JP2006094521A

JP2006094521A - コンピューティング装置のプラスチック製ディスプレイ・カバー内に封入されたアンテナ

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Publication number: JP2006094521A
Application number: JP2005276598A
Authority: JP
Inventors: Duixian Liu; デュイキシャン・リウ; Takeshi Asano; 武浅野; Shohei Fujio; 昇平藤尾; Brian Paul Gaucher; ブライアン・ポール・ガウチャー; Lee Peter; ピーター・リー; Kazuo Masuda; 和男増田; Hideyuki Usui; 英之臼井; Osamu Yamamoto; 修山本
Original assignee: Lenovo Singapore Pte Ltd
Current assignee: Lenovo Singapore Pte Ltd
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2006-04-06
Also published as: US7271769B2; US20060061512A1

Abstract

【課題】無線通信を可能にするために、コンピューティング装置のプラスチック製カバー内に封入または成形されるアンテナ構造を備えるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】例えば、１つまたは複数のアンテナ構造３６、３７は、ポータブル・ラップトップ・コンピュータのプラスチック製ディスプレイ・カバー３０内に封入または成形することができる。埋め込みアンテナ・デザインには、プラスチック製装置カバー内に封入される１つまたは複数のワイヤまたは薄い金属ストリップを使用して作成される、様々なアンテナ・タイプが含まれ得る。プラスチック製装置カバーの成形加工時に、インサート／インジェクション成形方法を使用して、アンテナ構造をプラスチック製装置カバー内に封入することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は一般に、ラップトップ・コンピュータなどのコンピューティング装置とともに用いられるアンテナに関する。より詳細には、本発明は、コンピューティング装置のプラスチック製ディスプレイ・カバー内に封入または成形されるアンテナに関する。

無線ネットワーク／システム（例えば、無線ＰＡＮ（パーソナル・エリア・ネットワーク）、無線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）、無線ＷＡＮ（ワイド・エリア・ネットワーク）、セルラ・ネットワークなど）内の装置間に無線接続性および通信を提供するには、そのような装置にアンテナを設けることが必要である。例えば、ＷＡＮは、ポータブル・ラップトップ・コンピュータ、サーバ、プリンタ、キーボード、モデムなどの装置間に無線ネットワーク接続性を提供するため、周知の「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」規格に従って動作することができ、これらの装置は、無線周波（ＲＦ）通信を介してデータを送受信するためのアンテナを含んでいる。

ポータブル・ラップトップ・コンピュータでは、アンテナは、装置の外側に配置するか、または装置の内部に組み込むことができる。例えば、図１は、ラップトップ・コンピュータに外部アンテナを設けるための様々な態を示した図である。図１に示すように、アンテナ（１０）は、ラップトップ・コンピュータ（１４）のディスプレイ・ユニット（１３）の頂部に配置することができる。あるいは、アンテナ（１１）は、ＰＣカード（１２）上に配置することができる。ラップトップ・コンピュータ（１４）は、アンテナ（１０）がディスプレイの頂部に設置された場合、非常に良好なＲＦ（無線周波）離間距離のため、最適な無線接続性能を示すことができる。しかし、外部アンテナを備えるラップトップのデザインに関しては、例えば、高い製造コスト、（例えば、ＰＣカード・アンテナ（１１）の場合の）アンテナ強度の低下の可能性、損傷の受け易さ、およびアンテナが与えるラップトップの見栄えへの影響などを含む不都合が存在する。

他の従来型ラップトップ用アンテナ・デザインには、１つまたは複数のアンテナがラップトップ内に配置される埋め込みデザインが含まれる。例えば、図２には、１つまたは複数のアンテナ（２０、２１、２２）（例えば、むち状（ｗｈｉｐ−ｌｉｋｅ）またはスロット埋め込み型アンテナ）が、ラップトップ・コンピュータ（２４）のディスプレイ・ユニット（２３）に形成される、従来のアンテナ実装が示されている。従来の一形態では、ある方向でディスプレイに起因する妨害を低減し、無線通信システムに空間ダイバーシティを提供するため、（アンテナを１つだけ実装する適用例も可能ではあるが）一般に２つのアンテナが使用される（例えば、２つのアンテナ（２０、２１）をディスプレイの左右の側縁部に配置することができる）。別の従来の配置では、一方のアンテナ（２０または２１）をディスプレイの一方の側縁部に配置し、第２のアンテナ（２２）をディスプレイの上縁部に配置することができる。このアンテナ配置は、使用されるアンテナ・デザインに応じて、アンテナ偏波ダイバーシティも提供する。

埋め込みアンテナ・デザインは、外部アンテナ・デザインに関する上述の不都合のいくつかを克服することができるが（例えば、損傷を受けにくくなる）、一般に外部アンテナほど良好には動作しない。埋め込みアンテナ・デザインに関する別の不都合として、アンテナの配置場所を確保するため、特に（図２に示すように）２以上のアンテナが使用される場合に、ラップトップのサイズを大きくしなければならないことがある。

