用于毫米波无线通信的天线结构和配置的制作方法

文档序号:11779748阅读:515来源:国知局
用于毫米波无线通信的天线结构和配置的制作方法与工艺

交叉引用

本专利申请要求享受于2015年9月1日提交的、mohammadian等人的标题为“antennastructuresandconfigurationsformillimeterwavelengthwirelesscommunications”的美国专利申请no.14/842,675和于2015年2月23日提交的、mohammadian等人的标题为“antennastructuresandconfigurationsformillimeterwavelengthwirelesscommunications”的美国暂时专利申请no.62/119,744的优先权,这两份申请中的每一份都已经转让给本申请的受让人。

概括地说,本公开内容例如涉及无线通信系统,具体地说,本公开内容涉及用于无线通信的天线结构。



背景技术:

已广泛地部署无线通信系统,以便提供各种类型的通信内容,例如语音、视频、分组数据、消息传送、广播等等。这些系统可以是能通过共享可用的系统资源(例如,时间、频率和功率),来支持与多个用户进行通信的多址系统。这类多址系统的例子包括码分多址(cdma)系统、时分多址(tdma)系统、频分多址(fdma)系统和正交频分多址(ofdma)系统。

举例而言,无线多址通信系统可以包括多个基站,每一个基站同时支持多个通信设备(或者称为用户设备(ue))的通信。基站可以在下行链路信道(例如,用于从基站到ue的传输)和上行链路信道(例如,用于从ue到基站的传输)上,与ue进行通信。

通信系统可以使用许可的频谱、免许可的频谱或者二者。更高的千兆赫(ghz)频段(例如,大约28ghz或者大约60ghz)的免许可毫米波长(mmw)频谱正在成为有前途的技术,例如,用于多吉比特无线通信。与其它较低的频率系统(例如,800mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz、2100mhz等等)相比,60ghz左右的频谱具有许多优点,其包括:增加的免许可带宽、由于小波长(约5毫米)而造成的收发机的紧凑尺寸、以及由于较高的大气吸收而具有的更少干扰。但是,也存在与该频谱相关联的一些挑战,例如,反射和散射损耗、高穿透损耗和高路径损耗,这限制了60ghz的覆盖范围并且可能导致信号传播和成功通信的相对更多视距。为了克服这些问题,可以利用定向传输。因此,可以采用称为利用多元件天线阵列的波束成形技术来进行mmw无线通信。

但是,即使使用波束成形,采用mmw频谱的通信也可以受益于特别为这种波长所设计的天线结构。针对更低频率(例如,800mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz、2100mhz等等)所设计的传统天线结构可以包括单付全向天线(有时,两付或三付以用于分集),并且可能不适合于mmw频谱应用。



技术实现要素:

所描述的特征通常涉及用于采用mmw频谱进行无线通信的一种或多种改进的系统、方法和/或装置。具体而言,天线结构可以包括用于处理视线问题的天线元件阵列。此外,天线结构可以被配置为产生相对较窄并具有相对较高增益的波束(例如,信号)以处理如上面所提及的问题。另外,天线结构可以被配置为提供波束控制(例如,波束成形)能力。可以将这些天线结构设计为相对紧凑的,以符合在现代无线通信设备(例如,蜂窝电话)上可用的有限基板面。

例如,一种天线结构可以包括:配置为按照第一频率(例如,大约28ghz)发送/接收信号的第一天线元件阵列、以及配置为按照第二频率(例如,大约60ghz)发送/接收信号的第二天线元件阵列。第一频率可以用于无线广域网(wwan)上的通信,第二频率可以用于无线局域网(wlan)上的通信。第一阵列和第二阵列可以位于基本上彼此平行的各自的平面配置中。此外,天线结构还可以包括一个或多个偶极天线元件阵列。这些偶极天线元件阵列可以被配置为以基本上与第一阵列和第二阵列的操作方向相正交的方向进行操作。

描述了一种用于无线通信的装置。该装置可以包括第一天线阵列,后者包括第一平面配置中的第一多个天线元件,适于在第一频率范围内发送和接收无线信号。此外,该装置还可以包括第二天线阵列,后者包括第二平面配置中的第二多个天线元件,适于在第二频率范围内发送和接收无线信号。第二频率范围可以与第一频率范围不同。

第二天线阵列可以位于与第一天线阵列不同的平面中。

替代地或另外地,第一平面配置平行于第二平面配置。

第一天线阵列和第二天线阵列可以一起形成双孔径天线阵列。

第一天线阵列可以包括第一多个天线元件中的处于第一横向维度的至少两个天线元件和第一多个天线元件中的处于第二横向维度的至少两个天线元件。

所述第一多个天线元件中的至少一个天线元件可以规定孔径。所述第二多个天线元件中的至少一个天线元件可以在横向上在该孔径内对准并且在垂直方向上从该孔径偏移。替代地,所述第二多个天线元件中的至少一个天线元件可以在横向上与该孔径相邻并且在垂直方向上从该孔径垂直偏移。

所述第一多个天线元件中的至少一个天线元件可以是微带贴片天线。该微带贴片天线可以包括第一贴片元件和寄生地耦合到第一贴片元件的第二贴片元件。第一贴片元件可以规定第一孔径。第二贴片元件可以规定第二孔径。第一孔径和第二孔径在横向上可以彼此对准并且在垂直方向上彼此间隔开。

第一频率范围可以包括27-31千兆赫。第二频率范围可以包括56-67千兆赫。

第二多个天线元件中的至少一个天线元件可以是微带e贴片,其中该微带e贴片规定由共享边缘连接的多个平面部分。

此外,第二天线阵列还可以包括位于第二阵列的中间列中的一个或多个额外的天线元件。

第一多个天线元件中的一个或多个天线元件和第二多个天线元件中的一个或多个天线元件,可以相对于彼此以镜像对称模式进行取向。

第二多个天线元件中的至少部分天线元件以三角形栅格配置进行布置。

此外,该装置还可以包括:耦合到第一天线阵列和第二天线阵列的接地层。该接地层可以包括:适于在第一频率范围内发送和接收无线信号的一个或多个折叠偶极子、以及适于在第二频率范围内发送和接收无线信号的一个或多个折叠偶极子。

