JP3213151U - 電子デバイス用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】無線電子デバイスのための改良された無線通信回路を提供する。【解決手段】腕時計などの電子デバイス１０は、金属側壁などの金属部分を有する筐体１２を有する。筐体１２は、アンテナ用のアンテナ接地を形成する。アンテナ用のアンテナ共振素子は、デバイスの前面のディスプレイ層、タッチセンサ層、及び近距離通信アンテナ層などの、容量結合された構成要素層の積層体から形成する。追加のアンテナは、デバイスの周囲縁部に沿って延びる周囲共振素子及びアンテナ接地から形成する。背面アンテナは、無線電力受信コイルを高周波アンテナ共振素子として使用して形成する、又は光ベースの構成要素用のプラスチック支持体上の金属アンテナトレースから形成する。【選択図】図１

Description

本出願は、２０１６年８月１１日に出願された米国特許出願第１５／２３４，９０７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用のアンテナに関する。

電子デバイスは、多くの場合、無線通信機能を備えている。小型フォームファクタの無線機器に対する消費者の要求を満たすために、メーカーは小型の構造体を使用したアンテナ構成要素などの無線通信回路を実現するべく努力を続けている。同時に、増大する数の通信帯域をカバーする無線機器が望まれている。

アンテナは、互いに及び無線機器内の構成要素と干渉する可能性を有するため、アンテナを電子デバイスに組み込む際には注意を払わなければならない。更には、機器内のアンテナ及び無線回路が動作周波数の範囲全体にわたって十分良好な性能を発揮することを保証するために、注意を払う必要がある。

したがって、無線電子デバイスのための改良された無線通信回路を提供できることが望ましいであろう。

腕時計などの電子デバイスは、金属側壁などの金属部分を有する筐体を有する場合がある。デバイスの前面にディスプレイを搭載することができる。発光ダイオード及び検出器などの光ベースの構成要素を、デバイスの背面に搭載することができる。

筐体はアンテナ接地を形成することができる。アンテナ接地及びアンテナ共振素子は、デバイスの前面にアンテナを形成するのに使用することができる。アンテナ共振素子は、デバイスの前面にて容量結合された構成要素層の積層体から形成することができる。構成要素層の積層体は、ディスプレイ層、タッチセンサ層、及び近距離通信アンテナ層を含むことができる。

周囲アンテナは、デバイスの周囲縁部に沿って延びる周囲共振素子及びアンテナ接地から形成することができる。周囲アンテナは、無線ローカルエリアネットワーク信号を処理するために使用することができる。

背面アンテナは、無線電力受信コイルを携帯電話信号用の高周波アンテナ共振素子として使用することにより形成することができる、又は光ベースの構成要素用のプラスチック支持体上の金属アンテナトレースから形成することができる。

携帯電話信号は、前面及び背面のアンテナを使用して送受信することができる。９６０ＭＨｚを上回る周波数の信号は、前面アンテナを使用して処理することができ、７００〜９６０ＭＨｚの信号は、背面アンテナを使用して処理することができる、又はこれらのアンテナは、他の周波数の信号を処理するために使用することができる。

一実施形態に係る、例示的な電子デバイスの前面斜視図である。 一実施形態に係る、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、例示的なモノポールアンテナの模式図である。 一実施形態に係る、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、例示的な電子デバイス内の容量結合された構成要素の例示的な層の背面斜視図である。 一実施形態に係る、電子デバイス用アンテナを形成するのに使用することができる構成要素の側断面図である。 一実施形態に係る、アンテナフィード端子を図６の構成要素に結合するのに使用することができる部分を有する、例示的なシールド缶の斜視図である。 一実施形態に係る、正極アンテナフィード端子を図７のシールド缶に結合するのに使用することができる例示的なばね指の組の斜視図である。 一実施形態に係る、アンテナを形成することができる構造体を有する電子デバイスの背面部分の側断面図である。 一実施形態に係る、携帯電話アンテナとして使用することができる種類の例示的な無線電力コイルの回路図である。 一実施形態に係る、携帯電話アンテナとして使用される無線電力コイルを有する電子デバイス用の例示的な無線回路の斜視図である。 一実施形態に係る、電子デバイスのアンテナ用のアンテナキャリアとして使用することができる種類の例示的な支持構造体の斜視図である。 一実施形態に係る、デバイスの周囲縁部に沿って延びる周囲アンテナを有する例示的な電子デバイスの平面図である。 一実施形態に係る、図１３のアンテナ用の例示的なアンテナ共振素子の斜視図である。 一実施形態に係る、高周波送受信機回路に結合された図１４に示す種類のアンテナ共振素子を有する例示的なアンテナの斜視図である。 一実施形態に係る、図１５のアンテナ用の例示的な動作モードを示す表である。

図１の電子デバイス１０などの電子デバイスは、無線回路を備えることができる。無線回路は、アンテナを含むことができる。携帯電話アンテナ並びに無線ローカルエリアネットワーク及び衛星航法システムアンテナなどのアンテナは、ディスプレイ、タッチセンサ、近距離通信アンテナ、無線電力コイル、周囲アンテナ共振素子、及び機器筐体構造体などの電気構成要素から形成することができる。

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、携帯電話、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の例示的な構成では、デバイス１０は、腕時計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の実施例は、単なる例示に過ぎない。

