KR102667276B1 - 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 구비한 전자 디바이스들 - Google Patents

프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 구비한 전자 디바이스들 Download PDF

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Abstract

전자 디바이스에는 위상 안테나 어레이 및 디스플레이 커버 층이 제공될 수 있다. 위상 안테나 어레이는 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는 가요성 인쇄 회로에 실장되는 유전체 공진 요소를 포함할 수 있다. 급전 프로브는 공진 요소의 측벽 상의 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성될 수 있다. 급전 프로브는 공진 요소의 공진 모드들을 여기시킬 수 있다. 공진 요소는 디스플레이 커버 층을 통해 대응하는 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 추가적인 급전 프로브가 추가적인 편파들을 커버하기 위해 공진 요소의 직교 측벽에 실장될 수 있다. 상이한 편파들 및 주파수들을 커버하기 위한 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들이 위상 안테나 어레이를 가로질러 인터리빙될 수 있다.

Description

프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 구비한 전자 디바이스들{ELECTRONIC DEVICES WITH PROBE-FED DIELECTRIC RESONATOR ANTENNAS}
본 출원은 2019년 2월 28자로 출원된 미국 특허 출원 제16/289,459호에 대한 우선권을 주장하며, 이로써 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로서 포함된다.
본 발명은 대체로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 무선 회로부를 구비한 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 종종 무선 회로부를 포함한다. 예를 들어, 셀룰러 전화기들, 컴퓨터들, 및 다른 디바이스들은, 종종, 무선 통신을 지원하기 위해 안테나들 및 무선 송수신기들을 포함한다.
밀리미터파 및 센티미터파 통신 대역들에서 무선 통신을 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 때때로 극고주파(extremely high frequency, EHF) 통신으로 지칭되는 밀리미터파 통신 및 센티미터파 통신은 약 10 내지 300 ㎓의 주파수들에서의 통신을 수반한다. 이러한 주파수들에서의 동작은 높은 대역폭들을 지원할 수 있지만, 상당한 문제들을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 및 센티미터파 통신 대역들에서의 무선 주파수 통신은 다양한 매체들을 통한 신호 전파 동안 상당한 감쇠 및/또는 왜곡에 의해 특성화될 수 있다. 또한, 전도성 전자 디바이스 컴포넌트들의 존재는 밀리미터파 및 센티미터파 통신을 다루기 위한 회로부를 전자 디바이스 내에 포함시키는 것을 어렵게 할 수 있다.
따라서, 밀리미터파 및 센티미터파 통신을 지원하는 무선 회로부와 같은 개선된 무선 회로부를 구비한 전자 디바이스들을 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스에는 하우징, 디스플레이, 및 무선 회로부가 제공될 수 있다. 하우징은 디바이스의 주변부 둘레에 이어지는 주변부 전도성 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 디스플레이는 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장된 디스플레이 커버 층을 포함할 수 있다. 무선 회로부는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 하나 이상의 주파수 대역들 내의 무선 주파수 신호들을 전달하는 위상 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이는 디바이스 내의 디스플레이 커버 층 또는 다른 유전체 커버 층들을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다.
위상 안테나 어레이는 프로브 급전형(probe-fed) 유전체 공진기 안테나들을 포함할 수 있다. 각각의 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나는 주위 유전체 기판 내에 임베드되는 비교적 높은 유전 상수 재료의 기둥으로부터 형성된 유전체 공진 요소를 포함할 수 있다. 유전체 공진 요소는 가요성 인쇄 회로에 실장될 수 있다. 급전 프로브는 유전체 공진 요소의 측벽 상에 패턴화된 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성될 수 있다. 급전 프로브는 가요성 인쇄 회로 상의 무선 주파수 송신 라인에 커플링될 수 있다. 급전 프로브는 유전체 공진 요소의 전자기 공진 모드들을 여기시킬 수 있다. 여기될 때, 유전체 공진 요소는 디스플레이 커버 층을 통해 무선 주파수 신호들을 방사할 수 있다. 유전체 공진 요소는 비교적 작은 측방향 풋프린트를 나타낼 수 있다. 이는, 위상 안테나 어레이의 유전체 공진 요소들이 디스플레이를 위한 디스플레이 모듈과 주변부 전도성 하우징 구조물들 사이의 비교적 좁은 공간 내에 실장될 수 있게 할 수 있다.
원하는 경우, 추가적인 급전 프로브가 유전체 공진 요소의 직교 측벽에 실장될 수 있다. 각각의 급전 프로브는 상이한 선형 편파로 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 가요성 인쇄 회로는 접지 트레이스들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 접지 트레이스들은 유전체 공진 요소와 중첩하는 슬롯을 한정할 수 있다. 슬롯의 폭, 급전 프로브들의 치수들, 및/또는 송신 라인 스터브들은 무선 주파수 송신 라인들의 임피던스를 유전체 공진 요소의 임피던스에 정합시키는 데 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이는 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들의 제1 세트 및 제2 세트를 포함할 수 있다. 제1 세트 내의 각각의 안테나는 유전체 공진 요소, 및 직교 선형 편파들로 제1 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 제1 및 제2 급전 프로브들을 포함할 수 있다. 제2 세트 내의 각각의 안테나는 유전체 공진 요소, 및 직교 편파들로 제2 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 제1 및 제2 급전 프로브들을 포함할 수 있다. 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들이 패치 안테나들 또는 슬롯 안테나들과 같은 다른 유형들의 안테나들보다 더 적은 측방향 면적을 점유하기 때문에, 제1 및 제2 세트들로부터의 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들은 위상 안테나 어레이에 걸쳐 인터리브 패턴(interleaved pattern)으로 배열될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내의 예시적인 회로부의 개략도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 예시적인 무선 회로부의 개략도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 신호들의 빔을 지향시키기 위해 제어 회로부를 사용하여 조정될 수 있는 예시적인 위상 안테나 어레이의 도면이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 디바이스의 상이한 측부들을 통해 방사하기 위한 위상 안테나 어레이들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 측단면도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내에 실장될 수 있는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 측단면도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 다수의 편파들을 커버하기 위한 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 사시도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 접지 트레이스들에서의 개구와 중첩되는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 측단면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 접지 트레이스들에서의 개구와 중첩되는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 평면도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 동일한 주파수들 및 상이한 편파들을 처리하기 위한 인터리브 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 위상 안테나 어레이의 평면도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 상이한 주파수들 및 편파들을 처리하기 위한 인터리브 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 위상 안테나 어레이의 평면도이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 상이한 주파수들을 처리하기 위한 인터리브 이중 편파 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 위상 안테나 어레이의 평면도이다.
도 13은 일부 실시예들에 따른, 주변부 전도성 하우징 구조물들 내의 노치(notch)와 정렬된 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 14는 일부 실시예들에 따른, 디스플레이 모듈 내의 노치와 정렬된 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 무선 회로부를 포함할 수 있다. 무선 회로부는 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 사용하여 무선 통신을 수행하기 위해 사용되는 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 때때로 극고주파(EHF) 신호들로 지칭되는 밀리미터파 신호들은 약 30 ㎓ 초과의 주파수들에서(예컨대, 60 ㎓, 또는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 다른 주파수들에서) 전파된다. 센티미터파 신호들은 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓의 주파수들에서 전파된다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 또한 위성 내비게이션 시스템 신호들, 셀룰러 전화 신호들, 로컬 무선 영역 네트워크 신호들, 근거리 통신, 광 기반 무선 통신, 또는 다른 무선 통신을 처리하기 위한 안테나들을 포함할 수 있다.
전자 디바이스(10)는 휴대용 전자 디바이스 또는 다른 적합한 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(10)는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 약간 더 소형인 디바이스, 예컨대 손목 시계형 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 디바이스, 이어피스(earpiece) 디바이스, 또는 다른 웨어러블 또는 미니어처 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 예컨대 셀룰러 전화기, 미디어 재생기, 또는 다른 소형 휴대용 디바이스일 수 있다. 디바이스(10)는 또한 셋톱 박스, 데스크톱 컴퓨터, 컴퓨터 또는 다른 프로세싱 회로부가 일체화된 디스플레이, 일체화된 컴퓨터가 없는 디스플레이, 무선 액세스 포인트, 무선 기지국, 키오스크, 빌딩, 또는 차량 내에 통합된 전자 디바이스, 또는 다른 적합한 전자 장비일 수 있다.
디바이스(10)는 하우징(12)과 같은 하우징을 포함할 수 있다. 때때로 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재들, 금속(예컨대, 스테인리스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료들, 또는 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 상황들에서, 하우징(12)의 부분들은 유전체 또는 기타 저전도성 재료(예컨대, 유리, 세라믹, 플라스틱, 사파이어 등)로부터 형성될 수 있다. 다른 상황들에서, 하우징(12) 또는 하우징(12)을 형성하는 구조물들의 적어도 일부는 금속 요소들로부터 형성될 수 있다.
디바이스(10)는, 원하는 경우, 디스플레이(14)와 같은 디스플레이를 가질 수 있다. 디스플레이(14)는 디바이스(10)의 전면 상에 실장될 수 있다. 디스플레이(14)는 용량성 터치 전극들을 포함하는 터치 스크린일 수 있거나, 또는 터치에 감응하지 않을 수도 있다. 하우징(12)의 후면(즉, 디바이스(10)의 전면에 반대편인 디바이스(10)의 면)은 실질적으로 평면인 하우징 벽, 예컨대, 후방 하우징 벽(12R)(예컨대, 평면형 하우징 벽)을 가질 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은, 후방 하우징 벽을 완전히 통과하고 따라서 하우징(12)의 부분들을 서로 분리시키는 슬롯들을 가질 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은 전도성 부분들 및/또는 유전체 부분들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 후방 하우징 벽(12R)은 유리, 플라스틱, 사파이어, 또는 세라믹과 같은 유전체의 얇은 층 또는 코팅에 의해 커버된 평면형 금속 층을 포함할 수 있다. 하우징(12)은 또한 하우징(12)을 완전히 통과하지 않는 얕은 홈들을 가질 수 있다. 슬롯들 및 홈들은 플라스틱 또는 다른 유전체로 충전될 수 있다. 원하는 경우, (예컨대, 관통 슬롯에 의해) 서로 분리된 하우징(12)의 부분들은 내부 전도성 구조물들(예컨대, 슬롯을 브리지하는 시트 금속 또는 다른 금속 부재들)에 의해 결합될 수 있다.
하우징(12)은 주변부 구조물들(12W)과 같은 주변부 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 주변부 구조물들(12W)의 전도성 부분들 및 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들은 때때로 본 명세서에서 하우징(12)의 전도성 구조물들로 총칭될 수 있다. 주변부 구조물들(12W)은 디스플레이(14) 및 디바이스(10)의 주변부 둘레에 이어질 수 있다. 디바이스(10) 및 디스플레이(14)가 4개의 에지들을 구비한 직사각형 형상을 갖는 구성들에서, 주변부 구조물들(12W)은, (일례로서) 4개의 대응하는 에지들을 구비한 직사각형 링 형상을 갖고 후방 하우징 벽(12R)으로부터 디바이스(10)의 전면으로 연장되는 주변부 하우징 구조물들을 사용하여 구현될 수 있다. 주변부 구조물들(12W) 또는 주변부 구조물들(12W)의 일부는, 원하는 경우, 디스플레이(14)에 대한 베젤(예컨대, 디스플레이(14)의 4개의 측면들 모두를 둘러싸고/둘러싸거나 디스플레이(14)를 디바이스(10)에 유지시키는 것을 돕는 장식 트림(cosmetic trim))로서의 역할을 할 수 있다. 주변부 구조물들(12W)은, 원하는 경우, (예컨대, 수직 측벽들, 만곡된 측벽들 등을 갖는 금속 밴드를 형성함으로써) 디바이스(10)에 대한 측벽 구조물들을 형성할 수 있다.
주변부 구조물들(12W)은 금속과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있고, 그에 따라, 때때로, (예들로서) 주변부 전도성 하우징 구조물들, 전도성 하우징 구조물들, 주변부 금속 구조물들, 주변부 전도성 측벽들, 주변부 전도성 측벽 구조물들, 전도성 하우징 측벽들, 주변부 전도성 하우징 측벽들, 측벽들, 측벽 구조물들, 또는 주변부 전도성 하우징 부재로 지칭될 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 금속, 예컨대 스테인리스강, 알루미늄, 또는 다른 적합한 재료들로부터 형성될 수 있다. 1개, 2개, 또는 2개 초과의 별개의 구조물들이 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 균일한 단면을 갖는 것이 필수인 것은 아니다. 예를 들어, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 상부 부분은, 원하는 경우, 디스플레이(14)를 제위치에 유지시키는 것을 돕는 내향 돌출 레지(ledge)를 가질 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 하부 부분도, 또한, (예컨대, 디바이스(10)의 후방 표면의 평면 내에) 확대된 립을 가질 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 실질적으로 직선형인 수직 측벽들을 가질 수 있거나, 만곡되어 있는 측벽들을 가질 수 있거나, 또는 다른 적합한 형상들을 가질 수 있다. 일부 구성들에서(예컨대, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 디스플레이(14)에 대한 베젤로서의 역할을 하는 경우), 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 하우징(12)의 립 둘레에 이어질 수 있다(즉, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디스플레이(14)를 둘러싸는 하우징(12)의 에지만을 커버하고 하우징(12)의 측벽들의 나머지는 커버하지 않을 수도 있다).
후방 하우징 벽(12R)은 디스플레이(14)에 평행한 평면에 놓일 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)의 일부 또는 전부가 금속으로부터 형성되는 디바이스(10)에 대한 구성들에서, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들을, 후방 하우징 벽(12R)을 형성하는 하우징 구조물들의 일체형 부분들로서 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)의 후방 하우징 벽(12R)은 평면형 금속 구조물을 포함할 수 있고, 하우징(12)의 측부들 상의 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들은 평면형 금속 구조물의 평평한 또는 만곡된 수직 연장 일체형 금속 부분들로서 형성될 수 있다(예컨대, 하우징 구조물들(12R, 12W)은 금속의 연속적인 조각으로부터 단일체 구성으로 형성될 수 있다). 이들과 같은 하우징 구조물들은, 원하는 경우, 금속 블록으로부터 기계가공될 수 있고/있거나, 하우징(12)을 형성하도록 함께 조립되는 다수의 금속 조각들을 포함할 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개 이상의 부분들을 가질 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및/또는 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들은 디바이스(10)의 하나 이상의 외부 표면들(예컨대, 디바이스(10)의 사용자에게 가시적인 표면들)을 형성할 수 있고/있거나, 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하지 않는 내부 구조물들(예컨대, 디바이스(10)의 사용자에게 가시적이지 않은 전도성 하우징 구조물들, 예컨대, 얇은 장식층들, 보호 코팅들, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 다른 코팅 층들과 같은 층들로 커버되는 전도성 구조물들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및/또는 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들을 숨기는 역할을 하는 다른 구조물들)을 사용하여 구현될 수 있다.
