特許 6351760 切り替え可能なΠ字形アンテナ

(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】6351760

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】切り替え可能なΠ字形アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/50 20060101AFI20180625BHJP

   H01Q 5/335 20150101ALI20180625BHJP

   H01Q 9/04 20060101ALI20180625BHJP

   H04M 1/02 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/50

   H01Q5/335

   H01Q9/04

   H04M1/02 C

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-567210(P2016-567210)

(86)(22)【出願日】2015年5月6日

(65)【公表番号】特表2017-522759(P2017-522759A)

(43)【公表日】2017年8月10日

(86)【国際出願番号】CN2015078380

(87)【国際公開番号】WO2015169221

(87)【国際公開日】20151112

【審査請求日】2016年12月21日

(31)【優先権主張番号】14/274,474

(32)【優先日】2014年5月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504161984

【氏名又は名称】ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100140534

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 敬二

(72)【発明者】

【氏名】ホンウェイ・リュウ

(72)【発明者】

【氏名】ニン・マ

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１９５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００５００２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１６９８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５４５３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３０１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５０９４２４（ＪＰ，Ａ）

(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】

モバイルデバイスであって、
複数の無線周波数（RF）バンドでモバイルデバイスを動作するように構成される電子装置と、
放射ストリップラインと、ギリシャ符号Πの形状の第１のアーム及び第２のアームとを具備するΠ字形アンテナであって、前記第１のアーム及び第２のアームは、ギリシャ符号Πの形状の２本の脚にそれぞれ対応する、Π字形アンテナと、
を具備し、
前記第１のアームは、Π字形アンテナのカップリング構成要素を含み、
前記複数のRFバンドの第１バンドに第１共振を提供するために、前記カップリング構成要素は、前記モバイルデバイスのコネクタに容量結合され、
前記複数のRFバンドに１つ又は複数の第２共振を提供するために、前記第２のアームは、インピーダンス整合ネットワークを介して前記電子装置に結合され、
前記コネクタは、シェルを有し、前記カップリング構成要素は前記シェルに容量結合される
ことを特徴とするモバイルデバイス。

【請求項2】

前記コネクタは、USBコネクタ、イヤホンコネクタ、マイクロホンコネクタ、およびメモリスロットコネクタのうちの1つである、請求項1に記載のモバイルデバイス。

【請求項3】

前記インピーダンス整合ネットワークは、切り替え可能であり、複数のRFバンドにわたって、少なくとも2つの状態において前記電子装置のインピーダンスを前記Π字形アンテナに整合させるように構成される、請求項1又は2に記載のモバイルデバイス。

【請求項4】

前記電子装置は、前記少なくとも2つの状態を選択的に確立するように構成される、請求項3に記載のモバイルデバイス。

【請求項5】

前記インピーダンス整合ネットワークは、スイッチ、キャパシタおよびインダクタを備える、請求項1から4の何れか一項に記載のモバイルデバイス。

【請求項6】

前記電子装置は、ロング・ターム・エボリューション(LTE)バンドB17、B20およびB7において動作するように構成されるRFドライバを備える、請求項1から5の何れか一項に記載のモバイルデバイス。

【請求項7】

前記カップリング構成要素および前記コネクタは、バンドB7において共振を生じさせる、請求項5に記載のモバイルデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、あたかも全体として再現されるかのように参照により本明細書に組み込まれる、2014年5月9日に出願された、「SWITCHABLE PI SHAPE ANTENNA」と題する、米国非仮特許出願第14274474号の優先権を主張する。

【0002】

本開示は、アンテナを対象とし、より詳しくは一般向けのバンドをカバーするためにスマートフォンを含む進歩したモバイルデバイスに使用される低姿勢アンテナを対象とする。

【背景技術】

【0003】

スマートフォンを含む無線モバイルデバイスは、所望の製品フォームファクタを満たすために低姿勢アンテナを必要とする。これらのデバイスの利用できる内部寸法(ID)は、他の部品レイアウト設計を含む、多数の要因に起因して制限される。

