CN105659506A - 具有信号引导结构的非接触式通信单元连接器组件 - Google Patents

具有信号引导结构的非接触式通信单元连接器组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有信号引导结构的非接触式通信单元连接器组件。本文中公开了非接触式极高频(EHF)信号引导和阻挡结构。EHF信号引导结构可以沿着期望的EHF信号通路聚焦EHF信号能量。EHF信号阻挡结构可以最小化信号通过诸如电路板的基板的传播。聚焦EHF信号能量并且选择性地阻挡EHF信号能量可以最小化或消除串扰并且提高数据传输速度和完整性。

Description

具有信号引导结构的非接触式通信单元连接器组件
技术领域
本公开涉及非接触式连接器组件并且更具体地涉及控制极高频信号的信令通路的非接触式连接器组件。
背景技术
半导体制造和电路设计技术的进步已使集成电路(IC)的开发和生产能够具有越来越高的工作频率。作为结果，合并这种集成电路的电子产品和系统能够提供比前几代产品更高级的功能。此附加功能一般已经包括以越来越高的速度处理日益大量的数据。
发明内容
本文公开了非接触式极高频(EHF)信号引导和阻挡结构。EHF信号引导结构可以沿着期望的EHF信号通路聚焦EHF信号能量。EHF信号阻挡结构可以最小化信号通过诸如电路板的基板的传播。聚焦EHF信号能量并且选择性地阻挡EHF信号能量可以最小化或消除串扰并且提高数据传输速度和完整性。
附图说明
在这样一般性地描述了设备之间的通信之后，现在参考附图，附图不一定是按比例绘制的，并且其中：
图1示出了通信系统的实施例；
图2是在图1的系统中可用的EHF通信单元的第一例子的侧视图；
图3是EHF通信单元的第二例子的等距视图；
图4示出了根据实施例的安装到基板的说明性EHFCCU；
图5示出了根据实施例的安装到基板的另一个说明性EHFCCU；
图6A示出了根据实施例的球形信号整形组件的透视图；
图6B示出了根据实施例的、由图6A的球形信号整形组件形成的说明性整形波束的透视图；
图7A-7D示出了根据各种实施例的波束整形组件的不同视图；
图8A-8D示出了根据各种实施例的、可与图7A-7D的波束整形组件接口的另一个波束整形组件的不同视图；
图9示出了根据实施例的、经由其各自的配对部分彼此接口的图7A-7D和8A-8D的组件；
图10A-10C示出了根据实施例的、利用EHFCCU非接触式通信的两个设备系统的不同视图；
图11示出了根据实施例的、在图10A-10C的系统中辐射的说明性EHF信号传播图；
图12A-12C示出了根据实施例的夹层波束成形结构的不同视图；
图13示出了根据实施例的、从图12A-12C的夹层波束成形结构发送的EHF信号的说明性屏幕截图；
图14A和14B分别示出了根据实施例的组件的说明性透视图和前视图；
图15A-15C分别示出了根据实施例的、覆板波束引导结构的说明性透视图、顶视图和前视图；
图16A和16B示出了根据各种实施例的不同覆板结构；
图17A和17B示出了根据实施例的、具有合并在基板内的信号阻挡结构的组件的说明性侧视图和透视图；
图18A和18B示出了根据各种实施例的EHF信号辐射的说明性屏幕截图；
图19A和19B示出了根据实施例的、具有合并在基板内的信号阻挡结构的组件的说明性侧视图和透视图；
图20示出了根据实施例的EHF信号辐射的说明性屏幕截图；
图21示出了根据实施例的、使用其壳体作为其波束引导结构的一部分的组件；以及
图22示出了根据实施例的EHF信号辐射的说明性屏幕截图。
具体实施方式
现在在下文中参考附图更充分地描述说明性实施例，在附图中示出了代表性例子。所公开的通信系统和方法可以以许多不同的形式体现并且不应当被理解为局限于本文中阐述的实施例。相似的号码贯穿全文指的是相似的元素。
在下面的详细描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体的细节，以提供对各种实施例的透彻理解。本领域普通技术人员将认识到，这些各种实施例仅仅是说明性的并且并非意在以任何方式进行限制。其它实施例将容易被受益于此公开的那些技术人员想到。
另外，出于清楚的目的，并非本文中所述的实施例的所有常规特征都被示出或描述。本领域普通技术人员中的一个将容易地认识到，在任何这种实际实施例的开发中，可能需要许多实施例特定的决定来实现特定的设计目标。这些设计目标将从一个实施例到另一个实施例并从一个开发者到另一个开发者而变化。此外，应认识到，这种开发努力可能是复杂和费时的，但对于受益于此公开的本领域普通技术人员不过是常规工程工作。
在当今的社会和无处不在的计算环境中，高带宽模块化和便携式电子设备正在越来越多地被使用。这些设备之间以及其中的通信的安全性和稳定性对于它们的操作是重要的。为了提供改进的安全高带宽通信，可以在创新和有用的布置中利用电子设备之间以及每个设备内的子电路之间的非接触式通信的独特能力。
这种通信可以在射频通信单元之间发生，并且在非常近距离处的通信可以在EHF通信单元中利用EHF频率(通常是30-300GHz)来实现。EHF通信单元的例子是EHF通信链路芯片。贯穿此公开，术语通信链路芯片和通信链路芯片包装被用来指嵌入在IC芯片或包装中的EHF天线。这种通信链路芯片的例子可以例如在美国专利申请公开No.2012/0263244和2012/0307932中找到。通信链路芯片是通信设备的例子，也被称为通信单元，而与它们是否提供无线通信以及它们是否在EHF频带中工作无关。
