DE102021210354A1

DE102021210354A1 - Elektronische vorrichtungen mit millimeterwellen- und ultrabreitband-antennenmodulen

Info

Publication number: DE102021210354A1
Application number: DE102021210354.5A
Authority: DE
Inventors: Yi Jiang; Jiangfeng Wu; Siwen Yong; Hao Xu; Ana Papio Toda; Carlo Di Nallo; Michael D. Quinones; Mattia Pascolini; Amin Tayebi; Aaron J. Cooper; Per Jakob Helander; Johan AVENDAL
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-03-24
Also published as: KR102630030B1; US20220094053A1; CN114256635A; US11984661B2; KR20220039608A

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung kann ein erstes und ein zweites phasengesteuertes Antennen-Array und ein Triplett aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ultrabreitbandantenne einschließen. Ein Antennenmodul in der Vorrichtung kann ein dielektrisches Substrat einschließen. Das erste und das zweite Array und das Triplett können auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sein. Die dritte und die zweite Ultrabreitbandantenne können durch einen Spalt getrennt sein. Das erste Array kann seitlich zwischen der dritten und der zweiten Ultrabreitbandantenne innerhalb des Spalts angeordnet sein. Die dritte Ultrabreitbandantenne kann seitlich zwischen dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array und mindestens einem Teil des zweiten Arrays angeordnet sein. Eine integrierte Schaltung kann unter Verwendung eines Interposers an dem dielektrischen Substrat montiert werden. Das Antennenmodul kann eine minimale Menge an Platz innerhalb der Vorrichtung einnehmen und kann kostengünstiger in der Herstellung sein im Vergleich zu Szenarien, in denen die Arrays und die Ultrabreitbandantennen auf separaten Substraten ausgebildet sind.

Description

STAND DER TECHNIK
Dies bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Vorrichtungen und insbesondere auf elektronische Vorrichtungen mit drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten.
Elektronische Vorrichtungen wie tragbare Computer und Mobiltelefone werden oftmals mit drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten bereitgestellt. Um den Kundenbedarf nach drahtlosen Vorrichtungen mit kleinem Formfaktor zu erfüllen, streben Hersteller kontinuierlich danach, drahtlose Kommunikationsschaltungen, wie Antennenkomponenten, unter Verwendung kompakter Strukturen zu implementieren. Gleichzeitig besteht ein Wunsch, dass drahtlose Vorrichtungen eine wachsende Anzahl von Kommunikationsbändern abdecken.
Da Antennen das Potenzial besitzen, miteinander und mit Komponenten in einer drahtlosen Vorrichtung wechselzuwirken, muss sorgfältig vorgegangen werden, wenn Antennen in eine elektronische Vorrichtung integriert werden. Darüber hinaus muss darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass die Antennen und die Drahtlos-Schaltung in einer Vorrichtung in der Lage sind, eine zufriedenstellende Leistung innerhalb einer Reihe von Betriebsfrequenzen und mit zufriedenstellender Bandbreiteneffizienz zu erbringen.
Es wäre daher wünschenswert, verbesserte drahtlose Kommunikationsschaltungen für drahtlose elektronische Vorrichtungen bereitstellen zu können.
KURZDARS TELLUNG
Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer Drahtlos-Schaltung und einem Gehäuse bereitgestellt werden. Das Gehäuse kann eine Gehäusewand aufweisen. Die Drahtlos-Schaltung kann Antennen einschließen, die durch die Gehäusewand strahlen. Die Antennen können ein erstes und ein zweites phasengesteuerte Antennen-Array und ein Triplett aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ultrabreitbandantenne einschließen. Das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array können mit einer ersten und einer zweiten Frequenz strahlen, die größer als 10 GHz sind. Das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array und das Triplett von Ultrabreitbandantennen können auf demselben Antennenmodul ausgebildet sein.
Das Antennenmodul kann ein dielektrisches Substrat aufweisen. Das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array und das Triplett von Ultrabreitbandantennen können auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sein. Die dritte und die zweite Ultrabreitbandantenne können durch einen Spalt getrennt sein. Das erste phasengesteuerte Antennen-Array kann seitlich zwischen der dritten und der zweiten Ultrabreitbandantenne innerhalb des Spalts angeordnet sein. Die dritte Ultrabreitbandantenne kann seitlich zwischen dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array und mindestens einem Teil des zweiten phasengesteuerten Antennen-Arrays angeordnet sein.
Eine integrierte Hochfrequenzschaltung (Radio Frequency Integrated Circuit, RFIC) kann unter Verwendung eines Interposers an dem dielektrischen Substrat montiert werden. Die RFIC kann Phasen- und Größenregler für das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array einschließen. Wenn es auf diese Weise konfiguriert ist, kann das Antennenmodul eine minimale Menge an Platz innerhalb der Vorrichtung einnehmen. Das Antennenmodul kann auch weniger Verbindungen erfordern und kann einfacher und kostengünstiger herzustellen sein als in Szenarien, in denen die phasengesteuerten Antennen-Arrays und die Ultrabreitbandantennen auf separaten Antennenmodulen ausgebildet sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden Schaltung in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden Drahtlos-Schaltung gemäß einigen Ausführungsformen.
4 ist ein Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung in drahtloser Kommunikation mit einem externen Knoten in einem Netzwerk gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie der Standort (z. B. der Bereich und der Einfallswinkel) eines externen Knotens in einem Netzwerk relativ zu einer elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen bestimmt werden kann.
6 ist ein Diagramm, das zeigt, wie veranschaulichende Ultrabreitbandantennen in einer elektronischen Vorrichtung zum Erfassen des Einfallswinkels gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden können.
7 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays, das unter Verwendung einer Steuerschaltung eingestellt werden kann, um ein Bündel von Signalen gemäß einigen Ausführungsformen zu leiten.
8 ist eine Seitenansicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls mit Ultrabreitbandantennen und phasengesteuerten Antennen-Arrays gemäß einigen Ausführungsformen.
9 ist eine Seitenansicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls mit integrierter Hochfrequenzschaltung, die unter Verwendung eines Interposers auf Routing-Schichten montiert ist, gemäß einigen Ausführungsformen.
10 ist eine Seitenansicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls mit integrierter Hochfrequenzschaltung, die unter Verwendung einer integrierten flexiblen Schaltung auf Routing-Schichten montiert ist, gemäß einigen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine elektronische Vorrichtung, wie beispielsweise die elektronische Vorrichtung 10 von 1, kann mit einer Drahtlos-Schaltung versehen werden, die Antennen einschließt. Die Antennen können verwendet werden, um drahtlose Hochfrequenzsignale zu senden und/oder zu empfangen.
Bei der Vorrichtung 10 kann es sich um eine tragbare elektronische Vorrichtung oder eine andere geeignete elektronische Vorrichtung handeln. Zum Beispiel kann es sich bei der Vorrichtung 10 um einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, eine etwas kleinere Vorrichtung wie beispielsweise eine Armbanduhrvorrichtung, eine Pendelvorrichtung, eine Kopfhörervorrichtung, eine Ohrhörervorrichtung, eine Headset-Vorrichtung 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 Verarbeitungsschaltung integriert wurde, eine Anzeige ohne einen integrierten Computer, einen drahtlosen Zugangspunkt, eine drahtlose Basisstation, eine in einen Kiosk, ein Gebäude oder ein Fahrzeug eingebundene elektronische Vorrichtung oder eine beliebige andere geeignete elektronische Ausrüstung handeln.
Die Vorrichtung 10 kann ein Gehäuse, wie beispielsweise ein Gehäuse 12, einschließen. Das Gehäuse 12, das manchmal als Umhüllung bezeichnet werden kann, kann aus Kunststoff, Glas, Keramik, Faserverbundwerkstoffen, Metall (z. B. Edelstahl, Aluminium usw.), anderen geeigneten Materialien oder einer Kombination dieser Materialien gebildet sein. In manchen Situationen können Teile des Gehäuses 12 aus dielektrischem oder anderem Material mit geringer Leitfähigkeit (z.B. Glas, Keramik, Plastik, Saphir) gebildet sein. In anderen Situationen können das Gehäuse 12 oder mindestens manche der Strukturen, aus denen das Gehäuse 12 besteht, aus Metallelementen gebildet sein.
Die Vorrichtung 10 kann, falls gewünscht, eine Anzeige, wie beispielsweise eine Anzeige 14, aufweisen. Die Anzeige 14 kann an der Vorderseite von Vorrichtung 10 montiert sein. Die Anzeige 14 kann ein Touchscreen, der kapazitive Berührungselektroden einbezieht, oder ein berührungsunempfindlicher Bildschirm 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 planare Gehäusewand) aufweisen. Die hintere Gehäusewand 12R kann Schlitze aufweisen, die vollständig durch die hintere Gehäusewand hindurchgehen und somit Abschnitte des Gehäuses 12 voneinander trennen. Die hintere Gehäusewand 12R kann leitfähige Abschnitte und/oder dielektrische Abschnitte einschließen. Falls gewünscht, kann die hintere Gehäusewand 12R eine planare Metallschicht einschließen, die durch eine dünne Schicht oder Beschichtung eines Dielektrikums abgedeckt ist, wie beispielsweise Glas, Kunststoff, Saphir oder Keramik (z. B. eine dielektrische Deckschicht). Das Gehäuse 12 kann auch flache Nuten aufweisen, die nicht vollständig durch das Gehäuse 12 hindurchgehen. Die Schlitze und Nuten können mit Kunststoff oder anderen dielektrischen Materialien gefüllt sein. Falls gewünscht, können Abschnitte des Gehäuses 12, die voneinander getrennt worden sind (z. B. durch einen Durchgangsschlitz), über 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 leitfähigen Abschnitte der peripheren Strukturen 12W und die leitfähigen Abschnitte der hinteren Gehäusewand 12R können hierin manchmal kollektiv als leitfähige Strukturen des Gehäuses 12 bezeichnet werden. Die peripheren Strukturen 12W können um die Peripherie der Vorrichtung 10 und der Anzeige 14 verlaufen. In Konfigurationen, in denen die Vorrichtung 10 und die Anzeige 14 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 ein Beispiel). Mit anderen Worten kann die Vorrichtung 10 eine Länge (z. B. gemessen parallel zur Y-Achse), eine Breite, die kleiner als die Länge (z. B. gemessen parallel zur X-Achse) ist, und eine Höhe (z. B. gemessen parallel zur Z-Achse), die kleiner als die Breite ist, aufweisen. Die peripheren Strukturen 12W oder ein Teil der peripheren Strukturen 12W können, falls gewünscht, als eine Einfassung für die Anzeige 14 dienen (z. B. ein Ziersaum, der alle vier Seiten der Anzeige 14 umgibt und/oder dazu beiträgt, die Anzeige 14 an der Vorrichtung 10 zu halten). Die peripheren Strukturen 12W können, falls gewünscht, auch Seitenwandstrukturen für die Vorrichtung 10 bilden (z.B. durch Bilden eines Metallbandes mit vertikalen Seitenwänden, gebogenen Seitenwänden usw.).
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, periphere leitfähige Seitenwandstrukturen, leitfähige Gehäuseseitenwände, periphere leitfähige Gehäuseseitenwände, Seitenwände, Seitenwandstrukturen oder als ein peripheres leitfähiges Gehäuseelement (als Beispiele) bezeichnet werden. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können aus einem Metall, wie beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Legierungen oder aus anderen geeigneten Materialien gebildet sein. Eine, zwei oder mehr als zwei separate Strukturen können beim Bilden der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W verwendet werden.
Es ist nicht notwendig, dass die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W einen einheitlichen Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel kann der obere Abschnitt der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W, falls gewünscht, einen nach innen hervorstehenden Absatz aufweisen, der dazu beiträgt, die Anzeige 14 in Position zu halten. Der untere Abschnitt der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W kann auch einen vergrößerten Ansatz aufweisen (z. B. in der Ebene der rückwärtigen Oberfläche der Vorrichtung 10). Die peripheren leitfähigen 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 14 dienen) können die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W um den Ansatz des Gehäuses 12 verlaufen (d. h. die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W bedecken nur die Kante des Gehäuses 12, welche die Anzeige 14 umgibt, und nicht den Rest der Seitenwände des Gehäuses 12).
Die hintere Gehäusewand 12R kann in einer Ebene liegen, die parallel zur Anzeige 14 liegt. 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 Gehäusewand 12R bilden. Beispielsweise kann die hintere Gehäusewand 12R der Vorrichtung 10 eine planare Metallstruktur einschließen und Abschnitte der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können als flache oder gekrümmte, vertikal verlaufende integrale Metallabschnitte der planaren Metallstruktur auf den Seiten des Gehäuses 12 ausgebildet sein (z. B. können die Gehäusestrukturen 12R und 12W aus einem einzigen Stück Metall in einer einheitlichen Konfiguration ausgebildet 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 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 Außenoberflächen der Vorrichtung 10 bilden (z. B. Oberflächen, die für einen Benutzer der Vorrichtung 10 sichtbar sind) und/oder unter Verwendung interne 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/Deckschichten, die dielektrische Materialien wie Glas, Keramik, Kunststoff oder sonstige Strukturen einschließen, welche die Außenoberflächen der Vorrichtung 10 bilden und/oder dazu dienen, die peripheren leitfähigen Strukturen 12W und/oder die leitfähigen Abschnitte der hinteren Gehäusewand 12R für den Benutzer zu verbergen).
Die Anzeige 14 kann ein Pixel-Array 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 einschließen. Das Pixel-Array kann 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 Diodenpixeln, 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 einschließen.
Die Anzeige 14 kann einen inaktiven Grenzbereich aufweisen, der entlang einer oder mehrerer Kanten des aktiven Bereichs AA verläuft. Der inaktive Bereich IA der Anzeige 14 kann keine Bildanzeigepixel aufweisen und kann die Schaltung 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 14, die den inaktiven Bereich IA überlappen, im inaktiven Bereich IA mit einer undurchsichtigen Maske beschichtet sein. Die undurchsichtige Maske kann jede geeignete Farbe aufweisen. Der inaktive Bereich IA kann einen ausgesparten Bereich, wie etwa eine Kerbe 24, einschließen, die sich in den aktiven Bereich AA erstreckt. Der aktive Bereich AA kann, zum Beispiel, durch den seitlichen Bereich eines Anzeigemoduls für die Anzeige 14 definiert sein (z. B. ein Anzeigemodul, das eine Pixelschaltung, Berührungssensorschaltung usw. einschließt). Das Anzeigemodul kann eine Aussparung oder Kerbe im oberen Bereich 20 der Vorrichtung 10 aufweisen, die frei von aktiver Anzeigeschaltung ist (d. h. was die Kerbe 24 des inaktiven Bereichs IA bildet). Die Kerbe 24 kann ein im Wesentlichen rechteckiger Bereich sein, der auf drei Seiten durch den aktiven Bereich AA und auf einer vierten Seite von peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W umgeben (definiert) ist.