该装置可以是用户设备(ue),第一天线阵列和第二天线阵列可以位于该ue内。

第一天线阵列和第二天线阵列中的每一个,可以被配置为控制窄波束以进行毫米波无线通信。

该装置可以包括第三天线阵列,后者可以包括第三平面配置中的第三多个天线元件,并且适于在第一频率范围内发送和接收无线信号。此外,该装置还可以包括第四天线阵列,后者可以包括第四平面配置中的第四多个天线元件,并且适于在第二频率范围内发送和接收无线信号。第一天线阵列和第二天线阵列可以被配置为在侧向方向发送和接收无线信号,第三天线阵列和第四天线阵列可以被配置为在端射方向发送和接收无线信号。

描述了一种用于无线通信的方法,该方法可以涉及:操作第一天线阵列在第一频率范围内发送和接收无线信号。第一天线阵列可以包括第一平面配置中的第一多个天线元件。此外,该方法还涉及:操作第二天线阵列在与第一频率范围不同的第二频率范围内发送和接收无线信号。第二天线阵列可以包括第二平面配置中的第二多个天线元件。第一天线阵列和第二天线阵列是同一天线结构的一部分。该方法可以包括如上所述以及本文进一步描述的这些和其它特征。

描述了一种非暂时性计算机可读介质。该介质可以存储用于无线通信的计算机可执行代码。该代码可以由处理器执行以使设备执行以下操作:对天线结构进行控制,该天线结构包括:第一平面配置中的第一多个天线元件的第一天线阵列和第二平面配置中的第二多个天线元件的第二天线阵列。这种控制可以操作第一天线阵列在第一频率范围内发送和接收无线信号,操作第二天线阵列在与第一频率范围不同的第二频率范围内发送和接收无线信号。所述代码可以由处理器执行,以使设备执行如上所述以及本文进一步描述的这些和其它特征。

为了更好地理解下面的具体实施方式,上面对根据本公开内容的示例的特征和技术优点进行了相当程度地总体概括。下面将描述另外的特征和优点。可以将所公开的概念和特定示例容易地使用成用于修改或设计执行本公开内容的相同目的的其它结构的基础。这些等同的构造并不脱离所附权利要求书的保护范围。当结合附图来考虑下面的具体实施方式时,将能更好地理解本文所公开的概念的特性(关于它们的组织方式和操作方法),以及相关联的优点。提供这些附图中的每一个以仅用于说明和描述目的,而不是用作为规定本发明的限制。

附图说明

通过参照下面的附图,可以获得对于本发明的本质和优点的进一步理解。应当理解的是,所示出的附图和元件或组件没必要按比例进行描绘,也不旨在提供特定的尺寸或距离,而只是用作便于理解的例子。在附图中,类似的部件或特征具有相同的附图标记。此外,相同类型的各个部件可以通过在附图标记之后加上虚线以及用于区分相似部件的第二标记来进行区分。如果在说明书中仅使用了第一附图标记,则该描述可适用于具有相同的第一附图标记的任何一个类似部件,而不管第二附图标记。

图1根据本公开内容的各个方面,示出了一种无线通信系统的框图;

图2a和图2b根据本公开内容的各个方面,示出了天线元件的例子的示意图;

图3根据本公开内容的各个方面,示出了天线元件阵列的配置的例子的示意图;

图4a根据本公开内容的各个方面,示出了天线元件阵列的配置的另一个例子的示意图;

图4b根据本公开内容的各个方面,示出了天线元件阵列的配置的另一个例子的示意图;

图5a根据本公开内容的各个方面,示出了偶极天线元件的例子的示意图;

图5b根据本公开内容的各个方面,示出了偶极天线元件阵列的配置的例子的示意图;

图6根据本公开内容的各个方面,示出了偶极天线元件阵列的配置的另一个例子的示意图;

图7根据本公开内容的各个方面,示出了一种被配置为在无线通信中使用的设备的框图;

图8是根据本公开内容的各个方面,示出一种用于无线通信的示例性方法的流程图。

具体实施方式

如上面所讨论的,mmw通信可以受益于特别为这种波长所设计的天线结构。可以将这种天线结构设计为处理与mmw通信相关联的视线问题和传输损耗。这种天线结构可以包括本文所描述的各种特征和配置,例如,多个天线元件阵列和/或多种类型的天线元件。可以设计该天线结构产生具有相对较高增益的相对较窄波束,以提供波束控制能力和/或具有相对的紧凑性。

本文所描述的天线结构的一种配置可以包括:被设计为在第一阵列的平面上方(例如,在与该平面正交的方向)的空间中提供覆盖的第一天线元件阵列。第一阵列的天线元件可以通过一对层叠的贴片来形成,其具有馈送的下贴片和寄生地耦合到下贴片的上贴片。

该天线结构可以包括:被设计为在所述平面(例如,在与所述平面平行的一个或多个方向)中提供覆盖的第二天线元件阵列。第二天线元件阵列可以通过折叠偶极子来形成。可以将第一阵列和第二阵列的组合设计成操作在第一频率(例如,大约28ghz)。

此外,该天线结构还可以包括:被设计为操作在第二频率(例如,大约60ghz)的天线元件阵列。这些阵列可以包括:被设计为在所述平面上方的空间中提供覆盖的第三天线元件阵列,以及被设计为在所述平面中提供覆盖的第四天线元件阵列。

