DE112019006882T5

DE112019006882T5 - Frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne

Info

Publication number: DE112019006882T5
Application number: DE112019006882.2T
Authority: DE
Inventors: Junsheng Zhao; Eric Le Roy Krenz; Hugh Smith
Original assignee: Motorola Mobility LLC
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-11-25
Also published as: US20200295465A1; CN113767523A; US11121472B2; WO2020185269A1; GB202112551D0; US11515636B2; GB2600805A; US20210288411A1; GB2600805B

Abstract

Es werden frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Schlitzantennen mit koplanarem Wellenleiter beschrieben. Verschiedene Implementierungen bilden eine Antenneneinheit, die geeignet ist für die Übertragung von Millimeterwellenformen und/der Mirowellen-Wellenformen. Eine untere Abschirmungsstruktur der Antenneneinheit definiert einen Hohlraum, wobei verschiedene Implementierungen eine oder mehrere Dämpfungsstrukturen in dem Hohlraum vorsehen. Einige Implementierungen weisen eine Schlitzantenne wie beispielsweise eine direkt gespeiste Schlitzantenne mit koplanarem Wellenleiter (CPW) in dem durch die untere Abschirmungsstruktur definierten Hohlraum auf, um eine hohlraumgestützte Schlitzantenne zu bilden. Einige Implementierungen verbinden eine obere Abschirmungsstruktur mit der unteren Abschirmungsstruktur, um die Schlitzantenne einzuschließen. Bei einer oder mehreren Implementierungen hat die obere Abschirmungsstruktur Aperturfenster, um zu ermöglichen, dass sich von der Schlitzantenne ausgestrahlte Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz) von der Antenneneinheit nach außen ausbreiten.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Für vorliegende Anmeldung wird die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/353,117 vom 14. März 2019 mit der Bezeichnung „Front-Shielded, Coplanar Waveguide, Direct-Fed, Cavity-Backed Slot Antenna‟ in Anspruch genommen, auf deren gesamten Inhalt hiermit verwiesen wird.
HINTERGRUND
Die Entwicklung der drahtlosen Kommunikation stellt zunehmend Anforderungen an Geräte mit entsprechender Drahtlosfunktion. Zum Beispiel führen höhere Übertragungsfrequenzen zu kleineren Wellenlängen. Diese kleineren Wellenlängen bedeuten wiederum eine Herausforderung für elektronische Schaltungen, die den Sender-Empfänger-Wegen zugeordnet sind, wie zum Beispiel Größe, Genauigkeit, Interferenz, Abschirmung etc. Diese Herausforderungen werden noch dadurch verschärft, dass bei Geräten, die eine drahtlose Kommunikation unterstützen, häufig nur ein begrenzter Raum für die Unterbringung der unterstützenden Hardware zur Verfügung steht, was für die Geräte wiederum zusätzliche Einschränkungen hinsichtlich der Umsetzung dieser Merkmale und Funktionen bedeutet.
Figurenliste
Die in den anliegenden Ansprüchen angegebenen Merkmale der vorliegenden Verfahren sowie die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Übersicht einer repräsentativen Umgebung, in der eine frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen verwendet werden kann;
2 ein Beispiel einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
3 ein Beispiel einer unteren Abschirmungsstruktur gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
4 ein Beispiel einer direkt gespeisten Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
5 ein Beispiel einer oberen Abschirmungsstruktur gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
6 eine Abfolge einer Schichtung von verschiedenen Strukturen zum Bilden einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
7 einen Querschnitt durch eine Antennenansicht gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
8 ein Antennenarray gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
9 ein Beispiel einer Platzierung eines Antennenarray gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
10 ein Beispiel eines Flussdiagramms der Nutzung einer Antenneneinheit zum Übertragen von elektromagnetischen Wellen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
11 ein Beispiel von Einzelanschluss-Schlitzantennen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
12a, 12b ein Beispiel von differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantennen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
13 ein Beispiel einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
14 ein Beispiel einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
15 ein Beispiel einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen;
16 ein Flussdiagramm der Nutzung einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne in einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen; und
17 eine Darstellung eines Beispiels eines Computergeräts, das verwendet werden kann für den Einsatz einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten Einzelanschluss-Schlitzantenne mit Koplanarwellenleiter oder einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen.

DETAILBESCHREIBUNG
Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und erfindungsgemäße Verfahren bei Durchführung in einer geeigneten Umgebung dargestellt sind. Die vorliegende Beschreibung basiert auf Implementierungsformen der Ansprüche und stellt im Hinblick auf alternative Implementierungsformen, die hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, keine Einschränkung der Ansprüche dar.
Die vorliegend beschriebenen Verfahren stellen frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Schlitzantennen mit einem Koplanarwellenleiter bereit. Verschiedene Implementierungen bilden eine Antenneneinheit, die für die Übertragung von elektromagnetischen Wellenformen geeignet ist, zum Beispiel von elektromagnetischen Mikrowellenformen oder Millimeterwellen-Wellenformen. Im Allgemeinen liegen elektromagnetische Mikrowellen- oder Millimeterwellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz). Die Formulierung „zwischen etwa“ bedeutet, dass der Frequenzbereich reale Frequenzabweichungen von den idealen und/oder exakten Werten aufweisen kann, wobei die Frequenzabweichungen noch wirksam sind zur Aufrechterhaltung einer erfolgreichen drahtlosen Kommunikation. Eine untere Abschirmungsstruktur der Antenneneinheit definiert einen Hohlraum, wobei verschiedene Implementierungen eine oder mehrere nicht abstrahlende Dämpfungsstrukturen in dem Hohlraum aufweisen. Einige Implementierungen enthalten in dem Hohlraum, der durch die untere Abschirmungsstruktur definiert wird, eine Schlitzantenne wie beispielsweise eine direkt gespeiste Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne (CPW-Schlitzantenne), um eine hohlraumgestützte Schlitzantenne zu bilden. Einige Implementierungen verbinden eine obere Abschirmungsstruktur mit der unteren Abschirmungsstruktur, um die Antenne zu umschließen. In einer oder in mehreren Implementierungen hat die obere Abschirmungsstruktur Aperturfenster zur Ermöglichung von Übertragungen elektromagnetischer Wellenformen wie beispielsweise elektromagnetische Mikrowellen- oder Millimeterwellenformen, die von der Schlitzantenne derart ausgestrahlt werden, dass sie von der Antenneneinheit nach außen abstrahlen.
Einige Implementierungen stellen Schlitzantennen mit Mehrfacheinspeisung bereit, indem in einer Metallplatte eine Apertur gebildet ist, die eine Form hat, die sich entlang wenigstens einer Achse erstreckt. Die Achse halbiert die Apertur in zwei Bereiche, so dass der erste halbierte Bereich einen ersten Geometrietyp und der zweite halbierte Bereich einen zweiten Geometrietyp aufweist, der ein bilateralsymmetrischer Formtyp ist, der dem ersten Geometrietyp zugeordnet ist. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Apertur konfiguriert für die Ausstrahlung von Übertragungen von elektromagnetischen Wellenformen wie beispielsweise Mikrowellenformen oder Millimeterwellen-Wellenformen unter Verwendung mehrerer Signalzuführungen.
Man betrachte nun eine Beispiel-Umgebung, in der verschiedene der hier beschriebenen Aspekte realisiert werden können.
Beispielumgebung
In 1 ist eine Beispielumgebung 100 dargestellt, die ein Beispiel-Computergerät 102 in Form eines Mobiltelefons enthält. Das Computergerät 102 verfügt hier über drahtlose Kommunikationsmöglichkeiten, die eine bidirektionale Verbindung zwischen verschiedenen Computergeräten über ein drahtloses Netzwerk (drahtlose Netzwerke) wie ein Wireless Local Area Network (WLAN), ein drahtloses Fernmeldenetz, einen drahtlosen (Wi-Fi) Zugangspunkt usw. ermöglichen. Verschiedene Implementierungen des Computergeräts 102 unterstützen den Austausch einer Millimeterwellen- und/oder Mikrowellenkommunikation in Verbindung mit drahtlosen Systemen der 5. Generation (5G). Bei Implementierungen liegen die elektromagnetischen Mikrowellenformen oder Millimeterwellen-Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (Mhz) und 72 Gigahertz (GHz). Die Formulierung „zwischen etwa“ bedeutet, dass der Frequenzbereich reale Frequenzabweichungen von den idealen und/oder exakten Werten aufweisen kann, wobei die Frequenzabweichungen noch wirksam sind zur Aufrechterhaltung einer erfolgreichen drahtlosen Kommunikation. Eine Wellenform zum Beispiel, die bei 599,999 MHz abstrahlt und mit der eine erfolgreiche drahtlose Kommunikation aufrechterhalten werden kann, gilt als in dem Frequenzbereich „zwischen etwa“ 600 MHz und 72 GHz liegend.
Das Computergerät 102 enthält eine oder mehrere Antenneneinheiten 104, wobei die jeweilige Antenneneinheit einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten Koplanarwellenleiter-Schlitzantenneneinheit entspricht. Die Schlitzantenne ist hier im Kontext einer Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass andere Arten einer Schlitzantenne und/oder von Antennenspeisungsmechanismen verwendet werden können, ohne den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands zu verlassen.
Allgemein bezieht sich eine Schlitzantenne auf eine leitende Struktur, die als Beispiel und ohne Beschränkung hierauf eine Metallstruktur wie eine flache Metallplatte umfasst, die eine Apertur, ein Loch und/oder einen Schlitz aufweist. Das Anlegen eines Quellsignals an die Metallstruktur bewirkt, dass die Apertur elektromagnetische Wellenformen abstrahlt, wodurch eine Antenne realisiert wird. Die Größe, die Form und/oder die Tiefe der Apertur in der Metallplatte entsprechen generell einer gewünschten Resonanzfrequenz der so gebildeten Antenne.
Die Schlitzantenne lässt sich alternativ oder zusätzlich modifizieren, um die das zugehörige Strahlungsmuster zu verändern. In allgemeinen Worten hat eine hohlraumgestützte Schlitzantenne zum Beispiel einen Hohlraum, der hinter der Metallplatte der Schlitzantenne frei von elektronischen Schaltungen ist. Dies erzeugt ein unidirektionales Strahlungsmuster der Schlitzantenne.
Als alternative oder zusätzliche Modifikation nutzen verschiedene Schlitzantennen einen koplanaren Wellenleiter zum Speisen der hohlraumgestützten Schlitzantenne für die Ausbreitung von Hochfrequenzsignalen wie beispielsweise jene in Verbindung mit Millimeterwellenlängen und/oder Mikrowellen-Wellenlängen. Somit bezieht sich eine direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne auf eine Schlitzantenne, die auf ihrer Rückseite einen Hohlraum hat und einen koplanaren Wellenleiter als Signalzuführung aufweist. Verschiedene Implementierungen nutzen eine Einzelanschluss-Signalzuführung, während alternative oder zusätzliche Implementierungen Mehrfachanschluss-Signalzuführungen nutzen.
Bei verschiedenen Implementierungen umschließen Antenneneinheiten 104 eine direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne in einer abgeschirmten Struktur, indem eine frontseitige Abschirmungsstruktur auf die untere Abschirmungsstruktur und die Schlitzantenne gelegt wird, um eine Antenneneinheit zu bilden. Die Antenneneinheit bildet eine geschlossene Abschirmungseinheit, wobei die Abschirmung die Einheit umschließt, mit Ausnahme einer Abschirmung an einer Stelle, die einer in der oberen Abschirmungsstruktur enthaltenen Öffnung und/oder Apertur entspricht. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Apertur der oberen Abschirmung über den Abstrahlungsbereichen der Schlitzantenne positioniert, so dass die abstrahlenden Signale die Antenne an einer gewünschten Stelle verlassen können, während für eine Abschirmung in den umliegenden Bereichen der Apertur der oberen Abschirmungsstruktur gesorgt wird. Dadurch kann die Antenne an nichtüblichen Stellen an einem Gerät montiert werden, da die Abschirmung verhindert, dass die abstrahlenden Signale an unerwünschte Stellen gelangen, zum Beispiel in Bereiche mit elektronischen Schaltkreisen.
Das Computergerät 102 kann eine einzige Antenneneinheit und/oder mehrere Antenneneinheiten aufweisen. In einigen Fällen sind die mehreren Antenneneinheiten in dem Computergerät 102 an variierenden Stellen positioniert, um ein bestimmtes Strahlungsmuster zu erzeugen. In einem Beispiel kann eine erste Antenneneinheit auf der Rückseite eines Computergeräts, eine zweite Antenneneinheit auf der Vorderseite eines Computergeräts, eine dritte Antenneneinheit auf der linken Seite des Computergeräts positioniert sein und so weiter. In einem weiteren Beispiel können die mehreren Antenneneinheiten ein Antennenarray bilden, wie das vorliegend weiter beschrieben ist. Bei einer oder mehreren Implementierungen hat jeweils jede Antenneneinheit eine untere Abschirmungsstruktur 106, eine Schlitzantenne 108 und eine obere Abschirmungsstruktur 110.
