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CN109075457A - 带有集成的天线布置的部件承载件、电子设备、无线电通信方法 - Google Patents

带有集成的天线布置的部件承载件、电子设备、无线电通信方法 Download PDF

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CN109075457A CN201780026390.1A CN201780026390A CN109075457A CN 109075457 A CN109075457 A CN 109075457A CN 201780026390 A CN201780026390 A CN 201780026390A CN 109075457 A CN109075457 A CN 109075457A
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Abstract

描述了具有基部结构(120)的部件承载件(100)；至少具有第一天线元件(142)和第二天线元件(146)的天线布置(140)，其中两个天线元件(142、146)嵌入基部结构(120)内；以及电子部件(130)，其嵌入基部结构(120)内并且其与第一天线元件(142)和第二天线元件(146)两者可操作地连接。电子部件(130)是有源电子部件，其能够(i)向第一天线元件(142)提供第一发送信号并向第二天线元件(146)提供第二发送信号和/或(ii)处理从第一天线元件(142)接收的第一接收信号和从第二天线元件(146)接收的第二接收信号。此外，描述了包括这种部件承载件(100)的电子设备(1070)和用于这种部件承载件(100)的制造方法。

Description

带有集成的天线布置的部件承载件、电子设备、无线电通信 方法
技术领域
本发明总体涉及部件承载件，诸如印刷电路板的领域，其设置有集成天线结构，以形成无线电通信装置的至少一部分。具体地，本发明涉及带有天线布置的部件承载件，该布置包括两个天线元件。此外，本发明涉及包括这种部件承载件的电子设备，并涉及这种部件承载件的制造方法。
背景技术
在电子工业中，集成电子电路或部件的封装尺寸在过去几十年中已显著降低。这引起电子组件的集成密度的显著增加以及电子设备的尺寸的相应减小，诸如例如无线电通信装置(例如，笔记本计算机、平板计算机、智能手机等)。
提高电子组件的集成密度的里程碑是推出了多层部件承载件，相应地多层印刷电路板(PCB)。在多层PCB中，分配给不同导体层的导体迹线与称为通孔的镀穿孔(金属化孔)连接。
先进PCB包括嵌入其基部结构的电子部件。嵌入式电子部件可以是(a)无源电子部件(诸如电容器、电阻器)或(b)有源电子部件(诸如晶体管)。除了受到机械保护之外，嵌入式电子部件还有助于进一步提高电子组件的集成密度。
此外，存在已知的部件承载件，其具有集成天线结构和连接到天线结构的电子部件。
US 2014/0145883 A1公开了印刷电路板(PCB)封装(package，包装)结构，包括由FR4材料制成的平面芯结构、设置在平面芯结构的一侧上的天线结构以及设置在平面芯结构的相对侧上的接口结构。天线结构和接口结构每个均由多个层压层形成，每个层压层具有在绝缘层上形成的图案化(patterned，模式化)导电(conductive，传导)层。天线结构包括在层压层的一个或多个图案化导电层上形成的平面天线。接口结构包括电源平面、接地平面、信号线以及在接口结构的层压层的一个或多个图案化导电层上形成的接触垫。该封装结构还包括天线馈线结构，其在接口结构和平面芯结构中形成并路线穿过接口结构和平面芯结构，并且连接到平面天线。
US 6559798 B1公开了在分层结构内形成的相控阵天线，该分层结构尤其包括从PCB已知的介电层。形成相控阵天线的天线元件的辐射元件层位于两个介电层之间。形成无源元件的无源元件层在这两个介电层中的一个上方形成，使得这一个介电层位于辐射元件层与无源元件层之间。通过用适当的相移信号驱动天线元件，可以实现所谓的波束形成，其中可以调整从天线元件协同发射的辐射的方向。
发明内容
虽然PCB集成相控阵天线结构表现出对允许空间定向的无线电通信的无线电通信装置的高集成密度的大贡献，但是可能仍然需要允许进一步增加这种无线电通信装置的集成密度的技术。
根据独立权利要求的主题可以满足该需要。从属权利要求描述了本发明的有利实施方式。
根据本发明的第一方面，提供了部件承载件，包括：(a)基部结构；(b)至少具有第一天线元件和第二天线元件的天线布置，其中两个天线元件嵌入基部结构内；以及(c)电子部件，其嵌入基部结构内并且与第一天线元件和第二天线元件两者可操作地连接。电子部件是有源电子部件，其能够(i)向第一天线元件提供第一发送信号并向第二天线元件提供第二发送信号和/或(ii)处理从第一天线元件接收的第一接收信号和从第二天线元件接收的第二接收信号。
所描述的部件承载件基于这样的想法：能够具有方向敏感(sensitivity，灵敏)性的通信的电磁发送和/或接收装置可以在紧凑的设计中实现，因为控制和/或执行方向敏感通信所必需的所有部件或元件都嵌入基部结构内。
嵌入式天线布置不仅可以在部件承载件的上部、下部和/或侧向侧形成，而且尤其可以至少部分地在基部结构(的3D尺寸)内形成。在后一种设计中，天线布置被自动保护免受外部机械冲击。因此，可以实现整个部件承载件的高稳健性及其嵌入式功能。
根据基本物理原理，波束形成可以通过将与相控阵中不同天线元件关联的不同信号组合来实现，该相控阵包括至少两个天线元件，以这种方式使得特定角度处的信号经历相长干涉，而其他信号经历相消干涉。由于天线元件可以用于发送和接收电磁信号两者，可以对于发送无线电通信终端设备和对于接收无线电通信终端设备两者应用波束成形。
为了在发送时改变天线布置的方向性，有源电子部件控制提供给每个天线元件的发送信号的相位和相对幅值，以便在分配给两个天线元件的两个电磁信号的组合波前中产生相长干涉和相消干涉的模式。当接收时，来自不同天线元件的接收信号与预定相移组合，其取决于具有最大接收敏感性的方向。
