DE102013205595A1

DE102013205595A1 - Mobilgerät und Antennenanordnung darin

Info

Publication number: DE102013205595A1
Application number: DE102013205595A
Authority: DE
Inventors: Yu-Chun Lu; Yi-Cheng Lin; Pei-Zong RAO; Wei-Shin Tung
Original assignee: HTC Corp
Current assignee: HTC Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: US8760352B2; CN103367917B; US20130257668A1; CN103367917A; TW201340464A; TWI482360B; DE102013204368A1; CN103367877A; DE102013205595B4; CN103367877B; DE102013204368B4; TWI509880B; TW201411934A

Abstract

Ein Mobilgerät umfasst mindestens ein dielektrisches Substrat, eine Antennenanordnung und einen Transceiver. Die Antennenanordnung umfasst mindestens eine erste Antenne und eine zweite Antenne. Die erste und die zweite Antenne sind jeweils in dem dielektrischen Substrat eingebettet. Die erste und die zweite Antenne weisen unterschiedliche Polarisationen auf. Der Transceiver ist an die Antennenanordnung gekoppelt, um ein Signal zu übermitteln oder zu empfangen. Die Polarisation der Antennenanordnung kann durch Steuern einer Phasendifferenz zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne dynamisch angepasst werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der Anmeldung Nr. 13/435,867, eingereicht am 30. März 2012, die hierin unter Bezugnahme zur Gänze eingebunden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Mobilgerät und bezieht sich insbesondere auf ein Mobilgerät, das eine Antennenanordnung beinhaltet.
Beschreibung der verwandten Techniken
Dank der Fortschritte in der mobilen Kommunikationstechnologie kann eine Kamera oder ein Videorekorder in einem Mobilgerät Bilder und Videos mit hoher Auflösung abrufen. Gewisse hochwertige Mobilgeräte verwenden HDMI(High Definition Multimedia Interface)-Kabel als Schnittstelle, um Audio-/Videodaten mit hoher Auflösung an andere Anzeigegeräte zu übermitteln. Für Anwender ist es jedoch angenehmer, zum Übermitteln von Videodaten hoher Qualität eine drahtlose Übermittlung zu verwenden, insbesondere ein 60-GHz-Band, das eine ausreichende Bandbreite aufweist.
Traditionellerweise nimmt eine Antennenanordnung zum Übermitteln von Daten in einem Mobilgerät im Normalfall viel Platz in Anspruch. Des Weiteren kann die Antennenanordnung Signale nicht dynamisch in verschiedenen Richtungen empfangen und übermitteln, wenn das Mobilgerät bewegt oder gedreht wird. Dies verringert die Kommunikationsqualität des Mobilgeräts.
KURZÜBERSICHT DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform richtet sich vorliegende Anmeldung auf ein Mobilgerät, das mindestens Folgendes beinhaltet: ein dielektrisches Substrat; eine Antennenanordnung, die mindestens Folgendes beinhaltet: eine erste Antenne, die in dem dielektrischen Substrat eingebettet ist, und eine zweite Antenne, die in dem dielektrischen Substrat eingebettet ist, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne unterschiedliche Polarisationen aufweisen; und einen Transceiver, der an die Antennenanordnung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Signal zu übermitteln oder zu empfangen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Anmeldung kann durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, wobei:
1A eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
1B eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist;
2 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3A eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen einer Schlitzantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3B eine vertikale Ansicht zum Veranschaulichen der Schlitzantenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist;
4 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Reflexionsdämpfung der Schlitzantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
5A eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen einer Monopolantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
5B eine vertikale Ansicht zum Veranschaulichen der Monopolantenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist;
6 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Reflexionsdämpfung der Monopolantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
7 eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
8 eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist;
9A eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
9B eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
10A eine Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Aperturantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
10B eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen einer Aperturantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
10C eine Seitenansicht zum Veranschaulichen einer Aperturantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
10D eine Draufsicht zum Veranschaulichen einer Aperturantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
11 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1A ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Mobilgerät 100 kann ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder ein Notebook sein. Wie in 1A gezeigt, beinhaltet das Mobilgerät 100 mindestens ein dielektrisches Substrat 110, eine Antennenanordnung 130 und einen Transceiver 170. Eine Fachperson kann verstehen, dass das Mobilgerät 100 ferner einen Prozessor, ein Anzeigemodul, ein Berührungsmodul, ein Eingabemodul und andere elektronische Komponenten beinhalten kann, auch wenn sie in 1A nicht gezeigt sind. In manchen Ausführungsformen ist das dielektrische Substrat 110 ein FR4-Substrat oder ein LTCC(Low Temperatur Co-fired Ceramics, Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken)-Substrat und der Transceiver 170 ist ein TR(Transmission and Reception, Übermittlung und Empfang)-Chip, der an zwei Seiten des dielektrischen Substrats 110 angeordnet sein kann. Der Transceiver 170 ist elektrisch an die Antennenanordnung 130 gekoppelt und ist konfiguriert, um ein Signal zu übermitteln oder zu empfangen.
