JP6530827B2 - 放射体として機能する導電性本体を有するワイヤレスポータブル電子デバイス - Google Patents

Description

例示の実施形態は、全般的に、ワイヤレスポータブル電子デバイスに関し、特に、放射体として機能する導電性材料から形成された本体を有するワイヤレスポータブル電子デバイスなどの装置に関する。

背景

ワイヤレスポータブル電子デバイスは、金属などの導電性材料から形成された筐体などの本体を有するように設計されることが増えている。ワイヤレスポータブル電子デバイスは、美観目的を含む様々な理由で導電性本体を有するよう設計される。多くのワイヤレスポータブル電子デバイスは、他のデバイス、センサ、ネットワークその他のものなどとの通信のために１つ以上のアンテナも含む。一般にアンテナは、ワイヤレスポータブル電子デバイスの本体内部に配置される。しかしながら、ワイヤレスポータブル電子デバイスの本体を形成する導電性材料は、アンテナの通信性能を大きく悪化させ得る。よって、ワイヤレスポータブル電子デバイスの本体を導電性材料から形成する設計傾向は、ポータブル電子デバイスのアンテナの性能要件と対立し得る。

さらに、少なくとも一部のワイヤレスポータブル電子デバイスは、スマートウォッチのフォームファクタを有するなど、より小型のフォームファクタを有するように設計されている。よって、それに対応して、そのようなより小型のポータブル電子デバイス内でアンテナに利用可能な体積は削減される。さらに、そのようなより小型のポータブル電子デバイスの導電性本体からアンテナを離すことができる間隔の範囲も、一般に制限されている。よって、そのようなより小型のポータブル電子デバイスの中にアンテナが収容された状態で、許容可能な通信性能を維持することに関連する課題は、悪化し得る。さらに、電磁（ＥＭ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）吸収により、人体の極めて近くでの放射は大きな損失をもたらすことがあり、やはり通信性能が制限される。

摘要

例示の実施形態によれば、導電性材料から形成された本体を有するワイヤレスポータブル電子デバイスなどの装置が提供される。この、導電性材料から形成された本体はアンテナを収容するが、導電性本体の中のアンテナの性能が向上するような形で当該アンテナを収容する。例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイスは、アンテナが本体に電磁結合され、導電性本体自体が放射体の役割をするように構成される。その結果として、例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイスは、金属材料などの導電性材料から形成された本体の美観の点などの利点を提供し、一部の場合には例えば腕時計のフォームファクタなどの小型のフォームファクタを有するにもかかわらず、改善された性能特性で信号を送信および／または受信し得る。

例示の実施形態では、導電性材料からなる本体を有する、ワイヤレスポータブル電子デバイスなどの装置が提供される。前記本体は、内部空洞および開口部を画定する。前記装置はさらに、内部空洞の中に配置されて本体に電磁結合された接地面を有する。前記装置はさらに、本体が放射体として機能するように、内部空洞の中に配置されて本体に電磁結合されたループアンテナまたはモノポールなどのアンテナを有する。前記装置は、その少なくとも一部がアンテナの上に位置するよう内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部をさらに有する。前記３次元接地面延長部は、接地面にガルバニック結合され、本体に電磁結合される。

例示の実施形態の３次元接地面延長部は、アンテナの上に位置する第１部分と、第１部分から接地面へ向かって延びる第２部分とを有する。例示の実施形態の３次元接地面延長部は、アンテナと、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。例示の実施形態の装置はさらに、内部空洞の中に配置され接地面と３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材を有する。この例示の実施形態の導電性部材は、接地面と、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。この例示の実施形態の導電性部材は、底部部分と、接地面から離れる方向に底部部分から外方へ延びる縁部分とを有する。

別の例示の実施形態では、導電性材料からなる本体を有する、ワイヤレスポータブル電子デバイスなどの装置が提供される。前記本体は、内部空洞および開口部を画定する。前記装置はさらに、内部空洞の中に配置された接地面を有する。前記装置はさらに、本体が放射体として機能するように、内部空洞の中に配置されて本体に電磁結合されたループアンテナまたはモノポールなどのアンテナを有する。この例示の実施形態の装置は、その少なくとも一部がアンテナの上に位置するよう内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部をさらに有する。前記３次元接地面延長部は、アンテナの上に位置する第１部分と、第１部分から接地面へ向かって延びる第２部分とを有する。前記３次元接地面延長部の第１部分は、装置の別の部品に対する機械的支持構造の役割をするよう構成される。

例示の実施形態の３次元接地面延長部は、アンテナと、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。例示の実施形態の装置はさらに、内部空洞の中に配置され、接地面と３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材を有する。この例示の実施形態の導電性部材は、接地面と、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。この例示の実施形態の導電性部材は、底部部分と、接地面から離れる方向に底部部分から外方へ延びる縁部分とを有する。

