KR20200036736A - 통신 및 레인징 능력들을 갖는 전자 디바이스들 - Google Patents

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KR20200036736A
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Abstract

전자 디바이스에 안테나들 및 제어 회로부가 제공될 수 있다. 안테나들은 단위 셀들의 어레이로 배열될 수 있다. 각각의 단위 셀은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 신호들을 전달하는 제1 안테나 및 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하는 제2 안테나를 포함할 수 있다. 단위 셀들 중 제1 단위 셀에는 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 송신하는 제1 안테나 세트가 제공될 수 있다. 안테나 단위 셀들 중 제2 안테나 단위 셀에는 외부 물체들로부터 반사된 후의 무선-주파수 신호들을 수신하는 제2 안테나 세트가 제공될 수 있다. 제어 회로부는 제2 주파수 대역에서 송신되고 수신된 신호들을 프로세싱함으로써 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다.

Description

통신 및 레인징 능력들을 갖는 전자 디바이스들{ELECTRONIC DEVICES HAVING COMMUNICATIONS AND RANGING CAPABILITIES}
본 출원은 2018년 9월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/146,556호를 우선권으로 주장하며, 상기 특허 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원은 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 통신들을 지원하기 위해 안테나들 및 무선 송수신기들을 포함한다.
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 통신들 및 공간 레인징 동작(spatial ranging operation)들을 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 때때로 극고주파(extremely high frequency, EHF) 통신들로 지칭되는 밀리미터파 통신들 및 센티미터파 통신들은 약 10 내지 300 ㎓ 주파수들에서의 통신들을 수반한다. 이러한 주파수들에서의 동작은 높은 대역폭들을 지원할 수 있지만, 상당한 문제들을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 안테나들에 의해 생성된 밀리미터파 신호들은 다양한 매체들을 통한 신호 전파 동안 상당한 감쇠 및/또는 왜곡에 의해 특성화될 수 있다. 또한, 전자 디바이스 내에서 무선 통신들 및 공간 레인징 동작들 둘 모두를 수행하기 위한 안테나들을 통합하는 것은 또한 어려울 수 있으며, 이는 종종 공간 제약들을 받는다.
따라서, 밀리미터파 및 센티미터파 통신들 및 공간 레인징 동작들을 지원하는 회로부와 같은 개선된 무선 회로부를 갖는 전자 디바이스들을 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스에 무선 회로부 및 제어 회로부가 제공된다. 무선 회로부는 안테나들에 의해 전달되는 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 사용하여 무선 통신 동작들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다.
안테나들은 기판 상의 안테나 단위 셀들의 어레이로 배열될 수 있다. 각각의 안테나 단위 셀은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하는 제1 안테나 및 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하는 제2 안테나를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 안테나들은 외부 무선 장비와의 양방향 무선 통신들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 제1 및 제2 안테나들은, 예를 들어, 적층된 패치 안테나들일 수 있다. 어레이를 가로지르는 각각의 안테나 단위 셀 내의 제1 및 제2 안테나들은 집합적으로 위상 안테나 어레이를 형성할 수 있다.
안테나 단위 셀들 중 제1 안테나 단위 셀에는 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 송신하는 제1 안테나 세트가 제공될 수 있다. 안테나 단위 셀들 중 제2 안테나 단위 셀에는 외부 물체들로부터 반사된 후의 무선-주파수 신호들을 수신하는 제2 안테나 세트가 제공될 수 있다. 제어 회로부는 (예를 들어, 디바이스와 외부 물체들 사이의 레인지(range)를 식별하기 위해) 제2 주파수 대역에서 송신되고 수신된 신호들을 프로세싱함으로써 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 제1 안테나 세트는 제1 안테나 단위 셀의 코너들에 위치되고 제1 안테나 단위 셀 내의 제1 및 제2 안테나들보다 접지에 더 가깝게 위치될 수 있다. 제2 안테나 세트는 제2 안테나 단위 셀의 코너들에 위치되고 제2 안테나 단위 셀 내의 제1 및 제2 안테나들보다 접지에 더 가깝게 위치될 수 있다. 제1 및 제2 안테나 단위 셀들은 어레이의 대향 측부들에 위치될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 무선 회로부를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 전자 디바이스의 후방 사시도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 무선 회로부를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 송수신기 회로 및 안테나의 도면이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 이중 포트들을 갖는 예시적인 패치 안테나의 사시도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 안테나들을 사용하여 무선 통신들 및 공간 레인징 동작들 둘 모두를 수행하는 예시적인 전자 디바이스의 도면이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 상이한 주파수 대역들에서의 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 별개의 안테나 세트들을 갖는 예시적인 무선 회로부의 도면이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 공동-위치된 패치 안테나들을 갖는 예시적인 다중-대역 안테나 구조물들의 측단면도이다.
도 9은 일부 실시예들에 따른, 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 공동-위치된 패치 안테나들을 갖는 예시적인 다중-대역 안테나 구조물들의 평면도이다.
도 10 및 도 11은 일부 실시예들에 따른, 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 안테나들의 예시적인 어레이들의 평면도들이다.
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 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 ㎓의 주파수들에서의 신호들을 수반한다. 전자 디바이스는 이들 주파수들에서의 신호들을 사용하여 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 안테나들을 포함할 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, 가상 또는 증강 현실 헤드셋 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, 무선 액세스 포인트 또는 기지국, 데스크톱 컴퓨터, 키보드, 게이밍 제어기, 컴퓨터 마우스, 마우스패드, 트랙패드 또는 터치패드, 이러한 디바이스들 중 둘 이상의 디바이스들의 기능을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비일 수 있다. 도 1의 예시적인 구성에서, 디바이스(10)는 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 태블릿 컴퓨터, 또는 다른 휴대용 컴퓨팅 디바이스와 같은 휴대용 디바이스이다. 원하는 경우, 디바이스(10)를 위한 다른 구성들이 사용될 수 있다. 도 1의 예는 단지 예시일 뿐이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 디스플레이(8)와 같은 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(8)는 하우징(12)과 같은 하우징 내에 장착될 수 있다. 때때로 인클로저 또는 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재들, 금속(예를 들어, 스테인리스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료들, 또는 이들 재료들 중 임의의 2개 이상의 조합으로 형성될 수 있다. 하우징(12)은, 하우징(12)의 일부 또는 전부가 단일 구조물로서 기계가공 또는 성형되는 일체형 구성을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 다수의 구조물들(예를 들어, 내부 프레임 구조물, 외부 하우징 표면들을 형성하는 하나 이상의 구조물들 등)을 사용하여 형성될 수 있다.
디스플레이(8)는, 전도성 용량성 터치 센서 전극들의 층 또는 다른 터치 센서 컴포넌트들(예를 들어, 저항성 터치 센서 컴포넌트들, 음향 터치 센서 컴포넌트들, 힘 기반 터치 센서 컴포넌트들, 광 기반 터치 센서 컴포넌트들 등)을 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 구조물들로부터 형성될 수 있다.
디스플레이(8)는 액정 디스플레이(LCD) 컴포넌트들로 형성된 디스플레이 픽셀들의 어레이, 전기 영동 디스플레이 픽셀들의 어레이, 플라즈마 디스플레이 픽셀들의 어레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이 픽셀들의 어레이, 전기습윤 디스플레이 픽셀들의 어레이, 또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 디스플레이 픽셀들을 포함할 수 있다.
디스플레이(8)는 투명 유리 또는 투명한 플라스틱, 사파이어, 또는 다른 투명 유전체의 층과 같은 디스플레이 커버 층을 사용하여 보호될 수 있다. 디스플레이 커버 층에 개구들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 버튼들, 지문 센서 또는 광 센서와 같은 센서 회로부, 스피커 포트 또는 마이크로폰 포트와 같은 포트들 등을 수용하기 위해 개구들이 디스플레이 커버 층 내에 형성될 수 있다. 통신 포트들(예컨대, 오디오 잭 포트, 디지털 데이터 포트, 충전 포트 등)을 형성하기 위해 개구들이 하우징(12) 내에 형성될 수 있다. 하우징(12)의 개구들은 스피커 및/또는 마이크로폰과 같은 오디오 컴포넌트들을 위해 또한 형성될 수 있다.
안테나들은 하우징(12) 내에 장착될 수 있다. 원하는 경우, 안테나들 중 일부(예컨대, 빔 조향을 구현할 수 있는 안테나 어레이들 등)는 디스플레이(8)의 비활성 경계 영역 아래에 장착될 수 있다(예를 들어, 도 1의 예시적인 안테나 위치들(6) 참조). 디스플레이(8)는 픽셀들의 어레이를 갖는 활성 영역(예컨대, 중심 직사각형 부분)을 포함할 수 있다. 디스플레이(8)의 비활성 영역들에는 픽셀들이 없고, 활성 영역에 대한 경계들을 형성할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들은 또한 하우징(12)의 후면에서 또는 디바이스(10) 내의 다른 곳에서 유전체-충전 개구(dielectric-filled opening)들을 통해 동작할 수 있다.
사람 손 또는 사용자의 다른 신체 부분과 같은 외부 물체가 하나 이상의 안테나들을 차단할 때 통신들을 방해하는 것을 피하기 위해, 안테나들은 하우징(12) 내의 다수의 위치들에 장착될 수 있다. 근접 센서 데이터와 같은 센서 데이터, 실시간 안테나 임피던스 측정치들, 수신 신호 강도 정보와 같은 신호 품질 측정치들, 및 다른 데이터는, 하나 이상의 안테나들이 하우징(12)의 배향, 사용자의 손 또는 다른 외부 물체에 의한 차단, 또는 다른 환경 요인들로 인해 악영향을 받고 있을 때를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 디바이스(10)는 악영향을 받고 있는 안테나들 대신에 하나 이상의 대체 안테나들을 사용 중으로 스위칭할 수 있다.
안테나들은 하우징(12)의 코너들에(예를 들어, 도 1의 코너 위치들(6) 및/또는 하우징(12)의 후면 상의 코너 위치들에), 하우징(12)의 주변 에지들을 따라, 하우징(12)의 배면 상에, 디스플레이 커버 유리 또는 디바이스(10)의 전면 상의 디스플레이(8)를 덮고 보호하는 데 사용되는 다른 유전체 디스플레이 커버 층 아래에, 하우징(12)의 후면 또는 하우징(12)의 에지 상의 유전체 윈도우 아래에, 또는 디바이스(10) 내의 다른 곳에서 장착될 수 있다.
