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KR102630030B1 - 밀리미터파 및 초광대역 안테나 모듈을 갖는 전자 디바이스 - Google Patents

밀리미터파 및 초광대역 안테나 모듈을 갖는 전자 디바이스 Download PDF

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KR102630030B1
KR102630030B1 KR1020210123983A KR20210123983A KR102630030B1 KR 102630030 B1 KR102630030 B1 KR 102630030B1 KR 1020210123983 A KR1020210123983 A KR 1020210123983A KR 20210123983 A KR20210123983 A KR 20210123983A KR 102630030 B1 KR102630030 B1 KR 102630030B1
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하오 쑤
아나 파피오 토다
카를로 디 날로
마이클 디. 퀴논스
마티아 파스콜리니
아민 타예비
아론 제이. 쿠퍼
퍼 제이콥 헬렌더
요한 아벤달
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애플 인크.
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Abstract

전자 디바이스는 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들 및 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들의 트리플렛을 포함할 수 있다. 디바이스 내의 안테나 모듈은 유전체 기판을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 어레이들 및 트리플렛은 유전체 기판 상에 형성될 수 있다. 제3 및 제2 초광대역 안테나들은 갭에 의해 분리될 수 있다. 제1 어레이는 갭 내에서 제3 및 제2 초광대역 안테나들 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 제3 초광대역 안테나는 제1 위상 안테나 어레이와 제2 어레이의 적어도 일부 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 집적 회로가 인터포저를 사용하여 유전체 기판에 실장될 수 있다. 안테나 모듈은 디바이스 내에서 최소량의 공간을 점유할 수 있고, 어레이들 및 초광대역 안테나들이 별개의 기판들 상에 형성되는 시나리오들에 비해 제조하기에 더 저렴할 수 있다.

Description

밀리미터파 및 초광대역 안테나 모듈을 갖는 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICES HAVING MILLIMETER WAVE AND ULTRA-WIDEBAND ANTENNA MODULES}
본 출원은 2020년 9월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/026,974호를 우선권으로 주장하며, 이로써 상기 특허 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 능력들을 구비한 전자 디바이스들에 관한 것이다.
휴대용 컴퓨터 및 셀룰러 전화와 같은 전자 디바이스들에는 종종 무선 통신 능력들이 제공된다. 작은 폼팩터(form factor)의 무선 디바이스들에 대한 소비자 요구를 만족시키기 위해, 제조자들은 콤팩트한 구조들을 사용하는 안테나 컴포넌트들과 같은 무선 통신 회로부를 구현하려고 지속적으로 노력하고 있다. 동시에, 무선 디바이스들이 점점 더 많은 수의 통신 대역들을 커버하도록 하는 요구가 있다.
안테나들은 서로 그리고 무선 디바이스 내의 컴포넌트들과 간섭할 잠재성이 있기 때문에, 안테나들을 전자 디바이스에 통합할 때 주의해야 한다. 더욱이, 디바이스 내의 안테나들 및 무선 회로부가 일정 범위의 동작 주파수들에 걸쳐 만족스러운 성능을 나타낼 수 있고 만족스러운 효율 대역폭을 갖도록 보장하려면 주의해야 한다.
따라서, 무선 전자 디바이스들을 위한 개선된 무선 통신 회로부를 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스에 무선 회로부 및 하우징이 제공될 수 있다. 하우징은 하우징 벽을 가질 수 있다. 무선 회로부는 하우징 벽을 통해 방사하는 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 제1 및 제2 위상 안테나 어레이(phased antenna array)들 및 제1, 제2 및 제3 초광대역 안테나들의 트리플렛(triplet)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들은 10 ㎓ 초과의 제1 및 제2 주파수들에서 방사할 수 있다. 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들 및 초광대역 안테나들의 트리플렛은 동일한 안테나 모듈 상에 형성될 수 있다.
안테나 모듈은 유전체 기판을 가질 수 있다. 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들 및 초광대역 안테나들의 트리플렛은 유전체 기판 상에 형성될 수 있다. 제3 및 제2 초광대역 안테나들은 갭에 의해 분리될 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이는 갭 내에서 제3 및 제2 초광대역 안테나들 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 제3 초광대역 안테나는 제1 위상 안테나 어레이와 제2 위상 안테나 어레이의 적어도 일부 사이에 측방향으로 개재될 수 있다.
무선 주파수 집적 회로(radio-frequency integrated circuit, RFIC)가 인터포저를 사용하여 유전체 기판에 실장될 수 있다. RFIC는 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들을 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 구성될 때, 안테나 모듈은 디바이스 내에서 최소량의 공간을 점유할 수 있다. 안테나 모듈은 또한 더 적은 상호연결부들을 필요로 할 수 있고, 위상 안테나 어레이들 및 초광대역 안테나들이 별개의 안테나 모듈들 상에 형성되는 시나리오들에서보다 제조하기에 더 용이하고 더 저렴할 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, 네트워크 내의 외부 노드와 무선 통신하는 예시적인 전자 디바이스의 도면이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 네트워크 내의 외부 노드의 위치(예컨대, 도착 범위 및 각도)가 전자 디바이스에 대해 어떻게 결정될 수 있는지를 보여주는 도면이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내의 예시적인 초광대역 안테나들이 어떻게 도착 각도를 검출하는 데 사용될 수 있는지를 보여주는 도면이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 신호들의 빔을 지향시키기 위해 제어 회로부를 사용하여 조정될 수 있는 예시적인 위상 안테나 어레이의 도면이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 초광대역 안테나들 및 위상 안테나 어레이들을 갖는 예시적인 안테나 모듈의 저면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 인터포저를 사용하여 라우팅 층들에 실장되는 무선 주파수 집적 회로를 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측면도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 가요성 집적 회로를 사용하여 라우팅 층들에 실장되는 무선 주파수 집적 회로를 갖는 예시적인 안테나 모듈의 측면도이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스에는 안테나들을 포함하는 무선 회로부가 제공될 수 있다. 안테나들은 무선 무선 주파수 신호(wireless radio-frequency signal)들을 송신 및/또는 수신하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(10)는 휴대용 전자 디바이스 또는 다른 적합한 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 약간 더 소형인 디바이스, 예컨대 손목 시계형 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 디바이스, 이어피스(earpiece) 디바이스, 헤드셋 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 일체화된 디스플레이, 일체화된 컴퓨터가 없는 디스플레이, 무선 액세스 포인트, 무선 기지국, (키오스크, 빌딩, 또는 차량 내에 통합된) 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)로부터 형성될 수 있다. 다른 상황들에서, 하우징(12) 또는 하우징(12)을 형성하는 구조물들의 적어도 일부는 금속 요소들로부터 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. 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 코팅(예컨대, 유전체 커버 층)에 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 유전체 재료들로 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 주변부 구조물들(12W)과 같은 주변부 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 주변부 구조물들(12W)의 전도성 부분들 및 후방 하우징 벽(12R)의 전도성 부분들은 때때로 본 명세서에서 하우징(12)의 전도성 구조물들로 총칭될 수 있다. 주변부 구조물들(12W)은 디스플레이(14) 및 디바이스(10)의 주변부 둘레에 이어질 수 있다. 디바이스(10) 및 디스플레이(14)가 4개의 에지들을 구비한 직사각형 형상을 갖는 구성들에서, 주변부 구조물들(12W)은, (일례로서) 4개의 대응하는 에지들을 구비한 직사각형 링 형상을 갖고 후방 하우징 벽(12R)으로부터 디바이스(10)의 전면으로 연장되는 주변부 하우징 구조물들을 사용하여 구현될 수 있다. 다시 말하면, 디바이스(10)는 길이(예컨대, Y-축에 평행하게 측정됨), 길이보다 작은 폭(예컨대, X-축에 평행하게 측정됨), 및 폭보다 작은 높이(예컨대, Z-축에 평행하게 측정됨)를 가질 수 있다. 주변부 구조물들(12W) 또는 주변부 구조물들(12W)의 일부는, 원하는 경우, 디스플레이(14)에 대한 베젤(예컨대, 디스플레이(14)의 4개의 측면들 모두를 둘러싸고/둘러싸거나 디스플레이(14)를 디바이스(10)에 유지시키는 것을 돕는 장식 트림(cosmetic trim))로서의 역할을 할 수 있다. 주변부 구조물들(12W)은, 원하는 경우, (예컨대, 수직 측벽들, 만곡된 측벽들 등을 갖는 금속 밴드를 형성함으로써) 디바이스(10)에 대한 측벽 구조물들을 형성할 수 있다.
주변부 구조물들(12W)은 금속과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있고, 그에 따라, 때때로, (예들로서) 주변부 전도성 하우징 구조물들, 전도성 하우징 구조물들, 주변부 금속 구조물들, 주변부 전도성 측벽들, 주변부 전도성 측벽 구조물들, 전도성 하우징 측벽들, 주변부 전도성 하우징 측벽들, 측벽들, 측벽 구조물들, 또는 주변부 전도성 하우징 부재로 지칭될 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 금속, 예컨대 스테인리스강, 알루미늄, 합금, 또는 다른 적합한 재료들로부터 형성될 수 있다. 1개, 2개, 또는 2개 초과의 별개의 구조물들이 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 균일한 단면을 갖는 것이 필수인 것은 아니다. 예를 들어, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 상부 부분은, 원하는 경우, 디스플레이(14)를 제위치에 유지시키는 것을 돕는 내향 돌출 레지(ledge)를 가질 수 있다. 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 하부 부분도, 또한, (예컨대, 디바이스(10)의 후방 표면의 평면 내에) 확대된 립을 가질 수 있다. 주변부 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, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)이 디스플레이(14)에 대한 베젤로서의 역할을 하는 경우), 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 하우징(12)의 립 둘레에 이어질 수 있다(즉, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)은 디스플레이(14)를 둘러싸는 하우징(12)의 에지만을 커버하고 하우징(12)의 측벽들의 나머지는 커버하지 않을 수도 있다).
후방 하우징 벽(12R)은 디스플레이(14)에 평행한 평면에 놓일 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)의 일부 또는 전부가 금속으로부터 형성되는 디바이스(10)에 대한 구성들에서, 주변부 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 주변부 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 있다). 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. 주변부 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/커버 층들과 같은 층들로 커버되는 전도성 구조물들, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 주변부 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 사용자에 대한 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 픽셀들로부터 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 시선으로부터 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(24)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(24)를 형성하는) 디바이스(10)의 상부 영역(20) 내에 리세스 또는 노치를 가질 수 있다. 노치(24)는, 활성 영역(AA)에 의해 3개의 측부들 상에서 그리고 주변부 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(24) 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, 전도성 지지 플레이트 또는 백플레이트로 지칭됨)(예컨대, 주변부 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. 전도성 지지 플레이트는 디바이스(10)의 외부 후방 표면을 형성할 수 있거나 또는 얇은 장식층, 보호 코팅, 및/또는 유리, 세라믹, 플라스틱과 같은 유전체 재료들을 포함할 수 있는 다른 코팅들과 같은 유전체 커버 층, 또는 디바이스(10)의 외부 표면들을 형성하고/하거나 사용자의 시선으로부터 전도성 지지 플레이트를 숨기는 역할을 하는 다른 구조물들로 커버될 수 있다(예컨대, 전도성 지지 플레이트는 후방 하우징 벽(12R)의 일부를 형성할 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, 주변부 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 서로 반대편인 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 구조물들, 및 디바이스(10) 내의 다른 전도성 구조물들은 디바이스(10) 내의 안테나들을 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. 영역(22)은 때때로 본 명세서에서 디바이스(10)의 하부 영역(22) 또는 하부 단부(22)로 지칭될 수 있다. 영역(20)은 때때로 본 명세서에서 디바이스(10)의 상부 영역(20) 또는 상부 단부(20)로 지칭될 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 단부들에서(예컨대, 도 1의 디바이스(10)의 하부 영역(22) 및/또는 상부 영역(20)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.
