无线装置天线的制作方法

本说明书涉及用于无线通信的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术：

移动或固定的各种无线装置的形状因数正变得越来越小。举例来说，耳塞、助听器、可佩戴装置和智能手机的大小缩小且功能能力提高，例如不同用户上的两组耳塞对之问的通信。即将出现的车辆与所有事物(vehicle-to-everything；v2x)和物联网(internetofthings；iot)装置也经过规划以获得显著增强。

技术实现要素：

根据例子实施例，一种天线，被配置成耦合到具有第一部分和第二部分的第一导电结构，所述天线包括：具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第一部分；第一馈电点，其被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第二部分；其中所述第二导电结构的所述第二部分被耦合到第二馈电点；其中所述第一和第二馈电点被配置成响应于射频(rf)信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成大体上与所述第一导电结构的所述第一部分并联，且与其相比具有不同面积；其中所述第一导电结构的所述第一部分被配置成以第一电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成以第二电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第一和第二电流密度是不同的。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构的所述第二部分被配置成大体上与所述第一导电结构的所述第二部分并联，且与其相比具有不同面积；所述第一导电结构的所述第二部分被配置成以第三电流密度运载所述rf信号电流；所述第二导电结构的所述第二部分被配置成以第四电流密度运载所述rf信号电流；以及所述第三和第四电流密度是不同的。

在另一例子实施例中，所述第一和第二空间方向响应于rf远场横波；以及所述第三和第四空间方向响应于rf表面波。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构的所述第一部分被配置成与所述第一导电结构的所述第一部分电接触；所述第一馈电点被配置成与所述第一导电结构的所述第二部分电接触；以及所述第二导电结构的所述第二部分与所述第二馈电点电接触。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构包括具有内部功率电路系统的电源。

在另一例子实施例中，所述电源包括以下各项中的至少一个：电压源、电流源，或无线谐振线圈。

在另一例子实施例中，所述第一导电结构是电池，所述第一导电结构的所述第一部分是阳极，而所述第一导电结构的所述第二部分是阴极。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构的所述第一部分被配置成电耦合到所述阳极；以及所述第二导电结构的所述第二部分被电耦合到电子电路。

在另一例子实施例中，进一步包括被配置成耦合在所述第一馈电点与所述第一导电结构的所述第二部分之间的接地平面；其中所述接地平面被配置成大体上平行抑或垂直于所述第一导电结构的所述第一部分。

在另一例子实施例中，所述接地平面、第一和第二馈电点和第二导电结构被固定地附接到印刷电路板。

在另一例子实施例中，进一步包括所述第一导电结构；其中所述第一导电结构是电池固定结构。

在另一例子实施例中，所述第一rf信号电流空间方向具有第一电流密度；所述第二rf信号电流空间方向具有第二电流密度；以及所述第一和第二电流密度是不同的。

在另一例子实施例中，被加入所述第二馈电点到所述第二导电结构的所述第二部分的所述耦合的所述第二导电结构的所述第一和第二部分是所述rf信号的频率的四分之一波长。在另一例子实施例中，所述第一导电结构、所述第二导电结构和到所述第一和第二馈电点的所述耦合的总体电气长度至少为所述rf信号的频率的十分之一波长。

在另一例子实施例中，所述第二导电结构的所述第一部分的几何形状是以下各项中的至少一个：环形形状、矩形形状，或螺旋形状。

在另一例子实施例中，所述天线被嵌入于以下各项中的至少一个中：加密锁、移动装置、智能手机、游戏控制台、无线装置、佩戴式装置、助听器、耳塞、智能手表、音频装置，或无线道路交通装置。

根据例子实施例，一种佩戴式装置，被配置成耦合到具有第一部分和第二部分的第一导电结构，所述佩戴式装置包括：天线，其包括，具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第一部分；第一馈电点，其被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第二部分；其中所述第二导电结构的所述第二部分被耦合到第二馈电点；其中所述第一和第二馈电点被配置成响应于射频(rf)信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成大体上与所述第一导电结构的所述第一部分并联且与其相比具有不同面积；其中所述第一导电结构的所述第一部分被配置成以第一电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成以第二电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第一和第二电流密度是不同的。

根据例子实施例，一种加密锁，包括：天线，其中所述天线包括，具有第一部分和第二部分的第一导电结构；具有第一部分和第二部分的第二导电结构；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第一部分；第一馈电点，其被配置成耦合到所述第一导电结构的所述第二部分；其中所述第二导电结构的所述第二部分被耦合到第二馈电点；其中所述第一和第二馈电点被配置成响应于射频(rf)信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成大体上与所述第一导电结构的所述第一部分并联且与其相比具有不同面积；其中所述第一导电结构的所述第一部分被配置成以第一电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第二导电结构的所述第一部分被配置成以第二电流密度运载所述rf信号电流；其中所述第一和第二电流密度是不同的。