基部结构可以是任何类型的支撑元件，优选平支撑元件，其能够以嵌入方式接收天线布置和电子部件。基部结构可以是例如印刷电路板、基板或任何其他类型的支撑元件，其可以用于构建电子组件，相应地，电子电路。基部结构可以包括至少一个介电层和金属层，该金属层附接在介电层处。金属层可以被图案化以便形成适当的信号迹线，用于(a)连接所描述的天线布置与所描述的电子部件和/或用于(b)电连接这种电子组件或电子电路的部件。
天线布置，相应地，至少两个天线元件可以由导电材料形成。可替代地或组合地，它们可以通过在由导电材料制成的结构内的凹部或缝隙形成。这种结构可以是例如空心导体。在该情况下，天线元件可以称为缝隙天线(元件)。传导材料可以是提供足够的电导性的任何材料，使得所描述的天线布置可用于无线的无线电通信。除了金属材料之外，还可以使用其他传导材料，诸如例如传导碳、半导体材料(例如光学透明的铟镓锌氧化物)或具有金属带(例如银带)的粘合膏(adhesive plaster，橡皮膏)。此外，类金刚石碳(DLC)层、碳单层(石墨烯)或粘结剂与金属/传导粒子的混合物(所谓的导电墨水)可以用作传导材料。在天线布置的传导材料是金属材料的情况下，该金属材料可以优选地是与用于基部结构的(至少一个)金属层的材料相同的材料。这可以提供天线布置可以先前在基部结构的制备期间以简单的方式形成的优点。优选地，金属材料包括铜或是铜。当然，也可以使用具有比铜更高传导性的另一材料，诸如金或碳纳米管(CNT)。
所描述的天线元件中的每一个可以包括两个不同的部分。在该情况下，第一部分连接到电子部件的第一端子，该第一端子被分配给相应的天线元件，并且第二部分连接到电子部件的第二端子，该第二端子也被分配给该天线元件。这意味着嵌入式电子部件包括至少四个端子，它们中的两个被分配给第一天线元件并且它们中的另外两个被分配给第二天线元件。
必须从广义上理解“术语”电子部件。例如，所描述的电子部件可以凭借单个(有源)电子部件部分(part，零件)来实现，其并入单个壳体或封装内。然而，电子部件还可以包括以协调方式操作的两个(有源)电子部件部分。因此，第一电子部件部分可以连接到和/或分配给第一天线元件，并且第二电子部件部分可以连接到和/或分配给第二天线元件。此外，电子部件还可以包括多个电子部件部分，其中它们中的至少一些彼此互相连接以形成适当的电子电路。还可能的是，除了至少一个电子部件部分之外，可以有不是嵌入式但例如在基部结构上表面安装的其他部件部分。
有源电子部件可以是“无线通信部件”。这意味着有源电子部件能够控制、执行和/或参与无线电通信，其中数据以无线方式传输。无线通信部件可以是壳体内的部件。优选地，(嵌入式)无线通信部件可以是裸片或芯片。此外，无线通信部件可以包括适当的电路，诸如电子发送电路和/或电子接收电路。
术语“有源电子部件”可以指示电子部件与无源电子部件相比依赖于能量源(通常来自DC供给电压)，以将电能注入电子电路中。因此，有源电子部件包括用于电接触接触端子的至少三个接触端子。有源电子部件尤其包括至少一个放大部件，诸如例如晶体管。有源电子部件尤其可以包括半导体材料。
在本文献中，术语“嵌入式”可以特别指示相应的元件，即电子部件和两个天线元件中的一个位于在基部结构中或基部结构处形成的开口内。因此，术语“开口”可以指示在基部结构中或基部结构处形成的任何类型的凹部或腔。该开口甚至可以是在基部结构内形成的金属化通孔，该金属化通孔连接不同的天线元件部分。在该情况下，金属化通孔也表示相应的天线元件的部分。
要提到的是，非常小的导电材料天线元件(嵌入基部结构内或在该基部结构表面处)也可以凭借具有飞秒的持续时间的激光脉冲来形成。可以称为纳米天线的这种小天线元件可以用于非常强的电磁波或光子波。进一步的信息可以从出版物Laser PhysicsLetters第11卷，第6期，2014年6月1日，065302中获得。
要指出的是，所描述的开口不必是空的或未填充的(例如填充有空气)开口。仅需要在所描述的部件承载件的制造期间，至少在某个处理阶段，相应的开口是空的或未填充的。在电子组件的最终状态下，开口可以被填充例如有保护性或任何其他功能的材料。
根据本发明的另外的实施方式，电子部件被配置用于：(a)在第一发送信号与第二发送信号之间引入相移；(b)改变第一发送信号和/或第二第一发送信号的幅值；(c)检测在第一接收信号与第二接收信号之间移动的相位；和/或(d)确定第一接收信号和/或第二接收发送信号的幅值。这可以提供优点，所描述的部件承载件包括为了执行以上描述的波束形成所需的所有功能。因此，天线布置可以像相控阵那样操作。这适用于发送电磁辐射以及接收电磁辐射二者的情况。
在这方面，(再次)提到，为了执行所描述的动作，电子部件可以不仅仅包括一个电子部件部分。特别地，除了所描述的嵌入式电子部件(部分)之外，可以存在其他电子部件部分(嵌入式或非嵌入式)。这些其他电子部件部分可以是有源或/或无源电子部件部分。
根据本发明的另外的实施方式，部件承载件还包括连接电子部件与第一天线元件的第一导体迹线以及连接电子部件与第二天线元件的第二导体迹线。
导体迹线中的至少一个可以通过基部结构的适当图案化金属层来实现。这可以提供以下优点：可以实现所描述的部件承载件的互连电路，凭借公认的程序，其已知例如用于制造印刷电路板。
经由双导体迹线，天线元件将提供有相应的发送信号。可替代地或组合地，由嵌入式电子部件使用的两个导体迹线用于接收来自相应的天线元件的信号。在这方面，要提到的是，导体迹线连接可以经由适当的导体迹线直接实现，或经由另外的电子部件和至少一个另外的导体迹线间接地实现。另外的电子部件可以嵌入基部结构内或附接到基部结构。
根据本发明的另外的实施方式，第一导体迹线和/或第二导体迹线的长度小于600mm，优选小于400mm，更优选小于200mm，更优选小于100mm，更优选小于50mm，更优选小于20mm，更优选小于10mm，并且最优选小于5mm。
这可以提供所描述的部件承载件的无线电功能可以用电子组件来实现的优点，该电子组件可以在紧凑的尺寸内构建。这对于高频无线电通信应用尤其有利。使用合适的高频嵌入式芯片，和嵌入式有源电子部件与天线布置之间的适当的高频链路，高达太赫(10+12Hz)状态的无线电频率是可能的。在嵌入式有源电子部件与相应的天线元件之间延伸的短导体迹线的另外的优点是小欧姆电阻，其产生在嵌入式有源电子部件与相应的天线元件之间行进的电信号的小损耗。此外，短导体迹线通常将表现出小电容和小电感。这导致由相应的导体迹线辐射的少量不需要的无线电信号中的有益的方式。因此，即使在以高频率操作所描述的部件承载件时，与相邻电子装置的不需要的干涉也将更少。换句话说，在短导体迹线的帮助下，所描述的部件承载件将是特征在于，非常好的电磁兼容性和用于接收电磁信号的高敏感性。
