JP2022081378A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】互いに異なる複数の周波数帯域に対する送受信手段を提供しながらも容易に小型化できるアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１００は、第１ＲＦ信号を送受信する誘電体共振器アンテナ１６０と、第２ＲＦ信号を送受信し誘電体共振器アンテナ１６０と垂直方向に少なくとも一部が重畳するパッチアンテナパターン１１２ａと、誘電体共振器アンテナ１６０に給電する第１フィードビア１２１ａと、パッチアンテナパターン１１２ａに給電する第２フィードビア１２２ａを含み、第１ＲＦ信号の周波数は第２ＲＦ信号の周波数より低い。【選択図】図１
Description
本記載は、アンテナ装置に関するものである。
移動通信のデータトラフィック（Ｄａｔａ Ｔｒａｆｆｉｃ）は毎年飛躍的に増加する傾向である。このような飛躍的なデータを無線網でリアルタイムに支援するために活発な技術開発が進行中である。例えば、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇ）基盤データのコンテンツ化、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）、ＳＮＳと結合したライブＶＲ／ＡＲ、自律走行、シンクビュー（Ｓｙｎｃ Ｖｉｅｗ、超小型カメラを用いて使用者時点リアルタイム映像伝送）などのアプリケーション（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）は大容量のデータのやり取りができるように支援する通信（例：５Ｇ通信、ｍｍＷａｖｅ通信など）を必要とする。
したがって、最近、５世代（５Ｇ）通信を含むミリメートルウェーブ（ｍｍＷａｖｅ）通信が活発に研究されており、これを円滑に実現するアンテナ装置の常用化／標準化のための研究も活発に行われている。
高い周波数帯域（例：２４ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、３６ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、６０ＧＨｚなど）のＲＦ信号は伝達される過程で吸収されやすくて損失につながるので、通信の品質は急激に落ちることがある。したがって、高い周波数帯域の通信のためのアンテナは既存のアンテナ技術とは異なる技術的接近法が必要になり、アンテナ利得（Ｇａｉｎ）確保、アンテナとＲＦＩＣの一体化、ＥＩＲＰ（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｒａｄｉａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）確保などのための別途の電力増幅器など特殊な技術開発を要求することがある。
一実施形態は、互いに異なる複数の周波数帯域に対する送受信手段を提供しながらも容易に小型化できるアンテナ装置を提供するためのものである。
一実施形態は、アンテナの帯域幅を広く確保しながら利得を改善するためのものである。
一実施形態は、互いに異なる複数の周波数帯域間の隔離度を向上させて互いに異なる複数の周波数帯域それぞれの利得を向上させることができるアンテナ装置を提供するためのものである。
一実施形態によれば、アンテナ装置は、第１ＲＦ信号を送受信する誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）、第２ＲＦ信号を送受信し誘電体共振器アンテナと垂直方向に少なくとも一部が重畳するパッチアンテナパターン、誘電体共振器アンテナに給電する第１フィードビア、そしてパッチアンテナパターンに給電する第２フィードビアを含み、第１ＲＦ信号の周波数は第２ＲＦ信号の周波数より低い。
誘電体共振器アンテナの誘電率は、パッチアンテナパターンが実現されている誘電層の誘電率より高くてもよい。
アンテナ装置は、第１フィードビアを誘電体共振器アンテナに電気的に連結させる第３フィードビアをさらに含むことができる。
誘電体共振器アンテナは、第１誘電体ブロック、第１誘電体ブロックの上に位置するポリマー層、そしてポリマー層の上に位置する第２誘電体ブロックを含むことができる。
アンテナ装置は、第１誘電体ブロックの上面に位置し、第３フィードビアと電気的に連結されている金属パッチをさらに含むことができる。
アンテナ装置は、第１フィードビアと電気的に連結されており、第１フィードビアから遠くなる方向に拡張されているストリップパターンをさらに含むことができる。
アンテナ装置は、パッチアンテナパターンにカップリングされており、第１フィードビアに近接して位置する複数の遮蔽ビアをさらに含むことができる。
複数の遮蔽ビアは、パッチアンテナパターンに送受信される信号から第１フィードビアを遮蔽することができる。
第１フィードビアは、互いに偏波である第１－１ＲＦ信号と第１－２ＲＦ信号がそれぞれ通過する第１－１フィードビアおよび第１－２フィードビアを含むことができる。
第２フィードビアは、互いに偏波である第２－１ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号がそれぞれ通過する第２－１フィードビアおよび第２－２フィードビアを含むことができる。
アンテナ装置は、前記第２フィードビアの上端に電気的に連結されており、少なくとも一部分が巻線形態である巻線フィードパターン（ｗｉｎｄｉｎｇ ｆｅｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ）をさらに含むことができる。
巻線フィードパターンは、巻線フィードパターンの端部が延長されている延長パートを含むことができる。
アンテナ装置は、第１誘電率を有する誘電層、誘電層に位置するパッチアンテナパターン、パッチアンテナパターンの上に位置し、第２誘電率を有する誘電体共振器アンテナ、誘電体共振器アンテナにカップリングされている第１フィードビア、そしてパッチアンテナパターンにカップリングされている第２フィードビアを含み、第２誘電率は前記第１誘電率より高い。
パッチアンテナパターンは、少なくとも一部が誘電体共振器アンテナと垂直方向に重畳してもよい。
一実施形態によれば、互いに異なる複数の周波数帯域に対する送受信手段を提供しながらも容易に小型化できる。
一実施形態によれば、アンテナの帯域幅を広く確保しながら利得を改善することができる。
一実施形態によれば、互いに異なる複数の周波数帯域間の隔離度を向上させて互いに異なる複数の周波数帯域それぞれの利得を向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付けた。
明細書全体で、ある部分が他の部分と"カップリング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）"されているという時、これは直接的にまたは物理的にカップリングされている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的にカップリングされている場合、または非接触カップリングされている場合を含む。
明細書全体で、ある部分が他の部分と"連結"されているという時、これは"直接的にまたは物理的に連結"されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで"間接的にまたは非接触連結"されている場合、または"電気的に連結"されている場合も含む。
明細書全体で、ある部分がある構成要素を"含む"という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
明細書全体で、ある部分が他の部分"の上に"あるという時、これは他の部分"の直上に"ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分"の下に"あるという時、これは他の部分"の直下に"ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
