KR20190100870A - 밀리미터파 레인징 능력들을 갖는 전자 디바이스들 - Google Patents

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KR20190100870A
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Abstract

손목시계와 같은 전자 디바이스에는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제1 주파수에서 제1 신호들을 전달하기 위한 위상 안테나 어레이 및 10 ㎓ 미만의 제2 주파수에서 제2 신호들을 전달하기 위한 비-밀리미터파 안테나가 제공될 수 있다. 디바이스는 전도성 하우징 측벽들 및 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 및 전도성 하우징 측벽들 내의 전도성 구조물들은 비-밀리미터파 안테나 내에 슬롯 요소를 한정할 수 있다. 위상 안테나 어레이는 슬롯 요소 내에 장착되거나, 디스플레이 내의 공간 필터와 정렬되거나, 전도성 하우징 측벽들 내의 유전체 윈도우와 정렬될 수 있다. 제어 회로부는 위상 안테나 어레이에 의해 송신된 신호들 및 위상 안테나 어레이에 의해 수신된 송신된 신호들의 반사된 버전을 프로세싱하여 디바이스와 외부 물체 사이의 범위를 검출할 수 있다.

Description

밀리미터파 레인징 능력들을 갖는 전자 디바이스들{ELECTRONIC DEVICES HAVING MILLIMETER WAVE RANGING CAPABILITIES}
본 출원은 2018년 2월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/901,564호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 특허 출원은 그 전체가 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
본 출원은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 회로부를 구비한 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 종종 무선 통신 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 통신들을 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 때때로 극고주파(EHF) 통신들로 지칭되는 밀리미터파 통신들 및 센티미터파 통신은 약 10 내지 300 ㎓ 주파수들의 통신들을 수반한다. 이러한 주파수들에서의 동작은 높은 대역폭들을 지원할 수 있지만, 상당한 문제들을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 안테나들에 의해 생성되는 밀리미터파 통신 신호들은 다양한 매체들을 통한 신호 전파 동안 상당한 감쇠 및/또는 왜곡에 의해 특성화될 수 있다.
따라서, 밀리미터 및 센티미터파 통신들을 지원하는 통신 회로부와 같은 개선된 무선 통신 회로부를 갖는 전자 디바이스들을 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
손목시계와 같은 전자 디바이스에 무선 회로부가 제공될 수 있다. 무선 회로부는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제1 주파수(예컨대, 밀리미터파 주파수에서의 밀리미터파 신호들)에서 제1 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 위상 안테나 어레이로 배열된 안테나들을 포함할 수 있다. 무선 회로부는 10 ㎓ 미만의 제2 주파수에서 제2 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 비-밀리미터파 안테나를 포함할 수 있다.
전자 디바이스는 전도성 하우징 측벽들 및 전도성 하우징 측벽들에 장착된 터치 스크린 디스플레이를 포함할 수 있다. 터치 스크린 디스플레이는 이미지들을 디스플레이하고 터치 입력을 수집할 수 있다. 터치 스크린 디스플레이는 디스플레이 커버 층 및 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈 및 전도성 하우징 측벽들 내의 전도성 구조물들은 비-밀리미터파 안테나 내에 슬롯 요소를 한정할 수 있다.
하나의 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이는 디스플레이 커버 층을 통해 제1 주파수에서 제1 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 비-밀리미터파 안테나의 슬롯 요소 내에 장착될 수 있다. 원하는 경우, 주파수 선택적 표면과 같은 공간 필터가 디스플레이 모듈의 전도성 구조물들에 형성될 수 있다. 공간 필터는 제1 주파수를 포함하는 통과대역을 가질 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이는 디스플레이 모듈 아래에 장착될 수 있고, 제1 주파수에서 제1 무선 주파수 신호들을 공간 필터를 통한 디스플레이 모듈을 통해 전달할 수 있다. 원하는 경우, 유전체 윈도우가 전도성 하우징 측벽들 중 하나에 형성될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이는 유전체 윈도우와 정렬될 수 있고, 제1 주파수에서 유전체 윈도우를 통해 제1 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다.
전자 디바이스 내의 제어 회로부는 원하는 경우 위상 안테나 어레이 및 제1 무선 주파수 신호들을 사용하여 외부 물체들에 대한 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부는 밀리미터파 레인징 신호들(예컨대, 제1 주파수에서 레인징 또는 물체 검출 프로토콜에 기초하여 미리 결정된 펄스들의 시퀀스를 갖는 무선 주파수 신호들)을 송신하기 위해 위상 안테나 어레이에 결합된 밀리미터파 회로부를 제어할 수 있다. 위상 안테나 어레이는 전자 디바이스 부근에서 외부 물체들로부터 반사되는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전을 수신할 수 있다. 제어 회로부는 위상 안테나 어레이에 의해 수신되는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들 및 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전을 프로세싱하여, 전자 디바이스 부근에서의 외부 물체들과 전자 디바이스 사이의 범위를 검출할 수 있다. 전자 디바이스는 센서 데이터를 수집하는 센서 회로부를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부는 검출된 범위 및 센서 데이터에 기초하여 미리 결정된 공간 이벤트를 식별할 수 있다. 미리 결정된 공간 이벤트를 식별하는 것에 응답하여, 제어 회로부는 전자 디바이스가 전자 디바이스(10)의 사용자(착용자) 및/또는 다른 사람들 또는 엔티티들에 통지 또는 경보를 발행하는 것을 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 통신 회로부를 구비한 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 통신 회로부를 구비한 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 송수신기 및 안테나의 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 비-밀리미터파 통신들을 처리하기 위한 예시적인 슬롯 안테나의 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 밀리미터 또는 센티미터파 신호들의 빔을 지향시키기 위해 제어 회로부를 사용하여 조정될 수 있는 예시적인 위상 안테나 어레이의 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 밀리미터 및 센티미터파 신호들 및 위상 안테나 어레이를 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있는 예시적인 무선 회로부의 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 밀리미터 및 센티미터파 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하는 데 사용될 수 있는 예시적인 위상 안테나 어레이의 사시도이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 위상 안테나 어레이와 연관된 예시적인 방사 패턴 포락선을 포함하는, 도 7에 도시된 유형의 예시적인 위상 안테나 어레이의 측면도들이다.
도 10은 일 실시예에 따라, 밀리미터 및 센티미터파 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 비-밀리미터파 통신들 및 위상 안테나 어레이들을 처리하기 위한 슬롯 안테나들이 어떻게 전자 디바이스 내에 통합될 수 있는지를 도시하는 전자 디바이스의 평면도이다.
도 11은 일 실시예에 따라, 전자 디바이스 내에 위상 안테나 어레이들을 형성하기 위한 상이한 가능한 위치들을 도시하는, 도 10에 도시된 유형의 예시적인 전자 디바이스의 측단면도이다.
도 12는 일 실시예에 따라 도 5 내지 도 11에 도시된 유형의 위상 안테나 어레이들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 전자 디바이스에 의해 수행될 수 있는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따라 위상 안테나 어레이들 및 밀리미터 및 센티미터파 신호들을 사용하여 수행되는 공간 레인징 동작들에 응답하여 도 1 내지 도 11에 도시된 유형의 예시적인 전자 디바이스가 어떻게 경보를 발행할 수 있는지를 도시하는 도면이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 무선 회로부를 포함할 수 있다. 무선 회로부는 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 안테나들은 밀리미터파 및 센티미터파 통신들을 처리하는 데 사용되는 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 때때로 극고주파(EHF) 통신들로 지칭되는 밀리미터파 통신들은 60 ㎓ 또는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 다른 주파수들에서의 신호들을 수반한다. 센티미터파 통신들은 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓ 주파수들의 신호들을 수반한다.
안테나들은 또한 센티미터파 주파수들보다 낮은 주파수들에서의 무선 주파수 통신들(예컨대, 10 ㎓ 미만의 주파수들에서의 신호들)을 처리하는 데 사용되는 전용 안테나들을 포함할 수 있다. 이러한 주파수들에서의 무선 주파수 통신들을 처리하기 위한 안테나들은 셀룰러 전화 안테나들, 무선 로컬 영역 네트워크, 및 위성 내비게이션 시스템 안테나들을 포함할 수 있다. 이들 안테나들은, 예를 들어, 디스플레이들, 터치 센서들, 근거리 통신 안테나들, 무선 전력 코일들, 주변 안테나 공진 요소들, 및 디바이스 하우징 구조물들과 같은 전기 컴포넌트들로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 또한 위성 내비게이션 시스템 신호들, 셀룰러 전화 신호들, 로컬 무선 영역 네트워크 신호들, 근거리 통신들, 광 기반 무선 통신들, 또는 다른 무선 통신들을 처리하기 위한 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다.
전자 디바이스(10)는, 랩톱 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 디바이스, 임베디드 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드 또는 휴대용 전자 디바이스, 더 작은 디바이스, 예컨대 손목시계 디바이스, 펜던트(pendant) 디바이스, 헤드폰 또는 이어피스(earpiece) 디바이스, 안경 또는 사용자의 머리에 착용되는 다른 장비에 임베딩된 디바이스, 또는 다른 웨어러블(wearable) 또는 소형 디바이스, 텔레비전, 임베디드 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 디스플레이를 구비한 전자 장비가 키오스크(kiosk) 또는 자동차 내에 장착되어 있는 시스템과 같은 임베디드 시스템, 이러한 디바이스들 중 둘 이상의 디바이스들의 기능을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비일 수 있다. 도 1의 예시적인 구성에서, 디바이스(10)는 손목시계(예컨대, 스마트 워치)와 같은 휴대용 디바이스이다. 원하는 경우, 디바이스(10)를 위한 다른 구성이 사용될 수 있다. 도 1의 예는 단지 예시일 뿐이다.
도 1의 예에서, 디바이스(10)는 디스플레이(14)와 같은 디스플레이를 포함한다. 디스플레이(14)는 하우징(12)과 같은 하우징 내에 장착될 수 있다. 때때로 인클로저 또는 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재, 금속(예컨대, 스테인레스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료, 또는 이러한 재료들 중 임의의 둘 이상의 조합으로 형성될 수 있다. 하우징(12)은, 하우징(12)의 일부 또는 전부가 단일 구조체로서 기계가공 또는 성형되는 일체형 구성을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 다수의 구조체(예컨대, 내부 프레임 구조체, 외부 하우징 표면들을 형성하는 하나 이상의 구조체 등)를 사용하여 형성될 수 있다. 하우징(12)은 측벽들(12W)과 같은 금속 측벽들, 또는 다른 재료들로 형성된 측벽들을 가질 수 있다. 측벽들(12W)을 형성하는 데 사용될 수 있는 금속 재료들의 예들은 스테인레스강, 알루미늄, 은, 금, 금속 합금, 또는 임의의 다른 원하는 전도성 재료를 포함한다. 측벽들(12W)은 때때로 본 명세서에서 하우징 측벽들(12W) 또는 전도성 하우징 측벽들(12W)로 지칭될 수 있다.
디스플레이(14)는 디바이스(10)의 전면에 형성될 수 있다. 하우징(12)은 디바이스(10)의 전면에 대향하는 후방 벽(12R)과 같은 후방 하우징 벽을 가질 수 있다. 전도성 하우징 측벽들(12W)은 디바이스(10)의 주변부를 둘러쌀 수 있다(예를 들어, 전도성 하우징 측벽들(12W)은 디바이스(10)의 주변 에지들 둘레로 연장될 수 있다). 후방 하우징 벽(12R)은 전도성 재료들 및/또는 유전체 재료들로부터 형성될 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)을 형성하는 데 사용될 수 있는 유전체 재료들의 예들은 플라스틱, 유리, 사파이어, 세라믹, 목재, 중합체, 이들 재료의 조합들, 또는 임의의 다른 원하는 유전체들을 포함한다. 후방 하우징 벽(12R) 및/또는 디스플레이(14)는 디바이스(10)의 (예를 들어, 도 1의 X-축에 평행한) 길이 및 (예를 들어, Y-축에 평행한) 폭의 일부 또는 전부에 걸쳐 연장될 수 있다. 전도성 하우징 측벽들(12W)은 (예를 들어, Z-축에 평행한) 디바이스(10)의 높이의 일부 또는 전부에 걸쳐 연장될 수 있다. 전도성 하우징 측벽들(12W) 및/또는 후방 하우징 벽(12R)은 디바이스(10)의 하나 이상의 외부 표면들(예컨대, 디바이스(10)의 사용자에게 보이는 표면들)을 형성할 수 있고/있거나 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하지 않는 내부 구조물들(예컨대, 얇은 장식층들, 보호 코팅들, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 기타 코팅층들과 같은 층들로 커버되는 전도성 구조물들과 같은 디바이스(10)의 사용자에게 보이지 않는 전도성 또는 유전체 하우징 구조물들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 하우징 벽들(12R 및/또는 12W)을 숨기는 역할을 하는 기타 구조물들)을 이용하여 구현될 수 있다.
디스플레이(14)는, 전도성 용량성 터치 센서 전극(conductive capacitive touch sensor electrode)의 층 또는 다른 터치 센서 컴포넌트(예컨대, 저항성 터치 센서 컴포넌트, 음향 터치 센서 컴포넌트, 힘 기반 터치 센서 컴포넌트, 광 기반 터치 센서 컴포넌트 등)를 통합하는 터치 스크린 디스플레이일 수 있거나, 또는 터치 감응형이 아닌 디스플레이일 수 있다. 용량성 터치 스크린 전극들은 인듐 주석 산화물 패드들의 어레이 또는 다른 투명 전도성 구조체들로 형성될 수 있다.
디스플레이(14)는 액정 디스플레이(LCD) 컴포넌트들로 형성된 디스플레이 픽셀들의 어레이, 전기 영동 디스플레이 픽셀들의 어레이, 플라즈마 디스플레이 픽셀들의 어레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 픽셀들의 어레이, 전기습윤 디스플레이 픽셀들의 어레이, 또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 디스플레이 픽셀들을 포함할 수 있다.
디스플레이(14)는 디스플레이 커버 층을 사용해 보호될 수 있다. 디스플레이 커버 층은 투명 재료, 예컨대 유리, 플라스틱, 사파이어 또는 다른 결정질 유전체 재료들, 세라믹, 또는 다른 투명 재료들로 형성될 수 있다. 디스플레이 커버 층은 예를 들어, 디바이스(10)의 길이 및 폭의 실질적으로 전부에 걸쳐 연장될 수 있다.
디바이스(10)는 버튼(18)과 같은 버튼들을 포함할 수 있다. 디바이스(10) 내에 임의의 적합한 수의 버튼들(예컨대, 단일 버튼, 하나 초과의 버튼, 2 개 이상의 버튼들, 5 개 이상의 버튼들 등)이 있을 수 있다. 버튼들은 하우징(12) 내의 개구들(예컨대, 전도성 하우징 측벽(12W) 또는 후방 하우징 벽(12R) 내의 개구들) 내에 또는 (예들로서) 디스플레이(14) 내의 개구 내에 위치될 수 있다. 버튼들은 회전식 버튼들, 슬라이딩 버튼들, 가동 버튼 부재 상의 누름에 의해 작동되는 버튼들 등일 수 있다. 버튼(18)과 같은 버튼들을 위한 버튼 부재들은 금속, 유리, 플라스틱, 또는 다른 재료들로 형성될 수 있다. 버튼(18)은 디바이스(10)가 손목시계 디바이스인 시나리오들에서 때때로 크라운으로서 지칭될 수 있다.
디바이스(10)는, 원하는 경우, 스트랩(15)과 같은 스트랩에 결합될 수 있다. 스트랩(15)은 (예로서) 사용자의 손목에 대해 디바이스(10)를 유지하는 데 사용될 수 있다. 스트랩(15)은 때때로 본 명세서에서 손목 스트랩(15)으로 지칭될 수 있다. 도 1의 예들에서, 손목 스트랩(15)은 디바이스(10)의 대향하는 측면들(8)에 연결된다. 디바이스(10)의 측면들(8) 상의 전도성 하우징 측벽들(12W)은 손목 스트랩(15)을 하우징(12)에 고정하기 위한 부착 구조물들(예를 들어, 손목 스트랩(15)을 수용하도록 하우징(12)을 구성하는 러그(lug)들 또는 다른 부착 메커니즘들)을 포함할 수 있다. 스트랩을 포함하지 않는 구성도 디바이스(10)에 사용될 수 있다.