一般に、本発明の例示的な実施形態は、無線通信を可能にするために、（ラップトップ・コンピュータなどの）コンピューティング装置のプラスチック製カバー内に封入または成形されるアンテナ構造を備えるアンテナ装置を含む。例えば、一実施形態では、１つまたは複数のアンテナ構造は、ポータブル・ラップトップ・コンピュータのプラスチック製ディスプレイ・カバー内に封入または成形することができる。本発明の例示的な実施形態による埋め込みアンテナ・デザインには、プラスチック製装置カバー内に封入される１つまたは複数のワイヤまたは薄い金属ストリップを使用して作成される、様々なアンテナ・タイプが含まれ得る。本発明の一実施形態では、プラスチック製装置カバーの成形加工時に、インサート成形または射出成形方法を使用して、アンテナ構造をプラスチック製装置カバー内に封入することができる。

本発明にかかるアンテナは、アンテナ・サイズを小型化することができ、製造コストが低減でき、業界標準ラップトップ／ディスプレイ構成との互換性を有し、動作の信頼性が高い等の効果を奏する。

本発明の上記およびその他の例示的な実施形態、特徴、および利点は、例示的な実施形態についての以下の詳細な説明によって説明され、またはこれを添付の図面と併せて読むことによって明白となるであろう。

一般に、本発明の例示的な実施形態は、無線通信を可能にするために、コンピューティング装置のプラスチック製カバー内に封入または成形されるアンテナ構造を備えるアンテナ装置を含む。例えば、プラスチック製カバーは、ポータブル・ラップトップ・コンピュータ、サーバ、プリンタ、マウス、キーボード、モデム、携帯電話、およびその他のタイプのポータブル・コンピューティング装置など、様々な装置に広く使用されている。そのような装置のプラスチック製装置カバー内に１つまたは複数のアンテナ構造を成形する／埋め込むことによって、アンテナの実装に必要とされる、ラップトップ・コンピュータまたはその他のポータブル装置内の空間が最小化され、アンテナは損傷から保護される。本発明の例示的な実施形態による埋め込みアンテナ・デザインには、１つまたは複数のワイヤまたは薄い金属ストリップを使用して作成され、プラスチック製カバーの成形加工時にプラスチック製装置カバー内に封入される、様々なアンテナ・タイプが含まれ得る。さらに、以下で説明するように、本発明の例示的な実施形態によるアンテナ装置は、ＷＬＡＮアプリケーション用にＩＳＭおよびＵ−ＮＩＩバンドで動作するように設計することができるか、または、例えば、デュアルバンドおよびトライバンド・セルラ・アプリケーション用に実装することができる。

図３には、本発明の例示的な一実施形態による、コンピューティング装置のプラスチック製カバー内に成形されたアンテナ構造を備えるアンテナ装置が概略的に示されている。より具体的には、図３には、背面パネル（３１）と４つの側面パネル（３２、３３、３４、３５）を有する（ディスプレイ・ユニット／スクリーンを省略した）ラップトップ・コンピュータのプラスチック製ディスプレイ・カバー（３０）（背面カバー）が概略的に示されている。ディスプレイ・カバー（３０）は、プラスチック製ディスプレイ・カバー（３０）の側面パネル（３２）内に封入される（破線で示した）アンテナ構造（３６）と、側面パネル（３５）および背面パネル（３１）の一部に封入される（破線で示した）アンテナ構造（３７）とを含む。図３の例示的な実施形態では、アンテナ（３６）は、打ち抜きされた薄い金属ストリップから形成される非接地Ｊ型アンテナ構造からなる（その詳細については、例えば、図８および図９の例示的な実施形態を参照しながら以下で説明する）。アンテナ（３７）は、側面パネル（３５）内に封入された放射エレメントを有する逆Ｆ型アンテナと、背面パネル（３１）内に封入された接続接地面とからなる（その詳細については、図１６の例示的な実施形態を参照しながら説明する）。与えられた装置用に実装されるアンテナ構造のタイプは、適用例、所望の性能、利用可能な空きスペース、およびその他の要因に応じて変化する。図３の例示的な実施形態では、所望の空間ダイバーシティ／偏波などを提供するため、複数のアンテナをディスプレイ・カバー（３０）内に封入することができる。

一般に、ポータブル・ラップトップ・コンピュータおよびその他の装置用の装置カバーは、ＡＢＳプラスチックなどのプラスチック素材から形成される。本発明によれば、プラスチック製装置カバーは、埋め込みアンテナを封入する絶縁素材を提供する。そのため、適用例および所望の性能に応じて、与えられた適用例、デザイン、所望の性能などにとって望ましい誘電率および損失正接を有する、ＡＢＳおよびその他のプラスチック／複合材などのプラスチック素材を提供することができる。