明細書全体で、パターン（ｐａｔｔｅｒｎ）、ビア（ｖｉａ）、プレーン（ｐｌａｎｅ）、ライン（ｌｉｎｅ）、そして電気連結構造体（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、金属材料（例：銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、チタニウム（Ｔｉ）、またはこれらの合金などの導電性物質）を含むことができ、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、サブトラックティブ（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）、アディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）、ＳＡＰ（Ｓｅｍｉ－Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＭＳＡＰ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ－Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）などのメッキ方法によって形成できるが、これに限定されない。
明細書全体で、誘電層および／または絶縁層は、ＦＲ４、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれら樹脂が無機フィラーと共にガラス繊維（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ、Ｇｌａｓｓ Ｃｌｏｔｈ、Ｇｌａｓｓ Ｆａｂｒｉｃ）などの芯材に含浸された樹脂、プリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）、ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ－ｕｐ Ｆｉｌｍ）、ＦＲ－４、ＢＴ（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）、感光性絶縁（Ｐｈｏｔｏ Ｉｍａｇａｂｌｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＰＩＤ）樹脂、一般銅箔積層板（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ、ＣＣＬ）またはガラスやセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）系列の絶縁材などから実現できる。
明細書全体で、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号はＷｉ－Ｆｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリーなど）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリーなど）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ＬＴＥ（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、Ｅｖ－ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＳ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、およびそれ以後のものと指定された任意の他の無線および有線プロトコルによる形式を有することができるが、これに限定されない。
以下、一実施形態によるアンテナ装置について添付された図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す斜視図および側面図である。
図１および図２を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａを含むことによって互いに異なる複数の周波数帯域に対する送受信手段を提供することができる。
アンテナ装置１００は、第１フィードビア１２１ａと第２フィードビア１２２ａを含む。第１フィードビア１２１ａは誘電体共振器アンテナ１６０に直接給電またはカップリングフィーディング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆｅｅｄｉｎｇ）による間接給電を提供することができ、第２フィードビア１２２ａはパッチアンテナパターン１１２ａに直接給電またはカップリングフィーディングによる間接給電を提供することができる。アンテナ装置１００は、選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができる。第３フィードビア１２７ａは第１フィードビア１２１ａおよび誘電体共振器アンテナ１６０を電気的に連結させており、誘電体共振器アンテナ１６０の内部に挿入されている。その他にも、第３フィードビア１２７ａは、誘電体共振器アンテナ１６０の外部表面に配置することができる。誘電体共振器アンテナ１６０は第１フィードビア１２１ａおよび第３フィードビア１２７ａを通じて給電の提供を受けることができ、これにより、給電効率が増大できる。
誘電体共振器アンテナ１６０は給電によって誘電体に共振モードを発生させて電磁波を放射することができる。誘電体共振器アンテナ１６０が待機中である時には誘電体共振器アンテナ１６０の側面は空気と接するように形成できる。誘電体共振器アンテナ１６０は、セラミック物質または誘電率が１より大きい誘電体物質からなり得る。誘電体共振器アンテナ１６０は、体積と誘電率に基づいて共振周波数が決定できる。これにより、誘電体共振器アンテナ１６０を構成する物質の誘電率と面積を活用して、アンテナ装置１００の小型化が可能である。
誘電体共振器アンテナ１６０は、第１フィードビア１２１ａから第１周波数帯域（例：２８ＧＨｚ）の第１ＲＦ信号の提供を受けて送信するか第１ＲＦ信号を受信して第１フィードビア１２１ａに提供することができる。
パッチアンテナパターン１１２ａは、第２フィードビア１２２ａから第２周波数帯域（例：３９ＧＨｚ）の第２ＲＦ信号の提供を受けて送信するか第２ＲＦ信号を受信して第２フィードビア１２２ａに提供することができる。第２ＲＦ信号の周波数は第１ＲＦ信号の周波数より高くてもよい。
誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａはそれぞれ第１および第２周波数帯域に対して共振して、第１および第２信号に対応するエネルギーを集中的に収容して外部に放射することができる。
また、アンテナ装置１００は、グラウンドプレーン２０１ａを含むことができる。グラウンドプレーン２０１ａは誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１１ａ、１１２ａが放射する第１および第２ＲＦ信号のうちのグラウンドプレーン２０１ａに向かって放射される第１および第２ＲＦ信号を反射することができるので、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの放射パターンを特定方向（例：ｚ方向）に集中させることができる。これにより、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの利得は向上できる。
誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの共振は、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａとその周辺の構造に対応するインダクタンスとキャパシタンスの組み合わせによる共振周波数に基づいて発生できる。
誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれの上面および／または下面の大きさは共振周波数に影響を与えることができる。例えば、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれの上面および／または下面の大きさは、放射される第１および第２ＲＦ信号にそれぞれ対応する第１および第２波長に従属的であり得る。
誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの少なくとも一部分は上下方向（例：ｚ方向）に重畳する。これにより、アンテナ装置１００の水平方向（例：ｘ方向および／またはｙ方向）大きさは大幅に減少できるので、アンテナ装置１００は全般的に容易に小型化できる。
誘電体共振器アンテナ１６０を構成する誘電体の誘電率は、パッチアンテナパターン１１２ａが実現されている誘電層１５０の誘電率より高い。これにより、相対的に高い誘電率を有する誘電体共振器アンテナ１６０によって、誘電体共振器アンテナ１６０の電気的長さが短くなり得るため、全体アンテナ装置１００の大きさが小さくなり得る。また、誘電体共振器アンテナ１６０の共振周波数は誘電率と体積に基づいて決められるので、誘電体共振器アンテナ１６０の体積を調節することによって、全体アンテナ装置１００の大きさがさらに小さくなり得、アンテナ装置１００の設計の自由度が増加できる。
