(57)【要約】      （修正有）【課題】無線通信動作及び／又は空間測距動作を実行することができる電子デバイスを提供する。【解決手段】電子デバイス１０は、アンテナ及び制御回路を備える。アンテナは、単位セルのアレイ内に配置する。各単位セルは、１０ＧＨｚより高い第１の周波数帯域で信号を伝達する第１のアンテナと、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域で高周波信号を伝達する第２のアンテナとを含む。第１の単位セルには、第２の周波数帯域よりも高い第３の周波数帯域で高周波信号を送信するアンテナの第１のセットを設ける。第２のアンテナ単位セルには、外部オブジェクトから反射された後の高周波数信号を受信するアンテナの第２のセットを設ける。制御回路は、第２の周波数帯域で送信及び受信された信号を処理することによって、空間測距動作を実行する。【選択図】図３
2020058020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３、及び第４の層を有する積層誘電体基板であって、前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層との間に介在し、前記第３の層が、前記第２の層と前記第４の層との間に介在する、積層誘電体基板と、
前記第１の層上の接地トレースと、
前記第２の層上の第１のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第１のアンテナと、
前記第２の層上の第２のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第２のアンテナであって、前記第１及び第２のアンテナが１０ＧＨｚより高い第１の周波数帯域で放射するように構成された、第２のアンテナと、
前記第３の層上の第３のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第３のアンテナであって、前記第３のアンテナは前記第１の周波数帯域よりも低い第３の周波数帯域で放射するように構成された、第３のアンテナと、
前記第４の層上の第４のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第４のアンテナであって、前記第４のパッチ素子が前記第３のパッチ素子と少なくとも部分的に重なり合い、前記第４のアンテナは前記第１の周波数帯域よりも低い第４の周波数帯域で放射するように構成された、第４のアンテナと、
を備える、電子デバイス。
【請求項２】
前記第２の層上の第５のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第５のアンテナと、
前記第２の層上の第６のパッチ素子及び前記接地トレースを含む第６のアンテナと、を更に備え、
前記第５及び第６のパッチ素子が、前記第１の周波数帯域で放射するように構成されている、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記積層誘電体基板を通って延び、かつ前記第１、第２、第３、第４、第５、及び第６のパッチ素子を横方向に取り囲む、導電ビアのフェンスを更に備える、請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
導電ビアの前記フェンス及び前記接地トレースが、空洞の縁部を画定し、前記第１のアンテナが、前記空洞の第１の角部に位置し、前記第２のアンテナが、前記空洞の第２の角部に位置し、前記第３のアンテナが、前記空洞の第３の角部に位置し、前記第４のアンテナが、前記空洞の第４の角部に位置する、請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記第３及び第４のパッチ素子が、前記空洞の中心に位置する、請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１、第２、第５、及び第６のパッチ素子が、前記第３及び第４のパッチ素子に対して非平行な角度に回転された、請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記第１、第２、第３、及び第４のアンテナに結合された送受信機回路であって、前記送受信機回路は前記第１及び第２のアンテナを使用して高周波信号を伝達するように構成された、送受信機回路と、制御回路と、を更に備え、前記制御回路が、前記第１及び第２のアンテナによって伝達される前記高周波信号を使用して空間測距動作を実行するように構成されている、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記送受信機回路が、前記第５及び第６のアンテナを使用して、外部無線機器との双方向通信を実行するように構成されている、請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第１、第２、第３、及び第４のパッチ素子を横方向に取り囲む導電性壁を更に備え、前記導電性壁及び前記接地トレースが、前記第１、第２、第３、及び第４のアンテナのための導電性空洞を画定する、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記第４の周波数帯域が、前記第３の周波数帯域よりも高い、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記第１の周波数帯域が、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの周波数を含み、前記第２の周波数帯域が、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの周波数を含み、前記第３の周波数帯域が、３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの周波数を含む、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記積層誘電体基板が、第５の層を含み、前記第４の層が、前記第３の層と前記第５の層との間に介在し、前記電子デバイスが、前記第４のパッチ素子に少なくとも部分的に重なり合う前記第５の層上の寄生アンテナ共振素子を更に備える、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
第１及び第２のアンテナ単位セルを含むアンテナ単位セルのアレイであって、前記アレイ内の各アンテナ単位セルが１０ＧＨｚよりも高い第１の周波数帯域で放射するように構成された対応するアンテナを含む、アンテナ単位セルのアレイと、
前記第１のアンテナ単位セル内のアンテナの第１のセットと、
前記第２のアンテナ単位セル内のアンテナの第２のセットであって、アンテナの前記第１及び第２のセットは前記第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域で高周波信号を伝達するように構成された、アンテナの第２のセットと、
アンテナの前記第１及び第２のセットによって伝達される前記高周波信号を使用して空間測距動作を実行するように構成された制御回路と、
を備える、電子デバイス。
【請求項１４】
前記第１のアンテナ単位セルが、前記第１の周波数帯域で放射するように構成された第１のアンテナと、アンテナの前記第１のセットからの第２及び第３のアンテナと、を含み、前記第２のアンテナが、前記第１のアンテナ単位セルの第１の角部に位置し、前記第３のアンテナが、前記第１のアンテナ単位セルの第２の角部に位置する、請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記第１のアンテナが、アンテナ接地の上の第１の距離に位置する第１のパッチ素子を含み、前記第２のアンテナが、前記第１の距離よりも短い前記アンテナ接地の上の第２の距離に位置する第２のパッチ素子を含み、前記第３のアンテナが、前記アンテナ接地の上の前記第２の距離に位置する第３のパッチ素子を含む、請求項１４に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記第２及び第３のパッチ素子が、前記第１のパッチ素子の側面フットプリントの外側に位置する、請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記制御回路が、アンテナの前記第１のセットを使用して前記高周波信号を送信し、アンテナの前記第２のセットを使用して前記高周波信号の反射したバージョンを受信するように構成されている、請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１及び第２のアンテナ単位セルが、アンテナ単位セルの前記アレイの反対側に位置する、請求項１７に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記第１のアンテナ単位セルが、前記アレイの第１の行及び第１の列内に配置され、前記第２のアンテナ単位セルが、前記アレイの第２の行及び第２の列内に配置され、前記アレイが、前記アレイの前記第２の行及び前記第１の列内に配置された第３のアンテナ単位セルと、前記アレイの前記第１の行及び前記第２の列内に配置された第４のアンテナ単位セルとを更に含む、請求項１７に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
第１の周波数帯域で高周波信号を伝達するように構成されたフェーズドアンテナアレイであって、前記フェーズドアンテナアレイは第１の空洞内の第１のアンテナ放射素子、及び第２の空洞内の第２のアンテナ放射素子を含む、フェーズドアンテナアレイと、
前記第１の空洞の対応する角部に位置し、かつ前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で高周波信号を送信するように構成されたアンテナ放射素子を有するアンテナの第１のセットと、
前記第２の空洞の対応する角部に位置し、かつ前記第２の周波数帯域で高周波信号を受信するように構成されたアンテナ放射素子を有するアンテナの第２のセットと、
アンテナの前記第２のセットによって受信された前記第２の周波数帯域の前記高周波信号に基づいて空間測距動作を実行するように構成された制御回路と、
を備える、電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年９月２８日に出願された米国特許出願第１６／１４６，５５６号に対する優先権を主張するものであり、本明細書によりその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、概して、電子デバイスに関し、より具体的には、無線回路を有する電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、多くの場合、無線回路を備える。例えば、セルラー電話、コンピュータ、及び他のデバイスは、無線通信をサポートするためのアンテナ及び無線送受信機を含むことが多い。
【０００３】
ミリ波及びセンチ波周波数での無線通信及び空間測距動作をサポートすることが望ましい場合がある。ミリ波通信（極高周波（extremely high frequency、ＥＨＦ）通信と呼ばれることもある）及びセンチ波通信は、約１０〜３００ＧＨｚの周波数での通信を伴う。これらの周波数での動作は、高帯域幅をサポートすることができるが、著しい困難を引き起こすことがある。例えば、アンテナによって発生するミリ波信号は、様々な媒体を介した信号伝搬中の実質的な減衰及び／又は歪みを特徴とすることがある。また、電子デバイス内に無線通信及び空間測距動作の両方を実行するためのアンテナを組み込むことは、スペースの制約を受けることが多く、困難である場合がある。
【０００４】
したがって、ミリ波通信及びセンチ波通信並びに空間測距動作をサポートする回路などの、改善した無線回路を有する電子デバイスを提供できることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００５】
