TWI520438B - 一種投影人工磁鏡 - Google Patents

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TWI520438B
TWI520438B TW100112485A TW100112485A TWI520438B TW I520438 B TWI520438 B TW I520438B TW 100112485 A TW100112485 A TW 100112485A TW 100112485 A TW100112485 A TW 100112485A TW I520438 B TWI520438 B TW I520438B
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尼古拉斯 Ｇ 亞曆克索普洛斯
克瑞斯娜 Ａ 科瑞茲魯
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美國博通公司
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    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
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Description

一種投影人工磁鏡
本發明涉及電磁領域，更具體地說，本發明涉及電磁電路。
人工磁導體(Artificial magnetic conductor，AMC)可以用來抑制AMC表面的一組頻率上的表面波電流。因此，AMC可以用作天線的接地層或用作頻率選擇性表面帶隙。
本發明提供一種裝置和操作方法，並在以下附圖說明和具體實施方式部分以及權利要求中給出進一步的描述。
根據一個方面，本本發明提出一種投影人工磁鏡(projected artificial magnetic mirror,PAMM)，包括：成陣列排布在基板的第一層上的多個導電線圈；位於基板的第二層上的金屬襯墊；以及位於基板的第一和第二層之間的介電材料，其中所述多個導電線圈電耦合至所述金屬襯墊以形成電感-電容網路，針對所述基板的第三層在給定頻帶範圍內大幅地減少沿所述第三層的表面波，且其中所述第一層位於所述第二層和第三層之間。
優選地，所述多個導電線圈中的導電線圈與所述金屬襯墊之間的耦合包括以下至少一項： 導通孔電連接；以及電容耦合。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述第三層支援電路元件。
優選地，所述多個導電線圈中的導電線圈包括：以下至少一種形狀：圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形和橢圓形；以及以下至少一種模式：互連分支、n階皮亞諾曲線和n階希爾伯特曲線。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述多個導電線圈中的第一導電線圈具有第一大小、第一形狀和第一模式；以及所述多個導電線圈中的第二導電線圈具有第二大小、第二形狀和第二模式。
優選地，所述多個導電線圈中的導電線圈包括：多個金屬貼片；以及多個開關元件，用於配置所述導電線圈的大小、形狀和模式中的至少一者。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述第一層與所述第三層間間隔一距離“d”。
優選地，所述多個導電線圈中的導電線圈包括：長度小於或等於所述給定頻帶的最大頻率的1/2波長。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述多個導電線圈的每一個具有給定大小、給定模式和給定長度；以及所述金屬襯墊與所述第一層間間隔一距離“d”以獲得所述投影人工磁鏡的至少一種期望性質。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括： 成陣列排布在基板的第四層上的第二多個導電線圈；以及位於基板的所述第四層和所述第二層之間的介電材料，其中所述第二多個導電線圈與所述金屬襯墊電耦合以進一步形成所述電感-電容網路。
根據一個方面，本發明提出一種投影人工磁鏡，包括：成陣列排布在基板的第一層上的多個導電線圈，其中所述多個導電線圈中的導電線圈包括：具有第一形狀的第一繞組；具有與第一形狀類似的形狀的第二繞組；第一耦合電路，用於在使能時串聯耦合所述第一和第二繞組；以及第二耦合電路，用於在使能時並聯耦合所述第一和第二繞組；位於基板的第二層上的金屬襯墊；以及位於基板的所述第一和第二層之間的介電材料，其中所述多個導電線圈與所述金屬襯墊電耦合以形成電感-電容網路，針對所述基板的第三層在給定頻帶範圍內大幅地減少沿所述第三層的表面波，且其中所述第一層位於所述第二層和第三層之間。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述第一耦合電路用於第一頻帶；以及所述第二耦合電路用於第二頻帶。
優選地，所述導電線圈還包括：第一選擇性分接開關，用於在使能時將所述第一繞組耦合到所述金屬襯墊；以及第二選擇性分接開關，用於在使能時將所述第二繞組耦合到所述金屬襯墊。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述第三層支援電路元件。
優選地，所述導電線圈還包括：以下至少一種形狀：圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形和橢圓形；以及以下至少一種模式：互連分支、n階皮亞諾曲線和n階希爾伯特曲線。
優選地，所述導電線圈包括：長度小於或等於所述給定頻帶的最大頻率的1/2波長。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：所述多個導電線圈中的每一個具有給定大小、給定模式和給定長度；以及所述金屬襯墊與所述第一層間隔一距離“d”以獲得所述投影人工磁鏡的至少一種期望性質。
優選地，所述投影人工磁鏡還包括：成陣列排布在基板的第四層上的第二多個導電線圈；以及位於基板的所述第四層和所述第二層之間的介電材料，其中所述第二多個導電線圈與所述金屬襯墊電耦合以進一步形成所述電感-電容網路。
本發明的各種優點、各個方面和創新特徵以及具體實施例的細節，將在以下的說明書和附圖中進行詳細介紹。
10‧‧‧光子晶體晶胞
12‧‧‧金屬散射體
14‧‧‧整合(介電)層
16‧‧‧單層
18‧‧‧傳播矩陣
20‧‧‧散射矩陣
22‧‧‧第二傳播矩陣
24‧‧‧低頻電介質
26‧‧‧第一電磁帶隙(electromagnetic band gap,EBG)
28‧‧‧帶通濾波器
30‧‧‧第二EBG
32‧‧‧電壁
34‧‧‧放大器
36‧‧‧吸收器(absorber)
38‧‧‧磁壁
40‧‧‧開關
42‧‧‧通信設備
44‧‧‧射頻(RF)和/或毫米波(MMW)通信介質
46‧‧‧基帶處理模組
48‧‧‧發射器部分
50‧‧‧接收器部分
52‧‧‧RF和/或MMW天線結構
54‧‧‧積體電路(IC)
56‧‧‧封裝基板
58‧‧‧管芯(die)
60‧‧‧基帶處理模組
62‧‧‧RF收發器
64‧‧‧本地天線結構
66‧‧‧遠端天線結構
70‧‧‧積體電路(IC)
72‧‧‧封裝基板
74‧‧‧管芯
76‧‧‧控制模組
78‧‧‧RF收發器
80‧‧‧天線結構
82‧‧‧輸入RF信號
84‧‧‧輸出RF信號
86‧‧‧積體電路(IC)的管芯
88‧‧‧層
90‧‧‧天線結構
92‧‧‧投影人工磁鏡(PAMM)
94‧‧‧金屬襯墊
96‧‧‧導通孔
98‧‧‧電路元件
100‧‧‧天線結構
102‧‧‧封裝基板
104‧‧‧層
106‧‧‧投影人工磁鏡(PAMM)
108‧‧‧管芯
110‧‧‧金屬襯墊
112‧‧‧導通孔
114‧‧‧天線結構
116‧‧‧天線結構
118‧‧‧管芯
120‧‧‧層
122‧‧‧雜訊電路
124‧‧‧PAMM
126‧‧‧金屬襯墊
128‧‧‧導通孔
130‧‧‧雜訊敏感組件
132‧‧‧封裝基板
134‧‧‧層
136‧‧‧雜訊電路
138‧‧‧PAMM
140‧‧‧金屬襯墊
142‧‧‧導通孔
144‧‧‧雜訊敏感元件
146‧‧‧偶極子天線
148‧‧‧外層
150‧‧‧PAMM
152‧‧‧內層
154‧‧‧電路元件
156‧‧‧天線連接
158‧‧‧底層
160‧‧‧金屬襯墊
162‧‧‧天線元件
164‧‧‧PAMM
168‧‧‧離散的天線元件
170‧‧‧PAMM
172‧‧‧第一基本封閉的金屬線
174‧‧‧第一金屬層
176‧‧‧導通孔
178‧‧‧第二基本封閉的金屬線
180‧‧‧第二金屬層
182‧‧‧PAMM
184‧‧‧投影人工磁鏡
186‧‧‧金屬貼片(metal patch)
188‧‧‧連接器
190‧‧‧金屬襯墊
192‧‧‧金屬貼片
194‧‧‧延伸金屬線路
196‧‧‧波利亞曲線模式
198‧‧‧偶極子天線
200‧‧‧線圈
202‧‧‧線圈
204‧‧‧金屬襯墊
206‧‧‧電介質
208-210‧‧‧線圈
212‧‧‧投影人工磁鏡
214‧‧‧偶極子天線
216‧‧‧x-y平面
218‧‧‧PAMM
220‧‧‧同心螺旋線圈
224‧‧‧偶極子天線
226‧‧‧前向輻射圖形
228‧‧‧圖像輻射圖形
230‧‧‧偶極子天線
232‧‧‧投影人工磁鏡
234‧‧‧圖像輻射圖形
236‧‧‧前向輻射圖形
238‧‧‧偏心螺旋線圈
240‧‧‧輻射圖形
242‧‧‧偏心和同心螺旋線圈的組合
244‧‧‧偏心螺旋線圈
246‧‧‧同心螺旋線圈
250‧‧‧第一類型偏心螺旋線圈
252‧‧‧第二類型偏心螺旋線圈
254‧‧‧有效碟形天線
256‧‧‧天線
258‧‧‧線圈
260‧‧‧聚焦點
264‧‧‧有效碟形天線
266‧‧‧偏心螺旋線圈
268‧‧‧有效碟形天線陣列
272‧‧‧有效碟形天線陣列
274‧‧‧建築物
276‧‧‧可調線圈
278‧‧‧內部繞組部分
280‧‧‧外部繞組部分
282‧‧‧耦合電路
284‧‧‧可開關導通孔
286‧‧‧繞組部分
288‧‧‧並聯繞組部分
290‧‧‧可調線圈
292‧‧‧選擇性分接開關
294‧‧‧可調的有效碟形天線陣列
296‧‧‧天線
298‧‧‧可調線圈
300‧‧‧聚焦點
304‧‧‧第一管芯
306‧‧‧天線
308‧‧‧PAMM
310‧‧‧第二管芯
312‧‧‧電路元件
314‧‧‧金屬板
316‧‧‧通信設備
318‧‧‧電磁通信
320‧‧‧基帶處理模組
322‧‧‧發射器部分
324‧‧‧接收器部分
326‧‧‧NFC線圈結構
328‧‧‧積體電路(IC)
330‧‧‧封裝基板
332‧‧‧管芯
334‧‧‧基帶處理模組
336‧‧‧收發器
338‧‧‧NFC線圈
342‧‧‧NFC天線結構
344‧‧‧線圈
346‧‧‧管芯
348‧‧‧層
350‧‧‧PAMM
352‧‧‧導通孔
354‧‧‧金屬襯墊
356‧‧‧電路元件
358‧‧‧線圈
360‧‧‧封裝基板
362‧‧‧層
364‧‧‧PAMM
366‧‧‧導通孔
368‧‧‧金屬襯墊
370‧‧‧管芯
372‧‧‧線圈
374‧‧‧線圈
376‧‧‧雷達系統
378‧‧‧處理模組
380‧‧‧天線結構
382‧‧‧定形模組
384‧‧‧收發器模組
386‧‧‧掃描區域
388‧‧‧控制信號
390‧‧‧脈衝發射模式輸出無線信號
392‧‧‧發射定形信號
394‧‧‧輸出雷達信號
396‧‧‧公共PAMM
398‧‧‧開關及合成模組
400‧‧‧相位及幅度模組
402‧‧‧輸出無線信號
404‧‧‧輸入無線信號
406‧‧‧複合輸出雷達信號
408‧‧‧複合輸入雷達信號
410‧‧‧PAMM控制模組
412‧‧‧控制信號
414‧‧‧發射有效碟形陣列
416‧‧‧接收有效碟形陣列
418‧‧‧雷達系統掃描物體
420‧‧‧TX PAMM控制信號
422‧‧‧RX PAMM控制信號
424‧‧‧定形TX信號
426‧‧‧RX定形信號
428‧‧‧金屬襯墊
430‧‧‧第一電介質
432‧‧‧PAMM
434‧‧‧第二電介質
436‧‧‧天線
438‧‧‧第三電介質
444‧‧‧金屬線路
446‧‧‧電介質層
448‧‧‧連接
450‧‧‧金屬襯墊
452‧‧‧四埠去耦合模組
454‧‧‧電介質
456‧‧‧PAMM
458‧‧‧接地層
460‧‧‧金屬襯墊
462‧‧‧連接
464-466‧‧‧電介質層
468‧‧‧金屬襯墊
470‧‧‧電介質層
471‧‧‧第一連接
473‧‧‧第二連接
474‧‧‧波導區域
476‧‧‧饋通(feedthrough)
477‧‧‧氣體部分
478‧‧‧PAMM
482‧‧‧連接器
484‧‧‧電路
494‧‧‧輸入無線信號
496‧‧‧傳輸線
498‧‧‧管芯和/或封裝基板的外層
500‧‧‧投影人工磁鏡(PAMM)
502‧‧‧管芯和/或封裝基板的內層
504‧‧‧連接
506‧‧‧電路元件
508‧‧‧底層
510‧‧‧金屬襯墊
512‧‧‧濾波器
514‧‧‧電感器
516‧‧‧多層管芯和/或封裝基板
518‧‧‧天線
520‧‧‧PAMM
522‧‧‧金屬襯墊
524‧‧‧電路元件
526‧‧‧層
圖1是根據本發明一個實施例的多個光子晶體晶胞的示意圖；圖2是根據本發明一個實施例的晶體晶胞的理論表示的示意圖；圖3是根據本發明一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖4是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖5是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率 響應的示意圖；圖6是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖7是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的示意圖；圖8是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的示意圖；圖9是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖10是根據本發明另一個實施例的對應的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖11是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖12是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖13是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖14是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖15是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖；圖16是根據本發明一個實施例的通信設備的示意框圖；圖17是根據本發明一個實施例的通信設備的收發器部分的示意圖；圖18是根據本發明另一個實施例的通信設備的收發器部分的示意圖；圖19是根據本發明另一個實施例的通信設備的收發器部分的示意圖； 