JP6814293B2 - 空洞領域の垂直アンテナパッチ - Google Patents

空洞領域の垂直アンテナパッチ Download PDF

Info

Publication number
JP6814293B2
JP6814293B2 JP2019528100A JP2019528100A JP6814293B2 JP 6814293 B2 JP6814293 B2 JP 6814293B2 JP 2019528100 A JP2019528100 A JP 2019528100A JP 2019528100 A JP2019528100 A JP 2019528100A JP 6814293 B2 JP6814293 B2 JP 6814293B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
patch
circuit structure
conductive
multilayer circuit
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019528100A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019536377A (ja
Inventor
イン,ジノン
ザオ,クン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Mobile Communications Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Mobile Communications Inc filed Critical Sony Mobile Communications Inc
Publication of JP2019536377A publication Critical patent/JP2019536377A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6814293B2 publication Critical patent/JP6814293B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H01Q21/0093Monolithic arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/067Two dimensional planar arrays using endfire radiating aerial units transverse to the plane of the array
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/10Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism comprising three-dimensional array of impedance discontinuities, e.g. holes in conductive surfaces or conductive discs forming artificial dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001Crossed polarisation dual antennas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Description

本発明は、アンテナ装置および1つまたは複数のかかるアンテナ装置を備える通信装置に関する。
無線通信技術では、種々の周波数帯域を利用して通信信号を伝達する。増大する帯域幅需要を満たすために約10GHz〜約100GHzの周波数帯の周波数に対応するミリ波長帯の周波数帯も考慮されている。たとえば、ミリ波長帯の周波数帯が5G(第5世代)セルラー無線技術の対象として考慮されている。しかし、このような高い周波数の利用の場合に生ずる1つの問題は、アンテナの寸法を波長に合わせるために十分に小さくしなければならないことである。さらに、携帯電話、スマートフォン、または同様な通信装置などの小型通信装置の場合、十分な性能を得るために多重アンテナ(たとえば、アンテナアレイの形態)を必要とする。
さらに、通信装置内のケーブルまたはその他の有線接続による損失は一般的に周波数が高くなるほど増大するので、無線フロントエンド回路に非常に近い位置にアンテナを配置できる設計とすることも望ましい。
したがって、通信装置内に効率的に内蔵できる小型のアンテナが必要である。
1つの実施形態に従って1つの装置を提供する。この装置は、垂直方向に積み重ねられた多数の層をもつ多層回路構造を含む。さらに、この層は、多層回路構造のエッジに形成された少なくとも1つの空洞領域を含む。この少なくとも1つの空洞領域は、多層回路構造の誘電体基板材料がそこから除去される多数の非導電ビアから形成される。さらに、この装置は、少なくとも1つの空洞領域に配置された少なくとも1つの垂直アンテナパッチを含む。これは、セラミックベース材料などの高誘電率をもつ基板材料の場合に特に有益である。あるシナリオでは、基板材料の誘電率は3を超えて3〜20の範囲であり、一般的には5〜8の範囲である。アンテナパッチの伝送特性に対し基板材料の及ぼす悪影響、たとえば、無線信号の減衰または歪みは、空洞領域により回避することができる。さらに、空洞領域は多層回路構造のエッジ沿いの表面波の伝播の低減をもたらす。
非導電性ビアを使用して空洞領域を形成することにより、基板材料の総合密度は空洞領域において低下し、実効誘電率の低下をもたらす。空洞領域は多層回路構造内の連続空洞として形成する必要はないので、残存基板材料は少なくとも1つのアンテナパッチを支え得る。したがって、たとえば少なくとも1つのアンテナパッチ形導電ストリップおよび導電ストリップを接続する導電ビアを形成することにより、パッチアンテナは空洞領域内に効率的に組み込まれる。
1つの実施形態によれば、空洞領域の非導電ビアを配列して空洞領域中に基板材料の網状格子を形成する。たとえば、非導電ビアを1次元、2次元、または3次元格子状に配列して基板材料中に小さい孔または空洞を形成することができる。この方法により、空洞領域中の基板材料の密度を効率的に低下させる一方、同時に、少なくとも1つのアンテナパッチを支える残存基板材料の良好な安定性を保つことができる。1つの実施形態によれば、多層回路構造の基板材料より低い誘電率をもつ誘電材料で空洞領域の非導電ビアを充填する。たとえば、基板材料がセラミック材料である場合、非導電ビアを充填する誘電材料は樹脂とすることができる。シナリオによっては、空気で非導電ビアを充填することもできる。
1つの実施形態によれば、この多層回路構造の基板材料は、セラミック材料を含む。この基板材料は、1つまたは複数のセラミック材料と1つまたは複数の他の材料の組み合わせ、たとえば、セラミック材料とガラス材料の組み合わせから構成することもできる。これらの種類の材料を使用する場合、この基板材料は、多層回路構造内における信号接続に約10GHz〜約100GHzの帯域の高周波信号にとって有利な伝送特性を与えるのに役立つ高い誘電率をもつ。この多層回路構造の層は低温同時焼成により製造することができる。したがって、この多層回路構造はLTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic:低温同時焼成セラミック)製とすることができる。しかし、この多層回路構造を形成する他の技術も使用可能である。たとえば、この多層回路構造はプリント基板(Printed Circuit Board:PCB)とすることができる。
1つの実施形態によれば、この空洞領域は、多数の層の1つまたは複数の上に形成され、かつ、空洞領域の第1水平エッジを画定する少なくとも1つの第1導電ストリップ、多数の層の1つまたは複数の上に形成され、かつ、空洞領域の第2水平エッジを画定する少なくとも1つの第2導電ストリップ、および少なくとも1つの第1導電ストリップと少なくとも1つの第2導電ストリップの間に伸びて空洞領域の垂直外側エッジを画定する導電ビアを含む。この方法により、空洞領域のエッジに沿って導電シールドを形成することができる。これは、たとえば、多層回路構造のエッジ沿いの表面波の伝搬をさらに低減するのに役立つ。
1つの実施形態によれば、多数の層の1つまたは複数の中に形成された多数の導電ストリップから垂直アンテナパッチを形成し、次にこの垂直アンテナパッチのこれらの導電ストリップを多層回路構造の種々の層の上に配置されている2つ以上の導電ストリップ間に伸びる導電ビアにより互いに電気的に接続する。たとえば、垂直アンテナパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目を形成するように、たとえば、横方向および縦方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、垂直アンテナパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。しかし垂直アンテナパッチを形成する他の方法、たとえば、多層回路構造のエッジの上の垂直導電ストリップとしてアンテナパッチを形成する方法も可能である。
