CN101980449A - 一种通信方法和通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通信方法和通信系统。所述方法包括使用无线设备中的一个或多个LWA接收RF无线信号；以及使用级联整流单元从所述已接收的RF信号中生成一个或多个DC电压。使用微机电系统(MEMS)偏离(deflection)配置LWA的谐振频率。LWA用于从期望的方向接收所述RF信号。LWA包括微带波导或共面波导，其中LWA的谐振腔高度取决于波导中传导线之间的间隔。LWA可集成在一个或多个集成电路、集成电路封装和/或印刷电路板中。封装可附加于一个或多个印刷电路板，以及集成电路可倒装焊于封装。

Description

一种通信方法和通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及一种使用漏波天线(leaky waveantenna)将RF功率转换为DC功率的方法和系统。
背景技术
移动通信改变了人们的通信方式，移动电话已从奢侈品转变为日常生活必不可少的部分。当今，移动电话的使用由社会状况控制，而不受地域或技术的牵制。语音连接满足了通信的基本需求，而移动语音连接将会更深入的渗透到日常生活中，移动互联网将会是移动通信变革的下一目标。移动互联网随时会成为人们日常信息的来源，而且方便、通用地移动访问这些数据将会成为必然。
随着支持有线和/或移动通信的电子设备数量的增加，为了使得这些设备具有更高的功效，已做了相当大的努力。例如，通信设备中很大比例都是移动无线设备，而且往往在电池电源下运作。另外，这些移动无线设备中的发射和/或接收电路往往占用了这些设备所消耗的功率中的很大一部分。而且，在一些常用的通信系统中，与便携式通信设备的其它模块相比，发射器和/或接收器具有较低的功率效率。因此，这些发射器和/或接收器对移动无线设备的电池寿命有重要影响。
比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它缺陷和弊端对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
发明内容
本发明提出一种使用漏波天线将RF功率转换为DC功率的方法和/或系统，下面将结合至少一幅附图来充分展示和/或说明，并且将在权利要求中进行完整的阐述。
根据本发明的一方面，提出一种通信方法，包括：
使用无线设备中的一个或多个漏波天线接收RF无线信号；以及
使用级联整流单元(cascaded rectifier cell)从所述已接收的RF信号中生成用在无线设备中的一个或多个DC电压。
作为优选，所述方法进一步包括使用微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，简称MEMS)偏离(deflection)配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率。
作为优选，所述方法进一步包括配置所述一个或多个漏波天线使其从期望的方向接收所述RF信号。
作为优选，所述一个或多个漏波天线包括微带波导(microstripwaveguide)。
作为优选，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述微带波导中传导线之间的间隔。
作为优选，所述一个或多个漏波天线包括共面波导(coplanar waveguide)。
作为优选，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述共面波导中传导线之间的间隔。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个集成电路中，所述一个或多个集成电路倒装焊(flip-chip-bonded)于一个或多个集成电路封装。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个集成电路封装中，所述集成电路封装附加在一个或多个印刷电路板上。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个印刷电路板中。
根据本发明的另一方面，提出一种通信系统，包括：
在包括一个或多个漏波天线的无线设备中，其中：
所述无线设备用于使用所述一个或多个漏波天线接收RF无线信号；
所述无线设备用于使用级联整流单元从所述已接收的RF信号中生成用在所述无线设备中的一个或多个DC电压。
作为优选，所述无线设备用于使用微机电系统(MEMS)偏离配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率。
作为优选，所述无线设备用于配置所述一个或多个漏波天线使其从期望的方向接收所述RF信号。
作为优选，所述一个或多个漏波天线包括微带波导(microstripwaveguide)。
作为优选，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述微带波导中传导线之间的间隔。
作为优选，所述一个或多个漏波天线包括共面波导(coplanar waVeguide)。
作为优选，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述共面波导中传导线之间的间隔。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个集成电路中，所述一个或多个集成电路倒装焊(flip-chip-bonded)于一个或多个集成电路封装。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个集成电路封装中，所述集成电路封装附加在一个或多个印刷电路板上。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个印刷电路板中。
