(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電子デバイスであって、
基板集積導波路（ＳＩＷ）と；
前記ＳＩＷの第１の側の上にある第１の金属層であって、前記第１の金属層は、１つ以上の上部波トラップを有し、前記各上部波トラップは、前記第１の金属層と直接接続され、前記第１の金属層の前記第１の側の主平面に沿って外側に延伸する、第１の金属層と；
前記ＳＩＷの前記第１の側と対向する前記ＳＩＷの第２の側の上にある第２の金属層と；
前記第１の金属層を介して前記ＳＩＷ内まで延伸する給電構造と；
前記ＳＩＷの前記第１の側の上にある反射器であって、前記反射器は、前記第１の金属層と直接接続され、前記第１の金属層の前記第１の側の前記主平面に沿って外側に延伸する、反射器と
を備え、
前記無線電子デバイスは、前記給電構造を介して送信又は受信される信号によって励起された際、共振周波数で共振するように構成され、
前記１つ以上の上部波トラップは、前記第１の側の主平面上において、前記反射器に対して、離隔して、且つ、平行に延伸し、前記給電構造を介して送信又は受信される前記信号に基づいて、前記反射器によって反射される信号を捕捉するように構成される、
無線電子デバイス。
【請求項２】
前記第２の金属層は、１つ以上の下部波トラップを有し、前記各下部波トラップは、前記第２の金属層と直接接続され、前記第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸し、
前記１つ以上の下部波トラップは、前記上部波トラップのそれぞれと垂直に整列されている、請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項３】
前記給電構造は、
給電ビアと;
前記給電ビアから離間し、前記給電ビアを取り囲むリング構造と；
前記リング構造と前記給電ビアとの間にある絶縁体を有する、
請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項４】
前記リング構造の半径、及び／又は、前記リング構造の幅は、前記給電構造に電気的に結合された信号給電素子にインピーダンス整合するように構成される請求項３に記載の無線電子デバイス。
【請求項５】
前記給電構造は、前記第１の金属層から前記ＳＩＷを介して、前記第２の金属層まで延伸する、請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項６】
前記１つ以上の上部波トラップは、
前記給電構造の第１の側の上の第１の上部波トラップと；
前記給電構造の前記第１の側と対向する、前記給電構造の第２の側の上の第２の上部波トラップと、
を有する、
請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項７】
前記第１の上部波トラップと前記第２の上部波トラップとは、前記給電構造から等距離にある、請求項６に記載の無線電子デバイス。
【請求項８】
前記第１の上部波トラップと前記第２の上部波トラップと前記反射器は、前記ＳＩＷの主平面に沿って互いに平行であり、
前記反射器は、前記第１の上部波トラップ及び前記第２の上部波トラップから離隔している、及び／又は、等距離にある、
請求項６に記載の無線電子デバイス。
【請求項９】
前記第１の上部波トラップと前記第２の上部波トラップとは、前記第１の金属層に直接接続され、前記ＳＩＷと重ならない、請求項８に記載の無線電子デバイス。
【請求項１０】
前記第１の金属層は、前記ＳＩＷと重なるように、前記第１の金属層に沿って離隔する複数の上部ビア穴を有し、
前記第２の金属層は、前記複数の上部ビア穴のそれぞれと垂直に整列するようにされた複数の下部ビア穴を有し、
前記給電構造は、前記第１の金属層内の前記複数の上部ビア穴のうちの少なくとも２つの間にある、
請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項１１】
前記１つ以上の上部波トラップの第１の上部波トラップは、前記第１の金属層内のノッチを有し、
前記ノッチの一方の側の上の前記第１の上部波トラップの第１の部分は、前記ノッチの他方の側の上の前記第１の上部波トラップの第２の部分に対して、平行、且つ、離隔している、
請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項１２】
前記第１の上部波トラップと第２の上部波トラップは、前記給電構造から等距離にあり、
前記第１の上部波トラップの前記第１の部分と前記第１の上部波トラップの前記第２の部分とは、前記ＳＩＷから等間隔に離れて延伸する、
請求項１１に記載の無線電子デバイス。
【請求項１３】
前記ＳＩＷから延伸する、前記第１の上部波トラップの前記第１の部分の長さは、前記共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあり、
前記ＳＩＷから延伸する、前記第１の上部波トラップの前記第２の部分の長さは、前記共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にある、
請求項１１に記載の無線電子デバイス。
【請求項１４】
前記ＳＩＷから延伸する、前記反射器の長さは、前記共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にある、
請求項１に記載の無線電子デバイス。
【請求項１５】
１つ以上の追加ＳＩＷと；
前記第１の金属層を介して延伸する１つ以上の追加給電構造であって、前記１つ以上の追加給電構造は、前記追加ＳＩＷのそれぞれに関連付けられている、１つ以上の追加給電構造と；
前記ＳＩＷの前記第１の側又は前記第２の側の上の１つ以上の追加反射器であって、前記１つ以上の追加反射器は、前記追加ＳＩＷのそれぞれに関連付けられ、且つ、前記第１の金属層の前記第１の側の前記主平面又は前記第２の金属層の前記第１の側の前記主平面に沿って外側へ延伸する、１つ以上の追加反射器と
をさらに備える、
請求項２に記載の無線電子デバイス。
【請求項１６】
前記ＳＩＷに隣接する前記追加ＳＩＷの１つに関連する前記追加反射器の１つは、前記第２の金属層の上にあり、前記第２の金属層の前記第１の側の前記主平面に沿って外側へ延伸する、請求項１５に記載の無線電子デバイス。
【請求項１７】
無線電子デバイスであって、
互いに離隔し、平面内に配置された複数の基板集積導波路（ＳＩＷ）と；
前記ＳＩＷの第１の側の上にある第１の金属層であって、前記第１の金属層は、複数の上部波トラップを有し、前記複数の上部波トラップのそれぞれは、前記第１の金属層と直接接続され、前記第１の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸する、第１の金属層と；
前記ＳＩＷの前記第１の側と対向する前記ＳＩＷの第２の側の上にある第２の金属層であって、前記第２の金属層は、複数の下部波トラップを有し、前記複数の下部波トラップのそれぞれは、前記第２の金属層と直接接続され、前記第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸する、第２の金属層と；
前記ＳＩＷのそれぞれと関連付けられている複数の給電構造であって、前記複数の給電構造は、前記第１の金属層を介して、関連する前記ＳＩＷ内まで延伸する、複数の給電構造と；
前記第１の金属層又は前記第２の金属層のいずれかの前記主平面に対して、直接的に接続され、且つ、沿って外側へ延伸する複数の反射器であって、前記複数の反射器のそれぞれは、前記ＳＩＷのそれぞれと関連付けられている、複数の反射器と、
を備え、
