JP7047084B2 - キャビティに対応したパッチアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナおよびそのようなアンテナを備えた通信装置に関する。

無線通信技術では、通信信号を伝達するためにさまざまな周波数帯が利用される。増大する帯域幅需要を満たすため、約１０ＧＨｚ～約１００ＧＨｚの範囲の周波数に対応するミリメートル波長範囲の周波数帯もまた考慮されている。たとえば、ミリメートル波長範囲の周波数帯は５Ｇ（第５世代）セルラー無線技術の候補として考えられている。しかし、そのような高い周波数の利用に際して生じる問題は、波長と適合するためにアンテナサイズが十分に小さい必要があるということである。さらに、十分な性能を実現するため、携帯電話、スマートフォンまたは類似の通信装置のような小型の通信装置では、さまざまな偏波の無線信号をサポートする必要がある場合がある、かつ／または（たとえばアンテナアレイの形態の）複数のアンテナが必要となる場合がある。

コンパクトな設計で実装することができ、かつ、さまざまな偏波のサポートもまたし得る１つの既知のタイプのアンテナは、パッチアンテナである。しかし、パッチアンテナは通常、いくぶん狭い帯域幅を有する。また、基板上に形成されたパッチアンテナの場合、基板に信号が多量に漏れる場合があり、これによりパッチアンテナの放射パターンがゆがみ得る。

したがって、良好な帯域幅を与えるコンパクトサイズのアンテナが必要とされている。

一実施形態によれば、アンテナが提供される。アンテナは、多層回路基板の第１の水平導電性層の導電性プレートおよび導電性プレートから延びた導電ビアにより形成された垂直側壁により形成されたキャビティを含む。さらに、アンテナはキャビティに配置されたアンテナパッチを含む。アンテナパッチは多層回路基板の第２の導電性層に形成され、キャビティの垂直側壁により周辺を取り囲まれる。キャビティがあると、回路基板の基板材料への信号の漏れによりアンテナの放射パターンがゆがむのを避けることが可能となる。さらに、キャビティモードはアンテナパッチの共振周波数の近くで励起されてもよく、これによりアンテナの帯域幅を増大させること、および／またはアンテナのマルチバンド動作が可能となる。

一実施形態によれば、導電ビアは、導電性プレートから多層回路基板の第３の水平導電性層にまで延びる。この場合、第３の水平導電性層は、導電ビアの少なくともいくつかを導電的に結合するために使用され得る。このようにして、キャビティの性能をさらに向上させることができる。たとえば、キャビティは、第３の水平導電性層に形成されかつ垂直側壁の導電ビアを導電的に接続する導電性フレームを含み得る。この場合、導電ビアは、一端が導電性プレートにより導電的に結合され、他端が導電性フレームにより導電的に結合されてもよい。

一実施形態によれば、アンテナは、アンテナパッチに平行かつアンテナパッチからオフセットされた平面に配置された無給電パッチをさらに含んでもよい。具体的には、無給電パッチはアンテナパッチから第３の水平導電性層に向かってオフセットされてもよい。たとえば、無給電パッチは第３の水平導電性層に形成されてもよい。無給電パッチにより、アンテナパッチの共振周波数近くの１つ以上の追加の共振モードを導入してアンテナの帯域幅をさらに増大させることが可能となる。たとえば無給電のものは、上記導電性フレームと組み合わされて、リングスロットモードの励起を引き起こすリングスロットを形成してもよい。

一実施形態によれば、無給電パッチはアンテナパッチに対して水平方向に中央揃えされている。これにより、アンテナの実質的に対称な放射パターンを実現することが可能となり得る。しかし、いくつかの実施形態では、無給電パッチはアンテナパッチに対して水平方向にオフセットされてもまたよい、すなわち水平方向に中央揃えされていなくてもよい。これは他の非対称性の影響、たとえばアンテナパッチ上に給電点を非対称に、または非中心に配置する影響を打ち消すために使用され得る。

一実施形態によれば、無給電パッチはアンテナパッチとは異なる形を有する。これにより、アンテナの放射パターンを調整することが可能となり得る。さらに無給電パッチの形もまた、アンテナパッチの非対称性の影響、たとえばアンテナパッチ上に給電点を非対称に、または非中心に配置する影響を打ち消すために使用され得る。

一実施形態によれば、アンテナは、導電性プレートを貫通してアンテナパッチ上の給電点まで延びた少なくとも１つの給電接続を含む。このようにして、アンテナパッチは効率的な手法にて給電され得る。具体的には、導電性プレートを貫通して延びるための給電接続の配置により、コンパクトな構造の給電接続が可能となる。これにより、ひいては信号損失および周囲の基板材料への信号漏れを避けることが可能となり得る。

