JP2007538459A - 別々の低周波数帯アンテナを複数含むマルチバンドアンテナシステムとそれを組み込んだ無線端末及び無線電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】無線端末用のマルチバンドアンテナシステムは、動作状態において低周波数帯域にある第１の電磁波に応答して共振するように構成された第１の低周波数帯アンテナと、第１の低周波数帯アンテナからは離れて配置され、動作状態において低周波数帯域にある第２の電磁波に応答して共振するように構成された第２の低周波数帯アンテナとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般には通信の技術分野に関し、より具体的には、アンテナ及びそれを組み込んだ無線端末及び無線電話機に関する。

無線端末は、複数の通信システムにおいて動作を提供するために複数の周波数帯で動作する。例えば、多くの携帯無線電話機は、現在では公称周波数８５０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ及び／または１９００ＭＨｚにてＧＳＭやＣＤＭＡモードで２周波数帯または３周波数帯での動作が出来るように設計されている。ディジタルコミュニケーションシステム（ＤＣＳ）はディジタル移動電話システムであって、通常は１７１０ＭＨＺから１８８０ＭＨｚの周波数帯において動作する。世界の多くで使用されているＥＧＳＭ周波数帯は８８０ＭＨｚから９６０ＭＨｚで動作する。

上記の周波数帯の全て（すなわち“マルチバンド”）で効率の良い動作を達成するのは難しい。例えば、“クラムシェル”型の無線電話機（開閉する無線電話機）は効率の良いマルチバンド性能を提供するために固有の挑戦的な設計をしている。とくに、クラムシェル型無線電話機の場合には、内蔵アンテナを無線電話機の底に配置すると、開状態と閉状態との間で無線電話機の性能の変化を比較的小さくすることが出来ることが知られている。しかしながら、そのような（クラムシェル型無線電話機の底に配置された）アンテナの帯域幅はやや狭くなる傾向にある。それに対して、アンテナがクラムシェル型の中間部分（例えば蝶番のそば）に置かれると、帯域幅は改善されるが、開状態と閉状態との間の性能は劇的に変化する。例えば、折れ曲がりモノポールアンテナがクラムシェル型無線電話機に含まれる場合には、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は開状態で約３：１であるが、クラムシェル型無線電話機が閉状態になると、ＶＳＷＲは約８：１にまで劣化する。ＮＥＣ５１５型無線電話機は、上記のようにアンテナが電話機の底に置かれたクラムシェル型無線電話機の１例である。

本発明の実施例は、別々の低周波数帯アンテナを複数含んだマルチバンドアンテナシステムと、それを使用する無線端末及び無線電話機を提供することが出来る。これらの実施例によれば、無線端末のためのマルチバンドアンテナシステムは、動作状態で低周波数帯域にある第１の電磁波に応答して共振するように構成された第１の低周波数帯アンテナと、第１の低周波数帯アンテナとは別の、動作状態で低周波数帯域にある第２の電磁波に応答して共振するように構成された第２のアンテナとを含むことが出来る。

本発明のいくつかの実施例においては、マルチバンドアンテナシステムは、第１及び第２の導体を持った共通無線周波数（ＲＦ）給電点を含み、それらの導体は第１及び第２のアンテナとそれぞれ電気的に結合して、かつ低周波数帯域の電磁波に応答して共振することを避けるように構成されている導体である。

本発明のいくつかの実施例においては、第１及び第２の導体は、低周波数帯域において約５０Ω、約７５Ω、または約１００Ωの所定のインピーダンスを持ったマイクロストリップ導体、またはストリップライン導体である。本発明のいくつかの実施例においては、第１のアンテナは、第１及び第２のアンテナ分岐を含んだ平板逆Ｆアンテナである。この場合、第１の分岐は第１の電磁波に応答して共振するように構成され、第２の分岐は低周波数帯域よりは高い高周波数帯域にある電磁波に応答して共振するように構成される。

本発明のいくつかの実施例においては、マルチバンドアンテナシステムは、第２のアンテナに電気的に結合して、開状態では第１のアンテナから第２のアンテナを電気的に絶縁するように構成されたスイッチを含む。本発明のいくつかの実施例においては、第１の電磁波は、低周波数帯域内の第１の周波数帯にある第１の電磁波であり、第２の電磁波は、低周波数帯域内にあり、第１の周波数帯と重なる第２の周波数帯内の第２の電磁波である。

