JP7335435B2 - 無線通信端末に使用されるアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、無線通信のために構成された無線端末のアンテナの分野に関し、特に、少なくとも２つの周波数範囲で使用されるアンテナ装置に関する。

電子機器は無線通信回路を含むことが多く、こうした電子機器は無線端末と呼ぶことができる。例えば、携帯電話、コンピュータ、その他の機器は、無線通信をサポートするアンテナや無線トランシーバを含むことが多い。

多くの、無線通信のためのシステムが、様々な目的のために開発され使用されている。無線通信の基準要件を形成する様々な仕様が、例えば、第３世代パートナーシッププロジェクトに関する標準化プロジェクト（３ＧＰＰ（登録商標））を通じて何年にもわたって管理されてきた。無線端末と基地局間の無線通信インターフェース、及び無線ネットワークの様々なレベルの運用の両方を構築し運用するための共通の規則を構築するために、仕様の世代が進んできた。３ＧＰＰの文書においては、無線端末や無線通信機器は、共通してユーザ機器（ＵＥ）と呼ばれる。基地局はセルを規定し、セル内のＵＥに無線アクセスを提供することによって、周囲の地域に、ＵＥのための無線アクセスを提供するよう動作する。基地局は、本明細書において、ノード又はアクセスノードとも呼ばれ、様々な種類のシステム又は仕様に対して、様々な用語が３ＧＰＰで使用される。アクセスネットワーク、すなわち無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）は、通常複数のアクセスノードを含み、とりわけ他の通信ネットワークへのアクセスを提供する中核ネットワーク（ＣＮ）に接続される。いわゆる３Ｇ仕様では、ノードＢという用語がアクセスノードの意味で使用され、一方Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）とも呼ばれる、いわゆる４Ｇ仕様では、ｅＮＢ（ｅｖｏｌｏｖｅｄ ＮｏｄｅＢ）が使用される。更に進化した無線通信の仕様は、５Ｇ形式無線通信システム（５ＧＳ）と呼ばれ、新型無線（ＮＲ）技術を含み、その中ではｇＮＢという用語がアクセスノードの意味で使用されている。

無線通信の技術と要求との革新的な進展には、高周波数帯における運用が含まれる。例えば、ミリ波通信帯での無線通信をサポートすることが望ましい場合がある。ミリ波通信は、超高周波通信と呼ばれることもあり、約１０～４００ＧＨｚの周波数での通信を含む。この周波数での運用により、高帯域幅や、ビーム指向などの制御された指向性通信がサポートされる可能性があるが、重大な問題が提起される可能性もある。例えば、ミリ波通信は多くの場合、見通し内通信であり、信号伝搬中の実質的減衰によって特徴づけることができる。３ＧＰＰにおいて、ミリ波通信は上述の５ＧのＮＲの下で定義される。ミリ波通信には２４ＧＨｚを越えるミリ波スペクトルを含む、様々な周波数における通信能力を含む場合がある。

無線端末として動作するように構成された電子機器において実装するには、ミリ波長帯の、より高い周波数範囲での運用を可能とする新たなアンテナソリューションが必要とされるだろう。同時に、レガシー通信をサポートするために、低周波数帯での運用がサポートされることも好ましいだろう。

無線端末で使用されるアンテナソリューションを提供し、異なる周波数範囲での通信能力を提供するという一般的な目的の観点で、独立クレームで概説される、アンテナ、アンテナ装置、及び無線端末が提供される。これらのアンテナソリューションはとりわけ、を含む。

接地面と、金属フレームと接地面との間にギャップを有する接地面を取り囲む金属フレームとを含む無線端末において使用するためのアンテナであって、
上記アンテナが、接地面と第１の周波数範囲用の金属フレームとの間にアース接続部を形成するよう構成され、
上記アンテナが第２の周波数範囲用のオープンキャビティ構造物を備える、アンテナ。

