DE102022204159A1

DE102022204159A1 - Elektronische vorrichtungen mit isolierten antennenmodulen

Info

Publication number: DE102022204159A1
Application number: DE102022204159.3A
Authority: DE
Inventors: Lucas R. Compton
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-11-03
Also published as: CN115275557A; GB2607703B; GB2607703A; KR102650486B1; US11916311B2; GB202205726D0; US20220352635A1; KR20220149446A

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer leitenden Gehäuseseitenwand und einem phasengesteuerten Antennen-Array bereitgestellt werden, das Hochfrequenzsignale bei Frequenzen größer als 10 GHz überträgt. Jede Antenne in dem Array kann durch eine jeweilige Öffnung in der Seitenwand strahlen. Das Antennenmodul kann eine gefaltete flexible Leiterplatte mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt einschließen, der sich von einem Ende des ersten Abschnitts erstreckt und in Bezug auf den ersten Abschnitt gefaltet ist. Die Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array können Antennen-Resonanzelemente aufweisen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt verteilt sind. Das Ausbilden des Antennenmoduls aus einer gefalteten flexiblen Leiterplatte kann auf diese Art und Weise dazu dienen, die Dicke des Antennenmoduls zu minimieren, wodurch ermöglicht wird, dass das Antennenmodul zwischen einen Absatz der Seitenwand und eine hintere Gehäusewand passt, ohne einen übermäßigen Raum innerhalb der Vorrichtung zu beanspruchen.

Description

STAND DER TECHNIK
Dies bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Vorrichtungen und insbesondere auf elektronische Vorrichtungen mit Schaltlogik für drahtlose Kommunikation.
Elektronische Vorrichtungen schließen oftmals eine Schaltlogik zur drahtlosen Kommunikation ein. Zum Beispiel enthalten Mobiltelefone, Computer und andere Vorrichtungen oftmals Antennen und drahtlose Transceiver zum Unterstützen drahtloser Kommunikation. Es kann wünschenswert sein, drahtlose Kommunikation in Frequenzbändern von Millimeter- und Zentimeterwellen zu unterstützen. Millimeterwellenkommunikation, die manchmal als extreme Hochfrequenzkommunikation (EHF-Kommunikation) bezeichnet wird, und Zentimeterwellenkommunikation umfassen Kommunikation in Frequenzen von etwa 10 bis 300 GHz.
Der Betrieb auf diesen Frequenzen kann hohe Durchsätze unterstützen, kann aber auch zu erheblichen Herausforderungen führen. Zum Beispiel können Hochfrequenzsignale bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen durch eine wesentliche Dämpfung und/oder Verzerrung während der Signalausbreitung durch verschiedene Medien gekennzeichnet sein. Außerdem können, wenn nicht dagegen angegangen wird, die Antennen unerwünscht sperrig sein und das Vorhandensein leitfähiger elektronischer Vorrichtungskomponenten kann es erschweren, Schaltlogiken zum Handhaben von Millimeter- und Zentimeterwellenkommunikation in die elektronische Vorrichtung zu integrieren.
Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, elektronische Vorrichtungen mit verbesserter Schaltlogik für drahtlose Kommunikation, wie etwa eine Kommunikationsschaltlogik, die Millimeter- und Zentimeterwellenkommunikationen unterstützt, bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Eine elektronische Vorrichtung kann mit einem Gehäuse, einer Anzeige und drahtloser Schaltlogik bereitgestellt sein. Das Gehäuse kann periphere leitfähige Gehäusestrukturen einschließen, die um eine Peripherie der Vorrichtung verlaufen. Die Anzeige kann eine Anzeigedeckschicht einschließen, die an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen montiert ist. Das Gehäuse kann eine hintere Gehäusewand gegenüber der Anzeigedeckschicht einschließen. Die drahtlose Schaltlogik kann ein phasengesteuertes Antennen-Array einschließen, das Hochfrequenzsignale bei Zentimetern und/oder Millimeterwellenfrequenzen überträgt.
In den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen können Öffnungen ausgebildet sein. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann auf einem Antennenmodul gebildet sein. Das Antennenmodul kann in dem Gehäuse derart montiert sein, sodass jede Antenne in dem phasengesteuerten Antennen-Array durch eine jeweilige der Öffnungen strahlt. Das Antennenmodul kann unter Verwendung von Klebstoff an dielektrischen Substraten in den Öffnungen montiert sein. Das Antennenmodul kann eine gefaltete flexible Leiterplatte einschließen.
Die flexible Leiterplatte kann einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt einschließen, der sich von einem Ende des ersten Abschnitts erstreckt. Der zweite Abschnitt kann in Bezug auf den ersten Abschnitt um eine Achse gefaltet sein. Die Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array können Antennen-Resonanzelemente aufweisen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt verteilt sind. Zum Beispiel können die Antennen Massebahnen im ersten Abschnitt, ein Patch-Element im zweiten Abschnitt und optional ein Patch-Element in dem ersten Abschnitt einschließen, das mit dem Patch-Element im zweiten Abschnitt ausgerichtet ist. Klebstoff kann den ersten Abschnitt an dem zweiten Abschnitt anhaften, so dass die Patch-Elemente für jede Antenne seitlich zueinander ausgerichtet sind und durch einen vorbestimmten Abstand getrennt sind.
Falls gewünscht, kann die flexible Leiterplatte mehrere gefaltete Zweige mit Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array aufweisen. Falls gewünscht, kann die flexible Leiterplatte zusätzliche Faltungen für zusätzliche Schichten von Patch-Elementen in den Antennen einschließen. Das Ausbilden des Antennenmoduls aus einer gefalteten flexiblen Leiterplatte kann auf diese Art und Weise dazu dienen, die Dicke des Antennenmoduls zu minimieren, wodurch ermöglicht wird, dass das Antennenmodul zwischen einen Absatz der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen und der hinteren Gehäusewand passt, ohne einen übermäßigen Raum innerhalb der Vorrichtung zu beanspruchen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden Schaltlogik in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden drahtlosen Schaltlogik gemäß einigen Ausführungsformen.
4 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist eine perspektivische Ansicht veranschaulichender Patch-Antennenstrukturen gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls gemäß einigen Ausführungsformen.
7 ist eine Vorderansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung, die beispielhafte Stellen zum Montieren eines Antennenmoduls zeigt, das gemäß einigen Ausführungsformen durch periphere leitfähige Gehäusestrukturen strahlt.
8 ist eine Seitenansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit peripheren leitenden Gehäusestrukturen mit Öffnungen, die mit Antennen in einem Antennenmodul gemäß einigen Ausführungsformen ausgerichtet sind.
9 ist eine Querschnittsdraufsicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls, das aus einer flexiblen Leiterplatte gemäß einigen Ausführungsformen gebildet ist.
10 ist eine seitliche Querschnittsdraufsicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls, das gemäß einigen Ausführungsformen aus einer flexiblen Leiterplatte mit mehreren gefalteten Zweigen gebildet ist.
11 ist eine seitliche Querschnittsdraufsicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls, das gemäß einigen Ausführungsformen aus einer flexiblen Leiterplatte mit mehreren Faltungen gebildet ist.
12 ist eine Querschnittsdraufsicht eines veranschaulichenden Antennenmoduls, das aus einer flexiblen Leiterplatte mit einer gefalteten Lasche gemäß einigen Ausführungsformen gebildet ist.
13 ist eine Querschnittsseitenansicht, die zeigt, wie ein veranschaulichendes Antennenmodul der in 9-12 gezeigten Typen innerhalb einer elektronischen Vorrichtung zum Bestrahlen durch eine Öffnung in peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen gemäß einigen Ausführungsformen montiert werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine elektronische Vorrichtung, wie etwa die elektronische Vorrichtung 10 von 1, kann mit einer drahtlosr Schaltlogik bereitgestellt werden, die Antennen einschließt. Die Antennen können verwendet werden, um drahtlose Hochfrequenzsignale zu senden und/oder zu empfangen. Die Antennen können phasengesteuerte Antennen-Arrays einschließen, die zum Durchführen drahtloser Kommunikationen und/oder räumlicher Entfernungsmessverfahren unter Verwendung von Millimeter- und Zentimeterwellensignalen verwendet werden. 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. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 10 auch Antennen zur Verarbeitung von Satellitensignalen für Navigationssysteme, Mobiltelefonsignalen, lokalen drahtlosen Netzwerksignalen, Nahfeldkommunikationen, lichtbasierter drahtloser Kommunikationen oder anderen drahtlosen Kommunikationen beinhalten.
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 Verarbeitungsschaltlogik 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 etwa 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 etwa 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 etwa eine Gehäuserückwand 12R (z. B. eine planare Gehäusewand), aufweisen. Die Gehäuserückwand 12R kann Schlitze aufweisen, die vollständig durch die Gehäuserückwand hindurchgehen und somit Abschnitte des Gehäuses 12 voneinander trennen. Die Gehäuserückwand 12R kann leitfähige Abschnitte und/oder dielektrische Abschnitte einschließen. Falls gewünscht, kann die Gehäuserückwand 12R eine planare Metallschicht einschließen, die durch eine dünne Schicht oder Beschichtung eines Dielektrikums abgedeckt ist, wie etwa 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 etwa die peripheren Strukturen 12W, einschließen. Die leitfähigen Abschnitte der peripheren Strukturen 12W und die leitfähigen Abschnitte der Gehäuserückwand 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 aufweisen, 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 Gehäuserückwand 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 etwa 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 etwa 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 Gehäuserückwand 12R kann in einer Ebene liegen, die parallel zur Anzeige 14 liegt. In Konfigurationen für die Vorrichtung 10, in denen einige oder alle Gehäuserückwände 12R aus Metall sind, kann es wünschenswert sein, Teile der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W als integrale Abschnitte der Gehäusestrukturen auszubilden, welche die Gehäuserückwand 12R bilden. Beispielsweise kann die Gehäuserückwand 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 Gehäuserückwand 12R kann einen oder mehrere, zwei oder mehrere oder drei oder mehrere Abschnitte aufweisen. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W und/oder die leitfähigen Abschnitte der Gehäuserückwand 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 interner 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 etwa leitfähige Strukturen, die mit Schichten bedeckt sind, wie etwa dünnen kosmetischen Schichten, Schutzbeschichtungen und/oder anderen Beschichtungen/Deckschichten, die dielektrische Materialien, wie etwa 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 Gehäuserückwand 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 etwa 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 Schaltlogik und andere interne Strukturen der Vorrichtung in dem Gehäuse 12 überlappen. Um diese Strukturen für einen Benutzer der Vorrichtung 10 zu verbergen, kann die Unterseite der Anzeigedeckschicht oder andere Schichten in der Anzeige 14, die den inaktiven Bereich IA überlappen, im inaktiven Bereich IA mit einer undurchsichtigen Maskenschicht beschichtet sein. Die undurchsichtige Maskenschicht kann jede geeignete Farbe aufweisen. Der inaktive Bereich IA kann einen vertieften Bereich oder eine Aussparung einschließen, die sich in den aktiven Bereich AA erstreckt (z. B. an dem Lautsprecheranschluss 16). 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 Pixelschaltlogik, Berührungssensorschaltlogik usw. einschließt).
Die Anzeige 14 kann durch Verwendung einer Anzeigedeckschicht, wie etwa 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 Abschnitt, 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 Abschnitt 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 oder einen Mikrofonanschluss aufzunehmen. In dem Gehäuse 12 können Öffnungen ausgebildet sein, um Kommunikationsanschlüsse (z. B. einen Audiobuchsenanschluss, einen digitalen Datenanschluss usw.) und/oder Audioanschlüsse für Audiokomponenten, wie etwa einen Lautsprecher und/oder ein Mikrofon, zu bilden, falls gewünscht.