前記複数の反射器の第１の反射器は、前記複数のＳＩＷの第１のＳＩＷと関連付けられ、且つ、前記第１の金属層の前記第１の側に沿って外側へ延伸し、
前記複数の反射器の第２の反射器は、前記第１のＳＩＷと隣接する、前記複数のＳＩＷの第２のＳＩＷと関連付けられ、且つ、前記第２の金属層の前記第１の側に沿って外側へ延伸し、
前記無線電子デバイスは、前記給電構造の少なくとも１つを介して送信又は受信される信号によって励起された際、共振周波数で共振するように構成され、
前記複数の上部波トラップの第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップは、それぞれ前記第１の側の主平面上において、前記第１の反射器に対して、離隔して、且つ、平行に延伸し、前記少なくとも１つの前記給電構造を介して送信又は受信される前記信号に基づいて、前記第１の反射器によって反射される信号をトラップするように構成される、
無線電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１の反射器は、前記第１の上部波トラップと前記第２の上部波トラップとに対して平行であり、
前記第１の反射器は、前記第１の上部波トラップと前記第２の上部波トラップとの間を延伸し、
前記第２の反射器は、前記複数の下部波トラップの第１の下部波トラップと第２の下部波トラップとに対して平行であり、
前記第２の反射器は、前記第１の下部波トラップと前記第２の下部波トラップとの間を延伸する、
請求項１７に記載の無線電子デバイス。
【請求項１９】
前記第２の上部波トラップは、前記第１の下部波トラップと垂直に整列し、
前記複数の上部波トラップは、前記第２の下部波トラップと垂直に整列する第３の上部波トラップをさらに有し、
前記複数の下部波トラップは、前記第１の上部波トラップと垂直に整列する第３の下部波トラップをさらに有する、
請求項１８に記載の無線電子デバイス。
【請求項２０】
第１の複数のＳＩＷを含む第１のサブアレイと、
第２の複数のＳＩＷを含む第２のサブアレイと、
をさらに備える、請求項１７に記載の無線電子デバイス。
【請求項２１】
前記第１のサブアレイ、及び／又は、前記第２のサブアレイは、複数入力及び複数出力（ＭＩＭＯ）通信、及び／又は、ダイバーシティ通信するように構成される、請求項２０に記載の無線電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の概念は、一般に、無線通信の分野に関し、より詳細には、無線通信デバイスのためのアンテナに関する。
【０００２】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１５年８月１３日に出願された米国特許出願第１４/８２５，１９９号の優先権を主張し、その全体の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
携帯電話や他のユーザ機器等の無線通信デバイスは、外部デバイスと通信するためのアンテナを含むことができる。これらのアンテナは、広い放射パターンを生成することができる。しかしながら、いくつかのアンテナ設計においては、メインビームが指向性である不規則な放射パターンを容易に生成することがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の概念に係る様々な実施形態は、基板集積導波路（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ；ＳＩＷ）を含む無線電子デバイスを含む。第１の金属層は、ＳＩＷの第１の側の上にあってもよい。第１の金属層は、１つ以上の上部波トラップ（ｔｏｐ  ｗａｖｅ  ｔｒａｐ）を含むことができ、上部波トラップのそれぞれは、第１の金属層に直接接続され、且つ、第１の金属層の第１の側面の主平面に沿って外側に延伸する。第２の金属層は、ＳＩＷの第１の側と対向するＳＩＷの第２の側の上にあってもよい。給電構造は、第１の金属層を介してＳＩＷ内まで延伸することができる。
反射器は、ＳＩＷの第１の側の上にあってもよく、反射器は、第１の金属層と直接接続され、第１の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸してもよい。いくつかの実施形態においては、無線電子デバイスは、給電構造を介して送信又は受信される信号によって励起された際、共振周波数で共振するように構成されてもよい。１つ以上の上部波トラップは、給電構造を介して送信又は受信される信号に基づいて、反射器によって放射される信号を形成するように構成されてもよい。
【０００５】
いくつかの実施形態によれば、第２の金属層は、１つ以上の下部波トラップ（ｂｏｔｔｏｍ  ｗａｖｅ  ｔｒａｐ）を含むことができ、下部波トラップのそれぞれは、第２の金属層と直接接続され、且つ、第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸する。１つ以上の下部波トラップは、上部波トラップのそれぞれと垂直に整列されていてもよい。いくつかの実施形態においては、供給構造は、給電ビア（ｆｅｅｄ  ｖｉａ）、給電ビアから離間し、給電ビアを取り囲むリング構造（４１８）、及び／又は、リング構造と給電ビアとの間にある絶縁体を含むことができる。リング構造の半径、及び／又は、リング構造の幅は、給電構造に電気的に結合された信号給電素子（ｓｉｇｎａｌ  ｆｅｅｄｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）にインピーダンス整合するように構成されてもよい。いくつかの実施形態においては、給電構造は、第１の金属層からＳＩＷを介して、第２の金属層まで延伸してもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態によれば、１つ以上の上部波トラップは、供給構造の第１の側の上の第１の上部波トラップ、及び／又は、給電構造の第１の側と対向する、給電構造の第２の側の上の第２の上部波トラップを含むことができる。第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップは、給電構造から等距離にあってもよい。第１の上部波トラップ、第２の上部波トラップ、及び、反射器は、ＳＩＷの主平面に沿って互いにほぼ平行であってもよい。反射器は、第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップから、離間し、且つ、等距離にあってもよい。第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップは、第１の金属層（４０４）に直接接続され、且つ、ＳＩＷ（４１２）と重ならなくてもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、第１の金属層は、ＳＩＷと重なるように、第１の金属層に沿って離隔する複数の上部ビア穴（ｔｏｐ  ｖｉａ  ｈｏｌｅ）を含んでもよい。第２の金属層は、複数の上部ビア穴（４１４）のそれぞれとほぼ垂直に整列するようにされた複数の下部ビア穴（ｂｏｔｔｏｍ  ｖｉａ  ｈｏｌｅ）を含んでもよい。いくつかの実施形態においては、給電構造は、第１の金属層内の複数の上部ビア穴のうちの少なくとも２つの間にあってもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、１つ以上の上部波トラップの第１の上部波トラップは、第１の金属層内のノッチを含んでいてもよい。ノッチの一方の側の上の第１の上部波トラップの第１の部分は、ノッチの他方の側の上の第１の上部波トラップの第２の部分に対して、平行、且つ、離隔していてもよい。