JP2010534445A - 多平面アンテナをもつプリント回路基板およびその構成方法 - Google Patents

Abstract

表面および背面を有する基板上の多平面アンテナが提供される。複数のスルーホールは、基板を通じて基板の表面および背面の間に延びる。第１のアンテナ構成要素は基板の表面上にあり、第２のアンテナ構成要素は基板の背面上にある。導電性ビアは、基板上に多平面アンテナを規定するために、スルーホールのうち、第１のアンテナ構成要素および第２のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる。基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）とすることができる。多平面アンテナを含む携帯端末、および多平面アンテナの構成方法が提供される。

Description

本出願は、「多平面アンテナをもつプリント回路基板およびその構成方法（ＰＲＩＮＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴ ＢＯＡＲＤＳ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩ−ＰＬＡＮＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＦＩＧＵＲＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）」と題する２００７年７月２４日出願の米国特許仮出願第６０／９５１，６０３号の利益および優先権を主張し、その記載内容のすべてを、ここに援用する。

本発明は、通信分野に関し、より詳しくは、アンテナおよびそれを組み込んだ無線端末に関する。

無線端末のサイズは小さくなってきており、多くの最新の無線端末の長さは１１センチメートル未満である。これに応じて、無線端末用の内部搭載アンテナに利用できる小さいアンテナへの関心が高まっている。例えば、無線端末などの用途においては、小さい形状が要因となり、狭い空間が要求されることからＧＰＳ、ブルートゥースなどのアンテナの配置が課題として提起されている。

例えば、逆Ｆ型平面アンテナは、無線端末、特に小型化が進む無線端末の範囲内での使用に適切である。一般に、従来の逆Ｆ型アンテナは、接地面と相隔たった関係を維持する導電性の要素を含む。例となる逆Ｆ型アンテナは、その記載内容の全てを、ここに援用する米国特許第６，５３８，６０４号および第６，３８０，９０５号に記載されている。

本発明のいくつかの実施形態は、表面および背面を有する基板上の多平面アンテナを提供する。複数のスルーホールは、基板を通じて基板の表面および背面の間に延びる。第１のアンテナ構成要素は、基板の表面上にあり、第２のアンテナ構成要素は、基板の背面上にある。導電性ビアは、基板上に多平面アンテナを規定するために、スルーホールのうち、第１のアンテナ構成要素および第２のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる。基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）とするができる。

さらなる実施形態において、第１のアンテナ構成要素は、ＰＣＢの表面上における複数のアンテナ構成要素であり、第２のアンテナ構成要素は、ＰＣＢの背面上における複数のアンテナ構成要素である。導電性ビアは、スルーホールのうち、第１および第２のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアであり、ＰＣＢ上に多平面アンテナを規定する。未使用の導電性ビアは、アンテナ構成要素のいずれとも結合しない複数のスルーホールを通じて延びることができ、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される。

他の実施形態において、多平面アンテナは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：ｐｌａｎａｒ ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ ａｎｔｅｎｎａ）、モノポールアンテナおよび／またはダイポールアンテナである。多平面アンテナは、メアンダアンテナおよび／またはスパイラルアンテナとすることができる。アンテナ構成要素は、標準サイズの部品とすることができ、スルーホールの間隔は、標準サイズに対応することができる。標準サイズは、例えば、０２０１、０４０２、０６０３および／または０８０４とすることができる。アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび／または能動部品とすることができる。アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナおよび／またはブルートゥースアンテナとすることができる。

さらなる実施形態において、基板は、第３の平面を規定する面を含み、アンテナは、基板の表面および／または背面から第３の平面に延びる、さらに複数のスルーホール；第３の平面上における第３のアンテナ構成要素；および基板上に多平面アンテナを規定するために、さらに複数のスルーホールのうち、第１および／または第２のアンテナ構成要素を第３のアンテナ構成要素に電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビア をさらに含む。第１のアンテナ構成要素および／または第２のアンテナ構成要素は、基板上のトレースパターンであってもよく、アンテナは、複数のスルーホールのうち、導電性ビアが通っていないスルーホールの間に延びる、基板の表面および／または背面上の付加的なトレースパターンをさらに含んでもよい。付加的なトレースパターンは、多平面アンテナを規定するためには用いられない。