주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)의 부분들에는 주변부 갭 구조물들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)에는 갭들(18)과 같은 하나 이상의 유전체-충전된 갭들이 제공될 수 있다. 주변부 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 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)을 하나 이상의 주변부 전도성 세그먼트들로 분할할 수 있다. 이러한 방식으로 형성되는 전도성 세그먼트들은, 원하는 경우, 디바이스(10) 내의 안테나들의 부분들을 형성할 수 있다. 다른 유전체 개구들(예컨대, 갭들(18) 이외의 유전체 개구들)이 주변부 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 주변부 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 점유하는 안테나들을 제공하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직할 것이다.
전형적인 시나리오에서, 디바이스(10)는 하나 이상의 상부 안테나들 및 하나 이상의 하부 안테나들을 가질 수 있다. 상부 안테나는, 예를 들어, 디바이스(10)의 상부 영역(20)에 형성될 수 있다. 하부 안테나는, 예를 들어, 디바이스(10)의 하부 영역(22)에 형성될 수 있다. 추가적인 안테나들이, 원하는 경우, 영역들(20, 22) 사이에서 연장되는 하우징(12)의 에지들을 따라 형성될 수 있다. 디바이스(10)가 3개 또는 4개의 상부 안테나들 및 5개의 하부 안테나들을 포함하는 예가 일례로서 본 명세서에 기술된다. 안테나들은 동일한 통신 대역들, 중첩하는 통신 대역들, 또는 별개의 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)에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들의 개략도가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(38)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(38)는 저장 회로부(30)와 같은 저장장치를 포함할 수 있다. 저장 회로부(30)는 하드 디스크 드라이브 스토리지, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적 프로그램가능 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등을 포함할 수 있다.
제어 회로부(38)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(38)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 있다). 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(38)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(38)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(38)를 사용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜들은 인터넷 프로토콜들, 무선 로컬 영역 네트워크 프로토콜들(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜들 - 때때로 WiFi®로 지칭됨), 블루투스® 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 방법론을 특정하는 대응하는 무선 액세스 기술(RAT)과 연관될 수 있다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(26)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(26)는 입출력 디바이스들(28)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(28)은 데이터가 디바이스(10)에 공급되게 하기 위해, 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(28)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(26)는 무선 주파수 신호들을 무선으로 전달하기 위한, 무선 회로부(34)와 같은 무선 회로부를 포함할 수 있다. 도 2의 예에서는 명료함을 위해 제어 회로부(38)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(38)의 저장 회로부(30)의 일부를 형성하는 저장 회로부를 포함할 수 있다(예컨대, 제어 회로부(38)의 부분들이 무선 회로부(34) 상에 구현될 수 있음). 일례로서, 제어 회로부(38)는 기저대역 프로세서 회로부, 또는 무선 회로부(34)의 일부를 형성하는 다른 제어 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
무선 회로부(34)는 하나 이상의 집적 회로들로부터 형성된 무선 주파수(RF) 송수신기 회로부, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 RF 컴포넌트들, 하나 이상의 안테나들, 송신 라인들(transmission lines), 및 RF 무선 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다. 무선 신호들은 또한 광을 사용하여(예컨대, 적외선 통신을 사용하여) 전송될 수 있다.
무선 회로부(34)는 다양한 무선 주파수 통신 대역들에서 무선 주파수 신호들의 송신 및/또는 수신을 처리하기 위한 무선 주파수 송수신기 회로부(36)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 주파수 송수신기 회로부(36)는 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ WI-Fi®(IEEE 802.11) 대역들과 같은 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 통신 대역들, 2.4 ㎓ 블루투스® 통신 대역과 같은 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 통신 대역들, 셀룰러 전화 통신 대역들, 예컨대 셀룰러 저대역(LB)(예컨대, 600 내지 960 ㎒), 셀룰러 낮은-중간대역(LMB)(예컨대, 1400 내지 1550 ㎒), 셀룰러 중간대역(MB)(예를 들어, 1700 내지 2200 ㎒), 셀룰러 고대역(HB)(예컨대, 2300 내지 2700 ㎒), 셀룰러 초고대역(UHB)(예컨대, 3300 내지 5000 ㎒의, 또는 약 600 ㎒ 내지 약 5000 ㎒의 다른 셀룰러 통신 대역들(예컨대, 3G 대역들, 4G LTE 대역들, 10 ㎓ 미만의 5G 뉴 라디오(New Radio) 주파수 범위 1(FR1) 대역들, 20 내지 60 ㎓의 밀리미터 및 센티미터 파장들에서의 5G 뉴 라디오 주파수 범위 2(FR2) 대역들 등), 근거리 통신(NFC) 대역(예컨대, 13.56 ㎒), 위성 내비게이션 대역들(예컨대, 1575 ㎒에서의 L1 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 대역, 1176 ㎒에서의 L5 GPS 대역, 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GLONASS) 대역, 베이더우(BeiDou) 내비게이션 위성 시스템(BDS) 대역 등), IEEE 802.15.4 프로토콜 및/또는 다른 UWB 통신 프로토콜들에 의해 지원되는 초광대역(UWB) 통신 대역(들)(예컨대, 6.5 ㎓에서의 제1 UWB 통신 대역 및/또는 8.0 ㎓에서의 제2 UWB 통신 대역), 및/또는 임의의 다른 원하는 통신 대역들을 처리할 수 있다. 무선 주파수 송수신기 회로부(36)에 의해 처리되는 통신 대역들은 본 명세서에서 때때로 주파수 대역들, 또는 간단히 "대역들"로 지칭될 수 있고, 대응하는 주파수 범위들에 걸쳐 있을 수 있다.
무선 주파수 송수신기 회로부(36)에 의해 처리되는 UWB 통신들은 대역-제한 데이터 펄스들을 사용하는 임펄스 무선 시그널링 스킴에 기초할 수 있다. UWB 주파수 대역 내의 무선 주파수 신호들은 499 ㎒ 내지 1331 ㎒의 대역폭들, 500 ㎒ 초과의 대역폭들 등과 같은 임의의 원하는 대역폭들을 가질 수 있다. 기저대역 내의 더 낮은 주파수들의 존재는 때때로 초광대역 신호들이 벽들과 같은 물체들을 통과하는 것을 허용할 수 있다. IEEE 802.15.4 시스템에서, 예를 들어, 한 쌍의 전자 디바이스들은 무선 타임 스탬핑된 메시지들을 교환할 수 있다. 메시지들 내의 타임 스탬프들은 메시지들의 비행 시간을 결정하고, 그에 의해 디바이스들 사이의 거리(범위) 및/또는 디바이스들 사이의 각도(예컨대, 인입 무선 주파수 신호들의 도착 각도)를 결정하기 위해 분석될 수 있다.
무선 주파수 송수신기 회로부(36)는 이들 주파수 대역들 각각을 처리하는 각자의 송수신기들(예를 들어, 송수신기 집적 회로들 또는 칩들), 또는 이들 주파수 대역들 중 2개 이상을 처리하는 임의의 원하는 수의 송수신기들을 포함할 수 있다. 상이한 송수신기들이 동일한 안테나에 결합되는 시나리오들에서, 필터 회로부(예컨대, 듀플렉서 회로부, 다이플렉서 회로부, 저역 통과 필터 회로부, 고역 통과 필터 회로부, 대역 통과 필터 회로부, 대역 정지 필터 회로부 등), 스위칭 회로부, 멀티플렉싱 회로부, 또는 임의의 다른 원하는 회로부가 동일한 안테나를 통해 각각의 송수신기에 의해 전달되는 무선 주파수 신호들을 분리하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 필터링 회로부 또는 멀티플렉싱 회로부는 송수신기들에 의해 공유된 무선 주파수 송신 라인 상에 개재될 수 있다). 무선 주파수 송수신기 회로부(36)는 하나 이상의 집적 회로들(칩들), 집적 회로 패키지들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로 상에 실장된 다수의 집적 회로들, 상이한 기판 상에 실장된 하나 이상의 집적 회로들 등), 전력 증폭기 회로부, 상향 변환 회로부, 하향 변환 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 무선 주파수 컴포넌트들, 스위칭 회로부, 송신 라인 구조물들, 및 무선 주파수 신호들을 처리하고/하거나 무선 주파수들, 중간 주파수들, 및/또는 기저대역 주파수들 사이에서 신호들을 변환하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다.
일반적으로, 무선 주파수 송수신기 회로부(36)는 임의의 원하는 관심 주파수 대역들을 커버(처리)할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(34)는 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 무선 주파수 송수신기 회로부(36)는 하나 이상의 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.
임의의 적합한 안테나 유형들을 사용하여 무선 회로부(34) 내의 안테나들(40)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(40)은 적층된 패치 안테나 구조물들, 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 역-F 안테나 구조물들, 슬롯 안테나 구조물들, 평면형 역-F 안테나 구조물들, 도파관 구조물들, 모노폴 안테나 구조물들, 다이폴 안테나 구조물들, 나선형 안테나 구조물들, 야기(Yagi)(Yagi-Uda) 안테나 구조물들, 이들 설계들의 하이브리드 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 안테나들(40)은 유전체 공진기 안테나들과 같은 유전체 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상의 안테나는 후면-공동형(cavity-backed) 안테나일 수 있다. 2개 이상의 안테나들(40)은 원하는 경우(예를 들어, 센티미터파 및/또는 밀리미터파 신호들을 전달하기 위해) 위상 안테나 어레이로 배열될 수 있다. 상이한 유형들의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합들에 대해 사용될 수 있다.
일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 안테나들(40)은 UWB 주파수 대역(들)에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 제1 안테나 세트 및 하나 이상의 위상 안테나 어레이들을 형성하는 제2 안테나 세트를 포함한다. 제1 안테나 세트는 UWB 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 안테나들의 트리플렛 또는 더블렛(doublet)을 포함할 수 있다(때때로 본 명세서에서 UWB 안테나들로 지칭됨). 위상 안테나 어레이들은 밀리미터파 및/또는 센티미터파 신호들을 사용하여 무선 주파수 신호들을 전달할 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. 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 각각의 위상 안테나 어레이는 24 내지 30 ㎓ 주위의 제1 5G NR FR2 주파수 대역 및 37 내지 43 ㎓ 주위의 제2 5G NR FR2 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 각각의 위상 안테나 어레이는, 예를 들어, 제1 5G NR FR2 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 제1 안테나 세트 및 제2 5G NR FR2 주파수 대역에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 제2 안테나 세트를 포함할 수 있다.
무선 회로부(34)의 개략도가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(34)는 무선 주파수 송신 라인 경로(50)와 같은 무선 주파수 송신 라인 경로를 사용하여 주어진 안테나(40)에 결합되는 송수신기 회로부(36)를 포함할 수 있다.
안테나(40)와 같은 안테나 구조물들에 상이한 관심 주파수들을 커버하는 능력을 제공하기 위해, 안테나(40)에는 필터 회로부(예컨대, 하나 이상의 수동 필터들 및/또는 하나 이상의 튜닝가능한 필터 회로들)와 같은 회로부가 제공될 수 있다. 커패시터들, 인덕터들, 및 저항기들과 같은 별개의 컴포넌트들이 필터 회로부 내에 통합될 수 있다. 용량성 구조물들, 유도성 구조물들, 및 저항성 구조물들이 또한, 패턴화된 금속 구조물들(예컨대, 안테나의 일부)로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 안테나(40)에는 관심 통신(주파수) 대역들에 걸쳐 안테나들을 튜닝하는 튜닝가능한 컴포넌트들과 같은 조정가능 회로들이 제공될 수 있다. 튜닝가능한 컴포넌트들은 튜닝가능한 필터 또는 튜닝가능한 임피던스 매칭 네트워크의 일부일 수 있거나, 안테나 공진 요소의 일부일 수 있거나, 안테나 공진 요소와 안테나 접지 사이의 갭에 걸쳐 있을 수 있을 수 있거나, 등등일 수 있다.
무선 주파수 송신 라인 경로(50)는 하나 이상의 무선 주파수 송신 라인들(때때로 본 명세서에서 단순히 송신 라인들로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 무선 주파수 송신 라인 경로(50)(예컨대, 무선 주파수 송신 라인 경로(50) 내의 송신 라인들)는 양극 신호 전도체(52)와 같은 양극 신호 전도체 및 접지 전도체(54)와 같은 접지 신호 전도체를 포함할 수 있다.
