DE102019205150A1 - Elektronische vorrichtung zum anordnen von antennen an einer dielektrischen schicht - Google Patents

Elektronische vorrichtung zum anordnen von antennen an einer dielektrischen schicht Download PDF

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Harish Rajagopalan
Simone Paulotto
Bilgehan Avser
Hao Xu
Rodney Andres Gomez Angulo
Siwen Yong
Matthew A. Mow
Mattia Pascolini
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    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer dielektrischen Deckschicht, einem dielektrischen Substrat und einem phasengesteuerten Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat zum Übertragen von Millimeterwellensignalen durch die dielektrische Deckschicht versehen sein. Das Array kann Leiterbahnen einschließen, die an der dielektrischen Schicht angebracht sind. Die Leiterbahnen können Patch-Elemente oder parasitäre Elemente für das phasengesteuerte Antennen-Array bilden. Die dielektrische Schicht kann eine Dielektrizitätskonstante und eine Dicke aufweisen, die ausgewählt ist, um einen Viertelwellenimpedanzwandler für das Array in einer Betriebswellenlänge des Arrays zu bilden. Das Substrat kann Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen aufweisen, die jede der Antennen innerhalb des Arrays seitlich umgeben. Wenn auf diese Weise konfiguriert, können Signaldämpfung, destruktive Interferenz und die Erzeugung von Oberflächenwellen, die mit der Präsenz der dielektrischen Schicht über dem phasengesteuerten Antennen-Array einhergehen, minimiert werden.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am Mittwoch, 11. April 2018 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/950 677 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Dies betrifft im Allgemeinen elektronische Vorrichtungen und genauer elektronische Vorrichtungen mit Schaltlogik für drahtlose Kommunikation.
  • Elektronische Vorrichtungen schließen oftmals eine Schaltlogik für drahtlose Kommunikation ein. Zum Beispiel enthalten Mobiltelefone, Computer und andere Vorrichtungen oftmals Antennen und drahtlose Transceiver zum Unterstützen von drahtloser Kommunikation.
  • Es kann wünschenswert sein, drahtlose Kommunikation in Frequenzbändern von Millimeter- und Zentimeterwellen zu unterstützen. Millimeterwellen-Kommunikation, die manchmal als extreme Hochfrequenzkommunikation (EHF-Kommunikation) bezeichnet wird, und Zentimeterwellen-Kommunikation umfassen Kommunikation in Frequenzen von etwa 10 bis 300 GHz. Der Betrieb in diesen Frequenzen kann hohe Bandbreiten unterstützen, aber kann auch zu erheblichen Herausforderungen führen. Beispielsweise können Antennen, die Millimeterwellen-Kommunikationssignale erzeugen, eine deutliche Dämpfung und/oder Verzerrung während der Signalwirkung durch verschiedene Medien bewirken und unerwünschte Oberflächenwellen an mittleren Grenzflächen erzeugen.
  • Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, elektronische Vorrichtungen mit verbesserter drahtloser Schaltlogik für Kommunikation wie beispielsweise eine Schaltlogik für Kommunikation, die Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikationen unterstützt, bereitzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer drahtlosen Schaltlogik bereitgestellt sein. Die drahtlose Schaltlogik kann eine oder mehrere Antennen und eine Transceiver-Schaltlogik wie eine Zentimeter- und Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik umfassen (z.B. Schaltlogik, die Antennensignale in Frequenzen von mehr als 10 GHz sendet und empfängt). Die Antennen können in einem phasengesteuerten Antennen-Array angeordnet sein.
  • Die elektronische Vorrichtung kann ein Gehäuse mit einer dielektrischen Oberfläche umfassen. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann auf einem dielektrischen Substrat ausgerichtet werden und Leiterbahnen an einer Deckschicht des Substrats aufweisen. Die Leiterbahnen können Antennenresonanzelemente oder parasitäre Elemente für Antennen in den phasengesteuerten Antennen-Arrays bilden. Die Oberfläche des Substrats kann an einer Innenfläche der dielektrischen Deckschicht angebracht sein (z. B. unter Verwendung einer Klebstoffschicht). Die dielektrische Deckschicht kann eine Dielektrizitätskonstante und eine Dicke aufweisen, die so gewählt ist, dass die dielektrische Deckschicht einen Viertelwellenimpedanzwandler für das phasengesteuerte Antennen-Array bei einer Betriebswellenlänge des phasengesteuerten Antennen-Arrays bildet. Wenn auf diese Weise konfiguriert, können Signaldämpfung und destruktive Interferenz innerhalb und unterhalb der dielektrischen Deckschicht minimiert werden. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann Hochfrequenzsignale durch die dielektrische Deckschicht mit zufriedenstellendem Antennengewinn über alle Winkel innerhalb des Sichtfeldes des phasengesteuerten Antennen-Arrays durch die dielektrische Deckschicht leiten.
  • Das Substrat kann Einzäunungen aus leitfähigen Durchkontaktierungen umfassen, die jede der Antennen innerhalb des phasengesteuerten Antennen-Arrays umgeben. Die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen und Erdungsbahnen in dem Substrat können leitfähige Hohlräume für jede Antenne im phasengesteuerten Antennen-Array definieren. Die leitfähigen Hohlräume können dazu dienen, den Antennengewinn des phasengesteuerten Antennen-Arrays zu verbessern (z. B. um die Signaldämpfung innerhalb der dielektrischen Deckschicht abzuschwächen). Die Einzäunungen aus leitfähigen Durchkontaktierungen können in einem einheitlichen Muster von Elementarzellen über den Seitenbereich des Substrats angeordnet sein. Die Elementarzellen können so angeordnet oder gemustert sein, dass sie den Platzanforderungen in der Vorrichtung entsprechen, und die Oberflächenwellenausbreitung an Punkten, die relativ weit vom phasengesteuerten Antennen-Array entfernt sind, abschwächen. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann Antennen und Elementarzellen unterschiedlicher Form zum Abdecken verschiedener Frequenzen, falls gewünscht, umfassen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit einer Schaltlogik für drahtlose Kommunikation gemäß einer Ausführungsform.
    • 3 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays, das unter Verwendung einer Steuerlogik eingestellt werden kann, um ein Bündel von Signalen gemäß einer Ausführungsform zu leiten.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden drahtlosen Schaltlogik für drahtlose Kommunikation gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden Patch-Antenne mit einem parasitären Element für drahtlose Kommunikation gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 ist eine Seitenansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit dielektrischen Deckschichten an den vorderen und hinteren Seiten gemäß einer Ausführungsform.
    • 7 ist eine Querschnitt-Seitenansicht eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays, das an einer dielektrischen Deckschicht in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform montiert werden kann.
    • 8 ist ein Leitfähigkeitsmodell für ein veranschaulichendes phasengesteuertes Antennen-Array, das gemäß einer Ausführungsform an einer dielektrischen Deckschicht der in 7 gezeigten Art montiert ist.
    • 9 ist eine Draufsicht eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays mit einem sich wiederholenden Muster der Antennen-Elementarzellen gemäß einer Ausführungsform.
    • 10 ist eine Draufsicht einer veranschaulichenden Antennen-Elementarzelle mit fünf Ecken (Seiten) gemäß einer Ausführungsform.
    • 11 ist eine Draufsicht einer veranschaulichenden sechseckigen Antennen-Elementarzelle gemäß einer Ausführungsform.
    • 12 ist eine Draufsicht eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays mit unterschiedlichen Antennen-Elementarzellen zum Abdecken unterschiedlicher Frequenzen gemäß einer Ausführungsform.
    • 13 ist eine Draufsicht einer veranschaulichenden Antennen-Elementarzelle mit zwei unterschiedlichen Antennen zum Abdecken unterschiedlicher Frequenzen gemäß einer Ausführungsform.
    • 14 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Antennendiagramms, das gemäß einer Ausführungsform einem phasengesteuerten Antennen-Array von der Art in den 6-13 zugeordnet ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Elektronische Vorrichtungen wie beispielsweise eine elektronische Vorrichtung 10 von 1 kann eine drahtlose Schaltlogik enthalten. Die drahtlose Schaltung kann eine oder mehr Antennen enthalten. Die Antennen können phasengesteuerte Antennen-Arrays umfassen, die zur Handhabung von Millimeterwellen- und Zentimeterwellen-Kommunikation verwendet werden. Millimeterwellen-Kommunikation, die manchmal als extreme Hochfrequenzkommunikation (EHF-Kommunikation) bezeichnet wird, umfasst 60 GHz-Signale oder andere Frequenzen von etwa 30 bis 300 GHz. Zentimeterwellen-Kommunikation beinhaltet Signale in Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz. Während Anwendungen von Millimeterwellen-Kommunikation hierin beispielhaft beschrieben werden können, können Zentimeterwellen-Kommunikation, EHF-Kommunikation oder beliebige andere Arten von Kommunikationen ähnlich verwendet werden. Falls gewünscht, können die elektronischen Vorrichtungen auch Schaltlogik für drahtlose Kommunikation zum Leiten von Satellitensignalen für Navigationssysteme, Mobiltelefonsignalen, lokalen drahtlosen Netzwerksignalen, Nahfeldkommunikation, lichtbasierter drahtloser Kommunikation oder anderen Formen der drahtlosen Kommunikation beinhalten.
  • Bei der elektronischen Vorrichtung 10 kann es sich um eine tragbare elektronische Vorrichtung oder eine andere geeignete elektronische Vorrichtung handeln. Zum Beispiel kann es sich bei der elektronischen Vorrichtung 10 um einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, eine etwas kleinere Vorrichtung wie beispielsweise eine Armbanduhrvorrichtung, eine Schmuckanhängervorrichtung, eine Kopfhörervorrichtung, eine Hörelementvorrichtung oder eine andere am Körper tragbare Vorrichtung oder Miniaturvorrichtung, eine handgeführte Vorrichtung wie beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Medienwiedergabevorrichtung oder eine andere kleine tragbare Vorrichtung handeln. Bei der Vorrichtung 10 kann es sich auch um eine Set-Top-Box, einen Desktop-Computer, eine Anzeige, in die ein Computer oder eine andere Verarbeitungsschaltlogik integriert ist, eine Anzeige ohne einen integrierten Computer, einen kabellosen Zugangspunkt, eine kabellose Basisstation, eine in einen Kiosk, ein Gebäude oder Fahrzeug eingebundene elektronische Vorrichtung oder jede andere geeignete elektronische Ausrüstung handeln.
  • Die Vorrichtung 10 kann ein Gehäuse, wie beispielsweise ein Gehäuse 12, einschließen. Das Gehäuse 12, das manchmal als „Case“ bezeichnet werden kann, kann aus Kunststoff, Glas, Keramik, Faserverbundwerkstoffen, Metall (z. B. Edelstahl, Aluminium usw.), anderen geeigneten Materialien oder einer Kombination dieser Materialien ausgebildet sein. In manchen Situationen können Teile des Gehäuses 12 aus dielektrischem oder anderem Material mit geringer Leitfähigkeit (z.B. Glas, Keramik, Plastik, Saphir) geformt sein. In anderen Situationen können das Gehäuse 12 oder zumindest manche der Strukturen, aus denen das Gehäuse 12 aufgebaut ist, aus Metallelementen ausgebildet sein.
  • Die Vorrichtung 10 kann, falls gewünscht, eine Anzeige, wie beispielsweise eine Anzeige 6, aufweisen. Die Anzeige 6 kann an der Vorderseite der Vorrichtung 10 montiert sein. Die Anzeige 6 kann eine Touch-Screen mit kapazitiven Berührungselektroden sein oder sie kann unempfindlich für Berührungen sein. Die Rückseite des Gehäuses 12 (d.h. die der Vorderseite der Vorrichtung 10 gegenüberliegende Seite der Vorrichtung 10) kann eine im Wesentlichen flache Gehäusewand wie eine hintere Gehäusewand 12R (z.B. eine flache Gehäusewand) aufweisen. Die hintere Gehäusewand 12R kann Schlitze aufweisen, die vollständig durch die hintere Gehäusewand 12 hindurchgehen und somit Gehäusewandabschnitte voneinander trennen. Die hintere Gehäusewand 12R kann leitfähige Abschnitte und/oder dielektrische Abschnitte aufweisen. Falls gewünscht, kann die hintere Gehäusewand 12R eine glatte Metallschicht beinhalten, die durch eine dünne Schicht oder Beschichtung eines Dielektrikums abgedeckt ist, wie beispielsweise Glas, Kunststoff, Saphir oder Keramik. Das Gehäuse 12 kann auch flache Nuten aufweisen, die nicht vollständig durch das Gehäuse 12 hindurchgehen. Die Schlitze und Rillen können mit Kunststoff oder einem anderen Dielektrikum gefüllt sein. Falls gewünscht, können Abschnitte des Gehäuses 12, die voneinander getrennt worden sind (z. B. durch einen Durchgangsschlitz), durch interne leitfähige Strukturen (z. B. Blech oder andere Metallteile, die den Schlitz überbrücken) verbunden sein.
  • Das Gehäuse 12 kann auch periphere Gehäusestrukturen wie beispielsweise die peripheren Strukturen 12W einschließen. Die peripheren Strukturen 12W und die leitfähigen Abschnitte der hinteren Gehäusewand 12R können hier manchmal kollektiv als leitfähige Strukturen des Gehäuses 12 bezeichnet werden. Die peripheren Strukturen 12W können um die Peripherie der Vorrichtung 10 und der Anzeige 6 herum verlaufen. In Konfigurationen, in denen die Vorrichtung 10 und die Anzeige 6 eine rechteckige Form mit vier Ecken aufweist, können die peripheren Strukturen 12W unter Verwendung von peripheren Gehäusestrukturen implementiert sein, die eine rechteckige Ringform mit vier entsprechenden Ecken aufweisen und sich von der hinteren Gehäusewand 12R bis zur Vorderseite der Vorrichtung 10 erstrecken (als Beispiel). Die peripheren Strukturen 12W oder ein Teil der peripheren Strukturen 12W können, falls gewünscht, als eine Einfassung für die Anzeige 6 dienen (z. B. ein Ziersaum, der alle vier Seiten der Anzeige 6 umgibt und/oder hilft, die Anzeige 6 an der Vorrichtung 10 zu halten). Die peripheren Strukturen 12W können, falls gewünscht, auch Seitenwandstrukturen für die Vorrichtung 10 bilden (indem z.B. ein Metallband mit vertikalen Seitenwänden, gebogenen Seitenwänden usw. gebildet wird).
  • Die peripheren Gehäusestrukturen 12W können aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Metall gebildet sein und können deshalb manchmal als periphere leitfähige Gehäusestrukturen, leitfähige Gehäusestrukturen, periphere Metallstrukturen, periphere leitfähige Seitenwände, leitfähige Gehäuseseitenwände, periphere leitfähige Gehäuseseitenwände, Seitenwände, Seitenwandstrukturen oder als ein peripheres leitfähiges Gehäuseelement (als Beispiele) bezeichnet werden. Die peripheren Gehäusestrukturen 12W können aus einem Metall, wie beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, oder aus anderen geeigneten Materialien gebildet sein. Eine, zwei oder mehr als zwei separate Strukturen können beim Bilden der peripheren Gehäusestrukturen 12W verwendet werden.
  • Es ist nicht notwendig, dass die peripheren Gehäusestrukturen 12W einen einheitlichen Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel kann der obere Abschnitt der peripheren Gehäusestrukturen 12W, falls gewünscht, einen nach innen hervorstehenden Ansatz aufweisen, der hilft, die Anzeige 6 festzuhalten. Der untere Abschnitt der peripheren Gehäusestrukturen 12W kann auch einen vergrößerten Ansatz aufweisen (z. B. in der Ebene der rückwärtigen Oberfläche der Vorrichtung 10). Die peripheren Gehäusestrukturen 12W können im Wesentlichen gerade vertikale Seitenwände aufweisen, können Seitenwände aufweisen, die gebogen sind, oder können andere geeignete Formen aufweisen. In manchen Konfigurationen (z.B. wenn die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W als eine Einfassung für die Anzeige 6 dienen) können die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W um den Ansatz des Gehäuses 12 herum verlaufen (d.h. die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W bedecken unter Umständen nur die Kante des Gehäuses 12, welche die Anzeige 6 umgibt und nicht den Rest der Seitenwände des Gehäuses 12).