下文将结合附图对具体实施例进行详细描述，以帮助理解本发明的各种优点、各个方面和创新特征。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的具有漏波天线的示范性无线系统结构示意图，所述无线系统能够接收RF信号并转换为DC电压；
图2是依据本发明一实施例的示范性漏波天线结构示意图；
图3是依据本发明一实施例的示范性部分反射面(partially reflectivesurface)俯视图；
图4是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性相位依赖性(phasedependence)示意图；
图5是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性同相和不同相波束形状示意图；
图6是依据本发明一实施例的具有可变输入阻抗反馈点的漏波天线结构示意图；
图7是依据本发明一实施例的共面波导(Coplanar Waveguide)和微带波导的横截面示意图；
图8是依据本发明一实施例的具有用于接收RF信号的集成漏波天线的集成电路封装的横截面示意图；
图9是依据本发明一实施例的示范性的RF-DC转换模块结构示意图；
图10是依据本发明一实施例的将漏波天线所接收的RF功率转换为DC功率的示范性实施步骤示意图。
具体实施方式
本发明的一些方面提供了一种使用漏波天线将RF功率转换为DC功率的方法和系统。本发明的示范性方面包括使用无线设备中的一个或多个漏波天线接收RF无线信号；以及使用级联整流单元从所述已接收的RF信号中生成用在无线设备中的一个或多个DC电压。使用微机电系统(MEMS)偏离(deflection)配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率。所述一个或多个漏波天线用于从期望的方向接收所述RF信号。所述一个或多个漏波天线包括微带波导，其中所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述微带波导中传导线之间的间隔。所述一个或多个漏波天线包括共面波导(coplanar waveguide)，其中所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述共面波导中传导线之间的间隔。所接收的RF信号可通过级联整流元件进行整流从而生成一个或多个DC电压。所述一个或多个漏波天线集成在一个或多个集成电路、集成电路封装和/或印刷电路板中。集成电路封装可通过例如倒装焊(flip-chip-bonded)附加于一个或多个印刷电路板，以及所述一个或多个集成电路倒装焊于一个或多个集成电路封装。
图1是依据本发明一实施例的具有漏波天线的示范性无线系统结构示意图，所述无线系统能够接收RF信号并转换为DC电压。参考图1，无线设备150包括天线151、收发器152、基带处理器154、处理器156、系统存储器158、逻辑模块160、芯片162、漏波天线164A、164B和164C、外部耳机端口166、以及封装167，以及RF-DC转换模块169。无线设备150还包括模拟麦克风168、集成免提(Integrated Hands Face)立体声扬声器170、印刷电路板171、助听兼容(HAC)线圈174、双数位麦克风(Dual Digital Microphone)176、振动传感器(vibration transducer)178、键盘和/或触摸屏180、以及显示屏182。
收发器152包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于调制和上变频基带信号为RF信号以便由一个或多个天线发射出去，可由天线151作为代表。收发器152还用于下变频和解调制所接收的RF信号为基带信号。RF信号可由一个或多个天线接收，可由天线151或者漏波天线164作为代表。不同的无线系统使用不同的发射和接收天线，收发器152用于执行其他功能，例如，对基带和/或RF信号进行滤波、和/或放大基带和/或RF信号。尽管示出的是单个收发器152，但本发明并不限于此。因此，收发器152可由单个发射器和单个接收器来实现。另外，还可包括多个收发器、发射器和/或接收器。在这点上，多个收发器、发射器和/或接收器使得无线设备150能够处理多个无线协议和/或标准，包括蜂窝、WLAN和PAN。无线设备150所处理的无线技术包括例如GSM、CDMA、CDMA2000、WCDMA、GMS、GPRS、EDGE、WiMAX、WLAN、3GPP、UMTS、BLUETOOTH、以及ZigBee。
基带处理器154包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于处理基带信号以便通过收发器152来发射，和/或处理接收自收发器162的基带信号。处理器156可以是任何适当的处理器或控制器诸如CPU、DSP、ARM、或任何其他类型的集成电路处理器。处理器156包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于控制收发器152和/或基带处理器154的操作。例如，处理器156用于更新和/或修改收发器152和/或基带处理器154中多个组件、设备和/或处理元件的可编程参数和/或值。至少一部分可编程参数存储在系统存储器158中。
包括可编程参数的控制和/或数据信息可从无线设备150的其他部分(图1未示出)转送至处理器156。类似地，处理器156用于将包括可编程参数的控制和/或数据信息转发至无线设备150的其他部分(图1未示出)，所述其它部分是无线设备150的一部分。
