(57)【要約】  多層回路構造（１１０）は、垂直方向に積み重ねられた多数の層をもつ。さらに、前記多層回路構造（１１０）のエッジに少なくとも１つの空洞領域（１２０）を形成する。前記少なくとも１つの空洞領域（１２０）は、前記多層回路構造（１２０）の誘電体基板材料がそこから除去される多数の非導電ビアから形成される。さらに、この装置は、前記少なくとも１つの空洞領域（１２０）に配置される少なくとも１つの垂直アンテナパッチ（１３０）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に沿って積み重ねられた多数の層をもつ多層回路構造（１１０）と、
前記多層回路構造（１１０）のエッジに形成される少なくとも１つの空洞領域（１２０）であって、前記多層回路構造（１１０）の誘電体基板材料がそこから除去される多数の非導電ビア（１２１）により形成される少なくとも１つの空洞領域（１２０）と、
前記少なくとも１つの空洞領域（１２０）に配置される少なくとも１つの垂直アンテナパッチ（１３０）と、
を含む装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項２】
前記空洞領域（１２０）は、
前記多数の層の１つまたは複数に形成され、かつ、前記空洞領域（１２０）の第１水平エッジを画定する少なくとも１つの第１導電ストリップ（１２２）と、
前記多数の層の１つまたは複数に形成され、かつ、前記空洞領域（１２０）の第２水平エッジを画定する少なくとも１つの第２導電ストリップ（１２３）と、
前記少なくとも１つの第１導電ストリップ（１２２）と前記少なくとも１つの第２導電ストリップ（１２３）の間に伸び、かつ、前記空洞領域（１２０）の垂直外側エッジを画定する導電ビア（１２４）と、
を含む、請求項１に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項３】
前記空洞領域（１２０）の前記非導電ビア（１２１）は前記空洞領域（１２０）に前記基板材料の網状格子を形成するように配置される、請求項１または２に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項４】
前記垂直アンテナパッチ（１３０）は前記多数の層の１つまたは複数の中に形成される多数の導電ストリップ（１３１）から形成され、前記垂直アンテナパッチ（１３０）の前記導電ストリップ（１３１）は前記多層回路構造（１１０）の種々の層の上に配置される２つ以上の前記導電ストリップ（１３１）の間に伸びる導電ビア（１３２）により相互に電気的に接続される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項５】
前記アンテナパッチ（１３０）の前記導電ストリップ（１３１）および前記導電ビア（１３２）は網目パターンを形成するように配置される、
請求項４に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項６】
前記空洞領域（１２０）を形成する前記非導電ビア（１２１）を前記多層回路構造（１１０）の前記基板材料より低い誘電率をもつ誘電材料で充填する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項７】
前記空洞領域（１２０）を形成する前記非導電ビア（１２１）を空気で充填する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのアンテナパッチ（１３０）に容量的に結合され、かつ、前記少なくとも１つのアンテナパッチ（１３０）から前記多層回路構造（１１０）の周辺に向かう方向にずれている平面に配置される少なくとも１つの電気的に浮動状態のパッチ（１４０）を含む、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１０２）。
【請求項９】
電気的に浮動状態の前記パッチ（１４０）は前記多数の層の１つまたは複数の中の多数の導電ストリップ（１４１）から形成され、電気的に浮動状態の前記パッチ（１４０）の前記導電ストリップ（１４１）は前記多層回路構造（１１０）の種々の層上に配置される電気的に浮動状態の前記パッチ（１４１）の前記導電ストリップ（１４１）の２つ以上の間に伸びる導電ビア（１４２）により相互に電気的に接続される、
請求項８に記載の装置（１０２）。
【請求項１０】
電気的に浮動状態の前記パッチ（１４０）は前記多層回路構造（１１０）を収容するケーシング部（２００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５）の上に形成される垂直導電ストリップにより形成される、
請求項８に記載の装置（１０２）。
【請求項１１】
前記多層回路構造（１１０）を収容するケーシング部（２０１、２０２、２０３、２０４、２０５）と、
−前記１つのアンテナパッチ（１３０）に面する平面上の前記ケーシング部（２００）に配置される少なくとも１つの誘電パッチ（１５０）であって、変動パターンの誘電率をもつように構成される誘電パッチ（１５０）と、
を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの誘電パッチ（１５０）は前記誘電パッチ（１５０）の誘電体基板材料がそこから除去される非導電ビア（１５１）を含む、
請求項１１に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１３】
前記変動パターンは前記誘電パッチ（１５０）の非導電ビア（１５１）の密度を設定することによりおよび／または前記誘電パッチ（１５０）の前記非導電ビア（１５１）の寸法を設定することにより形成される、
請求項１２に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１４】
前記変動パターンは前記誘電パッチ（１５０）の中心に向かって誘電率の増大を定める、
請求項１３に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）であって、
前記少なくとも１つの空洞領域（１２０）に配置され、かつ、前記少なくとも１つのアンテナパッチ（１３０）に対する容量給電を行うように構成される少なくとも１つの給電パッチ（１３５）を含み、
前記給電パッチ（１３５）は前記多数の層の１つまたは複数中の多数の導電ストリップ（１３６）から形成され、前記給電パッチ（１４０）の前記導電ストリップ（１３６）は、前記多層回路構造（１１０）の種々の層の上に配置される前記給電パッチ（１３５）の前記導電ストリップ（１３６）の２つ以上の間に伸びる導電ビア（１３７）により相互に電気的に接続される装置。
【請求項１６】
前記多層回路構造（１１０）の前記基板材料はセラミック材料を含む、
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１７】
前記多層回路構造（１１０）の前記層は低温同時焼成により作成される、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１８】
前記多層回路構造（１１０）上に配置される無線フロントエンド回路（１８０）を含む、
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項１９】
前記多層回路構造（１１０）は前記無線フロントエンド回路（１８０）を収容する空洞（１７０）を含む、
請求項１８に記載の装置（１００、１０１、１０２）。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの装置（１００、１０１、１０２）と、
