特許第6446547号(P6446547)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6446547ワイヤレス電子デバイスのための周期スロットを有するストリップライン結合アンテナ
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(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】6446547
(24)【登録日】2018年12月7日
(45)【発行日】2018年12月26日
(54)【発明の名称】ワイヤレス電子デバイスのための周期スロットを有するストリップライン結合アンテナ
(51)【国際特許分類】
   H01Q 13/10 20060101AFI20181217BHJP
   H01Q 1/24 20060101ALI20181217BHJP
   H01Q 21/12 20060101ALI20181217BHJP
   H01Q 1/52 20060101ALI20181217BHJP
【FI】
   H01Q13/10
   H01Q1/24 Z
   H01Q21/12
   H01Q1/52
【請求項の数】19
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2017-524488(P2017-524488)
(86)(22)【出願日】2015年5月1日
(65)【公表番号】特表2017-533675(P2017-533675A)
(43)【公表日】2017年11月9日
(86)【国際出願番号】JP2015002312
(87)【国際公開番号】WO2016072035
(87)【国際公開日】20160512
【審査請求日】2017年7月10日
(31)【優先権主張番号】14/534,445
(32)【優先日】2014年11月6日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095957
【弁理士】
【氏名又は名称】亀谷 美明
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100128587
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 一騎
(72)【発明者】
【氏名】ヘランダー、ヤーコプ
(72)【発明者】
【氏名】イン、ジノン
【審査官】 橘 均憲
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−283252(JP,A)
【文献】 特開2010−213270(JP,A)
【文献】 国際公開第01/052352(WO,A1)
【文献】 米国特許第05175560(US,A)
【文献】 特開2004−056421(JP,A)
【文献】 欧州特許出願公開第02408062(EP,A1)
【文献】 特開平05−315833(JP,A)
【文献】 特表2006−523973(JP,A)
【文献】 SHI CHENG et al.,Body Surface Backed Flexible Antennas for 17 GHz Wireless Body Area Networks Sensor Applications,2007 European Conference on Wireless Technologies,米国,IEEE,2007年10月 8日,p.55-58
(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】
ワイヤレス電子デバイス(100)であって、
接地面(103)の縁に沿って配置された複数のスロット(201)を含む接地面(103)と、
前記接地面(103)上の誘電体層(104)と、
前記複数のスロット(201)のうちの1つに重なるように配置された、前記接地面(103)の反対側の前記誘電体層(104)上のストリップライン(101)と
を含み、前記ストリップライン(101)が、さらに、前記ストリップライン(101)が重なる前記複数のスロット(201)のうちの前記1つに隣接するスロットに、重ならないように配置され、
前記ワイヤレス電子デバイス(100)が、前記ストリップライン(101)を介して送信および/または受信された信号によって励起されたときに共振周波数で共振するように構成され、
前記複数のスロットのうちの前記ストリップラインが重なる前記1つのスロットの長さが、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の波長の約0.25倍であり、
前記ストリップラインが重ならないスロットの長さが、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の波長の約0.25倍であり、
前記ストリップラインが重ならないスロットは、前記複数のスロットのうちの前記ストリップラインが重なる前記1つのスロットと、実質的に同じ長さであ
前記ストリップライン(101)が、前記ストリップライン(101)の複数の部分を画定する、前記ストリップライン(101)における複数の湾曲部を含み、
前記複数の部分の各々のそれぞれの長さが、前記ストリップライン(101)が励起されたときの、前記ストリップラインの下及び前記ストリップラインに隣接するスロットへの結合が、前記ワイヤレス電子デバイス(100)の前記共振周波数の有効波長の約0.25倍を達成するように選択され、
前記ストリップライン(101)における前記複数の湾曲部が、前記ストリップライン(101)のU字形端部を画定するように構成され、
