KR20220003980A - 유전체 공진기 안테나 모듈들 - Google Patents

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Abstract

전자 디바이스에는 기판을 갖는 안테나 모듈이 제공될 수 있다. 유전체 공진기 안테나들의 위상 안테나 어레이 및 어레이를 위한 무선 주파수 집적 회로가 기판의 하나 이상의 표면들에 실장될 수 있다. 유전체 공진기 안테나들은 급전 프로브들에 의해 여기되는 유전체 기둥들을 포함할 수 있다. 급전 프로브들은 유전체 기둥들의 측벽들 상에 인쇄될 수 있거나, 또는 바이어싱 구조물들에 의해 측벽들에 대항하여 가압될 수 있다. 플라스틱 기판이 어레이 내의 각각의 유전체 기둥 및 각각의 급전 프로브들 위에 성형될 수 있다. 급전 프로브들은 다수의 편광들을 커버할 수 있다. 어레이는 다수의 주파수 대역들을 커버하기 위한 요소들을 포함할 수 있다. 유전체 기둥들은 종축과 정렬될 수 있고, 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 회전될 수 있다.

Description

유전체 공진기 안테나 모듈들{Dielectric Resonator Antenna Modules}
본 출원은 2020년 7월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/920,297호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원은 이로써 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 대체적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 무선 회로부를 구비한 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 종종 무선 회로부를 포함한다. 예를 들어, 셀룰러 전화기들, 컴퓨터들, 및 다른 디바이스들은, 종종, 무선 통신을 지원하기 위해 안테나들 및 무선 송수신기들을 포함한다.
밀리미터파 및 센티미터파 통신 대역들에서 무선 통신을 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 때때로 극고주파(extremely high frequency, EHF) 통신으로 지칭되는 밀리미터파 통신 및 센티미터파 통신은 약 10 내지 300 ㎓의 주파수들에서의 통신을 수반한다. 이러한 주파수들에서의 동작은 높은 대역폭들을 지원할 수 있지만, 상당한 문제들을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파 및 센티미터파 통신 대역들에서의 무선 주파수 통신은 다양한 매체들을 통한 신호 전파 동안 상당한 감쇠 및/또는 왜곡에 의해 특성화될 수 있다. 전도성 전자 디바이스 컴포넌트들의 존재는 또한, 밀리미터파 및 센티미터파 통신을 다루기 위한 회로부를 전자 디바이스 내에 포함시키는 것을 어렵게 할 수 있다. 또한, 주의를 기울이지 않으면, 제조 변동들은 전자 디바이스에서의 안테나들의 기계적 신뢰성 및 무선 성능을 바람직하지 않게 제한할 수 있다.
따라서, 밀리미터파 및 센티미터파 통신을 지원하기 위한 개선된 컴포넌트들을 전자 디바이스들에 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스에는 하우징, 디스플레이, 및 무선 회로부가 제공될 수 있다. 하우징은 디바이스의 주연부 둘레에 이어지는 주연부 전도성 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 디스플레이는 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 디스플레이 커버 층을 포함할 수 있다. 무선 회로부는 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 하나 이상의 주파수 대역들 내의 무선 주파수 신호들을 전달하는 위상 안테나 어레이(phased antenna array)를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이는 디바이스 내의 디스플레이 커버 층 또는 다른 유전체 커버 층들을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다.
위상 안테나 어레이는 프로브 급전형(probe-fed) 유전체 공진기 안테나들을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이 및 위상 안테나 어레이에 대한 무선 주파수 집적 회로(radio-frequency integrated circuit, RFIC) 둘 모두는 안테나 모듈 내에 통합될 수 있다. 안테나 모듈은 안테나 모듈 기판을 포함할 수 있다. RFIC는 기판의 제1 표면에 표면 실장될 수 있는 반면, 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들은 기판의 제2 표면에 실장된다. 대안적으로, RFIC 및 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들은 기판의 동일한 표면에 실장될 수 있다. 오버몰드 구조물(over-mold structure)이 RFIC 위에 제공될 수 있다. 원하는 경우, 추가적인 위상 안테나 어레이들이 기판에 실장될 수 있다.
프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들 각각은 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소를 포함할 수 있다. 하나 또는 2개의 급전 프로브(feed probe)들이 기판의 표면에서 유전체 공진 요소의 측벽들에 커플링되어 유전체 공진 요소에 급전할 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 급전 프로브들은 측벽들 상에 패턴화되는 전도성 트레이스(trace)들로 형성될 수 있다. 이러한 배열에서, 각각의 유전체 공진 요소는 동시에 안테나 모듈 상에 형성되어, 이에 의해, 모듈의 기계적 및 무선 성능을 최적화하기 위해 기계적 변동들을 최소화시킬 수 있다. 안테나 모듈은, 원하는 경우, 제조 비용 및 복잡성을 최소화시키기 위해 다수의 디바이스들에 대한 다수의 안테나 모듈들을 형성하는 데 사용되는 기판으로부터 절단될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 급전 프로브들은 스탬핑된 시트 금속(stamped sheet metal)으로 형성될 수 있고, 급전 프로브들 및 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형되는 급전 프로브 바이어싱 구조물(biasing structure)들에 의해 측벽들에 대항하여 가압될 수 있다. 급전 프로브 바이어싱 구조물들은 또한, 원하는 경우, 측벽들에 대항하여 기생 요소들을 가압할 수 있다. 어레이 내의 안테나들 각각에 대한 유전체 공진 요소의 적어도 일부 및 급전 프로브들 위에 플라스틱 기판이 성형되어 안테나 패키지를 형성할 수 있다. 안테나 패키지는 안테나 모듈을 형성하기 위해 기판(예컨대, 가요성 인쇄 회로)에 표면 실장될 수 있다. 안테나 모듈은 디바이스를 위한 디스플레이 모듈 내의 노치와 정렬될 수 있다. 유전체 공진 요소들은 종축을 따라 정렬될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 공진 요소들의 측벽들 각각은 안테나들 사이의 격리를 최대화하기 위해 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 회전될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내의 예시적인 회로부의 개략도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 예시적인 무선 회로부의 개략도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 신호들의 빔을 지향시키기 위해 제어 회로부를 사용하여 조정될 수 있는 예시적인 위상 안테나 어레이의 도면이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 디바이스의 상이한 측부들을 통해 방사하기 위한 위상 안테나 어레이들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 측단면도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 다수의 편광들을 커버하기 위한 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 사시도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 교차 편광 간섭을 완화시키기 위한 다수의 급전 프로브들 및 플로팅 기생 패치들을 갖는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 평면도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 교차 편광 간섭을 완화시키기 위한 단일 급전 프로브 및 접지된 기생 패치들을 갖는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진 안테나의 평면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 평면도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측단면도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 사시도이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 기판의 동일한 면에 실장되는 유전체 공진기 안테나들 및 무선 주파수 집적 회로를 갖는 예시적인 안테나 모듈의 평면도이다.
도 13은 일부 실시예들에 따른, 기판의 동일한 면에 실장되는 유전체 공진기 안테나들 및 무선 주파수 집적 회로를 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측면도이다.
도 14는 일부 실시예들에 따른, 기판의 반대편 면들 상에 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측면도이다.
도 15는 일부 실시예들에 따른, 기판의 반대편 면들에 패치 안테나들 및 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측단면도이다.
도 16 및 도 17은 일부 실시예들에 따른, 기판에 실장되는 유전체 공진기 안테나들을 갖는 안테나 모듈을 위한 예시적인 조립 프로세스의 도면들이다.
도 18은 일부 실시예들에 따른, 기판에 실장되는 유전체 공진기 안테나들을 갖는 안테나 모듈을 조립할 시에 수행될 수 있는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 19는 일부 실시예들에 따른, 바이어싱 구조물들에 의해 유전체 공진 요소들을 향해 바이어싱되는 급전 프로브들을 구비한 유전체 공진기 안테나들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 사시도이다.
도 20은 일부 실시예들에 따른, 도 19에 도시된 유형의 예시적인 안테나 모듈이 어떻게 조립될 수 있는지를 보여주는 도면이다.
도 21은 일부 실시예들에 따른, 디스플레이 모듈 내의 노치와 정렬되는 안테나 모듈을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 22는 일부 실시예들에 따른, 회전된 유전체 공진 요소들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 평면도이다.
도 23은 일부 실시예들에 따른, 회전된 유전체 공진 요소들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 사시도이다.
도 24는 일부 실시예들에 따른, 도 22 및 도 23에 도시된 유형의 예시적인 안테나 모듈의 분해 사시도이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 무선 회로부를 포함할 수 있다. 무선 회로부는 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 밀리미터파 및 센티미터파 신호들을 사용하여 무선 통신을 수행하기 위해 사용되는 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 때때로 극고주파(EHF) 신호들로 지칭되는 밀리미터파 신호들은 약 30 ㎓ 초과의 주파수들에서(예컨대, 60 ㎓, 또는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 다른 주파수들에서) 전파된다. 센티미터파 신호들은 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓의 주파수들에서 전파된다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 또한 위성 내비게이션 시스템 신호들, 셀룰러 전화 신호들, 로컬 무선 영역 네트워크 신호들, 근거리 통신, 광 기반 무선 통신, 또는 다른 무선 통신을 처리하기 위한 안테나들을 포함할 수 있다.
전자 디바이스(10)는 휴대용 전자 디바이스 또는 다른 적합한 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(10)는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 약간 더 소형인 디바이스, 예컨대 손목 시계형 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 디바이스, 이어피스(earpiece) 디바이스, 또는 다른 웨어러블 또는 미니어처 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 예컨대 셀룰러 전화기, 미디어 재생기, 또는 다른 소형 휴대용 디바이스일 수 있다. 디바이스(10)는 또한 셋톱 박스, 데스크톱 컴퓨터, 컴퓨터 또는 다른 프로세싱 회로부가 통합된 디스플레이, 통합된 컴퓨터가 없는 디스플레이, 무선 액세스 포인트, 무선 기지국, 키오스크, 빌딩, 또는 차량 내에 포함되는 전자 디바이스, 또는 다른 적합한 전자 장비일 수 있다.
디바이스(10)는 하우징(12)과 같은 하우징을 포함할 수 있다. 때때로 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재들, 금속(예컨대, 스테인리스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료들, 또는 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 상황들에서, 하우징(12)의 부분들은 유전체 또는 기타 저전도성 재료(예컨대, 유리, 세라믹, 플라스틱, 사파이어 등)로 형성될 수 있다. 다른 상황들에서, 하우징(12) 또는 하우징(12)을 형성하는 구조물들의 적어도 일부는 금속 요소들로 형성될 수 있다.
디바이스(10)는, 원하는 경우, 디스플레이(14)와 같은 디스플레이를 가질 수 있다. 디스플레이(14)는 디바이스(10)의 전면 상에 실장될 수 있다(예컨대, 디스플레이(14)는 디바이스의 전면의 일부 또는 전부를 형성할 수 있음). 디스플레이(14)는 용량성 터치 전극들을 포함하는 터치 스크린일 수 있거나, 또는 터치에 감응하지 않을 수도 있다. 하우징(12)의 후면(즉, 디바이스(10)의 전면에 반대편인 디바이스(10)의 면)은 실질적으로 평면인 하우징 벽, 예컨대, 후방 하우징 벽(12R)(예컨대, 평면형 하우징 벽)을 가질 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은, 후방 하우징 벽을 완전히 통과하고 따라서 하우징(12)의 부분들을 서로 분리시키는 슬롯들을 가질 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은 전도성 부분들 및/또는 유전체 부분들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 후방 하우징 벽(12R)은 유리, 플라스틱, 사파이어, 또는 세라믹과 같은 유전체의 얇은 층 또는 코팅에 의해 커버된 평면형 금속 층을 포함할 수 있다. 하우징(12)은 또한 하우징(12)을 완전히 통과하지 않는 얕은 홈들을 가질 수 있다. 슬롯들 및 홈들은 플라스틱 또는 다른 유전체들로 충전될 수 있다. 원하는 경우, (예컨대, 관통 슬롯에 의해) 서로 분리된 하우징(12)의 부분들은 내부 전도성 구조물들(예컨대, 슬롯을 브리지하는 시트 금속 또는 다른 금속 부재들)에 의해 결합될 수 있다.
하우징(12)은 주연부 구조물들(12W)과 같은 주연부 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 주연부 구조물들(12W)의 전도성 부분들 및 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들은 때때로, 본 명세서에서 하우징(12)의 전도성 구조물들로 총칭될 수 있다. 주연부 구조물들(12W)은 디스플레이(14) 및 디바이스(10)의 주연부 둘레에 이어질 수 있다. 디바이스(10) 및 디스플레이(14)가 4개의 에지들을 구비한 직사각형 형상을 갖는 구성들에서, 주연부 구조물들(12W)은, (일례로서) 4개의 대응하는 에지들을 구비한 직사각형 링 형상을 갖고 후방 하우징 벽(12R)으로부터 디바이스(10)의 전면으로 연장되는 주연부 하우징 구조물들을 사용하여 구현될 수 있다. 주연부 구조물들(12W) 또는 주연부 구조물들(12W)의 일부는, 원하는 경우, 디스플레이(14)에 대한 베젤(예컨대, 디스플레이(14)의 4개의 측면들 모두를 둘러싸고/싸거나 디스플레이(14)를 디바이스(10)에 유지시키는 것을 돕는 장식 트림(cosmetic trim))로서의 역할을 할 수 있다. 주연부 구조물들(12W)은, 원하는 경우, (예컨대, 수직 측벽들, 만곡된 측벽들 등을 갖는 금속 밴드를 형성함으로써) 디바이스(10)에 대한 측벽 구조물들을 형성할 수 있다.
주연부 구조물들(12W)은 금속과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있고, 그에 따라, 때때로, (예들로서) 주연부 전도성 하우징 구조물들, 전도성 하우징 구조물들, 주연부 금속 구조물들, 주연부 전도성 측벽들, 주연부 전도성 측벽 구조물들, 전도성 하우징 측벽들, 주연부 전도성 하우징 측벽들, 측벽들, 측벽 구조물들, 또는 주연부 전도성 하우징 부재로 지칭될 수 있다. 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 금속, 예컨대 스테인리스강, 알루미늄, 또는 다른 적합한 재료들로 형성될 수 있다. 1개, 2개, 또는 2개 초과의 별개의 구조물들이 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 균일한 단면을 갖는 것이 필수인 것은 아니다. 예를 들어, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 상부 부분은, 원하는 경우, 디스플레이(14)를 제위치에 유지시키는 것을 돕는 내향 돌출 레지(ledge)를 가질 수 있다. 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 저부 부분도, 또한, (예컨대, 디바이스(10)의 후방 표면의 평면 내에) 확대된 립(lip)을 가질 수 있다. 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 실질적으로 직선형인 수직 측벽들을 가질 수 있거나, 만곡되어 있는 측벽들을 가질 수 있거나, 또는 다른 적합한 형상들을 가질 수 있다. 일부 구성들에서(예컨대, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 디스플레이(14)에 대한 베젤로서의 역할을 하는 경우), 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 하우징(12)의 립 둘레에 이어질 수 있다(즉, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디스플레이(14)를 둘러싸는 하우징(12)의 에지만을 커버하고 하우징(12)의 측벽들의 나머지는 커버하지 않을 수도 있음).
후방 하우징 벽(12R)은 디스플레이(14)에 평행한 평면 내에 놓일 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)의 일부 또는 전부가 금속으로 형성되는 디바이스(10)에 대한 구성들에서, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들을, 후방 하우징 벽(12R)을 형성하는 하우징 구조물들의 일체형 부분들로서 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)의 후방 하우징 벽(12R)은 평면형 금속 구조물을 포함할 수 있고, 하우징(12)의 측부들 상의 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들은 평면형 금속 구조물의 평평한 또는 만곡된 수직 연장 일체형 금속 부분들로서 형성될 수 있다(예컨대, 하우징 구조물들(12R, 12W)은 금속의 연속적인 조각으로부터 단일체 구성으로 형성될 수 있음). 이들과 같은 하우징 구조물들은, 원하는 경우, 금속 블록으로부터 기계가공될 수 있고/있거나, 하우징(12)을 형성하도록 함께 조립되는 다수의 금속 조각들을 포함할 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)은 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개 이상의 부분들을 가질 수 있다. 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및/또는 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들은 디바이스(10)의 하나 이상의 외부 표면들(예컨대, 디바이스(10)의 사용자에게 가시적인 표면들)을 형성할 수 있고/있거나, 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하지 않는 내부 구조물들(예컨대, 디바이스(10)의 사용자에게 가시적이지 않은 전도성 하우징 구조물들, 예컨대, 얇은 장식층들, 보호 코팅들, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 다른 코팅 층들과 같은 층들로 커버되는 전도성 구조물들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및/또는 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들을 숨기는 역할을 하는 다른 구조물들)을 사용하여 구현될 수 있다.
디스플레이(14)는 디바이스(10)의 사용자를 위해 이미지들을 디스플레이하는 활성 영역(AA)을 형성하는 픽셀들의 어레이를 가질 수 있다. 예를 들어, 활성 영역(AA)은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 픽셀들의 어레이는 액정 디스플레이(LCD) 컴포넌트들, 전기 영동 픽셀들의 어레이, 플라즈마 디스플레이 픽셀들의 어레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이 픽셀들 또는 다른 발광 다이오드 픽셀들의 어레이, 전기습윤 디스플레이 픽셀들의 어레이, 또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 디스플레이 픽셀들로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 활성 영역(AA)은 터치 센서들, 예컨대, 터치 센서 용량성 전극들, 힘 센서들, 또는 사용자 입력을 수집하기 위한 다른 센서들을 포함할 수 있다.
디스플레이(14)는 활성 영역(AA)의 에지들 중 하나 이상을 따라 이어지는 비활성 경계 영역을 가질 수 있다. 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)에는 이미지들을 디스플레이하기 위한 픽셀들이 없을 수 있고, 그는 하우징(12) 내의 회로부 및 다른 내부 디바이스 구조물들과 중첩될 수 있다. 이러한 구조물들을 디바이스(10)의 사용자에 의한 관찰로부터 차단하기 위해, 비활성 영역(IA)과 중첩되는 디스플레이(14) 내의 디스플레이 커버 층 또는 다른 층들의 하부면은 비활성 영역(IA)에서 불투명 마스킹 층으로 코팅될 수 있다. 불투명 마스킹 층은 임의의 적합한 색상을 가질 수 있다. 비활성 영역(IA)은 활성 영역(AA) 내로 연장되는 노치(8)와 같은 리세스된 영역을 포함할 수 있다. 활성 영역(AA)은, 예를 들어, 디스플레이(14)를 위한 디스플레이 모듈(예컨대, 픽셀 회로부, 터치 센서 회로부 등을 포함하는 디스플레이 모듈)의 측방향 영역에 의해 한정될 수 있다. 디스플레이 모듈은 활성 디스플레이 회로부가 없는(즉, 비활성 영역(IA)의 노치(8)를 형성하는) 디바이스(10)의 상부 영역(20) 내에 리세스 또는 노치를 가질 수 있다. 노치(8)는, 활성 영역(AA)에 의해 3개의 측부들 상에서 그리고 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 의해 제4 측부 상에서 둘러싸이는(한정되는) 실질적으로 직사각형의 영역일 수 있다.
디스플레이(14)는 투명 유리, 투명 플라스틱, 투명 세라믹, 사파이어 또는 다른 투명 결정성 재료의 층, 또는 다른 투명 층(들)과 같은 디스플레이 커버 층을 사용하여 보호될 수 있다. 디스플레이 커버 층은 평면 형상, 볼록한 만곡된 프로파일, 평면 및 만곡된 부분들을 갖는 형상, 평면 주 영역 - 평면 주 영역은 평면 주 영역의 평면으로부터 굽혀진 부분을 갖는 하나 이상의 에지들 상에 둘러싸임 - 을 포함하는 레이아웃, 또는 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 디스플레이 커버 층은 디바이스(10)의 전체 전면을 커버할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 디스플레이 커버 층은 디바이스(10)의 전면의 실질적으로 전체 또는 디바이스(10)의 전면의 일부분만을 커버할 수 있다. 디스플레이 커버 층 내에 개구들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 버튼을 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 개구가 형성될 수 있다. 개구는, 또한, 노치(8) 내의 스피커 포트(16) 또는 마이크로폰 포트와 같은 포트들을 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 형성될 수 있다. 원하는 경우, 개구들이 하우징(12) 내에 형성되어 통신 포트들(예컨대, 오디오 잭 포트, 디지털 데이터 포트 등) 및/또는 스피커 및/또는 마이크로폰과 같은 오디오 컴포넌트들을 위한 오디오 포트들을 형성할 수 있다.
