CN101924567A - 一种通信方法和通信*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信方法及通信***，其中使用微机电***配置漏波天线。所述方法包括使用MEMS驱动配置一个或多个LWA的谐振频率。使用LWA发射RF信号。LWA可集成在无线设备中的芯片、集成电路封装和/或印刷电路板中的金属层中。LWA包括微带波导，LWA的腔的高度依赖于微带波导中传导线之间的间距。LWA可配置成以期望的角度发射无线信号。集成电路封装固定在印刷电路板上，集成电路倒晶封装粘合在所述集成电路封装上。为所述MEMS驱动在邻近一个或多个金属层处集成空气间隙。

Description

一种通信方法和通信***
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及一种使用微机电***(Micro-electro mechanical system)配置漏波天线(leaky wave antenna)的方法和***。
背景技术
移动通信改变了人们的通信方式，移动电话已从奢侈品转变为日常生活必不可少的部分。当今，移动电话的使用由社会状况控制，而不受地域或技术的牵制。语音连接满足了通信的基本需求，而移动语音连接将会更深入的渗透到日常生活中，移动互联网将会是移动通信变革的下一目标。移动互联网随时会成为人们日常信息的来源，而且方便、通用地移动访问这些数据将会成为必然。
随着支持有线和/或移动通信的电子设备数量的增加，为了使得这些设备具有更高功率效率(power efficient)，已做了相当大的努力。例如，通信设备中很大比例都是移动无线设备，而且往往在电池电源下运作。另外，这些移动无线设备中的发射和/或接收电路往往占用了这些设备所消耗的功率中的很大一部分。而且，在一些常用的通信***中，与便携式通信设备的其他模块相比，发射器和/或接收器具有较低的功率效率。因此，这些发射器和/或接收器对移动无线设备的电池寿命有重要影响。
比较本发明后续将要结合附图介绍的***，现有技术的其他缺陷和弊端对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
发明内容
本发明提出一种使用微机电***配置漏波天线的方法和***，下面将结合至少一幅附图来充分展示和/或说明，并且将在权利要求中进行完整的阐述。
根据本发明的一方面，提出一种通信方法，包括：
在无线设备中：
使用微机电***(MEMS)驱动(actuation)配置一个或多个漏波天线的谐振频率；以及
通过所述一个或多个漏波天线以已配置的谐振频率发射RF信号。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的芯片的金属层中。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的集成电路封装的金属层中。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的印刷电路板的金属层中。
作为优选，所述漏波天线包括微带波导(microstrip waveguide)。
作为优选，所述方法进一步包括使用所述MEMS驱动调整所述漏波天线的腔(cavity)的高度。
作为优选，所述方法进一步包括配置所述漏波天线使其从所述漏波天线的表面以期望的角度发送所述无线信号。
作为优选，所述集成电路封装固定(affix)在在印刷电路板上。
作为优选，集成电路倒晶封装粘合(flip-chip-bonded)在所述集成电路封装上。
作为优选，为所述MEMS驱动在邻近一个或多个所述金属层处集成空气间隙。
根据本发明的另一方面，提出一种通信***，包括：
包括一个或多个漏波天线的无线设备，所述无线设备用于：
使用微机电***(MEMS)驱动配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率；以及
通过所述一个或多个漏波天线以已配置的谐振频率发射RF信号。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的芯片的金属层中。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的集成电路封装的金属层中。
作为优选，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的印刷电路板的金属层中。
作为优选，所述漏波天线包括微带波导。
作为优选，所述无线设备用于使用MEMS驱动调整所述漏波天线的腔的高度。
作为优选，所述无线设备用于配置所述漏波天线使其从所述漏波天线的表面以期望的角度发送所述无线信号。
作为优选，所述集成电路封装固定在印刷电路板上。
作为优选，集成电路倒晶封装粘合(flip-chip-bonded)在所述集成电路封装上。
作为优选，为所述MEMS驱动在邻近一个或多个所述金属层处集成空气间隙。
下文将结合附图对具体实施例进行详细描述，以帮助理解本发明的各种优点、各个方面和创新特征。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的使用MEMS配置漏波天线的示范性无线***结构示意图；
图2A是依据本发明一实施例的示范性漏波天线的示意图；
图2B是依据本发明一实施例的用于配置漏波天线的示范性MEMS装置示意图；
图2C是依据本发明一实施例的示范性MEMS偏斜(deflection)操作的示意图；
图3是依据本发明一实施例的示范性部分反射面(partially reflectivesurface)俯视图；
图4是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性相位依赖性(phasedependence)示意图；
图5是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性同相和异相波束形状示意图；
图6是依据本发明一实施例的具有可由MEMS配置的可变输入阻抗反馈点的漏波天线结构示意图；
图7是依据本发明一实施例的共面波导(Coplanar Waveguide)和微带波导的横截面示意图；
