特許 6181105 無線周波数デバイスのための熱管理を提供する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181105

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】無線周波数デバイスのための熱管理を提供する装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/12 20060101AFI20170807BHJP

   H01P 11/00 20060101ALI20170807BHJP

   H04B 1/3827 20150101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/12 Z

   H01P11/00

   H04B1/3827

【請求項の数】11

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-98419(P2015-98419)

(22)【出願日】2015年5月13日

(62)【分割の表示】特願2013-510324(P2013-510324)の分割

【原出願日】2011年5月12日

(65)【公開番号】特開2015-181257(P2015-181257A)

(43)【公開日】2015年10月15日

【審査請求日】2015年6月12日

(31)【優先権主張番号】12/778,922

(32)【優先日】2010年5月12日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】595020643

【氏名又は名称】クゥアルコム・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(72)【発明者】

【氏名】エリック・スティーブン・マティス

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２４５８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４５６２４９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００７−３１７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０４２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３０５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１２５３３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ１／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デバイスにおける熱管理のためのアンテナであって、
電気信号を送信するように構成されたアンテナ・ボディと、
前記アンテナ・ボディに結合された複数の取付け面と、ここで、前記複数の取付け面は、デバイスの表面に取付けられるように構成されており、前記複数の取付け面は、前記デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間の１ワットあたり摂氏１５度未満となる熱抵抗（Ｒｔｈ）を提供するように形成されており、
熱の伝達を容易にするために、前記複数の取付け面と前記デバイスの表面との間に結合される熱伝導性材料と、
を備え、
前記複数の取付け面は、それぞれ、１つ以上の接続タイプを利用して前記デバイスの表面に取付けられるように構成され、ここで、前記１つ以上の接続タイプの各々は、はんだ接続と、圧力接続と、容量結合接続とを含むセットから選択され、ここにおいて、前記１つ以上の接続タイプは複数の異なる接続タイプを有し、
ここにおいて、前記複数の取付け面は、１つ以上の取付けフットに結合され、前記１つ以上の取付けフットは、１つ以上の取付けレッグによって前記アンテナ・ボディに結合され、前記複数の取り付け面に関連づけられた複数の熱抵抗の各々を求めるために、前記１つ以上の接続タイプのうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットのうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグのうちの１つに関連づけられた熱抵抗とが加算され、前記複数の取付け面によって提供される前記熱抵抗を求めるために、前記複数の取付け面に関連づけられた前記複数の熱抵抗が並列抵抗として合計され、
ここにおいて、前記アンテナがＰＩＦＡアンテナを備え、前記アンテナ・ボディは、前記デバイスの表面の電力増幅器および他のコンポーネントのうちの少なくとも１つの上に突き出しているまたは一端が飛び出されており、
ここにおいて、前記複数の取付け面の１つは、信号用ソースに結合されており、前記複数の取付け面の別の１つは、信号用接地に結合されている、
アンテナ。

【請求項2】

前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗は、Ｒｔｈ＝ｔ／（ｋ＊Ａ）から求められ、ここにおいて、ｔは熱の流れ方向の材料の厚みを表し、ｋは熱伝導パラメータであり、及び、Ａは前記熱の流れ方向に対し垂直な前記材料の断面積である、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項3】

前記１つ以上の接続タイプと、前記１つ以上の取付けフットと、前記１つ以上の取付けレッグは、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒｔｈ≧１２，１２＞Ｒｔｈ≧１０，１０＞Ｒｔｈ≧８，８＞Ｒｔｈ≧６，６＞Ｒｔｈ≧４，４＞Ｒｔｈ≧２，２＞Ｒｔｈ≧１，および１＞Ｒｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、請求項２に記載のアンテナ。

【請求項4】

少なくとも１つの取付け面が、前記デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間で、前記電気信号を伝導するように構成される、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項5】

デバイスにおける熱管理のためのアンテナ装置であって、
電気信号を送信するためのアンテナ・ボディ手段と、
前記アンテナ・ボディ手段に結合された複数の取付け手段と、ここで、前記取付け手段は、前記デバイスの表面に取付けるためのものであり、前記複数の取付け手段は、前記デバイスの表面と前記アンテナ・ボディ手段との間の１ワットあたり摂氏１５度未満となる熱抵抗を提供するように形成されており、
熱の伝達を容易にするために、前記複数の取付け手段と前記デバイスの表面との間に結合される熱伝導のための手段と、
を備え、
前記複数の取付け手段は、１つ以上の接続タイプを利用して前記デバイスの表面に取付けるためのものであり、ここで、前記１つ以上の接続タイプの各々は、はんだ接続と、圧力接続と、容量結合接続とを含むセットから選択され、ここにおいて、前記１つ以上の接続タイプは複数の異なる接続タイプを有し、
ここにおいて、前記複数の取付け手段は、前記デバイスの表面に取付けるための１つ以上の接続手段を備え、
ここにおいて、前記複数の取付け手段は、前記１つ以上の接続手段を支持するための１つ以上の取付けフット手段と、前記１つ以上の取付けフット手段を前記アンテナ・ボディ手段に取付けるための１つ以上の取付けレッグ手段とを備え、前記複数の取り付け手段に関連づけられた複数の熱抵抗の各々を求めるために、前記１つ以上の接続手段のうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフット手段のうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグ手段のうちの１つに関連づけられた熱抵抗とが加算され、前記複数の取付け手段によって提供される前記熱抵抗を求めるために、前記複数の取付け手段に関連づけられた前記複数の熱抵抗が並列抵抗として合計され、
ここにおいて、前記アンテナ装置がＰＩＦＡアンテナを備え、前記アンテナ・ボディ手段は、前記デバイスの表面の電力増幅器および他のコンポーネントのうちの少なくとも１つの上に突き出しているまたは一端が飛び出されており、
ここにおいて、前記複数の取付け手段の１つは、信号用ソースに結合されており、前記複数の取付け手段の別の１つは、信号用接地に結合されている、
アンテナ装置。