前記少なくとも１つの装置（１００、１０１、１０２）の前記少なくとも１つのアンテナパッチ（１３０）経由で伝送される通信信号を処理するように構成される少なくとも１つの処理装置（３４０）と、
を含む通信装置（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置および１つまたは複数のかかるアンテナ装置を備える通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術では、種々の周波数帯域を利用して通信信号を伝達する。増大する帯域幅需要を満たすために約１０ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚの周波数帯の周波数に対応するミリ波長帯の周波数帯も考慮されている。たとえば、ミリ波長帯の周波数帯が５Ｇ（第５世代）セルラー無線技術の対象として考慮されている。しかし、このような高い周波数の利用の場合に生ずる１つの問題は、アンテナの寸法を波長に合わせるために十分に小さくしなければならないことである。さらに、携帯電話、スマートフォン、または同様な通信装置などの小型通信装置の場合、十分な性能を得るために多重アンテナ（たとえば、アンテナアレイの形態）を必要とする。
【０００３】
さらに、通信装置内のケーブルまたはその他の有線接続による損失は一般的に周波数が高くなるほど増大するので、無線フロントエンド回路に非常に近い位置にアンテナを配置できる設計とすることも望ましい。
【０００４】
したがって、通信装置内に効率的に内蔵できる小型のアンテナが必要である。
【発明の概要】
【０００５】
１つの実施形態に従って１つの装置を提供する。この装置は、垂直方向に積み重ねられた多数の層をもつ多層回路構造を含む。さらに、この層は、多層回路構造のエッジに形成された少なくとも１つの空洞領域を含む。この少なくとも１つの空洞領域は、多層回路構造の誘電体基板材料がそこから除去される多数の非導電ビアから形成される。さらに、この装置は、少なくとも１つの空洞領域に配置された少なくとも１つの垂直アンテナパッチを含む。これは、セラミックベース材料などの高誘電率をもつ基板材料の場合に特に有益である。あるシナリオでは、基板材料の誘電率は３を超えて３〜２０の範囲であり、一般的には５〜８の範囲である。アンテナパッチの伝送特性に対し基板材料の及ぼす悪影響、たとえば、無線信号の減衰または歪みは、空洞領域により回避することができる。さらに、空洞領域は多層回路構造のエッジ沿いの表面波の伝播の低減をもたらす。
【０００６】
非導電性ビアを使用して空洞領域を形成することにより、基板材料の総合密度は空洞領域において低下し、実効誘電率の低下をもたらす。空洞領域は多層回路構造内の連続空洞として形成する必要はないので、残存基板材料は少なくとも１つのアンテナパッチを支え得る。したがって、たとえば少なくとも１つのアンテナパッチ形導電ストリップおよび導電ストリップを接続する導電ビアを形成することにより、パッチアンテナは空洞領域内に効率的に組み込まれる。
【０００７】
１つの実施形態によれば、空洞領域の非導電ビアを配列して空洞領域中に基板材料の網状格子を形成する。たとえば、非導電ビアを１次元、２次元、または３次元格子状に配列して基板材料中に小さい孔または空洞を形成することができる。この方法により、空洞領域中の基板材料の密度を効率的に低下させる一方、同時に、少なくとも１つのアンテナパッチを支える残存基板材料の良好な安定性を保つことができる。１つの実施形態によれば、多層回路構造の基板材料より低い誘電率をもつ誘電材料で空洞領域の非導電ビアを充填する。たとえば、基板材料がセラミック材料である場合、非導電ビアを充填する誘電材料は樹脂とすることができる。シナリオによっては、空気で非導電ビアを充填することもできる。
【０００８】
１つの実施形態によれば、この多層回路構造の基板材料は、セラミック材料を含む。この基板材料は、１つまたは複数のセラミック材料と１つまたは複数の他の材料の組み合わせ、たとえば、セラミック材料とガラス材料の組み合わせから構成することもできる。これらの種類の材料を使用する場合、この基板材料は、多層回路構造内における信号接続に約１０ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚの帯域の高周波信号にとって有利な伝送特性を与えるのに役立つ高い誘電率をもつ。この多層回路構造の層は低温同時焼成により製造することができる。したがって、この多層回路構造はＬＴＣＣ（Low-Temperature  Co-fired  Ceramic：低温同時焼成セラミック）製とすることができる。しかし、この多層回路構造を形成する他の技術も使用可能である。たとえば、この多層回路構造はプリント基板（Printed  Circuit  Board：ＰＣＢ）とすることができる。
【０００９】
１つの実施形態によれば、この空洞領域は、多数の層の１つまたは複数の上に形成され、かつ、空洞領域の第１水平エッジを画定する少なくとも１つの第１導電ストリップ、多数の層の１つまたは複数の上に形成され、かつ、空洞領域の第２水平エッジを画定する少なくとも１つの第２導電ストリップ、および少なくとも１つの第１導電ストリップと少なくとも１つの第２導電ストリップの間に伸びて空洞領域の垂直外側エッジを画定する導電ビアを含む。この方法により、空洞領域のエッジに沿って導電シールドを形成することができる。これは、たとえば、多層回路構造のエッジ沿いの表面波の伝搬をさらに低減するのに役立つ。
【００１０】
１つの実施形態によれば、多数の層の１つまたは複数の中に形成された多数の導電ストリップから垂直アンテナパッチを形成し、次にこの垂直アンテナパッチのこれらの導電ストリップを多層回路構造の種々の層の上に配置されている２つ以上の導電ストリップ間に伸びる導電ビアにより互いに電気的に接続する。たとえば、垂直アンテナパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目を形成するように、たとえば、横方向および縦方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、垂直アンテナパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。しかし垂直アンテナパッチを形成する他の方法、たとえば、多層回路構造のエッジの上の垂直導電ストリップとしてアンテナパッチを形成する方法も可能である。
【００１１】
１ｍｍを超え、３ｃｍ未満の波長をもつ無線信号の伝送のために少なくとも１つのアンテナパッチを構成することができる。この波長は、１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの帯域の無線信号の周波数に対応する。水平偏波、すなわち水平方向沿いの直線偏波をもつ無線信号の伝送のために少なくとも１つのアンテナパッチを構成することができる。さらに、垂直偏波、すなわち垂直方向沿いの直線偏波をもつ無線信号の伝送のために少なくとも１つのアンテナパッチを構成することができる。実施形態によっては、この装置は、水平偏波の無線信号の伝送のために１つまたは複数のアンテナパッチを構成し、かつ、垂直偏波の無線信号の伝送のために１つまたは複数のアンテナパッチを構成する混合構成も提供する。
【００１２】
１つの実施形態によれば、この装置は、電気的に浮動状態であり、少なくとも１つのアンテナパッチに容量的に結合されている少なくとも１つのパッチ、すなわち、容量的にのみアンテナパッチに結合され、かつ、アースまたはその他の固定電位に導電的に結合されていない導電パッチを含む。この電気的に浮動状態のパッチは、少なくとも１つのアンテナパッチから多層回路構造の周辺に向かう方向にずれた平面に配置する。電気的に浮動状態のパッチを取り入れることにより、電気的に浮動状態のパッチを含まない構成に比し、このアンテナパッチにより伝達される無線信号の有効帯域幅を拡大することができる。電気的に浮動状態のパッチの寸法および／またはアンテナパッチと電気的浮動状態のパッチ間の距離を選択することにより、帯域幅を希望の帯域に調整することができる。