圖20是根據本發明另一個實施例的通信設備的收發器部分的示意圖；圖21是根據本發明另一個實施例的通信設備的收發器部分的示意圖；圖22是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖23是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖24是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖25是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖26是根據本發明一個實施例的隔離結構的示意圖；圖27是根據本發明一個實施例的隔離結構的示意圖；圖28是根據本發明一個實施例的天線結構的透視圖；圖29是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖30是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖31是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖32是根據本發明一個實施例的天線結構的示意圖；圖33是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖34是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖35是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖36是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖37是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖38a-38e是根據本發明實施例的具有不同n值的改進波利亞曲線(Polya curve)的示意圖；圖39a-39c是根據本發明實施例的具有不同s值的改進波利亞曲線的示意圖；圖40a-40b是根據本發明實施例的具有改進波利亞曲線形狀的天線結構的示意圖；圖41a-41h是根據本發明實施例的改進波利亞曲線的受限形狀的示意圖； 圖42是根據本發明一個實施例的可編程的改進波利亞曲線的示意圖；圖43是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的天線的示意圖，該投影人工磁鏡具有改進波利亞曲線線路；圖44是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的示意圖；圖45是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的截面示意圖；圖46是根據本發明一個實施例的投影人工磁鏡的示意框圖；圖47是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的截面示意圖；圖48是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的示意框圖；圖49是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的截面示意圖；圖50是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的示意框圖；圖51是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡的截面示意圖；圖52是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的天線的示意圖，該投影人工磁鏡具有螺旋線路；圖53是根據本發明一個實施例的螺旋線圈的輻射圖形的示意圖；圖54是根據本發明一個實施例的具有多個螺旋線圈的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖；圖55是根據本發明的現有偶極子天線的輻射圖形的示意圖；圖56是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的偶極子天線的輻射圖形的示意圖；圖57是根據本發明一個實施例的偏心螺旋線圈的輻射圖形的 示意圖；圖58是根據本發明一個實施例的具有一些偏心和同心螺旋線圈的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖；圖59是根據本發明另一個實施例的具有一些偏心和同心螺旋線圈的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖；圖60是根據本發明的具有一些偏心和同心螺旋線圈的投影人工磁鏡的示意圖；圖61是根據本發明一個實施例的有效碟形天線的示意圖；圖62是根據本發明另一個實施例的有效碟形天線的示意圖；圖63是根據本發明一個實施例的有效碟形天線陣列的示意圖；圖64是根據本發明另一個實施例的有效碟形天線陣列的示意圖；圖65是根據本發明一個實施例的有效碟形天線陣列的示意圖；圖66是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖67是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖68是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖69是根據本發明一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的截面示意圖；圖70是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的截面示意圖；圖71是根據本發明一個實施例的具有可調線圈的投影人工磁鏡的示意框圖；圖72是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可 調線圈的示意圖；圖73是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖74是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖75是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖76是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖；圖77是根據本發明一個實施例的可調的有效碟形天線陣列的示意圖；圖78是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的倒裝晶片連接的示意圖；圖79是根據本發明一個實施例的利用電磁通信進行通信的通信設備的示意框圖；圖80是根據本發明一個實施例的利用電磁通信進行通信的通信設備的收發器的示意圖；圖81是根據本發明另一個實施例的利用電磁通信進行通信的通信設備的收發器的示意圖；圖82是根據本發明另一個實施例的利用電磁通信進行通信的通信設備的收發器的示意圖；圖83是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的NFC線圈的截面示意圖；圖84是根據本發明另一個實施例的具有投影人工磁鏡的NFC線圈的截面示意圖；圖85是根據本發明另一個實施例的具有投影人工磁鏡的NFC線圈的截面示意圖；圖86是根據本發明另一個實施例的具有投影人工磁鏡的NFC 線圈的截面示意圖；圖87是根據本發明一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括投影人工磁鏡；圖88是根據本發明另一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括投影人工磁鏡；圖89是根據本發明另一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括投影人工磁鏡；圖90是根據本發明一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括用於追蹤物件的投影人工磁鏡；圖91是根據本發明另一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括用於追蹤物件的投影人工磁鏡；圖92是根據本發明另一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括用於追蹤物件的投影人工磁鏡；圖93是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡和覆板介電層的橫向天線的截面圖；圖94是根據本發明另一個實施例的具有天線結構的雷達系統的示意框圖，該天線結構包括投影人工磁鏡；圖95是根據本發明一個實施例的具有天線結構的雷達系統的截面示意圖，該天線結構包括投影人工磁鏡；圖96是根據本發明一個實施例的多頻帶投影人工磁鏡的示意框圖；圖97是根據本發明一個實施例的多頻帶投影人工磁鏡的截面示意圖；圖98是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的MIMO天線的示意圖；圖99是根據本發明一個實施例的具有多頻帶投影人工磁鏡的MIMO天線的天線的示意圖；圖100是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的雙帶 MIMO天線的示意圖；圖101是根據本發明一個實施例的同一基板上的多個投影人工磁鏡的截面示意圖；圖102是根據本發明一個實施例的同一基板上的多個投影人工磁鏡的截面示意圖；圖103a-d是根據本發明實施例的投影人工磁鏡波導的示意圖；圖104是根據本發明一個實施例的用於帶內通信的單晶片投影人工磁鏡介面的示意圖；圖105是根據本發明一個實施例的對較低層的投影人工磁鏡的截面示意圖；圖106是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的運輸線的示意圖；圖107是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的濾波器的示意圖；圖108是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的電感器的示意圖；以及圖109是根據本發明一個實施例的具有共面投影人工磁鏡的天線的截面示意圖。
圖1是根據本發明一個實施例的多個光子晶體晶胞10的示意圖，包括金屬散射體12的共面陣列層。每層金屬散射體12包括整合(介電)層14和多個光子晶體晶胞10(例如金屬盤)。光子晶體晶胞10的一個單層16可以配置如圖。
圖2是根據本發明一個實施例的晶體晶胞10的理論表示的示意圖，晶體晶胞10具有傳播矩陣18、散射矩陣20和第二傳播矩陣22。盤介質的分析方法可以用下式表示：
其中，kr是散射體的電磁大小，θ d是介電層中的入射角，a是相對UC(近似填充率)的散射體大小，Ce和Cm分別是電和磁耦合常數。
其中，插入項對應於四極輻射校正(quadrupole radioactive correction)。
該分析方法適用於任意入射角度和任意偏振。該方法還可以應用於矩形或圓形波導中的圓柱激發(cylindrical excitation)和模態激發(modal excitation)。另外，該方法在主傳播模式內可使其有效範圍具有一定的擴展。
繼續上述等式，四方平面陣列的電磁耦合可以表示如下：
重建S參數換算結果：
Ψ,=j sin(k 0 cn cos(θ d ))+cos(k 0 cn cos(θ d ))Y, τ,=cos(k 0 cn cos(θ d ))+j sin(k 0 cn cos(θ d ))Y,
其中，cn對應於主折射率，na對應於波阻抗，i對應於偏振。
圖3是根據本發明一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。在第一頻帶中，光子晶體晶胞提供低頻電介質24；在第二頻帶中，光子晶體晶胞提供第一電磁帶隙(electromagnetic band gap,EBG)26；在第三頻帶中，光子晶體晶胞提供帶通濾波器28；在第四頻帶中，光子晶體晶胞提供第二EBG 30。
在本例中，光子晶體晶胞被設計為在高達40GHz的頻率範圍內提供上述特性。在另一設計下，光子晶體晶胞可以在其他頻率提供上述至少一種特性。例如，光子晶體晶胞可以在60GHz提供帶通濾波器、在60GHz提供電磁帶隙(EBG)等。又例如，光子晶體晶胞可以在其他微波頻率(例如3GHz到300GHz)提供至少一種上述特性。
圖4是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。例如，該圖分別示出了光子晶體晶胞的有效回應函數和的共振磁化的發展。
參考該圖表，非磁性金屬-介電光子晶體中的人工磁體通過在光子晶體中堆疊交流電流片以產生用於特定頻帶的強磁性偶極子密度來發展。k+1對單層的相關磁化強度平行於該位置的總磁場，並由下式給出：
其中，Js (2k+1)是該對中的一個單層的表面電流密度。該對中的相鄰單層具有相反的電流密度。這種磁偶極子片提高了總的磁偶極距和相應的人工磁性。它僅僅出現在電磁帶隙內。這在光子晶體中產生人工磁導體(AMC)現象。
圖5是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。該圖示出了變質材料(metamorphic material)例如光子晶體的各種性質。在這種材料中，半無限介質的反射係數僅僅依賴於複波阻抗，可以用下式表示：
改變n值，可以展現出該材料的各種性質。例如，將n設為+/-0.1可以產生電壁32的性質；將n設為+/-0.5可以產生放大器34的性質；將n設為+/-1可以產生吸收器(absorber)36的性質；將n設為+/-10可以產生磁壁38的性質。
圖6是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。特別地，該圖示出各種條件下(例如變化的k0c)變質材料的各種性質。
圖7是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞10的示意圖。在該示意圖中，重配置變質材料以便在大致相同的頻率實現電磁躍遷。每個晶胞包括一個或多個開關40(例如二極體和/或MEMS開關)來耦合晶胞以產生光子晶體或其補充物。
圖8是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞10的示意圖。在本例中，第一層和第三層晶胞使它們各自的開關40開啟，而第二層上的晶胞使它們各自的開關40關閉。在這種配置中，第 一層和第三層提供相似的電流片(current sheet)，且第二層提供互補的電流片。
圖9是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。參考該示意圖，互補螢幕的巴比內準則(Babinet’s principle)的分析方法可以用布克關係(Booker’s relation)的格式表示。就此而言，可以調整變質材料(例如光子晶體)以提供圖中左圖所示的基於電容的特性，以及右圖所示的基於電感的特性。
圖10是根據本發明另一個實施例的對應的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。在該圖中，左邊的圖對應於其下所示的光子晶體(例如每層上的晶胞的開關是開啟的)。該圖右邊的圖表表示每層上的晶胞的開關關閉時光子晶體的特性。
圖11是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。在該圖中，各層上開關的開啟和關閉被調節。對於左邊的圖表，細實線表示第一和第三層上的開關開啟且第二層上的開關關閉時光子晶體的特性；虛線表示各層上的開關都開啟時的特性；粗實線表示各層上的開關都關閉時的特性。
對於右邊的圖表，細實線表示第一和第三層上的開關關閉且第二層上的開關開啟時光子晶體的特性；虛線表示各層上的開關都開啟時的特性；粗實線表示各層上的開關都關閉時的特性。
圖12是根據本發明另一個實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。在該圖中，折射率隨頻率變化且與對應於通過共振逆散射的有效回應函數。因此，通過S參數和分析逆散射方法，可以將光子晶體定性為均勻變質材料。這將導致對復函數{ε(ω)，μ(ω)}或等效地{n(ω)，η(ω)}的求導，其對共振頻率區域都是有效的。數學上，可以表示如下：，，其中n為複波阻抗；，，其中Re_n和Im_n 為複折射率；
圖13是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。這些圖示出光子樣本的阻抗特性，並說明了復函數{ε(ω)，μ(ω)}、{n(ω)，η(ω)}與光子晶體厚度無關，這提供了均勻描述的有效證明。
