特許 7512525 放射ループを有するアンテナデバイス

(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】

(24)【登録日】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】放射ループを有するアンテナデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/45 20150101AFI20240701BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20240701BHJP

   H01Q 19/10 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

H01Q5/45

H01Q7/00

H01Q19/10

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023520507

(86)(22)【出願日】2020-10-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-25

(86)【国際出願番号】 EP2020077793

(87)【国際公開番号】W WO2022073577

(87)【国際公開日】2022-04-14

【審査請求日】2023-05-15

(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】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133569

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 進

(72)【発明者】

【氏名】イグナシオ・ゴンザレス

(72)【発明者】

【氏名】ブルーノ・ビスコンティニ

(72)【発明者】

【氏名】ドミトリ・セミロフスキー

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２１７２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４７５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ５／４５

Ｈ０１Ｑ ７／００

Ｈ０１Ｑ １９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の周波数帯域で動作するように構成された第１の放射構造体（１０２）と、
第２の周波数帯域で動作するように構成された第２の放射構造体（１０４）であって、前記第２の放射構造体（１０４）は、閉じられた線に沿って形成された放射ループ（１０６、２００）を備え、前記放射ループ（１０６、２００）は、前記閉じられた線に沿って延在し、前記第１の周波数帯域では電気的に不可視であるコイルとして形成される、第２の放射構造体（１０４）と
を備える、アンテナデバイス（１００）。

【請求項2】

前記放射ループ（１０６、２００）は、前記第２の放射構造体（１０４）の円周上に配置される、請求項１に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項3】

前記放射ループ（１０６、２００）は、上面視で本質的に正方形の形状を有する、請求項１または２に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項4】

前記第２の周波数帯域は前記第１の周波数帯域よりも低い、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項5】

前記第２の放射構造体（１０４）は、上面視で前記第１の放射構造体（１０２）と重なる、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項6】

前記コイル（１０６、２００）は、プリント回路基板の異なる層に印刷され、ビアによって互いに接続された導電性トラックを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項7】

前記コイル（１０６、２００）は、プラスチック製ベアリング要素（２０４）上に印刷された金属ストリップ（２０２）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項8】

前記第１の放射構造体（１０２）は、反射器（１１２）まで第１の距離を置いて支持構造体（１１４）の下面に配置されるように構成され、前記第２の放射構造体（１０４）は、前記下面から第２の距離を置いて前記支持構造体（１１４）の上面に配置されるように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナデバイス（１００）。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナデバイスを備える、基地局。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、電気通信デバイスの分野に関し、より具体的には、放射ループを有するアンテナデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

第５世代（５Ｇ）または今後の６Ｇ通信技術などの新しい無線通信技術の開発に伴い、信頼性の高い通信のためのアンテナデバイスを開発する需要が高まっている。新世代のモバイル通信を可能にするための重要な技術の１つは、例えば６ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満の大規模な多入力多出力（ｍＭＩＭＯ）である。通常、電気通信インフラストラクチャにおけるアンテナデバイスの新たな展開は、地域の規制を含む多くの課題に直面し続けている。例えば、展開可能な所与のアンテナのサイズに関連する制限がある。現場での現在の機械的支持構造体の現場獲得および／または再利用など、電気通信サービスに関連する特定の活動を容易にするために、展開されることになる任意の新しいアンテナのフォームファクタおよび風荷重は、レガシー製品と同様かつ同等であるべきだと予想される。そのような課題は、同じレドームの下に統合され、同じ領域を共有するために、より多くの数の放射構造体またはアンテナアレイを有することを必要とする。多くの技術的戦略の中で、これらの要件を満たすための重要な点の１つは、２つ以上の周波数帯域、例えば、低帯域（ＬＢ）および高帯域（ＨＢ）用に設計された放射構造体が、アンテナデバイス（またはアレイ）内で動作するとき、互いに電気的に不可視または相互に透明であるべきことである。しかしながら、従来のアンテナデバイスは、１つの周波数帯域の放射要素を他の周波数帯域の放射要素の近傍に配置すると、少なくとも１つの放射要素の性能に悪い影響を及ぼすという電気的視認性の技術的課題を有していた。例えば、より低い周波数のアンテナアレイがより高い周波数のアンテナアレイに重ねられると、より高い周波数のアンテナアレイによって生成された放射が歪む傾向がある。さらに、電磁界は、より低い周波数のアンテナアレイによって望ましくない方法で反射または再放射され、これにより、より高い周波数のアンテナアレイの指向性が低下し、サイドローブ値が増加し、前後比が低下し、交差極性識別値が悪化するなど、望ましくない。

【0003】

したがって、前述の説明に照らして、デュアルバンドまたはマルチバンドアンテナデバイスなどの従来のアンテナデバイスに関連する前述の欠点を克服する必要がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、放射ループを有するアンテナデバイスを提供しようとするものである。本開示は、性能を低下させることなく、従来のアンテナデバイスにおいて異なる周波数帯域で動作する放射構造体のための相互の電気的不可視性または透明性をどのようにして達成するかという既存の問題に対する解決策を提供しようとするものである。本開示の目的は、従来技術で遭遇する問題を少なくとも部分的に克服する解決策を提供し、従来のアンテナデバイスと比較して、少なくとも２つの異なる周波数帯域で動作する２つの放射構造体間の改善された電気的不可視性または相互透明性を有する改善されたアンテナデバイスを提供することである。

