JP6950084B2 - ミリ波通信用のパッチアンテナ - Google Patents

Description

本発明の技術は一般に、電子デバイス用のアンテナに関し、特にミリ波周波数をサポートするアンテナに関する。

３Ｇおよび４Ｇなどの通信規格は、現在広く利用されている。５Ｇ通信をサポートするインフラストラクチャーが間もなく配備されると予想されている。５Ｇを活用するために、携帯電話などの携帯電子デバイスは、適切な通信構成要素で構成される必要がある。これらの構成要素には、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのミリ（ｍｍ）波の範囲に延びる、１つ以上の共振周波数を有するアンテナが含まれている。多くの国で、利用可能な５Ｇミリ波周波数は、２８ＧＨｚおよび３９ＧＨｚであると考えられている。このスペクトルは、周波数において連続的ではない。したがって、携帯デバイスが１ミリ波周波数以上での動作をサポートした場合、アンテナは、複数帯域のアンテナ（マルチバンドアンテナまたはマルチモードアンテナと呼ばれることもある）である必要がある。

また、波長が非常に小さいため、アレイ内で複数のアンテナを使用することで、性能を向上することができる。アレイアンテナは、正しいフェージング下で、潜在的なアンテナゲインをもたらすが、課題も加わる。フェージングにより、アンテナ放射は、基地局に向けられることもあるビームに絞られる。アレイのアンテナ素子は、幅広のパターン、良好な偏波、低結合、および低接地電流を有するべきである。計画されている２８ＧＨｚおよび３９ＧＨｚ周波数でのデュアルバンドアンテナに対して、これらの特性達成は課題となる。狭帯域の給電線が通常、共振ミリ波周波数において望ましくない放射を有することが、この理由の１つである。

本開示は、１つ以上の５Ｇミリ波動作周波数によってワイヤレス通信をサポートするための帯域特性を有するスロット結合パッチアンテナについて記載する。このアンテナは、アレイに実装されると給電線の放射を大幅に除去し、相互結合を抑制する。アンテナは、パッチおよびスロット構成を備えた多層構造である。約２８ＧＨｚなどの第１の共振周波数において、アンテナは小型かつ良好な帯域幅を有し得る。無給電パッチを追加することで、約３９ＧＨｚなどの別の共鳴周波数を設定することができる。複数のアンテナをアレイに配置することができる。アンテナ（またはアンテナのアレイ）は、たとえば、携帯端末（たとえば携帯電話）、小型基地局、またはモノのインターネット（Internet of Things：ＩｏＴ）デバイスで使用されてもよい。

本開示の様態によれば、パッチアンテナは、ミリ波周波数範囲内で少なくとも１つの共振周波数を有し、第１の平面内に配置され、前記アンテナが給電線によって無線周波数（Radio Frequency：ＲＦ）信号を給電される第１の開口部を有するグラウンドプレーンと、前記第１の平面に平行な第２の平面内に配置され、第２の開口部を有するメインパッチと、を備え、ここで、前記第１および第２の平面は前記グラウンドプレーンと前記メインパッチの間に第１のアンテナキャビティを形成するために離隔される。

アンテナの実施形態によれば、第１のアンテナキャビティは、エアギャップである。

アンテナの実施形態によれば、開口部の幾何中心は、同軸に整列している。

アンテナの実施形態によれば、グラウンドプレーンは第１の基板上に配置され、メインパッチは第２の基板上に配置される。

アンテナの実施形態によれば、第１および第２の基板は、多層プリント回路基板の層である。

アンテナの実施形態によれば、キャビティは、多層プリント回路基板の一部を除去することによって形成される。

アンテナの実施形態によれば、アンテナはさらに、第１および第２の平面に平行な第３の平面内に配置された無給電パッチを含み、第３の平面は第２の平面から離隔され、メインパッチと第１のアンテナキャビティとは反対側のメインパッチ側にある無給電パッチとの間に第２のアンテナキャビティを形成し、無給電パッチは、ミリ波周波数範囲内の第２の共振周波数をアンテナに加える。