さらなる例示の実施形態では、導電性材料からなる本体を有する、ワイヤレスポータブル電子デバイスなどの装置が提供される。本体は、内部空洞および開口部を画定する。装置はさらに、内部空洞の中に配置された接地面を有する。装置は、本体が放射体として機能するように、内部空洞の中に配置されて本体に電磁結合されたループアンテナまたはモノポールなどのアンテナをさらに有する。装置は、その少なくとも一部がアンテナの上に位置するよう内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部をさらに有する。装置は、内部空洞の中に配置され、接地面と３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材をさらに有する。

例示の実施形態の３次元接地面延長部は、アンテナの上に位置する第１部分と、第１部分から接地面へ向かって延びる第２部分とを有する。この例示の実施形態の３次元接地面延長部は、接地面にガルバニック結合され、３次元接地面延長部の第１部分は、装置の別の部品に対する機械的支持構造の役割をするよう構成される。例示の実施形態の３次元接地面延長部は、アンテナと、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。例示の実施形態の導電性部材は、接地面と、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。例示の実施形態の導電性部材は、底部部分と、接地面から離れる方向に底部部分から外方へ延びる縁部分とを有する。

以上、本開示の特定の例示の実施形態について全般的に記載した。以降では、添付の図面を参照する。図面は、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。

本発明の例示の実施形態によるワイヤレスポータブル電子デバイスの断面図である。 本発明の例示の実施形態による、図１のワイヤレスポータブル電子デバイスの一部部品の分解斜視図である。 本発明の例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイスにより代わりに利用され得る接地面と、ループアンテナの形態の励起アンテナとを示す。 図４Ａ〜４Ｄは、それぞれ図１の線４Ａ−４Ａ、４Ｂ−４Ｂ、４Ｃ−４Ｃ、および４Ｄ−４Ｄに沿ったワイヤレスポータブル電子デバイスの図を示す。 本発明の例示の実施形態による部品の様々な組み合わせを含むワイヤレスポータブル電子デバイスについて、或る周波数範囲にわたる、自由空間におけるＳパラメータ応答（Ｓ１１−反射減衰量、ｄＢ）をグラフで表現する。 本発明の例示の実施形態による部品の様々な組み合わせを有するワイヤレスポータブル電子デバイスについて、０から３ＧＨｚの周波数範囲にわたる、自由空間におけるＳパラメータ応答（Ｓ１１−複素インピーダンス、オーム）を示すスミスチャートである。 本発明の例示の実施形態による部品の様々な組み合わせを含むワイヤレスポータブル電子デバイスについて、或る周波数範囲にわたる、自由空間における放射効率応答（ｄＢ）をグラフで表現する。 本発明の例示の実施形態による部品の様々な組み合わせを含むワイヤレスポータブル電子デバイスについて、或る周波数範囲にわたる、自由空間における総効率応答（ｄＢ）をグラフで表現する。

詳細説明

以下、本発明の、すべてではないがいくつかの実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態についてさらに深く後述する。実際には、本発明の様々な実施形態は、異なる多数の形態で具現化でき、本願明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されてはならない。正確にはこれらの実施形態は、本開示が関連する法的要件を充足するように提供されるものである。同じ参照数字は、全体にわたって同じ構成要素を指す。本願明細書で使用される用語「データ」、「コンテンツ」、「情報」、および同様の用語は、本発明の実施形態により送信、受信、および／または記憶が可能なデータを指すよう、置き換え可能なように用いることができる。したがって、そのような用語のいずれかを使用することが、本発明の実施形態の意図および範囲を限定するとみなされてはならない。

例示の実施形態によれば、金属材料、例えばステンレス鋼などの導電性材料から形成された、筐体、カバー、カバー部、または同様のものなどの本体１２を含むワイヤレスポータブル電子デバイス１０が提供される。一部の実施形態では、本体は、例えば成型プラスチックなどの非導電性材料から製造されてもよく、例えばＭＩＤ（ｍｏｌｄｅｄ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｄｅｖｉｃｅ：成形相互接続デバイス）、ヒートステークされたプラスチック上の金属、２ショット成形、スパッタリング、導電性インク、３次元（３Ｄ：ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）印刷、電気めっき、非導電性の支持体に接着した接着式導電性シートなどの金属被覆技術により導電性にされた１つ以上の部分を有してもよい。この点、導電性のものとして後述される、ワイヤレスポータブル電子デバイスの、例えば内部部品などの他の部品は代わりに、金属被覆技術により導電性にされた１つ以上の部分を含むように製造された非導電性材料から形成されてもよい。ワイヤレスポータブル電子デバイスはさらに、導電性本体の中に配置されてポータブル電子デバイスと他のデバイス、ネットワーク、または同様のものとの通信をサポートするよう構成された、１つ以上のアンテナ２２を含む。本願明細書に記載されるアンテナは、セルラ通信技術などの長距離通信技術およびプロトコルを含む様々な種類の通信をサポートするよう構成され得るが、例示の実施形態のアンテナは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信またはその他近接型通信技術などの短距離通信をサポートするよう構成される。後述のとおり、ワイヤレスポータブル電子デバイスは、導電性の筐体が放射体の役割をすることなどにより通信をサポートするように構成される。結果として、ワイヤレスポータブル電子デバイスは、美観目的を含む様々な目的に望ましいであろう導電性の筐体などの導電性本体を含むことができ、その一方で、導電性本体の中に配置されたアンテナによる通信を変わらずサポートすることができる。

