JP2016514933A - マルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、マルチバンドアンテナに関する。このアンテナは、基板と、特定の周波数バンドで共振する、例えばＰＩＦＡなどの複数のアンテナを設けられた少なくとも１つの導電層とを有する。アンテナは、コンパクトなアンテナを実現するようにカスケード接続される。第１アンテナは、第１放射素子（３０）、第１放射素子へ接続される第１給電素子（３１）、及び第１接地帰路素子（３２）を有し、第２アンテナは、第２放射素子（２０）、第２放射素子へ接続される第２給電素子、及び第２接地帰路素子を有する。接地面（１０）は、第１又は第２アンテナと同じ層において印刷される。

Description

本発明は、概して、無線通信システムのための、例えば、ホームネットワーキングデバイス又はモバイルデバイスのためのマルチバンドアンテナに関する。

例えばゲートウェイ及びセットトップボックスなどのホームネットワーキングデバイスは、ますます多くの無線標準規格に適合する必要がある。そのような標準規格は、例えば、２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作するＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）、２．４ＧＨｚバンドで動作するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＲＦ４ＣＥ（Radio Frequency For Consumer Electronics）、１９００ＭＨｚバンドで動作するＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）、及びＵＨＦやＬバンドで動作するＬＴＥ（Long Term Evolution）である。

複数の無線標準規格に適合可能なデバイスのこのような要望は、要求されるアンテナの数を増やし、続いてデバイスのコストを増大させる。ＭＩＭＯシステムの要望もアンテナの数を増やす。ｎ次ＭＩＭＯシステムのためには、ｎ個のアンテナが必要とされる。加えて、ＲＦ４ＣＥ又はＤＥＣＴシステムのようなシステムのための放射ダイバーシティの要望もこの増加に寄与する。

種々のアンテナアーキテクチャが、そのようなマルチバンド無線システムのために可能である。図１Ａ乃至１Ｃは、３つの可能なアンテナアーキテクチャを表す。

図１Ａは、要求されるバンドごとに特定の単一バンドアンテナ及び特定のフィルタを有する第１のアンテナアーキテクチャを示す。この解決法は、夫々のアンテナと夫々のフィルタとの間にコネクタを要するために、非常に高価である。

図１Ｂは、夫々の要求されるバンドのための単一のワイドバンドアンテナ及び特定のフィルタを有する第２のアンテナアーキテクチャを示す。このアーキテクチャでは、アンテナが適切にインピーダンス整合される周波数バンド幅は、マルチバンドシステムの全ての周波数バンドをカバーすべきである。信号を異なるフィルタ及び関連するトランシーバへ向けるためにマルチプレクサが使用される。この解決法は、１つのコネクタ及び１つのマルチプレクサしか要しないために、比較的安価である。しかし、目標とする周波数バンド幅に応じて、このようなアンテナの設計は、極めて厄介なことがあり、サイズと性能（リターン損失、利得、効率、など）との間のトレードオフ解を生じさせ得る。加えて、ワイドバンドアンテナは、そのワイドバンド利得のためにＥＭＩ問題を大きくすることがある。

図１Ｃは、夫々の要求されるバンドのためのマルチバンドアンテナ及び特定のフィルタを有する第３のアンテナアーキテクチャを示す。このようなアンテナによれば、アンテナのリターン損失応答はマルチバンドである。このことは、アンテナが目標とする周波数バンドにおいてのみ適切に整合されることを意味する。この解決法は、１つのコネクタ及び１つのマルチプレクサしか要しないために、非常に安価である。

本発明は、前述の背景技術を鑑みて考案されたものである。

本発明の第１の態様に従って、少なくとも１つの導電層を備える基板を有し、前記少なくとも１つの導電層は、接地部分と、第１放射素子、該第１放射素子へ接続される第１給電素子（３１）、及び前記第１放射素子と前記接地部分とへ接続される第１接地帰路素子（３２）と、第２放射素子（２０）、該第２放射素子へ接続される第２給電素子（２１）、及び前記第２放射素子（２０）と前記第１接地帰路素子（３２）と前記接地部分（１０）とへ接続される第２接地帰路素子（２２）とを有し、前記第１放射素子（３０）及び前記第１給電素子（３１）は前記接地部分から横方向にオフセットされ、前記第１放射素子（３０）、前記第１給電素子（３１）及び前記第１接地帰路素子（３２）は第１周波数バンドで共振する第１アンテナを形成するように配置され、前記第２放射素子（２０）、前記第２給電素子（２１）及び前記第２接地帰路素子（２２）は、第２周波数バンドで共振する第２アンテナを形成するように配置され、前記第２放射素子の長さ（Ｌ_２０）は、前記第１放射素子の長さ（Ｌ_３０）と異なり、前記第２放射素子（２０）及び前記第２給電素子（２１）は、前記第１放射素子（３０）及び前記第１給電素子（３１）から横方向にオフセットされ、前記第１給電素子は、リンクによって前記第２給電素子へ接続されて、前記第２放射素子が前記第１給電素子を介して共通の給電ポート（８０）へ接続されるようにする、マルチバンドアンテナが提供される。