アンテナの実施形態によれば、アンテナの第１の共振周波数は約２８ＧＨｚであり、第２の共振周波数は約３９ＧＨｚである。

アンテナの実施形態によれば、メインパッチおよび無給電パッチの幾何中心は、同軸に整列している。

アンテナの実施形態によれば、メインパッチ、無給電パッチおよび開口部の幾何中心は、同軸に整列している。

アンテナの実施形態によれば、開口部は約２．７ｍｍの長さを有し、第１のアンテナキャビティの高さは約０．３ｍｍであり、第２のアンテナキャビティの高さは約０．１ｍｍであり、メインパッチの長さは約３．４ｍｍ〜約３．６ｍｍであり、メインパッチの幅は約３．４ｍｍ〜約３．６ｍｍであり、無給電パッチの長さは約０．６ｍｍ〜約０．９ｍｍであり、メインパッチの幅は約０．７ｍｍ〜約１．０ｍｍである。

本開示の他の様態によれば、電子デバイスは、アンテナおよびアンテナに作動的に結合した通信回路を含み、通信回路は、別のデバイスとのワイヤレス通信の一環として放射するためにアンテナに給電される無線周波数信号を生成するように構成される。

計画されている多層構成は、ミリ波帯域で動作する際、ユーザーデバイスの筐体（ハウジング）で観測された表面波を抑制しながらも、ワイヤレス通信に対し十分な帯域幅を提供する。計画されているアンテナ構成は小型であり、ミリ波帯域で動作するユーザー端末に容易に統合することができる。無給電パッチが存在し、メインパッチ上の開口部を介して給電される実施形態では、アンテナのフットプリントを増加させることなく、パッチアンテナがデュアルバンド放射を提供するように、上方の共振周波数が励起される。

図１は、本開示によるアンテナを含む電子デバイスの概略図である。 図２は、本開示によるアンテナの表示である。 図３は、図２の線３−−３に沿ったアンテナの断面図である。 図４Ａは、アンテナ用の第１の基板の平面図である。 図４Ｂは、アンテナ用の第２の基板の平面図である。 図５は、アンテナの動作特性のプロットである。 図６Ａ及び６Ｂは、第１および第２の共振モードでアンテナが共振する間の、それぞれの電界を示す図２のアンテナの側面図である。 図６Ａ及び６Ｂは、第１および第２の共振モードでアンテナが共振する間の、それぞれの電界を示す図２のアンテナの側面図である。 図７Ａ及び７Ｂは、第１および第２の共振周波数でそれぞれ放射する図２のアンテナの放射パターンである。 図７Ａ及び７Ｂは、第１および第２の共振周波数でそれぞれ放射する図２のアンテナの放射パターンである。 図８は、本開示によるアンテナの別の実施形態を示す。 図９は、図８のアンテナの動作特性のプロットである。 図１０は、図８のアンテナの動作特性のプロットだが、アンテナのメインパッチ素子に開口部がないものである。 図１１Ａ及び１１Ｂは、図２のアンテナの動作特性のプロットであり、アンテナのメインパッチ素子の特性変化による影響を示す。 図１１Ａ及び１１Ｂは、図２のアンテナの動作特性のプロットであり、アンテナのメインパッチ素子の特性変化による影響を示す。 図１２Ａ及び１２Ｂは、図２のアンテナの動作特性のプロットであり、アンテナの無給電パッチ素子の特性変化による影響を示す。 図１２Ａ及び１２Ｂは、図２のアンテナの動作特性のプロットであり、アンテナの無給電パッチ素子の特性変化による影響を示す。 図１３は、図２のアンテナに一致したアンテナを有するアンテナアレイを示す。

実施形態は、図面を参照して記載されるが、ここで、全体を通じて同様の要素を参照するために同様の参照番号が使用される。図面は、必ずしも縮尺通りではないことが理解されるだろう。１つの実施形態に関して記載および／または図示されている特徴は、１つまたは複数の他の実施形態において、および／または他の実施形態の特徴と組み合わされて、または他の実施形態の特徴の代わりに、同じ方法または類似した方法で使用してもよい。

ミリ波周波数で使用され得るアンテナ構造の様々な実施形態を、添付の図とともに以下で説明する。図は１つのアンテナを示すが、アンテナのアレイは、ビームシェーピングまたはビームスイーピングアプリケーションに使用してもよい。