디스플레이(14)는 디바이스(10)의 사용자에 대한 이미지들을 디스플레이하는 활성 영역(AA)을 형성하는 픽셀들의 어레이를 가질 수 있다. 예를 들어, 활성 영역(AA)은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 픽셀들의 어레이는 액정 디스플레이(LCD) 컴포넌트들, 전기 영동 픽셀들의 어레이, 플라즈마 디스플레이 픽셀들의 어레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이 픽셀들 또는 다른 발광 다이오드 픽셀들의 어레이, 전기습윤 디스플레이 픽셀들의 어레이, 또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 디스플레이 픽셀들로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 활성 영역(AA)은 터치 센서들, 예컨대, 터치 센서 용량성 전극들, 힘 센서들, 또는 사용자 입력을 수집하기 위한 다른 센서들을 포함할 수 있다.
디스플레이(14)는 활성 영역(AA)의 에지들 중 하나 이상을 따라 이어지는 비활성 경계 영역을 가질 수 있다. 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)에는 이미지들을 디스플레이하기 위한 픽셀들이 없을 수 있고, 그는 하우징(12) 내의 회로부 및 다른 내부 디바이스 구조물들과 중첩될 수 있다. 이러한 구조물들을 디바이스(10)의 사용자에 의한 관찰로부터 차단하기 위해, 비활성 영역(IA)과 중첩되는 디스플레이(14) 내의 디스플레이 커버 층 또는 다른 층들의 하부면은 비활성 영역(IA)에서 불투명 마스킹 층으로 코팅될 수 있다. 불투명 마스킹 층은 임의의 적합한 색상을 가질 수 있다. 비활성 영역(IA)은 활성 영역(AA) 내로 연장되는 노치(8)와 같은 리세스된 영역을 포함할 수 있다. 활성 영역(AA)은, 예를 들어, 디스플레이(14)를 위한 디스플레이 모듈(예컨대, 픽셀 회로부, 터치 센서 회로부 등을 포함하는 디스플레이 모듈)의 측방향 영역에 의해 한정될 수 있다. 디스플레이 모듈은 활성 디스플레이 회로부가 없는(즉, 비활성 영역(IA)의 노치(8)를 형성하는) 디바이스(10)의 상부 영역(20) 내에 리세스 또는 노치를 가질 수 있다. 노치(8)는, 활성 영역(AA)에 의해 3개의 측부들 상에서 그리고 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 의해 제4 측부 상에서 둘러싸이는(한정되는) 실질적으로 직사각형의 영역일 수 있다.
디스플레이(14)는 투명 유리, 투명 플라스틱, 투명 세라믹, 사파이어 또는 다른 투명 결정성 재료의 층, 또는 다른 투명 층(들)과 같은 디스플레이 커버 층을 사용하여 보호될 수 있다. 디스플레이 커버 층은 평면 형상, 볼록한 만곡된 프로파일, 평면 및 만곡된 부분들을 갖는 형상, 평면 주 영역 - 평면 주 영역은 평면 주 영역의 평면으로부터 굽혀진 부분을 갖는 하나 이상의 에지들 상에 둘러싸임 - 을 포함하는 레이아웃, 또는 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 디스플레이 커버 층은 디바이스(10)의 전체 전면을 커버할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 디스플레이 커버 층은 디바이스(10)의 전면의 실질적으로 전체 또는 디바이스(10)의 전면의 일부분만을 커버할 수 있다. 디스플레이 커버 층 내에 개구들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 버튼을 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 개구가 형성될 수 있다. 개구는, 또한, 노치(8) 내의 스피커 포트(16) 또는 마이크로폰 포트와 같은 포트들을 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 형성될 수 있다. 원하는 경우, 개구들이 하우징(12) 내에 형성되어 통신 포트들(예컨대, 오디오 잭 포트, 디지털 데이터 포트 등) 및/또는 스피커 및/또는 마이크로폰과 같은 오디오 컴포넌트들을 위한 오디오 포트들을 형성할 수 있다.
디스플레이(14)는 터치 센서를 위한 용량성 전극들의 어레이, 픽셀들을 어드레싱(address)하기 위한 전도성 라인들, 드라이버 회로들 등과 같은 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 하우징(12)은 금속 프레임 부재들, 및 하우징(12)의 벽들에 걸쳐 있는 평면형 전도성 하우징 부재(때때로, 백플레이트로 지칭됨)(즉, 주변부 전도성 구조물들(12W)의 서로 반대편인 측부들 사이에 용접되거나 달리 접속되는 하나 이상의 금속 부분들로 형성된 실질적으로 직사각형인 시트)와 같은 내부 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 백플레이트는 디바이스(10)의 외측 후방 표면을 형성할 수 있거나 또는 얇은 장식층들, 보호 코팅들, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 다른 코팅들과 같은 층들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 백플레이트를 숨기는 역할을 하는 다른 구조물들로 커버될 수 있다. 디바이스(10)는 또한 인쇄 회로 보드들, 인쇄 회로 보드들 상에 실장된 컴포넌트들, 및 다른 내부 전도성 구조물들과 같은 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 디바이스(10)에 접지 평면을 형성하는 데 사용될 수 있는 이러한 전도성 구조물들은, 예를 들어, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA) 아래로 연장될 수 있다.
영역들(22, 20)에서, 개구들이 디바이스(10)의 전도성 구조물들 내에(예컨대, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)과, 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들, 인쇄 회로 보드 상의 전도성 트레이스들, 디스플레이(14) 내의 전도성 전기 컴포넌트들 등과 같은 서로 반대편인 전도성 접지 구조물들 사이에) 형성될 수 있다. 때때로 갭들로 지칭될 수 있는 이들 개구들은 공기, 플라스틱, 및/또는 다른 유전체들로 충전될 수 있고, 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 하나 이상의 안테나들을 위한 슬롯 안테나 공진 요소들을 형성하는 데 사용될 수 있다.
전도성 하우징 구조물, 및 디바이스(10) 내의 다른 전도성 구조물은 디바이스(10) 내의 안테나를 위한 접지 평면으로서의 역할을 할 수 있다. 영역들(22, 20) 내의 개구들은 개방형 또는 폐쇄형 슬롯 안테나들에서의 슬롯들로서의 역할을 할 수 있거나, 루프 안테나에서의 재료들의 전도성 경로에 의해 둘러싸이는 중심 유전체 영역으로서의 역할을 할 수 있거나, 스트립 안테나 공진 요소 또는 역-F 안테나 공진 요소와 같은 안테나 공진 요소를 접지 평면으로부터 분리시키는 공간으로서의 역할을 할 수 있거나, 기생 안테나 공진 요소의 성능에 기여할 수 있거나, 또는 달리 영역들(22, 20) 내에 형성된 안테나 구조물들의 일부로서의 역할을 할 수 있다. 원하는 경우, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA) 아래에 있는 접지 평면 및/또는 디바이스(10) 내의 다른 금속 구조물들은 디바이스(10)의 단부들의 부분들 내로 연장되는 부분들을 가질 수 있어서(예컨대, 접지가 영역들(22, 20) 내의 유전체-충전 개구들을 향해 연장될 수 있음), 그에 의해 영역들(22, 20) 내의 슬롯들을 좁힐 수 있다.
대체로, 디바이스(10)는 임의의 적합한 수(예컨대, 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 등)의 안테나들을 포함할 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은 세장형 디바이스 하우징의 서로 반대편인 제1 및 제2 단부들(예컨대, 도 1의 디바이스(10)의 영역들(22, 20)에 있는 단부들)에서, 디바이스 하우징의 하나 이상의 에지들을 따라서, 디바이스 하우징의 중심에, 다른 적합한 위치들에, 또는 이들 위치 중 하나 이상에 위치될 수 있다. 도 1의 배열은 단지 예시적인 것이다.
주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들에는 주변부 갭 구조물들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)에는 갭들(18)과 같은 하나 이상의 갭들이 제공될 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내의 갭들은 유전체, 예컨대 폴리머, 세라믹, 유리, 공기, 다른 유전체 재료들, 또는 이러한 재료들의 조합들로 충전될 수 있다. 갭들(18)은 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 하나 이상의 주변부 전도성 세그먼트들로 분할할 수 있다. 이러한 방식으로 형성되는 전도성 세그먼트들은, 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 안테나들의 부분들을 형성할 수 있다. 다른 유전체 개구들(예컨대, 갭들(18) 이외의 유전체 개구들)이 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내에 형성될 수 있고, 디바이스(10)의 내부 내에 실장된 안테나들을 위한 유전체 안테나 윈도우들로서의 역할을 할 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 유전체 안테나 윈도우들과 정렬될 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은, 또한, 디스플레이(14)를 통해 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)과 정렬될 수 있다.
디바이스(10)의 최종 사용자에게 (예컨대, 미디어를 디스플레이하기, 애플리케이션들을 실행하기 등을 위해 사용되는 디바이스의 영역을 최대화하기 위해) 가능한 한 큰 디스플레이를 제공하기 위해, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)에 의해 커버되는 디바이스(10)의 전면에서의 영역의 크기를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 활성 영역(AA)의 크기를 증가시키는 것은 디바이스(10) 내의 비활성 영역(IA)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이는 디바이스(10) 내의 안테나들에 이용가능한 디스플레이(14) 뒤의 영역을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)은 활성 영역(AA) 뒤에 실장된 안테나들에 의해 처리되는 무선-주파수 신호들이 디바이스(10)의 전면을 통해 방사하는 것을 차단하는 역할을 하는 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 따라서, (예컨대, 가능한 한 큰 디스플레이 활성 영역(AA)을 허용하기 위해) 안테나들이 만족스러운 효율 대역폭을 갖는 디바이스(10) 외부의 무선 장비와 통신하는 것을 여전히 허용하면서, 디바이스(10) 내의 작은 크기의 공간을 차지하는 안테나들을 제공하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직할 것이다.
전형적인 시나리오에서, 디바이스(10)는 (일례로서) 하나 이상의 상부 안테나들 및 하나 이상의 하부 안테나들을 가질 수 있다. 상부 안테나는, 예를 들어, 영역(20) 내에서 디바이스(10)의 상단에 형성될 수 있다. 하부 안테나는, 예를 들어, 영역(22) 내에서 디바이스(10)의 하단에 형성될 수 있다. 추가적인 안테나들이, 원하는 경우, 영역들(20, 22) 사이에서 연장되는 하우징(12)의 에지들을 따라 형성될 수 있다. 안테나들은 동일한 통신 대역들, 중첩하는 통신 대역들, 또는 분리된 통신 대역들을 커버하기 위해 개별적으로 사용될 수 있다. 안테나들은 안테나 다이버시티 스킴(antenna diversity scheme) 또는 다중-입력-다중-출력(multiple-input-multiple-output, MIMO) 안테나 스킴을 구현하는 데 사용될 수 있다. 임의의 다른 원하는 주파수들을 커버하기 위한 다른 안테나들이 또한, 디바이스(10)의 내부 내의 임의의 원하는 위치들에 실장될 수 있다. 도 1의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 하우징(12)은 다른 형상들(예컨대, 정사각형 형상, 원통형 형상, 구형 형상, 이들 및/또는 상이한 형상들의 조합 등)을 가질 수 있다.
디바이스(10) 내에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들의 개략도가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(28)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 저장 회로부(30)와 같은 저장장치를 포함할 수 있다. 저장 회로부(30)는 하드 디스크 드라이브 저장장치, 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 프로세싱 회로부(32)와 같은 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부(32)는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 프로세싱 회로부(32)는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 호스트 프로세서들, 기저대역 프로세서 집적 회로들, 주문형 집적 회로들, 중앙 프로세싱 유닛들(CPU) 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 하드웨어(예컨대, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 디바이스(10)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 디바이스(10)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 저장 회로부(30) 상에 저장될 수 있다(예컨대, 저장 회로부(30)는 소프트웨어 코드를 저장하는 비일시적(유형적) 컴퓨터 판독가능 저장 매체들을 포함할 수 있다). 소프트웨어 코드는 때때로 프로그램 명령어들, 소프트웨어, 데이터, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 저장 회로부(30) 상에 저장된 소프트웨어 코드는 프로세싱 회로부(32)에 의해 실행될 수 있다.