前記ストリップライン(101)の前記U字形端部が、ベースと、1対のアームとを有し、前記ベースが、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つを横切るように構成され、
前記ベースと、前記1対のアームのうち前記ストリップラインの端部側のアームとの長さの和が、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の有効波長の約0.25倍である、ワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項2】
前記複数のスロット(201)のうちの前記1つに隣接する前記スロットが、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つの第1の側の第1のスロットと、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つの、前記第1の側の反対側の第2の側の第2のスロットとを含む、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項3】
前記複数の湾曲部が、前記ストリップライン(101)における2つの湾曲部からなる、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項4】
前記ストリップライン(101)における前記湾曲部が、前記ストリップライン(101)の隣接する部分の間に約90度の角度を形成する、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項5】
前記ベースが、前記接地面(103)の前記縁に平行に前記複数のスロット(201)のうちの前記1つを横切るように構成される、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項6】
前記ベースが、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つを、横切り、交差するように構成される、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項7】
前記ストリップライン(101)が、前記誘電体層(104)および/または接地面(103)とのインピーダンス整合がとれるように配置される、請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項8】
前記複数のスロット(201)のうちの前記1つの幅が、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つの前記長さの約0.2倍である、請求項に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項9】
前記ストリップライン(101)が重ならないスロットが、前記ストリップライン(101)の近くの表面波の伝播を低減する、請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項10】
前記ストリップライン(101)が、第1のストリップライン(101)を含み、前記ワイヤレス電子デバイス(100)が、
1つ以上の追加のストリップライン
をさらに含み、前記1つ以上の追加のストリップラインの各々が、前記複数のスロット(201)のそれぞれに重なり、
前記1つ以上の追加のストリップラインが、さらに、前記1つ以上の追加のストリップラインが重なる前記複数のスロット(201)の前記それぞれに隣接するスロットに、重ならないように配置される、
請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項11】
前記複数のスロット(201)のうちの前記1つが第1のスロットを含み、
前記ストリップライン(101)が重なる前記第1のスロットに隣接する前記スロットが、前記第1のスロットの第1の側に隣接する第2のスロットと、前記第1のスロットの前記第1の側とは反対側の第2の側に隣接する第3のスロットとを含み、
前記1つ以上の追加のストリップラインが、前記第1のストリップラインまたは前記1つ以上の追加のストリップラインが重ならない、第5のスロットおよび第6のスロットに、隣接する第4のスロットに重なる第2のストリップラインを含み、
前記第5のスロットが、前記第4のスロットの第1の側に隣接し、前記第6のスロットが、前記第4のスロットの前記第1の側の反対側の第2の側に隣接し、
前記第5のスロットが、前記第3のスロットに隣接している、
請求項10に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項12】
前記複数のスロット(201)のうちの隣接するものの間の距離が、前記ワイヤレス電子デバイス(100)の前記共振周波数の波長の0.1倍と0.2倍との間である、請求項10に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項13】
前記追加のストリップラインのうちの隣接するものの間の距離が、前記ワイヤレス電子デバイス(100)の前記共振周波数の波長の0.25倍と0.5倍との間である、請求項10に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項14】
前記第1のストリップラインと前記1つ以上の追加のストリップラインとがアレイ状に配列され、多入力多出力(MIMO)通信を受信および/または送信するように構成される、
請求項10に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項15】
