JP2005530389A - メタライズされたマルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、誘電体基板（１）と２つの共振プリント配線構造とを有するアンテナに関し、特に、高周波数及びマイクロ波領域における使用のためのアンテナに関する。基板（１）の端面において、第１プリント配線構造（２）及び第２プリント配線構造（３）は、第１エッジに沿って、同じ端面の反対側の第２エッジに構成されている。プリント配線構造の構成は、ＧＰＳ、ＤＣＳ／ＰＣＳ、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈの４つのアプリケーションにおいて設けられるアンテナの使用を可能にする共振を発現する。

Description

本発明は、少なくとも１つの共振プリント配線構造を有する基板を有するアンテナに関し、特に、携帯電話及びコードレス電話のようなモバイルデュアルバンド又はマルチバンドの電気通信セット、及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に従って通信する電気製品のためのアンテナに関する。本発明は、そのようなアンテナを有する無線通信装置、アンテナ等を有する回路に更に関する。

モバイル電気通信において、マイクロ波領域における電磁波は情報を伝送するために用いられている。この例は、８９０（８８０）乃至９６０ＭＨｚ（ＧＳＭ９００）、１７１０乃至１８８０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００−又はＤＳＣ）、及び１８５０乃至１９９０ＭＨｚ（ＧＳＭ１９００又はＰＣＳ）、更にＵＭＴＳバンド（１８８５乃至２２００ＭＨｚ）の周波数範囲における携帯電話規格、１８８０乃至１９００ＭＨｚの周波数範囲におけるコードレス電話のＤＦＣＴ規格、及び２４００乃至２４８０ＭＨｚｍｐ周波数範囲におけるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格であって、それらの規格は、例えば、携帯電話、コンピュータ、娯楽電子製品等のような種々の電子装置間でデータを交換するために用いられている。情報の送信の他に、例えば、既知のＧＰＳ周波数範囲における衛星ナビゲーションに対するようなアプリケーション及び付加機能が又、ときどき実現されている。

現代のこの種の電気通信装置は、前記周波数範囲のできるだけ多くの範囲において動作するように位置付けられ、それ故、対応するデュアルバンド又はマルチバンドのアンテナであって、それらの周波数範囲をカバーするアンテナが必要とされている。

送受信の目的のために、アンテナは、それぞれの周波数において電磁共振を有する必要がある。所定の波長に対してアンテナのサイズを最小化するためには、一般に、ε_ｒ＞１の誘電率を有する誘電体をアンテナの基本モジュールとして用いる。これは、係数１／（ε_ｒ）^１／２だけ誘電体の放射の波長が短くなるようにする。そのような誘電体に基づいてデザインされたアンテナは、それ故、この係数だけ小さくなる。

この種のアンテナは、それ故、誘電体材料のブロック（基板）を有する。基板の少なくとも１つの表面に、所望の動作周波数帯域に依存する、１つ又は種々のメタライズ構造が形成される。位置又は共振周波数は、プリントされたメタライズ構造の配列及び寸法に依存し、又、基板の誘電率の値に依存する。個々の共振周波数は、それ故、誘電率の値が大きくなるにつれて、低周波数にシフトする。

独国特許発明第１００４９８４５号明細書において、複数の線路部により特徴付けられる少なくとも１つの共振プリント配線構造と誘電体基板とを有するマイクロ波アンテナについて記載されている。線路部は、基本的に、基板の種々の側面においてメアンダ形状を
有する。そのようなアンテナは、習慣的な表面実装により他の構成要素と共にプリント回路基板において溶接されることができる。そのような既知のアンテナの帯域幅は、ＧＳＭ規格の周波数帯域の完全なカバリングを達成すればよい。冒頭の段落で述べたマルチバンドアプリケーションは、それ故、可能ではない。

本発明の目的は、前記マルチバンドアプリケーションのためのアンテナを提供することである。

この目的は、基板が端面において、第１エッジに沿った第１プリント配線構造と、同じ端面の反対側の第２エッジにある第２プリント配線構造とを有する点で、冒頭の段落で規定した種類のアンテナにより達成される。

