(57)【要約】【課題】ラップトップ・コンピュータなどのコンピューティング・デバイスで使用する薄型でコンパクトな埋め込みマルチモード・アンテナ設計を提供する。【解決手段】限られたスペースを有するコンピューティング・デバイス内での一体化を容易にすることができると同時に、約０．８ＧＨｚから約１１ＧＨｚの動作帯域幅に亘って適切なアンテナ特性（例えば、インピーダンス整合および放射効率）を提供する。【選択図】図１
2009543387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素および第２の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を含む非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第２の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを有する非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置される、アンテナ。
【請求項２】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が非対称形の平面状ディスク要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義されるコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状ディスコーン・アンテナである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第１のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第２のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状双円錐アンテナである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記平面状基板が、少なくとも第１の折り曲げ線および第２の折り曲げ線に沿って折り曲げられて、同一平面上にない第１の基板部分、第２の基板部分、および第３の基板部分を定義する可撓性基板であり、前記第１の折り曲げ線が前記第１および第２の基板部分を隔て、前記第２の折り曲げ線が前記第２および第３の基板部分を隔てる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１の折り曲げ線が前記第２の平面状放射要素を通って伸びており、前記第２の折り曲げ線が前記第１の平面状放射要素を通って伸びており、前記第１および第２の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の基板部分に配置される、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１および第２の基板部分が実質的に直角であり、前記第２および第３の基板部分が実質的に直角である、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項７】
ディスプレイ・ユニットに埋め込まれる請求項６に記載のアンテナを有するラップトップ・コンピュータであって、
前記第１の基板部分がディスプレイ・パネルとディスプレイ・カバーとの間に配置され、前記第２の基板部分が前記ディスプレイ・カバーの側壁の外側に実質的にこれに平行に配置される、ラップトップ・コンピュータ。
【請求項８】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記基板の第２の面上に配置され、前記平面状基板の前記第１の面上の前記第１の平面状放射要素の一部に位置合わせされる金属バックプレート・パターンをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部に沿った中点に接続される単一のフィード・プローブをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記アンテナが、約１ＧＨｚから約１１ＧＨｚの帯域幅に亘って動作する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、および第３の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を有する非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部および第２の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第３の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを含む非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置され、
前記第３の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素であり、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部から離間しこれに隣接して配置される、アンテナ。
【請求項１３】
前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が非対称形の平面状ディスク要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義されるコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状ディスコーン・アンテナである、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第１のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第２のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状双円錐アンテナである、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記平面状基板が、少なくとも第１の折り曲げ線および第２の折り曲げ線に沿って折り曲げられて、同一平面上にない第１の基板部分、第２の基板部分、および第３の基板部分を定義する可撓性基板であり、前記第１の折り曲げ線が、前記第１および第２の基板部分を隔て、前記第２の折り曲げ線が、前記第２および第３の基板部分を隔てる、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記第１の折り曲げ線が、前記第２の平面状放射要素を通って伸びており、前記第２の折り曲げ線が、前記第１および第３の平面状放射要素を通って伸びており、前記第１および第２の平面状放射要素の前記第１の縁部が、前記第２の基板部分に配置される、請求項１６に記載されるアンテナ。
【請求項１８】
前記第１および第２の基板部分が、実質的に直角であり、前記第２および第３の基板部分が、実質的に直角である、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項１９】
ディスプレイ・ユニットに埋め込まれる請求項１８に記載のアンテナを有するラップトップ・コンピュータであって、
前記第１の基板部分が、ディスプレイ・パネルとディスプレイ・カバーとの間に配置され、前記第２の基板部分が、前記ディスプレイ・カバーの側壁の外側に実質的にこれに平行に配置される、ラップトップ・コンピュータ。