무선 주파수 송신 라인 경로(50) 내의 송신 라인들은, 예를 들어 동축 케이블 송신 라인들(예컨대, 접지 전도체(54)가 그의 길이를 따라 신호 전도체(52)를 둘러싸는 접지된 전도성 브레이드로서 구현될 수 있음), 스트립라인 송신 라인들(예컨대, 여기서 접지 전도체(54)는 신호 전도체(52)의 두 측부들을 따라 연장됨), 마이크로스트립 송신 라인(예컨대, 여기서 접지 전도체(54)는 신호 전도체(52)의 일 측부를 따라 연장됨), 금속화된 비아에 의해 실현된 동축 프로브들, 에지-결합된 마이크로스트립 송신 라인들, 에지-결합된 스트립라인 송신 라인들, 도파관 구조물들(예컨대, 동일 평면 도파관들 또는 접지된 동일 평면 도파관들), 이들 유형의 송신 라인들 및/또는 다른 송신 라인 구조물들의 조합들 등을 포함할 수 있다. 때때로 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 무선 주파수 송신 라인 경로(50)는 송수신기 회로부(36)에 결합된 스트립라인 송신 라인 및 스트립라인 송신 라인과 안테나(40) 사이에 결합된 마이크로스트립 송신 라인을 포함할 수 있다.
무선 주파수 송신 라인 경로(50) 내의 송신 라인들은 강성 및/또는 가요성 인쇄 회로 보드들에 통합될 수 있다. 하나의 적합한 배열에서, 무선 주파수 송신 라인 경로(50)는 다층의 라미네이트된 구조물들(예컨대, 구리와 같은 전도성 재료 및 개재하는 접착제 없이 함께 라미네이트되는 수지와 같은 유전체 재료의 층들) 내에 통합되는 송신 라인 전도체들(예컨대, 신호 전도체들(52) 및 접지 전도체들(54))을 포함할 수 있다. 다층의 라미네이트된 구조물들은, 원하는 경우, 다수의 차원들(예컨대, 2차원 또는 3차원)로 접히거나 굽혀질 수 있고, 굽힘 이후 굽혀지거나 또는 접힌 형상을 유지할 수 있다(예컨대, 다층의 라미네이트된 구조물들은 다른 디바이스 컴포넌트들 주위에서 라우팅하기 위해 특정 3차원 형상으로 접혀질 수 있고, 보강재들 또는 다른 구조물들에 의해 제자리에서 유지되지 않으면서 접힘 이후 그의 형상을 유지하기에 충분히 강성일 수 있다). 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.
매칭 네트워크는 무선 주파수 송신 라인 경로(50)의 임피던스에 안테나(40)의 임피던스를 매칭시키는 데 사용되는 인덕터들, 저항기들, 및 커패시터들과 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 매칭 네트워크 컴포넌트들이 개별 컴포넌트들(예컨대, 표면 실장 기술 컴포넌트들)로서 제공될 수 있거나, 또는 하우징 구조물들, 인쇄 회로 보드 구조물들, 플라스틱 지지부들 상의 트레이스들 등으로부터 형성될 수 있다. 이들과 같은 컴포넌트들은, 또한, 안테나(들)(40) 내의 필터 회로부를 형성하는 데 사용될 수 있고, 튜닝가능한 및/또는 고정된 컴포넌트들일 수 있다.
무선 주파수 송신 라인 경로(50)는 안테나(40)와 연관된 안테나 피드 구조물들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 안테나(40)는 역-F 안테나, 평면형 역-F 안테나, 패치 안테나 또는 양극 안테나 피드 단자(46)와 같은 양극 안테나 피드 단자 및 접지 안테나 피드 단자(48)와 같은 접지 안테나 피드 단자를 구비한 안테나 피드(44)를 갖는 다른 안테나를 형성할 수 있다. 양극 안테나 피드 단자(46)는 안테나(40)에 대한 안테나 공진 요소에 결합될 수 있다. 접지 안테나 피드 단자(48)는 안테나(40)에 대한 안테나 접지에 결합될 수 있다.
신호 전도체(52)는 양극 안테나 피드 단자(46)에 결합될 수 있고, 접지 전도체(54)는 접지 안테나 피드 단자(48)에 결합될 수 있다. 원하는 경우, 다른 유형들의 안테나 피드 배열들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 안테나(40)는 대응하는 송신 라인을 통해 송수신기 회로부(36)의 각자의 포트에 각각 결합된 다수의 피드들을 사용하여 피드(feed)될 수 있다. 원하는 경우, 신호 전도체(52)는 안테나(40) 상의 다수의 위치들에 결합될 수 있다(예컨대, 안테나(40)는 동일한 무선 주파수 송신 라인 경로(50)의 신호 전도체(52)에 결합된 다수의 양극 안테나 피드 단자들을 포함할 수 있다). 원하는 경우(예컨대, 임의의 주어진 시간에 하나 이상의 양극 안테나 피드 단자들을 선택적으로 활성화시키기 위해), 스위치들이 송수신기 회로부(36)와 양극 안테나 피드 단자들 사이의 신호 전도체 상에 개재될 수 있다. 도 3의 예시적인 피딩 구성은 단지 예시적인 것이다.
동작 동안, 디바이스(10)는 외부 무선 장비와 통신할 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 디바이스(10)와 외부 무선 장비 사이에서 전달되는 무선 주파수 신호들을 사용하여 디바이스(10)에 대한 외부 무선 장비의 위치를 식별할 수 있다. 디바이스(10)는 외부 무선 장비에 대한 범위(예컨대, 외부 무선 장비와 디바이스(10) 사이의 거리) 및 외부 무선 장비로부터의 무선 주파수 신호들의 도착 각도(angle of arrival, AoA)(예컨대, 무선 주파수 신호들이 디바이스(10)에 의해 외부 무선 장비로부터 수신되는 각도)를 식별함으로써 외부 무선 장비의 상대적 위치를 식별할 수 있다.
도 4는 디바이스(10)가 디바이스(10)와 외부 무선 장비, 예컨대 무선 네트워크 노드(60)(때때로 본 명세서에서 무선 장비(60), 무선 디바이스(60), 외부 디바이스(60), 또는 외부 장비(60)로 지칭됨) 사이의 거리(D)를 어떻게 결정할 수 있는지를 보여주는 도면이다. 노드(60)는 무선 주파수 신호들(56)과 같은 무선 주파수 신호들을 수신 및/또는 송신할 수 있는 디바이스들을 포함할 수 있다. 노드(60)는 태깅된 디바이스들(예컨대, 무선 수신기 및/또는 무선 송신기가 제공된 임의의 적합한 물체), 전자 장비(예컨대, 인프라스트럭처-관련 디바이스), 및/또는 다른 전자 디바이스들(예컨대, 디바이스(10)와 동일한 무선 통신 능력들 중 일부 또는 전부를 포함하는, 도 1과 관련하여 기술된 유형의 디바이스들)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 노드(60)는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 다소 더 소형인 디바이스, 예컨대 손목 시계형 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 디바이스, 이어피스 디바이스, 헤드셋 디바이스(예컨대, 가상 현실 또는 증강 현실 헤드셋 디바이스들) 또는 다른 웨어러블 또는 미니어처 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 예컨대 셀룰러 전화기, 미디어 재생기, 또는 다른 소형 휴대용 디바이스일 수 있다. 노드(60)는 또한 셋톱 박스, 무선 통신 능력을 가진 카메라 디바이스, 데스크톱 컴퓨터, 컴퓨터 또는 다른 프로세싱 회로부가 일체화된 디스플레이, 일체화된 컴퓨터가 없는 디스플레이, 또는 다른 적합한 전자 장비일 수 있다. 노드(60)는 또한 키 포브, 지갑, 책, 펜, 또는 저전력 송신기(예컨대, RFID 송신기 또는 다른 송신기)가 제공된 다른 물체일 수 있다. 노드(60)는 전자 장비, 예컨대 온도 조절기, 연기 검출기, 블루투스® 저에너지(Bluetooth LE) 비콘, Wi-Fi® 무선 액세스 포인트, 무선 기지국, 서버, 난방, 환기, 및 공조(HVAC) 시스템(때때로 온도 제어 시스템으로 지칭됨), 발광 다이오드(LED) 전구와 같은 광원, 광 스위치, 전원 콘센트, 탑승자 검출기(occupancy detector)(예컨대, 능동형 또는 수동형 적외선 광 검출기, 마이크로파 검출기 등), 도어 센서, 수분 센서, 전자 도어 잠금 장치, 보안 카메라, 또는 다른 디바이스일 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10)는 또한 이들 유형의 디바이스들 중 하나일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 무선 무선 주파수 신호들(56)을 사용하여 노드(60)와 통신할 수 있다. 무선 주파수 신호들(56)은 블루투스® 신호들, 근거리 통신 신호들, IEEE 802.11 신호들과 같은 무선 로컬 영역 네트워크 신호들, 60 ㎓에서의 신호들과 같은 밀리미터파 통신 신호들, UWB 신호들, 다른 무선 주파수 무선 신호들, 적외선 신호들 등을 포함할 수 있다. 본 명세서에 예로서 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 무선 주파수 신호들(56)은 6.5 ㎓ 및 8 ㎓ UWB 통신 대역들과 같은 다수의 UWB 통신 대역들에서 전달되는 UWB 신호들이다. 무선 주파수 신호들(56)은 위치 및 배향 정보와 같은 정보를 결정 및/또는 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)(도 2) 내의 제어 회로부(38)는 무선 주파수 신호들(56)을 사용하여 디바이스(10)에 대한 노드(60)의 위치(58)를 결정할 수 있다.
노드(60)가 통신 신호들을 전송 또는 수신할 수 있는 배열들에서, 디바이스(10) 상의 제어 회로부(38)(도 2)는 도 4의 무선 주파수 신호들(56)을 사용하여 거리(D)를 결정할 수 있다. 제어 회로부는 신호 강도 측정 스킴들(예컨대, 노드(60)로부터 무선 주파수 신호들(56)의 신호 강도를 측정함)을 사용하여, 또는 시간-기반 측정 스킴들, 예컨대 비행 시간 측정 기법들, 도착 시간차 측정 기법들, 도착 각도 측정 기법들, 삼각 측량 방법들, 비행 시간 방법들을 사용하여, 크라우드소싱된(crowdsourced) 위치 데이터베이스 및 다른 적합한 측정 기법들을 사용하여, 거리(D)를 결정할 수 있다. 그렇지만, 이것은 예시적인 것에 불과하다. 원하는 경우, 제어 회로부는 거리(D)를 결정하는 것을 돕기 위해 글로벌 포지셔닝 시스템 수신기 회로부, 근접 센서들(예컨대, 적외선 근접 센서들 또는 다른 근접 센서들), 카메라로부터의 이미지 데이터, 모션 센서들로부터의 모션 센서 데이터, 및/또는 디바이스(10) 상의 다른 회로부를 사용한 것으로부터의 정보를 사용할 수 있다. 디바이스(10)와 노드(60) 사이의 거리(D)를 결정하는 것에 부가하여, 제어 회로부는 노드(60)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정할 수 있다.