誘電体共振器アンテナ１６０は、単一層構造または多層（ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ）構造を有する。誘電体共振器アンテナ１６０が多層構造を有する場合、誘電体共振器アンテナ１６０の帯域幅がさらに十分に確保できる。例えば、単一層の厚さを厚くすることには制約があるので、複数の層を使用する場合、誘電体共振器アンテナ１６０とグラウンドプレーン２０１ａの間の距離が増加して、帯域幅が拡張できる。また、多層構造で、誘電体共振器アンテナ１６０がカップリングフィーディングによって間接給電される場合、誘電体共振器アンテナ１６０で一つの共振を形成させて帯域幅が拡張でき、設計の自由度も増加できる。
アンテナパターン１１２ａが実現されている誘電層１５０は、単一層構造または多層構造を有する。誘電層１５０が多層構造を有する場合、パッチアンテナパターン１１２ａの帯域幅がさらに十分に確保できる。例えば、単一層の厚さを厚くすることには制約があるので、複数の層を使用する場合、パッチアンテナパターン１１２ａとグラウンドプレーン２０１ａの間の距離が増加して、帯域幅が拡張できる。また、多層構造で、パッチアンテナパターン１１２ａがカップリングフィーディングによって間接給電される場合、誘電層１５０で一つの共振を形成させて帯域幅が拡張でき、設計の自由度も増加できる。
誘電体共振器アンテナ１６０と第１フィードビア１２１ａは、電気連結構造体１９０によって連結できる。例えば、電気連結構造体１９０は、ソルダーボール（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｌｌ）、ピン（ｐｉｎ）、ランド（ｌａｎｄ）、パッド（ｐａｄ）のような構造を有することができる。
第１フィードビア１２１ａおよび第２フィードビア１２２ａは、グラウンドプレーン２０１ａの少なくとも一つの貫通ホールを貫通するように配置される。これにより、第１フィードビア１２１ａおよび第２フィードビア１２２ａそれぞれの一端はグラウンドプレーン２０１ａの上側に位置し、第１フィードビア１２１ａおよび第２フィードビア１２２ａそれぞれの他端はグラウンドプレーン２０１ａの下側に位置する。ここで、第１フィードビア１２１ａおよび第２フィードビア１２２ａの他端はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に連結されることによって、第１ＲＦ信号および第２ＲＦ信号をＩＣに提供するか、ＩＣから提供を受けることができる。誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａが放射する第１ＲＦ信号および第２ＲＦ信号のうちのグラウンドプレーン２０１ａに向かって放射する第１ＲＦ信号および第２ＲＦ信号は、グラウンドプレーン２０１ａによって反射されるので、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａとＩＣの間の電磁気的隔離度はグラウンドプレーン２０１ａによって向上できる。これにより、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの放射パターンを特定方向（例：ｚ方向）に集中させることができるので、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの利得は向上できる。
アンテナ装置１００で誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａは、それぞれ第１および第２フィードビア１２１ａ、１２２ａによって上下方向（例：ｚ方向）にＩＣと電気的に連結されている。これにより、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａとＩＣの間の上下方向（例：ｚ方向）の長さが相対的に短いので、第１および第２フィードビア１２１ａ、１２２ａは誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａとＩＣの間の電気的距離を容易に減らすことができる。誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａからＩＣまでの電気的長さが短いため、第１および第２ＲＦ信号のアンテナ装置１００内での伝送エネルギー損失は減少でき、これにより、アンテナ装置１００の利得が改善できる。
また、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの少なくとも一部分が重畳する場合、第１フィードビア１２１ａは誘電体共振器アンテナ１６０に電気的に連結されるためにパッチアンテナパターン１１２ａを貫通するように配置できる。
これにより、第１および第２ＲＦ信号のアンテナ装置１００内での伝送エネルギー損失は減少でき、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａでの第１および第２フィードビア１２１ａ、１２２ａの連結地点はさらに自由に設計できる。
ここで、第１および第２フィードビア１２１ａ、１２２ａの連結地点は、第１および第２ＲＦ信号観点での伝送線路インピーダンスに影響を与えることができる。伝送線路インピーダンスは特定インピーダンス（例：５０オーム）に近くマッチングされるほど第１および第２ＲＦ信号の提供過程での反射現象を減らすことができるので、第１および第２フィードビア１２１ａ、１２２ａの連結地点の設計自由度が高い場合、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａの利得はさらに容易に向上できる。
支持パターン１２５ａ、１２６ａ、１２９ａは、選択的に誘電層１５０および誘電体共振器アンテナ１６０に配置することができる。支持パターン１２５ａ、１２６ａ、１２９ａは金属から構成され、電気連結構造体１９０と接触し、これにより、誘電層１５０と誘電体共振器アンテナ１６０が電気連結構造体１９０と固く接着されるようにすることができる。また、支持パターン１２５ａ、１２６ａ、１２９ａは第１フィードビア１２１ａの幅や電気連結構造体１９０の幅よりさらに広い幅を有することができる。多層ＰＣＢ製造でアラインメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）する時、工程誤差が発生することがあり、このような支持パターン１２５ａ、１２６ａ、１２９ａは第１フィードビア１２１ａの幅や電気連結構造体１９０の幅より広い幅を有するため、多層ＰＣＢ製造で断線が発生しないようにすることができる。しかし、支持パターン１２５ａ、１２６ａ、１２９ａは設計によって省略できる。
図３ａは、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す側面図である。
図３ａを参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、第１フィードビア１２１ａ、そして第２フィードビア１２２ａを含む。アンテナ装置１００は選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図３ａのアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
パッチアンテナパターン１１２ａの少なくとも一部は誘電体共振器アンテナ１６０と垂直方向に重畳し、パッチアンテナパターン１１２ａの平面積は誘電体共振器アンテナ１６０の平面積より小さくてもよい。これにより、アンテナ装置１００の全体大きさが小さくなるため、アンテナ装置１００の小型化が可能である。
図３ｂは、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す側面図である。
図３ｂを参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、第１フィードビア１２１ａ、そして第２フィードビア１２２ａを含む。アンテナ装置１００は選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図３ｂのアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
誘電体共振器アンテナ１６０は、第１誘電体ブロック１６１、第１誘電体ブロック１６１の上に位置するポリマー層１６３、そしてポリマー層１６３の上に位置する第２誘電体ブロック１６２を含む。このような誘電体共振器アンテナ１６０の構造によって、帯域幅が拡張でき、利得が改善できる。例えば、第１誘電体ブロック１６１のみある場合、大略３５ＧＨｚ付近で単一の共振が発生でき、ボアサイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）での最大利得が大略２ｄＢであり得る。しかし、図３ａおよび図３ｂの誘電体共振器アンテナ１６０の場合、大略２７ＧＨｚ付近と３１ＧＨｚ付近で二重の共振が発生でき、ボアサイトでの最大利得が大略５ｄＢであり得る。
