JP3211380U - ミリ波八木アンテナを有する電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ミリ波八木アンテナを有する電子デバイスを提供する。【解決手段】電子デバイス１０は、無線回路を備える。無線回路は、１つ以上のアンテナを含む。アンテナは、そのそれぞれが複数のアンテナ素子を含む、フェーズドアンテナアレイを含む。フェーズドアンテナアレイは、プリント回路基板八木アンテナ又は他のアンテナから形成する。ミリ波送受信機は、無線信号を送受信するためにアンテナを使用する。アンテナは、電子デバイス用筐体１２の角、又は電子デバイス内の他の所に搭載する。電子デバイス用筐体は、金属から形成し、誘電で充填された開口部を有する。アンテナは、誘電体の部分に位置合わせする。プリント回路基板アンテナは、リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタを有する。リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタは、アンテナ用の放射パターンを、金属筐体内のプラスチックで充填されたスロット又は他の誘電体領域と位置合わせするように配置する。【選択図】図１

Description

本実用新案登録出願は、２０１６年４月２６日に出願された米国特許出願第１５／１３８，６８４号に対する優先権を主張するものであり、本明細書における参照によりその全体が本明細書内に組み入れられる。

本出願は、概して電子デバイスに関し、より具体的には、無線通信回路を有する電子デバイスに関する。

電子デバイスは、多くの場合、無線通信回路を含む。例えば、セルラー電話、コンピュータ、及び他のデバイスは、多くの場合、無線通信をサポートするためのアンテナ及び無線送受信機を含む。

ミリ波通信帯域内の無線通信をサポートすることが望ましいことがある。極高周波（extremely high frequency）（ＥＨＦ）通信と呼ばれることもあるミリ波通信は、約１０〜４００ＧＨｚの周波数での通信を伴う。これらの周波数での動作は、高帯域幅をサポートすることができるが、著しい困難を引き起こすことがある。例えば、ミリ波通信は、多くの場合、見通し通信であり、信号伝搬中の実質的な減衰により特徴付けることができる。

したがって、ミリ波通信をサポートする通信回路などの、改善した無線通信回路を有する電子デバイスを提供できることが望ましいであろう。

電子デバイスは、無線回路を備えてもよい。無線回路は、１つ以上のアンテナを含むことができる。アンテナは、そのそれぞれが複数のアンテナ素子を含む、フェーズドアンテナアレイを含むことができる。フェーズドアンテナアレイは、ミリ波無線通信を処理するために使用することができ、ビームステアリング動作を実行することができる。

フェーズドアンテナアレイ内のアンテナなどのアンテナは、電子デバイス用の筐体の角、又は電子デバイス内の他の所に搭載することができる。アンテナは、プリント回路基板上のパターン化した金属トレースから形成された、プリント回路基板アンテナとすることができる。

プリント回路基板アンテナは、八木アンテナを含むことができる。それぞれの八木アンテナは、リフレクタ、ラジエータ、及び１つ以上のディレクタを有することができる。電子デバイスは、誘電体領域を有する金属筐体を有することができる。誘電体領域は、金属筐体内のプラスチックで充填されたスロット、又は他の誘電体エリアとすることができる。リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタは、それぞれのアンテナが金属筐体内の誘電体の対応する部分と位置合わせされた放射パターンを有するように、構成することができる。複数の基板層を有するプリント回路基板では、アンテナ内の異なるディレクタを、垂直に配向された又は斜めに配向された放射パターンを形成するように、異なる対応する基板層の対の間に埋め込むことができる。アンテナのディレクタはまた、アンテナが水平に配向された放射パターンを呈するように、プリント回路基板の表面に沿って形成することができる。

一実施形態に係る、無線通信回路を有する例示的な電子デバイスの斜視図である。 一実施形態に係る、無線通信回路を有する例示的な電子デバイスの模式図である。 一実施形態に係る、ミリ波通信用アンテナアレイを配置することができる例示的な位置を示す、例示的な電子デバイスの背面斜視図である。 一実施形態に係る、電子デバイス内に使用することができる種類の例示的な八木アンテナの図である。 一実施形態に係る、無線回路を収容するために、金属筐体、及び筐体内のプラスチックで充填されたスロットなどの誘電体を有する例示的な電子デバイスの背面図である。 一実施形態に係る、デバイスの角のアンテナ用の例示的な位置を示す、例示的な電子デバイスの背面図である。 一実施形態に係る、水平なディレクタの組を有する例示的なプリント回路基板八木アンテナの側断面図である。 一実施形態に係る、垂直なディレクタの組を有する例示的なプリント回路基板八木アンテナの側断面図である。 一実施形態に係る、斜めのディレクタの組を有する例示的なプリント回路基板八木アンテナの側断面図である。 一実施形態に係る、八木アンテナがデバイス用金属筐体内の誘電体隙間と位置合わせされたディレクタを有することができる様子を示す、例示的な電子デバイスの側断面図である。 一実施形態に係る、アンテナ用のディレクタをデバイス用金属筐体開口部内の誘電体内に埋め込むことができる様子を示す、例示的な電子デバイスの側断面図である。

図１の電子デバイス１０などの電子デバイスは、無線回路を含むことができる。無線通信回路は、１つ以上のアンテナを含むことができる。アンテナは、ミリ波通信を処理するために使用されるフェーズドアンテナアレイを含むことができる。極高周波（ＥＨＦ）通信と呼ばれることもあるミリ波通信は、６０ＧＨｚ、又は約１０ＧＨｚと４００ＧＨｚとの間の他の周波数での信号を伴う。所望であれば、デバイス１０はまた、衛星航法システム信号、セルラー電話信号、無線ローカルエリアネットワーク信号、近接通信、光に基づく無線通信、又は他の無線通信を処理するための無線通信回路を含むこともできる。