一実施形態によれば、アンテナは、導電性プレートを貫通してアンテナパッチ上の第１の給電点に延びた第１の給電接続、および導電性プレートを貫通してアンテナパッチ上の第２の給電点に延びた第２の給電接続を含む。このようにして、アンテナは、異なる偏波に対応する信号を供給するための第１および第２の給電点を使用して複数の偏波をサポートし得る。この場合、第１の給電点はアンテナパッチの中心からアンテナの第１の偏波方向に対応する第１の水平方向にオフセットされてもよく、第２の給電点はアンテナパッチの中心からアンテナの第２の偏波方向に対応する第２の水平方向にオフセットされてもよい。したがって、このアンテナでは２種類の水平偏波（dual-horizontal polarization）信号の伝送が効率的にサポートされ得る。

一実施形態によれば、アンテナは、多層回路基板の第１の水平導電性層の導電性プレートおよび導電性プレートから延びた導電ビアにより形成された垂直側壁によりおのおの形成された複数のキャビティ、ならびにキャビティのそれぞれ１つにおのおの配置された複数のアンテナパッチ、を含む。この場合、複数のアンテナパッチは多層回路基板の第２の導電性層に形成され、おのおのは、それぞれのキャビティの垂直側壁により周辺を取り囲まれる。したがって、複数のアンテナパッチのアレイは、同じ多層回路基板に効率的に形成され得る。ここで、キャビティの少なくともいくつかは同じ導電性プレートを共有してもよい、ということに留意する。さらに、キャビティはまた、垂直側壁の一部を共有することもまたしてもよい。

一実施形態によれば、アンテナは、１０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲の無線信号の周波数に対応する、１ｍｍ超かつ３ｃｍ未満の波長を有する無線信号を伝送するために構成される。

さらなる実施形態によれば、通信装置は、たとえば携帯電話、スマートフォンまたは類似のユーザー装置の形態で提供される。上記実施形態のいずれか１つによれば、通信装置は少なくとも１つのアンテナを含む。さらに通信装置は、少なくとも１つのアンテナを介して伝送された通信信号を処理するよう構成された、少なくとも１つのプロセッサを含む。通信装置はまた、アンテナの多層回路基板上に配置された無線フロントおよび回路を含んでもよい。

ここで、本発明の上記およびさらなる実施形態を、添付図面を参照してより詳細に記載する。

図１は、本発明の一実施形態によるアンテナを概略的に図示する斜視図を示す。 図２は、アンテナの構造を図示するための斜視図を示す。 図３は、アンテナの構造を図示するための断面図を示す。 図４は、図１～３のアンテナの周波数特性を図示するためのダイアグラムを示す。 図５Ａは、本発明のさらなる実施形態によるアンテナを概略的に図示する斜視図を示す。 図５Ｂは、図５Ａのアンテナの構造を図示するための断面図を示す。 図６は、図５Ａおよび５Ｂのアンテナの周波数特性を図示するためのダイアグラムを示す。 図７は、本発明のさらなる実施形態によるアンテナを概略的に図示する斜視図を示す。 図８は、図７のアンテナの周波数特性を図示するためのダイアグラムを示す。 図９は、本発明のさらなる実施形態によるアンテナを概略的に図示する斜視図を示す。 図１０は、図９のアンテナの周波数特性を図示するためのダイアグラムを示す。 図１１Ａは、本発明のさらなる実施形態によるアンテナにて使用され得る、さまざまな形の無給電アンテナパッチを図示するための斜視図を示す。 図１１Ｂは、本発明のさらなる実施形態によるアンテナにて使用され得る、さまざまな形の無給電アンテナパッチを図示するための斜視図を示す。 図１２は、本発明のさらなる実施形態によるアレイアンテナを概略的に図示する斜視図を示す。 図１３は、本発明の一実施形態による通信装置を概略的に図示するためのブロックダイアグラムを示す。

以下、本発明の例示的な実施形態をより詳細に記載する。以下の説明は本発明の原理を説明する目的のためにのみ与えられるものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないということが理解されるべきである。むしろ本発明の範囲は添付の特許請求の範囲のみにより定義されるものであり、以下に記載される例示的な実施形態により限定されることは意図していない。

例示の実施形態は、無線信号、特にｃｍ／ｍｍ波長範囲の短波長の無線信号を伝送するためのアンテナに関する。例示の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、タブレットコンピューターなどのような通信装置において利用され得る。

例示の概念では、パッチアンテナを形成するために多層回路基板が利用される。多層回路基板は、垂直方向に積層された複数の層を有する。多層回路基板の層は、導電性領域のパターンにより個別に構造化されてもよい。さらに、多層回路基板の異なる層上に形成された導電性ストリップまたは領域は、異なる層の導電性領域間に延びる導電ビアにより互いに接続され、例示の概念では１つ以上の導電性キャビティである、３次元の導電性構造体を形成してもよい。

