JP2019009761A - アンテナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】モバイル端末にミリ波を用いる難しさを低減させるアンテナシステムを提供する。【解決手段】アンテナシステムは、給電点とアンテナアレイ１０と電力分配ネットワーク２０を備える。アンテナアレイと電力分配ネットワーク２０は、それぞれ対向する２つの面に設置される。アンテナアレイは、４つのアンテナユニット１１を備える。電力分配ネットワークは、４つの電力分配モジュール２１を備える。５Ｇアンテナが形成されるように、４つの電力分配モジュールは、一端が４つのアンテナユニットと１対１で接続され、他端が互いに接続され、且つ、給電点に接続されている。アンテナシステムでは、電力分配ネットワークとアンテナアレイは積層構造が用いられ、対向する２つの異なる面に設置され、電力分配ネットワークとアンテナアレイにより形成されたミリ波アレイの面積をできるだけ減らす。【選択図】図１

Description

本発明は、通信技術分野に関し、特にアンテナシステムに関するものである。

通信技術の進化に伴い、将来のモバイルデータ通信量の高速な発展、及び、様々な新な応用場面に対応するために、五世代のモバイル通信技術（即ち、５Ｇ）システムが益々発展する傾向になる。同時に、将来のモバイル通信技術は、動作の周波数帯域がミリ波に発展しつつあるが、従来のミリ波は、アレイが平面構造であり、サイズが比較的大きいため、基地局のみに適用することができる。しかしながら、携帯電話のようなモバイル端末に応用する場合、それが平面構造であり、占めるスペースが比較的大きいが、携帯電話の体積に限りがあるため、携帯電話には、ミリ波アレイを設置するための十分なスペースを有することが難しく、いままで携帯電話にミリ波を用いることが困難であった。

本発明は、上述した課題を解決することが可能なアンテナシステムを提供する。

本発明の第１局面は、給電点と、アンテナアレイと、電力分配ネットワークとを備え、前記アンテナアレイと前記電力分配ネットワークが、それぞれ対向する２つの面に設置されているアンテナシステムを提供する。

前記アンテナアレイは、４つのアンテナユニットを備え、前記電力分配ネットワークは、４つの電力分配モジュールを備え、５Ｇアンテナが形成されるように、４つの前記電力分配モジュールは、一端が４つのアンテナユニットと１対１で接続され、他端が互いに接続され、且つ給電点に接続されている。

好ましくは、前記アンテナアレイから前記電力分配ネットワークへの方向において、対応して接続される１組の前記アンテナユニットと前記電力分配モジュールには、前記アンテナユニットと前記電力分配モジュールとは少なくとも部分的に対向する。

好ましくは、それぞれの前記電力分配モジュールは、順次に接続される第１のモジュールセグメントと、第２のモジュールセグメントと、第３のモジュールセグメントと、第４のモジュールセグメントとを備え、前記第１のモジュールセグメントと前記第３のモジュールセグメントとは、平行し、且つ間隔を空けて設置され、前記第２のモジュールセグメントと前記第４のモジュールセグメントとは、平行し、且つ間隔を空けて設置され、前記第１のモジュールセグメントと前記第４のモジュールセグメントとの間には、間隔が設けられており、それぞれの前記電力分配モジュールは、前記第４のモジュールセグメントの末端により互いに接続され、前記アンテナユニットは、前記第１のモジュールセグメントの末端に接続されている。

好ましくは、４組の前記電力分配モジュール、前記アンテナユニットは、アレイとなるように分布し、各行にある２つの前記電力分配モジュールにおいては、２つの前記第１のモジュールセグメントが２つの前記第３のモジュールセグメントの間に位置し、各列にある２つの前記電力分配モジュールにおいては、２つの前記第４のモジュールセグメントが２つの前記第２のモジュールセグメントの間に位置する。