Die Anzeige 14 kann durch Verwendung einer Anzeigedeckschicht wie einer Schicht aus transparentem Glas, durchsichtigem Kunststoff, transparenter Keramik, Saphir oder anderem transparentem kristallinem Material oder (einer) anderen transparenten Schicht(en) geschützt sein. Die Anzeigedeckschicht kann ebenflächig sein, ein konvexes gekrümmtes Profil, flache und gekrümmte Abschnitte aufweisen, ein Layout haben, das eine flache Hauptfläche einschließt, die 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 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann in der Anzeigedeckschicht eine Öffnung ausgebildet sein, um eine Taste einzugliedern. In der Anzeigedeckschicht kann auch eine Öffnung ausgebildet sein, um Anschlüsse wie etwa einen Lautsprecheranschluss 16 in Kerbe 24 oder einen Mikrofonanschluss einzugliedern. In dem Gehäuse 12 können Öffnungen ausgebildet sein, um Kommunikationsanschlüsse (z. B. einen Audiobuchsenanschluss, einen digitalen Datenanschluss usw.) und/oder Audioanschlüsse für Audiokomponenten, wie beispielsweise einen Lautsprecher und/oder ein Mikrofon, zu bilden, falls gewünscht.
Die Anzeige 14 kann leitfähige Strukturen einschließen, wie ein Array kapazitiver Elektroden für einen Berührungssensor, leitfähige Leitungen zum Adressieren von Pixeln, Treiberschaltungen usw. Das Gehäuse 12 kann interne leitfähige Strukturen einschließen, wie Metallrahmenelemente und ein flaches, leitfähiges Gehäuseelement (gelegentlich als eine leitfähige Trägerplatte oder Rückwand bezeichnet), das die Wände des Gehäuses 12 überspannt (z. B. eine im Wesentlichen rechteckige Platte aus einem oder mehreren Metallteilen, die zwischen gegenüberliegenden Seiten der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W angeschweißt oder anderweitig damit verbunden ist). Die leitfähige Trägerplatte kann eine äußere rückwärtige Oberfläche der Vorrichtung 10 bilden oder kann mit dielektrischen Deckschichten wie einer dünnen kosmetischen Schicht, Schutzbeschichtung und/oder anderen Beschichtungen abgedeckt sein, die dielektrische Materialien wie Glas, Keramik, Kunststoff oder andere Strukturen beinhalten können, welche die Außenoberflächen der Vorrichtung 10 bilden und/oder dazu dienen, die leitfähige Trägerplatte für den Benutzer zu verbergen (z. B. kann die leitfähige Trägerplatte einen Teil der hinteren Gehäusewand 12R bilden). Die Vorrichtung 10 kann auch leitfähige Strukturen, wie beispielsweise Leiterplatten, auf Leiterplatten 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 der Anzeige 14 erstrecken.
In den Bereichen 22 und 20 können Öffnungen innerhalb der leitfähigen Strukturen der Vorrichtung 10 ausgebildet sein (z. B. zwischen den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W und gegenüberliegenden leitfähigen Massestrukturen, wie leitfähigen Abschnitten der hinteren Gehäusewand 12R, Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, leitfähigen elektrischen Komponenten in der Anzeige 14 usw.). Diese Öffnungen, die manchmal als Spalten bezeichnet werden können, können mit Luft, Kunststoff und/oder anderen Dielektrika gefüllt sein und können, falls gewünscht, für die Bildung 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 22 und 20 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 Antennen-Resonanzelement wie ein Streifenantennen-Resonanzelement oder ein Inverted-F-Antennen-Resonanzelement von der Massefläche trennt, können zur Leistung eines parasitären Antennen-Resonanzelements beitragen oder können anderweitig als Teil von Antennenstrukturen dienen, die in den Bereichen 22 und 20 ausgebildet sind. Falls gewünscht, kann die Massefläche unter dem aktiven Bereich AA der Anzeige 14 und/oder andere Metallstrukturen in der Vorrichtung 10 Abschnitte aufweisen, die sich in Teile der Enden der Vorrichtung 10 hinein erstrecken (z. B. kann sich die Masse in Richtung der mit Dielektrika gefüllten Öffnungen in den Bereichen 22 und 20 erstrecken), wodurch die Schlitze in den Bereichen 22 und 20 verschmälert werden. Der Bereich 22 kann hierin manchmal als der untere Bereich 22 oder das untere Ende 22 der Vorrichtung 10 bezeichnet werden. Der Bereich 20 kann hierin manchmal als der obere Bereich 20 oder das obere Ende 20 der Vorrichtung 10 bezeichnet 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 Vorrichtungsgehäuses (z. B. an dem unteren Bereich 22 und/oder dem oberen Bereich 20 der Vorrichtung 10 von 1), entlang einer oder mehrerer Kanten eines Vorrichtungsgehäuses, in der Mitte eines Vorrichtungsgehäuses, an anderen geeigneten Stellen oder an einer oder mehreren dieser Stellen befinden. Die Anordnung von 1 ist lediglich veranschaulichend.
Abschnitte der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können mit peripheren Spaltstrukturen versehen werden. Zum Beispiel können periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W mit einer oder mehreren mit Dielektrika gefüllten Spalten, wie die in 1 gezeigten Spalten 18, versehen sein. 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 18 können die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W in ein oder mehrere periphere leitfähige Segmente unterteilen. Die leitfähigen Segmente, die auf diese Weise ausgebildet sind, können, falls gewünscht, Teile von Antennen in der Vorrichtung 10 ausbilden. Andere dielektrische Öffnungen können in peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W ausgebildet sein (z. B. andere dielektrische Öffnungen als die Spalten 18) und können als dielektrische Antennenfenster für Antennen dienen, die im Inneren der Vorrichtung 10 montiert sind. Antennen innerhalb der Vorrichtung 10 können mit den dielektrischen Antennenfenstern ausgerichtet sein, um Hochfrequenzsignale durch periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W zu übertragen. Antennen innerhalb der Vorrichtung 10 können auch mit dem inaktiven Bereich IA der Anzeige 14 ausgerichtet sein, um Hochfrequenzsignale durch die Anzeige 14 zu übertragen.
Um einem Endbenutzer der Vorrichtung 10 eine möglichst große Anzeige bereitzustellen (z. B. um eine Fläche der Vorrichtung zum Anzeigen von Medien, laufenden Anwendungen usw. zu maximieren), kann es wünschenswert sein, die Größe der Fläche an der Vorderseite der Vorrichtung 10 zu vergrößern, die von der aktiven Fläche AA der Anzeige 14 abgedeckt wird. Das Vergrößern der Größe des aktiven Bereichs AA kann die Größe des inaktiven Bereichs IA in der Vorrichtung 10 reduzieren. Dies kann den Bereich hinter der Anzeige 14 verringern, der für Antennen in der Vorrichtung 10 verfügbar ist. Zum Beispiel kann der aktive Bereich AA der Anzeige 14 leitfähige Strukturen einschließen, die dazu dienen, Hochfrequenzsignale, die von Antennen verarbeitet werden, die hinter dem aktiven Bereich AA montiert sind, davon abzuhalten, durch die Vorderseite der Vorrichtung 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 drahtlosen Geräten außerhalb der Vorrichtung 10 mit einer zufriedenstellenden Bandbreiteneffizienz zu kommunizieren.
In einem üblichen Szenario kann die Vorrichtung 10 eine oder mehrere obere Antennen sowie eine oder mehrere untere Antennen aufweisen. Eine obere Antenne kann, zum Beispiel, im oberen Bereich 20 der Vorrichtung 10 ausgebildet sein. Eine untere Antenne kann, zum Beispiel, im unteren Bereich 22 der Vorrichtung 10 ausgebildet sein. Falls gewünscht, können zusätzliche Antennen entlang der Kanten des Gehäuses 12 ausgebildet werden, die sich zwischen den Bereichen 20 und 22 erstrecken. Ein Beispiel, in dem die Vorrichtung 10 drei oder vier obere Antennen und fünf untere Antennen einschließt, ist hierin als ein Beispiel beschrieben. 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. Andere Antennen zum Abdecken beliebiger anderer gewünschter Frequenzen können auch an beliebigen Stellen im Inneren der Vorrichtung 10 montiert sein. Das Beispiel von 1 ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann das Gehäuse 12 andere Formen aufweisen (z. B. eine quadratische Form, zylindrische Form, kugelförmige Form, Kombinationen davon und/oder unterschiedliche Formen usw.).
Ein schematisches Diagramm der veranschaulichenden Komponenten, die in der Vorrichtung 10 verwendet werden können, ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine Steuerschaltung 38 einschließen. Die Steuerschaltung 38 kann einen Speicher wie die Speicherschaltung 30 einschließen. Die Speicherschaltung 30 kann Festplattenpeicher, nichtflüchtigen Speicher (z. B. Flash-Speicher oder andere elektrisch programmierbare Nur-Lese-Speicher, die so konfiguriert sind, dass sie einen Solid-State-Drive bilden), flüchtigen Speicher (z. B. statischen oder dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff) usw. einschließen.
Die Steuerschaltung 38 kann eine Verarbeitungsschaltung wie die Verarbeitungsschaltung 32 einschließen. Die Verarbeitungsschaltung 32 kann verwendet werden, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern. Die Verarbeitungsschaltung 32 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, Hostprozessoren, integrierte Basisbandprozessorschaltungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, Zentraleinheiten (CPUs) usw. einschließen. Die Steuerschaltung 38 kann konfiguriert sein, um Abläufe in der Vorrichtung 10 unter Verwendung von Hardware (z. B. dedizierter Hardware oder Schaltung), Firmware und/oder Software auszuführen. Ein Softwarecode zum Durchführen von Abläufen in der Vorrichtung 10 kann auf der Speicherschaltung 30 gespeichert sein (z. B. kann die Speicherschaltung 30 nichtflüchtige (materielle) computerlesbare Speichermedien, die den Softwarecode speichern, einschließen). Der Softwarecode kann manchmal als Programmanweisungen, Software, Daten, Anweisungen oder Code bezeichnet werden. Ein auf der Speicherschaltung 30 gespeicherter Softwarecode kann durch die Verarbeitungsschaltung 32 ausgeführt werden.
Die Steuerschaltung 38 kann verwendet werden, um an der Vorrichtung 10 eine Software wie etwa Internet-Browsing-Anwendungen, VOIP-Telefonanrufanwendungen (Voice Over Internet Protocol, VOIP), E-Mail-Anwendungen, Medienwiedergabeanwendungen, Betriebssystemfunktionen usw. auszuführen. Zur Unterstützung von Interaktionen mit externer Ausrüstung kann die Steuerschaltung 38 zum Implementieren von Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Die Kommunikationsprotokolle, die unter Verwendung der Steuerschaltung 38 implementiert werden können, schließen Internetprotokolle, drahtlose lokale Netzwerkprotokolle (z. B. IEEE 802.11-Protokolle - manchmal als WiFi® bezeichnet), Protokolle für andere drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsverbindungen, wie etwa das Bluetooth®-Protokoll oder andere WPAN-Protokolle, IEEE 802.11ad-Protokolle, Mobiltelefonprotokolle, MIMO-Protokolle, Antennendiversitätsprotokolle, Satellitennavigationssystemprotokolle, antennenbasierte räumliche Entfernungsmessungsprotokolle (z. B. Funkerfassungs- und Entfernungsmessungsprotokolle (RADAR-Protokolle) oder andere gewünschte Entfernungsmessungserfassungsprotokolle für Signale, die bei Millimeter- und Zentimeter-Wellenfrequenzen übertragen werden) usw. ein. Jedes Kommunikationsprotokoll kann einer entsprechenden Funkzugriffstechnologie (Radio Access Technology, RAT) zugeordnet sein, welche die bei der Implementierung des Protokolls verwendete physikalische Verbindungsmethode spezifiziert.
Die Vorrichtung 10 kann die Eingabe-Ausgabe-Schaltung 26 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Schaltung 26 kann die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 28 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 28 können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Daten an die Vorrichtung 10 übermittelt werden und dass Daten von der Vorrichtung 10 an externen Vorrichtungen bereitgestellt werden. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 28 können Benutzerschnittstellenvorrichtungen, Datenanschlussvorrichtungen, Sensoren und andere Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen. Zum Beispiel können Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen Touchscreens, Anzeigen ohne Berührungssensorfähigkeiten, Schaltflächen, Joysticks, Scroll-Räder, Touchpads, Tastenfelder, Tastaturen, Mikrofone, Kameras, Lautsprecher, Statusanzeigen, Lichtquellen, Audiobuchsen und andere Audioanschlusskomponenten, digitale Datenanschlussvorrichtungen, Lichtsensoren, Gyroskope, 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), Magnetsensoren und andere Sensoren und Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen.
Die Eingabe-Ausgabe-Schaltung 26 kann eine drahtlose Schaltung, wie etwa die Drahtlos-Schaltung 34, zur drahtlosen Übertragung von Hochfrequenzsignalen, einschließen. Während die Steuerschaltung 38 im Beispiel von 2 der Übersichtlichkeit halber getrennt von der Drahtlos-Schaltung 34 gezeigt ist, kann die Drahtlos-Schaltung 34 eine Verarbeitungsschaltung einschließen, die einen Teil der Verarbeitungsschaltung 32 bildet, und/oder eine Speicherschaltung, die einen Teil der Speicherschaltung 30 der Steuerschaltung 38 bildet (z. B. können Abschnitte der Steuerschaltung 38 in der Drahtlos-Schaltung 34 implementiert sein). Als ein Beispiel kann die Steuerschaltung 38 eine Basisbandprozessorschaltung oder andere Steuerkomponenten einschließen, die einen Teil der Drahtlos-Schaltung 34 bilden.
Die Drahtlos-Schaltung 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, Übertragungsleitungen und andere Schaltungen zum Handhaben von drahtlosen HF-Signalen einschließen. Drahtlose Signale können auch unter Verwendung von Licht (z. B. unter Verwendung von Infrarotkommunikation) gesendet werden.