【0005】

本開示の目的は、添付の独立請求項において提供される解決策によって達成される。本開示の有利な実装形態は、従属請求項でさらに定義される。

【0006】

一態様では、本開示は、アンテナデバイスを提供する。アンテナデバイスは、第１の周波数帯域で動作するように構成された第１の放射構造体を備える。第２の周波数帯域で動作するように構成された第２の放射構造体であって、第２の放射構造体は、閉じられた線に沿って形成された放射ループを備え、放射ループは、閉じられた線に沿って延在し、第１の周波数帯域では電気的に不可視であるコイルとして形成される、第２の放射構造体。

【0007】

本開示のアンテナデバイスは、第２の周波数帯域で動作する第２の放射構造体が、第１の周波数帯域で動作する第１の放射構造体の性能に、両方の放射構造体が互いに近傍に配置されていても影響を及ぼさない、相互不可視性（または透明性）の改善を示す。２つの放射構造体間の改善された電気的不可視性は、放射ループに起因して達成される。放射ループは、放射ループ全体に分布するインダクタンスが導入されるようにコイルとして作られる。そのようなインダクタンスは、放射ループのインピーダンスを変化させ、それによって散乱場（例えば、散乱場－５０ｄＢ未満である）の量を減少させる。言い換えれば、放射ループは、所望の周波数（すなわち、第２のより低い周波数帯域において）でその特性を維持する一方で、他の周波数帯域（例えば、第１のより高い周波数帯域）については透明的（すなわち、放射線またはエネルギーを反射しない）である。

【0008】

実装形態では、放射ループは、第２の放射構造体の円周に配置される。

【0009】

放射ループが第２の放射構造体の円周に配置されているので、放射ループは第２の放射構造体上のより大きな面積を占有し、それが円周で放射ループに沿って全体に分布するインダクタンスを改善し、第２の放射構造体の帯域幅が改善されるという効果を提供する。

【0010】

さらなる実装形態では、放射ループは、上面視で本質的に正方形の形状を有する。

【0011】

放射ループの形状は、導入されるインダクタンスの量を決定し、その応答は周波数と共に変化し、それによって散乱場の量を減少させて放射構造体間の電気的不可視性を改善するのに寄与する。典型的には、電流が従来のコイルを通過するとき、磁場は、コイルの中心を通過して加わり（すなわち、重ね合わせ）強い場を生成する別個の巻線によって生成され得る。しかしながら、本開示のアンテナデバイスでは、コイルが正方形状に形成されているため、重畳によりいずれの電位磁界も無効化される。

【0012】

さらなる実装形態では、第２の周波数帯域は第１の周波数帯域よりも低い。

【0013】

典型的には、異なる周波数帯域の使用は、放射構造体のサイズ、放射構造体の配置、したがって従来のアンテナデバイスの全体的なサイズおよび複雑さに直接影響を及ぼす可能性がある。有利には、本開示のアンテナデバイスは、より低い周波数帯域で動作する第２の放射構造体が、両方の放射構造体が互いに近傍に配置された場合であっても、比較的高い周波数帯域で動作する第１の放射構造体の性能に影響を及ぼさない、改善された相互不可視性を示す。

【0014】

さらなる実装形態では、第２の放射構造体は、上面視で第１の放射構造体と重なる。

【0015】

第１の放射構造体が第２の放射構造体と重なると、アンテナデバイスの非常にコンパクトなアーキテクチャが達成される。

【0016】

さらなる実装形態では、コイルは、プリント回路基板の異なる層にプリントされ、ビアによって互いに接続された導電性トラックを含む。

【0017】

プリント回路基板（ＰＣＢ）の異なる層に印刷された導電性トラックを使用することにより、放射ループを規定するコイルの幅、ピッチ、および長さをエッチングして規定することが容易になる。

【0018】

さらなる実装形態では、コイルは、プラスチック製ベアリング要素の上に印刷された金属ストリップを含む。

【0019】

プラスチック製ベアリング要素上に印刷された金属ストリップの使用により、アンテナデバイスの製造の複雑さ、保守のコスト、および全体的なコストが低減される。

【0020】

さらなる実装形態では、第１の放射構造体は、反射器までの第１の距離において支持構造体の下面に配置されるように構成され、第２の放射構造体は、下面からの第２の距離において支持構造体の上面に配置されるように構成される。

【0021】

下部平面から第１の距離および第２の距離に第１の放射構造体および第２の放射構造体を配置することにより、アンテナデバイスは、干渉が低減されたマルチバンドにおいて電磁信号を放射することが可能になり、放射ループの使用は、干渉をほとんど無視できるものにする。

【0022】

本出願に記載されているすべてのデバイス、要素、回路、ユニットおよび手段は、ソフトウェア要素またはハードウェア要素またはこれらの任意の種類の組み合わせで実装されることができることに留意されたい。本出願に記載されている様々なエンティティによって行われるすべてのステップ、および様々なエンティティによって行われると記載されている機能は、それぞれのエンティティがそれぞれのステップおよび機能を行うように適応または構成されていることを意味することを意図されている。たとえ、特定の実施形態の以下の説明において、外部エンティティによって行われるべき特定の機能またはステップが、その特定のステップまたは機能を行うそのエンティティの特定の詳細な要素の説明に反映されていない場合であっても、これらの方法および機能が、それぞれのソフトウェア要素またはハードウェア要素またはこれらの任意の種類の組み合わせで実装されることができることは、当業者には明らかなはずである。本開示の特徴は、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な組み合わせで組み合わせることができることが理解されよう。

【0023】

本開示のさらなる態様、利点、特徴および目的は、添付の特許請求の範囲と併せて解釈される例示的な実施態様の図面および詳細な説明から明らかになるであろう。

【0024】

上記の概要、ならびに例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばよりよく理解される。本開示を例示する目的で、本開示の例示的な構成が図面に示されている。しかしながら、本開示は、本明細書に開示される特定の方法および手段に限定されない。さらに、当業者は、図面が原寸に比例しないことを理解するであろう。可能な限り、同様の要素は同じ番号で示されている。
以下の図を参照して、本開示の実施形態を単なる例としてこれより説明する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1A】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスにおける第２の放射構造体に対する第１の放射構造体の例示的な配置の側面図である。