处理器156使用所接收的包括可编程参数的控制和/或数据信息，确定收发器152的操作模式。例如，处理器156用于为本地振荡器选择特定频率，为可变增益放大器选择特定增益，配置本地振荡器和/或配置可变增益放大器以便依据本发明的多个实施例进行运作。而且，所选择的特定频率和/或计算特定频率所需的参数和/或用于计算特定增益的特定增益值和/或参数，可通过例如处理器156存储于系统存储器158中。存储在系统存储器158中的信息可通过处理器156从系统存储器158转发至收发器152。
系统存储器158包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于存储多个控制和/或数据信息，包括计算频率和/或增益所需的参数、和/或频率值和/或增益值。系统存储器158存储处理器156控制的至少一部分可编程参数
逻辑模块160包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于控制无线设备150的各种功能。例如，逻辑模块160包括一个或多个状态机，用于生成控制收发器152和/或基带处理器154的信号。逻辑模块160还包括寄存器，用于存储控制例如收发器152和/或基带处理器154的数据。逻辑模块160还生成和/或存储状态信息，所述状态信息由例如处理器156读出。放大器增益和/或滤波特性可由例如逻辑模块160控制。
BT无线收发器/处理器163包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于发射和/或接收蓝牙信号。BT无线收发器/处理器163可处理和/或操控BT基带信号。基于来自已处理的BT信号的信息，BT无线收发器/处理器163还可提供控制和/或反馈信息给基带处理器154和/或处理器156，或者提供来自基带处理器154和/或处理器156的控制和/或反馈信息。BT无线收发器/处理器163将来自己处理的BT信号得信息和/或数据传送至处理器156和/或系统存储器158。而且，BT无线收发器/处理器163接收来自处理器156和/或系统存储器158得信息，所述信息可通过无线通信媒介例如蓝牙耳机进行处理和发射。
RF-DC转换模块169包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于将已接收的RF信号转换为一个或多个DC电压。RF-DC转换模块169包括片上、封装上和/或印刷电路板上组件，用于通过RF AC信号以及充电存储元件诸如CMOS电容的整流生成一个或多个DC电压。
CODEC 172包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于处理接收自和/或传送至输入/输出设备的音频信号。输入设备可置于无线设备150中和/或与无线设备150通信连接，输入设备包括例如模拟麦克风168、立体声扬声器170、助听兼容(HAC)线圈174、双数位麦克风(Dual Digital Microphone)176以及振动传感器178。CODEC 172用于上变频和/或下变频信号频率至期望的频率以便由输出设备进行处理和/或发射。CODEC 172可使用多个数字音频输入，诸如16位或18位。CODEC 172还可使用多个数据采样速率输入。例如，CODEC 172在采样速率诸如8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz、和/或48kHz。CODEC 172还可支持音频源诸如一般音频(general audio)、复调振铃器(polyphonic ringer)、I2S FM音频、振动驱动信号和语音。在这点上，一般音频和复调振铃器音频源可支持音频CODEC 172所能接受的多个采样速率，而音频源可支持所述多个采样速率中的一部分，诸如8kHz和16kHz。
芯片162包括集成有多个功能模块的集成电路，诸如收发器152、处理器156、基带处理器154、BT无线收发器/处理器163、CODEC 172。集成在芯片162中的功能模块的数量并不限于图1所示的数量。因此，依赖例如芯片的空间和无线设备150的需求，可在芯片162上集成任何数量的模块。芯片162可倒装焊于封装167，如图8所示。
漏波天线164包括具有强反射面(highly reflective surface)和弱反射面(lower reflective surface)的谐振腔(resonant cavity)，可集成在封装167中和/或封装167上。另外，漏波天线可集成在芯片162和/或印刷电路板171上。弱反射面允许谐振模式跳出该谐振腔。漏波天线164的弱反射面可配置成在金属表面内的的狭槽或金属补片构成的图案，如图2和图3所示。可对漏波天线164的物理尺寸进行配置，使其优化发射带宽和/或辐射的波束图。通过将漏波天线164集成在封装167和/或印刷电路板171上，漏波天线164的尺寸不由芯片162的大小限制。
在本发明一示范性实施例中，漏波天线164用于发射和/或接收RF信号，并使用RF-DC转换模块将所接收的RF信号进行转换以生成用在无线设备150中的DC电压。
开关165包括诸如CMOS或MEMS开关的开关，用于将漏波天线164中的不同天线切换至收发器152和/或将元件接入漏波天线和/或从漏波天线断开，诸如图3所示的补片和狭槽。
外部耳机端口166包括用于外部耳机的物理连接，所述外部耳机与无线设备150通信连接。模拟麦克风168包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，用于检测声波并通过例如压电效应(piezoelectric effect)将其转换为电信号。模拟麦克风168所生成的电信号包括模拟信号，该模拟信号在处理之前需要进行模数转换。
封装167包括陶瓷封装、印刷电路板或其它能够支撑芯片162和无线设备150中其它组件的结构。在这点上，芯片162连接至封装167。封装167包括例如隔离和导电材料，可提供装配在封装167上的电组件之间的隔离。