Die untere Abschirmungsstruktur 106 stellt eine Gehäusestruktur dar, die einen Hohlraum bildet und/oder definiert, der frei von elektronischen Schaltungen ist. Bei einigen Implementierungen zum Beispiel entspricht die Form der unteren Abschirmungsstruktur 106 einer offenen dreidimensionalen (3D) rechteckigen Box, die an der Unterseite eine flache rechteckige Platte hat und verlängerte Seiten, die zusammen einen Hohlraum in der rechteckigen Box bilden. Die untere Abschirmungsstruktur 106 kann aus einem beliebigen Material geeigneter Art gebildet sein, zum Beispiel aus einer Kupferlegierung, aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Zinn etc. Bei einigen Implementierungen kann das für die untere Abschirmungsstruktur gewählte Material auf Charakteristiken angrenzender Schaltungen basieren, auf den gewünschten elektromagnetischen Strahlungsmustern und/oder den abzuschirmenden Frequenzen, auf Kosten etc. Als ein Beispiel ist Stahlmetall zu nennen. Dieses hat Eigenschaften, die niedrige Frequenzen im Vergleich zu Kupfer besser abschirmen. Umgekehrt haben Kupferlegierungen Eigenschaften, die höhere Frequenzen im Vergleich zu Stahl besser abschirmen. Daher ist zur Abschirmung von hohen Frequenzen bei verschiedenen Implementierungen eine untere Abschirmungsstruktur gebildet, für die Kupferlegierungen verwendet werden. Bei alternativen oder zusätzlichen Implementierungen ist die untere Abschirmungsstruktur aus Stahl gebildet, um niederfrequente Signale abzuschirmen. Die Dicke, die Größe und die Form der unteren Abschirmungsstruktur können alternativ oder zusätzlich auf Charakteristiken der gewünschten elektromagnetischen Strahlungsmuster und/oder abzuschirmenden Frequenzen basieren. Es sei ein Beispiel genannt, bei dem die Dicke und die Form der Struktur einen Hohlraum mit vorgegebener Größe und Form und/oder mit einem vorgegebenen Volumen bilden können, womit ein gewünschter Leistungsfaktor (z.B. Übertragungsbandbreite, Resonanzfrequenz etc.) erzielt wird. Bei einigen Implementierungen verfügt die untere Abschirmungsstruktur 106 über Dämpfungsstrukturen zur Unterdrückung, Beseitigung und/oder Verschiebung einer verlustbehafteten Resonanz, zum Beispiel über 3D-Rechteckplatten, wie weiter beschrieben.
Die Schlitzantenne 108 stellt eine Schlitzantenne dar, die oben auf und/oder in dem Hohlraum der unteren Abschirmungsstruktur 106 platziert ist. Bei einer oder mehreren Implementierungen ist die Schlitzantenne 108 gebildet durch die Verwendung einer flachen, leitenden Metallplatte, die eine oder mehrere Aperturen, einen oder mehrere Schlitze und/oder ein oder mehrere Löcher aufweist. Die Zahl, die Größe und/oder die Form der Apertur(en), die in der flachen Metallplatte gebildet ist bzw. sind, kann auf beliebigen geeigneten Charakteristiken basieren, zum Beispiel auf der gewünschten Resonanzfrequenz und/oder dem gewünschten Resonanzfrequenzbereich der entsprechenden Schlitzantenne. Nimmt man ein vereinfachtes Beispiel, so ist bei verschiedenen Implementierungen ein rechteckiger Schlitz in der Metallplatte vorgesehen, wobei der Schlitz eine Länge hat, die einer gewünschten Resonanzfrequenz entspricht, und eine Breite, die einer gewünschten Bandbreite entspricht. Es können aber auch andere Formen zur Anwendung kommen, zum Beispiel ringförmige Schlitze, ringförmige Schlitze mit koplanaren Wellenleiterzuführungen, rechteckige Ringschlitze, kegelförmige Schlitze etc. Solchermaßen steht die Antenne 108 für eine beliebige geeignete Konfiguration einer Schlitzantenne. Bei verschiedenen Implementierungen ist ein dielektrisches Material zwischen die Schlitzantenne 108 und die untere Abschirmungsstruktur 106 geschichtet, um die Antennenstruktur zu stützen.
Die obere Abschirmungsstruktur 110 stellt eine obere Abschirmungsschicht dar, die mit der unteren Abschirmungsschicht 106 verbunden und/oder versiegelt ist und wirksam ist für die Bereitstellung einer Signalabschirmung gegen Signale, die von der Schlitzantenne innerhalb der Antenneneinheit abgestrahlt werden. Bei verschiedenen Implementierungen hat die obere Abschirmungsstruktur 110 eine Apertur, ein Loch und/oder einen Schlitz zum teilweisen Öffnen der geschlossenen Struktur, so dass sich die abgestrahlten Wellenformen durch die Öffnung von der Antenneneinheit nach außen ausbreiten können. Dementsprechend kann die Apertur über abstrahlenden Bereichen der Schlitzantenne 108 positioniert sein, um zu steuern, wo Signale die Antenneneinheit verlassen und wo die Antenneneinheit für eine Abschirmung sorgt. Ähnlich wie bei der unteren Abschirmungsstruktur ist bei verschiedenen Implementierungen zwischen der Schlitzantenne 108 und der oberen Abschirmungsstruktur eine Schicht eines Dielektrikums vorgesehen.
Das Computergerät 102 enthält auch eine oder mehrere Drahtlosverbindungskomponenten 112, die allgemein eine beliebige Kombination von Hardware-, Firmware- und/oder Softwarekomponenten darstellen, die zur Aufrechterhaltung einer Drahtlosverbindung verwendet werden (z.B. Protokollstapel, Signalerzeugung, Signalweiterleitung, Signaldemodulation, Signalmodulation etc.). Die Drahtlosverbindungskomponenten 112 können zum Beispiel eine beliebige Kombination von Protokollstapeln, Sender-Empfänger-Pfaden, Modulatoren, Demodulatoren, einen Analog/Digital-Wandler (ADC), einen Digital/AnalogWandler (DAC) und so weiter umfassen. Die Drahtlosverbindungskomponenten 112 sind mit den Antenneneinheiten 104 elektronisch und/oder magnetisch verbunden, um eine drahtlose Kommunikation des Computergeräts 102 mit anderen Geräten zu ermöglichen, zum Beispiel über eine Kommunikations-Cloud 116 mit einem Computergerät 114.
Die Kommunikations-Cloud 116 steht allgemein für jede Art eines geeigneten Kommunikationsnetzes, das eine bidirektionale Verbindung zwischen verschiedenen Computergeräten ermöglicht. Es kann sich hierbei um Mobilfunknetze, WLANs, Sensornetze, Satellitenkommunikationsnetze, terrestrische Mikrowellennetze und so weiter handeln. Dementsprechend kann die Kommunikations-Cloud 116 mehrere untereinander verbundene Kommunikationsnetze umfassen, die eine Mehrzahl von untereinander verbundenen Elementen aufweisen. Beispiele dafür sind hier aufgeführt. In diesem Beispiel ermöglicht die Kommunikations-Cloud 116, dass das Computergerät 102 mit dem Computergerät 114 kommuniziert, wobei das Computergerät 114 allgemein für jede Art Gerät steht, das eine drahtlose Kommunikation ermöglichen kann, wie zum Beispiel ein Server, ein Desktop-Computer, eine Basisstation, ein zellulares Mobiltelefon, eine Smartwatch etc.
Nachdem ein Beispiel einer Betriebsumgebung beschrieben wurde, in der Aspekte der vorliegend beschriebenen Implementierungen angewendet werden können, erfolgt nunmehr eine allgemeine Erläuterung einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen.
Frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne
Die Ressourcen bestehender drahtloser Kommunikationssysteme werden zunehmend stärker beansprucht, da immer mehr Geräte über drahtlose Kommunikationsfunktionen verfügen. Da sich mehrere Geräte Zum Beispiel ein gemeinsames Frequenzband teilen, kann dies zu einer Übersättigung des geteilten Frequenzbands führen. Als Abhilfe für diese Belastung dehnen sich verschiedene Kommunikationssysteme, wie zum Beispiel 5G-Kommunikationssysteme, in höhere Frequenzspektren aus. Diese höheren Frequenzbänder stellen nicht nur eine Herausforderung für eine erfolgreiche Signalübertragung und einen erfolgreichen Signalempfang dar, sondern können sich auch nachteilig auf die Hardware auswirken, indem die Elektronik durch sie weniger energieeffizient wird, hohe Anforderungen an die Signalverarbeitungskapazität gestellt werden, mehr Phasenrauschen eingeführt wird, durch Auswirkungen auf den Formfaktor eines Geräts und so weiter. Als Beispiel sei ein Computergerät genannt, dessen Formfaktor durch eine hinzugefügte Teleskop-Antenne beeinträchtigt wird. Diese unterstützt zwar die höheren Frequenzen, aber das Gerät wird durch die Teleskopantenne größer und hat Vorsprünge. Wenn ein Computergerät über eine feste Größe verfügt, in die verschiedene Hardware integriert werden muss, stehen die Komponenten im Wettstreit um ihren Platz. Aus diesem Grund besteht ein Kompromiss zwischen der Aufnahme von neuen Funktionen und dem entsprechenden Platz, der für die Implementierung dieser Funktionen verwendet wird.
Zur Veranschaulichung dient ein Computergerät, das verschiedene Elektronik enthält, die eine Leiterplatte (PCB) verwendet. Ohne sachgemäße Isolierung von den Schaltungen, die in der PCB enthalten sind, können Radiofrequenzsignalzuführungen zu einer Verschlechterung führen, und zwar bis zu einem Punkt, an dem das Signal nicht mehr erfolgreich funktioniert. Aus diesem Grund kann ein Antennenarray und/oder können Radiofrequenzsignalzuführungen (RF-Signalzuführungen) relativ zu einer PCB mit einem Versatz oder einem Spielraum positioniert sein, um einen vorgegebenen Grad der Isolierung aufrecht zu erhalten, wobei dieser Versatz und/oder Spielraum frei von Elektronik ist. Ein Beispiel ist die Verwendung eines Koaxialkabels, das die unabhängigen Signalzuführungen zu der jeweils betreffenden Antenne des Antennenarray mit vorgesehenem Versatz liefert. Jedoch kann die Frequenz der RF-Speisung die Verwendung von Versätzen vorantreiben, die bezogen auf die Frequenzen größer sind, um ein Signal mit gleichbleibender Qualität aufrecht zu erhalten. Mit anderen Worten: höhere Frequenzraten vergrößern im Vergleich zu anderen Frequenzen die Größe eines Versatzes, um ein funktionierendes Signal aufrecht zu erhalten. Diese Versätze wiederum benötigen mehr Raum, der für andere Elektronik verlorengeht.
Die vorliegend beschriebenen Verfahren stellen frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantennen bereit. Verschiedene Implementierungen bilden eine Antenneneinheit, die unter Verwendung von mehreren Schichten geeignet ist zum Übertragen von Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen. Eine untere Abschirmungsstruktur bildet eine erste Schicht, wobei die untere Abschirmungsstruktur eine Bodenfläche und sich von der Bodenfläche weg erstreckende Seitenflächen hat, um einen Hohlraum zu bilden und/oder zu definieren. Einige Implementierungen sehen in dem Hohlraum Dämpfungsstrukturen für verlustbehaftete Resonanzen vor, die Resonanzfrequenzen dämpfen, beseitigen oder verschieben. Eine zweite Schicht enthält eine Schlitzantenne wie beispielsweise eine direkt gespeiste Koplanarwellenleiter-Schichtantenne, die zur Bildung einer hohlraumgestützten Schlitzantenne in dem Hohlraum angeordnet ist. Bei einigen Implementierungen ist die Schlitzantenne eingeschlossen, indem die Ränder einer oberen Abschirmungsstruktur mit der unteren Abschirmungsstruktur verbunden und/oder versiegelt sind. Verschiedene Implementierungen weisen in der oberen Abschirmungsstruktur Aperturfenster auf, die ermöglichen, dass Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen, die von der Schlitzantenne ausgestrahlt werden, von der Antenneneinheit nach außen abstrahlen.
Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen. Diese zeigt ein Beispiel einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 2 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf 1 beschrieben sind.
Der obere Teil von 2 enthält eine Antenneneinheit 200, die eine frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Schlitzantenne mit einem koplanaren Wellenleiter darstellt. Bei einer oder mehreren Implementierungen steht die Antenneneinheit 200 für eine oder mehrere Antenneneinheiten 104 von 1. Bei einer oder mehreren Implementierungen strahlt die Antenneneinheit 200 elektromagnetische Wellenformübertragungen aus, wie zum Beispiel elektromagnetische Mikrowellen- oder Millimeterwellenformen in Verbindung mit einem Kommunikationssystem, wobei man jedoch erkennen wird, dass die Antenneneinheit auch für eine Ausstrahlung von alternativen oder zusätzlichen Wellenformen mit variierender Länge und/oder Frequenz konfiguriert sein kann, ohne den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands zu verlassen. Im unteren Teil von 2 ist die Antenne in Fragmente zerlegt und vergrößert, um die verschiedenen Schichten darzustellen, die die Antenne umfasst: nämlich eine untere Abschirmungsstruktur 202, die einen Hohlraum bildet, eine Schlitzantenne 204 und eine obere Abschirmungsstruktur 206. Zusammen bilden diese Komponenten eine frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte Koplanarwellenleiter-Schlitzantenne, wie diese weiter in den 3, 4 und 5 beschrieben ist.