图8是依据本发明一实施例的具有可由MEMS配置的集成漏波天线的集成电路封装的横截面示意图；
图9是依据本发明一实施例的通过集成在封装的金属层中的经MEMS配置的漏波天线进行的示范性通信方法的步骤示意图。
具体实施方式
本发明的一些方面提供了一种使用微电机***(MEMS)配置漏波天线(LWA)的方法和***。本发明的示范性方面包括使用MEMS驱动配置无线设备中的一个或多个LWA的谐振频率。使用所述一个或多个LWA传送RF信号。所述一个或多个漏波天线集成在无线设备的芯片的金属层中、集成电路封装的金属层中和/或印刷电路板的金属层中。漏波天线包括微带波导，LWA的腔的高度依赖于微带波导中传导线之间的间距。配置LWA使其从所述漏波天线的表面以期望的角度发送所述无线信号。所述集成电路封装固定在印刷电路板上，集成电路倒晶封装粘合(flip-chip-bonded)在所述集成电路封装上。为所述MEMS驱动在邻近一个或多个所述金属层处设置空气间隙。
图1是依据本发明一实施例的使用MEMS配置漏波天线的示范性无线***结构示意图。参考图1，无线设备150包括天线151、收发器152、基带处理器154、处理器156、***存储器158、逻辑模块160、集成电路或芯片162、漏波天线164A、164B和164C、微电机***(MEMS)装置165、外部耳机端口166、以及封装167。无线设备150还包括模拟麦克风168、集成免提(Integrated Hands-free，简称IHF)立体声扬声器170、印刷电路板171、助听兼容(HAC)线圈174、双数位麦克风(Dual Digital Microphone)176、振动传感器(vibration transducer)178、键盘和/或触摸屏180、以及显示屏182。
收发器152包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于调制和上变频基带信号为RF信号以便由一个或多个天线(可由天线151作为代表)发射出去。收发器152还用于下变频和解调制所接收的RF信号为基带信号。RF信号可由一个或多个天线接收，这些天线可由天线151或者漏波天线164A、164B和164C作为代表。不同的无线***使用不同的天线进行发射和接收。收发器152能够执行其他功能，例如，对基带和/或RF信号进行滤波和/或放大基带和/或RF信号。尽管示出的是单个收发器152，但本发明并不限于此。因此，收发器152可由单个发射器和单个接收器来实现。另外，还可包括多个收发器、发射器和/或接收器。在这点上，多个收发器、发射器和/或接收器使得无线设备150能够处理多个无线协议和/或标准，包括蜂窝、WLAN和PAN。无线设备150所处理的无线技术包括例如GSM、CDMA、CDMA2000、WCDMA、GMS、GPRS、EDGE、WiMAX、WLAN、3GPP、UMTS、BLUETOOTH、以及ZigBee。
基带处理器154包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于处理基带信号以便通过收发器152来发射，和/或处理接收自收发器152的基带信号。处理器156可以是任何适当的处理器或控制器诸如CPU、DSP、ARM、或任何其他类型的集成电路处理器。处理器156包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于控制收发器152和/或基带处理器154的操作。例如，处理器156用于更新和/或修改收发器152和/或基带处理器154中多个组件、器件和/或处理元件的可编程参数和/或值。至少一部分可编程参数存储在***存储器158中。
包括可编程参数的控制和/或数据信息可从无线设备150的其他部分(图1未示出)转送至处理器156。类似地，处理器156用于将包括可编程参数的控制和/或数据信息转发至无线设备150的其他部分(图1未示出)，所述其他部分是无线设备150的一部分。
处理器156使用所接收的包括可编程参数的控制和/或数据信息，确定收发器152的操作模式。例如，处理器156用于为本地振荡器选择特定频率，为可变增益放大器选择特定增益，配置本地振荡器和/或配置可变增益放大器以便依据本发明的多个实施例进行运作。而且，所选择的特定频率和/或计算特定频率所需的参数和/或用于计算特定增益的特定增益值和/或参数，可通过例如处理器156存储于***存储器158中。存储在***存储器158中的信息可通过处理器156从***存储器158转发至收发器152。
***存储器158包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于存储多个控制和/或数据信息，包括计算频率和/或增益所需的参数和/或频率值和/或增益值。***存储器158存储处理器156控制的至少一部分可编程参数。
逻辑模块160包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于控制无线设备150的各种功能。例如，逻辑模块160包括一个或多个状态机，用于生成控制收发器152和/或基带处理器154的信号。逻辑模块160还包括寄存器，用于存储控制例如收发器152和/或基带处理器154的数据。逻辑模块160还生成和/或存储状态信息，所述状态信息由例如处理器156读出。放大器增益和/或滤波特性可由例如逻辑模块160控制。
BT无线收发器/处理器163包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于发射和/或接收蓝牙信号。BT无线收发器/处理器163可处理和/或操控BT基带信号。在这一点上，BT无线收发器/处理器163可以处理或操控经由无线通信媒介接收和/或发送的BT信号。基于来自已处理的BT信号的信息，BT无线收发器/处理器163还可提供控制和/或反馈信息给基带处理器154和/或处理器156，或者提供来自基带处理器154和/或处理器156的控制和/或反馈信息。BT无线收发器/处理器163将来自己处理的BT信号的信息和/或数据传送至处理器156和/或***存储器158。而且，BT无线收发器/处理器163接收来自处理器156和/或***存储器158的信息，对其进行处理并通过无线通信媒介发射至例如蓝牙耳机。