【請求項6】

前記接続手段と、前記取付けフット手段と、前記取付けレッグ手段は、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒｔｈ≧１２，１２＞Ｒｔｈ≧１０，１０＞Ｒｔｈ≧８，８＞Ｒｔｈ≧６，６＞Ｒｔｈ≧４，４＞Ｒｔｈ≧２，２＞Ｒｔｈ≧１，および１＞Ｒｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

デバイスであって、
電力増幅器（ＰＡ）と、
前記電力増幅器からの電気信号を送信するように構成されたアンテナ・ボディと、
前記アンテナ・ボディに結合された複数の取付け面と、ここで、前記複数の取付け面は、デバイスの表面に取付けられるように構成されており、前記複数の取付け面は、前記デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間の１ワットあたり摂氏１５度未満となる熱抵抗（Ｒｔｈ）を提供するように形成されており、
熱の伝達を容易にするために、前記複数の取付け面と前記デバイスの表面との間に結合される熱伝導性材料と、
を備え、
前記複数の取付け面は、それぞれ、１つ以上の接続タイプによって前記デバイスの表面に取付けられるように構成され、ここで、前記１つ以上の接続タイプの各々は、はんだ接続と、圧力接続と、容量結合接続とを含むセットから選択され、ここにおいて、前記１つ以上の接続タイプは複数の異なる接続タイプを有し、
ここにおいて、前記複数の取付け面は、１つ以上の取付けフットに結合され、前記１つ以上の取付けフットは、１つ以上の取付けレッグによって前記アンテナ・ボディに結合され、前記複数の取り付け面に関連づけられた複数の熱抵抗の各々を求めるために、前記１つ以上の接続タイプのうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットのうちの１つに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグのうちの１つに関連づけられた熱抵抗とが加算され、前記複数の取付け面によって提供される前記熱抵抗を求めるために、前記複数の取付け面に関連づけられた前記複数の熱抵抗が並列抵抗として合計され、
ここにおいて、前記デバイスがＰＩＦＡアンテナを備え、前記アンテナ・ボディは、前記デバイスの表面の前記電力増幅器および他のコンポーネントのうちの少なくとも１つの上に突き出しているまたは一端が飛び出されており、
ここにおいて、前記複数の取付け面の１つは、信号用ソースに結合されており、前記複数の取付け面の別の１つは、信号用接地に結合されている、
デバイス。

【請求項8】

前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗は、Ｒｔｈ＝ｔ／（ｋ＊Ａ）から求められ、ここにおいて、ｔは熱の流れ方向の材料の厚みを表し、ｋは熱伝導パラメータであり、及び、Ａは前記熱の流れ方向に対し垂直な前記材料の断面積である、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記１つ以上の接続タイプと、前記１つ以上の取付けフットと、前記１つ以上の取付けレッグは、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒｔｈ≧１２，１２＞Ｒｔｈ≧１０，１０＞Ｒｔｈ≧８，８＞Ｒｔｈ≧６，６＞Ｒｔｈ≧４，４＞Ｒｔｈ≧２，２＞Ｒｔｈ≧１，および１＞Ｒｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、請求項８に記載のデバイス。

【請求項10】

前記デバイスの表面は、少なくとも１つの取付け面から１２０ミリメートル以内に配置された電力増幅器を備える回路基板である、請求項７に記載のデバイス。

【請求項11】

前記アンテナ・ボディは、前記デバイスの外部に露出して周囲の環境に熱エネルギーを放散する、請求項７に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、一般的に、無線通信システムの動作に関し、より詳細には、無線周波数デバイスのための熱管理を提供するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信デバイスは一般的に、無線周波数信号を送信して他のデバイスと通信するために、電力増幅器を使用する。電力増幅器は一般的に、最適な性能のために調整された板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：Planar Inverted F Antenna）のようなアンテナに結合される。しかしながら、高い電力レベルで信号を送信することは、デバイスが許容可能な動作温度よりも高い温度を経験する、という結果をもたらし得る。さらに、市場での競争力をつけるために無線デバイスを可能な限り小型化しなくてはならない必要性によって、電力密度が増大するという結果をもたらし、それは動作温度をさらに上昇させてきた。残念ながら、高温での動作によって、性能が低下する問題、または熱に関連する他の問題、たとえば、信頼性の低下やデータ・レートの減少、または接触温度が過度に高くなるといった結果をもたらし得る。