도 2는 안테나들(예컨대, 단일 안테나들 및/또는 위상 안테나 어레이들)이 디바이스(10)에 장착될 수 있는 하우징(12)의 후방 및 측부들 상에 있는 예시적인 위치들(6)을 보여주는 전자 디바이스(10)의 후방 사시도이다. 안테나들은 디바이스(10)의 코너들에, 측벽들(12E)에 의해 형성된 에지들과 같은 하우징(12)의 에지들을 따라, 후방 하우징 부분(벽)(12R)의 상부 및 하부 부분들 상에, 후방 하우징 벽(12R)의 중심에(예컨대, 유전체 윈도우 구조물 또는 후방 하우징(12R)의 중심에 있는 다른 안테나 윈도우 아래에), 후방 하우징 벽(12R)의 코너들에(예컨대, 하우징(12) 및 디바이스(10)의 후면의 상부 좌측 코너, 상부 우측 코너, 하부 좌측 코너, 및 하부 우측 코너 상에) 등에 장착될 수 있다.
하우징(12)이 전체적으로 또는 거의 전체적으로 유전체로부터 완전히 형성되는 구성들에서, 안테나들은 유전체의 임의의 적합한 부분을 통해 안테나 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 하우징(12)이 금속과 같은 전도성 재료로 형성되는 구성들에서, 금속 내의 슬롯들 또는 다른 개구들과 같은 하우징의 영역들은 플라스틱 또는 다른 유전체로 충전될 수 있다. 안테나들은 개구들 내의 유전체와 정렬되어 장착될 수 있다. 때때로 유전체 안테나 윈도우들, 유전체 갭들, 유전체-충전 개구들, 유전체-충전 슬롯들, 세장형 유전체 개구 영역들 등으로 지칭될 수 있는 이들 개구는, 안테나 신호들이 디바이스(10)의 내부 내에 장착된 안테나들로부터 외부 무선 장비로 송신되게 할 수 있고, 내부 안테나들이 외부 무선 장비로부터 안테나 신호들을 수신하게 할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나들은 하우징(12)의 전도성 부분들의 외부에 장착될 수 있다.
디바이스(10)에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들을 도시하는 개략도가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(14)와 같은 저장 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부(14)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(14) 내의 프로세싱 회로부는 디바이스(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 호스트 프로세서들, 기저대역 프로세서 집적 회로들, 응용 주문형 집적 회로들 등에 기초할 수 있다.
제어 회로부(14)는 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은 소프트웨어를 디바이스(10) 상에서 실행하는 데 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 제어 회로부(14)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(14)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 프로토콜들(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 방법론을 특정하는 대응하는 무선 액세스 기술(RAT)과 연관될 수 있다.
디바이스(10) 내의 제어 회로부(예컨대, 제어 회로부(14))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 제어 회로부(14) 내의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때로는 프로그램 명령어들, 소프트웨어, 데이터, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예컨대, 마그네틱 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 착탈식 플래시 드라이브들 또는 다른 착탈식 매체 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(14)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖춘 응용 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(16)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(16)는 입출력 디바이스들(18)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(18)은 데이터가 디바이스(10)에 공급되게 하기 위해, 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(18)은 사용자 인터페이스 디바이스, 데이터 포트 디바이스, 센서, 및 다른 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입출력 디바이스들은 터치 스크린, 터치 센서 능력들을 갖지 않는 디스플레이, 버튼, 조이스틱, 스크롤링 휠, 터치 패드, 키 패드, 키보드, 마이크로폰, 카메라, 스피커, 상태 표시자, 광원, 오디오 잭 및 기타 오디오 포트 컴포넌트, 디지털 데이터 포트 디바이스, 광 센서, 자이로스코프, 가속도계 또는 지구에 대한 모션 및 디바이스 배향을 검출할 수 있는 다른 컴포넌트, 용량 센서, 근접 센서(예컨대, 용량성 근접 센서 및/또는 적외선 근접 센서), 자기 센서, 및 기타 센서 및 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
입출력 회로부(16)는 외부 장비와 무선으로 통신하고/하거나 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 무선 회로부(34)를 포함할 수 있다. 무선 회로부(34)는 하나 이상의 집적 회로들로부터 형성된 무선-주파수(RF) 송수신기 회로부, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 RF 컴포넌트들, 하나 이상의 안테나들(40), 송신 라인들, 및 RF 무선 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다. 무선 신호들은 또한 광을 사용하여(예컨대, 적외선 통신들을 사용하여) 전송될 수 있다.
무선 회로부(34)는 다양한 무선-주파수 통신 대역들을 처리하기 위한 무선-주파수 송수신기 회로부(20)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기 회로부(20)는 GPS(Global Positioning System) 수신기 회로들(22), 로컬 무선 송수신기 회로들(24), 원격 무선 송수신기 회로들(26), 및/또는 밀리미터파 송수신기 회로들(28)을 포함할 수 있다.
로컬 무선 송수신기 회로들(24)은 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 송수신기 회로부를 포함할 수 있고, 따라서 때때로 본 명세서에서 WLAN 송수신기 회로부(24)로 지칭될 수 있다. WLAN 송수신기 회로부(24)는 WiFi®(IEEE 802.11) 통신을 위한 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ 대역들을 처리할 수 있고, 2.4 ㎓ 블루투스® 통신 대역을 처리할 수 있다.
원격 무선 송수신기 회로들(26)은 셀룰러 전화 송수신기 회로부를 포함할 수 있고, 따라서 때때로 본 명세서에서 셀룰러 전화 송수신기 회로부(26)로 지칭될 수 있다. 셀룰러 전화 송수신기 회로부(26)는, (예들로서) 700 내지 960 ㎒의 통신 대역, 1710 내지 2170 ㎒의 통신 대역, 및 2300 내지 2700 ㎒의 통신 대역, 또는 600 ㎒와 4000 ㎒ 사이의 다른 통신 대역들과 같은 주파수 범위들, 또는 다른 적합한 주파수들에서의 무선 통신들을 처리할 수 있다. 셀룰러 전화 송수신기 회로부(26)는 음성 데이터 및 비-음성 데이터를 처리할 수 있다.
밀리미터파 송수신기 회로들(28)(때때로 본 명세서에서 극고주파(EHF) 송수신기 회로부(28) 또는 밀리미터파 송수신기 회로부(28)로 지칭됨)은 약 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수들에서의 통신들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 송수신기 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 초고주파(Super High Frequency, SHF) 대역들로 지칭됨)에서의 통신들을 지원할 수 있다. 예로서, 밀리미터파 송수신기 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, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 60 ㎓에서의 그리고/또는 27 ㎓ 내지 90 ㎓의 5세대 모바일 네트워크들 또는 5세대 무선 시스템들(5G) 통신 대역들에서의 IEEE 802.11ad 통신들을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 다수의 주파수 대역들, 예컨대 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 제1 대역, 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 제2 대역, 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 제3 대역, 및/또는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 다른 통신 대역들에서의 통신들을 지원할 수 있다. 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로 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 송수신기 회로부(28)로 지칭되지만, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수들에서 임의의 원하는 통신 대역들에서의(예컨대, 밀리미터파 통신 대역들, 센티미터파 통신 대역들 등에서의) 통신들을 처리할 수 있다. 때때로 본 명세서에 예로서 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 안테나들(40)에 의해 송신 및 수신되는 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하는 공간 레인징 회로부(예컨대, 밀리미터파 공간 레인징 회로부)를 포함할 수 있다. 공간 레인징 회로부는 디바이스(10)와 디바이스(10)의 주변의 외부 물체들(예를 들어, 하우징(12) 및 디바이스(10) 외부의 물체들, 예컨대 사용자 또는 다른 사람들의 신체, 다른 디바이스들, 동물들, 가구, 벽들, 또는 디바이스(10) 부근의 다른 물체들 또는 장애물들) 사이의 레인지를 검출 또는 추출하기 위해 송신 및 수신된 신호들을 사용할 수 있다.
GPS 수신기 회로들(22)은 1575 ㎒에서의 GPS 신호들, 또는 다른 위성 포지셔닝 데이터(예컨대, 1609 ㎒에서의 GLONASS 신호들)를 처리하기 위한 신호들을 수신할 수 있다. GPS 수신기 회로들(22)에 대한 위성 내비게이션 시스템 신호들은 지구를 선회하는 일단의 위성들(a constellation of satellites)로부터 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 라디오 신호들을 수신하기 위한 회로부, 호출 시스템 송수신기들, 근거리 무선 통신(near field communication, NFC) 회로부 등을 포함할 수 있다.
위성 내비게이션 시스템 링크들, 셀룰러 전화 링크들, 및 다른 장거리 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수천 피트 또는 마일에 걸쳐서 데이터를 전달하는 데 사용된다. 2.4 및 5 ㎓에서의 WiFi® 및 Bluetooth® 링크들 및 다른 단거리 무선 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐 데이터를 전달하는 데 사용된다. 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 가시선 경로를 통해 송신기와 수신기 사이에서 이동하는 신호들을 짧은 거리들에 걸쳐 전달할 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 통신에 대한 신호 수신을 향상시키기 위해, 위상 안테나 어레이들 및 빔 조향(beam steering) 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.
임의의 적합한 안테나 유형들을 이용하여 무선 회로부(34) 내의 안테나들(40)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 안테나들(40)은 적층형 패치 안테나 구조물, 루프 안테나 구조물, 패치 안테나 구조물, 역-F 안테나 구조물, 슬롯 안테나 구조물, 평면 역-F 안테나 구조물, 모노폴, 다이폴, 나선형 안테나 구조물, 야기(Yagi)(Yagi-Uda) 안테나 구조물, 이들 설계들의 하이브리드 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상은 후면-공동형 안테나들일 수 있다. 상이한 유형들의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합에 대해 사용될 수 있다. 예를 들면, 일 유형의 안테나는 로컬 무선 링크 안테나를 형성하는 데 사용될 수 있고, 다른 유형의 안테나는 원격 무선 링크 안테나를 형성하는 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. 원하는 경우, 밀리미터파 및 센티미터파 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 전용 안테나들이 사용될 수 있다. 안테나들(40)은 밀리미터파 및 센티미터파 통신들을 처리하기 위해 그리고/또는 공간 레인징 동작들을 처리하기 위해 하나 이상의 위상 안테나 어레이들로 배열된 안테나들을 포함할 수 있다.
디바이스(10) 내에서 안테나 신호들을 라우팅하기 위해 송신 라인 경로들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 송신 라인 경로들은 안테나들(40)을 송수신기 회로부(20)에 결합하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10) 내의 송신 라인 경로들(때때로 본 명세서에서 송신 라인들로 지칭됨)은 동축 케이블, 금속화된 비아들에 의해 실현되는 동축 프로브, 마이크로스트립(microstrip) 송신 라인, 스트립라인(stripline) 송신 라인, 에지-결합형 마이크로스트립 송신 라인, 에지-결합형 스트립라인 송신 라인, 도파관 구조물, 이러한 유형들의 송신 라인들의 조합으로 형성된 송신 라인들 등을 포함할 수 있다.
