JP6434065B2 - アンテナ構造 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ・アレイの構造体、デバイス及び送受信方法等に関連する。

無線ギガビット・アライアンス（ＷＧＡ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｇｉｇａｂｉｔ Ａｌｌｉａｎｃｅ）、すなわちＷｉＧｉｇ仕様など、進展中の送信仕様は、様々な送信デバイスで実施される。ＷｉＧｉｇ仕様は、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＩＥＥＥ）８０２．１１ａｄ仕様によって規定される。特に、様々なデバイスで使用されるアンテナおよびアンテナ・アレイでは、そのような仕様を実施することになる。１つまたは複数のアンテナ・アレイを使用するデバイスは、ＷｉＧｉｇ仕様によって規定されるように６０ＧＨｚ周波数スペクトル（「ＤＢａｎｄ」としても知られている）で動作するＷｉＧｉｇ無線を使用して送信することができる。

アンテナ・アレイは、別個の送信チェーンおよび受信チェーン、または組合せ送受信スイッチに接続することができる。アンテナ・アレイはいくつかの要素を含むことができ、アンテナ・アレイ要素は一次元アレイまたは二次元アレイを形成するように配列することができる。アンテナ・アレイは、アレイ方位に対して垂直に電波を放射または送信するように設計することができる（例えば、ｙ軸に配列されたアンテナ・アレイの場合にｚ軸に放射するか、またはｘ−ｙ面に配列された平面アンテナ・アレイの場合にｚ軸に放射する）。そのような放射はブロードサイド放射（ｂｒｏａｄｓｉｄｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）と呼ばれる。いくつかの実施態様では、アンテナ・アレイは、アレイ方位と同じ方向に電波を放射または送信するように設計することができる（例えば、ｙ軸に配列されたアンテナ・アレイの場合にｙ軸に放射するか、またはｘ−ｙ面に配列された平面アンテナ・アレイの場合にｘ−ｙ面に放射する）。そのような放射はエンドファイヤ放射（ｅｎｄ ｆｉｒｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）と呼ばれる。

ＷｉＧｉｇ仕様など、いかなる仕様をデバイスで実施するかにかかわらず、アンテナ・アレイがデバイスに占める空間を最小にすること、デバイスの様々な電力源からアンテナ・アレイに至る損失性電力伝送（ｌｏｓｓｙ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を最小にすること、および一般にデバイスのアンテナ・アレイから受信デバイス／ステーションなどに効果的送信を行うことに関する問題が生じる。

実施の形態による構造体は、
２つの平坦な面を有する誘電体材料と、
前記誘電体材料の一方の面に配列された第１の組のアンテナ・アレイ要素と、
前記誘電体材料の面のうち前記第１の組のアンテナ・アレイ要素の要素に対向する他方の面に配列された第２の組のアンテナ・アレイ要素と
を備えるアンテナ・アレイの構造体である。

詳細な説明が添付図を参照して記載される。図において、参照番号の最左端の数字は、参照番号が初めて現れる図を示す。同じ数字が、同様の機構および構成要素を参照するために図面の全体を通して使用される。

オーバーラップするアンテナ・アレイ要素をもつ例示の誘電体の図である。 交互配列されたアンテナ・アレイ要素をもつ例示の誘電体の図である。 別個の送信アンテナ・チェーンおよびアレイと、受信アンテナ・チェーンおよびアレイについての例示の構成の図である。 例示のシステム無線デバイスの図である。 共配置されたアンテナ・アレイ要素を含む例示のシステムの図である。 共形シールドで形成された例示のブロードサイド・アンテナの図である。 共形シールドで形成された例示のエンドファイヤ・アンテナの図である。 アンテナ性能を向上させるための例示の整形レンズの図である。 オーバーラップまたは交互配列されたアンテナ・アレイで送信および受信するための例示の流れ図である。

＜概要＞
オーバーラップおよび交互配列された送信および受信アンテナ・アレイを無線デバイス上に形成する構成、プラットフォーム、および方法が本明細書で説明される。いくつかの実施態様は、アンテナ・アレイが誘電体材料の両側に設置された誘電体材料を提供する。いくつかの実施態様では、異なる方向に放射するアンテナ・アレイまたはアレイ要素が、同じ基盤またはモジュールに一緒に配置される又は共配置される。いくつかの実施態様では、アンテナ構造体を生成するために、共形シールド又はコンフォーマルシールド（conformal shield）が適用され除去される。いくつかの実施形態では、アンテナ開口サイズを増大させ、アンテナの性能を向上させるために、デバイスはケーシングを整形レンズとして使用する。