디바이스(10)에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들을 도시하는 개략도가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(20)와 같은 저장 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부(20)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적 프로그램가능 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(20) 내의 프로세싱 회로부는 디바이스(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 응용 주문형 집적 회로들 등에 기초할 수 있다.
제어 회로부(20)는 인터넷 브라우징 어플리케이션, 음성 인터넷 프로토콜 전화 통화 어플리케이션(voice-over-internet-protocol (VOIP) telephone call applications), 이메일 어플리케이션, 미디어 플레이백 어플리케이션, 운영체계 기능 등과 같은 소프트웨어를 디바이스(10) 상에 가동시키는데 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용을 지지하기 위해, 제어 회로부(20)는 통신 프로토콜을 구현하는데 사용될 수 있다. 제어 회로부(20)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 레인징 프로토콜들(예를 들어, 무선 검출 및 레인징(RADAR) 프로토콜들 또는 밀리미터와 센티미터파 주파수들로 전달되는 신호들에 대한 다른 원하는 범위 검출 프로토콜들) 등을 포함한다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(22)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(22)는 입출력 디바이스들(24)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(24)은 데이터가 디바이스(10)에 공급되게 하기 위해, 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(24)은 사용자 인터페이스 디바이스, 데이터 포트 디바이스, 및 다른 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입출력 디바이스들(24)은 터치 스크린, 터치 센서 기능이 없는 디스플레이, 버튼, 스크롤 휠, 터치 패드, 키 패드, 키보드, 마이크로폰, 카메라, 버튼, 스피커, 상태 표시기, 광원, 오디오 잭 및 다른 오디오 포트 컴포넌트, 진동기들 또는 다른 햅틱 피드백 엔진, 디지털 데이터 포트 디바이스, 광 센서(예를 들어, 적외선 광 센서, 가시적 광 센서 등), 발광 다이오드, 모션 센서(가속도계), 정전용량 센서, 근접 센서, 자기 센서, 힘 센서(예컨대, 디스플레이에 가해진 압력을 검출하기 위해 디스플레이에 결합된 힘 센서) 등을 포함할 수 있다.
입출력 회로부(22)는 무선 회로부(34)를 포함할 수 있다. 무선 회로부(34)는 무선 전력 어댑터로부터 무선으로 전송된 전력을 수신하기 위한 무선 전력 수신기(26) 및 코일(44)을 포함할 수 있다. 무선 통신을 지원하기 위해, 무선 회로부(34)는 하나 이상의 집적 회로로 형성된 무선 주파수(RF) 송수신기 회로부, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기, 수동 RF 컴포넌트, 안테나들(40)과 같은 하나 이상의 안테나, 전송 라인, 및 RF 무선 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다. 무선 신호들은 또한 광을 이용하여(예컨대, 적외선 통신을 이용하여) 송신될 수 있다.
무선 회로부(34)는 다양한 무선 주파수 통신 대역을 처리하기 위한 무선 주파수 송수신기 회로부(42)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로부(34)는 송수신기 회로부(38, 36, 32, 30 및 28)를 포함할 수 있다. 송수신기 회로부(36)는 무선 로컬 영역 네트워크 송수신기 회로부일 수 있다. 송수신기 회로부(36)는 WiFi® (IEEE 802.11) 통신들을 위한 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ 대역들 또는 다른 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 대역들을 처리할 수 있고 2.4 ㎓ Bluetooth® 통신 대역 또는 다른 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 대역들을 처리할 수 있다.
무선 회로부(34)는, (예로서) 600 내지 960 ㎒의 낮은 통신 대역, 1400 ㎒ 또는 1500 ㎒ 내지 2170 또는 2200 ㎒의 중간 대역(예를 들어, 1700 ㎒에서 피크를 갖는 중간 대역), 및 2200 또는 2300 내지 2700 ㎒의 높은 대역(예를 들어, 2400 ㎒에서 피크를 갖는 높은 대역) 또는 600 ㎒와 4000 ㎒ 사이의 다른 통신 대역들과 같은 주파수 범위들, 또는 다른 적합한 주파수들에서의 무선 통신을 처리하기 위한 셀룰러 전화 송수신기 회로부(32)를 사용할 수 있다. 회로부(32)는 음성 데이터 및 비음성 데이터를 처리할 수 있다.
밀리미터파 회로부(28)(때때로 극고주파(EHF) 송수신기 회로부(28), 송수신기 회로부(28), 또는 밀리미터파 송수신기 회로부로 지칭됨)는 약 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수들에서의 통신들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 회로부(28)는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 극고주파(EHF) 또는 밀리미터파 통신 대역들에서의 및/또는 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓의 센티미터파 통신 대역들(때때로 수퍼 고주파수(SHF) 대역들로 지칭됨)에서의 통신들을 지원할 수 있다. 예로서, 밀리미터파 회로부(28)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 통신들을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 회로부(28)는 60 ㎓ 및/또는 5 세대 모바일 네트워크들에서의 IEEE 802.11ad 통신들 또는 27 ㎓ 내지 90 ㎓의 5 세대 무선 시스템들(5G) 통신 대역들을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 회로부(28)는 27.5 ㎓ 내지 28.5 ㎓의 제1 대역, 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 제2 대역, 및 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 제3 대역, 또는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 다른 통신 대역들과 같은, 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 다수의 주파수 대역들에서의 통신들을 지원할 수 있다. 회로부(28)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로부 상에 장착된 다수의 집적 회로들, 상이한 기판들 상에 장착된 하나 이상의 집적 회로들 등)로부터 형성될 수 있다.
회로부(28)가 때때로 본 명세서에서 밀리미터파 회로부(28)로 지칭되지만, 밀리미터파 회로부(28)는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수들에서 임의의 원하는 통신 대역들의 통신들을 처리할 수 있다(예컨대, 회로부(28)는 밀리미터파 통신 대역들 및/또는 센티미터파 통신 대역들에서의 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다). 하나의 적합한 배열에서, 밀리미터파 회로부(28)는 디바이스(10)와 디바이스(10)의 주변의 외부 물체들(예를 들어, 사용자 또는 다른 사람들의 신체, 동물들, 가구, 벽들, 또는 디바이스(10) 부근의 다른 물체들 또는 장애물들과 같은 하우징(12) 및 디바이스(10) 외부의 물체들) 사이의 범위를 검출 또는 추정하기 위해 밀리미터 및/또는 센티미터파 신호들을 사용하여 공간 레인지 동작들을 수행할 수 있다.
무선 회로부(34)는 1575 ㎒에서의 GPS(Global Positioning System) 신호들을 수신하기 위한 또는 다른 위성 측위 데이터(예컨대, 1609 ㎒에서의 GLONASS 신호들)를 처리하기 위한 GPS 수신기 회로부(38)와 같은 위성 내비게이션 시스템 회로부를 포함할 수 있다. 수신기(38)에 대한 위성 내비게이션 시스템 신호들은 지구를 선회하는 소정 성상(constellation)의 위성들로부터 수신된다. 무선 회로부(34)는, 원하는 경우, 다른 단거리 및 장거리 무선 링크들을 위한 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 회로부(34)는 텔레비전 및 무선 신호들을 수신하기 위한 회로부, 호출 시스템 송수신기, 근거리 통신(NFC) 송수신기 회로부(46)(예를 들어, 13.56 ㎒ 또는 다른 적합한 주파수에서 동작하는 NFC 송수신기) 등을 포함할 수 있다.
NFC 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 최대 수 인치에 걸쳐 전달된다. 위성 내비게이션 시스템 링크들, 셀룰러 전화 링크들, 및 기타 장거리 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수천 피트 또는 마일에 걸쳐서 데이터를 전달하는 데 이용된다. 2.4 및 5 ㎓의 WLAN 및 WPAN 링크들 및 다른 단거리 무선 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐 데이터를 전달하는 데 이용된다. 밀리미터파 회로부(28)는 가시선 경로를 통해 송신기와 수신기 사이에서 (짧은 거리에 걸쳐) 이동하는 신호들을 전달할 수 있다. 밀리미터 및 센티미터파 통신들에 대한 신호 수신을 향상시키기 위해, 위상 안테나 어레이들 및 빔 조향 기술들(예를 들어, 어레이 내의 각각의 안테나에 대한 안테나 신호 위상 및/또는 크기가 빔 조향을 수행하도록 조정되는 방식들)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 수행가능성 안테나들이 그들의 자리에서 사용될 수 있음을 보장하기 위해 안테나 다이버시티 방식들이 또한 이용될 수 있다.
무선 회로부(34)는 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 안테나들(40)은 임의의 적합한 안테나 타입들을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(40)은 슬롯 안테나 구조물들, 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 적층된 패치 안테나 구조물들, 기생 요소들을 갖는 안테나 구조물들, 역-F 형 안테나 구조물들, 평면형 역-F 형 안테나 구조물들, 나선형 안테나 구조물들, 모노폴 안테나들, 다이폴 안테나 구조물들, 야기(Yagi-Uda) 안테나 구조물들, 표면 통합 도파관 구조물들, 이들 설계들의 하이브리드들 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상은 공동-배킹된 안테나들일 수 있다.
상이한 유형의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합에 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 유형의 안테나는 로컬 무선 링크 안테나를 형성하는 데 사용될 수 있는 반면에, 다른 유형의 안테나는 원격 무선 링크 안테나를 형성하는 데 사용된다. 원하는 경우, 단일 안테나를 사용하여 둘 이상의 상이한 통신 대역을 처리함으로써 디바이스(10) 내에서 공간이 보전될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10) 내의 단일 안테나(40)는 2.4 ㎓에서의 WiFi® 또는 Bluetooth® 통신 대역, 1575 ㎒에서의 GPS 통신 대역, 5.0 ㎓에서의 WiFi® 또는 Bluetooth® 통신 대역 및 1500 ㎒ 내지 2170 ㎒의 셀룰러 전화 중간대역과 같은 하나 이상의 셀룰러 전화 통신 대역들에서의 통신들을 처리하는 데 사용될 수 있다. 위성 내비게이션 시스템 신호들을 수신하기 위해 전용 안테나들이 사용될 수 있거나, 또는, 원하는 경우, 안테나들(40)은 위성 내비게이션 시스템 신호들 및 다른 통신 대역들을 위한 신호들(예컨대, 무선 로컬 영역 네트워크 신호들 및/또는 셀룰러 전화 신호들) 양측 모두를 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나들(40)은 밀리미터 및 센티미터파 통신들을 처리하기 위한 위상 안테나 어레이들로 배열될 수 있다.
다른 식으로는 안테나들로서 사용되지 않을 것이고 추가적 디바이스 기능들을 지원하는 전기 컴포넌트들의 부분들을 사용하여 디바이스(10)에서 안테나들 중 적어도 일부를 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(14)(도 1)와 같은 컴포넌트들에 안테나 전류들을 유도하여, 디바이스(10) 내에 부피가 큰 안테나 구조체들을 통합할 필요 없이 디스플레이(14) 및/또는 다른 전기 컴포넌트들(예를 들어, 터치 센서, 근거리 통신 루프 안테나, 전도성 디스플레이 조립체 또는 하우징, 전도성 차폐 구조물들 등)이 Wi-Fi, 블루투스, GPS, 셀룰러 주파수 및/또는 다른 주파수에 대한 안테나로서 기능할 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다.
송신 라인 경로들은 디바이스(10) 내의 안테나 신호들(예컨대, 안테나들(40)에 의해 오버-디-에어로 송신되거나 수신되는 신호들)을 라우팅하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 송신 라인 경로들은 안테나 구조물들(40)을 송수신기 회로부(42)에 커플링시키는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10) 내의 송신 라인들은 동축 케이블 경로들, 마이크로스트립(microstrip) 송신 라인들, 스트립라인(stripline) 송신 라인들, 에지-결합형 마이크로스트립 송신 라인들, 에지-결합형 스트립라인 송신 라인들, 밀리미터파 주파수들에서의 신호들을 전달하기 위한 도파관 구조물들(예컨대, 동일평면 도파관들 또는 접지형 동일평면 도파관들), 이러한 유형들의 송신 라인들의 조합으로 형성된 송신 라인들 등을 포함할 수 있다.
디바이스(10) 내의 송신 라인 경로들은 원하는 경우 강성 및/또는 가요성 인쇄 회로 기판들에 통합될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10) 내의 송신 라인 경로들은, 다수의 차원들(예컨대, 2차원 또는 3차원)로 절첩될 수 있거나 휘어질 수 있고 휨 후에 휘어진 또는 절첩된 형상을 유지하는 다층 적층 구조물들(예컨대, 접착제를 개재시키지 않고서 함께 적층되는 구리와 같은 전도성 재료와 수지와 같은 유전체 재료의 층들) 내에 통합되는 송신 라인 도체들(예컨대, 신호 및/또는 접지 도체들)을 포함할 수 있다(예컨대, 다층 적층 구조물들은 다른 디바이스 컴포넌트들 둘레로 이동하도록 특정한 3차원 형상으로 절첩될 수 있고, 보강재들 또는 다른 구조물들에 의해 제자리에서 유지되지 않고서 절첩 후에 그의 형상을 유지하기에 충분히 강성일 수 있다). 적층 구조물들의 다수의 층들 모두는 (예컨대, 접착제로 다수의 층들을 함께 적층하기 위해 다수의 프레싱 공정들을 수행하는 것과는 반대로) 접착제 없이 함께 (예컨대, 단일 프레싱 공정에서) 배치(batch) 적층될 수 있다. 원하는 경우, 필터 회로, 스위칭 회로, 임피던스 정합 회로, 및 다른 회로는 전송 라인들 내에 개재될 수 있다.
디바이스(10)는 다수의 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 안테나들은 함께 사용될 수 있거나, 또는 안테나들 중 하나는 사용 중으로 스위칭될 수 있는 반면에 다른 안테나(들)는 비사용으로 스위칭된다. 원하는 경우, 제어 회로부(20)는 디바이스(10)에서 사용할 최적의 안테나를 실시간으로 선택하기 위해, 그리고/또는 안테나들(40) 중 하나 이상과 연관된 조정가능한 무선 회로부에 대한 최적의 설정을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 안테나 조절은 원하는 주파수 범위들 내에서 수행하기 위해, 위상 안테나 어레이로 빔 조향을 수행하기 위해, 그리고 다른 방식으로 안테나 성능을 최적화시키기 위해 안테나들을 동조시키도록 이루어질 수 있다. 센서들은 원하는 경우, 안테나들(40) 내에 통합되어, 안테나들(40)을 조절하는 데 사용되는 센서 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다.
일부 구성예들에서, 안테나들(40)은 안테나 어레이들, 예컨대, 빔 조향 기능들을 구현하는 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 회로부(28)에 대한 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 처리하는 데 사용되는 안테나들은 하나 이상의 위상 안테나 어레이들로 구현될 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 통신들을 지원하기 위한 위상 안테나 어레이 내의 방사 요소들은 패치 안테나들, 다이폴 안테나들, 야기(Yagi-Uda) 안테나들, 또는 다른 적합한 안테나들일 수 있다. 밀리미터파 회로부(28)는 원하는 경우, 위상 안테나 어레이들과 통합되어, 통합형 위상 안테나 어레이 및 송수신기 회로 모듈들 또는 패키지들을 형성할 수 있다.
핸드헬드 디바이스들과 같은 디바이스들에서, 사용자의 손 또는 디바이스가 놓여 있는 테이블 또는 다른 표면과 같은 외부 물체의 존재는 밀리미터파 신호들과 같은 무선 신호들을 차단하는 잠재력을 갖는다. 또한, 밀리미터파 통신은 전형적으로 안테나들(40)과 외부 디바이스 상의 안테나들 사이의 시선을 요구한다. 따라서, 다수의 위상 안테나 어레이들을 디바이스(10) 내에 통합하는 것이 바람직할 수 있으며, 이들 각각은 디바이스(10) 내의 또는 그 상의 상이한 위치에 배치된다. 이러한 유형의 배열에서, 차단되지 않은 위상 안테나 어레이가 사용되도록 스위칭될 수 있고, 일단 사용으로 스위칭되면, 위상 안테나 어레이는 무선 성능을 최적화하기 위해 빔 조향을 사용할 수 있다. 유사하게, 위상 안테나 어레이가 외부 디바이스에 대면하지 않거나 시선을 갖지 않는 경우, 외부 디바이스에 대한 시선을 갖는 다른 위상 안테나 어레이는 사용으로 스위칭될 수 있고, 위상 안테나 어레이는 무선 성능을 최적화하기 위해 빔 조향을 사용할 수 있다. 디바이스(10) 내의 하나 이상의 상이한 위치들로부터의 안테나들이 함께 동작되는 구성들은 또한 (예를 들어, 위상 안테나 어레이 등을 형성하기 위해) 사용될 수 있다.