以下でさらに詳述されるような実施形態では、多層回路基板は、樹脂およびファイバーをベースにした基板層にプリントされた構造化された金属層に基づくプリント回路基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）であると想定されると考えられる。しかし、多層回路基板を形成するために、低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-Fired Ceramic：ＬＴＣＣ）のような他の多層回路パッケージング技術（multi-layer circuit packaging technologies）を同様に使用することができる、ということに留意する。

図１は、例示の概念に基づくアンテナ１００を図示する斜視図を示す。図示の例において、アンテナ１００は、多層ＰＣＢ１１０および多層ＰＣＢ１１０に形成されたキャビティ１２０を備える。多層ＰＣＢ１１０は、垂直方向に積層された水平なＰＣＢ層を複数含む。たとえばＰＣＢ層は、おのおのが、絶縁基板上の構造化されたメタライゼーション層（metallization layer）に対応し得る。点線の枠で図示されるように、アンテナパッチ１３０はキャビティ内部に配置される。

図２は、アンテナ１００の構造をさらに図示するための斜視図を示す。図２では例示のため、ＰＣＢの非導電性基板材料は示されていない。しかし、例示の導電性構造体はＰＣＢの非導電性基板材料上に支持されている、またはＰＣＢの非導電性基板材料内に埋め込まれている、ということに留意する。図２に図示されるように、キャビティ１２０は、導電性プレート１２１および導電性プレート１２１から延びた導電性の垂直側壁１２２により形成される。垂直側壁は、キャビティ１２０内のアンテナパッチ１３０の周辺を取り囲む。

導電性プレート１２１は、ＰＣＢ層の導電性層に形成される。垂直側壁１２２は、導電性プレート１２１からＰＣＢ層の別の導電性層に形成された導電性フレーム１２３へと延びる導電ビア２２２により形成される。したがって、それらの一端では、導電ビア２２２は導電性プレート１２１により導電的に結合されており、一方で、それらの他端では、導電ビア２２２は導電性フレーム１２３により導電的に結合されている。導電性フレーム１２３は、キャビティ１２０の開口部を画定する。図示の例において、導電ビア２２２は並んで配置され、隣接した導電ビア２２２間の間隔はアンテナ１００により伝送される信号の典型的な波長よりも小さい。したがって、垂直側壁はこれらの信号に対して連続的な導電面のような働きをする。しかし、隣接する導電ビア２２２間に形成された接触面に導電性接触が生じるように、隣接する導電ビアが互いに接するように配置することもまた可能であると考えられる、ということに留意する。

図２ではキャビティ１２０が長方形の箱形状を有するように図示されているが、他の形状のキャビティ１２０も同様に利用できるということに留意する。たとえば、キャビティ１２０は非長方形の箱形状を有することができる。さらに、垂直側壁１２２は導電性プレート１２１上にて円形、楕円形、三角形、六角形、または八角形の輪郭に沿って延びることができ、その結果、キャビティ１２０の円筒状またはプリズム状形状が得られる。さらに、キャビティ１２０は導電性フレーム１２３なしで形成されることもできるが、導電性フレーム１２３の存在によりキャビティ１２０の形状のより正確な画定を実現することが可能となり、また、キャビティ１２０の明確な開口部を得ることが可能となる、ということに留意する。さらに、図１および図２には長方形、実質的には正方形の形状を有するようなアンテナパッチが図示されているが、たとえば台形、円形、楕円形、三角形、六角形、八角形などの他の形のアンテナパッチも同様に利用することができる。さらに、たとえばリング形、十字形、または上記の形のさまざまな組み合わせといったより複雑な形もまた可能である。

図３は、アンテナ１００の構造をさらに図示するための断面図を示す。図３では、導電性ＰＣＢ層（conductive PCB layers）の位置が水平な点線で図示されている。特に、図３には第１の導電性ＰＣＢ層２２１、第２の導電性ＰＣＢ層２２３、および第３の導電性ＰＣＢ層２２４の位置が図示されている。導電性プレート１２１は、第１の導電性ＰＣＢ層２２１に形成される。アンテナパッチ１３０は、第２の導電性ＰＣＢ層２２３に形成される。導電性フレーム１２３は、第３の導電性ＰＣＢ層２２４に形成される。垂直側壁１２２を形成する導電ビア２２２は、第１の導電性ＰＣＢ層２２１と第３の導電性ＰＣＢ層２２４との間に延びている。さらに図示されるように、アンテナパッチ１３０はＰＣＢ１１０の非導電性基板材料内部に埋め込まれる。

