JP7232327B2 - 結合アンテナ機器及び電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナ技術の分野、特に、電子装置に適用される結合アンテナ機器に関する。
通信技術の発展に伴い、マルチ入力マルチ出力(multi input multi output, MIMO)アンテナ技術が電子装置により広く適用され、アンテナの数が指数関数的に増大し、益々多くの周波数帯域がカバーされる。電子装置製品、特に金属の工業デザイン(industry design, ID)の電子装置は、依然として非常に高い構造的コンパクト性を必要とする。もっとも、電子装置の最近の設計トレンドは、画面と本体の比率(screen-to-body ratio)が高く、マルチメディアコンポーネントが多く、バッテリ容量が大きいことである。これらの設計は、アンテナスペースを大幅に圧迫する。急激に圧迫されたアンテナスペースにより、アンテナ支持体上のフレキシブルプリント回路(flexible printed circuits, FPC)アンテナ又はレーザ直接構造化(laser direct structuring, LDS)アンテナ等、多くの従来のアンテナ設計がアンテナ性能要件を満たせなくなる。
現在、金属フレーム及びガラス背面カバーIDを含む電子装置に関して、ワイファイ(wireless fidelity, Wi-Fi)周波数帯域のMIMOアンテナ(Wi-Fi MIMOアンテナとも呼ばれ得る)等のMIMOアンテナの従来の設計ソリューションにおいて、アンテナは、通常、内部の金属コンポーネント及び金属フレームをバイパスし、且つ金属フレームよりも高いアンテナ支持体上に設計される。
例えば、図1の破線のボックス領域は、現在一般的に使用されているWi-Fi MIMOアンテナ支持体の設計領域である。周囲コンポーネント(カメラ等)の体積が増えると、アンテナスペースがさらに圧迫され、高さが制限される。この場合に、アンテナ支持体上に逆Fアンテナ(inverted-F antenna, IFA)を設計すると、Wi-Fi 2.4GHz周波数帯域及びWi-Fi 5GHz周波数帯域の帯域幅要件をもはや満たすことができなくなる。
アンテナの性能要件を満たすために限られたスペースでアンテナをどの様に設計するかは、業界における研究の方向である。
本発明の実施形態は、結合アンテナ機器及び電子装置を提供する。結合アンテナ機器は、限られた設計スペースに実装することができ、複数の共振モードの励起を生成することができ、それによって、アンテナ帯域幅及び放射特性を改善することができる。
第1の態様によれば、本願は、電子装置に適用される結合アンテナ機器を提供する。電子装置は、プリント回路基板(PCB)、金属中間フレーム(金属製の中間フレーム)、及び背面カバーを含み得、PCBは、背面カバーと金属中間フレームとの間に配置され得る。結合アンテナ機器は、給電ユニット及び結合ユニットを含み得る。給電ユニットは、給電点を有し得、給電ユニットは、複数の周波数帯域の共振を生成するために結合ユニットに結合され得る。結合ユニットは、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子を含み得る。背面カバーは、ガラス、セラミック、又はプラスチック等の材料で作製してもよい。
この用途では、給電ユニット(給電アンテナとも呼ばれ得る)は、アンテナ支持体に固定されたアンテナ(支持アンテナとも呼ばれ得る)であってもよい。支持アンテナは、IFAアンテナ、モノポールアンテナ、ループアンテナ等、様々なタイプのアンテナ形式にしてもよい。あるいはまた、給電ユニットは、金属中間フレームにスリットを入れることによって形成されたスロットアンテナであってもよい。
この用途では、結合ユニット(結合アンテナとも呼ばれ得る)は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナ(フローティング式(floating)の金属製のアンテナ)を含み得る。つまり、背面カバーに配置されたアンテナ素子は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナであってもよい。フローティング式金属アンテナは、背面カバーの内面に配置され得るか、又は背面カバーの外面に配置され得るか、又は背面カバーに埋め込まれ得る。例えば、フローティング式金属アンテナは、背面カバーの内面に貼り付けられた金属ストリップであってもよい。フローティング式金属アンテナに限定されず、背面カバーに配置されたアンテナ素子は、背面カバーに配置され、且つ信号を放射するために結合することができる別のアンテナ素子であってもよい。
第1の態様で提供される結合アンテナ機器は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)を含んでもよいことが分かり得る。背面カバー上のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の設計スペースは十分であり、アンテナ素子のサイズは、比較的大きくなるように設計することができる。このようにして、アンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)及び給電アンテナによって形成される結合アンテナ構造は、より低い周波数帯域の共振モードを励起し、より多くの共振を生成し、より多くの周波数帯域のカバレッジを実現することができる。さらに、結合アンテナ機器に含まれる給電アンテナのサイズは、非常に小さくなるように設計することができ、周囲のコンポーネントの影響が軽減される。これは、比較的小さな設計スペースで実現できる。
第1の態様を参照すると、いくつかの実施形態では、結合アンテナ機器は、以下のいくつかの方法で具体的に実装することができる。
第1の方法では、結合アンテナ機器の給電ユニットは、給電支持(feeding support)アンテナであり得る。結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)を含み得、さらに、スロット付き金属中間フレームによって形成されたスロットアンテナを含み得る。スロットアンテナは、両端が閉じられ、接地されていてもよい。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、両端が開いていてもよい。支持アンテナは、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。給電支持アンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)及びスロットアンテナに結合され得る。複数の周波数帯域の共振は、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を含み得る。オプションで、Wi-Fi周波数帯域には、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域の1つ又は複数を含めることができる。
オプションの実施態様では、1つのアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のみが背面カバーに配置され得る。この場合に、結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域で1つの共振(共振1と呼ばれ得る)、及び5GHz周波数帯域で3つの共振(共振2、3、及び4と呼ばれ得る)を生成し得る。2.4GHz周波数帯域における1つの共振(共振1)は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の半波長モードで生成され得る。5GH周波数帯域における3つの共振の中で最も低い共振(共振2)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の1回(one-time)波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における3つの共振の中で中間の共振(共振3)が、給電支持アンテナによって(例えば、1/4波長モード)生成され得る。5GHz周波数帯域における3つの共振の中で最も高い共振(共振4)が、スロットアンテナの半波長モードで生成され得る。
換言すれば、給電支持アンテナは、共振3を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナに結合されて、フローティング式金属アンテナを励起して、共振1及び共振2を生成し得るか、又はスロットアンテナに結合されて、スロットアンテナを励起して共振4を生成し得る。
背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振1を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振1は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振2を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振2は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナが共振3を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振3は、支持アンテナの3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。スロットアンテナが共振4を発生する波長モードは限定されず、代替的に、共振4は、スロットアンテナの3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。
いくつかのオプションの実施態様では、スロットアンテナは、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。この場合に、スロットアンテナは、1/4波長モード、3/4波長モード、5/4波長モード等で共振4を生成し得る。
複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が背面カバーに配置される場合に、第1の方法で実装される結合アンテナ機器は、より多くの共振を生成し得ることが理解され得る。例えば、結合アンテナ機器は、5GHzの周波数帯域で4つの共振を生成し得る。
代替的に、第1の方法で実装される結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域又は5GHz周波数帯域等のWi-Fi周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振を生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ、支持アンテナ、又はスロットアンテナ)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
第1の方法で実装される結合アンテナ機器において、給電支持アンテナ及び背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、互いに平行且つ対向して配置され得る。給電支持アンテナ及びスロットアンテナは、互いに平行且つ対向して配置され得る。
第2の方法では、結合アンテナ機器の給電ユニットは、給電支持アンテナであり得る。結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)であり得る。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、両端が開いていてもよい。支持アンテナは、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。給電支持アンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)に結合され得る。複数の周波数帯域の共振は、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を含み得る。オプションで、Wi-Fi周波数帯域には、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域の1つ又は複数を含めることができる。
オプションの実施態様では、1つのアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のみが背面カバーに配置され得る。この場合に、結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域で1つの共振(共振5と呼ばれ得る)、及び5GHz周波数帯域で2つの共振(共振6及び7であり得る)を生成し得る。2.4GHz周波数帯域における1つの共振(共振5)は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の半波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における2つの共振のうちのより低い共振(共振6)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の1回波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における2つの共振のうちのより高い共振(共振7)が、給電支持アンテナによって(例えば、1/4波長モードで)生成され得る。
換言すれば、給電支持アンテナは、共振7を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナに結合されて、フローティング式金属アンテナを励起して、共振5及び共振6を生成し得る。