図１の実施例では、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。ディスプレイ１４は、筐体１２などの筐体内に搭載されている。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、など）を使用して形成してもよい。筐体１２は、金属側壁又は他の材料から形成された側壁を有することができる。

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、音響式タッチセンサ構成要素、力ベースタッチセンサ構成要素、光ベースタッチ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のアレイ、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を含み得る。

ディスプレイ１４は、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。ディスプレイカバー層は、ガラス、プラスチック、サファイア、若しくは他の結晶性誘電材料などの透明材料、セラミック、又は他のクリアな材料から形成することができる。

所望であれば、デバイス１０は、ストラップ１６などのストラップに連結することができる。ストラップ１６は、デバイス１０をユーザの手首に保持するために使用することができる（一例として）。デバイス１０に関して、ストラップを含まない構成もまた、使用することができる。

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に示すように、デバイス１０は、記憶及び処理回路２８などの制御回路を含み得る。記憶及び処理回路２８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２８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、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２８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２８が使用される場合がある。記憶及び処理回路２８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）プロトコルなどのその他の近距離無線通信リンク用プロトコル、携帯電話プロトコル、ＭＩＭＯプロトコル、アンテナダイバーシティプロトコルなどが挙げられる。

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３２としては、タッチスクリーン、タッチセンサ機能を持たないディスプレイ、ボタン、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、ボタン、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、発光ダイオード、動きセンサ（加速度計）、容量センサ、近接センサ、磁気センサ、力センサ（例えば、ディスプレイに加えられた圧力を検出するためにディスプレイに結合された力センサ）などを挙げることができる。

入出力回路４４は、無線回路３４を含んでもよい。無線回路３４は、無線電力アダプタから無線で送信される電力を受信するためのコイル５０及び無線電力受信機４８を含むことができる。無線通信をサポートするために、無線回路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、アンテナ４０などの１つ以上のアンテナ、伝送路、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（ＩＥＥＥ８０２．１１）通信用の２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚ帯域、並びに２．４ＧＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ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、１４００ＭＨｚ若しくは１５００ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの中間帯域（例えば、１７００ＭＨｚにピークを有する中間帯域）、及び２１７０若しくは２３００〜２７００ＭＨｚの高帯域（例えば、２４００ＭＨｚにピークを有する高帯域）、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、携帯電話送受信機回路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。所望であれば、無線通信回路３４は、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、６０ＧＨｚの送受信機回路、テレビ及びラジオの信号を受信するための回路、ページングシステム用送受信機、近距離通信（near field communications）（ＮＦＣ）送受信機回路４６（例えば、１３．５６ＭＨｚ又は他の好適な周波数で動作するＮＦＣ送受信機）などを含むことができる。無線回路３４は、１５７５ＭＨｚのＧＰＳ信号を受信するため、又は他の衛星測位データを処理するための全地球測位システム（global positioning system）（ＧＰＳ）送受信機回路４２などの衛星航法システム回路を含むことができる。ＷｉＦｉリンク及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ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。携帯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。

無線回路３４は、アンテナ４０を含むことができる。任意の好適な種類のアンテナを使用してアンテナ４０を形成することができる。例えば、アンテナ４０としては、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、モノポールアンテナ、ダイポール、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挙げることができる。異なる帯域及び帯域の組み合わせにそれぞれ異なる種類のアンテナを使用することもできる。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。いくつかの構成では、携帯電話送受信機回路３８用の異なる帯域を処理するのに、異なるアンテナを使用することができる。例えば、第１のアンテナは、送受信機回路３８用の７００〜９６０ＭＨｚの低帯域を処理することができ、第２のアンテナは、衛星航法システムの周波数及び送受信機回路３８用の９６０ＭＨｚを上回る周波数の携帯電話通信を処理することができる。

小型の電子デバイスでは、スペースは貴重である。したがって、アンテナとして他には使用されず、かつ追加のデバイス機能をサポートする電気構成要素の部分を使用してデバイス１０内のアンテナを実装することが望ましい場合がある。一例として、デバイス１０内にかさばるアンテナ構造体を組み込む必要なしに、ディスプレイ１４及び／又は他の電気構成要素（例えば、タッチセンサ、近距離通信ループアンテナなど）が携帯周波数及び／又は他の周波数用のアンテナとして機能することができるように、アンテナ電流をディスプレイ１４などの構成要素内に誘導することが望ましい場合がある。別の例として、（一般的に、携帯電話周波数の下端の７００ＭＨｚを下回るｋＨｚ〜ＭＨｚの範囲内の周波数の）無線電力信号を受信するコイル５０などの構成要素もまた、（例えば、７００〜９６０ＭＨｚ又は他の好適な周波数の）携帯電話伝送を処理するのに使用することができる。筐体１２の周囲に沿って延びるアンテナ共振素子などの導電性周囲構造体もまた、（例えば、無線ローカルエリアネットワーク用アンテナなどを形成するために）アンテナ４０を形成するのに使用することができる。