【0003】

上昇した動作温度に関連づけられた問題を克服するために、いくつかの技術が使用されてきた。１つの技術は、感度のよいコンポーネントを高温に曝すことを減少または制限するために、性能を抑制する（すなわち、データ・レート、送信電力、等を調節する）ことを含む。コンポーネントを冷却し、熱を放散するために使用されてきた他の技術は、熱伝導性を有するギャップ・フィラーを用いてデバイス内のエア・ギャップを満たすことと、基板の面積および／または製品のサイズを増大させることと、通気穴を追加することと、ファンを追加することと、を含む。

【0004】

残念ながら、上記技術は、動作温度を減少させるのに効果的でない場合もあり、または、材料コストの追加や、製品サイズの増加、またはデバイス性能の低下、といった結果をもたらし得る。たとえば、ＰＩＦＡを利用するデバイスでは、ギャップ・フィラーは適切ではない。ＰＩＦＡは一般的に、良好な性能のために、アンテナ素子と接地平面との間に、空気のような低損失誘電体を必要とするからである。

【0005】

したがって、上昇した動作温度に関連づけられた上記のごとくの問題を克服するメカニズムを有することにより、高性能かつコンパクトなデバイスの構成を可能にすることが所望されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本明細書において説明される熱伝導アンテナ・システムの上記態様は、下記の説明を付属の図面とともに考慮しながら参照することにより、より容易に明らかとなるだろう。

【図1】図１は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なＰＩＦＡアンテナの三面図である。

【図2】図２は、図１のＰＩＦＡアンテナの斜視図である。

【図3】図３は、熱伝導アンテナ・システムの実装とともに使用される例示的な回路基板を示す図である。

【図4】図４は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なデバイス・アセンブリを示す図である。

【図5】図５は、熱伝導アンテナ・システムに係る、熱抵抗と接触表面積との間の関係を示す例示的なグラフである。

【図6】図６は、熱伝導アンテナ・システムに係る、さまざまなアンテナ部分の熱抵抗の計算を示す例示的な表である。

【図7】図７は、熱伝導アンテナ・システムを備える例示的なデバイスを示す図である。

【図8】図８は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なアンテナ装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の説明では、無線周波数（ＲＦ）デバイスのための熱管理を提供するように動作する熱伝導アンテナ・システムの実装が説明される。

【0008】

図１は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なＰＩＦＡアンテナ１００の三面図を示す。正面図１０２を参照すると、アンテナ・ボディ１０４と、伝導性を有する取付け面１０６を有する２つの取付けフット１１２とが示されている。アンテナ・ボディ１０４は、任意の特定の送信特性および／または受信特性を達成するための、任意の所望の幾何学的配置を有し得るＰＩＦＡアンテナを形成する。アンテナ・ボディ１０４は、電気信号の送信を実行するために、例えば銅のような金属で構成される。アンテナ・ボディ１０４はまた、熱伝導性を有する。取付けフット１１２と伝導性を有する取付け面１０６もまた、例えば金属のような熱伝導性材料から形成され、アンテナ・ボディ１０４に送信のための電気信号を伝導することができる。この熱伝導アンテナ・システムがＰＩＦＡアンテナとの使用のみに限定されないこと、そして、同システムが、他のタイプのアンテナ、たとえば、ホイップ・アンテナ、パッチ・アンテナ、メアンダ・パッチ・アンテナ、または他のタイプのアンテナとの使用に適していることにもまた注目されるべきである。

【0009】

端面図１０８を参照すると、２つの取付け部材１１０が示されている。取付け部材１１０はまた、フィード・レッグおよびショート・レッグとも呼ばれる。フィード・レッグは、アンテナ・ボディ１０４に、送信される信号を供給する。ショート・レッグは一般的に、信号用接地に結合される。取付け部材１１０は、取付けフット１１２と伝導性を有する取付け面１０６とを、アンテナ・ボディ１０４から離間するように延長させ、アンテナ１００を、回路基板または他の表面に、その表面上に取付けられ得る他のコンポーネントの妨げとならないように取付けることを可能にする役割を果たす。１つの実装において、取付け部材１１０と、取付けフット１１２と、伝導性を有する取付け面１０６は、アンテナ・ボディ１０４とともに形成され、連続する１つの熱伝導性ユニットを形成する。

【0010】

別の実装では、取付け部材１１０と、伝導性を有する取付け面１０６を有する取付けフット１１２とは、別々に形成され、熱伝導性を有する取付けメカニズムを使用してアンテナ・ボディ１０４に取付けられる。別々に形成される場合、取付け部材１１０と取付けフット１１２は、例えば金属のような熱伝導性材料から形成され、アンテナ・ボディ１０４に送信のための電気信号を伝導することもできる。したがって、伝導性を有する取付け面１０６が受けた熱エネルギーは、取付けフット１１２と取付け部材１１０とを介して、アンテナ・ボディ１０４へと移動することができる。