【請求項２０】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記基板の第２の面上に配置され、前記平面状基板の前記第１の面上の前記第１の平面状放射要素の一部に位置合わせされる金属バックプレート・パターンをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部に沿った中点に接続される単一のフィード・プローブをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記アンテナが、約０．８ＧＨｚから約１１ＧＨｚの帯域幅に亘って動作する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２４】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、第３の平面状放射要素、および第４の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を含む非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部、第２の縁部、および第３の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第４の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを含む非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置され、
前記第３の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素であり、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部から離間しこれに隣接して配置され、
前記第４の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素に接続される長い結合要素であり、前記長い結合要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部から離間しこれに隣接して配置される、アンテナ。
【請求項２５】
前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第４の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記第１の平面状放射要素が、前記長いストリップ・パターンの一部を定義する第５の縁部を含み、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第５の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が非対称形の平面状ディスク要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義されるコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状ディスコーン・アンテナである、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第１のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第２のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状双円錐アンテナである、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記平面状基板が、少なくとも第１の折り曲げ線および第２の折り曲げ線に沿って折り曲げられて、同一平面上にない第１の基板部分、第２の基板部分、および第３の基板部分を定義する可撓性基板であり、前記第１の折り曲げ線が、前記第１および第２の基板部分を隔て、前記第２の折り曲げ線が、前記第２および第３の基板部分を隔てる、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項３０】
前記第１の折り曲げ線が、前記第２の平面状放射要素を通って伸びており、前記第２の折り曲げ線が、前記第１、第３および第４の平面状放射要素を通って伸びており、前記第１および第２の平面状放射要素の前記第１の縁部が、前記第２の基板部分に配置される、請求項２９に記載されるアンテナ。
【請求項３１】
前記第１および第２の基板部分が、実質的に直角であり、前記第２および第３の基板部分が、実質的に直角である、請求項２９に記載のアンテナ。
【請求項３２】
ディスプレイ・ユニットに埋め込まれる請求項３１に記載のアンテナを有するラップトップ・コンピュータであって、
前記第１の基板部分が、ディスプレイ・パネルとディスプレイ・カバーとの間に配置され、前記第２の基板部分が、前記ディスプレイ・カバーの側壁の外側に実質的にこれに平行に配置される、ラップトップ・コンピュータ。
【請求項３３】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第４の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３４】
前記基板の第２の面上に配置され、前記平面状基板の前記第１の面上の前記第１の平面状放射要素の一部に位置合わせされる金属バックプレート・パターンをさらに含む、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項３５】
前記アンテナが、約０．８ＧＨｚから約１１ＧＨｚの帯域幅に亘って動作する、請求項１２に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、複数のワイヤレス・アプリケーション・モードのためのワイヤレス接続および通信をサポートする、ワイヤレス・デバイス用の薄型（low-profile）でコンパクトな埋め込みアンテナ設計に関する。さらに具体的には、本発明は、限られたスペースを有するワイヤレス・デバイス内での一体化を容易にすることができると同時に、複数のワイヤレス・アプリケーション標準に渡る広帯域動作に適切なアンテナ特性および性能を提供する、薄型の埋め込みマルチモード・アンテナ設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路技術の革新に伴うワイヤレス接続に対する市場の需要の高まりによって、統合アンテナを有する低コスト、低電力でコンパクトなモノリシック一体型無線送信機、受信機、および送受信機システムが搭載されるワイヤレス・デバイスの開発が促進されてきた。実際に、例えば、ＷＰＡＮ（wireless personal area network：ワイヤレス・パーソナル・エリア・ネットワーク）、ＷＬＡＮ（wireless local area network：ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク）、ＷＷＡＮ（wireless wide area network：ワイヤレス・ワイド・エリア・ネットワーク）、およびセルラ式ネットワークの用途などのワイヤレス用途をサポートするために、様々な種類の埋め込みワイヤレス・システムを有するワイヤレス・デバイスが開発されてきた。特に、２．４５ＧＨｚ  ＩＳＭ（Industrial-Scientific-Medical：工業、科学、医療用）、ＷＬＡＮ５．２／５．８ＧＨｚ、ＧＰＳ（Global Positioning System：グローバル・ポジショニング・システム）（１．５７５ＧＨｚ）、ＰＣＳ１８００、ＰＣＳ１９００、およびＵＭＴＳ（１．８８５ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚ）システムなどのワイヤレス標準が、ラップトップ・コンピュータおよび他の携帯型デバイスにますます普及しつつある。さらに、短距離ＷＰＡＮ用途専用の室内低電力ワイヤレス通信または位置決めシステムのためのデータレート向上を狙って、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ帯域をカバーする超広帯域（ＵＷＢ：ultra-wideband）ワイヤレス・システムが次世代ワイヤレス通信標準として提案されている。ＵＷＢ技術を用いると、ワイヤレス通信システムは、通常−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚ未満の低送信電力で１００％を超える帯域幅の信号を送受信することができる。
【０００３】