本発明のいくつかの実施例においては、第１の周波数帯は約８２４ＭＨｚから約８９４ＭＨｚであり、第２の周波数帯は約８８０ＭＨｚから約９６０ＭＨｚである。本発明のいくつかの実施例においては、第１及び第２のアンテナは少なくとも約２０ｍｍは離れている。本発明のいくつかの実施例においては、マルチバンドアンテナシステムは非折りたたみ式無線電話機の中に含まれ、第１のアンテナは非折りたたみ式無線電話機の上部近くにある。本発明のいくつかの実施例においては、第２のアンテナは非折りたたみ式無線電話機の、上部とは距離がある底部近くにある。

本発明のいくつかの実施例においては、第２のアンテナは非折りたたみ式無線電話機の底端部にほぼ平行に伸びている。本発明のいくつかの実施例においては、第２のアンテナは非折りたたみ式無線電話機の側端部にほぼ平行に上部へと伸びている。

本発明のいくつかの実施例においては、マルチバンドアンテナシステムは折りたたみ式無線電話機の中に含まれ、第１のアンテナは折りたたみ式無線電話機の中間部の近くにある。本発明のいくつかの実施例においては、マルチバンドアンテナシステムは第２のアンテナの近くにオーミック的に絶縁されて電気的に浮いている浮遊寄生素子を含む。そこでは電気的に浮いている浮遊寄生素子は、低周波数帯域よりは高い高周波数帯域内にある第３の電磁波を第２のアンテナへ電磁気的に結合するように構成されている。

本発明のいくつかの実施例においては、第２のアンテナはモノポールアンテナ、折れ曲がりモノポールアンテナ、または平板逆Ｆアンテナを備えている。本発明のいくつかの実施例においては、第２のアンテナは例えばキャパシタまたはインダクタのような整合用の個別素子と直列にある第２の導体に電気的に結合している折れ曲がりモノポールアンテナである。

本発明の実施例を示す添付図面を参照し、以下に本発明をより詳しく記述する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施しても良く、ここに開示される実施例だけに限定されていると解釈すべきではない。むしろこれら実施例はこの開示が完全であり完璧であって、本発明の技術範囲を同業者に十分に伝達するために提供するものである。

当然のことながら、或る要素が他の要素に「結合している」とされている場合は、他の要素に直接的に結合している場合もあるし、仲介する要素が存在することもある。それに対して、或る要素が他の要素に「直接的に結合している」という場合には介在する要素は存在しない。全体を通して同一要素には同一番号が付される。

「上に」、「下に」、「上部」、「下部」などの空間的な相対関係を表す用語は、ここでは図示されたある要素や特徴の他の要素や特徴に対する関係を記述するために表記が容易になるように用いられる。当然のことながら、空間的な相対関係を表す用語は使用または動作中の装置が図示の方向だけでなく他の方向を向いていることも含むものと意図していると理解されたい。例えば図中の装置がひっくり返えされたときには、他の要素または特徴の「下に」あると記述された要素はそのときは他の要素または特徴の「上に」向くであろう。このように、たとえば用語「下に」は、「上に」と「下に」の両方向を指すことができるものとする。装置は（９０°回転したり、他の方向に向いたりと）他に向くことも出来、空間的な相対関係を表す用語はその場に応じて解釈されるのがよい。公知の機能や構成は簡潔で明瞭性のために詳しくは記述しない。

別に定義されていない限り、ここで用いる（技術用語や科学用語を含む）全ての用語はこの発明が属する技術分野における通常の技術者によって共通に理解されるものと同じ意味を持つ。さらに、共通に用いられる辞書で定義されているのと同じ用語は、関連する技術を表す文脈においてもその意味と矛盾しない意味を持っているものと解釈されるべきであり、理想化されたまたは過度に形式化された意味で定義されているものと解釈してはいけないと理解されたい。例えばここで用いられる用語の中に「放射を避けている」という用語は、例えば本発明によるアンテナ集合体へのＲＦ給電体に含まれている導体が放射する程度の放射をほとんど完全に回避することを含んでいると解釈されるべきで、無線端末の動作周波数帯域にあるアンテナの共振に過度に影響を及ぼすことを意味するものではない。

