DE112017006228T5

DE112017006228T5 - Antennensysteme mit rekonfigurierbarer Fraquenz und Polarisation

Info

Publication number: DE112017006228T5
Application number: DE112017006228.4T
Authority: DE
Inventors: René Rodriguez
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-09-05
Also published as: JP2019537391A; WO2018111690A1; US20200099134A1; KR20190086774A; GB201908658D0; US10439288B2; US11424541B2; US10892555B2; US20210159600A1; GB2572280A; CN110178265A; US20180198212A1

Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren für rekonfigurierbare Antennensysteme vorgestellt. In bestimmten Konfigurationen umfasst ein Antennensystem ein Antennenelement, einen Abstimmleiter angrenzend an und beabstandet von dem Antennenelement und einen Schalter, der elektrisch zwischen dem Abstimmleiter und einer Referenzspannung, wie beispielsweise Masse, verbunden ist. Der Abstimmleiter kann zum Beaufschlagen des Antennenelements mit Last betrieben werden, und der Schalter verbindet den Abstimmleiter wahlweise mit der Referenzspannung, um das Antennenelement abstimmen zu können.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, insbesondere auf die Hochfrequenz-Elektronik (HF).
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Hochfrequenz-Kommunikationssystem (HF) kann einen Sender-Empfänger, ein Frontend und eine oder mehrere Antennen zum drahtlosen Senden und Empfangen von Signalen umfassen. Das Frontend kann rauscharme Verstärker zum Verstärken von Signalen, die über die Antenne(n) empfangen werden, und Leistungsverstärker zum Verstärken von Signalen für die Übertragung über die Antenne(n) umfassen.
Beispiele für HF-Kommunikationssysteme sind unter anderem Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen (einschließlich Makrozell-Basisstationen und Kleinzell-Basisstationen), Netzwerkzugangspunkte, Teilnehmernetzgeräte („customer premises equipment“, CPE), Laptops und tragbare Elektronik.
ÜBERBLICK
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Hochfrequenzmodul. Das Hochfrequenzmodul umfasst ein Modulsubstrat, ein Antennenelement auf dem Modulsubstrat, einen auf dem Modulsubstrat dem Antennenelement benachbart und von diesem beabstandet angeordneten Abstimmleiter sowie einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet. Der Abstimmleiter ist betreibbar, das Antennenelement mit Last zu beaufschlagen, und der Schalter ist betreibbar, den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist der Schalter in einem Zustand betreibbar, eine Bandbreite des Antennenelements einzustellen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Schalter in einem Zustand betreibbar, eine Polarisationsrichtung des Antennenelements zu steuern.
Bei einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner einen Halbleiterchip, der an dem Modulsubstrat angebracht ist und den Schalter umfasst.
Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner mindestens zwei Abstimmleiter, die entlang verschiedener Seiten des Antennenelements angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Abstimmleiter den Abstimmleiter aufweisen.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung, wobei das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der betreibbar ist, die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung zu verbinden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das Modulsubstrat ein Laminat und der Schalter ist in eine Innenschicht des Laminats integriert.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner zwei oder mehr Antennenelemente, die durch den Abstimmleiter beaufschlagt sind, wobei die zwei oder mehr Antennenelemente das Antennenelement aufweisen.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Schalter betreibbar, den Abstimmleiter mit der Massespannung in einem ersten Zustand zu steuern und den Abstimmleiter in einem zweiten Zustand elektrisch entkoppelt zu halten.
In mehreren Ausführungsformen ist das Antennenelement eine Patch-Antenne, eine Dipolantenne, ein Keramikresonator, eine gestanzte Metallantenne oder eine mit Laser direkt strukturierte Antenne.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Antennenelement mindestens eine Lamelle, die sich von einer Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Abstimmleiter mindestens eine Lamelle, die sich von der Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt.
In einigen Ausführungsformen ist das Antennenelement oberhalb einer Verkapselung ausgebildet.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Kommunikationsvorrichtung für ein drahtloses Netzwerk. Die Kommunikationsvorrichtung umfasst ein Antennenelement, einen Sender-Empfänger, der dazu eingerichtet ist, die dem Antennenelement zugeordnete drahtlose Kommunikation zu steuern, einen zu dem Antennenelement benachbarten und von diesem beanstandeten Abstimmleiter, und einen Schalter, der elektrisch zwischen dem Abstimmleiter und einer Massespannung verbunden ist. Der Abstimmleiter ist betreibbar, das Antennenelement zu beaufschlagen, und der Schalter ist betreibbar, den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Bandbreite des Antennenelements abzustimmen.
In mehreren Ausführungsformen ist der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Polarisationsrichtung des Antennenelements zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung, wobei das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der zum wahlweisen Verbinden der Massespeisung mit der Massespannung betreibbar ist.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Basisstation für ein Mobilfunknetz. Die Basisstation umfasst eine Leiterplatte, ein auf der Leiterplatte ausgebildetes Antennenelement, einen auf der Leiterplatte ausgebildeten Abstimmleiter, der benachbart zu dem Antennenelement und beabstandet zu diesem angeordnet ist, und einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet. Der Abstimmleiter ist betreibbar, das Antennenelement zu beaufschlagen den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Antennenelement eine Signal- und eine Massespeisung, und das Hochfrequenzmodul umfasst weiterhin einen Erdungsschalter, der so betrieben werden kann, dass er die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung verbindet.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Bandbreite des Antennenelements einzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenzmodul. Das Hochfrequenzmodul umfasst ein Modulsubstrat, ein erstes Antennenelement auf einer ersten Seite des Modulsubstrats, einen ersten dem ersten Antennenelement benachbarten und von diesem beabstandeten Abstimmleiter auf der ersten Seite des Modulsubstrats, den ersten Abstimmleiter, der zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements betreibbar ist, und einen ersten Schalter, der den ersten Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet. Der erste Schalter ist betreibbar, den ersten Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um das erste Antennenelement abzustimmen.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Bandbreite des ersten Antennenelements einzustellen.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Polarisationsrichtung des ersten Antennenelements zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner einen Halbleiterchip, der am Modulsubstrat angebracht ist. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist der Halbleiterchip in einer inneren Schicht des Modulsubstrats eingebettet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen befindet sich der Halbleiterchip auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Modulsubstrats. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip den ersten Schalter. Gemäß mehreren Ausführungsformen steuert der Halbleiterchip einen Zustand des ersten Schalters. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip eine Schnittstelle, die Schaltdaten empfängt, die den Zustand des ersten Schalters auswählen können.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner eine Vielzahl von Abstimmleitern, einschließlich des ersten Abstimmleiters und eines zweiten Abstimmleiters. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter entlang einer ersten Seite des ersten Antennenelements und der zweite Abstimmleiter entlang einer zweiten, von der ersten Seite verschiedenen Seite des ersten Antennenelements angeordnet, welche zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements dient. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der Abstimmleiter mindestens vier Abstimmleiter, die entlang von vier oder mehr verschiedenen Seiten des ersten Antennenelements angeordnet sind und zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements betrieben werden können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner benachbart dem ersten Antennenelement ein zweites Antennenelement auf der ersten Seite des Modulsubstrats, wobei der zweite Abstimmleiter zum Beaufschlagen des zweiten Antennenelements dient.
In mehreren Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung, wobei das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der so betrieben werden kann, dass er die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung verbindet.
In einer Reihe von Ausführungsformen ist das Modulsubstrat ein Laminat. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalter in eine Innenschicht des Laminats integriert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Modulsubstrat ein Durchgangsloch („via“), das zum Bereitstellen der Massespannung für den ersten Schalter dient.
Gemäß mehrerer Ausführungsformen ist das erste Antennenelement zum Empfangen von Funkwellen eingerichtet.
Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist das erste Antennenelement zum Senden von Funkwellen eingerichtet.
In einigen Ausführungsformen ist das erste Antennenelement eingerichtet, Funkwellen sowohl zu senden als auch zu empfangen.
In mehreren Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner ein zweites Antennenelement auf der ersten Seite des Modulsubstrats neben dem ersten Antennenelement. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter benachbart dem zweiten Antennenelement und beabstandet von diesem angeordnet und kann zum Lastbeaufschlagen des zweiten Antennenelements verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Schalter betreibbar, um den ersten Abstimmleiter in einem ersten Zustand zu erden und den ersten Abstimmleiter in einem zweiten Zustand elektrisch entkoppelt zu halten.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter ein Feldeffekttransistorschalter.
Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist das erste Antennenelement eine Patch-Antenne, eine Dipolantenne, ein Keramikresonator, eine gestanzte Metallantenne oder eine mit Laser direkt strukturierte Antenne.
In mehreren Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement mindestens eine Lamelle, die sich von einer Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der erste Abstimmleiter mindestens eine Lamelle, die sich von der Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt.
In einigen Ausführungsformen wird das erste Antennenelement oberhalb einer Verkapselung gebildet, die sich zwischen dem ersten Antennenelement und dem Modulsubstrat befindet.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst das Hochfrequenzmodul ferner eine Antennenanordnung auf der ersten Seite des Modulsubstrats und umfasst eine Vielzahl von Antennenelementen, einschließlich des ersten Antennenelements. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, eine Strahlformung zu ermöglichen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, eine Kommunikation mit mehreren Sendekanälen und mehreren Empfangskanälen („multiple-input multiple-output“, MIMO) bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb als Endgerät in einem Mobilfunknetz. Die Kommunikationsvorrichtung umfasst ein erstes Antennenelement, einen von dem ersten Antennenelement benachbart und von diesem beabstandet angeordneten ersten Abstimmleiter und einen ersten Schalter, der den ersten Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet. Der erste Abstimmleiter ist betreibbar, das erste Antennenelement zu beaufschlagen, und der erste Schalter ist betreibbar, den ersten Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um das erste Antennenelement abstimmen zu können.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalters in einem Zustand betreibbar, um eine Bandbreite des ersten Antennenelements einzustellen.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalters in einem Zustand betreibbar, um eine Polarisationsrichtung des ersten Antennenelements zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner einen Halbleiterchip. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip den ersten Schalter. Gemäß bestimmter Ausführungsformen steuert der Halbleiterchip einen Zustand des ersten Schalters. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip eine Schnittstelle, die Schaltdaten empfängt, die den Zustand des ersten Schalters auswählen können.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner eine Vielzahl von Abstimmleitern, einschließlich des ersten Abstimmleiters und eines zweiten Abstimmleiters. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter entlang einer ersten Seite des ersten Antennenelements und der zweite Abstimmleiter entlang einer zweiten, von der ersten verschiedenen Seite des ersten Antennenelements angeordnet, und dient zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements mit Last. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der Abstimmleiter mindestens vier Abstimmleiter, die entlang von vier oder mehr verschiedenen Seiten des ersten Antennenelements angeordnet sind und zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements mit Last betrieben werden können. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner ein zweites Antennenelement, wobei der zweite Abstimmleiter zum Beaufschlagen des zweiten Antennenelements mit Last dient.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung, wobei das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der so betrieben werden kann, dass er die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung verbindet.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner ein Frontend-System und einen Sende-Empfänger, die über das Frontend-System elektrisch mit dem ersten Antennenelement gekoppelt sind. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst das Frontend-System ferner einen Leistungsverstärker, der dazu eingerichtet ist, dem ersten Antennenelement ein Hochfrequenz-Sendesignal bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Frontend-System ferner einen rauscharmen Verstärker, der dazu eingerichtet ist, ein vom ersten Antennenelement empfangenes Hochfrequenzsignal zu verstärken.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner, angrenzend an das erste Antennenelement, ein zweites Antennenelement. In einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter dem zweiten Antennenelement benachbart und von diesem beabstandet angeordnet und kann zum Beaufschlagen des zweiten Antennenelements mit Last verwendet werden.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalter betreibbar, den ersten Abstimmleiter in einem ersten Zustand zu erden und den ersten Abstimmleiter in einem zweiten Zustand elektrisch entkoppelt zu halten.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Schalter ein Feldeffekttransistorschalter.
In einer Reihe von Ausführungsformen ist das erste Antennenelement eine Patch-Antenne, eine Dipolantenne, ein Keramikresonator, eine gestanzte Metallantenne oder eine mit Laser direkt strukturierte Antenne.