도 5는 노드(60)와 같은 인근 노드들에 대한 디바이스(10)의 포지션 및 배향이 어떻게 결정될 수 있는지를 도시한다. 도 5의 예에서, 디바이스(10) 상의 제어 회로부(예컨대, 도 2의 제어 회로부(38))는 수평 극 좌표계를 사용하여 노드(60)에 대한 디바이스(10)의 위치 및 배향을 결정한다. 이러한 유형의 좌표계에서, 제어 회로부는 디바이스(10)에 대한 인근 노드들(60)의 포지션을 설명하기 위해 방위각(azimuth angle)(θ) 및/또는 고각(elevation angle)(φ)을 결정할 수 있다. 제어 회로부는 로컬 수평선(64)과 같은 기준 평면 및 기준 벡터(68)와 같은 기준 벡터를 정의할 수 있다. 로컬 수평선(64)은 디바이스(10)와 교차하며 디바이스(10)의 표면(예컨대, 디바이스(10)의 전면 또는 후면)에 대해 정의되는 평면일 수 있다. 예를 들어, 로컬 수평선(64)은 디바이스(10)(도 1)의 디스플레이(14)에 평행하거나 그와 동일 평면 상에 있는 평면일 수 있다. 기준 벡터(68)(때때로 "북쪽" 방향으로 지칭됨)는 로컬 수평선(64) 내의 벡터일 수 있다. 원하는 경우, 기준 벡터(68)는 디바이스(10)의 종축(62)(예컨대, 디바이스(10)의 중심 아래로 길이 방향으로 이어지고 디바이스(10)의 최장 직사각형 치수에 평행한, 도 1의 Y-축에 평행한, 축)과 정렬될 수 있다. 기준 벡터(68)가 디바이스(10)의 종축(62)과 정렬될 때, 기준 벡터(68)는 디바이스(10)가 포인팅되고 있는 방향에 대응할 수 있다.
방위각(θ) 및 고각(φ)은 로컬 수평선(64) 및 기준 벡터(68)에 대해 측정될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 노드(60)의 고각(φ)(때때로 고도로 지칭됨)은 노드(60)와 디바이스(10)의 로컬 수평선(64) 사이의 각도(예컨대, 디바이스(10)와 노드(60) 사이에서 연장되는 벡터(67)와 디바이스(10)와 로컬 수평선(64) 사이에서 연장되는 동일 평면 벡터(66) 사이의 각도)이다. 노드(60)의 방위각(θ)은 로컬 수평선(64) 주위의 노드(60)의 각도(예컨대, 기준 벡터(68)와 벡터(66) 사이의 각도)이다. 도 5의 예에서, 노드(60)의 방위각(θ) 및 고각(φ)은 0°보다 크다.
원하는 경우, 종축(62) 이외의 다른 축들이 기준 벡터(68)를 정의하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부는 기준 벡터(68)로서 종축(62)에 수직인 수평축을 사용할 수 있다. 이는 노드들(60)이 디바이스(10)의 측부 부분 옆에 위치될 때(예컨대, 디바이스(10)가 노드들(60) 중 하나와 나란히 배향될 때)를 결정하는 데 유용할 수 있다.
노드(60)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정한 후에, 디바이스(10) 상의 제어 회로부는 적합한 동작을 취할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부는, 노드(60)로 정보를 전송할 수 있고, 노드(60)로부터 정보를 요청 및/또는 수신할 수 있고, 노드(60)와의 무선 페어링의 시각적 표시를 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)(도 1)를 사용할 수 있고, 노드(60)와의 무선 페어링의 오디오 표시를 생성하기 위해 스피커들을 사용할 수 있고, 노드(60)와의 무선 페어링을 나타내는 햅틱 출력을 생성하기 위해 진동기, 햅틱 액추에이터, 또는 다른 기계적 요소를 사용할 수 있고, 디바이스(10)에 대한 노드(60)의 위치의 시각적 표시를 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)를 사용할 수 있고, 노드(60)의 위치의 오디오 표시를 생성하기 위해 스피커들을 사용할 수 있고, 노드(60)의 위치를 나타내는 햅틱 출력을 생성하기 위해 진동기, 햅틱 액추에이터, 또는 다른 기계적 요소를 사용할 수 있고, 그리고/또는 다른 적합한 동작을 취할 수 있다.
하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10)는 2개 이상의 초광대역 안테나들을 사용하여 디바이스(10)와 노드(60) 사이의 거리 및 노드(60)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정할 수 있다. 초광대역 안테나들은 노드(60)로부터 무선 주파수 신호들(예컨대, 도 4의 무선 주파수 신호들(56))을 수신할 수 있다. 무선 통신 신호들에서의 타임 스탬프들이 분석되어 무선 통신 신호들의 비행 시간을 결정하고 이에 의해 디바이스(10)와 노드(60) 사이의 거리(범위)를 결정할 수 있다. 추가적으로, 도착 각도(AoA) 측정 기법들은 노드(60)에 대한 전자 디바이스(10)의 배향(예컨대, 방위각(θ) 및 고각(φ))을 결정하는 데 사용될 수 있다.
도착 각도 측정에서, 노드(60)는 무선 주파수 신호(예컨대, 도 4의 무선 주파수 신호들(56))를 디바이스(10)로 송신한다. 디바이스(10)는 둘 이상의 초광대역 안테나들 사이의 무선 주파수 신호들의 도착 시간의 지연을 측정할 수 있다. 도착 시간의 지연(예컨대, 각각의 초광대역 안테나에서 수신된 위상의 차이)은 무선 주파수 신호의 도착 각도(및 따라서 디바이스(10)에 대한 노드(60)의 각도)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 일단 거리(D) 및 도착 각도가 결정되면, 디바이스(10)는 디바이스(10)에 대한 노드(60)의 정확한 위치에 대한 지식을 가질 수 있다.
도 6은 노드(60)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정하기 위해 도착 각도 측정 기법들이 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주는 개략도이다. 디바이스(10)는 하나 이상의 UWB 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 다수의 안테나들(40)을 포함할 수 있다(때때로 본 명세서에서 초광대역 안테나들(40U)로 지칭됨). 도 6에 도시된 바와 같이, 디바이스(10) 내의 초광대역 안테나들(40U)은 적어도 제1 초광대역 안테나(40U-1) 및 제2 초광대역 안테나(40U-2)를 포함할 수 있다. 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)은 각자의 무선 주파수 송신 라인 경로들(50)(예컨대, 제1 무선 주파수 송신 라인 경로(50A) 및 제2 무선 주파수 송신 라인 경로(50B))을 통해 송수신기 회로부(36)에 결합될 수 있다. 송수신기 회로부(36) 및 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)은 UWB 주파수들에서 동작할 수 있다(예컨대, 송수신기 회로부(36)는 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)을 사용하여 UWB 신호들을 전달할 수 있다).
초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)은 각각 노드(60)(도 5)로부터 무선 주파수 신호들(56)을 수신할 수 있다. 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)은 거리(d1)만큼 측방향으로 분리될 수 있으며, 여기서 초광대역 안테나(40U-1)는 초광대역 안테나(40U-2)보다 노드(60)로부터 더 멀리 떨어져 있다(도 6의 예에서). 따라서, 무선 주파수 신호들(56)은 초광대역 안테나(40U-1)에 도달하기 위해 초광대역 안테나(40U-2)보다 더 큰 거리를 이동한다. 노드(60)와 초광대역 안테나(40U-1) 사이의 추가의 거리는 도 6에서 거리(d2)로 도시된다. 도 6은 또한 각도(a) 및 각도(b)(여기서 a + b = 90°임)를 도시한다.
거리(d2)는 각도(a) 또는 각도(b)의 함수로서 결정될 수 있다(예컨대, d2 = d1*sin(a) 또는 d2 = d1*cos(b)). 거리(d2)는 또한 초광대역 안테나(40U-1)에 의해 수신된 신호와 초광대역 안테나(40U-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상차의 함수로서 결정될 수 있으며(예컨대, d2 = (PD)*λ/(2*π)), 여기서 PD는 초광대역 안테나(40U-1)에 의해 수신된 신호와 초광대역 안테나(40U-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상차(때때로 "Δφ"로 기재됨)이고, λ는 무선 주파수 신호들(56)의 파장이다. 디바이스(10)는 수신된 신호들의 위상을 측정하고 위상차(PD)를 식별하기 위해 각각의 안테나에 결합된 위상 측정 회로부를 포함할 수 있다(예컨대, 하나의 안테나에 대해 측정된 위상을 다른 안테나에 대해 측정된 위상으로부터 감산함으로써). 각도(a)(예컨대, a = sin-1((PD)*λ/(2*π*d1)) 또는 각도(b)에 대해 풀기 위해 d2에 대한 2개의 방정식들이 서로 동일하게 설정되고(예컨대, d1*sin(a) = (PD)*λ/(2*π)) 재배열될 수 있다. 따라서, 도착 각도는, 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2) 사이의 알려진(미리결정된) 거리(d1), 초광대역 안테나(40U-1)에 의해 수신된 신호와 초광대역 안테나(40U-2)에 의해 수신된 신호 사이의 검출된(측정된) 위상차(PD), 및 수신된 무선 주파수 신호들(56)의 알려진 파장(주파수)에 기초하여 (예컨대, 도 2의 제어 회로부(38)에 의해) 결정될 수 있다. 도 6의 각도(a) 및/또는 각도(b)는, 예를 들어 도 5의 방위각(θ) 및 고각(φ)을 얻기 위해 구면 좌표로 변환될 수 있다. 제어 회로부(38)(도 2)는 방위각(θ) 및 고각(φ) 중 하나 또는 이 둘 모두를 계산함으로써 무선 주파수 신호들(56)의 도착 각도를 결정할 수 있다.
거리(d1)는 초광대역 안테나(40U-1)에 의해 수신된 신호와 초광대역 안테나(40U-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상차(PD)에 대한 계산을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 거리(d1)는 수신된 무선 주파수 신호들(56)의 파장(예컨대, 유효 파장)의 1/2 이하일 수 있다(예컨대, 다수의 위상차 솔루션들을 회피하기 위해).
(도 6에서와 같이) 도착 각도를 결정하기 위한 2개의 안테나들을 이용하여, 단일 평면 내에서의 도착 각도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)은 도 5의 방위각(θ)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 다수의 평면들에서 도착 각도 결정을 가능하게 하기 위해 제3 초광대역 안테나가 포함될 수 있다(예컨대, 도 5의 방위각(θ) 및 고각(φ) 둘 모두가 결정될 수 있다). 이러한 시나리오에서의 3개의 초광대역 안테나들은 소위 초광대역 안테나들의 트리플렛을 형성할 수 있으며, 여기서 트리플렛 내의 각각의 안테나는 대략 직각 삼각형의 각자의 모서리 상에 놓이도록(예컨대, 트리플렛은 도 6의 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2), 및 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2) 사이의 벡터에 수직인 방향으로 초광대역 안테나(40U-1)로부터 거리(d1)에 위치된 제3 안테나를 포함할 수 있음) 또는 일부 다른 미리결정된 상대적 포지셔닝을 사용하여 배열된다. 초광대역 안테나들(40U)의 트리플렛들은 (예컨대, 도 5의 방위각(θ) 및 고각(φ) 둘 모두를 결정하기 위해) 2개의 평면들에서의 도착 각도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 도착 각도를 결정하기 위해 초광대역 안테나들(40U)의 트리플렛들 및/또는 초광대역 안테나들(40U)의 더블렛들(예컨대, 도 6의 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)과 같은 한 쌍의 안테나들)이 디바이스(10)에서 사용될 수 있다. 원하는 경우, 안테나들의 상이한 더블렛들이 디바이스(10) 내에서 서로에 대해 직교로 배향되어, (예컨대, 각각 단일의 각자의 평면에서 도착 각도를 측정하는 초광대역 안테나들(40U)의 2개 이상의 직교 더블렛들을 사용하여) 2차원에서의 도착 각도를 복구할 수 있다.
디바이스(10) 내의 안테나들(40)은 또한 10 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 2개 이상의 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 10 ㎓ 초과의 주파수들에서의 실질적인 신호 감쇠로 인해, 이들 안테나들은 하나 이상의 대응하는 위상 안테나 어레이들로 배열될 수 있다. 도 7은 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 처리하기 위한 안테나들(40)이 대응하는 위상 안테나 어레이(76) 내에 형성될 수 있는 방식을 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(76)(때때로 본 명세서에서 어레이(76), 안테나 어레이(76), 또는 안테나들(40)의 어레이(76)로 지칭됨)는 무선 주파수 송신 라인 경로들(50)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 위상 안테나 어레이(76) 내의 제1 안테나(40-1)는 제1 무선 주파수 송신 라인 경로(50-1)에 결합될 수 있고, 위상 안테나 어레이(76) 내의 제2 안테나(40-2)는 제2 무선 주파수 송신 라인 경로(50-2)에 결합될 수 있고, 위상 안테나 어레이(76) 내의 제N 안테나(40-N)는 제N 무선 주파수 송신 라인 경로(50-N)에 결합될 수 있고, 등등이다. 안테나들(40)이 본 명세서에서 위상 안테나 어레이를 형성하는 것으로 기술되지만, 위상 안테나 어레이(76) 내의 안테나들(40)은 때때로 단일 위상 어레이 안테나를 집합적으로 형성하는 것으로 또한 지칭될 수 있다.