Die Drahtlos-Schaltung 34 kann eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 zum Handhaben der Übertragung und/oder des Empfangs von Hochfrequenzsignalen in verschiedenen Hochfrequenzkommunikationsbändern einschließen. Zum Beispiel kann die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 Kommunikationsbänder eines drahtlosen lokalen Netzwerks (WLAN) handhaben, wie die 2,4-Ghz- und 5-GHz-Wi-Fi® (IEEE 802.11) -Bänder, Kommunikationsbänder eines drahtlosen persönlichen Netzwerks (WPAN), wie das 2,4-GHz-Bluetooth® -Kommunikationsband, Mobiltelefonkommunikationsbänder, wie ein unteres Mobilfunkband (LB) (z. B. 600 bis 960 MHz), ein niedriges Mobilfunkmittelband (LMB) (z. B. 1400 bis 1550 MHz), ein mittleres Mobilfunkband (MB) (z. B. von 1700 bis 2200 MHz), ein hohes Mobilfunkband (HB) (z. B. von 2300 bis 2700 MHz), ein ultrahohes Mobilfunkband (UHB) (z. B. von 3300 bis 5000 MHz oder andere Mobilfunkkommunikationsbänder zwischen etwa 600 MHz und etwa 5000 MHz (z. B. 3G-Bänder, 4G-LTE-Bänder, 5G New Radio Frequenzband 1 (FR1) Bänder unter 10 GHz, 5G New Radio Frequenzband 2 (FR2) Bänder bei Millimeter- und Zentimeterwellenlängen zwischen 20 und 60 GHz usw.), ein Nahfeldkommunikationsband (NFC-Band) (z. B. bei 13,56 MHz), Satellitennavigationsbänder (z. B. ein L1 Global Positioning System-Band (GPS-Band) bei 1575 MHz, ein L5 GPS-Band bei 1176 MHz, ein Globales Navigationssatellitensystem-Band (GLONASS-Band), ein BeiDou Navigationssatellitensystem-Band (BDS-Band) usw.), Ultrabreitband (UWB) Kommunikationsband(bänder), unterstützt durch das IEEE 802.15.4 Protokoll und/oder andere UWB Kommunikationsprotokolle (z. B. ein erstes UWB Kommunikationsband bei 6,5 GHz und/oder ein zweites UWB Kommunikationsband bei 8,0 GHz) und/oder beliebige andere gewünschte Kommunikationsbänder. Die Kommunikationsbänder, die von der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 verarbeitet werden, können hierin manchmal als Frequenzbänder oder einfach als „Bänder“ bezeichnet werden und können entsprechende Frequenzbereiche überspannen.
Die UWB-Kommunikationen, die von der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 verarbeitet werden, können auf einem Impulse-Radio-Signalisierungsschema basieren, das bandbegrenzte Datenimpulse verwendet. Die Hochfrequenzsignale in dem UWB-Frequenzband können beliebige gewünschte Bandbreiten aufweisen, wie Bandbreiten zwischen 499 MHz und 1331 MHz, Bandbreiten größer als 500 MHz usw. Das Vorhandensein niedriger Frequenzen im Basisband kann manchmal dazu führen, dass Ultrabreitbandsignale durch Objekte, wie Wände, dringen. In einem IEEE 802.15.4-System kann zum Beispiel ein Paar elektronischer Vorrichtungen drahtlose zeitgestempelte Nachrichten austauschen. Zeitstempel in den Nachrichten können analysiert werden, um die Laufzeit der Nachrichten und damit den Abstand (Bereich) zwischen den Vorrichtungen und/oder einen Winkel zwischen den Vorrichtungen (z. B. einen Einfallswinkel eingehender Hochfrequenzsignale) zu bestimmen.
Die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 kann jeweilige Transceiver (z. B. integrierte Transceiver-Schaltungen oder Chips) einschließen, die jedes dieser Frequenzbänder verarbeiten, oder eine beliebige Anzahl von Transceivern, die zwei oder mehr dieser Frequenzbänder verarbeiten. In Szenarien, in denen verschiedene Transceiver mit derselben Antenne gekoppelt sind, können Filterschaltungen (z. B. Duplexerschaltungen, Diplexerschaltungen, Tiefpassfilterschaltungen, Hochpassfilterschaltungen, Bandpassfilterschaltungen, Bandsperrfilterschaltungen usw.), Schaltschaltungen, Multiplex-Schaltungen oder jede andere gewünschte Schaltung verwendet werden, um Hochfrequenzsignale zu isolieren, die von jedem Transceiver über dieselbe Antenne übertragen werden (z. B. Filterschaltungen oder Multiplex-Schaltungen können auf einer Hochfrequenzübertragungsleitung zwischengeschaltet sein, die von den Transceivern gemeinsam genutzt wird). Die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen (Chips), integrierte Schaltkreispakete (z. B. mehrere integrierte Schaltungen, die auf einer gemeinsamen gedruckten Schaltung in einer System-in-Package-Vorrichtung montiert sind, eine oder mehrere integrierte Schaltungen, die auf unterschiedlichen Substraten montiert sind, usw.), Leistungsverstärkerschaltung, Aufwärtswandlungsschaltung, Abwärtswandlungsschaltung, rauscharmen Eingangsverstärkern, passiven Hochfrequenzkomponenten, Schaltschaltungen, Übertragungsleitungsstrukturen und anderen Schaltungen zum Handhaben von Hochfrequenzsignalen und/oder zum Umwandeln von Signalen zwischen Hochfrequenz-, Zwischenfrequenz- und/oder Basisbandfrequenzen, einschließen.
Im Allgemeinen kann die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 beliebige gewünschte Frequenzbänder von Interesse abdecken (handhaben). Wie in 2 gezeigt, kann die Drahtlos-Schaltung 34 Antennen 40 einschließen. Die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 36 kann Hochfrequenzsignale unter Verwendung einer oder mehrerer Antennen 40 übertragen (z. B. können die Antennen 40 Hochfrequenzsignale für die Transceiver-Schaltung übertragen). Der Begriff „Hochfrequenzsignale übertragen“, wie hierin verwendet, bedeutet das Senden und/oder Empfangen der Hochfrequenzsignale (z. B. zum Durchführen unidirektionaler und/oder bidirektionaler drahtloser Kommunikationen mit externen drahtlosen Kommunikationsgeräten). Die Antennen 40 können die Hochfrequenzsignale senden, indem sie die Hochfrequenzsignale in den freien Raum abstrahlen (oder durch dazwischenliegende Vorrichtungsstrukturen, wie etwa eine dielektrische Deckschicht, in den freien Raum gelangen). Die Antennen 40 können zusätzlich oder alternativ die Hochfrequenzsignale aus freiem Raum empfangen (z. B. durch dazwischenliegende Vorrichtungsstrukturen wie eine dielektrische Deckschicht). Das Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen durch die Antennen 40 beinhaltet jeweils die Anregung oder Resonanz von Antennenströmen an einem Antennen-Resonanzelement in der Antenne durch die Hochfrequenzsignale innerhalb des oder der Betriebsfrequenz-Bandes/Bänder der Antenne.
Die Antennen 40 in der Drahtlos-Schaltung 34 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Antennentypen gebildet sein. Zum Beispiel können die Antennen 40 Antennen mit Resonanzelementen einschließen, die aus gestapelten Patch-Antennen-Strukturen, Schleifenantennen-Strukturen, Patch-Antennen-Strukturen, invertierten F-Antennenstrukturen, Schlitzantennen-Strukturen, planaren invertierten F-Antennenstrukturen, Wellenleiterstrukturen, Monopol-Antennenstrukturen, Dipol-Antennenstrukturen, spiralförmigen Antennenstrukturen, Yagi- (Yagi-Uda) Antennenstrukturen, Hybriden dieser Konstruktionen usw. gebildet sind. In einer anderen geeigneten Anordnung können die Antennen 40 Antennen mit dielektrischen Resonanzelementen, wie etwa dielektrische Resonatorantennen, einschließen. Falls gewünscht, können eine oder mehrere der Antennen 40 Hohlraum-gestützte Antennen sein. Zwei oder mehr Antennen 40 können, falls gewünscht, in einem phasengesteuerten Antennen-Array angeordnet sein (z. B. zum Übertragen von Zentimeter- und/oder Millimeterwellensignalen). Für unterschiedliche Bänder und Kombinationen von Bändern können unterschiedliche Antennentypen verwendet werden.
In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben ist, schließen die Antennen 40 einen ersten Satz von Antennen zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen in einem oder mehreren UWB-Frequenzbändern und einen zweiten Satz von Antennen ein, die ein oder mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays bilden. Der erste Satz von Antennen kann ein Triplett oder Dublett von Antennen zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen in UWB-Frequenzbändern (hierin manchmal als UWB-Antennen bezeichnet) einschließen. Die phasengesteuerten Antennen-Arrays können Hochfrequenzsignale unter Verwendung von Millimeter- und/oder Zentimeterwellensignalen übertragen. Millimeterwellensignale, die manchmal als extreme Hochfrequenzsignale (EHF-Signale) bezeichnet werden, breiten sich bei Frequenzen über etwa 30 GHz (z. B. bei 60 GHz oder anderen Frequenzen zwischen etwa 30 GHz und 300 GHz) aus. Zentimeterwellensignale breiten sich bei Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz aus. In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben ist, kann jedes phasengesteuerte Antennen-Array Hochfrequenzsignale in einem ersten 5G NR FR2-Frequenzband um 24-30 GHz und einem zweiten 5G NR FR2-Frequenzband um 37-43 GHz übertragen. Jedes phasengesteuerte Antennen-Array kann beispielsweise einen ersten Satz von Antennen, die Hochfrequenzsignale in dem ersten 5G NR FR2-Frequenzband übertragen, und einen zweiten Satz von Antennen, die Hochfrequenzsignale in dem zweiten 5G NR FR2-Frequenzband übertragen, einschließen.
Ein schematisches Diagramm der Drahtlos-Schaltung 34 ist in 3 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, kann die Drahtlos-Schaltung 34 eine Transceiver-Schaltung 36 einschließen, die mit einer gegebenen Antenne 40 unter Verwendung eines Hochfrequenzübertragungsleitungspfads, wie eines Hochfrequenzübertragungsleitungspfads 50, gekoppelt ist.
Um Antennenstrukturen, wie die Antenne 40, mit der Fähigkeit auszustatten, verschiedene Frequenzen von Interesse abzudecken, kann die Antenne 40 mit einer Schaltung, wie einer Filterschaltung (z. B. einem oder mehreren passiven Filtern und/oder einer oder mehreren einstellbaren Filterschaltungen), bereitgestellt sein. Diskrete Komponenten, wie Kondensatoren, Spulen und Widerstände, können in die Filterschaltung integriert werden. Kapazitive Strukturen, induktive Strukturen und Widerstandsstrukturen können zudem aus strukturierten Metallstrukturen (z. B. einem Teil einer Antenne) gebildet sein. Wenn gewünscht, kann die Antenne 40 mit anpassbaren Schaltungen, wie einstellbaren Komponenten, versehen werden, welche die Antenne auf Kommunikationsbänder (Frequenzbänder) von Interesse abstimmen. Die einstellbaren Komponenten können Teil eines einstellbaren Filters oder eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzwerks sein, können Teil eines Antennen-Resonanzelements sein, können einen Spalt zwischen einem Antennen-Resonanzelement und einer Antennenmasse überspannen usw.
Der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 kann eine oder mehrere Hochfrequenzübertragungsleitungen (hierin manchmal einfach als Übertragungsleitungen bezeichnet) einschließen. Der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 (z. B. die Übertragungsleitungen in dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50) kann einen positiven Signalleiter, wie einen positiven Signalleiter 52, und einen Massesignalleiter, wie einen Masseleiter 54, einschließen.
Die Übertragungsleitungen in dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 können beispielsweise Koaxialkabelübertragungsleitungen (z. B. der Masseleiter 54 kann als ein geerdetes leitfähiges Geflecht, das den Signalleiter 52 entlang seiner Bahnlänge umgibt, ausgebildet sein), Streifenleitungsübertragungsleitungen (z. B., wobei sich der Masseleiter 54 entlang zweier Seiten des Signalleiters 52 erstreckt), eine Mikrostreifenübertragungsleitung (z. B., wobei sich der Masseleiter 54 entlang einer Seite des Signalleiters 52 erstreckt), Koaxialsonden, die durch metallisierte über kantengekoppelte Mikrostreifenübertragungsleitungen realisiert werden, kantengekoppelte Streifenleitungsübertragungsleitungen, Wellenleiterstrukturen (z. B. komplanare Wellenleiter oder geerdete komplanare Wellenleiter), Kombinationen dieser Arten von Übertragungsleitungen und/oder anderer Übertragungsleitungsstrukturen usw. einschließen. In einer geeigneten Anordnung, die hierin manchmal beispielhaft beschrieben wird, kann der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 eine Streifenleitungsübertragungsleitung einschließen, die mit der Transceiver-Schaltung 36 gekoppelt ist, und eine Mikrostreifenübertragungsleitung, die zwischen der Streifenleitungsübertragungsleitung und der Antenne 40 gekoppelt ist.
Die Übertragungsleitungen in dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 können in starre und/oder flexible gedruckte Leiterplatten integriert sein. In einer geeigneten Anordnung kann der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 Übertragungsleitungsleiter (z. B. den Signalleiter 52 und den Masseleiter 54) einschließen, die in mehrschichtige laminierte Strukturen integriert sind (z. B. Schichten aus einem leitfähigen Material, wie Kupfer, und einem dielektrischen Material, wie einem Harz, die ohne dazwischenliegenden Klebstoff zusammenlaminiert sind). Die mehrschichtigen laminierten Strukturen können, falls gewünscht, in mehreren Dimensionen (z. B. zwei oder drei Dimensionen) gefaltet oder gebogen sein und können nach dem Biegen eine gebogene oder gefaltete Form beibehalten (z. B. können die mehrschichtigen laminierten Strukturen in eine bestimmte dreidimensionale Form gefaltet werden, um sie um andere Komponenten der Vorrichtung zu legen, und können starr genug sein, um ihre Form nach dem Falten beizubehalten, ohne durch Versteifungen oder andere Strukturen in Position gehalten zu werden). Alle der mehreren Schichten der laminierten Strukturen können ohne Klebstoff (z. B. im Gegensatz zum Durchführen mehrerer Pressprozesse, um mehrere Schichten mit Klebstoff zusammenzulaminieren) stapelweise aneinander laminiert werden (z. B. in einem einzigen Pressverfahren).
Ein Anpassungsnetzwerk kann Komponenten, wie Spulen, Widerstände und Kondensatoren, einschließen, die beim Anpassen der Impedanz der Antenne 40 an die Impedanz des Hochfrequenzübertragungsleitungspfads 50 verwendet werden. Die Anpassungsnetzwerkkomponenten können als diskrete Komponenten (z. B. Komponenten der Oberflächenmontagetechnik) bereitgestellt sein oder können aus Gehäusestrukturen, gedruckten Leiterplattenstrukturen, Bahnen auf Kunststoffträgern usw. gebildet sein. Komponenten wie diese können auch beim Bilden von Filterschaltungen in der/den Antenne(n) 40 verwendet werden und können abstimmbare und/oder feste Komponenten sein.