  • Die hintere Gehäusewand 12R kann in einer Ebene liegen, die parallel zur Anzeige 6 ist. In Konfigurationen für die Vorrichtung 10, in denen einige oder alle hinteren Gehäusewände 12R aus Metall sind, kann es wünschenswert sein, Teile der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W als integrale Abschnitte der Gehäusestrukturen auszubilden, welche die hintere Oberfläche des Gehäuses 12R bilden. Beispielsweise kann die hintere Gehäusewand 12R der Vorrichtung 10 eine glatte Metallstruktur aufweisen und Abschnitte der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können als flache oder gekrümmte, vertikal verlaufende integrale Metallabschnitte 12 der glatten Metallstruktur gestaltet sein (z. B. können die Gehäusestrukturen 12R und 12W aus einem einzigen Stück Metall in einer einheitlichen Konfiguration geformt sein). Gehäusestrukturen wie diese können, falls gewünscht, aus einem Metallblock maschinell hergestellt werden und/oder können mehrere Metallstücke einschließen, die zusammengesetzt werden, um das Gehäuse 12 zu bilden. Die leitfähige hintere Gehäusewand 12R kann einen oder mehr, zwei oder mehr oder drei oder mehr Abschnitte aufweisen. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W und/oder die leitfähigen Abschnitte der hinteren Gehäusewand 12R können eine oder mehrere Außenflächen der Vorrichtung 10 bilden (z.B. Oberflächen, die für einen Benutzer der Vorrichtung 10 sichtbar sind) und/oder unter Verwendung innerer Strukturen implementiert werden, die keine Außenoberflächen der Vorrichtung 10 bilden (z. B. leitfähige Gehäusestrukturen, die für einen Benutzer der Vorrichtung 10 nicht sichtbar sind, wie leitfähige Strukturen, die mit Schichten bedeckt sind, wie dünnen kosmetischen Schichten, Schutzbeschichtungen und/oder anderen Beschichtungen, die dielektrische Materialien wie Glas, Keramik, Plastik oder sonstige Strukturen einschließen, die die Außenoberflächen der Vorrichtung 10 bilden und/oder dazu dienen, die peripheren leitfähigen Strukturen 12W und/oder die leitfähige rückwärtige Gehäusewand 12R zu verbergen).
  • Die Anzeige 6 kann ein Pixelfeld aufweisen, das einen aktiven Bereich AA bildet, der Bilder für einen Benutzer der Vorrichtung 10 anzeigt. Beispielsweise kann der aktive Bereich AA ein Array von Anzeigepixeln umfassen. Das Pixelfeld kann aus einem Array von Anzeigepixeln aus den Komponenten der Flüssigkristallanzeige (LCD), einem Array von elektrophoretischen Pixeln, einem Array von Plasmaanzeigepixeln, einem Array von Anzeigepixeln organischer lichtemittierender Dioden oder anderen lichtemittierenden Dioden, einem Array von elektrobenetzenden Anzeigepixeln oder von Anzeigepixeln, die auf anderen Anzeigetechnologien beruhen, gebildet werden. Falls gewünscht, kann der aktive Bereich AA Berührungssensoren wie kapazitive Berührungssensorelektroden, Kraftsensoren oder andere Sensoren zum Sammeln einer Benutzereingabe umfassen.
  • Die Anzeige 6 kann einen inaktiven Grenzbereich aufweisen, der entlang einer oder mehrerer Ecken des aktiven Bereichs AA verläuft. Der inaktive Bereich IA muss keine Bildanzeigepixel aufweisen und kann die Schaltlogik und andere interne Strukturen der Vorrichtung in dem Gehäuse 12 überlappen. Um diese Strukturen für einen Benutzer der Vorrichtung 10 zu verbergen, kann die Unterseite der Anzeigedeckschicht oder andere Schichten in der Anzeige 6, die den inaktiven Bereich IA überlappen, mit einer undurchsichtigen Maske im inaktiven Bereich IA beschichtet sein. Die undurchsichtige Maske kann jede geeignete Farbe aufweisen.
  • Anzeige 6 kann unter Verwendung einer Anzeigedeckschicht wie einer Schicht aus transparentem Glas, durchsichtigem Kunststoff, transparenter Keramik, Saphir oder anderem transparentem kristallinem Material oder einer anderen transparenten Schicht/Schichten bedeckt sein. Die Anzeigedeckschicht kann flach sein, ein konvexes gekrümmtes Profil, flache und gekrümmte Abschnitte aufweisen, ein Layout haben, das eine flache Hauptfläche umfasst, die nach außen an einer oder mehreren Ecken mit einem Teil, das aus der Ebene der flachen Hauptfläche gebogen ist, umgeben ist, oder andere geeignete Formen aufweisen. Die Anzeigedeckschicht kann die gesamte Vorderseite der Vorrichtung 10 bedecken. In einer anderen geeigneten Anordnung kann die Anzeigedeckschicht im Wesentlichen die gesamte Vorderseite der Vorrichtung 10 oder nur einen Teil der Vorderseite der Vorrichtung 10 bedecken. Öffnungen können in der Anzeigedeckschicht gebildet sein. Zum Beispiel kann die Anzeigedeckschicht eine Öffnung aufweisen, um eine Taste einzugliedern. Die Anzeigedeckschicht kann auch eine Öffnung aufweisen, um Anschlüsse wie einen Lautsprecheranschluss 8 aufzunehmen. Gehäuse 12 kann Öffnungen aufweisen, um Kommunikationsanschlüsse (z. B. einen Audiobuchsenanschluss, einen digitalen Datenport usw.) und/oder Audioanschlüsse für Audiokomponenten, wie beispielsweise einen Lautsprecher und/oder ein Mikrofon, zu bilden, falls gewünscht.
  • Anzeige 6 kann leitfähige Strukturen aufweisen, wie beispielsweise eine Anordnung kapazitiver Elektroden für einen Berührungssensor, leitfähige Leitungen zum Adressieren von Pixeln, Treiberschaltungen usw. Gehäuse 12 kann interne leitfähige Strukturen aufweisen, wie beispielsweise Metallrahmenelemente und ein flaches, leitfähiges Gehäuseelement (gelegentlich als Rückwand bezeichnet), das die Wände des Gehäuses 12 überspannt (d. h. ein im Wesentlichen rechteckiges Blech aus einem oder mehreren Teilen, das zwischen gegenüberliegenden Seiten der peripheren leitfähigen Strukturen 12W angeschweißt oder anderweitig damit verbunden ist). Die Rückwand kann eine äußere Rückwand der Vorrichtung 10 bilden oder kann mit Schichten wie kosmetischen Schichten, Schutzbeschichtungen und/oder anderen Beschichtungen abgedeckt sein, die dielektrische Materialien wie Glas, Keramik, Kunststoff oder andere Strukturen beinhalten können, die die Außenflächen der Vorrichtung 10 bilden und/oder dazu dienen, die Rückwand vor dem Blick des Benutzers zu verbergen. Die Vorrichtung 10 kann auch leitfähige Strukturen, wie beispielsweise Leiterkarten, auf Leiterkarten montierte Komponenten und andere interne leitfähige Strukturen einschließen. Diese leitfähigen Strukturen, die bei der Bildung einer Massefläche in der Vorrichtung 10 verwendet werden können, können sich, zum Beispiel, unter den aktiven Bereich AA für Anzeige 6 erstrecken.
  • In den Bereichen 2 und 4 können Öffnungen innerhalb der leitfähigen Strukturen der Vorrichtung 10 vorhanden sein (z. B. zwischen den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W und gegenüberliegenden leitfähigen Massestrukturen, wie leitfähigen Abschnitten der Gehäusewand 12R, Leiterbahnen auf einer Leiterkarte, leitfähigen elektrischen Bauteilen in der Anzeige 6 usw.). Diese Öffnungen, die manchmal als Spalten bezeichnet werden können, können mit Luft, Kunststoff und/oder anderen Dielektrika gefüllt sein und können auf Wunsch für die Gestaltung von Resonanzelementen für Schlitzantennen für eine oder mehrere Antennen in der Vorrichtung 10 verwendet werden.
  • Leitfähige Gehäusestrukturen und andere leitfähige Strukturen in der Vorrichtung 10 können als eine Massefläche für die Antennen in der Vorrichtung 10 dienen. Die Öffnungen in den Bereichen 2 und 4 können als Schlitze in offenen oder geschlossenen Schlitzantennen dienen, können als ein mittlerer dielektrischer Bereich dienen, der von einem leitfähigen Pfad aus Materialien in einer Schleifenantenne umgeben ist, können als ein Raum dienen, der ein Antennenresonanzelement, wie beispielsweise ein Streifenantennen-Resonanzelement oder ein umgekehrtes F-Antennen-Resonanzelement, von der Masseplatte trennt, können zur Leistung eines parasitären Antennenelements beitragen oder können anderweitig als Teil von Antennenstrukturen dienen, die in den Bereichen 2 und 4 vorhanden sind. Falls gewünscht, können die Masseplatte, die sich unter dem aktiven Bereich AA der Anzeige 6 befindet, und/oder andere Metallstrukturen in der Vorrichtung 10 Abschnitte aufweisen, die sich in Teile der Enden der Vorrichtung 10 erstrecken (z.B. kann sich die Masse in Richtung der mit Dielektrika gefüllten Öffnungen in den Bereichen 2 und 4 erstrecken), wodurch die Schlitze in den Bereichen 2 und 4 eingeengt werden.
  • Im Allgemeinen kann die Vorrichtung 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Antennen einschließen (z. B. eine oder mehr, zwei oder mehr, drei oder mehr, vier oder mehr usw.). Die Antennen in der Vorrichtung 10 können sich an gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden eines länglichen Gehäuses der Vorrichtung (z.B. an den Enden 2 und 4 der Vorrichtung 10 von 1), entlang einer oder mehrerer Kanten eines Gehäuses der Vorrichtung, in der Mitte eines Gehäuses der Vorrichtung, an anderen geeigneten Stellen oder an einer oder mehreren dieser Stellen befinden. Die Anordnung von 1 dient lediglich der Veranschaulichung.
  • Abschnitte der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können mit peripheren Spaltstrukturen bereitgestellt werden. Zum Beispiel können periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W einen oder mehrere Spalte, wie die beispielsweise in 1 dargestellten Spalten 9, aufweisen. Die Spalten in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können mit einem Dielektrikum, wie beispielsweise einem Polymer, Keramik, Glas, Luft, anderen dielektrischen Materialien oder Kombinationen dieser Materialien, gefüllt sein. Die Spalten 9 können die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W in ein oder mehrere periphere leitfähige Segmente unterteilen. Es können, zum Beispiel, zwei periphere leitfähige Segmente in den peripheren Gehäusestrukturen 12W (z.B. in einer Anordnung mit zwei der Spalten 9), drei periphere leitfähige Segmente (z.B. in einer Anordnung mit drei der Spalten 9), vier periphere leitfähige Segmente (z.B. in einer Anordnung mit vier der Spalten 9 usw.), sechs periphere leitfähige Segmente (z.B. in einer Anordnung mit sechs der Spalten 9) usw. vorhanden sein. Die Segmente der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W, die auf diese Weise gebildet werden, können Teile von Antennen in der Vorrichtung 10 bilden.
  • Falls gewünscht, können sich Öffnungen im Gehäuse 12, wie beispielsweise Rillen, die sich teilweise oder vollständig durch das Gehäuse 12 erstrecken, über die Breite der Rückwand des Gehäuses 12 erstrecken und können die Rückwand des Gehäuses 12 durchstoßen, um die Rückwand in unterschiedliche Abschnitte zu teilen. Diese Rillen können sich auch in die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W erstrecken und können Antennenschlitze, Spalten 9 und andere Strukturen in der Vorrichtung 10 bilden. Ein Polymer oder ein anderes Dielektrikum kann diese Rillen und andere Gehäuseöffnungen füllen. In einigen Situationen können Gehäuseöffnungen, die Antennenschlitze und andere Strukturen bilden, mit einem Dielektrikum, wie beispielsweise Luft, gefüllt sein.
  • In einem typischen Szenario kann die Vorrichtung 10 eine oder mehrere obere Antennen sowie eine oder mehrere untere Antennen aufweisen (als Beispiel). Eine obere Antenne kann zum Beispiel am oberen Ende der Vorrichtung 10 in Bereich 4 vorhanden sein. Eine untere Antenne kann zum Beispiel am unteren Ende der Vorrichtung 10 in Bereich 2 vorhanden sein. Die Antennen können separat verwendet werden, um identische Kommunikationsbänder, sich überlappende Kommunikationsbänder oder separate Kommunikationsbänder abzudecken. Die Antennen können verwendet werden, um ein Antennendiversitätsschema oder ein Antennenschema mit mehreren Ein- und Ausgängen (multiple-input-multiple-output (MIMO)) zu implementieren.
  • Antennen in der Vorrichtung 10 können verwendet werden, um beliebige Kommunikationsbänder von Interesse zu unterstützen. Zum Beispiel kann Vorrichtung 10 Antennenstrukturen zur Unterstützung der lokalen Netzwerkkommunikation, Sprach- und Kommunikationsdaten von Mobiltelefonen, der Kommunikation globaler Positionierungssysteme oder anderer Satellitennavigationssysteme, beispielsweise Bluetooth®-Kommunikation, Nahfeldkommunikation, etc. einschließen. Zwei oder mehr Antennen der Vorrichtung 10 können, falls gewünscht, in einem phasengesteuerten Antennenarray zum Abdecken von Millimeter- und Zentimeter-Kommunikation angeordnet werden.
  • Um einem Endbenutzer der Vorrichtung 10 eine möglichst große Anzeige zur Verfügung zu stellen (z.B. um eine Fläche der Vorrichtung zum Anzeigen von Medien, laufenden Anwendungen usw. zu maximieren), kann es wünschenswert sein, die Fläche an der Vorderseite der Vorrichtung 10 zu vergrößern, die von der aktiven Fläche AA der Anzeige 6 abgedeckt wird. Das Vergrößern des aktiven Bereichs AA kann die Größe des inaktiven Bereichs IA in der Vorrichtung 10 reduzieren. Dies kann den Bereich hinter der Anzeige 6 verringern, der für Antennen in der Vorrichtung 10 verfügbar ist. Zum Beispiel kann der aktive Bereich AA der Anzeige 6 leitfähige Strukturen aufweisen, die dazu dienen, Hochfunkfrequenzsignale zu blockieren, die von Antennen, die hinter dem aktiven Bereich AA montiert sind, davon abgehalten werden, durch die Vorderseite der Einrichtung 10 zu strahlen. Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, Antennen bereitzustellen, die wenig Platz in der Vorrichtung 10 besetzen (z. B. um einen möglichst großen aktiven Anzeigebereich AA zu ermöglichen), und dennoch den Antennen zu ermöglichen, mit einer drahtlosen Ausrüstung außerhalb der Vorrichtung 10 mit einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad der Bandbreite zu kommunizieren.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, die veranschaulichende Bauteile zeigt, die in einer elektronischen Vorrichtung, wie zum Beispiel der elektronischen Vorrichtung 10, verwendet werden können. Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine Schaltlogik für Datenspeicher und -verarbeitung wie beispielsweise eine Steuerschaltlogik 14 einschließen. Die Schaltlogik 14 kann einen Datenspeicher, z. B. einen Festplattenlaufwerk-Datenspeicher, einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. einen Flash-Speicher oder einen anderen elektrisch programmierbaren Nur-LeseSpeicher, der konfiguriert ist, ein Halbleiterlaufwerk zu bilden), einen flüchtigen Speicher (z. B. einen statischen oder dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff) usw. aufweisen. Die Verarbeitungsschaltlogik in der Schaltlogik 14 kann verwendet werden, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern. Diese Verarbeitungsschaltlogik kann auf einem oder mehreren Mikroprozessoren, Mikrosteuereinheiten (Microcontrollers), digitalen Signalprozessoren, integrierten Basisbandprozessor-Schaltungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (application specific integrated circuits) usw. beruhen.