立体声扬声器170包括一对扬声器，用于从接收自CODEC 172的电信号中生成音频信号。HAC线圈174包括适当的电路、逻辑和/或代码，能够实现例如无线设备150和助听器中的T线圈之间的通信。在这点上，电音频信号可传送至使用助听器的用户，无需通过扬声器(诸如立体声扬声器170)生成声音信号，在助听器中将所生成的声音信号转换回电信号，随后在用户耳朵中再将电信号转换回放大的声音信号。
双数位麦克风176包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，用于检测声波并将其转换为电信号。双数位麦克风176所生成的电信号包括数字信号，在CODEC 172中进行数字处理之前无需进行模数转换。双数位麦克风176具有例如波束成形能力。
振动传感器178包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，无需使用声音就能将到达的呼叫、警报和/或消息通知给无线设备150。振动传感器生成振动，该振动与诸如语音或音乐的音频信号同步。
在操作中，包括可编程参数的控制和/或数据信息可从无线设备150的其他部分(图1未示出)转发至处理器156。类似地，处理器156可将包括可编程参数的控制和/或数据信息转发至无线设备150的其他部分(图1未示出)，所述其他部分是无线设备150的组成部分。
处理器156使用所接收的包括可编程参数的控制和/或数据信息，确定收发器152的操作模式。例如，处理器156用于为本地振荡器选择特定频率、为可变增益放大器选择特定增益，配置本地振荡器和/或配置可变增益放大器以便依据本发明的多个实施例进行运作。而且，所选择的特定频率和/或计算特定频率所需的参数和/或用于计算特定增益的特定增益值和/或参数，可通过例如处理器156存储于系统存储器158中。存储在系统存储器158中的信息可通过处理器156从系统存储器158转发至收发器152。
无线设备150中的CODEC 172与处理器156通信，以便转发音频数据和控制信号。CODEC 172的控制寄存器可设置在处理器156中。处理器156通过系统存储器158交换音频信号和控制信息。CODEC 172还可将多个音频源的频率上变频和/或下变频至期望的采样频率。
漏波天线164用于发射和/或接收无线信号。通过RF-DC转换模块169将已接收的RF信号转换为一个或多个DC电压。以此方式，可为无线设备150外部的设备提供电源。在封装167中和/或上的反射面之间配置谐振腔，使得可在封装167上的任何位置发射和接收信号，无需常规天线以及相关电路所需的大的面积。
可由漏波天线164的谐振腔的高度确定发射和/或接收频率。因此，反射面可集成在封装167中的不同高度或侧向间距(lateral spacing)处，从而配置漏波天线具有不同的谐振频率。
在本发明一实施例中，可通过使用MEMS驱动来调节谐振腔的高度，从而配置漏波天线164的谐振频率。因此，可应用偏置电压使得漏波天线164的一个或两个反射面由所应用的电势来偏离。以此方式，可配置谐振腔的高度、谐振腔的谐振频率。类似地，部分反射面中的狭槽和/或补片的图案(pattern)可由开关165进行配置。
可由漏波天线164发射和/或接收不同频率的信号，通过有选择地将收发器连接至具有不同谐振腔高度的漏波天线来实现。例如，在封装167的顶部和底部具有反射面的漏波天线具有最大的谐振腔高度，从而通过最低的谐振频率。相反地，在封装167的表面上具有一反射面，在封装167的该表面下方具有另一反射面的漏波天线可提供较高的谐振频率。可通过芯片162中的开关165和/或CMOS设备实现可选择性地连接。
图2是依据本发明一实施例的示范性漏波天线结构示意图。参考图2，示出的漏波天线164包括部分反射面201A、反射面201B以及反馈点203。部分反射面201A和反射面201B之间的空间由例如绝缘材料填充，部分反射面201A和反射面201B之间的高度h用于配置漏波天线164的发射频率。在本发明另一实施例中，在部分反射面201A和反射面201B之间的空间内集成有空气间隙，以实现MEMS驱动。还示出了MEMS偏置电压+VMEMS和-VMEMS。
反馈点203包括用于将输入电压应用于漏波天线的输入端。本发明并不限于单个反馈点203，可将用于信号或多个信号源的不同相位的各种数量的反馈点应用于例如漏波天线164。
在本发明一实施例中，高度h是漏波天线164发射模式的波长的一半。以此方式，穿过腔体两次的电磁模式的相位与反馈点203处的输入信号相干，从而将谐振腔配置为法布里珀罗(Fabry-Perot)腔。谐振模式的幅度从反馈点以横向(lateral direction)指数级地衰减，从而减少或消除对漏波天线164各个边的约束结构(confinement structure)的需求。可由反馈点203的垂直位置来配置漏波天线164的输入阻抗。
在操作中，通过收发器152中的功率放大器发射的信号可传送至漏波天线164的频率为f的反馈点203，或者由漏波天线164接收的信号指向该天线。可配置腔的高度h使其与频率为f的信号的谐波波长的一半相关联。信号穿过腔的高度并被部分反射面201A反射，然后再反射回反射面201B。由于波将会穿过对应于全波长的距离，因而会产生相长干涉(constructive interference)，且会建立谐振模式。
漏波天线无需大的天线阵列就能实现高增益天线的配置，所述大的天线阵列需要复杂的反馈网络且会因反馈线而造成丢失。漏波天线164可通过封装167中和/或封装167上的传导层发射和/或接收无线信号。在这点上，与芯片162相比，由于封装167较大的尺寸，谐振腔的谐振频率可覆盖较宽的范围，不需要常规天线和相关电路所需的大的面积。另外，通过将漏波天线集成于一个或多个印刷电路板上的多个封装中，就可实现封装间的通信。
在本发明一示范性实施例中，通过选择漏波天线164中对于期望频率来说具有合适的谐振腔高度的一个漏波天线，对漏波天线164的发射和/或接收频率进行配置。