송수신기 회로부(42)에 결합된 안테나(40)의 개략도가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 무선-주파수 송수신기 회로부(42)는 송신 라인 경로(64)를 사용하여 안테나(40)의 안테나 피드(feed)(100)에 결합될 수 있다. 안테나 피드(100)는 양극 안테나 피드 단자(96)와 같은 양극 안테나 피드 단자를 포함할 수 있고, 접지 안테나 피드 단자(98)와 같은 접지 안테나 피드 단자를 포함할 수 있다. 송신 라인 경로(64)는 단자(96)에 결합된 경로(94)와 같은 포지티브 송신 라인 신호 경로 및 단자(98)에 결합된 경로(92)와 같은 접지 송신 라인 신호 경로를 포함할 수 있다. 송신 라인 경로(64)는 안테나(40)에 대한 안테나 공진 요소 및 접지에 직접 연결될 수 있거나, 또는 안테나(40)에 대한 공진 요소에 간접적으로 피드하는 데 사용되는 근거리-결합(near-field-coupled) 안테나 피드 구조체들에 결합될 수 있다.
임의의 원하는 안테나 구조물들이 안테나들(40)을 구현하는 데 사용될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 상이한 안테나 구조물들이, 더 낮은 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 안테나들(40)을 구현하는 데 사용되는 것보다 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 전달하는 안테나들(40)을 구현하는 데 사용될 수 있다.
센티미터 및 밀리미터파 주파수들보다 낮은 주파수에서(예를 들어, 10 ㎓보다 낮은 주파수에서) 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 예시적인 안테나(40)가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 디바이스(10) 내의 안테나들(40)은 10 ㎓보다 낮은 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 처리하는 안테나(40S)를 포함할 수 있다. 안테나(40S)가 센티미터파 및 밀리미터파 주파수들 둘 모두 미만의 주파수들(즉, 10 ㎓ 미만의 주파수들)을 처리하지만, 안테나(40S)는 때때로 본 명세서에서 비-밀리미터파 안테나(40S)로 지칭될 수 있다. 비-밀리미터파 안테나(40S)는 예를 들어 셀룰러 전화, WLAN, WPAN, 및/또는 GPS 주파수 대역들에서의 무선 주파수 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있다.
때때로 본 명세서에 예로서 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 비-밀리미터파 안테나(40S)는 슬롯 안테나 구조물들을 사용하여 구현될 수 있다(예를 들어, 비-밀리미터파 안테나(40S)는 슬롯 안테나일 수 있고, 때때로 본 명세서에서 슬롯 안테나(40S) 또는 비-밀리미터파 슬롯 안테나(40S)로 지칭될 수 있다). 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로 임의의 원하는 안테나 구조물들이 비-밀리미터파 안테나(40S)를 구현하는 데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 비-밀리미터파 안테나(40S)는 유전체 개구(104)와 같은 유전체 개구가 제공된 구조물(102)과 같은 전도성 구조물을 포함할 수 있다. 도 4의 개구(104)와 같은 개구들은 때때로 슬롯들, 슬롯 안테나 공진 요소들, 또는 슬롯 요소들로 지칭된다. 도 4의 구성에서, 개구(104)는 폐쇄 슬롯인데, 그 이유는 전도성 구조물(102)의 부분들이 개구(104)를 완전히 둘러싸고 봉입하기 때문이다. 개방 슬롯 안테나들은 또한 전도성 구조물(102)과 같은 전도성 재료들로 형성될 수 있다(예컨대, 개구(104)가 전도성 구조물(102)을 통해 돌출하도록 전도성 구조물(102)의 우측 또는 좌측 단부에 개구를 형성함으로써) 형성될 수 있다.
비-밀리미터파 안테나(40S)를 위한 안테나 피드(100)는 포지티브 안테나 피드 단자(96) 및 접지 안테나 피드 단자(98)를 사용하여 형성될 수 있다. 일반적으로, 안테나의 주파수 응답은 안테나 내의 전도성 구조물들의 크기 및 형상들과 관련된다. 도 4의 비-밀리미터파 안테나(40S)와 같은 슬롯 안테나들은 슬롯 주연부(P)가 안테나의 유효 동작 파장과 동일한 때 응답 피크들을 나타내는 경향이 있다(예컨대, 여기서, 주연부(P)는 길이(L)의 2 배 플러스 폭(W)의 2 배와 동일하고, 유효 파장은 슬롯(104) 내의 임의의 유전체 재료들과 연관된 유전체 효과들을 고려한다). 안테나 전류들은 슬롯(104)의 주연부(P) 주위에서 피드 단자들(96 및 98) 사이에서 유동할 수 있다. 일례로서, 슬롯 길이(L) >> 슬롯 폭(W)인 경우, 비-밀리미터파 안테나(40S)의 길이는 동일한 주파수에서의 신호들을 처리하도록 구성된 역-F 안테나들과 같은 다른 유형의 안테나들의 길이의 약 절반인 경향이 있을 것이다. 따라서, 동일한 안테나 체적들이 주어지면, 비-밀리미터파 안테나(40S)는 예를 들어 역-F 안테나와 같은 다른 안테나들의 주파수의 대략 2 배로 신호를 처리할 수 있을 것이다.
피드(100)는 슬롯(104)의 대향하는 에지들(114 및 116) 사이의 위치에서 슬롯(104)을 가로질러 결합될 수 있다. 예를 들어, 피드(100)는 슬롯(104)의 측면(114)으로부터 거리(118)에 위치될 수 있다. 거리(118)는 비-밀리미터파 안테나(40S)의 임피던스를 대응하는 송신 라인(예를 들어, 도 3의 송신 라인 경로(64))과 매칭하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(104) 주위에서 흐르는 안테나 전류는 슬롯(104)의 에지들(114 및 116)에서 0의 임피던스(예컨대, 단락 회로 임피던스) 및 슬롯(104)의 중심에서(예컨대, 슬롯의 기본 주파수에서) 무한한(개방 회로) 임피던스를 겪을 수 있다. 위치(118)는 안테나 전류가 예를 들어 대응하는 송신 라인의 임피던스와 매칭하는 임피던스를 겪는 위치에서 슬롯(104)의 중심과 에지(114) 사이에 위치될 수 있다(예를 들어, 거리(118)는 비-밀리미터파 안테나(40S)의 동작 파장의 0 내지 1/4일 수 있다).
도 4의 예는 단지 예시일 뿐이다. 일반적으로, 슬롯(104)은 임의의 원하는 형상(예컨대, 슬롯(104)의 주연부(P)가 비-밀리미터파 안테나(40S)의 방사 특성을 정의하는 경우)을 가질 수 있다. 예를 들어, 슬롯(104)은 상이한 방향들로 연장되는 상이한 세그먼트들을 갖는 사행 형상(meandering shape)을 가질 수 있고, 직선 및/또는 곡선 에지들 등을 가질 수 있다. 전도성 구조물들(102)은 임의의 원하는 전도성 전자 디바이스 구조물들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 전도성 구조물들(102)은 인쇄 회로 기판들 또는 다른 기판들 상의 전도성 트레이스들, 시트 금속, 금속 포일, 디스플레이(14)(도 1)와 연관된 전도성 구조물들, 하우징(12)의 전도성 부분들(예컨대, 도 1의 전도성 하우징 측벽들(12W)), 또는 디바이스(10) 내의 다른 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 슬롯(104)의 상이한 측면들(에지들)은 상이한 전도성 구조물들에 의해 한정될 수 있다.
10 ㎓ 초과의 주파수들에서의 신호들의 상당한 오버-디-에어 감쇠로 인해, 10 ㎓ 초과의 밀리미터 및 센티미터파 주파수들을 처리하기 위한 디바이스(10) 내의 안테나들(40)은 빔 조향 기능들을 구현하는 위상 안테나 어레이들에서 형성될 수 있다. 위상 안테나 어레이들에서 이들 안테나들을 구현하는 것은, 밀리미터 및 센티미터파 신호들의 전체 이득이, 그렇지 않으면 (예컨대, 위상 안테나 어레이 내의 개별 안테나들 사이의 보강 간섭으로 인해) 단일 안테나를 사용하여 달성가능할 것보다 크도록 허용하여, 이들 주파수들에서의 오버-디-에어 감쇠를 상쇄하는 것을 돕는다(예를 들어, 신호들의 이득은 어레이의 안테나들의 수에 비례할 수 있다). 빔 조향 기술들은 (예를 들어, 위상 안테나 어레이를 사용하는 것과 연관된 이득의 증가가 또한 임의의 주어진 시간에 커버리지 영역을 좁히기 때문에) 위상 안테나 어레이가 그의 시야 내의 모든 각도들을 커버하도록 허용하는 데 사용될 수 있다.
도 5는 10 ㎓(예를 들어, 밀리미터파 및 센티미터파 신호들) 초과의 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 안테나들(40)이 어떻게 위상 안테나 어레이로 형성될 수 있는지를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(34)는 안테나들(40M)과 같은 10 ㎓ 초과의 주파수들을 처리하기 위한 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 안테나들(40M)은 일반적으로 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 밀리미터파 신호들 및/또는 센티미터파 신호들을 처리할 수 있지만, 안테나들(40M)은 때때로 본 명세서에서 단순화를 위해 밀리미터파 안테나들(40M)로 지칭될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(34)는 위상 안테나 어레이(124)(때때로 본 명세서에서 어레이(124), 안테나 어레이(124), 또는 밀리미터파 안테나들(40M)의 어레이(124)로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 수 N 개의 밀리미터파 안테나들(40M)을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 송신 라인 경로들(64)(예컨대, 하나 이상의 무선 주파수 송신 라인들)과 같은 신호 경로들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(124) 내의 제1 밀리미터파 안테나(40M-1)는 제1 송신 라인 경로(64-1)에 결합될 수 있고, 위상 안테나 어레이(124) 내의 제2 밀리미터파 안테나(40M-2)는 제2 송신 라인 경로(64-2)에 결합될 수 있고, 위상 안테나 어레이(124) 내의 제N 밀리미터파 안테나(40M-N)는 제N 송신 라인 경로(64-N) 등에 결합될 수 있다.
위상 안테나 어레이(124) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)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). 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124)는 밀리미터파 안테나들(40M)의 1 × N 어레이이다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124) 내의 안테나들(40M)은 단일 행 또는 열로 배열될 수 있다).
신호 송신 동작들 동안, 송신 라인 경로들(64)은 외부 무선 장비에 대한 무선 송신을 위한 위상 안테나 어레이(124)에 밀리미터파 회로부(28)(도 2)로부터의 신호들(예컨대, 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들과 같은 무선 주파수 신호들)을 공급하는 데 사용될 수 있다. 신호 수신 동작들 동안, 송신 라인 경로들(64)은 외부 장비로부터 위상 안테나 어레이(124)에서 수신된 신호들을 밀리미터파 회로부(28)(도 2)로 전달하는 데 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이(124)에서의 다수의 밀리미터파 안테나들(40M)의 사용은 안테나들에 의해 전달되는 무선 주파수 신호의 상대적 위상들 및 크기들(진폭들)을 제어함으로써 빔 조향 배열들이 구현될 수 있게 한다. 도 5의 예에서, 밀리미터파 안테나들(40M)은 각각 대응하는 무선 주파수 위상 및 크기 제어기(120)를 갖는다(예컨대, 송신 라인 경로(64-1) 상에 개재된 제1 위상 및 크기 제어기(120-1)는 밀리미터파 안테나(40M-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 송신 라인 경로(64-2) 상에 개재된 제2 위상 및 크기 제어기(120-2)는 밀리미터파 안테나(40M-2)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 송신 라인 경로(64-N) 상에 개재된 제N 위상 및 크기 제어기(120-N)는 밀리미터파 안테나(40M-N)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있는 식이다).
위상 및 크기 제어기들(120)은 각각 송신 라인 경로들(64) 상의 무선 주파수 신호들의 위상을 조정하기 위한 회로부(예컨대, 위상 시프터 회로부들) 및/또는 송신 라인 경로들(64) 상의 무선 주파수 신호들의 크기를 조정하기 위한 회로부(예컨대, 전력 증폭기 및/또는 저잡음 증폭기 회로부들)를 포함할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(120)은 때때로 본 명세서에서 집합적으로 빔 조향 회로부(예컨대, 위상 안테나 어레이(124)에 의해 송신 및/또는 수신된 무선 주파수 신호들의 빔을 조향하는 빔 조향 회로부)로 지칭될 수 있다.
위상 및 크기 제어기들(120)은 위상 안테나 어레이(124) 내의 안테나들 각각에 제공되는 송신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있고, 외부 장비로부터 위상 안테나 어레이(124)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있다. 용어 "빔" 또는 "신호 빔" 은 본 명세서에서 특정 방향으로 위상 안테나 어레이(124)에 의해 송신 및 수신되는 무선 신호들을 집합적으로 지칭하는 데 사용될 수 있다. 용어 "송신 빔" 은 때때로 특정 방향으로 송신되는 무선 라디오 주파수 신호들을 지칭하는 데 사용될 수 있는 반면, 용어 "수신 빔" 은 때때로 본 명세서에서 특정 방향으로부터 수신되는 무선 라디오 주파수 신호들을 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 위상 및 크기 제어기들(120)이 송신된 밀리미터파 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되면, 송신된 신호들은 포인트 A의 방향으로 배향되는 도 5의 빔(126)에 의해 도시된 바와 같이 밀리미터파 송신 빔을 형성할 것이다. 그러나, 위상 및 크기 제어기들(120)이 송신된 밀리미터파 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되면, 송신된 신호들은 포인트 B의 방향으로 배향되는 빔(128)에 의해 도시된 바와 같은 밀리미터파 송신 빔을 형성할 것이다. 유사하게, 위상 및 크기 제어기들(120)이 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되면, 무선 신호들(예컨대, 밀리미터파 주파수 수신 빔에서의 밀리미터파 신호들)은 빔(126)에 의해 도시된 바와 같이 포인트 A의 방향으로부터 수신될 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(120)이 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 신호들은 빔(128)에 의해 도시된 바와 같이 포인트 B의 방향으로부터 수신될 수 있다.
각각의 위상 및 크기 제어기(120)는 제어 회로부(20)(도 2)로부터 수신된 대응하는 제어 신호(122) 또는 디바이스(10) 내의 다른 제어 회로부에 기초하여 원하는 위상 및/또는 크기를 생성하도록 제어될 수 있다(예를 들어, 위상 및 크기 제어기(120-1)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(122-1)를 사용하여 제어될 수 있고, 위상 및 크기 제어기(120-2)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(122-2)를 사용하여 제어될 수 있는 식이다). 원하는 경우, 제어 회로부(20)는 송신 또는 수신 빔을 시간 경과에 따라 상이한 원하는 방향들로 조향하기 위해 실시간으로 제어 신호들(122)을 능동적으로 조정할 수 있다.
밀리미터 또는 센티미터파 통신들을 수행할 때, 무선 주파수 신호들은 위상 안테나 어레이(60)와 외부 장비 사이의 시선 경로(line of sight path)를 통해 전달된다. 외부 장비가 도 5의 위치 A에 위치되면, 위상 및 크기 제어기들(120)은 방향 A를 향해 신호 빔을 조향하도록 조정될 수 있다. 외부 장비가 위치 B에 위치되면, 위상 및 크기 제어기들(120)은 신호 빔을 방향 B를 향해 조향하도록 조정될 수 있다. 도 5의 예에서, 빔 조향은 단순화를 위해 (예를 들어, 도 5의 페이지 상의 좌측 및 우측을 향해) 단일 자유도에 걸쳐 수행되는 것으로 도시된다. 그러나, 실제로, 빔은 2 개 이상의 자유도들에 걸쳐(예를 들어, 3 차원에서, 페이지 내외로 그리고 도 5의 페이지 상의 좌우로) 조향된다. 위상 안테나 어레이(124)를 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행할 때, 신호 빔은 위치 A에서 디바이스(10)와 외부 물체 사이의 범위를 검출하기 위해 방향 A를 향해 조향될 수 있고, 위치 B에서 디바이스(10)와 외부 물체 사이의 범위를 검출하기 위해 방향 B를 향해 조향될 수 있다.