電子デバイスは、無線回路及び制御回路を備えることができる。無線回路は、アンテナによって伝達されるミリ波信号及びセンチ波信号を使用して、無線通信動作及び／又は空間測距動作を実行することができる。
【０００６】
アンテナは、基板上のアンテナ単位セルのアレイ内に配置することができる。各アンテナ単位セルは、１０ＧＨｚより高い第１の周波数帯域で高周波信号を伝達する第１のアンテナと、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域で高周波信号を伝達する第２のアンテナとを含むことができる。第１及び第２のアンテナを使用して、外部無線機器との双方向無線通信を実行することができる。第１及び第２のアンテナは、例えば、積層パッチアンテナであってもよい。アレイにわたる各アンテナ単位セル内の第１及び第２のアンテナは、集合的にフェーズドアンテナアレイを形成することができる。
【０００７】
第１のアンテナ単位セルには、第２の周波数帯域よりも高い第３の周波数帯域で高周波信号を送信するアンテナの第１のセットを設けることができる。第２のアンテナ単位セルには、外部オブジェクトから反射された後の高周波数信号を受信するアンテナの第２のセットを設けることができる。制御回路は、第２の周波数帯域で送信及び受信された信号を処理することによって空間測距動作を実行することができる（例えば、デバイスと外部オブジェクトとの間の距離を特定するために）。アンテナの第１のセットは、第１のアンテナ単位セルの角部に、かつ第１のアンテナ単位セル内の第１及び第２のアンテナよりも接地に近く、配置することができる。アンテナの第２のセットは、第２のアンテナ単位セルの角部に、かつ第２のアンテナ単位セル内の第１及び第２のアンテナよりも接地に近く、配置することができる。第１及び第２のアンテナ単位セルは、アレイの反対側に配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】いくつかの実施形態に係る、無線回路を有する例示的な電子デバイスの斜視図である。
【０００９】
【図２】いくつかの実施形態による、例示的な電子デバイスの背面斜視図である。
【００１０】
【図３】いくつかの実施形態に係る、無線回路を有する例示的な電子デバイスの模式図である。
【００１１】
【図４】いくつかの実施形態に係る、例示的な送受信機回路及びアンテナの図である。
【００１２】
【図５】いくつかの実施形態に係る、デュアルポートの例示的なパッチアンテナの斜視図である。
【００１３】
【図６】いくつかの実施形態に係る、アンテナを使用して無線通信及び空間測距動作の両方を実行する例示的な電子デバイスの図である。
【００１４】
【図７】いくつかの実施形態に係る、異なる周波数帯域で無線通信及び／又は空間測距動作を実行するためのアンテナの別個のセットを有する例示的な無線回路の図である。
【００１５】
【図８】いくつかの実施形態に係る、無線通信及び／又は空間測距動作を実行するための共位置パッチアンテナを有する例示的なマルチバンドアンテナ構造体の側断面図である。
【００１６】
【図９】いくつかの実施形態に係る、無線通信及び／又は空間測距動作を実行するための共位置パッチアンテナを有する例示的なマルチバンドアンテナ構造体の平面図である。
【００１７】
【図１０】いくつかの実施形態に係る、無線通信及び／又は空間測距動作を実行するためのアンテナの例示的なアレイの平面図である。
【図１１】いくつかの実施形態に係る、無線通信及び／又は空間測距動作を実行するためのアンテナの例示的なアレイの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１の電子デバイス１０などの電子デバイスは、無線回路を含むことができる。無線回路は、１つ以上のアンテナを含むことができる。アンテナは、ミリ波通信及びセンチ波通信を処理するために使用されるフェーズドアンテナアレイを含むことができる。極高周波（ＥＨＦ）通信と呼ばれることもあるミリ波通信は、６０ＧＨｚ、又は約３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの他の周波数の信号を伴う。センチ波通信は、約１０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数の信号を伴う。電子デバイスは、これらの周波数での信号を使用して無線通信及び／又は空間測距動作を実行するためのアンテナを含むことができる。所望であれば、デバイス１０はまた、衛星航法システム信号、セルラー電話信号、無線ローカルエリアネットワーク信号、近距離通信、光に基づく無線通信、又は他の無線通信を処理するための無線通信回路を含むこともできる。
【００１９】
電子デバイス１０は、ラップトップコンピュータ、組み込み型コンピュータを含むコンピュータモニタ、タブレットコンピュータ、セルラー電話機、メディアプレーヤ、又は他のハンドヘルド若しくはポータブル電子デバイスなどのコンピューティングデバイス、腕時計デバイス、ペンダントデバイス、ヘッドホン若しくはイヤホンデバイス、仮想若しくは拡張現実ヘッドセットデバイス、眼鏡に埋め込まれたデバイス若しくはユーザの頭部に装着する他の機器、又は他の着用可能な若しくはミニチュアデバイスなどの小型デバイス、テレビ、組み込み型コンピュータを含まないコンピュータディスプレイ、ゲーミングデバイス、ナビゲーションデバイス、ディスプレイを有する電子機器がキオスク若しくは自動車に搭載されるシステムなどの組み込み型システム、無線アクセスポイント若しくは基地局、デスクトップコンピュータ、キーボード、ゲームコントローラ、コンピュータマウス、マウスパッド、トラックパッド若しくはタッチパッド、これらのデバイスのうちの２つ以上の機能を実装する機器、又は他の電子機器であってもよい。図１の例示的な構成では、デバイス１０は、セルラー電話機、メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ、又は他のポータブルコンピューティングデバイスなどのポータブルデバイスである。所望であれば、デバイス１０に関して他の構成を使用することもできる。図１の例は、単なる例示にすぎない。
【００２０】
図１に示すように、デバイス１０は、ディスプレイ８などのディスプレイを含むことができる。ディスプレイ８は、筐体１２などの筐体内に搭載されてもよい。筐体１２は、エンクロージャ又はケースと称される場合もあり、プラスチック、ガラス、セラミック、繊維複合材、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど）、他の好適な材料、又はこれらの材料のうちの任意の２つ以上の組合せで形成することができる。筐体１２は、筐体１２の一部又は全部が単一の構造体として機械加工又は成形された単体構成を用いて形成されてもよく、又は複数の構造体（例えば、内部フレーム構造体、外部筐体表面を形成する１つ以上の構造体、など）を用いて形成されてもよい。
【００２１】
ディスプレイ８は、導電性の静電容量式タッチセンサ電極又は他のタッチセンサ構成要素（例えば、抵抗式タッチセンサ構成要素、音響式タッチセンサ構成要素、力ベースのタッチセンサ構成要素、光ベースのタッチセンサ構成要素など）の層を組み込んだタッチスクリーンディスプレイであってもよく、又はタッチ感知式でないディスプレイであってもよい。静電容量式タッチスクリーン電極は、インジウムスズ酸化物パッド又は他の透過性の導電性構造体のアレイから形成されてもよい。
【００２２】
ディスプレイ８は、液晶ディスプレイ（liquid crystal display、ＬＣＤ）構成要素から形成されたディスプレイ画素のアレイ、電気泳動ディスプレイ画素のアレイ、プラズマディスプレイ画素のアレイ、有機発光ダイオードディスプレイ画素のアレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ画素のアレイ、又は他のディスプレイ技術に基づくディスプレイ画素を含んでもよい。
【００２３】
ディスプレイ８は、透明なガラス、透明なプラスチック、サファイア、又は他の透明な誘電体の層などの、ディスプレイカバー層を使用して保護することができる。開口部を、ディスプレイカバー層内に形成することができる。例えば、開口部は、１つ以上のボタン、指紋センサ又は光センサなどのセンサ回路、スピーカポート又はマイクロフォンポートなどのポートなどを収容するために、ディスプレイカバー層内に形成することができる。開口部は、通信ポート（例えば、オーディオジャックポート、デジタルデータポート、充電ポートなど）を形成するために、筐体１２内に形成することができる。筐体１２内の開口部はまた、スピーカ及び／又はマイクロフォンなどのオーディオ構成要素用に形成することもできる。
【００２４】
アンテナは、筐体１２内に搭載することができる。所望であれば、アンテナ（例えば、ビームステアリングを実行することができるアンテナアレイなど）の一部は、ディスプレイ８の非アクティブ境界領域の下に搭載することができる（例えば、図１の例示的なアンテナ位置６を参照）。ディスプレイ８は、画素のアレイを有するアクティブエリア（例えば、中央矩形部分）を含むことができる。ディスプレイ８の非アクティブエリアは、画素を含まず、アクティブエリアのための境界を形成することができる。所望であれば、アンテナはまた、筐体１２の背面内又はデバイス１０内の他の所の誘電体で充填された開口部を介して動作することができる。
【００２５】
人間の手又はユーザの他の体の一部分などの外部のオブジェクトが１つ以上のアンテナを遮断する場合に通信を阻害することを回避するために、アンテナは、筐体１２内の複数の位置に搭載することができる。近接センサのデータなどのセンサデータ、リアルタイムのアンテナインピーダンス測定値、受信した信号強度情報などの信号品質の測定値、及び他のデータは、筐体１２の向き、ユーザの手若しくは他の外部オブジェクトによる遮断、又は他の環境要因のために１つ以上のアンテナが悪影響を受けている場合を判定するのに使用することができる。デバイス１０は、次に、悪影響を受けているアンテナの代わりに、１つ以上の交替アンテナを使用状態に切換えることができる。
【００２６】
アンテナは、筐体１２の角部（例えば、図１の角部の位置６に、及び／又は筐体１２の背面上の角部の位置に）に、筐体１２の周囲縁部に沿って、筐体１２の背面上に、デバイス１０の前面上のディスプレイ８をカバーし保護するのに使用されるディスプレイカバーガラス若しくは他の誘電体ディスプレイカバー層の下に、筐体１２の背面若しくは筐体１２の縁部上の誘電体ウィンドウの下に、又はデバイス１０内の他の所に搭載することができる。
【００２７】
図２は、アンテナ（例えば、単一のアンテナ及び／又はフェーズドアンテナアレイ）をデバイス１０内に搭載することができる筐体１２の背面及び側面上の例示的な位置６を示す、電子デバイス１０の背面斜視図である。アンテナは、デバイス１０の角部に、側壁１２Ｅによって形成された縁部などの筐体１２の縁部に沿って、後部筐体部分（壁）１２Ｒの上側及び下側部分上に、筐体後壁部１２Ｒの中央に（例えば、後部筐体１２Ｒの中央の誘電体ウィンドウ構造体又は他のアンテナ窓の下に）、筐体後壁部１２Ｒの角部に（例えば、筐体１２及びデバイス１０の背面の左上の角部、右上の角部、左下の角部、及び右下の角部上に）などに搭載することができる。
【００２８】
筐体１２が誘電体から全体又はほぼ全体が形成される構成では、アンテナは、誘電体の任意の好適な部分を介してアンテナ信号を送受信することができる。筐体１２が金属などの導電材料から形成される構成では、金属内のスロット又は他の開口部などの筐体の領域は、プラスチック又は他の誘電体で充填することができる。アンテナは、開口部内の誘電体と位置合わせして搭載することができる。誘電体アンテナ窓、誘電体隙間、誘電体で充填された開口部、誘電体で充填されたスロット、細長い誘電体開口部領域などと呼ばれることもあり得る、これらの開口部は、デバイス１０の内部に搭載されたアンテナから外部無線機器にアンテナ信号を送信するのを可能にすることができ、内部のアンテナが外部無線機器からアンテナ信号を受信するのを可能にすることができる。別の好適な構成では、アンテナは、筐体１２の導電部分の外部に搭載することができる。
【００２９】