CODEC 172包括适当的逻辑、电路、接口和/或代码，用于处理接收自和/或传送至输入/输出设备的音频信号。输入设备可内置于无线设备150中和/或与无线设备150通信连接，输入设备包括例如模拟麦克风168、立体声扬声器170、助听兼容(HAC)线圈174、双数位麦克风(Dual DigitalMicrophone)176以及振动传感器178。CODEC 172用于上变频和/或下变频信号频率至期望的频率以便由输出设备进行处理和/或发射。CODEC 172可使用多个数字音频输入，诸如16位或18位输入。CODEC 172还可使用多个数据采样速率输入。例如，CODEC 172可以诸如8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz和/或48kHz的采样速率来接收数字音频信号。CODEC 172可支持多个音频源的混合。例如，CODEC 172还可支持音频源诸如一般音频(general audio)、复调振铃器(polyphonicringer)、I2S FM音频、振动驱动信号和语音。在这点上，一般音频和复调振铃器音频源可支持音频CODEC 172所能接受的多个采样速率，而语音源可支持所述多个采样速率中的一部分，诸如8kHz和16kHz。
芯片162包括集成有多个功能模块的集成电路，诸如收发器152、处理器156、基带处理器154、BT无线收发器/处理器163、CODEC 172。集成在芯片162中的功能模块的数量并不限于图1所示的数量。因此，依赖例如芯片的空间和无线设备150的需求，可在芯片162上集成任何数量的模块。芯片162可以倒晶封装粘合(flip-chip-bonded)在集成电路封装167上，如图8所示。
漏波天线164A、164B和164C包括具有强反射面(highly reflectivesurface)和弱反射面(lower reflective surface)的谐振腔(resonant cavity)，可集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171之中或之上。弱反射面允许谐振模式“漏”出该谐振腔。配置漏波天线164A、164B和/或164C的弱反射面，使其在金属表面或金属片格局上具有狭槽，如图2和图3所示。可对漏波天线164A、164B和164C的物理尺寸进行配置，使其优化发射带宽和/或辐射的波束图。漏波天线164A、164B和/或164C可集成在封装167中，和/或印刷电路板171中，漏波天线164A、164B和/或164C的尺寸不受芯片162的大小限制。
在本发明一示范性实施例中，漏波天线164A、164B和/或164C包括集成在封装167中和/或封装167上和/或印刷电路板171中和/或印刷电路板171上的多个漏波天线。由于器件的腔的长度属于毫米量级，漏波天线164A、164B和/或164C可在例如60GHz或其附近发射和/或接收无线信号。通过在封装167和/或印刷电路板171中集成具有不同腔高度的漏波天线，可对漏波天线164A、164B和/或164C进行配置使其在不同的频率发射。
MEMS装置165包括MEMS开关或MEMS驱动结构，用于将漏波天线164的不同天线切换至收发器152，和/或将元件切换到漏波天线164A、164B和/或164C中和/或从漏波天线164A、164B和/或164C切换出来，诸如图3所示的片(patch)和狭槽(slot)。另外，MEMS装置165A、165B和/或165C可集成在漏波天线164A、164B和/或164C中，使得漏波天线164A、164B和/或164C的反射面包括MEMS装置165A、165B和/或165C的可偏斜面(deflectable surface)、或桥膜(bridge membrance)，如图2B和2C所示。以这种方式，波天线164A、164B和/或164C的谐振腔高度可由MEMS装置165A、165B和/或165C的桥膜的偏斜(deflecting)来配置。而且，桥膜(bridgemembrance)中的释放孔(releasing hole)可用作漏波天线的周期狭槽，用于配置漏波天线的Q因子，这方面将结合图3进行描述。
外部耳机端口166包括用于外部耳机的物理连接，所述外部耳机与无线设备150通信连接。模拟麦克风168包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，用于检测声波并通过例如压电效应(piezoelectric effect)将其转换为电信号。模拟麦克风168所生成的电信号包括模拟信号，该模拟信号在处理之前需要进行模数转换。
封装167包括陶瓷封装、印刷电路板或其他能够支撑芯片162和无线设备150中其他组件的结构。在这点上，芯片162粘合(bond)至封装167。封装167包括例如绝缘和导电材料，可提供装配在封装167上的电组件之间的电隔离。封装167粘合在印刷电路板171上，印刷电路板171提供芯片与装配在印刷电路板171上的封装之间的结构支撑和电连通性。
立体声扬声器170包括一对扬声器，用于从接收自CODEC 172的电信号中生成音频信号。HAC线圈174包括适当的电路、逻辑和/或代码，能够实现例如无线设备150和助听器中的T线圈之间的通信。以这种方式，电音频信号可传送至使用助听器的用户(无需通过扬声器(诸如立体声扬声器170)生成声音信号并在助听器中将所生成的声音信号转换回电信号)，随后在用户耳朵中再将电信号转换回放大的声音信号。
双数位麦克风176包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，用于检测声波并将其转换为电信号。双数位麦克风176所生成的电信号包括数字信号，在CODEC 172中进行数字处理之前无需进行模数转换。双数位麦克风176具有例如波束成形能力。
振动传感器178包括适当的电路、逻辑、接口和/或代码，无需使用声音就能将到达的呼叫、警报和/或消息通知给无线设备150。振动传感器生成振动，该振动可与诸如语音或音乐的音频信号同步。
