DE112018003622T5

DE112018003622T5 - Mehrband-Millimeterwellen-Antennen-Arrays

Info

Publication number: DE112018003622T5
Application number: DE112018003622.7T
Authority: DE
Inventors: Simone Paulotto; Basim H. Noori; Matthew A. Mow
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-07-02
Also published as: CN110892580A; US10658762B2; KR20200013760A; WO2019013988A1; US20190020121A1; KR102227930B1; CN110892580B

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer drahtlosen Schaltlogik versehen sein, die ein phasengesteuertes Antennen-Array einschließt. Das Array kann einen ersten, einen zweiten und einen dritten Antennenring auf einem dielektrischen Substrat einschließen, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Kommunikationsband über (10) GHz abdecken. Der zweite Antennenring kann den ersten Antennenring umgeben. Der dritte Antennenring kann über dem zweiten Antennenring ausgebildet sein. Parasitäre Elemente können über dem ersten Antennenring gebildet werden, um die Bandbreite des ersten Antennenrings zu verbreitern. Strahlsteuerungsschaltlogik kann mit den Antennenringen gekoppelt sein. Die Steuerschaltlogik kann die Strahlsteuerungsschaltlogik so steuern, dass sie einen Strahl von Funksignalen in einem oder mehreren der ersten, zweiten und dritten Kommunikationsbänder steuert. Das Array kann unabhängig von der Richtung, in die der Strahl gelenkt wird, einen relativ gleichmäßigen Antennengewinn aufweisen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am Freitag, 14. Juli 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/650.638 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Dies betrifft im Allgemeinen elektronische Vorrichtungen und genauer elektronische Vorrichtungen mit Schaltlogik für drahtlose Kommunikation.
Elektronische Vorrichtungen schließen oftmals eine Schaltlogik zur drahtlosen Kommunikation ein. Zum Beispiel enthalten Mobiltelefone, Computer und andere Vorrichtungen oftmals Antennen und drahtlose Transceiver zum Unterstützen von drahtloser Kommunikation.
Es kann wünschenswert sein, drahtlose Kommunikation in Frequenzbändern von Millimeter- und Zentimeterwellen zu unterstützen. Millimeterwellen-Kommunikation, die manchmal als extreme Hochfrequenzkommunikation (EHF-Kommunikation) bezeichnet wird, und Zentimeterwellen-Kommunikation umfassen Kommunikation in Frequenzen von etwa 10 bis 300 GHz. Der Betrieb in diesen Frequenzen kann hohe Bandbreiten unterstützen, aber kann auch zu erheblichen Herausforderungen führen. Beispielsweise handelt es sich bei Millimeterwellen-Kommunikationen häufig um Sichtlinienkommunikationen, die durch eine erhebliche Dämpfung während der Signallaufzeit gekennzeichnet sind.
Es wäre daher wünschenswert, elektronische Vorrichtungen mit einer verbesserten drahtlosen Kommunikationsschaltlogik ausstatten zu können, wie z. B. einer Kommunikationsschaltlogik, die Kommunikationen bei Frequenzen von mehr als 10 GHz unterstützt.
KURZDARSTELLUNG
Eine elektronische Vorrichtung kann mit einer drahtlosen Schaltlogik bereitgestellt sein. Die drahtlose Schaltlogik kann eine oder mehrere Antennen und eine Transceiver-Schaltlogik, wie zum Beispiel eine Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik, einschließen. Die Antennen können in einem phasengesteuerten Antennen-Array angeordnet sein. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann einen Strahl drahtloser Signale in Frequenzbändern zwischen 10 GHz und 300 GHz senden und empfangen. Eine Strahlsteuerungsschaltlogik kann mit jeder der Antennen in der phasengesteuerten Antennen-Array gekoppelt sein. Eine Steuerschaltlogik in der elektronischen Vorrichtung kann die Strahlsteuerungsschaltlogik steuern, um eine Richtung (Ausrichtung) des Strahls zu steuern.
Das phasengesteuerte Antennen-Array kann ein dielektrisches Substrat und erste und zweite Sätze von Antennen auf dem dielektrischen Substrat einschließen. Der erste Satz von Antennen kann drahtlose Signale in einem ersten Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz senden und empfangen. Der zweite Satz von Antennen kann drahtlose Signale in einem zweiten Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz senden und empfangen. Die ersten und zweiten Sätze von Antennen können zum Beispiel Patch-Antennen mit entsprechenden Patch-Antennen-Resonanzelementen einschließen. Das zweite Kommunikationsband kann Frequenzen einschließen, die niedriger sind als das erste Kommunikationsband. Der zweite Satz von Antennen kann den ersten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat umgeben. Beispielsweise kann der erste Satz von Antennen in einem ersten Ring von Antennen angeordnet sein, und der zweite Satz von Antennen kann in einen zweiten Ring von Antennen in der Umgebung des ersten Rings angeordnet sein. Jede Antenne in dem ersten Ring kann in einem ersten Abstand zu einem gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat angeordnet sein. Jede Antenne in dem zweiten Ring kann in einem zweiten Abstand zum gegebenen Punkt angeordnet sein, der größer als der erste Abstand ist. Die Antennen in dem ersten Ring können in Bezug auf die Antennen in dem zweiten Ring um den gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat winkelversetzt sein.
Ein Satz von parasitären Antennenresonanzelementen kann über dem ersten Satz von Antennen in dem Array ausgebildet sein und dazu dienen, eine Bandbreite des ersten Satzes von Antennen zu verbreitern. Der Satz von parasitären Antennenresonanzelementen kann kreuzförmige leitende Patches mit Armen einschließen, die sich mit Antennenspeiseanschlüssen auf dem ersten Satz von Antennen überlappen. Ein dritter Satz von Antennen kann auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sein und drahtlose Signale in einem dritten Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz senden und empfangen. Das dritte Kommunikationsband kann Frequenzen einschließen, die höher als das zweite Kommunikationsband und niedriger als das erste Kommunikationsband sind. Beispielsweise kann das erste Kommunikationsband Frequenzen von 57 GHz bis 71 GHz einschließen, das zweite Kommunikationsband kann Frequenzen von 27,5 GHz bis 28,5 GHz einschließen und das dritte Kommunikationsband kann Frequenzen von 37 GHz bis 41 GHz einschließen. Der dritte Satz von Antennen kann Patch-Antennen-Resonanzelemente einschließen, die über dem zweiten Satz von Antennen in dem Array ausgebildet sind.
Die Steuerschaltlogik kann die Strahlsteuerungsschaltlogik so steuern, dass sie einen Strahl von Funksignalen in einem oder mehreren der ersten, zweiten und dritten Kommunikationsbänder in eine bestimmte Richtung steuert. Das phasengesteuerte Antennen-Array kann ungeachtet der Richtung, in die der Strahl gelenkt wird, einen gleichförmigen Antennengewinn zeigen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit einer Schaltlogik für drahtlose Kommunikation gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit einer Schaltlogik für drahtlose Kommunikation gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Rückansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung, die veranschaulichende Positionen zeigt, an denen sich Antennen-Arrays für Kommunikationen bei Frequenzen von mehr als 10 GHz gemäß einer Ausführungsform befinden können.
4 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays, das unter Verwendung einer Steuerschaltlogik eingestellt werden kann, um einen Strahl von Funkwellensignalen gemäß einer Ausführungsform zu lenken.
5A und 5B sind Diagramme, die ein Strahlungsmuster eines veranschaulichenden phasengesteuerten Antennen-Arrays gemäß einer Ausführungsform zeigen.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden Patch-Antenne gemäß einer Ausführungsform.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden Patch-Antenne mit Doppelports gemäß einer Ausführungsform.
8 ist eine Draufsicht auf ein veranschaulichendes phasengesteuertes Antennen-Array mit konzentrischen Antennenringen gemäß einer Ausführungsform.
9 ist eine seitliche Querschnittsansicht von veranschaulichenden nebeneinander angeordneten Patch-Antennen gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine Querschnittsseitenansicht einer veranschaulichenden Patch-Antenne mit einem parasitären Antennenresonanzelement gemäß einer Ausführungsform.
11 ist eine Draufsicht auf eine veranschaulichende Patch-Antenne des in 10 gezeigten Typs. gemäß einer Ausführungsform.
12 ist eine graphische Darstellung einer Antennenleistung (Antennenwirkungsgrad) für eine veranschaulichende Patch-Antenne des in 10 und 11 gezeigten Typs gemäß einer Ausführungsform.
13 ist eine graphische Darstellung der Antenneneffizienz für ein veranschaulichendes phasengesteuertes Antennen-Array gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine elektronische Vorrichtung, wie beispielsweise eine elektronische Vorrichtung 10 von FIG., 1 kann eine Drahtlos-Schaltlogik enthalten. Die Drahtlos-Schaltlogik kann eine oder mehr Antennen einschließen. Die Antennen können phasengesteuerte Antennen-Arrays einschließen, die zur Millimeterwellen- und Zentimeterwellen-Kommunikation verwendet werden. Millimeterwellen-Kommunikation, die manchmal als extreme Hochfrequenzkommunikation (EHF-Kommunikation) bezeichnet wird, umfasst 60 GHz-Signale oder andere Frequenzen von etwa 30 bis 300 GHz. Zentimeterwellen-Kommunikation beinhaltet Signale in Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 10 auch Schaltlogik für drahtlose Kommunikation zum Leiten von Satellitensignalen für Navigationssysteme, Mobiltelefonsignalen, lokalen drahtlosen Netzwerksignalen, Nahfeldkommunikation, lichtbasierter drahtloser Kommunikation oder anderen Formen der drahtlosen Kommunikation beinhalten.
Die Vorrichtung 10 kann, zum Beispiel, eine Rechenvorrichtung wie etwa ein Laptop-Computer, ein Computermonitor, der einen eingebetteten Computer enthält, ein Tablet-Computer, ein Mobiltelefon, eine Medienwiedergabevorrichtung oder eine andere in der Hand gehaltene oder tragbare elektronische Vorrichtung, eine kleinere Vorrichtung wie etwa eine Armbanduhrvorrichtung, eine Anhängervorrichtung, eine Kopfhörer- oder Ohrhörervorrichtung, eine virtuelle oder für eine erweiterte Realität geeignete Headset-Vorrichtung, eine Vorrichtung, die in einer Brille oder anderen Ausrüstung, die am Kopf eines Benutzers getragen wird, eingebettet ist, oder eine andere am Körper tragbare oder Miniaturvorrichtung, ein Fernseher, ein Computer-Display, das keinen eingebetteten Computer enthält, eine Spielvorrichtung, eine Navigationsvorrichtung, ein eingebettetes System wie etwa ein System, in dem eine elektronische Ausrüstung mit einem Display in einem Kiosk oder Automobil montiert ist, ein drahtloser Zugangspunkt oder eine Basisstation, ein Desktop-Computer, ein Keyboard, ein Spiele-Controller, eine Computermaus, ein Mousepad, ein Trackpad oder Touchpad, eine Ausrüstung, welche die Funktionalität von zwei oder mehreren dieser Vorrichtungen implementiert, oder eine andere elektronische Ausrüstung sein. In der veranschaulichenden Konfiguration aus 1 ist die Vorrichtung 10 eine tragbare Vorrichtung wie ein Mobiltelefon, ein Medienabspielgerät, ein Tablet-Computer oder eine andere tragbare Rechenvorrichtung. Andere Konfigurationen können für die Vorrichtung 10 verwendet werden, falls gewünscht. Das Beispiel von 1 dient lediglich der Veranschaulichung.
Wie in 1 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine Anzeige, wie beispielsweise die Anzeige 14, einschließen. Die Anzeige 14 kann in einem Gehäuse, wie beispielsweise dem Gehäuse 12, montiert sein. Das Gehäuse 12, das manchmal als „Ummantelung“ oder „Kapselung“ bezeichnet wird, kann aus Kunststoff, Glas, Keramik, Faserverbundwerkstoffen, Metall (z. B. Edelstahl, Aluminium usw.), anderen geeigneten Materialien oder aus einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Materialien gebildet werden. Das Gehäuse 12 kann unter Verwendung einer einstückigen Konfiguration ausgebildet sein, in der manches des oder das gesamte Gehäuse 12 als eine einzige Struktur maschinell hergestellt oder geformt ist oder unter Verwendung mehrerer Strukturen ausgebildet sein kann (z.B. einer internen Rahmenstruktur, einer oder mehreren Strukturen, die äußere Gehäuseoberflächen bilden usw.).
Die Anzeige 14 kann eine Berührungsbildschirmanzeige (touch screen display) sein, die eine Schicht aus leitfähigen kapazitiven Berührungssensorelektroden oder anderen Berührungssensorkomponenten (z. B. resistiven Berührungssensorkomponenten, akustischen Berührungssensorkomponenten, kraftbasierten Berührungssensorkomponenten, lichtbasierten Berührungssensorkomponenten usw.) einbezieht, oder kann eine Anzeige sein, die nicht berührungsempfindlich ist. Kapazitive Berührungsbildschirmelektroden können aus einem Array von Indiumzinnoxidsegmenten oder anderen transparenten leitfähigen Strukturen gebildet sein.
Anzeige 14 kann ein Array von Anzeigepixeln, die aus Flüssigkristallanzeige-Komponenten (LCD-Komponenten) gebildet sind, ein Array von elektrophoretischen Anzeigepixeln, ein Array von Plasmaanzeigepixeln, ein Array von organischen lichtemittierenden Dioden-Anzeigepixeln und ein auf anderen Anzeigetechnologien basierendes Array von elektrobenetzenden Anzeigepixeln oder Anzeigepixeln, einschließen.
Anzeige 14 kann unter Verwendung einer Anzeigedeckschicht, wie einer Schicht aus transparentem Glas, klarem Kunststoff, Saphir oder einem anderen transparenten Dielektrikum, geschützt werden. Öffnungen können in der Anzeigedeckschicht gebildet sein. Beispielsweise können Öffnungen in der Anzeigedeckschicht ausgebildet sein, um einen oder mehrere Knöpfe, Sensorschaltlogik wie einen Fingerabdrucksensor oder einen Lichtsensor, Anschlüsse wie einen Lautsprecheranschluss oder einen Mikrofonanschluss usw. aufzunehmen. Öffnungen können in dem Gehäuse 12 ausgebildet sein, um Kommunikationsanschlüsse zu bilden (z. B. einen Audioanschluss, einen digitalen Datenanschluss, einen Ladeanschluss usw.). Öffnungen im Gehäuse 12 können auch für Audiokomponenten, wie beispielsweise einen Lautsprecher und/oder ein Mikrofon gebildet sein.
Antennen können im Gehäuse 12 montiert werden. Falls gewünscht, können einige der Antennen (z. B. Antennen-Arrays, die eine Strahlensteuerung usw. implementieren können) unterhalb eines inaktiven Randbereichs der Anzeige 14 angebracht sein (siehe z. B. veranschaulichende Antennenpositionen 50 in 1). Antennen können auch durch dielektrisch gefüllte Öffnungen in der Rückseite des Gehäuses 12 oder anderswo in der Vorrichtung 10 arbeiten.