誘電体層(104)ならびに前記第1のストリップライン(101)および/または前記1つ以上の追加のストリップラインによって形成されたそれぞれの放射電磁界が、付加的に結合して電磁放射ビームを形成する、請求項10に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項16】
前記複数のスロット(201)のうちの少なくとも1つが、前記接地面(103)の前記縁にほぼ垂直に延びる、請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項17】
前記複数のスロット(201)のうちの少なくとも1つが、前記接地面(103)の前記縁に斜めに配向されており、
前記ストリップライン(101)が、1つ以上の湾曲部を含み、前記複数のスロット(201)のうちの1つに重なるように配置される、
請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項18】
前記複数のスロット(201)が、前記接地面(103)の1つの縁に沿っており、
前記接地面(103)の前記1つの縁が、モバイルデバイス(901)の縁に沿っている、
請求項1に記載のワイヤレス電子デバイス(100)。
【請求項19】
ワイヤレス電子デバイス(100)であって、
接地面(103)の縁に沿って配置された複数のスロット(201)を含む接地面(103)と、
前記接地面(103)上の誘電体層(104)と、
前記接地面(103)の反対側の前記誘電体層(104)上の複数のストリップライン(101)と、
前記複数のストリップライン(101)の各々が、前記複数のスロット(201)のそれぞれに重なるように配置され、
前記複数のストリップライン(101)の各ストリップラインが、さらに、前記ストリップライン(101)が重なる前記複数のスロット(201)の前記それぞれに隣接するスロットに、重ならないように配置され、
前記ワイヤレス電子デバイス(100)が、前記複数のストリップライン(101)のうちの少なくとも1つを介して送信および/または受信された信号によって励起されたときに共振周波数で共振するように構成され、
前記複数のスロットのうちの前記ストリップラインが重なる前記1つのスロットの長さが、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の波長の約0.25倍であり、
前記ストリップラインが重ならないスロットの長さが、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の波長の約0.25倍であり、
前記ストリップラインが重ならないスロットは、前記複数のスロットのうちの前記ストリップラインが重なる前記1つのスロットと、実質的に同じ長さであ
前記ストリップライン(101)が、前記ストリップライン(101)の複数の部分を画定する、前記ストリップライン(101)における複数の湾曲部を含み、
前記複数の部分の各々のそれぞれの長さが、前記ストリップライン(101)が励起されたときの、前記ストリップラインの下及び前記ストリップラインに隣接するスロットへの結合が、前記ワイヤレス電子デバイス(100)の前記共振周波数の有効波長の約0.25倍を達成するように選択され、
前記ストリップライン(101)における前記複数の湾曲部が、前記ストリップライン(101)のU字形端部を画定するように構成され、
前記ストリップライン(101)の前記U字形端部が、ベースと、1対のアームとを有し、前記ベースが、前記複数のスロット(201)のうちの前記1つを横切るように構成され、
前記ベースと、前記1対のアームのうち前記ストリップラインの端部側のアームとの長さの和が、前記ワイヤレス電子デバイスの前記共振周波数の有効波長の約0.25倍である、ワイヤレス電子デバイス(100)。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の概念は、一般に、フィールドワイヤレス通信に関し、より詳細には、ワイヤレス通信デバイスのためのアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話および他のユーザ機器のような通信デバイスは、外部デバイスと通信するために使用することができるアンテナを含み得る。これらのアンテナ設計は、ストリップラインを含み得る。しかし、ストリップラインを有するいくつかのアンテナ設計は、アンテナの性能に影響を与える望ましくない表面波を助長する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本発明の概念の様々な実施形態は、接地面の縁に沿って配置された複数のスロットを有する接地面と、接地面上の誘電体層と、接地面の反対側の誘電体層上のストリップラインとを含むワイヤレス電子デバイスを含む。ストリップラインは、複数のスロットのうちの1つに重なるように配置され得る。ストリップラインは、さらに、ストリップラインが重なる複数のスロットのうちの1つに隣接するスロットに重ならないように配置され得る。ワイヤレス電子デバイスは、ストリップラインを介して送信および/または受信された信号によって励起されたときに共振周波数で共振するように構成され得る。
【0004】
様々な実施形態によれば、ストリップラインは、ストリップラインの複数の部分を画定する、ストリップラインにおける複数の湾曲部を含み得る。複数の部分の各々のそれぞれの長さは、ストリップラインの波長を、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の有効波長の約0.25倍として構成するように選択され得る。
【0005】