デバイス１０において使用することができる例示的な構成要素を示す模式図を図３に示す。図３に示すように、デバイス１０は、制御回路１４などの記憶及び処理回路を含むことができる。制御回路１４は、ハードディスクドライブ記憶装置、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、又はソリッドステートドライブを形成するように構成されている他の電気的にプログラムできる読み出し専用メモリ）、揮発性メモリ（例えば、静的又は動的ランダムアクセスメモリ）などの記憶装置を含む場合がある。制御回路１４内の処理回路は、デバイス１０の動作を制御するために使用される場合がある。この処理回路は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ホストプロセッサ、ベースバンドプロセッサ集積回路、特定用途向け集積回路などに基づいてもよい。
【００３０】
制御回路１４は、インターネットブラウジングアプリケーション、ボイスオーバー・インターネット・プロトコル（voice-over-internet-protocol、ＶＯＩＰ）通話アプリケーション、電子メールアプリケーション、メディア再生アプリケーション、オペレーティングシステム機能などのソフトウェアをデバイス１０上で走らせるために使用される場合がある。外部機器との相互作用をサポートするために、通信プロトコルを実施する際に制御回路１４が使用される場合がある。制御回路１４を使用して実施することができる通信プロトコルとしては、インターネットプロトコル、無線ローカルエリアネットワークプロトコル（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）と呼ばれることもあるＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル又は他のＷＰＡＮプロトコルなどの他の近距離無線通信リンクのためのプロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄプロトコル、セルラー電話プロトコル、ＭＩＭＯプロトコル、アンテナダイバーシティプロトコル、衛星航法システムプロトコル、アンテナベースの空間測距プロトコル（例えば、無線検出及び測距（radio detection and ranging、ＲＡＤＡＲ）プロトコル、又はミリ波及びセンチ波周波数で伝達される信号のための他の所望の距離検出プロトコル）などが挙げられる。各通信プロトコルは、プロトコルを実施する際に使用される物理的接続手順を指定する、対応する無線アクセス技術（radio access technology、ＲＡＴ）と関連付けることができる。
【００３１】
デバイス１０内の制御回路（例えば、制御回路１４）は、ハードウェア（例えば、専用のハードウェア又は回路）、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを使用して、デバイス１０内で動作を実行するように構成されてもよい。デバイス１０内で動作を実行するためのソフトウェアコードは、制御回路１４内の非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、有形のコンピュータ可読記憶媒体）上に記憶される。ソフトウェアコードは、時に、プログラム命令、ソフトウェア、データ、命令、又はコードと呼ばれることがある。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、不揮発性ランダムアクセスメモリ（non-volatile random-access memory、ＮＶＲＡＭ）などの不揮発性メモリ、１つ以上のハードドライブ（例えば、磁気ドライブ又はソリッドステートドライブ）、１つ以上のリムーバブルフラッシュドライブ、又は他のリムーバブル媒体などを含むことができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたソフトウェアは、制御回路１４の処理回路上で実行することができる。処理回路は、処理回路を有する特定用途向け集積回路、１つ以上のマイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、又は他の処理回路を含むことができる。
【００３２】
デバイス１０は、入出力回路１６を含み得る。入出力回路１６は、入出力デバイス１８を含むことができる。入出力デバイス１８を使用して、デバイス１０にデータを供給することを可能にし、デバイス１０から外部デバイスにデータを提供することを可能にすることができる。入出力デバイス１８は、ユーザインターフェースデバイス、データポートデバイス、センサ、及び他の入出力構成要素を含むことができる。例えば、入出力デバイスとしては、タッチスクリーン、タッチセンサ機能を有さないディスプレイ、ボタン、ジョイスティック、スクロールホイール、タッチパッド、キーパッド、キーボード、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、状態インジケータ、光源、オーディオジャック及び他のオーディオポート構成要素、デジタルデータポートデバイス、光センサ、ジャイロスコープ、加速度計若しくは動き及び地球に対するデバイスの方位を検出し得る他の構成要素、キャパシタンスセンサ、近接センサ（例えば、静電容量近接センサ及び／又は赤外線近接センサ）、磁気センサ、並びに他のセンサ及び入出力構成要素を挙げることができる。
【００３３】
入出力回路１６は、外部機器と無線通信するため及び／又は空間測距動作を実行するための無線回路３４を含むことができる。無線回路３４は、１つ以上の集積回路から形成される高周波（radio-frequency、ＲＦ）送受信機回路、電力増幅器回路、低雑音入力増幅器、パッシブＲＦ構成要素、１つ以上のアンテナ４０、伝送線、及びＲＦ無線信号を処理するための他の回路を含むことができる。無線信号は、光を使用して（例えば、赤外線通信を使用して）も送信され得る。
【００３４】
無線回路３４は、様々な高周波通信帯域を処理するための高周波送受信機回路２０を含んでもよい。例えば、送受信機回路２０は、全地球測位システム（Global Positioning System、ＧＰＳ）受信機回路２２、ローカル無線送受信機回路２４、リモート無線送受信機回路２６、及び／又はミリ波送受信機回路２８を含むことができる。
【００３５】
ローカル無線送受信機回路２４は、無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network、ＷＬＡＮ）送受信機回路を含んでもよく、したがって、本明細書では時にＷＬＡＮ送受信機回路２４と呼ばれることがある。ＷＬＡＮ送受信機回路２４は、ＷｉＦｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１１）通信用の２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの帯域を処理することができ、かつ２．４ＧＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信帯域を処理することができる。
【００３６】
リモート無線送受信機回路２６は、セルラー電話送受信機回路を含むことができ、したがって、本明細書では時にセルラー電話送受信機回路２６と呼ばれることがある。セルラー電話送受信機回路２６は、７００〜９６０ＭＨｚの通信帯域、１７１０〜２１７０ＭＨｚの通信帯域、及び２３００〜２７００ＭＨｚの通信帯域、又は６００ＭＨｚ〜４０００ＭＨｚ若しくは他の好適な周波数間の他の通信帯域などの周波数範囲での無線通信を処理することができる（例として）。セルラー電話送受信機回路２６は、音声データ及び非音声データを処理することができる。
【００３７】
ミリ波送受信機回路２８（本明細書で極高周波（ＥＨＦ）送受信機回路２８又はミリ波送受信機回路２８と呼ばれることもある）は、約１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数での通信をサポートすることができる。例えば、ミリ波送受信機回路２８は、約３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの極高周波（ＥＨＦ）若しくはミリ波通信帯域における、及び／又は約１０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚのセンチ波通信帯域（超高周波（Super High Frequency、ＳＨＦ）帯域と呼ばれることもある）における通信をサポートすることができる。例として、ミリ波送受信機回路２８は、約１８ＧＨｚ〜２７ＧＨｚのＩＥＥＥ  Ｋ通信帯域、約２６．５ＧＨｚ〜４０ＧＨｚのＫａ通信帯域、約１２ＧＨｚ〜１８ＧＨｚのＫｕ通信帯域、約４０ＧＨｚ〜７５ＧＨｚのＶ通信帯域、約７５ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚのＷ通信帯域、又は約１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの任意の他の所望の周波数帯域での通信をサポートすることができる。所望であれば、ミリ波送受信機回路２８は、６０ＧＨｚでのＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ通信、及び／又は２７ＧＨｚ〜９０ＧＨｚの第５世代モバイルネットワーク若しくは第５世代無線システム（５Ｇ）の通信帯域をサポートすることができる。所望であれば、ミリ波送受信機回路２８は、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの第１の帯域、３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの第２の帯域、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの第３の帯域、及び／又は１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの他の通信帯域などの、１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの複数の周波数帯域における通信をサポートすることができる。ミリ波送受信機回路２８は、１つ以上の集積回路（例えば、システム・イン・パッケージデバイス内の共通のプリント回路上に搭載された複数の集積回路、異なる基板上に搭載された１つ以上の集積回路など）から形成することができる。
【００３８】
回路２８は、本明細書ではミリ波送受信機回路２８と呼ばれることもあるが、ミリ波送受信機回路２８は、１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数での任意の所望の通信帯域における通信を処理することができる（例えば、ミリ波通信帯域、センチ波通信帯域などにおいて）。例として本明細書で説明することがある１つの好適な構成では、ミリ波送受信機回路２８は、アンテナ４０によって送受信されるミリ波信号及び／又はセンチ波信号を使用して空間測距動作を実行する空間測距回路（例えばミリ波空間測距回路）を含むことができる。空間測距回路は、送信及び受信された信号を使用して、デバイス１０とデバイス１０の周囲の外部オブジェクト（例えば、ユーザ若しくは他の人の身体、他のデバイス、動物、家具、壁、又はデバイス１０の近傍の他の物体若しくは障害物などの、筐体１２及びデバイス１０の外部の物体）との間の距離を検出又は推定することができる。
【００３９】
ＧＰＳ受信機回路２２は、１５７５ＭＨｚでのＧＰＳ信号、又は他の衛星測位データを処理するための信号（例えば、１６０９ＭＨｚでのＧＬＯＮＡＳＳ信号）を受信することができる。ＧＰＳ受信機回路２２用の衛星航法システム信号は、地球の周囲を回る一連の衛星から受信される。
【００４０】
無線回路３４は、所望であれば、他の近距離及び遠距離無線リンク用の回路を含むことができる。例えば、無線回路３４は、テレビ及びラジオ信号を受信するための回路、ページングシステム送受信機、近距離通信（near field communications、ＮＦＣ）回路などを含んでもよい。
