在操作频带中的每个的操作带宽，多个微线条辐射元件可被分组，使得微线条辐射元件中的每个具有略有不同的谐振频率并且每组微线条辐射元件具有目标操作带宽。此外，具有多层的多频带微线条天线可被实现以进一步增加操作频段的数量以及提高在频带中的每一个的操作带宽。

这个方面和其它方面以及它们的实现在附图、说明书和权利要求书中更详细地进行描述。

附图简述

图1A示意性地示出多频带天线的示例横截面。

图1B示意性地示出多频带折叠单极天线的示例实施方式。

图2呈现多频带折叠单极天线的示例等效电路。

图3A以图形示出单个辐射元件的示例频率响应。

图3B以图形示出一组多个辐射元件的示例频率响应。

图4以图形示出单个辐射元件的示例辐射方向图。

图5示意性地示出具有直接耦合的馈送方案的多频带天线的示例实施方式。

图6示意性地示出多频带环形天线的示例实施方式。

图7是多频带微线条环形天线的频率响应的图形示例。

图8示意性地示出多频带倒F天线的示例实施方式。

图9描绘了多频带微线条倒F天线的频率响应的示例。

图10示意性地示出多频带微线条π形天线的示例实施方式。

图11显示了支持多频带多模无线电通信协议的移动无线设备的示例框图。

图12显示了支持多频带多模无线电通信协议且可实施载波聚合的移动无线设备的示例框图。

图13示出在移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用，该移动无线设备在具有视觉透明性的设备的底部部分中具有小的次级显示器，其中多频带微线条天线被放置在设备的底部部分的后侧上。

图14示出在移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用，该移动无线设备在具有视觉透明性的设备的底部部分中具有小开口，其中多频带微线条天线被放置在设备的底部部分的后侧上。

详细描述

移动无线设备正快速地变成用户的重要工具，用于执行包括打电话、下载和观看音频和视频以及连接到因特网的大量任务。许多无线设备具有的使它们普遍可用的一个特征是使用多个不同的射频(RF)通信网络彼此连接或与因特网连接的能力。例如，经由长期演进(LTE)网络以及还经由诸如Wi-Fi的局域网操作的用户设备。

一个挑战在于被装备成使用多个RF接口来操作的移动无线设备包括天线以接收和传输无线信号。在本文档中描述的技术可被用于设计天线，该天线以对于用户使用移动无线设备的不突出的方式放置在移动无线设备上。除了其它技术之外，本文档公开了用于微线条天线阵列的结构和制造过程。

本文提到的移动无线设备包括但不限于蜂窝电话、便携式多媒体播放器、平板电脑、手持设备、移动TV、便携式GPS设备或具有蜂窝和/或任何其它无线通信能力的任何其它类型的设备。

所提供的实施方式包括：多频带微线条折叠单极天线、多频带微线条环形天线、多频带倒F天线和多频带微线条π形天线。

在一个方面中，多频带微线条辐射元件具有公共馈送臂并通过衬底之间的贯通微孔(trans-through micro-via)馈送有信号线迹线。微孔具有不大于0.1毫米的直径，并且用例如银或铜的导电材料来填充。

并且在另一方面中，多频带微线条辐射元件可具有公共耦合臂并通过直接耦合馈送有信号线，其中信号线迹线包括在耦合区域中的耦合盘(coupling pad)并且信号与微线条辐射元件电磁耦合。

为了改进用于多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路可被用于多频带微线条天线的馈线中。阻抗匹配射频电路可由电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关组成。

为了使操作频段可调整并降低多频带微线条天线的总体尺寸，在一些实施方式中，电磁地连接辐射元件和部分接地平面的接地盘可装载有可调谐电容器或装载不同值的电容器的单刀多掷(SPxT)开关，使得每个辐射元件的谐振频率是可调整的。

移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用被提供，其可支持多频带多模无线电通信协议和载波聚合。如在本文档中所公开的，多频带微线条天线可用于传输和/或接收多频带无线电信号，该多频带无线电信号包括但不限于GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE TDD、LTE FDD、Wi-Fi、蓝牙和GPS的无线电信号。

如在本文档中所公开的，多频带微线条天线还可用作移动无线设备中的次级天线以用于多输入多输出(MIMO)和/或频率分集和/或空间分集应用。

本文档还提供了移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用，其具有透明或半透明的次级显示器和包括放置在次级显示器后侧上的透明或半透明衬底的多频带微线条天线。

在一些实施方式中，移动设备被配备有在设备的底部部分中具有视觉透明性的小开口孔径。小开口的后侧包括多频带微线条天线。多频带微线条天线的衬底和基底衬底可由透明或半透明材料制成。移动设备的壳体可包括至少在设备的底部部分中的透明或半透明材料。小开口孔径在前部和后部具有透明或半透明的覆盖层。在小开口孔径内部，可以包括至少一个的基于光的传感器。