【図1B】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスにおける第２の放射構造体に対する第１の放射構造体の例示的な配置の上面図である。

【図1C】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの一部の図である。

【図1D】本開示の一実施形態による、図１Ｃのアンテナデバイスの正方形の放射ループの図である。

【図1E】本開示の別の実施形態による、放射ループの拡大図を有するアンテナデバイスの一部の図である。

【図1F】本開示の別の実施形態による、導電性トラックおよびビアを有するコイルとして形成された放射ループの図である。

【図2A】本開示の一実施形態による、プラスチック製ベアリング要素上に印刷された金属ストリップを有する放射ループの図である。

【図2B】本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの上面図である。

【図2C】本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの底面図である。

【図2D】本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの側面図である。

【図3】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの散乱分析を示すグラフ表示である。

【図4】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの放射パターンを示すグラフ表示である。

【図5】本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの動作周波数に対する散乱場の値の変動を示すグラフ表示である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

なお、添付図面において、下線が引かれた数字は、下線が引かれた数字が上に位置する項目、または、下線が引かれた数字が隣接する項目を表すために用いられる。下線が引かれていない番号は、下線が引かれていない番号を項目に連結する線によって識別される項目に関する。番号に下線が引かれておらず、関連する矢印を伴う場合、下線が引かれていない番号は、矢印が指し示している一般的な項目を識別するために使用される。

【0027】

以下の詳細な説明は、本開示の実施形態およびそれらを実施することができる方法を示す。本開示を実施するいくつかの態様が開示されてきたが、当業者であれば、本開示を実施または実施するための他の実施形態も可能であることを認識するであろう。

【0028】

図１Ａは、アンテナデバイス１００における第１の放射構造体１０２および第２の放射構造体１０４の配置例の側面図である。図１Ａを参照すると、第１の基板１０８上の第１の放射構造体１０２および第２の基板１１０上の放射ループ１０６を有する第２の放射構造体１０４の側面図が示されている。図示の例では、反射器１１２が、２つの放射構造体１０２、１０４の下に配置されている。図１Ａは、第１の放射構造体１０２上の第２の放射構造体１０４の例示的な相互配置を示すために使用される。放射ループ１０６を含む第２の放射構造体１０４は、例えば図１Ｃ～図１Ｆに詳細に示され説明される。

【0029】

アンテナデバイス１００は、２つの周波数帯域の電磁信号を同時に放射するように構成されている。例では、アンテナデバイス１００は、デュアルバンドアンテナデバイスまたはマルチバンドアンテナデバイスと呼ばれる場合がある。アンテナデバイス１００は、無線通信システムに用いることができる。そのような無線通信システムの例には、基地局（例えば、エボルブドノードＢ（ｅＮＢ）、または次世代ノードＢ（ｇＮＢ））、リピータ装置、または他のカスタマイズされた電気通信ハードウェアが含まれるが、これらに限定されない。

【0030】

第１の放射構造体１０２は、アンテナデバイス１００の放射要素または放射器を指す。第１の放射構造体１０２は、第１の周波数帯域で動作するように構成されている。実装では、第１の放射構造体１０２は、第１の周波数帯域で動作する複数の放射要素を含む。第１の放射構造体１０２は、第１の基板１０８に印刷されている。

【0031】

第２の放射構造体１０４は、複数の放射要素と、放射ループ１０６とを含む。第２の放射構造体１０４は、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で動作するように構成されている。例えば、第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域より低くてもよい。第２の放射構造体１０４は、第２の基板１１０に印刷されている。

【0032】

放射ループ１０６は、アンテナデバイス１００の第２の放射構造体１０４に含まれる導電性要素である。放射ループ１０６は、第２の放射構造体１０４の帯域幅を増加させ、そのビーム幅を減少させ、第２の放射構造体１０４と第１の放射構造体１０２などの隣接する放射要素との分離を改善し、同時に、放射ループ１０６は、第１の放射構造体１０２によって放射される第１の周波数帯域に対して電気的に不可視である。

【0033】

第１の基板１０８は第１の放射構造体１０２のベースとして作用し、第２の基板１１０は第２の放射構造体１０４のベースとして作用する。実装では、第１の基板１０８および第２の基板１１０のそれぞれはプリント回路基板（ＰＣＢ）である。第１の基板１０８または第２の基板１１０は、単層または２層のプリント回路基板である。実装では、第２の基板１１０は２重層プリント回路基板であり、ＰＣＢの上層および下層は、放射ループ１０６を規定するコイルの幅、ピッチ、および長さをエッチングして規定するために使用される。この例では、第１の基板１０８および第２の基板１１０は、ＦＲ４基板であってもよい。

【0034】

反射器１１２は、ＲＦエネルギーを反射して所望の方向に向け直すためにアンテナデバイス１００に提供される。反射器１１２は、第１の放射構造体１０２から第１の距離（すなわち、より近い）に配置され、第２の放射構造体１０４は、第１の放射構造体１０２から第２の距離に配置されている。