제어 회로부(28)는 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은, 디바이스(10) 상의 소프트웨어를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 제어 회로부(28)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(28)를 사용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜들은 인터넷 프로토콜들, 무선 로컬 영역 네트워크 프로토콜들(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜들 - 때때로 WiFi®로 지칭됨), Bluetooth® 프로토콜 또는 다른 WPAN 프로토콜들과 같은 다른 단거리 무선 통신 링크들에 대한 프로토콜들, IEEE 802.11ad 프로토콜들, 셀룰러 전화 프로토콜들, MIMO 프로토콜들, 안테나 다이버시티 프로토콜들, 위성 내비게이션 시스템 프로토콜들, 안테나 기반 공간 레인징 프로토콜(antenna-based spatial ranging protocol)들(예를 들어, 무선 검출 및 레인징(radio detection and ranging, RADAR) 프로토콜들 또는 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 전달되는 신호들에 대한 다른 원하는 레인지 검출 프로토콜들) 등을 포함한다. 각각의 통신 프로토콜은 프로토콜을 구현하는 데 사용되는 물리적 접속 방법을 특정하는 대응하는 무선 액세스 기술(radio access technology, RAT)과 연관될 수 있다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(24)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(24)는 입출력 디바이스들(26)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 데이터가 디바이스(10)에 공급되게 하기 위해, 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 사용자 인터페이스 디바이스들, 데이터 포트 디바이스들, 센서들, 및 다른 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입출력 디바이스들은 터치 스크린들, 터치 센서 능력들을 갖지 않는 디스플레이들, 버튼들, 조이스틱들, 스크롤링 휠들, 터치 패드들, 키 패드들, 키보드들, 마이크로폰들, 카메라들, 스피커들, 상태 표시자들, 광원들, 오디오 잭들 및 기타 오디오 포트 컴포넌트들, 디지털 데이터 포트 디바이스들, 광 센서들, 자이로스코프들, 가속도계들 또는 지구에 대한 모션 및 디바이스 배향을 검출할 수 있는 다른 컴포넌트들, 커패시턴스 센서들, 근접 센서들(예를 들어, 용량성 근접 센서 및/또는 적외선 근접 센서), 자기 센서들, 및 기타 센서들 및 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
입출력 회로부(24)는 무선 주파수 신호들을 무선으로 전달하기 위한, 무선 회로부(34)와 같은 무선 회로부를 포함할 수 있다. 도 2의 예에서는 명료함을 위해 제어 회로부(28)가 무선 회로부(34)로부터 분리된 것으로 도시되고 있으나, 무선 회로부(34)는 프로세싱 회로부(32)의 일부를 형성하는 프로세싱 회로부 및/또는 제어 회로부(28)의 저장 회로부(30)의 일부를 형성하는 저장 회로부를 포함할 수 있다(예컨대, 제어 회로부(28)의 부분들이 무선 회로부(34) 상에 구현될 수 있음). 일례로서, 제어 회로부(28)는 기저대역 프로세서 회로부, 또는 무선 회로부(34)의 일부를 형성하는 다른 제어 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
무선 회로부(34)는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)와 같은 밀리미터파 및 센티미터파 송수신기 회로부를 포함할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에서의 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 극고주파(EHF) 또는 밀리미터파 통신 대역들에서의, 그리고/또는 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓의 센티미터파 통신 대역들(때때로 초고주파(Super High Frequency, SHF) 대역들로 지칭됨)에서의 통신을 지원할 수 있다. 예로서, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 18 ㎓ 내지 27 ㎓의 IEEE K 통신 대역, 약 26.5 ㎓ 내지 40 ㎓의 Ka 통신 대역, 약 12 ㎓ 내지 18 ㎓의 Ku 통신 대역, 약 40 ㎓ 내지 75 ㎓의 V 통신 대역, 약 75 ㎓ 내지 110 ㎓의 W 통신 대역, 또는 대략 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 임의의 다른 원하는 주파수 대역에서의 통신을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 60 ㎓에서의 그리고/또는 27 ㎓ 내지 90 ㎓의 5세대 모바일 네트워크들 또는 5세대 무선 시스템들(5G) 통신 대역들에서의 IEEE 802.11ad 통신을 지원할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로 상에 실장된 다수의 집적 회로들, 상이한 기판들 상에 실장된 하나 이상의 집적 회로들 등)로부터 형성될 수 있다.
원하는 경우, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(때때로 본 명세서에서 간단히 송수신기 회로부(38) 또는 밀리미터파/ 센티미터파 회로부(38)로 지칭됨)는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의해 송신 및 수신되는 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들에서의 무선 주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 수신된 신호들은 외부 물체들로부터 반사되고 다시 디바이스(10)를 향해 반사된 송신된 신호들의 버전일 수 있다. 제어 회로부(28)는 송신 및 수신된 신호들을 프로세싱하여, 디바이스(10)와 디바이스(10)의 주위의 하나 이상의 외부 물체들(예를 들어, 디바이스(10) 외부의 물체들, 예컨대 사용자 또는 다른 사람들의 신체, 다른 디바이스들, 동물들, 가구류, 벽들, 또는 디바이스(10) 부근의 다른 물체들 또는 장애물들) 사이의 레인지를 검출 또는 추정할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(28)는, 또한, 송신 및 수신된 신호들을 프로세싱하여 디바이스(10)에 대한 외부 물체들의 2차원 또는 3차원 공간 위치를 식별할 수 있다.
밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의해 수행되는 공간 레인징 동작들은 단방향이다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 외부 무선 장비와의 양방향 통신을 수행할 수 있다. 양방향 통신은 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의한 무선 데이터의 송신 및 외부 무선 장비에 의해 송신되었던 무선 데이터의 수신 둘 모두를 수반한다. 무선 데이터는, 예를 들어, 전화 통화, 스트리밍 미디어 콘텐츠, 인터넷 브라우징과 연관된 무선 데이터, 디바이스(10) 상에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션들, 이메일 메시지들과 연관된 무선 데이터 등과 같은, 대응하는 데이터 패킷들 내로 인코딩된 데이터를 포함할 수 있다.
원하는 경우, 무선 회로부(34)는 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)와 같은, 10 ㎓ 미만의 주파수들에서의 통신을 처리하기 위한 송수신기 회로부를 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)는 Wi-Fi® (IEEE 802.11) 통신을 위해 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ 대역들을 처리하는 무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN) 송수신기 회로부, 2.4 ㎓ Bluetooth® 통신 대역을 처리하는 무선 개인 통신망(wireless personal area network, WPAN) 송수신기 회로부, 700 내지 960 ㎒, 1710 내지 2170 ㎒, 2300 내지 2700 ㎒의 셀룰러 전화 통신 대역들, 및/또는 600 ㎒ 내지 4000 ㎒의 임의의 다른 원하는 셀룰러 전화 통신 대역들을 처리하는 셀룰러 전화 송수신기 회로부, 1575 ㎒에서의 GPS 신호들 또는 다른 위성 포지셔닝 데이터를 처리하기 위한 신호들(예컨대, 1609 ㎒에서의 GLONASS 신호들)을 수신하는 GPS 수신기 회로부, 텔레비전 수신기 회로부, AM/FM 라디오 수신기 회로부, 페이징 시스템 송수신기 회로부, 근거리 무선 통신(near field communications, NFC) 회로부 등을 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36) 및 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는, 각각, 하나 이상의 집적 회로들, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 무선 주파수 컴포넌트들, 스위칭 회로부, 송신 라인 구조물들, 및 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다.
무선 회로부(34)는 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)는 하나 이상의 안테나들(40)을 사용하여 10 ㎓ 미만에서 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 안테나들(40)을 사용하여 10 ㎓ 초과에서(예를 들어, 밀리미터파 및/또는 센티미터파 주파수들에서) 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다.
위성 내비게이션 시스템 링크들, 셀룰러 전화 링크들, 및 다른 장거리 링크들에서, 무선 주파수 신호들은 전형적으로 수천 피트 또는 마일에 걸쳐서 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 2.4 ㎓ 및 5 ㎓에서의 Wi-Fi® 및 Bluetooth® 링크들 및 다른 단거리 무선 링크들에서, 무선 주파수 신호들은 전형적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐서 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 단거리들에 걸쳐서 가시선 경로(line-of-sight path)를 통해 이동하는 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 통신에 대한 신호 수신을 향상시키기 위해, 위상 안테나 어레이들 및 빔 조향 기술들(예를 들어, 어레이의 각각의 안테나에 대한 안테나 신호 위상 및/또는 크기가 빔 조향을 수행하도록 조정되는 스킴들)이 사용될 수 있다. 디바이스(10)의 동작 환경으로 인해 차단되었거나 달리 열화된 안테나들이 비사용 중(out of use)으로 스위칭될 수 있고 더 높은 성능의 안테나들이 그들을 대신하여 사용될 수 있도록 보장하기 위해 안테나 다이버시티 스킴들이 또한 사용될 수 있다.
임의의 적합한 안테나 유형들을 사용하여 무선 회로부(34) 내의 안테나들(40)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(40)은 스택형 패치 안테나 구조물들, 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 역-F형 안테나 구조물들, 슬롯 안테나 구조물들, 평면형 역-F형 안테나 구조물들, 모노폴 안테나 구조물들, 다이폴 안테나 구조물들, 나선형 안테나 구조물들, 야기(Yagi)(Yagi-Uda) 안테나 구조물들, 이들 설계들의 하이브리드 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나들(40)은 유전체 공진기 안테나들과 같은 유전체 공진 요소들을 구비한 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상의 안테나는 후면-공동형(cavity-backed) 안테나일 수 있다. 상이한 유형들의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합들에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 유형의 안테나는 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)에 대한 비-밀리미터파/비-센티미터파 무선 링크를 형성하는 데 사용될 수 있고, 다른 유형의 안테나는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 대한 밀리미터파 및/또는 센티미터파 주파수들에서의 무선 주파수 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 사용되는 안테나들(40)은 하나 이상의 위상 안테나 어레이들로 배열될 수 있다.
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 위상 안테나 어레이에 형성될 수 있는 안테나(40)의 개략도가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(40)는 밀리미터파/센티미터파(MM파/CM파) 송수신기 회로부(38)에 커플링될 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 무선 주파수 송신 라인(42)을 포함하는 송신 라인 경로를 사용하여 안테나(40)의 안테나 급전부(44)에 커플링될 수 있다. 무선 주파수 송신 라인(42)은 신호 도체(46)와 같은 포지티브 신호 도체를 포함할 수 있고, 접지 도체(48)와 같은 접지 도체를 포함할 수 있다. 접지 도체(48)는 안테나(40)를 위한 안테나 접지에 (예컨대, 안테나 접지 상에 위치된 안테나 급전부(44)의 접지 안테나 급전 단자를 통해) 커플링될 수 있다. 신호 도체(46)는 안테나(40)를 위한 안테나 공진 요소에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 신호 도체(46)는 안테나 공진 요소 상에 위치된 안테나 급전부(44)의 포지티브 안테나 급전 단자에 커플링될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나(40)는 급전 프로브를 사용하여 급전되는 프로브 급전형 안테나일 수 있다. 이러한 배열에서, 안테나 급전부(44)는 급전 프로브로서 구현될 수 있다. 신호 도체(46)는 급전 프로브에 커플링될 수 있다. 무선 주파수 송신 라인(42)은 급전 프로브로 그리고 급전 프로브로부터 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 무선 주파수 신호들이 급전 프로브를 통해 전달되고 있을 때, 급전 프로브는 안테나를 위한 공진 요소(예컨대, 안테나(40)를 위한 유전체 안테나 공진 요소)를 여기시킬 수 있다. 공진 요소는 급전 프로브에 의한 여기에 응답하여 무선 주파수 신호들을 방사할 수 있다.
무선 주파수 송신 라인(42)은 스트립라인 송신 라인(때때로 본 명세서에서 간단히 스트립라인으로 지칭됨), 동축 케이블, 금속화된 비아들에 의해 실현되는 동축 프로브, 마이크로스트립 송신 라인, 에지-커플링된 마이크로스트립 송신 라인, 에지-커플링된 스트립라인 송신 라인, 도파관 구조물, 이들의 조합들 등을 포함할 수 있다. 다수의 유형들의 송신 라인들이 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)를 안테나 급전부(44)에 커플링시키는 송신 라인 경로를 형성하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 필터 회로부, 스위칭 회로부, 임피던스 정합 회로부, 위상 시프터 회로부, 증폭기 회로부, 및/또는 다른 회로부가 무선 주파수 송신 라인(42) 상에 개재될 수 있다.
디바이스(10) 내의 무선 주파수 송신 라인들은 세라믹 기판들, 강성 인쇄 회로 보드들, 및/또는 가요성 인쇄 회로들에 통합될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10) 내의 무선 주파수 송신 라인들은 다수의 차원들(예를 들어, 2차원 또는 3차원)로 절첩될 수 있거나 휘어질 수 있고 휨 후에 휘어진 또는 절첩된 형상을 유지하는 다층의 라미네이트된 구조물들(예를 들어, 접착제를 개재시키지 않고서 함께 라미네이트되는 구리와 같은 전도성 재료와 수지와 같은 유전체 재료의 층들) 내에 통합될 수 있다(예를 들어, 다층 라미네이트된 구조물들은 다른 디바이스 컴포넌트들 둘레로 경로설정하도록 특정한 3차원 형상으로 절첩될 수 있고, 보강재들 또는 다른 구조물들에 의해 제자리에서 유지되지 않고서 절첩 후에 그의 형상을 유지하기에 충분히 강성일 수 있다). 라미네이트된 구조물들의 다수의 층들 모두는 (예컨대, 접착제를 사용하여 다수의 층들을 함께 라미네이트하기 위해 다수의 가압 프로세스들을 수행하는 것과는 대조적으로) 접착제 없이 함께 (예컨대, 단일 가압 프로세스에서) 배치(batch) 라미네이트될 수 있다.
도 4는 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 안테나들(40)이 위상 안테나 어레이 내에 형성될 수 있는 방식을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54)(때때로 본 명세서에서 어레이(54), 안테나 어레이(54), 또는 안테나들(40)의 어레이(54)로 지칭됨)는 무선 주파수 송신 라인들(42)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제1 안테나(40-1)는 제1 무선 주파수 송신 라인(42-1)에 커플링될 수 있고, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제2 안테나(40-2)는 제2 무선 주파수 송신 라인(42-2)에 커플링될 수 있고, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제N 안테나(40-N)는 제N 무선 주파수 송신 라인(42-N)에 커플링될 수 있고, 등등이다. 안테나들(40)이 본 명세서에서 위상 안테나 어레이를 형성하는 것으로 기술되지만, 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40)은 때때로 단일 위상 어레이 안테나를 집합적으로 형성하는 것으로 또한 지칭될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40)은 임의의 원하는 수의 행들 및 열들로 또는 임의의 다른 원하는 패턴으로 배열될 수 있다(예를 들어, 안테나들은 행들 및 열들을 갖는 그리드 패턴으로 배열될 필요가 없다). 신호 송신 동작들 동안, 무선 주파수 송신 라인들(42)은 무선 송신을 위한 위상 안테나 어레이(54)에 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(도 3)로부터의 신호들(예를 들어, 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들과 같은 무선 주파수 신호들)을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 신호 수신 동작들 동안, 무선 주파수 송신 라인들(42)은 (예를 들어, 외부 무선 장비로부터) 위상 안테나 어레이(54)에 수신된 신호들 또는 외부 물체들로부터 반사된 송신된 신호들을 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(도 3)로 전달하는 데 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54) 내의 다수의 안테나들(40)의 사용은 안테나들에 의해 전달되는 무선-주파수 신호들의 상대적 위상들 및 크기들(진폭들)을 제어함으로써 빔 조향 배열들이 구현될 수 있게 한다. 도 4의 예에서, 안테나들(40)은 각각 대응하는 무선-주파수 위상 및 크기 제어기(50)를 갖는다(예컨대, 무선 주파수 송신 라인(42-1) 상에 개재된 제1 위상 및 크기 제어기(50-1)는 안테나(40-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 송신 라인(42-2) 상에 개재된 제2 위상 및 크기 제어기(50-2)는 안테나(40-2)에 의해 처리되는 무선-주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 송신 라인(42-N) 상에 개재된 제N 위상 및 크기 제어기(50-N)는 안테나(40-N)에 의해 처리되는 무선-주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고 등등이다).