원하는 경우, 도 2의 밀리미터파 회로부(28)는 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 외부 장비(예컨대, 셀룰러 전화, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 무선 액세스 포인트 또는 기지국 등과 같은 외부 무선 통신 디바이스)와의 양방향 통신들을 수행할 수 있다. 양방향 통신들을 수행할 때, 도 2의 밀리미터파 회로부(28)는 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 무선 데이터를 인코딩할 수 있고, 무선 데이터를 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 외부 장비에 송신할 수 있고, 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들로 외부 장비에 의해 송신되는 무선 데이터를 수신할 수 있고, 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 수신된 무선 데이터를 디코딩할 수 있다. 그러한 밀리미터파 통신 프로토콜들은, 예를 들어, IEEE 802.11ad 통신 프로토콜들 또는 5세대 무선 시스템들(5G) 통신 프로토콜들을 포함할 수 있다.
밀리미터파 회로부(28)에 의해 수행되는 공간 레인징 동작들은 외부 통신 장비를 요구하지 않는 일방향 통신들을 수반할 수 있다. 공간적 레인징 동작들은, 예를 들어, 범위 검출 동작들, 외부 물체 검출 동작들, 및/또는 외부 물체 추적 동작들을 포함할 수 있다. 공간 레인징 동작들을 수행할 때, 밀리미터파 회로부(28)는 (예를 들어, 레이더 프로토콜 또는 다른 범위 또는 물체 검출 프로토콜에 기초하여) 위상 안테나 어레이(124)를 사용하여 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 펄스들 또는 다른 미리 결정된 신호들의 시퀀스(예를 들어, 시리즈)와 같은 신호를 송신할 수 있다. 이어서, 밀리미터파 회로부(28)는 디바이스(10) 부근(예를 들어, 디바이스(10)의 가시선 내)의 외부 물체로부터 반사된 송신된 신호의 반사된 버전의 수신을 기다릴 수 있다. 송신된 신호의 반사된 버전을 수신할 때, 밀리미터파 회로부(28) 또는 제어 회로부(20)(도 2)는 송신된 신호(예컨대, 송신된 신호 내의 펄스들의 시퀀스)를 송신된 신호의 수신된 반사된 버전(예컨대, 수신된 신호 내의 펄스들의 시퀀스)과 비교하여, (예컨대, 송신된 신호와 수신된 신호 사이의 시간 지연 및 오버 디 에어의 신호들의 공지된 전파 속도에 기초하고 범위 또는 물체 검출 프로토콜을 사용하여) 디바이스(10)와 외부 물체 사이의 거리를 식별할 수 있다. 펄스들의 시퀀스는, 예를 들어, 밀리미터파 회로부(28)가, 임의의 주어진 수신된 신호가 디바이스(10)에서 수신된 일부 다른 신호 대신에 송신된 신호의 반사된 버전임을 식별하도록 허용할 수 있다(예를 들어, 펄스들의 시퀀스는 송신된 신호의 반사된 버전에 대해 송신된 신호의 펄스들의 공지된 시퀀스와 동일할 것이기 때문이다).
실제로, 도 2의 밀리미터파 회로부(28)를 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하는 데 필요한 하드웨어는 밀리미터파 회로부(28)를 사용하여 양방향 통신들을 수행하는 데 필요한 하드웨어보다 더 작고 덜 자원-집약적일 수 있다. (예컨대, 도 1 에 도시되고 예시로서 본 명세서에서 설명된 바와 같은) 디바이스(10)가 손목시계 또는 다른 웨어러블 디바이스로서 구현되는 시나리오들과 같은 비교적 작은 폼 팩터 디바이스들에 대해, 밀리미터파 회로부(28)를 사용하여 양방향 통신들을 수행하는 데 필요한 하드웨어를 형성하기에 충분한 공간이 디바이스(10) 내에 있지 않을 수 있다. 그러나, 밀리미터파 회로부(28)가 하나 이상의 위상 안테나 어레이(124)를 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 허용하기 위해 디바이스(10) 내에 여전히 충분한 공간이 있을 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 밀리미터파 회로부(28)를 사용하여 양방향 통신들을 수행하는 데 필요한 하드웨어를 형성하기에 충분한 공간이 디바이스(10) 내에 존재하여 하더라도, 밀리미터파 회로부(28)는, 원하는 경우, 다른 컴포넌트들에 의한 사용을 위해 디바이스(10) 내의 공간을 절약하기 위해 공간 레인징 동작들을 수행하는 데 필요한 하드웨어만을 포함할 수 있다.
도 6은 무선 회로부(34)가 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 밀리미터파 회로부를 어떻게 포함할 수 있는지를 도시하는 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 밀리미터파 회로부(28)는 송신 라인 경로(64)를 통해 위상 안테나 어레이(124)에 결합될 수 있다. 스위치(SW)와 같은 무선 주파수 스위칭 회로가 밀리미터파 회로부(28)와 위상 안테나 어레이(124) 사이에서 송신 라인 경로(64) 상에 개재될 수 있다.
밀리미터파 회로부(28)는 송신기(146)와 같은 송신기 및 수신기(148)와 같은 수신기를 포함할 수 있다(때때로 본 명세서에서 밀리미터파 송신기(146) 및 밀리미터파 수신기(148)로 지칭된다). 송신기(146)는 스위치(SW)의 단자(142)에 결합될 수 있다. 수신기(148)는 스위치(SW)의 단자(140)에 결합될 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 스위치(SW)의 단자(144)에 결합될 수 있다. 밀리미터파 회로부(28)는 경로(150)를 통해 제어 회로부(20)(도 2)에 결합될 수 있다.
제어 회로부(20)는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 밀리미터파 회로부(28)를 제어하는 경로(150)를 통해 제어 신호들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 송신기(146)는 (예컨대, 범위 또는 물체 검출 프로토콜 및/또는 경로(150)를 통해 수신된 제어 신호들에 기초하여) 펄스들의 미리 결정된 시퀀스를 포함하는 10 ㎓ 초과의 주파수로 신호를 생성할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 밀리미터파 회로부(28)는 펄스들의 미리 결정된 시퀀스를 생성하는 기저대역 회로부를 포함할 수 있고, 송신기(146)는 펄스들을 포함하는 10 ㎓ 초과의 주파수로 신호를 생성할 수 있다. 송신기(146)는 신호를 스위치(SW)로 송신할 수 있다.
도 2의 밀리미터파 회로부(28) 또는 제어 회로부(20)는 단자(142)가 단자(144)에 결합된 제1 상태와 단자(144)가 단자(140)에 결합되는 제2 상태 사이에서 스위치(SW)를 제어(토글)할 수 있다(예컨대, 스위치(SW)는 단극 단일-스로우(SPST) 스위치일 수 있다). 스위치(SW)는 신호 송신 동안 단자(144)를 단자(142)에 결합시키기 위해 제1 상태에 배치될 수 있다. 스위치(SW)는 송신기(146)로부터 위상 안테나 어레이(124)로 신호를 라우팅할 수 있고, 위상 안테나 어레이(124)는 신호를 송신 빔으로서 송신할 수 있다. 도 2의 제어 회로부(20)는 송신 빔을 원하는 방향으로 조향하기 위해 위상 안테나 어레이(124)에 제어 신호들(122)을 제공할 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124) 내의 각각의 안테나는 제어 신호들(122)에 의해 식별된 바와 같은 각각의 위상 및/또는 크기를 사용하여 동일한 신호를 송신할 수 있다).
신호가 송신된 후, 스위치(SW)는 단자(144)를 단자(140)에 결합시키기 위해 제2 상태에 배치될 수 있다. 수신기(148)는 위상 안테나 어레이(124)로부터의 송신된 신호의 반사된 버전의 수신을 기다릴 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 디바이스(10) 부근(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)의 가시선 내)의 외부 물체로부터 반사되는 송신된 송신된 신호의 반사된 버전을 수신할 수 있다. 스위치(SW)는 송신된 신호의 수신된 반사된 버전을 수신기(148)로 라우팅할 수 있다. 송신된 신호의 수신된 버전은 원하는 경우 경로(150)를 통해 도 2의 제어 회로부(20)로 전달될 수 있다. 밀리미터파 회로부(28) 및/또는 제어 회로부(20)는 송신된 신호를 송신된 신호의 수신된 반사된 버전과 비교하여 디바이스(10)와 외부 물체 사이의 범위를 식별하고/하거나 외부 물체의 존재를 검출할 수 있다. 스위치(SW)는 후속하여 제1 상태로 다시 토글링될 수 있고, 송신기(146)는 다른 신호를 송신하여 계속해서 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 원하는 경우 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 자신의 시야 내에서 모든 각도들에 걸쳐 조향될 수 있다. 이러한 방식으로, 밀리미터파 회로부(28)는 송신기(146) 및 수신기(148) 중 단지 하나만이 주어진 시간에 위상 안테나 어레이(124)에 결합되는 시분할 듀플렉스(TDD) 방식을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다.
송신기(146) 및 수신기(148)는 (예컨대, 양방향 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 신호들을 변조하지 않고서) 범위 및 물체 검출 프로토콜을 사용하여 10 ㎓ 초과의 주파수들에서 펄스들의 시퀀스들을 송신 및 수신함으로써 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 이는 밀리미터파 회로부(28)가 (예컨대, 5G 프로토콜 또는 IEEE 802.11ad 프로토콜을 사용하여) 양방향 밀리미터파 통신들을 수행하는 시나리오들에 비해 밀리미터파 회로부(28)를 구현하는 데 필요한 하드웨어 및 공간을 크게 단순화할 수 있다.
도 6의 예는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 송신기(146) 및 수신기(148)는 (예를 들어, 대응하는 수의 단자들을 갖는 스위치 매트릭스 또는 다른 스위칭 회로부를 통해 밀리미터파 회로부(28)에 결합된 각각의 송신 라인들을 통해) 다수의 위상 안테나 어레이들에 결합될 수 있다. 원하는 경우, 무선 회로부(34)는 동일한 위상 안테나 어레이(124)에 결합되거나 상이한 위상 안테나 어레이들(124)에 결합된 다수의 송신기들(146) 및 수신기들(148)을 포함할 수 있다(예를 들어, 각각의 위상 안테나 어레이는 원하는 경우 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 대응하는 송신기(146) 및 수신기(148)를 가질 수 있다).
실제로, 양방향 밀리미터파 통신 동작들을 수행하기 위해 비교적 큰 위상 안테나 어레이들이 요구될 수 있다. 예를 들어, 비교적 긴 거리들에 걸쳐 만족스러운 링크 품질을 갖는 양방향 밀리미터파 통신들을 수행하기에 충분한 이득을 획득하기 위해 행들 및 열들로 배열되는 안테나들의 2 차원 어레이들이 요구될 수 있다. 그러나, 공간 레인징 동작들을 수행할 때, 밀리미터파 신호들은 일반적으로 더 짧은 거리들에 걸쳐 송신되고, 양방향 밀리미터파 통신들과 동일한 링크 품질 요건들을 갖지 않는다. 따라서, 위상 안테나 어레이(124)와 같은 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 위상 안테나 어레이들은 비교적 적은 안테나들(예를 들어, 2 개의 안테나들, 3 개의 안테나들, 4 개의 안테나들, 5 개의 안테나들, 9 개 미만의 안테나들 등)을 포함하는 1 차원 어레이들과 같은 비교적 작은 어레이들일 수 있다.
도 7은 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 밀리미터파 회로부(28)에 의해 사용될 수 있는 예시적인 1 차원 위상 안테나 어레이(124)의 사시도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124)는 N개의 밀리미터파 안테나들(40M)의 단일 행 또는 열(예컨대, 제1 밀리미터파 안테나(40M-1), 제2 밀리미터파 안테나(40M-2), 제N 밀리미터파 안테나(40M-N)등)을 포함한다.
위상 안테나 어레이(124)는 기판(160)과 같은 유전체 기판 상에 형성될 수 있다. 기판(160)은, 예를 들어, 강성 또는 가요성 인쇄 회로 보드 또는 다른 유전체 기판일 수 있다. 기판(160)은 다수의 적층된 유전체 층들(예를 들어, 유리 섬유-충전된 에폭시의 다수의 층들과 같은 인쇄 회로 보드 기판의 다수의 층들)을 포함할 수 있거나, 단일 유전체 층을 포함할 수 있다. 기판(160)은 에폭시, 플라스틱, 세라믹, 유리, 폼, 또는 다른 재료들과 같은 임의의 원하는 유전체 재료들을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)의 표면에 장착될 수 있거나, 또는 기판(160) 내에(예컨대, 기판(160)의 단일 층 내에 또는 기판(160)의 다수의 층 내에) 부분적으로 또는 완전히 임베딩될 수 있다.
도 7의 예에서, 밀리미터파 안테나들(40M)은 안테나 접지 평면 위에 형성된 패치 안테나 공진 요소들을 갖는 패치 안테나들인 것으로 도시되어 있다. 패치 안테나 공진 요소 위의 접지 평면, 및 패치 안테나 공진 요소 위의 선택적인 기생 요소 각각은 원하는 경우 기판(160)의 별개의 층들 상에 형성될 수 있다(예를 들어, 기생 요소 또는 패치 안테나 공진 요소는 기판(160)의 노출된 표면 상에 형성될 수 있다). 원하는 경우, 각각의 밀리미터파 안테나(40M)는 단일 편광을 커버하기 위해 단일 피드를 사용하여 피드될 수 있거나, 다수의 편광들 또는 원형 또는 타원형 편광들과 같은 다른 편광들을 커버하기 위해 다수의 피드들을 사용하여 피드될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로 임의의 다른 원하는 안테나 구조물들이 위상 안테나 어레이(124) 상에서 밀리미터파 안테나들(40M)을 구현하는 데 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이(124) 내의 각각의 밀리미터파 안테나(40M)는 거리(161)만큼 인접 밀리미터파 안테나(40M)로부터 (예컨대, 도 7의 V-U 평면에서) 측방향으로 분리될 수 있다. 거리(161)는, 예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)의 유효 동작 파장의 1/2(예를 들어, 기판(160)을 형성하는 데 사용되는 유전체 재료들로부터의 기여들을 조정한 후 자유공간 동작 파장의 1/2)과 대략 동일할 수 있다. 일례로서, 거리(161)는 1.0 mm 내지 4.0 mm(예컨대, 60 ㎓ 에서의 신호들에 대해 대략 2.5 mm)일 수 있다.
공간 레인징 동작들을 수행할 때, 위상 안테나 어레이(124)는 10 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 주파수 신호(162)(예를 들어, 도 6의 송신기(146)에 의해 송신된 펄스들의 시퀀스)를 송신할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)는 (예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)의 빔이 조향되는 위치에 있는) 위상 안테나 어레이(124)의 가시선 내에 위치된 외부 물체로부터 반사된 송신된 무선 주파수 신호(162)의 버전인 반사된 무선 주파수 신호(164)를 수신할 수 있다.
위상 안테나 어레이(124) 및 기판(160)은 때때로 본 명세서에서 총체적으로 안테나 모듈로 지칭될 수 있다. 원하는 경우, 도 6의 밀리미터파 회로부(28) 또는 다른 송수신기 회로부가 (예를 들어, 기판(160)의 표면에서 또는 기판(160) 내에 임베딩된) 안테나 모듈에 장착될 수 있다.
도 8은 도 7의 1 차원 위상 안테나 어레이(124)의 측면도이다(예를 들어, 도 8의 페이지의 평면이 도 7의 U-W 평면에 놓임). 도 8에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124)는 패턴 포락선(170)과 같은 패턴 포락선과 연관된 방사 패턴을 나타낼 수 있다. 패턴 포락선(곡선)(170)은 위상 안테나 어레이에 대한 전체 시야에 걸쳐 조향될 때 위상 안테나 어레이(124)에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들(162)(도 7)의 이득을 나타낼 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)에 의해 취급되고 임의의 주어진 시간에 특정 방향으로 조향되는 신호들의 빔은 단지 패턴 포락선(170)의 작은 서브세트에 걸쳐 연장된다).