Der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 kann mit Antennenspeisestrukturen gekoppelt sein, die der Antenne 40 zugeordnet sind. Als ein Beispiel kann die Antenne 40 eine invertierte F-Antenne, eine planare invertierte F-Antenne, eine Patch-Antenne oder eine andere Antenne bilden, die eine Antennenspeiseleitung 44 mit einem positiven Antennenspeiseanschluss, wie einem positiven Antennenspeiseanschluss 46, und einem Masseantennenspeiseanschluss, wie einem Masseantennenspeiseanschluss 48, aufweist. Der positive Antennenspeiseanschluss 46 kann mit dem Antennen-Resonanzelement für die Antenne 40 gekoppelt sein. Der Masseantennenspeiseanschluss 48 kann mit der Antennenmasse für die Antenne 40 gekoppelt sein.
Der Signalleiter 52 kann mit dem positiven Antennenspeiseanschluss 46 gekoppelt sein, und der Masseleiter 54 kann mit dem Masseantennenspeiseanschluss 48 gekoppelt sein. Andere Typen von Antennenspeiseanordnungen können verwendet werden, falls gewünscht. Zum Beispiel kann die Antenne 40 unter Verwendung mehrerer Speiseleitungen gespeist werden, die jeweils über eine entsprechende Übertragungsleitung mit einem entsprechenden Anschluss der Transceiver-Schaltung 36 gekoppelt ist. Falls gewünscht, kann der Signalleiter 52 mit mehreren Stellen auf der Antenne 40 gekoppelt sein (z. B. kann die Antenne 40 mehrere positive Antennenspeiseanschlüsse einschließen, die mit dem Signalleiter 52 desselben Hochfrequenzübertragungsleitungspfads 50 gekoppelt sind). Die Schalter können auf dem Signalleiter zwischen der Transceiver-Schaltung 36 und den positiven Antennenspeiseanschlüssen geschaltet sein, falls gewünscht (z. B. um einen oder mehrere positive Antennenspeiseanschlüsse zu jeder gegebenen Zeit selektiv zu aktivieren). Die veranschaulichende Speisekonfiguration von 3 ist lediglich veranschaulichend.
Während des Betriebs kann die Vorrichtung 10 mit externen drahtlosen Geräten kommunizieren. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 10 Hochfrequenzsignale verwenden, die zwischen der Vorrichtung 10 und dem externen drahtlosen Gerät übertragen werden, um einen Standort des externen drahtlosen Geräts relativ zu Vorrichtung 10 zu identifizieren. Die Vorrichtung 10 kann den relativen Standort der externen drahtlosen Geräte identifizieren, indem sie eine Reichweite zu den externen drahtlosen Geräten (z. B. die Entfernung zwischen den externen drahtlosen Geräten und der Vorrichtung 10) und den Einfallswinkel (angle of arrival, AoA) von Hochfrequenzsignalen von den externen drahtlosen Geräten (z. B. der Winkel, in dem Hochfrequenzsignale von der Vorrichtung 10 von den externen drahtlosen Geräten empfangen werden) identifiziert.
4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Vorrichtung 10 eine Distanz D zwischen der Vorrichtung 10 und externen drahtlosen Geräten wie dem drahtlosen Netzwerkknoten 60 (hierin manchmal als drahtloses Gerät 60, drahtlose Vorrichtung 60, externe Vorrichtung 60 oder externes Gerät 60 bezeichnet) bestimmen kann. Der Knoten 60 kann Vorrichtungen einschließen, die Hochfrequenzsignale wie die Hochfrequenzsignale 56 empfangen und/oder senden können. Der Knoten 60 kann markierte Vorrichtungen (z. B. jedes geeignete Objekt, das mit einem drahtlosen Empfänger und/oder einem drahtlosen Sender bereitgestellt wurde), elektronische Geräte (z. B. eine infrastrukturbezogene Vorrichtung) und/oder andere elektronische Vorrichtungen (z. B. Vorrichtungen der in Verbindung mit 1 beschriebenen Art, einschließlich einiger oder aller derselben drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten wie die Vorrichtung 10) einschließen.
Zum Beispiel kann der Knoten 60 ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, eine etwas kleinere Vorrichtung wie beispielsweise eine Armbanduhrvorrichtung, eine Pendelvorrichtung, eine Kopfhörervorrichtung, eine Ohrhörervorrichtung, eine Headset-Vorrichtung (z. B. Virtual- oder Augmented-Reality-Headset-Vorrichtungen) oder eine andere tragbare oder Miniaturvorrichtung, ein handgeführte Vorrichtung wie ein Mobiltelefon, ein Mediaplayer oder eine andere kleine tragbare Vorrichtung sein. Der Knoten 60 kann auch eine Set-Top-Box, eine Kameravorrichtung mit drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten, ein Desktop-Computer, eine Anzeige, in die ein Computer oder eine andere Verarbeitungsschaltung integriert wurde, eine Anzeige ohne integrierten Computer oder andere geeignete elektronische Geräte sein. Der Knoten 60 kann auch ein Schlüsselanhänger, eine Brieftasche, ein Buch, ein Stift oder ein anderes Objekt sein, das mit einem Sender mit geringer Leistung (z. B. einem RFID-Sender oder einem anderen Sender) versehen wurde. Der Knoten 60 kann ein elektronisches Gerät wie ein Thermostat, ein Rauchmelder, ein Bluetooth®-LE-Beacon (Bluetooth Low Energy-Beacon), ein drahtloser Wi-Fi®-Zugangspunkt, eine drahtlose Basisstation, ein Server, ein Heizungs-, Lüftungs- und Klima-System (HVAC-System) (manchmal auch als Temperaturregelsystem bezeichnet), eine Lichtquelle wie eine LED-Leuchte (Light Emitting Diode), ein Lichtschalter, eine Steckdose, ein Belegungsdetektor (z. B. ein aktiver oder passiver Infrarotlichtdetektor, ein Mikrowellendetektor usw.), ein Türsensor, ein Feuchtigkeitssensor, ein elektronisches Türschloss, eine Überwachungskamera oder eine andere Vorrichtung sein. Die Vorrichtung 10 kann, falls gewünscht, auch einer dieser Vorrichtungstypen sein.
Wie in 4 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 mit dem Knoten 60 unter Verwendung von drahtlosen Hochfrequenzsignalen 56 kommunizieren. Die Hochfrequenzsignale 56 können Bluetooth®-Signale, Nahfeldkommunikationssignale, drahtlose lokale Netzwerksignale wie IEEE 802.11-Signale, Millimeterwellen-Kommunikationssignale wie Signale bei 60 GHz, UWB-Signale, andere hochfrequente drahtlose Signale, Infrarotsignale usw. einschließen. In einer geeigneten Anordnung, die hierin durch ein Beispiel beschrieben wird, sind die Hochfrequenzsignale 56 UWB-Signale, die in mehreren UWB-Kommunikationsbändern wie den 6,5-GHz- und 8-GHz-UWB-Kommunikationsbändern übertragen werden. Die Hochfrequenzsignale 56 können verwendet werden, um Informationen wie Standort- und Orientierungsinformationen zu bestimmen und/oder zu übermitteln. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 38 in Vorrichtung 10 (2) den Standort 58 des Knotens 60 relativ zu der Vorrichtung 10 unter Verwendung der Hochfrequenzsignale 56 bestimmen.
In Anordnungen, in denen der Knoten 60 Kommunikationssignale senden oder empfangen kann, kann die Steuerschaltung 38 (2) der Vorrichtung 10 die Distanz D unter Verwendung der Hochfrequenzsignale 56 von 4 bestimmen. Die Steuerschaltung kann die Distanz D unter Verwendung von Signalstärkemessschemata (z. B. Messen der Signalstärke der Hochfrequenzsignale 56 von dem Knoten 60) oder unter Verwendung zeitbasierter Messschemata wie Laufzeitmesstechniken, Ankunftszeitdifferenzmesstechniken, Techniken zur Messung des Einfallswinkels, Triangulationsverfahren, Flugzeitverfahren, die eine Crowdsourcing-Standortdatenbank nutzen, und andere geeignete Messtechniken bestimmen. Dies ist jedoch lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann die Steuerschaltung Informationen von Empfängerschaltungen des Global Positioning Systems, Näherungssensoren (z. B. Infrarot-Näherungssensoren oder anderen Näherungssensoren), Bilddaten von einer Kamera, Bewegungssensordaten von Bewegungssensoren und/oder unter Verwendung anderer Schaltungen der Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Distanz D verwenden. Zusätzlich zum Bestimmen der Distanz D zwischen der Vorrichtung 10 und dem Knoten 60 kann die Steuerschaltung die Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zum Knoten 60 bestimmen.
5 veranschaulicht, wie die Position und Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zu nahe gelegenen Knoten wie dem Knoten 60 bestimmt werden kann. In dem Beispiel von 5 verwendet die Steuerschaltung der Vorrichtung 10 (z. B. die Steuerschaltung 38 von 2) ein horizontales Polarkoordinatensystem, um den Standort und die Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zu Knoten 60 zu bestimmen. Bei dieser Art von Koordinatensystem kann die Steuerschaltung einen Azimutwinkel θ und/oder einen Elevationswinkel φ bestimmen, um die Position von relativ zur Vorrichtung 10 nahe gelegenen Knoten 60 zu beschreiben. Die Steuerschaltung kann eine Referenzebene, wie den lokalen Horizont 64, und einen Referenzvektor, wie den Referenzvektor 68, definieren. Der lokale Horizont 64 kann eine Ebene sein, welche die Vorrichtung 10 schneidet und die relativ zu einer Oberfläche der Vorrichtung 10 (z. B. der Vorder- oder Rückseite der Vorrichtung 10) definiert ist. Zum Beispiel kann der lokale Horizont 64 eine Ebene sein, die parallel oder koplanar zur Anzeige 14 der Vorrichtung 10 ist (1). Der Referenzvektor 68 (manchmal als „Nord“-Richtung bezeichnet) kann ein Vektor im lokalen Horizont 64 sein. Falls gewünscht, kann der Referenzvektor 68 mit der Längsachse 62 der Vorrichtung 10 ausgerichtet sein (z. B. einer Achse, die in Längsrichtung entlang der Mitte der Vorrichtung 10 und parallel zur längsten rechteckigen Abmessung der Vorrichtung 10 parallel zur Y-Achse von 1 verläuft). Wenn der Referenzvektor 68 mit der Längsachse 62 der Vorrichtung 10 ausgerichtet ist, kann der Referenzvektor 68 der Richtung entsprechen, in die die Vorrichtung 10 gerichtet wird.
Der Azimutwinkel θ und der Elevationswinkel φ können relativ zum lokalen Horizont 64 und zum Referenzvektor 68 gemessen werden. Wie in 5 gezeigt, ist der Elevationswinkel φ (manchmal als Höhe bezeichnet) des Knotens 60 der Winkel zwischen dem Knoten 60 und dem lokalen Horizont 64 der Vorrichtung 10 (z. B. der Winkel zwischen dem Vektor 67, der sich zwischen der Vorrichtung 10 und dem Knoten 60 erstreckt, und einem koplanaren Vektor 66, der sich zwischen der Vorrichtung 10 und dem lokalem Horizont 64 erstreckt). Der Azimutwinkel θ des Knotens 60 ist der Winkel des Knotens 60 um den lokalen Horizont 64 (z. B. der Winkel zwischen dem Referenzvektor 68 und dem Vektor 66). In dem Beispiel von 5 sind der Azimutwinkel θ und der Elevationswinkel φ des Knotens 60 größer als 0°.
Falls gewünscht, können andere Achsen neben der Längsachse 62 verwendet werden, um den Referenzvektor 68 zu definieren. Beispielsweise kann die Steuerschaltung eine horizontale Achse, die senkrecht zur Längsachse 62 ist, als Referenzvektor 68 verwenden. Dies kann nützlich sein, um zu bestimmen, wann sich die Knoten 60 neben einem Seitenteil der Vorrichtung 10 befinden (z. B. wenn die Vorrichtung 10 Seite an Seite mit einem der Knoten 60 ausgerichtet ist).
Nach dem Bestimmen der Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zum Knoten 60 kann die Steuerschaltung der Vorrichtung 10 geeignete Maßnahmen ergreifen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung Informationen an den Knoten 60 senden, kann Informationen von Knoten 60 anfordern und/oder empfangen, kann Anzeige 14 (1) verwenden, um eine visuelle Anzeige der drahtlosen Paarung mit dem Knoten 60 anzuzeigen, kann Lautsprecher verwenden, um eine akustische Anzeige der drahtlosen Paarung mit dem Knoten 60 zu erzeugen, kann einen Vibrator, einen haptischen Aktuator oder ein anderes mechanisches Element verwenden, um eine haptische Ausgabe zu erzeugen, welche die drahtlose Paarung mit dem Knoten 60 anzeigt, kann die Anzeige 14 verwenden, um eine visuelle Anzeige der Position des Knotens 60 relativ zur Vorrichtung 10 anzuzeigen, kann Lautsprecher verwenden, um eine akustische Anzeige der Position des Knotens 60 zu erzeugen, kann einen Vibrator, einen haptischen Aktuator oder ein anderes mechanisches Element verwenden, um eine haptische Ausgabe zu erzeugen, welche die Position des Knotens 60 anzeigt, und/oder kann eine andere geeignete Maßnahme ergreifen.
In einer geeigneten Anordnung kann die Vorrichtung 10 die Distanz zwischen der Vorrichtung 10 und dem Knoten 60 und die Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zum Knoten 60 unter Verwendung von zwei oder mehr Ultrabreitbandantennen bestimmen. Die Ultrabreitbandantennen können Hochfrequenzsignale von dem Knoten 60 empfangen (z. B. Hochfrequenzsignale 56 von 4). Die Zeitstempel in den drahtlosen Kommunikationssignalen können analysiert werden, um die Flugzeit der drahtlosen Kommunikationssignale zu bestimmen und dadurch die Distanz (Reichweite) zwischen der Vorrichtung 10 und dem Knoten 60 zu bestimmen. Zusätzlich können Einfallswinkel-(AoA)-Messtechniken verwendet werden, um die Ausrichtung der elektronischen Vorrichtung 10 relativ zum Knoten 60 zu bestimmen (z. B. Azimutwinkel θ und Elevationswinkel φ).
Bei der Messung des Einfallswinkels überträgt der Knoten 60 ein Hochfrequenzsignal an die Vorrichtung 10 (z. B. die Hochfrequenzsignale 56 von 4). Die Vorrichtung 10 kann eine Verzögerung der Ankunftszeit der Hochfrequenzsignale zwischen den zwei oder mehr Ultrabreitbandantennen messen. Die Verzögerung der Ankunftszeit (z. B. die Differenz in der Empfangsphase an jeder Ultrabreitbandantenne) kann verwendet werden, um den Einfallswinkel des Hochfrequenzsignals (und daher den Winkel des Knotens 60 relativ zur Vorrichtung 10) zu bestimmen. Sobald die Distanz D und der Einfallswinkel bestimmt worden sind, hat die Vorrichtung 10 Kenntnis von der genauen Position des Knotens 60 relativ zur Vorrichtung 10.