3 zeigt eine detaillierte Ansicht der unteren Abschirmungsstruktur 202 von 2. In verschiedenen Szenarien kann das mit Bezug auf 3 beschriebene Beispiel als Fortführung des einen oder der mehreren Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben sind.
Die untere Abschirmungsstruktur 202 hat eine Rechteckform mit einer entsprechenden Breite 300, Höhe 302 und Tiefe 304, die jeweils einen beliebigen Wert darstellen. Zusammen bilden diese Dimensionen eine Struktur mit einem Hohlraum, dessen Volumen vorgegeben ist, wobei dieser Hohlraum vorliegend allgemein als Hohlraum 306 bezeichnet ist. Während diese Dimensionen im Kontext einer Rechteckform angegeben sind, können zur Bildung der unteren Abschirmungsstruktur alternative oder zusätzliche Formen verwendet werden, ohne den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands zu verlassen. Das Volumen des Hohlraums 306 kann auf einer beliebigen geeigneten Charakteristik basieren, zum Beispiel auf einer gewünschten Resonanzfrequenz und/oder Bandbreite. Bei verschiedenen Implementierungen sind die Hohlraumgröße und/oder das Volumen derart gewählt, dass ein Mitschwingen des Hohlraums bei einer Betriebsresonanzfrequenz der entsprechenden Schlitzantenne in der Antenneneinheit (z.B. die Schlitzantenne, die von dem Hohlraum gestützt wird) verhindert wird.
In 3 hat jede Seitenstruktur der unteren Abschirmungsstruktur 202, die sich zum Bilden und/oder Definieren des Hohlraums 306 nach außen erstreckt, eine Dicke 308, die einen beliebigen Wert darstellt. In dem Beispiel der unteren Abschirmungsstruktur 202 ist die Dicke der verlängerten Seiten jeweils einheitlich. Bei alternativen oder zusätzlichen Implementierungen kann für die verlängerten Seiten eine variierende Dicke gewählt werden, wobei einige der verlängerten Seiten im Verhältnis zu den anderen verlängerten Seiten eine größere oder kleinere Dicke aufweisen. Zur Veranschaulichung: bei einer oder mehreren Implementierungen hat die untere Abschirmungsstruktur 202 Dimensionen, die in einen Bereich von 5 mm x 5 mm x 1 mm im Ka-Band (z.B. 26 bis 40 GHz) fallen.
Die untere Abschirmungsstruktur 202 umfasst auch eine Platte 310-1 und eine Platte 310-2, die in Richtung auf die Innenseite des Hohlraums 306 vorspringen. Verschiedene Implementierungen sehen auch Platten vor, um eine Resonanzfrequenz zu modifizieren, nämlich durch Eliminieren, Dämpfen und/oder Verschieben einer verlustbehafteten Resonanz, die in einem interessierenden Frequenzband und/oder in einem vordefinierten Frequenzband in dem Hohlraum 306 zu Verzerrungen oder Verlusten führen kann. Dementsprechend trägt die Inkludierung der Platten 310-1 und 310-2 dazu bei, unerwünschte Frequenzen im Hohlraum 306 zu dämpfen und/oder zu unterdrücken, indem sie die unerwünschten Moden unterbrechen und/oder abschirmen. Dies wiederum verbessert die Ausbreitung der gewünschten Frequenz, bei der die entsprechende Schlitzantenne mitschwingt. Während die untere Abschirmungsstruktur 202 in 3 zwei rechteckige Platten enthält, kann eine untere Abschirmungsstruktur innerhalb Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands Platten in beliebig andere Zahl, Form und/oder Größe aufweisen.
Die zeigt die Platte 310-1 vergrößert, um die verschiedenen Eigenschaften in Verbindung mit der Platte darzustellen. Während die Platte 310-1 und die Platte 310-2 eine einheitliche Form aufweisen, versteht es sich, dass die in dem Hohlraum 306 enthaltenen Platten Formen und/oder Größen aufweisen können, die sich voneinander unterscheiden. Hier hat die Platte 310-1 eine Rechteckform mit einer entsprechenden Breite 314, Höhe 316 und Tiefe 318, wobei diese Dimensionen jeweils beliebige Werte darstellen. Bei verschiedenen Implementierungen können die Form, Größe und/oder Dimensionen der Platte 310-1 sowie von anderen Platten in dem Hohlraum 306 auf einer Dämpfungseigenschaft basieren (z.B. unerwünschte verlustbehaftete Resonanzen unterdrücken oder verschieben). Zur Veranschaulichung: bei einer oder mehreren Implementierungen haben die Platte 310-1 und/oder die Platte 310-2 Dimensionen, die in einen Bereich von 1,2 bis 2,0 Millimeter (mm) x 0,4 bis 0,8 mm x 0,5 bis 1,5 mm fallen. Bei wenigstens einer Implementierung haben die Platten allgemein die Dimensionen von 1,6 mm x 0,6 mm x 1 mm, wobei der Begriff „allgemein“ bedeutet, dass die Dimensionen in realen Ausführungsformen von diesen exakten Werten abweichen können (z.B. Abweichungen, die wie oben beschrieben innerhalb des angegebenen Bereichs liegen).
4, auf die nunmehr Bezug genommen wird, zeigt eine detaillierte Ansicht der Schlitzantenne 204 von 2. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 4 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben sind.
Die Metallplatte, die zum Bauen der Schlitzantenne 204 verwendet wird, folgt der Rechteckform der unteren Abschirmungsstruktur 202. Hier hat die Metallplatte eine Breite 400, eine Höhe 402 und eine Tiefe 404. Jede dieser Dimensionen stellt jeweils einen beliebigen Wert dar. Zur Veranschaulichung: bei einer oder mehreren Implementierungen haben die Schlitzantenne und/oder die Metallplatte Dimensionen, die in einen Bereich von 4 bis 6 mm x 4 bis 6 mm x 0,01 bis 0,04 mm fallen. Bei wenigstens einer Implementierung haben die Schlitzantenne und/oder die Metallplatte allgemein die Dimensionen von 5 mm x 5 mm x 0,02 mm, wobei der Begriff „allgemein“ bedeutet, dass in realen Ausführungsformen die Dimensionen von diesen exakten Werten abweichen können (z.B. Abweichungen, die innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegen). Wie weiter beschrieben, kann die Metallplatte aus einem Material beliebiger Art bestehen, zum Beispiel aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, Eisen, Nickel, Zinn, Stahl etc., wobei die Materialart auf verschiedenen Charakteristiken der zu verbreitenden gewünschten Signale basieren kann (z.B. auf der Frequenz, Bandbreite, Leistung etc.). Die Metallplatte hat eine Apertur 406, die bei Erregung durch eine Signalzuführung elektromagnetische Wellenformen abstrahlt. In einer oder in mehreren Implementierungen wird die Apertur 406 mit Einfacheinspeisung/Einfachanschluss erregt, wohingegen bei alternativen oder zusätzlichen Implementierungen die Apertur 406 mit Mehrfachsignalzuführungen und/oder Mehrfachanschlüssen erregt wird. In diesem Beispiel hat die Apertur 406 eine Form, die einer direkt gespeisten Schlitzantenne mit einem koplanaren Wellenleiter entspricht, derart, dass der Wellenleiter verwendet wird zum Leiten des Erregungssignals zu den Bereichen der Apertur 406, die das Signal nach außen abstrahlen und/oder verbreiten.
Die Größe, die Form und die Dimensionen der Apertur 406 können auf einem gewünschten Strahlungsmuster, einer gewünschten Resonanzfrequenz etc. basieren. Zur weiteren Veranschaulichung betrachte man nunmehr die , die einen vergrößerten Bereich der Apertur 406 enthält. Die Apertur hat ein Paar oberer Arme 410, die hier horizontal dargestellt sind und sich zueinander erstrecken. Jeder obere Arm schließt sich an einen entsprechenden Schenkel an, der sich nach unten erstreckt, wobei die Schenkel hier allgemein als Schenkel 412 bezeichnet sind. An der Unterseite sind die Schenkel durch einen sich horizontal erstreckenden unteren Abschnitt miteinander verbunden. Zusammen bilden die oberen Arme 410 und die Schenkel 412, was visuell aussieht wie ein Paar einer gespiegelten „7“, das an der Unterseite verbunden ist. Wie zu sehen ist, entspricht die Spannweite zwischen den Enden der oberen Arme der Apertur einer Länge 414, während die Arme jeweils eine Breite 416 aufweisen. Bei verschiedenen Implementierungen basieren die Länge 414 und/oder die Breite 416 auf der Wellenlänge einer gewünschten Resonanzfrequenz und/oder Bandbreite. Ähnlich weisen die Schenkel der Apertur einen Spalt 418 auf und sind durch den Abstand 420 getrennt. Bei verschiedenen Implementierungen basieren diese Werte auf gewünschten Resonanzfrequenzen, auf einer gewünschten Impedanz, auf einer gewünschten Übertragungsbandbreite etc. Zur Veranschaulichung: bei einer oder mehreren Implementierungen hat die Apertur 406 Dimensionen, die in einen Bereich von 4 mm x 0,4 mm fallen.
Man betrachte nun 5, die eine detaillierte Ansicht der oberen Abschirmungsstruktur 206 von 2 zeigt. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 5 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben sind.
Die obere Abschirmungsstruktur 206 folgt der Rechteckform der unteren Abschirmungsstruktur 202 und der Schlitzantenne 204 von 2. Dementsprechend hat die obere Abschirmungsstruktur 206 eine Breite 500, eine Höhe 502 und eine Tiefe 504. Diese Dimensionen stellen jeweils einen beliebigen Wert dar. Bei einer oder mehreren Implementierungen hat die obere Abschirmungsstruktur 206 Dimensionen, die in einen Bereich von 5 mm x 5 mm x 0,7 mm fallen. Bei verschiedenen Implementierungen wird eine Metallplatte zum Herstellen der oberen Abschirmungsstruktur 206 verwendet. Dabei kann es sich um eine Kupferplatte, eine Aluminiumplatte, eine Eisenplatte, eine Nickelplatte, eine Zinnplatte etc. handeln. Die obere Abschirmungsstruktur 206 enthält auch ein Aperturfenster 506, in diesem Fall mit einer Rechteckform, wobei das Aperturfenster eine Öffnung bereitstellt, so dass die von der Schlitzantenne 204 abgestrahlten Signale aus der entsprechenden Antenneneinheit austreten können. Mit anderen Worten ermöglicht das Aperturfenster 506, dass sich Signale von der Schlitzantenne von der Antenneneinheit nach außen ausbreiten, während die feste Struktur rund um das Aperturfenster 506 den umliegenden Bereich gegen die Signale abschirmt. Dementsprechend ist das Aperturfenster 506 bei verschiedenen Implementierungen Bereichen der Schlitzantenne, die ausstrahlen, überlagert, um die abstrahlenden Signale auf die Öffnung auszurichten.
Die Größe, die Form und die Dimensionen des Aperturfensters 506 können auf einer beliebigen Charakteristik geeigneter Art basieren, zum Beispiel auf dem Schlitz der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne 204 der 2 und 4, auf dem Strahlungsmuster, der Strahlungsleistung etc. In diesem Beispiel folgt die Rechteckform des Aperturfensters 506 allgemein der Form der oberen Arme der Apertur 406 des Schlitzes der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne 204 der 2 und 4. Die ist eine Vergrößerung des Aperturfensters 506 zur Darstellung der verschiedenen Eigenschaften der Apertur, wie zum Beispiel die Länge 510 und die Breite 512, wobei diese Dimensionen beliebige Werte darstellen. Bei einer oder mehreren Implementierungen hat das Aperturfenster 506 Dimensionen, die in einen Bereich von 4 mm x 0,8 mm fallen.
Miteinander kombiniert bilden die untere Abschirmungsstruktur 202, die Schlitzantenne 204 und die obere Abschirmungsstruktur 206 von 2 eine mehrschichtige Antenneneinheit, die einen umliegenden Bereich gegen Signale abschirmt, die von der Schlitzantenne ausgestrahlt werden, mit Ausnahme von Signalen, die sich von der in der oberen Abschirmstruktur enthaltenen Apertur nach außen ausbreiten. Zur weiteren Veranschaulichung wird nun auf 6 Bezug genommen. Diese zeigt die Schichtung dieser verschiedenen Komponenten gemäß einer oder mehrerer Implementierungen. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 6 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben sind.
