特許 6948761 通信装置

(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】6948761

(24)【登録日】2021年9月24日

(45)【発行日】2021年10月13日

(54)【発明の名称】通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/14 20060101AFI20210930BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20210930BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20210930BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20210930BHJP

【ＦＩ】

   H01Q15/14 Z

   H01Q21/06

   H01Q1/52

   H01Q13/08

【請求項の数】12

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-8378(P2020-8378)

(22)【出願日】2020年1月22日

(65)【公開番号】特開2021-22915(P2021-22915A)

(43)【公開日】2021年2月18日

【審査請求日】2020年1月22日

(31)【優先権主張番号】201910671907.3

(32)【優先日】2019年7月24日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】596039187

【氏名又は名称】台達電子工業股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＬＴＡ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】黄 傑超

(72)【発明者】

【氏名】陳 彦廷

【審査官】 赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１７９６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４３３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１２９６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１８−５１９７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／１７５８３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１４６１６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−６５３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １５／１４

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０１Ｑ １／５２

Ｈ０１Ｑ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

接地面（２１０）、
複数のアンテナ素子（２４０）を含むアンテナアレイ（２２０）、および
前記接地面に結合され、矩形状に形成された複数のＥＢＧユニット（２６０）を含む電磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）構造（２３０）を含み、
前記アンテナアレイ（２２０）が全体として前記ＥＢＧ構造に密閉的に囲まれ、前記ＥＢＧ構造（２３０）は、任意２つの個別の前記アンテナ要素（２４０）を経由しないように設けられ、
前記アンテナ素子（２４０）は、第１の対称パターンを形成するように配置され、
前記第１の対称パターンは、実質的に正方形の形状を有する
前記ＥＢＧユニット（２６０）は、第１の対称パターンと同じパターンを形成するように配置され、 前記アンテナ素子（２２０）の外側の境界と前記ＥＢＧ構造（２３０）の内側の境界との間の最短距離は、前記アンテナ素子（２２０）の動作周波数帯域の０．２５波長より長いことを特徴とする通信装置

【請求項2】

前記ＥＢＧ構造（２３０）は、前記アンテナアレイの放射パターンの前後比を抑制するように構成され、前記動作周波数帯域は２７ＧＨｚ〜２９ＧＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項3】

前記アンテナ素子のそれぞれは、パッチアンテナであることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項4】

前記アンテナ素子（２４０）のそれぞれの長さは、前記動作周波数帯域の０．２５波長に実質的に等しく、任意の隣接する２つの前記アンテナ素子間の距離は、前記動作周波数帯域の０．５波長に実質的に等しいことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。

【請求項5】

前記アンテナ素子（２４０）の総数は１６であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項6】

前記ＥＢＧユニット（２６０）は、第２の対称パターンを形成するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項7】

前記第２の対称パターンは、実質的に中空の正方形の形状を有することを特徴とする請求項６に記載の通信装置。

【請求項8】

前記第２の対称パターンは、第１のループ形状および第２のループ形状を含み、前記第２のループ形状は、前記第１のループ形状の内部に配置され、前記アンテナ素子は、前記第２のループ形状の内部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の通信装置。

【請求項9】

前記ＥＢＧユニット（２６０）のそれぞれは、実質的にキノコ形状を有し、前記ＥＢＧユニット（２６０）のそれぞれは、上部金属片（２６１）および接続金属柱（２６２）を含み、前記上部金属片（２６１）は、前記接続金属柱（２６２）を介して前記接地面（２１０）に結合されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項10】

前記ＥＢＧユニット（２６０）のそれぞれの長さは、前記動作周波数帯域の０．１波長より短く、前記ＥＢＧユニット（２６０）のそれぞれの高さは、前記動作周波数帯域の０．１波長より短く、任意の隣接する２つの前記ＥＢＧユニット（２６０）間の距離は、前記動作周波数帯域の０．０２波長より短いことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。

【請求項11】

前記ＥＢＧユニット（２６０）の総数は１８４であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項12】

前記接地面（２１０）に配置された誘電体基板（４８０）をさらに含み、
前記ＥＢＧユニット（２６０）が前記誘電体基板（４８０）を貫通することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１９年７月２４日に出願された中国特許出願番号第２０１９１０６７１９０７．３号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。