【００１３】
１つの実施形態によれば、多数の層の１つのまたは複数の中の多数の導電ストリップから電気的に浮動状態のパッチを形成し、次に電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップを電気的に浮動状態のパッチの２つ以上の導電ストリップ（多層回路構造の種々の層の上に配置されている）間に伸びる導電ビアにより相互に電気的に接続する。たとえば、電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目形状を形成するように、たとえば、水平方向および垂直方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、電気的に浮動状態のパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。しかし垂直アンテナパッチを形成する他の方法、たとえば、多層回路構造のエッジの上の垂直導電ストリップとしてアンテナパッチを形成する方法も可能である。
【００１４】
別案として、多層回路構造を収容しているケーシング部に形成した垂直導電ストリップにより電気的に浮動状態のパッチを形成することもできる。これは、全体的に簡素化された装置を与える。たとえば、電気的に浮動状態のパッチとアンテナパッチ間にかなり長い距離が望ましいシナリオにおいて、これは多層回路構造の全体的寸法を増大することなく電気的に浮動状態のパッチを形成することを可能にする。さらに、ケーシング部に電気的に浮動状態のパッチを形成することにより、アンテナパッチと電気的に浮動状態のパッチ間に空隙を設けることができ、伝送される無線信号の歪みまたは減衰の防止に役立つ。このケーシング部は、多層回路構造の周辺の周りに形成されるフレームでよい。さらに、このケーシング部は、この装置を収容する通信装置のハウジングの一部とすることができる。
【００１５】
１つの実施形態によれば、この装置は、多層回路構造を収容するケーシング部および少なくとも１つのアンテナパッチに面する平面上のケーシング部に配置される少なくとも１つの誘電体パッチを含む。この誘電体パッチは、変動パターンの誘電率をもつように構成する。この方法により、アンテナパッチから送信される無線信号の歪みをこの誘電体パッチを使用して補償することができる。このような歪みはケーシング部の誘電材料に引き起こされ、かつ、ケーシング部通過後の無線信号のダイバージェンスを一般的にもたらす。変動パターンにより無線信号の集束レンズとして働くように誘電体パッチを構成し、それによりケーシング部により引き起こされるダイバージェンスを補償することができる。これは、たとえば、誘電体パッチの中心に向かって誘電率が増大する変動パターンを設定することにより達成することができる。
【００１６】
１つの実施形態によると、少なくとも１つの誘電体パッチは非導電ビアを含む。この非導電ビアから誘電体パッチの誘電体基板材料が除去される。次に誘電体パッチの非導電ビアの密度を設定することおよび／または誘電体パッチの非導電ビアの寸法を設定することにより効率的な方法により変動パターンを形成する。
【００１７】
１つの実施形態によれば、この装置は、少なくとも１つの空洞領域に配置され、かつ、少なくとも１つのアンテナパッチの容量給電のために構成された少なくとも１つの給電パッチを含む。この給電パッチは、多数の層の１つまたは複数の中の多数の導電ストリップから形成する。給電パッチの２つ以上の導電ストリップ（多層回路構造の種々の層上に配置されている）間に伸びている導電ビアにより相互に電気的に接続されている給電パッチの導電ストリップ。たとえば、電気的に浮動状態のパッチの導電ストリップおよび導電ビアは、網目形状を形成するように、たとえば、水平方向および垂直方向に画定された平面上に伸びる規則的な格子の形状に配置することができる。この方法により、電気的に浮動状態のパッチを多層回路構造の中に効率的に組み込むことができる。
【００１８】
しかし、ここで注意すべきことに、給電アンテナパッチに給電する他の方法、たとえば、導電給電または容量給電と導電給電を組み合わせる方法も可能である。
【００１９】
１つの実施形態によれば、この装置は、多層回路構造に配置される無線フロントエンド回路を含む。この場合、多層回路構造は、無線フロントエンド回路を収容する空洞を含む。この方法により、無線フロントエンド回路からアンテナパッチに無線信号を送るときに生ずる損失が低減される。この装置が多層回路構造に配置された無線フロントエンド回路を含む場合、多層回路構造は、無線フロントエンド回路を収容する空洞を含み得る。これにより多層回路構造および無線フロントエンド回路を収容するパッケージ全体が小型化される。さらに、信号経路の短縮により無線フロントエンド回路からアンテナパッチへの無線信号の送信がさらに最適化される。
【００２０】
さらなる実施形態によれば、たとえば、携帯電話、スマートフォンまたは同様なユーザー装置の形態の通信装置を提供する。この通信装置は、上述の実施形態のいずれかによる装置を含む。さらに、この通信装置は、この装置の少なくとも１つのアンテナパッチを経て送信される通信信号を処理するように構成された少なくとも１つの処理装置を含む。
【００２１】
本発明の上述の実施形態およびさらなる実施形態について以下において添付図面を参照しつつ、より詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａおよび２Ｂは、本発明の実施形態による空洞領域の形状のあらましを示す別の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａおよび２Ｂは、本発明の実施形態による空洞領域の形状のあらましを示す別の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による空洞領域の導電エッジのあらましを示す別の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による垂直アンテナパッチの構成のあらましを示す別の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態によるアンテナパッチおよび容量給電パッチのあらましを示す別の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の断面の略図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の構成の略図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。この装置は、多数の空洞領域に配置された多数の垂直アンテナパッチを備えている。
【図９】図９は、本発明のさらなる実施形態によるアンテナ装置のあらましを示す斜視図である。この装置は電気的に浮動状態のパッチをさらに備えている。