Die Anzeige 14 kann leitfähige Strukturen einschließen, wie etwa ein Array kapazitiver Elektroden für einen Berührungssensor, leitfähige Leitungen zum Adressieren von Pixeln, Treiberschaltlogiken usw. Das Gehäuse 12 kann interne leitfähige Strukturen einschließen, wie etwa 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 etwa einer dünnen kosmetischen Schicht, Schutzbeschichtung und/oder anderen Beschichtungen abgedeckt sein, die dielektrische Materialien wie etwa 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 Gehäuserückwand 12R bilden). Die Vorrichtung 10 kann auch leitfähige Strukturen, wie etwa 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 etwa leitfähigen Abschnitten der Gehäuserückwand 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 etwa 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 Abschnitte 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 bereitgestellt werden. Zum Beispiel können periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W mit einer oder mehreren mit Dielektrika gefüllten Spalten, wie etwa die in 1 gezeigten Spalten 18, bereitgestellt werden. Die Spalten in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können mit einem Dielektrikum, wie etwa 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 Art und Weise ausgebildet werden, 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 Ausrüstungen 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 (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 Steuerschaltlogik 28 einschließen. Die Steuerschaltlogik 28 kann einen Speicher, wie etwa die Speicherschaltlogik 30, einschließen. Die Speicherschaltlogik 30 kann Festplattenspeicher, 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 Steuerschaltlogik 28 kann eine Verarbeitungsschaltlogik, wie etwa eine Verarbeitungsschaltlogik 32, einschließen. Die Verarbeitungsschaltlogik 32 kann verwendet werden, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern. Verarbeitungsschaltlogik 32 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, Hostprozessoren, integrierte Basisbandprozessor-Schaltlogiken, anwendungsspezifische integrierte Schaltlogiken, Zentraleinheiten (CPUs) usw. einschließen. Die Steuerschaltlogik 28 kann konfiguriert sein, um Abläufe in der Vorrichtung 10 unter Verwendung von Hardware (z. B. dedizierter Hardware oder Schaltlogik), Firmware und/oder Software auszuführen. Ein Softwarecode zum Durchführen von Vorgängen in der Vorrichtung 10 kann auf der Speicherschaltlogik 30 gespeichert sein (z. B. kann die Speicherschaltlogik 30 nichttransitorische (materielle) computerlesbare Speichermedien, die den Softwarecode speichern, einschließen). Der Softwarecode kann manchmal als Programmanweisungen, Software, Daten, Anweisungen oder Code bezeichnet werden. Ein auf der Speicherschaltlogik 30 gespeicherter Softwarecode kann durch die Verarbeitungsschaltlogik 32 ausgeführt werden.
Die Steuerschaltlogik 28 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 Steuerschaltlogik 28 zum Implementieren von Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Die Kommunikationsprotokolle, die unter Verwendung der Steuerschaltlogik 28 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 Zentimeterwellenfrequenzen 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 eine Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 24 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 24 kann die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 26 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 26 können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Daten an die Vorrichtung 10 übermittelt werden, und zu ermöglichen, dass Daten von der Vorrichtung 10 an externe Vorrichtungen bereitgestellt werden. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 26 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-Schaltlogik 24 kann eine drahtlose Schaltlogik, wie etwa die drahtlose Schaltlogik 34, zur drahtlosen Übertragung von Hochfrequenzsignalen einschließen. Während die Steuerschaltlogik 28 im Beispiel von 2 der Übersichtlichkeit halber getrennt von der drahtlosen Schaltlogik 34 dargestellt ist, kann die drahtlose Schaltlogik 34 eine Verarbeitungsschaltlogik einschließen, die einen Teil der Verarbeitungsschaltlogik 32 bildet, und/oder eine Speicherschaltlogik, die einen Teil der Speicherschaltlogik 30 der Steuerschaltlogik 28 bildet (z. B. können Abschnitte der Steuerschaltlogik 28 auf der drahtlosen Schaltlogik 34 implementiert sein). Als ein Beispiel kann die Steuerschaltlogik 28 eine Basisbandprozessorschaltlogik oder andere Steuerkomponenten einschließen, die einen Teil der drahtlosen Schaltlogik 34 bilden.
Die Drahtlos-Schaltlogik 34 kann eine Millimeter- und Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik, wie etwa Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38, einschließen. Die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 kann Kommunikationen bei Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Zum Beispiel kann die Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 Kommunikationen in extrem hochfrequenten (EHF) oder Millimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 30 GHz und 300 GHz und/oder in Zentimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz unterstützen (manchmal als Super High Frequency-Bänder (SHF-Bänder) bezeichnet). Als Beispiel kann die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 Kommunikationen in einem IEEE-K-Kommunikationsband zwischen etwa 18 GHz und 27 GHz, einem K_a-Kommunikationsband zwischen etwa 26,5 GHz und 40 GHz, einem K_u-Kommunikationsband zwischen etwa 12 GHz und 18 GHz, einem V-Kommunikationsband zwischen etwa 40 GHz und 75 GHz, einem W-Kommunikationsband zwischen etwa 75 GHz und 110 GHz oder jedem anderen gewünschten Frequenzband zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Falls gewünscht, kann die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 IEEE-802. 1 lad-Kommunikationen bei 60 GHz (z. B. WiGig oder 60 GHz Wi-Fi-Bänder um 57-61 GHz) und/oder in Mobilnetzwerken der 5. Generation oder drahtlose Kommunikationsbänder der 5. Generation (5G) New Radio (NR) Frequency Range 2 (FR2) zwischen etwa 24 GHz und 90 GHz unterstützen. Die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 kann aus einer oder mehreren integrierten Schaltlogiken (z. B. mehreren integrierten Schaltlogiken auf einer gemeinsamen Leiterplatte in einer SIP-Vorrichtung (System-In-Package, SIP), einer oder mehreren integrierten Schaltlogiken auf unterschiedlichen Substraten usw.) gebildet werden.
Die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 (hierin manchmal einfach als Transceiver-Schaltlogik 38 oder Millimeter-/Zentimeterwellen-Schaltlogik 38 bezeichnet) kann räumliche Entfernungsmessvorgänge unter Verwendung von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und/oder Zentimeterwellenfrequenzen durchführen, die von der Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 gesendet und empfangen werden. Die empfangenen Signale können eine Version der gesendeten Signale sein, die von externen Objekten und zurück zur Vorrichtung 10 reflektiert wurden. Die Steuerschaltlogik 28 kann die gesendeten und empfangenen Signale verwenden, um eine Entfernung zwischen der Vorrichtung 10 und einem oder mehreren externen Objekten in der Umgebung der Vorrichtung 10 (z. B. Objekten extern der Vorrichtung 10, wie etwa dem Körper eines Benutzers oder anderer Personen, anderer Vorrichtungen, Lebewesen, Möbel, Wände oder anderer Gegenstände oder Hindernisse in der Nähe der Vorrichtung 10) zu erfassen oder zu schätzen. Falls gewünscht, kann die Steuerschaltlogik 28 auch die gesendeten und empfangenen Signale verarbeiten, um eine zwei- oder dreidimensionale räumliche Position der externen Objekte in Bezug auf die Vorrichtung 10 zu identifizieren.
Räumliche Entfernungsmessungsoperationen, die von der Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 durchgeführt werden, sind unidirektional. Falls gewünscht, kann die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 auch bidirektionale Kommunikationen mit externen drahtlosen Ausrüstungen, wie etwa externen drahtlosen Ausrüstungen 10 (z. B. über eine bidirektionale drahtlose Millimeter-/Zentimeterwellen-Kommunikationsverbindung) durchführen. Die externe drahtlose Ausrüstung kann andere elektronische Vorrichtungen einschließen, wie etwa die elektronische Vorrichtung 10, eine drahtlose Basisstation, einen drahtlosen Zugangspunkt, ein drahtloses Zubehörgerät oder eine beliebige andere gewünschte Ausrüstung, die Millimeter-/Zentimeterwellensignale sendet und empfängt. Bidirektionale Kommunikationen beinhalten sowohl die Übertragung drahtloser Daten durch die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 als auch den Empfang drahtloser Daten, die durch externe drahtlose Ausrüstungen übertragen wurden. Die drahtlosen Daten können, zum Beispiel, Daten einschließen, die in entsprechende Datenpakete codiert wurden, wie etwa drahtlose Daten, die einem Telefonanruf, Streaming-Medieninhalt, Surfen im Internet, drahtlose Daten, die Softwareanwendungen zugeordnet sind, die auf der Vorrichtung 10 ausgeführt werden, E-Mail-Nachrichten usw., zugeordnet sind.
Falls gewünscht, kann die drahtlose Schaltlogik 34 eine Transceiver-Schaltlogik zum Verarbeiten von Kommunikationen bei Frequenzen unter 10 GHz einschließen, wie etwa die Nicht-Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 36. Zum Beispiel kann die Nicht-Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 36 Frequenzbänder eines drahtlosen lokalen Netzwerks (WLAN) (z. B. Wi-Fi®- (IEEE 802.11) oder andere WLAN-Kommunikationsbänder), wie etwa ein 2,4-GHz-WLAN-Band (z. B. von 2400 bis 2480 MHz), ein 5-GHz-WLAN-Band (z. B. von 5180 bis 5825 MHz), ein Wi-Fi®-6E-Band (z. B. von 5925-7125 MHz) und/oder andere Wi-Fi®-Bänder (z. B. von 1875-5160 MHz), Frequenzbänder eines drahtlosen persönlichen Netzwerks (WPAN), wie etwa das 2,4-GHz-Bluetooth® -Band oder andere WPAN-Kommunikationsbänder, Mobiltelefonfrequenzbänder (z. B. Bänder von etwa 600 MHz bis etwa 5 GHz, 3G-Bänder, 4G-LTE-Bänder, 5G-New Radio-Frequency Range 1-Bänder (5G-New Radio-FR1-Bänder) unter 10 GHz usw.), Nahfeldkommunikationsfrequenzbänder (z. B. bei 13,56 MHz), Satellitennavigationsfrequenzbänder (z. B. ein GPS-Band von 1565 bis 1610 MHz, ein Global Navigation Satellite System-Band (GLONASS-Band), ein BeiDou Navigation Satellite System-Band (BDS-Band) usw.), Ultrabreitbandfrequenzbänder (UWB-Frequenzbänder), die unter dem IEEE 802.15.4-Protokoll und/oder anderen Ultrabreitbandkommunikationsprotokollen betrieben werden, Kommunikationsbänder unter der Familie von 3GPP-Drahtloskommunikationsstandards, Kommunikationsbänder unter der IEEE 802.XX-Standardfamilie und/oder beliebige andere gewünschte Frequenzbänder von Interesse verarbeiten. Die Kommunikationsbänder, die von der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik verarbeitet werden, werden hierin manchmal als Frequenzbänder oder einfach als „Bänder“ bezeichnet und können entsprechende Frequenzbereiche umfassen. Die Nicht-Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 36 und die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 können jeweils eine oder mehrere integrierte Schaltlogiken, Leistungsverstärkerschaltlogik, rauscharme Eingangsverstärker, passive Hochfrequenzkomponenten, Umschaltschaltlogik, Übertragungsleitungsstrukturen und andere Schaltlogik zum Handhaben von Hochfrequenzsignalen einschließen.
Im Allgemeinen kann die Transceiver-Schaltlogik in der drahtlose Schaltlogik 34 beliebige gewünschte Frequenzbänder von Interesse abdecken (handhaben). Wie in 2 gezeigt, kann die drahtlose Schaltlogik 34 die Antennen 40 einschließen. Die Transceiver-Schaltlogik kann Hochfrequenzsignale unter Verwendung einer oder mehrerer Antennen 40 übertragen (z. B. können die Antennen 40 Hochfrequenzsignale für die Transceiver-Schaltlogik 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 Kommunikationsausrüstungen). 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 dem freien Raum empfangen (z. B. durch dazwischenliegende Vorrichtungsstrukturen, wie etwa 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/der Betriebsfrequenz-Bandes/Bänder der Antenne.
Bei Satellitennavigationsverbindungen, Mobiltelefonverbindungen und anderen Verbindungen mit langer Reichweite werden Hochfrequenzsignale in der Regel verwendet, um Daten über tausende Fuß oder Meilen zu übermitteln. Bei WiFi®- und Bluetooth®-Verbindungen bei 2,4 und 5 GHz und anderen drahtlosen Verbindungen mit kurzer Reichweite werden Hochfrequenzsignale in der Regel verwendet, um Daten über einige Meter oder Hunderte von Metern zu übertragen. Die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 kann Hochfrequenzsignale über kurze Entfernungen übermitteln, die sich zwischen Sender und Empfänger über einen Sichtlinienpfad bewegen. Um den Signalempfang für Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikation zu verbessern, können phasengesteuerte Antennen-Arrays und Strahlenformungs-(Strahlensteuerungs)techniken verwendet werden (z. B. Anordnungen, bei denen eine Antennensignalphase und/oder -größe für jede Antenne in einem Array eingestellt werden, um die Strahlensteuerung durchzuführen). Die unterschiedlichen Anordnungen der Antennen können auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass die blockierten oder anderweitig aufgrund der Betriebsumgebung der Vorrichtung 10 leistungsschwachen Antennen abgeschaltet werden können und stattdessen leistungsstärkere Antennen verwendet werden können.