特に別記しない限り、以下の説明から明らかなように、本明細書の全体を通して、「処理する」、「演算する」、「計算する」、「決定する」などの用語を利用した説明は、コンピュータもしくはコンピューティング・システムまたは同様の電子コンピューティング・デバイスの動作および／またはプロセスを指しており、この動作および／またはプロセスによって、コンピューティング・システムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子的データなどの物理量として示されるデータを操作し、および／または、同データを、コンピューティング・システムのメモリ、レジスタまたは他のそのような情報記憶装置または送信デバイス内の物理量として同様に示される他のデータに変換するものであることを理解されたい。本明細書で使用する「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という用語は、１つ、または１つを超えるとして定義される。本明細書で使用する「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２つ、また２つを超えるとして定義される。本明細書で使用する「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」という用語は、少なくとも第２の、または第３以降のとして定義される。本明細書で使用する「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）および／または有している（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、限定はしないが、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」として定義される。本明細書で使用する「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、例えば、機械的に、電子的に、デジタルで、直接的に、ソフトウェアによって、ハードウェアによってなどの任意の所望の形態で動作可能に接続されるとして定義される。

本明細書で使用する「無線デバイス（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄｅｖｉｃｅ）」という用語は、例えば、無線通信可能なデバイス、無線通信可能な通信デバイス、無線通信可能な通信ステーション、無線通信可能なポータブルまたは非ポータブル・デバイスなどを含む。いくつかの実施形態では、無線デバイスは、コンピュータと一体化された周辺デバイス、またはコンピュータに取り付けられた周辺デバイスであってもよく、または含んでもよい。いくつかの実施形態では、「無線デバイス」という用語は、場合により、無線サービスを含むことができる。

いくつかの実施形態は、様々なデバイスおよびシステム、例えば、ビデオ・デバイス、オーディオ・デバイス、オーディオ・ビデオ（Ａ／Ｖ）デバイス、セット・トップ・ボックス（ＳＴＢ）、ブルーレイ・ディスク（ＢＤ）プレーヤー、ＢＤレコーダー、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）プレーヤー、高精細（ＨＤ）ＤＶＤプレーヤー、ＤＶＤレコーダー、ＨＤ ＤＶＤレコーダー、パーソナル・ビデオ・レコーダー（ＰＶＲ）、放送ＨＤ受信機、ビデオ・ソース、オーディオ・ソース、ビデオ・シンク、オーディオ・シンク、ステレオ・チューナー、放送無線受信機、ディスプレイ、フラット・パネル・ディスプレイ、パーソナル・メディア・プレーヤー（ＰＭＰ）、デジタル・ビデオ・カメラ（ＤＶＣ）、デジタル・オーディオ・プレーヤー、スピーカー、オーディオ受信機、オーディオ増幅器、データ・ソース、データ・シンク、デジタル・スチル・カメラ（ＤＳＣ）、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、デスクトップ・コンピュータ、モバイル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、ノートブック・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、サーバ・コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、ハンドヘルド・デバイス、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）デバイス、ハンドヘルドＰＤＡデバイス、オンボード・デバイス、オフボード・デバイス、ハイブリッド・デバイス、車両用デバイス、非車両用デバイス、モバイルまたはポータブル・デバイス、消費者用デバイス、非モバイルまたは非ポータブル・デバイス、無線通信ステーション、無線通信デバイス、無線アクセス・ポイント、有線または無線ルーター、有線または無線モデム、有線または無線ネットワーク、無線エリア・ネットワーク、無線ビデオ・エリア・ネットワーク（ＷＶＡＮ）、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ＷＬＡＮ、ＰＡＮ、ＷＰＡＮ、既存のＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ（商標）および／または無線ギガビット・アライアンス（ＷＧＡ）仕様および／または将来のバージョンおよび／またはその派生物に従って動作するデバイスおよび／またはネットワーク、既存のＩＥＥＥ８０２．１１（ＩＥＥＥ８０２．１１−１９９９２００７：無線ＬＡＮメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）仕様）標準および改正案（「ＩＥＥＥ８０２．１１標準」）、ＩＥＥＥ８０２．１６標準および／または将来のバージョンおよび／またはその派生物に従って動作するデバイスおよび／またはネットワーク、上述のネットワークの一部であるユニットおよび／またはデバイス、一方向および／または双方向無線通信システム、セルラ無線電話通信システム、無線ディスプレイ（ＷｉＤｉ）デバイス、セルラ電話、無線電話、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）デバイス、無線通信デバイスを組み込んだＰＤＡデバイス、モバイルまたはポータブル全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイス、ＧＰＳ受信機またはトランシーバまたはチップを組み込んだデバイス、ＲＦＩＤ素子またはチップを組み込んだデバイス、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、単入力多出力（ＳＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、多入力単出力（ＭＩＳＯ）トランシーバまたはデバイス、１つまたは複数の内部アンテナおよび／または外部アンテナを有するデバイス、デジタル・ビデオ放送（ＤＶＢ）デバイスまたはシステム、マルチ標準無線デバイスまたはシステム、有線または無線ハンドヘルド・デバイス、無線アプリケーション・プロトコル（ＷＡＰ）デバイスなどとともに使用することができる。