【0011】

側面図１１２を参照すると、アンテナ・ボディ１０４、取付け部材１１０、取付けフット１１２、および熱伝導性を有する取付け面１０６の向きが、さらに示されている。

【0012】

１つの実装において、ＰＩＦＡアンテナ１００は、シート・メタルまたは銅から形成される。しかしながら、ＰＩＦＡアンテナ１００は、適切な熱品質および電気品質を有する任意の適切な材料から構成されることができる。他の実装では、アンテナ１００は、個々のコンポーネントをフォト・エッチング、スタンピング、成形、アセンブリすること、または支持体にめっきすることによって、形成されることができる。図１に見られるように、この特定の実施形態では、取付け部材１１０の寸法が２．５ｍｍ×５．０ｍｍ、取付けフット１１２の寸法が２．５ｍｍ×４．０ｍｍであり、伝導性を有する取付け面１０６は、１０ｍｍ^２の表面積を有している。アンテナ１００の厚みは、０．２５ｍｍであるが、その他の厚みを持つさまざまなアンテナ部位が可能である。これらの寸法は、例示的なものであり、取付け部材１１０、取付けフット１１２、または伝導性を有する取付け面１０６のサイズを限定することを意図したものではない。

【0013】

熱伝導アンテナ・システムのさまざまな実装では、取付けフット１１２の寸法と、伝導性を有する取付け面１０６の寸法は、選択された表面積の値および／または選択された熱抵抗の値を提供するように選ばれる。取付け部材１１０の寸法もまた、選択された熱抵抗の値を提供するように選ばれる。取付け面１０６と、取付けフット１１２と、取付け部材１１０との組み合わせは、熱エネルギーが伝導性を有する取付け面１０６からアンテナ・ボディ１０４へと自由に流れることを可能にする熱抵抗の値の範囲を提供するように選択される。取付け面１０６と、取付けフット１１２と、取付け部材１１０とに関する、サイズの選択および熱抵抗の計算についてのより詳細な説明が、下記において提供される。

【0014】

動作中、ＰＩＦＡアンテナ１００は、電気信号を送信するためのアンテナとして動作するとともに、伝導性を有する取付け面が受けた熱を放散するためのヒート・シンクとしても動作する。たとえば、１つの実装では、ＰＩＦＡアンテナ１００は、ハンドヘルド・デバイスに組み込まれる際、アンテナ・ボディ１０４がデバイス外部の周囲の環境に露出し、伝導性を有する取付け面１０６がデバイス内部の回路基板と接触するように、組み込まれる。たとえば、伝導性を有する取付け面１０６は、デバイス電力増幅器に非常に近接して回路基板に結合される。伝導性を有する取付け面１０６は、熱を回路基板から奪って取付けフット１１２と取付け部材１１０とを介して伝導させ、熱エネルギーがアンテナ・ボディ１０４へと移動することを可能にするように動作する。そして、熱エネルギーは、アンテナ・ボディ１０４から周囲の環境へと放散する。ＰＩＦＡアンテナ１００のより詳細な説明が下記において提供される。

【0015】

図２は、アンテナ・ボディ１０４、取付け部材１１０、取付けフット１１２、および熱伝導性を有する取付け面１０６の配置および向きを示す、例示的なＰＩＦＡアンテナ１００の斜視図を示す。取付け部材１１０の高さは、デバイスの外部ハウジングと、熱が放散される内部回路基板のようなデバイス内部の表面の位置との間の距離に対応するように、調節されることができる。

【0016】

図３は、熱伝導アンテナ・システムの実装とともに使用される例示的な回路基板３００を示す。回路基板３００は、コンポーネント間で信号をルーティングするために使用される１つ以上のレイヤ３０２または平面を備える。３０４によって一般的に示されたコンポーネントが、回路基板３００上に取付けられ、レイヤ３０２のうちの１つ以上のレイヤ上の３１４によって一般的に示されたルーティング・トレースを利用して、互いに信号を通信する。コンポーネント３０６は、コンポーネント３０４のうちの１つ以上のコンポーネントの動作に影響し得る、回路基板の温度を上昇させる動作中に、熱を発生する電力増幅器であると想定されるだろう。たとえば、電力増幅器３０６は、送信のために電気信号を増幅する際に大量の熱を発生し得る。

【0017】

回路基板３００はまた、取付けパッド３０８と取付けパッド３１０とを備える。この例では、取付けパッド３０８が回路基板３００の接地平面に結合され、取付けパッド３１０がルーティング・トレース３１２に接続され、ルーティング・トレース３１２がさらに電力増幅器３０６の出力に接続されるものと想定されるだろう。したがって、取付けパッド３０８は、コンポーネント３０４および／または電力増幅器３０６の動作に因る熱の上昇を受ける回路基板３００の接地平面への熱の通路を提供する。たとえば、回路基板３００の上面上に配置され、かつ薄いマスク・レイヤによって覆われた接地平面に、取付けパッド３０８が直接接続されることができ、または、内部の接地平面に、１つ以上の接続ビアによって取付けパッド３０８が接続されることができる。取付けパッド３１０は、電力増幅器が送信のために信号を増幅する際にも熱の上昇を受ける電力増幅器３０６の出力への通路を提供する。１つの実装では、電力増幅器３０６は、取付けパッド３０８と取付けパッド３１０とのうちの少なくとも１つから１２０ｍｍ以内に配置される。