Um eine Unterbrechung der Kommunikation zu vermeiden, wenn ein externes Objekt wie eine menschliche Hand oder ein anderes Körperteil eines Benutzers eine oder mehrere Antennen blockiert, können Antennen an mehreren Stellen im Gehäuse 12 montiert sein. Sensordaten wie Näherungssensordaten, Echtzeit-Antennenimpedanzmessungen, Signalqualitätsmessungen, wie empfangene Signalstärkeninformationen und andere Daten, können verwendet werden, um zu bestimmen, wann eine oder mehrere Antennen aufgrund der Ausrichtung des Gehäuses 12, einer Blockierung durch die Hand eines Benutzers oder einen anderen externen Gegenstand oder aufgrund anderer Umweltfaktoren nachteilig beeinflusst werden. Die Vorrichtung 10 kann dann eine oder mehrere Ersatzantennen anstelle der Antennen, die nachteilig beeinflusst werden, in Betrieb setzen.
Antennen können an den Ecken des Gehäuses 12 (z. B. an Eckstellen 50 in 1 und/oder an Eckstellen an der Rückseite des Gehäuses 12) entlang der Umfangskanten des Gehäuses 12, an der Rückseite des Gehäuses 12, unter dem Anzeigeabdeckglas oder einer anderen dielektrischen Anzeigeabdeckschicht zum Abdecken und Schutz der Anzeige 14 auf der Vorderseite der Vorrichtung 10, unter einem dielektrischen Fenster auf einer Rückseite des Gehäuses 12 oder dem Rand des Gehäuses 12 oder an einer anderen Stelle in der Vorrichtung 10 angebracht sein.
Eine schematische Darstellung, die veranschaulichende Komponenten zeigt, die in der Vorrichtung 10 verwendet werden können, ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine Schaltlogik für Datenspeicher und -verarbeitung wie beispielsweise eine Steuerschaltlogik 14 einschließen. Die Steuerschaltlogik 14 kann einen Datenspeicher, z. B. einen Festplattenlaufwerk-Datenspeicher, einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. einen Flash-Speicher oder einen anderen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher, der ausgelegt ist, ein Halbleiterlaufwerk zu bilden), einen flüchtigen Speicher (z. B. einen statischen oder dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff) usw. einschließen. Die Verarbeitungsschaltlogik in der Steuerschaltlogik 14 kann verwendet werden, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern. Diese Verarbeitungsschaltlogik kann auf einem oder mehreren Mikroprozessoren, Mikrosteuereinheiten (microcontrollers), digitalen Signalprozessoren, integrierten Basisbandprozessor-Schaltungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (application specific integrated circuits) usw. beruhen.
Die Steuerschaltlogik 14 kann verwendet werden, um an der Vorrichtung 10 eine Software, z. B. Internet-Browsing-Anwendungen, VOIP-Telefonanrufanwendungen (VOIP = Voice over Internet Protocol), E-Mail-Anwendungen, Medienwiedergabeanwendungen, Betriebssystemfunktionen usw. auszuführen. Zur Unterstützung von Interaktionen mit externer Ausrüstung kann die Steuerschaltlogik 14 zur Implementierung von Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Kommunikationsprotokolle, die unter Verwendung der Steuerschaltlogik 14 implementiert werden können, schließen Internetprotokolle, drahtlose lokale Netzwerkprotokolle (z. B. IEEE-802.11-Protokolle -- die manchmal als WiFi® bezeichnet werden), Protokolle für andere drahtlose Kommunikationsverbindungen mit kurzer Reichweite, wie beispielsweise das Bluetooth®-Protokoll oder andere WPAN-Protokolle, IEEE 802.11ad-Protokolle, Mobiltelefonprotokolle, MIMO-Protokolle, Antennendiversitätsprotokolle, Satellitennavigationssystemprotokolle usw. ein.
Vorrichtung 10 kann eine Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 16 einschließen. Eine Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 16 kann Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Daten an die Vorrichtung 10 übermittelt werden, und zu ermöglichen, dass Daten von der Vorrichtung 10 an externe Vorrichtungen übermittelt werden. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 18 können Benutzerschnittstellenvorrichtungen, Datenportvorrichtungen und andere Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen. Zum Beispiel können Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen Touchscreens, Anzeigen ohne Berührungssensoren, Schaltflächen, Joysticks, Scroll-Räder, Touchpads, Tastenfelder, Tastaturen, Mikrofone, Kameras, Lautsprecher, Statusanzeiger, Lichtquellen, Audiobuchsen und andere Audioanschlusskomponenten, digitale Datenanschlussvorrichtungen, Lichtsensoren, Beschleunigungsmesser oder andere Komponenten, die Bewegungen und die Ausrichtung der Vorrichtung in Bezug zur Erde erfassen können, Kapazitätssensoren, Näherungssensoren (z. B. einen kapazitiven Näherungssensor und/oder einen Infrarot-Näherungssensor), magnetische Sensoren und andere Sensoren und Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen.
Die Eingabe-Ausgabe-Schaltlogik 16 kann eine Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 zum drahtlosen Kommunizieren mit externer Ausrüstung einschließen. Die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 kann eine aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen gebildete Hochfrequenz- (HF-) Transceiver-Schaltlogik, eine Leistungsverstärkerschaltung, rauscharme Eingangsverstärker, passive HF-Komponenten, eine oder mehrere Antennen 40, Übertragungsleitungen und andere Schaltlogik zur Verarbeitung von drahtlosen HF-Signalen einschließen. Drahtlose Signale können auch unter Verwendung von Licht (z. B. unter Verwendung von Infrarotkommunikation) gesendet werden.
Die Drahtlos-Kommunikationsschaltlogik 34 kann eine Transceiver-Schaltlogik 20 zur Verarbeitung verschiedener Hochfrequenzkommunikationsbänder einschließen. Zum Beispiel kann die Schaltlogik 34 die Transceiver-Schaltlogik 22, 24, 26 und 28 einschließen.
Die Transceiver-Schaltlogik 24 kann eine drahtlose lokale Netzwerk-Transceiver-Schaltlogik sein. Die Transceiver-Schaltlogik 24 kann 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder für WiFi®(IEEE 802.11)-Kommunikationen und das 2,4-GHz-Bluetooth®-Kommunikationsband handhaben.
Die Schaltlogik 34 kann eine Mobiltelefon-Transceiver-Schaltlogik 26 für die drahtlose Kommunikation in Frequenzbereichen, wie beispielsweise einem Kommunikationsband von 700 bis 960 MHz, einem Kommunikationsband von 1710 bis 2170 MHz und einem Kommunikationsband von 2300 bis 2700 MHz oder andere Kommunikationsbänder zwischen 700 MHz und 4000 MHz oder andere geeignete Frequenzen (als Beispiele), verwenden. Die Schaltlogik 26 kann Sprachdaten und Nicht-Sprachdaten handhaben.
Die Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 (manchmal als extrem hochfrequente Transceiver-Schaltlogik 28 oder Transceiver-Schaltlogik 28 bezeichnet) kann Kommunikationen in Frequenzen zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Zum Beispiel kann die Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikationen in extrem hochfrequenten (EHF) oder Millimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 30 GHz und 300 GHz und/oder in Zentimeterwellen-Kommunikationsbändern zwischen etwa 10 GHz und 30 GHz unterstützen (manchmal als Super High Frequency- (SHF-) Bänder bezeichnet). Beispielsweise kann die Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikationen in einem IEEE-K-Kommunikationsband zwischen etwa 18 GHz und 27 GHz, einem K_a-Kommunikationsband zwischen etwa 26,5 GHz und 40 GHz, einem K_u-Kommunikationsband zwischen etwa 12 GHz und 18 GHz, einem V-Kommunikationsband zwischen etwa 40 GHz und 75 GHz, einem W-Kommunikationsband zwischen etwa 75 GHz und 110 GHz oder jedem anderen gewünschten Frequenzband zwischen etwa 10 GHz und 300 GHz unterstützen. Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 28 IEEE-802.11ad-Kommunikationen von 60 GHz und/oder in Mobilnetzwerken der 5. Generation oder drahtlosen Kommunikationsbändern der 5. Generation (5G) zwischen 27 GHz und 90 GHz unterstützen. Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 28 Kommunikation in mehreren Frequenzbändern zwischen 10 GHz und 300 GHz, wie beispielsweise ein erstes Band von 27,5 GHz bis 28,5 GHz, ein zweites Band von 37 GHz bis 41 GHz und ein drittes Band von 57 GHz bis 71 GHz oder andere Kommunikationsbänder zwischen 10 GHz und 300 GHz, unterstützen. Schaltlogik 28 kann aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen (z.B. mehreren integrierten Schaltungen auf einer gemeinsamen Leiterplatte in einer SIP-Vorrichtung (SIP=system-in-package), einer oder mehreren integrierten Schaltungen auf unterschiedlichen Substraten, etc.) gebildet werden. Während Schaltlogik 28 hier manchmal als Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 bezeichnet wird, kann die Millimeterwellen-Transceiver-Schaltlogik 28 Kommunikation über beliebige Kommunikationsbänder in Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz abwickeln (z. B. Millimeterwellen- und Zentimeterwellen-Kommunikationsbänder usw.).
Die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 kann eine Satellitennavigationssystem-Schaltlogik wie eine Empfängerschaltlogik 22 eines globalen Positionierungssystems (GPS-Empfängerschaltlogik) zum Empfangen von GPS-Signalen auf 1575 MHz oder zum Abwickeln anderer Satellitenpositionierungsdaten (z.B. GLONASS-Signale auf 1609 MHz) einschließen. Satellitennavigationssystemsignale für Empfänger 22 werden von einer Konstellation von Satelliten empfangen, welche die Erde umkreisen.
Bei Satellitennavigationsverbindungen, Mobiltelefonverbindungen und anderen Verbindungen mit langer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über tausende Fuß oder Meilen zu übertragen. Bei WiFi®- und Bluetooth®-Verbindungen in 2,4 und 5 GHz und anderen drahtlosen Verbindungen mit kurzer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über mehrere zehn oder hunderte Fuß zu übertragen. Extrem hochfrequente (Extremely high frequency, EHF) drahtlose Transceiver-Schaltlogik 28 kann Signale über kurze Entfernungen zwischen Sender und Empfänger über einen Sichtlinienpfad übermitteln. Um den Signalempfang für Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikation zu verbessern, können phasengesteuerte Antennen-Arrays und Strahlenleittechniken verwendet werden (z.B. Anordnungen, bei denen Antennensignalphase und/oder -größe für jede Antenne in einem Array eingestellt werden, um die Strahlensteuerung durchzuführen). Die unterschiedlichen Anordnungen der Antennen können auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass die blockierten oder anderweitig aufgrund der Betriebsumgebung der Vorrichtung 10 leistungsschwachen Antennen abgeschaltet werden können und stattdessen leistungsstärkere Antennen verwendet werden können.
Falls gewünscht, kann die Schaltlogik 34 für drahtlose Kommunikation Schaltlogik für andere drahtlose Verbindungen mit kurzer und langer Reichweite einschließen. Beispielsweise kann die Schaltlogik für drahtlose Kommunikation 34 eine Schaltlogik zum Empfangen von Fernseh- und Radiosignalen, Pagern, eine Schaltlogik für Nahfeldkommunikation (NFC) usw. einschließen.
Die Antennen 40 in der Schaltlogik für drahtlosen Kommunikation 34 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Antennentypen gebildet sein. Beispielsweise können die Antennen 40 Antennen mit Resonanzelementen einschließen, die aus Schleifenantennenstrukturen, Patch-Antennenstrukturen, invertierten F-Antennenstrukturen, Schlitzantennenstrukturen, planaren invertierten F-Antennenstrukturen, Monopolen, Dipolen, spiralförmig gebildeten Antennenstrukturen, Yagi-(Yagi-Uda)-Antennenstrukturen, Hybriden dieser Konstruktionen usw. bestehen. Falls gewünscht, können eine oder mehrere der Antennen 40 Hohlraum-Antennen sein. Für unterschiedliche Bänder und Kombinationen von Bändern können unterschiedliche Antennentypen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein bestimmter Antennentyp beim Ausbilden einer Antenne für eine lokale drahtlose Verbindung verwendet werden, und ein anderer Antennentyp kann beim Ausbilden einer Antenne für eine drahtlose Fernverbindung verwendet werden. Eigenständige Antennen können zum Empfangen von Satellitennavigationssignalen verwendet werden, oder, falls gewünscht, können Antennen 40 ausgelegt sein, sowohl Satellitennavigationssystemsignale als auch Signale für andere Kommunikationsbänder (z. B. drahtlose lokale Netzwerksignale und/oder Mobiltelefonsignale) zu empfangen. Die Antennen 40 können phasengesteuerte Antennen-Arrays zur Durchführung von Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikationen einschließen.
Übertragungsleitungspfade können verwendet werden, um Antennensignale innerhalb der Vorrichtung 10 zu leiten. Beispielsweise können Übertragungsleitungspfade verwendet werden, um Antennenstrukturen 40 mit der Transceiver-Schaltlogik 20 zu koppeln. Übertragungsleitungen in der Vorrichtung 10 können koaxiale Kabelpfade, Mikrostreifen-Übertragungsleitungen, Streifenleitungsübertragungsleitungen, randgekoppelte Mikrostreifen-Übertragungsleitungen, randgekoppelte Streifenleitungsübertragungsleitungen, Wellenleiterstrukturen, Übertragungsleitungen aus Kombinationen von Übertragungsleitungen dieser Typen, usw. einschließen. Falls gewünscht, können die Filterschaltlogik, die Umschaltlogik, die Impedanzanpassungsschaltlogik und sonstige Schaltlogik innerhalb der Übertragungsleitungen angeordnet sein.
Vorrichtung 10 kann eine Vielzahl von Antennen 40 enthalten. Die Antennen können zusammen verwendet werden oder eine der Antennen kann in Betrieb genommen werden, während die andere(n) Antenne(n) ausgeschaltet werden kann/können. Falls gewünscht, kann die Steuerschaltlogik 14 verwendet werden, um eine optimale Antenne zur Verwendung in der Vorrichtung 10 und/oder eine optimale Einstellung für eine einstellbare Drahtlos-Schaltlogik, die einer oder mehreren Antennen 40 zugeordnet ist, in Echtzeit auszuwählen. Antenneneinstellungen können vorgenommen werden, um Antennen abzustimmen, damit sie in gewünschten Frequenzbereichen übertragen, Strahlen über ein phasengesteuertes Antennen-Array steuern und auf andere Weise die Antennenleistung optimieren. Sensoren können in den Antennen 40 integriert sein, um Sensordaten, die beim Anpassen der Antennen 40 verwendet werden, in Echtzeit zu erfassen.