在操作中，包括可编程参数的控制和/或数据信息可从无线设备150的其他部分(图1未示出)转发至处理器156。类似地，处理器156可将包括可编程参数的控制和/或数据信息转发至无线设备150的其他部分(图1未示出)，所述其他部分是无线设备150的组成部分。
处理器156使用所接收的包括可编程参数的控制和/或数据信息，确定收发器152的操作模式。例如，处理器156用于为本地振荡器选择特定频率、为可变增益放大器选择特定增益，配置本地振荡器和/或配置可变增益放大器以便依据本发明的多个实施例进行运作。而且，所选择的特定频率和/或计算特定频率所需的参数和/或用于计算特定增益的特定增益值和/或参数，可通过例如处理器156存储于***存储器158中。存储在***存储器158中的信息可通过处理器156从***存储器158转发至收发器152。
无线设备150中的CODEC 172与处理器156通信，以便转发音频数据和控制信号。CODEC 172的控制寄存器可设置在处理器156中。处理器156通过***存储器158交换音频信号和控制信息。CODEC 172还可对多个音频源的频率进行上变频和/或下变频，以在期望的采样频率进行处理。
漏波天线164A、164B和/或164C用于分别发射无线信号至封装167和/或接收来自封装167的无线信号。在封装167中和/或上的反射面之间对谐振腔进行配置，使得能够从封装167的任何位置发射和接收信号，而不需要常规天线和相关电路所需的大面积。
发射和/或接收的频率由漏波天线164A、164B和/或164C的谐振腔高度确定。因此，反射面可集成在封装的不同高度，从而在封装167中配置具有不同谐振频率的漏波天线。
在本发明一示范性实施例中，漏波天线164A、164B和/或164C的谐振腔频率可通过使用MEMS驱动来调谐腔的高度来进行配置。因此，可应用偏置电压，使得由所应用的电位对漏波天线164A、164B和/或164C的一个或两个反射面进行偏斜。以这种方式，可对腔的高度，亦即腔的谐振频率进行配置。类似地，可由开关165对部分反射面中的狭槽和/或片的图案(pattern)进行配置。
漏波天线164A、164B和/或164C用于发射和/或接收发往和来自封装167的信号。以这种方式，可减少和/或消除用于传输高频信号的到外部天线诸如天线151的高频走线(trace)。通过将芯片162粘合至封装167上的凸点(bumpbonds)来传送信号(该信号是将从芯片162发射到漏波天线164A、164B和/或164C的信号)，高频走线将会进一步地减少。
通过有选择地将收发器152连接至具有不同腔高度的漏波天线，漏波天线164A、164B和/或164C可发射和/或接收不同频率的信号。例如，在封装167的顶部和底部具有反射面的漏波天线具有最大的腔高度，从而提供最低的谐振频率。相反地，在封装167的表面上具有一反射面，在封装167的该表面下方具有另一反射面的漏波天线可提供较高的谐振频率，集成在芯片162上的具有最小腔高度的漏波天线可带来最高的谐振频率。可通过芯片162中的开关165和/或CMOS器件实现可选择性地连接。
漏波天线164A、164B和/或164C的可偏斜表面的偏斜可配置漏波天线的腔的高度，还可配置部分反射面发射的角度。那么，通过合并可偏斜反射面和/或部分反射面，可对漏波天线发射和/或接收的频率和角度进行配置。发射和/或接收角度的配置以及提供给漏波天线的信号的频率的配置将结合图4和图5进行描述。
图2A是依据本发明一实施例的示范性漏波天线的示意图。参考图2A，示出的漏波天线164A、164B和/或164C包括部分反射面201A、反射面201B以及反馈点203。部分反射面201A和反射面201B之间的空间由例如绝缘(dielectric)材料填充，部分反射面201A和反射面201B之间的高度h用于配置漏波天线164A、164B和/或164C的发射频率。在本发明另一实施例中，在部分反射面201A和反射面201B之间的空间内集成有空气间隙，以实现MEMS驱动。还示出了MEMS偏置电压+VMEMS和-VMEMS。
反馈点203包括用于将输入电压施加于漏波天线164A、164B和/或164C的输入端。本发明并不限于单个反馈点203，可将用于异相位的信号或多个信号源的各种数量的反馈点例如应用于漏波天线164A、164B和/或164C。
在本发明一实施例中，高度h是漏波天线164A、164B和/或164C期望发射模式的波长的一半。以此方式，穿越腔体两次的电磁模式的相位与反馈点203处的输入信号相干，从而将谐振腔配置为法布里珀罗(Fabry-Perot)腔。谐振模式的幅度从反馈点以横向(lateral direction)指数级地衰减，从而减少或消除与漏波天线164A、164B和/或164C各个边的约束结构(confinement structure)的需求。可由反馈点203的垂直位置来配置漏波天线164A、164B和/或164C的输入阻抗，如后面结合图6所作的描述。
在操作中，将要通过收发器152中的功率放大器发射的信号可传送至漏波天线164A、164B和/或164C的频率为f的反馈点203。可配置腔的高度h使其与频率为f的信号谐波波长的一半相关联。信号穿越腔的高度并被部分反射面201A反射，然后再次穿越腔的高度回到反射面201B。由于波传播的距离对应于全波长，就会产生相长干涉(constructive interference)，从而建立起谐振模式。
漏波天线无需大的天线阵列就能实现高增益天线的配置，所述大的天线阵列需要复杂的反馈网络且会因反馈线而遭受损耗。漏波天线164A、164B和/或164C可通过可集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171之中和/或之上的传导层发射和/或接收无线信号。以这种方式，由于芯片162的尺寸的跨度(通过封装167到印刷电路板172)，腔的谐振频率可覆盖较宽的范围，而不需要常规天线和相关电路所需的大的面积。
在本发明一实施例中，通过选择漏波天线164A、164B和/或164C中对于期望频率来说具有合适的腔高度的一个漏波天线，对漏波天线164A、164B和/或164C的发射和/或接收频率进行配置。
在本发明另一实施例中，腔的高度h可由MEMS驱动进行配置。例如，与0偏置相比，偏置电压+VMEMS和-VMEMS偏斜反射面201Ah和201B中的一个或两个，从而配置腔的谐振频率。另外，通过MEMS驱动的部分反射面201A的偏斜，能够配置来自漏波天线164A、164B和/或164C的信号的发射方向。