ワイヤレスポータブル電子デバイス１０は、腕時計、パーソナルフィットネスデバイス、ミュージックプレイヤー、医療用デバイス、オーディオ／ビジュアル（ＡＶ：ａｕｄｉｏ／ｖｉｓｕａｌ）デバイス、ナビゲーションデバイス、あるいは、無線通信、オーディオ、ビデオ、ナビゲーション、腕時計、医療用／身体センサ、または同様のものなどであるがこれらに限定はされない機能の組み合わせを有するウェアラブルデバイスなど、ユーザの身体の一部に装着されまたはストラップで固定され得るウェアラブルデバイスを含む異なる多様な種類のデバイスとして具現化され得る。なお、ワイヤレスポータブル電子デバイスは、例えば携帯情報端末（ＰＤＡ：ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、モバイル電話、スマートフォン、コンパニオンデバイス、ページャ、モバイルテレビ、ゲーム用デバイス、ラップトップコンピュータ、カメラ、タブレットコンピュータ、ポータブルコンピュータ、タッチ面、ビデオレコーダ、オーディオ／ビデオプレイヤー、ラジオ、電子ブック、ナビゲーションデバイス、または前述のものの任意の組み合わせ、ならびにその他の種類の音声およびテキスト通信システムを含む、他の多様な種類のモバイル端末としても具現化され得る。

ワイヤレスポータブル電子デバイス１０が具現化される形には関係なく、或る例示の実施形態のポータブル電子デバイスが図１の断面図に示されている。図のように、ワイヤレスポータブル電子デバイスは、例えばステンレス鋼などの金属材料など、導電性材料から形成された筐体などの本体１２を含む。例示の実施形態では、導電性本体は、円形底部１４および底部から外方へ延びる円筒壁１６を備えた円筒形である。よって、この例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイスは、腕時計に適したフォームファクタを有し得る。なお、ワイヤレスポータブル電子デバイス、およびより具体的にはかかるポータブル電子デバイスの導電性本体は、構築されるポータブル電子デバイスの種類に応じて他の形状および大きさを有してよい。

導電性本体１２は、内部空洞１３と、本体の主面の開口部など、内部空洞からの少なくとも１つの開口部１５とを画定する。図１の例示の実施形態では、導電性本体は、円筒導電性本体の開口上部を画定する。図１には示されていないが、他の実施形態において導電性本体は、さらなる開口部１つ以上を画定してもよい。例えば、ワイヤレスポータブル電子デバイスが腕時計として具現化される実施形態では、導電性本体は、腕時計をユーザの手首に固定するために導電性本体にストラップまたはバンドを取り付けるための一対のヒンジなどのヒンジを含むか、その他の形でヒンジに結合されてもよい。この例示の実施形態では、導電性本体は、スリットの形態などで、ヒンジの付近にさらなる開口部を画定してもよい。スリットがアンテナの下に位置決めされた実施形態などでは、スリットは、スリットが励振素子から近くの導電性素子への相対距離を増すので、アンテナ性能をさらに改善するためにも使用可能である。したがって、アンテナの下に位置決めされるスリットなど、スリットを利用して全体的な製品サイズを削減することができる。

図１の実施形態の導電性本体１２の上部は開口して示されているが、導電性本体により画定された開口部は、一般に、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の別の部品により覆われ、例示の実施形態の本体は防水および／または防塵となる。他の部品は、一般に、少なくとも完全には導電性材料からなることはなく、開口部は、導電性材料で覆われないという点で、開いたままである。例えば、ワイヤレスポータブル電子デバイスが腕時計として具現化される実施形態では、図１の円筒導電性本体の開口上部は、ポータブル電子デバイスとのユーザのやり取りを促進するために、タッチスクリーンディスプレイ、キーパッド、または同様のもので覆われてもよい。導電性本体により画定された開口部を覆うタッチスクリーンディスプレイまたは他の部品は図１に示されていないが、これは、ワイヤレスポータブル電子デバイスによる通信をサポートするアンテナ２２に関連した部品のみが示され、他の機能を提供する他のいくつかの部品は明瞭性のために省略されているからである。