  • Die Speicher- und Verarbeitungsschaltlogik 14 kann verwendet werden, um auf der Vorrichtung 10 Software wie z. B. Internet-Browsing-Anwendungen, VOIP-Telefonanrufanwendungen (VOIP = Voice over Internet Protocol), E-Mail-Anwendungen, Medienwiedergabeanwendungen, Betriebssystemfunktionen usw. auszuführen. Zur Unterstützung von Interaktionen mit externer Ausrüstung kann die Schaltlogik 14 zum Implementieren von Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Kommunikationsprotokolle, die unter Verwendung der Steuerlogik 14 implementiert werden können, umfassen Internetprotokolle, drahtlose lokale Netzwerkprotokolle (z.B. EEEE-802.11-Protokolle -- die manchmal als WiFi® bezeichnet werden), Protokolle für andere drahtlose Kommunikationsverbindungen mit kurzer Reichweite, wie beispielsweise das Bluetooth®-Protokoll oder andere drahtlose persönliche Netzwerkprotokolle, IEEE 802.11ad-Protokolle, Mobiltelefonprotokolle, MIMO-Protokolle, Antennendiversitätsprotokolle, Satellitennavigationssystemprotokolle usw.
  • Vorrichtung 10 kann eine Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 16 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 16 kann Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 können verwendet werden, um Daten an die Vorrichtung 10 zu übermitteln und Daten aus der Vorrichtung 10 für externe Vorrichtungen bereitstellen zu können. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 können Benutzerschnittstellenvorrichtungen, Datenportvorrichtungen und andere Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen. Zum Beispiel können Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen Touch-Screens, Anzeigen ohne Berührungssensoren, Schaltflächen, Joysticks, Scroll-Räder, Touchpads, Tastenfelder, Tastaturen, Mikrofone, Kameras, Lautsprecher, Statusanzeiger, Lichtquellen, Audiobuchsen und andere Audioanschlusskomponenten, digitale Datenanschlussvorrichtungen, Lichtsensoren, Beschleunigungsmesser oder andere Komponenten, die Bewegungen und die Ausrichtung der Vorrichtung in Bezug zur Erde erfassen können, Kapazitätssensoren, Näherungssensoren (z. B. einen kapazitiven Näherungssensor und/oder einen Infrarotnäherungssensor), magnetische Sensoren und andere Sensoren und Eingabe-Ausgabe-Komponenten enthalten.
  • Die Eingabe-Ausgabe-Schaltung 16 kann eine Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 zum drahtlosen Kommunizieren mit externer Ausrüstung einschließen. Die Schaltung für drahtlose Kommunikation 34 kann eine Hochfrequenz- (HF-) Transceiver-Schaltung, die aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen gebildet ist, eine Leistungsverstärkerschaltung, rauscharme Eingangsverstärker, passive HF-Komponenten, eine oder mehrere Antennen 40, Übertragungsleitungen und andere Schaltungen zum Abwickeln von drahtlosen HF-Signalen enthalten. Drahtlose Signale können auch unter Verwendung von Licht (z. B. unter Verwendung von Infrarotkommunikation) gesendet werden.
  • Die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 kann eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik 20 zum Abwickeln verschiedener Hochfrequenzkommunikationsbänder einschließen. Zum Beispiel kann die Schaltlogik 34 die Transceiver-Schaltlogik 22, 24, 26 und 28 einschließen.
  • Die Transceiver-Schaltlogik 24 kann eine drahtlose lokale Netzwerk-Transceiver-Schaltlogik sein. Die Transceiver-Schaltlogik 24 kann 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder für WiFi® (IEEE 802.11)-Kommunikationen oder andere Bänder für drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) abwickeln und kann das 2,4-GHz-Bluetooth®-Kommunikationsband oder andere Wireless Personal Area Network(WPAN)-Bänder abwickeln.
  • Die Schaltlogik 34 kann eine Mobiltelefon-Transceiver-Schaltlogik 26 zum Abwickeln von drahtloser Kommunikation in Frequenzbereichen wie beispielsweise einem unteren Kommunikationsband von 600 bis 960 MHz, einem Mittenband von 1710 bis 2170 MHz, einem Oberband von 2300 bis 2700 MHz, einem Ultraoberband von 3400 bis 3700 MHz oder anderen Kommunikationsbändern zwischen 600 MHz und 4000 MHz oder anderen geeigneten Frequenzen verwenden (als Beispiele). Die Schaltlogik 26 kann Sprachdaten und Nicht-Sprachdaten abwickeln.
  • Die Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 (manchmal als extrem hochfrequente (EHF) Transceiver-Schaltlogik 28 oder Transceiver-Schaltlogik 28 bezeichnet) kann Kommunikationen in Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Zum Beispiel kann die Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikationen in extrem hochfrequenten (EHF) oder Millimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 30 GHz und 300 GHz und/oder in Zentimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz unterstützen (manchmal als Super High Frequency- (SHF-) Bänder bezeichnet). Beispielsweise kann die Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikationen in einem IEEE-K-Kommunikationsband zwischen etwa 18 GHz und 27 GHz, einem Ka-Kommunikationsband zwischen etwa 26,5 GHz und 40 GHz, einem Ku-Kommunikationsband zwischen etwa 12 GHz und 18 GHz, einem V-Kommunikationsband zwischen etwa 40 GHz und 75 GHz, einem W-Kommunikationsband zwischen etwa 75 GHz und 110 GHz oder jedem anderen gewünschten Frequenzband zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 28 IEEE-802.11ad-Kommunikationen von 60 GHz und/oder in Mobilnetzwerken der 5. Generation oder drahtlosen Kommunikationsbändern der 5. Generation (5G) zwischen 27 GHz und 90 GHz unterstützen. Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 28 Kommunikation in mehreren Frequenzbändern zwischen 10 GHz und 300 GHz, wie beispielsweise ein erstes Band von 27,5 GHz bis 28,5 GHz, ein zweites Band von 37 GHz bis 41 GHz und ein drittes Band von 57 GHz bis 71 GHz oder andere Kommunikationsbänder zwischen 10 GHz und 300 GHz, unterstützen. Schaltlogik 28 kann aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen (z.B. mehreren integrierten Schaltungen auf einer gemeinsamen Leiterplatte in einer SIP-Vorrichtung (SIP=system-in-package), einer oder mehreren integrierten Schaltungen auf unterschiedlichen Substraten, etc.) gebildet werden. Während Schaltlogik 28 hier manchmal als Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 bezeichnet wird, kann die Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikation über beliebige Kommunikationsbänder in Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz abwickeln (z.B. kann die Transceiver-Schaltlogik 28 Hochfrequenzsignale über Millimeterwellen- und Zentimeterwellen-Kommunikationsbänder usw. senden und empfangen).
  • Die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 kann eine Satellitennavigationssystem-Schaltlogik wie eine Empfängerschaltlogik 22 eines globalen Positionierungssystems (GPS-Empfängerschaltlogik) zum Empfangen von GPS-Signalen auf 1575 MHz oder zum Abwickeln anderer Satellitenpositionierungsdaten (z.B. GLONASS-Signale auf 1609 MHz) einschließen. Satellitennavigationssystemsignale für Empfänger 22 werden von einer Konstellation von Satelliten empfangen, welche die Erde umkreisen.
  • Bei Satellitennavigationsverbindungen, Mobiltelefonverbindungen und anderen Verbindungen mit langer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über tausende Fuß oder Meilen zu übertragen. Bei WiFi®- und Bluetooth®-Verbindungen in 2,4 und 5 GHz und anderen drahtlosen Verbindungen mit kurzer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über mehrere zehn oder hunderte Fuß zu übertragen. Die drahtlose extreme Hochfrequenz-(EHF-) Transceiver-Schaltlogik 28 kann Signale, die sich (über kurze Entfernungen) zwischen einem Sender und einem Empfänger über einen Sichtlinienpfad bewegen, übertragen. Um den Signalempfang für Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikation zu verbessern, können phasengesteuerte Antennen-Arrays und Strahlenleittechniken verwendet werden (z.B. Anordnungen, bei denen Antennensignalphase und/oder -größe für jede Antenne in einem Array eingestellt werden, um die Strahlsteuerung durchzuführen). Die unterschiedlichen Anordnungen der Antennen können auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass die blockierten oder anderweitig aufgrund der Betriebsumgebung der Vorrichtung 10 leistungsschwachen Antennen abgeschaltet werden können und stattdessen leistungsstärkere Antennen verwendet werden können.
  • Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 34 für drahtlose Kommunikation Schaltlogiken für andere drahtlose Verbindungen mit kurzer und langer Reichweite beinhalten. Beispielsweise kann die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 eine Schaltlogik zum Empfangen von Fernseh- und Radiosignalen, Pagern, eine Schaltlogik für Nahfeldkommunikation (NFC) usw. einschließen.
  • Die Antennen 40 in der Schaltlogik für drahtlosen Kommunikation 34 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Antennentypen gebildet sein. Zum Beispiel können die Antennen 40 Antennen mit Resonanzelementen einschließen, die aus Schleifenantennenstrukturen, Patch-Antennenstrukturen, gestapelten Patch-Antennenstrukturen, Antennenstrukturen mit parasitären Elementen, Inverted-F-Antennenstrukturen, Schlitz-Antennenstrukturen, Inverted-F-Flachantennenstrukturen, Monopolantennen, Dipolantennen, Helixantennenstrukturen, Yagi-(Yagi-Uda) Antennenstrukturen, an der Oberfläche integrierte Wellenleiterstrukturen, Mischformen dieser Ausführungen usw. gebildet sind. Falls gewünscht, können eine oder mehrere Antennen 40 Hohlraumantennen sein. Für unterschiedliche Bänder und Kombinationen von Bändern können unterschiedliche Antennentypen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein bestimmter Antennentyp beim Ausbilden einer Antenne für eine lokale drahtlose Verbindung verwendet werden, und ein anderer Antennentyp kann beim Ausbilden einer Antenne für eine drahtlose Fernverbindung verwendet werden. Eigenständige Antennen können zum Empfangen von Satellitennavigationssignalen verwendet werden, oder, falls gewünscht, können Antennen 40 konfiguriert sein, sowohl Satellitennavigationssystemsignale als auch Signale für andere Kommunikationsbänder (z. B. drahtlose lokale Netzwerksignale und/oder Mobiltelefonsignale) zu empfangen. Antennen 40 können in phasengesteuerten Antennen-Arrays zum Abwickeln von Millimeterwellen- und Zentimeterwellen-Kommunikation angeordnet sein.
  • Übertragungsleitungspfade können verwendet werden, um Antennensignale innerhalb der Vorrichtung 10 zu leiten. Übertragungsleitungspfade können beispielsweise verwendet werden, um Antennenstrukturen 40 mit der Transceiver-Schaltlogik 20 zu koppeln. Die Übertragungsleitungspfade in der Vorrichtung 10 können koaxiale Kabelpfade, Mikrostreifenübertragungsleitungen, Streifenübertragungsleitungen, randgekoppelte Mikrostreifenübertragungsleitungen, Wellenleiterstrukturen zum Übertragen von Millimeterwellenfrequenzen (z.B. koplanare Wellenleiter oder geerdete koplanare Wellenleiter), Übertragungsleitungen aus Kombinationen von Übertragungsleitungen dieser Typen, usw. einschließen.
  • Übertragungsleitungspfade in der Vorrichtung 10 können in den starren und/oder flexiblen Leiterplatten, falls gewünscht, integriert sein. Bei einer geeigneten Anordnung können Übertragungsleitungspfade in der Vorrichtung 10 auch Übertragungsleitungsleiter (z. B. Signal- und/oder Masseleiter), die in mehrschichtige laminierte Strukturen (z. B. Schichten aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Kupfer und ein dielektrisches Material, wie beispielsweise ein Harz, die ohne dazwischenliegende Klebstoffe aneinander laminiert sind) eingegliedert sind, beinhalten, die in mehreren Dimensionen (z. B. zwei oder drei Dimensionen) gefaltet oder gebogen sein können und eine gebogene oder gefaltete Form nach dem Biegen beibehalten (z.B. können die mehrschichtigen laminierten Strukturen in eine bestimmte dreidimensionale Form gefaltet werden, damit sie um andere Bauteile der Vorrichtung herumgeführt werden können und steif genug sein können, um ihre Form nach dem Falten beizubehalten, ohne durch Versteifungselemente oder andere Strukturen an der Position gehalten zu werden). Alle der mehreren Schichten der laminierten Strukturen können chargenlaminiert werden (z. B. in einem einzigen Pressverfahren) ohne Klebstoff (z. B. im Gegensatz zum Durchführen mehrerer Pressprozesse, um mehrerer Schichten mit Klebstoff zusammenzulaminieren). Eine Filterschaltlogik, schaltende Schaltlogik, Impedanzanpassungsschaltlogik und andere Schaltlogik können, falls gewünscht, innerhalb der Übertragungsleitungen eingefügt werden.
  • Vorrichtung 10 kann eine Vielzahl von Antennen 40 enthalten. Die Antennen können zusammen verwendet werden oder eine der Antennen kann in Betrieb genommen werden, während die andere(n) Antenne(n) ausgeschaltet werden kann/können. Falls gewünscht, kann die Steuerschaltung 14 verwendet werden, um eine optimale Antenne zur Verwendung in der Vorrichtung 10 und/oder eine optimale Einstellung für eine einstellbare Drahtlos-Schaltlogik, die einer oder mehreren Antennen 40 zugeordnet ist, in Echtzeit auszuwählen. Antenneneinstellungen können vorgenommen werden, um Antennen abzustimmen, damit sie in gewünschten Frequenzbereichen übertragen, Strahlen über ein phasengesteuertes Antennen-Array steuern und auf andere Weise die Antennenleistung optimieren. Sensoren können in den Antennen 40 integriert sein, um Sensordaten, die beim Anpassen der Antennen 40 verwendet werden, in Echtzeit zu erfassen.
  • In einigen Konfigurationen können die Antennen 40 Antennen-Arrays (z.B. phasengesteuerte Antennen-Arrays zum Implementieren von Strahlensteuerfunktionen) umfassen. Beispielsweise können die Antennen, die beim Abwickeln von Millimeterwellensignalen für eine extrem hochfrequente drahtlose Schaltlogik 28 verwendet werden, als phasengesteuerte Antennen-Arrays implementiert sein. Die strahlenden Elemente in einem phasengesteuerten Antennen-Array zur Unterstützung der Millimeterwellen-Kommunikation können Patch-Antennen, Dipolantennen, Yagi-(Yagi-Uda) Antennen oder andere geeignete Antennen sein. Die Transceiver-Schaltlogik 28 kann in die phasengesteuerten Antennen-Arrays eingegliedert werden, um integrierte phasengesteuerte Antennen-Array- und Transceiver-Schaltlogik-Module oder -Pakete (hier manchmal als integrierte Antennenmodule oder als Antennenmodule bezeichnet) zu bilden, falls gewünscht.
