JP2023060848A - 二重偏波アンテナ、関連するアンテナ・モジュール及び電子デバイス - Google Patents

二重偏波アンテナ、関連するアンテナ・モジュール及び電子デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】ミリ波において著しく性能が劣化しない小型のアンテナ等を提供する。【解決手段】アンテナ１００は、グランド層ＧＬと、グランド層に配置された２つの偏波信号供給端子と、４つのカップリング・メタルと、４つの放射メタルＲ１～Ｒ４と、を含む。第１の偏波構造は、第１の偏波信号供給端子Ｈ－ｐｏｌに電気的に接続された第１の延在部分ＥＰ１を含み、グランド層上において第１のチャネルＣＨ１から第２のチャネルＣＨ２へ第１の方向Ｘに延びる。第２の偏波構造は、第２の偏波信号供給端子Ｖ－ｐｏｌに電気的に接続された第２の延在部分ＥＰ２を含み、グランド層上において第３のチャネルＣＨ３から第４のチャネルＣＨ４へ第２の方向Ｙに延びており、第１の延在部分は、４つの領域を規定するように、非接触な形態で第２の延在部分と交わる。４つのカップリング・メタル及び４つの放射メタルは、第１の領域から第４の領域にそれぞれ配置されている。【選択図】図１Ｂ

Description

[0002] 1．発明の分野
本発明は、アンテナ、関連するアンテナ・モジュール及び関連する電子デバイス、特に、二重偏波アンテナ、関連するアンテナ・モジュール及び関連する電子デバイスに関する。
[0003] 2．関連技術の説明
5Gは、第5世代移動体ネットワークであり、1G、2G、3G、及び4Gネットワークに続く新しい世界的な無線規格である。5Gは、より高いマルチ・ギガビットのピーク・データ速度、超低遅延、より多くの信頼性、大容量ネットワーク容量、増進された利用可能性、及びより均一なユーザー体験をより多くのユーザーに届けることが可能な新しい種類のネットワークを可能にする。
[0004] 5Gサービスのスペクトルは、4GのLTEネットワークで現在使用されている帯域を含む6GHz以下の帯域をカバーするだけでなく、これまで移動通信では想定されていなかった遙かに高い周波数帯域にも延びている。これは、24GHzないし100GHz帯（ミリ波レンジとして知られている）の周波数帯域を使用することは、5Gアンテナにとって新たな課題と利点をもたらす。一方、現在の携帯通信機器で使用されるアンテナは、空間的な制限に起因して、設計理論及び実装において別の固有の課題を抱えている。
[0005] 従って、ミリ波スペクトルで動作することが可能なアンテナであって、その物理的な寸法を、著しいパフォーマンス劣化なしに縮小することが可能なアンテナが必要とされる。
[0006] 本発明はアンテナを提供し、アンテナは、グランド層；グランド層上の第１の領域に配置された第１のカップリング・メタル；グランド層上の第２の領域に配置された第２のカップリング・メタル；グランド層上の第３の領域に配置された第３のカップリング・メタル；グランド層上の第４の領域に配置された第４のカップリング・メタル；グランド層上に配置された第１の偏波信号供給端子及び第２の偏波信号供給端子；第１の偏波構造；第２の偏波構造；及び第１ないし第４の放射メタルを含む。
第１のカップリング・メタル、第２のカップリング・メタル、第３のカップリング・メタル、及び第４のカップリング・メタルは、第１の領域、第２の領域、第３の領域、第４の領域、第１のチャネル、第２のチャネル、第３のチャネル、第４のチャネル、及びセンター領域をグランド層上で規定する。
第１の偏波構造は、第１の偏波信号供給端子に電気的に接続され、グランド層上のセンター領域において第１のチャネルから第２のチャネルへ第１の方向に延びる第１の延在部分を含む。第２の偏波構造は、第２の偏波信号供給端子に電気的に接続され、且つ、グランド層上のセンター領域において第３のチャネルから第４のチャネルへ第２の方向に延びる第２の延在部分を含み、第１の延在部分は、センター領域において非接触な形態で第２の延在部分と交わる。
第１の放射メタルは第１のチャネルに配置され、第２の放射メタルは第２のチャネルに配置され、第３の放射メタルは第３のチャネルに配置され、且つ第４の放射メタルは第４のチャネルに配置されている。
[0007] 本発明はアンテナ・モジュールも提供し、アンテナ・モジュールは、１つ以上のアンテナと、１つ以上のフレキシブル印刷回路コネクタとを含み、それら各々は、１つ以上のアンテナのうちの対応するアンテナの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている。
[0008] 本発明は電子デバイスも提供し、電子デバイスは、ハウジング；第１のアンテナ・モジュール；第２のアンテナ・モジュール；及び無線周波数ユニットも提供する。
第１のアンテナ・モジュールは、第１の放射方向に向いたハウジングの第１の場所に配置され、且つ、第１の周波数バンドにおける第１のＲＦ信号と第２の周波数バンドにおける第２のＲＦ信号とを受信するように構成されている。第１のアンテナ・モジュールは、１つ以上の第１のアンテナ；及び１つ以上の第１のＦＰＣコネクタを含み、各ＦＰＣコネクタは、１つ以上の第１のアンテナのうちの対応する第１のアンテナ・モジュールの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている。
第２のアンテナ・モジュールは、第２の放射方向に向いたハウジングの第２の場所に配置され、且つ、第１の周波数バンドにおける第３のＲＦ信号と第２の周波数バンドにおける第４のＲＦ信号とを受信するように構成されている。第２のアンテナ・モジュールは、１つ以上の第２のアンテナ；及び１つ以上の第２のＦＰＣコネクタを含み、各ＦＰＣコネクタは、１つ以上の第２のアンテナのうちの対応する第２のアンテナ・モジュールの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている。
