CN112542699A - 集成毫米波天线模块 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种集成毫米波天线模块。电子设备可具有天线模块和位于所述模块上的相控天线阵列。该模块可包括逻辑板、表面安装到逻辑板的天线板、以及表面安装到逻辑板的射频集成电路(RFIC)。相控天线阵列可以包括嵌入在天线板中的天线。天线可以厘米波和/或毫米波频率辐射。逻辑板可在RFIC和天线之间形成射频接口。逻辑板和天线板中的传输线可包括阻抗匹配区段，该阻抗匹配区段有助于将RFIC的阻抗与天线的阻抗匹配。该模块可有效地利用设备内的空间而不牺牲射频性能。

Description

集成毫米波天线模块
本专利申请要求2020年8月11日提交的美国非临时专利申请16/990,879以及2019年9月5日提交的美国临时专利申请62/896,140的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线电路的电子设备。
电子设备通常包括无线电路。例如，蜂窝电话、计算机和其他设备通常包含天线和用于支持无线通信的无线收发器。
可能需要支持毫米波和厘米波通信频带中的无线通信。毫米波通信(有时称为极高频(EHF)通信)和厘米波通信涉及频率约为10GHz-300GHz的通信。在这些频率下的操作可支持高带宽，但是可能带来重大挑战。例如，毫米波和厘米波通信频带中的射频通信的特征可在于信号通过各种介质传播期间的实质性衰减和/或失真。
因此，期望能够向电子设备提供改进的无线电路，诸如支持毫米波和厘米波通信的无线电路。
发明内容
本公开公开了可提供有无线电路的电子设备。无线电路可包括逻辑板集成天线模块和模块上的相控天线阵列。该模块可包括逻辑板、表面安装到逻辑板的天线板、以及表面安装到逻辑板的射频集成电路(RFIC)。相控天线阵列可以包括嵌入在天线板中的天线。天线可以厘米波和/或毫米波频率辐射。
逻辑板可在RFIC和天线之间形成射频接口。例如，逻辑板中的传输线可将RFIC耦接到天线板。传输线可包括有助于将RFIC的阻抗与天线的阻抗匹配的阻抗匹配区段。天线板还可包括具有阻抗匹配区段的传输线。该模块可有效地利用设备内的空间而不牺牲射频性能。
附图说明
图1是根据一些实施方案的例示性电子设备的透视图。
图2是根据一些实施方案的电子设备中例示性电路的示意图。
图3是根据一些实施方案的例示性无线电路的示意图。
图4是根据一些实施方案的可使用控制电路进行调节来引导信号束的例示性相控天线阵列的图示。
图5是根据一些实施方案的具有用于辐射通过电子设备的不同侧的相控天线阵列的例示性电子设备的横截面侧视图。
图6是根据一些实施方案的独立天线模块的透视图。
图7是根据一些实施方案的由射频集成电路和安装到逻辑板的天线板形成的例示性逻辑板集成天线模块的横截面侧视图。
图8是根据一些实施方案的例示性逻辑板集成天线模块的透视图。
图9是示出根据一些实施方案的射频集成电路可如何相对于逻辑板集成天线模块中的天线板横向偏移的横截面侧视图。
图10是示出根据一些实施方案的可如何在逻辑板集成天线模块的与天线板相同的侧面上形成射频集成电路的横截面侧视图。
图11是示出根据一些实施方案的可如何使用竖直贯通部将射频集成电路耦接到逻辑板集成天线模块中的天线板的横截面侧视图。
图12是根据一些实施方案的逻辑板集成天线模块中的例示性天线板的俯视图。
图13是根据一些实施方案的逻辑板集成天线模块的天线板中的例示性阻抗控制的传输线的俯视图。
图14是根据一些实施方案的逻辑板集成天线模块的天线板中的例示性天线的俯视图。
具体实施方式
电子设备诸如图1的电子设备10可包含无线电路。无线电路可包括一个或多个天线。天线可包括用于使用毫米波和厘米波信号来执行无线通信的相控天线阵列。毫米波信号，有时被称为极高频(EHF)信号，以约30GHz以上的频率(例如，以60GHz或在约30GHz与300GHz之间的其他频率)传播。厘米波信号以在约10GHz与30GHz之间的频率传播。如果需要，设备10还可包含用于处理卫星导航***信号、蜂窝电话信号、无线局域网信号、近场通信、基于光的无线通信或其他无线通信的天线。
电子设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，电子设备10可为膝上型计算机、平板计算机、稍小的设备(诸如腕表设备、挂式设备、耳机设备、听筒设备或其他可佩戴或微型设备)，手持设备(诸如蜂窝电话)、媒体播放器或其他小型便携式设备。设备10还可以是机顶盒、台式计算机、已集成有计算机或其他处理电路的显示器、没有集成计算机的显示器、无线接入点、无线基站，并入报刊亭、建筑物或车辆的电子设备，或者其他合适的电子装备。
设备10可包括外壳诸如外壳12。外壳12(有时可被称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部件可由电介质或其他低导电率材料(例如玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
如果需要，设备10可具有显示器诸如显示器14。显示器14可被安装在设备10的正面上。显示器14可以是结合电容式触摸电极的或者可对触摸不灵敏的触摸屏。外壳12的背面(即，设备10的与设备10的正面相反的面)可具有基本平坦的外壳壁，诸如后部外壳壁12R(例如，平面外壳壁)。后部外壳壁12R可具有完全穿过后部外壳壁的隙缝，并且因此将外壳12的部分彼此分开。后部外壳壁12R可包括导电部分和/或介电部分。如果需要，后部外壳壁12R可包括由薄层或电介质涂层(诸如玻璃、塑料、蓝宝石或陶瓷)覆盖的平面金属层。外壳12也可具有不完全穿过外壳12的浅槽。上述狭槽或槽可被填充有塑料或其他电介质。如果需要，可通过内部导电结构(例如，桥接狭槽的金属片或其他金属构件)来将外壳12的(例如，通过贯通狭槽)彼此分离的部分接合。
外壳12可包括***外壳结构诸如***结构12W。***结构12W的导电部分和后部外壳壁12R的导电部分在本文中有时可被统称为外壳12的导电结构。***结构12W可围绕设备10和显示器14的***延伸。在设备10和显示器14具有带有四个边缘的矩形形状的配置中，***结构12W可使用***外壳结构来实现，该***外壳结构具有带四个对应边缘的矩形环形状，并且从后部外壳壁12R延伸至设备10的正面(作为示例)。如果需要，***结构12W或***结构12W的一部分可用作显示器14的外框(例如，围绕显示器14的所有四侧和/或有助于将显示器14保持到设备10的装饰性修饰件)。如果需要，***结构12W可形成设备10的侧壁结构(例如，通过形成具有垂直侧壁、弯曲侧壁等的金属带)。