さらに図示されるように、アンテナ１００の給電接続２２５は、導電性プレート１２１を貫通してアンテナパッチ１３０上の給電点２２６まで延びている。給電接続２２５は、導電性プレート１２１から電気的に絶縁された導電ビアにより形成されてもよい。図示されるように、給電点２２６はアンテナパッチ１３０の中心から水平方向にオフセットされており、これにより水平直線偏波方向での信号伝送が容易になる。

図２および３では、導電性プレート１２１は、キャビティ１２０の底部を形成するように、かつキャビティ１２０の外側に延びる外側部分を有するように図示されている。導電性プレート１２１の後者の部分は、キャビティ１２０内で励起される共振モードの周波数を調整するために使用される場合がある。しかし、変更例では導電性プレート１２１の外側部分の少なくとも一部を省略することができる、ということに留意する。したがって、垂直側壁１２２の少なくとも一部は導電性プレート１２１の外側境界に沿わせることができる。

図４は、アンテナ１００のキャビティ１２０の効果を示すための、シミュレーションに基づく例示的な周波数特性を示す。図から分かるように、アンテナ１００は、キャビティ１２０の共振モードに対応する約２９ＧＨｚで第１の共振周波数を示し、アンテナパッチ１３０の共振モードに対応する約２７ＧＨｚで第２の共振周波数を示す。これらの周波数は、５Ｇ技術の候補として考えられているミリメートル波長範囲の周波数帯と良く一致している。したがってアンテナ１００は、約２７ＧＨｚの第１の周波数帯および約２９ＧＨｚの第２の周波数帯をカバーするデュアルバンドアンテナとして使用することができる。しかし、アンテナパッチ１３０および／またはキャビティ１２０の形状を変更することにより、共振周波数を互いに近づけることができ、それにより数ＧＨｚの単一の広い共振周波数範囲が得られる、ということに留意する。後者の場合、アンテナ１００は、複数の周波数帯をサポートする広帯域アンテナとして使用することができる。

図５Ａは、さらなる実施形態によるアンテナ１０１を示す。アンテナ１０１は概してアンテナ１００と類似のものであり、アンテナ１００の構造に対応するアンテナ１０１の構造は同じ参照番号により指定されている。これらの構造に関するさらなる詳細は、図１～３に関連する対応する説明から得ることができる。図から分かるように、アンテナ１０１もまた、多層ＰＣＢ１１０および多層ＰＣＢ１１０に形成されたキャビティ１２０を備える。多層ＰＣＢ１１０は、垂直方向に積層された水平なＰＣＢ層を複数含む。たとえばＰＣＢ層は、おのおのが、絶縁基板上の構造化されたメタライゼーション層に対応し得る。点線の枠で図示されるように、アンテナパッチ１３０はキャビティ内部に配置される。

図５Ｂは、アンテナ１０１の構造をさらに図示するための断面図を示す。図から分かるように、アンテナ１０１でもまた、キャビティ１２０は導電性プレート１２１および導電性プレート１２１から延びた導電性の垂直側壁１２２により形成される。垂直側壁は、キャビティ１２０内のアンテナパッチ１３０の周辺を取り囲む。さらにアンテナ１０１は、アンテナパッチ１３０に平行かつアンテナパッチ１３０からオフセットされた平面に配置された無給電パッチ１５０を備える。無給電パッチ１５０は浮遊している、すなわち、アンテナパッチ１３０またはキャビティ１２０と導電的に結合されていない。無給電パッチ１５０の励起は、アンテナパッチ１３０および／またはキャビティ１２０への容量結合により起こり得る。

図５Ｂの断面図によりさらに図示されるように、アンテナ１０１においても、導電性プレート１２１はＰＣＢ層の導電性層に形成される。垂直側壁１２２は、導電性プレート１２１からＰＣＢ層の別の導電性層に形成された導電性フレーム１２３へと延びる導電ビア２２２により形成される。したがって、それらの一端では、導電ビア２２２は導電性プレート１２１により導電的に結合されており、一方で、それらの他端では、導電ビア２２２は導電性フレーム１２３により導電的に結合されている。導電性フレーム１２３は、キャビティ１２０の開口部を画定する。図５Ａおよび５Ｂの例では、無給電パッチ１５０は導電性フレーム１２３と同じ平面に配置される。具体的には、無給電パッチ１５０は導電性フレーム１２３により画定されるキャビティ１２０の開口部に配置される。無給電パッチ１５０は、導電性フレーム１２３とともにキャビティ１２０のリングスロット開口部を形成する。