無線周波数ユニットは、第１のアンテナ・モジュールと第２のアンテナ・モジュールに電気的に接続されている。無線周波数モジュールは、第１のＲＦ信号の強度と第２のＲＦ信号の強度とに基づいて第１のアンテナ・モジュールの動作を制御し、第３のＲＦ信号の強度と第４のＲＦ信号の強度とに基づいて第２のアンテナ・モジュールの動作を制御するように構成されている。
[0009] 本発明のこれら及びその他の目的は、種々の図及び図面に示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、当業者には疑う余地なく明らかになるであろう。
[0010] 図1Aは、本発明の実施形態によるアンテナを示す図である。 [0011] 図1Bは、本発明の実施形態によるアンテナを示す図である。 [0012] 図1Cは、本発明の実施形態によるアンテナを示す図である。 [0013] 図2は、本発明の実施形態によるアンテナの平面図を示す図である。 [0014] 図3Aは、本発明の実施形態によるアンテナの底面図を示す図である。 [0015] 図3Bは、本発明の実施形態によるアンテナの底面図を示す図である。 [0016] 図4は、本発明の別の実施形態によるアンテナの平面図を示す図である。 [0017] 図5Aは、Z軸に沿ってX－Z平面の方を眺めた場合の本発明の実施形態によるアンテナの側面図を示す図である。 [0018] 図5Bは、Z軸に沿ってX－Z平面の方を眺めた場合の本発明の実施形態によるアンテナの側面図を示す図である [0019] 図6Aは、Z軸に沿ってY－Z平面の方を眺めた場合の本発明の実施形態によるアンテナの側面図を示す図である。 [0020] 図6Bは、Z軸に沿ってY－Z平面の方を眺めた場合の本発明の実施形態によるアンテナの側面図を示す図である。 [0021] 図7は、本発明の別の実施形態によるアンテナを示す図である。 [0022] 図8は、本発明の実施形態によるアンテナ・アレイを示す図である。 [0023] 図9は、本発明の実施形態によるアンテナ・アレイの偏波タイプを示す図である。 [0024] 図10は、本発明の実施形態による電子デバイスの図である。 [0025] 図11Aは、本願の実施形態による電子デバイスの動作を示す図である。 [0026] 図11Bは、本願の別の実施形態による電子デバイスの動作を示す図である。 [0027] 図11Cは、本願の別の実施形態による電子デバイスの動作を示す図である。
[0028] 図1A－図1Cは、本発明の実施形態によるアンテナ100を示す図である。図1A－1Bは、本発明の実施形態によるアンテナ100の詳細な構造を示す斜視図である。図1Cは、本発明の実施形態によるアンテナ100を示す概観斜視図である
[0029] 本発明において、アンテナ100は、偏波構造、偏波信号供給端子、グランド構造、カップリング・メタル、放射メタル、絶縁構造、整合構造、及び基板10に形成されたグランド層GLを含む基板統合ウェーブガイド（substrate integrated waveguide，SIW）二重偏波アンテナである。アンテナ100は、周波数帯域N257（24.35GHz～27.5GHz）、周波数帯域N258（26.5GHz～29.5GHz）、周波数帯域N260（37GHz～40GHz）又は周波数帯域N261（28GHz）のような、24GHzないし40GHzの範囲内の無線周波数（RF）信号を提供することができる。
[0030] 図1Aに示されるように、基板10は、少なくとも、グランド層GLと誘電体DBを含む多層構造を採用することが可能であり、誘電体DBは、偏波信号供給端子、偏波構造、カップリング・メタル、及び放射メタルを含む。実施形態において、誘電体DBは、低温同時焼成セラミック（LTCC）プロセスで製造されたセラミック化合物であってもよいが、これに限定されない。誘電体DBの誘電定数は、アンテナ100の帯域幅を増加させるために、3－10であってもよい。
[0031] 図1A－1Cに示される実施形態において、基板10は、複数のアンテナ100がアンテナ・アレイとして実装される場合に、より高い面積占有率を達成するように矩形の形状を有する。別の実施形態において、基板10は、正方形、多角形、又は円形の形状を有してもよいが、これらに限定されない。
[0032] 基板10は、更に、少なくとも1つのグランド開口PE0と、第1の給電開口PE1と、第2の給電開口PE2とを含む。少なくとも1つのグランド電極FE0（図1A－1Cには示されていない）は、少なくとも1つのグランド開口PE0に対応する位置において、グランド層GLの下にある実装表面に配置されることが可能であり、第1の給電電極FE1（図1A－1Cには示されていない）は、第1の給電開口PE1に対応する位置において、グランド層GLの下にある実装表面に配置されることが可能であり、第2の給電電極FE2（図1A－1Cには示されていない）は、第2の給電開口PE2に対応する位置において、グランド層GLの下にある実装表面に配置されることが可能である。第1の偏波信号供給端子H－polの底部は、グランド層GLに電気的に接続されておらず、グランド層GLの第1の給電開口PE1を貫通して、第1の給電電極FE1に電気的に接続される。第2の偏波信号供給端子V－polの底部は、グランド層GLに電気的に接続されておらず、グランド層GLの第2の給電開口PE2を貫通して、第2の給電電極FE2に電気的に接続される。
[0033] 図1Aに示されるように、第1の偏波構造は、第1の偏波信号供給端子H－polに電気的に接続され、グランド層GLのセンター領域上で、第1のチャネルCH1から第2のチャネルCH2へ第１の方向に（例えば、X軸に沿って）延びる第1の延在部分EP1を含む。第2の偏波構造は、第2の偏波信号供給端子V－polに電気的に接続され、グランド層GLのセンター領域上で、第3のチャネルCH3から第4のチャネルCH4へ第２の方向に（例えば、Y軸に沿って）延びる第2の延在部EP2を含む。第1の延在部分EP1は、第2の延在部分EP2に電気的に接続されておらず、偏波信号供給端子H－polは、偏波信号供給端子V－polに電気的に接続されていない。