第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２は、それぞれ直六面体形状を有することができ、互いに同一な平面形状を有することができ、そして平面ビュー（ｐｌａｎａｒ ｖｉｅｗ）で少なくとも一部が互いに重畳してもよい。
第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２は、それぞれ給電によって共振モードを発生させて電磁波を放射することができる。誘電体共振器アンテナ１６０が待機中である時には第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２のそれぞれの側面は空気と接するように形成できる。
第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２はそれぞれセラミック物質または誘電率が１より大きい誘電体物質からなり得る。第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２はそれぞれ体積と誘電率に基づいて共振周波数が決定できる。これにより、第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２それぞれを構成する物質の誘電率と面積を活用して、アンテナ装置１００の小型化が可能である。第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２の誘電率は互いに同一であるか互いに異なってもよい。
ポリマー層１６３は第１誘電体ブロック１６１と第２誘電体ブロック１６２の間に介され、このような誘電体ブロックを互いに接合させることができる。ポリマー層１６３は、ポリイミド系高分子（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリメチルメタクリレート系高分子（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリテトラフルオロエチレン系高分子（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリフェニレンエーテル系高分子（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｅｔｈｅｒ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ、ベンゾシクロブテン系高分子（ｂｅｎｚｏｃｙｌｃｏｂｕｔｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、液晶高分子（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）、またはこれらを一つ以上含むことができる。ポリマー層１６３の誘電率は第１誘電体ブロック１６１の誘電率より低くてもよく、第２誘電体ブロック１６２の誘電率より低くてもよい。
アンテナ装置１００は、選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができる。第３フィードビア１２７ａは第１フィードビア１２１ａおよび第１誘電体ブロック１６１を電気的に連結させており、第１誘電体ブロック１６１の内部に挿入されていてもよい。その他にも、第３フィードビア１２７ａは、第１誘電体ブロック１６１の外部表面に配置することができる。第１誘電体ブロック１６１および第２誘電体ブロック１６２は第１フィードビア１２１ａおよび第３フィードビア１２７ａを通じて給電の提供を受けることができ、これにより、給電効率が増大できる。
アンテナ装置１００は、選択的に第１誘電体ブロック１６１の上面に位置する金属パッチ１２４ａを含むことができる。金属パッチ１２４ａは、ポリマー層１６３の下面に位置する。金属パッチ１２４ａは第３フィードビア１２７ａと電気的に連結されており、これにより、給電効率がさらに増大できる。金属パッチ１２４ａは、多角形、円形など多様な形状の平面を多様な大きさで有することができる。金属パッチ１２４ａの大きさと形状を変更することによって、第１フィードビア１２１ａおよび第３フィードビア１２７ａと共に組み合わせられてアンテナ装置１００の設計自由度が向上できる。
図３ｃは、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す側面図である。
図３ｃを参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、第１フィードビア１２１ａ、そして第２フィードビア１２２ａを含む。アンテナ装置１００は選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができ、選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、そして選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図４のアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
アンテナ装置１００は、ストリップパターン（ｓｔｒｉｐ ｐａｔｔｅｒｎ）１１７ａを含む。ストリップパターン１１７ａは第１フィードビア１２１ａから遠くなる方向に拡張されており、第１フィードビア１２１ａと第３フィードビア１２７ａを互いに電気的に連結させる。ストリップパターン１１７ａは、パッチアンテナパターン１１２ａの平面と平行な平面を有することができる。ストリップパターン１１７ａによって誘電体共振器アンテナ１６０に給電される経路の電気的長さが調節でき、これにより、インピーダンスマッチング自由度が増大でき、アンテナ装置１００の利得が改善できる。
図４は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す斜視図である。
図４を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、第１フィードビア１２１ａ、そして第２フィードビア１２２ａを含む。アンテナ装置１００は選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図４のアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
アンテナ装置１００は誘電体共振器アンテナ１６０の外部表面に位置する給電パターン１２７ｃを含む。給電パターン１２７ｃは誘電体共振器アンテナ１６０の外部側面と下面に位置し、電気連結構造体１９０と電気的に連結されている。給電パターン１２７ｃは電気連結構造体１９０によって第１フィードビア１２１ａと電気的に連結されており、誘電体共振器アンテナ１６０に給電経路を提供する。給電パターン１２７ｃの電気的長さが調節でき、これにより、インピーダンスマッチング自由度が増大でき、アンテナ装置１００の利得が改善できる。
図５および図６は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す斜視図および側面図である。
図５および図６を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、第１フィードビア１２１ａ、第２フィードビア１２２ａ、そして複数の遮蔽ビア１３１ａを含む。アンテナ装置１００は選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができ、選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、そして選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図５および６のアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
複数の遮蔽ビア１３１ａは、第１フィードビア１２１ａに近接して位置する。例えば、複数の遮蔽ビア１３１ａは、第１フィードビア１２１ａを囲むように配列できる。複数の遮蔽ビア１３１ａは、パッチアンテナパターン１１２ａとグラウンドプレーン２０１ａの間を連結させるように配置できる。複数の遮蔽ビア１３１ａは、パッチアンテナパターン１１２ａに送受信される信号から第１フィードビア１２１ａを遮蔽することができる。
第１フィードビア１２１ａはパッチアンテナパターン１１２ａを貫通するように配置されることによってパッチアンテナパターン１１２ａに集中された第２ＲＦ信号の放射に影響を受けることがあり、複数の遮蔽ビア１３１ａがこのような影響を減らして誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれの利得の劣化を減らすことができる。