第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップは、給電構造から等距離にあってもよい。第１の上部波トラップの第１の部分、及び／又は、第１の上部波トラップの第２の部分は、ＳＩＷから等間隔に離れて延伸してもよい。いくつかの実施形態においては、ＳＩＷから延伸する、第１の上部波トラップの第１の部分の長さは、共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあることができる。ＳＩＷから延伸する、第１の上部波トラップの第２の部分の長さは、共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあることができる。いくつかの実施形態においては、ＳＩＷから延伸する反射器の長さは、共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあることができる。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、無線電子デバイスは、１つ以上の追加ＳＩＷ、及び／又は、第１の金属層を介して延伸する１つ以上の追加給電構造（４２０）を含むことができる。１つ以上の追加給電構造は、追加ＳＩＷのそれぞれに関連付けられていてもよい。無線電子デバイスは、ＳＩＷの第１の側又は第２の側の上の１つ以上の追加反射器を含むことができる。１つ以上の追加反射器は、追加ＳＩＷのそれぞれに関連付けられ、且つ、第１の金属層の第１の側の主平面又は第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側へ延伸してもよい。いくつかの実施形態においては、ＳＩＷに隣接する追加ＳＩＷの１つに関連する追加反射器の１つは、第２の金属層上にあってもよく、及び／又は、第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側へ延伸してもよい。
【００１０】
本発明の概念に係る様々な実施形態は、互いに離隔し、平面内に配置された複数の基板集積導波路（ＳＩＷ）、及び／又は、ＳＩＷの第１の側の上の第１の金属層を含む無線電子デバイスであることができる。第１の金属層は、複数の上部波トラップを含むことができる。複数の上部波トラップのそれぞれは、第１の金属層と直接接続されてもよく、及び／又は、第１の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸してもよい。第２の金属層は、ＳＩＷの第１の側と対向するＳＩＷの第２の側の上にあってもよい。第２の金属層は、複数の下部波トラップを含んでもよい。複数の下部波トラップのそれぞれは、第２の金属層と直接接続されてもよく、及び／又は、第２の金属層の第１の側の主平面に沿って外側に延伸してもよい。無線電子デバイスは、ＳＩＷのそれぞれと関連付けられている複数の給電構造を含むことができる。複数の給電構造は、第１の金属層を介して、関連ずるＳＩＷ内まで延伸することができる。無線電子デバイスは、第１の金属層又は第２の金属層のいずれかの主平面に対して、直接的に接続され、及び／又は、沿って外側へ延伸する複数の反射器を含むことができる。複数の反射器のそれぞれは、ＳＩＷのそれぞれと関連付けられていてもよい。いくつかの実施形態においては、複数の反射器の第１の反射器は、複数のＳＩＷの第１のＳＩＷと関連付けられてもよく、及び／又は、第１の金属層の第１の側に沿って外側へ延伸してもよい。複数の反射器の第２の反射器は、第１のＳＩＷと隣接する、複数のＳＩＷの第２のＳＩＷと関連付けられもよく、及び／又は、第２の金属層の第１の側に沿って外側へ延伸してもよい。無線電子デバイスは、給電構造の少なくとも１つを介して送信又は受信される信号によって励起された際、共振周波数で共振するように構成されてもよい。複数の上部波トラップの第１の上部波トラップ及び第２の上部波トラップは、それぞれ第１の反射器に隣接してもよく、且つ、少なくとも１つの給電構造を介して送信又は受信される信号に基づいて反射器によって放射される信号をトラップするように構成されてもよく、且つ、第１の反射器によって放射されル信号をトラップするように構成されてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、第１の反射器は、第１の上部波トラップと第２の上部波トラップとに対してほぼ平行であってもよい。第１の反射器は、第１の上部波トラップと第２の上部波トラップとの間を延伸してもよい。第２の反射器は、複数の下部波トラップの第１の下部波トラップと第２の下部波トラップとに対してほぼ平行であってもよい。第２の反射器は、第１の下部波トラップと第２の下部波トラップとの間を延伸してもよい。いくつかの実施形態においては、第２の上部波トラップは、第１の下部波トラップと垂直に整列してもよい。複数の上部波トラップは、第２の下部波トラップと垂直に整列する第３の上部波トラップを含んでもよい。複数の下部波トラップは、第１の上部波トラップと垂直に整列する第３の下部波トラップを含んでいてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、無線電子デバイスは、第１の複数のＳＩＷを含む第１のサブアレイと、及び／又は、第２の複数のＳＩＷを含む第２のサブアレイとを含むことができる。第１のサブアレイ、及び／又は、第２のサブアレイは、複数入力及び複数出力（ＭＩＭＯ）通信、及び／又は、ダイバーシティ通信を送信するように構成されることができる。
【００１３】
本発明の概念に係る実施形態による他の装置、及び／又は、動作は、以下の図面及び詳細な説明を検討することにより、当業者にとっては、明らかであり、又は明らかになるであろう。このような追加の装置、及び／又は、動作のすべては、当該明細書内に含まれ、本発明の概念の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。さらに、本明細書で開示されるすべての実施形態は、別個に実施されてもよく、又は、任意の方法、及び／又は、組み合わせで実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本出願に組み込まれ、本出願の一部を構成し、特定の実施形態を示す。以下の図面は：
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の概念の様々な実施形態による単一のパッチアンテナを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の概念の様々な実施形態による、図１Ａの単一のパッチアンテナを含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の概念の様々な実施形態による単一のパッチアンテナを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の概念の様々な実施形態による、図２Ａの単一のパッチアンテナを含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図３】図３は、本発明の概念の様々な実施形態による、図１Ａの単一パッチアンテナを含む無線電子デバイスに沿った、１５．１ＧＨｚ励起における絶対的遠方界利得（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｆａｒ  ｇａｉｎ）を示す。