好ましくは、前記電力分配ネットワークは、前記電力分配モジュールの間に設置される接続部を更に備え、前記接続部は、前記給電点に接続される第１の接続セグメント及び並列して設置される２つの第２の接続セグメントを備え、前記第２の接続セグメントは、一端が前記第１の接続セグメントに接続され、他端が同じ列にある２つの前記電力分配モジュールに接続されている。

好ましくは、前記第２の接続セグメントは、首尾接続される第１のサブセグメント及び第２のサブセグメントを備え、前記第１のサブセグメントにおける前記第２のサブセグメントから離れる一端は、前記第１の接続セグメントに接続され、前記第２のサブセグメントにおける前記第１のサブセグメントから離れる一端は、同じ列にある２つの前記第４のモジュールセグメントに接続されている。

好ましくは、前記第１の接続セグメント、前記第２のサブセグメント、前記第１のモジュールセグメント、前記第２のモジュールセグメント及び前記第３のモジュールセグメントは、第１のマイクロストリップ伝送線であり、前記第１のサブセグメント及び前記第４のモジュールセグメントは、第２のマイクロストリップ伝送線であり、前記第１のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスは、前記第２のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスよりも小さい。

好ましくは、隔離抵抗を更に備え、同じ列にある２つの前記第４のモジュールセグメントの間、２つの前記第２のサブセグメントの間は、それぞれ前記隔離抵抗により接続されている。

好ましくは、積層設置される第１の回路基板と、システムグランドと、第２の回路基板とを更に備え、前記アンテナユニットは、前記第１の回路基板における前記第２の回路基板から離れる１つの面に設置され、前記電力分配ネットワークは、前記第２の回路基板における前記第１の回路基板から離れる１つの面に設置されている。

好ましくは、信号が前記アンテナユニットに送信される位相が同じであるように、前記給電点からそれぞれの前記アンテナユニットまでの伝送経路の長さが等しい。

本発明に係る技術案は、次のような有益な効果を奏することができる。本発明によるアンテナシステムにおいては、電力分配ネットワーク及びアンテナアレイは、積層構造が用いられ、即ち、対向する２つの異なる面に設置されている。これにより、電力分配ネットワークとアンテナアレイにより形成されたミリ波アレイの面積をできるだけ小さくすることができるので、携帯電話には、ミリ波アレイを設置するための十分なスペースを持たせ、モバイル端末にミリ波を用いる難しさを低減させることができる。

理解すべきことは、上述した一般的な記載及び後述の詳しい記載は、例示的なものに過ぎず、本発明を制限するものではない。

本発明に係るアンテナシステムの１つの具体的な実施例の局部の構成を示す模式図である。 本発明に係るアンテナシステムの平面図である。 本発明に係るアンテナシステムの１つの具体的な実施例の側面図である。 本発明に係るアンテナシステムのもう１つの具体的な実施例の側面図である。 本発明に係るアンテナシステムの１つの具体的な実施例の平面図である。 本発明に係るアンテナシステムの１つの具体的な実施例のリターンロス図である。 本発明に係るアンテナシステムの１つの具体的な実施例の放射効率図である。 ここの図面は、明細書に加えられて本明細書の一部を構成し、本発明の実施例を示しており、明細書と共に本発明の原理を解釈するのに用いられる。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施例を用いて本発明を更に詳しく説明する。

図１〜図５に示すように、本発明の実施例は、携帯電話、タブレットＰＣ等のモバイル端末に用いられるアンテナシステムを提供する。アンテナシステムは、給電点７０と、アンテナアレイ１０と、電力分配ネットワーク２０とを備え、アンテナアレイ１０と電力分配ネットワーク２０は、それぞれ対向する２つの面に設置され、通常、アンテナアレイ１０と電力分配ネットワーク２０は、積層設置されている。アンテナアレイ１０は、４つのアンテナユニット１１を備え、電力分配ネットワーク２０は、４つの電力分配モジュール２１を備え、４つの電力分配モジュール２１は、一端が４つのアンテナユニット１１と１対１で接続され、他端が互いに接続され、且つ給電点に接続され、即ち、それぞれの電力分配モジュール２１は、互いに接続され、且つ、四者の接続点は、給電点７０に接続され、なお、それぞれの電力分配モジュール２１には、いずれも１つのアンテナユニット１１が接続されていることにより、５Ｇアンテナが形成される。理解できることは、電力分配ネットワーク２０とアンテナアレイ１０は、同一のシステムグランドを共用することができる。