（マルチモードアンテナ構造）
図１を参照すると、開示されたアンテナの例示的な環境が示されている。例示的環境とは、携帯無線電話、より一般的には、携帯電話またはスマートフォンと呼ばれる携帯無線電話として構成された電子デバイス１０である。電子デバイス１０は、ユーザー端末またはＵＥと呼ばれることがある。電子デバイス１０は、移動無線電話、タブレットコンピューティングデバイス、コンピューター、ゲーミングデバイス、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、メディアプレーヤー、基地局またはアクセスポイントなどであるが、これらに限定されない。例示的な電子デバイス１０のさらなる詳細について、以下に説明する。

示されているように、電子デバイス１０は、ワイヤレス通信をサポートするアンテナ１２を含む。図２をさらに参照すると、アンテナ１２の実施形態は、やや概略的な形態で示されている。図３は、図２内の線３−−３に沿ったアンテナ１２の断面を示しており、アンテナ１２の示された部分において動作する構造的特徴のすべてを示す。図２は、参照用の座標系を含む。本開示内の方向の記述は、座標系に対してなされており、空間におけるアンテナ１２のいずれの方向とも関連しない。図４Ａおよび４Ｂはそれぞれ、アンテナ１２の第１の基板１４およびアンテナの第２の基板１６の平面図である。図４Ａおよび４Ｂでは、基板１４、１６の上部の導電層は実線で示されており、基板１４、１６の底部の導電層は破線で示されている。基板１４、１６は、たとえば、個々のプリント回路基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）であってもよく、または多層ＰＣＢの層であってもよい。

図２から図４Ｂを参照すると、アンテナ１２は開口給電される（たとえば、アンテナにＲＦエネルギーを給電する線は、アンテナの放射部分にエネルギーを送信するための開口部を有する導電面によって、残りのアンテナ部分から遮蔽される）。このために、アンテナ１２は、第１の基板１４の上面２０に配置されたグラウンドプレーン１８を含む。第１の開口部２２（スロットとも呼ばれる）は、グラウンドプレーン１８内で形成され、ｘ軸方向に長手方向軸を有する。給電線２４は、第１の基板１４の下面２６に配置される。給電線２４は、たとえば、ｙ軸方向に長手方向軸を有する５０オーム（Ω）の両端開放型マイクロストリップラインである。給電線２４は、接続点２８（図２の三角形のアイテムによって図式的に表される）からスタブ３０の末端部まで延びている。スタブ３０（または開口部２２を通り越してｙ軸方向に延びる給電線２４の１部）は、４分の１波長の電気長を有する。給電線２４は、接続点２８でＲＦ信号を供給する構成要素に接続される。ＲＦ信号を供給する構成要素は、電力増幅器の出力、または、同調回路もしくはインピーダンス整合回路の出力であってもよい。ＲＦ信号を供給する構成要素は、第１の基板１４を含むＰＣＢの別の層にまたは別個の基板上に位置してもよい。

メインパッチ３２は、第２の基板１６の下面３４に配置される。グラウンドプレーン１８およびメインパッチ３２がｚ軸方向に互いに離隔されるように、第２の基板１６は第１の基板１４に対して位置付けられる。グラウンドプレーン１８とメインパッチ３２との例示的な間隔、およびその他のアンテナパラメーターは、以下のセクションで提供される。その結果、アンテナキャビティ３６は、メインパッチ３２とグラウンドプレーン１８との間に存在する。好ましい実施形態では、アンテナキャビティ３６は空気で充填され、エアギャップと呼ばれることもある。別の実施形態では、アンテナキャビティ３６は空気ではなく誘電体材料で充填される。

第１および第２の基板１４、１６が多層ＰＣＢの一部である一実施形態では、アンテナキャビティ３６は多層ＰＣＢの一部を除去することによって形成される多層ＰＣＢにおける物理的なキャビティでもある。たとえば、第１基板１４と第２の基板１６との間に挟まれた第３の基板（図示せず）の一部は、ドリリング、マシニング、またはエッチングなどのプロセスによって除去することができる。この場合、第３の基板の残り部分は、第２の基板１６に機械的なサポートを提供する。第２の基板１６が第１の基板１４とは別の構成要素である別の実施形態では、スペーサーまたは他の保持部材を使用して、第２の基板１６は第１の基板に対する相対位置で維持されてもよい。