様々な実施形態について従属クレームで概説している。

様々な実施形態について、以下の図を参照して説明する。

図１は、接地面と、接地面を取り囲む金属フレームとを含む、金属フレームと接地面との間にギャップを有するアンテナ装置の一実施形態を模式的に示しており、本図は第１の周波数範囲用のアンテナと第２の周波数範囲用のアンテナとを含む。 図２Ａは、一実施形態による、第２の周波数範囲用のオープンキャビティ構造物を含むアンテナの斜視図を模式的に示す。 図２Ｂは、一実施形態による、オープンキャビティ構造物の断面図を示す。 図３Ａは、一実施形態による、第１の側面から見たオープンキャビティ構造物の正面図を示す。 図３Ｂは、一実施形態による、反対側の第２の側面から見たオープンキャビティ構造物の正面図を示す。 図４は、第２の波長範囲における、提案したアンテナの実施形態によって得られる帯域幅を模式的に示す。 図５は、金属フレームが存在しないアンテナのアンテナ開口部を模式的に示す。 図６は、オープンキャビティ構造物を金属フレームに接続することによって拡大されたアンテナ開口部を模式的に示す。 図７は、シミュレーションにおける、第２の波長範囲のアンテナの実施形態によって得られる表面電流を示す模式的に示す。 図８は、基板一体型オープンキャビティとして形成されるオープンキャビティ構造物を有するアンテナの一実施形態を模式的に示す。 図９Ａは、各１つのアンテナの様々なオープンキャビティ構造物が金属フレームと一体となっている、アンテナの一実施形態を模式的に示す。 図９Ｂは、第１の側面から見た斜視図で、金属フレームと一体化された１つのオープンキャビティ構造物を模式的に示す。 図９Ｃは、第２の側面からの斜視図で、金属フレームと一体化された１つのオープンキャビティ構造物を模式的に示す。 図１０は、第２の波長範囲用のビーム切り替えアンテナで使用できる、異なる位置に配置された４つのアンテナを備える、一実施形態によるアンテナ装置を模式的に示す。 図１１は、図１０のアンテナ装置のシミュレーションでのシミュレーション電力能力を模式的に示す表である。 図１２Ａは、第２の波長範囲で使用されるアンテナを含む、様々な実施形態による無線端末を模式的に示す。 図１２Ｂは、第２の波長範囲で使用されるアンテナを含む、様々な実施形態による無線端末の機能要素を模式的に示す。 図１２Ｃは、第２の波長範囲で使用されるフェーズドアレイとして構成された、様々な実施形態による無線端末のためのアンテナを模式的に示す。 図１３Ａは、一実施形態による、オープンキャビティ構造物に取り付けられたレンズの組み込みを模式的に示す。 図１３Ｂは、一実施形態による、オープンキャビティ構造物上部のディスプレイモジュールに取り付けられたレンズの組み込みを模式的に示す。 図１４は、一実施形態による、オープンキャビティ構造物のビーム制御を補助する湾曲した金属フレームを含むアンテナ装置を模式的に示す。

本発明は、本発明の実施形態を示す添付の図を参照し以下でより詳細に説明する。但し、本発明は様々な形態で実施され得るものであり、本明細書に記載した実施形態に限定して解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、本開示を徹底的且つ完全なものとし、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されるものである。

ある要素が別の要素に「接続されている」と表現する場合、その別の要素に直接接続されてもよいし、又は介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素に「直接接続されている」と表現する場合、介在する要素は存在しない。全体を通して、同様の要素は同様の番号で示される。さらに、第１、第２などの用語が、本明細書において様々な要素を説明するために用いられる場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの要素は、ある要素と別の要素を区別するためのみに使用される。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連付けられている列挙された項目のうち、１つ以上の、任意の且つすべての組み合わせを含む。

簡潔及び／又は明快にするために、よく知られている機能や構造については説明しない場合がある。特に定義されない限り、本明細書で使用するすべての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同様の意味を持つ。さらに、一般的に使用される辞書で定義されているような用語は、本明細書及び関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されたように解釈されるべきであり、理想化した意味、又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことが理解されよう。

本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態の概略図を参照して、本明細書にて説明される。そのため、例えば、製造技術及び／又は公差の結果として、図示された形状や相対的な大きさからの差異があることが予想される。したがって、本発明の実施形態は、本明細書で示される領域の特定の形状や相対的な大きさに限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば、異なる運用上の制約及び／又は製造上の制約に起因する、形状及び／又は相対的な大きさが相違するものも含むものである。したがって、図に示した要素は本質的に模式的であり、その形状は、ある装置のある領域の実際の形状を示すことを意図しておらず、発明の範囲を限定する意図はない。