위상 안테나 어레이(124)의 중심으로부터의 패턴 포락선(170)의 거리는 상이한 빔 조향 각도들에서 위상 안테나 어레이의 이득을 나타낸다. 패턴 포락선(170)에 의해 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124)는 도 8의 U 축과 정렬된 종축을 갖는 1 차원 어레이이기 때문에, 위상 안테나 어레이(124)는 U-축 위의 U-W 평면의 대부분에 걸쳐 비교적 균일한 이득을 나타낼 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)의 이득이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어지는 임계치들(171) 사이의 각도(C1)에 의해 특성화된다).
도 9는 도 7 및 도 8의 1 차원 위상 안테나 어레이(124)의 측면도이다(예를 들어, 도 9의 페이지의 평면이 도 7 및 도 8의 V-W 평면에 놓임). 도 9에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124)는 도 9의 V 및 W 축들에 수직으로 정렬된 종축을 갖는 1 차원 어레이이기 때문에, 위상 안테나 어레이(124)는 V-축 위의 V-W 평면의 비교적 좁은 슬라이스에 걸쳐 비교적 균일한 이득을 나타낼 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)의 이득이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어지는 임계치들(173) 사이의 각도(C2)에 의해 특성화된다). 도 8의 각도(C1) 및 도 9의 각도(C2)는 예를 들어 위상 안테나 어레이(124)의 시야를 특성화할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각도(C2)는 이러한 예에서 위상 안테나 어레이(124)의 1 차원 기하구조로 인해 각도(C1) 미만일 수 있다(예컨대, 위상 안테나 어레이(124)의 시야는 위상 안테나 어레이의 종축을 따라 볼 때 비교적 좁을 수 있지만, 종축과 수직으로 볼 때 비교적 넓을 수 있다).
도 7 내지 도 9의 예는 단지 예시일 뿐이다. 일반적으로, 패턴 포락선(170)은 임의의 형상(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)의 특정 배열, 기판(160)을 형성하는 데 사용되는 재료들, 위상 안테나 어레이(124)의 동작 주파수 등에 대응하는 형상)을 가질 수 있다. 위상 안테나 어레이(60)는 임의의 원하는 패턴으로 배열된 임의의 원하는 수의 밀리미터파 안테나들(40M)을 포함할 수 있다.
도 10은 비-밀리미터파 안테나(40S) 및 밀리미터파 안테나들(40M)(예컨대, 밀리미터파 안테나들(40M)의 하나 이상의 위상 안테나 어레이(124))가 디바이스(10) 내에서 어떻게 형성될 수 있는지를 도시하는 디바이스(10)의 평면도이다. 도 10의 페이지의 평면은 예를 들어, 도 1의 X-Y 평면 내에 놓일 수 있다. 도 10의 예에서, 디스플레이(14)의 커버 층은 명료함을 위해 도시되지 않는다.
도 10에 도시된 바와 같이, 비-밀리미터파 안테나(40S)의 슬롯(104)은 사행 경로를 따를 수 있고, 상이한 전도성 전자 디바이스 구조물들에 의해 정의되는 에지들을 가질 수 있다. 슬롯(104)은 전도성 하우징 측벽들(12W)에 의해 한정되는 에지들(예컨대, 외측 에지들)의 제1 세트 및 전도성 구조물들(200)에 의해 한정되는 에지들(예컨대, 내부 에지들)의 제2 세트를 가질 수 있다. 전도성 구조물들(200)은, 예를 들어, 디스플레이(14)의 프레임 또는 조립체의 금속 부분들, 디스플레이(14) 내의 터치 센서 전극들, 디스플레이(14) 내에 임베딩된 근거리 무선 통신 안테나의 부분들, 디스플레이(14) 내의 접지 평면 구조물들, 디스플레이(14)를 위한 금속 백 플레이트, 또는 디스플레이(14) 상의 또는 그 내의 다른 전도성 구조물들과 같은 디스플레이(14)(도 1)의 부분들을 포함할 수 있다. 전도성 구조물들(200)은 때때로 본 명세서에서 전도성 디스플레이 구조물들(200) 또는 전도성 디스플레이 모듈 구조물들(200)로 지칭될 수 있다.
도 10의 예에서, 슬롯(104)은 사행 경로를 따르고, 좌측 전도성 하우징 측벽(12W)과 전도성 디스플레이 구조물들(200) 사이의 제1 세그먼트(210), 상부 전도성 하우징 측벽(12W)과 전도성 디스플레이 구조물들(200) 사이의 제2 세그먼트(212), 우측 전도성 하우징 측벽(12W)과 전도성 디스플레이 구조물들(200) 사이의 제3 세그먼트(214), 및 바닥 전도성 하우징 측벽(12W)과 전도성 디스플레이 구조물들(200) 사이의 제4 세그먼트(216)를 갖는다. 세그먼트들(210 및 214)은 평행한 종축들을 따라 연장될 수 있다. 세그먼트들(212 및 216)은 세그먼트들(210 및 214)의 단부들 사이에서 (예컨대, 세그먼트들(210 및 214)들의 종축들에 수직인 평행한 종축들을 따라) 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 슬롯(104)은 (예컨대, 비-밀리미터파 안테나(40S)를 사용하여 비-밀리미터파 주파수 대역들과 같은 비교적 낮은 주파수 대역들을 커버하기 위한 슬롯(104)의 길이를 최대화하기 위해, 여기서 슬롯(104)의 주연부는 전도성 하우징 측벽들(12W) 및 전도성 디스플레이 구조물들(200)에 의해 한정되는 슬롯(104)의 에지들의 길이의 합에 의해 주어짐) 전도성 디스플레이 구조물들(200)과 다수의 전도성 하우징 측벽들(12W) 사이에서 연장되는 세장형 슬롯일 수 있다. 슬롯(104)의 고조파 모드들 및/또는 안테나 피드(100)에 결합되거나 비-밀리미터파 안테나(40S) 상의 다른 곳에 결합된 조정가능한 매칭 회로부와 같은 튜닝 회로부는 비-밀리미터파 안테나(40S)가 10 ㎓ 미만의 다수의 주파수 대역들(예를 들어, 셀룰러 전화 주파수 대역, 무선 로컬 영역 네트워크 주파수 대역, 및/또는 GPS 주파수 대역)을 동시에 커버하도록 허용할 수 있다.
도 10의 예는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 전도성 구조물들(도시되지 않음)은 슬롯(104)의 길이를 따라 하나 이상의 위치들에서 슬롯(104)의 폭(W)을 가교하여 슬롯(104)의 주연부를 단축시킬 수 있다(예컨대, 비-밀리미터파 안테나(40S)의 주파수 커버리지를 튜닝할 수 있다). 전도성 구조물들은, 원하는 경우, 전도성 하우징 측벽들(12W) 및/또는 전도성 디스플레이 구조물들(200)에 단락될 수 있다.
비-밀리미터파 안테나(40S)는 슬롯(104)의 폭(W)을 가로질러 결합된 안테나 피드(100)를 사용하여 피드될 수 있다. 도 10의 예에서, 안테나 피드(100)는 슬롯(104)의 세그먼트(212)를 가로질러 결합된다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 피드(100)는 슬롯(104)의 세그먼트들(210, 214, 또는 216)을 가로질러 결합될 수 있다. 안테나 피드(100)의 접지 피드 단자(98)는 주어진 전도성 하우징 측벽(12W)에 결합될 수 있고, 안테나 피드(100)의 포지티브 피드 단자(96)는 전도성 디스플레이 구조물들(200)에 결합될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 안테나 피드(100)의 접지 피드 단자(98)는 전도성 디스플레이 구조물들(200)에 결합될 수 있고, 안테나 피드(100)의 포지티브 피드 단자(96)는 주어진 전도성 하우징 측벽(12W)에 결합될 수 있다.
안테나 피드(100)는 슬롯(104)의 주변부 주위에서 (예를 들어, 전도성 하우징 측벽들(12W) 및 전도성 디스플레이 구조물들(200) 위에서) 10 ㎓ 미만의 비-밀리미터파 주파수들에서 안테나 전류들을 전달할 수 있다. 안테나 전류들은 비-밀리미터파 안테나(40S)에 의해 송신되는 대응하는 무선 주파수 신호들을 생성할 수 있거나, 또는 외부 장비로부터 비-밀리미터파 안테나(40S)에 의해 수신된 대응하는 무선 주파수 신호들에 응답하여 생성될 수 있다.
슬롯(104)은 자신의 길이를 따라 균일한 폭(W)을 가질 수 있거나, 자신의 길이를 따라 상이한 폭들을 가질 수 있다. 원하는 경우, 폭(W)은 비-밀리미터파 안테나(40S)의 대역폭을 수정하도록 조정될 수 있다. 일례로서, 폭(W)은 0.5 mm 내지 1.0 mm일 수 있다. 슬롯(104)은 원하는 경우 다른 형상들(예컨대, 각각의 종축들을 따라 연장되는 3 개 초과의 세그먼트들을 갖는 형상들, 3 개 미만의 세그먼트들, 만곡된 에지들 등)을 가질 수 있다.
디바이스(10) 내의 공간 소비를 최적화하기 위해, 밀리미터 및 센티미터파 통신들을 처리하기 위한 도 5 내지 도 9의 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)은 비-밀리미터파 안테나(40S)와 함께 또는 그에 인접하여 위치될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)(예컨대, 도 7에 도시된 바와 같은 밀리미터파 안테나들(40M)의 1 차원 위상 안테나 어레이들(124))은 점선 영역들(204)(예컨대, 슬롯(104)의 세그먼트(210) 내의 제1 파선 영역(204-1), 슬롯(104)의 세그먼트(216) 내의 제2 파선 영역(204-2), 슬롯(104)의 세그먼트(214) 내의 제3 점선 영역(204-3), 또는 슬롯(104)의 세그먼트(212) 내의 제 4 파선 영역(204-4))에 의해 도시된 바와 같이, 비-밀리미터파 안테나(40S)의 슬롯(104) 내에 형성될 수 있다.
예를 들어, 전자 디바이스(10)는 영역들(204-1, 204-2, 204-3 또는 204-4) 중 하나에 위치된 단일 위상 안테나 어레이(124)를 포함할 수 있거나, 영역들(204-1, 204-2, 204-3 및 204-4) 중 2 개 이상에 위치된 2 개 이상의 위상 안테나 어레이들(124)을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 하나 초과의 위상 안테나 어레이(124)가 주어진 영역(204) 내에 위치될 수 있다. 1 차원 어레이들로서 위상 안테나 어레이들(124)을 구현하는 것은 안테나 어레이들(124)이 슬롯(104)의 폭(W) 내에 (예를 들어, 밀리미터파 안테나들(40M)이 전도성 디스플레이 구조물들(200) 또는 전도성 하우징 측벽들(12W)에 의해 차단됨이 없이) 끼워지도록 허용할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124)의 종축은, 예를 들어, 위상 안테나 어레이가 위치되는 슬롯(104)의 세그먼트의 종축과 평행할 수 있다(예컨대, 그와 정렬될 수 있다).
원하는 경우, 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)이 파선 영역(220)에 의해 도시된 바와 같이 전도성 디스플레이 구조물들(200) 뒤에 위치될 수 있다. 일반적으로, 전도성 디스플레이 구조물들(200) 내의 전도성 재료는 밀리미터 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들에 대해 불투명할 수 있다. 주의를 기울이지 않는 경우에도, 전도성 디스플레이 구조물들(200)은 영역(220) 내의 전도성 디스플레이 구조물들(200) 뒤에 장착된 위상 안테나 어레이(124)에 의한 디바이스(10) 디스플레이(14)의 외부로의 무선 주파수 신호들의 송신을 방지할 수 있다.
영역(220)에 장착된 위상 안테나 어레이(124)에 의해 송신되는 밀리미터파 신호들이 디스플레이(14)를 통해 전달되도록 허용하기 위해, 전도성 디스플레이 구조물들(200)은 일부 무선 주파수들에서(예컨대, 필터의 통과 대역 내에서) 전자기 신호들을 전달하고 다른 주파수에서(예를 들어, 필터의 통과 대역의 외부에서) 전자기 신호들을 차단하는 주파수 선택적 필터와 같은 전자기 필터를 포함할 수 있다. 주파수 선택적 필터는, 예를 들어, (예컨대, 통과 대역 외부의 전자기 신호들을 차단하면서 통과 대역 내의 전자기 신호들의 송신을 허용하기 위해) 필터의 통과 대역을 정의하는 주기적인 방식으로 배열되는 전도성 구조물들을 포함하는 공간 필터일 수 있다. 주파수 선택적 필터가 전도성 디스플레이 구조물들(200) 내에서 전도성 재료의 단일 층을 사용하여 형성되는 시나리오들에서, 주파수 선택적 필터는 때때로 본 명세서에서 주파수 선택적 표면(FSS)으로 지칭될 수 있다.
이러한 방식으로, 필터는 전도성 디스플레이 구조물들(200)에 안테나 윈도우를 효과적으로 형성할 수 있고, 따라서, 위상 안테나 어레이(124)의 동작 주파수들에서 투명한 디스플레이(14)(예를 들어, 10 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 주파수 신호들에 대해 투명한 안테나 윈도우)를 효과적으로 형성할 수 있다. 영역(220) 내의 위상 안테나 어레이(124)는 이에 의해 필터를 통해 전도성 디스플레이 구조물들(200)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 필터를 측방향으로 둘러싸는 (예컨대, 영역(220)을 측방향으로 둘러싸는) 전도성 디스플레이 구조물들(200)의 부분은 위상 안테나 어레이(124)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대해 불투명하게 유지될 수 있다.
원하는 경우, 유전체 윈도우(202)와 같은 유전체 윈도우가 주어진 전도성 하우징 측벽(12W) 내에 형성될 수 있다. 유전체 윈도우(202)는 플라스틱, 유리, 사파이어, 세라믹, 또는 임의의 다른 원하는 유전체 재료로 형성될 수 있다. 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)이 영역(218) 내의 유전체 윈도우(202) 상에 또는 그 내부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(124)는 유전체 윈도우(202)의 내부 표면에 장착될 수 있거나 유전체 윈도우(202) 내에 임베딩될 수 있다. 이러한 방식으로 정렬될 때, 위상 안테나 어레이는 유전체 윈도우(202)를 통해 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 유전체 윈도우(202)는 원하는 경우 다른 전도성 하우징 측벽들(12W) 내에 형성될 수 있다. 원하는 경우 추가적인 유전체 윈도우들이 다른 전도성 하우징 측벽들(12W) 내에 형성될 수 있다(예컨대, 디바이스(10)는 전도성 하우징 측벽들(12W) 내의 임의의 원하는 수의 유전체 윈도우들을 포함할 수 있다).
도 10의 예는 단지 예시적일 뿐이다. 디바이스(10)는 임의의 원하는 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 1 차원 위상 안테나 어레이들(124)이 도 10의 영역들(204-1, 204-2, 204-3, 204-4, 220 및 218) 중 하나 이상 내에 위치될 수 있다. 이들과 같은 위치들에 위상 안테나 어레이들(124)을 형성하는 것은, 또한 디바이스(10) 내의 공간 소비를 최적화하고 비-밀리미터파 안테나(40S)에 대한 무선 주파수 성능을 희생함이 없이 위상 안테나 어레이들이 디바이스(10)의 전방 면을 통해 그리고/또는 디바이스(10)의 하나 이상의 전도성 하우징 측벽들(12W)을 통해 밀리미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신함으로써 공간 레인징 동작들을 수행하도록 허용할 수 있다. 원하는 경우, 대응하는 위상 안테나 어레이들(124)에 대해 디바이스(10)의 다른 전도성 하우징 측벽들(12W) 중 하나 이상에 추가적인 유전체 윈도우들(202)이 형성될 수 있다. 디바이스(10) 내의 다수의 위치들에 다수의 위상 안테나 어레이들(124)을 형성하는 것은, 예를 들어, 하나의 위상 안테나 어레이(124)만이 사용되는 시나리오들에서보다 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 디바이스(10) 주위에 더 큰 공간 커버리지를 허용할 수 있다.