可以将第三阵列的天线元件形成为贴片,例如,e贴片(字母e形状的贴片)。第四阵列的天线元件可以通过折叠偶极子来形成。

第三天线元件阵列可以位于与第一天线元件阵列相同的平面中,或者位于基本上平行于第一阵列的平面的平面中。第二阵列的天线元件和第四阵列的元件可以彼此之间相互交错(例如,每个阵列的天线元件进行交替)。因此,第一阵列和第三阵列的天线元件可以共享基本上相同的基板面(readestate),第二阵列和第四阵列的天线元件可以共享基本上相同的基板面,例如本文所描述的。

下文的描述提供了一些例子,但其并非限制权利要求书所阐述的保护范围、适用性或例子。在不脱离本公开内容的保护范围的基础上,可以对所讨论的组成元素的功能和排列进行改变。各个例子可以根据需要,省略、替代或者增加各种过程或组成部分。例如,可以按照与所描述的不同的顺序来执行描述的方法,可以对各个步骤进行增加、省略或者组合。此外,关于一些例子所描述的特征可以组合到其它例子中。

图1根据本公开内容的各个方面,示出了一种无线通信系统100的例子。无线通信系统100包括基站105、一些用户设备(ue)115和核心网络130。核心网络130可以提供用户认证、访问授权、跟踪、互联网协议(ip)连接、以及其它访问、路由或者移动功能。基站105通过回程链路132(例如,s1等等),与核心网络130进行交互,可以针对与ue115的通信来执行无线电配置和调度,或者可以在基站控制器(没有示出)的控制之下进行操作。在各个例子中,基站105可以通过回程链路134(例如,x1等等),来彼此之间进行直接地或者间接地通信(例如,通过核心网络130),其中回程链路134可以是有线通信链路,也可以是无线通信链路。

基站105可以经由一付或多付基站天线,与ue115进行无线地通信。基站105站点中的每一个可以为各自的地理覆盖区域110提供通信覆盖。在所示出的例子中,基站105可以使用免许可的毫米波频谱,故可以称为mmw基站(bs)。此外,在该例子中,基站105-a可以使用不同的无线接入技术(例如,lte),其可以称为基站收发机、无线基站、接入点、无线收发机、节点b、演进节点b(enb)、家庭节点b、家庭enodeb或者某种其它适当的术语。可以将基站105的地理覆盖区域110划分成只构成该覆盖区域的一部分的一些扇区(没有示出)。无线通信系统100可以包括不同类型的基站105(例如,宏基站和/或小型小区基站)。不同技术的地理覆盖区域110可以重叠。

在该例子中,无线通信系统100是lte辅助的mmw无线接入网络,但可以根据需要或者期望,将系统配置为只用于mmw通信。术语演进节点b(enb)通常用于描述基站105-a,而术语ue通常可以用于描述ue115。无线通信系统100可以是异构的网络,其中在该网络中,mmw基站105提供各种地理区域的覆盖。虽然为了简单起见只示出了单一enb105-a,但可以存在多个enb105-a,提供用于覆盖无线通信系统100中的所有ue115或者大部分ue115的覆盖区域110-a。覆盖区域110可以指示用于宏小区、小型小区和/或其它类型的小区的通信覆盖。术语“小区”是3gpp术语,根据上下文,其可以用于描述基站、与基站相关联的载波或分量载波、或者载波或基站的覆盖区域(例如,扇区等等)。

通常,宏小区覆盖相对较大的地理区域(例如,半径几个公里),其允许与网络提供商具有服务订阅的ue能不受限制地接入。与宏小区相比,小型小区是低功率基站,其可以在与宏小区相同或者不同的(例如,许可的、免许可的等等)频带中进行操作。根据各种例子,小型小区可以包括微微小区、毫微微小区和微小区。微微小区可以覆盖相对较小的地理区域,其允许与网络提供商具有服务订阅的ue能不受限制地接入。此外,毫微微小区也可以覆盖相对较小的地理区域(例如,家庭),其可以向与该毫微微小区具有关联的ue(例如,闭合用户群(csg)中的ue、用于家庭中的用户的ue等等)提供受限制的接入。用于宏小区的enb可以称为宏enb。用于小型小区的enb可以称为小型小区enb、微微enb、毫微微enb或家庭enb。enb可以支持一个或多个(例如,两个、三个、四个等等)小区(例如,分量载波)。

无线通信系统100可以支持同步或异步操作。对于同步操作,基站可以具有类似的帧定时,来自不同基站的传输在时间上近似地对准。对于异步操作,基站可以具有不同的帧时序,来自不同基站的传输在时间上不对准。本文所描述的技术可以用于同步操作,也可以用于异步操作。

适应各种公开的例子中的一些的通信网络,可以是根据分层协议栈进行操作的基于分组的网络。在用户平面中,承载或者分组数据会聚协议(pdcp)层的通信可以是基于ip的。无线链路控制(rlc)层可以执行分组分段和重组,以通过逻辑信道进行通信。媒体访问控制(mac)层可以执行优先级处理,以及逻辑信道向传输信道的复用。mac层还可以使用混合arq(harq)来提供mac层的重传,以提高链路效率。在控制平面中,无线资源控制(rrc)协议层可以提供ue115和基站105或核心网络130之间的rrc连接的建立、配置和维持,其中核心网络130支持用于用户平面数据的无线承载。在物理(phy)层,可以将传输信道映射到物理信道。

ue115可以分散于无线通信系统100中,每一个ue115可以是静止的,也可以是移动的。ue115还可以包括或者由本领域普通技术人员称为移动站、用户站、移动单元、用户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动用户站、接入终端、移动终端、无线终端、远程终端、手持装置、用户代理、移动客户端、客户端或者某种其它适当的术语。ue115可以是蜂窝电话、个人数字助理(pda)、无线调制解调器、无线通信设备、手持设备、平板计算机、膝上型计算机、无绳电话、无线本地环路(wll)站等等。ue115能够与包括mmwbs、宏enb、小型小区enb、中继基站等等的各种类型的基站和网络设备进行通信。