要提到的是，导体迹线的长度的相应尺寸当然可以取决于无线电通信装置的尺寸。无线电通信装置越大，所描述的天线布置的设计的自由度将越大。
要进一步提到的是，特别是在建筑物内，反射测试已经表明，对于不同天线元件之间的在2到500mm之间的范围内的距离，可以实现极好的反射抑制。因此，取决于具体应用，可以不必利用相应的无线电通信装置的整个空间延伸，以便在两个无线电连接的无线电通信装置之间获得最佳的无线电信道质量。
根据本发明的另外的实施方式，第一导体迹线和/或第二导体迹线由多个N个直导体迹线部分组成，其中数量N小于5，特别是小于4，进一步地特别是小于3，以及此外特别是小于2。
这意味着相应的导体迹线包括一个、两个、三个或四个直导体迹线部分。在多于一个直导体迹线部分的情况下，相邻或邻近的导体迹线部分可以通过至少一个弯曲的、拐弯的和/或有角的导体迹线部分彼此连接。
优选地，直导体迹线部分的数量少。这可以意味着在(一个或多个)导体迹线的空间设计中，仅存在很少或没有有意的角部或弯曲部分。由于导体迹线的任何非直线区段导致相对强的电磁发射，只有几个弯曲的所描述的实施方式可以进一步增加上述电磁兼容性。
根据本发明的另外的实施方式，(a)天线布置和电子部件被配置用于在预定波长下操作，以及(b)至少一个直导体迹线部分具有的长度小于预定波长的1/2、优选小于1/4、更优选小于1/8、更优选小于1/16mm、更优选小于1/32并且最优选小于1/64。
预定波长可以是例如对应于某个中心频率的中心波长。通常，对于每种类型的通信应用，存在指定的中心频率，其通常也称为载波频率。
如已经在上面所述的，导体迹线的可能性还可取决于包括所描述的部件承载件的无线电通信装置的尺寸。
根据本发明的另外的实施方式，第一导体迹线和/或第二导体迹线包括波导。
在此上下文中，波导可以是在基部结构中或基部结构处形成的任何物理结构，该结构能够引导从嵌入式有源电子部件传播到天线布置(在发送的情况下)和/或反之亦然(在接收的情况下)的电磁信号。因此，相应的信号在空间上主要受限于波导的宽度。结果，不仅信号损失将减少，而且在环境中传播的不需要的电磁辐射也将被最小化。因此，将改进所描述的部件承载件的操作效率和电磁兼容性。这特别适用于高频应用。
波导可以在空间上桥接在嵌入式有源电子部件与相应天线元件之间的整个距离。这是有益的不仅因为衰减和电磁兼容性目的，而且还对于所描述的部件承载件的便利制造过程。优选地，波导被嵌入基部结构内，使得不仅嵌入式有源电子部件和天线布置，而且导体迹线被保护免受外部机械冲击。
根据本发明的另外的实施方式，部件承载件包括至少一个另外的电子部件，特别是至少一个另外的有源电子部件，其中，另外的电子部件与电子部件可操作地连接。
两个电子部件可以形成电子电路，其在发送的情况下不仅能够以适当的方式驱动天线布置，而且能够控制整个辐射发射率。此外，这种电子电路的部分可以处理适当的信号调节。这可以针对模拟信号和/或针对数字信号发生。例如，可以针对在包括所描述的部件承载件的无线电通信(终端)装置和与无线电通信(终端)装置进行无线电通信的另外的无线电通信(终端)装置之间延伸的无线电信道的质量来处理数字信号。在该情况下，信号调节可以包括例如适当选择无线电通信中可能需要的保护间隔的数量或大小，因为它们允许在发送无线电通信(终端)装置与接收无线电通信(终端)装置之间行进的电磁波的反射，在由发送无线电通信(终端)装置发送的后续的电磁波被接收无线电通信(终端)装置接收之前衰减。
优选地，另外的电子部件也被嵌入基部结构内。然而，也可能将一个或多个另外的电子部件安装(特别是表面安装)在基部承载件处。此外，所描述的电子电路还可能包括相对于部件承载件在外部的部件。
根据电子部件，另外的电子部件还可以包括两个或更多个电子部件部分或由两个或更多个电子部件部分组成，其在专用壳体内实现。
根据本发明的另外的实施方式，天线布置还包括至少一个另外的天线元件，其嵌入基部结构内并与至少一个有源部件可操作地连接。这可以提供可以形成嵌入基部结构内的所谓的相控天线阵(PAA)的优点。通常取决于涉及的天线元件的数量，这种PAA可以允许用于高方向敏感性。根据以相干方式从多个辐射源起源的电磁辐射的基本物理原理，可以通过选择不同天线元件之间的适当相位或运行时间差来选择用于发送或接收(相干)电磁辐射的方向辐射模式。
根据本发明的另外的实施方式，天线元件中的一个天线元件在开口内形成，其本身在基部结构的上部表面处和基部结构内形成。
开口的尺寸可以特别取决于频率，相应地假定待操作的所描述的部件承载件的所在的电磁辐射的波长。可以根据具体应用选择开口的形状，特别是至所需的三维辐射模式。
优选地，每个天线元件在一个开口内形成。这意味着开口的数量与天线元件的数量相同。
天线元件可以通过在相应的开口内形成的适当的金属化来实现，并且与嵌入式有源电子部件电连接。
天线元件可以完全在开口的壁处形成或仅部分地形成在开口的壁处。在后一种情况下，天线布置可以设计为使相应的天线元件的两个部分中的仅一个部分位于开口内，相应地位于开口的壁处的方式。另一部分可以位于基部结构处任何其他位置或基部结构内的任何其他位置。特别地，适当构造的金属层可以用作天线布置的另一部分。
关于基部结构的表面，天线元件可以是凹陷的或加深的。这可以提供基部结构的表面将没有表示天线元件的至少一部分的任何(金属)结构的优点。因此，部件承载件的表面可以被处理或加工，至少到不需要关注天线元件的某种程度。
根据本发明的另外的实施方式，该开口至少部分地是缝隙，具有第一侧壁部分和与该第一侧壁部分相对且平行的第二侧壁部分。
以缝隙或狭缝的形式实现开口可以提供基部结构内的开口可以以简单的方式形成的优点，例如通过简单的铣削程序。此外，可以根据相应的应用容易地选择开口的形状和空间尺寸。这些优点可以与通路开口有关和可以与盲开口有关二者来实现，如下面将详述的。