도 11은 (예를 들어, 도 10의 화살표(230)의 방향으로 취해진 바와 같이) 도 10의 영역들(220, 204-2 및 218)과 같은 상이한 영역들 내에 어떻게 위상 안테나 어레이들(124)이 위치될 수 있는지를 도시하는 전자 디바이스(10)의 측단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 디스플레이(14)는 디스플레이 모듈(239)(때때로 본 명세서에서 디스플레이 적층체(239), 디스플레이 조립체(239) 또는 디스플레이(14)의 활성 영역(239)으로 지칭됨) 및 디스플레이 커버 층(248)을 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(239)은, 예를 들어, 이미지들을 디스플레이하고/하거나 터치 센서 입력을 수신하는 디스플레이(14)의 활성 영역 또는 부분을 형성할 수 있다. 디스플레이 모듈(239)을 포함하지 않는 디스플레이(14)의 측방향 부분(예를 들어, 디스플레이 커버 층(248)으로부터 그러나 디스플레이 모듈(239)의 하부 부분 없이 형성되는 디스플레이(14)의 부분들)은 때때로 본 명세서에서 디스플레이(14)의 비활성 영역 또는 부분으로서 지칭될 수 있는데, 그 이유는 디스플레이(14)의 이러한 부분이 이미지들을 디스플레이하지 않거나 터치 센서 입력을 수집하지 않기 때문이다.
디스플레이 모듈(239)은 비-밀리미터파 안테나(40S)의 일부분을 형성하는 데 사용되는 전도성 컴포넌트들(예컨대, 도 10의 전도성 디스플레이 구조물들(200) 내의 전도성 컴포넌트들)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(239) 내의 전도성 컴포넌트들은 예를 들어 평면 형상들(예를 들어, 평면 직사각형 형상들, 평면 원형 형상들 등)을 가질 수 있고 안테나 전류들을 운반하는 금속 및/또는 다른 전도성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 컴포넌트들의 얇은 평면 형상들 및 도 11의 적층된 구성은, 예를 들어, 도 10의 전도성 디스플레이 구조물들(200)을 형성하기 위해 (예를 들어, 단일 도체를 효과적으로/전기적으로 형성하기 위해) 무선 주파수들에서 함께 동작할 수 있도록 이러한 컴포넌트들을 서로 용량적으로 결합시킬 수 있다.
도 10의 전도성 디스플레이 구조물들(200)을 형성하는 컴포넌트들은, 예를 들어, 디스플레이 모듈(239) 내의 하나 이상의 디스플레이 층들 상의 평면 컴포넌트들, 예컨대 제1 디스플레이 층(240), 제2 디스플레이 층(242), 제3 디스플레이 층(246), 또는 다른 원하는 층들을 포함할 수 있다. 일례로서, 디스플레이 층(246)은 디스플레이(14)를 위한 터치 센서를 형성할 수 있고, 디스플레이 층(242)은 디스플레이(14)를 위한 디스플레이 패널(때때로 디스플레이, 디스플레이 층 또는 픽셀 어레이로 지칭됨)을 형성할 수 있고, 디스플레이 층(240)은 디바이스(10)를 위한 근거리 통신 안테나 및/또는 (예컨대, 13.56 ㎒ 에서의) 근거리 통신들을 지원하기 위한 다른 회로부를 형성할 수 있다. 디스플레이 층(246)으로부터 형성된 터치 센서는 용량성 터치 센서일 수 있고, 예를 들어, 투명한 용량성 터치 센서 전극들(예를 들어, 인듐 주석 산화물 전극들)을 갖는 폴리이미드 기판 또는 다른 가요성 중합체 층으로 형성될 수 있다. 디스플레이 층(242)으로부터 형성된 디스플레이 패널은 유기 발광 다이오드 디스플레이 층 또는 다른 적절한 디스플레이 층일 수 있다. 디스플레이 층(240)으로부터 형성된 근거리 통신 안테나는, 자기 차폐 재료(예를 들어, 페라이트 층 또는 다른 자기 차폐 층)를 포함하고 금속 트레이스들의 루프들을 포함하는 가요성 층으로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 전도성 배면 플레이트, 금속 차폐 캔들 또는 층들 및/또는 전도성 디스플레이 프레임이 디스플레이 층(240) 아래 및/또는 그 주위에 형성될 수 있으며, 디스플레이 모듈(239)의 컴포넌트들에 대한 구조적 지지 및/또는 접지 기준을 제공할 수 있다.
층들(240, 242 및 246) 내의 전도성 재료, 디스플레이(14)를 위한 전도성 백 플레이트, 전도성 차폐 층들, 전도성 차폐 캔들, 및/또는 디스플레이(14)를 위한 전도성 프레임은, 예를 들어, 비-밀리미터파 안테나(40S)의 슬롯(104)을 한정하는 전도성 디스플레이 구조물들(200)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 전도성 디스플레이 구조물들(200)을 형성하기 위해 사용되는 디스플레이(14) 내의 이러한 및/또는 다른 전도성 재료는 예를 들어, 전도성 트레이스들, 수직 전도성 상호연결부들 또는 다른 전도성 상호연결부들을 사용하여 및/또는 용량성 결합을 통해 함께 결합될 수 있다.
디스플레이 커버 층(248)은 유리, 사파이어, 세라믹, 또는 플라스틱과 같은 광학적으로 투명한 유전체로부터 형성될 수 있다. 디스플레이 모듈(239)은 사용자에 의한 뷰를 위해 디스플레이 커버 층(248)을 통해 이미지를 디스플레이(예컨대, 이미지 광을 방출)할 수 있고/있거나 디스플레이 커버 층(248)을 통해 터치 또는 힘 센서 입력들을 수집할 수 있다. 원한다면, 디스플레이 커버 층(248)의 부분들에는 사용자의 시야로부터 디바이스(10)의 내부(258)를 가리는 불투명 마스킹 층들(예를 들어, 잉크 마스킹 층들) 및/또는 안료가 제공될 수 있다. 메인 로직 보드와 같은 다른 컴포넌트들(256)이 디바이스(10)의 내부(258) 내에 위치될 수 있다.
비-밀리미터파 안테나(40S)에 대한 슬롯(104)의 세그먼트(216)는 디스플레이 모듈(239) 내의 전도성 하우징 측벽(12W)과 전도성 디스플레이 구조물들(200) 사이에 정의될 수 있고, 도 11의 Y-축에 평행하게 연장되는 종축을 가질 수 있다. 슬롯(104)(예컨대, 도 10에 도시된 바와 같은 비-밀리미터파 안테나(40S))는 2.4 ㎓ 및 5.0 ㎓의 WLAN 및/또는 WPAN 대역들에서, 1.7 ㎓ 내지 2.2 ㎓의 셀룰러 전화 대역들에서, 1.5 ㎓의 위성 내비게이션 대역들에서 및/또는 다른 원하는 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하는 데 사용될 수 있다. 이 주파수 대역들 및/또는 다른 주파수 대역들을 처리하기 위해 추가적 안테나들이 또한 디바이스(10)에 제공될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124-2)와 같은 위상 안테나 어레이(124)가 영역(204-2) 내에 장착될 수 있다. 영역(204-2)은 비-밀리미터파 안테나(40S)에 대해 슬롯(104)의 세그먼트(216) 내에 놓일 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-2)는 예를 들어 도 11의 Y-축에 평행하고 (예컨대, 도 10의 영역(204-2)에 의해 도시된 바와 같이) 슬롯(104)의 세그먼트(216)의 종축에 평행하게 연장되는 종축을 갖는 (예컨대, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은) 1 차원 어레이일 수 있다.
원하는 경우, 위상 안테나 어레이(124-2)는 디스플레이 커버 층(248)에 인접하게 위치될 수 있다(예를 들어, 갭에 의해 디스플레이 커버 층(248)으로부터 분리될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-2) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 디스플레이 커버 층(248) 사이에 개재될 수 있거나, 기판(160)은 위상 안테나 어레이(124-2) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)과 디스플레이 커버 층(248) 사이에 개재될 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-2)는 도 11에 도시된 배향에 대해 플립될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124-2)는 디스플레이 커버 층(248)의 내부 표면과 접촉할 수 있다(예컨대, 다른 구조체들은 위상 안테나 어레이(124-2)를 디스플레이 커버 층(248)의 내부 표면 또는 디스플레이 커버 층(248) 상의 불투명 마스킹 층에 대해 편향시키거나 누를 수 있고/있거나 위상 안테나 어레이(124-2)는 접착제를 사용하여 디스플레이 커버 층(248)의 내부 표면 또는 디스플레이 커버 층(248) 상의 불투명 마스킹 층에 부착될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-2)의 기판(160)은 디스플레이 커버 층(248) 또는 디스플레이 커버 층(248) 상의 불투명 마스킹 층에 부착(예컨대, 그와 직접 접촉)될 수 있거나(예를 들어, 기판(160)은 밀리미터파 안테나들(40M)과 디스플레이 커버 층(248) 사이에 개재될 수 있거나), 위상 안테나 어레이(124-2) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)은 디스플레이 커버 층(248) 또는 디스플레이 커버 층(248) 상의 불투명 마스킹 층에 부착될 수 있다(예를 들어, 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 디스플레이 커버 층(248) 사이에 개재될 수 있다). 원하는 경우, 기판(160)은 생략될 수 있고, 위상 안테나 어레이(124-2) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)은 디스플레이 커버 층(248) 상에 직접 장착(예컨대, 그 위에 프린팅)될 수 있다(예를 들어, 디스플레이 커버 층(248)은 위상 안테나 어레이(124-2) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)을 위한 기판으로서의 역할을 할 수 있다).
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124-2)는 파선 영역(252)에 의해 도시된 바와 같이 디스플레이 커버 층(248) 내에 임베딩(예컨대, 성형)될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-2)의 밀리미터파 안테나들(40M) 및 기판(160)은 디스플레이 커버 층(248)의 영역(252) 내에 임베딩될 수 있거나, 또는 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160) 없이 디스플레이 커버 층(248)의 영역(252) 내에 임베딩될 수 있다(예를 들어, 디스플레이 커버 층(248)은 위상 안테나 어레이(124-2) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)에 대한 기판으로서의 역할을 할 수 있다). 원하는 경우, 이러한 배열들의 조합들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-2)의 상이한 부분들은 디스플레이 커버 층(248)의 표면과 직접 접촉하고, 디스플레이 커버 층(248)으로부터 갭만큼 분리되고/되거나 디스플레이 커버 층(248) 내에 임베딩될 수 있다.
위상 안테나 어레이(124-2)는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 디스플레이 커버 층(248)을 통해 무선 주파수 신호들(262)을 송신할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-2)는 위상 안테나 어레이(124-2)의 시야 내에서 외부 물체로부터 반사된 송신된 무선 주파수 신호들(262)의 반사된 버전인 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 디스플레이 커버 층(248)을 통해 무선 주파수 신호들(264)을 수신할 수 있다. 무선 주파수 신호들(262 및 264)은 예를 들어, 디스플레이 커버 층(248)을 통해 외부 물체에 대한 범위를 검출하기 위해 밀리미터파 회로부(28) 및/또는 제어 회로부(20)(도 2)에 의해 사용될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(202)는 전도성 하우징 측벽(12W)에 형성될 수 있다. 유전체 윈도우(202)는 전도성 하우징 측벽(12W)의 높이의 일부 또는 전부를 가로질러 (예컨대, 도 11의 Z-축의 방향으로) 연장될 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-3)와 같은 위상 안테나 어레이(124)가 영역(218) 내에 장착될 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-2)는 예를 들어 도 11의 Y-축에 평행하고 도 10에 도시된 바와 같이 영역(218)의 종축에 평행하게 연장되는 종축을 갖는 (예컨대, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은) 1 차원 어레이일 수 있다. 유전체 윈도우(202)는 잉크 층과 같은 불투명 마스킹 층으로 커버될 수 있거나, 착색될 수 있거나, 또는 디바이스(10)의 내부(258)를 시야로부터 가리는 세라믹과 같은 광학적으로 불투명한 유전체 재료로부터 형성될 수 있다.
원하는 경우, 위상 안테나 어레이(124-3)는 유전체 윈도우(202)에 인접하게 위치될 수 있다(예컨대, 유전체 윈도우(202)로부터 갭만큼 분리될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-3) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 유전체 윈도우(202) 사이에 개재될 수 있거나, 기판(160)은 위상 안테나 어레이(124-3) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)과 유전체 윈도우(202) 사이에 개재될 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-3)는 도 11에 도시된 배향에 대해 플립될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124-3)는 유전체 윈도우(202)의 내부 표면과 접촉할 수 있다(예컨대, 다른 구조체들은 위상 안테나 어레이(124-3)를 유전체 윈도우(202)의 내부 표면 또는 유전체 윈도우(202) 상의 불투명 마스킹 층에 대해 편향시키거나 누를 수 있고/있거나 위상 안테나 어레이(124-3)는 접착제를 사용하여 유전체 윈도우(202)의 내부 표면 또는 유전체 윈도우(202) 상의 불투명 마스킹 층에 부착될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-3)의 기판(160)은 유전체 윈도우(202) 또는 유전체 윈도우(202) 상의 불투명 마스킹 층에 부착(예컨대, 그와 직접 접촉)될 수 있거나(예를 들어, 기판(160)은 위상 안테나 어레이(124-3)의 밀리미터파 안테나들(40M)과 유전체 윈도우(202) 사이에 개재될 수 있거나), 밀리미터파 안테나들(40M)은 유전체 윈도우(202) 또는 유전체 윈도우(202) 상의 불투명 마스킹 층에 부착될 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-3)의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 디스플레이 커버 층(248) 사이에 개재될 수 있다). 원하는 경우, 기판(160)은 생략될 수 있고, 위상 안테나 어레이(124-3)의 밀리미터파 안테나들(40M)은 유전체 윈도우(202) 상에 직접 장착(예컨대, 그 위에 프린팅)될 수 있다(예를 들어, 유전체 윈도우(202)는 위상 안테나 어레이(124-3) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)을 위한 기판으로서의 역할을 할 수 있다).
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124-3)는 파선 영역(254)에 의해 도시된 바와 같이 유전체 윈도우(202) 내에 임베딩(예컨대, 성형)될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-3)의 밀리미터파 안테나들(40M) 및 기판(160)은 유전체 윈도우(202)의 영역(254) 내에 임베딩될 수 있거나, 또는 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160) 없이 유전체 윈도우(202)의 영역(254) 내에 임베딩될 수 있다(예를 들어, 유전체 윈도우(202)는 위상 안테나 어레이(124-3) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)에 대한 기판으로서의 역할을 할 수 있다). 원하는 경우, 이러한 배열들의 조합들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-3)의 상이한 부분들은 유전체 윈도우(248)의 표면과 직접 접촉하고, 유전체 윈도우(202)로부터 갭만큼 분리되고/되거나 유전체 윈도우(202) 내에 임베딩될 수 있다.
위상 안테나 어레이(124-3)는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 유전체 윈도우(202)를 통해 무선 주파수 신호들(266)을 송신할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-3)는 위상 안테나 어레이(124-3)의 시야 내에서 외부 물체로부터 반사된 송신된 무선 주파수 신호들(266)의 반사된 버전인 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 유전체 윈도우(202)를 통해 무선 주파수 신호들(266)을 수신할 수 있다. 무선 주파수 신호들(266 및 268)은 예를 들어, 유전체 윈도우(202)를 통해 외부 물체에 대한 범위를 검출하기 위해 밀리미터파 회로부(28) 및/또는 제어 회로부(20)(도 2)에 의해 사용될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(124-1)와 같은 위상 안테나 어레이(124)가 디스플레이 모듈(239) 뒤의 영역(220) 내에 장착될 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-1)는 예를 들어 도 11의 Y-축에 평행하게 연장되는 종축을 갖는 (예컨대, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은) 1 차원 어레이일 수 있다.