图2B是依据本发明一实施例的用于配置漏波天线的示范性MEMS装置示意图。参考图2B，示出的MEMS装置210集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中。MEMS装置210包括进金属线(metal line in)211、出金属线(metal line out)213、桥膜(bridge membrance)215和隔离层217。芯片162、封装167和/或印刷电路板171由电绝缘层(诸如用于将桥膜215与进金属线211隔离的隔离层217)覆盖。
进金属线211和出金属线213包括镀在芯片162、封装167和/或印刷电路板171上且如图所示结构的金属层。桥膜215包括由进金属线211的每一端支撑的传导层，且悬吊在隔离层217之上(当处于非关闭位置)。MEMS装置210的切换动作将结合图2C进一步阐述。
隔离层217包括介电层(dielectric layer)，诸如氮化硅(silicon nitride)，例如当MEMS装置210处于关闭位置时将出金属线213与桥膜215隔离。
在操作中，MEMS装置210可通过在进金属线211、出金属线213上施加偏置来关闭MEMS装置210，使得可下拉桥膜215使其接近隔离层217。由进金属线211、隔离层217以及出金属线213所形成的结果电容(resultingcapacitor)可提供从进金属线211到出金属线213的RF信号的电容耦合。
MEMS装置使用静电力(electrostatic force)来产生机械运动，从而在例如短路或断路间切换。开关可提供性能优势，诸如低***丢失(insertion loss)、强隔离，以及实际上无需功率消耗，使得它们非常适合在无线设备中使用。另外，桥膜215的偏斜用于配置漏波天线。例如，漏波天线的腔的高度由MEMS偏斜来调整和/或发射和/或接收的角度由桥膜215的角度来配置，所述桥膜215可作为漏波天线诸如漏波天线164A、164B和/或164C的反射面。
在本发明另一实施例中，MEMS装置210的驱动用于配置部分反射面201A(如图2A所示)的反射率。通过激活MEMS装置210，包括图3所示的多个周期片中的一个片的桥膜215从漏波天线的表面移开，因此通过将周期片(periodic patches)从漏波天线平面移开，来影响表面的反射率，在漏波天线平面处谐振腔中的电磁波被反射。
在本发明另一实施例中，桥膜305包括铁磁材料(ferromagnetic material)，使得与静电力相对比可由磁力对其进行偏斜。通过例如将电流加至集成在MEMS装置210下方的导电线圈中，可生成磁场。
图2C是依据本发明一实施例的示范性MEMS偏斜操作的示意图。参考图2C，示出了位于打开位置(上图)和关闭位置(下图)的MEMS装置220的横截面示意图。MEMS装置220包括进金属线211、出金属线213、桥膜215、隔离层217以及电绝缘层219，后者基本上类似于隔离层217。进金属线211、出金属线213以及桥膜215如图2B所述。
在操作中，在金属线之间应用0偏置或较小偏置，桥膜基本上是水平的，使得MEMS装置220打开(上图)。假设在进金属线211和出金属线213之间施加足够高的偏置，桥膜就会因静电力的吸引向隔离层217靠近，关闭开关(下图)。在本发明另一实施例中，桥膜215可以偏斜，但没有到达完全关闭的位置。所以，进金属线211和出金属线213用于实现MEMS偏斜以及传送由漏波天线164A-164C发射和/或接收的RF信号。
图3是依据本发明一实施例的示范性部分反射面(partially reflectivesurface)俯视图。参考图3，示出的部分反射面300包括金属表面中的周期狭槽，部分反射面320包括周期金属片。部分反射面300/320包括结合图2所描述的部分反射表面201A的不同实施方式。
部分反射表面300/320中狭槽和/或片的间距、尺寸、形状和/或取向可用于配置部分反射表面300/320以及反射表面诸如图2A所示的反射表面201B所限定的谐振腔的带宽和Q因子。由于信号的窄带宽，部分反射表面300/320可包括频率选择表面，该信号可从狭槽和/或片所配置的结构中泄露出去。
片和/或狭槽之间的间距与所发射和/或接收的信号的波长相关。一定程度上类似于具有多重天线(multiple antennas)的波束成形。狭槽和/或片的长度比所发射和/或接收的信号的波长的大几倍或更小，例如由于狭槽和/或片周围的区域的泄露会累加，类似于具有多重天线的波束成形。
在本发明一实施例中，可通过微机电***(Micro Electronic MechanicalSystem，简称MEMS)装置(诸如结合图2A-2C所描述的MEMS装置165A-156C、210和/或220)对狭槽/片进行配置以调节谐振腔的Q。可使用MEMS装置165A-156C、210和/或220，在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中和/或上的传导层中配置狭槽和/或片，可短路或打开或偏斜狭槽和/或片。以这种方式，无需使用额外的电路和常规天线(其相关的电路需要占用宝贵的芯片空间)就能从不同位置发射RF信号诸如60GHz信号。
在本发明另一实施例中，可在芯片162、封装167和/或印刷电路板171的垂直平面中的传导层中配置狭槽或片，从而支持芯片162中水平方向上的无线信号的传送。
图4是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性相位依赖性(phasedependence)示意图。参考图4，示出的漏波天线包括部分反射面201A、反射面201B以及反馈点203。同相状态400示出了当传送至反馈点203的信号的频率与谐振腔的频率相匹配时，漏波天线164所发射的相对波束形状；所述谐振腔是由腔的高度h和反射面之间的材料的介电常数(dielectricconstant)所界定的。