Die Antennen 40 in der drahtlosen Schaltlogik 34 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Antennentypen gebildet werden. Zum Beispiel können die Antennen 40 Antennen mit Resonanzelementen einschließen, die aus gestapelten Patchantennen-Strukturen, Schleifenantennen-Strukturen, Patchantennen-Strukturen, invertierten F-Antennenstrukturen, Schlitzantennen-Strukturen, planaren invertierten F-Antennenstrukturen, 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. Für unterschiedliche Bänder und Kombinationen von Bändern können unterschiedliche Antennentypen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Antennentyp beim Bilden einer drahtlosen Nichtmillimeter-/Zentimeterwellenverbindung für die Nichtmillimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 36 verwendet werden, und ein anderer Antennentyp kann beim Übertragen von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und/oder Zentimeterwellenfrequenzen für die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 verwendet werden. Die Antennen 40, die verwendet werden, um Hochfrequenzsignale bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen zu übermitteln, können in einem oder mehreren phasengesteuerten Antennen-Arrays angeordnet sein.
Ein schematisches Diagramm einer Antenne 40, die in einem phasengesteuerten Antennen-Array zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen ausgebildet sein kann, ist in 3 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, kann Antenne 40 mit der Millimeter-/Zentimeter- (MM/CM) Wellen-Transceiver-Schaltlogik 38 gekoppelt sein. Die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 kann mit der Antennenzuleitung 44 der Antenne 40 unter Verwendung eines Übertragungsleitungspfads gekoppelt sein, der die Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42 einschließt. Die Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42 kann einen positiven Signalleiter, wie etwa Signalleiter 46, einschließen und kann einen Masseleiter, wie etwa Masseleiter 48, einschließen. Masseleiter 48 kann mit der Antennenmasse für Antenne 40 gekoppelt sein (z. B. über einen Masse-Antennenzuleitungsanschluss der Antennenzuleitung 44, der sich an der Antennenmasse befindet). Signalleiter 46 kann mit dem Antennenresonanzelement für die Antenne 40 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann Signalleiter 46 mit einem positiven Antennenzuleitungsanschluss der Antennenzuleitung 44 gekoppelt sein, der sich an dem Antennenresonanzelement befindet.
Die Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42 kann eine Streifenübertragungsleitung (hierin manchmal einfach als Streifenleitung bezeichnet), ein Koaxialkabel, eine durch metallisierte Durchkontaktierungen realisierte Koaxialsonde, eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung, eine kantengekoppelte Mikrostreifen-Übertragungsleitung, eine kantengekoppelte Streifenübertragungsleitung, eine Wellenleiterstruktur, Kombinationen davon usw. einschließen. Mehrere Arten von Übertragungsleitungen können verwendet werden, um den Übertragungsleitungspfad zu bilden, der die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 mit der Antennenzuleitung 44 koppelt. Filterschaltlogik, Umschaltschaltlogik, Impedanzanpassungsschaltlogik, Phasenschieberschaltlogik, Verstärkerschaltlogik und/oder eine andere Schaltlogik können auf der Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42 angeordnet sein, falls gewünscht.
Hochfrequenzübertragungsleitungen in der Vorrichtung 10 können in Keramiksubstraten, starren Leiterplatten und/oder flexiblen Leiterplatten integriert sein. In einer geeigneten Anordnung können Hochfrequenzübertragungsleitungen in der Vorrichtung 10 innerhalb mehrschichtiger laminierter Strukturen (z. B. Schichten aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer und einem dielektrischen Material, wie etwa einem Harz, die ohne dazwischenliegende Klebstoffe aneinander laminiert sind) integriert sein, die in mehreren Dimensionen (z. B. zwei oder drei Dimensionen) gefaltet oder gebogen sein können und eine gebogene oder gefaltete Form nach dem Biegen beibehalten (z. B. können die mehrschichtigen laminierten Strukturen in eine bestimmte dreidimensionale Form gefaltet werden, damit sie um andere Komponenten der Vorrichtung herumgeführt werden können, und können steif genug sein, um ihre Form nach dem Falten beizubehalten, ohne durch Versteifungen oder andere Strukturen an der 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).
4 zeigt, wie die Antennen 40 zum Verarbeiten von Hochfrequenzsignalen bei Millimeter- und Zentimeterwellenfrequenzen in einem phasengesteuerten Antennen-Array gebildet werden können. Wie in 4 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 54 (hierin manchmal als Array 54, Antennen-Array 54 oder Array 54 der Antennen 40 bezeichnet) mit den Hochfrequenzübertragungsleitungen 42 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine erste Antenne 40-1 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 54 mit einer ersten Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42-1 gekoppelt sein, eine zweite Antenne 40-2 in einem phasengesteuerten Antennen-Array 54 mit einer zweiten Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42-2 gekoppelt sein, eine N-te Antenne 40-N in einem phasengesteuerten Antennen-Array 54 mit einer N-ten Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42-N usw. gekoppelt sein. Obwohl die Antennen 40 hierin als ein phasengesteuertes Antennen-Array beschrieben sind, können die Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 manchmal auch kollektiv als ein einzelnes phasengesteuertes Antennen-Array bezeichnet werden.
Die Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 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 Hochfrequenzübertragungsleitung 42 verwendet werden, um Signale (z. B. Hochfrequenzsignale, wie etwa Millimeterwellen- und/oder Zentimeterwellensignale) von der Millimeterwellen-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 (3) an ein phasengesteuertes Antennen-Array 54 zur drahtlosen Übertragung zu liefern. Während des Signalempfangsbetriebs können die Hochfrequenzübertragungsleitungen 42 verwendet werden, um Signale, die an dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 empfangen werden (z. B. von externen drahtlosen Ausrüstungen, oder übertragene Signale, die von externen Objekten reflektiert wurden) an die Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 (3) zu liefern.
Die Verwendung mehrerer Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 ermöglicht es, Strahlenlenkanordnungen durch Steuern der entsprechenden Phasen und Größen (Amplituden) der von den Antennen übermittelten Hochfrequenzsignale zu implementieren. In dem Beispiel von 4 weist jede der Antennen 40 jeweils einen zugehörigen hochfrequenten Phasen- und Größenregler 50 auf (z. B. kann ein erster Phasen- und Größenregler 50-1, der auf Hochfrequenzübertragungsleitung 42-1 angeordnet ist, Phase und Größe für die von der Antenne 40-1 verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern, ein zweiter Phasen- und Größenregler 50-2, der auf Hochfrequenzübertragungsleitung 42-2 angeordnet ist, kann Phase und Größe für die von der Antenne 40-2 verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern, ein N-ter Phasen- und Größenregler 50-N, der auf Hochfrequenzübertragungsleitung 42-N angeordnet ist, kann Phase und Größe für die von Antenne 40-N verarbeiteten Hochfrequenzsignale steuern usw.).
Phasen- und Größenregler 50 können jeweils eine Schaltlogik zum Einstellen der Phase der Hochfrequenzsignale auf den Hochfrequenzübertragungsleitungen 42 (z. B. Phasenschieberschaltlogiken) und/oder eine Schaltlogik zum Einstellen der Größe der Hochfrequenzsignale auf den Hochfrequenzübertragungsleitungen 42 (z. B. Leistungsverstärker und/oder rauscharme Verstärkerschaltlogiken) einschließen. Die Phasen- und Größenregler 50 können hierin manchmal kollektiv als Strahlenlenkschaltlogik bezeichnet werden (z. B. eine Strahlenlenkschaltlogik, welche die Strahlen von Hochfrequenzsignalen lenkt, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 gesendet und/oder empfangen werden).
Die Phasen- und Größenregler 50 können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der gesendeten Signale einstellen, die jeder der Antennen in dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 bereitgestellt werden, und sie können die entsprechenden Phasen und/oder Größen der empfangenen Signale einstellen, die von dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 empfangen werden. Die Phasen- und Größenregler 50 können, falls gewünscht, eine Schaltlogik für die Phasenerkennung zum Erfassen der Phasen der von dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 empfangenen Signale einschließen. Der Begriff „Strahl“ oder „Signalstrahl“ kann sich hierin kollektiv auf drahtlose Signale, die von einem phasengesteuerten Antennen-Array 54 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 50 eingestellt werden, um eine erste Gruppe von Phasen und/oder Größen für gesendete Hochfrequenzsignale zu bilden, werden die gesendeten Signale einen Sendestrahl, wie anhand von Strahl B 1 von 4 gezeigt, bilden, der in der Richtung des Punktes A ausgerichtet ist. Wenn jedoch die Phasen- und Größenregler 50 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 der Richtung des Punktes B ausgerichtet ist. Ebenso können, wenn die Phasen- und Größenregler 50 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 B1 gezeigt, empfangen werden. Wenn die Phasen- und Größenregler 50 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 50 kann gesteuert werden, um eine gewünschte Phase und/oder Größe auf Grundlage eines zugehörigen Steuersignals 52, das von Steuerschaltlogik 28 von 2 empfangen wurde, zu bilden (z. B. kann die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 50-1 bereitgestellt wird, unter Verwendung des Steuersignals 52-1 gesteuert werden, die Phase und/oder Größe, die durch den Phasen- und Größenregler 50-2 bereitgestellt wird, kann unter Verwendung des Steuersignals 52-2 gesteuert werden usw.). Falls gewünscht, kann die Steuerschaltlogik die Steuersignale 52 in Echtzeit aktiv einstellen, um den Sende- oder Empfangsstrahl in unterschiedliche gewünschte Richtungen zu lenken. Die Phasen- und Größenregler 50 können, falls gewünscht, Informationen bereitstellen, welche die Phase der von der Steuerschaltlogik 28 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 54 und externen Kommunikationsausrüstungen übermittelt. Wenn sich das externe Objekt am Punkt A von 4 befindet, können die Phasen- und Größenregler 50 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 54 kann Hochfrequenzsignale in Richtung des Punktes A senden und empfangen. Ebenso können, wenn sich das externe Kommunikationsausrüstungen am Punkt B befindet, die Phasen- und Größenregler 50 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 54 kann Hochfrequenzsignale in Richtung des Punktes B senden und empfangen. In dem Beispiel von 4 ist die Strahllenkung der Einfachheit halber als über einen einzigen Freiheitsgrad durchgeführt dargestellt (z. B. nach links und rechts auf der Seite von 4). 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 4). Das phasengesteuerte Antennen-Array 54 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.
Es kann jede beliebige gewünschte Antennenstruktur zur Implementierung der Antennen 40 verwendet werden. In einer geeigneten Anordnung, die hierin manchmal als ein Beispiel beschrieben wird, können Patch-Antennenstrukturen zum Implementieren der Antennen 40 verwendet werden. Die Antennen 40, die unter Verwendung von Patch-Antennenstrukturen implementiert werden, können hierin manchmal als Patch-Antennen bezeichnet werden. Eine veranschaulichende Patch-Antenne, die in einem phasengesteuerten Antennen-Array 54 von 4 verwendet werden kann, wird in 5 gezeigt.
Wie in 5 gezeigt, kann die Antenne 40 ein Patch-Antennenresonanzelement 58 aufweisen, das getrennt und parallel zu einer Massefläche, wie beispielsweise zur Antennenmasse 56, liegt. Das Patch-Antennenresonanzelement 58 kann in einer Ebene wie etwa der A-B-Ebene in 5 liegen (z. B. der Seitenflächenbereich des Elements 58 kann in der A-B-Ebene liegen). Das Patch-Antennenresonanzelement 58 kann hierin manchmal als Patch 58, Patch-Element 58, Patch-Resonanzelement 58, Antennen-Resonanzelement 58 oder Resonanzelement 58 bezeichnet werden. Antennenmasse 56 kann in einer Ebene parallel zu der Ebene des Patch-Elements 58 liegen. Patch-Element 58 und Antennenmasse 56 können daher in getrennten parallelen Ebenen, die durch einen Abstand 65 voneinander getrennt sind, liegen. Das Patch-Element 58 und die Antennenmasse 56 können aus Leiterbahnen gebildet werden, die auf einem dielektrischen Substrat angeordnet sind, wie etwa einem starren oder flexiblen Leiterplattensubstrat oder beliebigen anderen gewünschten Leiterstrukturen.
