(57)【要約】  本発明は例えばセットトップボックスのような電子装置のためのスロットアンテナに関連する。誘電体材料(310，320，330，340，350)と電極(240，360)とを有する印刷回路基板(210)は、長方形スロット(120)の長い方の対辺の位置に電極が結合されるように、電子装置の金属筐体(110)の長方形スロットの中に延在する。カップリングのレベルに影響するように或いはリターンロス動作点を最適化するように、カップリングは容量性であってもよい。スロットの中に誘電体が存在することは、所定の波長に対して、より短いスロットを利用可能にする。
2015518308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形スロットを有する金属筐体と、
誘電体材料を有する印刷回路基板と、
前記印刷回路基板における２つの電極と
を有する装置であって、前記誘電体材料を有する前記印刷回路基板の部分は、前記長方形スロットの長い方の対辺の位置に前記電極が結合されるように、前記金属筐体の前記長方形スロットの中に延在する、装置。
【請求項２】
前記電極は、前記長方形スロットの長い方の対辺の位置で容量結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電極に接続されたバランを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バランは、前記印刷回路基板の表面に実装されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記バランに接続された無線周波数トランシーバを有する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記無線周波数トランシーバは、前記長方形スロットをアンテナとして使用して通信を行うように動作する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記無線周波数トランシーバは、約2.4GHz又は5GHzのうち少なくとも１つにおいて動作する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記印刷回路基板が多層印刷回路基板である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記電極は、前記多層印刷回路基板の内層に形成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記長方形スロットの長さが約31.25mmであり、前記電極は前記印刷回路基板の端部から約3.125mm隔たっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記長方形スロットの長さが約31.25mmであり、前記電極は前記印刷回路基板の端部から約6.25mm隔たっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記長方形スロットの長さが約31.25mmであり、前記電極は前記印刷回路基板の端部から約12.5mm隔たっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記長方形スロットの高さが約0.9mmである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記長方形スロットの中に延在する前記印刷回路基板の部分は、前記長方形スロットを実質的に満たす、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置を有するテレビジョンセットトップボックスシステム。
【請求項１６】
長方形スロットを有する金属筐体と、
印刷回路基板と、
前記印刷回路基板における２つの電極に接続されたバランと、
無線周波数トランシーバと
を有するセットトップボックスであって、
前記印刷回路基板の部分は、前記長方形スロットの長い方の対辺の位置に前記電極が容量結合されるように、前記長方形スロットの中に延在し、
前記バラン及び前記電極により形成される信号経路により駆動されるアンテナとして前記長方形スロットを使用することで、前記無線周波数トランシーバは信号を送受信するように動作する、セットトップボックス。
【請求項１７】
前記無線周波数トランシーバは、約2.4GHz又は5GHzのうち少なくとも１つにおいて動作する、請求項１６に記載のセットトップボックス。
【請求項１８】
前記無線周波数トランシーバは、前記長方形スロットをアンテナとして使用することにより、無線周波数リモートコントローラから信号を受信するように動作する、請求項１６に記載のセットトップボックス。
【請求項１９】
前記無線周波数トランシーバは、前記長方形スロットをアンテナとして使用することにより、無線ルータへ信号を送信しかつ無線ルータから信号を受信するように動作する、請求項１６に記載のセットトップボックス。
【請求項２０】
電子装置の通信のための方法であって、
無線周波数トランシーバにより信号を生成するステップと、
誘電体材料を有する印刷回路基板における電極に前記信号を送るステップと、
を有し、前記印刷回路基板の部分は、長方形スロットの長い方の対辺の位置に前記電極が容量結合し、前記長方形スロットをアンテナとして使用できるように、前記電子装置の金属筐体の前記長方形スロットの中に延在する、方法。