1mmを超え、3cm未満の波長をもつ無線信号の伝送のために少なくとも1つのアンテナパッチを構成することができる。この波長は、10GHz〜300GHzの帯域の無線信号の周波数に対応する。水平偏波、すなわち水平方向沿いの直線偏波をもつ無線信号の伝送のために少なくとも1つのアンテナパッチを構成することができる。さらに、垂直偏波、すなわち垂直方向沿いの直線偏波をもつ無線信号の伝送のために少なくとも1つのアンテナパッチを構成することができる。実施形態によっては、この装置は、水平偏波の無線信号の伝送のために1つまたは複数のアンテナパッチを構成し、かつ、垂直偏波の無線信号の伝送のために1つまたは複数のアンテナパッチを構成する混合構成も提供する。
1つの実施形態によれば、この装置は、電気的に浮動状態であり、少なくとも1つのアンテナパッチに容量的に結合されている少なくとも1つのパッチ、すなわち、容量的にのみアンテナパッチに結合され、かつ、アースまたはその他の固定電位に導電的に結合されていない導電パッチを含む。この電気的に浮動状態のパッチは、少なくとも1つのアンテナパッチから多層回路構造の周辺に向かう方向にずれた平面に配置する。電気的に浮動状態のパッチを取り入れることにより、電気的に浮動状態のパッチを含まない構成に比し、このアンテナパッチにより伝達される無線信号の有効帯域幅を拡大することができる。電気的に浮動状態のパッチの寸法および/またはアンテナパッチと電気的浮動状態のパッチ間の距離を選択することにより、帯域幅を希望の帯域に調整することができる。
1つの実施形態によれば、多数の層の1つのまたは複数の中の多数の導電ストリップから電気的に浮動状態のパッチを形成し、次に電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップを電気的に浮動状態のパッチの2つ以上の導電ストリップ(多層回路構造の種々の層の上に配置されている)間に伸びる導電ビアにより相互に電気的に接続する。たとえば、電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目形状を形成するように、たとえば、水平方向および垂直方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、電気的に浮動状態のパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。しかし垂直アンテナパッチを形成する他の方法、たとえば、多層回路構造のエッジの上の垂直導電ストリップとしてアンテナパッチを形成する方法も可能である。
別案として、多層回路構造を収容しているケーシング部に形成した垂直導電ストリップにより電気的に浮動状態のパッチを形成することもできる。これは、全体的に簡素化された装置を与える。たとえば、電気的に浮動状態のパッチとアンテナパッチ間にかなり長い距離が望ましいシナリオにおいて、これは多層回路構造の全体的寸法を増大することなく電気的に浮動状態のパッチを形成することを可能にする。さらに、ケーシング部に電気的に浮動状態のパッチを形成することにより、アンテナパッチと電気的に浮動状態のパッチ間に空隙を設けることができ、伝送される無線信号の歪みまたは減衰の防止に役立つ。このケーシング部は、多層回路構造の周辺の周りに形成されるフレームでよい。さらに、このケーシング部は、この装置を収容する通信装置のハウジングの一部とすることができる。
1つの実施形態によれば、この装置は、多層回路構造を収容するケーシング部および少なくとも1つのアンテナパッチに面する平面上のケーシング部に配置される少なくとも1つの誘電体パッチを含む。この誘電体パッチは、変動パターンの誘電率をもつように構成する。この方法により、アンテナパッチから送信される無線信号の歪みをこの誘電体パッチを使用して補償することができる。このような歪みはケーシング部の誘電材料に引き起こされ、かつ、ケーシング部通過後の無線信号のダイバージェンスを一般的にもたらす。変動パターンにより無線信号の集束レンズとして働くように誘電体パッチを構成し、それによりケーシング部により引き起こされるダイバージェンスを補償することができる。これは、たとえば、誘電体パッチの中心に向かって誘電率が増大する変動パターンを設定することにより達成することができる。
1つの実施形態によると、少なくとも1つの誘電体パッチは非導電ビアを含む。この非導電ビアから誘電体パッチの誘電体基板材料が除去される。次に誘電体パッチの非導電ビアの密度を設定することおよび/または誘電体パッチの非導電ビアの寸法を設定することにより効率的な方法により変動パターンを形成する。
1つの実施形態によれば、この装置は、少なくとも1つの空洞領域に配置され、かつ、少なくとも1つのアンテナパッチの容量給電のために構成された少なくとも1つの給電パッチを含む。この給電パッチは、多数の層の1つまたは複数の中の多数の導電ストリップから形成する。給電パッチの2つ以上の導電ストリップ(多層回路構造の種々の層上に配置されている)間に伸びている導電ビアにより相互に電気的に接続されている給電パッチの導電ストリップ。たとえば、電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目形状を形成するように、たとえば、水平方向および垂直方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、電気的に浮動状態のパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。
しかし、ここで注意すべきことに、給電アンテナパッチに給電する他の方法、たとえば、導電給電または容量給電と導電給電を組み合わせる方法も可能である。
1つの実施形態によれば、この装置は、多層回路構造に配置される無線フロントエンド回路を含む。この場合、多層回路構造は、無線フロントエンド回路を収容する空洞を含む。この方法により、無線フロントエンド回路からアンテナパッチに無線信号を送るときに生ずる損失が低減される。この装置が多層回路構造に配置された無線フロントエンド回路を含む場合、多層回路構造は、無線フロントエンド回路を収容する空洞を含み得る。これにより多層回路構造および無線フロントエンド回路を収容するパッケージ全体が小型化される。さらに、信号経路の短縮により無線フロントエンド回路からアンテナパッチへの無線信号の送信がさらに最適化される。
さらなる実施形態によれば、たとえば、携帯電話、スマートフォンまたは同様なユーザー装置の形態の通信装置を提供する。この通信装置は、上述の実施形態のいずれかによる装置を含む。さらに、この通信装置は、この装置の少なくとも1つのアンテナパッチを経て送信される通信信号を処理するように構成された少なくとも1つの処理装置を含む。
本発明の上述の実施形態およびさらなる実施形態について以下において添付図面を参照しつつ、より詳しく説明する。
図1は、本発明の実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。 図2Aおよび2Bは、本発明の実施形態による空洞領域の形状のあらましを示す別の斜視図である。 図2Aおよび2Bは、本発明の実施形態による空洞領域の形状のあらましを示す別の斜視図である。 図3は、本発明の実施形態による空洞領域の導電エッジのあらましを示す別の斜視図である。 図4は、本発明の実施形態による垂直アンテナパッチの構成のあらましを示す別の斜視図である。 図5は、本発明の実施形態によるアンテナパッチおよび容量給電パッチのあらましを示す別の斜視図である。 図6は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の断面の略図である。 図7は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の構成の略図である。 図8は、本発明の実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。この装置は、多数の空洞領域に配置された多数の垂直アンテナパッチを備えている。 図9は、本発明のさらなる実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。この装置は電気的に浮動状態のパッチをさらに備えている。 図9は、本発明の実施形態による電気的に浮動状態のパッチを示す斜視図である。 図11は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の特性を示すグラフである。 図12は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の断面の略図である。この装置は、電気的に浮動状態のパッチを備えている。 図13は、本発明の実施形態による電気的に浮動状態のパッチの配置を示す。 図14は、本発明の実施形態による電気的浮動状態のパッチの別の配置を示す。 図15は、本発明の実施形態による誘電体パッチの効果を図式的に示す。 図16は、本発明の実施形態による誘電体パッチの構造および配置を示す略図である。 図17は、本発明の実施形態による誘電体パッチの配置を示す略図である。 図18は、本発明の実施形態による誘電体パッチの別の配置を示す略図である。 図19は、本発明の実施形態による誘電体パッチの別の配置を示す略図である。 図20は、本発明の実施形態による通信装置のあらましを示すブロック図である。