디스플레이(14)는 터치 센서를 위한 용량성 전극들의 어레이, 픽셀들을 어드레싱하기 위한 전도성 라인들, 드라이버 회로들 등과 같은 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 하우징(12)은 금속 프레임 부재들, 및 하우징(12)의 벽들에 걸쳐 있는 평면형 전도성 하우징 부재(때때로, 백플레이트로 지칭됨)(즉, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 서로 반대편인 측부들 사이에 용접되거나 달리 연결되는 하나 이상의 금속 부분들로 형성된 실질적으로 직사각형인 시트)와 같은 내부 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 백플레이트는 디바이스(10)의 외측 후방 표면을 형성할 수 있거나 또는 얇은 장식층들, 보호 코팅들, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 다른 코팅들과 같은 층들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 백플레이트를 숨기는 역할을 하는 다른 구조물들로 커버될 수 있다. 디바이스(10)는 또한 인쇄 회로 보드들, 인쇄 회로 보드들 상에 실장된 컴포넌트들, 및 다른 내부 전도성 구조물들과 같은 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 디바이스(10)에 접지 평면을 형성하는 데 사용될 수 있는 이러한 전도성 구조물들은, 예를 들어, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA) 아래로 연장될 수 있다.
영역들(22, 20)에서, 개구들이 디바이스(10)의 전도성 구조물들 내에(예컨대, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)과, 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들, 인쇄 회로 보드 상의 전도성 트레이스들, 디스플레이(14) 내의 전도성 전기 컴포넌트들 등과 같은 반대편의 전도성 접지 구조물들 사이에) 형성될 수 있다. 때때로 갭들로 지칭될 수 있는 이들 개구들은 공기, 플라스틱, 및/또는 다른 유전체들로 충전될 수 있고, 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 하나 이상의 안테나들을 위한 슬롯 안테나 공진 요소들을 형성하는 데 사용될 수 있다.
전도성 하우징 구조물, 및 디바이스(10) 내의 다른 전도성 구조물은 디바이스(10) 내의 안테나를 위한 접지 평면으로서의 역할을 할 수 있다. 영역들(22, 20) 내의 개구들은 개방형 또는 폐쇄형 슬롯 안테나들에서의 슬롯들로서의 역할을 할 수 있거나, 루프 안테나에서의 재료들의 전도성 경로에 의해 둘러싸이는 중심 유전체 영역으로서의 역할을 할 수 있거나, 스트립 안테나 공진 요소 또는 역-F 안테나 공진 요소와 같은 안테나 공진 요소를 접지 평면으로부터 분리시키는 공간으로서의 역할을 할 수 있거나, 기생 안테나 공진 요소의 성능에 기여할 수 있거나, 또는 달리 영역들(22, 20) 내에 형성된 안테나 구조물들의 일부로서의 역할을 할 수 있다. 원하는 경우, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA) 아래에 있는 접지 평면 및/또는 디바이스(10) 내의 다른 금속 구조물들은 디바이스(10)의 단부들의 부분들 내로 연장되는 부분들을 가질 수 있어서(예컨대, 접지가 영역들(22, 20) 내의 유전체-충전 개구들을 향해 연장될 수 있음), 그에 의해 영역들(22, 20) 내의 슬롯들을 좁힐 수 있다.
대체로, 디바이스(10)는 임의의 적합한 수(예컨대, 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 등)의 안테나들을 포함할 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은 세장형 디바이스 하우징의 서로 반대편인 제1 및 제2 단부들(예컨대, 도 1의 디바이스(10)의 영역들(22, 20)에 있는 단부들)에서, 디바이스 하우징의 하나 이상의 에지들을 따라서, 디바이스 하우징의 중심에, 다른 적합한 위치들에, 또는 이들 위치 중 하나 이상에 위치될 수 있다. 도 1의 배열은 단지 예시적인 것이다.
주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들에는 주연부 갭 구조물들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)에는 갭들(18)과 같은 하나 이상의 갭들이 제공될 수 있다. 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내의 갭들은 유전체, 예컨대 폴리머, 세라믹, 유리, 공기, 다른 유전체 재료들, 또는 이러한 재료들의 조합들로 충전될 수 있다. 갭들(18)은 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 하나 이상의 주연부 전도성 세그먼트들로 분할할 수 있다. 이러한 방식으로 형성되는 전도성 세그먼트들은, 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 안테나들의 부분들을 형성할 수 있다. 갭들(18)은, 원하는 경우, 생략될 수 있다. 다른 유전체 개구들(예컨대, 갭들(18) 이외의 유전체 개구들)이 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내에 형성될 수 있고, 디바이스(10)의 내부 내에 실장된 안테나들을 위한 유전체 안테나 윈도우들로서의 역할을 할 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 유전체 안테나 윈도우들과 정렬될 수 있다. 디바이스(10) 내의 안테나들은, 또한, 디스플레이(14)를 통해 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)과 정렬될 수 있다.
디바이스(10)의 최종 사용자에게 (예컨대, 미디어를 디스플레이하기, 애플리케이션들을 실행하기 등을 위해 사용되는 디바이스의 영역을 최대화하기 위해) 가능한 한 큰 디스플레이를 제공하기 위해, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)에 의해 커버되는 디바이스(10)의 전면에서의 영역의 크기를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 활성 영역(AA)의 크기를 증가시키는 것은 디바이스(10) 내의 비활성 영역(IA)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이는 디바이스(10) 내의 안테나들에 이용가능한 디스플레이(14) 뒤의 영역을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)은 활성 영역(AA) 뒤에 실장된 안테나들에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들이 디바이스(10)의 전면을 통해 방사하는 것을 차단하는 역할을 하는 전도성 구조물들을 포함할 수 있다. 따라서, (예컨대, 가능한 한 큰 디스플레이 활성 영역(AA)을 허용하기 위해) 안테나들이 만족스러운 효율 대역폭을 갖는 디바이스(10) 외부의 무선 장비와 통신하는 것을 여전히 허용하면서, 디바이스(10) 내의 작은 크기의 공간을 차지하는 안테나들을 제공하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직할 것이다.
전형적인 시나리오에서, 디바이스(10)는 (일례로서) 하나 이상의 상부 안테나들 및 하나 이상의 하부 안테나들을 가질 수 있다. 상부 안테나는, 예를 들어, 영역(20) 내에서 디바이스(10)의 상부 단부에 형성될 수 있다. 하부 안테나는, 예를 들어, 영역(22) 내에서 디바이스(10)의 하부 단부에 형성될 수 있다. 추가적인 안테나들이, 원하는 경우, 영역들(20, 22) 사이에서 연장되는 하우징(12)의 에지들을 따라 형성될 수 있다. 안테나들은 동일한 통신 대역들, 중첩하는 통신 대역들, 또는 분리된 통신 대역들을 커버하기 위해 개별적으로 사용될 수 있다. 안테나들은 안테나 다이버시티 스킴(antenna diversity scheme) 또는 다중-입력-다중-출력(multiple-input-multiple-output, MIMO) 안테나 스킴을 구현하는 데 사용될 수 있다. 임의의 다른 원하는 주파수들을 커버하기 위한 다른 안테나들이 또한, 디바이스(10)의 내부 내의 임의의 원하는 위치들에 실장될 수 있다. 도 1의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 하우징(12)은 다른 형상들(예컨대, 정사각형 형상, 원통형 형상, 구형 형상, 이들 및/또는 상이한 형상들의 조합 등)을 가질 수 있다.
디바이스(10) 내에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들의 개략도가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(28)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 저장 회로부(30)와 같은 저장장치를 포함할 수 있다. 저장 회로부(30)는 하드 디스크 드라이브 저장장치, 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 프로세싱 회로부(32)와 같은 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부(32)는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 프로세싱 회로부(32)는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 호스트 프로세서들, 기저대역 프로세서 집적 회로, 주문형 집적 회로들, 중앙 프로세싱 유닛들(CPU) 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(28)는 하드웨어(예컨대, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 디바이스(10)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 디바이스(10)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 저장 회로부(30) 상에 저장될 수 있다(예컨대, 저장 회로부(30)는 소프트웨어 코드를 저장하는 비일시적(유형적) 컴퓨터 판독가능 저장 매체들을 포함할 수 있음). 소프트웨어 코드는 때때로 프로그램 명령어들, 소프트웨어, 데이터, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 저장 회로부(30) 상에 저장된 소프트웨어 코드는 프로세싱 회로부(32)에 의해 실행될 수 있다.
제어 회로부(28)는 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은, 디바이스(10) 상의 소프트웨어를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 제어 회로부(28)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(28)를 사용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜들은 인터넷 프로토콜들, 무선 로컬 영역 네트워크 프로토콜들(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜들 - 때때로 WiFi®로 지칭됨), Bluetooth® 프로토콜 또는 다른 WPAN 프로토콜들과 같은 다른 단거리 무선 통신 링크들에 대한 프로토콜들, IEEE 802.11ad 프로토콜들, 셀룰러 전화 프로토콜들, MIMO 프로토콜들, 안테나 다이버시티 프로토콜들, 위성 내비게이션 시스템 프로토콜들, 안테나 기반 공간 레인징 프로토콜(antenna-based spatial ranging protocol)들(예를 들어, 무선 검출 및 레인징(radio detection and ranging, RADAR) 프로토콜들 또는 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 전달되는 신호들에 대한 다른 원하는 레인지 검출 프로토콜들) 등을 포함한다. 각각의 통신 프로토콜은 프로토콜을 구현하는 데 사용되는 물리적 연결 방법을 특정하는 대응하는 무선 액세스 기술(radio access technology, RAT)과 연관될 수 있다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(24)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(24)는 입출력 디바이스들(26)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 데이터가 디바이스(10)에 공급될 수 있게 하기 위해, 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공될 수 있게 하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 사용자 인터페이스 디바이스들, 데이터 포트 디바이스들, 센서들, 및 다른 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입출력 디바이스들은 터치 스크린들, 터치 센서 능력들을 갖지 않는 디스플레이들, 버튼들, 조이스틱들, 스크롤링 휠들, 터치 패드들, 키 패드들, 키보드들, 마이크로폰들, 카메라들, 스피커들, 상태 표시자들, 광원들, 오디오 잭들 및 기타 오디오 포트 컴포넌트들, 디지털 데이터 포트 디바이스들, 광 센서들, 자이로스코프들, 가속도계들 또는 지구에 대한 모션 및 디바이스 배향을 검출할 수 있는 다른 컴포넌트들, 커패시턴스 센서들, 근접 센서들(예를 들어, 용량성 근접 센서 및/또는 적외선 근접 센서), 자기 센서들, 및 기타 센서들 및 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
입출력 회로부(24)는 무선 주파수 신호들을 무선으로 전달하기 위한, 무선 회로부(34)와 같은 무선 회로부를 포함할 수 있다. 도 2의 예에서는 명료함을 위해 제어 회로부(28)가 무선 회로부(34)로부터 분리된 것으로 도시되고 있으나, 무선 회로부(34)는 프로세싱 회로부(32)의 일부를 형성하는 프로세싱 회로부 및/또는 제어 회로부(28)의 저장 회로부(30)의 일부를 형성하는 저장 회로부를 포함할 수 있다(예컨대, 제어 회로부(28)의 부분들이 무선 회로부(34) 상에 구현될 수 있음). 일례로서, 제어 회로부(28)는 기저대역 프로세서 회로부, 또는 무선 회로부(34)의 일부를 형성하는 다른 제어 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
무선 회로부(34)는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)와 같은 밀리미터파 및 센티미터파 송수신기 회로부를 포함할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 주파수에서의 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 30 ㎓ 내지 300 ㎓의 극고주파(EHF) 또는 밀리미터파 통신 대역들에서의, 그리고/또는 약 10 ㎓ 내지 30 ㎓의 센티미터파 통신 대역들(때때로 초고주파(Super High Frequency, SHF) 대역들로 지칭됨)에서의 통신을 지원할 수 있다. 예로서, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 약 18 ㎓ 내지 27 ㎓의 IEEE K 통신 대역, 약 26.5 ㎓ 내지 40 ㎓의 Ka 통신 대역, 약 12 ㎓ 내지 18 ㎓의 Ku 통신 대역, 약 40 ㎓ 내지 75 ㎓의 V 통신 대역, 약 75 ㎓ 내지 110 ㎓의 W 통신 대역, 또는 대략 10 ㎓ 내지 300 ㎓의 임의의 다른 원하는 주파수 대역에서의 통신을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 60 ㎓에서의 그리고/또는 27 ㎓ 내지 90 ㎓의 5세대 모바일 네트워크들 또는 5세대 무선 시스템들(5G) 통신 대역들에서의 IEEE 802.11ad 통신을 지원할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로 상에 실장된 다수의 집적 회로들, 상이한 기판들 상에 실장된 하나 이상의 집적 회로들 등)로 형성될 수 있다.
원하는 경우, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(때때로 본 명세서에서 간단히 송수신기 회로부(38) 또는 밀리미터파/ 센티미터파 회로부(38)로 지칭됨)는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의해 송신 및 수신되는 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들에서의 무선 주파수 신호들을 사용하여 공간 레인징 동작들을 수행할 수 있다. 수신된 신호들은 외부 물체들로부터 반사되고 다시 디바이스(10)를 향해 반사된 송신된 신호들의 버전일 수 있다. 제어 회로부(28)는 송신 및 수신된 신호들을 프로세싱하여, 디바이스(10)와 디바이스(10)의 주위의 하나 이상의 외부 물체들(예를 들어, 디바이스(10) 외부의 물체들, 예컨대 사용자 또는 다른 사람들의 신체, 다른 디바이스들, 동물들, 가구류, 벽들, 또는 디바이스(10) 부근의 다른 물체들 또는 장애물들) 사이의 레인지를 검출 또는 추정할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(28)는, 또한, 송신 및 수신된 신호들을 프로세싱하여 디바이스(10)에 대한 외부 물체들의 2차원 또는 3차원 공간 위치를 식별할 수 있다.
밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의해 수행되는 공간 레인징 동작들은 단방향이다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 추가적으로 또는 대안적으로 외부 무선 장비와의 양방향 통신을 수행할 수 있다. 양방향 통신은 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 의한 무선 데이터의 송신 및 외부 무선 장비에 의해 송신되었던 무선 데이터의 수신 둘 모두를 수반한다. 무선 데이터는, 예를 들어, 전화 통화, 스트리밍 미디어 콘텐츠, 인터넷 브라우징과 연관된 무선 데이터, 디바이스(10) 상에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션들, 이메일 메시지들과 연관된 무선 데이터와 같은, 대응하는 데이터 패킷들 내로 인코딩된 데이터를 포함할 수 있다.
원하는 경우, 무선 회로부(34)는 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)와 같은, 10 ㎓ 미만의 주파수들에서의 통신을 처리하기 위한 송수신기 회로부를 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)는 Wi-Fi® (IEEE 802.11) 통신을 위해 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ 대역들을 처리하는 무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN) 송수신기 회로부, 2.4 ㎓ Bluetooth® 통신 대역을 처리하는 무선 개인 통신망(wireless personal area network, WPAN) 송수신기 회로부, 700 내지 960 ㎒, 1710 내지 2170 ㎒, 2300 내지 2700 ㎒의 셀룰러 전화 통신 대역들, 및/또는 600 ㎒ 내지 4000 ㎒의 임의의 다른 원하는 셀룰러 전화 통신 대역들을 처리하는 셀룰러 전화 송수신기 회로부, 1575 ㎒에서의 GPS 신호들 또는 다른 위성 포지셔닝 데이터를 처리하기 위한 신호들(예컨대, 1609 ㎒에서의 GLONASS 신호들)을 수신하는 GPS 수신기 회로부, 텔레비전 수신기 회로부, AM/FM 라디오 수신기 회로부, 페이징 시스템 송수신기 회로부, 초광대역(ultra-wideband, UWB) 송수신기 회로부, 근거리 무선 통신(near field communications, NFC) 회로부 등을 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36) 및 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38) 각각은 하나 이상의 집적 회로들, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 무선 주파수 컴포넌트들, 스위칭 회로부, 전송 라인 구조물들, 및 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)는, 원하는 경우, 생략될 수 있다.
무선 회로부(34)는 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)는 하나 이상의 안테나들(40)을 사용하여 10 ㎓ 미만의 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 안테나들(40)을 사용하여 10 ㎓ 초과의(예를 들어, 밀리미터파 및/또는 센티미터파 주파수들에서의) 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 그러나, 송수신기 회로부(36, 38)는 임의의 적합한 관심 대상 통신 (주파수) 대역들을 커버(처리)하도록 구성될 수 있다. 송수신기 회로부는 안테나들(40)을 사용하여 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다(예컨대, 안테나들(40)은 송수신기 회로부에 대한 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있음). 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "무선 주파수 신호들을 전달한다"는 (예컨대, 외부 무선 통신 장비와의 단방향 및/또는 양방향 무선 통신을 수행하기 위한) 무선 주파수 신호들의 송신 및/또는 수신을 의미한다. 안테나들(40)은 무선 주파수 신호들을 자유 공간 내로(또는 유전체 커버 층과 같은 개재 디바이스 구조물들을 통해 자유 공간으로) 방사함으로써 무선 주파수 신호들을 송신할 수 있다. 안테나들(40)은, 추가적으로 또는 대안적으로, (예컨대, 유전체 커버 층과 같은 개재 디바이스 구조물들을 통해) 자유 공간으로부터 무선 주파수 신호들을 수신할 수 있다. 안테나들(40)에 의한 무선 주파수 신호들의 송신 및 수신은, 각각, 안테나의 동작 주파수 대역(들) 내의 무선 주파수 신호들에 의한 안테나 내의 안테나 공진 요소 상의 안테나 전류들의 여기 또는 공진을 수반한다.
위성 내비게이션 시스템 링크들, 셀룰러 전화 링크들, 및 다른 장거리 링크들에서, 무선 주파수 신호들은 전형적으로 수천 피트 또는 마일에 걸쳐서 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 2.4 ㎓ 및 5 ㎓에서의 Wi-Fi® 및 Bluetooth® 링크들 및 다른 단거리 무선 링크들에서, 무선 주파수 신호들은 전형적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐서 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 단거리들에 걸쳐서 가시선 경로(line-of-sight path)를 통해 이동하는 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 통신에 대한 신호 수신을 향상시키기 위해, 위상 안테나 어레이들 및 빔 조향 기술들(예를 들어, 어레이의 각각의 안테나에 대한 안테나 신호 위상 및/또는 크기가 빔 조향을 수행하도록 조정되는 스킴들)이 사용될 수 있다. 디바이스(10)의 동작 환경으로 인해 차단되었거나 달리 열화된 안테나들이 비사용 중(out of use)으로 스위칭될 수 있고 더 높은 성능의 안테나들이 그들을 대신하여 사용될 수 있도록 보장하기 위해 안테나 다이버시티 스킴들이 또한 사용될 수 있다.
임의의 적합한 안테나 유형들을 사용하여 무선 회로부(34) 내의 안테나들(40)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(40)은 스택형 패치 안테나 구조물들, 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 역-F형 안테나 구조물들, 슬롯 안테나 구조물들, 평면형 역-F형 안테나 구조물들, 모노폴 안테나 구조물들, 다이폴 안테나 구조물들, 나선형 안테나 구조물들, 야기(Yagi)(Yagi-Uda) 안테나 구조물들, 이들 설계들의 하이브리드들 등으로 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나들(40)은 유전체 공진기 안테나들과 같은 유전체 공진 요소들을 구비한 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상의 안테나는 후면-공동형(cavity-backed) 안테나일 수 있다. 상이한 유형들의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합들에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 유형의 안테나는 비-밀리미터파/비-센티미터파 송수신기 회로부(36)에 대한 비-밀리미터파/비-센티미터파 무선 링크를 형성하는 데 사용될 수 있고, 다른 유형의 안테나는 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 대한 밀리미터파 및/또는 센티미터파 주파수들에서의 무선 주파수 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있다. 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 사용되는 안테나들(40)은 하나 이상의 위상 안테나 어레이들로 배열될 수 있다.