Die linke Seite von 6 zeigt eine Struktur 600, die der unteren Abschirmungsstruktur 106 von 1 und/oder der unteren Abschirmungsstruktur 202 von 2 entspricht. Wie zu sehen ist, enthält die Struktur 600 einen Hohlraum 602, um für eine Strahlung in alle Richtungen zu sorgen, und Platten 604 zum Dämpfen, Unterdrücken, Verschieben und/oder Eliminieren einer unerwünschten Resonanz aus dem Hohlraum 602. Bei Implementierungen können die Platten 604 aus Metall gebildet sein.
Die Struktur 606 in der Mitte von 6 enthält eine Schlitzantenne 608, die auf und/oder in den Hohlraum 602 der Struktur 600 geschichtet ist. In 6 entspricht die Schlitzantenne 608 einer direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne mit Strahlungsarmen 610, die Bereichen der Schlitzantenne entsprechen, die für die Ausbreitung von Wellenformen konfiguriert sind, wenn eine Signalzuführung an die Antenne angelegt wird. Es können aber auch alternative oder zusätzliche Antennentypen mit unterschiedlichen Größen und/oder Formen verwendet werden. Wenngleich nicht dargestellt, können verschiedene Implementierungen eine dielektrische Schicht zwischen der Schlitzantenne 608 und der inneren Bodenfläche der unteren Abschirmungsstruktur enthalten.
Die rechts in 6 gezeigte Struktur 612 entspricht einer geschlossenen Antenneneinheit mit einer oberen Abschirmungsstruktur 614, die der Struktur 606 überlagert ist, wobei Bereiche der oberen Abschirmungsstruktur mit Bereichen der unteren Abschirmungsstruktur versiegelt sind. Wie vorliegend weiter beschrieben ist, bildet die Versiegelung der oberen Abschirmungsstruktur 614 mit der Struktur 606 eine Antenneneinheit, die für eine umfassende Abschirmung eines umliegenden Bereichs gegen Signale sorgt, die von der Schlitzantenne 608 ausgestrahlt werden, mit Ausnahme der Signale, die durch die Apertur 616 ausgebreitet werden. Die durch die Struktur 600 bereitgestellte Abschirmung schwächt die Signalabstrahlung nach hinten und/oder zur Seite ab, während die obere Abschirmungsstruktur 614 für eine selektive Abschirmung und eine selektive Signalausbreitung sorgt. Wenn also die verschiedenen Schichten (z.B. die untere Abschirmungsstruktur mit einem Hohlraum, die Schlitzantenne und die obere Abschirmungsstruktur) miteinander kombiniert werden, sorgt die Antenneneinheit für eine gerichtete Signalausbreitung an der gewünschten Stelle (z.B. an der Apertur 616) und für eine Abschirmung an den umliegenden Stellen. Wie der Fachmann erkennen wird, ermöglicht dies eine Platzierung der Antenne näher an elektronischen Schaltungen anderer Art, ohne dass deren Betrieb durch eine unerwünschte Signalleckage negativ beeinflusst wird. Ebenso wird in einem entsprechenden Computergerät Raum gespart, indem verglichen mit anderen Antennen ein geringerer Versatz verwendet wird. Dies wiederum ermöglicht, dass elektronische Schaltungen anderer Art in diesem Raum des Computergeräts untergebracht werden können. In 6 sind die oberen Arme der Schlitzantenne über die Apertur 616 sichtbar. Es sind aber auch alternative oder zusätzliche Implementierungen möglich, die dielektrische Schichten enthalten, die die Sichtbarkeit der Schlitzantenne durch die Apertur sichtbar verdecken.
Zur Veranschaulichung wird auf 7 verwiesen, die ein Beispiel eines Querschnitts einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen zeigt. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 7 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben sind.
In dem oberen Teil von 7 ist ein Beispiel einer Antenneneinheit 700 dargestellt. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Antenneneinheit 700 repräsentativ für die Antenneneinheiten 104 von 1, für die Antenneneinheit 200 von 2 und/oder für die Struktur 612 von 6. Bei verschiedenen Implementierungen ist eine Schlitzantenne zwischen dielektrisches Material (dielektrische Materialien) geschichtet.
Zur Veranschaulichung betrachte man den Querschnitt der Antenneneinheit 702 in dem unteren Teil von 7, der einen Querschnitt der Antenneneinheit 700 von der Mittellinie 704 aus gesehen darstellt. Wie gezeigt ist, entspricht die äußerst linke Schicht des Querschnitts der Antenneneinheit 702 einer unteren Abschirmungsstruktur 706, die verlängerte Seiten hat, die einen Hohlraum bilden, wie das weiter beschrieben ist. Ähnlich entspricht die Schicht 708 einer Schlitzantenne mit einer(mehreren) Apertur(en) in beliebiger Größe und/oder Form. Bei verschiedenen Implementierungen ist ein Dielektrikum, zum Beispiel eine dielektrische Schicht 710, zwischen die untere Abschirmungsstruktur und die Schlitzantenne geschichtet, um die Struktur zusätzlich zu stützen. Es kann jedes Dielektrikum geeigneter Art verwendet werden, zum Beispiel Kunststoff, Porzellan, Glas, Keramik etc. Der Querschnitt der Antenneneinheit 702 enthält auch eine dielektrische Schicht 712, die zwischen der durch die Schicht 708 dargestellten Schlitzantenne und der oberen Abschirmungsstruktur 714 positioniert ist. Das Material der dielektrischen Schicht 712 kann dasselbe sein wie das Material der dielektrischen Schicht 710 und/oder ein anderes Material. Verschiedene Implementierungen weisen also Dielektrika in der Antenneneinheit auf.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Antenneneinheit mit mehreren Antenneneinheiten zu einem Antennenarray kombiniert werden. Dies kann vorteilhaft sein für Hochfrequenz-Kommunikationssysteme wie beispielsweise ein 5G-Kommunikationssystem. Zum Beispiel nutzen einige 5G-Kommunikationssysteme zusätzliche Frequenzen, die im Vergleich zu anderen Kommunikationssystemen als Hochfrequenzen gelten, wie z.B. ein Frequenzband, das Millimeterwellenlängen und/oder Mikrowellen-Wellenlängen entspricht (z.B. im Allgemeinen 1 bis 300 GHz). Diese hohen Frequenzen, die auch kürzeren Wellenlängen entsprechen, stellen Geräte, die ein 5G-Kommunikationssystem unterstützen sollen, vor mehrere Herausforderungen, da diese Hochfrequenzwellenformen im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen anfälliger sind für Verluste im freien Raum, atmosphärische Absorption, eine geringere Übertragungsreichweite bei einer bestimmten Leistung und Streuung.
Während Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen anfälliger sind für eine Verschlechterung in Übertragungsmedien, haben diese höheren Frequenzen in vorteilhafter Weise eine im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen geringere Antennenlänge. Da bei einer Dipolantenne zum Beispiel jeder Pol eine Länge von $\frac{λ}{4}$
bei einer Resonanzfrequenz hat, die λ entspricht, entspricht eine kleinere Wellenlänge einer kleineren Antennengröße. Bei kleineren Antennengrößen ist es jedoch leichter machbar, die entsprechende Antenne in ein Computergerät zu integrieren, was insbesondere in Fällen mit eingeschränktem Raum gilt. Die Beschreibung bezieht sich zwar auf eine Dipolantenne, aber auch andere Antennen weisen im Allgemeinen die gleiche Eigenschaft bezüglich der Größe im Verhältnis zur Wellenlänge auf. Da Millimeterwellenform- und/oder Mikrowellenwellenform-Antennen im Verhältnis zu Antennen, die niedrigeren Frequenzen zugeordnet sind, eine geringere Größe aufweisen, bekämpfen verschiedene Implementierungen die Herausforderungen in Verbindung mit der Übertragung von Millimeter- und/oder Mikrowellen-Wellenformen (z.B. Freiraumverlust, Streuung, kurze Übertragungsreichweite) durch die Verwendung eines Antennenarray. Durch die Verwendung von Antennenarrays und entsprechenden strahlgeformten Signalen können die verschiedenen Geräte einige der Herausforderungen bezüglich Signalverlust, die sich durch diese höheren Frequenzen stellen, bekämpfen. Jedoch besteht ein Kompromiss bei der Abwägung der Inkludierung eines Antennenarray in ein Gerät, bei dem der entsprechende Raum verfügbar ist. Eine frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne hilft bei der Bewältigung dieses Kompromisses.
Zur Veranschaulichung betrachte man nunmehr 8, die ein Antennenarray gemäß einer oder mehrerer Implementierungen zeigt. In verschiedenen Szenarios kann das Beispiel, das mit Bezug auf 8 beschrieben ist, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 7 beschrieben sind.
Der obere Teil von 8 zeigt eine untere Arraystruktur 800, bei der es sich um eine einzige Struktur handelt, die unterteilt ist in vier untere Abschirmungsstrukturen für die jeweiligen Antenneneinheiten: eine untere Abschirmungsstruktur 802-1, eine untere Abschirmungsstruktur 802-2, eine untere Abschirmungsstruktur 802-3 und eine untere Abschirmungsstruktur 802-4. Mit anderen Worten ist die untere Arraystruktur 800 eine einzige Struktur, die anstelle der Anordnung von vier separaten unteren Abschirmungsstrukturen (und jeweiligen Resonanzplatten) nebeneinander vier jeweilige untere Abschirmungsstrukturen und/oder Resonanzplatten für die jeweilige Antenneneinheit bildet. Ähnlich wie mit Bezug auf 3 beschrieben, bilden einige Implementierungen die einzige Struktur durch die Verwendung von Metall. Beispiele hierfür sind vorliegend angegeben. Zwar zeigt 8 eine einzige Struktur, die mehrere untere Abschirmungsstrukturen für mehrere Antenneneinheiten bildet, doch wird man erkennen, dass alternative oder zusätzliche Implementierungen Antennenarrays unter Nutzung von unabhängigen Antenneneinheiten bilden (z.B. mehrere untere Abschirmungsstrukturen anstelle einer einzigen Struktur). Die separaten Antenneneinheiten können einander in ähnlicher Weise benachbart sein wie jene, die durch die untere Arraystruktur 800 dargestellt sind, und/oder können an voneinander verschiedenen Stellen positioniert sein.
Im unteren Teil von 8 ist eine obere Arraystruktur 804 über den Antenneneinheiten der unteren Arraystruktur 800 angeordnet, um das Antennenarray mit den vier Antenneneinheiten fertigzustellen. Wie noch weiter beschrieben ist, ist die obere Arraystruktur 804 mit den Rändern der verlängerten Seiten der jeweiligen Antenneneinheit versiegelt, um für eine umfassende Abschirmung rund um das Array zu sorgen, mit Ausnahme des Aperturfensters, das den Austritt einer Signalstrahlung aus den jeweiligen Antenneneinheiten ermöglicht. Ähnlich wie bei der unteren Abschirmungsstruktur wird also eine einzige Struktur verwendet, um die obere Arraystruktur 804 zu bilden, wobei die einzige Struktur vier Aperturen aufweist: das Aperturfenster 806-1, das Aperturfenster 806-2, das Aperturfenster 806-3 und das Aperturfenster 806-4. Jedes betreffende Aperturfenster stellt eine Öffnung für die jeweiligen Signale bereit, die von der jeweiligen Schlitzantenne ausgestrahlt werden, so dass sie nach außen strahlen, während der Rest der oberen Arraystruktur 804 eine Signalabschirmung bereitstellt und/oder für eine Abschwächung gegenüber umliegenden Bereichen sorgt. Bei einigen Implementierungen wird die obere Abschirmungsstruktur unter Verwendung eines Metallmaterials gebildet. Beispiele hierfür sind vorliegend angegeben.
Bei verschiedenen Implementierungen ist eine jeweilige Apertur für den jeweiligen Antennenschlitz gebildet, und zwar anstelle einer einzigen Apertur, die die obere Arraystruktur 804 überspannt. Solchermaßen bildet der Abstand 808-1 eine klare Trennung zwischen dem Aperturfenster 806-1 und dem Aperturfenster 806-2, der Abstand 802-2 eine klare Trennung zwischen dem Aperturfenster 806-2 und dem Aperturfenster 806-3 und der Abstand 808-3 eine klare Trennung zwischen dem Aperturfenster 806-3 und dem Aperturfenster 806-4. Dieser Abstand verhindert, dass eine einzige Apertur, die sich von dem Aperturfenster 806-1 zu dem Aperturfenster 806-4 erstreckt, zu einer unerwünschten Resonanz und/oder zu Modifikationen des Strahlungsmusters führt, das von den kollektiven Antenneneinheiten ausgestrahlt wird. Hier hat das Antennenarray eine Rechteckform mit einer beliebigen Breite 810, Höhe 812 und Tiefe 814. Bei einer oder mehreren Implementierungen hat das Antennenarray Dimensionen, die in einen Bereich von 5 mm x 5 mm x 0,7 mm fallen. Die Abschirmung durch die obere Arraystruktur 804 sowie die untere Arraystruktur 800 sorgt für eine umfassende Signalisolierung anderer elektronischer Komponenten gegen elektromagnetische Strahlung, die von dem Antennenarray erzeugt wird. Die Größe und die Abschirmung schaffen Flexibilität bei der Positionierung der Antenneneinheit und/oder des Antennenarray in einem Computergerät.