在该例子中,通信链路125可以包括:从ue115到mmw基站105的上行链路(ul)传输和/或从mmwbs105到ue115的下行链路(dl)传输。下行链路传输还可以称为前向链路传输,而上行链路传输还可以称为反向链路传输。每一个通信链路125可以包括一个或多个载波,其中每一个载波可以是由多个子载波(例如,不同频率的波形信号)构成的信号,其中这些子载波是根据上面所描述的各种无线技术来调制的。各个调制的信号可以是在不同的子载波上发送的,可以携带控制信息(例如,参考信号、控制信道等等)、开销信息、用户数据等等。通信链路125可以使用fdd(例如,采用配对的频谱资源)或者tdd操作(例如,采用非配对的频谱资源)来发送双向通信。可以规定用于fdd的帧结构(例如,帧结构类型1)和用于tdd的帧结构(例如,帧结构类型2)。

在无线通信系统100的一些实施例中,mmwbs105和/或ue115可以包括被设计为提高mmwbs105和ue115之间的通信质量和可靠性的天线结构。下面将进一步描述这些天线结构的各种例子。

现转到图2a,示意图200-a示出了用于描绘可以在例如参照图1所描述的ue115中使用的天线元件的例子的俯视图。在该例子中,第一天线元件210和第二天线元件220可以布置在包括各个天线元件210、220的端口(没有示出)的表面230(例如,接地层)上。

第一天线元件210可以形成为微带贴片,并被设计为操作在第一频率(例如,大约28ghz)。如图所示,第一天线元件210可以被配置为包括或者规定第一孔径215。因此,可以以字母c或者u的形状来配置第一天线元件210,如图所示。但是,应当理解的是,第一天线元件210和第一孔径的其它形状也是可能的。

此外,第二天线元件220也可以形成为微带贴片,并被设计为操作在比第一频率更高的第二频率(例如,大约60ghz)。如图所示,第二天线元件220可以被配置为包括或者规定一对孔径225。因此,可以以字母e的形状来配置第二天线元件220,如图所示。

由于第二天线元件220的操作频率比第一天线元件210的操作频率更高,因此第二天线元件220比第一天线元件210更小。这可以允许第二天线元件220与第一天线元件210共享基板面(例如,共置)。在该例子中,第二天线元件220可以与第一天线元件210的孔径215的形状是形状互补的,以便在孔径215中至少部分地适配(例如,对准)(如果不是完全的话)。关于第一孔径215而言,应当理解的是,第二天线元件220的其它形状也是可能的。

图2b示出了用于描绘在图2a中所示出的天线元件的例子的侧视图的示意图200-b。在该例子中,第一天线元件210可以由垂直(例如,与第一天线元件210的平面正交地)层叠的下贴片元件210-1和上贴片元件210-2形成。下贴片元件210-1可以经由第一柱或导体212,连接或者耦合到表面230(例如,接地层)中的相应端口(没有示出),使得可以在操作中向下贴片元件210-1馈送(例如,通信或其它信号的传输)。上贴片元件210-2可以以任何适当的方式,寄生地耦合到下贴片元件210-1(例如,足够紧密间隔的相邻下贴片元件210-1或者物理连接)。

第二天线元件220可以位于第一天线元件210下面(例如,在下贴片元件210-1下面,如图所示)。替代地,由于第二天线元件220更小并与孔径215对准(如上面参照图2a所描述的),因此,第二天线元件220可以位于处于下贴片元件210-1的平面和上贴片元件210-2的平面之间的平面中。关于第一天线元件210而言,第二天线元件220可以经由第二柱或导体222,连接或者耦合到基底230中的相应端口(没有示出),使得可以在操作中向第二天线元件220馈送(例如,通信或其它信号的传输)。

在所示出的配置中,利用布置在平行平面中的第一天线元件210和第二天线元件220,第一天线元件210和第二天线元件220均可以在通过图2b中的箭头所示出的方向(例如,其正交于天线元件210、220的平面)中,提供覆盖(用于接收和/或发送信号)。虽然为了清楚说明起见而在图2b中没有示出,但基底材料(例如,诸如fr-4之类的复合材料)可以填充表面230和上贴片元件210-2之间的容积(或者根据需要或期望,甚至可以在上贴片元件上)。此外,基底材料还可以位于表面230的下面。

图3根据本公开内容的各个方面,示出了用于描绘天线结构的例子的俯视图的示意图300。在该例子中,该天线结构可以被配置为包括第一天线元件阵列310,其每一个天线元件可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第一天线元件210的例子。天线元件310中的每一个可以包括或者规定孔径315。天线元件310可以布置成2x4阵列,其具有位于一侧的四个天线元件310和位于另一侧的四个天线元件310之间的镜像对称(如图所示,例如,平移与旋转的关系)。这种镜像对称可以为天线元件310提供改进的隔离。替代地,一侧的四个天线元件310可以与另一侧的四个天线元件310具有相同方向的取向(例如,没有旋转的平移关系)。

此外,该天线结构还可以被配置为包括第二天线元件阵列320,其每一个天线元件可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第二天线元件220的例子。天线元件310中的每一个可以包括或者规定一对孔径325。此外,天线元件320也可以布置成2x4阵列,其具有位于一侧的四个天线元件320和位于另一侧的四个天线元件320之间的镜像对称(如图所示)。替代地,一侧的四个天线元件320可以与另一侧的四个天线元件320具有相同方向的取向。

如上面参照图2a所描述的,第二天线元件320可以与第一天线元件310共享基板面(例如,共置),例如,通过在第一天线元件310的相应孔径315中至少部分地适配(例如,对准)(如果不是完全的话)。在所示出的例子中,每个第二天线元件320可以主要布置/对准在对应的第一天线元件310的相应孔径315内。第一天线元件310中的每一个和第二天线元件320中的每一个可以布置在基底330上,其中基底330包括用于相应的天线元件310、320的端口(没有示出),诸如上面参照图2a和图2b所描述的。

