CN107611620B - 电磁信号聚焦结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电磁信号聚焦结构。本文讨论的实施例涉及用于对电磁信号的分散进行聚焦的系统和结构。电磁信号的聚焦是通过由若干个极高频聚焦层构造的反射镜来实现的。每个聚焦层可以包括极高频聚焦窗口，这些极高频聚焦窗口共同限定背腔反射镜的几何形状及其对电磁信号分散进行聚焦的能力。

Description

电磁信号聚焦结构

技术领域

本公开涉及极高频(“EHF”)系统及其使用方法，并且更具体地涉及对电磁信号的分散(dispersal)进行聚焦的系统和方法。

背景技术

电子设备可以“连接”在一起以使得能够在设备之间进行数据传送。通常，两个设备之间的连接可以是缆线连接或无线连接。诸如通用串行总线(USB)的缆线连接通常是点对点的，并且需要在每个设备处的机械连接器以及设备之间的缆线。诸如WiFi或蓝牙之类的无线连接可以以“广播”模式操作，其中一个设备可以通过通常在700MHz-5.8GHz的范围内的射频(RF)链路同时与若干个其它设备通信。

与常规缆线连接器和无线连接器相比，非接触连接器代表用于在设备之间传送数据的不同类型的连接器。非接触连接器可以用于两个设备之间的点对点非接触数据通信，并且不需要机械耦合来使得能够进行数据传送。两个设备的非接触连接器仅需要彼此放置得足够靠近，以使得能够进行非接触数据传送。当非接触信号从一个设备发射并由对等方设备接收时，非接触式数据传送被执行。由于两个设备之间的非接触通信链路取决于非接触信号的传输，因此存在潜在的影响非接触信号的效率的缓和因素(mitigating factor)。因此，需要的是对非接触信号的分散进行聚焦以对抗这些缓和因素的系统和结构。

发明内容

本文讨论的实施例涉及用于对电磁信号的分散进行聚焦的系统和结构。电磁信号的聚焦是通过使用若干个极高频聚焦层使背腔天线(cavity backed antenna)和几何成形的反射器混合来实现的。每个聚焦层可以包括极高频聚焦窗口，其与其它聚焦层共同限定背腔反射镜的几何形状及背腔反射镜对电磁信号分散进行聚焦的能力。

在一种实施例中，提供了一种系统，该系统包括多层基板，基板包括共同形成背腔反射镜的多个EHF聚焦层，该背腔反射镜的特征在于具有使由背腔反射镜再辐射的电磁(EM)信号能量的相长干涉(constructive interference)增强并且使被引导从背腔反射镜离开的EM信号的形状变窄的空腔。该系统包括包含控制电路系统和天线的非接触通信单元(CCU)，其中天线相对于背腔反射镜定位，并且其中在CCU的操作期间，从天线发出或由天线接收的电磁信号图案由背腔反射镜成形。

在另一种实施例中，提供了用于控制与对等方通信单元的非接触通信的模块。该模块可以包括非接触通信电路系统，该非接触通信电路系统包括硅管芯和包围硅管芯的绝缘层，该电路系统包括第一表面、电耦合到非接触通信电路系统的天线、以及固定到第一表面的EM聚焦结构，EM聚焦结构包括共同形成背腔反射镜的多个EHF聚焦层，其中硅管芯用作EM聚焦结构的标称反射接地平面。

在还有的另一种实施例中，提供了用于在对由天线发出或由天线接收的用于非接触通信的EM信号能量进行聚焦中使用的EM反射镜。EM反射镜包括标称反射接地平面、位于标称反射接地平面顶上的第一EHF聚焦层、位于第一EHF聚焦层顶上的第二EHF聚焦层、位于第二EHF聚焦层顶上的第三EHF聚焦层，第一EHF聚焦层包括第一EHF聚焦窗口，第二EHF聚焦层包括第二EHF聚焦窗口，第三EHF聚焦层包括第三EHF聚焦窗口，并且其中第一EHF聚焦窗口、第二EHF聚焦窗口和第三EHF聚焦窗口限定背腔反射镜，该背腔反射镜的特征在于具有形状为抛物面的空腔。

在还有的另一种实施例中，设备可以包括多层板，该多层板包括嵌入在该多层板内的多个EHF聚焦层，其中这多个EHF聚焦层相对于彼此布置以提供波束转向(beamsteering)背腔反射镜，并且设备还包括相对于波束转向背腔反射镜定位的换能器，其中换能器的位置和EHF聚焦层的布置使由波束转向背腔反射镜再辐射的电磁(EM)信号能量沿着轴转向，该轴相对与多层板垂直的中心轴倾斜。

可以通过参考说明书的其余部分及附图来实现对本文所讨论的实施例的性质和优点的进一步理解。

附图说明

图1图示根据实施例的通信系统；

图2图示根据实施例的具有通过两个或更多个非接触通信链路彼此通信的两个电子设备的通信系统；

图3是示例性EHF通信电路的侧视图，该侧视图示出一些结构部件的简化视图；

图4图示由图3的通信设备产生的特性辐射图案的代表；

图5示出根据实施例的EHF聚焦模块的说明性框图；

图6A-图6C示出根据各种实施例的EHF聚焦层的不同说明性组成；

图6D和图6E示出根据实施例的镜650的不同视图；

图6F示出根据实施例的基于图6D和图6E的镜的模拟辐射图案；

图7A-图7C分别示出根据实施例的模块的顶视图、侧视图和透视图；以及

图8A-图8C示出根据实施例的图7A的模块的反射镜的不同截面图；

图9A示出根据实施例的图7B的模块的反射镜的另一个截面图；

图9B示出根据实施例的在反射镜720的XZ平面中发出的说明性RF信号辐射图案；

图9C示出根据实施例的示出频率响应的说明性图；

图10A示出根据实施例的具有安装在其反射镜内的天线的模块的说明性截面；

图10B示出根据实施例的具有相对于中心轴(向左)偏移定位的天线的模块的另一个说明性截面；

图10C示出根据实施例的具有相对于中心轴(向右)偏移定位的天线的模块的另一个说明性截面；

图11示出根据实施例的模块的说明性截面图；

图12示出根据实施例的模块的说明性透视图；

图13A示出根据实施例的模块的说明性图；

图13B示出根据实施例的RF能量图案；以及

图14A和图14B示出根据各种实施例的具有多个CBR的模块的说明性截面图；

具体实施方式

现在在下文中参考附图更完整地描述说明性实施例，在附图中示出了代表性示例。实际上，所公开的通信系统和方法可以以许多不同形式体现并且不应当被认为限于本文所阐述的实施例。相同的标号自始至终指代相同的元素。

在以下详细描述中，为了解释的目的阐述了众多具体细节，以提供对各种实施例的透彻理解。本领域普通技术人员将认识到，这些各种实施例仅仅是说明性的并且不旨在以任何方式进行限制。其它实施例将是受益于本公开的这些技术人员容易想到的。

此外，为了清晰起见，并非本文描述的实施例的所有常规特征都被示出或描述。本领域普通技术人员将容易认识到，在任何此类实际实施例的开发中，可能需要许多特定于实施例的决定来实现具体的设计目标。这些设计目标将因实施例而异以及因开发者而异。而且，将认识到，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但将仍然是受益于本公开的普通技术人员的常规工程设计事业。

在如今的社会和无处不在的计算环境中，高带宽模块化且便携式的电子设备正被越来越多地使用。这些设备之间及之内的通信的安全性和稳定性对于这些设备的操作而言是重要的。为了提供改进的安全高带宽通信，电子设备之间以及每个设备内的子电路之间的独特无线通信能力可以在创新和有用的布置中加以利用。