本発明の実施例は、理想化された本発明の実施例の概略的表示を参照してここに記述する。それゆえ、例えば製造技術及び／または公差の関係で図示の形から変わるのは当然予想されることである。このように本発明の実施例は、ここに示された領域の特別の形に制限するものと解釈されるべきではなく、例えば製造技術に由来する形の変化を含むべきものである。たとえば、「折れ曲がったモノポール」と記述されたアンテナは理想化されたシャープな角を含むように示されているが、理想的な角というよりは丸まった、あるいは湾曲した角を持っているのが通常である。このように図示された要素は本来概略的であり、その形は装置の或る領域の実際の形を示すように意図しているものでなく、本発明の技術範囲を制限することを意図してもいない。

ここで用いられるように、「無線端末」という用語は多数行表示部を有する、或いは有しない携帯無線電話機（または単に無線電話機）、および携帯無線電話機とデータ処理機能、ファクシミリ、データ通信機能とを結びつけたパーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）端末、無線端末、ページャー、インターネット／イントラネットアクセス、ウェブブラウザー、オーガナイザー、カレンダーそしてまたは全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含んだＰＤＡ、および従来型のラップトップ及び／またはパームトップ受信機またはその他の無線端末送受信機を含む機器を含んでいるが、それだけに制限するものではない。無線端末は「パーベイシブコンピューティング」ともいわれ、移動端末であってもよい。

ここで用いられるように、「マルチバンド」という用語は例えば次の帯域、すなわちＧＳＭ、ＥＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＤＣ及びまたはＰＣＳ周波数帯域のいずれかでの動作を含んでいる。ＧＳＭ動作は、約８２４ＭＨｚから約８４９ＭＨｚの周波数帯での送信と、約８６９ＭＨｚから約８９４ＭＨｚの周波数帯での受信とを含んでいる。ＥＧＳＭ動作は、約８８０ＭＨｚから約９１４ＭＨｚの周波数帯での送信と、約９２５ＭＨｚから約９６０ＭＨｚの周波数帯での受信とを含んでいる。ＤＣＳ動作は、約１７１０ＭＨｚから約１７８５ＭＨｚの周波数帯での送信と、約１８０５ＭＨｚから約１８８０ＭＨｚの周波数帯での受信とを含んでいる。ＰＤＣ動作は、約８９３ＭＨｚから約９５３ＭＨｚの周波数帯での送信と、約８１０ＭＨｚから約８８５ＭＨｚの周波数帯での受信とを含んでいる。ＰＣＳ動作は、約１８５０ＭＨｚから約１９１０ＭＨｚの周波数帯での送信と、約１９３０ＭＨｚから約１９９０ＭＨｚの周波数帯での受信とを含んでいる。他の帯域も本発明の実施例では使用可能である。

マルチバンドアンテナシステムは本発明のいくつかの実施例による別々の低周波数帯アンテナを複数含んでいて、図１及び図２のそれぞれマルチバンド無線端末１００及び２００の中に組み込まれる。マルチバンド無線端末１００、２００は、それぞれ上筐体部１３と底筐体部１４を含んでいて、それらは合わさって内部に空洞（不図示）を決める筐体１２を形成している。上筐体部及び底筐体部１３、１４は、複数のキー１６を含むキーパッド、表示部１７、及びマルチバンド無線端末１００、２００が複数の通信システムにおいて動作する通信信号を送信及び受信できるようにその他の電子部品（不図示）を内蔵している。

当然のことながら、本発明によるマルチバンドアンテナシステムの実施例は、筐体１２によって決められた空洞内に含まれている。また当然のことながら、ここでは本発明によるマルチバンドアンテナの実施例は空洞内に含まれていると記述されているが、本発明によるマルチバンドアンテナの実施例は筐体の外に置かれてもよい。そのような実施例では、たとえば、マルチバンドアンテナシステムは底筐体部１４にマウントされて、空洞内の他のアンテナと筐体１２を通して電磁的に結合することも出来る。本発明のいくつかの実施例によるそのような外付けマルチバンドアンテナシステムは消費者に無線端末を販売した後で追加付属品（またはその他の装置）として供給される。

当然のことながら図１に示すマルチバンド無線端末の型式は、しばしば「ステイック型」無線電話機と呼ばれ、一方、図２に示したマルチバンド無線端末の型式は、しばしば「クラムシェル型」無線電話機と呼ばれる。更に当然のことながら、ここで用いられるように、「ステイック型」という用語は一般に非折りたたみ式無線電話機を指すときに用いられ、一方「クラムシェル型」という用語は一般に折りたたみ式無線電話機を指している。