他の実施形態において、多平面アンテナは、同等性能の単一平面アンテナの全アンテナ長より短い全アンテナ要素長を有する。アンテナは、基板の表面または背面上に、多平面アンテナに隣接して配置された接地面をさらに含むことができる。上述の１つまたはそれ以上の実施形態における多平面アンテナを含んだ携帯端末は、ＰＣＢの表面および／または背面上に形成された無線通信回路をさらに含む。

さらに他の実施形態において、ポータブルな筺体、および筺体中に搭載されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む携帯端末が提供される。ＰＣＢは、該ＰＣＢを通じて該ＰＣＢの表面および背面の間に延びる複数のスルーホールを含む。無線通信回路は、ＰＣＢの表面および／または背面上に形成される。筺体中の多平面アンテナは、動作可能なように無線通信回路の受信器および／または送信器に連結される。多平面アンテナは、ＰＣＢの表面上における第１のアンテナ構成要素、およびＰＣＢの背面上における第２のアンテナ構成要素を含む。導電性ビアは、ＰＣＢ上に多平面アンテナを規定するために、スルーホールのうち選択されたスルーホールを通じて延び、第１のアンテナ構成要素および第２のアンテナ構成要素を電気的に接続する。

他の実施形態においては、複数のアンテナ構成要素が、ＰＣＢの表面および背面上に提供され、スルーホールのうち選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアが、第１および第２のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続して、ＰＣＢ上に多平面アンテナを規定する。未使用の導電性ビアは、複数のスルーホールのうちアンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びることができ、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される。

さらなる実施形態において、多平面アンテナの構成方法は、表面および背面を有する基板、基板上の選択された位置において、基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホール、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供することを含む。複数のアンテナ構成要素が選択される。選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために、表面または背面のいずれかが選択される。アンテナ構成要素のそれぞれに結合すべき導電性ビアの対が選択される。アンテナ構成要素のそれぞれは、基板の対応する選択された面上における、導電性ビアの対応する対の間で電気的に接続されて、多平面アンテナを形成する。

他の実施形態において、基板を提供することは、基板上の選択された位置において、基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホールを形成すること、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを形成することを含む。表面または背面のいずれかを選択することは、複数のアンテナ構成要素の一部のために表面を選択すること、および複数のアンテナ構成要素の残りのために背面を選択することを含むとよい。

従来の１層ＰＩＦＡを示す図。 図１Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ多層ＰＩＦＡを示す図。 図２Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す図。 従来のメアンダアンテナを示す図。 図３Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ多層メアンダアンテナを示す図。 図４Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ多層メアンダアンテナを示す図。 図５Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ多層スパイラルアンテナを示す図。 図６Ａのアンテナのシミュレーションによる性能をグラフで示す。 図１Ａ〜６Ａのアンテナについて、シミュレーションによるアンテナ効率および放射効率をグラフで示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつＰＣＢの上面図。 図８Ａのライン８Ｂ−８Ｂに沿って得られる図８ＡのＰＣＢの側面図。 本発明のいくつかの実施形態による図８Ａ〜８ＢのビアをもつＰＣＢ上の多平面アンテナの上面図。 図９Ａのライン９Ｂ−９Ｂに沿って得られる図９Ａのアンテナの側面図。 図９Ａのアンテナの底面図。 本発明のいくつかの実施形態による図８Ａ〜８ＢのビアをもつＰＣＢ上のさらなる多平面アンテナの上面図。 図１０Ｃのライン１０Ｂ−１０Ｂに沿って得られる図１０Ａのアンテナの側面図。 図１０Ａのアンテナの底面図。 本発明のいくつかの実施形態による図８Ａ〜８ＢのビアをもつＰＣＢ上のまた別の多平面アンテナの上面図。 図１１Ａのライン１１Ｂ−１１Ｂに沿って得られる図１１Ａのアンテナの側面図。 図１１Ａのアンテナの底面図。 本発明のいくつかの実施形態による携帯端末の概略図。 本発明のいくつかの実施形態による多平面アンテナの構成方法を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態が示される添付図面を参照して本発明を詳細に記載する。しかしながら、本発明は、多くの異なった形態で実現でき、本明細書に示される実施形態に限定されると解釈すべきではない；むしろ本開示が詳細かつ完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、これらの実施形態が提示される。全体を通じて、同様の番号は同様の要素を指す。本明細書では、用語「および／または」は、関連するリスト項目の１つまたはそれ以上の任意かつすべての組み合わせを含む。