根据本发明的另外的实施方式，开口的上部边缘描述了在基部结构的上部表面处的闭合线。这可以意味着开口不是在基部结构的侧向边缘或侧向区域处的凹部。所描述的开口相当于孔、空心空间、室和/或腔，其在基部结构内形成，并且其在与基部结构的上部表面或下部表面平行的任何平面内，由基部结构环绕。
在本文献的上下文中，基部结构的上部表面和下部表面可以是位于与基部结构的层结构平行的平面内的表面。在这方面，上部表面和下部表面可以是平面表面。
根据本发明的另外的实施方式，一个天线元件至少部分地在开口的侧壁处形成。这可以提供限定开口的大区域可以用于形成天线元件之一的优点。如果开口沿与基部结构(相应地，部件承载件)的(上部)表面平行的任何方向具有相对小的尺寸，则尤其如此。当使用开口的侧壁来形成天线元件时，根据具体应用，天线元件可以用适当的结构设计来实现。
根据本发明的另外的实施方式，该开口是通路开口，其从上部表面延伸到基部结构的相对的下部表面。这可能意味着全部通路的开口通过基部结构从上部表面完全延伸直到下部表面。
通路开口可以提供可以在基部结构内容易地形成的优点。这可以例如凭借已知的钻孔或铣削程序来实现。可替代地，通路开口也可以在基部结构的层中形成期间形成，其中涉及的层包括适当形成和定位的切口。特别是在通路开口的圆柱形形式的情况下，通路开口可以是所谓的通过孔(through hole)。
天线元件可以放置在基部结构上的任何位置或基部结构处的任何位置，包括其顶侧、底侧和/或边缘。使用天线元件的最佳布置，补偿可能由电子装置(例如，移动电话)的外壳体和/或由电子装置的环境和/或由可以安装在部件承载件处或嵌入部件承载件内的其他附近的电子部件引起的至少部分负面影响(例如，电磁场的不需要的失真)可以是可能的。
根据本发明的另外的实施方式，该开口是盲开口，其从基部结构的上部表面延伸到基部结构的内部中。这可以提供以下优点：基部结构的下部表面将不受开口的影响，并且下部表面的整个区域可用于安装或附接电子部件和/或用于在基部结构的下侧处形成传导迹线。
在本文献中，术语“盲开口”可以特别指代不完全穿过基部结构的任何开口或腔。在盲开口的圆柱形形式的情况下，盲开口可以称为盲孔或盲通孔。
根据本发明的另外的实施方式，一个天线元件至少部分地在盲开口的底部壁处形成。这可以提供以下优点：可以使用从基部结构的物理结构界定基部结构内的开口的大区域来形成相应的天线元件。这给正在为具体应用设计部件承载件的工程师在天线元件的可能设计方面带来高度灵活性。
根据本发明的另外的实施方式，开口至少部分地填充有非传导金属材料。这可以提供可以保护相应的天线元件的可能机械敏感部分的优点。
所描述的非传导材料应该是允许高频电磁波通过而没有或仅具有非常低衰减的材料。合适的材料基本上可以是相对介电常数大于1、特别是大于1.5、更特别是大于2、甚至更特别是大于2.5并且最特别是大于3的任何材料。
要说明的是，除了根据非传导材料完全填充开口的实施方式之外，此外，非传导材料还可以覆盖基部结构的至少一些部分。在一个实施方式中，所描述的部件承载件甚至形成无线电通信装置的壳体。因此，可以甚至可能的是，所描述的非传导材料用作覆盖层，用于保护整个部件承载件(相应地，整个无线电通信装置)免受不希望的外部冲击。
非传导材料可以是例如非金属材料或包含金属但是为不良导体的材料，诸如例如氧化铝。
根据本发明的另外的实施方式，非传导材料是阻焊材料、热传导膏、柔性印刷材料、可移除填充材料、涂料和漆中的至少一种。这可以提供以下优点：除了天线布置的机械保护之外，非金属材料还可以用于与处理、使用和保护部件承载件(诸如印刷电路板或基板)相关的其他目的。具体地，所描述的非金属材料可以与无论如何需要的部件承载件生产工艺步骤一起应用或插入开口中。这意味着可以在没有任何额外努力的情况下实现所描述的机械保护。
在该上下文中，“柔性印刷材料”是通常用于凭借柔性塑料基板来构建柔性印刷电路板的材料，诸如聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)或透明传导的聚酯膜。此外，在本文献的上下文中，“可移除的填充材料”是在部件承载件的生产期间用作形成部件承载件时的临时占位部的材料。在稍后的生产步骤中，占位部被移除，使得其中填充或嵌入另一材料(例如电子部件)的腔或任何类型的自由空间被生成。
根据本发明的另外的实施方式，(a)基部结构至少包括由至少一个介电层分开的第二金属层和第一金属层，以及(b)天线元件中的每一个包括第一金属层的至少一部分和第二金属层的至少一部分。这可以提供以下优点：天线元件在空间上不受限于相应的开口的壁，但也可以沿x和/或y方向二者延伸，两个方向都平行于基部结构的(上部)表面。取决于相应的金属层的图案化部分的设计和尺寸，相应的天线元件的尺寸可以适当地调整。
根据本发明的另外的实施方式，(a)在第一金属层内，天线元件之一具有第一空间伸展，并且(b)在第二金属层内，天线元件之一具有与第一空间伸展不同的第二空间伸展。
通常而言，所提到的天线元件在基部结构的不同金属层内具有不同的形状和/或尺寸。通过适当地形成天线元件的不同部分，用于接收电磁辐射的天线布置的敏感性在空间上可以不均匀，并且可以根据所描述的电子组件的具体应用适当地调整。因此，通过适当形状的天线元件，可以支持上述波束形成，相应地，方向敏感性。由于天线元件的形状依赖于第一金属层和第二金属层的图案化结构，因此与分层的基部结构的生产一起可以非常容易地实现适当形成的天线元件。
要提到的是，天线元件也可以在多于两个的金属层上延伸。这可以允许实现天线元件具有多个天线元件部分，每个被分配给不同的金属层，并且优选每个具有不同的空间伸展。
根据本发明的另外的实施方式，基部结构是分层结构，包括至少两个介电层，每个夹在相应两个金属层之间。
描述性地说，基部结构(并且还有整个部件承载件)包括金属层和介电层或绝缘层的交替的序列。这种结构也可以称为多层板。通过孔或盲孔可用于互连不同的金属层以便增加集成密度，特别是在基部结构上和/或基部结构内形成的信号迹线的集成密度。
在本文献中，术语“夹”可以指任何层状结构，其中一个(被夹)层位于两个(夹住)层之间。因此，可以使用通过夹住层的压力或力来夹紧被夹层。然而，被夹层的简单中部或中心位置也是可能的，其中没有从夹住层到被夹层上作用的力或压力。