【請求項２１】
前記電子装置はテレビジョンセットトップボックスを有する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置、セットトップボックス及び通信方法等に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は一般に電子装置のスロットアンテナ等に関連する。誘電体材料と電極とを有する印刷回路基板は、長方形スロットの長い方の対辺の位置に電極が結合されるように、電子装置の金属筐体の長方形スロットの中に延在する。スロットの中に誘電体が存在することは、所定の波長に対して、より短いスロットを利用可能にする。
【０００３】
この「背景技術」の欄は、後述する本発明の様々な形態に関連するかもしれない様々な技術を読者に紹介するように意図されている。本説明は、背景に関する情報を読者に提供し、本発明の様々な形態の十分な理解を促すことに資すると考えられる。従って「背景技術」の欄の説明はそのような観点から理解されるべきであり、自認した従来技術として解釈されるべきでない。
【０００４】
テレビジョン及びテレビジョンセットトップボックスの役割は、放送コンテンツの提供を超えて拡大しつつある。これらの装置は、例えばインターネットのような他のコンテンツソースに対するポータルに進化しつつあり、また、家庭のメディアハブとしても機能しつつある。ユーザは、テレビジョンやセットトップボックスに対して、モバイルコンピュータ装置から関与又は制御できることを、次第に期待しつつある。これらの機能を提供するにはネットワーク接続が必要になる。
【０００５】
多くの家庭において、テレビジョンやセットトップボックスは、ケーブルモデム、DSLモデム又はその他の装置(ローカルエリアネットワーク接続やインターネットアクセスの機能を家庭に提供する装置)と同じ場所には存在しない。多くの家庭では、テレビジョンやセットトップボックスとネットワークルータとの間の有線ネットワーク接続に相応しい配線が欠如している。従って、テレビジョンやセットトップボックス等が無線ネットワーク通信機能を有することが有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無線ネットワーク化は、テレビジョンやセットトップボックスに対してコストや複雑さを増やしてしまう。追加的なネットワーク用の電子装置に加えて、1つ以上のアンテナも必要になる。
【０００７】
かつてテレビジョン及びセットトップボックスは外部アンテナ及び内部アンテナ双方を使用しており、何れも大きな欠点を有する。外部アンテナの場合、一般に、装置の筐体の中の電子機器にアンテナを接続するために、同軸ケーブルが使用される。しばしば、印刷された素子又はプリントアンテナを駆動するために電子機器が装置の外部に設けられる。これらの外部アンテナは、付加的な費用を要すること、追加的な設定を要すること、複雑さが増えてしまうこと、更にユーザの環境を乱してしまうこと等のような欠点を有する。
【０００８】
他の実現手段は内部アンテナを利用している。これは、一般に、装置筐体の少なくとも一部がプラスチック製であり、放射を効果的に実行できるようにする必要がある。これは装置コストの増加、組み立てコストの増加、装置全体の統合性の減少を招いてしまう。更に、筐体の残りの金属部分又は内部アンテナ近辺の他の金属部分は、放射パターンの劣化や望まれない変形を引き起こしてしまうことが懸念される。
【０００９】
かつての外部及び内部アンテナの欠点の多くを軽減しつつ同程度以上の機能を提供するアンテナであって、セットトップボックス等で使用される低コストかつ高性能なアンテナを構築することが望まれている。本願で説明される発明はこれら及び/又は他の問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態による装置は、
長方形スロットを有する金属筐体と、
誘電体材料を有する印刷回路基板と、
前記印刷回路基板における２つの電極と
を有する装置であって、前記誘電体材料を有する前記印刷回路基板の部分は、前記長方形スロットの長い方の対辺の位置に前記電極が結合されるように、前記金属筐体の前記長方形スロットの中に延在する、装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スロットアンテナを有するセットトップボックスの外観を示す図。
【図２】誘電体スロットアンテナを示す図。
【図３】テレビジョンのセットトップボックスにおける誘電体スロットアンテナの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態の概要＞
上記の問題に対処するため、本願では電子装置のためのスロットアンテナが開示される。誘電体材料及び電極を有する印刷回路基板は、長方形スロットの長い方の対辺の位置に電極が結合されるように、電子装置の金属筐体の長方形スロットの中に延在する。スロットの中に誘電体が存在することは、所定の波長に対して、より短いスロットを利用可能にする。以下、本発明に関する上記及び他の形態が、添付図面を参照しながら詳細に説明される。
【００１３】
＜図面＞
添付図面を考慮して発明の実施形態に関する説明を参照することにより、本発明に関する上記及び他の特徴及び利点並びにそれらを実現する方法は、更に明らかになり、本発明は十分に理解される。