这种通信可以发生在射频通信单元之间，并且可以使用EHF频率(通常30-300GHz)在EHF通信单元中实现非常近距离的通信。EHF通信单元的示例是EHF通信链路芯片(comm-link chip)。在整个本公开中，术语通信链路芯片和通信链路芯片封装被用来指嵌入在IC封装中的EHF天线。通信链路芯片是通信设备的示例，也称为非接触通信单元、非接触通信收发器单元(CCTU或EHF XCVR)。

术语“收发器”可以指诸如集成电路(“IC”)之类的设备，其中该集成电路包括发射器(Tx)和接收器(Rx)使得该集成电路可以用于发射和接收诸如数据之类的信息。这种收发器在本文中可以被称为CCU或EHF XCVR。通常，收发器可以操作在半双工模式(在发射和接收之间交替)、全双工模式(同时发射和接收)、或者被配置为或者作为发射器或者作为接收器。收发器可以包括用于发射功能和接收功能的分立的集成电路。如本文所使用的术语“非接触”、“耦合对”和“靠近耦合”是指实现实体(诸如设备)之间的电磁(EM)连接而非(有线的、基于接触的)电连接以及信号传输。如本文所使用的，术语“非接触”可以指载波辅助的介电耦合系统。可以通过一个设备到第二设备的接近来验证连接。多个非接触发射器和接收器可以占据小的空间。与通常广播到若干个点的无线链路对比，利用电磁建立的非接触链路可以是点对点的。

本文描述的由EHF XCVR输出的RF能量可以被设计为遵守由一个或多个政府或其代理规定的各种要求。例如，FCC可以颁布对用于在RF频带中发射数据的认证的要求。

“标准”和诸如“基于标准的”、“基于标准的接口”、“基于标准的协议”、“接口协议”等的相关术语可以指传统的接口标准，这些传统的接口标准可以包括但不限于USB(例如，USB 2、USB 3、USB 3/2或USB OTG)、DisplayPort(DP)、Thunderbolt、HDMI、SATA/SAS、PCIe、以太网SGMII、Hypertransport、Quickpath、I2S、GPIO、I2C及其扩展或修订。例如，术语“接口协议”可以指由一个系统用于与另一个系统通信的协议。作为具体示例，由系统使用的接口协议可以是USB接口协议；照此，系统可以根据管制USB通信的规则进行通信。

当在EHF通信单元之间传送数据时，当Rx被放置在Tx辐射最大信号强度的信号路径中时，传送速度和质量是最优的。因此，当Rx和Tx相对于彼此恰当地对准时，实现更高的数据传送效率。此外，使用根据本文讨论的实施例的反射镜可以通过对EM信号器能量的分散进行聚焦来进一步提高数据传送的效率。

图1图示通信系统100，其中两个电子设备子系统(或者说，设备102和122)可以通过至少一个非接触通信链路150彼此通信。数据可以在至少一个方向上从第一设备102(其可以被视为用于发送要传送的数据的“源”)传送到第二设备122(其可以被视为用于接收要传送的数据的“目的地”)。参考图1，可以描述数据从第一设备102到第二设备122的传送。然而，应当理解的是，数据可以替代地或附加地从第二设备122(例如，充当用于发送数据的“源”)传送到第一设备102(例如，充当用于接收数据的“目的地”)，并且在给定的通信会话期间信息也可以在设备102和122之间的两个方向上进行交换。

为了说明清楚起见，设备102和122将被描述为彼此的“镜像”，但是应当理解的是，两个设备102和122可以彼此不同。例如，设备之一可以是膝上型计算机或平面计算机(surface computer)，并且另一个设备可以是移动电话或其它便携式设备。可以受益于本文公开的技术的电子设备的一些示例可以包括蜂窝电话(或手机(handset)或智能电话)、计算机、坞(例如，对接站)、笔记本电脑、平板电脑或类似的电子设备，这仅仅是举了几例。

第一电子设备102可以包括主机系统104和非接触通信单元106，非接触通信单元106可以被称为“EHF非接触通信单元”、“智能”非接触连接器、“通信子系统”、“智能连接器”、“非接触连接器”、或简单地称为“连接器”106。与第一设备102相关联的单元106通常可以能够执行以下中的至少一者：建立与第二设备122的单元126的非接触链路150以及管理其操作、监视和修改穿过单元106到链路150上的数据、和/或与主机系统104接口以及为主机系统104提供应用支持。在本公开中可以更详细地描述和说明以及讨论单元106的关于与链路150、数据和主机系统104进行交互的这些功能。

与第一设备102相关联的单元106可以包括以下元件中的一些或全部：电接口108、处理器110和相关联的存储器112、控制电路114、测量电路116、一个或多个收发器118和/或一个或多个换能器119。可以在本公开中更详细地描述和说明以及讨论这各个元件(108-119)的操作。

第二电子设备122可以包括主机系统124和非接触通信单元126，非接触通信单元126可以被称为“EHF非接触通信单元”、“智能”非接触连接器、“通信子系统”、“智能连接器”、“非接触连接器”、或简单地称为“连接器”126。与第二设备122相关联的连接器126通常可以能够建立与第一设备102的单元106的非接触链路150并管理其操作、监视和修改穿过单元126到链路150上的数据、和/或与主机系统124接口和/或为主机系统124提供应用支持。在本公开中可以更详细地描述和说明以及讨论单元126的关于与链路150、数据和主机系统124进行交互的这些功能。

与第二设备122相关联的单元126可以包括以下元件中的一些或全部：电接口128、处理器130和相关联的存储器132，控制电路134、测量电路136、一个或多个收发器138和/或一个或多个换能器139。在本公开中可以更详细地描述和说明以及讨论这各个元件(128-139)的操作。

单元106和126可以在没有来自主机处理器(例如，分别地，主机系统104和124的处理器)的介入的情况下操作，和/或可以分别取得对主机系统104和124或其部分的控制。单元106和126可以打开/激活应用、返回状况/功率级别、连接参数、数据类型、关于所连接的设备/系统的信息、内容信息、正被传送的数据的量和类型，包括基于连接类型的设备配置、链路管理、配额信息、信道控制等。

围绕单元106和126示出(例如，在图1中)的虚线矩形可以简单地表示功能的“划分”，从而将单元106和126分别与主机系统104和124分离(例如，区分开来)。在虚线矩形外部示出的(例如，象征性地作为换能器119和139)的天线可以被认为在单元106和126的功能块内，但是可以部署在构成非接触连接器的通信芯片的内部或外部(例如，用于(例如，跨链路150)接收来自另一个天线/换能器的EHF非接触信号)。围绕单元106和126示出(例如，在图1中)的虚线矩形也可以表示诸如用于单元106和126的塑料外壳或丙烯酸外壳之类的非导电屏障(例如壳体、外壳等，未示出)，或者也可以分别包纳整个设备102和122，如上所述。

电接口108和128可以分别包括与主机系统104和124的任何合适的(一个或多个)部分通信的(一个或多个)通信端口/信道。主机系统104和124可以具有它们自己的处理器及相关联的电路系统(例如，如下面关于图2所述但未在图1中示出的)。如所提及的，设备102和122可以被描述为彼此的“镜像”，但是应当理解的是，两个设备102和122以及/或两个主机系统104和124可以彼此不同。例如，设备或主机系统中的一个可以是膝上型计算机，另一个设备或主机系统可以是移动电话或用于移动电话的适配器。可以受益于本文公开的技术的电子设备的一些示例可以包括蜂窝电话(或手机或智能电话)、计算机、坞(例如，对接站)、笔记本电脑、平板电脑或类似的电子设备，这仅仅是举了几例。

处理器110和130可以是嵌入式微处理器或微控制器或状态机，可以运行用于连接的管理操作系统(OS)和/或可以具有内置的认证/加密引擎。如从本文阐述的若干个功能描述中可以变得明显的，处理器110和130或者单独地或者与本文呈现的其它元件组合而可以操作来管理通信链路、监视穿过单元和经通信链路的数据、和/或为主机系统提供应用支持、或执行一个或多个状态机或者它们的变体。在更广泛的意义上，单元106和126可以能够执行本文描述的各种功能中的一个或多个功能(至少一个功能)。