[0034] 図2は、本発明の実施形態によるアンテナ100の平面図を示す図である。Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めると、第1の延在部分EP1及び第1の偏波信号供給端子H－polは、第2の延在部分EP2及び第2の偏波信号供給端子V－polとグランド層GLのセンターで交差する。カップリング・メタルM1－M4の内側エッジ又は内側端点は、グランド層を、コーナーの４つの領域RG1－RG4と、４つのチャネルCH1－CH4と、センター領域CRとに分割する。より具体的には、第1の領域RG1にある第1のカップリング・メタルM1の内側エッジと第3の領域RG3にある第3のカップリング・メタルM3の内側エッジとは第1のチャネルCH1を規定し、第2の領域RG2にある第2のカップリング・メタルM2の内側エッジと第4の領域RG4にある第4のカップリング・メタルM4の内側エッジとは第2のチャネルCH2を規定し、第1の領域RG1にある第1のカップリング・メタルM1の内側エッジと第2の領域RG2にある第2のカップリング・メタルM2の内側エッジとは第3のチャネルCH3を規定し、第3の領域RG3にある第3のカップリング・メタルM3の内側エッジと第4の領域RG4にある第4のカップリング・メタルM4の内側エッジとは第4のチャネルCH4を規定する。換言すれば、チャネルCH1は、第1の領域RG1と第3の領域RG3の間に位置し、チャネルCH2は、第2の領域RG2と第4の領域RG4の間に位置し、チャネルCH3は、第1の領域RG1と第2の領域RG2の間に位置し、チャネルCH4は、第3の領域RG3と第4の領域RG4の間に位置する。
[0035] 好ましい実施形態において、第1の延在部分EP1と第2の延長部分EP2は、Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めた場合に、センター領域CRのみを占める。別の実施形態において、第1の延在部分EP1と第2の延在部分EP2は、センター領域CRの外側に延びてもよく、Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めた場合に、何れかのカップリング・メタルM1－M4と部分的にオーバーラップしてもよい。例えば、第1の延在部分EP1と第1のカップリング・メタルM1との重複エリアは、第1のカップリング・メタルM1の内側エッジの0－10％の長さまで延びてもよく、また、第2の延在部分EP2と第4のカップリング・メタルM4との重複エリアは、第4のカップリング・メタルM4の内側エッジの0～10％の長さまで延びてもよいが、これらに限定されない。
[0036] 図3A及び3Bは、本発明の実施形態によるアンテナ100の底面図を示す図である。図3Aにおいて、Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めた場合に、領域RG1－RG4及びチャネルCH1－CH4に関する少なくとも1つのグランド開口PE0、第1の給電開口PE1、及び第2の給電開口PE2の相対的な位置を示すために、グランド層GLは省略されている。図3Bでは、グランド層GLの下にある実装表面における少なくとも1つのグランド開口PE0、第1の供給開口PE1、及び第2の供給開口PE2の位置を示すために、グランド層GLが示されている。図3A及び3Bに示されるように、第1の偏波信号供給端子H－polの底部は、第1の給電電極FE1（図3A及び図3Bでは示されていない）に電気的に接続されるように第1の給電開口PE1を貫通してもよく、第2の偏波信号供給端子V－polの底部は、第2の供給開口PE2（図3A及び図3Bでは示されていない）に電気的に接続されるように第2の給電開口PE2を貫通していてもよい。
[0037] 図1A及び1Bに示されているように、アンテナ100は、更に、第1の放射メタルR1の下にある第1のチャネルCH1における第1の延在部分EP1の第1の端部に隣接して配置された第1のグランド構造GS1を含むことが可能であり、第1のグランド構造GS1は、グランド層GL上で第1の方向に延在し、接続構造によってグランド層GLに電気的に接続される延在部分を含む。アンテナ100は、更に、第2の放射メタルR2の下にある第2のチャネルCH2における第1の延在部分EP1の第2の端部に隣接して配置された第2のグランド構造GS2を含むことが可能であり、第2のグランド構造GS2は、グランド層GL上で第1の方向に延在し、接続構造によってグランド層GLに電気的に接続される延在部分を含む。アンテナ100は、更に、第3の放射メタルR3の下にある第3のチャネルCH3における第2の延在部分EP2の第1の端部に隣接して配置された第3のグランド構造GS3を含むことが可能であり、第3のグランド構造GS3は、グランド層GL上で第2の方向に延在し、接続構造によってグランド層GLに電気的に接続される延在部分を含む。アンテナ100は、更に、第4の放射メタルR4の下にある第4のチャネルCH4における第2の延在部分EP2の第2の端部に隣接して配置された第4のグランド構造GS4を含むことが可能であり、第4のグランド構造GS4は、グランド層GL上で第2の方向に延在し、接地構造によってグランド層GLに電気的に接続される延在部分を含む。実施形態において、グランド層GLと各々のグランド構造GS1－GS4との間の距離は、グランド層と各々のグランド構造の対応する延在部分との間の距離よりも小さい。グランド構造GS1－GS4は、アンテナ100の共振波長を低くして、その動作周波数を低周波数の方へシフトさせることができる。実施形態では、上述の接続構造は、層間のビアやパッドであってもよいが、これらに限定されない。
[0038] 図1B及び図2に示されるように、第1の放射メタルR1は第1のチャネルCH1において第1の延在部分EP1上に配置され、第2の放射メタルR2は第2のチャネルCH2において第1の延在部分EP1上に配置され、第3の放射メタルR3は第3のチャネルCH3において第2の延在部分EP2上に配置され、第4の放射メタルR4は第4のチャネルCH4において第2の延在部分EP2上に配置される。放射メタルR1－R4は、接続構造によって、例えば層間のビアやパッドによって、グランド層GLに電気的に接続されてもよいが、これらに限定されない。