分层结构可以配置为由印刷电路板和基板组成的组中的一个。在本文献的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别指代板状裸部件承载件，其通过层压具有多个电绝缘层结构的多个电传导层结构形成，例如通过施加压力，如果需要伴随热能供应。作为PCB技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，而介电或电绝缘层结构可包括树脂和/或玻璃纤维，所谓的预浸材料或FR4材料。用于介电层的材料可以包括树脂特别是双马来酰亚胺-三嗪树脂、氰酸酯、玻璃特别是玻璃纤维、预浸材料、液晶聚合物、环氧基积层膜、上述FR4材料、陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一个。虽然预浸材料或FR4是优选的，但也可以使用其他提到的材料或更其他的材料。
各种导电层结构可以通过穿过层压部形成通过孔而以期望的方式彼此连接，例如通过激光钻孔或机械钻孔，以及通过用导电材料(特别是铜)填充它们，从而形成作为通过孔连接的通孔。除了所描述的嵌入式有源电子部件之外，印刷电路板通常配置用于在板状印刷电路板的一个或两个相对的表面上容纳一个或多个电子部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。
在本文献的上下文中，术语“基板”可以特别指代具有基本相同或尺寸略大的小型裸部件承载件，作为安装在其上的典型电子部件。
根据本发明的另外的实施方式，基部结构至少部分地由柔性材料制成。
优选地，基部结构完全由或多或少的弹性材料制成，这为整个部件承载件提供了一定的柔性。部件承载件的柔性设计开发了可以使用所描述的部件承载件的各种无线电通信应用。此外，正在用所描述的部件承载件为具体应用进行构造工作的工程师将获得用于将所描述的部件承载件集成到电子装置中特别是无线电通信终端装置中的受欢迎的柔性。
合适的弹性或柔性材料可以是聚酰亚胺、PEEK和聚酯。尽管聚酰亚胺是优选材料，但也可以使用其他提到的材料或其他柔性材料。
根据本发明的另外的方面，提供了电子设备特别是无线电通信(终端)装置。电子设备包括如上所述的部件承载件。
所提供的电子设备基于以下思想：使用上述部件承载件(特别是用于无线电通信)允许电子设备(a)在紧凑设计内实现，以及(b)提供有定向的无线电发送和无线电接收特性或模式，其可以在无线电通信所需的功率方面产生高效率。结果，可以降低发送功率并且可以增加接收敏感性。此外，为了保证可靠的无线电通信，定向的发送和/或接收模式可以适用于实际的周围环境。此外，可以利用适当的定向发送特性为了减少对位于所描述的无线电通信装置附近的人的电磁影响。
通信(终端)装置可以是任何类型的无线电装备，其能够与任意其他无线电通信装置或网络的无线电通信接入点连接，诸如基站或蜂窝无线电网络的中继节点。例如，无线电装备可以是RFID通信装置，诸如有源RFID标签、近场通信(NFC)装置或任何其他可移动无线电通信设备，诸如蜂窝移动电话、个人数字助理(PDA)和/或笔记本电脑或平板电脑。
根据本发明的另外的实施方式，电子设备还包括壳体结构；其中部件承载件形成壳体结构的至少一部分。这可以提供以下优点：可以降低电子设备的生产成本，因为不需要提供(完整的)壳体。换句话说，用于构建电子电路的部件承载件现在也具有功能充当壳体的至少一部分。
在电子设备是无线电通信装置的情况下，可以以经济实惠的方式实现高效且敏感的无线电通信。因此，可以从部件承载件的优选实施方式获得益处，其中特别地，保护天线布置免受外部机械冲击。
根据本发明的另外的方面，提供了用于制造部件承载件的方法，特别是如上所述的部件承载件。所提供的方法包括(a)提供基部结构；(b)形成至少具有第一天线元件和第二天线元件的天线布置，其中两个天线元件嵌入基部结构内；(c)将电子部件嵌入基部结构内；和(d)将电子部件与第一天线元件和第二天线元件二者连接。根据本发明的这个方面，电子部件是有源电子部件，其能够(i)向第一天线元件提供第一发送信号并向第二天线元件提供第二发送信号和/或(ii)处理从第一天线元件接收的第一接收信号和从第二天线元件接收的第二接收信号。
必须注意的是，已经关于不同的主题描述了本发明的实施方式。特别是，已经关于设备类型权利要求描述了一些实施方式，而已经关于方法类型权利要求描述了其他实施方式。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述得出，除非另有告知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，关于不同主题的特征之间的任何组合也被认为是与本文献一起公开。
本发明的以上限定的方面和另外的方面从下面将要描述的实施方式的实例变得显而易见，并且参照实施方式的实例进行解释。在下文中将参照实施方式的实例更详细地描述本发明，但本发明不限于此。
附图说明
图1a和图1b示出了具有天线布置的部件承载件，该天线布置包括在层压的基部结构内形成的两个圆锥形天线元件。
图2示出了与图1的部件承载件相应的部件承载件，但是其覆盖有保护涂层。
图3示出了具有天线布置的部件承载件，该天线布置包括四个圆锥形的天线元件并且具有与相应两个天线元件可操作地连接的两个嵌入式电子部件。
图4a和图4b示出了具有两个空心导体的部件承载件，每个空心导体具有表示一个天线元件的开口。
图5a和图5b示出了具有两个天线元件的部件承载件，每个天线元件由金属化缝隙实现。
图6a和图6b示出了具有延伸通过层压结构的两个金属化通路开口的部件承载件，其中每个金属化通路开口表示一个天线元件。
图7示出了具有在层压的基部结构内形成的两个金属化台阶角的部件承载件。
图8示出了电子设备，在壳体内容纳有根据本发明的实施方式的部件承载件。
图9示出了电子设备，其中壳体部分地由根据本发明的实施方式的部件承载件形成。
具体实施方式
图中的图示是示意图。需要注意的是，在不同的图中，相似或相同的元件或特征设置有相同的附图标记或使用附图标记，其仅在第一个数字内与相应的附图标记不同。为了避免不必要的重复，已经相对于先前描述的实施方式所阐明的元件或特征在说明书的稍后位置处未再次阐明。