【００４１】
衛星航法システムリンク、セルラー電話リンク、及び他の遠距離リンクでは、数千フィート又は数マイルにわたってデータを伝達する目的で無線信号が使用されるのが典型的である。２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚでのＷｉＦｉ（登録商標）リンク及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）リンク並びにその他の近距離無線リンクでは、数十フィートから数百フィートにわたってデータを伝達する目的で無線信号が使用されるのが典型的である。ミリ波送受信機回路２８は、短距離にわたって、見通し経路を介して送信機と受信機との間を移動する信号を伝達することができる。ミリ波通信及びセンチ波通信用の信号受信を強化するために、フェーズドアンテナアレイ及びビームステアリング技術（例えば、ビームステアリングを実行するためにアレイ内のそれぞれのアンテナに対するアンテナ信号の位相及び／又は大きさが調整される方式）を使用することができる。遮断されたか、又はデバイス１０の動作環境が原因で他の点で劣化したアンテナを未使用状態に切換え、より高性能のアンテナをそれらの代わりに使用できるように、アンテナダイバーシティ方式も使用されてもよい。
【００４２】
無線回路機構３４内のアンテナ４０は、任意の好適な種類のアンテナを使用して形成されてもよい。例えば、アンテナ４０は、積層パッチアンテナ構造体、ループアンテナ構造体、パッチアンテナ構造体、逆Ｆアンテナ構造体、スロットアンテナ構造体、平板逆Ｆアンテナ構造体、モノポール、ダイポール、ヘリカルアンテナ構造体、八木（Ｙａｇｉ−Ｕｄａ）アンテナ構造体、これらの設計の混成などから形成される共振素子を有するアンテナを含んでもよい。所望であれば、アンテナ４０のうちの１つ以上は、空洞付きアンテナであってもよい。異なる帯域及び帯域の組合せに対して、異なる種類のアンテナが使用されてもよい。例えば、１つのタイプのアンテナをローカル無線リンクアンテナの形成に使用しもよく、別のタイプのアンテナをリモート無線リンクアンテナの形成に使用してもよい。衛星航法システム信号を受信するための専用アンテナが使用されてもよく、又は所望であれば、アンテナ４０が衛星航法システム信号及び他の通信帯域のための信号（例えば、無線ローカルエリアネットワーク信号及び／又はセルラー電話信号）の両方を受信するように構成されてもよい。所望であれば、ミリ波及びセンチ波空間測距動作を実行するために、専用アンテナを使用することができる。アンテナ４０は、ミリ波通信及びセンチ波通信を処理するために、及び／又は空間測距動作を処理するために、１つ以上のフェーズドアンテナアレイ内に配置されたアンテナを含むことができる。
【００４３】
デバイス１０内のアンテナ信号を転送するために、伝送線経路が使用されてもよい。例えば、アンテナ４０を送受信機回路２０に結合するために、伝送線経路が使用されてもよい。デバイス１０内の伝送線経路（本明細書で伝送線と呼ばれることもある）は、同軸ケーブル、金属化ビアによって実現される同軸プローブ、マイクロストリップ伝送線、ストリップライン伝送線、エッジ結合マイクロストリップ伝送線、エッジ結合ストリップライン伝送線、導波路構造体、これらの種類の伝送線の組合せから形成される伝送線などを含むことができる。
【００４４】
所望であれば、デバイス１０内の伝送線は、リジッドプリント回路基板及び／又はフレキシブルプリント回路基板内に統合することができる。１つの適切な構成では、デバイス１０における伝送線はまた、複数の次元（例えば、２次元又は３次元）で折ることができ、又は曲げることができ、曲げた後に曲げた形状又は折った形状を維持する（例えば、多層積層構造は、他のデバイス構成要素の周りで経路選択するように特定の３次元形状に折られてもよく、補強材又は他の構造によって適切に保持されることなく折った後にその形状を保持するように十分に剛体であってもよい）、多層積層構造（例えば、間に入る接着剤なしで共に積層された銅などの導電材料及び樹脂などの誘電材料の層）内で統合された伝送線導体（例えば、信号及び接地導体）を含んでもよい。積層構造体の複数の層の全ては、接着剤なしで（例えば、接着剤で共に複数の層を積層する複数のプレス工程を実行することとは反対に）共に１回で積層されてもよい（例えば、単一のプレス工程で）。所望であれば、フィルタ回路、スイッチング回路、インピーダンス整合回路、及び他の回路を伝送線内に挿入することができる。
【００４５】
ハンドヘルドデバイスなどのデバイスでは、ユーザの手若しくはテーブル又はデバイスが置かれている他の表面などの外部オブジェクトの存在が、ミリ波信号などの無線信号を遮断する可能性を有する。したがって、そのそれぞれがデバイス１０内の異なる位置に配置される、複数のアンテナ又はフェーズドアンテナアレイをデバイス１０内に組み込むことが望ましいことがある。このタイプの構成では、遮断されないアンテナ又はフェーズドアンテナアレイを使用状態に切り替えることができる。フェーズドアンテナアレイがデバイス１０内に形成されるシナリオでは、使用状態に切り替えられると、フェーズドアンテナアレイは、ビームステアリングを使用して、無線性能を最適化することができる。デバイス１０内の１つ以上の異なる位置からのアンテナが同時に動作する構成もまた、使用することができる。
【００４６】
フェーズドアンテナアレイを有するデバイスでは、無線回路３４は、フェーズドアンテナアレイ内の各アンテナ４０に関連付けられた信号を調整するのに（例えば、ビームステアリングを実行して、フェーズドアンテナアレイの信号ビームを所望の指示方向に向けるために）使用されるゲイン及び位相調整回路を含むことができる。所望のアンテナ４０を使用状態及び非使用状態に切換えるために、スイッチング回路を使用することができる。所望であれば、図１及び図２の位置６のそれぞれは、複数のアンテナ４０（例えば、フェーズドアンテナアレイ内の３つのアンテナ又は３つより多い若しくは３つより少ないアンテナのセット）を含むことができ、所望であれば、位置６のうちの１つからの１つ以上のアンテナは、別の位置６からの１つ以上のアンテナを信号を送受信するのに使用しながら、信号を送受信するのに使用することができる。
【００４７】
送受信機回路２０（例えば、図３のミリ波送受信機回路２８）に結合されたアンテナ４０の模式図を、図４に示す。図４に示すように、高周波送受信機回路２０を、伝送線５０を使用してアンテナ４０のアンテナフィードＦに結合することができる。アンテナフィードＦは、正極アンテナフィード端子５６などの正極アンテナフィード端子を含むことができ、かつ接地アンテナフィード端子５８などの接地アンテナフィード端子を含むことができる。伝送線５０は、プリント回路上の金属トレース又は他の導電性構造体から形成することができ、かつ正極アンテナフィード端子５６に結合された経路５２などの正極伝送線信号経路、及び接地アンテナフィード端子５８に結合された経路５４などの接地伝送線信号経路を有することができる。経路５２は、本明細書では時に、信号導体５２と呼ばれる場合がある。経路５４は、本明細書では時に、接地導体５４と呼ばれる場合がある。
【００４８】
デバイス１０は、複数のアンテナ４０を含むことができる。これらのアンテナは同時に使用されてもよいし、あるいはアンテナのうちの１つが使用状態に切換えられ、他のアンテナ（単数又は複数）が未使用状態に切換えられてもよい。所望であれば、デバイス１０内で使用するのに最適なアンテナをリアルタイムで選択するため、かつ／又はアンテナ４０のうちの１つ以上に関連付けられた調節可能な無線回路のための最適な設定を選択するために、制御回路１４（図３）を使用してもよい。所望の周波数範囲内で動作するようにアンテナを同調するため、フェーズドアンテナアレイを使用してビームステアリングを実行するため、及びその他の方法でアンテナ性能を最適化するために、アンテナ調整が行われてもよい。アンテナ４０を調整するのに使用されるセンサデータをリアルタイムで収集するために、センサがアンテナ４０に組み込まれてもよい。
【００４９】
いくつかの構成では、アンテナ４０は、１つ以上のアンテナアレイ（例えば、ビームステアリング機能を実施するためのフェーズドアンテナアレイ）内に配置することができる。例えば、ミリ波送受信機回路２８のためのミリ波信号及びセンチ波信号を処理するときに使用されるアンテナが、フェーズドアンテナアレイとして実装されてもよい。ミリ波通信及びセンチ波通信をサポートするためのフェーズドアンテナアレイ内の放射素子は、パッチアンテナ（例えば、積層パッチアンテナ）、ダイポールアンテナ、ダイポールアンテナ共振素子に加えてディレクタ及びリフレクタを有するダイポールアンテナ（八木アンテナ又はビームアンテナと呼ばれることもある）、又は他の好適なアンテナ要素であってもよい。一体化されたフェーズドアンテナアレイ及び送受信機回路モジュールを形成するために、送受信機回路がフェーズドアンテナアレイと一体化されてもよい。
【００５０】
例として本明細書で説明されることもある１つの好適な構成では、アンテナ４０を実装するために、パッチアンテナ構造体を使用することができる。パッチアンテナ構造体を使用して実装されるアンテナ４０は、本明細書では、パッチアンテナと呼ばれることもあり得る。例示的なパッチアンテナを、図５に示す。
【００５１】
図５に示すように、アンテナ４０は、アンテナ接地板６４（本明細書ではアンテナ接地６４と呼ばれることがある）などの接地板から分離され、かつ接地板と平行なパッチアンテナ共振素子６０を有してもよい。パッチアンテナ共振素子６０は、図５のＸ−Ｙ平面などの平面内に位置してもよい（例えば、素子６０の側面領域はＸ−Ｙ平面内に位置してもよい）。パッチアンテナ共振素子６０は、本明細書では、パッチ６０、パッチ素子６０、パッチ共振素子６０、アンテナ共振素子６０、又は共振素子６０と呼ばれることがあり得る。アンテナ接地６４は、パッチ素子６０の平面に対して平行な平面内に配置されてもよい。したがって、パッチ素子６０及びアンテナ接地６４は、固定距離だけ離れた別個の平行平面内に位置してもよい。パッチ素子６０及びアンテナ接地６４は、リジッドプリント回路基板又はフレキシブルプリント回路基板、金属ホイル、打ち抜き加工されたシートメタル、電子デバイス筐体構造体、又は任意の他の所望の導電性構造体などの誘電体基板上にパターニングされた導電性トレースから形成することができる。
【００５２】
パッチ素子６０の側部の長さは、アンテナ４０が所望の動作周波数で共振する（放射する）ように選択することができる。例えば、パッチ素子６０の側部はそれぞれ、アンテナ４０によって伝達される信号の波長（例えば、パッチ素子６０を取り囲む材料の誘電特性を所与とした有効波長）の半分にほぼ等しい長さ６２を有してもよい。１つの好適な構成では、長さ６２は、単なる一例として、５７ＧＨｚ〜７０ＧＨｚのミリ波周波数帯域をカバーするための０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ（例えば、約１．１ｍｍ）であってもよい。
【００５３】
図５の例は、単なる例示にすぎない。パッチ素子６０は、パッチ素子６０の全ての辺が同じ長さである正方形形状を有してもよく、あるいは異なる矩形形状を有してもよい。パッチ素子６０は、任意の所望の数の直線状縁部及び／又は湾曲縁部を有する他の形状で形成されてもよい。所望であれば、パッチ素子６０及びアンテナ接地６４は、異なる形状及び相対的な向きを有してもよい。
【００５４】
パッチアンテナ４０によって処理される偏波を拡張するために、アンテナ４０は複数のフィードを備えてもよい。図５に示すように、アンテナ４０は、伝送線経路５０Ｖなどの第１の伝送線経路５０に結合されたアンテナポートＰ１の第１のフィード、及び伝送線経路５０Ｈなどの第２の伝送線経路５０に結合されたアンテナポートＰ２の第２のフィードを有することができる。第１のアンテナフィードは、アンテナ接地６４に結合された第１の接地アンテナフィード端子（明確にするために図５には示されていない）、及びパッチ素子６０に結合された正極アンテナフィード端子５６Ｖなどの第１の正極アンテナフィード端子５６を有することができる。第２のアンテナフィードは、アンテナ接地６４に結合された第２の接地アンテナフィード端子（明確にするために図５には示されていない）、及びパッチ素子６０に結合された正極アンテナフィード端子５６Ｈなどの第２の正極アンテナフィード端子５６を有することができる。