背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振5を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振5は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振6を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振6は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナが共振7を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振7は、支持アンテナの3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。
代替的に、第2の方法で実装される結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域又は5GHz周波数帯域等のWi-Fi周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振を生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ又は支持アンテナ)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が背面カバーに配置される場合に、第2の方法で実装される結合アンテナ機器は、より多くの共振を生成し得ることが理解され得る。例えば、結合アンテナ機器は、5GHz周波数帯域で3つの共振を生成し得る。
第2の方法で実装される結合アンテナ機器では、給電支持アンテナ及び背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、互いに平行且つ対向して配置され得る。
第3の方法では、結合アンテナ機器の給電ユニットは、給電スロットアンテナであり得る。結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)を含み得、さらに、アンテナ支持体に固定された支持アンテナを含み得る。スロットアンテナは、一端が電力を供給し、他端が閉じられて接地されていてもよい。支持アンテナ31は、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。給電スロットアンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)及び支持アンテナに結合され得る。複数の周波数帯域の共振は、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を含み得る。オプションで、Wi-Fi周波数帯域には、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域の1つ又は複数を含めることができる。
オプションの実施態様では、1つのアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のみが背面カバーに配置され得る。この場合に、第1の方法と同様に、結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域で1つの共振(共振1と呼ばれ得る)、及び5GHz周波数帯域で3つの共振(共振2、3、及び4であり得る)を生成し得る。2.4GHz周波数帯域における1つの共振(共振1)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の半波長モードで生成され得る。5GH周波数帯域における3つの共振の中で最も低い共振(共振2)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の1回波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における3つの共振の中で中間の共振(共振3)が、支持アンテナによって(例えば、1/4波長モードで)生成され得る。5GHz周波数帯域における3つの共振の中で最も高い共振(共振4)が、給電スロットアンテナの半波長モードで生成され得る。
換言すれば、給電スロットアンテナは、共振4を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナに結合されて、フローティング式金属アンテナを励起して、共振1及び共振2を生成し得るか、又は支持アンテナに結合されて、支持アンテナを励起して共振3を生成し得る。
第3の方法で実装される結合アンテナ機器によって生成された共振については、第1の方法で実装される結合アンテナ機器によって生成される共振モードを参照されたい。詳細については、本明細書では再び説明しない。
第3の方法で実装される結合アンテナ機器では、給電スロットアンテナ及び背面カバーに配置されたアンテナ素子は、互いに平行且つ対向して配置され得る。給電スロットアンテナ及び支持アンテナは、互いに平行且つ対向して配置され得る。
第4の方法では、結合アンテナ機器の給電ユニットは、給電スロットアンテナであり得る。結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)であり得る。スロットアンテナは、一端が電力を供給し、他端が閉じられて接地されていてもよい。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。給電スロットアンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)に結合され得る。複数の周波数帯域の共振は、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を含み得る。オプションで、Wi-Fi周波数帯域には、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域の1つ又は複数を含めることができる。
オプションの実施態様では、1つのアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のみが背面カバーに配置され得る。この場合に、結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域で1つの共振(共振8と呼ばれ得る)、及び5GHz周波数帯域で2つの共振(共振9及び12であり得る)を生成し得る。2.4GHz周波数帯域における1つの共振(共振8)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の半波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における2つの共振のうちのより低い共振(共振9)が、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の1回波長モードで生成され得る。5GHz周波数帯域における2つの共振のうちのより高い共振(共振12)が、給電スロットアンテナによって(例えば、半波長モードで)生成され得る。
換言すれば、給電スロットアンテナは、共振12を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナに結合されて、フローティング式金属アンテナを励起して、共振8及び共振9を生成し得る。
背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振8を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振8は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振9を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振9は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。スロットアンテナが共振12を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振12は、スロットアンテナの3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。
代替的に、第4の方法で実装される結合アンテナ機器は、2.4GHz周波数帯域又は5GHz周波数帯域等のWi-Fi周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振を生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、スロットアンテナ又はフローティング式金属アンテナ)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が背面カバーに配置される場合に、第4の方法で実装される結合アンテナ機器は、より多くの共振を生成し得ることが理解され得る。例えば、結合アンテナ機器は、5GHz周波数帯域で3つの共振を生成し得る。
第4の方法で実装される結合アンテナ機器では、給電スロットアンテナ及び背面カバーに配置されたアンテナ素子は、互いに平行且つ対向して配置され得る。
第5の方法では、結合アンテナ機器の給電ユニットは、給電支持アンテナであり得る。結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)を含み得、さらに、スロット付き金属中間フレームによって形成されたスロットアンテナを含み得る。スロットアンテナは、フローティング式金属アンテナよりも長くてもよい。給電支持アンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)及びスロットアンテナに結合され得る。複数の周波数帯域の共振は、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)を含み得、さらに、移動通信周波数帯域を含み得る。オプションで、移動通信周波数帯域は、LTE B1周波数帯域、LTE B3周波数帯域、及びLTE B7周波数帯域のうちの1つ又は複数を含み得る。
オプションの実施態様では、スロットアンテナの長さは、43ミリメートル、又は43ミリメートルに近い値(例えば、40ミリメートル~45ミリメートル以内の値)であり得る。スロットアンテナの幅(つまり、スリットの幅)は、1.1ミリメートル、又は1.1ミリメートルに近い値(例えば、1.2ミリメートル又は1.0ミリメートル)であり得る。支持アンテナの長さは、17ミリメートル、又は17ミリメートルに近い値(例えば、16ミリメートル又は18ミリメートル)であり得る。支持アンテナの幅は、5ミリメートル、又は5ミリメートルに近い値(例えば、6ミリメートル又は4ミリメートル)であり得る。フローティング式金属アンテナの長さは、32ミリメートル、又は32ミリメートルに近い値(例えば、33ミリメートル又は32ミリメートル)であり得る。フローティング式金属アンテナの幅は、6.5ミリメートル、又は6.5ミリメートルに近い値(例えば、6ミリメートル又は7ミリメートル)であり得る。
オプションの実施態様では、支持アンテナとフローティング式金属アンテナとの間のZ方向距離は、0.15ミリメートル~0.25ミリメートルであり得る。支持アンテナ及びフローティング式金属アンテナの外面輪郭は、いくつかのラジアン(radian:弧度)を有し得、支持アンテナとフローティング式金属アンテナとの間に複数の異なるZ方向距離があり得る。支持アンテナとフローティング式金属アンテナとの間の最大Z方向距離は0.25ミリメートルであり得、支持アンテナとフローティング式金属アンテナとの間の最小Z方向距離は0.15ミリメートルであり得る。フローティング式金属アンテナのZ方向の投影面積は、支持アンテナをカバーしない場合があるか、又は支持アンテナの小部分(例えば、支持アンテナの20%)のみをカバーする場合がある。
オプションの実施態様では、支持アンテナとスロットアンテナとの間のZ方向距離は、2ミリメートル、又は2ミリメートルに近い値(例えば、1.8ミリメートル又は2.2ミリメートル)であり得る。支持アンテナとスロットアンテナの間のX方向距離は、5ミリメートル以内であり得る。
第5の方法で実装される結合アンテナ機器では、スロットアンテナは、両端が閉じられ、接地されていてもよい。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、両端が開いていてもよい。支持アンテナは、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。第5の方法で実装される結合アンテナ機器は、1.8GHz(LTE B3)付近で共振(共振16と呼ばれ得る)を生成し得、さらに2.1GHz(LTE B1)付近で共振(共振17と呼ばれ得る)を生成し得、さらに2.4GHz(LTE B7)付近で共振(共振18と呼ばれ得る)を生成し得る。具体的には、共振16は、スロットアンテナの半波長モードで生成され得、共振17は、フローティング式金属アンテナの半波長モードで生成され得、共振18は、支持アンテナの1/4波長モードで生成され得る。
スロットアンテナが共振16を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振16は、スロットアンテナの3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)が共振17を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振17は、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の1回波長モード、3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナが共振18を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振18は、支持アンテナの3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。