【0004】

従来のT字形(T-shaped)アンテナは、スマートフォンで一般的に使用されており、そのT字形アンテナは、デバイス筐体に提示されるUSBコネクタなしに第3世代(3G)バンドをカバーするのに好適である。第4世代(4G)ロング・ターム・エボリューション(LTE)デバイスでは、より一般向けのバンドは、704〜960MHz(LTE B17、E20、G850、G900)および1710〜2170MHz(DCS、PCS、AWS)から2500〜2690MHz(LTE B7)である。従来のT字形アンテナは、バンドカバレッジが制限され、これらの一般向けバンドにとって理想的に適してはいない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンテナ、共振を生じさせるように構成されるコネクタを使用し、受動的なまたは切り替え可能なインピーダンス整合ネットワークを有する、複数のバンドにわたって動作可能なモバイルデバイス。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態では、モバイルデバイスは、遠位端(distal end)を有する筐体、および筐体内に配置されかつモバイルデバイスを動作させるように構成される電子装置を備える。電子装置は、音声通話およびテキストメッセージを含む無線信号を伝達するように構成される。コネクタは、電子装置に結合される。Π字形(Pi-shaped)アンテナは、筐体遠位端に配置され、Π字形アンテナは、コネクタに結合されかつコネクタを使用して共振を生じさせるように構成されるカップリングを有する。Π字形アンテナおよびコネクタは、無線信号を無線で送受信するように構成される。インピーダンス整合ネットワークは、電子装置とΠ字形アンテナとの間に結合され、インピーダンス整合ネットワークは、電子装置のインピーダンスをΠ字形アンテナに整合させるように構成される。

【0007】

いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワークは、電子装置によって切り替え可能であり、多重RFバンドにわたって、少なくとも2つの状態において電子装置のインピーダンスを整合させるように構成される。いくつかの実施形態では、Π字形コネクタは、カップリングを備える第1の脚部、第2の脚部および第3の脚部を有し、第1の脚部は、コネクタに結合され、第2の脚部および第3の脚部は、第2のストリップラインおよび第3のストリップラインをそれぞれ形成する。Π字形アンテナは、ストリップラインアンテナであり、インピーダンス整合ネットワークは、スイッチ、キャパシタおよびインダクタを備える。Π字形アンテナは、筐体遠位端のエッジに沿って配置される。

【0008】

いくつかの実施形態では、コネクタは、USBコネクタ、イヤホンコネクタ、マイクロホンコネクタおよびメモリスロットコネクタのうちの1つである。電子装置は、ロング・ターム・エボリューション(LTE)バンドB17、B20およびB7において動作するように構成されるRFドライバを備えてもよく、アンテナおよびコネクタは、バンドB7において共振を生じさせる。コネクタは、シェルを有し、カップリングは、シェルに結合される。

【0009】

本開示およびその利点のより完全な理解のために、類似の番号が、類似の物を指定する、付随する図面と併用される下記の説明について今から言及される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】切り替え可能なΠ字形アンテナ、コネクタ、およびインピーダンス整合ネットワークを有するモバイルデバイスを例示する図である。

【図2】受動的ネットワークとして構成されるインピーダンス整合ネットワークを例示する図である。

【図3】印刷回路基板(PCB)の一端においてバックプレーンを覆ってレイアウトされるアンテナの一実施形態の斜視図を例示する図である。

【図4】デバイスの中央にアンテナおよびUSBコネクタを含むモバイルデバイスを例示する図である。

【図5】バンドB20およびB7についてアンテナの典型的なリターンロスを例示する図である。

【図6】異なるバンドについてアンテナへの駆動回路を選択的に同調するための切り替え可能なネットワークとして構成されるインピーダンス整合ネットワークを例示する図である。

【図7】2つの異なる状態についてリターンロスを例示する図である。

【図8】2つの異なる状態について放射効率を例示する図である。

【図9】モバイルデバイスの別の実施形態を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示は、B17からB7の一般向け多重4G LTEバンド、ならびに高バンドB41をカバーするように構成される切り替え可能な設計を含む低姿勢Π字形アンテナを含むモバイルデバイスを提供する。Π字形アンテナは、放射部材にそれぞれ結合され、ギリシャ符号Πの形状を一緒に形成する、少なくとも2つのアームを有するアンテナとして規定される。