図３は、どのようにデバイス１０用のアンテナを筐体１２から形成された空洞内に形成することができるかを示す、デバイス１０の簡易化した側断面図である。図３のアンテナ４０Ｆは、フィード１００などのアンテナフィードに結合された共振素子１０２などのアンテナ共振素子を有することができる。フィード１００は、正極アンテナフィード端子１０４などの正極アンテナフィード端子、及び接地アンテナフィード端子１０６などの接地アンテナフィード端子を有することができる。正極アンテナフィード端子１０４は、アンテナ共振素子１０２に結合することができる。接地アンテナフィード端子１０６は、接地に（例えば、図３の実施例のアンテナキャビティを形成するために、筐体１２の金属側壁部分及びプリント回路構造体などの素子１０２の周囲の他の導電性構造体に）結合することができる。フィード１００は、同軸ケーブル又はフレキシブルプリント回路の伝送路などの伝送路により、送受信機回路９０に結合することができる。共振素子１０２は、モノポールアンテナ共振素子又は他の好適なアンテナ共振素子とすることができる（例えば、アンテナ４０Ｆは、キャビティ付きモノポールアンテナとすることができる）。

図３の例示的な構成に示すように、アンテナ共振素子１０２の先端１１０などのアンテナ共振素子１０２の一部分は、誘導経路１０８（例えば、フレキシブルプリント回路上の金属トレース又は他の好適な信号経路から形成された経路）により接地（例えば、筐体１２）に結合することができる。アンテナ４０Ｆは、携帯電話帯域及び他の帯域（例えば、７００ＭＨｚを上回る帯域、９６０ＭＨｚを上回る帯域など）、又は他の好適な周波数帯域内の高周波信号を送受信するために使用することができる。追加のアンテナもまた、これらの周波数帯域及び／又は他の周波数帯域を処理するためにデバイス１０内に設けることができる。図３のアンテナ４０Ｆの構成は、単なる例示である。

図４は、図１のデバイス１０などの例示的な電子デバイスの側断面図である。図４の例示的な構成では、アンテナ４０Ｆのアンテナ共振素子１０２は、ディスプレイ１４のディスプレイカバー層１２０の下の容量結合された電気構成要素の積層体から形成されている。デバイス１０は、アンテナ４０Ｆ用のアンテナ接地として機能する筐体１２などの筐体（例えば、金属側壁及び／又は他の金属部分を有する筐体）を有することができる。アンテナ４０Ｆ用のアンテナ共振素子１０２を形成するのに使用されるディスプレイカバー層１２０の下の構成要素は、平面形状（例えば、矩形平面形状、円形平面形状など）を有することができ、アンテナ電流を搬送する金属及び／又は他の導電材料から形成された導電性構造体を含むことができる。図４のこれらの構成要素の薄い平面形状及び積層された構成は、これらがアンテナ共振素子１０２を形成するように高周波で一体に動作することができるように、これらの構成要素を互いに容量結合する。

アンテナ共振素子１０２を形成する構成要素としては、例えば、タッチセンサ１２２、ディスプレイパネル１２４（ディスプレイ、ディスプレイ層、又は画素アレイと呼ばれることもある）、及び近距離通信アンテナ１２６などの平面構成要素を挙げることができ、近距離通信回路１２８を含むことができる。タッチセンサ１２２は静電容量式タッチセンサとすることができ、透明な容量性タッチセンサ電極（例えば、インジウムスズ酸化物電極）を有するポリイミド基板又は他の可撓性ポリマー層から形成することができる。ディスプレイパネル１２４は、有機発光ダイオードディスプレイ層又は他の好適なディスプレイ層とすることができる。近距離通信アンテナ１２６は、磁気シールド材料（例えば、フェライト層又は他の磁気シールド層）を含み、近距離通信用ループ１４０などの金属トレースのループを含む、可撓性層から形成することができる。アンテナ４０Ｆは、アンテナフィード１００を使用して給電することができる。フィード１００は、アンテナ共振素子１０２に（例えば、近距離通信回路１２８又は図４の積層された構成要素の他の部分に）結合された、端子１０４などの正極端子を有することができる。フィード１００は、デバイス１０内のアンテナ接地（例えば、金属筐体１２）に結合された端子１０６などの接地端子を有することができる。

近距離通信回路１２８は、プリント回路１５０などのプリント回路基板、プリント回路１５０に搭載された近距離通信送受信機回路４６及び他の電気構成要素（構成要素１５２）、並びに構成要素１５２に重ね合わさってシールドする金属シールド缶１５４を含むことができる。

誘導経路１０８は、近距離通信回路１２８とプリント回路１３０との間に延びる金属トレースを有するフレキシブルプリント回路から形成することができる。経路１０８の一端で、経路１０８は、（例えば、ゼロ挿入力コネクタ又は他の結合機構を使用して）近距離通信回路１２８のプリント回路１３２に結合することができる。経路１０８の対向する端部で、経路１０８は、プリント回路１３２及びプリント回路１３２上のシステム・イン・パッケージ回路１３４（例えば、図２の回路２８及び／又は回路４４を参照）に結合することができる。経路１０８は、図３に関連して説明したようにアンテナ４０Ｆの一部として機能することができ、またシステム・イン・パッケージ回路１３４及びプリント回路１３２上の他の回路とディスプレイカバー層１２０の下の構成要素の積層体（例えば、タッチセンサ層１２２、ディスプレイ層１２４、及び近距離通信アンテナ層１２６）及び近距離通信回路１２８との間で、データ及び制御信号を搬送することができる。

金属ねじ１６０などの導電性構造体は、（例えば、経路１０８を筐体１２に結合することができるように）プリント回路１３２内の信号トレースを接地に結合するために使用することができる。振動器１５６（例えば、ユーザに警報を提供するために制御回路２８が制御することができる電磁アクチュエータ）及びバッテリ１５８（例えば、無線電力受信機４８及びコイル５０を使用して無線で充電されるバッテリ）などの構成要素は、（図４の例示的な配置で筐体１２として示す）デバイス１２の後部と構成要素１２２、１２４、及び１２６などの構成要素との間に介挿することができる。