Die Seitenlänge des Patch-Elementes 58 kann so gewählt werden, dass die Antenne 40 in der gewünschten Betriebsfrequenz eine Resonanz zeigt. Zum Beispiel können die Seiten des Patch-Elements 58 jeweils eine Länge 68 aufweisen, die ungefähr gleich der Hälfte der Wellenlänge der Signale ist, die durch die Antenne 40 übertragen werden (z. B. die effektive Wellenlänge angesichts der dielektrischen Eigenschaften der Materialien, die das Patch-Element 58 umgeben). In einer geeigneten Anordnung kann die Länge 68 zwischen 0,8 und 1,2 mm (z. B. etwa 1,1 mm) zum Abdecken eines Millimeterwellenfrequenzbandes zwischen 57 GHz und 70 GHz oder zwischen 1,6 mm und 2,2 mm (z. B. etwa 1,85 mm) zum Abdecken eines Millimeterwellenfrequenzbandes zwischen 37 GHz und 41 GHz liegen, um nur zwei Beispiele zu nennen.
Das Beispiel von 5 ist lediglich veranschaulichend. Patch-Element 58 kann eine quadratische Form aufweisen, in der alle Seiten des Patch-Elements 58 die gleiche Länge aufweisen oder es kann eine andere rechteckige Form aufweisen. Patch-Element 58 kann in anderen Formen mit einer beliebigen gewünschten Anzahl gerader und/oder gekrümmter Ecken gestaltet sein.
Um die Polarisationen zu verbessern, die von der Antenne 40 geregelt werden, kann die Antenne 40 mit mehreren Speisungen versehen sein. Wie in 5 gezeigt, kann die Antenne 40 eine erste Zuleitung an dem Antennenanschluss P1 aufweisen, der mit einer ersten Hochfrequenzübertragungsleitung 42, wie etwa Hochfrequenzübertragungsleitung 42V, gekoppelt ist. Die Antenne 40 kann eine zweite Zuleitung an dem Antennenanschluss P2 aufweisen, der mit einer zweiten Hochfrequenzübertragungsleitung 42, wie etwa Hochfrequenzübertragungsleitung 42H, gekoppelt ist. Die erste Antennenzuleitung kann einen ersten Massezuleitungsanschluss, der mit der Antennenmasse 56 verbunden ist (der Übersichtlichkeit halber in 5 nicht gezeigt) und einen ersten positiven Antennenzuleitungsanschluss 62V, der mit dem Patch-Element 58 verbunden ist, aufweisen. Die zweite Antennenzuleitung kann einen zweiten Massezuleitungsanschluss aufweisen, der mit der Antennenmasse 56 verbunden ist (der Übersichtlichkeit halber in 5 nicht gezeigt), und einen zweiten positiven Antennenzuleitungsanschluss 62H auf dem Patch-Element 58.
Löcher oder Öffnungen, wie etwa die Öffnungen 64 und 66, können in der Antennenmasse 56 gebildet werden. Die Hochfrequenz-Übertragungsleitung 42V kann einen vertikalen Leiter (z. B. eine leitfähige Durchkontaktierung, einen leitfähigen Stift, eine Metallsäule, einen Löthöcker, Kombinationen von diesen, oder andere vertikale leitfähige Verbindungsstrukturen) einschließen, der sich durch die Öffnung 64 zum positiven Antennenzuleitungsanschluss 62V auf Patch-Element 58 erstreckt. Die Hochfrequenzübertragungsleitung 42H kann einen vertikalen Leiter einschließen, der sich durch die Öffnung 66 zu dem positiven Antennen-Zuleitungsanschluss 62H auf dem Patch-Element 58 erstreckt. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und es können, falls gewünscht, andere Übertragungsleitungsstrukturen verwendet werden (z. B. koaxiale Kabelstrukturen, Übertragungsleitungsstrukturen von Streifenleitungen usw.).
Bei Verwendung der ersten Antennenzuleitung, die Anschluss P1 zugeordnet ist, kann die Antenne 40 Hochfrequenzsignale mit einer ersten Polarisation senden und/oder empfangen (z. B. kann das elektrische Feld E1 der Hochfrequenzsignale 70, die Anschluss P1 zugeordnet sind, parallel zur B-Achse in 5 ausgerichtet sein). Bei Verwendung der Antennenzuleitung, die Anschluss P2 zugeordnet ist, kann die Antenne 40 Hochfrequenzsignale mit einer zweiten Polarisation senden und/oder empfangen (z. B. kann das elektrische Feld E2 der Hochfrequenzsignale 70, die Anschluss P2 zugeordnet sind, parallel zur A-Achse von 5 ausgerichtet sein, so dass die Anschlüsse P1 und P2 zugeordneten Polarisationen rechtwinkelig zueinander ausgerichtet sind).
Einer der Anschlüsse P1 und P2 kann zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden, so dass die Antenne 40 als eine einzeln polarisierte Antenne arbeitet oder beide Anschlüsse können gleichzeitig betrieben werden, so dass die Antenne 40 mit anderen Polarisationen arbeitet (z. B. als eine doppelt polarisierte Antenne, eine elliptisch polarisierte Antenne usw.). Falls gewünscht, kann der aktive Anschluss mit der Zeit geändert werden, so dass die Antenne 40 zwischen der Abdeckung vertikaler oder horizontaler Polarisationen zu einem bestimmten Zeitpunkt umschalten kann. Die Anschlüsse P1 und P2 können mit unterschiedlichen Phasen- und Größenreglern 50 (3) verbunden sein oder können beide mit denselben Phasen- und Größenreglern 50 verbunden sein. Falls gewünscht, können beide Anschlüsse P1 und P2 mit derselben Phase und Größe zu einem bestimmten Zeitpunkt betrieben werden (z. B. wenn die Antenne 40 als eine doppelt polarisierte Antenne wirkt). Falls gewünscht, können die Phasen und Größen von Hochfrequenzsignalen, die über die Anschlüsse P1 und P2 übertragen werden, getrennt gesteuert und über die Zeit variiert werden, so dass die Antenne 40 andere Polarisationen (z. B. kreisförmige oder elliptische Polarisationen) aufweist.
Wenn keine Vorsicht gilt, können die doppelt polarisierten Antennen 40 wie etwa Doppelpolarisationspatchantennen des in 5 gezeigten Typs eine unzureichende Bandbreite aufweisen, um relativ breite Frequenzbereiche abzudecken. Es kann wünschenswert sein, dass die Antenne 40 sowohl ein erstes Frequenzband als auch ein zweites Frequenzband bei Frequenzen abdecken kann, die höher als das erste Frequenzband sind. In einer geeigneten Anordnung, die hierin als Beispiel beschrieben ist, kann das erste Frequenzband Frequenzen von etwa 24-30 GHz einschließen, während das zweite Frequenzband Frequenzen von etwa 37-40 GHz einschließt. In diesen Szenarien kann das Patch-Element 58 selbst keine ausreichende Bandbreite aufweisen, um eine Gesamtheit sowohl des ersten als auch des zweiten Frequenzbands abzudecken.
Falls gewünscht, kann die Antenne 40 einen oder mehrere zusätzliche Patch-Elemente 60 einschließen, die über dem Patch-Element 58 gestapelt sind. Jedes Patch-Element 60 kann das Patch-Element 58 teilweise oder vollständig überlappen. Das untere Patch-Element 60 kann vom Patch-Element 58 um den Abstand D getrennt sein, der ausgewählt ist, um Antenne 40 mit einer gewünschten Bandbreite bereitzustellen, ohne ein übermäßiges Volumen innerhalb der Vorrichtung 10 zu beanspruchen. Die Patch-Elemente 60 können Seiten mit anderen Längen als die Länge 68 aufweisen, welche die Patch-Elemente 60 so konfigurieren, dass sie bei unterschiedlichen Frequenzen als Patch-Element 58 strahlen, wodurch sich die Gesamtbandbreite der Antenne 40 verlängert.
Die Patch-Elemente 60 können direkt gespeiste Patch-Antennen-Resonanzelemente (z. B. Patch-Elemente mit einem oder mehreren positiven Antennen-Zuleitungsanschlüssen, die direkt mit Übertragungsleitungen gekoppelt sind) und/oder parasitäre Antennen-Resonanzelemente einschließen, die nicht direkt von Antennen-Zuleitungsanschlüssen und Übertragungsleitungen gespeist werden. Ein oder mehrere Patch-Elemente 60 können, falls gewünscht, mit dem Patch-Element 58 durch eine oder mehrere leitfähige Durchkontaktierungen gekoppelt sein (z. B. so, dass mindestens ein Patch-Element 60 und Patch-Element 58 als ein einziges direkt gespeistes Resonanzelement miteinander gekoppelt sind). In Szenarien, in denen die Patch-Elemente 60 direkt zugeführt werden, können die Patch-Elemente 60 zwei positive Antennen-Zuleitungsanschlüsse zum Übertragen von Signalen mit unterschiedlichen (z. B. orthogonalen) Polarisationen einschließen und/oder können einen einzelnen positiven Antennen-Zuleitungsanschluss zum Übertragen von Signalen mit einer einzelnen Polarisation einschließen. Die kombinierte Resonanz des Patch-Elements 58 und jedes der Patch-Elemente 60 kann die Antenne 40 so konfigurieren, dass sie mit zufriedenstellender Antenneneffizienz über eine Gesamtheit sowohl der ersten als auch der zweiten Frequenzbänder (z. B. von 24-30 GHz und von 37-40 GHz) strahlt. Das Beispiel von 5 ist lediglich veranschaulichend. Wenn gewünscht, können die Patch-Elemente 60 weggelassen werden. Die Patch-Elemente 60 können rechteckig, quadratisch, kreuzförmig oder in einer anderen gewünschten Form mit einer beliebigen gewünschten Anzahl gerader und/oder gekrümmter Kanten gestaltet sein. Das Patch-Element 60 kann in jeder gewünschten Ausrichtung relativ zum Patch-Element 58 bereitgestellt werden. Die Antenne 40 kann eine beliebige Anzahl von Speisungen aufweisen. Andere Antennentypen können, wenn gewünscht, verwendet werden (z. B. Dipolantennen, Monopolantennen, Schlitzantennen usw.).
Falls gewünscht, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 54 in andere Schaltlogiken, wie etwa eine integrierte Hochfrequenzschaltung, integriert werden, um ein integriertes Antennenmodul zu bilden. 6 ist eine perspektivische Rückansicht eines veranschaulichenden integrierten Antennenmoduls zum Handhaben von Signalen bei Frequenzen, die größer als 10 GHz sind, in der Vorrichtung 10. Wie in 6 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 mit einem integrierten Antennenmodul, wie etwa dem integrierten Antennenmodul 72, (manchmal hierin als Antennenmodul 72 oder Modul 72 bezeichnet) bereitgestellt sein.
Das Modul 72 kann ein phasengesteuertes Antennen-Array 54 der Antennen 40 einschließen, die auf einem dielektrischen Substrat, wie etwa dem dielektrischen Substrat 85, ausgebildet sind. Bei dem Substrat 85 kann es sich beispielsweise um eine starre Leiterplatte handeln. Substrat 85 kann ein gestapeltes dielektrisches Substrat sein, das mehrere gestapelte dielektrische Schichten 80 einschließt (z. B. mehrere Schichten eines Leiterplattensubstrats, wie etwa mehrere Schichten eines mit Glasfaser gefüllten Epoxids, starres Leiterplattenmaterial, Keramik, Kunststoff, Glas oder andere Dielektrika). Das phasengesteuerte Antennen-Array 54 kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40 einschließen, die in einem beliebigen gewünschten Muster angeordnet sind.
Die Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 können Antennenelemente, wie etwa Patch-Elemente 91, einschließen (z. B. können die Patch-Elemente 91 Patch-Element 58 und/oder ein oder mehrere Patch-Elemente 60 von 5 bilden). Die Massebahnen 82 können auf dem Substrat 85 (z. B. Leiterbahnen, welche die Antennenmasse 56 von 5 bilden, für jede der Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54) strukturiert sein. Die Patch-Elemente 91 können auf der (unteren) Oberfläche 78 des Substrats 85 strukturiert sein oder können in die dielektrischen Schichten 80 an oder neben der Oberfläche 78 eingebettet sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 6 nur zwei Patch-Elemente 91 dargestellt. Dies ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können die Antennen 40 eine beliebige gewünschte Anzahl von Patch-Elementen 91 einschließen.