本明細書に用いる用語法は、特定の実施形態のみを記載するためのものであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書において、単数形「ひとつの（ａ）」、「ひとつの（ａｎ）」および「該、前記（ｔｈｅ）」は、文脈に明確に別の指示がない限り、複数形も同様に含むことを意図している。さらに当然のことながら、用語「備える」および／または「備えている」は、本明細書に用いるとき、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、しかし１つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を妨げるものではない。同じく当然のことながら、第１の、第２のなどの用語は、本明細書で様々な要素を記載するために用いることができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素をまた別の要素から区別するためにのみ用いられる。

別に定義されなければ、本明細書に用いる（技術的および科学的用語を含む）すべての用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味をもつ。さらに当然のことながら、よく利用される辞書に定義されるような用語は、当分野および本明細書の文脈におけるそれらの意味と一致する意味をもつと解釈すべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、観念的またはあまりに形式的な意味に解釈されることはない。

本明細書にさらに記載されるように、本発明のいくつかの実施形態は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナおよび／または同様のものを実装する。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ上の少なくとも２つの層／面（底部および上部）を利用するためにビアホールが用いられ、ＰＣＢの厚さを利用することによってアンテナ長が得られる。いくつかの実施形態では、０２０１、０４０２などのような標準サイズの部品（例えば、ゼロオーム抵抗など）をビアホール間に配置し、別の基板の作製を行う必要なしにアンテナ長を調整することができる。かくして、いくつかの実施形態では、ＰＣＢの生産後に構成要素を追加および／または除去することができ、ＰＣＢの再作製を行う必要なしに、例えば、アンテナの微調整および／またはアンテナの設計一式の変更を行うことができる。

いくつかの実施形態においては、メアンダライン設計に加えて（ヘリカルアンテナのような）他の幾何学的形状がＰＣＢ上に実装される。このような実装は、例えば、無線端末におけるブルートゥースおよび／またはＧＰＳアンテナに用いることができる。

以下、添付図を参照して本発明の様々な実施形態を記載する。本発明を説明するために例示される実施形態は、２層基板に基づく。シミュレーションのためにジーランド（Ｚｅａｌａｎｄ）ＩＥ３Ｄ電磁気２．５Ｄシミュレーターが用いられ、誘電体厚０．５ｍｍ、誘電率４．５、損失正接０．０１５および接地面サイズ５０ｍｍ×１００ｍｍが仮定される。ＰＣＢは、０．５ｍｍの厚さをもつと仮定される。加えて、例示されるすべての例に対して、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナのシミュレーションが行われる。しかし、当然のことながら、異なったアンテナ設計、異なった層／面数、異なったＰＣＢサイズなどを、本発明のいくつかの実施形態によって提示することができ、本発明は、発明を説明するために本明細書に例示される、特定の例となる実施形態に限定されてはならない。

図１Ａおよび１Ｂは、端から端までの長さ３３ｍｍ、幅２ｍｍの従来の１層ＰＩＦＡ１１０をもつＰＣＢ１００を示す。図１に見られるように、ＰＩＦＡ１１０の最左端は、接地（ＧＮＤ）接続点１１２を含み、信号供給点で接地面１２０に重なって図示されるが、しかしそこからは分離されている。

本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ２層／面のＰＩＦＡ２１０が、図２Ａおよび２Ｂに示される。注目すべきことに、図１Ａおよび１Ｂに見られるのと同様のＧＰＳアンテナへ適用する場合、図２Ａ〜２Ｂの実施形態は、端から端までの長さが（アンテナの有効長を延ばすビアを含まずに）３２ｍｍである。図２Ａ〜２Ｂに例示される実施形態にはＰＣＢの厚さ０．５ｍｍが用いられている。

図２Ａを参照すると、多平面アンテナ２１０は、図２Ａの実施形態にＰＣＢ２００として示される基板上に形成される。ＰＣＢ２００は、表面２０１および背面２０２を有する。以下に記載される表面および背面側のアンテナ構成要素の位置が分かりやすいように、ＰＣＢ２００、３００、４００、５００、６００が、単に参考として図２Ａ〜６Ａに点線で示されることに留意すべきである。同じく、図２Ａ〜６Ａを通じて同様に番号付けされた要素（例えば、２００、３００、４００、５００、６００）は、本明細書に特に記載される場合を除いて実質的に同じである。アンテナ２１０は、表面２０１上のアンテナ構成要素２１０ａ、および背面２０２上のアンテナ構成要素２１０ｂを含む。アンテナ２１０のための接地点２１２も図示され、アンテナ２１０に隣接して接地面２２０が示される。