誘電体共振器アンテナ１６０から放射される第１ＲＦ信号のうちの第２フィードビア１２２ａに向かって放射される第１ＲＦ信号は複数の遮蔽ビア１３１ａによって反射できるので、第１および第２ＲＦ信号の間の電磁気的隔離度は改善でき、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれの利得は向上できる。
複数の遮蔽ビア１３１ａの個数と幅は特に限定されない。複数の遮蔽ビア１３１ａの間の間隔が特定長さ（例：第１ＲＦ信号の第１波長に従属的な長さまたは第２ＲＦ信号の第２波長に従属的な長さ）より短い場合、第１ＲＦ信号または第２ＲＦ信号は複数の遮蔽ビア１３１ａの間の空間を実質的に通過できないことがある。これにより、第１および第２ＲＦ信号の間の電磁気的隔離度はさらに改善できる。
図７および図８は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す側面図および平面図である。
図７および図８を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、２個の第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂ、そして２個の第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂを含む。アンテナ装置１００は選択的に複数の遮蔽ビア１３１ａを含むことができ、選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができ、選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、そして選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図７および図８のアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００または図５および図６のアンテナ装置１００と重複する構成については前述の図１および図２のアンテナ装置１００または図５および図６のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
２個の第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ位相が互いに異なる複数の偏波を送受信することができる。２個の第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂも、それぞれ位相が互いに異なる複数の偏波を送受信することができる。
第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂは、互いに偏波である第１－１ＲＦ信号と第１－２ＲＦ信号がそれぞれ通過できる。第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂは、互いに偏波である第２－１ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号がそれぞれ通過できる。
誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれは複数のＲＦ信号を送受信することができ、複数のＲＦ信号は互いに異なるデータが乗せられた複数のキャリア信号であり得る。これにより、誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａそれぞれのデータ送受信率は、複数のＲＦ信号の送受信によって２倍向上できる。
例えば、第１－１ＲＦ信号と第１－２ＲＦ信号は互いに異なる位相（例：９０度または１８０度位相差）を有して相互に対する干渉を減らすことができ、第２－１ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号は互いに異なる位相（例：９０度または１８０度位相差）を有して相互に対する干渉を減らすことができる。
例えば、第１－１ＲＦ信号と第２－１ＲＦ信号は電波方向（例：ｚ方向）に垂直であり互いに垂直であるｘ方向およびｙ方向に対してそれぞれ電界と磁界を形成し、第１－２ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号はｘ方向およびｙ方向に対してそれぞれ磁界と電界を形成することによって、ＲＦ信号間の偏波を実現することができる。誘電体共振器アンテナ１６０およびパッチアンテナパターン１１２ａで、第１－１ＲＦ信号と第２－１ＲＦ信号に対応する表面電流と第１－２ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号に対応する表面電流は互いに垂直をなすように流れ得る。ここで、ｘ方向およびｙ方向はパッチアンテナパターン１１２ａの互いに垂直な辺が示す方向と一致し、ｚ方向はパッチアンテナパターン１１２ａに対する法線方向と一致する。
図９は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す平面図である。
図９を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、２個の第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂ、そして２個の第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂを含む。アンテナ装置１００は選択的に複数の遮蔽ビア１３１ａを含むことができ、選択的に第３フィードビア１２７ａを含むことができ、選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、そして選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図９のアンテナ装置１００の構成のうち、図１および図２のアンテナ装置１００、図５および図６のアンテナ装置１００、または図７および図８のアンテナ装置１００と重複する構成については、前述の図１および図２のアンテナ装置１００、図５および図６のアンテナ装置１００、または図７および図８のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
複数の遮蔽ビア１３１ａは、互いに対称に配列されていてもよい。例えば、第１フィードビア１２１ａおよび第２フィードビア１２２ａを連結する仮想の第１延長線Ｖ１を基準にして、複数の遮蔽ビア１３１ａは互いに左右対称に配列されており、また第１フィードビア１２１ｂおよび第２フィードビア１２２ｂを連結する仮想の第２延長線Ｖ１を基準にして、複数の遮蔽ビア１３１ａは互いに左右対称に配列されている
複数の遮蔽ビア１３１ａが互いに対称に配列されている場合、図８に示された複数の遮蔽ビアの非対称配列構造と比較する時、放射パターンで最大利得がボアサイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）側に移動しながら、最大利得（ｐｅａｋ ｇａｉｎ）とボアサイトでの利得（ｇａｉｎ ａｔ ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）の差が減少できる。また、複数の遮蔽ビアの対称配列構造の場合、電磁場分配図（Ｅ－ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）でアンテナ装置１００内で誘起される電流の量が複数の遮蔽ビアの非対称配列構造より均一であり、アンテナ装置１００でフリンジングフィールド（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）の大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）がより大きくなり得る。これにより、アンテナ装置１００のビームチルティング（ｂｅａｍ ｔｉｌｔｉｎｇ）現象が緩和でき、ボアサイトでの利得が向上でき、帯域幅内で均一な利得が形成できる。
図１０は、一実施形態によるアンテナ装置を概略的に示す斜視図である。