【図４】図４は、本発明の概念の様々な実施形態による基板集積導波路（ＳＩＷ）を含む広帯域アンテナを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の概念の様々な実施形態による基板集積導波路（ＳＩＷ）を含む広帯域アンテナを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の概念の様々な実施形態による基板集積導波路（ＳＩＷ）を含む広帯域アンテナを示す。
【図６】図６は、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの断面図を示す。
【図７】図７は、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの断面図を示す。
【図８】図８は、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの断面図を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの平面図を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの平面図を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の概念の様々な実施形態による、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの給電構造を含む断面図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の概念の様々な実施形態による、異なる広帯域アンテナ設計を含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図１１】図１１は、本発明の概念の様々な実施形態による、異なる広帯域アンテナ設計を含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図１２】図１２は、本発明の概念の様々な実施形態による、異なる広帯域アンテナ設計を含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図１３】図１３は、図４、図５Ａ、及び／又は、図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナの周波数応答を図式的に示す。
【図１４】図１４は、本発明の概念の様々な実施形態による、異なるタイプのアンテナの周波数応答を図式的に示す。
【図１５】図１５は、本発明の概念の様々な実施形態による、ＳＩＷを含む双方向指向性（ｄｕａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）アレイアンテナを示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の概念の様々な実施形態による、図１５のアンテナを含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の概念の様々な実施形態による、図１５のアンテナを含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。
【図１７】図１７は、本発明の概念の様々な実施形態による、図１５の双方向指向性アレイアンテナを含む無線電子デバイスに沿った２９．５ＧＨｚ励起での絶対的遠方界利得を示す。
【図１８】図１８は、本発明の概念の様々な実施形態による、様々なアンテナの相互整合（ｍｕｔｕａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を示す。
【図１９】図１９は、本発明の概念の様々な実施形態による、様々なアンテナの相互整合（ｍｕｔｕａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を示す。
【図２０】本発明の概念の様々な実施形態による、無線電子デバイスの、広帯域アンテナを含むいくつかの電子部品のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の概念は、本発明の概念の実施形態が示されている、添付の図面を参照してより完全に説明される。しかしながら、本出願は、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全、且つ、充分であり、実施形態の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。同様の参照番号は同様の要素を参照する。
【００１６】
様々な無線通信アプリケーションは、パッチアンテナ、誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ａｎｔｅｎｎａ）（ＤＲＡ）、及び／又は、基板集積導波路（ＳＩＷ）アンテナを使用することができる。パッチアンテナ、及び／又は、基板集積導波路（ＳＩＷ）アンテナは、１０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの電磁スペクトルにおけるミリメートル帯域の無線周波数での使用に適している。パッチアンテナ、及び／又は、ＳＩＷアンテナは、それぞれ、かなり広がった放射線ビームを提供することができる。パッチアンテナ設計、及び／又は、ＳＩＷアンテナ設計の潜在的な欠点は、放射パターンが指向性を持つことである。例えば、パッチアンテナがモバイルデバイスで使用される場合、放射パターンは、モバイルデバイスの周囲の３次元空間の半分のみをカバーすることができる。この場合、アンテナは、指向性を持つ放射パターンを生成し、適切な動作を行うために、移動局を基地局へ向けなければならないことがある。
【００１７】
本明細書に記載される様々な実施形態は、ＳＩＷアンテナ設計が、アンテナの放射を改善する反射器や、反射器空に信号を制御し、及び／又は、相互干渉を低減するウェーブトラップ等の他の素子を追加することによって改善され得るという認識から、着想したものである。反射器、及び／又は、ウェーブトラップ素子は、モバイルデバイスの周囲の３次元空間をカバーする放射パターンを生成することによって、アンテナ性能を改善することができる。
【００１８】
ここで図１Ａを参照すると、無線電子デバイス１０１の表側にある単一のパッチアンテナ１００が示されている。単一のパッチアンテナ１００は、無線電子デバイス１０１の縁に沿って配置される。図１Ｂを参照すると、図１Ａの単一のパッチアンテナ１００を含む無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンが示されている。単一のパッチアンテナ１００が１５．１ＧＨｚにおいて励起されると、無線電子デバイス１０１の周囲に不規則な放射パターンが形成される。図２Ａを参照すると、無線電子デバイス１０１の裏側にある単一のパッチアンテナ１０２が示されている。単一のパッチアンテナ１０２が１５．１ＧＨｚにおいて励起されると、無線電子デバイス１０１の周囲に不規則な放射パターンが形成される。両方の場合において、無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンにおいては、広がりを持った指向性の歪が存在し、アンテナ周囲の半分の空間をカバーするように放射しているが、アンテナの他の半分の周囲においては放射が不十分である。従って、この単一のパッチアンテナは、いくつかの方向において性能が低いため、これらの周波数での通信には適していない場合がある。
【００１９】