***结构12W可由导电材料(诸如金属)形成，并且因此有时可被称为***导电外壳结构、导电外壳结构、***金属结构、***导电侧壁、***导电侧壁结构、导电外壳侧壁、***导电外壳侧壁、侧壁、侧壁结构或***导电外壳构件(作为示例)。***导电外壳结构12W可由金属诸如不锈钢、铝或其他合适材料形成。一种、两种或多于两种单独结构可用于形成***导电外壳结构12W。
***导电外壳结构12W不一定具有均匀横截面。例如，如果需要，***导电外壳结构12W的顶部可具有有助于将显示器14保持在适当位置的向内突出的凸缘。***导电外壳结构12W的底部还可具有加大的唇缘(例如，在设备10的背面的平面中)。***导电外壳结构12W可具有基本上笔直的竖直侧壁，可具有弯曲的侧壁，或者可具有其他合适的形状。在一些配置中(例如，当***导电外壳结构12W用作显示器14的外框时)，***导电外壳结构12W可围绕外壳12的唇缘延伸(即，***导电外壳结构12W可仅覆盖围绕显示器14而非外壳12的其余侧壁的外壳12的边缘)。
后部外壳壁12R可位于与显示器14平行的平面中。在设备10的构形中，其中后部外壳壁12R的一些或全部由金属形成，可能需要将***导电外壳结构12W的一部分形成为形成后部外壳壁12R的外壳结构的集成部分。例如，设备10的后部外壳壁12R可包括平面金属结构，并且外壳12的侧面上的***导电外壳结构12W的一部分可被形成为平面金属结构的平坦的或弯曲的竖直延伸的集成金属部分(例如，外壳结构12R和12W可以由单体构形的连续金属片形成)。如果需要，外壳结构诸如这些外壳结构可由金属块加工而成，和/或可包括被组装在一起以形成外壳12的多个金属件。后部外壳壁12R可具有一个或多个、两个或多个或者三个或多个部分。***导电外壳结构12W和/或后部外壳壁12R的导电部分可形成设备10的一个或多个外部表面(例如，设备10的用户可见的表面)，和/或可使用不形成设备10的外部表面的内部结构(例如，设备10的用户不可见的导电外壳结构，诸如被覆盖有层(诸如薄装饰层、保护涂层、和/或可包括电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料的其他涂层)的导电结构，或形成设备10的外部表面和/或用于从用户的视角隐藏***导电外壳结构12W和/或后部外壳壁12R的导电部分的其他结构)来实现。
显示器14可具有形成有效区域AA的像素阵列，该有效区域AA显示设备10的用户的图像。例如，有效区域AA可以包括显示像素阵列。像素阵列可由液晶显示器(LCD)部件、电泳像素阵列、等离子显示器像素阵列、有机发光二极管显示器像素或其他发光二极管像素阵列、电润湿显示器像素阵列、或基于其他显示器技术的显示器像素形成。如果需要，有效区域AA可以包括触摸传感器，诸如触摸传感器电容电极、力传感器或用于收集用户输入的其他传感器。
显示器14可以具有沿着有效区域AA的一个或多个边缘延伸的无效边界区域。显示器14的无效区域IA可没有用于显示图像的像素，并且可与外壳12中的电路和其他内部设备结构重叠。为了阻止这些结构被设备10的用户检视，显示器覆盖层的下侧或显示器14中与无效区域IA重叠的其他层可以在无效区域IA中涂覆有不透明遮蔽层。不透明掩蔽层可具有任何合适的颜色。无效区域IA可包括凹陷区域，诸如延伸到有效区域AA中的凹口8。有效区域AA可例如由显示器14的显示模块(例如，包括像素电路、触摸传感器电路等的显示模块)的横向区域限定。显示模块可在设备10的上部区域20中具有没有有效显示电路(即，形成无效区域IA的凹口8)的凹陷或凹口。凹口8可以是基本上为矩形的区域，其三侧被有效区域AA围绕(限定)，而第四侧被***导电外壳结构12W围绕。
可使用显示器覆盖层来保护显示器14，显示器覆盖层诸如透明玻璃、透光塑料、透明陶瓷、蓝宝石或其他透明结晶材料层、或一个或多个其他透明层。显示器覆盖层可具有平面形状、凸形弯曲轮廓、带有平面和弯曲部分的形状、包括在一个或多个边缘上围绕的平面主区域(其中一个或多个边缘的一部分从平面主区域的平面弯折出来)的布局、或其他合适的形状。显示器覆盖层可以覆盖设备10的整个正面。在另一种合适的布置中，显示器覆盖层可以基本上覆盖设备10的所有正面或仅覆盖设备10的正面的一部分。可在显示器覆盖层中形成开口。例如，可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳按钮。还可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳端口诸如凹口8中的扬声器端口16或麦克风端口。如果需要，可以在外壳12中形成开口以形成通信端口(例如，音频插孔端口、数字数据端口等)和/或用于音频部件的音频端口，诸如扬声器和/或麦克风。
显示器14可包括导电结构，诸如触摸传感器的电容电极阵列、用于寻址像素的导电线、驱动器电路等。外壳12可包括内部导电结构，诸如金属框架构件和跨越外壳12的壁(即，由焊接或以其他方式连接在***导电结构12W的相对侧之间的一个或多个金属部分形成的基本上为矩形的片材)的平面导电外壳构件(有时被称为背板)。背板可形成设备10的外后表面，或可被诸如薄化妆品层、保护涂层和/或可包含电介质材料诸如玻璃、陶瓷、塑料或其它结构的其他涂层的层覆盖，所述电介质材料可形成设备10的外表面和/或用于将背板从使用者视图中隐藏。设备10还可包括导电结构，诸如印刷电路板、被安装在印刷电路板上的部件、以及其他内部导电结构。例如，可用在形成设备10中的接地层的这些导电结构可在显示器14的有效区域AA下延伸。
在区域22和区域20中，可在设备10的导电结构内(例如，在***导电外壳结构12W和相反的导电接地结构(诸如后部外壳壁12R的导电部分、印刷电路板上的导电迹线、显示器14中的导电电子部件等)之间)形成开口。如果需要，有时可被称为间隙的这些开口可被填充有空气、塑料和/或其他电介质并可用于形成设备10中的一个或多个天线的隙缝天线谐振元件。
设备10中的导电外壳结构和其他导电结构可以用作设备10中的天线的接地层。区域22和区域20中的开口可用作开放式隙缝天线或封闭式隙缝天线中的隙缝，可用作被环形天线中材料的导电路径围绕的中心电介质区域，可用作将天线谐振元件(诸如带状天线谐振元件或倒F形天线谐振元件)与接地层分开的空间，可有助于寄生天线谐振元件的性能，或者可以以其他方式用作区域22和区域20中形成的天线结构的一部分。如果需要，在设备10中的显示器14和/或其他金属结构的有效区域AA下的接地层可具有延伸至设备10的一部分端部中的部分(例如，接地部可朝向区域22和区域20中的电介质填充的开口延伸)，从而缩窄区域22和区域20中的狭槽。
一般来讲，设备10可包括任何适当数量的天线(例如，一个或多个，两个或更多个，三个或更多个，四个或更多个，等等)。设备10中的天线可位于细长设备外壳的相反的第一端部和第二端部处(例如，在图1的设备10的区域22和区域20处的端部)、沿设备外壳的一个或多个边缘、在设备外壳的中心、在其他适当位置，或者在这些位置中的一个或多个。图1的布置仅为例示性的。
***导电外壳结构12W的部分可设置有***间隙结构。例如，***导电外壳结构12W可设置有一个或多个间隙，诸如图1所示的间隙18。***导电外壳结构12W中的间隙可利用电介质诸如聚合物、陶瓷、玻璃、空气、其他电介质材料或这些材料的组合来填充。间隙18可将***导电外壳结构12W分成一个或多个***导电区段。如果需要，以这种方式形成的导电区段可形成设备10中的一部分天线。其他电介质开口可形成在***导电外壳结构12W(例如，除间隙18之外的电介质开口)中，并且可用作被安装在设备10的内部内的天线的电介质天线窗口。设备10内的天线可与电介质天线窗口对准，以用于传送射频信号通过***导电外壳结构12W。设备10内的天线还可与显示器14的无效区域IA对准，以用于传送射频信号通过显示器14。
为了向设备10的终端用户提供尽可能大的显示器(例如，最大化用于显示媒体、运行应用程序等的设备的区域)，可期望增加在设备10的正面处被显示器14的有效区域AA覆盖的区域量。增大有效区域AA的尺寸可以减小设备10内的无效区域IA的尺寸。这可减小显示器14后面可用于设备10内天线的区域。例如，显示器14的有效区域AA可包括导电结构，该导电结构用于阻止由被安装在有效区域AA后面的天线处理的射频信号辐射通过设备10的正面。因此，希望能够提供占用设备10内的少量空间的天线(例如，允许尽可能大的显示有效区域AA)，同时仍然允许天线与设备10外部的无线装备通信，具有令人满意的效率带宽。