  • Bei Vorrichtungen wie tragbaren Vorrichtungen kann das Vorhandensein eines externen Objekts wie zum Beispiel die Hand eines Benutzers oder ein Tisch oder eine andere Oberfläche, auf der sich die Vorrichtung befindet, drahtlose Signale wie die Millimeterwellensignale unterbrechen. Zusätzlich erfordert die Millimeterwellen-Kommunikation in der Regel eine Sichtlinie zwischen den Antennen 40 und den Antennen auf einer externen Vorrichtung. Folglich kann es wünschenswert sein, mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays, von denen jedes an einer anderen Stelle in oder an der Vorrichtung 10 platziert ist, in die Vorrichtung 10 einzugliedern. Mit dieser Art der Anordnung kann ein blockiertes phasengesteuertes Antennen-Array in Betrieb genommen werden und, sobald in Betrieb, kann das phasengesteuerte Antennen-Array die Strahlsteuerung benutzen, um die drahtlose Leistung zu optimieren. In ähnlicher Weise kann, wenn ein phasengesteuertes Antennen-Array einer externen Vorrichtung nicht gegenüberliegt oder keine Sichtlinie aufweist, eine anderes phasengesteuertes Antennen-Array, das eine Sichtlinie zu der externen Vorrichtung aufweist, in Betrieb genommen werden, und dieses phasengesteuerte Antennen-Array kann mittels Strahlsteuerung die drahtlose Leistung optimieren. Konfigurationen, in denen Antennen von einer oder mehreren verschiedenen Stellen in der Vorrichtung 10 zusammen betrieben werden, können ebenfalls verwendet werden (z.B. zur Bildung eines phasengesteuerten Antennen-Arrays, etc.).
  • 3 zeigt, wie die Antennen 40 auf der Vorrichtung 10 in einem phasengesteuerten Antennen-Array gebildet werden können. Wie in 3 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 (hierin manchmal als Array 60, Antennen-Array 60 oder Array 60 der Antennen 40 bezeichnet) mit Signalpfaden wie etwa Übertragungsleitungspfaden 64 (z.B. eine oder mehrere Hochfrequenzübertragungsleitungen) verbunden sein. Zum Beispiel kann eine erste Antenne 40-1 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 mit einem ersten Leitungspfad 64-1, eine zweite Antenne 40-2 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 mit einem zweiten Leitungspfad 64-2, eine n-te Antenne 40-N in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 mit einem n-ten Übertragungsleitungspfad 64 N, etc. verbunden werden. Obwohl die Antennen 40 hierin als ein phasengesteuertes Antennen-Array beschrieben sind, können die Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 60 in ihrer Gesamtheit manchmal als ein einzelnes phasengesteuertes Antennen-Array referenziert werden.
  • Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können in jeder gewünschten Anzahl von Reihen und Spalten oder in jedem anderen gewünschten Muster angeordnet sein (z.B. müssen die Antennen nicht in einem Gittermuster mit Reihen und Spalten angeordnet sein). Während der Signalübertragung kann der Übertragungsleitungspfad 64 verwendet werden, um Signale (z.B. hochfrequente Signale wie zum Beispiel Millimeterwellen- und/oder Zentimeterwellensignale) von Transceiver-Schaltlogik 28 (2) an ein phasengesteuertes Antennen-Array 60 zur drahtlosen Übertragung zu externen drahtlosen Einrichtungen zu senden. Während des Signalempfangs können Übertragungsleitungspfade 64 verwendet werden, um Signale, die an dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 empfangen werden, von externen Einrichtungen an die Transceiver-Schaltlogik 28(2) zu übertragen.
  • Die Verwendung mehrerer Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 60 ermöglicht es, Strahlenanordnungen durch Steuern der entsprechenden Phasen und Größen (Amplituden) der von den Antennen übertragenen Hochfrequenzsignale zu leiten. In dem Beispiel von 3 hat jede der Antennen 40 jeweils eine zugehörige Hochfrequenzphase und eine Reglergröße 62 (z.B. kann eine erste Phase und Reglergröße 62-1, die auf dem Übertragungsleitungspfad 64-1 angeordnet ist, die Phase und Größe für die von der Antenne 40-1 abgewickelten Hochfrequenzsignale steuern, eine zweite Phase und Reglergröße 62-2, die auf dem Übertragungsleitungspfad 64-2 angeordnet ist, kann die Phase und Größe für die von der Antenne 40-2 abgewickelten Hochfrequenzsignale steuern, eine n-te Phase und Reglergröße 62-N, die auf dem Übertragungsleitungspfad 64-N angeordnet ist, kann die Phase und die Größe für die von der Antenne 40-N abgewickelten Hochfrequenzsignale steuern, etc.).
  • Die Phasen- und Größenregler 62 können jeweils eine Schaltlogik zum Einstellen der Phase der Hochfrequenzsignale auf Übertragungsleitungspfaden 64 (z.B. Phasenschieberschaltungen) und/oder eine Schaltlogik zum Einstellen der Größe der Hochfrequenzsignale auf Übertragungsleitungspfaden 64 (z.B. Leistungsverstärker und/oder rauscharme Verstärkerschaltungen) umfassen. Die Phasen- und Größenregler 62 können hier manchmal in ihrer Gesamtheit als Schaltlogik für Strahlensteuerung bezeichnet werden (z. B. Strahlensteuerungsschaltlogik, welche die Strahlen von Hochfrequenzsignalen leitet, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gesendet und/oder empfangen werden).
  • Die Phasen- und Größenregler 62 können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der gesendeten Signale einstellen, die an jede der Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 übertragen werden, und sie können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der empfangenen Signale einstellen, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 von externen Einrichtungen übertragen werden. Die Phasen- und Größenregler 62 können, falls gewünscht, eine Schaltlogik für die Phasenerkennung zum Erfassen der Phasen von dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 von externen Geräten empfangenen Signalen einschließen. Der Begriff „Strahl“ oder „Signalstrahl“ kann sich hierin in seiner Gesamtheit auf drahtlose Signale, die von einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 in einer bestimmten Richtung gesendeten und empfangenen werden, beziehen. Der Begriff „Sendestrahl“ kann hierin manchmal verwendet werden, um drahtlose Hochfrequenzsignale zu bezeichnen, die in einer bestimmten Richtung übertragen werden, während der Begriff „Empfangsstrahl“ hierin manchmal verwendet werden kann, um drahtlose Hochfrequenzsignale zu bezeichnen, die von einer bestimmten Richtung empfangen werden.
  • Wenn zum Beispiel die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um eine erste Gruppe von Phasen und/oder Größen für übertragene Millimeterwellensignale zu bilden, werden die gesendeten Signale einen Millimeterwellenfrequenz-Sendestrahl , wie anhand Strahl 66 von 3 gezeigt, bilden, der in Richtung des Punktes A zeigt. Wenn jedoch die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um eine zweite Gruppe von Phasen und/oder Größen der gesendeten Millimeterwellensignale zu bilden, werden die gesendeten Signale einen Millimeterwellenfrequenz-Sendestrahl, wie anhand Strahl 68 gezeigt, bilden, der in Richtung des Punktes B zeigt. Auf ähnliche Weise können, wenn die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um die erste Gruppe von Phasen und/oder Größen herzustellen, drahtlose Signale (z.B. Millimeterwellensignale in einem Millimeterwellenfrequenz-Empfangsstrahl) aus der Richtung von Punkt A, wie anhand von Strahl 66 gezeigt, empfangen werden. Wenn die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um die zweite Gruppe von Phasen und/oder Größen zu bilden, werden Signale aus der Richtung von Punkt B, wie anhand von Strahl 68 gezeigt, empfangen.
  • Jeder Phasen- und Größenregler 62 kann gesteuert werden, um eine gewünschte Phase und/oder Größe auf Grundlage eines zugehörigen Steuersignals 58 von der Steuerschaltlogik 14 aus 2 oder einer anderen Steuerschaltlogik in Vorrichtung 10 zu erzeugen (z.B. kann die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 62-1 erzeugt wird, unter Verwendung des Steuersignals 58-1 gesteuert werden, die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 62-2 erzeugt wird, kann unter Verwendung des Steuersignals 58-2 gesteuert werden, etc.). Falls gewünscht, kann die Steuerschaltlogik 14 die Steuersignale 58 in Echtzeit aktiv anpassen, um den Sende- oder Empfangsstrahl in unterschiedliche gewünschte Richtungen zu lenken. Die Phasen- und Größenregler 62 können, falls gewünscht, Informationen liefern, indem sie die Phase der von der Steuerlogik 14 empfangenen Signale identifizieren.
  • Bei der Millimeter- oder Zentimeterwellen-Kommunikation werden Hochfrequenzsignale über einen Sichtlinienpfad zwischen dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 und externen Geräten übermittelt. Wenn sich die externe Einrichtung an der Stelle A von 3 befindet, können die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um den Signalstrahl in Richtung A zu leiten. Befindet sich die externe Einrichtung an der Stelle B, können die Phasen- und Größenregler 62 eingestellt werden, um den Signalstrahl in Richtung B zu leiten. In dem Beispiel von 3 wird die Strahlensteuerung der Einfachheit halber als über einen einzigen Freiheitsgrad gezeigt (z.B. nach links oder rechts auf der Seite der 3). Jedoch wird in der Praxis der Strahl über zwei oder mehr Freiheitsgrade geleitet (z.B. in drei Abmessungen, in und aus der Seite heraus und nach links und rechts auf der Seite von 3).
  • Eine schematische Darstellung einer Antenne 40, die in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gebildet werden kann (z.B. als Antenne 40-1, 40-2, 40-3 und/oder 40-N in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 in 3), wird in 4 veranschaulicht. Wie in 4 gezeigt, kann die Antenne 40 mit einer Transceiver-Schaltlogik 20 (z.B. einer Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 von 2) gekoppelt sein. Die Transceiver-Schaltlogik 20 kann mit der Antennenzuleitung 96 der Antenne 40 unter Verwendung des Übertragungsleitungspfades 64 (hierin manchmal als Hochfrequenzübertragungsleitung 64 bezeichnet) gekoppelt sein. Die Antennenzuleitung 96 kann einen positiven Antennenzuleitungsanschluss, wie beispielsweise einen positiven Antennenzuleitungsanschluss 98, einschließen und kann einen Masse-Antennenzuleitungsanschluss, wie beispielsweise einen Masse-Antennenzuleitungsanschluss 100, einschließen. Der Übertragungsleitungspfad 64 kann einen positiven Signalleiter wie Signalleiter 94, der mit dem Anschluss 98 verbunden ist, und einen Masseleiter wie den Masseleiter 90, der mit dem Anschluss 100 verbunden ist, einschließen.
  • Es kann jede beliebige Antennenstruktur zur Implementierung der Antenne 40 verwendet werden. In einer geeigneten Anordnung, die hier manchmal als ein Beispiel beschrieben wird, können Patch-Antennenstrukturen zum Implementieren der Antenne 40 verwendet werden. Die Antennen 40, die unter Verwendung von Patch-Antennenstrukturen implementiert werden, können hierin manchmal als Patch-Antennen bezeichnet werden. Eine veranschaulichende Patch-Antenne kann in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 von 3 verwendet werden, wie in 5 gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, kann die Antenne 40 ein Patch-Antennenresonanzelement 104 aufweisen, das getrennt und parallel zu einer Massefläche, wie beispielsweise zur Antennenmassefläche 102, liegt. Das Patch-Antennenresonanzelement 104 kann in einer Ebene wie die X-Y-Ebene in 5 liegen (z.B. die Seitenfläche des Elements 104 kann in der X-Y-Ebene liegen). Das Patch-Antennenresonanzelement 104 kann hierin manchmal als Patch 104, Patch-Element 104, Patch-Resonanzelement 104, Antennen-Resonanzelement 104 oder Resonanzelement 104 bezeichnet werden. Die Massefläche 102 kann in einer Ebene parallel zu der Ebene des Patch-Elementes 104 liegen. Das Patch-Element 104 und die Massefläche 102 können daher in getrennten parallelen Ebenen, die durch einen Abstand 110 getrennt sind, liegen. Das Patch-Element 104 und die Massefläche 102 können aus Leiterbahnen gebildet werden, die auf einem dielektrischen Substrat angeordnet sind, wie etwa einem starren oder flexiblen Leiterplattensubstrat, einer Metallfolie, gestanztem Blech, Gehäusestrukturen elektronischer Vorrichtungen oder anderen gewünschten Leiterstrukturen.
  • Die Seitenlänge des Patch-Elementes 104 kann so gewählt werden, dass die Antenne 40 in der gewünschten Betriebsfrequenz eine Resonanz zeigt. Zum Beispiel können die Seiten des Patch-Elements 104 jeweils eine Länge 114 haben, die ungefähr gleich der Hälfte der Wellenlänge der Signale ist, die durch die Antenne 40 übertragen werden (z. B. die effektive Wellenlänge angesichts der dielektrischen Eigenschaften der Materialien, die das Patch-Element 104 umgeben). In einer geeigneten Anordnung kann die Länge 114 zwischen 0,8 und 1,2 mm (z.B. etwa 1,1 mm) zum Abdecken eines Millimeterwellenfrequenzbandes zwischen 57 GHz und 70 GHz oder zwischen 1,6 mm und 2,2 mm (z.B. etwa 1,85 mm) zum Abdecken eines Millimeterwellenfrequenzbandes zwischen 37 GHz und 41 GHz liegen, um nur zwei Beispiele zu nennen.
  • Das Beispiel von 5 ist lediglich veranschaulichend. Das Patch-Element 104 kann eine quadratische Form haben, in der alle Seiten des Patch-Elements 104 die gleiche Länge haben oder es kann eine andere rechteckige Form haben. Das Patch-Element 104 kann in anderen Formen mit einer beliebigen gewünschten Anzahl gerader und/oder gekrümmter Ecken gestaltet sein. Falls gewünscht, können das Patch-Element 104 und die Massefläche 102 unterschiedliche Formen und entsprechende Ausrichtungen aufweisen.
  • Um die Polarisationen zu verbessern, die von der Antenne 40 geregelt werden, kann die Antenne 40 mit mehreren Speisungen versehen sein. Wie in 5 gezeigt, kann die Antenne 40 eine erste Speisung am Antennenanschluss P1 aufweisen, der mit einem ersten Übertragungsleitungspfad 64 wie einem Übertragungsleitungspfad 64V verbunden ist, und eine zweite Speisung am Antennenanschluss P2, der mit einem zweiten Übertragungsleitungspfad 64 wie einem Übertragungsleitungspfad 64H verbunden ist. Die erste Antennenspeisung kann einen ersten Masseflächenanschluss, der mit der Massefläche 102 verbunden ist (der Übersichtlichkeit halber in 5 nicht gezeigt), aufweisen und einen ersten positiven Speisungsanschluss 98-1, der mit dem Patch-Element 104 verbunden ist, aufweisen. Die zweite Antennenspeisung kann einen zweiten Masseflächenanschluss aufweisen, der mit der Massefläche 102 verbunden ist (der Übersichtlichkeit halber in 5 nicht gezeigt), und einen zweiten positiven Speisungsanschluss 98-2 auf dem Patch-Element 104.
  • Löcher oder Öffnungen, wie zum Beispiel die Öffnungen 117 und 119, können in der Massefläche 102 gebildet werden. Der Übertragungsleitungspfad 64V kann einen vertikalen Leiter (z.B. eine leitfähige Durchkontaktierung, einen leitfähigen Stift, eine Metallsäule, einen Löthöcker, Kombinationen von diesen, oder andere vertikale leitfähige Verbindungsstrukturen) einschließen, der sich durch das Loch 117 zum positiven Antennenspeisungsanschluss 98-1 auf Patch-Element 104 erstreckt. Der Übertragungsleitungspfad 64H kann einen vertikalen Leiter einschließen, der sich durch das Loch 119 zu dem positiven Antennenspeisungsanschluss 98-2 auf Patch-Element 104 erstreckt. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und es können, falls gewünscht, andere Übertragungsleitungsstrukturen verwendet werden (z.B. koaxiale Kabelstrukturen, Übertragungsleitungsstrukturen von Streifenleitungen, etc.).