以下において、本発明の典型的実施形態についてより詳細に記述する。以下の記述は、本発明の原理を説明することのみを目的としており、制限的な意味に解してはならない。むしろ本発明の範囲は添付請求項のみにより明確にされるのであり、本願において記述する典型的実施形態により限定することは意図していない。
本願において示す実施形態は、無線信号、特にcm/mm波長帯域の短波長無線信号を伝送するためのアンテナに関する。以下において説明するアンテナおよびアンテナ装置は、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータまたは同様のものなどの通信装置において利用できる。
以下において示すコンセプトでは、パッチアンテナを形成するために多層回路構造を利用する。この多層回路構造は、垂直方向に積み重ねられる多数の層からなる。この多層回路構造の各層は、導電ストリップのパターンにより個別に構築することができる。さらにこの多層回路構造の種々の層上に形成された導電ストリップを種々の層の導電ストリップ間に伸びる導電ビアにより相互に接続する。この導電ストリップは、前記層の誘電体基板材料上の金属層により形成することができる。前記導電ビアはパンチング、エッジング、またはドリリングによる孔として作成することができ、これらの孔を導電材料、たとえば、金属で少なくとも部分的に充填する。
種々の層の上の導電ストリップを相互に接続することにより、多層回路構造中に3次元導電構造を形成する。以下においてさらに説明するように、かかる3次元導電構造は、1つまたは複数の垂直アンテナパッチ、1つまたは複数の給電パッチ、電気的に浮動状態の1つまたは複数のパッチ、および/または1つまたは複数の導電シールドを含み得る。
本願において説明する実施形態において使用される垂直アンテナパッチは垂直方向、すなわち前記多層回路構造の層の平面に直角方向に伸びるように形成され、それにより小型垂直アンテナの設計を可能にする。この方法により、垂直方向偏波無線信号を伝送するアンテナを効率的に形成することができる。さらに、前記多層回路基板の1つまたは複数の層を利用してパッチアンテナを無線フロントエンド回路に効率的な方法により接続することができる。特に、小型のパッチアンテナおよびパッチアンテナへの短距離接続を実現することができる。さらに、複数のかかる垂直アンテナパッチを前記多層回路構造に組み込むことができる。さらに、この垂直アンテナパッチは、多層回路構造の層の平面に平行に伸びる水平方向偏波無線信号の伝送のためにも利用することができる。さらに、垂直方向偏波無線信号伝送と水平方向偏波無線信号伝送の両方をサポートする二重偏波構成も可能である。このように小型の構造により種々の偏波方向をサポートすることができる。
以下においてさらに詳しく説明する実施形態では、前記多層回路構造はLTCCとすることにしている。しかし、他の技術もLTCC技術の代替として、またはそれに加えて使用できることに注意するべきである。たとえば、この多層回路構造は、樹脂およびファイバ応用の基板層にプリントされた構造化金属層に基づくPCBとして、またはLTCCとPCBの組み合わせとして形成することができる。さらに、この多層回路構造は、セラミック材料と非セラミック材料の組み合わせ、たとえば、セラミック材料とガラス材料および/または樹脂の組み合わせに基づく層を使用することができる。この多層回路構造を形成するために使用する技術および材料は、一定の波長、たとえば、次の関係に基づく波長の無線信号の伝送をサポートするために望ましい誘電特性を考慮して選択することもできる。
Figure 0006814293
ただしLはアンテナパッチの実効寸法、λは伝送される無線信号の波長、そしてεは多層回路構造の基板材料の比誘電率である。典型的実施例では、基板材料の誘電率、すなわち、比誘電率εは3以上、たとえば、3〜20の範囲、一般的には5〜8の範囲である。
図1は、本願において説明するコンセプトに基づくアンテナ装置100を示す斜視図である。図示の例において、アンテナ装置100は多層回路構造110を含む。多層回路構造110は、垂直方向に積み重ねられた多数の層を含む。これらの層は、たとえば、それぞれ分離基板上の構造化メタライゼーション層に対応する。分離基板は、たとえばセラミックまたはセラミックとガラスの組み合わせに基づく。空洞領域120は、多層回路構造110のエッジ領域115中に形成されている。垂直アンテナパッチ130は、空洞領域120内に配置されている。垂直アンテナパッチ130は、多層回路構造110の層に直交し、かつ、多層回路構造110のエッジの1つ(エッジ領域115を画定している)に平行する垂直平面に伸びている。アンテナパッチ130は、“V”により示されている実線矢印により示されている垂直方向に偏波されている無線信号を伝送するように構成されている。代案または追加として、アンテナパッチ130は、“H”により示されている実線矢印により示されている水平方向に偏波されている無線信号を伝送するように構成することもできる。
図示されているアンテナ装置100では、空洞領域120は、多層回路構造110の基板材料内を伝播する無線信号を低減する。空洞領域120により。したがって、無線信号の減衰または歪みを回避することができる。特に、空洞領域120は、多層回路構造110のエッジ沿いの表面波の伝播を大幅に低減する。
これから説明するように、アンテナ装置100は、多層回路構造110に形成される空洞170に配置される無線フロントエンド回路チップ180を含む。したがって、無線フロントエンド回路チップ180からアンテナパッチ130への電気接続は、多層回路構造の層の1つまたは複数の上の導電ストリップにより効率的に形成することができる。特に、このように形成される電気接続は短距離となるので、高周波における信号損失が限定される。さらに、多層回路構造110の層の1つまたは複数を利用して無線フロントエンド回路チップ180から他の回路、たとえば、電源回路またはデジタル信号処理回路への接続を行うこともできる。
図2Aおよび2Bは、空洞領域120の形状をさらに示す。図示されているように、空洞領域120は、非導電ビア121により形成されている。非導電ビア121から、多層回路構造110の基板材料が除去されている。非導電ビア121から基板材料を除去することにより基板材料の総合密度は空洞領域120において低下し、その結果として実効誘電率が低下する。空洞領域120における残存基板材料は、アンテナパッチ130の支持物として働く網状格子を形成する。さらに、空洞領域120における残存基板材料は、以下においてさらに説明するように他の構造物の支持物としても働く。
非導電ビア121は空虚のままであり、したがって空気または同様な周囲媒体で充填し、非誘電ビア121における低誘電率を実現する。しかし、非導電ビア121の1つまたは複数を多層回路構造110の基板材料より低い誘電率をもつ他の誘電材料で充填することもできる。たとえば、基板材料がセラミック材料である場合に、非導電ビア121を充填する誘電材料は樹脂とすることができる。非導電ビア121を固体誘電材料で充填することにより空洞領域120における多層回路構造110の機械的安定性を高めることができる。
図2Aおよび2Bの例により示されているように、種々の幾何学的形状に従って非導電ビア121を配置することができる。図2Aの例では、非導電ビア121は、縞状格子に従って配置されている。この形状の結果として残存基板材料は、やはり縞状格子に対応する網状格子を形成する。残存基板材料内において、非導電ビア121は、したがって虚空の1次元格子すなわち低い誘電率の領域を形成する。図2Bの例では、非導電ビア121は、格子縞状パターンに従って配置されている。残存基板材料内において、非導電ビア121は、したがって虚空の2次元格子すなわち低い誘電率の領域を形成する。
図2Aおよび2Bにおいて示した非導電ビア121の幾何学的配置は単なる例であること、および種々のその他の形状も可能であることに注意するべきである。たとえば、図2Aおよび2Bにおいて示した形状の2つ以上を重ね合わせて非導電ビア121の種々の3次元配置を得ることができる。さらに、非導電ビア121の不規則な配置を利用することもできる。
実施例によっては、空洞領域120のエッジに導電構造を設ける。この導電構造は、導電シールドとして働く。これは、たとえば、アンテナパッチ130からの表面波の伝播を低減することにより伝送特性のさらなる改善に役立つ。図3は、かかる導電構造を空洞領域120のエッジ上に形成する方法の例を示す。