위상 및 크기 제어기들(50)은 각각 무선 주파수 송신 라인들(42) 상의 무선 주파수 신호들의 위상을 조정하기 위한 회로부(예를 들어, 위상 시프터 회로들) 및/또는 무선 주파수 송신 라인들(42) 상의 무선 주파수 신호들의 크기를 조정하기 위한 회로부(예를 들어, 전력 증폭기 및/또는 저잡음 증폭기 회로들)를 포함할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은 때때로 본 명세서에서 집합적으로 빔 조향 회로부(예를 들어, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 송신 및/또는 수신된 무선-주파수 신호들의 빔을 조향하는 빔 조향 회로부)로 지칭될 수 있다.
위상 및 크기 제어기들(50)은 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들 각각에 제공되는 송신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있고, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 위상들을 검출하기 위한 위상 검출 회로부를 포함할 수 있다. 용어 "빔" 또는 "신호 빔"은 본 명세서에서 특정 방향으로 위상 안테나 어레이(54)에 의해 송신 및 수신되는 무선 신호들을 총칭하기 위해 사용될 수 있다. 신호 빔은 대응하는 포인팅 각도에서 특정 포인팅 방향으로 (예를 들어, 위상 안테나 어레이 내의 각각의 안테나로부터의 신호들의 조합으로부터의 보강 및 상쇄 간섭에 기초하여) 배향되는 피크 이득(peak gain)을 나타낼 수 있다. 용어 "송신 빔"은 때때로 본 명세서에서 특정 방향으로 송신되는 무선-주파수 신호들을 지칭하는 데 사용될 수 있는 반면, 용어 "수신 빔"은 때때로 본 명세서에서 특정 방향으로부터 수신되는 무선-주파수 신호들을 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 위상 및 크기 제어기들(50)이 송신된 무선 주파수 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우에, 송신된 신호들은 포인트(A)의 방향으로 배향되는 도 4의 빔(B1)에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 그러나, 위상 및 크기 제어기들(50)이 송신된 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되는 경우에, 송신된 신호들은 포인트(B)의 방향으로 배향되는 빔(B2)에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 유사하게, 위상 및 크기 제어기들(50)이 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우에, 무선 주파수 신호들(예컨대, 수신 빔에서의 무선 주파수 신호들)은, 빔(B1)에 의해 보여지는 바와 같이, 포인트(A)의 방향으로부터 수신될 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)이 제2 세트의 위상들 및/또는 크기들을 생성하도록 조정되는 경우에, 무선 주파수 신호들은, 빔(B2)에 의해 보여지는 바와 같이, 포인트(B)의 방향으로부터 수신될 수 있다.
각각의 위상 및 크기 제어기(50)는 도 2의 제어 회로부(28)로부터 수신되는 대응하는 제어 신호(52)에 기초하여 원하는 위상 및/또는 크기를 생성하도록 제어될 수 있다(예를 들어, 위상 및 크기 제어기(50-1)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(52-1)를 사용하여 제어될 수 있고, 위상 및 크기 제어기(50-2)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(52-2)를 사용하여 제어될 수 있는 등임). 원하는 경우, 제어 회로부는 송신 또는 수신 빔을 시간 경과에 따라 상이한 원하는 방향들로 조향하기 위해 실시간으로 제어 신호들(52)을 능동적으로 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은, 원하는 경우, 수신된 신호들의 위상을 식별하는 정보를 제어 회로부(28)에 제공할 수 있다.
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 사용하여 무선 통신을 수행할 때, 무선 주파수 신호들은 위상 안테나 어레이(54)와 외부 통신 장비 사이의 가시선 경로를 통해 전달된다. 외부 물체가 도 4의 포인트(A)에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(50)은 포인트(A)를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트(A)를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 포인트(A)의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 유사하게, 외부 통신 장비가 포인트(B)에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(50)은 포인트(B)를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트(B)를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 포인트(B)의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 도 4의 예에서, 빔 조향은 단순화를 위해 단일 자유도에 걸쳐(예컨대, 도 4의 페이지 상에서 좌우를 향해) 수행되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 실제로, 빔은 2개 이상의 자유도들에 걸쳐(예컨대, 3차원적으로, 도 4의 페이지 안팎으로 그리고 페이지 상에서 좌우로) 조향될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 (예컨대, 위상 안테나 어레이 위의 반구(hemisphere) 또는 반구의 세그먼트에서) 빔 조향이 수행될 수 있는 대응하는 시야를 가질 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 디바이스의 다수의 측부들로부터 커버리지를 제공하기 위해 각각이 상이한 방향을 향하는 다수의 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다.
도 5는 디바이스(10)가 다수의 위상 안테나 어레이들을 갖는 예에서의 디바이스(10)의 측단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디바이스(10)의 (측방향) 주변부 둘레에 연장될 수 있고, 후방 하우징 벽(12R)으로부터 디스플레이(14)까지 연장될 수 있다. 디스플레이(14)는 디스플레이 모듈(68)(때때로 디스플레이 패널로 지칭됨)과 같은 디스플레이 모듈을 가질 수 있다. 디스플레이 모듈(68)은 픽셀 회로부, 터치 센서 회로부, 힘 센서 회로부, 및/또는 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)을 형성하기 위한 임의의 다른 원하는 회로부를 포함할 수 있다. 디스플레이(14)는 디스플레이 모듈(68)과 중첩되는 디스플레이 커버 층(56)과 같은 유전체 커버 층을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(68)은 이미지 광을 방출할 수 있고, 디스플레이 커버 층(56)을 통해 센서 입력을 수신할 수 있다. 디스플레이 커버 층(56) 및 디스플레이(14)는 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 실장될 수 있다. 디스플레이 모듈(68)과 중첩되지 않는 디스플레이(14)의 측방향 영역은 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)을 형성할 수 있다.
디바이스(10)는 후방-대면(rear-facing) 위상 안테나 어레이(54-1)와 같은 다수의 위상 안테나 어레이들(54)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54-1)는 후방 하우징 벽(12R)을 통해 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들(60)을 송신 및 수신할 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)이 금속 부분들을 포함하는 시나리오들에서, 무선 주파수 신호들(60)은 후방 하우징 벽(12R)의 금속 부분들 내의 애퍼처(aperture) 또는 개구를 통해 전달될 수 있거나 또는 후방 하우징 벽(12R)의 다른 유전체 부분들을 통해 전달될 수 있다. 애퍼처는 후방 하우징 벽(12R)의 측방향 영역을 가로질러(예컨대, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이에) 연장되는 유전체 커버 층 또는 유전체 코팅에 의해 중첩될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-1)는, 화살표(62)에 의해 보여지는 바와 같이, 디바이스(10) 아래의 반구를 가로질러 무선 주파수 신호들(60)에 대한 빔 조향을 수행할 수 있다.
위상 안테나 어레이(54-1)는 기판(64)과 같은 기판에 실장될 수 있다. 기판(64)은 집적 회로 칩, 가요성 인쇄 회로, 경성 인쇄 회로 보드, 또는 다른 기판일 수 있다. 기판(64)은 때때로 본 명세서에서 안테나 모듈(64)로 지칭될 수 있다. 원하는 경우, 송수신기 회로부(예컨대, 도 2의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38))는 안테나 모듈(64)에 실장될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-1)는 접착제를 사용하여 후방 하우징 벽(12R)에 접착될 수 있거나, 후방 하우징 벽(12R)에 대항하여(예컨대, 그와 접촉하여) 가압될 수 있거나, 또는 후방 하우징 벽(12R)으로부터 이격될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54-1)의 시야는 디바이스(10)의 후면 아래의 반구로 제한된다. 디바이스(10) 내의 디스플레이 모듈(68) 및 다른 컴포넌트들(58)(예컨대, 도 2의 입출력 회로부(24) 또는 제어 회로부(28)의 부분들, 디바이스(10)를 위한 배터리 등)은 전도성 구조물들을 포함한다. 주의를 기울이지 않으면, 이러한 전도성 구조물들은 무선 주파수 신호들이 디바이스(10)의 전면 위의 반구를 가로질러 디바이스(10) 내의 위상 안테나 어레이에 의해 전달되는 것을 차단할 수 있다. 디바이스(10)의 전면 위의 반구를 커버하기 위한 추가적인 위상 안테나 어레이가 비활성 영역(IA) 내의 디스플레이 커버 층(56)에 대해 실장될 수 있지만, 위상 안테나 어레이를 완전히 지지하는 데 필요한 회로부 및 무선 주파수 송신 라인들 모두를 형성하기에는 디스플레이 모듈(68)의 측방향 주변부와 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이에 불충분한 공간이 있을 수 있다. 이러한 문제들을 완화시키고 디바이스(10)의 전면을 통해 커버리지를 제공하기 위해, 전방-대면(front-facing) 위상 안테나 어레이가 디바이스(10)의 주변부 영역(66) 내에 실장될 수 있다. 전방-대면 위상 안테나 어레이 내의 안테나들은 유전체 공진기 안테나들을 포함할 수 있다. 유전체 공진기 안테나들은 패치 안테나들 및 슬롯 안테나들과 같은 다른 유형들의 안테나들보다 도 5의 X-Y 평면에서 더 적은 면적을 점유할 수 있다. 안테나들을 유전체 공진기 안테나들로서 구현하는 것은 전방-대면 위상 안테나 어레이의 방사 요소들이 디스플레이 모듈(68)과 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이의 비활성 영역(IA) 내에 피팅할 수 있도록 할 수 있다. 동시에, 위상 안테나 어레이를 위한 무선 주파수 송신 라인들 및 다른 컴포넌트들은 디스플레이 모듈(68) 뒤에(아래에) 위치될 수 있다.
도 6은 디바이스(10)를 위한 전방-대면 위상 안테나 어레이 내의 예시적인 유전체 공진기 안테나의 측단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 주어진 안테나(40)를 갖는(예컨대, 도 5의 주변부 영역(66) 내에 실장된) 전방-대면 위상 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 도 6의 안테나(40)는 유전체 공진기 안테나일 수 있다. 이러한 예에서, 안테나(40)는 가요성 인쇄 회로(72)와 같은 하부 기판에 실장된 유전체 공진 요소(92)를 포함할 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 가요성 인쇄 회로(72)는 강성 인쇄 회로 보드, 플라스틱 기판, 또는 임의의 다른 원하는 기판으로 대체될 수 있다.
가요성 인쇄 회로(72)는 후방 하우징 벽(12R)을 따라 연장되는 (예컨대, 도 6의 X-Y 평면 내의) 측방향 영역을 갖는다. 가요성 인쇄 회로(72)는 접착제를 사용하여 후방 하우징 벽(12R)에 접착될 수 있거나, 후방 하우징 벽(12R)에 대항하여 가압될 수 있거나(예컨대, 그와 접촉하여 배치될 수 있거나), 또는 후방 하우징 벽(12R)으로부터 분리될 수 있다. 가요성 인쇄 회로(72)는 안테나(40)에서 제1 단부를 가질 수 있고, 디바이스(10) 내의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(예컨대, 도 2의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38))에 커플링되는 반대편 제2 단부를 가질 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 가요성 인쇄 회로(72)의 제2 단부는 도 5의 안테나 모듈(64)에 커플링될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가요성 인쇄 회로(72)는 스택형 유전체 층(70)을 포함할 수 있다. 유전체 층들(70)은 폴리이미드, 세라믹, 액정 중합체, 플라스틱, 및/또는 임의의 다른 원하는 유전체 재료들을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(82)과 같은 전도성 트레이스들이 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76) 상에 패턴화될 수 있다. 전도성 트레이스들(80)과 같은 전도성 트레이스들이 가요성 인쇄 회로(72)의 반대편 하부 표면(78) 상에 패턴화될 수 있다. 전도성 트레이스들(80)은 접지 전위에 유지될 수 있고, 따라서, 때때로 본 명세서에서 접지 트레이스들(80)로 지칭될 수 있다. 접지 트레이스들(80)은 가요성 인쇄 회로(72)를 통해 연장되는 전도성 비아들(명료함을 위해 도 6에는 도시되지 않음)을 사용하여 가요성 인쇄 회로(72) 내의 추가적인 접지 트레이스들로 그리고/또는 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76) 상에서 단락될 수 있다. 접지 트레이스들(80)은 안테나(40)를 위한 안테나 접지의 일부를 형성할 수 있다. 접지 트레이스들(80)은 (예컨대, 솔더, 용접부들, 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 브래킷들, 전도성 핀들, 전도성 스크류들, 전도성 클립들, 이들의 조합들 등을 사용하여) 디바이스(10) 내의 시스템 접지에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 접지 트레이스들(80)은 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W), 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들, 또는 디바이스(10) 내의 다른 접지된 구조물들에 커플링될 수 있다. 전도성 트레이스들(82)이 상부 표면(76) 상에 형성되고 접지 트레이스들(80)이 가요성 인쇄 회로(72)의 하부 표면(78) 상에 형성되는 도 6의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 하나 이상의 유전체 층들(70)은 전도성 트레이스들(82) 위에 적층될 수 있고/있거나 하나 이상의 유전체 층들(70)은 접지 트레이스들(80) 아래에 적층될 수 있다.
안테나(40)는 무선 주파수 송신 라인(74)과 같은, 가요성 인쇄 회로(72) 상에 형성되고/되거나 가요성 인쇄 회로(72) 내에 임베드되는 무선 주파수 송신 라인을 사용하여 급전될 수 있다. 무선 주파수 송신 라인(74)(예컨대, 도 3의 주어진 무선 주파수 송신 라인(42))은 접지 트레이스들(80) 및 전도성 트레이스들(82)을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(82)과 중첩되는 접지 트레이스들(80)의 부분은 무선 주파수 송신 라인(74)을 위한 접지 도체(예컨대, 도 3의 접지 도체(48))를 형성할 수 있다. 전도성 트레이스들(82)은 무선 주파수 송신 라인(74)을 위한 신호 도체(예컨대, 도 3의 신호 도체(46))를 형성할 수 있고, 따라서, 때때로 본 명세서에서 신호 트레이스들(82)로 지칭될 수 있다. 무선 주파수 송신 라인(74)은 안테나(40)와 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부 사이에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나(40)가 신호 트레이스들(82) 및 접지 트레이스들(80)을 사용하여 급전되는 도 6의 예는 단지 예시적인 것이다. 대체적으로, 안테나(40)는 가요성 인쇄 회로(72) 내에 그리고/또는 그 상에서 임의의 원하는 송신 라인 구조물들을 사용하여 급전될 수 있다.