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 위상 안테나 어레이에 형성될 수 있는 안테나(40)의 개략도가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(40)는 밀리미터파/센티미터파(MM파/CM파) 송수신기 회로부(38)에 커플링될 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 무선 주파수 전송 라인(42)을 포함하는 전송 라인 경로를 사용하여 안테나(40)의 안테나 급전부(44)에 커플링될 수 있다. 무선 주파수 전송 라인(42)은 신호 도체(46)와 같은 포지티브 신호 도체를 포함할 수 있고, 접지 도체(48)와 같은 접지 도체를 포함할 수 있다. 접지 도체(48)는 안테나(40)를 위한 안테나 접지에 (예컨대, 안테나 접지에 위치된 안테나 급전부(44)의 접지 안테나 급전 단자를 통해) 커플링될 수 있다. 신호 도체(46)는 안테나(40)를 위한 안테나 공진 요소에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 신호 도체(46)는 안테나 공진 요소에 위치된 안테나 급전부(44)의 포지티브 안테나 급전 단자에 커플링될 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 안테나(40)는 급전 프로브를 사용하여 급전되는 프로브 급전형 안테나일 수 있다. 이러한 배열에서, 안테나 급전부(44)는 급전 프로브로서 구현될 수 있다. 신호 도체(46)는 급전 프로브에 커플링될 수 있다. 무선 주파수 전송 라인(42)은 급전 프로브로 그리고 그로부터 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 무선 주파수 신호들이 급전 프로브 및 안테나를 통해 송신되고 있을 때, 급전 프로브는 안테나를 위한 공진 요소를 여기시킬 수 있다(예컨대, 안테나(40)를 위한 유전체 안테나 공진 요소의 전자기 공진 모드들을 여기시킬 수 있음). 공진 요소는 급전 프로브에 의한 여기에 응답하여 무선 주파수 신호들을 방사할 수 있다. 유사하게, 무선 주파수 신호들이 안테나에 의해 (예컨대, 자유 공간으로부터) 수신될 때, 무선 주파수 신호들은 안테나를 위한 공진 요소를 여기시킬 수 있다(예컨대, 안테나(40)를 위한 유전체 안테나 공진 요소의 전자기 공진 모드들을 여기시킬 수 있음). 이는 급전 프로브 상에 안테나 전류들을 생성할 수 있고, 대응하는 무선 주파수 신호들은 무선 주파수 전송 라인을 통해 송수신기 회로부에 전달될 수 있다.
무선 주파수 전송 라인(42)은 스트립라인 전송 라인(때때로 본 명세서에서 간단히 스트립라인으로 지칭됨), 동축 케이블, 금속화된 비아들에 의해 실현되는 동축 프로브, 마이크로스트립 전송 라인, 에지-커플링된 마이크로스트립 전송 라인, 에지-커플링된 스트립라인 전송 라인, 도파관 구조물, 이들의 조합들 등을 포함할 수 있다. 다수의 유형들의 전송 라인들은 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)를 안테나 급전부(44)에 커플링시키는 전송 라인 경로를 형성하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 필터 회로부, 스위칭 회로부, 임피던스 정합 회로부, 위상 시프터(phase shifter) 회로부, 증폭기 회로부, 및/또는 다른 회로부가 무선 주파수 전송 라인(42) 상에 개재될 수 있다.
디바이스(10) 내의 무선 주파수 전송 라인들은 세라믹 기판들, 경성 인쇄 회로 보드들, 및/또는 가요성 인쇄 회로들에 통합될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10) 내의 무선 주파수 전송 라인들은 다수의 차원들(예를 들어, 2차원 또는 3차원)로 절첩될 수 있거나 휘어질 수 있고 휨 후에 휘어진 또는 절첩된 형상을 유지하는 다층의 라미네이트된 구조물들(예를 들어, 접착제를 개재시키지 않고서 함께 라미네이트되는 구리와 같은 전도성 재료와 수지와 같은 유전체 재료의 층들) 내에 통합될 수 있다(예를 들어, 다층 라미네이트된 구조물들은 다른 디바이스 컴포넌트들 둘레로 경로설정하도록 특정의 3차원 형상으로 절첩될 수 있고, 보강재들 또는 다른 구조물들에 의해 제자리에서 유지되지 않고서 절첩 후에 그의 형상을 유지하기에 충분히 경성일 수 있음). 라미네이트된 구조물들의 다수의 층들 모두는 (예컨대, 접착제를 사용하여 다수의 층들을 함께 라미네이트하기 위해 다수의 가압 프로세스들을 수행하는 것과는 대조적으로) 접착제 없이 함께 (예컨대, 단일 가압 프로세스에서) 배치(batch) 라미네이트될 수 있다.
도 4는 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 안테나들(40)이 위상 안테나 어레이 내에 형성될 수 있는 방식을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54)(때때로 본 명세서에서 어레이(54), 안테나 어레이(54), 또는 안테나들(40)의 어레이(54)로 지칭됨)는 무선 주파수 전송 라인들(42)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제1 안테나(40-1)는 제1 무선 주파수 전송 라인(42-1)에 커플링될 수 있고, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제2 안테나(40-2)는 제2 무선 주파수 전송 라인(42-2)에 커플링될 수 있고, 위상 안테나 어레이(54) 내의 제N 안테나(40-N)는 제N 무선 주파수 전송 라인(42-N)에 커플링될 수 있고, 등등이다. 안테나들(40)이 본 명세서에서 위상 안테나 어레이를 형성하는 것으로 기술되지만, 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40)은 때때로 단일 위상 어레이 안테나를 집합적으로 형성하는 것으로 또한 지칭될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40)은 임의의 원하는 수의 행들 및 열들로 또는 임의의 다른 원하는 패턴으로 배열될 수 있다(예를 들어, 안테나들은 행들 및 열들을 갖는 그리드 패턴으로 배열될 필요가 없음). 신호 송신 동작들 동안, 무선 주파수 전송 라인들(42)은 무선 송신을 위한 위상 안테나 어레이(54)에 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(도 3)로부터의 신호들(예를 들어, 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들과 같은 무선 주파수 신호들)을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 신호 수신 동작들 동안, 무선 주파수 전송 라인들(42)은 (예컨대, 외부 무선 장비로부터) 위상 안테나 어레이(54)에 수신된 신호들 또는 외부 물체들로부터 반사되었던 송신된 신호들을 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)(도 3)로 공급하기 위해 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54) 내의 다수의 안테나들(40)의 사용은 안테나들에 의해 전달되는 무선 주파수 신호들의 상대적 위상들 및 크기들(진폭들)을 제어함으로써 빔 조향 배열들이 구현될 수 있게 한다. 도 4의 예에서, 안테나들(40)은 각각 대응하는 무선 주파수 위상 및 크기 제어기(50)를 갖는다(예컨대, 무선 주파수 전송 라인(42-1) 상에 개재된 제1 위상 및 크기 제어기(50-1)는 안테나(40-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 전송 라인(42-2) 상에 개재된 제2 위상 및 크기 제어기(50-2)는 안테나(40-2)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 전송 라인(42-N) 상에 개재된 제N 위상 및 크기 제어기(50-N)는 안테나(40-N)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고 등등임).
위상 및 크기 제어기들(50)은 각각 무선 주파수 전송 라인들(42) 상의 무선 주파수 신호들의 위상을 조정하기 위한 회로부(예를 들어, 위상 시프터 회로들) 및/또는 무선 주파수 전송 라인들(42) 상의 무선 주파수 신호들의 크기를 조정하기 위한 회로부(예를 들어, 전력 증폭기 및/또는 저잡음 증폭기 회로들)를 포함할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은 때때로 본 명세서에서 집합적으로 빔 조향 회로부(예를 들어, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 송신 및/또는 수신된 무선 주파수 신호들의 빔을 조향하는 빔 조향 회로부)로 지칭될 수 있다.
위상 및 크기 제어기들(50)은 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들 각각에 제공되는 송신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있고, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 위상들을 검출하기 위한 위상 검출 회로부를 포함할 수 있다. 용어 "빔" 또는 "신호 빔"은 본 명세서에서 특정 방향으로 위상 안테나 어레이(54)에 의해 송신 및 수신되는 무선 신호들을 총칭하기 위해 사용될 수 있다. 신호 빔은 대응하는 포인팅 각도에서 특정 포인팅 방향으로 (예를 들어, 위상 안테나 어레이 내의 각각의 안테나로부터의 신호들의 조합으로부터의 보강 및 상쇄 간섭에 기초하여) 배향되는 피크 이득(peak gain)을 나타낼 수 있다. 용어 "송신 빔"은 때때로 본 명세서에서 특정 방향으로 송신되는 무선 주파수 신호들을 지칭하는 데 사용될 수 있는 반면, 용어 "수신 빔"은 때때로 본 명세서에서 특정 방향으로부터 수신되는 무선 주파수 신호들을 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 위상 및 크기 제어기들(50)이 송신된 무선 주파수 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 송신된 신호들은 포인트 A의 방향으로 배향되는 도 4의 빔 B1에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 그러나, 위상 및 크기 제어기들(50)이 송신된 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 송신된 신호들은 포인트 B의 방향으로 배향되는 빔 B2에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 유사하게, 위상 및 크기 제어기들(50)이 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 무선 주파수 신호들(예컨대, 수신 빔에서의 무선 주파수 신호들)은 빔 B1에 의해 보여지는 바와 같이 포인트 A의 방향으로부터 수신될 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)이 제2 세트의 위상들 및/또는 크기들을 생성하도록 조정되는 경우에, 무선 주파수 신호들은, 빔 B2에 의해 보여지는 바와 같이, 포인트 B의 방향으로부터 수신될 수 있다.
각각의 위상 및 크기 제어기(50)는 도 2의 제어 회로부(28)로부터 수신되는 대응하는 제어 신호(52)에 기초하여 원하는 위상 및/또는 크기를 생성하도록 제어될 수 있다(예를 들어, 위상 및 크기 제어기(50-1)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(52-1)를 사용하여 제어될 수 있고, 위상 및 크기 제어기(50-2)에 의해 제공되는 위상 및/또는 크기는 제어 신호(52-2)를 사용하여 제어될 수 있는 등임). 원하는 경우, 제어 회로부는 송신 또는 수신 빔을 시간 경과에 따라 상이한 원하는 방향들로 조향하기 위해 실시간으로 제어 신호들(52)을 능동적으로 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(50)은, 원하는 경우, 수신된 신호들의 위상을 식별하는 정보를 제어 회로부(28)에 제공할 수 있다. 디바이스(10) 상의 코드북은 각각의 빔 포인팅 각도를 위상 및 크기 제어기들(50)에 제공될 위상 및 크기 값들의 대응하는 세트에 맵핑시킬 수 있다(예컨대, 제어 회로부는 코드북으로부터의 정보에 기초하여 제어 신호들(52)을 생성할 수 있음).
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 사용하여 무선 통신을 수행할 때, 무선 주파수 신호들은 위상 안테나 어레이(54)와 외부 통신 장비 사이의 가시선 경로를 통해 전달된다. 외부 물체가 도 4의 포인트 A에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(50)은 포인트 A를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트 A를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 포인트 A의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송수신할 수 있다. 유사하게, 외부 통신 장비가 포인트 B에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(50)은 포인트 B를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트 B를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 포인트 B의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송수신할 수 있다. 도 4의 예에서, 빔 조향은 단순화를 위해 단일 자유도에 걸쳐(예컨대, 도 4의 페이지 상에서 좌우를 향해) 수행되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 실제로, 빔은 2개 이상의 자유도들에 걸쳐(예컨대, 3차원적으로, 도 4의 페이지 안팎으로 그리고 페이지 상에서 좌우로) 조향될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 (예컨대, 위상 안테나 어레이 위의 반구(hemisphere) 또는 반구의 세그먼트에서) 빔 조향이 수행될 수 있는 대응하는 시야를 가질 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 디바이스의 다수의 측부들로부터 커버리지를 제공하기 위해 각각이 상이한 방향을 향하는 다수의 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다.
도 5는 디바이스(10)가 다수의 위상 안테나 어레이들을 갖는 예에서의 디바이스(10)의 측단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디바이스(10)의 (측방향) 주연부 둘레에 연장될 수 있고, 후방 하우징 벽(12R)으로부터 디스플레이(14)까지 연장될 수 있다. 디스플레이(14)는 디스플레이 모듈(64)(때때로 디스플레이 패널 또는 전도성 디스플레이 구조물들로 지칭됨)과 같은 디스플레이 모듈을 가질 수 있다. 디스플레이 모듈(64)은 픽셀 회로부, 터치 센서 회로부, 힘 센서 회로부, 및/또는 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)을 형성하기 위한 임의의 다른 원하는 회로부를 포함할 수 있다. 디스플레이(14)는 디스플레이 모듈(64)과 중첩되는 디스플레이 커버 층(56)과 같은 유전체 커버 층을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(64)은 이미지 광을 방출할 수 있고, 디스플레이 커버 층(56)을 통해 센서 입력을 수신할 수 있다. 디스플레이 커버 층(56) 및 디스플레이(14)는 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 실장될 수 있다. 디스플레이 모듈(64)과 중첩되지 않는 디스플레이(14)의 측방향 영역은 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)을 형성할 수 있다.
디바이스(10)는 다수의 위상 안테나 어레이들(예컨대, 도 4의 위상 안테나 어레이들(54))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 후방-대면(rear-facing) 위상 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 후방-대면 위상 안테나 어레이는 접착제를 사용하여 후방 하우징 벽(12R)에 접착될 수 있거나, 후방 하우징 벽(12R)에 대항하여(예컨대, 그와 접촉하여) 가압될 수 있거나, 또는 후방 하우징 벽(12R)으로부터 이격될 수 있다. 후방-대면 위상 안테나 어레이는 후방 하우징 벽(12R)을 통해 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들(60)을 송신하고/하거나 수신할 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)이 금속 부분들을 포함하는 시나리오들에서, 무선 주파수 신호들(60)은 후방 하우징 벽(12R)의 금속 부분들 내의 애퍼처(aperture) 또는 개구를 통해 전달될 수 있거나 또는 후방 하우징 벽(12R)의 다른 유전체 부분들을 통해 전달될 수 있다. 애퍼처는 후방 하우징 벽(12R)의 측방향 영역을 가로질러(예컨대, 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이에) 연장되는 유전체 커버 층 또는 유전체 코팅에 의해 중첩될 수 있다. 후방-대면 위상 안테나 어레이는 디바이스(10)의 후면 아래의 반구의 적어도 일부를 가로질러 무선 주파수 신호들(60)에 대한 빔 조향을 수행할 수 있다.
후방-대면 위상 안테나 어레이의 시야는 디바이스(10)의 후면 아래의 반구로 제한된다. 디바이스(10) 내의 디스플레이 모듈(64) 및 다른 컴포넌트들(58)(예컨대, 도 2의 입출력 회로부(24) 또는 제어 회로부(28)의 부분들, 디바이스(10)를 위한 배터리 등)은 전도성 구조물들을 포함한다. 주의를 기울이지 않으면, 이러한 전도성 구조물들은 무선 주파수 신호들이 디바이스(10)의 전면 위의 반구를 가로질러 디바이스(10) 내의 위상 안테나 어레이에 의해 전달되는 것을 차단할 수 있다. 디바이스(10)의 전면 위의 반구를 커버하기 위한 전방-대면(front-facing) 위상 안테나 어레이가 비활성 영역(IA) 내의 디스플레이 커버 층(56)에 대해 실장될 수 있지만, 특히 활성 영역(AA)의 크기가 최대화됨에 따라, 위상 안테나 어레이를 완전히 지지하는 데 필요한 회로부 및 무선 주파수 전송 라인들 모두를 형성하기에는 디스플레이 모듈(64)의 측방향 주연부와 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이에 불충분한 공간이 있을 수 있다.
이러한 문제들을 완화시키고 디바이스(10)의 전면을 통해 커버리지를 제공하기 위해, 전방-대면 위상 안테나 어레이가 디바이스(10)의 주연부 영역(66) 내에 실장될 수 있다. 전방-대면 위상 안테나 어레이 내의 안테나들은 유전체 공진기 안테나들을 포함할 수 있다. 유전체 공진기 안테나들은 패치 안테나들 및 슬롯 안테나들과 같은 다른 유형들의 안테나들보다 도 5의 X-Y 평면에서 더 적은 면적을 점유할 수 있다. 안테나들을 유전체 공진기 안테나들로서 구현하는 것은 전방-대면 위상 안테나 어레이의 방사 요소들이 디스플레이 모듈(64)과 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 사이의 비활성 영역(IA) 내에 피팅할 수 있도록 할 수 있다. 동시에, 위상 안테나 어레이를 위한 무선 주파수 전송 라인들 및 다른 컴포넌트들은 디스플레이 모듈(64) 뒤에(아래에) 위치될 수 있다. 전방-대면 위상 안테나 어레이는 디스플레이 커버 층(56)을 통해 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들(62)을 송신하고/하거나 수신할 수 있다. 전방-대면 위상 안테나 어레이는 디바이스(10)의 전면 위의 반구의 적어도 일부를 가로질러 무선 주파수 신호들(62)에 대한 빔 조향을 수행할 수 있다.
디바이스(10)는 (예컨대, 주연부 영역(66) 내의) 전방-대면 위상 안테나 어레이 및 (예컨대, 주연부 영역(66) 내의 또는 디스플레이 모듈(64)과 후방 하우징 벽(12R) 사이의 다른 곳의) 후방-대면 위상 안테나 어레이 둘 모두를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 추가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 측부-대면(side-facing) 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 측부-대면 위상 안테나 어레이들은 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 내의 유전체 안테나 윈도우들과 정렬될 수 있다. 전방-대면, 후방-대면, 및/또는 측부-대면 위상 안테나 어레이들은, 원하는 경우, 생략될 수 있다. 전방-대면 및 후방-대면 위상 안테나 어레이들(및 선택적으로 측부-대면 위상 안테나 어레이들)은 디바이스(10) 둘레의 전체 구에 걸쳐 무선 주파수 커버를 집합적으로 제공할 수 있다.
디바이스(10) 내의 위상 안테나 어레이(들)(54)는 대응하는 통합형 안테나 모듈들에 형성될 수 있다. 각각의 안테나 모듈은 경성 인쇄 회로 보드 기판, 가요성 인쇄 회로 기판, 플라스틱 기판, 또는 세라믹 기판과 같은 기판, 및 기판에 실장된 하나 이상의 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 각각의 안테나 모듈은 또한, 그 안의 위상 안테나 어레이(들)의 동작들을 지원하는 전자 컴포넌트들(예컨대, 무선 주파수 컴포넌트들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 안테나 모듈은 무선 주파수 집적 회로(예컨대, 집적 회로 칩), 또는 대응하는 기판에 실장되는 다른 회로부를 포함할 수 있다. 전송 라인 구조물들(예컨대, 무선 주파수 신호 트레이스들), 전도성 비아들, 전도성 트레이스들, 솔더 볼들, 또는 다른 전도성 상호접속부 구조물들은 안테나 모듈의 위상 안테나 어레이(들) 내의 안테나들 각각에 무선 주파수 집적 회로를 커플링시킬 수 있다. 안테나 모듈 내의 무선 주파수 집적 회로(RFIC) 및/또는 다른 전자 컴포넌트들은 증폭기 회로부, 위상 시프터 회로부(예컨대, 도 4의 위상 및 크기 제어기들(50)), 및/또는 무선 주파수 신호들에 대해 동작하는 다른 회로부와 같은 무선 주파수 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 디바이스(10) 내의 후방-대면, 전방-대면, 및/또는 측부-대면 위상 안테나 어레이(들)는 각자의 안테나 모듈들 내에 형성될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 후방-대면 및 전방-대면 위상 안테나 어레이는 디바이스(10) 내의 동일한 안테나 모듈의 일부로서 형성될 수 있다.