首字母缩写词“EHF”代表极高频，并且指的是在30GHz至300GHz(千兆赫)的范围中的电磁(EM)频谱的一部分。术语“收发机”可以指诸如包括发送机(Tx)和接收机(Rx)的IC(集成电路)以使集成电路可以被用来既发送又接收信息(数据)之类的设备。一般地，收发机可以以半双工模式(在发送和接收之间交替)、全双工模式(同时发送和接收)操作，或配置为发送机或接收机。收发机可以包括用于发送和接收功能的分离的集成电路。如本文中所使用的术语“非接触式”、“耦合对”和“紧密接近耦合”指的是实体(诸如设备)之间的电磁(EM)而不是电(有线，基于接触的)连接和信号的传输。如本文中所使用的，术语“非接触式”可以指载波辅助的介电耦合系统。连接可以通过一个设备到第二设备的接近度来验证。多个非接触式发送机和接收机可以占用小的空间。与通常向多个点广播的无线链路相比，利用电磁(EM)建立的非接触式链路可以是信道化的。
图1示出了通信系统100。如所示出的，系统100可以包括配置为耦合到第二设备120的第一设备110。第一设备110可以被配置为与第二设备120通信和/或连接到第二设备120，并且反之亦然。此外，第一设备110和第二设备120可以是能够彼此连接和通信的电子设备。第一设备110可以经由直接耦合或经由可将两个设备耦合在一起的物理耦合构件(例如，线缆)直接耦合到设备120。例如，设备110可以是诸如移动设备或计算机之类的设备，并且设备120可以是被设计为与设备110接口的线缆设备。第一设备110可以包括一个或多个EHF非接触式通信单元(CCU)112、信号引导结构114和信号阻挡结构116。类似地，第二设备120可以包括一个或多个EHF非接触式通信单元(CCU)122、信号引导结构124和信号阻挡结构126。信号引导结构114和信号阻挡结构116可以在本文中被统称为波束引导结构118。信号引导结构124和信号阻挡结构126可以在本文中被统称为波束引导结构128。本文中讨论的各种波束引导结构可以包括信号引导结构和信号阻挡结构中的一个或两者。波束引导结构118和128可以操作以沿着设备110和120之间存在的一个或多个期望的信号通路聚焦EHF信号。在一些实施例中，波束引导结构118和128可以与结构134结合地操作，以沿着一个或多个期望的信号通路聚焦EHF信号。结构134可以包括信号引导结构和信号阻挡结构中的一个或两者。
EHFCCU112和122可以是能够选择性地发送和接收EHF信号的EHF收发机。当作为发送机操作时，EHFCCU可以发送电磁EHF信号，而当作为接收机操作时，EHFCCU可以接收电磁EHF信号。例如，在一个实施例中，设备110可以包括两个EHFCCU并且设备120可以包括两个EHFCCU。在设备110中，第一EHFCCU可以作为发送机操作并且第二EHFCCU可以作为接收机操作。类似地，设备120可以包括分别作为发送机和接收机操作的第一和第二EHFCCU。设备110的发送机EHFCCU可以向设备120的接收机EHFCCU发送EHF信号，并且设备120的发送机EHFCCU可以向设备110的接收机EHFCCU发送EHF信号。
可以使用波束引导结构118和128来选择性地阻挡EHF信号以防辐射到设备内的各个位置。每个EHFCCU可以在发送和/或接收EHF信号时呈现辐射场。与第一EHFCCU相关联的辐射场的尺寸可以潜在地与一个或多个其它EHFCCU的辐射场重叠。这种重叠会引起与EHF信令的串扰或干扰。波束引导结构118和128可以被构造为同时沿着期望的通路引导EHF信号并且阻挡和包含EHF信号以防穿越或进入非期望的区域。波束引导结构118和128可以将EHF信号能量引导或聚焦到比EHFCCU的辐射场的横向尺寸小的横截面积中。作为结果，EHF信号可以聚焦到沿着期望的信号路径行进并且远离非期望的路径。波束引导结构118和128可以被构造为呈现任何合适的形状。例如，所述结构可以包括部分或完全覆盖EHFCCU的密封剂。作为另一个例子，所述结构可以特征化为包围EHFCCU的信号准直结构(例如，烟囱)，但是具有用于EHF信号通路的开放信道。
波束引导结构可以由不同材料的组合来构造，以整形信号传播的方向并且减轻EHF泄漏(泄漏会引起串扰)。这些材料可以包括可操作以促进EHF信号的传播的透射性材料、可操作以反射EHF信号的反射性材料，以及可操作以吸收EHF信号的吸收性材料。透射性材料的例子可以包括塑料和其它不导电的材料(即，电介质)。反射性材料可以包括，例如，金属、金属合金以及其它导电的材料。吸收性材料的例子可以包括，例如，不导电但是由于其高介电常数和磁导率而呈现有效的EHF阻尼共振的含磁的橡胶材料。
在一些实施例中，波束引导结构可以由不同材料类型中的仅一种构造。例如，信号引导结构可以由仅透射性材料或仅反射性材料构造。在其它实施例中，该结构可以由两种或更多种不同的材料类型构造。例如，信号引导结构可以由透射性和反射性材料、由透射性和吸收性材料或者由反射性和吸收性材料构造。作为又一个例子，结构118和128可以由透射性、反射性和吸收性材料构造。
图2是示例性EHF通信电路200的侧视图，示出了一些结构部件的简化视图。如所示出的，通信电路可以包括集成电路包装201，其包括安装在连接器印刷电路板(PCB)203上的管芯202、引线框架(未示出)、诸如接合线204的一个或多个导电连接器、诸如天线的换能器206和封装材料208。
管芯202可以包括被配置为在合适管芯基板上的小型化电路，并且功能上等效于也被称为“芯片”或“集成电路(IC)”的部件。管芯基板可以利用任何合适的半导体材料(诸如但不限于硅)形成。可以将管芯202安装成与引线框架电通信。引线框架(类似于图3的引线框架318)可以是配置为允许一个或多个其它电路与管芯202操作地连接的导电引线的任何合适布置。可以将引线框架的引线嵌入或固定在引线框架基板中。引线框架基板可以利用配置为基本上将引线保持在预定布置中的任何合适的绝缘材料来形成。