いくつかの実施形態は、１つまたは複数のタイプの無線通信信号および／またはシステム、例えば、無線周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、直交ＦＤＭ（ＯＦＤＭ）、時分割多重（ＴＤＭ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、拡張ＴＤＭＡ（Ｅ−ＴＤＭＡ）、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、拡張ＧＰＲＳ、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ（登録商標））、ＣＤＭＡ２０００、シングル・キャリアＣＤＭＡ、マルチキャリアＣＤＭＡ、マルチキャリア変調（ＭＤＭ）、離散マルチトーン（ＤＭＴ）、ブルートゥース（登録商標）、全地球測位システム（ＧＰＳ）、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｗｉ−Ｍａｘ、ＺｉｇＢｅｅ（商標）、超広帯域（ＵＷＢ）、モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ（登録商標））、２Ｇ、２．５Ｇ、３Ｇ、３．５Ｇ、ＧＳＭ（登録商標）進化型高速データ・レート（ＥＤＧＥ）などとともに使用することができる。他の実施形態は、様々な他のデバイス、システムおよび／またはネットワークで使用することができる。

いくつかの実施形態は、範囲に制限があるか、または範囲が短距離の適切な無線通信ネットワーク、例えば、「ピコネット」、例えば、無線エリア・ネットワーク、ＷＶＡＮ、ＷＰＡＮなどとともに使用することができる。

記載のアンテナおよびアンテナ・アレイは、６０ＧＨｚスペクトルで動作するＷｉＧｉｇ仕様に準拠することができる。記載のアンテナおよびアンテナ・アレイは、ビーム走査または指向性ビーム・アンテナまたはアンテナ・アレイとすることができる。そのようなアンテナおよびアンテナ・アレイは、当業者によって理解されるように、平面、三次元、または他の構成とすることができる。加えて、記載のアンテナおよびアンテナ・アレイは、ブロードサイドおよび／またはエンドファイヤ放射を可能にすることができる。

＜オーバーラップされたアンテナ・アレイおよび交互配列されたアンテナ・アレイ＞
図１は、別個のオーバーラップ・アンテナ・アレイの例示の構造体１００の概略図を示す。材料または誘電体材料１０４の一方の側又は面（ｓｉｄｅ）１０２−１および別の側又は面（ｓｉｄｅ）１０２−２にアンテナ・アレイがあり、各々は複数のアンテナ・アレイ要素１０６および１０８を有する。一般的なアンテナ・アレイ構造体は同じ平面に実装することができるが、空間を最小にするために、材料１０４の両側でアンテナ・アレイを組み込んでいる。この実施形態では、アンテナ・アレイ要素は互いにオーバーラップする。図１に示すように、このオーバーラップは、要素１０６が要素１０８の直上にあるとして理解される。

以下でさらに説明するように、アンテナ・アレイは、別個の送信すなわちＴｘチェーン、および別個の受信すなわちＲｘチェーンとして実装することができる。一般的なアンテナ・アレイは送信電波および受信電波の両方に使用することができる。しかし、そのようなアレイはＴｘ／Ｒｘスイッチを利用し、Ｔｘ／ＲｘスイッチはＴｘチェーン・ラインアップおよびＲｘチェーン・ラインアップに電力および感度の損失をもたらすことがある。言い換えれば、各アンテナ要素がトランシーバのアンテナ要素として使用される場合、Ｔｘ／Ｒｘスイッチは、Ｔｘ信号およびＲｘ信号をアンテナ要素の方に別々に経路設定するのに必要とされる。このＴｘ／Ｒｘスイッチは、Ｔｘチェーン・ラインアップおよびＲｘチェーン・ラインアップの両方に現れる（ｒｏｌｌｅｄ ｕｐ）関連する「挿入損」を有する。最終的に、この損失はＴｘ出力電力を減少させ、Ｒｘ感度を低下させる。別個のＴｘアンテナ・チェーンおよびアレイとＲｘアンテナ・チェーンおよびアレイとを実装することによって、電力および感度に関するそのような損失は減少または除去することができる。

アンテナ・アレイにおいて、要素は、「電波の波長を２で割った」λ／２として近似的に導出した値だけ隔てられるべきである。アンテナ要素は、最適アンテナ・アレイ性能のためにλ／２だけ互いに隔てられる。ＷｉＧｉｇ仕様を使用する実施態様は６０ＧＨｚスペクトルを利用する。したがって、６０ＧＨｚの電波の波長λは５ｍｍになる。アレイ要素間の間隔λ／２は２．５ｍｍとなる。一般に、アレイの全面積は、Ｘ方向およびＹ方向の要素の数にλ／２を掛けたものの関数である。ＷｉＧｉｇを実施することによって、アンテナ・アレイは、より低い周波数で動作するアンテナ・アレイよりも著しく小さくすることができる。