【0002】

本発明は、通信装置に関するものであり、特に、本発明は、アンテナアレイの放射パターンの前後比を低減するための通信装置に関するものである。

【背景技術】

【0003】

モバイル通信技術の進歩に伴い、ポータブルコンピューター、携帯電話、マルチメディアプレーヤー、およびその他のハイブリッド機能ポータブル電子機器などのモバイル機器がますます増えてきている。ユーザーの要求を満たすために、モバイル機器は通常、無線通信機能を実行することができる。一部の装置は広い無線通信エリアをカバーしており、これらは、２Ｇ、３Ｇ、およびロングタームエボリューション（ＬｏｎｇＴｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ； ＬＴＥ）システムを用い、且つ７００ＭＨｚ、８５０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、１９００ＭＨｚ、２１００ＭＨｚ、２３００MHz、２５００ＭＨｚ、および２７００ＭＨｚの周波数帯域を用いた携帯電話を含む。一部の装置は狭い無線通信エリアをカバーしており、これらは、Ｗｉ-ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈシステムを用い、２．４ＧＨｚ、５．２ＧＨｚ、および５．８ＧＨｚの周波数帯域を用いる携帯電話を含む。

【0004】

アンテナは、モバイル機器が高速でインターネットに接続するために不可欠な要素である。次世代の通信に入ると、５Ｇアンテナアレイには２つの問題がよくあり、１つは短い通信距離に関連するものであり、もう１つは低い空間効率に関連するものである。これらの問題は、アンテナ素子間のアイソレーションが低過ぎ、且つアンテナアレイの前後比が高過ぎることに起因する。従って、先行技術の問題を解決するための新しい解決策を提案する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンテナアレイの放射パターンの前後比を低減するための通信装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

例示的な実施形態では、本開示は、接地面、アンテナアレイ、および電磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を含む通信装置を提供する。アンテナアレイは、複数のアンテナ素子を含む。ＥＢＧ構造は、複数のＥＢＧユニットを含む。ＥＢＧユニットは接地面に結合される。アンテナアレイはＥＢＧ構造によって囲まれる。

【0007】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧ構造は、アンテナアレイの放射パターンの前後比を抑制するように構成される。

【0008】

いくつかの実施形態では、アンテナアレイは２７ＧＨｚ〜２９ＧＨｚの動作周波数帯域をカバーする。

【0009】

いくつかの実施形態では、アンテナ素子は、第１の対称パターンを形成するように配置される。

【0010】

いくつかの実施形態では、第１の対称パターンは、実質的に正方形の形状を有する。

【0011】

いくつかの実施形態では、アンテナ素子のそれぞれは、パッチアンテナである。

【0012】

いくつかの実施形態では、アンテナ素子のそれぞれの長さは、動作周波数帯域の０．２５波長に実質的に等しい。

【0013】

いくつかの実施形態では、任意の隣接する２つのアンテナ素子間の距離は、動作周波数帯域の０．５波長に実質的に等しい。

【0014】

いくつかの実施形態では、アンテナ素子の総数は１６である。

【0015】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットは、第２の対称パターンを形成するように配置される。

【0016】

いくつかの実施形態では、第２の対称パターンは、実質的に中空の正方形の形状を有する。

【0017】

いくつかの実施形態では、第２の対称パターンは、第１のループ形状および第２のループ形状を含む。第２のループ形状は、第１のループ形状の内部に配置される。アンテナ素子は、第２のループ形状の内部に配置される。

【0018】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットのそれぞれは、実質的にキノコ形状を有する。

【0019】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットのそれぞれは、上部金属片および接続金属柱を含む。上部金属片は、接続金属柱を介して接地面に結合される。

【0020】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットのそれぞれの長さは、動作周波数帯域の０．１波長より短い。

【0021】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットのそれぞれの高さは、動作周波数帯域の０．１波長より短い。

【0022】

いくつかの実施形態では、任意の隣接する２つのＥＢＧユニット間の距離は、動作周波数帯域の０．０２波長より短い。

【0023】

いくつかの実施形態では、アンテナ素子の任意の１つからＥＢＧ構造までの最短距離は、動作周波数帯域の０．２５波長より長い。

【0024】

いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニットの総数は１８４である。

【0025】

いくつかの実施形態では、通信装置は、接地面に配置された誘電体基板をさらに含む。ＥＢＧユニットは誘電体基板を貫通する。

【0026】

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び例を読むことで、より完全に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による通信装置の図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による通信装置の上面図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による通信装置の部分断面図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態による通信装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の目的、特徴、および利点を説明するために、本発明の実施形態および図を以下に詳細に示す。

【0029】

個々のシステム構成要素を指すために、特定の用語が下記の明細書及び特許請求の範囲を通して使用される。当業者は理解するように、製造業者はある構成要素を異なる名前で呼ぶことがある。本願は、機能ではなく名前が異なる構成要素間を区別することを意図していない。下記の説明及び特許請求の範囲では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、オープンエンド様式で使用されるため、「含むが〜に限定されない」と意味するものと解釈すべきである。「実質的に」という用語は、値が許容誤差範囲内であることを意味している。当業者は、所定の誤差範囲内で技術的問題を解決し、提案された技術的性能を達成することができる。また、「結合（ｃｏｕｐｌｅ）」という用語は、間接的または直接的な電気的接続を意味することを意図している。従って、ある装置が別の装置に結合されている場合、その接続は、直接的な電気的接続、または他の装置および接続を介した間接的な電気的接続によって行われることができる。