  • Bei Verwendung der ersten Antennenspeisung, die Port P1 zugeordnet ist, kann die Antenne 40 Hochfrequenzsignale mit einer ersten Polarisation senden und/oder empfangen (z.B. kann das elektrische Feld E1 der Antennensignale 115, die Port P1 zugeordnet sind, parallel zur Y-Achse in 5 ausgerichtet sein). Bei Verwendung der Antennenspeisung, die Port P2 zugeordnet ist, kann die Antenne 40 Hochfrequenzsignale mit einer zweiten Polarisation senden und/oder empfangen (z.B. kann das elektrische Feld E2 der Antennensignale 115, die Port P2 zugeordnet sind, parallel zur X-Achse von 5 ausgerichtet sein, so dass die Ports P1 und P2 zugeordneten Polarisationen rechtwinkelig zueinander ausgerichtet sind).
  • Einer der Ports P1 und P2 kann zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden, so dass die Antenne 40 als eine einzeln polarisierte Antenne arbeitet oder beide Ports können gleichzeitig betrieben werden, so dass die Antenne 40 mit anderen Polarisationen arbeitet (z.B. als eine doppelt polarisierte Antenne, eine elliptisch polarisierte Antenne, etc.). Falls gewünscht, kann der aktive Port mit der Zeit geändert werden, so dass die Antenne 40 zwischen der Abdeckung vertikaler oder horizontaler Polarisationen zu einem bestimmten Zeitpunkt umschalten kann. Die Ports P1 und P2 können mit unterschiedlichen Phasen- und Größenreglern 62 (3) verbunden sein oder können beide mit denselben Phasen- und Größenreglern 62 verbunden sein. Falls gewünscht, können beide Ports P1 und P2 mit derselben Phase und Größe zu einem bestimmten Zeitpunkt betrieben werden (z.B. wenn die Antenne 40 als eine doppelt polarisierte Antenne wirkt). Falls gewünscht, können die Phasen und Größen von Hochfrequenzsignalen, die über die Ports P1 und P2 übertragen werden, getrennt gesteuert und über die Zeit variiert werden, so dass die Antenne 40 andere Polarisationen (z.B. kreisförmige oder elliptische Polarisationen) aufweist.
  • Falls nicht darauf geachtet wird, können die Antennen 40, wie doppelt polarisierte Patch-Antennen der in 5 gezeigten Art, eine unzureichende Bandbreite zum Abdecken einer Gesamtheit eines betroffenen Kommunikationsbandes haben (z.B. ein Kommunikationsband in Frequenzen von mehr als 10 GHz). Beispielsweise kann in Szenarien, in denen die Antenne 40 konfiguriert ist, um ein Millimeterwellen-Kommunikationsband zwischen 57 GHz und 71 GHz abzudecken, das Patch-Element 104, wie in 5 gezeigt, eine unzureichende Bandbreite aufweisen, um die Gesamtheit des Frequenzbereichs zwischen 57 GHz und 71 GHz abzudecken. Falls gewünscht, kann die Antenne 40 ein oder mehrere parasitäre Antennenresonanzelemente aufweisen, die dazu dienen, die Bandbreite der Antenne 40 zu verbreitern.
  • Wie in 5 gezeigt, kann ein bandbreiten-verbreiterndes parasitäres Antennenresonanzelement, wie beispielsweise ein parasitäres Antennenresonanzelement 106, aus Leiterstrukturen gebildet werden, die sich in einem Abstand 112 über dem Patch-Element 104 befinden. Das parasitäre Antennenresonanzelement 106 kann hier manchmal als parasitäres Resonanzelement 106, parasitäres Antennenelement 106, parasitäres Element 106, parasitäres Feld 106, parasitärer Leiter 106, parasitäre Struktur 106, parasitäre Störung 106 oder Patch 106 bezeichnet werden. Das parasitäre Element 106 wird nicht direkt gespeist, wohingegen das Patch-Element 104 direkt über Übertragungsleitungspfade 64V und 64H und positive Antennenspeisungsanschlüsse 98-1 und 98-2 gespeist wird. Das parasitäre Element 106 kann eine logisch folgernde Störung des elektromagnetischen Feldes erzeugen, die durch das Patch-Element 104 bewirkt wird, wodurch eine neue Resonanz für die Antenne 40 erzeugt wird. Dies kann dazu dienen, die Gesamtbandbreite der Antenne 40 zu verbreitern (z.B. das gesamte Millimeterwellenfrequenzband von 57 GHz bis 71GHz abzudecken).
  • Zumindest ein Teil oder eine Gesamtheit des parasitären Elements 106 kann das Patch-Element 104 überlappen. In dem Beispiel von 5 hat das parasitäre Element 106 die Form eines Kreuzes oder eines „X“. Um die Kreuzform zu bilden, kann das parasitäre Element 106 Einkerbungen oder Schlitze aufweisen, die durch Entfernen von leitfähigem Material von den Ecken eines quadratischen oder rechteckigen Metallfeldes gebildet werden. Das parasitäre Element 106 kann eine(n) rechteckige(n) (z.B. quadratischen) Umfang oder Grundfläche aufweisen. Das Entfernen von leitfähigem Material vom parasitären Element 106 zum Formen eines Kreuzes kann dazu dienen, die Impedanz des Patch-Elements 104 so einzustellen, dass die Impedanz des Patch-Elements 104 beispielsweise an beide Übertragungsleitungspfade 64H 64V angepasst wird. Das Beispiel von 5 ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann das parasitäre Element 106 andere Formen oder Ausrichtungen aufweisen.
  • Falls gewünscht, kann die Antenne 40 von 5 auf einem dielektrischen Substrat (der Übersichtlichkeit halber in 5 nicht gezeigt) gebildet werden. Das dielektrische Substrat kann beispielsweise eine Leiterkarte oder ein anderes dielektrisches Substrat sein. Das dielektrische Substrat kann mehrere gestapelte dielektrische Schichten einschließen (z.B. mehrere Schichten eines Leiterkartensubstrats wie beispielsweise mehrere Schichten von glasfasergefülltem Epoxidharz, mehrere Schichten eines keramischen Substrats, etc.). Die Massefläche 102, das Patch-Element 104 und das parasitäre Element 106 können auf Wunsch auf verschiedenen Schichten des dielektrischen Substrats gebildet werden.
  • In dieser Konfiguration kann die Antenne 40 ein relativ breites betroffenes Millimeterwellen-Kommunikationsband wie ein Frequenzband zwischen 57 GHz und 71 GHz abdecken. Das Beispiel von 5 ist lediglich veranschaulichend. Wenn gewünscht, kann das parasitäre Element 106 weggelassen werden. Die Antenne 40 kann eine beliebige Anzahl von Speisungen aufweisen. Gegebenenfalls können andere Antennenarten verwendet werden.
  • 6 ist eine Querschnitt-Seitenansicht der Vorrichtung 10, die veranschaulicht, wie das phasengesteuerte Antennen-Array 60 (3) Hochfrequenzsignale durch eine dielektrische Deckschicht für die Vorrichtung 10 übertragen kann. Die Ebene der Seite von 6 kann zum Beispiel in der Y-Z-Ebene von 1 liegen.
  • Wie in 6 dargestellt, können periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W sich um den Umfang der Vorrichtung 10 erstrecken. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können sich über die Höhe (Dicke) der Vorrichtung 10 von einer ersten dielektrischen Deckschicht wie etwa der dielektrischen Deckschicht 120, zu einer zweiten dielektrischen Deckschicht, wie der dielektrischen Deckschicht 122, erstrecken. Die dielektrischen Deckschichten 120 und 122 können hierin manchmal als dielektrische Abdeckungen, dielektrische Schichten, dielektrische Wände oder dielektrische Gehäusewände bezeichnet werden. Falls gewünscht, kann sich die dielektrische Deckschicht 120 über die gesamte Seitenfläche der Vorrichtung 10 erstrecken und kann eine erste (vordere) Fläche der Vorrichtung 10 bilden. Die dielektrische Deckschicht 122 kann sich über die gesamte Seitenfläche der Vorrichtung 10 erstrecken und kann eine zweite (hintere) Fläche der Vorrichtung 10 bilden.
  • In dem Beispiel von 6 bildet die dielektrische Deckschicht 122 einen Teil der hinteren Gehäusewand 12R für die Vorrichtung 10, während die dielektrische Deckschicht 120 einen Teil der Anzeige 6 bildet (z.B. eine Anzeigenabdeckschicht für Anzeige 6). Die aktive Schaltlogik in der Anzeige 6 kann Licht durch die dielektrische Deckschicht 120 emittieren und kann von einem Benutzer über die dielektrische Deckschicht 120 berührt oder gedrückt werden. Die dielektrische Deckschicht 122 kann eine dünne dielektrische Schicht oder Beschichtung unter einem leitfähigen Abschnitt der hinteren Gehäusewand 12R bilden (z.B. eine leitfähige Rückwand oder eine andere leitfähige Schicht, die sich im Wesentlichen über die gesamte Seitenfläche der Vorrichtung 10 erstreckt). Die dielektrischen Deckschichten 120 und 122 können aus beliebigen dielektrischen Materialien wie Glas, Kunststoff, Saphir, Keramik usw. gebildet werden.
  • Leitfähige Strukturen wie die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können elektromagnetische Energie blockieren, die durch phasengesteuerte Antennen-Arrays in der Vorrichtung 10 übertragen wird, wie beispielsweise das phasengesteuerte Antennen-Array 60 von 3. Um zu ermöglichen, dass Hochfrequenzsignale mit drahtloser Ausrüstung außerhalb der Vorrichtung 10 gesendet werden, können phasengesteuerte Antennen-Arrays, wie beispielsweise ein phasengesteuertes Antennen-Array 60, hinter der dielektrischen Deckschicht 120 und/oder der dielektrischen Deckschicht 122 angebracht werden.
  • Wenn es hinter der dielektrischen Deckschicht 120 angebracht wird, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 drahtlose Signale (z.B. drahtlose Signale in Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen) wie Hochfrequenzsignale 124 durch die dielektrische Deckschicht 120 senden und empfangen. Wenn es hinter der dielektrischen Deckschicht 122 angebracht wird, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 drahtlose Signale wie Hochfrequenzsignale 126 durch die dielektrische Deckschicht 120 senden und empfangen.
  • In der Praxis können Hochfrequenzsignale in Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen wie die Hochfrequenzsignale 124 und 126 erheblich gedämpft werden, insbesondere durch relativ dichte Medien wie etwa die dielektrische Deckschichten 120 und 122. Die Hochfrequenzsignale können auch destruktiver Interferenz aufgrund von Reflexionen innerhalb der dielektrischen Deckschichten 120 und 122 unterliegen und unerwünschte Oberflächenwellen an den Grenzflächen zwischen den dielektrischen Deckschichten 120 und 122 und dem Innenraum der Vorrichtung 10 erzeugen. Beispielsweise können Hochfrequenzsignale, die von einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gesendet werden, das hinter der dielektrischen Deckschicht 120 angebracht ist, Oberflächenwellen an der Innenfläche der dielektrischen Deckschicht 120 erzeugen. Wenn darauf nicht geachtet wird, können sich die Oberflächenwellen seitlich nach außen ausbreiten (z.B. entlang der inneren Oberfläche der dielektrischen Deckschicht 120) und aus den Seiten der Vorrichtung 10 austreten, wie durch Pfeile 125 gezeigt. Oberflächenwellen wie diese können zum Beispiel den gesamten Wirkungsgrad der Antenne für das phasengesteuerte Antennen-Array beeinträchtigen, zu unerwünschten Störungen mit externen Einrichtungen führen und den Benutzer unerwünschter hochfrequenter Energieabsorption aussetzen. Ähnliche Oberflächenwellen können auch an der inneren Oberfläche der dielektrischen Deckschicht 122 erzeugt werden.
  • 7 ist eine Querschnitt-Seitenansicht der veranschaulichenden Vorrichtung 10, die zeigt, wie die Antenne 60 in der Vorrichtung 10 eingegliedert sein kann, um diese Störungen zu schwächen. Wie in 7 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 auf einem dielektrischen Substrat wie etwa dem Substrat 140 ausgebildet sein, das im Innenbereich 132 der Vorrichtung 10 und an der dielektrischen Deckschicht 130 angebracht ist. Das phasengesteuerte Antennen-Array 60 kann mehrere Antennen 40 (z.B. gestapelte Patch-Antennen, wie in 5 gezeigt) einschließen, die in einem Reihen- und Spaltenmuster angeordnet sind (z.B. ein ein- oder zweidimensionales Array). Die dielektrische Deckschicht 130 kann beispielsweise eine dielektrische Rückwand für die Vorrichtung 10 bilden (z.B. kann die dielektrische Deckschicht 130 der 7 die dielektrische Deckschicht 122 der 6 bilden) oder sie kann eine Anzeigedeckschicht für die Vorrichtung 10 bilden (z.B. kann die dielektrische Deckschicht 130 der 7 die dielektrische Deckschicht 120 der 6 bilden). Die dielektrische Deckschicht 130 kann aus einem optisch unsichtbaren Material gebildet sein oder kann mit Pigment versehen sein, so dass die dielektrische Deckschicht 130 optisch undurchsichtig ist, falls gewünscht.
  • Bei dem Substrat 140 kann es sich zum Beispiel um eine starre oder flexible Leiterplatte oder ein anderes dielektrisches Substrat handeln. Das Substrat 140 kann mehrere gestapelte dielektrische Schichten 142 (z.B. mehrere Schichten Leiterplatten wie beispielsweise mehrere Schichten von glasfasergefülltem Epoxidharz) einschließen oder kann eine einzelne dielektrische Schicht sein. Das Substrat 140 kann beliebige gewünschte dielektrische Materialien wie Epoxid, Kunststoff, Keramik, Glas, Schaum oder andere Materialien enthalten. Die Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 60 können an einer Oberfläche des Substrats 140 oder teilweise oder komplett innerhalb des Substrats 140 (z.B. innerhalb einer einzigen Schicht des Substrats 140 oder in mehreren Schichten des Substrats 140) angebracht werden.
  • In dem Beispiel von 7 enthalten die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 eine Massefläche (z.B. Massefläche 102 von 5) und Patch-Elemente 104, die aus Leiterbahnen gebildet sind, die innerhalb der Schichten 142 des Substrats 140 eingebettet sind. Die Massefläche für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 kann beispielsweise aus Leiterbahnen 154 innerhalb des Substrats 140 gebildet werden. Die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können parasitäre Elemente 106 (z.B. kreuzförmige parasitäre Elemente, wie in 5 gezeigt) einschließen, die aus Leiterbahnen an der Oberfläche 150 des Substrats 140 gebildet sind. Beispielsweise können parasitäre Elemente 106 aus Leiterbahnen auf der obersten Schicht 142 des Substrats 140 gebildet werden. Bei einer anderen geeigneten Anordnung können eine oder mehrere Schichten 142 zwischen parasitären Elementen 106 und der dielektrischen Deckschicht 130 angeordnet sein. In noch einer anderen geeigneten Anordnung können parasitäre Elemente 106 weggelassen werden und Patch-Elemente 104 können aus Leiterbahnen an der Oberfläche 150 des Substrats 140 gebildet werden (z.B. können Patch-Elemente 104 in direktem Kontakt mit der Klebstoffschicht 136 oder der Innenfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 sein).