以上论述并不意图表示当前或未来权利要求集的范围内的每个例子实施例或每个实施方案。以下附图和具体实施方式还举例说明了各种例子实施例。

结合附图考虑以下详细描述，可更完全地理解各种例子实施例，在附图中：

附图说明

图1a为例子第一无线装置天线结构。

图1b为对应于第一无线装置天线结构的第一例子电路。

图1c为对应于第一无线装置天线结构的第二例子电路。

图2为例子第二无线装置天线结构的透视图。

图3为例子第二无线装置天线结构的俯视图。

图4为耦合到例子第二无线装置天线结构的例子电路。

图5为包括例子第二无线装置天线结构的例子第一耳塞的侧视图。

图6是第一耳塞和包括所述例子第二无线装置天线结构的第二耳塞可以怎样为可佩戴式装置的例子。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其特殊性且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落在所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

具体实施方式

在一些例子中，无线装置包括耳塞或助听器。它们可能借助模拟或数字调制技术通信，且可能含有数据或音频信息。所述音频可为高质量音频，如cd质量，或可属于较低质量语音。在前一状况下，需要通信信道的较高带宽。

其它无线装置可包括可佩戴装置，其在一个例子中可用于汽车环境，且被设计为根据各种car2x无线通信标准将各种信息(例如，道路交通信息)传送给其它驾驶员、行人、汽车、自行车等。

此类无线装置优选地能够使用不同无线标准(例如蓝牙、wifi或蜂窝)并且使用不同传播模式通信。举例来说，第一传播模式(即离体模式)可能使用跨越长距离传播的横波，且第二传播模式(即体上模式)可能使用表面波(即蠕波、地波、行波等等)。表面波为围绕例如球体、建筑物、人等表面绕射的一类电磁波的部分。

在一些例子实施例中，体上和离体模式两者均使用rf频率传送(例如，ism频带通信可使用2.4ghz载波频率，且car2x使用5.9ghz载波频率以供道路交通和车辆通信)。

将这种“体上”和“离体”通信添加到可佩戴装置归因于大多数可佩戴装置的小形状因数而具有挑战性。举例来说，当蓝牙2.5ghz无线电信号的波长为122mm时，耳塞可小到15mm。具有二分之一波长(1/2λ)电长度(即在这一例子中为61mm)的谐振天线将在良好效率下起作用。然而，此61mm天线可并未适当地装入长度为15mm的耳塞中。天线的电长度还可受电介质材料或邻近对象或导电结构的折叠影响。

图1a为例子第一无线装置天线结构100。天线100由具有两个导电表面102、104、线路106、108、110和间隙112的传输线构成。间隙112的任一部分成为天线100的馈电点，且被连接到另一rf电路(未示出)。非导电材料114包覆天线100。在一个例子中，第一天线结构100集成到助听器中。

传输线的导电表面102、104彼此相对且其之间的距离可沿着其长度而改变。传输线的导电表面102、104的长度连同线106的位置和长度确定天线100的谐振频率。

线106、108、110为此天线100中的主要辐射元件。这是因为导电表面102、104中的电流彼此相反，从而抵消其辐射。线106、108、110中的电流主要在相同的方向上前进且由此产生远场辐射。

导电表面102、104确实影响天线100的电长度且使得天线100能够在载波频率的二分之一波长(在2.5ghz下为61mm)下谐振。如上文所提及，在这个设计中的这一61mm电长度可为小型助听器或耳塞中的严重负担。

图1b为对应于第一无线装置天线结构100的第一例子电路116。在一个例子中的电阻(resistance；rrad)远低于50欧姆且通过理想变压器(transformer；tr)变换。在谐振的情况下，电抗xca＝电抗xla。

图1c为对应于第一无线装置天线结构200的第二例子电路118。在这一例子中，rrad设定成50欧姆或更低且接着外部地匹配。如前所述，在谐振的情况下，电抗xca＝电抗xla。

图2为例子第二无线装置天线结构200的透视图。第二无线装置天线结构200是环形天线，其包括第一导电结构202(例如，电池)、第二导电结构208(例如，条带、夹片等等)、接地平面214、介电层区域216、印刷电路板(printedcircuitboard；pcb)218、第一馈电点220、第二馈电点222、导体224(例如，pcb上的导线轨迹)、rf电路226(例如，无线电集成电路(radiointegratedcircuit；rf-ic))，和固定结构228(例如，电池座)。这一环形天线200可以被设计成用于如将论述的一系列谐振模式。