図５Ｂでは、導電性ＰＣＢ層の位置が水平な点線で図示されている。特に、図５Ｂには第１の導電性ＰＣＢ層２２１、第２の導電性ＰＣＢ層２２３、および第３の導電性ＰＣＢ層２２４の位置が図示されている。導電性プレート１２１は、第１の導電性ＰＣＢ層２２１に形成される。アンテナパッチ１３０は、第２の導電性ＰＣＢ層２２３に形成される。導電性フレーム１２３および無給電パッチ１５０は、第３の導電性ＰＣＢ層２２４に形成される。垂直側壁１２２を形成する導電ビア２２２は、第１の導電性ＰＣＢ層２２１と第３の導電性ＰＣＢ層２２４との間に延びている。さらに図示されるように、アンテナパッチ１３０はＰＣＢ１１０の非導電性基板材料内部に埋め込まれる。

アンテナ１０１でもまた、アンテナ１００の給電接続２２５は、導電性プレート１２１を貫通してアンテナパッチ１３０上の給電点２２６まで延びている。給電接続２２５は、導電性プレート１２１から電気的に絶縁された導電ビアにより形成されてもよい。図示されるように、給電点２２６はアンテナパッチ１３０の中心から水平方向にオフセットされており、これにより水平直線偏波方向での信号伝送が容易になる。

アンテナ１００に関して上で説明したように、アンテナ１０１においても、キャビティ１２０は長方形の箱形状を有し得るが、キャビティ１２０の他の形状、たとえばキャビティ１２０の円筒状またはプリズム状形状も同様に利用することができる。さらに、アンテナパッチ１３０および無給電パッチ１５０はさまざまなサイズおよび形を有することができる。たとえば、無給電パッチ１５０はアンテナパッチ１３０よりも広い領域をカバーすることができる。さらに、アンテナパッチ１５０が長方形を有する一方で、無給電パッチ１５０は円形を有することができる。

図６は、アンテナ１０１のキャビティ１２０および無給電パッチ１５０の効果を例示すための、シミュレーションに基づく例示的な周波数特性を示す。図から分かるように、アンテナ１０１はキャビティ１２０の共振モードに対応する約３０ＧＨｚでの共振ピークを示し、かつこのピークからより低い周波数へと延びるショルダーを示す。このショルダーは、アンテナパッチ１２０の共振モードに対応する約２６．５ＧＨｚの共振ピーク、ならびに導電性フレーム１２３および無給電パッチ１５０により形成されるリングスロット開口部の共振モードに対応する共振ピークにより形成される。組み合わせると、共振周波数範囲は約２５ＧＨｚから３２ＧＨｚに及ぶ。この周波数範囲は、５Ｇ技術の候補として考えられているミリメートル波長範囲のさまざまな周波数帯をカバーしている。したがって、アンテナ１００は、２５ＧＨｚ～３２ＧＨｚの範囲の複数の周波数帯をカバーする広帯域アンテナとして使用することができる。

それらは水平面内で概して対称な構造であるため、アンテナパッチ１３０に追加の給電点を備えることにより、上記アンテナ１００および１０１を二重偏波動作用に変更することができる。対応する例であるアンテナ１０２が、図７に図示されている。

アンテナ１０２は概してアンテナ１０１と類似のものであり、アンテナ１０１の構造に対応するアンテナ１０１の構造は同じ参照番号により指定されている。これらの構造に関するさらなる詳細は、図５Ａおよび５Ｂに関連する対応する説明から得ることができる。図から分かるように、アンテナ１０１もまた、多層ＰＣＢ１１０および多層ＰＣＢ１１０に形成されたキャビティ１２０を備える。多層ＰＣＢ１１０は、垂直方向に積層された水平なＰＣＢ層を複数含む。たとえばＰＣＢ層は、おのおのが、絶縁基板上の構造化されたメタライゼーション層に対応し得る。点線の枠で図示されるように、アンテナパッチ１３０はキャビティ内部に配置される。さらにアンテナ１０２は、アンテナパッチ１３０に平行かつアンテナパッチ１３０からオフセットされた平面に配置された無給電パッチ１５０を備える。

図７に図示されるように、アンテナ１０２は複数の給電接続、特に第１の給電接続２２５、アンテナパッチ１３０上の第１の給電点２２６、および第２の給電接続２２７、アンテナパッチ１３０上の第２の給電点２２８を有している。上で説明したように、給電接続２２５、２２７はキャビティ１２０の導電性プレート１２１を貫通して延びており、導電性プレート１２１から電気的に絶縁された導電ビアにより形成されてもよい。図示されるように、第１の給電点２２６はアンテナパッチ１３０の中心から「ｘ」と称される第１の水平方向にオフセットされており、第２の給電点２２８は、アンテナパッチ１３０の中心から、ｘ方向に垂直な「ｙ」と称される第２の水平方向にオフセットされている。このようにしてアンテナ１０２は、ｘ方向に偏波された信号の伝送およびｙ方向に偏波された信号の伝送に利用されることができる。