此外，管芯202和引线框架的引线之间的电通信可以利用诸如一根或多根接合线204的导电连接器，通过任何合适的方法来实现。可以使用接合线204来将管芯202的电路上的点与引线框架上的对应引线电连接。在另一个实施例中，管芯202可以反转并且使用包括凸块的导电连接器或管芯焊球而不是接合线204，这可以在通常被称为“倒装芯片(flipchip)”布置中配置。天线或换能器元件206可以是配置为换能器或天线的任何合适结构，以在电和电磁信号之间转换。元件206可以被配置为在EHF频谱中操作，并且可以被配置为发送和/或接收电磁信号，换句话说作为发送机、接收机或收发机。在实施例中，元件206可以被构造为引线框架的一部分。IC包装201可以包括多于一个元件206。在另一个实施例中，元件206可以与管芯202分离，但通过任何合适的方法可操作地连接到管芯202，并且可以位于与管芯202相邻。例如，元件206可以利用天线接合线(类似于图3的320)连接到管芯202。可替代地，在倒装芯片配置中，元件206可以连接到管芯202而不使用接合线(参见元件320)。在其它实施例中，元件206可以放置在管芯202或PCB203上。
封装材料208可以将IC包装201的各种部件保持在固定的相对位置中。封装材料208可以是配置为向IC包装的电气和电子部件提供电绝缘和物理保护的任何合适材料。例如，封装材料208可以是模制化合物、玻璃、塑料、陶瓷或其任意组合。封装材料208可以以任何合适的形状形成。例如，封装材料208可以是矩形块的形式，封装除引线框架的未连接的引线之外的IC包装的所有部件。一个或多个外部连接可以与其它电路或部件一起形成。例如，外部连接可以包括球形衬垫和/或外部焊球，用于连接到印刷电路板。封装材料208，连同IC包装201的其它部件，可以具有介电值(在本文中称为DCCU)。该介电值可以是由本文中的各种接口实施例加以考虑以实现最佳信号方向朝向。
IC包装201可以安装在连接器PCB203上。连接器PCB203可以包括一个或多个叠合层212，其中之一可以是PCB接地平面210。PCB接地平面210可以是配置为向IC包装上的电路和部件提供电接地的任何合适的结构。利用接地层的放置，在离天线适当的距离处，可以从基板向外引导电磁辐射图案。
图3是EHF非接触式通信电路300的另一个例子的简化等距视图，示出了一些结构部件。如所示出的，通信电路300可以包括IC包装301，IC包装301又可以包括管芯302、引线框架318、诸如接合线304的一个或多个导电连接器、诸如元件306的换能器、一个或多个天线接合线320以及封装材料308。管芯302、引线框架318、一根或多根接合线304、元件306、元件接合线320和封装材料可以分别与如在图2中描述的诸如IC包装201的管芯202、接合线204、元件206和封装材料208之类的部件功能上类似。此外，通信电路300可以包括类似于PCB203的连接器PCB(未示出)。
在图3中，管芯302连同接合线304和320被封装在封装材料308中。在此实施例中，IC包装可以安装在连接器PCB上。连接器PCB可以包括一个或多个叠合层，其中之一可以是PCB接地平面。PCB接地平面可以是配置为向PCB上的电路和部件提供电接地的任何合适的结构。利用接地层的放置，在离天线适当的距离处，可以从基板向外引导电磁辐射图案。封装材料308，连同IC包装301的其它部件，可以具有介电值DCCU。此介电值可以是由本文中的各种接口实施例加以考虑以实现最佳信号方向朝向的考虑。
图4示出了根据实施例的、安装到基板410的非常简化的和说明性的EHFCCU400。CCU440可以包括设计为在信号路径420的方向上发送非接触式EHF信号的换能器402。路径420投影在与基板410的表面411垂直的方向上。换句话说，路径420投影在Y-轴方向上。信号路径420的方向仅仅是说明性的。例如，信号路径可以在任何合适的方向上进行引导。例如，图5示出了安装到基板510的非常简化的和说明性的EHFCCU500。CCU500可以包括设计为在信号路径520的方向上发送非接触式EHF信号的换能器502。路径520投影在与基板510的表面511共平面的方向上。换句话说，路径520投影在X-轴方向上。
因此，虽然可能期望的是EHF信号沿着期望的信号路径(例如，这样的路径420或520)发送，但是非引导的、自由流动的EHF信号能量可以在所有方向上发射，从而产生并非局限到期望的信号路径的辐射图案。在非期望的方向上的EHF信号的非引导传输会引起串扰。这种串扰会通过空气和/或在电路板内存在。另外，EHF信号的非引导传输也会导致信号强度降低，从而有可能使接收CCU捕获EHF信号更加困难。本文中讨论的各种实施例用来沿着期望的信号通路引导EHF信号。一些实施例可以使用波束整形结构，诸如下面结合图6-16所描述的那些。其它实施例可以使用信号阻挡结构，诸如下面结合图17-20所描述的那些。还有的其它实施例可以使用信号引导结构和信号阻挡结构的组合。
波束整形结构可以可操作以整形辐射图案，使得EHF信号沿着期望的路径引导。这种信号整形可以利用沿着期望的路径指引EHF信号并且阻挡EHF信号沿着非期望路径行进的结构或结构的组合来实现。所述结构可以呈现特定的形状以将信号引导到换能器和/或引导来自换能器的信号。所述结构可以由多种不同的材料构造以整形信号。所述结构可以作为坐落于一个或多个CCU的顶部并且包含整形EHF信号的导向元件的覆板存在。还有的其它结构可以通过信号不可穿过为主的构件提供选择性信号传输。
图6A示出了根据实施例的球形信号整形组件600的透视图。组件600可以包括基板601、EHFCCU610、球形信号引导结构620以及导电板624和626。基板601可以是例如印刷电路板。CCU610可以安装到基板601并且可以包括换能器611。导电板624可以坐落于结构620的顶部并且导电板626可以置于结构620的底部。结构620可以包围基板601和CCU610的一部分，还提供其中至少换能器611被暴露并且悬浮在其中的腔体621。在一些实施例中，结构620的形状或曲线可以具有波束焦点或焦平面。波束焦点或焦平面可以表示可最好地沿着期望的路径聚焦EHF辐射图案的腔体621内的位置。换能器611可以置于焦点处或焦点附近，使得它可以沿着期望的路径发送或接收EHF信号。例如，图6B示出了从换能器611发出的说明性辐射图案630。辐射图案630可以呈现具有椭圆横截面的远场波束图案。