원하는 경우, 디바이스(10) 내의 송신 라인들은 강성 및/또는 가요성 인쇄 회로 보드들에 통합될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10) 내의 송신 라인들은, 또한, 다수의 차원들(예컨대, 2차원 또는 3차원)로 절첩될 수 있거나 휘어질 수 있고 휨 후에 휘어진 또는 절첩된 형상을 유지하는 다층 라미네이트 구조물들(예컨대, 접착제를 개재시키지 않고서 함께 라미네이팅되는 구리와 같은 전도성 재료와 수지와 같은 유전체 재료의 층들) 내에 통합되는 송신 라인 전도체들(예컨대, 신호 및 접지 전도체들)을 포함할 수 있다(예컨대, 다층 라미네이트 구조물들은 다른 디바이스 컴포넌트들 둘레로 라우팅하도록 특정한 3차원 형상으로 절첩될 수 있고, 보강재들 또는 다른 구조물들에 의해 제자리에서 유지되지 않고서 절첩 후에 그의 형상을 유지하기에 충분히 강성일 수 있다). 라미네이트 구조물들의 다수의 층들 모두는 (예컨대, 접착제를 이용하여 다수의 층들을 함께 라미네이팅하기 위해 다수의 가압 프로세스들을 수행하는 것과는 반대로) 접착제 없이 함께 (예컨대, 단일 가압 프로세스에서) 배치(batch) 라미네이팅될 수 있다. 원하는 경우, 필터 회로부, 스위칭 회로부, 임피던스 정합 회로부, 및 다른 회로부가 송신 라인들 내에 개재될 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. 따라서, 다수의 안테나들 또는 위상 안테나 어레이들을 디바이스(10) 내에 통합하는 것이 바람직할 수 있으며, 이들 각각은 디바이스(10) 내의 상이한 위치에 배치된다. 이러한 유형의 배열에서, 차단되지 않은 안테나 또는 위상 안테나 어레이는 사용 중으로 스위칭될 수 있다. 위상 안테나 어레이가 디바이스(10) 내에 형성되는 시나리오들에서, 일단 사용 중으로 스위칭되면, 위상 안테나 어레이는 무선 성능을 최적화하기 위해 빔 조향을 사용할 수 있다. 디바이스(10) 내의 하나 이상의 상이한 위치들로부터의 안테나들이 함께 동작되는 구성들이 또한 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이들을 갖는 디바이스들에서, 무선 회로부(34)는 (예를 들어, 원하는 포인팅 방향으로 위상 안테나 어레이의 신호 빔을 향하게 하도록 빔 조향을 수행하기 위해) 위상 안테나 어레이 내의 각각의 안테나(40)와 연관된 신호들을 조정하는 데 사용되는 이득 및 위상 조정 회로부를 포함할 수 있다. 스위칭 회로부는 원하는 안테나들(40)을 사용 중으로 그리고 비사용 중으로 스위칭하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 도 1 및 도 2의 위치들(6) 각각은 다수의 안테나들(40)(예를 들어, 위상 안테나 어레이 내의 3개의 안테나들 또는 3개보다 많거나 3개보다 적은 안테나들의 세트)을 포함할 수 있고, 그리고 원하는 경우, 위치들(6) 중 하나의 위치로부터의 하나 이상의 안테나들은 신호들을 송신 및 수신하는 데 사용되면서 위치들(6) 중 다른 위치로부터의 하나 이상의 안테나들을 신호들을 송신 및 수신하는 데 사용할 수 있다.
송수신기 회로부(20)(예를 들어, 도 3의 밀리미터파 송수신기 회로부(28))에 결합된 안테나(40)의 개략도가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선-주파수 송수신기 회로부(20)는 송신 라인(50)을 사용하여 안테나(40)의 안테나 피드(F)에 결합될 수 있다. 안테나 피드(F)는 양극 안테나 피드 단자(56)와 같은 양극 안테나 피드 단자를 포함할 수 있고, 접지 안테나 피드 단자(58)와 같은 접지 안테나 피드 단자를 포함할 수 있다. 송신 라인(50)은 인쇄 회로 상의 금속 트레이스들 또는 기타 전도성 구조물들로 형성될 수 있고, 양극 안테나 피드 단자(56)에 결합된 경로(52)와 같은 양극 송신 라인 신호 경로 및 접지 안테나 피드 단자(58)에 결합된 경로(54)와 같은 접지 송신 라인 신호 경로를 가질 수 있다. 경로(52)는 때때로 본 명세서에서 신호 전도체(52)로 지칭될 수 있다. 경로(54)는 때때로 본 명세서에서 접지 전도체(54)로 지칭될 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 비사용 중으로 스위칭된다. 원하는 경우, 제어 회로부(14)(도 3)는 디바이스(10)에서 실시간으로 사용할 최적의 안테나를 선택하기 위해, 그리고/또는 안테나들(40) 중 하나 이상과 연관된 조정가능한 무선 회로부에 대한 최적의 설정을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 안테나 조정은 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 안테나들(40) 내에 통합되어, 안테나들(40)을 조정하는 데 사용되는 센서 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다.
일부 구성예들에서, 안테나들(40)은 하나 이상의 안테나 어레이들(예컨대, 빔 조향 기능들을 구현하는 위상 안테나 어레이들)로 배열될 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)에 대한 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 처리하는 데 사용되는 안테나들은 위상 안테나 어레이들로서 구현될 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 통신들을 지원하기 위한 위상 안테나 어레이 내의 방사 요소들은 패치 안테나들(예를 들어, 적층된 패치 안테나들), 다이폴 안테나들, 다이폴 안테나 공진 요소들에 더하여 디렉터들 및 반사기들을 갖는 다이폴 안테나들(때때로 야기 안테나들 또는 빔 안테나들로 지칭됨), 또는 다른 적합한 안테나 요소들일 수 있다. 송수신기 회로부는 위상 안테나 어레이들과 통합되어, 통합형 위상 안테나 어레이 및 송수신기 회로 모듈들을 형성할 수 있다.
때때로 본 명세서에 예로서 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 패치 안테나 구조물들이 안테나(40)를 구현하는 데 사용될 수 있다. 패치 안테나 구조물들을 사용하여 구현되는 안테나들(40)은 때때로 본 명세서에서 패치 안테나들로 지칭될 수 있다. 예시적인 패치 안테나가 도 5에 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안테나(40)는 안테나 접지 평면(64)(때때로 본 명세서에서 안테나 접지(64)로 지칭됨)과 같은 접지 평면으로부터 분리되고 그에 평행한 패치 안테나 공진 요소(60)를 가질 수 있다. 패치 안테나 공진 요소(60)는 도 5의 X-Y 평면과 같은 평면 내에 놓일 수 있다(예를 들어, 요소(60)의 측방향 표면 영역은 X-Y 평면 내에 놓일 수 있다). 패치 안테나 공진 요소(60)는 때때로 본 명세서에서 패치(60), 패치 요소(60), 패치 공진 요소(60), 안테나 공진 요소(60), 또는 공진 요소(60)로 지칭될 수 있다. 안테나 접지(64)는 패치 요소(60)의 평면에 평행한 평면 내에 놓일 수 있다. 따라서, 패치 요소(60) 및 안테나 접지(64)는 고정된 거리만큼 분리된 별개의 평행 평면들 내에 놓일 수 있다. 패치 요소(60) 및 안테나 접지(64)는 유전체 기판, 예컨대, 강성 또는 가요성 인쇄 회로 보드 기판, 금속 포일, 스탬핑된 시트 금속, 전자 디바이스 하우징 구조물들, 또는 임의의 다른 원하는 전도성 구조물들 상에 패턴화되는 전도성 트레이스들로부터 형성될 수 있다.
패치 요소(60)의 측부들의 길이는 안테나(40)가 원하는 동작 주파수에서 공진하도록(방사하도록) 선택될 수 있다. 예를 들어, 패치 요소(60)의 측부들은 각각 (예를 들어, 패치 요소(60)를 둘러싸는 재료들의 유전체 특성들을 고려한 유효 파장인) 안테나(40)에 의해 전달되는 신호들의 파장의 절반과 대략 동일한 길이(62)를 가질 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 길이(62)는, 단지 일례로서, 57 ㎓ 내지 70 ㎓의 밀리미터파 주파수 대역을 커버하기 위한 0.8 mm 내지 1.2 mm(예컨대, 대략 1.1 mm)일 수 있다.
도 5의 예는 단지 예시일 뿐이다. 패치 요소(60)는 패치 요소(60)의 모든 측부들이 길이가 동일한 정사각형 형상을 가질 수 있거나, 또는 상이한 직사각형 형상을 가질 수 있다. 패치 요소(60)는 임의의 원하는 수의 직선 및/또는 곡선 에지들을 갖는 다른 형상들로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 패치 요소(60) 및 안테나 접지(64)는 상이한 형상들 및 상대 배향들을 가질 수 있다.
안테나(40)에 의해 처리되는 편파(polarization)를 향상시키기 위해, 안테나(40)에 다수의 피드들이 제공될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나(40)는 송신 라인 경로(50V)와 같은 제1 송신 라인 경로(50)에 결합되는 안테나 포트(P1)에서의 제1 피드, 및 송신 라인 경로(50H)와 같은 제2 송신 라인 경로(50)에 결합되는 안테나 포트(P2)에서의 제2 피드를 가질 수 있다. 제1 안테나 피드는 안테나 접지(64)에 결합된 제1 접지 안테나 피드 단자(명료함을 위해 도 5에 도시되지 않음) 및 패치 요소(60)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56V)와 같은 제1 양극 안테나 피드 단자(56)를 가질 수 있다. 제2 안테나 피드는 안테나 접지(64)에 결합된 제2 접지 안테나 피드 단자(명료함을 위해 도 5에 도시되지 않음) 및 패치 요소(60)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56H)와 같은 제2 양극 안테나 피드 단자(56)를 가질 수 있다.
구멍들 또는 개구들, 예컨대 개구들(70, 72)이 안테나 접지(64)에 형성될 수 있다. 송신 라인 경로(50V)는 구멍(70)을 통하여 패치 요소(60) 상의 양극 안테나 피드 단자(56V)까지 연장되는 수직 전도체(66V)(예컨대, 전도성 관통-비아, 전도성 핀, 금속 필러(pillar), 솔더 범프, 이들의 조합, 또는 다른 수직 전도성 상호접속부 구조물들)를 포함할 수 있다. 송신 라인 경로(50H)는 구멍(72)을 통해 패치 요소(60) 상의 양극 안테나 피드 단자(56H)까지 연장되는 수직 전도체(66H)를 포함할 수 있다. 이 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 다른 송신 라인 구조물들(예컨대, 동축 케이블 구조물들, 스트립라인 송신 라인 구조물들 등)이 사용될 수 있다.