図８は、アンテナ１０２の二重偏波の性質を例示するための、シミュレーションに基づく例示的な周波数特性を示す。図８において、Ｘ－Ｘで表される曲線は、ｘ方向に偏波した信号の信号強度（signal magnitude）を表している。Ｘ－Ｙで表される曲線は、ｘ方向に偏波した信号とｙ方向に偏波した信号との間の相互結合の信号強度を表している。図から分かるように、相互結合は概して小さい。しかし、約３０ＧＨｚの周波数ではより強い相互結合が確認される。このより強い相互結合は、キャビティ１２０の共振モードに対応する周波数においてアンテナ１０２の放射パターンが非対称に変形することに起因する可能性がある。

アンテナ１０２においてだけではなくアンテナ１０１においても、キャビティ１２０の共振モードに対応する約３０ＧＨｚの周波数ではアンテナの放射パターンが非対称になり、垂直方向から離れる一方の側に傾く、ということをシミュレーションから確認することができる。これは、アンテナパッチ１３０の中心からオフセットされた給電点２２６、２２８の上記配置に起因する可能性がある。この影響を低減または回避するため、無給電パッチ１５０はアンテナパッチ１３０に対して水平方向にオフセットされてもよい。アンテナ１０２のこのような変更に対応する例であるアンテナ１０３が、図９に図示されている。

図９から分かるように、アンテナ１０３では、無給電パッチ１５０はアンテナパッチ１３０に対して水平方向にオフセットされている。具体的には、ｘ方向では無給電パッチ１５０は第１の給電点２２６から離れてオフセットされており、ｙ方向では無給電パッチ１５０は第２の給電点２２８から離れてオフセットされている。

図１０は、アンテナ１０３の二重偏波の性質を例示するための、シミュレーションに基づく例示的な周波数特性を示す。図１０において、Ｘ－Ｘで表される曲線は、ｘ方向に偏波した信号の信号強度を表している。Ｘ－Ｙで表される曲線は、ｘ方向に偏波した信号とｙ方向に偏波した信号との間の相互結合の信号強度を表している。図８との比較から分かるように、３０ＧＨｚの範囲での相互結合はアンテナ１０２と比較して大幅に低減されている。

アンテナ１０３に関して説明したような無給電パッチ１５０のオフセットは、上記アンテナ１０１のような単一偏波アンテナにもまた使用することができる、ということに留意する。この場合、無給電パッチ１５０のオフセットを使用して放射パターンの対称性を維持することができる。

上記の例では、無給電パッチ１５０は長方形を有するように図示されているが、他の形の無給電パッチ１５０も同様に使用することができる。そのような他の形の例が、図１１Ａおよび図１１Ｂにて図示されている。図１１Ａの例では、無給電パッチ１５１は十字状の形を有する。たとえば上記アンテナ１０１、１０３のような二重偏波アンテナの場合、無給電パッチ１５１により形成された十字の枝をアンテナの２つの偏波方向に沿わせてもよい。そうすると、無給電パッチ１５０の十字状の形は、２つの偏波方向間の相互結合作用をさらに低減させるのに役立ち得る。図１１Ｂの例では、無給電パッチ１５２はリング状の形を有する。そうすると、たとえば上記アンテナ１０１、１０３のような二重偏波アンテナの場合、無給電パッチ１５０のリング状の形もまた、２つの偏波方向間の相互結合作用をさらに低減させるのに役立ち得る。さらに、無給電パッチ１５１、１５２の形は、アンテナの放射パターンを調整するためにもまた使用し得る。

無給電パーチェイス１５１、１５２の形は単なる典型であり、他の形、たとえば円形または楕円形も同様に使用することができる、ということに留意する。さらに、無給電パッチ１５１、１５２もまた、アンテナ１０３に関連して説明したように水平方向にオフセットすることができる、ということに留意する。無給電パッチ１５１、１５２は、上記アンテナ１０１、１０２、１０３のいずれにおいても、無給電パッチ１５０の代替品として使用してよい。