ＰＣＢ２００は、ＰＣＢ２００を通じて表面２０１と背面２０２との間に延びる複数のスルーホール２３０をさらに含む。導電性ビア２４０は、スルーホール２３０のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素２１０ａ、２１０ｂを接続して、ＰＣＢ２００上に多平面アンテナ２１０を規定する。いくつかの実施形態では、ビア２４０の間のセグメントの長さを標準部品のサイズ、例えば、０２０１、０４０２、０６０３、０８０４および／または同様のものに対応するように選択することができ、入手しやすい標準サイズの部品、例えば、０オーム抵抗器および／またはコンデンサを用いて容易に構成／再構成することが可能になる。同様に、例えば、マルチバンドアンテナを実装するために、スイッチのような能動部品を用いることができる。従って、本明細書では説明のためにシングルバンドアンテナが記載されるが、マルチバンドアンテナも同様に提供することができ、いくつかの実施形態において、マルチバンドアンテナを提供する従来の手法は、本明細書に記載されるＰＣＢ上の多層／平面アンテナを用いてより容易に実施することができる。

図３Ａ〜３Ｂは、ＰＣＢ３００上における従来の１層メアンダレイアウトアンテナ３１０を示し、端から端までの長さは、図１Ａの例の３３ｍｍから２８ｍｍに低減されている。図３Ａには、接地点３１２および接地面３２０も示される。

図４Ａ〜４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるビアを用いた多層／面メアンダレイアウトアンテナ４１０を図示し、図４Ａは、０．５ｍｍのＰＣＢ４００上における２層設計を示す。図４Ａのアンテナ４１０の実施形態は、端から端までの長さが２５ｍｍである。

図４Ａを参照すると、多平面アンテナ４１０は、図４Ａの実施形態にＰＣＢ４００として示される基板上に形成される。ＰＣＢ４００は、表面４０１および背面４０２を有する。アンテナ４１０は、表面４０１上のアンテナ構成要素４１０ａ、および背面４０２上のアンテナ構成要素４１０ｂを含む。アンテナ４１０のための接地点４１２も図示され、アンテナ４１０に隣接して接地面４２０が示される。

ＰＣＢ４００は、ＰＣＢ４００を通じて表面４０１および背面４０２の間に延びる複数のスルーホール４３０をさらに含む。導電性ビア４４０は、スルーホール４３０のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素４１０ａおよび４１０ｂを接続して、ＰＣＢ４００上に多平面アンテナ４１０を規定する。図４Ａのアンテナ４１０は、図２Ａの多平面ＰＩＦＡ２１０とは対照的にメアンダアンテナ設計であり、本発明のいくつかの実施形態によって付与されるフレキシビリティを示す。

図５Ａおよび５Ｂは、いくつかの実施形態によるビアを用いたさらなる多層／面メアンダレイアウトアンテナ５１０を図示し、図５Ａは、０．５ｍｍのＰＣＢ４００上の２層設計を示す。図５Ａのアンテナ５１０の実施形態は、端から端までの長さが２３ｍｍである。

図５Ａを参照すると、多平面アンテナ５１０は、図５Ａの実施形態にＰＣＢ５００として示される基板上に形成される。ＰＣＢ５００は、表面５０１および背面５０２を有する。アンテナ５１０は、表面５０１上のアンテナ構成要素５１０ａ、および背面５０２上のアンテナ構成要素５１０ｂを含む。アンテナ５１０のための接地点５１２も図示され、アンテナ５１０に隣接して接地面５２０が示される。

ＰＣＢ５００は、ＰＣＢ５００を通じて表面５０１および背面５０２の間に延びる複数のスルーホール５３０をさらに含む。導電性ビア５４０は、スルーホール５３０のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素５１０ａ、５１０ｂを接続して、ＰＣＢ５００上に多平面アンテナ５１０を規定する。図５Ａのアンテナ５１０は、図４Ａの構成のバリエーションであるが、これも同じく、図２Ａの多平面ＰＩＦＡ２１０とは対照的にメアンダアンテナ設計である。