Gemäß mehrerer Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement mindestens eine Lamelle. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der erste Abstimmleiter mindestens eine Lamelle.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsvorrichtung ferner eine Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, die das erste Antennenelement umfasst. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, um eine Strahlformung zu ermöglichen. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, um eine Kommunikation mit mehreren Empfangskanälen und mehreren Sendekanälen („multiple-input multiple-output“, MIMO) bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Basisstation für ein drahtloses Netzwerk. Die Basisstation umfasst ein erstes Antennenelement, benachbart zu diesem und beabstandet von diesem einen ersten Abstimmleiter, der zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements betreibbar ist, und einen ersten Schalter, der den ersten Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet. Der erste Schalter ist betreibbar, den ersten Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um das erste Antennenelement abstimmen zu können.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Bandbreite des ersten Antennenelements einzustellen.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalter in einem Zustand betreibbar, um eine Polarisationsrichtung des ersten Antennenelements zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Basisstation weiterhin einen Halbleiterchip. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip den ersten Schalter. Gemäß bestimmter Ausführungsformen steuert der Halbleiterchip einen Zustand des ersten Schalters. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst der Halbleiterchip eine Schnittstelle, die Schaltdaten empfängt, die den Zustand des ersten Schalters auswählen können.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Basisstation ferner eine Vielzahl von Abstimmleitern, einschließlich des ersten Abstimmleiters und eines zweiten Abstimmleiters. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter entlang einer ersten Seite des ersten Antennenelements und der zweite Abstimmleiter entlang einer zweiten, von der ersten verschiedenen Seite des ersten Antennenelements angeordnet, und dient zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements mit Last. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der Abstimmleiter mindestens vier Abstimmleiter, die entlang von vier oder mehr verschiedenen Seiten des ersten Antennenelements angeordnet sind und zum Beaufschlagen des ersten Antennenelements mit Last betrieben werden können. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Basisstation ferner ein zweites Antennenelement, wobei der zweite Abstimmleiter zum Beaufschlagen des zweiten Antennenelements mit Last dient.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung, wobei das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der so betrieben werden kann, dass er die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung verbindet.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Basisstation ferner ein Frontend-System und einen Sende-Empfänger, die über das Frontend-System elektrisch mit dem ersten Antennenelement gekoppelt sind. Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst das Frontend-System ferner einen Leistungsverstärker, der eingerichtet ist, dem ersten Antennenelement ein Hochfrequenz-Sendesignal bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Frontend-System ferner einen rauscharmen Verstärker, der eingerichtet ist, ein vom ersten Antennenelement empfangenes Hochfrequenzsignal zu verstärken.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Basisstation weiterhin benachbart zu dem ersten Antennenelement ein zweites Antennenelement. In einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Abstimmleiter dem zweiten Antennenelement benachbart und von diesem beabstandet angeordnet und kann zum Beaufschlagen des zweiten Antennenelements mit Last verwendet werden.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Schalter betreibbar, um den ersten Abstimmleiter in einem ersten Zustand zu erden und den ersten Abstimmleiter in einem zweiten Zustand elektrisch entkoppelt zu halten.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Schalter ein Feldeffekttransistorschalter.
In einer Reihe von Ausführungsformen ist das erste Antennenelement eine Patch-Antenne, eine Dipolantenne, ein Keramikresonator, eine gestanzte Metallantenne oder eine mit Laser direkt strukturierte Antenne.
Gemäß mehreren Ausführungsformen umfasst das erste Antennenelement mindestens eine Lamelle. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der erste Abstimmleiter mindestens eine Lamelle.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Basisstation ferner eine Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, einschließlich des ersten Antennenelements. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, um eine Strahlformung zu ermöglichen. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist die Antennenanordnung betreibbar, um eine Kommunikation mit mehreren Empfangskanälen und mehreren Sendekanälen („multiple-input multiple-output“, MIMO) bereitzustellen.
Figurenliste

Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr im Wege nicht einschränkender Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes.
2A zeigt ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels eines Downlink-Kanals mit Multi-Input- und Multi-Output (MIMO)-Kommunikation.
2B ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation.
3 zeigt ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels eines Kommunikationssystems, welches mit Strahlformung arbeitet.
4A ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Sendestrahls.
4B zeigt ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Empfangsstrahls.
5A ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer abstimmbaren Antenne.
5B zeigt ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung.
5C ist ein schematisches Blockschaubild einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung.
5D zeigt ein schematisches Blockschaubild einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung.
5E ist ein schematisches Blockschaubild einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung.
6A ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne gemäß einer Ausführungsform.
6B ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne gemäß einer anderen Ausführungsform.
6C zeigt ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne gemäß einer weiteren Ausführungsform.
6D ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform.
6E zeigt ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antennenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform.
7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines HF-Moduls gemäß einer Ausführungsform.
7B ist ein Querschnitt durch das HF-Modul aus der 7A entlang der Linie 7B-7B.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
8B zeigt einen Querschnitt durch das HF-Modul aus der 8A entlang der Linie 8B-8B.
9 ist ein Querschnitt eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die 10A-10C zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer Ausführungsform.
Die 11A-11C zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die 12A-12E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die 13A-13D zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die 14A-14D zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
Die 15A-15E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die 16A-16E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
17A ist eine Draufsicht auf ein HF-Modul gemäß einer anderen Ausführungsform.
17B ist eine perspektivische Ansicht einer abstimmbaren Patch-Antenne gemäß einer anderen Ausführungsform.
18A zeigt eine Draufsicht auf ein HF-Modul gemäß einer anderen Ausführungsform.
18B ist eine perspektivische Ansicht einer abstimmbaren Patch-Antenne gemäß einer anderen Ausführungsform.
19 ist ein Diagramm der gemessenen gegenüber der simulierten Doppelresonanz-Rückflussdämpfung für eine Ausführungsform eines HF-Moduls.
20 zeigt ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung.
21 ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer Makrozellen-Basisstation.
22 ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer Kleinzellen-Basisstation.
23A zeigt eine Draufsicht auf eine Basisstationsplatine gemäß einer Ausführungsform.
23B ist ein Querschnitt durch die Basisstationsplatine aus der 23A entlang der Linie 23B-23B.
24A ist eine Draufsicht einer Anordnung von Modulen für eine Basisstation gemäß einer Ausführungsform.
24B ist ein Querschnitt durch ein Modul aus der 24A entlang der Linie 24B-24B.
25A zeigt eine Draufsicht auf eine Basisstationsplatine gemäß einer anderen Ausführungsform.
25B ist ein Querschnitt durch die Basisstationsplatine aus der 25A entlang der Linie 25B-25B.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESTIMMER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hierin beschriebenen Neurungen können jedoch auf vielfältige Weise verkörpert werden, etwa in der Art, wie sie anhand der Ansprüche definiert und abgedeckt werden. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungsfiguren verwiesen, in denen gleiche Bezugsziffern identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es versteht sich, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente umfassen können, als in einer Zeichnungsfigur und/oder einer Teilmenge der in einer Zeichnungsfigur gezeigten Elemente dargestellt sind. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungsfiguren enthalten.
Die Internationale Fernmeldeunion („International Telecommunication Union“, ITU) ist eine Sonderorganisation der Vereinten Nationen (UN), die für globale Fragen der Informations- und Kommunikationstechnologien, einschließlich der gemeinsamen globalen Nutzung des Frequenzspektrums, zuständig ist.
Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Zusammenarbeit zwischen Gruppen von Telekommunikations-Standardstellen auf der ganzen Welt, wie der Association of Radio Industries and Businesses (ARIB), dem Telecommunications Technology Committee (TTC), der China Communications Standards Association (CCSA), der Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS), der Telecommunications Technology Association (TTA), dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) und der Telecommunications Standards Development Society, India (TSDSI).
Im Rahmen der ITU entwickelt und pflegt 3GPP technische Spezifikationen für eine Vielzahl von Mobilfunktechnologien, darunter beispielsweise die Technologie der zweiten Generation (2G) (z.B. Global System for Mobile Communications (GSM) und Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE)), die Technologie der dritten Generation (3G) (z.B. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) und High Speed Packet Access (HSPA)) sowie die Technologie der vierten Generation (4G) (z.B. Long Term Evolution (LTE) und LTE-Advanced).
Die von 3GPP kontrollierten technischen Spezifikationen können durch Spezifikationsversionen erweitert und überarbeitet werden, die sich über mehrere Jahre erstrecken und eine Vielzahl neuer Funktionen und Entwicklungen spezifizieren können.
In einem Beispiel führte 3GPP in Release 10 die Trägeraggregation (CA) für LTE ein. Obwohl ursprünglich mit zwei Downlink-Carriern eingeführt, erweiterte 3GPP in Release 14 die Carrier-Aggregation auf bis zu fünf Downlink-Carrier und bis zu drei Uplink-Carrier. Weitere Beispiele für neue Funktionen und Entwicklungen, die durch 3GPP-Releases bereitgestellt werden, sind unter anderem License Assisted Access (LAA), Enhanced LAA (eLAA), Narrowband Internet-of-Things (NB-IOT), Vehicle-to-Everything (V2X) und High Power User Equipment (HPUE).
3GPP plant die Einführung der Phase 1 der 5G-Technologie der fünften Generation in Release 15 (angestrebt für 2018) und der Phase 2 der 5G-Technologie in Release 16 (angestrebt für 2019). Es wird erwartet, dass Release 15 die 5G-Kommunikation mit weniger als 6 GHz behandelt, während Release 16 die Kommunikation mit 6 GHz und höher behandelt. Spätere 3GPP-Releases werden die 5G-Technologie weiter entwickeln und erweitern. Die 5G-Technologie wird hierin auch als 5G New Radio (NR) bezeichnet.
Vorläufige Spezifikationen für 5G NR unterstützen eine Vielzahl von Merkmalen, wie z.B. Kommunikation über Millimeterwellenspektrum, Strahlbildungsfähigkeit, Wellenformen mit hoher spektraler Effizienz, Kommunikation mit niedriger Latenzzeit, multiple Funknumerologie und/oder nicht-orthogonaler Mehrfachzugriff (NOMA). Obwohl solche HF-Funktionalitäten den Netzwerken Flexibilität bieten und die Benutzerdatenraten erhöhen, kann die Unterstützung solcher Funktionen eine Reihe von technischen Herausforderungen mit sich bringen.
Die hier enthaltenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Kommunikationssystemen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kommunikationssysteme, die fortschrittliche Mobilfunktechnologien wie LTE-Advanced, LTE-Advanced Pro und/oder 5G NR verwenden.
1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes 10. Das Kommunikationsnetzwerk 10 umfasst eine Makrozellen-Basisstation 1, eine Kleinzellen-Basisstation 3 und verschiedene Beispiele für Nutzerendgeräte („user equipment“, UE), einschließlich einer ersten mobilen Vorrichtung 2a, eines drahtlos verbundenen Autos 2b, eines Laptops 2c, einer stationären drahtlosen Vorrichtung 2d, eines drahtlos verbundenen Zuges 2e und einer zweiten mobilen Vorrichtung 2f.
Obwohl in 1 konkrete Beispiele für Basisstationen und Benutzerausrüstung dargestellt sind, kann ein Kommunikationsnetzwerk Basisstationen und Benutzerausrüstung einer Vielzahl von Typen und/oder Nummern umfassen.
In dem dargestellten Beispiel umfasst das Kommunikationsnetzwerk 10 beispielsweise die Makrozellen-Basisstation 1 und die Kleinzellen-Basisstation 3. Die Kleinzellenbasisstation 3 kann mit relativ geringerer Leistung, geringerer Reichweite und/oder mit weniger gleichzeitigen Benutzern im Vergleich zur Makrozellenbasisstation 1 betrieben werden. Die Kleinzellen-Basisstation 3 kann auch als Femtozelle, Pikozelle oder Mikrozelle bezeichnet werden. Obwohl das Kommunikationsnetzwerk 10 als zwei Basisstationen dargestellt ist, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so implementiert werden, dass es mehr oder weniger Basisstationen und/oder Basisstationen anderer Typen umfasst.
Obwohl verschiedene Beispiele für Nutzerendgeräte gezeigt werden, sind die hierin enthaltenen Lehren auf eine Vielzahl von Benutzerausrüstungen anwendbar, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Mobiltelefone, Tablets, Laptops, IoT-Geräte, tragbare Elektronik, Teilnehmernetzgeräte (CPE), drahtlos verbundene Fahrzeuge, drahtlose Relais und/oder eine Vielzahl anderer Kommunikationsgeräte.
Das in 1 dargestellte Kommunikationsnetzwerk 10 unterstützt die Kommunikation mit einer Vielzahl von Technologien, darunter beispielsweise 4G LTE, 5G NR und Wireless Local Area Network (WLAN), wie beispielsweise Wi-Fi. Obwohl verschiedene Beispiele für Kommunikationstechnologien angegeben wurden, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so angepasst werden, dass es eine Vielzahl von Kommunikationstechnologien unterstützt.
In 1 sind verschiedene Kommunikationsverbindungen des Kommunikationsnetzes 10 dargestellt. Die Kommunikationsverbindungen können auf vielfältige Weise dupliziert werden, z.B. durch Frequenzmultiplexing (FDD) und/oder Zeitduplexing (TDD). FDD ist eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die verschiedene Frequenzen zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet. FDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten. Im Gegensatz dazu ist TDD eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die etwa die gleiche Frequenz zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet und bei der Sende- und Empfangskommunikation zeitlich geschaltet werden. TDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. die effiziente Nutzung des Spektrums und die variable Aufteilung des Durchsatzes zwischen Sende- und Empfangsrichtung.
In bestimmten Implementierungen können Benutzergeräte mit einer Basisstation über eine oder mehrere der Technologien 4G LTE, 5G NR und Wi-Fi kommunizieren. In bestimmten Implementierungen wird Enhanced License Assisted Access (eLAA) verwendet, um einen oder mehrere lizenzierte Frequenzträger (z.B. lizenzierte 4G LTE- und/oder 5G NR-Frequenzen) mit einem oder mehreren nicht lizenzierten Trägern (z.B. nicht lizenzierte Wi-Fi-Frequenzen) zusammenzufassen.