様々な実施形態では、ストリップラインが重なる複数のスロットのうちの1つに隣接するスロットは、複数のスロットのうちの1つの第1の側の第1のスロットと、複数のスロットのうちの1つの、第1の側の反対側の第2の側の第2のスロットとを含み得る。ストリップラインにおける複数の湾曲部は、ストリップラインにおける2つの湾曲部からなり得る。ストリップラインにおける湾曲部は、ストリップラインの隣接する部分の間に約90度の角度を形成し得る。ストリップラインにおける複数の湾曲部は、ストリップラインのU字形端部を画定し得る。ストリップラインのU字形端部は、ベースおよび1対のアームを有し得、ベースは、スロットを横切るように構成され得る。ベースは、接地面の縁に平行に複数のスロットのうちの1つを横切るように構成され得る。ベースは、複数のスロットのうちの1つを横切り、交差するように構成されてもよい。ストリップラインは、誘電体層および/または接地面とのインピーダンス整合がとれるように配置され得る。
【0006】
いくつかの実施形態では、複数のスロットのうちの1つの長さは、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の波長の約0.25倍であり得る。複数のスロットのうちの1つの幅は、複数のスロットのうちの1つの長さの約0.2倍であり得る。ストリップラインが重ならないスロットは、ストリップラインの近くの表面波の伝播を低減し得る。
【0007】
様々な実施形態によれば、ストリップラインは、第1のストリップラインであり得る。ワイヤレス電子デバイスは、1つ以上の追加のストリップラインをさらに含み得、1つ以上の追加のストリップラインの各々は、複数のスロットのそれぞれに重なり得る。1つ以上の追加のストリップラインは、さらに、1つ以上の追加のストリップラインが重なる複数のスロットのそれぞれに隣接するスロットに重ならないように配置され得る。
【0008】
いくつかの実施形態では、複数のスロットのうちの1つは第1のスロットであり得る。ストリップラインが重なる第1のスロットに隣接するスロットは、第1のスロットの第1の側に隣接する第2のスロットと、第1のスロットの第1の側とは反対側の第2の側に隣接する第3のスロットとを含み得る。1つ以上の追加のストリップラインは、第1のストリップラインまたは1つ以上の追加のストリップラインが重ならない第5のスロットおよび第6のスロットに隣接する第4のスロットに重なる第2のストリップラインを含み得る。第5のスロットは、第4のスロットの第1の側に隣接し得、第6のスロットは、第4のスロットの第1の側の反対側の第2の側に隣接する。第5のスロットは、第3のスロットに隣接し得る。
【0009】
様々な実施形態によれば、複数のスロットのうちの隣接するスロット間の距離は、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の波長の0.1倍から0.2倍の間であり得る。追加のストリップラインのうちの隣接するストリップラインの間の距離は、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の波長の0.25倍から0.5倍の間であり得る。第1のストリップラインおよび1つ以上の追加のストリップラインは、アレイ状に配列され得る。ストリップラインは、多入力多出力(MIMO)通信を受信および/または送信するように構成されてもよい。誘電体層ならびに第1のストリップラインおよび/または1つ以上の追加のストリップラインによって形成されたそれぞれの放射電磁界は、付加的に結合して電磁放射ビームを形成する。
【0010】
様々な実施形態では、複数のスロットのうちの少なくとも1つは、接地面の縁にほぼ垂直であり得る。複数のスロットのうちの少なくとも1つは、接地面の縁に斜めに配向され得る。ストリップラインは、1つ以上の湾曲部を含み得、複数のスロットのうちの1つに重なるように配置される。
【0011】
いくつかの実施形態では、複数のスロットは、接地面の1つの縁に沿い得る。接地面の1つの縁は、モバイルデバイスの縁に沿い得る。
【0012】
本発明の概念の様々な実施形態は、接地面の縁に沿って配置された複数のスロットを有する接地面と、接地面上の誘電体層と、接地面の反対側の誘電体層上の複数のストリップラインとを含むワイヤレス電子デバイスを含む。複数のストリップラインの各々は、複数のスロットのそれぞれに重なるように配置され得る。複数のストリップラインの各ストリップラインは、さらに、ストリップラインが重なる複数のスロットのそれぞれに隣接するスロットに重ならないように配置され得る。ワイヤレス電子デバイスは、複数のストリップラインのうちの少なくとも1つを介して送信および/または受信された信号によって励起されたときに共振周波数で共振するように構成され得る。
【0013】
本発明の概念の実施形態による他のデバイスおよび/または動作は、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者には明らかであり、または明らかになるであろう。そのような追加のデバイスおよび/または動作のすべては、この明細書内に含まれ、本発明の概念の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。さらに、本明細書で開示されるすべての実施形態は、別々に実装することができ、あるいは任意の方法および/または組合せで組み合わせることができるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の概念の様々な実施形態による、ワイヤレス電子デバイスのストリップラインアンテナを示す図である。
図2】本発明の概念の様々な実施形態による、接地面におけるスロットを含む図1のストリップラインアンテナの平面図である。
図3】本発明の概念の様々な実施形態による、図1のストリップラインアンテナの平面図である。
図4】本発明の概念の様々な実施形態による、複数のストリップラインを有するスロット付き接地面を示す図である。
図5】本発明の概念の様々な実施形態による、図4のスロット付き接地面を含む複数のストリップラインを有するアンテナを示す図である。