【図１０】図９は、本発明の実施形態による電気的に浮動状態のパッチを示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の特性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の断面の略図である。この装置は、電気的に浮動状態のパッチを備えている。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態による電気的に浮動状態のパッチの配置を示す。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による電気的浮動状態のパッチの別の配置を示す。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態による誘電体パッチの効果を図式的に示す。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による誘電体パッチの構造および配置を示す略図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態による誘電体パッチの配置を示す略図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態による誘電体パッチの別の配置を示す略図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態による誘電体パッチの別の配置を示す略図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態による通信装置のあらましを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下において、本発明の典型的実施形態についてより詳細に記述する。以下の記述は、本発明の原理を説明することのみを目的としており、制限的な意味に解してはならない。むしろ本発明の範囲は添付請求項のみにより明確にされるのであり、本願において記述する典型的実施形態により限定することは意図していない。
【００２４】
本願において示す実施形態は、無線信号、特にｃｍ／ｍｍ波長帯域の短波長無線信号を伝送するためのアンテナに関する。以下において説明するアンテナおよびアンテナ装置は、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータまたは同様のものなどの通信装置において利用できる。
【００２５】
以下において示すコンセプトでは、パッチアンテナを形成するために多層回路構造を利用する。この多層回路構造は、垂直方向に積み重ねられる多数の層からなる。この多層回路構造の各層は、導電ストリップのパターンにより個別に構築することができる。さらにこの多層回路構造の種々の層上に形成された導電ストリップを種々の層の導電ストリップ間に伸びる導電ビアにより相互に接続する。この導電ストリップは、前記層の誘電体基板材料上の金属層により形成することができる。前記導電ビアはパンチング、エッジング、またはドリリングによる孔として作成することができ、これらの孔を導電材料、たとえば、金属で少なくとも部分的に充填する。
【００２６】
種々の層の上の導電ストリップを相互に接続することにより、多層回路構造中に３次元導電構造を形成する。以下においてさらに説明するように、かかる３次元導電構造は、１つまたは複数の垂直アンテナパッチ、１つまたは複数の給電パッチ、電気的に浮動状態の１つまたは複数のパッチ、および／または１つまたは複数の導電シールドを含み得る。
【００２７】
本願において説明する実施形態において使用される垂直アンテナパッチは垂直方向、すなわち前記多層回路構造の層の平面に直角方向に伸びるように形成され、それにより小型垂直アンテナの設計を可能にする。この方法により、垂直方向偏波無線信号を伝送するアンテナを効率的に形成することができる。さらに、前記多層回路基板の１つまたは複数の層を利用してパッチアンテナを無線フロントエンド回路に効率的な方法により接続することができる。特に、小型のパッチアンテナおよびパッチアンテナへの短距離接続を実現することができる。さらに、複数のかかる垂直アンテナパッチを前記多層回路構造に組み込むことができる。さらに、この垂直アンテナパッチは、多層回路構造の層の平面に平行に伸びる水平方向偏波無線信号の伝送のためにも利用することができる。さらに、垂直方向偏波無線信号伝送と水平方向偏波無線信号伝送の両方をサポートする二重偏波構成も可能である。このように小型の構造により種々の偏波方向をサポートすることができる。
【００２８】
以下においてさらに詳しく説明する実施形態では、前記多層回路構造はＬＴＣＣとすることにしている。しかし、他の技術もＬＴＣＣ技術の代替として、またはそれに加えて使用できることに注意するべきである。たとえば、この多層回路構造は、樹脂およびファイバ応用の基板層にプリントされた構造化金属層に基づくＰＣＢとして、またはＬＴＣＣとＰＣＢの組み合わせとして形成することができる。さらに、この多層回路構造は、セラミック材料と非セラミック材料の組み合わせ、たとえば、セラミック材料とガラス材料および／または樹脂の組み合わせに基づく層を使用することができる。この多層回路構造を形成するために使用する技術および材料は、一定の波長、たとえば、次の関係に基づく波長の無線信号の伝送をサポートするために望ましい誘電特性を考慮して選択することもできる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
ただしＬはアンテナパッチの実効寸法、λは伝送される無線信号の波長、そしてεｒは多層回路構造の基板材料の比誘電率である。典型的実施例では、基板材料の誘電率、すなわち、比誘電率εｒは３以上、たとえば、３〜２０の範囲、一般的には５〜８の範囲である。
【００３１】
図１は、本願において説明するコンセプトに基づくアンテナ装置１００を示す斜視図である。図示の例において、アンテナ装置１００は多層回路構造１１０を含む。多層回路構造１１０は、垂直方向に積み重ねられた多数の層を含む。これらの層は、たとえば、それぞれ分離基板上の構造化メタライゼーション層に対応する。分離基板は、たとえばセラミックまたはセラミックとガラスの組み合わせに基づく。空洞領域１２０は、多層回路構造１１０のエッジ領域１１５中に形成されている。垂直アンテナパッチ１３０は、空洞領域１２０内に配置されている。垂直アンテナパッチ１３０は、多層回路構造１１０の層に直交し、かつ、多層回路構造１１０のエッジの１つ（エッジ領域１１５を画定している）に平行する垂直平面に伸びている。アンテナパッチ１３０は、“Ｖ”により示されている実線矢印により示されている垂直方向に偏波されている無線信号を伝送するように構成されている。代案または追加として、アンテナパッチ１３０は、“Ｈ”により示されている実線矢印により示されている水平方向に偏波されている無線信号を伝送するように構成することもできる。
【００３２】
図示されているアンテナ装置１００では、空洞領域１２０は、多層回路構造１１０の基板材料内を伝播する無線信号を低減する。空洞領域１２０により。したがって、無線信号の減衰または歪みを回避することができる。特に、空洞領域１２０は、多層回路構造１１０のエッジ沿いの表面波の伝播を大幅に低減する。
【００３３】
これから説明するように、アンテナ装置１００は、多層回路構造１１０に形成される空洞１７０に配置される無線フロントエンド回路チップ１８０を含む。したがって、無線フロントエンド回路チップ１８０からアンテナパッチ１３０への電気接続は、多層回路構造の層の１つまたは複数の上の導電ストリップにより効率的に形成することができる。特に、このように形成される電気接続は短距離となるので、高周波における信号損失が限定される。さらに、多層回路構造１１０の層の１つまたは複数を利用して無線フロントエンド回路チップ１８０から他の回路、たとえば、電源回路またはデジタル信号処理回路への接続を行うこともできる。
【００３４】