本発明の例示的な一実施形態では、埋め込みアンテナ・デザインは、プラスチック製装置カバーの成形加工時にアンテナ構造／エレメントをプラスチック製装置カバー内に成形可能な適切なプロセスを用いて達成される。例えば、図３の例示的な実施形態では、アンテナ構造（３６）は、インサート成形（または射出成形）として知られるプロセスによって、プラスチック製ディスプレイ・カバー（３０）内に成形することができる。一般に、当技術分野で周知なように、インサート成形は、サイクルの間に物体（またはインサート品）を金型内に配置することができ、物体／インサート品の周囲にプラスチックを形成するプロセスである。本発明の例示的な一実施形態によれば、インサート品は、アンテナ構造を形成する１つまたは複数の金属製の構成要素（ワイヤ、薄い金属ストリップなど）を含む。インサート成形プロセスは、単一の上乗せ成形または射出工程で、複数の構成要素を空洞または部品内に配置することを可能にする。結果の成形品は、一体成形の封入または周囲成形された完成構成要素（single-piece, encapsulated or perimeter molded finished component）（例えば、１つまたは複数の封入アンテナを有するラップトップ・ディスプレイ・カバー）となる。インサート成形プロセスによって達成可能な構造および公差は、機械加工された部品に遜色なく、締結具、接着剤、またはその他の組み立て方法を使用せずに、きわめて優れた寸法安定度を示す。実際に、インサート成形は、従来の成形技法では不可能だった複雑な部品の作成を可能にする。

さらに、本発明の例示的な実施形態は、プラスチック製カバー内に成形されたアンテナ構造に給電するための方法を含む。一実施形態では、埋め込みアンテナ構造は、埋め込みアンテナの給電点に接続するように、また成形プロセスの完了後、プラスチック製カバーの表面から突出して、外部の給電ネットワークに接続可能なように設計される給電接続構造を含む。この実施形態では、例えば、ディスプレイ・カバーから突出したリード線を、外部の平衡給電線または同軸ケーブルに直接接続することができる。同軸ケーブルを使用する場合、必要であれば、バランを使用することができる。

本発明の別の例示的な実施形態では、容量結合方法を使用して、封入アンテナ構造に給電することができる。より具体的には、例えば、埋め込みアンテナ構造は、２つの金属プレートをアンテナ給電点でプラスチック製カバー内に埋め込み、一方、対応する２つの金属プレートをプラスチック製カバーの表面に対応する埋め込み金属プレートに隣接するように配置して取り付けることによって形成することができる。この例示的な容量結合方法を用いる場合、内部プレートと外部プレートの間のプラスチック（絶縁体）の厚み（すなわち、内部プレートと外部プレートの間の絶縁間隔）を、厳密に調整しなければならない。さらに、容量結合の結果として生じるインピーダンスを考慮して、必要なインピーダンス・マッチングを実現するため、マッチング・ネットワークを使用することができる。この実施形態では、外部の同軸ケーブルまたは平衡差動給電線の取り付けポイントとして外部プレートを使用することができる。プラスチック製カバー内に埋め込まれたアンテナ構造に給電するための例示的な方法は、以下でさらに詳しく説明するように、実装されるアンテナ・デザインのタイプに応じて変化する。

本発明の例示的な実施形態による、プラスチック製カバー内に成形できる様々なタイプのアンテナ構造について、これ以降、詳しく説明する。上述したように、埋め込みアンテナ構造は、１つまたは複数のワイヤ・エレメントまたは薄板金属を打ち抜きすることによって形成される薄い金属ストリップを用いて形成することができる。図４には、本発明の例示的な一実施形態による、プラスチック製カバー内に成形できるシングルバンド・アンテナ構造が概略的に示されている。詳細には、図４には、第１のワイヤ・エレメント（４１）と第２のワイヤ・エレメント（４２）を備える、中央給電半波長ダイポール・アンテナ（４０）が示されている。第１のワイヤ・エレメント（４１）は、第１の４分の１波長ワイヤ・エレメントであり、第２のワイヤ・エレメント（４２）は、第２の４分の１波長ワイヤ・エレメントである。全体のダイポール長（ＤＬ）は、半波長の長さであり、所望の共振周波数や、アンテナが封入されるプラスチックの誘電率などに応じて変化する。

第１のワイヤ・エレメント（４１）は、第１の給電エレメント（ｆ１）を含み、第２のワイヤ・エレメント（４２）は、第２の給電エレメント（ｆ２）を含み、第１の給電エレメント（ｆ１）と第２の給電エレメント（ｆ２）は、平衡差動給電線用の接続給電点を提供する。図４のアンテナ（４０）の場合、ワイヤ・エレメント（４１）および（４２）を空洞（金型）内に配置し、インサート成形プロセスに委ねることができる。給電線（ｆ１）および（ｆ２）は、特定の寸法に作成して、プラスチック製カバーの表面から突出させることができる。このようにすることで、外部給電ケーブル（またはリボン）を、突出した給電線（ｆ１）および（ｆ２）に接続することができる。中央給電ダイポール・アンテナ（４０）の場合、給電点がアンテナの電流最大点にあるので、平衡給電（差動給電線）が好ましい。そのため、非平衡給電線（例えば、同軸ケーブル）は、貧弱なアンテナ性能を示す。