안테나(40)의 유전체 공진 요소(92)는 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76)에 실장된 유전체 재료의 기둥(필러)으로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 공진 요소(92)는 유전체 기판(90)과 같은 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76)에 실장된 유전체 기판 내에 임베드될 수 있다(예컨대, 그에 의해 측방향으로 둘러싸일 수 있다). 유전체 기판(90) 및 유전체 공진 요소(92)는 가요성 인쇄 회로(72)에서의 하부 표면(100)으로부터 디스플레이(14)에서의 반대편 상부 표면(98)으로 연장된다.
안테나(40)의 방사 주파수는 (예컨대, 도 6의 X축, Y축 및/또는 Z축의 방향으로의) 유전체 공진 요소(92)의 치수들을 조정함으로써 선택될 수 있다. 유전체 공진 요소(92)는 유전 상수 dk3을 갖는 유전체 재료의 기둥으로부터 형성될 수 있다. 유전 상수 dk3은 비교적 높을 수 있다(예컨대, 10.0 초과, 12.0 초과, 15.0 초과, 20.0 초과, 15.0 내지 40.0, 10.0 내지 50.0, 18.0 내지 30.0, 12.0 내지 45.0 등). 하나의 적합한 배열에서, 유전체 공진 요소(92)는 지르코니아 또는 세라믹 재료로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 공진 요소(92)를 형성하기 위해 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있다.
유전체 기판(90)은 유전 상수 dk4를 갖는 재료로부터 형성될 수 있다. 유전 상수 dk4는 유전체 공진 요소(92)의 유전 상수 dk3보다 더 작을 수 있다(예컨대, 18.0 미만, 15.0 미만, 10.0 미만, 3.0 내지 4.0, 5.0 미만, 2.0 내지 5.0 등). 유전 상수 dk4는 유전 상수 dk3보다 적어도 10.0, 5.0, 15.0, 12.0, 6.0 등만큼 더 클 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 유전체 기판(90)은 성형된 플라스틱으로 형성될 수 있다. 유전체 기판(90)을 형성하기 위해 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있거나, 원하는 경우, 유전체 기판(90)이 생략될 수 있다. 유전체 공진 요소(92)와 유전체 기판(90) 사이의 유전 상수의 차이는 하부 표면(100)으로부터 상부 표면(98)까지의 유전체 공진 요소(92)와 유전체 기판(90) 사이의 무선 주파수 경계 조건을 확립할 수 있다. 이는 밀리미터파 및 센티미터 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전파하기 위한 도파관으로서 역할하도록 유전체 공진 요소(92)를 구성할 수 있다.
유전체 기판(90)은 유전체 공진 요소(92)의 각각의 측부 상에 일정 폭(두께)(106)을 가질 수 있다. 폭(106)은, 유전체 공진 요소(92)를 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)로부터 격리시키고 유전체 기판(90)에서의 신호 반사를 최소화하도록 선택될 수 있다. 폭(106)은, 예를 들어, 유전 상수 dk4의 유전체 재료에서의 무선 주파수 신호들의 유효 파장의 적어도 1/10일 수 있다. 폭(106)은, 예들로서, 0.4 내지 0.5 mm, 0.3 내지 0.5 mm, 0.2 내지 0.6 mm, 0.1 mm 초과, 0.3 mm 초과, 0.2 내지 2.0 mm, 0.3 내지 1.0 mm, 또는 0.4 내지 0.5 mm 초과일 수 있다.
유전체 공진 요소(92)는 무선 주파수 송신 라인(74)을 위한 신호 도체에 의해 여기될 때 무선 주파수 신호들(104)을 방사할 수 있다. 일부 시나리오들에서, 슬롯이 가요성 인쇄 회로의 상부 표면(76) 상의 접지 트레이스들에 형성되고, 슬롯은 가요성 인쇄 회로(72) 내에 임베드된 신호 도체에 의해 간접적으로 급전되고, 슬롯은 무선 주파수 신호들(104)을 방사시키기 위해 유전체 공진 요소(92)를 여기시킨다. 그러나, 이들 시나리오들에서, 안테나의 방사 특성들은 유전체 공진 요소가 가요성 인쇄 회로(72)에 어떻게 실장되는지에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 유전체 공진 요소를 가요성 인쇄 회로에 실장하는 데 사용되는 접착제의 층들 또는 공기 갭들은 제어하기가 어려울 수 있고, 안테나의 방사 특성들에 바람직하지 않게 영향을 미칠 수 있다. 하부 슬롯을 사용하여 유전체 공진 요소(92)를 여기시키는 것과 연관된 문제들을 완화시키기 위해, 안테나(40)는 급전 프로브(85)와 같은 무선 주파수 급전 프로브를 사용하여 급전될 수 있다. 급전 프로브(85)는 안테나(40)를 위한 안테나 급전부(예컨대, 도 3의 안테나 급전부(44))의 일부를 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 급전 프로브(85)는 전도성 트레이스들(84)로부터 형성될 수 있다. 전도성 트레이스들(84)은 유전체 공진 요소(92)의 주어진 측벽(102) 상에 패턴화된 제1 부분(예컨대, 스퍼터링 프로세스 또는 다른 전도성 침착 기법들을 사용하여 형성된 측벽(102) 상의 전도성 패치)을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(84)은 전도성 상호접속부 구조물들(86)을 사용하여 신호 트레이스들(82)에 커플링되는 제2 부분을 포함할 수 있다. 전도성 상호접속부 구조물들(86)은 솔더, 용접부들, 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 발포체, 전도성 스프링들, 전도성 브래킷들, 및/또는 임의의 다른 원하는 전도성 상호접속부 구조물들을 포함할 수 있다. 급전 프로브(85)는 임의의 원하는 전도성 구조물들(예컨대, 전도성 트레이스들, 전도성 포일, 시트 금속, 및/또는 다른 전도성 구조물들)로부터 형성될 수 있다.
신호 트레이스들(82)은 급전 프로브(85)로 그리고 그로부터 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 급전 프로브(85)는 신호 트레이스들(82) 상의 무선 주파수 신호들을 유전체 공진 요소(92)에 전자기적으로 커플링시킬 수 있다. 이는 유전체 공진 요소(92)의 하나 이상의 전자기 모드들(예컨대, 무선 주파수 공동 또는 도파관 모드들)을 여기시키는 역할을 할 수 있다. 급전 프로브(85)에 의해 여기될 때, 유전체 공진 요소(92)의 전자기 모드들은 유전체 공진 요소(92)의 길이를 따라(예컨대, 도 6의 Z축의 방향으로), 상부 표면(98)을 통해, 그리고 디스플레이(14)를 통해 무선 주파수 신호들(104)의 파면(wavefront)들을 전파시키는 도파관으로서 역할하도록 유전체 공진 요소를 구성할 수 있다.
예를 들어, 신호 송신 동안, 무선 주파수 송신 라인(74)은 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부로부터 안테나(40)로 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 급전 프로브(85)는 신호 트레이스들(82) 상의 무선 주파수 신호들을 유전체 공진 요소(92)에 커플링시킬 수 있다. 이는 유전체 공진 요소(92)의 하나 이상의 전자기 모드들을 여기시켜서, 유전체 공진 요소(92)의 길이 위로의 그리고 디스플레이 커버 층(56)을 통해 디바이스(10)의 외부로의 무선 주파수 신호들(104)의 전파를 초래하는 역할을 할 수 있다. 유사하게, 신호 수신 동안, 무선 주파수 신호들(104)은 디스플레이 커버 층(56)을 통해 수신될 수 있다. 수신된 무선 주파수 신호들은 유전체 공진 요소(92)의 전자기 모드들을 여기시켜서, 유전체 공진 요소(92)의 길이 아래로의 무선 주파수 신호들의 전파를 초래할 수 있다. 급전 프로브(85)는 수신된 무선 주파수 신호들을 무선 주파수 송신 라인(74)에 커플링시킬 수 있고, 이는 무선 주파수 신호들을 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부로 전달한다. 유전체 공진 요소(92)와 유전체 기판(90) 사이의 유전 상수의 비교적 큰 차이는 (예컨대, 무선 주파수 신호들에 대해 유전체 공진 요소(92)와 유전체 기판(90) 사이에 강한 경계를 확립함으로써) 유전체 공진 요소(92)가 비교적 높은 안테나 효율로 무선 주파수 신호들(104)을 방사할 수 있게 할 수 있다. 유전체 공진 요소(92)의 비교적 높은 유전 상수는, 또한, 더 낮은 유전 상수를 갖는 재료들이 사용되는 시나리오들에 비해 유전체 공진 요소(92)가 비교적 작은 체적을 점유할 수 있게 할 수 있다.
(예컨대, 도 6의 X축 및 Z축의 방향으로의) 급전 프로브(85)의 치수들은 무선 주파수 송신 라인(74)의 임피던스를 유전체 공진 요소(92)의 임피던스에 정합시키는 것을 돕도록 선택될 수 있다. 급전 프로브(85)는 안테나(40)에 원하는 선형 편파(예컨대, 수직 또는 수평 편파)를 제공하기 위해 유전체 공진 요소(92)의 특정 측벽(102) 상에 위치될 수 있다. 원하는 경우, 다수의 급전 프로브들(85)은 유전체 공진 요소(92)의 다수의 측벽들(102) 상에 형성되어, 한번에 다수의 직교 선형 편파들을 커버하도록 안테나(40)를 구성할 수 있다. 각각의 급전 프로브의 위상은, 원하는 경우, 안테나에 타원형 또는 원형 편파와 같은 다른 편파들을 제공하기 위해 시간 경과에 따라 독립적으로 조정될 수 있다. 급전 프로브(85)는 때때로 본 명세서에서 급전 도체(85), 급전 패치(85), 또는 프로브 급전부(85)로 지칭될 수 있다. 유전체 공진 요소(92)는 때때로 본 명세서에서 유전체 방사 요소, 유전체 방사기, 유전체 공진기, 유전체 안테나 공진 요소, 유전체 기둥, 유전체 필러, 방사 요소, 또는 공진 요소로 지칭될 수 있다. 급전 프로브(85)와 같은 하나 이상의 급전 프로브들에 의해 급전될 때, 도 6의 안테나(40)와 같은 유전체 공진기 안테나들이 때때로 본 명세서에서 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들로 지칭될 수 있다.
디스플레이 커버 층(56)은 유전 상수 dk3보다 더 작은 유전 상수 dk1을 갖는 유전체 재료로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전 상수는 약 3.0 내지 10.0(예컨대, 4.0 내지 9.0, 5.0 내지 8.0, 5.5 내지 7.0, 5.0 내지 7.0 등)일 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 디스플레이 커버 층(56)은 유리, 플라스틱, 또는 사파이어로부터 형성될 수 있다. 주의를 기울이지 않으면, 디스플레이 커버 층(56)과 유전체 공진 요소(92) 사이의 유전 상수의 비교적 큰 차이는 디스플레이 커버 층과 유전체 공진 요소 사이의 경계에서 바람직하지 않은 신호 반사들을 야기할 수 있다. 이들 반사들은 송신된 신호와 반사된 신호 사이에 파괴적인 간섭을 초래할 수 있고, 안테나(40)의 안테나 효율을 바람직하지 않게 제한하는 표유 신호 손실(stray signal loss)을 초래할 수 있다.
효과들을 완화시키기 위해, 안테나(40)에는 유전체 정합 층(94)과 같은 임피던스 정합 층이 제공될 수 있다. 유전체 정합 층(94)은 유전체 공진 요소(92)와 디스플레이 커버 층(56) 사이의 유전체 공진 요소(92)의 상부 표면(98)에 실장될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 정합 층(94)은 접착제(96)의 층을 사용하여 유전체 공진 요소(92)에 접착될 수 있다. 원하는 경우, 접착제는, 또한 또는 대안적으로, 유전체 정합 층(94)을 디스플레이 커버 층(56)에 접착하는 데 사용될 수 있다. 접착제(96)는 무선 주파수 신호들(104)의 전파에 상당한 영향을 미치지 않도록 비교적 얇을 수 있다.
유전체 정합 층(94)은 유전 상수 dk2를 갖는 유전체 재료로부터 형성될 수 있다. 유전 상수 dk2는, 유전 상수 dk1보다 더 크고 유전 상수 dk3보다 더 작을 수 있다. 일례로서, 유전 상수 dk2는 SQRT(dk1* dk3)과 동일할 수 있는데, 여기서 SQRT()는 제곱근 연산자이고, "*"는 승산 연산자이다. 유전체 정합 층(94)의 존재는 무선 주파수 신호들이 유전 상수 dk1의 재료와 유전 상수 dk3의 재료 사이의 예리한 경계를 대면하지 않고서 전파될 수 있게 하여, 이에 의해, 신호 반사들을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
유전체 정합 층(94)에는 두께(88)가 제공될 수 있다. 두께(88)는 유전체 정합 층(94)에서 무선 주파수 신호들(104)의 유효 파장의 1/4과 대략 동일하도록(예컨대, 그의 15% 내에 있도록) 선택될 수 있다. 유효 파장은 무선 주파수 신호들(104)의 자유 공간 파장(예컨대, 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에 대응하는 센티미터 또는 밀리미터 파장)을 상수 인자(예컨대, dk3의 제곱근)로 나눔으로써 주어진다. 두께(88)가 제공될 때, 유전체 정합 층(94)은 디스플레이 커버 층(56), 유전체 정합 층(94) 및 유전체 공진 요소(92) 사이의 경계들에서 무선 주파수 신호들(104)의 반사와 연관된 임의의 파괴적 간섭을 완화시키는 1/4파 임피던스 변환기를 형성할 수 있다.
이러한 방식으로 구성될 때, 안테나(40)는 디바이스(10)의 후방에 위치된 가요성 인쇄 회로 위의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부에 커플링됨에도 불구하고 디바이스(10)의 전면을 통해 무선 주파수 신호들(104)을 방사할 수 있다. 유전체 공진 요소(92)의 비교적 좁은 폭은 안테나(40)가 디스플레이 모듈(68), 다른 컴포넌트들(58), 및 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이의 체적 내에 피팅할 수 있게 할 수 있다. 도 6의 안테나(40)는 디바이스(10)의 전면 위의 반구의 적어도 일부분을 가로질러 무선 주파수 신호들을 전달하는 전방-대면 위상 안테나 어레이에 형성될 수 있다.