存储器112和132可以是任何合适的存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、非易失性RAM(NVRAM，诸如闪存存储器)等，并且可以包括包含配置、状况、许可、内容许可、用于认证/加密的密钥、(一个或多个)应用(例如，由处理器110和130使用的软件和/或固件)等的寄存器。

控制电路114和134可以包括可以能够监视链路的状态和/或在数据分别经过单元106或126时同时(“即时(on-the-fly)”)主动地追加到数据或改变数据的任何合适的电路系统。

测量电路116和136可以包括可以能够观察(例如，监视)连接状态/状况、连接类型和/或被传送的数据的任何合适的电路系统。可以包括传感器(未示出)来监视信号强度、周围环境条件等。信噪比可以用作信号质量的指示。

收发器118和138可以包括可适用于在电信号(例如，用于主机系统)和EM信号(例如，用于非接触通信链路)之间转换的任何收发器(以及相关联的换能器或天线119和139)。收发器118和138可以各自是半双工收发器，该半双工收发器可以将基带信号异步地转换成可以从内部天线或外部天线辐射的调制EHF载波(例如，如说明性地示出的)，或者可以接收和解调载波并且再现原始基带信号。EHF载波可以穿透各种常用的非导电材料(例如，玻璃，塑料等)。

应当理解的是，如果仅需要单向通信(诸如从第一设备102到第二设备122)，那么收发器118可以由Tx代替，并且收发器138可以由Rx代替。

如果合适，那么可以控制收发器118和138的发射功率和接收灵敏度以最小化电磁干扰(EMI)效果和/或简化FCC认证。

收发器118和138可以被实现为包括Tx、Rx和相关部件的IC芯片。(一个或多个)收发器芯片可以以常规方式封装，诸如以球栅阵列(ball grid array，BGA)格式。天线可以被集成到封装中，或者可以在封装的外部，或者可以结合到芯片本身上。示例性单元106、126可以包括一个、两个或更多个收发器芯片。收发器118和138的一些特征或特性可以包括低延迟信号路径、多千兆位数据速率、链路检测和/或链路训练。由收发机118和138发射的信号可以以任何合适的方式进行调制，以将从一个设备传送的数据传达到另一个设备，本文呈现了其中的一些非限制性示例。调制可以是OOK(开/关键控)、ASK、PSK、QPSK、QAM或其它合适的调制技术。信号可以由一个收发器(例如，收发器118)进行编码和打包以及发射，并且由另一个收发器(例如，收发器138)接收和解包以及解码。可以使用带外信令或其它合适的技术来传达两个设备之间正被传送的数据以外的信息或与之相关的信息。

可以被实现为芯片的收发器118和138或各个发射器和接收器可以进行厂家序列化(factory-serialized)，使得这些芯片及其传输可以被“标记”(例如，带有指纹)，这可以使得能够为数字版权管理执行以后的取证分析。例如，受保护的(例如，高级)内容可以自由地(例如，无阻碍地)从一个设备传送到另一个设备，但是该业务可以被追溯到所涉及的具体设备，使得该业务中的参与者可以承担责任(例如，被收取费用)。利用芯片ID、用户ID或通过其它手段，高级受保护内容可以被修改、将数据附加到这些内容和/或可以被记录。

如本文所述的，通信链路150可以是“非接触”链路，并且第一单元106和和第二单元126可以是“非接触”连接器。本文公开的单元106和126与常规机械连接器之间的差异可以立即显现，并且本文可以对其进行描述。这些单元可以被认为是主机设备的通信子系统。在这方面，本文公开的非接触连接器106和126与诸如标准控制器(包括以太网)之类的控制器之间的差异不会立即显现，因为两者都可以处理主机系统和通信链路之间的数据流。然而，本文公开的非接触连接器和示例性标准控制器之间的区别可以是本文公开的非接触连接器既可以设置非接触通信链路又可以将数据从主机系统直接传送到非接触通信链路上，而无需例如机械连接器(例如，电连接器，而非RF连接器)和缆线的中介。可以以本文公开的非接触连接器可以能够相对于主机系统独立地和/或透明地操作而无需主机意识或交互的方式做出进一步的区分。

电子设备102和122之间的数据传送可以经“非接触”RF EM通信链路150来实现，这基本完全可以由第一设备102和第二设备122的单元106和126分别进行处理。在设备102和122的单元106和126之间的信号流动可以经非电(例如，介电)介质电磁地发生，非电介质诸如是空气间隙、波导、塑料(例如，聚乙烯、热塑性聚合物、聚偏二氟乙烯、含氟聚合物、ABS和其它塑料)，包括这些材料的组合。EHF信号可以穿过诸如纸板之类的其它介电材料。EHF信号可以穿过一系列不同的介电材料和/或波导。可替代地，信号可以通过导电介质中的缝隙天线传递，其中缝隙天线可以在期望的方向上引导非接触连接。除了可以期望发出EHF辐射和/或接收来自伙伴设备(例如，至少是伙伴设备的非接触连接器)的EHF辐射的位置处之外，设备(例如，至少是非接触连接器)可以基本上完全被导电介质包围，其伙伴设备也可以类似地基本上完全被导电介质包围。

与诸如NFC之类的现有技术相比，由于通过EHF非接触通信能够实现的高数据速率，可以在非常短的时间段内传送诸如电影、音频、设备图像、操作系统等的大数据文件。作为示例，1千兆字节的数据文件可以在短至2秒钟内就被传送。电磁通信通常可以经由可被限制到短范围(诸如例如0-5厘米)的空气间隙。诸如介电耦合器之类的电介质可以用于将设备102和122之间的非接触链路的范围扩展到若干厘米、若干米、或者更远。

应当理解的是，在本文所讨论的非接触链路的这种实施例和任何其它实施例中，整个通信系统可以被实现为非接触链路和物理链路的组合。此外，本文描述的技术中的一些可以应用于经物理链路传送数据。在这种链路中，收发器可以非接触地将数据发射到可充当数据的物理管道(conduit)的缆线。

设备102和122中的一者或两者可以具有两个或更多个收发器。具有两个或更多个收发器可以支持反馈回路、全双工操作和/或可以同时建立第二通信链路(例如，用于与主机系统通信)。示例性“数据流”可以如下进行：源自主机系统104的数据或在单元106处起源的数据可以由单元106经由其收发器118和换能器119提供到通信链路150上。数据可以穿过或经过通信链路150。由单元126的换能器139和收发器138从通信链路150接收到的数据可以被提供给主机系统124或者可以保留在单元126。数据可以在相反的方向上流动，从主机系统124经由单元126或起源于单元126处、到非接触链路150上、直到可以将数据递送给主机系统104的单元106。虽然未示出，但是单元106和126中的每一个可以包括用于在各种部件108-119之间和/或在各种部件128-139之间传递数据和/或能量的一个或多个合适的总线。

图2图示了根据实施例的通信系统200，其中两个电子设备子系统(或者说，设备210和220)可以经两个或更多个非接触通信链路彼此通信。系统200可以在许多方面类似于系统100，但是为了说明和简化讨论的目的，系统200示出每个设备可以包括两个EHF通信单元。此外，系统200中的任何EHF通信单元可以与系统100中的任何EHF通信单元相同或基本上相同。照此，图2中示出了单元106和126的更简化的表示。如果期望的话，每个设备可以包括若干个EHF通信单元。第一设备210可以包括EHF通信单元212、EHF通信单元214和主机系统216。一个或多个有线路径213可以将EHF通信单元212和214直接连接在一起。主机系统216可以与EHF通信单元212和214通信。在一些实施例中，EHF通信单元212和214可以通过主机系统216彼此通信。在其它实施例中，主机系统216可以能够驱动有线路径213的至少一个上的信号。类似地，第二设备220可以包括EHF通信单元222、EHF通信单元224和主机系统226。一个或多个有线路径223可以将EHF通信单元222和224直接连接在一起。主机系统226可以与EHF通信单元222和224通信。在一些实施例中，EHF通信单元222和224可以通过主机系统226彼此通信。在其它实施例中，主机系统226可以能够驱动有线路径223的至少一个上的信号。主机系统216和226可以类似于主机系统104和124，这两个主机系统都包括特定于其相应的子系统或设备的电路系统，并且从而可以使得子系统或设备210和220能够为其预期功能而操作。