図２は、別個の交互配列されたアンテナ・アレイの例示の構造体２００の概略図を示す。材料または誘電体材料２０４の一方の側２０２−１および別の側２０２−２にアンテナ・アレイがあり、各々は複数のアンテナ・アレイ要素２０６および２０８を有する。この実施形態では、アンテナ・アレイ要素は互いに関して交互配列される（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）。図２に示すように、この交互配列は、要素２０６が要素２０８に関して交互配列されるか、または離間されるとして理解される。あるアレイの要素は、他のアレイの要素からＸ−Ｙ方向にわずかに交互配列またはオフセットすることができ、その結果、全面積は単一アンテナ・アレイの面積よりもわずかに大きい。交互配列化は、特に、分離均等化因子（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ）λ／２によって規定されるように、アンテナ・アレイ要素の潜在的干渉に対処するように実装される。

材料の厚さを含む、誘電体材料（例えば、誘電体材料１０４および２０４）の境界条件に関して考慮することができる。特に、アンテナ要素による他のアンテナ要素に対する動作に関して考慮することができる。さらに、アレイは三次元（３Ｄ）であると考えられ、あるアレイの要素は他のアレイへの反射器または導波器として働くことができるので、２つのアレイの放射パターンの指向性差を考慮することができる。

当業者によって理解されるように、アンテナ・アレイは、限定はしないが、直線、六角形、星形、リングなどを含む様々な形態で配列することができる。さらに、アンテナ・アレイは二次元または三次元とすることができる。

図３は、別個の送信アンテナ・アレイ３０２および受信アンテナ・アレイ３０４に関する構成３００の概略図を示す。上述で説明したように、送信および受信する単一アンテナ・アレイはＴｘ／Ｒｘスイッチを利用し、Ｔｘ／ＲｘスイッチはＴｘチェーン・ラインアップおよびＲｘチェーン・ラインアップに電力および感度の損失をもたらすことがある。これに対処するために、別個の送信アンテナ・アレイ３０２が誘電体材料３０６の一方の側に設置され、別個の受信アンテナ・アレイ３０４が誘電体３０６の他方の側に設置される。別個の送信チェーン３０８が送信アンテナ・アレイ３０２を制御し、別個の受信チェーン３１０が受信アンテナ・アレイ３０４を制御する。チェーン３０８および３１０からアンテナ・アレイ３０２および３０４まで経路設定することによって、それぞれのアンテナ・アレイ要素は効率的な（例えば、最短の）経路を利用することができることが当業者には理解されるであろう。

図４は、システム無線デバイス４００の概略図を示し（無線デバイス４００はネットワークのステーションとすることができる）、システム無線デバイス４００は、上述のようにラップトップ・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、ドッキング・ステーション、ネットワーク・インタフェース・カード、モバイルデバイス、ハンドヘルド・デバイス、スマートフォンなどを含むことができる。

無線デバイス４００は、例えば、無線ネットワーク・コントローラ、アクセス・ポイント、ピコネット・コントローラ（ＰＮＣ）、ステーション、マルチバンド・ステーション、ソースおよび／またはデスティネーションＤＢａｎｄステーション、イニシエータ、レスポンダなどを動作させることができる無線通信デバイスとすることができる。

本発明のいくつかの例示の実施形態によれば、無線デバイス４００は、例えばラジオ又は無線部４０２を含むことができる。ラジオ４０２は、上述のものなどの２つ以上のアンテナまたはアンテナ・アレイに動作可能に結合することができる。例えば、ラジオ４０２は、アンテナ４０４および４０６に動作可能に結合することができる。上述のように、アンテナ４０４および４０６は別個の送信および受信アンテナまたはアンテナ・アレイとすることができる。したがって、ラジオ４０２は、少なくとも送信機（Ｔｘ）４０８および受信機（Ｒｘ）４１０を含むことができる。加えて、ラジオ４０２はビーム・フォーミング（ＢＦ）・コントローラ４１０を含むことができるが、本発明の範囲はこの点において限定されない。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、ラジオ４０２は、ＤＢａｎｄ、例えば６０ＧＨｚ周波数帯で動作することができる。無線デバイス４００は、１つまたは複数のプロセッサ４１２と、メモリ４１４とをさらに含むことができる。プロセッサ４１２は、ステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）・モジュール４１６を含むことができる。プロセッサ４１４は、所望であれば、ＩＥＥＥ８０２．１１ＴＡＧａｄおよび／またはＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃおよび／またはＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ（商標）および／またはＥＣＭＡ−３８７および／またはＩＳＯ／ＩＥＣ１３１５６：２００９および／またはブルートゥース（登録商標）および／またはＷＧＡまたはＷｉＧｉｇ仕様によるＭＡＣプロトコルを動作させることができる。