위상 안테나 어레이(76) 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 없다). 신호 송신 동작들 동안, 무선 주파수 송신 라인 경로들(50)은 무선 송신을 위한 위상 안테나 어레이(76)에 송수신기 회로부(36)(도 2)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 송신 라인 경로들(50)은 위상 안테나 어레이(76)에서 수신된 신호들(예컨대, 외부 무선 장비로부터의, 또는 외부 물체들로부터 반사되었던 송신된 신호들)을 송수신기 회로부(36)(도 3)로 공급하기 위해 사용될 수 있다.
위상 안테나 어레이(76) 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 7의 예에서, 안테나들(40)은 각각 대응하는 무선 주파수 위상 및 크기 제어기(70)를 갖는다(예컨대, 무선 주파수 송신 라인 경로(50-1) 상에 개재된 제1 위상 및 크기 제어기(70-1)는 안테나(40-1)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 송신 라인 경로(50-2) 상에 개재된 제2 위상 및 크기 제어기(70-2)는 안테나(40-2)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 무선 주파수 송신 라인 경로(50-N) 상에 개재된 제N 위상 및 크기 제어기(70-N)는 안테나(40-N)에 의해 처리되는 무선 주파수 신호들에 대한 위상 및 크기를 제어할 수 있고, 등등이다).
위상 및 크기 제어기들(70)은 각각 무선 주파수 송신 라인 경로들(50) 상의 무선 주파수 신호들의 위상을 조정하기 위한 회로부(예를 들어, 위상 시프터 회로들) 및/또는 무선 주파수 송신 라인 경로들(50) 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(70)은 때때로 본 명세서에서 집합적으로 빔 조향 회로부(예를 들어, 위상 안테나 어레이(76)에 의해 송신 및/또는 수신된 무선 주파수 신호들의 빔을 조향하는 빔 조향 회로부)로 지칭될 수 있다.
위상 및 크기 제어기들(70)은 위상 안테나 어레이(76) 내의 안테나들 각각에 제공되는 송신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있고, 위상 안테나 어레이(76)에 의해 수신되는 수신된 신호들의 상대적 위상들 및/또는 크기들을 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(70)은, 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(76)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(76)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(70)이 송신된 무선 주파수 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 송신된 신호들은 포인트(A)의 방향으로 배향되는 도 7의 빔(B1)에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 그러나, 위상 및 크기 제어기들(70)이 송신된 신호들에 대한 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 송신된 신호들은 포인트(B)의 방향으로 배향되는 빔(B2)에 의해 보여지는 바와 같은 송신 빔을 형성할 것이다. 유사하게, 위상 및 크기 제어기들(70)이 위상들 및/또는 크기들의 제1 세트를 생성하도록 조정되는 경우, 무선 주파수 신호들(예컨대, 수신 빔에서의 무선 주파수 신호들)은 빔(B1)에 의해 보여지는 바와 같이 포인트(A)의 방향으로부터 수신될 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(70)이 위상들 및/또는 크기들의 제2 세트를 생성하도록 조정되는 경우에, 무선 주파수 신호들은, 빔(B2)에 의해 보여지는 바와 같이, 포인트(B)의 방향으로부터 수신될 수 있다.
각각의 위상 및 크기 제어기(70)는 제어 회로부(38)로부터 수신된 대응하는 제어 신호(S)에 기초하여 원하는 위상 및/또는 크기를 생성하도록 제어될 수 있다(예를 들어, 위상 및 크기 제어기(70-1)에 의해 제공된 위상 및/또는 크기는 제어 신호(S1)를 사용하여 제어될 수 있고, 위상 및 크기 제어기(70-2)에 의해 제공된 위상 및/또는 크기는 제어 신호(S2)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(S)을 능동적으로 조정할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들(70)은, 원하는 경우, 수신된 신호들의 위상을 식별하는 정보를 제어 회로부(38)에 제공할 수 있다.
밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 사용하여 무선 통신을 수행할 때, 무선 주파수 신호들은 위상 안테나 어레이(76)와 외부 통신 장비 사이의 가시선 경로를 통해 전달된다. 외부 물체가 도 7의 포인트(A)에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(70)은 포인트(A)를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트(A)를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(76)는 포인트(A)의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 유사하게, 외부 통신 장비가 포인트(B)에 위치되는 경우, 위상 및 크기 제어기들(70)은 포인트(B)를 향해 신호 빔을 조향하도록(예컨대, 포인트(B)를 향해 신호 빔의 포인팅 방향을 조향하도록) 조정될 수 있다. 위상 안테나 어레이(76)는 포인트(B)의 방향으로 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 도 7의 예에서, 빔 조향은 단순화를 위해 단일 자유도에 걸쳐(예컨대, 도 7의 페이지 상에서 좌우를 향해) 수행되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 실제로, 빔은 2개 이상의 자유도들에 걸쳐(예컨대, 3차원적으로, 도 7의 페이지 안팎으로 그리고 페이지 상에서 좌우로) 조향될 수 있다. 위상 안테나 어레이(76)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.
일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 디바이스(10) 내의 안테나들(40)은 센티미터파 및 밀리미터파 주파수들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 초광대역 안테나들의 트리플렛 및 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들을 포함한다. 일부 시나리오들에서, 초광대역 안테나들의 트리플렛 및 위상 안테나 어레이들은 별개의 각자의 기판들 또는 모듈들 상에 형성된다. 그러나, 종종 디바이스(10)와 같은 디바이스들 내에서 공간은 확보하기가 힘들다. 별개의 각자의 기판들 또는 모듈들 상에 초광대역 안테나들의 트리플렛 및 위상 안테나 어레이들을 형성하는 것은 디바이스(10)에서 과도한 양의 공간을 점유할 수 있고, 디바이스(10)에 대한 제조 비용 및 복잡성을 바람직하지 않게 증가시킬 수 있고, 시간 경과에 따라 디바이스(10)에 기계적 불균일성을 도입할 수 있다.
이들 문제를 완화시키기 위해, 초광대역 안테나들의 트리플렛 및 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들 둘 모두는 동일한 통합형 안테나 모듈의 일부로서 형성될 수 있다. 도 8은 초광대역 안테나들의 트리플렛 및 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들 둘 모두가 동일한 안테나 모듈 상에 형성될 수 있는 방법을 보여주는 저면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 안테나 모듈(78)과 같은 통합형 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(78)은 유전체 기판(80)과 같은 유전체 기판을 포함할 수 있다. 유전체 기판(80)은, 예를 들어, 2개 이상의 수직으로 적층된 유전체 층들을 갖는 적층된 유전체 기판일 수 있다.
안테나 모듈(78)은 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2, 40U-3)과 같은 초광대역 안테나들(40U)의 트리플렛을 포함할 수 있다. 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2, 40U-3)은 하나 이상의 초광대역 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 각각의 초광대역 안테나(40U)는 대응하는 안테나 공진 요소를 가질 수 있다. 안테나 공진 요소는 유전체 기판(80) 내의 접지 트레이스들로부터 형성된 안테나 접지와 중첩될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 초광대역 안테나들(40-1, 40U-2)은 각각 유전체 기판(80) 상의 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성된 안테나 공진 요소(86)를 가질 수 있다. 따라서, 안테나 공진 요소(86)는 패치 안테나 공진 요소(때때로 본 명세서에서 패치 요소, 패치 공진 요소, 패치 방사 요소, 또는 패치 방사기로 지칭됨)일 수 있다. 양극 안테나 피드 단자들(46U)과 같은 대응하는 양극 안테나 피드 단자들(46)이 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)에 피드하기 위해 각각의 안테나 공진 요소(86)에 결합될 수 있다. (예를 들어, 도 8의 X-축에 평행한) 안테나 공진 요소(86)의 길이는 대응하는 초광대역 주파수 대역(예를 들어, 6.5 ㎓ UWB 주파수 대역)에서 방사하기 위해 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)을 구성하도록 선택될 수 있다. 이는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 평면형 역-F 안테나 공진 요소를 형성하도록 안테나 공진 요소(86)를 구성하기 위해 안테나 공진 요소(86)와 접지 트레이스들 사이에 복귀 경로가 결합될 수 있다. 일반적으로, 안테나 공진 요소(86)는 임의의 다른 원하는 안테나 공진 요소 구조물들(예를 들어, 임의의 원하는 형상, 임의의 원하는 수의 곡선 및/또는 직선 에지들, 임의의 원하는 피딩 배열 등을 갖는 안테나 공진 요소들)을 사용하여 형성될 수 있다.
초광대역 안테나(40U-3)는 제1 안테나 공진 요소 아암(88) 및 제2 안테나 공진 요소 아암(90)을 포함하는 안테나 공진 요소를 가질 수 있다. 안테나 공진 요소 아암들(88, 90)은 유전체 기판(80) 상의 전도성 트레이스들로부터 형성될 수 있다. 안테나 공진 요소 아암들(88, 90)은 각각 각자의 양극 안테나 피드 단자(46U)에 의해 피드될 수 있다. 안테나 공진 요소 아암들(88, 90)은 안테나 공진 요소 아암들(88, 90)을 형성하는 전도성 트레이스들을 유전체 기판(80) 내의 접지 트레이스들에 결합시키는 전도성 비아들(92)의 펜스에 의해 분리될 수 있다. 전도성 비아들(92)의 펜스는 초광대역 안테나(40U-3)에 대한 복귀 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 초광대역 안테나(40U-3)를 위한 안테나 공진 요소는 이중-대역 평면형-역-F 안테나 공진 요소일 수 있다(예를 들어, 안테나 공진 요소 아암들(88, 90)은 전도성 비아들(92)의 대향 측부들로부터 연장되는 평면형 역-F 안테나 공진 요소 아암들일 수 있다).
(예를 들어, 도 8의 X-축에 평행한) 안테나 공진 요소 아암(88)의 길이는 제1 초광대역 주파수 대역(예를 들어, 6.5 ㎓ UWB 주파수 대역)에서 방사하기 위해 초광대역 안테나(40U-3)를 구성하도록 선택될 수 있다. (예를 들어, 도 8의 X-축에 평행한) 안테나 공진 요소 아암(90)의 길이는 또한 제2 초광대역 주파수 대역(예를 들어, 8.0 ㎓ UWB 주파수 대역)에서 방사하기 위해 초광대역 안테나(40U-3)를 구성하도록 선택될 수 있다. 이는 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 초광대역 안테나(40U-3)는 (예컨대, 도 8의 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)과 유사한) 단일 대역 안테나일 수 있다. 원하는 경우, 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2) 중 하나 또는 둘 모두는 6.5 ㎓ 및 8.0 ㎓ UWB 주파수 대역들 둘 모두에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위한 (예컨대, 도 8의 초광대역 안테나(40U-3)와 유사한) 이중-대역 안테나들일 수 있다. 일반적으로, 초광대역 안테나(40U-3)는 임의의 다른 원하는 안테나 공진 요소 구조물들(예를 들어, 임의의 원하는 형상, 임의의 원하는 수의 곡선 및/또는 직선 에지들, 임의의 원하는 피딩 배열 등을 갖는 안테나 공진 요소들)을 사용하여 형성될 수 있다.
초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2, 40U-3)의 트리플렛은 도 4의 거리(D)를 결정하고/하거나 6.5 ㎓ 및 8.0 ㎓ UWB 주파수 대역들 중 하나 또는 둘 모두에서 입사 무선 주파수 신호들의 도착 각도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 초광대역 안테나(40U-1), 초광대역 안테나(40U-2), 또는 초광대역 안테나(40U-3)는 생략될 수 있다(예를 들어, 안테나 모듈(78)은 초광대역 안테나들(40U)의 더블렛을 포함할 수 있다).