圖14是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。這些圖示出具有短盤介質的光子樣本的阻抗特性。
圖15是根據本發明附加實施例的多個光子晶體晶胞的頻率響應的示意圖。特別地，左邊的圖表說明了光子晶體的各層的各種開關配置下折射率隨頻率的變化，且右邊的圖表說明了光子晶體的各層的各種開關配置下介電常數隨頻率的變化。
在兩個圖表中，細實線對應於每層的開關都開啟；虛線對應於每層的開關都關閉；且粗實線對應於第一和第三層上的開關開啟而第二層上的開關關閉。
圖16是根據本發明一個實施例的通過射頻(RF)和/或毫米波 (MMW)通信介質44進行通信的通信設備42的示意框圖。每一個通信設備42包括基帶處理模組46、發射器部分48、接收器部分50以及RF和/或MMW天線結構52(例如無線通信結構)。將參考圖17-78中至少一幅對RF和/或MMW天線結構52進行詳細描述。注意，通信設備42可以是移動電話、無線局域網(WLAN)用戶端、WLAN接入點、電腦、視頻遊戲機、定位設備、雷達設備和/或播放單元等。
基帶處理模組46可以通過處理模組實施，該處理模組可以是單個處理設備或多個處理設備。該處理設備可以是微處理器、微控制器、數位信號處理器、微電腦、中央處理器單元、現場可編程閘陣列、可編程邏輯設備、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或任意根據電路的硬代碼和/或操作指令來處理信號(類比和/或數位)的設備。處理模組可以具有相關的記憶體和/或記憶體元件，上述記憶體和/或記憶體元件可以是單個記憶體設備、多個記憶體設備和/或處理模組的嵌入式電路。該記憶體設備可以是唯讀記憶體、隨機訪問記憶體、易失性記憶體、非易失性記憶體、靜態記憶體、動態記憶體、快閃記憶體、高速緩衝記憶體和/或存儲數位資訊的任意設備。注意若處理模組包括多個處理設備，這些處理設備可以集中排布(例如，通過有線和/或無線匯流排結構直接連接在一起)或分散排布(例如，通過經局域網和/或廣域網的間接連接進行雲計算)。還要注意，當處理模組通過狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路執行它的一個或多個功能時，存儲相應操作指令的記憶體和/或記憶體元件可以嵌入或外接於包含該狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路的電路中。還應注意，記憶體元件存儲、且處理模組執行與如圖16-78中所示的至少一些步驟和/或功能相關的硬代碼和/或操作指令。
在一個工作實例中，一個通信設備42將資料(例如語音、文本、音頻、視頻、圖形等)發送給其他通信設備42。例如，基帶處 理模組46接收資料(例如輸出資料)，並根據一個或多個無線通信標準(例如GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE802.11、藍牙、紫蜂、通用移動電信系統(UMTS)、長期演進(LTE)、IEEE802.16、資料優化改進(EV-DO)等)將資料轉化為一個或多個輸出符號流。這種轉化包括以下至少一項：加擾、穿刺(puncturing)、編碼、交錯、群映射、調製、頻率擴展、跳頻、波束成形、空時分組編碼、空頻分組編碼、頻域-時域轉換和/或數位基帶-中頻轉換。注意，基帶處理模組46將輸出資料轉換為單個輸出符號流，以實現單輸入單輸出(SISO)通信和/或多輸入單輸出(MISO)通信，並將輸出資料轉換為多個輸出符號流，以實現單輸入多輸出(SIMO)和多輸入多輸出(MIMO)通信。
發射器部分48將一個或多個輸出符號流轉化為一個或多個具有所給頻帶(例如，2.4GHz、5GHz、57-66GHz等)內的載波頻率的輸出RF信號。在一個實施例中，可以通過將一個或多個輸出符號流與本地振盪混頻來產生一個或多個上變頻信號。一個或多個功率放大器和/或功率放大器驅動器放大可能經RF帶通濾波的一個或多個上變頻信號以產生輸出RF信號。在另一個實施例中，發射器部分48包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供相位資訊(例如，+/-△θ[相移]和/或θ(t)[相位調製])，這些相位資訊可以用來調整振盪的相位以產生作為輸出RF信號發射的經調相的RF信號。在另一個實施例中，輸出符號流包括幅度資訊(例如，A(t)[幅度調製])，這些幅度資訊可以用來調整經調相的RF信號的幅度以產生輸出RF信號。
在另一個實施例中，發射器部分48包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供頻率資訊(例如，+/-△f[頻移]和/或f(t)[頻率調製])，這些頻率資訊可以用來調整振盪的頻率以產生作為輸出RF信號發送的經調頻的RF信號。在另一個實施例中，輸出符號流包括幅度資訊，這些幅度資訊可以用來調整經調頻的RF信號的幅度 以產生輸出RF信號。在另一個實施例中，發射器部分48包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供幅度資訊(例如+/-△A[幅移]和/或A(t)[幅度調製])，這些幅度資訊可以用來調整振盪的幅度以產生輸出RF信號。
RF和/或MMW天線結構52接收一個或多個輸出RF信號並發送。其他通信設備42的RF和/或MMW天線結構52接收這一個或多個RF信號並將其提供給接收器部分50。
接收器部分50放大一個或多個輸入RF信號以產生一個或多個放大的輸入RF信號。然後，接收器部分50可以將放大的輸入RF信號的同相(I)和正交(Q)成分與本地振盪的同相和正交成分混頻以產生一個或多個混頻的I信號集合和混頻的Q信號集合。將每個混頻的I和Q信號合成以產生一個或多個輸入符號流。在本實施例中，一個或多個輸入符號流中的每一個可以包括相位資訊(例如，+/-△θ[相移]和/或θ(t)[相位調製])和/或頻率資訊(例如，+/-△f[頻移]和/或f(t)[頻率調製])。在另一個實施例中和/或在上述實施例的進一步推進中，輸入RF信號包括幅度資訊(例如+/-△A[幅移]和/或A(t)[幅度調製])。為了恢復幅度資訊，接收器部分50可以包括幅度探測器譬如包絡探測器、低通濾波器等。
基帶處理模組46根據一個或多個無線通信標準(例如GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE802.11、藍牙、紫蜂、通用移動電信系統(UMTS)、長期演進(LTE)、IEEE802.16、資料優化改進(EV-DO)等)將一個或多個輸入符號流轉換為輸入資料(例如語音、文本、音頻、視頻、圖形等)。這種轉化可以包括以下至少一項：數位中頻-基帶轉換、時域-頻域轉換、空-時分組解碼、空-頻分組解碼、解調、頻率擴展解碼、跳頻解碼、波束成形解碼、群去映射、解交錯、解碼、解穿刺和/或解加擾。注意，基帶處理模組將單個輸入符號流轉換為輸入資料，以實現單輸入單輸出(SISO)通信和/或多輸入單輸出(MISO)通信， 並將多個輸入符號流轉換為輸入資料，以實現單輸入多輸出(SIMO)和多輸入多輸出(MIMO)通信。
圖17是根據本發明一個實施例的包含封裝基板56和管芯(die)58的積體電路(IC)54的示意圖。管芯58包括基帶處理模組60、RF收發器62、本地天線結構64和遠端天線結構66。該IC 54可以用在如圖16所示的通信設備42和/或其他無線通信設備中。
在一個實施例中，IC 54支持本地和遠端通信，其中本地通信是很短的範圍(例如小於0.5米)，遠端通信是較長的範圍(例如大於1米)。例如，本地通信可以是一個設備中IC與IC間的通信、IC與板間的通信和/或板與板間的通信，而遠端通信可以是移動電話通信、WLAN通信、藍牙微型網通信、對講機通信等。另外，遠端通信的內容可以包括圖形、數位語音信號、數位音頻信號、數位視頻信號和/或輸出文本信號。
圖18是根據本發明一個實施例的包含封裝基板56和管芯58的積體電路(IC)54的示意圖。除了遠端天線結構66在封裝基板56上以外，該實施例與圖17所示的實施例相同。相應地，IC 54包括從封裝基板56上的遠端天線結構66到管芯58上的RF收發器62間的連接。
圖19是根據本發明一個實施例的包含封裝基板56和管芯58的積體電路(IC)54的示意圖。除了本地天線結構64和遠端天線結構66都位於封裝基板56上以外，該實施例與圖17所示的實施例相同。相應地，IC 54包括從封裝基板56上的遠端天線結構66到管芯58上的RF收發器62以及從封裝基板56上的本地天線結構64到管芯58上的RF收發器62間的連接。
圖20是根據本發明一個實施例的包含封裝基板72和管芯74的積體電路(IC)70的示意圖。管芯74包括控制模組76、RF收發器78和多個天線結構80。控制模組76可以是單個處理設備或多個處理設備(如前面定義的)。注意，IC 70可以用於圖16所示的通 信設備42和/或其他無線通信設備中。
在工作過程中，控制模組76配置多個天線結構80中至少一個，以提供輸入RF信號82給RF收發器78。另外，控制模組76配置多個天線結構80中至少一個，以便從RF收發器78接收輸出RF信號84。在本實施例中，多個天線結構80位於管芯74上。在一個替代實施例中，多個天線結構80的第一天線結構位於管芯74上，而多個天線結構80的第二天線結構位於封裝基板72上。注意，多個天線結構80的一個天線結構可以包括以下至少一項：天線、傳輸線、變壓器以及阻抗匹配電路。
RF收發器78將輸入RF信號82轉換為輸入符號流。在一個實施例中，輸入RF信號82具有位於大約55GHz到64GHz的頻帶中的載波頻率。另外，RF收發器78將輸出符號流轉換為輸出RF信號，輸出RF信號具有位於大約55GHz到64GHz的頻帶中的載波頻率。
圖21是根據本發明一個實施例的包含封裝基板72和管芯74的積體電路(IC)70的示意圖。除了多個天線結構80位於封裝基板72上以外，該實施例與圖20所示的實施例相同。相應地，IC 70包括從封裝基板72上的多個天線結構80到管芯74上的RF收發器78間的連接。
圖22是根據本發明一個實施例的在積體電路(IC)的管芯86的一個或多個層88上實施的天線結構90的示意圖。管芯86包括多個層88並可以由CMOS製造工藝、砷化鎵製造工藝或其他IC製造工藝製成。在本實施例中，根據管芯86的外層上的天線90所需的天線性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)，形成的一個或多個天線90可以是具有特定長度和形狀的一個或多個金屬線路(metal trace)。
在與用於支援天線的層距離d的內層上，形成投影人工磁鏡(PAMM)92。可以按照多種配置中的一種形成PAMM 92，這將參 考圖33-63進行詳細描述。PAMM 92可以通過一個或多個導通孔96與管芯86的金屬襯墊94(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 92可以與金屬襯墊94電容耦合(即不是通過導通孔96與金屬襯墊94直接連接，而是通過PAMM 92的金屬元件與金屬襯墊94之間的電容耦合)。
PAMM 92在給定頻帶中作為天線90的磁場反射器使用。以這種方式，形成于管芯86的其他層上的電路元件98(例如基帶處理器、發射器部分和接收器部分的元件等)基本上被遮罩掉了天線的RF和/或MMW能量。另外，PAMM 92的反射本質使天線90的增益至少增加了3dB。
圖23是根據本發明一個實施例的在積體電路(IC)的封裝基板102的一個或多個層上實施的天線結構100的示意圖。封裝基板102包括多個層104，且可以是印刷電路板或其他類型的基板。在本實施例中，根據封裝基板102的外層上的天線100所需的天線性質，形成的一個或多個天線100可以是具有特定長度和形狀的一個或多個金屬線路。
在封裝基板100的內層上，形成投影人工磁鏡(PAMM)106。可以按照多種配置中的一種形成PAMM 106，這將參考圖33-63進行詳細描述。PAMM 106可以通過一個或多個導通孔112與管芯108的金屬襯墊110(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 106可以與金屬襯墊110電容耦合。
圖24是根據本發明一個實施例的天線結構114的示意圖，除了天線114形成于管芯86的至少兩個層88上以外，天線結構114與圖22所示的天線結構相同。天線114的不同層可以以串聯方式和/或並聯方式耦合，以便實現天線114的所需性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)。
圖25是根據本發明一個實施例的天線結構116的示意圖，除了天線116形成于封裝基板102的至少兩個層104上以外，天線 結構116與圖23所示的天線結構相同。天線116的不同層可以以串聯方式和/或並聯方式耦合，以便實現天線116的所需性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)。
圖26是根據本發明一個實施例的形成于積體電路的管芯118上的隔離結構的示意圖。管芯118包括多個層120並可以由CMOS製造工藝、砷化鎵製造工藝或其他IC製造工藝製成。在本實施例中，一個或多個雜訊電路122形成于管芯118的外層上。該雜訊電路122包括但不限於數位電路、邏輯門、記憶體、處理核等。
在與用於支援雜訊電路122的層距離為d的內層上，形成PAMM 124。可以按照多種配置中的一種形成PAMM 124，這將參考圖33-63進行詳細描述。PAMM 124可以通過一個或多個導通孔128與管芯118的金屬襯墊126(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 124可以與金屬襯墊126電容耦合(即不是通過導通孔128與金屬襯墊126直接連接，而是通過PAMM 124的金屬元件與金屬襯墊126之間的電容耦合)。
PAMM 124在給定頻帶中作為雜訊電路122的磁場反射器使用。以這種方式，形成于管芯118的其他層上的雜訊敏感元件130(例如類比電路、放大器等)基本上被遮罩掉了雜訊電路的帶內RF和/或MMW能量。
圖27是根據本發明一個實施例的在積體電路(IC)的封裝基板132的一個或多個層上實施的隔離結構的示意圖。封裝基板132包括多個層134，且可以是印刷電路板或其他類型的基板。在本實施例中，一個或多個雜訊電路136形成于封裝基板132的外層上。
在封裝基板132的內層上，形成PAMM 138。可以按照多種配置中的一種形成PAMM 138，這將參考圖33-63進行詳細描述。PAMM 138可以通過一個或多個導通孔142與管芯132的金屬襯墊140(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 138可以與金屬襯墊140電容耦合，並為雜訊敏感元件144提供對雜訊電路144的 帶內RF和/或MMW能量的遮罩。
圖28是根據本發明一個實施例的與一個或多個電路元件耦合的天線結構的透視圖。該天線結構包括形成于管芯和/或封裝基板的外層148上的偶極子天線146以及形成于管芯和/或封裝基板的內層152上的PAMM 150。電路元件154形成于管芯和/或封裝基板的一個或多個層上，這些層可能是底層158。金屬襯墊160形成於底層158上。儘管沒有示出，天線結構還可以包括傳輸線和阻抗匹配電路。
PAMM 150包括至少一個開口以允許一個或多個天線連接156穿過其中，從而實現天線到至少一個電路元件154(例如功率放大器、低雜訊放大器、發射/接收開關、迴圈器等)的電氣連接。這些連接可以是絕緣的或不絕緣的金屬導通孔。
圖29是根據本發明一個實施例的管芯和/或封裝基板上的天線結構的示意圖。天線結構包括天線元件162、PAMM 164和傳輸線。在本實施例中，天線元件162與PAMM 164垂直，且長度大約為它所收發的RF和/或MMW信號的1/4波長。PAMM 164可以是圓形、橢圓形、矩形或其他任意形狀的，以便為天線元件162提供有效接地。PAMM 164包括一開口，以便實現傳輸線與天線元件162的連接。
圖30是根據圖29所示實施例的天線結構的截面示意圖。天線結構包括天線元件162、PAMM 164和傳輸線166。在本實施例中，天線元件162與PAMM 164垂直，且長度大約為它所收發的RF和/或MMW信號的1/4波長。如圖所示，PAMM 164包括一開口，以便實現傳輸線與天線元件162的連接。