図１に示されているとおり、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０は、導電性本体１２により画定された内部空洞の中に配置されてワイヤレスポータブル電子デバイスによる通信をサポートするために後述のとおり互いに結合された複数の部品を含む。本願明細書で使用される部品の結合とは、ガルバニック接続または電磁接続（容量結合および／または誘導結合）のいずれかをいう。この関連で、ポータブル電子デバイスは、内部空洞の中に配置されて本体１２ならびにアンテナ２２に電磁結合された接地面１８を含み、アンテナ２２は、内部空洞の中に配置されて、本体に電磁結合され、例示の実施形態では接地面および本体の両方に電磁結合される。この点、アンテナがモノポールである実施形態では、アンテナとＲＦ回路との間のフィードのみが必要と考えられ、アンテナと接地面との間の接続は要求されない。一方、アンテナが平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：ｐｌａｎａｒ ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｆ ａｎｔｅｎｎａ）など別の種類のものである場合、接地面との少なくとも１つの結合も必要とされ得る。接地面はアンテナと本体との両方に電磁結合され得るので、接地面は様々な形状のいずれかとすることができる。接地面は様々な形で構成され得るが、例示の実施形態の接地面はプリント配線板２０により提供される。プリント配線板は、絶縁材料から形成された基板により保持された、ワイヤレスポータブル電子デバイスの様々な機能を実行するための複数の電気部品を含む。さらに、この例示の実施形態のプリント配線板は、接地面を含み、接地面は、複数の電気部品を保持するプリント配線板の面とは逆側の絶縁基板の面など、プリント配線板の逆側の面などに設けられてもよい。プリント配線板と接地面とは、本体内部で対称的な形または非対称的な形のいずれかで配置でき、接地面およびプリント配線板は、ワイヤレスポータブル電子デバイスのアンテナ効率に悪影響を及ぼさない様々な大きさおよび形状を有してもよい。

図１に示されるとおり、例示の実施形態の接地面１８は、本体の底部１４など本体１２から離間される。接地面は、例示の実施形態では約２ｍｍなど、様々な距離離間され得る。いくつかの実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイス１０のアンテナ効率は、１ｍｍ以下の離間など、接地面が底部に近すぎる場合は劣化し得る。導電性本体がアンテナの下のスリットなどのさらなる開口部を画定する実施形態では、開口部が励振素子から近くの導電性素子への相対距離を増すので、開口部はアンテナ性能をさらに改善することができる。アンテナの動作周波数に応じて、スリットはさらに、１つ以上の「スロット」共振をアンテナに追加でき、場合によっては、アンテナのみによりもたらされる自然な帯域幅の帯域幅を広げる可能性がある。このシナリオでは、スリットが、アンテナに密接に結合された寄生共振器となり、給電アンテナと寄生スリットとの組み合わせによりもたらされる全体的な帯域幅が広くなる。

図示の実施形態では、アンテナ２２は、プリント配線板２０により機械的に支持されて、片持ち梁の形などでプリント配線板から外方へ延びる。図１の実施形態に示されているとおり、例えばアンテナは、外側上方の方向など、プリント配線板から外方へ延びる。よって、アンテナは、プリント配線板およびそれにより保持される接地面１８よりも導電性本体１２の底部１４から遠くに位置決めされてもよい。ワイヤレスポータブル電子デバイス１０がユーザにより着用されるよう構成される腕時計などの実施形態では、例えば、導電性本体底部からのアンテナの離間は、有利なことに、ＲＦ信号の送受信の主要な位置をユーザの手首などユーザから離間する。アンテナは様々な形で構成され得る。図２の分解斜視図に示されているとおり、例えばアンテナは頂部負荷モノポールなどモノポールであってもよい。あるいはアンテナは、図３に示されているものなどの単ループアンテナなどのループアンテナにより具現化されてもよい。いずれの実施形態においても、アンテナはプリント配線板から外方へ延び、導電性本体から離間されたままで、導電性本体の壁１６などの導電性本体の付近に位置決めされる。

ワイヤレスポータブル電子デバイス１０はさらに、プリント伝送線路、同軸ケーブル、金属片、または同様のものなどの様々な種類のＲＦ結合手段のいずれかによりアンテナ２２の導電性フィード素子に結合された無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路を含む。よって、ＲＦ信号は、アンテナからの送信のためＲＦ回路によりアンテナに伝送されてもよく、アンテナにより受信されたＲＦ信号は、今度はＲＦ回路により受信されてもよい。ＲＦ回路は様々な形で具現化され得るが、例示の実施形態のＲＦ回路はやはりプリント配線板２０によって提供される。一部の実施形態では、プリント配線板により保持され得るものなどの接地面１８はさらに、静電放電を考慮に入れるために、例えば５ｎＨから５６ｎＨの範囲のコイルまたはコイル（約６ｎＨ）およびコンデンサ（約２ｐＦ）からなるタンクフィルタなどのＲＦフィルタを介して、本体１２にガルバニック結合されてもよい。