원하는 경우, 위상 안테나 어레이(124-1)는 디스플레이 모듈(239)의 바닥 표면에 인접하게 위치될 수 있다(예를 들어, 갭에 의해 디스플레이 모듈(239)로부터 분리될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-1) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 디스플레이 모듈(239) 사이에 개재될 수 있거나, 기판(160)은 위상 안테나 어레이(124-1) 상의 밀리미터파 안테나들(40M)과 디스플레이 모듈(239) 사이에 개재될 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-1)는 도 11에 도시된 배향에 대해 플립될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 위상 안테나 어레이(124-1)는 디스플레이 모듈(239)의 바닥 표면과 접촉할 수 있다(예컨대, 다른 구조체들은 위상 안테나 어레이(124-1)를 디스플레이 모듈(239)의 바닥 표면에 대해 편향시키거나 누를 수 있고/있거나 위상 안테나 어레이(124-1)는 접착제를 사용하여 디스플레이 모듈(239)의 바닥 표면에 부착될 수 있다). 이러한 시나리오에서, 위상 안테나 어레이(124-1)의 기판(160)은 디스플레이 모듈(239)에 부착(예컨대, 그와 직접 접촉)될 수 있거나(예를 들어, 기판(160)은 위상 안테나 어레이(124-1)의 밀리미터파 안테나들(40M)과 디스플레이 모듈(239) 사이에 개재될 수 있거나), 밀리미터파 안테나들(40M)은 디스플레이 모듈(239)에 부착될 수 있다(예를 들어, 위상 안테나 어레이(124-1)의 밀리미터파 안테나들(40M)은 기판(160)과 디스플레이 모듈(239) 사이에 개재될 수 있다). 원하는 경우, 기판(160)은 생략될 수 있고, 위상 안테나 어레이(124-1)의 밀리미터파 안테나들(40M)은 디스플레이 모듈(239)의 유전체 부분 상에 직접 장착(예컨대, 그 위에 프린팅)될 수 있다(예를 들어, 디스플레이 모듈(239)의 부분들은 위상 안테나 어레이(124-1) 내의 밀리미터파 안테나들(40M)을 위한 기판으로서의 역할을 할 수 있다).
주의를 기울이지 않는 경우에도, 디스플레이 모듈(239) 내의 전도성 재료는 밀리미터 및 센티미터파 주파수들의 무선 주파수 신호들이 위성 안테나 어레이(124-1)로/로부터 전달되는 것을 차단할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들이 디스플레이 모듈(239)을 통해 전달되도록 허용하기 위해, 주파수 선택적 필터(250)와 같은 필터는 디스플레이 모듈(239)의 영역(220) 내에 (예컨대, 디스플레이 층들(240, 242, 246, 또는 다른 층들과 같은 디스플레이 모듈(239)의 하나 이상의 디스플레이 층 상에) 형성될 수 있다.
주파수 선택적 필터(250)는 일부 무선 주파수들(예를 들어, 필터의 통과 대역 내의 주파수들)에서 전자기 신호들을 전달할 수 있고, 다른 주파수들(예컨대, 필터의 통과 대역 외부의 주파수들)에서 전자기 신호들을 차단할 수 있다. 주파수 선택성 필터(250)는, 예를 들어, 유전체 슬롯들에 의해 분리되고 필터의 통과 대역을 정의하는 주기성으로 배열되는 전도성 구조물들(예컨대, 전도성 패치들)을 포함하는 공간 필터일 수 있다. 주파수 선택적 필터가 디스플레이 모듈(239) 내에서 전도성 재료의 단일 층을 사용하여 형성되는 시나리오들에서, 주파수 선택적 필터는 때때로 본 명세서에서 주파수 선택적 표면(FSS)으로 지칭될 수 있다.
원하는 경우, 필터는 디스플레이 모듈(239) 내의 다수의 전도성 층들(예컨대, 슬롯들에 의해 분리된 수직으로 적층된 전도성 패치들의 다수의 어레이들과 같은 다수의 수직으로 적층된 주파수 선택적 표면들)을 사용하여 형성될 수 있다. 필터(250)가 슬롯들에 의해 분리된 수직으로 적층된 전도성 패치들의 다수의 어레이들로부터 형성되는 시나리오들에서, 슬롯들은 원하는 경우 전형적인 뷰잉 거리에서 디스플레이(14)를 볼 때 디바이스(10)의 사용자에게 가시적이 않을 정도로 충분히 좁을 수 있다(예컨대, 슬롯들은 200 미크론 이하인 폭을 가질 수 있다).
필터(250)는, 그렇지 않으면 위상 안테나 어레이(124-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들을 차단할 디스플레이 모듈(239)의 전도성 층들 내에 형성될 수 있다. 필터(250)의 통과 대역은 위상 안테나 어레이(124-1)의 동작 주파수 대역들(예컨대, 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수 대역들)과 정렬될 수 있어, 필터(250)는 위상 안테나 어레이(124-1)를 위한 디스플레이 모듈(239)에 투명 윈도우를 형성한다. 이러한 방식으로, 위상 안테나 어레이(124-1)는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 필터(250)를 통한 디스플레이 모듈(239)을 통해 무선 주파수 신호들(258)을 송신할 수 있다. 위상 안테나 어레이(124-1)는 위상 안테나 어레이(124-1)의 시야 내에서 외부 물체로부터 반사된 송신된 무선 주파수 신호들(260)의 반사된 버전인 밀리미터 또는 센티미터파 주파수들에서 필터(250)를 통해 무선 주파수 신호들(258)을 수신할 수 있다. 무선 주파수 신호들(258 및 260)은 예를 들어, 디스플레이 모듈(239) 및 디스플레이 커버 층(248)을 통해 외부 물체에 대한 범위를 검출하기 위해 밀리미터파 회로부(28) 및/또는 제어 회로부(20)(도 2)에 의해 사용될 수 있다.
도 11의 예는 단지 예시적일 뿐이다. 디바이스(10)는 임의의 원하는 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다. 일반적으로, 위상 안테나 어레이들(124)은 영역들(218, 204-2 및 220) 내에서 생략될 수 있고, 디바이스(10) 상의 다른 곳에(예컨대, 도 10의 영역들(204-1, 204-4, 또는 204-3) 내에 또는 디바이스(10) 내의 다른 곳에) 형성될 수 있다. 위상 안테나 어레이들(124)은 (예를 들어, 디바이스(10)의 측벽들을 통해 그리고 디바이스(10)의 전방 면을 통하는 것과 같이 디바이스(10) 주위의 모든 각도들에서 더 큰 커버리지를 허용하기 위해) 도 11의 영역들(218, 204-2 및 220) 각각 내의 위치들에 형성될 수 있거나, 또는 위상 안테나 어레이들(124-1, 124-2 및 124-3) 중 하나 이상은 (예를 들어, 위상 안테나 어레이들에 의한 디바이스(10) 내의 공간 소비를 최소화하기 위해) 생략될 수 있다.
도 12는 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)에 의해 전달되는 10 ㎓ 초과의 주파수들에서의 무선 주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 전자 디바이스(10)에 의해 수행될 수 있는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 선택적 단계(300)에서, 디바이스(10)는 도 2의 입출력 디바이스들(24) 내의 센서들을 사용하여 센서 데이터를 수집하기 시작할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 광 센서 데이터(예컨대, 가시 및/또는 적외선 이미지 데이터, 주변광 센서 데이터 등)를 수집하기 위한 광 센서들(예컨대, 적외선 광 센서들, 가시광 센서들 등), 모션 센서 데이터(예를 들어, 디바이스(10)가 시간 경과에 따라 물리적으로 어떻게 이동되고 있는지에 대한 정보)를 수집하기 위한 모션 센서들(예컨대, 가속도계들, 자이로스코프들, 관성 센서들 등), 용량적 센서 데이터를 수집하는 커패시턴스 센서들, 근접 센서 데이터를 수집하는 근접 센서들, 자기 센서 데이터를 수집하는 자기 센서들, 힘 센서들(예컨대, 디스플레이에 인가된 압력을 검출하기 위해 디스플레이에 결합된 힘 센서들) 등을 사용하기 시작할 수 있다.
단계(302)에서, 디바이스(10) 상의 제어 회로부(20)(도 2)는 밀리미터 및/또는 센티미터파 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 시작하기 위한 트리거를 식별할 수 있다. 트리거는, 예를 들어, 제어 회로부(20) 상에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션 또는 운영 체제에 의해 식별되는 소프트웨어 이벤트 또는 트리거, (예컨대, 사용자가 제어 회로부(20) 상에서 실행되는 소프트웨어 툴을 사용하여 디바이스(10)의 공간 레인징 기능을 턴 온할 때) 사용자 입력 등일 수 있다.
트리거가 식별(검출)되면, 단계(304)에서, 밀리미터파 회로부(28)(도 6)는 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)(예를 들어, 도 10의 영역들(204-1, 204-2, 204-3, 204-4, 220, 및/또는 218) 또는 다른 위치들 내와 같은 디바이스(10) 상의 상이한 위치들에 위치된 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124))을 통해 10 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 송신하기 시작할 수 있다. 밀리미터파 회로부(28)는, 원하는 경우, 레이더 프로토콜 또는 다른 범위 및 물체 검출 프로토콜에 따라 미리 결정된 일련의 펄스들로서 무선 주파수 신호들을 생성할 수 있다. 밀리미터파 회로부(28)에 의해 송신된 무선 주파수 신호들은 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 포함할 수 있지만, 밀리미터파 회로부(28)에 의해 송신된 무선 주파수 신호들은 때때로 본 명세서에서 송신된 밀리미터파 레인징 신호들로 지칭될 수 있다.
단계(306)에서, 밀리미터파 회로부(28)(도 6)는 (예컨대, 프로세싱 단계(304) 동안) 밀리미터파 레인징 신호들을 송신한 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)을 사용하여 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전을 수신할 수 있다. 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전이, 예를 들어, 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)의 시야 내에서 외부 물체로부터 반사될 수 있다.
단계(308)에서, 밀리미터파 회로부(28) 및/또는 제어 회로부(20)(도 2)는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들 및 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전을 프로세싱하여 프로세싱된 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(20)는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 반사된 버전들에서 송신된 밀리미터파 레인징 신호들로부터 펄스들의 공지된 시퀀스들을 식별할 수 있다. 제어 회로부(20)는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들과 수신된 밀리미터파 레인징 신호들 사이의 타이밍 정보를 비교하여 외부 물체와 연관된 범위 데이터를 생성할 수 있다. 범위 데이터는, 예를 들어, 디바이스(10)와 외부 물체(예를 들어, 송신된 밀리미터파 레인징 신호들을 다시 디바이스(10)를 향해 반사시키는 외부 물체) 사이의 범위를 나타낼 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 제어 회로부(20)는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들 및 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 수신된 반사된 버전에 기초하여 그 환경 내의 디바이스(10)의 상대적 위치를 나타내는 위치 정보를 식별할 수 있다. 또 다른 적합한 배열에서, 제어 회로부(20)는 외부 물체 검출 또는 추적을 수행하여 디바이스(10) 부근의 외부 물체의 존재를 식별하거나 위치를 추적할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(20)는 시간 경과에 따라 송신 및 수신된 반사된 레인징 신호들을 사용하여 (예를 들어, 시간 경과에 따라 디바이스(10)의 위치를 그의 주변에 대해 추적하기 위해) 디바이스(10)와 디바이스(10)의 주변 내의 많은 외부 물체들 사이의 거리를 추적할 수 있다. 이들 예들은 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 제어 회로부(20)는 송신된 밀리미터파 레인징 신호들 및 송신된 밀리미터파 레인징 신호들의 수신된 반사된 버전에 기초하여 임의의 원하는 프로세싱된 데이터를 생성할 수 있다.
단계(310)에서, 제어 회로부(20)는 (예컨대, 프로세싱 단계(308) 동안 생성된 바와 같은) 프로세싱된 데이터에 기초하여 및/또는 (예컨대, 프로세싱 단계(300)동안 개시된 바와 같은) 수집된 센서 데이터에 기초하여 미리 결정된 공간 이벤트가 발생했는지 여부를 결정(검출)할 수 있다. 미리 결정된 공간 이벤트는, 예를 들어, 외부 물체가 미리 결정된 거리 내로 디바이스(10)에 접근할 때, 외부 물체가 과도한 속도로 디바이스(10)에 접근할 때, 디바이스(10)가 그 주변에 대해 미리 결정된 공간 위치에 진입하거나 빠져 나갈 때, 디바이스(10)의 사용자가 미리 결정된 물리적 동작을 수행할 때, 디바이스(10)가 외부 물체로부터 미리 결정된 거리를 넘어 이동할 때, 또는 디바이스(10)의 모션 또는 디바이스(10)의 위치와 연관된 임의의 다른 원하는 이벤트일 수 있다.
센서 데이터가 또한 프로세싱 단계(310)에 대해 사용되는 시나리오들에서, 센서 데이터는 단계(308)에서 수집된 프로세싱된 데이터를 필터링하여 원하는 경우 미리 결정된 공간 이벤트를 식별하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 미리 결정된 공간 이벤트는 디바이스(10)를 착용하고 있는 사용자가 아래로 떨어질 때 발생하는 추락 이벤트일 수 있다. 센서 데이터는 배향 센서 데이터, 근접 센서 데이터, 및/또는 사용자가 추락하고 있는 것과 (예를 들어, 사용자가 그들의 팔을 벽 또는 다른 물체에 가깝게 이동시키는 경우와 같이) 사용자의 손목이 단지 외부 물체에 접근하는 다른 시나리오들 사이를 구별하기 위해 사용될 수 있는 가속도계 데이터를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 미리 결정된 공간 이벤트는 디바이스(10)를 착용하고 있는 사용자가 미리 정의된 공간 영역을 빠져나갈 때일 수 있고, 센서 데이터는 이러한 이벤트를, 사용자가 디바이스(10)를 착용하고 있는 동안 단지 그의 손목을 이동시키는 것과 구별하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 미리 결정된 공간 이벤트는 특정 물체가 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)의 시야 내에서 검출될 때일 수 있다. 이러한 예들은 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 프로세싱된 데이터 및 센서 데이터의 임의의 원하는 조합이 외부 물체들에 대한 디바이스(10)의 위치설정과 연관된 임의의 원하는 공간 이벤트를 식별하는 데 사용될 수 있다.
프로세싱 단계(310) 동안 미리 결정된 공간 이벤트가 검출되지 않으면, 프로세싱은 경로(314)에 의해 도시된 바와 같이 단계(302)로 되돌아갈 수 있다. 디바이스(10)는 이벤트가 검출될 때까지 또는 제어 회로부(20)가 공간 레인징 동작들을 수행하는 것을 중단하도록 디바이스(10)를 제어할 때까지 공간 레인징 동작들을 계속해서 수행할 수 있다. 미리 결정된 공간 이벤트가 검출되는 경우, 프로세싱은 경로(316)에 의해 도시된 바와 같이 단계(312)로 진행할 수 있다.
단계(312)에서, 디바이스(10)는 미리 결정된 공간 이벤트를 검출하는 것에 응답하여 적절한 동작을 취할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 사용자에게 경보(예컨대, 스피커를 사용하는 오디오 경보, 진동기 또는 다른 햅틱 엔진을 사용하는 햅틱 경보, 및/또는 디스플레이(14) 또는 디바이스(10) 상의 다른 발광 컴포넌트들을 사용하는 시각적 경보)를 발행할 수 있고, (예컨대, 텍스트 메시지, 이메일 메시지, 또는 다른 무선 메시지 또는 통지를 디바이스(10) 외부의 다른 전자 디바이스에 송신함으로써) 다른 사람 또는 엔티티에 경보를 발행할 수 있거나, 임의의 다른 원하는 동작을 수행할 수 있다. 그러한 경보는, 벽 또는 다른 장애물과 같은 외부 물체가 사용자에게 접근하고 있다는 사용자에 대한 (예컨대, 시각적으로 손상된 사용자들에 대한) 경고 또는 예를 들어, 사용자 주위의 다른 사람들에 대한 경고로서 역할을 할 수 있다.
도 12의 예는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 단계(300)는 단계들(302, 304, 306 또는 308)과 동시에, 그 전에, 또는 그 후에 수행될 수 있다. 원하는 경우, 전자 디바이스(10)는 하나 이상의 방향들로 배향된(조향된) 무선 주파수 신호들의 빔들 및 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)을 사용하여 단계들(304 내지 308)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이들(124)은 다수의 각도들(예를 들어, 위상 안테나 어레이들의 시야 내의 모든 가능한 각도들)에 걸쳐 빔을 스위핑하기 위해 빔 조향 동작들을 수행할 수 있고, 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해(예를 들어, 디바이스(10)의 모든 측들에 위치된 외부 물체들에 대한 범위 정보를 결정하기 위해) 이러한 각도들에 걸쳐 밀리미터파 레인징 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 원하는 경우, 다른 레인징 동작들이 수행될 수 있다.