In einigen Konfigurationen können die Antennen 40 Antennen-Arrays (z. B. phasengesteuerte Antennen-Arrays zur Implementierung von Strahlensteuerfunktionen) einschließen. Beispielsweise können die Antennen, die zur Verarbeitung von Millimeter- und Zentimeterwellensignalen für die Transceiver-Schaltlogik 28 verwendet werden, als ein oder mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays implementiert werden. Die strahlenden Elemente eines phasengesteuerten Antennen-Arrays zur Unterstützung von Millimeterwellen-Kommunikation können Patch-Antennen, Dipolantennen, Yagi-Antennen (manchmal als Strahlantennen bezeichnet) oder andere geeignete Antennenelemente sein. Die Sender-Empfänger-Schaltlogik 28 kann mit den phasengesteuerten Antennen-Arrays integriert sein, um, falls gewünscht, integrierte phasengesteuerte Antennen-Arrays- und Sender-Empfänger-Schaltungsmodule zu bilden.
Bei Vorrichtungen wie tragbaren Vorrichtungen kann das Vorhandensein eines externen Objekts, wie zum Beispiel die Hand eines Benutzers oder ein Tisch oder eine andere Oberfläche, auf der sich die Vorrichtung befindet, drahtlose Signale, wie die Millimeter- und Zentimeterwellensignale, unterbrechen. Folglich kann es wünschenswert sein, mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays, von denen jedes an einer anderen Stelle in der Vorrichtung 10 platziert ist, in die Vorrichtung 10 einzugliedern. Mit dieser Art der Anordnung kann ein blockiertes phasengesteuertes Antennen-Array in Betrieb genommen werden und, sobald in Betrieb, kann das phasengesteuerte Antennen-Array die Strahlsteuerung benutzen, um die drahtlose Leistung zu optimieren. Konfigurationen, in denen Antennen von einer oder mehreren verschiedenen Stellen in der Vorrichtung 10 zusammen betrieben werden, können ebenfalls verwendet werden.
3 ist eine perspektivische Ansicht der elektronischen Vorrichtung 10, die veranschaulichende Positionen 50 auf der Rückseite des Gehäuses 12 zeigt, in denen Antennen 40 (z. B. Einzelantennen und/oder phasengesteuerte Antennen-Arrays zur Verwendung mit drahtloser Schaltlogik 34, wie z. B. drahtlosen Transceiver-Schaltlogik 28) in der Vorrichtung 10 montiert sein können. Antennen 40 können an den Ecken der Vorrichtung 10 entlang der Kanten des Gehäuses 12, wie beispielsweise Kante 12E, an oberen und unteren Abschnitten des hinteren Gehäuseabschnitts (Wand) 12R, in der Mitte der hinteren Gehäusewand 12R (z. B. unter einer dielektrischen Fensterstruktur oder einem anderen Antennenfenster in der Mitte des hinteren Gehäuses 12R), an den Ecken der hinteren Gehäusewand 12R (z. B. an der oberen linken Ecke, der oberen rechten Ecke, der unteren linken Ecke und der unteren rechten Ecke der Rückseite des Gehäuses 12 und Vorrichtung 10) usw. montiert werden.
In Konfigurationen, in denen das Gehäuse 12 vollständig oder nahezu vollständig aus einem Dielektrikum gebildet ist, können die Antennen 40 Antennensignale durch jeden geeigneten Abschnitt des Dielektrikums senden und empfangen. In Konfigurationen, in denen das Gehäuse 12 aus einem leitenden Material wie Metall gebildet ist, können Bereiche des Gehäuses wie Schlitze oder andere Öffnungen in dem Metall mit Kunststoff oder einem anderen Dielektrikum gefüllt sein. Antennen 40 können in Ausrichtung mit dem Dielektrikum in den Öffnungen angebracht sein. Diese Öffnungen, die manchmal als dielektrische Antennenfenster, dielektrische Lücken, dielektrisch gefüllte Öffnungen, dielektrisch gefüllte Schlitze, längliche dielektrische Öffnungsbereiche usw. bezeichnet werden, können ermöglichen, dass Antennensignale von Antennen 40 im Inneren der Vorrichtung 10 an externe Geräte übertragen werden, und können ermöglichen, dass interne Antennen 40 Antennensignale von externen Geräten empfangen. In einer anderen geeigneten Anordnung können die Antennen 40 an der Außenseite von leitenden Abschnitten des Gehäuses 12 angebracht sein.
In Vorrichtungen mit phasengesteuerten Antennen-Arrays kann die Schaltlogik 34 eine Verstärkungs- und Phasenanpassungsschaltlogik einschließen, die zur Anpassung der allen Antennen 40 in einem Array zugeordneten Signale (z. B. zum Durchführen einer Strahlsteuerung) verwendet wird. Eine schaltende Schaltlogik kann verwendet werden, um die gewünschten Antennen 40 ein- und auszuschalten. Jeder der Positionen 50 kann mehrere Antennen 40 einschließen (z. B. einen Satz von drei Antennen oder mehr als drei oder weniger als drei Antennen in einem phasengesteuerten Antennen-Array) und, falls gewünscht, können eine oder mehrere Antennen von einer der Positionen 50 zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet werden, während eine oder mehrere Antennen von einer anderen der Positionen 50 zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet werden.
4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie Antennen 40 an der Vorrichtung 10 in einem phasengesteuerten Antennen-Array gebildet werden können. Wie in 4 gezeigt, kann ein Array 60 von Antennen 40 mit einem Signalpfad, wie dem Pfad 64 (z. B. einer oder mehreren Hochfrequenz-Übertragungsleitungsstrukturen, Wellenleiterstrukturen mit extrem hoher Frequenz oder anderen Übertragungsleitungsstrukturen mit extrem hoher Frequenz etc.) gekoppelt sein. Array 60 kann eine Anzahl N von Antennen 40 einschließen (z. B. eine erste Antenne 40-1, eine zweite Antenne 40-2, eine N-te Antenne 40-N usw.). Antennen 40 in dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 können in jeder gewünschten Anzahl von Zeilen und Spalten oder in jedem anderen gewünschten Muster angeordnet sein (z. B. müssen die Antennen nicht in einem Gittermuster mit Zeilen und Spalten angeordnet sein). Während der Signalübertragungsoperationen kann der Pfad 64 verwendet werden, um Signale (z. B. Millimeterwellensignale) von der Transceiver-Schaltlogik 28 an das phasengesteuerte Antennen-Array 60 zur drahtlosen Übertragung an ein externes drahtloses Gerät zu liefern. Während Signalempfangsvorgängen kann der Pfad 64 verwendet werden, um Signale, die vom phasengesteuerten Antennen-Array 60 empfangen werden, von einem externen Gerät an die Transceiver-Schaltlogik 28 zu übertragen.
Die Verwendung mehrerer Antennen 40 in dem Array 60 ermöglicht die Implementierung von Strahlsteuerungsanordnungen durch Steuerung der relativen Phasen und Amplituden der Signale für die Antennen. In dem Beispiel in 4 weisen die Antennen 40 jeweils eine entsprechende Phasen- und Amplitudensteuerung 62 auf (z. B. eine erste Steuerung 62-1, die zwischen den Signalpfad 64 und die erste Antenne 40-1 geschaltet ist, eine zweite Steuerung 62-2, die zwischen den Signalpfad 64 und die zweite Antenne 40-2 geschaltet ist, eine N-te Steuerung 62-N, die zwischen den Pfad 64 und Antenne 40-N geschaltet ist, usw.).
Die Strahlsteuerungsschaltlogik, wie die Steuerschaltlogik 70, kann Phasen- und Amplitudensteuerungen 62 verwenden, um die relativen Phasen und Amplituden der gesendeten Signale einzustellen, die an jede der Antennen im Array 60 geliefert werden, und die relativen Phasen der empfangenen Signale einstellen, die vom Array 60 von einem externen Gerät empfangen werden. Der Begriff „Strahl“ oder „Signalstrahl“ kann sich hierin in seiner Gesamtheit auf drahtlose Signale, die von einem Antennen-Array 60 in einer bestimmten Richtung gesendeten und empfangenen werden, beziehen. Der Begriff „Sendestrahl“ kann hierin manchmal verwendet werden, um drahtlose Signale zu bezeichnen, die in einer bestimmten Richtung übertragen werden, während der Begriff „Empfangsstrahl“ hierin manchmal verwendet werden kann, um drahtlose Signale zu bezeichnen, die aus einer bestimmten Richtung empfangen werden. In Szenarien, in denen die Vorrichtung 10 mehrere phasengesteuerte Antennen-Arrays einschließt, kann jedes phasengesteuerte Antennen-Array unter Verwendung einer jeweiligen Strahlsteuerschaltung 70 gesteuert werden (z. B. kann jedes phasengesteuerte Antennen-Array unter Verwendung eines jeweiligen Strahls kommunizieren, der unter Verwendung eines entsprechenden Satzes von Phasen- und Amplitudeneinstellungen gesteuert wird).
Wenn beispielsweise die Steuerschaltlogik 70 eingestellt wird, um einen ersten Satz von Phasen und Amplituden an den gesendeten Signalen zu erzeugen (z. B. basierend auf Steuersignalen, die von der Steuerschaltlogik 14 empfangen werden), bilden die gesendeten Signale einen Sendestrahl, wie er durch den Strahl 66 in 4 gezeigt ist, der in der Richtung von Punkt A ausgerichtet ist. Wenn jedoch die Steuerschaltlogik 70 die Steuerungen 62 so einstellt, dass sie einen zweiten Satz von Phasen und Amplituden an den übertragenen Signalen erzeugen, bilden die übertragenen Signale einen Strahl, wie durch den Strahl 68 gezeigt, der in Richtung des Punktes B ausgerichtet ist. Wenn die Steuerschaltlogik 70 die Steuerungen 62 so einstellt, dass sie den ersten Satz von Phasen und Amplituden erzeugen, können in ähnlicher Weise drahtlose Signale (z. B. Millimeterwellensignale in einem Millimeterwellenfrequenzstrahl) aus der Richtung des Punkts A empfangen werden, wie dies durch den Strahl 66 gezeigt ist. Wenn die Steuerschaltlogik 70 die Steuerungen 62 einstellt, um den zweiten Satz von Phasen und Amplituden zu erzeugen, können Signale aus der Richtung des Punkts B empfangen werden, wie durch den Strahl 68 gezeigt. Die Steuerschaltlogik 70 kann durch die Steuerschaltlogik 14 in 2 oder durch eine andere Steuerungs- und Verarbeitungsschaltlogik in der Vorrichtung 10 gesteuert werden, falls dies gewünscht wird.
Bei der Durchführung von Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikationen werden drahtlose Signale über einen Sichtlinienpfad zwischen dem phasengesteuerten Antennen-Array 60 und externen Geräten übertragen. Wenn sich das externe Gerät an Position A in 4 befindet, kann die Schaltung 70 eingestellt werden, um den Signalstrahl in Richtung A zu lenken. Wenn sich das externe Gerät an Position B befindet, kann die Schaltung 70 so eingestellt werden, dass der Signalstrahl in Richtung B gelenkt wird. In dem Beispiel in 4 ist gezeigt, dass die Strahllenkung der Einfachheit halber über einen einzelnen Freiheitsgrad ausgeführt wird (z. B. nach links und rechts auf der Seite von 4). In der Praxis wird der Strahl jedoch über zwei Freiheitsgrade gelenkt (z. B. in die Seite hinein und aus dieser heraus und auf der Seite von 4 nach links und rechts).
Das Strahlungsmuster des Arrays 60 kann von der speziellen Anordnung der Antennen 40 innerhalb des Arrays abhängen. In Szenarien, in denen die Antennen 40 in dem Array 60 in einem rechteckigen Gitter aus ausgerichteten Reihen und Spalten angeordnet sind, kann das Strahlungsmuster des Arrays extrem ungleichmäßig sein (z. B. können Millimeterwellensignale, die von dem Array gesendet werden, in bestimmten Richtungen eine größere Verstärkung aufweisen als in anderen). Falls gewünscht, können die Antennen 40 im Array 60 so angeordnet sein, dass das Array 60 ein Strahlungsmuster aufweist, das über alle Strahllenkwinkel ausreichend gleichmäßig ist.
5A ist eine Seitenansicht, die zeigt, wie das Antennen-Array 60 ein gleichförmiges Strahlungsmuster aufweisen kann. Wie in 5A gezeigt, kann das Antennen-Array 60 in der X-Y-Ebene von 5A liegen. Array 60 kann Millimeterwellensignale oder andere drahtlose Signale mit Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz in der positiven Z-Richtung von 5A senden und empfangen (z. B. in einer Hemisphäre einer möglichen Abdeckung, die sich über der XY-Ebene in der Z-Richtung erstreckt). In Szenarien, in denen Antennen 40 in einem rechteckigen Gitter in einem entsprechenden phasengesteuerten Antennen-Array angeordnet sind, kann das Array ein Strahlungsmuster aufweisen, wie beispielsweise ein Strahlungsmuster, das dem Diagrammbereich 82 zugeordnet ist. Der Diagrammbereich (Kurve) 82 kann die Verstärkung der vom Array übertragenen Funksignale anzeigen, wenn er über die gesamte Hemisphäre der Abdeckung des Arrays gesteuert wird. Der Abstand der Kurve 82 aus 5A zeigt die Verstärkung des Arrays bei verschiedenen Strahllenkwinkeln an. Wie durch den Diagrammbereich 82 gezeigt, kann das Array in einigen Richtungen eine größere Verstärkung aufweisen als in anderen. Dies kann dazu führen, dass das Array eine unzureichende Verstärkung aufweist, wenn es in einige Richtungen gesteuert wird. Wenn das Array 60 drahtlose Signale in diesen Richtungen an ein externes Gerät überträgt, können Fehler in die von dem externen Gerät empfangenen Daten eingefügt werden, oder die entsprechende Kommunikationsverbindung kann unterbrochen werden.
Falls gewünscht, können die Antennen 40 in nicht rechteckigen Mustern angeordnet sein, die das Array 60 so ausgelegt, dass es ein gleichförmiges Strahlungsmuster aufweist, wie ein Strahlungsmuster, das dem Diagrammbereich 80 in 5A zugeordnet ist. Wie durch den Diagrammbereich 80 gezeigt, kann das Array 60 einen relativ gleichmäßigen Gewinn aufweisen, wenn es über alle möglichen Höhenwinkel θ gesteuert wird (z. B. über die gesamte Hemisphäre der Abdeckung für das Array). Das Beispiel in 5A zeigt einen Schnitt des dreidimensionalen Diagrammbereichs für das Array 60 in der X-Z-Ebene (z. B. der Diagrammbereich bei Steuerung des Arrays 60 über verschiedene Höhenwinkel θ).
5B ist eine Ansicht von oben nach unten, die zeigt, wie das Array 60 einen gleichmäßigen Antennendiagrammbereich aufweisen kann, wenn das Array 60 über verschiedene Azimutwinkel φ gesteuert wird (z. B. Zeigen eines Schnitts des dreidimensionalen Diagrammbereichs innerhalb der X-Y-Ebene bei Steuerung des Arrays 60 über verschiedene Azimutwinkel φ). Wie in 5B gezeigt, kann der Diagrammbereich 82 eines rechteckigen Arrays bei einigen Azimutwinkeln φ mit signifikant höherer Verstärkung verbunden sein als bei anderen Azimutwinkeln φ. Der dem Array 60 zugeordnete Diagrammbereich 80 mit Antennen 40, die in nicht rechteckigen Mustern angeordnet sind, ist über alle Azimutwinkel φ gleichmäßiger (z. B. flacher oder gleichmäßiger gekrümmt). Wenn es auf diese Weise ausgelegt ist, kann das Array 60 eine relativ hochwertige Kommunikationsverbindung mit externen Geräten aufrechterhalten, unabhängig davon, wo sich die externen Geräte innerhalb der Hemisphäre der Abdeckung des Arrays befinden (z. B. ungeachtet des Höhenwinkels θ oder des Azimutwinkels φ, auf die der Strahl gelenkt wird).