図6】本発明の概念の様々な実施形態による、図1図5のいずれかで使用されるストリップラインを示す図である。
図7A】本発明の概念の様々な実施形態による、単一のスロット付き接地面およびストリップラインを示す図である。
図7B】本発明の概念の様々な実施形態による、ストリップラインごとに接地面に単一のスロットを有するアンテナの放射パターンを示す図である。
図7C】本発明の概念の様々な実施形態による、図7Aおよび図7Bのアンテナの周波数応答を示す図である。
図8A】本発明の概念の様々な実施形態による、接地面における複数のスロットおよびストリップラインを含むアンテナを示す図である。
図8B】本発明の概念の様々な実施形態による、ストリップラインごとに接地面に複数のスロットを有するアンテナの放射パターンを示す図である。
図8C】本発明の概念の様々な実施形態による、図8Aおよび図8Bのアンテナの周波数応答を示す図である。
図9】本発明の概念の様々な実施形態による、モバイルデバイスの縁に沿った接地面におけるストリップラインごとの複数のスロットとストリップラインとのアレイを示す図である。
図10】本発明の概念の様々な実施形態による、誘電体層上のモバイルデバイスの縁に沿ったストリップラインのアレイを示す図である。
図11】本発明の概念の様々な実施形態による、図9および図10のアレイアンテナを含むモバイルデバイスの周りの放射パターンを示す図である。
図12】本発明の概念の様々な実施形態による、接地面に斜めに形成されたスロットを有するアンテナを示す図である。
図13】本発明の概念の様々な実施形態による、接地面において折り返されたスロットを有するアンテナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の概念について、本発明の概念の実施形態が示されている添付の図面を参照しながらより十分に説明する。しかし、本出願は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈されないものとする。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全であり、実施形態の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。同様の参照番号は、全体にわたって同様の要素を指す。
【0016】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、実施形態を制限するものではない。本明細書において使用される際、別段の記載がない限り、単数形「a」、「an」、及び「the」は複数形も含むものとする。「備える」、「備えている」、「含む」、および/または「含んでいる」という用語は、本明細書で使用される際、述べられた特徴、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそのグループの存在または追加を排除するものではないことをさらに理解されよう。対照的に、本明細書で使用される際、「からなる」(およびその変形)は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素を特定し、追加の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素を排除する。
【0017】
ある要素が別の要素に「結合される」、「接続される」、または「反応する」と言われるとき、それは、別の構成要素に直接的に結合され、接続され、または反応することができ、または介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接反応される」、「直接接続される」、または「直接反応する」と言われるとき、介在する要素は存在しない。本明細書で使用されるとき、「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つ以上のありとあらゆる組合せを含む。
【0018】
「上」、「下」、「上部」、「下部」、「最上部」、「底部」などのような空間的に相対的な用語は、本明細書では、図に示されているように、ある要素または特徴の別の要素または特徴との関係を説明するのに説明しやすくするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを包含するものとすることを理解されよう。例えば、図中のデバイスが反転される場合、他の要素または特徴より「下」として記述された要素は、次いで、他の要素または機能より「上」に配向される。したがって、「下」という用語は、上および下の両方の向きを包含する可能性がある。デバイスは他の方法で配向される(90度回転される、または他の配向)場合があり、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈され得る。明快さおよび/または明瞭さのために、周知の機能または構成を詳細に説明しない場合がある。
【0019】
「第1の」、「第2の」などの用語は、本明細書では様々な要素を記述するために使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって制限されないものとすることを理解されよう。これらの用語は、ある要素と別の要素とを区別するために使用されているにすぎない。したがって、本実施形態の教示から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができる。
【0020】