类似地，异相状态420示出了当传送至反馈点203的信号的频率与谐振腔的频率不相匹配时，漏波天线164所发射的相对波束形状。与单个主垂直节点(single main vertical node)相对比，得到的波束形状为圆锥形。这些在图5中进行详细阐述。漏波天线164可集成在封装167的各个高度处，从而在具有可变谐振频率的封装167中提供多个发射和接收点。
将漏波天线配置为同相和异相状态，具有不同特性的信号以期望的方向向封装167外发射出去。在本发明一实施例中，可动态地控制由漏波天线发射的信号的角度，从而信号可直接发射给期望的接收漏波天线。在本发明另一实施例中，漏波天线164用于接收RF信号，诸如60GHz信号。接收信号的方向可由同相和异相状态进行配置。另外，可使用MEMS驱动偏斜反射面，如结合图2A和图2B所描述。以此方式，可使用频率和/或MEMS控制来引导所发射和/或接收的信号的方向。
图5是依据本发明一实施例的漏波天线的示范性同相和异相波束形状示意图。参考图5，示出了漏波天线同相和异相状态下发射信号波束形状与角度Θ的对比图500。
示意图500中的同相曲线对应于传送至漏波天线的信号的频率与腔的谐振频率相匹配的情况。以此方式，就会产生单垂直主节点(single vertical mainnode)。假设反馈点处的信号的频率不在谐振频率上，则会生成双节点或锥形(conical-shaped)节点，如示意图500中的异相曲线所示。通过配置漏波天线为同相或异相状态，信号就会以期望的方向直接从芯片162、封装167和/或印刷电路板171输出。
在本发明另一实施例中，漏波天线164A、164B和/或164C用于接收无线信号，并通过同相和异相配置从期望的方向接收信号。
图6是依据本发明一实施例的具有可由MEMS配置的可变输入阻抗反馈点的漏波天线结构示意图。参考图6，示出的漏波天线600包括部分反射面201A以及反射面201B。还示出了反馈点601A-601C。反馈点601A-601C可位于沿腔的高度h的不同位置，从而配置漏波天线的不同阻抗点。
以此方式，漏波天线用于耦合至多个功率放大器、低噪声放大器和/或其他具有可变输出或输入阻抗的电路。类似地，通过在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的传导层中集成漏波天线，漏波天线的阻抗可与功率放大器或低噪声放大器相匹配，不会有阻抗的变化，而阻抗的变化在常规天线及其接近或远离相应驱动电路的情况下就会产生。类似地，通过集成具有可变腔高度和可变反馈点的反射面和部分反射面，就能支持具有不同阻抗和谐振频率的漏波天线。
在本发明一实施例中，可使用DC偏置电压由MEMS偏斜驱动反馈点601A-601C，如结合图2A-2C所描述，配置漏波天线600中的反馈点的高度，从而配置反馈点的阻抗。
图7是依据本发明一实施例的共面波导(Coplanar Waveguide)和微带波导的横截面示意图。参考图7，示出了微带波导720和共面波导730。微带波导720包括信号传导线723、接地面725、间隙(gap)711A和711B、隔离层727以及基片729。共面波导730包括信号传导线731和733、隔离层727以及封装167。
信号传导线723、731以及733包括镀在隔离层727中和/或上的金属走线(metal trace)。在本方面另一实施例中，信号传导线723、731和733包括多硅晶(poly-silicon)或其他传导材料。信号传导线723与接地面725之间的隔离和电势(voltage potential)可确定其中生成的电场。另外，隔离层727的介电常数还可确定信号传导线723与接地面725之间的电场。
隔离层727包括SiO2或能提供信号传导线723和接地面725之间的高电阻层的其他隔离材料。另外，信号传导线723和接地面725之间的电场依赖于隔离层727的介电常数。在本发明一实施例中，间隙711A和711B用于实现信号传导线723和/或731和733的MEMS偏斜。通过在信号传导线723和接地面725之间、或信号传导线731和733之间施加DC偏置，可对信号传导线723、731和/或733进行偏斜，从而调整各层之间的间距以及调整包括微带波导720和/或共面波导730的漏波天线的谐振频率。可沿着共面波导730的长度间断性地支撑信号传导线731和733，从而当施加了合适的偏置电压时允许MEMS偏斜。
共面波导730包括信号传导线731和733以及隔离层727。隔离层727的厚度和介电常数可确定所施加信号生成的电场强度。漏波天线的谐振腔厚度依赖于信号传导线723和接地面725之间或信号传导线731和733之间的间距。
芯片162、封装167和/或印刷电路板171为微带波导720、共面波导730以及集成于其中的其他器件提供机械支撑。在本发明另一实施例中，芯片162、封装167和/或印刷电路板171包括例如Si、GaAs(砷化镓)、蓝宝石(sapphire)、InP、GaO、ZnO、CdTe、CdZnTe、陶瓷(ceramics)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)和/或AL2O3、或其他适合集成微带结构的基片材料。
在操作中，可将偏置和/或信号电压施加于信号传导线723和接地面725和/或信号传导线731和733上。漏波天线谐振腔厚度依赖于微带波导720和/或共面波导730中传导线之间的距离，且可使用MEMS偏斜进行配置。在这点上，可通过在信号传导线723和接地面725之间施加DC偏置来对发射和/或接收的信号的频率进行配置。
图8是依据本发明一实施例的具有可由MEMS配置的集成漏波天线的集成电路封装的横截面示意图。参考图8，示出了封装167、金属层801A-801F、空气间隙805A-805E、焊球(solder ball)803和热环氧树脂(thermal epoxy)807。芯片162和印刷电路板171可参照前面所述。
芯片162或集成电路包括无线设备150中的一个或多个组件和/或***。可使用焊球803将芯片162凸点粘合(bump-bonded)或倒晶封装(flip-chip)于封装167上。以此方式，可消除芯片162在封装167上的焊线键合(wire bonds)连接，从而减少和/或消除源于例如焊线键合引起的不可控的杂散电感(strayinductance)。另外，可使用焊球803以及热环氧树脂807来大大改善芯片162外的热传导。热环氧树脂807是电隔离，但却是热传导的，使得热量能够从芯片162传出，并到达封装167的更大热质量(much larger thermal mass)。