在本发明另一实施例中，谐振腔的高度h可由MEMS驱动进行配置。例如，与0偏置相比，偏置电压+VMEMS和-VMEMS偏离反射面201A或201B中的一个或两个，从而配置谐振腔的谐振频率。
漏波天线164可接收RF信号，该RF信号用于生成一个或多个DC电压，该DC电压用于为无线设备150中的电路提供电源。以此方式，无线设备150无需电池或者使用较少的电源储能就可运作。
图3是依据本发明一实施例的示范性部分反射面(partially reflectivesurface)俯视图。参考图3，示出的部分反射表面300包括金属表面中的周期性狭槽，部分反射表面320包括周期性金属片。部分反射表面300/320包括图2所示的部分反射表面201A的不同实施方式。
部分反射表面300/320中槽和/或片的空间、尺寸、形状和/或方位用于配置部分反射表面300/320以及反射表面诸如图2所示的反射表面201B所定义的谐振腔的带宽和Q因子。由于信号的窄带宽，可能会从狭槽和/或金属片所配置的结构中泄露出去，部分反射表面300/320可句有频率选择表面。
片和/或狭槽之间的空间间隔与所发射和/或接收的信号的波长相关。某种程度上类似于具有多重天线(multiple antennas)的波束成形。由于狭槽和/或金属片周围区域的泄露会累加，类似于具有多重天线的波束成形，因此狭槽和/或金属片的长度比所发射和/或接收的信号的波长的几倍还大或者比所发射和/或接收的信号的波长更小。
在本发明一实施例中，可通过微机电系统(MEMS)开关(诸如图1所述的开关165)对狭槽/金属片进行配置以调节谐振腔的Q。可在封装167中和/或封装167上的传导层中配置狭槽和/或金属片，可使用开关165短路或开路狭槽和/或金属片。在这点上，无需使用额外的电路和常规天线就能从不同位置发射RF信号诸如60GHz信号，所述常规天线具有需要可用的芯片空间的相应电路。
在本发明另一实施例中，可在芯片162、封装167和/或印刷电路板171的垂直平面中的传导层中配置狭槽或金属片，从而支持该结构中水平方向上的无线信号的传送。
在本发明另一实施例中，部分反射面300/320可集成在封装167内和/或封装167上。通过这种方式，可发射和/或接收不同频率的信号。因此，集成在封装167内的部分反射面300/320和发射面201B可发射和/或接收的信号的频率比来自封装167表面上的部分反射面300/320和封装167的其它表面上的反射面201B所定义的谐振腔的信号要高。
图4是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性相位依赖性(phasedependence)示意图。参考图4，示出的漏波天线包括部分反射面201A、反射面201B以及反馈点203。同相情形400阐述了当传送至反馈点203的信号的频率与谐振腔的频率相匹配时，漏波天线164所发射的相对波束形状；所述谐振腔是由谐振腔高度h和反射面之间的材料的介电常数(dielectric constant)所界定的。
类似地，不同相情形420阐述了当传送至反馈点203的信号的频率与谐振腔的频率不相匹配时，漏波天线164所发射的相对波束形状；所述谐振腔是由腔的高度h和反射面之间的材料的介电常数(dielectric constant)所界定的。这些在图5中进行详细阐述。漏波天线164可集成在封装167的各个高度处，从而在具有可变谐振频率的封装167中提供多个发射和接收点。
将漏波天线配置为同相和不同相的情况，处理不同特性的信号以期望的方向射入和/或射出封装167，从而实现多个封装或设备之间的无线通信。在本发明一示范性实施例中，可动态地控制由漏波天线发射的信号的角度，从而信号可直接发射给期望的接收漏波天线。在本发明另一实施例中，漏波天线164用于接收RF信号，诸如60GHz信号。接收信号的方向可由同相和不同相情况进行配置。
在本发明一示范性实施例中，通过配置漏波天线使其接收来自任何期望方向的RF信号，无线设备150能够在无线设备150的任意方向从其它RF发射设备生成DC电压。
图5是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性同相和不同相波束形状示意图。参考图5，示出了漏波天线同相和不同相情形下发射信号波束形状和角度Θ的对比图500。
示意图500中的同相曲线对应于传送至漏波天线的信号的频率与腔的谐振频率相匹配的情况。在这点上，就会产生单垂直主节点(single vertical mainnode)。假设反馈点处的信号的频率不在谐振频率上，则会生成双节点或锥形(conical-shaped)节点，如示意图500中的不同相曲线所示。通过配置漏波天线为同相或不同相情形，信号就会以期望的方向直接从芯片162、封装167和/或印刷电路板171输出。
在本发明另一实施例中，漏波天线164用于接收无线信号，并通过同相和不同相配置从期望的方向接收信号。以此方式，从漏波天线164多个方向接收的RF信号生成DC电压。
图6是依据本发明一实施例的具有可变输入阻抗反馈点的漏波天线结构示意图。参考图6，示出的漏波天线600包括部分反射面201A以及反射面201B。还示出了反馈点601A-601C。反馈点601A-601C可位于腔的高度h的不同位置，从而配置漏波天线的不同阻抗点。
以此方式，漏波天线用于耦合多个功率放大器、低噪声放大器和/或其它具有可变输出或输入阻抗的电路。类似地，通过在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的传导层中集成漏波天线，漏波天线的阻抗可与功率放大器或低噪声放大器相匹配，不会有阻抗的变化，而阻抗的变化在常规天线及其接近或远离相应驱动电路的情况下就会产生。另外，通过集成具有可变腔高度和可变反馈点的反射面和部分反射面，就能支持具有不同阻抗和谐振频率的漏波天线。在本发明一实施例中，反馈点601A-601C的高度可由MEMS驱动进行配置。