電子デバイス１０は、ラップトップコンピュータ、組み込み型コンピュータを含むコンピュータ用モニタ、タブレットコンピュータ、セルラー電話、メディアプレーヤ、又はその他のハンドヘルド若しくはポータブル電子デバイスなどのコンピューティングデバイス、腕時計型デバイス、ペンダント型デバイス、ヘッドホン型若しくはイヤホン型デバイス、眼鏡に埋め込まれたデバイス若しくはユーザの頭部に装着する他の機器、又はその他の着用可能な若しくはミニチュアデバイスなどの小さめのデバイス、テレビ、組み込み型コンピュータを含まないコンピュータ用ディスプレイ、ゲーミングデバイス、ナビゲーションデバイス、ディスプレイを有する電子デバイスをキオスク若しくは自動車に搭載するシステムなどの組み込みシステム、これらのデバイスのうちの２つ以上の機能を実装するデバイス、又は他の電子装置であってもよい。図１の例示的な構成において、デバイス１０は、セルラー電話、メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ、又は他のポータブルコンピューティングデバイスなどのポータブルデバイスである。所望であれば、デバイス１０に関して、他の構成を使用することができる。図１の例は、単なる例示に過ぎない。

図１に示すように、デバイス１０は、ディスプレイ１４などのディスプレイを含むことができる。ディスプレイ１４は、筐体１２などの筐体内に搭載することができる。エンクロージャ又はケースと呼ばれることもある筐体１２は、プラスチック、ガラス、セラミック、繊維複合材、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど）、他の好適な材料、又はこれらの材料のいずれか２つ以上の組み合わせで形成してもよい。筐体１２は、筐体１２が一部若しくはすべて単一の構造として機械加工若しくは成形された一体型構成を使用して形成してもよく、又は複数の構造（例えば、内部枠組構造、外部筐体表面を形成する１つ以上の構造、その他）を使用して形成してもよい。

ディスプレイ１４は、導電性のある容量性タッチセンサ電極の層又は他のタッチセンサ構成要素（例えば、抵抗性タッチセンサ構成要素、音響式センサ構成要素、力ベースタッチセンサ構成要素、光ベースセンサ構成要素など）を内蔵しているタッチスクリーンディスプレイであり得るか、又は非タッチ感知式ディスプレイであり得る。容量性タッチスクリーン電極は、インジウムスズ酸化物パッド又は他の透明な導電性構造体のアレイから形成され得る。

ディスプレイ１４は、液晶ディスプレイ（liquid crystal display）（ＬＣＤ）構成要素から形成されたディスプレイピクセルのアレイ、電気泳動ディスプレイピクセルのアレイ、プラズマディスプレイピクセルのアレイ、有機発光ダイオードディスプレイピクセルのアレイ、エレクトロウェッティングディスプレイピクセル又は他のディスプレイ技術に基づくディスプレイピクセルのアレイを含み得る。

ディスプレイ１４は、透明なガラス、透明なプラスチック、サファイア、又は他の透明な誘電体の層などの、ディスプレイカバー層を使用して保護することができる。開口部を、ディスプレイカバー層内に形成することができる。例えば、ボタン１６などのボタンを収容するために、開口部をディスプレイカバー層内に形成することができる。開口部はまた、スピーカポートなどのポートを収容するためにディスプレイカバー層内に形成することができる。通信ポート（例えば、オーディオジャックポート、デジタルデータポートなど）を形成するために、開口部を筐体１２内に形成することができる。筐体１２内の開口部はまた、スピーカ及び／又はマイクロフォンなどのオーディオ構成要素用に形成することもできる。

アンテナは、筐体１２内に搭載することができる。人間の手又はユーザの他の体の一部分などの外部のオブジェクトが１つ以上のアンテナを遮断する場合に通信を阻害することを回避するために、アンテナは、筐体１２内の複数の位置に搭載することができる。近接センサのデータなどのセンサデータ、リアルタイムのインピーダンス測定値、受信した信号強度情報などの信号品質の測定値、及び他のデータは、筐体１２の向き、ユーザの手若しくは他の外部オブジェクトによる遮断、又は他の環境要因のために１つ以上のアンテナが悪影響を受けている場合に判定するのに使用することができる。デバイス１０は、次に、悪影響を受けているアンテナの代わりに、１つ以上の交替アンテナを使用状態に切換えることができる。

アンテナは、筐体１２の角に、筐体１２の周囲縁部に沿って、筐体１２の背面上に、デバイス１０の前面上にディスプレイ１４をカバーし保護するのに使用されるディスプレイカバーガラス若しくは他の誘電体ディスプレイカバー層の下に、筐体１２の背面若しくは筐体１２の縁部上の誘電体ウィンドウの下に、又はデバイス１０内の他の所に搭載することができる。

デバイス１０内に使用することができる例示的な構成要素を示す模式図を、図２に示す。図２に示すとおり、デバイス１０は、記憶及び処理回路３０などの制御回路を含み得る。記憶及び処理回路３０は、ハードディスクドライブ記憶装置、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、又はソリッドステートドライブを形成するように構成された他の電気的にプログラムできる読み出し専用メモリ）、揮発性メモリ（例えば、静的又は動的ランダムアクセスメモリ）などの記憶装置を含む場合がある。記憶及び処理回路３０内の処理回路は、デバイス１０の動作を制御する目的で使用される場合がある。この処理回路は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ベースバンドプロセッサ集積回路、特定用途向け集積回路などに基づいてもよい。