在一些实施例中，EHF通信单元212、214、222和224中的每一个可以与以上讨论的EHF通信单元106或126相同。照此，EHF通信单元212、214、222和224可以包括可以能够被配置为发射和/或接收EHF信号的收发器。例如，在一种方法中，单元212和224可以被配置为接收EHF信号，并且单元214和222可以被配置为发射EHF信号。因此，在这种方法中，非接触通信链路230可以存在于EHF通信单元222和212之间，并且非接触通信链路232可以存在于EHF通信单元214和224之间。如图所示，单元212和222可以一起工作作为可以经由链路230通信的单元耦合对，并且单元214和224可以一起工作作为可以经由链路232通信的另一单元耦合对。如果在系统200中包括一个或多个附加的单元耦合对，那么也将存在附加的通信链路。

在单元前进通过其各自的状态机并建立链路并且数据不再需要跨链路传递之后，单元可以取决于它们是正被实现为Tx单元还是Rx单元进入功率节省状态或数据传输空闲状态。功率节省状态可以使得EHF通信单元能够在建立EHF通信链路之后当可能没有数据经链路被传递时使选择性电路系统断电。Tx单元可以向Rx单元发射“保持存活”信号，以防止其超时和退出其功率节省状态。Rx单元可以被定期地打开以监视Tx是否正在发送“保持存活”信号。当Tx和Rx单元接收到转变到新状态(例如，数据传输状态)的指令时，它们可以这样做。作为具体示例，装置可以包括EHF收发器和控制电路系统。控制电路系统可操作以通过执行可以响应于多个条件中的任何一个条件的满足而在状态间转变的状态机来控制建立与另一个装置的EHF通信链路、建立与装置的EHF通信链路以选择性地启用数据的发射和接收之一、在可以建立与装置的EHF通信链路之后，监视经EHF通信链路传递的数据的缺失、以及响应于监视到经EHF通信链路传递的数据的缺失而进入到功率节省状态中直到状态机转变到新状态。

设备210和220两者都具有控制两个设备之间存在的链路的激活和停用的能力。例如，如果链路处于功率节省模式中，并且设备210决定其希望向设备220发射数据，那么设备210可以改变其EHF单元之一的引脚之一上的信号状态，以使其脱离睡眠并进入到活动数据传输就绪状态中。响应于信号状态的变化，它可以经非接触通信链路将信号发射到其对等方EHF单元，该对等方EHF单元可以退出其功率状态并进入到活动数据传输状态中。此外，对等方EHF单元可以通知设备220内的其它电路系统即将开始传入数据流量并且任何适当的改变都被实施使得数据可以被正确地处理。例如，在本文描述的各种实施例的上下文中，当对等方EHF单元被包含在电耦合到用户设备的适配器设备中时，该对等方EHF单元可以提供使得适配器电路系统关闭将存储器耦合到用户设备的活动连接并激活将存储器耦合到EHF单元的连接的信号。

图3是示例性EHF通信电路300的侧视图，该图示出一些结构部件的简化视图。如图所示，通信电路可以包括集成电路封装301，集成电路封装301包括安装在连接器印刷电路板(PCB)303上的管芯302、引线框架(未示出)、一个或多个导电连接器(诸如接合线304)、换能器(诸如天线306)以及包封材料308。

管芯302可以包括被配置为合适的管芯基板上的小型化电路的任何合适结构，并且在功能上等同于也被称为“芯片”或“集成电路(IC)”的部件。管芯基板可以使用诸如但不限于硅的任何合适的半导体材料形成。管芯302可以被安装成与引线框架电连通。引线框架可以是被配置为允许一个或多个其它电路与管芯302可操作地连接的导电引线的任何合适布置。引线框架的引线可以嵌入或固定在引线框架基板中。引线框架基板可以使用被配置为基本上保持引线为预定布置的任何合适的绝缘材料形成。

此外，管芯302和引线框架的引线之间的电连通可以通过使用导电连接器(诸如一个或多个接合线304)的任何合适的方法来实现。接合线304可以用于将管芯302的电路上的点与引线框架上的对应引线电连接。在另一种实施例中，管芯302可以被倒置，并且导电连接器包括凸块或管芯焊球而非接合线304，这可以以通常被称为“倒装芯片(flip chip)”布置进行配置。换能器306可以是被配置为在电信号和电磁信号之间转换的任何合适结构。在一些实施例中，换能器306是天线。与管芯302上的电路系统结合的换能器306可以被配置为在EHF频谱中操作，并且可以被配置为发射和/或接收电磁信号，换句话说，作为发射器、接收器或收发器。在实施例中，换能器306可以被构造为引线框架的一部分。IC封装301可以包括多于一个换能器306。在另一种实施例中，换能器306可以通过任何合适的方法与管芯302分离但可操作地连接到管芯302，并且可以与管芯302相邻。例如，可以使用接合线将换能器306连接到管芯302。可替代地，在倒装芯片配置中，换能器306可以在不使用接合线的情况下连接到管芯302。在其它实施例中，换能器306可以被部署在管芯302上或PCB 312上。

包封材料308可以将IC封装301的各种部件保持在固定的相对位置中。包封材料308可以是被配置为向IC封装的电部件和电子部件提供电绝缘和物理保护的任何合适的材料。例如，包封材料308可以是模制化合物(mold compound)、玻璃、塑料或陶瓷。包封材料308可以以任何合适的形状形成。例如，包封材料308可以是矩形块的形式，从而包封IC封装的除了引线框架的未连接引线之外的所有部件。可以形成与其它电路或部件的一个或多个外部连接。例如，外部连接可以包括用于连接到印刷电路板的球垫和/或外部焊球。

IC封装301可以安装在连接器PCB 303上。连接器PCB 303可以包括一个或多个层压层(laminated layer)312，其中一个可以是PCB接地平面310。PCB接地平面310可以是被配置为向IC封装上的电路和部件提供电接地的任何合适结构。通过将接地层放置在离天线适当的距离处，可以从基板朝外引导电磁辐射图案。

图4图示由图3的通信设备300产生的特性辐射图案450。设备300被示为强调天线306相对于接地平面310的位置的简化截面图。特性图案450可以通过模拟从通信设备300的示例性表示发出的电磁信号来产生。特性图案450示出从天线306朝接地平面310向下发出和从天线306向上发出的EM信号。在天线306上方的EM信号能量包括从接地平面310反射回的任何EM信号能量。照此，将接地平面310定位在天线306之下提供了最低水平的EM信号方向性(例如，在离开天线306向上的方向上的EM信号方向性)。

虽然将接地平面310相对于天线306定位，但是接地平面影响EM信号的方向性的能力是有限的，并且任何所实现的方向性会经受变化。例如，在天线306上方发出的EM信号是相对未被聚焦的，因为它相对于其在天线306处的起源具有相对较宽的分散。这种宽的分散可导致信噪比降低、与其它相邻EM信号的串扰以及不想要的干扰。此外，由于天线306和接地平面310之间的距离可以取决于诸如例如制造公差、设计选择等的各种因素而变化，因此这种变化可导致因应用而异的不一致的方向性。本文所讨论的实施例通过使用一个或多个EHF聚焦层与天线和接地平面组合来增强从天线发出的EM信号的方向性。此外，EHF聚焦层的使用使得天线和接地平面之间的距离能够被严格控制。