用于多频带微线条天线的实施方式被提供，其中辐射元件中的每个的宽度不大于0.1毫米，并因此当移动无线设备的天线基底衬底、辐射元件衬底和壳体是由透明或半透明材料制成时可显著提高天线结构的视觉透明性。

诸如“频段1”、“频段2”等的描述仅出于在说明书中的射频频段之间进行识别和区分的目的而在本说明书中被使用，并不旨在表示特定的操作频带或由频谱中的频段占用的频率的级次。

图1示意性地示出多频带微线条折叠单极天线100的示例实施方式。天线100包括由多个微线条辐射元件组成的一组或多组辐射元件。辐射元件中的每一个可以是微线条折叠单极。在一些实施方式中，微线条折叠单极的每个元件具有不大于0.1毫米的宽度，并且对于天线被设计操作的频带具有操作频率的波长的四分之一的长度。在一些实施方式中，多个微线条辐射元件的每个具有略微不同的长度并且微线条辐射元件中的每个的谐振频率略有不同。例如，当频段1在千兆赫兹范围内时，则每个微线条的谐振频率可以相距5到10MHz。以这种方式，多个微线条辐射元件的整体操作带宽被扩展以具有期望的操作带宽。

如在图1A和图1B中所示出的，四层108、110、112、114微线条折叠单极天线可被构建。如在平面图101中所描绘的，层4 114具有天线的部分接地金属平面。层3 112可在层4的上面并且信号馈送迹线150被放置在层3中。第一和第二多个微线条辐射元件被放置在层2 110中且第三多个微线条辐射元件位于层1中，层1在层2的上面。这些层通过绝缘材料的对应的衬底102、104、106被分隔开。

在层2中的第一和第二多个微线条辐射元件在辐射元件的端部处被电连接在馈送臂中，而贯通微孔被放置在层2和层3之间，其以导电材料填充以电连接第一和第二多个微线条辐射元件的馈送臂和信号馈送迹线。在层1中的第三多个微线条辐射元件在辐射元件的端部处被电连接在馈送臂中，而贯通微孔被放置为穿过层1、层2和层3，其以导电材料填充以电连接层1中的这些微线条辐射元件的馈送臂和馈送信号。

在图1A和图1B中，贯通微孔用于将多个微线条辐射元件的馈送臂与信号馈线电连接。穿越多层衬底的堆叠的微孔包括导电材料的填充物并具有不大于0.1毫米的直径。

尽管辐射元件的两个衬底102、104在图1A和图1B中被示出，但本领域中的技术人员应认识到，更多的衬底可用于多频带天线，其中衬底中的每一个可包括多个导电的微线条辐射元件并被电磁地耦合到信号馈送迹线。

在一些实施方式中，为了进一步扩展特定频带的操作带宽，一个或多个微线条辐射元件可被添加在多层衬底结构中。在层1/2中的微线条辐射元件与层1/2中的其它微线条辐射元件可具有稍微不同的长度。

在一些实施方式中，为了增加操作频带，多个微线条辐射元件将被进一步添加在多层结构中，其中衬底层中的微线条辐射元件中的每个具有与层1/2中的其它微线条辐射元件不同的长度和谐振频率。

在一些实施方式中，在共面层中的微线条元件可包括分支，其中分支中的每个包括微线条组，并且每组微线条对应于一个操作频带。

图2示出多频带微线条天线100的示例等效电路200，其中多线条辐射元件中的每个电磁地等效于具有特定谐振频率的振荡器，和谐振频率。

f_(i_j)＝1/(2π√(L_(i_j)C_(i_j)))，其中i＝1、2、3；且j＝1、234。等式(1)。

微线条辐射元件的谐振频率可以略有不同以使天线的操作带宽足够宽以覆盖期望的带宽。也就是说，辐射元件的谐振频率f_(1_1)、f_(1_2)、f_(1_3)用于覆盖频段1的操作带宽，在频率f_(2_1)、f_(2_2)、f_(2_3)处的操作用于形成频段2的操作带宽，并且在频率f_(3_1)、f_(3_2)、f_(3_3)、f_(3_4)处的操作用于形成频段3的操作带宽等。

为了改进用于多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路202被添加在多频带微线条天线的馈线中。阻抗匹配射频电路202可由电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关组成。

图3A以图形示出单个微线条辐射元件300的频率响应，并且图3B呈现多个微线条辐射元件的频率响应350，其可被视为频域中的多个微线条辐射元件的聚合效应。已经示出，基于多个微线条辐射元件的不同的谐振频率加宽了该多个微线条辐射元件的操作带宽。