表面実装（ＳＭＤ）の可能性の優位性に加えて、そのアンテナは、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の周波数範囲において使用されることができる、著しい優位性を有する。そのアンテナの特に優位な点は、そのサイズが小さいにも拘らず、アンテナの帯域幅が１ＧＨｚより広いことである。更に、著しい優位性は、共振メタライズ構造を、基板の端面の１つのみにおいて完全に形成することができ、それ故、完全なメタライズ構造を１つの製造段階において製造することができることである。

アンテナの第２プリント配線構造は、形状とサイズに関して、第１プリント配線構造と同様である。アンテナの基板は、基本的に、２つの大きい端面と４つの小さい側面をもつ直方体である。第１プリント配線構造及び第２プリント配線構造は第１端面に形成され、エッジに沿って第１側面から反対側の第２側面まで伸びている。

第１プリント配線構造及び第２プリント配線構造は矩形面の形状を有する。

各々のプリント配線構造は又、４つのプリント配線に副分割され、第１プリント配線はエッジに沿って第１側面から第２側面まで伸びており、第２プリント配線は第２側面から第１側面まで伸びており、第３プリント配線は第１プリント配線まで伸びており、第１プリント配線は第２プリント配線に接続している。第４プリント配線は又、第２プリント配線に接続している。

更に、この実施形態において、アンテナは、ＧＰＳ、ＤＣＳ、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯域の周波数範囲において動作されることができる。

そのアンテナの第１プリント配線及び第２プリント配線並びに第３プリント配線及び第４プリント配線は略同じ長さである。同時に、第１プリント配線及び第２プリント配線は、第３プリント配線及び第４プリント配線より長い。第４プリント配線は、第１端面のエッジに沿って伸びている。第１プリント配線及び第３プリント配線は、第２プリント配線及び第４プリント配線と直交して伸びている。２つのプリント配線構造は第１端面においてミラーリングされている。

本発明は又、本発明に従ったアンテナが実装されたプリント配線基板、及び無線通信装置であって、特に、本発明に従ったアンテナを有するＧＰＳ、ＤＣＳ、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯域に対する、無線通信装置に関する。

本発明の以上の及び他の特徴は、以下、非限定の例として、実施形態を参照することにより明らかになるであろう。

以下に説明する実施形態は、基本的に、高さが、長さ又は幅より約３乃至１０倍、小さい直方体のブロックの形状の基板を有する。これに基づいて、各図に表している基板の（大きい）上面又は下面はそれぞれ、上端面または下端面と呼び、それと直交する面は、以下の説明においては、側面と呼ぶ。

代替として、又、直方体の基板に代えて、例えば、螺旋状パターンを有するそれぞれの共振プリント配線構造が形成された円筒形状のような、他の幾何学的形状を選択することが可能である。

基板は、高分子マトリクス中にセラミック粉末を埋め込むことにより製造されることができ、ε_ｒ＞１の比誘電率及び／又はμ_ｒ＞１の透磁率を有することができる。

図１に示す第１アンテナは、下端面が２つのプリント配線構造２及び３を形成された誘電体基板１を有する。プリント配線基板２は第１電源４により電力を供給され、他方、プリント配線構造３は第２電源７に接続されている。基板１は、表面実装（ＳＭＤ）によりプリント回路基板（ＰＣＢ）５において溶接されている。これは、幾つかの溶接ポイントがここでは示されていない（所謂、フットプリント）フラット溶接により達成され、電源４はそのプリント回路基板に接続されている。電源４は、それ故、信号として、放射される電磁エネルギーが供給されるプリント回路基板５におけるプリント配線と接触するようにされている。他方、電源７は、プリント回路基板５の接地用メタライズ８に接続されている。

２つのプリント配線構造２及び３は、基板の下端面において対称的に構成されている。第１アンテナの各々のプリント配線構造は、基板１に形成された単一のプリント配線を有し、一の側面から第２の基板の反対側の側面まで下端面の長さ方向に沿って平行に伸びている。

このようなアンテナの共振周波数は、形成されたプリント配線構造の間隔、幅及び長さに対して既知の方法で設定されることが可能である。プリント配線構造によりもたらされる共振周波数の重畳は、所望の周波数においてアンテナを機能することを可能にする帯域幅を結果的にもたらす。