6 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie Techniken zur Messung des Einfallswinkels verwendet werden können, um die Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zum Knoten 60 zu bestimmen. Die Vorrichtung 10 kann mehrere Antennen 40 zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen in einem oder mehreren UWB-Frequenzbändern einschließen (hierin manchmal als Ultrabreitbandantennen 40U bezeichnet). Wie in 6 gezeigt, können die Ultrabreitbandantennen 40U in der Vorrichtung 10 mindestens eine erste Ultrabreitbandantenne 40U-1 und eine zweite Ultrabreitbandantenne 40U-2 einschließen. Die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 können mit der Transceiver-Schaltung 36 über jeweilige Hochfrequenzübertragungsleitungspfade 50 (z. B. einen ersten Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50A und einen zweiten Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50B) gekoppelt sein. Die Transceiver-Schaltung 36 und die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 können bei UWB-Frequenzen arbeiten (z. B. die Transceiver-Schaltung 36 kann UWB-Signale unter Verwendung von Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 übertragen).
Die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 können jeweils Hochfrequenzsignale 56 vom Knoten 60 empfangen (5). Die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 können seitlich durch eine Distanz d₁ getrennt sein, wobei die Ultrabreitbandantenne 40U-1 weiter vom Knoten 60 entfernt ist als die Ultrabreitbandantenne 40U-2 (im Beispiel von 6). Daher legen die Hochfrequenzsignale 56 eine größere Distanz zurück, um eher die Ultrabreitbandantenne 40U-1 zu erreichen als die Ultrabreitbandantenne 40U-2. Die zusätzliche Distanz zwischen dem Knoten 60 und der Ultrabreitbandantenne 40U-1 ist in 6 als Distanz d₂ gezeigt. 6 zeigt auch die Winkel a und b (wobei a + b = 90°).
Die Distanz d₂ kann in Abhängigkeit von Winkel a oder Winkel b bestimmt werden (z. B. d₂ = d₁*sin(a) oder d₂ = d₁*cos(b)). Die Distanz d₂ kann auch in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-1 empfangenen Signal und dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-2 empfangenen Signal bestimmt werden (z. B. d₂ = (PD)*λ/(2*π)), wobei PD die Phasendifferenz (manchmal als „Δϕ“ geschrieben) zwischen dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-1 empfangenen Signal und dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-2 empfangenen Signal ist, und λ die Wellenlänge der Hochfrequenzsignale 56 ist. Die Vorrichtung 10 kann eine mit jeder Antenne gekoppelte Phasenmessschaltung einschließen, um die Phase der empfangenen Signale zu messen und die Phasendifferenz PD zu identifizieren (z. B. durch Subtrahieren der für eine Antenne gemessenen Phase von der für die andere Antenne gemessenen Phase). Die zwei Gleichungen für d₂ können gleich gesetzt werden (z. B. d₁*sin(a) = (PD)*λ/(2*n)) und neu angeordnet werden, um den Winkel a (z. B. a = sin^-1((PD)*λ/(2*π*d₁)) oder den Winkel b zu berechnen. Daher kann der Einfallswinkel (z. B. durch die Steuerschaltung 38 von 2) auf Grundlage der bekannten (vorbestimmten) Distanz d₁ zwischen den Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2, der erfassten (gemessenen) Phasendifferenz PD zwischen dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-1 empfangenen Signal und dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-2 empfangenen Signal und der bekannten Wellenlänge (Frequenz) der empfangenen Hochfrequenzsignale 56 bestimmt werden. Der Winkel a und/oder b von 6 kann in Kugelkoordinaten umgewandelt werden, um zum Beispiel den Azimutwinkel θ und den Elevationswinkel φ von 5 zu erhalten. Die Steuerschaltung 38 (2) kann den Einfallswinkel der Hochfrequenzsignale 56 bestimmen, indem einer oder beide der Azimutwinkel θ und Elevationswinkel φ berechnet werden.
Die Distanz d₁ kann gewählt werden, um die Berechnung der Phasendifferenz PD zwischen dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-1 empfangenen Signal und dem von der Ultrabreitbandantenne 40U-2 empfangenen Signal zu erleichtern. Zum Beispiel kann d₁ kleiner oder gleich der Hälfte der Wellenlänge (z. B. der effektiven Wellenlänge) der empfangenen Hochfrequenzsignale 56 sein (z. B. um Lösungen mit mehreren Phasendifferenzen zu vermeiden).
Mit zwei Antennen zur Bestimmung des Einfallswinkels (wie in 6) kann der Einfallswinkel innerhalb einer einzigen Ebene bestimmt werden. Beispielsweise können die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 in 6 verwendet werden, um den Azimutwinkel θ von 5 zu bestimmen. Eine dritte Ultrabreitbandantenne kann eingeschlossen sein, um die Bestimmung des Einfallswinkels in mehreren Ebenen zu ermöglichen (z. B. können sowohl der Azimutwinkel θ als auch der Elevationswinkel φ von 5 bestimmt werden). Die drei Ultrabreitbandantennen können in diesem Szenario ein sogenanntes Triplett von Ultrabreitbandantennen bilden, wobei jede Antenne in dem Triplett so angeordnet ist, dass sie etwa auf einer jeweiligen Ecke eines rechtwinkligen Dreiecks liegt (z. B. kann das Triplett die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 der 6 und eine dritte Antenne, die sich im Abstand d₁ von der Ultrabreitbandantenne 40U-1 in einer Richtung senkrecht zum Vektor zwischen den Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 befindet, einschließen) oder irgendeine andere vorbestimmte relative Positionierung verwenden. Tripletts von Ultrabreitbandantennen 40U können verwendet werden, um den Einfallswinkel in zwei Ebenen zu bestimmen (z. B. um sowohl den Azimutwinkel θ als auch den Elevationswinkel φ von 5 zu bestimmen). Tripletts von Ultrabreitbandantennen 40U und/oder Dubletts von Ultrabreitbandantennen 40U (z. B. ein Paar Antennen wie die Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 von 6) können in der Vorrichtung 10 verwendet werden, um den Einfallswinkel zu bestimmen. Falls gewünscht, können unterschiedliche Antennen-Dubletts orthogonal zueinander in der Vorrichtung 10 ausgerichtet werden, um den Einfallswinkel in zwei Dimensionen wiederherzustellen (z. B. unter Verwendung von zwei oder mehr orthogonalen Dubletts von Ultrabreitbandantennen 40U, die jeweils den Einfallswinkel in einer einzelnen entsprechenden Ebene messen).
Die Antennen 40 in der Vorrichtung 10 können auch zwei oder mehr Antennen 40 einschließen, die Hochfrequenzsignale mit Frequenzen größer als 10 GHz übertragen. Aufgrund der wesentlichen Signaldämpfung bei Frequenzen größer als 10 GHz können diese Antennen in einem oder mehreren entsprechenden phasengesteuerten Antennen-Arrays angeordnet sein. 7 zeigt, wie Antennen 40 zum Verarbeiten von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen in einem entsprechenden phasengesteuerten Antennen-Array 76 gebildet werden können.
Wie in 7 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 76 (hierin manchmal als Array 76, Antennen-Array 76 oder Array 76 der Antennen 40 bezeichnet) mit Hochfrequenzübertragungsleitungspfaden 50 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine erste Antenne 40-1 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 76 mit einem ersten Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50-1 gekoppelt sein, eine zweite Antenne 40-2 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 76 mit einem zweiten Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50-2 gekoppelt sein, eine N-te Antenne 40-N in einem phasengesteuerten Antennen-Array 76 mit einer N-ten Hochfrequenzübertragungsleitungpfad 50-N, usw. gekoppelt sein. Obwohl die Antennen 40 hierin als ein phasengesteuertes Antennen-Array beschrieben sind, können die Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 76 manchmal auch kollektiv als ein einzelnes phasengesteuertes Antennen-Array bezeichnet werden.
Die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 können in jeder gewünschten Anzahl von Zeilen und Spalten oder in jedem anderen gewünschten Muster angeordnet sein (z. B. müssen die Antennen nicht in einem Gittermuster mit Zeilen und Spalten angeordnet sein). Während des Signalübertragungsbetriebs kann der Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50 verwendet werden, um Signale (z. B. hochfrequente Signale wie etwa Millimeterwellen- und/oder Zentimeterwellensignale) von der Transceiver-Schaltung 36 (2) an ein phasengesteuertes Antennen-Array 76 zur drahtlosen Übertragung zu liefern. Während des Signalempfangsbetriebs können die Hochfrequenzübertragungsleitungspfade 50 verwendet werden, um Signale, die an dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 empfangen werden (z. B. von externen drahtlosen Geräten, oder übertragene Signale, die von externen Objekten reflektiert wurden) an die Transceiver-Schaltung 36 (3) zu liefern.
Die Verwendung mehrerer Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 ermöglicht es, Strahlenlenkanordnungen durch Steuern der entsprechenden Phasen und Größen (Amplituden) der von den Antennen übermittelten Hochfrequenzsignale zu implementieren. In dem Beispiel von 7 weist jede der Antennen 40 jeweils einen entsprechenden hochfrequenten Phasen- und Größenregler 70 auf (z. B. kann ein erster Phasen- und Größenregler 70-1, der auf dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50-1 angeordnet ist, Phase und Größe für die von der Antenne 40-1 verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern, ein zweiter Phasen- und Größenregler 70-2, der auf dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50-2 angeordnet ist, kann Phase und Größe für die von der Antenne 40-2 verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern, ein N-ter Phasen- und Größenregler 70-N, der auf dem Hochfrequenzübertragungsleitungspfad 50-N angeordnet ist, kann Phase und Größe für die von Antenne 40-N verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern, usw.).
Die Phasen- und Größenregler 70 können jeweils eine Schaltung zum Einstellen der Phase der Hochfrequenzsignale auf Hochfrequenzübertragungsleitungspfaden 50 (z. B. Phasenschieberschaltungen) und/oder eine Schaltung zum Einstellen der Größe der Hochfrequenzsignale auf Hochfrequenzübertragungsleitungspfaden 50 (z. B. Leistungsverstärker und/oder rauscharme Verstärkerschaltungen) einschließen. Die Phasen- und Größenregler 70 können hierin manchmal kollektiv als Strahlenlenkschaltung bezeichnet werden (z. B. eine Strahlenlenkschaltung, welche die Strahlen von Hochfrequenzsignalen lenkt, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 gesendet und/oder empfangen werden).
Die Phasen- und Größenregler 70 können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der gesendeten Signale einstellen, die jeder der Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 bereitgestellt werden, und sie können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der empfangenen Signale einstellen, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 empfangen werden. Die Phasen- und Größenregler 70 können, falls gewünscht, eine Schaltung für die Phasenerkennung zum Erfassen der Phasen der von dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 empfangenen Signale einschließen. Der Begriff „Strahl“ oder „Signalstrahl“ kann sich hierin kollektiv auf drahtlose Signale, die von einem phasengesteuerten Antennen-Array 76 in einer bestimmten Richtung gesendet und empfangen werden, beziehen. Der Signalstrahl kann eine Spitzenverstärkung aufweisen, die in einer bestimmten Ausrichtungsrichtung in einem entsprechenden Ausrichtungswinkel ausgerichtet ist (z. B. basierend auf einer konstruktiven und destruktiven Interferenz von der Kombination von Signalen von jeder Antenne in dem phasengesteuerten Antennen-Array). Der Begriff „Sendestrahl“ kann hierin manchmal verwendet werden, um Hochfrequenzsignale zu bezeichnen, die in einer bestimmten Richtung übertragen werden, während der Begriff „Empfangsstrahl“ hierin manchmal verwendet werden kann, um Hochfrequenzsignale zu bezeichnen, die von einer bestimmten Richtung empfangen werden.
Wenn zum Beispiel die Phasen- und Größenregler 70 eingestellt werden, um eine erste Gruppe von Phasen und/oder Größen für übertragene Hochfrequenzsignale zu bilden, werden die gesendeten Signale einen Sendestrahl, wie anhand von Strahl B 1 von 7 gezeigt, bilden, der in Richtung des Punktes A ausgerichtet ist. Wenn jedoch die Phasen- und Größenregler 70 eingestellt werden, um eine zweite Gruppe von Phasen und/oder Größen der gesendeten Signale zu bilden, werden die gesendeten Signale einen Sendestrahl, wie anhand von Strahl B2 gezeigt, bilden, der in Richtung des Punktes B ausgerichtet ist. Ebenso können, wenn die Phasen- und Größenregler 70 eingestellt werden, um die erste Gruppe von Phasen und/oder Größen zu bilden, Hochfrequenzsignale (z. B. Hochfrequenzsignale in einem Empfangsstrahl) aus der Richtung von Punkt A, wie anhand von Strahl B 1 gezeigt, empfangen werden. Wenn die Phasen- und Größenregler 70 eingestellt werden, um die zweite Gruppe von Phasen und/oder Größen zu bilden, werden Hochfrequenzsignale aus der Richtung von Punkt B, wie anhand von Strahl B2 gezeigt, empfangen.
Jeder Phasen- und Größenregler 70 kann gesteuert werden, um eine gewünschte Phase und/oder Größe auf Grundlage eines entsprechenden Steuersignals S, das von der Steuerschaltung 38 empfangen wurde, zu bilden (z. B. kann die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 70-1 bereitgestellt wird, unter Verwendung des Steuersignals S 1 gesteuert werden, die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 70-2 bereitgestellt wird, kann unter Verwendung des Steuersignals S2 gesteuert werden, usw.). Falls gewünscht, kann die Steuerschaltung die Steuersignale S in Echtzeit aktiv einstellen, um den Sende- oder Empfangsstrahl in unterschiedliche gewünschte Richtungen zu lenken. Die Phasen- und Größenregler 70 können, falls gewünscht, Informationen bereitstellen, welche die Phase der von der Steuerschaltung 38 empfangenen Signale identifizieren.