【００５５】
アンテナ接地６４内に、開口部７０及び７２などの孔又は開口部を形成することができる。伝送線経路５０Ｖは、孔７０を通ってパッチ素子６０上の正極アンテナフィード端子５６Ｖまで延びる垂直導体６６Ｖ（例えば、導電性貫通ビア、導電性ピン、金属ピラー、はんだバンプ、これらの組合せ、又は他の垂直導電相互接続構造体）を含んでもよい。伝送線経路５０Ｈは、孔７２を通ってパッチ素子６０上の正極アンテナフィード端子５６Ｈまで延びる垂直導体６６Ｈを含んでもよい。この例は単なる例示にすぎず、所望であれば、他の伝送線構造体（例えば、同軸ケーブル構造体、ストリップライン伝送線構造体など）を使用してもよい。
【００５６】
ポートＰ１に関連付けられた第１のアンテナフィードを使用する場合、アンテナ４０は、第１の直線偏波を有する高周波信号を送信及び／又は受信することができる（例えば、ポートＰ１に関連付けられたアンテナ信号６８の電界Ｅ１は、図５のＹ軸に対して平行に配向され得る）。ポートＰ２に関連付けられたアンテナフィードを使用する場合、アンテナ４０は、第２の直線偏波を有する高周波信号を送信及び／又は受信することができる（例えば、ポートＰ２に関連付けられたアンテナ信号６８の電界Ｅ２は、図５のＸ軸に対して平行に配向され得、それにより、ポートＰ１及びＰ２に関連付けられた直線偏波は互いに直交する）。
【００５７】
アンテナ４０が単偏波アンテナとして動作するように、所与の時間にポートＰ１及びＰ２のうちの１つを使用してもよく、あるいは、アンテナ４０が（例えば、二重偏波アンテナ、円偏波アンテナ、楕円偏波アンテナなどとして）他の偏波と共に動作するように、両方のポートを同時に動作させてもよい。所望であれば、アンテナ４０が所与の時間に垂直偏波のカバーと水平偏波のカバーとを切り替えることができるように、アクティブポートを経時的に変えることができる。ポートＰ１及びＰ２は、異なる位相及び大きさのコントローラに結合されてもよく、又は両方が同じ位相及び大きさのコントローラに結合されてもよい（例えば、アンテナ４０がフェーズドアンテナアレイ内に形成されるシナリオで）。所望であれば、（例えば、アンテナ４０が二重偏波アンテナとして機能する場合）ポートＰ１及びＰ２は両方とも、所与の時間に同じ位相及び大きさで動作することができる。所望であれば、アンテナ４０が他の偏波（例えば、円偏波又は楕円偏波）を呈するように、ポートＰ１及びＰ２を介して伝達される高周波信号の位相及び大きさを別々に制御し、経時的に変化させてもよい。
【００５８】
注意が払われない場合、図５に示す種類の二重偏波パッチアンテナなどのアンテナ４０が有する帯域幅は、対象とする通信帯域（例えば、１０ＧＨｚを超える周波数での通信帯域）全体をカバーするのに不十分であることがある。所望であれば、アンテナ４０は、アンテナ４０の帯域幅を広げるように（例えば、対応する通信帯域の全体をカバーするためにアンテナ４０の帯域幅を拡張するように）機能する１つ以上の寄生アンテナ共振素子を含むことができる。寄生アンテナ共振素子は、一例として、パッチ素子６０の上に位置する１つ以上の導電性パッチを含むことができる。寄生アンテナ共振素子の長さは、アンテナの帯域幅を広げる追加の共振を追加するように、パッチ素子６０の長さよりも長く、又はそれよりも短くてもよい。寄生アンテナ共振素子は、所望であれば、インピーダンス整合のための十字形状を有することができる。
【００５９】
デバイス１０は、ミリ波信号及びセンチ波信号を使用して（例えば、図３のミリ波送受信機回路２８を使用して）無線通信及び空間測距動作の両方を実行することができる。図６は、どのようにデバイス１０が無線通信及び空間測距動作の両方を実行することができるかを示す図である。図６に示すように、デバイス１０は、無線通信リンク８４を介して外部デバイス８０などの外部無線機器と、ミリ波周波数及びセンチ波周波数で高周波信号を伝達することができる。
【００６０】
外部デバイス８０は、例として、無線基地局、無線アクセスポイント、組み込み型コンピュータ、タブレットコンピュータ、セルラー電話機、メディアプレーヤ、又は他のハンドヘルド若しくはポータブル電子デバイスなどの電子デバイス、腕時計デバイス、ペンダントデバイス、ヘッドホン若しくはイヤホンデバイス、仮想若しくは拡張現実ヘッドセットデバイス、眼鏡に埋め込まれたデバイス若しくはユーザの頭部に装着する他の機器、又は他の着用可能な若しくはミニチュアデバイスなどの小型デバイス、テレビ、組み込み型コンピュータを含まないコンピュータディスプレイ、ゲーミングデバイス、ナビゲーションデバイス、ディスプレイを有する電子機器がキオスク若しくは自動車に搭載されるシステムなどの組み込み型システム、デスクトップコンピュータ、キーボード、ゲームコントローラ、コンピュータマウス、マウスパッド、トラックパッド、又はタッチパッドであってもよい。
【００６１】
同時に、デバイス１０は、高周波信号８６を（例えば、ミリ波周波数又はセンチ波周波数で）送信することができる。デバイス１０は、外部オブジェクト８２から反射された、送信された高周波信号８６の反射したバージョンである反射高周波信号８８を受信することができる。デバイス１０は、高周波信号８６及び８８を処理して、デバイス１０と外部オブジェクト８２との間の距離（範囲）を特定することができる（例えば、高周波信号８８が受信された時間を送信された高周波信号８６内のタイムスタンプと比較することによって、など）。デバイス１０は、高周波信号８６及び８８を使用して、任意の所望の空間測距動作（例えば、距離検出動作、外部オブジェクト検出動作、外部オブジェクト追跡動作など）を実行してもよい。
【００６２】
無線通信リンク８４は、双方向通信リンク（例えば、ミリ波通信プロトコルを使用して維持される通信リンク）であってもよい。双方向通信を実行するとき、デバイス１０上のミリ波送受信機回路２８（図３）は、ミリ波通信プロトコルを使用して無線データを符号化することができ、ミリ波周波数又はセンチ波周波数で無線データを外部デバイス８０に送信することができ、ミリ波周波数又はセンチ波周波数で外部デバイス８０によって送信された無線データを受信することができ、ミリ波通信プロトコルを使用して受信した無線データを復号することができる。そのようなミリ波通信プロトコルとしては、例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａｄ通信プロトコル又は第５世代無線システム（５Ｇ）通信プロトコルを挙げることができる。
【００６３】
図６の高周波信号８６及び８８を使用してミリ波送受信機回路２８（図３）によって実行される空間測距動作は、外部通信機器を必要としない一方向通信を伴う。空間測距動作を実行する際、ミリ波送受信機回路２８は、信号がミリ波又はセンチ波周波数での一連（列）のパルス又は他の所定の信号を含むように（例えば、ＲＡＤＡＲプロトコル又は他の距離若しくは物体検出プロトコルに基づいて）、高周波信号８６を送信することができる。ミリ波送受信機回路２８は、その後、外部オブジェクト８２から反射された反射高周波信号８８を受信するのを待つことができる。送信された信号の反射したバージョンを受信すると、ミリ波送受信機回路２８又は制御回路１４（図３）は、送信された高周波信号８６（例えば、送信された信号内の一連のパルス）を受信した高周波信号８８（例えば、受信した信号内の一連のパルス）と比較して、デバイス１０と外部オブジェクト８２との間の距離を特定することができる（例えば、送信された信号と受信した信号との間の時間遅延及び空気を介した信号の既知の伝搬速度に基づいて、かつ距離又は物体検出プロトコルを使用して）。一連のパルスにより、例えば、ミリ波送受信機回路２８が、任意の所与の受信した信号がデバイス１０で受信したなんらかの他の信号ではなく送信された信号の反射したバージョンであることを識別することを可能にすることができる（例えば、一連のパルスが、反射された信号に関して、送信された信号内の既知の一連のパルスと同じであるため）。
【００６４】
デバイス１０は、第１及び／又は第２の低周波数帯域（例えば、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの周波数帯域、又は３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの周波数帯域）内で無線通信リンク８４を介して高周波信号を伝達することができる。デバイス１０は、高周波数帯域（例えば、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの周波数帯域）内で高周波信号８６を送信することができる。デバイス１０はまた、所望であれば、高周波数帯域内で双方向通信を実行してもよい。デバイス１０は、無線通信リンク８４を処理するためのアンテナ４０の第１のセット（例えば、フェーズドアンテナアレイ）を含むことができる。デバイス１０は、高周波信号８６を送信するためのアンテナ４０の第２のセット（例えば、フェーズドアンテナアレイとして動作してもよく又はしなくてもよいアレイパターンに配置された１つ以上のアンテナ）を含むことができる。デバイス１０は、高周波信号８８を受信するためのアンテナ４０の第３のセット（例えば、フェーズドアンテナアレイとして動作してもよく又はしなくてもよいアレイパターンに配置された１つ以上のアンテナ）を含むことができる。所望であれば、アンテナの同じセットを使用して、高周波信号８６を送信し、かつ高周波信号８８を受信することができる。
【００６５】
図７は、どのようにデバイス１０上の無線回路３４が無線通信及び空間測距動作を実行するためのアンテナの異なるセットを含むことができるかを示す図である。図７に示すように、無線回路３４は、第１及び第２の低周波数帯域（例えば、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの周波数帯域及び３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの周波数帯域）内の高周波信号を処理するアンテナ４０Ｌの第１のセット９０を含むことができる。無線回路３４はまた、第１及び第２の低周波数帯域より高い高周波数帯域（例えば、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの周波数帯域）で高周波信号を処理するアンテナ４０Ｈの第２のセット９２を含むことができる。セット９０内のアンテナ４０Ｌは、図６の無線通信リンク８４を介して無線通信を処理することができるのに対し、セット９２内のアンテナ４０Ｈは、図６の高周波信号８６及び８８に関連付けられた空間測距動作を処理することができる。１つの好適な構成では、セット９２は、図６の高周波信号８６を送信するためのアンテナの第１のサブセットを含むことができ、かつ図６の高周波信号８８を受信するためのアンテナの第２のサブセットを含むことができる。所望であれば、セット９２内の同じアンテナ４０Ｈは、高周波信号８６を送信し、かつ高周波信号８８を受信することができる。
【００６６】
所望であれば、セット９０内のアンテナ４０Ｌは、選択された位相及び大きさを使用して動作させて、単一のフェーズドアンテナアレイを形成することができる（例えば、セット９０は、本明細書では時に、アンテナ４０Ｌのフェーズドアンテナアレイ９０又はフェーズドアレイ９０と呼ばれることがある）。セット９０内のアンテナ４０Ｌは、時にフェーズドアレイアンテナと集合的に呼ばれる場合がある。所望であれば、セット９２内のアンテナ４０Ｈは、選択された位相及び大きさを使用して動作させて、単一のフェーズドアンテナアレイを形成することができる（例えば、セット９２は、本明細書では時に、フェーズドアンテナアレイ９２と呼ばれることがある）。別の好適な構成では、セット９２内のアンテナ４０Ｈは、フェーズドアンテナアレイの一部として動作することなく、ミリ波信号及びセンチ波信号を送受信することができる。
【００６７】