上述したアンテナシステムを用いて、電力分配ネットワークとアンテナアレイを積層構造とし、即ち、対向する２つの異なる面に設置することで、電力分配ネットワークとアンテナアレイにより形成されたミリ波アレイの面積をできるだけ小さくすることができ、これにより、携帯電話などの移動端末には、ミリ波アレイを設置するための十分なスペースを持たせ、モバイル端末にミリ波を適用する難しさを低減させることができる。よって、ミリ波アレイを特に携帯電話のようなモバイル端末に適用することができるようになり、このようなアンテナシステムは、アンテナシステムのゲインが大きく、信号の伝搬距離が遠く、ネットワークの容量を大幅に大きくすることができる。

具体的には、対応して接続される１組のアンテナユニット１１と電力分配モジュール２１には、アンテナアレイ１０から電力分配ネットワーク２０への方向において、アンテナユニット１１と電力分配モジュール２１が少なくとも部分的に対向し、図２に示すように、対応して接続される１組のアンテナユニット１１と電力分配モジュール２１には、アンテナアレイ１０から電力分配ネットワーク２０への方向において、アンテナユニット１１の投影部分と電力分配モジュール２１の投影部分が重なり、このような構造を用いることで、ミリ波アレイの面積を更に小さくすることができる。

それぞれの電力分配モジュール２１は、順次に接続される第１のモジュールセグメント２１１と、第２のモジュールセグメント２１２と、第３のモジュールセグメント２１３と、第４のモジュールセグメント２１４とを備え、第１のモジュールセグメント２１１と第３のモジュールセグメント２１３とは、平行し、且つ間隔を空けて設置され、第２のモジュールセグメント２１２と第４のモジュールセグメント２１４は、平行し、且つ間隔を空けて設置され、また、第１のモジュールセグメント２１１と第４のモジュールセグメント２１４との間には、間隔が設けられており、それぞれの電力分配モジュール２１は、第４のモジュールセグメント２１４の末端により互いに接続されている。アンテナユニット１１は、第１のモジュールセグメント２１１の末端に接続され、即ち、第１のモジュールセグメント２１１、第２のモジュールセグメント２１２、第３のモジュールセグメント２１３及び第４のモジュールセグメント２１４は、順次に首尾接続され、且つ、第１のモジュールセグメント２１１と第４のモジュールセグメント２１４との間には、間隔が設けられており、このような構造を用いることで、アンテナシステムの効率と性能を更に高め、ミリ波アレイの構造を簡略化することができるので、製造がより便利になり、システムの信頼性及びメンテナンスの可能性を高めることができる。

４組の電力分配モジュール２１、アンテナユニット１１は、アレイになるように分布し、即ち、４つのアンテナユニット１１は、アレイになるように配列され、２×２のアレイに配列されてもよく、対応的に、４つの電力分配モジュール２１もアレイになるように配列され、２×２のアレイに配列され、このようなアレイになるように分布することで、アンテナシステムの分布がより均一であり、アンテナシステムの効率と性能をより高めることができる。

図１に示すように、各行の２つの電力分配モジュール２１においては、２つの第１のモジュールセグメント２１１が、２つの第３のモジュールセグメント２１３の間に位置し、各列の２つの電力分配モジュール２１においては、２つの第４のモジュールセグメント２１４が、２つの第２のモジュールセグメント２１２の間に位置する。選択的に、第１のモジュールセグメント２１１の末端と第４のモジュールセグメント２１４との間には、間隔が設けられており、これにより、それぞれの電力分配モジュール２１がＣ状に類似する構造に形成され、且つ、同じ行にある２つの電力分配モジュール２１の開口が対向し、同じ列にある２つの電力分配モジュール２１の開口は、方向が同じである。