在典型的场景中，设备10可具有一个或多个上部天线和一个或多个下部天线(作为示例)。例如，上部天线可形成在区域20中设备10的上端部处。例如，下部天线可形成在区域22中设备10的下端部处。如果需要，附加天线可沿在区域22和区域20之间延伸的外壳12的边缘形成。天线可单独用于覆盖相同的通信频带、重叠的通信频带或单独的通信频带。该天线可用于实现天线分集方案或多输入多输出(MIMO)天线方案。用于覆盖任何其他所需频率的其他天线还可被安装在设备10的内部内任何所需位置处。图1的示例仅为例示性的。如果需要，外壳12可具有其他形状(例如，正方形形状、圆柱形形状、球形形状、这些形状的组合和/或不同形状等)。
图2示出了可用在设备10的例示性部件的示意图。如图2所示，设备10可包括控制电路28。控制电路28可包括存储库诸如存储电路30。存储电路30可包括硬盘驱动器存储、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。控制电路28可包括处理电路诸如处理电路32。处理电路32可用于控制设备10的操作。处理电路32可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(CPU)等。控制电路28可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可被存储在存储电路30上(例如，存储电路30可包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令、或代码。被存储在存储电路30上的软件代码可由处理电路32执行。
控制电路28可用于运行设备10上的软件，诸如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作***功能等。为了支持与外部装备交互，控制电路28可用在实现通信协议。可使用控制电路28来实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如，IEEE 802.11协议—有时被称为
Figure BDA0002661903580000081
)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如
Figure BDA0002661903580000082
协议或其他WPAN协议、IEEE802.11ad协议、蜂窝电话协议、MIMO协议、天线分集协议、卫星导航***协议、基于天线的空间测距协议(例如，无线电检测和测距(RADAR)协议或用于以毫米波和厘米波频率传送的信号的其他所需的距离检测协议)等。每个通信协议可与指定用在实现协议的物理连接方法的对应无线电接入技术(RAT)相关联。
设备10可包括输入-输出电路24。输入-输出电路24可包括输入-输出设备26。输入-输出设备26可用于允许供应数据给设备10以及允许从设备10向外部设备提供数据。输入-输出设备26可包括用户界面设备、数据端口设备、传感器和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备可包括触摸屏、不具有触摸传感器能力的显示器、按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔、以及其他音频端口部件、数字数据端口设备、光传感器、陀螺仪、加速度计、或可检测运动和相对于地球的设备定向的其他部件、电容传感器、接近传感器(例如，电容接近传感器和/或红外接近传感器)、磁性传感器，以及其他传感器和输入-输出部件。
输入-输出电路24可包括无线电路，诸如用于无线传送射频信号的无线电路34。虽然为了清楚起见，图2的示例中的控制电路28与无线电路34分开示出，但是无线电路34可包括形成处理电路32的一部分的处理电路和/或形成控制电路28的存储电路30的一部分的存储电路(例如，可在无线电路34上实现的控制电路28的部分)。例如，控制电路28可包括基带处理器电路或形成无线电路34的一部分的其他控制部件。
无线电路34可包括毫米波和厘米波收发器电路诸如毫米波/厘米波收发器电路38。毫米波/厘米波收发器电路38可支持在在约10GHz与300GHz之间的频率下的通信。例如，毫米波/厘米波收发器电路38可支持在在约30GHz与300GHz之间的极高频(EHF)或毫米波通信频带中和/或在在约10GHz与30GHz之间的厘米波通信频带(有时被称为超高频(SHF)频带)中的通信。例如，毫米波/厘米波收发器电路38可支持以下通信频带中的通信：在约18GHz与27GHz之间的IEEE K通信频带、在约26.5GHz与40GHz之间的K-a通信频带、在约12GHz与18GHz之间的Ku通信频带、在约40GHz与75GHz之间的V通信频带、在约75GHz与110GHz之间的W通信频带、或在大约10GHz与300GHz之间的任何其他所需频带。如果需要，毫米波/厘米波收发器电路38可支持在60GHz下的IEEE 802.11ad通信和/或在27GHz与90GHz之间的第5代移动网络或第5代无线***(5G)通信频带。毫米波/厘米波收发器电路38可由一个或多个集成电路(例如，被安装在***封装设备中通用印刷电路上的多个集成电路、被安装在不同基板上的一个或多个集成电路等)形成。
如果需要，毫米波/厘米波收发器电路38(本文中有时被简称为收发器电路38或毫米波/厘米波电路38)可使用由毫米波/厘米波收发器电路38发射和接收的毫米波和/或厘米波信号处的射频信号来执行空间测距操作。所接收的信号可以是已从外部物体反射并且返回设备10的所发射的信号的版本。控制电路28可处理所发射的信号和所接收的信号以检测或估计设备10与设备10周围的一个或多个外部物体(例如，设备10外部的物体，诸如用户或其他人员的身体、其他设备、动物、家具、墙壁或者设备10附近的其他物体或障碍物)之间的距离。如果需要，控制电路28还可处理所发射的信号和所接收的信号以识别外部物体相对于设备10的二维或三维空间位置。
由毫米波/厘米波收发器电路38执行的空间测距操作是单向的。毫米波/厘米波收发器电路38可执行与外部无线装备的双向通信。双向通信涉及由毫米波/厘米波收发器电路38传输无线数据以及由外部无线装备接收已传输的无线数据。无线数据可例如包括已编码到对应数据包中的数据，诸如与电话呼叫相关联的无线数据、流媒体内容、互联网浏览、与在设备10上运行的软件应用程序相关联的无线数据、电子邮件消息等。
如果需要，无线电路34可包括用于处理在10GHz以下频率的通信的收发器电路，诸如非毫米波/厘米波收发器电路36。非毫米波/厘米波收发器电路36可包括处理用于
Figure BDA0002661903580000101
(IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5GHz频带的无线局域网(WLAN)收发器电路、处理2.4GHz
Figure BDA0002661903580000102
通信频带的无线个域网(WPAN)收发器电路、处理700MHz至960MHz、1710MHz至2170MHz、2300MHz至2700MHz的蜂窝电话通信频带和/或在600MHz至4000MHz之间的任何其他所需的蜂窝电话通信频带的蜂窝电话收发器电路、接收在1575MHz下的GPS信号或用于处理其他卫星定位数据的信号(例如，在1609MHz下的GLONASS信号)的GPS接收器电路、电视接收器电路、AM/FM无线电接收器电路、寻呼***收发器电路、近场通信(NFC)电路等。非毫米波/厘米波收发器电路36和毫米波/厘米波收发器电路38可各自包括一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源射频部件、切换电路、传输线结构和用于处理射频信号的其他电路。