本明細書では、少なくとも２つの周波数範囲（ＦＲ）をサポートする、縁部取り付けアンテナの技術改良に関連する様々なソリューションが提示される。こうした実施形態に共通するのは、第１の周波数範囲ＦＲ１には関連付けられた上限周波数が設定され、一方、より高い第２の周波数範囲ＦＲ２には、ＦＲ１の上限周波数よりも高い、関連付けられた下限周波数が設定されていることである。実施形態は、主に、３ＧＰＰの周波数範囲ＦＲ１及びＦＲ２の金属フレームアンテナ装置について提示されており、ＦＲ１は、例えば、関連付けられた７．１２５ＧＨｚの上限周波数を有し、ＦＲ２（ミリ波）は、例えば、５Ｇ無線端末に対する、関連付けられた２４ＧＨｚの下限周波数を有する。但し、説明された実施形態の概念の範囲内であれば、代替的な周波数範囲が妥当である。

図１は、一般的な実施形態によるアンテナ装置１０を模式的に示したものである。このように、より低い周波数範囲ＦＲ１のセルラー通信用のアンテナ１４を、無線端末の金属フレーム１２と一体化することは、一般的なソリューションである。こうしたアンテナ設計の場合、少なくとも１つ、通常は複数の位置で、端末のＰＣＢなどの主基板１１０の接地面１１で、金属フレーム１２を、アース又は短絡することが必要な場合がある。図では、２つのアース接続部１５が示されている。アース接続部の目的は、セルラーアンテナ１４をマルチバンドで正しい周波数にチューニングすること、及び金属フレーム１２の他の部分からの寄生効果を無くすことであると考えられる。本明細書で概説するソリューションによって、それらのアース接続部の少なくとも１つは、より高い周波数範囲ＦＲ２においてはアンテナとして使用される。

図２Ａ及び図２Ｂは、こうしたアンテナ１の一実施形態がどのように構成されているかを、より詳細に示している。アンテナ１は、接地面１１と、接地面１１を取り囲む金属フレーム１２とを含む無線端末に使用するために考案されたものである。具体的には、金属フレーム１２は、基板１１０に設けられた接地面１１に対して間隙又はギャップ１３を有して配置されている。アンテナ１は、第１の周波数範囲ＦＲ１での動作のために、接地面１１と金属フレーム１２との間にアース接続部１５を形成するように構成されている。さらに、アンテナ１は、第２の周波数範囲ＦＲ２用のオープンキャビティ構造物１００を備える。すなわち、オープンキャビティ構造物１００は、第２の周波数範囲ＦＲ２内の無線周波数（ＲＦ）エネルギーの放出に適しているか、又はそのように構成されている。また、図２Ａには、ＦＲ２動作のためのアンテナ１の供給点１０８が示されている。

様々な実施形態において、オープンキャビティ構造物１００は、上記のギャップ１３において、少なくとも部分的に開放端である導波管構造物である。言い換えれば、アース接続部１５はオープンキャビティ構造物として、すなわち第１の表面１０１、例えば上面が部分的に開放端である、開放端導波管構造として設計されている。これにより、金属フレーム１２と接地面１１との間のギャップ１３に、開放表面部分１０４が配置される。オープンキャビティ構造物１００の少なくとも１つの他の表面又は部分は、アンテナ１がＦＲ１におけるアース接続部として動作するように、金属フレーム１２と直接接続される。上記の、少なくとも１つの他の表面は、オープンキャビティ構造物１００の第１の表面１０１に接続する縁部若しくは側面１０７及び／又は第１の表面１０１と反対側の第２の表面１０２を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、上記のオープンキャビティ構造物１００は、誘電体部材１０３、及び接地面と金属フレームとを接続するように構成された導電体部材を備える。すなわち、これらの実施形態では、導電体部材は、第１の周波数範囲ＦＲ１における動作のために、接地面と金属フレームとの間に、アース接続部１５を形成している。誘電体部材１０３は、例えば、セラミック、プラスチック、又は他の誘電体材料を含んでもよい。導電体部材は、上記の誘電体部材上に、金属カバー１０２、１０５、１０７、又は誘電体部材１０３の金属化された表面１０２、１０５、１０７などの表面コーティングを含んでもよい。代替の実施形態では、誘電体部材は、金属表面部分１０２、１０５、１０７内に成形され閉じ込められた空隙などの空気であってもよい。