図２Ａおよび２Ｂは、空洞領域１２０の形状をさらに示す。図示されているように、空洞領域１２０は、非導電ビア１２１により形成されている。非導電ビア１２１から、多層回路構造１１０の基板材料が除去されている。非導電ビア１２１から基板材料を除去することにより基板材料の総合密度は空洞領域１２０において低下し、その結果として実効誘電率が低下する。空洞領域１２０における残存基板材料は、アンテナパッチ１３０の支持物として働く網状格子を形成する。さらに、空洞領域１２０における残存基板材料は、以下においてさらに説明するように他の構造物の支持物としても働く。
【００３５】
非導電ビア１２１は空虚のままであり、したがって空気または同様な周囲媒体で充填し、非誘電ビア１２１における低誘電率を実現する。しかし、非導電ビア１２１の１つまたは複数を多層回路構造１１０の基板材料より低い誘電率をもつ他の誘電材料で充填することもできる。たとえば、基板材料がセラミック材料である場合に、非導電ビア１２１を充填する誘電材料は樹脂とすることができる。非導電ビア１２１を固体誘電材料で充填することにより空洞領域１２０における多層回路構造１１０の機械的安定性を高めることができる。
【００３６】
図２Ａおよび２Ｂの例により示されているように、種々の幾何学的形状に従って非導電ビア１２１を配置することができる。図２Ａの例では、非導電ビア１２１は、縞状格子に従って配置されている。この形状の結果として残存基板材料は、やはり縞状格子に対応する網状格子を形成する。残存基板材料内において、非導電ビア１２１は、したがって虚空の１次元格子すなわち低い誘電率の領域を形成する。図２Ｂの例では、非導電ビア１２１は、格子縞状パターンに従って配置されている。残存基板材料内において、非導電ビア１２１は、したがって虚空の２次元格子すなわち低い誘電率の領域を形成する。
【００３７】
図２Ａおよび２Ｂにおいて示した非導電ビア１２１の幾何学的配置は単なる例であること、および種々のその他の形状も可能であることに注意するべきである。たとえば、図２Ａおよび２Ｂにおいて示した形状の２つ以上を重ね合わせて非導電ビア１２１の種々の３次元配置を得ることができる。さらに、非導電ビア１２１の不規則な配置を利用することもできる。
【００３８】
実施例によっては、空洞領域１２０のエッジに導電構造を設ける。この導電構造は、導電シールドとして働く。これは、たとえば、アンテナパッチ１３０からの表面波の伝播を低減することにより伝送特性のさらなる改善に役立つ。図３は、かかる導電構造を空洞領域１２０のエッジ上に形成する方法の例を示す。
【００３９】
図３の例では、空洞領域１２０の第１（上側）水平エッジ上に第１導電ストリップ１２２を形成する。空洞領域１２０の第２（下側）水平エッジ上に第２導電ストリップ１２３を形成する。空洞１２０の垂直エッジ上において、第１導電ストリップ１２２と第２導電ストリップ１２３を導電ビア１２４により相互に接続する。その結果として、矩形枠の形状をもつ導電構造が空洞領域１２０の外側エッジに沿って形成される。
【００４０】
図３において示した空洞領域１２０のエッジ上の導電構造の形状は単なる例であること、および他の幾何学的形状も可能であることに注意するべきである。たとえば、導電ストリップおよび導電ワイヤは、空洞領域１２０に曲線状、たとえば、円形または楕円形を近似するように配置することもできる。
【００４１】
図４は、垂直アンテナパッチ１３０の形状をさらに示す。ここでは概要を分かりやすく示すために、図４は導電構造に重点を置いており、多層回路構造１１０のエッジ領域１１５の非導電部分は示していないことに注意するべきである。
【００４２】
図示されているように、垂直アンテナパッチ１３０は、多層回路構造１１０の層に直交する面に伸びており、かつ、多層回路構造１１０のエッジに沿って伸びている。垂直アンテナパッチ１３０は、多層回路構造１１０の種々の層上の多数の導電ストリップ１３１から形成されている。導電ストリップ１３１は垂直方向に互いの上に積み重ね合わされており、それにより３次元上部構造を形成している。種々の層の導電ストリップ１３１は、導電ビア１３２，たとえば、金属化ビア孔により接続されている。図示されているように、垂直アンテナパッチ１３０の導電ストリップ１３１および導電ビアは、網目パターン状に配置されており、かつ、多層回路構造１１０の層に直交し、かつ、多層回路構造１１０のエッジに平行する面に伸びるほぼ長方形の導電構造を形成している。網目パターンの格子間隔は十分に狭い寸法としており、これにより垂直アンテナパッチ１３０により伝送される無線信号の対象波長において一様な導電構造と比較したときの差異が無視できるほどになるようにしている。一般的に、これは、垂直アンテナパッチ１３０の垂直および／または水平寸法の１／４未満である格子間隔により達成され得る。種々の種類の格子構造が利用できることに注目するべきである。たとえば、導電スリップ１３１の不規則間隔およびビア１３２の規則的間隔に基づく構造、水平方向と垂直方向両方における規則的間隔に基づく構造、または水平方向と垂直方向両方における不規則間隔に基づく構造などである。垂直方向に整列されないビア１３２も格子構造として利用できることに注意するべきである。さらに、種々の個数の導電ストリップ１３１および／またはビア１３２も使用できることに注意するべきである。
【００４３】
上述したように、垂直アンテナパッチ１３０は、垂直偏波の無線信号の伝送用として、または水平偏波方向の無線信号の伝送用として構成することができる。水平偏波方向の場合、垂直アンテナパッチ１３０により伝送され得る無線信号の波長は、垂直アンテナパッチ１３０の実効水平寸法により決定される。たとえば、垂直アンテナパッチ１３０の水平幅（多層回路構造１１０の層の１つのエッジに沿って測定する）を実効寸法Ｌとして使用して垂直アンテナパッチ１３０の共振する無線信号の波長λを決定することができる。垂直偏波方向の場合、垂直アンテナパッチ１３０により伝送され得る無線信号の波長は、垂直アンテナパッチ１３０の実効垂直寸法により決定される。たとえば、アンテナパッチ１３０の垂直幅（多層回路構造１１０の層に垂直に測定する）を実効寸法Ｌとして使用して垂直アンテナパッチ１３０の共振する無線信号の波長λを決定することができる。
【００４４】
さらに図５は、垂直アンテナパッチ１３０の給電のために使用される典型的形状を示す。図５の例では、垂直アンテナパッチ１３０について容量給電の使用を前提としている。しかし、垂直アンテナパッチ１３０に給電する他の方法、たとえば、導電給電および容量給電と導電給電の組み合わせも利用できることに注意するべきである。図４と同様に、図５は導電構造に重点を置き、多層回路構造１１０のエッジ領域１１５の非導電構造は示していない。
【００４５】
図示されているように、給電パッチ１３５は、垂直アンテナパッチ１３０から多層回路構造１１０の中心の方向にずれている平面に設けられている。垂直アンテナパッチ１３０と同様に、給電パッチ１３５も上述の空洞領域１２０に配置されている。給電パッチ１３５は、垂直アンテナパッチ１３０の容量給電用に構成され、かつ、垂直アンテナパッチ１３０に平行して伸びている。図示の例では、給電パッチ１３５の寸法は垂直アンテナパッチ１３０の寸法より小さい。
【００４６】
垂直アンテナパッチ１３０と同様に、給電パッチ１３５は、多層回路構造１１０の種々の層の上の多数の導電ストリップ１３６から形成されている。導電ストリップ１３６は互いに垂直方向に積み重ねられており、したがって３次元上部構造を形成する。多層回路構造１１０の種々の層の導電ストリップ１３６は、導電ビア１３７、たとえば、金属化ビア孔により接続されている。図示されているように、給電パッチ１３５の導電ストリップ１３６および導電ビアは網目パターン状に配置されており、かつ、多層回路構造１１０の層に直交し、かつ、多層回路構造１１０のエッジに平行する面に伸びるほぼ矩形の導電構造を形成している。網目パターンの格子間隔は十分に狭い寸法としており、これにより垂直アンテナパッチ１３０により伝送される無線信号の対象波長において一様な導電構造と比較したときの差異が無視できるほどになるようにしている。したがって、給電パッチ１３５は、垂直アンテナパッチ１３０と同様または同じ格子間隔で形成され得る。垂直アンテナパッチ１３０と同様に、給電パッチ１３５は規則的格子構造または不規則格子構造をもち得る。