このような第１アンテナの有効な製造に対して、基板１の寸法は、約８ｘ８ｘ２．０ｍｍ^３である。基板１に対して選択された材料は、比誘電率ε_ｒ＝２１．５及びｔａｎδ＝１．１７ｘ１０^−４を有する。これらは、市販のＮＰ０−Ｋ２１セラミック（Ｃａ_０．０５Ｍｇ_０．９５ＴｉＯ_３セラミック）のＨＦ特性に略一致している。プリント配線は銀ペーストにより製造されたものである。線路部の幅は約０．５ｍｍである。

図２は、Ｈｚで表される周波数ｆに対してプロットされたアンテナに供給された電力（反射係数）とアンテナにより反射された電力との間のこのアンテナの電源４において測定された比Ｒを示している。２つの共振の１つが、２４００乃至２４８３．５ＭＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯域の周波数範囲をカバーすることをはっきりと認めることが可能である。１ＧＨｚに対して読み取られた帯域幅は、その周波数帯域内で有効に機能するようにするには十分である。

実施形態全てに対して適用できる表面実装（ＳＭＤ）の可能性の優位性に加えて、この実施形態は、アンテナがＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯域の周波数において機能することができる、著しい優位性を有している。更なる著しい優位性は、共振メタライズ構造２及び３を基板１の端面の１つのみにおいて完全に形成することができ、それ故、完全なメタライズ構造２及び３の製造を１つの製造段階で統合することができる点にある。

図３は本発明の第２の実施形態を示している。この図において、図１に示しているものと類似した又は対応する構成要素には同様の参照番号を付けている。このように関連付けることができる限り、説明は図１に関連させて参照することができるため、異なる挙動についてのみ、以下において説明する。

第２アンテナの製造において、基板１の寸法は約１２ｘ１２ｘ２．０ｍｍ^３である。基板１に対して選択された材料は又、比誘電率ε_ｒ＝２１．５及びｔａｎδ＝１．１７ｘ１０^−４を有するＮＰ０−Ｋ２１セラミックである。プリント配線は又、銀ペーストを用いて製造されたものである。プリント配線の幅は約１．０ｍｍに変更された。

第２実施形態の優位性は、表面実装の可能性と共に、１つの段階においてメタライズ構造の製造を統合できることにある。このようなアンテナは、しかしながら、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の周波数において機能することができる、実質的な優位性を有している。

図４は、Ｈｚで表される周波数ｆに対してプロットされたアンテナに供給された電力（反射係数）とアンテナにより反射された電力との間のこのアンテナの電源４において測定された比Ｒを示している。２つの共振周波数は、約１．９５ＧＨｚ及び２．６ＧＨｚにおいて明らかに読み込まれることが可能である。第２アンテナの帯域幅は１ＧＨｚ以上であり、それ故、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯域の両方における周波数をカバーすることができる。

図５は本発明の第３の実施形態を示している。第３アンテナは又、下端面において、２つのプリント配線構造２及び３が形成されている誘電体基板を有する。それらのプリント配線２及び３と第１アンテナとの間の本質的な違いは、プリント配線の形状にある。更に、プリント配線構造２は第１電源４により電力を供給され、他方、プリント配線構造３は第２電源７に接続されている。図５において示しているアンテナの、同じ又は対応する構成要素は。図１に使用されている同じ参照番号により表されている。このように関連付けることができる限り、説明は図１に関連させて参照することができるため、異なる挙動についてのみ、以下において説明する。

金属構造２及び３は、第１側面から基板１の反対側の第２側面まで、下端面の長さ方向に沿って伸びている第１プリント配線によってばかりでなく、約０．８ｍｍの間隔で第１プリント配線に平行に伸びている内側の第２プリント配線によって、構成されている。

２つの平行なプリント配線１１及び１２は、第２側面に沿ってプリント配線１１及び１２に対して垂直に伸びている第３プリント配線により接続されている。第４プリント配線１４は又、プリント配線１１及び１２に対して垂直に伸びており、プリント配線１２に接続されている。第４プリント配線１４は、プリント配線１１の方向に、基板の第１側面に沿って伸びている。プリント配線１３とは異なり、プリント配線１４は、平行なプリント配線１１及び１２に接続されていない。プリント配線１１乃至１４は共に、金属基板９または１０それぞれを構成する。