別段定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語(技術的および科学的用語を含む)は、これらの実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味に一致する意味を有すると解釈されるものとし、本明細書において明確に定義されていない限り、理想化された、または過度に形式化された意味に解釈されないこともさらに理解されよう。
【0021】
ストリップラインを有するアンテナは、一般的に、モバイル端末用のマイクロ波アンテナ設計において使用される。これらのアンテナ設計は、プリント回路板(PCB)上にエッジプリントされた特徴として実装され得るので、小型で製造が容易であり得る。様々なワイヤレス通信の用途は、これらのストリップラインアンテナのアレイを使用し得る。アレイアンテナは、正しい位相整合で潜在的なアンテナ利得を提供し得る。ストリップラインアンテナ設計の欠点は、PCBの縁に沿った表面波の伝播であり得る。これらの表面波は、アンテナアレイ素子間のより高い放射結合を引き起こし、隣接するストリップラインからの結合のために、いくつかの周波数でより高い損失を伴う不規則な放射パターンを誘発する可能性がある。アンテナアレイ素子と不規則な放射パターンとの間のより高い結合は、10〜300GHzの周波数範囲で使用するためのミリメートル波アンテナアレイなどの超高周波(EHF)無線アンテナの用途には適していない可能性がある。これらのミリメートル波周波数は、ブロードバンドインターネットアクセス、Wi−Fiなどのスマートフォンにおける様々なタイプの通信に使用され得る。さらに、アレイアンテナは、放射パターンを指向性のビームに狭め、デバイスを基地局の方に向ける必要がある場合がある。
【0022】
本発明の概念の様々な実施形態によれば、ストリップラインアンテナ設計は、スロットを接地面に追加することによって改善され得る。スロットは、表面波を停止、防止、および/または低減し、放射パターンのサイドローブを低減し、および/またはアレイ素子間の相互結合を低減し得る。スロット付き接地面を有するストリップラインアンテナは、広い走査角度で実質的に対称である広い放射ビームを有する良好な偏光特性を示し得る。
【0023】
次に図1を参照すると、ワイヤレス電子デバイス100のストリップライン101を含むアンテナが示されている。接地面103は、接地面103の上の誘電体層102と、接地面103の下の誘電体層104とを有する。接地面103は、銅などの導電性材料を含み得る。ストリップライン101は、接地面の反対側の誘電体層102上にある。誘電体層102および104は、高誘電率および低散逸率tanδを有する材料を含み得る。例えば、10GHzで誘電率E=3.55および散逸率tanδ=0.0027となるように、Rogers RO4003Cなどの材料が誘電体層102および104として使用され得る。
【0024】
次に図2を参照すると、図1のワイヤレス電子デバイス100の接地面103のスロット201a〜201cが示されている。ストリップライン101は、中間スロット201bに重なり、接地面から離間した能動素子を含み得る。ストリップライン101で受信された信号は、ワイヤレス電子デバイス100を励起し得る。ストリップライン101は、通信信号を送受信するトランシーバに結合され得る。スロット201a〜201cは、PCBの、接地面103と同じ層上にある。ストリップライン101は、PCBの、接地面103とは異なる層上に位置し得る。
【0025】
さらに図2を参照すると、スロット201bに隣接するスロット201aおよび201cには、ストリップライン101は重ならない。スロット201a〜201cのうちの少なくとも1つは、接地面103の縁に垂直であり得る。いくつかの実施形態では、スロット201a〜201cは、スロットが交互の隆起部および溝部に整形されるように波形が付けられ得る。スロット201a〜201cが接地面103の縁沿いに存在しない場合、表面波は、接地面103を含むPCBの縁に沿って容易に伝播し得る。スロット201aおよび201cは、表面波がPCBの端部に沿って伝播するのを低減し、および/または防止する。言い換えれば、ストリップラインを囲むが、ストリップラインに重ならないスロット201aおよび201cは、表面波をチョーク(choke)する可能性がある。さらに、エッジ電流は、スロット201a〜203aの存在によって低減および/または防止され得る。いくつかの実施形態では、ワイヤレス電子デバイス100のためのより広い走査角度を取得するために、表面波を完全に消滅させない(すなわち、表面波を完全にチョークしない)ことが望ましい場合がある。
【0026】
さらに図2を参照すると、スロット201a〜201cは各々、ワイヤレス電子デバイス100の共振周波数の0.2〜0.4波長の範囲の長さを有し得る。いくつかの実施形態では、スロット201a〜201cの長さは、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の0.25波長であり得る。スロット201a〜201cの各々の幅は、それぞれのスロットの長さの0.2倍であり得る。
【0027】
次に図3を参照すると、図1のワイヤレス電子デバイス100の平面図が示されている。誘電体層102が接地面103上にある。ストリップライン101が誘電体層上にある。ストリップライン101は、PCBの、接地面103とは異なる層上に位置し得る。誘電体層102は、接地面103およびストリップライン101とは異なる層上に位置する。
【0028】
いくつかの実施形態では、誘電体層102はスロットを含み得る。誘電体層102におけるスロットは、接地面103におけるスロットと同じ幅および/または長さであってもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層102におけるスロットは、接地面103におけるスロットよりも寸法が大きくても小さくてもよい。誘電体層102におけるスロットは、接地面103におけるスロットの位置と一致してもよく、または接地面103におけるスロットに重ならなくてもよい。