アース接続部１５を提供する導電体部材は、オープンキャビティ構造物１００の第１の表面１０１において、上記のギャップ１３に誘電体部材の開放表面部分１０４がくるように、誘電体部材１０３を部分的に覆うように配置されてもよい。

図２Ｂは、導電体部材が、オープンキャビティ構造物１００の第２の下側の表面１０２において部分１０６を含み、部分１０６は、金属リング１２に接続して、ＦＲ１動作のためのアース位置１５を形成することを示すことに留意されたい。但し、代替の実施形態では、第２の表面１０２も、部分的又は完全に開放されており、導電体部材は導電性縁部表面１０７として提供される。

図３Ａは、第１の表面１０１に向かって見たアンテナ１、すなわち図２Ａ及び図２Ｂにおける上面を模式的に示している。ドットでハッチングされた表面は導電性であり、接地面１１と、導電体部材の表面部分１０５とを含む。但し、開放表面部分１０４は、少なくとも部分的に、金属リング１２の内周と接地面１１の外周との間のギャップ１３に配置されている。尚、接地面１１は、基板１１０上の外層及び／又は内層によって形成されてもよく、基板１１０には、様々なさらなる部品が取り付けられてもよい（不図示）。

一方、図３Ｂは、オープンキャビティ構造物１００の、反対側の第２の表面１０２を見た図である。ここで、図２Ｂに従った実施形態が示されており、導電体部材は、ギャップ１３において第２の表面１０２を覆う、第２の表面部材１０６を含む。

開放表面部分１０４の寸法は、アンテナ１が動作するように構成される周波数範囲ＦＲ２の周波数及び帯域幅に影響を与える。ギャップ１３を越えて金属フレーム１２に接続するように構成された導電体部材によって形成された接地素子１５は、図３Ａに示すように、接地面１１と平行な面内で幅Ｗを有している。いくつかの実施形態では、幅Ｗは、意図するＦＲ２の中心周波数の半分の波長λ／２であり、ここで、波長λは、周囲の材料の誘電率を考慮した有効波長である。すなわち、幅Ｗは、中心周波数のおよそλ／２の半波長分である。２８ＧＨｚでのＦＲ２の動作例では、Ｗは約５ｍｍ、又は他の部品からの影響に依存し、４～６ｍｍの範囲とすることができる。開放部分１０４の深さＬに関しては、大きければ大きいほど、提案されるアンテナは大きな帯域幅を実現するように構成され得る。深さＬが２ｍｍである一実施形態では、ＦＲ２での達成可能な帯域幅は約４ＧＨｚである。様々な実施形態において、アンテナ１は、深さが１．５ｍｍ～２．５の範囲に構成されてもよい。

図４は、図２～３を参照して説明した実施形態に従った実施形態を用いた、シミュレーションの帯域幅測定結果を模式的に示すグラフである。提案した、アンテナ１のオープンキャビティ構造物１００は、－６ｄＢのインピーダンス整合で１０ＧＨｚ、－１０ｄＢのインピーダンス整合で４ＧＨｚといった非常に大きな帯域幅を実現することが可能である。本実施形態におけるアンテナ利得は１０ｄＢｉ程度である。

図５は、説明したようなオープンキャビティ構造物１００のアンテナ開口部５０であって、金属フレームに接続されていないアンテナ開口部５０を模式的に示す図である。一方、図６は、説明したようなオープンキャビティ構造物１００のアンテナ開口部６０であって、アース位置１５で金属フレーム１２に接続されている場合のアンテナ開口部６０を模式的に示す図である。金属フレーム１２の導入により、アンテナ開口部が拡大される効果がある。