【0012】

図1を参照すると、3つのアーム、IL1、IL2およびカップリングS1を有する切り替え可能なΠ字形アンテナ12を含むモバイルデバイス10が、示される。これから先で述べられることになるようなコネクタなどの、別の部品と組み合わせたカップリングS1は、Π字形アンテナ12の高バンドを生成するために共振を提供するように有利に構成され、それ故にモバイルデバイス10上のアンテナのバンド幅を拡張する。加えて、インピーダンス整合ネットワーク14は、デバイス電子装置18の一部を形成するラジオ周波数(RF)駆動回路16にアンテナ12をインピーダンス整合させるように構成される。インピーダンス整合ネットワーク14は、以下で述べられることになるように受動的または能動的であってもよい。駆動回路16は、給電点19を介してインピーダンス整合ネットワーク14に結合され、LTEバンドB17、B20およびB7などの、多重RFバンドにわたって通信するように動作可能であるRFトランシーバを含む。バンドLTE B17、B20、G850、G900は、704〜960GHzであり、バンドLTE B7は、1710〜2170MHz(DCS、PCS、AWS)から2500〜2690MHzである。

【0013】

電子装置18は、印刷回路基板(PCB)20の一部を形成し、モバイルデバイス10を上述のバンドにおいて動作させるように構成される。電子装置18は、スマートフォン、タブレット、その他を含む、モバイルデバイスにおいて慣習的であるように、プロセッサ、メモリ、入力/出力回路、表示部、無線トランシーバおよび電池を含んでもよい。例えば、モバイルデバイス10の電子装置18は、音声通話、テキストメッセージ、画像、ビデオファイル、ゲームファイル、および携帯電話などの他の無線通信信号を送受信するように動作可能である。PCB接地は、22に図示され、アンテナ12のためのRF接地およびバックプレーンを形成してもよい。カップリングS1は、電子装置18の駆動回路16をアンテナ12の給電ライン26に結合する。カップリングS1はまた、デバイスコネクタ30にも結合され、カップリングS1は、容量結合を備える。インピーダンス整合ネットワーク14は、電子装置回路18によって制御され、低バンドB17、B20から高バンドB7の一般向け4G LTEバンド、およびもし望まれるならばB41を含む、多重バンドを効果的にカバーするために、アンテナ12が2つの状態の間で選択的に切り替えられることを可能にする。

【0014】

図2は、受動的インピーダンス整合ネットワークを形成するインピーダンス整合ネットワーク14の概略を例示する。インピーダンス整合ネットワーク14は、インダクタL1、キャパシタC1、C/L部品、およびインダクタL2を備え、インダクタL2は、低バンドおよび高バンドの両方についてアンテナ12のインピーダンスを整合させるために使用される。例として、インピーダンス整合ネットワーク14は、低バンドのバンドB17およびB20から高バンドのB7およびB41の周波数範囲にわたってドライバ回路16をアンテナ12にインピーダンス整合させるように構成される。一実施形態では、アンテナ12は、ストリップラインアンテナであり、またカップリングS1、およびインピーダンス整合ネットワーク14の部品の寸法によって、具体的にはインダクタL1およびL2の長さ、ならびにカップリングS1のIL2/結合によって同調されもする。

【0015】

図1を参照すると、例として一実施形態では、PCB寸法に応じて、寸法Dは、8mmであり、IL1の長さは、22mmであり、IL2の長さは、30mmである。インダクタL1は、2nHの値を有してもよく、キャパシタC1は、1.5pFの値を有してもよく、L2は、4.7nHの値を有してもよい。給電点19は、PCBの中心から10mm離れている。アンテナアームIL1およびIL2は、低バンドを改善するために真っすぐでかつ厚い。カップリングS1は、高バンドを生成するためにUSBを用いてPCB20の駆動回路16をアンテナ放射体に結合する。他の実施形態では、これらの部品の値および寸法は、異なってもよく、これらの値および寸法への制限は、推測されるべきでない。

【0016】

図3は、印刷回路基板(PCB)20の一端においてバックプレーン22を覆ってレイアウトされた受動的整合ネットワーク14を有するアンテナ12を含むデバイス10の一実施形態の斜視図を例示する。PCB20は、Π字形アンテナ12を備える第1の給電ライン26および第2の切り替え可能な給電ライン28を駆動する、デバイス10の電子装置18を含む。