Die Antennen 40 in dem Array 60 können unter Verwendung eines beliebigen gewünschten Antennentyps (z. B. invertierte F-Antennen, Dipolantennen, Patch-Antennen usw.) gebildet werden. Patch-Antennenstrukturen, die zum Implementieren von Antennen 40 verwendet werden können, sind in 6 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, kann die Patch-Antenne 40 ein Patch-Antennenresonanzelement wie beispielsweise Patch 90 aufweisen, das von einer Masseebenenstruktur, wie beispielsweise Masse 92, getrennt ist. Das Antennen-Patch-Resonanzelement 90 und die Masse 92 können aus Metallfolie, bearbeiteten Metallstrukturen, Metallpfaden auf einer Leiterplatte oder einem geformten Kunststoffträger, Gehäusestrukturen für elektronische Vorrichtungen oder anderen leitenden Strukturen in einer elektronischen Vorrichtung wie der Vorrichtung 10 gebildet sein.
Die Antenne 40 kann unter Verwendung von Hochfrequenzübertragungsleitungsstrukturen mit einer Transceiver-Schaltlogik, wie der Transceiver-Schaltlogik 20 in 2, gekoppelt sein. Wie in 6 gezeigt, können Hochfrequenzübertragungsleitungsstrukturen mit Antennenversorgungsstrukturen gekoppelt sein, die der Antenne 40 zugeordnet sind. Beispielsweise kann die Antenne 40 eine Antennenspeisung mit einem positiven Antennenspeiseanschluss, wie dem mit dem Patch-Resonanzelement 90 gekoppelten Anschluss 96 und einem Masse-Antennenspeiseanschluss, wie dem mit Masse 92 gekoppelten Masse-Antennenspeiseanschluss 98, aufweisen. Ein positiver Übertragungsleitungsleiter in den Hochfrequenzübertragungsleitungsstrukturen kann zwischen die Transceiver-Schaltlogik 20 und den positiven Antennenspeiseanschluss 96 gekoppelt sein. Ein Masseübertragungsleitungsleiter in den Hochfrequenzübertragungsleitungsstrukturen kann zwischen die Transceiver-Schaltlogik 20 und den Masseantennen-Speiseanschluss 98 gekoppelt sein. Falls gewünscht, kann der leitende Pfad 94 verwendet werden, um den Anschluss 96' mit dem Anschluss 96 zu koppeln, sodass die Antenne 40 unter Verwendung einer Übertragungsleitung mit einem positiven Leiter gespeist wird, der mit dem Anschluss 96' und somit dem Anschluss 96 gekoppelt ist. Falls gewünscht, kann der leitende Pfad 94 weggelassen werden. Andere Typen von Antennenzuleitungsanordnungen können verwendet werden, falls gewünscht. Die Speisungskonfiguration in 6 dient lediglich der Veranschaulichung.
Wie in 6 gezeigt, kann das Antennen-Patch-Resonanzelement 90 in einer Ebene wie der X-Y-Ebene in 5 und 6 liegen. Die Masse 92 kann innerhalb einer Ebene verlaufen, die parallel zu der Ebene des Antennen-Patch-Resonanzelements (Patch) 90 verläuft. Patch 90 und Masse 92 können daher in getrennten parallelen Ebenen liegen, die durch einen Abstand H voneinander getrennt sind. Die Seitenlänge des Patch-Resonanzelements 90 kann so gewählt werden, dass die Antenne 40 bei einer gewünschten Betriebsfrequenz mitschwingt. Beispielsweise können die Seiten des Elements 90 jeweils eine Länge L0 aufweisen, die ungefähr gleich der halben Wellenlänge (z. B. innerhalb von 15 % der halben Wellenlänge) der von der Antenne 40 übertragenen Signale ist (z. B. in Szenarien, in denen das Patch-Element 90 im Wesentlichen quadratisch ist).
Das Beispiel in 6 dient lediglich der Veranschaulichung. Das Patch 90 kann eine quadratische Form haben, bei der alle Seiten des Patches 90 die gleiche Länge haben, oder es kann eine rechteckige Form haben. Im Allgemeinen können Patch 90 und Masse 92 unterschiedliche Formen und Ausrichtungen haben (z. B. planare Formen, gekrümmte Patch-Formen, Patch-Elementformen mit nicht rechteckigen Umrissen, Formen mit geraden Kanten wie Quadrate, Formen mit gekrümmten Kanten wie Ovale und Kreise, Formen mit Kombinationen aus gekrümmten und geraden Kanten usw.). In Szenarien, in denen Patch 90 nicht rechteckig ist, kann Patch 90 eine Seiten- oder maximale laterale Abmessung aufweisen, die zum Beispiel ungefähr gleich der halben Wellenlänge ist (z. B. innerhalb von 15 %).
Um die Polarisationen zu verbessern, die von der Patch-Antenne 40 geregelt werden, kann die Antenne 40 mit mehreren Speisungen bereitgestellt werden. Eine veranschaulichende Patch-Antenne mit mehreren Einspeisungen wird in 7 gezeigt. Wie in 7 gezeigt, kann die Antenne 40 eine erste Einspeisung am Antennenanschluss P1, der mit der Übertragungsleitung 64-1 gekoppelt ist, und eine zweite Einspeisung am Antennenanschluss P2, der mit der Übertragungsleitung 64-2 gekoppelt ist, aufweisen. Die erste Antennenspeisung kann einen ersten Massespeisungsanschluss, der mit Masse 92 gekoppelt ist, und einen ersten positiven Speiseanschluss 96-P1 aufweisen, der mit dem Patch-Antennenresonanzelement 90 gekoppelt ist, haben. Die zweite Antennenspeisung kann einen zweiten Masseversorgungsanschluss, der mit Masse 92 gekoppelt ist, und einen zweiten positiven Versorgungsanschluss 96-P2, haben.
Patch 90 kann eine rechteckige Form haben, wobei ein erstes Kantenpaar parallel zur Abmessung Y verläuft und ein zweites Kantenpaar senkrecht parallel zur Abmessung X verläuft. Die Länge von Patch 90 in Abmessung Y ist L1 und die Länge von Patch 90 in Abmessung X ist L2. Mit dieser Konfiguration kann die Antenne 40 durch orthogonale Polarisationen gekennzeichnet sein.
Wenn die dem Anschluss P1 zugeordnete erste Antenneneinspeisung verwendet wird, kann die Antenne 40 Antennensignale in einem ersten Kommunikationsband mit einer ersten Frequenz (z. B. einer Frequenz, bei der die Hälfte der entsprechenden Wellenlänge ungefähr der Abmessung L1 entspricht) senden und/oder empfangen. Diese Signale können eine erste Polarisation aufweisen (z. B. kann das elektrische Feld E1 der Antennensignale 100, die dem Anschluss P1 zugeordnet sind, parallel zur Abmessung Y ausgerichtet sein). Wenn die dem Anschluss P2 zugeordnete Antenneneinspeisung verwendet wird, kann die Antenne 40 Antennensignale in einem zweiten Kommunikationsband mit einer zweiten Frequenz (z. B. einer Frequenz, bei der die Hälfte der entsprechenden Wellenlänge ungefähr der Abmessung L2 entspricht) senden und/oder empfangen. Diese Signale können eine zweite Polarisation aufweisen (z. B. kann das elektrische Feld E2 der Antennensignale 100, die dem Anschluss P2 zugeordnet sind, parallel zur Abmessung X ausgerichtet sein, sodass die den Anschlüssen P1 und P2 zugeordneten Polarisationen orthogonal zueinander sind). In Szenarien, in denen Patch 90 quadratisch ist (z. B. Länge L1 ist gleich Länge L2), können die Anschlüsse P1 und P2 dasselbe Kommunikationsband abdecken. In Szenarien, in denen Patch 90 rechteckig ist, können die Anschlüssen P1 und P2 bei Bedarf unterschiedliche Kommunikationsbänder abdecken. Während der drahtlosen Kommunikation unter Verwendung der Vorrichtung 10 kann die Vorrichtung 10 den Anschluss P1, den Anschluss P2 oder sowohl den Anschluss P1 als auch den Anschluss P2 verwenden, um Signale (z. B. Millimeterwellen- und Zentimeterwellensignale) zu senden und/oder zu empfangen.
Das Beispiel in 7 dient lediglich der Veranschaulichung. Patch 90 kann eine quadratische Form haben, bei der alle Seiten des Patches 90 die gleiche Länge haben, oder kann eine rechteckige Form haben, bei der die Länge L1 von der Länge L2 verschieden ist. Im Allgemeinen können Patch 90 und Masse 92 unterschiedliche Formen und Ausrichtungen haben (z. B. planare Formen, gekrümmte Patch-Formen, Patch-Elementformen mit nicht rechteckigen Umrissen, Formen mit geraden Kanten wie Quadrate, Formen mit gekrümmten Kanten wie Ovale und Kreise, Formen mit Kombinationen aus gekrümmten und geraden Kanten usw.). In Szenarien, in denen Patch 90 nicht rechteckig ist, kann Patch 90 eine Seiten- oder maximale laterale Abmessung (z. B. eine längste Seite) aufweisen, die zum Beispiel ungefähr gleich (z. B. innerhalb von 15 %) der halben Betriebswellenlänge ist.
Antennen 40 wie einzeln polarisierte Patch-Antennen des in 6 gezeigten Typs und/oder doppelt polarisierte Patch-Antennen des in 7 gezeigten Typs können in einem entsprechenden phasengesteuerten Antennen-Array 60 in der Vorrichtung 10 angeordnet sein. Im Allgemeinen kann es wünschenswert sein, dass das phasengesteuerte Antennen-Array 60 in der Lage ist, eine Abdeckung in mehreren Kommunikationsbändern (z. B. Bändern zwischen 10 GHz und 300 GHz) mit einem relativ gleichmäßigen Strahlungsmuster über alle Winkel innerhalb des Abdeckungsbereichs des Arrays 60 bereitzustellen. In einer geeigneten Anordnung kann das Array 60 eine Abdeckung in einem ersten Kommunikationsband, einem zweiten Kommunikationsband, das höhere Frequenzen als das erste Kommunikationsband einschließt, und/oder einem dritten Millimeterband, das höhere Frequenzen als das zweite Kommunikationsband einschließt, bereitstellen. Beispielsweise kann das erste Kommunikationsband (hierin manchmal als Tiefband oder Zentimeterwellen-Tiefband bezeichnet) Frequenzen von 27,5 GHz bis 28,5 GHz, von 26 GHz bis 30 GHz, von 20 GHz bis 36 GHz, oder beliebige andere gewünschte Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz einschließen. Das zweite Kommunikationsband (hierin manchmal als Mittelband oder Millimeterwellen-Mittelband bezeichnet) kann Frequenzen von 37 GHz bis 41 GHz, von 36 GHz bis 42 GHz, von 30 GHz bis 56 GHz, oder irgendwelche anderen gewünschten Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz einschließen, die größer als das niedrige Band sind. Das dritte Kommunikationsband (hierin manchmal als Hochband oder Millimeterwellen-Hochband bezeichnet) kann Frequenzen von 57 GHz bis 71 GHz, von 58 GHz bis 63 GHz, von 59 GHz bis 61 GHz, von 42 GHz bis 71 GHz, oder andere gewünschte Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz einschließen, die größer als das Mittelband sind. Als ein Beispiel können das Niedrigband und das Mittelband Mobilnetzwerke der 5. Generation oder Kommunikationsbänder für drahtlose Systeme der 5. Generation (5G) einschließen, während das Hochband Kommunikationsbänder nach IEEE 802.11ad einschließt. Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung.
Um eine Abdeckung in mehreren Kommunikationsbändern über 10 GHz bereitzustellen, können verschiedene Antennen 40 mit Patch-Elementen 90 unterschiedlicher Größe in das gleiche phasengesteuerte Antennen-Array 60 eingebaut werden. 8 ist eine Draufsicht des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60, die zeigt, wie das Array 60 ausgelegt sein kann, um Mehrband-Millimeter- und Zentimeterwellen-Kommunikationen mit einem einheitlichen Strahlungsmuster durchzuführen. Wie in 8 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 mehrere Sätze von Antennen 40 einschließen (z. B. einen ersten Satz von Antennen 40A und einen zweiten Satz von Antennen 40B).
Jede Antenne in dem Satz von Antennen 40A (hier manchmal als Gruppe, Teil-Array oder Ring von Antennen 40A bezeichnet) kann der gleiche Antennentyp mit den gleichen Abmessungen/Formen sein (z. B. zum Abdecken der gleichen Frequenzen). In ähnlicher Weise kann jede Antenne in dem zweiten Satz von Antennen 40B (hier manchmal als Gruppe, Teil-Array oder Ring von Antennen 40B bezeichnet) der gleiche Antennentyp mit den gleichen Abmessungen zum Abdecken der gleichen Frequenzen sein.
Beispielsweise kann jede der Antennen 40A eine Einzelpolarisations-Patch-Antenne des in 6 gezeigten Typs oder eine Doppelpolarisations-Patch-Antenne des in 7 gezeigten Typs sein. In ähnlicher Weise kann jede der Antennen 40B eine Einzelpolarisations-Patch-Antenne des in 6 gezeigten Typs oder eine Doppelpolarisations-Patch-Antenne des in 7 gezeigten Typs sein. Jede der Antennen 40A kann ein entsprechendes Patch-Antennen-Resonanzelement 90 einschließen, beispielsweise ein Patch-Antennen-Resonanzelement 90A. Jede der Antennen 40B kann ein entsprechendes Patch-Antennen-Resonanzelement 90 einschließen, beispielsweise ein Patch-Antennen-Resonanzelement 90B. In einem geeigneten Array kann jede der Antennen 40A und 40B separate Grundebenenstrukturen einschließen. In einem anderen geeigneten Array kann jede der Antennen 40A und 40B unter Verwendung derselben (gemeinsamen) Antennenmasseebene 92 ausgebildet sein. Die Patch-Elemente 90A und 90B können beispielsweise durch ein dielektrisches Substrat von der Masseebene 92 getrennt sein.
Um eine Abdeckung in mehreren Kommunikationsbändern zwischen 10 GHz und 300 GHz bereitzustellen, kann jede der Antennen 40A eine Abdeckung in einem ersten Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz bereitstellen, wohingegen jede der Antennen 40B eine Abdeckung in einem zweiten Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz bereitstellt. In dem Beispiel in 8 liefern die Antennen 40B eine Abdeckung in einem Millimeterwellen-Kommunikationsband bei höheren Frequenzen als die Antennen 40A. Dies ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können die Antennen 40B eine Abdeckung in einem Kommunikationsband bei niedrigeren Frequenzen bereitstellen als die Antennen 40A.