在图3的天线结构中,第一天线元件310可以适当地间隔开。例如,第一天线元件310可以根据其工作波长(例如,通过开放的空气),彼此之间间隔开小于一个波长(λ)(例如,大约λ/2)。在该例子中,使第一天线元件310适当地间隔开意味着:第二天线元件320不用彼此之间理想地间隔开。虽然四个天线元件320的集合的相反的第二天线元件320可以通过调整每个第二天线元件320在相应的第一天线元件310的相应孔径315之内布置多少(例如,更多或更少)来适当地间隔开,但相应的四个天线元件的集合中的第二天线元件320仍然可能非理想地彼此间隔开(例如,远大于λ/2或甚至大于λ)。

在所示出的配置中,第一天线元件310和第二天线元件320可以布置在平行的平面中。因此,第一天线元件310和第二天线元件320均可以在页面上的向上方向(例如,与天线元件310\320的平面正交的方向)上提供覆盖(用于接收和/或发射信号)。考虑到基底330的表面上的天线元件310和320的2x4阵列的相对较大的占地面积(与可以布置其它的天线元件阵列的基底的边缘的区域相比,如下面参照图5a、5b和图6所讨论的),该方向可以被为侧向(broadsidedirection)方向。

图4a根据本公开内容的各个方面,示出了用于描绘天线结构的另一个例子的俯视图的示意图400-a。在该例子中,该天线结构可以被配置为包括第一天线元件阵列410,其每一个天线元件可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第一天线元件210的例子。天线元件410中的每一个可以包括或者规定孔径415。天线元件410可以布置成2x4阵列,其根据需要或者期望,具有镜像对称(如图所示)或者取向在相同的方向。

此外,该天线结构还可以被配置为包括第二天线元件阵列420,其每一个天线元件可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第二天线元件220的例子。天线元件410中的每一个可以包括或者规定一对孔径425。天线元件420可以布置成2x4阵列,其具有镜像对称(如图所示)、在该2x4阵列的每一侧上的四个天线元件420之间布置有另外的阵列。

如上面参照图2a所描述的,该2x4阵列的第二天线元件420可以与第一天线元件410共享基板面(例如,共置),例如,通过在第一天线元件410的相应孔径415中至少部分地适配(例如,对准)。第一天线元件410中的每一个和第二天线元件420中的每一个可以布置在基底430上,其中基底430包括用于相应的天线元件410、420的端口(没有示出),诸如上面参照图2a和图2b所描述的。

在图4a的天线结构中,第一天线元件410可以适当地间隔开,诸如上面参照图3所描述的。在所示出的例子中,该2x4阵列的每一个第二天线元件420可以只是部分地布置在对应的第一天线元件410的相应孔径415之内。此外,额外阵列的第二天线元件420可以被定位成形成第二天线元件420的三角形栅格(triangularlattice)排列。通过三角形栅格排列和仅仅部分地布置在对应的第一天线元件410的相应孔径415之内的第二天线元件420,第二天线元件420可以适当地彼此间隔开(例如,小于λ,例如近似于λ/2)。

图4b根据本公开内容的各个方面,示出了用于描绘天线结构的另一个例子的俯视图的示意图400-b。在该例子中,该天线结构可以被类似地配置成上面参照图4a所描述的天线结构,其包括用于规定相应的孔径415-a的第一天线元件阵列410-a、以及用于规定相应的一对孔径425-a的第二天线元件阵列420-a。第一天线元件410-a中的每一个可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第一天线元件210的例子,第二天线元件420-a中的每一个可以是上面参照图2a和/或图2b所描述的第二天线元件220的例子。

第一天线元件410-a可以布置成2x4阵列,其根据需要或者期望,具有镜像对称(如图所示)或者取向在相同的方向。第二天线元件420-a可以布置成取向在相同的方向的2x4阵列,其中在该2x4阵列的每一侧上的四个天线元件420-a之间布置有额外的阵列。该额外的阵列的第二天线元件420-a也可以与其它天线元件420-a具有相同方向的取向(例如,所有第二天线元件420-a都处于没有旋转的平移关系)。

使阵列的天线元件取向在相同的方向,可以认为是缺省或者定制方向。当阵列由诸如协同馈送(corporatefeed)之类的馈送网络(或合成物(manifold))馈送时,将天线元件取向在相同的方向上可以简化馈送网络。但是,如果每个天线元件通过单独的tx/rx模块来馈送,那么可以在芯片上管理布局。当第一天线元件和第二天线元件处于镜像对称时,则可以在它们的馈送电流之间实现180度相移。例如,可以在芯片上的数字域中处理该相移。

如上所述,该2x4阵列的第二天线元件420-a可以与第一天线元件410-a共享基板面(例如,共置),例如,通过在第一天线元件410-a的相应孔径415-a中至少部分地适配(例如,对准)。第一天线元件410-a中的每一个和第二天线元件420-a中的每一个可以布置在基底430-a上,其中基底430-a包括用于相应的天线元件410-a、420-a的端口(没有示出),诸如上面参照图2a和图2b所描述的。

在图4b的天线结构中,第一天线元件410-a可以适当地间隔开,诸如上面参照图3所描述的。在所示出的例子中,该2x4阵列的每一个第二天线元件420-a可以只是部分地布置在对应的第一天线元件410-a的相应孔径415-a之内。此外,额外阵列的第二天线元件420-a可以被定位成形成第二天线元件420-a的三角形栅格排列,这可以使得第二天线元件420-a适当地彼此间隔开。