【0017】

図4は、デバイス10の遠位端に形成されるΠ字形アンテナ12、および電子装置18に結合される隣接コネクタ30を有するデバイス10を例示する。例えば、コネクタ30は、図示されるように、デバイスの中央に位置決めされるUSBコネクタを備えてもよい。有利には、アンテナ12の第1のアームを形成するカップリングS1は、高バンドB7をカバーする別の共振を生じさせるために、コネクタ30のシェルおよび接地22に結合され、それ故にアンテナ12のバンド幅を拡張する。カップリングS1はまた、バンドB7をカバーするために2.6GHzなどにおいて1つのより高いバンド共振を生じさせるために、スピーカ/イヤホンコネクタ、マイクロホンコネクタ、メモリスロットコネクタ、受信機、デバイスの金属カバー、もしくは任意の他の部品、またはPCB基板上の任意の他の種類の接地(中央または隅にある)などの、他のデバイスコネクタ30に結合されてもよい。これは、携帯用モバイル通信デバイスについてアンテナバンド幅を改善するために環境を使用する新しい方法である。カップリングS1とPCB基板上のコネクタ/部品/接地との間の距離、カップリングS1の形状、それらの間の材料は、すべてアンテナ性能をもたらす。異なる電話/異なる環境について、アンテナ12の形状、デバイスコネクタおよびその場所は、変わることもあり、S1カップリングは、それとの組み合わせで、高バンド共振を生じさせる。

【0018】

図5は、バンドB20からバンドB7の受動的インピーダンス整合ネットワーク14を有するアンテナ12について典型的なリターンロスを例示する。

【0019】

図6は、切り替え可能なインピーダンス整合ネットワークとして構成されるインピーダンス整合ネットワーク14を例示する。インピーダンス整合ネットワーク14は、B17およびB20などの第1の状態における低バンド、ならびにB7などの第2の状態における高バンドなどの、2つのバンドについてアンテナ12をより効果的に同調するために2つの(2)状態を有するように構成される。インピーダンス整合ネットワーク14は、ドライバ18によって制御されかつ様々な部品L1、L2、C1およびC2を第1の状態および第2の状態に選択的に構成するように構成されるスイッチSW1を含む。スイッチSW1は、単極4投(SP4T)であってもよいが、他の種類のスイッチが、使用されてもよく、本開示の範囲内である。

【0020】

図7は、2つの異なる状態におけるアンテナ12について、状態1および状態2についてのリターンロスを例示する。状態1は、バンドB17について状態2と比較して低減したリターンロスを提供し、一方状態2は、バンドB5およびB8について状態1と比較して低減したリターンロスを提供する。電子装置18は、アンテナ12を動作させる2状態を選択的に確立し、2以上の状態は、可能であり、本開示の範囲内である。

【0021】

図8は、2つのバンド、バンドB17およびバンドB7について状態1および状態2におけるアンテナ12の放射効率を例示する。

【0022】

図9は、Π字形アンテナ12が、取り除かれ、例示のためにデバイス40の後ろに置かれている、デバイス40の第2の実施形態を例示する。切り替え可能なインピーダンス整合ネットワーク14は、デバイス40の左隅に示され、USBコネクタは、右隅に示される。

【0023】

インピーダンス整合ネットワーク14はまた、もし望まれるならば能動的部品も含むことができる。例えば、能動的部品は、利得制御を提供することができかつ/またはビームステアリングが、確立されてもよい。

【0024】

有利には、切り替え可能なインピーダンス整合ネットワークと容量結合されたΠ字形アンテナは、4G、5Gおよび他のバージョンを提供するそれらなどの、進歩したモバイルデバイスが、低姿勢アンテナを使用して所望のバンドにおけるカバレッジを提供することを可能にする。

【0025】

本開示は、ある実施形態および一般的に関連する方法を述べたが、これらの実施形態および方法の代替および置換は、当業者には明らかであろう。それに応じて、例となる実施形態の上記説明は、本開示を規定するまたは制約することはない。他の変形、置換、および代替もまた、下記の請求項によって規定されるように、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく可能である。

【符号の説明】

【0026】

10 モバイルデバイス
12 アンテナ
14 インピーダンス整合ネットワーク
16 駆動回路、ドライバ回路
18 電子装置
19 給電点
20 印刷回路基板、PCB
22 PCB接地、バックプレーン
26 給電ライン
28 給電ライン
30 コネクタ
40 デバイス
C1 キャパシタ
D 寸法
IL1 アンテナアーム
IL2 アンテナアーム
L1 インダクタ
L2 インダクタ
S1 カップリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】