圖31是根據本發明一個實施例的管芯上和/或封裝基板上的天線結構的示意圖。該天線結構包括多個離散的天線元件168、PAMM 170以及傳輸線。在本實施例中，多個離散的天線元件168包括多個無窮小天線(即長度<=1/50波長)或多個小型天線(即長度 <=1/10波長)，以提供離散的天線結構，其功能與連續的垂直偶極子天線相似。PAMM 170可以是圓形、橢圓形、矩形或其他任意形狀的，以便為多個離散的天線元件168提供有效接地。
圖32是根據本發明一個實施例的管芯上和/或封裝基板上的天線結構的示意圖。該天線結構包括天線元件、PAMM 182和傳輸線。在本實施例中，天線元件包括多個基本封閉的金屬線和導通孔。該基本封閉的金屬線可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形或其他任意形狀的。
在一個實施例中，第一基本封閉的金屬線172位於第一金屬層174上，第二基本封閉的金屬線178位於第二金屬層180上，導通孔176連接第一基本封閉的金屬線172與第二基本封閉的金屬線178以提供螺旋狀的天線結構。PAMM 182可以是圓形、橢圓形、矩形或其他任意形狀的，以便為天線元件提供有效接地。PAMM 182包括一開口，以便實現傳輸線與天線元件的連接。
圖33-51示出了PAMM的各種實施例和/或特點，隨後將對此進行描述。一般地，PAMM 184包括多個導電線圈、一金屬襯墊和一介電材料。多個導電線圈在基板(例如印刷電路板、積體電路封裝基板和/或IC管芯)的第一層上排布成陣列(例如圓形、矩形等)。金屬襯墊位於基板的第二層上。介電材料(例如印刷電路板材料、IC的非金屬層等)位於基板的第一和第二層之間。例如，多個導電線圈可以位於基板的內層上，金屬襯墊可以位於相對導電線圈層的外層上。
導電線圈與金屬襯墊通過導通孔(例如直接電氣連接)或通過電容耦合電氣相連。由於相連，導電線圈和金屬襯墊190形成電感-電容網路，大幅減少了沿基板第三層的給定頻帶的表面波。注意，第一層位於第二和第三層之間。以這種方式，PAMM在第三層提供了有效磁鏡，使得第三層上的電路元件(例如電感、濾波器、天線等)與導電線圈層的另一側上的電磁信號電磁隔離。另 外，導電線圈層一側上的電磁信號被反射回第三層上的電路元件，使它們可加入電路元件所接收和/或生成的電磁信號或從中減去(根據距離和頻率)。
大小、形狀以及第一、二和三層間的距離d影響PAMM 184的磁鏡像性質。例如，導電線圈的形狀可以包括以下至少一種：圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形和橢圓形，導電線圈的模式可以包括以下至少一種：互連分支、n階皮亞諾(Peano)曲線以及n階希爾伯特(Hilbert)曲線。導電線圈中的每一個可以具有相同的形狀、相同的模式、不同的形狀、不同的模式和/或可編程的大小和/或形狀。例如，第一導電線圈具有第一大小、第一形狀和第一模式，第二導電線圈具有第二大小、第二形狀和第二模式。作為一個具體的例子，導電線圈的長度小於或等於給定頻帶的最大頻率的1/2波長。
圖33是根據本發明一個實施例的單個層上包含多個金屬貼片(metal patch)186的投影人工磁鏡184的示意圖。金屬貼片中的每一個具有大致相同的形狀、大致相同的模式以及大致相同的大小。形狀可以是圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等；模式可以是盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
金屬貼片可以通過一個或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，金屬貼片可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。
多個金屬貼片186成陣列排布(例如如圖所示的3*5)。該陣列可以具有不同大小和形狀。例如，該陣列可以是n*n正方金屬貼片陣列，其中n至少為2。又例如，該陣列可以是金屬貼片大小和數量逐漸增加的同心環集合。又例如，該陣列可以是三角形、六邊形、八邊形等。
圖34是根據本發明一個實施例的位於單個層上包含多個金屬 貼片186的投影人工磁鏡184的示意圖。金屬貼片具有大致相同的形狀、大致相同的模式，但是具有不同的大小。形狀可以是圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等；模式可以是盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
金屬貼片可以通過一個或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，金屬貼片可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。
多個金屬貼片186成陣列排布，且不同大小的金屬貼片可以在不同位置。例如，較大的金屬貼片可以位於陣列的外部，較小的金屬貼片可以位於陣列的內部。又例如，較大和較小金屬貼片可以相互穿插。儘管只示出了兩種大小的金屬貼片，但可以使用更多大小的金屬貼片。
圖35是根據本發明一個實施例的位於單個層上包含多個金屬貼片186的投影人工磁鏡184的示意圖。金屬貼片中具有不同的形狀、大致相同的模式以及大致相同的大小。形狀可以是圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等；模式可以是盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
金屬貼片可以通過一個或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，金屬貼片可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。
多個金屬貼片186成陣列排布，且不同形狀的金屬貼片可以在不同位置。例如，一種形狀的金屬貼片可以位於陣列的外部，另一種形狀的金屬貼片可以位於陣列的內部。又例如，不同形狀的金屬貼片可以相互穿插。儘管只示出了兩種形狀的金屬貼片，但可以使用更多形狀。
圖36是根據本發明一個實施例的位於單個層上包含多個金屬貼片186的投影人工磁鏡184的示意圖。金屬貼片中具有不同的形狀、大致相同的模式以及不同的大小。形狀可以是圓形、正方 形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等；模式可以是盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
金屬貼片可以通過一個或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，金屬貼片可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。
多個金屬貼片186成陣列排布，且不同形狀和大小的金屬貼片可以在不同位置。例如，一種形狀和大小的金屬貼片可以位於陣列的外部，另一種形狀的金屬貼片可以位於陣列的內部。又例如，不同形狀和大小的金屬線路可以相互穿插。
作為對PAMM 184的另一替代實施例，可以改變金屬貼片的模式。因此，可以改變金屬貼片的大小、形狀以及模式，以便獲得PAMM 184的所需性質。
圖37是根據本發明一個實施例的位於單個層上包含多個金屬貼片192的投影人工磁鏡184的示意圖。金屬貼片中的每一個具有大致相同的形狀、大致相同的改進波利亞曲線模式以及大致相同的大小。形狀可以是圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等；模式可以是盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
金屬貼片可以通過一個或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，金屬貼片可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。
多個金屬貼片192成陣列排布(例如如圖所示的3*5)。該陣列可以具有不同大小和形狀。例如，該陣列可以是n*n正方金屬貼片陣列，其中n至少為2。又例如，該陣列可以是金屬貼片大小和數量逐漸增加的同心環集合。又例如，該陣列可以是三角形、六邊形、八邊形等。
作為替代，金屬貼片的大小和/或形狀可以是不同的，以便實現PAMM 184所期望的性質。作為另一替代，每個金屬貼片的改 進波利亞曲線的階數、寬度和/或比例因數都可以是不同的，以便實現所期望的PAMM 184的性質。
圖38a-38e是根據本發明實施例的具有恒定寬度(w)和形狀因數(s)以及變化階數(n)的改進波利亞曲線(MPC)金屬線路的示意圖。具體地，圖38a示出了二階MPC金屬線路；圖38b示出了三階MPC金屬線路；圖38c示出了四階MPC金屬線路；圖38d示出了五階MPC金屬線路；圖38e示出了六階MPC金屬線路。注意，多邊形中還可以使用更高階的MPC金屬線路以提供天線結構。
圖39a-39c是根據本發明實施例的具有恒定寬度(w)和階數(n)以及變化形狀因數(s)的MPC金屬線路的示意圖。具體地，圖39a示出了具有0.15形狀因數的MPC金屬線路；圖39b示出了具有0.25形狀因數的MPC金屬線路；圖39c示出了具有0.5形狀因數的MPC金屬線路。注意，MPC金屬線路還可以具有其他形狀因數以提供天線結構。
圖40a-40b是根據本發明實施例的MPC(改進波利亞曲線)金屬線路的示意圖。在圖40a中，MPC金屬線路被限制在直角三角形形狀中並可以包括兩種元素：較短的有角度直線和曲線。在該實施例中，天線結構用於至少兩個頻帶中。例如，該天線結構可以用於2.4GHz頻帶和5.5GHz頻帶中。
圖40b示出了圖40a所示天線結構的優化。在該示意圖中，直線線路包括延伸金屬線路194，且曲線被縮短。具體地，延伸線路194和/或曲線線路的縮短調節了天線結構的性質(例如頻帶、帶寬、增益等)。
圖41a-41h是根據本發明實施例的改進波利亞曲線的受限多邊形形狀的示意圖。具體地，圖41a示出了等腰三角形；圖41b示出了等邊三角形；圖41c示出了直角三角形；圖41d示出了任意三角形；圖41e示出了矩形；圖41f示出了五邊形；圖41g示出了六邊形；圖41h示出了八邊形。注意，還可以使用其他幾何形 狀來限定MPC金屬線路(例如圓形、橢圓形等)。
圖42是根據本發明一個實施例的可編程的金屬貼片的示意圖，該可編程金屬貼片可以被編程為具有一個或多個改進波利亞曲線。可編程金屬貼片包括多個排布在x*y矩陣中的更小金屬貼片。貫穿該矩陣的開關單元從控制模組接收控制信號以便將這些更小的金屬貼片耦合在一起，從而獲得所期望的改進波利亞曲線。注意，這些更小的金屬貼片可以是連續的盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
在該例中，可編程金屬貼片被配置為具有三階改進波利亞曲線金屬線路和四階改進波利亞曲線金屬線路。配置後的金屬線路可以是獨立的線路或耦合在一起。注意，可編程金屬貼片可以被配置為其他模式(例如連續的盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線等)。
圖43是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡的天線的示意圖，該投影人工磁鏡具有改進波利亞曲線線路。PAMM包括5*3金屬貼片陣列，具有改進的波利亞曲線模式196，這些金屬貼片具有大致相同的大小以及大致相同的形狀。該天線是一定大小和形狀的偶極子天線198，以便在60GHz頻帶中工作。
偶極子天線198的輻射元件位於PAMM 196之上，使得一個或多個連接可以穿過PAMM 196來將偶極子天線198耦合到PAMM 196另一側的電路元件上。在該例中，偶極子天線198形成于管芯和/或封裝基板的外層上，PAMM 196形成于管芯和/或封裝基板的內層上。PAMM的金屬襯墊(未示出)在比金屬貼片陣列更低的層上。
圖44是根據本發明另一個實施例的位於單個層上的包含多個線圈200的投影人工磁鏡184的示意圖。線圈中的每一個具有大致相同的大小、形狀、長度和匝數。形狀可以是圓形、正方形、矩形、六邊形、八邊形、橢圓形等。注意，該線圈可以通過一個 或多個連接器188(例如導通孔)與金屬襯墊190相連。替代地，線圈可以與金屬襯墊190電容耦合(例如無導通孔)。在一個具體實施例中，線圈的長度可以小於或等於PAMM 184的所期望的頻帶的1/2波長(即，在該頻帶中，表面波和電流不傳播，且切向磁場很小)。
多個線圈200成陣列排布(例如如圖所示的3*5)。該陣列可以具有不同大小和形狀。例如，該陣列可以是n*n正方線圈陣列，其中n至少為2。又例如，該陣列可以是線圈大小和數量逐漸增加的同心環集合。又例如，該陣列可以是三角形、六邊形、八邊形等。
圖45是根據本發明一個實施例的包含多個線圈202、金屬襯墊204以及一種或多種電介質206的投影人工磁鏡的截面示意圖。每個線圈通過一個或多個導通孔與金屬襯墊204耦合，並距離金屬襯墊204的距離為d。一種或多種電介質206位於金屬襯墊204和線圈202之間。電介質206可以是管芯和/或封裝基板的介電層。替代地，電介質206可以被注入金屬襯墊204和線圈202之間。儘管圖45參考線圈202來形成PAMM，該截面視圖可以應用於前面描述過的或隨後將要描述的PAMM的任意其他實施例中。
圖46是根據本發明一個實施例的圖45所示的投影人工磁鏡的示意框圖。在該示意圖中，每個線圈表示為電感器，線圈202間的電容表示為電容器，這些電容器的電容基於線圈與金屬襯墊間的距離d、線圈間的距離、線圈的大小以及電介質206的性質。從線圈到金屬襯墊的連接可以在電感器的分接頭(tap)處實現，該分接頭可以位於線圈上的一個或多個位置處。
如圖所示，PAMM是可以被配置為實現圖1-15中至少一幅所示的各種頻率回應的分散式電感-電容網路。例如，可以改變線圈的大小來獲得所期望的電感。另外，可以改變電感器間的距離來 調節其間的電容。因此，通過調節分散式電感-電容網路的電感和/或電容，可以得到所期望的頻帶內的一個或多個所期望的PAMM性質(例如放大器、帶通、帶隙、電壁、磁壁等)。
圖47是根據本發明另一個實施例的包含多個線圈202、金屬襯墊204以及一種或多種電介質206的投影人工磁鏡的截面示意圖。一種或多種電介質206位於金屬襯墊204和線圈202之間。電介質206可以是管芯和/或封裝基板的介電層。替代地，電介質206可以被注入金屬襯墊204和線圈202之間。注意，線圈202不是通過導通孔與金屬襯墊204相連。儘管圖47參考線圈202來形成PAMM，該截面視圖可以應用於前面描述過的或隨後將要描述的PAMM的任意其他實施例中。
圖48是根據本發明另一個實施例的圖47所示的投影人工磁鏡的示意框圖。在該示意圖中，每個線圈表示為電感器，線圈202間的電容表示為電容器，線圈和金屬襯墊間的電容也表示為電容器。
如圖所示，PAMM是可以被配置為實現圖1-15中至少一幅所示的各種頻率回應的分散式電感-電容網路。例如，可以改變線圈的大小來獲得所期望的電感。另外，可以改變電感器間的距離(和/或線圈與金屬襯墊間的距離)來調節其間的電容。因此，通過調節分散式電感-電容網路的電感和/或電容，可以得到所期望的頻帶內的一個或多個所期望的PAMM性質(例如放大器、帶通、帶隙、電壁、磁壁等)。
圖49是根據本發明另一個實施例的結合圖45和47所示實施例的投影人工磁鏡的截面示意圖。具體地，線圈202中的一部分通過導通孔與金屬襯墊204耦合，而另一部分不是。儘管圖49參考線圈202來形成PAMM，該截面視圖可以應用於前面描述過的或隨後將要描述的PAMM的任意其他實施例中。
圖50是根據本發明另一個實施例的圖49所示的投影人工磁 鏡的示意框圖。在該示意圖中，每個線圈表示為電感器，線圈間的電容表示為電容器，線圈和金屬襯墊間的電容也表示為電容器。圖中還示出，一些線圈通過連接部(例如導通孔)與金屬襯墊直接相連，而另一些線圈與金屬襯墊電容耦合。