虽然上面参照图3、4a和图4b所描述的例子涉及2x4阵列的天线元件,但应当理解的是,其它的阵列配置(1x3、2x3、2x2、2x1等等)也是可以的。此外,应当理解的是,虽然更多的天线元件可能通常导致更高的增益,但可用于设备(例如,ue)中的天线结构(或者结构)的基板面(例如,空间),受到该设备的整体大小以及它的其它部件的限制。

现转到图5a,该图示出了用于描绘一种天线元件的例子的俯视图的示意图500-a,其中,该天线元件可以例如在参照图1所描述的ue115中使用。在该例子中,偶极天线元件510可以布置在表面530(例如,接地层)上,其中该表面530包括用于该偶极天线元件510的端口515。

偶极天线元件510可以被配置为耦合到或者连接到端口515(例如,端口515的第一线路(例如,导体)535-1和第二线路535-2)。这样的配置可以使偶极天线元件510成为具有差分馈给的平衡天线元件(例如,第一线路535-1中的馈电电流与第二线路535-2中的馈电电流相反)。可以将偶极天线元件510形成为折叠偶极天线元件,并被设计为操作在特定的频率(例如,大约28ghz)。例如,可以将偶极天线元件510配置成字母t的大体形状,例如,使得偶极天线元件510从表面530的边缘532延伸,该t形状的顶部基本与边缘532的平面平行。

图5b示出了用于描绘天线元件的例子的俯视图的示意图500-b,其每一个天线元件可以被配置为类似于参照图5a所描述的天线元件510。在该例子中,第一天线元件阵列510-a可以布置在表面530-a上(例如,参照图5a所描述的),以从其边缘532-a进行延伸。第一天线元件510-a中的每一个可以是被设计为操作在第一频率(例如,大约28ghz)的折叠偶极天线元件。

此外,第二天线元件阵列520也可以布置在表面530-a上,诸如参照图5a所描述的。第二天线元件阵列520中的每一个可以是被设计为操作在第二频率(例如,大约60ghz)的折叠偶极天线元件。

第一天线元件510-a和第二天线元件520可以是彼此之间交错的(例如,每个阵列的天线元件进行交替)。由于第二天线元件520的操作频率比第一天线元件510-a的操作频率更高,因此第二天线元件520可以比第一天线元件510-a更小。通过适配相邻的第一天线元件510-a之间的空间,这可以允许第二天线元件220与第一天线元件210共享基板面(例如,共置)。

第二天线元件520可以位于更接近表面530-a的边缘532-a的位置。替代地,由于第二天线元件520更小并能在相邻的第一天线元件510-a之间的空间中适配,因此第二天线元件520可以位于与第一天线元件510-a相同的平面中(例如,第一天线元件510-a和第二天线元件520的顶部基本在相同的平面中,平行于边缘532-a)。替代地或另外地,第一天线元件510-a和第二天线元件520可以位于基本上与表面530-a平行的相同平面中。如果用于第一天线元件510-a和第二天线元件520的馈电线路位于该相同的平面中,则可以减少导电层(例如,金属层)的数量,这可以减少制造成本和/或复杂度。

在所示出的配置中,利用第一天线元件510-a和第二天线元件520布置在平行的平面中,第一天线元件510-a和第二天线元件520均可以在图5b中的箭头所示出的方向(例如,其正交于表面530-a的边缘532-a的平面或者位于表面530-a的平面中)中提供覆盖(用于接收和/或发送信号)。该方向可以称为边缘或者端射(end-fire)方向(与可以布置贴片天线元件阵列的表面的区域相比,如上面参照图2a、2b、3、4a和4b所讨论的)。虽然为了清楚起见而没有在图5b中示出,但第一基底材料(例如,fr-4之类的复合材料)可以位于表面530-a的顶侧(其支撑如上所述的贴片天线),第二基底材料(例如,相同材料)可以位于表面530-a的底侧(其支撑偶极天线元件)。用于偶极天线元件(没有示出)的馈电线路可以布置在第二基底材料的表面上。

第一天线元件510-a可以适当地彼此之间间隔开(例如,小于与28ghz相对应的λ或者近似于λ/2)。或者,第二天线元件520可以适当地彼此之间间隔开。另外,可以确定第一天线元件510-a的间隔和第二天线元件520的间隔之间的折衷。使第一天线元件510-a彼此间隔开大约λ/2(相邻元件的中心到中心距离)可以在相邻元件的尖端之间提供小的(例如,最小的)距离以避免接触。这可以在相邻的第二天线元件520之间导致大约λ(其对应于60ghz)的距离,应当注意,28ghz时的λ/2的物理距离非常接近于60ghz时的λ。

图6根据本公开内容的各个方面,示出了用于描绘一种天线结构的例子的俯视图的示意图600。在该例子中,该天线结构可以被配置为包括第一天线元件阵列610,其每一个天线元件可以是上面参照图5b所描述的第一天线元件510-a的例子。此外,该天线结构还可以被配置为包括第二天线元件阵列620,其每一个天线元件可以是上面参照图5b所描述的第二天线元件520的例子。

第一天线元件610和第二天线元件620可以沿着基底630的边缘进行布置,其中第一天线元件610和第二天线元件620是交错的。使用图6中所示出的矩形基底630,这些阵列可以被配置为在四个不同的方向进行操作,在基底630的平面中提供覆盖。

虽然为了简单起见而没有示出,但可以在基底630上布置额外的天线元件阵列(例如,参照图3、4a或4b所描述的那些),如通过图6中所示出的端口640所建议的(例如,用于第一天线元件310、410或410-a)。因此,应当理解的是,可以将图3、4a或4b的天线阵列与图6的天线阵列进行组合以形成紧凑天线结构,其包括用于给定频率的贴片天线元件和偶极天线元件,或者用于两个不同频率的贴片天线元件和偶极天线元件。

在上面参照图3、4a、4b、5a、5b、5c和图6所描述的例子中,可以以匹配其馈电(例如,它们的操作频率)的方式,对天线阵列(无论是贴片阵列还是偶极阵列,或者二者)的天线元件进行设计和排列。这种方法可以实现改进的回波损耗和/或隔离特性(例如,在一些实例中,比十(10)分贝(db)更佳)。