ここで図３を参照すると、図１Ａの単一のパッチアンテナ１００を含む無線電子デバイス１０１に沿った、１５．１ＧＨｚ励起における絶対的遠方界利得が示されている。軸シータ（θ）は、図１Ｂの無線電子デバイス１０１の周囲のｙ−ｚ平面を表し、軸ファイ（φ）は、ｘ−ｙ平面を表す。図１Ｂの放射パターンの結果と同様に、絶対的遠方界利得は、例えば、ｘ−ｙ平面において０°から３６０°のスパンで広がるような、無線電子デバイス１０１の周囲の一方向において、充分な利得特性を有する。しかしながら、ｙ−ｚ平面においては、無線電子デバイス１０１の周囲の、例えば６０°から１２０°のような指向性を生じる、劣化した絶対的遠方界利得をもたらす。
【００２０】
ここで図４を参照すると、当該図は、基板４０２において基板集積導波路（ＳＩＷ）を有する広帯域ＳＩＷアンテナ４００を含む無線電子デバイスを示している。基板４０２は、高誘電率及び低損失係数ｔａｎδを有する材料を含むことができる。例えば、Ｒｏｇｅｒｓ  ＲＯ４００３Ｃのような材料を、基板４０２の誘電体層として用いることができ、当該材料は、１０ＧＨｚにおいて、誘電率εｒ＝３．５５及び損失係数ｔａｎδ＝０．００２７である。広帯域ＳＩＷアンテナ４００は、第１の金属層４０４、反射器４０６、及び／又は、ウェーブトラップ４０８を含む。複数のウェーブトラップ４０８は、それぞれ、第１の金属層４０４に直接接続され、且つ、第１の金属層４０４の第１の側の主平面に沿って外側に延伸する。反射器４０６は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の信号を放射、及び／又は、反射するように構成される。反射器４０６によって反射された信号は、ウェーブトラップ４０８間で最大強度となることができる。いくつかの実施形態においては、反射器４０６によって反射された信号は、ウェーブトラップ４０８を越えて移動するときに軽減（ｍｉｔｉｇａｔｅ）される。
【００２１】
高周波アプリケーションにおいては、マイクロストリップデバイスは損失のために効率的ではないことがある。さらに、高周波においては、波長が短いため、マイクロストリップデバイスの製造は、非常に厳しい許容誤差が求められることとなる。従って、高周波では、誘電体充填導波路（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｌｌｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ；ＤＦＷ）デバイスが好ましいことがある。しかしながら、従来の導波路デバイスの製造は難しい。製造を容易にするために、ビアを用いて基板集積導波路（ＳＩＷ）を形成することによって、ＤＦＷデバイスを強化することができる。ここで図５Ａを参照すると、図４の広帯域ＳＩＷアンテナ４００の詳細図が示されている。基板４０２は、格子状の基板集積導波路（ＳＩＷ）４１２及びビア４１４を含む。ビア４１４は、図５Ａに示すように、ＳＩＷ４１２の側壁を形成し、第１の金属層４０４からＳＩＷ４１２内へ延伸することができる。いくつかの実施形態においては、ビア４１４は、第１の金属層４０４から、ＳＩＷ４１２と対向する第２の金属層４２２にまで延伸することができる。
【００２２】
引き続き図５Ａを参照すると、給電構造４２０は、第１の金属層４０４からＳＩＷ４１２内へ延伸することができる。給電構造４２０は、給電ビア４１６と、給電ビアから離間し、給電ビアを取り囲むリング構造４１８とを含むことができる。絶縁体４２４は、リング構造４１８と給電ビア４１６との間にあることができる。いくつかの実施形態においては、リング構造４１８の半径、及び／又は、リング構造の幅は、給電構造４２０に電気的に結合された信号給電素子にインピーダンス整合するように構成されてもよい。給電構造４２０は、給電構造に接続された、例えば、ＲＦ／同軸ケーブル、及び／又は、マイクロストリップ等の信号給電素子を介して給電されてもよい。広帯域ＳＩＷアンテナ４００は、給電構造４２０を介して、送信、及び／又は、受信される信号によって励起された際、共振周波数で共振するように構成されてもよい。図５Ａにおいては、給電構造４２０への給電の例として同軸ケーブルを示しているが、給電構造４２０は、マイクロストリップ、ストリップライン、及び／又は、他のタイプの給電体を含むことができる。給電構造４２０への給電する給電体のタイプは、反射器、及び／又は、ウェーブトラップを含むアンテナの性能に影響を与えることがないことがある。
【００２３】
さらに図５Ａを参照すると、広帯域ＳＩＷアンテナ４００は、上部波トラップ４０８ａ及び４０８ｂ、及び／又は、下部波トラップ４１０ａ及び４１０ｂを含むことができる。上部波トラップ４０８ａ及び４０８ｂは、それぞれ、第１の金属層４０４と直接接続され、第１の金属層４０４の第１の側の主平面に沿って外側に延伸することができる。下部波トラップ４１０ａ及び４１０ｂは、それぞれ、第２の金属層４２２と直接接続され、第２の金属層４２２の第１の側の主平面に沿って外側に延伸することができる。反射器４０６は、第１の金属層と直接接続され、第１の金属層４０４の第１の側の主平面に沿って外側に延伸することができる。ＳＩＷ４１２から延伸する反射器４０６の長さは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあってもよい。実効波長は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の基板の誘電率、及び／又は、共振周波数の波長に依存してもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、上部波トラップ４０８ａ及び４０８ｂは、それぞれ、下部波トラップ４１０ａ及び４１０ｂと垂直に整列されてもよい。上部波トラップ４０８ａ、上部波トラップ４０８ｂ、及び反射器４０６は、ＳＩＷ４１２の第１の側の主平面に沿って互いにほぼ平行であってもよい。反射器４０６は、上部波トラップ４０８ａ及び上部波トラップ４０８ｂから離間し、及び／又は、上部波トラップ４０８ａ及び上部波トラップ４０８ｂから等距離にあってもよい。いくつかの実施形態においては、上部波トラップ４０８ａ及び上部波トラップ４０８ｂは、第１の金属層４０４に直接接続されてもよく、及び／又は、ＳＩＷ４１２と重ならなくてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、上部波トラップ４０８ａ、４０８ｂは、第１の金属層４０４内のノッチであってもよい。上部波トラップ４０８ａは、第１の部分及び第２の部分を含むことができる。上部波トラップ４０８ａの第１の部分は、上部波トラップ４０８ａの第２の部分と平行であってもよく、及び／又は、上部波トラップ４０８ａの第２の部分から離隔していてもよい。いくつかの実施形態においては、上部波トラップ４０８ａの第１の部分と第２の部分との間に絶縁材料があってもよい。上部波トラップ４０８ａの第１の部分及び上部波トラップ４０８ａの第２の部分は、ＳＩＷ４１２から等距離に離れて延伸してもよい。ＳＩＷ４１２から延伸する、上部波トラップ４０８ａの第１の部分の長さは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあってもよい。ＳＩＷ４１２から延伸する、上部波トラップ４０８ａの第２の部分の長さは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の共振周波数の０．２５実効波長から０．５実効波長までの間にあってもよい。いくつかの実施形態においては、反射器４０６の寸法、及び／又は、ウェーブトラップの寸法は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の基板の材料に基づくことができる。
【００２６】
