JP2009540691A - 電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイ - Google Patents

Abstract

ある実施例では、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイが与えられている。この点について、実質的に基板表面上に設けられた2つ以上の平面アンテナ、実質的に前記アンテナ間であって面上に設けられた第1組の電磁バンドギャップ(EBG)セル、及び前記基板内部であって前記アンテナの下に設けられた第2組のEBGセルを有するアンテナアレイが導入される。他の実施例もまた開示され、かつ主張されている。

Description

本発明の実施例は概してアンテナの分野に関する。より詳細には本発明は、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイに関する。

たとえばラップトップコンピュータのような今日のワイヤレス通信装置は、外部信号を送受信するのに少なくとも2つのアンテナを必要とする。必要となるアンテナの数が増えることで、アンテナを互いに孤立させることが必要となる。同時にワイヤレス装置のサイズを減少させることも期待されている。

［発明を実施するための最良の形態］
本発明は、添付の図面によって非限定的に例示される。図中、同様の参照番号は同様の構成要素を指す。

以降の記載では、説明を目的として、本発明を完全に理解してもらうため、多数の具体的詳細が開示される。しかし当業者にとっては、本発明の実施例はこれらの具体的詳細が与えられなくても実施可能であることは明らかである。他の場合では、構造及び装置は、本発明が不明確にならないようにブロック図形式で表されている。

本明細書では「一の実施例」又は「（ある）実施例」とある場合は、その実施例に関連する特定の特徴部位、構造、又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれていることを意味する。よって「一の実施例において（では）」又は「（ある）実施例において（では）」という語句が本明細書の様々な箇所で出てくるが、必ずしも全てが同一の実施例を指しているわけではない。さらに特定の特徴部位、構造、又は特性は、一つ以上の実施例において任意の適切な方法で組み合わせられて良い。

図1は本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの上面図である。図示された典型的実施例によると、アンテナアレイパッケージ100は、1つ以上の電磁バンドギャップ(EBG)セル102及びアンテナ104を有する。一の実施例では、アンテナアレイパッケージ100は、他の部品と共にプリント回路基板にはんだ付けされた多層有機基板を有するパッケージを表す。

EBGセル102はアンテナアレイパッケージ100の表面上の多帯域EBG構造を表す。EBGセル102は、放射波がアンテナ104間を伝播するのを防止するように設計されている。当業者は、離散的な複数のアンテナを互いに近くに設けることを可能にすることによって、EBGセル102が小さなスケールのアンテナアレイを可能にできることを理解する。図示されているように、EBGセル102は螺旋状パッチを有するが、他の幾何学形状又は異なる幾何学形状の結合が利用されても良い。図示されているように、4列のEBGセル102は隣接するアンテナ104を隔てているが、それよりも多い列数又は少ない列数が利用されても良い。EBGセル102は、螺旋状パッチの巻数及び線幅を変化させることによって、アンテナ104によって波が伝播するように特別に設計された禁止帯を有して良い。一の実施例では、各EBGセルの幅は、非常に低周波（〜1GHz）では約750μm以下である。

アンテナ104はアンテナアレイパッケージ100の表面上に存在する平面アンテナを表す。アンテナ104は放射波の伝播を介して信号を自由空間へ送る。図では正方形パターン内に4つのアンテナを含んでいるパッケージが示されているが、アンテナアレイパッケージ100は任意のパターン中において如何なる数のアンテナを有しても良い。一の実施例では、同軸ケーブル又はコプレナ導波路がアンテナ104へ信号を供給する。他の実施例では、めっきされた貫通穴(PTH)が信号をアンテナ104へ送る。アンテナ104は同一周波数を送っても良いし、異なる周波数を送っても良い。アンテナ104を利用可能なワイヤレス通信の例には、WiFi、WiMax、Bluetooth、及び携帯通信が含まれる。一の実施例では、アンテナアレイパッケージ100は多入力多出力(MIMO)ラジオの一部である。ここで、アンテナ104は同一であり、かつEBGセル102は信号を上方へ再導波し、かつ信号が側方へ伝播するのを実質的に防止する。