도 13은 디바이스(10)가 어떻게 밀리미터파 레인징 신호들을 사용하여 디바이스(10)와 외부 물체 사이의 범위를 식별하고 미리 결정된 공간 이벤트에 응답하여 경보를 발행할 수 있는지를 도시하는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 초기 시간에, 디바이스(10)는 외부 물체(320)로부터 제1 거리에 위치될 수 있다. 디바이스(10)는 밀리미터파 레인징 신호들(162)을 송신하기 위해 하나 이상의 위상 안테나 어레이들을 사용할 수 있다. 디바이스(10)는 외부 물체(320)로부터 반사된 송신된 신호(162)의 반사된 버전(164)을 수신할 수 있다. 디바이스(10)는 디바이스(10)와 외부 물체(320) 사이의 거리(범위)를 식별하기 위해 신호들(162 및 164)을 프로세싱할 수 있다.
나중에, 화살표(322)에 의해 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 외부 물체(320)에 더 가깝게 이동할 수 있다. 디바이스(10)는 다시 밀리미터파 레인징 신호들(162)을 송신할 수 있고, 외부 물체(320)로부터 반사된 송신된 신호들(162)의 반사된 버전(164)을 수신할 수 있다. 디바이스(10)는 디바이스(10)와 외부 물체(320) 사이의 새로운 범위를 식별하기 위해 신호들(162 및 164)을 프로세싱할 수 있다. 디바이스(10)는 (예컨대, 도 12의 프로세싱 단계(310) 동안) 미리 결정된 공간 이벤트가 발생했는지 여부를 결정하기 위해 이러한 범위 정보를 계속해서 프로세싱할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 범위를 미리 결정된 최소 임계 범위와 비교할 수 있다. 외부 물체(320)가 미리 결정된 최소 임계 범위보다 디바이스(10)에 더 가깝게 이동했음을 결정하는 것에 응답하여, 디바이스(10)는 경보(324)를 발행할 수 있다.
경보(324)는, 예를 들어, 물체(320)가 사용자에게 접근했음을 사용자에게 경고하기 위해 디바이스(10)의 사용자(예컨대, 자신의 손목에 디바이스(10)를 착용하고 있는 사용자)에 대한 오디오 또는 햅틱 경고를 포함할 수 있다. 원하는 경우 다른 센서 데이터가 경보(324)를 발행할지 여부를 결정할 때 범위 데이터와 조합될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 경보(324)는 물체(320)가 미리 결정된 최소 임계 범위 내에서 통과했음을 외부 디바이스에 통지하기 위해 외부 디바이스로 (예컨대, WLAN, WPAN, 또는 셀룰러 전화 링크 및 비-밀리미터파 안테나(40S)를 사용하여) 전송되는 무선 주파수 신호일 수 있다. 도 13의 예는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 임의의 원하는 공간 이벤트가 밀리미터파 레인징 신호들(162)을 사용하여 모니터링될 수 있다. 이러한 방식으로, 디바이스(10)는 도 10의 안테나(40S)와 같은 다른 비-밀리미터파 안테나들과 함께 위치되거나 또는 인접하게 위치되는 하나 이상의 위상 안테나 어레이들(124)에 의해 송신된 밀리미터파 신호들을 사용하여 디바이스(10)와 그의 주변 사이의 거리를 계속해서 추적할 수 있어서, 디바이스(10) 내의 공간 소비를 최적화한다.
일 실시예에 따르면, 전도성 하우징 벽들을 갖는 하우징, 디스플레이 커버 층, 디스플레이 커버 층에 의해 중첩되고 전도성 디스플레이 구조물들을 포함하는 디스플레이 모듈, 전도성 디스플레이 구조물들에 결합된 제1 피드 단자 및 전도성 하우징 벽들에 결합된 제2 피드 단자를 갖는 안테나를 위한 안테나 피드 - 전도성 디스플레이 구조물들 및 전도성 하우징 벽들은 안테나에 대한 슬롯 요소의 에지들을 정의함, 및 하우징 내에 장착된 위상 안테나를 포함하는 전자 디바이스가 제공되며, 안테나는 10 ㎓ 미만의 제1 주파수로 제1 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제2 주파수로 제2 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는 안테나를 위한 슬롯 요소 내에 장착되고, 디스플레이 커버 층을 통해 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는 디스플레이 커버 층 내에 적어도 부분적으로 임베딩된다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 윈도우가 전도성 하우징 벽들 중 주어진 하나에 형성되고, 위상 안테나 어레이는 유전체 윈도우를 통해 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 하우징 내에 장착된 추가적 위상 안테나 어레이를 포함하고, 추가적 위상 안테나 어레이는 안테나를 위한 슬롯 요소 내에 장착된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 전도성 디스플레이 구조물들 내의 공간 필터를 포함하고, 공간 필터는 제2 주파수를 포함하는 통과 대역을 갖고, 위상 안테나 어레이는 공간 필터를 통한 디스플레이 모듈을 통해 그리고 디스플레이 커버 층을 통해 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 윈도우가 전도성 하우징 벽들 중 주어진 하나에 형성되고, 전자 디바이스는 하우징 내에 장착된 추가의 위상 안테나 어레이를 추가로 포함하고, 추가의 위상 안테나 어레이는 유전체 윈도우를 통해 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제3 주파수로 제3 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 안테나 피드에 결합된 무선 주파수 송수신기, 위상 안테나 어레이에 결합된 송신기 및 수신기 - 송신기는 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되고, 수신기는 위상 안테나 어레이에 의해 수신되는 제2 무선 주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성됨 -, 송신된 제2 무선 주파수 신호들 및 제2 무선 주파수 신호들의 수신된 반사된 버전에 기초하여 전자 디바이스에 대한 위상 안테나 어레이의 시야 내에서 외부 물체의 범위를 검출하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 전자 디바이스의 모션을 나타내는 모션 데이터를 생성하도록 구성된 가속도계를 포함하고, 제어 회로부는 검출된 범위 및 모션 데이터에 기초하여 미리 결정된 공간 이벤트를 검출하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 송신기에 결합된 제1 단자, 수신기에 결합된 제2 단자 및 위상 안테나 어레이에 결합된 제3 단자를 갖는 스위치를 포함하고, 스위치는 주어진 시간에 송신기들 중 선택된 하나 및 수신기를 위상 안테나 어레이에 결합하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 손목 스트랩, 하우징 내의 무선 회로부를 수용하도록 구성되고 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 생성하도록 구성된 하우징, 및 무선 회로부에 결합되고 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된, 하우징 내의 위상 안테나 어레이를 포함하는 손목시계가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 손목시계는 하우징에 장착된 터치 스크린을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 하우징은 전도성 하우징 측벽을 포함하고, 터치 스크린은 디스플레이 모듈 및 디스플레이 모듈을 커버하는 디스플레이 커버 층을 포함하고, 디스플레이 모듈은 디스플레이 커버 층을 통해 이미지들을 디스플레이하도록 구성되고, 위상 안테나 어레이는 전도성 하우징 측벽과 디스플레이 모듈 사이에 장착되고 디스플레이 커버 층을 통해 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 손목시계는 비-밀리미터파 안테나를 포함하고, 디스플레이 모듈 내의 전도성 하우징 측벽 및 전도성 구조물들은 비-밀리미터파 안테나 내의 슬롯의 에지들을 정의한다.
다른 실시예에 따르면, 손목시계는 비-밀리미터파 안테나에 결합되는 하우징 내의 무선 주파수 송수신기를 포함하고, 무선 주파수 송수신기는 10 ㎓ 미만의 추가 주파수에서 추가적 무선 주파수 신호들을 생성하도록 구성되고, 비-밀리미터파 안테나는 추가적 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 손목시계는 무선 회로부에 결합된 하우징 내의 제어 회로부를 포함하고, 무선 회로부는 외부 물체로부터 반사되고 위상 안테나 어레이에 의해 수신된 송신된 무선 주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성되고, 제어 회로부는 송신된 무선 주파수 신호들 및 송신된 무선 주파수 신호들의 반사된 버전에 기초하여 전자 디바이스와 외부 물체 사이의 범위를 식별하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는 안테나들의 1 차원 어레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전도성 하우징 벽, 전도성 하우징 벽에 장착된 디스플레이, 무선 주파수 신호를 송신하고 송신된 무선 주파수 신호의 반사된 버전을 수신하도록 구성된 위상 안테나 어레이, 및 위상 안테나 어레이에 결합되고, 위상 안테나 어레이에 의해 송신된 무선 주파수 신호 및 위상 안테나 어레이에 의해 수신된 송신된 무선 주파수 신호의 반사된 버전에 기초하여 손목시계 외부의 물체에 대한 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성되는 제어 회로부를 포함하는 손목시계가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는 제1 주파수에서 무선 주파수 신호를 송신하도록 구성되고, 전자 디바이스는 적어도 전도성 하우징 벽과 디스플레이 내의 전도성 구조물 사이에 정의된 슬롯 요소를 갖는 안테나를 포함하고, 안테나는 제1 주파수와는 상이한 제2 주파수에서 추가적 무선 주파수 신호를 송신하도록 구성되고, 위상 안테나 어레이는 안테나의 슬롯 요소 내에 장착된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 주파수는 10 ㎓ 내지 300 ㎓이고, 제2 주파수는 600 ㎒ 내지 10 ㎓이다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    전도성 하우징 벽들을 갖는 하우징;
    디스플레이 커버 층;
    상기 디스플레이 커버 층에 의해 중첩되고 전도성 디스플레이 구조물들을 포함하는 디스플레이 모듈;
    상기 전도성 디스플레이 구조물들에 결합된 제1 피드 단자 및 상기 전도성 하우징 벽들에 결합된 제2 피드 단자를 갖는 안테나를 위한 안테나 피드 -상기 전도성 디스플레이 구조물들 및 상기 전도성 하우징 벽들은 상기 안테나를 위한 슬롯 요소의 에지들을 정의함-; 및
    상기 하우징 내에 장착된 위상 안테나 어레이를 포함하고, 상기 안테나는 10 ㎓ 미만의 제1 주파수에서 제1 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 상기 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제2 주파수에서 제2 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 안테나를 위한 상기 슬롯 요소 내에 장착되고, 상기 디스플레이 커버 층을 통해 상기 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 디스플레이 커버 층 내에 적어도 부분적으로 임베딩되는, 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 하우징 벽들 중 주어진 하나에 유전체 윈도우가 형성되고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 유전체 윈도우를 통해 상기 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징 내에 장착된 추가적 위상 안테나 어레이를 추가로 포함하고, 상기 추가적 위상 안테나 어레이는 상기 안테나를 위한 상기 슬롯 요소 내에 장착되는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 디스플레이 구조물들 내의 공간 필터를 추가로 포함하고, 상기 공간 필터는 상기 제2 주파수를 포함하는 통과 대역을 갖고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 공간 필터를 통한 상기 디스플레이 모듈을 통해 그리고 상기 디스플레이 커버 층을 통해 상기 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전도성 하우징 벽들 중 주어진 하나에 유전체 윈도우가 형성되고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 하우징 내에 장착된 추가적 위상 안테나 어레이를 추가로 포함하고, 상기 추가적 위상 안테나 어레이는 상기 유전체 윈도우를 통해 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 제3 주파수에서 제3 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 피드에 결합된 무선 주파수 송수신기;
    상기 위상 안테나 어레이에 결합된 송신기 및 수신기 -상기 송신기는 상기 제2 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되고, 상기 수신기는 상기 위상 안테나 어레이에 의해 수신되는 상기 제2 무선 주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성됨-; 및
    상기 송신된 제2 무선 주파수 신호들 및 상기 제2 무선 주파수 신호들의 수신된 반사된 버전에 기초하여 상기 전자 디바이스에 대한 상기 위상 안테나 어레이의 시야 내에서 외부 물체의 범위를 검출하도록 구성된 제어 회로부를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 디바이스의 모션을 나타내는 모션 데이터를 생성하도록 구성된 가속도계를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 검출된 범위 및 상기 모션 데이터에 기초하여 미리 결정된 공간 이벤트를 검출하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 송신기에 결합된 제1 단자, 상기 수신기에 결합된 제2 단자 및 상기 위상 안테나 어레이에 결합된 제3 단자를 갖는 스위치를 추가로 포함하고, 상기 스위치는 주어진 시간에 상기 송신기 및 상기 수신기 중 선택된 하나를 상기 위상 안테나 어레이에 결합하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  11. 손목시계로서,
    손목 스트랩을 수용하도록 구성된 하우징;
    10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에서 무선 주파수 신호들을 생성하도록 구성된 상기 하우징 내의 무선 회로부; 및
    상기 무선 회로부에 결합되고 상기 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된 상기 하우징 내의 위상 안테나 어레이를 포함하는, 손목시계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징에 장착된 터치 스크린을 추가로 포함하는, 손목시계.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하우징은 전도성 하우징 측벽을 포함하고, 상기 터치 스크린은 디스플레이 모듈 및 상기 디스플레이 모듈을 커버하는 디스플레이 커버 층을 포함하고, 상기 디스플레이 모듈은 상기 디스플레이 커버 층을 통해 이미지들을 디스플레이하도록 구성되고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 전도성 하우징 측벽과 상기 디스플레이 모듈 사이에 장착되고 상기 디스플레이 커버 층을 통해 상기 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 손목시계.
  14. 제13항에 있어서,
    비-밀리미터파 안테나를 추가로 포함하고, 상기 디스플레이 모듈 내의 전도성 구조물들 및 상기 전도성 하우징 측벽은 상기 비-밀리미터파 안테나 내의 슬롯의 에지들을 정의하는, 손목시계.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 비-밀리미터파 안테나에 결합되는 상기 하우징 내의 무선 주파수 송수신기를 추가로 포함하고, 상기 무선 주파수 송수신기는 10 ㎓ 미만의 추가 주파수에서 추가적 무선 주파수 신호들을 생성하도록 구성되고, 상기 비-밀리미터파 안테나는 상기 추가적 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는, 손목시계.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 무선 회로부에 결합된 상기 하우징 내의 제어 회로부를 추가로 포함하고, 상기 무선 회로부는 외부 물체로부터 반사되고 상기 위상 안테나 어레이에 의해 수신된 상기 송신된 무선 주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성되고, 상기 제어 회로부는 상기 송신된 무선 주파수 신호들 및 상기 송신된 무선 주파수 신호들의 반사된 버전에 기초하여 전자 디바이스와 상기 외부 물체 사이의 범위를 식별하도록 구성되는, 손목시계.
  17. 제16항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는 안테나들의 1 차원 어레이를 포함하는, 손목시계.
  18. 손목시계로서,
    전도성 하우징 벽;
    상기 전도성 하우징 벽에 장착된 디스플레이;
    무선 주파수 신호를 송신하고 상기 송신된 무선 주파수 신호의 반사된 버전을 수신하도록 구성된 위상 안테나 어레이; 및
    상기 위상 안테나 어레이에 결합되고, 상기 위상 안테나 어레이에 의해 송신된 상기 무선 주파수 신호 및 상기 위상 안테나 어레이에 의해 수신된 상기 송신된 무선 주파수 신호의 반사된 버전에 기초하여 상기 손목시계 외부의 물체에 대한 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는, 손목시계.
  19. 제18항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는 제1 주파수에서 상기 무선 주파수 신호를 송신하도록 구성되고, 전자 디바이스는,
    적어도 상기 전도성 하우징 벽과 상기 디스플레이 내의 전도성 구조물 사이에 정의된 슬롯 요소를 갖는 안테나를 추가로 포함하고, 상기 안테나는 상기 제1 주파수와는 상이한 제2 주파수에서 추가적 무선 주파수 신호를 송신하도록 구성되고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 안테나의 상기 슬롯 요소 내에 장착되는, 손목시계.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 주파수는 10 ㎓ 내지 300 ㎓이고, 상기 제2 주파수는 600 ㎒ 내지 10 ㎓인, 손목시계.
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