第一导电结构202(例如，电池)包括大体上平行于接地平面214的第一部分204(例如，电池顶部)、大体上垂直于接地平面214的第二部分206(例如，电池的侧面)。所述第二导电结构208的第一部分210的几何形状可以是：圆形、矩形、螺旋形，或任何其它形状。

第二导电结构208(例如，条带、夹片等等)包括第一部分210(例如，在电池顶部之上)和第二部分212(例如，在电池侧面旁边)。

天线200被配置成耦合到第一导电结构202(例如，电池)，然而，在一些实施例中第一导电结构202是可拆式电池或电源。所述第二导电结构208的所述第一部分210被配置成耦合到所述第一导电结构202的所述第一部分204。第一馈电点220被配置成耦合到第一导电结构202的第二部分206。所述第二导电结构208的所述第二部分212被耦合到第二馈电点222。在一些例子实施例中，导体224(例如，pcb上的导线轨迹)将第二导电结构208的第二部分212连接到第二馈电点222。

第一和第二馈电点220、222被配置成响应于(例如，传输或接收)来自和/或到rf电路226的rf信号电流。

其中所述第二导电结构208的所述第一部分210被配置成大体上与所述第一导电结构202的所述第一部分204并联，且与其相比具有不同面积。因为这一面积差异，第一导电结构202的第一部分204将以第一电流密度运载rf信号电流，而第二导电结构208的第一部分210将以第二电流密度运载rf信号电流。这些第一和第二电流密度是不同的。在一些例子实施例中，第一和第二电流密度之间的这些差异允许天线200以第一部分210的方向上的极化响应远场rf横波(下文进一步论述)。

第二导电结构208的所述第二部分212被配置成大体上与所述第一导电结构202的所述第二部分206并联，且与其相比具有不同面积。因此，第一导电结构202的第二部分206以第三电流密度运载rf信号电流，而第二导电结构208的第二部分212以第四电流密度运载rf信号电流。所述第三和第四电流密度是不同的。在一些例子实施例中，第三和第四电流密度之间的这些差异允许天线200响应rf表面波(同样在下文进一步论述)。

rf电流跨越具有不同空间方向的各种部分204、206、210、212表面传播。因为这些rf电流向不同方向传播且部分204、206、210、212具有不同面积，所以启动适用于不同通信模式的多个极化中的远场辐射。

在一些例子实施例中，第二导电结构208的第一部分210被配置成与第一导电结构202的第一部分204电接触；第一馈电点220被配置成与第一导电结构202的第二部分206电接触；以及第二导电结构208的第二部分212与第二馈电点222电接触。

在某些例子实施例中，第一导电结构202包括具有内部功率电路系统的电源。电源包括以下任一个：电压源、电流源，或无线充电共振线圈。

在其它例子实施例中，第一导电结构202是电池，第一导电结构202的第一部分204是阳极，而第一导电结构202的第二部分206是阴极。在电流耦合的例子实施例中，第二导电结构208的第一部分210被电耦合到阳极；以及第二导电结构208的第二部分212被电耦合到电子电路(未示出)，其提供用于天线200和/或其它电子功能的支援电路系统。

尽管并非所有例子实施例需要接地平面214，但需要接地平面214的例子实施例可能在第一馈电点220与第一导电结构202的第二部分206(例如，电池)之间耦合接地平面214。尽管如上文所介绍，接地平面214可以大体上平行于第一导电结构202的第一部分204，但在替代实施例中，接地平面214可以大体上垂直于第一导电结构202的第一部分204。在一些例子中，接地平面214由铜制成，可能是35微米的薄铜层。

在一些例子实施例中，接地平面214、第一和第二馈电点和第二导电结构208被固定地附接到印刷电路板218。印刷电路板218可以是可挠性材料或任何其它可能含有电子组件和导体的基板。可能在第一导电结构202(例如，电池)之上安置第二印刷电路板(pcb)，以添加额外电路系统。这些印刷电路板可包括各种其它电子组件，诸如通信ic之组件。图4可见可能被包括的额外电路。

一些例子实施例可进一步包括电池固定结构228。

可以通过调整接地平面214对比于pcb218上的介电层区域216的面积比率，进一步调谐天线200以用于各种谐振频率。被打印在介电层区域216内的pcb218上或在其附近的导体224的长度也可以被调整以调谐天线200。介电层区域216还分离第一和第二馈电点220、222。