Die Antennenanordnung 130 liegt nahe an einer Seitenkante 112 des dielektrischen Substrats 110, um Längsstrahlung zu erzeugen, zum Beispiel im Wesentlichen in eine X-Richtung in 1A. In einer Ausführungsform ist der Transceiver 170 konfiguriert, um einen Hauptstrahl der Antennenanordnung 130 in eine spezifische Richtung anzupassen, die eine Empfangsrichtung anderer Anzeigegerätschnittstellen (z. B. eines Bildschirm, eines Fernsehers, eines Projektionsgeräts oder eines Mobilgeräts) sein kann. Die Antennenanordnung 130 beinhaltet eine oder mehr Übermittlungsantennen AT zum Übermitteln von Signalen oder eine oder mehr Empfangsantennen AR zum Empfangen von Signalen. Da die Übermittlungsantennen AT mit den Empfangsantennen AR verschachtelt sind, kann die Isolation zwischen den Übermittlungsantennen AT und/oder die Isolation zwischen den Empfangsantennen AR verbessert werden. Zusätzlich dazu sind alle Übermittlungsantennen AT und Empfangsantennen AR der Antennenanordnung 130 in dem dielektrischen Substrat 110 eingebettet und die Oberfläche des dielektrischen Substrats 110 weist ausreichend Platz auf, um andere Komponenten wie etwa einen TR-Chip unterzubringen. In einer Ausführungsform sind die Empfangsantennen AR und/oder die Übermittlungsantennen AT Schlitzantennen, Monopolantennen, Dipolantennen oder Yagi-Antennen.
1B ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 190 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1B gezeigt, beinhaltet das Mobilgerät 190 ferner eine andere Antennenanordnung 150 nahe an einer anderen Seitenkante 114 des dielektrischen Substrats 110, um Längsstrahlung zu erzeugen, wobei die Seitenkante 114 zu der Seitenkante 112 im Wesentlichen senkrecht ist. In der Ausführungsform geht der Hauptstrahl der Antennenanordnung 130 im Wesentlichen in die X-Richtung und der Hauptstrahl der Antennenanordnung 150 geht im Wesentlichen in eine Y-Richtung. In ähnlicher Weise ist der Transceiver 170 konfiguriert, um die Hauptstrahlen der Antennenanordnungen 130 und 150 dynamisch in eine spezifische Richtung, die zu einer Empfangsrichtung einer anderen Anzeigegerätschnittstelle parallel ist, anzupassen.
2 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Antennenanordnung 130 (oder 150) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Antennenanordnung 130 (oder 150) mindestens drei Antennen 131, 132 und 133. Die Antenne 133 ist zwischen den Antennen 131 und 132 positioniert, um Kopplung zwischen den Antennen 131 und 132 zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass die zwei benachbarten Antennen von unterschiedlichem Typ sein sollten, um die Isolation zu verbessern. In einer Ausführungsform ist jede der Antennen 131 und 132 eine Übermittlungsantenne AT und die Antenne 133 ist eine Empfangsantenne AR. In einer anderen Ausführungsform ist jede der Antennen 131 und 132 eine Empfangsantenne AR und die Antenne 133 ist eine Übermittlungsantenne AT. Es ist zu beachten, dass, da die Antennen 131 und 132 vom gleichen Typ sind, durch Schalten und Anpassen des Transceivers 170 und ferner durch Verändern der Eingabephase und Eingabeenergie der Antenne 131 und 132 ein synthetischer Strahl gebildet wird, um die Hauptstrahlen der Antennenanordnungen 130 und 150 dynamisch anzupassen. Daher können andere Anzeigegerätschnittstellen die optimale Übermittlungs- und Empfangsqualität aufweisen, um die Leistungsfähigkeit von drahtloser Übermittlung zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Antennen 131, 132 und 133 in dem dielektrischen Substrat 110 eingebettet und sind im Wesentlichen in einer geraden Linie angeordnet. Die Entfernung D12 zwischen den Antennen 131 und 132 beträgt im Wesentlichen eine halbe Wellenlänge (λ/2) einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung 130. In einer anderen Ausführungsform ist die Entfernung D13 zwischen den Antennen 131 und 133 ungefähr gleich der Entfernung D23 zwischen den Antennen 132 und 133. Die Antennenanordnung 130 (oder 150) kann mehr Übermittlungsantennen AT und mehr Empfangsantennen AR beinhalten, als in 1A gezeigt sind.