Zur Veranschaulichung betrachte man nun 9, die ein Beispiel der Nutzung eines Antennenarray von frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantennen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen zeigt. In verschiedenen Szenarios kann das Beispiel, das mit Bezug auf 9 beschrieben ist, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben sind.
Der obere Teil von 9 zeigt ein Beispiel eines Computergeräts 900 mit der entsprechenden Anzeigeeinrichtung 902, die zur Freilegung der Komponenten im Inneren des Computergeräts 900 zum Teil entfernt wurde. In diesem Beispiel enthält das Computergerät eine PCB 904 mit elektronischen Komponenten verschiedener Art, die in diese eingebettet und/oder auf dieser angebracht sind. Die PCB 904 enthält auch ein Antennenarray 906, das dem Array einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantenne entspricht, wie zum Beispiel jener, die mit Bezug auf 8 beschrieben ist. Wegen der Signalausbreitung in einer Richtung und wegen der umfassenden Abschirmung kann das Antennenarray 906 im Vergleich zu nicht abgeschirmten Antennenarrays näher an den verschiedenen elektronischen Komponenten positioniert werden.
In dem unteren Teil von 9 ist das Antennenarray 906 auf der PCB 904 an der Stelle 908 unter der Anzeigeeinrichtung 902 positioniert. Bei verschiedenen Implementierungen ist das Antennenarray in einem inaktiven Bereich 910 platziert, der allgemein Bereiche der Anzeigeeinrichtung repräsentiert, die frei sind von elektronischen Schaltungen der Anzeigeeinrichtung, von Berührungsschaltungen und/oder von einem aktiven Anzeigebereich. Alternativ oder zusätzlich entspricht der inaktive Bereich 910 ausgeschnittenen Bereichen der Anzeigeeinrichtung. Solchermaßen ist das Antennenarray 906 generell in einem inaktiven Bereich positioniert, der allgemein durch die Stelle 908 angegeben ist. Dadurch können Signale durch diese Bereiche der Anzeigeeinrichtung hindurch nach außen abstrahlen, ohne dass der Betrieb der Anzeigeeinrichtung gestört wird. Diese Platzierung erlaubt die Inkludierung eines Antennenarray in ein Computergerät ohne zusätzliche Vorsprünge an dem Gerät, wie zum Beispiel Vorsprünge, die die Rechteckform des Computergeräts 900 verändern. Dementsprechend ist bei verschiedenen Implementierungen ein Antennenarray einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantenne direkt unter der Anzeigeeinrichtung positioniert, und zwar ohne Auswirkungen auf den Betrieb der Anzeigeeinrichtung und/oder auf den Formfaktor des Computergeräts. In diesem Beispiel sorgt das Antennenarray für eine Signalausstrahlung nach vorne, die sich nach außen und weg von der Anzeigeeinrichtung 902 ausbreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne auch an anderen Stellen rund um das Computergerät 900 positioniert werden, zum Beispiel auf der Rückseite des Computergeräts, wodurch für eine Signalausbreitung nach außen und weg von der Rückseite des Computergeräts gesorgt wird. In einem weiteren Beispiel kann die frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne an einer seitlichen Stelle des Computergeräts positioniert sein, zum Beispiel an einem Metallband, das um den Außenumfang des Computergeräts herumgeführt ist. Solchermaßen schafft die frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne aufgrund der entsprechenden Abschirmungseigenschaften und der gerichteten Signalausbreitung Flexibilität hinsichtlich ihrer Positionierung.
Es wird nunmehr auf 10 Bezug genommen. Diese zeigt ein Verfahren 1000 zur Übertragung einer Millimeterwellenform und/oder einer Mikrowellen-Wellenform mit einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen. Das Verfahren kann durch jede geeignete Kombination von Hardware, Software und/oder Firmware durchgeführt werden. Zumindest bei einigen Implementierungen können Aspekte der des Verfahrens durch eine oder mehrere geeignet konfigurierte Hardwarekomponenten und/oder Softwaremodule wie jene, die mit Bezug auf das Computergerät 102 von 1 beschrieben sind, realisiert werden. Zwar stellt das in 10 gezeigte Verfahren diese Schritte in einer bestimmten Reihenfolge dar, gleichwohl sollte berücksichtigt werden, dass jegliche bestimmte Reihenfolge oder Hierarchie der hier beschriebenen Schritte ein Beispiel einer Vorgehensweise darstellt. Es können andere Vorgehensweisen gewählt werden, bei denen die Reihenfolge dieser Schritte eine andere ist. Ein Umordnen der hier beschriebenen Schritte ist somit möglich, und die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte stellt keine Einschränkung dar.
Bei 1002 wird bei verschiedenen Implementierungen ein Hohlraum in einer unteren Abschirmungsstruktur gebildet. Bei einer oder mehreren Implementierungen wird der Hohlraum durch die Verwendung einer rechteckigen Metallplatte und das Verlängern der Seiten der Rechteckfläche nach außen gebildet. Zwar ist vorliegend eine Rechteckfläche beschrieben, gleichwohl können andere Formen verwendet werden, ohne den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands zu verlassen. In einigen Szenarios enthält der Hohlraum Dämpfungsplatten, die eine Resonanzfrequenz modifizieren, indem sie beispielsweise eine verlustbehaftete Resonanz, die eine Verzerrung oder einen Verlust in einem gewünschten besonderen und/oder vordefinierten Frequenzband verursachen kann, eliminieren, verschieben und/oder dämpfen. Wie weiter beschrieben ist, kann der Hohlraum ein beliebiges Volumen, eine beliebige Größe und/oder beliebige Form aufweisen.
Bei einer oder mehreren Implementierungen wird eine Schlitzantenne als Schicht in der unteren Abschirmungsstruktur vorgesehen, um bei 1004 mit dem Hohlraum eine hohlraumgestützte Schlitzantenne zu bilden. Dementsprechend wird die Schlitzantennen bei verschiedenen Implementierungen mit dem Hohlraum gestützt, der aus der unteren Abschirmungsstruktur gebildet wird. Es kann jede Art einer geeigneten Schlitzantenne verwendet werden, zum Beispiel eine direkt gespeiste CPW-Schlitzantenne. Bei verschiedenen Implementierungen wird eine Doppelanschluss-Schlitzantenne als Schicht in der unteren Abschirmungsstruktur vorgesehen, wie das weiter beschrieben ist. Bei einigen Implementierungen wird ein Dielektrikum als Schicht zwischen der Schlitzantenne/Doppelanschluss-Schlitzantenne und der Bodenfläche der unteren Abschirmungsstruktur vorgesehen, um Strukturen zusätzlich zu stützen.
Bei einer oder mehreren Implementierungen wird die Schlitzantenne bei 1006 eingeschlossen, indem eine obere Abschirmungsstruktur mit der unteren Abschirmungsstruktur zu einer Antenneneinheit verbunden wird, zum Beispiel durch Versiegeln der oberen Abschirmungsstruktur mit der unteren Abschirmungsstruktur. Hier umfasst sind obere Abschirmungsstrukturen mit Aperturfenstern, die über Bereichen der Schlitzantenne positioniert werden, die konfiguriert sind für die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellenformen wie beispielsweise Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz), Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen in Verbindung mit 5G-Kommunikationssystemen etc. Die Formulierung „zwischen etwa“ bedeutet, dass der Frequenzbereich real Frequenzabweichungen von den idealen und/oder exakten Werten aufweisen kann, wobei die Frequenzabweichungen noch funktionsfähig sind zur Aufrechterhaltung von erfolgreichen drahtlosen Kommunikationen. Ähnlich wie bei den vorliegend beschriebenen Implementierungen wird bei verschiedenen Implementierungen ein Dielektrikum als Schicht zwischen der Schlitzantenne/Doppelanschluss-Antenne und der oberen Abschirmungsstruktur vorgesehen.
Sobald die Antenneneinheit fertig montiert ist, kann sie für die Übertragung von Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen verwendet werden, wie vorstehend und nachstehend beschrieben. Alternativ oder zusätzlich wird bei einigen Implementierungen die Antenneneinheit mit anderen Antenneneinheiten zu einem Antennenarray kombiniert, das für eine Strahlformung geeignet ist. Wird eine Antenneneinheit durch die Umschließung einer Schlitzantenne mit einer unteren Abschirmungsstruktur und einer oberen Abschirmungsstruktur gebildet, wie vorliegend beschrieben, wird bei verschiedenen Implementierungen eine hohlraumgestützte Schlitzantenne mit frontseitiger Abschirmung geschaffen, die eine unidirektionale und/oder hemisphärische Signalstrahlung aufweist. Dies sorgt für Flexibilität bei der Positionierung der Antenneneinheit relativ zu anderen elektronischen Schaltungen, da die zusätzliche Abschirmung und die gerichtete Abstrahlung vor Signalen schützen, die ansonsten eine verschlechterte und/oder unbrauchbare Leistung verursachen würden. Dies ermöglicht auch kompakte Layout-Designs für die Platzierung der elektronischen Schaltungen, da durch die zusätzliche Abschirmung Versatzbereiche minimiert werden bzw. nicht mehr vorhanden sind.
Nach der Beschreibung einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantenne folgt nunmehr eine Erläuterung von Einzel- und Doppelanschluss-Schlitzantennenspeisungen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen.
Einzelanschluss- und Doppelanschluss-Schlitzantennenspeisungen
Bei verschiedenen Implementierungen werden eine Einzelspeisung und/oder ein Einzelanschluss verwendet, um eine Schlitzantenne zu erregen, die in einer frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantenne enthalten ist. Zur Veranschaulichung betrachte man 11, die einige Beispiele von Schlitzantennen mit Einzelspeisung gemäß einer oder mehrerer Implementierungen zeigt. In verschiedenen Szenarios können die Beispiele, die mit Bezug auf 11 beschrieben sind, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 10 beschrieben sind.
Der obere Teil von 11 zeigt eine Schlitzantenne 1100, die repräsentativ ist für eine direkt gespeiste CPW-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen. Dementsprechend ist die Schlitzantenne 1100 in verschiedenen Szenarios repräsentativ für die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder für die Schlitzantenne 204 von 2. Daher kann die Schlitzantenne 1100 in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie hier weiter beschrieben. In diesem Beispiel wird die Schlitzantenne 1100 über die Signalzuführung 1102 erregt, die repräsentativ ist für eine Einzelspeisung und/oder einen Einzelanschluss. Eine Einzelspeisung kann an die CPW-Übertragungsleitung der Schlitzantenne auf beliebig geeignete Weise angelegt werden, zum Beispiel durch eine elektronische, magnetische und/oder kapazitive Kopplung eines Mikrostreifens, einer Streifenleitung, eines Koaxialkabels und so weiter mit der Schlitzantenne und/oder mit drahtlosen Verbindungskomponenten, die die Signale erzeugen, die zu übertragen sind. Im Allgemeinen verbindet eine Signalzuführung und/oder ein Einzelanschluss Signale, die über andere Schaltungen erzeugt werden, zum Beispiel über eine elektronische Schaltung die auf der PCB von 9 vorhanden ist, mit den entsprechenden Schlitzen für eine anschließende Ausbreitung. In dem oberen Teil von 11 ist die Signalzuführung 1102 durch einen beliebigen Abstand 1106 von den Strahlungsarmen 1104 der Schlitzantenne entfernt positioniert. Bei verschiedenen Implementierungen basiert die Wahl der Position, an der eine Signalzuführung an eine Schlitzantenne angelegt wird, auf einer oder mehreren Charakteristiken in Verbindung mit dem System, zum Beispiel auf einer Impedanz, die der der Schlitzantenne zugeordnet ist, auf einer Resonanzfrequenz etc.
Im unteren Teil von 11 repräsentiert die Schlitzantenne 1109 eine Variation einer Einzelspeisungsantenne, die durch die Signalzuführung 1110 erregt wird. Bei einer oder mehreren Implementierungen repräsentiert die Schlitzantenne 1100 die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder die Schlitzantenne 204 von 2. Dementsprechend kann die Schlitzantenne 1108 in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie das weiter beschrieben ist.
Die Anlegung der Signalzuführung 1110 positioniert die Zuführung in einem beliebigen Abstand 1112 von den Strahlungsarmen 1114 der Schlitzantenne, wobei der Abstand 1112 die Signalzuführung 1110 verglichen mit der Signalzuführung 1102/dem Abstand 1106 näher an die Strahlungsarme heranrückt. Daher kann die Positionierung der Signalzuführung relativ zu den Strahlungsbereichen einer Schlitzantenne variieren und/oder auf einer geeigneten Charakteristik basieren. Beispiele dafür sind hier angegeben. Während die Schlitzantenne 1100 und die Schlitzantenne 1108 eine Apertur mit einer allgemeinen „U“-Form oder eine Apertur in der Form einer gespiegelten „7“ zeigen, können selbstverständlich auch eine andere Größe und/oder Form gewählt werden, wie hier weiter beschrieben ist.