Die Kommunikationsverbindungen können über eine Vielzahl von Frequenzen betrieben werden. In bestimmten Implementierungen wird die Kommunikation mit der 5G NR-Technologie über ein oder mehrere Frequenzbänder unterstützt, die kleiner als 6 Gigahertz (GHz) und/oder über ein oder mehrere Frequenzbänder, die größer als 6 GHz sind. In einer Ausführungsform unterstützen eine oder mehrere der mobilen Vorrichtungen eine HPUE-Leistungsklassenangabe.
In bestimmten Implementierungen kommunizieren eine Basisstation und/oder ein Benutzergerät mittels Strahlformung. So kann beispielsweise die Strahlformung verwendet werden, um die Signalstärke zu fokussieren, um Wegverluste zu überwinden, wie beispielsweise hohe Verluste bei der Kommunikation über hohe Signalfrequenzen. In bestimmten Ausführungsformen kommunizieren Benutzergeräte, wie beispielsweise ein oder mehrere Mobiltelefone, mittels Strahlformung auf Millimeterwellenfrequenzbändern im Bereich von 30 GHz bis 300 GHz und/oder oberen Zentimeterwellenfrequenzen im Bereich von 6 GHz bis 30 GHz, insbesondere 24 GHz bis 30 GHz.
Verschiedene Benutzer des Kommunikationsnetzes 10 können verfügbare Netzwerkressourcen, wie beispielsweise das verfügbare Frequenzspektrum, auf vielfältige Weise gemeinsam nutzen.
In einem Beispiel wird der Frequency Division Multiple Access (FDMA) verwendet, um ein Frequenzband in mehrere Frequenzträger aufzuteilen. Zusätzlich werden einem bestimmten Benutzer ein oder mehrere Träger zugeordnet. Beispiele für FDMA sind unter anderem Single Carrier FDMA (SC-FDMA) und Orthogonal FDMA (OFDMA). OFDM ist eine Mehrträgertechnologie, die die verfügbare Bandbreite in mehrere gegenseitig orthogonale Schmalbandunterträger unterteilt, die verschiedenen Benutzern separat zugeordnet werden können.
Weitere Beispiele für den gemeinsamen Zugriff sind unter anderem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA), in dem einem Benutzer bestimmte Zeitschlitze für die Nutzung einer Frequenzressource zugewiesen werden, Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA), in dem eine Frequenzressource von verschiedenen Benutzern gemeinsam genutzt wird, indem jedem Benutzer ein eindeutiger Code zugewiesen wird, Space-Divisional Multiple Access (SDMA), in dem Strahlformung eingesetzt wird, um einen gemeinsamen Zugriff durch räumliche Trennung bereitzustellen, und nicht-orthogonaler Mehrfachzugriff (NOMA), in dem die Leistungsdomäne für Mehrfachzugriff verwendet wird. So kann beispielsweise NOMA verwendet werden, um mehrere Benutzer mit derselben Frequenz, Zeit und/oder demselben Code, aber mit unterschiedlichen Leistungsstufen zu bedienen.
Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bezeichnet eine Technologie zur Steigerung der Systemkapazität von LTE-Netzen. So kann sich eMBB beispielsweise auf Kommunikationen mit einer maximalen Datenrate von mindestens 10Gbps und einem Minimum von 100Mbps für jeden Benutzer beziehen. Hochzuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz („ultra-reliableuRLLC) bezieht sich auf Technologien für die Kommunikation mit sehr niedriger Latenzzeit, z.B. weniger als 2 Millisekunden. uRLLC kann für geschäftskritische Kommunikation, wie z.B. für autonome Fahrten und/oder Fernchirurgieanwendungen, verwendet werden. Massive maschinenartige Kommunikation (mMTC) bezieht sich auf kostengünstige und kostengünstige Kommunikation mit niedriger Datenrate, die mit drahtlosen Verbindungen zu Alltagsgegenständen verbunden ist, wie sie beispielsweise mit Internet of Things (IoT) Anwendungen verbunden sind.
Das Kommunikationsnetzwerk 10 aus der 1 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von erweiterten Kommunikationsfunktionen zu unterstützen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eMBB, uRLLC und/oder mMTC.
2A ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels eines Downlink-Kanals mit Multi-Input- und Multi-Output (MIMO)-Kommunikation. 2B ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation.
MIMO-Kommunikation verwendet mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über ein gemeinsames Frequenzspektrum gleichzeitig zu übertragen. In bestimmten Implementierungen arbeiten die Datenströme mit unterschiedlichen Referenzsignalen, um den Datenempfang am Empfänger zu verbessern. Die MIMO-Kommunikation profitiert von einem höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR), einer verbesserten Kodierung und/oder einer reduzierten Signalinterferenz aufgrund von räumlichen Multiplexingunterschieden der Funkumgebung.
MIMO-Bestellung bezieht sich auf eine Reihe von separaten Datenströmen, die gesendet oder empfangen werden. So kann beispielsweise die MIMO-Reihenfolge für die Downlink-Kommunikation durch eine Anzahl von Sendeantennen einer Basisstation und eine Anzahl von Empfangsantennen für UE beschrieben werden, wie beispielsweise eine mobile Vorrichtung. So bezieht sich beispielsweise zwei-mal-zwei (2x2) DL MIMO auf die MIMO-Downlink-Kommunikation mit zwei Basisstationsantennen und zwei UE-Antennen. Zusätzlich bezieht sich vier-mal-vier (4x4) DL MIMO auf MIMO Downlink-Kommunikation mit vier Basisstationsantennen und vier UE-Antennen.
In dem in 2A gezeigten Beispiel werden Downlink-MIMO-Kommunikationen bereitgestellt, indem mit M-Antennen 43a, 43b, 43c, 43m der Basisstation 41 gesendet und mit N-Antennen 44a, 44b, 44c, 44n der mobilen Vorrichtung 42 empfangen wird. Dementsprechend veranschaulicht 2A ein Beispiel für M × N DL MIMO.
Ebenso kann die MIMO-Reihenfolge für die Uplink-Kommunikation durch eine Reihe von Sendeantennen der UE, wie beispielsweise eine mobile Vorrichtung, und eine Reihe von Empfangsantennen einer Basisstation beschrieben werden. Beispielsweise bezieht sich 2x2 UL MIMO auf die MIMO-Uplink-Kommunikation mit zwei UE-Antennen und zwei Basisstationsantennen. Zusätzlich bezieht sich 4x4 UL MIMO auf MIMO Uplink-Kommunikation mit vier UE-Antennen und vier Basisstationsantennen.
In dem in 2B gezeigten Beispiel werden Uplink-MIMO-Kommunikationen bereitgestellt, indem mit N-Antennen 44a, 44b, 44c, ... 44n der mobilen Vorrichtung 42 gesendet und mit M-Antennen 43a, 43b, 43c, ... 43m der Basisstation 41 empfangen wird. Dementsprechend veranschaulicht 2B ein Beispiel für N × M UL MIMO.
Durch Erhöhen des Pegels oder der Reihenfolge von MIMO kann die Bandbreite eines Uplinkkanals und/oder eines Downlinkkanals erhöht werden.
MIMO-Kommunikation ist auf Kommunikationsverbindungen verschiedener Art anwendbar, wie z.B. FDD-Kommunikationsverbindungen und TDD-Kommunikationsverbindungen.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Kommunikationssystems 110, das mit Strahlformung arbeitet. Das Kommunikationssystem 110 umfasst einen Sender-Empfänger 105, Signalaufbereitungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn und eine Antennenanordnung 102, die Antennenelemente 103a1, 103a2... 103an, 103b1, 103b2... 103bn, 103m1, 103m2... 103mn umfasst.
Kommunikationssysteme, die über Millimeterwellenträger (z.B. 30 GHz bis 300 GHz), Zentimeterwellenträger (z.B. 3 GHz bis 30 GHz) und/oder andere Frequenzträger kommunizieren, können eine Antennenanordnung verwenden, um Strahlformung und Richtwirkung für das Senden und/oder Empfangen von Signalen bereitzustellen.
So umfasst beispielsweise das Kommunikationssystem 110 in der konkret veranschaulichten Ausführungsform eine Anordnung 102 von m × n Antennenelementen, die jeweils von einer separaten Signalaufbereitungsschaltung gesteuert werden. Wie aus den Ellipsen ersichtlich, kann das Kommunikationssystem 110 mit einer beliebigen Anzahl von Antennenelementen und Signalaufbereitungsschaltungen realisiert werden.
In Bezug auf die Signalübertragung können die Signalaufbereitungsschaltungen Sendesignale an die Antennenanordnung 102 liefern, so dass von den Antennenelementen abgestrahlte Signale unter Verwendung konstruktiver und destruktiver Interferenzen kombiniert werden, um ein Gesamtsendesignal zu erzeugen, das bei Ausbreitung in einer bestimmten, von der Antennenanordnung 102 weg weisenden Richtung strahlartige Qualitäten mit mehr Signalstärke aufweist.
Im Rahmen des Signalempfangs verarbeiten die Signalaufbereitungsschaltungen die empfangenen Signale (z.B. durch separates Steuern der empfangenen Signalphasen) derart, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal aus einer bestimmten Richtung zu der Antennenanordnung 102 gelangt. Dementsprechend bietet das Kommunikationssystem 110 auch für den Empfang von Signalen v.
Die relative Konzentration der Signalenergie in einem Sende- oder Empfangsstrahl kann durch Vergrößerung der Anordnung erhöht werden. Wenn beispielsweise mehr Signalenergie in einen Sendestrahl fokussiert wird, kann sich das Signal über eine größere Reichweite ausbreiten und gleichzeitig einen ausreichenden Signalpegel für die HF-Kommunikation bereitstellen. So kann beispielsweise ein Signal mit einem großen Anteil der in den Sendestrahl fokussierten Signalenergie eine hohe effektive isotrope Strahlungsleistung (EIRP) aufweisen.
In der gezeigten Ausführungsform stellt der Sender-Empfänger 105 Sendesignale für die Signalaufbereitungsschaltungen bereit und verarbeitet Signale, die von den Signalaufbereitungsschaltungen empfangen werden. Wie in 3 dargestellt, erzeugt der Sender-Empfänger 105 Steuersignale für die Signalaufbereitungsschaltungen. Die Steuersignale können für eine Vielzahl von Funktionen verwendet werden, wie z.B. das Steuern der Phase von gesendeten oder empfangenen Signalen zur Steuerung der Strahlformung.
4A zeigt ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Sendestrahls. 4A veranschaulicht einen Abschnitt eines Kommunikationssystems, das eine erste Signalaufbereitungsschaltung 114a, eine zweite Signalaufbereitungsschaltung 114b, ein erstes Antennenelement 113a und ein zweites Antennenelement 113b umfasst.
Obwohl mit zwei Antennenelemente und zwei Signalaufbereitungsschaltungen dargestellt, kann ein Kommunikationssystem zusätzliche Antennenelemente und/oder Signalaufbereitungsschaltungen umfassen. So veranschaulicht beispielsweise 4A eine Ausführungsform eines Teils des Kommunikationssystems 110 aus 3.
Die erste Signalaufbereitungsschaltung 114a umfasst einen ersten Phasenschieber 130a, einen ersten Leistungsverstärker 131a, einen ersten rauscharmen Verstärker („low-noise amplifier“, LNA) 132a und Schalter zum Steuern der Auswahl des Leistungsverstärkers 131a oder LNA 132a. Zusätzlich umfasst die zweite Signalaufbereitungsschaltung 114b einen zweiten Phasenschieber 130b, einen zweiten Leistungsverstärker 131b, einen zweiten LNA 132b und Schalter zum Steuern der Auswahl des Leistungsverstärkers 131b oder LNA 132b.
Obwohl eine Ausführungsform von Signalaufbereitungsschaltungen dargestellt ist, sind andere Implementierungen von Signalaufbereitungsschaltungen möglich. In einem Beispiel umfasst eine Signalaufbereitungsschaltung beispielsweise einen oder mehrere Bandfilter, Duplexer und/oder andere Komponenten.
In der dargestellten Ausführungsform sind das erste Antennenelement 113a und das zweite Antennenelement 113b durch einen Abstand d getrennt. Zusätzlich wurde 4A mit einem Winkel Θ versehen, der in diesem Beispiel einen Wert von etwa 90° aufweist, wenn die Sendestrahlrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene der Antennenanordnung ist, und einen Wert von etwa 0°, wenn die Sendestrahlrichtung im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Antennenanordnung ist.
Durch Steuern der relativen Phase der Sendesignale, die den Antennenelementen 113a, 113b zur Verfügung gestellt werden, kann ein gewünschter Sendestrahlwinkel Θ erreicht werden. Wenn beispielsweise der erste Phasenschieber 130a einen Referenzwert von 0° aufweist, kann der zweite Phasenschieber 130b so gesteuert werden, dass er eine Phasenverschiebung mit einem Winkel von etwa -2πf(d/ν) cosΘ liefert, wobei f die Grundfrequenz des Sendesignals, d der Abstand zwischen den Antennenelementen, v die Geschwindigkeit der ausgestrahlten Welle ist und π die mathematische Konstante pi ist.
In bestimmten Implementierungen wird der Abstand d so eingerichtet, dass er bei ½λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der grundlegenden Komponente des Sendesignals ist. In solchen Implementierungen kann der zweite Phasenschieber 130b so gesteuert werden, dass er eine Phasenverschiebung mit einem Winkel von etwa -πcosΘ liefert, um einen Sendestrahlwinkel Θ zu erreichen.