第２の開口部３８（スロットとも呼ばれる）は、メインパッチ３２内で形成され、ｘ軸方向に長手方向軸を有する。したがって、第１の開口部２２および第２の開口部３８は、互いに平行である。一実施形態では、第１の開口部２２の幾何中心は、第２の開口部３８の幾何中心の上方に（ｚ軸方向に）整列している。したがって、開口部２２、３８は、共通の中心軸を有し、ｚ軸方向において同軸に整列していると見なすことができる（たとえば、開口部２２、３８の幾何中心は、同一ｘ軸およびｙ軸の値を有するが、ｚ軸の値は異なる）。この関係により、アンテナ１２の放射効率が一層高くなる。第１の開口部２２とｚ軸方向の給電線２４との交点もまた、開口部２２、２８の幾何中心と同軸に整列している。

第２の開口部３８は、開口部３８のない類似メインパッチの表面電流の電気長と対比して、メインパッチ３２の表面電流の電気長を拡大する。メインパッチ３２の表面電流の電気長は、第２の開口部３８の物理長の増加に伴い増加する（ｘ軸方向で測定された長さ）。その結果、アンテナ１２の共振周波数および帯域幅は、第２の開口部３８の物理長の増加に伴い減少する。開口部２２、３８の幅は共振周波数にほとんど影響を及ぼさないため、各開口２２、３８の幅は、それぞれの長さと比較して小さい（ｙ軸方向で測定された幅）。一実施形態では、第２の開口部３８の幅は、第２の開口部３８の長さの約１０分の１であるが、第２の開口部３８の長さ半分までの幅が可能である。

デュアルバンド放射を達成するための第２の共振モードを追加するために、無給電パッチ４０を第２の基板１６の上面４２に追加してもよい。理解されるように、無給電パッチは、ＲＦ信号で駆動されない素子である。一実施形態では、無給電パッチはアンテナ１２の他の素子に電気的に接続されないが、パッシブ共振器として機能し、第２の共振モードを確立する。電気的に、第２のアンテナキャビティ４３は、メインパッチ３２と無給電パッチ４０との間に存在する。第２のキャビティは、第２の基板１６の材料、異なる誘電体材料、または空気で充填してもよい。１つ以上の追加の無給電パッチを無給電パッチ上に垂直に追加して、対応する共振モードをさらに追加してもよい。

給電線２４、グラウンドプレーン１８、メインパッチ３２、および無給電パッチ４０は、銅などの適切な導電性材料または複数の材料から作製してもよい。一実施形態では、給電線２４、グラウンドプレーン１８、メインパッチ３２、および無給電パッチ４０はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの平面内にある。一実施形態では、パッチ３２、４０が共通の中心軸を有するように、メインパッチ３２の幾何中心および無給電パッチ４０の幾何中心は、互いに（ｚ軸方向に）上方に整列している。パッチ３２の同軸整列は、開口部２２、３８の幾何中心と共通の同軸整列である。

（実施例）
例示的な実施形態では、アンテナ１２は、２８ＧＨｚおよび３９ＧＨｚの共振周波数を有するように構成されてもよい。これは、図５に示されたアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットに反映される。

これらの特性を達成するために、開口部２２、３８の長さは約２．７ミリメートル（ｍｍ）でもよく、開口部２２、３８の幅は、約０．１ｍｍ〜約０．３ｍｍの範囲でもよく、アンテナキャビティ３６の高さ（たとえば、メインパッチ３２とグラウンドプレーン１８との間隔）は、約０．３ｍｍ（ｚ軸方向に測定された高さ）でもよく、基板１４、１６の高さは、約０．１ｍｍでもよく、基板１４、１６は、３．３８の誘電率を有してもよく、メインパッチ３２の長さは、約３．４ｍｍ〜約３．６の範囲でもよく、メインパッチ３２の幅は、約３．４ｍｍ〜約３．６の範囲でもよく、無給電パッチ４０の長さは、約０．６ｍｍ〜約０．９の範囲でもよく、メインパッチ３２の幅は、約０．７ｍｍ〜約１．０の範囲でもよい。第２の基板１６は、メインパッチ３２と無給電パッチ４０とを離隔しているため、第２のキャビティ４３の高さは、第２の基板１６の高さと同じでもよい。一実施形態では、基板１４、１６は米国アリゾナ州チャンドラーのロジャーズ社から入手可能な誘電体材料ＲＯ４００３から作製される。

前述のパラメーターは、所望の共振周波数を得るためおよびインピーダンス整合を向上するために調整することができる。行われ得る例示的な調整は、以下のパラメトリックスタディに記載される。