図５には、本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製カバー内に成形できるシングルバンド・アンテナ構造が概略的に示されている。詳細には、図５には、単一のワイヤを曲げて「Ｊ」字形にすることによって形成される、「Ｊ型」アンテナ（５０）構造が示されている。「Ｊ型」アンテナ（５０）は、第１のエレメント（５１）と第２のエレメント（５２）（または同調スタブ・エレメント）を備え、両エレメントは、端部で接続エレメント（５３）によって短絡される。より具体的には、Ｊ型アンテナ（５０）は、（共振周波数における１／２波長の長さ（ＲＬ）を有する）放射エレメント（５１ａ）を含み、このエレメントは、接続エレメント（５３）によって短絡された２つの平行導体（５１ｂ）および（５２）によって形成される４分の１波長のマッチング部（またはインピーダンス・マッチング・トランス）によって一方の端部で給電される。各エレメント（５１ｂ）および（５２）は、共振周波数における１／４波長の長さ（ＳＬ）を有する。アンテナ・エレメント（５１）は、エレメント（５１ａ）および（５１ｂ）の両方を含み、共振周波数における３／４波長の長さを有する。本質的に、Ｊ型アンテナ（５０）は、（図４の中央給電ダイポールとは反対に）終端給電１／２波長ダイポール・アンテナを含む。

第１のワイヤ・エレメント（５１）は、第１の給電ワイヤ（ｆ１）を含み、第２のワイヤ・エレメント（５２）は、第２の給電ワイヤ（ｆ２）を含み、給電ワイヤ（ｆ１）および（ｆ２）は、アンテナ（５０）と外部給電線の間の接続を可能にする給電コネクタとなる。より具体的には、図５のアンテナ（５０）の場合、給電ワイヤ（ｆ１）および（ｆ２）は、正確なインピーダンス・マッチングのために所望の給電点でトランス部に取り付けることができ、また特定の寸法に作成して、インサート成形プロセスの完了後、プラスチック製カバーの表面から突出させることができる。このようにすることで、外部給電ケーブルを、給電ワイヤ（ｆ１）および（ｆ２）の突出部に接続することができる。

図５の例示的な実施形態では、外部給電線は、平衡（差動）給電線（例えば、リボン型送電線）、または非平衡給電線（例えば、同軸ケーブル）を含むことができる。最適な性能を示すのは平衡給電線であるが、アンテナ給電点が最大電流点から離れて置かれるので、非平衡給電線（例えば、同軸給電）も良好な性能を示す。言い換えると、アンテナ（５０）のインピーダンスは、トランスの接続エレメント（５３）から給電線（ｆ１）および（ｆ２）までの距離に基づいて調整することができる。同軸ケーブルに接続する場合、同軸ケーブルの中心導体は、接続エレメント（５３）から所定の距離にある給電点で、（放射エレメント（５１ａ）に接続される）Ｑラインの導体エレメントに接続され、同軸ケーブルの外側シールドは、接続エレメント（５３）から同じ距離にある給電点で、スタブ・エレメント（５２）に接続される。

図６および図７には、本発明の別の例示的な実施形態による、シングルバンド・アンテナが概略的に示されている。詳細には、図６および図７には、図５のＪ型アンテナ（５０）の修正版からなるアンテナ構造（６０）が示されており、アンテナ（６０）は、別個のワイヤ・エレメント（６１）および（６２）を含み、ワイヤ・エレメント（６１）の部分（６１ａ）およびワイヤ・エレメント（６２）は、（上で説明したような）Ｑラインを形成し、エレメント部分（６１ａ）は、１／２波長放射体を含む。さらに、個々の給電点（ｆ１）および（ｆ２）は、エレメント（６１ｂ）および（６２）の終端に存在する。図６には、外部の平衡差動給電線によって給電されるアンテナ（６０）が示され、一方、図７には、同軸ケーブル（６３）によって給電されるアンテナ（６０）が示され、エレメント部（６１ｂ）の終端は、同軸ケーブル（６３）の中心導体（６３ａ）に接続され、スタブ・エレメント（６２）の終端は、同軸ケーブル（６３）の外側シールド（６３ｂ）に接続される。アンテナ（６０）の構造は同軸給電に適しているが、（図５にあるような）同調機構が存在しないので、インピーダンス・マッチングは困難である。

図８および図９は、打ち抜きされた薄板金属（例えば、銅、真鍮、金など）から形成できるシングルバンドＪ型アンテナの例示的な実施形態を示した概略図である。より具体的には、図８は、端部で接続エレメント（７３）によって短絡されるエレメント（７１）および（７２）を含む、打ち抜き金属のシングルバンド・アンテナ（７０）の概略斜視図である。上で説明したＪ型アンテナ・デザインのように、アンテナ・エレメント（７１）は、１／２波長の放射体を含む第１の部分（７１ａ）と、放射体（７１ａ）に給電するための（スタブ・エレメント（７２）を有する）Ｑラインの一部を形成する第２の部分（７１ｂ）とを含む。さらに、アンテナ（７０）は、所望のインピーダンスを提供するため、接続エレメント（７３）から所定の距離の所でエレメント（７１）および（７２）にそれぞれ接続（例えば、はんだ付け）される給電タブ（ｆ１）および（ｆ２）を含む。２つの給電タブ（ｆ１）および（ｆ２）は、プラスチック製カバーの表面から突出するように設計され、それによって、給電ケーブル（例えば、平衡線路ワイヤ・リボン）に接続することが可能になる。