一般に、ワイヤレス・デバイスは、その筐体の外部に配置されるか、または内部に埋め込まれているアンテナを有するように設計することができる。例えば、携帯型ラップトップ・コンピュータは、そのラップトップのディスプレイ・ユニットの上部領域に取り付けられる外部アンテナ構造を有してもよい。さらに、ラップトップ・コンピュータは、アンテナ構造が上に形成されたＰＣカードとともに使用するためのカード・インターフェースを有してもよい。しかしながら、例えば、高い製造コスト、アンテナの壊れやすさ、外部アンテナによって携帯型デバイスの外観が損なわれることなどを含めて、これらおよび他の外部アンテナ設計には多くの欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
他の従来の方式では、デバイスの筐体内にアンテナを埋め込むことができる。例えば、携帯型ラップトップ・コンピュータ設計では、ラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニット内にアンテナ構造が埋め込まれている。一般に、埋め込みアンテナ設計は、埋め込みアンテナのおかげでアンテナが破損する恐れが少なくまたは無くなり、ワイヤレス・デバイスの外観もスマートになる点で、外部アンテナ設計よりも有利である。しかしながら、埋め込みアンテナ設計では、スペースが限られ、損失が多い環境にあるワイヤレス・デバイスの筐体のために、アンテナ性能が悪影響を受けることがある。例えば、ラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニットに埋め込まれているアンテナは、金属ディスプレイ・カバー、ディスプレイ・パネルなどの金属フレーム、または埋め込みアンテナ構造付近の他の損失の多い材料などの周囲の金属構成要素から干渉を受ける可能性があり、このような物体および材料から離して配置する必要がある。
【０００５】
コンピューティング・デバイスがさらに小型化し、ますますスペースが限られてくるにつれて、充分なアンテナ性能を維持しながら一層コンパクトな構造および高さ（profile）で埋め込みアンテナを設計する必要がある。このようなアンテナを製作できることは、特に、広帯域マルチモード・ワイヤレス用途にアンテナを設計しなければならない場合に重要であり、問題となることもある。実際、複数の動作帯域に亘って動作可能とするために複数の個別の放射要素を用いてマルチバンド・アンテナを設計することができるが、異なる動作帯域に亘って適切なアンテナ性能を達成するための能力には、相対的に大きいサイズのマルチバンド・アンテナ構造が必要となることが多く、これはラップトップ・コンピュータ内または他のワイヤレス・デバイス内のスペース制約に合わない場合もある。そのため、複数のワイヤレス・システム／標準をサポートするワイヤレス・デバイスを実施するには、広い動作帯域幅をカバーすることができる薄型でコンパクトなマルチバンド・マルチスタンダード・埋め込みアンテナ・フレームワークの必要性が出てきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、本発明の例示的な実施形態は、複数のワイヤレス・アプリケーション・モードのためのワイヤレス接続および通信をサポートする、ワイヤレス・デバイス用の薄型埋め込みマルチモード・アンテナ設計を含む。本発明の例示的な実施形態は、限られたスペースを有するワイヤレス・デバイス内での一体化を容易にすることができると同時に、複数のワイヤレス・アプリケーション標準に渡る広帯域動作をサポートするために適切なアンテナ特性および性能を提供する、低コスト、薄型、およびコンパクトな埋め込みアンテナ設計を含む。
【０００７】
本発明の一例示的実施形態では、アンテナは、第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、平面状基板の第１の面上に形成される第１および第２の平面状放射要素と、を含む。第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターン、および第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンを有する非対称形パターンである。第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部と、第１の多角形パターンと長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第２の縁部と、を有する。第２の平面状放射要素は、第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを有する非対称形パターンである。第１および第２の平面状放射要素は、第１の平面状放射要素の第１の縁部が、第２の平面状放射要素の第１の縁部から離間しこれに隣接するように、平面状基板の第１の面上に配置される。第１および第２の平面状放射要素は、動作帯域に亘って所望の性能特性を有しながら、ＧＰＳ帯域（１．５７５ＧＨｚ）、ＰＣＳ帯域（１．７１０ＧＨｚ〜１．８８０ＧＨｚ／１．８５０ＧＨｚ〜１．９９０ＧＨｚ）、ＩＳＭ帯域（２．４５ＧＨｚ、５．１５ＧＨｚ〜５．３５ＧＨｚ、および５．４７ＧＨｚ〜５．８２５ＧＨｚ）、およびＵＷＢ帯域（３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ）を含む周波数帯域をカバーする複数のワイヤレス標準をサポートするために、約１．０ＧＨｚから約１１ＧＨｚの範囲の広帯域動作を提供できるように、サイズ、形状、および寸法が決定される。
【０００８】
一例示的実施形態では、アンテナは、第１の平面状放射要素が、非対称形の平面状ディスク要素であり、第２の平面状放射要素が、第２の平面状放射要素の第１の縁部によって定義されるコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状ディスコーン・アンテナである。
【０００９】
別の例示的実施形態では、アンテナは、第１の平面状放射要素が、第１の平面状放射要素の第１の縁部によって定義される第１のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素であり、第２の平面状放射要素が、第２の平面状放射要素の第１の縁部によって定義される第２のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状双円錐アンテナである。
【００１０】
本発明のさらに別の例示的実施形態では、平面状基板は、少なくとも第１の折り曲げ線および第２の折り曲げ線に沿って折り曲げられて、同一平面上にない第１の基板部分、第２の基板部分、および第３の基板部分を定義する可撓性基板である。第１の折り曲げ線は、第１および第２の基板部分を隔て、第２の折り曲げ線は、第２および第３の基板部分を隔てる。一実施形態では、第１および第２の平面状放射要素の第１の縁部が、第２の基板部分に配置されるように、第１の折り曲げ線は第２の平面状放射要素を通って伸びており、第２の折り曲げ線は第１の平面状放射要素を通って伸びている。第１および第２の基板部分は、実質的に互いに直角に配置することができ、第２および第３の基板部分は、実質的に互いに直角に配置することができる。折り曲げ構成では、アンテナをディスプレイ・ユニットに埋め込むことができるが、この場合、第１の基板部分は、ディスプレイ・パネルとディスプレイ・カバーとの間に配置され、第２の基板部分は、ディスプレイ・パネルの側壁の外側に実質的にこれに平行に配置される。
【００１１】
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、ラップトップ・ディスプレイ・ユニット内のアンテナ構造の高さをさらに削減するために、第１の平面状放射要素の第２の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って、可撓性基板を折り曲げることができる。さらに、アンテナ付近のディスプレイ・パネルによって引き起こされることがある干渉を補償するためのチューニング要素を設けることができるように、金属バックプレート・パターンを基板の第２の面上に配置し、平面状基板の第１の面上の第１の平面状放射要素の一部に位置合わせすることができる。
【００１２】
本発明の他の例示的な実施形態では、第１および第２の平面状放射要素によって提供される１．５ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚでの動作に加えて、０．８／０．９ＧＨｚ帯域での動作を可能にするためのアンテナの一部として、分岐要素、結合要素、またはその両方の要素などの１つ以上の追加の平面状放射要素を含むこともできる。
【００１３】