図3の例では、空洞領域120の第1(上側)水平エッジ上に第1導電ストリップ122を形成する。空洞領域120の第2(下側)水平エッジ上に第2導電ストリップ123を形成する。空洞120の垂直エッジ上において、第1導電ストリップ122と第2導電ストリップ123を導電ビア124により相互に接続する。その結果として、矩形枠の形状をもつ導電構造が空洞領域120の外側エッジに沿って形成される。
図3において示した空洞領域120のエッジ上の導電構造の形状は単なる例であること、および他の幾何学的形状も可能であることに注意するべきである。たとえば、導電ストリップおよび導電ワイヤは、空洞領域120に曲線状、たとえば、円形または楕円形を近似するように配置することもできる。
図4は、垂直アンテナパッチ130の形状をさらに示す。ここでは概要を分かりやすく示すために、図4は導電構造に重点を置いており、多層回路構造110のエッジ領域115の非導電部分は示していないことに注意するべきである。
図示されているように、垂直アンテナパッチ130は、多層回路構造110の層に直交する面に伸びており、かつ、多層回路構造110のエッジに沿って伸びている。垂直アンテナパッチ130は、多層回路構造110の種々の層上の多数の導電ストリップ131から形成されている。導電ストリップ131は垂直方向に互いの上に積み重ね合わされており、それにより3次元上部構造を形成している。種々の層の導電ストリップ131は、導電ビア132,たとえば、金属化ビア孔により接続されている。図示されているように、垂直アンテナパッチ130の導電ストリップ131および導電ビアは、網目パターン状に配置されており、かつ、多層回路構造110の層に直交し、かつ、多層回路構造110のエッジに平行する面に伸びるほぼ長方形の導電構造を形成している。網目パターンの格子間隔は十分に狭い寸法としており、これにより垂直アンテナパッチ130により伝送される無線信号の対象波長において一様な導電構造と比較したときの差異が無視できるほどになるようにしている。一般的に、これは、垂直アンテナパッチ130の垂直および/または水平寸法の1/4未満である格子間隔により達成され得る。種々の種類の格子構造が利用できることに注目するべきである。たとえば、導電スリップ131の不規則間隔およびビア132の規則的間隔に基づく構造、水平方向と垂直方向両方における規則的間隔に基づく構造、または水平方向と垂直方向両方における不規則間隔に基づく構造などである。垂直方向に整列されないビア132も格子構造として利用できることに注意するべきである。さらに、種々の個数の導電ストリップ131および/またはビア132も使用できることに注意するべきである。
上述したように、垂直アンテナパッチ130は、垂直偏波の無線信号の伝送用として、または水平偏波方向の無線信号の伝送用として構成することができる。水平偏波方向の場合、垂直アンテナパッチ130により伝送され得る無線信号の波長は、垂直アンテナパッチ130の実効水平寸法により決定される。たとえば、垂直アンテナパッチ130の水平幅(多層回路構造110の層の1つのエッジに沿って測定する)を実効寸法Lとして使用して垂直アンテナパッチ130の共振する無線信号の波長λを決定することができる。垂直偏波方向の場合、垂直アンテナパッチ130により伝送され得る無線信号の波長は、垂直アンテナパッチ130の実効垂直寸法により決定される。たとえば、アンテナパッチ130の垂直幅(多層回路構造110の層に垂直に測定する)を実効寸法Lとして使用して垂直アンテナパッチ130の共振する無線信号の波長λを決定することができる。
さらに図5は、垂直アンテナパッチ130の給電のために使用される典型的形状を示す。図5の例では、垂直アンテナパッチ130について容量給電の使用を前提としている。しかし、垂直アンテナパッチ130に給電する他の方法、たとえば、導電給電および容量給電と導電給電の組み合わせも利用できることに注意するべきである。図4と同様に、図5は導電構造に重点を置き、多層回路構造110のエッジ領域115の非導電構造は示していない。
図示されているように、給電パッチ135は、垂直アンテナパッチ130から多層回路構造110の中心の方向にずれている平面に設けられている。垂直アンテナパッチ130と同様に、給電パッチ135も上述の空洞領域120に配置されている。給電パッチ135は、垂直アンテナパッチ130の容量給電用に構成され、かつ、垂直アンテナパッチ130に平行して伸びている。図示の例では、給電パッチ135の寸法は垂直アンテナパッチ130の寸法より小さい。
垂直アンテナパッチ130と同様に、給電パッチ135は、多層回路構造110の種々の層の上の多数の導電ストリップ136から形成されている。導電ストリップ136は互いに垂直方向に積み重ねられており、したがって3次元上部構造を形成する。多層回路構造110の種々の層の導電ストリップ136は、導電ビア137、たとえば、金属化ビア孔により接続されている。図示されているように、給電パッチ135の導電ストリップ136および導電ビアは網目パターン状に配置されており、かつ、多層回路構造110の層に直交し、かつ、多層回路構造110のエッジに平行する面に伸びるほぼ矩形の導電構造を形成している。網目パターンの格子間隔は十分に狭い寸法としており、これにより垂直アンテナパッチ130により伝送される無線信号の対象波長において一様な導電構造と比較したときの差異が無視できるほどになるようにしている。したがって、給電パッチ135は、垂直アンテナパッチ130と同様または同じ格子間隔で形成され得る。垂直アンテナパッチ130と同様に、給電パッチ135は規則的格子構造または不規則格子構造をもち得る。
図5にさらに示されているように、装置100は、垂直アンテナパッチ130を接地面に電気的に接続する接地パッチ134を含み得る。接地面は、多層回路構造110の層の1つの上に形成されている導電領域により形成され得る。接地パッチ134は、多層回路構造(110)の層の1つの上に形成されている導電ストリップにより形成され得る。図5に示されているように、接地パッチ134は、給電パッチ135から垂直方向にずらすことができる。この構成では、垂直方向偏波無線信号の伝送のために垂直アンテナパッチ130を使用することができる。接地パッチ134を給電パッチ135から水平方向にずらすことにより、水平方向偏波無線信号の伝送用として垂直アンテナパッチ130を構成することができる。
図6は、アンテナ装置100の構成のあらましを示す断面図である。図示されているように、垂直アンテナパッチ130および給電パッチ135は空洞領域120に配置される。この図から分かるように、給電パッチ135は給電点138に接続されている。多層回路構造110において給電点138から無線フロントエンド回路チップ180への電気接続139が形成されている。多層回路構造110のエッジから測定した空洞領域120の深さはTとして示されている。給電パッチ135は、垂直アンテナパッチ130から距離Gだけ離隔されている。空洞領域120の深さTは、0.5mmから2mmの範囲にあり、一般的に約1mmである。距離Gおよび給電パッチ135の寸法は、垂直アンテナパッチ130への容量結合を最適化するように設定され得る。シミュレーションの示したところによると、小型給電パッチ135、たとえば、垂直アンテナパッチ130の寸法の1/4以下の給電パッチは、小型外形寸法の垂直アンテナパッチ130の良好な帯域幅およびほぼ一様な全方向伝送特性の実現を可能にする。
さらに、空洞領域120の深さT、垂直アンテナパッチ130の寸法、および距離G、および長さLは、垂直アンテナパッチ130により送信または受信される無線信号の公称波長に従って設定することができる。4分の1波長パッチアンテナ構成で垂直アンテナパッチ130を使用する場合、垂直アンテナパッチ130の垂直または水平寸法は公称波長の1/4に相当し、かつ、距離Gは公称波長の1/4未満となる。次に空洞領域の深さTも公称波長の1/4の範囲またはそれ以下となる。半波長パッチアンテナ構成で垂直アンテナパッチ130を使用する場合、接地パッチ134は省略され、かつ、垂直アンテナパッチ130の垂直または水平寸法は公称波長の1/2に相当する。垂直アンテナパッチ130経由で送信または受信される無線信号の偏波方向に対応しない方向において、わずかにより小さい寸法の垂直アンテナパッチ130を使用することができる。
図7は、多層回路構造110における空洞領域120、垂直アンテナパッチ130、および給電パッチ135の形成のために使用するプロセスを図式的に示す。
(I)により標記されている第1段階において、基板材料の多数のシート710を用意する。これらのシート710のそれぞれは、形成される多層回路構造110の個々の層に対応する。形成される多層回路構造110の外部形状に従って決定される形状に個々のシート710を切断する。ここで、個々のシート710の形状は、層ごとに異なることに注意するべきである。