図１０を参照すれば、アンテナ装置１００は、誘電体共振器アンテナ１６０、パッチアンテナパターン１１２ａ、２個の第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂ、２個の第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂ、そして２個の巻線フィードパターン（ｗｉｎｄｉｎｇ ｆｅｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ）１４０ａ、１４０ｂを含む。アンテナ装置１００は選択的に複数の遮蔽ビア１３１ａを含むことができ、選択的に２個の第３フィードビア１２７ａ、１２７ｂを含むことができ、選択的に２個のストリップパターン１１７ａ、１１７ｂを含むことができ、選択的にグラウンドプレーン２０１ａを含むことができ、そして選択的に電気連結構造体１９０を含むことができる。図１０のアンテナ装置１００の構成のうち、図１～図９のアンテナ装置１００と重複する構成については、前述の図１～図９のアンテナ装置１００に関する説明が適用される。
巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂはそれぞれ第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂの上端に電気的に連結されており、パッチアンテナパターン１１２ａから離隔している。第２フィードビア１２２ａ、１２２ｂとパッチアンテナパターン１１２ａの離隔によって発生した空間に、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂが配置できるので、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂの設計の自由度が改善できる
巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれは、少なくとも一部分が巻線形態である。例えば、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれは第１巻線フィードパターン１４１ａ、第２巻線フィードパターン１４２ａ、または巻線ビア１４３ａのうちの少なくとも一つを含むことができ、第２巻線フィードパターン１４２ａは延長パート１４４ａを含むことができる。
巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれは、パッチアンテナパターン１１２ａに対する電磁気的カップリングによってパッチアンテナパターン１１２ａに給電経路を提供する。巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂが給電経路として使用できるので、それぞれの巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂを通じて伝送されるＲＦ信号に対応する巻線電流は巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂを通じて流れ得る。巻線電流の方向は、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂの巻線形態に対応して回転できる。これにより、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂの自己インダクタンス（ｓｅｌｆ－ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）がブースト（ｂｏｏｓｔ）できるので、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂは比較的大きなインダクタンスを有することができる。巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれはインダクタンスをパッチアンテナパターン１１２ａに提供することができ、これにより、パッチアンテナパターン１１２ａはインダクタンスに対応する追加共振周波数に基づいてさらに広い帯域幅を有することができる。
巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれの少なくとも一部分は、巻線形態の一端部から互いに異なる複数の方向に延長された形態を有することができる。巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれは、延長パート１４４ａを含むことができる。延長パート１４４ａで延長方向の個数が多いか、延長パート１４４ａで延長方向間の角度が大きいほど、巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれでＲＦ信号に対応するエネルギーは延長パート１４４ａにさらに集中できる。
巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂそれぞれはエネルギーが集中された延長パート１４４ａを含むので、パッチアンテナパターン１１２ａは延長パート１４４ａを給電経路のインピーダンス整合のための中継点として使用することができる。これにより、延長パート１４４ａは、パッチアンテナパターン１１２ａに対する給電経路のインピーダンス整合効率をさらに向上させることができる。また、アンテナ装置１００で巻線フィードパターン１４０ａ、１４０ｂのパッチアンテナパターン１１２ａに対する電磁気的カップリング集中度が大きくなり得るので、パッチアンテナパターン１１２ａの利得がさらに向上できる。
第３フィードビア１２７ａ、１２７ｂそれぞれは、第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂおよび誘電体共振器アンテナ１６０を連結しており、誘電体共振器アンテナ１６０の内部に挿入されている。その他にも、第３フィードビア１２７ａ、１２７ｂそれぞれは、誘電体共振器アンテナ１６０の外部表面に配置することができる。誘電体共振器アンテナ１６０は第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂおよび第３フィードビア１２７ａ、１２７ｂを通じて給電の提供を受けることができ、これにより、給電効率が増大できる。
ストリップパターン１１７ａ、１１７ｂそれぞれは第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂから遠くなる方向に拡張されており、第１フィードビア１２１ａ、１２１ｂと第３フィードビア１２７ａ、１２７ｂを互いに電気的に連結させる。ストリップパターン１１７ａ、１１７ｂそれぞれは、パッチアンテナパターン１１２ａの平面と平行な平面を有することができる。ストリップパターン１１７ａ、１１７ｂによって誘電体共振器アンテナ１６０に給電される経路の電気的長さが調節でき、これにより、インピーダンスマッチング自由度が増大でき、アンテナ装置１００の利得が改善できる。
図１１は、本発明の一実施形態による複数のアンテナ装置の配列を示す平面図である。
アンテナアレイ（ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ）は、複数のアンテナ装置１００を含む。複数のアンテナ装置１００それぞれは、前述の図１～図１０のアンテナ装置のうちの一つであってもよい。このような配列アンテナが５Ｇミリメートルウェーブ通信に使用される場合、配列アンテナは大きさが小型でありながらも、５Ｇ周波数帯域に対して高くて均一な利得を有することができる。
複数のアンテナ装置１００の間に複数のアンテナ装置１００を遮るように複数の遮蔽構造体１８０が選択的に配置できる。このような複数の遮蔽構造体１８０は複数のアンテナ装置１００間の干渉を防止することができ、これにより、アンテナアレイの利得が増大できる。
図１２は、本発明の一実施形態による複数のアンテナ装置の配列を示す平面図である。
アンテナアレイは、複数のアンテナ装置１００を含む。複数のアンテナ装置１００それぞれは、前述の図１～図１０のアンテナ装置のうちの一つであってもよい。このような配列アンテナが５Ｇミリメートルウェーブ通信に使用される場合、配列アンテナは大きさが小型でありながらも、５Ｇ周波数帯域に対して高くて均一な利得を有することができる。
複数のアンテナ装置１００それぞれの少なくとも一つの辺は平面ビュー（ｐｌａｎａｒ ｖｉｅｗ）で複数のアンテナ装置１００が実装される基板の一辺を基準にして一定の角度でスラント（ｓｌａｎｔ）されている。例えば、アンテナ装置１００でパッチアンテナパターン１１２ａの少なくとも一つの辺または誘電体共振器アンテナ１６０の少なくとも一つの辺が平面ビューでスラントされている。スラントされている複数のアンテナ装置１００の間では複数のパッチアンテナパターン１１２ａが互いに平行でないように配列されているので、複数のパッチアンテナパターン１１２ａの間のカップリングが弱化されることがある。また、複数の誘電体共振器アンテナ１６０が互いに平行でないように配列されているので、複数の誘電体共振器アンテナ１６０の間のカップリングが弱化されることがある。これにより、複数のアンテナ装置１００の間のカップリングによってアンテナ装置１００の利得損失が発生することがあり、このような利得損失がスラントされている複数のアンテナ装置１００の間では少なくなり得る。