【0035】

図１Ｂは、本開示の一実施形態による、アンテナデバイス１００における第２の放射構造体１０４に対する第１の放射構造体１０２の例示的な配置の上面図である。図１Ｂを参照すると、第１の放射構造体１０２と上面視で重なる第２の放射構造体１０４が示されている。第２の放射構造体１０４は、第１の放射要素１０４Ａ、第２の放射要素１０４Ｂ、第３の放射要素１０４Ｃ、第４の放射要素１０４Ｄなどの複数の放射要素を含む。この実施形態では、第２の放射構造体１０４は４つの放射要素を含み、４つの放射要素は２つの電気双極子を形成する。あるいは、いくつかの実施態様では、第２の放射構造体１０４は、複数の要素の代わりに１つの放射要素を含んでもよい。本開示の範囲を限定することなく、第２の放射構造体１０４内の放射要素の数を増減できることを当業者は理解すべきである。第１の放射要素１０４Ａ、第２の放射要素１０４Ｂ、第３の放射要素１０４Ｃ、および第４の放射要素１０４Ｄなどの複数の放射要素を取り囲む第２の放射構造体１０４に含まれる放射ループ１０６がさらに示されている。

【0036】

動作中、第１の放射構造体１０２は第１の周波数帯域で動作するように構成され、第２の放射構造体１０４は第２の周波数帯域で動作するように構成される。第２の放射構造体１０４は、閉じられた線に沿って形成された放射ループ１０６を含み、放射ループ１０６は、閉じられた線に沿って延び、第１の周波数帯域では電気的に不可視であるコイルとして形成される。言い換えると、第１の放射構造体１０２は、第２の放射構造体１０４がＲＦ信号を放射する第２の周波数帯域とは異なる第１の周波数帯域で無線周波数（ＲＦ）信号を放射する。図示されているように、第１の放射構造体１０２および第２の放射構造体１０４は、互いの近傍に配置され、潜在的に、それらのそれぞれの周波数帯域のＲＦ信号を同時に通信する。第２の放射構造体１０４の放射ループ１０６は、両方の放射構造体が互いの近傍に配置されていても、より高い周波数帯域で動作する第１の放射構造体１０２の性能に影響を与えない。連続した閉じられた線として形成された放射ループ１０６の一例が示され、図１Ｄでさらに説明される。放射ループ１０６がコイルの形態であるので、動作時にコイル全体に分布するインダクタンスが導入される。そのようなインダクタンスは、放射ループ１０６のインピーダンスを潜在的に変化させ、それによって散乱場の量を減少させる。言い換えれば、放射ループ１０６は、所望の周波数（すなわち、第２のより低い周波数帯域において）でその特性を維持する一方で、第１の周波数帯域（例えば、より高い周波数帯域）については透明的（すなわち、放射線またはエネルギーを反射しない）である。

【0037】

一実施形態によれば、第２の放射構造体１０４は、上面視で第１の放射構造体１０２と重なる。第２の放射構造体１０４は、第１の放射構造体１０２の上に配置され（一例で、図１Ｂに示すように）、これにより、アンテナデバイス１００に対するコンパクトなアーキテクチャが保証される。実装では、第２の放射構造体１０４は、第２の基板上に印刷されたほぼ平面の構造に似ている。

【0038】

典型的には、従来のデュアルバンドアンテナデバイスでは、より低い周波数の放射要素（またはより低い周波数アレイ）がより高い周波数の放射要素（またはより高い周波数アレイ）に重ね合わされると、より高い周波数の放射要素（またはより高い周波数アレイ）によって生成された放射は、より低い周波数の放射要素（またはより低い周波数アレイ）によって歪められる傾向がある。さらに、電磁界は、より高い周波数の放射要素（またはより高い周波数アレイの）の指向性を低減し、サイドローブを増加させ、前面から背面に向かって減少させ、交差極性識別を悪化させるなど、より低い周波数の放射要素（またはより低い周波数アレイ）によって望ましくない方法で反射または再放射される。従来のデュアルバンドアンテナデバイスとは対照的に、第２の放射構造体１０４のすべての放射要素を取り囲む第２の放射構造体１０４の放射ループ１０６は、第１の放射構造体１０２によって生成される放射のいずれかの歪みを回避するか、または少なくとも大幅に低減する。したがって、ある方法では、放射ループ１０６は、相互の不可視性または透明性を可能にし、異なる周波数帯域（より高い周波数）の第１の放射構造体１０２の近傍の一方の周波数帯域（例えば、より低い周波数帯域）の第２の放射構造体１０４は、互いの性能に影響を及ぼさない。あるいは、第２の放射構造体１０４の残りの要素が第１の周波数帯域で電気的に不可視であるように設計されていれば、放射ループ１０６を含む第２の放射構造体１０４全体は第１の周波数帯域に対して電気的に透明性である。

【0039】

図１Ｃは、本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの一部の図である。図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂからの要素に関連して説明される。図１Ｃを参照すると、アンテナデバイス１００の第２の放射構造体１０４が示されている。第２の放射構造体１０４は、放射ループ１０６と、放射ループ１０６に囲まれた第１の放射要素１０４Ａ、第２の放射要素１０４Ｂおよび第３の放射要素１０４Ｃなどの複数の放射要素とを含む。第２の放射構造体１０４は、支持構造体１１４上に配置された第２の基板１１０上に印刷されている。

【0040】

この実施形態では、第２の放射構造体１０４は４つの放射要素（アンテナデバイス１００の一部のみとして見えない第４のものが図１Ｃに示されている）を含み、４つの放射要素は２つの電気双極子を形成する。第２の放射構造体１０４は、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で動作するように構成されている。例えば、第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域より低くてもよい。

【0041】

支持構造体１１４は、第１の基板（例えば、図１Ａの第１の基板１０８）および第２の基板１１０に支持および機械的強度を提供する。一例では、支持構造体１１４はプラスチック製であってもよい。