【0018】

熱伝導アンテナ・システムの１つの実装では、ＰＩＦＡアンテナ１００は、伝導性を有する２つの取付け面１０６が取付けパッド３０８と取付けパッド３１０とにそれぞれ接続されるように、回路基板３００に取付けられる。たとえば、フィード・レッグに関連づけられた伝導性を有する取付け面１０６は、パッド３１０に取付けられ、ショート・レッグに関連づけられた伝導性を有する取付け面１０６は、パッド３０８に取付けられる。この配置により、電力増幅器３０６からの電気信号は、送信のためにフィード・レッグによりＰＩＦＡアンテナへと結合されることが可能になる。

【0019】

さらに、回路基板の動作中にコンポーネント３０４および／または電力増幅器３０６に起因して発生した熱エネルギーは、接地平面から、ショート・レッグに関連づけられた伝導性を有する取付け面１０６へと放散することができるので、ＰＩＦＡアンテナ・ボディ１０４により周囲の環境へと放散されることができる。このように、熱伝導アンテナ・システムが熱エネルギーを回路基板から奪って伝導させることにより、回路基板は、より低い温度で動作することが可能になり、これにより、より高い温度での動作に関連づけられた問題を回避することが可能になる。

【0020】

図４は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なデバイス・アセンブリ４００を示す。デバイス・アセンブリ４００は、回路基板３００に結合されたＰＩＦＡアンテナ１００を備える。局部４０２は、回路基板３００に対するアンテナ１００の結合をさらに詳細に示したものである。

【0021】

局部４０２は、回路基板３００と、回路基板の取付けパッド３０８と、取付けフット１１２と、伝導性を有する取付け面１０６とを示す。１つの実装では、伝導性を有する取付け面１０６は、回路基板の取付けパッド３０８にはんだ付けされる。別の実装では、伝導性を有する取付け面１０６は、回路基板の取付けパッド３０８に容量結合される。容量結合の場合、アンテナの性能に対し適切な誘電特性を有する熱伝導性材料４０４が、取付けパッド３０８と伝導性を有する取付け面１０６との間に使用され、熱の伝達と適切なアンテナの性能とを容易にする。さらなる別の実装では、伝導性を有する取付け面１０６は、ネジまたは何らかの他の取付け手段を使用して回路基板の取付けパッド３０８に対してプレスされ、圧力結合を形成する。

【0022】

動作中、例えば電力増幅器３０６のような回路基板３００のコンポーネントの動作によって発生した熱は、取付けパッド３０８と取付け面１０６との結合を介して、ＰＩＦＡアンテナ１００へと伝導される。そして、この熱エネルギーは、熱の流れを示した線４０６によって示されているように、取付けフット１１２と、取付け部材１１０と、アンテナ・ボディ１０４とを介して、周囲の環境へと放散される。すなわち、ＰＩＦＡアンテナ１００は、２つの機能を提供するように動作する。１つは、電気信号の送信であり、もう１つは、回路基板３００からの熱の放散である。これにより、回路基板はより低い温度で動作することが可能になり、それによって、性能を抑制することや通気穴またはファンを追加することといった、熱の蓄積に対応するための技術を用いることが不要になる。

【0023】

図５は、熱伝導アンテナ・システムに係る、伝導性を有する取付け面１０６の熱抵抗（Ｒ_ｔｈ）と接触表面積（Ａ）との間の関係を示す例示的なグラフ５００を示す。グラフ５００の縦軸は、摂氏温度で表された１ワットあたりの熱抵抗を表し、グラフ５００の横軸は、平方ミリメートルで表された伝導性を有する取付け面１０６の合計熱伝導表面積を表す。

【0024】

グラフ５００は、伝導性を有する取付け面１０６の合計表面積が増加すると、熱抵抗がどれだけ減少するかを示すパイロット・ライン５０２を含む。特定の表面積と、関連づけられた熱抵抗とを示す３点（５０４、５０６、および５０８）が示されている。たとえば、点５０４では、第１の表面積（Ａ１）が、第１の熱抵抗（Ｒ_ｔｈ１）に対応し、点５０６および５０８では、表面積Ａ２およびＡ３が、Ｒ_ｔｈ２およびＲ_ｔｈ３にそれぞれ対応している。このように、所与の接触表面積に対し、対応する熱抵抗が求められることができる。

【0025】

＜熱抵抗の計算＞
熱伝導アンテナ・システムのさまざまな実装において、伝導性を有する取付け面１０６と回路基板の表面との間の接続の熱抵抗と、取付けフット１１２の熱抵抗と、取付け部材１１０の熱抵抗との合計に基づいて、結果としてもたらされる熱抵抗が求められる。下記の式が、アンテナの上記部分の各々の熱抵抗を求めるために使用されることができる。

【数1】

【0026】

上記の式において、Ｒ_ｔｈは、摂氏温度で表された１ワットあたりの熱抵抗であり、ｔは、熱の流れ方向の材料の厚み（ｍｍ）を表し、ｋは、材料に対する熱伝導パラメータであり、Ａは、熱の流れに対し垂直な材料の断面積（ｍｍ^２）である。したがって、例えば回路基板３００のような表面からアンテナ・ボディ１０４までの、結果としてもたらされる熱抵抗は、３つのコンポーネント、すなわち、回路基板と伝導性を有する取付け面１０６との間の接続と、取付けフット１１２と、取付け部材１１０との熱抵抗を合計することによって、求められることができる。