図１に示されているとおり、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０はさらに、３次元接地面延長部３０を含む。３次元接地面延長部は、ステンレス鋼などの導電性材料から形成されてもよい。３次元接地面延長部も、導電性本体１２により画定された内部空洞の中に配置され、その少なくとも一部がアンテナ２２の上に位置するような形で位置決めされる。したがって、３次元接地面延長部は、アンテナと、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。３次元接地面延長部は、接地面１８にガルバニック結合され、さらに本体に電磁結合される。例示の実施形態では、３次元接地面延長部は、ＲＦフローティングとなるよう構成される。この関連で、接地面１８に関して上述したとおり、３次元接地面延長部はさらに、静電放電を考慮に入れるために、ＲＦフィルタなどを介して本体にガルバニック結合されてもよく、ＲＦフィルタは、非限定的な例としてインダクタを含んでもよい。

図２の分解斜視図にさらに詳しく示されているとおり、３次元接地面延長部３０は、アンテナ２２の上に位置するように位置決めされる半円平面部などの第１部分３２を含む。３次元接地面延長部の第１部分は様々な量、アンテナから離間されてよく、アンテナと接地面延長部との距離は、アンテナ放射効率に影響することなく容量結合をもたらすように調整される。この点、接地面を含め放射体全体を含む部品すべての、例えば長さ、幅、および／または厚みなどの大きさ、相対的位置、ならびに相互の離間が、所望の共振周波数、帯域幅、および放射効率を定める。例示の実施形態では、３次元接地面延長部の第１部分は、アンテナからλ／５０離間され、λは、２．４ＧＨｚで自由空間において１２５ｍｍである。

この例示の実施形態の３次元接地面延長部３０はさらに、第１部分３２から、プリント配線板２０に接触する遠位縁までなど、接地面１８に向かって延びる第２部分３４を含む。したがって、３次元接地面延長部の第２部分は、アンテナ２２の内側にあり、アンテナは、３次元接地面延長部の第２部分と本体１２との間に位置決めされる。接地面から直交に延びるＺ方向など、３次元接地面延長部の第２部分の配置方向の結果として、容量結合および容量性リアクタンスの範囲の制御が改善されるので、３次元接地面延長部の第２部分は、本体の壁１６など本体へのより正確な結合を提供する。よって、接地面を本体に整合させるために使用できるインピーダンスの範囲が改善され得る。機械設計の観点からは、３次元接地面延長部の第１部分３２は、第１部分３２と本体の壁１６との間に生じる静電容量に対する正確な制御が得られるように機械的寸法公差が削減または最小化されるよう設計され得る。第１部分３２と本体の壁との間に生じる静電容量に対するこの制御は、当該部品の大量製造中のバッチ間制御を促進する。機械的寸法公差の削減または最小化は、例えばそれらの生産技術および／またはそれらの自然な材料公差によるそれら固有の公差などに基づき、使用される特定の材料を選択することにより得られることもある。例えば、一部の材料（より低い寸法公差を有する）は温度が上昇するのに伴い大きく寸法変化しないが、他の材料（より大きな寸法公差を有する）にはこれがある。さらに、部品のこの物理的配置は、容量結合器の設計において製造および材料特性を考慮に入れるためのより大きな自由を設計者に与える。３次元接地面延長部の第１および第２部分は、様々な形で構成できるが、例示の実施形態の３次元接地面延長部の第１および第２部分は互いに垂直であり、断面においてはＬ字形を画定して、第２部分が第１部分の縁から接地面へ向かって延びる。

例示の実施形態では、３次元接地面延長部３０、特に３次元接地面延長部の第１部分３２は、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の別の部品のための機械的支持構造の役割をするよう構成されてもよい。よって、アンテナ２２によるＲＦ信号の送受信に無関係な部品など他の部品が、３次元接地面延長部の第１部分により機械的に支持されてもよい。この点、３次元接地面延長部の第１部分により機械的に支持され得る他の様々な部品としては、例えば回路基板、クロック機構、スピーカー、ディスプレイ、例えばキーボードまたはタッチスクリーンなどの入力デバイス、コネクタソケット、スイッチ、または同様のものなどが挙げられる。

アンテナ２２および接地面１８の両方ならびに３次元接地面延長部３０と、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の導電性本体１２との電磁結合の結果として、導電性本体がアンテナにより送受信される信号に破壊的に干渉することはない。むしろ、アンテナおよび接地面ならびに３次元接地面延長部と導電性本体との電磁結合は、導電性本体に、例示の実施形態では容易に整合される５０オームの入力インピーダンス応答などの放射体の役割をさせる。この関連で、アンテナは、本体により画定された開口部と直接結合しないが、対象の周波数で所望の放射効率をもたらすためにラムダスロットをまねるべく、開口部から離間され得る電磁結合点において、開口部に直交する電界結合などにより本体と相互作用する。したがって、アンテナにより送信される信号は、ポータブル電子デバイスによる他のデバイスなどとの通信を支援するために、ワイヤレスポータブル電子デバイスの導電性本体により放射される。同じく、アンテナの通信性能特性を改善するために、ワイヤレスポータブル電子デバイスにより受信された信号が導電性本体からアンテナに放射されてもよい。