それぞれの電力分配モジュール２１における第４のモジュールセグメント２１４は、直接に接続され、そして、給電点７０に接続されても良い。このように、同一の第４のモジュールセグメント２１４の末端には、同時に他の３つの第４のモジュールセグメント２１４が接続される必要があり、それとともに、給電点７０に接続される必要もあり、そのため、当該箇所の接続の信頼性が低下することを招く恐れがある。電力分配ネットワーク２０と給電点７０との接続を便利にし、給電点７０と電力分配ネットワーク２０、及び電力分配ネットワーク２０自身の信頼性を保証するために、電力分配ネットワーク２０は、電力分配モジュール２１の間に設置される接続部２２を更に備え、接続部２２は、給電点７０に接続される第１の接続セグメント２２１と、並列して設置される２つの第２の接続セグメント２２２とを備え、第２の接続セグメント２２２は、一端が第１の接続セグメント２２１に接続され、他端が同じ列にある２つの電力分配モジュール２１に接続され、図１に示すように、第１の接続セグメント２２１は、２つの第２の接続セグメント２２２に分岐し、２つの第２の接続セグメント２２２は、２列の電力分配モジュール２１と１対１で設置され、これにより、それぞれの第２の接続セグメント２２２が、同じ列にある２つの電力分配モジュール２１に接続されるようにする。

さらに、第２の接続セグメント２２２は、首尾接続される第１のサブセグメント２２２１及び第２のサブセグメント２２２２を備え、第１のサブセグメント２２２１における第２のサブセグメント２２２２から離れる一端は、第１の接続セグメント２２１に接続され、第２のサブセグメント２２２２における第１のサブセグメント２２２１から離れる一端は、同じ列にある２つの第４のモジュールセグメント２１４に接続されている。このように、２つの第４のモジュールセグメント２１４が、第２のサブセグメント２２２２に接続され、第１のサブセグメント２２２１が、給電点７０に接続されることのみが必要であり、これにより、各接続箇所における接続用の部材の数を更に減らし、各接続箇所の接続の信頼性をより良く保証し、電力分配ネットワーク２０及びそれが給電点７０に接続される信頼性を更に保証することができる。

具体的には、第１の接続セグメント２２１、第２のサブセグメント２２２２、第１のモジュールセグメント２１１、第２のモジュールセグメント２１２及び第３のモジュールセグメント２１３は、第１のマイクロストリップ伝送線であり、第１のサブセグメント２２２１及び第４のモジュールセグメント２１４は、第２のマイクロストリップ伝送線であり、ここで、第１のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスは、第２のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスよりも小さい。異なる特性インピーダンスのマイクロストリップ伝送線を設置することにより、伝送プロセスにおけるエネルギー損失を減らすことができるとともに、給電点７０からアンテナユニット１１に伝送する伝送パワーを保障することができる。選択的に、第１のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスが５０オームであり、これは第１のマイクロストリップ伝送線の線幅を０．５５ｍｍにすることで実現することができ、第２のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスが７０オームであり、これは第２のマイクロストリップ伝送線の線幅を０．３１ｍｍにすることで実現することができる。

前記給電点７０からそれぞれの前記アンテナユニット１１までの伝送経路の長さは等しく、これにより、給電点７０からアンテナユニット１１に送信される信号の位相が同じであることを保証することができる。

それぞれの電力分配モジュール２１の間に互いに与える影響を低減させるために、アンテナシステムは、隔離抵抗９０を更に備え、図２に示すように、同じ列にある２つの第４のモジュールセグメント２１４の間、２つの第２のサブセグメント２２２２の間は、それぞれ隔離抵抗９０により接続されている。当然ながら、２つの第４のモジュールセグメント２１４の間、又は２つの第２の接続セグメント２２２の間のみに、隔離抵抗９０が設置されても良い。ここで、隔離抵抗９０の抵抗値を１００オームとしても良く、当然ながら、アンテナシステムの需要に応じて他の値としても良い。