도 7은 다수의 편파들을 커버하기 위한 다수의 급전 프로브들을 사용하여 유전체 공진 요소가 급전되는 시나리오에서 도 6의 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 사시도이다. 도 6의 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W), 유전체 기판(90), 유전체 정합 층(94), 접착제(96), 후방 하우징 벽(12R), 디스플레이(14), 및 다른 컴포넌트들(58)은 명료함을 위해 도 7로부터 생략되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 안테나(40)의 유전체 공진 요소(92)는 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76)에 실장된다. 안테나(40)는 유전체 공진 요소(92) 및 가요성 인쇄 회로(72)에 실장된 제1 급전 프로브(85V) 및 제2 급전 프로브(85H)와 같은 다수의 급전 프로브들(85)을 사용하여 급전될 수 있다. 급전 프로브(85V)는 유전체 공진 요소(92)의 제1 측벽(102) 상에 패턴화된 전도성 트레이스들(84V)을 포함한다. 급전 프로브(85H)는 유전체 공진 요소(92)의 제2(직교) 측벽(102) 상에 패턴화된 전도성 트레이스들(84H)을 포함한다.
안테나(40)는 제1 무선 주파수 송신 라인(74V) 및 제2 무선 주파수 송신 라인(74H)과 같은 다수의 무선 주파수 송신 라인들(74)을 사용하여 급전될 수 있다. 제1 무선 주파수 송신 라인(74V)은 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76) 상에 전도성 트레이스들(122V, 120V)을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(122V, 120V)은 무선 주파수 송신 라인(74V)을 위한 신호 도체(예컨대, 도 6의 신호 트레이스들(82))의 일부를 형성할 수 있다. 유사하게, 제2 무선 주파수 송신 라인(74H)은 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76) 상에 전도성 트레이스들(122H, 120H)을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(122H, 120H)은 무선 주파수 송신 라인(74H)을 위한 신호 도체(예컨대, 도 6의 신호 트레이스들(82))의 일부를 형성할 수 있다.
전도성 트레이스(122V)는 전도성 트레이스(120V)보다 더 좁을 수 있다. 전도성 트레이스(122H)는 전도성 트레이스(120H)보다 더 좁을 수 있다. 전도성 트레이스들(120V, 120H)은, 예를 들어, 가요성 인쇄 회로(72)의 상부 표면(76) 상의 전도성 접촉 패드들일 수 있다. 급전 프로브(85V)의 전도성 트레이스들(84V)은 (예컨대, 도 6의 전도성 상호접속부 구조물들(86)을 사용하여) 전도성 트레이스(120V)에 실장 및 커플링될 수 있다. 유사하게, 급전 프로브(85H)의 전도성 트레이스들(84H)은 전도성 트레이스(120H)에 실장 및 커플링될 수 있다.
무선 주파수 송신 라인(74V) 및 급전 프로브(85V)는 제1 선형 편파(예컨대, 수직 편파)로 제1 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 제1 무선 주파수 신호들을 사용하여 구동될 때, 급전 프로브(85V)는 제1 편파와 연관된 유전체 공진 요소(92)의 하나 이상의 전자기 모드들을 여기시킬 수 있다. 이러한 방식으로 여기될 때, 제1 무선 주파수 신호들과 연관된 파면들은 유전체 공진 요소(92)의 길이를 따라(예컨대, 중심/종방향 축(109)을 따라) 전파될 수 있고, 디스플레이를 통해(예컨대, 도 6의 디스플레이 커버 층(56)을 통해) 방사될 수 있다.
유사하게, 무선 주파수 송신 라인(74H) 및 급전 프로브(85H)는 제1 편파에 직교하는 제2 선형 편파(예컨대, 수평 편파)의 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 제2 무선 주파수 신호들을 사용하여 구동될 때, 급전 프로브(85H)는 제2 편파와 연관된 유전체 공진 요소(92)의 하나 이상의 전자기 모드들을 여기시킬 수 있다. 이러한 방식으로 여기될 때, 제2 무선 주파수 신호들과 연관된 파면들은 유전체 공진 요소(92)의 길이를 따라 전파될 수 있고, 디스플레이를 통해(예컨대, 도 6의 디스플레이 커버 층(56)을 통해) 방사될 수 있다. 급전 프로브들(85H, 85V) 둘 모두는 안테나(40)가 임의의 주어진 시간에 제1 및 제2 무선 주파수 신호들 둘 모두를 전달하도록 한번에 활성일 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나(40)가 임의의 주어진 시간에 단지 단일 편파의 무선 주파수 신호들을 전달하도록 급전 프로브들(85H, 85V) 중 단일 급전 프로브가 한번에 활성일 수 있다.
유전체 공진 요소(92)는 길이(110), 폭(112), 및 높이(114)를 가질 수 있다. 길이(110), 폭(112), 및 높이(114)는, 급전 프로브들(85H 및/또는 85V)에 의해 여기될 때 원하는 주파수들에서 방사하도록 안테나(40)를 구성하는 전자기 공동/도파관 모드들의 대응하는 혼합을 갖는 유전체 공진 요소(92)를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 높이(114)는 2 내지 10 mm, 4 내지 6 mm, 3 내지 7 mm, 4.5 내지 5.5 mm, 또는 2 mm 초과일 수 있다. 폭(112) 및 길이(110)는 각각 0.5 내지 1.0 mm, 0.4 내지 1.2 mm, 0.7 내지 0.9 mm, 0.5 내지 2.0 mm, 1.5 mm 내지 2.5 mm, 1.7 mm 내지 1.9 mm, 1.0 mm 내지 3.0 mm 등일 수 있다. 폭(112)은 길이(110)와 동일할 수 있거나, 또는 다른 배열들에서, 길이(110)와는 상이할 수 있다. 유전체 공진 요소(92)의 측벽들(102)은 주위의 유전체 기판(예컨대, 도 6의 유전체 기판(90))과 접촉할 수 있다. 유전체 기판은 급전 프로브들(85H, 85V) 위에 성형될 수 있거나, 또는 급전 프로브들(85H, 85V)의 존재를 수용하는 개구들, 노치들, 또는 다른 구조물들을 포함할 수 있다. 도 7의 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 유전체 공진 요소(92)는 다른 형상들(예컨대, 임의의 원하는 수의 직선형 및/또는 곡선형 측벽들(102)을 갖는 형상들)을 가질 수 있다.
전도성 트레이스들(84V, 84H)은 각각 폭(118) 및 높이(116)를 가질 수 있다. 폭(118) 및 높이(116)는 무선 주파수 송신 라인들(74V, 74H)의 임피던스를 유전체 공진 요소(92)의 임피던스에 정합시키도록 선택될 수 있다. 일례로서, 폭(118)은 0.3 mm 내지 0.7 mm, 0.2 mm 내지 0.8 mm, 0.4 mm 내지 0.6 mm, 또는 다른 값들일 수 있다. 높이(116)는 0.3 mm 내지 0.7 mm, 0.2 mm 내지 0.8 mm, 0.4 mm 내지 0.6 mm, 또는 다른 값들일 수 있다. 높이(116)는 폭(118)과 동일할 수 있거나, 또는 폭(118)과는 상이할 수 있다.
원하는 경우, 송신 라인들(74V, 74H)은 트레이스들(122V, 122H)에 커플링된 정합 스터브들(124)과 같은 하나 이상의 송신 라인 정합 스터브들을 포함할 수 있다. 정합 스터브들(124)은 무선 주파수 송신 라인들(74H, 74V)의 임피던스가 유전체 공진 요소(92)의 임피던스에 정합됨을 보장하는 것에 도움을 줄 수 있다. 정합 스터브들(124)은 임의의 원하는 형상을 가질 수 있거나, 또는 생략될 수 있다. 전도성 트레이스들(84V, 84H)은 다른 형상들(예컨대, 임의의 원하는 개수의 직선형 및/또는 만곡형 에지들을 갖는 형상들)을 가질 수 있다.
원하는 경우, 슬롯은 가요성 인쇄 회로(72) 상의 접지 트레이스들(80)에 형성되어, 유전체 공진 요소(92)에 대한 무선 주파수 송신 라인(들)의 임피던스를 정합시키는 것을 돕도록 할 수 있다. 도 8은 접지 트레이스들(80)이 어떻게 유전체 공진 요소(92)에 대한 무선 주파수 송신 라인(들)의 임피던스를 정합시키는 것을 돕기 위한 개구를 포함할 수 있는지를 보여주는 안테나(40)의 측단면도이다. 도 8의 예에서, 오로지 단일 급전 프로브만이 도시되어 있고, 도 6의 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W), 유전체 기판(90), 유전체 정합 층(94), 접착제(96), 후방 하우징 벽(12R), 디스플레이(14), 및 다른 컴포넌트들(58)은 명료함을 위해 생략되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 접지 트레이스들(80)은 가요성 인쇄 회로(72)의 하부 표면(78)에서 슬롯(126)과 같은 슬롯 또는 개구를 포함할 수 있다. 안테나(40)의 유전체 공진 요소(92)는 가요성 인쇄 회로(72)에 실장될 수 있고, 하부 슬롯(126)과 정렬될 수 있다. 슬롯(126)은 폭(128)을 가질 수 있다. 폭(128)은, 예를 들어, 유전체 공진 요소(92)의 폭(112)보다 크거나 그와 동일할 수 있다(예컨대, 유전체 공진 요소(92)의 측방향 영역의 전체가 슬롯(126)과 중첩될 수 있다). 슬롯(126)은 송신 라인(74)의 임피던스를 유전체 공진 요소(92)의 임피던스에 정합시키는 것을 도울 수 있다. 원하는 경우, 슬롯(126)의 존재는, 또한, 급전 프로브(85)가 안테나(40)에 의해 커버되는 주파수들 및/또는 대역폭을 확장시키기 위해 유전체 공진 요소(92)의 추가적인 전자기 모드들을 여기시킬 수 있게 할 수 있다. 폭(128)은 무선 주파수 송신 라인(74)과 유전체 공진 요소(92) 사이의 임피던스 정합을 최적화하도록 그리고/또는 안테나(40)의 주파수 응답(예컨대, 피크 응답 주파수 및 대역폭)을 튜닝하도록 조정될 수 있다. 또한, 슬롯(126)은 유전체 공진 요소(92) 내의 2개의 선형 편파들(예컨대, 수평 및 수직 편파들) 사이의 커플링을 최소화시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 슬롯(126)은 송신 라인들(74V, 74H)(도 7)과 연관된 송수신기 포트들 사이의 접지 전류 흐름을 교란시키는 것을 도울 수 있다.
도 9는 유전체 공진 요소(92)가 (예컨대, 도 8의 화살표(130)의 방향으로 취해진 바와 같이) 어떻게 접지 트레이스들(80) 내의 하부 슬롯(126)과 중첩될 수 있는지를 보여주는 안테나(40)의 평면도이다. 도 9의 예에서, 도 8의 가요성 인쇄 회로(72) 내의 유전체 재료는 명료함을 위해 생략되었다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유전체 공진 요소(92)는 하부 접지 트레이스들(80) 내의 슬롯(126)과 정렬될 수 있다. 슬롯(126)은 직사각형 형상(예컨대, 유전체 공진 요소(92)의 측방향 형상과 동일한 형상)을 가질 수 있거나, 또는 다른 형상들을 가질 수 있다. 신호 트레이스들(82)은 유전체 공진 요소(92)의 주어진 측벽 상에 위치된 대응하는 급전 프로브(85) 내의 전도성 트레이스들(84)에 커플링될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 추가적인 편파들을 커버하기 위해 추가적인 급전 프로브들 및 무선 주파수 송신 라인들이 제공될 수 있다.
원하는 경우, 디바이스(10) 내의 주어진 위상 안테나 어레이는 (예컨대, 편파 다이버시티를 갖는 위상 안테나 어레이를 제공하기 위해) 상이한 편파들을 커버하는 상이한 안테나들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주어진 위상 안테나 어레이는 수평 편파를 커버하는 안테나들의 제1 세트 및 수직 편파를 커버하는 안테나들의 제2 세트를 포함할 수 있다. 디바이스 내의 공간 소비를 최적화하기 위해, 제1 세트의 안테나들은 위상 안테나 어레이 내의 제2 세트의 안테나들 사이에 인터리빙될 수 있다.
도 10은 수평 편파 및 수직 편파 둘 모두를 커버하기 위한 인터리브 안테나들을 갖는 주어진 위상 안테나 어레이(54-2)의 평면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54-2)는 제1 선형 편파(예컨대, 수직 편파)로 무선 주파수 신호들을 전달하는 안테나들(40V)의 제1 세트 및 직교 제2 선형 편파(예컨대, 수평 편파)로 무선 주파수 신호들을 전달하는 안테나들(40H)의 제2 세트를 포함할 수 있다.
안테나들(40H, 40V) 각각은 대응하는 급전 프로브(85)에 의해 여기되는 유전체 공진 요소(92)를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 유전체 공진 요소(92)는 동일한 유전체 기판(예컨대, 도 6의 유전체 기판(90)) 내에 실장될 수 있거나, 또는 둘 이상의 유전체 기판들 내에 실장될 수 있다. 안테나들(40H)에 대한 급전 프로브들(85)은 안테나들(40V)에 대한 급전 프로브들(85)에 수직으로 배향될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 다른 적합한 배열에서, 각각의 안테나(40H) 및 각각의 안테나(40V)는 2개의 급전 프로브들(예컨대, 도 7의 급전 프로브들(85H, 85V))을 포함할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 안테나들(40H)은 도 7의 급전 프로브들(85H)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있는 반면, 안테나들(40V)은 급전 프로브들(85V)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40H, 40V)은 접지 트레이스들(80) 내에 하부 슬롯들(126)을 포함할 수 있거나(예컨대, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같음), 또는 유전체 공진 요소들(92) 아래에 연속적인 접지 트레이스들(80)을 포함할 수 있다(예컨대, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같음).
도 10에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54-2)는 안테나들의 2개 이상의 유닛 셀들(132)(때때로 본 명세서에서 안테나 유닛 셀들(132)로 지칭됨)의 반복 패턴을 포함할 수 있다. 각각의 유닛 셀(132)은 대응하는 안테나(40V) 및 대응하는 안테나(40H)를 포함할 수 있다. 도 10의 예에서, 위상 안테나 어레이(54-2)는 4개의 유닛 셀들(132)을 갖는다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 4개 초과의 유닛 셀들(132) 또는 4개 미만의 유닛 셀들(132)을 가질 수 있다.