此外，空间相对术语，诸如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等等用于描述如图所示的元件相对于另外(一个或多个)元件的关系。因此，空间相对术语可适用于使用中的取向，其不同于附图中所描绘的取向。显然，所有这种空间相对术语仅仅是为了便于描述而指代图中所示的取向，并且不一定是限制性的，因为根据本发明的实施方式的设备可以采取当使用时与图中所示的那些不同的取向。
图1a和图1b示出了根据本发明的实施方式的部件承载件100。部件承载件100包括芯110，其表示为部件承载件100提供一定机械稳定性的主干(backbone，骨干)。在芯110上或上方形成有基部结构120，包括介电层122和相应地导电的金属层124的交替序列。在本文献中，基部结构120也称为层压结构。
在基部结构120内并且在芯110附近，提供有嵌入式电子部件130。在其他实施方式中，部件完全由基部结构120环绕，即在嵌入式电子部件130和芯110之间没有机械接触。在其他实施方式中，嵌入式电子部件位于芯内。在其他实施方式中，还可以在芯110的另一侧提供有额外的结构(至少类似于基部结构120)。
部件承载件100还包括天线布置140，其在基部结构120的上部部分内形成。
根据这里描述的实施方式，天线结构140包括两个天线元件，第一天线元件142和第二天线元件146。从图1a可以看出，两个天线元件142和146每个包括截顶的正圆圆锥形。具体地，天线元件142和146凭借内侧表面和底部表面的金属化形成。图1b示出了部件承载件的俯视图，相应的上部边缘142a和146a以及相应的底部区域142b和146b。
要提到的是，根据圆锥形天线元件142、146的具体配置，底部区域142b和146b可包括未描绘的Rx/Tx元件，例如，偶极Rx/Tx元件，其结构在图1a和图1b中并且还在下面阐述的另外的图2和图3中都不可见。
嵌入式电子部件130包括多个接触端子(未明确描绘)。一个接触端子经由第一导体迹线152连接到第一天线元件142。第一导体迹线152包括两个直导体迹线部分。
根据这里描述的实施方式，第一直导体迹线部分凭借通孔152a(在竖直方向上延伸)来实现。第二直导体迹线部分凭借图案化的金属层124的部分152b来实现。相应地，第二导体迹线156包括两个直导体迹线部分，其凭借通孔156a和图案化金属层124的另一部分162b实现。
凭借两个导体迹线152和156，部件130与第一天线元件142和第二天线元件146两者可操作地连接。在其他实施方式中，在天线元件142、146与部件130之间的操作的连接中插入了附加的功能元件或部件。嵌入式电子部件130是有源电子部件，其能够向第一天线元件142提供第一发送信号并且向第二天线元件146提供第二发送信号。可替代地或组合地，有源电子部件130能够处理从第一天线元件142接收的第一接收信号和从第二天线元件146接收的第二接收信号。如上面已经更详细地阐述的，天线布置140是所谓的相控天线阵(PAA)，其在基部结构120内相应地嵌入形成。当然，PAA还可以包括另外的天线元件。通过适当地操作天线元件142、146，可以实现波束成形。由于天线元件142、146可以用于发送和接收电磁信号两者，波束成形可以应用于发送无线电通信终端设备和接收无线电通信终端设备两者。
图2示出了根据本发明的另外的实施方式的部件承载件200。部件承载件200基本上对应于图1a中所示的部件承载件100。唯一(所描绘的)差异是在基部结构120的上部表面处，相应地在天线布置114处提供有保护结构。该保护结构包括保护涂层260和填充材料262，其已经被插入截顶的圆锥形天线元件142、146的内部中。根据这里描述的实施方式，用于保护结构的材料是所谓的阻焊材料，其广泛用于制造部件承载件。但是，如已经在上面更详细地提到的，其它材料，诸如导热膏、柔性印刷材料、可移除的填充材料、涂料和/或漆也可用于保护涂层260和/或用于填充材料262。
图3示出了根据本发明的另外的实施方式，部件承载件300具有天线布置340，该天线布置包括四个截顶的圆锥形天线元件，第一截顶的圆锥形天线元件342、另外的第一截顶的圆锥形天线元件343、第二截顶的圆锥形天线元件346和另外的第二截顶的圆锥形天线元件347。在该实施方式中，两个部件330a和330b嵌入在部件承载件300的层压基部结构120内。为了允许利用由PAA 340提供的方向特性，两个嵌入式电子部件330a和330b与相应两个天线元件342、343，与相应346、347可操作地连接。具体地，第一天线元件342经由第一导体迹线352与部件330a连接。另外的第一天线元件343经由另外的第一导体迹线354与部件330a连接。相应地，第二天线元件346经由第二导体迹线356与部件330b连接，并且另外的第二天线元件347经由另外的第二导体迹线358与部件330b连接。此外，两个嵌入式电子部件330a和330b至少凭借嵌入基部结构120内的未描绘的数据连接来彼此通信地连接。这允许两个部件330a和330b的协同操作，以便以适当的方式操作整个天线布置340，使得可以利用PAA的益处。
图4a和图4b示出了根据本发明的另外的实施方式的部件承载件400。部件承载件400也基本上对应于图1a中所示的部件承载件100。唯一(所描绘的)两个差异是(a)基部结构420的层数小于基部结构120的层数，以及(b)代替(截顶的)圆锥形天线元件，天线布置440包括两个空心导体或波导442和446，每个具有相应开口443、447，相应地表示两个天线元件中的一个。从图4b可以看出，两个空心导体442和446沿y方向延伸。因此，y方向与垂直于y方向的x方向一起限定了与形成基部结构420的层平行的平面。根据这里描述的实施方式，相应的空心导体442、446内的开口中的每一个都凭借沿y方向延伸的相对较短的缝隙443、447来实现。
图5a和图5b示出了根据本发明的另外的实施方式的部件承载件500。与部件承载件400相反，部件承载件500包括天线布置540，其中第一天线元件和第二天线元件相应地凭借第一缝隙542和第二缝隙546实现。如从图5a可以看出，两个缝隙542和546具有盲开口的形式。从图5b可以看出，两个缝隙542、546中的每一个具有沿y方向取向的略微细长的形状。