[0039] 図1C及び図2に示されるように、第1のカップリング・メタルM1は第1の領域RG1に配置され、第2のカップリング・メタルM2は第2の領域RG2に配置され、第3のカップリング・メタルM3は第3の領域RG3に配置され、第4のカップリング・メタルM4は第4の領域RG4に配置される。実施形態では、アンテナ100は、更に、第1の放射メタルR1上で第1のチャネルCH1に配置された第5のカップリング・メタルM5と、第2の放射メタルR2上で第2のチャネルCH2に配置された第6のカップリング・メタルM6と、第3の放射メタルR3上で第3のチャネルCH3に配置された第7のカップリング・メタルM7と、第4の放射メタルR4上で第4のチャネルCH4に配置された第8のカップリング・メタルM8とを含むことが可能である。
[0040] 実施形態において、カップリング・メタルM1－M4は、グランド層GLのセンターの周りに第1の対称的な形態で配置され、低周波カプラーとして機能する。カップリング・メタルM5－M8は、グランド層GLのセンターの周りに第2の対称的な形態で配置され、高周波カプラーとして機能する。放射メタルR1－R4は、グランド層GLのセンターの周りに第3の対称的な形態で配置され、共振体を形成する。
[0041] 本発明のアンテナ100において、放射メタルR1－R4とカップリング・メタルM5－M8は、第1の延在部分EP1、第2の延在部分EP2、第1の偏波信号供給端子H－pol、及び第2の偏波信号供給端子V－polに電気的に接続されていない。好ましい実施形態において、Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めた場合に、放射メタルR1－R4とカップリング・メタルM5－M8は、第1の延在部分EP1及び第2の延在部分EP2とオーバーラップしていない。他の実施形態において、Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めた場合に、カップリング・メタルM5－M8は、第1の延在部分EP1及び第2の延在部分EP2と少なくとも部分的にオーバーラップしている。例えば、カップリング・メタルM5－M8、第1の延在部分EP1、及び第2の延在部分EP2の重複エリアは、第5ないし第8のカップリング・メタルM5－M8の内側エッジの0－5％の長さまで延びてもよいが、それらに限定されない。
[0042] 図1A－1Cに示されるように、アンテナ100は、絶縁構造を更に含んでもよい。実施形態において、絶縁構造は、グランド層GLの4つのコーナーに配置された4つの絶縁コンポーネント20を含んでもよい。実施形態において、各々の絶縁コンポーネント20は、Z軸に沿って複数のシート状メタルを積層することによって形成されてもよいが、これらに限定されない。実施形態において、グランド層GLと、各々の絶縁コンポーネント20のトップとの間の距離は、グランド層GLと各々のカップリング・メタルM1－M4との間の距離、グランド層GLと各々のカップリング・メタルM5－M8との間の距離、及び/又はグランド層GLと各々の放射メタルR1－R4との間の距離よりも大きい。従って、複数のアンテナ100がアンテナ・アレイとして配置される場合に、各アンテナ100の絶縁構造は、異なるアンテナ100間の信号分離を改善することができる。
[0043] 図1A－1Cに示されているように。アンテナ100は、整合構造を更に含んでもよい。実施形態では、整合構造は、X軸に沿ってグランド層GLの境界に近接して配置された1つ以上の整合コンポーネントBW1と、Y軸に沿ってグランド層GLの境界に近接して配置された1つ以上の整合コンポーネントBW2とを含んでもよい。1つ以上の整合コンポーネントBW1は、アンテナ100の垂直偏波（V偏波）を改善することが可能であり、1つ以上の整合コンポーネントBW2は、アンテナ100の水平偏波（H偏波）を改善することが可能である。実施形態において、各々の整合コンポーネントは、Z軸に沿って複数のシート・メタルを積層することによって形成されてもよいが、これらに限定されない。実施形態において、各々の整合コンポーネントは、壁、フェンス又はレールの形状で形成されてもよいが、これらに限定されない。実施形態において、各々の整合コンポーネントは、アンテナ100の放射効率に影響を与えないように、何れのチャネルCH1－CH4にも配置されていない。
[0044] 前述したように、第1の偏波構造は、第1の偏波信号供給端子H－polに電気的に接続され、第1のチャネルCH1から第2のチャネルCH2へ第1の方向に延びる第1の延在部分EP1を含み、第2の偏波構造は、第2の偏波信号供給端子V－polに電気的に接続され、第3のチャネルCH3から第4のチャネルCH4へ第2の方向に延びる第2の延在部分EP2を含む。実施形態では、図2に示すように、第1の方向はX軸に平行であり、第2の方向はY軸に平行である。
[0045] 図4は、本発明の別の実施形態によるアンテナ100の平面図を示す図である。Z軸に沿ってX－Y平面の方を眺めると、第1の延在部分EP1／第1の偏波信号供給端子H－polは、グランド層GLのセンターにおいて第2の延在部分EP2／第2の偏波信号供給端子V－polと交差している。しかしながら、第1の方向はX軸に対して第1の角度（例えば45度）におけるものであり、第2の方向はY軸に対して第2の角度（例えば45度）におけるものである。しかしながら、第1の方向とX軸との間の角度関係、又は第2の方向とY軸との間の角度関係は、本発明の範囲を制限しない。
[0046] 図1A－1C、2、3A及び4に例示された実施形態において。、第1の方向は、第2の方向に垂直である。別の実施形態では、第1の方向と第2の方向との間の角度差は、60と120度の間にあってもよいが、これに限定されない。