【0027】

図６は、図４０２に示したアンテナの各部位について計算された熱抵抗を示した例示的な表６００を示す。たとえば、各アンテナ部位６０２についての熱抵抗６０４が、ｔ６０６、ｋ６０８、長さ（Ｌ）６１０、幅（Ｗ）６１２、および面積（Ａ）６１４についての特定の値を使用して、上記の式に基づき計算される。

【0028】

表６００において見られるように、はんだ接続に関し、特定のサイズの２つのはんだ接続タイプについての熱抵抗が、６１６において示されている。容量結合接続に関しては、３つの異なる熱インタフェース材料についての熱抵抗が、６１８において示されている。特定のサイズの３つの取付けフット材料についての熱抵抗が、６２０において示され、特定のサイズの３つの取付けレッグ材料についての熱抵抗が６２２において示されている。

【0029】

このように、さまざまな実装において、結果としてもたらされるアンテナ１００の熱抵抗は、取付け面１０６と回路基板との間の接続の熱抵抗（６１６または６１８のいずれか）と、取付けフット１１２の材料およびサイズに基づいた熱抵抗（６２０）と、取付け部材（またはレッグ）の材料およびサイズに基づいた熱抵抗（６２２）とを含む。これは、１つの取付け面と、関連づけられた構造的なコンポーネントとについての熱抵抗を表している。２つの取付け面がアンテナ１００によって提供される場合、結果としてもたらされる熱抵抗は、２で除算される。

【0030】

表１は、アンテナ１００の測定値と表６００において提供された他の情報とに基づいた、熱伝導アンテナ・システムの例示的なアンテナの実装において提供される熱抵抗についての値を示す。たとえば、このアンテナの実装は、結果としてもたらされる熱抵抗を求めるために合算される、接続のタイプと、フットのタイプと、レッグのタイプとを備える。複数の取付け面を有するアンテナは、複数の接続のタイプと、複数のフットのタイプと、複数のレッグのタイプとを有するであろうし、結果としてもたらされる熱抵抗は、すべてのアンテナ・コンポーネントに関連づけられた熱抵抗の合計から求められることができる。たとえば、複数の熱経路の、結果としてもたらされる熱抵抗を求めるために、それらの経路の熱抵抗は、結果としてもたらされる電気抵抗を求めるために電気抵抗が合計される手法と同様の手法で合計される。たとえば、結果としてもたらされる電気抵抗を求めるために、直列抵抗が加算される。結果としてもたらされる電気抵抗を求めるために、２つの並列抵抗が（Ｒ１^＊Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）によって合計される。表１は一例にすぎず、異なる接続のタイプと、フットのタイプと、レッグのタイプとを有する他の実装が可能であることに注意すべきである。

【表1】

【0031】

アンテナ１００は２つの取付け面を備えているので、結果としてもたらされる熱抵抗は、各々の面に関連づけられた熱抵抗の合計になるだろう。最終結果は、２で除算することにより求められることができ、すなわち、所与の寸法に基づいた、結果としてもたらされるアンテナ１００についての熱抵抗は、１０．８であるという意味である。したがって、上記の仕様および寸法に基づいた、熱伝導アンテナ・システムの実装によって提供される熱抵抗の上限は、１５℃／ワットという値に設定される。

【0032】

アンテナ１００によって提供される伝導性を有する取付け面１０６は２つだが、このシステムは、どんな数の、伝導性を有する取付け面、関連づけられるフット構造、レッグ構造との使用にも適している。これらの構造の寸法が、結果としてもたらされる最終熱抵抗を求めるために使用される。たとえば、１つの実装では、アンテナ１００は、１つの取付け面のみを有するように構成される。別の実装では、アンテナ１００は、３つ以上の取付け面を有するように構成される。このように、任意の数の取付け面、関連づけられたフット構造、レッグ構造が提供されることができ、上記の式を使用して、各部分についての熱抵抗が求められ、すべての取付け面および関連づけられた構造を考慮して、結果としてもたらされる熱抵抗が求められる。たとえば、１つの取付け面を有するアンテナが、結果としてもたらされる抵抗Ｒ_ｔｈを有し得る一方で、同一の２つの取付け面および関連づけられた構造を有するアンテナは、Ｒ_ｔｈ／２の熱抵抗を有するだろう。

【0033】

１つの実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏１２度以上、かつ１ワットあたり摂氏１５度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏１０度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏１２度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏８度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏１０度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏６度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏８度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏４度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏６度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏２度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏４度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏１度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏２度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。別の実装では、アンテナ１００は、１ワットあたり摂氏０．５度より大きく、かつ１ワットあたり摂氏１度未満の熱抵抗を提供するような寸法にされる。

【0034】

図７は、通信ネットワーク７００と、熱伝導アンテナ・システムを備える例示的なデバイス７０２とを示す。通信ネットワーク７００は、任意のタイプの有線通信ネットワークおよび／または無線通信ネットワークであることができるネットワーク７０４を備える。ネットワーク７０４は、無線伝送リンク７０８を使用してデバイス７０２と通信するように動作する通信サーバ７０６を備える。１つのデバイスしか示されていないが、通信サーバ７０６は、任意の数のデバイスと無線通信することができるということに注意すべきである。