도 6은 디바이스(10) 내의 위상 안테나 어레이들 중 임의의 위상 안테나 어레이의 안테나를 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나의 사시도이다. 도 6의 안테나(40)는 유전체 공진기 안테나일 수 있다. 이러한 예에서, 안테나(40)는 기판(72)과 같은 하부 기판에 실장되는 유전체 공진 요소(68)를 포함한다. 기판(72)은, 예를 들어, 디바이스(10) 내의 대응하는 안테나 모듈의 기판일 수 있다. 기판(72)은 경성 인쇄 회로 보드 기판, 가요성 인쇄 회로 기판, 세라믹 기판, 플라스틱 기판, 또는 임의의 다른 원하는 기판일 수 있다.
도 6의 예에서, 안테나(40)는 수직 및 수평 편광 무선 주파수 신호들(84)(예컨대, 직교 전계 배향들을 갖는 선형 편광 신호들) 둘 모두를 전달하는 이중 편광 안테나이다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 다른 적합한 배열에서, 안테나(40)는 단일 편광만을 커버할 수 있다. 안테나(40)는 무선 주파수 전송 라인들(88)(예컨대, 수직 편광 신호들을 전달하기 위한 제1 무선 주파수 전송 라인(88V) 및 수평 편광 신호들을 전달하기 위한 제2 무선 주파수 전송 라인(88H))과 같은, 가요성 기판(72) 상에 형성되고/되거나 그 내에 임베드(embed)되는 무선 주파수 전송 라인들을 사용하여 급전될 수 있다. 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H)은, 예를 들어, 도 3 및 도 4의 무선 주파수 전송 라인들(42)의 일부를 형성할 수 있다. 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H)은 기판(72) 상의 그리고/또는 그 내에 임베드되는 (예컨대, 도 3의 접지 도체(48)의 일부를 형성하기 위한) 접지 트레이스들 및 (예컨대, 도 3의 신호 도체(46)의 일부를 형성하기 위한) 신호 트레이스들을 포함할 수 있다. 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H)은 안테나(40)를 포함하는 안테나 모듈 상의 무선 주파수 집적 회로 또는 다른 무선 주파수 컴포넌트들에 커플링될 수 있다.
안테나(40)의 유전체 공진 요소(68)는 기판(72)의 상부 표면에 실장된 유전체 재료의 기둥(필라)으로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 공진 요소(68)는 유전체 기판(70)과 같은 기판(72)의 상부 표면에 실장된 유전체 기판 내에 임베드될 수 있다(예컨대, 그에 의해 측방향으로 둘러싸일 수 있음). 유전체 공진 요소(68)는 기판(72)의 저부 표면(82)으로부터 반대편의 상부 표면(80)까지 연장되는 높이(96)를 가질 수 있다. 유전체 기판(70)(때때로, 본 명세서에서, 오버몰드 구조물(70)로 지칭됨)은 높이(96)의 일부 또는 전부를 가로질러 연장될 수 있다. 상부 표면(80)은 유전체 기판(70)의 상부 표면과 동일 높이에 놓일 수 있거나, 유전체 기판(70)의 상부 표면을 지나 돌출할 수 있거나, 또는 유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소(68)의 상부 표면(80) 위로 연장되어 그를 커버할 수 있다.
안테나(40)의 동작(공진) 주파수는 (예컨대, 도 6의 X축, Y축 및/또는 Z축의 방향으로의) 유전체 공진 요소(68)의 치수들을 조정함으로써 선택될 수 있다. 유전체 공진 요소(68)는 유전 상수 dk1을 갖는 유전체 재료의 기둥으로 형성될 수 있다. 유전 상수 dk1은 비교적 높을 수 있다(예컨대, 10.0 초과, 12.0 초과, 15.0 초과, 20.0 초과, 22.0 내지 25.0, 15.0 내지 40.0, 10.0 내지 50.0, 18.0 내지 30.0, 12.0 내지 45.0 등). 하나의 적합한 배열에서, 유전체 공진 요소(68)는 지르코니아 또는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 공진 요소(68)를 형성하기 위해 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있다.
유전체 기판(70)은 유전 상수 dk2를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 유전 상수 dk2는 유전체 공진 요소(68)의 유전 상수 dk1보다 더 작을 수 있다(예컨대, 18.0 미만, 15.0 미만, 10.0 미만, 3.0 내지 4.0, 5.0 미만, 2.0 내지 5.0 등). 유전 상수 dk2는 유전 상수 dk1보다 적어도 10.0, 5.0, 15.0, 12.0, 6.0 등만큼 더 작을 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 유전체 기판(70)은 성형된 플라스틱(예컨대, 사출 성형된 플라스틱)으로 형성될 수 있다. 유전체 기판(70)을 형성하기 위해 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있거나, 원하는 경우, 유전체 기판(70)이 생략될 수 있다. 유전체 공진 요소(68)와 유전체 기판(70) 사이의 유전 상수의 차이는 저부 표면(82)으로부터 상부 표면(80)까지의 유전체 공진 요소(68)와 유전체 기판(70) 사이의 무선 주파수 경계 조건을 확립할 수 있다. 이는 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들(84)을 전파하기 위한 공진 도파관으로서의 역할을 하도록 유전체 공진 요소(68)를 구성할 수 있다.
유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소(68)의 측부들의 일부 또는 전부 상에 일정 폭(두께)(94)을 가질 수 있다. 폭(94)은 주변 디바이스 구조물들로부터 그리고/또는 동일한 안테나 모듈 내의 다른 유전체 공진 요소들로부터 유전체 공진 요소(68)를 격리시키도록 그리고 유전체 기판(70)에서의 신호 반사들을 최소화시키도록 선택될 수 있다. 폭(94)은, 예를 들어, 유전 상수 dk2의 유전체 재료에서의 무선 주파수 신호들의 유효 파장의 적어도 1/10일 수 있다. 폭(94)은, 몇 개만 예로 들면, 0.4 내지 0.5 mm, 0.3 내지 0.5 mm, 0.2 내지 0.6 mm, 0.1 mm 초과, 0.3 mm 초과, 0.2 내지 2.0 mm, 0.3 내지 1.0 mm, 또는 0.4 내지 0.5 mm 초과일 수 있다.
유전체 공진 요소(68)는 무선 주파수 전송 라인들(88V 및/또는 88H)을 위한 신호 도체에 의해 여기될 때 무선 주파수 신호들(84)을 방사할 수 있다. 일부 시나리오들에서, 슬롯이 기판(72) 상의 접지 트레이스들에 형성되고, 슬롯은 기판(72) 내에 임베드된 신호 도체에 의해 간접적으로 급전되고, 슬롯은 무선 주파수 신호들(84)을 방사시키기 위해 유전체 공진 요소(68)를 여기시킨다. 그러나, 이들 시나리오들에서, 안테나의 방사 특성들은 유전체 공진 요소가 기판(72)에 어떻게 실장되는지에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 유전체 공진 요소를 가요성 인쇄 회로에 실장하는 데 사용되는 접착제의 층들 또는 공기 갭들은 제어하기가 어려울 수 있고, 안테나의 방사 특성들에 바람직하지 않게 영향을 미칠 수 있다. 하부 슬롯을 사용하여 유전체 공진 요소(68)를 여기시키는 것과 연관된 문제들을 완화시키기 위해, 안테나(40)는 도 6의 급전 프로브들(100V, 100H)과 같은 하나 이상의 무선 주파수 급전 프로브들(100)을 사용하여 급전될 수 있다. 급전 프로브들(100)은 안테나(40)를 위한 안테나 급전부들(예컨대, 도 3의 안테나 급전부(44))의 일부를 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 급전 프로브(100V)는 전도성 구조물(86V)로 형성될 수 있고, 급전 프로브(100H)는 전도성 구조물(86H)로 형성될 수 있다. 전도성 구조물(86V)은, 유전체 공진 요소(68)의 제1 측벽(102) 상에 패턴화되거나 그에 대항하여 가압되는 제1 부분을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 전도성 구조물(86V)은 또한, 기판(72)의 표면 상의 제2 부분을 포함할 수 있고, 제2 부분은 (예컨대, 솔더, 용접부들, 전도성 접착제 등을 사용하여) 무선 주파수 전송 라인(88V)의 신호 트레이스들에 커플링될 수 있다. 전도성 구조물(86V)의 제2 부분은, 원하는 경우, 생략될 수 있다(예컨대, 무선 주파수 전송 라인(88V)에서의 신호 트레이스들은 제1 측벽(102) 상의 전도성 구조물(86V)의 일부분에 직접 솔더링될 수 있음). 예들로서, 전도성 구조물(86V)이 제1 측벽(102)에 대항하여 가압되는 시나리오들에서, 전도성 구조물(86V)은 제1 측벽(102) 상에 직접 패턴화되는 전도성 트레이스들을 포함할 수 있거나, 또는 스탬핑된 시트 금속을 포함할 수 있다.
무선 주파수 전송 라인(88V)에서의 신호 트레이스들은 급전 프로브(100V)로 그리고 그로부터 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 급전 프로브(100V)는 무선 주파수 전송 라인(88V)의 신호 트레이스들 상의 무선 주파수 신호들을 유전체 공진 요소(68)에 전자기적으로 커플링시킬 수 있다. 이는 유전체 공진 요소(68)의 하나 이상의 전자기 모드들(예컨대, 무선 주파수 공동 또는 도파관 모드들)을 여기시키는 역할을 할 수 있다. 급전 프로브(100V)에 의해 여기될 때, 유전체 공진 요소(68)의 전자기 모드들은 유전체 공진 요소(68)의 높이를 따라(예컨대, Z축의 방향으로 그리고 유전체 공진 요소(68)의 중심축/종축(76)을 따라) 무선 주파수 신호들(84)의 파면(wavefront)들을 전파시키는 도파관으로서의 역할을 하도록 유전체 공진 요소를 구성할 수 있다. 급전 프로브(100V)에 의해 전달되는 무선 주파수 신호들(84)은 수직으로 편광될 수 있다.
유사하게, 전도성 구조물(86H)은, 유전체 공진 요소(68)의 제2 측벽(102) 상에 패턴화되거나 그에 대항하여 가압되는 제1 부분을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 전도성 구조물(86H)은 또한, 기판(72)의 표면 상의 제2 부분을 포함할 수 있고, 제2 부분은 (예컨대, 솔더, 용접부들, 전도성 접착제 등을 사용하여) 무선 주파수 전송 라인(88H)의 신호 트레이스들에 커플링될 수 있다. 전도성 구조물(86H)의 제2 부분은, 원하는 경우, 생략될 수 있다(예컨대, 무선 주파수 전송 라인(88H)에서의 신호 트레이스들은 측벽(102) 상의 전도성 구조물(86H)에 직접 솔더링될 수 있음). 예들로서, 전도성 구조물(86H)이 제2 측벽(102)에 대항하여 가압되는 시나리오들에서, 전도성 구조물(86H)은 제2 측벽(102) 상에 직접 패턴화되는 전도성 트레이스들을 포함할 수 있거나, 또는 스탬핑된 시트 금속을 포함할 수 있다.
무선 주파수 전송 라인(88H)에서의 신호 트레이스들은 급전 프로브(100H)로 그리고 그로부터 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 급전 프로브(100H)는 무선 주파수 전송 라인(88H)의 신호 트레이스들 상의 무선 주파수 신호들을 유전체 공진 요소(68)에 전자기적으로 커플링시킬 수 있다. 이는 유전체 공진 요소(68)의 하나 이상의 전자기 모드들(예컨대, 무선 주파수 공동 또는 도파관 모드들)을 여기시키는 역할을 할 수 있다. 급전 프로브(100H)에 의해 여기될 때, 유전체 공진 요소(68)의 전자기 모드들은 유전체 공진 요소(68)의 높이를 따라(예컨대, 유전체 공진 요소(68)의 중심축/종축(76)을 따라) 무선 주파수 신호들(84)의 파면들을 전파시키는 도파관으로서의 역할을 하도록 유전체 공진 요소를 구성할 수 있다. 급전 프로브(100H)에 의해 전달되는 무선 주파수 신호들(84)은 수평으로 편광될 수 있다.
유사하게, 신호 수신 동안, 무선 주파수 신호들(84)은 안테나(40)에 의해 수신될 수 있다. 수신된 무선 주파수 신호들은 유전체 공진 요소(68)의 전자기 모드들을 여기시켜서, 유전체 공진 요소(68)의 높이 아래로의 무선 주파수 신호들의 전파를 초래할 수 있다. 급전 프로브(100V)는 수신된 수직 편광 신호들을 무선 주파수 전송 라인(88V)에 커플링시킬 수 있다. 급전 프로브(100H)는 수신된 수평 편광 신호들을 무선 주파수 전송 라인(88H)에 커플링시킬 수 있다. 무선 주파수 전송 라인들(88H, 88V)은 수신된 무선 주파수 신호들을 안테나(40)를 위한 무선 주파수 집적 회로를 통해 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(예컨대, 도 2 및 도 3의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38))로 전달할 수 있다. 유전체 공진 요소(68)와 유전체 기판(70) 사이의 유전 상수의 비교적 큰 차이는 (예컨대, 무선 주파수 신호들에 대해 유전체 공진 요소(68)와 유전체 기판(70) 사이에 강한 경계를 확립함으로써) 유전체 공진 요소(68)가 비교적 높은 안테나 효율로 무선 주파수 신호들(84)을 전달할 수 있게 할 수 있다. 유전체 공진 요소(68)의 비교적 높은 유전 상수는, 또한, 더 낮은 유전 상수를 갖는 재료들이 사용되는 시나리오들에 비해 유전체 공진 요소(68)가 비교적 작은 체적을 점유할 수 있게 할 수 있다.
급전 프로브들(100V, 100H)의 치수들(예컨대, 측벽들(102) 상의 높이(90) 및 폭(92))은 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H)의 임피던스를 유전체 공진 요소(68)의 임피던스에 정합시키는 것을 돕도록 선택될 수 있다. 일례로서, 폭(92)은 0.3 mm 내지 0.7 mm, 0.2 mm 내지 0.8 mm, 0.4 mm 내지 0.6 mm, 또는 다른 값들일 수 있다. 높이(90)는 0.3 mm 내지 0.7 mm, 0.2 mm 내지 0.8 mm, 0.4 mm 내지 0.6 mm, 또는 다른 값들일 수 있다. 높이(90)는 폭(92)과 동일할 수 있거나, 또는 폭(92)과는 상이할 수 있다. 급전 프로브들(100V, 100H)은 때때로 본 명세서에서 급전 도체들, 급전 패치들, 또는 프로브 급전부들로 지칭될 수 있다. 유전체 공진 요소(68)는 때때로 본 명세서에서 유전체 방사 요소, 유전체 방사기, 유전체 공진기, 유전체 안테나 공진 요소, 유전체 기둥, 유전체 필라, 방사 요소, 또는 공진 요소로 지칭될 수 있다. 급전 프로브들(100V, 100H)과 같은 하나 이상의 급전 프로브들에 의해 급전될 때, 도 6의 안테나(40)와 같은 유전체 공진기 안테나들은 때때로 본 명세서에서 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들로 지칭될 수 있다.
안테나(40)는 디바이스(10) 내의 후방-대면, 전방-대면, 또는 측부-대면 위상 안테나 어레이에 포함될 수 있다(예컨대, 무선 주파수 신호들(84)은 도 5의 무선 주파수 신호들(62 또는 60)을 형성할 수 있음). 안테나(40)가 전방-대면 위상 안테나 어레이에 형성되는 시나리오들에서, 상부 표면(80)은 도 5의 디스플레이 커버 층(56)에 대항하여 가압될 수 있거나, 그에 접착될 수 있거나, 또는 그로부터 분리될 수 있다. 안테나(40)가 후방-대면 위상 안테나 어레이에 형성되는 시나리오들에서, 상부 표면(80)은 도 5의 후방 하우징 벽(12R)에 대항하여 가압될 수 있거나, 그에 접착될 수 있거나, 또는 그로부터 분리될 수 있다. 선택적인 임피던스 정합 층이 상부 표면(80)과 후방 하우징 벽(12R) 또는 디스플레이 커버 층(56) 사이에 개재될 수 있다. 임피던스 정합 층은 유전 상수 dk1과 후방 하우징 벽(12R) 또는 디스플레이 커버 층(56)의 유전 상수 사이에 있는 유전 상수를 가질 수 있다. 원하는 경우, 임피던스 정합 층의 유전 상수 및 두께는 안테나(40)의 동작 주파수들에서 안테나(40)에 대한 1/4파 임피던스 변환기를 형성하기 위해 임피던스 정합 층을 구성하도록 선택될 수 있다. 이는 상부 표면(80)과 디바이스(10) 외부의 자유 공간 사이의 계면들에서의 신호 반사들을 최소화시키는 것을 돕도록 임피던스 정합 층을 구성할 수 있다.
원하는 경우, 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H)은 유전체 공진 요소(68)의 임피던스와 정합하는 것을 돕기 위해 임피던스 정합 구조물들(예컨대, 전송 라인 스터브들)을 포함할 수 있다. 급전 프로브들(100H, 100V) 둘 모두는, 임의의 주어진 시간에 안테나(40)가 수직 및 수평 편광 신호들 둘 모두를 전달하도록 한번에 활성일 수 있다. 원하는 경우, 급전 프로브들(100H, 100V)에 의해 전달되는 신호들의 위상들은 안테나(40)가 타원형 또는 원형 편광을 갖는 무선 주파수 신호들(84)을 전달하도록 독립적으로 조정될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나(40)가 임의의 주어진 시간에 단지 단일 편광의 무선 주파수 신호들을 전달하도록 급전 프로브들(100H, 100V) 중 단일 급전 프로브가 한번에 활성일 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나(40)는 무선 주파수 전송 라인(88V) 및 급전 프로브(100V)가 생략된 단일 편광 안테나일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유전체 공진 요소(68)는 높이(96), 길이(74), 및 폭(73)을 가질 수 있다. 길이(74), 폭(73), 및 높이(96)는, 급전 프로브들(100H 및/또는 100V)에 의해 여기될 때 원하는 주파수들에서 방사하도록 안테나(40)를 구성하는 전자기 공동/도파관 모드들의 대응하는 혼합을 갖는 유전체 공진 요소(68)를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 높이(96)는 2 내지 10 mm, 4 내지 6 mm, 3 내지 7 mm, 4.5 내지 5.5 mm, 또는 2 mm 초과일 수 있다. 폭(73) 및 길이(74)는 각각 0.5 내지 1.0 mm, 0.4 내지 1.2 mm, 0.7 내지 0.9 mm, 0.5 내지 2.0 mm, 1.5 mm 내지 2.5 mm, 1.7 mm 내지 1.9 mm, 1.0 mm 내지 3.0 mm 등일 수 있다. 폭(73)은 길이(74)와 동일할 수 있거나(예컨대, 유전체 공진 요소(68)는 X-Y 평면에서 정사각형 형상 측방향 프로파일을 가질 수 있음), 또는 다른 배열들에서, 길이(74)와 상이할 수 있다(예컨대, 유전체 공진 요소(68)는 X-Y 평면에서 직사각형 또는 비-직사각형 측방향 프로파일을 가질 수 있음). 유전체 공진 요소(68)의 측벽들(102)은 주변 유전체 기판(70)과 직접 접촉할 수 있다. 유전체 기판(70)은 급전 프로브들(100H, 100V) 위에 성형될 수 있거나, 또는 급전 프로브들(100H, 100V)의 존재를 수용하는 개구들, 노치들, 또는 다른 구조물들을 포함할 수 있다. 각각의 측벽(102)은 평면일 수 있거나, 또는, 원하는 경우, 하나 이상의 측벽(102)은 비-평면 형상(예컨대, 평면 및 만곡 부분들을 갖는 형상, 노치 또는 리세스된 부분을 갖는 평면 형상 등)을 가질 수 있다. 도 6의 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 유전체 공진 요소(68)는 다른 형상들(예컨대, 임의의 원하는 수의 직선형 및/또는 만곡형 측벽들(102)을 갖는 형상들)을 가질 수 있다.