포트(P1)와 연관된 제1 안테나 피드를 사용할 때, 안테나(40)는 제1 선형 편파를 갖는 무선-주파수 신호들을 송신 및/또는 수신할 수 있다(예를 들어, 포트(P1)와 연관된 안테나 신호들(68)의 전기장(E1)은 도 5의 Y-축에 평행하게 배향될 수 있다). 포트(P2)와 연관된 안테나 피드를 사용할 때, 안테나(40)는 제2 선형 편파를 갖는 무선-주파수 신호들을 송신 및/또는 수신할 수 있다(예를 들어, 포트(P2)와 연관된 안테나 신호들(68)의 전기장(E2)은 포트들(P1, P2)과 연관된 선형 편파들이 서로 직교하도록 도 5의 X-축에 평행하게 배향될 수 있다).
포트들(P1, P2) 중 하나는 안테나(40)가 단일 편파 안테나로서 동작하도록 주어진 시간에 사용될 수 있거나, 둘 모두의 포트들은 안테나(40)가 (예를 들어, 이중 편파 안테나, 원형 편파 안테나, 타원형 편파 안테나 등으로서) 다른 편파들로 동작하도록 동시에 동작될 수 있다. 원하는 경우, 활성 포트는 안테나(40)가 주어진 시간에 커버하는 수직 또는 수평 편파들 사이에서 스위칭할 수 있도록 시간 경과에 따라 변경될 수 있다. 포트들(P1, P2)은 상이한 위상 및 크기 제어기들에 결합될 수 있거나, 또는 동일한 위상 및 크기 제어기에 결합될 수 있다(예를 들어, 안테나(40)가 위상 안테나 어레이 내에 형성되는 시나리오들에서). 원하는 경우, 포트들(P1, P2)은 둘 모두 (예를 들어, 안테나(40)가 이중 편파 안테나로서 작용할 때) 주어진 시간에 동일한 위상 및 크기로 동작될 수 있다. 원하는 경우, 포트들(P1, P2)을 통해 전달되는 무선-주파수 신호들의 위상들 및 크기들은, 안테나(40)가 다른 편파들(예컨대, 원형 또는 타원형 편파들)을 나타내도록, 개별적으로 제어되고 시간 경과에 따라 변화될 수 있다.
주의를 기울이지 않으면, 도 5에 도시된 유형의 이중 편파 패치 안테나들과 같은 안테나들(40)은 관심 대상의 통신 대역(예컨대, 10 ㎓ 초과의 주파수들에서의 통신 대역)의 전체를 커버하기에 불충분한 대역폭을 가질 수 있다. 원하는 경우, 안테나(40)는 (예를 들어, 안테나(40)의 대역폭을 확장시켜 대응하는 통신 대역의 전체를 커버하기 위해) 안테나(40)의 대역폭을 넓히는 역할을 하는 하나 이상의 기생 안테나 공진 요소들을 포함할 수 있다. 기생 안테나 공진 요소들은, 예로서, 패치 요소(60) 위에 위치된 하나 이상의 전도성 패치들을 포함할 수 있다. 기생 안테나 공진 요소의 길이는 안테나의 대역폭을 넓히는 추가의 공진들을 추가하기 위해 패치 요소(60)의 길이보다 크거나 작을 수 있다. 기생 안테나 공진 요소는 원하는 경우 임피던스 정합을 위한 십자 형상을 가질 수 있다.
디바이스(10)는 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 사용하여(예를 들어, 도 3의 밀리미터파 송수신기 회로부(28)를 사용하여) 무선 통신들 및 공간 레인징 동작들 둘 모두를 수행할 수 있다. 도 6은 디바이스(10)가 무선 통신들 및 공간 레인징 동작들 둘 모두를 수행할 수 있는 방법을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 무선 통신 링크(84)를 통해 외부 디바이스(80)와 같은 외부 무선 장비를 이용하여 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선-주파수 신호들을 전달할 수 있다.
외부 디바이스(80)는, 예들로서, 전자 디바이스, 예컨대 무선 기지국, 무선 액세스 포인트, 임베디드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드 또는 휴대용 전자 디바이스, 더 작은 디바이스, 예컨대 손목시계 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 또는 이어피스 디바이스, 가상 또는 증강 현실 헤드셋 디바이스, 안경 또는 사용자의 머리에 착용되는 다른 장비에 임베딩된 디바이스, 또는 다른 웨어러블 또는 소형 디바이스, 텔레비전, 임베디드 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 디스플레이를 구비한 전자 장비가 키오스크 또는 자동차 내에 장착되어 있는 시스템과 같은 임베디드 시스템, 데스크톱 컴퓨터, 키보드, 게이밍 제어기, 컴퓨터 마우스, 마우스패드, 트랙패드 또는 터치패드일 수 있다.
동시에, 디바이스(10)는 (예컨대, 밀리미터파 또는 센티미터파 주파수들에서) 무선-주파수 신호들(86)을 송신할 수 있다. 디바이스(10)는 외부 물체(82)로부터 반사된 송신된 무선-주파수 신호들(86)의 반사된 버전인, 반사된 무선-주파수 신호들(88)을 수신할 수 있다. 디바이스(10)는 (예컨대, 무선-주파수 신호들(88)이 수신되는 시간과 송신된 무선-주파수 신호들(86)에서의 타임스탬프를 비교함으로써) 디바이스(10)와 외부 물체(82) 사이의 거리(레인지)를 식별하기 위해 무선-주파수 신호들(86, 88)을 프로세싱할 수 있다. 디바이스(10)는 무선-주파수 신호들(86, 88)을 사용하여 임의의 원하는 공간 레인징 동작들(예컨대, 레인지 검출 동작들, 외부 물체 검출 동작들, 외부 물체 추적 동작들 등)을 수행할 수 있다.
무선 통신 링크(84)는 양방향 통신 링크(예컨대, 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 유지되는 통신 링크)일 수 있다. 양방향 통신들을 수행할 때, 디바이스(10)(도 3) 상의 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 밀리미터파 통신 프로토콜을 사용하여 무선 데이터를 인코딩할 수 있고, 밀리미터파 또는 센티미터파 주파수들에서 무선 데이터를 외부 디바이스(80)에 송신할 수 있고, 밀리미터파 또는 센티미터파 주파수들에서 외부 디바이스(80)에 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.
도 6의 무선-주파수 신호들(86, 88)을 사용하여 밀리미터파 송수신기 회로부(28)(도 3)에 의해 수행되는 공간 레인징 동작들은 외부 통신 장비를 요구하지 않는 일방향 통신을 수반한다. 공간 레인징 동작들을 수행할 때, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는, (예를 들어, 레이더 프로토콜 또는 다른 레인지 또는 물체 검출 프로토콜에 기초하여) 신호들이 밀리미터파 또는 센티미터파 주파수들에서의 펄스들의 시퀀스(시리즈) 또는 다른 미리결정된 신호들을 포함하도록, 무선-주파수 신호들(86)을 송신할 수 있다. 이어서, 밀리미터파 송수신기 회로부(28)는 외부 물체(82)로부터 반사된, 반사된 무선-주파수 신호들(88)을 수신하는 것을 기다릴 수 있다. 송신된 신호의 반사된 버전을 수신할 때, 밀리미터파 송수신기 회로부(28) 또는 제어 회로부(14)(도 3)는 송신된 무선-주파수 신호들(86)(예컨대, 송신된 신호 내의 펄스들의 시퀀스)을 수신된 무선-주파수 신호들(88)(예컨대, 수신된 신호 내의 펄스들의 시퀀스)과 비교하여, (예컨대, 송신된 신호와 수신된 신호 사이의 시간 지연 및 오버 디 에어(over the air)의 신호들의 공지된 전파 속도에 기초하여, 그리고 레인지 또는 물체 검출 프로토콜을 사용하여) 디바이스(10)와 외부 물체(82) 사이의 거리를 식별할 수 있다. 펄스들의 시퀀스는, 예를 들어, 밀리미터파 송수신기 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, 반사된 신호에 대한 펄스들의 시퀀스는 송신된 신호 내의 펄스들의 공지된 시퀀스와 동일할 것이기 때문이다).
디바이스(10)는 무선 통신 링크(84)를 통해 제1 및/또는 제2 저주파수 대역들(예컨대, 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 주파수 대역들 또는 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수 대역) 내에서 무선-주파수 신호들을 전달할 수 있다. 디바이스(10)는 고주파수 대역(예컨대, 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 주파수 대역) 내에서 무선-주파수 신호들(86)을 송신할 수 있다. 디바이스(10)는 또한 원하는 경우 고주파수 대역 내에서 양방향 통신들을 수행할 수 있다. 디바이스(10)는 무선 통신 링크(84)를 처리하기 위한 안테나들(40)의 제1 세트(예를 들어, 위상 안테나 어레이)를 포함할 수 있다. 디바이스(10)는 무선-주파수 신호들(86)을 송신하기 위한 안테나들(40)의 제2 세트(예컨대, 위상 안테나 어레이로서 동작될 수 있거나 동작되지 않을 수 있는 어레이 패턴으로 배열된 하나 이상의 안테나들)를 포함할 수 있다. 디바이스(10)는 무선-주파수 신호들(88)을 수신하기 위한 안테나들(40)의 제3 세트(예컨대, 위상 안테나 어레이로서 동작될 수 있거나 동작되지 않을 수 있는 어레이 패턴으로 배열된 하나 이상의 안테나들)를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 동일한 안테나 세트가 무선-주파수 신호들(86)을 송신하고 무선-주파수 신호들(88)을 수신하는 것 둘 모두에 사용될 수 있다.
도 7은 디바이스(10) 상의 무선 회로부(34)가 무선 통신들 및 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 어떻게 상이한 안테나 세트들을 포함할 수 있는지를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(34)는 제1 및 제2 저주파수 대역(예컨대, 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 주파수 대역 및 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수 대역)에서의 무선-주파수 신호들을 처리하는 안테나들(40L)의 제1 세트(90)를 포함할 수 있다. 무선 회로부(34)는 또한 제1 및 제2 저주파수 대역들보다 높은 고주파수 대역(예컨대, 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 주파수 대역)에서의 무선-주파수 신호들을 처리하는 안테나들(40H)의 제2 세트(92)를 포함할 수 있다. 세트(90) 내의 안테나들(40L)은 도 6의 무선 통신 링크(84)를 통한 무선 통신들을 처리할 수 있는 반면, 세트(92) 내의 안테나들(40H)은 도 6의 무선-주파수 신호들(86, 88)과 연관된 공간 레인징 동작들을 처리할 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 세트(92)는 도 6의 무선-주파수 신호들(86)을 송신하기 위한 안테나들의 제1 서브세트를 포함할 수 있고 도 6의 무선-주파수 신호들(88)을 수신하기 위한 안테나들의 제2 서브세트를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 세트(92) 내의 동일한 안테나들(40H)은 무선-주파수 신호들(86)을 송신하고 무선-주파수 신호들(88)을 수신할 수 있다.