ディスプレイカバー層１２０の下に積層することができ、アンテナ４０Ｆのアンテナ共振素子１０４を形成することができる、例示的な電気構成要素の背面斜視図を図５に示す。図５に示すように、構成要素の積層体１６８は、タッチセンサ層１２２、ディスプレイ層１２４、及び近距離通信アンテナ層１２６を含むことができる。層１２２、層１２４、及び層１２６は、互いの隣に積層され、したがって、互いに容量結合している。これにより、層１２２、１２４、及び１２６が高周波で（例えば、携帯電話周波数で）アンテナ共振素子として一体に動作することが可能になる。層１２２、層１２４、及び層１２６は、コネクタ１６２を使用してデバイス１０内の他の構成要素と相互接続することができる。コネクタ１６２は、層１２６の下面上に、層１２２の尾部１２２Ｔ上に、層１２４の尾部１２４Ｔ上に、及び／又は他の好適な構造体上に搭載することができる。近距離通信回路１２８並びにタッチセンサ処理回路１６４及びディスプレイドライバ回路１６６などの追加の回路は、近距離通信アンテナ層１２６の下面上に搭載することができる（一例として）。所望であれば、他の種類の構成要素を、積層体１６８内に搭載することができる。例えば、力センサ層を積層体１６８内に含めることができる。別の例として、これらの層の２つ以上の機能を、統合することができる。例えば、静電容量式タッチセンサ用の容量性タッチセンサ電極は、有機発光ダイオードディスプレイ層１２４上の金属トレースから形成することができ、別個のタッチセンサ層１２２は省略することができる。近距離通信アンテナ層１２６もまた、省略することができる（例えば、近距離通信回路のないデバイス１０用の構成において、及び／又は近距離通信アンテナが筐体１２の異なる部分に配置されるデバイス１０用の構成において）。図５の電気構成要素積層体１６８の構成は、例示である。

図６は、近距離通信アンテナ層１２６の一部分及び関連付けられた近距離通信回路１２８の側断面図である。図６に示すように、近距離通信回路１２８は、トレース１４０などの近距離通信アンテナループに結合された回路１７０などの回路（例えば、図２の近距離通信送受信機回路４６を参照）を含むことができる。デバイス１０の近距離通信アンテナ内に任意の好適な数のループ形状のトレース１４０があってよい（例えば、２〜４０個のループ、５個より多いループ、３０個より少ないループなど）。信号経路１７２（例えば、層１２６及び１５０内の金属トレース）は、回路１７０をトレース１４０に結合するのに、及びシールド缶１５４用の接地を形成するのに使用することができる。回路１７０、及び回路１７４などの追加の回路は、シールド缶１５４の下に収容することができる。フレキシブルプリント回路１０８は、コネクタ１０８Ｃを使用してプリント回路１３２に結合することができる。

シールド缶１５４は金属から形成することができ、アンテナフィード端子１０４として機能する、部分１５４Ｃなどのタブ、クリップ、又は他の突起部分を有することができる。缶１５４の一部分１５４Ｃは、クリップ１７６内の金属プロング１７６Ｐなどの可撓性ばね指の間に受容することができる。クリップ１７６は、アンテナ信号をシールド缶１５４にクリップ１７６を介して供給することができるように、フレキシブルプリント回路の伝送路上の正極信号経路、又は送受信機回路９０に結合された他の好適な信号経路に結合することができる。

一部分１５４Ｃが金属の細片（例えば、缶１５４の一部分及び／又はシールド缶１５４に接合された追加の金属の細片）から形成されている例示的な構成におけるシールド缶１５４の背面斜視図。一部分１５４Ｃは、一部分１５４Ｃのコーティングされた表面がプロング１７６Ｐの間に受容されたときに一部分１５４Ｃとクリップ１７６のプロング１７６Ｐとの間の良好なオーム接触を促進するために、コーティング１７８などのコーティング（例えば、金、ニッケル、又は他の金属）を有することができる。

クリップ１７６がねじ１８０などの締め具を使用して固定される例示的な構成におけるクリップ１７６の斜視図を、図８に示す。クリップ１７６は、筐体１２のプラスチック支持体又は他の好適な支持構造体上に搭載することができる。フレキシブルプリント回路１８２などのフレキシブルプリント回路内の金属トレースは、正極アンテナフィード信号をクリップ１７６に送信することができる。所望であれば、インピーダンス整合回路及び他の回路を、プリント回路１８２上に搭載することができる。

アンテナ４０Ｆは、デバイス１０の前面を通して動作するのに効果的であり得、したがって、デバイス１０用の前面アンテナの形成と呼ばれることがある。所望であれば、導電性周囲部材を、デバイス１０用のアンテナを形成するのに使用することができ、及び／又は、背面アンテナを、デバイス１０用のアンテナを形成するのに使用することができる。