Dementsprechend kann die relative Phase der Phasenschieber 130a, 130b gesteuert werden, eine Sendestrahlformung zu ermöglichen. In bestimmten Implementierungen steuert ein Sender-Empfänger (z.B. der Sender-Empfänger 105 aus der 3) Phasenwerte eines oder mehrerer Phasenschieber zur Steuerung der Strahlformung.
4B ist ein schematisches Blockschaubild eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Empfangsstrahls. 4B ist der 4A ähnlich, mit der Ausnahme, dass 4B die Strahlformung im Zusammenhang mit einem Empfangsstrahl und nicht mit einem Sendestrahl zeigt.
Wie in 4B dargestellt, kann eine relative Phasendifferenz zwischen dem ersten Phasenschieber 130a und dem zweiten Phasenschieber 130b bis etwa zu einem -2πf(d/ν) cosΘ entsprechenden Winkel gewählt werden, um einen gewünschten Empfangsstrahlwinkel Θ zu erreichen. In Implementierungen, in denen der Abstand d etwa ½λ entspricht, kann die Phasendifferenz etwa gleich einem Winkel von -πcosΘ gewählt werden, um einen Empfangsstrahlwinkel Θ zu erreichen.
Obwohl verschiedene Gleichungen für Phasenwerte zur Strahlformung bereitgestellt wurden, sind andere Phasenauswahlwerte möglich, wie beispielsweise Phasenwerte, die basierend auf der Implementierung einer Antennenanordnung, der Implementierung von Signalaufbereitungsschaltungen und/oder einer Funkumgebung ausgewählt wurden.
Darüber hinaus ist es in bestimmten Anwendungen wünschenswert, dass ein Antennensystem eine abstimmbare Bandbreite aufweist und somit die Steuerung der Sende- und/oder Empfangsfrequenzen ermöglicht.
Die Kommunikationsnetze und -systeme der 1-4B veranschaulichen beispielhaft Hochfrequenzelektronik, die ein rekonfigurierbares Antennensystem umfassen kann, das gemäß den hierin enthaltenen Lehren implementiert wurde. Die hierin enthaltenen Lehren können jedoch auch bei anderen Konfigurationen der Hochfrequenzelektronik angewandt werden.
Beispiele für Antennensysteme mit rekonfigurierbarer Frequenz und Polarisation
Es werden hier Vorrichtungen und Verfahren für rekonfigurierbare Antennensysteme zur Verfügung gestellt. In bestimmten Konfigurationen umfasst ein Antennensystem ein Antennenelement, einen Abstimmleiter, der benachbart zu dem Antennenelement und beabstandet von diesem angeordnet ist und einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Referenzspannung (z.B. eine Massespannung) elektrisch verbindet. Der Abstimmleiter ist betreibbar, das Antennenelement zu beaufschlagen, und der Schalter verbindet wahlweise den Abstimmleiter mit der Referenzspannung, um eine Abstimmung auf das Antennenelement zu ermöglichen.
Durch diese Art der Implementierung des Antennensystems können die Antenneneigenschaften des Antennenelements gesteuert werden. Wenn beispielsweise der Abstimmleiter mit der Referenzspannung verbunden ist, stellt der Abstimmleiter eine Sekundärresonanz zur Verfügung, die den Betrieb des Antennenelements in Bezug auf das Trennen des Abstimmleiters von der Referenzspannung (z.B. elektrisch potenzialfrei) verändert. Somit kann die Auswahl eines Schaltzustandes (Auswahl eines niederohmigen oder eines hochohmigen Zustandes) eine Bandbreite und/oder eine Polarisationsrichtung des Antennenelements steuern und so die Konfigurierbarkeit von Frequenz und/oder Polarisation gewährleisten.
In bestimmten Implementierungen umfasst das Antennenelement eine Signaleinspeisung zum Empfangen eines Signals und eine Referenzspeisung (z.B. eine Massespeisung), die selektiv über einen Einspeiseschalter (z.B. einen Masseschalter) mit der Masse oder einer anderen geeigneten Referenzspannung verbunden ist. Inklusive des Einspeiseschalters steht ein weiterer Mechanismus oder Knopf zur Verfügung, um die Antenneneigenschaften einzustellen. So kann beispielsweise der Zustand des Einspeiseschalters verwendet werden, um die Betriebseigenschaften des Antennenelements zu verändern, indem entweder die Referenzspeisung mit der Referenzspannung verbunden oder die Referenzspeisung von der Referenzspannung getrennt wird (z.B. durch elektrisches Trennen oder Entkoppeln der Referenzspeisung).
Bei bestimmten Implementierungen sind mehrere Schalter und mehrere Abstimmleiter vorgesehen. In einem Beispiel wird ein Antennenelement von zwei oder mehreren Abstimmleitern abgestimmt. In einem zweiten Beispiel sind separate Abstimmleiter für zwei oder mehr Antennenelemente vorgesehen. In einem dritten Beispiel wird ein gemeinsamer Abstimmleiter verwendet, um zwei oder mehr Antennenelemente abzustimmen.
Der Schaltzustand der Antennenanlage kann im Laufe der Zeit geändert werden, wodurch das Antennensystem neu konfiguriert wird, um die gewünschten Leistungsmerkmale zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichen. So kann beispielsweise der Zustand des Schalters gesteuert werden, um ein optimales oder nahezu optimales Abstrahlverhalten für eine bestimmte Betriebsumgebung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu gewährleisten. Somit kann eine nahtlose Verbindung zwischen einer mobilen Kommunikationsvorrichtung und einer Basisstation bereitgestellt werden, wenn sich die mobile Kommunikationsvorrichtung relativ zur Basisstation bewegt und/oder sich eine Signalisierungsumgebung ändert. In einem Beispiel wird der Zustand der Schalter gesteuert, um die zirkuläre Polarisation einer mobilen Kommunikationsvorrichtung während der Bewegung aufrechtzuerhalten.
In bestimmten Implementierungen wird der Zustand der Schalter basierend auf Rückmeldeparametern einer Kommunikationsverbindung gesteuert. Somit kann der Schaltzustand über einen Regelkreis, über ein geschlossenes oder halbgeschlossenes System, gesteuert werden, um entsprechende Antenneneigenschaften zu erreichen.
In einem Beispiel kann das Antennensystem mit einer mobilen Kommunikationsvorrichtung ausgestattet werden, die mit einer Basisstation kommuniziert. Zusätzlich kann eine Empfangsstärke-Signalanzeige (RSSI), eine Fehlerratenanzeige und/oder ein anderes Signal von der Basisstation verwendet werden, um die Auswahl des Schaltzustands der mobilen Kommunikationsvorrichtung zu steuern. In einem weiteren Beispiel ist das Antennensystem in einer Basisstation (z.B. einer Makrozellenbasisstation oder einer Kleinzellenbasisstation) enthalten, die mit einer mobilen Kommunikationsvorrichtung kommuniziert. Zusätzlich kann ein RSSI, eine Fehlerratenanzeige und/oder ein anderes Signal der mobilen Kommunikationsvorrichtung verwendet werden, um die Auswahl des Schaltzustands der Basisstation zu steuern.
Die hierin enthaltenen Antennensysteme eignen sich zum Senden und/oder Empfangen von Signalen eines breiten Frequenzbereichs, z.B. von Frequenzen im Bereich von etwa 500 MHz bis 300 GHz, insbesondere 20 GHz bis 100 GHz.
In bestimmten Ausführungsformen hat ein Abstimmleiter eine Länge von weniger als etwa 1 mm, eine Breite von weniger als etwa 0,3 mm und einen Abstand von weniger als etwa 100 µm zu einem Antennenelement. Es sind jedoch auch andere Abstimmleiterabmessungen und -abstände möglich. In verschiedenen Ausführungsformen weist ein Antennenelement eine Breite von weniger als etwa 1,5 mm und eine Länge von weniger als etwa 1,5 mm auf. Es sind jedoch auch andere Antennenabmessungen möglich.
5A zeigt ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer abstimmbaren Antenne 160. Die abstimmbare Antenne 160 umfasst ein Antennenelement 151, einen Abstimmleiter 156 und einen Schalter 157. Die abstimmbare Antenne 160 veranschaulicht ein Beispiel für ein Antennensystem mit Abstimmung.
Der Abstimmleiter 156 ist dem Antennenelement 151 benachbart und von diesem beabstandet angeordnet. Zusätzlich arbeitet der Abstimmleiter 156, um das Antennenelement 151 mit Last zu beaufschlagen, wodurch eine oder mehrere Eigenschaften des Antennenelements 151 beeinflusst werden. Obwohl der Abstimmleiter 156 als rechteckiges Band aus Metall dargestellt ist, kann der Abstimmleiter 156 eine andere Formgebung aufweisen.
Wie in 5A dargestellt, ist der Schalter 157 zwischen dem Abstimmleiter 156 und einer Referenzspannung (z.B. einer Massespannung) elektrisch verbunden. Zusätzlich dient der Schalter 157 dazu, den Abstimmleiter 156 wahlweise mit der Referenzspannung zu verbinden, um das Antennenelement 151 abzustimmen.
Durch diese Art der Implementierung der abstimmbaren Antenne 160 können die Antenneneigenschaften des Antennenelements 151 gesteuert werden. Ist beispielsweise der Abstimmleiter 156 mit der Referenzspannung verbunden, so stellt der Abstimmleiter 156 eine Sekundärresonanz zur Verfügung, die den Betrieb des Antennenelements 151 in Bezug auf das Trennen des Abstimmleiters 156 von der Referenzspannung (z.B. elektrisch potentialfrei) verändert.
5B ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung 170. Die abstimmbare Antennenanordnung 170 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein Antennensystem mit Abstimmung. Die Ausführungsform aus der 5B ist der Ausführungsform aus 5A ähnlich, mit der Ausnahme, dass die abstimmbare Antennenanordnung 170 aus der 5B mehrere Antennenelemente 151a-151d umfasst.
Obwohl ein Beispiel mit vier Antennenelementen dargestellt ist, sind die hierin enthaltenen Lehren auf eine Vielzahl von Antennensystemen anwendbar, einschließlich Konfigurationen mit mehr oder weniger Antennenelementen.
Die Antennenelemente 151a-151d können den auf vielfältige Weise implementierten Antennenelementen entsprechen. Beispiele für Antennenelemente sind beispielsweise Patch-Antennen, Dipolantennen, Keramikresonatoren, gestanzte Metallantennen und/oder Laser-Direktstrukturierungsantennen.
Der Abstimmleiter 156 dient zum Beaufschlagen der Antennenelemente 151a-151d. Somit kann der Zustand des Schalters 157 gesteuert werden, um die Bandbreite der Antennenelemente 151a-151d einzustellen.
Obwohl 5B ein Beispiel veranschaulicht, in dem ein gemeinsamer Abstimmleiter zum Abstimmen von zwei oder mehr Antennenelementen verwendet wird, gelten die hierin enthaltenen Lehren auch für Implementierungen, in denen mehrere schaltergesteuerte Abstimmleiter zum Abstimmen eines oder mehrerer Antennenelemente vorgesehen sind. In einem Beispiel wird ein Antennenelement von zwei oder mehreren Abstimmleitern abgestimmt. In einem zweiten Beispiel sind separate Abstimmleiter für zwei oder mehr Antennenelemente vorgesehen.
5C ist ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung 171 mit Abstimmung. Die abstimmbare Antennenanordnung 171 umfasst in dieser Ausführungsform die Antennenelemente 151a-151i, die in einer drei-mal-drei (3x3) Anordnung angeordnet sind. Die abstimmbare Antennenanordnung 171 umfasst weiterhin Abstimmleiter 156a-156i und Schalter 157a-157i.
Wie in 5C dargestellt, wird jedes Antennenelement 151a-151i von einem schaltergesteuerten Abstimmleiter abgestimmt. So werden beispielsweise die Antennenelemente 151a-151i durch die Abstimmleiter 156a-156i beaufschlagt. Darüber hinaus steuern die Schalter 157a-157i einzeln den Anschluss der Abstimmleiter 156a-156i an eine Referenzspannung (z.B. Masse).
Die abstimmbare Antennenanordnung 171 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Antennensystem mit Abstimmung. Obwohl ein Beispiel mit einer 3x3-Antennenanordnung gezeigt wird, sind die hierin enthaltenen Lehren auf Antennensysteme mit mehr oder weniger Antennenelementen anwendbar. Darüber hinaus können Antennenelemente in anderen Mustern oder Konfigurationen angeordnet werden, einschließlich beispielsweise linearer Arrays und/oder Arrays mit ungleichmäßiger Anordnung von Antennenelementen. Obwohl ein Beispiel mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen Schaltern und Abstimmleitern gezeigt wird, steuert in bestimmten Implementierungen ein Schalter zwei oder mehr Abstimmleiter und/oder ein Abstimmleiter wird von zwei oder mehr Schaltern gesteuert. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
5D zeigt ein schematisches Blockschaubild einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung 172. Die abstimmbare Antennenanordnung 172 umfasst in dieser Ausführungsform die Antennenelemente 151a-151i, die in einer 3×3-Anordnung angeordnet sind. Die abstimmbare Antennenanordnung 172 umfasst ferner Abstimmleiter 156a1, 156a2, 156b1, 156b2, 156c1, 156c2, 156d1, 156d2, 156e1, 156e2, 156f1, 156f2, 156g1, 156g2, 156h1, 156h2, 156h2, 156i1, 156i2. Die abstimmbare Antennenanordnung 172 umfasst weiterhin die Schalter 157a1, 157a2, 157b1, 157b2, 157c1, 157c2, 157d1, 157d2, 157e1, 157e2, 157e2, 157f1, 157f2, 157g1, 157g2, 157h1, 157h2, 157i1, 157i2. Wie in 5D dargestellt, wird jedes Antennenelement 151a-151i durch zwei schaltergesteuerte Abstimmleiter abgestimmt, die auf einem Paar gegenüberliegender Seiten jedes Antennenelements angeordnet sind.