いくつかのオプションの実施形態では、第5の方法で実装される結合アンテナ機器は、代替的に、スロットアンテナを含まない場合がある。この場合に、第5の方法で実装される結合アンテナ機器は、給電支持アンテナをフローティング式金属アンテナに結合することによって形成される結合アンテナ機器(つまり、スロットアンテナ21は含まれない)であり得る。結合アンテナ機器は、共振16、17、及び18も生成し得る。この場合に、フローティング式金属アンテナは、より長くなるように設計され得る。可能な実施態様において、フローティング式金属アンテナの長さは、39ミリメートル、又は39ミリメートルに近い値(例えば、38ミリメートル又は40ミリメートル)であり得る。このようにして、共振16は、フローティング式金属アンテナの半波長モードで生成され得、共振17は、フローティング式金属アンテナの1回波長モードで生成され得る。共振18は、支持アンテナの1/4波長モードで生成され得る。
第5の方法で実装される結合アンテナ機器は、複数の共振を生成し、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)と、LTE B3、LTE B1、及びLTE B7等の周波数帯域とをカバーし得ることが分かり得る。代替的に、結合アンテナ機器は、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)と、LTE B3、LTE B1、及びLTE B7等の周波数帯域とに限定されない、別の周波数帯域の共振を生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ、支持アンテナ、又はスロットアンテナ)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、背面カバーに配置された2つ以上のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)に給電アンテナを結合することによって形成される結合アンテナ構造において、異なる結合ギャップが、2つ以上のアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)と給電アンテナ(例えば、給電支持アンテナ)との間に別々に形成され得る。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、結合アンテナ機器内の給電ユニット(例えば、給電支持アンテナ又は給電スロットアンテナ)は、複数のアンテナ・スタブ(stub)を有し得る。給電支持アンテナのアンテナ・スタブは、複数の放射アームとして表すことができ、給電スロットアンテナのアンテナ・スタブは、複数の放射スロットとして表すことができる。複数のアンテナ・スタブは、結合アンテナ構造によって生成される共振の量をさらに増大させることができ、アンテナによってカバーされる周波数帯域をさらに増大させることができる。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、結合アンテナ機器の背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、複数のアンテナ・スタブを有し得る。複数のアンテナ・スタブは、結合アンテナ機器によって生成される共振の量をさらに増大させることができ、アンテナによってカバーされる周波数帯域をさらに増大させることができる。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、結合アンテナ機器の背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)は、複数の部分に分割することができ、複数の部分は、アンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のサイズを縮小するために、分布(distribution)パラメータ又は集中(lumped)パラメータインダクタを使用することによって接続され得る。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の端部は、コンデンサを有することができ、それによって、アンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)のサイズを縮小することができる。
第1の態様に関して、いくつかの実施形態では、帯域パスフィルタ又は高周波フィルタ等のフィルタは、背面カバーに配置されたアンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)の内部に配置され得、アンテナ素子(例えば、フローティング式金属アンテナ)によって放射される信号をフィルタリングして、複数の周波数帯域を実現することができる。
第2の態様によれば、本願は、電子装置を提供する。電子装置は、プリント回路基板(PCB)、金属中間フレーム、背面カバー、及び第1の態様で説明した結合アンテナ機器を含み得る。
本願の実施形態における技術的解決策をより明確に説明するために、以下では、本願の実施形態に必要な添付の図面を説明する。
従来アンテナの設計位置の概略図である。 本発明の一実施形態による電子装置の概略構造図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 従来の結合アンテナ構造の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の一実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願の別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。 本願のさらに別の実施形態によるアンテナ機器の概略図である。
以下では、本発明の実施形態における添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
本願で提供する技術的解決策は、以下のMIMO通信技術:ロングタームエボリューション(long term evolution, LTE)通信技術、Wi-Fi通信技術、5G通信技術、SUB-6G通信技術、別の将来のMIMO通信技術等のうちの1つ又は複数を使用する電子装置に適用可能である。本願では、電子装置は、携帯電話、タブレットコンピュータ、又は携帯情報端末(personal digital assistant, PDA)等の電子装置であり得る。
図2は、本願で提供するアンテナ設計ソリューションが基づいている電子装置の内部環境の例を示す。図2に示されるように、電子装置は、ディスプレイ画面21、金属中間フレーム23、プリント回路基板(PCB)25、及び背面カバー27を含み得る。ディスプレイ画面21、金属中間フレーム23、プリント回路基板(PCB)25、及び背面カバー27は、異なる層に別々に配置され得る。これらの層は互いに平行であり得る。各層が配置される平面をX-Y平面と呼ぶことができ、X-Y平面に垂直な方向をZ方向と呼ぶことができる。換言すれば、ディスプレイ画面21、金属中間フレーム23、プリント回路基板(PCB)25、及び背面カバー27は、Z方向に層状に配置され得る。プリント回路基板(PCB)25は、背面カバー27と金属中間フレーム23との間に配置される。背面カバー27は、絶縁材料で作製してもよく、例えば、ガラス、セラミック、又はプラスチックで作製してもよい。
(アンテナを固定するための)アンテナ支持体は、プリント回路基板(PCB)25に配置され得る。アンテナ支持体は、絶縁材料、例えばPC/ABS材料から作製され得る。アンテナ支持体に固定されるアンテナのクリアランス要件を満たすために、アンテナ支持体からプリント回路基板(PCB)25までのZ方向の高さは1.5ミリメートルであり得、アンテナ支持体の厚さは1ミリメートルであり得、背面カバー27の内面からアンテナ支持体までのZ方向の高さは、0.3ミリメートルであり得る。本明細書で述べた1.5ミリメートル、1ミリメートル、及び0.3ミリメートルは単なる例である。アンテナ支持体上のアンテナのクリアランス要件が満たされるという条件で、アンテナ支持体及び周囲コンポーネントの相対位置は異なる場合がある。これは制限を構成するものではない。
スロットアンテナが、金属中間フレーム23(例えば、金属中間フレーム23の側縁)にスリットを入れることによって形成され得る。スロットアンテナは、絶縁材料、例えば、PC/ABS材料で充填され得る(誘電定数は3.6であり、誘電損失角は0.01である)。金属中間フレーム23のスロットアンテナのクリアランス要件を満たすために、ディスプレイ画面21から金属中間フレーム23までのZ方向の高さは、0.3ミリメートルであり得る。Z方向の投影面積におけるスロットアンテナのクリアランス幅は、0.6ミリメートルであり得る。本明細書で述べた0.3ミリメートル及び0.6ミリメートルは単なる例である。スロットアンテナのクリアランス要件が満たされるという条件で、スロットアンテナ及び周囲コンポーネントの相対位置は異なる場合がある。これは制限を構成するものではない。
1つ又は複数のフローティング式金属アンテナが、背面カバー27に配置され得る。フローティング式金属アンテナは、背面カバー27の内面に配置され得るか、又は背面カバー27の外面に配置され得るか、又は背面カバー27に埋め込まれ得る。例えば、フローティング式金属アンテナは、背面カバー27の内面に貼り付けられた金属ストリップであり得るか、又は導電性銀ペーストを使用することによって背面カバー27の内面にプリントされ得る。電子装置内のフローティング式金属アンテナ及び給電アンテナは、結合アンテナ構造を形成し得る。給電アンテナは、アンテナ支持体に固定されたアンテナ(支持アンテナとも呼ばれ得る)であってもよい。支持アンテナは、IFAアンテナ、モノポール(monopole)アンテナ、ループアンテナ等の様々なタイプのアンテナ形式にしてもよい。あるいはまた、給電アンテナは、金属中間フレームにスリットを入れることによって形成されたスロットアンテナであり得る。結合アンテナ構造によって形成されたアンテナ機器は、複数の共振モードの励起を生成することができ、それによって、アンテナ帯域幅及び放射特性を改善することができる。
以下の実施形態は、給電アンテナ及びフローティング式金属アンテナを使用することによって形成される結合アンテナ構造を詳細に説明する。
実施形態1
実施形態1では、支持アンテナは給電ユニットであり得、スロットアンテナ及びフローティング式金属アンテナは結合ユニットであり得る。換言すれば、給電支持アンテナは、フローティング式金属アンテナとスロットアンテナとの両方に結合され得る。
図3A及び図3Bは、実施形態1による結合アンテナ構造の例を示す。図3Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図3Bは簡略化した構造図である。図3A及び図3Bに示されるように、結合アンテナ構造は、支持アンテナ31、スロットアンテナ21、及びフローティング式金属アンテナ41を含み得る。
支持アンテナ31は、アンテナ支持体(図示せず)に固定され得る。支持アンテナ31は、給電点を有し得る。支持アンテナ31は、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。スロットアンテナ21は、金属中間フレームの側縁にスリットを入れることによって形成され得る。側縁に限定されず、代替的に、スロットアンテナ21は、金属中間フレームの別の位置にスリットを入れることによって形成され得る。スロットアンテナ21は、両端が閉じられ、接地されていてもよい。フローティング式金属アンテナ41は、背面カバーの内面に配置され得る。フローティング式金属アンテナ41は、両端が開いていてもよい。スロットアンテナ21及びフローティング式金属アンテナ41は、電力を供給しない場合があり、結合ユニットとして使用することができ、給電支持アンテナ31に結合される。
給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41は、互いに平行且つ対向して配置され得る。本明細書では、平行且つ対向した配置は、支持アンテナ31の1つ又は複数の放射アームが、フローティング式金属アンテナ41に対して平行且つ対向して配置され得ることを意味し得る。例えば、図3A及び図3Bに示されるように、支持アンテナ31の放射アーム31-A及び放射アーム31-Bが、フローティング式金属アンテナ41に対して平行且つ対向して配置され得る。いくつかのオプションの実施態様では、フローティング式金属アンテナ41は、複数の放射アームを有し得、1つ又は複数の放射アームはそれぞれ、支持アンテナ31の1つ又は複数の放射アームと平行且つ対向して配置され得る。
給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41は、必ずしも互いに平行且つ対向して配置され得るとは限らないことを理解されたい。給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41が互いに平行且つ対向して配置されない場合に、代替的に、給電支持アンテナ31は、フローティング式金属アンテナ41に結合され得るが、結合効果は、給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41を互いに平行且つ対向して配置する場合に得られる結合効果よりも弱い。
給電支持アンテナ31及びスロットアンテナ21は、互いに平行且つ対向して配置され得る。本明細書では、平行且つ対向した配置は、支持アンテナ31の1つ又は複数の放射アームが、スロットアンテナ21に対して平行且つ対向して配置され得ることを意味し得る。例えば、図3A及び図3Bに示されるように、支持アンテナ31の放射アーム31-A及び放射アーム31-Bは、スロットアンテナ21に対して平行且つ対向して配置され得る。いくつかのオプションの実施態様では、スロットアンテナ21は、複数の放射スロットを有し得、1つ又は複数の放射スロットはそれぞれ、支持アンテナ31の1つ又は複数の放射アームに対して平行且つ対向して配置され得る。