図2は、本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの断面図である。図示されているように、アンテナアレイパッケージ200は、EBGセル202、アンテナ204、EBGセル206、接地面208、及び誘電層210と212を有する。

EBGセル202は、アンテナ204からの放射波が隣接するアンテナへ伝播すること、及び逆に隣接するアンテナからの放射波の伝播を防止する。

EBGセル206はアンテナ204の周波数帯中に禁止帯域を有する。当業者は、基板の厚さが、従来の平面パッチアンテナが要求する1/4波長未満であって良いことを理解する。EBGセル206は、サイズ及び幾何学形状の点において同一であっても良いし、それぞれ異なっていても良い。EBGセル206は、50GHz未満で、1、2、3以上のバンドギャップを有して良い。一の実施例では、EBGセル206のインダクタンスは、接地面208とEBGセル206とを結合するビアの高さを変化させることによって変化及び改善される。

電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの作製プロセスの一部として、たとえば図4に示されているように、誘電層210と212がコア接地面208上に積層されて良い。一の実施例では、接地面208は、プリント回路基板上のグランドと結合し、かつPTHを介してEBGセル202及び206と結合する金属層である。一の実施例では、誘電層210と212は有機基板層である。

図3は、本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの断面図である。図示されているように、アンテナアレイパッケージ300は、EBGセル302、EBGセル306、接地面308、アンテナ310、EBGセル312、及びEBGセル314を有する。

アンテナアレイパッケージ300は、基板表面上にアンテナ304を有し、かつ基板内部にアンテナ310を有する。アンテナ及びそのアンテナに関連する接地されたEGBセル312と314を基板内部に内蔵させることによって、アンテナアレイパッケージの専有面積を増大させることなくより多くのアンテナを実装することが可能となる。

図4は、本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの典型的な作製方法を示すフローチャートである。以下の操作は連続プロセスとして記載されているものの、実際にはその操作の多くは並列すなわち同時に実行されて良いことは、当業者にはすぐに分かることである。それに加えて、本発明の実施例の技術的思想から逸脱することなく、動作順序は再構成可能であり、かつ工程は繰り返されて良い。

一の典型的実施例によると、図4の方法は、積層(402)及びビア-穴の形成で開始される。一の実施例では、金属基板のコアが積層され、接地面として利用される。その例は、たとえば接地面208が誘電層210と212のそばに積層されることである。ビア-穴が誘電層210内に形成されて良く、それにより、EBGセル206は接地面208に接地することが可能となる。

続いて、EBGセルがパターニング及び形成される(404)。一の実施例では、フォトレジストパターン及び電気メッキが、EBGセル206の螺旋状パッチの生成に用いられる。他の実施例では、EBGセル206は基板上で実行及び設置される。

続いて、さらに積層及びビア-穴の形成が実行される(406)。ビア-穴が誘電層210中に生成されることで、EBGセル202が接地面208へ設置することが可能となる。ビア-穴はまた、信号がアンテナ204へ送られるように生成されても良い。

最後に、アンテナ及びEBGセルがパターニング及び形成される(408)。一の実施例では、フォトレジストパターン及び電気メッキが、アンテナ204及びEBGセル202の螺旋状パッチの生成に用いられる。一の実施例では、アンテナ204及びEBGセル202は基板上で実行及び設置される。パッケージを完成させるのに、たとえばボールグリッドアレイ(BGA)コンタクトの追加を含む追加工程が必要であることも考えられる。

図5は、本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの実装に適した典型的電子機器のブロックダイヤグラムである。電子機器500は、ラップトップ、デスクトップ、携帯電話、ワイヤレス通信受信契約ユニット、ワイヤレス通信電話機インフラ構成要素、個人用携帯端末、セットアップボックス、又は本発明の教示から利点を得る任意の電気機器を含む広範囲にわたる従来型電子機器や従来にはない型の電子機器を表すことが意図されている。図示された典型的実施例によると、電子機器500は、図5に図示されているように結合する、1つ以上の処理装置502、メモリ制御装置504、システムメモリ506、入出力制御装置508、（複数の）ワイヤレスネットワーク制御装置510、（複数の）入出力装置512、及びアンテナアレイ514を有して良い。