[0047] 図5A及び5Bは、Z軸に沿ってX－Z平面を見た場合の本発明によるアンテナ100の側面図を示す図である。図5Aでは、絶縁コンポーネント20、整合コンポーネントBW1、第3のチャネルCH3における第3のグランド構造GS3及び第3の共振メタルR3、並びに、第4のチャネルCH4における第4のグランド構造GS4及び第4の共振メタルR4は、センター領域CR内のアンテナ構造をより良く明示するために省略されている。図5Bでは、整合コンポーネントBW2、第1のチャネルCH1におけるグランド構造GS1及び第1の共振メタルR1、第2のチャネルCH2におけるグランド構造GS2及び第2の共振メタルR2、第3のチャネルCH3における第3の共振メタルR3、及び第4のチャネルCH4における第4の共振メタルR4は、センター領域CR内のアンテナ構造をより良く明示するために省略されている。
[0048] 図6A及び6Bは、Z軸に沿ってY－Z平面の方を眺めた場合の本発明の実施形態によるアンテナ100の側面図を示す図である。図6Aでは、整合コンポーネントBW2、第１のチャネルCH1における第1のグランド構造GS1及び第1の共振メタルR1、第2のチャネルCH2におけるグランド構造GS2及び第2の共振メタルR2は、センター領域CR内の構造をより良く明示するために省略されている。図6Bでは、絶縁コンポーネント20、整合コンポーネントBW1－BW2、及び第1の延在部分EP1における幾つかの構造は、センター領域CR内の構造をより良く明示するために省略されている。
[0049] 実施形態において、カップリング・メタルM5－M8の各々は、単一のメタルとして、又はZ軸に沿って複数のシート・メタルを積層することによって形成されてもよい。説明のために、図5A、5B、6A、及び6Bに示すように、カップリング・メタルM5は、3枚のシート・メタルM5a－M5cを含み、カップリング・メタルM6は、3枚のシート・メタルM6a－M6cを含み、カップリング・メタルM7は、3枚のシート・メタルM7a－M7cを含み、カップリング・メタルM8は、3枚のシート・メタルM8a－M8cを含むことが想定されている。しかしながら、カップリング・メタルM5－M8の構造は、本発明の範囲を制限しない。
[0050] 図5A、5B、6A、及び6Bに示されているように、アンテナ100は、第1の延在部分EP1を第1の偏波信号供給端子H－polに電気的に接続するための第1の接続構造CS1と、第2の延在部分EP2を第2の偏波信号供給端子V－polに電気的に接続するための第2の接続構造CS2とを更に含む。
[0051] 例示目的のために、d1はグランド層GLと各々のカップリング・メタルM1－M4との間の距離を表し、d2はグランド層GLと各々のカップリング・メタルM5－M8との間の距離を表し、d3はグランド層GLと各々の放射メタルR1－R4との間の距離を表し、d4はグランド層GLと第1の延在部分EP1との間の距離を表し、d5はグランド層GLと第2の延在部分EP2との間の距離を表し、d6は偏波信号供給端子V－pol/H－polとカップリング・メタルM1－M4との間の距離を表している。一実施形態では、カップリング・メタルM1－M4、カップリング・メタルM5－M8、及び放射メタルR1－R4は、グランド層GLに対して異なる高さを有する（d1≠d2≠d3）。一実施形態では、カップリング・メタルM1－M4とカップリング・メタルM5－M8は、グランド層GLに対して同じ高さを有する（d1=d2）。一実施形態では、第1の延在部分EP1及び第2の延在部分EP2は、カップリング・メタルM1－M4と放射メタルR1－R4との間に配置される（d1はd4及びd5より大きく；d3はd4及びd5より小さい）。一実施形態では、第1の延在部分EP1は、第2の延在部分EP2よりもグランド層GLに近接して配置される（d4＜d5）。
[0052] 一実施形態では、偏波信号供給端子V－pol/H－polとカップリング・メタルM1－M4との間の距離d6は、100μmより大きい。一実施形態では、第1の接続構造CS1及び第2の接続構造CS2以外の他の導電性コンポーネントは、グランド層GLとカップリング・メタルM1－M4との間に配置されない。
[0053] 図7は、本発明の別の実施形態によるアンテナ100を示す概観斜視図である。図1A－1Cに示される実施形態において、各々の絶縁コンポーネント20と、各々の整合コンポーネントBW1及びBW2と、各々の接続構造CS1及びCS2とは、Z軸に沿って複数のシート・メタルを積層することによって形成される。図7に示される実施形態では、各々の分離コンポーネント20と、各々の整合コンポーネントBW1及びBW2と、各々の接続構造CS1及びCS2とは、シリンダのような一体構造として形成される。しかしながら、一体構造として形成されている、各々の絶縁コンポーネント20、各々の整合コンポーネントBW1及びBW2、又は接続構造CS1及びCS2の形状は、本発明の範囲を制限しない。
[0054] 図8は、本発明の実施形態によるアンテナ・アレイAR1－AR3の図である。各々のアンテナ・アレイは、図1A－1C又は7に示す1つ以上のアンテナ100を含むことが可能である。図8の左側に示されているように、アンテナ・アレイAR1は、1つのアンテナ100を含む。図8の中央に示されているように、アンテナ・アレイAR2は、1×4アレイに配置された4つのアンテナ100を含む。図8の右側に示されているように、アンテナ・アレイAR3は、NxNアレイに配置されたN2個のアンテナ100を含み、ここで、Nは1より大きな整数である。しかしながら、アンテナ・アレイAR1－AR3におけるアンテナ100の数又はレイアウトは、本発明の範囲を制限しない。
[0055] 図9は、本発明の実施形態によるアンテナ・アレイAR1－AR3の偏波タイプを示す図である。アンテナ・アレイAR1－AR3に含まれる各アンテナは、図9の左側に示されるような直線偏波（90°/0°偏波）、図9の中央に示されるような傾斜偏波（－45°/+45°偏波）、又は図9の右側に示されるような右旋円偏波（RHCP）/左旋円偏波（LHCP）を有してもよい。しかしながら、アンテナ・アレイAR1－AR3における各アンテナの偏波タイプは、本発明の範囲を制限しない。