記憶及び処理回路３０は、インターネットブラウジングアプリケーション、ボイスオーバー・インターネット・プロトコル（voice-over-internet-protocol）（ＶＯＩＰ）通話アプリケーション、電子メールアプリケーション、メディア再生アプリケーション、オペレーティングシステム機能などのソフトウェアをデバイス１０上で走らせる目的で使用される場合がある。外部機器との相互作用をサポートするために、通信プロトコルを実施する際に記憶及び処理回路３０が使用される場合がある。記憶及び処理回路３０を使用して実施できる通信プロトコルとしては、インターネットプロトコル、無線ローカルエリアネットワークプロトコル（例えばＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル（ＷｉＦｉ（登録商標）と呼ぶこともある））、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコルのような他の近距離無線通信リンク用プロトコル、セルラー電話プロトコル、ＭＩＭＯプロトコル、アンテナダイバーシティプロトコル、衛星航法システムプロトコルなどが挙げられる。

デバイス１０は、入出力回路４４を含み得る。入出力回路４４は、入出力デバイス３２を含み得る。入出力デバイス３２は、デバイス１０にデータを供給することを可能にし、デバイス１０から外部デバイスにデータを供給することを可能にする目的で使用され得る。入出力デバイス３２は、ユーザインタフェースデバイス、データポートデバイス、及び他の入出力構成要素を含んでもよい。例えば、入出力デバイスとしては、タッチスクリーン、タッチセンサ機能を有さないディスプレイ、ボタン、ジョイスティック、スクロールホイール、タッチパッド、キーパッド、キーボード、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、状態インジケータ、光源、オーディオジャック及び他のオーディオポート構成要素、デジタルデータポートデバイス、光センサ、加速度計若しくは動き及び地球に対するデバイスの方位を検出し得る他の構成要素、キャパシタンスセンサ、近接センサ（例えば、静電容量近接センサ及び／又は赤外線近接センサ）、磁気センサ、コネクタポートセンサ若しくはデバイス１０がドック内に取り付けられているかどうかを判定する他のセンサ、並びに他のセンサ及び入出力構成要素を挙げることができる。

入出力回路４４は、外部装置と無線で通信するための無線通信回路３４を含み得る。無線通信回路３４は、１つ以上の集積回路から形成される高周波（radio-frequency）（ＲＦ）送受信機回路、電力増幅回路、低雑音入力増幅器、パッシブＲＦ構成要素、１つ以上のアンテナ４０、伝送線、及びＲＦ無線信号を処理するための他の回路を含み得る。無線信号はまた、光線を使用して（例えば、赤外線通信を使用して）送信することもできる。

無線通信回路３４は、様々な高周波通信帯域を扱うための高周波送受信機回路９０を含み得る。例えば、回路３４は、送受信機回路３６、３８、４２及び４６を含み得る。

送受信機回路３６は、ＷｉＦｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１１）通信用の２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚ帯域、並びに２．４ＧＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信帯域を処理し得る、無線ローカルエリアネットワーク送受信機回路とすることができる。

回路３４は、７００〜９６０ＭＨｚの低通信帯域、１７１０〜２１７０ＭＨｚの中間帯域、及び２３００〜２７００ＭＨｚの高帯域、又は７００ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚ若しくは他の好適な周波数間の他の通信帯域などの周波数範囲での無線通信を処理するための、セルラー電話送受信機回路３８を使用することができる（例として）。回路３８は、音声データ及び非音声データを処理してもよい。

ミリ波送受信機回路４６（極高周波送受信機回路と呼ばれることもある）は、極高周波（例えば、１０ＧＨｚ〜４００ＧＨｚの極高周波、又は他のミリ波周波数などのミリ波周波数）での通信をサポートすることができる。例えば、回路４６は、６０ＧＨｚでのＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ通信をサポートすることができる。

無線通信回路３４は、１５７５ＭＨｚでＧＰＳ信号を受信するための、又は他の衛星測位データ（例えば、１６０９ＭＨｚでのＧＬＯＮＡＳＳ信号）を処理するための全地球測位システム（Global Positioning System）（ＧＰＳ）受信機回路４２などの衛星航法システム回路を含んでもよい。受信機４２用の衛星航法システム信号は、地球の周囲を回る一連の衛星から受信される。

衛星航法システムリンク、セルラー電話リンク、及び他の遠距離リンクでは、数千フィート又は数マイルにわたってデータを伝達する目的で無線信号が使用されるのが典型的である。２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚでのＷｉＦｉ（登録商標）リンク及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）リンク並びにその他の近距離無線リンクでは、数十フィートから数百フィートにわたってデータを伝達する目的で無線信号が使用されるのが典型的である。極高周波数（ＥＨＦ）無線送受信機回路４６は、これらの短距離にわたって、見通し経路を介して送信機と受信機との間を移動する信号を伝達することができる。ミリ波通信用の信号受信を強化するために、フェーズドアンテナアレイ及びビームステアリング技術を使用することができる。デバイス１０のブロックされたか、又は動作環境が原因で他の点で劣化したアンテナを未使用状態に切換え、より高性能のアンテナをそれらの代わりに使用できるように、アンテナダイバーシティ方式が使用されてもよい。

所望であれば、無線通信回路３４は、その他の近距離及び遠距離無線リンク用の回路を含むことができる。例えば、無線通信回路３４は、テレビ及びラジオ信号を受信するための回路、ページングシステム送受信機、近接通信（near field communications、ＮＦＣ）回路などを含んでもよい。