アンテナユニット１１は、方形の構造とされても良い。アンテナユニット１１と電力分配ネットワーク２０が、それぞれ異なる面に位置するため、両者を接続しやすくするように、アンテナシステムは、接続部材８０を更に備えても良く、図１に示すように、アンテナユニット１１は、接続部材８０により電力分配モジュール２１に接続されている。ここで、接続部材８０は、金属柱又はリード線等の構造であっても良い。

選択的に、図３に示すように、アンテナシステムは、積層設置される第１の回路基板３０と、システムグランド４０と、第２の回路基板５０とを更に備え、アンテナユニット１１は、第１の回路基板３０における第２の回路基板５０から離れる１つの面に設置され、電力分配ネットワーク２０は、第２の回路基板５０における第１の回路基板３０から離れる１つの面に設置されている。回路基板を、アンテナアレイ１０、電力分配ネットワーク２０の支持体として用いることにより、アンテナシステムの信頼性を高めることができる。接続部材８０が設置されている場合、接続部材８０は、第１の回路基板３０、システムグランド４０及び第２の回路基板５０を貫通し、その両端がそれぞれアンテナユニット１１と電力分配モジュール２１に接続されても良い。

また、アンテナシステムは、第３の回路基板６０を更に備え、第１の回路基板３０、システムグランド４０、第２の回路基板５０及び第３の回路基板６０は、積層設置されている。一般的に、第３の回路基板６０の厚さは、第１の回路基板３０及び第２の回路基板５０の厚さよりも大きく、第３の回路基板６０を、アンテナアレイ１０及び電力分配ネットワーク２０の全体の支持体とすることは、アンテナシステムの信頼性を更に高めることができる。

一般的に、アンテナシステムの性能を保証するために、第１の回路基板３０の厚さを０．６３５ｍｍとし、第２の回路基板５０の厚さを０．２ｍｍとし、第３の回路基板６０の厚さを１．３３ｍｍとする。選択的に、図５に示すように、アンテナアレイ１０から電力分配ネットワーク２０への方向において、第１の回路基板３０、システムグランド４０、第２の回路基板５０及び第３の回路基板６０の投影のエッジが重なり、且つ、各自の投影が何れも９．６ｍｍ×９．６ｍｍの正方形構造であり、アンテナユニット１１の投影が１．２ｍｍ×１．２ｍｍの正方形構造であり、同じ行にある２つのアンテナユニット１１の間の距離ｄ１が３．６ｍｍ±０．５ｍｍであっても良く、同じ列にある２つのアンテナユニット１１の間の距離ｄ２が３．６ｍｍ±０．５ｍｍであっても良い。

図６は、前記アンテナシステムのリターンロスを示し、図７は、放射効率を示している。

本発明は、上述した何れか１つの実施例に記載のアンテナシステムを備えるモバイル端末を更に提供する。

上述した内容は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限しない。当業者は、本発明に対して様々な変更及び変形を行っても良い。本発明の精神及び原則から逸脱しない限り、行われた任意の変更、等価置換、改良等は、何れも本発明の保護請求の範囲に属する。

１０ アンテナアレイ
１１ アンテナユニット
２０ 電力分配ネットワーク
２１ 電力分配モジュール
２１１ 第１のモジュールセグメント
２１２ 第２のモジュールセグメント
２１３ 第３のモジュールセグメント
２１４ 第４のモジュールセグメント
２２ 接続部
２２１ 第１の接続セグメント
２２２ 第２の接続セグメント
２２２１ 第１のサブセグメント
２２２２ 第２のサブセグメント
３０ 第１の回路基板
４０ システムグランド
５０ 第２の回路基板
６０ 第３の回路基板
７０ 給電点
８０ 接続部材
９０ 隔離抵抗

Claims (10)