안테나 모듈(78)은 또한 제1 위상 안테나 어레이(76A) 및 제2 위상 안테나 어레이(76B)와 같은 다수의 위상 안테나 어레이들(76)을 포함할 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 비교적 높은 5G NR FR2 주파수 대역에서(예컨대, 약 37 내지 43 ㎓의 주파수들에서) 방사하는 제1 안테나 세트(40H)를 포함할 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 임의의 원하는 수의 안테나들(40H)을 포함할 수 있다. 도 8의 예에서, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 안테나들(40H-1, 40H-2, 40H-3, 40H-4)과 같은 4개의 안테나들(40H)을 포함한다. 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 각각의 안테나(40H)는 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40H)로부터 거리(82)만큼 분리될 수 있다. 거리(82)는 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 안테나들(40H)이 만족스러운 빔 형성 동작들을 수행하게 하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 거리(82)는 안테나들(40H)의 유효 동작 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있으며, 여기서 유효 파장은 유전체 기판(80)의 유전 상수에 기초하여 선택되는 상수 값과 자유 공간 파장의 곱과 동일하다).
제1 위상 안테나 어레이(76A)는 또한 비교적 낮은 5G NR FR2 주파수 대역에서(예컨대, 약 24 내지 30 ㎓의 주파수들에서) 방사하는 제2 안테나 세트(40L)를 포함할 수 있다. 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 임의의 원하는 수의 안테나들(40L)을 포함할 수 있다. 도 8의 예에서, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 안테나들(40L-1, 40L-2, 40L-3, 40L-4)과 같은 4개의 안테나들(40L)을 포함한다. 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 각각의 안테나(40L)는 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 하나 또는 2개의 인접한 안테나들(40L)로부터 거리(84)만큼 분리될 수 있다. 거리(84)는 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 안테나들(40L)이 만족스러운 빔 형성 동작들을 수행하게 하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 거리(84)는 안테나들(40L)의 유효 동작 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있다).
도 8의 예에서, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 제1 행의 안테나들(40H) 및 제2 행의 안테나들(40L)을 포함한다. 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 제1 위상 안테나 어레이(76A) 내의 안테나들(40H, 40L)은 임의의 원하는 패턴으로 배열될 수 있다(예를 들어, 안테나들(40H)은 단일 행에서 안테나들(40L)과 인터리빙될 수 있고, 안테나들(40H)은 2개의 행들에 걸쳐 안테나들(40L)과 인터리빙될 수 있다). 집합적으로, 안테나들(40H, 40L)은 제1 위상 안테나 어레이(76A)가 비교적 낮은 5G NR FR2 주파수 대역 및 비교적 높은 5G NR FR2 주파수 대역 둘 모두에서 (예컨대, 빔 형성 스킴 하에서) 무선 주파수 신호들을 전달하게 할 수 있다.
제2 위상 안테나 어레이(76B)는 비교적 높은 5G NR FR2 주파수 대역에서(예컨대, 약 37 내지 43 ㎓의 주파수들에서) 방사하는 제3 안테나 세트(40H)를 포함할 수 있다. 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 임의의 원하는 수의 안테나들(40H)을 포함할 수 있다. 때때로 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 제1 위상 안테나 어레이(76A)보다 더 적은 안테나들(40H)을 포함한다(예를 들어, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 안테나들(40H-5, 40H-6)과 같은 2개의 안테나들(40H)을 포함할 수 있다). 안테나들(40H-5, 40H-6)은 거리(82)만큼 서로 분리될 수 있다.
제2 위상 안테나 어레이(76B)는 또한 비교적 낮은 5G NR FR2 주파수 대역에서(예컨대, 약 24 내지 30 ㎓의 주파수들에서) 방사하는 제4 안테나 세트(40L)를 포함할 수 있다. 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 임의의 원하는 수의 안테나들(40L)을 포함할 수 있다. 때때로 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 제1 위상 안테나 어레이(76B)보다 더 적은 안테나들(40L)을 포함한다(예를 들어, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 안테나들(40L-5, 40L-6)과 같은 2개의 안테나들(40L)을 포함할 수 있다). 안테나들(40L-5, 40L-6)은 거리(84)만큼 서로 분리될 수 있다.
제2 위상 안테나 어레이(76B) 내의 안테나들은 제1 위상 안테나 어레이(76A) 및 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2, 40U-3)에 의해 점유되지 않는 유전체 기판(80)의 부분들(영역들) 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 안테나들(40H-5, 40H-6)은 하나의 열로(in a column) 배열될 수 있고, 초광대역 안테나(40U-3) 및 안테나(40H-4)와 유전체 기판(80)의 우측 에지 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 동시에, 안테나들(40L-5, 40L-6)은 하나의 행으로(in a row) 배열될 수 있고, 초광대역 안테나(40U-3)와 유전체 기판(80)의 상부 에지 사이에 측방향으로 개재될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 제2 위상 안테나 어레이(76B) 내의 안테나들(40H, 40L)은 임의의 원하는 패턴으로 배열될 수 있다. 집합적으로, 안테나들(40H, 40L)은 위상 안테나 어레이(76B)가 비교적 낮은 5G NR FR2 주파수 대역 및 비교적 높은 5G NR FR2 주파수 대역 둘 모두에서 (예컨대, 빔 형성 스킴 하에서) 무선 주파수 신호들을 전달하게 할 수 있다.
원하는 경우, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 제1 위상 안테나 어레이(76A)와 독립적으로 조향될 수 있다. 예를 들어, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 제1 신호 빔 내에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있는 반면, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 제2 신호 빔 내에서 무선 주파수 신호들을 전달한다. 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 디바이스(10)를 위한 일차 위상 안테나 어레이일 수 있는 반면, 제2 위상 안테나 어레이(76B)는 디바이스(10)를 위한 이차 또는 다이버시티 위상 안테나 어레이이다.
제어 회로부(38)(도 2)는 예를 들어, 센서 데이터, 무선 성능 메트릭 데이터, 또는 시간 경과에 따른 위상 안테나 어레이들(76A, 76B)의 무선 주파수 성능을 나타내는 다른 데이터를 수집할 수 있다. 제어 회로부(38)는 제1 위상 안테나 어레이(76A)를 사용하여 5G NR FR2 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있다. 수집된 데이터가, 제1 위상 안테나 어레이(76A)가 외부 물체(예를 들어, 사용자의 손, 테이블 상부, 또는 다른 외부 물체)에 의해 차단되고 있거나 그렇지 않으면 만족스럽지 못한 무선 주파수 성능을 나타내고 있음을 나타낼 때(예컨대, 수집된 무선 성능 메트릭 데이터가 만족스러운 무선 성능 메트릭 데이터 값들의 미리결정된 범위 밖에 있을 때), 제어 회로부(38)는 제1 위상 안테나 어레이(76A)를 사용하지 않도록 스위칭할 수 있다. 제어 회로부(38)는 후속적으로 제2 위상 안테나 어레이(76B)를 사용하도록 스위칭할 수 있고, 제1 위상 안테나 어레이(76A)가 더 이상 차단되지 않거나 그렇지 않으면 만족스러운 무선 주파수 성능을 나타낼 때까지 5G NR FR2 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 전달하기 위해 제2 위상 안테나 어레이(76B)를 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 안테나 모듈(78)은 시간 경과에 따라 외부 물체들이 때때로 안테나 모듈(78)의 일부를 차단하더라도 5G NR FR2 주파수 대역들에서 무선 주파수 신호들을 계속 전달할 수 있다.
위상 안테나 어레이들(76A, 76B) 내의 안테나들(40H, 40L)은 임의의 원하는 안테나 구조물들을 사용하여 형성될 수 있다. 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 안테나들(40H, 40L)은 적층된 패치 안테나들이다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나(40H)는 유전체 기판(80) 상의 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성된 안테나 공진 요소(100)를 가질 수 있다(예를 들어, 안테나 공진 요소(100)는 패치 안테나 공진 요소일 수 있고, 따라서 때때로 본 명세서에서 패치 요소(100)로 지칭될 수 있다). 안테나(40H)는 패치 요소(100) 위에 적층되는 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성된 기생 요소(102)를 가질 수 있다.
패치 요소(100)는 하나 이상의 양극 안테나 피드 단자들(46H)에 의해 직접 피드될 수 있다. 예를 들어, 패치 요소(100)는 패치 요소(100)의 제1 에지에 결합된 제1 양극 안테나 피드 단자(46HH)에 의해 피드될 수 있고, 패치 요소(100)의 제2 에지(예컨대, 제1 에지에 직교하는 에지)에 결합된 제2 양극 안테나 피드 단자(46HV)에 의해 피드될 수 있다. 다수의 양극 안테나 피드 단자들을 사용하여 패치 요소(100)에 피드하는 것은, 안테나(40H)가 다수의 편파들을 갖는 무선 주파수 신호들을 전달하게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 안테나 피드 단자(46HH)는 제1 선형(예컨대, 수평) 편파를 갖는 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있는 반면, 제2 양극 안테나 피드 단자(46HV)는 제2 선형(예컨대, 수직) 편파를 갖는 무선 주파수 신호들을 전달한다. 원하는 경우 원형 또는 타원형 편파들이 또한 사용될 수 있다.
패치 요소(100)의 길이는 비교적 높은 5G NR FR2 주파수 대역에서 방사하도록 선택될 수 있다. 양극 안테나 피드 단자들(46HV, 46HH)에 직접 연결되거나 그에 의해 피드되지 않는 기생 요소(102)는 패치 요소(100)의 치수와 약간 다른 치수를 가질 수 있다. 이는 안테나(40H)의 대역폭을 넓히도록 기생 요소(102)를 구성할 수 있다. 원하는 경우, 기생 요소(102)는 (예를 들어, 양극 안테나 피드 단자들(46HV, 46HH)과 중첩되는 직교 아암들을 갖는) 십자형 패치일 수 있다. 이는, 예를 들어, 안테나(40H)에 대한 임피던스 매칭을 수행하도록 기생 요소(102)를 구성할 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 안테나들(40H)은 임의의 원하는 안테나 구조물들을 사용하여 형성할 수 있다.
유사하게, 각각의 안테나(40L)는 유전체 기판(80) 상의 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성된 안테나 공진 요소(94)를 가질 수 있다(예를 들어, 안테나 공진 요소(94)는 패치 안테나 공진 요소일 수 있고, 따라서 때때로 본 명세서에서 패치 요소(94)로 지칭될 수 있다). 안테나(40L)는 패치 요소(94) 위에 적층되는 전도성 트레이스들의 패치로부터 형성된 기생 요소(96)를 가질 수 있다.
패치 요소(94)는 하나 이상의 양극 안테나 피드 단자들(46L)에 의해 직접 피드될 수 있다. 예를 들어, 패치 요소(94)는 패치 요소(94)의 제1 에지에 결합된 제1 양극 안테나 피드 단자(46LH)에 의해 피드될 수 있고, 패치 요소(94)의 제2 에지(예컨대, 제1 에지에 직교하는 에지)에 결합된 제2 양극 안테나 피드 단자(46LV)에 의해 피드될 수 있다. 다수의 양극 안테나 피드 단자들을 사용하여 패치 요소(94)에 피드하는 것은, 안테나(40L)가 다수의 편파들을 갖는 무선 주파수 신호들을 전달하게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 안테나 피드 단자(46LH)는 제1 선형(예컨대, 수평) 편파를 갖는 무선 주파수 신호들을 전달할 수 있는 반면, 제2 양극 안테나 피드 단자(46LV)는 제2 선형(예컨대, 수직) 편파를 갖는 무선 주파수 신호들을 전달한다. 원하는 경우, 추가의 기생 요소들(98)이 패치 요소(94) 및/또는 기생 요소(96)를 측방향으로 둘러쌀 수 있다(예컨대, 기생 요소들(98)은 패치 요소(94)와 동일한 유전체 기판(80)의 유전체 층 상의 전도성 트레이스들로부터 그리고/또는 기생 요소(96)와 동일한 유전체 층 상의 전도성 트레이스들로부터 형성될 수 있다. 기생 요소들(98)은 안테나(40L)의 (예를 들어, 안테나(40L)의 대역폭을 넓히기 위해) 방사 응답에 기여할 수 있고/있거나, 예를 들어, 디바이스(10) 내의 인접 안테나들 및 컴포넌트들로부터 안테나(40L)를 격리시키는 것을 도울 수 있다.