図９のデバイス１０の後部の側面図を、一例として考えられたい。図９に示す種類の構成では、筐体後壁部１２Ｒは、プラスチック、ガラス、又は他の誘電体などの材料から形成することができ、後部壁１２Ｒが筐体１２の他の部分（例えば、金属側壁などの金属筐体部分など）内に受容されるのを可能にする円形状又は他の形状を有することができる。コイル５０は、導電ワイヤのループ、プリント回路上の金属トレースのループ、又は導電信号経路の他のループから形成することができる。筐体後壁部１２Ｒは、デバイス１０がユーザにより着用されるとユーザの身体（例えば、手首１８０）に載る曲線状の外面を有することができる。所望であれば、後部壁１２Ｒは、ウィンドウ１８４などの１つ以上の透明なウィンドウを有する開口部を有することができる。光ベースの構成要素１８２は、ウィンドウ１８４などのウィンドウに位置合わせして搭載することができる。構成要素１８２は、発光ダイオード（例えば、赤外発光ダイオード、可視光発光ダイオードなど）を含むことができ、光検出器（例えば、発光ダイオードにより放射されて手首１８０から反射した後の光を検出するための検出器）を含むことができる。これらなどの構成により、光ベースの構成要素１８２をユーザの生理学的パラメータ（心拍数、血液中酸素濃度など）のモニタリングに使用することを可能にすることができる。

コイル５０内の信号経路、及び／又は構成要素１８２に関連付けられたプラスチックキャリア上の金属アンテナトレース若しくはデバイス１０内の他の構造体などの後部壁１２Ｒに隣接する他の金属構造体は、デバイス１０用の背面アンテナ（アンテナ４０Ｒ）を形成するのに使用することができる。動作中に、アンテナ４０Ｒは、背面１２Ｒ及び手首１８０の表面に垂直に向いた電界を有する高周波信号を送信及び／又は受信することができる。これらの信号はクリーピング波と呼ばれることがあり、手首１８０の存在があってもアンテナ４０Ｒが効率的に動作することを可能にすることができる。

図１０は、高周波送受信機回路９０がコイル４８を背面アンテナ４０Ｒとして高周波（例えば、携帯電話周波数）で使用することを可能にするために、デバイス１０内に使用することができる、例示的な回路の回路図である。無線電力を受信するとき、コイル５０は、無線電力アダプタ又は他の無線電力送信デバイスから送信された、無線で送信された交流信号を受信することができる。無線電力受信機４８は、デバイス１０用の直流電力を生成するために、受信した交流無線電力信号を整流する整流器回路を有することができる。整合回路１９０は、高周波送受信機回路９０をコイル５０に結合するために使用することができる。高周波送受信機回路９０は、７００ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの周波数（例えば、低い携帯電話通信帯域）、又は他の好適な周波数（例えば、７００ＭＨｚを上回る周波数など）で動作することができる。これらの周波数で、カップリングコンデンサ１９２は、送信された高周波信号をコイル５０内の導電材料に印加することができるように、かつコイル５０により受信された高周波信号を高周波送受信機９０に伝達することができるように、短絡を形成する。７００ＭＨｚを上回る周波数で、コイル５０内の導電経路は、パッチアンテナ又はモノポールアンテナなどのアンテナを形成することができる（例えば、コイル５０は、これらの周波数でインダクタとして動作しない）。無線電力受信に関連付けられたより低い周波数で（例えば、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数、又は他の好適な周波数で）、コンデンサ１９２は、開回路を形成し、コイル５０のループの周囲に電流フローを誘導する無線電力信号を受信することを可能にする。

図１１は、信号をコイル５０との間で送信するために使用することができる例示的な構造体の斜視図である。図１１の実施例では、コイル５０は、金属トレースのループを有するリング形状のフレキシブルプリント回路を使用して実装されている。フレキシブルプリント回路ケーブル１９４などの信号経路（「コイルフレックス」と呼ばれることもある）は、プリント回路２０２をコイル５０に結合するために使用することができる。プリント回路２０２上の回路２００は、無線電力受信機４８及び無線送受信機回路９０を含むことができる。送受信機９０がコイル５０を低帯域携帯電話アンテナとして使用しているとき、コイル５０は、フィード端子１９６などの正極アンテナフィード端子及び接地アンテナフィード端子１９８などの接地アンテナフィード端子を有するアンテナフィードを使用して、給電することができる。接地アンテナフィード端子１９８は、筐体１２の金属部分などのアンテナ接地に結合することができる（一例として）。無線電力がコイル５０により受信されているとき、コイル５０からの信号は、フレキシブルプリント回路１９４内の金属トレースを介して回路２００内の無線電力受信機４８に送信することができる。

所望であれば、伝送路を有するフレキシブルプリント回路などのアンテナ信号経路（例えば、プリント回路１９４を参照）は、送受信機回路９０をプラスチック支持構造体又は後部筐体１２Ｒに隣接する他の誘電体構造体上の金属トレースに結合するために使用することができる。この種類の構成では、プラスチック支持構造体上の金属トレースは、背面アンテナ４０Ｒ用のアンテナ共振素子として機能することができる。

図１２に示す例示的な一構成で、発光ダイオード１８２Ｅ及び光検出器１８２Ｄなどの光ベースの構成要素１８２は、図１２の支持部材２０６などのトレイ又は他の支持構造体内に搭載することができる。部材２０６は、不透明なプラスチックなどの誘電材料から形成することができる。発光ダイオード１８２Ｅと光検出器１８２Ｄとの間に介挿された支持部材２０６の複数の部分は、発光ダイオード１８２Ｅから放射された内部の迷光が光検出器１８２Ｄに到達するのを防止するのに役立つことができる。部材２０６は、光ベースの構成要素１８４がウィンドウ１８４（図９）などの対応する透明なウィンドウに対して位置合わせされるように、後部筐体構造体１２Ｒ（図９）に隣接して搭載することができる。