図９には、図８の例示的なアンテナ（７０）が２．４ＧＨｚ（例えば、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ）の周波数帯域で動作するのに必要な（ミリメータ単位の）外形寸法を示した、本発明の例示的な一実施形態による、打ち抜きされたＪ型アンテナ（７０’）が概略的に示されている。本発明によるアンテナ・デザインの電気的な属性および特性を決定するため、例示的なアンテナ（７０’）のコンピュータ・モデルを作成し、例示的なＪ型アンテナ（７０’）について、ＳＷＲ（定在波比）を２．４ＧＨｚの周波数帯域における周波数の関数としてシミュレーションによって測定した。

図１１には、空中における例示的なアンテナ（７０’）デザインについてのシミュレーションによって得られた反射減衰量のグラフが示されている。図１１に示すように、アンテナ（７０’）について２．３〜２．６ＧＨｚの間でシミュレーションされた反射減衰量（ＶＳＷＲまたは単純にＳＷＲ）は、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの帯域で１つの共振を示し、約２．４５ＧＨｚが中心周波数となる。さらに、図１１には、アンテナ（７０’）が、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの全帯域に十分なＳＷＲ帯域幅（２：１）を提供することが示されている。

図１０には、本発明の例示的な一実施形態による、プラスチック製カバー内に成形できるマルチバンド・アンテナ構造が概略的に示されている。より具体的には、図１０には、打ち抜きされたマルチバンド・アンテナ（９０）と、ＷＬＡＮアプリケーション用に２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚ帯域で動作可能にするための様々なアンテナ・エレメントの（ｍｍ単位の）適切な寸法が示されている。アンテナ（９０）は、放射エレメント（９１）、（９２）、（９３）、（９４）と、第１および第２の結合エレメント（９５）、（９６）とを備える、中央給電・終端装荷ダイポール・アンテナ構造を含む。

放射エレメント対（９１）、（９２）と、放射エレメント対（９３）、（９４）は各々、１／４波長エレメントを含み、エレメント部（９２）および（９４）は、「ハット」エレメント（９２）および（９４）を含む。「ハット」エレメント（９２）および（９４）は、中央給電ダイポールの全ダイポール長（ＤＬ）（１／２波長）を、ハット・エレメントを用いない場合に必要な長さより短くするのに、またアンテナ（９０）が、例えば、５０オームの給電ケーブルに整合するよう保証するのに必要なリアクタンスを提供する。

図１０の例示的な実施形態では、終端装荷ダイポール・アンテナは、第１の共振周波数（Ｆ１）で動作するような構造および寸法に作られ、第１の結合エレメント（９５）は、第２の共振周波数（Ｆ２）で動作するような構造および寸法に作られ、第２の結合エレメント（９６）は、第３の共振周波数（Ｆ３）で動作するような構造および寸法に作られる。アンテナ（９０）は、トライバンド動作を提供するために使用することができ、様々なエレメントは、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３またはＦ１＜Ｆ３＜Ｆ２となる距離周波数帯域で共振周波数を有する。さらに、アンテナ（９０）は、デュアルバンド動作を提供するために使用することができ、結合エレメント（９５）および（９６）は、動作周波数帯域に広帯域を有効に提供するために十分に近い共振周波数Ｆ２およびＦ３で動作するように設計される。

例えば、図１０に示す（ｍｍ単位の）例示的な寸法を有するマルチバンド・アンテナ（９０）は、２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚのＷＬＡＮアプリケーション用のデュアルバンド動作が可能であり、（エレメント９１、９２、９３、９４を含む）終端装荷ダイポール構造が、２．４ＧＨｚ帯域で共振周波数を提供し、２つの近接結合エレメント（９５）および（９６）が、５ＧＨｚ帯域で広帯域幅を提供するために５ＧＨｚ帯域で共振周波数を提供する。

本発明の例示的な一実施形態によるアンテナ・デザイン（９０）の電気的な属性および特性を決定するため、例示的なアンテナ（９０）のコンピュータ・モデルを、図１０に示す寸法を用いて作成した。図１２には、空中における例示的なアンテナ（９０）デザインについてのシミュレーションによって得られたＳＷＲ（定在波比）測定値のグラフが示されている。より具体的には、図１２に示すように、例示的なアンテナ（９０）デザインについてシミュレーションされた反射減衰量（ＶＳＷＲまたは単純にＳＷＲ）が、２ＧＨｚから６ＧＨｚの帯域にわたって示されている。１つの共振が、低い帯域（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ）に現れており、中心周波数は約２．４５ＧＨｚであり、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの全帯域に十分なＳＷＲ帯域幅（２：１）を提供する。さらに、図１２には、例示的なアンテナ（９０）が、より高い帯域（例えば、５．１５ＧＨｚ〜５．８２５ＧＨｚ）で２つの共振（５．３５ＧＨｚおよび５．７５ＧＨｚ）を示し、例えば、５．１５ＧＨｚ〜５．８２５ＧＨｚの５ＧＨｚＵ−ＮＩＩバンド（免許不要バンド）全体に十分なＳＷＲ帯域幅（２：１）を提供することが示されている。