本文讨论的实施例可以包括由堆叠成一个在另一个顶上并且体现在印刷电路板的界限内的多个EHF聚焦层构造的背腔反射镜。背腔反射镜可以组合背腔天线和抛物面反射器天线的优点。在背腔天线中，从天线辐射到空腔中的能量以使得相位关系导致相长干涉的方式被反射回天线。相长干涉有效地增加了天线增益和/或离开空腔的能量的方向性。在抛物面反射器天线中，EHF能量反射抛物面被放置在天线之后，使得天线被放置在抛物面的焦点中或附近。来自天线的能量被抛物面的抛物面表面反射出，并且导致较窄的RF能量波束被辐射离开天线。应当理解的是，抛物面形状是示例。结果产生的背腔反射镜的形状可以不一定是抛物面，而是表现出特定形状的空腔。

可以通过背腔反射镜和由至少一个中间EHF聚焦层提供的相长干涉的组合再辐射EM信号能量，其中至少一个中间EHF聚焦层存在于顶部EHF聚焦层和底部EHF聚焦层之间。在一些实施例中，相长干涉是构成背腔反射镜的中间层的定位的产物。

在其中空腔类似于抛物面的背腔反射(CBR)镜实施例中，应当理解的是，抛物面可以是对称的或不对称的。抛物面的实际形状可以被选择从而为给定使用场景提供最佳的天线性能。在其它实施例中，CBR镜可以具有类似于多个不同3D形状的空腔。例如，空腔可以类似于梯形(例如，具体而言为金字塔形状)、四面体形状、截头圆锥形状、长方体形状、立方体形状、球形、椭圆形或圆柱形。可以选择不同的形状来使EM波束转向在特定方向上。

在一些实施例中，CBR镜受限于印刷电路板的厚度。由于可能期望使用尽可能薄的电路板(例如，为了减少基板面(real estate)空间和成本)，因此，这样的薄板会对将RF能量从CBR镜引导离开并使能量在非期望方向上的散射最小化以减少相邻天线之间的串扰带来设计挑战。例如，电路板可以是约1mm厚、0.5mm至1mm厚、或0.5mm至1.5mm厚。此外，这样的薄电路板使得难以在接地平面和天线之间实现最佳距离(例如，小于RF能量的1/4波长)以便使天线较不易受到包含在使用该天线的设备内的其它电子器件的影响。此外，使接地平面和天线之间的距离小于RF信号的波长的1/4增加了天线的有效性。现在讨论与各种CBR镜有关的细节。

图5示出根据实施例的EHF聚焦模块500的说明性框图。EHF聚焦模块500可以包括EM聚焦结构510、电路系统530、天线536和可选的管道结构540。EM聚焦结构510可以包括EHF聚焦层511-514和非聚焦层521-524。可以使用常规的印刷电路板层压和蚀刻技术来构造聚焦层511-514和非聚焦层。EHF聚焦层511-514与非聚焦层521-524的不同之处可以在于聚焦层511-514被设计和构造成共同提供背腔反射镜519，背腔反射镜519使从天线536发出的EM信号能量的形状锐化(或变窄)并对其进行引导。实际上，相对于在仅依赖于用于反射EM信号能量的接地平面的应用中从天线536发出的EM信号波束，反射镜519使从天线536发出的EM信号波束变窄。如图所示，反射镜519还可以包括天线536和接地平面518。

模块500示出了层511-514分别与层521-524对准并且被虚线515分离。该分离仅仅是说明性的，并不一定意味着层511-514和层521-524是配对在一起的分立部件。在一些实施例中，层511和521、层512和522等可以由同一层压和蚀刻层形成，但是层511-514已经被特别构造成提供根据本文讨论的实施例的反射镜，而层521-524提供如在此类基板中正常预期的信号、功率和接地路由。

电路系统530和天线536可以共同地与EHF通信单元212的操作类似的那样操作。如图所示，电路系统530电耦合到天线536。图5示出了天线536相对于EHF聚焦层511-514之一定位，并且电路系统530被安装到层521。天线536的定位可以被放置在相对于由EHF聚焦层511-514形成的反射镜的任何地方。例如，天线536可以被放置为与EHF聚焦层511-514中的任何一个的表面(例如，顶表面)共平面或者可以在EHF聚焦层511-514中的任何一个内。如图5所示，天线536被定位在EHF聚焦层511内。

标称反射接地平面518可以与EHF聚焦层511-514中的一个相关联，并且可以用作反射镜519的主反射部分。在一些实施例中，接地平面518可以与反射镜519的最底层EHF聚焦层(诸如例如EHF聚焦层514)相关联。接地平面518可以由防止EM信号能量透过它的材料构造。例如，接地平面518可以由诸如铜的金属构造。天线536和接地平面518之间的距离可以是受控的距离，因为天线536和接地平面518两者的位置可以在反射镜519的构造期间被特别定位。因此，天线536与接地平面518之间的距离变化的可能性减少。

可选的管道结构540可以操作以指引EM信号通过可以使设备内和跨设备的相邻路径之间的串扰最小化或消除的通路。管道结构可以由不同材料的组合构造，以使信号传播的方向成形，并减轻EHF泄漏(其可能导致串扰)。这些材料可以包括可操作以促进EHF信号传播的EHF透射材料、可操作以反射EHF信号的EHF反射材料、以及可操作以吸收EHF信号的EHF吸收材料。透射材料的示例可以包括塑料和其它非导电的材料(即，电介质)。反射材料可以包括例如金属、金属合金、金属泡沫和其它导电的材料。所定义的吸收材料将具有导电部件，或者更确切地说，具有由导电部件或电阻部件模制的损耗机制。它们对于静态场往往不是很导电，但是在RF频率下可以表现出高的耗散损耗。例如，一些类型的磁性负载材料由于铁磁材料中的磁滞损耗而表现出损耗。EHF阻尼不是由于电容率(permittivity)和透磁率(permeability)，而是由于材料的其它耗散性质。

在一些实施例中，管道结构可以仅由不同材料类型中的一种类型来构造。例如，管道结构可以仅由EHF透射材料或者仅由EHF反射材料构造。在其它实施例中，该结构可以由不同材料类型中的两种或更多种构造。例如，一部分可以由透射材料构造，并且另一部分可以由反射材料构造。

管道结构540可以被构造成表现出任何合适的形状，并且可以由单个部件或多个部件构造。不管形状和构造配置如何，每个管道可以包括至少一个信号准直结构，该信号准直结构具有存在于准直结构内的通道。任何合适的形状(包括例如任何合适尺寸的矩形、椭圆形或多边形形状)都可以作为每个通道的特征。准直结构可以由EHF反射材料构造、用EHF反射材料内衬或涂覆，其中该EHF反射材料可以同时指引EHF信号沿着通道并防止这些相同信号穿透通道壁。

除了提供用于导引(channeling)EHF信号的一个或多个通路之外，管道结构还可以保护EHF CCU免受冲击事件。即，在向设备施加冲击能量的事件(例如设备落下)期间，管道结构可以吸收冲击以防止潜在地损坏到EHF CCU的能量传送。在一种实施例中，可以通过由覆盖(一个或多个)EHF CCU的相对刚性的材料(例如，塑料)构造管道结构的至少一部分来实现冲击保护。在另一种实施例中，可以使用也覆盖(一个或多个)EHF CCU的相对顺应性的材料(例如，泡沫)来实现冲击保护。在还有的另一种实施例中，可以使用相对刚性的材料和相对顺应性的材料的组合来提供保护。