例えば、一例示的実施形態では、アンテナは、第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、平面状基板の第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、第３の平面状放射要素、および第４の平面状放射要素と、を含む。第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターン、および第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンを有する非対称形パターンである。第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部、第２の縁部、および第３の縁部と、第１の多角形パターンと長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第４の縁部と、を含む。第２の平面状放射要素は、第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを有する非対称形パターンである。第１および第２の平面状放射要素は、第１の平面状放射要素の第１の縁部が、第２の平面状放射要素の第１の縁部から離間しこれに隣接するように、平面状基板の第１の面上に配置される。第３の平面状放射要素は、第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素である。長い分岐要素の少なくとも一部は、第１の平面状放射要素の第２の縁部から離間しこれに隣接して配置される。第４の平面状放射要素は、第２の平面状放射要素に接続される長い結合要素であり、長い結合要素の少なくとも一部は、第１の平面状放射要素の第３の縁部から離間しこれに隣接して配置される。一実施形態では、長い分岐放射体は、第１の放射要素上のアンテナ・フィード・ポイント付近の第１の平面状放射要素に接続することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態では、アンテナは、第１および第２の対向する基板面と、平面状基板の第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、第３の平面状放射要素、および第４の平面状放射要素を有する平面状基板と、を含む。第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターン、および第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンを有する非対称形パターンであり、第１の平面状放射要素は、第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部、第２の縁部、および第３の縁部と、第１の多角形パターンと長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第４の縁部と、を含む。第２の平面状放射要素は、第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを有する非対称形パターンである。第１および第２の平面状放射要素は、第１の平面状放射要素の第１の縁部が、第２の平面状放射要素の第１の縁部から離間しこれに隣接するように、平面状基板の第１の面上に配置される。第３の平面状放射要素は、第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素であり、長い分岐要素の少なくとも一部は、第１の平面状放射要素の第２の縁部から離間しこれに隣接して配置される。第４の平面状放射要素は、第２の平面状放射要素に接続される長い結合要素であり、長い結合要素の少なくとも一部は、第１の平面状放射要素の第３の縁部から離間しこれに隣接して配置される。一実施形態では、長い分岐要素放射体は、第１の平面状放射要素上のアンテナ・フィード・ポイント付近の第１の平面状放射要素に接続され、長い結合要素は、アンテナ・フィード・ポイント付近の第２の平面状放射要素に接続される。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の例示的な実施形態、特徴、および利点は、添付図面と関連付けて読まれる以下の例示的な実施形態の詳細な説明から、説明されまたは明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一般に、本発明の例示的な実施形態は、ワイヤレス接続および通信を可能にするラップトップ・コンピュータなどのコンピューティング・デバイスとともに使用するためのコンパクトな埋め込みマルチモード・アンテナ設計を含む。以下にさらに詳細に説明される例示的なマルチモード・アンテナ・フレームワークは、ラップトップおよび他の携帯型デバイスに非常に適した、スペース効率の良い広帯域幅（０．８ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ）マルチバンド・インターオペラブル・アンテナ設計を提供すると同時に、最適システム要求に所望のアンテナ性能を提供する。一般に、本発明による例示的なアンテナ・フレームワークは、参照することによって本明細書に組み込まれる「Ｌｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｃｈｔｅｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する２００５年１月２５日付け出願の米国特許出願第１１／０４２，２２３号に記載される例示的なアンテナ構造への拡張に基づいて、例えば、動作帯域幅を増加させながらもさらにコンパクトで薄型のアンテナ構造を可能にしている。
【００１７】
一般に、上で組み込まれる特許出願第１１／０４２，２２３号に記載される構造と同様に、本発明による例示的なマルチモード・アンテナ設計は、改良された平面状ディスコーンまたは平面状双円錐アンテナ・フレームワークに基づいて、広い動作帯域幅および他の適切なアンテナ性能を有するコンパクトなアンテナ形状を達成している。図１２Ａ〜図１２Ｄは、本発明の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナの設計原理を示すための様々なアンテナの実施形態の展開を示す概略図である。
【００１８】
特に、図１２Ａは、センターフィード（Ｆ）を有する鏡映円錐要素（８０−１）および（８１−１）を有する３次元双円錐アンテナを示し、これは広帯域インピーダンス応答を提供する、当業者に周知のアンテナ・フレームワークである。図１２Ｂでは、図１２Ａの上部コーン要素（８０−１）を３Ｄディスク要素（８０−２）に置き換えることによって、広帯域幅のアンテナ構造を薄型にした３Ｄディスコーン・アンテナ・フレームワークが得られる。図１２Ｂのアンテナの厚さは、図１２Ｂのアンテナを改良することによって削減され、平面状ストリップ要素（８０−３）および平面状コーン要素（８１−２）を有する（図１２Ｃに示される）平面状ディスコーン・アンテナを形成することができる。図１２Ｃの平面状ディスコーン・アンテナは、例えば、ラップトップ・コンピュータの用途に実施することができるが、アンテナの体積が大幅に削減されるため、アンテナの広帯域幅特性は劣化する。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態によれば、コーン要素（８１−２）を改良して多角形にし、コーン先端（頂点）を縁部または滑らかな弧に置き換えて要素（８１−３）を形成し、さらに平面状ストリップ（８０−３）を図１２Ｄに示されるような追加の突出する長いストリップを有する多角形を有する非対称形要素（８０−４）に置き換えることによって、広い帯域幅に亘って改善されたインピーダンス整合を達成することができる。図１２Ｄは、本明細書に記載される構造および方法を使用してさらに改良／洗練することで、広い動作帯域幅を提供しながらアンテナのサイズをさらに削減することができる例示的なフレームワークを示す。説明のため、携帯型ラップトップ・コンピュータ（例えば、ＩＢＭ社のＴｈｉｎｋＰａｄ（ＩＢＭ社の登録商標）コンピュータ）のディスプレイ・ユニット内に組み込むための薄型マルチモード埋め込みアンテナ設計に関連付けて、本発明の例示的な実施形態を以下で詳細に記載するが、本明細書では、何ら本発明の範囲を限定するとは解釈されないものとする。