无线电路34可包括天线40。非毫米波/厘米波收发器电路36可使用一个或多个天线40来发射和接收10GHz以下的射频信号。毫米波/厘米波收发器电路38可使用天线40来发射和接收10GHz(例如，在毫米波和/或厘米波频率下)以上的射频信号。一般来讲，收发器电路36和38可被配置为覆盖(处理)任何感兴趣的合适的通信(频率)频带。收发器电路可使用天线40来传送射频信号(例如，天线40可传送用于收发器电路的射频信号)。如本文所用，术语“传送射频信号”意指射频信号的传输和/或接收(例如，用于执行与外部无线通信装备的单向和/或双向无线通信)。天线40可通过将射频信号(或通过居间设备结构诸如电介质覆盖层)辐射到自由空间中来发射射频信号。除此之外或另选地，天线40可(例如，通过居间设备结构诸如电介质覆盖层)从自由空间接收射频信号。天线40对射频信号的传输和接收各自涉及由天线的操作频带内的射频信号对天线中的天线谐振元件上的天线电流的激励或谐振。
在卫星导航***链路、蜂窝电话链路和其他长距离链路中，射频信号通常用于在数千英尺或数千英里上传送数据。在2.4GHz和5GHz下的
Figure BDA0002661903580000111
链路和
Figure BDA0002661903580000112
链路以及其他近距离无线链路中，射频信号通常用于在数十英尺或数百英尺上传送数据。毫米波/厘米波收发器电路38可在视线路径上行进的短距离上传送射频信号。为了增强毫米波和厘米波通信的信号接收，可使用相控天线阵列和波束转向技术(例如，在其中调节阵列中每个天线的天线信号相位和/或幅度以执行波束转向的方案)。由于设备10的操作环境能够切换成不使用并且在它们的位置使用性能更高的天线，天线分集方案也可用于确保天线已经开始被阻挡或以其他方式降解。
无线电路34中的天线40可使用任何合适的天线类型形成。例如，天线40可包括具有谐振元件的天线，该天线由堆叠贴片天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、单极天线结构、偶极天线结构、螺旋天线结构、八木(Yagi-Uda)天线结构、这些设计的混合等形成。在另一种合适的布置中，天线40可包括具有电介质谐振元件的天线，诸如电介质谐振天线。如果需要，一个或多个天线40可以是背腔天线。可针对不同的频带和频带组合来使用不同类型的天线。例如，一种类型的天线可用在为非毫米波/厘米波收发器电路36形成非毫米波/厘米波无线链路，而另一种类型的天线可用在为毫米波/厘米波收发器电路38以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号。用于以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号的天线40可被布置在一个或多个相控天线阵列中。
图3中示出了可形成在用于以毫米波和/或厘米波频率传送射频信号的相控天线阵列中的天线40的示意图。如图3所示，天线40可耦接到毫米/厘米(MM/CM)波收发器电路38。毫米波和厘米波收发器电路38可使用包括射频传输线42的传输线路径耦接到天线40的天线馈电部44。射频传输线42可包括正信号导体诸如信号导体46，并且可包括接地导体诸如接地导体48。接地导体48可耦接到天线40的天线接地部(例如，在位于天线接地部上的天线馈电部44的接地天线馈电终端上)。信号导体46可耦接到天线40的天线谐振元件。例如，信号导体46可耦接到位于天线谐振元件上的天线馈电部44的正天线馈电终端。在另一种合适的布置中，天线40可以是使用馈电探针被馈电的探针馈电的天线。在这一布置方式中，天线馈电部44可实现为馈电探针。信号导体46可耦接到馈电探针。射频传输线42可传送射频信号至馈电探针和从馈电探针传送射频信号。当在馈电探针上传送射频信号时，馈电探针可激励天线的谐振元件(例如，天线40的电介质天线谐振元件)。谐振元件可响应于被馈电探针激励而辐射射频信号。
射频传输线42可包括带状线传输线(在本文中有时被简称为带状线)、同轴电缆、由金属化通孔实现的同轴探针、微带传输线、边缘耦合的微带传输线、边缘耦合的带状线传输线、波导结构、这些的组合等。多种类型的传输线可用于形成将毫米波/厘米波收发器电路38耦接到天线馈电部44的传输线路径。如果需要，滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路、移相器电路、放大器电路和/或其他电路可***置在射频传输线42上。
可将设备10中的射频传输线集成到陶瓷基板、刚性印刷电路板和/或柔性印刷电路中。在一种合适的布置中，可将设备10中的射频传输线集成在多层层压结构内(例如，在没有介入粘合剂的情况下被层压在一起的导电材料(诸如铜)层和电介质材料(诸如树脂)层)，该多层层压结构可在多个维度(例如，二维或三维)折叠或弯曲，并且在弯曲之后保持弯曲形状或折叠形状(例如，多层层压结构可折叠成特定的三维形状以围绕其他设备部件布线，并且可具有足够刚性以在折叠之后保持其形状，而无需被加强件或其他结构保持在适当位置)。层压结构的所有多个层可以在没有粘合剂的情况下分批层压在一起(例如，在单个压制过程中)(例如，与进行多个压制过程以将多个层用粘合剂层压在一起相反)。
图4示出了用于处理在毫米波和厘米波频率下的射频信号的天线40可如何形成在相控天线阵列中。如图4中所示，相控天线阵列54(在本文中有时被称为阵列54、天线阵列54或天线40的阵列54)可耦接到射频传输线42。例如，相控天线阵列54中的第一天线40-1可耦接到第一射频传输线42-1，相控天线阵列54中的第二天线40-2可耦接到第二射频传输线42-2，相控天线阵列54中的第N天线40-N可耦接到第N个射频传输线42-N等。虽然本文中天线40被描述为形成相控天线阵列，但是相控天线阵列54中的天线40有时也可被称为共同形成单个相控阵天线。
相控天线阵列54中的天线40可被布置成任何所需数量的行和列或被布置成任何其他所需图案(例如，天线无需被布置成具有行和列的网格图案)。在信号传输操作期间，射频传输线42可用于将信号(例如，射频信号，诸如毫米波和/或厘米波信号)从毫米波/厘米波收发器电路38(图3)供应给相控天线阵列54以用于无线传输。在信号接收操作期间，射频传输线42可用于将在相控天线阵列54处接收的信号(例如，从外部无线装备接收，或已被外部物体反射的发射信号)传送至毫米波/厘米波收发器电路38(图3)。
在相控天线阵列54中使用多个天线40允许通过控制由天线传送的射频信号的相反的相位和幅度(振幅)来实现波束转向布置。在图4的示例中，天线40各自具有对应的射频相位和幅度控制器50(例如，***置在射频传输线42-1上的第一相位和幅度控制器50-1可控制由天线40-1处理的射频信号的相位和幅度，***置在射频传输线42-2上的第二相位和幅度控制器50-2可控制由天线40-2处理的射频信号的相位和幅度，***置在射频传输线42-N上的第N相位和幅度控制器50-N可控制由天线40-N处理的射频信号的相位和幅度，等)。
相位和幅度控制器50可各自包括用于调节射频传输线42(例如，相移器电路)上的射频信号的相位的电路和/或用于调节射频传输线42上的射频信号的幅度的电路(例如，功率放大器和/或低噪声放大器电路)。相位和幅度控制器50在本文中有时可被统称为波束转向电路(例如，转向由相控天线阵列54发射和/或接收的射频信号的波束的波束转向电路)。