图7是依据本发明一实施例的共面波导(Coplanar Waveguide)和微带波导的横截面示意图。参考图7，示出了微带波导720和共面波导730以及支撑结构701。微带波导720包括信号传导线723、地平面725、谐振腔711A、隔离层727。共面波导730包括信号传导线731和733、谐振腔711B、隔离层727以及多层支撑结构701。支撑结构701包括例如芯片162、封装167和/或印刷电路板171。
信号传导线723、731以及733包括镀在隔离层727中和/或上的金属线或层(metal trace)。在本方面另一实施例中，信号传导线723、731、和733包括多硅晶(poly-silicon)或其他传导材料。信号传导线723与地平面725之间的隔离和电势(voltage potential)可确定其中生成的电场。另外，隔离层727的介电常数还可确定信号传导线723与地平面之间的电场。
谐振腔711A和711B包括隔离层727、空气间隙或者空气间隙与隔离层727的结合，从而实现MEMS驱动以及频率调谐。
隔离层727包括SiO2或能提供信号传导线723和地平面725之间的高电阻层的其他隔离材料。另外，信号传导线723和地平面725之间的电场依赖于隔离层727的介电常数。
隔离层727的厚度和介电常数可确定所应用信号生成的电场强度。漏波天线的谐振腔厚度依赖于信号传导线723和地平面725之间或信号传导线731和733之间的间距。
信号传导线731和733、以及信号传导线723和地平面725可限定漏波天线的谐振腔。每一层包括反射面或部分反射面，这依赖于传导材料的样式。例如，可通过交替设置传导和隔离材料为期望的图案，来配置部分反射面。以此方式，信号可直接射出芯片162、封装167和/或印刷电路板171的表面或者由芯片162、封装167和/或印刷电路板171的表面接收。在本发明另一实施例中，可使用共面波导730在芯片162、封装167和/或印刷电路板171的水平面中传送信号。
支撑结构701为微带波导720、共面波导730以及集成于其中的其它设备提供机械支撑，在本发明另一实施例中，芯片162、封装167和/或印刷电路板171包括例如Si、GaAs(砷化镓)、蓝宝石(sapphire)、InP、GaO、ZnO、CdTe、CdZnTe、陶器(ceramics)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)和/或AL2O3、或其它任何适合集成微带结构的基片材料。
在操作中，可将偏置和/或信号电压应用于信号传导线723和地平面725和/或信号传导线731和733上。漏波天线谐振腔厚度依赖于微带波导720和/或共面波导730中传导线之间的距离。
通过交替设置传导材料和隔离材料，或者设置电介材料中的传导材料的狭槽，就会产生部分反射面，所述部分反射面允许信号以某一方向泄露出去，如图7的漏波天线所示。以此方式，无线信号可直接射入支撑结构710的表平面(surface plane)或从支撑结构710的表平面射出，或者与支撑结构710的表面平行。
类似地，通过顺序放置传导信号线731和733使其具有不同的间距，就会产生不同的腔高度，从而得到不同的谐振频率，形成分布式漏波天线。以此方式，具有不同频率的多个信号可由分布式漏波天线发射出去或者由分布式漏波天线接收。
通过在封装167中集成传导信号线731和733以及地平面725，可由封装167接收无线信号。依赖于所能使用的漏波天线的类型，诸如共面或微带结构，无线信号可在水平或垂直平面传送。所接收的RF信号可传送至RF-DC转换电路，所述RF-DC转换电路用于从所接收的RF信号中生成一个或多个DC电压，如图9的详细描述。
图8是依据本发明一实施例的具有用于接收RF信号的集成漏波天线的集成电路封装的横截面示意图。参考图8，示出了封装167、金属层801A-801G、锡球(solder ball)803、连线层(interconnect layer)805、和热环氧树脂(thermalepoxy)807、漏波天线811A-811C以及RF信号源820。芯片162和印刷电路板171可参照前面所述。
芯片162或集成电路包括无线系统150中的一个或多个组件和/或系统。可使用锡球803将芯片162凸点粘合(bump-bonded)或倒装(flip-chip)于封装167上。在这点上，可消除芯片162在封装167上的有线粘合连接，从而减少和/或消除源于例如有线粘合引起的不可控的杂散电感(stray inductance)。另外，可使用锡球803以及热环氧树脂807来大大改善芯片162向外的热传导(thermal conductance)。热环氧树脂807是电隔离的，但确是热传导的，允许热能从芯片162导出到封装167的更大的蓄热介质(thermal mass)中。
金属层801A-801G包括金属镀层，用于限定封装167中和/或上的漏波天线和互联。金属层801A-801G用于限定封装167上的漏波天线。在本发明一实施例中，成对金属层(例如801A和801B、801C和801D、以及801E和801F)之间的间距，可由漏波天线的谐振腔来限定，所述漏波天线的腔的高度由金属层之间的间距确定。在这点上，部分反射面，如图2和图3所示，可使得腔中的谐振电磁模式从表面泄露出。
在本发明一示范性实施例中，金属层801C和801D均包括部分反射面，从而确保双向接收和/或发射。例如，漏波天线811B用于接收来自外部设备诸如RF信号源820的RF信号，还可发射RF信号至漏波天线811C。在本发明一实施例中，漏波天线811B包括具有通用传导面的多层漏波天线(stackedleaky wave antennas)，从而确保双向发射/接收。
金属层801A-801G包括共面和/或微带结构，如图7所示。金属层801G包括传导材料，可提供与漏波天线811A以及封装167中的其它层和/或设备的电接触。