[0056] 図10は、本発明の実施形態による電子デバイス200の図である。電子デバイス200は、ハウジング210と、無線周波数（RF）ユニット220と、接続ラインL1－Lnと、アンテナ・アレイANT1－ANTnとを含み、ここで、nは1より大きな整数である。アンテナ・アレイANT1－ANTnの各々は、図8に示される構成における図1A－1C又は7に示される1つ以上のアンテナ100を含んでもよい。各々の接続ラインL1－Lnは、フレキシブル印刷回路（FPC）コネクタであってもよいが、これに限定されない。各々の接続ラインは、対応するアンテナ・アレイの給電電極とグランド電極に電気的に接続される。例示目的のために、図10は、n=3である場合の実施形態を描いており、ここで、アンテナ・アレイANT1－ANT3は、異なる放射方向に面するハウジング210の異なる側面に配置されている。
[0057] アンテナ・アレイANT1と接続ラインL1は、複数の周波数帯域で動作することが可能な第1のアンテナ・モジュールを形成する。アンテナ・アレイANT2と接続ラインL2は、複数の周波数帯域で動作することが可能な第2のアンテナ・モジュールを形成する。アンテナ・アレイANT3と接続ラインL3は、複数の周波数帯域で動作することが可能な第3のアンテナ・モジュールを形成する。接続ラインL1を介してアンテナ・アレイANT1から受信したRF信号、接続ラインL2を介してアンテナ・アレイANT2から受信したRF信号、接続ラインL3を介してアンテナ・アレイANT3から受信したRF信号に基づいて、RFユニット220は、各々の周波数帯域の信号強度に基づいて各アンテナ・モジュールの動作を制御するように構成されている。
[0058] 図11A－11Cは、本願の実施形態による電子デバイス200の動作を示す図である。例示目的のために、アンテナ・アレイANT1－ANT3の各々は、3つの異なる周波数帯域F1－F3で動作する可能性があると仮定する。一実施形態では、第1の周波数帯域F1は周波数帯域N257（24.35GHz－27.5GHz）であってもよく、第2の周波数帯域F2は周波数帯域N258（26.5GHz－29.5GHz）であってもよく、第3の周波数帯域F3は周波数帯域N260（37GHz－40GHz）であってもよいが、これらに限定されない。
[0059] RFユニット220は、異なる周波数帯域における各アンテナ・アレイの信号強度に基づいて、各アンテナ・アレイの動作を制御するように構成される。図11Aに示される実施形態において、全てのアンテナ・アレイANT1－ANT3は第1の周波数帯域F1において最も強いRF信号を受信していると判断した場合、RFユニット220は、第1の周波数帯域F1で動作するように、全てのアンテナ・アレイANT1－ANT3を制御するように構成されている。
[0060] 図11Bに示される実施形態において、アンテナ・アレイANT1が第1の周波数帯域F1において最も強いRF信号を受信し、アンテナ・アレイANT2が第2の周波数帯域F2において最も強いRF信号を受信し、アンテナ・アレイANT3が第3の周波数帯域F3において最も強いRF信号を受信していると判断した場合、RFユニット220は、第1の周波数帯域F1において動作するようにアンテナ・アレイANT1を制御し、第2の周波数帯域F2において動作するようにアンテナ・アレイANT2を制御し、第3の周波数帯域F3において動作するようにアンテナ・アレイANT3を制御するように構成されている。
[0061] 図11Cに示される実施形態において、アンテナ・アレイAR1が第2の周波数帯域F2において最も強いRF信号を受信し、アンテナ・アレイAR2が第3の周波数帯域F3において最も強いRF信号を受信し、アンテナ・アレイAR3が第1の周波数帯域F1において最も強いRF信号を受信していると判断した場合、RFユニット220は、第2の周波数帯域F2において動作するようにアンテナ・アレイAR1を制御し、第3の周波数帯域F3において動作するようにアンテナ・アレイAR2を制御し、第1の周波数帯域F1において動作するようにアンテナ・アレイAR3を制御するように構成されている。
[0062] 結論として、本発明は、高効率にミリ波レンジのスペクトルで動作することが可能なアンテナ、関連するアンテナ・モジュール、及び関連する電子デバイスを提供する。V偏光及びH偏光に関連するコンポーネントを多層構造に組み込むことによって、アンテナの小型化も達成することができる。
[0063] 当業者は、本発明の教示を維持しつつデバイス及び方法の多くの修正や変更を行うことが可能であることを容易に理解するであろう。従って、上記の開示は、添付のクレームの境界及び範囲によってのみ限定されるものと解釈されるべきである。

Claims (23)

  1. グランド層；
    前記グランド層上の第１の領域に配置された第１のカップリング・メタル；
    前記グランド層上の第２の領域に配置された第２のカップリング・メタル；
    前記グランド層上の第３の領域に配置された第３のカップリング・メタル；
    前記グランド層上の第４の領域に配置された第４のカップリング・メタルであって、前記第１のカップリング・メタル、前記第２のカップリング・メタル、前記第３のカップリング・メタル、及び前記第４のカップリング・メタルは、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域、前記第４の領域、第１のチャネル、第２のチャネル、第３のチャネル、第４のチャネル、及びセンター領域を前記グランド層上で規定する、第４のカップリング・メタル；
    前記グランド層上に配置された第１の偏波信号供給端子及び第２の偏波信号供給端子；
    前記第１の偏波信号供給端子に電気的に接続され、前記グランド層上の前記センター領域において前記第１のチャネルから前記第２のチャネルへ第１の方向に延びる第１の延在部分を有する第１の偏波構造；
    前記第２の偏波信号供給端子に電気的に接続され、前記グランド層上の前記センター領域において前記第３のチャネルから前記第４のチャネルへ第２の方向に延びる第２の延在部分を有する第２の偏波構造であって、前記第１の延在部分は、前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域、及び前記第４の領域を規定するように、非接触な形態で前記第２の延在部分と交わる、第２の偏波構造；