このように、提案した構造が、金属フレーム上にエネルギーを供給し、それにより、大きな放射体としてアンテナ開口部を拡大するため、提案したアンテナ装置は高い利得を実現する。図７は、アンテナ１、接地面１１、及び金属フレーム１２を含むアンテナ装置１０に対する２８ＧＨｚの表面電流のシミュレーションを模式的に示す図である。得られたピーク利得は、約１２．５ｄＢｍの入力電力で携帯用ハンドセットの３ＧＰＰの球面カバレッジ要件を充分に満たす。

図８は、オープンキャビティ構造物１００が基板一体型オープンキャビティ（ＳＩＷ）である、アンテナ１の一実施形態を模式的に示す図である。ＳＩＷは、誘電体部材１０３の１つ又は複数の表面の金属化に代わるものであり、製造が容易であるという利点をもたらす。

図２、図３、及び図８の実施形態に示すように、オープンキャビティ構造物１００は、接地面１１に、すなわち接地面１１を組み込んだ基板１１０に取り付けてもよい。オープンキャビティ構造物１００は、半田付け、糊付け、その他の手段により、接地面１１又は基板１１０に接合されてもよい。さらに、オープンキャビティ構造物は、接地面１１から側方に飛び出している、すなわち基板１１０の側縁を越えて突出しており、オープンキャビティ構造物が金属フレーム１２に接続されたときに、開放部分１０３がギャップ１３に位置するように構成されている。本実施形態の変形例（不図示）では、誘電体部材１０３は、接地面１１の基板１１０と一体となっており、基板１１０の側縁からの突出部を形成している。

図９Ａ～９Ｃは、オープンキャビティ構造物１２０が金属フレーム１２と一体である、代替の実施形態を模式的に示す図である。図９Ａは、４つのオープンキャビティ構造物を有する装置を示すが、装置が備えるオープンキャビティ構造物１２０は、４つより少なくても多くてもよい。

図９Ｂは、ＦＲ２用に適合されたオープンキャビティ構造物１２０が、導電体部材１２１をどのように備えかを示す図である。導電体部材１２１は、金属フレーム１２と一体であり、例えば図２Ａに示されているがこの図では省いているように、基板１１０の接地面１１に接続するように構成されている。さらに、オープンキャビティ構造物１２０は、導電体部材１２１に取り付けられ、又は挿入された誘電体部材１２１を備える。図示された実施形態では、誘電体部材は、好ましくは金属フレーム１２の内周まで延び、したがって、例えば図２Ａに示されるように、接地面１１を備える基板１１０が金属フレーム１２に接続されていると、誘電体部材は、接地面１１に対するギャップ１３に配置されることになる。接続部１２４が、オープンキャビティ構造物１２０の供給位置に接触して配置されるように、半田付け、糊付け、又は例えばオリフィス１２３に設けられたネジによって取り付けることができる。

図１０は、４つのアンテナ１Ａ～１Ｄが異なる部分に配置されたアンテナ装置１０を模式的に示す図である。このアンテナ装置１０は、図９Ａの実施形態と同様であるが、ここでは、それぞれのアンテナ１Ａ～１Ｄのオープンキャビティ構造物１００、１２０は、接地面１１の異なる隅に配置されている。一般的に、ＦＲ１のセルラーアンテナ１４には、複数のアース接続部が必要とされる。したがって、いくつかの実施形態では、複数のアース位置１５が、金属フレーム１２上の複数の位置で、提案したオープンキャビティ構造物１００、１２０と一体化され、ＦＲ２のアンテナ１Ａ～１Ｄを形成する。

いくつかの実施形態では、各アンテナ１Ａ～１Ｄは、アンテナ装置１０を組み込んだ無線端末においてＦＲ２のビーム切り替えアンテナシステムを実現するために選択的に使用される場合がある。こうしたビーム切り替えアンテナシステムの利点は、３ＧＰＰ要件のアンテナシステムの基本的な側面である、大きな球面カバレッジが得られることである。図１１は、図１０のようなアンテナ装置１０のカバレッジのシミュレーションを示すグラフであり、実効等方向放射力（ＥＩＲＰ）の累積分布関数（ＣＤＦ）を示している。試験結果は、提案したビーム切り替えアレイが、アンテナポートにおける１２ｄＢｍの入力電力で、３ＧＰＰ要件を満たすことができることを示しており、１２ｄＢｍの入力電力は、ＣＭＯＳ、ＧａＡ、ＧＡＮなどのフロントエンド技術としての、あらゆる種類の主流のパワーアンプで実現できることを示している。