金属层的数目并不限于图8中所示的金属801A-801G。因此，可在封装167中和/或上嵌入任意数目的金属层，这依赖于芯片162、封装167、和/或印刷电路板171中和/或上设置的漏波天线、迹线(trace)、波导和其它设备的数目。
锡球803包括金属球面球，可提供芯片162、封装167、和/或印刷电路板171之间的电、热和物理接触。在使用锡球803进行接触的过程中，芯片162和/或封装167被施加足够大的压力以压扁金属球，以及在高温度下执行该操作，从而提供合适的电阻和物理粘合强度。热环氧树脂807填充锡球803之间的容积，以及提供高热传导路径以便向芯片162外传送热量。
RF信号源820包括具有一个或多个漏波天线的无线设备，所述漏波天线用于将RF信号传送至漏波天线811A-811C。例如，RF信号源820包括接入点。
在操作中，芯片162包括RF前端，诸如RF收发器152，如图1所示，用于在例如60GHz发射和/或接收RF信号。芯片162与封装167电连接。集成在封装167上或封装167中的包括金属层801A-801G的漏波天线，能够接收RF信号，所述RF信号使用RF-DC转换电路生成一个或多个DC电压，如图9所示。另外，使用具有可配置接收方向的多个漏波天线，可利用任何方向的RF信号以生成DC电压。
来自芯片162的热量可通过热环氧树脂807和锡球803传导至封装167。金属层801A-801G可配置在封装167的不同高度，确保漏波天线的配置具有不同的谐振频率。
可通过调整包括谐振腔的成对金属层之间的间距来配置包括金属层801A-801F的漏波天线811A-811C，包括金属层801A-801F的漏波天线811A-811C可通过MEMS驱动进行配置，如图2所示。因此，漏波天线的腔的高度可由MEMS开关来限定，从而应用偏置来增加或减少间距，以进一步配置漏波天线的谐振频率。另外，另外，包括漏波天线部分反射面的金属层中的狭槽和/或片，可通过一个或多个开关进行配置，所述开关可改变腔的Q因子。以此方式，可为多个应用配置集成在封装167中的漏波天线的通信参数。
与常规系统中印刷电路板上设备的丝焊连接(wire-bonded connection)相比，特别是较高频率诸如60GHz，漏波天线在封装167中的集成会减少杂散阻抗(stray impedance)。以此方式，由于通过例如芯片162、封装167中的开关，能够获取较低的丢失和对阻抗的精确控制，因此体积就会减少，性能也会提高。
图9是依据本发明一实施例的示范性的RF-DC转换模块结构示意图。参考图9，示出的RF-DC转换模块900包括CMOS晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、MNa、和MNb以及电容C1a、C1b、C2a、C2b、Can和CNb。还示出了输入RF信号和输出电压DC。元件MNc和MNd意指RF-DC转换模块900包括N级，其中N为整数。电容和CMOS晶体管包括级联整流单元，诸如整流单元920、930和940。
每一CMOS晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、MNa、和MNb包括等效二极管(diode-connected)MOSFET，实现AC信号的整流。因为所应用的RF信号，电容C1a、C1b、C2a、C2b、CNa和CNb可用于接收来自正向偏置CMOS晶体管的电荷。DC电压、VDC等于2*N*(VRF-Vdrop)，其中N为级数，VRF为所应用的RF信号的幅度，Vdrop为正向偏置等效二极管CMOS晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、MNa、和MNb的压降。因此，具有较低门限电压的晶体管会产生较低的Vdrop，诸如本征MOSFET(native mosfet)，从而能够增加效率。
在操作中，RF信号、RF可应用于RF-DC转换器900中。假设所应用信号RF的电压为正，幅度大于CMOS晶体管的开启电压，CMOS晶体管M1b、M2b、...、MNb就会导通，从而允许电流为电容充电。类似地，当所应用信号RF的电压为负，且幅度大于CMOS晶体管的开启电压，CMOS晶体管M1a、M2a、...、MNa就会导通，从而允许以相反方向由电流为电容C1a、C2a和can充电。通过级联N个整流单元，诸如整流单元1920、整流单元2930、...和整流单元N 940，在标示为VDC的输出端生成幅度为2*N*(VRF-Vdrop)的大DC电压。
图10是依据本发明一实施例的将漏波天线所接收的RF功率转换为DC功率的示范性实施步骤示意图。参考图10，步骤1003在开始步骤1001之后，通过例如MEMS偏离或通过选择封装中具有合适腔高度的一个或多个漏波天线，将一个或多个漏波天线配置为期望的频率。另外，腔的Q因子可通过短路和/或开路部分反射面中的狭槽或金属片来进行调整，腔的Q因子可配置漏波天线的接收方向。在步骤1005中，由漏波天线接收高频RF信号。在步骤1007中，高频信号被转换为在无线设备150中使用的一个或多个DC电压。在步骤1009中，假设无线设备150掉电，示范性步骤进入结束步骤1011。在步骤1009中，假设无线设备150未掉电，示范性步骤进入步骤1003，配置漏波天线为期望的频率/Q因子/接收方向。