3A ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen einer Schlitzantenne 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3B ist eine vertikale Ansicht zum Veranschaulichen der Schlitzantenne 300 gemäß der Ausführungsform der Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Empfangsantenne AR in der Antennenanordnung 130 (oder 150) eine Schlitzantenne 300, die in dem dielektrischen Substrat 110 eingebettet ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, beinhaltet die Schlitzantenne 300 eine Erdungsstruktur 310, ein Einspeisungselement 320 und eine Hohlraumstruktur 350. Die Erdungsstruktur 310, das Einspeisungselement 320 und die Hohlraumstruktur 350 sind jeweils aus Metall wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt. Die Erdungsstruktur 310 ist im Wesentlichen flach und weist einen Schlitz 315 auf, der parallel zu der Erdungsstruktur 310 ist. Das Einspeisungselement 320 ist elektrisch an eine Signalquelle 390 gekoppelt und erstreckt sich über den Schlitz 315 der Erdungsstruktur 310, so dass die Schlitzantenne 300 in angeregtem Zustand ist. Die Hohlraumstruktur 350 ist im Wesentlichen ein hohles Metallgehäuse und ist elektrisch an die Erdungsstruktur 310 gekoppelt. Eine offene Seite 351 der Hohlraumstruktur 350 ist dem Schlitz 315 der Erdungsstruktur 310 zugewandt. Die Hohlraumstruktur 350 ist konfiguriert, um elektromagnetische Wellen zu reflektieren, um den Gewinn der Schlitzantenne 300 zu verstärken. In anderen Ausführungsformen wird die Hohlraumstruktur 350 aus der Schlitzantenne 300 entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das dielektrische Substrat 110 ein LTCC-Substrat, das eine Vielzahl von Metallschichten ML und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen VA beinhaltet, und die Erdungsstruktur 310 und die Hohlraumstruktur 350 sind durch manche der Vielzahl von Metallschichten ML und manche der Vielzahl von Durchkontaktierungen VA gebildet. Die Vielzahl von Durchkontaktierungen sind elektrisch zwischen der Vielzahl von Metallschichten ML gekoppelt. Um Leckwellen zu vermeiden, sollte die Entfernung zwischen zwei beliebigen benachbarten Durchkontaktierungen VA kleiner als 0,125 Wellenlängen (λ/8) einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung 130 sein. Das Einspeisungselement 320 kann sich ferner durch ein kreisförmiges Loch MLH in der obersten Metallschicht ML in einen Innenraum der Hohlraumstruktur 350 erstrecken. In einer Ausführungsform beinhaltet das Einspeisungselement 320 eine Mikrostreifenleitung oder eine Streifenleitung.
4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Reflexionsdämpfung der Schlitzantenne 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die vertikale Achse stellt die Reflexionsdämpfung (Einheit: dB) dar und die horizontale Achse stellt die Betriebsfrequenz (Einheit: GHz) dar. Wie in 4 gezeigt, wird die Schlitzantenne 300 angeregt, um ein Frequenzband FB1 zu bilden, das ungefähr von 57 GHz bis 66 GHz reicht. Die Schlitzantenne 300 ist deshalb in der Lage, das 60-GHz-Band abzudecken.
5A ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen einer Monopolantenne 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 5B ist eine vertikale Ansicht zum Veranschaulichen der Monopolantenne 500 gemäß der Ausführungsform der Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Übermittlungsantenne AT in der Antennenanordnung 130 (oder 150) eine Monopolantenne 500, die in dem dielektrischen Substrat 110 eingebettet ist und sich in einer zu dem dielektrischen Substrat 110 senkrechten Richtung (z. B. der X-Richtung) erstreckt. Wie in 5A und 5B gezeigt, beinhaltet die Monopolantenne 500 eine Erdungsstruktur 510, ein Hauptstrahlungselement 520, ein Einspeisungselement 530 und eine Reflexionsstruktur 550, die alle jeweils aus Metall wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt sind. Die Erdungsstruktur 510 ist im Wesentlichen flach und weist ein kleines Loch 515 auf. Ein Ende 525 des Hauptstrahlungselements 520 erstreckt sich senkrecht durch das kleine Loch 515 der Erdungsstruktur 510. In einer Ausführungsform beinhaltet das Hauptstrahlungselement 520 zwei Strahlungs-Unterelemente, ein I-förmiges Strahlungs-Unterelement 521 und ein J-förmiges Strahlungs-Unterelement 522. Das I-förmige Strahlungs-Unterelement 521 erstreckt sich durch das kleine Loch 515 der Erdungsstruktur 510 und das J-förmige Strahlungs-Unterelement 522 ist elektrisch an ein Ende des I-förmigen Strahlungs-Unterelements 521 gekoppelt. In anderen Ausführungsformen weist das Hauptstrahlungselement 520 andere Formen wie etwa eine I-Form, eine C-Form oder eine Z-Form auf. Das Einspeisungselement 530 ist elektrisch an das Ende 525 des Hauptstrahlungselements 520 gekoppelt und ist ferner elektrisch an eine Signalquelle 590 gekoppelt. In einer Ausführungsform beinhaltet das Einspeisungselement 530 ein rechteckiges koaxiales Kabel, das im Wesentlichen parallel zu der Erdungsstruktur 510 und im Wesentlichen senkrecht zu dem Hauptstrahlungselement 520 ist. Die Reflexionsstruktur 550 ist im Wesentlichen flach. Die Reflexionsstruktur 550 ist elektrisch an die Erdungsstruktur 510 gekoppelt und ist im Wesentlichen senkrecht zu der Erdungsstruktur 510. Die Reflexionsstruktur 550 liegt nahe an dem Hauptstrahlungselement 520, um elektromagnetische Wellen zu reflektieren und das Strahlungsmuster der Monopolantenne 500 anzupassen. In anderen Ausführungsformen wird die Reflexionsstruktur 550 von der Monopolantenne 500 entfernt. In ähnlicher Weise ist das dielektrische Substrat 110 in einer bevorzugten Ausführungsform ein LTCC-Substrat, das eine Vielzahl von Metallschichten und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen beinhaltet. Obwohl in 5A und 5B nicht gezeigt, können die Erdungsstruktur 510 und die Reflexionsstruktur 550 durch manche der Vielzahl von Metallschichten und manche der Vielzahl von Durchkontaktierungen gebildet sein. Es ist zu beachten, dass, wenn sich die Schlitzantenne 300 angrenzend an die Monopolantenne 500 befindet, die Erdungsstruktur 310 in 3A elektrisch an die Erdungsstruktur 510 in 5A gekoppelt ist.