【0035】

デバイス７０２は、熱伝導アンテナ・システムによって構成され、図１に示したＰＩＦＡアンテナ１００を備える。たとえば、デバイス７０２の背面図７１０は、熱の放散を可能にするためにＰＩＦＡアンテナ１００が周囲の環境に露出していることを示している。デバイス７０２の側面図７１２には、電力増幅器３０６と、結合部４０２と、デバイスの外部に延長し、周囲の環境に露出したＰＩＦＡアンテナ１００とともに、内部回路基板３００が示されている。アンテナ１００の各部位についての、上述した熱抵抗の計算が、結合のサイズおよびタイプと、フットのサイズおよび材料と、レッグのサイズおよび材料とに基づいて実行され、結果としてもたらされる熱抵抗が求められる。たとえば、熱抵抗は、表１に示された実装に対応し得る。

【0036】

動作中、回路基板、電力増幅器、および関連づけられたコンポーネントは、熱を発生する。たとえば、回路基板３００上の電力増幅器３０６は、通信サーバ７０６に信号を送信する際に、熱を発生する。熱エネルギーは、取付けパッド３０８および３１０からＰＩＦＡアンテナ１００の伝導性を有する取付け面１０６へと移動し、取付けフット１１２と、取付けレッグ１１０と、ＰＩＦＡアンテナ・ボディ１０４とを介して、周囲の環境へと放散される。したがって、回路基板３００およびそれに関連づけられたコンポーネントの温度は、性能の抑制または他の熱補償技術を使用しなくても、管理されることができる。

【0037】

図８は、熱伝導アンテナ・システムにしたがって構成された例示的なアンテナ装置８００を示す。１つの実装では、アンテナ装置８００は、金属または他の熱伝導性材料を含む。

【0038】

アンテナ装置８００は、電気信号を送信するためのアンテナ・ボディ手段（８０２）を備える。アンテナ・ボディ手段８０２は、ＰＩＦＡアンテナ、ホイップ・アンテナ、パッチ・アンテナ、メアンダ・パッチ・アンテナ、または任意の他のタイプのアンテナであることができる。アンテナ装置８００はまた、アンテナ・ボディ手段８０２をデバイスの表面に結合するための取付け手段（８０４）を備える。１つの実装では、取付け手段８０４は、金属または他の熱伝導性材料を含む、取付け部材手段８０６と、取付けフット手段８０８とを備える。取付けフット手段は、はんだまたは熱伝導性材料を含む接続手段８１２を使用してアンテナ装置８００を回路基板のような表面に取付けるための、取付け面８１０を備える。アンテナ装置８００によって提供される、結果としてもたらされる熱抵抗は、接続手段８１２の熱抵抗と、取付けフット手段８０８の熱抵抗と、取付け部材手段８０８の熱抵抗とに基づく。１つ以上の実装において、熱抵抗は、１ワットあたり摂氏１５度未満である。

【0039】

開示された態様の説明は、本発明を製造または使用することをいずれの当業者にも可能にさせるために提供されている。これらの態様に対するさまざまな変更は、当業者に容易に理解されることができ、ここで定義された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱せずに、他の態様に適用されることができる。したがって、本発明は、ここに示された態様に限定されることは意図しておらず、ここに開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が付与されるべきである。「例示的」という用語は、本明細書では、「例、事例、または実例としての役割を果たす」という排他的な意味で用いられる。「例示的」なものとしてここに説明される任意の態様は、必ずしも、他の態様よりも好ましい、または利点を有するものと解釈されるべきではない。