Implementierungen mit nur einem Anschluss sind kostensparend und einfach in der Konstruktion. Verglichen mit Mehrfachsignalen ist es zum Beispiel einfacher, ein einziges Signal zu erzeugen und zu einer Schlitzantenne zu leiten, da Einfachsignal-Implementierungen weniger Schaltungen und weniger Platz benötigen. Allerdings kann es eine Herausforderung sein, über die Verwendung eines einzigen Signals und einer einzigen Antenne eine gewünschte effektive isotrope Strahlungsleistung (EIRP) zu erzielen. Es kann also wünschenswert sein, Mehrfachsignalzuführungen anzulegen und/oder Mehrfachanschlüsse zu nutzen, um eine Schlitzantenne so zu erregen, dass die Übertragungsleistung und/oder die Signalstärke verbessert werden. Mehr Signale bedeuten jedoch mehr Antennen und mehr Raum, was die Entwicklung von Antennen vorantreibt, deren Fußabdruck im Verhältnis zu anderen Antennen mit gleichen Übertragungseigenschaft kleiner ist.
Die 12a und 12b zeigen Beispiele von differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantennen gemäß einer oder mehrerer Implementierungen. In verschiedenen Szenarios können die Beispiele, die mit Bezug auf die 12a und 12b beschrieben sind, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 11 beschrieben sind. 12a enthält eine Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 mit differentieller Speisung, die in einigen Szenarios repräsentativ ist für die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder für die Schlitzantenne 204 von 2. Somit kann die Schlitzantenne 1200 in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie das weiter beschrieben ist.
Die Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 mit differentieller Speisung hat eine Apertur 1202, die so konfiguriert ist, dass sie elektromagnetische Wellenformen durch die Nutzung von mehreren Signalquellen/Anschlüssen/Zuführungen in Resonanz bringt. Die Apertur 1202 enthält hier einen koplanaren Wellenleiter 1204-1 und einen koplanaren Wellenleiter 1204-2, deren jeder einer jeweiligen Signalzuführung zugeordnet ist, und Strahlungsarme 1206, die konfiguriert sind für die Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellenformen. Da die Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 mit differentieller Speisung eine Doppelanschluss-Schlitzantenne ist, entspricht der koplanare Wellenleiter 1204-1 der Leitung von Wellen in Verbindung mit der Signalzuführung 1208-1 in Richtung auf die Strahlungsarme 1206, und der koplanare Wellenleiter 1204-2 entspricht der Leitung von Wellen in Verbindung mit der Signalzuführung 1208-2 in Richtung auf die Strahlungsarme 1206. In diesem Beispiel sind die Signalzuführung 1208-1 und die Signalzuführung 1208-2 von den Strahlungsarmen entfernt positioniert, was hier durch den beliebigen Abstand 1210 angegeben ist. Ähnlich wie mit Bezug auf 11 beschrieben, kann die relative Lage der Signalzuführungen zu den Strahlungsarmen auf einer beliebigen Charakteristik geeigneter Art basieren. Beispiele dafür sind vorliegend angegeben.
Bei verschiedenen Implementierungen werden die Signalzuleitung 1208-1 und die Signalzuleitung 1208-2 durch eine Differenzsignalquelle gespeist. Eine Differenzsignalquelle überträgt komplementäre Signale, die Informationen befördern, indem sie die Differenzen zwischen den beiden Signalen nutzen. Dementsprechend repräsentiert die Signalzuführung 1208-1 bei einigen Implementierungen ein erstes komplementäres Signal einer Differenzsignalquelle, und die Signalzuführung 1208-2 repräsentiert ein zweites komplementäres Signal der Differenzsignalquelle. Gleichphasige Signalquellen sind zusammengehörige Signale, die eine feste Phasenverschiebung und/oder einen festen Versatz zueinander aufweisen, z.B. 90°, und die zusammen Informationen über Komponenten eines modulierten Signals übermitteln. Ein solches Beispiel umfasst ein winkelmoduliertes Signal, das in zwei amplitudenmodulierte Sinussignale zerlegt werden kann, die um 90° versetzt sind. In einem solchen Szenario stellt die Signalzuführung 1208-1 eine erste Komponente (z.B. das erste amplitudenmodulierte Signal) und die Signalzuführung 1208-2 die zweite Komponente (z.B. das zweite amplitudenmodulierte Signal) dar. Dadurch kann die Doppelanschluss-Schlitzantenne durch gleichphasige Quellen und/oder differentielle Quellen angetrieben bzw. gespeist werden.
Bei verschiedenen Implementierungen folgt die geometrische Form der Apertur 1202 dem, was als bilateralsymmetrischer Formtyp betrachtet werden kann. Im Allgemeinen entspricht ein bilateralsymmetrischer Formtyp einer geometrischen Form, die die Eigenschaft besitzt, dass sie durch eine Achse in Bereiche geteilt ist, wobei jeder Bereich der geometrischen Form ein Spiegelbild des anderen ist. Zur Veranschaulichung betrachte man die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200, die durch die Y-Achse (hier anhand einer gestrichelten Linie dargestellt) in einen linken Bereich und einen rechten Bereich geteilt ist. Die geometrische Form des linken Bereichs der Apertur 1202 steht in einer symmetrischen Beziehung zu dem rechten Bereich der Apertur 1202, so dass die beiden Bereiche Spiegelbilder sind und/oder um die Y-Achse symmetrisch sind. Bei verschiedenen Implementierungen hat die Apertur daher eine geometrische Form, die bilateralsymmetrisch ist. Zudem hat die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 die weitere Eigenschaft, dass sie auch um die X-Achse (hier anhand der gestrichelten Linie dargestellt) bilateralsymmetrisch ist.
Während die Apertur 1202 nur um eine einzige Achse (z.B. die Y-Achse oder die X-Achse) bilateralsymmetrisch ist, werden bei alternativen oder zusätzlichen Implementierungen Aperturen mit geometrischen Formen hergestellt, die um mehrere Achsen symmetrisch und/oder durch mehrere Achsen definiert sind. Zur weiteren Veranschaulichung betrachte man erneut die Y-Achse in Verbindung mit der X-Achse. Die Überschneidung dieser Achsen definiert vier verschiedene Bereiche, die auf einer zweidimensionalen Ebene um 90° voneinander getrennt sind. Da sich die Apertur 1202 sowohl entlang der X-Achse als auch entlang der Y-Achse erstreckt, teilen diese Achsen die Apertur ebenfalls in vier getrennte Bereiche. So teilt die X-Achse die Apertur 1202 in einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, und diese Bereiche werden dann durch die Y-Achse wiederum in vier geometrische Bereiche und/oder Formen unterteilt (z.B. in einen oberen linken Bereich, einen oberen rechten Bereich, einen unteren linken Bereich und einen unteren rechten Bereich).
Bei verschiedenen Implementierungen ist die Form der Apertur durch Symmetrie auf der Basis einer Überschneidung von mehreren Achsen gekennzeichnet. Zur Veranschaulichung betrachte man die Form der Apertur 1202, die in dem Quadranten 1212 liegt. In diesem Beispiel ist die Form der Apertur 1202, die in dem Quadranten 1212 liegt, diagonal invertiert, was einer 180°-Drehung um die X-Achse und einer 180°-Drehung um die Y-Achse entspricht. Diese diagonale Inversion bildet die Form der Apertur 1202 in dem diagonalen Quadranten 1214. Dieser Vorgang wiederholt sich bei den anderen diagonalen Quadranten, um die Gesamtform der Apertur 1202 zu bilden. Wenngleich die Beschreibung hier im Kontext der X- und Y-Achsen-Quadranten erfolgt, die eine Teilung von 90° aufweisen, können auch andere Achsen mit anderen Winkelteilungen verwendet werden. Verschiedene Implementierungen haben Aperturen mit einer invers diagonalen Symmetrie basierend auf Achsen und/oder Überschneidungen mit einer 45°-Teilung, 30°-Teilung etc. Eine oder mehrere Implementierungen bilden daher eine Apertur mit symmetrischen Formen, wobei die Formen durch die Überschneidung von zwei Achsen definiert werden und die Symmetrie über diagonale Bereiche vorliegt.
In 12b stellt die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1216 eine Variation der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 dar. Bei einigen Implementierungen repräsentiert die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1216 daher die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder die Schlitzantenne 204 von 2 und kann in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie hier weiter beschrieben ist.
Ähnlich wie die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 hat die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1216 eine Apertur 1218, deren geometrische Form bilateralsymmetrisch um die Y-Achse ist, die hier anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Die Apertur 1218 ist auch um die X-Achse bilateralsymmetrisch, die hier ebenfalls anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1216 stellt hier ein Beispiel einer Doppelanschluss-Schlitzantenne dar, bei der die Signalzuführungen im Vergleich zu den Signalzuführungen bei der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1200 näher an den Strahlungsbereichen (z.B. Strahlungsarmen 1220) der Apertur positioniert sind. Dies ist weiter in 12b gezeigt, in der die Signalzuführung 1222-1 und die Signalzuführung 1222-2 in einem beliebigen Abstand 1224 von den Strahlungsarmen 1220 angelegt sind, wobei dieser Abstand kürzer ist als der beliebige Abstand 1210. Die Positionierung von Doppelanschluss-Signalzuführungen relativ zu den Strahlungsbereichen einer Schlitzantennenapertur kann somit variieren. Die Doppelanschluss-Schlitzantenne 1216 kann ähnlich wie jene, die mit Bezug auf 12a beschrieben wurde, durch differentielle Quellen angetrieben bzw. gespeist werden.
Es wird nunmehr auf 13 Bezug genommen, die eine alternative Konfiguration einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne gemäß einer oder mehrerer Implementierungen zeigt. In verschiedenen Szenarios kann das Beispiel, das mit Bezug auf 13 beschrieben ist, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 12b beschrieben sind. 13 zeigt eine differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1300, die bei einigen Implementierungen die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder die Schlitzantenne 204 von 2 repräsentiert. Somit kann die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1300 in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie hier noch weiter beschrieben ist.
Die geometrische Form der Apertur 1302 bei der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1300 hat eine bilateralsymmetrische Form um die Y-Achse, die hier anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Die bilateralsymmetrische Form entspricht in diesem Fall einem inversen bilateralsymmetrischen Formtyp, wobei die Formen der symmetrischen Bereiche, die durch eine Achse geteilt sind, verkehrt zueinander sind. Daher teilt die Y-Achse im Kontext von 13 die Apertur 1302 in zwei Bereiche, wobei die Form der Apertur 1302 auf der linken Seite der Y-Achse einer umgekehrt symmetrischen (gespiegelten) Form der Apertur 1302 auf der rechten Seite der Y-Achse entspricht. Dementsprechend weist die Apertur 1302 einen inversen bilateralsymmetrischen Formtyp um die Y-Achse auf. Das gilt in gleicher Weise für den invertierten bilateralsymmetrischen Formtyp um die X-Achse. Alternativ oder zusätzlich basiert die invertiert diagonale Symmetrie der Apertur 1302 auf Bereichen/Quadranten, die durch die Überschneidung der X-Achse (ebenfalls anhand einer gestrichelten Linie dargestellt) mit der Y-Achse definiert werden.
Die Apertur 1302 enthält Wellenleiter 1304, die allgemein einer „S“-Form folgen, und Strahlungsarme 1306, die sich von den Endpunkten der „S“-Form nach außen erstrecken. Die Formulierung „allgemein der Form folgen“ bedeutet eine Apertur, deren Form der Form des Buchstaben „S“ innerhalb vorgegebener Grenzen und/oder innerhalb einer vorgegebenen Abweichung von dem „S“ folgt. Folglich hat die Apertur Kurven, Winkel und/oder weist Richtungsänderungen über ihre Erstreckung auf, die die Form des Buchstaben „S“ innerhalb vorgegebener Räder um das „S“ nachbilden. Die Teildarstellung 1308 zeigt ein Beispiel hierfür, wobei der Buchstabe „S“ über die Apertur 1302 gelegt ist. Für den Antrieb bzw. die Speisung einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1300 sind Doppel-Signalzuführungen zwischen den Strahlungsarmen und dem(den) Wellenleiter(n) positioniert. In 13 ist eine Signalzuführung 1310-1 dem Wellenleiter an der oberen Krümmung des „S“ überlagert, während die Signalzuführung 1310-2 der unteren Krümmung des „S“ überlagert ist. Ähnlich wie mit Bezug auf die 12a und 12b beschrieben ist, kann die Positionierung der Doppelanschluss-Signalzuführungen relativ zu den Strahlungsbereichen einer Schlitzantenne variieren, wie auch die Art der die Anschlüsse speisenden Signalquellen variieren kann. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich verglichen mit anderen Ausgestaltungen bzw. Designs in kompakter Weise eine gewissen Phasenverschiebungskompensation erreichen. Bei Implementierungen mit symmetrischem Design wird die Doppelanschluss-Antenne mit einem Differenzsignal angetrieben bzw. gespeist.