給電支持アンテナ31及びスロットアンテナ21は、必ずしも互いに平行且つ対向して配置され得るとは限らないことを理解されたい。給電支持アンテナ31及びスロットアンテナ21が互いに平行且つ対向して配置されない場合に、代替的に、給電支持アンテナ31は、スロットアンテナ21に結合され得るが、結合効果は、給電支持アンテナ31及びスロットアンテナ21を互いに平行且つ対向して配置する場合に得られる結合効果よりも弱い。
図3Cは、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間、及び給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間の結合ギャップの例を示す。図3Cに示されるように、結合ギャップ1(gap 1)が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間に存在し得、結合領域1が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間に形成され得る。結合ギャップ2(gap 2)が、給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間に存在し得、結合領域2が、給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間に形成され得る。結合ギャップが小さいほど結合効果がより強いことを示し、結合面積が大きいほど結合効果が強いことを示すことを理解されたい。結合ギャップ1、結合ギャップ2、結合領域1、及び結合領域2の特定の値は、支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ41及びスロットアンテナ21に結合することができるという条件で、この用途では限定されない。
図3Cは、アンテナ同士の間の結合ギャップのみを示す。アンテナ同士の間の結合ギャップ(例えば、支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間の結合ギャップ)は、1つの値のみを有することができ、つまり、結合ギャップは等しい。あるいはまた、アンテナの外面が曲がる可能性があるため、アンテナ同士の間の結合ギャップ(例えば、支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間の結合ギャップ)は、複数の値を有し得、ある位置での結合ギャップが比較的大きいが、ある位置での結合ギャップが比較的小さい。結合ギャップが最小の位置は、アンテナが互いに最も近い位置であり得、結合ギャップが最大の位置は、アンテナが互いに最も遠い位置であり得る。
前述の結合アンテナ構造における各アンテナラジエータのクリアランス要件を満たすために、各アンテナラジエータと周囲の金属コンポーネント(ディスプレイ画面又はPCB等)との間の位置関係は、次の通りであり得る。
スロットアンテナ21のスロット幅は1.2ミリメートルであり得、Z方向の投影面積におけるスロットアンテナ21の0.6ミリメートルの幅は、ディスプレイ画面と重なり得る。このようにして、Z方向の投影面積におけるスロットアンテナ21のアンテナ・クリアランス幅は、0.6ミリメートルであり得、これは、スロットアンテナ21のクリアランス要件を満たすことができる。本明細書で述べた0.6ミリメートルに限定されず、クリアランス要件が満たされるという条件で、Z方向の投影面積におけるスロットアンテナ21のアンテナ・クリアランス幅は、代替的に、別の値であり得る。
フローティング式金属アンテナ41と支持アンテナ31との間のZ方向距離は0.3ミリメートルであり得、フローティング式金属アンテナ41とPCBとの間のZ方向距離は1.8ミリメートルであり得る。支持アンテナ31を固定するためのアンテナ支持体(図示せず)とPCBとの間のZ方向距離は、1.5ミリメートルであり得る。このようにして、支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41のクリアランス要件を満たすことができる。本明細書に記載の0.3ミリメートル、1.8ミリメートル、及び1.5ミリメートルの位置関係に限定されず、フローティング式金属アンテナ41と、支持アンテナ31と、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係は、フローティング式金属アンテナ41及び支持アンテナ31のクリアランス要件が満たされるという条件で、異なる場合がある。
前述の内容で述べたディスプレイ画面、PCB、アンテナ支持体、及び背面カバーについては、図2の関連する説明を参照されたい。詳細はここで再び説明しない。いくつかのオプションの実施態様では、フローティング式金属アンテナ41は、代替的に、背面カバーの外面に配置され得るか、又は背面カバーに埋め込まれ得る。
以下では、図3A及び図3Bに示される例において、結合アンテナ構造によって生成され得る共振モードを説明する。
図3Dを参照すると、図3Dの1、2、3、及び4は異なる共振を表す。結合アンテナ構造は、2.4GHz付近で共振1を生成し得、さらに5GHz付近で3つの共振2、3、及び4を生成し得る。詳細は次の通りである。
共振1は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得る。5GHz付近の3つの共振2、3、及び4において、最も低い共振(つまり、共振2)がフローティング式金属アンテナ41の1回波長モードで生成され得、中間の共振(つまり、共振3)が支持アンテナによって(例えば、1/4波長モードで)生成され得、最も高い共振(つまり、共振4)がスロットアンテナ21の半波長モードで生成され得る。
図3Eは、共振1、2、3、及び4の電流分布の例を示す。図3Fは、共振1、2、3、及び4の電界分布の例を示す。共振1の電流分布及び電界分布から、フローティング式金属アンテナ41の両端(両方とも開放端である)が強電界点であり、共振1の信号がフローティング式金属アンテナ41の半波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振2の電流分布及び電界分布から、フローティング式金属アンテナ41の両端及び中間位置が強電界点であり、共振2の信号がフローティング式金属アンテナ41の1回波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振3の電流分布及び電界分布から、支持アンテナ31の一端(給電端)が強電流点であり、支持アンテナ31の他端(開放端)が強電界点であり、共振3の信号が支持アンテナ31の1/4波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振4の電流分布及び電界分布から、スロットアンテナ21の両端(接地端)が強電流点であり、中間位置が強電界点であり、共振4の信号がスロットアンテナの半波長モードで放射され得ることが分かり得る。
フローティング式金属アンテナ41が共振1を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振1は、フローティング式金属アンテナ41の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ41が共振2を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振2は、フローティング式金属アンテナ41の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナ31が共振3を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振3は、支持アンテナ31の3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。スロットアンテナ21が共振4を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振4は、スロットアンテナ21の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。
いくつかのオプションの実施態様では、スロットアンテナ21は、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。この場合に、スロットアンテナ21は、1/4波長モード、3/4波長モード、5/4波長モード等で共振4を生成し得る。
換言すれば、給電支持アンテナ31は、フローティング式金属アンテナ41とスロットアンテナ21との両方に結合されて、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を生成し、複数のWi-Fi周波数帯域をカバーすることができる。
図3A及び図3Bに示される例における結合アンテナ構造は、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ41、支持アンテナ31、又はスロットアンテナ21)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
本願では、周波数帯域は周波数範囲である。例えば、2.4GHzの周波数帯域は、2.4GHz~2.4835GHzの周波数範囲、つまり2.4GHz付近の周波数範囲であり得る。別の例では、5GHz周波数帯域は、5.150GHz~5.350GHz又は5.725GHz~5.850GHzの周波数範囲、つまり5GHz付近の周波数範囲であり得る。
図3Dは、従来の結合アンテナ構造、例えば、支持アンテナ31をスロットアンテナ21に結合する結合アンテナ構造(図3Gを参照)によって生成される共振モードをさらに示す。支持アンテナ31の設計スペースが制限され、支持アンテナの設計サイズが非常に小さいため、この従来の結合アンテナ構造では、5GHz付近で2つの共振10及び11しか生成できず、2.4GHz付近では共振を生成できない。
図3Gに示される従来の結合アンテナ構造と比較して、図3A及び図3Bに示される例における結合アンテナ構造は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナを含み、フローティング式金属アンテナのサイズを比較的大きくなるように設計することができ、フローティング式金属アンテナ及び給電支持アンテナによって形成される結合アンテナ構造は、より低い周波数帯域の共振モードを励起し、より多くの共振を生成し、より多くの周波数帯域のカバレッジを実現し得ることが分かり得る。また、図3A及び図3Bに示される例の結合アンテナ構造に含まれる支持アンテナのサイズは、非常に小さくなるように設計することができ、周囲コンポーネントの影響が軽減される。これは、比較的小さな設計スペースで実現できる。
実施形態2
実施形態2による結合アンテナ構造のシミュレーションモデルの概略図については、図3Aを参照されたい。実施形態1とは異なり、図4Aに示されるように、スロットアンテナ21は、給電点を有し得る。スロットアンテナ21は、一端が電力を供給し、他端が閉じられて接地されていてもよい。支持アンテナ31は、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。スロットアンテナ21は給電ユニットであり得、支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41は結合ユニットであり得る。換言すれば、給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41と支持アンテナ31との両方に結合され得る。
給電スロットアンテナ21及びフローティング式金属アンテナ41は、互いに平行且つ対向して配置され得る。本明細書では、平行且つ対向した配置は、スロットアンテナ21の1つ又は複数の放射スロットが、フローティング式金属アンテナ41に対して平行且つ対向して配置され得ることを意味し得る。いくつかのオプションの実施態様では、フローティング式金属アンテナ41は、複数の放射アームを有し得、1つ又は複数の放射アームは、スロットアンテナ21の1つ又は複数の放射スロットに対して平行且つ対向して配置され得る。
給電スロットアンテナ21及び支持アンテナ31は、互いに平行且つ対向して配置され得る。本明細書では、平行且つ対向した配置は、スロットアンテナ21の1つ又は複数の放射スロットが、支持アンテナ31に対して平行且つ対向して配置され得ることを意味し得る。いくつかのオプションの実施態様では、支持アンテナ31は、複数の放射アームを有し得、1つ又は複数の放射アームは、スロットアンテナ21の1つ又は複数の放射スロットに対して平行且つ対向して配置され得る。
図4Bは、実施形態2による結合アンテナ構造に含まれるアンテナラジエータ同士の間の結合ギャップの例を示す。図4Bに示されるように、結合ギャップ3(gap 3)が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ41との間に存在し得、結合領域3が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ41との間に形成され得る。結合ギャップ4(gap 4)が、給電スロットアンテナ21と支持アンテナ31との間に存在し得、結合領域4が、給電スロットアンテナ21と支持アンテナ31との間に形成され得る。結合ギャップ3、結合ギャップ4、結合領域3、及び結合領域4の特定の値は、スロットアンテナ21をフローティング式金属アンテナ41及び支持アンテナ31に結合できるという条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造における各アンテナラジエータのクリアランス要件を満たすために、各アンテナラジエータと周囲の金属コンポーネントとの間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。