图7根据本公开内容的各个方面,示出了一种用于无线通信的ue115-a的示例性架构的框图700。ue115-a可以具有各种配置,其可以包括在下面部件中或者是下面部件的一部分:个人计算机(如,膝上型计算机、上网本计算机、平板计算机等等)、蜂窝电话(例如,智能电话)、pda、数字录像机(dvr)、互联网工具、游戏控制台、电子阅读器等等。在一些情况下,ue115-a可以具有诸如小型电池之类的内部电源(没有示出),以便有助于移动操作。ue115-a可以是参照图1所描述的ue115的各个方面的例子。ue115-a可以实现参照图1、2a、2b、3、4a、4b、5a、5b和/或图6所描述的特征和功能中的至少一些。ue115-a可以与参照图1所描述的mmwbs105进行通信。

ue115-a可以包括处理器705、存储器710、通信管理器720、至少一个收发机725和天线阵列730。这些部件中的每一个可以通过总线735,彼此之间进行直接地或者间接地通信。

存储器710可以包括随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom)。存储器710可以存储包含指令的计算机可读代码、计算机可执行软件(sw)代码715,其中当这些指令被执行时,使处理器705执行本文所描述的用于无线通信的各种功能。替代地,软件代码715可以不由处理器705直接执行,而是被配置为(例如,当对其进行编译和执行时)使ue115-a执行本文所描述的各种功能。

处理器705可以包括智能硬件设备(例如,cpu、微控制器、asic等等)。处理器705可以处理通过收发机725从天线阵列730接收的信息,和/或处理要向收发机725发送以便通过天线阵列730进行传输的信息。处理器705可以单独地或者结合通信管理器720,来处理用于ue115-a的无线通信的各个方面。

收发机725可以包括调制解调器,后者对分组进行调制,将调制后的分组提供给天线阵列730以进行传输,对从天线阵列730接收的分组进行解调。在一些情况下,收发机725可以实现成发射机和单独的接收机。收发机725可以支持根据多个rat(例如,mmw、lte等等)的通信。收发机725可以被配置为经由天线阵列730,与参照图1所描述的mmwbs105进行双向通信。虽然没有示出,但ue115-a还可以包括被设计为处理不同于mmw的rat的单一天线或者多付天线。

收发机725(无论是单独地还是结合通信管理器720)可以控制天线阵列730的操作。这种控制可以涉及:以将波束控制在期望的方向的方式,对天线阵列730的天线元件进行单独地馈送。例如,对于具有沿着一条线以λ/2的间隔进行均匀分散元件的阵列而言(例如,用于28ghz偶极子的图6中的接地层的每个边缘上的偶极阵列),假设阵列的元件在感兴趣的平面中具有各向同性辐射模式,通过将馈送到每个天线端口的信号的幅度设置为等于1伏以及具有渐变相移(例如,如果第一天线元件的相位为零,则第二天线元件的相移将为α(度),第三天线元件的相移将为2α等等),可以将波束控制在特定的方向。α的值可以确定波束的方向。假定关于将所有天线元件连接在一起的线来测量波束的角度,则对于沿着该线的波束来说,α可以是-180度。为了关于该线进行30、45、60和90度角度的波束,例如,渐变相移可以分别是-155.9、-127.3、-90和0度。因此,如果同相地馈送这些天线元件(即,α等于零度),则波束将处于垂直于阵列线方向的方向上。这些数值可以是基于下面的另一种假定:在天线元件之间不存在相互耦合。在实践中,阵列的元件之间的相互耦合的(程度)可导致对这些角度的修改或者导致不同的相移以实现这种波束角度。

当天线阵列730配置有针对不同的操作频率(例如,诸如本文所描述的28ghz和60ghz之类的两个不同的频率)的单独天线阵列时,收发机725可以选择性地操作与ue115-a当前使用的频率相对应的天线阵列(以及它们的各自元件)进行通信。利用本文所描述的双频率天线结构,ue115-a可以在无需每个频带都具有单独的天线结构的情况下,在两个不同的频带上进行通信。因此,本文所描述的天线结构可以节省ue115-a的有限的基板面,减少本来为了提供这些能力而会对ue115-a的整体尺寸带来的任何潜在负面影响。

ue115-a的通信管理器720和/或收发机725可以单独地或者统一地使用一个或多个专用集成电路(asic)来实现,其中这些asic适于在硬件中执行这些可应用功能中的一些或者全部。替代地,这些功能可以由一个或多个集成电路上的一个或多个其它处理单元(或者内核)执行。在其它例子中,可以使用其它类型的集成电路(例如,结构化/平台asic、现场可编程门阵列(fpga)和其它半定制ic),其中这些集成电路可以用本领域已知的任何方式进行编程。此外,每一个模块的功能也可以整体地或者部分地使用指令来实现,其中这些指令体现在存储器中,被格式化成由一个或多个通用或专用处理器来执行。

图8是根据本公开内容的各个方面,示出一种用于无线通信的方法800的例子的流程图。为了清楚说明起见,下面参照上面所描述的天线结构中的一个或多个的方面,来描述方法800。在一些例子中,ue可以执行一个或多个代码集,以控制该ue的功能单元来执行下面所描述的功能。另外地或替代地,ue可以使用特殊用途硬件来执行下面所描述的功能中的一个或多个。

在方框805处,方法800可以涉及:操作第一天线阵列在第一频率范围内发送和接收无线信号。第一天线阵列可以包括第一平面配置中的第一多个天线元件。例如,第一天线阵列可以是参照图3所描述的第一天线元件阵列310。

在方框810处,方法800可以涉及:操作第二天线阵列在与第一频率范围不同的第二频率范围内发送和接收无线信号。第二天线阵列可以包括第二平面配置中的第二多个天线元件。例如,第二天线阵列可以是参照图3所描述的第二天线元件阵列320。