    前記第１のチャネルに配置された第１の放射メタル；
    前記第２のチャネルに配置された第２の放射メタル；
    前記第３のチャネルに配置された第３の放射メタル；及び
    前記第４のチャネルに配置された第４の放射メタル；
    を備えるアンテナ。
  2. 請求項１に記載のアンテナにおいて、更に：
    前記第１のチャネルに配置された第５のカップリング・メタル；
    前記第２のチャネルに配置された第６のカップリング・メタル；
    前記第３のチャネルに配置された第７のカップリング・メタル；及び
    前記第４のチャネルに配置された第８のカップリング・メタル；
    を備え、前記第１ないし第８のカップリング・メタルは、前記グランド層、前記第１の偏波信号供給端子、又は前記第２の偏波信号供給端子に電気的に接続されていない、アンテナ。
  3. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記グランド層と前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルの各々との間の距離は第１の値に等しく；
    前記グランド層と前記第５ないし前記第８のカップリング・メタルの各々との間の距離は第２の値に等しく；且つ
    前記グランド層と前記第１ないし前記第４の放射メタルの各々との間の距離は第３の値に等しい、アンテナ。
  4. 請求項３に記載のアンテナにおいて：
    前記グランド層と前記第１の延在部分との間の距離は第４の値に等しく；
    前記グランド層と前記第２の延在部分との間の距離は第５の値に等しく；
    前記第１の値は前記第４及び前記第５の値より大きく；
    前記第２の値は前記第４及び前記第５の値より大きく；且つ
    前記第３の値は前記第４及び前記第５の値より大きい、アンテナ。
  5. 請求項４に記載のアンテナにおいて、前記第５の値は前記第４の値より大きい、アンテナ。
  6. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルは、前記グランド層のセンター周辺で第１の対称的な形態で配置され、低周波カプラーとして機能し；
    前記第５ないし前記第８のカップリング・メタルは、前記グランド層の前記センター周辺で第２の対称的な形態で配置され、高周波カプラーとして機能し；且つ
    前記第１ないし前記第４の放射メタルは、前記グランド層の前記センター周辺で第３の対称的な形態で配置され、共振体を形成している、アンテナ。
  7. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向に沿って眺めた場合に、前記第１ないし前記第８のカップリング・メタルは互いにオーバーラップしていない、アンテナ。
  8. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向に沿って眺めた場合に、前記第５ないし前記第８のカップリング・メタルは、前記第１の延在部分及び前記第２の延在部分と少なくとも部分的にオーバーラップしている、アンテナ。
  9. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向に沿って眺めた場合に、前記第１ないし前記第４の放射メタルは、前記第５ないし前記第８のカップリング・メタルと少なくとも部分的にオーバーラップしている、アンテナ。
  10. 請求項２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１ないし前記第８のカップリング・メタルの各々は、複数のメタル・シートを含み；及び
    各々のメタル・シートの厚さは８μｍより薄い、アンテナ。
  11. 請求項１に記載のアンテナにおいて：
    前記グランド層と誘電体とを有する基板を更に備え、前記誘電体は、前記第１の偏波信号供給端子と、前記第２の偏波信号供給端子と、前記第１の偏波構造と、前記第２の偏波構造と、前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルと、前記第１ないし前記第４の放射メタルとを含み、前記誘電体の誘電定数は３と１０の間にある、アンテナ。
  12. 請求項１に記載のアンテナにおいて、更に：
    前記グランド層の下に配置され、前記第１の偏波信号供給端子に電気的に接続された第１の給電電極；
    前記グランド層の下に配置され、前記第２の偏波信号供給端子に電気的に接続された第２の給電電極；及び
    前記グランド層の下に配置された少なくとも１つのグランド電極；
    を備えるアンテナ。
  13. 請求項１２に記載のアンテナにおいて：
    前記第１の延在部分を前記第１の偏波信号供給端子に電気的に接続する第１の接続構造；及び
    前記第２の延在部分を前記第２の偏波信号供給端子に電気的に接続する第２の接続構造；
    を更に備え、前記第１の接続構造及び前記第２の接続構造以外の他の導体コンポーネントは、前記グランド層と前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルとの間に配置されていない、アンテナ。
  14. 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記グランド層のコーナーに配置された少なくとも１つの絶縁コンポーネントを含む絶縁構造を更に備え、前記グランド層と前記少なくとも１つの絶縁コンポーネントのトップとの間の距離は、前記グランド層と前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルの各々との間の距離、又は前記グランド層と前記第１ないし前記第４の放射メタルの各々との間の距離より大きい、アンテナ。