無線回路３４内のアンテナ４０は、任意の好適な種類のアンテナを使用して形成されてもよい。例えば、アンテナ４０は、ループアンテナ構造体、パッチアンテナ構造体、逆Ｆアンテナ構造体、スロットアンテナ構造体、平板逆Ｆアンテナ構造体、ヘリカルアンテナ構造体、八木（Ｙａｇｉ−Ｕｄａ）アンテナ構造体、これらの設計の混成などから形成される共振素子を有するアンテナを含んでもよい。所望であれば、アンテナ４０のうちの１つ以上は空洞付きアンテナであってもよい。異なる帯域及び帯域の組み合わせに対して、異なる種類のアンテナが使用されてもよい。例えば、１種類のアンテナがローカル無線リンクアンテナの形成に使用されてもよく、別の種類のアンテナがリモート無線リンクアンテナの形成に使用されてもよい。衛星航法システム信号を受信するための専用アンテナが使用されてもよく、又は所望であれば、アンテナ４０が衛星航法システム信号及び他の通信帯域のための信号（例えば、無線ローカルエリアネットワーク信号及び／又はセルラー電話信号）の両方を受信するように構成されてもよい。アンテナ４０は、ミリ波通信を処理するためのフェーズドアンテナアレイを含むことができる。

デバイス１０内のアンテナ信号を転送するために、伝送線経路が使用されてもよい。例えば、アンテナ構造体４０を送受信機回路９０に結合するために、伝送線経路が使用されてもよい。デバイス１０内の伝送線としては、同軸ケーブル経路、マイクロストリップ伝送線、ストリップライン伝送線、エッジ結合マイクロストリップ伝送線、エッジ結合ストリップライン伝送線、これらの種類の伝送線の組み合わせから形成される伝送線などを挙げることができる。所望であれば、フィルタ回路、スイッチング回路、インピーダンス整合回路、及び他の回路を伝送線内に介挿してもよい。

デバイス１０は、複数のアンテナ４０を含むことができる。これらのアンテナは同時に使用されてもよく、又はアンテナのうちの１つが使用状態に切換えられ、他のアンテナ（単数又は複数）が未使用状態に切換えられてもよい。所望であれば、デバイス１０内で使用するのに最適なアンテナをリアルタイムで選択するため、及び／又はアンテナ４０のうちの１つ以上に関連付けられた調節可能な無線回路のための最適な設定を選択するために、制御回路３０が使用されてもよい。所望の周波数範囲内で動作するようにアンテナを同調するため、フェーズドアンテナアレイを使用してビームステアリングを実行するため、及びその他の方法でアンテナ性能を最適化するために、アンテナ調整が行われてもよい。アンテナ４０を調整するのに使用されるセンサデータをリアルタイムで収集するために、センサがアンテナ４０に組み込まれてもよい。

いくつかの構成では、アンテナ４０はアンテナアレイ（例えば、ビームステアリング機能を実施するためのフェーズドアンテナアレイ）を含んでもよい。例えば、極高周波数無線送受信機回路４６のためのミリ波信号を処理するときに使用されるアンテナが、フェーズドアンテナアレイとして実装されてもよい。ミリ波通信をサポートするためのフェーズドアンテナアレイ内の放射素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、八木アンテナ（ビームアンテナと呼ばれることもある）、又は他の好適なアンテナ素子であってもよい。一体化されたフェーズドアンテナアレイ及び送受信機回路モジュールを形成するために、送受信機回路がフェーズドアンテナアレイと一体化されてもよい。

ハンドヘルドデバイスなどのデバイスでは、ユーザの手若しくはテーブル又はデバイスが置かれている他の表面などの外部オブジェクトの存在が、ミリ波信号などの無線信号を遮断する可能性を有する。したがって、そのそれぞれがデバイス１０内の異なる位置に配置される、複数のフェーズドアンテナアレイをデバイス１０内に組み込むことが望ましいことがある。この種類の配置では、遮断されないフェーズドアンテナアレイを、使用状態に切換えることができ、使用状態に切換えられると、フェーズドアンテナアレイは、無線性能を最適化するためにビームステアリングを使用することができる。デバイス１０内の１つ以上の異なる位置からのアンテナが同時に動作する構成もまた、使用することができる。

図３は、アンテナ４０（例えば、ミリ波無線送受信機回路４６などの無線回路３４とともに使用するための単一のアンテナ及び／又はフェーズドアンテナアレイ）をデバイス１０内に搭載することができる、例示的な位置５０を示す電子デバイスの斜視図である。アンテナ４０は、デバイス１０の角に、縁部１２Ｅなどの筐体１２の縁部に沿って、後部筐体部分（壁）１２Ｒの上側及び下側部分上に、筐体後壁部１２Ｒの中央に（例えば、後部筐体１２Ｒの中央の誘電体ウィンドウ構造体又は他のアンテナ窓の下に）などに搭載することができる。図３に示すように、例えば、アンテナ４０は、筐体１２の角に配置することができる（すなわち、位置５０は、筐体１２及びデバイス１０の左上の角、右上の角、左下の角、及び右下の角上に形成することができる）。

筐体１２が誘電体から全体又はほぼ全体が形成される構成では、アンテナ４０は、誘電体の任意の好適な部分を介してアンテナ信号を送受信することができる。筐体１２が金属などの導電材料から形成される構成では、金属内のスロット又は他の開口部などの筐体の領域は、プラスチック又は他の誘電体で充填することができる。アンテナ４０は、開口部内の誘電体と位置合わせして搭載することができる。誘電体アンテナ窓、誘電体隙間、誘電体で充填された開口部、誘電体で充填されたスロット、細長い誘電体開口部領域などと呼ばれることもあり得る、これらの開口部は、デバイス１０の内部に搭載されたアンテナ４０から外部装置にアンテナ信号を送信するのを可能にすることができ、内部のアンテナ４０が外部装置からアンテナ信号を受信するのを可能にすることができる。

フェーズドアンテナアレイを有するデバイスでは、回路９０は、アレイ内のそれぞれのアンテナ４０に関連付けられた信号を調整するのに使用される（例えば、ビームステアリングを実行するために）、ゲイン及び位相の調整回路を含むことができる。所望のアンテナ４０を使用状態及び非使用状態に切換えるために、スイッチング回路を使用することができる。位置５０のそれぞれは、複数のアンテナ４０（例えば、フェーズドアンテナアレイ内の３つのアンテナ、又は３つより多い若しくは３つより少ないアンテナの組）を含むことができ、所望であれば、位置５０のうちの１つからの１つ以上のアンテナは、別の位置５０からの１つ以上のアンテナを信号を送受信するのに使用しながら、信号を送受信するのに使用することができる。