前記第１アンテナ及び／又は前記第２アンテナは、平面形態において、例えば、プリント平面アンテナとして、設けられてよい。本発明の幾つかの実施形態では、前記第１アンテナ及び／又は前記第２アンテナは、例えば、逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）として形成されてよい。

幾つかの実施形態では、前記基板は、該基板によって互いから離された第１導電層及び第２導電層を設けられ、前記接地部分及び前記第１アンテナは、前記第１導電層において設けられ、前記第２アンテナは、前記第２導電層において設けられる。

２つのアンテナは、例えば、表面導電層及び底面導電層を備える基板上に作成される。第１アンテナの放射素子及び給電素子は、表面導電層において設けられてよく、第２ＰＩＦＡの放射素子及び給電素子は、底面導電層において設けられる。

前記第２給電素子は、望ましくは、前記第２導電層において印刷されたマイクロとストリップラインによって、且つ、例えばビアホールなどのスルー接続を介して、前記第１給電素子へ接続される。前記マイクロストリップラインは、前記第１放射素子の下又は上に配置される。

本発明の実施形態に従って、前記第１接地帰路素子は、例えばビアホールなどのスルー接続によって前記接地部分へ接続される。

本発明の他の実施形態に従って、前記第２接地帰路素子は、例えばビアホールなどの前記スルー接続によって前記第１接地帰路素子へ接続される。

本発明の具体的な実施形態では、前記第１放射素子は、直線状の導電線において形成される。

他の実施形態では、前記第１放射素子は第１及び第２の連続部分を有し、前記第２の部分は前記第１の部分に垂直である。

本発明の具体的な実施形態では、前記第１放射素子の長さは、前記第２周波数バンドが前記第１周波数バンドよりも高いように、前記第２放射素子の長さよりも長い。

本発明の特定の実施形態では、前記リンクは、例えば、１つ以上のインダクタ及び／又はキャパシタといった、電子部品を有する。

本発明の特定の実施形態では、前記第１給電素子は、例えば、１つ以上のインダクタ及び／又はキャパシタといった、電子部品を有する。

本発明の特定の実施形態では、前記第２給電素子は、例えば、１つ以上のインダクタ及び／又はキャパシタといった、電子部品を有する。

有利に、前記第１給電素子の長さ及び幅は、前記第１アンテナのインピーダンスを、前記第１給電素子へ接続される無線周波数回路のインピーダンスと整合させるよう定義される。

有利に、前記第１給電素子は、キャパシタと直列にカスケード接続されたインダクタを介して前記無線周波数回路へ接続され、前記インダクタのインダクタンスは、前記第２アンテナと前記無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定され、前記キャパシタのキャパシタンスは、前記第１アンテナと前記無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定される。

本発明の実施形態は、２つよりも多い周波数バンドを有するマルチバンドアンテナにも関わる。

然るに、本発明の特定の実施形態では、当該アンテナは、第１及び第２の導電層間に配置される前記基板の第３導電層を更に有する。該第３導電層は、第３放射素子、該第３放射素子へ接続される第３給電素子、及び前記第３放射素子と前記接地部分とへ接続される第３接地帰路素子を有する。前記第３放射素子の長さは、前記第１放射素子及び前記第２放射素子の長さと異なる。前記第３放射素子及び前記第３給電素子は、前記第１放射素子、前記第２放射素子、前記第１給電素子、前記第２給電素子、及び前記接地部分から横方向にオフセットされる。前記第３放射素子、前記第３給電素子及び前記第３接地帰路素子は、第３周波数バンドで共振する、例えばプリント逆Ｆアンテナなどの第３アンテナを実質的に形成するように配置される。