  15. 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記第１の延在部分又は前記第２の延在部分に近接して前記グランド層に配置された少なくとも１つのグランド構造を更に備え、前記グランド層と前記少なくとも１つのグランド構造のトップとの間の距離は、前記グランド層と前記第１の延在部分との間の距離、及び前記グランド層と前記第２の延在部分との間の距離より小さい、アンテナ。
  16. 請求項１５に記載のアンテナにおいて、前記グランド層の境界に近接して配置された少なくとも１つの整合コンポーネントを含む整合構造を更に備え、前記グランド層と前記少なくとも１つの整合コンポーネントのトップとの間の距離は、前記グランド層と前記第１ないし前記第４のカップリング・メタルの各々との間の距離、前記グランド層と前記第１ないし前記第４の放射メタルの各々との間の距離、及び／又は前記グランド層と前記少なくとも１つのグランド構造のトップとの間の距離より小さい、アンテナ。
  17. 請求項１６に記載のアンテナにおいて、前記少なくとも１つの整合コンポーネントは、前記第１ないし前記第４のチャネルの何れにも配置されていない、アンテナ。
  18. 請求項１５に記載のアンテナにおいて、更に：
    前記第１の放射メタルの下にある前記第１のチャネルにおいて、前記第１の延在部分の第１の端部に隣接して配置された第１のグランド構造であって、前記グランド層上で前記第１の方向に延び、前記グランド層に電気的に接続された延在部分を有する第１のグランド構造；
    前記第２の放射メタルの下にある前記第２のチャネルにおいて、前記第１の延在部分の第２の端部に隣接して配置された第２のグランド構造であって、前記グランド層上で前記第１の方向に延び、前記グランド層に電気的に接続された延在部分を有する第２のグランド構造；
    前記第３の放射メタルの下にある前記第３のチャネルにおいて、前記第２の延在部分の第１の端部に隣接して配置された第３のグランド構造であって、前記グランド層上で前記第２の方向に延び、前記グランド層に電気的に接続された延在部分を有する第３のグランド構造；及び
    前記第４の放射メタルの下にある前記第４のチャネルにおいて、前記第２の延在部分の第２の端部に隣接して配置された第４のグランド構造であって、前記グランド層上で前記第２の方向に延び、前記グランド層に電気的に接続された延在部分を有する第４のグランド構造；
    を備えるアンテナ。
  19. 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度は６０度と１２０度の間にある、アンテナ。
  20. １つ以上の請求項１に記載のアンテナ；及び
    １つ以上のフレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）コネクタ；
    を含み、各ＦＰＣコネクタは、前記１つ以上の請求項１に記載のアンテナのうちの対応するアンテナの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている、アンテナ・モジュール。
  21. ハウジング；
    第１の放射方向に向いた前記ハウジングの第１の場所に配置され、第１の周波数バンドにおける第１の無線周波数（ＲＦ）信号と第２の周波数バンドにおける第２のＲＦ信号とを受信するように構成された第１のアンテナ・モジュールであって：
    請求項１に記載の１つ以上の第１のアンテナ；及び
    １つ以上の第１のＦＰＣコネクタであって、各ＦＰＣコネクタは、前記１つ以上の第１のアンテナのうちの対応する第１のアンテナ・モジュールの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている、第１のアンテナ・モジュール；
    第２の放射方向に向いた前記ハウジングの第２の場所に配置され、前記第１の周波数バンドにおける第３のＲＦ信号と前記第２の周波数バンドにおける第４のＲＦ信号とを受信するように構成された第２のアンテナ・モジュールであって：
    請求項１に記載の１つ以上の第２のアンテナ；及び
    １つ以上の第２のＦＰＣコネクタであって、各ＦＰＣコネクタは、前記１つ以上の第２のアンテナのうちの対応する第２のアンテナ・モジュールの給電電極とグランド電極に電気的に接続されている、第２のアンテナ・モジュール；
    前記第１のアンテナ・モジュールと前記第２のアンテナ・モジュールに電気的に接続されたＲＦユニットであって：
    前記第１のＲＦ信号の強度と前記第２のＲＦ信号の強度とに基づいて前記第１のアンテナ・モジュールの動作を制御し；且つ
    前記第３のＲＦ信号の強度と前記第４のＲＦ信号の強度とに基づいて前記第２のアンテナ・モジュールの動作を制御するように構成されたＲＦユニット；
    を備える電子デバイス。
  22. 請求項２１に記載の電子デバイスにおいて、前記ＲＦユニットは、更に：
    前記第１のＲＦ信号の強度が前記第２のＲＦ信号の強度より大きいと判断した場合に、前記第１の周波数バンドで動作するように前記第１のアンテナ・モジュールを制御し；且つ
    前記第２のＲＦ信号の強度が前記第１のＲＦ信号の強度より大きいと判断した場合に、前記第２の周波数バンドで動作するように前記第１のアンテナ・モジュールを制御するように構成されている、電子デバイス。
  23. 請求項２１に記載の電子デバイスにおいて、前記ＲＦユニットは、更に：
    前記第３のＲＦ信号の強度が前記第４のＲＦ信号の強度より大きいと判断した場合に、前記第１の周波数バンドで動作するように前記第２のアンテナ・モジュールを制御し；且つ
    前記第４のＲＦ信号の強度が前記第３のＲＦ信号の強度より大きいと判断した場合に、前記第２の周波数バンドで動作するように前記第２のアンテナ・モジュールを制御するように構成されている、電子デバイス。
JP2022166984A 2021-10-18 2022-10-18 二重偏波アンテナ、関連するアンテナ・モジュール及び電子デバイス Pending JP2023060848A (ja)

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