（複数の）処理装置502は、1つ以上のマイクロプロセッサ、プログラマブル論理素子(PLD)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)、用途特定集積回路(ASIC)、マイクロコントローラ等を含むがこれらに限定されない広範囲にわたる制御ロジックを表して良い。ただし本発明はこの点で限定されない。一の実施例では、（複数の）処理装置502は、インテル（登録商標）互換の処理装置である。（複数の）処理装置502は、たとえばアプリケーション又はOSによって起動可能な複数の機械レベルの命令を含む命令セットを有して良い。

メモリ制御装置504は、システムメモリ508と電子機器500の他の部品とのインターフェースとなるチップセット又は制御ロジックを表して良い。一の実施例では、（複数の）処理装置502とメモリ制御装置504との接続は前面バスと呼ぶことができる。他の実施例では、メモリ制御装置504はノースブリッジと呼ぶことができる。

システムメモリ506は、（複数の）処理装置502によって用いられる（用いられた）データ及び命令の記憶に用いられる（複数の）メモリ装置を表して良い。典型的には、本発明はこの点において限定されないが、システムメモリ506はダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)で構成される。一の実施例では、システムメモリ506はラムバスDRAM(RDRAM)で構成されて良い。他の実施例では、システムメモリ506はダブルデータレートDRAM(DDR SDRAM)で構成されて良い。

入出力(I/O)制御装置508は、（複数の）I/O装置512と電子機器500の他の部品とのインターフェースとなるチップセット又は制御ロジックを表して良い。一の実施例では、I/O制御装置508はサウスブリッジと呼ぶことができる。他の実施例では、I/O制御装置508は、PCI-SIGによって2003年4月15日に公開された周辺機器相互接続(PCI)エクスプレス（商標）ベース仕様書に従って良い。

（複数の）ワイヤレスネットワーク制御装置510は、電子機器500が他の電子機器又は素子とワイヤレスで通信することを可能にする如何なる型の装置を表しても良い。一の実施例では、ネットワーク制御装置510は、IEEEの802.11b基準（1999年ANSI/IEEE基準802.11の補足として1999年9月16日に承認された）に従って良い。他の実施例では、（複数の）ワイヤレスネットワーク制御装置510はまた、ウルトラワイドバンド(UWB)、携帯機器用のグローバルシステム(GSM)、全地球測位システム(GPS)、又は他の通信をも有して良い。

（複数の）入出力(I/O)装置512は、電子機器500への入力を与え、又は電子機器500からの出力を処理する装置、周辺機器、又は部品を表して良い。

アンテナアレイ514は、図1、2、又は3に図示された電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイを表して良い。

上の記載では、説明を目的として、本発明を完全に理解してもらうため、多数の具体的詳細が開示される。しかし当業者にとっては、本発明の実施例はこれらの具体的詳細が与えられなくても実施可能であることは明らかである。他の場合では、周知構造及び装置はブロック図形式で表されている。

当該方法の多くは最も基本的な形態で記載されている。しかし本発明の基本思想から逸脱することなく、当該方法に如何なる操作が付加されても良いし、又は当該方法から如何なる操作が省略されても良い。また本発明の基本思想から逸脱することなく、上述のメッセージに新たな情報が付加されても良いし、又はそのメッセージから如何なる情報が省略されても良い。本発明の技術的思想の任意の数の変化型も、本発明の技術思想の範囲内において新規性を有する。この点では、具体的に図示された典型的実施例は、本発明を限定するのではなく、本発明を例示するものである。よって本発明の技術的思想は、上で与えられた実施例によって決定されるのではなく、「特許請求の範囲」の文言によってのみ決定される。