このアンテナでは、アンテナ、例えばＰＩＦＡは、基板に取り付けられた３つの導電層の夫々１つにおいて印刷される。

特定の実施形態に従って、前記第１給電素子、前記第２給電素子及び前記第３給電素子は、給電ポートへ接続される。例えば、前記第２給電素子は、前記第２導電層において印刷された第１マイクロとストリップラインと、例えばビアホールなどの少なくとも１つのスルーコネクタとによって、前記第３給電素子へ接続される。前記第１マイクロストリップラインは、前記第３放射素子の下又は上に配置される。前記第１給電素子は、前記第３導電層において印刷された第２マイクロストリップラインと、少なくとも１つのスルーコネクタとによって、前記第３給電素子へ接続される。前記第２マイクロストリップラインは、前記第１放射素子の下又は上に配置される。

本発明の他の実施形態では、前記第１導電層及び前記第２導電層のうちの１つは、第３放射素子、該第３放射素子へ接続される第３給電素子、及び前記第３放射素子と前記接地部分とへ接続される第３接地帰路素子を更に有する。前記第３放射素子の長さは、前記第１放射素子及び前記第２放射素子の長さと異なる。前記第３放射素子及び前記第３給電素子は、前記第１放射素子、前記第２放射素子、前記第１給電素子、前記第２給電素子、及び前記接地部分から横方向にオフセットされる。前記第３放射素子、前記第３給電素子及び前記第３接地帰路素子は、第３周波数バンドで共振する、例えばプリント逆Ｆアンテナなどの第３アンテナを形成するように配置される。

この実施形態では、導電層のうちの少なくとも１つが少なくとも２つのアンテナを有する。

本発明の更なる態様は、本発明のいずれかの実施形態に従うマルチバンドアンテナを有する無線通信用電子デバイスを提供する。電子デバイスは、例えば、ゲートウェイデバイス又はセットトップボックスであってよい。

本発明の一般的な実施形態では、当該マルチバンドアンテナは、例えば、１つ以上の基板層によって分けられて重ね合わされたＰＩＦＡなどのプリント平面アンテナを含む、複数のアンテナから形成される。

本発明の実施形態は、例えば、図１Ｃのアーキテクチャに従って使用され得るマルチバンドアンテナを提供してよい。

本発明の実施形態に従って、コンパクト且つ安価なマルチバンドアンテナが提供され、マルチバンドアンテナは、複数の単一バンドアンテナの性能と遜色ない性能を備える。

本発明の実施形態は、これより、単なる一例として、以下の図を参照して記載される。
既に記載された図１Ａ乃至１Ｃは、マルチバンドシステムのためのアンテナアーキテクチャの例を概略的に表す。 先行技術のＰＩＦＡの概略図である。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの第２実施形態の概略図である。 図３のアンテナの第１放射素子及び第１給電素子を示す図３の部分図である。 図３のアンテナの第２放射素子及び第２給電素子を示す図３の部分図である。 図３の素子間の距離を示す図３の部分図である。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの第２実施形態を概略的に表す。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの第３実施形態を概略的に表す。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの第４実施形態を概略的に表す。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの第５実施形態を概略的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナのリターン損失を図示的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、２．４ＧＨｚバンドでの利得を図示的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、５ＧＨｚバンドでの利得を図示的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、２．４ＧＨｚバンドでのアンテナ効率を図示的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、５ＧＨｚバンドでのアンテナ効率を図示的に表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、２．４５ＧＨｚでの３Ｄ放射パターンを表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、５．５ＧＨｚでの３Ｄ放射パターンを表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、２．４５ＧＨｚの周波数での電流分布を表す。 ＷＬＡＮ２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドで動作する図７で表されたデュアルバンドアンテナについて、５．５ＧＨｚの周波数での電流分布を表す。 本発明に従うスリーバンドアンテナの第１実施形態の概略図である。 図２０の部分図である。 本発明に従うスリーバンドアンテナの第２実施形態の概略図である。 本発明に従うデュアルバンドアンテナの更なる実施形態の概略図である。

ここで説明される例示は、本発明の好適な実施形態を表し、かかる例示は、どのような方法でも、本発明の適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

本発明の幾つかの実施形態では、例えばＰＩＦＡなどの複数のアンテナを有するマルチバンドアンテナが与えられる。図２は、単一のＰＩＦＡの例となる設計を表す。

図２の特定の実施形態では、ＰＩＦＡアンテナは、２つの導電層を備える基板上に印刷される。表面導電層（斜線部）には、給電素子Ｆ、放射素子Ｒ及び接地帰路素子ＧＲが印刷され、底面導電層には、接地部分又は接地面Ｇが印刷される。