如圖所示，PAMM是可以被配置為實現圖1-15中至少一幅所示的各種頻率回應的分散式電感-電容網路。例如，可以改變線圈的大小來獲得所期望的電感。另外，可以改變電感器間的距離(和/或線圈與金屬襯墊間的距離)來調節其間的電容。因此，通過調節分散式電感-電容網路的電感和/或電容，可以得到所期望的頻帶內的一個或多個所期望的PAMM性質(例如放大器、帶通、帶隙、電壁、磁壁等)。
圖51是根據本發明另一個實施例的包含多個線圈208-210、金屬襯墊204以及一種或多種電介質206的投影人工磁鏡的截面示意圖。第一部分多個線圈208位於第一層上，第二部分多個線圈210位於第二層上。每個線圈通過一個或多個導通孔與金屬襯墊204相連。一種或多種電介質206位於金屬襯墊204和線圈之間。電介質206可以是管芯和/或封裝基板的介電層。替代地，電介質206可以被注入金屬襯墊204和線圈202之間。
由於多個線圈層之間還形成了電容，這個PAMM的實施例產生了更複雜的分散式電感-電容網路。可以調整分散式電感-電容網路的電感器和/或電容器以實現圖1-15中至少一幅所示的各種頻率回應。例如，可以改變線圈的大小來獲得所期望的電感。另外，可以改變電感器間的距離、層間的距離和/或線圈與金屬襯墊間的距離來調節其間的電容。因此，通過調節分散式電感-電容網路的電感和/或電容，可以得到所期望的頻帶內的一個或多個所期望的PAMM性質(例如放大器、帶通、帶隙、電壁、磁壁等)。
圖51參考線圈來形成PAMM，該截面視圖可以應用於前面描述過的或隨後將要描述的PAMM的任意其他實施例中。另外，儘 管示出的每個線圈具有與金屬襯墊204的連接，但線圈中的部分或全部可以不具有如圖47和49所示的與金屬襯墊的連接。
圖52是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡212的天線的示意圖，該投影人工磁鏡具有螺旋線路(例如線圈)。PAMM 212包括5*3線圈陣列，這些線圈具有大致相同的大小、大致相同的長度、大致相同的匝數以及大致相同的形狀。該天線是一定大小和形狀的偶極子天線214，以便在60GHz頻帶中工作。
偶極子天線214的輻射元件位於PAMM 212之上，使得一個或多個連接可以穿過PAMM 212來將偶極子天線214耦合到PAMM 212另一側的電路元件上。在該例中，偶極子天線214形成于管芯和/或封裝基板的外層上，PAMM 212形成于管芯和/或封裝基板的內層上。PAMM 212的金屬襯墊(未示出)在比金屬貼片陣列更低的層上。
圖53是根據本發明一個實施例的同心螺旋線圈(例如關於中心點對稱)的輻射圖形的示意圖。面對外部電磁場(例如發射的RF和/或MMW信號)，線圈作為具有輻射圖形的天線使用，該輻射圖形與其x-y平面216正交。因此，當同心線圈包含在PAMM 218中時，它根據自己的輻射圖形反射電磁能量。例如，當以一定入射角接收電磁信號時，作為PAMM 218一部分的同心線圈將以相應反射角(即，反射角等於入射角)反射信號。
圖54是根據本發明一個實施例的具有多個同心螺旋線圈220的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖。參考圖53所述的，同心螺旋線圈的輻射圖形正交於其x-y平面。因此，同心螺旋線圈220的陣列將產生複合輻射圖形，該複合輻射圖形正交於其x-y平面，這將導致該陣列作為電磁信號的鏡像使用(在PAMM的頻帶內)。
圖55是現有偶極子天線224的輻射圖形的示意圖。如圖所示，偶極子天線224具有前向輻射圖形226和圖像輻射圖形228，它們正交於天線224的平面。當使用時，在可能的情況下，定位 天線224，使得所接收的信號位於前向輻射圖形226中，其中該天線的增益為其最大值。
圖56是具有投影人工磁鏡232的偶極子天線230的輻射圖形的示意圖。在該例中，前向輻射圖形236與圖55所示的前向輻射圖形226相似。但是，圖像輻射圖形234被PAMM 232反射到與前向輻射圖形236同一方向。在PAMM 232阻擋了其另一側的信號的同時，由於圖像輻射圖形234的反射，PAMM 232針對PAMM 232的天線側上的信號將天線230的增益增加了至少3dB。
圖57是偏心螺旋線圈238(例如關於中心點不對稱)的輻射圖形240的示意圖。面對外部電磁場(例如發射的RF和/或MMW信號)，偏心螺旋線圈238作為具有輻射圖形240的天線使用，輻射圖形240偏離正交於其x-y平面。偏離角(例如θ)基於螺旋線圈238的不對稱度。一般而言，螺旋線圈238的不對稱度越大，偏離角也將越大。
當偏心螺旋線圈238包含在PAMM中時，它根據自己的輻射圖形240反射電磁能量。例如，當以一定入射角接收電磁信號時，作為PAMM一部分的偏心螺旋線圈238將以加上偏離角的相應反射角(即，反射角等於入射角加上偏離角，其將逐漸平行於x-y平面)反射信號。
圖58是根據本發明一個實施例的具有一些偏心和同心螺旋線圈242的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖。同心螺旋線圈246具有參考圖53描述的一般輻射圖形，偏心螺旋線圈244具有如圖57所示的偏離輻射圖形。對於偏心和同心螺旋線圈的組合242，在距離PAMM表面一定距離處產生聚焦點。聚焦點的焦點(例如它的相對大小)和它到PAMM表面的距離基於偏心螺旋線圈244的偏離角、同心螺旋線圈246的數量、偏心螺旋線圈244的數量以及這兩種類型螺旋線圈的位置。
圖59是根據本發明另一個實施例的具有第一類型偏心螺旋線 圈250、第二類型偏心螺旋線圈252以及同心螺旋線圈246的投影人工磁鏡的輻射圖形的示意圖。同心螺旋線圈246具有參考圖53描述的一般輻射圖形，偏心螺旋線圈250-252具有如圖57所示的偏離輻射圖形。第一類型偏心螺旋線圈250具有第一偏離角，第二類型偏心螺旋線圈252具有第二偏離角。在該例中，第二偏離角大於第一偏離角。
對於偏心和同心螺旋線圈的組合242，在距離PAMM表面一定距離處產生聚焦點。聚焦點的焦點(例如它的相對大小)和它到PAMM表面的距離基於偏心螺旋線圈250-252的偏離角、同心螺旋線圈246的數量、偏心螺旋線圈250-252的數量以及這兩種類型螺旋線圈的位置。
儘管該例示出了兩種類型偏心螺旋線圈250-252，還可以使用不止兩種類型。偏心螺旋線圈250-252的類型數量至少部分依賴于其應用。例如，可使用至少兩種類型的偏心螺旋線圈250-252來最佳地完成天線應用。
圖60是根據本發明的具有第一類型偏心螺旋線圈、第二類型偏心螺旋線圈以及同心螺旋線圈的投影人工磁鏡的示意圖。同心螺旋線圈具有參考圖53描述的一般輻射圖形，偏心螺旋線圈具有如圖57所示的偏離輻射圖形。第一類型偏心螺旋線圈具有第一偏離角，第二類型偏心螺旋線圈具有第二偏離角。在該例中，第二偏離角大於第一偏離角。
如圖所示，PAMM的整體形狀是圓形(但還可以是橢圓形、正方形、矩形或其他形狀)，其中同心螺旋線圈具有一定模式且位於中心。第一類型偏心螺旋線圈具有對應模式且環繞(至少部分)同心螺旋線圈，相反地，第一類型偏心螺旋線圈又被具有第二對應模式的第二類型偏心螺旋線圈環繞(至少部分)。
注意，儘管圖53-60顯示線圈通過導通孔與金屬襯墊相連，但至少一個線圈可以前面所描述的與金屬襯墊電容耦合。因此， 具有偏心螺旋線圈和同心螺旋線圈的PAMM可以具有與圖47和49所示金屬襯墊連接模式相似的連接模式。
圖61是根據本發明一個實施例的包含一個或多個天線256以及多個線圈258的有效碟形天線254的示意圖，多個線圈258形成PAMM。該PAMM可以與圖60所示PAMM相同，包括環繞同心螺旋線圈246的兩種類型偏心螺旋線圈250-252。一個或多個天線256位於PAMM的聚焦點260中。以這種方式，PAMM作為天線256的碟，用於在聚焦點260聚集電磁信號的能量。因此，由基本平面結構實現碟形天線。
可以根據各種頻率範圍製造有效碟形天線254。例如，有效碟形天線254可以形成于管芯和/或封裝基板上以便在60GHz頻帶中使用。替代地，多個螺旋線圈258可以是離散元件，被設計為在500MHz-1GHz的C帶中和/或在12GHz-18GHz的K帶中(例如衛星電視和/或無線電頻帶)工作。又例如，有效碟形天線254可以用於900MHz頻帶、1800-1900MHz頻帶、2.4GHz頻帶、5GHz頻帶和/或RF和/或MMW通信使用的任意其他頻帶中。
圖62是根據本發明另一個實施例的包含一個或多個天線256、多個同心螺旋線圈246以及多種類型的偏心螺旋線圈250、252、266的有效碟形天線264的示意圖。在本實施例中，基於各種類型偏心螺旋線圈250、252、266的不平衡，聚焦點260偏離中心。如圖所示，只示出了第一類型偏心螺旋線圈250在同心螺旋線圈246的右側。在同心螺旋線圈246的左側是第二類型螺旋線圈252和第三類型螺旋線圈266。第三類型螺旋線圈254具有第三偏離角，第三偏離角大於第二偏離角。
偏心螺旋線圈的不平衡使有效碟形天線254相對於圖61所示發生了偏轉。因此，有效碟形天線264被配置為具有特定接收/發射角。
圖63是根據本發明一個實施例的包含多個有效碟形天線 254、264的有效碟形天線陣列268的示意圖。在本實施例中，有效碟形天線陣列268包括如圖61和62所示的有效碟形天線254、264。替代地，陣列268可以只包括圖61或圖62所示的有效碟形天線。又例如，該陣列可以包括與圖61和62所示例子不同的其他類型的有效碟形天線。
有效碟形天線陣列268可以具有如圖63所示的線性形狀，可以具有圓形形狀，可以具有橢圓形狀，可以具有正方形形狀，可以具有矩形形狀，或可以具有任意其他形狀。對於非線性形狀(例如圓形)，圖61所示的有效碟形天線254可以在圓的中心，被圖62所示的有效碟形天線264環繞。
圖64是有效碟形天線陣列的一個應用的示意圖。在本實施例中，一個或多個有效碟形天線和/或一個或多個有效碟形天線陣列272設置於機動車(例如轎車、卡車、客車等)的至少一個部件上。替代地，有效碟形天線和/或陣列272可以集成到機動車部件中。例如，轎車的塑膠後擋板中可以安裝有效碟形天線陣列。又例如，轎車的車頂中可以安裝有效碟形天線陣列。
對於機動車應用，有效碟形天線和/或陣列272的大小可以根據具體應用的頻帶進行變化。例如，對於60GHz應用，有效碟形天線和/或陣列272可以在積體電路上實施。又例如，對於衛星通信，有效碟形天線和/或陣列272將基於衛星信號的波長。
又例如，機動車可以裝配有多個有效碟形天線和/或陣列272。在本實施例中，一個碟形天線或陣列可以用於第一頻帶，第二碟形天線和/或陣列可以用於第二頻帶。
圖65是有效碟形天線陣列的另一個應用的示意圖。在本實施例中，一個或多個有效碟形天線和/或一個或多個有效碟形天線陣列272設置在建築物274(例如家、公寓樓、辦公樓等)上。替代地，有效碟形天線和/或陣列272可以集成到建築物的非導電表面材料中。例如，屋頂材料中可以安裝有效碟形天線陣列。又例如，壁 板材料中可以安裝有效碟形天線陣列。又例如，牆壁、天花板和/或屋頂材料中可以安裝有效碟形天線陣列。
對於建築物應用，有效碟形天線和/或陣列272的大小可以根據具體應用的頻帶進行變化。例如，對於60GHz應用，有效碟形天線和/或陣列272可以在積體電路上實施。又例如，對於衛星通信，有效碟形天線和/或陣列272將基於衛星信號的波長。
又例如，建築物274可以裝配有多個有效碟形天線和/或陣列。在本實施例中，一個碟形天線或陣列可以用於第一頻帶，第二碟形天線和/或陣列可以用於第二頻帶。在本實施例的進一步推進中，有效平面碟可以用於用來支持蜂窩通信的基站天線和/或用於無線局域網的接入點的天線。
圖66是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈276的示意圖。可調線圈276包括內部繞組部分278、外部繞組部分280和耦合電路282(例如MEM開關、RF開關等)。繞組部分278-280可以分別包括一匝或多匝，並可以具有相同的長度和/或寬度或不同的長度和/或寬度。
為了調整線圈276的特性(例如它的電感、電抗、電阻、與其他線圈和/或金屬襯墊耦合的電容)，繞組部分278-280可以並聯耦合(如圖68所示)、串聯耦合(如圖67所示)或作為單獨線圈使用。
利用可調線圈，可以調整PAMM以便在不同頻帶工作。例如，在工作在兩個頻帶的多模通信設備中，天線結構(或其他電路結構[例如傳輸線、濾波器、電感器等])的PAMM被調整為對應於通信設備中正在使用的頻帶。
圖69是根據本發明一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的截面示意圖。如圖所示，繞組部分286在一層上，耦合電路282在第二層上。通過可開關導通孔284將這些層連接在一起。例如，耦合電路282可以包括MEMS開關和/或RF開關，對於並聯耦合，通過使能多個可開關導通孔284將繞組部分286連接在 一起。作為串聯連接的例子，耦合電路282使能繞組部分286的各自端點附近的一個或幾個可開關導通孔284，以便將它們連接在一起。
圖70是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的截面示意圖。除了包含有並聯繞組部分288(例如圖66所示繞組部分的鏡像，但在不同層上)，該實施例與圖69所示的實施例相似。因此，耦合電路282可以將並聯繞組部分288耦合到更上層的繞組部分286上，以減小繞組部分的電阻、電感和/或電抗。
圖71是根據本發明一個實施例的具有可調線圈290的投影人工磁鏡的示意框圖。在本實施例中，每個可調線圈290具有兩個繞組部分(L1和L2)、三個開關(S1-S3)以及選擇性分接開關292。對於繞組部分的串聯連接，S1關閉且S2和S3開啟。對於並聯連接，S1開啟且S2和S3關閉。對於兩個線圈應用，所有的三個開關都開啟。
為了調整與金屬襯墊的耦合，選擇性分接開關292可以是開啟的，從而實現與金屬襯墊的電容耦合。替代地，兩個選擇性分接開關中至少一個是關閉的，以調整線圈的電感-電容電路。此外，每個繞組部分可以具有不只一個分接頭，從而進一步實現對線圈的電感-電容電路的調節。
圖72是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖。在本實施例中，可調線圈包括多個金屬片段和多個開關元件(例如變壓器、MEMS開關、RF開關等)，以便將線圈配置為同心螺旋線圈(如圖74所示)、第一偏心螺旋線圈(如圖73所示)或如本圖所示的第二偏心螺旋線圈。
利用可編程線圈，可以將PAMM編程，以提供平碟形天線(例如如圖54所示)、第一類型有效碟形天線(例如如圖61所示)和/或第二類型有效碟形天線(例如如圖62所示)。因此，隨著有效碟形 天線的應用的改變，可以對PAMM進行編程以適應應用的改變。
圖75是根據本發明另一個實施例的用於投影人工磁鏡中的可調線圈的示意圖。可調線圈包括排布在x*y矩陣中的多個小型金屬貼片。貫穿該矩陣的開關單元從控制模組接收控制信號，以便將小型金屬貼片耦合在一起，從而獲得所期望的螺旋線圈。注意，小型金屬貼片可以是連續的盤狀、具有互連分支的模式、n階皮亞諾曲線或n階希爾伯特曲線。
在本實施例中，可調線圈被配置為偏心螺旋線圈。在圖76所示實施例中，可調線圈被配置為同心螺旋線圈。注意，可調線圈還可以被配置為其他線圈模式(例如圓形螺旋、橢圓等)。
圖77是根據本發明一個實施例的可調的有效碟形天線陣列294的示意圖，該陣列294包括一個或多個天線296和多個可調線圈298，這些可調線圈298形成PAMM。在本實施例中，可以改變有效碟形天線294的形狀。替代地，可以改變有效碟形天線294的聚焦點300。可調的有效碟形天線294的具體配置將由當前應用確定。控制單元解析當前應用並生成控制信號，以便按照期望配置可調的有效碟形天線294。
圖78是兩個管芯間的倒裝連接的示意圖。第一管芯304包括一個或多個天線304以及PAMM 308。第二管芯310包括一個或多個電路元件312(例如LNA、PA等)。金屬板314可以位於第一管芯304的底面上或第二管芯310的頂面上。無論哪種情況，金屬板314為PAMM 308提供了金屬襯墊。
為了耦合第一管芯304和第二管芯310，金屬板中提供了介面，以允許天線306與至少一個電路元件312間的帶內通信。耦合314還可以包括傳統的倒裝晶片耦合技術，以便於第一管芯304與第二管芯310的電氣和/或機械耦合。