実施形態2による結合アンテナ構造において、給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41と支持アンテナ31の両方に結合され、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を生成し、複数のWi-Fi周波数帯域をカバーすることができる。実施形態2による結合アンテナ構造は、実施形態1で提供される結合アンテナ構造によって生成されるものと同じ共振モードを生成することができる。詳細については、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここで再び説明しない。
実施形態3
実施形態1とは異なり、結合アンテナ構造は、スロットアンテナを有さない場合がある。
図5A及び図5Bは、実施形態3による結合アンテナ構造の例を示す。図5Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図5Bは簡略化した構造図である。図5A及び図5Bに示されるように、結合アンテナ構造は、支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41を含み得る。支持アンテナ31は、給電点を有し得る。支持アンテナ31は、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。フローティング式金属アンテナ41は、両端が開いていてもよい。支持アンテナは給電ユニットであり得、フローティング式金属アンテナは結合ユニットであり得る。換言すれば、給電支持アンテナは、フローティング式金属アンテナに結合され得る。
図5Cは、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間の結合ギャップの例を示す。図5Cに示されるように、結合ギャップ5(gap 5)が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間に存在し得、結合領域5が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間に形成され得る。結合ギャップ5は、実施形態1の結合ギャップ1に等しくてもよく、結合領域5は、実施形態1の結合領域1に等しくてもよい。結合ギャップ5の値及び結合領域5の値は、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ41に結合することができるという条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造における支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41のクリアランス要件を満たすために、支持アンテナ31と、フローティング式金属アンテナ41と、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここでは再び説明しない。
以下では、図5A及び図5Bに示される例において、結合アンテナ構造によって生成され得る共振モードを説明する。
図5Dを参照すると、図5Dの5、6、及び7は、異なる共振を表す。結合アンテナ構造は、2.4GHz付近で共振5を生成し得、さらに5GHz付近で2つの共振6及び7を生成し得る。詳細は次の通りである。
共振5は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得る。5GHz付近の2つの共振6及び7では、より低い共振(つまり、共振6)が、フローティング式金属アンテナ41の一回波長モードで生成され得、より高い共振(つまり、共振7)が、支持アンテナによって(1/4波長モードで)生成され得る。
換言すれば、給電支持アンテナ31は、フローティング式金属アンテナ41に結合され、複数の共振を生成し、複数の周波数帯域をカバーし得る。具体的には、給電支持アンテナ31は、共振7を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナ41に結合されて、フローティング式金属アンテナ41を励起して、共振5及び共振6を生成し得る。
フローティング式金属アンテナ41が共振5を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振5は、フローティング式金属アンテナ41の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ41が共振6を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振6は、フローティング式金属アンテナ41の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナ31が共振7を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振7は、支持アンテナ31の3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。
換言すれば、給電支持アンテナ31は、フローティング式金属アンテナ41に結合され、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を生成し、複数のWi-Fi周波数帯域をカバーし得る。
図5A及び図5Bに示される例における結合アンテナ構造は、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ41及び支持アンテナ31)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
図5Dは、従来の結合アンテナ構造、例えば、支持アンテナ31をスロットアンテナ21に結合する結合アンテナ構造(図3Gを参照)によって生成される共振モードをさらに示す。支持アンテナ31の設計スペースが制限され、支持アンテナの設計サイズが非常に小さいため、この従来の結合アンテナ構造では、5GHz付近で2つの共振10及び11しか生成できず、2.4GHz付近では共振を生成できない。
図3Gに示される従来の結合アンテナ構造と比較して、図5A及び図5Bに示される例における結合アンテナ構造は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナを含み、フローティング式金属アンテナのサイズを比較的大きくなるように設計することができ、フローティング式金属アンテナ及び給電支持アンテナによって形成される結合アンテナ構造は、より低い周波数帯域の共振モードを励起し、より多くの共振を生成し、より多くの周波数帯域のカバレッジを実現し得ることが分かり得る。
実施形態4
実施形態2とは異なり、結合アンテナ構造は、支持アンテナを有さない場合がある。
図6A及び図6Bは、実施形態4による結合アンテナ構造の例を示す。図6Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図6Bは簡略化した構造図である。図6A及び図6Bに示されるように、結合アンテナ構造は、スロットアンテナ21及びフローティング式金属アンテナ41を含み得る。スロットアンテナ21は、給電点を有し得る。スロットアンテナ21は、一端が電力を供給し、他端が閉じられて接地されていてもよい。フローティング式金属アンテナ41は、両端が開いていてもよい。スロットアンテナ21は給電ユニットであり得、フローティング式金属アンテナ41は結合ユニットであり得る。換言すれば、給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41に結合され得る。
図6Cは、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ41との間の結合ギャップの例を示す。図6Cに示されるように、結合ギャップ6(gap 6)が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ41との間に存在し得、結合領域6が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ41との間に形成され得る。結合ギャップ6は、実施形態2の結合ギャップ3に等しくてもよく、結合領域6は、実施形態2の結合領域3に等しくてもよい。結合ギャップ6及び結合領域6の特定の値は、給電スロットアンテナ21をフローティング式金属アンテナ41に結合することができるという条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造におけるスロットアンテナ21及びフローティング式金属アンテナ41のクリアランス要件を満たすために、スロットアンテナ21と、フローティング式金属アンテナ41と、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここでは再び説明しない。
以下では、図6A及び図6Bに示される例において、結合アンテナ構造によって生成され得る共振モードを説明する。
図6Dを参照すると、図6Dの8、9、及び12は、異なる共振を表す。結合アンテナ構造は、2.4GHz付近で共振8を生成し得、さらに5GHz付近で2つの共振9及び12を生成し得る。詳細は次の通りである。
共振8は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得る。5GHz付近の2つの共振9及び12では、より低い共振(つまり、共振9)が、フローティング式金属アンテナ41の1回波長モードで生成され得、より高い共振(つまり、共振12)が、スロットアンテナ21の半波長モードで生成され得る。
換言すれば、給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41に結合され、複数の共振を生成し、複数の周波数帯域をカバーし得る。具体的には、給電スロットアンテナ21は、共振12を生成し得、そしてフローティング式金属アンテナ41に結合されて、フローティング式金属アンテナ41を励起して、共振8及び共振9を生成し得る。
フローティング式金属アンテナ41が共振8を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振8は、フローティング式金属アンテナ41の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ41が共振9を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振9は、フローティング式金属アンテナ41の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。スロットアンテナ21が共振12を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振12は、スロットアンテナ21の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。
換言すれば、給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41に結合され、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を生成し、複数のWi-Fi周波数帯域をカバーし得る。
図6A及び図6Bに示される例における結合アンテナ構造は、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ41及びスロットアンテナ21)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
図6Dは、従来の結合アンテナ構造、例えば、支持アンテナ31をスロットアンテナ21に結合する結合アンテナ構造(図3Gを参照)によって生成される共振モードをさらに示す。支持アンテナ31の設計スペースが制限され、支持アンテナの設計サイズが非常に小さいため、この従来の結合アンテナ構造では、5GHz付近で2つの共振10及び11しか生成できず、2.4GHz付近では共振を生成できない。
図3Gに示される従来の結合アンテナ構造と比較して、図6A及び図6Bに示される例における結合アンテナ構造は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナを含み、フローティング式金属アンテナのサイズを比較的大きくなるように設計することができ、フローティング式金属アンテナ及び給電スロットアンテナによって形成される結合アンテナ構造は、より低い周波数帯域の共振モードを励起し、より多くの共振を生成し、より多くの周波数帯域のカバレッジを実現し得ることが分かり得る。
以下では、前述の内容で説明した、いくつかの典型的な結合アンテナ構造:図3に示される例における結合アンテナ構造(以下、略して構造Dと呼ばれる)、図5Aに示される例における結合アンテナ構造(以下、略して構造Eと呼ばれる)、及び図3Aに示される例における結合アンテナ構造(以下、略して構造Fと呼ばれる)の性能を比較及び解析する。
図7Aは、構造Dに対応する反射係数曲線、構造Eに対応する反射係数曲線、及び構造Fに対応する反射係数曲線を含む、シミュレートしたアンテナ反射係数曲線のグループを示す。
構造Dに対応する反射係数曲線において、アンテナは、5.5GHz付近で機能する2つの共振10及び11を有し得る。より低い共振(つまり、共振10)が、支持アンテナ31によって(1/4波長モードで)生成され得、より高い共振(つまり、共振11)が、スロットアンテナ21の半波長モードで生成され得る。
構造Eに対応する反射係数曲線において、2.5GHz付近のアンテナの共振(つまり、共振5)は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得る。アンテナは5GHz付近に2つの共振を有し得、より低い共振(つまり、共振6)が、フローティング式金属アンテナ41の1回波長モードで生成され得、より高い共振(つまり、共振7)が、支持アンテナ31によって(1/4波長モードで)生成され得る。