세트(90) 내의 안테나들(40L)은 원하는 경우 단일 위상 안테나 어레이를 형성하기 위해 선택된 위상들 및 크기들을 사용하여 동작될 수 있다(예를 들어, 세트(90)는 때때로 본 명세서에서 위상 안테나 어레이(90) 또는 안테나들(40L)의 위상 어레이(90)로 지칭될 수 있다). 세트(90) 내의 안테나들(40L)은 때때로 총칭하여 위상 어레이 안테나로 지칭될 수 있다. 세트(92) 내의 안테나들(40H)은 원하는 경우 단일 위상 안테나 어레이를 형성하기 위해 선택된 위상들 및 크기들을 사용하여 동작될 수 있다(예를 들어, 세트(92)는 때때로 본 명세서에서 위상 안테나 어레이(92)로 지칭될 수 있다). 다른 적합한 배열에서, 세트(92) 내의 안테나들(40H)은 위상 안테나 어레이의 일부로서 동작하지 않고 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 송신 및 수신할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 세트(90) 내의 각각의 안테나(40L)는 대응하는 송신 라인들(50)을 통해 무선-주파수 집적 회로(RFIC)(94)의 하나 이상의 포트들(96)에 결합될 수 있다. 세트(92) 내의 각각의 안테나(40H)는 대응하는 송신 라인들(50)을 통해 RFIC(94)의 하나 이상의 포트들(98)에 결합될 수 있다. RFIC(94)는 포트들(98)에 결합된 공간 레인징 회로부(예컨대, 하나 이상의 포트들(98)을 통해 도 6의 무선-주파수 신호들(86)을 송신하기 위한 회로부 및 하나 이상의 포트들(98)을 통해 도 6의 무선-주파수 신호들(88)을 수신하기 위한 회로부)를 포함할 수 있다. 포트들(96)은 비교적 낮은 주파수들(예컨대, 안테나들(40L)의 동작 주파수들)에서의 무선-주파수 신호들을 처리할 수 있는 반면, 포트들(98)은 비교적 높은 주파수들(예컨대, 안테나들(40H)의 동작 주파수들)에서의 무선-주파수 신호들을 처리한다. RFIC(94)는, 예를 들어, 도 3의 밀리미터파 송수신기 회로부(28)를 형성할 수 있다. 도 7의 예는 단지 예시일 뿐이다. 일반적으로, 임의의 원하는 수의 집적 회로들이 도 3의 밀리미터파 송수신기 회로부(28)를 구현하는 데 사용될 수 있다(예를 들어, 제1 집적 회로는 세트(90)에 결합될 수 있으며 포트들(96)을 포함할 수 있고, 제2 집적 회로는 세트(92)에 결합될 수 있으며 포트들(98)을 포함할 수 있고, 다수의 집적 회로들이 세트(92)에 결합될 수 있는 등).
종종 디바이스(10)와 같은 무선 전자 디바이스들 내에서 공간은 확보하기가 힘들다. 이와 같이, 디바이스(10) 내에서 도 6의 무선 통신 링크(84)를 유지하기 위한 안테나들(40L)의 세트(90) 및 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 안테나들(40H)의 세트(92) 둘 모두를 수용하는 것은 어려울 수 있다(예컨대, 도 1의 하우징(12)과 연관된 폼 팩터 제약들 등을 고려할 때). 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 공간을 보다 효율적으로 이용하기 위해 세트(90) 내의 안테나들(40L) 중 하나 이상은 세트(92) 내의 하나 이상의 안테나들(40H)과 공동-위치될 수 있다. 그러나, 주의를 기울이지 않으면, 공동-위치된 안테나들(40H, 40L)과 같은 공동-위치된 안테나들은 불만족스러운 무선-주파수 성능을 나타낼 수 있다.
도 8은 만족스러운 무선-주파수 성능을 나타낼 수 있는 다수의 공동-위치된 안테나들(40H, 40L)의 측단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공동-위치된 안테나 구조물들(100)은 제1 안테나(40L-1) 및 제2 안테나(40L-2)와 같은 다수의 안테나들(40L)을 포함할 수 있다. 공동-위치된 안테나 구조물들(100)은 때때로 본 명세서에서 안테나들의 단위 셀(100) 또는 안테나 단위 셀(100)로 지칭될 수 있다. 안테나(40L-1)는 제1 저주파수 대역을 커버할 수 있는 반면, 안테나(40L-2)는 제1 저주파수 대역보다 높은 주파수들에서의 제2 저주파수 대역을 커버한다(단위 셀(100)이 제1 및 제2 저주파수 대역들 둘 모두를 집합적으로 커버하도록). 예를 들어, 제1 저주파수 대역은 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 주파수 대역일 수 있는 반면, 제2 저주파수 대역은 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수 대역일 수 있다. 안테나들(40L-1, 40L-2) 중 하나는 원하는 경우 생략될 수 있다(예를 들어, 단위 셀(100)이 제1 및 제2 저주파수 대역들 중 하나만을 커버하도록).
도 8에 도시된 바와 같이, 단위 셀(100)은 또한 제1 안테나(40H-1) 및 제2 안테나(40H-2)와 같은 다수의 안테나들(40H)을 포함할 수 있다. 안테나들(40H-1, 40H-2) 둘 모두는 고주파수 대역(예를 들어, 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 주파수 대역과 같은 동일한 고주파수 대역)을 커버할 수 있다. 도 8의 예에서, 단위 셀(100)은 명료함을 위해 단지 2개의 안테나들(40H)만을 포함하는 것으로 도시된다. 일반적으로, 단위 셀(100)은 임의의 원하는 수의 안테나들(40H)(예컨대, 하나의 안테나(40H), 3개의 안테나들(40H), 4개의 안테나들(40H) 등)을 포함할 수 있다.
안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 40L-2)은 각각 도 5에 도시된 패치 안테나와 같은 패치 안테나들일 수 있다. 안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 40L-2)은 각각 단일 안테나 피드를 포함할 수 있거나, 또는 상이한 편파들을 커버하기 위한 다수의 안테나 피드들을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 안테나(40L-1)는 패치 요소(60-1), 접지 트레이스들(114)을 사용하여 형성된 안테나 접지(예컨대, 도 5의 안테나 접지(64)), 및 패치 요소(60-1)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56-1) 및 접지 트레이스들(114)에 결합된 대응하는 접지 안테나 피드 단자를 포함하는 안테나 피드를 포함할 수 있다. 유사하게, 안테나(40L-2)는 패치 요소(60-2), 접지 트레이스들(114)을 사용하여 형성된 안테나 접지, 및 패치 요소(60-2)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56-2) 및 접지 트레이스들(114)에 결합된 대응하는 접지 안테나 피드 단자를 포함하는 안테나 피드를 포함할 수 있다. 안테나(40H-1)는 패치 요소(60-3), 접지 트레이스들(114)을 사용하여 형성된 안테나 접지, 및 패치 요소(60-3)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56-3) 및 접지 트레이스들(114)에 결합된 대응하는 접지 안테나 피드 단자를 포함하는 안테나 피드를 포함할 수 있다. 유사하게, 안테나(40H-2)는 패치 요소(60-4), 접지 트레이스들(114)을 사용하여 형성된 안테나 접지, 및 패치 요소(60-4)에 결합된 양극 안테나 피드 단자(56-4) 및 접지 트레이스들(114)에 결합된 대응하는 접지 안테나 피드 단자를 포함하는 안테나 피드를 포함할 수 있다.
패치 요소들(60-1, 60-2, 60-3, 60-4)은 각각 도 8의 X-Y 평면 내에서 연장되는 측방향 표면들을 가질 수 있다. 패치 요소들(60-3, 60-4)은 각각 거리(H1)만큼 접지 트레이스들(114)(예를 들어, 접지)로부터 분리될 수 있다. 거리(H1)는 예를 들어, 0.1 mm 내지 0.5 mm, 0.2 mm 내지 0.4 mm, 대략 0.3 mm, 0.5 mm 초과, 0.1 mm 미만, 또는 다른 거리들일 수 있다. 패치 요소(60-1)는 거리(H1)보다 큰 거리(H2)만큼 접지 트레이스들(114)로부터 분리될 수 있다. 패치 요소(60-2)는 거리(H3)만큼 패치 요소(60-1)로부터 분리될 수 있고, 거리(H2+H3)만큼 접지 트레이스들(114)로부터 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 단위 셀(100) 내의 안테나들(40H-1, 40H-2)을 위한 패치 요소들은 단위 셀(100) 내의 안테나들(40L-1, 40L-2)을 위한 패치 요소들보다 안테나 접지(예를 들어, 접지 트레이스들(114))에 더 가까울 수 있다. 이는 단위 셀(100) 내의 안테나들(40H-1/40H-2)과 안테나들(40L-1/40L-2) 사이의 간섭을 최소화하는 역할을 할 수 있다.
단위 셀(100) 내의 안테나들(40H-1, 40H-2)을 위한 패치 요소들은 단위 셀(100) 내의 안테나들(40L-1, 40L-2)을 위한 패치 요소들 아래에 놓일 수 있지만, 안테나들(40L-1, 40L-2)을 위한 패치 요소들의 측방향 윤곽과 중첩하지 않는다. 이는 안테나들(40H-1, 40H-2)이, 안테나들(40L-1, 40L-2)에 의한 상당한 차단 없이 높은 통신 대역에서의 무선-주파수 신호들(111)을 전달하게 할 수 있다. 기생 요소(102)와 같은 하나 이상의 기생 안테나 공진 요소들(예를 들어, 십자-형상 전도성 패치와 같은 전도성 패치)이 패치 요소(60-2) 위에 장착될 수 있고, 안테나(40L-2) 및/또는 안테나(40L-1)의 대역폭을 넓히는 역할을 할 수 있다.
도 8의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 40L-2)은 기판(104)과 같은 유전체 기판 상에 형성될 수 있다. 기판(104)은, 예를 들어, 강성 또는 인쇄 회로 보드 또는 다른 유전체 기판일 수 있다. 기판(104)은 다수의 유전체 층들(106)(예컨대, 세라믹의 다수의 층들 또는 섬유유리-충전 에폭시와 같은 인쇄 회로 보드 기판의 다수의 층들)을 포함할 수 있다. 유전체 층들(106)은 제1 유전체 층(106-1), 제1 유전체 층 위의 제2 유전체 층(106-2), 제2 유전체 층 위의 제3 유전체 층(106-3), 제3 유전체 층 위의 제4 유전체 층(106-4), 제4 유전체 층 위의 제5 유전체 층(106-5), 제5 유전체 층 위의 제6 유전체 층(106-6), 및 제6 유전체 층 위의 제7 유전체 층(106-7)을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 더 적거나 추가적인 유전체 층들(106)이 기판(104) 내에 적층될 수 있다.