Die abstimmbare Antennenanordnung 172 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein Antennensystem mit Abstimmung. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
5E ist ein schematisches Blockschaubild einer weiteren Ausführungsform einer abstimmbaren Antennenanordnung 173. Die abstimmbare Antennenanordnung 173 umfasst in dieser Ausführungsform die Antennenelemente 151a-151i, die in einer 3x3-Anordnung angeordnet sind. Zusätzlich umfasst die abstimmbare Antennenanordnung 173 weiterhin einen ersten Abstimmleiter 156a, einen zweiten Abstimmleiter 156b, einen ersten Schalter 157a und einen zweiten Schalter 157b.
Wie in 5E dargestellt, sind zwei schaltergesteuerte Abstimmleiter zwischen den Reihen der Anordnung angeordnet, um die Abstimmung auf die Anordnung zu ermöglichen. In diesem Beispiel beaufschlagt der erste Abstimmleiter 157a die Antennenelemente 151a-151f und der zweite Abstimmleiter 157b die Antennenelemente 151d-151i mit Last.
Die abstimmbare Antennenanordnung 173 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein Antennensystem mit Abstimmung. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
6A ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne 230 gemäß einer Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antenne 230 umfasst ein Patch-Antennenelement 201, einen ersten Abstimmleiter 211, einen zweiten Abstimmleiter 212, einen dritten Abstimmleiter 213, einen vierten Abstimmleiter 214, einen ersten Transistorschalter 221, einen zweiten Transistorschalter 222, einen dritten Transistorschalter 223 und einen vierten Transistorschalter 224.
Obwohl 6A eine Implementierung einer abstimmbaren Patch-Antenne mit einem Patch-Antennenelement, vier Abstimmleitern und vier Schaltern veranschaulicht, sind andere Konfigurationen möglich. So kann beispielsweise eine abstimmbare Patch-Antenne eine andere Anzahl von Abstimmleitern und/oder Schaltern umfassen. Obwohl ein Beispiel mit einer Patch-Antenne gezeigt wird, sind die hierin enthaltenen Lehren auf Implementierungen mit einem anderen Antennentyp anwendbar. Darüber hinaus gelten die hierin enthaltenen Lehren für Antennensysteme, einschließlich einer Reihe von Antennenelementen. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
Das Patch-Antennenelement 201 umfasst eine Signaleinspeisung 202 zum Empfangen eines Signals und eine Massespeisung 203 zur Speisung von Masse. In bestimmten Implementierungen umfasst die abstimmbare Patch-Antenne 230 weiterhin einen Massechalter zum selektiven Verbinden der Massespeisung 203 mit Masse, wodurch ein zusätzliches Steuerelement zum Steuern der Antenneneigenschaften der abstimmbaren Patch-Antenne 230 bereitgestellt wird.
Das Patch-Antennenelement 201 kann je nach Ausführung zum Senden und/oder Empfangen von Signalen verwendet werden. Dementsprechend kann das Patch-Antennenelement 201 als Sendeantenne, Empfangsantenne oder Sende-/Empfangsantenne dienen. In einem Beispiel empfängt die Signalspeisung 202 ein Sendesignal, wie beispielsweise ein Ausgangssignal eines Leistungsverstärkers. In einem weiteren Beispiel wird die Signalspeisung 202 verwendet, um ein Empfangssignal an einen rauscharmen Verstärker (LNA) oder eine andere Empfängerschaltung bereitzustellen.
Obwohl das dargestellte Patch-Antennenelement 201 im Wesentlichen rechteckig ist, kann ein Patch-Antennenelement eine vielfältige Formgebung aufweisen.
Das Patch-Antennenelement 201 und die Abstimmleiter 211-214 können in einer planaren Konfiguration ausgeführt werden. So kann beispielsweise die abstimmbare Patch-Antenne 230 auf einer Seite eines Substrats, wie beispielsweise einem Laminat, eingesetzt werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Laminat ein organisches Laminat und/oder ein Laminat mit vier oder weniger leitenden Schichten. Somit können das Patch-Antennenelement 201 und die Abstimmleiter 211-214 auf einer strukturierten leitenden Schicht eines Substrats implementiert werden.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Abstimmleiter 211-214 vom Patch-Antennenelement 201 beabstandet und umgeben eine Grenze oder einen Umfang des Patch-Antennenelements 201. So ist beispielsweise der erste Abstimmleiter 211 benachbart zu einer Oberseite des Patch-Antennenelements 201 positioniert, der zweite Abstimmleiter 212 benachbart zu einer rechten Seite des Patch-Antennenelements 201, der dritte Abstimmleiter 213 benachbart zu einer Unterseite des Patch-Antennenelements 201 und der vierte Abstimmleiter 214 benachbart zu einer linken Seite des Patch-Antennenelements 201. Obwohl ein Beispiel mit vier rechteckigen Abstimmleitern gezeigt wird, gelten die hierin enthaltenen Lehren für Implementierungen mit mehr oder weniger Abstimmleitern und/oder Abstimmleitern mit unterschiedlichen Formen, Größen und/oder Ausrichtungen. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
Wie in 6A dargestellt, schaltet der Transistor 221-224 einzeln die Steuerverbindung der Abstimmleiter 221-224 zu Masse.
In der dargestellten Ausführungsform verbindet der erste Transistorschalter 221 den ersten Abstimmleiter 211 und Masse elektrisch und wird durch ein erstes Steuersignal C1 gesteuert. Zusätzlich verbindet der zweite Transistorschalter 222 den zweiten Abstimmleiter 212 und Masse elektrisch und wird durch ein zweites Steuersignal C2 gesteuert. Darüber hinaus verbindet der dritte Transistorschalter 223 den dritten Abstimmleiter 213 und Masse elektrisch und wird durch ein drittes Steuersignal C3 gesteuert. Zusätzlich verbindet der vierte Transistorschalter 224 den vierten Abstimmleiter 214 und Masse elektrisch und wird durch ein viertes Steuersignal C4 gesteuert.
Obwohl eine Implementierung mit Transistorschaltern dargestellt ist, sind andere Implementierungen von Schaltern möglich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Implementierungen mit Pin-Diodenschaltern und/oder mikroelektromechanischen Schaltern.
Die Steuersignale C1-C4 können auf vielfältige Weise erzeugt werden. In einem Beispiel erzeugt ein Sende-Empfänger einer Kommunikationsvorrichtung die Steuersignale C1-C4 und steuert damit den Zustand der Transistorschalter 221-224. In bestimmten Implementierungen werden Daten, die in einem programmierbaren Speicher gespeichert sind, wie beispielsweise einem nichtflüchtigen Speicher, verwendet, um den Schaltzustand zu steuern.
Mit den Steuersignalen C1-C4 werden die Transistorschalter 221-224 wahlweise mit Masse verbunden und damit die Antennencharakteristik der abstimmbaren Patch-Antenne 230 verändert.
Dementsprechend ist die abstimmbare Patch-Antenne 230 durch Steuern des Zustands der Transistorschalter 221-224 rekonfigurierbar. Durch diese Art der Steuerung der Abstimmleiter 211-214 können Antenneneigenschaften wie Bandbreite und/oder Polarisation gesteuert werden. So kann beispielsweise die Implementierung der abstimmbaren Patch-Antenne 230 auf diese Weise dazu beitragen, die Frequenzbandbreite einzustellen und/oder die Polarisation in eine bestimmte Richtung zu steuern.
Zusätzliche Details der abstimmbaren Patch-Antenne 230 können wie zuvor beschrieben vorgenommen werden.
6B ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne 240 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antenne 240 umfasst ein Patch-Antennenelement 231, einen ersten Abstimmleiter 211, einen zweiten Abstimmleiter 212, einen dritten Abstimmleiter 213, einen vierten Abstimmleiter 214, einen ersten Transistorschalter 221, einen zweiten Transistorschalter 222, einen dritten Transistorschalter 223 und einen vierten Transistorschalter 224.
Die abstimmbare Patch-Antenne 240 aus der 6B ist der abstimmbaren Patch-Antenne 230 aus 6A ähnlich, nur dass die abstimmbare Patch-Antenne 240 ein Patch-Antennenelement mit einer anderen Form umfasst. Insbesondere weist das Patch-Antennenelement 231 aus der 6B eine achteckige Form auf. Die hierin enthaltenen Lehren gelten für Patch-Antennenelemente, die mit einer Vielzahl von Formen und/oder Größen implementiert sind, sowie für andere Implementierungen von Antennenelementen.
Weitere Details zur abstimmbaren Patch-Antenne 240 können wie zuvor beschrieben vorgenommen werden.
6C ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antenne 270 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antenne 270 umfasst ein Patch-Antennenelement 201, einen ersten Abstimmleiter 251, einen zweiten Abstimmleiter 252, einen dritten Abstimmleiter 253, einen vierten Abstimmleiter 254, einen fünften Abstimmleiter 255, einen sechsten Abstimmleiter 256, einen siebten Abstimmleiter 257, einen achten Abstimmleiter 258, einen ersten Transistorschalter 261, einen zweiten Transistorschalter 262, einen dritten Transistorschalter 263, einen vierten Transistorschalter 264, einen fünften Transistorschalter 265, einen sechsten Transistorschalter 266, einen siebten Transistorschalter 267 und einen achten Transistorschalter 268.
Die abstimmbare Patch-Antenne 270 aus 6C ist der abstimmbaren Patch-Antenne 230 aus der 6A ähnlich, mit der Ausnahme, dass die abstimmbare Patch-Antenne 270 eine andere Implementierung von Abstimmleitern um den Umfang des Patch-Antennenelements 201 herum umfasst. So sind beispielsweise die gezeigten Abstimmleiter 251-258 an den Seiten des Patch-Antennenelements 201 mit jeweils zwei Abstimmleitern pro Seite angeordnet. Zusätzlich werden die Transistorschalter 261-268 durch die Steuersignale C1-C8, und damit die Verbindung der Abstimmleiter 251-258 zur Masse gesteuert.
Die hierin enthaltenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Abstimmleitern, die ein Antennenelement umgeben. So können beispielsweise Abstimmleiter unterschiedlicher Anzahl, Form, Größe und/oder Ausrichtung in ein Antennensystem einbezogen werden. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
Weitere Details zur abstimmbaren Patch-Antenne 270 können wie zuvor beschrieben vorgenommen werden.
6D ist ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antennenanordnung 280 gemäß einer Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antennenanordnung 280 umfasst eine Anordnung von abstimmbaren Patch-Antennen 230a-230i, von denen jede wie in 6A beschrieben implementiert werden kann. Zur Verdeutlichung der Zahlen wurden Schalter zur Steuerung des elektrischen Potentials der einzelnen Abstimmleiter nicht dargestellt.
Obwohl ein 3x3-Array von abstimmbaren Patch-Antennen angezeigt wird, können mehr oder weniger Patch-Antennen und/oder verschiedene Implementierungen von Patch-Antennen in ein Array aufgenommen werden. Darüber hinaus gelten die hierin enthaltenen Lehren für abstimmbare Antennensysteme mit unterschiedlichen Antennentypen.
Die Einbindung mehrerer Antennen in ein Array kann eine Reihe von Vorteilen bieten. So kann beispielsweise eine Reihe von Antennen so betrieben werden, dass sie eine Kommunikation mit mehreren Empfangskanälen und mehreren Sendekanälen (MIMO) und/oder Strahlformung ermöglichen.
Weitere Details der abstimmbaren Patch-Antennenanordnung 280 können wie zuvor beschrieben vorgenommen werden.
6E zeigt ein schematisches Blockschaubild einer abstimmbaren Patch-Antennenanordnung 290 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antennenanordnung 290 umfasst eine Anordnung von abstimmbaren Patch-Antennen 240a-240i, von denen jede wie in 6B beschrieben implementiert werden kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen wurden Schalter zur Steuerung des elektrischen Potentials jeder Abstimmung nicht dargestellt.
Obwohl ein 3x3-Array von abstimmbaren Patch-Antennen dargestellt wird, können mehr oder weniger Patch-Antennen und/oder verschiedene Implementierungen von Patch-Antennen in ein Array aufgenommen werden. Darüber hinaus gelten die hierin enthaltenen Lehren für abstimmbare Antennensysteme mit verschiedenen Antennentypen.
Weitere Details der abstimmbaren Patch-Antennenanordnung 290 können wie zuvor beschrieben vorgenommen werden.