管道结构也可以被构造成考虑设备堆叠中的公差变化。即，部件构造的变化可以在组装时改变堆叠公差。例如，EHF单元和接口之间的距离可能取决于构造和部件的变化而改变。在一个构建中，距离可以是x，而在另一个构建中，距离可以是y，其中y大于x。管道结构可以包括被设计成适应堆叠变化的顺应性材料。顺应性材料可以是可压缩的，并且因此能够确保管道结构与接口形成牢固和齐平的连接。

在一些实施例中，反射镜519和管道结构540可以各自被设计为彼此互补，以确保EM信号向天线536和/或从天线536的最佳传输。在一些实施例中，管道结构540可以存在于模块500之外。例如，管道结构540可以存在于模块500与之通信的对等方设备中。

图6A-图6C示出了根据各种实施例的EHF聚焦层的不同说明性组成。图6A示出了包括导体部分612和电介质部分614的EHF聚焦层610。导体部分612可以阻止EM信号穿过，而电介质部分614可以允许EM信号穿过。导体部分612可以通过在电介质部分614内放置导电通孔或邻接的金属框架来实现。通孔之间的间隔可以是使得EM信号不能穿过通孔之间的任何间隙。此外，导体部分612可以包括平面导电基板或层。导体部分612和电介质部分614的尺寸和形状限定了EHF聚焦窗口616。EHF聚焦窗口616可以具有与其它EHF聚焦窗口(例如，图6B和6C的EHF聚焦窗口626和636)的截面面积不同的截面面积。因此，当多个EHF聚焦层堆叠成一个在另一个顶上时，EHF聚焦窗口的截面面积的变化形成背腔反射镜(例如，参见图7A-图7C、图8A-图8C和图9)。EHF聚焦窗口616可以存在于层610的整个厚度上。

图6B示出了包括导电部分622、电介质部分624和标称反射接地平面625的EHF聚焦层620。EHF聚焦窗口626通过导电部分622和接地平面625的定位限定。接地平面625可以限定通过堆叠多个聚焦层构造的背腔反射镜的底部。因此，EHF聚焦窗口626可以不存在于层620的整个厚度上。此外，由于接地平面625存在于层620中，因此层620可以形成EHF聚焦层的堆叠的最底层。穿过EHF窗口626的任何EM信号能量从接地平面625反射回来，返回向上通过由EHF聚焦层的堆叠形成的反射镜。

图6C示出了根据实施例的包括天线633的EHF聚焦层630。此外，EHF聚焦层630可以包括导电部分632和电介质部分634，它们一起形成EHF聚焦窗口636。天线633可以放置在EHF聚焦窗口636内的任何地方。例如，天线633可以放置在层630的顶部、底部或顶部和底部之间的任何地方。在一些实施例中，层630可以形成反射镜的顶层，或者层630可以作为在背腔反射镜内的中间层存在。

现在参考图6D-图6F，图6D和图6E示出了根据实施例的CBR镜650的不同视图，并且图6F示出了根据实施例的基于CBR镜650的模拟辐射图案。具体而言，图6D示出了集成在电路板660内的CBR镜650的透视图。通常，CBR镜650在其空腔中几乎没有抛物面形状。也在图6D中示出，CCU电路系统670安装在电路板660的顶上并且与CBR 650相邻。电路板660可以定位在基板680上，基板680可以是例如可以支撑电路板660的设备壳体或其它结构。图6E示出了CBR 650的详细视图，并且具体而言示出了电路板660的不同层661-664。层661-663可以具有在板660内形成空腔665的相同尺寸的切口，并且层664可以表示接地平面666。通孔667可以限定空腔665的周界。天线672可以是被定位成与顶层661共平面定位的偶极子天线。

图6F示出了在XZ平面中的RF辐射图案。该辐射图案示出了主瓣690、旁瓣691和旁瓣692。主瓣690是期望的，因为它表示在Z方向上被引导向上离开CBR 650的RF信号能量。旁瓣691和692较不理想，因为它们表示不期望的RF信号能量方向性(即，主要在+/-X方向上)。

图7A-图7C分别示出了根据实施例的模块700的顶视图、侧视图和透视图。模块700可以包括其中结合有反射镜720的基板710、CCU控制部分730和CCU天线732。例如，反射镜720可以使用如以上结合图5和图6A-图6C所讨论的EHF聚焦层来构造。CCU控制部分730可以安装到基板710，并且可操作以处理由CCU天线732发射或接收到的非接触信号。CCU天线可以是电连接到CCU控制部分730的任何合适的天线。天线732可以是例如偶极子天线或折叠偶极子天线。此外，天线732的尺寸可以被调整为它是其发射或接收的EHF信号的一半波长。天线732的驱动阻抗可以相对低，因为它相对靠近接地平面。在一种实施例中，与自由空间中的简单偶极子相比，折叠偶极子天线可以具有固有的4:1阻抗变换。此外，偶极子环可以在每个端处短路(如图6D和6E的天线672中所示)，以改善天线的阻抗和带宽两者。偶极子天线两端处的短路具有将其转换为并联馈电(shunt fed)“T”匹配的效果。如果期望的话，模块700可以是设备(例如，电话或计算机)的系统电路板或主逻辑板的一部分，或者它可以是经由例如连接器连接到另一个板的独立部件。模块700可以使用结合在空腔中的抛物面形状的镜表现出CBR，其可以是对称的或者可以不是对称的，其中金属层和通孔从模块的顶部到底部形成越来越小的开口。

图8A-图8C示出了模块700的反射镜720分别沿着图7A的线A-A、B-B和C-C截取的不同截面图。每个截面图示出了不同的EHF聚焦窗口，并且每个EHF聚焦窗口被示为具有不同的截面面积。例如，假设反射镜720由三个EHF聚焦层构造，其中顶层711在图8A中表示，中间层712在图8B中表示，并且底层713在图8C中表示。每一层的EHF聚焦窗口可以由形成EHF聚焦窗的周界的若干个导电通孔来限定。通孔可以被间隔开，使得存在于通孔之间的中间间隙足够小以防止RF信号穿过这些间隙。换句话说，即使没有连续的金属迹线，通孔的间隔也形成EM栅栏。在另一种实施例中，聚焦窗口可以由邻接的导电栅栏限定。随着反射镜从顶层711进到底层712，EHF聚焦窗口的截面面积减小。因此，EHF聚焦窗口721的截面面积大于EHF聚焦窗口722的截面面积，而EHF聚焦窗口722的截面面积大于EHF聚焦窗口723的截面面积。这也在图9A中示出。

图9A示出了模块700的反射镜720沿着图7B的线D-D截取的另一个截面图。可以对图8A-图8C和图9A进行统一参考。导电通孔715可以限定每个EHF聚焦窗口的边界。标称反射接地平面716可以存在于底层712中以限定反射镜720的边缘。图9A还图示了由模块700产生的特性辐射图案950的代表。可以通过模拟从模块700的示例性表示发出的电磁信号来产生特性图案950。特性图案950示出了从天线732朝接地平面716向下发出和从天线732向上发出的EM信号。天线732以上的EM信号能量包括经由反射镜720从接地平面716反射回的任何EM信号能量。与图4的特性图案450相比，结果产生的从模块700发出的EM信号被更窄地聚焦。这可以导致较少的串扰、更好的信噪比以及更加能源高效的非接触通信链路。

图9B示出了根据实施例的在反射镜720的XZ平面中发出的说明性RF信号辐射图案。具体而言，图9B示出了主瓣960，主瓣960表示主要沿着Z轴正被引导离开反射镜720的RF信号能量。旁瓣是最小的，并且因此没有在说明性辐射图案中示出。

图9C示出了根据实施例的示出CBR 650和模块700的频率响应的说明性图。图线990示出了CBR 650的频率响应，并且图线992示出了CBR 700的频率响应。在比较图线990和992中，图线992表现出比图线990更宽的天线带宽。增加的带宽是由于使用了不同尺寸的孔洞，这些孔洞在空腔中表现得像紧密耦合的谐振器。增加的带宽增加了天线在其上有效的频率范围。此外，具有增加的带宽使得天线能够在更大的调制频率范围上类似地工作。