圖79是根據本發明一個實施例的利用電磁通信318(例如近場通信[NFC])進行通信的通信設備316的示意框圖。通信設備316 分別包括基帶處理模組320、發射器部分322、接收器部分324以及NFC線圈結構326(例如無線通信結構)。將參考圖80-86對NFC線圈結構326進行詳細描述。注意，通信設備316可以是移動電話、無線局域網(WLAN)用戶端、WLAN接入點、電腦、視頻遊戲機和/或播放單元等。
基帶處理模組320可以通過處理模組實施，該處理模組可以是單個處理設備或多個處理設備。該處理設備可以是微處理器、微控制器、數位信號處理器、微電腦、中央處理器單元、現場可編程閘陣列、可編程邏輯設備、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或任意根據電路的硬代碼和/或操作指令來處理信號(類比和/或數位)的設備。處理模組可以具有相關的記憶體和/或記憶體元件，上述記憶體和/或記憶體元件可以是單個記憶體設備、多個記憶體設備和/或處理模組的嵌入式電路。該記憶體設備可以是唯讀記憶體、隨機訪問記憶體、易失性記憶體、非易失性記憶體、靜態記憶體、動態記憶體、快閃記憶體、高速緩衝記憶體和/或存儲數位資訊的任意設備。注意若處理模組包括多個處理設備，這些處理設備可以集中排布(例如，通過有線和/或無線匯流排結構直接連接在一起)或分散排布(例如，通過經局域網和/或廣域網的間接連接進行雲計算)。還要注意，當處理模組通過狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路執行它的一個或多個功能時，存儲相應操作指令的記憶體和/或記憶體元件可以嵌入或外接於包含該狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路的電路中。還應注意，記憶體元件存儲、且處理模組執行與如圖79-87中所示的至少一些步驟和/或功能相關的硬代碼和/或操作指令。
在一個工作實例中，一個通信設備316將資料(例如語音、文本、音頻、視頻、圖形等)發送給其他通信設備316。例如，基帶處理模組320接收資料(例如輸出資料)，並根據一個或多個無線通信標準(例如RFID、ISO/IEC 14443、ECMA-34、ISO/IEC 18092、 近場通信介面和協定1&2[NFCIP-1 & NFCIP-2])將資料轉化為一個或多個輸出符號流。這種轉化包括以下至少一項：加擾、穿刺(puncturing)、編碼、交錯、群映射、調製、頻率擴展、跳頻、波束成形、空時分組編碼、空頻分組編碼、頻域-時域轉換和/或數位基帶-中頻轉換。注意，基帶處理模組320將輸出資料轉換為單個輸出符號流，以實現單輸入單輸出(SISO)通信和/或多輸入單輸出(MISO)通信，並將輸出資料轉換為多個輸出符號流，以實現單輸入多輸出(SIMO)和多輸入多輸出(MIMO)通信。
發射器部分322將一個或多個輸出符號流轉化為一個或多個具有所給頻帶(例如，2.4GHz、5GHz、57-66GHz等)內的載波頻率的輸出RF信號。在一個實施例中，可以通過將一個或多個輸出符號流與本地振盪混頻來產生一個或多個上變頻信號。一個或多個功率放大器和/或功率放大器驅動器放大可能經帶通濾波的一個或多個上變頻信號以產生輸出一個或多個輸出信號。在另一個實施例中，發射器部分322包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供相位資訊(例如，+/-△θ[相移]和/或θ(t)[相位調製])，這些相位資訊可以用來調整振盪的相位以產生作為輸出信號發射的經調相的信號。在另一個實施例中，輸出符號流包括幅度資訊(例如，A(t)[幅度調製])，這些幅度資訊可以用來調整經調相的信號的幅度以產生輸出信號。
在另一個實施例中，發射器部分322包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供頻率資訊(例如，+/-△f[頻移]和/或f(t)[頻率調製])，這些頻率資訊可以用來調整振盪的頻率以產生作為輸出信號發送的經調頻的信號。在另一個實施例中，輸出符號流包括幅度資訊，這些幅度資訊可以用來調整經調頻的信號的幅度以產生輸出信號。在另一個實施例中，發射器部分322包括產生振盪的振盪器。輸出符號流提供幅度資訊(例如+/-△A[幅移]和/或A(t)[幅度調製])，這些幅度資訊可以用來調整振盪的幅度以產生輸出信號。
NFC天線結構326接收一個或多個輸出信號，將其轉換為電磁信號並發送該電磁信號。其他通信設備的NFC天線結構326接收這一個或多個電磁信號，將其轉換為輸入電磁信號並將該輸入電磁信號提供給接收器部分324。
接收器部分324放大一個或多個輸入信號以產生一個或多個放大的輸入信號。然後，接收器部分324可以將放大的輸入RF信號的同相(I)和正交(Q)成分與本地振盪的同相和正交成分混頻以產生一個或多個混頻的I信號集合和混頻的Q信號集合。將每個混頻的I和Q信號合成以產生一個或多個輸入符號流。在本實施例中，一個或多個輸入符號流中的每一個可以包括相位資訊(例如，+/-△θ[相移]和/或θ(t)[相位調製])和/或頻率資訊(例如，+/-△f[頻移]和/或f(t)[頻率調製])。在另一個實施例中和/或在上述實施例的進一步推進中，輸入信號包括幅度資訊(例如+/-△A[幅移]和/或A(t)[幅度調製])。為了恢復幅度資訊，接收器部分可以包括幅度探測器譬如包絡探測器、低通濾波器等。
基帶處理模組320根據一個或多個無線通信標準(例如RFID、ISO/IEC 14443、ECMA-34、ISO/IEC 18092、近場通信介面和協定1&2[NFCIP-1 & NFCIP-2])將一個或多個輸入符號流轉換為輸入資料(例如語音、文本、音頻、視頻、圖形等)。這種轉化可以包括以下至少一項：數位中頻-基帶轉換、時域-頻域轉換、空-時分組解碼、空-頻分組解碼、解調、頻率擴展解碼、跳頻解碼、波束成形解碼、群去映射、解交錯、解碼、解穿刺和/或解加擾。注意，基帶處理模組320將單個輸入符號流轉換為輸入資料，以實現單輸入單輸出(SISO)通信和/或多輸入單輸出(MISO)通信，並將多個輸入符號流轉換為輸入資料，以實現單輸入多輸出(SIMO)和多輸入多輸出(MIMO)通信。
圖80是根據本發明一個實施例的包含封裝基板330和管芯332的積體電路(IC)328的示意圖。管芯332包括基帶處理模組 334、收發器336以及一個或多個NFC線圈338。該IC328可以用在如圖79所示的通信設備42和/或其他無線通信設備中。
圖81是根據本發明一個實施例的包含封裝基板330和管芯332的積體電路(IC)328的示意圖。除了一個NFC天線結構342位於封裝基板330上(另一個在管芯上)以外，該實施例與圖80所示的實施例相同。相應地，IC328包括從封裝基板330上的NFC線圈結構342到管芯332上的收發器336間的連接。
圖82是根據本發明一個實施例的包含封裝基板330和管芯332的積體電路(IC)328的示意圖。除了兩個NFC線圈結構342都位於封裝基板330上以外，該實施例與圖80所示的實施例相同。相應地，相應地，IC 328包括從封裝基板330上的NFC線圈結構342到管芯332上的收發器336間的連接。
在圖79-82所示的NFC線圈結構的各種實施例中，NFC線圈結構可以包括一個或多個線圈，根據所給NFC通信類型和頻率對這些線圈定型。例如，60GHzNFC通信需要NFC線圈位於管芯上，而2.4GHz和5GHz NFC通信通常需要NFC線圈位於封裝基板330上和/或支持IC328的基板上(例如PCB上)。
圖83是根據本發明一個實施例的在積體電路(IC)的管芯346的一個或多個層上實施的NFC線圈結構的截面示意圖。管芯346包括多個層348並可以由CMOS製造工藝、神化鎵製造工藝或其他IC製造工藝製成。在本實施例中，根據管芯346的外層上的線圈所期望的線圈性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)，形成的一個或多個線圈344可以是具有特定長度和形狀的一個或多個金屬線路。
在與用於支持線圈344的層距離d的內層上，形成PAMM 350。可以參照圖33-63中至少一幅所描述的多種配置中的一種來形成PAMM 350。PAMM 350可以通過一個或多個導通孔352與管芯346的金屬襯墊354(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 350 可以與金屬襯墊354電容耦合(即不是通過導通孔352與金屬襯墊354直接連接，而是通過PAMM 350的金屬元件與金屬襯墊354之間的電容耦合)。
PAMM 350在給定頻帶中作為線圈344的電場反射器使用。以這種方式，形成于管芯346的其他層上的電路元件356(例如基帶處理器、發射器部分和接收器部分的元件等)基本上被遮罩於線圈344的電磁能量以外。另外，PAMM 350的反射本質改善了線圈344的增益。
圖84是根據本發明一個實施例的在積體電路(IC)的封裝基板360的一個或多個層上實施的NFC線圈結構的示意圖。封裝基板360包括多個層362，且可以是印刷電路板或其他類型的基板。在本實施例中，根據封裝基板360的外層上的線圈所期望的線圈性質，形成的一個或多個線圈358可以是具有特定長度和形狀的一個或多個金屬線路。
在封裝基板360的內層上，形成PAMM 364。可以參照圖33-63中至少一幅所描述的多種配置中的一種來形成PAMM 364。PAMM 364可以通過一個或多個導通孔366與管芯370的金屬襯墊368(例如接地層)電氣連接。替代地，PAMM 364可以與金屬襯墊368電容耦合。
圖85是根據本發明一個實施例的NFC線圈結構的示意圖，除了線圈372形成于管芯346的至少兩個層上以外，圖85所示的NFC線圈結構與圖83所示的NFC線圈結構相同。線圈372的不同層可以以串聯方式和/或並聯方式耦合，以便實現線圈372所期望的性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)。
圖86是根據本發明一個實施例的NFC線圈結構的示意圖，除了線圈374形成于封裝基板360的至少兩個層上以外，圖86所示的NFC線圈結構與圖84所示的NFC線圈結構相同。線圈374的不同層362可以以串聯方式和/或並聯方式耦合，以便實現線圈 所期望的性質(例如頻帶、帶寬、阻抗、品質因數等)。
圖87是根據本發明一個實施例的包含一個或多個雷達設備1-R以及處理模組378的雷達系統的示意框圖。雷達系統376可以是固定的或便攜的。例如，當檢測室內遊戲系統的玩家動作時，雷達系統376可以是固定配置。又例如，當檢測裝配該雷達系統376的機動車周圍的機動車時，雷達系統376可以是可擕式配置。固定的雷達系統應用還包括用於天氣、基於控制塔的飛機追蹤、生產線材料追蹤以及安全系統動作感應等的雷達。可擕式系統應用還包括車輛的安全應用(例如碰撞報警、防撞、自適應巡航控制、車道偏離報警)、基於飛機的飛機追蹤、基於火車的防撞以及基於高爾夫球車的高爾夫球追蹤。
每一個雷達設備1-R分別包括上述包含PAMM的天線結構380、定形模組382以及收發器模組384。處理模組378可以是單個處理設備或多個處理設備。該處理設備可以是微處理器、微控制器、數位信號處理器、微電腦、中央處理器單元、現場可編程閘陣列、可編程邏輯設備、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或任意根據電路的硬代碼和/或操作指令來處理信號(類比和/或數位)的設備。處理模組378可以具有相關的記憶體和/或記憶體元件，上述記憶體和/或記憶體元件可以是單個記憶體設備、多個記憶體設備和/或處理模組378的嵌入式電路。該記憶體設備可以是唯讀記憶體、隨機訪問記憶體、易失性記憶體、非易失性記憶體、靜態記憶體、動態記憶體、快閃記憶體、高速緩衝記憶體和/或存儲數位資訊的任意設備。注意若處理模組378包括多個處理設備，這些處理設備可以集中排布(例如，通過有線和/或無線匯流排結構直接連接在一起)或分散排布(例如，通過經局域網和/或廣域網的間接連接進行雲計算)。還要注意，當處理模組378通過狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路執行它的一個或多個功能時，存儲相應操作指令的記憶體和/或記憶體元件可以嵌入 或外接於包含該狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路的電路中。還應注意，記憶體元件存儲、且處理模組378執行與如圖87-92中所示的至少一些步驟和/或功能相關的硬代碼和/或操作指令。
在示例性工作過程中，雷達系統376用於探測關於其掃描區域386中的物件(例如物件A、B和/或C)的定位資訊。定位資訊可以用二維或三維形式表示，並可以隨時間變化(例如速度和加速度)。定位資訊可以是相對雷達系統376的，或它相對更全球化的標準(例如經度、緯度、海拔)是絕對的。例如，相對定位資訊可以包括物件與雷達系統376間的距離和/或物件與雷達系統376間的角度。
掃描區域386包括雷達設備1-R中每一個的輻射圖形。例如，每一個雷達設備1-R分別在整個掃描區域386上發射並接收雷達信號。又例如，每一個雷達設備1-R分別在掃描區域386的各自唯一區間發射並接收雷達信號，且它們的輻射圖形基本不重疊。又例如，一些雷達設備具有重疊的輻射圖形，其他的不重疊。
雷達系統376可以按照多種方式在多個頻帶中探測物件並確定定位資訊。作為覆蓋優化功能和系統設計目標，雷達設備1-R可以工作在60GHz頻帶中或30MHz-300GHz範圍內的任意其他頻帶中，以便符合特定應用的需求。例如，50MHz可以用於穿過大氣層來掃描地球軌道中的物件，而60GHz可以用於在裝配有雷達的機動車中掃描1-3個轎車長範圍內的機動車，其中大氣效應很小。雷達設備1-R工作在相同或不同頻率範圍中。
當雷達系統376工作在不同模式時，可以由雷達系統376確定定位資訊，該不同模式包括如下至少一個模式：每個雷達設備分別獨立工作、至少兩個雷達設備協同工作、連續波(CW)發射、脈衝發射、單獨發射(TX)和接收(RX)天線以及共有發射(TX)和接收(RX)天線。雷達設備可以在處理模組378的控制下工作，處理 模組378可以配置雷達設備使其根據工作模式工作。
例如，在脈衝發射模式，處理模組378發送控制信號388給雷達設備以配置模式和工作參數(例如脈衝發射、60GHz頻帶、單獨發射(TX)和接收(RX)天線、與其他雷達設備一起工作)。控制信號388包括分別用於收發器模組384、定形模組382和天線模組380中每一個的工作參數。收發器384接收控制信號388並配置收發器384使其工作在60GHz頻帶下的脈衝發射模式中。
收發器模組384可以包括一個或多個發射器和/或一個或多個接收器。發射器可以根據來自處理模組378的輸出控制信號388生成輸出無線信號390。輸出控制信號388可以包括用於操作雷達設備的的任意部件的控制信號，並可由包含嵌入在輸出雷達信號中的輸出資訊(例如時間戳)。注意，時間戳可以便於確定CW模式或脈衝模式下的定位資訊。
在本實施例中，收發器384生成脈衝發射模式輸出無線信號390並將其發送給定形模組382。注意，脈衝發射模式輸出無線信號390可以包括單個脈衝和/或一系列脈衝(例如每毫秒到每隔幾秒脈衝寬度小於1納秒)。輸出雷達信號可以包括被發射時的時間戳資訊。在一個實施例中，收發器384將時間戳資訊轉換為輸出符號流，並將輸出符號流轉換為輸出無線信號390。在另一個實施例中，處理模組378將輸出資訊轉換為輸出符號流。
定形模組382接收控制信號388(例如在處理模組378的初始化步驟中)，並配置來操作具有單獨發射(TX)和接收(RX)天線的天線模組380。定形模組382根據來自收發器384的輸出無線信號390以及根據工作參數為天線模組380產生一個或多個發射定形信號392，上述工作參數基於來自處理模組378的至少一個輸出控制信號388和/或來自收發器384的工作參數。定形模組382通過針對一個或多個發射定形信號392中的每一個分別不同地調節輸出無線信號的幅度和相位，可以產生一個或多個發射定形信號 392。
雷達設備天線模組380輻射輸出雷達信號394，根據工作參數和模式在掃描區域386中建立發射圖形。天線模組380可以包括一個或多個天線。天線可以在發射和接收操作中共用。注意，在實施例中可以使用單獨的TX(例如在雷達設備中)和RX(例如在第二雷達設備中)天線。