本明細書で説明する例示的なアンテナ構造は、説明を目的としたものであり、当業者であれば、本明細書の教示に基づいて、アンテナ装置を作成するためのその他のアンテナ・デザインおよび方法を容易に思い描くことができることを理解されたい。例えば、上で説明した例示的なアンテナ構造の他、その他のタイプのアンテナ構造を、プラスチック製装置カバー内に封入して、アンテナ装置を作成することができる。スペースの節約のため、そのようなアンテナには好ましくは、様々な非接地アンテナ・タイプ（すなわち、接地エレメントを必要としないアンテナ）が含まれる。しかし、プラスチック製装置カバーの所望の位置にアンテナを封入するのに十分なスペースがある場合は、接地を必要とするアンテナ・タイプを用いることもできる。

例えば、図１３には、本発明の例示的な一実施形態による、マルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）が概略的に示されており、マルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）は、平衡送電線（１０１）を用いて給電される。マルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）は、放射エレメント（１０２）および（１０３）を含み、これらは、（最低共振周波数を有する）第１の周波数帯域でダイポール動作を提供する。さらに、マルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）は、結合放射エレメント（１０７）と、分枝放射エレメント（１０５）および（１０６）を含む。例示的なマルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）は、デュアルバンドまたはトライバンド動作を提供することができ、平衡給電を使用する適用例、または接地平面を必要としない（すなわち、接地平面独立な）適用例のために実装することができる。

図１３には、例示的なマルチバンド・ダイポール・アンテナ（１００）の様々な寸法およびパラメータが示されており、これらは、アンテナ（１００）を同調させるために調整することができる。第１の（最低）共振周波数Ｆ１は、（エレメント（１０２）および（１０３）を含む）ダイポール・エレメントの長さ（ＤＬ）によって決定される。一実施形態では、ダイポール長（ＤＬ）は、Ｆ１の波長の約１／２である。第２の共振周波数Ｆ２は、結合エレメント（１０７）の長さ（ＣＬ）によって決定される。第２の共振周波数Ｆ２でのインピーダンスは、結合エレメント（１０７）とダイポール・エレメント（（１０２）および（１０３））の間の結合距離（ＣＳ）によって決定される。第３の共振周波数Ｆ３は、分枝エレメント（１０５）および（１０６）の長さ（ＢＳ＋ＢＬ）によって決定される。さらに、分枝エレメント（１０５）、（１０６）と平衡線路（１０１）の中心点の間の距離（ＢＯ）を調整して、第３の共振周波数Ｆ３でのインピーダンスを変更することができるが、それに伴い、Ｆ３もいくらかシフトする。

図１４には、本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナが概略的に示されている。詳細には、図１４には、単一の曲げられたワイヤまたは打ち抜きされた金属ストリップから形成できるループ・アンテナ（１３０）が概略的に示されている。アンテナ（１３０）は、本明細書で説明した方法を使用して給電できる給電コネクタ（１３１ａ）および（１３１ｂ）からなる給電点（１３１）を含む。

さらに、図１５には、本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナが概略的に示されている。詳細には、図１５には、単一の曲げられたワイヤまたは打ち抜きされた金属ストリップから形成できる折り返しダイポール・アンテナ（１４０）が概略的に示されている。アンテナ（１４０）は、本明細書で説明した方法を使用して給電できる給電コネクタ（１４１ａ）および（１４１ｂ）からなる給電点（１４１）を含む。図１５の例示的な実施形態では、エレメント（１４２）および（１４３）は、第１の（給電）半波長ダイポール・エレメントを含む４分の１波長エレメントであり、エレメント（１４４）は、第２の半波長ダイポール・エレメントを含む。第１および第２の半波長エレメントは、互いに略平行かつギャップ（Ｇ）だけ隔てて配置される。エレメント（１４２）および（１４３）の端部は、第２のダイポール・エレメント（１４４）の端部に接続（短絡）される。

図１６は、金属ワイヤを使用して、または金属薄板を打ち抜きすることによって製作できる、逆Ｆ型デュアルバンド・アンテナ（１５０）を示した概略図である。例示的な逆Ｆ型デュアルバンド・アンテナ（１５０）は、第１の放射エレメント（１５１）（または逆Ｆ型アンテナ・エレメント）と、第２の放射エレメント（１５２）（または逆Ｌ型アンテナ・エレメント）を含む。第１の放射エレメント（１５１）および第２の放射エレメント（１５２）は、接地エレメント（１５３）に接続される。アンテナ（１５０）の低い動作周波数帯域では、第１の放射エレメント（１５１）の共振周波数は、主として第１の放射エレメントの全長によって決定され、全長は、低い周波数帯域の中心で約４分の１波長の長さである。アンテナ（１５０）の高い動作周波数帯域では、第２の放射エレメント（１５２）の共振周波数は、主として第２の放射エレメント（１５２）の全長によって決定され、全長は、高い帯域の中心で約４分の１波長の長さである。

アンテナ（１５０）は、第１の放射エレメント（１５１）に接続されるアンテナ給電エレメント（Ｆ）を含む。給電エレメント（Ｆ）は、信号給電をアンテナに接続する（例えば、同軸ケーブルの内部導体をＦに接続する）手段を提供する。一般に、低い帯域でのアンテナのインピーダンスは、給電点を第１の放射エレメント（１５１）に沿って前後に動かすことによって変更することができ、高い帯域でのアンテナ・インピーダンスは、第１および第２の放射エレメントの間の結合距離によって主として決定される。