실제로, 주의를 기울이지 않으면, 안테나(40)와 같은 유전체 공진기 안테나들이 바람직하지 않은 교차 편광 간섭을 받을 수 있다. 교차 편광 간섭은, 제1 편광에서 전달되는 무선 주파수 신호들이 제2 편광에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 데 사용되는 안테나 급전부를 사용하여 바람직하지 않게 송신 또는 수신될 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 교차 편광 간섭은 도 6의 급전 프로브(100V)(예컨대, 수직 편광 신호들을 전달하도록 의도된 급전 프로브) 상으로의 수평 편광 신호들의 누설 및/또는 도 6의 급전 프로브(100H)(예컨대, 수평 편광 신호들을 전달하도록 의도된 급전 프로브) 상으로의 수직 편광 신호들의 누설을 수반할 수 있다. 교차 편광 간섭은, 유전체 공진 요소(68) 내에서, 급전 프로브(100V)에 의해 생성된 전기장이 상이한 각도들의 혼합으로 배향된 구성요소들을 가질 때 또는 급전 프로브(100H)에 의해 생성된 전기장이 상이한 각도들의 혼합으로 배향된 구성요소들을 가질 때 발생할 수 있다. 교차 편광 간섭은 전체 데이터 처리량의 감소, 송신된 또는 수신된 데이터의 에러들, 또는 달리 열화된 안테나 성능으로 이어질 수 있다. 이러한 효과들은, 또한, 교차 편광 간섭이 데이터 스트림들의 독립성을 감소시킴에 따라, 안테나(40)가 (예컨대, MIMO 스킴 하에서) 수평 및 수직 편광들을 사용하여 독립적인 데이터 스트림들을 전달하는 시나리오들에서 특히 해롭다. 따라서, (예컨대, 안테나에 의해 처리되는 편광들 사이의 격리를 최대화하기 위해) 교차 편광 간섭을 완화시키기 위한 구조들을 갖는 안테나(40)와 같은 유전체 공진기 안테나를 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
도 7은 교차 편광 간섭을 완화시키기 위한 구조물을 갖는 안테나(40)의 평면도이다. 도 7의 예에서, 안테나(40)는 유전체 공진 요소(68)의 상이한 편광들을 여기시키기 위한 급전 프로브들(100V, 100H)을 갖는 이중 편광 유전체 공진기 안테나이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유전체 공진 요소(68)는 직사각형 측방향 프로파일을 가질 수 있다. 유전체 공진 요소(68)는 제1 측벽(102A), 제2 측벽(102B), 제3 측벽(102C), 및 제4 측벽(102D)과 같은 4개의 측벽들(102)(예컨대, X-Y 평면에 수직으로 배향된 4개의 수직 면들 또는 표면들)을 가질 수 있다. 유전체 공진 요소(68) 상에서, 제3 측벽(102C)은 제1 측벽(102A)에 반대편일 수 있고, 제4 측벽(102D)은 제2 측벽(102B)에 반대편일 수 있다. 급전 프로브(100V)의 전도성 구조물(86V)은 제1 측벽(102A) 상에 패턴화되거나 또는 그에 대항하여 가압될 수 있다. 전도성 구조물(86V)은 또한 (예컨대, 솔더, 용접부들, 전도성 접착제 등을 사용하여) 하부 기판(72) 상의 전도성 트레이스(106V)에 커플링될 수 있다. 전도성 트레이스(106V)는 전도성 트레이스(104V)에 커플링될 수 있다. 전도성 트레이스들(104V, 106V)은 도 6의 무선 주파수 전송 라인(88V)을 위한 신호 도체의 일부를 형성할 수 있다. 유사하게, 급전 프로브(100H)의 전도성 구조물(86H)이 제2 측벽(102B) 상에 패턴화되거나 또는 그에 대항하여 가압될 수 있다. 전도성 구조물(86H)은 또한 (예컨대, 솔더, 용접부들, 전도성 접착제 등을 사용하여) 기판(72) 상의 전도성 트레이스(106H)에 커플링될 수 있다. 전도성 트레이스들(106H)은 전도성 트레이스(104H)에 커플링될 수 있다. 전도성 트레이스들(104H, 106H)은 도 6의 무선 주파수 전송 라인(88H)을 위한 신호 도체의 일부를 형성할 수 있다.
교차 편광 간섭을 완화시키기 위해, 기생 요소들(108H, 108V)과 같은 기생 요소들이 유전체 공진 요소(68)의 측벽들 상에 패턴화될 수 있다. 기생 요소들(108H, 108V)은, 예를 들어, 유전체 공진 요소(68)의 측벽들 상에 패턴화되거나 또는 그에 대항하여 가압된 전도성 재료의 플로팅 패치(floating patch)들(예컨대, 안테나(40)에 대한 접지 또는 신호 트레이스들에 커플링되지 않은 전도성 패치들)로 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기생 요소(108H)는 급전 프로브(100H)에 반대편인 제4 측벽(102D) 상에 패턴화되거나 또는 그에 대항하여 가압될 수 있다. 기생 요소(108V)는 제1 급전 프로브(100V)에 반대편인 제3 측벽(102C) 상에 패턴화되거나 또는 그에 대항하여 가압될 수 있다.
기생 요소(108H) 내의 전도성 재료의 존재는 유전체 공진 요소(68) 내의 급전 프로브(100H)에 의해 여기되는 전기장에 대한 경계 조건을 변경하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 기생 요소(108H)가 생략되는 시나리오들에서, 급전 프로브(100H)에 의해 여기되는 전기장은 상이한 방향들로 배향되는 상이한 전기장 구성요소들의 혼합을 포함할 수 있다. 이는, 일부 수직 편광 신호들이 바람직하지 않게 급전 프로브(100H) 상으로 누설되는 교차 편광 간섭으로 이어질 수 있다. 그러나, 기생 요소(108H)에 의해 생성되는 경계 조건은, 화살표들(112)에 의해 (예컨대, X축에 평행한 수평 방향으로) 보여지는 바와 같이, 측벽들(102B, 102D) 사이에서 단일 방향으로 급전 프로브(100H)에 의해 여기되는 전기장을 정렬시키는 역할을 할 수 있다. 급전 프로브(100H)에 의해 여기되는 전체 전기장이 수평이기 때문에, 급전 프로브(100H)는 수직 편광 신호들이 수평 편광 신호들과 간섭하지 않고서 수평 편광 신호들만을 전달할 수 있다.
유사하게, 기생 요소(108V) 내의 전도성 재료의 존재는 유전체 공진 요소(68) 내의 급전 프로브(100V)에 의해 여기되는 전기장에 대한 경계 조건을 변경하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 기생 요소(108V)가 생략되는 시나리오들에서, 급전 프로브(100V)에 의해 여기되는 전기장은 상이한 방향들로 배향되는 상이한 전기장 구성요소들의 혼합을 포함할 수 있다. 이는, 일부 수평 편광 신호들이 바람직하지 않게 급전 프로브(100V) 상으로 누설되는 교차 편광 간섭으로 이어질 수 있다. 그러나, 기생 요소(108V)에 의해 생성되는 경계 조건은, 화살표들(110)에 의해 (예컨대, Y축에 평행한 수직 방향으로) 보여지는 바와 같이, 측벽들(102A, 102C) 사이에서 단일 방향으로 급전 프로브(100V)에 의해 여기되는 전기장을 정렬시키는 역할을 할 수 있다. 급전 프로브(100V)에 의해 여기되는 전체 전기장이 수직이기 때문에, 급전 프로브(100V)는 수평 편광 신호들이 수직 편광 신호들과 간섭하지 않고서 수직 편광 신호들만을 전달할 수 있다.
기생 요소(108V)는 측벽(102A) 상의 전도성 구조물(86V)의 부분의 형상과 정합하는 형상(예컨대, X-Z 평면에서의 측방향 치수들)을 가질 수 있다(예컨대, 기생 요소(108V)는 도 6의 폭(92) 및 높이(90)를 가질 수 있음). 유사하게, 기생 요소(100H)는 측벽(102B) 상의 전도성 구조물(86H)의 부분의 형상과 정합하는 형상(예컨대, Y-Z 평면에서의 측방향 치수들)을 가질 수 있다(예컨대, 기생 요소(108H)는 도 6의 폭(92) 및 높이(90)를 가질 수 있음). 이는, 급전 프로브(100V)와 기생 요소(108V) 사이에 그리고 급전 프로브(100H)와 기생 요소(108H) 사이에 대칭적 경계 조건들이 있다는 것을 보장할 수 있다. 원하는 경우, 기생 요소(108V)는 급전 프로브(100V)와 동일한 정확한 치수들을 가질 필요가 없고, 기생 요소(108H)는 급전 프로브(100H)와 동일한 정확한 치수들을 가질 필요가 없다.
안테나(40)는, 또한, 단일 급전 프로브만을 사용하여 안테나(40)가 급전되는 시나리오들에서 기생 요소들을 완화시키는 교차 편광 간섭을 포함할 수 있다. 도 8은 단일 급전 프로브(100)만을 사용하여 안테나(40)가 급전되는 배열에서 안테나(40)가 기생 요소들을 완화시키는 교차 편광 간섭을 어떻게 포함할 수 있는지를 보여주는 평면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 안테나(40)는 단일 급전 프로브(100)를 사용하여 급전될 수 있다. 급전 프로브(100)의 전도성 구조물(86)은 유전체 공진 요소(68)의 측벽(102A) 상에 패턴화될 수 있다. 전도성 구조물(86)은 하부 기판(72) 상의 전도성 트레이스(104)에 커플링될 수 있다. 또한, 접지 트레이스들(116)과 같은 접지 트레이스들은 기판(72) 상에 패턴화될 수 있다.
안테나(40)는 제1 기생 요소(114-1) 및 제2 기생 요소(114-2)와 같은 하나 이상의 기생 요소들(114)을 포함할 수 있다. 기생 요소(114-1)는 유전체 공진 요소(68)의 측벽(102D) 상에 패턴화되는 전도성 트레이스들의 패치(예컨대, 전도성 패치)로 형성될 수 있다. 기생 요소(114-2)는 유전체 공진 요소(68)의 측벽(102B) 상에 패턴화되는 전도성 트레이스들의 패치(예컨대, 전도성 패치)로 형성될 수 있다. 기생 요소들(114-1, 114-2)은 각각, 예를 들어, (예컨대, X-Z 평면 내의) 전도성 구조물(86)과 동일한 (예컨대, Y-Z 평면 내의) 크기 및 측방향 치수들을 가질 수 있다. 기생 요소(114-1) 및 기생 요소(114-2)는 각각, 전도성 상호접속부 구조물들(118)에 의해 기판(72)에서 접지 트레이스들(116)에 커플링될 수 있다. 전도성 상호접속부 구조물들(118)은 솔더, 용접부들, 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 발포체, 전도성 스프링들, 전도성 브래킷들, 및/또는 임의의 다른 원하는 전도성 상호접속부 구조물들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 기생 요소들(114-1, 114-2)은 각각 접지 전위에서 유지될 수 있다(예컨대, 기생 요소들(114-1, 114-2)은 접지된 패치들일 수 있음). 원하는 경우, 기생 요소(114-1)가 생략될 수 있거나, 또는 기생 요소(114-2)가 생략될 수 있다(예컨대, 안테나(40)는, 원하는 경우, 단일 기생 요소(114)만을 포함할 수 있음).
기생 요소(114-1) 및/또는 기생 요소(114-2)는 급전 프로브(100)에 대한 교차 편광 간섭을 완화시키기 위해(예컨대, 급전 프로브(100)가 수직 편광 신호들을 처리하는 시나리오들에서 수평 편광 신호들로부터의 간섭으로부터 급전 프로브(100)를 격리시키기 위해) 유전체 공진 요소(68)의 전자기 경계 조건들을 변경하는 역할을 할 수 있다. 유전체 공진 요소(68)의 측벽(102C)에는 기생 요소들(114)과 같은 전도성 재료가 없을 수 있다.
도 4의 위상 안테나 어레이(54)(예컨대, 도 5의 디스플레이 커버 층(56)을 통해 무선 주파수 신호들(62)을 전달하기 위한 전방-대면 위상 안테나 어레이, 도 5의 후방 하우징 벽(12R)을 통해 무선 주파수 신호들(60)을 전달하기 위한 후방-대면 위상 안테나 어레이, 또는 측부-대면 위상 안테나 어레이)는 임의의 원하는 패턴(예컨대, 행들 및 열들을 갖는 패턴)으로 배열되는 임의의 원하는 수의 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40) 각각은, (예컨대, 도 6에 도시된 바와 같은 2개의 급전 프로브들(100V, 100H) 및 선택적으로, 도 7에 도시된 바와 같은 기생 요소들(108V, 108H)을 갖거나, 또는 도 8에 도시된 바와 같은 하나의 급전 프로브(100) 및 선택적으로, 기생 요소들(114-1, 114-2)을 갖는) 도 6 내지 도 8의 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나(40)와 같은 유전체 공진기 안테나일 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 통합형 안테나 모듈의 일부로서 형성될 수 있다.
도 9는 위상 안테나 어레이(54)를 포함할 수 있는 통합형 안테나 모듈의 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54)는 안테나 모듈(120)과 같은 통합형 안테나 모듈의 일부로서 형성될 수 있다. 안테나 모듈(120)은 기판(72)을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는 기판(122)과 같은 기판(72)의 표면에 실장될 수 있다. 커넥터(123)와 같은 보드-대-보드 커넥터(board-to-board connector)가 또한 표면(122)에 실장될 수 있다.
도 9의 예에서, 위상 안테나 어레이(54)는, 제1 주파수 대역에서의 무선 주파수 신호들을 전달하는 안테나(40L)들의 제1 세트 및 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 안테나들(40H)의 제2 세트를 갖는 이중 대역 위상 안테나 어레이이다. 따라서, 안테나들(40H)은 때때로 본 명세서에서 고대역 안테나들(40H)로 지칭될 수 있는 반면, 저대역 안테나들(40L)은 때때로 본 명세서에서 저대역 안테나들(40L)로 지칭된다. 단지 일례로서, 제1 주파수 대역은 약 24 내지 31 ㎓의 주파수들을 포함할 수 있고, 제2 주파수 대역은 약 37 내지 41 ㎓의 주파수들을 포함할 수 있다.
고대역 안테나들(40H)은 유전체 기판(70) 내에 임베드된 유전체 공진 요소들(68H)을 갖는 유전체 공진기 안테나들일 수 있다. 저대역 안테나들(40L)은 유전체 기판(70) 내에 임베드된 유전체 공진 요소들(68H)을 갖는 유전체 공진기 안테나들일 수 있다. 유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소들(68H, 68L) 위에 그리고/또는 그 둘레에 성형될 수 있고, 기판(72)의 표면(122)에 실장될 수 있다. 만족스러운 빔포밍(beam forming)을 지원하기 위해, 각각의 고대역 안테나(40H)는, 예를 들어, 제2 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 1/2과 대략 동일한 거리만큼 유전체 기판(70) 내의 하나 또는 2개의 인접한 고대역 안테나들(40H)로부터 분리될 수 있다(예컨대, 여기서 유효 파장은 자유 공간 파장을, 안테나들을 둘러싸는 유전체 재료에 의해 결정된 일정한 값과 곱한 것과 동일함). 유사하게, 각각의 저대역 안테나(40L)는, 예를 들어, 제1 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 1/2과 대략 동일한 거리만큼 유전체 기판(70) 내의 하나 또는 2개의 인접한 저대역 안테나들(40L)로부터 분리될 수 있다.
도 9의 예에서, 위상 안테나 어레이(54)는, 4개의 고대역 안테나들(40H)이 단일 종축을 따라 배열된(예컨대, X축에 평행하게 이어진) 4개의 저대역 안테나들(40L)과 인터리빙된(산재된) 1차원 어레이이다. 이는 단지 예시적일 뿐이다. 위상 안테나 어레이(54)는 임의의 원하는 수의 저대역 안테나들(40L) 및/또는 고대역 안테나들(40H)을 포함할 수 있고, 안테나들은 임의의 원하는 1차원 또는 2차원 패턴으로 배열될 수 있다.
도 10은 안테나 모듈(120)의 횡단면도이다(예컨대, 도 9의 라인 AA'의 방향으로 취해진 바와 같음). 도 10에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54) 내의 유전체 공진 요소들(68L, 68H)의 저부 표면(82)은 기판(72)의 표면(122)에 실장될 수 있다. 유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소들(68L, 68H) 위에 성형될 수 있고, 표면(122)에 실장될 수 있다. 원하는 경우, 유전체 기판(70)은 위상 안테나 어레이(54) 내의 모든 유전체 공진 요소(68L, 68H) 위에 성형되어 단일 통합형 구조물을 형성할 수 있고, 이어서, 단일 통합형 구조물은 기판(72)의 표면(122)에 실장(예컨대, 표면 실장)될 수 있다. 이는, 예를 들어, 달리 안테나 성능 또는 기계적 신뢰성을 저하시킬 수 있는 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들 사이의 기계적 변동들을 최소화시킬 수 있다.
기판(72)은 표면(122) 반대편의 표면(124)을 가질 수 있다. 무선 주파수 집적 회로(RFIC)(126)와 같은 추가적인 전자 컴포넌트들이 기판(72)의 표면(124)에 실장될 수 있다. 선택적인 오버몰드 및/또는 차폐 구조물들이 RFIC(126) 및 기판(72)의 표면(124) 위에 제공될 수 있다(명료함을 위해 도 10의 예에서 도시되지 않음). RFIC(126)는, 솔더 볼들, 전도성 접착제, 전도성 핀들, 전도성 스프링들, 및/또는 임의의 다른 원하는 전도성 상호접속부 구조물들을 사용하여 표면(124) 상의 대응하는 콘택트 패드들에 커플링되는 단자들 또는 포트들을 가질 수 있다.
기판(72) 내의 무선 주파수 전송 라인들(예컨대, 도 6의 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H))은 RFIC(126)의 포트들을 유전체 공진 요소들(68L, 68H) 상의 급전 프로브들(예컨대, 도 6의 급전 프로브들(100V, 100H))에 커플링시킬 수 있다. 유전체 기판(72)은 다수의 스택형 유전체 기판 층들(예컨대, 인쇄 회로 보드 재료, 가요성 인쇄 회로 재료, 세라믹 등의 층들)을 포함할 수 있다. 기판(72) 내의 무선 주파수 전송 라인들은 스택형 유전체 기판 층들 중 하나 이상의 스택형 유전체 기판 층들 상의 신호 트레이스들 및 접지 트레이스들(예컨대, 기판(72)의 표면들(122 및/또는 124) 내에 임베드되고/되거나 그 상에 있음) 및/또는 스택형 유전체 기판 층들 중 하나 이상의 스택형 유전체 기판 층들을 통해 연장되는 전도성 비아들을 포함할 수 있다.
RFIC(126)는, 예를 들어, 도 4의 위상 및 크기 제어기들(50), 업-컨버터(up-converter) 회로부, 다운-컨버터(down-converter) 회로부, 증폭기 회로부, 또는 임의의 다른 원하는 무선 주파수 회로부를 포함할 수 있다. RFIC(126)는 (예컨대, 기판(72) 상의 추가적인 무선 주파수 전송 라인 구조물들을 사용하여) 도 9의 커넥터(123)에 커플링되는 하나 이상의 추가적인 포트들 또는 단자들을 포함할 수 있다. RFIC(126)는 커넥터(123)를 통해 도 2 및 도 3의 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)에 커플링될 수 있다. 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부(38)는 추가적인 경성 인쇄 회로 보드, 가요성 인쇄 회로, 디바이스(10)의 메인 논리 보드 등과 같은 추가적인 기판에 실장될 수 있다. 원하는 경우, 밀리미터파/센티미터파 송수신기 회로부와 RFIC(126) 사이에서 전달되는 신호들은, 기저대역 주파수보다 크고 안테나들(40L, 40H)이 무선 주파수 신호들을 전달하는 주파수들보다 작은 중간 주파수(예컨대, 무선 주파수)에 있을 수 있다. 이러한 시나리오들에서, RFIC(126) 내의 업-컨버터 회로부는 중간 주파수로부터 안테나들(40L, 40H)의 동작 주파수들로 신호들을 업-컨버팅할 수 있다. 유사하게, RFIC(126) 내의 다운-컨버터 회로부는 안테나들(40L, 40H)에 의해 수신된 신호들을 중간 주파수로 다운-컨버팅할 수 있다. RFIC(126)는, 원하는 경우, 기판(72)에 실장되는 다수의 별개의(이산) 무선 주파수 집적 회로들을 포함할 수 있다(예컨대, 안테나 모듈(120)은, 기판(72)과 같은 공통/공유 기판에 실장된 하나 이상의 위상 안테나 어레이들 및 하나 이상의 RFIC들을 포함하는 집적 회로 패키지일 수 있음).