(II)により標記されている第2段階において、個々のシート710にビア孔720、721、722、723、724、725を形成する。図示されているように、種々の寸法の孔、720、721、722、723、724、725を形成する。これらの孔は、パンチング、ドリリング、機械切削、エッチングまたはかかる技術の組み合わせにより形成する。図示されている例では、孔721、722、723、724、725の目的は、上述の非導電ビア121および上述の導電ビア124、132、137を形成することである。孔720の目的は、無線フロントエンド回路チップ180を支持するための上述の空洞170を形成することである。ここで、孔の形状、個数、および/または位置は、層ごとに異なることに注意するべきである。
(III)により標示されている第3段階において、孔720、721、722、723、724、725の一部を金属などの導電材料で充填する。図示されている例では、これらは孔723および725である。図示されている例におけるその他の孔、720、721、722、および724を空虚のままとするか、またはシート710の基板材料より低い誘電率をもつ固体誘電材料で充填する。続いて、たとえば金属層を堆積させることにより個々のシートの一方または両側に導電ストリップ726、727を形成する。ここで、孔の充填は層ごとに異なり、および/または導電ストリップの形状、個数、および/または位置は層ごとに異なることに注意するべきである。
(IV)により標示されている第4段階において、個々の層710を整列させ、かつ、かつ、積み重ねる。すなわち、個々の層710を相互に重ね合わせることにより多層回路構造110を形成する。図示の例では、この照明は低温同時焼成により形成することになっている。しかし、その他の積層技術も追加的または代替として使用できる。
図8は、本願記載のコンセプトに基づく別のアンテナ装置101を示す斜視図である。このアンテナ装置101は、概して上述のアンテナ装置100に類似している。しかし、アンテナ装置100と比較して、アンテナ装置101は、多数の空洞領域120および多数の垂直アンテナパッチ130を含んでおり、後者は、それぞれ、多数の空洞領域120の対応する1つの中に配置されている。空洞領域120およびアンテナパッチ130は、それぞれ、図1〜7を参照して説明したように構成され、かつ、製造される。
図8に示した多数の垂直アンテナパッチ130の構成の場合、すべての垂直アンテナパッチ130を垂直方向偏波無線信号の伝送用として構成すること、またはすべての垂直アンテナパッチ130を水平方向偏波無線信号の伝送用として構成することができることに注意するべきである。しかし、1つまたは複数の垂直アンテナパッチ130を垂直方向偏波無線信号の伝送用として構成する一方、1つまたは複数の他の垂直アンテナパッチ130を水平方向偏波無線信号の伝送用として構成する混合構成も可能である。さらに、一部の実施例では多数の垂直アンテナパッチ130を同一の空洞領域120に含めることも可能であることに注意するべきである。
図9は、本願記載のコンセプトに基づくさらに別のアンテナ装置102を示す斜視図である。このアンテナ装置102は、概して上述のアンテナ装置101に類似している。すなわち、アンテナ装置102は、空洞領域120に配置された多数の垂直アンテナパッチ130を含んでいる。
図示されているように、アンテナ装置102は、それが電気的に浮動状態のパッチ140をさらに含んでいることにおいてアンテナ装置101と異なる。垂直アンテナパッチ130のそれぞれについて、対応する浮動パッチ140が設けられている。浮動パッチ140は、対応する垂直アンテナパッチ130と容量的にのみ結合されており、かつ、アースまたはその他の固定電位への導電的結合はもたない。
図示されているように、浮動パッチ140は、対応する垂直アンテナパッチ130から多層回路構造110の周辺に向かう方向にずれている平面に配置されている。図10に示されているように、浮動パッチ140は、垂直アンテナパッチ130および給電パッチ135と同様な方法により、すなわち、多層回路構造110の種々の層上の導電ストリップ141(導電ビア142、たとえば、金属化ビア孔により接続される)から形成することができる。多層回路構造110のエッジ方面を見たとき、浮動パッチ140は、垂直アンテナパッチ130の前面に位置しており、したがって垂直アンテナパッチ130の放射特性を調整するために使用することができる。具体的には、浮動パッチ140は、垂直アンテナパッチ130経由で伝送される無線信号の有効帯域幅を強化するために使用することができる。
有効帯域幅のこの強化は、たとえば、図11に示したシミュレーション結果に見ることができる。図11において、浮動パッチ140を用いるアンテナ構成を使用して伝送された信号の強度を実線で示す一方、浮動パッチ140なしのアンテナ構成を使用して伝送された信号の強度を点線で示した。この図から分かるように、それぞれの場合に共振周波数は約30GHzである。浮動パッチ140を有するアンテナ構成の場合、有効周波数幅(強度が−10dBを超える範囲として定義される)は約2GHzである。浮動パッチ140なしのアンテナ構成の場合、有効周波数幅は約4GHzである。
図12は、アンテナ装置102の構成のあらましを示す断面図である。図示されているように、垂直アンテナパッチ130および給電パッチ135は、空洞領域120に配置されている。浮動パッチは、垂直アンテナパッチ130から給電パッチ135の反対側に、すなわち、多層回路構造110の周辺の方向にずれている。アンテナ装置100と同様に、給電パッチ135は給電点138に接続されており、また、給電点138から無線フロントエンド回路チップ180への電気接続139が多層回路構造110中に形成されている。多層回路構造110のエッジから測定した空洞領域120の深さはTにより示されている。浮動パッチ140から垂直アンテナパッチ130までの距離はHにより示されている。給電パッチ135は、垂直アンテナパッチ130から距離Gだけ離隔されている。垂直アンテナパッチの寸法、深さT、および距離Gの決定は、図6を参照して説明したとおりとすることができる。
浮動パッチ140から垂直アンテナパッチ130までの距離Hは、1mm〜4mmの範囲とすることができる。シミュレーションによりこの範囲の距離のHの場合、その結果の共振周波数は、距離Hの値にあまり依存しないことが分かっている。したがって、距離Hがあまり正確に制御できない実施例においても、安定したインピーダンス整合を達成することができる。かかる実施形態の例は、浮動パッチが多層回路構造110内に組み込まれず、アンテナ装置102を収容するケースまたはハウジングの一部のようなケーシング部の上など別個の部品上に設けられる構成を含む。かかる構成の例を図13および14に示す。
図13の例では、多層回路構造110は、フレーム200の中に収容されている。垂直アンテナパッチ130が形成される多層回路構造110側においてフレーム200は、多層回路構造110のエッジから離隔されている。多層回路構造110の反対側においてフレーム200は、多層回路構造110のエッジに密接に寄せられている。図から分かるように、この場合、浮動パッチ140は、フレーム200の一部(垂直アンテナパッチ130に面している部分)の上に設けられている。たとえば、浮動パッチ140は、プリントによるかまたはその他により堆積された金属層として設けることができる。多層回路構造110および浮動パッチ140をもつフレーム200を含む部品は、他の装置に、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータまたは同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージとして形成することができる。
図13の例では浮動パッチ140はフレーム200の内側、すなわち、垂直アンテナパッチ130の方向を向く側に配置されたが、他の配置も可能であることに注意するべきである。たとえば、浮動パッチ140はフレーム200の外側、すなわち、垂直アンテナパッチ130から遠ざかる側に設けることもできる。さらに、浮動パッチ140は、フレーム200の内側と外側の両方に設けることもできる。
図14の例では、多層回路構造110は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれることになっている。図示されているように、多層回路構造は、通信装置のハウジング201の近くに、ハウジング201と多層回路構造110のエッジ(垂直アンテナパッチ130が形成される部位)の間に一定の距離を残して配置されている。容易に分かるように、この場合、浮動パッチ140は、ハウジング201の一方の側(垂直アンテナパッチ130に面している側)に設けることもできる。たとえば、浮動パッチ140は、プリントによるかまたはその他の堆積された金属層として設けることができる。
図14の例では、浮動パッチ140はハウジング201の内側、すなわち、垂直アンテナパッチ130の方向を向く側に配置されているが、他の配置も可能である。たとえば、浮動パッチ140は、ハウジング201の外側、すなわち、垂直アンテナパッチ130から遠ざかる側に設けることも可能である。さらに、浮動パッチ140は、ハウジング201の内側と外側の両方に設けることもできる。