本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの上面図である。 本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの断面図である。 本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの断面図である。 本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの典型的な作製方法を示すフローチャートである。 本発明の一の典型的実施例による、電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイの実装に適した典型的電子機器のブロックダイヤグラムである。

Claims (25)

1. 実質的に基板表面上に設けられた2つ以上の平面アンテナ；
   実質的に前記アンテナ間であって面上に設けられた第1組の電磁バンドギャップ(EBG)セル；及び
   前記基板内部であって前記アンテナの下に設けられた第2組のEBGセル；
   を有するアンテナアレイ。
2. 実質的に正方形パターンで配置された4つのアンテナをさらに有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
3. 前記基板内部に設けられたアンテナをさらに有する、請求項2に記載のアンテナアレイ。
4. 前記平面アンテナと結合するめっきされた貫通穴(PTH)導波路をさらに有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
5. 前記第1組のEBGセルが螺旋状のEBGセルを有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
6. 前記第1組のEBGセルが4列のEBGセルを有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
7. 前記第2組のEBGセルが約750μmの幅を有するセルを有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
8. プリント回路基板；
   該プリント回路基板に対してはんだ付けされたワイヤレスネットワーク制御装置；及び
   前記プリント回路基板に対してはんだ付けされたアンテナアレイ；
   を有する装置であって、
   前記アンテナアレイは：
   実質的に基板表面上に設けられた2つ以上の平面アンテナ；
   実質的に前記アンテナ間であって面上に設けられた第1組の電磁バンドギャップ(EBG)セル；及び
   前記基板内部であって前記アンテナの下に設けられた第2組のEBGセル；
   を有する、
   装置。
9. 実質的に正方形パターンで配置された4つのアンテナをさらに有する、請求項8に記載の装置。
10. 前記基板内部に設けられたアンテナをさらに有する、請求項9に記載の装置。
11. 前記基板内部に存在する接地された金属層と結合する第1組のEBGセルをさらに有する、請求項8に記載の装置。
12. 前記第1組のEBGセルが螺旋状のEBGセルを有する、請求項8に記載の装置。
13. 前記第2組のEBGセルが約750μmの幅を有するセルを有する、請求項8に記載の装置。
14. ワイヤレスネットワーク制御装置；
    システムメモリ；
    プロセッサ；及び
    アンテナアレイ；
    を有する電子機器であって、
    前記アンテナアレイは：
    実質的に基板表面上に設けられた2つ以上の平面アンテナ；
    実質的に前記アンテナ間であって面上に設けられた第1組の電磁バンドギャップ(EBG)セル；及び
    前記基板内部であって前記アンテナの下に設けられた第2組のEBGセル；
    を有する、
    電子機器。
15. 実質的に正方形パターンで配置された4つのアンテナをさらに有する、請求項14に記載の電子機器。
16. 前記基板内部に設けられたアンテナをさらに有する、請求項15に記載の電子機器。
17. 前記平面アンテナと結合するめっきされた貫通穴(PTH)導波路をさらに有する、請求項1に記載のアンテナアレイ。
18. 前記第1組のEBGセルが螺旋状のEBGセルを有する、請求項14に記載の電子機器。
19. 前記第1組のEBGセルが4列のEBGセルを有する、請求項14に記載の電子機器。
20. 2つ以上の平面アンテナを実質的にパッケージ基板表面上に形成する工程；及び
    第1組の電磁バンドギャップ(EBG)セルを実質的に前記アンテナ間に形成する工程；
    を有する方法。
21. 第2組のEBGセルを前記基板内部であって前記アンテナの下に形成する工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。
22. 4つのアンテナを実質的に正方形パターンに配置して形成する工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。
23. 前記平面アンテナと結合するめっきされた貫通穴(PTH)導波路形成する工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。
24. 前記基板内部に存在し、かつ前記EBGセルと結合する接地面として機能する金属層を形成する工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。
25. 多層有機基板を形成する工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。

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