相位和幅度控制器50可调节被提供给相控天线阵列54中的每个天线的发射信号的相对相位和/或幅度，并且可调节由相控天线阵列54接收的接收信号的相对相位和/或幅度。如果需要，相位和幅度控制器50可包括用于检测由相控天线阵列54接收的接收信号的相位的相位检测电路。本文中可使用术语“波束”或“信号波束”来统一指代由相控天线阵列54在特定方向上发射和接收的无线信号。信号波束可以表现出峰值增益，该峰值增益以相应的指向角度定向在特定的指向方向上(例如，基于来自相控天线阵列中的每个天线的信号组合的相长干涉和相消干涉)。术语“发射波束”有时可在本文中用于指在特定方向上发射的射频信号，而术语“接收波束”有时可在本文中用于指从特定方向上接收的射频信号。
例如，如果调节相位和幅度控制器50以产生所发射的射频信号的第一组相位和/或幅度，则发射信号将形成如图4的波束B1所示定向在点A的方向上的发射波束。然而，如果调节相位和幅度控制器50以产生发射信号的第二组相位和/或幅度，则发射信号将形成如波束B2所示定向在点B的方向上的发射波束。相似地，如果调节相位和幅度控制器50以产生第一组相位和/或幅度，则可从点A的方向接收射频信号(例如，接收波束中的射频信号)，如波束B1所示。如果调节相位和幅度控制器50以产生第二组相位和/或幅度，则可从点B的方向接收射频信号，如波束B2所示。
可基于从图2的控制电路28接收的对应控制信号52来控制每个相位和幅度控制器50以产生所需的相位和/或幅度(例如，可使用控制信号52-1来控制由相位和幅度控制器50-1提供的相位和/或幅度，可使用控制信号52-2来控制由相位和幅度控制器50-2提供的相位和/或幅度，等)。如果需要，控制电路可实时主动地调节控制信号52，以随时间转向在不同的所需方向上的发射波束或接收波束。如果需要，相位和幅度控制器50可向控制电路28提供识别接收信号的相位的信息。
当使用在毫米波和厘米波频率下的射频信号执行无线通信时，在相控天线阵列54与外部通信装备之间的视线路径上传送射频信号。如果外部物***于图4的点A处，则可调节相位和幅度控制器50以转向信号波束朝向点A(例如，以转向信号波束的指向朝向点A)。相控天线阵列54可在点A的方向上发射和接收射频信号。相似地，如果外部通信装备位于点B处，则可调节相位和幅度控制器50以转向信号波束朝向点B(例如，以转向信号波束的指向朝向点B)。相控天线阵列54可在点B的方向上发射和接收射频信号。在图4的示例中，为了简单起见，波束转向被示为在单个自由度上(例如，在图4的页面上朝向左和右)执行。然而，实际上，可在两个或更多个自由度(例如，在三维进入和离开页面以及在图4的页面上向左和向右)上转向波束。相控天线阵列54可具有在其上可执行(例如，在相控天线阵列上的半球或半球的区段中)波束转向的对应视场。如果需要，设备10可包括多个相控天线阵列，该多个相控天线阵列各自面向不同方向以提供来自设备的多个侧的覆盖。
图5是在设备10具有多个相控天线阵列的示例中设备10的横截面侧视图。如图5所示，***导电外壳结构12W可围绕设备10的(横向)***延伸并且可从后部外壳壁12R延伸至显示器14。显示器14可具有显示模块诸如显示模块68(有时被称为显示面板)。显示模块68可包括像素电路、触摸传感器电路、力传感器电路，和/或用于形成显示器14的有效区域AA的任何其他所需电路。显示器14可包括电介质覆盖层，诸如与显示模块68重叠的显示器覆盖层56。显示模块68可发出图像光并且可通过显示器覆盖层56接收传感器输入。显示器覆盖层56和显示器14可被安装到***导电外壳结构12W。不与显示模块68重叠的显示器14的横向区域可形成显示器14的无效区域IA。
设备10可包括多个相控天线阵列54，诸如面向后部的相控天线阵列54。如图5所示，相控天线阵列54可通过后部外壳壁12R以毫米波和厘米波频率发射和接收射频信号60。在后部外壳壁12R包括金属部分的情形中，射频信号60可被传送通过后部外壳壁12R的金属部分中的孔或开口，或可被传送通过后部外壳壁12R的其他电介质部分。孔可与跨后部外壳壁12R的横向区域(例如，在***导电外壳结构12W之间)延伸的电介质覆盖层或电介质涂层重叠。相控天线阵列54可跨设备10下的半球针对射频信号60执行波束转向，如箭头62所示。
相控天线阵列54可以安装到诸如支撑结构64的支撑结构。相控天线阵列54可使用粘合剂被粘附到后部外壳壁12R，可被压靠(例如，接触)后部外壳壁12R，或者可与后部外壳壁12R间隔开。
相控天线阵列54的视场限于设备10的背面下的半球。设备10中的显示模块68和其他部件58(例如，图2的输入-输出电路24或控制电路28的部分、用于设备10的电池等)包括导电结构。如果不小心，则这些导电结构可阻止由设备10内的相控天线阵列传送射频信号跨设备10的正面上的半球。虽然用于覆盖设备10的正面上的半球的附加相控天线阵列可被安装抵靠无效区域IA内的显示器覆盖层56，但是在显示模块68的横向***与***导电外壳结构12W之间可能没有足够的空间以形成完全支撑相控天线阵列必需的所有电路和射频传输线。为了缓解这些问题并且提供覆盖贯穿设备10的正面，面向前部的相控天线阵列可被安装在设备10的***区域66内。面向前部的相控天线阵列中的天线可包括一种合适布置的电介质谐振器天线。电介质谐振器天线可在图5的X-Y平面中比其他类型的天线诸如贴片天线和隙缝天线占据更少的区域。将天线实现为电介质谐振器天线可允许面向前部的相控天线阵列的辐射元件适配在显示模块68和***导电外壳结构12W之间的无效区域IA内。同时，相控天线阵列的射频传输线和其他部件可位于显示模块68后面(下面)。
在实践中，可能难以在支撑结构64上形成相控天线阵列54而不占据设备10内的过量空间，同时仍然表现出令人满意的性能。在一些情况下，相控天线阵列54的前端电路和相控天线阵列54中的天线可集成到独立天线模块中(例如，图5的支撑结构64可为独立天线模块)。
图6是可用于实现相控天线阵列54(例如，用于通过后部外壳壁12R辐射，用于通过显示器覆盖层56辐射，或用于通过设备10的其他部分辐射)的独立天线模块的透视图。如图6所示，相控天线阵列54可集成到独立天线模块78中。
独立天线模块78可包括多层印刷电路板72(例如，电介质印刷电路板材料、陶瓷等的多个堆叠层)。相控天线阵列54中的天线40可在多层印刷电路板72上图案化，该多层印刷电路板72还包括用于馈送天线40的传输线(例如，图4的射频传输线42)。连接器76可安装到多层印刷电路板72。外部柔性印刷电路70可连接到连接器76。外部柔性印刷电路70可传送用于相控天线阵列54的中频信号(例如，频率大于基带但低于由相控天线阵列54辐射的射频信号的信号)、控制信号和功率信号(例如，通过连接器76传送到独立天线模块78的信号)。
独立天线模块78还可包括屏蔽部件74。屏蔽部件74可包括图4的射频集成电路、相位和幅度控制器50、无源电路(例如，调谐电路、阻抗匹配电路等)、放大器、开关和/或用于使用相控天线阵列54来支持射频通信的任何其他期望的射频前端电路。
将用于相控天线阵列54的射频前端电路和相控天线阵列54的天线集成到同一独立式天线模块(诸如图6的独立式天线模块78)中可消耗设备10内的过量空间。为了更有效地利用空间来实现相控天线阵列54，相控天线阵列54可形成在逻辑板集成天线模块中。
图7是示出可如何在逻辑板集成天线模块中形成相控天线阵列54的横截面侧视图。如图7所示，相控天线阵列54中的天线40可形成在基板诸如天线板100上。为了清楚起见，图7中仅示出了单个天线40，但一般来讲，相控天线阵列54可包括任何期望数量的天线40。