図６Ａおよび６Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるビアを用いて実装されたスパイラル（ヘリカル）アンテナ６１０を図示する。このように、本発明のいくつかの実施形態は、通常はＰＣＢの平面の代わりにワイヤーで実装されるアンテナのタイプを、図６Ａの実施形態に２平面として示す多平面アンテナによって置き換えることができる。

図５Ａを参照すると、多平面アンテナ６１０は、図６Ａの実施形態にＰＣＢ６００として示される基板上に形成される。ＰＣＢ６００は、表面６０１および背面６０２を有する。アンテナ６１０は、表面６０１上のアンテナ構成要素６１０ａ、および背面６０２上のアンテナ構成要素６１０ｂを含む。アンテナ６１０のための接地点６１２も図示され、アンテナ６１０に隣接して接地面６２０が示される。

ＰＣＢ６００は、ＰＣＢ６００を通じて表面６０１および背面６０２の間に延びる複数のスルーホール６３０をさらに含む。導電性ビア６４０は、スルーホール６３０のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素６１０ａおよび６１０ｂを接続して、ＰＣＢ６００上に多平面アンテナ６１０を規定する。

図１Ａ〜６Ａのそれぞれのアンテナについて、アンテナ効率（ＡＥ）および放射効率（ＲＥ）を示すシミュレーション結果が図７に示される。例えば、図６Ａのビアを用いたスパイラルのＲＥに関するシミュレーションが参照番号７００で図示される。図１Ａの従来のＰＩＦＡ（７１０）、図２Ａの２層ＰＩＦＡ（７２０）、図３Ａの従来の１層メアンダ（７３０）、図４Ａの２層メアンダ（７４０）および図５Ａの２層メアンダ（７５０）のＲＥも示される。

本発明のさらなる実施形態が、図８Ａ〜１１Ｃに関連して記載される。より詳しくは、図８Ａおよび８Ｂは、構成要素を付加していないＰＣＢ設計を示し、一方で図９Ａ〜１１Ｃは、図８Ａおよび８Ｂと共通の基板フットプリントを用いてつくられた３つの異なった例となる実装を図示する。図８Ａに見られるように、ＰＣＢ８００として示される基板は、３×４マトリックス状の複数の導電性ビア８４０を含む。図８Ａではビアが３×４マトリックスとして均一な格子状に図示されるが、当然のことながら本発明は、かかる構成には限定されず、異なったビア配置および間隔を用いることができる。図８Ｂに見られるように、導電性ビア８４０は、（図８Ａに示される）ＰＣＢ８００の表面から対向する背面まで延びるそれぞれのスルーホール８３０を通じて延びる。

それぞれの導電性ビア８４０は、縦方向の間隔Δ１、横方向の間隔Δ２および斜め方向の間隔Δ３で配置される。縦方向の間隔Δ１および横方向の間隔Δ２は、図８Ａでは等しいとして示されるが、いくつかの実施形態では、縦対横のみならず行および／または列内で間隔が変化する導電性ビアの配置を実現することができる。いくつかの実施形態におけるビア間隔は、標準サイズの部品が使用できるように選択される。

図９Ａ〜９Ｃに見られるように、いくつかの実施形態では、ビアによって実現される設計自由度を利用して、すべての構成要素を一方の面上に配置することができる。図９Ａ〜９Ｃに見られるように、ＰＣＢ９００として示される基板は、そこを通じてＰＣＢ９００の表面（図９Ａ）から背面（図９Ｂ）まで延びる複数の導電性ビア９４０を含む。アンテナ９５０は、導電性ビア９５０のそれぞれにおいて電気的に接続された複数のアンテナ構成要素９５０ａ〜９５０ｋによって形成される。

図１０Ａ〜１０Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるメアンダ設計の実装を示す。図１０Ａ〜１０Ｃに見られるように、ＰＣＢ１０００として示される基板は、そこを通じてＰＣＢ１０００の表面（図１０Ａ）から背面（図１０Ｂ）まで延びる複数の導電性ビア１０４０を含む。アンテナ１０５０は、導電性ビア１０５０のそれぞれの間で、および導電性ビア１０５０を通じてＰＣＢ１０００の対向面上におけるそれぞれの構成要素に、電気的に接続された複数のアンテナ構成要素１０５０ａ〜１０５０ｇによって形成される。