【0042】

一実施形態によれば、放射ループ１０６は、第２の放射構造体１０４の円周上に配置される。放射ループ１０６は、第２の放射構造体１０４の円周上（すなわち、縁の付近）に配置された放射ループ１０６全体に分布するインダクタンスを付加する。さらに、放射ループ１０６の形状（密度、半径、定義された長さあたりの巻き数などを含む）は、導入されるインダクタンスの量を決定し、周波数応答は、第１の放射構造体（例えば、図１Ａおよび図１Ｂの第１の放射構造体１０２）および第２の放射構造体１０４の動作周波数と共に変化する。放射ループ１０６によって加えられるインダクタンスの量は、それに応じて放射ループ１０６のインピーダンスを変化させ、第１の周波数帯域に対して電気的に透明にする。いくつかの実装では、散乱場の値が－５０デシベル（ｄＢ）未満であるときはいつでも透明性が達成される。散乱場は、潜在的に、第１の周波数帯域（例えば、より高い周波数帯域）における表面電流の尺度である。

【0043】

別の実施形態によれば、放射ループ１０６は、上面視で本質的に正方形の形状を有する。放射ループ１０６は、閉じられた線に沿って第２の放射構造体１０４上に配置され、閉じられた線は正方形の形状を描く。上面視における放射ループ１０６は、一例では、図１Ｄに示すように、正方形の形状を表している。典型的には、電流が従来のコイルを通過するとき、磁場は、コイルの中心を通過して加算し（すなわち、重ね合わせ）て強い磁場を生成する別個の巻線によって生成され得る。しかし、アンテナデバイス１００では、放射ループ１０６を構成するコイルが正方形状であるため、重畳によりいずれの電位磁界もが無効化される。放射ループ１０６の形状および構造は、例えば、図１Ｄ、図１Ｅ、および図１Ｆでさらに詳細に説明される。

【0044】

一実施形態によれば、第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域よりも低い。第２の周波数帯域は、第２の放射構造体１０４が動作する周波数帯域であり、第１の放射構造体（例えば、図１Ａおよび図１Ｂの第１の放射構造体１０２）は、第１の周波数帯域で動作する。換言すれば、第１の放射構造体は、第２の周波数帯域よりも高い周波数で動作するように構成される。例えば、第１の周波数帯域は中帯域（例えば、１．４２７から２．２ＧＨｚ）または高帯域（例えば、１．７１から２．６９ＧＨｚ）に対応し、第２の周波数帯域は第１の周波数帯域よりも低い（例えば、６９０ＭＨｚ～９６０ＭＨｚなどの低帯域）。別の例では、第１の周波数帯域は、５ＧのＮＲ周波数帯域のｍｍＷａｖｅ周波数である「Ｆ１」帯域に対応し、第２の周波数帯域は「Ｆ２」周波数帯域に対応する（すなわち、６ＧＨｚ未満の周波数）。

【0045】

一実施形態によれば、第１の放射構造体（例えば、図１Ａおよび図１Ｂの第１の放射構造体１０２）は、反射器（例えば、図１Ａの反射器１１２）まで第１の距離を置いて支持構造体１１４の下面に配置されるように構成され、第２の放射構造体１０４は、下面から第２の距離を置いて支持構造体１１４の上面に配置されるように構成される。支持構造体１１４は、第１の基板（例えば、図１Ａの第１の基板１０８）および第２の基板１１０に支持および機械的強度を提供する。支持構造体１１４は、下面と上面とを有する。第１の基板（例えば、図１Ａの第１の基板１０８）は支持構造体１１４の下面に配置され、第１の基板は第１の放射構造体のベースとして作用する。第２の基板１１０は支持構造体１１４の上面に配置されており、第２の基板１１０は第２の放射構造体１０４のベースとして作用する。第１の放射構造体および第２の放射構造体１０４を反射器平面から異なる距離に配置することにより、アンテナデバイス１００は干渉を低減して異なる周波数帯域で電磁信号を放射することができ、第２の放射構造体１０４における放射ループ１０６の使用はさらに信号干渉をほとんど無視できるものにする。さらに、反射器は、ＲＦエネルギーを反射して所望の方向に向け直すためにアンテナデバイス１００に統合される。反射器（例えば、図１Ａの反射器１１２）は、支持構造体１１４の上面よりも支持構造体１１４の下面の近くに配置される。言い換えれば、支持構造体１１４の下面に配置された第１の放射構造体は、反射器から第１の距離（すなわち、反射器に比較的近い）にあるのに対して、第２の放射構造体１０４は、支持構造体１１４の上面に配置されたとき、下面から第２の距離（すなわち、より大きな距離で）にあり、比較的には反射器にそれほど近くない。反射器は、ＲＦエネルギーを反射することによって、所与の方向の利得を増加させる。

【0046】

図１Ｄは、本開示の一実施形態による、図１Ｃのアンテナデバイスの放射ループの図である。図１Ｄは、図１Ｃの要素に関連して説明される。図１Ｄを参照すると、図１Ｃのアンテナデバイス１００の放射ループ１０６などの放射ループの構成が示されている。

【0047】

放射ループ１０６は、コイルとして構成され、第２の放射構造体１０４の円周に配置されている。放射ループ１０６は、第２の放射構造体１０４の円周上（すなわち、縁の付近）に配置された放射ループ１０６全体に分布するインダクタンスを付加する。一般に、放射ループ１０６（またはコイル）のインダクタンス（Ｌで表される）の値は、以下の式（式１）に従って放射ループ１０６（またはコイル）の形状（例えば、密度、半径など）に依存する。