アンテナ装置１０に採用された、提案したアンテナ１の様々な実施形態によって、アンテナ１は、金属フレームの内部に配置されたギャップ１３において都合よく放射又は受信するように構成されている。これは、ディスプレイモジュールなどの導電体部材が接地面１１の上に配置されていてもカバレッジを得ることができる、都合の良い方法であるという点で、有利である。

図１２Ａは、無線端末２００を、端末の前面を表す第１の表面に向かって見た状態を模式的に示す。金属フレーム１２は、端末２００の外周を形成し、また説明したように、ＦＲ２動作のための１つ以上のアンテナ１Ａ、１Ｂと連携してアンテナ装置１０の一部を形成するものである。これらのアンテナ１Ａ、１Ｂの各々は、オープンキャビティ構造物１００Ａ、１００Ｂを備え、また、ＦＲ１動作のためのアンテナ用のアース接続部１５を形成する。端末の前面には、ディスプレイ２１０が保持されており、このディスプレイ２１０は、少なくとも一部が接地面１１（不図示）を覆うように配置されている。アンテナ１Ａ、１Ｂは、ギャップ１３において、ディスプレイ２１０の外側に向かう開放端を有してもよく、これにより、前面からの無線カバレッジが与えられる。

図１２Ｂは、無線端末２００を模式的に示す。無線端末２００は、アクセスネットワークと通信するように構成されてもよく、少なくとも１つのエアインターフェースを介してアクセスネットワークと通信するための無線受信機及び送信機などのトランシーバ２０４を備える。端末１は、ロジック２０１を更に備える。ロジック２０１は、例えば、コントローラ又はマイクロプロセッサ２０２を備えてもよい。このロジックはまた、コンピュータ可読記憶媒体を含むように構成されたデータ記憶装置２０３を備えるか、又はデータ記憶装置２０３に接続されていてもよい。データ記憶装置２０３は、例えばメモリを含んでもよく、バッファ、フラッシュメモリ、ハードディスク、リムーバブルメディア、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は他の好適な装置のうちの１つ又は複数であってもよい。典型的な構成では、データ記憶装置２０３は、長期データ記憶用の不揮発性メモリと、コントローラ２０２のシステムメモリとして機能する揮発性メモリとを含む。データ記憶装置２０３は、データバスを介してロジック２０１のプロセッサ２０２とデータ交換することができる。データ記憶装置２０３は、非一時的なコンピュータ可読媒体とみなされる。ロジック２０１の１つ以上のプロセッサは、本明細書で概説するように、無線端末２００の動作を実行するために、データ記憶装置又は別のメモリに記憶された命令を実行することができる。無線端末２００は、ＦＲ１での動作のために構成され、接地面１１と金属フレーム１２（不図示）との間に、ＦＲ１の動作のためのアースコネクタを形成する、本明細書に提示する実施形態に従った少なくとも１つのアンテナ１を更に備える。無線端末２００は、ユーザインタフェースの一部として、ディスプレイ２１０を更に備えてもよい。無線端末２００は、例えば電源などの、特定されたもの以外の特徴及び機能を、含み得ることは明らかであるが、これらの部品は、明快さの理由から図１２Ｂに示されていないことに留意されたい。