図１２では、さらなる例であるアンテナ１０４が図示されている。アンテナ１０４はアレイアンテナとして構成されており、アンテナパッチ１３０を複数備える。複数のアンテナパッチ１３０はおのおの、ＰＣＢ１１０に形成された対応するキャビティ１２０に配置されている。複数のアンテナパッチ１３０のおのおのについて、その配置および詳細な構造は、図１～３ならびに５Ａ、５Ｂ、７、９、１１Ａおよび１１Ｂに関連して上で説明したとおりであり得る。たとえば図１２に図示されるように、複数のアンテナパッチ１３０のおのおのに対して、対応する無給電パッチ１５０を与えることができる。さらに、アンテナ１０３に関して説明したように、そのような無給電パッチ１５０は、対応するアンテナパッチ１３０に対して水平方向にオフセットすることができる。さらに、アンテナ１０２および１０３に関して説明したように、アンテナパッチ１３０はおのおの、二重偏波動作のために使用することができる。さらに、さまざまな形、たとえば図１１Ａおよび１１Ｂに関連して説明したような形の無給電パッチ１５０を使用することができる。

図１２にさらに図示されるように、アンテナ１０４のＰＣＢ１１０に形成された複数のキャビティ１２０の少なくともいくつかは、それらの垂直側壁の一部を共有してもよい。同様に、アンテナ１０４のキャビティ１２０の少なくともいくつかを形成するために、単一の導電性プレート１２１を使用することができる。したがって、アンテナ１０４の複数のキャビティ１２０は効率的な手法で形成され得る。

上記の例では、アンテナ１００、１０１、１０２、１０３または１０４の製造方法には、上記キャビティ１２０のような、多層回路基板の第１の水平導電性層の導電性プレートおよび導電性プレートから延びた導電ビアにより形成された垂直側壁により形成されたキャビティを提供することが含まれ得る。導電ビアは、導電性プレートから多層回路基板の第３の水平導電性層にまで延び得る。この方法には、上記導電性フレーム１２３のような、第３の水平導電性層に形成されかつ垂直側壁の導電ビアを導電的に接続する導電性フレームを備えたキャビティを提供することもまた、含まれ得る。さらにこの方法には、上記アンテナパッチ１３０のような、キャビティに配置されたアンテナパッチを提供することが含まれ得る。アンテナパッチは、キャビティの垂直側壁によりその周辺が取り囲まれるように、多層回路基板の第２の導電性層に形成され得る。この方法には、上記無給電パッチ１５０のような、アンテナパッチに平行かつアンテナパッチから第３の水平導電性層に向かってオフセットされた平面に配置された無給電パッチを提供することもまた含まれ得る。この場合、無給電パッチは第３の水平導電性層に形成されてもよい。したがって、アンテナ１００、１０１、１０２、１０３または１０４は、多層回路基板内にパターン化された導電性構造体を与えることにより効率的に形成され得る。

図１３では、少なくとも１つのアンテナ３１０を備えた通信装置３００を概略的に図示している。アンテナ（複数可）３１０は、上で説明したような、たとえばアンテナ１００、１０１、１０２、１０３または１０４に対応する構造を有してもよい。さらに通信装置３００は、他の種類のアンテナもまた備えていてもよい。通信装置３００は、小型のユーザー装置、たとえば携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピューターなどに対応し得る。しかし、他の種類の通信装置、たとえば車両を拠点とする通信装置、無線モデムまたは自律センサーも同様に使用することができる、ということを理解すべきである。

アンテナ（複数可）３１０は、上記多層ＰＣＢ１１０のような多層回路基板３３０上の無線フロントエンド回路３２０とともに一体化してもよい。さらに図示されるように、通信装置３００は１つ以上の通信プロセッサ（複数可）３４０もまた備える。通信プロセッサ（複数可）３４０は、アンテナ（複数可）３１０を介して伝送するための通信信号を生成、またはそうでなければ処理し得る。この目的のため、通信プロセッサ（複数可）３４０は、１つ以上の通信プロトコルにより、たとえば５Ｇセルラー無線技術にしたがって、さまざまな種類の信号処理およびデータ処理を実行し得る。

上で説明したような概念にはさまざまな変更が許される、ということを理解すべきである。たとえば、この概念は、５Ｇ技術に限定することなくさまざまな種類の無線技術および通信装置に関連して適用することができる。むしろ、この概念はさまざまな周波数範囲にて、かつさまざまなアンテナ帯域幅に対して適用可能である。例示のアンテナは、通信装置から無線信号を伝送するために、かつ／または通信装置にて無線信号を受信するために使用してもよい。アンテナは効率的な手法にて、たとえば導電性層、プレートおよびビアを与えるためにさまざまなＰＣＢ技術を使用することにより製作してもよい。さらに、上記の例ではキャビティ１２０は基板材料で満たされていると記載したが、キャビティ１２０の少なくとも一部から基板材料を除去することもまた可能である。同様に、キャビティを取り囲む基板材料を除去することもまた可能であると考えられる。さらに、例示のアンテナ構造は、アンテナ形状に関してさまざまな変更を受ける場合がある、ということを理解すべきである。たとえば上記のアンテナパッチおよび／または無給電パッチを、それらの形に関して、上記の形に制限されることなくさまざまな方策で、たとえば円形、楕円形、三角形、六角形、もしくは八角形または上記の形を２つ以上組み合わせることにより形成されるより複雑な形を使用することで、変更することができる。さらに、例示のアンテナ構造は、給電接続に関してさまざまな変更を受けることができる。たとえば、導電性プレートを貫通して垂直に延びる例示の直接的な給電接続に加えて、またはそれに代えて、アンテナでは、プローブ給電、ストリップライン給電、表面一体型（surface integrated）導波管給電またはスロット給電に基づく給電接続を利用することもまたできる。