天线板100可为多层印刷电路板(例如，具有电介质基板的多个堆叠层诸如印刷电路板材料或陶瓷的多个堆叠层的印刷电路板)。相控天线阵列54中的天线40的接地层和天线谐振元件(例如，在天线40是贴片天线的情况下的贴片天线谐振元件)可在天线板100的不同层上图案化。在天线40是贴片天线的情况下，天线40可以是在天线板100上具有多个竖直堆叠的贴片元件的堆叠贴片天线(例如，重叠直接馈电贴片和/或寄生贴片)。
阻抗控制的传输线路径102(例如，包括图4的射频传输线42的传输线路径)可在天线板100的层上图案化。阻抗控制的传输线路径102可包括微带传输线、带状线传输线、导电通孔等。阻抗控制的传输线路径102可具有不同宽度的区段、传输线螺柱或其他结构，以帮助执行相控天线阵列54的阻抗匹配。
用于相控天线阵列54的射频前端电路(例如，图4的相位和幅度控制器50、放大器电路、无源部件等)可被卸载到射频集成电路(RFIC)88上(例如，而不是形成在与图6的独立天线模块78中的天线40相同的板上)。RFIC 88可以是集成电路(芯片)、集成电路封装、***级封装(SIP)或包括用于相控天线阵列54的射频前端电路的任何其他期望的基板。
如图7所示，天线板100可安装到逻辑板86的底表面106(例如，刚性或柔性印刷电路板或其他基板)。逻辑板86可例如为设备10的主逻辑板。因此，逻辑板86还可用于为设备10安装附加部件90(例如，在顶表面104和/或底表面106处)。附加部件90可包括来自图2的控制电路28和输入-输出电路24的任何期望的部件、用于设备10的电池等。在一种合适的布置中，天线板100可使用表面安装技术(SMT)安装到逻辑板86。例如，天线板100可焊接到逻辑板86的底表面106上的接触焊盘(例如，使用导电互连结构98，该导电互连结构可以是焊球、球栅阵列、导电引脚等)。
RFIC 88可安装到逻辑板86的顶表面104。在一种合适的布置中，RFIC88可使用表面安装技术(SMT)安装到逻辑板86。例如，RFIC 88可焊接到逻辑板86的顶表面104上的接触焊盘(例如，使用导电互连结构96，其可以是焊球、球栅阵列、导电引脚等)。
如图7所示，逻辑板86可包括阻抗控制的传输线路径94。阻抗控制的传输线路径94可包括微带传输线、带状线传输线、导电通孔等。阻抗控制的传输线路径94可具有不同宽度的区段、传输线螺柱或其他结构，以帮助执行相控天线阵列54的阻抗匹配。阻抗控制的传输线路径94可将RFIC 88中的射频前端电路(例如，图4的相位和幅度控制器50)耦接到相控天线阵列54中的天线40(例如，经由导电互连结构96和98以及天线板100中的阻抗控制的传输线路径102)。这样，逻辑板86可用作RFIC 88和天线板100之间的接口，以允许相控天线阵列54的部件在RFIC 88和天线板100之间分布在逻辑板86的相对侧上(例如，其中用于相控天线阵列54的相位和幅度控制器形成在RFIC 88上，并且用于相控天线阵列54的天线40形成在天线板100上)。因此，RFIC 88、逻辑板86和天线板100有时在本文中可统称为逻辑板集成天线模块84。图7的示例仅仅是例示性的，并且如果需要，RFIC 88可以安装在顶表面104上、底表面106上等的其他位置处。
如图7所示，设备10可具有电介质覆盖层80。相控天线阵列54可辐射穿过电介质覆盖层80。电介质覆盖层80可形成图5的显示器覆盖层56或后部外壳壁12R的一部分或设备10的其他部分。如果需要，设备10可包括层叠在电介质覆盖层80上方的导电支撑板82(例如，电介质覆盖层80和导电支撑板82可共同形成图5的后部外壳壁12R)。例如，导电支撑板82可为设备10提供结构支撑，并且可形成天线接地部的一部分。导电支撑板82可具有开口108(在本文中有时称为狭槽108、间隙108或孔108)。天线板100可与开口108对准以允许相控天线阵列54辐射穿过开口108和电介质覆盖层80。电介质覆盖层80可包括玻璃、塑料、蓝宝石或其他材料。如果需要，可省略导电支撑板82。
通过将相控天线阵列54集成到逻辑板集成天线模块84中，相控天线阵列54可在设备10上实现，同时占据比使用图6的独立天线模块78的情况更少的空间。相控天线阵列54还可传送射频信号，而不需要庞大的外部连接器或互连件(例如，图6的连接器76和外部柔性印刷电路70)。此外，在逻辑板集成天线模块84中形成相控天线阵列54还可相对于图6的独立模块78改善热性能(例如，可更容易地耗散热量)。
图8是一个合适的示例中的逻辑板集成天线模块84的透视图。如图8所示，RFIC 88可安装到逻辑板86的顶表面104。天线板100可安装到逻辑板86的底表面106(逻辑板86在图8中以透明方式示出，以示出耦接到底表面106的天线板100)。一般来讲，RFIC 88可位于天线板100附近，以使图7的阻抗控制的传输线路径94的路由复杂性和电感损耗最小化。RFIC88可以例如与天线板100的横向轮廓部分地或完全地重叠(例如，在X-Y平面中)，或者可以与天线板100不重叠。图8的逻辑板86、RFIC 88和天线板100可具有其他形状。否则由图6的外部柔性印刷电路70和连接器76路由的中频信号、功率信号和控制信号可由交接在RFIC88和天线板100之间的图7的逻辑板86路由。
图9是示出RFIC 88可如何相对于逻辑板集成天线模块84中的天线板100横向偏移的横截面侧视图。如图9所示，RFIC 88可相对于天线板100横向偏移(例如，在Y维度上)。这可允许进一步优化设备10内的空间(例如，RFIC 88可横向偏移以适应天线板100附近的其他部件的存在，天线板100可横向偏移以允许相控天线阵列在可辐射穿过图7的电介质覆盖层80的位置处的更灵活放置等)。逻辑板86中的阻抗控制的传输线路径94可包括一个或多个任选的阻抗匹配区段110。匹配区段110可在逻辑板86的每个外部接口处或之后(例如，在耦接到互连结构96和98的导电通孔处)插置在阻抗控制的传输线路径94上，以帮助确保阻抗沿着从RFIC 88上的射频前端部件到天线40的整个传输线路径充分匹配。换句话讲，匹配区段110可包括导电互连结构96处的第一匹配区段(例如，将阻抗控制的传输线路径94耦接到导电互连结构96中的给定焊球的导电通孔处)和导电互连结构98处的第二匹配区段(例如，将阻抗控制的传输线路径94耦接到导电互连结构98中的给定焊球的导电通孔处)。类似地，天线板100上的阻抗控制的传输线路径102可包括耦接到互连结构98的导电通孔处的阻抗匹配区段112，以有助于确保尽管存在互连结构98和96，天线40也与逻辑板86和RFIC 88中的传输线阻抗匹配。例如，这可最小化由于在实现逻辑板集成天线模块84中存在导电互连结构96和98而引起的与任何潜在阻抗不连续性相关联的损耗。这还可将相控天线阵列54配置为以优化的带宽操作。
图10是示出RFIC 88和天线板100两者可如何安装到逻辑板86的同一侧的横截面侧视图。如图10所示，RFIC 88和天线板100均可安装(例如，使用相应的导电互连结构96和98焊接)到逻辑板86的底表面106。匹配区段110和112仍可用于确保阻抗沿着从RFIC 88到天线40的整个传输线路径匹配。