上述のアンテナ装置、100、101、102がケースまたはハウジングに組み込まれるシナリオでは、このハウジングは一般的に少なくとも一部は非導電材料、したがって誘電材料により形成される。この方法により、ケースまたはハウジングが垂直アンテナパッチ130経由で伝送される無線信号に対するシールドとして働く事態を回避できる。しかし、ケースまたはハウジングとして誘電材料を使用することは、ケースまたはハウジングの誘電材料を通過するときに無線信号の歪みおよび/または屈折を引き起こす。この効果は無線信号の周波数の増加とともに増大し、かつ、約10GHz〜約100GHzの帯域の周波数に相当するミリメートル波長帯の無線信号の場合に著しくなる。以下において、誘電材料から形成されているケースまたはハウジングの一部を通過するときに生ずる無線信号に対するかかる効果に対処する実施例について説明する。これは、上述のアンテナ装置100、101、102に一定の変動パターンに従って変化する誘電率をもつ誘電体パッチをさらに設けることにより達成される。
図15(A)および15(B)は、かかる誘電体パッチの効果を示す。図15(A)は、垂直アンテナパッチ130から発してケースまたはハウジングの一部などの誘電材料から形成されるケース部202を通過する無線信号の伝播を図式的に示している。図示されているように、無線信号は、ケース部202を通過するときに歪みを受け、ケース部202を通過した後に無線信号のダイバージェンスが引き起こされる。この種類のダイバージェンスは一般的に望ましくない。それは信号品質の低下をもたらすからである。それと比較して、図15(B)は、誘電パッチ150をケーシング部202に設け、アンテナパッチ130から送信された無線信号が誘電パッチ150およびケース部202を通過するようにしたシナリオを示している。図示されているように、誘電パッチ150は無線信号に対し集束レンズのように働くように構成されており、それによりケーシング部202により引き起こされるダイバージェンスを補償する。誘電パッチ150のこの構成は、誘電パッチ150中に作成される誘電率の変動パターンにより達成される。たとえば、誘電パッチ150は、その誘電率が誘電パッチ150の中心に向かって増大するように変動パターンを画定し、それにより集束レンズのように働くように構成することができる。
図16は、誘電パッチ150が無線信号の集束レンズとして働くようにする誘電率の変動パターンをもつ誘電パッチ150を構成する方法の例を示す。図16の例では、これは、誘電パッチ150の中に非導電ビア151を設け、かつ、非導電ワイヤ151の寸法および/または密度を使用して誘電率の局部実効値を調整することにより達成する。図16の例では、非導電ビア151の寸法は、エッジから誘電パッチ150の中心に向かって低下する(無線信号の伝播経路に直交する方向に沿って)。さらに、非導電ビア151の密度は、エッジから誘電パッチ150の中心に向かって低下する(無線信号の伝播経路に直交する方向に沿って)。
図16は、ただ1つの平面における変動パターンを示しているが、当然のことながら非導電ビア151は望ましいレンズ特性を得るように種々の3次元パターンおよび形状に従って配置することができる。かかるレンズ特性は円柱レンズの特性を含むが、球面レンズまたはパラボラレンズの特徴も含み得る。
図16にさらに示されているように、誘電パッチ150は、図9〜14を参照して説明した浮動パッチ140と組み合わせることができる。これは、たとえば、誘電パッチ150および浮動パッチ140をケーシング部202上のサンドイッチ構造として設けることによる。ここで、浮動パッチ140、誘電パッチ150、およびケーシング202の図示配置順序は単なる例であること、およびこれらの要素は種々の方法により配置できることに注意するべきである。たとえば、浮動パッチ140は、ケーシング部202の側面(垂直アンテナパッチ130から遠ざかる側面)に設けることができるが、これに対し誘電パッチ150はケーシング部202の側面(垂直アンテナパッチ130の方向を向いている側)に設けることができる。さらに、浮動パッチ140と誘電パッチ150の両方ともケーシング部202の側面(垂直アンテナパッチ130から遠ざかる側面)に設けることができる。さらに、浮動パッチ140は、誘電パッチ150とケーシング部202の間に差し込むこともできる。
種々の形状を利用してアンテナ装置101、101または102に上述の誘電パッチ150または複数の誘電パッチ150を設けることができる。かかる構成の例についてこれから図17〜19を参照しつつさらに説明する。
図17の例では、多層回路構造110はフレーム203の中に収容されている。垂直アンテナパッチ130が形成されている多層回路構造110の側面において、フレーム203は多層回路構造110のエッジから離隔されている。多層回路構造110の他の側面において、フレーム203は多層回路構造110のエッジに密接に寄せられている。図から分かるように、この場合、誘電パッチ150は、フレーム203の一部(垂直アンテナパッチ130に面している部分)に取り付けられている。たとえば、誘電パッチ150は、フレーム203の内部に接着することもできる。図17の構成では、誘電パッチ150は、フレーム203の材料とは異なる材料により形成され得る。多層回路構造110および誘電パッチ150付きフレーム203を含む組立品は、他の装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージを形成することができる。
図18の例では、多層回路構造110はフレーム204の中に収容されている。垂直アンテナパッチ130が形成されている多層回路構造110の側面において、フレーム204は多層回路構造110のエッジから離隔されている。多層回路構造110の他の側面において、フレーム204は多層回路構造110のエッジに密接に寄せられている。図17の構成では、誘電パッチ150は、フレーム204の一部(垂直アンテナパッチ130に面している部分)の材料内に形成される。たとえば、誘電パッチ150は、非導電ビア孔151のドリリング、パンチングおよび/またはその他の機械切削によりフレーム204の材料の中に形成することができる。多層回路構造110および誘電パッチ150付きのフレーム204を含む組立品は、他の装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージを形成することができる。
図19の例では、多層回路構造110は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれることになっている。図示されているように、多層回路構造は、通信装置のハウジング205の近くに配置されている。容易に分かるように、この場合、誘電パッチ150は、ハウジング205の一部(垂直アンテナパッチ130に面している部分)の材料内に形成される。たとえば、誘電体150は、非導電ビア孔151のドリリング、パンチングおよび/またはその他の機械切削によりフレーム204の材料の中に形成することができる。
図20は、1つまたは複数のアンテナ装置310を備える通信装置300を示す略図である。これらのアンテナ装置310は、上述のタイプ、たとえば、アンテナ装置100、101、または102に対応する。さらに、通信装置300は他の種類のアンテナも含み得る。この通信装置は、小型ユーザー装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものに相当する。しかし、当然のことながら、その他の種類の通信装置、たとえば、車両応用通信装置、無線モデム、または自律センサーも利用できる。
さらに図示されているように、通信装置300は1つまたは複数の処理装置340も含む。通信処理装置340は、アンテナ装置310経由で伝送される通信信号の生成またはその他の処理を行う。この目的のために、通信処理装置340は、1つまたは複数の通信プロコトルに従って、たとえば、5Gセルラー無線技術に従って種々の種類の信号処理およびデータ処理を行う。
当然のことながら、これまでに説明したコンセプトは種々の変更が可能である。たとえば、このコンセプトは、5G技術に限られない種々の種類の無線技術および通信装置について適用することができる。説明したアンテナ装置は、通信装置からの無線信号の送信および/または通信装置における無線信号の受信のために使用することができる。さらに当然のことながら、説明したアンテナ構造はアンテナ形状に関する種々の変更の対象となる可能性があり、また、種々の形状のアンテナパッチ、給電パッチ、浮動パッチ、および/または誘電パッチを利用することができる。たとえば、図示した長方形のアンテナパッチ、給電パッチ、浮動パッチ、または誘電パッチは、より複雑な形状、たとえば、L字形、F字形、H字型などに変更され得る。さらに、円形または楕円形などの曲線形状の利用も可能である。さらに、上述のアンテナ装置の個々の特徴は、種々の方法により組み合わせ得ることに注意するべきである。たとえば、上述の誘電パッチは、上述の空洞領域を含まないアンテナ装置に対しても利用することができる。