6 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Reflexionsdämpfung der Monopolantenne 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die vertikale Achse stellt die Reflexionsdämpfung (Einheit: dB) dar und die horizontale Achse stellt die Betriebsfrequenz (Einheit: GHz) dar. Wie in 6 gezeigt, wird die Monopolantenne 500 angeregt, um ein Frequenzband FB2 zu bilden, das ungefähr von 57 GHz bis 66 GHz reicht. Die Monopolantenne 500 ist deshalb in der Lage, das 60-GHz-Band abzudecken. Gemäß 4 und 6 ist die Antennenanordnung 130 (oder 150) in der Lage, ein Anordnungsband abzudecken, das ungefähr von 57 GHz bis 66 GHz reicht.
7 ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 700 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 7 gezeigt, beinhaltet der Transceiver 170 des Mobilgeräts 700 einen TR(Transmission and Reception, Übermittlung und Empfang)-Schalter 172 und eine Abstimmeinheit 174. In der Ausführungsform ist der Transceiver 170 auf dem dielektrischen Substrat 110 angeordnet, er ist aber nicht darauf beschränkt. Der TR-Schalter 172 ist konfiguriert, um die Funktionen der Übermittlungsantenne AT und der Empfangsantenne AR auszutauschen. Mit anderen Worten, die Übermittlungsantenne AT kann Signale empfangen und die Empfangsantenne AR kann Signale übermitteln. Die Abstimmeinheit 174 ist konfiguriert, um den Hauptstrahl der Antennenanordnung 130 dynamisch in eine spezifische Richtung anzupassen (z. B. in eine Empfangsrichtung anderer Anzeigegerätschnittstellen). Der TR-Schalter 172 und die Abstimmeinheit 174 können ein Abschnitt von Schaltkreisen in einem TR-Chip sein. In anderen Ausführungsformen ist der TR-Schalter 172 unabhängig von dem Transceiver 170.
8 ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 800 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Wie in 8 gezeigt, beinhaltet das Mobilgerät 800 ferner eine andere Antennenanordnung 820, die auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 110 angeordnet ist und elektrisch an den Transceiver 170 gekoppelt ist. In der Ausführungsform geht der Hauptstrahl der Antennenanordnung 130 im Wesentlichen in die X-Richtung und ein Hauptstrahl der Antennenanordnung 820 geht im Wesentlichen in eine zu der X-Richtung senkrechten Z-Richtung. In ähnlicher Weise kann die Antennenanordnung 820 eine oder mehr Übermittlungsantennen oder Empfangsantennen wie etwa Patchantennen beinhalten.
In Bezug auf Elementparameter ist das dielektrische Substrat 110 in einer Ausführungsform ein LTCC-Substrat. Das dielektrische Substrat 110 weist eine Dicke von etwa 1,45 mm auf und weist eine Dielektrizitätskonstante von etwa 7,5 auf. Die zuvor erwähnten Parameter können gemäß gewünschten Frequenzbändern angepasst werden.
Die Ausführungsformen aus 1–8 weisen die folgenden Vorteile auf: (1) die Antennenanordnung ist in dem dielektrischen Substrat eingebettet, so dass die belegte Fläche verkleinert ist; (2) die Übermittlungsantennen sind mit den Empfangsantennen in der Antennenanordnung verschachtelt, um die gegenseitige Kopplung zu reduzieren und die Gesamtlänge der Antennenanordnung zu verringern; (3) die Antennenanordnung befindet sich nahe an einer Seitenkante des dielektrischen Substrats, um Längsstrahlung in einer horizontalen Richtung zu erzeugen; und (4) der Hauptstrahl der Antennenanordnung ist einfach abstimmbar.