天線模組的天線可以包括以下設計的任意結合：單極子、偶極子、電極臂(horn)、碟形、貼片、微帶、對數型(isotron)、分形、八木天線、環路、螺旋狀的(helical)、螺旋的(spiral)、圓錐、菱形、J極子、對數週期性的、槽狀的、旋轉的、共線、納米級的天線。天線可以是幾何排布的，使得當它們與定形模組382的定相性能結合時能夠形成定相陣列天線。雷達設備可以利用該定相陣列天線配置作為發射天線系統，以便在感興趣的特定方向將輸出雷達信號394作為發射波束發射。
在實例中，第二雷達設備通過它的天線模組380接收輸入雷達信號394，輸入雷達信號394是通過掃描區域386中的一個或多個物體(例如物體A、B和/或C)部分地反射、折射和吸收輸出雷達信號394而得到的。第二雷達設備可以利用該定相陣列天線配置作為接收天線系統，以便接收輸入雷達信號394來識別它的原始方向(例如，雷達信號在物體處根據到達的特定方向反射)。
第二雷達設備的天線模組380將輸入雷達信號394作為定形信號392發送給它的定形模組382。定形信號392可以是由輸入雷達信號394入射到一個或多個天線上而得到的，上述天線包括天線模組380(例如陣列)。例如，在定相陣列的各元素間，幅度和相位將略有變化。
定形模組382根據接收自天線模組380的一個或多個定形信號392以及來自處理模組378和/或收發器384中至少一個的工作參數為收發器生成一個或多個輸入無線信號。定形模組382通過 針對一個或多個所接收的定形信號392中的每一個分別不同地調節一個或多個接收定形信號的幅度和相位，可以產生一個或多個無線信號390。
在一個實施例中，第二雷達設備收發器384根據來自其定形模組382的輸入無線信號390生成輸入控制信號388。輸入控制信號388可以包括工作參數、輸入無線信號參數(例如幅度資訊、時間資訊、相位資訊)以及解碼自輸入無線信號的輸入資訊等的狀態。收發器384將輸入無線信號390轉換為輸入符號流，並將輸入符號流轉換為輸入消息(例如解碼時間戳)。在另一個實施例中，處理模組378將輸入符號流轉換為輸入消息。
處理模組378根據雷達設備接收的輸入雷達信號394確定關於物體的定位資訊。具體地，處理模組378可以根據時間戳以及雷達設備接收輸入雷達信號394的時間確定到物體的距離。由於雷達信號394以光速傳播，因此可以輕易地確定距離。
在另一個例子中，當模式為每個雷達設備獨立工作時，每個雷達設備分別發射輸出雷達信號394到掃描區域386，且每個雷達設備分別接收由輸出雷達信號394在一個或多個物體上反射得到的輸入雷達信號394。每個雷達設備分別利用自己的天線模組380給處理模組378提供控制信號388，控制信號388可以揭露物體參考雷達設備的定位資訊。例如，當位於已知間距的兩個雷達設備提供用於揭露輸入雷達信號394抵達角度的控制信號388時，處理模組378確定物體的位置。
在另一個工作實例中，處理模組378根據應用需求(例如掃描區域大小和定位資訊的刷新率)為雷達設備1和2確定工作參數。處理模組378發送工作需求給雷達設備(例如，工作在60GHz、配置每個雷達設備的發射天線為全方位模式、每1毫秒發射一個帶時間戳的1納秒脈衝、利用每個雷達設備中的定相陣列天線配置掃描掃描區域386)。天線模組380、定形模組382和收發器384 根據工作參數進行配置。接收天線陣列可以被初始化配置為從默認位置(掃描區域386的極左方向)開始。
收發器384生成包含標有帶時間戳的輸出消息的輸出無線信號390。定形模組382將輸出無線信號390傳遞給全方位發射天線，在該天線處輸出雷達信號394被輻射到掃描區域386中。輸入雷達信號394由物體A反射生成。接收天線陣列捕捉輸入雷達信號394，並將輸入無線信號390傳遞給收發器384。收發器384根據所接收的時間戳消息和所接收的時間確定到物體A的距離。收發器384根據該次脈衝的輸入無線信號390的幅度的確定來形成輸入控制信號388，並將輸入控制信號388發送給處理模組378，在處理模組378中，保存輸入控制信號388以便比較隨後脈衝中的相似資料。
在實例中，收發器模組384和/或處理模組378確定並發送更新的工作參數給定形模組382，以便在發射下一輸出雷達信號394之前改變接收天線陣列的模式。該確定過程可以根據預確定清單進行，或至少部分地基於對目前所接收的資訊的分析(例如，追蹤到物體的接收天線模式，該模式產生更大幅度的輸入無線信號)。
重複上述過程直至每個雷達設備已產生針對相應接收天線陣列模式的輸入無線信號峰值。處理模組378根據接收天線陣列設置(例如定形模組工作參數和使用的天線)確定輸入雷達信號394到達每個雷達設備的角度。處理模組378根據輸入雷達信號394到達雷達設備的角度(它們的線相交)以及雷達設備相互間的距離和角度來確定物體A的定位資訊。重複上述處理過程直至處理模組378以確定掃描區域386中的每個物體A、B和C的定位資訊。
注意，收發器384、定形模組382以及天線模組380可以被合成為一個或多個工作在60GHz的雷達設備積體電路。因此，緊密封裝更輕易地便利於雷達系統應用，包括遊戲機的玩家動作追蹤和基於車輛的防碰撞系統的機動車追蹤。定形模組382和天線模 組380一起可以形成發射和接收波束，以便更輕易地識別掃描區域386中的物體並確定它們的定位資訊。
在具有PAMM的情況下，天線結構380具有完全的水準掃描，因此可以充分消除水平線附近物體的雷達系統盲點(例如，充分消除通過“在雷達下傳播”避免雷達探測)。這是可以實現的，因為PAMM充分消除了表面波，對於具有一定入射角(例如大於60度)的信號，該表面波控制了傳統天線結構。沒有表面波，甚至可以探測到入射角接近90度的空中波束。
圖88是根據本發明一個實施例的圖87所示雷達系統的天線結構380和定形模組382的示意框圖。天線結構380包括多個發射天線1-T、多個接收天線1-R以及公共PAMM 396。定形模組382包括開關及合成模組398以及協同工作以便調節通過其中的信號的相位和幅度的相位及幅度模組400。
定形模組382控制來自收發器的輸出無線信號402形成應用於TX天線1-T的多個發射定形信號1-T。例如，定形模組382輸出4個發射定形信號1-4，其中每個發射定形信號具有相對其他三個唯一的相位和幅度。當TX天線1-4由相位和幅度控制的發射定形信號1-4激勵時，天線模組380形成發射波束(例如角度為Φ的複合輸出雷達信號406)。在另一個實例中，定形模組382可以利用全方位天線模式將輸出雷達信號照明至少部分掃描區域，從而將輸出無線信號402從收發器直接傳遞給單個TX天線。
複合輸出雷達信號406可以從掃描區域中的物體處反射，並產生根據物體的幾何形狀和材料性質在多個方向傳播的反射。至少部分反射可以產生從物體直接傳播給RX天線的輸入雷達信號，而其他反射還可以在其他物體處反射，然後傳播給RX天線(例如多徑)。
定形模組382可以控制從RX天線1-R接收定形信號1-R，以形成發送給收發器的輸入無線信號494。天線模組380根據輸入雷 達信號1-R和每個RX天線1-R的天線模式來形成複合輸入雷達信號408。例如，天線模組380利用6個RX天線1-6形成接收天線陣列，以捕捉代表複合輸入雷達信號408的輸入雷達信號1-6，以產生接收定形信號1-6。根據原始輸入雷達信號的方向和RX天線1-6的天線模式，定形模組382接收6個接收定形信號1-6，其中每個接收的定形信號具有相對其他5個來說唯一的相位和幅度。定形模組382控制6個接收定形信號1-6的相位和幅度以形成輸入無線信號404，使得當接收天線陣列(例如從定形模組382的工作參數和6個天線模式得到的)與原始輸入雷達信號的方向(例如β角)排布基本一致時，輸入無線信號404的幅度將達到最大值和/或相位為預期值。收發器模組探測峰值，處理模組確定原始輸入雷達信號的方向。
定形模組382可以從收發器和/或處理模組接收新的工作參數以進一步改善波束的發射和/或接收，從而優化對物體的搜尋。例如，可以移動發射波以提高特定感興趣區域的通用信號水準。可以移動接收波以精確到達確定過程中複合輸入雷達信號角度408。可以移動發射和/或接收波以補償多徑反射，其中額外的反射通常是時延的，且具有比來自物體的直接路徑的輸入雷達信號更低的幅度。
注意，開關及合成模組398以及相位及幅度模組400可以以任意順序被使用以控制通過定形模組382的信號。例如，通過調相、幅度調節以及進而繼續擰交換來形成發射定形信號，而接收定形信號可被合成、交換、調相以及調幅。還要注意，天線結構380可以根據上述至少一種天線結構實施。
圖89是根據本發明另一個實施例的如圖87所示雷達系統的天線結構380和定形模組382的示意框圖，除了每個天線具有自己的PAMM 396外，該圖與圖8所示相應結構相同。使用這種配置的天線結構380，可以通過每個天線的PAMM 396來單獨配置 和/或調節每個天線。
為了支援PAMM 396的配置，雷達系統還包括PAMM控制模組410。PAMM控制模組410發佈控制信號412給每個PAMM 396以獲得所期望的配置。例如，每個天線可以包括如圖77所示的有效碟形天線，其中有效碟形和/或碟的聚焦點可以改變。又例如，PAMM 396可以包括如圖66-76所示的可調線圈，以便改變PAMM 396的性質(例如頻帶、帶隙、帶通、放大器、電壁、磁壁等)。
圖90是根據本發明一個實施例的包括處理模組(未示出)、定形模組382、PAMM控制模組410以及天線結構的雷達系統的示意框圖。天線結構包括發射有效碟形陣列414和接收有效碟形陣列416。每個有效碟形陣列包括多個有效碟形天線。定形模組382包括相位及幅度模組398和開關及合成模組400。
該實例開始于雷達系統掃描物體418。處理模組與定形模組和PAMM控制模組410一起協調控制該掃描。例如，處理模組發佈以特定模式(例如水準掃描、在特定區域等)掃描的命令給PAMM控制模組410和定形模組382。該命令指示掃描範圍(例如各種發射角和接收角)、掃描速率(例如改變角度的頻率)以及所期望的複合天線輻射圖形。除了發佈掃描命令外，處理模組還生成至少一個輸出信號402。
對於搜尋掃描(例如當前無物體追蹤)，處理模組發佈以水準掃描方式、廣天線輻射圖形、1秒速率進行掃描的命令。又例如，處理模組發佈在特定區域(例如發射和接收角的有限區域)、以較窄輻射圖形、500毫秒速率進行掃描的命令。相應地，處理模組可以發佈以任意角度範圍、各種天線輻射圖形以及各種速率進行掃描的命令。
回應命令，PAMM控制模組410生成TX PAMM控制信號420和RX PAMM控制信號422。TX PAMM控制信號420(例如一一對應於每個有效碟形天線)定形相應天線的有效碟形。作為提供廣天 線輻射圖形的例子，TX有效碟形陣列414的左有效碟形天線被配置為具有向左偏移一定量的輻射圖形。TX有效碟形陣列414的中心有效碟形天線被配置為具有正常輻射圖形(無偏移)，且右有效碟形天線被配置為具有向右偏移一定量的輻射圖形。這樣，複合輻射圖形是三個輻射圖形的總和，它比各個輻射圖形寬。注意，TX有效碟形陣列414可以包括不只三個有效碟形天線，且複合天線圖形是三維的。RX有效碟形陣列416以類似方式配置。
定形模組382接收輸出信號，並根據命令生成一個或多個定形TX信號424。例如，若該命令是水準掃描，定形模組生成定形TX信號424的初始集合，當定形TX信號242通過TX有效碟形陣列414發射時，這些信號的角度使得它們沿水準向雷達系統左側發射。特定初始發射角度(θ)依賴於TX有效碟形陣列的輻射圖形的寬度。例如，TX有效碟形陣列414的輻射圖形可以是45度，因此定形模組382將設置初始TX角度為67.5度(例如90-22.5)。又例如，若TX有效碟形陣列414具有180度輻射圖形，那麼定形模組382將設置初始TX角度為0且無掃描速率，因為輻射圖形水準覆蓋。
當TX有效碟形陣列414的輻射圖形小於180度時，定形模組382重定形輸出信號402以產生該掃描速率下的新發射角(θ)。定形模組382繼續重定形輸出信號402以產生新的發射角，直至掃描進入水準掃描，然後重複該過程。
當定形模組382生成TX定形信號424時，它還可以在TX和RX天線輻射圖形中存在物體418時從RX有效碟形陣列416接收RX定形信號426。注意，RX天線輻射圖形與TX天線輻射圖形以相似方式調節，並基本與TX天線輻射圖形重疊。
在實例中，當RX天線輻射圖形中有物體418時，RX有效碟形陣列414從物體418接收反射的TX信號424、折射的TX信號或物體發射的信號。RX有效碟形陣列414提供RX信號426給定 形模組382，定形模組382按上述處理過程處理它們，以生成輸入信號404。處理模組處理輸入信號以確定最近探測到的物體418的一般位置。
圖91是繼續圖90所示實施例在雷達系統探測到物體418後的示意框圖。如參考圖90所述的，處理模組確定最近探測到的物體418的一般位置。為了更好地追蹤物體運動，處理模組生成聚焦天線輻射圖形的命令，並生成TX定形信號424到物體428的一般位置。
PAMM控制模組410接收命令，並回應該命令，生成更新的TX和RX PAMM控制信號420-422。如實例所示，TX控制信號420調整TX有效碟形陣列414的有效碟形天線，使它們分別具有更朝向物體418的輻射圖形。RX有效碟形陣列416的有效碟形天線以相似方式調節。
定形模組382根據命令由輸出信號402生成TX定形信號424。TX定形信號424進一步聚焦於物體418(至少其一般位置點)。定形模組382對RX定形信號426執行相似定形功能以產生輸入信號404。處理模組解析輸入信號404以更新物體的當前位置。
圖92是繼續圖90和91所示實施例的示意框圖。由於處理模組更新了物體的位置，它確定物體的運動。因此，處理模組追蹤物體418，並可以根據它的之前位置預測它的未來未知。利用這一資訊，處理模組為PAMM控制模組410和定形模組382生成命令(例如物體運動追蹤控制信號)以便繼續聚焦物體418。
當雷達系統追蹤物體418時，它還可以執行掃描來探測其他物體。例如，TX有效碟形陣列414的至少一個有效碟形天線可以被用於追蹤所探測物體418的運動，而其他有效碟形天線用於掃描。RX有效碟形陣列416的有效碟形天線將以類似方式分配。又例如，處理模組可以發佈命令繼續聚焦的天線輻射圖形和聚焦的 定形信號，但繼續掃描。這樣，執行了更加聚焦的掃描。
圖93是根據本發明一個實施例的包含金屬襯墊428、第一電介質430、PAMM 432、第二電介質434、天線436以及第三電介質438的橫向天線的截面圖。每一電介質層可以是相同的材料(例如管芯、封裝基板、PCB等的一層)或不同材料。天線436可以是偶極子、單極子或本申請中前面所描述過的其他天線。
電介質438位於天線436之上，作為波導或覆板使用，將天線的輻射能量橫向傳遞給天線436，而不是垂直於它。PAMM 432的功能如前所述，反射由天線436進行收發的電場信號。
圖94是根據本發明另一個實施例的包含處理模組(未示出)、定形模組382以及天線結構380的雷達系統的示意框圖。處理模組和定形模組382的功能如前所述。
天線結構380包括多個橫向天線436(圖93所示)以及一個或多個有效碟形天線264(圖60-62所示)。如圖所示，第一橫向天線436具有+90度輻射圖形，且第二橫向天線436具有-90度輻射圖形。有效碟形天線264具有0度輻射圖形。使用一些天線，可以得到近似水準複合輻射圖形。如上所述，對天線利用PAMM 396充分消除了限制現有天線發射和接收角度的表面波和電流。消除該限制，雷達系統就可以探測任意角度的物體。因此，雷達系統不再有盲點。
圖95是根據本發明一個實施例的可以使用于雷達系統的天線結構的截面示意圖。該天線結構包括金屬襯墊428、第一電介質430、PAMM 432、第二電介質434、多個天線436以及多個第三電介質438。每個電介質層可以是相同的材料(例如管芯、封裝基板、PCB等的一層)或不同材料。天線436可以是偶極子、單極子或上述其他天線。
在相應天線436之上的第三電介質438創建出具有所示橫向輻射圖形的橫向天線。未覆蓋的天線具有垂直輻射圖形。因此， 利用晶片上、封裝體上和/或PCB上的多個定向天線可以得到全方位天線陣列。
圖96是根據本發明一個實施例的包含多個金屬線路444(例如用灰色輪廓線的電感器(L1-L3)表示)的多頻帶投影人工磁鏡的示意框圖。金屬線路444位於一個或多個層上，具有不同位置和間距，以在此之間產生不同電容(例如C1-C3)。利用合適的金屬線路大小及其位置，可以得到具有至少兩個工作頻帶的分散式L-C網路(例如PAMM表現所期望放大器、帶隙、帶通、電壁、磁壁等性質)。