图4以图形呈现单个微线条辐射元件的辐射方向图，其操作在单个微线条辐射元件的谐振频率处。图400示出其中Phi＝0°的模式，而图402示出其中Phi＝90°的模式。在操作频带中的特定操作频率处的辐射方向图将与操作在对应的单一微线条辐射元件的谐振频率处的单一微线条辐射元件的辐射方向图类似。

图5示意性地示出具有直接耦合的馈送方案的多频带微线条天线的示例实施方式。图5中描绘的用于实施方式的衬底的分层结构可类似于图1A中描绘的衬底和各个层(如，层508、510和512可类似于层108、110和112)。辐射元件可由多个微线条辐射元件组成。辐射元件中的每个可以是具有不大于人眼可能觉得是光学遮挡的宽度(例如，0.1毫米)以及操作频率的四分之一波长的长度的微线条。多个微线条辐射元件的每个可被设计成具有略微不同的长度并且微线条辐射元件的每个的谐振频率略有不同。以这种方式，多个微线条辐射元件的整体操作带宽可以被拓宽以具有期望的操作带宽。如图5中所示，微线条辐射元件的组1可在频段1中操作，微线条辐射元件的组2可在频段2中操作，并且微线条辐射元件的组3可在频段3中操作。

在图5中，多频带射频信号通过馈线中的耦合盘和微线条辐射元件中的耦合臂电磁地耦合到多个微线条辐射元件。在一些实施方式中，多频带射频信号可直接通过馈线中的耦合盘电磁地耦合到多个微线条辐射元件，使得信号馈线中的耦合盘也充当调谐短截线以最大化与多频带微线条天线的信号耦合。

在图5中，为了进一步扩展特定频带的操作带宽，多个微线条辐射元件可被添加在多层衬底结构中，其中在层1/2中的微线条辐射元件的每个具有与层1/2中的其它微线条辐射元件略微不同的长度。

此外，在图5中，为了增加操作频带，多个微线条辐射元件将进一步被添加在多层结构中，其中衬底层中的微线条辐射元件的每个具有与层1/2中的其它微线条辐射元件不同的长度和谐振频率。

在共面层中的微线条元件可包括分支，其中分支的每个包括微线条组，并且每组微线条对应于一个操作频带。

在一些实施方式中，为了改进用于多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路可以被添加在多频带微线条天线的馈线中。阻抗匹配射频电路可由电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关组成。

图6示意性地示出4层多频带微线条环形天线的示例实施方式，其中辐射元件由微线条环组成。图6中描绘的实施方式的衬底的分层结构可类似于图1A中描绘的衬底和层(如，层608、610和612可类似于层108、110和112)。为了将微线条环的视觉阻碍保持在最小，微线条环中的每个可具有不大于0.1毫米的宽度。每个微线条环可具有操作频率的一个波长的长度。微线条环可每个都具有略微不同的长度并且微线条辐射元件的每个的操作频率可以略有不同(如，1至10MHz的不同)。类似于图3中示出的场景，多个微线条环的全部累加的操作带宽可因此被扩展以具有期望的操作带宽。

在图6中，信号馈线被放置在层3中，而接地平面被放置在具有天线的部分接地金属平面的层4中。同样在层3中，存在通过具有导电材料的填充物的贯通微孔与层4中的接地平面电连接的金属接地盘。在频带频段1和频段2处操作的多个微线条环被放置在层2中，并且在频带频段3操作的多个微线条环位于层2中。在层2中的多个微线条环被电连接在辐射元件的端部处的馈送部分中，而具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间，以将馈送信号和层2中的这些微线条环的馈送部分电连接。而且，在层2中的多个微线条环被电连接在辐射元件的另一端部中，且具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间，以将微线条环和层3中的接地盘电连接。此外，在层1中的多个微线条环被电连接在辐射元件的端部处的馈送部分中，并且具有导电材料的填充物的贯通堆叠微孔被放置为穿过层1、层2和层3，以将馈送信号和层1中的这些微线条环的馈送部分电连接。同样，在层1中的多个微线条环被电连接在辐射元件的另一端部中，而具有导电材料的填充物的贯通堆叠微孔被放置为穿过层1、2和层3，以将微线条环和层3中的接地盘电连接。

为了改进多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路可被包括在图6中描绘的微线条天线的信号馈线中。阻抗匹配射频电路可包括电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关。同样，为了使操作频段可调整，接地盘可装载有可调谐电容器，或装载具有不同值的电容器的单刀多掷(SPxT)开关，使得每个辐射元件的谐振频率是可调谐的。

尽管在图6中示出两个衬底，但更多衬底可用于多频带操作或操作带宽扩展，其中衬底中的每一个包括多个导电微线条辐射元件并且通过穿过多层衬底的具有导电材料的填充物的堆叠微孔电磁地耦合到信号馈送迹线。