结构620的内表面可以由引导从换能器611发出的EHF辐射沿着Z-轴被引导的材料构造或加入衬里。在一个实施例中，内表面可以包括金属，其可以阻挡EHF辐射以免被发送通过结构620。结构620的金属衬里或金属材料组合物，与导电板624和626耦合，就可以形成EHF信号相对不可穿过的屏障。
返回到图6A，在腔体621内的换能器611的两侧上可以存在开放的空间。这仅仅是说明性的。如果期望，开放的空间可以用介电材料来填充。腔体621的形状被示为具有固定半径的球形形状。应当认识到，形状不必是完美的球形。事实上，它可以采取许多不同的合适形状，诸如椭圆形或满足设计标准的任何其它形状。导电板624和626可以采用任何合适的形状。例如，板624和626不必是平坦的并且可以被整形为适应于各种信号路径引导标准和/或工业设计标准。作为具体的例子，板624和626每个可以具有与结构620的尺寸匹配的球形部分，其组合可以提供半球形状。此外，板624和626可以由具有相对高介电常数的一种或多种介电材料构造。具有相对高介电常数的介电材料可以抑制EHF信号辐射，但是不及导电材料一样多。
波束焦点或焦平面的位置可以基于结构620的几何形状和材料构造，以及板624和626的几何形状和材料构造。例如，在组件600中，聚焦区域可以存在于腔体的中心。聚焦区域可以表示其中集中波束的能量的位置。因此，将换能器放置在聚焦区域中或附近可以增强换能器发送和/或接收EHF信号能量的能力。聚焦区域可以允许换能器的放置“溢出”，因为换能器不必放置在焦平面或焦点的确切位置处。因此，即使换能器被放置成稍微邻近焦点，就足以在聚焦区域内从波束整形受益。
图7A-7D示出了根据各种实施例的波束整形组件700的不同视图。图7A示出了可以包括基板701、EHFCCU710和波束整形结构720的组件700的说明性透视图。图7B-7D分别示出了说明性顶视图、前视图和侧视图。组件700可以呈现与(图6的)组件600类似的属性，但是结构720可以是不同的。结构720可以包括盘部分721、配对部分722以及波束整形板724和726。波束整形板724没有在图7B中示出，以避免使图凌乱。波束整形板724和726可以类似于图6A的导电板624和626。如所示出的，波束整形板724和726可以驻留在结构720的两侧。波束整形板724和726可以被调整尺寸，使得它们与由盘部分721形成的腔体重叠。如在图7A、7B和7D中所示，板724和726从配对部分722延伸出来，使得由盘部分721形成的腔体的顶部和底部部分用板“加盖”。如以上所讨论的，这些板帮助整形携带EHF信号的波束。板724和726可以采用任何合适的形状。例如，代替扁平平面形状，它们可以呈现匹配或延伸出弯曲成形的盘部分721的弯曲结构。
结构720可以具有基于盘部分721和波束整形板724和726的几何形状和材料组合物的焦点或焦平面(未示出)。换能器711可以放置在该焦点处或附近。如所示出的，换能器711可以悬挂远离盘部分721的表面。在此方法中，缝隙或开口可以存在于盘部分721中，以使得CCU710的一部分(诸如换能器711)能够通过盘部分721突出并且驻留在聚焦区域中。可替换地，换能器711可以包含在盘部分721的表面的后面。
可以将配对部分722设计为与对应的组件(例如，在图8中示出)接口。配对部分722可以具有任何合适的形状并且可以由任意数目的材料构造。例如，配对部分722可以能够相对于其对应的配对部分(未示出)枢转。作为具体的例子，部分722可以具有凸起形状。作为另一个例子，配对部分722可以包括用于磁性地连接到其对应的配对部分的磁体。
结构720可以由防止EHF信号传输的材料构造。例如，结构720的整体(包括部分721和722)可以由诸如金属的导电材料构造。
应当理解，结构720的形状和配置可以变化。例如，如所示出的配对部分722是说明性的。例如，在另一个实施例中，可以省略盘部分721并且配对部分722可以跨结构720的整个宽度延伸。在此实施例中，配对部分722的凸起形状可以跨结构720的整体延伸。
图8A-8D示出了根据各种实施例的组件800的不同视图。特别地，图8A-8D分别示出了说明性的透视图、顶视图、前视图和侧视图。组件800可以包括基板801、EHFCCU810和波束引导结构820。波束引导结构820可以包括配对部分822和波束引导构件(未示出)。换能器811可以置于结构820内并且与配对部分822相邻，以促进EHF信号从其的传输或EHF信号的接收。在一个实施例中，介电材料可以存在于结构820的内部界限内。在另一个实施例中，结构820可以由介电材料构造。波束引导构件(未示出)可以类似于图7A-7D的波束引导构件724和726，并且这样可以呈现不需要重复的类似的性质和功能。例如，在一个实施例中，波束引导结构的形状可以延伸超过配对部分822和引导结构821。
可以将配对部分822设计为与对应的组件(例如，在图7中示出)接口。配对部分822可以具有任何合适的形状并且可以由任意数目的材料构造。例如，配对部分822可以能够相对于其对应的配对部分(未示出)枢转。作为具体的例子，部分822可以具有凹形形状。作为另一个例子，配对部分822可以包括用于磁性地连接到其对应的配对部分的磁体。
应当理解，结构820的形状和配置可以变化。例如，在另一个实施例中，盘部分(未示出)可以存在于结构820内并且凹形配对部分可以存在于该盘部分的两侧上。在此实施例中，凹形配对部分822可以利用腔体或盘部分中断。此外，换能器可以驻留在此实施例的盘部分的聚焦区域中。
图9示出了经由其各自的配对部分彼此接口的组件700和800。当配对时，配对部分722和822可以彼此接口。即，组件800的凹形配对形状可以啮合组件700的凸起配对形状并绕其枢转。