만족스러운 빔포밍(beam forming)을 허용하기 위해, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나(40H)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 인접한 안테나(40H)로부터 안테나(40H)의 동작의 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 유사하게, 각각의 안테나(40V)는 각각의 인접한 안테나(40V)로부터 안테나(40V)의 동작의 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나(40V)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40V)로부터 거리(134)만큼 분리된다. 유사하게, 각각의 안테나(40H)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40H)로부터 거리(134)만큼 분리된다(예컨대, 유닛 셀(132)은 거리(134)와 동일한 폭을 가질 수 있음). 거리(134)는 4 mm 내지 6 mm, 3 mm 내지 7 mm, 3.5 mm 내지 4.5 mm, 대략 4 mm 등일 수 있다. 각각의 안테나(40V)는 인접한 안테나들(40H) 사이의 공간 내에 위치될 수 있고, 각각의 안테나(40H)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 인접한 안테나들(40V) 사이의 공간에 위치될 수 있다. 대체적으로, 안테나들(40H, 40L)과 같은 유전체 공진기 안테나들은 슬롯 안테나들 또는 패치 안테나들과 같은 다른 유형들의 안테나들보다 더 적은 측방향 면적을 점유할 수 있다. 안테나들(40H, 40L)을 유전체 공진기 안테나들로서 형성함으로써, 안테나들(40V)이 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 안테나들(40H) 사이에 인터리빙되게 할 수 있도록 인접한 안테나들(40H) 사이에 그리고 인접한 안테나들(40L) 사이에 충분한 공간이 있을 수 있다. 이러한 방식으로 배열될 때, 위상 안테나 어레이(54-2)에는 각각의 편파에 대한 만족스러운 빔포밍을 여전히 허용하면서 가능한 한 작은 면적에 편파 다이버시티가 제공될 수 있다.
도 10의 예에서, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나는 동일한 주파수 대역(들)을 커버한다. 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 상이한 주파수 대역들 및/또는 상이한 편파들을 커버하는 상이한 안테나들을 포함할 수 있다. 도 11은 수평 편파 및 수직 편파 둘 모두를 사용하여 상이한 주파수 대역들을 커버하기 위한 상이한 안테나들을 갖는 주어진 위상 안테나 어레이(54-2)의 평면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54-2)는 안테나들(40VH)의 제1 세트, 안테나들(40HH)의 제2 세트, 안테나들(40VL)의 제3 세트, 및 안테나들(40HL)의 제4 세트를 포함할 수 있다. 안테나들(40VH) 및 안테나들(40HH) 각각은 동일한 비교적 높은 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40VL) 및 안테나들(40HL) 각각은 동일한 비교적 낮은 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40VL, 40HL) 내의 유전체 공진 요소(92)의 치수들(및 선택적으로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 하부 슬롯(126)의 치수들)은 더 낮은 주파수들을 지원하기 위해 안테나들(40VH, 40HH) 내의 유전체 공진 요소(92)의 치수들보다 더 클 수 있다. 비교적 낮은 주파수 대역은, 예를 들어 24 ㎓ 내지 31 ㎓의 주파수들(예컨대, 28 ㎓ 대역), 26 ㎓ 내지 30 ㎓의 주파수들, 또는 비교적 높은 주파수 대역보다 더 낮은 임의의 다른 원하는 주파수들을 포함할 수 있다. 비교적 높은 주파수 대역은, 예를 들어 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수들(예컨대, 39 ㎓ 대역), 38 ㎓ 내지 40 ㎓의 주파수들, 또는 비교적 낮은 주파수 대역보다 더 높은 임의의 다른 원하는 주파수들을 포함할 수 있다.
안테나들(40VH, 40VL) 둘 모두는 제1 선형 편파(예컨대, 수직 편파)로 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40HH, 40HL) 둘 모두는 직교 제2 편파(예컨대, 수평 편파)로 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 도 11의 위상 안테나 어레이(54-2)는 안테나들의 하나 이상의 유닛 셀들(136) 및 하나 이상의 유닛 셀들(138)(때때로, 본 명세서에서 안테나 유닛 셀들(136, 138)로 지칭됨)의 반복 패턴을 포함할 수 있다. 각각의 유닛 셀(136)은 대응하는 안테나(40VH), 안테나(40HH), 및 안테나(40VL)를 포함할 수 있다. 각각의 유닛 셀(138)은 대응하는 안테나(40VH), 안테나(40HH), 및 안테나(40HL)를 포함할 수 있다. 도 11의 예에서, 위상 안테나 어레이(54-2)는 2개의 유닛 셀들(136) 및 2개의 유닛 셀들(138)을 갖는다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 임의의 원하는 수의 2개 이상의 유닛 셀들(136) 및 2개 이상의 유닛 셀들(138)을 가질 수 있다.
만족스러운 빔포밍을 허용하기 위해, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나(40VH)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40VH)로부터의 비교적 높은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 유사하게, 각각의 안테나(40HH)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40HH)로부터의 비교적 높은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 동시에, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나(40VL)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40VL)로부터의 비교적 낮은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 유사하게, 각각의 안테나(40HL)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40HL)로부터의 비교적 낮은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나(40VH)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40VH)로부터 거리(140)만큼 분리되고, 각각의 안테나(40HH)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40HH)로부터 거리(140)만큼 분리되고, 각각의 안테나(40VL)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40VL)로부터 거리(140)만큼 분리되고, 각각의 안테나(40HL)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40HL)로부터 거리(140)만큼 분리된다(예컨대, 유닛 셀들(136, 138)은 각각 거리(140)와 동일한 폭을 가질 수 있음). 거리(140)는, 예를 들어, 안테나들(40VH, 40HH)의 동작의 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있다(예컨대, 유효 파장은 위상 안테나 어레이(54-2)의 비교적 높은 주파수 대역 내의 주파수에 대응함). 일부 예들로서, 거리(140)는 4 mm 내지 6 mm, 4.5 mm 내지 5.5 mm, 3 mm 내지 7 mm, 3 mm 내지 5 mm, 대략 4 mm 등일 수 있다. 안테나들(40VH, 40HH, 40VL, 40HL)을 (패치 또는 슬롯 안테나들로서가 아니라) 유전체 공진기 안테나들로서 형성함으로써, 각각의 쌍의 인접한 안테나들(40VH) 사이에 안테나(40HH) 및 안테나들(40VL 또는 40HL) 중 하나의 안테나 둘 모두를 형성하기에 충분한 공간이 있을 수 있다. 이러한 방식으로 안테나들을 인터리빙함으로써, 위상 안테나 어레이(54-2)에는 디바이스(10)에서 가능한 한 작은 면적을 점유하면서 비교적 낮은 주파수 대역 및 비교적 높은 주파수 대역 둘 모두에 대한 편파 다이버시티가 제공될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나는 선형 편파들 둘 모두를 동시에 커버할 수 있다. 도 12는 수평 편파 및 수직 편파 둘 모두를 사용하여 상이한 주파수 대역들을 커버하기 위한 상이한 안테나들을 갖는 주어진 위상 안테나 어레이(54-2)의 평면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54-2)는 안테나들(40HB)의 제1 세트 및 안테나들(40LB)의 제2 세트를 포함할 수 있다. 각각의 안테나(40HB)는 제1 급전 프로브(85V) 및 제1 급전 프로브에 직교하는 제2 급전 프로브(85H)를 포함할 수 있다. 유사하게, 각각의 안테나(40LB)는 제1 급전 프로브(85V) 및 제1 급전 프로브에 직교하는 제2 급전 프로브(85H)를 포함할 수 있다. 안테나들(40HB)은 각각 수평 편파 및 수직 편파 둘 모두로 비교적 높은 주파수 대역(예컨대, 39 ㎓에서의 주파수 대역) 내의 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40LB)은 각각 수평 편파 및 수직 편파 둘 모두로 비교적 낮은 주파수 대역(예컨대, 28 ㎓에서의 주파수 대역) 내의 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 안테나들(40LB) 내의 유전체 공진 요소(92)의 치수들(및 선택적으로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 하부 슬롯(126)의 치수들)은 더 낮은 주파수들을 지원하기 위해 안테나들(40HB) 내의 유전체 공진 요소(92)의 치수들보다 더 클 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(예컨대, 도 2의 제어 회로부(28))는 안테나들이 단지 단일 편파만을 전달하도록 임의의 주어진 시간에 안테나들(40HB) 및/또는 안테나들(40LB) 내의 급전 프로브들(85V, 85H) 중 하나의 급전 프로브만을 선택적으로 활성화시킬 수 있다.
도 12의 위상 안테나 어레이(54-2)는 2개 이상의 유닛 셀들(142)(때때로 본 명세서에서 안테나 유닛 셀들(142)로 지칭됨)의 반복 패턴을 포함할 수 있다. 각각의 유닛 셀(142)은 대응하는 안테나(40HB) 및 대응하는 안테나(40LB)를 포함할 수 있다. 도 12의 예에서, 위상 안테나 어레이(54-2)는 4개의 유닛 셀들(142)을 갖는다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 임의의 원하는 수의 2개 이상의 유닛 셀들(142)을 가질 수 있다.
만족스러운 빔포밍을 허용하기 위해, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나(40LB)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40LB)로부터의 비교적 낮은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 유사하게, 각각의 안테나(40HB)는 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 하나 이상의 인접한 안테나들(40HB)로부터의 비교적 높은 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 대략 1/2에 위치될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나(40HB)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40HB)로부터 거리(144)만큼 분리되고, 각각의 안테나(40LB)는 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40LB)로부터 거리(144)만큼 분리된다(예컨대, 유닛 셀들(142)은 각각 거리(144)와 동일한 폭을 가질 수 있음). 거리(144)는, 예를 들어, 안테나들(40HB)의 동작의 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있다(예컨대, 유효 파장은 위상 안테나 어레이(54-2)의 비교적 높은 주파수 대역 내의 주파수에 대응함). 일부 예들로서, 거리(144)는 4 mm 내지 6 mm, 4.5 mm 내지 5.5 mm, 3 mm 내지 7 mm, 3 mm 내지 5 mm, 대략 4 mm 등일 수 있다. 안테나들(40HB, 40LB)을 (패치 또는 슬롯 안테나들로서가 아니라) 유전체 공진기 안테나들로서 형성함으로써, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 쌍의 안테나들(40HB) 사이에 안테나(40LB)를 형성하기에 충분한 공간이 있을 수 있다. 이러한 방식으로 안테나들을 인터리빙함으로써, 위상 안테나 어레이(54-2)는 디바이스(10)에서 가능한 한 작은 면적을 점유하면서 비교적 낮은 주파수 대역 및 비교적 높은 주파수 대역 둘 모두에서의 직교 편파들을 커버할 수 있다.
도 10 내지 도 12의 예들은 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 2차원 패턴으로 배열된 안테나들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 배열될 때, 도 10 내지 도 12에 도시된 수평 방향에서와 같이 수직 방향으로 동일한 편파 및 주파수 대역의 안테나들 사이에 유사한 간격이 제공될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이 내의 안테나들의 인접한 행들은 (예컨대, 수직으로 인접한 안테나들이 동일한 주파수 대역 및 편파를 커버하지 않음을 보장하기 위해) 서로에 대해 스태거링(stagger)될 수 있다.
하나 이상의 위상 안테나 어레이들(54-2)은 (예컨대, 도 1의 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA) 내에서) 디스플레이를 통해 방사하기 위해 디스플레이(14)의 주변부를 따라 디바이스(10) 내의 임의의 원하는 위치들에 실장될 수 있다. 도 13은 주어진 위상 안테나 어레이(54-2)가 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내의 노치와 어떻게 정렬될 수 있는지를 보여주는 디바이스(10)의 평면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디바이스(10) 내의 디스플레이 모듈(68)의 주변부 둘레에 이어질 수 있다. 도 5 및 도 6의 디스플레이 커버 층(56)은 명료함을 위해 도 13으로부터 생략되었다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 내향 돌출 립(148)(때때로 본 명세서에서 레지 또는 기준부로 지칭됨) 및 융기된 부분(146)을 포함할 수 있다. 융기된 부분(146)은 디스플레이 커버 층의 주변 에지 둘레에 이어질 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 립(148)은 노치(150)와 같은 개구를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-2)(예컨대, 단일 편파 및 주파수 대역을 커버하는 위상 안테나 어레이, 도 10에 도시된 바와 같이 동일한 주파수 대역(들) 내의 다수의 편파들을 커버하는 위상 안테나 어레이, 또는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 다수의 편파들 및 다수의 주파수 대역들을 커버하는 위상 안테나 어레이)가 립(148) 아래에 실장되고 노치(150)와 정렬될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54-2) 내의 안테나들(40)은 각각 하나 이상의 유전체 기판들(90)에 의해 둘러싸이는 유전체 공진 요소(92)를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 각각의 안테나(40)는 동일한 가요성 인쇄 회로(72)에서 대응하는 무선 주파수 송신 라인을 사용하여 급전될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 2개 이상의 안테나들(40)이 별개의 가요성 인쇄 회로들에서 무선 주파수 송신 라인들을 사용하여 급전될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 안테나들(40)은 노치(150) 및 디스플레이 커버 층(도시되지 않음)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54-2)는 디바이스(10)의 전면 위의 반구 내에서 빔 조향을 수행할 수 있다. 도 13의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 안테나들(40)은 안테나들의 다수의 행들 및 열들을 갖는 2차원 패턴으로 배열될 수 있거나, 또는 다른 패턴들로 배열될 수 있다.
원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54-2)는 디바이스(10) 내의 어딘가에 위치될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(54-2)는 디스플레이(14)(도 1)의 활성 영역(AA) 내의 노치(8) 내에 위치될 수 있다. 도 14는 위상 안테나 어레이(54-2)가 디스플레이(14)의 활성 영역(AA) 내의 노치(8)와 어떻게 정렬될 수 있는지를 보여주는 평면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 디스플레이(14)의 디스플레이 모듈(68)은 노치(8)를 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6의 디스플레이 커버 층(56)은 명료함을 위해 도 14로부터 생략되었다. 디스플레이 모듈(68)은 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)을 형성할 수 있는 반면, 노치(8)는 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)의 일부를 형성한다(도 1). 노치(8)의 에지들은 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및 디스플레이 모듈(68)에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 노치(8)는 디스플레이 모듈(68)에 의해 한정되는 2개 이상의 에지들(예컨대, 3개의 에지들) 및 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 의해 한정되는 하나 이상의 에지들을 가질 수 있다.