EM信号的聚焦是基于背腔反射镜720的几何形状、在反射镜720的构造中使用的材料、天线732相对于反射镜720的定位、以及任何其它合适的标准。如上所述，电路板的相对薄度损害了引导EM波束的能力，但是，背腔反射镜使被再辐射的EM能量的相长干涉最大化，从而增加了天线带宽和EM波束方向性和形状。天线与背腔反射镜之间的关系(及背腔反射镜的构造)可以确定EM波束如何被成形和引导。

图10A示出根据实施例的具有安装在反射镜1020内的天线1032的模块1000的说明性截面。天线1032的定位(与图9A的天线732相比)示出它位于顶层之下并与中间层基本上共平面。假设除了其各自的天线的放置之外，模块700和模块1000是相同的，那么从这两个模块发出的特性EM图案可能是不同的。

图10B示出了具有相对于空腔1054的中心轴1053(向左)偏移的天线1052的模块1050的另一个说明性截面。图9B的瓣970示出了在模块1050的XZ平面中发出的说明性RF信号辐射图案。天线1052的左安装偏移位置使RF信号转向在与瓣960不同的方向上(被示为朝右转向)。图10C示出了具有相对于空腔1064的中心轴1063(向右)偏移的天线1062的模块1060的另一个说明性截面。图9B的瓣980示出了在模块1060的XZ平面中发出的说明性RF信号辐射图案。天线1062的右安装偏移位置使RF信号转向在与瓣960不同的方向上(被示为朝左转向)。

波束转向也可以通过使嵌入在多层板内的EHF聚焦层相对于彼此以特定方式被布置以将再辐射波束指引在特定方向上来实现。例如，EHF聚焦层可以被布置成使得垂直壁存在于背腔反射镜的一侧上，并且倾斜壁存在于背腔反射镜的相对侧上。两个相邻侧可以是垂直的或斜交的。换能器可以相对于背腔反射镜放置在任何地方。换能器的位置和EHF聚焦层的布置使正由波束转向背腔反射镜再辐射的电磁(EM)信号能量沿着轴转向，该轴相对与多层板垂直的中心轴倾斜。

不希望的旁瓣可以由各种原因引起。如结合CBR镜650所示，不希望的旁瓣可能由于空腔内几乎不存在抛物面的事实导致。当突兀的导电边缘或拐角靠近天线时，会发生引起旁瓣的另一个原因，这是由于边缘或拐角往往再辐射RF能量。EHF无线电波将以与光波相同的方式再辐射并且适用光散射和衍射原理。将发生一些量的再辐射，并且这是以对天线辐射图案不希望的旁瓣的形式。为了使再辐射最小化，必须限制突兀边缘上的投射(impinging)，或者将边缘布置成使得存在具有适当朝向和间隔的对称边缘，使得当能量从天线结构传播开时，再辐射的能量经受相消干涉(destructive interference)。这具有抵消或使再辐射能量趋零的效果。可以使用两种方法的组合。一旦选择了大致的孔洞和/或镜系列，就可以使用电磁模拟器(例如，HFSS)来遍历若干个几何变量(尺寸、间距等)以使期望的增益和具有可接受水平的旁瓣的辐射图案最大化。

图11示出了根据实施例的模块1100的说明性截面图。模块1100具有直接安装在CCU控制电路系统封装1140的管芯顶上的反射镜1120。封装1140可以包括被绝缘层1142包围的管芯1141。管芯1141可以用作反射镜1120的标称反射接地平面。可替代地，除了管芯之外，某种类型的金属、反射材料或重定向材料可以被放置在管芯上或在管芯的上方但在绝缘层1142内，以用作反射接地平面。反射镜1120可以包括EHF聚焦层1121-1124，其中每层的EHF聚焦窗口可以具有不同的截面面积。CCU天线1132可以被定位在反射镜1120的顶部处或靠近反射镜1120的顶部，但是应当理解的是，天线1132可以被放置在反射镜1120内的任何地方，或者它可以被放置在CCU的管芯上或绝缘层1142内但在管芯1141的上方。

图12示出了根据实施例的模块1200的说明性透视图。模块1200具有四个EHF聚焦层1221、1222、1223和1224、CCU天线1232和通孔1240。每个EHF聚焦层包括连接到一个或多个通孔1240的导电层。通孔1240电耦合位于相邻EHF聚焦层的导电层。模块1200还示出了背腔反射镜1220，其类似于存在于天线1332下方的抛物面形空腔。背腔反射镜1220可以用诸如例如钛酸钡之类的非导电介电材料填充。抛物面通过层1221-1223中减小的窗口尺寸形成，其中层1221中的窗口表示大尺寸的孔洞，层1222中的窗口表示(比大孔洞小的)中等尺寸的孔洞，并且层1223中的窗口表示(比中等尺寸小的)小尺寸的孔洞。层1224可以形成背腔反射镜1220的底板或反射接地平面。背腔反射镜1220可以完全存在于四个EHF聚焦层内，从而用作板内EM聚焦镜。

根据本文讨论的实施例的背腔反射镜可以与许多不同类型的天线(除偶极子天线或折叠偶极子天线以外的天线)一起使用。例如，可以使用贴片天线或扇形偶极子天线。作为另一个示例，可以使用环形天线或槽缝天线。作为还有的另一个示例，可以使用八木(Yagi)天线或环状“四边形”(loop“quad”)天线。

图13A示出了根据实施例的模块1300的说明性视图。模块1300表示不受限于镜驻留其中的基板的最大厚度限制的背腔反射镜。因此，可以优化CBR以获得更大的增益和方向性。模块1300可以被构造成具有四个、五个或更多个孔洞，以允许在空腔内构造更接近地模仿常规抛物面反射器天线的阶梯状抛物面形状的表面。模块1300可以产生类似于图13B中所示的RF能量图案，其中图13B示出了在正Z方向上发出的瓣1350。

图14A示出了根据实施例的具有多个CBR的模块1400的说明性截面图。模块1400包括以NxM矩阵布置的多个CBR，其中N为1或以上的整数，并且M为2或以上的整数。如图所示，模块1400包括在EHF聚焦层1411-1413内形成的CBR 1420、1422和1424的1x3布置，其中层1416表示接地层。天线1432可以定位在层1411的上方或与层1411共平面。在这种布置中，CBR 1420、1422和1424中的每一个可以以类似于八木反射器元件的方式进行再辐射。

图14B示出了根据实施例的具有多个CBR的模块1450的说明性截面图。模块1400包括以NxM矩阵布置的多个CBR，其中N为1或以上的整数，并且M为2或以上的整数。如图所示，模块1450包括在EHF聚焦层1451-1454内形成的CBR 1460、1462和1464的1x3布置，其中层1456表示接地层。天线1472可以定位在层1454内，使得孔洞1460、1462和1464定位在天线1472的前面。在这种布置中，模块1450更接近地类似于八木天线。

据信本文所阐述的公开包括具有独立效用的多个不同的发明。虽然这些发明中的每一个已经以其优选形式被公开，但是如本文所公开和图示的发明的具体实施例不应当被认为是限制意义上的，因为许多变形是可能的。每个示例限定了在前述公开中公开的实施例，但是任何一个示例不一定包括可能最终要求保护的所有特征或组合。在描述记载了“一个”或“第一个”元素或其等同物的情况下，这样的描述包括一个或多个这样的元素，既不要求也不排除两个或更多个这样的元素。此外，用于识别出的元素的诸如第一、第二或第三的序数指示符用于在元素之间进行区分，并不指示这些元素的所需数量或有限数量，并且不指示这些元素的特定位置或顺序，除非以另外的方式特别说明。