構造Fに対応する反射係数曲線において、2.5GHz付近のアンテナの共振(つまり、共振1)が、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得る。アンテナは、5GHz付近に3つの共振をさらに有し得、最も低い共振(つまり、共振2)が、フローティング式金属アンテナの1回波長モードで生成され得、中間の共振(つまり、共振3)が、支持アンテナによって(1/4波長モードで)生成され得、最も高い共振(つまり、共振4)が、スロットアンテナの半波長モードで生成され得る。
5.5GHz付近で2つの共振しか生成できない構造Dと比較して、構造E及び構造Fは、2.4GHz付近で共振をさらに生成し得ることが分かり得る。構造E及び構造Fは、給電アンテナをフローティング式金属アンテナに結合することによって形成される結合アンテナ構造であり、フローティング式金属アンテナの設計サイズは、支持アンテナ及びスロットアンテナの設計サイズよりも大きくてもよい。従って、このような結合アンテナ構造は、2.4GHz付近で共振をさらに生成し得る。
5GHz付近で2つの共振が生成され得る構造Eと比較して、構造Fでは、5GHz付近で3つの共振が生成され得ることが分かり得る。構造Fの給電支持アンテナがフローティング式金属アンテナとスロットアンテナとの両方に結合されるため、構造Fはより多くの共振モードを励起することができ、より多くの周波数帯域をカバーすることができる。
さらに、図7Bは、3つの結合アンテナ構造(構造D、構造E、及び構造F)のシミュレーションの効率曲線を示す。実線はシステム効率曲線を表し、破線は放射効率曲線を表す。いくつかの構造の効率曲線を比較することにより、給電アンテナをフローティング式金属アンテナに結合することによって形成される結合アンテナ構造(構造E又は構造F)の放射効率は、2.4GHz及び5GHz付近で比較的高く、明らかな効率の落ち込み(concave)がないことが分かり得る。
実施形態1~実施形態4から、給電アンテナをフローティング式金属アンテナに結合することにより、結合アンテナ構造が形成され得ることが分かり得る。結合アンテナ構造のアンテナ機器は、背面カバーに配置されたフローティング式金属アンテナを含む。フローティング式金属アンテナのサイズは、比較的大きくなるように設計され得る。フローティング式金属アンテナ及び給電アンテナによって形成される結合アンテナ構造は、比較的低い周波数帯域の共振モードを励起し、より多くの共振を生成し、アンテナ帯域幅及び放射特性を改善し得る。給電アンテナは、アンテナ支持体に固定されたアンテナ(支持アンテナとも呼ばれ得る)であってもよい。給電支持アンテナは、フローティング式金属アンテナとスロットアンテナとの両方にさらに結合することができ、それによって、より多くの共振モードを励起することができる。あるいはまた、給電アンテナは、金属中間フレーム23にスリットを入れることによって形成されたスロットアンテナであり得る。給電スロットアンテナは、フローティング式金属アンテナと支持アンテナとの両方に結合され得、それによって、より多くの共振モードを励起することができる。
実施形態5
実施形態5では、支持アンテナは給電ユニットであり得、2つ以上のフローティング式金属アンテナは結合ユニットであり得る。換言すれば、給電支持アンテナは、2つ以上のフローティング式金属アンテナに同時に結合され得る。
以下では、給電支持アンテナを2つのフローティング式金属アンテナに結合する結合アンテナ構造を説明のための例として使用する。
図8A及び図8Bは、実施形態5による結合アンテナ構造の例を示す。図8Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図8Bは簡略化した構造図である。図8A及び図8Bに示されるように、結合アンテナ構造は、支持アンテナ31、フローティング式金属アンテナ413、及びフローティング式金属アンテナ411を含み得る。
支持アンテナ31は、アンテナ支持体(図示せず)に固定され得る。支持アンテナ31は、給電点を有し得る。支持アンテナ31は、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。フローティング式金属アンテナ413とフローティング式金属アンテナ411との両方が、背面カバーの内面に配置され得、ギャップ45が、フローティング式金属アンテナ413とフローティング式金属アンテナ411との間に設けられ得る。フローティング式金属アンテナ411は、フローティング式金属アンテナ413よりも長くてもよい。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。
給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ413は、互いに平行且つ対向して配置され得る。給電支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ411は、互いに平行且つ対向して配置され得る。本明細書では、平行且つ対向した配置は、支持アンテナ31の1つ又は複数の放射アームが、フローティング式金属アンテナに対して平行且つ対向して配置され得ることを意味し得る。
図8Cは、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ413との間、及び給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ411との間の結合ギャップの例を示す。図8Cに示されるように、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ411との間の結合ギャップは、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ413との間の結合ギャップ、つまり、結合ギャップ7(gap 7)と同じであり得る。結合領域7が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ411との間に形成され得、結合領域8が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ413との間に形成され得る。結合ギャップ7の値、結合領域7の値、及び結合領域8の値は、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ413とフローティング式金属アンテナ411との両方に結合することができるという条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造における支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ(フローティング式金属アンテナ413及びフローティング式金属アンテナ411)のクリアランス要件を満たすために、支持アンテナ31と、フローティング式金属アンテナと、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここでは再び説明しない。
以下では、図8A及び図8Bに示される例において、結合アンテナ構造によって生成され得る共振モードを説明する。
図8Dを参照すると、図8Dの12、13、14、及び15は、異なる共振を表す。結合アンテナ構造は、2.4GHz付近で共振12を生成し、さらに5GHz付近で3つの共振13、14、及び15を生成し得る。詳細は次の通りである。
共振12は、フローティング式金属アンテナ411の半波長モードで生成され得る。5GHz付近の3つの共振13、14、及び15において、最も低い共振(つまり、共振13)が、支持アンテナによって(例えば、1/4波長モードで)生成され得、中間の共振(つまり、共振14)が、フローティング式金属アンテナ411の1回波長モードで生成され得、最も高い共振(つまり、共振15)が、フローティング式金属アンテナ413の半波長モード又は一回波長モードで生成され得る。
図8Eは、共振12、13、14、及び15の電流分布の例を示す。図8Eは、共振12、13、14、及び15の電界分布の例を示す。共振12の電流分布及び電界分布から、比較的長いフローティング式金属アンテナ(つまり、フローティング式金属アンテナ411)の両端(両方とも開放端である)が強電界点であり、共振12の信号が比較的長いフローティング式金属アンテナの半波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振13の電流分布及び電界分布から、支持アンテナ31の一端(給電端)が強電流点であり、支持アンテナ31の他端(開放端)が強電界点であり、共振13の信号が支持アンテナ31の1/4波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振14の電流分布及び電界分布から、比較的長いフローティング式金属アンテナ(つまり、フローティング式金属アンテナ411)の両端(両方が開放端である)が強電界点であり、中間位置も強電界点であり、共振14の信号が比較的長いフローティング式金属アンテナの1回波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振15の電流分布及び電界分布から、比較的短いフローティング式金属アンテナ(つまり、フローティング式金属アンテナ413)の両端(両方とも開放端である)が強電界点であり、共振15の信号が比較的短いフローティング式金属アンテナの半波長モードで放射され得ることが分かり得る。
フローティング式金属アンテナ411が共振12を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振12は、フローティング式金属アンテナ411の一回波長モード、3/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナ31が共振13を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振13は、支持アンテナ31の3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ411が共振14を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振14は、フローティング式金属アンテナ411の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ413が共振15を生成する波長モードは限定されず、共振15は、フローティング式金属アンテナ413の1回波長モード、3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。
給電支持アンテナ31が少なくとも2つのフローティング式金属アンテナに同時に結合される場合に、結合アンテナ構造は、より多くの共振をさらに生成し得ることが理解され得る。
給電支持アンテナ31は、複数のフローティング式金属アンテナに同時に結合され、複数のWi-Fi周波数帯域の共振を生成し、複数のWi-Fi周波数帯域をカバーし得ることが分かり得る。図8A及び図8Bに示される例の結合アンテナ構造は、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ411、フローティング式金属アンテナ413、又は支持アンテナ31)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
さらに、図8Gは、図8A及び図8Bに示される例における結合アンテナ構造のシミュレーションの効率曲線を示す。実線はシステム効率曲線を表し、破線は放射効率曲線を表す。図8A及び図8Bに示される例における結合アンテナ構造の放射効率は、各共振で比較的高く、明らかな効率の落ち込みがないことが分かり得る。
実施形態6
実施形態5とは異なり、スロットアンテナが結合アンテナ構造に追加される。実施形態6では、支持アンテナは給電ユニットであり得、2つ以上のフローティング式金属アンテナ及びスロットアンテナは結合ユニットであり得る。換言すれば、給電支持アンテナは、2つ以上のフローティング式金属アンテナ及びスロットアンテナに同時に結合され得る。
以下では、給電支持アンテナを2つのフローティング式金属アンテナ及びスロットアンテナに同時に結合する結合アンテナ構造を説明のための例として使用する。
図9A及び図9Bは、実施形態6による結合アンテナ構造の例を示す。図9Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図9Bは簡略化した構造図である。図9A及び図9Bに示されるように、支持アンテナ31、フローティング式金属アンテナ413、及びフローティング式金属アンテナ411に加えて、結合アンテナ構造は、スロットアンテナ21をさらに含み得る。スロットアンテナ21は、両端が閉じられ、接地されていてもよい。スロットアンテナ21は、給電支持アンテナ31に対して平行且つ対向して配置され得る。