メモリ４１４は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、着脱可能または着脱不可能メモリ、消去可能または消去不可能メモリ、書き込み可能または再書き込み可能メモリなどの１つまたは複数を含むことができる。例えば、メモリ４１４は、１つまたは複数のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、ダブル・データ・レートＤＲＡＭ（ＤＤＲ−ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクト・ディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクト・ディスク・レコーダブル（ＣＤ−Ｒ）、コンパクト・ディスク・リライタブル（ＣＤ−ＲＷ）、フラッシュ・メモリ（例えば、ＮＯＲまたはＮＡＮＤフラッシュ・メモリ）、コンテント・アドレサブル・メモリ（ＣＡＭ）、ポリマー・メモリ、相変化メモリ、強誘電体メモリ、シリコン−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン（ＳＯＮＯＳ）メモリ、ディスク、フロッピー（登録商標）・ディスク、ハード・ドライブ、光ディスク、磁気ディスク、カード、磁気カード、光カード、テープ、カセットなどを含むことができる。

コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラム・モジュール、または他のデータなどの情報の記憶のための任意の方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、着脱可能または着脱不可能媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリまたは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、あるいは情報を記憶するのに使用することができ、コンピューティング・デバイスによってアクセスするための任意の他の媒体を含む。

いくつかの例示的な実施形態では、アンテナ４０４および４０６は、例えば、フェイズド・アレイ・アンテナ、内部および／または外部ＲＦアンテナ、ダイポール・アンテナ、モノポール・アンテナ、無指向性アンテナ、端部給電アンテナ（エンド・フェッド・アンテナ）、円偏波アンテナ、マイクロストリップ・アンテナ、ダイバーシチ・アンテナ、または無線通信信号、ブロック、フレーム、送信ストリーム、パケット、メッセージ、および／またはデータを送信および／または受信するのに好適な他のタイプのアンテナを含むことができるが、本発明の範囲はこれらの例に限定されない。

本発明のいくつかの例示的な実施形態では、ＢＦコントローラ４１０は、所望であれば、多入力多出力（ＭＩＭＯ）コントローラおよび／またはビーム・フォーマー・プロセッサを含むことができる。

＜共配置されたアンテナ・アレイおよび／または要素＞
いくつかの実施態様では、複数の方向に放射するアンテナ・アレイおよび／またはアンテナ・アレイ要素を用いて空間通達範囲を改善するために、アンテナ・アレイまたはアンテナ要素を、上述の基盤または誘電体材料などの単一プラットフォームまたは平面に共配置することができる。

そのような実施態様は、モバイル無線デバイス、ノートブック・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、ハンドヘルド・デバイスなどで使用することができる。この実施態様は、テレビジョン、セット・トップ・ボックス、ＡＰ、住居用ゲートウェイなどのような複数の放射方向を対象に含む固定通信デバイスでも使用することができる。

図５は、共配置されたアンテナ・アレイ要素を含むシステム５００の概略図を示す。モジュール５０２は、ＲＦモジュール５０４およびＭＡＣ＋ＩＦモジュール５０６などの他のデバイスを含むことができる。１０個のアレイ要素５０８を含むアンテナ・アレイは方向５１０に放射する。同じモジュールに２つのアンテナ・アレイ要素５１２があり、同じモジュール５０２に属する。２つのアンテナ・アレイ要素５１２は異なる方向５１４に放射する。共配置されたアンテナ・アレイおよび要素は互いに無関係に動作できることが意図されている。しかし、そのような共配置されたアンテナ・アレイおよび要素は同時に動作することができる。

アンテナまたはアンテナ・アレイを共配置することによって、空間を節約するとともに無線通信デバイス／システムの空間通達範囲を改善することができる。これら異なるアンテナ・アレイは基本的に独立しており、異なる方向に放射する。アンテナまたはアンテナ・アレイを同じモジュールまたは同じ基盤に共配置することによって、使用する空間を減らすことができ、アンテナ・アレイおよび要素はより小さいフォームファクタ・デバイスに適合する。これは、サイズ縮小が絶えず進んでいるデバイスに特に有用でありうる。

＜アンテナを形成するための共形シールド＞
一般に、アンテナは、デバイスにおいてトランシーバなどのパッケージの外側にありうる。ある実施態様はラミネート材料の一部としてアンテナを設置することができ、ここで、ラミネート材料はダイを含む。他の実施態様は、アンテナがパッケージに一体化された別個の構成要素であるように設定することができる。

共形シールドをシールド・プロセスとしてパッケージに適用することができる。共形シールドは、成形済みパッケージ又はモールドパッケージ上に薄いメタライゼーション層を塗布／堆積して、シールドされたパッケージを形成する方法である。例えば、無線トランシーバを、共形シールド済みパッケージ内にダイとして備えることができる。共形シールドを選択的に除去することにより、無線トランシーバおよびアンテナを同じパッケージに一体化するアンテナ構造体を生成することができる。パッケージ内でダイ（例えば、無線トランシーバ）とアンテナ構造体とを直接近接させ、かつ／または結合させると、損失が最小にされるので性能を改善することができる。