Die Patch-Antennenresonanzelemente 90B der Antennen 40B können Seiten der Länge V aufweisen (z. B. eine Länge V wie die Länge L0 in 6, die Länge L 1 oder L2 in 7, eine maximale laterale Abmessung V usw.). Die Patch-Antennenresonanzelemente 90A der Antennen 40A können Seiten der Länge W aufweisen (z. B. eine Länge W wie die Länge L0 in 6, die Länge L1 oder L2 in 7, eine maximale laterale Abmessung W usw.). Da die Antennen 40B verwendet werden, um höhere Frequenzen als die Antennen 40A in dem Beispiel in 8 abzudecken, kann die Abmessung W größer als die Abmessung V sein. Beispielsweise kann die Abmessung W ungefähr gleich der zweifachen Länge V sein (z. B. kann die Abmessung W zwischen der 1,7- und 2,3-fachen Länge V, zwischen der 1,8- und 2,2-fachen Länge V, der zweifachen Länge V usw. sein).
Die Länge der Seiten W der Elemente 90A kann ungefähr gleich der Hälfte der Betriebswellenlänge der Antennen 40A sein, und die Länge der Seiten V der Elemente 90B kann ungefähr gleich der Hälfte der Betriebswellenlänge der Antennen 40B im freien Raum sein (d. h. in Abwesenheit eines dielektrischen Substrats zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90). In der Praxis können die Längen der Seiten W und V um einen Versatz, der von der Dielektrizitätskonstante des Substrats zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90 abhängt, geringer sein als die Hälfte der entsprechenden Betriebswellenlängen. In Abwesenheit eines dielektrischen Substrats zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90, wenn das Array 60 so ausgelegt ist, dass es ein erstes Kommunikationsband von 27,5 GHz bis 28,5 GHz abdeckt, und ein zweites Kommunikationsband von 57 GHz bis 71 GHz, kann die Abmessung W beispielsweise ungefähr gleich (z. B. innerhalb von 15 % von) 2,0 bis 2,5 mm sein, um das erste Kommunikationsband abzudecken, wohingegen die Abmessung V ungefähr gleich 1,0 bis 1,25 mm ist, um das zweite Kommunikationsband abzudecken. In Szenarien, in denen ein dielektrisches Substrat mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,0 bis 3,5 zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90 ausgebildet ist, kann die Abmessung W zum Beispiel ungefähr 1,1 bis 1,2 mm und die Abmessung V ungefähr 0,5 bis 0,6 mm betragen.
In dem Beispiel in 8 sind die Antennenresonanzelemente 90A und 90B quadratisch, die Seiten jedes Elements 90A sind parallel zu den entsprechenden Seiten der anderen Elemente 90A, die Seiten jedes Elements 90B sind parallel zu den entsprechenden Seiten der anderen Elemente 90B, und die Seiten jedes Elements 90A sind parallel zu entsprechenden Seiten an jedem der Elemente 90B. Dies ist lediglich veranschaulichend und in anderen Anordnungen können die Antennen 40A und 40B Patch-Antennenresonanzelemente 90 mit beliebigen gewünschten Formen und Ausrichtungen einschließen (z. B. planare Formen, gekrümmte Patch-Formen, Patch-Elementformen mit nicht rechteckigen Umrissen, Formen mit geraden Kanten wie Quadrate, Formen mit gekrümmten Kanten wie Ovale mit Hauptachsen mit Längen W oder V und Kreise mit Durchmessern mit Längen W oder V, Formen mit Kombinationen aus gekrümmten und geraden Kanten, polygonale Formen mit Seitenlängen W oder V oder maximalen seitlichen Abmessungen W oder V usw.). Falls gewünscht, müssen die Seiten der Elemente 90A nicht parallel zu den entsprechenden Seiten der anderen Elemente 90A sein, und die Seiten der Elemente 90B müssen nicht parallel zu den entsprechenden Seiten der anderen Elemente 90B sein. In ähnlicher Weise müssen die Seiten der Elemente 90A nicht parallel zu den entsprechenden Seiten der Elemente 90B sein, falls dies gewünscht wird.
In einigen Szenarien werden mehrere separate phasengesteuerte Antennen-Arrays zum Abdecken verschiedener Kommunikationsbänder gebildet (d. h. Antennen 40A werden in einem separaten Array von Antennen 40B gebildet). Separate phasengesteuerte Antennen-Arrays können jedoch eine übermäßige Menge des begrenzten Raums in der Vorrichtung 10 einnehmen. Um den Platzbedarf in der Vorrichtung 10 zu verringern, können die Antennen 40A und 40B in demselben phasengesteuerten Antennen-Array 60 angeordnet sein (z. B. können die Antennen 40A und 40B in dem Array 60 beide kombiniert werden, um einen einzelnen Strahl von drahtlosen Signalen zu erzeugen, der in eine bestimmte Richtung gelenkt wird).
In einigen Szenarien sind die Antennen 40A und 40B beide in einem rechteckigen Gittermuster innerhalb eines einzelnen Arrays angeordnet. Die Strukturierung der Antennen 40A und 40B in einem rechteckigen Gittermuster kann jedoch dazu führen, dass das Array ein ungleichmäßiges Strahlungsmuster aufweist, sodass die Strahllenkung in einigen Azimutrichtungen zu einer signifikant höheren Verstärkung führt als die Strahllenkung in anderen Azimutrichtungen (d. h. derart, dass das Array ein Strahlungsmuster aufweist, wie ein Muster, das dem Diagrammbereich 82 in 5B zugeordnet ist). Um das Array 60 mit einem gleichförmigen Antennendiagrammbereich zu versehen, wenn der Strahl über verschiedene Azimutwinkel φ gelenkt wird (z. B. wie durch den Diagrammbereich 80 in 5B gezeigt), können die Antennen 40A und 40B in einem symmetrischen und nicht rechteckigen Muster angeordnet sein, wie beispielsweise einem Muster aus einem oder mehreren konzentrischen Ringen.
Wie in 8 gezeigt, können die Antennen 40A und 40B innerhalb des Arrays 60 in einem Muster von zwei konzentrischen Ringen angeordnet sein, die um eine Mittelachse wie die Achse 102 zentriert sind (hier manchmal als Zentrum 102, mittlerer Punkt 102 oder Mittelpunkt 102 bezeichnet). Der erste Satz von Antennen 40A kann in einem ersten Ring um die Mittelachse 102 angeordnet sein, wohingegen der zweite Satz von Antennen 40B in einem zweiten Ring um die Mittelachse 102 angeordnet ist. Der Antennenring 40A kann den Antennenring 40B im Array 60 umgeben (z. B. kann jede Antenne 40B näher am Mittelpunkt 102 angeordnet sein als Antennen 40A). Der Antennenring 40A kann hier manchmal als äußerer Antennenring bezeichnet werden, während der Antennenring 40B hier manchmal als innerer Antennenring bezeichnet wird.
Jede Antenne 40A im Außenring kann sich in einem ersten Abstand D1 zur Mittelachse 102 befinden. Jede Antenne 40B im Innenring kann sich in einem zweiten Abstand D2 zur Mittelachse 102 befinden. Der zweite Abstand D2 kann kleiner sein als der erste Abstand D1. Um die Gleichförmigkeit des Strahlungsmusters zu optimieren, das vom Array 60 gezeigt wird, kann der Abstand D1 ungefähr gleich der Betriebswellenlänge der Antennen 40A sein (z. B. ungefähr gleich der doppelten Abmessung W), wohingegen der Abstand D2 ungefähr gleich der Betriebswellenlänge der Antennen 40B ist (z. B. ungefähr gleich der doppelten Abmessung V).
In dem Szenario, in dem kein dielektrisches Substrat zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90 ausgebildet ist, decken die Antennen 40A ein erstes Band von 27,5 GHz bis 28,5 GHz ab, und die Antennen 40B decken ein zweites Band von 57 GHz bis 71 GHz ab, wobei der Abstand D1 ungefähr gleich (z. B. innerhalb von 15 %, innerhalb von 10 % usw.) 2,0 bis 2,5 mm sein kann, wohingegen der Abstand D2 ungefähr gleich 1,0 bis 1,25 mm ist (z. B. kann der Abstand D1 ungefähr das Zweifache des Abstandes D2 betragen, da die Betriebswellenlänge der Antennen 40A und die entsprechende Abmessung W ungefähr das Zweifache der Betriebswellenlänge der Antennen 40B und der entsprechenden Abmessung V beträgt). In Szenarien, in denen ein dielektrisches Substrat mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 3,0 und 3,5 zwischen der Masseebene 92 und den Elementen 90 ausgebildet ist, kann der Abstand D1 zum Beispiel etwa 1,1 bis 1,2 mm und der Abstand D2 etwa 0,5 bis 0,6 mm betragen.
Das Array 60 kann eine Anzahl N von Antennen 40A und eine Anzahl M von Antennen 40B einschließen. In dem Beispiel in 8 schließt das Array 60 insgesamt zwölf Antennen 40 ein (z. B. sechs Antennen 40A und sechs Antennen 40B), die in zwei konzentrischen hexagonalen Ringen angeordnet sind. Das Array 60 kann eine beliebige gewünschte Anzahl von Antennen einschließen (z. B. sechzehn Antennen, vierzehn Antennen, zwischen zehn und vierzehn Antennen, zwischen sechs und zehn Antennen, vierundzwanzig Antennen, zwischen sechzehn und vierundzwanzig Antennen, mehr als vierundzwanzig Antennen, etc.). Im Allgemeinen kann eine größere Anzahl von Antennen 40 die Gesamtverstärkung des Arrays 60 (aber auch die gesamte Herstellungs- und Betriebskomplexität des Arrays 60) relativ zu Szenarien erhöhen, in denen weniger Antennen 40 gebildet werden. Die Anzahl N der Antennen 40A kann gleich der Anzahl M der Antennen 40B in dem Array 60 sein, oder es können mehr oder weniger Antennen 40A als Antennen 40B in dem Array 60 vorhanden sein (z. B. kann N gleich, kleiner oder größer als M sein).
Um die Gleichförmigkeit des von Array 60 gezeigten Strahlungsmusters weiter zu optimieren, können die Antennen 40A und 40B jeweils symmetrisch (gleichförmig) um die Mittelachse 102 angeordnet sein. Wie in 8 gezeigt, kann jede Antenne 40A in dem Außenring von den zwei benachbarten Antennen 40A im Außenring durch einen Winkelabstand A1 um die Mittelachse 102 winkelmäßig getrennt sein. In ähnlicher Weise ist jede Antenne 40B im Innenring winkelmäßig von den beiden benachbarten Antennen 40B im Innenring durch einen Winkelabstand A2 um die Mittelachse A1 getrennt. Jede Antenne 40A kann von einer gegenüberliegenden Antenne 40A im Außenring um den doppelten Abstand D1 getrennt sein, wohingegen jede Antenne 40B von einer gegenüberliegenden Antenne 40B im Innenring um den doppelten Abstand D2 getrennt ist.
Da die Antennen 40A und 40B gleichmäßig über den Außenring und um den Punkt 102 verteilt sind, kann der Winkel A1 gleich 360 Grad geteilt durch die Anzahl N der Antennen 40A in dem Array 60 sein, wohingegen der Winkel A2 gleich 360 Grad geteilt durch die Anzahl M der Antennen 40B im Array 60 ist. In Szenarien, in denen die Anzahl N der Antennen 40A gleich der Anzahl M der Antennen 40B ist, ist der Winkel A1 gleich dem Winkel A2. In dem Beispiel in 8 (wo N und M beide gleich sechs sind) sind der Winkel A1 und der Winkel A2 beide gleich 60 Grad. Dieses Beispiel dient lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, können die Antennen 40A und/oder die Antennen 40B ungleichmäßig um die Achse 102 verteilt sein. Falls gewünscht, können einige Antennen 40A um die Achse 102 enger gruppiert sein als andere Antennen 40A und/oder einige Antennen 40B können um die Achse 102 enger gruppiert sein als andere Antennen 40B.
Falls gewünscht, können die Antennen 40B in Bezug auf die Antennen 40A um die Achse 102 winkelversetzt sein. Wie in 8 gezeigt, sind die Antennen 40B an Positionen angeordnet, die um einen Winkel A3 um die Achse 102 in Bezug auf die Positionen der Antennen 40A versetzt sind (z. B. ist eine vom Punkt 102 zu einer gegebenen Antenne 40A gezogene radiale Linie von einer vom Punkt 102 zu einer benachbarten Antenne 40B gezogenen radialen Linie um einen Winkel A3 um den Punkt 102 winkelversetzt). Beispielsweise kann der Winkel A3 ungefähr gleich der Hälfte des Winkels A1 und A2 sein (z. B. befindet sich jede Antenne 40B im Innenring ungefähr in der Mitte des Winkels zwischen benachbarten Antennen 40A im Außenring um den Punkt 102). In dem Beispiel in 8 ist der Winkel A3 ungefähr gleich 30 Grad (d. h. die Hälfte des Winkels A2 und des Winkels A1). Dies ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen kann der Winkel A3 einem beliebigen gewünschten Wert zwischen 0 Grad (z. B. in Szenarien, in denen die Antennen 40A jeweils mit einer entsprechenden Antenne 40B um den Punkt 102 herum ausgerichtet sind) und dem Winkel A1 entsprechen (z. B. zwischen 20 und 40 Grad, zwischen 25 und 35 Grad usw.).
Mit anderen Worten, die Antennen 40A im Außenring können in einem ersten Satz von Winkeln um den Punkt 102 angeordnet sein (z. B. bei 0 Grad, 60 Grad, 120 Grad, 180 Grad, 240 Grad und 300 Grad in Bezug auf die Y-Achse in 8), wobei jeder Winkel im ersten Satz vom nächsten und vorherigen Winkel im ersten Satz durch den Winkel A1 getrennt ist. In ähnlicher Weise kann sich die Antenne 40B im Innenring in einem zweiten Satz von Winkeln um den Punkt 102 befinden (z. B. bei 30 Grad, 90 Grad, 150 Grad, 210 Grad, 270 Grad und 330 Grad in Bezug auf die Y-Achse), wobei jeder Winkel in dem zweiten Satz von nächsten und vorherigen Winkeln in dem zweiten Satz durch den Winkel A2 getrennt ist. Der erste Satz von Winkeln kann in Bezug auf den zweiten Satz von Winkeln um den Versatz A3 versetzt sein.