1. アンテナシステムであって、
   給電点と、アンテナアレイと、電力分配ネットワークとを備え、前記アンテナアレイと前記電力分配ネットワークは、それぞれ対向する２つの面に設置され、
   前記アンテナアレイは、４つのアンテナユニットを備え、前記電力分配ネットワークは、４つの電力分配モジュールを備え、５Ｇアンテナが形成されるように、４つの前記電力分配モジュールは、一端が４つのアンテナユニットと１対１で接続され、他端が互いに接続され、且つ給電点に接続されている、ことを特徴とするアンテナシステム。
2. 前記アンテナアレイから前記電力分配ネットワークへの方向において、対応して接続される１組の前記アンテナユニットと前記電力分配モジュールには、前記アンテナユニットと前記電力分配モジュールとは少なくとも部分的に対向することを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
3. それぞれの前記電力分配モジュールは、順次に接続される第１のモジュールセグメントと、第２のモジュールセグメントと、第３のモジュールセグメントと、第４のモジュールセグメントとを備え、前記第１のモジュールセグメントと前記第３のモジュールセグメントとは、平行し、且つ間隔を空けて設置され、前記第２のモジュールセグメントと前記第４のモジュールセグメントとは、平行し、且つ間隔を空けて設置され、前記第１のモジュールセグメントと前記第４のモジュールセグメントとの間には、間隔が設けられており、それぞれの前記電力分配モジュールは、前記第４のモジュールセグメントの末端により互いに接続され、前記アンテナユニットは、前記第１のモジュールセグメントの末端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
4. ４組の前記電力分配モジュール、前記アンテナユニットは、アレイとなるように分布し、各行にある２つの前記電力分配モジュールにおいては、２つの前記第１のモジュールセグメントが２つの前記第３のモジュールセグメントの間に位置し、各列にある２つの前記電力分配モジュールにおいては、２つの前記第４のモジュールセグメントが２つの前記第２のモジュールセグメントの間に位置することを特徴とする請求項３に記載のアンテナシステム。
5. 前記電力分配ネットワークは、前記電力分配モジュールの間に設置される接続部を更に備え、前記接続部は、前記給電点に接続される第１の接続セグメント及び並列して設置される２つの第２の接続セグメントを備え、前記第２の接続セグメントは、一端が前記第１の接続セグメントに接続され、他端が同じ列にある２つの前記電力分配モジュールに接続されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナシステム。
6. 前記第２の接続セグメントは、首尾接続される第１のサブセグメント及び第２のサブセグメントを備え、前記第１のサブセグメントにおける前記第２のサブセグメントから離れる一端は、前記第１の接続セグメントに接続され、前記第２のサブセグメントにおける前記第１のサブセグメントから離れる一端は、同じ列にある２つの前記第４のモジュールセグメントに接続されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナシステム。
7. 前記第１の接続セグメント、前記第２のサブセグメント、前記第１のモジュールセグメント、前記第２のモジュールセグメント及び前記第３のモジュールセグメントは、第１のマイクロストリップ伝送線であり、前記第１のサブセグメント及び前記第４のモジュールセグメントは、第２のマイクロストリップ伝送線であり、前記第１のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスは、前記第２のマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスよりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のアンテナシステム。
8. 隔離抵抗を更に備え、同じ列にある２つの前記第４のモジュールセグメントの間、２つの前記第２のサブセグメントの間は、それぞれ前記隔離抵抗により接続されていることを特徴とする請求項６に記載のアンテナシステム。
9. 積層設置される第１の回路基板と、システムグランドと、第２の回路基板とを更に備え、前記アンテナユニットは、前記第１の回路基板における前記第２の回路基板から離れる１つの面に設置され、前記電力分配ネットワークは、前記第２の回路基板における前記第１の回路基板から離れる１つの面に設置されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナシステム。
10. 信号が前記アンテナユニットに送信される位相が同じであるように、前記給電点からそれぞれの前記アンテナユニットまでの伝送経路の長さが等しいことを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。

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