図７に示すように、セット９０内の各アンテナ４０Ｌは、対応する伝送線５０を介して高周波集積回路（radio-frequency integrated circuit、ＲＦＩＣ）９４の１つ以上のポート９６に結合することができる。セット９２内の各アンテナ４０Ｈは、対応する伝送線５０を介してＲＦＩＣ  ９４の１つ以上のポート９８に結合されてもよい。ＲＦＩＣ  ９４は、ポート９８に結合された空間測距回路（例えば、１つ以上のポート９８を介して図６の高周波信号８６を送信するための回路、及び１つ以上のポート９８を介して図６の高周波信号８８を受信するための回路）を含むことができる。ポート９６は、比較的低い周波数（例えば、アンテナ４０Ｌの動作周波数）で高周波信号を処理することができるのに対し、ポート９８は、比較的高い周波数（例えば、アンテナ４０Ｈの動作周波数）で高周波信号を処理する。ＲＦＩＣ  ９４は、例えば、図３のミリ波送受信機回路２８を形成してもよい。図７の例は、単なる例示にすぎない。一般に、任意の所望の数の集積回路を使用して、図３のミリ波送受信機回路２８を実装することができる（例えば、第１の集積回路が、セット９０に結合されてもよく、ポート９６を含んでもよく、第２の集積回路が、セット９２に結合されてもよく、ポート９８を含んでもよく、複数の集積回路が、セット９２に結合されてもよい、など）。
【００６８】
スペースは、多くの場合、デバイス１０などの無線電子デバイス内で少なくて貴重である。そのように、図６の無線通信リンク８４を維持するためのアンテナ４０Ｌのセット９０及び空間測距動作を実行するためのアンテナ４０Ｈのセット９２の両方をデバイス１０内に収容することは、困難であることがある（例えば、図１の筐体１２と関連付けられたフォームファクタの制約を所与として、など）。所望であれば、セット９０内のアンテナ４０Ｌの１つ以上を、セット９２内の１つ以上のアンテナ４０Ｈと共配置して、デバイス１０内のスペースをより効率的に利用することができる。しかしながら、注意が払われない場合、共位置アンテナ４０Ｈ及び４０Ｌなどの共位置アンテナは、不十分な高周波性能を呈することがある。
【００６９】
図８は、十分な高周波性能を呈することができる複数の共位置アンテナ４０Ｈ及び４０Ｌの側断面図である。図８に示すように、共位置アンテナ構造体１００は、第１のアンテナ４０Ｌ−１及び第２のアンテナ４０Ｌ−２などの複数のアンテナ４０Ｌを含むことができる。共位置アンテナ構造体１００は、本明細書では時に、アンテナの単位セル１００又はアンテナ単位セル１００と呼ばれる場合がある。アンテナ４０Ｌ−１は、第１の低周波数帯域をカバーすることができ、アンテナ４０Ｌ−２は、第１の低周波数帯域よりも高い周波数での第２の低周波数帯域をカバーする（単位セル１００が、第１及び第２の低周波数帯域の両方を集合的にカバーするように）。例えば、第１の低周波数帯域は、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの周波数帯域であってもよく、一方、第２の低周波数帯域は、３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの周波数帯域であってもよい。所望であれば、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２のうちの１つを省略することができる（例えば、単位セル１００が、第１及び第２の低周波数帯域のうちの１つのみをカバーするように）。
【００７０】
図８に示すように、単位セル１００はまた、第１のアンテナ４０Ｈ−１及び第２のアンテナ４０Ｈ−２などの複数のアンテナ４０Ｈを含んでもよい。アンテナ４０Ｈ−１及び４０Ｈ−２は両方とも、高周波数帯域（例えば、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの周波数帯域などの同じ高周波数帯域）をカバーすることができる。図８の実施例では、単位セル１００は、明確にするために、２つのアンテナ４０Ｈのみを含むものとして示されている。一般に、単位セル１００は、任意の所望の数のアンテナ４０Ｈ（例えば、１つのアンテナ４０Ｈ、３つのアンテナ４０Ｈ、４つのアンテナ４０Ｈなど）を含むことができる。
【００７１】
アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２はそれぞれ、図５に示すパッチアンテナなどのパッチアンテナであってもよい。アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２はそれぞれ、単一のアンテナフィードを含んでもよく、又は共に、異なる偏波をカバーするための複数のアンテナフィードを含むことができる。図８に示すように、アンテナ４０Ｌ−１は、パッチ素子６０−１と、接地トレース１１４を使用して形成されたアンテナ接地（例えば、図５のアンテナ接地６４）と、パッチ素子６０−１に結合された正極アンテナフィード端子５６−１及び接地トレース１１４に結合された対応する接地アンテナフィード端子を含むアンテナフィードとを含むことができる。同様に、アンテナ４０Ｌ−２は、パッチ素子６０−２と、接地トレース１１４を使用して形成されたアンテナ接地と、パッチ素子６０−２に結合された正極アンテナフィード端子５６−２及び接地トレース１１４に結合された対応する接地アンテナフィード端子を含むアンテナフィードとを含むことができる。アンテナ４０Ｈ−１は、パッチ素子６０−３と、接地トレース１１４を使用して形成されたアンテナ接地と、パッチ素子６０−２に結合された正極アンテナフィード端子５６−３及び接地トレース１１４に結合された対応する接地アンテナフィード端子を含むアンテナフィードとを含むことができる。同様に、アンテナ４０Ｈ−２は、パッチ素子６０−４と、接地トレース１１４を使用して形成されたアンテナ接地と、パッチ素子６０−４に結合された正極アンテナフィード端子５６−４及び接地トレース１１４に結合された対応する接地アンテナフィード端子を含むアンテナフィードとを含むことができる。
【００７２】
パッチ素子６０−１、６０−２、６０−３、及び６０−４はそれぞれ、図８のＸ−Ｙ平面内に延びる側面を有することができる。パッチ素子６０−３及び６０−４はそれぞれ、距離Ｈ１だけ接地トレース１１４（例えば、接地）から分離されてもよい。距離Ｈ１は、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ、約０．３ｍｍ、０．５ｍｍより大きい、０．１ｍｍ未満、又は他の距離であってもよい。パッチ素子６０−１は、距離Ｈ１より大きい距離Ｈ２だけ接地トレース１１４から分離されてもよい。パッチ素子６０−２は、距離Ｈ３だけパッチ素子６０−１から、かつ距離Ｈ２＋Ｈ３だけ接地トレース１１４から分離されてもよい。このようにして、単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ−１及び４０Ｈ−２用のパッチ素子は、単位セル１００内のアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２用のパッチ素子よりもアンテナ接地（例えば、接地トレース１１４）に近くてもよい。これは、単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ−１／４０Ｈ−２とアンテナ４０Ｌ−１／４０Ｌ−２との間の干渉を最小化するように機能することができる。
【００７３】
単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ−１及び４０Ｈ−２用のパッチ素子は、単位セル１００内のアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２用のパッチ素子よりも下だが、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２用のパッチ素子の側面外形と重なり合うことなく、位置してもよい。これにより、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２による著しいシャドーイングなしに、アンテナ４０Ｈ−１及び４０Ｈ−２が高通信帯域で高周波信号１１１を伝達することを可能にすることができる。寄生素子１０２などの１つ以上の寄生アンテナ共振素子（例えば、十字形導電パッチなどの導電パッチ）は、パッチ素子６０−２の上に搭載することができ、アンテナ４０Ｌ−２及び／又はアンテナ４０Ｌ−１の帯域幅を広げるように機能することができる。
【００７４】
図８のアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２は、基板１０４などの誘電体基板上に形成することができる。基板１０４は、例えば、リジッドプリント回路基板若しくはプリント回路基板、又は他の誘電体基板とすることができる。基板１０４は、複数の誘電体層１０６（例えば、多層セラミック又はガラス繊維充填エポキシなどのプリント回路基板の多層）を含んでもよい。誘電体層１０６は、第１の誘電体層１０６−１と、第１の誘電体層の上の第２の誘電体層１０６−２と、第２の誘電体層の上の第３の誘電体層１０６−３と、第３の誘電体層の上の第４の誘電体層１０６−４と、第４の誘電体層の上の第５の誘電体層１０６−５と、第５の誘電体層の上の第６の誘電体層１０６−６と、第６の誘電体層の上の第７の誘電体層１０６−７と、を含むことができる。所望であれば、より少ない又は追加の誘電体層１０６を基板１０４内に積層することができる。
【００７５】
このタイプの構成では、アンテナ４０Ｌ−１、４０Ｌ−２、４０Ｈ−１、及び４０Ｈ−２は、基板１０４の誘電体層内に埋め込まれてもよい。例えば、接地トレース１１４（例えば、アンテナ接地）は、第２の誘電体層１０６−２の表面上に形成することができ、パッチ素子６０−３及び６０−４は、第３の誘電体層１０６−３の表面上の導電トレースから形成することができ、パッチ素子６０−１は、第４の誘電体層１０６−４の表面上の導電トレースから形成することができ、パッチ素子６０−２は、第５の誘電体層１０６−５の表面上の導電トレースから形成することができ、寄生素子１０２は、第６の誘電体層１０６−６の表面上の導電トレースから形成することができる。パッチ素子６０−２の側面領域の一部又は全ては、パッチ素子６０−１の側面外形（フットプリント）と重なり合ってもよい（Ｘ−Ｙ平面内で）。アンテナ４０Ｌ−１は、アンテナ４０Ｌ−２による著しい信号遮断なしに、第１の低周波数帯域で放射することができる。
【００７６】
アンテナ４０Ｌ−１、４０Ｌ−２、４０Ｈ−１、及び４０Ｈ−２は、対応する伝送線を使用して給電されてもよい。伝送線は、例えば、誘電体層１０６−１上の導電トレース１１２及び接地トレース１１４の一部分から形成されてもよい。導電トレース１１２は、アンテナ４０Ｌ−１、４０Ｌ−２、４０Ｈ−１、及び４０Ｈ−２に関連付けられた伝送線のための信号導体を形成することができる。アンテナ４０Ｈ−１用の伝送線は、導電トレース１１２から誘電体層１０６−２、接地トレース１１４の孔、及び誘電体層１０６−３を通って、パッチ素子６０−３上の正極アンテナフィード端子５６−３まで延びる、垂直導電性貫通ビア１１０−３を含むことができる。同様に、アンテナ４０Ｈ−２用の伝送線は、導電トレース１１２から誘電体層１０６−２、接地トレース１１４の孔、及び誘電体層１０６−３を通って、パッチ素子６０−４上の正極アンテナフィード端子５６−４まで延びる、垂直導電性貫通ビア１１０−４を含むことができる。アンテナ４０Ｌ−１用の伝送線は、導電トレース１１２から誘電体層１０６−２、接地トレース１１４の孔、誘電体層１０６−３、及び誘電体層１０６−４を通って、パッチ素子６０−１上の正極アンテナフィード端子５６−１まで延びる、垂直導電性貫通ビア１１０−１を含むことができる。同様に、アンテナ４０Ｌ−２用の伝送線は、導電トレース１１２から誘電体層１０６−２、接地トレース１１４の孔、誘電体層１０６−３、誘電体層１０６−４、パッチ素子６０−１の孔、及び誘電体層１０６−５を通って、パッチ素子６０−２上の正極アンテナフィード端子５６−２まで延びる、垂直導電性貫通ビア１１０−２を含むことができる。この例は単なる例示にすぎず、所望であれば、他の伝送線構造体（例えば、同軸ケーブル構造体、ストリップライン伝送線構造体など）を使用してもよい。
【００７７】