プラスチック部材２０６の表面上の金属トレース２０４は、アンテナ４０Ｒ用のアンテナ共振素子（例えば、モノポールアンテナ共振素子、逆Ｆアンテナ共振素子、パッチアンテナ共振素子など）を形成するために使用することができる。金属トレース２０４は、筐体壁構造体１２Ｒに隣接する部材２０６の下面上に形成することができ、又は部材２０６の他の部分上に形成することができる。（例えば、層２０４がモノポールアンテナ共振素子として動作している場合）効率を低下させる可能性がある不要な電流ループを低減するために、層２０４の複数の部分内に（例えば、発光ダイオード１８２Ｅの間の隙間に隣接する層２０４の複数の部分内に）隙間を形成することができる。背面アンテナ４０Ｒが支持部材２０上の金属トレース２０４から形成される構成では、コイル５０は、無線電力信号を受信するために排他的に使用することができる。トレース２０４が省略される構成では、コイル５０は、図１０に関連して説明したように、無線電力信号を受信するために使用することができ、アンテナ４０Ｒを形成するために使用することができる。

前面アンテナ４０Ｆ及び背面アンテナ４０Ｒに加えて、デバイス１０は、図１３の周囲アンテナ４０Ｐなどの１つ以上の周囲アンテナを有することができる。周囲アンテナ４０Ｐは、周囲アンテナ共振素子２２０などの周囲アンテナ共振素子を有することができる。アンテナ共振素子２２０は、デバイス１０の１つ、２つ、又は２つより多い縁部に沿って延びることができる。アンテナ共振素子２２０は、モノポール共振素子とすることができ、又は所望であれば、正極アンテナフィード端子２２２及び接地アンテナフィード端子２２４から形成されたアンテナフィードと並列に素子２２０を接地に短絡させる経路２２６などの復帰経路を有する、逆Ｆアンテナ共振素子とすることができる。所望であれば、例示的な追加の共振素子用導電材料２２８により示すように、素子２２０を、延伸することができ、及び／又は、追加の共振素子を、筐体１２の周囲に沿って形成することができる。所望であれば、回路２３０などの１つ以上の回路（例えば、同調回路、コンデンサ、インダクタ、及び／又は他のアンテナ回路）を、アンテナ共振素子構造体と接地との間に結合することができる。

アンテナ４０Ｐのアンテナ共振素子２２０用の例示的な構成を、図１４に示す。図１４に示すように、共振素子２２０は、成形されたプラスチックアンテナキャリア２３２内に埋め込まれた金属薄板部材（金属薄板の細片）などの導電部材から形成することができる。キャリア２３２は、ディスプレイカバー層１２０（図４）の下面内の周囲溝内に受容することができ、又はデバイス１０の他の周囲部分内に搭載することができる。素子２２０の複数の部分は、端子Ａ及び端子Ｂを形成することができる。端子Ａは、素子２２０の端部２４４に配置することができ、端子Ｂは、素子２２０の端部２４４から素子２２０の長さに沿って距離Ｄ離れて配置することができる。フレキシブルプリント回路２３６は、正極アンテナフィード端子２２２に結合された正極信号導電体、及び接地アンテナフィード端子２２４に結合された接地信号導電体を有する、伝送路２３８などの伝送路を有することができる。フィード端子２２４は、筐体１２内にねじ込まれたねじ２４０などの金属締め具又は他の電気的接続を使用して、（例えば、金属筐体１２又はデバイス１０内の他の好適な接地構造体に）接地することができる。スイッチング回路２４２は、端子Ａ及び端子Ｂをフレキシブルプリント回路２３６の異なる部分に選択的に結合するために使用して、それにより、アンテナ４０Ｐが（例えば、アンテナ同調などのために）異なる動作モードにされることを可能にすることができる。

図１５は、どのようにスイッチング回路２４２が調節可能な位相調整器２４４などの同調可能な構成要素を含むことができるかを示す回路図である。所望であれば、回路２４２は、他の同調可能な構成要素（例えば、同調可能なインダクタ、同調可能なコンデンサなど）を有することができる。スイッチング回路２４２は、制御回路２８から入力２４６で受信された制御信号により構成することができる。送受信機回路９０（例えば、図２の送受信機回路３６、並びに／又は周囲アンテナ４０Ｐを使用してアンテナ信号を送信及び／若しくは受信する他の高周波送受信機回路）は、回路２４２に結合された端子Ｘ及び端子Ｙを有することができる。接地端子Ｃ（例えば、アンテナ接地として機能する筐体１２の金属部分に結合することができる図１４のねじ２４０を参照）もまた、回路２４２に結合することができる。

図１６は、アンテナ４０Ｐ用の例示的な動作モードを示す表である。アンテナ４０Ｐは、図１６のモードＭ１、Ｍ２、及びＭ３などの異なる動作モード、並びに／又は追加の動作モードで動作するように構成することができる。図１６の実施例は、単なる例示に過ぎない。

図１６の例示的な実施例のモードＭ１では、端子Ｘは端子Ａに結合することができ、端子Ｙは端子Ｂに結合することができる。このモードでは、アンテナ４０Ｐは、逆Ｆアンテナとして動作することができる。