【００２０】
図１〜図４は、本発明の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナを概略的に示す。さらに具体的には、図１は、平面状絶縁／誘電性基板（１３）の第１の（表の）面上に金属材料（例えば、銅）の薄膜からパターンニングもしくは形成される、第１の放射要素（１１）（または「一次放射要素」）、第２の放射要素（または「二次放射要素」）、および複数の支持構造（１４）を含む、薄型マルチモード・アンテナ構造（１０）を示す概略平面図である。さらに、（図１で透視して示される）金属バック・プレート（１５）は、基板（１３）の第２の（裏の）面上に金属材料の薄膜からパターンニングもしくは形成される。図２は、例示的なマルチモード・アンテナ構造（１０）の寸法パラメータを示し、以下でさらに詳細に説明する。
【００２１】
基板（１３）は、長さＬおよび幅Ｗの長方形のポリイミド材料から作製される可撓性基板（または「フレックス」）であってもよい。図１は、スペース制約などに応じてワイヤレス・デバイス内に埋め込むことができる平面状マルチモード・アンテナ構造（１０）を示す。埋め込みラップトップの用途には、マルチモード・アンテナ（１０）を折り曲げ線Ｂ１、Ｂ２およびＢ３に沿って折り曲げて、例えば、（図５に関連して以下で説明する）ラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニット内に埋め込むためのさらにコンパクトな形状を形成することができる。特に、図３は、折り曲げ線Ｂ１、Ｂ２およびＢ３に沿って連続して直角に折り曲げた場合の線１Ｃ−１Ｃに沿った図１のマルチモード・アンテナ（１０）を示す概略側面図である。
【００２２】
この折り曲げ構成では、アンテナ基板（１３）は、第１の基板縁部Ｅ１と折り曲げ線Ｂ１との間で境界される第１の基板部分（Ｐ１）（または第１の水平部分）と、折り曲げ線Ｂ１とＢ２との間で境界される第２の基板部分（Ｐ２）（または第２の垂直部分）と、折り曲げ線Ｂ２とＢ３との間で境界される第３の基板部分（Ｐ３）（または第３の水平部分）と、折り曲げ線Ｂ３と第２の基板縁部Ｅ２との間で境界される第４の基板部分（Ｐ４）（または第４の垂直部分）と、を含む。四角形の銅パッド（１４）は、アンテナ性能にほとんど影響を及ぼさないで、折り曲げ後のマルチモード・アンテナ（１０）の構造を維持するように支持する。図４は、折り曲げ線Ｂ１とＢ２との間の図３の線１Ｄ−１Ｄに沿った基板（１３）の裏面を示す概略図であり、基板部分Ｐ２の裏面上に配置される金属バックプレート（１５）を示す。
【００２３】
図１〜図４の例示的な実施形態では、第１の第２の放射要素（１１）および（１２）は、図１２Ｃおよび図１２Ｄに関連して前述したような改良平面状ディスコーン・アンテナ（または改良平面状双円錐アンテナ）・フレームワークに基づくアンテナ構造を形成し、広帯域用途の広い動作帯域幅を有するコンパクトなアンテナ構造を提供する。
【００２４】
一般に、第１の放射要素（１１）は、多角形を有する第１の部分（１１ａ）と、第１の放射要素（１１）の上縁部に沿って第１の部分（１１ａ）から伸びる長いストリップ・パターンである第２の部分（１１ｃ）と、を含む非対称形パターンを有する。特に、第１の部分（１１ａ）は、折り曲げ線Ｂ３に沿った長さＬ５の上縁部（図２参照）、および第１の放射要素（１１）の（長さＬ７の）下縁部の両端部の方向に収束しこれに接続するテーパ状縁部Ｔ１，Ｔ２によって部分的に定義される多角形を有する。長い金属ストリップ（１１ｃ）は、折り曲げ線Ｂ３に沿って第１の部分（１１ａ）の上辺からＬ６の長さで伸びている。
【００２５】
さらに、一般に、第２の放射要素（１２）は、全基板縁部Ｅ１に沿って伸びる長さＷの下縁部、下縁部から基板縁部Ｅ４に沿ってＬ１の長さで伸びる側縁部、下縁部から基板縁部Ｅ３に沿ってＬ２の長さで伸びる側縁部、および基板（１３）の各側縁部Ｅ３およびＥ４から伸び、長さＬ７の上縁部（１２ｃ）の両端部の方向に収束しこれに接続するテーパ状縁部Ｔ３，Ｔ４によって定義される非対称形パターンを有する。
【００２６】
第１および第２の放射要素（１１）および（１２）の縁部（１１ｂ）および（１２ｃ）は、互いに位置合わせされ、隙間距離Ｇだけ分離している。基板が折り曲げ線Ｂ１によって折り曲げられる場合、第２の放射要素（１２）は、基板部分Ｐ１上に配置される第１の部分（１２ａ）と、第２の基板部分Ｐ２上に配置される第２の部分（１２ｂ）（またはコーン先端領域）と、を含み、第１の放射要素の縁部（１１ｂ）は、折り曲げ線Ｂ１から第２の放射要素（１２）の第１の部分（１２ａ）の上方に高さＨ１で配置される。第１の放射要素（１１）は、例えば、５０Ω同軸ケーブル（１６）から伸びるプローブ（内部導体）によってフィードされ、プローブは下縁部（１１ｃ）の中点に位置合わせされる。同軸ケーブル（１６）の外部接地シールドは、半田接続によって接地要素（１２）に電気的に接続されている。
【００２７】
本質的に、第１および第２の放射要素（１１）および（１２）は、改良平面状双円錐アンテナまたは改良平面状ディスコーン・アンテナ構造を形成するものと見なすことができる。例えば、第１の放射要素（１１）は、改良平面状コーン要素（すなわち縁部（１１ｂ）の形状が突出するストリップ（１１ｃ）およびコーン先端を有するように改良された）を含む非対称形要素と見なすことができ、あるいは改良平面状ディスク要素（すなわち全長Ｌ５＋Ｌ６の平面状ディスク・ストリップ要素のＬ５の長さ部分に亘って形成されるコーン形の部分（１１ａ）を含むように改良された）と見なすこともできる。さらに、第２の放射要素（１２）は、縁部（１２ｃ）の形状にコーン先端を有する改良平面状コーン要素を含む非対称形要素と見なすこともができる。第１および第２の放射要素（１１）および（１２）は、広帯域インピーダンス整合および薄型構造を提供できるようにサイズおよび形状が決定される。
【００２８】
第１の放射要素（１１）は、マルチモード・アンテナ（１０）の一次放射を提供し、本質的にチューニング要素である。したがって、第１の放射要素（１１）の寸法を少しでも変更すれば、マルチモード・アンテナ（１０）の動作周波数およびインピーダンス整合に大きく影響する。第２の放射要素（１２）は、ほとんど無いかごく僅かの放射しか提供しない。したがって、第２の放射要素（１２）は、本質的に「接地」と見なすことができる（ただし、携帯型デバイスに配置される場合には、アンテナ要素（１２）を金属／接地要素に直接接続しないほうが良い）。しかしながら、第２の放射要素の寸法は、動作帯域幅の低い周波数においてインピーダンス整合に大きな影響を及ぼす。第２の放射要素（１２）は、マルチモード・アンテナ（１０）の一次放射要素（１１）の高さを削減することができるようにサイズおよび形状が決定される。第１の放射要素（１１）の長いストリップ要素（１１ｃ）の寸法は、特に動作帯域幅の低い周波数において、アンテナのインピーダンス整合を取るように調整することができる。縁部（１１ｂ）および（１２ｃ）として形成される要素（１１）および（１２）のコーン先端部のおかげで、広帯域インピーダンス変成器が得られる。隙間Ｇは、特に高い周波数においてインピーダンス整合を制御するために重要である。フィード・ポイントＤ１は、上部多角形放射要素（１１）の下縁部（１１ｂ）のほぼ中点に配置するのが好ましい。フィード・ポイントの位置も、インピーダンス整合に影響を及ぼす。
【００２９】
図１〜図４に示される例示的なマルチモード・アンテナ（１０）は、本発明の例示的な実施形態による、図５に概略的に示される技術を使用してラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニット内に埋め込むことができる。図５は、図１〜図４に示される例示的なマルチモード・アンテナ（１０）などの埋め込みマルチモード・アンテナ構造を含むラップトップ・ディスプレイ・ユニット（５０）を示す概略側面図である。ディスプレイ・ユニット（５０）は、ディスプレイ・カバー（５１）と、ディスプレイ・パネル（５２）（例えば、ＬＣＤ）と、を含む。ディスプレイ・カバー（５１）は、バック・パネル部（５１ａ）と、側壁部（５１ｂ）と、を含む。ディスプレイ・パネル（５２）は、厚さｔ１を有するように示され、金属ディスプレイ・パネル・フレーム（図示せず）を使用してディスプレイ・カバー（５１）に固定される。したがって、ディスプレイ・パネル（５２）の裏側とディスプレイ・カバー（５１）のバックパネル部（５１ａ）との間に小さな空間が形成される。ディスプレイ・カバー（５１）は、金属材料（マグネシウムなど）、複合材料（ＣＦＲＰ）、または可塑性材料（ＡＢＳなど）から形成されてもよい。ラップトップ設計に応じて、電磁シールドの目的でシールド・プレート（図示せず）をディスプレイ・パネル（５２）の裏側に配置してもよい。