金属层801A-801J包括金属镀层，用于构成(delineate)芯片162、封装167和/或印刷电路板171中和/或上的漏波天线。例如，金属层801G和801H用于将芯片162的区域之间的信号传送至封装167和/或印刷电路板171或其他中的外部器件。在本发明一实施例中，金属层801A-801J每一对之间的空隙限定了具有腔高度h1、h2和h3的漏波天线的谐振腔。在这点上，例如图2和图3所示的部分反射面使得腔中的谐振电磁模式从表面泄露出。以此方式，漏波天线用于传送无线信号至芯片162、封装167、印刷电路板171和/或其他外部设备，和/或传送来自芯片162、封装167、印刷电路板171和/或其他外部设备的无线信号。
金属层801A-801F包括图7所示的共面和/或微带结构。金属层的数目并不限于图8中所示的金属层801A-801F。因此，可在芯片162、封装167和/或印刷电路板171内和/或上嵌入任意数目的金属层，这依赖于芯片162、封装167和/或印刷电路板171中和/或上设置的漏波天线、走线(trace)、波导和其他器件的数目。
焊球803包括金属球，可提供芯片162、封装167和/或印刷电路板171之间的电、热和物理接触。在使焊球803接触的过程中，芯片162和/或封装167被施加足够大的压力以挤压金属球，以及在高温度下执行该操作，从而提供合适的电阻和物理粘合强度。热环氧树脂807填充焊球803之间的容积，以及提供高热传导路径以便向芯片162外传送热量。
空气间隙805A-805E包括传导层801A-801J之间的空间，且可通过为将要偏斜的金属层801A、801C、810E、801G和/或801I提供空间来确保MEMS偏斜。
在操作中，芯片162包括RF前端，诸如RF收发器152，如图1所示，用于在例如60GHz发射和/或接收RF信号。芯片162与封装167电连接。假设从芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的模块或部分中传送例如60GHz或更高的高频信号，可使用漏波天线。因此，包括金属层801A-801J且集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171上和/或中的漏波天线，可用于传送无线信号。
来自芯片162的热量可通过热环氧树脂807和焊球803传导至封装167。在本发明的实施例中，金属层801A-801J可配置在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的不同高度处，使得能够以不同的谐振频率配置漏波天线。
在本发明一实施例中，可使用MEMS偏斜来配置金属层801A-801J所限定的漏波天线的频率。在相应的金属层之间施加DC偏置，金属层可偏入或偏出空气间隙805A-805E，从而调整漏波天线的腔的高度。在本发明另一实施例中，集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的MEMS开关用于将电路诸如功率放大器和/或低噪声放大器切换至漏波天线。另外，包括漏波天线部分反射面的金属层中的狭槽和/或片，可通过一个或多个开关进行配置，其可改变腔的Q因子。以此方式，可为多个应用配置集成在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的漏波天线的通信参数。
与常规***中印刷电路板上器件的焊线键合连接相比，特别是较高频率诸如60GHz，漏波天线在芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的集成会减小杂散阻抗(stray impedance)。以此方式，由于通过例如芯片162、封装167和/或印刷电路板171中的开关，能够获取较低的损耗和对阻抗的精确控制，因此体积就会减少，性能也会提高。
图9是依据本发明一实施例的通过集成在封装的金属层中的经MEMS配置的漏波天线进行的示范性通信方法的步骤示意图。参考图9，在开始步骤901之后进入步骤903，集成在芯片、封装或印刷电路板的金属层中的一个或多个漏波天线可通过例如MEMS偏斜配置到期望的频率，或者通过短路和/或断路部分反射面中的狭槽或片来调整腔的Q因子。在步骤905中，高频信号通过芯片162、封装167和/或印刷电路板171中和/或上的走线和/或凸点粘合传送至漏波天线。在步骤907中，发射高频率信号。在步骤909中，假设无线设备150掉电，示范性的步骤进入结束步骤911。在步骤909中，假设无线设备150没有掉电，示范性步骤进入步骤903，配置漏波天线至期望的频率。
在本发明一实施例中，揭露了一种使用MEMS驱动配置无线设备150中一个或多个LWA 164A-164C、400、420和/或600的谐振频率。使用一个或多个LWA 164A-164C、400、420和/或600传送RF信号。一个或多个漏波天线164A-164C、400、420和/或600可集成在无线设备150中芯片162、集成电路封装167和/或印刷电路板171中的金属层201A、201B、723、725、731、733和/或801A-801J中。LWA 164A-164C、400、420和/或600包括微带波导720，LWA 164A-164C、400、420和/或600的腔的高度依赖于微带波导720中传导线723和727之间的间距。可以配置LWA 164A-164C、400、420和/或600以期望的角度从LWA 164A-164C、400、420和/或600的表面发射无线信号。集成的电路封装167可固定在印刷电路板171上，集成电路162可倒晶封装粘合(flip-chip-bonded)在集成电路封装167上。为MEMS驱动在邻近一个或多个金属层801A-801J处集成空气间隙805A-805E。
本发明的另一实施例提供一种机器和/或计算机可读存储器和/或介质，其上存储的机器代码和/或计算机程序具有至少一个可由机器和/或计算机执行的代码段，使得机器和/或计算机能够实现本文所描述的使用MEMS配置漏波天线的步骤。