放射素子Ｒは、基本的には、矩形線から成る。それはまた、その長さを縮めるように蛇行され得る。この素子の長さＬ_０は、アンテナの目標とするバンド幅の中心周波数での波長の４分の１に略等しい。

放射素子Ｒは、一方の端部が開放されて、他方の端部が接地帰路素子ＧＲ及びビアホールＨによって接地部分Ｇへ短絡される。放射素子及び給電素子は、接地部分Ｇから横方向にオフセットされる。

放射素子Ｒは、放射素子に垂直に配置される給電素子Ｆによって給電される。両素子は、接地帰路素子ＧＲとともに、接地面の垂直エッジと一種の逆Ｆ形状を形成する。この技術分野では、ＰＩＦＡは、実質的に逆Ｆ形状を有するアンテナ、又は実質的にＴ形状を有するアンテナを指す。

幾つかのパラメータは、アンテナの目標とする性能を達成する要調整される：
・給電素子Ｆと接地部分Ｇの垂直エッジとの間のギャップｄ_１、放射素子の幅Ｗ_０、及び放射素子Ｒと接地面の水平エッジとの間のギャップｄ_２は、要求されるリターン損失レベルを満足しながら、アンテナを目標とするインピーダンスに整合させるよう定義される。

・放射素子Ｒの長さＬ_０及び幅Ｗ_０、並びに放射素子の端部Ｅ_１と接地部分の右側の垂直エッジとの間のギャップｄ_３は、目標とするバンド幅及び放射性能（効率、利得）を達成するよう定義される。

本発明の特定の実施形態に従って、互いの上にスタックされる複数のＰＩＦＡに基づくマルチバンドアンテナが提案される。

図３乃至６は、本発明の第１実施形態に従うデュアルバンドアンテナを表す。

単一のＰＩＦＡに関して、デュアルバンドアンテナは、２つの導電金属層を備える基板において作られる。すなわち、基板は、基板の表面に取り付けられた最上層（斜線部）、及び基板の底面に取り付けられた最下層を備える。

放射素子３０、給電素子３１及び接地帰路素子３２は、最上層において印刷される。放射素子３０及び給電素子３１は、接地部分１０から横方向にオフセットされる。放射素子３０は、接地帰路素子３２及びビアホール６０によって接地部分１０へ接続される端部を備える。放射素子３０の他方の端部は開放端である。給電素子３１は、放射素子３０に垂直に接続される。給電素子３１の遊離端は、給電ポート８０へ接続される。

この実施形態では、放射素子３０は、２つの連続した長方形部分、すなわち、第１の部分３０Ａと、部分３０Ａに垂直な第２の部分３０Ｂとを有する。

放射素子３０、給電素子３１及び接地帰路素子３２は、それらが第１周波数バンドＢ１で共振する第１アンテナを形成するように配置される。この例では、第１アンテナは、第１のプリント逆Ｆアンテナとして実質的に形成される。放射素子３０の長さＬ_３０は、λ_１がバンドＢ１の中心周波数での波長であるとして、λ_１／４に略等しい。

本発明の実施形態では、最下層は、第２周波数バンドＢ２で共振する第２アンテナを形成する放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２を更に有する。接地帰路素子２２は、接地部分１０の一部である。接地部分１０は、ドット（ドットを伴う領域）によって図に示されている。放射素子２０及び給電素子２１は、最上層の放射素子３０及び給電素子３１から横方向にオフセットされる。

この実施形態では、給電素子２１及び３１は、最下層において印刷されているマイクロストリップライン５０の形をとるリンク素子を介して、且つ、基板を貫通するスルー接続によって、接続されている。この例では、スルー接続はビアホール７０である。このように、２つの給電素子２１及び３１は、同じ給電ポート８０へ接続される。特に、第２放射素子２０は、第１放射素子３０の給電素子を介して共通の給電ポート８０へ接続される。

本発明の特定の実施形態に従って、放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２は、それらが第２周波数バンドＢ２で共振する第２のプリント逆Ｆアンテナを実質的に形成するように配置される。放射素子２０の長さＬ２０は、λ_２がバンドＢ２の中心周波数での波長であるとして、λ_２／４に略等しい。