图10A-10C示出了利用EHFCCU非接触式通信的两个设备系统的不同视图。特别地，图10A示出了透视图，图10B示出了侧视图，而图10C示出了顶视图。根据实施例，设备1010可以包括EHFCCU1020和1022以及波束引导结构1030。根据实施例，设备1050可以包括EHFCCU1060和1062以及波束引导结构1070。CCU1020和1060可以操作以彼此通信(并且可以被称为第一耦合对)，并且CCU1022和1062可以操作以彼此通信(并且可以被称为第二耦合对)。波束引导结构1030和1070可以操作以防止耦合对之中和任何给定设备上的相邻CCU之间的串扰(例如，防止CCU1020和1022之间的串扰)。
波束引导结构1030和1070中的每个可以由导电材料构造。这种导电材料可以阻挡或防止EHF信号从一侧传到另一侧。结构1030和1070每个可以合并允许信号穿过的准直部分1040、1042、1080和1082。在一个实施例中，准直部分可以是存在于结构1030和1070内的缝隙天线或孔。如果期望，缝隙天线或孔可以利用诸如塑料的介电材料填充，或者空气可以占据空间。在准直部分内使用介电材料可以进一步校准EHF信号并且沿着期望的路径引导它们。
CCU相对于波束结构的间距(示为d3)、结构自身的宽度(示为d2)以及相邻结构之间的间距(示为d1)都可以是可以被调整以获得用于CCU的两个耦合对的期望信号通路而同时最小化串扰的因素。另外，d1-3中的一个或多个的间距也可以基于正在系统中使用的EHF信号的波长、结构1030和1070的材料组合物、和部分1040、1042、1080和1082的材料组合物、以及可能在结构1030和1070之间存在的任何材料(未示出)。例如，在板1030和1070之间的间隔可以小于穿过间隙(d1)的信号的1/2波长。可以设置距离d3以减轻结构同一侧上的相邻CCU之间的串扰。可以设置距离d1和d2以最小化耦合对之间的串扰。另外，可以设置间距以抑制在特定方向上的EHF传输泄漏。例如，可以设置结构1030和1070的间距以防止在与间隙(dl)之间存在的方向正交的方向上的泄漏。即，如果间隙的方向被认为是Z-方向，则泄漏可以在X和Y方向中的一个或两者上被限制。
可以选择部分1040、1042、1080和1082的大小、形状、朝向和材料组合物，以实现期望的信号整形。例如，每个部分可以置于任何合适的角度，而不仅仅如所示的在90度角。可以使用零度、四十五度以及任何其它合适的角度。在一些实施例中，可以将存在于同一结构内的部分(例如，1080和1082)设置在不同的角度，并且可以将其对应部分(例如，1040和1042)设置在相同或不同的角度。例如，假设将部分1080设置为0度并且将1082设置为45度。也可以分别将其各自的对应部分(即部分1040和1042)设置为0和45度。作为另一个例子，假设将部分1080和1082设置为45度。也可以分别将其各自的对应部分(即部分1040和1042)设置为45度，或者可替代地，可以将部分1040和1042每个设置为与45度不同的角度。
所述部分的大小(诸如宽度和长度)可以通过信号的波长来确定。例如，宽度可以小于非接触式信号波长的一半而长度可以大于非接触式信号波长的一半。在此例子中，该部分的厚度(d2)可以独立于信号波长而设置。
图11示出了在图10的系统中辐射的说明性EHF信号传播图。特别地，图11示出了作为发射机EHFCCU操作的CCU单元1060和作为接收机EHFCCU操作的CCU单元1020。可以将CCU单元1060定向为沿着与单元1060的顶表面1061共平面的路径1120发送EHF信号。路径1120从单元1060分别流过结构1070和1030的准直部分1080和1040，并且在单元1020处结束。EHF单元1060发送被示为辐射信号1110的EHF信号。在结构1070的方向上发送信号。信号被示为穿过准直部分1080，但是被结构1070阻挡。信号穿过结构1030和1070之间的空气间隙并且穿过准直部分1040并且被单元1020捕获。
图12A-12C示出了根据实施例的夹层波束成形结构的不同视图。特别地，图12A示出了透视图、图12B示出了顶视图而图12C示出了前视图。夹层结构可以被构造为具有放置在围绕EHFCCU的策略位置中以沿着期望通路引导EHF信号的多个部件。所述部件可以呈现不同的形状和/或材料特性，以沿着期望的通路引导信号。例如，可以使用具有相对高介电特性和相对低介电特性的材料的组合。可以使用相对高介电特性的材料来抑制EHF信号辐射，并且可以将其放置在其中不期望信号传播的位置。可以使用相对低介电特性的材料来促进EHF信号辐射，并且可以将其放置在其中期望信号传播的位置。可以策略性地放置具有EHF信号反射特性的另外的材料，以进一步增强或指导EHF信号沿着期望的路径。
图12A-12C示出了包括都安装到基板1201的EHFCCU1210、1230和1250的组件1200。EHFCCU1210、1230和1250每个可以操作以在相对于基板1201的顶表面垂直的方向上发送和/或接收EHF信号。换句话说，CCU1210、1230和1250可以被配置用于示出为路径1202、1203和1204的垂直信号路径。虽然CCU可以在信号路径中共享共同的方向性，但是CCU中的每个可以相对于彼此不同地被定向。例如，CCU1210可以被定向使得其信号路径与组件1200的最左边部分重合，CCU1230可以被定向使得其信号路径与组件1200的中间前侧重合，而CCU1250可以被定向使得其信号路径与组件1200的最右边部分重合。
波束引导结构还可以辅助每个CCU沿着期望的信号路径引导非接触式信号。这些结构可以是包围每个CCU的多个侧面的多面结构。该结构可以包括用不同材料制成以整形非接触式信号的信号路径方向的多个部件。可替代地，该结构可以是呈现不同材料特性以整形非接触式信号的信号路径方向的单个集成部件。因此，无论结构如何制成，都可以将它设计为沿着期望的信号路径指引信号。例如，在一个实施例中，结构可以是包围CCU的五个侧面的五面结构。在这个例子中，该结构可以包围底表面以及CCU的四个垂直壁，但是留下顶表面被暴露。可以设计该结构使得信号路径流向垂直壁中的任何一个/从垂直壁中的任何一个流出。
