JP2002504770A - 無給電放射素子を有するデュアル・バンド・ダイバーシチ・アンテナ - Google Patents
無給電放射素子を有するデュアル・バンド・ダイバーシチ・アンテナInfo
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Abstract
Description
ーシチ・アンテナに関する。
いるとき、または装置の動作中に使用者が移動しているときに適正に機能しない
可能性がある。無線電話の動作中に物体に近かったり、または使用者が移動した
りすると、信号品質の劣化、またはマルチパス・フェージングとして知られる信
号強度の変動が生じる可能性がある。ダイバーシチ・アンテナは、無線電話の主
アンテナに関連して機能して信号受信を改善するように設計されている。
モデルの多くは長さが11〜12センチメートルでしかない。残念ながら、無線
電話が小型化するにつれ、その内部空間も狭くなる。内部空間が狭くなるとアン
テナの大きさも小さくなるため、既存のダイバーシチ・アンテナでは無線電話の
動作に必要な帯域幅および利得の要件を達成することが難しくなる。
ましい。例えば日本のPDC(Personal Digital Cellu
ar)システムは、2つの「受信」周波数帯および2つの「送信」周波数帯を利
用する。したがって、日本のPDCシステムで使用する無線電話のダイバーシチ
・アンテナは、2つの受信周波数帯のそれぞれで共振可能であることが好ましい
。無線電話の小型化によって課せられた寸法制限のため、複数の周波数帯で十分
な利得を有するダイバーシチ・アンテナを提供する能力は、残念ながら、現在の
ところ限定されている。
ダイバーシチ・アンテナであって、複数の周波数帯で十分な利得で共振すること
ができるダイバーシチ・アンテナを提供することにある。
型無線電話の狭い内部空間に設置することができる小型のダイバーシチ・アンテ
ナを提供することにある。
しに結合されて隣接する2つの周波数帯で共同で共振する2つの放射素子を有す
る無線電話などの通信装置用の平面プレーナ・ダイバーシチ・アンテナによって
提供される。「給電」放射素子と呼ばれる1つの放射素子は、RF給電点および
接地点をその上に有する蛇行した導電経路を有する。「無給電」放射素子と呼ば
れる第2の放射素子は、蛇行した導電経路をその上に有する。無給電放射素子は
、「給電」放射素子と接地面の両方から空間的に離してこれらと概して平行に保
持される。
には、RF回路の上に横たわる遮蔽缶に接地面の役目をさせることができる。こ
の平面アンテナ素子は、無給電放射素子が遮蔽缶の外面から空間的に離れてこれ
と平行に位置するように無線電話のハウジング内に固定される。遮蔽缶の外面の
開口は、ホット給電素子がRF回路から遮蔽缶の開口を通して延び、給電放射素
子の導電経路上の給電点に電気的に接続するのを可能にする。接地給電素子は、
給電放射素子の導電経路上の接地ポストを接地された遮蔽缶に電気的に接続する
。
る蛇行した導電経路を有することができる。したがって給電放射素子および無給
電放射素子はデュアル・バンド共振において共同して放射する。隣接する周波数
帯は例えば、0.810〜0.828GHz帯と0.870〜0.885GHz
帯などである。
およびその他の通信装置の小スペース制約条件に対して適合することを可能にす
ると同時に、十分な利得および帯域幅特性を提供するため有利である。本発明の
諸態様を組み込んだダイバーシチ・アンテナのデュアル・バンド機能は、無線電
話通信の送受信に複数の周波数帯を利用する日本などの国々において特に有利で
ある。本発明は、デュアル・バンド無線電話用のダイバーシチ・アンテナとして
適当である。
り詳細に説明する。しかしながら、本発明は、異なる多くの形態で具体化するこ
とが可能であり、本発明を、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈
してはならない。これらの実施形態はむしろ、本開示が完全なものとなり、本発
明の範囲が当業者に完全に伝達されるよう提供するものである。全体を通して同
じ番号は同じ部品を指す。
ための装置である。送信アンテナは一般に、電磁界を放射するために開口または
反射面を誘導または照射する給電アセンブリを含む。受信アンテナは一般に、入