図9Cは、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナとの間、及び給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間の結合ギャップの例を示す。図9Cに示されるように、結合ギャップ9(gap 9)が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ411との間に存在し得、結合領域9が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ411との間に形成され得る。結合ギャップ9(gap 9)は、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ413との間に存在し得、結合領域10が、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ413との間に形成され得る。結合ギャップ10(gap 10)が、給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間に存在し得、結合領域11が、給電支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間に形成され得る。結合ギャップ9は、実施形態5の結合ギャップ7と等しくてもよく、結合領域9及び10は、実施形態5の結合領域7及び8にそれぞれ等しくてもよい。結合ギャップ9及び10並びに結合領域9、10、及び11の特定の値は、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ411、フローティング式金属アンテナ413、及びスロットアンテナ21に同時に結合することができるという条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造における支持アンテナ31、スロットアンテナ21、及びフローティング式金属アンテナのクリアランス要件を満たすために、支持アンテナ31と、スロットアンテナ21と、フローティング式金属アンテナと、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここでは再び説明しない。
図8A及び図8Bに示される例の結合アンテナ構造と比較して、5GHz付近の3つの共振13、14、及び15に加えて、図9A及び図9Bに示される例における結合アンテナ構造は、5GHz付近で1つ又は複数の共振をさらに生成し得る。共振は、スロットアンテナ21の半波長モードで生成され得る。換言すれば、2.4GHz付近の共振に加えて、図9A及び図9Bに示される例の結合アンテナ構造は、5GHz付近で4つの共振を生成し得る。図9A及び図9Bに示される例における結合アンテナ構造では、給電支持アンテナ31は、複数のフローティング式金属アンテナ及びスロットアンテナ21に同時に結合され得、それによって、より多くの共振モードを励起することができ、より多くの周波数帯域をカバーすることができる。
図9A及び図9Bの例における結合アンテナ構造は、2.4GHz周波数帯域及び5GHz周波数帯域に限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ411、フローティング式金属アンテナ413、支持アンテナ31、又はスロットアンテナ21)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
いくつかのオプションの実施態様では、スロットアンテナ21は、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。この場合に、スロットアンテナ21は、1/4波長モード、3/4波長モード、5/4波長モード等で共振を生成し得る。
いくつかの可能な実施態様では、図9Aに示される結合アンテナ構造の給電ユニットは、代替的に、スロットアンテナ21であり得る。換言すれば、給電スロットアンテナ21は、複数のフローティング式金属アンテナ及び支持アンテナ31に同時に結合され得、それによって、より多くの共振モードを励起することができ、より多くの周波数帯域をカバーすることができる。
実施形態7
実施形態6とは異なり、結合アンテナ構造は、支持アンテナを有さない場合がある。
図10A及び図10Bは、実施形態7による結合アンテナ構造の例を示す。図10Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図10Bは簡略化した構造図である。図10A及び図10Bに示されるように、結合アンテナ構造は、スロットアンテナ21及び2つ以上のフローティング式金属アンテナを含み得る。スロットアンテナ21は、給電点を有し得る。スロットアンテナ21は、一端が電力を供給し、他端が閉じられて接地されていてもよい。スロットアンテナ21は給電ユニットであり得、2つ以上のフローティング式金属アンテナは結合ユニットであり得る。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。換言すれば、給電スロットアンテナ21は、2つ以上のフローティング式金属アンテナに同時に結合され得る。給電スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナに対して平行且つ対向して配置され得る。
図10Cは、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナとの間の結合ギャップの例を示す。図10Cに示されるように、結合ギャップ12(gap 12)が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ411との間に存在し得、結合領域12が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ411との間に形成され得る。結合ギャップ13(gap 13)が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ413との間に存在し得、結合領域13が、給電スロットアンテナ21とフローティング式金属アンテナ413との間に形成され得る。結合ギャップ12、結合領域12、及び結合領域13の特定の値は、、給電スロットアンテナ21をフローティング式金属アンテナ411とフローティング式金属アンテナ413との両方に結合することができる条件で、この用途では限定されない。
結合アンテナ構造におけるスロットアンテナ21及びフローティング式金属アンテナのクリアランス要件を満たすために、スロットアンテナ21と、フローティング式金属アンテナと、周囲の金属コンポーネント(PCB等)との間の位置関係について、実施形態1の関連する説明を参照されたい。詳細はここでは再び説明しない。
図9A及び図9Bに示される例の結合アンテナ構造と比較して、図10A及び図10Bの例における結合アンテナ構造は、5GHz付近で1つ少ない共振を生成し、共振は、支持アンテナによって(1/4波長モードで)生成される共振であり、例えば、図8Dの共振13である。換言すれば、2.4GHz付近の共振に加えて、図10A及び図10Bに示される例の結合アンテナ構造は、5GHz付近で3つの共振を生成し得る。
実施形態8
実施形態8では、結合アンテナ構造は、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)の共振を生成し得、さらに、移動通信周波数帯域(例えば、LTE B3、LTE B1、又はLTE B7)の共振を生成し得る。LTE B3の周波数帯域範囲は、アップリンクで1710MHz~1785MHzであり、ダウンリンクで1805MHz~1880MHzである。LTE B1の周波数帯域範囲は、アップリンクで1920MHz~1980MHzであり、ダウンリンクで2110MHz~2170MHzである。LTE B7の周波数帯域範囲は、アップリンクで2500MHz~2570MHzであり、ダウンリンクで2620MHz~2690MHzである。
図11A及び図11Bは、実施形態8による結合アンテナ構造の例を示す。図11Aはシミュレーションモデルの概略図であり、図11Bは簡略化した構造図である。図11A及び図11Bに示されるように、結合アンテナ構造は、支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41を含み得る。いくつかの実施態様では、結合アンテナ構造は、スロットアンテナ21をさらに含み得る。スロットアンテナ21は、両端が閉じられ接地されていてもよい。スロットアンテナ21は、フローティング式金属アンテナ41より長くてもよい。
支持アンテナ31は、給電点を有し得、給電ユニットであり得る。支持アンテナ31は、一端が電力を供給し、他端が開いていてもよい。フローティング式金属アンテナ41及びスロットアンテナ21は、結合ユニットであり得る。フローティング式金属アンテナは、両端が開いていてもよい。スロットアンテナは、両端が閉じられ接地されていてもよい。フローティング式金属アンテナ41のZ方向の投影面積は、支持アンテナ31を略覆うことができる。つまり、フローティング式金属アンテナ41の支持アンテナ31に対するZ方向の投影面積の被覆(coverage)率は、特定の割合(例えば、80%)を超えて、比較的大きな結合領域を形成することができる。
オプションの実施態様では、スロットアンテナ21の長さは、43ミリメートル、又は43ミリメートルに近い値(例えば、40ミリメートル~45ミリメートル以内の値)であり得る。スロットアンテナ21の幅(つまり、スリットの幅)は、1.1ミリメートル、又は1.1ミリメートルに近い値(例えば、1.2ミリメートル又は1.0ミリメートル)であり得る。支持アンテナ31の長さは、17ミリメートル、又は17ミリメートルに近い値(例えば、16ミリメートル又は18ミリメートル)であり得る。支持アンテナ31の幅は、5ミリメートル、又は5ミリメートルに近い値(例えば、6ミリメートル又は4ミリメートル)であり得る。フローティング式金属アンテナ41の長さは、32ミリメートル、又は32ミリメートルに近い値(例えば、33ミリメートル又は32ミリメートル)であり得る。フローティング式金属アンテナ41の幅は、6.5ミリメートル、又は6.5ミリメートルに近い値(例えば、6ミリメートル又は7ミリメートル)であり得る。
オプションの実施態様では、支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間のZ方向距離は、0.15ミリメートル~0.25ミリメートルであり得る。支持アンテナ31及びフローティング式金属アンテナ41の外面輪郭は、いくつかのラジアンを有し得、支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間に複数の異なるZ方向距離が存在し得る。支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間の最大Z方向距離は0.25ミリメートルであり得、支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41との間の最小Z方向距離は0.15ミリメートルであり得る。フローティング式金属アンテナ41のZ方向の投影面積は、支持アンテナ31をカバーしない場合があり、又は支持アンテナ31の小部分(例えば、支持アンテナ31の20%)のみをカバーする場合がある。
オプションの実施態様では、支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間のZ方向距離は、2ミリメートル、又は2ミリメートルに近い値(例えば、1.8ミリメートル又は2.2ミリメートル)であり得る。支持アンテナ31とスロットアンテナ21との間のX方向距離は5ミリメートル以内であり得る。
以下では、図11A及び図11Bに示される例において、結合アンテナ構造によって生成され得る共振モードを説明する。
図11Cを参照すると、図11Cの16、17、18、19、及び20は、異なる共振を表す。
図11Cに示されるように、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ41とスロットアンテナ21との両方に結合することによって形成される結合アンテナ構造(つまり、スロットアンテナ21が含まれる)は、1.8GHz(LTE B3)付近で共振16を生成し得、2.1GHz(LTE B1)付近で共振17をさらに生成し得、2.4GHz(LTE B7)付近で共振18をさらに生成し得る。具体的には、共振16は、スロットアンテナ21の半波長モードで生成され得、共振17は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得、共振18は、支持アンテナ31の1/4波長モードで生成され得る。
図11Dは、共振16、17、及び18の電流分布の例を示す。図11Eは、共振16、17、及び18の電界分布の例を示す。共振16の電流分布及び電界分布から、スロットアンテナの両端(両方とも接地端である)が強電流点であり、共振16の信号がスロットアンテナの半波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振17の電流分布及び電界分布から、フローティング式金属アンテナ41の両端(両端が開放端である)が強電界点であり、共振17の信号がフローティング式金属アンテナ41の半波長モードで放射され得ることが分かり得る。共振18の電流分布及び電界分布から、支持アンテナ31の一端(給電端)が強電流点であり、支持アンテナ31の他端(開放端)は強電界点であり、共振18の信号が支持アンテナ31の1/4波長モードで放射され得ることが分かり得る。
スロットアンテナ21が共振16を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振16は、スロットアンテナ21の3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。フローティング式金属アンテナ41が共振17を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振17は、フローティング式金属アンテナ41の一回波長モード、3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナ31が共振18を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振18は、支持アンテナ31の3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。
いくつかのオプションの実施態様では、スロットアンテナ21は、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。この場合に、スロットアンテナ21は、1/4波長モード、3/4波長モード、5/4波長モード等で共振16を生成し得る。