以下で説明するように、共形シールドのメタライゼーション除去を使用して、「スロット」、「スロット・ホーン」、「スロット・パッチ」などを含む様々なアンテナ・タイプを生成することができる。さらに、異なる放射パターンおよび放射方向（すなわち、ブロードサイド、エンドファイヤ）を提供することができる。アンテナをそのようなパッケージに一体化することにより、セルラ電話および他のハンドヘルド・デバイスなどのデバイスに使用することができる小さいフォームファクタを達成することができる。加えて、ＷｉＧｉｇ６０ＧＨｚ周波数などの様々な周波数をサポートすることができる。上述のように、より高い周波数スペクトルは、より小さいアンテナおよびより小さいパッケージを可能にする傾向がある。

図６Ａは、共形シールドで形成されたブロードサイド（ｂｒｏａｄｓｉｄｅ）アンテナの概略図を示す。無線トランシーバなどのダイ６００はパッケージ６０２に共形シールドとともにパッケージ化される。共形シールドのメタライゼーションを選択的に除去して、アンテナ６０４を生成する。この例では、アンテナ６０４はパッチ・アンテナであり、方向矢印６０６で示されるようなブロードサイド放射を可能にする。

図６Ｂは、共形シールド（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）で形成されたエンドファイヤ（ｅｎｄ ｆｉｒｅ）アンテナの概略図を示す。無線トランシーバなどのダイ６０８はパッケージ６１０に共形シールドとともにパッケージ化される。共形シールドのメタライゼーションを選択的に除去して、アンテナ６１２を生成する。この例では、アンテナ６１２はスロット型ホーン・アンテナであり、方向矢印６１４で示されるようなエンドファイヤ放射を可能にする。

したがって、アンテナはダイの上方にあるシールドの一部であるので、外部アンテナ構成要素を避けることができる。さらに、アンテナ給電装置はダイに直接つながることができる。

＜アンテナ性能を向上させるための整形レンズ＞
デバイスおよび無線デバイスは、特に、回路基盤などの内部構成要素を保護するためにプラスチックまたは誘電体材料で包むことができる。一般に、そのような包まれた構成要素には、上述のようなアンテナ、アンテナ・アレイ、およびアンテナ・アレイ要素を含めることができる。そのようなアンテナ、アンテナ・アレイ、およびアンテナ・アレイ要素から放射する電波は、それがプラスチックまたは誘電体筐体材料を通るとき曲がる、および再度曲がることがある。電波が材料を通過することにより関連する経路損失が増加することがあるが、有効開口は材料の有無にかかわらず同じままである。

図７は、アンテナ性能を向上させるための整形レンズの概略図を示す。無線デバイス７００は、整形レンズ・ケーシング７０４を生成するためにプラスチック、誘電体材料、または他の変形可能材料で製作することができる筐体７０２を含む。筐体７０２の内部に、それぞれの電波７１０のための有効開口７０８を有する１つまたは複数のアンテナ要素７０６がある。整形レンズ・ケーシングは、有効開口７１２で示されるように、アンテナ開口サイズを効果的に増加させることができる。これにより、物理的により小さいアンテナに向かって、および同アンテナから大量の電波を収束させることができる。利点としては、電波がエンケーシング材料（ｅｎｃａｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）７０２を通過することに関連する誘電損が依然としてあったとしても有効アンテナ利得が増加し、リンク・バジェットが改善できることがある。

そのような実施態様は、特に、ＷｉＧｉｇ仕様を実施し、６０ＧＨｚ周波数スペクトルで動作するデバイスに適用することができる。これは、エンケーシング材料を通過する電波の損失が６０ＧＨｚなどの比較的より高い周波数でより顕著である場合があることを考慮している。したがって、有効開口の増加は、リンク・バジェットの計算のときに材料による損失を補って役立つことができる。

この手法はプラットフォームの場合に限定されず、上述のものなどの、適用可能な場合にパッケージまたはダイ・レベルで行うこともできる。エンケーシングの材料、エンケーシングの厚さ、無線波長などに関して考慮することができる。

＜プロセス例＞
図８は、オーバーラップまたは交互配列されたアンテナ・アレイを使用して電波を送信および受信するための例示的なプロセス８００の流れ図を示す。この方法を説明する順序は、限定として解釈されることが意図されておらず、任意の数の記載の方法ブロックを任意の順序で組み合わせて、この方法または代替の方法を実施することができる。加えて、個々のブロックは、本明細書で説明する主題の趣旨および範囲から逸脱することなくこの方法から削除することができる。

ブロック８０２において、アンテナ・アレイおよび要素が誘電体材料の一方の側に配置される。いくつかの実施形態では、アンテナ・アレイおよび要素は、他のアンテナ・アレイおよび要素と誘電体材料の一方の側または平面を共有することができる。アンテナ・アレイおよび要素と、他のアンテナ・アレイおよび要素とは、同じ方向または異なる方向に放射することができる。