射放射界を捕集給電に集中させる開口または面を含み、入射放射に比例した電子
信号を生成する。アンテナから放射される、またはアンテナによって受信される
電力の量はその開口の面積によって決まり、利得として記述される。アンテナの
放射パターンはしばしば、極座標を使用して作図される。電圧定在波比(VSW
R)は、アンテナの給電点と給電線または伝送線とのインピーダンス整合に関係
する。RFエネルギーを最小の損失で放射する、または受信したRFエネルギー
を最小の損失で受信器に渡すためには、アンテナのインピーダンスが伝送線また
は給電線のインピーダンスと整合していなければならない。
このアンテナは、内部に置かれたプリント回路板上に配置された信号処理回路と
動作可能に組み合わされている。アンテナとトランシーバの間の電力転送を最大
にするため、トランシーバとアンテナは、それぞれのインピーダンスが実質的に
「整合」されて、すなわちアンテナの望ましくないインピーダンス成分が除去さ
れるか、または補償されるように電気的にチューニングされて、回路給電のとこ
ろに50オームの(または所望の)インピーダンス値を提供するように相互接続
されることが好ましい。
とともに利用して、信号強度の変動に起因する通話の中断を妨ぐことができる。
信号強度は、使用者のセルラ電話網のセル間移動、建物の間の歩行、および静止
した物体からの干渉などの結果として変動する。ダイバーシチ・アンテナは、主
アンテナが拾うことができない信号を空間、パターン、および帯域または利得ダ
イバーシチを通して拾うように設計される。ダイバーシチ・アンテナを利用して
、マルチパスによる位相相殺に起因する信号強度の突然の大きな減衰または損失
を含む可能性があるレイリー・フェージングを相殺することもできる。
IFA)であり、これを図1に示す。図示のPIFA10は、接地面14から空
間的に離して保持された放射素子12を含む。この放射素子はさらに、16で示
すように接地面14に接地される。ホット(hot)RF接続17が、下にある
回路(図示せず)から接地面14を貫いて放射素子12の18まで延びる。PI
FAは、利得および帯域幅に影響を及ぼす諸パラメータを調整することによって
、すなわち放射素子12の長さL、放射素子12と接地面14の間の間隔H、お
よび接地と熱RF接続の間の距離Dを変更することによって、所望の周波数にチ
ューニングされる。接地面の大きさも重要な調整パラメータである。当業者に周
知のその他のパラメータを調整してPIFAをチューニングすることもできるが
、それらについてこれ以上論じることはしない。
ル・バンド・ダイバーシチ・アンテナ20を示す。アンテナ20は、互いに反対
側にある第1および第2の面22aおよび22bを有するファイバーグラス回路
板などの誘電体基板22を含む。基板として使用するのに特に好ましい材料は、
回路板分野の熟練者には周知のFR4ボードである。しかし、さまざまな誘電材
料を基板22に利用することができる。図示の実施形態については、誘電体基板
22の比誘電率が4.4〜4.8であることが好ましい。しかし、異なる比誘電
率を有する誘電体基板を本発明の趣旨および意図から逸脱することなく利用する
ことができることを理解されたい。
線および1つの主反射)およびライス・フェージング(複数の反射)の両方に対
処するのに特によく適している。本発明は、ダイバーシチ・アンテナを超小型の
移動無線電話の内部に置くことを可能にし、主アンテナが非常に大きな減衰領域
に入ったときに役立つ。
話装置またはその他の通信装置の空間制限に応じて変更することができる。一般
に誘電体基板22の厚さTは1.0〜1.5ミリメートル(mm)、幅Wは11
〜22mm、長さLは21〜23mmである。
2bに固定されており、これらをそれぞれ24a,24bで示す。好ましい導電
材料は銅テープである。これは、アンテナのチューニング時にこれらの一部を容
易に取り除くことができるためである。それぞれの基板面22a,22b上の導
電層24a,24bの厚さは一般に、0.5オンス(oz)(14.2グラム)
〜1.0oz(28.3グラム)銅である。
点28が電気的に接続される。接地ポスト27およびホットRF給電点28の第
1の基板面導電層24a上の位置は、所望の入力インピーダンスに基づいて選択
する。同軸コネクタ29が、図2Cに示すように第2の基板面導電層24bを貫