アンテナ４０は、任意の好適な構成を有することができる。図４の例示的な構成では、例えば、アンテナ４０は、八木アンテナである。図４に示すように、アンテナ４０は、プリント回路基板１３０から形成されたプリント回路基板八木アンテナとすることができる。プリント回路基板１３０は、基板１００などのプリント回路基板を有することができる。基板１００は、リジッドプリント回路基板（例えば、ガラス繊維充填エポキシ又は他のリジッドプリント回路基板材料から形成された基板）とすることができ、又はフレキシブルプリント回路基板（例えば、可撓性ポリイミド層などの可撓性ポリマーのシートから形成された基板）とすることができる。基板１００は、１つ以上の誘電体層から形成することができる。所望であれば、他の種類の基板を、アンテナ４０用の支持構造体として使用することができる。基板１００がプリント回路基板である（すなわち、プリント回路１３０がリジッドプリント回路基板である）図４の構成は、単なる例示である。

八木アンテナ４０は、リフレクタ１３２、ラジエータ１２４、及び１つ以上のディレクタ１２６を含む。ラジエータ（駆動される素子）１２４は、ダイポール共振素子アーム１０２から形成することができ、アンテナ４０の動作中にアンテナ信号を送受信することができる。リフレクタ１３２及びディレクタ１２６の存在は、アンテナ４０に対する放射パターンが方向１２８などの所望の方向に方向付けられるように、アンテナ４０の指向性を強化する。

プリント回路基板１３０は、アンテナ４０を形成するための金属トレースの１つ以上のパターン化した層を含むことができる。例えば、ディレクタ１２６及びラジエータ１２４のダイポールアーム１０２は、基板１００上のストリップ形状の金属トレース（すなわち、金属の平行ストリップ）から形成することができる。アンテナ信号は、金属トレース１０６及び接地板１０４から形成された伝送線１０８などの伝送線経路を使用して、送受信機回路９０とアンテナ４０との間で伝達することができる。アンテナ１２４の一部分１１２では、良好な八木アンテナの動作のために経路１１６を通過する信号に１８０°の位相偏移を与えるために、経路１１４は、経路１１６より長い。アンテナ４０に給電している信号経路の一部分１１０は、伝送線１０８のインピーダンス（例えば、５０オーム）をラジエータ１２４のインピーダンス（例えば、１７０〜１８０オーム）に一致させるのに役立つトランスインピーダンスを形成するために、伝送線１０８内の他のトレース１０６に対して広くすることができる。

接地板１０４の縁部１１８は、ラジエータ１２４のアーム１０２に平行に延びることができ、リフレクタ１３２を形成するのに使用することができる。リフレクタ１３２はまた、ストリップ形状の金属トレース１２０などの任意選択の金属トレース（例えば、プリント回路１３０の別の層内の金属トレース）を含むことができる。金属トレース１２０は、基板１００内のプリント回路基板材料の１つ以上の層を貫通するビア１２２を介して、接地１０４に短絡することができる。

筐体１２（例えば、筐体後壁部１２Ｒ及び／又は筐体側壁１２Ｅ）が金属から形成されている例示的な構成におけるデバイス１０の背面図を、図５に示す。図５の実施例では、デバイス１０は、筐体後壁部１２Ｒ及び／又は側壁筐体壁１２Ｅの部分を互いから分離する、誘電体で充填されたスロット（隙間）１４０を含む。図５の実施例では筐体１２の１つの例示的な端部に２つの細長いスロット１４０があるが、これは単なる例示である。金属筐体１２内に１つの細長いストリップ形状の開口部、金属筐体１２内に２つの細長いストリップ形状の開口部、若しくは金属筐体１２内に３つ以上のストリップ形状の開口部、又は他のパターンのスロット若しくは他の開口部があってもよい。これらのパターンの開口部（例えば、図５のスロット）は、筐体１２の１つの端部又は両方の端部に形成することができる。筐体１２内の隙間及び他の開口部はまた、細長くない形状を有してもよく、直線及び曲線状の縁部の組み合わせを有する形状を有してもよく、矩形のエリアを形成してもよく、円形状のエリアを形成してもよく、又は他の形状を有するエリアを形成してもよい。筐体１２内のこれらの開口部は、筐体１２を形成する金属壁構造体を完全に貫通することができる（例えば、これらの開口部は、筐体壁１２の外面から筐体壁１２の内面に通ることができる）。所望であれば、デバイス１０内の金属筐体はまた、プラスチック又は他の誘電体を有するが金属筐体を完全には貫通しない、浅い溝又は他の領域を含むことができる。

図５の例示的なスロット１４０などの筐体１２を貫通する誘電体で充填されたスロットの部分は、筐体１２の異なる部分を互いから電気的に絶縁することができ、それにより筐体１２のこれらの部分が、セルラー電話帯域、無線ローカルエリアネットワーク帯域、衛星航法システム帯域、７００ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚ及び／又は他の好適な周波数の間の他の帯域用のアンテナ内の導電性構造体（例えば、逆Ｆアンテナ内の共振素子アーム、スロットアンテナの部分、複合アンテナ内の共振素子構造体、アンテナ接地構造体など）として機能することを可能にする。スロット１４０が、誘電体で充填されているため、金属筐体内のこれらのスロット又は他の誘電体の開口部はまた、図４の例示的な八木アンテナ４０などのアンテナ４０用のアンテナ窓として機能することができる。これらなどの八木アンテナは、６０ＧＨｚの周波数、１０〜４００ＧＨｚの周波数などの他の極高周波（ＥＨＦ）（ミリ波周波数と呼ばれることもある）、又は他の好適な動作周波数で動作することができる。