在一些实施方式中，在共面层中的微线条环形元件可包括分支以形成不同的环并操作在不同的频带处，其中分支中的每个包括微线条环的组，并且每组微线条对应于一个操作频带。

图7以图形描绘了多频带微线条环形天线的示例频率响应700，其中三频带频率操作性能被示出。在图7中，操作频段中的每个由微线条环的辐射元件组生成，如在图6中所示出的。

图8示意性地示出四层多频带微线条倒F天线的示例实施方式，其中辐射元件由具有公共馈送臂和公共接地臂的微线条的多个辐射元件组成。图8中描绘的实施方式的衬底的分层结构可类似于图1A中描绘的衬底和层(如，层808、810和812可类似于层108、110和112)。为了使视觉遮挡最小化，微线条中的每个具有不大于0.1毫米的宽度和操作频率的四分之一波长的长度。该多个微线条的每个辐射元件具有略微不同的长度并且微线条辐射元件的每个的操作频率略有不同(如，1至10MHz)。类似于图3B中示出的场景，多个微线条辐射元件的整体操作带宽被扩展以具有期望的操作带宽。

在图8中，信号馈线迹线被放置在层3中，而接地平面被放置在具有天线的部分接地金属平面的层4中。另外在层3中，存在通过具有导电材料的填充物的贯通微孔与层4中的接地平面电连接的金属接地盘。在频带频段1和频段2处操作的多个微线条辐射元件被放置在层2中，而在频带频段3处操作的多个微线条辐射元件位于层1中。在层2中的多个微线条辐射元件被电连接在辐射元件的公共馈送臂2中，而具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间，以将馈送信号和微线条辐射元件的馈送臂2电连接。而且，在层2中的多个微线条被电连接在辐射元件的接地臂2中，并且具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间，以将微线条和层3中的接地盘电连接。此外，在层1中的多个微线条被电连接在辐射元件的馈送臂1中，而具有导电材料的填充物的堆叠的贯通微孔被放置为穿过层1、层2和层3，以将馈送信号和微线条的馈送臂1电连接。另外，在层1中的多个微线条被电连接在辐射元件的接地臂1中，而具有导电材料的填充物的堆叠的贯通微孔被放置为穿过层1、层2和层3，以将微线条辐射元件和层3中的接地盘电连接。

在图8中，为了改进用于多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路可以被添加在微线条天线的馈线中。阻抗匹配射频电路可由电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关组成。同样，为了使操作频段可调整，接地盘可装载有可调谐电容器，或装载具有不同值的电容器的单刀多掷(SPxT)开关，使得每个辐射元件的谐振频率是可调整的。

尽管在图8中示出两个衬底，但应注意，更多个衬底可用于多频带操作或操作带宽扩展，其中衬底中的每个包括多个导电微线条辐射元件并且通过具有导电材料的填充物的堆叠微孔电磁地耦合到信号馈线和地。

图9示出多频带倒F天线的示例频率响应900，例如，如在图8中所描绘的，其中三频段操作性能被示出。在图9中，操作频段中的每个由微线条环的辐射元件组生成，如在图8的组1、组2和组3中所示出的。

图10示意性地示出四层多频带微线条π形天线，其中辐射元件由具有公共馈送部分和公共接地部分的微线条的多个辐射元件组成，并且微线条的每个具有不大于0.1毫米的宽度。图10中描绘的实施方式的衬底的分层结构可类似于图1A中描绘的衬底和层(如，层1008、1010和1012可类似于层108、110和112)。多个微线条具有略微不同的长度并且微线条辐射元件的每个的操作频率是小幅不同的。类似于图3B中示出的场景，多个微线条辐射元件的整体操作带宽被改进以具有期望的操作带宽。

在图10中，信号馈线迹线被放置在层3中，而接地平面被放置在具有天线的部分接地金属平面的层4中。同样在层3中，存在通过具有导电材料的填充物的贯通微孔与层4中的接地平面电连接的金属接地盘。在频率频段1和频段2处操作的多个微线条辐射元件被放置在层2中，并且在频率频段3和频段4处操作的多个微线条辐射元件位于层1中。在层2中的多个微线条辐射元件被电连接在辐射元件的公共馈送臂2中，并且具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间，以将馈送信号和微线条辐射元件的馈送臂2电连接。另外，在层2中的多个微线条被电连接在辐射元件的接地臂2中，且具有导电材料的填充物的贯通微孔被放置在层2和层3之间以将微线条和层3中的接地盘电连接。此外，在层1中的多个微线条被电连接在辐射元件的馈送臂1中，且具有导电材料的填充物的堆叠的贯通微孔被放置为穿过层1、层2和层3以将馈送信号和微线条的馈送臂1电连接。另外，在层1中的多个微线条被电连接在辐射元件的接地臂1中，且具有导电材料的填充物的堆叠的贯通微孔被放置穿过层1、层2和层3以将微线条辐射元件和层3中的接地盘电连接。