図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるスパイラル設計の実装を示す。図１１Ａ〜１１Ｃに見られるように、ＰＣＢ１１００として示される基板は、これを通じてＰＣＢ１１００の表面（図１１Ａ）から背面（図１１Ｂ）まで延びる複数の導電性ビア１１４０を含む。アンテナ１１５０は、導電性ビア１１５０のそれぞれの間で、および導電性ビア１０５０を通じてＰＣＢ１１００の対向面上におけるそれぞれの構成要素に、電気的に接続された複数の表面アンテナ構成要素１１５０ｂおよび背面アンテナ構成要素１１５０ａによって形成される。

図８Ａ〜１１Ｃの例はすべて、所定の位置に導電性ビアをもつＰＣＢの設計、並びに構成要素の選択およびビアを経る構成要素の連結、によるアンテナの構成を用いるが、いくつかの実施形態では、ＰＣＢの面上にトレースパターンを形成することができ、次にＰＣＢのそれぞれの面上における導電性トレースの末端間に、複数の開口のうち選択された開口を通じて、導電性ビアを形成することによってアンテナを実装することができる。

例示された実施形態に見られるように、アンテナ要素の全長を、従来のメアンダ線および直線技術と比較してかなり低減することができる。シミュレーションで予測される放射効率は、ヘリカルアンテナが最も高いことが示される。いくつかの実施形態において、メアンダ線および／またはヘリカルＧＰＳアンテナは、（０オーム抵抗器のような）０４０２または０２０１の部品を配置し、スルービアホールを活用してＰＣＢ上の異なった層を用いることによりチューニングすることができる。

次に図１２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による携帯端末１２００が記載される。携帯端末は、ポータブルな筺体１２０５、および筺体１２０５中に搭載されたプリント回路基板（ＰＣＢ）１２１０を含む。ＰＣＢ１２１０は、ＰＣＢ１２１０を通じてＰＣＢ１２１０の表面１２１２および背面１２１４の間に延びる複数のスルーホール１２１６を含む。表面１２１２上に形成された無線通信回路１２２０が示されており、この回路１２２０は、ＰＣＢ１２１０の背面上および／または表面上および背面に専ら形成することができる。例えば、いくつかの実施形態において、回路１２２０は、受信器並びに送信器、および／またはＧＰＳ受信器および／またはブルートゥース受信器を含んだ送受信器を含むことができる。

多平面アンテナ１２３０は、筺体１２０５中に位置し、無線通信回路１２２０の受信器および／または送信器に動作可能なように連結される。多平面アンテナ１２３０は、ＰＣＢ１２０５の表面上における第１のアンテナ構成要素１２３０ａ、およびＰＣＢ１２１０の背面上における第２のアンテナ構成要素１２３０ｂ、並びにスルーホール１２１６のうち選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビア１２４０を含む。導電性ビア１２４０は、第１のアンテナ構成要素１２３０ａ、および第２のアンテナ構成要素１２３０ｂを電気的に接続し、ＰＣＢ１２１０上に多平面アンテナ１２３０を規定する。当然のことながら、複数のアンテナ構成要素を、スルーホール１２１６のうち表面および背面アンテナ構成要素１２３０ａ、１２３０ｂのそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアと共に、ＰＣＢ１２１０の表面上およびＰＣＢ１２１０の背面上に提供して、ＰＣＢ１２１０上に多平面アンテナ１２３０を規定することができる。

本発明のいくつかの実施形態において、複数のスルーホールのうちあるものを通じて延びる導電性ビアには、アンテナ構成部分のいずれとも結合しないものもある。多平面アンテナは、例えば、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）および／またはメアンダアンテナとすることができる。例えば、上述のように、アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナとすることができる。加えて、アンテナ構成要素１２３０ａ、１２３０ｂは、標準サイズの部品とすることができ、スルーホール１２１６の間隔は、標準サイズに対応することができる。アンテナ構成要素１２３０ａ、１２３０ｂは、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび／または能動部品などとすることができる。

以下、図１３のフローチャートの説明を参照して、本発明のいくつかの実施形態による多平面アンテナの構成方法が記述される。図１３の実施形態の操作は、表面および背面を有する基板、基板上の選択された位置において基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホール、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供することから始まる（ブロック１３００）。ブロック１３００の操作は、基板上の選択された位置において基板を通じる複数のスルーホールを形成すること、および該複数のスルーホールを通じて導電性ビアを形成することを含むことができる。基板は、例えば、プリント回路基板とすることができる。