图11是示出逻辑板86可如何包括用于将RFIC 88耦接到天线板100的竖直贯通部的横截面侧视图。如图11所示，RFIC 88可安装到顶表面104，并且天线板100可安装到逻辑板86的底表面106。RFIC 88可至少部分地与天线板100重叠。逻辑板86可包括从导电互连结构96延伸到导电互连结构98的竖直贯通部114(在本文中有时称为竖直路径114)，而不是使用阻抗控制的传输线路径94。当导电通孔116从导电互连结构96延伸到导电互连结构98时，竖直贯通部114可包括耦接到(例如，串联)导电(着陆)焊盘118的导电通孔116。当以这种方式布置时，逻辑板86(例如，逻辑板86中的接地迹线)可为隔离和阻抗控制提供接地屏蔽。匹配区段112天线板100可用于补偿通过叠堆的阻抗过渡(例如，以确保尽管在逻辑板86中没有阻抗控制的传输线路径94和匹配区段110，但是阻抗仍从RFIC 88匹配到天线40)。图9至图11的阻抗匹配区段110和112例如可以是单级区段(例如，四分之一波长变换器)。如果需要，阻抗匹配区段110和112可以是多级区段，以允许在其输入和输出处具有更宽的带宽或改善的匹配。
图12是一种合适布置中的天线板100的例示性布局的俯视图。如图12所示，天线板100可包括下面的电介质层的顶表面上的接地(GND)层120(例如，保持在接地电势的导电迹线，并且在本文中有时称为接地迹线120)。用于天线板100(图7至图11)的导电互连结构98可包括接地互连结构98G(例如，在本文中有时称为接地焊球98G的焊球或凸块)和信号互连结构98S(例如，在本文中有时称为信号焊球98S的焊球或凸块)。
接地层120可使用接地互连结构98G耦接到逻辑板86上的接地迹线。接地层120可具有与信号互连结构98S对准的开口。信号互连结构98S可耦接到天线板100中的阻抗控制的传输线路径102(图7和图9至图11)。当天线板100安装到逻辑板86时，信号互连结构98S可耦接到逻辑板86中的阻抗控制的传输线路径94(或图11的布置中的竖直贯通部114)。环122内的接地互连结构98G可例如屏蔽信号互连结构98S和/或提供阻抗控制。图12的示例仅仅是例示性的，并且如果需要，信号互连结构98S可以其他图案提供。天线板100可具有其他形状。
图13是图12的天线板100的俯视图，但其中图12的接地层120已被移除以显示天线板100中的下面的阻抗控制的传输线路径102。如图13所示，天线板100可包括附加接地迹线126(例如，竖直地插置在图12的接地层120与天线板100中的天线40的天线谐振元件之间的接地迹线)。开口可形成于接地迹线126中以容纳阻抗控制的传输线路径102(例如，接地迹线126可形成阻抗控制的传输线路径102的接地导体，而阻抗控制的传输线路径102包括由开口中的导电迹线形成的信号导体)。
每个阻抗控制的传输线路径102可从相应的信号互连结构98S(例如，导电通孔可从信号互连结构98S延伸到由接地迹线126形成的开口中的导电迹线)延伸到对应的馈电通孔F。每个馈电通孔F可在-Z方向上延伸到天线板100中的给定天线40的天线谐振元件上的对应天线馈电端子。如分解图124所示，阻抗控制的传输线102中的信号导体可具有用于形成匹配区段112的较厚部分。可使用任何所需数量的厚度来形成匹配区段112(例如，图13的匹配区段112执行两步匹配)。可以存在单独的阻抗受控的传输线102，用于传送低频带毫米波/厘米波信号和用于传送高频带毫米波/厘米波信号。这种布置还可支持同一焊料凸块/传输线内的双带/多带匹配。
如图13所示，导电通孔128可在Z方向上延伸穿过天线板100(例如，以将天线板100中的接地迹线短接在一起)。导电通孔128的栅栏可横向围绕阻抗控制的传输线102。导电通孔128的栅栏也可以横向围绕天线模块100中的每个天线40。例如，每个天线40可位于相应的腔130内，其中腔具有由接地迹线126限定的上边缘和由导电通孔128限定的横向边缘。图13的示例仅仅是例示性的，并且一般来讲，可以使用其他传输线路由方案。
图14是图13的天线板100的俯视图，但其中图13的接地迹线126已被移除以显示天线板100中的下面的天线40。如图14所示，天线板100可包括共同形成相控天线阵列54的天线的一组天线40L和一组天线40H。在该示例中，天线40L可覆盖相对低毫米/厘米的波频带(例如，26.5GHz-29.5GHz频带)，而天线40H覆盖相对高毫米/厘米的波频带(例如，37GHz-40GHz频带)。这仅仅是例示性的，并且一般来讲，相控天线阵列54可使用任何期望数量的天线组来覆盖任何期望频率下的任何期望数量的频带。
在图14的示例中，天线40L和40H是具有堆叠贴片天线谐振元件(在本文中有时称为堆叠贴片天线)的贴片天线。天线40L和40H中的每一者包括对应的贴片天线谐振元件132(有时在本文中称为贴片132、贴片元件132或贴片天线辐射元件132)。贴片132的尺寸可被选择为将天线配置为在期望的频带中辐射。每个贴片132使用至少一个正天线馈电端子馈电。在图14的示例中，使用两个正天线馈电端子馈送每个贴片132(例如，用于覆盖正交的线性偏振、椭圆偏振和/或圆形偏振)。例如，每个贴片132可使用第一正天线馈电端子136(例如，用于覆盖第一线性偏振)和第二正天线馈电端子138(例如，用于覆盖正交于第一线性偏振的第二线性偏振)馈电。这仅是例示性的，并且一般来讲，可使用其他馈电布置。正天线馈电端子136和138可各自通过对应的馈电通孔F(图13)耦接到相应的阻抗控制的传输线102。
如图14所示，每个天线40L和每个天线40H还包括位于对应贴片132下方的寄生元件134(例如，贴片132可插置在图13的对应寄生元件134和接地迹线126之间)。寄生元件132可由天线板100上的导电迹线的贴片形成，并且在本文中有时可被称为寄生天线谐振元件132、寄生贴片132或寄生器件132。寄生元件132可用于加宽天线40L和40H的带宽(例如，通过向天线贡献附加谐振)。在图14的示例中，寄生元件134是十字形贴片，其具有与正天线馈电端子134和136重叠的臂(例如，用于执行阻抗匹配)。每个天线40L和每个天线40H可位于天线板100中的对应腔130内。腔130(例如，限定腔130的横向边缘的导电通孔128)可有助于将天线与其他部件隔离并且降低对***公差的灵敏度。天线40L和40H可在天线板100下方的半球中(例如，在图14的-Z方向上)辐射。
图14的示例仅为例示性的。贴片元件132和寄生元件134可具有其他形状(例如，任何期望数量的弯曲和/或直边)。相控天线阵列54可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的天线。如果需要，相控天线阵列54中的每个天线可以是用于覆盖多个频带的多频带天线。相控天线阵列54中的天线无需为贴片天线并且可使用任何期望的天线结构来实现。
根据一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括逻辑板、表面安装到逻辑板的天线板、在天线板上并且被配置为以大于10GHz的频率辐射的天线以及表面安装到逻辑板并且包括用于天线的射频前端电路的射频集成电路。
根据另一个实施方案，该装置包括将天线板耦接到逻辑板的第一焊球和将射频集成电路耦接到逻辑板的第二焊球。
根据另一个实施方案，逻辑板具有相反的第一表面和第二表面，使用第一焊球将天线板表面安装到第一表面，并且使用第二焊球将射频集成电路表面安装到第一表面。
根据另一个实施方案，该装置包括位于逻辑板中的传输线结构，该传输线结构将第一焊球耦接到第二焊球。
根据另一个实施方案，传输线结构包括在第一焊球处的第一阻抗匹配区段和在第二焊球处的第二阻抗匹配区段。
根据另一个实施方案，逻辑板具有相反的第一表面和第二表面，使用第一焊球将天线板表面安装到第一表面，并且使用第二焊球将射频集成电路表面安装到第二表面。
根据另一个实施方案，该装置包括位于逻辑板中的传输线结构，该传输线结构将第一焊球耦接到第二焊球。