【数1】

式中、Ａは放射ループ１０６（またはコイル）の断面積であり、ｌは放射ループ１０６（またはコイル）の長さであり、Ｎは放射ループ１０６（またはコイル）の巻数である。放射ループ１０６（またはコイル）のインダクタンス（すなわち、Ｌ）の所与の値について、放射ループ１０６の周波数応答は動作周波数に応じて変化する。これは、放射ループ１０６のインピーダンス（Ｚｌで表される）が、以下の式（すなわち、式２）に従って、放射ループ１０６の動作周波数およびインダクタンス（すなわち、Ｌ）に依存するためである。
Ｚｌ＝ｊωＬ （２）
式中、Ｚｌは、放射ループ１０６によってアンテナデバイス１００の第１の放射構造体１０２に提供されるインピーダンスである。

【0048】

インダクタンスの所与の値（すなわち、Ｌ）について、インピーダンス（すなわち、Ｚｌ）は動作周波数のみに依存する。したがって、低周波数では、インピーダンス（すなわち、Ｚｌ）が低く、放射ループ１０６（またはコイル）は短絡として作用し、典型的なコイルのように挙動する。しかしながら、高周波では、インピーダンス（すなわち、Ｚｌ）が高くなり、放射ループ１０６（またはコイル）は開回路（または透明）として作用する。したがって、高インピーダンス（すなわち、Ｚｌ）によって、放射ループ１０６を規定するコイルは、第１の放射構造体１０２によって放射される第１の周波数帯域（すなわち、より高い周波数帯域）に対して透明的（すなわち、開回路）になる。さらに、放射ループ１０６（またはコイル）は、一連の非接続ストリップのように挙動する。

【0049】

周波数の所与の値について、インピーダンス（すなわち、Ｚｌ）は、インダクタンス（すなわち、Ｌ）のみに依存し、インダクタンスは、巻数（すなわち、Ｎ）および放射ループ１０６（またはコイル）の断面積に正比例して変化する。巻数が多い（または密度が高い）ほどインダクタンスの値が高くなり、得られるインピーダンス（すなわち、Ｚｌ）が高くなる。したがって、高密度では、放射ループ１０６（またはコイル）は開回路のように作用する。このようにして、密度を制御することによって、または放射ループ１０６を規定するコイルの巻数を制御することによって、放射ループ１０６を第１の周波数帯域で透明（すなわち、開回路）にすることができる。したがって、第２の放射構造体１０４における放射ループ１０６の使用により、第１の放射構造体１０２の放射パターン（図１Ａおよび図１Ｂの）は影響を受けない。

【0050】

放射ループ１０６は、閉じられた線に沿って配置され、閉じられた線は正方形の形状を描く。典型的には、電流が従来のコイルを通過するとき、磁場は、コイルの中心を通過して加算し（すなわち、重ね合わせ）て強い磁場を生成する別個の巻線によって生成され得る。しかし、アンテナデバイス１００では、放射ループ１０６を構成するコイルが正方形状であるため、重畳によりいずれの電位磁界もが無効化される。

【0051】

図１Ｅは、本開示の別の実施形態による、放射ループの拡大図を有するアンテナデバイスの一部の図である。図１Ｅは、図１Ｃおよび図１Ｄからの要素に関連して説明される。図１Ｅを参照すると、放射ループ（放射ループ１０６など）の拡大図を有するアンテナデバイス（アンテナデバイス１００など）の一部が示されている。放射ループ１０６は、上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８を含む。上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８は、複数のビア１２０を使用して互いに接続される。

【0052】

放射ループ１０６（またはコイル）は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の異なる層に印刷された上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８などの導電性トラックを含む。ＰＣＢの異なる層は、放射ループ１０６（またはコイル）の幅、ピッチ、および長さをエッチングして規定するために使用される上層および下層を含む。複数のビア１２０は、ＰＣＢの上層と下層とを接続するために使用される。必要とされる複数のビア１２０は、上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８の幅に依存する。典型的には、複数のビア１２０のうちの１つまたは２つのビアは、上側導電性トラック１１６と下側導電性トラック１１８とを接続するのに十分である。しかしながら、複数のビア１２０内のビアの数は、本開示の範囲を限定することなく要件に基づいて異なり得ることが当業者によって理解されるべきである。

【0053】

上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８は、２次（すなわち、４つの縁部または辺を有する多角形）形状を有し、複数のビア１２０を介して互いに接続される。複数のビア１２０は、上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８の縁上に配置される。複数のビア１２０は、上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８を支持するように構成される。

【0054】

図１Ｆは、本開示の別の実施形態による、導電性トラックおよびビアを有するコイルとして形成された放射ループの図である。図１Ｆは、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、および図１Ｅからの要素に関連して説明される。図１Ｆを参照すると、導電性トラックおよびビアを有するコイルとして作られた放射ループ１０６（例えば、図１Ａ～図１Ｄの放射ループ１０６）が示されている。

【0055】

実装では、放射ループ１０６の上側導電性トラック１１６は、第１の上側導電性トラック１１６Ａ、第２の上側導電性トラック１１６Ｂ、および第３の上側導電性トラック１１６Ｃなどの複数の上側導電性トラックを含む。同様に、放射ループ１０６の下側導電性トラック１１８は、第１の下側導電性トラック１１８Ａ、第２の下側導電性トラック１１８Ｂ、および第３の下側導電性トラック１１８Ｃなどの複数の下側導電性トラックを含む。上側導電性トラック１１６および下側導電性トラック１１８は、互いに対して斜めであるが反対方向に配置される。例えば、第１の上側導電性トラック１１６Ａは、第１のビア１２０Ａ、第２のビア１２０Ｂ、第３のビア１２０Ｃ、および第４のビア１２０Ｄなどの複数のビア１２０を使用して、先行する下側導電性トラック（ここでは図示せず）および第１の下側導電性トラック１１８Ａに接続される。第２の上側導電性トラック１１６Ｂは、第５のビア１２０Ｅ、第６のビア１２０Ｆ、第７のビア１２０Ｇ、および第８のビア１２０Ｈなどの複数のビア１２０を使用して、第１の下側導電性トラック１１８Ａおよび第２の下側導電性トラック１１８Ｂに接続される。同様に、第３の上側導電性トラック１１６Ｃは、第９のビア１２０Ｉ、第１０のビア１２０Ｊ、第１１のビア１２０Ｋ、および第１２のビア１２０Ｌなどの複数のビア１２０を使用して、第２の下側導電性トラック１１８Ｂおよび第３の下側導電性トラック１１８Ｃに接続される。