Claims (19)

  1. 垂直方向に沿って積み重ねられた多数の層をもつ多層回路構造(110)と、
    前記多層回路構造(110)のエッジに形成される少なくとも1つの空洞領域(120)であって、前記多層回路構造(110)の誘電体基板材料がそこから除去される多数の非導電ビア(121)により形成される少なくとも1つの空洞領域(120)と、
    前記少なくとも1つの空洞領域(120)に配置される少なくとも1つの垂直アンテナパッチ(130)と、
    前記多層回路構造(110)を収容するケーシング部(201、202、203、204、205)と、
    −前記1つのアンテナパッチ(130)に面する平面上の前記ケーシング部(200)に配置される少なくとも1つの誘電パッチ(150)であって、変動パターンの誘電率をもつように構成される誘電パッチ(150)と、
    を含む装置(100、101、102)。
  2. 前記空洞領域(120)は、
    前記多数の層の1つまたは複数に形成され、かつ、前記空洞領域(120)の第1水平エッジを画定する少なくとも1つの第1導電ストリップ(122)と、
    前記多数の層の1つまたは複数に形成され、かつ、前記空洞領域(120)の第2水平エッジを画定する少なくとも1つの第2導電ストリップ(123)と、
    前記少なくとも1つの第1導電ストリップ(122)と前記少なくとも1つの第2導電ストリップ(123)の間に伸び、かつ、前記空洞領域(120)の垂直外側エッジを画定する導電ビア(124)と、
    を含む、請求項1に記載の装置(100、101、102)。
  3. 前記空洞領域(120)の前記非導電ビア(121)は前記空洞領域(120)に前記基板材料の網状格子を形成するように配置される、請求項1または2に記載の装置(100、101、102)。
  4. 前記垂直アンテナパッチ(130)は前記多数の層の1つまたは複数の中に形成される多数の導電ストリップ(131)から形成され、前記垂直アンテナパッチ(130)の前記導電ストリップ(131)は前記多層回路構造(110)の種々の層の上に配置される2つ以上の前記導電ストリップ(131)の間に伸びる導電ビア(132)により相互に電気的に接続される、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  5. 前記アンテナパッチ(130)の前記導電ストリップ(131)および前記導電ビア(132)は網目パターンを形成するように配置される、
    請求項4に記載の装置(100、101、102)。
  6. 前記空洞領域(120)を形成する前記非導電ビア(121)を前記多層回路構造(110)の前記基板材料より低い誘電率をもつ誘電材料で充填する、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  7. 前記空洞領域(120)を形成する前記非導電ビア(121)を空気で充填する、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  8. 前記少なくとも1つのアンテナパッチ(130)に容量的に結合され、かつ、前記少なくとも1つのアンテナパッチ(130)から前記多層回路構造(110)の周辺に向かう方向にずれている平面に配置される少なくとも1つの電気的に浮動状態のパッチ(140)を含む、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置(102)。
  9. 電気的に浮動状態の前記パッチ(140)は前記多数の層の1つまたは複数の中の多数の導電ストリップ(141)から形成され、電気的に浮動状態の前記パッチ(140)の前記導電ストリップ(141)は前記多層回路構造(110)の種々の層上に配置される電気的に浮動状態の前記パッチ(141)の前記導電ストリップ(141)の2つ以上の間に伸びる導電ビア(142)により相互に電気的に接続される、
    請求項8に記載の装置(102)。
  10. 電気的に浮動状態の前記パッチ(140)は前記多層回路構造(110)を収容するケーシング部(200、201、202、203、204、205)の上に形成される垂直導電ストリップにより形成される、
    請求項8に記載の装置(102)。
  11. 前記少なくとも1つの誘電パッチ(150)は前記誘電パッチ(150)の誘電体基板材料がそこから除去される非導電ビア(151)を含む、
    請求項に記載の装置(100、101、102)。
  12. 前記変動パターンは前記誘電パッチ(150)の非導電ビア(151)の密度を設定することによりおよび/または前記誘電パッチ(150)の前記非導電ビア(151)の寸法を設定することにより形成される、
    請求項11に記載の装置(100、101、102)。
  13. 前記変動パターンは前記誘電パッチ(150)の中心に向かって誘電率の増大を定める、
    請求項12に記載の装置(100、101、102)。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)であって、
    前記少なくとも1つの空洞領域(120)に配置され、かつ、前記少なくとも1つのアンテナパッチ(130)に対する容量給電を行うように構成される少なくとも1つの給電パッチ(135)を含み、
    前記給電パッチ(135)は前記多数の層の1つまたは複数中の多数の導電ストリップ(136)から形成され、前記給電パッチ(140)の前記導電ストリップ(136)は、前記多層回路構造(110)の種々の層の上に配置される前記給電パッチ(135)の前記導電ストリップ(136)の2つ以上の間に伸びる導電ビア(137)により相互に電気的に接続される装置。
  15. 前記多層回路構造(110)の前記基板材料はセラミック材料を含む、
    請求項1〜14のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  16. 前記多層回路構造(110)の前記層は低温同時焼成により作成される、
    請求項1〜15のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  17. 前記多層回路構造(110)上に配置される無線フロントエンド回路(180)を含む、
    請求項1〜16のいずれか一項に記載の装置(100、101、102)。
  18. 前記多層回路構造(110)は前記無線フロントエンド回路(180)を収容する空洞(170)を含む、
    請求項17に記載の装置(100、101、102)。
  19. 請求項1〜17のいずれか一項に記載の少なくとも1つの装置(100、101、102)と、
    前記少なくとも1つの装置(100、101、102)の前記少なくとも1つのアンテナパッチ(130)経由で伝送される通信信号を処理するように構成される少なくとも1つの処理装置(340)と、
    を含む通信装置(300)。
JP2019528100A 2016-11-25 2016-11-25 空洞領域の垂直アンテナパッチ Active JP6814293B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2016/078829 WO2018095535A1 (en) 2016-11-25 2016-11-25 Vertical antenna patch in cavity region