In dem Beispiel in 8 wird die Mitte jeder Antenne 40A (z. B. die Mitte des Patches 90A) in einem Abstand D1 von der Mittelachse 102 und in einem Winkel A1 um die Achse 102 von der Mitte der benachbarten Antennen 40A gezeigt. In ähnlicher Weise wird die Mitte jeder Antenne 40B (z. B. Patch 90B) in einem Abstand D2 von der Mittelachse 102 und in einem Winkel A2 um die Achse 102 von der Mitte der benachbarten Antennen 40B gezeigt. Dies ist lediglich veranschaulichend. Im Allgemeinen kann sich jeder gewünschte Punkt innerhalb des Umrisses oder an den Kanten der Patches 90A in einem Abstand D1 zur Mittelachse 102 befinden und in einem Winkel A1 um die Achse 102 zu jedem gewünschten Punkt innerhalb des Umrisses oder an den Kanten des Patches 90A in den benachbarten Antennen 40A. In ähnlicher Weise kann sich jeder gewünschte Punkt innerhalb des Umrisses oder an den Kanten der Patches 90B auf jeder Antenne 40B in einem Abstand D2 von der Mittelachse 102 und in einem Winkel A2 um die Achse 102 von jedem gewünschten Punkt innerhalb des Umrisses oder an den Kanten des Patches 90B in den benachbarten Antennen 40B befinden. In einer geeigneten Anordnung (z. B. wie in 8 gezeigt) sind die Antennen 40B in einem Kreisring angeordnet, in dem sich die Antennen 40B im Abstand D2 zum Punkt 102 befinden und die Antennen 40A in einem Kreisring angeordnet sind, in dem sich die Antennen 40A im Abstand D1 zu Punkt 102 befinden. In dieser Anordnung können D1 und D2 so ausgewählt werden, dass sich jede der Antennen 40A bei ungefähr der halben Betriebswellenlänge der Antennen 40A von den zwei benachbarten Antennen 40A in dem Außenring befindet und sich jede der Antennen 40B bei ungefähr der halben Betriebswellenlänge der Antennen 40B von den zwei benachbarten Antennen 40B im Innenring befindet.
Das Beispiel von 8, in dem der äußere Ring der Antennen 40A und der innere Ring der Antennen 40B beide kreisförmig sind, ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können der äußere Antennenring 40A und/oder der innere Antennenring 40B in elliptischen oder anderen polygonalen Ringformen angeordnet sein. Falls gewünscht, können zwei oder mehr Antennen 40A in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse 102 angeordnet sein. Falls gewünscht, können zwei oder mehr Antennen 40B in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse 102 angeordnet sein.
Wenn auf diese Weise angeordnet, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 zwei verschiedene Kommunikationsbänder zwischen 10 GHz und 300 GHz abdecken, während es ein einheitliches Strahlungsmuster aufweist, wie beispielsweise das Strahlungsmuster 80 in 5A und 5B. Dies kann ermöglichen, dass die Strahlsteuerungsschaltlogik 70 (4) den Strahl von Funksignalen für das Array 60 innerhalb eines oder beider der beiden Kommunikationsbänder zwischen 10 GHz und 300 GHz und in jede gewünschte Richtung mit einem relativ konstanten Gewinn steuert (z. B. innerhalb von 10 %, unabhängig von der Richtung des Strahls). Indem Antennen mit niedriger Frequenz 40A und Antennen mit hoher Frequenz 40B in demselben phasengesteuerten Antennen-Array 60 zusammen angeordnet werden, können die Antennen im Vergleich zu Szenarien, in denen die Antennen 40A und 40B in getrennten Arrays ausgebildet sind, bis zur Hälfte des Raums in der Vorrichtung 10 einnehmen.
In einigen Szenarien kann es wünschenswert sein, ein drittes Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz unter Verwendung des Arrays 60 abdecken zu können, beispielsweise ein Millimeterwellenband von 37 GHz bis 41 GHz. In der Praxis haben die Antennen 40A im Außenring jedoch möglicherweise nicht genügend Bandbreite, um sowohl ein erstes Kommunikationsband (z. B. ein erstes Kommunikationsband von 27,5 GHz bis 28,5 GHz) als auch das dritte Kommunikationsband von 37 GHz bis 41 GHz abzudecken. Falls gewünscht, kann das Array 60 einen dritten Satz von Antennen 40C zum Abdecken des dritten Kommunikationsbandes einschließen.
9 ist eine seitliche Querschnittsansicht des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60, die zeigt, wie ein dritter Satz von Antennen 40C in dem Array 60 zum Abdecken des dritten Kommunikationsbandes gebildet werden kann. Wie in 9 gezeigt, kann das phasengesteuerte Antennen-Array 60 auf einem dielektrischen Substrat wie dem Substrat 120 ausgebildet sein. Bei dem Substrat 120 kann es sich zum Beispiel um eine starre oder Leiterplatte oder ein anderes dielektrisches Substrat handeln. Das Substrat 120 kann mehrere dielektrische Schichten 122 einschließen (z. B. mehrere Schichten eines Leiterplattensubstrats, beispielsweise mehrere Schichten eines mit Glasfaser gefüllten Epoxids), wie etwa eine erste dielektrische Schicht 122-1, eine zweite dielektrische Schicht 122-2 über der ersten dielektrischen Schicht, eine dritte dielektrische Schicht 122-3 über der zweiten dielektrischen Schicht und eine vierte dielektrische Schicht 122-4 über der dritten dielektrischen Schicht. Falls gewünscht, können zusätzliche dielektrische Schichten 122 innerhalb des Substrats 120 gestapelt werden.
Bei dieser Art von Array kann die Antenne 40A in die Schichten des Substrats 120 eingebettet sein. Beispielsweise kann die Masseebene 92 auf einer Oberfläche der zweiten Schicht 122-2 ausgebildet sein, wohingegen Patch 90A der Antenne 40A auf einer Oberfläche der dritten Schicht 122-3 ausgebildet ist. Die Antenne 40A kann unter Verwendung einer ersten Übertragungsleitung 64A und einer ersten Antennenspeisung über einen positiven Antennenspeiseanschluss 96A, der mit dem Patch 90A gekoppelt ist, und einen Masseantennenspeiseanschluss, der mit der Masseebene 92 gekoppelt ist, gespeist werden. Die erste Übertragungsleitung 64A kann beispielsweise aus einem leitenden Pfad, wie dem leitenden Pfad 126A, auf einer Oberfläche der ersten Schicht 122-1 und Teilen der Masseschicht 92 gebildet sein. Der leitende Pfad 126A kann beispielsweise den positiven Signalleiter für die Übertragungsleitung 64A bilden. Ein erstes Loch oder eine erste Öffnung 128A kann in der Masseschicht 92 ausgebildet sein. Die erste Übertragungsleitung 64A kann einen vertikalen Leiter 124A einschließen (z. B. eine leitende Durchkontaktierung), der sich von dem Pfad 126A durch die Schicht 122-2, die Öffnung 128A in der Masseschicht 92 und die Schicht 122-3 zum Antennenspeiseanschluss 96A auf dem Patch-Element 90A erstreckt. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und es können, falls gewünscht, andere Übertragungsleitungsstrukturen verwendet werden (z.B. koaxiale Kabelstrukturen, Übertragungsleitungsstrukturen von Streifenleitungen, etc.).
Wie in 9 gezeigt, kann die dielektrische Schicht 122-4 über dem Patch 90A ausgebildet sein. Eine zusätzliche Patch-Antenne, wie die Patch-Antenne 40C, kann unter Verwendung des Patch-Antennenresonanzelements 90C und der Masseschicht 92 gebildet werden. Das Patch-Antennenresonanzelement 90C kann aus einem leitenden Pfad gebildet sein, der auf einer Oberfläche der Schicht 122-4 strukturiert ist. Die Antenne 40C kann unter Verwendung einer zweiten Übertragungsleitung 64C und einer zweiten Antennenspeisung über einen positiven Antennenspeiseanschluss 96C, der mit dem Patch 90C gekoppelt ist, und einen Masseantennenspeiseanschluss, der mit der Masse 92 gekoppelt ist, gespeist werden. Die zweite Übertragungsleitung 64C kann beispielsweise aus einem leitenden Pfad, wie dem leitenden Pfad 126C, auf der Oberfläche der ersten Schicht 122-1 und Teilen der Masseschicht 92 gebildet sein. Ein zweites Loch oder eine erste Öffnung 128C kann in der Masseschicht 92 ausgebildet sein. In dem Patch 90A kann ein Loch oder eine Öffnung 130 ausgebildet sein. Die zweite Übertragungsleitung 64C kann einen vertikalen Leiter 124C einschließen (z. B. eine leitende Durchkontaktierung), der sich von dem Pfad 126C durch die Schicht 122-2, die Öffnung 128C, die Schicht 122-3, die Öffnung 130 und die Schicht 122-4 zum Antennenspeiseanschluss 96C auf dem Patch-Element 90C erstreckt. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und es können, falls gewünscht, andere Übertragungsleitungsstrukturen verwendet werden (z.B. koaxiale Kabelstrukturen, Übertragungsleitungsstrukturen von Streifenleitungen, etc.).
Das Patch-Element 90C kann eine Breite W' aufweisen. Als Beispiel kann das Patch-Element 90C ein rechteckiges Patch (z. B. wie in 6 und 7 gezeigt) mit einer Seite der Länge W' sein, ein quadratisches Patch mit Seiten der Länge W', ein kreisförmiges Patch mit einem Durchmesser W", ein elliptisches Patch mit einer Hauptachsenlänge W' oder kann irgendeine andere gewünschte Form haben (z. B. wobei die Länge W' die maximale laterale Abmessung des Patches ist). Die Abmessung W' des Patch-Elements 90C kann kleiner als die Abmessung W der Patches 90A und größer als die Abmessung V der Patches 90B sein. Dies kann es der Antenne 40A ermöglichen, drahtlose Signale mit Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz mit externen Geräten zu senden und zu empfangen, ohne beispielsweise durch das Element 90' blockiert zu werden.
Die Größe der Abmessung W' kann so gewählt werden, dass die Antenne 40C bei einer gewünschten Betriebsfrequenz mitschwingt. Beispielsweise kann die Abmessung W' ungefähr gleich der Hälfte der Wellenlänge (z. B. innerhalb von 15 % der halben Wellenlänge) der von der Antenne 40C übertragenen Signale sein oder um einen Faktor, der durch die Dielektrizitätskonstante des Substrats 122 bestimmt wird, darunter liegen. In dem Szenario, in dem die Antennen 40A ein erstes Frequenzband von 27,5 GHz bis 28,5 GHz abdecken, die Antennen 40B ein Millimeterwellen-Frequenzband von 57 GHz bis 71 GHz abdecken und die Antennen 40C ein Millimeterwellen-Frequenzband von 37 GHz bis 41 GHz abdecken, kann die Abmessung W' beispielsweise zwischen 0,6 mm und 2,0 mm liegen.
In dem Beispiel von 9 ist gezeigt, dass die Antennen 40A und 40C nur eine einzige Polarisation (Einspeisung) aufweisen. Falls gewünscht, können die Antennen 40A und/oder 40C doppelt polarisierte Patch-Antennen mit zwei Einspeisungen sein (z. B. wie in 7 gezeigt). In diesem Szenario können zusätzliche Löcher in der Masseschicht 92 und/oder dem Patch 90A ausgebildet werden, um die zusätzlichen Einspeisungen aufzunehmen.
Die Antennen 40C zum Abdecken des dritten Frequenzbandes (z. B. von 37 GHz bis 41 GHz) können auf jede gewünschte Weise über das Array 60 verteilt sein. Zum Beispiel können die Antennen 40C über einer, einigen oder allen Antennen 40A in dem Array 60 (8) ausgebildet sein. Das Zusammenstellen der Antennen 40C mit den Antennen 40A kann den in der Vorrichtung 10 benötigten Gesamtraum relativ zu Szenarien reduzieren, in denen die Antennen 40C in einem separaten phasengesteuerten Antennen-Array ausgebildet sind. Falls gewünscht, können eine oder mehrere Antennen 40C getrennt von den Antennen 40A ausgebildet sein (z. B. kann ein dritter Antennenring 40C in dem Array 60 zwischen dem Antennenring 40A und dem Antennenring 40B ausgebildet sein, oder Antennen 40C können an beliebigen anderen gewünschten Stellen im Array 60 ausgebildet sein).
Das Beispiel in 9 dient lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, können zusätzliche Schichten 122 zwischen dem Pfad 126C und der Masse 92, zwischen der Masse 92 und dem Patch 90A und/oder zwischen dem Patch 90A und dem Patch 90C angeordnet sein. In einem anderen geeigneten Array ist das Substrat 120 aus einer einzelnen dielektrischen Schicht gebildet (z. B. können die Antennen 40A und 40C in eine einzelne dielektrische Schicht, wie eine geformte Kunststoffschicht, eingebettet sein). In noch einem anderen geeigneten Array kann das Substrat 120 weggelassen werden und die Antennen 40A und 40C können auf anderen Substratstrukturen gebildet werden oder können ohne Substrate gebildet werden.
In der Praxis können die Antennen 40B eine unzureichende Bandbreite aufweisen, um das gesamte Millimeterwellen-Kommunikationsband von 57 GHz bis 71 GHz abzudecken. Falls gewünscht, können die Antennen 40B parasitäre Antennenresonanzelemente einschließen, die dazu dienen, die Bandbreite der Antennen 40B zu verbreitern.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht des phasengesteuerten Antennen-Arrays 60, und zeigt, wie Antennen 40B mit parasitären Antennenresonanzelementen versehen sein können. Wie in 10 gezeigt, kann die Antenne 40B in die Schichten des Substrats 120 eingebettet sein. Beispielsweise kann die Masseebene 92 auf einer Oberfläche der zweiten Schicht 122-2 ausgebildet sein, wohingegen Patch 90B der Antenne 40B auf einer Oberfläche der dritten Schicht 122-3 ausgebildet ist. Die Antenne 40B kann über eine Übertragungsleitung 64B und eine Antennenspeisung gespeist werden, die einen positiven Antennenspeiseanschluss 96B, der mit dem Patch 90B gekoppelt ist, und einen Masseantennenspeiseanschluss, der mit der Masseebene 92 gekoppelt ist, einschließt. Die Übertragungsleitung 64B kann beispielsweise aus einem leitenden Pfad wie dem leitenden Pfad 126B auf einer Oberfläche der ersten Schicht 122-1 und Teilen der Masseschicht 92 gebildet sein. Der leitende Pfad 126B kann beispielsweise den positiven Signalleiter für die Übertragungsleitung 64B bilden. Ein Loch oder eine Öffnung 128B kann in der Masseschicht 92 ausgebildet sein. Die Übertragungsleitung 64B kann einen vertikalen Leiter 124B (z. B. eine leitende Durchkontaktierung) einschließen, der sich vom leitenden Pfad 126B durch die Schicht 122-2, die Öffnung 128B in der Masseschicht 92 und 122-3 zum Speiseanschluss 96B auf dem Patch-Element 90B erstreckt. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend und es können, falls gewünscht, andere Übertragungsleitungsstrukturen verwendet werden (z.B. koaxiale Kabelstrukturen, Übertragungsleitungsstrukturen von Streifenleitungen, etc.).
Wie in 10 gezeigt, kann die dielektrische Schicht 122-4 über dem Patch 90B ausgebildet sein. Ein parasitäres Antennenresonanzelement wie das Element 140 kann aus leitenden Pfaden auf einer Oberfläche der Schicht 122-4 gebildet sein. Das parasitäre Antennenresonanzelement 140 kann hierin manchmal als parasitäres Resonanzelement 140, parasitäres Antennenelement 140, parasitäres Element 140, parasitäres Feld 140, parasitärer Leiter 140, parasitäre Struktur 140 oder Patch 140 bezeichnet werden. Das parasitäre Element 140 wird nicht direkt gespeist, wohingegen das Patch-Antennenresonanzelement 90B direkt über die Übertragungsleitung 64B und den Speiseanschluss 96B gespeist wird. Das parasitäre Element 140 kann eine konstruktive Störung des durch das Patch-Antennenresonanzelement 90B erzeugten elektromagnetischen Felds erzeugen, wodurch eine neue Resonanz für die Antenne 40B erzeugt wird. Dies kann dazu dienen, die Gesamtbandbreite der Antenne 40B zu verbreitern (z. B. das gesamte Millimeterwellen-Frequenzband von 57 GHz bis 71 GHz abzudecken).