【００１４】
図1はスロットアンテナを有するセットトップボックスの外観図を示す。
【００１５】
図2は誘電体スロットアンテナを示す図である。
【００１６】
図3はテレビジョンのセットトップボックスにおける誘電体スロットアンテナの側面図を示す。
【００１７】
本願で説明されている例は本発明の好ましい実施形態に関連するが、そのような実施形態は如何なる方法によっても本発明の範囲を限定するものとして解釈してはならない。
【００１８】
＜実施の形態の詳細な説明＞
本願で説明されているように、本発明は電子装置のスロットアンテナ等を提供する。誘電体材料及び電極を有する印刷回路基板は、長方形スロットの長い方の対辺の位置に電極が結合されるように、電子装置の金属筐体の長方形スロットの中に延在する。スロットの中に誘電体が存在することは、所定の波長に対して、より短いスロットを利用可能にする。
【００１９】
本発明は好ましい設計事項を含むように説明されているが、本発明は本願の精神及び範囲内で更に修正されることが可能である。すなわち本願は一般的な原理を用いて本発明に対して為される任意の変形例、使用例又は適用例を包含するように意図されている。更に本願は、本願の記載事項に対するそのような変更が、添付図の特許請求の範囲及び本発明が関連する技術分野における均等事項の範囲内に含まれるように意図されている。
【００２０】
本発明は、テレビジョンのセットトップボックス、テレビジョン、コンピュータ装置、その他の無線周波数を送受信する必要がある電子装置等において実施されてよい。
【００２１】
図1はセットトップボックスシステム100を示す。セットトップボックス100はスロット120を有する金属ハウジング110を有する。「ハウジング」は、筐体等と言及されてもよい。「スロット」は孔、溝、隙間、切り欠き等と言及されてもよい。セットトップボックス100の正面パネルは、例えば、ディスプレイその他のステータスインジケータに加えて、ユーザ制御部等を含んでいてもよい。不図示の背面パネルは、例えば、ビデオ、オーディオ及びネットワーク接続のためのコネクタ等を含んでいてもよい。金属ハウジング110は様々な要素を包囲し、例えば、チューニング回路(同調回路)、マイクロプロセッサ、メモリ、電源及びハードドライブ等を取り囲んでいてもよい。
【００２２】
スロット120の適切な長さは、対象の送信波長(通信波長)により決定される。ワイヤレスホームネットワーキングの場合、2.45GHz及び5GHzは一般的な周波数である。ブルートゥース(登録商標)標準規格を利用するパーソナルエリアネットワーク(PAN)は2.4GHzで動作してもよい。
【００２３】
開放スロット(open  slot)の場合、電磁放射は近似的にcの速度を有する。従って、2.4GHzの信号の波長は次のように算出される。
【００２４】
【数１】
2015518308.tif 000003
特定の波長で送信又は受信を行うように意図される従来のスロットアンテナは、そのような波長の半分の長さを有する。すなわち、2.4GHz用のスロットアンテナは、0.125mの半分に等しい長さ(すなわち、62.5mm)を有する。
【００２５】
62.5mmの長さは大型装置では実用的であるが、設計の小型化、コスト及び構造的な理由等の観点からは、スロットは更に小さいことが望ましい。スロット内に誘電体が存在すると、(対応する)電波の波長は短くなり、従ってスロットアンテナに必要な長さは短くなる。
【００２６】
誘電体が存在する場合、電磁放射の速度は次のように減少する。
【００２７】
【数２】
2015518308.tif 000004
ここで、εrは誘電体の比誘電率である。従って、スロットの中に誘電体が存在する場合、2.4GHzの信号の波長は、次のようにして決定される。
【００２８】
【数３】
2015518308.tif 000005
例えば、比誘電率εrが4であった場合、信号の波長は半分に減る。従ってスロットに必要な長さもそれに応じて半分に減少する。本発明に従って設計されるアンテナ装置を形成する印刷回路基板(PCB)は、スロットアンテナ誘電体として機能する。
【００２９】
図2は本発明の実施形態に関する平面図(上)を示す。PCB210上のバラン(又はバルン)220は、フィードライン230を介して上位電極240に接続され、かつ不図示の別のフィードラインを介してPCB210の裏面(反対側の面)にある不図示の別の電極に接続される。「フィードライン」は、給電線、給電ライン等と言及されてもよい。バラン220は不平衡ライン260を介してコネクタ250に接続され、コネクタ250は、セットトップボックス内の他の回路にアンテナを接続するために使用される。好ましい実施形態では、コネクタ250は同軸コネクタである。一実施形態において、コネクタはSMA(Sub  Miniature  version  A)コネクタであってもよい。PCB210における図示されている部分又は他の部分に、他の要素や他の接続が存在していてもよい。PCB210は、STB100の金属ハウジング110のスロット120の中に挿入されている。
【００３０】
図示の実施形態の場合、PCB210は、主に、アンテナの機能をサポートする(担う)ように限られている。他の実施形態では、PCB210は様々な機能を含む更に大きなPCBであってもよく、コネクタ250は必須ではない。
【００３１】