现在讨论多壁波束引导结构的更详细的例子。每个CCU可以由标记为1220、1221、1222、1240、1241、1242、1260、1261、1262和1270的结构以及基板1201部分地包围。这些结构和基板可以集体地一起工作，以沿着信号路径1202-1204引导非接触式信号。如所示出的，结构1220、1240和1260可以具有“C”形构造，其意味着每个CCU的三个侧面被包围。这在图中示出，但是应当理解，这仅仅是说明性的，并且可以使用任何适当整形的结构来至少部分地包围CCU。开放侧面可以与相对低介电结构(标记为1222、1242和1262)和相对高介电结构(标记为1270)中的一个或两者邻接。相对高介电结构也可以放置在相邻的c整形结构之间。例如，相对高介电结构1270可以放置在结构1220和1240之间以及结构1240和1260之间。结构1220、1240和1260每个可以由具有存在于相对低和相对高的介电常数的结构之间的介电常数的非导电材料构造。结构(例如，结构1220、1222和1270)也可以提供结构上的支持。
如所示出的，反射性结构1221、1241和1261(在图12A中示出)可以分别与低介电结构1220、1240和1260相邻地放置。反射性结构1221、1241和1261还可以沿着其各自的路径1202-1204指引EHF信号。反射性结构1221、1241和1261可以由反射EHF信号能量的材料构造。反射性结构可以策略上放置在组件1200内的其它位置。例如，反射性结构可以放置在结构1220、1240和1260的内表面，以朝着相对低介电结构反射任何EHF信号能量。
不同结构的组合、它们的布置以及其相关联的介电属性中的差异，所有一起工作以沿着期望的通路引导EHF信号。例如，图13示出了在沿着路径1202在CCU单元1210'的方向上从CCU单元1210发送的EHF信号的说明性屏幕截图。如所示出的，大多数EHF信号能量1310被朝着CCU单元1210'向上引导。
图14A和14B分别示出了根据实施例的组件1400的说明性透视图和前视图。组件1400包括图12的夹层指引结构和覆板信号指引结构1410。例如，覆板信号指引结构1410可以坐落在夹层结构1200之上。覆板1410可以包括介电基板1420和调谐结构1430、1440和1450。调谐结构1430、1440和1450每个可以包括数个垂直堆叠在彼此顶部上并且嵌入在介电基板1420内的构件。例如，调谐结构1430可以包括布置在垂直于基板1420的顶表面的垂直堆叠中的构件1431-1434。构件1431-1434可以以固定的距离间隔开，以辅助指引EHF信号沿着期望的路径行进。构件1431-1434可以由在阻挡EHF信号辐射中有效的、诸如金属的导电材料构造。
结构1430、1440和1450可以置于其各自CCU的上方，或者更特别地，其各自换能器的上方。例如，结构1430被示为置于CCU1210的上方，并且在相对低介电结构1220的上方并且与其相邻，使得路径1401不受阻碍。在此配置中，调谐结构1430还可以辅助指引EHF信号沿着各自的路径1401。对于调谐结构1440和1450以及其各自的路径1402和1403同样也是如此。
图15A-15C分别示出了根据实施例的、覆板波束引导结构1500的说明性透视图、顶视图和前视图。结构1500可以包括介电基板1520和调谐结构1530、1540和1550。结构1500可以驻留于夹层结构(未示出)的顶部。调谐结构1530、1540和1550每个可以包括数个水平地彼此相邻布置并且嵌入在介电基板1520内的构件。例如，调谐结构1530可以包括布置在平行于基板1520的顶表面的平面中的构件1531-1534。构件1531-1534可以以固定的距离间隔开，以指引EHF信号沿着期望的路径行进。构件1531-1534可以由在阻挡EHF信号辐射中有效的、诸如金属的导电材料构造。调谐结构1530、1540和1550的水平布置可以适合于当信号路径朝向侧面时使用，诸如通过路径1501-1503示出的那些。
应当理解，与图14和15的多个部件结构相比，覆板信号引导结构可以用作与特定CCU相互作用的分立部件。例如，根据各种实施例，可以使用诸如在图16A和16B中示出的那些结构的单独结构。图16A示出了具有水平定向调谐结构的覆板结构1610。图16B示出了具有垂直定向调谐结构的覆板结构1620。
根据各种实施例，并且特别根据通过电路板阻挡信号传播的实施例，串扰可以利用信号阻挡结构来减轻。这种信号阻挡结构也可以能够吸收和/或阻挡已进入电路板的EHF信号能量(取决于所使用的材料)。通过电路板防止信号传播可以有利地使得串扰减轻和信号强度增强。
图17A和17B示出了具有合并在电路板内的信号阻挡结构的组件的说明性侧视图和透视图。组件1700可以包括基板1701、嵌入在基板1701内的信号阻挡结构1710以及安装在基板1701的顶部的CCU1720。信号阻挡结构1710可以包括构件1711-1713。构件1711-1713可以基于由CCU1720发送或接收的EHF信号的信令特性调整尺寸并且在相邻构件之间以固定的距离间隔开。例如，在其中构件1711-1713是导电板的实施例中，构件之间的间距可以小于感兴趣的EHF信号频率的波长的四分之一，并且针对基板1701的介电特性被调整。另外，构件1711-1713的平坦表面的朝向平行于电场极化。此外，构件1711-1713的尺寸应该是波长的至少一半或四分之一或基板宽度，深度可以是波长的大约四分之一，并且厚度应该大于4个趋肤深度。在其它实施例中，构件1711-1713可以包括导电板、反射板、EHF吸收板以及其任意组合。
图18A示出了从CCU1720发送到CCU1830的EHF信号辐射的说明性屏幕截图。如所示出的，EHF信号辐射1810不传播通过基板1701。图18B示出了从CCU1830发送并且由CCU1720接收的EHF信号辐射的另一个说明性屏幕截图。如所示出的，EHF信号辐射1820不传播通过基板1701。