尽管在图10中示出两个衬底，但应注意，更多衬底可用于多频带操作和/或操作带宽扩展，其中衬底中的每个包括多个导电微线条辐射元件并且通过具有导电材料的填充物的堆叠的微孔电磁地耦合到信号馈送迹线。

在图10中，为了改进用于多频带操作的阻抗匹配，阻抗匹配射频电路被添加在微线条天线的馈线中。阻抗匹配射频电路可由电容器或电感器的分立组件、或传输线短截线、或具有可调谐分立组件的电路开关组成。同样，为了使操作频段可调整，接地盘可装载有可调谐电容器，或装载具有不同值的电容器的单刀多掷(SPxT)开关，使得每个辐射元件的谐振频率是可调整的。

图11示出支持多频带多模无线电通信协议的移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用。移动无线设备的核心组件是通信数字信号处理器和应用处理器，并包括至少显示器、用户输入组件(诸如，键盘或触摸屏)、扬声器、麦克风、存储器、摄像头、电池、电源管理、传感器、多个无线电传输机和接收机(收发器)以支持多个无线电通信协议以及如本发明中所描述的多频带微线条天线。在图11中，多频带微线条天线1被用于传输和接收蜂窝通信的多频带无线电信号，蜂窝通信包括但不限于GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE TDD、LTE FDD协议。多频带微线条天线1与单刀多掷(SPxT)开关连接，并且开关的每个掷端口与双工器和FDD收发器或与带通滤波器(BPF)和TDD收发器电连接。并且无线电收发器中的每个与通信数字处理器和应用处理器连接。另外，多频带微线条天线2用于支持GPS、蓝牙以及2.4GHz和5GHz Wi-Fi操作。多频带微线条天线2与低通(LP)和高通(HP)双工器电连接：双工器的LP端口将GPS频段的BPF和GPS接收机连接，而HP端口将2.4GHz/5GHz双工器与Wi-Fi/蓝牙模块连接。GPS接收机和Wi-Fi/蓝牙模块然后被连接通信数字信号处理器和应用处理器。

在图11中，多频带微线条天线不仅具有多频带无线电操作能力，还在移动无线设备的壳体和天线部分的衬底是透明或半透明时改进透明性。

图12示出支持多频带多模无线电通信协议并具有载波聚合的能力的移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用。在图12中，多频带微线条天线1被用于传输和接收蜂窝通信的多频带无线电信号，蜂窝通信包括但不限于GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE TDD、LTE FDD协议。另外，多频带微线条天线2用于支持GPS、蓝牙以及2.4GHz和5GHz Wi-Fi操作。与图11相比，可见低通高通(LP-HP)双工器1和两个SPxT开关1和2被用于调节用于上行链路传输和下行链路信号接收的带间载波聚合。在图12中的多频带微线条天线不仅具有多频带无线电操作能力，还在移动无线设备的壳体和天线部分的衬底是透明或半透明时改进透明性。

图13示出移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用，该移动无线设备在具有视觉透明性的设备的底部部分中具有小的次级显示器。次级显示器的后侧包括多频带微线条天线，其中多频带微线条天线的基底衬底和衬底由例如玻璃的透明或半透明材料组成。次级显示器可被配置为当主显示器被关闭以延长设备的电池寿命时显示虚拟密钥、时间、短消息、日程提醒、来电的电话号码等。可选地，次级显示器可被配置为在主显示器用于优先任务(例如编写消息、玩游戏)的同时显示内容。归因于其视觉透明性，次级显示器将在设备的两侧显示内容，并可带来设备的更好的用户体验。

图14示出移动无线设备中的多频带微线条天线的示例应用，该移动无线设备在具有视觉透明性的设备的底部部分中具有小的开口孔径，而设备的后侧的其它部分由金属或任何其它不透明材料或透明或半透明材料类型组成。小的开口孔径的后侧包括多频带微线条天线，其中多频带微线条天线的基底衬底和衬底由透明或半透明材料组成。设备的壳体由至少在设备的底部部分中的透明或半透明材料组成，其中小的开口孔径在前部和后部中具有透明或半透明覆盖层。在小的开口孔径内部，可以包括基于光的传感器中的至少一个。这些基于光的传感器可包括基于光的接近检测传感器、基于光的距离传感器、环境光传感器、亮度传感器、颜色传感器。基于光的传感器检测基于光的信息并且这些信息被转换成电信号并被传输到设备的中央处理器。基于所接收的基于光的信息，处理器可被配置为具有实时应用。归因于其视觉透明性，开口孔径中的基于光的传感器可带来设备的更好的用户体验和应用。