図１２Ｃは、図１２Ａの変形例を形成する、実施形態の一部分を模式的に示しており、本明細書に提示されたソリューションに従って構成されたＦＲ２用の複数のアンテナ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが、フェーズドアレイ１２２を形成するように配置されている。フェーズドアレイアンテナ１２２は、ロジック２０１の制御下でトランシーバ２０４によって操作され、ＦＲ２の周波数範囲の無線端末２００において空間的に特徴のある無線送信及び／又は無線受信が得られる。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２Ａ及び図１２Ｂの端末の一実施形態を模式的に示す断面図である。これらの図面では、接地面１１と金属フレーム１２との間のギャップ１３に設けられた、オープンキャビティ構造物１００が示されている。さらに、ディスプレイ２１０は、接地面１１の上に設けられている。ディスプレイ２１０は、破線パターンで示された少なくとも１つの導電層を含むモジュールであり、放射線遮蔽材として機能し、無線通信能力を著しく低下させる可能性がある。しかしながら、ＦＲ１動作のためのアース接続部が形成される位置であるギャップ１３にＦＲ２アンテナ１を適用することにより、ディスプレイ２１０と金属フレーム１２との間の対応するギャップを利用して、端末２００の前面との間の通信機能を得ることができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、様々な実施形態は、ギャップ１３におけるアンテナ１の放射パターンを最適化するために設けられた、レンズ１３０を含んでもよい。レンズ１３０は、アンテナ１の上に配置され、第２の周波数範囲ＦＲ２の電波を集束する又は平行にするように構成されている。この配置は、例えば、接地面１１及びディスプレイ１３０に実質的に垂直な方向に放射パターンを制御する又は集中させるために採用してもよい。レンズ１３０は、例えば、ＦＲ２の所望の波長領域に対して、透明な接着剤によって取り付けられてもよい。

一実施形態では、図１３Ａに示すように、こうしたレンズは、オープンキャビティ構造物１００に面し、開放表面部分１０４の上方に設けられてもよい。

代替の実施形態では、図１３Ｂに示すように、レンズは、開放表面部分１０４の上方に、ディスプレイモジュール２１０に設けられてもよい。

レンズは、アンテナ１への放射及びアンテナ１からの放射を平行にする目的で、任意の適切な形状をとることができる。適切な形状には、くさび形、台形、凸形が含まれる。レンズ１３０は、ＦＲ２の所望の波長領域に対して高い透過性を有し、適切な屈折率を有する材料で製造されてもよい。

図１４は、一実施形態による、オープンキャビティ構造物のビーム制御を補助する、湾曲した金属フレーム１２を含むアンテナ装置を模式的に示す図である。こうした設計により、オープンキャビティ構造物１００からのサイドローブが減少することができ、一方、図の上方へのメインローブが増加する。様々な実施形態において、レンズ１３０と湾曲した金属フレーム１２とを組み合わせて、アンテナ１の放射パターンを最適化することができる。

したがって、前述の開示は、無線端末で使用するために、オープンキャビティ導波管状構造物１００から金属フレーム１２にエネルギーを供給することによって実現される様々なアンテナ設計を提示する。金属フレームに大きな開口部を設けることは、ミリ波周波数帯などのＦＲ２での高い利得の実現や、ビーム整形を助ける。アンテナシステムの場合、開口部が大きいほど高い利得が得られる。金属フレーム１２は反射板として働き、エネルギーを所望の方向へ反射させる。提案したオープンキャビティ構造物１００は、更にＦＲ１のアース接続部として機能し、マルチバンドアンテナシステムの統合の都合の良いソリューションを提供する。さらに、オープンキャビティ構造物１００に設けられた開放表面部分１０４は、ほとんど空間を消費せず、金属フレーム１２のすぐ内側の小さなギャップに配置される。こうして、提案したソリューションのアンテナをフルディスプレイの無線端末に搭載することができる。

Claims (24)