  • Die Oberfläche 150 des Substrats 140 kann an der Innenfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 angebracht (z.B. daran befestigt) werden. Beispielsweise kann das Substrat 140 unter Verwendung einer Klebstoffschicht, wie etwa der Klebstoffschicht 136, an der dielektrischen Deckschicht 130 angebracht werden. Dies ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann das Substrat 140 an die dielektrische Deckschicht 130 unter Verwendung anderer Klebstoffe, Schrauben, Stifte, Federn, leitfähigen Gehäusestrukturen, etc. angebracht werden. Das Substrat 140 muss nicht an der dielektrischen Deckschicht 130 angebracht werden, falls gewünscht (z.B. kann Substrat 140 direkt die dielektrische Deckschicht 130 berühren, ohne an der dielektrischen Deckschicht 130 angebracht zu sein). Parasitäre Elemente 106 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können die Innenfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 direkt berühren (d.h. in Szenarien ohne Klebstoffschicht 136 oder wenn die Klebstoffschicht 136 Öffnungen aufweist, die an parasitäre Elemente 106 angeglichen sind) oder können mit der inneren Oberfläche 146 durch die Klebstoffschicht 136 (z.B. parasitäre Elemente 106 können die Klebstoffschicht 136 direkt berühren) verbunden sein.
  • Das phasengesteuerte Antennen-Array 60 und das Substrat 140 können hierin manchmal in ihrer Gesamtheit als Antennenmodul 138 bezeichnet werden. Falls gewünscht, kann die Transceiver-Schaltlogik 134 (z.B. Transceiver-Schaltlogik 28 von 2) oder andere Transceiver-Schaltlogiken am Antennenmodul 138 angebracht sein (z.B. an der Oberfläche 152 des Substrats 140 oder eingebettet innerhalb des Substrats 140). Während 9 zwei Antennen zeigt, ist dies lediglich veranschaulichend. Im Allgemeinen kann jede gewünschte Antennenanzahl in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gebildet werden. Das Beispiel von 9, in dem die Antennen 40 Patch-Antennen sind, ist lediglich veranschaulichend. Die Patch-Elemente 104 und/oder parasitären Elemente 106 von 9 können durch Dipol-Resonanzelemente, Yagi-Antennen-Resonanzelemente, Schlitzantennen-Resonanzelemente oder beliebige andere Antennenresonanzelemente von Antennen eines beliebigen gewünschten Typs ersetzt werden.
  • Falls gewünscht, kann auch eine leitfähige Schicht (beispielsweise ein leitfähiger Abschnitt der hinteren Gehäusewand 12R, wenn die dielektrische Deckschicht 130 die dielektrische Deckschicht 122 der 6 bildet) auf der inneren Oberfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 gebildet werden. In diesen Szenarien kann die leitfähige Schicht als strukturelle und mechanische Abstützung für die Vorrichtung 10 dienen und einen Teil der Massefläche der Antenne für die Vorrichtung 10 bilden. Die leitfähige Schicht kann eine Öffnung aufweisen, die an das phasengesteuerte Antennen-Array 60 und/oder das Antennenmodul 138 angeglichen ist (z. B. um zu ermöglichen, dass Hochfrequenzsignale 162 durch die leitfähige Schicht befördert werden).
  • Die Leiterbahnen 154 können daher hierin manchmal als Massebahnen 154, Massefläche 154, Antennenfläche 154 oder geerdete Leiterbahnen 154 bezeichnet werden. Die Schichten 142 in dem Substrat 140 zwischen den Massebahnen 154 und der dielektrischen Deckschicht 130 können hierin manchmal als Antennenschichten 142 bezeichnet werden. Die Schichten in dem Substrat 140 zwischen den Massebahnen 154 und der Oberfläche 152 des Substrats 140 können hierin manchmal als Übertragungsleitungsschichten bezeichnet werden. Die Antennenschichten können verwendet werden, um Patch-Elemente 104 und parasitäre Elemente 106 der Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zu unterstützen. Die Übertragungsleitungsschichten können verwendet werden, um Übertragungsleitungspfade (z.B. Übertragungsleitungspfade 64V und 64H von 5) für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 zu unterstützen.
  • Die Transceiver-Schaltlogik 134 kann Transceiver-Ports 160 einschließen. Jeder Transceiver-Port 160 kann mit einer entsprechenden Antenne 40 über einen oder mehrere zugehörige Übertragungsleitungspfade 64 (z.B. Übertragungsleitungspfade wie die Übertragungsleitungspfade 64H und 64V von 5) verbunden sein. Die Transceiver-Ports 160 können leitfähige Kontaktflächen, Lötkugeln, Mikrobumps, leitfähige Stifte, leitfähige Säulen, leitfähige Sockel, leitfähige Klammern, Schweißstellen, leitfähige Klebstoffe, leitfähige Drähte, Schnittstellenschaltungen oder beliebige andere leitfähige Verbindungsstrukturen enthalten.
  • Übertragungsleitungspfade für Antennen 40 können in die Übertragungsleitungsschichten des Substrats 140 eingebettet sein. Die Übertragungsleitungspfade können Leiterbahnen 168 innerhalb der Übertragungsleitungsschichten des Substrats 140 enthalten (z.B. Leiterbahnen auf einer oder mehreren dielektrischen Schichten 142 innerhalb des Substrats 140). Leiterbahnen 168 können Signalleiter 94 und/oder Masseleiter 90 (4) eines, mehr als eines oder aller Übertragungsleitungspfade 64 für die Antennen 40 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 bilden. Falls gewünscht, können zusätzliche Massebahnen innerhalb der Übertragungsleitungsschichten des Substrats 140 und/oder Teile der Massebahnen 154 den Masseleiter 90 (4) für einen oder mehrere Übertragungsleitungspfade 64 bilden.
  • Leiterbahnen 168 können über leitfähige Strukturen 166 mit positiven Antennenspeisungsanschlüssen der Antennen 40 (z.B. positive Antennenspeisungsanschlüsse 98-1 und 98-2 von 5) verbunden werden. Leiterbahnen 168 können über vertikale leitfähige Strukturen 171 mit Transceiver-Ports 160 verbunden werden. Vertikale leitfähige Strukturen 166 können sich durch einen Abschnitt der Übertragungsleitungsschichten des Substrats 140, Löcher oder Öffnungen 164 in Massebahnen 154 (z.B. Löcher wie Löcher 117 und 119 von 5) und die Antennenschichten in dem Substrat 140 bis zu den Patch-Elementen 104 erstrecken. Vertikale leitfähige Strukturen 171 können sich durch einen Teil der Übertragungsleitungsschichten in dem Substrat 140 bis zu den Transceiver-Ports 160 erstrecken. Vertikale leitfähige Strukturen 166 und 171 können leitfähige Durchkontaktierungen, Metallsäulen, Metalldrähte, leitfähige Stifte oder beliebige andere vertikale leitfähige Verbindungselemente einschließen. Während das Beispiel von 7 nur eine einzige vertikale leitfähige Struktur zeigt, die mit einem einzigen positiven Antennenspeisungsanschluss auf jedem Patch-Element 140 verbunden ist, können die Patch-Elemente 104 unter Verwendung mehrerer positiver Antennenspeisungsanschlüsse und vertikaler leitfähiger Strukturen gespeist werden, falls gewünscht. Beispielsweise kann jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 positive Antennenspeisungsanschlüsse 98-1 und 98-2 (5) aufweisen, die mit den zugehörigen Leiterbahnen 168 über vertikale leitfähigen Strukturen 166 (z. B. zum Abdecken mehrerer verschiedener Polarisationen) verbunden sind.
  • Wenn daran nicht gedacht wird, können Hochfrequenzsignale, die von Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gesendet werden, von der inneren Oberfläche 146 reflektiert werden, wodurch der Vorteil des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 in einigen Richtungen begrenzt wird. Das Anbringen der leitfähigen Strukturen der Antennen 40 (z.B. Patch-Elemente 104 oder parasitäre Elemente 106) direkt an der inneren Oberfläche 146 (z.B. entweder durch die Klebstoffschicht 136 oder direkt an der inneren Oberfläche 146) kann dazu dienen, diese Reflexionen zu minimieren, wodurch der Antennenvorteil für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 in allen Richtungen optimiert werden kann. Die Klebstoffschicht 136 kann eine ausgewählte Dicke 176 haben, die ausreichend klein ist, um diese Reflexionen zu minimieren, während immer noch eine zufriedenstellende Haftung zwischen der dielektrischen Deckschicht 130 und dem Substrat 140 ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Dicke 176 zwischen 300 Mikrometer und 400 Mikrometer, zwischen 200 Mikrometer und 500 Mikrometer, zwischen 325 Mikrometer und 375 Mikrometer, zwischen 100 Mikrometer und 600 Mikrometer betragen.
  • In der Praxis können die Hochfrequenzsignale, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 übertragen werden, innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 (z.B. an der Innenfläche 146 und/oder der Außenfläche 148 der dielektrischen Deckschicht 130) reflektieren. Solche Reflexionen können zum Beispiel aufgrund der Differenz in der Dielektrizitätskonstante zwischen der dielektrischen Deckschicht 130 und dem Raum außerhalb der Vorrichtung 10 sowie der Differenz in der Dielektrizitätskonstante zwischen Substrat 140 und der dielektrischen Deckschicht 130 verursacht werden. Wenn daran nicht gedacht wird, können sich die reflektierten Signale gegenseitig destruktiv und/oder mit den gesendeten Signalen innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 stören. Dies kann beispielsweise zu einer Verschlechterung des Antennenvorteils für ein phasengesteuertes Antennen-Array 60 über einige Winkel führen.
  • Um diese destruktiven Interferenzeffekte abzuschwächen, können die Dielektrizitätskonstante DK1 der dielektrischen Deckschicht 130 und die Dicke 144 der dielektrischen Deckschicht 130 so gewählt werden, dass die dielektrische Deckschicht 130 einen Viertelwellenimpedanzwandler für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 bildet. Wenn die dielektrische Deckschicht 130 auf diese Weise konfiguriert ist, kann sie die Anpassung der Antennenimpedanz für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 an den freien Raum außerhalb der Vorrichtung 10 optimieren und destruktive Interferenz innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 abschwächen.
  • Beispielsweise kann die dielektrische Deckschicht 130 aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 3,0 und 10,0 (z.B. zwischen 4,0 und 9,0, zwischen 5,0 und 8,0, zwischen 5,5 und 7,0, zwischen 5,0 und 7,0 usw.) gebildet werden. In einer besonderen Anordnung kann die dielektrische Deckschicht 130 aus Glas, Keramik oder anderen dielektrischen Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 6,0 gebildet sein. Die Dicke 144 der dielektrischen Deckschicht 130 kann so gewählt werden, dass sie zwischen 0,15 und 0,25 mal der effektiven Betriebswellenlänge des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 aus dem Material, das verwendet wird, um die dielektrische Deckschicht 130 zu bilden (z.B. ungefähr ein Viertel der effektiven Wellenlänge), liegt. Die effektive Wellenlänge wird durch Teilen des freien Raums der Betriebswellenlänge des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 (z.B. einer Zentimeter- oder Millimeterwellenlänge in einer entsprechenden Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz) durch einen konstanten Faktor (z.B. der Quadratwurzel der dielektrischen Konstante des verwendeten Materials zur Bildung einer dielektrischen Deckschicht 130) erreicht. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und die Dicke 144 kann, falls gewünscht, zwischen 0,17 und 0,23 mal der effektiven Wellenlänge, zwischen 0,12 und 0,28 mal der effektiven Wellenlänge, zwischen 0,19 und 0,21 mal der effektiven Wellenlänge, zwischen 0,15 und 0,30 mal der effektiven Wellenlänge, etc. gewählt werden. In der Praxis kann zum Beispiel die Dicke 144 zwischen 0,8 mm und 1,0 mm, zwischen 0,85 mm und 0,95 mm oder zwischen 0,7 mm und 1,1 mm betragen. Die Klebstoffschicht 136 kann aus dielektrischen Materialien gebildet werden, die eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die kleiner als die Dielektrizitätskonstante DK1 der dielektrischen Deckschicht 130 ist.
  • Jede Antenne 40 kann von den anderen Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 durch vertikale leitfähige Strukturen wie etwa leitfähige Durchkontaktierungen 170 (manchmal hierin als leitfähige Vias 170 bezeichnet) getrennt sein. Gruppen oder Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 können jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 seitlich umgeben. Leitfähige Durchkontaktierungen 170 können sich durch das Substrat 140 von der Oberfläche 150 bis zu den Massebahnen 156 erstrecken. Leitfähige Kontaktflächen (der Übersichtlichkeit halber in 7 nicht gezeigt) können verwendet werden, um leitfähige Durchkontaktierungen 170 an jeder Schicht 142 zu sichern, während die leitfähigen Durchkontaktierungen durch das Substrat 140 hindurchgehen. Durch Kurzschließen der leitfähigen Durchkontaktierungen 170 mit den Massebahnen 154 können die leitfähigen Durchkontaktierungen 170 auf dem gleichen Masse- oder Bezugspotential wie die Massebahnen 154 gehalten werden.
  • Wie in 7 gezeigt, können das Patch-Element 104 und das parasitäre Element 106 jeder Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 innerhalb eines entsprechenden Volumens 172 (hierin manchmal als Hohlraum 172 bezeichnet) angebracht sein. Die Ecken des Volumens 172 für jede Antenne 40 können durch leitfähige Durchkontaktierungen 170, Massebahnen 154 und die dielektrische Deckschicht 130 entstehen (z.B. kann Volumen 172 für jede Antenne 40 durch leitfähige Durchkontaktierungen 170, Massebahnen 154 und die dielektrische Deckschicht 130 umschlossen sein. Auf diese Weise können die leitfähigen Durchkontaktierungen 170 und die Massebahnen 154 einen leitfähigen Hohlraum für jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 bilden (z.B. jede Antenne 40 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 60 kann eine gestapelte Patch-Antenne mit einem Hohlraum auf der Rückseite sein, die aus den leitfähigen Durchkontaktierungen 170 und Massebahnen 154 einen leitfähigen Hohlraum gebildet hat).
  • Der aus den Massebahnen 154 und den leitfähigen Durchkontaktierungen 170 gebildete leitfähige Hohlraum kann dazu dienen, den Vorteil jeder Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zu verbessern (z.B. beim Ausgleich von Dämpfung und destruktiver Interferenz, die auf das Vorhandensein der dielektrischen Deckschicht 130 zurückgeht). Leitfähige Durchkontaktierungen 170 können auch dazu dienen, die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 voneinander zu isolieren, falls gewünscht (z.B. um elektromagnetische Kreuzkopplung zwischen den Antennen zu minimieren).
  • Jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60, ihre zugehörigen leitfähigen Durchkontaktierungen 170, ihr entsprechendes Volumen 172 und ihr entsprechender Abschnitt der Massebahnen 154 können hierin manchmal als eine Antennenelementarzelle 174 bezeichnet werden. Antennenelementarzellen 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können in jedem gewünschten Muster (z.B. einem Muster mit Reihen und/oder Spalten oder anderen Formen) angeordnet sein. Einige leitfähige Durchkontaktierungen 170 können, falls gewünscht, mit benachbarten Antennenelementarzellen 174 geteilt werden.
  • Jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 kann Wellen an der Innenfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 (z.B. Oberflächenwellen wie die Oberflächenwellen 125 von 6) erzeugen. Jedoch können durch die seitliche Platzierung (Musterung) der Antennenelementarzellen 174 an der Innenfläche 146 der dielektrischen Deckschicht 130 die von jeder Antenne 40 erzeugten Oberflächenwellen so konfiguriert werden, dass sie Störungen verursachen und sich am seitlichen Horizont der Innenfläche 146 aufheben (z. B. in relativ breiten seitlichen Abständen von dem phasengesteuerten Antennen-Array 60, wie an den seitlichen Enden der dielektrischen Deckschicht 130). Dies kann verhindern, dass die Oberflächenwellen, die von jeder Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 erzeugt werden, aus der Vorrichtung 10 austreten, externe Geräte stören, vom Benutzer absorbiert werden, etc. Auf diese Weise kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 Hochfrequenzsignale 162 in Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen durch die dielektrische Deckschicht 130 senden und empfangen und gleichzeitig Reflektionsverluste, destruktive Interferenz und Auswirkungen der Oberflächenwellen in Verbindung mit der Präsenz der dielektrischen Deckschicht 130 minimieren.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Übertragungsleitungsmodell 190, das veranschaulicht, wie die dielektrische Deckschicht 130 konfiguriert werden kann, um einen Viertelwellenimpedanzwandler für jede Antenne 40 des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 zu bilden. Wie in 8 gezeigt, kann der Transceiver 180 (z.B. eine Transceiver-Schaltlogik 28 von 2) mit der Antennenlast 182 verbunden sein (z.B. einer 50-Ohm-Impedanz, die einer gegebenen Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zugeordnet ist).