【００４７】
図５にさらに示されているように、装置１００は、垂直アンテナパッチ１３０を接地面に電気的に接続する接地パッチ１３４を含み得る。接地面は、多層回路構造１１０の層の１つの上に形成されている導電領域により形成され得る。接地パッチ１３４は、多層回路構造（１１０）の層の１つの上に形成されている導電ストリップにより形成され得る。図５に示されているように、接地パッチ１３４は、給電パッチ１３５から垂直方向にずらすことができる。この構成では、垂直方向偏波無線信号の伝送のために垂直アンテナパッチ１３０を使用することができる。接地パッチ１３４を給電パッチ１３５から水平方向にずらすことにより、水平方向偏波無線信号の伝送用として垂直アンテナパッチ１３０を構成することができる。
【００４８】
図６は、アンテナ装置１００の構成のあらましを示す断面図である。図示されているように、垂直アンテナパッチ１３０および給電パッチ１３５は空洞領域１２０に配置される。この図から分かるように、給電パッチ１３５は給電点１３８に接続されている。多層回路構造１１０において給電点１３８から無線フロントエンド回路チップ１８０への電気接続１３９が形成されている。多層回路構造１１０のエッジから測定した空洞領域１２０の深さはＴとして示されている。給電パッチ１３５は、垂直アンテナパッチ１３０から距離Ｇだけ離隔されている。空洞領域１２０の深さＴは、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲にあり、一般的に約１ｍｍである。距離Ｇおよび給電パッチ１３５の寸法は、垂直アンテナパッチ１３０への容量結合を最適化するように設定され得る。シミュレーションの示したところによると、小型給電パッチ１３５、たとえば、垂直アンテナパッチ１３０の寸法の１／４以下の給電パッチは、小型外形寸法の垂直アンテナパッチ１３０の良好な帯域幅およびほぼ一様な全方向伝送特性の実現を可能にする。
【００４９】
さらに、空洞領域１２０の深さＴ、垂直アンテナパッチ１３０の寸法、および距離Ｇ、および長さＬは、垂直アンテナパッチ１３０により送信または受信される無線信号の公称波長に従って設定することができる。４分の１波長パッチアンテナ構成で垂直アンテナパッチ１３０を使用する場合、垂直アンテナパッチ１３０の垂直または水平寸法は公称波長の１／４に相当し、かつ、距離Ｇは公称波長の１／４未満となる。次に空洞領域の深さＴも公称波長の１／４の範囲またはそれ以下となる。半波長パッチアンテナ構成で垂直アンテナパッチ１３０を使用する場合、接地パッチ１３４は省略され、かつ、垂直アンテナパッチ１３０の垂直または水平寸法は公称波長の１／２に相当する。垂直アンテナパッチ１３０経由で送信または受信される無線信号の偏波方向に対応しない方向において、わずかにより小さい寸法の垂直アンテナパッチ１３０を使用することができる。
【００５０】
図７は、多層回路構造１１０における空洞領域１２０、垂直アンテナパッチ１３０、および給電パッチ１３５の形成のために使用するプロセスを図式的に示す。
【００５１】
（I）により標記されている第１段階において、基板材料の多数のシート７１０を用意する。これらのシート７１０のそれぞれは、形成される多層回路構造１１０の個々の層に対応する。形成される多層回路構造１１０の外部形状に従って決定される形状に個々のシート７１０を切断する。ここで、個々のシート７１０の形状は、層ごとに異なることに注意するべきである。
【００５２】
（II）により標記されている第２段階において、個々のシート７１０にビア孔７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５を形成する。図示されているように、種々の寸法の孔、７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５を形成する。これらの孔は、パンチング、ドリリング、機械切削、エッチングまたはかかる技術の組み合わせにより形成する。図示されている例では、孔７２１、７２２、７２３、７２４、７２５の目的は、上述の非導電ビア１２１および上述の導電ビア１２４、１３２、１３７を形成することである。孔７２０の目的は、無線フロントエンド回路チップ１８０を支持するための上述の空洞１７０を形成することである。ここで、孔の形状、個数、および／または位置は、層ごとに異なることに注意するべきである。
【００５３】
（III）により標示されている第３段階において、孔７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５の一部を金属などの導電材料で充填する。図示されている例では、これらは孔７２３および７２５である。図示されている例におけるその他の孔、７２０、７２１、７２２、および７２４を空虚のままとするか、またはシート７１０の基板材料より低い誘電率をもつ固体誘電材料で充填する。続いて、たとえば金属層を堆積させることにより個々のシートの一方または両側に導電ストリップ７２６、７２７を形成する。ここで、孔の充填は層ごとに異なり、および／または導電ストリップの形状、個数、および／または位置は層ごとに異なることに注意するべきである。
【００５４】
（IV）により標示されている第４段階において、個々の層７１０を整列させ、かつ、かつ、積み重ねる。すなわち、個々の層７１０を相互に重ね合わせることにより多層回路構造１１０を形成する。図示の例では、この照明は低温同時焼成により形成することになっている。しかし、その他の積層技術も追加的または代替として使用できる。
【００５５】
図８は、本願記載のコンセプトに基づく別のアンテナ装置１０１を示す斜視図である。このアンテナ装置１０１は、概して上述のアンテナ装置１００に類似している。しかし、アンテナ装置１００と比較して、アンテナ装置１０１は、多数の空洞領域１２０および多数の垂直アンテナパッチ１３０を含んでおり、後者は、それぞれ、多数の空洞領域１２０の対応する１つの中に配置されている。空洞領域１２０およびアンテナパッチ１３０は、それぞれ、図１〜７を参照して説明したように構成され、かつ、製造される。
【００５６】
図８に示した多数の垂直アンテナパッチ１３０の構成の場合、すべての垂直アンテナパッチ１３０を垂直方向偏波無線信号の伝送用として構成すること、またはすべての垂直アンテナパッチ１３０を水平方向偏波無線信号の伝送用として構成することができることに注意するべきである。しかし、１つまたは複数の垂直アンテナパッチ１３０を垂直方向偏波無線信号の伝送用として構成する一方、１つまたは複数の他の垂直アンテナパッチ１３０を水平方向偏波無線信号の伝送用として構成する混合構成も可能である。さらに、一部の実施例では多数の垂直アンテナパッチ１３０を同一の空洞領域１２０に含めることも可能であることに注意するべきである。
【００５７】
図９は、本願記載のコンセプトに基づくさらに別のアンテナ装置１０２を示す斜視図である。このアンテナ装置１０２は、概して上述のアンテナ装置１０１に類似している。すなわち、アンテナ装置１０２は、空洞領域１２０に配置された多数の垂直アンテナパッチ１３０を含んでいる。
【００５８】
図示されているように、アンテナ装置１０２は、それが電気的に浮動状態のパッチ１４０をさらに含んでいることにおいてアンテナ装置１０１と異なる。垂直アンテナパッチ１３０のそれぞれについて、対応する浮動パッチ１４０が設けられている。浮動パッチ１４０は、対応する垂直アンテナパッチ１３０と容量的にのみ結合されており、かつ、アースまたはその他の固定電位への導電的結合はもたない。