【0040】

したがって、熱伝導アンテナ・システムの態様が本明細書に示され説明されたが、それらの態様に対するさまざまな変更が、それらの精神または本質的な特徴から逸脱せずに行われ得ることが理解されるだろう。したがって、本明細書における開示および説明は、下記の請求項に記載された本発明の範囲を限定するものではなく、その一例であることが意図される。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
デバイスにおける熱管理のためのアンテナであって、
電気信号を送信するように構成されたアンテナ・ボディと、
前記アンテナ・ボディに結合された１つ以上の取付け面と、ここで、前記１つ以上の取付け面は、デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間の、結果としてもたらされる熱抵抗（Ｒ_ｔｈ）が、１ワットあたり摂氏１５度未満となるように、前記デバイスの表面に取付けられるように構成される、
を備えるアンテナ。
［２］
前記１つ以上の取付け面は、それぞれ、１つ以上の接続タイプを利用して前記デバイスの表面に取付けられるように構成され、ここで、前記１つ以上の接続タイプの各々は、はんだ接続と、圧力接続と、容量結合接続とを含むセットから選択される、上記［１］に記載のアンテナ。
［３］
前記１つ以上の取付け面は、１つ以上の取付けフットに結合され、前記１つ以上の取付けフットは、１つ以上の取付けレッグによって前記アンテナ・ボディに結合され、前記結果としてもたらされる熱抵抗は、前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗との合計である、上記［２］に記載のアンテナ。
［４］
前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗は、Ｒ_ｔｈ＝ｔ／（ｋ^＊Ａ）から求められる、上記［３］に記載のアンテナ。
［５］
前記１つ以上の接続タイプと、前記１つ以上の取付けフットと、前記１つ以上の取付けレッグは、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒ_ｔｈ≧１２，１２＞Ｒ_ｔｈ≧１０，１０＞Ｒ_ｔｈ≧８，８＞Ｒ_ｔｈ≧６，６＞Ｒ_ｔｈ≧４，４＞Ｒ_ｔｈ≧２，２＞Ｒ_ｔｈ≧１，および１＞Ｒ_ｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、上記［４］に記載のアンテナ。
［６］
少なくとも１つの取付け面が、前記デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間で、前記電気信号を伝導するように構成される、上記［１］に記載のアンテナ。
［７］
前記アンテナ・ボディは、ＰＩＦＡアンテナ、ホイップ・アンテナ、パッチ・アンテナ、またはメアンダ・パッチ・アンテナのうちの１つを形成する、上記［１］に記載のアンテナ。
［８］
デバイスにおける熱管理のためのアンテナ装置であって、
電気信号を送信するためのアンテナ・ボディ手段と、
前記アンテナ・ボディ手段に結合された取付け手段と、ここで、前記取付け手段は、デバイスの表面と前記アンテナ・ボディ手段との間の、結果としてもたらされる熱抵抗が、１ワットあたり摂氏１５度未満となるように、前記デバイスの表面に取付けるためのものである、
を備えるアンテナ装置。
［９］
前記取付け手段は、前記デバイスの表面に取付けるための接続手段を備える、上記［８］に記載の装置。
［１０］
前記取付け手段は、前記接続手段を支持するための取付けフット手段と、前記取付けフット手段を前記アンテナ・ボディ手段に取付けるための取付けレッグ手段とを備え、前記結果としてもたらされる熱抵抗は、前記接続手段に関連づけられた熱抵抗と、前記取付けフット手段に関連づけられた熱抵抗と、前記取付けレッグ手段に関連づけられた熱抵抗との合計である、上記［９］に記載の装置。
［１１］
前記接続手段と、前記取付けフット手段と、前記取付けレッグ手段は、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒ_ｔｈ≧１２，１２＞Ｒ_ｔｈ≧１０，１０＞Ｒ_ｔｈ≧８，８＞Ｒ_ｔｈ≧６，６＞Ｒ_ｔｈ≧４，４＞Ｒ_ｔｈ≧２，２＞Ｒ_ｔｈ≧１，および１＞Ｒ_ｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、上記［１０］に記載の装置。
［１２］
デバイスであって、
電力増幅器（ＰＡ）と、
前記電力増幅器からの電気信号を送信するように構成されたアンテナ・ボディと、
前記アンテナ・ボディに結合された１つ以上の取付け面と、ここで、前記１つ以上の取付け面は、デバイスの表面と前記アンテナ・ボディとの間の、結果としてもたらされる熱抵抗（Ｒ_ｔｈ）が、１ワットあたり摂氏１５度未満となるように、前記デバイスの表面に取付けられるように構成される、
を備えるデバイス。
［１３］
前記１つ以上の取付け面は、それぞれ、１つ以上の接続タイプによって前記デバイスの表面に取付けられるように構成され、ここで、前記１つ以上の接続タイプの各々は、はんだ接続と、圧力接続と、容量結合接続とを含むセットから選択される、上記［１２］に記載のデバイス。
［１４］
前記１つ以上の取付け面は、１つ以上の取付けフットに結合され、前記１つ以上の取付けフットは、１つ以上の取付けレッグによって前記アンテナ・ボディに結合され、前記結果としてもたらされる熱抵抗は、前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗との合計である、上記［１３］に記載のデバイス。
［１５］
前記１つ以上の接続タイプに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けフットに関連づけられた熱抵抗と、前記１つ以上の取付けレッグに関連づけられた熱抵抗は、Ｒ_ｔｈ＝ｔ／（ｋ^＊Ａ）から求められる、上記［１４］に記載のデバイス。
［１６］
前記１つ以上の接続タイプと、前記１つ以上の取付けフットと、前記１つ以上の取付けレッグは、摂氏温度で表された１ワットあたりの前記結果としてもたらされる熱抵抗が、１５＞Ｒ_ｔｈ≧１２，１２＞Ｒ_ｔｈ≧１０，１０＞Ｒ_ｔｈ≧８，８＞Ｒ_ｔｈ≧６，６＞Ｒ_ｔｈ≧４，４＞Ｒ_ｔｈ≧２，２＞Ｒ_ｔｈ≧１，および１＞Ｒ_ｔｈ≧０．５を含む範囲のセットから選択された範囲となるような寸法にされる、上記［１５］に記載のデバイス。
［１７］
前記デバイスの表面は、少なくとも１つの取付け面から１２０ミリメートル以内に配置された電力増幅器を備える回路基板である、上記［１２］に記載のデバイス。
［１８］
前記アンテナ・ボディは、前記デバイスの外部に露出して周囲の環境に熱エネルギーを放散する、上記［１２］に記載のデバイス。
［１９］
前記アンテナ・ボディは、ＰＩＦＡアンテナ、ホイップ・アンテナ、パッチ・アンテナ、またはメアンダ・パッチ・アンテナのうちの１つを形成する、上記［１２］に記載のデバイス。
［２０］
前記デバイスは、ハンドヘルド・デバイスである、上記［１２］に記載のデバイス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】