9A ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 900 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Mobilgerät 900 kann ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder ein Notebook sein. Wie in 9A gezeigt, beinhaltet das Mobilgerät 900 mindestens ein dielektrisches Substrat 110, eine Antennenanordnung 930 und einen Transceiver 170. Das Mobilgerät 900 kann ferner einen Prozessor, ein Anzeigemodul, ein Berührungsmodul, ein Eingabemodul oder andere elektronische Komponenten (nicht gezeigt) beinhalten. In manchen Ausführungsformen ist das dielektrische Substrat 110 ein FR4-Substrat oder ein LTCC(Low Temperatur Co-fired Ceramics, Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken)-Substrat und der Transceiver 170 ist ein TR(Transmission and Reception, Übermittlung und Empfang)-Chip. In der Ausführungsform ist der Transceiver 170 auf dem dielektrischen Substrat 110 angeordnet, er ist aber nicht darauf beschränkt. Der Transceiver 170 kann elektrisch an die Antennenanordnung 930 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um ein Signal zu übermitteln oder zu empfangen.
Die Antennenanordnung 930 befindet sich nahe an einer Seitenkante 112 des dielektrischen Substrats 110, um Längsstrahlung zu erzeugen. Die Antennenanordnung 930 beinhaltet mindestens zwei Antennen 910 und 920. Die Antennen 910 und 920 sind jeweils in dem dielektrischen Substrat 110 eingebettet. Der Unterschied zu den Ausführungsformen aus 1–8 besteht darin, dass alle Antennen der Antennenanordnung 930 gleichzeitig entweder als Übermittlungsantennen oder Empfangsantennen konfiguriert sind. Die Antennen 910 und 920 können unterschiedliche Polarisationen aufweisen. In manchen Ausführungsformen weist die Antenne 910 im Wesentlichen eine horizontale Polarisation auf und die Antenne 920 weist im Wesentlichen eine vertikale Polarisation auf. In manchen Ausführungsformen weist die Antenne 910 im Wesentlichen eine vertikale Polarisation auf und die Antenne 920 weist im Wesentlichen eine horizontale Polarisation auf. Die Entfernung D1 zwischen den Antennen 910 und 920 beträgt ungefähr eine halbe Wellenlänge (λ/2) einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung 930. Die Antennenanordnung 930 ist in der Lage, ein Anordnungsband abzudecken, das ungefähr von 57 GHz bis 66 GHz reicht. Demgemäß unterstützt das Mobilgerät 900 den Standard für drahtlose Kommunikation des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11ad.
In manchen Ausführungsformen ist die Antenne 910 die Schlitzantenne 300, wie in 3A und 3B gezeigt, und die Antenne 920 ist die Monopolantenne 500, wie in 5A und 5B gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Monopolantenne 500 ferner um 90 Grad gedreht werden kann, um eine Polarisation zu erzeugen, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Polarisation der Schlitzantenne 300 ist. In anderen Ausführungsformen kann eine beliebige der Antennen 910 und 920 ein anderer Antennentyp wie etwa ein Aperturantenne, eine Dipolantenne oder eine Yagi-Antenne sein.
9B ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 950 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 9B ist ähnlich 9A. Der Unterschied besteht darin, dass eine Antennenanordnung 940 des Mobilgeräts 950 ferner drei oder mehr Antennen 910 und 920 beinhaltet. Beliebige zwei benachbarte Antennen 910 und 920 weisen unterschiedliche Polarisationen auf. In manchen Ausführungsformen weisen die Antennen 910 im Wesentlichen horizontale Polarisationen auf und die Antennen 920 weisen im Wesentlichen vertikale Polarisationen auf. In manchen Ausführungsformen weisen die Antennen 910 im Wesentlichen vertikale Polarisationen auf und die Antennen 920 weisen im Wesentlichen horizontale Polarisationen auf. Zusätzlich dazu beträgt die Entfernung D1 zwischen zwei beliebigen benachbarten Antennen 910 und 920 ungefähr eine halbe Wellenlänge (λ/2) einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung 940. Andere Merkmale des Mobilgeräts 950 aus 9B sind ähnlich jenen des Mobilgeräts 900 aus 9A. Demgemäß können die zwei Ausführungsformen ähnliche Arbeitsleistungen erreichen.
10A ist eine Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Aperturantenne 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 10B ist eine bildhafte Zeichnung zum Veranschaulichen der Aperturantenne 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 10C ist eine Seitenansicht zum Veranschaulichen der Aperturantenne 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 10D ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen der Aperturantenne 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Beliebige der Antennen 910 und 920 in den oben stehenden Ausführungsformen können die Aperturantenne 600 sein. Es wird auf 10A, 10B, 10C und 10D zusammen Bezug genommen. Die Aperturantenne 600 umfasst eine Hohlraumstruktur 610 und ein Einspeisungselement 620. Die Hohlraumstruktur 610 und das Einspeisungselement 620 können aus Metall wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das dielektrische Substrat 110 ein LTCC-Substrat, das eine Vielzahl von Metallschichten und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen beinhaltet. Die Vielzahl von Durchkontaktierungen sind elektrisch zwischen der Vielzahl von Metallschichten gekoppelt (ähnlich der Struktur, die in 3A und 3B gezeigt ist). Die Hohlraumstruktur 610 und das Einspeisungselement 620 können durch manche der Vielzahl von Metallschichten und manche der Vielzahl von Durchkontaktierungen gebildet sein, obwohl die Vielzahl von Metallschichten und die Vielzahl von Durchkontaktierungen in 10A, 10B, 10C und 10D nicht gezeigt sind. Um Leckwellen zu vermeiden, sollte die Entfernung zwischen zwei beliebigen benachbarten Durchkontaktierungen kleiner als 0,125 Wellenlängen (λ/8) einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung 930 sein.