【００５９】
図示されているように、浮動パッチ１４０は、対応する垂直アンテナパッチ１３０から多層回路構造１１０の周辺に向かう方向にずれている平面に配置されている。図１０に示されているように、浮動パッチ１４０は、垂直アンテナパッチ１３０および給電パッチ１３５と同様な方法により、すなわち、多層回路構造１１０の種々の層上の導電ストリップ１４１（導電ビア１４２、たとえば、金属化ビア孔により接続される）から形成することができる。多層回路構造１１０のエッジ方面を見たとき、浮動パッチ１４０は、垂直アンテナパッチ１３０の前面に位置しており、したがって垂直アンテナパッチ１３０の放射特性を調整するために使用することができる。具体的には、浮動パッチ１４０は、垂直アンテナパッチ１３０経由で伝送される無線信号の有効帯域幅を強化するために使用することができる。
【００６０】
有効帯域幅のこの強化は、たとえば、図１１に示したシミュレーション結果に見ることができる。図１１において、浮動パッチ１４０を用いるアンテナ構成を使用して伝送された信号の強度を実線で示す一方、浮動パッチ１４０なしのアンテナ構成を使用して伝送された信号の強度を点線で示した。この図から分かるように、それぞれの場合に共振周波数は約３０ＧＨｚである。浮動パッチ１４０を有するアンテナ構成の場合、有効周波数幅（強度が−１０ｄＢを超える範囲として定義される）は約２ＧＨｚである。浮動パッチ１４０なしのアンテナ構成の場合、有効周波数幅は約４ＧＨｚである。
【００６１】
図１２は、アンテナ装置１０２の構成のあらましを示す断面図である。図示されているように、垂直アンテナパッチ１３０および給電パッチ１３５は、空洞領域１２０に配置されている。浮動パッチは、垂直アンテナパッチ１３０から給電パッチ１３５の反対側に、すなわち、多層回路構造１１０の周辺の方向にずれている。アンテナ装置１００と同様に、給電パッチ１３５は給電点１３８に接続されており、また、給電点１３８から無線フロントエンド回路チップ１８０への電気接続１３９が多層回路構造１１０中に形成されている。多層回路構造１１０のエッジから測定した空洞領域１２０の深さはＴにより示されている。浮動パッチ１４０から垂直アンテナパッチ１３０までの距離はＨにより示されている。給電パッチ１３５は、垂直アンテナパッチ１３０から距離Ｇだけ離隔されている。垂直アンテナパッチの寸法、深さＴ、および距離Ｇの決定は、図６を参照して説明したとおりとすることができる。
【００６２】
浮動パッチ１４０から垂直アンテナパッチ１３０までの距離Ｈは、１ｍｍ〜４ｍｍの範囲とすることができる。シミュレーションによりこの範囲の距離のＨの場合、その結果の共振周波数は、距離Ｈの値にあまり依存しないことが分かっている。したがって、距離Ｈがあまり正確に制御できない実施例においても、安定したインピーダンス整合を達成することができる。かかる実施形態の例は、浮動パッチが多層回路構造１１０内に組み込まれず、アンテナ装置１０２を収容するケースまたはハウジングの一部のようなケーシング部の上など別個の部品上に設けられる構成を含む。かかる構成の例を図１３および１４に示す。
【００６３】
図１３の例では、多層回路構造１１０は、フレーム２００の中に収容されている。垂直アンテナパッチ１３０が形成される多層回路構造１１０側においてフレーム２００は、多層回路構造１１０のエッジから離隔されている。多層回路構造１１０の反対側においてフレーム２００は、多層回路構造１１０のエッジに密接に寄せられている。図から分かるように、この場合、浮動パッチ１４０は、フレーム２００の一部（垂直アンテナパッチ１３０に面している部分）の上に設けられている。たとえば、浮動パッチ１４０は、プリントによるかまたはその他により堆積された金属層として設けることができる。多層回路構造１１０および浮動パッチ１４０をもつフレーム２００を含む部品は、他の装置に、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータまたは同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージとして形成することができる。
【００６４】
図１３の例では浮動パッチ１４０はフレーム２００の内側、すなわち、垂直アンテナパッチ１３０の方向を向く側に配置されたが、他の配置も可能であることに注意するべきである。たとえば、浮動パッチ１４０はフレーム２００の外側、すなわち、垂直アンテナパッチ１３０から遠ざかる側に設けることもできる。さらに、浮動パッチ１４０は、フレーム２００の内側と外側の両方に設けることもできる。
【００６５】
図１４の例では、多層回路構造１１０は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれることになっている。図示されているように、多層回路構造は、通信装置のハウジング２０１の近くに、ハウジング２０１と多層回路構造１１０のエッジ（垂直アンテナパッチ１３０が形成される部位）の間に一定の距離を残して配置されている。容易に分かるように、この場合、浮動パッチ１４０は、ハウジング２０１の一方の側（垂直アンテナパッチ１３０に面している側）に設けることもできる。たとえば、浮動パッチ１４０は、プリントによるかまたはその他の堆積された金属層として設けることができる。
【００６６】
図１４の例では、浮動パッチ１４０はハウジング２０１の内側、すなわち、垂直アンテナパッチ１３０の方向を向く側に配置されているが、他の配置も可能である。たとえば、浮動パッチ１４０は、ハウジング２０１の外側、すなわち、垂直アンテナパッチ１３０から遠ざかる側に設けることも可能である。さらに、浮動パッチ１４０は、ハウジング２０１の内側と外側の両方に設けることもできる。
【００６７】
上述のアンテナ装置、１００、１０１、１０２がケースまたはハウジングに組み込まれるシナリオでは、このハウジングは一般的に少なくとも一部は非導電材料、したがって誘電材料により形成される。この方法により、ケースまたはハウジングが垂直アンテナパッチ１３０経由で伝送される無線信号に対するシールドとして働く事態を回避できる。しかし、ケースまたはハウジングとして誘電材料を使用することは、ケースまたはハウジングの誘電材料を通過するときに無線信号の歪みおよび／または屈折を引き起こす。この効果は無線信号の周波数の増加とともに増大し、かつ、約１０ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚの帯域の周波数に相当するミリメートル波長帯の無線信号の場合に著しくなる。以下において、誘電材料から形成されているケースまたはハウジングの一部を通過するときに生ずる無線信号に対するかかる効果に対処する実施例について説明する。これは、上述のアンテナ装置１００、１０１、１０２に一定の変動パターンに従って変化する誘電率をもつ誘電体パッチをさらに設けることにより達成される。
【００６８】
図１５（Ａ）および１５（Ｂ）は、かかる誘電体パッチの効果を示す。図１５（Ａ）は、垂直アンテナパッチ１３０から発してケースまたはハウジングの一部などの誘電材料から形成されるケース部２０２を通過する無線信号の伝播を図式的に示している。図示されているように、無線信号は、ケース部２０２を通過するときに歪みを受け、ケース部２０２を通過した後に無線信号のダイバージェンスが引き起こされる。この種類のダイバージェンスは一般的に望ましくない。それは信号品質の低下をもたらすからである。それと比較して、図１５（Ｂ）は、誘電パッチ１５０をケーシング部２０２に設け、アンテナパッチ１３０から送信された無線信号が誘電パッチ１５０およびケース部２０２を通過するようにしたシナリオを示している。図示されているように、誘電パッチ１５０は無線信号に対し集束レンズのように働くように構成されており、それによりケーシング部２０２により引き起こされるダイバージェンスを補償する。誘電パッチ１５０のこの構成は、誘電パッチ１５０中に作成される誘電率の変動パターンにより達成される。たとえば、誘電パッチ１５０は、その誘電率が誘電パッチ１５０の中心に向かって増大するように変動パターンを画定し、それにより集束レンズのように働くように構成することができる。