第３アンテナの基板１の寸法は、約１２ｘ１２ｘ２．０ｍｍ^３である。基板１に対して選択された材料は又、比誘電率ε_ｒ＝２１．５及びｔａｎδ＝１．１７ｘ１０^−４を有するＮＰ０−Ｋ２１セラミックである。プリント配線は又、銀ペーストを用いて製造されたものである。プリント配線１１乃至４の幅は約０．５ｍｍに変更された。

この実施形態の特別の優位性は、それ故、上記のような優位性に加えて、このようなアンテナを用いることにより、それぞれの携帯ラジオのマルチバンド動作が可能であることである。

図６は、Ｈｚで表される周波数ｆに対してプロットされた第３アンテナの電源４において測定されたとアンテナに供給された電力（反射係数）とアンテナにより反射された電力との間の比Ｒを示している。１．５７ＧＨｚ、１．８５ＧＨｚ及び２．５５ＧＨｚにおける３つの共振周波数並びに約１．２ＧＨｚのアンテナの帯域幅を明確に認識することができる。共振条件は、４つの個々のアプリケーション、即ち、ＧＰＳ、ＤＣＳ／ＰＣＳ、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈにおいて備えられるアンテナを利用することを可能にする。

本発明に従った第１アンテナを示す図である。 第１アンテナにおいて測定された反射を示す図である。 本発明に従った第２アンテナを示す図である。 第２アンテナにおいて測定された反射を示す図である。 本発明に従った第３アンテナを示す図である。 第３アンテナにおいて測定された反射を示す図である。

Claims (14)

1. 誘電体基板と２つの共振プリント配線基板とを有するアンテナであって、特に高周波領域及びマイクロ波領域で用いるアンテナであり：
   第１エッジに沿って前記基板の１つの端面において構成された第１プリント配線構造；及び
   同じ前記端面の反対側の第２エッジにおける第２プリント配線構造；
   を有することを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナであって、前記第２プリント配線構造は、形状及びサイズに関して前記第１プリント配線構造と同等である、ことを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１に記載のアンテナであって、前記基板は、基本的に、２つの大きい端面と４つの小さい側面とをもつ直方体であり、前記第１プリント配線構造と前記第２プリント配線構造は第１端面に形成され、前記エッジに沿って第１側面から反対側の第２側面まで伸びている、ことを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１に記載のアンテナであって、前記第２プリント配線構造及び前記第２プリント配線構造は矩形面の形状を有する、ことを特徴とするアンテナ。
5. 請求項３に記載のアンテナであって、各々のプリント配線構造は、３つのプリント配線であって：
   第１プリント配線は前記エッジに沿って前記第１側面から前記第２側面まで伸びており；
   第２プリント配線は前記第２端面から前記第１端面まで伸びており；
   第３プリント配線は前記第１プリント配線に接続されていて、前記第１プリント配線は前記第２プリント配線に接続してされている；
   ３つのプリント配線に副分割されている、ことを特徴とするアンテナ。
6. 請求項５に記載のアンテナであって、第４プリント配線は前記第２プリント配線に接続されている、ことを特徴とするアンテナ。
7. 請求項５に記載のアンテナであって、前記第１プリント配線と前記第２プリント配線は同じ長さである、ことを特徴とするアンテナ。
8. 請求項５に記載のアンテナであって、前記第３プリント配線と前記第４プリント配線は同じ長さである、ことを特徴とするアンテナ。
9. 請求項５に記載のアンテナであって、前記第１プリント配線と前記第２プリント配線は前記第３プリント配線と前記第４プリント配線より長い、ことを特徴とするアンテナ。
10. 請求項５に記載のアンテナであって、前記第４プリント配線は前記第１端面のエッジに沿って伸びている、ことを特徴とするアンテナ。
11. 請求項５に記載のアンテナであって、前記第１プリント配線と前記第３プリント配線は前記第２プリント配線と前記第４プリント配線に対して直交するように構成されている、ことを特徴とするアンテナ。
12. 請求項２に記載のアンテナであって、前記第２プリント配線構造は前記第１端面においてミラーリングされている、ことを特徴とするアンテナ。
13. 請求項１乃至１２のいずれ一項に記載のアンテナが構成されたことを特徴とするプリント配線基板。
14. 特に、ＧＰＳ、ＤＣＳ／ＰＣＳ、ＵＭＴＳ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ領域に対する無線通信装置であって、請求項１乃至１２のいずれ一項に記載のアンテナにより特徴付けられることを特徴とする無線通信装置。

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