【0030】

図１は、本発明の一実施形態による通信装置１００の図である。図１に示されるように、通信装置１００は、接地面１１０、アンテナアレイ１２０、および電磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）構造１３０を含み、これらは全て金属材料で作られることができる。アンテナアレイ１２０は、複数のアンテナ素子（図示せず）を含む。アンテナ素子の形状および種類は、本発明において限定されない。例えば、各アンテナ素子は、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ボウタイアンテナ、ループアンテナ、ヘリカルアンテナ、またはチップアンテナであることができるが、これらに限定されない。ＥＢＧ構造１３０は、複数のＥＢＧユニット（図示せず）を含む。ＥＢＧユニットは全て接地面１１０に結合されることができる。ＥＢＧユニットの形状およびタイプは、本発明において限定されない。アンテナアレイ１２０はＥＢＧ構造１３０によって完全に囲まれていることに留意されたい。この設計では、ＥＢＧ構造１３０は、アンテナアレイ１２０の放射パターンの前後比を抑制するように構成されるため、通信装置１００の通信距離と空間効率を効果的に増加させる。また、図１には示されていないが、通信装置１００は、例えば、プロセッサ、電源モジュール、および／またはハウジングなどの他のコンポーネントをさらに含むことができる。

【0031】

以下の実施形態は、通信装置１００の詳細な構造および物理的実装を紹介する。これらの図および説明は、本発明を限定するものではなく、単なる例示であることを理解されたい。

【0032】

図２は、本発明の一実施形態による通信装置２００の上面図である。図２の実施形態では、通信装置２００は、接地面２１０、アンテナアレイ２２０、およびＥＢＧ構造２３０を含み、これらは全て金属材料で作られることができる。アンテナアレイ２２０は、複数のアンテナ素子２４０を含む。例えば、アンテナ素子２４０のそれぞれは、パッチアンテナであることができる。アンテナ素子２４０は、第１の対称パターン２５０を形成するように配置されることができる。例えば、第１の対称パターン２５０は、実質的に正方形の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ素子２４０の総数は１６であり、それにより４×４の正方行列を形成する。代替実施形態では、アンテナ素子２４０の総数は、要件を満たすように調整されることができる。

【0033】

ＥＢＧ構造１３０は、複数のＥＢＧユニット２６０を含む。ＥＢＧユニット２６０は全て接地面２１０に結合されることができる。例えば、ＥＢＧユニット２６０のそれぞれは、実質的にキノコ形状を有することができる。ＥＢＧユニット２６０は、第２の対称パターン２７０を形成するように配置されることができる。例えば、第２の対称パターン２７０は、実質的に中空の正方形の形状を有することができる。具体的には、第２の対称パターン２７０は、第１のループ形状２７１および第２のループ形状２７２を含む。第２のループ形状２７２は、第１のループ形状２７１の内部に配置される。アンテナアレイ２２０のアンテナ素子２４０は全て、第２のループ形状２７２の内部に配置される。実際の測定によれば、ＥＢＧユニット２６０の二重ループの配置は、目標帯域内の表面波を効果的に遮断する帯域阻止フィルタとして用いられる。いくつかの実施形態では、ＥＢＧユニット２６０の総数は１８４である。代替実施形態では、ＥＢＧユニット２６０の総数は、要件を満たすように調整されることができる。

【0034】

図３は、本発明の一実施形態による通信装置２００の部分断面図（図２の断面線ＬＣ１に沿った）である。図３の実施形態では、ＥＢＧユニット２６０のそれぞれは、上部金属片２６１および接続金属柱２６２を含む。上部金属片２６１は、接続金属柱２６２を介して接地面２１０に結合される。例えば、上部金属片２６１は、比較的小さな正方形の形状を実質的に有することができ、それは接地面２１０に実質的に平行であることができ、接続金属柱２６２は、円筒形状を実質的に有することができ、それは接地面２１０および上部金属片２６１に対して実質的に垂直であることができる。しかしながら、本発明はそれに限定されない。他の実施形態では、上部金属片２６１が正三角形、円形、楕円形、または台形形状を有し、接続金属柱２６２が三角柱形状または四角柱形状を有するように調整が行われる。