【００３０】
図５に示されるように、図３に示されるマルチモード・アンテナ（１０）構造は、ディスプレイ・パネル（５２）の裏側とディスプレイ・カバー（５１）のバックパネル（５１ａ）の内部表面との間にアンテナ基板（１３）の第１の基板部分Ｐ１を挿入することによって、ラップトップ・ディスプレイ・ユニット（５０）に組み込むことができる。さらに、第１の基板部分Ｐ１は、第２の放射要素（１２）の第２の部分（１２ａ）が金属体に接触しないように、ディスプレイ・パネル（５２）の裏側とカバー（５１）のバックパネル（５１ａ）の内部表面との間に配置される。ディスプレイ・パネル（５１）が金属で形成される場合は、ディスプレイ・ユニット（５０）の金属カバーまたは他の金属または接地要素と確実に接触しないように、絶縁テープを使用して第２の放射要素の部分（１２ａ）および（１２ｂ）を覆うことができる。
【００３１】
さらに、基板部分Ｐ２、Ｐ３およびＰ４、並びに基板部分Ｐ１の端部領域が、ディスプレイ・カバー（５１）の側壁（５１ｂ）の外部表面を越えて距離ｄだけ延出するように、ディスプレイ・カバー（５１）の側壁（５１ｂ）の一部が取り除かれる。図５に示されるように、アンテナ構造がディスプレイ・カバー（５１）の上面を越えて伸びないように、折り曲げ線Ｂ１とＢ２との間の第２の基板部分の高さＨが選択される。高い放射効率を達成するためには、第１の放射要素（１１）はディスプレイ（５２）の表面平面の上方に配置されるのが好ましい。
【００３２】
本発明の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナの電気的性質および特性を測定して決定するため、図１〜図４に示される例示的なマルチモード・アンテナ・フレームワークに基づいて、約１ＧＨｚから約１１ＧＨｚの動作帯域幅を提供する試作品のアンテナを製作し、図５に示されるラップトップの用途のディスプレイ・ユニットに埋め込んだ。試作品のアンテナ基板（１３）を、ポリイミド基板材料から作製し、１オンス（２８．３５ｇ）の銅をパターンニングしてアンテナ要素（１１）および（１２）、並びに支持構造（１４）を形成した。図２を参照して、寸法がＬ＝１０５ｍｍ、Ｗ＝７０ｍｍ、および厚さが６ミル（０．１５ｍｍ）のポリイミド基板（１３）を形成した。さらに、以下の試作品のマルチモード・アンテナを、以下の寸法で製作した。すなわち、Ｌ１＝４７ｍｍ、Ｌ２＝６７ｍｍ、Ｌ３＝２３ｍｍ、Ｌ４＝５５ｍｍ、Ｌ５＝４６ｍｍ、Ｌ６＝２２ｍｍ、Ｌ７＝４ｍｍ、Ｈ＝１２ｍｍ、Ｈ１＝３ｍｍ、Ｈ２＝４ｍｍ、Ｈ３＝４ｍｍ、Ｈ４＝２ｍｍ、およびＧ＝１ｍｍである。
【００３３】
試作品のマルチモード・アンテナを、図５に示される方法を使用して、マグネシウム・ディスプレイ・カバーを有するＩＢＭ社のＴｈｉｎｋＰａｄラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニットの右側の上部領域に設置した。コンピュータのディスプレイ・ユニットには、高さが１５ｍｍ（内部）のカバーの側壁があった。カバーの側壁には、試作品のマルチモード・アンテナが設置される場所に形成されたスロットがあった。マルチモード・アンテナにフィードするため、長さが５５ｍｍのＲＦフィード・ケーブルを金属カバーを通して設置した。ディスプレイ・パネルのフレームからアンテナ（下部）の間の最小距離は、約３ｍｍであった。ディスプレイ・パネル（５１、図５）の厚さｔ１は、約５ｍｍであった。試作品のマルチモード・アンテナを、図５に示されるディスプレイ・ユニット（５０）の筐体内に配置して配向した。第２の基板部分Ｐ２がカバーの側壁（５１ｂ）を越えて距離ｄ＝５ｍｍだけ伸びるように、マルチモード・アンテナを配置した。
【００３４】
電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing wave ratio、または簡単にＳＷＲ：Standing wave ratio）および放射測定を、無響室内で試作品のラップトップに取り付けた試作品のマルチモード・アンテナを使用して実施した。図６は、１ＧＨｚ〜１１ＧＨｚの周波数範囲に亘って、ラップトップ・ディスプレイに設置した試作品のマルチモード・アンテナのＳＷＲの測定値をグラフで示す。図６に示されるように、例示的な試作品のマルチモード・アンテナは、ＧＰＳ帯域（１．５ＧＨｚ）、ＰＣＳ帯域（１８００／１９００）、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ  ＩＳＭ帯域、５ＧＨｚ  ＷＬＡＮ帯域、およびＵＷＢ帯域（３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ）を含む、複数の帯域をカバーする充分なＳＷＲ帯域幅（３：１）を提供した。ＳＷＲは、約２インチ（５．０８ｃｍ）の低損失同軸ケーブルを使用して測定した。実際のラップトップの用途では、同軸ケーブルは、一般に、５０ｃｍよりも長く、その小口径のために２．４ＧＨｚの周波数で１ｄＢを上回る損失がある。したがって、送受信機におけるＳＷＲは、２：１かそれ以上良い。
【００３５】
図７は、例示的な試作品のアンテナについて１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲に亘って取得したピーク利得および平均利得（単位：ｄＢｉ）の測定値をグラフで示す。ラップトップ・ディスプレイ・ユニットをベース・ユニットに対して９０度に開いた場合の、水平面における金属ディスプレイ・カバー内の、点線は試作品の測定したピーク利得を示し、実線は試作品の平均利得を示す。平均利得は、水平面（ｙ−ｚ平面、図５）で３６０度に亘って定義される。測定したピーク利得および平均利得値は、帯域全体に亘ってそれほど変化しないことが分かった。ピークおよび平均利得は、それぞれ０ｄＢｉおよび−４ｄＢｉよりも高く、これは全てのワイヤレス標準について充分な値である。
【００３６】
試作品のマルチモード・アンテナの測定した利得値は、一般的なラップトップ・アンテナで取得できる値よりもかなり良いことが分かった。ＡＢＳおよびＣＦＲＰ材料で形成されたディスプレイ・カバーを有する他のラップトップ・ディスプレイ・ユニットで、例示的な試作品のマルチモード・アンテナを測定した。ＡＢＳおよびＣＦＲＰ製のラップトップ・ディスプレイ・カバー内の試作品のマルチモード・アンテナの測定した平均およびピーク利得は、マグネシウム・ディスプレイ・カバーと比較して、ＡＢＳ製が僅かに高く、ＣＦＲＰ製が僅かに低いことが分かった。
【００３７】
図８および図９は、本発明の別の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナを概略的に示す。さらに具体的には、図８および図９は、１．５ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ帯域で広帯域動作を提供する、前述の例示的なマルチモード・アンテナ（１０）の構造と同様な構造の、第１および第２の放射要素（１１）および（１２）を有する薄型マルチモード・アンテナ構造（５０）を示す概略平面図である。例示的なマルチモード・アンテナ（２０）は、８００／９００ＭＨｚ帯域で動作を提供する第３の平面状放射要素（２１）をさらに含む。
【００３８】
特に、第３の平面状放射要素（２１）は、縁部（１１ｂ）のフィード・ポイント付近で一次放射要素（１１）に接続される分岐放射要素である。第３の平面状放射要素（２１）は、第１の長いストリップ部（２１ａ）と、第２の長いストリップ部（２１ｂ）と、接続側部（２１ｃ）と、を含む。第１の長いストリップ部（２１ａ）は、第１の放射要素（１１）のテーパ状縁部Ｔ２に沿って伸び、接続側部（２１ｃ）によって第２の長いストリップ部（２１ｂ）に接続されている。第２の長いストリップ部（２１ｂ）は、折り曲げ線Ｂ３に沿った第１の放射要素（１１）の上縁部に沿って伸び、基板縁部Ｅ４の近くの開放端で終わる。
【００３９】