另外，在图14中，小的开口孔径可包括嵌入式发光二极管(LED)以传输可见光或紫外光或红外光。此处，LED光可由设备的处理器指挥并可被配置为由用户控制或作为光谱中的通信的媒介。

这是如图14中所示出的设备的应用示例。小的开口孔径在孔径的两侧具有透明或半透明盖子，其中多频带微线条天线位于孔径盖子的后侧中。电子电路被放置在孔径内部，其包括嵌入式基于光的接近检测传感器和LED阵列，其中LED中的每个可发出归因于半导体材料差别的不同颜色的光。根据基于光的接近检测传感器所感测到的信息，LED可被配置为发射不同颜色的光。

此外，由于设备的底部部分中的小的透明或半透明开口可嵌入基于光的传感器和基于LED的发光二极管，因此其可在触摸传感屏中使用以检测从手指的反射光作为用户身份验证或授权方法。

如在本发明中所公开的，多频带微线条天线还可用作移动无线设备中的用于多输入多输出(MIMO)和/或频率分集和/或空间分集应用的次级天线。

在一些实施方式中，用于在无线接收机中的天线子系统包括至少三个衬底层：第一衬底、位于第一衬底之下的第二衬底以及位于第二衬底之下的基底衬底。第一层在第一衬底上面并具有在第一层上的第一多个天线元件。对应于第一衬底和第二衬底之间的平面区域的第二层具有第二多个辐射元件。在第三层上的信号馈线被电耦合到第一多个辐射元件和第二多个辐射元件。部分接地平面位于基底衬底的底面上。

例如，天线子系统的衬底和层可如图1A、图5、图6、图8和图10所示来布置。辐射元件可以是例如在对应的衬底层上被蚀刻或制造的导电条。导电条可以是微线条，例如相对窄的宽度和长的导线。

在一些实施方式中，来自第一多个辐射元件的每个辐射元件具有不大于0.2毫米(mm)的宽度。可选地或另外地，来自第二多个辐射元件的每个辐射元件可具有不大于0.1mm的宽度。有利地，小的宽度可最小化或消除在无线设备中由用户界面在其上渲染的屏上或附近的辐射元件的出现所引起的视觉遮挡。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中的至少一些具有不同于彼此的长度。在一些实施方式中，每个辐射元件可具有不同的长度。通过具有辐射元件的不同长度，辐射方向图的频域特性的分集可被获得，从而向用于传输或接收的天线波束提供期望的频域形状。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中的至少一些具有不同的谐振频率。可选地或另外地，在一些实施方式中，第二多个辐射元件中的至少一些具有不同的谐振频率。

在一些实施方式中，天线子系统的多频带操作可通过使第一多个辐射元件具有第一频带中的谐振频率并且第二多个辐射元件具有与第一频带不同的第二频带中的谐振频率来实现。例如，在多频带操作中，相同的天线硬件可通过共享时域中的天线在不同的频率处或使用不同的通信标准(如，Wi-Fi或LTE或WiMAX)来接收或发送数据。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件被电耦合到第一公共连接馈送臂，并且第二多个辐射元件被电耦合到第二公共连接馈送臂。

在一些实施方式中，信号馈线通过第一贯通微孔与第一公共连接馈送臂电耦合并通过第二贯通微孔与第二公共连接馈送臂电耦合。图1、图6、图8和图10描绘了天线子系统的一些示例实施方式，其中耦合通过使用贯通微孔来实现。

在一些实施方式中，第一贯通微孔和第二贯通微孔中的每个具有不大于0.1毫米的直径并用导电材料填充。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件被电连接到第一公共耦合臂，第二多个辐射元件被电连接到第二公共耦合臂，并且信号馈线包括在端部处的耦合盘，以将信号馈线电磁耦合到第一多个辐射元件和第二多个辐射元件。图5描绘了一些示例实施方式。

在一些实施方式中，第一公共接地臂通过在第一衬底层和基底衬底层之间的第一贯通微孔将第一多个辐射元件电连接到部分接地平面，并且第二公共接地臂通过在第二衬底层和基底衬底层之间的第二贯通微孔将第二多个辐射元件电连接到部分接地平面。图6、图8和图10描绘了一些示例实施方式。