例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイス１０のアンテナ２２に関連する性能特性をさらに改善するために、ポータブル電子デバイスはさらに、内部空洞の中に配置されて接地面１８および３次元接地面延長部３０の両方にガルバニック結合され、電磁結合がアンテナの上の３次元接地面延長部３０の延長部により制御される、導電性部材２４を含んでもよい。３次元接地面延長部は、導電性部材の底部部分２６および縁部分２８に対し別個の部品であってもよいが、例示の実施形態の導電性部材は、３次元接地面延長部と一体であってもよく、３次元接地面延長部、導電性部材の底部部分および縁部分は、単一部品として生産されてもよい。導電性部材は、本体１２の壁１６に対する近接場容量電磁結合による容量性リアクタンス応答を提供し得る。導電性部材は、ステンレス鋼などの金属から形成され得る。図１に示され、図２の分解斜視図でより詳しく示されているとおり、例示の実施形態の導電性部材は、プリント配線板２０など接地面と、本体により画定された開口部との間に位置決めされる。この点、導電性部材が接地面を含むプリント配線板の上に位置してそれにガルバニック結合されるように、例示の実施形態の導電性部材は、接地面を保持するプリント配線板のすぐ近隣にあるなど、付近にあってもよい。あるいは接地面が、プリント配線板などの導電性部材と、本体により画定された開口部との間に位置決めされてもよい。上述のとおり、導電性部材はさらに、図１に示されるように、その遠位縁において３次元接地面延長部に接触することなどにより、３次元接地面延長部にガルバニック結合される。

導電性部材２４は、様々な形状および大きさを有するように構築でき、よって、対称的でも非対称的でもよいが、例示の実施形態の導電性部材は、底部部分２６と、底部部分から接地面１８を離れる方向へと、上など外方へ延びる縁部分２８とを含む。この点、縁部分は、底部部分の縁から外方へ延びてもよい。図２に示されているとおり、縁部分は、底部部分の周囲全体に延びず、底部部分の縁の大部分から外方へ延びる。導電性部材の縁部分は、様々な距離のうちの任意の距離、底部部分から外方へ延びてもよい。アンテナが適切に機能するために要求されることではないが、例示の実施形態の導電性部材の縁部分は、縁部分の遠位端が３次元接地面延長部３０の第１部分３２と揃うように底部部分から外方へ延びてもよい。言い換えれば、導電性部材の縁部分の最上部が、図１の実施形態における３次元接地面延長部の第１部分と揃う。縁部分２８はさらに、プリント配線板などの接地面と、本体の側壁１６との間の容量結合に貢献し得る。結合の量は、縁部分の高さ（および／または厚みまたは他の構造特性）を適宜設計することと、壁１６に対する距離とにより制御可能である。縁部分２８は、一部の実施形態では、所望の容量結合効果に応じて、その長さ方向に沿って異なる高さとされ得る。この点、縁部分２８を適宜設計することにより与えられる、導電性部材２４の周囲に沿った任意の点での容量結合の制御は、一部の実施形態で有利となり得る。

図４Ａ〜４Ｄは、例示の実施形態によるワイヤレスポータブル電子デバイス１０の前述の部品をさらに示す。この関連で、図１の線４Ａ−４Ａに沿った図４Ａは、導電性本体１２とともに配置され接地面１８を保持するプリント回路基板２０を示す。図１の線４Ｂ−４Ｂに沿った図４Ｂは、プリント回路基板の上に置かれた導電性部材２４を示し、図１の線４Ｃ−４Ｃに沿った図４Ｃは、やはりプリント回路基板の上に置かれた導電性部材を示すが、線４Ｃ−４Ｃは、プリント回路基板から外方へ延びるアンテナ２２をも示す平面に沿う。さらに、図１の線４Ｄ−４Ｄに沿った図４Ｄは、その少なくとも一部がアンテナの上に位置するように位置決めされた３次元接地面延長部３０を示す。

ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の導電性本体１２により画定される内部空洞はさらに、ポータブル電子デバイス１０の他の機能を実行するための他の部品をいくつか含んでもよい。なお、これら他の部品は、明瞭性のために図面には示していない。さらに、ワイヤレスポータブル電子デバイスの導電性本体により画定された内部空洞の残りの部分は、空気または他の充填物で充填されてもよく、充填物とは例えば、プラスチックなどの誘電体材料（非導電性）であるが、これに限定はされない。ワイヤレスポータブル電子デバイスはさらに、プリント配線板２０、導電性部材２４、および３次元接地面延長部３０などの図１の実施形態で示された部品をそれらのワイヤレスポータブル電子デバイスの導電性本体に対する相対的位置に固定する、プラスチックまたはその他非導電性材料から形成された部品などの様々な機械的部品を含んでもよい。これら機械的部品も、アンテナ２２を介した通信に貢献する部品を確実に明示するために、図面には示さなかった。