複数のアンテナ装置１００の間に複数のアンテナ装置１００を遮るように複数の遮蔽構造体１８０が選択的に配置できる。このような複数の遮蔽構造体１８０は複数のアンテナ装置１００の間の干渉を防止することができ、これにより、アンテナアレイの利得が増大できる。
図１３は、一実施形態によるアンテナ装置の下側の構造を概略的に示す側面図である。
図１３を参照すれば、本発明の一実施形態によるアンテナ装置は、連結部材２００、ＩＣ３１０、接着部材３２０、電気連結構造体３３０、封合材３４０、手動部品３５０、そしてコア部材４１０のうちの少なくとも一部を含むことができる。
連結部材２００は、印刷回路基板（ＰＣＢ）のように既設計されたパターンを有する複数の金属層と複数の絶縁層が積層された構造を有することができる。
ＩＣ３１０は、連結部材２００の下側に配置できる。ＩＣ３１０は連結部材２００の配線に連結されてＲＦ信号を伝達するか伝達を受けることができ、連結部材２００のグラウンドプレーンに連結されてグラウンドの提供を受けることができる。例えば、ＩＣ３１０は、周波数変換、増幅、フィルタリング、位相制御、そして電源生成のうちの少なくとも一部を行って変換された信号を生成することができる。
接着部材３２０は、ＩＣ３１０と連結部材２００を互いに接着させることができる。
電気連結構造体３３０は、ＩＣ３１０と連結部材２００を連結させることができる。例えば、電気連結構造体３３０は、ソルダーボール、ピン、ランド、パッドのような構造を有することができる。電気連結構造体３３０は連結部材２００の配線とグラウンドプレーンより低い溶融点を有し、このような低い溶融点を用いた所定の工程によってＩＣ３１０と連結部材２００を連結させることができる。
封合材３４０はＩＣ３１０の少なくとも一部を封合することができ、ＩＣ３１０の放熱性能と衝撃保護性能を向上させることができる。例えば、封合材３４０は、ＰＩＥ（Ｐｈｏｔｏ Ｉｍａｇｅａｂｌｅ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）、ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ－ｕｐ Ｆｉｌｍ）、エポキシモールディングコンパウンド（ｅｐｏｘｙ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ、ＥＭＣ）などから実現できる。
手動部品３５０は連結部材２００の下面上に配置でき、電気連結構造体３３０を通じて連結部材２００の配線および／またはグラウンドプレーンに連結できる。例えば、手動部品３５０は、キャパシター（例：Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ（ＭＬＣＣ））やインダクタ、チップ抵抗器のうちの少なくとも一部を含むことができる。
コア部材４１０は連結部材２００の下側に配置でき、外部からＩＦ（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号または基底帯域（ｂａｓｅ ｂａｎｄ）信号の伝達を受けてＩＣ３１０に伝達するかＩＣ３１０からＩＦ信号または基底帯域信号の伝達を受けて外部に伝達するように連結部材２００に連結できる。ここで、ＲＦ信号の周波数（例：２４ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、３６ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、６０ＧＨｚ）は、ＩＦ信号（例：２ＧＨｚ、５ＧＨｚ、１０ＧＨｚなど）の周波数より大きい。
例えば、コア部材４１０は、連結部材２００のＩＣグラウンドプレーンに含まれる配線を通じてＩＦ信号または基底帯域信号をＩＣ３１０に伝達するかＩＣ３１０から伝達を受けることができる。連結部材２００のグラウンドプレーンがＩＣグラウンドプレーンと配線の間に配置されるので、アンテナ装置内でＩＦ信号または基底帯域信号とＲＦ信号は電気的に隔離できる。
図１４は、一実施形態によるアンテナ装置の下側の構造を概略的に示す側面図である。
図１４を参照すれば、一実施形態によるアンテナ装置は、遮蔽部材３６０、コネクタ４２０、そしてチップアンテナ４３０のうちの少なくとも一部を含むことができる。
遮蔽部材３６０は、連結部材２００の下側に配置されて連結部材２００と共にＩＣ３１０と封合材３４０を閉じ込めるように配置できる。例えば、遮蔽部材３６０は、ＩＣ３１０、手動部品３５０、そして封合材３４０の全てを共にカバー（例：ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｓｈｉｅｌｄ）するかそれぞれカバー（例：ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ ｓｈｉｅｌｄ）するように配置できる。例えば、遮蔽部材３６０は一面が開放された六面体の形態を有し、連結部材２００との結合によって六面体の収容空間を有することができる。遮蔽部材３６０は銅のように高い伝導度の物質から実現され短いスキンデプス（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）を有することができ、連結部材２００のグラウンドプレーンに連結できる。したがって、遮蔽部材３６０は、ＩＣ３１０と手動部品３５０が受けることになる電磁気的ノイズを減らすことができる。しかし、封合材３４０は設計によって省略できる。
コネクタ４２０はケーブル（例：同軸ケーブル、軟性ＰＣＢ）の接続構造を有することができ、連結部材２００のＩＣグラウンドプレーンに連結でき、サブ基板と類似な役割を果たすことができる。コネクタ４２０は、ケーブルからＩＦ信号、基底帯域信号および／または電源の提供を受けるかＩＦ信号および／または基底帯域信号をケーブルに提供することができる。
チップアンテナ４３０は、一実施形態によるアンテナ装置に補助してＲＦ信号を送信または受信することができる。例えば、チップアンテナ４３０は、絶縁層より大きな誘電率を有する誘電体ブロックと、誘電体ブロックの両面に配置される複数の電極を含むことができる。複数の電極のうちの一つは連結部材２００の配線に連結でき、他の一つは連結部材２００のグラウンドプレーンに連結できる。
図１５は、一実施形態によるアンテナ装置の電子機器での配置を例示した平面図である。
図１５を参照すれば、アンテナ装置１００は、電子機器７００のセット基板６００上で電子機器７００の側面境界に隣接して配置できる。アンテナ装置１００は、前述の図１～図１４のアンテナ装置のうちの一つであってもよい。
電子機器７００はスマートフォン（ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ）、個人用情報端末器（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デジタルビデオカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｃａｍｅｒａ）、デジタルスチルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｔｉｌｌ ｃａｍｅｒａ）、ネットワークシステム（ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ）、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、モニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）、タブレット（ｔａｂｌｅｔ）、ラップトップ（ｌａｐｔｏｐ）、ネットブック（ｎｅｔｂｏｏｋ）、テレビ（ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、ビデオゲーム（ｖｉｄｅｏｇａｍｅ）、スマートウォッチ（ｓｍａｒｔ ｗａｔｃｈ）、オートモーティブ（Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ）などであってもよいが、これに限定されない。
セット基板６００上には、通信モジュール６１０および基底帯域回路６２０がさらに配置できる。アンテナ装置１００は、同軸ケーブル６３０を通じて通信モジュール６１０および／または基底帯域回路６２０に連結できる。