本発明の例示的な一実施形態プラスチック製ディスプレイ・カバー内に封入されるアンテナ（１５０）は、外部の同軸ケーブルを用いて給電することができる。そのような実施形態では、給電タブ（Ｆ）の端部を曲げて、プラスチック製ディスプレイ・カバーから突出させ、同軸送電線の内部導体に接続することができる。接地エレメント（１５３）は、同軸ケーブルの外側導体（または外側金属シールド）に接続される。これに関連して、封入された接地エレメント（１５３）に接続される突出エレメントを用いて、同軸ケーブルの外側シールドを接地エレメント（１５３）に接続することができる。本発明の別の例示的な実施形態では、接地平面（１５３）を露出させ、給電線に直接接続することもできる。より具体的には、例えば、図３および図１６の例示的なアンテナ構造（３７）および（１５０）を参照すると、接地エレメント（１５３）を直線ＢＢ（図１６）に沿って折り曲げて、接地平面をアンテナ・エレメント平面に直交させることができ、接地エレメント（１５３）は、（背面パネル（３１）内に封入されるのではなく）背面パネル（３１）の表面に配置され、一方、アンテナ放射エレメントは、側面パネル（３５）内に封入される。この例では、同軸接地シールドは、露出された接地エレメント（１５３）に直接接続することができる。

本発明による例示的なアンテナ構成が、様々な無線アプリケーション用に実装できる柔軟で低コストのデザインを提供することを理解されたい。例えば、本発明によるマルチバンド・アンテナは、ＷＬＡＮ（無線ローカル・エリア・ネットワーク）アプリケーションで使用して、周波数範囲が２．４〜２．５ＧＨｚ、４．９〜５．３５ＧＨｚ、および５．１５〜５．８５ＧＨｚのトライバンド動作を提供することができる。さらに、本発明による例示的なアンテナ構成は、セルラ・アプリケーションで（例えば、８２４〜８９４ＭＨｚのＡＭＰＳまたはＤｉｇｉｔａｌＣｅｌｌｕｌａｒ、８８０〜９６０ＭＨｚのＧＳＭ、１７１０〜１８８０ＭＨｚのＤＣ１８００、および１８５０〜１９９０ＭＨｚのＰＣＳの任意の組み合わせによる）デュアルバンド、トライバンド、またはクワッドバンド動作を行うために実装することができる。本発明によれば、給電を１つもつマルチバンド・アンテナは、セルラおよびＷＬＡＮアプリケーション用のマルチフィード・アンテナに比べて、非常に高価なＲＦコネクタおよび同軸ケーブルを節約するなどの利点を提供する。有利には、埋め込みアンテナ・デザインは、上述したような多くのアンテナ・タイプをサポートし、アンテナ・サイズの小型化、低い製造コスト、業界標準ラップトップ／ディスプレイ構成との互換性、および信頼性の高い動作といった多くの利点を提供する。

本明細書では、添付の図面を参照しながら、例示的な実施形態を説明してきたが、本発明は説明した通りの実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、それらに他の様々な変更および修正を施し得ることを理解されたい。

以上のように、本発明にかかるアンテナは、例えばラップトップ・コンピュータなどのコンピューティング装置とともに用いられるアンテナとして有用であり、無線ネットワーク／システム内の装置間に無線接続性および通信を提供するのに適している。

ラップトップ・コンピュータ用の外部アンテナの様々な従来の形態を示した図である。ラップトップ・コンピュータ用の埋め込み（組み込み）アンテナの様々な従来の形態を示した図である。本発明の例示的な一実施形態による、コンピューティング装置のプラスチック製カバー内に成形されたアンテナ構造を備えるアンテナ装置を概略的に示した図である。本発明の例示的な一実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、２．４ＧＨｚのＩＳＭバンドで動作するアンテナ・デザインを提供する、図８のシングルバンド・アンテナ構造の例示的な寸法を概略的に示した図である。本発明の例示的な一実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるマルチバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。図９の例示的なアンテナ構造のコンピュータ・シミュレーションから得られたＳＷＲ（定在波比）の結果を示したグラフである。図１０の例示的なアンテナ構造のコンピュータ・シミュレーションから得られたＳＷＲの結果を示したグラフである。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるマルチバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できるシングルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。本発明の別の例示的な実施形態による、プラスチック製装置カバー内に封入できる逆Ｆ型デュアルバンド・アンテナ構造を概略的に示した図である。