Das parasitäre Element 140 kann die gleiche Breite V wie Patch 90B haben. Beispielsweise kann das parasitäre Element 140 ein rechteckiges Patch mit einer Seite der Länge V, ein quadratisches Patch mit Seiten der Länge V, ein kreuzförmiges Patch mit einer maximalen lateralen Abmessung V, ein kreisförmiges Patch mit einem Durchmesser V, ein elliptisches Patch mit einer Hauptlängenachse V sein, oder kann irgendeine andere gewünschte Form haben (z. B. wobei die Länge V die maximale laterale Abmessung des parasitären Elements ist).
Parasitäre Elemente 140 können über einer, einigen oder allen Antennen 40B in dem Array 60 (8) ausgebildet sein, um die Bandbreite der entsprechenden Antennen 40B und damit des Arrays 60 zu verbreitern. Das Beispiel in 10 dient lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, können zusätzliche Schichten 122 zwischen dem Pfad 126B und der Masse 92, zwischen der Masse 92 und dem Patch 90B und/oder zwischen dem Patch 90B und dem parasitären Element 140 angeordnet sein. In dem Beispiel in 10 ist die Antenne 40B so gezeigt, dass sie nur eine einzige Polarisation (Einspeisung) aufweist. Falls gewünscht, kann die Antenne 40B eine doppelt polarisierte Patch-Antenne mit zwei Einspeisungen sein (z. B. wie in 7 gezeigt).
11 ist eine Draufsicht auf die Antenne 40B mit dem parasitären Antennenresonanzelement 140 und zwei Einspeisungen zum Abdecken von zwei orthogonalen Polarisationen. Wie in 10 gezeigt, kann die Antenne 40B eine erste Einspeisung am Antennenanschluss P1 aufweisen, die mit einer ersten Übertragungsleitung 64B-P1 gekoppelt ist, und eine zweite Einspeisung am Antennenanschluss P2, die mit einer zweiten Übertragungsleitung 64B-P2 gekoppelt ist. Die erste Antennenspeisung kann einen ersten Massespeisungsanschluss, der mit Masse 92 gekoppelt ist, und einen ersten positiven Speiseanschluss 96B-P1 aufweisen, der an einer ersten Stelle mit dem Patch-Antennenresonanzelement 90B gekoppelt ist. Die zweite Antennenspeisung kann einen zweiten Massespeisungsanschluss, der mit Masse 92 gekoppelt ist, und einen zweiten positiven Speiseanschluss 96B-P2 aufweisen, der an einer zweiten Stelle mit dem Patch-Antennenresonanzelement 90B gekoppelt ist.
Das parasitäre Resonanzelement 140 kann über dem Patch 90B ausgebildet sein. Mindestens ein Teil oder die Gesamtheit des parasitären Resonanzelements 140 kann das Patch 90B überlappen. In dem Beispiel in 11 hat das parasitäre Resonanzelement 140 die gleiche Breite V wie Patch 90B. Falls gewünscht, kann das parasitäre Element 140 eine Breite aufweisen, die geringer ist als die Breite V. Falls gewünscht, kann das parasitäre Resonanzelement 140 eine Kreuz- oder „X“-Form aufweisen. Wie in 11 gezeigt, können Kerben oder Schlitze 144 in dem Patch 140 ausgebildet werden (z. B. durch Entfernen von leitendem Material von den Ecken eines quadratischen Patches mit der Breite V), um ein kreuzförmiges (X-förmiges) parasitäres Resonanzelement 140 zu erzeugen. Das kreuzförmige parasitäre Resonanzelement 140 kann einen ersten Arm 150 einschließen, der einem zweiten Arm 152 gegenüberliegt, und einen dritten Arm 146, der einem vierten Arm 148 gegenüberliegt (z. B. kann der Abstand vom Ende des Arms 146 zum Ende des Arms 148 und der Abstand vom Ende des Arms 150 zum Ende des Arms 152 jeweils ungefähr gleich der Abmessung V sein). Der Arm 146 kann sich parallel zum Arm 148 von gegenüberliegenden Seiten der Mitte des Patches 140 erstrecken. Der Arm 150 kann sich parallel zum Arm 152 von gegenüberliegenden Seiten der Mitte des Patches 140 erstrecken. In dem Beispiel von 11 erstrecken sich die Arme 146 und 148 jeweils senkrecht zu den Armen 150 und 152.
Bei einer Patch-Antenne mit einfacher Polarisation kann der Abstand zwischen dem positiven Antennenspeiseanschluss 96 und der Kante des Patches 90 eingestellt werden, um sicherzustellen, dass eine zufriedenstellende Impedanzanpassung zwischen dem Patch 90 und der Übertragungsleitung 64 vorliegt. Solche Impedanzeinstellungen sind jedoch möglicherweise nicht möglich, wenn die Antenne eine doppelt polarisierte Patch-Antenne mit zwei Einspeisungen ist. Das Entfernen von leitendem Material von dem parasitären Resonanzelement 140 zur Bildung von Kerben 144 kann dazu dienen, die Impedanz des Patches 90B so einzustellen, dass die Impedanz des Patches 90B beispielsweise an beide Übertragungsleitungen 64B-P1 und 64B-P2 angepasst wird. Die Kerben 144 können daher hier manchmal als Impedanzanpassungskerben, Impedanzanpassungsschlitze oder Impedanzanpassungsstrukturen bezeichnet werden.
Die Abmessungen der Impedanzanpassungskerben 144 können angepasst werden (z. B. während der Herstellung der Vorrichtung 10), um sicherzustellen, dass die Antenne 40B ausreichend an beide Übertragungsleitungen 64B-P1 und 64B-P2 angepasst ist, und um die Gesamtbandbreite der Antenne 40B zu optimieren. Beispielsweise können die Kerben 144 Seiten mit Längen aufweisen, die zwischen 1 % und 40 % der Abmessung V liegen. Damit die Antenne 40B ausreichend an die Übertragungsleitungen 64B-P1 und 64B-P2 angepasst werden kann, müssen die Versorgungsanschlüsse 96B-P1 mit dem leitenden Material des parasitären Elements 140 überlappen. Die Kerben 144 können daher geeignet klein sein, um die Versorgungsanschlüsse 96B-P1 oder 96B-P2 nicht freizulegen. Mit anderen Worten kann jeder der Antennenspeiseanschlüsse 96B-P1 und 96B-P2 mit einem jeweiligen Arm des kreuzförmigen parasitären Antennenresonanzelements 140 überlappen. Während der drahtlosen Kommunikation unter Verwendung der Vorrichtung 10 kann die Vorrichtung 10 die Anschlüsse P1 und P2 verwenden, um Signale mit zwei orthogonalen linearen Polarisationen zu senden und/oder zu empfangen. Das Beispiel in 11 dient lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, kann das Patch-Antennenresonanzelement 140 andere Formen oder Ausrichtungen haben.
12 ist ein Diagramm, in dem die Antenneneffizienz als Funktion der Betriebsfrequenz F für die Antenne 40B von 11 aufgetragen ist. Wie in 12 gezeigt ist, zeigt die Effizienzkurve 160 die Antenneneffizienz des Patches 90B, wenn es in Abwesenheit eines parasitären Elements 140 betrieben wird. Die Kurve 160 kann eine Spitze bei der Frequenz F₀ und eine entsprechende Bandbreite 164 aufweisen. Die Bandbreite 164 kann zu schmal sein, um das gesamte interessierende Millimeterwellen-Kommunikationsband abzudecken (z. B. ein gesamtes Kommunikationsband von 57 GHz bis 71 GHz).
Die Effizienzkurve 162 zeigt die Antenneneffizienz des parasitären Elements 140. Die Kurve 162 kann eine Spitze bei der Frequenz F₀ - ΔF haben, die gegenüber der Frequenz F₀ um den Versatzwert ΔF versetzt ist. Die Effizienzkurve 162 zeigt die Antenneneffizienz des Patches 90B in Kombination mit der durch das parasitäre Element 140 bereitgestellten Feldstörung. Wie in 12 gezeigt, kann die Antenneneffizienz der Antenne 40B Beiträge von sowohl dem Patch 90B als auch dem parasitären Element 140 einschließen, sodass die Antenne 40B eine erweiterte Bandbreite 166 aufweist, die größer ist als die Bandbreite 164 des Patches 90B in Abwesenheit des parasitären Elements 140. Die Bandbreite 164 kann sich zwischen einer unteren Schwellenfrequenz F_L (z. B. 57 GHz) und einer oberen Schwellenfrequenz F_H (z. B. 71 GHz) erstrecken, die das interessierende Kommunikationsband (z. B. das Millimeterwellen-Kommunikationsband von 57 GHz bis 71 GHz) definieren. Auf diese Weise kann die Antenne 40B eine Abdeckung für das gesamte Kommunikationsband von 57 GHz bis 71 GHz bereitstellen (z. B. zum Durchführen von IEEE 802.11 ad-Kommunikationen).
Wenn Antennen 40A mit nebeneinander angeordneten Antennen 40C in dem gleichen Array wie Antennen 40B mit parasitären Elementen 140 (z. B. wie in 8 gezeigt) ausgebildet sind, kann das Array 60 ein erstes, ein zweites und ein drittes unterschiedliches Kommunikationsband zwischen 10 GHz und 300 GHz abdecken. Die Steuerschaltlogik 14 kann das Array 60 steuern, um den Strahl von Signalen (z. B. Millimeterwellen- und Zentimeterwellensignale in einem, zwei oder jedem der ersten, zweiten und dritten Kommunikationsbänder) in eine gewünschte Richtung zu lenken. Wenn beispielsweise die Schaltlogik 70 in 4 mit einem ersten Satz von Phasen- und Amplitudeneinstellungen versehen ist, kann der Mehrband-Signalstrahl in eine erste Richtung gerichtet sein. Wenn die Schaltlogik 70 mit einem zweiten Satz von Phasen- und Amplitudeneinstellungen versehen ist, kann der Mehrbandsignalstrahl in eine zweite Richtung gerichtet sein, die sich von der ersten Richtung unterscheidet. Das Array 60 kann unabhängig von der Richtung, in die der Strahl gelenkt wird, ein relativ gleichförmiges Strahlungsmuster aufweisen (z. B. wie durch das Muster 80 in 5B gezeigt).
13 ist ein Diagramm, in dem die Antennenleistung (Antenneneffizienz) als Funktion der Betriebsfrequenz F für das phasengesteuerte Antennen-Array 60 aufgetragen ist. Wie in 13 gezeigt ist, zeigt die Effizienzkurve 170 die Gesamtantenneneffizienz des Arrays 60 (z. B. einschließlich der Beiträge von jeder der Antennen 40A, 40B und 40C). Die Effizienzkurve 170 kann aufgrund des Beitrags der Antennen 40A eine erste Spitze in einem ersten Kommunikationsband BI zwischen den Frequenzen FA und FB aufweisen. Die Effizienzkurve 170 kann aufgrund des Beitrags der Antennen 40C eine zweite Spitze in einem zweiten Kommunikationsband BII zwischen den Frequenzen FC und FD aufweisen. Die Effizienzkurve 170 kann aufgrund des Beitrags der Antennen 40B (z. B. des Beitrags der Patches 90B und der entsprechenden parasitären Resonanzelemente 140) eine dritte Spitze in einem dritten Kommunikationsband BIII zwischen den Frequenzen FE und FF aufweisen. In einem geeigneten Beispiel beträgt die Frequenz FA 27,5 GHz, die Frequenz FB 28,5 GHz, die Frequenz FC 37 GHz, die Frequenz FD 41 GHz, die Frequenz FE 57 GHz und die Frequenz FF 71 GHz. Dies ist lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können die Bänder BI, BII und BIII beliebige Millimeterwellen- oder Zentimeterwellen-Kommunikationsbänder sein, und die Frequenzen FA bis FF können beliebige gewünschte Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz sein (z. B. wenn die Frequenz FA kleiner als die Frequenz FB ist, die Frequenz FB kleiner als die Frequenz FC ist, die Frequenz FC kleiner als die Frequenz FD ist, die Frequenz FD kleiner als die Frequenz FE ist und die Frequenz FE kleiner als die Frequenz FF ist). Auf diese Weise kann das Array 60 mehrere Frequenzbänder über 10 GHz abdecken, während es einen gleichmäßigen Gewinn unabhängig von der Richtung zeigt, in die das Array gelenkt wird und ohne so viel Platz in der Vorrichtung 10 einzunehmen, wie wenn zum Beispiel verschiedene Arrays zum Abdecken verschiedener Frequenzen gebildet werden.
Das Beispiel von 13 dient lediglich der Veranschaulichung. Im Allgemeinen kann die Kurve 170 jede gewünschte Form haben (z. B. wie durch die Anordnung des Arrays 60 und der darin enthaltenen Antennenelemente bestimmt). Falls gewünscht, kann die Steuerschaltlogik 14 unter Verwendung des Arrays 60 zu jeder gegebenen Zeit simultane Kommunikationen in Band BI, Band BII und/oder Band BIII durchführen. Falls gewünscht, können die Antennen 40A, die Antennen 40B und/oder die Antennen 40C aus dem Array 60 weggelassen werden. Beispielsweise kann in Szenarien, in denen der Antennenring 40A weggelassen ist, das Array 60 nur die Bänder BII und BIII abdecken (z. B. unter Verwendung konzentrischer Ringe der Antennen 40B und 40C). In Szenarien, in denen die Antennen 40B weggelassen werden, kann das Array 60 die Bänder BI und BII abdecken (z. B. unter Verwendung von nebeneinander angeordneten Antennen 40A und 40C oder unter Verwendung von zwei konzentrischen Ringen der Antennen 40A und 40C). In Szenarien, in denen die Antennen 40C weggelassen werden, kann das Array 60 die Bänder BI und BIII abdecken (z. B. unter Verwendung konzentrischer Ringe der Antennen 40A und 40B). In Szenarien, in denen die Antennen 40A und 40C weggelassen sind, kann das Array 60 nur das Band BIII abdecken (z. B. unter Verwendung eines einzelnen Rings symmetrisch verteilter Antennen 40B). In Szenarien, in denen die Antennen 40B und 40C weggelassen sind, kann das Array 60 nur das Band BI abdecken (z. B. unter Verwendung eines einzelnen Rings symmetrisch verteilter Antennen 40A). In Szenarien, in denen die Antennen 40A und 40B weggelassen sind, kann das Array 60 nur das Band BII abdecken (z. B. unter Verwendung eines einzelnen Rings symmetrisch verteilter Antennen 40B). Gegebenenfalls können andere Anordnungen verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein phasengesteuertes Antennen-Array bereitgestellt, das ein dielektrisches Substrat, einen ersten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat und eine Konfiguration zum Senden und Empfangen von Funksignalen in einem ersten Kommunikationsband bei Frequenzen von mehr als 30 GHz einschließt, und einen zweiten Satz von Antennen, der den ersten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat umgibt und ausgelegt ist, um drahtlose Signale in einem zweiten Kommunikationsband bei Frequenzen zu senden und zu empfangen, die niedriger sind als das erste Kommunikationsband.