  • Es kann zwischen der Antennenlast 182 und der freien Raumlast 186 eine Last 184, die der dielektrischen Deckschicht 130 von 7 zugeordnet ist, geschaltet werden. Die freie Raumlast 186 kann dem Raum über der dielektrischen Schicht 130 und außerhalb der Vorrichtung 10 zugeordnet werden (z.B. 377 Ohm oder eine andere geeignete freie Raumimpedanz). Durch Bilden der dielektrischen Deckschicht 130 mit einer geeigneten Dielektrizitätskonstante DK1 und einer Dicke 144 kann die dielektrische Deckschicht 130 einen Viertelwellenimpedanzwandler bilden (z.B. wo die Dicke 144 etwa ein Viertel oder zwischen 0,15 und 0,25 mal der effektiven Wellenlänge des Betriebs der Antenne 40 bei einer gegebenen Dielektrizitätskonstante DK1 der dielektrischen Deckschicht 140 beträgt).
  • Die Konfiguration der dielektrischen Deckschicht 130 zur Bildung eines Viertelwellenimpedanzwandlers kann ermöglichen, dass die Antennenlast 182 (Antenne 40 der 7) mit der freien Raumlast 186 interagiert, während beispielsweise destruktive Interferenz und Signaldämpfung innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 in der Betriebswellenlänge der Antenne 40 minimiert wird. Durch Andrücken der Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gegen die Innenfläche 146 kann eine zusätzliche Last 188 zwischen den Antennen 40 und der dielektrischen Deckschicht 130 eliminiert werden, um die Gesamtantenneneffizienz zu optimieren. Das Beispiel von 8 ist lediglich veranschaulichend und allgemein, es können andere Übertragungsleitungsmodelle verwendet werden, um die Impedanzen zu modellieren, die dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zugeordnet sind.
  • 9 ist eine Draufsicht des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 (z.B. in der Richtung des Pfeils 175 von 7 dargestellt). In dem Beispiel von 9 werden die dielektrische Deckschicht 130, das Substrat 140, die Massebahnen 154 und die Leiterbahnen 168 von 7 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Wie in 9 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 auf dem Antennenmodul 138 mehrere Antennenelementarzellen 174 einschließen, die in einem rechteckigen Gittermuster von Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede Antennenelementarzelle 174 kann eine zugehörige Antenne 40 enthalten, die seitlich von einer zugehörigen Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 (z.B. entsprechende Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170) umgeben ist.
  • Die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen 170 für jede Antennenelementarzelle 174 können bei Frequenzen, die von Antennen 40 abgedeckt werden, undurchlässig sein. Jede leitfähige Durchkontaktierung 170 kann von zwei benachbarten leitfähigen Durchkontaktierungen 170 durch einen Abstand (Pitch) 200 getrennt sein. Um in Frequenzen, die durch die Antennen 40 abgedeckt werden, undurchlässig zu sein, kann der Abstand 200 weniger als etwa 1/8 der Betriebswellenlänge von Antennen 40 sein (z.B. eine effektive Wellenlänge nach Kompensation der dielektrischen Effekte des Substrats 140 von 7).
  • Jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 kann von einer oder mehreren benachbarten Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 durch den Abstand 206 getrennt werden. Abstand 206 kann zum Beispiel etwa gleich der halben Betriebswellenlänge von Antennen 40 sein (z.B. eine effektive Wellenlänge auf Grundlage der dielektrischen Eigenschaften des Substrats 140 von 7). In dem Beispiel von 9 hat jede Antennenelementarzelle 174 eine rechteckige Abmessung, der durch leitfähige Durchkontaktierungen 170 definiert ist. Zum Beispiel kann jede Antennenelementarzelle 174 eine erste rechteckige Abmessung 204 und eine zweite rechteckige Abmessung 202 aufweisen. Die Abmessung 202 kann gleich der Abmessung 204 sein (z.B. kann jede Antennenelementarzelle 174 einen quadratischen Umfang haben), oder die Abmessung 202 kann von der Abmessung 204 unterschiedlich sein. Die Abmessungen 202 und 204 können so ausgewählt werden, dass die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 ungefähr um die Hälfte der effektiven Betriebswellenlänge der Antennen 40 getrennt sind. Beispielsweise können die Abmessungen 202 und 204 zwischen 3,0 und 5,0 mm, zwischen 2,0 und 6,0 mm, zwischen 2,5 und 5,5 mm usw. liegen.
  • Das Beispiel von 9 ist lediglich veranschaulichend. Benachbarte Antennenelementarzellen 174 können einen oder mehrere Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 teilen oder können jeweils unterschiedliche zugehörige Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 aufweisen. Patch-Elemente 104 und parasitäre Elemente 106 können mittig in der entsprechenden Antennenelementarzelle 174 platziert oder von der Mitte der entsprechenden Antennenelementarzelle 174 versetzt angeordnet sein. Wenn gewünscht, können die parasitären Elemente 106 weggelassen werden. Zusätzliche Schichten gestapelter parasitärer Elemente und/oder Patch-Elemente (z.B. Antennenresonanzelemente) können, falls gewünscht, für jede Antenne 40 vorgesehen werden. Die Patch-Elemente 104 und parasitären Elemente 106 können beliebige Formen und/oder Richtungen aufweisen. Jede Antennenelementarzelle 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 kann die gleiche Form und Abmessung haben, oder zwei oder mehr der Antennenelementarzellen 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können unterschiedliche Formen oder Abmessungen aufweisen. Jede Antenne 40 kann die gleiche Frequenz abdecken oder, wenn gewünscht, zwei oder mehr Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können Patch-Elemente 104 von verschiedenen Größen zum Abdecken der unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Die Antennenelementarzellen 174 müssen nicht in einem Raster aus Zeilen und Spalten sein und können im Allgemeinen in jedem beliebigen Muster angeordnet sein. Das phasengesteuerte Antennen-Array 60 kann jede gewünschte Anzahl von Antennenelementarzellen 174 enthalten. Die Antennenelementarzellen 174 können, falls gewünscht, andere Formen aufweisen (z.B. Formen mit einer oder mehreren geraden und/oder gekrümmten Ecken, die durch Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 definiert sind).
  • 10 ist eine Draufsicht auf eine Antennenelementarzelle 174 mit einer fünfeckigen Form. In dem Beispiel der 10 sind die dielektrische Deckschicht 130, die Massebahnen 154, die Leiterbahnen 168 und das Substrat 140 von 7 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Wie in 10 gezeigt, kann die Antennenelementarzelle 174 fünf Seiten oder fünf gerade Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 aufweisen (z. B. kann die Antennenelementarzelle 174 eine fünfeckige Form oder eine rechteckige Form mit einer Ecke aufweisen, die durch einen diagonalen Zaun der leitfähigen Durchkontaktierungen 170 unterbrochen ist). Wenn auf diese Weise arrangiert, kann die Antennenelementarzelle 174 eine Hauptachse 210 zwischen 3,0 mm und 5,0 mm, zwischen 2,0 mm und 6,0 mm, zwischen 2,5 mm und 5,5 mm, etc. aufweisen. Jede Seite der Antennenelementarzelle 174 kann die gleiche Länge aufweisen oder zwei oder mehr Seiten der Antennenelementarzelle 174 können unterschiedlich lang sein.
  • 11 ist eine Draufsicht einer Antennenelementarzelle 174 mit sechseckiger Form. In dem Beispiel von 11 sind die dielektrische Deckschicht 130, die Massebahnen 154, die Leiterbahnen 168 und das Substrat 140 von 7 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Wie in 11 dargestellt, kann die Antennenelementarzelle 174 sechs Seiten oder sechs gerade Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 haben. In dieser Anordnung kann die Antennenelementarzelle 174 eine Hauptachse 212 zwischen 3,0 mm und 5,0 mm, zwischen 2,0 mm und 6,0 mm, zwischen 2,5 mm und 5,5 mm, etc. aufweisen. Jede Seite der Antennenelementarzelle 174 kann die gleiche Länge aufweisen oder zwei oder mehr Seiten der Antennenelementarzelle 174 können unterschiedlich lang sein. Die Beispiele von 10 und 11 dienen lediglich der Veranschaulichung. Im Allgemeinen können die Patch-Elemente 104 von 10 und 11 jede gewünschte Form aufweisen. Die Antennen 40 der 10 und 11 können, falls gewünscht, mit parasitären Elementen wie den parasitären Elementen 106 der 7 und 9 versehen sein.
  • Antennenelementarzellen mit unterschiedlichen Formen und Größen wie die sechseckigen Antennenelementarzellen 174 von 11 und die fünfeckigen Antennenelementarzellen 174 von 10 können in demselben phasengesteuerten Antennen-Array 60 so eingegliedert werden, dass die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 auf eine gewünschte Art angeordnet, gestapelt oder verpackt sind (z.B. um gewünschte Antennenmuster zu berücksichtigen, um dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zu ermöglichen, verschiedene Antennengrößen zum Abdecken unterschiedlicher Frequenzen einzuschließen, um die Antennen in einer optimalen Art und Weise zur Aufhebung der an der dielektrischen Deckschicht 130 von 7 erzeugten Oberflächenwellen anzuordnen, um besondere Raumbegrenzungen innerhalb der Vorrichtung 10 zu berücksichtigen, etc.).
  • Falls gewünscht, kann dasselbe phasengesteuerte Antennen-Array 60 die Antennen 40 und/oder Antennenelementarzellen 174 verschiedener Formen und Größen umfassen, um gleichzeitig verschiedene Frequenzen abzudecken. 12 ist eine Draufsicht eines phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 mit Antennen 40 und Antennenelementarzellen 174 verschiedener Formen und Größen zum Abdecken verschiedener Frequenzen. In dem Beispiel von 12 sind die dielektrische Deckschicht 130, die Massebahnen 154, die Leiterbahnen 168 und das Substrat 140 von 7 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Wie in 12 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 eine erste Gruppe von Antennen 40H zum Abdecken relativ hoher Frequenzen und eine zweite Gruppe von Antennen 40L zum Abdecken relativ niedriger Frequenzen (z.B. Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz) einschließen. Die Antennen 40H können relativ kleine Patch-Elemente 104 haben (z.B. Patch-Elemente 104 mit Seiten der Länge 222), um die relativ hohen Frequenzen abzudecken. Die Antennen 40L können relativ große Patch-Elemente 104 haben (z. B. Patch-Elemente 104 mit Seiten der Länge 220, die größer als die Länge 222 sind), um die relativ niedrigen Frequenzen abzudecken.
  • Die Antennen 40H können von entsprechenden Gruppen (Einzäunungen) von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 umgeben sein, um Antennenelementarzellen 174H zu bilden. Die Antennen 40L können von entsprechenden Gruppen (Einzäunungen) von leitfähigen Durchkontaktierungen 170 umgeben sein, um Antennenelementarzellen 174L zu bilden. Die Antennenelementarzellen 174L können größer als die Antennenelementarzellen 174H sein (z.B. um die den der Antennen 40L zugeordneten längeren Wellenlängen aufzunehmen). In dem Beispiel von 12 haben die Antennenelementarzellen 174H eine sechseckige Form (11), wohingegen die Antennenelementarzellen 174L eine rechteckige oder quadratische Form haben. Dies kann beispielsweise ermöglichen, dass Antennenelementarzellen 174H zwischen benachbarte Antennenelementarzellen 174L passen, trotz der relativ großen Größe der Antennenelementarzellen 174L.
  • In dem Beispiel von 12 sind die Antennenelementarzellen 174L und die Antennenelementarzellen 174H in einem Muster konzentrischer Ringe angeordnet, die um einen gemeinsamen Punkt herum positioniert sind. Dies ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können die Antennenelementarzellen 174L und 174H in jedem beliebigen Muster angeordnet werden. Die Patch-Elemente 104 der Antennen 40H und 40L können beliebige gewünschte Formen aufweisen. Parasitäre Elemente wie die parasitäre Elemente 106 der 7 und 9 können über Patch-Elemente 104 für eine oder mehrere (z.B. alle) der Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 gestapelt werden. Zusätzliche Antennen und Antennenelementarzellen können, falls gewünscht, in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 zum Abdecken anderer Frequenzen enthalten sein.
  • Die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen 170 in den Antennenelementarzellen 174L und 174H können jede gewünschte Form haben. Im Allgemeinen können die Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen Formen aufweisen, die so ausgewählt sind, dass die Antennenelementarzellen 174L und 174H an vorbestimmten Stellen platziert (verlegt) werden können, ohne sich zu überlappen. Die vorbestimmten Stellen für die Antennenelementarzellen können so gewählt werden, dass das Antennendiagramm des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 eine gewünschte Form ist, so dass zum Beispiel die von jeder Antenne 40 erzeugten Oberflächenwellen in geeigneter Weise an der Peripherie der dielektrischen Deckschicht 130 (7) sich ausgleichen und/oder die Form oder den Platzbedarf innerhalb der Vorrichtung 10 berücksichtigen. Auf diese Weise kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 verschiedene Antennen zum Abdecken verschiedener Frequenzen aufweisen, während auch Signaldämpfung und destruktive Interferenz innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 (7) abgeschwächt werden und die Ausbreitung der Oberflächenwellen zu der äußeren Einrichtung 10 minimiert wird.
  • In einer anderen geeigneten Anordnung können eine oder mehrere Antennenelementarzellen 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 mit mehreren Antennen 40 versehen sein. 13 ist eine Draufsicht auf eine Antennenelementarzelle 174 mit mehreren Antennen 40. In dem Beispiel von 13 sind die dielektrische Deckschicht 130, die Massebahnen 154, die Leiterbahnen 168 und das Substrat 140 von 7 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Wie in 13 gezeigt, können mehrere Antennen 40, wie eine gegebene Antenne 40L, zum Abdecken relativ niedriger Frequenzen und eine gegebene Antenne 40H zum Abdecken relativ hoher Frequenzen innerhalb derselben Antennenelementarzelle 174 angebracht sein. Die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 in der Antennenelementarzelle 174 der 13 können seitlich beide Antennen 40H und 40L umgeben (z.B. können die beiden Patch-Elemente 104 der Antennen 40H und 40L in dem gleichen Hohlraum 172 von 7 angeordnet sein). Beispielsweise kann Antenne 40L ein relativ niedriges Frequenzband wie ein Frequenzband von 27,5 GHz bis 28,5 GHz abdecken, während Antenne 40H ein relativ hohes Band wie ein Frequenzband von 37 GHz bis 41 GHz abdeckt. Auf diese Art kann dieselbe Antennenelementarzelle 174 zur Abdeckung von mehreren Frequenzen verwendet werden. Dies kann zum Beispiel die Menge des erforderlichen Platzbedarfs zur Eingliederung der Antennen 40L und 40H in das Antennenmodul 138 in Szenarien reduzieren, wo separate Elementarzellen für die Antennen 40L und 40H verwendet werden (z.B. weil zusätzliche Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 zwischen den Antennen 40L und 40H weggelassen werden können). Die Antennen 40L und 40H können ausreichend isoliert sein, obwohl sie innerhalb derselben Antennenelementarzelle 174 angeordnet sind (z.B. weil die Antennen 40L und 40H Frequenzbereiche abdecken, die in der Frequenz ausreichend weit auseinander liegen). Jede Antennenelementarzelle 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 kann mehrere Antennen, wie beispielsweise die Antennen 40L und 40H von 13 einschließen, oder es können nur einige der Antennenelementarzellen 174 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 auf diese Weise implementiert sein.