ブロック８０４において、別のアンテナ・アレイおよび要素が誘電体材料の他方の側に配置される。要素は、誘電体材料の反対側の要素にオーバーラップすることができる。いくつかの実施形態では、要素は、誘電体の反対側の要素に対して交互配列することができる。交互配列化および位置付けは、要素のありうる干渉に基づいて、ほぼλ／２の間隔によって定められるように決定することができる。

ブロック８０６において、電波の送信が、アンテナ・アレイのうちの１つを使用して別個の送信チェーンによって行われる。送信はＷｉＧｉｇ仕様で規定された６０ＧＨｚで動作する無線によるものとすることができる。

ブロック８０８において、電波の受信が、アンテナ・アレイのうちの１つを使用して別個の受信チェーンによって行われる。受信は、ＷｉＧｉｇ仕様で規定された６０ＧＨｚで動作する無線によるものとすることができる。

ブロック８１０において、送信電波および受信電波は、アンテナ・アレイの有効開口を増加させるために曲げられる。これは、上述のような整形レンズを使用することによって行うことができる。

本発明による実現が特定の実施形態の状況で説明された。これらの実施形態は、例示であり、限定でないことを意味する。多くの変更、変形、追加、および改善が可能である。したがって、単一の事例として本明細書で説明した構成要素に関して複数の事例を提供することができる。様々な構成要素、動作、およびデータ・ストアの間の境界は多少任意であり、特定の動作は特別な例示的な構成の状況で示されている。機能の他の割当てが構想され、特許請求の範囲の範囲内に入ることができる。最後に、様々な構成において個別の構成要素として提示された構造体および機能は、組み合わされた構造体または構成要素として実施することができる。これらおよび他の変更、変形、追加、および改善は、特許請求の範囲で定義されるような本発明の範囲内にありうる。

以下、本願により教示される手段を例示的に列挙する。
（付記１）
２つの平坦な面を有する誘電体材料と、
前記誘電体材料の一方の面に配列された第１の組のアンテナ・アレイ要素と、
前記誘電体材料の面のうち前記第１の組のアンテナ・アレイ要素の要素に対向する他方の面に配列された第２の組のアンテナ・アレイ要素と
を備えるアンテナ・アレイの構造体。
（付記２）
前記第２の組のアンテナ・アレイ要素が、前記第１の組のアンテナ・アレイ要素の前記要素にオーバーラップする、付記１に記載の構造体。
（付記３）
前記第２の組のアンテナ・アレイ要素が、前記第１の組のアンテナ・アレイ要素の前記要素に対して交互配列される、付記１に記載の構造体。
（付記４）
前記第１および第２のアンテナ・アレイの前記要素がλ／２の距離だけ互いに離間される、付記１に記載の構造体。
（付記５）
λが６０ＧＨｚ動作周波数によって規定される、付記４に記載の構造体。
（付記６）
前記第１の組のアンテナ・アレイ要素が送信チェーンの一部であり、前記第２の組のアンテナ・アレイ要素が受信チェーンの一部である、付記１に記載の構造体。
（付記７）
前記第１および第２の組のアンテナ・アレイ要素のアンテナ・アレイが６０ＧＨｚで動作する、付記１に記載の構造体。
（付記８）
前記アンテナ・アレイ要素が共形シールド・プロセスを使用して整形される、付記１に記載の構造体。
（付記９）
前記アンテナ・アレイ要素がブロードサイドまたはエンドファイヤ・アンテナ・アレイの一部である、付記１に記載の構造体。
（付記１０）
前記アンテナ・アレイ要素の電波が、前記要素の有効開口を増加させるために曲げられる、付記１に記載の構造体。
（付記１１）
当該構造体の双方又は一方の面に設置された異なる方向に放射する他のアンテナ・アレイ要素をさらに含む、付記１に記載の構造体。
（付記１２）
１つまたは複数のプロセッサと、
１つまたは複数のプロセッサに対して形成された無線部であって、誘電体材料の一方の面に配列された複数の要素を有する第１のアンテナ・アレイに接続された送信機、および前記誘電体材料の他方の面に配列された複数の要素を有する第２のアンテナ・アレイに接続された受信機を含む無線部と
を備えるデバイス。
（付記１３）
誘電体材料のいずれかの面における要素が、対向する要素にオーバーラップして配列される、付記１２に記載のデバイス。
（付記１４）
誘電体材料のいずれかの面における要素が、対向する要素に対して交互配列形式で配列される、付記１２に記載のデバイス。
（付記１５）
前記要素が、λ／２の距離だけ互いに離間されるように配列される、付記１２に記載のデバイス。
（付記１６）
前記アンテナ要素が、前記送信機および前記受信機のいずれかまたは両方を含むパッケージの一部であり、共形シールドを使用して形成される、付記１２に記載のデバイス。
（付記１７）
前記デバイスが６０ＧＨｚで動作する、付記１２に記載のデバイス。
（付記１８）
前記要素の有効開口を増加させるために送信電波および受信電波を曲げるように整形されたエンケーシングをさらに含む、付記１２に記載のデバイス。
（付記１９）
空間的なカバレッジを増やすようにまとめて配置されたアンテナ要素および／またはアレイをさらに含む、付記１２に記載のデバイス。
（付記２０）
電波を送信および受信する方法であって、
第１のアンテナ・アレイおよび要素を誘電体材料の一方の面に配置するステップと、
第２のアンテナ・アレイおよび要素を前記誘電体材料の他方の面に配置するステップと、
前記第１のアンテナ・アレイおよび要素を使用して送信チェーンにより送信するステップと、
前記第２のアンテナ・アレイおよび要素を使用して受信チェーンにより受信するステップと
を含む、方法。
（付記２１）
前記アンテナ・アレイの有効開口を増加させるために送信および受信される電波を整形するステップをさらに含む、付記２０に記載の方法。
（付記２２）
空間的なカバレッジを増やすようにアンテナ・アレイおよび／または要素をまとめて配置するステップをさらに含む、付記２０に記載の方法。