디바이스(10)는 노치(8) 내에 스피커 포트(16)(예컨대, 이어 스피커)를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 노치(10) 내에 다른 컴포넌트들(152)을 포함할 수 있다. 다른 컴포넌트들(152)은 하나 이상의 카메라들, 적외선 이미지 센서, 적외선 광 방출기(예컨대, 적외선 도트 프로젝터 및/또는 투광 조명기), 주변광 센서, 지문 센서, 용량성 근접 센서, 열 센서, 수분 센서, 또는 임의의 다른 원하는 입출력 컴포넌트들(예컨대, 도 2의 입출력 디바이스들(26))과 같은 하나 이상의 이미지 센서들을 포함할 수 있다 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(54-2)은 다른 컴포넌트들(152) 또는 스피커 포트(16)에 의해 점유되지 않은 노치(8)의 부분(들)과 정렬될 수 있다. 노치(8)와 정렬되는 위상 안테나 어레이들(54-2)은 1차원 위상 안테나 어레이(54-2')와 같은 1차원 위상 안테나 어레이들 및/또는 2차원 위상 안테나 어레이(54-2'')와 같은 2차원 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 유전체 공진 요소들(92)이 동일한 주파수들을 커버하는 패치 안테나들 또는 슬롯 안테나들보다 더 적은 측방향 면적을 점유하기 때문에, 위상 안테나 어레이들(54-2', 54-2'')은 노치(8) 내에 피팅될 수 있고, 스피커 포트(16) 및 다른 컴포넌트들(152)의 존재에도 불구하고 여전히 만족스러운 안테나 효율을 나타낼 수 있다.
원하는 경우, 다수의 위상 안테나 어레이들(54-2)은 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내의 다수의 노치들(예컨대, 도 13의 다수의 노치들(150))과 정렬될 수 있고/있거나 디스플레이 모듈(68) 내의 노치(8)와 정렬될 수 있다. 위상 안테나 어레이들(54-2)은 디바이스(10)의 전면 위의 반구의 일부 또는 전부 내에 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 하나 이상의 주파수 대역들에서의 빔 조향을 제공할 수 있다. 디바이스(10)(도 5)의 후방에서의 위상 안테나 어레이(54-1)의 동작과 조합될 때, 디바이스(10) 내의 위상 안테나 어레이들은 대략적으로 디바이스(10) 주위의 완전한 구체 내에 커버리지를 집합적으로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징, 하우징에 실장된 디스플레이 커버 층을 갖는 디스플레이, 및 하우징 내에 있고 디스플레이 커버 층을 통해 10 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나는 유전체 공진 요소, 및 유전체 공진 요소 상의 급전 프로브를 포함하고, 급전 프로브는 유전체 공진 요소를 여기시켜서 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 인쇄 회로 - 유전체 공진 요소는 인쇄 회로에 실장됨 -, 및 인쇄 회로 상에 있고 급전 프로브에 커플링된 무선 주파수 송신 라인을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 주파수 송신 라인은 신호 트레이스를 포함하고, 급전 프로브는 유전체 공진 요소 상에 패턴화되고 신호 트레이스에 커플링되는 전도성 트레이스를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전도성 트레이스는 무선 주파수 송신 라인의 임피던스를 유전체 공진 요소의 임피던스에 정합시키도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 신호 트레이스는 무선 주파수 송신 라인의 임피던스를 유전체 공진 요소의 임피던스에 정합시키도록 구성된 정합 스터브를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 급전 프로브는 유전체 공진 요소의 제1 측벽에 실장되고, 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나는 유전체 공진 요소의 제2 측벽에 실장되는 추가적인 급전 프로브를 포함하며, 제2 측벽은 제1 측벽에 직교하고, 추가적인 급전 프로브는 유전체 공진 요소를 여기시켜서 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 인쇄 회로 상의 접지 트레이스들을 포함하며, 접지 트레이스들은 유전체 공진 요소와 중첩되는 슬롯을 한정한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 유전체 공진 요소와 디스플레이 커버 층 사이에 개재되는 유전체 정합 층을 포함하며, 유전체 공진 요소는 제1 유전 상수를 갖고, 디스플레이 커버 층은 제1 유전 상수보다 더 큰 제2 유전 상수를 갖고, 유전체 정합 층은 제2 유전 상수보다 크고 제1 유전 상수보다 작은 제3 유전 상수를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 공진 요소는 지르코니아를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 전자 디바이스의 주변부 둘레에 연장되는 주변부 전도성 하우징 구조물들 - 디스플레이 커버 층은 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장됨 -, 및 주변부 전도성 하우징 구조물들 내의 노치를 포함하며, 프로브 급전형 유전체 공진 요소는 노치와 정렬되고, 노치를 통해 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 전자 디바이스의 주변부 둘레에 연장되는 주변부 전도성 하우징 구조물들 - 디스플레이 커버 층은 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장됨 -, 디스플레이 커버 층을 통해 광을 방출하도록 구성되는 디스플레이 모듈 - 디스플레이 모듈은 노치를 포함하고, 노치는 디스플레이 모듈 및 주변부 전도성 하우징 구조물들에 의해 한정되는 에지들을 가짐 -, 노치와 정렬되는 오디오 스피커, 및 노치와 정렬되는 이미지 센서를 포함하며, 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나는 노치와 정렬되고, 노치를 통해 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 전자 디바이스의 주변부 둘레에 연장되는 주변부 전도성 하우징 구조물들 - 디스플레이 커버 층은 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장됨 -, 디스플레이 커버 층의 반대편에 있는 후방 하우징 벽, 및 후방 하우징 벽을 통해 10 ㎓ 초과의 추가적인 주파수에서 추가적인 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는 위상 안테나 어레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로, 인쇄 회로에 실장되는 유전체 기둥, 유전체 기둥과 중첩되는 유전체 커버 층, 유전체 기둥 상의 전도성 패치, 및 전도성 패치에 커플링되는 무선 주파수 송신 라인을 포함하는 전자 디바이스가 제공되며, 전도성 패치는 유전체 기둥을 여기시켜서 유전체 커버 층을 통해 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전도성 패치는 유전체 기둥을 여기시켜서 제1 선형 편파로 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성되고, 전자 디바이스는 유전체 기둥 상의 추가적인 전도성 패치, 및 추가적인 전도성 패치에 커플링되는 추가적인 무선 주파수 송신 라인을 포함하며, 추가적인 전도성 패치는 유전체 기둥을 여기시켜서 그 주파수에서 그리고 제1 선형 편파에 직교하는 제2 선형 편파로 추가적인 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 인쇄 회로 상의 접지 트레이스들을 포함하며, 접지 트레이스들은 유전체 기둥과 정렬되는 슬롯을 한정하고, 슬롯은 무선 주파수 송신 라인의 임피던스를 유전체 기둥의 임피던스와 정합시키도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 인쇄 회로에 실장되고 유전체 기둥을 측방향으로 둘러싸는 유전체 기판을 포함하며, 유전체 기둥은 제1 유전 상수를 갖고, 유전체 기판은 제1 유전 상수보다 적어도 10.0 더 작은 제2 유전 상수를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이, 및 위상 안테나 어레이와 중첩되는 유전체 커버 층을 포함하는 전자 디바이스가 제공되며, 위상 안테나 어레이는 유전체 커버 층을 통해 제1 주파수에서 제1 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는 안테나들의 제1 세트 - 제1 세트 내의 각각의 안테나는 제1 유전체 공진 요소 및 제1 유전체 공진 요소 상의 제1 및 제2 급전 프로브들을 갖고, 제1 급전 프로브는 제1 유전체 공진 요소를 여기시켜서 제1 선형 편파로 제1 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성되고, 제2 급전 프로브는 제1 유전체 공진 요소를 여기시켜서 제1 선형 편파와 직교하는 제2 선형 편파로 제1 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성됨 -, 및 유전체 커버 층을 통해 제2 주파수에서 제2 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는 안테나들의 제2 세트 - 제2 세트 내의 안테나들은 제1 세트 내의 안테나들 사이에 인터리빙됨 - 를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제2 세트 내의 각각의 안테나는 제2 유전체 공진 요소 및 제2 유전체 공진 요소 상의 제3 및 제4 급전 프로브들을 갖고, 제3 급전 프로브는 제2 유전체 공진 요소를 여기시켜서 제1 선형 편파로 제2 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성되고, 제4 급전 프로브는 제2 유전체 공진 요소를 여기시켜서 제2 선형 편파로 제2 무선 주파수 신호들을 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 주파수는 24 ㎓ 내지 31 ㎓의 주파수를 포함하고, 제2 주파수는 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수를 포함한다.
전술한 내용은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 당업자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    하우징 벽;
    상기 하우징 벽에 장착된 유전체 커버 층;
    상기 유전체 커버 층에 의해 중첩되는 유전체 기둥;
    상기 유전체 기둥 상의 급전 프로브; 및
    상기 급전 프로브에 커플링된 무선 주파수 송신 라인을 포함하고, 상기 유전체 기둥은 상기 상기 무선 주파수 송신 라인에 대해 10 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선 주파수 신호들은 상기 유전체 기둥의 전자기 공진 모드를 여기시키는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 주파수 신호들은 상기 유전체 커버 층을 통해 수신되고, 상기 급전 프로브는 상기 수신된 무선 주파수 신호들을 상기 무선 주파수 송신 라인에 커플링시키도록 구성되는, 전자 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 무선 주파수 신호들은 상기 무선 주파수 송신 라인 상에서 전달되고, 상기 급전 프로브는 상기 무선 주파수 송신 라인 상의 상기 무선 주파수 신호들을 상기 유전체 기둥에 커플링시키도록 구성되고, 상기 무선 주파수 신호들은 상기 유전체 커버 층을 통해 송신되는, 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유전체 기둥은 상기 유전체 기둥의 높이를 따라 연장되는 측벽을 갖고, 상기 급전 프로브는 상기 유전체 기둥의 측벽 상에 있는, 전자 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 측벽은 상기 급전 프로브로부터 상기 유전체 커버 층을 향해 연장되는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기둥 상의 추가적인 급전 프로브를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유전체 기둥은 상기 유전체 기둥의 높이를 따라 연장되는 제1 및 제2 측벽들을 갖고, 상기 급전 프로브는 상기 유전체 기둥의 제1 측벽 상에 있고, 상기 추가적인 급전 프로브는 상기 유전체 기둥의 제2 측벽 상에 있는, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기둥을 측방향으로 둘러싸는 유전체 기판을 추가로 포함하고, 상기 유전체 기둥은 제1 유전 상수를 갖고, 상기 유전체 기판은 상기 제1 유전 상수보다 작은 제2 유전 상수를 갖는, 전자 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하우징 벽은 전도성 하우징 측벽을 포함하고, 상기 유전체 기판은 상기 유전체 기둥을 상기 전도성 하우징 측벽으로부터 분리하는, 전자 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유전체 기둥은 제1 유전 상수를 갖고, 상기 유전체 커버 층은 상기 제1 유전 상수보다 작은 제2 유전 상수를 갖는, 전자 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유전체 기둥과 상기 유전체 커버 층 사이에 유전체 층을 추가로 포함하고, 상기 유전체 층은 상기 제1 유전 상수보다 작고 상기 제2 유전 상수보다 큰 제3 유전 상수를 갖는, 전자 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 주파수에서 추가적인 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된 추가적인 유전체 기둥을 추가로 포함하고, 상기 유전체 기둥 및 상기 추가적인 유전체 기둥은 위상 안테나 어레이의 적어도 일부를 형성하는, 전자 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    10 ㎓ 초과의 추가적인 주파수에서 추가적인 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된 추가적인 유전체 기둥을 추가로 포함하고, 상기 유전체 기둥 및 상기 추가적인 유전체 기둥은 위상 안테나 어레이의 적어도 일부를 형성하는, 전자 디바이스.
  15. 전자 디바이스로서,
    제1 유전 상수를 갖는 유전체 기둥;
    상기 유전체 기둥을 측방향으로 둘러싸고 제2 유전 상수를 갖는 유전체 기판;
    상기 유전체 기둥과 중첩되는 유전체 커버 층; 및
    상기 유전체 기둥에 커플링된 무선 주파수 송신 라인을 포함하고, 상기 유전체 기둥은 상기 무선 주파수 송신 라인에 대한 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 도파관을 형성하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유전체 기둥 및 상기 유전체 기판이 위에 배치되는 하부 기판을 추가로 포함하고, 상기 제2 유전 상수는 상기 제1 유전 상수보다 작은, 전자 디바이스.
  17. 제15항에 있어서,
    추가적인 무선 주파수 송신 라인을 추가로 포함하고, 상기 무선 주파수 송신 라인은 상기 유전체 기둥 상의 제1 급전 프로브를 통해 상기 유전체 기둥에 커플링되고, 상기 추가적인 무선 주파수 송신 라인은 상기 유전체 기둥 상의 제2 급전 프로브를 통해 상기 유전체 기둥에 커플링되는, 전자 디바이스.
  18. 전자 디바이스로서,
    하우징 벽;
    상기 하우징 벽에 커플링된 유전체 커버 층;
    제1 유전체 기둥 및 상기 제1 유전체 기둥 상의 제1 및 제2 급전 프로브들을 갖는 유전체 공진기 안테나;
    상기 제1 급전 프로브에 커플링된 제1 신호 도체 - 상기 유전체 공진기 안테나는 상기 제1 급전 프로브를 사용하여 제1 편파(polarization) 상태로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -; 및
    상기 제2 급전 프로브에 커플링된 제2 신호 도체 - 상기 유전체 공진기 안테나는 상기 제2 급전 프로브를 사용하여 제2 편파 상태로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전자 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유전체 기둥은 상기 유전체 기둥의 높이를 따라 연장되는 제1 및 제2 측벽들을 갖고, 상기 제1 급전 프로브는 상기 제1 측벽 상에 있고, 상기 제2 급전 프로브는 상기 제2 측벽 상에 있는, 전자 디바이스.
  20. 제18항에 있어서,
    추가적인 유전체 공진기 안테나를 추가로 포함하고, 상기 유전체 공진기 안테나 및 상기 추가적인 유전체 공진기 안테나는 위상 안테나 어레이의 적어도 일부를 형성하고, 상기 유전체 공진기 안테나는 10 ㎓ 초과의 제1 주파수에서 상기 제1 및 제2 편파 상태들로 상기 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 상기 추가적인 유전체 공진기 안테나는 10 ㎓ 초과의 제2 주파수에서 상기 제1 및 제2 편파 상태들로 추가적인 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는, 전자 디바이스.
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