第１の（下方の）共振モードでは、メインパッチ３２とグラウンドプレーン１８（たとえば、アンテナキャビティ３６内）との間の下側アンテナキャビティ内の電界（Ｅ_ｚ）は強力であり、メインパッチ３２は下方の共振周波数における一次放射素子で、この例では約２８ＧＨｚである。第２の（上方の）共振モードでは、メインパッチ３２とグラウンドプレーン１８（たとえば、アンテナキャビティ３６内）との間の下側アンテナキャビティ内の電界（Ｅ_ｚ）は、下方の共振モードよりも微弱である。しかし、メインパッチ３２と無給電パッチ４０との間の上側アンテナキャビティ４３内の電界（Ｅ_ｚ）は、下方の共振モードに対して増加し、その結果、メインパッチ３２および無給電パッチ４０の両方が上方の共振周波数で放射するハイブリッドモードになり、この例では約３９ＧＨｚである。図６Ａおよび６Ｂは、アンテナが下方のおよび上方の共振モードで共振する間の、電界をそれぞれ含むアンテナ１２の代表的な側面図である。図７Ａは、下方の共振モードで放射している間のアンテナ１２の放射パターンである。図７Ｂは、上方の共振モードで放射している間のアンテナ１２の放射パターンである。図７Ａおよび７Ｂでは、ｙ軸は垂直方向に延び、ｘ軸およびｙ軸は示された平面を形成し、ｚ軸は示された平面から法線方向に延びている。

（代替シングルモード実施形態）
図８に関して、アンテナの代替実施形態が示されている。図２の図と同様に、図８の図はやや概略的な形態である。アンテナ４４は図２から図４Ｂのアンテナ１２と同一の構成を有するが、第２の基板１６の上面４２上にある無給電パッチ４０が省略されている。第２の基板１６は、図８に示されていないが、メインパッチ３２をサポートするために存在してもよい。アンテナ４４は、約２８ＧＨｚなどの単一の共振モードを有するように構成されてもよい。これは、図９に示されたアンテナ４４の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットに反映される。

図１０は、アンテナ４４の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットであるが、メインパッチ３２は、開口部３８のない連続導電層である。図からわかるように、開口部３８は、アンテナ４４の共振周波数を低下させる。以前に言及したように、開口部３８によって、アンテナ１２の共振周波数が同様に低下する。

（マルチモードアンテナのパラメトリックスタディ）
アンテナ１２、４４のメインパッチ３２のサイズを変えることで、アンテナ１２、４４の電気的特性を変化することができる。たとえば、図１１Ａは、ｙ軸方向においてアンテナ１２のメインパッチ３２の寸法を変更した場合の影響を示す。参考までに、この寸法は、メインパッチ３２の幅と呼ばれる。ｘ軸に沿って延びる寸法は、メインパッチ３２の長さと呼ばれる。メインパッチ３２の長さは、図１１Ａに関連して実行された解析に対して、一定に保たれる。曲線４６は、メインパッチ３２の幅が３．６ｍｍおよび長さが３．５ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線４８は、メインパッチ３２の幅が３．５ｍｍおよび長さが３．５ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線５０は、メインパッチ３２の幅が３．４ｍｍおよび長さが３．５ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。図示されているように、幅を変えることで、下方の共振周波数が変化する。

図１１Ｂは、３．７ｍｍの一定幅を維持したまま、長さ方向においてアンテナ１２のメインパッチ３２の寸法を変更した場合の影響を示す。曲線５２は、メインパッチ３２の長さが３．６ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線５４は、メインパッチ３２の長さが３．５ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線５６は、メインパッチ３２の長さが３．４ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。図示されているように、長さの変化は、下方の共振周波数に対してわずかしか影響しない。これらの変化は、下方の共振周波数の微調整において有用であり得る。また、メインパッチ３２の長さの変化は、アンテナ１２のインピーダンス整合に役立たせることができる。