Eine oder mehrere elektrische Komponenten 74 können auf der (oberen) Oberfläche 76 des Substrats 85 (z. B. der Oberfläche des Substrats 85 gegenüber der Oberfläche 78 und den Patch-Elementen 91) montiert sein. Die Komponente 74 kann beispielsweise eine integrierte Schaltung (z. B. einen integrierten Schaltungschip) oder eine andere, auf der Oberfläche 76 des Substrats 85 montierte Schaltlogik einschließen. Die Komponente 74 kann Hochfrequenzkomponenten, wie etwa eine Verstärkerschaltlogik, Phasenschieberschaltlogik (z. B. Phasen- und Größenregler 50 von 4) und/oder eine andere Schaltlogik, die mit Hochfrequenzsignalen arbeitet, einschließen. Die Komponente 74 kann hierin manchmal als integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC) 74 bezeichnet werden. Dies ist jedoch nur veranschaulichend und im Allgemeinen muss die Schaltlogik von RFIC 74 nicht auf einer integrierten Schaltung gebildet werden. Die Komponente 74 kann, falls gewünscht, in eine Kunststoffumspritzung eingebettet sein.
Die dielektrischen Schichten 80 im Substrat 85 können einen ersten Satz von Schichten 86 (hierin manchmal als Antennenschichten 86 bezeichnet) und einen zweiten Satz von Schichten 84 (hierin manchmal als Übertragungsleitungsschichten 84 bezeichnet) einschließen. Die Massebahnen 82 können Antennenschichten 86 von den Übertragungsleitungsschichten 84 trennen. Leiterbahnen oder andere Metallschichten auf den Übertragungsleitungsschichten 84 können zur Bildung von Übertragungsleitungsstrukturen, wie etwa die Hochfrequenzübertragungsleitungen 42 von 4 (z. B. die Hochfrequenzübertragungsleitungen 42V und 42H von 5) verwendet werden. Zum Beispiel können Leiterbahnen auf Übertragungsleitungsschichten 84 zum Bilden von Streifenleitungs- oder Mikrostreifenübertragungsleitungen verwendet werden, die zwischen den Antennenzuleitungen für die Antennen 40 (z. B. über leitfähige Durchkontaktierungen, die sich durch die Antennenschichten 86 erstrecken) und der RFIC 74 gekoppelt sind (z. B. über leitfähige Durchkontaktierungen, die sich durch die Übertragungsleitungsschichten 84 erstrecken). Ein Board-to-Board-Verbinder (nicht gezeigt) kann RFIC 74 mit der Basisband- und/oder Transceiver-Schaltlogik für das phasengesteuerte Antennen-Array 54 (z. B. Millimeter-/Zentimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 38 von 3) koppeln.
Falls gewünscht, kann jede Antenne 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 seitlich von den Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen 88 umgeben sein (z. B. den leitenden Durchkontaktierungen, die sich parallel zur X-Achse und durch die Antennenschichten 86 von 6 erstrecken). Die Begrenzungen der leitfähigen Durchkontaktierungen 88 für das phasengesteuerte Antennen-Array 54 können mit Massebahnen 82 kurzgeschlossen werden, so dass die Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen 88 auf einem Erdungspotential gehalten werden. Leitfähige Durchkontaktierungen 88 können sich nach unten zur Oberfläche 78 oder zu der gleichen dielektrischen Schicht 80 wie das unterste leitfähige Patch 91 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 erstrecken.
Die Begrenzungen der leitfähigen Durchkontaktierungen 88 können bei den von den Antennen 40 abgedeckten Frequenzen undurchlässig sein. Jede Antenne 40 kann innerhalb eines jeweiligen Antennenhohlraums 92 mit leitenden Hohlraumwänden liegen, die durch einen entsprechenden Satz von Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen 88 in den Antennenschichten 86 definiert sind. Die Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen 88 können dazu beitragen, sicherzustellen, dass jede Antenne 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 54 beispielsweise geeignet isoliert wird. Das phasengesteuerte Antennen-Array 54 kann eine Anzahl von Antennenelementarzellen 90 einschließen. Jede Antennenelementarzelle 90 kann jeweilige Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen 88, einen jeweiligen Antennenhohlraum 92, der durch (z. B. seitlich umgeben von) diese Begrenzungen der leitenden Durchkontaktierungen definiert ist, und eine jeweilige Antenne 40 (z. B. Satz von Patch-Elementen 91) innerhalb dieses Antennenhohlraums 92 einschließen. Wenn gewünscht, kann die leitenden Durchkontaktierungen 88 weggelassen werden.
Bei Implementierung als Leiterplatte kann das Substrat 85 bis zu sechzehn oder mehr dielektrische Schichten 80 einschließen. Dies kann das Antennenmodul 72 konfigurieren, um eine relativ große Dicke T1 (z. B. parallel zur X-Achse gemessen) aufzuweisen. Die Dicke T 1 kann zu breit sein, um in bestimmte Abschnitte der Vorrichtung 10 zu passen, wie etwa in Szenarien, in denen das Antennenmodul 72 verwendet wird, um durch die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W (1) abzustrahlen.
7 ist eine Draufsicht der Vorrichtung 10, die verschiedene veranschaulichende Stellen zum Positionieren des Antennenmoduls 72 zeigt, um Hochfrequenzsignale durch periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W der Vorrichtung 10 zu übertragen. Wie in 7 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W (z. B. vier periphere leitende Gehäuseseitenwände, welche die rechteckige Peripherie der Vorrichtung 10 umgeben) einschließen. Mit anderen Worten kann die Vorrichtung 10 eine Länge (parallel zur Y-Achse), eine Breite, die kleiner als die Länge (parallel zur X-Achse) ist, und eine Höhe (parallel zur Z-Achse), die kleiner als die Breite ist, aufweisen. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können sich über die Länge und Breite der Vorrichtung 10 erstrecken (z. B. die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können eine erste leitfähige Seitenwand einschließen, die sich entlang der linken Kante der Vorrichtung 10 erstreckt, eine zweite leitfähige Seitenwand, die sich entlang der Oberkante der Vorrichtung 10 erstreckt, eine dritte leitfähige Seitenwand, die sich entlang der rechten Kante der Vorrichtung 10 erstreckt, und eine vierte leitfähige Seitenwand, die sich entlang der Unterkante der Vorrichtung 10 erstreckt). Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können sich auch über die Höhe der Vorrichtung 10 erstrecken (z. B. wie in der perspektivischen Ansicht von 1 gezeigt).
Wie in 7 gezeigt, kann die Anzeige 14 ein Anzeigemodul, wie etwa das Anzeigemodul 94, aufweisen. Die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W können um die Peripherie des Anzeigemoduls 94 (z. B. entlang aller vier Seiten der Vorrichtung 10) verlaufen. Das Anzeigemodul 94 kann von einer Anzeigedeckschicht (nicht gezeigt) abgedeckt werden. Die Anzeigedeckschicht kann sich über die gesamte Länge und Breite der Vorrichtung 10 erstrecken und kann, falls gewünscht, durch periphere leitfähige Gehäusestrukturen 12W montiert oder anderweitig gestützt werden.
Das Anzeigemodul 94 (manchmal als Anzeigentafel, aktive Anzeigeschaltlogik oder aktive Anzeigestrukturen bezeichnet) kann jeder gewünschte Typ einer Anzeigetafel sein und Pixel aufweisen, die aus Leuchtdioden (LEDs), organischen LEDs (OLEDs), Plasmazellen, elektrobenetzten Pixeln, elektrophoretischen Pixeln, Flüssigkristallanzeige- (LCD) Komponenten oder anderen geeigneten Pixelstrukturen gebildet sind. Der seitliche Bereich des Anzeigemoduls 94 kann beispielsweise die Größe des aktiven Bereichs der Anzeige 14 (z. B. den aktiven Bereich AA von 1) bestimmen. Das Anzeigemodul 94 kann aktive lichtemittierende Komponenten, Berührungssensorkomponenten (z. B. Berührungssensorelektroden), Drucksensorkomponenten und/oder andere aktive Komponenten einschließen. Da das Anzeigemodul 94 leitfähige Komponenten einschließt, kann das Anzeigemodul 94 Hochfrequenzsignale vom Durchlaufen der Anzeige 14 blockieren. Das Antennenmodul 72 von 6 kann daher innerhalb der Bereiche 96 um die Peripherie des Anzeigemoduls 94 und der Vorrichtung 10 angeordnet sein. Eine oder mehrere Bereiche 96 von 7 können beispielsweise ein entsprechendes Antennenmodul 72 einschließen. Die Öffnungen können innerhalb von peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W innerhalb der Bereiche 96 ausgebildet sein, um zu ermöglichen, dass die Antennen im Antennenmodul 72 Hochfrequenzsignale an und/oder von der Außenseite der Vorrichtung 10 (z. B. durch die Öffnungen) übertragen.
In dem Beispiel von 7 befindet sich jeder Bereich 96 entlang einer jeweiligen Seite (Kante) der Vorrichtung 10 (z. B. entlang der oberen leitfähigen Seitenwand der Vorrichtung 10, innerhalb des Bereichs 20 entlang der unteren leitfähigen Seitenwand der Vorrichtung 10, innerhalb des Bereichs 22 entlang der linken leitfähigen Seitenwand der Vorrichtung 10 und entlang der rechten leitenden Seitenwand der Vorrichtung 10). Die in diesen Bereichen montierten Antennen können eine Millimeter- und Zentimeterwellenkommunikationsabdeckung für die Vorrichtung 10 um die seitliche Peripherie der Vorrichtung 10 bereitstellen. Bei Kombination mit dem Beitrag von Antennen, die durch die Vorder- und/oder Rückseiten der Vorrichtung 10 strahlen, können die Antennen in der Vorrichtung 10 eine volle Kugel der Millimeter-/Zentimeterwellenabdeckung um die Vorrichtung 10 bereitstellen. Das Beispiel von 7 ist lediglich veranschaulichend. Jede Kante der Vorrichtung 10 kann mehrere Bereiche 96 einschließen, und einige Kanten der Vorrichtung 10 können keine Bereiche 96 einschließen. Falls gewünscht können sich die zusätzlichen Bereiche 96 an anderer Stelle innerhalb der Vorrichtung 10 befinden.
8 ist eine Seitenansicht, die zeigt, wie Öffnungen in peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W gebildet werden können, um zu ermöglichen, dass die Antennen im Antennenmodul 72 Hochfrequenzsignale an und/oder von der Außenseite der Vorrichtung 10 (innerhalb eines gegebenen Bereichs 96 von 7) übertragen. Das Beispiel von 8 veranschaulicht Öffnungen, die in dem rechten Bereich 96 von 7 (z. B. entlang der rechten leitfähigen Seitenwand, in Richtung des Pfeils 97 von 7 betrachtet) gebildet werden können. Ähnliche Öffnungen können in jeder gewünschten leitfähigen Seitenwand der Vorrichtung 10 gebildet werden.
Wie in 8 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine erste (vordere) Fläche aufweisen, die durch die Anzeige 14 definiert ist, und eine zweite (hintere) Fläche, die durch die hintere Gehäusewand 12R definiert ist. Die Anzeige 14 kann an den peripheren leitfähigen Strukturen 12W montiert sein, die sich von der Rückseite zur Vorderseite und um die Peripherie der Vorrichtung 10 erstrecken. Eine oder mehrere Spalten 18 können sich von der Rückseite zur Vorderseite erstrecken, um die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W in unterschiedliche Segmente zu teilen.
Eine oder mehrere Antennenöffnungen, wie etwa die Öffnungen 98, können in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W ausgebildet sein. Die Öffnungen 98 (hierin manchmal als Schlitze 98 bezeichnet) können mit einem oder mehreren dielektrischen Materialien gefüllt sein und können Kanten aufweisen, die durch das leitfähige Material in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W definiert sind. Das Antennenmodul 72 von 6 kann innerhalb des Innenraums der Vorrichtung 10 montiert sein (z. B. mit Antennen, die zu den Öffnungen 98 weisen). Jede Öffnung 98 kann an einer jeweiligen Antenne 40 im Antennenmodul ausgerichtet sein. Die Mitte jeder Öffnung 98 kann daher von der Mitte einer oder zweier benachbarter Öffnungen 98 um den Abstand E getrennt sein.
Zusätzlich zum Ermöglichen von Hochfrequenzsignalen zwischen dem Antennenmodul und der Außenseite der Vorrichtung 10 können die Öffnungen 98 auch Wellenleiterstrahler für die Antennen im Antennenmodul bilden. Zum Beispiel können die von den Antennen übertragenen Hochfrequenzsignale einen oder mehrere elektromagnetische Wellenleiter- (Hohlraum-) Modi innerhalb der Öffnungen 98 anregen, die zur Gesamtresonanz und Frequenzantwort der Antennen im Antennenmodul beitragen.