米国特許出願公開第２００９／０１７４６１３号明細書 国際公開第２００６／０９９２０９号 特開２００９−８９２１７号公報 特開２００６−６７３７６号公報 特表２０１１−５１７３９４号公報

Claims (9)

1. アンテナ構造であって：
   直線で囲まれる第１の平坦面と、前記直線で囲まれる第１の平坦面の反対側にある直線で囲まれる第２の平坦面とを有する構造体であって、前記直線で囲まれる第１の平坦面及び前記直線で囲まれる第２の平坦面の各々は誘電体材料を含む、構造体；
   前記構造体の前記直線で囲まれる第１の平坦面の前記誘電体材料に配置される第１のアンテナアレイ；
   前記第１のアンテナアレイの反対側に位置する、前記構造体の前記直線で囲まれる第２の平坦面の前記誘電体材料に配置される第２のアンテナアレイ；
   を有し、前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイはそれぞれアンテナ要素のアレイを有し；
   前記構造体の両側の第１及び第２の平坦面に沿って、第１のアンテナアレイのうちのアンテナ要素の各々は、第２のアンテナアレイのうち対応するアンテナ要素の反対側に配置され；
   前記第１のアンテナアレイのアンテナ要素は前記第２のアンテナアレイに対する反射器又は導波器として機能し、前記第２のアンテナアレイのアンテナ要素は前記第１のアンテナアレイに対する反射器又は導波器として機能する；
   ことを特徴とするアンテナ構造。
2. 前記第１のアンテナアレイのうちの少なくとも幾つかのアンテナ要素は、前記第２のアンテナアレイのうちの少なくとも幾つかのアンテナ要素とオーバーラップしている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 前記第１のアンテナアレイのうちのアンテナ要素は各自所定の間隔を空けており、前記第２のアンテナアレイのうちのアンテナ要素は各自所定の間隔を空けている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
4. 前記第１のアンテナアレイの前記所定の間隔は、前記第２のアンテナアレイの前記所定の間隔と実質的に同じである
   ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ構造。
5. アンテナ構造であって：
   誘電体構造を有する構造体；
   前記構造体に配置される第１のアンテナアレイ；及び
   前記第１のアンテナアレイと反対側に位置する、前記構造体に配置される第２のアンテナアレイ；
   を有し、前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイはそれぞれ複数のアンテナ要素を有し；及び
   前記第１のアンテナアレイのうちの少なくとも何れかのアンテナ要素は、アンテナアレイ要素の潜在的な干渉を減らす形態で、前記第２のアンテナアレイのうちの少なくとも何れかのアンテナ要素と交互配列されている；
   ことを特徴とするアンテナ構造。
6. 前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイはそれぞれ異なる方向に放射する
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ構造。
7. アンテナ構造であって：
   前記アンテナ構造に配置される誘電体材料を有する構造；
   前記構造の第１の側に形成される第１の複数のスロットを有するアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイ；及び
   前記構造の第２の側に形成される第２の複数のスロットを有するアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイ；
   を有することを特徴とするアンテナ構造。
8. アンテナ構造であって：
   誘電体材料を有する構造体；
   前記構造体に配置される第１のアンテナアレイ；及び
   前記第１のアンテナアレイと反対側に位置する、前記構造体に配置される第２のアンテナアレイ；
   を有し、前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイはそれぞれ複数のアンテナ要素を有し；
   前記第１のアンテナアレイのうち少なくとも何れかのアンテナ要素及び前記第２のアンテナアレイのうち少なくとも何れかのアンテナ要素は、互いに交互配列されており；
   前記構造体の直線で囲まれる第１の平坦面及び直線で囲まれる第２の平坦面の間に反射板は存在しない；
   ことを特徴とするアンテナ構造。
9. 前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイはそれぞれ複数のアンテナ要素を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ構造。

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