この具体的な実施形態は、本例ではＰＩＦＡとして形成され、互いの機能性が比較的独立している２つのカスケード接続されたアンテナをもたらす。夫々のアンテナは、他方のアンテナから独立に最適化され得る。周波数バンドＢ１で共振する第１アンテナのパラメータは、以下の値に作用することによって調整され得る：
・放射素子３０の幅Ｗ_３０及び長さＬ_３０；
・給電素子３１の幅Ｗ_３１；
・接地部分１０の第１垂直エッジと給電素子３１との間の距離ｄ_１１（この距離は図６において見られる。）；
・接地部分１０の水平エッジと放射素子３０の部分３０Ａとの間の距離ｄ_１２（この距離は図６において見られる。）；並びに
・接地部分１０の第２垂直エッジと放射素子３０の部分３０Ｂとの間の距離ｄ_１３（この距離は図６において見られる。）。

同様に、周波数バンドＢ２で共振する第２アンテナのパラメータは、以下の値に作用することによって調整され得る：
・放射素子２０の幅Ｗ_２０及び長さＬ_２０；
・給電素子２１の幅Ｗ_２１；
・マイクロストリップライン５０の幅Ｗ_５０；
・接地部分１０の第１垂直エッジと給電素子２１との間の距離ｄ_２１（この距離は図６において見られる。）；
・放射素子２０と放射素子３０の部分３０Ａとの間の距離ｄ_２２（この距離は図６において見られる。）；並びに
・放射素子２０の開放端と放射素子３０の部分３０Ｂとの間の距離ｄ_２３（この距離は図６において見られる。）。

本実施形態では、周波数Ｂ１で共振するＰＩＦＡの長さＬ_３０は、周波数バンドＢ１がバンドＢ２よりも低いように、周波数Ｂ２で共振するＰＩＦＡの長さＬ_２０よりも長い。

この実施形態では、放射素子３０、給電素子３１及び接地帰路素子３２によって寄与されるＰＩＦＡは、低位バンドＰＩＦＡを形成し、放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２によって寄与されるＰＩＦＡは、高位バンドＰＩＦＡを形成する。

給電素子３１の幅Ｗ_３１、距離ｄ_１１及び長さＬ_３１は、周波数バンドＢ１で共振するＰＩＦＡのインピーダンスを、給電ポートへ接続される無線周波数回路のインピーダンスと整合させるよう定義される。

給電素子３１の幅Ｗ_３１及び長さＬ_３１は、給電素子２１の幅Ｗ_２１及び長さＬ_２１、マイクロストリップライン５０の幅Ｗ_５０、並びに距離ｄ_２１とともに、周波数バンドＢ２で共振するＰＩＦＡのインピーダンスを、給電ポートへ接続される無線周波数回路のインピーダンスと整合させるよう定義される。

図７で表されている好適な実施形態では、給電ポート８０は、キャパシタ２７と直列にカスケード接続されているインダクタ２６を介して無線周波数回路へ接続される。インダクタ２６のインダクタンスは、高位バンド（バンドＢ２）で共振するＰＩＦＡと無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定され、キャパシタ２７のキャパシタンスは、低位バンド（バンドＢ１）で共振するＰＩＦＡと無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定される。

第１実施形態の変形例は、図８乃至１０で表される。

図８に示される変形例では、放射素子３０は、比較的真っ直ぐに形成されて、部分３０Ｂの反対側で中央部分３０Ａに垂直に接続された第３の延長部分を有する。部分３０Ｂ及び３０Ｃは逆方向に延在する。ビアホール３５は、部分３０Ｃの遊離端に置かれる。

変形例として、放射素子３０は、比較的真っ直ぐに形成されなくてよい。例えば、放射素子は、蛇行を形成する複数の直線部分を有してよい。

図９で表される他の変形例では、放射素子３０は、単一の直線部分を有する。

図１０で表される他の変形例では、例えば、より低いバンド幅を高位周波数バンドにおいて達成するように、スロット１１が最下層においてエッチングされる。

このデュアルバンドアンテナは、例えば、ＷＬＡＮデュアルバンド２．４／５ＧＨｚアンテナであることができる。このアンテナは、例えば、厚さが１．２ｍｍであるＦＲ−４基板上に印刷される。この場合に、２４０×１４２ｍｍ^２のＰＣＢサイズ上に２２×８ｍｍ^２のデュアルバンドＰＩＦＡサイズを達成することが可能である。

そのようなアンテナの性能は、ＨＦＳＳ ３Ｄ−ＥＭシミュレーションツールによってシミュレーションされており、以下で提示される。シミュレーションされたデュアルバンドアンテナは、その入力部で、０．７ｎＦのキャパシタ２７とカスケード接続された２．５ｎＨのインダクタ２６を有する。