図11Cは、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ41に結合することによって形成される結合アンテナ構造(つまり、スロットアンテナ21は含まれない)によって生成される共振モードをさらに示す。この場合に、結合アンテナ構造は、2.1GHz(LTE B1)付近で共振19を生成し得、さらに2.4GHz(LTE B7)付近で共振20を生成し得る。具体的には、共振19は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得、共振20は、支持アンテナ31の1/4波長モードで生成され得る。
フローティング式金属アンテナ41が共振19を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振19は、フローティング式金属アンテナ41の1回波長モード、3/2波長モード、5/2波長モード等で生成され得る。支持アンテナ31が共振20を生成する波長モードは限定されず、代替的に、共振20は、支持アンテナ31の3/4波長モード、5/4波長モード等で生成され得る。
共振19及び20に限定されず、給電支持アンテナ31をフローティング式金属アンテナ41に結合することによって形成される結合アンテナ構造(つまり、スロットアンテナ21は含まれない)も、共振16、17を生成し得る。この場合に、フローティング式金属アンテナ41は、より長くなるように設計され得る。可能な実施態様では、フローティング式金属アンテナ41の長さは、39ミリメートル、又は39ミリメートルに近い値(例えば、38ミリメートル又は40ミリメートル)であり得る。このようにして、共振16は、フローティング式金属アンテナ41の半波長モードで生成され得、共振17は、フローティング式金属アンテナ41の1回波長モードで生成され得る。共振18は、支持アンテナ31の1/4波長モードで生成され得る。
図11A及び図11Bに示される例における結合アンテナは、複数の共振を生成し得、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)と、LTE B3、LTE B1、及びLTE B7等の周波数帯域とをカバーし得ることが分かり得る。図11A及び図11Bに示される例の結合アンテナ構造は、Wi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)と、LTE B3、LTE B1、及びLTE B7等の周波数帯域とに限定されない、別の周波数帯域の共振をさらに生成し得る。これは、アンテナ構造内の各アンテナラジエータ(例えば、フローティング式金属アンテナ41、支持アンテナ31、又はスロットアンテナ21)のサイズ又は形状を調整することによって具体的に設定することができる。
さらに、図11Fは、図11A及び図11Bに示される例における結合アンテナ構造のシミュレーションの効率曲線を示す。実線はシステム効率曲線を表し、破線は放射効率曲線を表す。図11A及び図11Bに示される例における結合アンテナ構造の放射効率は、各共振で比較的高く、明らかな効率の落ち込みがないことが分かり得る。
いくつかのオプションの実施態様では、マッチングネットワーク最適化設計(例えば、アンテナ反射係数又はインピーダンスの最適化)は、図11A及び図11Bに示される例における結合アンテナ構造の給電位置で実行され得る。このようにして、結合アンテナ構造は、1800MHz~2700MHzの広帯域カバレッジを形成することができ(図11Gを参照)、結合アンテナ構造の平均効率は、-9dBを超える(greater than -9dB)ことができる(図11Hを参照)。
給電アンテナをフローティング式金属アンテナに結合することによって形成される結合アンテナ構造は、1つ又は複数のWi-Fi周波数帯域(例えば、2.4GHz周波数帯域)の共振を生成し得、さらに、1つ又は複数の移動通信周波数帯域(例えば、LTE B3、LTE B1、及びLTE B7)の共振を生成し得ることが分かり得る。
以下では、前述の実施形態における拡張した実施態様を説明する。
複数のフローティング式金属アンテナは、それぞれ、給電アンテナと異なる結合ギャップを形成することができる。
いくつかの実施形態では、給電アンテナを2つ以上のフローティング式金属アンテナに同時に結合することによって形成される結合アンテナ構造において、異なる結合ギャップが、2つ以上のフローティング式金属アンテナと給電アンテナ(例えば、給電支持アンテナ31)との間にそれぞれ形成され得る。
例えば、図12に示されるように、結合ギャップAが、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41-Aとの間に形成され、結合ギャップBが、給電支持アンテナ31とフローティング式金属アンテナ41-Bとの間に形成される。結合ギャップAは、結合ギャップBとは異なる場合がある。この例は、単に本願を説明するために使用されており、制限を構成するものではない。
給電アンテナは、複数のアンテナ・スタブを有し得る。
いくつかの実施形態では、本願で提供する結合アンテナ構造内の給電アンテナ(例えば、給電支持アンテナ又は給電スロットアンテナ)は、複数のアンテナ・スタブを有し得る。給電支持アンテナのアンテナ・スタブは、複数の放射アームとして表され得、給電スロットアンテナのアンテナ・スタブは、複数の放射スロットとして表され得る。複数のアンテナ・スタブは、結合アンテナ構造によって生成される共振の量をさらに増大させることができ、アンテナによってカバーされる周波数帯域をさらに増大させることができる。
例えば、図13Aの例に示されるように、給電支持アンテナ31は、2つのアンテナ・スタブ:アンテナ・スタブ31-A及びアンテナ・スタブ31-Bを有し得る。2つのアンテナ・スタブのそれぞれは、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。2つのアンテナ・スタブの両方は、単一のアンテナ・スタブを有する支持アンテナによって生成される共振の量よりも多い量の共振を生成することができる。
別の例については、図13Bの例に示されるように、給電支持アンテナ31は、3つのアンテナ・スタブ:アンテナ・スタブ31-A、アンテナ・スタブ31-B、及びアンテナ・スタブ31-Cを有し得る。3つのアンテナ・スタブのそれぞれは、一端が閉じられて接地され、他端が開いていてもよい。3つのアンテナ・スタブは全て、単一のアンテナ・スタブを有する支持アンテナによって生成される共振の量よりも多い量の共振を生成することができる。
この例は、単に本願を説明するために使用されており、制限を構成するものではない。
フローティング式金属アンテナの関連する拡張
いくつかの実施形態では、本願で提供する結合アンテナ構造内のフローティング式金属アンテナは、複数のアンテナ・スタブを有し得る。複数のアンテナ・スタブは、結合アンテナ構造によって生成される共振の量をさらに増大させることができ、アンテナによってカバーされる周波数帯域をさらに増大させることができる。
例えば、図14Aの例に示されるように、フローティング式金属アンテナ41は、2つのアンテナ・スタブ:アンテナ・スタブ41-A及びアンテナ・スタブ41-Bを有し得る。2つのアンテナ・スタブは異なる共振を生成し得る。この例は、単に本願を説明するために使用されており、制限を構成するものではない。
いくつかの実施形態では、フローティング式金属アンテナは、複数の部分に分割され得、複数の部分は、フローティング式金属アンテナのサイズを縮小するために、分布パラメータ又は集中パラメータインダクタを使用することによって接続され得る。
例えば、図14Bに示されるように、フローティング式金属アンテナは2つの部分に分割され得、2つの部分は、分布パラメータインダクタ(例えば、曲がった導体ワイヤ)を使用することによって接続され得る。別の例として、図14Cに示されるように、フローティング式金属アンテナは2つの部分に分割され得、2つの部分は集中パラメータインダクタを使用することによって接続され得る。この例は、単に本願を説明するために使用されており、制限として解釈すべきではない。
いくつかの実施形態では、図14Dに示されるように、フローティング式金属アンテナ41の端部は、コンデンサを有することができ、それによって、フローティング式金属アンテナのサイズを縮小することができる。
いくつかの実施形態では、図14Eに示されるように、帯域パスフィルタ又は高周波フィルタ等のフィルタは、フローティング式金属アンテナの内部に配置され得、フローティング式金属アンテナによって放射された信号をフィルタリングして、複数の周波数帯域を実現し得る。
本願の実施形態で提供する結合アンテナ構造は、複数の共振モードの励起を生成することができ、それによって、アンテナ帯域幅及び放射特性を改善し得ることが分かり得る。結合アンテナ構造は限られた設計スペースに実装することができ、支持アンテナは非常に小さなスペースを占めるため、電子装置内のアンテナ設計スペースを効果的に節約できる。また、結合アンテナの構造は、電子装置の工業デザインの外観に影響を与えず、金属フレームに余分なスロットを設ける必要がないため、手持ちのインパクトを効果的に低減する。
本願の実施形態で提供する結合アンテナ機器の結合ユニットは、背面カバーに配置され、且つ信号を放射するように結合することができる別のアンテナ素子であり得る。
この用途では、アンテナの波長モード(例えば、半波長モード又は1/4波長モード)の波長は、アンテナによって放射される信号の波長であり得る。例えば、フローティング式金属アンテナの半波長モードは、2.4GHz周波数帯域の共振を生成し得、半波長モードの波長は、2.4GHz周波数帯域においてアンテナによって放射される信号の波長である。空気中の放射信号の波長は、波長=光速/周波数のように計算でき、ここで、周波数は放射信号の周波数であることを理解すべきである。媒体内の放射信号の波長は、波長=(光速/√ε)/周波数のように計算でき、ここでεは媒体の比誘電率、周波数は放射信号の周波数である。
前述の説明は、単に本願の特定の実施態様に過ぎず、本願の保護範囲を制限することを意図したものではない。本願に開示された技術的範囲内で当業者によって容易に理解されるいかなる変形又は置換も、本願の保護範囲内に含まれるものとする。従って、本願の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

Claims (12)

  1. 電子装置であって、当該電子装置は、
    ディスプレイと、
    金属中間フレームと、
    アンテナ支持体を含むプリント回路基板と、
    第1の絶縁材料で作製される背面カバーと、
    前記アンテナ支持体に固定される給電支持アンテナを含む給電ユニットと、
    前記給電ユニットに結合され、複数の第1の周波数帯域の共振を生成する第1の結合ユニット(41)と、
    前記給電ユニットに結合され、複数の第2の周波数帯域の共振を生成する第3の結合ユニット(21)と、を含み、
    前記金属中間フレームは、前記ディスプレイと前記プリント回路基板との間に配置され、
    前記第1の結合ユニットは前記背面カバーに配置され、前記第1の結合ユニットの両端が開いており、前記給電ユニット及び前記第1の結合ユニットは第1の方向に結合され、該第1の方向は、前記ディスプレイ又は前記背面カバーが配置される平面に対して直交しており、前記第1の結合ユニットのフローティング式金属アンテナの線幅が前記給電支持アンテナの線幅よりも大きく、
    前記第3の結合ユニットは、前記金属中間フレームに配置される、
    電子装置。
  2. 前記アンテナ支持体は、第2の絶縁材料で作製される、請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記第2の絶縁材料は、PC/ABSである、請求項2に記載の電子装置。
  4. 前記給電ユニットは、前記第1の結合ユニットに対して平行且つ対向して配置される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電子装置。
  5. 前記フローティング式金属アンテナは、前記背面カバーの内面に又は前記背面カバーの外面に配置されるか、若しくは前記背面カバーに埋め込まれる、請求項1に記載の電子装置。
  6. 前記給電ユニットの一端が電力を供給するために使用され、前記給電ユニットの他端が開いている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電子装置。
  7. 前記第1の結合ユニットの前記第1の方向への投影が前記給電ユニットと重なる、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電子装置。
  8. 当該電子装置は、スロットのない金属フレームをさらに含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電子装置。
  9. 当該電子装置は、
    前記背面カバーに配置された第2の結合ユニットをさらに含み、該第2の結合ユニットの両端が開いており、前記給電ユニットは、前記第1の方向で前記第2の結合ユニットと結合される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電子装置。
  10. 前記金属中間フレームにスリットを入れることによって形成されたスロットアンテナをさらに含み、
    前記給電支持アンテナは、複数の周波数帯域の共振を生成するために、前記背面カバーに配置された1つ又は複数のアンテナ素子及び前記スロットアンテナに結合される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電子装置。
  11. 前記給電ユニットは、前記スロットアンテナに対して平行且つ対向して配置される、請求項10に記載の電子装置。
  12. 前記複数の周波数帯域は、Wi-Fi周波数帯域及び/又は移動通信周波数帯域を含む、請求項10に記載の電子装置。
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