图6a和图6b示出了根据本发明的另外的实施方式的部件承载件600。部件承载件600包括层压的基部结构620，其由介电层622和金属层624的交替序列形成。要提到的是，在所描述实施方式中没有芯层。然而，要指出的是，介电层624中的至少一个可以与其他的不同并且可以提供机械稳定性，使得该层可以称为芯层。
从图6a可以看出，在基部结构620内形成有两个通路开口642和646。在沿z方向的视图中，通路开口642、646具有矩形的形状(参见图6b)。换句话说，通路开口642和646相应地由沿z方向延伸通过整个基部结构620的一个略微细长的缝隙来实现。根据这里描述的实施方式，通路开口表示相应第一天线元件642和第二天线元件646，二者形成天线布置640。
具体地，通路开口642、646的侧壁设置有相应地导电金属涂层645。位于第一通路开口642内的该涂层645经由第一导体迹线652与嵌入式电子部件630连接。相应地，位于第二通路开口646内的涂层645经由第一导体迹线652与嵌入式电子部件630连接。
要注意，根据这里描述的实施方式，嵌入式电子部件630包括(a)在其上部表面处未描绘的第一接触端子，该第一接触端子与第一导体迹线652连接，以及(b)在其底部表面以及未描绘的第二接触端子，该第二接触端子与第二导体迹线656连接。当然，当提供相应形成的导体迹线以将电子部件与天线元件642和646连接时，嵌入式电子部件的接触端子的其他空间布置是可能的。
图7示出了部件承载件700，其与图4a和图4b所示的部件承载件400的不同之处在于，天线元件由具有台阶角的形状的金属化凹部形成。具体地，在基部结构420的上部部分内形成的天线布置740包括表示第一天线元件的第一台阶角742和表示第二天线元件的第二台阶角746。
图8以示意图示出了电子设备870。电子设备870包括壳体872。电子设备870还包括根据本发明的实施方式的部件承载件，例如部件承载件100。部件承载件100容纳在壳体872内。
这里描述的电子设备870是无线电通信(终端)装置，其可以用于无线电通信网络内的无线电通信。因此，特别是可以从部件承载件100包括相应的元件的所有特征的事实获得益处，其是执行上述波束形成所必需的。
图9再次在非常示意性的图中示出了根据本发明的另外的实施方式的电子设备970。电子设备970包括壳体972。如从图9可以看出，部件承载件100形成壳体972的(上部)部分。电子设备970也是无线电通信(终端)装置。
除了提供壳体972可以以有成本效益的方式制造的优点之外，所描述的电子设备970还可以提供(未描绘的)天线布置在壳体972的外侧实现的优点。因此，壳体972不会引起电磁辐射的衰减。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一(a)”或“一个(an)”的使用不排除多个。还可以组合与不同实施方式相关联描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
附图标记清单：
110 芯
120 基部结构/层压部
122 介电层
124 金属层
130 嵌入式电子部件
140 天线布置/相控天线阵(PAA)
142 第一天线元件
142a 上部边缘
142b 底部区域/底部壁
146 第二天线元件
146a 上部边缘
146b 底部区域
152 第一导体迹线
152a 通孔/直导体迹线部分
152b 图案化金属层部分/直导体迹线部分
156 第二导体迹线
156a 通孔/直导体迹线部分
156b 图案化金属层部分/直导体迹线部分
200 部件承载件
260 保护涂层/阻焊部
262 填充材料/阻焊部
300 部件承载件
330a 嵌入式电子部件
330b 嵌入式电子部件
340 天线布置/相控天线阵(PAA)
342 第一天线元件
343 另外的第一天线元件
346 第二天线元件
347 另外的第二天线元件
352 第一导体迹线
354 另外的第一导体迹线
356 第二导体迹线
358 另外的第二导体迹线
400 部件承载件
420 基部结构/层压部
440 天线布置
442 第一天线元件/第一波导/第一空心导体
443 开口/缝隙
446 第二天线元件/第二波导/第二空心导体
447 开口/缝隙
542 第一天线元件/第一缝隙/第一盲开口
546 第二天线元件/第二缝隙/第二盲开口
600 部件承载件
620 基部结构/层压部
622 介电层
624 金属层
630 嵌入式电子部件
640 天线布置
642 第一天线元件/第一通路开口
645 金属涂层
646 第二天线元件/第二通路开口
652 第一导体迹线
656 第二导体迹线
700 部件承载件
740 天线布置
742 第一天线元件/第一台阶角
746 第二天线元件/第二台阶角
870 电子设备/无线电通信(终端)装置
872 壳体
970 电子设备/无线电通信(终端)装置
972 壳体

Claims (25)

1.一种部件承载件(100)，包括
基部结构(120)；
天线布置(140)，至少具有第一天线元件(142)和第二天线元件(146)，其中两个天线元件(142、146)嵌入所述基部结构(120)内；以及
电子部件(130)，其嵌入所述基部结构(120)内，并且其与所述第一天线元件(142)和所述第二天线元件(146)可操作地连接，
其中所述电子部件(130)是有源电子部件，其能够
(i)向所述第一天线元件(142)提供第一发送信号，以及向所述第二天线元件(146)提供第二发送信号和/或
(ii)处理从所述第一天线元件(142)接收的第一接收信号和从所述第二天线元件(146)接收的第二接收信号。
2.根据前一权利要求所述的部件承载件(100)，其中，所述电子部件(130)配置用于
(a)在所述第一发送信号与所述第二发送信号之间引入相移；和/或
(b)改变所述第一发送信号和/或所述第二第一发送信号的幅值；和/或
(c)检测在所述第一接收信号与所述第二接收信号之间移动的相位；和/或
(d)确定所述第一接收信号和/或所述第二接收发送信号的幅值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100)，还包括
第一导体迹线(152)，连接所述电子部件(130)和所述第一天线元件(142)，以及
第二导体迹线(156)，连接所述电子部件(130)和所述第二天线元件(146)。