도 11은 도 9 및 도 10의 안테나 모듈(120)의 사시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54)(예컨대, 유전체 공진 요소들(68L, 68H) 및 유전체 기판(70))는 기판(72)의 표면(122)에 실장될 수 있다. 유전체 기판(70)은 표면(122)에서 (예컨대, 안테나 모듈(120)의 기계적 안정성을 증가시키기 위해) 유전체 기판(70)의 상부 표면보다 더 넓은 풋(foot) 구조물(128)을 가질 수 있다. 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(54)는 접착제의 층을 사용하여 표면(122)에 고정될 수 있다. 원하는 경우, 언더필(underfill)이 유전체 기판(70) 및 위상 안테나 어레이(54) 아래에 제공될 수 있다. 도 11의 예에서, 오버몰드(131)와 같은 유전체 오버몰드 구조물이 기판(72)의 표면(124) 상에 제공된다. 오버몰드(131)는 도 10의 RFIC(126)를 커버할 수 있다(예컨대, RFIC(126)는 오버몰드(131) 내에 임베드되어, 이에 의해, 도 11의 도면으로부터 RFIC(126)를 숨길 수 있음). 오버몰드(131)는 RFIC(126)를 손상 또는 오염물들로부터 보호하는 역할을 할 수 있고, 열 방산(heat dissipation), 격리, 차폐 등을 수행할 수 있다. 위상 안테나 어레이(54)는, 예들로서, 도 5의 주연부 영역(66) 내에 실장될 수 있고, 디바이스(10)의 전면 또는 후면을 통해 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다.
도 9 내지 도 11의 예에서, RFIC(126)는 기판(72)에서 위상 안테나 어레이(54)와는 반대편 면에 실장된다. 이는 단지 예시적일 뿐이다. 다른 적합한 배열에서, RFIC(126)는 기판(72)에서 위상 안테나 어레이(54)와 동일한 면에 실장될 수 있다. 도 12는 RFIC(126)가 기판(72)에서 위상 안테나 어레이(54)와 동일한 면에 어떻게 실장될 수 있는지를 보여주는 평면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, RFIC(126) 및 위상 안테나 어레이(54) 둘 모두는 기판(72)의 표면(122)에 실장될 수 있다. RFIC(126)의 일부 또는 전부는, 예를 들어, 위상 안테나 어레이(54)와 기판(72)의 주연부 에지 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 도 13은 도 12의 화살표(132)의 방향으로 취해진 바와 같은 안테나 모듈(120)의 측면도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(54)는 RFIC(126)보다 Z축의 방향으로 더 높을 수 있다. 이는, 예를 들어, (예컨대, 안테나 모듈(120)이 도 5의 주연부 영역(66) 내에 실장되고 위상 안테나 어레이(54)가 디바이스(10) 내의 전방-대면 위상 안테나 어레이인 시나리오들에서) 위상 안테나 어레이(54)가 디스플레이 커버 층(56)을 통해 방사되는 동안, RFIC(126)가 디스플레이 모듈(64) 아래에 안착할 수 있게 할 수 있다.
원하는 경우, 안테나 모듈(120)은 기판(72)의 상이한 면들에 실장되는 다수의 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 도 14는 다수의 위상 안테나 어레이들(54)이 기판(72)의 상이한 면들에 어떻게 실장될 수 있는지를 보여주는 측면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(120)은 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 및 제2 위상 안테나 어레이(54-2)를 포함할 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 기판(72)의 표면(122)에 실장되는 유전체 공진 요소들(68)을 구비한 안테나들(40)을 포함할 수 있는 반면, 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 기판(72)의 표면(124)에 실장되는 유전체 공진 요소들(68)을 구비한 안테나들(40)을 포함한다. 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 표면(122) 위의 반구의 적어도 일부에 걸쳐 무선 주파수 신호들(134)의 빔을 조향시킬 수 있다. 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 표면(124) 아래의 반구의 적어도 일부에 걸쳐 무선 주파수 신호들(136)의 빔을 조향시킬 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 안테나들(40)의 1차원 어레이 또는 2차원 어레이일 수 있다. 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 안테나들(40)의 1차원 어레이 또는 2차원 어레이일 수 있다.
도 14의 안테나 모듈(120)은, 예를 들어, 도 5의 주연부 영역(66) 내에 실장될 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 전방-대면 위상 안테나 어레이일 수 있다(예컨대, 여기서 무선 주파수 신호들(134)이 도 5의 디스플레이 커버 층(56)을 통해 전달되는 무선 주파수 신호들(62)로서의 역할을 함). 제2 위상 안테나 어레이는 후방-대면 위상 안테나 어레이일 수 있다(예컨대, 여기서 무선 주파수 신호들(136)은 도 5의 후방 하우징 벽(12R)을 통해 전달되는 무선 주파수 신호들(60)로서의 역할을 함). 다른 적합한 배열에서, 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 후방-대면 위상 안테나 어레이일 수 있는 반면, 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 전방-대면 위상 안테나 어레이이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 커넥터(123)는 하우징(122)에 실장될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 다른 적합한 배열에서, 커넥터(123)는 표면(124)에 실장될 수 있다. RFIC(126)는 표면(124)에 실장될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 다른 적합한 배열에서, RFIC(126)는 표면(122)에 실장될 수 있다. RFIC(126) 및 커넥터(123)는, 원하는 경우, 동일한 표면에 실장될 수 있다. 기판(72) 내의 무선 주파수 전송 라인들은 위상 안테나 어레이들(54-1, 54-2) 내의 안테나들(40) 각각에 RFIC(126)를 커플링시킬 수 있다. 원하는 경우, RFIC(126) 및 표면(124) 위에 오버몰드 구조물이 제공될 수 있다. 도 14의 예에서, 명료함을 위해, 위상 안테나 어레이들(54-1, 54-2)은 대응하는 유전체 기판(70)(도 6 및 도 9 내지 도 13) 없이 도시되어 있다. 원하는 경우, 유전체 기판들(70)은 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 및/또는 제2 위상 안테나 어레이(54-2) 위에 성형될 수 있다.
위상 안테나 어레이들(54-1, 54-2) 둘 모두가 유전체 공진기 안테나들로 형성되는 도 14의 예는 단지 예시적인 것이다. 다른 적합한 배열에서, 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 내의 안테나들은, 도 15의 측단면도에 도시된 바와 같이, 스택형 패치 안테나들일 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 내의 안테나들(40)은 스택형 패치 안테나들일 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 내의 각각의 안테나(40)는 기판(72)의 유전체 층들(138) 내에 임베드된 하나 이상의 전도성 패치들(140)을 포함할 수 있다. 전도성 패치들(140)은 기판(72) 내의 접지 트레이스들(144)로부터 이격될 수 있고, 그에 평행하게 연장될 수 있다. 안테나들(40) 내의 전도성 패치들(140)은 직접-급전형 패치 안테나 공진 요소들 및/또는 적어도 하나의 직접-급전형 패치 안테나 공진 요소와 적어도 부분적으로 중첩하는 간접-급전형 기생 안테나 공진 요소들을 포함할 수 있다. 전도성 패치들(140)은, 제1 위상 안테나 어레이(54-1)의 주파수 응답을 결정하는 길이들(142)을 가질 수 있다. 길이들(142)은, 예를 들어, 제1 위상 안테나 어레이(54-1)의 동작 주파수 대역 내의 주파수에 대응하는 유효 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있다.
실제로, 제2 위상 안테나 어레이(54-2) 내의 유전체 공진 요소들(68)은 제1 위상 안테나 어레이(54-1) 내의 전도성 패치들(140)보다 (예컨대, Z축의 방향으로) 더 큰 높이를 점유할 수 있다. 동시에, 전도성 패치들(140)은 유전체 공진 요소들(68)보다 (예컨대, X-Y 평면 내에서) 더 큰 영역을 점유할 수 있다. 이는, 안테나 모듈(120)이, 디바이스(10)의 일 측을 통해 방사하기 위한 안테나들을 배치할 공간이 다른 측보다 더 많이 있을 수 있는 위치들에서 디바이스(10) 내에 실장될 수 있게 할 수 있다. 일례로서, 도 15의 안테나 모듈(120)은 도 5의 주연부 영역(66) 내에 실장될 수 있으며, 이때 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 디스플레이 커버 층(56)을 향하고 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 후방 하우징 벽(12R)을 향한다(예컨대, 디스플레이 모듈(64)의 존재로 인해 디스플레이 커버 층(56)을 통해서보다 후방 하우징 벽(12R)을 통해 방사하기 위한 안테나들을 배치할 공간이 더 많이 있을 수 있음). 도 15의 예는 단지 예시적인 것이며, 다른 적합한 배열에서, 제1 위상 안테나 어레이(54-1)는 유전체 공진기 안테나들을 포함할 수 있는 반면, 제2 위상 안테나 어레이(54-2)는 스택형 패치 안테나들을 포함한다.
실제로, 도 9 내지 도 15의 안테나 모듈(120)과 같은, 유전체 공진기 안테나들을 갖는 안테나 모듈들을 제조하는 것은 어려울 수 있다. 일부 시나리오들에서, 안테나 모듈들은, 각각의 유전체 공진 요소를 (예컨대, 세라믹 분말을 소결시킴으로써) 개별적으로 형성하고, 각각의 유전체 공진 요소에 대한 프로브 급전부를 개별적으로 금속화하고, 어레이 내의 각각의 개별 형성된 유전체 공진 요소 위에 유전체 기판을 사출 성형하고, 유전체 기판을 넘어 돌출하는 유전체 공진 요소들의 부분을 그라인드 다운(grind down)하고, 그 결과물을 보드에 표면 실장함으로써 제조된다. 이러한 프로세스는 매우 복잡하고, 시간 소모적이고, 고가일 수 있으며, (예컨대, 불량한 유전체 공진 요소 병렬성(parallelism), 높이 동일평면성(coplanarity), 및 치수, 콘택트 패드 공차 문제들, 및 예측불가능한 유전체 공진 요소 틸팅(tilting)으로 인해) 모듈의 전체적인 기계적 및/또는 무선 성능을 제한하는 유의미한 양의 기계적 변동을 나타내는 안테나 모듈들로 이어질 수 있다. 이들 문제들을 완화시키기 위해, 안테나 모듈(120)은, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 매우 확장가능하고 IC 조립 프로세스 호환가능한 양면 성형 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다.
도 16 및 도 17은 안테나 모듈(120)에 대한 예시적인 조립 프로세스의 도면들이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈들(120)은 제조 시스템(146)과 같은 제조 시스템에서 제조될 수 있다. 제조 시스템(146)은 제조 장비(148)를 포함할 수 있다. 제조 시스템(146)은 주어진 안테나 모듈(120)에 조립될 기판(72) 및 전자 컴포넌트들(150)을 수집할 수 있다. 기판(72)은 무선 주파수 전송 라인 구조물들(예컨대, 기판(72)의 유전체 층들 상의 또는 그 내에 임베드된 신호 및 접지 트레이스들) 및 기판(72)의 표면들에서 무선 주파수 전송 라인 구조물들에 커플링된 대응하는 콘택트 패드들을 포함할 수 있다. 전자 컴포넌트들(150)은 RFIC(126)(도 9 내지 도 15) 또는 임의의 다른 원하는 무선 주파수 컴포넌트들(예컨대, 무선 주파수 스위칭 회로들, 필터 회로들, 이산 커패시터들, 저항기들, 및 인덕터들, 증폭기 회로들 등)을 포함할 수 있다.
제조 장비(148)는, (예컨대, 제조 장비(148) 내의 SMT(surface-mount technology) 장비를 사용하여) 화살표(152)에 의해 보여지는 바와 같이, 전자 컴포넌트들(150)을 기판(72)의 표면(122)에 표면 실장할 수 있다. 예를 들어, 솔더 볼들(154) 또는 임의의 다른 원하는 전도성 상호접속부 구조물들이 전자 컴포넌트들(150)의 단자들(포트들)을 기판(72)의 표면(122) 상의 대응하는 콘택트 패드들에 커플링시키는 데 사용될 수 있다. 이어서, 제조 장비(148)는, 화살표(156)에 의해 보여지는 바와 같이, 표면 실장된 컴포넌트들(150) 및 기판(72)의 표면(122) 위에 오버몰드(131)를 적층할 수 있다. 이는 오버몰드(131) 내의 표면(122)에서 전자 컴포넌트들(150)을 캡슐화하거나 임베드하는 역할을 할 수 있다.
이어서, 제조 장비(148)가 기판(72)을 위로 뒤집을 수 있고, 안테나 모듈 내의 각각의 유전체 공진 요소(68)가 기판(72)의 표면(124) 상에 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제조 장비(148)는 (예컨대, 유전체 공진 요소들(68)이 도 6의 유전 상수 dk1을 나타내도록) 모듈 내의 유전체 공진 요소들(68) 각각을 한번에 성형하기 위해 고 유전 상수 에폭시 성형 화합물 재료를 사용하여 성형/선택적 성형 프로세스를 수행함으로써 유전체 공진 요소들(68)을 형성할 수 있다. 이러한 프로세스는 또한 기판(72)의 표면(124) 상에 최상부 층(164)을 형성할 수 있다. 최상부 층(164)은 유전체 공진 요소들(68)에 급전하는 데 사용되는 무선 주파수 전송 라인들(예컨대, 도 6의 무선 주파수 전송 라인들(88V, 88H))을 위한, 표면(124)에 있는 콘택트 패드들을 커버할 수 있다. 최상부 층(164)이 유전체 공진 요소들(68)과 동일한 재료로 형성될 수 있지만, 최상부 층(164)은 때때로 본 명세서에서 기판(72)의 일부를 형성하거나 기판(72)의 최상부 층을 형성한 것으로 지칭될 수 있다.
이어서, 제조 장비(148)는, 화살표(162)로 보여지는 바와 같이, (예컨대, LDS(laser direct structuring) 프로세스를 사용하여) 유전체 공진 요소들(68)에 대해 레이저 활성화 및 금속화를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제조 장비(148) 내의 레이저들은 (예컨대, 유전체 공진 요소들(68)의 측벽들(102) 상에 그리고/또는 상부 층(164) 상에) 안테나들(40)을 위한 급전 프로브들 및 선택적으로 기생 요소들의 금속화를 위한 패턴 또는 시드 층을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 제조 장비(148)는 레이저들에 의해 생성된 패턴 또는 시드 층을 금속화하는 물리적 침착 또는 화학적 도금 프로세스를 수행할 수 있다. 이는, (예를 들어, 유전체 공진 요소들(68)의 저부 표면(82)에서의) 유전체 공진 요소들(68)의 측벽들(102) 상에 그리고/또는 최상부 층(164) 상에 전도성 구조물들(86V, 86H)을 형성하는 역할을 할 수 있다. 원하는 경우, 이러한 프로세스는 또한, 측벽들(102) 및/또는 최상부 층(164) 상에 기생 요소들(108H, 108V)(도 7) 및/또는 기생 요소들(114-1, 114-2)(도 8)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 유전체 공진 요소들(68)이 단지 단일 편광만을 커버하는 시나리오들에서, 제조 장비(148)는 각각의 유전체 공진 요소(68) 상에 단일 급전 프로브만을 형성할 수 있다.
또한, 제조 장비(148)는 (예컨대, 최상부 층(164)을 통과하여 연장되는 전도성 비아들을 형성함으로써) 전도성 구조물들(86V, 86H)을 기판(72)의 표면(124) 상의 대응하는 콘택트 패드들에 커플링시킬 수 있다. 도 8의 기생 요소들(114-1 및/또는 114-2)이 형성되는 시나리오들에서, 제조 장비(148)는 최상부 층(164)을 통과하여 전도성 비아를 형성하여 기생 요소들을 표면(124)에 있는 접지 트레이스들에 커플링시킬 수 있다. 전도성 구조물들(86V, 86H)을 표면(124) 상의 콘택트 패드들에 커플링시키는 것은 전도성 구조물들(86V, 86H)을 기판(72) 내의 대응하는 무선 주파수 전송 라인들에 커플링시키는 역할을 할 수 있다. 무선 주파수 전송 라인들은 전도성 구조물들(86V, 86H)을 표면(122)에 있는 전자 컴포넌트들(150)에 커플링시킬 수 있다.
원하는 경우, 도 17의 사시도에 도시된 바와 같이, 동일한 기판(72)으로부터 다수의 안테나 모듈들(120)이 제조될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 기판(72)은 각각 4개의 안테나들을 갖는 9개의 안테나 모듈들 및 따라서 1x4 패턴으로 배열되는 4개의 유전체 공진 요소들(68)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 대체적으로, 임의의 원하는 수의 안테나 모듈들이 동일한 기판(72)으로 형성될 수 있다. 도 16의 프로세스들은 기판(72)으로 형성된 안테나 모듈들 각각에 대해 동시에 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 다수의 안테나 모듈들을 동시에 제조하는 것은 (각각의 안테나 모듈 내 그리고 안테나 모듈들 사이의 둘 모두에서) 안테나 모듈들의 신뢰성을 증가시킬 수 있고, 다수의 디바이스들(10)을 제조하는 데 필요한 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다. 이러한 프로세스는, 안테나 모듈(120)이 다수의 응용들에 대해 더 작은 폼 팩터(form factor)를 나타낼 수 있게 할 수 있고, 각각의 유전체 공진 요소가 개별적으로 성형되고 이어서 기판에 실장되는 배열들에 비해 추가의 사출 성형, 소결, 표면 실장, 및 언더필링(underfilling)을 제거할 수 있다. 이러한 배열은 또한, 각각의 유전체 공진 요소가 개별적으로 성형되고 이어서 기판에 실장되는 배열들에 비해 더 엄격한 프로세스 제어 및 개선된 수율을 허용할 수 있다.
화살표(166)에 의한 바와 같이, 제조 장비(148)는 커넥터들(123)을 기판(72)의 표면(124)에 커넥터 콘택트 패드들(168)에 표면 실장할 수 있다. 커넥터들(123)은, 예를 들어, 안테나 모듈들이 디바이스(10)에 조립된 후에, 오버몰드(131) 내의 전자 컴포넌트들(150)을 별개의 기판 상의 송수신기 회로부에 커플링시킬 수 있다. 이어서, 제조 장비(148) 내의 절단 장비(예컨대, 블레이드 또는 레이저 절단 도구들)는, 화살표(170)에 의해 보여지는 바와 같이, 기판(72)을 별개의 안테나 모듈들로 다이싱(절단)할 수 있다. 도 17의 예에서, 이는 9개의 별개의 안테나 모듈들(120)을 형성하는, 기판(72)의 9개의 별개의 스트립들을 생성할 수 있으며, 각각의 별개의 안테나 모듈은 대응하는 유전체 공진 요소들(68)을 구비한 4개의 안테나들(40)을 갖는다. 유전체 구조물(70)은, 다이싱 후에, 전도성 구조물들(86H, 86V)이 유전체 공진 요소들(68) 상에 형성된 후의 임의의 다른 원하는 시간에, 유전체 공진 요소들(68) 위에 성형될 수 있거나, 또는 원하는 경우, 생략될 수 있다.
도 18은 안테나 모듈(120)을 제조할 시에 도 16 및 도 17의 제조 장비(148)에 의해 수행될 수 있는 예시적인 단계들의 흐름도이다. 단계(172)에서, 제조 장비(148)는 (예컨대, 도 16의 화살표(152)에 의해 보여지는 바와 같이) 전자 컴포넌트들(150)(예컨대, 하나 이상의 무선 주파수 집적 회로들)을 기판(72)의 표면에 표면 실장할 수 있다. 제조 장비(148)는 (예컨대, 도 16의 화살표(156)에 의해 보여지는 바와 같이) 표면 실장된 전자 컴포넌트들(150) 위에 오버몰드(131)를 적층할 수 있다.