Bei Durchführung einer drahtlosen Kommunikation unter Verwendung von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen werden Hochfrequenzsignale über einen Sichtlinienpfad zwischen dem phasengesteuerten Antennen-Array 76 und externen Kommunikationsgeräten übermittelt. Wenn sich das externe Objekt am Punkt A von 7 befindet, können die Phasen- und Größenregler 70 so eingestellt werden, dass sie den Signalstrahl zum Punkt A lenken (z. B. um die Ausrichtungsrichtung des Signalstrahls zum Punkt A zu lenken). Das phasengesteuerte Antennen-Array 76 kann Hochfrequenzsignale in Richtung des Punktes A senden und empfangen. Ebenso können, wenn sich das externe Kommunikationsgeräte am Punkt B befindet, Phasen- und Größenregler 70 eingestellt werden, um den Signalstrahl in Richtung des Punktes B zu lenken (z. B. um die Ausrichtungsrichtung des Signalstrahls in Richtung des Punktes B zu lenken). Das phasengesteuerte Antennen-Array 76 kann Hochfrequenzsignale in Richtung des Punktes B senden und empfangen. In dem Beispiel von 7 ist die Strahllenkung der Einfachheit halber als über einen einzigen Freiheitsgrad durchgeführt dargestellt (z. B. nach links und rechts auf der Seite von 7). Jedoch kann in der Praxis der Strahl über zwei oder mehr Freiheitsgrade gelenkt werden (z. B. in drei Dimensionen, in und aus der Seite heraus und nach links und rechts auf der Seite von 7). Das phasengesteuerte Antennen-Array 76 kann ein entsprechendes Sichtfeld aufweisen, über das eine Strahllenkung durchgeführt werden kann (z. B. in einer Halbkugel oder einem Segment einer Halbkugel über dem phasengesteuerten Antennen-Array). Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 10 mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays einschließen, die jeweils einer anderen Richtung zugewandt sind, um eine Abdeckung von mehreren Seiten der Vorrichtung bereitzustellen.
In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben ist, schließen die Antennen 40 in der Vorrichtung 10 ein Triplett von Ultrabreitbandantennen und erste und zweite phasengesteuerte Antennen-Arrays zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen bei Zentimeter-und Millimeterwellenfrequenzen ein. In einigen Szenarien sind das Triplett von Ultrabreitbandantennen und die phasengesteuerten Antennen-Arrays auf separaten jeweiligen Substraten oder Modulen ausgebildet. Jedoch ist der Platz in Vorrichtungen, wie der Vorrichtung 10, oft knapp. Das Bilden des Tripletts von Ultrabreitbandantennen und der phasengesteuerten Antennen-Arrays auf separaten jeweiligen Substraten oder Modulen kann eine übermäßige Menge an Platz in der Vorrichtung 10 beanspruchen, kann die Herstellungskosten und Komplexität für die Vorrichtung 10 unerwünscht erhöhen und kann mechanische Ungleichmäßigkeiten im Laufe der Zeit in die Vorrichtung 10 einführen.
Um diese Probleme abzuschwächen, können das Triplett von Ultrabreitbandantennen und das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array beide als Teil desselben integrierten Antennenmoduls ausgebildet sein. 8 ist eine Unteransicht, die zeigt, wie das Triplett von Ultrabreitbandantennen und das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array beide auf demselben Antennenmodul ausgebildet sein können.
Wie in 8 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 ein Antennenmodul wie das Antennenmodul 78 einschließen. Das Antennenmodul 78 kann ein dielektrisches Substrat einschließen, wie das dielektrische Substrat 80. Das dielektrische Substrat 80 kann zum Beispiel ein gestapeltes dielektrisches Substrat mit zwei oder mehr vertikal gestapelten dielektrischen Schichten sein.
Das Antennenmodul 78 kann ein Triplett von Ultrabreitbandantennen 40U einschließen, wie die Ultrabreitbandantennen 40U-1, 40U-2 und 40U-3. Die Ultrabreitbandantennen 40U-1, 40U-2 und 40U-3 können Hochfrequenzsignale in einem oder mehreren Ultrabreitbandfrequenzbändern übertragen. Jede Ultrabreitbandantenne 40U kann ein entsprechendes Antennen-Resonanzelement aufweisen. Das Antennen-Resonanzelement kann eine Antennenmasse überlappen, die aus Massebahnen im dielektrischen Substrat 80 gebildet ist.
Zum Beispiel können, wie in 8 gezeigt, Ultrabreitbandantennen 40-1 und 40U-2 jeweils ein Antennen-Resonanzelement 86 aufweisen, das aus einem Patch von Leiterbahnen auf dem dielektrischen Substrat 80 gebildet ist. Das Antennen-Resonanzelement 86 kann daher ein Patch-Antennen-Resonanzelement sein (hierin manchmal als Patch-Element, Patch-Resonanzelement, Patch-Strahlerelement oder Patch-Strahler bezeichnet). Entsprechende positive Antennenspeiseanschlüsse 46, wie der positive Antennenspeiseanschlüsse 46U, können mit jedem Antennen-Resonanzelement 86 gekoppelt sein, um Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 zu speisen. Die Länge des Antennen-Resonanzelements 86 (z. B. parallel zur X-Achse von 8) kann ausgewählt werden, um Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 so zu konfigurieren, dass sie in einem entsprechenden Ultrabreitbandfrequenzband (z. B. einem 6,5 GHz UWB-Frequenzband) strahlen. Dies ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann ein Rückleitungspfad zwischen dem Antennen-Resonanzelement 86 und den Massebahnen gekoppelt sein, um das Antennen-Resonanzelement 86 so zu konfigurieren, dass es ein planares invertiertes F-Antennen-Resonanzelement bildet. Im Allgemeinen kann das Antennen-Resonanzelement 86 unter Verwendung beliebiger anderer gewünschter Antennen-Resonanzelementstrukturen gebildet werden (z. B. Antennen-Resonanzelemente mit beliebiger gewünschter Form, beliebiger gewünschter Anzahl gekrümmter und/oder gerader Kanten, beliebiger gewünschter Zuleitungsanordnung usw.).
Die Ultrabreitbandantenne 40U-3 kann ein Antennen-Resonanzelement aufweisen, das einen ersten Antennen-Resonanzelementarm 88 und einen zweiten Antennen-Resonanzelementarm 90 einschließt. Die Antennen-Resonanzelementarme 88 und 90 können aus Leiterbahnen auf dem dielektrischen Substrat 80 gebildet sein. Die Antennen-Resonanzelementarme 88 und 90 können jeweils durch einen jeweiligen positiven Antennenspeiseanschluss 46U gespeist werden. Die Antennen-Resonanzelementarme 88 und 90 können durch einen Zaun von leitfähigen Durchkontaktierungen 92 getrennt sein, die Leiterbahnen, welche die Antennen-Resonanzelementarme 88 und 90 bilden, mit den Massebahnen im dielektrischen Substrat 80 koppeln. Der Zaun der leitfähigen Durchkontaktierungen 92 kann einen Rückleitungspfad für die Ultrabreitbandantenne 40U-3 bilden. Das Antennen-Resonanzelement für die Ultrabreitbandantenne 40U-3 kann daher ein planar-invertiertes Dualband-F-Antennenresonanzelement sein (z. B. die Antennen-Resonanzelementarme 88 und 90 können planare invertierte F-Antennen-Resonanzelementarme sein, die sich von gegenüberliegenden Seiten der leitfähigen Durchkontaktierungen 92 erstrecken).
Die Länge des Antennen-Resonanzelementarms 88 (z. B. parallel zur X-Achse von 8) kann ausgewählt werden, um die Ultrabreitbandantenne 40U-3 so zu konfigurieren, dass sie im ersten Ultrabreitbandfrequenzband (z. B. dem 6,5 GHz UWB-Frequenzband) strahlt. Die Länge des Antennen-Resonanzelementarms 90 (z. B. parallel zur X-Achse von 8) kann ausgewählt werden, um die Ultrabreitbandantenne 40U-3 so zu konfigurieren, dass sie auch in einem zweiten Ultrabreitbandfrequenzband (z. B. dem 8,0 GHz UWB-Frequenzband) strahlt. Dies ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann die Ultrabreitbandantenne 40U-3 eine Einzelbandantenne sein (z. B. ähnlich den Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 von 8). Falls gewünscht, können eine oder beide der Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 Dualbandantennen (z. B. ähnlich der Ultrabreitbandantenne 40U-3 von 8) zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen in sowohl dem 6,5 GHz als auch dem 8,0 GHz UWB-Frequenzband sein. Im Allgemeinen kann die Ultrabreitbandantenne 40U-3 unter Verwendung beliebiger anderer gewünschter Antennen-Resonanzelementstrukturen (z. B. Antennen-Resonanzelemente mit beliebiger gewünschter Form, beliebiger gewünschter Anzahl gekrümmter und/oder gerader Kanten, beliebiger gewünschter Zuleitungsanordnung usw.) gebildet werden.
Das Triplett von Ultrabreitbandantennen 40U-1, 40U-2 und 40U-3 kann verwendet werden, um den Abstand D von 4 zu bestimmen und/oder um den Einfallswinkel von einfallenden Hochfrequenzsignalen in einem oder beiden der 6,5 GHz und 8,0 GHz UWB-Frequenzbänder zu bestimmen. Falls gewünscht, können die Ultrabreitbandantenne 40U-1, die Ultrabreitbandantenne 40U-2 oder die Ultrabreitbandantenne 40U-3 weggelassen werden (z. B. das Antennenmodul 78 kann ein Dublett von Ultrabreitbandantennen 40U einschließen).
Das Antennenmodul 78 kann auch mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays 76 einschließen, wie das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B. Das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A kann einen ersten Satz von Antennen 40H einschließen, die in einem relativ hohen 5G NR FR2-Frequenzband strahlen (z. B. bei Frequenzen zwischen etwa 37-43 GHz). Das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40H einschließen. In dem Beispiel von 8 schließt das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A vier Antennen 40H ein, wie die Antennen 40H-1, 40H-2, 40H-3 und 40H-4. Jede Antenne 40H in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76A kann von einer oder zwei benachbarten Antennen 40H in dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A durch den Abstand 82 getrennt werden. Der Abstand 82 kann ausgewählt werden, um den Antennen 40H in dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A zu ermöglichen, zufriedenstellende Strahlbildungsvorgänge durchzuführen (z. B. der Abstand 82 kann etwa gleich der Hälfte der effektiven Betriebswellenlänge der Antennen 40H sein, wobei die effektive Wellenlänge gleich einer Freiraumwellenlänge multipliziert mit einem konstanten Wert ist, der basierend auf der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats 80 ausgewählt ist).
Das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A kann auch einen zweiten Satz von Antennen 40L einschließen, die in einem relativ niedrigen 5G NR FR2-Frequenzband strahlen (z. B. bei Frequenzen zwischen etwa 24-30 GHz). Das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40L einschließen. In dem Beispiel von 8 schließt das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A vier Antennen 40L ein, wie die Antennen 40L-1, 40L-2, 40L-3 und 40L-4. Jede Antenne 40L in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76A kann von einer oder zwei benachbarten Antennen 40L in dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A durch den Abstand 84 getrennt werden. Der Abstand 84 kann so gewählt werden, um den Antennen 40L in dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A zu ermöglichen, zufriedenstellende Strahlbildungsvorgänge durchzuführen (z. B. der Abstand 84 kann etwa gleich der Hälfte der effektiven Betriebswellenlänge der Antennen 40L sein).
In dem Beispiel von 8 schließt das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A eine erste Reihe von Antennen 40H und eine zweite Reihe von Antennen 40L ein. Dies ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können die Antennen 40H und 40L in dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A in einem beliebigen gewünschten Muster angeordnet sein (z. B. Antennen 40H können mit Antennen 40L in einer einzelnen Reihe verschachtelt sein, Antennen 40H können mit Antennen 40L über zwei Reihen hinweg verschachtelt sein usw.). Kollektiv können die Antennen 40H und 40L es dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A ermöglichen, Hochfrequenzsignale (z. B. gemäß einem Strahlbildungsschema) sowohl in dem relativ niedrigen 5G NR FR2-Frequenzband als auch in dem relativ hohen 5G NR FR2-Frequenzband zu übertragen.
Das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann einen dritten Satz von Antennen 40H einschließen, die in dem relativ hohen 5G NR FR2-Frequenzband strahlen (z. B. bei Frequenzen zwischen etwa 37-43 GHz). Das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40H einschließen. In einer geeigneten Anordnung, die hierin manchmal als ein Beispiel beschrieben ist, schließt das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B weniger Antennen 40H als das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A ein (z. B. das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann zwei Antennen 40H einschließen, wie die Antennen 40H-5 und 40H-6). Die Antennen 40H-5 und 40H-6 können durch den Abstand 82 voneinander getrennt sein.
Das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann auch einen vierten Satz von Antennen 40L einschließen, die in dem relativ niedrigen 5G NR FR2-Frequenzband strahlen (z. B. bei Frequenzen zwischen etwa 24-30 GHz). Das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40L einschließen. In einer geeigneten Anordnung, die hierin manchmal als ein Beispiel beschrieben ist, schließt das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B weniger Antennen 40L als das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76B ein (z. B. das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B kann zwei Antennen 40L einschließen, wie die Antennen 40L-5 und 40L-6). Die Antennen 40L-5 und 40L-6 können durch den Abstand 84 voneinander getrennt sein.
Die Antennen in dem zweiten phasengesteuerten Antennen-Array 76B können sich auf Abschnitten (Regionen) des dielektrischen Substrats 80 befinden, die nicht von dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A und den Ultrabreitbandantennen 40U-1, 40U-2 und 40U-3 eingenommen werden. Zum Beispiel können, wie in 8 gezeigt, die Antennen 40H-5 und 40H-6 in einer Spalte angeordnet sein und können seitlich zwischen der Ultrabreitbandantenne 40U-3 und der Antenne 40H-4 und dem rechten Rand des dielektrischen Substrats 80 angeordnet sein. Gleichzeitig können die Antennen 40L-5 und 40L-6 in einer Reihe angeordnet sein und seitlich zwischen der Ultrabreitbandantenne 40U-3 und dem oberen Rand des dielektrischen Substrats 80 angeordnet sein. Dies ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können die Antennen 40H und 40L in dem zweiten phasengesteuerten Antennen-Array 76B in einem beliebigen gewünschten Muster angeordnet sein. Kollektiv können die Antennen 40H und 40L es dem phasengesteuerten Antennen-Array 76B ermöglichen, Hochfrequenzsignale (z. B. gemäß einem Strahlbildungsschema) sowohl in dem relativ niedrigen 5G NR FR2-Frequenzband als auch in dem relativ hohen 5G NR FR2-Frequenzband zu übertragen.
Falls gewünscht, kann das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B unabhängig von dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A gelenkt werden. Zum Beispiel kann das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A Hochfrequenzsignale innerhalb eines ersten Signalstrahls übertragen, während das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B Hochfrequenzsignale innerhalb eines zweiten Signalstrahls überträgt. In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben ist, kann das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A ein primäres phasengesteuertes Antennen-Array für die Vorrichtung 10 sein, während das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B ein sekundäres oder diversity-phasengesteuertes Antennen-Array für die Vorrichtung 10 ist.