【0029】
次に図4を参照すると、複数のスロット201および複数のストリップライン101を有する接地面103が示されている。例えば、8つのストリップライン101、およびスロット201a〜201fを含む24のスロット201を有する8×1のアレイが示されている。しかし、本発明の概念の様々な実施形態に従って、より少ない数またはより多い数が提供されてもよい。アレイは、4Gおよび/またはLTEネットワークで多入力多出力(MIMO)通信を受信および/または送信するために2つの4×1アレイとして構成されてもよい。ストリップライン101間の間隔は、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の0.25から0.5の間の波長の範囲であり得る。隣接するスロット201間の間隔は、ワイヤレス電子デバイスの共振周波数の0.1から0.2の間の波長であり得る。いくつかの実施形態では、ストリップライン101は、0.45波長離間していてもよく、スロット201は0.15波長離間していてもよい。スロット201とストリップライン101との間の上述の間隔は、自由空間波長または同調のために使用される有効波長に基づき得る。典型的には、有効波長は、誘電体層による負荷のために、自由空間波長よりわずかに小さい可能性がある。
【0030】
さらに図4を参照すると、非限定的な例として、ストリップライン101がスロット201bに重なる。スロット201bに隣接するスロット201aおよび201cには、ストリップライン101は重ならない。スロット201eには異なるストリップライン101が重なり、隣接するスロット201dおよび201fにはストリップライン101は重ならない。いくつかの実施形態では、スロット201a、201c、201d、および/または201fは、寄生素子(parasitic elements)として挙動し得る。
【0031】
次に図5を参照すると、図4の接地面103および誘電体層102を含む複数のストリップライン101が示されている。ストリップライン101、誘電体層102、および接地面103は、PCBの異なる層上にあり得る。ストリップライン101は、所望の結合を達成するため、および誘電体層102および/または接地面103とのインピーダンス整合のために、スロットの上に配置され得る。インピーダンス整合は、負荷(すなわち、アンテナ)から反射される電力を最小にし、アンテナに供給される電力を最大にすることによって、不整合損失を低減する。
【0032】
次に図6を参照すると、図1図5のいずれかにおいて使用されるストリップライン101が示されている。ストリップライン101は、1つ以上の湾曲部を含み得る。ストリップラインを曲げることは、隣接するストリップラインへの結合が少ない状態で、放射パターンがストリップラインおよび関連するスロットの周りを中心とすることを促進し得る。ストリップライン101の湾曲部は、ストリップライン101の複数の部分を画定し得る。非限定的な例として、図6のストリップライン101は、ストリップラインを部分qとqとに分割する2つの湾曲部を含み得る。ストリップライン101の部分の長さは、ストリップライン101が励振されたとき、ストリップ101の下およびストリップ101に隣接するスロットへの結合がワイヤレス電子デバイスの共振の0.25波長を達成するように選択され得る。例えば、q+q≒λeff/4である。ストリップライン101の湾曲部は、ストリップライン101の隣接する部分の間に約90度の角度を形成し得る。いくつかの実施形態では、ストリップライン101における複数の湾曲部は、ストリップライン101のU字形端部を画定し得る。ストリップライン101のU字形端部は、ベース601と、1対のアーム602および603とを含み得る。ストリップライン101のU字形端部は、接地面103のスロット201のうちの1つを横切り得る。具体的には、ベース601は、接地面の縁に平行にスロットのうちの1つを横切り得る。いくつかの実施形態では、ベースは、接地面におけるスロットのうちの1つを横切り、交差し得る。
【0033】
次に図7Aを参照すると、ストリップライン101に関連する単一のスロット201を有する接地面103が示されている。ストリップラインが重ならない隣接するスロットは、この構成では存在しない。次に図7Bを参照すると、ストリップラインごとに接地面に単一のスロットを有するアンテナの放射パターンが示されている。接地面103の周りの放射パターンは、不規則なサイドローブおよび極高周波(EHF)での通信には適さない歪みを含む。次に図7Cを参照すると、図7Aおよび図7Bのアンテナの周波数応答が示されている。S1は、隣接するストリップラインからの放射パターン間の結合のために、17GHzでのかなりの歪みを伴う周波数歪みを示す。S2は、単一のスロット201に関連する単一のストリップライン101の整合損失を示す。さらに、この単一スロットの場合、曲線S1とS2との間にはあまり相関がないように見える。
【0034】
次に図8Aを参照すると、ストリップライン103に関連する、接地面103に複数のスロット201を含むアンテナが示されている。ストリップライン101は中間スロット201bに重なる。スロット201aおよび201cは、スロット201bに隣接し、ストリップライン101は重ならない可能性がある。次に図8Bを参照すると、図8Aのように、ストリップラインごとに接地面に複数のスロットを有するアンテナの放射パターンが示されている。放射パターンは、図7Bの放射パターンと比較して、顕著なサイドローブがほとんどなく、歪みがほとんどなく、接地面103の周りに広くかつ均一に広がっている。したがって、図8Aおよび図8Bの様々な実施形態は、図7Aおよび図7Bの実施形態と比較して、性能が向上し得る。例えば、図8Aの隣接するスロット201aおよび201cは、アンテナ上の表面波を制御し、より広い単一素子ファーフィールドパターンを可能にする。立体角を有するより広い単一素子ファーフィールドパターンは、より大きいビーム掃引を提供し、結果としてより大きい総走査エリアをもたらす。単一素子ファーフィールドが広い場合、図8Bのようなアンテナアレイ構成は、アンテナの周りの球状エリアのより大きい部分における閾値よりも大きいアレイ利得を生成する。これと比較して、図7Aの構造によって生成されるより狭い単一素子パターンは、図7Aのような単一素子はより大きい走査角ではそれほど大きい利得として寄与しないので、大きい走査角で図7Bでのアレイ利得を低減する。