アンテナ１２の他の寸法を変えることで、電気的特性がさらに変化する。たとえば、開口部３８の長さ、無給電パッチ４０の長さおよび無給電パッチ４０の幅は、上方の共振周波数に対して最も大きな影響を与える寸法である。たとえば、図１２Ａは、無給電パッチ４０の長さを０．９ｍｍおよび開口部３８の長さを２．１ｍｍに一定に保ちながら、無給電パッチの幅を変化させた場合の影響を示す。曲線５８は、無給電パッチ４０の幅が１．０ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６０は、無給電パッチ４０の幅が０．９ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６２は、無給電パッチ４０の幅が０．８ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６４は、無給電パッチ４０の幅が０．７ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。

図１２Ｂは、無給電パッチ４０の幅を２．５ｍｍおよび開口部３８の長さを２．１ｍｍに一定に保ちながら、無給電パッチの長さを変化させた場合の影響を示す。曲線６６は、無給電パッチ４０の長さが０．９ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６８は、無給電パッチ４０の長さが０．８ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６２は、無給電パッチ４０の長さが０．７ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。曲線６４は、無給電パッチ４０の長さが０．６ｍｍのアンテナ１２の周波数に対するＳ（１，１）パラメーターのプロットである。

理解されるように、メインパッチ３２、開口部３８および無給電パッチ４０の寸法は協調的に変化し、所望の上方のおよび下方の共振周波数を得ることができる。

（マルチモードアンテナアレイ）
図１３は、図２から図４Ｂに示されるアンテナ１２にしたがってそれぞれ作製された複数のアンテナを含むアンテナアレイ７４を示す。別の実施形態では、アンテナアレイ７４は、図８に示されるアンテナ４４にしたがってそれぞれ作製された複数のアンテナを有してもよい。図示した実施形態では、４つのアンテナ１２ａ〜１２ｄが存在する。アンテナアレイ７４のアンテナ１２は、共通の第１の基板１４、共通の第２の基板１６、共通のグラウンドプレーン１８、またはそれぞれのメインパッチ３２とグラウンドプレーン１８との間のアンテナキャビティ３６を形成する共通の物理的なキャビティを１つ以上共有してもよい。アンテナアレイ７４の各アンテナ１２には、ＲＦ信号がそれぞれ給電される。ＲＦ信号は、ビームスキャニングまたはビームスイーピングアプリケーション用に、得られた放射パターンを指向するまたはステアリングするための相対位相を有する。

（例示的な動作環境）
理解されるように、前述の開示は、ミリ波帯域における５Ｇ通信をサポートするために構成可能であるマルチバンドアンテナ構造について記載する。図１に戻ると、無線（ワイヤレス）通信用アンテナ１２（またはアンテナ４４）を使用する携帯電話としての例示的な実施形態における電子デバイス１０の概略ブロック図が示されている。一実施形態では、アンテナ１２は、セルラー電話ネットワークの基地局との通信をサポートするが、無線ＬＡＮ通信などの別のワイヤレス通信をサポートするために使用されてもよい。他の種類の通信をサポートするために、追加のアンテナが存在してもよく、通信の種類は、無線ＬＡＮ通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信、ボディエリアネットワーク（Body Area Network：ＢＡＮ）通信、近距離無線通信（Near Field Communications：ＮＦＣ）、および３Ｇおよび／または４Ｇ通信などであるが、これらに限定されるものではない。

電子デバイス１０は、電子デバイス１０全体の動作を担う制御回路７６を含む。制御回路７６は、オペレーティングシステム８０および様々なアプリケーション８２を実行するプロセッサー７８を含む。オペレーティングシステム８０、アプリケーション８２、および記憶データ８４（たとえば、オペレーティングシステム８０、アプリケーション８２、およびユーザーファイルに関連しているデータ）は、メモリー８６に記憶される。オペレーティングシステム８０およびアプリケーション８２は、電子デバイス１０の非一時的コンピューター可読媒体（たとえば、メモリ８６）に記憶された実行可能な論理ルーチン（たとえば、コードの行、ソフトウェアプログラムなど）の形態で実施され、制御回路７６によって実行される。

制御回路７６のプロセッサー７８は、中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、マイクロコントローラー、またはマイクロプロセッサーであってもよい。プロセッサー７８は、電子デバイス１０の動作を実行するために、制御回路７６内のメモリー（図示せず）および／またはメモリー８６など別個のメモリーに記憶されたコードを実行する。メモリー８６は、たとえば、バッファー、フラッシュメモリー、ハードドライブ、リムーバブルメディア、揮発性メモリー、不揮発性メモリー、ランダムアクセスメモリー（Random Access Memory：ＲＡＭ）、または他の適切なデバイスのうちの１つ以上であってもよい。典型的な構成では、メモリー８６は、長期データ保存用の不揮発性メモリーおよび制御回路７６のシステムメモリーとして機能する揮発性メモリーを含む。メモリー８６は、データバスを通じて制御回路７６とデータを交換し得る。付随する制御線およびメモリー８６と制御回路７６との間のアドレスバスも存在し得る。メモリー８６は、非一時的なコンピューター可読媒体と考えられる。