モードＭ２では、スイッチング回路２４２は、端子Ｙを端子Ａに結合し、端子Ｘを端子Ｂに結合するように構成することができる。モードＭ２でのアンテナ４０Ｐは、逆Ｆアンテナとすることができる。アンテナ４０Ｐの復帰経路の位置は、モードＭ１とＭ２との間で逆転させることができる。

モードＭ３では、スイッチング回路２４２は、端子Ｂを開回路に結合し、端子Ｘを端子Ｃ（接地）に結合し、端子Ｙを端子Ａに結合するように構成することができる。筐体接地モードと呼ばれることもあるこのモードでは、アンテナ４０Ｐは、モノポールアンテナとして動作することができる（一例として）。

無線回路３４は、アンテナ４０Ｆ、４０Ｒ、４０Ｐ、コイル５０、及び近距離通信アンテナ１２６を使用することができる。近距離通信送受信機回路４６は、アンテナ１２６を使用して、（例えば、１３．５６ＭＨｚ又は他の好適な周波数での）近距離通信信号を送受信することができる。コイル５０は、（例えば、１００ＭＨｚを下回る、１０ＭＨｚを下回る、１ＭＨｚを下回る、１ｋＨｚを上回る周波数、又は他の好適な周波数での）無線電力を受信するために、無線電力受信機４８により使用することができる。ＩＥＥＥ８０２．１１通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及び／若しくは他の無線ローカルエリアネットワーク通信用の２．４ＧＨｚ並びに／又は５ＧＨｚでの信号などの、７００ＭＨｚを上回る高周波信号は、周囲アンテナ４０Ｐにより処理することができる（一例として）。低帯域携帯電話信号（例えば、７００ＭＨｚと９６０ＭＨｚとの間の周波数での携帯電話通信）は、アンテナ４０Ｒにより処理することができる。９６０〜２７００ＭＨｚでの携帯電話及びＧＰＳ信号などの、９６０ＭＨｚを上回る中間帯域、高帯域、及び他の帯域での携帯電話信号並びにＧＰＳ信号は、アンテナ４０Ｆにより処理することができる。所望であれば、アンテナ４０Ｐは省略することができ、アンテナ４０Ｆを使用して、ＩＥＥＥ８０２．１１通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及び／若しくは他の無線ローカルエリアネットワーク通信用の２．４ＧＨｚ並びに／又は５ＧＨｚでの高周波信号を処理することができる。所望であれば、アンテナ４０Ｆ及び／又はデバイス１０内の他のアンテナもまた、低帯域信号（例えば、７００〜９６０ＭＨｚの信号）を処理するのに使用することができる。

一実施形態によれば、電子デバイスが提供され、電子デバイスは、アンテナ用のアンテナ接地の少なくとも一部を形成する金属筐体壁を有する筐体と、ディスプレイカバー層と、ディスプレイカバー層が重ね合わさり、アンテナ用のアンテナ共振素子を形成する、容量結合された電気構成要素層の積層体と、電気構成要素層の積層体に結合された正極アンテナフィード端子を有し、アンテナ接地に結合された接地アンテナフィード端子を有するアンテナ用のアンテナフィードと、を含む。

別の実施形態によれば、容量結合された電気構成要素層の積層体は、ディスプレイ層を含む。

別の実施形態によれば、容量結合された電気構成要素層の積層体は、ディスプレイ層とディスプレイカバー層との間に介挿されたタッチセンサ層を含む。

別の実施形態によれば、容量結合された電気構成要素層の積層体は、近距離通信アンテナ層を含む。

別の実施形態によれば、ディスプレイ層は、近距離通信アンテナ層とタッチセンサ層との間に介挿された有機発光ダイオードディスプレイ層を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、近距離通信アンテナ層に結合された近距離通信回路を含む。

別の実施形態によれば、近距離通信アンテナ層は金属トレースのループを含み、近距離通信回路は、プリント回路と、金属トレースのループに結合されたプリント回路上の近距離通信送受信機と、近距離通信送受信機に重ね合わさる金属シールド缶と、を含む。

別の実施形態によれば、正極アンテナフィード端子は金属シールド缶に結合される。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、追加のプリント回路と、アンテナ共振素子を接地に結合する誘導経路として機能する、近距離通信回路内のプリント回路と追加のプリント回路との間に結合されたフレキシブルプリント回路と、を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、追加のプリント回路と近距離通信アンテナ層との間にバッテリを含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、アンテナに結合され、アンテナを使用して９６０ＭＨｚを上回る周波数でのアンテナ信号を送受信するように構成された高周波送受信機回路を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、アンテナに結合され、アンテナを使用して携帯電話信号を送受信するように構成された高周波送受信機回路を含む。

別の実施形態によれば、容量結合された構成要素層の積層体は、ディスプレイ層を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、筐体に連結されたストラップを含む。

一実施形態によれば、電子デバイスが提供され、電子デバイスは、アンテナ用のアンテナ接地を形成する構造体と、アンテナ用のアンテナ共振素子の少なくとも一部を形成するディスプレイと、ディスプレイに結合された正極アンテナフィード端子を有し、かつアンテナ接地に結合された接地アンテナフィード端子を有する、アンテナ用のアンテナフィードと、を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、ディスプレイに重ね合わさるディスプレイカバー層と、ディスプレイに容量結合され、アンテナ共振素子の一部を形成するタッチセンサと、を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、タッチセンサに容量結合され、アンテナ共振素子の一部を形成する近距離通信層を含む。