【0035】
次に図8Cを参照すると、図8Aおよび図8Bのアンテナの周波数応答が示されている。S1は、図7Cに示される歪みよりも小さい15GHzでの歪みを伴う周波数歪みを示す。S2は、スロット201a〜201cに関連する単一のストリップライン101の整合損失を示す。さらに、この複数のスロットの場合、曲線S1とS2との間に相関があるように見え、歪みを補うことがより容易になる。
【0036】
次に図9を参照すると、モバイルデバイス901の縁902に沿った接地面103におけるストリップラインごとの複数のスロット201とストリップライン101とのアレイが示されている。次に図10を参照すると、誘電層102上のモバイルデバイス901の縁902に沿ったストリップライン101のアレイが示されている。次に図11を参照すると、図9および図10のアレイアンテナを含むモバイルデバイス901の周りの放射パターンが示されている。図11のモバイルデバイス901における接地面のスロットは、モバイルデバイス901の上縁902に位置し得る。放射パターンは、顕著なサイドローブがほとんどなく、歪みがほとんどなく、モバイルデバイス901の上縁の周りに広くかつ均一に広がっている。したがって、図11の様々な実施形態は、図7Aおよび図7Bの実施形態と比較して、性能が向上し得る。
【0037】
次に図12を参照すると、接地面103に斜めに形成されたスロット201を有するアンテナが示されている。スロット201は、接地面103の縁に対して角度が付けられ得る。いくつかの実施形態では、ストリップライン101は、ストリップライン101を分ける1つ以上の湾曲部を含み得る。1つ以上の湾曲部を有するストリップライン101の端部は、斜めに形成されたスロット201のうちの1つに重なり得る。ストリップライン101の湾曲部の角度は、放射パターンがストリップラインおよび関連する斜めに形成されたスロット201の周りをほぼ中心とすることを促進するように選択され得る。ストリップライン101の部分の長さは、ストリップライン101が励起されたとき、ストリップ101の近くのスロットへの結合がデバイスの共振の0.25波長を達成するように選択され得る。
【0038】
次に図13を参照すると、接地面103に折り返されたスロット201を有するアンテナが示されている。いくつかの実施形態では、ストリップライン101は、いかなる湾曲部もなく、直線状であり得る。ストリップラインの形状は、隣接するストリップラインへの寄生結合(parasitic coupling)を回避および/または低減するように選択され得る。ストリップライン101は、折り返されたスロット201のうちの1つに重なり得る。ストリップライン101は、放射パターンがストリップラインおよび関連する折り返されたスロット201の周りをほぼ中心とすることを促進するように配置され得る。
【0039】
周期的なストリップラインと重なり合わない隣接するスロットとを有する上述のアレイアンテナ構造は、電磁バンドギャップ(EBG)構造を形成し得る。これらのEBG構造は、スロット間にモノポールを形成し、したがって、アンテナの放射パターンを制御し得る。EBG構造によって生成された周期的なモノポールは、デバイスの縁に沿い、縁に沿って電磁パターンを制御するよう働き得る。EBG構造の集合は、寄生モノポールアレイを形成し得、これは、サイドローブの低減に加えて、ビーム形成機能を提供する。いくつかの実施形態では、これらのEBG構造は、プリント回路板上に2次元的に実装され得る。いくつかの実施形態では、等位相波面を提供するように走査角度を制御するために、位相シフタおよび/または時間遅延デバイスがアレイアンテナ素子との導通に使用され得る。記載された発明の概念は、高品質、低損失、および広い走査角度を有する周期アンテナ誘電体構造を作る。
【0040】
EBG構造の電磁特性は、物理的寸法および他のパラメータによって決定され得る。例えば、ストリップライン幅、ストリップライン間の間隔、誘電体層の厚さ、および誘電体層の誘電率などのパラメータは、EBG構造の電磁特性およびその後のアンテナ性能に影響を及ぼし得る。
【0041】
上記の説明および図面に関連して、多くの異なる実施形態が本明細書に開示されている。これらの実施形態のすべての組合せおよび部分的組合せを文字通り説明し、図示することは、過度に繰り返しが多く、不明瞭にすることを理解されよう。したがって、図面を含む本明細書は、本明細書に記載された実施形態のすべての組合せおよび部分的組合せ、ならびにそれらを作成および使用する方法およびプロセスの完全な記述を構成すると解釈されるものとし、任意のそのような組合せまたは部分的組合せに関するクレームを支持するものとする。
【0042】
図面および明細書において、様々な実施形態が開示されており、特定の用語が使用されているが、それらは、限定のためではなく、単に一般的及び記述的意味で使用されているにすぎない。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7A
図7B
図7C
図8A
図8B
図8C
図9
図10
図11
図12
図13