Die Hohlraumstruktur 610 weist einen zentralen hohlen Abschnitt 612, eine Hauptapertur 614 und ein Einspeisungsloch 616 auf. Die Hauptapertur 614 und das Einspeisungsloch 616 sind jeweils mit dem zentralen hohlen Abschnitt 612 verbunden. Das Einspeisungsloch 616 und die Hauptapertur 614 können jeweils an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden oder zwei benachbarten Seitenwänden der Hohlraumstruktur 610 gebildet sein. Die Hauptapertur 614 der Hohlraumstruktur 610 kann größer als das Einspeisungsloch 616 der Hohlraumstruktur 610 sein. In manchen Ausführungsformen weist der zentrale hohle Abschnitt 612 der Hohlraumstruktur 610 im Wesentlichen eine Quaderform auf und die Hauptapertur 614 der Hohlraumstruktur 610 weist im Wesentlichen eine rechteckige Form auf und das Einspeisungsloch 616 der Hohlraumstruktur 610 weist im Wesentlichen die Form eines kleinen Rechtecks auf. In anderen Ausführungsformen weist der zentrale hohle Abschnitt 612 der Hohlraumstruktur 610 andere Formen auf, wie etwa eine zylindrische Form oder eine Würfelform. Die Hohlraumstruktur 610 ist konfiguriert, um elektromagnetische Wellen zu reflektieren, um den Gewinn der Aperturantenne 600 zu verstärken.
Das Einspeisungselement 620 ist an eine Signalquelle 990 gekoppelt und erstreckt sich in die Hauptapertur 614 der Hohlraumstruktur 610, um die Aperturantenne 600 anzuregen. Insbesondere beinhaltet das Einspeisungselement 620 zwei Einspeisungszweige 621 und 622 und eine Verbindungsdurchkontaktierung 623. Jeder der Einspeisungszweige 621 und 622 kann im Wesentlichen eine geradlinige Form aufweisen. Die Verbindungsdurchkontaktierung 623 ist elektrisch zwischen einem Ende des Einspeisungszweigs 621 und einem Endes des Einspeisungszweigs 622 gekoppelt. Die Einspeisungszweige 621 und 622 bilden im Wesentlichen eine L-Form. Der Einspeisungszweig 621 ist elektrisch an die Signalquelle 990 gekoppelt und erstreckt sich durch das Einspeisungsloch 616 der Hohlraumstruktur 610 in den zentralen hohlen Abschnitt 612 der Hohlraumstruktur 610. Der Einspeisungszweig 622 ist durch die Verbindungsdurchkontaktierung 623 elektrisch an den Einspeisungszweig 621 gekoppelt. In manchen Ausführungsformen überlappt mindestens ein Abschnitt der Fläche des Einspeisungszweigs 622 die Hauptapertur 614 in einer Normalrichtung einer Ebene (z. B. einer XY-Ebene). Mit anderen Worten, mindestens ein Abschnitt des Einspeisungszweigs 622 ist innerhalb der Hauptapertur 614 der Hohlraumstruktur 610 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einspeisungszweig 622 vollständig innerhalb der Hauptapertur 614 angeordnet. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das Obenstehende beschränkt ist. In anderen Ausführungsformen weist das Einspeisungselement 620 eine Struktur ohne Übergang wie etwa eine geradlinige Form auf und die Verbindungsdurchkontaktierung 623 kann entfernt werden, so dass der Einspeisungszweig 621 direkt elektrisch an den Einspeisungszweig 622 gekoppelt ist.