通信モジュール６１０は、デジタル信号処理を行うように揮発性メモリ（例えば、ＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ）、フラッシュメモリなどのメモリチップ；セントラルプロセッサー（例えば、ＣＰＵ）、グラフィックプロセッサー（例えば、ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサー、暗号化プロセッサー、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラーなどのアプリケーションプロセッサーチップ；アナログ－デジタルコンバータ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩＣ）などのロジックチップのうちの少なくとも一部を含むことができる。
基底帯域回路６２０は、アナログ－デジタル変換、アナログ信号に対する増幅、フィルタリングおよび周波数変換を行ってベース信号を生成することができる。基底帯域回路６２０から入出力されるベース信号はケーブルを通じてアンテナ装置に伝達できる。
例えば、ベース信号は、電気連結構造体とコアビアと配線を通じてＩＣに伝達できる。ＩＣは、ベース信号をミリメートルウェーブ（ｍｍＷａｖｅ）帯域のＲＦ信号に変換することができる。
誘電層１１４０は、一実施形態によるアンテナ装置内でパターン、ビア、プレーン、ライン、電気連結構造体が配置されない領域に満たされてもよい。
図１６は、一実施形態によるアンテナ装置の電子機器での配置を例示した平面図である。
図１６を参照すれば、アンテナ装置１００は電子機器７００のセット基板６００上で多角形の電子機器７００の辺の中心にそれぞれ隣接して配置でき、セット基板６００上には通信モジュール６１０および基底帯域回路６２０がさらに配置できる。アンテナ装置１００は、同軸ケーブル６３０によって通信モジュール６１０および／または基底帯域回路６２０に連結できる。アンテナ装置１００は、前述の図１～図１４のアンテナ装置のうちの一つであってもよい。
図１７は、一実施形態によるアンテナ装置の電子機器での配置を例示した平面図である。
図１７を参照すれば、アンテナ装置１００は、電子機器７００のセット基板６００上で多角形の電子機器７００の辺に垂直に立てられて配置できる。例えば、電子機器７００の上側辺に位置するアンテナ装置１００はアンテナ装置１００のボアサイト方向がＸ方向であり、電子機器７００の左側辺に位置するアンテナ装置１００はアンテナ装置１００のボアサイト方向が電子機器７００から遠くなるＹ方向であり得る。セット基板６００上には通信モジュール６１０および基底帯域回路６２０がさらに配置できる。アンテナ装置１００は、同軸ケーブル６３０によって通信モジュール６１０および／または基底帯域回路６２０に連結できる。アンテナ装置１００は、前述の図１～図１４のアンテナ装置のうちの一つであってもよい。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。
１１２ａ：パッチアンテナパターン
１１７ａ、１１７ｂ：ストリップパターン（ｓｔｒｉｐ ｐａｔｔｅｒｎ）
１２１ａ、１２１ｂ：第１フィードビア（ｆｅｅｄ ｖｉａ）
１２２ａ、１２２ｂ：第２フィードビア
１２７ａ、１２７ｂ：第３フィードビア
１３１ａ：複数の遮蔽ビア（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｖｉａ）
１５０：誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）
１６０：誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）
２０１ａ：グラウンドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）
１１７ａ、１１７ｂ：ストリップパターン（ｓｔｒｉｐ ｐａｔｔｅｒｎ）
１２１ａ、１２１ｂ：第１フィードビア（ｆｅｅｄ ｖｉａ）
１２２ａ、１２２ｂ：第２フィードビア
１２７ａ、１２７ｂ：第３フィードビア
１３１ａ：複数の遮蔽ビア（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｖｉａ）
１５０：誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）
１６０：誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）
２０１ａ：グラウンドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）
Claims (16)
- 第１ＲＦ信号を送受信する誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）、
第２ＲＦ信号を送受信し、前記誘電体共振器アンテナと垂直方向に少なくとも一部が重畳するパッチアンテナパターン、
前記誘電体共振器アンテナに給電する第１フィードビア、そして
前記パッチアンテナパターンに給電する第２フィードビア
を含み、
前記第１ＲＦ信号の周波数は、前記第２ＲＦ信号の周波数より低い、アンテナ装置。 - 前記誘電体共振器アンテナの誘電率は、前記パッチアンテナパターンが実現されている誘電層の誘電率より高い、請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記第１フィードビアを前記誘電体共振器アンテナに電気的に連結させる第３フィードビアをさらに含む、請求項２に記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体共振器アンテナは、第１誘電体ブロック、前記第１誘電体ブロックの上に位置するポリマー層、そして前記ポリマー層の上に位置する第２誘電体ブロックを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- 前記第１フィードビアを前記誘電体共振器アンテナに電気的に連結させる第３フィードビアをさらに含む、請求項４に記載のアンテナ装置。
- 前記第１誘電体ブロックの上面に位置し、前記第３フィードビアと電気的に連結されている金属パッチをさらに含む、請求項５に記載のアンテナ装置。
- 前記第１フィードビアと電気的に連結されており、前記第１フィードビアから遠くなる方向に拡張されているストリップパターンをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- 前記パッチアンテナパターンにカップリングされており、前記第１フィードビアに近接して位置する複数の遮蔽ビアをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- 前記複数の遮蔽ビアは、前記パッチアンテナパターンに送受信される信号から前記第１フィードビアを遮蔽する、請求項８に記載のアンテナ装置。
- 前記第１フィードビアは、互いに偏波である第１－１ＲＦ信号と第１－２ＲＦ信号がそれぞれ通過する第１－１フィードビアおよび第１－２フィードビアを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- 前記第２フィードビアは、互いに偏波である第２－１ＲＦ信号と第２－２ＲＦ信号がそれぞれ通過する第２－１フィードビアおよび第２－２フィードビアを含む、請求項１０に記載のアンテナ装置。
- 前記第２フィードビアの上端に電気的に連結されており、少なくとも一部分が巻線形態である巻線フィードパターン（ｗｉｎｄｉｎｇ ｆｅｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ）をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
- 前記巻線フィードパターンは、前記巻線フィードパターンの端部が延長されている延長パートを含む、請求項１２に記載のアンテナ装置。
- 第１誘電率を有する誘電層、
前記誘電層に位置するパッチアンテナパターン、
前記パッチアンテナパターンの上に位置し、第２誘電率を有する誘電体共振器アンテナ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ）、
前記誘電体共振器アンテナにカップリングされている第１フィードビア、そして
前記パッチアンテナパターンにカップリングされている第２フィードビア
を含み、
前記第２誘電率は、前記第１誘電率より高い、アンテナ装置。 - 前記誘電体共振器アンテナは、第１誘電体ブロック、前記第１誘電体ブロックの上に位置するポリマー層、そして前記ポリマー層の上に位置する第２誘電体ブロックを含む、請求項１４に記載のアンテナ装置。
- 前記パッチアンテナパターンは、少なくとも一部が前記誘電体共振器アンテナと垂直方向に重畳する、請求項１４または１５に記載のアンテナ装置。
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