이러한 유형의 배열에서, 안테나들(40L-1, 40L-2, 40H-1, 40H-2)은 기판(104)의 유전체 층들 내에 임베딩될 수 있다. 예를 들어, 접지 트레이스들(114)(예를 들어, 안테나 접지)은 제2 유전체 층(106-2)의 표면 상에 형성될 수 있고, 패치 요소들(60-3, 60-4)은 제3 유전체 층(106-3)의 표면 상의 전도성 트레이스들로부터 형성될 수 있고, 패치 요소(60-1)는 제4 유전체 층(106-4)의 표면 상의 전도성 트레이스로부터 형성될 수 있고, 패치 요소(60-2)는 제5 유전체 층(106-5)의 표면 상의 전도성 트레이스로부터 형성될 수 있고, 기생 요소(102)는 제6 유전체 층(106-6)의 표면 상의 전도성 트레이스로부터 형성될 수 있다. 패치 요소(60-2)의 측방향 영역의 일부 또는 전부는 패치 요소(60-1)의 측방향 윤곽(풋프린트)과 (X-Y 평면 내에서) 중첩될 수 있다. 안테나(40L-1)는 안테나(40L-2)에 의한 상당한 신호 차단 없이 제1 저주파수 대역에서 방사할 수 있다.
안테나들(40L-1, 40L-2, 40H-1, 40H-2)은 각각의 송신 라인들을 사용하여 피딩될 수 있다. 송신 라인들은, 예를 들어, 유전체 층(106-1) 상의 전도성 트레이스들(112) 및 접지 트레이스들(114)의 부분들로부터 형성될 수 있다. 전도성 트레이스들(112)은 안테나들(40L-1, 40L-2, 40H-1, 40H-2)과 연관된 송신 라인들을 위한 신호 전도체를 형성할 수 있다. 안테나(40H-1)를 위한 송신 라인은 전도성 트레이스들(112)로부터, 유전체 층(106-2), 접지 트레이스들(114) 내의 구멍, 및 유전체 층(106-3)을 통하여, 패치 요소(60-3) 상의 양극 안테나 피드 단자(56-3)까지 연장되는 수직 전도성 관통-비아(110-3)를 포함할 수 있다. 유사하게, 안테나(40H-2)를 위한 송신 라인은 전도성 트레이스들(112)로부터, 유전체 층(106-2), 접지 트레이스들(114) 내의 구멍, 및 유전체 층(106-3)을 통하여, 패치 요소(60-4) 상의 양극 안테나 피드 단자(56-4)까지 연장되는 수직 전도성 관통-비아(110-4)를 포함할 수 있다. 안테나(40L-1)를 위한 송신 라인은 전도성 트레이스들(112)로부터, 유전체 층(106-2), 접지 트레이스들(114) 내의 구멍, 유전체 층(106-3), 및 유전체 층(106-4)을 통하여, 패치 요소(60-1) 상의 양극 안테나 피드 단자(56-1)까지 연장되는 수직 전도성 관통-비아(110-1)를 포함할 수 있다. 유사하게, 안테나(40L-2)를 위한 송신 라인은 전도성 트레이스들(112)로부터, 유전체 층(106-2), 접지 트레이스들(114) 내의 구멍, 유전체 층(106-3), 유전체 층(106-4), 패치 요소(60-1) 내의 구멍, 및 유전체 층(106-5)을 통하여, 패치 요소(60-2) 상의 양극 안테나 피드 단자(56-2)까지 연장되는 수직 전도성 관통-비아(110-2)를 포함할 수 있다. 이 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 다른 송신 라인 구조물들(예컨대, 동축 케이블 구조물들, 스트립라인 송신 라인 구조물들 등)이 사용될 수 있다.
이러한 방식으로 배열될 때, 안테나들(40L-1, 40L-2, 40H-1, 40H-2)은 제1 및 제2 저주파수 대역들에서 그리고 고주파수 대역에서 만족스러운 안테나 효율을 나타내면서 동일한 체적 내에 공동-위치될 수 있다. 안테나들(40H-1, 40H-2)은, 원하는 경우, 무선-주파수 신호들(111)을 사용하여, 안테나들(40L-1, 40L-2)에 의한 상당한 신호 차단 없이 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다(예를 들어, 도 8의 무선-주파수 신호들(111)은 도 6의 무선-주파수 신호들(86 및/또는 88)을 형성할 수 있다).
도 8의 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 추가적인 유전체 층들(106)이 단위 셀(100) 내의 전도성 트레이스들 중 임의의 것 사이에 개재될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 기판(104)은 단일 유전체 층으로부터 형성될 수 있다(예컨대, 안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 40L-2)은 성형된 플라스틱 층과 같은 단일 유전체 층 내에 임베딩될 수 있다). 또 다른 적합한 배열에서, 기판(104)은 생략될 수 있고, 안테나들은 다른 기판 구조물들 상에 형성될 수 있거나 또는 기판들 없이 형성될 수 있다. 도 8의 예에서, 안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 40L-2)은 단순화를 위해 단일 피드만을 각각 갖는 것으로 도시되어 있다. 단위 셀(100)에 의해 커버되는 편파들을 향상시키기 위해, 안테나들(40H-1, 40H-2, 40L-1, 및/또는 40L-2)은 (예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이) 2개의 대응하는 피드들을 각각 갖는 이중 편파 패치 안테나들일 수 있다.
도 9는 (예컨대, 도 8의 화살표(108)의 방향으로 취해진 바와 같은) 단위 셀(100)의 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 단위 셀(100)은 안테나들(40H-3, 40H-4)과 같은 추가적인 안테나들(40H)을 포함할 수 있다. 안테나(40H-3)는 대응하는 패치 요소(60-5)를 포함할 수 있고, 안테나(40H-4)는 대응하는 패치 요소(60-6)를 포함할 수 있다(예컨대, 도 8의 유전체 층(106-3) 상의 전도성 트레이스들로부터 형성된 패치 요소들). 도 9의 예에서, 유전체 기판(104)은 명료함을 위해 도시되지 않는다.
안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4, 40L-1, 40L-2)은 각각 공동(cavity)(체적)(120) 내에 공동-위치될 수 있다. 공동(120)은 도 8의 접지 트레이스들(114)에 의해 한정된 전도성 벽들(에지들) 및 전도성 비아들(122)의 세트들(펜스(fence)들)을 가질 수 있다. 전도성 비아들(122)은 도 8의 기판(104)을 통해 접지 트레이스들(114)로부터 기판(104)의 상부 표면까지 연장될 수 있고, 단위 셀(100)을 측방향으로 둘러쌀 수 있다. 전도성 비아들(122)은 접지 또는 기준 전위로 유지될 수 있다. 단위 셀(100)을 위한 전도성 비아들(122)의 펜스들은 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4, 40L-1, 40L-2)에 의해 커버되는 주파수들에서 불투명할 수 있다. 각각의 전도성 비아(122)는 2개의 인접한 전도성 비아들(122)로부터, 단위 셀(100)의 가장 긴 동작 파장(예컨대, 도 8의 기판(104)의 유전체 효과를 보상한 후의 제1 저주파수 대역에서의 유효 파장)의 약 1/8 미만인 거리(피치)만큼 분리될 수 있다. 전도성 비아들(122)의 펜스들은 다른 적합한 배열(예를 들어, 시트 금속 벽들, 전도성 트레이스들로부터 형성된 벽들, 디바이스(10)의 하우징의 일체형 부분들 등)에서 고체 금속 벽들로 대체될 수 있다. 또 다른 적합한 배열에서, 전도성 비아들(122)은 생략될 수 있고, 공동(120)은 어떠한 전도성 벽들에 의해서도 측방향으로 둘러싸이지 않을 수 있다.
안테나들(40L-1, 40L-2)은 지점(124)이 중심이 될 수 있다. 일 예로서, 지점(124)은 공동(120)(단위 셀(100))의 중심에 놓일 수 있다. 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)은 공동(120) 및 단위 셀(100)의 각각의 코너들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 안테나(40H-1)는 패치 요소들(60-1, 60-2)의 하부-좌측 코너에 인접하게(예를 들어, 공동(120)의 하부-좌측 코너에) 위치될 수 있고, 안테나(40H-2)는 패치 요소들(60-1, 60-2)의 하부-우측 코너에 인접하게(예를 들어, 공동(120)의 하부-우측 코너에) 위치될 수 있고, 안테나(40H-3)는 패치 요소들(60-1, 60-2)의 상부-우측 코너에 인접하게(예컨대, 공동(120)의 상부-우측 코너에) 위치될 수 있고, 안테나(40H-4)는 패치 요소들(60-1, 60-2)의 상부-좌측 코너에 인접하게(예컨대, 공동(120)의 상부-좌측 코너에) 위치될 수 있다. 이러한 방식으로 안테나들(40H-1 내지 40H-4)을 위치시키는 것은, 예를 들어 안테나들(40L-1, 40L-2)로부터의 차단을 최소화하는 역할을 할 수 있다.
4개의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)을 단위 셀(100) 내에 위치시킴으로써, 단위 셀(100) 내의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)은 단위 셀(100)에 걸쳐 실질적으로 균일한 시야를 집합적으로 커버할 수 있다(예컨대, 안테나(40H-2)는 안테나들(40L-1, 40L-2)로부터의 차단으로 인해 안테나(40H-4)가 커버할 수 없는 단위 셀(100)의 하부-우측에 대한 각도들을 커버할 수 있고, 안테나(40H-3)는 안테나들(40L-1, 40L-2)로부터의 차단으로 인해 안테나(40H-1)가 커버할 수 없는 단위 셀(100)의 상부-우측에 대한 각도들을 커버할 수 있는 등이다). 단위 셀(100)이 안테나들(40L-1, 40L-2) 중 하나만을 포함하는 시나리오들에서, 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4) 중 2개는 단위 셀(100)에 대한 고주파수 대역에서의 커버리지 각도들을 희생시키지 않으면서 생략될 수 있다(예를 들어, 안테나들(40L-1, 40L-2) 중 단일 안테나가 안테나들(40L-1, 40L-2) 둘 모두보다 더 적은 차단을 생성할 수 있기 때문임).