好ましい実施形態では、50、100又は200Ω等のようなインピーダンスに関するバラン変換器が使用されてもよい。50Ωバランを利用する例で使用可能なバランは、例えば、アナレン(Anaren)(登録商標)モデルBD2425J5050A00であってもよい。スロットに対する電極240の位置は、選択されたインピーダンスに応じて変更されてよい。50Ωバランを利用する一実施形態の場合、電極は、印刷回路基板の端部(又は辺端部)及びスロットの端部から約3.125mm隔たっていてもよい。バランにおけるインピーダンスが50Ωに十分には近くなかった場合、当該技術分野で知られているインピーダンス整合回路が使用されてもよい。
【００３２】
図3は図2に示す構造の側断面を示す。図示の例におけるPCB210は誘電体層310、320、330、340、350を有する。PCB210は、STB100の金属ハウジング110のスロット120内に挿入されている。図示の形態において、第1、第2の電極240、360はそれぞれPCB210の上面及び底面に位置している。電極240、360は、銅で印刷され、スロットに対するカップリング手段として機能する。一実施形態において、電極240、360とスロット端部との間のはんだマスク層が誘電体として機能してもよい。
【００３３】
図2に示されているように、PCB210上のバラン220は、フィードライン230を介して上位電極240に接続され、かつ不図示の別のフィードラインを介してPCB210の裏面(反対側の面)にある下位電極360に接続される。バラン220はコネクタ250に接続され、コネクタ250は、セットトップボックス内の他の回路にアンテナを接続するために使用される。
【００３４】
スロットアンテナの駆動点(動作点、給電点)に平衡ラインを直接的に接続する代わりに、平衡ラインは容量結合されてもよい。好ましい実施形態において、その際の容量結合自体は、アンテナで使用される周波数において無視できる程度のインピーダンスしか有しない。アンテナの設計は、基板とアンテナとの間の結合効率を最大化するように適合させてもよい。例えば、多層PCBの場合、第1、第2の電極240、360がPCB210の薄い内層(inner  layer)に位置し、更に大きな結合(カップリング)をもたらしてもよい。その場合の金属電極240より上位の(1つ以上の)PCB層は誘電体として機能し、励起(給電、駆動)されるスロットの地点と電極との間の容量を変える。電極240、360の形状は結合(カップリング)の度合いに影響する程度に修正されることが可能である。設計の際の選択は、アンテナを駆動する装置の駆動点リターンロスとアンテナの放射効率とを最適化するように行われてもよい。
【００３５】
好ましい一実施形態において、PCB210は近似的に0.118mm、0.13mm、0.41mm、0.13mm、0.118mmの厚みの5つの誘電体層310、320、330、340、350を有し、それぞれ近似的に3.99、3.91、4.07、3.91、3.99の誘電定数を有する。従って、この好適な実施形態の場合、平均的な比誘電率は、次のようになる。
【００３６】
【数４】
2015518308.tif 000006
上述したように、スロット内の誘電体の比誘電率が4である場合、信号の波長を半分に短縮できるので、必要なスロット長を半分に短縮できる。
【００３７】
PCB210はスロット120のみが形成されている金属筐体により包囲され、コネクタが信号伝搬経路を提供する。これは、モノポール、ダイポール又は螺旋アンテナ等のような任意の数の放射素子がPCB210の表面に印刷されることが可能な構造を提供する。アンテナの後部を完全にカバーする一方スロットからの放射を可能にする空洞(キャビティ)は、後方への放射を抑制する望ましい効果を奏し、スロットの方向に応じた優れた指向性を提供することができる。よりいっそう無指向性カバレッジを利用する形態では、空洞/スロットが使用されず、PCBのスロットがない方向からの放射が強くなる。後部側の結合のためのビアは、そのような放射を遮るほどの実効性はない。その場合、空洞は信号の高調波を強く反射するように設計され、バンドパスフィルタとして機能する。送信機の多くの実現手段は、高調波を削減するための何らかのローパスフィルタを有する。上記の形態はそのような個別素子の必要性を排除する。
【００３８】
以上、本発明は特定の実施形態の観点から説明されてきたが、変更がなされてもよく、そのような変更も本発明の範囲に属することが理解されるであろう。例えば、セットトップボックスの機能部は、(テレビジョンディスプレイとは)別個の筐体の中に収容されてもよいし、テレビジョンディスプレイ自体の筐体の中に収容されてもよい。また、テレビジョン装置の筐体に形成されるスロットはアンテナとして使用されてもよい。PCBの中で様々な又は異なる誘電体材料を利用することにより、スロット長の様々な短縮が実現されてもよい。様々なスロット形状は例えば2.4GHz及び5.8GHz等のような複数の周波数による受信を可能にする。更に、通信に適切な場合には異なる数のアンテナが組み合わせて使用されてもよい。
【図１】
2015518308.tif 000007
【図２】
2015518308.tif 000008
【図３】
2015518308.tif 000009
【国際調査報告】
2015518308.tif 000010
2015518308.tif 000011
2015518308.tif 000012