根据方法800,第一天线阵列和第二天线阵列是同一天线结构的一部分,例如,如参照图3所描述的。因此,方法800可以使用单一天线结构,提供两个不同频率范围的无线通信。如上所述,这种天线结构可以提供这种能力而同时保持紧凑,这可以帮助节省在现代无线通信设备中可用的有限基板面。

可以使用参照图7所描述的收发机725来执行方框805和810处的操作。虽然使用了单一收发机725,但单独的收发机可以用于操作第一天线阵列和操作第二天线阵列,特别是当单独地馈送相应阵列的天线元件,以便例如将来自相应阵列的波束控制在期望的方向时。

应当注意的是,方法800仅仅只是一种实现,除了方框805和810处的操作之外或者替代方框805和810处的操作,还可以执行根据前述的公开内容的各种其它操作。因此,其它方法也是可能的。

虽然前面的描述指代28ghz和60ghz的特定操作频率,但应当理解的是,这些操作频率可以对应于某个范围的频率。例如,大约28ghz的操作频率可以涉及诸如27-31ghz之类的频率范围,大约60ghz的操作频率可以涉及诸如56-67ghz之类的频率范围。这些范围可以至少部分地基于天线元件和天线元件阵列的具体设计方案和配置(例如,本文所描述的那些)。

本文所描述的技术可以用于各种无线通信系统,比如cdma、tdma、fdma、ofdma、sc-fdma和其它系统。术语“系统”和“网络”经常可以交换使用。cdma系统可以实现诸如cdma2000、通用陆地无线接入(utra)等等之类的无线技术。cdma2000覆盖is-2000、is-95和is-856标准。is-2000版本0和a通常称为cdma20001x、1x等等。is-856(tia-856)通常称为cdma20001xev-do、高速分组数据(hrpd)等等。utra包括宽带cdma(wcdma)和其它cdma的变形。tdma系统可以实现诸如全球移动通信系统(gsm)之类的无线技术。ofdma系统可以实现诸如超移动宽带(umb)、演进的utra(e-utra)、ieee802.11(wi-fi)、ieee802.16(wimax)、ieee802.20、flash-ofdmtm等等之类的无线技术。utra和e-utra是通用移动通信系统(umts)的一部分。3gpp长期演进(lte)和改进的lte(lte-a)是umts的采用e-utra的版本。在来自名为“第三代合作伙伴计划”(3gpp)的组织的文档中描述了utra、e-utra、umts、lte、lte-a和gsm。在来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3gpp2)的组织的文档中描述了cdma2000和umb。本文描述的技术可以用于上面所提及的系统和无线技术,以及其它系统和无线技术,其包括免许可的和/或共享的带宽上的蜂窝(例如,lte)通信。但是,为了举例说明的目的,上面的内容描述lte/lte-a系统,在上面的大部分描述中采用lte术语,但这些技术也是可适用于lte/lte-a应用之外。

上面结合附图阐述的具体实施方式描述了一些例子,但其并不表示仅可以实现这些例子,也不表示仅这些例子才落入权利要求书的保护范围之内。当在本说明书中使用时,术语“例子”和“示例性”一词意味着“用作例子、例证或说明”,但并不意味着比其它例子“更优选”或“更具优势”。具体实施方式包括用于提供所描述技术的透彻理解的特定细节。但是,可以在不使用这些特定细节的情况下实现这些技术。在一些实例中,为了避免对所描述的例子的概念造成模糊,以框图形式示出了公知的结构和装置。

信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任意一种来表示。例如,在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。

用于执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、asic、fpga或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件部件或者其任意组合,可以用来实现或执行结合本文所公开内容描述的各种示例性的框和部件。通用处理器可以是微处理器,或者,该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合,例如,dsp和微处理器的组合、若干微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核的结合,或者任何其它此种结构。

本文所述功能可以用硬件、处理器执行的软件、固件或者其任意组合的方式来实现。当用处理器执行的软件实现时,可以将这些功能存储在计算机可读介质上,或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。其它示例和实现也落入本公开内容及其所附权利要求书的保护范围和精神之内。例如,由于软件的本质,上文所描述的功能可以使用由处理器执行的软件、硬件、固件、硬件连线或者其任意组合来实现。用于实现功能的特征可以物理地分布在多个位置,其包括分布成在不同的物理位置以实现功能的一部分。如本文(其包括权利要求书)所使用的,当在两个或更多项的列表中使用术语“和/或”时,其意味着使用所列出的项中的任何一个,或者使用所列出的项中的两个或更多的任意组合。例如,如果将一个复合体描述成包含组件a、b和/或c,则该复合体可以只包含a;只包含b;只包含c;a和b的组合;a和c的组合;b和c的组合;或者a、b和c的组合。此外,如本文(其包括权利要求书)所使用的,如列表项中所使用的“或”(例如,以诸如“中的至少一个”或“中的一个或多个”为结束的列表项)指示分离的列表,使得例如,列表“a、b或c中的至少一个”意味着a或b或c或ab或ac或bc或abc(即,a和b和c)。

计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质,其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或特殊用途计算机能够存取的任何可用介质。举例而言,但非做出限制,计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、闪存、cd-rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码单元并能够由通用或特殊用途计算机、或者通用或特殊用途处理器进行存取的任何其它介质。此外,可以将任何连接适当地称作计算机可读介质。举例而言,如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线路(dsl)或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术,从网站、服务器或其它远程源传输的,那么所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、dsl或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。如本文所使用的,磁盘和光盘包括压缩光盘(cd)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘,其中磁盘通常磁性地复制数据,而光盘则用激光来光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。

为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容,上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说,对本公开内容进行各种修改是显而易见的,并且,本文定义的总体原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。因此,本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案,而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

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