패치 요소(94)의 길이는 비교적 낮은 5G NR FR2 주파수 대역에서 방사하도록 선택될 수 있다. 양극 안테나 피드 단자들(46HV, 46HH)에 직접 연결되거나 그에 의해 피드되지 않는 기생 요소(96)는 패치 요소(94)의 치수와 약간 다른 치수를 가질 수 있다. 이는 안테나(40L)의 대역폭을 넓히도록 기생 요소(96)를 구성할 수 있다. 안테나들(40H) 내의 패치 요소(100) 및 안테나들(40L) 내의 패치 요소(94)는 유전체 기판(80) 내의 접지 트레이스들(예컨대, 원하는 경우, 초광대역 안테나들(40U)을 위한 안테나 접지를 형성하는 데 사용되는 동일한 접지 트레이스들)과 중첩될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 안테나들(40H)은 임의의 원하는 안테나 구조물들을 사용하여 형성할 수 있다. 원하는 경우, 유전체 기판(80)을 통해 연장되는 전도성 비아들의 펜스들은 안테나 모듈(78) 내의 안테나들 중 하나 이상(예를 들어, 전부)을 측방향으로 둘러쌀 수 있다. 전도성 비아들의 펜스들은, 예를 들어, 안테나들 각각을 서로로부터 그리고/또는 디바이스(10) 내의 다른 컴포넌트들로부터의 간섭으로부터 격리시키는 것을 도울 수 있다.
일반적으로, 초광대역 안테나(40U-3)는 갭(81)에 의해 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2)로부터 분리될 수 있다. 비교적 큰 갭(81)을 선택하는 것은 제어 회로부(38)(도 2)가 예를 들어 비교적 높은 정확도 및/또는 정밀도로 인입 무선 주파수 신호들의 도착 각도를 풀도록 허용할 수 있다. 디바이스(10) 내의 공간 소비를 최소화하기 위해, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 안테나 모듈(78) 내의 초광대역 안테나들의 트리플렛 내에서 인터리빙될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 위상 안테나 어레이(76A)는 초광대역 안테나(40U-3)와 초광대역 안테나들(40U-1, 40U-2) 사이에서 유전체 기판(80) 상에 측방향으로 개재될 수 있다. 동시에, 초광대역 안테나(40U-3)는 제2 위상 안테나 어레이(76B) 내의 안테나들(40L)과 제1 위상 안테나 어레이(76A) 사이에서 유전체 기판(80) 상에 측방향으로 개재될 수 있다. 이러한 방식으로 초광대역 안테나들(40U)의 트리플렛에서의 갭(81)의 존재 및 위상 안테나 어레이들(76A, 76B)에서의 필요한 거리들(82, 84)을 이용함으로써, 안테나 모듈(78)은 디바이스(10) 내에서 가능한 한 작은 측방향 풋프린트 내에서 밀리미터파 및 센티미터파 주파수들에서의 통신 및 초광대역 통신 둘 모두를 수행할 수 있다. 이는, 예를 들어, 다른 디바이스 컴포넌트들을 형성하기 위한 가능한 한 많은 공간을 디바이스(10) 내에서 허용할 수 있다.
안테나 모듈(78)은 디바이스(10) 내의 임의의 원하는 위치에 실장될 수 있다. 일례로서 본 명세서에 기술되는 하나의 적합한 배열에서, 안테나 모듈(78)은 디바이스(10)(도 1)의 후방 하우징 벽(12R)에 대해 가압되거나 그에 인접하게 적층될 수 있다. 이는 후방 하우징 벽(12R)을 통해 방사하도록 위상 안테나 어레이들(76A, 76B) 및 초광대역 안테나들(40U)의 트리플렛을 구성할 수 있다. 후방 하우징 벽(12R)이 전도성 지지 플레이트를 포함하는 시나리오들에서, 전도성 지지 플레이트 내의 구멍들은 안테나들이 후방 하우징 벽(12R)을 통해 방사하도록 허용하기 위해 안테나 모듈(78) 내의 안테나들과 정렬될 수 있다. 다른 배열들에서, 안테나 모듈(78) 내의 안테나들은 디스플레이(14) 및/또는 주변부 전도성 하우징 구조물들(12W)(도 1)을 통해 방사할 수 있다.
도 8의 예는 단지 예시적인 것이다. 안테나 모듈(78) 내의 안테나들은 임의의 원하는 형상들을 갖는 임의의 원하는 안테나 구조물들을 사용하여 구현될 수 있다. 안테나 모듈(78)은 2개 초과의 위상 안테나 어레이들(76) 또는 위상 안테나 어레이들(76A, 76B) 중 하나만을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이들(76A, 76B)은 임의의 원하는 주파수 대역들에서 방사하는 임의의 원하는 수의 안테나들을 포함할 수 있다. 기판(80)은 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다.
무선 주파수 집적 회로(RFIC)와 같은 위상 안테나 어레이들(76A, 76B)의 동작을 지원하기 위한 하나 이상의 전기 컴포넌트들이 유전체 기판(80)에 실장될 수 있다. 도 9는 어떻게 안테나 모듈(78)이 유전체 기판(80)에 실장된 RFIC를 가질 수 있는지를 보여주는 안테나 모듈(78)의 측면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(80)은 적층된 유전체 층들(104)을 포함할 수 있다. 유전체 층들(104)은 안테나들(40H, 40L, 40U)을 형성하는 데 사용될 수 있다(예를 들어, 안테나들을 위한 안테나 공진 요소들은 유전체 층들(104) 중 하나 이상 상에 패턴화된 전도성 트레이스들로부터 형성될 수 있다). 유전체 층들(104)은 때때로 본 명세서에서 안테나 층들(104)로 지칭될 수 있다. 유전체 기판(80)은 안테나 층들(104)을 적층된 유전체 층들(101)로부터 분리시키는 접지 트레이스들(103)을 포함할 수 있다. 적층된 유전체 층들(101)은 안테나 모듈(78) 내의 안테나들(40H, 40L, 40U)에 피드하는 데 사용되는 무선 주파수 송신 라인 경로들(50)(도 3)에 대한 접지 트레이스들 및 신호 트레이스들을 포함할 수 있다. 따라서, 유전체 층들(101)은 때때로 본 명세서에서 라우팅 층들(101)로 지칭될 수 있다. 접지 트레이스들(103)은 안테나 모듈(78) 내의 안테나들을 위한 안테나 접지의 일부를 형성할 수 있다. 라우팅 층들(101) 내의 신호 트레이스들로부터 안테나 층들(104) 내의 양극 안테나 피드 단자들까지 연장되는 전도성 비아들을 수용하기 위해 접지 트레이스들(103) 내에 개구들이 형성될 수 있다.
RFIC(110)와 같은 RFIC가 라우팅 층들(101)에 실장될 수 있다. 원하는 경우, RFIC(110)는 인터포저(106)에 실장될 수 있다. 인터포저(106)는 솔더 볼들(108)을 사용하여 라우팅 층들(101)에 실장될 수 있다. 인터포저(106)는 라우팅 층들(101)로부터 인터포저(106) 상으로 라우팅되는 무선 주파수 신호를 오프로드하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 라우팅 층들(101) 및 이에 따른 안테나 모듈(78)을 제조하는 크기, 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.
RFIC(110)는 안테나 모듈(78)에서 안테나들(40H, 40L)의 동작을 지원하는 무선 주파수 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일례로서, RFIC(110)는 적어도 위상 안테나 어레이들(76A, 76B)을 위한 위상 및 크기 제어기들(70)(도 7)을 포함할 수 있다. 위상 및 크기 제어기들은 솔어 볼들(108)뿐만 아니라, 인터포저(106), 라우팅 층들(101), 및 안테나 층들(104) 내의 전도성 트레이스들 및/또는 전도성 비아들을 사용하여 위상 안테나 어레이(76A, 76B) 내의 안테나들에 결합될 수 있다. 무선 주파수 보드-대-보드 커넥터(board-to-board connector)(114)가 또한 라우팅 층들(101)에 실장될 수 있다. 가요성 인쇄 회로(112)가 보드-대-보드 커넥터(114)를 통해 라우팅 층들(101)에 결합될 수 있다. 보드-대-보드 커넥터(114) 및 가요성 인쇄 회로(112)는, 예를 들어, 안테나 모듈(78) 상의 초광대역 안테나들(40U)과 송수신기 회로부(36)(도 3) 사이에서 무선 주파수 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 인터포저(106)는 생략될 수 있고, RFIC(110)는, 도 10의 예에 도시된 바와 같이, 가요성 인쇄 회로(112) 및 보드-대-보드 커넥터(114)를 통해 라우팅 층들(101)에 결합될 수 있다.
위상 안테나 어레이들(76A, 76B) 및 초광대역 안테나들(40U)을 동일한 안테나 모듈(78) 내에 통합함으로써, 무선 주파수 성능을 희생시키지 않으면서 디바이스(10)에서 공간 소비가 최소화될 수 있다. 이러한 배열은 또한, 위상 안테나 어레이들 및 초광대역 안테나들이 별개의 각자의 모듈들 또는 기판들 상에 형성되는 배열들보다 더 강건하고 제조하기에 더 저렴한데, 이는 안테나 모듈(78)이 예를 들어 더 적은 수평 및 수직 조립 허용오차 및 더 적은 보드-대-보드 상호연결부들을 필요로 하기 때문이다.