いて延びる。ただし、同軸コネクタ29は第2の基板面導電層24bに電気的に
接続されていない。接地ポスト27およびホットRF給電点28は、後述するよ
うに同軸コネクタ29を介して、下にある無線電話内の回路(図示せず)に電気
的に接続される。
分に電気的に接続されていない無給電導電層である。当業者には周知のとおり、
無給電電磁素子は近距離場電流に結合され、近距離場電流を「給電オフ」する(
すなわち導電面上を流れる電流が、電流が導電面の近くに誘導する電磁場群の1
つの「場」の中に存在する)。無給電アンテナは、RF源によって直接に駆動さ
れるのではなく、他の源によって放射されたエネルギーによって励振されるアン
テナである。無給電素子の存在によって近くのアンテナの共振特性が変化する可
能性があり、アンテナが2つ以上の帯域で共振することが可能となる。
の導電層24a,24bはそれぞれ、30aおよび30bで示す放射素子として
機能する。放射素子30aを「給電」放射素子と呼び、放射素子30bを「無給
電」放射素子と呼ぶ。後述するように、給電および無給電放射素子30a,30
bによって、少なくとも2つの周波数帯で共振するようにアンテナ20をチュー
ニングすることができる。
6a,26bがそれぞれ除去され、32aおよび32bで示すRFエネルギーを
放射するための蛇行導電パターンが形成されている。当業者には周知のとおり、
それぞれの蛇行導電パターン32a,32bの長さはチューニング・パラメータ
である。給電放射素子30aおよび無給電放射素子30bによって、アンテナ2
0は少なくとも2つの周波数帯で共振することができる。無給電放射素子30b
は、給電放射素子30aから生成された磁界によって励振される。給電放射素子
30aおよび無給電放射素子30bは、2つの異なる共振周波数を生じるように
構成されることが好ましい。したがってアンテナの帯域幅を、放射素子を1つだ
け有するアンテナに比べて増大させることができる。
ンテナによって達成可能な例示的な共振曲線40が示されている。VSWRは「
Y」軸に沿ってプロットされており、42で示されている。周波数は「X」軸に
沿ってプロットされており、44で示されている。図示の共振曲線40によって
示されているように、給電放射素子30aおよび無給電放射素子30bは、間隔
を置いて近くに位置する2つの受信帯域(バンド1)および(バンド2)で共振
するように構成される。バンド1は周波数f1から周波数f2までにわたり、バン
ド2は周波数f3から周波数f4までにわたる。バンド1とバンド2は間隔を置い
て近くに位置し、インピーダンス整合を容易にするためにVSWRがそれぞれ2
:1未満である。共振曲線40は、アンテナと受信回路の間の整合によって損失
が0.5dB以下となるところ(周波数)を示す。表示のデュアル・バンド・ダ
イバーシチ・アンテナは、2つの周波数帯で利得が1/4−1/4波リトラクタ
ブル・アンテナに近づくように作られる。当業者には分かることだが、共振曲線
40は、アンテナ20を「チューニング」することによって調整可能である。チ
ューニングには、後に説明するようなデュアル・バンド・ダイバーシチ・アンテ
ナのさまざまなパラメータの調整および選択が含まれる。
ンテナ20が、無線電話などの通信装置内に設置された構成で示されている。ア
ンテナ20は、遮蔽缶52の上にこれと空間的に離して保持される。遮蔽缶52
は回路板54の上に横たわり、回路板に固定されたさまざまな超小型電子構成部
品(図示せず)に対して電磁干渉(EMI)遮蔽を提供する。遮蔽缶52は、ア
ンテナ20の接地面の働きをする平らな外面53を有する。
から遮蔽缶の開口31を通って延び、給電点28と電気的に接続するための経路
を提供する。図示の同軸コネクタ29はさらに、接地給電素子35が接地ポスト
27を接地された遮蔽缶52に電気的に接続するための経路を提供する。当業者
には周知のとおりホット給電素子33は、ホットRF給電点28を下にある回路
板54上の受信器の入出力(図示せず)に、好ましくはRFスイッチ(受信のみ
)(図示せず)を介して電気的に接続する。RFスイッチは、主アンテナとダイ
バーシチ・アンテナを受信器に対して切り換える。
離れてこれと概して平行に保持される。発泡材料55または他の類似の非導電材