【0056】

図２Ａは、本開示の一実施形態による、プラスチック製ベアリング要素上に印刷された金属ストリップを有する放射ループの図である。図２Ａは、図１Ａ～図１Ｆからの要素に関連して説明される。図２Ａを参照すると、放射ループ２００が示されている。放射ループ２００は、プラスチック製ベアリング要素２０４上に印刷された複数の金属ストリップ２０２を含む。

【0057】

放射ループ２００は、図１Ｃの放射ループ１０６に対応する。実装では、放射ループ２００を生成するために、ポリエチレンプラスチック（ＰＥＰ）または同様の技術を使用して、プラスチック製ベアリング要素２０４上に複数の金属ストリップ２０２を印刷（すなわち、エッチングまたは堆積）する。複数の金属ストリップ２０２およびプラスチック製ベアリング要素２０４は、第２の放射構造体１０４の円周全体にわたって同じ寸法である。複数の金属ストリップ２０２は、プラスチック製ベアリング要素２０４の周りに連続的に配置される。しかしながら、本開示の範囲を限定することなく、プラスチック製ベアリング要素２０４上に複数の金属ストリップ２０２を印刷するために別の同様の技術を使用することができることが当業者によって理解されるべきである。

【0058】

図２Ｂは、本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの上面図である。図２Ｂは、図２Ａの要素に関連して説明される。図２Ｂを参照すると、図２Ａの放射ループ２００の上面図が示されている。上面図では、放射ループ２００の複数の金属ストリップ２０２は、２次形状を有し、プラスチック製ベアリング要素２０４の上面上に斜めに配置されているように見える。

【0059】

図２Ｃは、本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの底面図である。図２Ｃは、図２Ａの要素に関連して説明される。図２Ｃを参照すると、図２Ａの放射ループ２００の底面図が示されている。底面図では、放射ループ２００の複数の金属ストリップ２０２は、２次形状を有し、プラスチック製ベアリング要素２０４の底面に配置されているように見える。

【0060】

図２Ｄは、本開示の別の実施形態による、図２Ａの放射ループの側面図である。図２Ｄは、図２Ａの要素に関連して説明される。図２Ｄを参照すると、図２Ａの放射ループ２００の側面図が示されている。側面図では、放射ループ２００の複数の金属ストリップ２０２は、長方形の形状を有し、プラスチック製ベアリング要素２０４の側面に配置されているように見える。

【0061】

図３は、本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの散乱分析を示すグラフ表示である。図３は、図１Ａ～図１Ｆ、図２Ａ～図２Ｄからの要素に関連して説明される。図３を参照すると、図１Ｃのアンテナデバイス１００などのアンテナデバイスのグラフ表示３００が示されている。グラフ表示３００は、ギガヘルツ（ＧＨｚ）で周波数を表すＸ軸３０２と、デシベル（ｄＢ）で散乱された力を表すＹ軸３０４とを含む。

【0062】

アンテナデバイス１００の散乱解析は、高周波構造シミュレータ（ＨＦＳＳ）ツールを用いて行われる。グラフ表示において、第１の線３０６は、従来のアンテナデバイスの散乱挙動を表す。第２の線３０８は、アンテナデバイス１００の散乱挙動を表す。グラフ表示３００は、高周波数範囲（約１．９０ＧＨｚ～２．２０ＧＨｚ）における従来のアンテナデバイスとアンテナデバイス１００との散乱挙動の違いを強調する楕円領域３１０をさらに含む。楕円領域３１０では、アンテナデバイス１００は、従来のアンテナデバイスと比較して、散乱場の値（すなわち、－５０ｄＢ未満）が低い。その理由は、従来のアンテナデバイスでは、高周波領域では透明ではなく、典型的なリングの下に配置される任意の放射構造体（またはアンテナアレイ）の放射パターンを劣化させる典型的なリングが使用されるからである。しかしながら、アンテナデバイス１００では、放射ループ１０６（図１Ｃ）の形態のリングは、放射ループ１０６の下方に配置された第１の放射構造体１０２に対して透明になるため、放射ループ１０６は第１の放射構造体１０２の放射パターンに影響を及ぼさない。したがって、アンテナデバイス１００は、放射ループ１０６のために、より低い値の散乱場（すなわち、－５０ｄＢ未満）を呈する。

【0063】

図４は、本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの放射パターンを示すグラフ表示である。図４は、図１Ｃ～図１Ｆ、図２Ａ～図２Ｄ、３からの要素に関連して説明される。図４を参照すると、図１Ｃのアンテナデバイス１００などのアンテナデバイスの放射パターンを表すグラフ表示４００が示されている。グラフ表示４００は、シータ値を度（ｄｅｇ）で表すＸ軸４０２と、放射場の正規化された値をデシベル（ｄＢ）で表すＹ軸４０４とを含む。