Die Steuerschaltung 38 (2) kann zum Beispiel Sensordaten, drahtlose Leistungsmetrikdaten oder andere Daten sammeln, die Hochfrequenzleistung der phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B über die Zeit anzeigen. Die Steuerschaltung 38 kann Hochfrequenzsignale in den 5G NR FR2-Frequenzbändern unter Verwendung des ersten phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A übertragen. Wenn die gesammelten Daten anzeigen, dass das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A durch ein externes Objekt (z. B. eine Hand eines Benutzers, eine Tischplatte oder andere externe Objekte) blockiert wird oder anderweitig eine unbefriedigende Hochfrequenzleistung zeigt (z. B. wenn die gesammelten drahtlosen Leistungsmetrikdaten außerhalb eines vorbestimmten Bereichs zufriedenstellender drahtloser Leistungsmetrikdatenwerte liegen), kann die Steuerschaltung 38 das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A außer Betrieb schalten. Die Steuerschaltung 38 kann anschließend das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B in Gebrauch schalten und kann das zweite phasengesteuerte Antennen-Array 76B verwenden, um Hochfrequenzsignale in den 5G NR FR2-Frequenzbändern zu übertragen, bis das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A nicht mehr blockiert ist oder anderweitig eine zufriedenstellende Hochfrequenzleistung aufweisen würde. Auf diese Weise kann das Antennenmodul 78 weiterhin Hochfrequenzsignale in den 5G NR FR2-Frequenzbändern übertragen, selbst wenn externe Objekte gelegentlich einen Teil des Antennenmoduls 78 im Laufe der Zeit blockieren.
Die Antennen 40H und 40L in den phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B können unter Verwendung beliebiger gewünschter Antennenstrukturen gebildet werden. In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben wird, können die Antennen 40H und 40L gestapelte Patch-Antennen sein. Zum Beispiel kann, wie in 8 gezeigt, jede Antenne 40H ein Antennen-Resonanzelement 100 aufweisen, das aus einem Patch von Leiterbahnen auf dem dielektrischen Substrat 80 gebildet wird (z. B. kann das Antennen-Resonanzelement 100 ein Patch-Antennen-Resonanzelement sein und daher hierin manchmal als Patch-Element 100 bezeichnet werden). Die Antenne 40H kann ein parasitäres Element 102 aufweisen, das aus einem Patch von Leiterbahnen gebildet ist, der über dem Patch-Element 100 gestapelt ist.
Das Patch-Element 100 kann direkt durch einen oder mehrere positive Antennenspeiseanschlüsse 46H gespeist werden. Zum Beispiel kann das Patch-Element 100 durch einen ersten positiven Antennenspeiseanschluss 46HH gespeist werden, der mit einer ersten Kante des Patch-Elements 100 gekoppelt ist, und kann durch einen zweiten positiven Antennenspeiseanschluss 46HV gespeist werden, der mit einer zweiten Kante des Patch-Elements 100 gekoppelt ist (z. B. eine Kante orthogonal zur ersten Kante). Das Speisen des Patch-Elements 100 unter Verwendung mehrerer positiver Antennenspeiseanschlüsse kann es der Antenne 40H ermöglichen, Hochfrequenzsignale mit mehreren Polarisationen zu übertragen. Zum Beispiel kann der erste positive Antennenspeiseanschluss 46HH Hochfrequenzsignale mit einer ersten linearen (z. B. horizontalen) Polarisation übertragen, während der zweite positive Antennenspeiseanschluss 46HV Hochfrequenzsignale mit einer zweiten linearen (z. B. vertikalen) Polarisation überträgt. Falls gewünscht, können auch zirkuläre oder elliptische Polarisationen verwendet werden.
Die Länge des Patch-Elements 100 kann so gewählt werden, dass es in dem relativ hohen 5G NR FR2-Frequenzband strahlt. Das parasitäre Element 102, das nicht direkt mit den positiven Antennenspeiseanschlüssen 46HV und 46HH verbunden ist oder von diesen gespeist wird, kann Abmessungen aufweisen, die geringfügig von den Abmessungen des Patch-Elements 100 abweichen. Dies kann das parasitäre Element 102 konfigurieren, um die Bandbreite der Antenne 40H zu erweitern. Falls gewünscht, kann das parasitäre Element 102 ein kreuzförmiges Patch sein (z. B. mit orthogonalen Armen, die positive Antennenspeiseanschlüsse 46HV und 46HH überlappen). Dies kann zum Beispiel das parasitäre Element 102 konfigurieren, um eine Impedanzanpassung für die Antenne 40H durchzuführen. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können Antennen 40H unter Verwendung beliebiger gewünschter Antennenstrukturen gebildet werden.
In ähnlicher Weise kann jede Antenne 40L ein Antennen-Resonanzelement 94 aufweisen, das aus einem Patch von Leiterbahnen auf dem dielektrischen Substrat 80 gebildet wird (z. B. kann das Antennen-Resonanzelement 94 ein Patch-Antennen-Resonanzelement sein und daher hierin manchmal als Patch-Element 94 bezeichnet werden). Die Antenne 40L kann ein parasitäres Element 96 aufweisen, das aus einem Patch von Leiterbahnen gebildet ist, der über dem Patch-Element 94 gestapelt ist.
Das Patch-Element 94 kann direkt durch einen oder mehrere positive Antennenspeiseanschlüsse 46L gespeist werden. Zum Beispiel kann das Patch-Element 94 durch einen ersten positiven Antennenspeiseanschluss 46LH gespeist werden, der mit einer ersten Kante des Patch-Elements 94 gekoppelt ist, und kann durch einen zweiten positiven Antennenspeiseanschluss 46LV gespeist werden, der mit einer zweiten Kante des Patch-Elements 94 gekoppelt ist (z. B. eine Kante orthogonal zur ersten Kante). Das Speisen des Patch-Elements 94 unter Verwendung mehrerer positiver Antennenspeiseanschlüsse kann es der Antenne 40L ermöglichen, Hochfrequenzsignale mit mehreren Polarisationen zu übertragen. Zum Beispiel kann der erste positive Antennenspeiseanschluss 46LH Hochfrequenzsignale mit einer ersten linearen (z. B. horizontalen) Polarisation übertragen, während der zweite positive Antennenspeiseanschluss 46LV Hochfrequenzsignale mit einer zweiten linearen (z. B. vertikalen) Polarisation überträgt. Falls gewünscht, können zusätzliche parasitäre Elemente 98 das Patch-Element 94 und/oder das parasitäre Element 96 seitlich umgeben (z. B. können die parasitären Elemente 98 aus Leiterbahnen auf derselben dielektrischen Schicht des dielektrischen Substrats 80 wie das Patch-Element 94 und/oder aus Leiterbahnen auf derselben dielektrischen Schicht wie das parasitäre Element 96 gebildet sein). Die parasitären Elemente 98 können zum Beispiel zur Strahlungsantwort der Antenne 40L beitragen (z. B. um die Bandbreite der Antenne 40L zu erweitern) und/oder helfen, die Antenne 40L von benachbarten Antennen und Komponenten in der Vorrichtung 10 zu isolieren.
Die Länge des Patch-Elements 94 kann so gewählt werden, dass es in dem relativ niedrigen 5G NR FR2-Frequenzband strahlt. Das parasitäre Element 96, das nicht direkt mit den positiven Antennenspeiseanschlüssen 46HV und 46HH verbunden ist oder von diesen gespeist wird, kann Abmessungen aufweisen, die geringfügig von den Abmessungen des Patch-Elements 94 abweichen. Dies kann das parasitäre Element 96 konfigurieren, um die Bandbreite der Antenne 40L zu erweitern. Das Patch-Element 100 in den Antennen 40H und das Patch-Element 94 in den Antennen 40L können Massebahnen im dielektrischen Substrat 80 überlappen (z. B. dieselben Massebahnen, die verwendet werden, um die Antennenmasse für Ultrabreitbandantennen 40U zu bilden, falls gewünscht). Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können Antennen 40H unter Verwendung beliebiger gewünschter Antennenstrukturen gebildet werden. Falls gewünscht, können Zäune von leitfähigen Durchkontaktierungen, die sich durch das dielektrische Substrat 80 erstrecken, eine oder mehrere (z. B. alle) der Antennen im Antennenmodul 78 seitlich umgeben. Die Zäune von leitfähigen Durchkontaktierungen können zum Beispiel helfen, jede der Antennen voneinander und/oder von Störungen durch andere Komponenten in der Vorrichtung 10 zu isolieren.
Im Allgemeinen kann die Ultrabreitbandantenne 40U-3 von den Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 durch den Spalt 81 getrennt sein. Das Auswählen eines relativ großen Spalts 81 kann es beispielsweise der Steuerschaltung 38 (2) ermöglichen, den Einfallswinkel eingehender Hochfrequenzsignale mit relativ hoher Genauigkeit und/oder Präzision aufzulösen. Um den Raumverbrauch innerhalb der Vorrichtung 10 zu minimieren, kann das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A innerhalb des Tripletts von Ultrabreitbandantennen im Antennenmodul 78 verschachtelt sein.
Zum Beispiel kann, wie in 8 gezeigt, das erste phasengesteuerte Antennen-Array 76A seitlich auf dem dielektrischen Substrat 80 zwischen der Ultrabreitbandantenne 40U-3 und den Ultrabreitbandantennen 40U-1 und 40U-2 angeordnet sein. Gleichzeitig kann die Ultrabreitbandantenne 40U-3 seitlich auf dem dielektrischen Substrat 80 zwischen den Antennen 40L in dem zweiten phasengesteuerten Antennen-Array 76B und dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array 76A angeordnet sein. Indem das Vorhandensein des Spalts 81 im Triplett von Ultrabreitbandantennen 40U und die erforderlichen Abstände 82 und 84 in den phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B auf diese Weise ausgenutzt werden, kann das Antennenmodul 78 sowohl Ultrabreitbandkommunikation als auch Kommunikation bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen innerhalb einer möglichst kleinen seitlichen Grundfläche innerhalb der Vorrichtung 10 durchführen. Dies kann zum Beispiel möglichst viel Platz innerhalb der Vorrichtung 10 zum Bilden anderer Vorrichtungskomponenten ermöglichen.
Das Antennenmodul 78 kann an jeder gewünschten Stelle innerhalb der Vorrichtung 10 montiert sein. In einer geeigneten Anordnung, die hierin als ein Beispiel beschrieben ist, kann das Antennenmodul 78 gegen die hintere Gehäusewand 12R der Vorrichtung 10 gedrückt oder angrenzend an diese geschichtet werden (1). Dies kann phasengesteuerte Antennen-Arrays 76A und 76B und das Triplett von Ultrabreitbandantennen 40U so konfigurieren, dass sie durch die hintere Gehäusewand 12R strahlen. In Szenarien, in denen die hintere Gehäusewand 12R eine leitfähige Trägerplatte einschließt, können Öffnungen in der leitfähigen Trägerplatte mit den Antennen im Antennenmodul 78 ausgerichtet sein, um den Antennen zu ermöglichen, durch die hintere Gehäusewand 12R zu strahlen. In anderen Anordnungen können die Antennen im Antennenmodul 78 durch die Anzeige 14 und/oder die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W (1) strahlen.
Das Beispiel von 8 ist lediglich veranschaulichend. Die Antennen im Antennenmodul 78 können unter Verwendung beliebiger gewünschter Antennenstrukturen mit beliebigen gewünschten Formen implementiert werden. Das Antennenmodul 78 kann mehr als zwei phasengesteuerte Antennen-Arrays 76 oder nur eines der phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B einschließen. Die phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B können eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen einschließen, die in beliebigen gewünschten Frequenzbändern strahlen. Das Substrat 80 kann jede gewünschte Form aufweisen.
Eine oder mehrere elektrische Komponenten zum Unterstützen des Betriebs von phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B, wie beispielsweise eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC), können auf dem dielektrischen Substrat 80 montiert werden. 9 ist eine Seitenansicht des Antennenmoduls 78, die zeigt, wie das Antennenmodul 78 möglicherweise ein auf dem dielektrischen Substrat 80 montiertes RFIC aufweist.
Wie in 9 gezeigt, kann das dielektrische Substrat 80 gestapelte dielektrische Schichten 104 einschließen. Die dielektrischen Schichten 104 können verwendet werden, um Antennen 40H, 40L und 40U zu bilden (z. B. die Antennen-Resonanzelemente für die Antennen können aus Leiterbahnen gebildet sein, die auf eine oder mehrere der dielektrischen Schichten 104 strukturiert sind). Die dielektrischen Schichten 104 kann hierin manchmal als Antennenschichten 104 bezeichnet werden. Das dielektrische Substrat 80 kann Massebahnen 103 einschließen, welche die Antennenschichten 104 von den gestapelten dielektrischen Schichten 101 trennen. Die gestapelten dielektrischen Schichten 101 können Massebahnen und Signalbahnen für die Hochfrequenzübertragungsleitungspfade 50 (3) einschließen, die verwendet werden, um die Antennen 40H, 40L und 40U im Antennenmodul 78 zu speisen. Die dielektrischen Schichten 101 kann daher hierin manchmal als Routing-Schichten 101 bezeichnet werden. Die Massebahnen 103 können einen Teil der Antennenmasse für die Antennen im Antennenmodul 78 bilden. Die Öffnungen können in Massebahnen 103 ausgebildet sein, um leitfähige Durchkontaktierungen aufzunehmen, die sich von Signalbahnen in Routing-Schichten 101 zu den positiven Antennenspeiseanschlüssen in den Antennenschichten 104 erstrecken.
Ein RFIC, wie das RFIC 110, kann auf den Routing-Schichten 101 montiert werden. Falls gewünscht, kann das RFIC 110 auf dem Interposer 106 montiert werden. Der Interposer 106 kann unter Verwendung von Lötkugeln 108 auf den Routing-Schichten 101 montiert werden. Der Interposer 106 kann verwendet werden, um dabei zu helfen, Hochfrequenzsignal-Routing von den Routing-Schichten 101 auf den Interposer 106 zu entladen. Dies kann zum Beispiel die Größe, Kosten und Komplexität der Herstellung der Routing-Schichten 101 und somit des Antennenmoduls 78 reduzieren.
Das RFIC 110 kann Hochfrequenzkomponenten einschließen, die den Betrieb der Antennen 40H und 40L im Antennenmodul 78 unterstützen. Als ein Beispiel kann das RFIC 110 mindestens Phasen- und Größenregler 70 (7) für phasengesteuerte Antennen-Arrays 76A und 76B einschließen. Die Phasen- und Größenregler können mit den Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array 76A und 76B unter Verwendung von Leiterbahnen und/oder leitfähigen Durchkontaktierungen in dem Interposer 106, Routing-Schichten 101 und Antennenschichten 104 sowie durch Lötkugeln 108 gekoppelt werden. Ein Hochfrequenz-Board-to-Board-Steckverbinder 114 kann auch auf den Routing-Schichten 101 montiert werden. Eine flexible gedruckte Schaltung 112 kann über den Board-to-Board-Steckverbinder 114 mit den Routing-Schichten 101 gekoppelt werden. Der Board-to-Board-Steckverbinder 114 und die flexible gedruckte Schaltung 112 können zum Beispiel verwendet werden, um Hochfrequenzsignale zwischen den Ultrabreitbandantennen 40U auf dem Antennenmodul 78 und der Transceiver-Schaltung 36 (3) zu übertragen. In einer anderen geeigneten Anordnung kann der Interposer 106 weggelassen werden und das RFIC 110 kann mit den Routing-Schichten 101 über die flexible gedruckte Schaltung 112 und den Board-to-Board-Steckverbinder 114 gekoppelt sein, wie im Beispiel von 10 gezeigt.