料を、無給電放射素子30bと遮蔽缶52の外面53の間に置くことが好ましく
、これは振動およびきしみの影響を低減させる手段として機能する。
ナ20の長さL、誘電体基板22の厚さD1、遮蔽缶52とアンテナ20の間の 距離D2、ホットRF給電点28と接地ポスト27の間の距離D3、および給電放
射素子30aおよび無給電放射素子30bの蛇行導電パターンの長さが含まれる
。ただしこれらに限定されるわけではない。誘電体基板22および蛇行導電パタ
ーンの長さが共振構造を放射するのに必要な「電気的長さ」を定義する。接地面
、給電および給電分離は古典的なアンテナのバリエーションである。
てはならない。本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明してきたが、本発明
の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなくこれらの例示的な実施形
態に多くの変更が可能であることを、当業者は容易に理解しよう。したがってこ
のような変更は全て、請求項に定義された本発明の範囲に含まれるものである。
請求項において、手段+機能節(means−plus−function c
lause)は、記載の機能を実行するものとして本明細書に説明した構造、な
らびに構造的等価物および等価構造をカバーすることを意図したものである。し
たがって以上の記載は本発明を例示したものであり、これが開示の特定の実施形
態に限定されると解釈すべきではなく、開示の実施形態ならびに他の実施形態に
対する変更は添付の請求項の範囲に含まれるものであることを理解されたい。本
発明は前記請求項によって定義され、請求項の等価物もこれに含まれる。
・ダイバーシチ・アンテナを示す図である。
・ダイバーシチ・アンテナを示す図である。
・ダイバーシチ・アンテナを示す図である。
って達成可能な例示的な共振曲線である。
チ・アンテナを示す図である。
2bに固定されており、これらをそれぞれ24a,24bで示す。好ましい導電
材料は銅テープである。これは、アンテナのチューニング時にこれらの一部を容
易に取り除くことができるためである。それぞれの基板面22a,22b上の導
電層24a,24bの厚さは一般に、0.5オンス(oz)(約14グラム)〜
1.0oz(約28グラム)銅である。
ンテナ20が、無線電話などの通信装置の上部および下部ハウジング部分60a
,60b内に設置された構成で示されている。当業者なら分かることだが、ハウ
ジング部分60a,60bは回路板54およびダイバーシチ・アンテナ20を取
り囲むように構成される。アンテナ20は、遮蔽缶52の上にこれと空間的に離
して保持される。遮蔽缶52は回路板54の上に横たわり、回路板に固定された
さまざまな超小型電子構成部品(図示せず)に対して電磁干渉(EMI)遮蔽を
提供する。遮蔽缶52は、アンテナ20の接地面の動きをする平らな外面53を
有する。
Claims (24)
- 【請求項1】 互いに反対側にある第1および第2の面を含む誘電体基板と
、 前記第1の誘電体基板面上に配置され、第1の蛇行導電経路を備える第1の放
射素子と、 前記第2の誘電体基板面上に配置され、前記第1の放射素子に給電なしに結合
され、第2の蛇行導電経路を備える第2の放射素子とを備えるアンテナ。 - 【請求項2】 前記第1および第2の蛇行導電経路の長さが異なる、請求項
1に記載のアンテナ。 - 【請求項3】 前記第1の蛇行導電経路がRF給電点を含む、請求項1に記
載のアンテナ。 - 【請求項4】 前記第1の蛇行導電経路が接地ポストを含む、請求項1に記
載のアンテナ。 - 【請求項5】 前記誘電体基板の比誘電率が4.4〜4.8である、請求項
1に記載のアンテナ。 - 【請求項6】 前記誘電体基板を貫いて延び、前記給電点に電気的に接続さ
れたホット給電素子をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ。 - 【請求項7】 前記誘電体基板を貫いて延び、前記接地ポストに電気的に接
続された接地給電素子をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ。 - 【請求項8】 前記第1および第2の放射素子が隣接する周波数帯内で共同
で共振する、請求項1に記載のアンテナ。 - 【請求項9】 前記隣接する周波数帯がそれぞれ、0.810〜0.828