7A ist eine perspektivische Ansicht eines HF-Moduls 600 gemäß einer anderen Ausführungsform. 7B ist ein Querschnitt durch das HF-Modul 600 aus der 7A. Das HF-Modul 600 umfasst ein laminiertes Substrat oder Laminat 501, eine erste abstimmbare Patch-Antenne 450a, eine zweite abstimmbare Patch-Antenne 450b und einen Halbleiterchip oder IC 510 (nicht sichtbar in 7A).
Obwohl in den 7A und 7B nicht dargestellt, kann das HF-Modul 600 zusätzliche Strukturen und Komponenten umfassen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren weggelassen wurden. Zusätzlich wurden bestimmte Schichten transparent dargestellt, so dass bestimmte Komponenten, wie z.B. Durchgangslöcher oder Vias (Durchkontaktierungen), sichtbar sind.
Die erste abstimmbare Patch-Antenne 450a umfasst ein Patch-Antennenelement 431a, eine Signalspeisung 402a, eine Massespeisung 403a, Abstimmleiter 411a, 412a, 413a, 414a, Durchkontaktierungen 441a, 442a, 443a, 444a, 445a und Schalter 517 (in 7A nicht sichtbar). Zusätzlich umfasst die zweite abstimmbare Patch-Antenne 450b ein Patch-Antennenelement 431b, eine Signalspeisung 402b, eine Massespeisung 403b, Abstimmleiter 411b, 412b, 413b, 414b, Durchkontaktierungen 441b, 442b, 443b, 444b, 445b und Schalter 518 (nicht sichtbar in 7A).
In bestimmten Implementierungen dient das Patch-Antennenelement 431a als Empfangsantenne (RX), die Funkwellen empfängt, und das Patch-Antennenelement 431b ist als Sendeantenne (TX), die Funkwellen sendet, implementiert. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
In dieser Ausführungsform sind in Bezug auf die 7A-7B die Schalter 517 der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 450a auf einer Innenschicht des Laminats 501 integriert. Zusätzlich stellen die Schalter 517 wahlweise die Erdung der Abstimmleiter 411a, 412a, 413a und 414a über die Durchkontaktierungen 441a, 442a, 443a und 444a bereit. Ebenso sind die Schalter 518 der zweiten abstimmbaren Patch-Antenne 450b intern in das Laminat 501 integriert und erden selektiv die Abstimmleiter 411b, 412b, 413b und 414b über die Durchkontaktierungen 441b, 442b, 443b und 444b. Obwohl vier der Schalter im Querschnitt aus der 7B sichtbar sind, kann eine beliebige Anzahl von Schaltern umfasst sein. So kann beispielsweise das HF-Modul 600 einen Schalter für jeden der Abstimmleiter umfassen.
Durch die Aufnahme der Schalter 517, 518 innerhalb des Laminats 501 können die Leitungslängen reduziert werden, was die Leistung erhöht und die Überlastung der Leitwege verringert. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
In einer weiteren Ausführungsform werden Schalter beispielsweise als oberflächenmontierte Komponenten und/oder auf einem Halbleiterchip, wie dem IC 510 oder einem anderen Chip, implementiert.
In der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Patch-Antennenelemente und Abstimmleiter auf einer ersten Seite des Laminats 501 und der IC 510 auf einer zweiten Seite des Laminats 501 der ersten Seite gegenüber. Obwohl sich der IC 510 in dieser Ausführungsform auf der zweiten Seite des Laminats 501 befindet, sind andere Implementierungen möglich. So ist beispielsweise in einer weiteren Ausführungsform der IC 510 in eine Innenschicht des Laminats 501 eingebettet.
In bestimmten Implementierungen umfasst der IC 510 einen Sender-Empfänger, ein Frontend und/oder eine andere Schaltung einer Kommunikationsvorrichtung und kann somit als Funkeinrichtung einer Kommunikationsvorrichtung dienen. Obwohl eine Implementierung mit einem Halbleiterchip dargestellt ist, gelten die hierin enthaltenen Ausführungen für HF-Module mit zusätzlichen Chips oder ohne Chips.
In bestimmten Implementierungen erzeugt der IC 510 Steuersignale zum Steuern eines Zustands der Schalter 517, 518. In einer Ausführungsform umfasst der IC 510 eine Schnittstelle, wie beispielsweise einen Mobile Industry Processor Interface (MIPI) Radio Frequency Front End (RFFE)-Bus, einen integrierten Schaltungsbus (I2C) und/oder einen universellen Ein-/Ausgangsbus (GPIO), der Daten zum Steuern des Schaltzustands empfängt.
Wie in 7B gezeigt, ist ein Abschnitt 630 des Laminats 501 schematisch und detailliert dargestellt. Der Laminatabschnitt 630 entspricht einer rechten Kante des Laminats 501. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Laminatabschnitt 630 eine erste leitfähige Schicht 521, eine zweite leitfähige Schicht 522, eine dritte leitfähige Schicht 523, eine vierte leitfähige Schicht 524, eine erste Lötmaske 531, eine zweite Lötmaske 532, eine erste dielektrische Schicht 541, eine zweite dielektrische Schicht 542, eine dritte dielektrische Schicht 543 und Vias 550.
Obwohl ein Beispiel mit vier leitenden Schichten und drei nichtleitenden Schichten dargestellt ist, kann eine andere Anzahl von Schichten verwendet werden.
In bestimmten Implementierungen sind Patch-Antennenelemente und Abstimmleiter in der ersten leitenden Schicht 521 strukturiert, und die zweite leitende Schicht 522 dient als Grundplatte zu den Patch-Antennenelementen. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
Das Laminat 501 kann mit Schichten unterschiedlicher Dicke ausgeführt werden. In einem konkreten Beispiel sind die Lötmasken jeweils 20 µm dick, die leitenden Schichten jeweils 15 µm dick, die erste dielektrische Schicht 300 µm dick und die zweite und dritte dielektrische Schicht jeweils 15 µm dick. Obwohl ein konkretes Beispiel für Schichtdicken angegeben wurde, kann ein Laminat auf vielfältige Weise eingesetzt werden. So können beispielsweise die Anzahl, Zusammensetzung und/oder Dicke von Laminatschichten je nach Implementierung und/oder Anwendung stark variieren.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines HF-Moduls 700 gemäß einer anderen Ausführungsform. 8B zeigt einen Querschnitt des HF-Moduls 700 aus 8A entlang der Linie 8B-8B.
Das HF-Modul 700 umfasst ein Laminat 501, eine erste abstimmbare Antenne 750a und eine zweite abstimmbare Antenne 750b. Die erste abstimmbare Antenne 750a umfasst ein dreidimensionales Antennenelement 731a mit den daraus herausragenden Lamellen 735a, 736a und dreidimensionalen Abstimmleitern 711a, 712a, 713a und 714a mit den Lamellen 745a, 746a, 747a und 748a. Zusätzlich umfasst die zweite abstimmbare Antenne 750b ein dreidimensionales Antennenelement 731b mit den Lamellen 735b, 736b, die daraus herausragen, und dreidimensionale Abstimmleiter 711b, 712b, 713b und 714b mit den Lamellen 745b, 746b, 747b und 748b. In den 8A und 8B wurden zur besseren Übersichtlichkeit der Figuren Darstellungen von Schaltern weggelassen.
Obwohl in den 8A und 8B nicht dargestellt, kann das HF-Modul 700 zusätzliche Strukturen und Komponenten umfassen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren weggelassen wurden. Zusätzlich wurden bestimmte Schichten transparent dargestellt, so dass bestimmte Komponenten, wie z.B. Vias, sichtbar sind.
Das HF-Modul 700 veranschaulicht eine Implementierung mit dreidimensionalen Antennenelementen und dreidimensionalen Abstimmleitern. Die hierin enthaltenen Lehren gelten für Antennenelemente und Abstimmleiter, die auf unterschiedlichste Weise eingesetzt werden.
In der gezeigten Ausführungsform ist eine Signalspeisung 702a als Mittelleiter implementiert, die kapazitiv mit dem dreidimensionalen Antennenelement 731a gekoppelt ist, um dadurch das dreidimensionale Antennenelement 731a zu versorgen. Zusätzlich wurde in das dreidimensionale Antennenelement 731a neben der Signalspeisung 702a ein Schlitz eingefügt. Ebenso ist eine Signalspeisung 702b als Mittelleiter implementiert, der kapazitiv mit dem dreidimensionalen Antennenelement 731b gekoppelt ist. Die Schlitze in den Antennenelementen helfen bei der Steuerung der Eingangsimpedanz, die von den Signaleinspeisungen in die Antennenelemente eindringt.
9 ist ein Querschnitt eines HF-Moduls 770 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das HF-Modul 770 umfasst ein Laminat 501, eine Verkapselung oder ein Formteil 755, das oberhalb einer ersten Seite des Laminats 501 gebildet ist, ein Antennenelement 751, das über der Verkapselung 755 auf der ersten Seite des Laminats 510 gebildet ist, und Abstimmleiter 761, 762, die über der Verkapselung 755 auf der ersten Seite des Laminats 510 gebildet sind.
Wie in 9 dargestellt, sind die elektrischen Anschlüsse 765 in der Verkapselung 755 enthalten, um das Antennenelement 751 und die Abstimmleiter 761, 762 mit den Leitern des Laminats 501 zu verbinden.
Das HF-Modul 770 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein HF-Modul gemäß den hierin enthaltenen Lehren.
Die 10A-10C zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der alle Abstimmleiter geerdet sind. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
10A ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung aufgetragen wurde.
10B ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung. Das Diagramm der axialen Drehung umfasst Auftragungen für verschiedene Werte eines Winkels θ und eines Winkels φ, die den Winkeln eines sphärischen Koordinatensystems entsprechen. So entspricht beispielsweise θ dem Polarwinkel bezüglich einer z-Achse und φ einem azimutalen Winkel, wobei sich das Antennenelement in der x-y-Ebene befindet.
Das axiale Verhältnis einer Antenne kann eine wichtige Leistungsbeschreibung sein. So kann beispielsweise eine abstimmbare Patch-Antenne so spezifiziert werden, dass sie mit einem Axialverhältnis von weniger als etwa 3dB arbeitet, was dazu beiträgt, dass beide Antennenpolarisationen auf der Strahlbreite der Antenne liegen. Die Diagramme zeigen, dass beide Antennenpolarisationen übereinstimmen, was bedeutet, dass die Signalübertragung mit beiden Polarisationen durchgeführt werden kann.
10C ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
Die 11A-11C zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der die Massespeisung 403a elektrisch potentialfrei ist und bei der die Massespeisung 403b und die Abstimmleiter 411a, 411b, 412a, 412b, 413a, 413b, 413b, 414a und 414b geerdet sind. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
11A ist eine Auftragung der dualen Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung aufgetragen wurde.
11B ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung. Die Diagramme zeigen, dass die Antennen ein hervorragendes Abstrahlverhalten im Bereich von 61 GHz bis 68 GHz aufweisen. Zusätzlich kann man durch den Vergleich aus der 10B und 11B sehen, dass die Entkopplung der Massespeisung der Patch-Antenne das Abstrahlverhalten verändert.
11C ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
Die 12A-12E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der der vierte Abstimmleiter 414a der abstimmbaren Patch-Antenne 450a elektrisch potentialfrei ist und bei der die Massespeisungen 403a, 403b und die Abstimmleiter 411a, 411b, 412a, 412a, 412b, 413a, 413b und 414b geerdet sind. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
12A ist ein Diagramm der Abstrahlungsmuster für zwei Polarisationen der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 450a für die oben beschriebene Implementierung. Eine Überlappung der beiden Auftragungen der Grafik zeigt an, dass die Polarisationen eine gewünschte Korrelation aufweisen.
12B ist eine Auftragung der Abstrahlungsmuster für zwei Polarisationen der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 450a (unten dargestellt) und für die zweite abstimmbare Patch-Antenne 450b (oben dargestellt) für die oben beschriebene Implementierung.
12C ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung aufgetragen wurde.
12D ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
12E ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
Die 13A-13D zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der der zweite Abstimmleiter 412a der abstimmbaren Patch-Antenne 450a elektrisch potentialfrei ist und bei der die Massespeisungen 403a, 403b und die Abstimmleiter 411a, 411b, 412b, 412b, 413a, 413b, 414a und 414b geerdet sind. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
13A ist eine Auftragung der Abstrahlungsmuster für zwei Polarisationen der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 450a für die oben beschriebene Implementierung. Eine Überlappung der beiden Auftragungen der Grafik zeigt an, dass die Polarisationen eine gewünschte Korrelation aufweisen.
13B ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung gezeigtvist.
13C ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
13D ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
Die 14A-14D zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der der erste Abstimmleiter 411a und der dritte Abstimmleiter 413a der abstimmbaren Patch-Antenne 450a elektrisch potentialfrei sind und bei der die Erdungsspeisungen 403a, 403b und die Abstimmleiter 411b, 412a, 412b, 412b, 413b, 414a und 414b geerdet sind. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
14A ist eine Auftragung der Abstrahlungsmuster für zwei Polarisationen der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für die oben beschriebene Implementierung. Eine Überlappung der beiden Diagramme der Grafik zeigt an, dass die Polarisationen eine gewünschte Korrelation aufweisen.
14B ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung dargestellt ist.