このように構成されると、アンテナ４０Ｌ−１、４０Ｌ−２、４０Ｈ−１、及び４０Ｈ−２は、第１及び第２の低周波数帯域並びに高周波数帯域で十分なアンテナ効率を呈しながら、同じ体積内に共配置することができる。アンテナ４０Ｈ−１及び４０Ｈ−２は、所望であれば、高周波信号１１１を使用して、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２による著しい信号遮断なしに、空間測距動作を実行することができる（例えば、図８の高周波信号１１１は、図６の高周波信号８６及び／又は８８を形成することができる）。
【００７８】
図８の実施例は、単なる例示に過ぎず、所望であれば、追加の誘電体層１０６を、単位セル１００内の導電トレースのいずれかの間に介在させることができる。別の好適な構成では、基板１０４は、単一の誘電体層から形成されてもよい（例えば、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２は、成形プラスチック層などの単一の誘電体層内に埋め込まれてもよい）。更に別の好適な構成では、基板１０４は、省略されてもよく、アンテナは、他の基板構造体上に形成されてもよく、又は基板なしに形成されてもよい。図８の実施例では、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２は、簡略化のためにそれぞれが単一のフィードのみを有するものとして示されている。単位セル１００によってカバーされる偏波を拡張するために、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｌ−１、及び／又は４０Ｌ−２は、それぞれが対応する２つのフィードを有する二重偏波パッチアンテナであってもよい（例えば、図５に示すように）。
【００７９】
図９は、（例えば、図８の矢印１０８の方向に見た）単位セル１００の平面図である。図９に示すように、セル１００がアンテナ４０Ｈ−３及び４０Ｈ−４などの追加のアンテナ４０Ｈを含むことができるまで。アンテナ４０Ｈ−３は、対応するパッチ素子６０−５を含むことができ、アンテナ４０Ｈ−４は、対応するパッチ素子６０−６（例えば、図８の誘電体層１０６−３上の導電トレースから形成されたパッチ素子）を含むことができる。図９の実施例では、明確にするために、誘電体基板１０４は示されていない。
【００８０】
アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、４０Ｈ−４、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２はそれぞれ、空洞（体積）１２０内に共配置されてもよい。空洞１２０は、図８の接地トレース１１４及び導電ビア１２２のセット（フェンス）によって画定された導電性壁（縁部）を有してもよい。導電ビア１２２は、図８の基板１０４を通って、接地トレース１１４から基板１０４の上面まで延びてもよく、単位セル１００を横方向に取り囲むことができる。導電ビア１２２は、接地又は基準電位に保持されてもよい。単位セル１００の導電ビア１２２のフェンスは、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、４０Ｈ−４、４０Ｌ−１、及び４０Ｌ−２によってカバーされる周波数で不伝導性であってもよい。各導電ビア１２２は、単位セル１００の動作の最長波長（例えば、図８の基板１０４の誘電効果を補償した後の第１の低周波数帯域における有効波長）の約１／８未満の距離（ピッチ）だけ、隣接する２つの導電ビア１７０から分離することができる。導電ビア１２２のフェンスは、別の好適な構成では、中実金属壁（例えば、シートメタル壁、導電トレースから形成された壁、デバイス１０の筐体の一体部分など）に置き換えられてもよい。更に別の好適な構成では、導電ビア１２２は、省略されてもよく、空洞１２０は、なんらの導電性壁によって横方向に取り囲まれなくてもよい。
【００８１】
アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２は、点１２４周りに中心を置くことができる。一例として、点１２４は、空洞１２０（単位セル１００）の中心に位置してもよい。アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４は、空洞１２０及び単位セル１００の対応する角部に配置することができる。例えば、アンテナ４０Ｈ−１は、パッチ素子６０−１及び６０−２の左下角部に隣接して（例えば、空洞１２０の左下角部に）配置することができ、アンテナ４０Ｈ−２は、パッチ素子６０−１及び６０−２の右下角部に隣接して（例えば、空洞１２０の右下角部に）配置することができ、アンテナ４０Ｈ−３は、パッチ素子６０−１及び６０−２の右上角部に隣接して（例えば、空洞１２０の右上角部に）配置することができ、アンテナ４０Ｈ−４は、パッチ素子６０−１及び６０−２の左上角部に隣接して（例えば、空洞１２０の左上角部に）配置することができる。このようにアンテナ４０Ｈ−１〜４０Ｈ−４を配置することにより、例えば、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２からのシャドーイングを最小化するように機能することができる。
【００８２】
単位セル１００内に４つのアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４を配置することによって、単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４は、単位セル１００にわたる実質的に均一な視野を集合的にカバーすることができる（例えば、アンテナ４０Ｈ−２は、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２からのシャドーイングに起因してアンテナ４０Ｈ−４がカバーすることができない、単位セル１００の右下の角度をカバーすることができ、アンテナ４０Ｈ−３は、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２からのシャドーイングに起因してアンテナ４０−１がカバーできない単位セル１００の右上の角度をカバーすることができる、など）。単位セル１００がアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２のうちの１つのみを含むシナリオでは、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４のうちの２つは、単位セル１００に対する高周波数帯域におけるカバレッジ角度を犠牲にすることなく、省略することができる（例えば、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２のうちの単一の１つがアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２の両方よりも少ないシャドーイングを生成することがあるため）。
【００８３】
図９に示すように、パッチ素子６０−１は、縁部１３２を有してもよく、パッチ素子６０−２は、直交する軸１２６及び１２８のうちの１つに平行に延びる縁部１３０を有してもよい（例えば、パッチ素子６０−１及び６０−２は、矩形パッチであってもよく、及び／又は矩形の側面フットプリントを有してもよい）。図９の実施例では、パッチ素子６０−１は、インピーダンス整合のための十字形状を有する（例えば、そうでなければ矩形のパッチの角部を除去することができる）。これは例示にすぎない。所望であれば、パッチ素子６０−２は、十字形状を有してもよく、及び／又はパッチ素子６０−１は、完全に矩形の形状を有してもよい。パッチ素子６０−１及び６０−２の縁部はそれぞれ、空洞１２２の側壁と整列してもよい。換言すれば、軸１２６及び１２８、パッチ素子６０−１の縁部１３２、及びパッチ素子６０−２の縁部１３０はそれぞれ、空洞１２０の側壁の対応する対に平行に（例えば、空洞１２０を横方向に取り囲む１対のビアフェンスに平行に）延びてもよい。
【００８４】
アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４内のパッチ素子６０−３、６０−４、６０−５、及び６０−６は、パッチ素子６０−１の縁部１３２及びパッチ素子６０−２の縁部１３０に対して非平行な角度に回転されてもよい。例えば、パッチ素子６０−３、６０−４、６０−５、及び６０−６の縁部１３８はそれぞれ、直交する軸１３６及び１３４のうちの１つに平行に延びてもよい。軸１３６及び１３４は、軸１２６及び１２４に対して非平行な角度（例えば、１０度、３０度、４５度、１〜４５度だけなど）に向けられてもよい。単位セル１００内の各アンテナ４０Ｈの縁部１３８は、互いの縁部１３８に平行に向けられてもよく、単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ又は単位セル１００内の各アンテナ４０Ｈは、それぞれの向きを備えてもよい。一般に、パッチ素子６０−３、６０−４、６０−５、及び６０−６の縁部１３８は、パッチ素子６０−２の縁部１３０及びパッチ素子６０−１の縁部１３２に対して任意の所望の非平行な角度で延びてもよい。換言すれば、パッチ素子６０−３、６０−４、６０−５、及び６０−６の縁部１３８は、空洞１２０の側壁に対して（例えば、単位セル１００内の導電ビア１２２のフェンスに対して）任意の所望の非平行な角度で延びてもよい。このようにパッチ素子６０−３、６０−４、６０−５、及び６０−６を向けることにより、例えば、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２からのシャドーイングを最小化し、単位セル１００内のアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４と、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２との間の分離を最大化し、アンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び４０Ｈ−４に可能な限り均一なカバレッジ領域を提供するように機能することができる。
【００８５】
図９の例は、単なる例示にすぎない。パッチ素子６０−１〜６０−６は、任意の所望の形状を有してもよい。空洞１２０は、矩形の外形を有する必要はない（例えば、空洞１２０は、所望であれば六角形の外形を有してもよい）。デバイス１０は、図９の単位セル１００などの複数の単位セルを含むことができる（例えば、アンテナ４０Ｌを使用してフェーズドアンテナアレイを形成するために）。
【００８６】
図１０は、どのように複数の単位セル１００を使用して、アンテナ４０Ｌの１×Ｎ個のフェーズドアンテナアレイを形成することができるかを示す上視図である。図１０に示すように、Ｎ個の単位セル１００（例えば、第１の単位セル１００−１、第２の単位セル１００−２、第Ｎの単位セル１００−Ｎなど）は、単一の行に配置されてもよい。各単位セル１００は、対応するアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２（又はアンテナのうちの１つが省略されるシナリオでは、アンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２のうちの１つのみ）を含んでもよい。集合的に、各単位セル１００内のアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２は、第１及び／又は第２の低周波数帯域をカバーするための単一のフェーズドアンテナアレイ９０を形成することができる（例えば、図１０のアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２は、ビームステアリングを実行するための対応する位相及び大きさを備えてもよい）。フェーズドアンテナアレイ９０を使用して、図６の無線通信リンク８４などの双方向無線通信リンクを介して無線データを伝達することができる。
【００８７】