Die Öffnungen 98 können jede gewünschte Form aufweisen. In dem Beispiel von 8 sind die Öffnungen 98 rechteckig. Jede Öffnung 98 kann eine entsprechende Länge L2 und Breite W2 aufweisen. Die Länge L2 und die Breite W2 können so gewählt werden, dass sie resonante Hohlraummodi innerhalb der Öffnungen 98 (z. B. elektromagnetische Wellenleitermodi, die zur Strahlungsantwort der Antennen 40 beitragen) herstellen. Die Länge L2 kann beispielsweise ausgewählt werden, um einen horizontal polarisierten Resonanzhohlraummodus für die Öffnung 98 herzustellen, und die Breite W2 kann ausgewählt werden, um einen vertikal polarisierten Resonanzhohlraummodus für die Öffnung 98 herzustellen.
Gleichzeitig können, wenn nicht darauf geachtet wird, Impedanzdiskontinuitäten zwischen den Antennen in dem Antennenmodul und freien Raum an der Außenseite der Vorrichtung 10 unerwünschte Signalreflexionen und Verluste einführen, die Gesamtverstärkung und Effizienz für die Antennen begrenzen. Die Öffnungen 98 können daher auch als Impedanzübergang zwischen dem Antennenmodul und freiem Raum an der Außenseite der Vorrichtung 10 dienen, der frei von unerwünschten Impedanzdiskontinuitäten ist.
In Szenarien, in denen die Antennen 40 doppelt polarisierte Antennen einschließen (z. B. mit mindestens zwei Antennenzuleitungen, wie in 5 gezeigt), können die Hochfrequenzsignale, die sich durch die Öffnungen 98 ausbreiten und sie anregen, einer unterschiedlichen Impedanzbelastung unterzogen werden, abhängig davon, ob die Signale horizontal oder vertikal polarisiert sind. Zum Beispiel können, vertikal polarisierte Signale (z. B. Signale mit einem elektrischen Feldvektor E_VPOL parallel zur Z-Achse ausgerichtet) einer ersten Impedanzbelastung ausgesetzt werden, während horizontal polarisierte Signale (z. B. Signale mit einem elektrischen Feldvektor E_HPOL parallel zur Y-Achse ausgerichtet) einer zweiten Impedanzbelastung während der Anregung und Ausbreitung durch die Öffnungen 98 ausgesetzt werden.
Um diese differentielle Impedanzbelastung abzuschwächen, kann die Länge L2 so gewählt werden, dass sie größer als die Breite W2 ist. Dies kann dazu dienen, den vertikal polarisierten Resonanzmodus der Öffnungen 98 an den vertikal polarisierten Resonanzmodus der Antennen 40 anzupassen, während auch der horizontal polarisierte Resonanzmodus der Öffnungen 98 an den vertikal polarisierten Resonanzmodus der Antennen 40 angepasst wird. Dies kann dazu beitragen, einen sanften Impedanzübergang von dem Antennenmodul zu freiem Raum an der Außenseite der Vorrichtung 10 für sowohl die horizontal als auch die vertikal polarisierten Signale herzustellen. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend, und im Allgemeinen können die Öffnungen 98 jede gewünschte Form aufweisen.
In Szenarien, in denen das Antennenmodul 72 von 6 aus dem dielektrischen Substrat 85 (d. h. einer starren Leiterplatte) gebildet ist, kann die Dicke T1 des Antennenmoduls 72 zu groß sein, um in den Bereich 96 von 7 zufriedenstellend zu passen (z. B. ohne zu weit in das Innere der Vorrichtung 10 zu ragen). Dies kann auch verhindern, dass andere Vorrichtungskomponenten an oder neben dem Bereich 96 angeordnet sind, kann die Größe des aktiven Bereichs des Anzeigefelds begrenzen, kann die Verringerung der Dicke der Vorrichtung 10 usw. verhindern. Um die Dicke des Antennenmoduls 72 zum Abstrahlen durch die Öffnungen 98 in peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W zu minimieren, können die Antennenstrukturen im Antennenmodul 72 über mehrere Abschnitte einer gefalteten flexiblen Leiterplatte verteilt sein.
9 ist eine Querschnittsdraufsicht, die ein Beispiel zeigt, wie die Antennenstrukturen im Antennenmodul 72 über mehrere Abschnitte einer gefalteten flexiblen Leiterplatte verteilt werden können. Das Antennenmodul 72 von 9 kann eine flexible Leiterplatte anstelle des dielektrischen Substrats 85 von 6 einschließen. Wie in 9 gezeigt, kann die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 einen ersten Abschnitt 104, einen zweiten Abschnitt 108 und einen dritten Abschnitt 114 (hierin manchmal auch als Bereiche der flexiblen Leiterplatte, flexible Leiterplattenabschnitte oder flexible Leiterplattenbereiche bezeichnet) aufweisen. Der flexible Leiterplattenabschnitt 108 kann in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 104 um die Achse 106 (z. B. eine Achse, die parallel zur Y-Achse verläuft) nach oben geklappt werden. Der flexible Leiterplattenabschnitt 114 kann sich von einem Ende des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108 erstrecken und kann in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 um die Achse 112 (z. B. eine Achse, die parallel zur Z-Achse verläuft) gefaltet sein, sodass der flexible Leiterplattenabschnitt 114 den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 überlappt, obwohl er seitlich versetzt vom flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 ist, wenn die flexible Leiterplatte aufgeklappt ist.
Wenn aufgeklappt, kann die flexible Leiterplatte eine erste Seitenfläche 110 (z. B. eine Seitenfläche, die in der Ebene der Seite nach oben weist) und eine zweite Seitenfläche 116 gegenüber der ersten Seitenfläche 110 aufweisen (z. B. eine Seitenfläche, die in der Ebene der Seite nach unten weist). Wenn gefaltet, kann eine Schicht eines Klebstoffs, wie etwa des Klebstoffs 118, zwischen dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 und dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 angeordnet werden. Klebstoff 118 kann, als ein Beispiel, druckempfindlicher Klebstoff sein. Klebstoff 118 kann einen flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 an dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 anhaften, befestigen oder sichern, wodurch er bei der flexiblen gedruckten Leiterplatte zur Aufrechterhaltung ihrer gefalteten Form beiträgt.
Falls gewünscht, kann die Komponente 74 an der Oberfläche 110 (z. B. auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108) montiert sein. Der flexible Leiterplattenabschnitt 104 kann den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 mit anderen Komponenten in der Vorrichtung 10 (z. B. einer Hauptlogik-Platine oder einer anderen Leiterplatte, Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik usw.) koppeln. Die Komponente 74 kann mit einer anderen Schaltlogik in der Vorrichtung 10 (z. B. einer Zwischenfrequenzschaltlogik, Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik, Basisbandschaltlogik usw.) über Leiterbahnen, die durch den flexiblen Leiterplattenabschnitt 104 (z. B. Basisbandbahnen, Zwischenfrequenzbahnen, Hochfrequenzübertragungsleitungen usw.) verlaufen, gekoppelt sein. Falls gewünscht, kann die Komponente 74 weggelassen werden. Die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 kann mehrere gestapelte Schichten aus flexiblem Leiterplattenmaterial (z. B. Polyimidschichten) einschließen. In der flexiblen Leiterplatte von 9 können weniger Schichten vorhanden sein als in der starren Leiterplatte von 6. Leiterbahnen können auf den Schichten der flexiblen Leiterplatte strukturiert werden, um das phasengesteuerte Antennen-Array 54 zu bilden. Zum Beispiel kann das phasengesteuerte Antennen-Array 54 aus Leiterbahnen innerhalb der flexiblen Leiterplatten 108 und 114 gebildet werden. Die leitenden Schichten in jeder Antenne 40 des phasengesteuerten Antennen-Arrays 54 können zwischen/über den zweiten flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 und den dritten flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 verteilt sein.
Im Beispiel von 9 sind die Massebahnen 82 und Patch-Elemente 58 in jeder Antenne 40 des phasengesteuerten Antennen-Arrays 54 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 angeordnet, während das Patch-Element 60 in jeder Antenne 40 des phasengesteuerten Antennen-Arrays 54 in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 angeordnet ist. Die Massebahnen 82 und Patch-Elemente 58 können innerhalb der Schichten des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108 eingebettet sein oder auf äußersten Schichten des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108 strukturiert sein (z. B. können die Massebahnen 82 auf der Seitenfläche 110 strukturiert sein und/oder die Patch-Elemente 58 können auf der Seitenfläche 116 des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108 strukturiert sein). In ähnlicher Art und Weise können die Patch-Elemente 60 innerhalb der Schichten des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114 eingebettet sein oder können auf einer äußersten Schicht des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114 (z. B. auf der Seitenfläche 110 oder der Seitenfläche 116 des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114) strukturiert sein. Wenn die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 gefaltet ist, kann der Klebstoff 118 sicherstellen, dass der Abstand D zwischen dem Patch-Element 58 und dem Patch-Element 60 in jeder Antenne 40 des phasengesteuerten Antennen-Arrays 54 beibehalten wird.
Während der Herstellung des Antennenmoduls 72 können die Massebahnen 82 und Patch-Elemente 58 auf die Schichten des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108 strukturiert werden, während die flexible Leiterplatte aufgeklappt ist. In ähnlicher Art und Weise können die Patch-Elemente 60 auf eine Schicht des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114 strukturiert werden, während die flexible Leiterplatte aufgeklappt wird. Die Patch-Elemente 60 können daher während sie aufgeklappt sind von den Patch-Elementen 58 auf der flexiblen Leiterplatte seitlich versetzt sein. Hochfrequenzübertragungsleitungen können auch auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 strukturiert werden (z. B. um die Patch-Elemente 58 an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik in der Komponente 74 oder an andere Stelle in der Vorrichtung 10 zu koppeln). Leitfähige Durchkontaktierungen können in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 gebildet werden, um die Hochfrequenzübertragungsleitungen mit der Komponente 74 und mit positiven Antennen-Zuleitungsanschlüssen auf den Patch-Elementen 58 zu koppeln. Falls gewünscht, können sich in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 und/oder zwischen jedem Patch-Element 60 im flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 Begrenzungen leitfähiger Durchkontaktierungen und/oder zusätzlicher Massebahnen seitlich zwischen jedem Patch-Element 58 befinden.
Das Falten der flexiblen Leiterplatte um die Achse 112 kann dazu dienen, jedes Patch-Element 60 in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 auf ein entsprechendes Patch-Element 58 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 auszurichten. Falls gewünscht, können Ausrichtungsstrukturen, wie etwa die Ausrichtungsstrukturen 120, an einem oder mehreren Stellen in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 und/oder dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 gebildet werden, um sicherzustellen, dass jedes Patch-Element 60 während des Faltens präzise auf ein entsprechendes Patch-Element 58 ausgerichtet ist. Die Ausrichtungsstrukturen 120 können Ausrichtungskerben oder Ausrichtungslöcher in der flexiblen Leiterplatte einschließen, wobei sich Ausrichtungsstifte durch die Ausrichtungskerben oder Ausrichtungslöcher und/oder andere gewünschte Ausrichtungsstrukturen erstrecken. Sobald sie gefaltet sind kann Klebstoff 118 sicherstellen, dass die Patch-Elemente 58 und 60 im Laufe der Zeit in präziser seitlicher Ausrichtung verbleiben (z. B. wie in der Y-Z-Ebene von 9 betrachtet).
Durch Verteilen jeder Antenne 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 über verschiedene Bereichen der flexiblen Leiterplatte (z. B. flexible Leiterplattenabschnitte 108 und 114) und anschließendes Falten der flexiblen Leiterplatte, wie in 9 gezeigt, kann das Antennenmodul 72 eine Dicke T2 aufweisen, die deutlich geringer als die Dicke T1 von 6 ist (z. B. kann die Dicke T2 mindestens 1-2 mm geringer als Dicke T1 sein). Dies kann ermöglichen, dass das Antennenmodul 72 leichter in den Bereich 96 von 7 passt, um durch die Öffnungen 98 in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W von 8 zu strahlen.