分岐放射要素（２１）の要素（２１ｂ）および（２１ｃ）の全長は、８００／９００ＭＨｚ帯域の共振周波数を決定する。短い要素（２２）を使用して、第１の放射要素（１１）と分岐放射要素（２１）上の１点との間を短く接続し、分岐放射要素（２１）の電気的長さを効率的に変更することによって分岐放射要素（２１）の共振周波数を調整する。マルチモード・アンテナ（２０）は、折り曲げ線Ｂ１、Ｂ２および任意でＢ３に沿って折り曲げて、図３に示されるようなアンテナ形状を形成することができる可撓性基板（１３）を使用して形成することができる。
【００４０】
図８および図９に示されるフレームワークを有する薄型マルチモード・アンテナの電気的性質および特性を測定して決定するため、約８００ＭＨｚから１０．６ＧＨｚの動作帯域幅を提供する、試作品のマルチモード・アンテナを製作し、図５に示されるラップトップの用途のディスプレイ・ユニットに埋め込んだ。試作品のアンテナ基板（１３）を、ポリイミド基板材料から作製し、１オンス（２８．３５ｇ）の銅をパターンニングしてアンテナ要素（１１）、（１２）、（２１）、および支持構造（１４）を形成した。
【００４１】
図９を参照して、寸法がＬ＝１０５ｍｍ、Ｗ＝７０ｍｍ、および厚さが６ミル（０．１５ｍｍ）のポリイミド基板（１３）を形成した。さらに、以下の試作品のマルチモード・アンテナを、以下の寸法で製作した。すなわち、Ｌ１＝５２ｍｍ、Ｌ２＝６２ｍｍ、Ｌ３＝２８ｍｍ、Ｌ４＝５０ｍｍ、Ｌ５＝５４ｍｍ、Ｌ６＝１７ｍｍ、Ｌ７＝４ｍｍ、Ｌ８＝２８ｍｍ、Ｌ９＝２１ｍｍ、およびＬ１０＝１２ｍｍ、Ｈ＝１２ｍｍ、Ｈ１＝３ｍｍ、Ｈ２＝４ｍｍ、Ｈ３＝４ｍｍ、Ｈ４＝２ｍｍ、およびＧ＝１ｍｍである。試作品のマルチモード・アンテナを、図５に示されるディスプレイ・ユニット（５０）の筐体内に配置して配向した。第２の基板部分Ｐ２がカバーの側壁（５１ｂ）を越えて距離ｄ＝５ｍｍだけ伸びるように、マルチモード・アンテナを配置した。
【００４２】
電圧定在波比測定を、マグネシウム・ディスプレイ・カバーを有する試作品のラップトップ・ディスプレイに取り付けた試作品のマルチモード・アンテナを使用して実施した。図１０は、０．８ＧＨｚ〜１１ＧＨｚの周波数範囲に亘って、試作品のマルチモード・アンテナのＳＷＲの測定値をグラフで示す。図１０は、試作品のマルチモード・アンテナが８００／９００ＭＨｚ帯域で共振したことを示す。分岐放射要素（２１）は、１．５ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ帯域に何らかの影響を及ぼすが、この影響は第１の放射要素（１１）と分岐放射要素（２１）との間の隙間を広げることによって最小化または削減することができる。例示的なマルチモード・アンテナ（２０）は、８００ＭＨｚから１０．６ＧＨｚまでの全てのワイヤレス通信標準を効果的にカバーする別の低コストのアンテナ設計を提供することは言うまでもない。
【００４３】
図１１は、本発明の別の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナを概略的に示す。さらに具体的には、図１１は、前述の例示的なマルチモード・アンテナ（２０）の構造と同様な構造の、第１、第２および第３の放射要素（１１）、（１２）および（２１）を有する薄型マルチモード・アンテナ構造（３０）を示す。例示的なマルチモード・アンテナ（３０）は、８００／９００ＭＨｚ帯域範囲の動作で第２の帯域性能をさらに改善させるために、第４の平面状放射要素（３１）をさらに含む。
【００４４】
特に、第４の平面状放射要素（３１）は、縁部（１１ｂ）のフィード・ポイント付近の縁部（１２ｃ）で二次放射要素（１２）に接続される結合放射要素である。結合状放射要素（３１）は、第１の放射要素（１１）のテーパ状縁部Ｔ３に沿って伸びる第１の長いストリップ部（３１ａ）と、一次放射要素（１１）の長いストリップ部（１１ｃ）に沿って伸び、基板縁部Ｅ４の近くの開放端で終わる第２の長いストリップ部（３１ｂ）と、を含む。８００／９００ＭＨｚ帯域で共振周波数を有するように結合放射体の電気的長さを選択することで、この帯域でさらに広い帯域幅の動作を提供することができる。
【００４５】
前述の例示的な広帯域マルチモード・アンテナは、もっぱら説明に役立つ実施形態であり、当業者であれば本明細書の教示に基づいて実施することができる他のマルチモード・アンテナ・フレームワークに容易に思い至ることができることが理解されよう。例えば、第１の（一次）放射要素は、例えば、利用可能なスペース、所望のアンテナ高、動作周波数範囲、動作帯域の特定周波数における放射の程度などに基づいて、様々な種類の非対称形状を有するように改良することができる。平面状放射体では、ほとんどの放射が平面状放射体の縁部付近で発生するため、鋭利な切断面を有する放射体縁部の領域にはより多くの放射ポイントがあり、これに対して滑らかな縁部を有する平面状放射体からは縁部に沿ってより均一な放射が行われると考えられる。非対称な形状は、動作帯域幅を増大させる傾向がある。非対称構造は、要素全体の電流分布がキャンセルされるのを防止すると考えられる。
【００４６】
二次放射要素の形状は、アンテナ性能にそれほど影響を及ぼさないが、これらの要素のテーパ状の形状によって広帯域動作が可能になる。二次放射要素の滑らかに湾曲した縁部を利用することでさらに広い帯域幅に対していくらか性能を向上させることができるが、前述したように、二次放射要素は、放射にほとんど寄与しておらず、寸法を大幅に変更してもアンテナの電気的特性の変化は小さい。
【００４７】
本明細書において、添付図面を参照して例示的な実施形態を説明したが、本発明はこれらの明確な実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって様々な他の変更および変形を実施可能であることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、マルチモード・アンテナをラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニットに組み込む方法を示す概略図である。
【図６】図１〜図４に示される例示的なフレームワークに基づいて製作され、マグネシウム・ディスプレイ・カバーを有するラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニットに埋め込まれた、例示的な第１の試作品の埋め込みマルチモード・アンテナについて１ＧＨｚ〜１１ＧＨｚの周波数範囲に亘って取得されたＳＷＲ（standing wave ratio：定在波比）の測定値を示すグラフである。
【図７】例示的な最初の試作品の埋め込みマルチモード・アンテナについて１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲に亘って取得されたピーク利得および平均利得（単位：ｄＢｉ）の測定値を示すグラフである。
【図８】本発明の別の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図９】本発明の別の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図１０】図８および図９に示される例示的なフレームワークに基づいて製作され、マグネシウム・ディスプレイ・カバーを有するラップトップ・コンピュータのディスプレイ・ユニットに埋め込まれた、例示的な第２の試作品の埋め込みマルチモード・アンテナについて０．８ＧＨｚ〜１１ＧＨｚの周波数範囲に亘って取得されたＳＷＲ（standing wave ratio：定在波比）の測定値を示すグラフである。
【図１１】本発明の別の例示的な実施形態によるマルチモード・アンテナを示す概略図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｄは、本発明の例示的な実施形態による薄型マルチモード・アンテナの設計原理を示すための様々なアンテナの実施形態の展開を示す概略図である。
【図１】