11 ist Diagramm zum Veranschaulichen eines Mobilgeräts 710 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Mobilgerät 710 beinhaltet ein dielektrisches Substrat (nicht gezeigt), eine Antennenanordnung 930 und einen Transceiver 720. In ähnlicher Weise sind die Antennen 910 und 920 der Antennenanordnung 930 in dem dielektrischen Substrat eingebettet und die Antennenanordnung 930 befindet sich nahe an einer Seitenkante des dielektrischen Substrats, um Längsstrahlung zu erzeugen. Der Transceiver 720 beinhaltet mindestens Phasenschieber 730 und 740, einen TR(Transmission and Reception, Übermittlung und Empfang)-Schalter 750, Übermittlungsmodule 761 und 771 und Empfangsmodule 762 und 772. Der Transceiver 720 und alle Komponenten darin können gemäß einem Prozessorsteuersignal oder einem Benutzereingabesignal gesteuert werden. Der TR-Schalter 750 ist konfiguriert, um Funktionen der Übermittlungsantennen und Empfangsantennen auszutauschen. Wenn zum Beispiel der TR-Schalter 750 auf die Übermittlungsmodule 761 und 771 geschaltet wird, können die Antennen 910 und 920 gleichzeitig als Übermittlungsantennen konfiguriert sein, und wenn der TR-Schalter 750 auf die Empfangsmodule 762 und 772 geschaltet wird, können die Antennen 910 und 920 gleichzeitig als Empfangsantennen konfiguriert sein. Die Phasenschieber 730 und 740 sind konfiguriert, um eine Phasendifferenz zwischen den Antennen 910 und 920 zu steuern. Es wird zum Beispiel angenommen, dass die Antenne 910 im Wesentlichen eine horizontale Polarisation aufweist und die Antenne 920 im Wesentlichen eine vertikale Polarisation aufweist. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Antennen 910 und 920 gleich 0 Grad ist, weist die Antennenanordnung 930 eine lineare Polarisation mit +45 Grad auf. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Antennen 910 und 920 gleich 180 Grad ist, weist die Antennenanordnung 930 eine lineare Polarisation mit –45 Grad auf. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Antenne 910 und 920 gleich –90 oder +90 Grad ist, ist die Antennenanordnung 930 RHCP (Right Hand Circularly Polarized, rechtszirkular polarisiert) oder LHCP (Left Hand Circularly Polarized, linkszirkular polarisiert). Zusätzlich dazu weist die Antennenanordnung 930, wenn das Übermittlungsmodul 761 und das Empfangsmodul 762 ausgeschaltet sind, eine vertikale Polarisation auf, und die Antennenanordnung 930 weist, wenn das Übermittlungsmodul 771 und das Empfangsmodul 772 ausgeschaltet sind, eine horizontale Polarisation auf. Kurz gesagt wird die allgemeine Polarisation der Antennenanordnung 930 durch Steuern der Phasendifferenz zwischen den Antennen 910 und 920 gemäß der freien Bewegung und Rotation des Mobilgeräts dynamisch angepasst. Demgemäß kann die Antennenanordnung 930 eine horizontale Polarisation, eine vertikale Polarisation, eine zirkulare Polarisation oder eine spezifische Polarisation mit einem spezifischen Winkel aufweisen und das Mobilgerät, das die Antennenanordnung 930 beinhaltet, kann Signale einfach in unterschiedlichen Richtungen übermitteln oder empfangen. Da das Mobilgerät dynamisch eine Vielfalt von Polarisationen aufweisen kann, kann die Signalübermittlung zwischen Geräten außerdem reibungslos und kontinuierlich sein, unabhängig von der Polarisation der Empfangsgeräte. Andere Merkmale des Mobilgeräts 710 aus 11 sind ähnlich jenen des Mobilgeräts 900 aus 9A. Demgemäß können die zwei Ausführungsformen ähnliche Arbeitsleistungen erreichen.
Es wird erneut auf 10A, 10B, 10C und 10D Bezug genommen. In manchen Ausführungsformen sind die Größe und die Parameter der Elemente der Erfindung wie folgt. Die Dicke des dielektrischen Substrats 110 ist ungefähr gleich 1,45 mm und die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 110 ist ungefähr von 7,5 bis 7,8. Die Länge L1 des zentralen hohlen Abschnitts 612 beträgt ungefähr von 632 μm bis 948 μm und ist vorzugsweise gleich 790 μm. Die Breite W1 des zentralen hohlen Abschnitts 612 beträgt ungefähr 296 μm bis 444 μm und ist vorzugsweise gleich 370 μm. Die Höhe H1 des zentralen hohlen Abschnitts 612 beträgt ungefähr von 1027 μm bis 1541 μm und ist vorzugsweise gleich 1284 μm. Die Länge L2 der Hauptapertur 614 beträgt ungefähr von 632 μm bis 948 μm und ist vorzugsweise gleich 790 μm. Die Breite W2 der Hauptapertur 614 beträgt ungefähr von 578 μm bis 868 μm und ist vorzugsweise gleich 723 μm. Die Gesamtlänge des Einspeisungselements 620 (einschließlich der Einspeisungszweige 621 und 622 und der Verbindungsdurchkontaktierung 623) beträgt ungefähr von 1120 μm bis 1680 μm und ist vorzugsweise gleich 1400 μm. Die Antennenanordnung der Erfindung weist einen Gesamtspitzengewinn von etwa 8,5 dBi in dem Anordnungsband von 57 GHz bis 66 GHz auf und erfüllt die Anforderungen der praktischen Anwendung.
Die Ausführungsformen aus 9–11 weisen die folgenden Vorteile auf: (1) die Antennenanordnung ist in dem dielektrischen Substrat des Mobilgeräts eingebettet, so dass die belegte Fläche verkleinert ist; (2) die Antennenanordnung befindet sich nahe einer Seitenkante des dielektrischen Substrats, um Längsstrahlung zu erzeugen; (3) die Aperturantenne der Antennenanordnung weist eine breite Bandbreite auf; (4) die Gesamtpolarisation der Antennenanordnung ist einfach anpassbar und in der Lage, Signale in unterschiedlichen Richtungen zu empfangen und zu übermitteln; und (5) das Mobilgerät, das die Antennenanordnung beinhaltet, kann eine gute Strahlungsarbeitsleistung aufrechterhalten, auch wenn es frei bewegt und gedreht wird.