示されるように、電子デバイス１０は、電子デバイス１０が様々なワイヤレス通信接続を確立することを可能にする通信回路を含む。例示的な実施形態では、通信回路は無線回路８８を含む。無線回路８８は、１つ以上の無線周波数トランシーバーを含み、アンテナ１２および電子デバイス１０のその他のアンテナに作動的に接続される。電子デバイス１０が、２つ以上の規格またはプロトコル、２つ以上の無線アクセス技術（Radio Access Technology：ＲＡＴ）、および／または２つ以上の無線周波数帯域によって通信できるマルチモードデバイスである場合、無線回路８８は、１つまたは２つ以上の無線トランシーバー、チューナー、インピーダンス整合回路、ならびにサポートされる様々な周波数帯域および無線アクセス技術に必要な他の構成要素を表す。無線回路８８によってサポートされる例示的なネットワークアクセス技術は、セルラー回路交換ネットワーク技術およびパケット交換ネットワーク技術を含む。無線回路８８はさらに、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースおよび／またはボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）などによる、別の電子デバイスと直接ローカル無線通信するために使用される任意の無線トランシーバーおよびアンテナを示す。

電子デバイス１０は、ユーザーに情報を表示するためのディスプレイ９０をさらに含む。ビデオデータをディスプレイ９０の駆動に使用されるビデオ信号に変換するビデオ回路９２を通じて、ディスプレイ９０は制御回路７６に結合されてもよい。ビデオ回路９２は、任意の適切なバッファー、デコーダー、ビデオデータプロセッサーなどを含んでもよい。

電子デバイス１０は、電子デバイス１０の動作を制御するためのユーザー入力を受信するための１つ以上のユーザー入力９４を含んでもよい。例示的なユーザー入力９４としては、タッチスクリーン機能のためにディスプレイ９０に重なるまたはその一部であるタッチ入力９６、および１つ以上のボタン９８が挙げられるが、これらに限定されない。他の種類のデータ入力には、１つ以上のモーションセンサー１００など（たとえば、ジャイロセンサー、加速度センサーなど）が存在してもよい。

電子デバイス１０は、オーディオ信号を処理するための音声回路１０２をさらに含んでもよい。音声回路１０２には、電子デバイス１０で実行される音声動作（たとえば、通話を行う、音声を出力する、音声をキャプチャするなど）を可能にするスピーカー１０４およびマイクロフォン１０６が結合されている。音声回路１０２は、任意の適切なバッファー、エンコーダー、デコーダー、増幅器などを含んでもよい。

電子デバイス１０は、充電式バッテリー１１０を含む電源ユニット１０８をさらに含んでもよい。電源ユニット１０８は、電子デバイス１０が外部電源に接続されていない場合、バッテリー１１０から電子デバイス１０の様々な構成要素に動作電力を供給する。

電子デバイス１０はまた、他の様々な構成要素を含んでもよい。たとえば、電子デバイス１０は、ケーブルを介して別のデバイス（たとえばコンピューター）もしくはアクセサリーに作動的に接続するための、または外部電源から電力を受信するための電気コネクターの形態で、１つ以上の入出力（Input/Output：Ｉ／Ｏ）コネクター（図示せず）を含んでもよい。

別の例示的な構成要素は、電子デバイス１０を振動させるように構成された振動子１１２である。別の例示的な構成要素は、写真もしくはビデオ撮影用またはテレビ電話用の１つ以上のカメラ１１４であってもよい。別の例として、全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）受信機などの位置データ受信機１１６は、電子デバイス１０の位置決定を助けるために存在してもよい。電子デバイス１０は、加入者識別モジュール（Subscriber Identity Module：ＳＩＭ）カード１２０を受けるＳＩＭカードスロット１１８を含んでもよい。スロット１１８は、電子デバイス１０とＳＩＭカード１２０との間の作動的な接続を確立するための任意の適切なコネクターおよびインターフェースハードウェアを含む。