在一些例子实施例中，第一导电结构202、第二导电结构208和到第一和第二馈电点220、222的耦合的总体电气长度至少是rf信号的频率的十分之一(亦即0.1倍)波长，以确保最低限度的无线通信性能。可以使用匹配进行电气长度的额外调谐。

在各种例子实施例中，所述天线200可能被嵌入于以下各项中的至少一个中：加密锁、移动装置、智能手机、游戏控制台、无线装置、佩戴式装置、助听器、耳塞、智能手表、音频装置，或无线道路交通装置。

在天线200的一些例子的操作期间(尤其是第一导电结构202为电池的例子)，在直流(亦即0hz)处，天线结构200被短接。随后在第一谐振频率(f1)处，天线结构200在馈电点220、222之间具有高阻抗，且可能难以阻抗匹配到另一个电子电路。进一步，在第二谐振频率(f2)处，天线结构200在馈电点220、222之间具有低阻抗，且可能容易地阻抗匹配到另一个电子电路。；

图3是例子第二无线装置天线结构200的俯视图。

图4为耦合到第二无线装置天线结构200的例子电路400。天线200馈入点220、222耦合到电子件组402。所述电子件组402包括调谐单元404、平衡-不平衡变压器(balun)406，和电子件408(例如，无线电和其它无线装置功能性电路)。

调谐单元404阻抗使天线200与平衡-不平衡变压器406的阻抗匹配。在rf天线200可操作频率处，平衡-不平衡变压器406将来自电子件408的已平衡介面与来自调谐单元404的非平衡介面匹配。取决于电子件408，平衡-不平衡变压器406可以是也或可以不是可选的。

阻抗匹配在传输和接收模式两者中最大化电子件408与天线200之间的电力传递。

图5为包括例子第二无线装置天线结构200的例子第一耳塞500的侧视图。在这一例子500中，耳塞包括扬声器502以重现音频信号。为了耳塞500的功能性，还包括了无线电装置和其它电子件(未示出)。

如图5所示，第二导电结构208的第一部分210和第一导电结构202的第一部分204被配置成响应于(例如，辐射和/或接收)横向rf波。在一个例子实施例中，第一部分210是在电池阳极(亦即第一部分204)顶部之上的金属夹片，且当耳塞500被插入到人的耳朵中时，两个第一部分204和210将平行于这个人的皮肤且响应于横向rf波。

同样如图5所示，第二导电结构208的第二部分212和第一导电结构202的第二部分206被配置成辐射表面rf波。在一个例子实施例中，第二部分212是穿过电池侧面(亦即第二部分206)的金属夹片的延续部分，且当耳塞500被插入到人的耳朵中时，两个第二部分206和212将垂直于(亦即正交于)这个人的皮肤，且响应于表面rf信号。

在这一例子实施例中，天线结构200几乎与正常电池202连接区分，且在耳塞500内部不占据明显空间。类似的不可区分设施对于其它无线装置也是可能的。

图6是第一耳塞500和包括所述例子第二无线装置天线结构200的第二耳塞602可以怎样在使用者606身上作为可佩戴式装置工作的例子600。

在一个例子中，耳塞500、602中的天线结构200根据假想线xx604安置。这允许所述天线结构200产生正交(亦即垂直)于使用者606的皮肤的电场。产生先前论述的两个传播模式。

第一模式是“体上”模式，其中电场向量正交(亦即垂直)于用户的皮肤606，以用于传输和接收图5中论述的表面rf波。通过“体上”模式，耳对耳的“直接”通信是可能的。

第二模式是“离体”模式，其中电场向量大体上与用户的皮肤606平行，且其中产生和接收图5中论述的rf远场横波。在“离体”模式中，与远离使用者606的另一装置(即智能电话、另一耳塞、car2x装置等等)的远距通信是可能的。

将容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可使用各种各样不同的配置来布置和设计。因此，如图所表示的各种实施例的详细描述并不意图限制本公开的范围，而仅仅是表示各种实施例。尽管在图式中呈现了实施例的各个方面，但是除非特别地说明，否则图式未必按比例绘制。

在不脱离本发明精神或基本特征的情况下，可使用其它特定形式实施本发明。所描述实施例应视为在所有方面均仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此详细描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化都涵盖在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书对特性、优点或类似语言的参考并不暗示可以使用本发明实现的所有特性和优点应该在或在本发明的任何单一实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可以是(但未必是)指同一实施例。

此外，本发明所描述特征、优点和特性可以用任何合适方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，本发明可在无特定实施例的特定特征或优点中的一个或多个特征或优点的情况下实践。在其它情况下，可能在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的全部实施例中的另外特征和优势。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的参考意指结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可能但未必都是指同一实施例。