此外，相对于图1-14B描述的任何过程以及本发明的任何其它方面可以各自由软件来实现，但是也可以用硬件、固件或者软件、硬件和固件的任何组合来实现。它们各自也可以体现为记录在机器可读介质或计算机可读介质上的机器可读代码或计算机可读代码。计算机可读介质可以是可以存储随后可由计算机系统读取的数据或指令的任何数据存储设备。计算机可读介质的示例可以包括但不限于只读存储器、随机存取存储器、闪存存储器、CD-ROM、DVD、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络耦合的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布式方式被存储和执行。例如，计算机可读介质可以使用任何合适的通信协议从一个电子子系统或设备传递到另一个电子子系统或设备。计算机可读介质可以体现计算机可读代码、指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其它传输机制的调制数据信号中的其它数据，并且可以包括任何信息交付介质。调制数据信号可以是以对信号中的信息进行编码的方式设置或改变其特性中的一个或多个的信号。

应当理解的是，本文讨论的任何的或每一个模块或状态机可以被提供为软件构造、固件构造、一个或多个硬件部件或其组合。例如，可以在可由一个或多个计算机或其它设备执行的计算机可执行指令(诸如程序模块)的一般上下文中描述状态机或模块中的任何一个或多个。通常，程序模块可以包括可以执行一个或多个特定任务或者可以实现一个或多个特定抽象数据类型的一个或多个例程、程序、对象、部件和/或数据结构。还应当理解的是，模块或状态机的数量、配置、功能和互连仅仅是说明性的，并且可以修改或省略现有模块的数量、配置、功能和互连，可以添加附加模块，并且可以更改某些模块的互连。

虽然在阅读了前面的描述之后，本发明的许多更改和修改对于本领域普通技术人员来说无疑将变得明显，但是应当理解的是，通过说明而示出和描述的特定实施例绝不旨在被认为是限制性的。因此，对优选实施例的细节的引用不旨在限制其范围。

Claims (11)

1.一种用于聚焦电磁信号的系统，包括：

多层基板，所述多层基板包括：

接地层；以及

多个EHF聚焦层，所述EHF聚焦层中的每个EHF聚焦层包括：

形成能透射电磁EM信号的EHF聚焦窗口的一部分的电介质部分；以及

围绕所述电介质部分的多个导电通孔，所述多个导电通孔限定所述EHF聚焦窗口的外周，其中所述多个导电通孔在每个EHF聚焦层中彼此间隔开，使得所述多个导电通孔形成阻止所述EM信号穿过所述EHF聚焦窗口的所述外周的EM栅栏，

其中，每个EHF聚焦层的EHF聚焦窗口的特征在于不同的截面面积；以及

非接触通信单元CCU，包括控制电路系统和天线，其中所述天线定位在所述EHF聚焦层之一内并且在所述接地层上方，使得所述天线与所述接地层之间的距离小于所述EM信号的波长的四分之一，并且其中在所述CCU的操作期间，所述天线电耦合到所述EM信号，并且其中所述EHF聚焦窗口共同地接收所述EM信号并且增强所述EM信号的相长EM干涉。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述EHF聚焦层中的顶EHF聚焦层中的EHF聚焦窗口的截面面积大于位于所述顶EHF聚焦层之下的EHF聚焦层中的EHF聚焦窗口，并且其中EHF聚焦窗口的截面面积的大小被确定成使得EHF聚焦窗口的形状为抛物面。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述多层基板的厚度为1毫米或更少。

4.一种用于控制与对等方通信单元的非接触通信的模块，所述模块包括：

非接触通信电路系统，包括硅管芯，所述硅管芯具有第一表面；

天线，电耦合到所述非接触通信电路系统，并且电耦合到电磁EM信号；以及

EM聚焦结构，被固定到所述第一表面，所述EM聚焦结构包括多个EHF聚焦层，所述EHF聚焦层中的每个EHF聚焦层包括能透射所述电磁EM信号的EHF聚焦窗口，

其中，每个EHF聚焦窗口是通过多个导电通孔限定的，其中所述多个导电通孔在每个EHF聚焦层中彼此间隔开，使得所述多个导电通孔形成阻止所述EM信号穿过所述EHF聚焦窗口的外周的EM栅栏；

其中，所述硅管芯用作反射所述EM信号的接地平面，其中所述天线被定位在所述EM聚焦结构的顶表面与所述硅管芯之间，并且其中所述EHF聚焦窗口具有不同的截面面积，并且其中所述EHF聚焦窗口共同地接收所述EM信号并且增强所述EM信号的相长EM干涉。

5.如权利要求4所述的模块，还包括部署在所述硅管芯的顶上的反射材料，其中所述反射材料和所述硅管芯的组合用作所述EM聚焦结构的所述接地平面。

6.如权利要求4所述的模块，其中所述多个EHF聚焦层包括第一EHF聚焦层、第二EHF聚焦层和第三EHF聚焦层，并且其中所述第一EHF聚焦层直接定位到所述硅管芯，所述第二EHF聚焦层定位在所述第一EHF聚焦层的顶上，并且所述第三EHF聚焦层定位在所述第二EHF聚焦层的顶上。

7.如权利要求6所述的模块，其中与所述第一EHF聚焦层相关联的EHF聚焦窗口具有比与所述第二EHF聚焦层相关联的EHF聚焦窗口更小的截面，并且其中与所述第二EHF聚焦层相关联的EHF聚焦窗口具有比与所述第三EHF聚焦层相关联的EHF聚焦窗口更小的截面。

8.一种电磁EM反射镜，包括：

用于反射EM信号的接地平面；

第一EHF聚焦层，定位在所述接地平面的顶上，所述第一EHF聚焦层包括具有第一截面面积的第一EHF聚焦窗口，所述第一截面面积是通过第一多个导电通孔限定的，其中所述第一多个导电通孔彼此间隔开，使得所述第一多个导电通孔形成阻止所述EM信号穿过所述第一EHF聚焦窗口的外周的EM栅栏；

第二EHF聚焦层，定位在所述第一EHF聚焦层的顶上，所述第二EHF聚焦层包括具有第二截面面积的第二EHF聚焦窗口，所述第二截面面积大于所述第一截面面积，其中所述第二截面面积是通过第二多个导电通孔限定的，其中所述第二多个导电通孔彼此间隔开，使得所述第二多个导电通孔形成阻止所述EM信号穿过所述第二EHF聚焦窗口的外周的EM栅栏；

第三EHF聚焦层，定位在所述第二EHF聚焦层的顶上，所述第三EHF聚焦层包括具有第三截面面积的第三EHF聚焦窗口，所述第三截面面积大于所述第二截面面积，其中所述第三截面面积是通过第三多个导电通孔限定的，其中所述第三多个导电通孔彼此间隔开，使得所述第三多个导电通孔形成阻止所述EM信号穿过所述第三EHF聚焦窗口的外周的EM栅栏；以及

其中第一EHF聚焦窗口、第二EHF聚焦窗口和第三EHF聚焦窗口共同地接收所述EM信号并且增强所述EM信号的相长EM干涉，并且所述第一多个导电通孔、所述第二多个导电通孔和所述第三多个导电通孔辅助增强所述EM信号的相长EM干涉。

9.如权利要求8所述的EM反射镜，其中所述EM信号是由定位在所述第一EHF聚焦窗口的上方的天线发射的。

10.如权利要求8所述的EM反射镜，其中所述EM信号是从被定位成与所述第一EHF聚焦层、第二EHF聚焦层和第三EHF聚焦层中的一者共平面的天线发射的。

11.如权利要求8所述的EM反射镜，所述EM信号是从被定位成相对于所述第一EHF聚焦窗口、第二EHF聚焦窗口和第三EHF聚焦窗口的中心轴偏移的天线发射的。

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