디바이스(10)는 개인 식별가능 정보를 수집 및/또는 사용할 수 있다. 개인 식별가능 정보의 사용은 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 산업 또는 정부 요구사항들을 충족시키거나 초과하는 것으로 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 하는 것이 잘 이해된다. 특히, 개인 식별가능 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험들을 최소화하도록 관리되고 처리되어야 하며, 인가된 사용의 성질(nature)이 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되는데, 이는 주변부 전도성 하우징 구조물들; 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장된 디스플레이; 디스플레이의 반대편인 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장된 하우징 벽; 및 안테나 모듈을 포함하며, 안테나 모듈은 유전체 기판, 유전체 기판 상에 있고 하우징 벽을 통해 10 ㎓ 초과의 주파수에서 방사하도록 구성된 위상 안테나 어레이, 및 유전체 기판 상에 있고 하우징 벽을 통해 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 초광대역 안테나를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 유전체 기판 상의 제1 추가의 초광대역 안테나; 및 유전체 기판 상의 제2 추가의 초광대역 안테나를 포함하는 안테나 모듈을 포함하며, 위상 안테나 어레이는 제1 및 제2 추가의 초광대역 안테나들과 초광대역 안테나 사이에 측방향으로 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 초광대역 안테나는 하우징 벽을 통해 추가의 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고, 제1 및 제2 추가의 초광대역 안테나들은 하우징 벽을 통해 제1 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 초광대역 주파수 대역은 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역을 포함하고, 추가의 초광대역 주파수 대역은 8.0 ㎓ 초광대역 주파수 대역을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 초광대역 안테나는 이중-아암 평면형 역-F 안테나를 포함하고, 제1 및 제2 추가의 초광대역 안테나들은 패치 안테나들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 위상 안테나 어레이는 상기 주파수에서 방사하도록 구성된 제1 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함하고, 주파수는 24 ㎓ 내지 30 ㎓이고, 위상 안테나 어레이는 추가의 주파수에서 방사하도록 구성된 제2 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함하고, 추가의 주파수는 37 ㎓ 내지 41 ㎓이다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 유전체 기판 상의 추가의 위상 안테나 어레이를 포함하는 안테나 모듈을 포함하며, 추가의 위상 안테나 어레이는 상기 주파수에서 방사하도록 구성된 제3 세트의 적층된 패치 안테나들 및 추가의 주파수에서 방사하도록 구성된 제4 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 초광대역 안테나는 제2 세트의 적층된 패치 안테나들과 제3 세트의 적층된 패치 안테나들 사이에서 유전체 기판 상에 측방향으로 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 제3 세트보다 제1 세트에 더 많은 적층된 패치 안테나들이 있고, 제4 세트보다 제2 세트에 더 많은 적층된 패치 안테나들이 있고, 전자 디바이스는 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는 위상 안테나 어레이를 사용하여 빔 조향 동작들을 수행하도록 구성되고, 위상 안테나 어레이를 커버하는 외부 물체의 검출에 응답하여 위상 안테나 어레이 대신에 추가의 위상 안테나 어레이를 사용하여 빔 조향 동작들을 수행하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 유전체 기판에 실장된 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함하며, RFIC는 위상 안테나 어레이를 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈이 제공되는데, 이는 유전체 기판; 유전체 기판 상의 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들의 트리플렛 - 제1 및 제2 초광대역 안테나들은 갭에 의해 분리됨 -; 10 ㎓ 초과의 주파수에서 방사하도록 구성된 위상 안테나 어레이 - 위상 안테나 어레이는 갭 내에서 유전체 기판 상에 위치됨 -; 및 유전체 기판에 실장된 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함하며, RFIC는 위상 안테나 어레이를 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 유전체 기판은 라우팅 층들, 안테나 층들, 및 라우팅 층들을 안테나 층들로부터 분리시키는 접지 트레이스들을 포함하고, 위상 안테나 어레이 및 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들은 안테나 층들 상에 형성되고, RFIC는 라우팅 층들에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 솔더 볼들을 사용하여 라우팅 층들에 실장된 인터포저를 포함하며, RFIC는 인터포저에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 라우팅 층들 상의 보드-대-보드 커넥터; 및 보드-대-보드 커넥터 및 라우팅 층들을 통해 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들에 결합된 가요성 인쇄 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 유전체 기판 상의 보드-대-보드 커넥터; 및 보드-대-보드 커넥터에 결합된 가요성 인쇄 회로를 포함하며, RFIC는 가요성 인쇄 회로에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 유전체 기판 상의 추가의 위상 안테나 어레이를 포함하며, 추가의 위상 안테나 어레이는 상기 주파수에서 방사하도록 구성되고 위상 안테나 어레이보다 더 적은 안테나들을 갖고, 추가의 위상 안테나 어레이는 위상 안테나 어레이와 독립적으로 조향가능하다.
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈이 제공되는데, 이는 유전체 기판; 유전체 기판 상의 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들; 제3 초광대역 안테나와 제2 초광대역 안테나들 사이에서 유전체 기판 상에 측방향으로 개재되는 제1 위상 안테나 어레이; 및 유전체 기판 상의 제2 위상 안테나 어레이를 포함하며, 제3 초광대역 안테나는 제1 위상 안테나 어레이와 제2 위상 안테나 어레이의 적어도 일부 사이에서 유전체 기판 상에 측방향으로 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 초과의 제1 주파수에서 방사하도록 구성된 제1 안테나 세트를 포함하고, 제1 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 초과의 제2 주파수에서 방사하도록 구성된 제2 안테나 세트를 포함하고, 제2 위상 안테나 어레이는 제1 주파수에서 방사하도록 구성된 제3 안테나 세트를 포함하고, 제2 위상 안테나 어레이는 제2 주파수에서 방사하도록 구성된 제4 안테나 세트를 포함하고, 제3 초광대역 안테나는 제3 안테나 세트와 제1 위상 안테나 어레이 사이에서 유전체 기판 상에 측방향으로 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 제1, 제2, 및 제3 안테나 세트들은 각자의 제1, 제2, 및 제3 행들로 배열되고, 제4 안테나 세트는 제1, 제2, 및 제3 행들에 직교하는 열로 배열된다.
다른 실시예에 따르면, 제3 초광대역 안테나는 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역 및 8.0 ㎓ 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고, 제1 및 제2 초광대역 안테나들은 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되며, 안테나 모듈은 유전체 기판에 실장된 인터포저; 및 인터포저에 실장된 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함하며, RFIC는 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들을 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함한다.
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,
    주변부 전도성 하우징 구조물들;
    상기 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장된 디스플레이;
    상기 디스플레이의 반대편인 상기 주변부 전도성 하우징 구조물들에 실장된 하우징 벽; 및
    안테나 모듈을 포함하며, 상기 안테나 모듈은,
    적층된 유전체 층들을 갖는 유전체 기판,
    상기 적층된 유전체 층들 상에 있고, 상기 하우징 벽을 통해 10 ㎓ 초과의 주파수에서 방사하도록 구성된 위상 안테나 어레이(phased antenna array),
    상기 적층된 유전체 층들 상에 있고, 상기 하우징 벽을 통해 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성된 제1 초광대역 안테나, 및
    상기 적층된 유전체 층들 상의 제2 및 제3 초광대역 안테나들을 갖고,
    상기 위상 안테나 어레이는 상기 제2 및 제3 초광대역 안테나들과 상기 제1 초광대역 안테나 사이의, 상기 적층된 유전체 층들 상의 갭(gap) 내에 개재되는, 전자 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 초광대역 안테나는 상기 하우징 벽을 통해 추가의 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고, 상기 제2 및 제3 초광대역 안테나들은 상기 하우징 벽을 통해 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 초광대역 주파수 대역은 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역을 포함하고, 상기 추가의 초광대역 주파수 대역은 8.0 ㎓ 초광대역 주파수 대역을 포함하는, 전자 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 초광대역 안테나는 이중-아암(dual-arm) 평면형 역-F 안테나를 포함하고, 상기 제2 및 제3 초광대역 안테나들은 패치 안테나들을 포함하는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위상 안테나 어레이는 주파수에서 방사하도록 구성된 제1 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함하고, 상기 주파수는 24 ㎓ 내지 30 ㎓이고, 상기 위상 안테나 어레이는 추가의 주파수에서 방사하도록 구성된 제2 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함하고, 상기 추가의 주파수는 37 ㎓ 내지 41 ㎓인, 전자 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    상기 적층된 유전체 층들 상의 추가의 위상 안테나 어레이를 포함하며, 상기 추가의 위상 안테나 어레이는 상기 주파수에서 방사하도록 구성된 제3 세트의 적층된 패치 안테나들 및 상기 추가의 주파수에서 방사하도록 구성된 제4 세트의 적층된 패치 안테나들을 포함하는, 전자 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 초광대역 안테나는 상기 제2 세트의 적층된 패치 안테나들과 상기 제3 세트의 적층된 패치 안테나들 사이에서 상기 적층된 유전체 층들 상에 측방향으로 개재되는, 전자 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 세트보다 상기 제1 세트에 더 많은 적층된 패치 안테나들이 있고, 상기 제4 세트보다 상기 제2 세트에 더 많은 적층된 패치 안테나들이 있고, 상기 전자 디바이스는,
    제어 회로부를 추가로 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 위상 안테나 어레이를 사용하여 빔 조향 동작들을 수행하도록 구성되고, 상기 위상 안테나 어레이를 커버하는 외부 물체의 검출에 응답하여 상기 위상 안테나 어레이 대신에 상기 추가의 위상 안테나 어레이를 사용하여 빔 조향 동작들을 수행하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자 디바이스는,
    상기 유전체 기판에 실장된 무선 주파수 집적 회로(radio-frequency integrated circuit, RFIC)를 추가로 포함하며, 상기 RFIC는 상기 위상 안테나 어레이를 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함하는, 전자 디바이스.
  11. 안테나 모듈로서,
    적층된 유전체 층들을 갖는 유전체 기판;
    상기 적층된 유전체 층들 상의 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들의 트리플렛(triplet) - 상기 제1 및 제2 초광대역 안테나들은 상기 적층된 유전체 층들 상의 갭에 의해 분리됨 -;
    10 ㎓ 초과의 주파수에서 방사하도록 구성된 위상 안테나 어레이 - 상기 위상 안테나 어레이는 상기 갭 내에서 상기 적층된 유전체 층들 상에 위치됨 -; 및
    상기 유전체 기판에 실장된 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함하며, 상기 RFIC는 상기 위상 안테나 어레이를 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함하는, 안테나 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적층된 유전체 층들은 라우팅 층들, 안테나 층들, 및 상기 라우팅 층들을 상기 안테나 층들로부터 분리시키는 접지 트레이스들을 포함하고, 상기 위상 안테나 어레이 및 상기 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들은 상기 안테나 층들 상에 형성되고, 상기 RFIC는 상기 라우팅 층들에 실장되는, 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    솔더 볼들을 사용하여 상기 라우팅 층들에 실장된 인터포저(interposer)를 추가로 포함하며, 상기 RFIC는 상기 인터포저에 실장되는, 안테나 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 라우팅 층들 상의 보드-대-보드 커넥터(board-to-board connector); 및
    상기 보드-대-보드 커넥터 및 상기 라우팅 층들을 통해 상기 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들에 결합된 가요성 인쇄 회로를 추가로 포함하는, 안테나 모듈.
  15. 제11항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    상기 유전체 기판 상의 보드-대-보드 커넥터; 및
    상기 보드-대-보드 커넥터에 결합된 가요성 인쇄 회로를 추가로 포함하며, 상기 RFIC는 상기 가요성 인쇄 회로에 실장되는, 안테나 모듈.
  16. 제11항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    상기 적층된 유전체 층들 상의 추가의 위상 안테나 어레이를 추가로 포함하며, 상기 추가의 위상 안테나 어레이는 상기 주파수에서 방사하도록 구성되고 상기 위상 안테나 어레이보다 더 적은 안테나들을 갖고, 상기 추가의 위상 안테나 어레이는 상기 위상 안테나 어레이와 독립적으로 조향가능한, 안테나 모듈.
  17. 안테나 모듈로서,
    적층된 유전체 층들을 갖는 유전체 기판;
    상기 적층된 유전체 층들 상의 제1, 제2, 및 제3 초광대역 안테나들;
    상기 제3 초광대역 안테나와 상기 제2 초광대역 안테나들 사이의 갭 내에 상기 적층된 유전체 층들 상에 측방향으로 개재되는 제1 위상 안테나 어레이; 및
    상기 적층된 유전체 층들 상의 제2 위상 안테나 어레이를 포함하며, 상기 제3 초광대역 안테나는 상기 제1 위상 안테나 어레이와 상기 제2 위상 안테나 어레이의 적어도 일부 사이에서 상기 적층된 유전체 층들 상에 측방향으로 개재되는, 안테나 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 초과의 제1 주파수에서 방사하도록 구성된 제1 안테나 세트를 포함하고, 상기 제1 위상 안테나 어레이는 10 ㎓ 초과의 제2 주파수에서 방사하도록 구성된 제2 안테나 세트를 포함하고, 상기 제2 위상 안테나 어레이는 상기 제1 주파수에서 방사하도록 구성된 제3 안테나 세트를 포함하고, 상기 제2 위상 안테나 어레이는 상기 제2 주파수에서 방사하도록 구성된 제4 안테나 세트를 포함하고, 상기 제3 초광대역 안테나는 상기 제3 안테나 세트와 상기 제1 위상 안테나 어레이 사이에서 상기 적층된 유전체 층들 상에 측방향으로 개재되는, 안테나 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 안테나 세트들은 각자의 제1, 제2, 및 제3 행들로 배열되고, 상기 제4 안테나 세트는 상기 제1, 제2, 및 제3 행들에 직교하는 열로 배열되는, 안테나 모듈.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제3 초광대역 안테나는 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역 및 8.0 ㎓ 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 초광대역 안테나들은 상기 6.5 ㎓ 초광대역 주파수 대역에서 방사하도록 구성되며, 상기 안테나 모듈은,
    상기 유전체 기판에 실장된 인터포저; 및
    상기 인터포저에 실장된 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함하고, 상기 RFIC는 상기 제1 및 제2 위상 안테나 어레이들을 위한 위상 및 크기 제어기들을 포함하는, 안테나 모듈.
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