このアンテナの性能は、図１１乃至１９で表される。図１１は、リターン損失レベルは、両方のバンド［２．４Ｈｚ〜２．５ＧＨｚ］及び［５．１５ＧＨｚ〜５．８５ＧＨｚ］において、一般に必要とされるレベル（−１０ｄＢ）よりも低いことを示す。

図１２及び図１３は、シミュレーションされた利得が、夫々２．５ＧＨｚ及び５ＧＨｚバンドにおいて約４ｄＢｉ及び５ｄＢｉで一定レベルにあることを示す。

図１４及び図１５は、アンテナが約８０〜８５％といった高い効率を両周波数バンドにおいて示すことを示す。

図１６及び図１７は、夫々２．４５ＧＨｚ及び５．５ＧＨｚでの３Ｄ放射パターンを示す。それらは、主として正面に向けられた放射による単バンドＰＩＦＡを示すことができるものに類似する。

図１８及び図１９は、夫々２．４５ＧＨｚ及び５．５ＧＨｚでの電流分布を示す。図１８は、高位バンドで共振する放射素子２０が全く作動していないことを指し示し、このようにして、この要素が２．４ＧＨｚバンドで極めてトランスペアレントであることを実証する。５．５ＧＨｚにある高位バンドでアンテナを励起するとき、図１９は、放射素子２０が共振しており、一方、放射素子３０が残留電流を駆動し、更には接地面がそれを囲むことを示す。

カスケード接続されたアンテナのこのトポロジは、２つよりも多い周波数バンドを有するマルチバンドアンテナに拡張され得る。例えば、それは、図２０及び２１で表される３バンドアンテナを設計するために使用され得る。

図２０及び２１のアンテナは、多相基板及び３つの重ね合わされた導電層を有する。それら導電層のうちの夫々１つは、基板層によって、隣接する導電層から分離される。それらの導電層は、最下層、中間層及び最上層として定義される。最下層は接地部分１０を有する。

図３のデュアルバンドアンテナと比較して、図２０及び２１のアンテナは、中間層において印刷されて、Ｂ１及びＢ２とは異なる周波数バンドＢ３で共振する、例えばＰＩＦＡとして形成された更なるアンテナを有する。

最上層は、放射素子３０、給電素子３１及び接地帰路素子３２から成る第１ＰＩＦＡを有する。最下層は、放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２から成る第２ＰＩＦＡを有する。そして、中間層は、放射素子４０、給電素子４１及び接地帰路素子４２から成る第３ＰＩＦＡを有する。

図３のデュアルバンドアンテナに関して、放射素子３０は、接地帰路素子３２及びビアホール６０によって接地部分１０へ接続される。放射素子４０は、接地帰路素子４２及びビアホール６１によって接地部分１０へ接続される。接地帰路素子２２は、前記ビアホール６１によって接地帰路素子４２へ接続される。

給電素子２１は、最下層において印刷されているマイクロストリップライン５０ａと、ビアホール７０ａとによって、給電素子４１へ接続され、給電素子４１は、中間層において印刷されているマイクロストリップライン５０ｂと、ビアホール７０ｂとによって、給電素子３１へ接続される。

この実施形態では、放射素子２０の長さが放射素子４０の長さよりも短く、放射素子４０の長さ自体は放射素子３０の長さよりも短いので、放射素子３０は低位周波数バンドで共振し、放射素子４０は中間周波数バンドで共振し、放射素子２０は高位周波数バンドで共振する。

カスケード接続されたＰＩＦＡのこのトポロジは、ｎバンドアンテナに拡張され得る。この実施形態では、夫々の導電層が単一のＰＩＦＡを有する。図２２で表される３バンドアンテナの変形例では、導電層の１つが２つのＰＩＦＡを有する。３バンドアンテナは、ただ２つの導電層、すなわち、最下層及び最上層を有する。放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２から成るＰＩＦＡは、最下層において印刷され、放射素子３０，４０、給電素子３１，４１及び接地帰路素子３２，４２から成る２つの他のＰＩＦＡは、最上層において印刷される。

図２０のスリーバンドアンテナに関して、放射素子３０は、接地帰路素子３２及びビアホール６０によって接地部分１０へ接続される。放射素子４０は、接地帰路素子４２及びビアホール６１によって接地部分１０へ接続される。それらの素子は最上層において作られる。