【0035】

いくつかの実施形態では、アンテナアレイ２２０は２７ＧＨｚ〜２９ＧＨｚの動作周波数帯域をカバーし、これにより５Ｇミリ波システムの広帯域動作をサポートする。動作原理に関しては、ＥＢＧユニット２６０によって形成された帯域阻止フィルタの目標帯域は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域と同じであり、これにより表面波の不要な拡散を回避することができる。従って、ＥＢＧ構造２３０は、アンテナアレイ２２０の放射パターンの前後比を抑制するように構成され、これにより、通信装置２００の通信距離と空間効率を効果的に増加させる。実際の測定によれば、ＥＢＧ構造２３０の周囲の設計が適用された後、アンテナアレイ２２０の放射パターンの前後比は、約６ｄＢ〜８ｄＢ減少され、一般的な通信機器の実際のアプリケーションの要件を満たすことができる。

【0036】

いくつかの実施形態では、通信装置２００の要素サイズは以下のように説明される。アンテナ素子２４０のそれぞれの長さＬ１は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．２５波長（λ／４）に実質的に等しくてもよい。任意の２つの隣接するアンテナ素子２４０間の距離Ｄ１は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．５波長（λ／２）に実質的に等しくてもよい。ＥＢＧユニット２６０のそれぞれの長さＬ２（または上部金属片２６１の長さＬ２）は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．１波長（λ／１０）より短くてもよい。ＥＢＧユニット２６０のそれぞれの高さＨ１（または上部金属片２６１の高さＨ１）は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．１波長（λ／１０）より短くてもよい。任意の２つの隣接するＥＢＧユニット２６０間の距離Ｄ２は、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．０２波長（λ／５０）より短くてもよい。アンテナ素子２４０の任意の１つからＥＢＧ構造２３０までの最短距離ＤＳは、アンテナアレイ２２０の動作周波数帯域の０．２５波長（λ／４）より長くてもよい。上記の距離の範囲は、多くの実験結果に従って計算されて取得され、アンテナアレイ２２０の放射パターンの前後比を最小化し、通信装置２００の通信距離と空間効率を最大化するのに役立つ。

【0037】

図４は、本発明の一実施形態による通信装置４００の断面図である。図４は、図２および図３と類似している。図４の実施形態では、通信装置４００は、誘電体基板４８０をさらに含む。誘電体基板４８０は、接地面２１０上に配置される。アンテナアレイ２２０のアンテナ素子２４０は、全て誘電体基板４８０上に配置されることができる。ＥＢＧ構造２３０のＥＢＧユニット２６０は全て誘電体基板４８０を貫通することができる。いくつかの実施形態では、誘電体基板４８０の誘電率は２〜６である。誘電体基板４８０が適用される場合、要素サイズと対応する波長との間の前述の関係は、誘電体基板４８０の誘電率に従って調整され、これにより、通信装置４００の合計サイズを最小化することができることに留意されたい。図４の通信装置４００の他の特徴は、図２および図３の通信装置２００の特徴と同様である。従って、この２つの実施形態は、同等の性能を達成することができる。

【0038】

本発明は、アンテナアレイを囲むＥＢＧ構造を含む新規の通信装置を提供する。従来の設計と比較して、本発明は、少なくともアンテナアレイの放射パターンの前後比を抑制するという利点を有するため、さまざまな通信装置でのアプリケーションに適しており、通信距離と空間効率を改善する。

【0039】

上記の要素サイズ、要素形状、および周波数範囲は、本発明を限定するものではないことに留意されたい。アンテナ設計者は、これらの設定または値を微調整して、さまざまな要件を満たすことができる。本発明の通信装置は、図１〜図４の構成に限定されないことを理解されたい。本発明は、単に、図１〜図４の任意の１つ以上の実施形態の任意の１つ以上の特徴を単に含むことができる。言い換えれば、図示されている全ての特徴が、本発明の通信装置に実装される必要はない。

【0040】

クレーム要素を変えるための、請求項における「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数詞の使用は、それ自体が、１つのクレーム要素を他のクレーム要素と比較して優先度、序列、又は順序を示唆するものではなく、むしろ、単にクレーム要素を区別するために、特定の名前を有する１つのクレーム要素を同じ名前を有する他の要素から区別するためのラベルとして（だけ、序数詞を）使用している。

【0041】

本発明は、例として及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

【符号の説明】

【0042】

１００、２００、４００ 通信装置
１１０、２１０ 接地面
１２０、２２０ アンテナアレイ
１３０、２３０ 電磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）構造
２４０ アンテナ素子
２５０ 第１の対称パターン
２６０ 電磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）ユニット
２６１ 上部金属片
２６２ 接続金属柱
２７０ 第２の対称パターン
２７１ 第１のループ形状
２７２ 第２のループ形状
４８０ 誘電体基板
Ｄ１、Ｄ２ 距離
ＤＳ 最短距離
Ｈ１ 高さ
Ｌ１、Ｌ２ 長さ
ＬＣ１ 断面線
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ Ｚ軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】