图19A和19B示出了具有合并在电路板内的信号阻挡结构的组件的说明性侧视图和透视图。组件1900可以包括基板1901、嵌入在基板1901内的信号阻挡结构1910以及安装在基板1901的顶部的CCU1920。如所示出的，信号阻挡结构1910可以被构造为固定到导电板1912的单个金属块1911。可替代地，单个金属块可以用源自导电板以形成金属栅栏的一系列金属过孔来代替。
图20示出了从CCU1920发送的EHF信号辐射的说明性屏幕截图。如所示出的，信号阻挡结构1910在防止任何EHF信号辐射2010传播通过基板1901中是有效的。
在一些方法中，包含EHFCCU的壳体自身可以用来引导EHF信号并且限制其传播。图21示出了这种实施例。特别地，图21示出了包括壳体2110和壳体2150的组件2100。壳体2110可以包括基板2120、作为基板2120的一部分的接地平面2121、以及CCU2130。壳体2150可以包括基板2160、作为基板2160的一部分的接地平面2161、以及CCU2170。壳体2110和2150两者都可以由金属或防止EHF信号从其穿过的其它材料构造。开口2112和2152分别存在于壳体2110和2150中，以启用CCU2130和2170之间的信号路径。可以选择壳体2110和2150之间的间距距离，以限制通过两个壳体之间存在的接口的信号泄漏。应当理解，开口2112和2152表示EHF信号可以穿过的通路。在一些实施例中，开口可以是由空气占据的物理开口，或者开口可以用介电材料填充。如果期望，图17和19的信号阻挡结构可以合并在一个或两个基板2120和2160中。
EHF信号传播可以通过控制内壁2104和接地平面2121之间的间距来限制。可以将示为D的此间距设置为小于EHF信号波长的一半。如所示出的，这种间距可以有效地防止EHF信号在α的方向上的传播。此方向α可以平行于顶表面基板2120。图22示出了其中CCU2170朝着EHFCCU2130发送EHF信号的说明性EHF信号辐射截图。如所示出的，EHF信号辐射2210紧邻CCU2170和2130存在，但是在α方向上被抑制超过CCU2130。
相信本文中阐述的公开包括具有独立效用的多个不同发明。虽然这些发明中的每个已经以其优选形式被公开，但是如本文中公开和示出的其具体的实施例不应当以限制的意义被考虑，因为许多变化都是可能的。每个例子定义在前述公开中公开的实施例，但是任何一个例子都并不一定包括可以最终被要求保护的所有特征或组合。在描述叙述“一个”或“第一”元件或其等同物时，这样的描述包括一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。此外，用于识别出的元件的序数指示符(诸如第一、第二或第三)被用来在元件之间区分，而不指示这样的元件的所需或受限的数量，并且不指示这样的元件的特定位置或次序，除非另外具体声明。
虽然在阅读了前面的描述后本发明的许多改变和修改无疑将对本领域普通技术人员变得明显，但是应当理解，通过说明的方式示出和描述的特定实施例绝不意在被认为是限制的。因此，对优选实施例的细节的参考并非旨在限制它们的范围。

Claims (48)

1.一种非接触式通信设备，包括：
基板；
安装到基板的非接触式通信单元(CCU)，所述CCU包括换能器；以及
部分地掩盖CCU的波束整形反射器，其中换能器可操作以选择性地沿着至少部分地由波束整形反射器限定的信号整形路径发送和接收非接触式信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中反射器包括聚焦区域，并且其中信号能量集中在聚焦区域中。
3.如权利要求2所述的设备，其中换能器置于聚焦区域中。
4.如权利要求1所述的设备，其中反射器包括：
限定容积的凹形部分，其中换能器被包含在该容积中。
5.如权利要求4所述的设备，其中凹形部分包括波束聚焦区域，并且其中换能器置于波束聚焦区域中。
6.如权利要求1所述的设备，其中波束整形反射器减轻串扰。
7.如权利要求1所述的设备，其中波束整形反射器包括第一和第二外表面，波束整形反射器还包括：
安装到第一外表面的第一导电板；以及
安装到第二外表面的第二导电板，其中第一和第二导电板可操作以限定信号整形路径。
8.如权利要求1所述的设备，其中波束整形反射器包括弯曲部分。
9.一种波束引导系统，包括：
第一波束引导结构，包括：
可操作以阻挡非接触式信号的传输的至少第一信号阻挡部分；
置于第一信号阻挡部分内的至少第一信号准直部分，该信号准直部分可操作以校准穿过第一波束引导结构的非接触式信号；以及
第二波束引导结构，包括：
可操作以阻挡非接触式信号的传输的至少第二信号阻挡部分；以及
置于第二信号阻挡部分内的至少第二信号准直部分，该信号准直部分可操作以校准穿过第二波束引导结构的信号，
其中第一和第二波束引导结构相对于彼此对准，使得第一和第二准直部分基本上同轴对准。
10.如权利要求9所述的系统，还包括：
与第一波束引导结构相邻地放置的第一非接触式通信单元(CCU)，第一CCU可操作以选择性地将非接触式信号发送通过第一波束引导结构并且从第一波束引导结构接收非接触式信号。
11.如权利要求10所述的系统，还包括：
与第二波束引导结构相邻地放置的第二CCU，第二CCU可操作以选择性地将非接触式信号发送通过第二波束引导结构并且从第二波束引导结构接收非接触式信号。
12.如权利要求9所述的系统，其中在第一和第二波束引导结构之间存在固定距离，其中固定距离基于非接触式信号的波长。
13.如权利要求12所述的系统，其中固定距离被电介质占据。
14.如权利要求13所述的系统，其中电介质包括空气。
15.如权利要求9所述的系统，其中第一和第二信号准直部分每个包括至少一个缝隙天线。
16.如权利要求9所述的系统，其中第一和第二信号准直部分每个包括介电材料。
17.如权利要求9所述的系统，其中第一和第二信号阻挡部分每个包括导电材料。