最下層において作られる放射素子２０、給電素子２１及び接地帰路素子２２は、放射素子４０と放射素子３０との間に設置される。

接地帰路素子２２は、接地部分１０へ直接接続される。

給電素子４１は、最上層において印刷されているマイクロストリップライン５１と、ビアホール７１とによって、給電素子２１へ接続され、給電素子２１は、最下層において印刷されているマイクロストリップライン５０と、ビアホール７０とによって、給電素子３１へ接続される。

前述の実施形態では、第２アンテナの給電素子を第１アンテナの給電素子へ接続するリンク素子は、マイクロストリップラインを有し、一方、本発明の他の実施形態では、リンク素子の少なくとも部分は、例えば、１つ以上のインダクタ及び／又はキャパシタといった、１つ以上の電子部品によって構成されてよい。更には、第１及び／又は第２の給電素子の少なくとも部分は、そのような電子部品のうちの１つ以上から構成されてよい。

図２３は、例えばインダクタ及び／又はキャパシタなどの１つ以上の電子部品がリンク素子５０によって第１給電素子３１の経路に沿って設けられる本発明の実施形態を表す。この例では、リンク素子５０は、放射素子３０から第１給電素子３１の部分３１２に沿って延在する。１つ以上のインダクタ及び／又はキャパシタは、給電素子３１の部分３１２と重なり合うリンク素子５０のこの部分において含まれる。このように、第１給電線は、第１放射素子３０より前に適応される。

そのような構成は、例えば、周波数バンド幅が広いＬＴＥ用途において適用されてよい。放射素子のためのアンテナの適応は、第１放射素子より前に給電線に対してなされてよい。他の実施形態では、電子部品は、給電素子３１に設けられてよい。

複数の無線機能性を備えた電子デバイスは、本発明の実施形態に従って、このようにしてマルチバンドアンテナを設けられてよい。電子デバイスは、例えば、種々の無線標準規格に従って動作するゲートウェイデバイス、セットトップボックス又はモバイル無線デバイスであってよい。

本発明の実施形態に従うマルチバンドアンテナのこのトポロジは、次の利点を提供する：
・そのコンパクトさは、ＰＣＢにおいて多数のアンテナによって占有される面が削減されることを可能にする；
・サイズ低減は、ＰＣＴの費用が削減されることを可能にする；
・そのコンパクトさにかかわらず、達成される性能は、マルチ−シングルアンテナ性能に適合する；且つ
・製品化までの時間を削減する可能にするように、目標性能を達成するための設計を最適化することが容易であること。

本発明は、具体的な実施形態を参照して上述されてきたが、本発明は、具体的な実施形態に制限されず、変更は、本発明の適用範囲内において当業者に明らかである。

例えば、前述の例はプリント逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）に関して記載されてきたが、当然ながら、本発明は、他の適切に成形されたアンテナに適用されてよい。

更には、記載される実施形態は、基板の別々の導電層上に、例えば、対向する面上に設けられるアンテナ素子に関するが、当然ながら、本発明の代替の実施形態では、基板の同じ面上に複数のアンテナが設けられてよい。