14C ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
14D ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
Die 15A-15E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der die Abstimmleiter 411a, 412a, 413a der abstimmbaren Patch-Antenne 450a entfallen. Die Massespeisungen 403a, 403b und die Abstimmleiter 411b, 412b, 413b, 413b, 414a und 414b sind geerdet. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
15A ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung aufgetragen wurde.
15B ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
15C ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
15D ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450b über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
15E ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450b für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
Die 16A-16E zeigen Diagramme der Antennencharakteristik eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Diagramme entsprechen den Antenneneigenschaften einer Implementierung des HF-Moduls 600 der 7A-7B, bei der die Abstimmleiter 411a, 412a, 413a und 414a der abstimmbaren Patch-Antenne 450a entfallen. Die Erdungsleitungen 403a, 403b und die Abstimmleitungen 411b, 412b, 413b und 414b sind geerdet. Obwohl spezifische Simulationsergebnisse dargestellt werden, können die Ergebnisse aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie Antennenimplementierung und Simulationsmodell variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.
16A ist eine Auftragung der doppelten Resonanz-Rückflussdämpfung (S11 und S22), die sowohl für die abstimmbare Patch-Antenne 450a als auch für die abstimmbare Patch-Antenne 450b für die oben beschriebene Implementierung aufgetragen wurde.
16B ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450a über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
16C ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450a für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
16D ist eine Auftragung der Verstärkung der abstimmbaren Patch-Antenne 450b über der Frequenz für die oben beschriebene Implementierung.
16E ist eine Auftragung des axialen Verhältnisses der abstimmbaren Patch-Antenne 450b für verschiedene Winkelabtastungen für die oben beschriebene Implementierung.
17A ist eine Draufsicht auf ein HF-Modul 900 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das HF-Modul 900 umfasst ein Laminat 901, eine erste abstimmbare Patch-Antenne 950a und eine zweite abstimmbare Patch-Antenne 950b. Die erste abstimmbare Patch-Antenne 950a umfasst ein Patch-Antennenelement 931a, eine Signalspeisung 902a, eine Massespeisung 903a und Abstimmleiter 911a, 912a, 913a, 914a. Zusätzlich umfasst die zweite abstimmbare Patch-Antenne 950b ein Patch-Antennenelement 931b, eine Signalspeisung 902b, eine Massespeisung 903b und Abstimmleiter 911b, 912b, 913b, 914b. Vias und Schalter sind in 17A nicht sichtbar.
17B ist eine perspektivische Ansicht einer abstimmbaren Patch-Antenne 950a gemäß einer anderen Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antenne 950a der 17B entspricht einer Implementierung einer abstimmbaren Patch-Antenne, die für den Einbau in ein HF-Modul geeignet ist, wie beispielsweise das HF-Modul 900 aus 17A. Die abstimmbare Patch-Antenne 950a umfasst ein Patch-Antennenelement 931a, eine Signaleinspeisung 902a, eine Massespeisung 903a, Abstimmleiter 911a, 912a, 913a, 914a und Vias 941a, 942a, 943a, 944a, 945a, 946a. Zusätzlich umfasst die abstimmbare Patch-Antenne 950a Schalter, die in 17B nicht sichtbar sind.
Obwohl in den 17A und 17B nicht dargestellt, kann das HF-Modul 900 zusätzliche Strukturen und Komponenten umfassen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren weggelassen wurden. Zusätzlich wurden bestimmte Schichten transparent dargestellt, so dass bestimmte Komponenten, wie z.B. Vias, sichtbar sind.
Wie in den 17A und 17B dargestellt, umfassen die Patch-Antennenelemente 931a, 931b eine kapazitive Signalspeisung. Wie beispielsweise in 17B dargestellt, ist die Signalspeisung 902a als Mittelleiter ausgeführt, der kapazitiv mit dem Patch-Antennenelement 901a gekoppelt ist, um dadurch das Patch-Antennenelement 901a zu versorgen. Somit berührt die Signalspeisung 902a das Patch-Antennenelement 901a in dieser Ausführungsform nicht physisch. Die Implementierung eines Patch-Antennenelements auf diese Weise kann dazu beitragen, eine fein abgestimmte Steuerung der gewünschten Antenneneigenschaften zu ermöglichen.
18A ist eine Draufsicht auf ein HF-Modul 970 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das HF-Modul 970 umfasst ein Laminat 901, eine erste abstimmbare Patch-Antenne 960a und eine zweite abstimmbare Patch-Antenne 960b. Die erste abstimmbare Patch-Antenne 960a ist der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 950a aus 17A ähnlich, mit der Ausnahme, dass die erste abstimmbare Patch-Antenne 960a aus der 18A ein Patch-Antennenelement 951a mit einem Schlitz 952a umfasst. Ebenso ist die zweite abstimmbare Patch-Antenne 960b der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 950b aus 17A ähnlich, mit der Ausnahme, dass die zweite abstimmbare Patch-Antenne 960b aus 18A ein Patch-Antennenelement 951b mit einem Schlitz 952b umfasst.
18B ist eine perspektivische Ansicht einer abstimmbaren Patch-Antenne 960a gemäß einer anderen Ausführungsform. Die abstimmbare Patch-Antenne 960a aus 18B entspricht einer Implementierung einer abstimmbaren Patch-Antenne, die für den Einbau in ein HF-Modul geeignet ist, wie beispielsweise das HF-Modul 970 aus der 18A. Die abstimmbare Patch-Antenne 960a aus der 18B ist der ersten abstimmbaren Patch-Antenne 950a aus der 18A ähnlich, mit der Ausnahme, dass die erste abstimmbare Patch-Antenne 960a aus 18A ein Patch-Antennenelement 951a mit einem Schlitz 952a umfasst.
Das Einfügen eines Schlitzes in ein Patch-Antennenelement hilft bei der Steuerung einer Eingangsimpedanz in dem Patch-Antennenelement seitens der Signalspeisung.
Jedes der hierin enthaltenen Antennenelemente kann eine kapazitive Signalspeisung und/oder einen Schlitz umfassen.
19 zeigt eine Grafik der gemessenen gegenüber der simulierten Doppelresonanz-Rückflussdämpfung für eine Ausführungsform eines HF-Moduls. Die Simulationen werden mit dem Hochfrequenz-Struktur-Simulator (HFSS) durchgeführt. Wie in 19 dargestellt, liegen die gemessenen und simulierten Ergebnisse relativ nahe beieinander.
20 ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung 800. Die mobile Vorrichtung 800 umfasst ein Basisbandsystem 801, einen Submillimeterwellen-(mmW)-Sendeempfänger 802, ein Submillimeter-Frontend-System 803, Submillimeterantennen 804, ein Energieverwaltungssystem 805, einen Speicher 806, eine Nutzerschnittstelle 807, einen mmW-Basisband(BB)/Zwischenfrequenz(IF)-Sendeempfänger 812, ein mmW-Frontend-System 813 und mmW-Antennen 814.
Die mobile Vorrichtung 800 in 20 veranschaulicht ein Beispiel für eine mobile Vorrichtung, die ein rekonfigurierbares Antennensystem mit Masseabstimmung umfassen kann. Die hierin enthaltenen Lehren gelten jedoch auch für andere Implementierungen von mobilen Geräten und HF-Elektronik.
Die mobile Vorrichtung 800 kann über eine Vielzahl von Kommunikationstechnologien kommuniziert werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, 2G, 3G, 4G (einschließlich LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G NR, WLAN (beispielsweise Wi-Fi), WPAN (beispielsweise Bluetooth und ZigBee), WMAN (beispielsweise WiMax) und/oder GPS-Technologien.
In der gezeigten Ausführungsform dienen der Sub-mmW-Sendeempfänger 802, das Sub-mmW-Frontend-System 803 und die Sub-mmW-Antennen 804 zum Senden und Empfangen von Zentimeterwellen und anderen Hochfrequenzsignalen unterhalb der Millimeterwellenfrequenz. Darüber hinaus dienen die mmW BB/IF- Sendeempfänger 812, das mmW-Frontend-System 813 und die mmW-Antennen 814 zum Senden und Empfangen von Millimeterwellen. Obwohl ein konkretes Beispiel gezeigt wird, sind andere Implementierungen möglich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, mobile Geräte, die mit Schaltkreisen arbeiten, die über verschiedene Frequenzbereiche und Wellenlängen arbeiten.
Der Sub-mmW-Sendeempfänger 802 erzeugt HF-Signale zur Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von den Sub-mmW-Antennen 804 empfangen werden. Es versteht sich, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verbunden sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 20 gemeinsam als Sub mmW- Sendeempfänger 802 dargestellt werden. In einem Beispiel können separate Komponenten (z.B. separate Schaltungen oder Chips) für die Verarbeitung bestimmter Arten von HF-Signalen bereitgestellt werden.
Das Sub-mmW-Frontend-System 803-Hilfsmittel bereitet Signale auf, die zu den Antennen 804 übertragen und/oder von ihnen empfangen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Frontend-System 803 Leistungsverstärker („power amplifier“, PAs) 821, rauscharme Verstärker („low-noise amplifier“, LNAs) 822, Filter 823, Schalter 824 und Duplexer 825. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
So kann beispielsweise das Sub-mmW-Frontend-System 803 eine Reihe von Funktionalitäten bereitstellen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, das Verstärken von Sendesignalen, das Verstärken von Empfangssignalen, das Filtern von Signalen, das Umschalten zwischen verschiedenen Bändern, das Umschalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi, das Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodus, das Duplexen von Signalen, das Multiplexen von Signalen (z.B. Diplexen oder Triplexen) oder eine Kombination davon.
In bestimmten Implementierungen unterstützt die mobile Vorrichtung 800 die Carrier-Aggregation und bietet damit Flexibilität zur Erhöhung der maximalen Datenraten. Die Trägeraggregation kann sowohl für das Frequency Division Duplexing (FDD) als auch für das Time Division Duplexing (TDD) verwendet werden und kann zur Aggregation mehrerer Träger oder Kanäle verwendet werden. Die Trägeraggregation umfasst die zusammenhängende Aggregation, bei der zusammenhängende Träger innerhalb des gleichen Betriebsfrequenzbandes aggregiert werden. Die Trägeraggregation kann auch nicht zusammenhängend sein und Träger umfassen, die in ihrer Frequenz innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in verschiedenen Bändern getrennt sind.
Die Sub mmW-Antennen 804 können Antennen umfassen, die für eine Vielzahl von Kommunikationsarten verwendet werden. So können beispielsweise die Sub mmW-Antennen 804 Antennen zum Senden und/oder Empfangen von Signalen umfassen, die mit einer Vielzahl von Frequenzen und Kommunikationsstandards verbunden sind.
Der mmW BB/IF- Sendeempfänger 812 erzeugt Millimeterwellensignale zur Übertragung und verarbeitet eingehende Millimeterwellensignale, die von den mmW-Antennen 814 empfangen werden. Es versteht sich, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verbunden sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 20 gemeinsam als mmW-Sendeempfänger 812 dargestellt sind. Der mmW BB/IF- Sendeempfänger 812 kann je nach Ausführung im Basisband oder in Zwischenfrequenz betrieben werden.
Das mmW-Frontend-System 813 hilft dabei, Signale aufzubereiten, die zu den mmW-Antennen 814 übertragen und/oder von diesen empfangen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Frontend-System 803 Leistungsverstärker 831, rauscharme Verstärker 832, Schalter 833, Aufwärtswandler 834, Abwärtswandler 835 und Phasenschieber 836. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich. In einem Beispiel arbeitet die mobile Vorrichtung 800 mit einem BB mmW- Sendeempfänger, so dass Aufwärtswandler und Abwärtswandler im mmW-Frontend-System entfallen. In einem weiteren Beispiel umfasst das mmW-Frontend-System weiterhin Filter zum Filtern von Millimeterwellensignalen.
Die mmW-Antennen 814 können Antennen umfassen, die für eine Vielzahl von Kommunikationsarten verwendet werden. Die mmW-Antennen 814 können Antennenelemente umfassen, die auf unterschiedlichste Weise implementiert sind, und in bestimmten Konfigurationen sind die Antennenelemente so angeordnet, dass sie ein oder mehrere Antennenarrays bilden. Beispiele für Antennenelemente für Millimeterwellenantennenanordnungen sind unter anderem Patch-Antennen, Dipolantennenelemente, Keramikresonatoren, gestanzte Metallantennen und/oder mit Laser direkt strukturierte Antennen.
In bestimmten Implementierungen unterstützt die mobile Vorrichtung 800 MIMO-Kommunikation und/oder Switched Diversity-Kommunikation. So verwendet die MIMO-Kommunikation beispielsweise mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über einen einzigen Funkkanal zu übertragen. Die MIMO-Kommunikation profitiert von einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis, einer verbesserten Kodierung und/oder reduzierten Signalstörungen aufgrund räumlicher Multiplex-Unterschiede in der Funkumgebung. Switched Diversity bezieht sich auf Kommunikationen, bei denen eine bestimmte Antenne für den Betrieb zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgewählt wird. So kann beispielsweise mit einem Schalter eine bestimmte Antenne aus einer Gruppe von Antennen ausgewählt werden, die auf einer Vielzahl von Faktoren basiert, wie beispielsweise einer beobachteten Bitfehlerrate und/oder einer Signalstärkeanzeige.