【００６９】
図１６は、誘電パッチ１５０が無線信号の集束レンズとして働くようにする誘電率の変動パターンをもつ誘電パッチ１５０を構成する方法の例を示す。図１６の例では、これは、誘電パッチ１５０の中に非導電ビア１５１を設け、かつ、非導電ワイヤ１５１の寸法および／または密度を使用して誘電率の局部実効値を調整することにより達成する。図１６の例では、非導電ビア１５１の寸法は、エッジから誘電パッチ１５０の中心に向かって低下する（無線信号の伝播経路に直交する方向に沿って）。さらに、非導電ビア１５１の密度は、エッジから誘電パッチ１５０の中心に向かって低下する（無線信号の伝播経路に直交する方向に沿って）。
【００７０】
図１６は、ただ１つの平面における変動パターンを示しているが、当然のことながら非導電ビア１５１は望ましいレンズ特性を得るように種々の３次元パターンおよび形状に従って配置することができる。かかるレンズ特性は円柱レンズの特性を含むが、球面レンズまたはパラボラレンズの特徴も含み得る。
【００７１】
図１６にさらに示されているように、誘電パッチ１５０は、図９〜１４を参照して説明した浮動パッチ１４０と組み合わせることができる。これは、たとえば、誘電パッチ１５０および浮動パッチ１４０をケーシング部２０２上のサンドイッチ構造として設けることによる。ここで、浮動パッチ１４０、誘電パッチ１５０、およびケーシング２０２の図示配置順序は単なる例であること、およびこれらの要素は種々の方法により配置できることに注意するべきである。たとえば、浮動パッチ１４０は、ケーシング部２０２の側面（垂直アンテナパッチ１３０から遠ざかる側面）に設けることができるが、これに対し誘電パッチ１５０はケーシング部２０２の側面（垂直アンテナパッチ１３０の方向を向いている側）に設けることができる。さらに、浮動パッチ１４０と誘電パッチ１５０の両方ともケーシング部２０２の側面（垂直アンテナパッチ１３０から遠ざかる側面）に設けることができる。さらに、浮動パッチ１４０は、誘電パッチ１５０とケーシング部２０２の間に差し込むこともできる。
【００７２】
種々の形状を利用してアンテナ装置１０１、１０１または１０２に上述の誘電パッチ１５０または複数の誘電パッチ１５０を設けることができる。かかる構成の例についてこれから図１７〜１９を参照しつつさらに説明する。
【００７３】
図１７の例では、多層回路構造１１０はフレーム２０３の中に収容されている。垂直アンテナパッチ１３０が形成されている多層回路構造１１０の側面において、フレーム２０３は多層回路構造１１０のエッジから離隔されている。多層回路構造１１０の他の側面において、フレーム２０３は多層回路構造１１０のエッジに密接に寄せられている。図から分かるように、この場合、誘電パッチ１５０は、フレーム２０３の一部（垂直アンテナパッチ１３０に面している部分）に取り付けられている。たとえば、誘電パッチ１５０は、フレーム２０３の内部に接着することもできる。図１７の構成では、誘電パッチ１５０は、フレーム２０３の材料とは異なる材料により形成され得る。多層回路構造１１０および誘電パッチ１５０付きフレーム２０３を含む組立品は、他の装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージを形成することができる。
【００７４】
図１８の例では、多層回路構造１１０はフレーム２０４の中に収容されている。垂直アンテナパッチ１３０が形成されている多層回路構造１１０の側面において、フレーム２０４は多層回路構造１１０のエッジから離隔されている。多層回路構造１１０の他の側面において、フレーム２０４は多層回路構造１１０のエッジに密接に寄せられている。図１７の構成では、誘電パッチ１５０は、フレーム２０４の一部（垂直アンテナパッチ１３０に面している部分）の材料内に形成される。たとえば、誘電パッチ１５０は、非導電ビア孔１５１のドリリング、パンチングおよび／またはその他の機械切削によりフレーム２０４の材料の中に形成することができる。多層回路構造１１０および誘電パッチ１５０付きのフレーム２０４を含む組立品は、他の装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれるパッケージを形成することができる。
【００７５】
図１９の例では、多層回路構造１１０は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものなどの通信装置に組み込まれることになっている。図示されているように、多層回路構造は、通信装置のハウジング２０５の近くに配置されている。容易に分かるように、この場合、誘電パッチ１５０は、ハウジング２０５の一部（垂直アンテナパッチ１３０に面している部分）の材料内に形成される。たとえば、誘電体１５０は、非導電ビア孔１５１のドリリング、パンチングおよび／またはその他の機械切削によりフレーム２０４の材料の中に形成することができる。
【００７６】
図２０は、１つまたは複数のアンテナ装置３１０を備える通信装置３００を示す略図である。これらのアンテナ装置３１０は、上述のタイプ、たとえば、アンテナ装置１００、１０１、または１０２に対応する。さらに、通信装置３００は他の種類のアンテナも含み得る。この通信装置は、小型ユーザー装置、たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または同様のものに相当する。しかし、当然のことながら、その他の種類の通信装置、たとえば、車両応用通信装置、無線モデム、または自律センサーも利用できる。
【００７７】
さらに図示されているように、通信装置３００は１つまたは複数の処理装置３４０も含む。通信処理装置３４０は、アンテナ装置３１０経由で伝送される通信信号の生成またはその他の処理を行う。この目的のために、通信処理装置３４０は、１つまたは複数の通信プロコトルに従って、たとえば、５Ｇセルラー無線技術に従って種々の種類の信号処理およびデータ処理を行う。
【００７８】
当然のことながら、これまでに説明したコンセプトは種々の変更が可能である。たとえば、このコンセプトは、５Ｇ技術に限られない種々の種類の無線技術および通信装置について適用することができる。説明したアンテナ装置は、通信装置からの無線信号の送信および／または通信装置における無線信号の受信のために使用することができる。さらに当然のことながら、説明したアンテナ構造はアンテナ形状に関する種々の変更の対象となる可能性があり、また、種々の形状のアンテナパッチ、給電パッチ、浮動パッチ、および／または誘電パッチを利用することができる。たとえば、図示した長方形のアンテナパッチ、給電パッチ、浮動パッチ、または誘電パッチは、より複雑な形状、たとえば、Ｌ字形、Ｆ字形、Ｈ字型などに変更され得る。さらに、円形または楕円形などの曲線形状の利用も可能である。さらに、上述のアンテナ装置の個々の特徴は、種々の方法により組み合わせ得ることに注意するべきである。たとえば、上述の誘電パッチは、上述の空洞領域を含まないアンテナ装置に対しても利用することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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