図６は、デバイス１０のそれぞれの角５０に複数のアンテナから形成されたフェーズドアンテナアレイが設けられている、例示的な構成におけるデバイス１０の背面図である。図６の実施例では、それぞれの角は、隣接するアンテナが４５°で分離された方向に配向された放射パターンを有するように、０°、４５°、及び９０°に配向された３つのそれぞれのアンテナ４０から形成されたアレイを有するが、それぞれの角のアンテナアレイは、任意の好適な数のアンテナ（例えば、２つ以上、３つ以上、４つ以上、５つ以上、６つ以上、２つから５つ、３つから５つ、３つから８つ、５つより少ない、１０より少ない、など）を有することができ、これらのアンテナは、任意の好適な角度量（０〜４５°、１０〜３０°、５°より大きい、２５°未満、７５°未満など）で分離することができる。アンテナ４０は、プリント回路基板八木アンテナ及び／又は他の好適なアンテナとすることができる。所望であれば、アンテナ４０を実装するために、パッチアンテナのアレイを使用することができ、又はデバイス１０のそれぞれの角は、パッチアンテナ及びプリント回路基板八木アンテナの両方を含むことができる。デバイス１０用のアンテナ４０を形成するのに他の種類のアンテナ（例えば、ダイポールなど）が使用される構成もまた、使用することができる。

図５の誘電体で充填されたスロット１４０などの筐体１２内の誘電体で充填された隙間は、図６のアンテナ４０用のアンテナ窓として機能することができる。動作状態（例えば、外部オブジェクトによるアンテナの遮断、外部の送受信機に向かう又は離れるデバイスの向き、など）に依存して、デバイス１０内の制御回路は、適切なアンテナ４０を選択して使用状態に切換えることができる。一例として、図６の３つのアンテナのアレイ（又は別の好適な数のアンテナを有するアンテナアレイ）のうちの１つが、良好な性能を呈する場合、他の３つのアンテナのアレイは、オフにすることができ、良好な性能を呈しているアンテナアレイを使用状態に切換えることができる。このように動作したら、更に性能を最適化するように、アレイを用いてビームステアリング動作を実行することができる。別の例として、アンテナ４０のうちの１つ（例えば、外部の無線装置に向かって向けられているアンテナ）を使用状態に切換えることにより、無線性能を最適化することができることを判定することができる。別の可能性がある構成では、デバイス１０の第１の角からの第１のアンテナ４０、及びデバイス１０の第２の角からの第２のアンテナ４０を使用することができる（例えば、ＭＩＭＯ方式で）。所望であれば、アンテナ４０を使用して、他の動作を実行することができる。

図７、図８、及び図９は、プリント回路１３０上のディレクタ１２６用に使用することができる例示的な構成を示す、アンテナ４０の側断面図である。

図７の実施例では、アンテナ４０は、ラジエータ１２４のアーム１０２に平行に（すなわち、図７の向きで紙面に向かって）走るリフレクタ縁部１１８を有する接地板１０４から形成されたリフレクタを有する。アーム１０２は、ビア１４４などのトレースを使用して、トレース１０６から形成された信号経路に結合することができる。プリント回路基板１３０のプリント回路基板１００は、表面１４２などの表面を有することができる。ディレクタ１２６は、ラジエータ１０２とは異なる水平距離で、表面１４２上に搭載することができる。ラジエータ１０２は、リフレクタ１３２とディレクタ１２６との間の表面１４２上に搭載することができる。この種類の平面配置（すなわち、リフレクタ１３２、ラジエータ１２４、及びディレクタ１２４が共通の平面内に位置する配置）を使用して、アンテナ４０用の放射パターンを、水平に配向することができる（例えば、アンテナ４０から送信された信号は、図７の水平な方向１２８に伝搬することができ、入射する信号は、逆の水平な方向に受信することができる）。

図８は、基板１００が複数の誘電体層（例えば、ガラス繊維充填エポキシの複数の層などのプリント回路基板材料の複数の層）を有することができる様子を示す。この種類の配置では、ディレクタ１２６は、基板１００の層内に埋め込むことができる（例えば、異なるディレクタ１２６を、異なるそれぞれの基板層の対の間に形成することができる）。図８のディレクタ１２６は、互いの上に位置合わせされ、ラジエータ１２４のアーム１０２及びリフレクタ１３２内の接地層１０４の反射面１４６と整列して、プリント回路１３０を通って垂直に延びる。結果として、アンテナ４０に関連付けられた放射パターンは、垂直である（例えば、プリント回路基板１３０及び基板１００の下側表面法線ｎと平行な図８の方向１２８を参照）。

図９の例示的な構成では、ディレクタ１２６は、基板１００内の複数の誘電体層内に埋め込まれており、リフレクタ１３２の縁部１１８及びラジエータ１２４のアーム１０２と斜めに整列した、斜めの向きを有する。この構成では、アンテナ４０は、斜めに配向された放射パターンを呈する（例えば、斜めの方向１２８を参照）。

一般的に、アンテナ４０は、図７、図８、及び図９に示す種類のレイアウトを有することができ、及び／又は他の好適なレイアウトを有することができる。それぞれのアンテナ４０は、レイアウトが異なることができ、又はアンテナ４０の一部若しくはすべては、同じレイアウトを有することができる。アンテナ４０は、１つ以上の共通のプリント回路基板上に形成することができ、又はそれぞれのアンテナ４０は、別個のプリント回路基板上に形成することができる。