同様に、下部波トラップ４１０ａ、４１０ｂは、第２の金属層４２２内のノッチであってもよい。下部波トラップ４１０ａは、第１の部分及び第２の部分を含むことができる。下部波トラップ４１０ａの第１の部分は、下部波トラップ４１０ａの第２の部分と平行であってもよく、及び／又は、下部波トラップ４１０ａの第２の部分から離隔していてもよい。上部波トラップ４０８ａ及び上部波トラップ４０８ｂは、給電構造４２０から等距離にあってもよい。
【００２７】
さらに図５Ａを参照すると、上部波トラップ４０８ａは、給電構造４２０の第１の側にあり、上部波トラップ４０８ｂは、給電構造４２０の第１の側と対向する第２の側にあってもよい。上部波トラップ４０８ａ及び上部波トラップ４０８ｂは、給電構造４２０から等距離にあってもよい。いくつかの実施形態においては、ビア４１４は、第１の金属層４０４から第２の金属層４２２まで延伸してもよい。ビア４１４は、第１の金属層４０４、及び／又は、第２の金属層４２２内のビア穴内の導電材料を含んでいてもよい。第１の金属層４０４は、ＳＩＷと重なる第１の金属層に沿って、離隔する複数の上部ビアホールを含んでいてもよい。第２の金属層４２２は、上部ビア穴のそれぞれとほぼ垂直に整列された複数の下部ビアホールを含んでいてもよい。給電構造４２０は、第１の金属層内の複数の上部ビア穴のうちの少なくとも２つの間にあってもよい。
【００２８】
ここで図５Ｂを参照すると、図５Ａの広帯域ＳＩＷアンテナ４００の反転図（ｆｌｉｐｐｅｄ  ｏｖｅｒ  ｖｉｅｗ）が示されている。給電ビア４１６は、第１の金属層４０４を通ってＳＩＷ４１２内まで延伸してもよい。いくつかの実施形態においては、給電ビア４１６は、第１の金属層４０４を通ってＳＩＷ４１８内、及び第２の金属層４２２にまで延伸してもよい。
【００２９】
図６、図７及び図８は、図４、図５Ａ及び図５ＢのＳＩＷを含む広帯域アンテナのいずれかの断面図を示す。ここで図６を参照すると、ＳＩＷ４１２を含む広帯域ＳＩＷアンテナ４００の側面図が示されている。ビア４１４は、第１の金属層４０４から第２の金属層４２２まで延伸する。信号供給素子４２６は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の給電構造に接続することができる。上部波トラップ４０８ｂは第１の金属層４０４から延伸し、下部波トラップ４１０ｂは第２の金属層４２２から延伸する。ここで図７を参照すると、ＳＩＷ４１２を含む広帯域ＳＩＷアンテナ４００の背面図が示されている。ビア４１４は、第１の金属層４０４から第２の金属層４２２まで延伸する。信号供給素子４２６は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の給電構造に接続することができる。ここで図８を参照すると、ＳＩＷ４１２を含む広帯域ＳＩＷアンテナ４００の正面図が示されている。ビア４１４は、第１の金属層４０４から第２の金属層４２２まで延伸する。信号供給素子４２６は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の給電構造に接続することができる。
【００３０】
ここで図９Ａを参照すると、図４、図５Ａ、及び図５Ｂの広帯域ＳＩＷアンテナ４００のいずれかの平面図が示されている。第１の金属層４０４は、給電構造４２０の周囲に配置されたビア４１４を含む。反射器４０６は、第１の金属層４０４から延伸する。上部波トラップ４０８ａ、４０８ｂは、第１の金属層４０４内のノッチであってもよい。上部波トラップ４０８ａは、第１の部分４２８ａ及び第２の部分４２８ｂを含む。上部波トラップ４０８ａの第１の部分４２８ａは、上部波トラップ４０８ａの第２の部分４２８ｂと平行であってもよく、及び／又は、上部波トラップ４０８ａの第２の部分４２８ｂから離隔していてもよい。上部波トラップ４０８ａの第１の部分４２８ａ及び上部波トラップ４０８ａの第２の部分４２８ｂは、第１の金属層４０４の下でＳＩＷと重なる第１の金属層４０４から等間隔に離れて延伸してもよい。上部波トラップ４０８ａの第１の部分４２８ａ及び上部波トラップ４０８ａの第２の部分４２８ｂは、誘電体材料によって分離されてもよい。
【００３１】
ここで図９Ｂを参照すると、図４、図５Ａ、及び図５Ｂの広帯域ＳＩＷアンテナ４００のいずれかの平面図が示されている。給電構造４２０は、給電ビア穴４１６及びリング構造４１８を含むことができる。給電ビア穴の半径「ｒ」、リング構造４１８の半径「ｒ２」、及び／又は、リング構造４１８の厚さは、給電構造４２０のインピーダンスを制御することができる。広帯域ＳＩＷアンテナ４００の基板は、高い誘電率εrを有する材料を含むことができる。ビア４１４間の間隔は、距離「Ｓ」であってもよい。ウェーブトラップを含む第１の金属層４０４の第１の側に最も近いビア４１４からビア４１４の後列（ｂａｃｋ  ｒｏｗ）までの距離は、距離「Ｌ」であってもよい。反射器、及び／又は、ウェーブトラップに平行なビア４１４の２つの列の間の距離は、距離「ａ」であってもよい。ビア４１４の後列から給電構造４２０までの距離は、距離「Ｌｑ」であってもよい。距離「Ｓ」、「ａ」、「Ｌ」、及び／又は、「Ｌｑ」は、広帯域ＳＩＷアンテナ４００の帯域幅、及び／又は、共振周波数に影響を与えることができる。
【００３２】
ここで図９Ｃを参照すると、図４、図５Ａ、及び図５Ｂの広帯域ＳＩＷアンテナ４００のいずれかの断面背面図が示されている。給電ビア４１６は、第１の金属層４０４から高誘電率εrを有する基板のＳＩＷ内まで延伸することができる。供給ビアは、高さＬｐを有することができる。いくつかの実施形態においては、高さＬｐが共振周波数を決定してもよい。ビア４１４は、第１の金属層４０４から第２の金属層４２２まで延伸してもよい。
【００３３】
ここで図１０を参照すると、従来のＳＩＷアンテナを含むスマートフォンのような無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンが示されている。不規則な放射パターンが、従来のＳＩＷアンテナを含む無線電子デバイス１０１の周囲に形成される。無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンは、顕著な指向性の歪みを持つ。ここで図１１を参照すると、図１Ａの単一のパッチアンテナを含む、スマートフォンのような無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンが示されている。放射パターンは、図１１に示すように、無線電子デバイス１０１の一方向のみが良好な放射特性を有することから、無線電子デバイス１０１がある方向において良好な性能を発揮することができるような有意な指向性の挙動を示す。
【００３４】
ここで図１２を参照すると、図４、図５Ａ、及び／又は、図５Ｂのいずれかの広帯域ＳＩＷアンテナ４００を含む、スマートフォンのような無線電子デバイス１０１の周囲の放射パターンが示されている。無線電子デバイス２０１の周囲の放射パターンは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００を含む無線電子デバイスの前面及び背面周辺の空間をカバーする広範な放射（ｂｒｏａｄ、ｅｎｃｏｍｐａｓｓｉｎｇ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）によって、ほとんど指向性の歪みを示さない。
【００３５】
図１３を参照すると、図４、図５Ａ、又は、図５Ｂのいずれかの広帯域ＳＩＷアンテナ４００の周波数応答が示されている。この非限定的な例においては、図４、図５Ａ、又は、図５Ｂの広帯域ＳＩＷアンテナ４００は、３０ＧＨｚ近傍の共振周波数応答を有するように設計されている。この共振周波数の周囲の−１０ｄＢのリターンロスを伴う帯域幅は、約３．０ＧＨｚであることができる。このアンテナによって、共振周波数の周囲に提供される低いリターンロスを有するこの広い帯域幅は、この帯域幅範囲内のいくつかの異なる周波数で使用する可能性を伴って、優れた信号の完全性を提供する。