Claims (10)

1. 多層回路基板（１１０、３３０）の第１の水平導電性層（２２１）の導電性プレート（１２１）および前記導電性プレート（１２１）から前記多層回路基板（１１０、３３０）の第３の水平導電性層（２２４）にまで延びた導電ビア（２２２）により形成された垂直側壁（１２２）により形成されたキャビティ（１２０）と、
   前記キャビティ（１２０）に配置されたアンテナパッチ（１３０）であって、前記アンテナパッチ（１３０）は前記多層回路基板（１１０、３３０）の第２の導電性層（２２３）に形成され、かつ前記キャビティ（１２０）の前記垂直側壁（１２２）により周辺を取り囲まれた、アンテナパッチ（１３０）と、
   を含み、
   前記アンテナパッチ（１３０）に平行かつ前記アンテナパッチ（１３０）から前記第３の水平導電性層（２２４）に向かってオフセットされた平面に配置された無給電パッチ（１５０、１５１、１５２）を含み、
   前記無給電パッチ（１５０、１５１、１５２）は、前記アンテナパッチ（１３０）とは異なる形を有し、前記アンテナパッチ（１３０）に対して水平方向にオフセットされた、アンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）。
2. 前記キャビティ（１２０）は、前記第３の水平導電性層（２２４）に形成されかつ前記垂直側壁（１２２）の前記導電ビア（２２２）を導電的に接続した導電性フレーム（１２３）をさらに含む、請求項１に記載のアンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）。
3. 前記無給電パッチ（１５０、１５１、１５２）は、前記第３の水平導電性層（２２４）に形成された、請求項１に記載のアンテナ（１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）。
4. 前記導電性プレート（１２１）を貫通して前記アンテナパッチ（１３０）上の給電点まで延びた少なくとも１つの給電接続（２２５、２２７）を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）。
5. 前記導電性プレート（１２１）を貫通して前記アンテナパッチ（１３０）上の第１の給電点（２２６）まで延びた第１の給電接続（２２５）と、
   前記導電性プレート（１２１）を貫通して前記アンテナパッチ（１３０）上の第２の給電点（２８）まで延びた第２の給電接続（２２６）と、
   を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のアンテナ（１０２、１０４、３１０）。
6. 前記第１の給電点（２２６）は前記アンテナパッチ（１３０）の中心から前記アンテナ（１０２、１０４、３１０）の第１の偏波方向に対応する第１の水平方向にオフセットされ、かつ
   前記第２の給電点（２２８）は前記アンテナパッチ（１３０）の中心から前記アンテナ（１０２、１０４、３１０）の第２の偏波方向に対応する第２の水平方向にオフセットされた、請求項５に記載のアンテナ（１０２、１０４、３１０）。
7. 前記多層回路基板（１１０、３３０）の前記第１の水平導電性層（２２１）の導電性プレート（１２１）および前記導電性プレート（１２１）から延びた導電ビア（２２２）により形成された垂直側壁（１２２）によりおのおの形成された複数のキャビティ（１２０）と、
   前記キャビティ（１２０）のそれぞれ１つにおのおの配置された複数のアンテナパッチ（１３０）であって、前記アンテナパッチ（１３０）が前記多層回路基板（１１０、３３０）の前記第２の導電性層（２２３）に形成され、かつ前記それぞれのキャビティ（１２０）の前記垂直側壁（１２２）により周辺を取り囲まれた、アンテナパッチ（１３０）と、
   を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のアンテナ（１０４、３１０）。
8. 前記アンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）は、１ｍｍ超かつ３ｃｍ未満の波長を有する無線信号を伝送するために構成された、請求項１～７のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）。
9. 少なくとも１つの、請求項１～８のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、１０１、１０２、１０３、１０４、３１０）と、
   少なくとも１つの前記アンテナ（１００、３１０）を介して伝送された通信信号を処理するよう構成された、少なくとも１つのプロセッサ（３４０）と、
   を含む、通信装置（３００）。
10. 前記多層回路基板（１１０、３３０）上に配置された無線フロントエンド回路（３２０）を含む、請求項９に記載の通信装置（３００）。

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