在一些实施方式中，第一贯通微孔和第二贯通微孔中的每个具有不大于0.1毫米的直径并用导电材料填充。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中的至少一个是具有等于操作频率的四分之一波长的长度的折叠单极，并且来自第一多个辐射元件的辐射元件具有带有多个不同的操作频率以覆盖期望的操作频率带宽的通带。可选地或另外地，在一些实施方式中，第二多个辐射元件中的至少一个是具有等于操作频率的四分之一波长的长度的折叠单极，并且来自第二多个辐射元件的辐射元件具有带有多个不同的操作频率以覆盖期望的操作频率带宽的通带。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中的至少一个是具有等于操作频率的波长的长度的导电环。此外，来自第一多个辐射元件的辐射元件可具有不同的谐振频率，其被交错以覆盖期望的操作频率带宽。可选地或另外地，在一些实施方式中，第二多个辐射元件中的至少一个是具有等于操作频率的波长的长度的导电环。此外，来自第二多个辐射元件的辐射元件可具有被交错以覆盖期望的操作频率带宽的不同的谐振频率。

在一些实施方式中，导电环在一个端部处被连接到公共馈送臂并在另一端部处被电连接到公共接地臂，并且公共馈送臂被电连接到信号馈线而公共接地臂被电连接到部分接地平面。图6、图8和图10描绘了一些示例实施方式。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中的至少一个，和/或第二多个辐射元件中的至少一个是具有等于操作频率的四分之一波长的长度的倒F天线，并且来自第一多个辐射元件的辐射元件具有被交错以覆盖期望的操作频率带宽的不同的谐振频率。

在一些实施方式中，倒F辐射元件在一个端部处被连接到公共馈送臂并在另一端部处被电连接到公共接地臂，并且通过第一衬底层和基底衬底层之间的贯通微孔，公共馈送臂被电连接到信号馈线，且公共接地臂被电连接到部分接地平面。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件和第二多个辐射元件中的每个是倒F辐射元件，其具有唯一的操作频率以通过天线装置提供多频带操作频率覆盖。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件中和/或第二多个辐射元件中的每个是π形元件，其具有唯一的长度和谐振频率，以便通过第一多个辐射元件的谐振频率的组合覆盖期望的操作频率带宽。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件和/或第二多个辐射元件在一个端部处被连接到公共馈送臂并在另一端部处被电连接到公共接地臂，并且通过第一衬底和/或第二衬底和基底衬底之间的贯通微孔，公共馈送臂被电连接到信号馈线，且公共接地臂被电连接到部分接地平面。

在一些实施方式中，期望的操作频率带宽包括操作的多个频带，其在频域中可以是彼此不重叠和不相交的。

在一些实施方式中，天线系统可包括阻抗匹配射频电路，其提供频率相关的阻抗匹配以用于天线装置的多频带操作。

在一些实施方式中，阻抗匹配射频电路包括具有分立电容器或电感器的电路、具有传输线短截线的电路或具有可调谐分立组件的电路开关中的一个。

在一些实施方式中，天线系统还可包括频率可调谐电路以使天线装置的操作频段可调整，并且频率可调谐电路包括可调谐电容器和装载不同值的电容器的单刀多掷(SPxT)开关。

虽然两个天线元件组在图5、图6、图8和图10中被大致描绘以易于理解，但在一些实施方式中，天线系统还可包括位于第一衬底层上面的额外的天线衬底层。每个额外的天线衬底层可包括多个导电辐射元件并被电磁地耦合到信号馈线。

在一些实施方式中，第一多个辐射元件和/或第二多个辐射元件相对于彼此是共面的，并且包括辐射元件分支，其中每个分支包括辐射元件组并且在每个辐射元件组中的辐射元件具有相同的操作频带。

在一些实施方式中，层可包括多个天线元件组。在每组中的天线可以是微线条，并且可具有被选择用于在特定频带中的操作的尺寸。来自两个不同组的天线元件可在耦合臂或馈送臂处彼此连接，如在图1、图5、图6、图8和10中所描绘的。

在一些实施方式中，诸如在图13或图14中描绘的智能电话的移动无线设备可包括多频带天线，其包括多个辐射元件，其中每个辐射元件是在半导体衬底层上的导电迹线，具有不大于0.1毫米的宽度，每个辐射元件被设计为最大化在调谐频率处的接收或传输增益；单刀多掷(SPxT)开关，其将多频带天线与信号馈线电连接；多个双工器或带通滤波器，以将在对应的操作频带中从多频带天线接收或传输的射频(RF)信号进行滤波；RF收发器电路，以处理接收的RF信号或处理基带信号以用于通过至少一个多频带传输；以及通信数字处理器，其耦合到RF收发器电路，以用于从由RF收发器电路处理的所接收的RF信号提取信息或将信息调制到RF信号上用于传输。