根据另一个实施方案，传输线结构包括在第一焊球处的第一阻抗匹配区段和在第二焊球处的第二阻抗匹配区段。
根据另一个实施方案，该装置包括延伸穿过逻辑板以将第一焊球耦接到第二焊球的竖直贯通部。
根据另一个实施方案，天线板包括传输线结构，该传输线结构将第一焊球耦接到天线的天线谐振元件。
根据另一个实施方案，传输线结构包括在第一焊球处的阻抗匹配区段，该阻抗匹配区段被配置为将第一焊球的阻抗与天线的阻抗匹配。
根据另一个实施方案，逻辑板还包括附加传输线结构，该附加传输线结构将第一焊球耦接到第二焊球，并且包括在第一焊球处的第一附加阻抗匹配区段和在第二焊球处的第二附加阻抗匹配区段。
根据另一个实施方案，天线被布置成相控天线阵列。
根据另一个实施方案，射频前端电路包括用于相控天线阵列的相位和幅度控制器，该相位和幅度控制器被配置为使由天线以该频率传送的射频信号转向。
根据另一个实施方案，该装置是电子设备，该电子设备具有相反的第一面和第二面，并且该电子设备包括在第一面处的显示器和在第二面处的电介质覆盖层，该天线被配置为辐射穿过电介质覆盖层。
根据另一个实施方案，逻辑板包括用于电子设备的主逻辑板。
根据另一个实施方案，射频集成电路包括表面安装到逻辑板的***级封装(SIP)。
根据一个实施方案，提供了一种逻辑板集成天线模块，该逻辑板集成天线模块包括逻辑板、安装到逻辑板的印刷电路板、在印刷电路板上图案化并且被配置为以在10GHz和300GHz之间的频率辐射的天线谐振元件阵列、安装到逻辑板的封装，所述封装包括用于所述天线谐振元件阵列的射频前端电路和所述逻辑板上的传输线结构，所述传输线结构将所述射频前端电路耦接到在所述印刷电路板上图案化的所述天线谐振元件阵列。
根据另一个实施方案，传输线结构包括阻抗匹配区段，该阻抗匹配区段被配置为将射频前端电路的阻抗与天线阵列的阻抗匹配，该传输线结构包括逻辑板、安装到逻辑板并具有射频前端电路的封装，和安装到所述逻辑板并且具有被配置为以在10GHz和300GHz之间的频率辐射的天线的天线板，所述逻辑板被配置为在所述封装中的所述射频前端电路与所述天线板中的所述天线之间形成射频接口。
前文仅为例示性的，并且在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下，本领域的技术人员可作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
逻辑板；
天线板，所述天线板被表面安装到所述逻辑板；
天线，所述天线位于所述天线板上并且被配置为以大于10GHz的频率辐射；和
射频集成电路，所述射频集成电路被表面安装到所述逻辑板并且包括用于所述天线的射频前端电路。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第一焊球，所述第一焊球将所述天线板耦接到所述逻辑板；和
第二焊球，所述第二焊球将所述射频集成电路耦接到所述逻辑板。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述逻辑板具有相反的第一表面和第二表面，使用所述第一焊球将所述天线板表面安装到所述第一表面，并且使用所述第二焊球将所述射频集成电路表面安装到所述第一表面。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括：
位于所述逻辑板中的传输线结构，所述传输线结构将所述第一焊球耦接到所述第二焊球。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述传输线结构包括在所述第一焊球处的第一阻抗匹配区段和在所述第二焊球处的第二阻抗匹配区段。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述逻辑板具有相反的第一表面和第二表面，使用所述第一焊球将所述天线板表面安装到所述第一表面，并且使用所述第二焊球将所述射频集成电路表面安装到所述第二表面。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
位于所述逻辑板中的传输线结构，所述传输线结构将所述第一焊球耦接到所述第二焊球。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述传输线结构包括在所述第一焊球处的第一阻抗匹配区段和在所述第二焊球处的第二阻抗匹配区段。
9.根据权利要求6所述的装置，还包括：
竖直贯通部，所述竖直贯通部延伸穿过所述逻辑板以将所述第一焊球耦接到所述第二焊球。
10.根据权利要求2所述的装置，其中所述天线板包括：
传输线结构，所述传输线结构将所述第一焊球耦接到所述天线的天线谐振元件。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述传输线结构包括在所述第一焊球处的阻抗匹配区段，所述阻抗匹配区段被配置为将所述第一焊球的阻抗与所述天线的阻抗匹配。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述逻辑板还包括附加传输线结构，所述附加传输线结构将所述第一焊球耦接到所述第二焊球，并且所述附加传输线结构包括在所述第一焊球处的第一附加阻抗匹配区段和在所述第二焊球处的第二附加阻抗匹配区段。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述天线被布置成相控天线阵列。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述射频前端电路包括用于所述相控天线阵列的相位和幅度控制器，所述相位和幅度控制器被配置为使由所述天线以所述频率传送的射频信号转向。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是电子设备，所述电子设备具有相反的第一面和第二面，并且所述电子设备包括：
在所述第一面处的显示器；以及
在所述第二面处的电介质覆盖层，其中所述天线被配置为辐射穿过所述电介质覆盖层。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述逻辑板包括用于所述电子设备的主逻辑板。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述射频集成电路包括表面安装到所述逻辑板的***级封装(SIP)。
18.一种逻辑板集成天线模块，包括：
逻辑板；
印刷电路板，所述印刷电路板安装到所述逻辑板；
天线谐振元件阵列，所述天线谐振元件阵列在所述印刷电路板上图案化并且被配置为以在10GHz和300GHz之间的频率辐射；
安装到所述逻辑板的封装，所述封装包括用于所述天线谐振元件阵列的射频前端电路；以及
所述逻辑板上的传输线结构，其中所述传输线结构将所述射频前端电路耦接到在所述印刷电路板上图案化的所述天线谐振元件阵列。
19.根据权利要求18所述的逻辑板集成天线模块，其中所述传输线结构包括阻抗匹配区段，所述阻抗匹配区段被配置为将所述射频前端电路的阻抗与所述天线谐振元件阵列的阻抗匹配。
20.一种装置，包括：
逻辑板；
封装，所述封装安装到所述逻辑板并具有射频前端电路；以及
天线板，所述天线板安装到所述逻辑板并且具有被配置为以在10GHz和300GHz之间的频率辐射的天线，其中所述逻辑板被配置为在所述封装中的所述射频前端电路与所述天线板中的所述天线之间形成射频接口。
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