Gemäß einer anderen Ausführungsform befindet sich jede Antenne in dem ersten Satz in einem ersten Abstand zu einem gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat und jede Antenne in dem zweiten Satz befindet sich in einem zweiten Abstand zu dem gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der erste Satz von Antennen in einem ersten Satz von Winkeln um den gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat und der zweite Satz von Antennen in einem zweiten Satz von Winkeln um den gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet, wobei der zweite Winkelsatz gegenüber dem ersten Winkelsatz versetzt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das erste Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 57 GHz und 71 GHz ein und das zweite Kommunikationsband schließt ein Kommunikationsband zwischen 27,5 GHz und 28,5 GHz ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array einen Satz von parasitären Antennenresonanzelementen ein, wobei jedes parasitäre Antennenresonanzelement in dem Satz von parasitären Antennenresonanzelementen über einer jeweiligen der Antennen in dem ersten Satz von Antennen ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt der Satz von parasitären Antennenresonanzelementen ein kreuzförmiges leitendes Patch ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array eine Antennenmasseebene ein, die mit dem dielektrischen Substrat gekoppelt ist, schließt der zweite Satz von Antennen ein doppelt polarisiertes Patch-Antennenresonanzelement ein, wobei eine erste Antennenspeisung einen ersten Antennenspeisungsanschluss, der an eine erste Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelpolarisierter Patch-Antenne gekoppelt ist und einen zweiten Antennenspeisungsanschluss, der an die Antennenmasseebene gekoppelt ist, hat, und eine zweite Antennenspeisung einen dritten Antennenspeisungsanschluss hat, der mit einer zweiten Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelpolarisierter Patch-Antenne gekoppelt ist, und einen vierten Antennenspeiseanschluss hat, der mit der Antennenmasse gekoppelt ist, wobei das kreuzförmige leitende Patch einen ersten Arm aufweist, der die erste Stelle überlappt, und einen zweiten Arm, der die zweite Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelpolarisierter Patch-Antenne überlappt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array einen dritten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat ein und ist ausgelegt, um drahtlose Signale in einem dritten Kommunikationsband mit Frequenzen zu senden und zu empfangen, die höher sind als das zweite Kommunikationsband und niedriger als das erste Kommunikationsband.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt der erste Satz von Antennen einen ersten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ein schließt der zweite Satz von Antennen einen zweiten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ein, und schließt der dritte Satz von Antennen einen dritten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ein, wobei jedes der Patch-Antennenresonanzelemente in dem dritten Satz über einem jeweiligen Patch-Antennenresonanzelement in dem zweiten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array einen Satz parasitärer Antennenresonanzelemente ein, wobei jedes parasitäre Antennenresonanzelement in dem Satz von parasitären Antennenresonanzelementen über einem jeweiligen der Patch-Antennenresonanzelemente in dem ersten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das phasengesteuerte Antennen-Array eine Antennenmasseebene für den ersten, zweiten und dritten Satz von Antennen ein, wobei das dielektrische Substrat eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht und eine dritte dielektrische Schicht einschließt, wobei die Antennenmasseebene auf der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet ist, der erste und der zweite Satz von Patch-Antennenresonanzelementen auf der zweiten dielektrischen Schicht ausgebildet sind, und der Satz von parasitären Antennenresonanzelementen und der dritte Satz von Patch-Antennenresonanzelementen auf der dritten dielektrischen Schicht ausgebildet sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das erste Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 57 GHz und 71 GHz ein, schließt das zweite Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 27,5 GHz und 28,5 GHz ein, und schließt das dritte Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 37 GHz und 41 GHz ein.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Substrat, einen ersten und einen zweiten Ring von Patch-Antennen auf dem Substrat, die ausgelegt sind, um drahtlose Signale mit Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz zu übertragen, eine Strahlsteuerungsschaltlogik, die mit dem ersten und dem zweiten Ring von Patch-Antennen gekoppelt ist, und eine Steuerschaltlogik einschließt, die mit der Strahlsteuerungsschaltlogik gekoppelt ist und ausgelegt ist, um die Strahlsteuerungsschaltlogik zu steuern, um die drahtlosen Signale in eine gegebene Richtung zu lenken.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist jede Patch-Antenne in dem ersten Ring von einer Mittelachse um einen ersten Abstand getrennt und jede Patch-Antenne in dem zweiten Ring von der Mittelachse um einen zweiten Abstand getrennt, der größer als der erste Abstand ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt jede Patch-Antenne im zweiten Ring ein Patch-Antennen-Resonanzelement ein, das über einer jeweiligen der Patch-Antennen im ersten Ring ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung einen dritten Ring von Patch-Antennen auf dem Substrat ein und ist mit der Strahlsteuerungsschaltlogik gekoppelt, wobei der dritte Ring von Patch-Antennen von dem ersten und dem zweiten Ring von Patch-Antennen auf dem Substrat umgeben ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Antennenmasseebene, eine erste Patch-Antenne, die ein erstes Patch-Antennenresonanzelement, eine erste Antenneneinspeisung und die Antennenmasseebene einschließt, wobei die erste Patch-Antenne ausgelegt ist, um drahtlose Signale in einem Zentimeterwellen-Frequenzband zu übertragen, und eine zweite Patch-Antenne, die ein zweites Patch-Antennenresonanzelement, das über dem ersten Patch-Antennenresonanzelement ausgebildet ist, eine zweite Antenneneinspeisung und die Antennenmasseebene einschließt, wobei die zweite Patch-Antenne zum Übertragen von Funksignalen in einem Millimeter-Wellenfrequenzband ausgelegt ist, einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Vorrichtung eine erste Übertragungsleitung ein, die mit der ersten Antennenspeisung gekoppelt ist, und eine zweite Übertragungsleitung, die mit der zweiten Antennenspeisung gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform schließt die zweite Antennenspeisung einen positiven Antennenspeiseanschluss, der mit dem zweiten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist, und einen Masseantennenspeiseanschluss ein, der mit der Antennenmasseebene gekoppelt ist, wobei eine Öffnung in dem ersten Patch-Antennenresonanzelement ausgebildet ist, und die zweite Übertragungsleitung mit dem positiven Antennenspeiseanschluss durch die Öffnung in dem ersten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind erste und zweite Öffnungen in der Antennenmasseebene ausgebildet, wobei die erste Antennenspeisung einen zusätzlichen positiven Antennenspeiseanschluss einschließt, der mit dem ersten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist und einen zusätzlichen Masseantennenspeiseanschluss, der mit der Antennenmasseebene gekoppelt ist, die zweite Übertragungsleitung über die erste Öffnung in der Antennenmasseebene mit dem positiven Antennenspeiseanschluss gekoppelt ist, und die erste Übertragungsleitung über die zweite Öffnung in der Antennenmasseebene mit dem zusätzlichen positiven Antennenspeiseanschluss gekoppelt ist.
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung und verschiedene Modifikationen können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15650638 [0001]

Claims

Phasengesteuertes Antennen-Array, umfassend: ein dielektrisches Substrat; einen ersten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat, der ausgelegt ist, um drahtlose Signale in einem ersten Kommunikationsband bei Frequenzen größer als 30GHz zu senden und zu empfangen; und einen zweiten Satz von Antennen, die den ersten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat umgeben und ausgelegt sind, um drahtlose Signale in einem zweiten Frequenzband bei Frequenzen die niedriger sind, als das erste Kommunikationsband, senden und zu empfangen.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 1, wobei jede Antenne in dem ersten Satz sich in einem ersten Abstand zu einem bestimmten Punkt auf dem dielektrischen Substrat befindet und jede Antenne in dem zweiten Satz sich in einem zweiten Abstand zu dem gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat befindet, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 2, wobei der erste Satz von Antennen in einem ersten Satz von Winkeln um den gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist und der zweite Satz von Antennen in einem zweiten Satz von Winkeln um den gegebenen Punkt auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, wobei der zweite Satz von Winkeln in Bezug auf den ersten Satz von Winkeln versetzt ist.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 2, wobei das erste Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 57 GHz und 71 GHz umfasst und das zweite Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 27,5 GHz und 28,5 GHz umfasst.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Satz parasitärer Antennenresonanzelemente, wobei jedes parasitäre Antennenresonanzelement in dem Satz parasitärer Antennenresonanzelemente über einer jeweiligen der Antennen in dem ersten Satz von Antennen ausgebildet ist.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 5, wobei der Satz parasitärer Antennenresonanzelemente einen kreuzförmigen leitenden Patch umfasst.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Antennenmasseebene, die mit dem dielektrischen Substrat gekoppelt ist, wobei der zweite Satz von Antennen ein doppelt polarisiertes Patch-Antennenresonanzelement umfasst, eine erste Antennenspeisung einen ersten Antennenspeisungsanschluss, der an eine erste Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelpolarisierter Patch-Antenne und einen zweiten Antennenspeisungsanschluss gekoppelt ist, der an die Antennenmasseebene gekoppelt ist, und eine zweite Antennenspeisung mit einem dritten Antennenspeisungsanschluss, der mit einer zweiten Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelt polarisierter Patch-Antenne und einem vierten Antennenspeiseanschluss gekoppelt ist, der mit der Antennenmasse gekoppelt ist, wobei das kreuzförmige leitende Patch einen ersten Arm aufweist, der die erste Stelle überlappt und einen zweiten Arm, der die zweite Stelle auf dem Resonanzelement mit doppelt polarisierter Patch-Antenne überlappt.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen dritten Satz von Antennen auf dem dielektrischen Substrat, die zum Senden und Empfangen von Funksignalen in einem dritten Kommunikationsband bei Frequenzen ausgelegt sind, die höher sind als das zweite Kommunikationsband und niedriger als das erste Kommunikationsband.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 8, wobei der erste Satz von Antennen einen ersten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen einschließt, der zweite Satz von Antennen einen zweiten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen einschließt, und der dritte Satz von Antennen einen dritten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen einschließt, wobei jedes der Patch-Antennenresonanzelementen in dem dritten Satz über einem jeweiligen Patch-Antennenresonanzelement in dem zweiten Satz von Patch-Antennenresonanzelementen ausgebildet ist.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen Satz parasitärer Antennenresonanzelemente, wobei jedes parasitäre Antennenresonanzelement in dem Satz parasitärer Antennenresonanzelemente über einem jeweiligen der Patch-Antennenresonanzelemente in dem ersten Satz der Patch-Antennenresonanzelemente ausgebildet ist.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine Antennenmasseebene für den ersten, zweiten und dritten Satz von Antennen, wobei das dielektrische Substrat eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht und eine dritte dielektrische Schicht umfasst, die Antennenmasseebene auf der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet ist, die ersten und zweiten Sätze von Patch-Antennenresonanzelementen auf der zweiten dielektrischen Schicht ausgebildet sind, und der Satz von parasitären Antennenresonanzelementen und der dritte Satz von Patch-Antennenresonanzelementen auf der dritten dielektrischen Schicht ausgebildet sind.
Phasengesteuertes Antennen-Array nach Anspruch 9, wobei das erste Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 57 GHz und 71 GHz umfasst, das zweite Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 27,5 GHz und 28,5 GHz umfasst, und das dritte Kommunikationsband ein Kommunikationsband zwischen 37 GHz und 41 GHz umfasst.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: ein Substrat; erste und zweite Ringe von Patch-Antennen auf dem Substrat, die ausgelegt sind, um drahtlose Signale mit Frequenzen zwischen 10 GHz und 300 GHz zu übertragen; Strahlsteuerungsschaltlogik, die mit dem ersten und dem zweiten Ring von Patch-Antennen gekoppelt ist; und Steuerschaltlogik, die mit der Strahlsteuerungsschaltlogik gekoppelt und ausgelegt ist, um die Strahlsteuerungsschaltlogik zu steuern, um die Funksignale in eine gegebene Richtung zu lenken.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede Patch-Antenne in dem ersten Ring von einer Mittelachse durch einen ersten Abstand getrennt ist und jede Patch-Antenne in dem zweiten Ring von der Mittelachse durch einen zweiten Abstand getrennt ist, der größer ist als der erste Abstand.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede Patch-Antenne in dem zweiten Ring ein Patch-Antennen-Resonanzelement aufweist, das über einer jeweiligen der Patch-Antennen in dem ersten Ring ausgebildet ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen dritten Ring von Patch-Antennen auf dem Substrat und gekoppelt mit der Strahlsteuerungsschaltlogik, wobei der dritte Ring von Patch-Antennen von dem ersten und dem zweiten Ring von Patch-Antennen auf dem Substrat umgeben ist.
Einrichtung, umfassend: eine Antennenmasseebene; eine erste Patch-Antenne, die ein erstes Patch-Antennen-Resonanzelement, eine erste Antennenspeisung und die Antennenmasseebene einschließt, wobei die erste Patch-Antenne ausgelegt ist, um drahtlose Signale in einem Zentimeterwellen-Frequenzband zu übertragen; und eine zweite Patch-Antenne, die ein zweites Patch-Antennenresonanzelement, das über dem ersten Patch-Antennenresonanzelement ausgebildet ist, eine zweite Antennenspeisung und die Antennenmasseebene einschließt, wobei die zweite Patch-Antenne ausgelegt ist, um drahtlose Signale in einem Millimeterwellen-Frequenzband zu übertragen.
Einrichtung nach Anspruch 17, ferner umfassend: eine erste Übertragungsleitung, die mit der ersten Antennenspeisung gekoppelt ist; und eine zweite Übertragungsleitung, die mit der zweiten Antennenspeisung gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, wobei die zweite Antennenspeisung einen positiven Antennenspeiseanschluss, der mit dem zweiten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist, und einen Masseantennenspeiseanschluss, der mit der Antennenmasseebene gekoppelt ist, wobei eine Öffnung in dem ersten Patch-Antennenresonanzelement ausgebildet ist, und die zweite Übertragungsleitung mit dem positiven Antennenspeiseanschluss durch die Öffnung in dem ersten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist, umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 19, wobei erste und zweite Öffnungen in der Antennenmasseebene ausgebildet sind, die erste Antennenspeisung einen zusätzlichen positiven Antennenspeiseanschluss, der mit dem ersten Patch-Antennenresonanzelement gekoppelt ist und einen zusätzlichen Masse-Antennenspeiseanschluss, der mit der Antennenmasseebene gekoppelt ist aufweist, die zweite Übertragungsleitung über die erste Öffnung in der Antennenmasseebene mit dem positiven Antennenspeiseanschluss gekoppelt ist, und die erste Übertragungsleitung mit dem zusätzlichen positiven Antennenspeiseanschluss durch die zweite Öffnung in der Antennenmasseebene gekoppelt ist.