多くの更なる変更及び変形は、添付の特許請求の範囲によってのみ決定される本発明の適用範囲を制限するよう意図されない、単に一例として与えられている前述の実例となる実施形態を参照して、当業者にそれら自体を示唆する。特に、異なる実施形態からの異なる特徴は、必要に応じて交換されてよい。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの導電層を備える基板を有し、
   前記少なくとも１つの導電層は、
   接地部分と、
   第１放射素子、該第１放射素子へ接続される第１給電素子、及び前記第１放射素子と前記接地部分とへ接続される第１接地帰路素子と、
   第２放射素子、該第２放射素子へ接続される第２給電素子、及び前記第２放射素子と前記第１接地帰路素子と前記接地部分とへ接続される第２接地帰路素子と
   を有し、
   前記第１放射素子及び前記第１給電素子は前記接地部分から横方向にオフセットされ、前記第１放射素子、前記第１給電素子及び前記第１接地帰路素子は第１周波数バンドで共振する第１アンテナを形成するように配置され、
   前記第２放射素子、前記第２給電素子及び前記第２接地帰路素子は、第２周波数バンドで共振する第２アンテナを形成するように配置され、
   前記第２放射素子の長さは、前記第１放射素子の長さと異なり、前記第２放射素子及び前記第２給電素子は、前記第１放射素子及び前記第１給電素子から横方向にオフセットされ、
   前記第１給電素子は、リンクによって前記第２給電素子へ接続されて、前記第２放射素子が前記第１給電素子を介して共通の給電ポートへ接続されるようにする、
   マルチバンドアンテナ。
2. 前記基板は、該基板によって互いから離された第１導電層及び第２導電層を設けられ、
   前記接地部分及び前記第１アンテナは、前記第１導電層において設けられ、
   前記第２アンテナは、前記第２導電層において設けられる、
   請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。
3. 前記リンクは、前記第２導電層において印刷されたマイクロストリップラインを有し、少なくとも１つのスルーコネクタによって前記第１導電層へ接続され、
   前記マイクロストリップラインは、前記第１放射素子の下又は上に配置される、
   請求項２に記載のマルチバンドアンテナ。
4. 前記第１接地帰路素子は、少なくとも１つのスルーコネクタによって前記接地部分へ接続される、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
5. 前記第２接地帰路素子は、前記少なくとも１つのスルーコネクタによって前記第１接地帰路素子へ接続される、
   請求項４に記載のマルチバンドアンテナ。
6. 前記第１放射素子は、直線状の導電線である、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
7. 前記第１放射素子は、第１及び第２の連続的な直線部分を有し、該第２の部分は該第１の部分に垂直である、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
8. 前記第１放射素子の長さは、前記第２周波数バンドが前記第１周波数バンドよりも高いように、前記第２放射素子の長さよりも長い、
   請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
9. 前記第１給電素子の長さ及び幅は、前記第１アンテナのインピーダンスを、前記第１給電素子へ接続される無線周波数回路のインピーダンスと整合させるよう定義される、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
10. 前記第１給電素子は、キャパシタとカスケード接続されたインダクタを介して前記無線周波数回路へ接続され、
    前記インダクタのインダクタンスは、前記第２アンテナと前記無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定され、
    前記キャパシタのキャパシタンスは、前記第１アンテナと前記無線周波数回路とのインピーダンス整合を達成するように決定される、
    請求項９に記載のマルチバンドアンテナ。
11. 前記第１導電層と前記第２導電層との間に配置される前記基板の第３導電層を更に有し、
    前記第３導電層は、第３放射素子、該第３放射素子へ接続される第３給電素子、及び前記第３放射素子と前記接地部分とへ接続される第３接地帰路素子を有し、
    前記第３放射素子の長さは、前記第１放射素子及び前記第２放射素子の長さと異なり、
    前記第３放射素子及び前記第３給電素子は、前記第１放射素子、前記第２放射素子、前記第１給電素子、前記第２給電素子、及び前記接地部分から横方向にオフセットされ、
    前記第３放射素子、前記第３給電素子及び前記第３接地帰路素子は、第３周波数バンドで共振する第３アンテナを形成するように配置される、
    請求項２に記載のマルチバンドアンテナ。
12. 前記第１給電素子、前記第２給電素子及び前記第３給電素子は、給電ポートへ接続される、
    請求項１１に記載のマルチバンドアンテナ。
13. 前記第２給電素子は、前記第２導電層において印刷された第１マイクロストリップラインと、少なくとも１つのスルーコネクタとによって、前記第３給電素子へ接続され、
    前記第１マイクロストリップラインは、前記第３放射素子の下又は上に配置され、
    前記第１給電素子は、前記第３導電層において印刷された第２マイクロストリップラインと、少なくとも１つのスルーコネクタとによって、前記第３給電素子へ接続され、
    前記第２マイクロストリップラインは、前記第１放射素子の下又は上に配置される、
    請求項１２に記載のマルチバンドアンテナ。
14. 前記第１導電層及び前記第２導電層のうちの１つは、第３放射素子、該第３放射素子へ接続される第３給電素子、及び前記第３放射素子と前記接地部分とへ接続される第３接地帰路素子を更に有し、
    前記第３放射素子の長さは、前記第１放射素子及び前記第２放射素子の長さと異なり、
    前記第３放射素子及び前記第３給電素子は、前記第１放射素子、前記第２放射素子、前記第１給電素子、前記第２給電素子、及び前記接地部分から横方向にオフセットされ、
    前記第３放射素子、前記第３給電素子及び前記第３接地帰路素子は、第３周波数バンドで共振する第３Ｆアンテナを形成するように配置される、
    請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。
15. 前記第１アンテナ、前記第２アンテナ及び／又は前記第３アンテナは、逆Ｆアンテナとして形成される、
    請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
16. 前記第１給電素子、前記第２給電素子及び／又は前記リンクの少なくとも部分は、１つ以上の電子部品を含む、
    請求項１乃至１５のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。
17. 請求項１乃至１６のうちいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナを有する無線通信用電子デバイス。
    

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