Es ist zu beachten, dass die oben genannten Größen, Formen und Parameter der Elemente und die Frequenzbereiche keine Einschränkungen der Erfindung sind. Ein Konstrukteur kann Anpassungen gemäß unterschiedlichen Anforderungen vornehmen.
Die Verwendung von Ordnungsbegriffen wie etwa „erste(r)”, „zweite(r)”, „dritte(r)” etc. in den Patentansprüchen, um ein Anspruchselement abzuändern, bedeutet in sich keine Priorität, Präzedenz oder eine Ordnung eines Anspruchselements über einem anderen oder die zeitliche Reihenfolge, in der die Abläufe eines Verfahrens durchgeführt werden, sondern diese werden lediglich als Benennungen verwendet, um ein Anspruchselement mit einem bestimmten Namen von einem anderen Element mit dem gleichen Namen (abgesehen von der Verwendung des Ordnungsbegriffs) zu unterscheiden, um die Anspruchselemente zu unterscheiden.
Die Ausführungsformen der Offenbarung werden lediglich als beispielhaft und nicht als Einschränkungen angesehen. Für Fachpersonen wird es offensichtlich sein, dass an der Erfindung verschiedene Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Der wahre Bereich der offenbarten Ausführungsformen wird durch die nachfolgenden Patentansprüche und ihre Äquivalente bezeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11ad [0038]

Claims

Ein Mobilgerät, das mindestens Folgendes beinhaltet: ein dielektrisches Substrat; eine Antennenanordnung, die mindestens Folgendes beinhaltet: eine erste Antenne, die in dem dielektrischen Substrat eingebettet ist; und eine zweite Antenne, die in dem dielektrischen Substrat eingebettet ist, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne unterschiedliche Polarisationen aufweisen; und einen Transceiver, der an die Antennenanordnung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Signal zu übermitteln und zu empfangen.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat ein LTCC(Low Temperatur Co-fired Ceramics, Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken)-Substrat oder ein FR4-Substrat ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei eine Entfernung zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne ungefähr eine halbe Wellenlänge einer mittleren Betriebsfrequenz der Antennenanordnung beträgt.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei sich die Antennenanordnung nahe an einer Seitenkante des dielektrischen Substrats befindet, um Längsstrahlung zu erzeugen.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei eine Polarisation der ersten Antenne senkrecht zu jener der zweiten Antenne ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei die erste Antenne oder die zweite Antenne eine Aperturantenne ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 6, wobei die Aperturantenne Folgendes beinhaltet: eine Hohlraumstruktur, die einen zentralen hohlen Abschnitt, eine Hauptapertur und ein Einspeisungsloch aufweist, wobei die Hauptapertur und das Einspeisungsloch jeweils mit dem zentralen hohlen Abschnitt verbunden sind; und ein Einspeisungselement, das an eine Signalquelle gekoppelt ist und sich in die Hauptapertur der Hohlraumstruktur erstreckt.
Mobilgerät gemäß Anspruch 7, wobei das Einspeisungselement Folgendes beinhaltet: einen ersten Einspeisungszweig, der an die Signalquelle gekoppelt ist und sich durch ein Einspeisungsloch der Hohlraumstruktur in den zentralen hohlen Abschnitt der Hohlraumstruktur erstreckt; und einen zweiten Einspeisungszweig, der an den ersten Einspeisungszweig gekoppelt ist, wobei mindestens ein Abschnitt des zweiten Einspeisungszweigs in der Hauptapertur der Hohlraumstruktur angeordnet ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 8, wobei der erste Einspeisungszweig und der zweite Einspeisungszweig im Wesentlichen eine L-Form bilden.
Mobilgerät gemäß Anspruch 8, wobei das Einspeisungselement ferner Folgendes beinhaltet: eine Verbindungsdurchkontaktierung, die zwischen einem Ende des ersten Einspeisungszweigs und einem Ende des zweiten Einspeisungszweigs gekoppelt ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 7, wobei das Einspeisungsloch und die Hauptapertur jeweils an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Hohlraumstruktur gebildet sind.
Mobilgerät gemäß Anspruch 7, wobei die Hauptapertur der Hohlraumstruktur größer als das Einspeisungsloch der Hohlraumstruktur ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 7, wobei die Hauptapertur der Hohlraumstruktur im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 7, wobei das dielektrische Substrat eine Vielzahl von Metallschichten und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen aufweist und die Hohlraumstruktur durch die Vielzahl von Metallschichten und die Vielzahl von Durchkontaktierungen gebildet ist.
Mobilgerät gemäß Anspruch 1, wobei eine allgemeine Polarisation der Antennenanordnung durch Steuern einer Phasendifferenz zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne dynamisch angepasst wird.