さて図３を参照して、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末３００に内蔵の電子部品の構成を詳しく記述しよう。図示のように、無線周波数（ＲＦ）信号を受信及び／または送信するためのマルチバンドアンテナシステム３０１はＲＦ送受信機２４に電気的に結合していて、送受信機はさらにマイクロプロセッサーのような制御器２５に電気的に結合している。制御器２５はスピーカ２６に電気的に結合していて、スピーカ２６は無線端末のユーザに例えば制御器２５によって提供されるデータに基づいて可聴信号を送信するように構成されている。制御器２５はまたマイクロフォン２７に電気的に結合していて、マイクロフォン２７はユーザからの可聴入力を受信して、その入力を制御器２５及び／または送受信機２４へ供給して、遠くの装置に送信するように構成されている。制御器２５はキーパッド１６と表示部１７に電気的に結合していて、マルチバンド無線端末の操作に関するデータをユーザが入出力することを可能にする。

マルチバンドアンテナシステム３０１は複数の周波数帯での通信を可能にするためにマルチバンド無線端末３００へ（から）のＲＦ電磁波を送信（受信）するために用いられることは同業者には当然のことである。特に、送信期間中は、マルチバンドアンテナシステム３０１は送受信機２４の送信部から受信した信号に対応して共振し、対応するＲＦ電磁波を自由空間に対応する周波数帯で放射する。受信期間中は、マルチバンドアンテナシステム３０１は自由空間経由で受信したＲＦ電磁波に対応して共振し、（対応する周波数帯における）対応する信号を送受信機２４の受信部へ供給する。

図３に示したマルチバンドアンテナシステム３０１は、第１の低周波数帯アンテナ３２０と第２の低周波数帯アンテナ３２５に電気的に結合している共通ＲＦ給電点３０３を含んでいる。特に、第１のアンテナ３２０は、マルチバンド無線端末３００用の第１の低周波数帯アンテナだけでなく高周波数帯アンテナとしての機能も提供している。第１の低周波数帯アンテナ３２０は、動作状態において高周波数帯域及び低周波数帯域における電磁波に応答して共振するように構成されている。一方、第２の低周波数帯アンテナ３２５は、動作状態において低周波数帯域内の他の電磁波に応答して共振するように構成されている。当然のことながら、「動作状態」という用語は、本発明の無線端末が受信または送信中である状態を含んでいる。たとえば、動作状態は無線端末が送信中または受信中である時をいう。このように、本発明のいくつかの実施例においては、第１及び第２の低周波数帯アンテナは、無線端末が低周波数帯動作を行って送信または受信している時に、相互に関連してそれぞれの電磁波に応答して放射するように構成されている。

例えば、本発明のいくつかの実施例においては、受信または送信中のマルチバンド無線端末に対して、ＤＣＳ及びＰＣＳシステムでは第１の低周波数帯アンテナ３２０は高周波数帯動作のためのアンテナとしての機能することができ、（ＧＳＭやＥＧＳＭのような）低周波数帯内の或る周波数域に対する第１の低周波数帯アンテナ３２０として機能することができる。第２の低周波数帯アンテナ３２５は第１のアンテナと一緒に低周波数帯域内の他の電磁波に応答して共振して、低周波数帯域において帯域の増大と電圧定在波比（ＶＳＷＲ）性能の増加を実現することができる。

さらに当然のことながら、第１と第２の低周波数帯アンテナ３２０と３２５は互いに離れていて、共通ＲＦ給電点３０３は、マルチバンド無線端末が異なる周波数帯域で動作しているときに、第１と第２のアンテナを互いに電気的に絶縁する。特に、共通ＲＦ給電点３０３は、第１と第２の低周波数帯アンテナ３２０と３２５にそれぞれ電気的に結合している第１及び第２の導体を含む。本発明のいくつかの実施例においては、共通ＲＦ給電点３０３の第１及び第２の導体は、マルチバンド無線端末が動作するそれぞれの周波数帯域にある電磁波に応答して放射することを実質的に回避するように構成されている。例えば、第１及び第２の導体は低周波数帯域にて約５０オーム（Ω）のインピーダンスを持つマイクロストリップまたはストリップライン導体である。

本発明のいくつかの実施例においては、高周波数帯域は上記のＤＣＳおよびＰＣＳシステムを含むことが出来る。更に当然のことながら、低周波数帯域は上記ＥＧＳＭおよびＧＳＭシステムを含む。従って、第１の低周波数帯アンテナ３２０は高周波数帯域（すなわちＤＣＳ／ＰＣＳ）内の電磁波に応答して共振し、また低周波数帯域（すなわちＧＳＭ／ＥＧＳＭ）内の電磁波に応答して共振するように構成されている。