アンテナ２２を支持し接地面１８を含むプリント配線板２０を含んだ（但し導電性部材２４および３次元接地面延長部３０はない）ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の例示の実施形態の性能が、ケース１としてワイヤレスポータブル電子デバイスの他の構成と比較して図５〜８に示されている。図５〜８のグラフ表現に関して、ケース２のワイヤレスポータブル電子デバイスは、アンテナを支持し接地面を含むプリント配線板と導電性部材とを含み（但し３次元接地面延長部はなし）、ケース３のワイヤレスポータブル電子デバイスは、アンテナを支持し接地面を含むプリント配線板と３次元接地面延長部とを含み（但し導電性部材はなし）、ケース４のワイヤレスポータブル電子デバイスは、アンテナを支持し接地面を含むプリント配線板と、導電性部材および３次元接地面延長部の両方とを含む。

図５に示されているとおり、自由空間におけるＳパラメータ（Ｓ１１−反射減衰量、ｄＢ）は、アンテナ２２を保持し接地面１８を含むプリント配線板２０しかワイヤレスポータブル電子デバイス１０に含まれないケース１の場合、２ＧＨｚから４ＧＨｚの周波数範囲にわたりわずかに下降するが、相対的に平坦である。一方、導電性部材２４、３次元接地面延長部３０、ならびに導電性部材および３次元接地面延長部の両方、をそれぞれ含むケース２、３、および４では、Ｓパラメータは著しく変動し、Ｓパラメータの大きさは、ケース２では約３．３ＧＨｚ、ケース３では約２．５５ＧＨｚ、およびケース４では約２．４５ＧＨｚなど、特定の共振周波数に対して極度に小さい。本願明細書で使用するとき、自由空間とは、デバイスの周囲にある体積が自由空間の比誘電率および比透磁率の媒体のみからなる状態をいう。同じく、上記定義されたケース１、２、３、および４のＳパラメータの別の比較が、自由空間における０ＧＨｚ（白丸付きの曲線終端により表現される）〜３ＧＨｚ（黒丸付きの曲線終端により表現される）の周波数範囲にわたる図６のスミスチャート（Ｓ１１−複素インピーダンス、オーム）により示される。

図７は、上記定義されたケース１、２、３、および４の２ＧＨｚから３ＧＨｚの周波数範囲にわたる自由空間における放射効率（ｄＢ）を示す。図のように、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０のこの周波数範囲にわたる放射効率は、ケース１では相対的に平坦でほぼ線形であるが、ケース３および４ではそれぞれの構成の共振周波数またはその付近にピークをもつ。ケース２の放射効率は、２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの周波数範囲ではケース１の放射効率におおむね従うが、ケース２の共振周波数により、３．３ＧＨｚを中心にケース３および４により示されたのと似たピークを有することになろう。さらに、図８は同様に、４つのケースそれぞれについて同じ周波数範囲、すなわち２ＧＨｚから３ＧＨｚにわたる自由空間における総効率（ｄＢ）を示す。この周波数範囲にわたってわずかにしか変動しないケース１の総効率に対し、ケース３および４に関連する総効率は、この場合もやはり、それぞれの共振周波数でピークをもち、ケース２の総効率は、２ＧＨｚから３ＧＨｚの周波数範囲では相対的にほとんど変動しないが、約３．３ＧＨｚのその共振周波数の付近で同じくピークをもつであろう。

図５〜８は、ワイヤレスポータブル電子デバイス１０の特定の例示の実施形態の性能を示すが、ポータブル電子デバイスは、他の実施形態では、異なる共振周波数など異なる性能をもたらすよう構成されてもよい。例えば、アンテナ２２と本体１２との間の電界結合は、共振応答を少なくとも部分的に規定する。よって、電界結合が変更されて、それに対応して共振周波数を含む共振応答が１００ＭＨｚまで変更されてもよい。別の実施形態では、アンテナ２２は、異なった複数の動作周波数帯をもたらすために、多重共振型であってもよい。さらにデバイス１０は、アンテナのフィードにおいて従来のインピーダンス整合技術を利用して、共振周波数をさらに調整および／または微調整することができる。