In dem Beispiel von 9 ist das phasengesteuerte Antennen-Array 54 ein vier-mal-eins Array mit vier Antennen 40, die in einer einzelnen Reihe angeordnet sind. Dies dient lediglich der Veranschaulichung. Das phasengesteuerte Antennen-Array 54 kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40 einschließen, die in einem beliebigen gewünschten ein- oder zweidimensionalen Muster angeordnet sind. In Beispielen, in denen die Patch-Elemente 60 direkt gespeist werden, können Hochfrequenzübertragungsleitungen für die Patch-Elemente 60 um die Achse 112 und in den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 und/oder leitfähigen Durchkontaktierungen verlaufen, um die Patch-Elemente 60 zu speisen. In einer anderen Implementierung werden die Massebahnen 82 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 gebildet, während die Patch-Elemente 58 und Patch-Elemente 60 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 ausgebildet sind. In einer anderen Implementierung sind die Massebahnen 82 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 gebildet, die Patch-Elemente 58 sind in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 gebildet, und die Patch-Elemente 60 werden weggelassen. In einer anderen Implementierung sind mehrere Patch-Elemente 60 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 für jede Antenne gebildet (z. B. in Szenarien, in denen Antennen 40 mehrere gestapelte Patch-Elemente 60 einschließen). In einer anderen Implementierung sind die Massebahnen 82, Patch-Element 58 und ein erstes Patch-Element 60 in jeder Antenne 40 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 ausgebildet, während ein zweites Patch-Element 60 und optional zusätzliche Patch-Elemente 60 in jeder Antenne 40 in einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 ausgebildet sind. Das Beispiel von 9, in dem die Antennen 40 gestapelte Patch-Antennen sind, ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können die Antennen 40 unter Verwendung beliebiger Antennenstrukturen gebildet werden, die zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108 und 114 verteilt sind.
In dem Beispiel von 9 schließt die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 einen einzelnen Zweig ein, der um die Achse 112 gefaltet ist. Falls gewünscht, kann die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 mehrere gefaltete Zweige einschließen. 10 ist eine Querschnittsdraufsicht, die zeigt, wie die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 mehrere gefaltete Zweige einschließen kann. Wie in 10 gezeigt, kann die flexible Leiterplatte einen ersten Zweig einschließen, der die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108A und 114A und einen zweiten Zweig einschließt, der die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108B und 114B einschließt.
Der erste und der zweite Zweig (z. B. die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108A und 108B) können in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 104 um die Achse 106 nach oben gefaltet sein und können sich von gegenüberliegenden Seiten des flexiblen Leiterplattenabschnitts 104 erstrecken. Der flexible Leiterplattenabschnitt 114A kann sich von einem Ende des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108A erstrecken und kann um die Achse 112A in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108A gefaltet werden, sodass der flexible Leiterplattenabschnitt 114A trotz des seitlichen Versatzes von dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108A, wenn er aufgeklappt ist, den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108A überlappt. Achse 112A kann sich parallel zur Achse 112B und der Z-Achse von 10 erstrecken. Der flexible Leiterplattenabschnitt 114B kann sich von einem Ende des flexiblen Leiterplattenabschnitts 108B erstrecken und kann um die Achse 112B in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108B gefaltet werden, sodass der flexible Leiterplattenabschnitt 114B trotz des seitlichen Versatzes von dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108B, wenn er aufgeklappt ist, den flexiblen Leiterplattenabschnitt 108B überlappt. Die Spitze des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114A kann der Spitze des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114B zugewandt sein.
Ein erster Satz der Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 kann zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 114A verteilt sein (z. B. wie vorstehend in Verbindung mit den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108 und 114 von 9 beschrieben). In ähnlicher Art und Weise kann ein zweiter Satz der Antennen 40 im phasengesteuerten Antennen-Array 54 zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108B und 114B verteilt werden (z. B. wie vorstehend in Verbindung mit den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108 und 114 von 9 beschrieben). Es kann die gleiche Anzahl von Antennen 40 im ersten und zweiten Satz geben, oder es kann eine andere Anzahl von Antennen 40 in dem ersten Satz als in dem zweiten Satz vorliegen. Die Komponente 74A kann an dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108A montiert sein und/oder die Komponente 74B kann, wenn dies gewünscht ist, an dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108B montiert sein. Die Komponente 74A kann Hochfrequenzkomponenten für die Antennen 40 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 114A einschließen, während die Komponente 74B Hochfrequenzkomponenten für die Antennen 40 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108B und 114B einschließen kann.
Eine Schicht eines Klebstoffs, wie etwa des Klebstoffs 118A (z. B. druckempfindlicher Klebstoff) kann zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 114A angeordnet sein. Klebstoff 118A kann sicherstellen, dass die Patch-Elemente für jede Antenne 40 seitlich zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 114A ausgerichtet sind, während auch sichergestellt ist, dass die Patch-Elemente im flexiblen Leiterplattenabschnitt 108A durch den Abstand D von einem entsprechenden Patch-Element in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114A getrennt sind. In ähnlicher Art und Weise kann eine Schicht eines Klebstoffs, wie etwa des Klebstoffs 118B (z. B. druckempfindlicher Klebstoff) zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108B und 114B eingefügt werden. Klebstoff 118B kann sicherstellen, dass die Patch-Elemente für jede Antenne 40 seitlich zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108B und 114B ausgerichtet sind, während auch sichergestellt ist, dass die Patch-Elemente im flexiblen Leiterplattenabschnitt 108B von einem entsprechenden Patch-Element in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114B um den Abstand D getrennt sind.
Das Verteilen der Antennen 40 in der phasengesteuerten Antennenanordnung 54 über mehrere Zweige der flexiblen Leiterplatte auf diese Art und Weise kann beispielsweise die Routing-Komplexität und -Dichte für die Hochfrequenzübertragungsleitungen reduzieren, die von den Antennen 40 relativ zu Beispielen verwendet werden, bei denen die flexible Leiterplatte nur einen einzigen Zweig einschließt. Das Beispiel von 10 ist lediglich veranschaulichend. Das phasengesteuerte Antennen-Array 54 kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen 40 einschließen, die in einem beliebigen gewünschten ein- oder zweidimensionalen Muster angeordnet sind. In Beispielen, in denen die Patch-Elemente 60 direkt gespeist werden, können die Hochfrequenzübertragungsleitungen für die Patch-Elemente 60 um die Achsen 112A und 112B und in die flexiblen Leiterplattenabschnitte 114A und 114B verlaufen und/oder die leitfähige Durchkontaktierungen können verwendet werden, um die Patch-Elemente 60 zu speisen. In einer anderen Implementierung werden die Massebahnen 82 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 108B gebildet, während die Patch-Elemente 58 und Patch-Elemente 60 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114A und 114B ausgebildet sind. In einer anderen Implementierung werden die Massebahnen 82 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 108B gebildet, die Patch-Elemente 58 sind in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114A und 114B gebildet, und die Patch-Elemente 60 werden weggelassen. In einer anderen Implementierung werden mehrere Patch-Elemente 60 für jede Antenne 40 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114A und 114B gebildet (z. B. in Szenarien, in denen die Antennen 40 mehrere gestapelte Patch-Elemente 60 einschließen). In einer anderen Implementierung werden die Massebahnen 82, Patch-Element 58 und ein erstes Patch-Element 60 in jeder Antenne 40 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A und 108B gebildet, während ein zweites Patch-Element 60 und optional zusätzliche Patch-Elemente 60 in jeder Antenne 40 in den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114A und 114B gebildet sind. Das Beispiel von 10, in dem die Antennen 40 gestapelte Patch-Antennen sind, ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können die Antennen 40 unter Verwendung beliebiger Antennenstrukturen gebildet werden, die zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108A/108B und 114A/114B verteilt sind.
Die Beispiele von 9 und 10 dienen lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, kann die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 zusätzliche Faltungen einschließen. 11 ist eine Querschnittsdraufsicht, die ein Beispiel zeigt, wie die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 zusätzliche Faltungen einschließen kann. Die Faltanordnung von 11 kann verwendet werden, wenn die flexible Leiterplatte einen einzelnen Zweig aufweist (z. B. wie in 9 gezeigt) oder für jeden Zweig verwendet werden, wenn die flexible Leiterplatte mehrere Zweige aufweist (z. B. wie in 10 gezeigt). Die Antennen 40 und Komponenten von 74 wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit in 11 weggelassen.
Wie in 11 gezeigt, kann die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 einen flexiblen Leiterplattenabschnitt 120 einschließen, der sich vom Ende des flexiblen Leiterplattenabschnitts 114 (oder den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114A oder 114B in der Anordnung von 10) erstreckt. Der flexible Leiterplattenabschnitt 120 kann in Bezug auf den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 um die Achse 124 gefaltet sein und die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108 und 114 überlappen. Die Achse 124 kann sich parallel zur Achse 112 und der Y-Achse von 11 erstrecken. Eine Schicht eines Klebstoffs, wie etwa des Klebstoffs 122 (z. B. druckempfindlicher Klebstoff), kann zwischen den flexiblen Leiterplattenabschnitten 114 und 120 angeordnet sein.
Eine oder mehrere der leitenden Schichten in den Antennen 40 können innerhalb des flexiblen Leiterplattenabschnitts 120 und/oder auf den Seitenflächen 110 oder 116 des flexiblen Leiterplattenabschnitts 120 angeordnet sein. Beispielsweise können die Massebahnen 82 und Patch-Element 58 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 angeordnet sein, während ein oder mehrere Patch-Elemente 60 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 angeordnet sein können und ein oder mehrere Patch-Elemente 60 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 120 angeordnet sein können (z. B. in Szenarien, in denen die Antennen 40 gestapelte Patch-Antennen mit zwei oder mehr gestapelten Patch-Elementen 60 sind, wie in 5 gezeigt). Dies ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können die leitenden Schichten jeder Antenne 40 auf eine beliebige gewünschte Art und Weise über die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108, 114 und 120 verteilt sein. Die flexible Leiterplatte kann zusätzliche flexible Leiterplattenabschnitte aufweisen, die sich vom Ende des flexiblen Leiterplattenabschnitts 120 erstrecken und die um zusätzliche Achsen parallel zu den Achsen 112 und 124 gefaltet werden, falls gewünscht (z. B. kann die flexible Leiterplatte eine beliebige gewünschte Anzahl von Faltungen aufweisen).
In einer anderen Implementierung kann die flexible Leiterplatte in dem Antennenmodul 72 eine gefaltete Lasche aufweisen, die über den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 verläuft, wie in dem Beispiel von 12 gezeigt. Die Klebstoffschichten im Antennenmodul 72 wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit in 12 weggelassen. Wie in 12 gezeigt, kann die flexible Leiterplatte eine gefaltete Lasche 128 einschließen, die sich vom flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 erstreckt und die um die Achse 126 und den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 gewickelt oder gefaltet ist. Die flexible Leiterplatte kann einen zusätzlichen flexiblen Leiterplattenabschnitt 130 einschließen, der sich von einem Ende der gefalteten Lasche 128 und parallel zu den flexiblen Leiterplattenabschnitten 108 und 114 erstreckt.
Eine oder mehrere der leitenden Schichten in den Antennen 40 können innerhalb des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 und/oder auf den Seitenflächen 110 oder 116 des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 angeordnet sein. Beispielsweise können die Massebahnen 82 und Patch-Element 58 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 108 angeordnet sein, während ein oder mehrere Patch-Elemente 60 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 114 angeordnet sein können und ein oder mehrere Patch-Elemente 60 auf dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 130 angeordnet sein können (z. B. in Szenarien, in denen die Antennen 40 gestapelte Patch-Antennen mit zwei oder mehreren gestapelten Patch-Elementen 60 sind, wie in 5 gezeigt). Dies ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können die leitenden Schichten jeder Antenne 40 auf eine beliebige gewünschte Art und Weise über die flexiblen Leiterplattenabschnitte 108, 114 und 130 verteilt sein.
Die Beispiele in 9-12 sind lediglich veranschaulichend. Die Faltanordnungen von 9-12 können auf beliebige Art und Weise kombiniert werden. Falls gewünscht können andere Anordnungen verwendet werden. In einer anderen Implementierung kann der flexible Leiterplattenabschnitt 114A von 10 erweitert werden, um den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114B zu überlappen, und der flexible Leiterplattenabschnitt 114B kann erweitert werden, um den flexiblen Leiterplattenabschnitt 114A zu überlappen, um drei überlappende flexible Leiterplattenabschnitte zum Verteilen der leitenden Schichten von Antennen 40 bereitzustellen. Ausrichtungsstrukturen, wie etwa die Ausrichtungsstrukturen 120 von 9, können in den flexiblen Leiterplatten von 10-12 bereitgestellt werden, falls gewünscht.