18.如权利要求9所述的系统，还包括：
置于第一结构的信号阻挡部分内的至少第三准直部分；
相对于第三准直部分对准的第三CCU；
置于第二结构的信号阻挡部分内的至少第四准直部分；以及
相对于第四准直部分对准的第四CCU，
其中第三和第四信号准直部分被同轴对准。
19.一种夹层波束导向器，包括：
具有中心轴的基板；
在沿着中心轴的第一位置处安装到基板的第一非接触式通信单元(CCU)，第一CCU包括定向在第一方向上的第一换能器；
在沿着中心轴的第二位置处安装到基板的第二CCU，第二CCU包括定向在第二方向上的第二换能器；
安装在基板上与第一换能器相邻的、特征化为第一类型的至少第一波束引导结构；
安装在基板上与第二换能器相邻的、特征化为第一类型的至少第二波束引导结构；
安装在基板上与第一CCU相邻的、特征化为第二类型的至少第三波束引导结构；
安装在基板上与第二CCU相邻的、特征化为第二类型的至少第四波束引导结构；以及
安装在基板上在第一和第二CCU之间的至少第一波束消散结构，
其中第一、第二、第三和第四波束引导结构以及第一波束消散结构共同地为第一和第二CCU整形非接触式信号的信号路径。
20.如权利要求19所述的夹层结构，其中第一波束消散结构基于非接触式信号的至少一个期望的信号路径来放置。
21.如权利要求19所述的夹层结构，还包括：
在沿着中心轴的第三位置处安装到基板的第三CCU，第三CCU包括定向在第三方向上的第三换能器；
安装在基板上在第二和第三CCU之间的至少第二波束消散结构；
安装在基板上与第三换能器相邻的、特征化为第一类型的至少第五波束引导结构；以及
安装在基板上、特征化为第二类型的至少第六波束消散结构。
22.如权利要求19所述的夹层结构，其中第一和第二波束引导结构每个包括具有第一介电常数的介电材料。
23.如权利要求22所述的夹层结构，其中第三和第四波束引导结构每个包括具有第二介电常数的介电材料，其中第二介电常数小于第一介电常数。
24.如权利要求19所述的夹层结构，其中第三和第四波束引导结构每个可操作以在与中心轴正交的方向上引导非接触式信号。
25.如权利要求19所述的夹层结构，其中第三和第四波束引导结构每个包括非接触式信号反射材料。
26.一种夹层波束导向器，包括：
基板；
安装到基板的多个非接触式通信单元(CCU)；以及
夹层波束导向器，可操作以在垂直于基板的CCU安装表面的方向上指引非接触式信号并且减轻横向和多路径串扰。
27.如权利要求26所述的夹层波束导向器，还包括安装在夹层波束导向器的顶部上的波束成形引导结构。
28.如权利要求26所述的夹层波束导向器，其中波束成形引导结构包括覆板和多个波导调谐金属结构。
29.如权利要求28所述的夹层波束导向器，其中所述多个波导调谐金属结构的第一子集垂直地堆叠在一个CCU的上方。
30.如权利要求29所述的夹层波束导向器，其中所述多个波导调谐金属结构的第一子集包括布置在堆叠中的至少两个波导调谐金属结构，其中在紧密相邻的金属结构之间存在固定距离。
31.如权利要求29所述的夹层波束导向器，其中第一子集置于CCU的换能器的上方。
32.如权利要求28所述的夹层波束导向器，其中每个CCU与所述多个波导调谐金属结构的各个子集相关联。
33.如权利要求32所述的夹层波束导向器，其中每个子集包括布置在升高到其各自CCU上方的垂直堆叠中的至少两个波导调谐金属结构。
34.如权利要求32所述的夹层波束导向器，其中每个子集包括布置在跨与其各自CCU共平面的平面延展的水平堆叠中的至少两个波导调谐金属结构。
35.一种用于与非接触式通信单元(CCU)结合使用的覆板波束指引结构，该结构包括：
多个嵌入在被调整尺寸以安装到包含CCU的基板的介电材料中的波导调谐金属结构，
其中波导调谐金属结构辅助限定用于非接触式信号波传播的信号路径。
36.如权利要求35所述的覆板，其中信号路径被布置在垂直于覆板的平面的垂直方向上。
37.如权利要求35所述的覆板，其中信号路径被布置在与覆板的平面共平面的水平方向上。
38.如权利要求35所述的覆板，其中信号路径被布置在水平和垂直方向上。
39.如权利要求35所述的覆板，其中波导调谐金属结构中的每个基于介电材料以及非接触式信号的频率和波长调整尺寸并且彼此间隔开。
40.如权利要求35所述的覆板，其中介电材料占据在每个波导调谐金属结构之间存在的空间。
41.一种装置，包括：
电路板，包括第一表面和第二表面，其中第一和第二表面之间的距离限定了厚度，其中电路板包括：
在第一表面上存在的第一非接触式通信单元(CCU)安装区域；
置于厚度内的第一CCU安装区域下方的第一信号阻挡结构；
在第一表面上存在的第二CCU安装区域；
置于厚度内的第二CCU安装区域下方的第二信号阻挡结构；
其中第一和第二信号阻挡结构可操作以抑制非接触式信号通过电路板的传输。
42.如权利要求41所述的装置，其中第一信号阻挡结构包括多个导电板。
43.如权利要求41所述的装置，其中第一信号阻挡结构由具有小于电路板的介电常数的介电常数的材料构造。
44.如权利要求41所述的装置，其中第一信号阻挡结构包括至少一个导电板和固定到所述导电板的导电块。
45.如权利要求41所述的装置，其中第一信号阻挡结构包括导电板和从导电板延伸以形成导电栅栏的多个导电过孔。
46.一种系统，包括：
第一导电壳体，包括第一内表面和第二内表面；
固定到第一内表面的电路板，该电路板包括接地层；以及
安装在电路板上的第一非接触式通信单元(CCU)，其中非接触式信号由CCU发送并且针对目标CCU，
其中限定接地层和第二内表面之间的距离以最小化非接触式信号超过目标CCU的传播。
47.如权利要求46所述的系统，还包括
包括目标CCU的第二导电壳体。
48.如权利要求47所述的系统，其中第一和第二导电壳体被间隔开固定距离，以减轻非接触式信号泄漏。
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