1. 接地面（１１）と、金属フレーム（１２）と前記接地面との間にギャップ（１３）を有する前記接地面を取り囲む金属フレームとを含む無線端末において使用するためのアンテナ（１）であって、
   前記アンテナが、第１の周波数範囲（ＦＲ１）における動作のために、前記接地面と前記金属フレームとの間にアース接続部（１５）を形成するように構成され、
   前記アース接続部（１５）が、ミリ波帯における第２の周波数範囲（ＦＲ２）用のオープンキャビティ構造物（１００）を備え、前記オープンキャビティ構造物（１００）は、前記ギャップ（１３）において少なくとも部分的に開放端を有する導波管構造物である、アンテナ。
2. 前記オープンキャビティ構造物（１００）が、前記ギャップにおいて少なくとも部分的に開放端である、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記オープンキャビティ構造物が、
   誘電体部材（１０３）と、
   前記接地面と前記金属フレームとを接続するように構成され、前記ギャップに、前記誘電体部材の開放表面部分（１０４、１２３）がくるように、前記誘電体部材を部分的に覆うように配置された導電体部材（１０６、１０７、１２０）とを備える、請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 開放表面部分（１０４、１２３）が、前記オープンキャビティ構造物の第１の表面（１０１）において構成される、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記導電体部材（１０６）が、前記オープンキャビティ構造物の第２の表面（１０２）であって、前記第１の表面の反対側である第２の表面（１０２）において、前記誘電体部材を少なくとも部分的に覆う、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記導電体部材が、前記オープンキャビティ構造物の縁部表面（１０７）を少なくとも部分的に覆い、前記第１の表面に接続する、請求項４又は５に記載のアンテナ。
7. 前記導電体部材（１０５、１０６、１０７）が、前記誘電体部材上の表面コーティングを含む、請求項３～６のいずれか１つに記載のアンテナ。
8. 前記オープンキャビティ構造物が、基板一体型オープンキャビティである、請求項１～７のいずれか１つに記載のアンテナ。
9. 前記オープンキャビティ構造物（１２０）が、前記金属フレーム（１２）と一体となっている、請求項１～８のいずれか１つに記載のアンテナ。
10. 前記オープンキャビティ構造物が、前記接地面の基板（１１０）に取り付けられ、且つ前記基板の側方に飛び出している、請求項１～９のいずれか１つに記載のアンテナ。
11. 前記誘電体部材が、前記接地面の基板（１１０）と一体となっている、請求項３～７のいずれか１つに記載のアンテナ。
12. 前記誘電体部材が、前記接地面の前記基板（１１０）の側方に飛び出した部分を備える、請求項１１に記載のアンテナ。
13. 接地素子が、前記接地面に対して平行な平面において、前記第２の周波数範囲の中心周波数の半分の波長の幅（Ｗ）を有する、請求項１～１２のいずれか１つに記載のアンテナ。
14. 前記第２の周波数範囲が、ミリ波長範囲である、請求項１～１３のいずれか１つに記載のアンテナ。
15. 前記開放表面部分の深さが、前記アース接続部において、少なくとも１．５ｍｍである、請求項３～７のいずれか１つに記載のアンテナ。
16. 前記第２の周波数範囲の電波を集束するように構成されたレンズ（１３０）であって、前記アンテナの上方に配置されたレンズ（１３０）を備える、請求項１～１５のいずれか１つに記載のアンテナ。
17. 前記レンズ（１３０）が、誘電体部材の開放端部分（１０１）に設けられる、請求項１６に記載のアンテナ。
18. 請求項１～１６のいずれか１つに記載のアンテナと、
    接地面（１１）と、
    金属フレームと前記接地面の間にギャップ（１３）を有する前記接地面を取り囲む前記金属フレーム（１２）とを備え、
    前記アンテナが、アース接続部において前記金属フレームと接続している、アンテナ装置。
19. 第１の周波数範囲（ＦＲ１）用の第１のアンテナ（１４、１５）を備える、請求項１８に記載のアンテナ装置。
20. 前記接地面と前記金属フレームとの間に、第２の周波数範囲（ＦＲ２）用の複数のアンテナとして構成された複数のアース接続部を備える、請求項１８又は１９に記載のアンテナ装置。
21. 請求項１８～２０のいずれか１つに記載のアンテナ装置を備える、無線端末。
22. 前記接地面（１１）の上方に取り付けられたディスプレイモジュール（２１０）を備える、請求項２１に記載の無線端末。
23. レンズ（１３０）が前記ディスプレイモジュール（２１０）に設けられる、請求項２２に記載の無線端末。
24. 複数のアンテナに接続されているトランシーバ（２０４）と、
    前記トランシーバが、前記複数のアンテナのうち１つ以上を選択的な使用下におけるビーム切り替え動作によって、無線信号を通信するように前記トランシーバを制御するように構成されるロジック（２０１）とを備える、請求項２１～２３のいずれか１つに記載の無線端末。