단계(174)에서, 제조 장비(148)는 (예컨대, 도 16의 화살표(160)에 의해 보여지는 바와 같이) 기판(72)의 표면 상에 유전체 공진 요소들(68)을 성형할 수 있다. 유전체 공진 요소들(68)은 표면 실장된 전자 컴포넌트들(150) 반대편인 기판(72)의 표면 상에 성형될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 유전체 공진 요소들(68)은 (예컨대, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이) 표면 실장된 전자 컴포넌트들(150)과 동일한, 기판(72)의 표면 상에 성형될 수 있다.
단계(176)에서, 제조 장비(148)는 (예컨대, 도 16의 화살표(162)에 의해 보여지는 바와 같이) 유전체 공진 요소들(68) 상에 전도성 트레이스들을 패턴화한다. 제조 장비(148)는, 예를 들어, 레이저를 사용하여 유전체 공진 요소들(68) 상의 시드 층을 활성화하거나 생성할 수 있다. 이어서, 제조 장비(148)는 유전체 공진 요소들(68)의 활성화된 부분들 위에 전도성 재료를 침착시킬 수 있다. 전도성 재료는 (예컨대, 도 6의 급전 프로브들(100V, 100H)을 위한) 전도성 구조물들(86V, 86H) 및/또는 안테나들을 위한 기생 요소들을 형성할 수 있다.
단계(178)에서, 제조 장비(148)는 (예컨대, 도 17의 화살표(166)에 의해 보여지는 바와 같이) 커넥터(123)를 기판(72)의 커넥터 콘택트 패드들(168) 상에 표면 실장할 수 있다.
단계(180)에서, 제조 장비(148)는 기판(180)을 개별 안테나 모듈들(120)로 다이싱할 수 있고, (예컨대, 도 17의 화살표(170)에 의해 보여지는 바와 같이) 대응하는 차폐 구조물들을 안테나 모듈들에 추가할 수 있다. 차폐는, 예를 들어, 전자 컴포넌트들(150)을 전자기 간섭으로부터 격리시키는 역할을 할 수 있다.
단계(182)에서, 제조 장비(148)는 제조된 안테나 모듈(120)을 디바이스(10)에 조립할 수 있다. 예를 들어, 제조 장비(148)는 안테나 모듈(120)을 도 5의 주연부 영역(66) 내에 또는 디바이스(10)의 내부 내의 다른 곳에 실장할 수 있다. 안테나 모듈(120)은, 예를 들어, 도 5의 디스플레이 커버 층(56) 또는 후방 하우징 벽(12R)을 통해 무선 주파수 신호들을 전달하도록 실장될 수 있다. 도 18의 단계들은 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 다른 프로세스들이 안테나 모듈(120)을 제조하는 데 사용될 수 있다.
실제로, 전자 디바이스들 내의 유전체 공진기 안테나들의 구현은 어려울 수 있는데, 이는 유전체 공진기 안테나들이 시스템 정렬, 신뢰성, 및 상호접속 신뢰성을 제어하는 것을 어렵게 만드는 높은 종횡비들을 갖기 때문이다. 다른 위상 안테나 어레이들에서, 각각의 안테나는 급전부에 대한 2개의 무선 주파수 커넥터들을 필요로 할 수 있는데, 이는 바람직하지 않게 부피가 클 수 있다. 유전체 공진기 안테나들을 안테나 모듈(120)에 통합하는 것은 안테나들이 같은 수만큼 많은 커넥터들을 필요로 함이 없이 각각 급전될 수 있게 할 수 있고, 안테나들이 높은 신뢰도로 적절하게 정렬될 수 있게 할 수 있다.
실제로, 유전체 공진 요소들(68)을 급전하는 데 사용되는 금속화는 대규모로 수행하는 데에는 비용이 많이 들 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 유전체 공진 요소들(68)을 위한 급전 프로브들은 급전 프로브 바이어싱 구조물들을 사용하여 유전체 공진 요소들(68)에 대항하여 가압될 수 있다. 이는 안테나들이 세라믹 상의 추가적인 금속화들 없이 급전될 수 있게 할 수 있으며, 이는 비용 및 설계 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 19는 급전 프로브 바이어싱 구조물들을 사용하여 유전체 공진 요소들(68)에 대항하여 가압되는 급전 프로브들을 갖는 예시적인 안테나 모듈(120)의 사시도이다. 도 19의 예에서, 기판(72)은 가요성 인쇄 회로이다. 위상 안테나 어레이(54)는 안테나 패키지(184)를 형성하기 위해 유전체 기판(70) 내에 임베드되는 유전체 공진 요소(68)들을 포함할 수 있다. 이어서, 안테나 패키지(184)는 기판(72)의 표면(122) 상의 콘택트 패드들에 표면 실장될 수 있다. 도 19의 예에서, 위상 안테나 어레이(54)는 (예컨대, 1x4 어레이에서) 2개의 고대역 안테나들(40H)과 인터리빙되는 2개의 저대역 안테나들(40L)을 포함한다. 이는 단지 예시적인 것이며, 대체적으로, 위상 안테나 어레이(54)는 임의의 원하는 주파수 대역들을 커버하기 위한 임의의 원하는 수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 임의의 원하는 패턴으로 배열될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 고대역 안테나들(40H) 내의 유전체 공진 요소(68H)는 거리(192)만큼 하나 또는 2개의 인접한 저대역 안테나들(40L) 내의 유전체 공진 요소(68L)로부터 분리될 수 있다. 거리(192)는 저대역 안테나들(40L)과 고대역 안테나들(40H) 사이의 만족스러운 전자기 격리를 제공하도록 선택될 수 있다. 위상 안테나 어레이(54) 내의 각각의 유전체 공진 요소는 전도성 구조물들(86V, 86H)을 갖는 급전 프로브들에 의해 급전될 수 있다. 전도성 구조물들(86V, 86H)은 안테나 패키지(184) 내의 급전 프로브 바이어싱 구조물들(명료함을 위해 도 19에 도시되지 않음)에 의해 유전체 공진 요소들(68)에 대항하여 가압될 수 있다. 급전 프로브 바이어싱 구조물들은, 예를 들어, (예컨대, -X 방향으로 바이어싱 힘(biasing force)을 가함으로써) 유전체 공진 요소들(68)의 측벽들(102)에 대항하여 전도성 구조물(86H)을 가압 또는 바이어싱할 수 있다. 유사하게, 급전 프로브 바이어싱 구조물들은, (예컨대, +Y 방향으로 바이어싱 힘을 가함으로써) 유전체 공진 요소들(68)의 측벽들(102)에 대항하여 전도성 구조물(86V)을 가압 또는 바이어싱할 수 있다.
유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소들(68)뿐만 아니라 급전 프로브 바이어싱 구조물들 위에 성형될 수 있다. 유전체 기판(70)은 기판(72)에 있는 저부 표면(188) 및 반대편의 상부 표면(190)을 가질 수 있다. 도 19의 예에서, 유전체 공진 요소들(68)의 상부 표면(80)은 유전체 기판(70)의 상부 표면(190) 위로 돌출한다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 상부 표면(190)은 상부 표면(80)과 동일 높이에 놓일 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소들(70)의 상부 표면(80)을 커버할 수 있다. 부착 구조물(186)이 유전체 기판(70) 내에 부분적으로 임베드될 수 있다(예컨대, 유전체 기판(70)은 부착 구조물(186)의 일부 위에 성형될 수 있음). 부착 구조물(186)은, 원하는 경우, (예컨대, 부착 구조물(186) 내의 개구를 통과하여 연장되는 나사들, 핀들, 또는 다른 구조물들을 사용하여) 안테나 모듈(120)을 디바이스(10) 내의 제위치에 고정하는 것을 도울 수 있다.
도 20은 도 19의 안테나 모듈(120)에 대한 예시적인 조립 프로세스의 도면이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈들은 제조 시스템(146)에서 제조될 수 있다. 제조 장비(148)는 정렬 포스트들(194)을 포함할 수 있다. 정렬 포스트들(194)은 유전체 공진 요소(68)의 제1 측벽(102)에 대항하여 전도성 구조물(86H)을 가압할 수 있고, 유전체 공진 요소(68)의 제2 (직교) 측벽(102)에 대항하여 전도성 구조물(86V)을 가압할 수 있다. 전도성 구조물들(86H, 86V)은 X-Y 평면 내에 놓이는 스터브 부분들(196)을 포함할 수 있다. 전도성 구조물들(86H, 86V)은, 예를 들어, (예컨대, 정렬 포스트들이 전도성 구조물들(86H, 86V)에 대항하여 가압되어, 스터브 부분들(196)을 뒤에 남기면서) 금속 시트의 조각들로부터 스탬핑될 수 있다.
이는 전도성 구조물들과 유전체 공진 요소(68) 사이의 갭들을 최소화하면서 스탬핑된 전도성 구조물들(86H, 86L)의 크기 및 포지션의 조밀한 제어를 허용할 수 있다.
제1 성형 프로세스(예컨대, 제1 사출 성형 프로세스) 동안, 제조 장비(148)는 (예컨대, 화살표(198)에 의해 보여지는 바와 같이) 유전체 공진 요소(68)의 저부 표면(82)에서 측벽들(102) 및 전도성 구조물들(86H, 86V) 위에 바이어싱 구조물(200)(때때로, 본 명세서에서 보유 구조물(200)로 지칭됨)과 같은 급전 프로브 바이어싱 구조물을 성형할 수 있다. 정렬 포스트들(194)은 제1 성형 프로세스 동안 전도성 구조물들(86H, 86V)을 제위치에 유지시킬 수 있고, 일단 바이어싱 구조물(200)이 형성되었다면(예컨대, 바이어싱 구조물(200) 내에 정렬 포스트 홀들(202)을 뒤에 남김) 제거될 수 있다. 일단 정렬 포스트들(194)이 제거되었다면, 바이어싱 구조물(200)은 유전체 공진 요소(68)의 측벽들(102)에 대항하여 전도성 구조물들(86V, 86H)을 제위치에 유지시킬 수 있다. 바이어싱 구조물(200)은, 예를 들어, 전도성 구조물(86H)에 대항하여 -X 방향으로 바이어싱 힘을 가할 수 있고, 전도성 구조물(86V)에 대항하여 +Y 방향으로 바이어싱 힘을 가할 수 있다. 전도성 구조물들(86H, 86V)의 스터브 부분들(196)은 바이어싱 구조물(200)을 유전체 공진 요소(68) 상에 성형한 후에 노출된 채로 유지될 수 있다. 이는 (예컨대, 솔더, 전도성 접착제 등을 사용하여) 스터브 부분들(196)이 도 19의 기판(72)의 표면(122)에 있는 대응하는 콘택트 패드들에 커플링될 수 있게 하여, 이에 의해, 안테나 모듈(120)을 위한 급전 프로브들을 형성할 수 있다. 바이어싱 구조물(200)은 저부 표면(206)을 가질 수 있다. 저부 표면(206)은 유전체 공진 요소(68)의 저부 표면(82)과 동일 높이에 놓일 수 있다.
이러한 프로세스는 안테나 모듈(120) 내의 각각의 안테나에 대해 수행될 수 있다. 유전체 기판(70)은 후속적으로, 화살표(204)에 의해 보여지는 바와 같이, (예컨대, 제2 사출 성형 프로세스를 사용하여) 유전체 공진 요소들(68), 대응하는 바이어싱 구조물들(200), 및 부착 구조물(186) 각각 위에 성형되어 안테나 패키지(184)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제조 장비(148) 내의 도구는 전도성 구조물들(86H, 86V)의 콘택트 포지션들을 유지하기 위해 바이어싱 구조물들(200) 내의 플라스틱에 의해 오버성형된(over-molded) 유전체 기판(70)을 위치시킬 수 있다. 유전체 기판(70)은 (예컨대, 제조 장비(148) 내의 도구가 오버성형 동안 유전체 공진 요소들을 유지하는 위치에서) 하나 이상의 개구들(208)을 포함할 수 있다. 성형 동안 시프팅을 방지하기 위해 도구 상의 스프링 특징부가 유전체 공진 요소들(68)의 상부 표면(80)을 위치시켜, 이에 의해, 안테나 패키지(184) 내의 각각의 유전체 공진 요소(68)에 걸쳐 저부 표면(82)에 대한 신뢰성있는 동일평면성을 유지시킬 수 있다(예컨대, 바이어싱 구조물들(200)의 저부 표면(206)은 안테나 패키지(184)에 걸쳐 매우 엄격한 공차를 갖고서 유전체 공진 요소들(68L, 68H)의 저부 표면(82), 전도성 구조물들(86H, 86V)의 스터브 부분들(196), 및 유전체 기판(70)의 저부 표면(188)과 동일 평면에 있을 수 있음). 이러한 균일하고 신뢰성있는 동일평면성은 안테나 패키지(184)의 저부 표면이 안테나 패키지(184)에 걸쳐 최소 또는 균일한 갭들로 기판(72)에 표면 실장될 수 있게 하여(이에 의해 안테나 모듈(120)을 형성함), 이에 의해, 안테나 모듈(120)의 기계적 신뢰성 및 무선 성능을 최적화할 수 있다. 이어서, 안테나 모듈(120)은 디바이스(10) 내에 실장될 수 있다.
도 21은 안테나 모듈(120)(예컨대, 도 19의 안테나 모듈(120) 또는 본 명세서에 기술된 바와 같은 다른 안테나 모듈들(120))이 디바이스(10) 내에 실장될 수 있는 하나의 예시적인 위치를 도시하는 평면도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 디스플레이(14) 내의 디스플레이 모듈(64)은 노치(8)를 포함할 수 있다. 도 5의 디스플레이 커버 층(56)은 명료함을 위해 도 21로부터 생략되었다. 디스플레이 모듈(64)은 디스플레이(14)의 활성 영역(AA)을 형성할 수 있는 반면, 노치(8)는 디스플레이(14)의 비활성 영역(IA)의 일부를 형성한다(도 1). 노치(8)의 에지들은 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W) 및 디스플레이 모듈(64)에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 노치(8)는 디스플레이 모듈(64)에 의해 한정되는 2개 이상의 에지들(예컨대, 3개의 에지들) 및 주연부 전도성 하우징 구조물들(12W)에 의해 한정되는 하나 이상의 에지들을 가질 수 있다.
디바이스(10)는 노치(8) 내에 스피커 포트(16)(예컨대, 이어 스피커)를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 노치(8) 내에 다른 컴포넌트들(210)을 포함할 수 있다. 다른 컴포넌트들(210)은 하나 이상의 카메라들, 적외선 이미지 센서, 적외선 광 방출기(예컨대, 적외선 도트 프로젝터 및/또는 투광 조명기(flood illuminator)), 주변 광 센서, 지문 센서, 용량성 근접 센서, 열 센서, 수분 센서, 또는 임의의 다른 원하는 입출력 컴포넌트들(예컨대, 도 2의 입출력 디바이스들(26))과 같은 하나 이상의 이미지 센서들을 포함할 수 있다 안테나 모듈(120)(예컨대, 유전체 공진 요소들(68L)이 상이한 주파수 대역들을 커버하기 위해 유전체 공진 요소들(68H)과 인터리빙된 안테나 모듈)은 디바이스(10) 내에(예컨대, 도 5의 주연부 영역(66) 내에) 실장될 수 있으며, 다른 컴포넌트들(210) 또는 스피커 포트(16)에 의해 점유되지 않은 노치(8)의 부분(들)과 정렬될 수 있다. 안테나 모듈(120)은, 예를 들어, 2개의 컴포넌트들(210) 사이에, 예컨대 이미지 센서(예컨대, 후방-대면 카메라)와 주변 광 센서, 도트 프로젝터, 투광 조명기, 또는 주변 광 센서 사이에, 측방향으로 개재될 수 있다.
기판(72)은 디스플레이 모듈(64) 아래에서 기판(214)과 같은 다른 기판(예컨대, 다른 가요성 인쇄 회로, 경성 인쇄 회로 보드, 메인 논리 보드 등)까지 연장될 수 있다. 안테나 모듈(120)을 위한 무선 주파수 송수신기 회로부는, 원하는 경우, 기판(214)에 실장될 수 있다. 기판(72) 상의 커넥터(123)는 기판(214) 상의 커넥터(212)(예컨대, 보드-대-보드 커넥터)에 커플링될 수 있다. 이는, 예를 들어, 안테나 모듈(120) 내의 안테나들이 디바이스(10) 내의 과도한 양의 공간을 점유하지 않고서 디바이스(10)의 전면 위의 반구의 적어도 일부를 커버하게 할 수 있다. 도 21의 예는 단지 예시적인 것이고, 대체적으로, 안테나 모듈(120)은 디바이스(10) 내의 임의의 원하는 위치에 실장될 수 있다. 안테나 모듈(120)은 임의의 원하는 주파수 대역들을 커버하기 위한 임의의 원하는 수의 안테나들을 가질 수 있다. 안테나 모듈(120) 내의 안테나들은 임의의 원하는 1차원 또는 2차원 패턴으로 배열될 수 있다.
위상 안테나 어레이(54) 내의 인접한 안테나들(40) 사이의 격리를 추가로 증가시키기 위해, 어레이 내의 각각의 유전체 안테나 공진 요소는 도 9 내지 도 21에 도시된 것에 비해 회전될 수 있다. 도 22는 위상 안테나 어레이(54)가 회전된 유전체 안테나 공진 요소들을 어떻게 포함할 수 있는지를 보여주는 평면도이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(120)은 종축(216)(예컨대, 유전체 공진 요소들 각각의 중심축/종축을 통해 이어지는 축)을 따라 1차원 패턴으로 배열되는 유전체 공진 요소들(68H, 68L)을 포함할 수 있다. 유전체 기판(70)은 유전체 공진 요소들(68H, 68L) 위에 성형될 수 있다. 기판(72)에 실장하기 전에, 유전체 공진 요소들(68H, 68L)은 유전체 공진 요소들의 측벽들(예컨대, 위에서 볼 때 유전체 공진 요소들의 측방향/주연부 에지들)이 각각 종축(216)에 대해 평행하지 않은 각도로 배향되도록 회전될 수 있다. 예를 들어, 각각의 유전체 공진 요소(68H, 68L)는 종축(216)에 대해 각도 θ로 배향되는 제1 쌍의 반대편 측벽들(102)을 포함할 수 있다. 각각의 유전체 공진 요소(68H, 68L)는 또한, 제1 쌍의 반대편 측벽들에 수직으로(예컨대, 제1 쌍의 반대편 측벽들에 대해 90도 각도, 또는 종축(216)에 대해 각도 θ + 90도의 각도로) 배향되는 제2 쌍의 반대편 측벽들(102)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 측벽들은 또한, 원하는 경우, 기판(72)의 각각의 측방향 에지에 대해 평행하지 않은 각도로 배향될 수 있다. 각도 θ는 0도 내지 90도(예컨대, 45도, 30도 내지 60도, 40도 내지 50도 등)일 수 있다. 이러한 방식으로 유전체 공진 요소들(68L, 68H)을 배향하는 것은 인접한 안테나들(40L, 40H) 사이의 크로스-커플링을 최소화하여, 이에 의해, 안테나들 사이의 격리 및 안테나 모듈(120)의 무선 주파수 성능을 최대화하는 역할을 할 수 있다.
도 22의 예에서, 위상 안테나 어레이(54)는 4개의 고대역 안테나들(40H)과 인터리빙되는 4개의 저대역 안테나들(40L)을 포함한다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 대체적으로, 위상 안테나 어레이(54)는, 임의의 원하는 대역들을 커버하기 위한 그리고 기판(72)의 표면(122) 상에 임의의 원하는 1차원 또는 2차원 패턴으로 배열되는 임의의 원하는 수의 안테나들을 포함할 수 있다. 커넥터(123)는 표면(122) 또는 기판(72)의 반대편 표면에 실장될 수 있다.