도 9에 도시된 바와 같이, 패치 요소(60-1)는 에지들(132)을 가질 수 있고, 패치 요소(60-2)는 직교 축들(126, 128) 중 하나에 평행하게 연장되는 에지들(130)을 가질 수 있다(예컨대, 패치 요소들(60-1, 60-2)은 직사각형 패치들일 수 있고/있거나 직사각형 측방향 풋프린트들을 가질 수 있음). 도 9의 예에서, 패치 요소(60-1)는 임피던스 정합을 위해 십자-형상(예컨대, 그렇지 않으면 직사각형 패치의 코너들은 제거될 수 있음)을 갖는다. 이는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 패치 요소(60-2)는 십자 형상을 가질 수 있고/있거나 패치 요소(60-1)는 완전히 직사각형인 형상을 가질 수 있다. 패치 요소들(60-1, 60-2)의 에지들은 각각 공동(122)의 측벽들과 정렬될 수 있다. 다시 말하면, 축들(126, 128), 패치 요소(60-1)의 에지들(132), 및 패치 요소(60-2)의 에지들(130)은 각각 공동(120)의 측벽들의 대응하는 쌍에 평행하게(예컨대, 공동(120)을 측방향으로 둘러싸는 한 쌍의 비아 펜스들에 평행하게) 연장될 수 있다.
안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4) 내의 패치 요소들(60-3, 60-4, 60-5, 60-6)은 패치 요소(60-1)의 에지들(132) 및 패치 요소(60-2)의 에지들(130)에 대해 평행하지 않은 각도로 회전될 수 있다. 예를 들어, 패치 요소들(60-3, 60-4, 60-5, 60-6)의 에지들(138)은 각각 직교 축들(136, 134) 중 하나에 평행하게 연장될 수 있다. 축들(136, 134)은 축들(126, 124)에 대해 평행하지 않은 각도로 (예컨대, 10도, 30도, 45도, 1도 내지 45도 등만큼) 배향될 수 있다. 단위 셀(100) 내의 각각의 안테나(40H)의 에지들(138)은 단위 셀(100) 내의 각각의 다른 안테나(40H) 내의 에지들(138)에 평행하게 배향될 수 있거나, 또는 단위 셀(100) 내의 각각의 안테나(40H)에는 각자의 배향이 제공될 수 있다. 일반적으로, 패치 요소들(60-3, 60-4, 60-5, 60-6)의 에지들(138)은 패치 요소(60-2)의 에지들(130) 및 패치 요소(60-1)의 에지들(132)에 대해 임의의 원하는 평행하지 않은 각도들로 연장될 수 있다. 다시 말하면, 패치 요소들(60-3, 60-4, 60-5, 60-6)의 에지들(138)은 공동(120)의 측벽들에 대해(예컨대, 단위 셀(100) 내의 전도성 비아들(122)의 펜스에 대해) 임의의 원하는 평행하지 않은 각도들로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로 패치 요소들(60-3, 60-4, 60-5, 60-6)을 배향하는 것은 예를 들어, 안테나들(40L-1, 40L-2)로부터의 차단을 최소화하는 것, 단위 셀(100)에서의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)과 안테나들(40L-1, 40L-2) 사이의 격리를 최대화하는 것, 및 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)에 가능한 한 균일한 커버리지 영역을 제공하는 것의 역할을 할 수 있다.
도 9의 예는 단지 예시일 뿐이다. 패치 요소들(60-1 내지 60-6)은 임의의 원하는 형상들을 가질 수 있다. 공동(120)은 직사각형 윤곽을 가질 필요가 없다(예를 들어, 공동(120)은, 원하는 경우, 육각형 윤곽을 가질 수 있다). 디바이스(10)는 (예를 들어, 안테나들(40L)을 사용하여 위상 안테나 어레이를 형성하기 위해) 도 9의 단위 셀(100)과 같은 다수의 단위 셀들을 포함할 수 있다.
도 10은 다수의 단위 셀들(100)이 안테나들(40L)의 1×N 위상 안테나 어레이를 형성하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 도시하는 평면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, N개의 단위 셀들(100)(예컨대, 제1 단위 셀(100-1), 제2 단위 셀(100-2), 제N 단위 셀(100-N) 등)은 단일 행으로 배열될 수 있다. 각각의 단위 셀(100)은 대응하는 안테나들(40L-1, 40L-2)(또는 안테나들 중 하나가 생략된 시나리오들에서는 안테나들(40L-1, 40L-2) 중 하나만)을 포함할 수 있다. 집합적으로, 각각의 단위 셀(100) 내의 안테나들(40L-1, 40L-2)은 제1 및/또는 제2 저주파수 대역들을 커버하기 위한 단일 위상 안테나 어레이(90)를 형성할 수 있다(예를 들어, 도 10의 안테나들(40L-1, 40L-2)에는 빔 조향을 수행하기 위한 각각의 위상들 및 크기들이 제공될 수 있다). 위상 안테나 어레이(90)는 도 6의 무선 통신 링크(84)와 같은 양방향 무선 통신 링크를 통해 무선 데이터를 전달하는 데 사용될 수 있다.
단위 셀들(100) 중 하나 이상은 대응하는 세트의 안테나들(40H)(예컨대, 그 단위 셀의 각각의 코너들에 형성된 도 9의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 및/또는 40H-4))을 포함할 수 있다. 도 10의 예에서, 위상 안테나 어레이(90)(예를 들어, 제1 단위 셀(100-1) 및 제N 단위 셀(100-N))의 대향 단부들에서의 단위 셀에는 안테나들(40H)이 제공된다. 단위 셀(100-1) 내의 안테나들(40H)은 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 고주파수 대역에서 무선-주파수 신호들(예를 들어, 도 6의 무선-주파수 신호들(86))을 송신할 수 있다. 단위 셀(100-N) 내의 안테나들(40H)은 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 고주파수 대역에서 무선-주파수 신호들(예컨대, 도 6의 무선-주파수 신호들(88))을 수신할 수 있다. 따라서, 단위 셀(100-1) 내의 안테나들(40H)은 때때로 본 명세서에서 송신 안테나들의 세트 또는 어레이(92TX)(예컨대, 송신 어레이(92TX))로 지칭될 수 있는 반면, 단위 셀(100-N) 내의 안테나들(40H)은 때때로 본 명세서에서 수신 안테나들의 세트 또는 어레이(92RX)(예컨대, 수신 어레이(92RX))로 지칭된다. 원하는 경우, 어레이(92TX) 내의 안테나들(40H)에는 빔 조향을 수행하기 위한 각각의 위상들 및 크기들이 제공될 수 있거나(예컨대, 어레이(92TX)는 위상 안테나 어레이일 수 있음), 또는 빔 조향을 수행하지 않을 수 있다. 유사하게, 원하는 경우, 어레이(92RX) 내의 안테나들(40H)에는 빔 조향을 수행하기 위한 각각의 위상들 및 크기들이 제공될 수 있거나(예컨대, 어레이(92RX)는 위상 안테나 어레이일 수 있음), 또는 빔 조향을 수행하지 않을 수 있다. 가능한 한 멀리 떨어져 위치되는 단위 셀들(100) 내의 어레이들(92TX, 92RX)을 형성하는 것은 어레이들(92TX, 92RX) 사이의 격리를 최대화하는 역할을 할 수 있다(예컨대, 공간 레인징 동작들을 수행하기 위해 사용되는 송신되고 수신된 무선-주파수 신호들 사이의 격리).
도 10의 단위 셀들(100) 각각 내의 안테나들(40L-1, 40L-2, 40H)은 원하는 경우 동일한 기판(예컨대, 도 8의 기판(104)) 내에 임베딩될 수 있다. 전도성 벽들(예컨대, 전도성 비아들(122)의 펜스들)은 인접한 단위 셀들(100)을 분리하고 전자기적으로 격리시킬 수 있다. 비아들(122)은 원하는 경우 생략될 수 있다.
도 10의 예는 단지 예시일 뿐이다. 일반적으로, 임의의 원하는 수의 단위 셀들(100)은 안테나들(40H)의 대응하는 어레이(예컨대, 각각의 단위 셀, 2개의 단위 셀들, 하나의 단위 셀 등)를 포함할 수 있다. 단위 셀들(100)은 다른 패턴들(예를 들어, N개의 열들 및 M개의 행들을 갖는 직사각형 패턴들, 비-직사각형 패턴들 등)로 배열될 수 있다. 도 11은 4개의 단위 셀들(100)이 2개의 행들 및 2개의 열들을 갖는 직사각형 패턴으로 배열되는 예를 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(90)는 단위 셀들(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)로부터의 안테나들(40L-1, 40L-2)을 포함할 수 있다. 단위 셀들(100-1, 100-2)은 제1 행에 배열될 수 있는 반면, 단위 셀들(100-3, 100-4)은 제2 행에 배열된다. 단위 셀들(100-1, 100-3)은 제1 열에 배열될 수 있는 반면, 단위 셀들(100-2, 100-4)은 제2 열에 배열된다. 어레이들(92RX, 92TX) 사이의 격리를 최대화하기 위해 단위 셀(100-1)에는 안테나들(40H)의 어레이(92TX)가 제공될 수 있는 반면 단위 셀(100-4)에는 안테나들(40H)의 어레이(92RX)가 제공된다. 도 11의 예는 단지 예시일 뿐이다. 다른 패턴들이 사용될 수 있다. 임의의 원하는 수의 안테나들(40H)이 임의의 원하는 단위 셀들로 형성될 수 있다.
안테나들(40H)(예컨대, 도 8의 안테나들(40H-1, 40H-2), 도 9의 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4), 및/또는 도 10 및 도 11의 안테나들(40H))은 공간 레인징 동작들을 수행하는 데 사용될 필요가 없으며, 원하는 경우, 외부 무선 장비와의(예컨대, 도 6의 무선 통신 링크(84)를 통해 외부 디바이스(80)와의) 고주파수 대역에서의 양방향 통신들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 전자 디바이스(10)는 비교적 작은 공간 내에서 그리고 무선-주파수 성능을 희생시키지 않고서 다수의 밀리미터파 및/또는 센티미터파 주파수 대역들을 사용하여 무선 통신들 및/또는 공간 레인징 동작들을 수행하기 위한 다수의 안테나 세트들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 이는 제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층을 갖는 적층된 유전체 기판 - 제2 층은 제1 층과 제3 층 사이에 개재되고 제3 층은 제2 층과 제4 층 사이에 개재됨 -, 제1 층 상의 접지 트레이스들, 제2 층 상의 제1 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제1 안테나, 제2 층 상의 제2 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제2 안테나 - 제1 및 제2 안테나들은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성됨 -, 제3 층 상의 제3 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제3 안테나 - 제3 안테나는 제1 주파수 대역보다 낮은 제3 주파수 대역에서 방사하도록 구성됨 -, 및 제4 층 상의 제4 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제4 안테나를 포함하며, 제4 패치 요소는 제3 패치 요소와 적어도 부분적으로 중첩되고 제4 안테나는 제1 주파수 대역보다 낮은 제4 주파수 대역에서 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 제2 층 상의 제5 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제5 안테나, 및 제2 층 상의 제6 패치 요소 및 접지 트레이스들을 포함하는 제6 안테나를 포함하고, 제5 및 제6 패치 요소들은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 적층된 유전체 기판을 통해 연장되고 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 패치 요소들을 측방향으로 둘러싸는 전도성 비아들의 펜스들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전도성 비아들의 펜스 및 접지 트레이스들은 공동의 에지들을 한정하고, 제1 안테나는 공동의 제1 코너에 위치되고, 제2 안테나는 공동의 제2 코너에 위치되고, 제3 안테나는 공동의 제3 코너에 위치되고, 제4 안테나는 공동의 제4 코너에 위치된다.