13 ist eine Querschnittsseitenansicht, die zeigt, wie das Antennenmodul 72 von 9 und 10 in der Vorrichtung 10 in Ausrichtung mit einer entsprechenden Öffnung 98 in peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W montiert werden kann (wie z. B. an der Stelle einer gegebenen Antenne im Antennenmodul). Wie in 13 gezeigt, kann die Anzeige 14 eine Anzeigedeckschicht 132 einschließen, die an einem Absatz (Datum) 134 der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W montiert ist. Die Öffnung 98 kann in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W gebildet sein. Die hintere Gehäusewand 12R kann sich von den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W gegenüber der Anzeigedeckschicht 132 erstrecken.
Die Öffnung 98 kann einen Hohlraum einschließen, der in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W gebildet ist. Ein dielektrisches Substrat, wie etwa das dielektrische Substrat 138, kann innerhalb des Hohlraums angeordnet sein. Das dielektrische Substrat 138 kann beispielsweise aus spritzgegossenem Kunststoff gebildet sein. Der flexible Leiterplattenabschnitt 114 des Antennenmoduls 72 kann unter Verwendung einer Schicht eines Klebstoffs, wie etwa des Klebstoffs 140, an dem dielektrischen Substrat 138 montiert sein. Die dielektrische Deckschicht 136 kann auch innerhalb des Hohlraums montiert sein. Die dielektrische Deckschicht 136 kann eine Innenfläche aufweisen, die das dielektrische Substrat 138 berührt. Die dielektrische Deckschicht 136 weist auch an der Außenseite der Vorrichtung 10 eine Außenfläche auf. Die Außenfläche der dielektrischen Deckschicht 136 kann beispielsweise bündig mit der Außenoberfläche der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W liegen. Die dielektrische Deckschicht 136 kann hierin manchmal auch als dielektrisches Antennenfenster 136 bezeichnet werden.
Auf diese Art und Weise montiert, können die Patch-Elemente 58 und 60 im Antennenmodul 72 durch die Öffnung 98 und durch die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W strahlen. Wenn das Antennenmodul unter Verwendung einer starren Leiterplatte gebildet ist, kann die Dicke des Antennenmoduls (z. B. Dicke T1) relativ groß sein und kann beispielsweise über den Absatz 134 der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen 12W und in das Innere der Vorrichtung 10 hinausragen. Das Verteilen der Antennen im Antennenmodul 72 über mehrere überlappende Abschnitte einer gefalteten flexiblen Leiterplatte kann das Antennenmodul 72 so konfigurieren, dass es eine Dicke T2 aufweist, die deutlich geringer als die Dicke T1 ist und die nicht über den Absatz 134 hinausragt. Das Beispiel von 13 ist lediglich veranschaulichend. Das Antennenmodul 72 kann zusätzliche Faltungen aufweisen (z. B. wie in 11 und 12 gezeigt). Die Öffnungen 98 können andere Formen aufweisen.
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 übererfüllen. 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 ein Antennenmodul bereitgestellt, das eine flexible Leiterplatte mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt einschließt, der sich von einem Ende des ersten Abschnitts erstreckt, wobei der zweite Abschnitt um eine Achse in Bezug auf den ersten Abschnitt gefaltet ist, eine Klebstoffschicht, die den ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und eine Antenne an der flexiblen Schaltung anhaftet und konfiguriert ist, um bei einer Frequenz von mehr als 10 GHz zu strahlen, wobei die Antenne Massebahnen auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt und die Massebahnen überlappt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Antenne ein zusätzliches Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet, ein, wobei das zusätzliche Patch-Element zwischen den Metallbahnen und dem Patch-Element angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul einen positiven Antennen-Zuleitungsanschluss ein, der mit dem zusätzlichen Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul eine integrierte Hochfrequenzschaltung ein, die an einer Oberfläche des ersten Abschnitts der flexiblen Leiterplatte montiert ist, und eine Hochfrequenzübertragungsleitung, die zwischen der integrierten Hochfrequenzschaltung und dem positiven Antennen-Zuleitungsanschluss gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt auf, der sich von einem zusätzlichen Ende des ersten Abschnitts erstreckt, die flexible Leiterplatte einen vierten Abschnitt aufweist, der sich von einem Ende des dritten Abschnitts erstreckt, der vierte Abschnitt der flexiblen Leiterplatte um eine zusätzliche Achse in Bezug auf den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte gefaltet ist, wobei sich die zusätzliche Achse parallel zur Achse erstreckt und ein Abschnitt der Massebahnen sich in den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Antennenmodul eine zusätzliche Antenne auf der flexiblen Leiterplatte und konfiguriert, um bei der Frequenz von mehr als 10 GHz zu strahlen, ein, wobei die zusätzliche Antenne den Abschnitt der Massebahnen auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein erstes zusätzliches Patch-Element auf dem vierten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt und den Abschnitt der Massebahnen auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte überlappt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Antenne ein zweites zusätzliches Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet, ein, wobei die zusätzliche Antenne ein drittes zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt und mit dem ersten zusätzlichen Patch-Element auf dem vierten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden das zweite zusätzliche Patch-Element und das dritte zusätzliche Patch-Element direkt gespeist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt auf, der sich von einem Ende des zweiten Abschnitts erstreckt und der in Bezug auf den zweiten Abschnitt um eine zusätzliche Achse gefaltet ist, wobei sich die zusätzliche Achse parallel zur Achse erstreckt, die Antenne ein zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist, und das Antennenmodul eine zusätzliche Klebstoffschicht einschließt, die den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte anhaftet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die flexible Leiterplatte eine Lasche auf, die sich von dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und über den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt, wobei die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt aufweist, der sich von der Lasche und parallel zu dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt, und die Antenne ein zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse mit peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen und einer hinteren Gehäusewand, eine Anzeige, die an den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen gegenüber der hinteren Gehäusewand montiert ist, eine Öffnung in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen und eine Antenne auf einer flexiblen Leiterplatte einschließt und konfiguriert ist, um durch die Öffnung in den peripheren leitenden Gehäusestrukturen zu strahlen, wobei die Antenne Massebahnen auf einem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte, ein erstes Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein zweites Patch-Element auf einem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt, wobei sich der zweite Abschnitt der flexiblen Leiterplatte von einem Ende des ersten Abschnitts der flexiblen Leiterplatte erstreckt und in Bezug auf den ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte gefaltet ist, wobei das zweite Patch-Element mit dem ersten Patch-Element ausgerichtet ist und zwischen dem ersten Patch-Element und der Öffnung angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung eine Klebstoffschicht ein, die den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte mit dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte befestigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die flexible Leiterplatte eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche gegenüber der ersten Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche auf dem ersten und zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte die Klebstoffschicht berührt und die zweite Seitenfläche auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte der Öffnung in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen zugewandt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung eine integrierte Hochfrequenzschaltung ein, die an der zweiten Seitenfläche auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte montiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung ein dielektrisches Substrat in der Öffnung ein und eine Klebstoffschicht, die den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an dem dielektrischen Substrat in der Öffnung befestigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung eine zusätzliche Öffnung in den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen und eine zusätzliche Antenne auf der flexiblen Leiterplatte ein und ist konfiguriert, um durch die zusätzliche Öffnung in den peripheren leitenden Gehäusestrukturen zu strahlen, wobei die zusätzliche Antenne die Massebahnen auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte, ein drittes Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein viertes Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte einschließt, wobei das vierte Patch-Element mit dem dritten Patch-Element ausgerichtet ist und zwischen dem dritten Patch-Element und der zusätzlichen Öffnung angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform bilden die Antenne und die zusätzliche Antenne einen Teil eines phasengesteuerten Antennen-Arrays, das konfiguriert ist, um Hochfrequenzsignale bei einer Frequenz von mehr als 10 GHz zu übertragen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließen die peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen einen Absatz ein, die Anzeige schließt eine Anzeigedeckschicht ein, die an dem Absatz der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen montiert ist, und der erste und der zweite Abschnitt der flexiblen Leiterplatte sind zwischen dem Absatz der peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen und der hinteren Gehäusewand angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Antennenmodul bereitgestellt, das eine flexible Leiterplatte mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt einschließt, der sich von einem Ende des ersten Abschnitts erstreckt und in Bezug auf den ersten Abschnitt gefaltet ist, eine Klebstoffschicht, die den ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein phasengesteuertes Antennen-Array auf der flexiblen Leiterplatte anhaftet und konfiguriert ist, um Hochfrequenzsignale bei einer Frequenz von mehr als 10 GHz zu übertragen, wobei das phasengesteuerte Antennen-Array eine Vielzahl von Antennen einschließt und jede der Antennen in der Vielzahl von Antennen jeweilige Antennen-Resonanzelemente einschließt, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte verteilt sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt jede Antenne in der Vielzahl von Antennen Massebahnen auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte, ein erstes jeweiliges Patch-Element in dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein zweites jeweiliges Patch-Element in dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ein.
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

Antennenmodul, umfassend: eine flexible Leiterplatte mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, der sich von einem Ende des ersten Abschnitts erstreckt, wobei der zweite Abschnitt in Bezug auf den ersten Abschnitt um eine Achse gefaltet ist; eine Klebstoffschicht, die den ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte anhaftet, und eine Antenne auf der flexiblen Schaltung und konfiguriert, um bei einer Frequenz von mehr als 10 GHz zu strahlen, wobei die Antenne Folgendes umfasst: Massebahnen auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte, und ein Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und ein Überlappen der Massebahnen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antenne ferner Folgendes umfasst: ein zusätzliches Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet, wobei das zusätzliche Patch-Element zwischen den Metallbahnen und dem Patch-Element angeordnet ist.
Antennenmodul nach Anspruch 2, ferner umfassend einen positiven Antennen-Zuleitungsanschluss, der mit dem zusätzlichen Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte gekoppelt ist.
Antennenmodul nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine integrierte Hochfrequenzschaltung, die an einer Oberfläche des ersten Abschnitts der flexiblen Leiterplatte montiert ist; und eine Hochfrequenzübertragungsleitung, die zwischen der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik und der Antennenzuleitung gekoppelt ist.
Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt aufweist, der sich von einem zusätzlichen Ende des ersten Abschnitts erstreckt, die flexible Leiterplatte einen vierten Abschnitt aufweist, der sich von einem Ende des dritten Abschnitts erstreckt, der vierte Abschnitt der flexiblen Leiterplatte um eine zusätzliche Achse in Bezug auf den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte gefaltet ist, wobei sich die zusätzliche Achse parallel zur Achse erstreckt und ein Abschnitt der Massebahnen sich in den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt.
Antennenmodul nach Anspruch 5, ferner umfassend eine zusätzliche Antenne auf der flexiblen Leiterplatte und konfiguriert, um bei der Frequenz größer als 10 GHz zu strahlen, wobei die zusätzliche Antenne Folgendes umfasst: den Abschnitt der Massebahnen auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte; und ein erstes zusätzliches Patch-Element auf dem vierten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und den Abschnitt der Massebahnen auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte überlappend.
Antennenmodul nach Anspruch 6, wobei die Antenne ferner ein zweites zusätzliches Patch-Element auf dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte umfasst und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist, wobei die zusätzliche Antenne ferner ein drittes zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte umfasst und mit dem ersten zusätzlichen Patch-Element auf dem vierten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist.
Antennenmodul nach Anspruch 7, wobei das zweite zusätzliche Patch-Element und das dritte zusätzliche Patch-Element direkt gespeist werden.
Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt aufweist, der sich von einem Ende des zweiten Abschnitts erstreckt und der in Bezug auf den zweiten Abschnitt um eine zusätzliche Achse gefaltet ist, die zusätzliche Achse parallel zur Achse verläuft, die Antenne ein zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte umfasst und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist, und das Antennenmodul eine zusätzliche Klebstoffschicht umfasst, die den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an den dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte anhaftet.
Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei die flexible Leiterplatte eine Lasche aufweist, die sich von dem ersten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte und über den zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt, wobei die flexible Leiterplatte einen dritten Abschnitt aufweist, der sich von der Lasche und parallel zu dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte erstreckt, und die Antenne ein zusätzliches Patch-Element auf dem dritten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte umfasst und mit dem Patch-Element auf dem zweiten Abschnitt der flexiblen Leiterplatte ausgerichtet ist.