GHzおよび0.870〜0.885GHzである、請求項8に記載のアンテナ
。 - 【請求項10】 通信装置用のアンテナ組立体であって、 貫通する開口を有する接地面と、 前記接地面に隣接し、これと空間的に離れて平行に位置する平面アンテナとを
備え、前記アンテナが、 互いに反対側にある第1および第2の面を含む誘電体基板と、 前記第1の誘電体基板面上に配置され、RF給電点および接地点を有する第1
の蛇行導電経路を備える第1の放射素子と、 前記第2の誘電体基板面上に配置され、前記第1の放射素子に給電なしに結合
され、第2の蛇行導電経路を備える第2の放射素子とを備え、 アンテナ組立体がさらに、 前記接地面の開口を貫いて延び、前記給電点に電気的に接続されたホット給電
素子と、 前記接地面から延び、前記接地ポストに電気的に接続された接地給電素子とを
備えるアンテナ組立体。 - 【請求項11】 前記第1および第2の蛇行導電経路の長さが異なる、請求
項10に記載のアンテナ組立体。 - 【請求項12】 前記誘電体基板の比誘電率が4.4〜4.8である、請求
項10に記載のアンテナ組立体。 - 【請求項13】 熱給電素子が前記誘電体基板を貫いて延びる、請求項10
に記載のアンテナ組立体。 - 【請求項14】 接地給電素子が前記誘電体基板を貫いて延びる、請求項1
0に記載のアンテナ組立体。 - 【請求項15】 前記第1および第2の放射素子が隣接する周波数帯内で共
同で共振する、請求項10に記載のアンテナ組立体。 - 【請求項16】 前記隣接する周波数帯がそれぞれ、0.810〜0.82
8GHzおよび0.870〜0.885GHzである、請求項15に記載のアン
テナ組立体。 - 【請求項17】 無線電話装置であって、 ハウジングと、 前記ハウジング内に配置され、電子構成部品がその上に装着された面を有する
回路板と、 前記回路板面の上に横たわりその一部分に固定され、貫通した開口が形成され
た平らな外面を有する遮蔽缶と、 前記遮蔽缶の外面の上に横たわる平面アンテナとを備え、前記平面アンテナが
、 互いの反対側にある第1および第2の面を含む誘電体基板と、 前記第1の誘電体基板面上に配置され、RF給電点および接地点を有する第1
の蛇行導電経路を備える第1の放射素子と、 前記第2の誘電体基板面上に配置され、前記第1の放射素子に給電なしに結合
され、第2の蛇行導電経路を備える第2の放射素子とを備え、 前記平面アンテナ素子は、前記第2の放射素子が前記遮蔽缶の外面から空間的
に離れてこれと平行に位置するように前記ハウジング内に固定され、 無線電話装置はさらに、 前記遮蔽缶の開口を貫いて前記回路板から延び、前記給電点に電気的に接続さ
れたホット給電素子と、 前記遮蔽缶から延び、前記接地ポストに電気的に接続された接地給電素子とを
備える、無線電話装置。 - 【請求項18】 前記第2の放射素子と前記遮蔽缶の外面の間に配置された
振動低減手段をさらに備える、請求項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項19】 前記第1および第2の蛇行導電経路の長さが異なる、請求
項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項20】 前記誘電体基板の比誘電率が4.4〜4.8である、請求
項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項21】 前記ホット給電素子が前記誘電体基板を貫いて延びる、請
求項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項22】 前記接地給電素子が前記誘電体基板を貫いて延びる、請求
項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項23】 前記第1および第2の放射素子が隣接する周波数帯内で共
同で共振する、請求項17に記載の無線電話装置。 - 【請求項24】 前記隣接する周波数帯がそれぞれ、0.810〜0.82
8GHzおよび0.870〜0.885GHzである、請求項23に記載の無線
電話装置。
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