【００３６】
図１４を参照すると、図４、図５Ａ、又は、図５Ｂのいずれかの広帯域ＳＩＷアンテナ４００の周波数応答１４０６が、図１Ａのパッチアンテナの周波数応答１４０４、及び、従来のＳＩＷアンテナの周波数応答１４０２と比較して示されている。広帯域ＳＩＷアンテナの周波数応答１４０６は、パッチアンテナ、又は、従来のＳＩＷアンテナと比較してはるかに広い帯域幅（例えば、＞３ＧＨｚ）を提供する。
【００３７】
ここで図１５を参照すると、２つのＳＩＷを含む双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００が示されている。議論を容易にするために、２つのアンテナ素子４００ａ及び４００ｂが示されている。しかしながら、この概念は、例えば、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）アプリケーション用、及び／又は、ダイバーシティ通信用の４つ以上のアンテナ素子等の追加のアンテナ素子を含むアレイに適用することができる。アンテナ素子は、ＭＩＭＯ通信で使用するためにサブアレイにグループ化することができる。図１５の広帯域アレイアンテナ１５００は、互いに隣接する２つの広帯域ＳＩＷアンテナ素子４００ａ及び４００ｂを含むことができる。アンテナ４００ｂは、図５Ａのアンテナ４００と同様であってもよい。２つのＳＩＷ、４１２ａ及び４１２ｂは、広帯域アレイアンテナ１５００に含まれてもよい。これらのＳＩＷは、離隔していてもよい。上部波トラップ４０８ａ、４０８ｂ、及び４０８ｃは、第１の金属層４０４から延伸してもよい。下部波トラップ４１０ａ、４１０ｂ、及び４１０ｃは、第２の金属層４２２から延伸してもよい。上部波トラップ４０８ｂは、２つのＳＩＷ４１２ａ及び４１２ｂの間にあってもよく、下部波トラップ４１０ｂは、２つのＳＩＷ４１２ａと４１２ｂの間にあってもよい。上部波トラップ４０８ｂ及び下部波トラップ４１０ｂは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００ａ及び４００ｂの両方からの放射信号を捕捉（ｔｒａｐ）、及び／又は、形成（ｓｈａｐｅ）するように機能することができる。広帯域ＳＩＷアンテナ４００ａの反射器４０６ｂは、第１の金属層４０４上にあってもよく、一方、隣接する広帯域ＳＩＷアンテナ４００ｂの反射器４０６ａは、第２の金属層４２２上にあってもよい。２つ以上の広帯域ＳＩＷアンテナを有するいくつかの実施形態においては、隣り合うＳＩＷアンテナの反射器は、対向する金属層の上にあってもよい。言い換えると、反射器の位置は、隣接する広帯域ＳＩＷアンテナのための第１の金属層と第２の金属層との間で互い違い（ａｌｔｅｒｎａｔｅ）となる。この互い違いの反射器の位置は、アンテナの双方向性の挙動を改善することができ、隣接するアンテナ素子間の信号が互いに干渉しにくいため、デバイスによるより低い電力消費を提供することができる。広帯域ＳＩＷアンテナ４００ａ、４００ｂのそれぞれは、それぞれの給電構造４２０ａ、４２０ｂを含むことができる。
【００３８】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００を含む、スマートフォンのような無線電子デバイスの周囲の放射パターンを示す。ここで図１６Ａを参照すると、図１５の広帯域ＳＩＷアンテナ素子４００ａによる放射パターンが示されている。無線電子デバイスの周囲の放射パターンは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００ａを含む無線電子デバイスの前面及び背面周辺の空間をカバーする広範な放射によって、ほとんど指向性の歪みを示さない。ここで図１６Ｂを参照すると、図１５の広帯域ＳＩＷアンテナ素子４００ｂによる放射パターンが示されている。無線電子デバイスの周囲の放射パターンは、広帯域ＳＩＷアンテナ４００ｂを含む無線電子デバイスの前面及び背面周辺の空間をカバーする広範な放射によって、ほとんど指向性の歪みを示さない。
【００３９】
ここで図１７を参照すると、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００を含む無線電子デバイスに沿った、２９．５ＧＨｚ励起における絶対遠方界利得が示されている。軸シータ（θ）は、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００の周囲のｙ−ｚ平面を表し、軸ファイ（φ）は、ｘ−ｙ平面を表す。絶対遠方界利得は、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００の周囲のｘ−ｙ平面及びｙ−ｚ平面の両方において、優れた利得特性を示す。遠方界利得は、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００の周囲のｙ−ｚ平面において、例えば、０°から３６０°のスパンで双方向に広がる。図１７に示すように、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００は、図３のパッチアンテナの劣化した絶対遠方界利得の結果と比較して、ｙ−ｚ平面の６０°から１２０°の信号カバーにおいて、良好な利得特性を提供する。
【００４０】
さらに、図１５の上部波トラップ４０８及び下部波トラップ４１０は、隣接するアンテナ素子４００ａと４００ｂとの間の相互結合（ｍｕｔｕａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を大幅に低減し、それによって干渉を低減する。ここで図１８を参照すると、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００の相互結合及びリターンロスが示されている。図１８のグラフ１８０３及び１８０４は、隣接するアンテナ素子４００ａと４００ｂとの間の相互結合を示す。２９．５ＧＨｚの共振周波数においては、相互結合は約−３７ｄＢであり、図１５の上部波トラップ４０８及び下部波トラップ４１０の影響により、非常に低い相互結合を示す。グラフ１８０１及び１８０２は、アンテナ素子４００ａ及び４００ｂのリターンロスを示す。２９．５ＧＨｚの共振周波数においては、リターンロスは約−２５ｄＢであり、各アンテナ素子のリターンロスが非常に低いことを示している。
【００４１】
ここで図１９を参照すると、ウェーブトラップ有り及び無しにおけるアレイアンテナにおける相互結合が示されている。グラフ１９０１は、図１５の双方向指向性広帯域アレイアンテナ１５００における相互結合を示し、一方、グラフ１９０２は、ウェーブトラップのない場合の同様のＳＩＷアレイアンテナの場合を示す。２９．５ＧＨｚの共振周波数においては、相互結合の差は約２０ｄＢであり、本明細書で論じるようなウェーブトラップを含むアンテナ素子間の相互結合を著しく低下させることを示している。
【００４２】
図２０は、本発明のいくつかの実施形態による、アンテナ２００１を含む無線通信端末２０００のブロック図である。アンテナ２００１は、図４、図５Ａ、又は、図５Ｂのいずれかの広帯域ＳＩＷアンテナ４００を含むことができ、及び／又は、図１５の広帯域アレイアンテナ１５００を含むことができ、及び／又は、本発明の様々な他の実施形態に従って構成することができる。ここで図２０を参照すると、端末２０００は、アンテナ２００１、トランシーバ２００２、プロセッサ２００８を含み、さらに、従来のディスプレイ２０１０、キーパッド２０１２、スピーカ２０１４、メモリ２０１６、マイクロフォン２０１８、及び／又は、カメラ２０２０を含むことができ、これらのうちの１つ以上は、アンテナ２００１に電気的に接続されることができる。