4.根据前一权利要求所述的部件承载件，其中，所述第一导体迹线(152)和/或所述第二导体迹线(156)具有的长度小于600mm，优选小于400mm、更优选小于200mm，更优选小于100mm，更优选小于50mm，更优选小于20mm，更优选小于10mm，并且最优选小于5mm。
5.根据前两项权利要求中任一项所述的部件承载件(100)，其中，
所述第一导体迹线(152)和/或所述第二导体迹线(156)由多个N个直导体迹线部分(152a、152b；156a、156b)构成，其中数量N小于5，特别地小于4，进一步特别地小于3，并且更特别地小于2。
6.根据前一权利要求所述的部件承载件(100)，其中，
所述天线布置(140)和所述电子部件(130)配置用于在预定波长下操作，以及
所述至少一个直导体迹线部分(152a、152b；156a、156b)具有的长度小于预定波长的1/2，优选小于1/4，更优选小于1/8，更优选小于1/16mm，更优选小于1/32，并且最优选小于1/64。
7.根据前四项权利要求中任一项所述的部件承载件(100)，其中，
所述第一导体迹线(152)和/或所述第二导体迹线(156)包括波导。
8.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(300)，还包括
至少一个另外的电子部件(330b)，特别是至少一个另外的有源电子部件，其中所述另外的电子部件(330b)与所述电子部件(330a)可操作地连接。
9.根据前述项权利要求中任一项所述的部件承载件(300)，其中，
所述天线布置(340)还包括
至少一个另外的天线元件(343、347)，其嵌入所述基部结构(120)内并且其与至少一个有源部件(330a、330b)可操作地连接。
10.根据前述项权利要求中任一项所述的部件承载件(500)，其中，
所述天线元件(542、546)的一个天线元件(542或546)在开口内形成，其本身在所述基部结构(420)的上部表面处和所述基部结构(420)内形成。
11.根据前一权利要求所述的部件承载件(500)，其中，
所述开口至少部分地是缝隙(542、546)，所述缝隙具有第一侧壁部分和与所述第一侧壁部分相对且平行的第二侧壁部分。
12.根据前两项权利要求中的一项所述的部件承载件(100；500)，其中，
所述开口的上部边缘(142a、146a)描述了所述基部结构(120；420)的所述上部表面处的封闭线。
13.根据前三项权利要求中任一项所述的部件承载件(500；600)，其中，
所述一个天线元件(542、546；642、646)至少部分地在所述开口的侧壁处形成。
14.根据前述权利要求10至13中任一项所述的部件承载件(600)，其中，
所述开口是通路开口(642、646)，其从所述基部结构(620)的所述上部表面延伸到相对的下部表面。
15.根据前述权利要求10至13中任一项所述的部件承载件(500)，其中，
所述开口是盲开口(542、546)，其从所述基部结构(420)的所述上部表面延伸到所述基部结构(420)的内部中。
16.根据前一权利要求所述的部件承载件(100；500)，其中，
所述一个天线元件(142、146；542、546)至少部分地在所述盲开口的底部壁(142b、146b)处形成。
17.根据前述权利要求10至16中任一项所述的部件承载件(200)，其中，
所述开口(142、146)至少部分地填充有非传导材料(262)。
18.根据前一权利要求所述的部件承载件，其中，所述非传导材料(262)是阻焊材料、热传导膏、柔性印刷材料、可移除填充材料、涂料和漆中的至少一种。
19.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100；700)，其中，
所述基部结构(120；420)包括至少第一金属层(124)和第二金属层(124)，由至少一个介电层(122)隔开并且
所述天线元件(142、146；742、746)中的每一个包括所述第一金属层(124)的至少一部分和所述第二金属层(124)的至少一部分。
20.根据前一权利要求所述的部件承载件(100；700)，其中，
在所述第一金属层(124)内，所述天线元件(142；742)中的一个具有第一空间伸展，以及
在所述第二金属层(124)内，所述天线元件(142；742)中的一个具有与所述第一空间伸展不同的第二空间伸展。
21.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100)，其中，
所述基部结构(120)是包括至少两个介电层(122)的分层结构，每个介电层夹在相应两个金属层(124)之间。
22.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100)，其中，
所述基部结构(120)至少部分地由柔性材料制成。
23.一种电子设备(870、970)，特别是无线电通信装置，所述电子设备包括
根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100)。
24.根据前一权利要求所述的电子设备(970)，还包括
壳体结构(972)；其中，
所述部件承载件(100)形成所述壳体结构(972)的至少一部分。
25.一种用于制造部件承载件(100)的方法，特别是根据前述权利要求1至22中任一项所述的部件承载件(100)，所述方法包括：
提供基部结构(120)；
形成至少具有第一天线元件(142)和第二天线元件(146)的天线布置(140)，其中两个天线元件(142、146)嵌入所述基部结构(120)内；
在所述基部结构(120)内嵌入电子部件(130)；以及
将所述电子部件(130)与所述第一天线元件(142)和与所述第二天线元件(146)两者连接，其中所述电子部件(130)是有源电子部件，其能够
(i)向所述第一天线元件(142)提供第一发送信号，以及向所述第二天线元件(146)提供第二发送信号和/或
(ii)处理从所述第一天线元件(142)接收的第一接收信号和从所述第二天线元件(146)接收的第二接收信号。
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