図４は、本発明のいくつかの実施例による空間的に離れている第１及び第２の低周波数帯アンテナを含んだマルチバンドステイック型無線端末４００（時には非折りたたみ式無線電話機または無線端末と呼ばれる。）を示す概略的な図である。特に、マルチバンド無線端末４００は上部４０５及び、上部４０５から距離的に離れている底部４１５とを含んでいる。マルチバンド無線端末４００はまた上部４０５と底部４１５の間の位置に在る中間部４１０を含んでいる。当然のことながら、ここで用いられているように「上部」及び「底部」という用語はユーザが通常使うときの向きを想定したマルチバンド無線端末の部分を指している。例えば上部４０５はユーザがマルチバンド無線端末４００内のスピーカーを聞いているとき、通常は上方向を指して位置しているであろうし、底部４１５は通常の使用状態では下を指しているであろう。しかしながら、当然のことながら、スピーカーフォンモードで使用しているとき、またはヘッドフォンを使用中に、マルチバンド無線端末４００は他の方向に置かれてもよい。

図４に示すように、第１の低周波数帯アンテナ４２０はマルチバンド無線端末４００の上部４０５の近くに置かれている。第１の低周波数帯アンテナ４２０は高周波数帯域と低周波数帯域の両方の電磁波に応答して共振するように構成されている。第２の低周波数帯アンテナ４２５ａは、第１の低周波数帯アンテナ４２０から距離“ｄ”だけ離れていて、マルチバンド無線端末４００の底部４１５の近くに位置し、マルチバンド無線端末４００の１つの側端に沿って底部４１５から中間部４１０へと延伸している。特に、第１及び第２の低周波数帯アンテナ４２５ａと４２５ｂは空間的に離れていて、それぞれのどの部分も他とは２０ｍｍ以内にならないように離れていて、第１と第２の低周波数帯アンテナ４２５ａと４２５ｂとの間の浮遊寄生結合を低減するようになっている。

更に図４を参照し、本発明のいくつかの実施例においては、代わりの（参照番号４２５ｂで示される）第２の低周波数帯アンテナがマルチバンド無線端末４００の反対側の側端に沿って、第１と第２の低周波数帯アンテナ４２５ａと４２５ｂとの間の最小間隔が２０ｍｍに保たれるように置かれてもよい。尚別の本発明の実施例においては、第２の低周波数帯アンテナ４２５ａと４２５ｂのどちらもがマルチバンド無線端末４００に含まれている。当然のことながら、第１の低周波数帯アンテナ４２５ａは、２つのアンテナ分岐を含み、そのアンテナ分岐の１つは高周波数帯域にて共振し、他の分岐は低周波数帯域にて共振する平板逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）であってもよい。

送信及び受信時に効率の良い動作ができるためには、マルチバンドアンテナシステム３０１のインピーダンスが送受信機２４のインピーダンスと「整合」されていて、マルチバンドアンテナシステム３００と送受信機２４の間で電力伝達を最大にする必要がある。当然のことながら、ここで用いられるように、「整合」という用語は、望ましくないアンテナインピーダンス成分を補償して、マルチバンドアンテナシステム３００の共通ＲＦ給電点において例えば５０オーム（Ω）などの特定のインピーダンスを提供するようにほぼ電気的に同調がとられるような構成を含む。

図６は、図４に示すマルチバンド無線端末４００の動作性能例を示すＶＳＷＲ図である。特にマーカ１と２の間の低周波数帯の性能は約２：１のＶＳＷＲであり、一方マーカ３と４の間の高周波数帯の性能は約３：１のＶＳＷＲである。当然のことながら、第２の低周波数帯アンテナ４２５Ａ／４２５Ｂをマルチバンド無線端末４００に含むと、図６に示すように低周波数帯域の帯域幅を改善できる。第２の低周波数帯アンテナ４２５ａ／４２５ｂをマルチバンド無線端末４００に含ませることで、マルチバンド無線端末の高周波数帯域の性能は悪化させるが、負の影響は低周波数帯域における帯域幅とＶＳＷＲの改善によって全体的には改善のほうに向かうことになる。これによって４つの全ての周波数帯域において十分な性能が得られている。