【0064】

グラフ表示４００において、複数の線４０６は、アンテナデバイス１００の様々な放射パターンを表す。複数の線４０６によって表される放射パターンは、第２の放射構造体１０４（または低周波アレイ）の放射ループ１０６が高周波数で第１の放射構造体１０２（または高周波アレイ）に対して透明（すなわち、開回路）であるときに得られる。したがって、放射ループ１０６は、第１の放射構造体１０２の放射パターンに影響を与えない。したがって、アンテナデバイス１００は、比較的高い散乱場の値を示す従来のアンテナデバイスと比較して、より低い散乱場の値を示す。従来のアンテナデバイスでは、より低い周波数で動作し、典型的なリング（またはプローブと共にリング）を含む従来のアンテナアレイは、より高い周波数で動作する別のアンテナアレイに対して透明性ではなく、したがって、より高い周波数で動作するアンテナアレイの放射パターンを劣化させる。そのため、従来のアンテナデバイスでは、より高い散乱場の値が示され、好ましくない。

【0065】

図５は、本開示の一実施形態による、アンテナデバイスの動作周波数に対する散乱場数値の変動を示すグラフ表示である。図５は、図１Ｃ～図１Ｆからの要素に関連して説明される。図５を参照すると、図１Ｃのアンテナデバイス１００などのアンテナデバイスの動作周波数に対する散乱場値の変動を表すグラフ表示５００が示されている。グラフ表示５００は、ＧＨｚでの周波数を表すＸ軸５０２と、デシベル（ｄＢ）単位での散乱場の値を表すＹ軸５０４とを含む。

【0066】

グラフ表示５００において、第１の線５０６は、アンテナデバイス１００の動作周波数に対する散乱場の値の変動を表す。第１の線５０６は、アンテナデバイス１００の動作周波数の増加に伴って減少する散乱場の値を示している。第１の線５０６は、第１の点５０６Ａ（ｍ１としても表される）および第２の点５０６Ｂ（ｍ２としても表される）を含む。第１の点５０６Ａ（すなわち、ｍ１）は、１．７ＧＨｚの周波数で－４９．７０ｄＢの散乱場の値を有する。第２の点５０６Ｂ（すなわち、ｍ２）は、２．２ＧＨｚの周波数で－５０．９１ｄＢの散乱場の値を有する。第２の点５０６Ｂ（すなわち、ｍ２）は、高い動作周波数のために、散乱値の比較的低い値を有する。これは、放射ループ１０６の密度を大きくすることで、放射ループ１０６のインダクタンス（すなわち、Ｌ）が大きくなり、さらに、式２より、放射ループ１０６のインピーダンス（すなわち、Ｚｌ）が大きくなるためである。インダクタンス（すなわち、Ｌ）の増加に加えて、各ステップでの動作周波数の増加もあり、したがってインピーダンス（すなわち、Ｚｌ）がさらに増加する。インピーダンスのさらなる増加（すなわち、Ｚｌ）は、散乱場のより低い値をもたらす。放射ループ１０６（またはコイル）の密度は、コイルの巻数（すなわち、Ｎ）を増やすことによって増加する。

【0067】

添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、上記で説明された本開示の実施形態に対する変更が可能である。本開示を記載および特許請求するために使用される「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」、「ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ（内蔵する）」、「ｈａｖｅ（有する）」、「ｉｓ（である）」などの表現は、非排他的な方法で解釈されること、すなわち、明示的に記載されていない項目、構成要素または要素も存在することを可能にすることを意図している。単数形への言及はまた、複数形に関連すると解釈されるべきである。「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、本明細書では「例、事例または例示としての役割を果たす」を意味するために使用される。「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」と記載された任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいかまたは有利であると解釈されるべきではなく、または他の実施形態からの特徴の組込みを除外するべきではない。「任意選択（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語は、本明細書では「いくつかの実施形態で提供され、他の実施形態では提供されない」ことを意味するために使用される。明確にするために別個の実施形態に関して説明されている本開示の特定の特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、簡潔さを目的として単一の実施形態に関連して説明されている、本発明の様々な特徴はまた、個々に設けられてもよく、または任意の適切な組み合わせで提供されてもよく、または本開示の任意の他の説明されている実施形態において適切に設けられてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１００ アンテナデバイス
１０２ 第１の放射構造体
１０４ 第２の放射構造体
１０４Ａ 第１の放射要素
１０４Ｂ 第２の放射要素
１０４Ｃ 第３の放射要素
１０４Ｄ 第４の放射要素
１０６ 放射ループ
１０８ 第１の基板
１１０ 第２の基板
１１２ 反射器
１１４ 支持構造体
１１６ 上側導電性トラック
１１６Ａ 第１の上側導電性トラック
１１６Ｂ 第２の上側導電性トラック
１１６Ｃ 第３の上側導電性トラック
１１８ 下側導電性トラック
１１８Ａ 第１の下側導電性トラック
１１８Ｂ 第２の下側導電性トラック
１１８Ｃ 第３の下側導電性トラック
１２０ ビア
１２０Ａ 第１のビア
１２０Ｂ 第２のビア
１２０Ｃ 第３のビア
１２０Ｄ 第４のビア
１２０Ｅ 第５のビア
１２０Ｆ 第６のビア
１２０Ｇ 第７のビア
１２０Ｈ 第８のビア
１２０Ｉ 第９のビア
１２０Ｊ 第１０のビア
１２０Ｋ 第１１のビア
１２０Ｌ 第１２のビア
２００ 放射ループ
２０２ 金属ストリップ
２０４ プラスチック製ベアリング要素
３００ グラフ表示
３０２ Ｘ軸
３０４ Ｙ軸
３０６ 第１の線
３０８ 第２の線
３１０ 楕円領域
４００ グラフ表示
４０２ Ｘ軸
４０４ Ｙ軸
４０６ 線
５００ グラフ表示
５０２ Ｘ軸
５０４ Ｙ軸
５０６ 第１の線
５０６Ａ 第１の点
５０６Ｂ 第２の点

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】