2009543387.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009543387.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009543387.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009543387.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素および第２の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を含む非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第２の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを有する非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置される、アンテナ。
【請求項２】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、および第３の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を有する非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部および第２の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第３の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを含む非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置され、
前記第３の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素であり、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部から離間しこれに隣接して配置される、アンテナ。
【請求項３】
アンテナであって、
第１および第２の対向する基板面を有する平面状基板と、
前記平面状基板の前記第１の面上に形成される第１の平面状放射要素、第２の平面状放射要素、第３の平面状放射要素、および第４の平面状放射要素と、
を含み、
前記第１の平面状放射要素が、第１の多角形パターンと、前記第１の多角形パターンから伸びる長いストリップ・パターンと、を含む非対称形パターンを有し、前記第１の平面状放射要素が、前記第１の多角形パターンの一部を定義する第１の縁部、第２の縁部、および第３の縁部と、前記第１の多角形パターンと前記長いストリップ・パターンとの両方の一部を定義する第４の縁部と、を含み、
前記第２の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素の第１の縁部によって部分的に定義される第２の多角形パターンを含む非対称形パターンを有し、
前記第１および第２の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部から離間しこれに隣接するように、前記平面状基板の前記第１の面上に配置され、
前記第３の平面状放射要素が、前記第１の平面状放射要素に接続される長い分岐要素であり、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部から離間しこれに隣接して配置され、
前記第４の平面状放射要素が、前記第２の平面状放射要素に接続される長い結合要素であり、前記長い結合要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部から離間しこれに隣接して配置される、アンテナ。
【請求項４】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が非対称形の平面状ディスク要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義されるコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状ディスコーン・アンテナである、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナは、前記第１の平面状放射要素が前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第１のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素であり、前記第２の平面状放射要素が前記第２の平面状放射要素の前記第１の縁部によって定義される第２のコーン先端部を有する非対称形の平面状コーン要素である、平面状双円錐アンテナである、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記平面状基板が、少なくとも第１の折り曲げ線および第２の折り曲げ線に沿って折り曲げられて、同一平面上にない第１の基板部分、第２の基板部分、および第３の基板部分を定義する可撓性基板であり、前記第１の折り曲げ線が前記第１および第２の基板部分を隔て、前記第２の折り曲げ線が前記第２および第３の基板部分を隔てる、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１の折り曲げ線が前記第２の平面状放射要素を通って伸びており、前記第２の折り曲げ線が前記第１の平面状放射要素を通って伸びており、前記第１および第２の平面状放射要素の前記第１の縁部が前記第２の基板部分に配置される、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１および第２の基板部分が実質的に直角であり、前記第２および第３の基板部分が実質的に直角である、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項９】
ディスプレイ・ユニットに埋め込まれる請求項８に記載のアンテナを有するラップトップ・コンピュータであって、
前記第１の基板部分がディスプレイ・パネルとディスプレイ・カバーとの間に配置され、前記第２の基板部分が前記ディスプレイ・カバーの側壁の外側に実質的にこれに平行に配置される、ラップトップ・コンピュータ。
【請求項１０】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第２の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記第１の折り曲げ線が、前記第２の平面状放射要素を通って伸びており、前記第２の折り曲げ線が、前記第１、第３および第４の平面状放射要素を通って伸びており、前記第１および第２の平面状放射要素の前記第１の縁部が、前記第２の基板部分に配置される、請求項６に記載されるアンテナ。
【請求項１３】
前記可撓性基板が、前記第１の平面状放射要素の前記第４の縁部に沿って伸びる第３の折り曲げ線に沿って折り曲げられる、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記基板の第２の面上に配置され、前記平面状基板の前記第１の面上の前記第１の平面状放射要素の一部に位置合わせされる金属バックプレート・パターンをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記第１の平面状放射要素の前記第１の縁部に沿った中点に接続される単一のフィード・プローブをさらに含む、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記アンテナが、約１ＧＨｚから約１１ＧＨｚの帯域幅に亘って動作する、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記アンテナが、約０．８ＧＨｚから約１１ＧＨｚの帯域幅に亘って動作する、請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第３の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第４の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記第１の平面状放射要素が、前記長いストリップ・パターンの一部を定義する第５の縁部を含み、前記長い分岐要素の少なくとも一部が、前記第１の平面状放射要素の前記第５の縁部の少なくとも一部から離間しこれに隣接して配置される、請求項１９に記載のアンテナ。
【国際調査報告】
2009543387.tif 000015
2009543387.tif 000016
2009543387.tif 000017