Man betrachte nunmehr 14, die ein alternatives Beispiel einer differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1400 zeigt, die in verschiedenen Szenarios die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder die Schlitzantenne 204 von 2 darstellt. Dementsprechend kann die Doppelanschluss-Schlitzantenne 1400 mit differentieller Speisung in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie hier weiter beschrieben ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Beispiel, das mit Bezug auf 14 beschrieben ist, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die in den 1 bis 13 beschrieben sind.
Die geometrische Form der Apertur 1402 bei der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1400 weist einen inversen bilateralsymmetrischen Formtyp um die Y-Achse auf, was hier anhand der gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Y-Achse teilt die Apertur 1402 in zwei Bereiche, wobei die Form der Apertur 1402 auf der linken Seite der Y-Achse einer invertierten symmetrischen (gespiegelten) Form der Apertur 1402 auf der rechten Seite der Y-Achse entspricht. Dementsprechend weist die Apertur 1402 eine inverse Bilateralsymmetrie auf. Dies gilt gleichermaßen für die inverse Bilateralsymmetrie um die X-Achse. Alternativ oder zusätzlich weist die Apertur 1402 eine invertierte Diagonalsymmetrie auf, basierend auf den Bereichen/Quadranten, die durch Überschneidung der X-Achse (ebenfalls anhand einer gestrichelten Linie dargestellt) mit der Y-Achse definiert werden.
Die Apertur 1402 hat Strahlungsarme 1404, die in Reihe miteinander angeordnet sind, und zwei getrennte Wellenleiter: einen Wellenleiter 1406-1 und einen Wellenleiter 1406-2. Jeder Wellenleiter leitet Wellenformen, die den verschiedenen Anschlüssen entstammen, zu den Strahlungsbereichen der Apertur. Solchermaßen leitet der Wellenleiter 1406-1 Signale, die der Signalzuführung 1408-1 entstammen, zu den Strahlungsarmen der Apertur 1402, und der Wellenleiter 1406-2 leitet Signale, die der Signalzuführung 1408-2 entstammen, zu den Strahlungsarmen. Ähnlich wie mit Bezug auf die 12a und 12b beschrieben ist, kann die Positionierung der Doppelanschluss-Signalzuführungen relativ zu den Strahlungsbereichen der Apertur variieren, wie auch die Art der die Anschlüsse speisenden Signalquellen variieren kann.
In 15 steht das Beispiel der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1500 bei einigen Implementierungen für die Schlitzantenne 108 von 1 und/oder die Schlitzantenne 204 von 2. Dementsprechend kann die differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne 1500 in einer Antenneneinheit verwendet werden, wie hier weiter beschrieben. In verschiedenen Szenarios kann das Beispiel, das mit Bezug auf 15 beschrieben ist, als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 14 beschrieben sind.
Die Form der Apertur 1502 der differentiell gespeisten Doppelanschluss-Schlitzantenne 1500 hat eine geometrische Form mit Bilateralsymmetrie um die Y-Achse (die hier anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist). Die Apertur 1502 hat einen Strahlungsarm 1504-1 und einen Strahlungsarm 1504-2, die Bereichen der Apertur entsprechen, die elektromagnetische Wellenformen ausstrahlen. Die Apertur 1502 hat auch einen Wellenleiter 1506-1 und einen Wellenleiter 1506-2, die zusammen allgemeiner der Form des Buchstaben „W“ folgen, wobei sich die Strahlungsarme von den Endpunkten der „W'-Form nach außen erstrecken. Wie hier weiter beschrieben ist, bedeutet die Formulierung „folgt allgemein der Form“ eine Apertur, deren Form der Form des Buchstaben „W“ innerhalb vorgegebener Grenzen und/oder innerhalb einer vorgegebenen Abweichung von dem „W“ folgt. Dementsprechend hat die Apertur Kurven, Winkel und/oder weist Richtungsänderungen über ihre Erstreckung auf, die ein „W“ innerhalb der vorgegebenen Ränder rund um das „W“ nachbilden. Die Nebendarstellung 1508 zeigt ein Beispiel dafür, wobei der Buchstabe „W“ über die Apertur 1502 gelegt ist.
Ähnlich wie andere hier beschriebene Wellenleiter leiten die Wellenleiter Wellenformen, die verschiedenen Signalanschlüssen entstammen, zu Strahlungsbereichen der Apertur 1502. Allgemein ausgedrückt leitet also der Wellenleiter 15061-1 Signale, die der Signalzuführung 1510-1 entstammen, zu den Strahlungsarmen 1504-1 und 1504-2, und der Wellenleiter 1506-2 leitet Signale, die der Signalzuführung 1510-2 entstammen, zu den Strahlungsarmen 1504-1 und 1504-2. Ähnlich wie mit Bezug auf die 12 bis 14 beschrieben ist, kann die Positionierung hinsichtlich der Stellen, an denen die Doppelanschluss-Signalzuführungen relativ zu den Strahlungsbereichen einer Schlitzantenne angelegt werden, variieren, wie auch die Art der die Anschlüsse speisenden Signalquellen variieren kann.
In 16 ist ein Verfahren 1600 zur Übertragung von Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen mittels einer Antenneneinheit gemäß einer oder mehrerer Implementierungen dargestellt. Das Verfahren kann durch eine geeignete Kombination von Hardware, Software und/oder Firmware durchgeführt werden. Zumindest bei einigen Implementierungen können Aspekte des Verfahrens durch eine oder mehrere geeignet konfigurierte Hardwarekomponenten und/oder ein oder mehrere geeignet konfigurierte Softwaremodule realisiert werden, wie zum Beispiel jene, die bezüglich des Computergeräts 102 von 1 und/oder bezüglich der Schlitzantennen in den 12a bis 15 beschrieben sind. Während das in 16 dargestellte Verfahren diese Schritte in einer bestimmten Reihenfolge zeigt, versteht es sich, dass eine bestimmte Reihenfolge oder Hierarchie vorliegend lediglich eine beispielhafte Vorgehensweise ist und andere Vorgehensweisen gewählt werden können, bei denen die Reihenfolge dieser Schritte geändert wird. Somit kann die hier beschriebene Reihenfolge der Schritte umgeordnet werden und stellt keine Einschränkung der Erfindung dar.
Bei 1602 bilden eine oder mehrere Implementierungen eine Doppelanschluss-Schlitzantenne. Es ist zwar die Schlitzantenne im Kontext einer Schlitzantenne mit zwei Anschlüssen beschrieben, jedoch kann innerhalb des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands eine Schlitzantenne mit beliebig vielen Anschlüssen gebildet werden. Dies kann die Bildung einer Apertur in einer Metallplatte umfassen, wobei die Apertur eine geometrische Form mit einem bilateralsymmetrischen Formtyp (z.B. einer Bilateralsymmetrie, einer inversen Bilateralsymmetrie), einer inversen diagonalen Symmetrie etc. aufweist. Bei verschiedenen Implementierungen hat die Apertur eine Form derart, dass sie durch die Verwendung mehreren Signalzuführungen, wie zum Beispiel Signalzuführungen aus Differenzsignalquellen, phasengleichen Signalquellen etc., Millimeterwellenform und/oder Mikrowellen-Wellenformen ausstrahlt.
Bei mehreren Implementierungen wird die Doppelanschluss-Schlitzantenne zwischen einer unteren Abschirmungsstruktur und einer oberen Abschirmungsstruktur eingeschlossen, um bei 1604 eine Antenneneinheit zu bilden. Wie hier weiter beschrieben ist, kann die obere Abschirmungseinheit ein Aperturfenster aufweisen, das die Ausbreitung der Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen, die von der Doppelanschluss-Schlitzantenne ausgestrahlt werden, nach außerhalb der Antenne ermöglichen. Die Form der Apertur kann auf einer beliebigen geeigneten Charakteristik basieren. Beispiel dafür sind hier angegeben. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Doppelanschluss-Schlitzantenne zwischen dielektrische Materialien geschichtet. Bei einer oder Implementierungen wird die Doppelanschluss-Schlitzantenne bei 1606 entsprechend einem Speisungsschema mit Differenzsignalen gespeist, zum Beispiel durch die Verwendung einer Streifenleitung, eines Mikrostreifens, eines Koaxialkabels etc.
Sobald sie fertig montiert ist, kann die Doppelanschluss-Antenne zur Übertragung von Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen verwendet werden, wie vorstehend und nachstehend beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kombinieren einige Implementierungen die Doppelanschluss-Antenneneinheit mit einer anderen Doppelanschluss-Antenneneinheit, um ein Antennenarray zu bilden, das für eine Strahlformung geeignet ist. Die Verwendung einer Doppelanschluss-Schlitzantenne ermöglicht im Vergleich zu einer Schlitzantenne mit nur einem Anschluss bzw. Port eine stärkere Signalausbreitung, wie zum Beispiel Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz), Millimeterwellenformen und/oder Mikrowellen-Wellenformen in Verbindung mit 5G-Kommunikationssystemen etc. Die Formulierung „zwischen etwa“ bedeutet, dass der Frequenzbereich real Frequenzabweichungen von den idealen und/oder exakten Werten aufweisen kann, wobei die Frequenzabweichungen immer noch funktionsfähig sind zur Aufrechterhaltung von erfolgreichen Drahtloskommunikationen. Der Einbau einer Doppelanschluss-Schlitzantenne in eine Antenneneinheit sorgt somit für eine starke Signalausbreitung bei umfassender Abschirmung gegen umliegende Elektronik. Dies wiederum schafft Flexibilität bei der Überlegung, wo sich die Antenneneinheit in dem Computergerät am besten positionieren lässt.
Nachdem nun ein Schlitzantennen mit Einzelanschluss und Doppelanschluss beschrieben wurden, folgt die Erläuterung eines Beispielgeräts, das gemäß einer oder mehrerer Implementierungen verwendet werden kann.
Beispielgerät
17 zeigt verschiedene Komponenten eines Beispiel-Computergeräts 1700, das für jede geeignete Art eines Computergeräts steht, das für die praktische Umsetzung verschiedener Aspekte einer frontseitigabgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten CPW-Schlitzantenne geeignet ist, wie hier weiter beschrieben. In verschiedenen Szenarios kann das mit Bezug auf 17 beschriebene Beispiel als Fortführung eines oder mehrerer Beispiele betrachtet werden, die mit Bezug auf die 1 bis 16 beschrieben sind. 17 enthält verschiedene, die Erfindung nicht einschränkende Beispielgeräte, unter anderem: ein Mobiltelefon 1700-1, ein Laptop 1700-2, einen Smart-TV 1700-3, einen Monitor 1700-4, ein Tablet 1700-5 und eine Smartwatch 1700-6. Dementsprechend repräsentiert das Computergerät 1700 jedes Mobilgerät, Mobiltelefon, Client-Gerät, Wearable Gerät, Tablet, Rechen-, Kommunikations-, Unterhaltungs-, Spiel-, Medienwiedergabegerät und/oder ein elektronisches Gerät einer anderen Art, in welches frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantennen eingebaut sind, wie hier weiter beschrieben. Ein Wearable Gerät kann unter anderem eine Uhr, ein Armband, eine Manschette, ein Armreif, ein Handschuh oder Handschuhpaar, eine Brille, ein Schmuckgegenstand, ein Bekleidungsartikel, jede Art von Fußbekleidung oder Kopfbedeckung und/oder ein Wearable einer anderen Art oder eine Kombination dieser Gegenstände sein.
Das Computergerät 1700 enthält eine oder mehrere Antenneneinheiten 1702, die allgemein frontseitig abgeschirmte, hohlraumgestützte Schlitzantennen darstellen, wie zum Beispiel eine frontseitig abgeschirmte, direkt gespeiste, hohlraumgestützte CPW-Schlitzantenne, wie hier weiter beschrieben. Dementsprechend umfasst jede Antenneneinheit der Antenneneinheiten 1702 eine untere Abschirmungsstruktur 1704, eine Schlitzantenne 1706 und eine obere Abdeckungsstruktur 1708.
Die untere Abschirmungsstruktur 1704 stellt eine Gehäusestruktur dar, die einen Hohlraum bildet und/oder enthält, der frei von elektronischen Schaltungen ist. Die untere Abschirmungsstruktur 1704 kann aus jedem geeigneten Material bestehen. Beispiele dafür sind hier genannt. Bei verschiedenen Implementierungen basieren die Dicke, die Größe und die Form der unteren Abschirmungsstruktur sowie der durch die untere Abschirmungsstruktur gebildete Hohlraum auf einer oder mehreren Charakteristiken, wie zum Beispiel die gewünschten elektromagnetischen Strahlungsmuster, Bandbreiten etc. Dementsprechend enthalten einige Implementierungen der unteren Abschirmungsstruktur 1704 Dämpfungsstrukturen, um die Resonanz des Hohlraums zu modifizieren, zum Beispiel durch das Eliminieren, Verschieben und/oder Unterdrücken einer verlustbehafteten Resonanz.