符号の説明

１０アンテナ
１１アンテナ
１２ＰＣカード
１３ディスプレイ・ユニット
１４ラップトップ・コンピュータ
２０アンテナ
２１アンテナ
２２アンテナ
２３ディスプレイ・ユニット
２４ラップトップ・コンピュータ
３０ディスプレイ・カバー
３１背面パネル
３２側面パネル
３３側面パネル
３４側面パネル
３５側面パネル
３６アンテナ構造
３７アンテナ構造
４０中央給電半波長ダイポール・アンテナ
４１ワイヤ・エレメント
４２ワイヤ・エレメント
５０Ｊ型アンテナ
５１エレメント
５１ａ放射エレメント
５１ｂエレメント
５２エレメント
５３接続エレメント
６０アンテナ構造
６１ワイヤ・エレメント
６１ａエレメント
６１ｂエレメント
６２ワイヤ・エレメント
６３同軸ケーブル
６３ａ中心導体
６３ｂ外側シールド
７０アンテナ
７１アンテナ・エレメント
７２スタブ・エレメント
７３接続エレメント
９０マルチバンド・アンテナ
９１放射エレメント
９２放射エレメント
９３放射エレメント
９４放射エレメント
９５結合エレメント
９６結合エレメント
１００マルチバンド・ダイポール・アンテナ
１０１平衡送電線
１０２放射エレメント
１０３放射エレメント
１０５分枝エレメント
１０６分枝エレメント
１０７結合エレメント
１３０ループ・アンテナ
１３１給電点
１３１ａ給電コネクタ
１３１ｂ給電コネクタ
１４０折り返しダイポール・アンテナ
１４１給電点
１４１ａ給電コネクタ
１４１ｂ給電コネクタ
１５０逆Ｆ型デュアルバンド・アンテナ
１５１放射エレメント
１５２放射エレメント
１５３接地エレメント
ｆ１給電エレメント
ｆ２給電エレメント

Claims

プラスチック製装置カバーと、
前記プラスチック製装置カバーに封入されたアンテナとを含む装置。
前記装置は、ディスプレイ・ユニットを含むラップトップ・コンピュータであり、前記プラスチック製装置カバーは、前記ディスプレイ・ユニット用のカバーである、請求項１に記載の装置。
前記封入されたアンテナの給電点に取り付けられるコネクタをさらに含み、前記コネクタの一部が、前記プラスチック製カバーの表面から突出する、請求項１に記載の装置。
前記コネクタの前記突出部に接続される給電ケーブルをさらに含む、請求項３に記載の装置。
前記給電ケーブルは、平衡給電線を含む、請求項４に記載の装置。
前記給電ケーブルは、同軸ケーブルを含む、請求項４に記載の装置。
前記アンテナは、動作周波数帯域で共振周波数を供給するシングルバンド・アンテナである、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナは、第１の動作周波数帯域で第１の共振周波数を、また第２の動作帯域で第２の共振周波数を供給するマルチバンド・アンテナを含む、請求項１に記載の装置。
前記マルチバンド・アンテナが、第２の動作帯域で第３の共振周波数を供給する、請求項８に記載の装置。
前記第１の動作周波数帯域は、約２．４ＧＨｚから約２．５ＧＨｚであり、前記第２の動作周波数帯域は、約５．１５ＧＨｚから約５．８５ＧＨｚである、請求項９に記載の装置。
前記アンテナは、１つまたは複数の金属ワイヤで形成される、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、１つまたは複数の金属ストリップで形成される、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、ダイポール・アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記ダイポール・アンテナは、１つまたは複数の分枝エレメントを含む、請求項１３に記載の装置。
前記ダイポール・アンテナは、１つまたは複数の結合エレメントを含む、請求項１３に記載の装置。
前記アンテナは、Ｊ型アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、折り返しダイポール・アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、中央給電・終端装荷ダイポール・アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記中央給電・終端装荷ダイポール・アンテナは、１つまたは複数の結合エレメントを含む、請求項１８に記載の装置。
前記アンテナは、ループ・アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、非接地アンテナである、請求項１に記載の装置。
前記アンテナは、接地アンテナを含む、請求項１に記載の装置。
前記プラスチック製カバーは、容量結合給電機構を提供するため、前記カバーの表面に、前記アンテナの給電点コネクタに隣接して、１つまたは複数の金属プレートを含む、請求項１に記載の装置。
プラスチック製ディスプレイ・カバーを備えるディスプレイ・ユニットと、
前記プラスチック製ディスプレイ・カバーに封入されたアンテナとを含むポータブル・ラップトップ・コンピュータ装置。
前記封入されたアンテナの給電点に取り付けられるコネクタをさらに含み、前記コネクタの一部が、前記プラスチック製ディスプレイ・カバーの表面から突出する、請求項２４に記載の装置。
前記コネクタの前記突出部に接続される給電ケーブルをさらに含む、請求項２５に記載の装置。
前記給電ケーブルは、平衡給電線を含む、請求項２６に記載の装置。
前記給電ケーブルは、同軸ケーブルを含む、請求項２６に記載の装置。
前記アンテナは、２．４ＧＨｚのＩＳＭバンドで共振周波数を有する、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、５ＧＨｚのＵ−ＮＩＩバンド（免許不要バンド）で共振周波数を有する、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、ダイポール・アンテナである、請求項２４に記載の装置。
前記ダイポール・アンテナは、１つまたは複数の結合エレメントを含む、請求項３１に記載の装置。
前記アンテナは、Ｊ型アンテナである、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、折り返しダイポール・アンテナである、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、中央給電・終端装荷ダイポール・アンテナである、請求項２４に記載の装置。
前記中央給電・終端装荷ダイポール・アンテナは、１つまたは複数の結合エレメントを含む、請求項３５に記載の装置。
前記アンテナは、ループ・アンテナである、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、接地アンテナを含む、請求項２４に記載の装置。
前記アンテナは、非接地アンテナである、請求項２４に記載の装置。