アンテナ４０は、それらが、金属筐体内の誘電体で充填された開口部（たとえ図５の隙間１４０を参照）を介して、又はデバイス１０に関連付けられた他の誘電体構造体を介して信号を放射し受信するように、搭載することができる。図１０の例示的なデバイス１０の末端部分の側断面図に示すように、例えば、アンテナ４０は、ディレクタ１２６、ラジエータ１２４のアーム１０２、及びリフレクタ１３２の縁部１１８を斜めに整列させることにより形成された、斜めの放射パターンを有することができる。この種類のアンテナは、放射パターン１２８が筐体１２内のアンテナ窓構造体と位置合わせされた、デバイス１０の内部の位置に搭載することができる。図１０に示すように、例えば、放射パターン１２８は、誘電体で充填されたスロット１４０（図５）と位置合わせすることができる。動作中に、スロット１４０を介してアンテナ４０により、無線信号１５０を送受信することができる。

所望であれば、ディレクタ１２６は、電子デバイス用金属筐体内のスロット若しくは他の開口部内のプラスチック又は他の誘電体内に埋め込むことができる。一例として、図１１の配置を考える。図１１の実施例では、アンテナ４０は、リフレクタ１３２、ラジエータ１２４、及びディレクタ１２６を有する八木アンテナである。図１１に示すように、アンテナ４０用の１つ以上のディレクタは、筐体１２（例えば、金属筐体）内のスロット１４０若しくは他の誘電体で充填された開口部内のプラスチック又は他の誘電体により支持することができる。図１１の実施例では、ディレクタ１２６’’は、スロット１４０内の誘電体内に埋め込まれている。所望であれば、ディレクタは、スロット１４０内の誘電体の内面上の金属トレースから形成することができる（例えば、例示的なディレクタ１２６’を参照）。複数のディレクタが金属筐体１２内の開口部内の誘電体内に埋め込まれている、及び／又は１つより多いディレクタが金属筐体１２内の開口部内の誘電体の表面上に支持されている構成もまた、使用することができる。図１１の配置は、単なる例示に過ぎない。ディレクタ１２６’及び１２６’’などのディレクタは、金属部材（例えば、機械加工した金属のストリップ）、パターン化した金属箔、レーザーパターニング若しくは他のパターニング技術を使用して付着しパターン化した金属トレース、ワイヤ、又は他の導電性構造体から機械加工することができる。

一実施形態によれば、金属筐体と、金属筐体内の誘電体で充填されたスロットと、誘電体で充填されたスロットと位置合わせされた放射パターンを有するプリント回路基板アンテナと、プリント回路基板アンテナを使用して誘電体で充填されたスロットを介してミリ波信号を送受信するミリ波送受信機回路と、を含む、電子デバイスが提供される。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、八木アンテナを含む。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、ラジエータ、及び少なくとも１つのディレクタを含む。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、リフレクタを含む。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタを有する八木アンテナを含む。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、表面を有するプリント回路基板を有し、ディレクタは、表面上の金属の平行ストリップから形成される。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、複数の誘電体層を有するプリント回路基板を有し、ディレクタは、複数の誘電体層内に埋め込まれている。

別の実施形態によれば、ラジエータは、アームを有し、ラジエータのアーム、及びディレクタは、放射パターンが垂直に及びプリント回路基板の表面法線に平行に延びるように、垂直に整列しており、リフレクタは、ラジエータのアームに重ね合わさるプリント回路基板上の金属の層を含む。

別の実施形態によれば、ラジエータは、アームを有し、ラジエータのアーム、及びディレクタは、放射パターンがプリント回路基板の表面法線に対して斜めに延びるように、斜めに整列しており、リフレクタは、ラジエータのアーム及びディレクタと斜めに整列しているリフレクタ縁部を有する金属の層を含む。

別の実施形態によれば、ミリ波送受信機回路は、プリント回路基板アンテナを使用して６０ＧＨｚのミリ波信号を送受信するように構成され、プリント回路基板アンテナは、リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタを有する八木アンテナを含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、誘電体で充填されたスロット上のディレクタを含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、誘電体で充填されたスロット内に埋め込まれたディレクタを含み、プリント回路基板アンテナは、リフレクタ及びラジエータ並びに誘電体で充填されたスロット内に埋め込まれたディレクタと位置合わせされた少なくとも１つの追加のディレクタを有する、八木アンテナを含む。

一実施形態によれば、誘電体で充填された開口部を有する金属構造体と、誘電体で充填された開口部を介して無線信号を送受信する、誘電体で充填された開口部と位置合わせされたプリント回路基板アンテナのアレイを有する少なくとも１つのフェーズドアンテナアレイと、を含む装置が提供され、プリント回路基板アンテナのそれぞれは、リフレクタ、ラジエータ、及び少なくとも１つのディレクタを形成するように構成された金属トレースを有するプリント回路基板から形成される。

別の実施形態によれば、装置は、ディスプレイを含み、金属構造体は、内部にディスプレイが搭載される電子デバイス用筐体を含む。

別の実施形態によれば、プリント回路基板アンテナは、ミリ波八木アンテナを含み、少なくとも１つのフェーズドアンテナアレイは、金属構造体内の誘電体で充填された開口部の対応する部分と位置合わせされた対応するプリント回路基板アンテナのアレイをそれぞれ有する、複数のフェーズドアンテナアレイを含み、電子デバイス用筐体は、４つの角を有し、複数のフェーズドアンテナアレイは、４つの角のそれぞれに対応するフェーズドアンテナアレイを含む。

一実施形態によれば、筐体と、筐体内の誘電体と、無線送受信機回路と、プリント回路基板八木アンテナと、を含む、電子デバイスが提供され、無線送受信機回路は、プリント回路基板八木アンテナを用いて誘電体を介して無線信号を送信する。