Die Schlitzantenne 1706 stellt eine Schlitzantenne dar, die oben auf dem und/oder in dem Hohlraum der unteren Abschirmungsstruktur 1704 platziert ist. Bei einer oder mehreren Implementierungen ist die Schlitzantenne 1706 mit dem Hohlraum verbunden und/oder versiegelt, um eine hohlraumgestützte Schlitzantenne zu bilden, die Signale in einer Richtung und/oder in einer einzelnen Halbkugel verbreitet. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Schlitzantenne als direkt gespeiste CPW-Schlitzantenne konfiguriert. Hier können Einzelanschluss-Schlitzantennen und/oder Mehrfachanschluss-Schlitzantennen umfasst sein. Beispiele dafür sind hier angegeben. Bei verschiedenen Implementierungen ist ein dielektrisches Material zwischen die Schlitzantenne 1706 und die untere Abschirmungsstruktur 1704 geschichtet.
Die obere Abschirmungsstruktur 1708 stellt eine frontseitige Abschirmungsschicht dar, die mit der unteren Abschirmungsstruktur 1704 verbunden und/oder versiegelt ist, um eine geschlossene Struktur zu bilden, die kollektiv für eine Signalabschirmung rund um die Antenneneinheit sorgt. Bei verschiedenen Implementierungen hat die obere Abschirmungsstruktur 1708 ein Aperturfenster, das die geschlossene Struktur zum Teil öffnet, um die Abstrahlung von Wellenformen derart zu ermöglichen, dass diese sich durch die Öffnung hindurch von der Antenneneinheit unidirektional nach außen ausbreiten. Ähnlich wie bei der unteren Abschirmungsstruktur ist bei verschiedenen Implementierungen ein Dielektrikum zwischen die Schlitzantenne 1706 und die obere Abschirmungsstruktur 1708 geschichtet.
Das Computergerät 1700 enthält auch eine oder mehrere drahtlose Verbindungskomponenten 1710, die hier generell stellvertretend für Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination derselben verwendet werden, die zur Herstellung, Aufrechterhaltung und Kommunikation über eine Drahtlosverbindung verwendet werden. Die drahtlosen Verbindungskomponenten 1710 arbeiten in Verbindung mit den Antenneneinheiten 1702, um entsprechende Mitteilungen, die über die drahtlosen Signale kommuniziert werden, zu senden, zu empfangen, zu verschlüsseln und zu entschlüsseln. Die drahtlosen Verbindungskomponenten können mehreren Zwecken dienen (z.B. mehrere verschiedene Arten von Drahtlosverbindungen unterstützen) oder können einem einzigen Zweck dienen. Das Computergerät 1700 kann mehrere Arten von drahtlosen Verbindungskomponenten enthalten, um mehrere drahtlose Kommunikationspfade zu unterstützen, oder kann einfach eine Gruppe von drahtlosen Verbindungskomponenten enthalten, die für einen einzigen drahtlosen Verbindungspfad konfiguriert sind. Bei einer oder mehreren Implementierungen ermöglichen die drahtlosen Verbindungskomponenten 1710 bidirektionale drahtlose Kommunikationen in Verbindung mit Millimeterwellenform- und/oder Mikrowellenwellenform-Kommunikationssystemen wie 5G-Kommunikationssysteme.
Das Computergerät 1700 enthält auch ein Prozessorsystem 1712, das einen Anwendungsprozessor Mikroprozessoren, Digitalsignal-Prozessoren, Steuerungen und dergleichen repräsentiert und das computerausführbare Befehle verarbeitet, um den Betrieb des Computergeräts zu steuern. Ein Verarbeitungssystem kann zumindest teilweise in Hardware ausgeführt sein, die Komponenten einer integrierten Schaltung oder eines on-Chip-Systems, eines Digitalsignal-Prozessors, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, eines feldprogrammierbaren Gate-Array, eines komplex programmierbaren Logikbausteins und andere Implementierungen in Silizium und andere Hardware enthalten kann. Alternativ oder zusätzlich kann das elektronische Gerät mit Software, Hardware, Firmware oder einer festen Logikschaltung, die in Verbindung mit Verarbeitungs- und Steuerschaltungen ausgeführt ist, einzeln oder in Kombination implementiert werden. Wenngleich nicht dargestellt, kann das Computergerät 1700 einen Systembus, eine Kreuzschiene, ein Zwischenglied oder ein Datenübertragungssystem enthalten, das die verschiedenen Komponenten in dem Gerät verbindet. Ein Systembus kann eine beliebige Busstruktur oder eine Kombination verschiedener Busstrukturen aufweisen, zum Beispiel einen Speicherbus oder eine Speichersteuerung, einen Datenprotokoll/Datenformat-Konverter, einen Peripheriebus, einen Universellen Seriellen Bus, einen Prozessorbus oder einen lokalen Bus, der eine von verschiedenen Busarchitekturen verwendet.
Das Computergerät 1700 kann auch computerlesbare Medien 1714 mit einem Primärspeichermedium 1716 und einem Massenspeichermedium 1718 enthalten. Anwendungen und/oder ein Betriebssystem (nicht gezeigt), die bzw. das als computerlesbare Anweisungen auf computerlesbaren Medien 1714 verkörpert ist bzw. sind, ist bzw. sind durch ein Prozessorsystem 1712 ausführbar, um einige oder alle der vorliegend beschriebenen Funktionen bereitzustellen. Zum Beispiel können verschiedene Implementierungsformen auf ein Betriebssystemmodul zugreifen, das einen High-Level-Zugriff auf die zugrundeliegende Hardwarefunktionalität ermöglicht, indem sie Implementierungsdetails vor einem aufrufenden Programm verbirgt, wie zum Beispiel Protokollmeldungen, die Konfiguration von Anzeigeeinrichtungen, die Registerkonfiguration, den Speicherzugriff und so weiter. Verschiedene Implementierungen von computerlesbaren Medien umfassen eine oder mehrere Primärspeichereinrichtungen, die eine Datenspeicherung ermöglichen. Beispiele dafür sind unter anderem ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein nichtflüchtiger Speicher (z.B. ein Nur-Lese-Speicher (ROM), Flash-Speicher, EPROM, EEPROM etc.) und eine Festplattenspeichereinrichtung. Solchermaßen können die computerlesbaren Medien 1714 zumindest teilweise als physisches Gerät implementiert sein, das Informationen (z.B. digitale oder analoge Werte) in Speichermedien speichert, das aber keine Ausbreitung von Signalen oder Wellenformen vorsieht. Verschiedene Implementierungen können Medien einer beliebigen geeigneten Art verwenden, zum Beispiel elektronische, magnetische, optische, mechanische, quantenmechanische, atomare Medien und so weiter.
Angesichts der vielen möglichen Aspekte, bei denen die Grundprinzipien der vorliegenden Beschreibung Anwendung finden können, sollte erkannt werden, dass die hier mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren beschriebenen Implementierungen lediglich zur Veranschaulichung dienen und keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Daher umfassen die hier beschriebenen Verfahren alle Implementierungen, die in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
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 16/353117 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

4. März 2019 mit der Bezeichnung „Front-Shielded, Coplanar Waveguide, Direct-Fed, Cavity-Backed Slot Antenna‟ [0001]

Claims

Antenne, umfassend: eine untere Abschirmungsstruktur, die einen Hohlraum definiert, und eine oder mehrere Dämpfungsstrukturen in dem Hohlraum; eine direkt gespeiste Schlitzantenne mit koplanarem Wellenleiter (CPW), die sich zur Bildung einer hohlraumgestützten Schlitzantenne in dem durch die untere Abschirmungsstruktur definierten Hohlraum befindet; und eine obere Abschirmungsstruktur, die zum Einschluss der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne mit der unteren Abschirmungsstruktur verbunden ist, wobei die obere Abschirmungsstruktur ein oder mehrere Aperturfenster aufweist, die ausgebildet sind zum Ermöglichen, dass sich von der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne ausgestrahlte Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz) von der Antenneneinheit nach außen ausbreiten.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste dielektrische Schicht, die zwischen einer Bodenfläche der unteren Abschirmungsstruktur und der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne positioniert ist; und eine zweite dielektrische Schicht, die zwischen der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne und der oberen Abschirmungsstruktur positioniert ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei die in dem Frequenzbereich liegende und von der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne ausgestrahlten Wellenformen einem Kommunikationssystem der 5. Generation (5G) zugeordnet sind.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Aperturfenster einen bilateralsymmetrischen Formtyp aufweisen.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei die Antenneneinheit als differentiell gespeiste Doppelanschluss-Schlitzantenne konfiguriert ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Dämpfungsstrukturen eine oder mehrere rechteckige Platten umfassen.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Aperturfenster über der direkt gespeisten CPW-Schlitzantenne positioniert sind, die der Ausstrahlung von Wellenformen in dem Frequenzbereich zugeordnet ist.
Computergerät, umfassend: mindestens eine Drahtlosverbindungskomponente, die wirksam ist zur Aufrechterhaltung mindestens einer drahtlosen Verbindung zwischen dem Computergerät und einem weiteren Gerät; eine Mehrzahl von Antenneneinheiten, deren jede jeweils umfasst: eine jeweilige untere Abschirmungsstruktur, die einen jeweiligen Hohlraum bildet; eine jeweilige Schlitzantenne, die über dem jeweiligen Hohlraum positioniert und dimensioniert ist für die Ermöglichung einer Ausbreitung von Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz) und bei einer vorgegebenen Frequenz; und eine jeweilige obere Abschirmungsstruktur mit einem Aperturfenster, das über der jeweiligen Schlitzantenne positioniert ist, die der Ausstrahlung der Wellenformen in dem Frequenzbereich zugeordnet ist; und eine Mehrzahl von Signalzuführungen, deren jede jeweils mit der wenigstens einen Drahtlosverbindungskomponente und einer jeweiligen Antenneneinheit verbunden ist, um ein Antennenarray zu bilden.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei jeder Hohlraum ein Volumen hat, das verhindert, dass der Hohlraum bei einer Resonanzfrequenz mitschwingt, die der Schlitzantenne zugeordnet ist.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei das Computergerät ein Mobiltelefon umfasst.
Computergerät nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Anzeigeeinrichtung und eine Leiterplatte (PCB), wobei sich die mehrzähligen Antenneneinheiten auf der Leiterplatte befinden und unter der Anzeigeeinrichtung des Mobiltelefons positioniert sind.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei jede Schlitzantenne eine direkt gespeiste, hohlraumgestützte Schlitzantenne mit koplanarem Wellenleiter (CPW) umfasst.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei jede untere Abschirmungsstruktur eine oder mehrere Dämpfungsstrukturen umfasst, die eine verlustbehaftete Resonanz aus einem vordefinierten Frequenzband heraus verschiebt.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei jede obere Abschirmungsstruktur mit der jeweiligen unteren Abschirmungsstruktur verbunden ist, um die Schlitzantenne einzuschließen und rund um die Antenneneinheit eine Abschirmung zu schaffen, mit Ausnahme einer Abschirmung jeweils an einer Stelle, die dem jeweiligen Aperturfenster entspricht.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei das Aperturfenster einen inversen bilateralsymmetrischen Formtyp aufweist.
Computergerät nach Anspruch 8, wobei jeweils jede Antenneneinheit mit einer jeweiligen Signalzuführung einer jeweiligen Größe und jeweiligen Phase gespeist wird, um ein bestimmtes Strahlungsmuster zu erzielen.
Gerät, umfassend: eine Mehrzahl von frontseitig abgeschirmten, direkt gespeisten, hohlraumgestützten Schlitzantennen mit koplanarem Wellenleiter (CPW), die ein Antennenarray bilden, wobei das Antennenarray umfasst: eine erste leitende Einzelstruktur, die eine Mehrzahl von unteren Abschirmungsstrukturen bildet, die dem Antennenarray zugeordnet sind, wobei jeweils jede untere Abschirmungsstruktur einen jeweiligen Hohlraum bildet; eine Mehrzahl von Schlitzantennen, wobei jeweils jede Schlitzantenne der mehrzähligen Schlitzantennen als Schicht in einer jeweiligen unteren Abschirmungsstruktur der mehrzähligen unteren Abschirmungsstrukturen angeordnet und über einem jeweiligen Hohlraum der jeweiligen unteren Abschirmungsstruktur positioniert ist; und eine zweite leitende Einzelstruktur, die eine obere Abschirmungsstruktur bildet, die zum Einschluss jeweils jeder Schlitzantenne in der jeweiligen unteren Abschirmungsstruktur mit der ersten leitenden Einzelstruktur verbunden ist, wobei die zweite leitende Einzelstruktur eine Mehrzahl von Aperturfenstern aufweist, deren jedes jeweils über einer jeweiligen Schlitzantenne der mehrzähligen Schlitzantennen positioniert ist, um eine Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellenformen von dem Antennenarray nach außen zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei jeweils jede Schlitzantenne der mehrzähligen Schlitzantennen dimensioniert ist für die Ermöglichung einer Ausbreitung von Wellenformen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 600 Megahertz (MHz) und 72 Gigahertz (GHz).
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei jeweils jede untere Abschirmungsstruktur eine jeweilige Dämpfungsstruktur umfasst, die eine oder mehrere Resonanzfrequenzen, die dem jeweiligen Hohlraum zugeordnet sind, modifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei jeweils jedes Aperturfenster der mehrzähligen Aperturfenster eine symmetrische Form aufweist.