単位セル１００のうちの１つ以上は、アンテナ４０Ｈの対応するセット（例えば、その単位セルの対応する角部に形成された図９のアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及び／又は４０Ｈ−４）を含むことができる。図１０の実施例では、フェーズドアンテナアレイ９０の両端部の単位セル（例えば、第１の単位セル１００−１及び第Ｎの単位セル１００−Ｎ）には、アンテナ４０Ｈが設けられている。単位セル１００−１内のアンテナ４０Ｈは、空間測距動作を実行するために、高周波数帯域で高周波信号（例えば、図６の高周波信号８６）を送信することができる。単位セル１００−Ｎ内のアンテナ４０Ｈは、空間測距動作を実行するために、高周波数帯域で高周波信号（例えば、図６の高周波信号８８）を受信することができる。したがって、単位セル１００−１内のアンテナ４０Ｈは、本明細書では時に、送信アンテナのセット又はアレイ９２ＴＸ（例えば、送信アレイ９２ＴＸ）と呼ばれる場合があるのに対し、単位セル１００−Ｎ内のアンテナ４０Ｈは、本明細書では、受信アンテナのセット又はアレイ９２ＲＸ（例えば、受信アレイ９２ＲＸ）と呼ばれることがある。所望であれば、アレイ９２ＴＸ内のアンテナ４０Ｈは、ビームステアリングを実行するための対応する位相及び大きさを備えてもよい（例えば、アレイ９２ＴＸは、フェーズドアンテナアレイであってもよい）、又はビームステアリングを実行しなくてもよい。同様に、所望であれば、アレイ９２ＲＸ内のアンテナ４０Ｈは、ビームステアリングを実行するための対応する位相及び大きさを備えてもよい（例えば、アレイ９２ＲＸは、フェーズドアンテナアレイであってもよい）、又はビームステアリングを実行しなくてもよい。可能な限り遠く離れて位置する単位セル１００内にアレイ９２ＴＸ及び９２ＲＸを形成することにより、アレイ９２ＴＸと９２ＲＸとの間の分離（例えば、空間測距動作を実行するために使用される送信された高周波信号と受信された高周波信号との間の分離）を最大化するように機能することができる。
【００８８】
所望であれば、図１０の単位セル１００の各々内のアンテナ４０Ｌ−１、４０Ｌ−２、及び４０Ｈは、同じ基板（例えば、図８の基板１０４）内に埋め込むことができる。導電性壁（例えば、導電ビア１２２のフェンス）は、隣接する単位セル１００を分離し、電磁的に絶縁することができる。所望であれば、ビア１２２を省略してもよい。
【００８９】
図１０の例は、単なる例示にすぎない。一般に、任意の所望の数の単位セル１００は、アンテナ４０Ｈの対応するアレイを含んでもよい（例えば、各単位セル、２つの単位セル、１つの単位セルなど）。単位セル１００は、他のパターン（例えば、Ｎ個の列及びＭ個の行を有する矩形パターン、非矩形パターンなど）に配置されてもよい。図１１は、４つの単位セル１００が２つの行及び２つの列を有する矩形パターンに配置されている実施例を示す。
【００９０】
図１１に示すように、フェーズドアンテナアレイ９０は、単位セル１００−１、１００−２、１００−３、及び１００−４からのアンテナ４０Ｌ−１及び４０Ｌ−２を含むことができる。単位セル１００−１及び１００−２は、第１の行に配置されてもよく、単位セル１００−３及び１００−４は、第２の行に配置される。単位セル１００−１及び１００−３は、第１の列に配置されてもよく、単位セル１００−２及び１００−４は、第２の列に配置される。アレイ９２ＲＸと９２ＴＸとの間の分離を最大化するために、単位セル１００−１は、アンテナ４０Ｈのアレイ９２ＴＸを備えてもよく、単位セル１００−４は、アンテナ４０Ｈのアレイ９２ＲＸを備える。図１１の例は、単なる例示にすぎない。他のパターンが使用されてもよい。任意の所望の数のアンテナ４０Ｈを、任意の所望の単位セル内に形成することができる。
【００９１】
アンテナ４０Ｈ（例えば、図８のアンテナ４０Ｈ−１及びアンテナ４０Ｈ−２、図９のアンテナ４０Ｈ−１、４０Ｈ−２、４０Ｈ−３、及びアンテナ４０Ｈ−４、並びに／又は図１０及び図１１のアンテナ４０Ｈ）は、空間測距動作を実行するために使用される必要はなく、所望であれば、外部無線機器と（例えば、図６の無線通信リンク８４を介して外部デバイス８０と）高周波数帯域で双方向通信を実行するために使用することができる。このようにして、電子デバイス１０は、比較的小さいスペース内に、かつ高周波性能を犠牲にすることなく、複数のミリ波及び／又はセンチ波周波数帯域を使用して無線通信及び／又は空間測距動作を実行するためのアンテナの複数セットを含むことができる。
【００９２】
一実施形態によれば、第１、第２、第３、及び第４の層を有する積層誘電体基板であって、第２の層が、第１の層と第３の層との間に介在し、第３の層が、第２の層と第４の層との間に介在する積層誘電体基板と、第１の層上の接地トレースと、第２の層上の第１のパッチ素子及び接地トレースを含む第１のアンテナと、第２の層上の第２のパッチ素子及び接地トレースを含む第２のアンテナであって、第１及び第２のアンテナは１０ＧＨｚより高い第１の周波数帯域で放射するように構成された、第２のアンテナと、第３の層上の第３のパッチ素子及び接地トレースを含む第３のアンテナであって、第３のアンテナは第１の周波数帯域よりも低い第３の周波数帯域で放射するように構成された、第３のアンテナと、第４の層上の第４のパッチ素子及び接地トレースを含む第４のアンテナであって、第４のパッチ素子が第３のパッチ素子と少なくとも部分的に重なり合い、第４のアンテナは第１の周波数帯域よりも低い第４の周波数帯域で放射するように構成された、第４のアンテナと、を含む電子デバイスが提供される。
【００９３】
別の実施形態によれば、電子デバイスは、第２の層上の第５のパッチ素子及び接地トレースを含む第５のアンテナと、第２の層上の第６のパッチ素子及び接地トレースを含む第６のアンテナとを含み、第５及び第６のパッチ素子は、第１の周波数帯域で放射するように構成されている。
【００９４】
別の実施形態によれば、電子デバイスは、積層誘電体基板を通って延び、かつ第１、第２、第３、第４、第５、及び第６のパッチ素子を横方向に取り囲む、導電ビアのフェンスを含む。
【００９５】
別の実施形態によれば、導電ビアのフェンス及び接地トレースは、空洞の縁部を画定し、第１のアンテナは、空洞の第１の角部に位置し、第２のアンテナは、空洞の第２の角部に位置し、第３のアンテナは、空洞の第３の角部に位置し、第４のアンテナは、空洞の第４の角部に位置する。
【００９６】
別の実施形態によれば、第３及び第４のパッチ素子は、空洞の中心に位置する。
【００９７】
別の実施形態によれば、第１、第２、第５、及び第６のパッチ素子は、第３及び第４のパッチ素子に対して非平行な角度に回転される。
【００９８】
別の実施形態によれば、電子デバイスは、第１、第２、第３、及び第４のアンテナに結合された送受信機回路であって、送受信機回路は第１及び第２のアンテナを使用して高周波信号を伝達するように構成された、送受信機回路と、制御回路とを含み、制御回路は、第１及び第２のアンテナによって伝達される高周波信号を使用して空間測距動作を実行するように構成されている。
【００９９】
別の実施形態によれば、送受信機回路は、第５及び第６のアンテナを使用して、外部無線機器との双方向通信を実行するように構成されている。
【０１００】
別の実施形態によれば、電子デバイスは、第１、第２、第３、及び第４のパッチ素子を横方向に取り囲む導電性壁を含み、導電性壁及び接地トレースは、第１、第２、第３、及び第４のアンテナのための導電性空洞を画定する。
【０１０１】
別の実施形態によれば、第４の周波数帯域は、第３の周波数帯域よりも高い。
【０１０２】
別の実施形態によれば、第１の周波数帯域は、５７ＧＨｚ〜７１ＧＨｚの周波数を含み、第２の周波数帯域は、２７．５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚの周波数を含み、第３の周波数帯域は、３７ＧＨｚ〜４１ＧＨｚの周波数を含む。
【０１０３】
別の実施形態によれば、積層誘電体基板は、第５の層を含み、第４の層は、第３の層と第５の層との間に介在し、電子デバイスは、第４のパッチ素子に少なくとも部分的に重なり合う第５の層上の寄生アンテナ共振素子を含む。
【０１０４】
一実施形態によれば、第１及び第２のアンテナ単位セルを含むアンテナ単位セルのアレイであって、アレイ内の各アンテナ単位セルが１０ＧＨｚよりも高い第１の周波数帯域で放射するように構成された対応するアンテナを含む、アンテナ単位セルのアレイと、第１のアンテナ単位セル内のアンテナの第１のセットと、第２のアンテナ単位セル内のアンテナの第２のセットであって、アンテナの第１及び第２のセットは第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域で高周波信号を伝達するように構成された、アンテナの第２のセットと、アンテナの第１及び第２のセットによって伝達される高周波信号を使用して空間測距動作を実行するように構成された制御回路と、を含む電子デバイスが提供される。
【０１０５】
別の実施形態によれば、第１のアンテナ単位セルは、第１の周波数帯域で放射するように構成された第１のアンテナと、アンテナの第１のセットからの第２及び第３のアンテナとを含み、第２のアンテナは、第１のアンテナ単位セルの第１の角部に位置し、第３のアンテナは、第１のアンテナ単位セルの第２の角部に位置する。
【０１０６】
別の実施形態によれば、第１のアンテナは、アンテナ接地の上の第１の距離に位置する第１のパッチ素子を含み、第２のアンテナは、第１の距離よりも短いアンテナ接地の上の第２の距離に位置する第２のパッチ素子を含み、第３のアンテナは、アンテナ接地の上の第２の距離に位置する第３のパッチ素子を含む。
【０１０７】
別の実施形態によれば、第２及び第３のパッチ素子は、第１のパッチ素子の側面フットプリントの外側に位置する。
【０１０８】
別の実施形態によれば、制御回路は、アンテナの第１のセットを使用して高周波信号を送信し、アンテナの第２のセットを使用して高周波信号の反射したバージョンを受信するように構成されている。
【０１０９】
別の実施形態によれば、第１及び第２のアンテナ単位セルは、アンテナ単位セルのアレイの反対側に位置する。
【０１１０】
別の実施形態によれば、第１のアンテナ単位セルは、アレイの第１の行及び第１の列内に配置され、第２のアンテナ単位セルは、アレイの第２の行及び第２の列内に配置され、アレイは、アレイの第２の行及び第１の列内に配置された第３のアンテナ単位セルと、アレイの第１の行及び第２の列内に配置された第４のアンテナ単位セルとを含む。
【０１１１】
一実施形態によれば、第１の周波数帯域で高周波信号を伝達するように構成されたフェーズドアンテナアレイであって、フェーズドアンテナアレイは第１の空洞内の第１のアンテナ放射素子、及び第２の空洞内の第２のアンテナ放射素子を含む、フェーズドアンテナアレイと、第１の空洞の対応する角部に位置し、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で高周波信号を送信するように構成されたアンテナ放射素子を有するアンテナの第１のセットと、第２の空洞の対応する角部に位置し、第２の周波数帯域で高周波信号を受信するように構成されたアンテナ放射素子を有するアンテナの第２のセットと、アンテナの第２のセットによって受信された第２の周波数帯域の高周波信号に基づいて空間測距動作を実行するように構成された制御回路と、を含む電子デバイスが提供される。
【０１１２】
前述は単なる例示であり、当業者は、記載された実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な修正を行うことができる。前述の実施形態は、個別に又は任意の組合せで実施され得る。
【図１】
2020058020.tif 000003
【図２】
2020058020.tif 000004
【図３】
2020058020.tif 000005
【図４】
2020058020.tif 000006
【図５】
2020058020.tif 000007
【図６】
2020058020.tif 000008
【図７】
2020058020.tif 000009
【図８】
2020058020.tif 000010
【図９】
2020058020.tif 000011
【図１０】
2020058020.tif 000012
【図１１】
2020058020.tif 000013
【外国語明細書】
2020058020000001.pdf