多平面アンテナの形成に用いる複数のアンテナ構成要素が選択される（ブロック１３１０）。例えば、アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサ、および／またはスイッチのような能動部品とすることができる。アンテナ構成要素は、標準サイズの部品とすることができ、スルーホールの間隔は、０２０１、０４０２、０６０３、０８０４などのサイズの部品のように、標準サイズに対応することができる。

基板の表面または背面のいずれかが、選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために選択される（ブロック１３２０）。多数の異なった平面上の構成要素を含む実施形態の場合、複数のアンテナ構成要素の一部は表面に結合し、一方でアンテナ構成要素の残りはブロック１３２０で背面と結合する。

導電性ビアの対が、アンテナ構成要素のそれぞれと結合するように選択される（ブロック１３３０）。アンテナ構成要素のそれぞれは、基板の対応する選択された面上における、導電性ビアの対応する対の間で電気的に連結されて、多平面アンテナを形成する（ブロック１３４０）。多平面アンテナは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）、モノポールアンテナおよび／またはダイポールアンテナとすることができる。いくつかの実施形態において、多平面アンテナは、メアンダアンテナおよび／またはスパイラルアンテナである。例えば、いくつかの実施形態における多平面アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳおよび／またはブルートゥースアンテナとすることができる。さらに当然のことながら、本発明のいくつかの実施形態において、複数の多平面アンテナを一つの基板上に形成することができる。

本明細書および図には、本発明を開示する実施形態が存在し、特定の用語が用いられているが、それらは限定のためではなく、一般的かつ記述的な意味においてのみ用いられており、本発明の範囲は、次の請求項に示される。

Claims (33)