  • Das Beispiel von 13 ist lediglich veranschaulichend. Die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 können jede gewünschte Form aufweisen (z.B. kann die Antennenelementarzelle 174 von 13 eine beliebige Anzahl von gekrümmten und/oder geraden Seiten haben). Die Patch-Elemente 104 der Antennen 40L und 40H können beliebige Formen und/oder zugehörige Richtungen aufweisen. Die Antennen 40L und 40H können, falls gewünscht, mit parasitären Elementen wie parasitären Elementen 106 der 7 und 9 versehen sein.
  • 14 zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht eines veranschaulichenden Antennendiagramms (z.B. ein Antennendiagrammbereich) eines phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 mit der dielektrischen Deckschicht 130 von 7. Wie in 14 dargestellt, veranschaulicht die Kurve 250 einen Antennendiagrammbereich des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 in Szenarien, in denen die dielektrische Deckschicht 130 keinen Viertelwellenimpedanzumwandler bildet und die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 nicht durch Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen 170 getrennt sind. Wie anhand der Kurve 250 gezeigt, kann der Antennendiagrammbereich für die Antennenanordnung 60 einen insgesamt geringeren Gewinn, lokale Minima (Täler), und lokale Maxima (Spitzen) unter verschiedenen Winkeln erzeugen. Der insgesamt geringere Gewinn und lokale Minima können beispielsweise durch Signaldämpfung und destruktive Interferenz innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 und/oder das Fehlen der leitfähigen Durchkontaktierungen 170 hervorgerufen werden.
  • Wenn die dielektrische Deckschicht 130 konfiguriert ist, um einen Viertelwellenimpedanzwandler zu bilden und Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen verwendet werden, um Antennenelementarzellen 174 (7-13) zu bilden, können Signalreflexionen an der Innenfläche 146 (7), Signaldämpfung und destruktive Interferenz innerhalb der dielektrischen Deckschicht 130 und die Ausbreitung der Oberflächenwellen entlang der Innenfläche 146 minimiert werden, so dass das phasengesteuerte Antennen-Array 60 einen Antennendiagrammbereich wie anhand der gezeigten Kurve 252 aufweist. Wie anhand der Kurve 252 gezeigt, kann der gesamte Gewinn des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 größer sein und der Antennendiagrammbereich des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 kann an allen Winkeln innerhalb des Sichtfeldes des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60 in Bezug auf Szenarien mit der Kurve 250 gleichmäßiger sein. Auf diese Weise kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 mit zufriedenstellender Antenneneffizienz über alle Winkel trotz des Vorhandenseins der dielektrischen Deckschicht 130 arbeiten.
  • Das Beispiel von 14 ist lediglich veranschaulichend. Im Allgemeinen können der Antennendiagrammbereich 250 und 252 andere Formen aufweisen. Die in 14 gezeigten Antennendiagrammbereiche veranschaulichen eine zweidimensionale Querschnitt-Seitenansicht des Antennendiagramms. Im Allgemeinen sind Antennendiagrammbereiche für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 dreidimensional.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung offenbart, die eine dielektrische Deckschicht, ein dielektrisches Substrat mit einer an der dielektrischen Deckschicht angebrachten Oberfläche und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat einschließt, das phasengesteuerte Antennen-Array weist Leiterbahnen auf der Oberfläche des dielektrischen Substrats auf und das phasengesteuerte Antennen-Array ist zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Deckschicht konfiguriert.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung eine erste und zweite Fläche und eine Anzeigevorrichtung mit einer Anzeigedeckschicht und einer Pixel-Schaltlogik, die Licht durch die Anzeige der Deckschicht emittiert, auf, die Anzeigedeckschicht bildet die erste Fläche der elektronischen Vorrichtung und die dielektrische Deckschicht bildet die zweite Fläche der elektronischen Vorrichtung.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die dielektrische Deckschicht Material ein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas und Keramik besteht.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung eine erste und zweite Fläche auf und schließt eine Anzeige mit einer Pixel-Schaltlogik ein, wobei die Pixel-Schaltlogik so konfiguriert ist, dass Licht durch die dielektrische Deckschicht emittiert werden kann.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform berühren die Leiterbahnen eine Oberfläche der dielektrischen Deckschicht.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung eine erste und zweite Fläche auf und beinhaltet eine Klebstoffschicht, welche die Oberfläche des dielektrischen Substrats an der dielektrischen Deckschicht befestigt, wobei die Leiterbahnen die Klebstoffschicht berühren.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Klebstoffschicht eine Dicke zwischen 200 Mikrometer und 500 Mikrometer auf, die dielektrische Deckschicht weist eine erste Dielektrizitätskonstante und der Klebstoff weist eine zweite Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner als die erste Dielektrizitätskonstante ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die dielektrische Deckschicht eine Dicke zwischen 0,7 mm und 1,1 mm auf.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array eine Antenne mit Massebahnen, die in das dielektrische Substrat eingebettet sind, ein Patch-Element, das zwischen den Massebahnen und den Leiterbahnen eingeordnet ist, und ein parasitäres Element, das aus den Leiterbahnen gebildet ist, ein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung einen ersten Übertragungsleitungspfad, der mit einem ersten positiven Antennenspeisungsanschluss auf dem Patch-Element verbunden ist, und einen zweiten Übertragungsleitungspfad, der mit einem zweiten positiven Antennenspeisungsanschluss auf dem Patch-Element verbunden ist, ein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Leiterbahnen kreuzförmig und überlappen die ersten und zweiten positiven Antennespeisungsanschlüsse auf dem Patch-Element.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das phasengesteuerte Antennen-Array eine Antenne mit in das dielektrische Substrat eingebetteten Massebahnen und einen positiven Antennenspeisungsanschluss, der mit den Leiterbahnen an der Oberfläche des dielektrischen Substrats verbunden ist, wobei die Leiterbahnen ein Antennenresonanzelement für die Antenne bilden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung Einzäunungen von leitfähigen Durchkontaktierungen ein, die sich von den Massebahnen bis zur Oberfläche des dielektrischen Substrats erstrecken, die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen und die Massebahnen definieren einen Hohlraum und ein Antennenresonanzelement im Hohlraum.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt jede Antennenelementarzelle in der Mehrzahl von Antennenelementarzellen ein zusätzliches Antennenresonanzelement innerhalb des Hohlraums ein, wobei das Antennenresonanzelement so ausgestaltet ist, dass Hochfrequenzsignale mit einer ersten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz gesendet werden, und das zweite Antennenresonanzelement ist so konfiguriert, dass Hochfrequenzsignale mit einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz gesendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung offenbart, die eine dielektrische Schicht, ein dielektrisches Substrat mit einer mit der dielektrischen Schicht verbundenen Oberfläche, und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat einschließt, das phasengesteuerte Antennen-Array ist zur Übertragung von Signalen in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Schicht konfiguriert, und die dielektrische Schicht ist zur Bildung eines Viertelwellenimpedanzwandlers in der Frequenz für das phasengesteuerte Antennen-Array konfiguriert.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform zeigen die Hochfrequenzsignale in der Frequenz eine effektive Wellenlänge, während sie sich durch die dielektrische Schicht ausbreiten, und die dielektrische Schicht weist eine Dicke auf, die zwischen 0,15 und 0,25 mal der effektiven Wellenlänge liegt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante zwischen 3,0 und 10,0 auf, und das phasengesteuerte Antennen-Array weist Leiterbahnen an der Oberfläche des dielektrischen Substrats auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung offenbart, die eine dielektrische Gehäusewand, ein mit der dielektrischen Gehäusewand verbundenes dielektrisches Substrat und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat einschließt und die zum Übertragen der Hochfrequenzsignale in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Gehäusewand konfiguriert ist, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array eine Vielzahl von Antennen einschließt, jede Antenne der Vielzahl von Antennen eine Leiterbahn umfasst, die an der dielektrischen Gehäusewand befestigt ist, und Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen, wobei sich die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen durch das dielektrische Substrat erstrecken und die Leiterbahn in jeder Antenne der Vielzahl von Antennen seitlich umgeben.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließen die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen eine Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen in der Form eines Sechsecks, eines Fünfecks und eines Rechtecks ein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Vielzahl von Antennen eine erste und zweite Antennengruppe ein, die erste Antennengruppe ist zum Übertragen von hochfrequenten Signalen in einer ersten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz konfiguriert, die zweite Antennengruppe ist zum Übertragen von hochfrequenten Signalen in einer zweiten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz konfiguriert und ist größer als die erste Frequenz, und die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen umfassen eine erste Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen, welche die erste Antenne seitlich umgibt, und eine zweite Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen, welche die zweite Antenne seitlich umgibt, die erste Gruppe von leitenden Durchkontaktierungen hat eine erste Form und die zweite Gruppe von leitenden Durchkontaktierungen weist eine zweite Form, die sich von der ersten Form unterscheidet, auf.
  • Das Vorstehende ist lediglich veranschaulichend, und verschiedene Modifikationen können an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 15950677 [0001]

Claims (15)

  1. Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine dielektrische Deckschicht; ein dielektrisches Substrat mit einer Oberfläche, die an der dielektrischen Deckschicht angebracht ist; und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array Leiterbahnen an der Oberfläche des dielektrischen Substrats aufweist und das phasengesteuerte Antennen-Array konfiguriert ist, um Hochfrequenzsignale in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Deckschicht zu übertragen.
  2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Vorrichtung eine erste und eine zweite Fläche aufweist und ferner umfasst: eine Anzeige mit einer Anzeigedeckschicht und einer Pixel-Schaltlogik, die Licht durch die Anzeigedeckschicht emittiert, wobei die Anzeigedeckschicht die erste Fläche der elektronischen Vorrichtung bildet und die dielektrische Deckschicht die zweite Fläche der elektronischen Vorrichtung bildet.
  3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die dielektrische Deckschicht ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas und Keramik besteht.
  4. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Vorrichtung eine erste und eine zweite Fläche aufweist und ferner umfasst: eine Anzeige mit einer Pixel-Schaltlogik, wobei die Pixel-Schaltlogik konfiguriert ist, um Licht durch die dielektrische Deckschicht zu emittieren.
  5. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahnen in direktem Kontakt mit der Oberfläche der dielektrischen Deckschicht sind.
  6. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Klebstoffschicht, welche die Oberfläche des dielektrischen Substrats an die dielektrische Deckschicht haftet, wobei die Leiterbahnen in direktem Kontakt mit der Klebstoffschicht sind, wobei die Klebstoffschicht eine Dicke zwischen 200 Mikrometer und 500 Mikrometer aufweist, wobei die dielektrische Deckschicht eine erste Dielektrizitätskonstante aufweist und der Klebstoff eine zweite Dielektrizitätskonstante aufweist, die kleiner als die erste Dielektrizitätskonstante ist, wobei die dielektrische Deckschicht eine Dicke zwischen 0,7 mm und 1,1 mm aufweist.
  7. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array umfasst: eine Antenne mit Massebahnen, die in dem dielektrischen Substrat eingebettet sind, ein Patch-Element, das zwischen den Massebahnen und den Leiterbahnen angeordnet ist, und ein parasitäres Element, das aus den Leiterbahnen gebildet ist, ferner umfassend: einen ersten Übertragungsleitungspfad, der mit einem ersten positiven Antennenspeisungsanschluss auf dem Patch-Element verbunden ist; und einen zweiten Übertragungsleitungspfad, der mit einem zweiten positiven Antennenspeisungsanschluss auf dem Patch-Element gekoppelt ist, wobei die Leiterbahnen kreuzförmig sind und den ersten und den zweiten positiven Antennenspeisungsanschluss auf dem Patch-Element überlappen.
  8. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array umfasst: eine Antenne mit Massebahnen innerhalb des dielektrischen Substrats und einen an die Leiterbahnen gekoppelten positiven Antennenspeisungsanschluss an der Oberfläche des dielektrischen Substrats, wobei die Leiterbahnen ein Antennenresonanzelement für die Antenne bilden.
  9. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array Massebahnen umfasst, die in dem dielektrischen Substrat und einer Vielzahl von Antennenelementarzellen eingebettet sind, wobei jede Antennenelementarzelle in der Vielzahl von Antennenelementarzellen Folgendes umfasst: Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen, die sich durch das dielektrische Substrat von den Massebahnen zu der Oberfläche des dielektrischen Substrats erstrecken, wobei die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen und die Massebahnen einen Hohlraum definieren; und ein Antennenresonanzelement in dem Hohlraum, wobei jede Antennenelementarzelle in der Vielzahl der Antennenelementarzellen ferner umfasst: ein zusätzliches Antennenresonanzelement im Hohlraum, wobei das Antennenresonanzelement konfiguriert ist, Hochfrequenzsignale in einer ersten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHZ zu senden, und das zweite Antennenresonanzelement konfiguriert ist, Hochfrequenzsignale in einer zweiten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz zu senden, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet.
  10. Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine dielektrische Schicht; ein dielektrisches Substrat mit einer Oberfläche, die mit der dielektrischen Schicht gekoppelt ist; und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array konfiguriert ist, um Hochfrequenzsignale in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Schicht zu übertragen, und die dielektrische Schicht konfiguriert ist, um einen Viertelwellenimpedanzwandler für das phasengesteuerte Antennen-Array bei der Frequenz zu bilden.
  11. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Hochfrequenzsignale bei der Frequenz eine effektive Wellenlänge aufweisen, während sie sich durch die dielektrische Schicht ausbreiten, und die dielektrische Schicht eine Dicke hat, die zwischen 0,15 und 0,25 mal der effektiven Wellenlänge liegt.
  12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante zwischen 3,0 und 10,0 aufweist und das phasengesteuerte Antennen-Array Leiterbahnen an der Oberfläche des dielektrischen Substrats aufweist.
  13. Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine dielektrische Gehäusewand; ein dielektrisches Substrat, das mit der dielektrischen Gehäusewand verbunden ist; und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, das konfiguriert ist, um Hochfrequenzsignale in einer Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz durch die dielektrische Gehäusewand zu übertragen, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array umfasst: eine Vielzahl von Antennen, wobei jede Antenne in der Vielzahl von Antennen eine Leiterbahn umfasst, die an der dielektrischen Gehäusewand angebracht ist und Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen, wobei die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen sich durch das dielektrische Substrat erstrecken und die Leiterbahn in jeder Antenne der Vielzahl von Antennen seitlich umgeben.
  14. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einzäunungen leitfähiger Durchkontaktierungen eine Gruppe von leitenden Durchkontaktierungen aufweisen, die eine Form aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine sechseckige Form, eine fünfeckige Form und eine rechteckige Form haben.
  15. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Antennen eine erste Antennengruppe und eine zweite Antennengruppe einschließt, wobei die erste Antennengruppe zum Übertragen von hochfrequenten Signalen in einer ersten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz konfiguriert ist, die zweite Antennengruppe zum Übertragen von hochfrequenten Signalen in einer zweiten Frequenz zwischen 10 GHz und 300 GHz konfiguriert ist, die größer als die erste Frequenz ist, und die Einzäunungen der leitfähigen Durchkontaktierungen umfassen: eine erste Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen, die die erste Antenne seitlich umgibt, und eine zweite Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen, die die zweite Antenne seitlich umgibt, wobei die erste Gruppe von leitfähigen Durchkontaktierungen eine erste Form aufweist und die zweite Gruppe von leitenden Durchkontaktierungen eine zweite Form aufweist, die sich von der ersten Form unterscheidet.
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