다른 실시예에 따르면, 제3 및 제4 패치 요소들은 공동의 중심에 위치된다.
다른 실시예에 따르면, 제1, 제2, 제5 및 제6 패치 요소들은 제3 및 제4 패치 요소들에 대해 평행하지 않은 각도로 회전된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나들에 결합된 송수신기 회로부 - 송수신기 회로부는 제1 및 제2 안테나들을 사용하여 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -, 및 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는 제1 및 제2 안테나들에 의해 전달된 무선-주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 송수신기 회로부는 제5 및 제6 안테나들을 사용하여 외부 무선 장비와의 양방향 통신들을 수행하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 제1, 제2, 제3 및 제4 패치 요소들을 측방향으로 둘러싸는 전도성 벽들을 포함하고, 전도성 벽들 및 접지 트레이스들은 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나들을 위한 전도성 공동을 한정한다.
다른 실시예에 따르면, 제4 주파수 대역은 제3 주파수 대역보다 높다.
다른 실시예에 따르면, 제1 주파수 대역은 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 주파수들을 포함하고, 제2 주파수 대역은 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 주파수들을 포함하고, 제3 주파수 대역은 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 적층된 유전체 기판은 제5 층을 포함하고, 제4 층은 제3 층과 제5 층 사이에 개재되고, 전자 디바이스는 제4 패치 요소와 적어도 부분적으로 중첩되는 제5 층 상의 기생 안테나 공진 요소를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 이는 제1 및 제2 안테나 단위 셀들을 포함하는 안테나 단위 셀들의 어레이 - 어레이 내의 각각의 안테나 단위 셀은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 각각의 안테나를 포함함 -, 제1 안테나 단위 셀 내의 제1 안테나 세트, 제2 안테나 단위 셀 내의 제2 안테나 세트 - 제1 및 제2 안테나 세트들은 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -, 및 제1 및 제2 안테나 세트들에 의해 전달된 무선-주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 안테나 단위 셀은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 제1 안테나 및 제1 안테나 세트로부터의 제2 및 제3 안테나들을 포함하고, 제2 안테나는 제1 안테나 단위 셀의 제1 코너에 위치되고, 제3 안테나는 제1 안테나 단위 셀의 제2 코너에 위치된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 안테나는 안테나 접지 위로 제1 거리에 위치된 제1 패치 요소를 포함하고, 제2 안테나는 안테나 접지 위로 제1 거리보다 작은 제2 거리에 위치된 제2 패치 요소를 포함하고, 제3 안테나는 안테나 접지 위로 제2 거리에 위치된 제3 패치 요소를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제2 및 제3 패치 요소들은 제1 패치 요소의 측방향 풋프린트의 외측에 놓인다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 제1 안테나 세트를 사용하여 무선-주파수 신호들을 송신하고 제2 안테나 세트를 사용하여 무선-주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 안테나 단위 셀들은 안테나 단위 셀들의 어레이의 대향 측부들 상에 위치된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 안테나 단위 셀은 어레이의 제1 행 및 제1 열에 위치되고, 제2 안테나 단위 셀은 어레이의 제2 행 및 제2 열에 위치되고, 어레이는 어레이의 제2 행 및 제1 열에 위치된 제3 안테나 단위 셀 및 어레이의 제1 행 및 제2 열에 위치된 제4 안테나 단위 셀을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 이는 제1 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성된 위상 안테나 어레이 - 위상 안테나 어레이는 제1 공동 내의 제1 안테나 방사 요소 및 제2 공동 내의 제2 안테나 방사 요소를 포함함 -, 제1 공동의 각각의 코너들에 위치되고 제1 주파수 대역과는 상이한 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 송신하도록 구성되는 안테나 방사 요소들을 갖는 제1 안테나 세트, 제2 공동의 각각의 코너들에 위치되고 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 수신하도록 구성되는 안테나 방사 요소들을 갖는 제2 안테나 세트, 및 제2 안테나 세트에 의해 수신된 제2 주파수 대역에서의 무선-주파수 신호들에 기초하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층을 갖는 적층된 유전체 기판 - 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 개재되고 상기 제3 층은 상기 제2 층과 상기 제4 층 사이에 개재됨 -;
    상기 제1 층 상의 접지 트레이스들;
    상기 제2 층 상의 제1 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제1 안테나;
    상기 제2 층 상의 제2 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제2 안테나 - 상기 제1 및 제2 안테나들은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성됨 -;
    상기 제3 층 상의 제3 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제3 안테나 - 상기 제3 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제3 주파수 대역에서 방사하도록 구성됨 -; 및
    상기 제4 층 상의 제4 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제4 안테나를 포함하며, 상기 제4 패치 요소는 상기 제3 패치 요소와 적어도 부분적으로 중첩되고, 상기 제4 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제4 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 디바이스는,
    상기 제2 층 상의 제5 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제5 안테나; 및
    상기 제2 층 상의 제6 패치 요소 및 상기 접지 트레이스들을 포함하는 제6 안테나를 추가로 포함하며, 상기 제5 및 제6 패치 요소들은 상기 제1 주파수 대역에서 방사되도록 구성되는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적층된 유전체 기판을 통해 연장되고 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 패치 요소들을 측방향으로 둘러싸는 전도성 비아들의 펜스(fence)들을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도성 비아들의 펜스들 및 상기 접지 트레이스들은 공동(cavity)의 에지들을 한정하고, 상기 제1 안테나는 상기 공동의 제1 코너에 위치되고, 상기 제2 안테나는 상기 공동의 제2 코너에 위치되고, 상기 제3 안테나는 상기 공동의 제3 코너에 위치되고, 상기 제4 안테나는 상기 공동의 제4 코너에 위치되는, 전자 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 및 제4 패치 요소들은 상기 공동의 중심에 위치되는, 전자 디바이스.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 패치 요소들은 상기 제3 및 제4 패치 요소들에 대해 평행하지 않은 각도로 회전되는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전자 디바이스는,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 안테나들에 결합된 송수신기 회로부 - 상기 송수신기 회로부는 상기 제1 및 제2 안테나들을 사용하여 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -; 및
    제어 회로부를 추가로 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 제1 및 제2 안테나들에 의해 전달된 상기 무선-주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작(spatial ranging operation)들을 수행하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 송수신기 회로부는 상기 제5 및 제6 안테나들을 사용하여 외부 무선 장비와의 양방향 통신들을 수행하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자 디바이스는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 패치 요소들을 측방향으로 둘러싸는 전도성 벽들을 추가로 포함하며, 상기 전도성 벽들 및 상기 접지 트레이스들은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나들을 위한 전도성 공동을 한정하는, 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제4 주파수 대역은 상기 제3 주파수 대역보다 높은, 전자 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역은 57 ㎓ 내지 71 ㎓의 주파수들을 포함하고, 상기 제2 주파수 대역은 27.5 ㎓ 내지 29.5 ㎓의 주파수들을 포함하고, 상기 제3 주파수 대역은 37 ㎓ 내지 41 ㎓의 주파수들을 포함하는, 전자 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 적층된 유전체 기판은 제5 층을 포함하고, 상기 제4 층은 상기 제3 층과 상기 제5 층 사이에 개재되고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 제4 패치 요소와 적어도 부분적으로 중첩되는 상기 제5 층 상의 기생 안테나 공진 요소를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  13. 전자 디바이스로서,
    제1 및 제2 안테나 단위 셀들을 포함하는 안테나 단위 셀들의 어레이 - 상기 어레이 내의 각각의 안테나 단위 셀은 10 ㎓보다 높은 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 각각의 안테나를 포함함 -;
    상기 제1 안테나 단위 셀 내의 제1 안테나 세트;
    상기 제2 안테나 단위 셀 내의 제2 안테나 세트 - 상기 제1 및 제2 안테나 세트들은 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -; 및
    상기 제1 및 제2 안테나 세트들에 의해 전달된 상기 무선-주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는, 전자 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 안테나 단위 셀은 상기 제1 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 제1 안테나 및 상기 제1 안테나 세트로부터의 제2 및 제3 안테나들을 포함하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나 단위 셀의 제1 코너에 위치되고, 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나 단위 셀의 제2 코너에 위치되는, 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 안테나는 안테나 접지 위로 제1 거리에 위치된 제1 패치 요소를 포함하고, 상기 제2 안테나는 상기 안테나 접지 위로 상기 제1 거리보다 작은 제2 거리에 위치된 제2 패치 요소를 포함하고, 상기 제3 안테나는 상기 안테나 접지 위로 상기 제2 거리에 위치된 제3 패치 요소를 포함하는, 전자 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 및 제3 패치 요소들은 상기 제1 패치 요소의 측방향 풋프린트의 외측에 놓이는, 전자 디바이스.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 제1 안테나 세트를 사용하여 상기 무선-주파수 신호들을 송신하고 상기 제2 안테나 세트를 사용하여 상기 무선-주파수 신호들의 반사된 버전을 수신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 단위 셀들은 상기 안테나 단위 셀들의 어레이의 대향 측부들 상에 위치되는, 전자 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 안테나 단위 셀은 상기 어레이의 제1 행 및 제1 열에 위치되고, 상기 제2 안테나 단위 셀은 상기 어레이의 제2 행 및 제2 열에 위치되고, 상기 어레이는 상기 어레이의 제2 행 및 제1 열에 위치된 제3 안테나 단위 셀 및 상기 어레이의 제1 행 및 제2 열에 위치된 제4 안테나 단위 셀을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  20. 전자 디바이스로서,
    제1 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 전달하도록 구성된 위상 안테나 어레이(phased antenna array) - 상기 위상 안테나 어레이는 제1 공동 내의 제1 안테나 방사 요소 및 제2 공동 내의 제2 안테나 방사 요소를 포함함 -;
    상기 제1 공동의 각각의 코너들에 위치되고 상기 제1 주파수 대역과는 상이한 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 송신하도록 구성되는 안테나 방사 요소들을 갖는 제1 안테나 세트;
    상기 제2 공동의 각각의 코너들에 위치되고 상기 제2 주파수 대역에서 무선-주파수 신호들을 수신하도록 구성되는 안테나 방사 요소들을 갖는 제2 안테나 세트; 및
    상기 제2 안테나 세트에 의해 수신된 상기 제2 주파수 대역에서의 상기 무선-주파수 신호들에 기초하여 공간 레인징 동작들을 수행하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는, 전자 디바이스.
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