別の実施形態によれば、電子デバイスは、シールド缶を有する近距離通信回路を含み、正極アンテナフィードが、シールド缶を介してディスプレイに結合される。

別の実施形態によれば、電子デバイスは金属ばね指を含み、シールド缶は金属ばね指に結合された部分を有する。

一実施形態によれば、電子デバイスが提供され、電子デバイスは、アンテナ用のアンテナ接地の少なくとも一部を形成する金属側壁を有する筐体と、筐体内のディスプレイと、ディスプレイに重ね合わさるディスプレイカバー層と、ディスプレイとディスプレイカバー層との間に介挿されたタッチセンサと、
アンテナを使用してアンテナ信号を送受信するように構成された携帯電話送受信機回路と、を含み、少なくともタッチセンサ及びディスプレイは、容量結合され、アンテナ用のアンテナ共振素子を形成する。

上記は、単なる例示であり、説明した実施形態に対し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. アンテナ用のアンテナ接地の少なくとも一部を形成する金属筐体壁を有する筐体と、
   ディスプレイカバー層と、
   前記ディスプレイカバー層が重ね合わさり、前記アンテナ用のアンテナ共振素子を形成する、容量結合された電気構成要素層の積層体と、
   前記電気構成要素層の積層体に結合された正極アンテナフィード端子を有し、かつ前記アンテナ接地に結合された接地アンテナフィード端子を有する、前記アンテナ用のアンテナフィードと、を備える、電子デバイス。
2. 前記容量結合された電気構成要素層の積層体は、ディスプレイ層を含む、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記容量結合された電気構成要素層の積層体は、前記ディスプレイ層と前記ディスプレイカバー層との間に介挿されたタッチセンサ層を含む、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記容量結合された電気構成要素層の積層体は、近距離通信アンテナ層を含む、請求項３に記載の電子デバイス。
5. 前記ディスプレイ層は、前記近距離通信アンテナ層と前記タッチセンサ層との間に介挿された有機発光ダイオードディスプレイ層を含む、請求項４に記載の電子デバイス。
6. 前記近距離通信アンテナ層に結合された近距離通信回路を更に備える、請求項５に記載の電子デバイス。
7. 前記近距離通信アンテナ層は金属トレースのループを含み、前記近距離通信回路は、プリント回路と、前記金属トレースのループに結合された前記プリント回路上の近距離通信送受信機と、前記近距離通信送受信機に重ね合わさる金属シールド缶と、を含む、請求項６に記載の電子デバイス。
8. 前記正極アンテナフィード端子は、前記金属シールド缶に結合された、請求項７に記載の電子デバイス。
9. 追加のプリント回路と、
   前記アンテナ共振素子を前記接地に結合する誘導経路として機能する、前記近距離通信回路内の前記プリント回路と前記追加のプリント回路との間に結合されたフレキシブルプリント回路と、を更に備える、請求項８に記載の電子デバイス。
10. 前記追加のプリント回路と前記近距離通信アンテナ層との間にバッテリを更に備える、請求項９に記載の電子デバイス。
11. 前記アンテナに結合され、前記アンテナを使用して９６０ＭＨｚを上回る周波数でのアンテナ信号を送受信するように構成された高周波送受信機回路を更に備える、請求項１０に記載の電子デバイス。
12. 前記アンテナに結合され、前記アンテナを使用して携帯電話信号を送受信するように構成された高周波送受信機回路を更に備える、請求項１に記載の電子デバイス。
13. 前記容量結合された構成要素層の積層体は、ディスプレイ層を含む、請求項１２に記載の電子デバイス。
14. 前記筐体に連結されたストラップを更に備える、請求項１３に記載の電子デバイス。
15. アンテナ用のアンテナ接地を形成する構造体と、
    前記アンテナ用のアンテナ共振素子の少なくとも一部を形成するディスプレイと、
    前記ディスプレイに結合された正極アンテナフィード端子を有し、かつ前記アンテナ接地に結合された接地アンテナフィード端子を有する、前記アンテナ用のアンテナフィードと、を備える、電子デバイス。
16. 前記ディスプレイに重ね合わさるディスプレイカバー層と、
    前記ディスプレイに容量結合され、前記アンテナ共振素子の一部を形成するタッチセンサと、を更に備える、請求項１５に記載の電子デバイス。
17. 前記タッチセンサに容量結合され、前記アンテナ共振素子の一部を形成する近距離通信層を更に備える、請求項１６に記載の電子デバイス。
18. シールド缶を有する近距離通信回路を更に備え、前記正極アンテナフィードが、前記シールド缶を介して前記ディスプレイに結合された、請求項１７に記載の電子デバイス。
19. 金属ばね指を更に備え、前記シールド缶は、前記金属ばね指に結合された部分を有する、請求項１８に記載の電子デバイス。
20. アンテナ用のアンテナ接地の少なくとも一部を形成する金属側壁を有する筐体と、
    前記筐体内のディスプレイと、
    前記ディスプレイに重ね合わさるディスプレイカバー層と、
    前記ディスプレイと前記ディスプレイカバー層との間に介挿されたタッチセンサと、
    前記アンテナを使用してアンテナ信号を送受信するように構成された携帯電話送受信機回路と、を備え、少なくとも前記タッチセンサ及び前記ディスプレイは、容量結合され、前記アンテナ用のアンテナ共振素子を形成する、電子デバイス。