In bestimmten Implementierungen arbeitet die mobile Vorrichtung 800 mit Strahlformung. Das mmW-Frontend-System 803 umfasst beispielsweise Phasenschieber mit variabler Phase, die durch den Sendeempfänger 802 gesteuert werden, und die Phasenschieber werden gesteuert, um Strahlbildung und Richtwirkung für das Senden und/oder Empfangen von Signalen unter Verwendung der mmW-Antennen 814 bereitzustellen. So werden beispielsweise im Rahmen der Signalübertragung die Phasen der Sendesignale, die einer zur Übertragung verwendeten Antennenanordnung zugeführt werden, so gesteuert, dass sich abgestrahlte Signale unter Verwendung konstruktiver und destruktiver Interferenzen kombinieren, um ein Gesamtsendesignal zu erzeugen, welches bei Ausbreitung in eine bestimmte Richtung strahlähnliche Eigenschaften mit mehr Signalstärke aufweist. Im Rahmen des Signalempfangs werden die Phasen so gesteuert, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal aus einer bestimmten Richtung in die Antennenanordnung gelangt.
Das Basisbandsystem 801 ist mit der Nutzerschnittstlle 807 gekoppelt, um die Verarbeitung verschiedener Benutzereingaben und -ausgaben (I/Os), wie Sprache und Daten, zu erleichtern. Das Basisbandsystem 801 stellt den Sub-mmW- und mmW- Sendeempfängern digitale Darstellungen von Sendesignalen zur Verfügung, die von den Sendeempfängern verarbeitet werden, um HF-Signale für die Übertragung zu erzeugen. Das Basisbandsystem 801 verarbeitet auch digitale Darstellungen von Empfangssignalen, die von den Sendeempfängern bereitgestellt werden. Wie in 20 gezeigt, ist das Basisbandsystem 801 mit dem Speicher 806 gekoppelt, um den Betrieb der mobilen Vorrichtung 800 zu erleichtern.
Der Speicher 806 kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, wie z.B. das Speichern von Daten und/oder Anweisungen, um den Betrieb der mobilen Vorrichtung 800 zu erleichtern und/oder die Speicherung von Benutzerinformationen zu ermöglichen.
Das Energieverwaltungssystem 805 stellt eine Reihe von Energieverwaltungs-Funktionen der mobilen Vorrichtung 800 zur Verfügung. In bestimmten Implementierungen umfasst das Energieverwaltungssystem 805 eine PA-Versorgungssteuerungsschaltung, die die Versorgungsspannungen der Leistungsverstärker der Frontend-Systeme steuert. So kann beispielsweise das Energieverwaltungssystem 805 dazu eingerichtet werden, die Versorgungsspannung(en) zu ändern, die einem oder mehreren der Leistungsverstärker zur Verbesserung des Wirkungsgrades, wie beispielsweise dem Power Added Efficiency (PAE), zugeführt werden.
In bestimmten Implementierungen empfängt das Power-Management-System 805 eine Batteriespannung von einer Batterie. Der Akku kann jeder geeignete Akku für die Verwendung in der mobilen Vorrichtung 800 sein, z.B. auch ein Lithium-Ionen-Akku.
21 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Makrozellen-Basisstation 2000. Die Makrozellen-Basisstation 2000 umfasst einen Turm 2002, Antennenstrukturen 2006 und ein Elektronikgehäuse 2004.
Die Makrozellen-Basisstation 2000 in 21 zeigt ein Beispiel für eine Basisstation, die ein rekonfigurierbares Antennensystem mit Masseabstimmung umfassen kann. So kann beispielsweise jede der Antennenstrukturen 2006 ein oder mehrere abstimmbare Antennensysteme umfassen, die gemäß den hierin enthaltenen Lehren implementiert wurden. Die hierin enthaltenen Lehren gelten jedoch auch für andere Implementierungen von Basisstationen und HF-Elektronik.
22 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Kleinzellenbasisstation 2020. Die Kleinzellen-Basisstation 2020 umfasst in diesem Beispiel ein Antennen- und Elektronikgehäuse 2021, das an einem Pol 2022 festgelegt ist.
Die Kleinzellen-Basisstation 2020 in 22 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Basisstation, die ein rekonfigurierbares Antennensystem mit Masseabstimmung umfassen kann. So kann beispielsweise das Antennen- und Elektronikgehäuse 2021 ein oder mehrere abstimmbare Antennensysteme aufnehmen, die gemäß den hierin enthaltenen Lehren implementiert sind. Die hierin enthaltenen Lehren gelten jedoch auch für andere Implementierungen von Basisstationen und HF-Elektronik.
23A ist eine Draufsicht auf eine Basisstationsplatine 2040 gemäß einer Ausführungsform. 23B ist ein Querschnitt der Basisstationsplatine 2040 aus der 23A entlang der Linie 23B-23B. Die Basisstationsplatine 2040 kann in der Makrozellenbasisstation 2000 aus der 21, der Kleinzellenbasisstation 2020 aus der 22 und/oder einer anderen geeigneten Basisstation implementiert werden.
Die Basisstationsplatine 2040 umfasst eine Leiterplatte 2050, Antennenelemente 2051a, 2051b, 2051c, 2051d, Abstimmleiter 2056a, 2056b, 2056c, 2056d und Halbleiterchips 2057a, 2057b. In der gezeigten Ausführungsform bilden die Abstimmleiter und Antennenelemente eine erste Seite der Leiterplatte 2050 und die Halbleiterchips befinden sich auf einer zweiten Seite der Leiterplatte 2050 der ersten Seite gegenüberliegend. In bestimmten Implementierungen umfassen die Halbleiterchips 2057a, 2057b Schalter zum Steuern des elektrischen Potentials der Abstimmleiter. Obwohl ein Beispiel für die Platzierung von Komponenten gezeigt wird, können Antennenelement(e), Abstimmleiter(e) und/oder Halbleiterchip(s) an einer Vielzahl von Stellen platziert werden.
Obwohl ein Beispiel mit vier Antennenelementen, vier Abstimmleitern und zwei Halbleitermatrizen dargestellt ist, können mehr oder weniger Antennenelemente, Abstimmleiter und/oder Halbleiterchips einbezogen werden. So kann beispielsweise jedes der hierin offenbarten Antennensysteme auf einer Basisstationsplatine implementiert werden.
24A ist eine Draufsicht auf eine Anordnung von Modulen 2070 für eine Basisstation gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung der Module 2070 umfasst ein erstes Modul 2061a, ein zweites Modul 2061b, ein drittes Modul 2061c und ein viertes Modul 2061d, die durch einen Träger 2062 in Position zueinander fixiert sind. Jedes Modul umfasst in dieser Ausführungsform ein Antennenelement, einen Abstimmleiter und einen Halbleiterchip.
24B ist ein Querschnitt durch das erste Modul 2061a aus der 24A entlang der Linie 24B-24B. Wie in 24B dargestellt, umfasst das erste Modul 2061a einen Abstimmleiter 2056a, ein Antennenelement 2051a und einen IC 2057a. In der gezeigten Ausführungsform befinden sich der Abstimmleiter 2056a und das Antennenelement 2051a auf einer ersten Seite des Substrats des Moduls und der IC 2057a auf einer zweiten Seite des Substrats der ersten Seite gegenüberliegend.
Die Anordnung der Module 2070 kann in der Makrozellen-Basisstation 2000 der 21, der Kleinzellen-Basisstation 2020 der 22 und/oder einer anderen geeigneten Basisstation implementiert werden. Obwohl ein Beispiel mit vier Modulen gezeigt wird, können mehr oder weniger Module und/oder Module verschiedener Implementierungen verwendet werden. So kann beispielsweise jedes der hierin offenbarten Antennensysteme als Module in einer Basisstation angeordnet werden.
25A ist eine Draufsicht auf eine Basisstationsplatine 2080 gemäß einer anderen Ausführungsform. 25B ist ein Querschnitt der Basisstationsplatine 2080 aus der 25A entlang der Linie 25B-25B.
Die Basisstationsplatine 2080 der 25A-25B ist der Basisstationsplatine 2040 der 23A-23B ähnlich, außer dass die Basisstationsplatine 2080 Tochterplatinen 2071a, 2071b umfasst, die sich senkrecht zur Leiterplatte 2050 erstrecken. In dieser Ausführungsform umfasst jede Tochterplatine einen IC, der Schalter zum Steuern des elektrischen Potentials von Abstimmleitern umfassen kann. Es können beliebig viele Tochterplatinen und ICs integriert werden, z.B. eine Tochterplatine pro Antenne.
Obwohl die 23A-25B verschiedene Beispiele für abstimmbare Antennensysteme für Basisstationen veranschaulichen, sind andere Implementierungen möglich.
Fazit
Soweit der Kontext nicht eindeutig etwas Anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“, „umfassend“ und dergleichen in einem einschließenden Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließend, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hierin allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier/hierin“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Einzel- oder Pluralzahl jeweils auch die Plural- bzw. Einzahl umfassen. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen, deckt alle folgenden Auslegungen dieses Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus ist die hierin verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „z.B.“, „zum Beispiel“, „derart“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts zu verstehen, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände umfassen, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht umfassen. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Entscheidungslogik dahingehend umfassen, zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, sei es mit oder ohne Eingaben oder Benutzerführung.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die oben offenbarte Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben sind, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Änderungen möglich, wie Fachleuten der jeweiligen Technik erkennen werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch wenn Prozesse oder Blöcke zum dortigen Zeitpunkt als nacheinander ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu verschiedenen Zeiten ausgeführt werden.
Die Lehren der hierin enthaltenen Erfindung können auch auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt nur auf das oben beschriebene System. Die Elemente und Vorgänge der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl etliche Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; ferner können verschiedene Auslassungen, Austausche und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne von der Erfindungsidee abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen auch diejenigen Ausführungsformen oder Änderungen abdecken, die vom Schutzbereich und der Erfindungsidee umfasst würden.

Claims

Hochfrequenzmodul, umfassend: ein Modulsubstrat; ein Antennenelement auf dem Modulsubstrat; einen auf dem Modulsubstrat dem Antennenelement benachbart und von diesem beabstandet angeordneten Abstimmleiter, welcher dazu betreibbar ist, das Antennenelement mit Last zu beaufschlagen; und einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet und der dazu betreibbar ist, den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Bandbreite des Antennenelements abzustimmen.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Polarisationsrichtung des Antennenelements zu steuern.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Halbleiterchip, der an dem Modulsubstrat angebracht ist und den Schalter umfasst.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens zwei Abstimmleiter, die entlang verschiedener Seiten des Antennenelements angeordnet sind und den Abstimmleiter umfassen.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung umfasst und das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der dazu betreibbar ist, die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung zu verbinden.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei das Modulsubstrat ein Laminat ist und der Schalter in eine innere Schicht des Laminats integriert ist.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend zwei oder mehr Antennenelemente, die durch den Abstimmleiter mit Last beaufschlagt sind und die das Antennenelement umfassen.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei der Schalter dazu betreibbar ist, den Abstimmleiter mit der Massespannung in einem ersten Zustand zu steuern und den Abstimmleiter in einem zweiten Zustand elektrisch entkoppelt zu halten.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement eine Patch-Antenne, eine Dipolantenne, ein Keramikresonator, eine gestanzte Metallantenne oder eine mit Laser direkt strukturierte Antenne ist.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement mindestens eine Lamelle umfasst, die sich von einer Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 11, wobei der Abstimmleiter mindestens eine Lamelle umfasst, die sich von einer Oberfläche des Modulsubstrats erstreckt.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement oberhalb einer Verkapselung ausgebildet ist.
Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb in einem drahtlosen Netzwerk, wobei die Kommunikationsvorrichtung umfasst: ein Antennenelement; einen Sender-Empfänger, der dazu eingerichtet ist, die mit dem Antennenelement verbundene drahtlose Kommunikation zu steuern; einen zu dem Antennenelement benachbarten und von diesem beanstandeten Abstimmleiter, welche dazu betreibbar ist, das Antennenelement mit Last zu beaufschlagen; und einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet und der dazu betreibbar ist, den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Bandbreite des Antennenelements abzustimmen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Polarisationsrichtung des Antennenelements zu steuern.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung umfasst und das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der zum wahlweisen Verbinden der Massespeisung mit der Massespannung betreibbar ist.
Basisstation für ein Mobilfunknetz, wobei die Basisstation umfasst: eine Leiterplatte; ein Antennenelement, das auf der Leiterplatte ausgebildet ist; einen Abstimmleiter, der auf der Leiterplatte ausgebildet, benachbart zu dem Antennenelement und beabstandet zu diesem angeordnet und dazu betreibbar ist, das Antennenelement zu beaufschlagen; und einen Schalter, der den Abstimmleiter und eine Massespannung elektrisch verbindet und dazu betreibbar ist, den Abstimmleiter wahlweise mit der Massespannung zu verbinden, um eine Antennencharakteristik des Antennenelements zu steuern.
Basisstation nach Anspruch 18, wobei das Antennenelement eine Signalspeisung und eine Massespeisung umfasst und das Hochfrequenzmodul ferner einen Erdungsschalter umfasst, der so betrieben werden kann, dass er die Massespeisung wahlweise mit der Massespannung verbindet.
Basisstation nach Anspruch 18, wobei der Schalter in einem Zustand betreibbar ist, um eine Bandbreite des Antennenelements einzustellen.