总之，本发明可用硬件、软件、固件或其中的组合来实现。本发明可以在至少一个计算机***中以集成的方式实现，或将不同的组件置于多个相互相连的计算机***中以分立的方式实现。任何计算机***或其他适于执行本发明所描述方法的装置都是适用的。典型的硬件、软件和固件的组合为带有计算机程序的专用计算机***，当该程序被装载和执行，就会控制计算机***使其执行本发明所描述的方法。
本发明的实施例可作为板级产品(board level product)来实施，如单个芯片、专用集成电路(ASIC)、或者作为单独的部件以不同的集成度与***的其他部分一起集成在单个芯片上。***的集成度主要取决于速度和成本考虑。现代处理器品种繁多，使得能够采用目前市场上可找到的处理器。另外，如果作为ASIC核心或逻辑模块的该处理器是可获得的，那么经济可行的处理器可作为多种功能由固件实现的ASIC设备的一部分来实现。
本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机***中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使***具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后，a)转换成其他语言、代码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。
本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
相关申请的交叉引用
本申请参考了如下美国专利申请：
申请号为No.61/246,618申请日为2009年9月29日的美国临时专利申请；
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申请号为No.12/650,192申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/650,224申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/650,176申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/650,246申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/650,292申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/650,324申请日为2009年12月30日的美国专利申请；
申请号为No.12/708,366申请日为2010年2月18日的美国专利申请；
申请号为No.__________(律师事务所案卷号No.21202US02)申请日为_________的美国专利申请；
申请号为No.__________(律师事务所案卷号No.21206US02)申请日为_________的美国专利申请；
申请号为No.__________(律师事务所案卷号No.21207US02)申请日为________的美国专利申请；
申请号为No.__________(律师事务所案卷号No.21208US02)申请日为   的美国专利申请；
申请号为No.______(律师事务所案卷号No.21209US02)申请日为______的美国专利申请；
申请号为No.______(律师事务所案卷号No.21213US02)申请日为_______的美国专利申请；
申请号为No.______(律师事务所案卷号No.21218US02)申请日为_______的美国专利申请；
申请号为No.______(律师事务所案卷号No.21220US02)申请日为______的美国专利申请；
在本文中引用上述美国专利申请的全部内容。

Claims (10)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：
在无线设备中：
使用微机电***驱动配置一个或多个漏波天线的谐振频率；以及
通过所述一个或多个漏波天线以已配置的谐振频率发射RF信号。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，其中所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的芯片的金属层中。
3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，其中所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的集成电路封装的金属层中。
4.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，其中所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的印刷电路板的金属层中。
5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，其中所述漏波天线包括微带波导。
6.一种通信***，其特征在于，包括：
包括一个或多个漏波天线的无线设备，所述无线设备用于：
使用微机电***驱动配置所述一个或多个漏波天线的谐振频率；以及
通过所述一个或多个漏波天线以已配置的谐振频率发射RF信号。
7.根据权利要求6所述的通信***，其特征在于，其中所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的芯片的金属层中。
8.根据权利要求6所述的通信***，其特征在于，其中所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的集成电路封装的金属层中。
9.根据权利要求6所述的通信***，其特征在于，所述一个或多个漏波天线集成在所述无线设备中的印刷电路板的金属层中。
10.根据权利要求6所述的通信***，其特征在于，其中所述漏波天线包括微带波导。
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