Durch Integrieren von phasengesteuerten Antennen-Arrays 76A und 76B und Ultrabreitbandantennen 40U in dasselbe Antennenmodul 78 kann der Platzverbrauch in der Vorrichtung 10 minimiert werden, ohne auf die Hochfrequenzleistung zu verzichten. Diese Anordnung ist auch robuster und kostengünstiger in der Herstellung als Anordnungen, bei denen die phasengesteuerten Antennen-Arrays und Ultrabreitbandantennen auf separaten jeweiligen Modulen oder Substraten ausgebildet sind, da das Antennenmodul 78 zum Beispiel weniger horizontale und vertikale Montagetoleranz und weniger Board-to-Board-Verbindungen erfordert.
Die Vorrichtung 10 kann persönlich identifizierbare Informationen sammeln und/oder verwenden. Es versteht sich, dass die Verwendung persönlich identifizierbarer Informationen Datenschutzvorschriften und Praktiken folgen sollte, von denen allgemein anerkannt wird, dass sie Industrie- oder Regierungsanforderungen zum Aufrechterhalten der Privatsphäre von Benutzern erfüllen oder überschreiten. Insbesondere sollten persönlich identifizierbare Informationsdaten so verwaltet und gehandhabt werden, dass Risiken eines unbeabsichtigten oder unautorisierten Zugangs oder einer unbeabsichtigten oder unautorisierten Verwendung minimiert werden, und die Art einer autorisierten Verwendung sollte den Benutzern klar angegeben werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die periphere leitfähige Gehäusestrukturen; eine an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen montierte Anzeige; eine Gehäusewand, die an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen gegenüber der Anzeige montiert ist; und ein Antennenmodul einschließt, das ein dielektrisches Substrat, ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, das konfiguriert ist, um bei einer Frequenz größer als 10 GHz durch die Gehäusewand zu strahlen, und eine Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat, die konfiguriert ist, um in einem Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen, aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung das Antennenmodul ein, das eine erste zusätzliche Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat; und eine zweite zusätzliche Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat einschließt, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array seitlich zwischen der ersten und der zweiten zusätzlichen Ultrabreitbandantennen und der Ultrabreitbandantenne angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Ultrabreitbandantenne konfiguriert, um in einem zusätzlichen Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen, und die erste und die zweite zusätzliche Ultrabreitbandantennen sind konfiguriert, um in dem ersten Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das erste Ultrabreitbandfrequenzband ein 6,5-GHz-Ultrabreitbandfrequenzband ein und das zusätzliche Ultrabreitbandfrequenzband schließt ein 8,0-GHz-Ultrabreitbandfrequenzband ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Ultrabreitbandantenne eine zweiarmige planare invertierte F-Antenne ein und die erste und die zweite zusätzliche Ultrabreitbandantenne schließen Patch-Antennen ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array einen ersten Satz von gestapelten Patch-Antennen ein, die konfiguriert sind, um bei der Frequenz zu strahlen, wobei die Frequenz zwischen 24 GHz und 30 GHz liegt, das phasengesteuerte Antennen-Array schließt einen zweiten Satz von gestapelten Patch-Antennen ein, die konfiguriert sind, um bei einer zusätzlichen Frequenz zu strahlen, und die zusätzliche Frequenz liegt zwischen 37 GHz und 41 GHz.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung das Antennenmodul ein, das ein zusätzliches phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat einschließt, wobei das zusätzliche phasengesteuerte Antennen-Array einen dritten Satz von gestapelten Patch-Antennen, die konfiguriert sind, um bei der Frequenz zu strahlen, und einen vierten Satz von gestapelten Patch-Antennen, die konfiguriert sind, um bei der zusätzlichen Frequenz zu strahlen, einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Ultrabreitbandantenne seitlich auf dem dielektrischen Substrat zwischen dem zweiten Satz von gestapelten Patch-Antennen und dem dritten Satz von gestapelten Patch-Antennen angeordnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform gibt es mehr gestapelte Patch-Antennen im ersten Satz als im dritten Satz und es gibt mehr gestapelte Patch-Antennen im zweiten Satz als im vierten Satz, wobei die elektronische Vorrichtung eine Steuerschaltung einschließt, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um Strahllenkvorgänge unter Verwendung des phasengesteuerten Antennen-Arrays durchzuführen, und konfiguriert ist, um Strahllenkvorgänge unter Verwendung des zusätzlichen phasengesteuerten Antennen-Arrays anstelle des phasengesteuerten Antennen-Arrays als Reaktion auf die Erfassung eines externen Objekts, welches das phasengesteuerte Antennen-Array abdeckt, durchzuführen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC) ein, die an dem dielektrischen Substrat montiert ist, wobei das RFIC Phasen- und Größenregler für das phasengesteuerte Antennen-Array einschließt.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Antennenmodul bereitgestellt, das ein dielektrisches Substrat; ein Triplett von ersten, zweiten und dritten Ultrabreitbandantennen auf dem dielektrischen Substrat, wobei die ersten und zweiten Ultrabreitbandantennen durch einen Spalt getrennt sind; ein phasengesteuertes Antennen-Array, das konfiguriert ist, um bei einer Frequenz von größer als 10 GHz zu strahlen, wobei sich das phasengesteuerte Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat innerhalb des Spalts befindet; und eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC) einschließt, die an dem dielektrischen Substrat montiert ist, wobei das RFIC Phasen- und Größenregler für das phasengesteuerte Antennen-Array einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das dielektrische Substrat Routing-Schichten, Antennenschichten und Massebahnen ein, welche die Routing-Schichten trennen und die Antennenschichten bilden, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array und die erste, zweite und dritte Ultrabreitbandantenne auf den Antennenschichten gebildet sind und das RFIC an den Routing-Schichten montiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul einen Interposer ein, der unter Verwendung von Lötkugeln an den Routing-Schichten montiert ist, wobei das RFIC an dem Interposer montiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul einen Board-to-Board-Steckverbinder auf den Routing-Schichten; und eine flexible gedruckte Schaltung ein, die mit der ersten, zweiten und dritten Ultrabreitbandantenne über den Board-to-Board-Steckverbinder und die Routing-Schichten gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul einen Board-to-Board-Steckverbinder auf dem dielektrischen Substrat; und eine flexible gedruckte Schaltung ein, die mit dem Board-to-Board-Steckverbinder gekoppelt ist, wobei das RFIC an der flexiblen gedruckten Schaltung montiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul ein zusätzliches phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat ein, wobei das zusätzliche phasengesteuerte Antennen-Array konfiguriert ist, um bei der Frequenz zu strahlen und weniger Antennen als das phasengesteuerte Antennen-Array aufweist, wobei das zusätzliche phasengesteuerte Antennen-Array unabhängig von dem phasengesteuerten Antennen-Array lenkbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Antennenmodul bereitgestellt, das ein dielektrisches Substrat; erste, zweite und dritte Ultrabreitbandantennen auf dem dielektrischen Substrat; ein erstes phasengesteuertes Antennen-Array, das seitlich auf dem dielektrischen Substrat zwischen der dritten Ultrabreitbandantenne und der zweiten Ultrabreitbandantenne angeordnet ist; und ein zweites phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat einschließt, wobei die dritte Ultrabreitbandantenne seitlich auf dem dielektrischen Substrat zwischen dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array und mindestens einem Teil des zweiten phasengesteuerten Antennen-Arrays angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das erste phasengesteuerte Antennen-Array einen ersten Satz von Antennen ein, die konfiguriert sind, um bei einer ersten Frequenz größer als 10 GHz zu strahlen, wobei das erste phasengesteuerte Antennen-Array einen zweiten Satz von Antennen einschließt, die konfiguriert sind, um bei einer zweiten Frequenz größer als 10 GHz zu strahlen, wobei das zweite phasengesteuerte Antennen-Array einen dritten Satz von Antennen einschließt, die konfiguriert sind, um bei der ersten Frequenz zu strahlen, wobei das zweite phasengesteuerte Antennen-Array einen vierten Satz von Antennen einschließt, die konfiguriert sind, um bei der zweiten Frequenz zu strahlen, und wobei die dritte Ultrabreitbandantenne seitlich auf dem dielektrischen Substrat zwischen dem dritten Satz von Antennen und dem ersten phasengesteuerten Antennen-Array angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind der erste, der zweite und der dritte Satz von Antennen in einer ersten, einer zweiten bzw. einer dritten Zeile angeordnet, wobei der vierte Satz von Antennen in einer Spalte orthogonal zu der ersten, der zweiten und der dritten Zeile angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die dritte Ultrabreitbandantenne konfiguriert, um in einem 6,5 GHz Ultrabreitbandfrequenzband und einem 8,0 GHz Ultrabreitbandfrequenzband zu strahlen, wobei die erste und die zweite Ultrabreitbandantenne konfiguriert sind, um in dem 6,5 GHz Ultrabreitbandfrequenzband zu strahlen, und wobei das Antennenmodul einen Interposer, der an dem dielektrischen Substrat montiert ist; und eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC) einschließt, die an dem Interposer montiert ist, wobei das RFIC Phasen- und Größenregler für das erste und das zweite phasengesteuerte Antennen-Array einschließt.
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung und verschiedene Modifikationen können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und Geist der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.

Claims

Elektronische Vorrichtung, umfassend: periphere leitfähige Gehäusestrukturen; eine an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen montierte Anzeige; eine Gehäusewand, die an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen gegenüber der Anzeige montiert ist; und ein Antennenmodul, das ein dielektrisches Substrat, ein phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, das konfiguriert ist, um bei einer Frequenz von größer als 10 GHz durch die Gehäusewand zu strahlen, und eine Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat aufweist, die konfiguriert ist, um in einem Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Antennenmodul Folgendes umfasst: eine erste zusätzliche Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat; und eine zweite zusätzliche Ultrabreitbandantenne auf dem dielektrischen Substrat, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array seitlich zwischen der ersten und der zweiten zusätzlichen Ultrabreitbandantenne und der Ultrabreitbandantenne angeordnet ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ultrabreitbandantenne konfiguriert ist, um in einem zusätzlichen Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen, und wobei die erste und die zweite zusätzliche Ultrabreitbandantenne konfiguriert sind, um in dem ersten Ultrabreitbandfrequenzband durch die Gehäusewand zu strahlen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Ultrabreitbandfrequenzband ein 6,5-GHz-Ultrabreitbandfrequenzband umfasst und das zusätzliche Ultrabreitbandfrequenzband ein 8,0-GHz-Ultrabreitbandfrequenzband umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ultrabreitbandantenne eine zweiarmige planare invertierte F-Antenne umfasst und die erste und die zweite zusätzliche Ultrabreitbandantenne Patch-Antennen umfassen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array einen ersten Satz von gestapelten Patch-Antennen umfasst, die konfiguriert sind, um bei der Frequenz zu strahlen, wobei die Frequenz zwischen 24 GHz und 30 GHz liegt, das phasengesteuerte Antennen-Array einen zweiten Satz von gestapelten Patch-Antennen umfasst, die konfiguriert sind, um bei einer zusätzlichen Frequenz zu strahlen, und die zusätzliche Frequenz zwischen 37 GHz und 41 GHz liegt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Antennenmodul Folgendes umfasst: ein zusätzliches phasengesteuertes Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat, wobei das zusätzliche phasengesteuerte Antennen-Array einen dritten Satz von gestapelten Patch-Antennen, die konfiguriert sind, um bei der Frequenz zu strahlen, und einen vierten Satz von gestapelten Patch-Antennen, die konfiguriert sind, um bei der zusätzlichen Frequenz zu strahlen, umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ultrabreitbandantenne seitlich auf dem dielektrischen Substrat zwischen dem zweiten Satz von gestapelten Patch-Antennen und dem dritten Satz von gestapelten Patch-Antennen angeordnet ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei es mehr gestapelte Patch-Antennen in dem ersten Satz als dem dritten Satz gibt und es mehr gestapelte Patch-Antennen in dem zweiten Satz als dem vierten Satz gibt, wobei die elektronische Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um Strahllenkvorgänge unter Verwendung des phasengesteuerten Antennen-Arrays durchzuführen, und konfiguriert ist, um Strahllenkvorgänge unter Verwendung des zusätzlichen phasengesteuerten Antennen-Arrays anstelle des phasengesteuerten Antennen-Arrays als Reaktion auf die Erfassung eines externen Objekts, welches das phasengesteuerte Antennen-Array abdeckt, durchzuführen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC), die an dem dielektrischen Substrat montiert ist, wobei das RFIC Phasen- und Größenregler für das phasengesteuerte Antennen-Array umfasst.
Antennenmodul, umfassend: ein dielektrisches Substrat; ein Triplett von ersten, zweiten und dritten Ultrabreitbandantennen auf dem dielektrischen Substrat, wobei die ersten und zweiten Ultrabreitbandantennen durch einen Spalt getrennt sind; ein phasengesteuertes Antennen-Array, das konfiguriert ist, um bei einer Frequenz von größer als 10 GHz zu strahlen, wobei sich das phasengesteuerte Antennen-Array auf dem dielektrischen Substrat innerhalb des Spalts befindet; und eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC), die an dem dielektrischen Substrat montiert ist, wobei das RFIC Phasen- und Größenregler für das phasengesteuerte Antennen-Array umfasst.
Antennenmodul nach Anspruch 11, wobei das dielektrische Substrat Routing-Schichten, Antennenschichten und Massebahnen, welche die Routing-Schichten von den Antennenschichten trennen, umfasst, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array und die erste, zweite und dritte Ultrabreitbandantenne auf den Antennenschichten gebildet sind und das RFIC an den Routing-Schichten montiert ist.
Antennenmodul nach Anspruch 12, ferner umfassend: einen Interposer, der unter Verwendung von Lötkugeln an den Routing-Schichten montiert ist, wobei das RFIC an dem Interposer montiert ist.
Antennenmodul nach Anspruch 13, ferner umfassend: einen Board-to-Board-Steckverbinder auf den Routing-Schichten; und eine flexible gedruckte Schaltung, die mit der ersten, zweiten und dritten Ultrabreitbandantenne über den Board-to-Board-Steckverbinder und die Routing-Schichten gekoppelt ist.
Antennenmodul nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen Board-to-Board-Steckverbinder auf dem dielektrischen Substrat; und eine flexible gedruckte Schaltung ein, die mit dem Board-to-Board-Steckverbinder gekoppelt ist, wobei das RFIC an der flexiblen gedruckten Schaltung montiert ist.