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019536377A JP2019536377A (ja) 2019-12-12
JP6814293B2 true JP6814293B2 (ja) 2021-01-13

Family

ID=57394598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019528100A Active JP6814293B2 (ja) 2016-11-25 2016-11-25 空洞領域の垂直アンテナパッチ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10879592B2 (ja)
EP (1) EP3545587B1 (ja)
JP (1) JP6814293B2 (ja)
CN (1) CN110178267B (ja)
WO (1) WO2018095535A1 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11024981B2 (en) * 2018-04-13 2021-06-01 Mediatek Inc. Multi-band endfire antennas and arrays
US10965030B2 (en) * 2018-04-30 2021-03-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus
US10862211B2 (en) * 2018-08-21 2020-12-08 Htc Corporation Integrated antenna structure
KR102331458B1 (ko) * 2018-11-20 2021-11-25 주식회사 엘지에너지솔루션 엣지 안테나가 적용된 pcb, 엣지 안테나가 적용된 pcb를 포함하는 배터리
CN109728405B (zh) * 2018-12-28 2022-03-01 维沃移动通信有限公司 天线结构及高频无线通信终端
KR102557031B1 (ko) 2018-12-28 2023-07-19 삼성전자주식회사 금속 베젤을 이용하는 안테나 모듈 및 그것을 포함하는 전자 장치
CN110011028B (zh) * 2018-12-29 2020-09-18 瑞声科技(新加坡)有限公司 一种天线系统、通讯终端和基站
CN112103662B (zh) * 2019-06-17 2022-03-01 Oppo广东移动通信有限公司 透镜天线模组及电子设备
CN112234341B (zh) * 2019-06-30 2022-02-01 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN114521306A (zh) * 2019-09-27 2022-05-20 索尼集团公司 用于无线电通信终端的天线
JP6977754B2 (ja) * 2019-11-13 2021-12-08 Tdk株式会社 アンテナ装置及びこれを備える回路基板
JP7436183B2 (ja) * 2019-11-15 2024-02-21 日本特殊陶業株式会社 アンテナ装置
JP2021150905A (ja) * 2020-03-23 2021-09-27 古河電気工業株式会社 アンテナ装置及び通信機器
KR20210147323A (ko) * 2020-05-28 2021-12-07 삼성전기주식회사 안테나 기판
US11817617B2 (en) 2020-08-19 2023-11-14 Infineon Technologies Ag Antenna package with via structure and method of formation thereof
WO2022102102A1 (ja) 2020-11-13 2022-05-19 Fcnt株式会社 無線端末用カバー
TWI786822B (zh) * 2021-09-13 2022-12-11 華碩電腦股份有限公司 天線系統及天線組合架構
US20230307817A1 (en) * 2022-02-16 2023-09-28 Qualcomm Incorporated Antenna modules employing a package substrate with a vertically-integrated patch antenna(s), and related fabrication methods

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5463404A (en) * 1994-09-30 1995-10-31 E-Systems, Inc. Tuned microstrip antenna and method for tuning
JP2605654B2 (ja) 1995-03-31 1997-04-30 日本電気株式会社 複合マイクロ波回路モジュール及びその製造方法
JP3786497B2 (ja) * 1997-06-13 2006-06-14 富士通株式会社 アンテナ素子を内蔵する半導体モジュール
JP2002111366A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Fujitsu Quantum Devices Ltd 電流分布制御型パッチアンテナ
JP4243013B2 (ja) * 2000-11-29 2009-03-25 京セラ株式会社 平面アンテナ基板
EP1239539A3 (en) 2001-03-02 2003-11-05 Nokia Corporation Antenna
US6943735B1 (en) 2004-02-20 2005-09-13 Lockheed Martin Corporation Antenna with layered ground plane
KR101256556B1 (ko) * 2009-09-08 2013-04-19 한국전자통신연구원 밀리미터파 대역 패치 안테나
US8698677B2 (en) 2010-04-09 2014-04-15 Sony Corporation Mobile wireless terminal and antenna device
KR101119267B1 (ko) * 2010-04-13 2012-03-16 고려대학교 산학협력단 매칭 기판을 이용한 유전체 공진기 안테나
US9774076B2 (en) * 2010-08-31 2017-09-26 Siklu Communication ltd. Compact millimeter-wave radio systems and methods
JP5408166B2 (ja) * 2011-03-23 2014-02-05 株式会社村田製作所 アンテナ装置
US8638263B2 (en) * 2011-03-31 2014-01-28 Broadcom Corporation Platform enhancements for planar array antennas
KR20130076291A (ko) * 2011-12-28 2013-07-08 삼성전기주식회사 측면 방사 안테나 및 무선통신 모듈
US9306291B2 (en) * 2012-03-30 2016-04-05 Htc Corporation Mobile device and antenna array therein
KR101905507B1 (ko) * 2013-09-23 2018-10-10 삼성전자주식회사 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 기기
JP2015201511A (ja) * 2014-04-07 2015-11-12 Tdk株式会社 無線通信回路および集積回路
US9853361B2 (en) * 2014-05-02 2017-12-26 The Invention Science Fund I Llc Surface scattering antennas with lumped elements
KR102151425B1 (ko) * 2014-08-05 2020-09-03 삼성전자주식회사 안테나 장치
KR102138909B1 (ko) * 2014-09-19 2020-07-28 삼성전자주식회사 안테나 장치 및 그의 운용 방법
JPWO2016052733A1 (ja) * 2014-10-02 2017-07-20 旭硝子株式会社 アンテナ装置及び無線装置
EP3248243B1 (en) * 2015-01-19 2019-11-13 Gapwaves AB A microwave or millimeter wave rf part realized by die-forming
US9653810B2 (en) * 2015-06-12 2017-05-16 City University Of Hong Kong Waveguide fed and wideband complementary antenna
WO2017211378A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 Sony Mobile Communications Inc. C-fed antenna formed on multi-layer printed circuit board edge

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018095535A1 (en) 2018-05-31
CN110178267A (zh) 2019-08-27
US10879592B2 (en) 2020-12-29
CN110178267B (zh) 2021-07-13
JP2019536377A (ja) 2019-12-12
EP3545587A1 (en) 2019-10-02
US20190288377A1 (en) 2019-09-19
EP3545587B1 (en) 2021-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6814293B2 (ja) 空洞領域の垂直アンテナパッチ
US9819098B2 (en) Antenna-in-package structures with broadside and end-fire radiations
CN109478721B (zh) 天线、具有一个或更多个天线的装置及通信装置
TWI752958B (zh) 具有隔離饋體之補綴天線
JP7047084B2 (ja) キャビティに対応したパッチアンテナ
US10333214B2 (en) Antenna radiating elements and sparse array antennas and method for producing an antenna radiating element
US20160006119A1 (en) Method and an apparatus for decoupling multiple antennas in a compact antenna array
CN111244600B (zh) 天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置
CN110972417B (zh) 透波壳体组件及其制备方法、天线组件和电子设备
CN110808463A (zh) 一种强穿透天线装置
CN112952340A (zh) 一种天线结构、带天线结构的电路板和通信设备
EP3830903B1 (en) Broadband antenna having polarization dependent output
EP3455907B1 (en) C-fed antenna formed on multi-layer printed circuit board edge
TWI683474B (zh) 立體式天線元件
JP6841905B2 (ja) 多層セラミック系構造体の突出部上のアンテナ
JP6972303B2 (ja) 導波管アンテナ磁気電気的適合変換器
CN117134105A (zh) 天线及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190723

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200908

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201021

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6814293

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150