在本发明一实施例中，揭露了一种使用无线设备150中的一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C接收RF无线信号，并使用级联整流单元920、930、940从所接收的RF信号RF生成用在无线设备150中的一个或多个DC电压的方法和系统。微机电系统(MEMS)偏离配置所述一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C的谐振频率。一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C用于接收来自期望方向的RF信号。一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C包括微带波导720，其中一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C的腔高度依赖于微带波导720中传导线723和725之间的间隔。一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C包括共面波导730，其中一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C的腔的高度依赖于共面波导730中传导线731和733之间的间隔。所接收的RF信号RF可通过级联整流元件920、930、940进行整流从而生成一个或多个DC电压VDC。一个或多个漏波天线164、400、420、600、720、730、801A-801C集成在一个或多个集成电路162中、集成电路封装167和/或印刷电路板171中。一个或多个集成电路封装167可通过例如倒装焊(flip-chip-bonded)附加于一个或多个印刷电路板171，以及一个或多个集成电路162倒装焊于一个或多个集成电路封装167。
本发明的另一实施例提供一种机器和/或计算机可读存储器和/或介质，其上存储的机器代码和/或计算机程序具有至少一个可由机器和/或计算机执行的代码段，使得机器和/或计算机能够实现本文所描述的使用漏波天线将RF功率转换为DC功率的步骤。
总之，本发明可用硬件、软件、固件或其中的组合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集成的方式实现，或将不同的组件置于多个相互相连的计算机系统中以分立的方式实现。任何计算机系统或其他适于执行本发明所描述方法的装置都是适用的。典型的硬件、软件和固件的组合为带有计算机程序的专用计算机系统，当该程序被装载和执行，就会控制计算机系统使其执行本发明所描述的方法。
本发明的实施例可作为板级产品(board level product)来实施，如单个芯片、专用集成电路(ASIC)、或者作为单独的部件以不同的集成度与系统的其它部分一起集成在单个芯片上。系统的集成度主要取决于速度和成本考虑。现代处理器品种繁多，使得能够采用目前市场上可找到的处理器。另外，如果作为ASIC核心或逻辑模块的该处理器是可获得的，那么经济可行的处理器可作为多种功能由固件实现的ASIC设备的一部分来实现。
本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后，a)转换成其它语言、代码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。
本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
相关申请的交叉引用
本申请引用并要求申请日为2009年9月29日的美国临时专利申请61/246,618、以及申请日为2009年6月9日的美国临时专利申请16/185,245的优先权
本申请还引用如下美国专利申请：
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申请号为No.______(律师事务所案卷号No.21236US02)申请日为的美国专利申请。
在本文中引用上述美国专利申请的全部内容。

Claims (10)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：
使用无线设备中的一个或多个漏波天线接收RF无线信号；以及
使用级联整流单元从所述已接收的RF信号中生成用在无线设备中的一个或多个DC电压。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述方法进一步包括使用微机电系统偏离配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述方法进一步包括配置所述一个或多个漏波天线使其从期望的方向接收所述RF信号。
4.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述一个或多个漏波天线包括微带波导。
5.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述微带波导中传导线之间的间隔。
6.一种通信系统，其特征在于，包括：
在包括一个或多个漏波天线的无线设备中，其中：
所述无线设备用于使用所述一个或多个漏波天线接收RF无线信号；
所述无线设备用于使用级联整流单元从所述已接收的RF信号中生成用在所述无线设备中的一个或多个DC电压。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述无线设备用于使用微机电系统(MEMS)偏离配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率。
8.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述无线设备用于配置所述一个或多个漏波天线使其从期望的方向接收所述RF信号。
9.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述一个或多个漏波天线包括微带波导。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述一个或多个漏波天线的谐振腔高度取决于所述微带波导中传导线之间的间隔。
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