1. 多平面アンテナであって、
   表面および背面を有する基板と、
   前記基板を通じて、前記基板の前記表面および前記背面の間に延びる複数のスルーホールと、
   前記基板の前記表面上における第１のアンテナ構成要素と、
   前記基板の前記背面上における第２のアンテナ構成要素と、
   前記基板上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第１のアンテナ構成要素および前記第２のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビアと、を備える多平面アンテナ。
2. 前記基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備える、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１のアンテナ構成要素は、前記ＰＣＢの前記表面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記第２のアンテナ構成要素は、前記ＰＣＢの前記背面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記導電性ビアは、前記ＰＣＢ上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第１および第２のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアを備える、請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記複数のスルーホールのうち、前記アンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びる未使用の導電性ビアをさらに備え、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記多平面アンテナは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）、モノポールアンテナおよびダイポールアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項３に記載のアンテナ。
6. 前記多平面アンテナはＰＩＦＡを備える、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記多平面アンテナはメアンダアンテナを備える、請求項３に記載のアンテナ。
8. 前記多平面アンテナはスパイラルアンテナを備える、請求項３に記載のアンテナ。
9. 前記アンテナ構成要素は標準サイズの部品を備え、前記スルーホールの間隔は前記標準サイズに対応する、請求項３に記載のアンテナ。
10. 前記標準サイズは、０２０１、０４０２、０６０３および０８０４の少なくともいずれかを備える、請求項９に記載のアンテナ。
11. 前記アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび能動部品の少なくともいずれかを備える、請求項３に記載のアンテナ。
12. 前記アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナおよびブルートゥースアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項３に記載のアンテナ。
13. 前記基板が第３の面を規定する面を含み、前記アンテナは、
    前記基板の前記表面および背面の少なくともいずれかから前記第３の平面に延びる、さらに複数のスルーホールと、
    前記第３の平面上における第３のアンテナ構成要素と、
    前記基板上に前記多平面アンテナを規定するために、前記さらに複数のスルーホールのうち、前記第１のアンテナ構成要素および第２のアンテナ構成要素の少なくともいずれかを前記第３のアンテナ構成要素に電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビアと、をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
14. 前記第１のアンテナ構成要素および前記第２のアンテナ構成要素の少なくともいずれかが前記基板上のトレースパターンを備え、前記アンテナは、前記複数のスルーホールのうち、導電性ビアが通っていないスルーホールの間に延びる、前記基板の前記表面上および背面上の少なくともいずれかの付加的なトレースパターンをさらに備え、前記付加的なトレースパターンは、前記多平面アンテナを規定するためには用いられないが、しかし他の多平面アンテナの構成を規定するために構成される、請求項１に記載のアンテナ。
15. 前記多平面アンテナは、同等性能の単一平面アンテナの全アンテナ長より短い全アンテナ要素長を有する、請求項１に記載のアンテナ。
16. 前記基板の前記表面または背面上に前記多平面アンテナに隣接して配置された接地面をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
17. 請求項３に記載の前記多平面アンテナを含む携帯端末であって、前記携帯端末は、前記ＰＣＢの前記表面上および背面上の少なくともいずれかに形成された無線通信回路をさらに備える、携帯端末。
18. 携帯端末であって、
    ポータブルな筺体と、
    前記筺体に搭載されたプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記ＰＣＢを通じて前記ＰＣＢの表面および背面の間に延びる複数のスルーホールを含む前記ＰＣＢと、
    前記ＰＣＢの前記表面上および前記背面上の少なくともいずれかに形成された無線通信回路と、
    前記筺体中にあり、前記無線通信回路の受信器および送信器の少なくともいずれかに動作可能なように連結された多平面アンテナであって、
    前記ＰＣＢの前記表面上における第１のアンテナ構成要素と、
    前記ＰＣＢの前記背面上における第２のアンテナ構成要素と、
    前記ＰＣＢ上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第１のアンテナ構成要素および前記第２のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビアを備える前記多平面アンテナと、を備える携帯端末。
19. 前記第１のアンテナ構成要素は、前記ＰＣＢの前記表面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記第２のアンテナ構成要素は、前記ＰＣＢの前記背面上における複数のアンテナ構成要素を備える、前記導電性ビアは、前記ＰＣＢ上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第１および第２のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアを備える、請求項１８に記載の携帯端末。
20. 前記複数のスルーホールのうち、前記アンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びる未使用の導電性ビアをさらに備え、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される、請求項１９に記載の携帯端末。
21. 前記多平面アンテナは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）およびメアンダアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項１９に記載の携帯端末。
22. 前記アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナを備える、請求項２１に記載の携帯端末。
23. 前記アンテナ構成要素は標準サイズの部品を備え、前記スルーホールの間隔は前記標準サイズに対応する、請求項１９に記載の携帯端末。
24. 前記アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび能動部品の少なくともいずれかを備える、請求項１９に記載の携帯端末。
25. 前記多平面アンテナはスパイラルアンテナを備える、請求項１９に記載の携帯端末。
26. 多平面アンテナの構成方法であって、
    表面および背面を有する基板、前記基板上の選択された位置において前記基板を通じて前記表面から前記背面まで延びる複数のスルーホール、および前記複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供するステップと、
    複数のアンテナ構成要素を選択するステップと、
    前記選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために、前記表面または前記背面のいずれかを選択するステップと、
    前記アンテナ構成要素のそれぞれと結合すべき前記導電性ビアの対を選択するステップと、
    前記多平面アンテナを形成するために、前記基板の前記対応する選択された面上における導電性ビアの前記対応する対の間で、前記アンテナ構成要素の前記それぞれを電気的に結合するステップと、を備える方法。
27. 前記基板を提供するステップは、前記基板上の前記選択された位置において前記基板を通じて前記表面から前記背面まで延びる前記複数のスルーホールを形成するステップと、
    前記複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを形成するステップと、を備える、請求項２６に記載の方法。
28. 前記表面または前記背面のいずれかを選択するステップは、
    前記複数のアンテナ構成要素の一部のために前記表面を選択するステップと、
    前記複数のアンテナ構成要素の残りのために前記背面を選択するステップと、を備える、請求項２６に記載の方法。
29. 前記基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備える、請求項２６に記載の方法。
30. 前記多平面アンテナは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）、モノポールアンテナおよびダイポールアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項２９に記載の方法。
31. 前記多平面アンテナは、メアンダアンテナおよびスパイラルアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項２９に記載の方法。
32. 前記アンテナ構成要素は標準サイズの部品を備え、前記スルーホールの間隔は前記標準サイズに対応する、請求項２９に記載の方法。
33. 前記多平面アンテナは、１．５７５ＧＨｚのＧＰＳアンテナおよびブルートゥースアンテナの少なくともいずれかを備える、請求項２９に記載の方法。

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