도 23은 도 22의 안테나 모듈(120)의 사시도이다. 도 22 및 도 23의 예에서, 안테나 모듈(120)에 대한 RFIC는 기판(72)의 표면(124)에 실장되고, 오버몰드(131)는 표면(124) 및 RFIC 아래에 적층된다. 이는 단지 예시적인 것이며, 다른 적합한 배열에서, RFIC는 (예컨대, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이) 표면(122)에 실장될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 바이어싱 구조물들(218)과 같은 급전 프로브 바이어싱 구조물들은 (예컨대, 급전 프로브들이 대항하여 가압되는 측벽들(102)에 법선으로 배향되는 급전 프로브들에서 전도성 구조물들에 대항하여 바이어싱 힘들을 가함으로써) 유전체 공진 요소들(68L, 68H)에 대항하여 위상 안테나 어레이(54)를 위한 급전 프로브들을 가압할 수 있다. 유전체 기판(70)은 (예컨대, 이어서 기판(72)에 표면 실장되는 단일 통합형 안테나 패키지를 형성하기 위해) 유전체 공진 요소들(68L, 68H) 및 바이어싱 구조물들(218) 위에 성형될 수 있다. 유전체 기판(70)은, 원하는 경우, 바이어싱 구조물들(218)을 노출시키는 개구들을 포함할 수 있다. 유전체 기판(70)은 또한, 위상 안테나 어레이(54) 내의 각각의 쌍의 인접한 유전체 공진 요소들 사이에 측방향으로 개재되는 개구들(홀들)(219)을 포함할 수 있다. 개구들(219)은, 예를 들어, 위상 안테나 어레이(54) 내의 안테나들(40L, 40H) 사이의 격리를 추가로 증가시키는 역할을 할 수 있다.
도 24는 도 22 및 도 23의 안테나 모듈(120)의 분해도이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 급전 프로브들(100V, 100H) 및 선택적으로 기생 요소들(108)은 바이어싱 구조물들(218)에 의해 유전체 공진 요소들(68L, 68H)에 대항하여 가압될 수 있다. 유전체 공진 요소들(68L, 68H)이 단일 급전 프로브에 의해서만 급전되는 시나리오들에서, 기생 요소들(108)이 생략될 수 있고/있거나 도 8의 기생 요소들(114-1, 114-2)이 사용될 수 있다.
바이어싱 구조물(218)은 (예컨대, 도 20의 화살표(198)와 연관된 제1 성형 프로세스와 유사한) 제1 성형 프로세스 동안 유전체 공진 요소들(68L, 68H), 급전 프로브들(100H, 100V), 및 기생 요소들(108) 위에 성형될 수 있다. 정렬 포스트들은 제1 성형 프로세스 동안 유전체 공진 요소들에 대항하여 급전 프로브들(100H, 100V) 및 기생 요소들(108)을 가압할 수 있고, 성형 후에 바이어싱 구조물들(218) 내의 정렬 포스트 개구들을 뒤에 남길 수 있다. 바이어싱 구조물들(218)은 유전체 공진 요소들(68L, 68H)에 대항하여 급전 프로브들(100H, 100V) 및 기생 요소들(108)을 가압하여 급전 프로브들, 기생 요소들, 및 유전체 공진 요소들 사이의 신뢰성있는 커플링을 유지시킬 수 있다. 유전체 기판(70)은 (예컨대, 도 20의 화살표(204)와 연관된 제2 성형 프로세스와 유사한) 제2 성형 프로세스에서 모든 유전체 공진 요소들(68H, 68L) 및 바이어싱 구조물들(218) 위에 성형될 수 있다. 조립된 위상 안테나 어레이(54)는 후속적으로, 안테나 모듈(120)을 형성하기 위해 도 22 및 도 23의 기판(72)에 표면 실장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스로서, 기판, 위상 안테나 어레이 - 위상 안테나 어레이는 기판의 표면에 실장되는 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들을 포함하고, 위상 안테나 어레이는 신호 빔 내에 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -, 및 기판에 실장되는 무선 주파수 집적 회로(RFIC) - RFIC는 신호 빔의 방향을 조정하도록 구성됨 - 를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 기판은 표면 반대편의 추가적인 표면을 포함하고, RFIC는 기판의 추가적인 표면에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 기판의 표면에 실장되는 보드-대-보드 커넥터, 및 보드-대-보드 커넥터를 통해 RFIC에 커플링되는 무선 주파수 송수신기 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 추가적인 표면 상의 오버몰드 구조물을 포함하고, RFIC는 오버몰드 구조물 내에 임베드된다.
다른 실시예에 따르면, RFIC는 기판의 표면에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 기판은 표면 반대편의 추가적인 표면을 포함하고, 전자 디바이스는, 기판의 추가적인 표면에 실장되는 추가적인 위상 안테나 어레이를 포함하고, 추가적인 위상 안테나 어레이는 추가적인 신호 빔 내의 주파수로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, RFIC는 추가적인 신호 빔의 방향을 조정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 전자 디바이스의 주연부 둘레에 이어지는 주연부 전도성 하우징 구조물들, 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 디스플레이 커버 층을 가지며, 디스플레이 커버 층을 통해 광을 방출하도록 구성된 디스플레이 모듈을 갖는 디스플레이, 및 디스플레이 커버 층 반대편의 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 하우징 벽을 포함하고, 위상 안테나 어레이는 디스플레이 커버 층을 통해 신호 빔 내의 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 추가적인 위상 안테나 어레이는 하우징 벽을 통해 추가적인 신호 빔 내의 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 추가적인 위상 안테나 어레이는, 기판 내에 임베드되는 스택형 패치 안테나들 및 기판의 추가적인 표면에 실장되는 유전체 공진기 안테나들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 안테나들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들 각각은 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소 및 유전체 공진 요소의 측벽에 커플링되는 급전 프로브를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 급전 프로브는 유전체 공진 요소의 측벽 상에 패턴화되는 전도성 트레이스를 포함하고, 유전체 공진 요소는 10 초과의 유전 상수를 갖는 재료로 형성되고, 전자 디바이스는, 기판의 표면 상의 재료의 층을 포함하고, 유전체 공진 요소는 재료의 층에 실장되고, 전도성 트레이스는 재료의 층을 통과하여 연장되는 전도성 비아에 의해 기판 내의 무선 주파수 전송 라인에 커플링된다.
다른 실시예에 따르면, 급전 프로브는 급전 프로브 위에 성형된 바이어싱 구조물에 의해 유전체 공진 요소의 측벽에 대항하여 가압되는 스탬핑된 시트 금속을 포함하고, 위상 안테나 어레이는 안테나 패키지를 형성하기 위해 위상 안테나 어레이 내의 유전체 공진기 안테나들 각각 위에 성형된 유전체 구조물을 포함하고, 기판은 가요성 인쇄 회로 기판을 포함하고, 안테나 패키지는 가요성 인쇄 회로 기판에 표면 실장되고, 전자 디바이스는, 전자 디바이스의 주연부 둘레에 이어지는 주연부 전도성 하우징 구조물들, 및 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 디스플레이 커버 층을 가지며, 디스플레이 커버 층을 통해 광을 방출하도록 구성되는 디스플레이 모듈을 갖는 디스플레이를 포함하고, 디스플레이는 노치를 포함하고, 디스플레이 모듈은 노치의 제1, 제2 및 제3 측부들을 한정하고, 주연부 전도성 하우징 구조물들은 노치의 제4 측부를 한정하고, 위상 안테나 어레이는 노치와 정렬된다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 공진기 안테나들은 종축을 따라 정렬되고, 유전체 공진 요소의 측벽은 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 배향된다.
일 실시예에 따르면, 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 통신을 처리하도록 구성된 안테나 모듈로서, 안테나 모듈 기판, 안테나 모듈 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소를 포함하는 위상 안테나 어레이 - 유전체 공진 요소는 측벽을 가짐 -, 안테나 모듈 기판의 표면에서 측벽에 커플링되고, 유전체 공진 요소의 공진 모드를 여기시키도록 구성되는 급전 프로브, 측벽에 대항하여 급전 프로브를 가압하는 급전 프로브 바이어싱 구조물 - 급전 프로브 바이어싱 구조물은 급전 프로브 및 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형됨 -, 및 급전 프로브 바이어싱 구조물 및 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형된 플라스틱 기판을 포함하는 안테나 모듈이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 안테나 모듈 기판의 표면에 실장되는 추가적인 유전체 공진 요소를 포함하고, 추가적인 유전체 공진 요소는 추가적인 측벽을 가지며, 안테나 모듈은 안테나 모듈 기판의 표면에서 추가적인 측벽에 커플링되는 추가적인 급전 프로브를 포함하고, 추가적인 급전 프로브는 추가적인 유전체 공진 요소의 공진 모드를 여기시키도록 구성되고, 안테나 모듈은 추가적인 측벽에 대항하여 추가적인 급전 프로브를 가압하는 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물을 포함하고, 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물은 추가적인 급전 프로브 및 추가적인 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형되고, 플라스틱 기판은 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물 및 추가적인 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형된다.
다른 실시예에 따르면, 기판은 가요성 인쇄 회로 기판을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 공진 요소는 측벽에 수직으로 배향되는 추가적인 측벽을 갖고, 안테나 모듈은 안테나 모듈 기판의 표면에서 추가적인 측벽에 커플링되는 추가적인 급전 프로브를 포함하고, 공진 모드는 제1 선형 편광과 연관되고, 추가적인 급전 프로브는 제1 선형 편광에 직교하는 제2 선형 편광과 연관된 유전체 공진 요소의 추가적인 공진 모드를 여기시키도록 구성되고, 급전 프로브 바이어싱 구조물은 추가적인 측벽에 대항하여 추가적인 급전 프로브를 가압하고, 급전 프로브 바이어싱 구조물은 추가적인 급전 프로브 위에 성형된다.
일 실시예에 따르면, 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 통신을 처리하도록 구성된 안테나 모듈로서, 기판, 및 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소들을 갖는 위상 안테나 어레이 - 유전체 공진 요소들은 종축을 따라 정렬되고, 유전체 공진 요소들 각각은 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 배향되는 측벽들을 갖고, 유전체 공진 요소들은 기판의 표면에서 측벽들에 커플링되는 급전 프로브들에 의해 급전됨 - 를 포함하는 안테나 모듈이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는, 급전 프로브들 위에 성형되고 측벽들에 대항하여 급전 프로브들을 유지하도록 구성된 급전 프로브 바이어싱 구조물들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은, 유전체 공진 요소들 각각 및 급전 프로브 바이어싱 구조물들 각각 위에 성형되는 유전체 기판, 및 유전체 기판 내의 개구들을 포함하고, 개구부들 각각은 위상 안테나 어레이 내의 각자의 쌍의 유전체 공진 요소들 사이에 측방향으로 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 공진 요소들 각각은 제1, 제2, 제3, 및 제4 측벽들을 포함하고, 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 제1 측벽에 대항하여 제1 급전 프로브가 가압되고, 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 제2 측벽에 대항하여 제2 급전 프로브가 가압되고, 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 제3 측벽에 대항하여 제1 기생 요소가 가압되고, 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 제4 측벽에 대항하여 제2 기생 요소가 가압된다.
전술한 내용은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 당업자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    기판(substrate);
    위상 안테나 어레이(phased antenna array) - 상기 위상 안테나 어레이는 상기 기판의 표면에 실장되는 프로브 급전형(probe-fed) 유전체 공진기 안테나들을 포함하고, 상기 위상 안테나 어레이는 신호 빔 내에 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성됨 -; 및
    상기 기판에 실장되는 무선 주파수 집적 회로(radio-frequency integrated circuit, RFIC) - 상기 RFIC는 상기 신호 빔의 방향을 조정하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 표면 반대편의 추가적인 표면을 포함하고, 상기 RFIC는 상기 기판의 상기 추가적인 표면에 실장되는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상기 표면에 실장되는 보드-대-보드 커넥터(board-to-board connector); 및
    상기 보드-대-보드 커넥터를 통해 상기 RFIC에 커플링되는 무선 주파수 송수신기 회로부를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 추가적인 표면 상의 오버몰드 구조물(over-mold structure)을 추가로 포함하고, 상기 RFIC는 상기 오버몰드 구조물 내에 임베드(embed)되는, 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 RFIC는 상기 기판의 상기 표면에 실장되는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 표면 반대편의 추가적인 표면을 포함하고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 기판의 상기 추가적인 표면에 실장되는 추가적인 위상 안테나 어레이를 추가로 포함하고, 상기 추가적인 위상 안테나 어레이는 추가적인 신호 빔 내의 주파수로 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 상기 RFIC는 상기 추가적인 신호 빔의 방향을 조정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는,
    상기 전자 디바이스의 주연부 둘레에 이어지는 주연부 전도성 하우징 구조물들;
    상기 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 디스플레이 커버 층을 가지며, 상기 디스플레이 커버 층을 통해 광을 방출하도록 구성된 디스플레이 모듈을 갖는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 커버 층 반대편의 상기 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 하우징 벽을 추가로 포함하고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 디스플레이 커버 층을 통해 상기 신호 빔 내의 상기 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되고, 상기 추가적인 위상 안테나 어레이는 상기 하우징 벽을 통해 상기 추가적인 신호 빔 내의 상기 무선 주파수 신호들을 전달하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 추가적인 위상 안테나 어레이는, 상기 기판 내에 임베드되는 스택형 패치 안테나들 및 상기 기판의 상기 추가적인 표면에 실장되는 유전체 공진기 안테나들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 안테나들을 포함하는, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프로브 급전형 유전체 공진기 안테나들 각각은 상기 기판의 상기 표면에 실장되는 유전체 공진 요소 및 상기 유전체 공진 요소의 측벽에 커플링되는 급전 프로브(feed probe)를 포함하는, 전자 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 급전 프로브는 상기 유전체 공진 요소의 상기 측벽 상에 패턴화되는 전도성 트레이스(trace)를 포함하고, 상기 유전체 공진 요소는 10 초과의 유전 상수를 갖는 재료로 형성되고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 기판의 상기 표면 상의 상기 재료의 층을 추가로 포함하고, 상기 유전체 공진 요소는 상기 재료의 층에 실장되고, 상기 전도성 트레이스는 상기 재료의 층을 통과하여 연장되는 전도성 비아에 의해 상기 기판 내의 무선 주파수 전송 라인에 커플링되는, 전자 디바이스.
  11. 제9항에 있어서, 상기 급전 프로브는 상기 급전 프로브 위에 성형된 바이어싱 구조물(biasing structure)에 의해 상기 유전체 공진 요소의 상기 측벽에 대항하여 가압되는 스탬핑된 시트 금속(stamped sheet metal)을 포함하고, 상기 위상 안테나 어레이는 안테나 패키지를 형성하기 위해 상기 위상 안테나 어레이 내의 상기 유전체 공진기 안테나들 각각 위에 성형된 유전체 구조물을 추가로 포함하고, 상기 기판은 가요성 인쇄 회로 기판을 포함하고, 상기 안테나 패키지는 상기 가요성 인쇄 회로 기판에 표면 실장되고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 전자 디바이스의 주연부 둘레에 이어지는 주연부 전도성 하우징 구조물들; 및
    상기 주연부 전도성 하우징 구조물들에 실장되는 디스플레이 커버 층을 가지며, 상기 디스플레이 커버 층을 통해 광을 방출하도록 구성되는 디스플레이 모듈을 갖는 디스플레이를 추가로 포함하고, 상기 디스플레이는 노치를 포함하고, 상기 디스플레이 모듈은 상기 노치의 제1, 제2 및 제3 측부들을 한정하고, 상기 주연부 전도성 하우징 구조물들은 상기 노치의 제4 측부를 한정하고, 상기 위상 안테나 어레이는 상기 노치와 정렬되는, 전자 디바이스.
  12. 제9항에 있어서, 상기 유전체 공진기 안테나들은 종축을 따라 정렬되고, 상기 유전체 공진 요소의 상기 측벽은 상기 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 배향되는, 전자 디바이스.
  13. 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 통신을 처리하도록 구성된 안테나 모듈로서,
    안테나 모듈 기판;
    상기 안테나 모듈 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소를 포함하는 위상 안테나 어레이 - 상기 유전체 공진 요소는 측벽을 가짐 -;
    상기 안테나 모듈 기판의 상기 표면에서 상기 측벽에 커플링되고, 상기 유전체 공진 요소의 공진 모드를 여기시키도록 구성되는 급전 프로브;
    상기 측벽에 대항하여 상기 급전 프로브를 가압하는 급전 프로브 바이어싱 구조물 - 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물은 상기 급전 프로브 및 상기 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형됨 -; 및
    상기 급전 프로브 바이어싱 구조물 및 상기 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형된 플라스틱 기판을 포함하는, 안테나 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 안테나 모듈은 상기 안테나 모듈 기판의 상기 표면에 실장되는 추가적인 유전체 공진 요소를 포함하고, 상기 추가적인 유전체 공진 요소는 추가적인 측벽을 가지며, 상기 안테나 모듈은 상기 안테나 모듈 기판의 상기 표면에서 상기 추가적인 측벽에 커플링되는 추가적인 급전 프로브를 포함하고, 상기 추가적인 급전 프로브는 상기 추가적인 유전체 공진 요소의 공진 모드를 여기시키도록 구성되고, 상기 안테나 모듈은 상기 추가적인 측벽에 대항하여 상기 추가적인 급전 프로브를 가압하는 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물을 포함하고, 상기 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물은 상기 추가적인 급전 프로브 및 상기 추가적인 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형되고, 상기 플라스틱 기판은 상기 추가적인 급전 프로브 바이어싱 구조물 및 상기 추가적인 유전체 공진 요소의 적어도 일부 위에 성형되는, 안테나 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기판은 가요성 인쇄 회로 기판을 포함하는, 안테나 모듈.
  16. 제13항에 있어서, 상기 유전체 공진 요소는 상기 측벽에 수직으로 배향되는 추가적인 측벽을 갖고, 상기 안테나 모듈은 상기 안테나 모듈 기판의 상기 표면에서 상기 추가적인 측벽에 커플링되는 추가적인 급전 프로브를 추가로 포함하고, 상기 공진 모드는 제1 선형 편광과 연관되고, 상기 추가적인 급전 프로브는 상기 제1 선형 편광에 직교하는 제2 선형 편광과 연관된 상기 유전체 공진 요소의 추가적인 공진 모드를 여기시키도록 구성되고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물은 상기 추가적인 측벽에 대항하여 상기 추가적인 급전 프로브를 가압하고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물은 상기 추가적인 급전 프로브 위에 성형되는, 안테나 모듈.
  17. 10 ㎓ 초과의 주파수로 무선 통신을 처리하도록 구성된 안테나 모듈로서,
    기판; 및
    상기 기판의 표면에 실장되는 유전체 공진 요소들을 갖는 위상 안테나 어레이 - 상기 유전체 공진 요소들은 종축을 따라 정렬되고, 상기 유전체 공진 요소들 각각은 상기 종축에 대해 0이 아니고 수직이 아닌 각도로 배향되는 측벽들을 갖고, 상기 유전체 공진 요소들은 상기 기판의 상기 표면에서 상기 측벽들에 커플링되는 급전 프로브들에 의해 급전됨 - 를 포함하는, 안테나 모듈.
  18. 제16항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는, 상기 급전 프로브들 위에 성형되고 상기 측벽들에 대항하여 상기 급전 프로브들을 유지하도록 구성된 급전 프로브 바이어싱 구조물들을 포함하는, 안테나 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 유전체 공진 요소들 각각 및 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물들 각각 위에 성형되는 유전체 기판; 및
    상기 유전체 기판 내의 개구들을 추가로 포함하고, 상기 개구부들 각각은 상기 위상 안테나 어레이 내의 각자의 쌍의 유전체 공진 요소들 사이에 측방향으로 개재되는, 안테나 모듈.
  20. 제18항에 있어서, 상기 유전체 공진 요소들 각각은 제1, 제2, 제3, 및 제4 측벽들을 포함하고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 상기 제1 측벽에 대항하여 제1 급전 프로브가 가압되고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 상기 제2 측벽에 대항하여 제2 급전 프로브가 가압되고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 상기 제3 측벽에 대항하여 제1 기생 요소가 가압되고, 상기 급전 프로브 바이어싱 구조물들의 각자의 급전 프로브 바이어싱 구조물에 의해 상기 제4 측벽에 대항하여 제2 기생 요소가 가압되는, 안테나 모듈.
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