在一些实施方式中，多个辐射元件中的每个传输和接收在对应于辐射元件的通带的频谱中的RF信号。

在一些实施方式中，多个辐射元件中的每个具有略微不同的长度和谐振频率。

在一些实施方式中，移动无线设备的操作带宽是多个辐射元件中的每个的谐振频率的累加。

在一些实施方式中，多频带天线的辐射元件是折叠单极、环类型、倒F类型、π形和其任意组合中的一个。

在一些实施方式中，多频带射频信号通过穿过天线的多个衬底的堆叠微孔从多频带天线与SPxT开关的信号迹线电磁耦合。

在一些实施方式中，微孔具有不大于0.1毫米的直径并用导电材料填充。

在一些实施方式中，无线设备还可包括多频带天线的馈线和SPxT开关之间的阻抗匹配RF电路。

在一些实施方式中，阻抗匹配RF电路包括电容器或电感器的分立组件、传输线短截线和具有可调谐分立组件的电路开关中的一个。

在一些实施方式中，多频带天线具有公共接地臂，其使用穿过多频带天线的多个衬底的堆叠微孔与电气接地电连接。

在一些实施方式中，接地臂包括可调谐电容器和装载具有不同值的电容器的SPxT开关中的一个，以使得每个辐射元件的谐振频率可重新配置。

在一些实施方式中，所传输的和所接收的多频带射频信号包括以下射频频段的至少一些的组合：CDMA频段、GSM频段、WCDMA频段、TD-SCDMA频段、FDD LTE频段、TDD LTE频段、GPS频段、Wi-Fi和蓝牙频段。

在一些实施方式中，多频带天线是用于用作多入多出(MIMO)或频率分集或空间分集应用的次级天线。

在一些实施方式中，诸如在图13或图14中描绘的智能电话的无线设备包括多频带天线，其包括多个辐射元件，其中每个辐射元件是介质衬底层上的导电迹线，具有不大于0.1毫米的宽度，每个辐射元件被设计为最大化在调谐频率处的接收或传输增益；主显示器；次级显示器，其朝向设备的底部部分；以及视觉透明或半透明壳体，其至少在设备的底部部分的后侧上。

在一些实施方式中，多频带天线被放置在设备的底部部分的后侧上，并且其中多频带天线由多个多层的透明或半透明衬底组成。

在一些实施方式中，多频带天线包括视觉透明或半透明的上盖以保护导电的辐射元件迹线。

在一些实施方式中，微孔将多个辐射元件耦合到馈线。

在一些实施方式中，多频带天线包括公共接地臂，其通过使用穿过电介质衬底层的堆叠微孔电连接到电气接地。

在一些实施方式中，微孔具有不大于0.1毫米的直径并用导电材料填充。

在一些实施方式中，多频带天线的每个辐射元件是折叠单极、环类型、倒F类型和π形天线中的一个。

在一些实施方式中，移动无线设备包括设备壳体；显示器，其安装在设备壳体的前侧上；多频带天线，其包括多个辐射元件，每个辐射元件具有不大于0.1毫米的导电迹线宽度，该多频带天线用于在多个射频(RF)频段中的信号的传输和接收；透明或半透明孔径，其在设备壳体的底部部分中，并且在开口孔径的前部和后部中具有透明或半透明层；以及视觉透明或半透明壳体，其至少在设备的底部部分的后侧中。

在一些实施方式中，多频带天线由至少多个辐射元件组成，并且元件中的每个具有略微不同的长度和对应的谐振频率。

在一些实施方式中，多个辐射元件的操作带宽是该多个辐射元件的操作带宽的累加。

在一些实施方式中，多频带天线被放置在设备的底部部分的后侧中，并且由多层的透明或半透明衬底组成。

在一些实施方式中，多频带天线可具有视觉透明或半透明的上盖以保护导电的辐射元件迹线。

在一些实施方式中，基于光的接近检测传感器、基于光的距离传感器、环境光传感器、亮度传感器、颜色传感器中的至少一个被嵌入在透明或半透明的小开口中。

在一些实施方式中，基于光的传感器与设备的处理器连接并可被配置为具有实时应用。

在一些实施方式中，至少发光二极管(LED)可被嵌入在透明或半透明的小的开口孔径中。LED与设备的处理器连接并可被配置为具有实时应用。

虽然本专利文档保护许多细节，但这些不应该被视为对所要求保护或可要求保护的发明的范围的限制，而是作为针对具体实施方案的特征的描述。在各自实施方案的上下文中的在本文档中所描述的某些特征也可在单个实施方案的组合中实施。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地在多个实施方案中或在任何适当的子组合中实施。另外，尽管特征可在上面被描述为在特定组合中且甚至在初始如此要求保护的动作，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况中可从组合中免除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变形。类似地，虽然操作在附图中以特定顺序被描绘，但这不应该被理解为需要该操作以所示出的特定顺序或以先后顺序执行，或者所说明的所有操作被实施，以达到所期望的结果。

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