よって、例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイス１０は、導電性本体が放射体の役割をするようにアンテナ２２、接地面１８、および３次元接地面延長部３０と、導電性本体１２とを電磁結合することにより、改善された通信性能を提供する。したがって、例示の実施形態のワイヤレスポータブル電子デバイスは、美観その他の理由で金属製本体などの導電性本体を有することの利点と、所望の通信性能をもたらすことの利点との両方を提供する。さらに、このワイヤレスポータブル電子デバイスは、腕時計またはその他相対的に小型のポータブル電子デバイスなど、ポータブル電子デバイスのフォームファクタが削減される場合において、導電性本体と所望の通信性能との有利な組み合わせを可能にする。

これらの発明が関連し、前述の説明および関連する図面に示された教示の利益を有する技術分野の当業者は、本願明細書に記載された発明の、多数の変更および他の実施形態に想到するであろう。したがって、当然のことながら、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変更および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内に含まれるものとする。さらに、前述の説明および関連する図面は、構成要素および／または機能の特定の例示の組み合わせに即して例示の実施形態を示しているが、当然のことながら、構成要素および／または機能の他の組み合わせが、添付の特許請求の範囲に記載の範囲から逸脱することなく他の実施形態によって提供され得る。この点、例えば、添付の特許請求の範囲の一部に記載される、上記で明示的に記載したものとは異なる構成要素および／または機能の組み合わせも意図されている。本願明細書では特定の用語が採用されているが、それらは、一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定を目的として使用されてはいない。

Claims (20)

1. 導電性材料からなる本体であって、内部空洞および開口部を画定する本体と、
   前記内部空洞の中に配置されて前記本体に電磁結合された接地面と、
   前記本体が放射体として機能するように、前記内部空洞の中に配置され前記本体に電磁結合されたアンテナと、
   その少なくとも一部が前記アンテナの上に位置するよう前記内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部であって、前記接地面にガルバニック結合され前記本体に電磁結合された、３次元接地面延長部と、
   を備える装置。
2. 前記３次元接地面延長部は、前記アンテナの上に位置する第１部分と、前記第１部分から前記接地面に向かって延びる第２部分とを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記３次元接地面延長部は、前記アンテナと、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項１に記載の装置。
4. 前記内部空洞の中に配置され、前記接地面と前記３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材をさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記導電性部材は、前記接地面と、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項４に記載の装置。
6. 前記導電性部材は、底部部分と、前記接地面から離れる方向に前記底部部分から外方へ延びる縁部分とを備える、請求項４に記載の装置。
7. 請求項１に記載の装置を備えるワイヤレスポータブル電子デバイス。
8. 導電性材料からなる本体であって、内部空洞および開口部を画定する本体と、
   前記内部空洞の中に配置された接地面と、
   前記本体が放射体として機能するように、前記内部空洞の中に配置され前記本体に電磁結合されたアンテナと、
   その少なくとも一部が前記アンテナの上に位置するように前記内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部と、
   を備える装置であって、前記３次元接地面延長部は、前記アンテナの上に位置する第１部分と、前記第１部分から前記接地面へ向かって延びる第２部分とを備え、前記３次元接地面延長部の前記第１部分は、前記装置の別の部品のための機械的支持構造の役割をするよう構成される、装置。
   
   
9. 前記３次元接地面延長部は、前記アンテナと、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項８に記載の装置。
10. 前記内部空洞の中に配置され、前記接地面と前記３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材をさらに備える、請求項８に記載の装置。
11. 前記導電性部材は、前記接地面と、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項１０に記載の装置。
12. 前記導電性部材は、底部部分と、前記接地面から離れる方向に前記底部部分から外方へ延びる縁部分とを備える、請求項１０に記載の装置。
13. 請求項８に記載の装置を備えるワイヤレスポータブル電子デバイス。
14. 導電性材料からなる本体であって、内部空洞および開口部を画定する本体と、
    前記内部空洞の中に配置された接地面と、
    前記本体が放射体として機能するように、前記内部空洞の中に配置され前記本体に電磁結合されたアンテナと、
    その少なくとも一部が前記アンテナの上に位置するよう前記内部空洞の中に配置された３次元接地面延長部と、
    前記内部空洞の中に配置され、前記接地面と前記３次元接地面延長部との両方にガルバニック結合された導電性部材と、
    を備える装置。
15. 前記３次元接地面延長部は、前記アンテナの上に位置する第１部分と、前記第１部分から前記接地面に向かって延びる第２部分とを備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記３次元接地面延長部は前記接地面にガルバニック結合され、前記３次元接地面延長部の前記第１部分は、前記装置の別の部品のための機械的支持構造の役割をするよう構成される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記３次元接地面延長部は、前記アンテナと、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項１４に記載の装置。
18. 前記導電性部材は、前記接地面と、前記本体により画定された前記開口部との間に位置決めされる、請求項１４に記載の装置。
19. 前記導電性部材は、底部部分と、前記接地面から離れる方向に前記底部部分から外方へ延びる縁部分とを備える、請求項１４に記載の装置。
20. 請求項１４に記載の装置を備えるワイヤレスポータブル電子デバイス。