いくつかの実施形態が示され、記載されているが、本明細書を読み、理解すると、当業者は添付の特許請求の範囲に含まれる均等物および変更を思い付くことを理解されよう。

Claims (17)

1. 第１の平面内に配置され、パッチアンテナが給電線（２４）によって無線周波数（Radio Frequency：ＲＦ）信号を給電される第１の開口部（２２）を有するグラウンドプレーン（１８）と、
   前記第１の平面に平行な第２の平面内に配置され、第２の開口部（３８）を有するメインパッチ（３２）と、を備え、ここで、前記第１および第２の平面は前記グラウンドプレーンと前記メインパッチの間に第１のアンテナキャビティ（３６）を形成するために離隔され、
   前記第１の開口部は線形であり、前記第２の開口部は線形であって前記第１の開口部に平行しており、
   前記パッチアンテナは、無線通信がサポートされるミリ波周波数範囲内に少なくとも第１の所望の動作周波数を有し、該第１の所望の動作周波数は前記第２の開口部の長さの関数であり、前記第２の開口部の長さは、前記パッチアンテナの前記第１の所望の動作周波数を得るよう設定されている、パッチアンテナ（１２）。
2. 前記第１のアンテナキャビティはエアギャップである、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記開口部の幾何中心は同軸に整列している、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記グラウンドプレーンは第１の基板（１４）上に配置され、前記メインパッチは第２の基板（１６）上に配置される、請求項１または２に記載のアンテナ。
5. 前記第１および第２の基板は、多層プリント回路基板の層である、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記キャビティは、前記多層プリント回路基板の一部を除去することによって形成される、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記第１および第２の平面に平行な第３の平面内に配置された無給電パッチ（４０）であって、前記第３の平面は、前記メインパッチと前記第１のアンテナキャビティの反対側の前記メインパッチ側にある前記無給電パッチとの間の第２のアンテナキャビティ（４３）を形成するために前記第２の平面から離隔され、前記無給電パッチは、前記ミリ波周波数範囲内の第２の所望の動作周波数を前記アンテナに追加する、無給電パッチ（４０）と、
   をさらに備える、請求項１または２に記載のアンテナ。
8. 前記アンテナの前記第１の所望の動作周波数は約２８ＧＨｚであり、前記第２の所望の動作周波数は約３９ＧＨｚである、請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記メインパッチおよび前記無給電パッチの幾何中心は、同軸に整列している、請求項７に記載のアンテナ。
10. 前記メインパッチ、前記無給電パッチおよび前記開口部の幾何中心は、同軸に整列している、請求項９に記載のアンテナ。
11. 前記無給電パッチは開口部を有さない、請求項７に記載のアンテナ。
12. 前記メインパッチおよび前記無給電パッチ以外に追加のパッチを含まない、請求項７に記載のアンテナ。
13. 前記開口部は、約２．７ｍｍの長さを有し、
    前記第１のアンテナキャビティの高さは、約０．３ｍｍであり、
    前記第２のアンテナキャビティの高さは、約０．１ｍｍであり、
    前記メインパッチの長さは、約３．４ｍｍ〜約３．６ｍｍであり、
    前記メインパッチの幅は、約３．４ｍｍ〜約３．６ｍｍであり、
    前記無給電パッチの長さは、約０．６ｍｍ〜約０．９ｍｍであり、
    前記無給電パッチの幅は、約０．７ｍｍ〜約１．０ｍｍである、
    請求項７に記載のアンテナ。
14. 請求項１または２に記載のアンテナと、
    前記アンテナに作動的に結合した通信回路と、を備え、前記通信回路は、別のデバイスとのワイヤレス通信の一環として放射するための前記アンテナに給電される前記無線周波数信号を生成するように構成される、
    電子デバイス。
15. 前記第１のアンテナキャビティは、前記グラウンドプレーンから前記メインパッチまでの距離全体に延びる、請求項１に記載のアンテナ。
16. 前記第２の開口部は前記メインパッチ内の１つのスロットからなる、請求項１に記載のアンテナ。
17. 前記第１の所望の動作周波数および前記パッチアンテナの帯域幅は、前記第２の開口部の物理長の増加に伴い減少する、請求項１に記載のアンテナ。

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