在該實例中，PAMM具有兩個工作頻帶，其中第一頻帶低於第二頻帶。在第一頻帶中，電容器C1的電容使它們開路(例如在第一頻率，電容器C1具有高阻抗)。電容器C2和電感器L3諧振以提供所期望的阻抗。電感器L2和電容器C3各自具有一定的電感和電容使它們在第一頻帶中影響最小。
因此，電感器L1以及電容器C2和電感器L3相對地(例如金屬襯墊)的振盪電路在第一頻帶中占主導。可以在頻帶中調整這些元件以提供所期望的PAMM性質。
在第二頻帶中，C2和L3的振盪電路具有高阻抗，因此它們近似於開路電路。另外，電容器C1和電感器L1具有低阻抗，因此它們近似於短路電路。因此，電感器L2和電容器C3是第二頻帶中分散式L-C網路的主要元件。注意，通過使用開關(例如RF開關、MEMS開關、電晶體等)可以得到由振盪電路(C2和L3)和耦合電容器(C1)提供的有效切換。
圖97是根據本發明一個實施例的包含第一PAMM層、第二PAMM層、兩個電介質層446、金屬襯墊450以及多個連接448的多頻帶投影人工磁鏡的截面示意圖。圖96所示的金屬線路可以在第一或第二PAMM層上實施，以獲得所期望的電感和/或相關的電容。注意，可以特別形成電容器以提供電容器C1-C3中的而一 個或多個。
圖98是根據本發明一個實施例的包含四埠去耦合模組452、電介質454、PAMM 456以及多個天線(該圖中僅示出了兩個天線)的天線結構的示意圖。如圖所示，天線物理分離，並位於基板的相對的邊緣上。作為2*2 2.4GHz天線的例子，基板可以是FR4基板，基板大小為20mm*68mm，厚度為1mm。該天線結構的輻射部分可以是20mm*18mm，使得天線間的距離為20mm。對於更高頻天線，尺寸將更小。
如圖所示，該天線結構和可以實現為PAMM的接地層458耦接，且通過電介質層454與PAMM層456隔離。四埠去耦合模組452給天線提供耦合和隔離。四埠去耦合模組452包括四個埠(P1-P4)、一對電容器(C1、C2)以及一對電感器(L1、L2)。電容器可以是固定電容器或可以調節的可變電容器。電感器可以是固定電感器或可以調節的可變電感器。在一個實施例中，選擇電容器的電容和電感器的電感以便在埠間提供所期望的隔離水準以及在給定頻率範圍內提供所期望的阻抗。
圖99是根據本發明一個實施例的包含通過多個導通孔連接在一起的多個金屬襯墊的天線的示意圖。通過這種方式，天線的有效長度擴大了天線的幾何區域。
圖100是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡456的雙帶MIMO天線的示意圖。除了包括用於第二頻帶的第二對天線外，該實施例與圖98所示實施例相同。
圖101是根據本發明一個實施例的同一基板上的多個投影人工磁鏡的截面示意圖。多個PAMM結構包括金屬襯墊460、第一PAMM、第二PAMM、連接462以及兩個電介質層464-466。在該配置中，第一PAMM位於第一電介質464上，且第二PAMM位於第二電介質466上。另外，第一和第二PAMM在垂直方向上偏移，使得它們在垂直方向的重疊區域幾乎為零。替代地，第一和第二 PAMM可以具有重疊部分。注意，可以分別調整第一和第二PAMM至相同或不同的頻帶。
圖102是根據本發明一個實施例的同一基板上的多個投影人工磁鏡的截面示意圖。多個PAMM結構包括金屬襯墊460、第一PAMM、第二PAMM、連接462以及電介質464。在該配置中，第一和第二PAMM都位於電介質464上並被物理隔離，使得它們之間的交互幾乎為零。注意，可以分別調整第一和第二PAMM至相同或不同的頻帶。
圖103a是根據本發明實施例的投影人工磁鏡波導的截面示意圖，PAMM波導包括第一PAMM元件(例如多個金屬貼片(第一PAMM)、第一電介質材料470以及第一金屬襯墊468)、第二PAMM元件(例如多個金屬貼片(第二PAMM)、第二電介質材料470以及第二金屬襯墊468)以及波導區域474。
PAMM元件位於基板(例如IC管芯、IC封裝基板、PCB等)的第一個層集上，以形成第一電感-電容網路，從而如上所述大幅減小第一給定頻帶內沿著基板的第一表面的表面波。第二PAMM元件位於基板的第二個層集上，以形成第二電感-電容網路，從而如上所述大幅減小第二給定頻帶內沿著基板的第二表面的表面波。注意，第一給定頻帶與第二給定頻帶的頻率範圍基本相同；第一給定頻帶與第二給定頻帶的頻率範圍基本重疊；和/或第一給定頻帶與第二給定頻帶的頻率範圍基本不重疊。
第一和第二PAMM元件用於容納基本在波導區域474內的電磁信號。例如，若電磁信號是鄰近該波導區域的天線輻射而來的RF或MMW信號，該RF或MMW信號的能量將基本限制在波導區域內。
圖103b是根據本發明另一個實施例的投影人工磁鏡波導的截面示意圖，該PAMM波導包括多個金屬貼片(例如第一PAMM)、金屬襯墊468、波導區域474以及三個電介質層470，其中三個電 介質層可以是相同電介質材料、不同電介質材料或其組合。多個金屬貼片位於基板(例如IC管芯、IC封裝基板、PCB等)的第一層上，金屬襯墊位於基板的第二層上。第一電介質材料位於基板的第一和第二層指尖，第二電介質材料與多個金屬貼片並置。波導區域474位於第二和第三電介質材料之間。
在一個工作實例中，多個金屬貼片與金屬襯墊468電相連(例如直接或電容性)以形成電感-電容網路，從而大幅減小給定頻帶內沿著基板的表面的表面波。波導區域474位於第二和第三電介質材料之間，電感-電容網路、第二電介質材料以及第三電介質材料中至少一者便於將電磁信號限制在波導區域474內。例如，PAMM層反射電磁信號的能量給波導區域474，且第三電介質(例如圖中所示的波導區域474之上的電介質)將輻射的能量沿著自己的表面橫向傳遞。
圖103c是根據本發明一個實施例的包含第一和第二連接471和473的波導區域474的截面示意圖。連接471和473可以是基板的層上的金屬線路、天線、微帶等，並用於傳送電磁信號。波導區域474還可以包括氣體和/或電介質材料來作為波導電介質(即該材料填充波導區域474)。
圖103d是根據本發明另一個實施例的包含第一和第二連接471和473以及第四電介質材料470的波導區域474的截面示意圖，第四電介質材料包括氣體部分477。連接471和473位於基板的一層上且位於氣體部分477中。這樣，在第一和第二連接471和473間傳送的電磁信號可以被基本限制在氣體部分477中。
圖104是根據本發明一個實施例的用於帶內通信的單晶片投影人工磁鏡介面的示意圖。在該實例中，PAMM 478層包括一個或多個饋通(feedthrough)476，使帶內信號在PAMM 478一側上的電路484與PAMM 478另一側上的連接器482(或其他電路)間通信。連接器482可以是電連接器或光纖連接器。
圖105是根據本發明一個實施例的對較低層的投影人工磁鏡的截面示意圖。如圖所示，電路單元494位於低於PAMM層484的層上。
圖106是根據本發明一個實施例的與一個或多個電路元件506連接的傳輸線的示意圖。傳輸線496形成于管芯和/或封裝基板的外層498上，PAMM 500形成于管芯和/或封裝基板的內層502上。電路元件506形成于管芯和/或封裝基板的一個或多個層上，可以是底層508。金屬襯墊510形成於底層508上。儘管沒有示出，傳輸線496可以與天線結構和/或阻抗匹配電路相連。
PAMM 500包括至少一個開口以便允許一個或多個連接能夠在其中穿過，從而實現傳輸線496與一個或多個電路元件506(例如功率放大器、低噪放大器、發射/接收開關、迴圈器等)的電連接。連接504可以是絕緣的或非絕緣的金屬導通孔。
圖107是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡(PAMM)500的濾波器512的示意圖。濾波器512形成于管芯和/或封裝基板的外層498上，PAMM 500形成于管芯和/或封裝基板的內層502上。電路元件506形成于管芯和/或封裝基板的一個或多個層上，可以是底層508。金屬襯墊510形成於底層508上。儘管沒有示出，濾波器512可以與至少一個電路元件506相連。
PAMM 500包括至少一個開口以便允許一個或多個連接能夠穿過其中，從而實現濾波器512與一個或多個電路元件506(例如功率放大器、低噪放大器、發射/接收開關、循環氣等)的電連接。該連接可以是絕緣的或非絕緣的金屬導通孔。
圖108是根據本發明一個實施例的具有投影人工磁鏡500的電感器514的示意圖。電感器514形成于管芯和/或封裝基板的外層498上，PAMM 500形成于管芯和/或封裝基板的內層502上。電路元件506形成于管芯和/或封裝基板的一個或多個層上，可以是底層508。金屬襯墊510形成於底層508上。儘管沒有示出，電 感器514可以與至少一個電路元件506相連。
PAMM 500包括至少一個開口以便允許一個或多個連接能夠穿過其中，從而實現電感器514與一個或多個電路元件506(例如功率放大器、低噪放大器、發射/接收開關、迴圈器等)的電連接。該連接可以是絕緣的或非絕緣的金屬導通孔。
圖109是根據本發明一個實施例的位於多層管芯和/或封裝基板516上的天線結構的截面示意圖。該天線結構包括一個或多個天線518、PAMM 520以及金屬襯墊522。管芯和/或封裝基板516還可以在其他層526上支援電路元件524。
在本實施例中，一個或多個天線518與PAMM 520共面。PAMM 520可以與天線518相鄰或環繞天線518。PAMM 520被構件為具有磁壁，該磁壁與PAMM 520同一水準(而不是高於或低於它)。這樣，天線518可以是共面的，並具有前面介紹的性質。
本文可能用到的，術語“基本上”或“大約”，對相應的術語和/或元件間的關係提供一種業內可接受的公差。這種業內可接受的公差從小於1%到50%，並對應於，但不限於，元件值、積體電路處理波動、溫度波動、上升和下降時間和/或熱雜訊。組件間的關係從小百分比的差分到大的差分。本文還可能用到的，術語“可操作地連接”、“連接”和/或“耦合”，包括通過中間元件(例如，該元件包括，但不限於，元件、元件、電路和/或模組)直接連接和/或間接連接，其中對於間接連接，中間插入元件並不改變信號的資訊，但可以調整其電流電平、電壓電平和/或功率電平。本文還可能用到，推斷連接(亦即，一個元件根據推論連接到另一個元件)包括兩個元件之間用相同於“可操作地連接”的方法直接和間接連接。本文還可能用到，術語“可操作地連接”，表明元件包括以下一個或多個：功率連接、輸入、輸出等，用於在啟動時執行一個或多個相應功能並可以進一步包括與一個或多個其他元件的推斷連接。本文還可能用到，術語“相關的”，正如這 裏可能用的，包括單獨元件和/或嵌入另一個元件的某個元件的直接和/或間接連接。本文還可能用到，術語“比較結果有利”，正如這裏可能用的，指兩個或多個元件、信號等之間的比較提供一個想要的關係。例如，當想要的關係是信號1具有大於信號2的振幅時，當信號1的振幅大於信號2的振幅或信號2的振幅小於信號1振幅時，可以得到有利的比較結果。
儘管上述附圖中示出的電晶體是場效應電晶體(FET)，但本領域技術人員應該明白，上述電晶體可以使用任意類型的電晶體結構，包括但不限於，雙極、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、N阱電晶體、P阱電晶體、增強型、耗盡型以及零電壓閾值(VT)電晶體。
以上借助於說明指定的功能和關係的方法步驟對本發明進行了描述。為了描述的方便，這些功能組成模組和方法步驟的界限和順序在此處被專門定義。然而，只要給定的功能和關係能夠適當地實現，界限和順序的變化是允許的。任何上述變化的界限或順序應被視為在權利要求保護的範圍內。
以上還借助於說明某些重要功能的功能模組對本發明進行了描述。為了描述的方便，這些功能組成模組的界限在此處被專門定義。當這些重要的功能被適當地實現時，變化其界限是允許的。類似地，流程圖模組也在此處被專門定義來說明某些重要的功能，為廣泛應用，流程圖模組的界限和順序可以被另外定義，只要仍能實現這些重要功能。上述功能模組、流程圖功能模組的界限及順序的變化仍應被視為在權利要求保護範圍內。本領域技術人員也知悉此處所述的功能模組，和其他的說明性模組、模組和元件，可以如示例或由分立組件、特殊功能的積體電路、帶有適當軟體的處理器及類似的裝置組合而成。
86‧‧‧積體電路(IC)的管芯
88‧‧‧層
90‧‧‧天線結構
92‧‧‧投影人工磁鏡(PAMM)
94‧‧‧金屬襯墊
96‧‧‧導通孔
98‧‧‧電路元件

Claims (10)

  1. 一種投影人工磁鏡，其特徵在於，包括：成陣列排布在基板的第一層上的多個導電線圈；位於基板的第二層上的金屬襯墊；以及位於基板的第一層和第二層之間的介電材料；其中所述多個導電線圈電耦合至所述金屬襯墊以形成電感-電容網路，經由所述多個導電線圈的配置在給定頻帶範圍內大幅地減少沿著具有確定形狀的人工磁導體的表面波；在所述基板的第三層上，天線元件被建構以服務所述給定頻帶內的通訊，所述基板的第一層在所述第二層與所述第三層中間，並以其他介電材料將所述第一層與所述第三層分隔，其中所述人工磁導體與所述天線元件工作以形成有效碟形天線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，所述多個導電線圈中的導電線圈與所述金屬襯墊之間的耦合包括以下至少一項：導通孔電連接；以及電容耦合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，所述多個導電線圈中的導電線圈包括：多個金屬貼片；以及多個開關元件，用於配置所述導電線圈的大小、形狀和模式中的至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，還包括：所述第一層與所述第三層間間隔一距離“d”。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，所述多個導電線圈中的導電線圈包括：長度小於或等於所述給定頻帶的最大頻率的1/2波長。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，所述投影 人工磁鏡還包括：所述多個導電線圈的每一個具有給定大小、給定模式和給定長度；以及所述金屬襯墊與所述第一層間間隔一距離“d”以獲得至少一種所述投影人工磁鏡的期望性質。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的投影人工磁鏡，其中，所述投影人工磁鏡還包括：成陣列排布在基板的第四層上的第二多個導電線圈；以及位於基板的所述第四層和所述第二層之間的介電材料，其中所述第二多個導電線圈與所述金屬襯墊電耦合以進一步形成所述電感-電容網路。
  8. 一種投影人工磁鏡，其特徵在於，包括：成陣列排布在基板的第一層上的多個導電線圈，其中所述多個導電線圈中的導電線圈包括：具有第一形狀的第一繞組；具有與第一形狀類似的形狀的第二繞組；第一耦合電路，用於在使能時串聯耦合所述第一和第二繞組；以及第二耦合電路，用於在使能時並聯耦合所述第一和第二繞組；位於基板的第二層上的金屬襯墊；以及位於基板的所述第一和第二層之間的介電材料；其中所述多個導電線圈與所述金屬襯墊電耦合以形成電感-電容網路，經由所述多個導電線圈的配置在給定頻帶範圍內大幅地減少沿著具有確定形狀的人工磁導體的表面波；在所述基板的第三層上複數個天線被建構以服務所述給定頻帶內的通訊，所述基板的第一層在所述第二層與所述第三層中間，並以其他介電材料將所述第一層與所述第三層分隔； 附加介電材料位於所述複數個天線之間以改變所述複數個天線的輻射圖形，其中所述人工磁導體與所述複數個天線工作以形成有效碟形天線。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的投影人工磁鏡，其中，還包括：所述第一耦合電路用於第一頻帶；以及所述第二耦合電路用於第二頻帶。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的投影人工磁鏡，其中，所述多個導電線圈中的所述導電線圈還包括：第一選擇性分接開關，用於在使能時將所述第一繞組耦合到所述金屬襯墊；以及第二選擇性分接開關，用於在使能時將所述第二繞組耦合到所述金屬襯墊。
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