別の実施形態によれば、無線送受信機回路は、ミリ波送受信機回路を含み、ミリ波送受信機回路は、プリント回路基板八木アンテナを用いて６０ＧＨｚの無線信号を受信する。

別の実施形態によれば、筐体は、金属筐体を含み、誘電体は、金属筐体内の少なくとも１つのプラスチックで充填されたスロットを含む。

別の実施形態によれば、金属筐体は、角を有し、プリント回路基板八木アンテナは、角に配置される。

別の実施形態によれば、プリント回路基板八木アンテナのそれぞれは、複数の層を有するプリント回路基板を含み、異なるそれぞれの層の対の間に埋め込まれた金属のストリップから形成されたディレクタを含む。

上述の内容は単なる例示に過ぎず、説明された実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者によって様々な修正を行うことができる。前述の実施形態は、個々に又は任意の組み合わせで実装することができる。

Claims (20)

1. 電子デバイスであって、
   金属筐体と、
   前記金属筐体内の誘電体で充填されたスロットと、
   前記誘電体で充填されたスロットと位置合わせされた放射パターンを有するプリント回路基板アンテナと、
   前記プリント回路基板アンテナを使用して前記誘電体で充填されたスロットを介してミリ波信号を送受信する、ミリ波送受信機回路と、
   を備える電子デバイス。
2. 前記プリント回路基板アンテナが、八木アンテナを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記プリント回路基板アンテナが、ラジエータ及び少なくとも１つのディレクタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
4. 前記プリント回路基板アンテナが、リフレクタを含む、請求項３に記載の電子デバイス。
5. 前記プリント回路基板アンテナが、リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタを有する八木アンテナを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
6. 前記プリント回路基板アンテナが、表面を有するプリント回路基板を有し、前記ディレクタが、前記表面上の金属の平行ストリップから形成された、請求項５に記載の電子デバイス。
7. 前記プリント回路基板アンテナが、複数の誘電体層を有するプリント回路基板を有し、前記ディレクタが、前記複数の誘電体層内に埋め込まれた、請求項５に記載の電子デバイス。
8. 前記ラジエータが、アームを有し、前記ラジエータの前記アーム、及び前記ディレクタは、前記放射パターンが垂直に及び前記プリント回路基板の表面法線に平行に延びるように、垂直に整列しており、前記リフレクタが、前記ラジエータの前記アームに重ね合わさる前記プリント回路基板上の金属の層を含む、請求項７に記載の電子デバイス。
9. 前記ラジエータが、アームを有し、前記ラジエータの前記アーム、及び前記ディレクタは、前記放射パターンが前記プリント回路基板の表面法線に対して斜めに延びるように、斜めに整列しており、前記リフレクタが、前記ラジエータの前記アーム及び前記ディレクタと斜めに整列しているリフレクタ縁部を有する金属の層を含む、請求項７に記載の電子デバイス。
10. 前記ミリ波送受信機回路が、前記プリント回路基板アンテナを使用して６０ＧＨｚのミリ波信号を送受信するように構成され、前記プリント回路基板アンテナが、リフレクタ、ラジエータ、及びディレクタを有する八木アンテナを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
11. 前記誘電体で充填されたスロット上のディレクタを更に備える、請求項１に記載の電子デバイス。
12. 前記誘電体で充填されたスロット内に埋め込まれたディレクタを更に備え、前記プリント回路基板アンテナが、リフレクタ及びラジエータ並びに前記誘電体で充填されたスロット内に埋め込まれた前記ディレクタと位置合わせされた少なくとも１つの追加のディレクタを有する、八木アンテナを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
13. 装置であって、
    誘電体で充填された開口部を有する金属構造体と、
    前記誘電体で充填された開口部を介して無線信号を送受信する、前記誘電体で充填された開口部と位置合わせされたプリント回路基板アンテナのアレイを有する少なくとも１つのフェーズドアンテナアレイと、
    を備え、前記プリント回路基板アンテナのそれぞれは、リフレクタ、ラジエータ、及び少なくとも１つのディレクタを形成するように構成された金属トレースを有するプリント回路基板から形成された、装置。
14. ディスプレイを更に備え、前記金属構造体が、内部に前記ディスプレイが搭載される電子デバイス用筐体を含む、請求項１３に記載の装置。
15. 前記プリント回路基板アンテナが、ミリ波八木アンテナを含み、前記少なくとも１つのフェーズドアンテナアレイが、前記金属構造体内の前記誘電体で充填された開口部の対応する部分と位置合わせされた対応するプリント回路基板アンテナのアレイをそれぞれ有する、複数のフェーズドアンテナアレイを含み、前記電子デバイス用筐体が、４つの角を有し、前記複数のフェーズドアンテナアレイは、前記４つの角のそれぞれに対応するフェーズドアンテナアレイを含む、請求項１４に記載の装置。
16. 電子デバイスであって、
    筐体と、
    前記筐体内の誘電体と、
    無線送受信機回路と、
    プリント回路基板八木アンテナと、
    を備え、前記無線送受信機回路は、前記プリント回路基板八木アンテナを用いて前記誘電体を介して無線信号を送信する、電子デバイス。
17. 前記無線送受信機回路が、ミリ波送受信機回路を含み、前記ミリ波送受信機回路は、前記プリント回路基板八木アンテナを用いて６０ＧＨｚの無線信号を受信する、請求項１６に記載の電子デバイス。
18. 前記筐体が、金属筐体を含み、前記誘電体が、前記金属筐体内の少なくとも１つのプラスチックで充填されたスロットを含む、請求項１７に記載の電子デバイス。
19. 前記金属筐体が、角を有し、前記プリント回路基板八木アンテナが、前記角に配置された、請求項１８に記載の電子デバイス。
20. 前記プリント回路基板八木アンテナのそれぞれが、複数の層を有するプリント回路基板を含み、異なるそれぞれの前記層の対の間に埋め込まれた金属のストリップから形成されたディレクタを含む、請求項１９に記載の電子デバイス。

Images