【００４３】
トランシーバ２００２は、それぞれのＲＦ供給部（ＲＦ  ｆｅｅｄ）を介してアンテナ２００１の異なる放射素子にＲＦ信号を供給／受信するための別個の通信経路を提供する送信／受信回路（ＴＸ／ＲＸ）を含むことができる。従って、アンテナ２００１が図１５に示すような２つのアンテナ素子４００ａ及び４００ｂを含む場合、トランシーバ２００２は、図１５の給電構造４２０ａ及び４２０ｂのそれぞれを介してアンテナ素子の異なる１つにそれぞれ接続された２つの送信／受信回路２００４、２００６を含むことができる。
【００４４】
プロセッサ２００８とともに協働するトランシーバ２００２は、１つ以上の周波数範囲で少なくとも１つの無線アクセス技術に従って通信するように構成されてもよい。少なくとも１つの無線アクセス技術は、ＷＬＡＮ（例えば８０２．１１）、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ、３ＧＰＰ  ＬＴＥ（３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（ＵＭＴＳ）、グローバルスタンダードフォーモバイル（ＧＳＭ）通信、汎用パケット無線サービス（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）（ＧＰＲＳ）、エンハンスドデータレートフォーＧＳＭエボリューション（ＥＤＧＥ）、ＤＣＳ、ＰＤＣ、ＰＣＳ、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、ワイドバンド−ＣＤＭＡ、及び／又は、ＣＤＭＡ２０００を、限定することなく、含むことができる。本発明による実施形態においては、他の無線アクセス技術、及び／又は、他の周波数帯域も使用することができる。
【００４５】
放射素子の相対的な幅、導電性の長さ、及び／又は、形状、及び／又は、アンテナの他の素子のような、図４〜図９Ｃ及び図１５に示すアンテナ部品の特定の特性は、本発明の範囲内で変更することができる。従って、本発明の原理から実質的に逸脱することなく、多くの変形および修正を実施形態に対して行うことができる。このような変形及び修正のすべては、本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００４６】
上述した広帯域ＳＩＷアンテナのアンテナ構造及びウェーブトラップを含む広帯域ＳＩＷアンテナのアレイは、均一な放射パターンを有するモバイルデバイスの周囲の３次元空間をカバーする高利得信号を生成することによってアンテナ性能を改善することができる。いくつかの実施形態においては、広帯域ＳＩＷアンテナの帯域幅を改善するために、反射器を追加することによって、さらなる性能改善を得ることができる。記載された本発明の概念は、無指向性放射、及び／又は、広い帯域幅を有するアンテナ構造を生成する。
【００４７】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、実施形態を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上他に明白に示されていない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、及び／又は、これらの変形は、記載された特徴、ステップ、操作、素子、及び／又は、部品の存在を特定し、他の１つ以上の、特徴、ステップ、操作、素子、部品、及び／又は、これらのグループの存在又は追加を排除するものではないことが理解されよう。
【００４８】
ある素子が別の素子に、「ｃｏｕｐｌｅｄ（結合）」、「ｃｏｎｎｅｃｔｅ（接続）」又は、「ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ（応答）」すると言及される場合、それは、他の素子に直接的に結合され、接続され、又は応答することができること、又は、介在する素子が存在してもよいことを理解されよう。一方、ある素子が別の素子に「直接的に結合」、「直接的に接続」又は「直接的に応答」と言及される場合には、介在する素子は存在しないことを理解されよう。本明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意の及びすべての組み合わせを含む。
【００４９】
「ａｂｏｖｅ（情報）」、「ｂｅｌｏｗ（下方）」、「ｕｐｐｅｒ（上）」、「ｌｏｗｅｒ（下）」、「ｔｏｐ（上部）」、「ｂｏｔｔｏｍ（下部）」等のような空間的、且つ、相対的な用語は、ここでは、図に示されるような、ある素子又は特徴の、１つ以上の他の素子又は特徴との関係を表現するための表記を容易にするための用いることができる。空間的、且つ、相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用又は操作中の装置の異なる向きを包含することを意図していることが理解されよう。例えば、図中の装置がひっくり返された場合、他の素子又は特徴の「下方（ｂｅｌｏｗ）」として記載された素子は、他の素子又は特徴の「上方（ａｂｏｖｅ）」に向くこととなる。従って、「下方（ｂｅｌｏｗ）」という用語は、上方及び下方の両方向を包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度又は他の向きに回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的且つ相対的な記述はそれに従って解釈される。簡潔さ、及び／又は、明瞭さのために、周知の機能又は構成を詳細に説明することはない。
【００５０】
「第１」、「第２」等の用語は、本明細書では様々な素子を説明するために使用されるが、これらの素子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。これらの用語は、ある素子を別の素子と区別するためにのみ使用される。従って、第１の素子は、本実施形態の教示から逸脱することなく第２の素子と呼ぶことができる。
【００５１】
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本実施形態が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義された用語のような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明確に定義されていない限り、理想化された、又は、過度に形式化された意味で解釈されるべきものではないことが理解されよう。
【００５２】
上述の説明及び図面に関連して、多くの異なる実施形態が本明細書に開示されている。これらの実施形態のすべての組み合わせ及びサブコンビネーションを文字通り説明及び図示することは、不当に反復的であり、難しくすることが理解されよう。従って、図面を含む本明細書は、本明細書に記載された実施形態のすべての組み合わせ及びサブコンビネーション、ならびにそれらを作成及び使用する方法及びプロセスの完全な記述を構成すると解釈され、このような組み合わせ又はサブコンビネーションのいくつかの請求項をサポートすることができる。
【００５３】
図面及び明細書では、様々な実施形態が開示されており、特定の用語が使用されているが、それらは一般的且つ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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