図６によると、信号の第１と第２の成分は合成され、マルチバンドアンテナシステム３００の低周波数帯域におけるＶＳＷＲとして約２：１を与える。特に図６の低周波数帯域に示した成分のうちの１つは低周波数帯域における第１の低周波数帯アンテナの共振によるものであり、一方、低周波数帯域に示した他の成分は低周波数帯域における第２の低周波数帯アンテナの共振によるものである。。図示のように共振成分は合成されて低周波数帯域における帯域幅の増大をもたらす。したがって、無線端末が低周波数帯での動作を行うために送信または受信しているときは、第１と第２の低周波数帯アンテナはそれぞれの電磁波に応答してお互いに関連して放射するように構成されている。

マルチバンドアンテナシステムに関するＶＳＷＲは、無線端末のマルチバンドアンテナシステムと共通ＲＦ給電点または伝送線路のインピーダンス整合に関係する。最小損失でＲＦ電磁波を放射するため、または受信したＲＦ放射を無線端末内の送受信機に最小損失で提供するためには、マルチバンドアンテナシステム３００のインピーダンスがマルチバンドアンテナシステム３００へ／からＲＦ電磁波が提供される伝送線路または共通ＲＦ給電点のインピーダンスと整合する必要がある。

図５は、本発明の実施例によるマルチバンド無線端末を示す概略図である。特に、マルチバンド無線端末５００は第１のアンテナ５２０と上部５０５を含む。上記したように、第１のアンテナ５２０は低周波数帯域の１部と高周波数帯域において共振するように構成されている。特に、第１のアンテナ５２０はＰＩＦＡアンテナであって、第１のアンテナ５２０の１つのアンテナ分岐は高周波数帯域にて共振し、他のアンテナ分岐は低周波数帯域にて共振する。マルチバンド無線端末５００は、またマルチバンド無線端末５００の底部５１５の近くに配置された第２のアンテナを含んでいる。上記したように、第１のアンテナ５２０と第２のアンテナ５２５を隔てる距離「ｄ」は２０ｍｍより大きくあるべきである。

図４を参照して上記したように、第１のアンテナ５２０と第２のアンテナ５２５は低周波数帯域の重なっている部分で共振するように構成され、これによってマルチバンド無線端末の低周波数帯域におけるＶＳＷＲ性能における帯域幅を改善している。図５に示すように、第２のアンテナ５２５は、マルチバンド無線端末５００の部分５１５での端部に沿って延伸している。

図７は、図５に示したマルチバンド無線端末５００の動作性能例を示すＶＳＷＲ図である。図７によれば、低周波数帯域の帯域幅はマーカ１と２の間で示されていて、高周波数帯域の帯域幅はマーカ３と４の間で示されている。低周波数帯域におけるＶＳＷＲ性能は２：１と３：１の間であり、高周波数帯域におけるＶＳＷＲ性能は約３：１である。マルチバンド無線端末５００に第２の低周波数帯アンテナ５２５を含ませると低周波数帯域における帯域幅とＶＳＷＲを改善することが出来る。したがって、本発明のいくつかの実施例においては、無線端末が低周波数帯での動作を行うために送信または受信しているときに、第１と第２の低周波数帯アンテナは、それぞれの電磁波に応答してお互いに関連して放射するように構成されている。

マルチバンド無線端末５００の中に第２の低周波数帯アンテナ５２５を含むと、高周波数帯域におけるマルチバンド無線端末５００のＶＳＷＲ性能と帯域幅に悪影響を与えるが、高周波数帯域におけるこの悪影響は、低周波数帯域における性能改善で相殺することが出来る。

図８は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の動作性能の例を従来の無線端末と比較して示したＶＳＷＲ図である。特に、従来の端末は実線で示してあり、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の性能例は破線で示してある。図８に示すように、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の低周波数帯域における帯域幅は、従来の無線端末に関する帯域幅を凌駕するものである。

図８に示すように、本発明の実施例によるマルチバンド無線端末のＶＳＷＲ性能も従来の無線端末の性能を凌駕するものである。さらに、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の帯域幅は、従来の無線端末に関わる帯域幅よりも大きくすることが出来る。マーカ３と４の間の高周波数帯ＶＳＷＲ性能は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末と従来の無線端末とでほぼ等しい。

図９は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンドアンテナシステム９００を示すブロック図である。特に、送受信機９２４は第１と第２の低周波数帯アンテナ９２０と９２５に共通ＲＦ給電点９０３によって電気的に結合している。共通ＲＦ給電点９０３は第１と第２の導体を含み、それらは低周波数帯域での放射を実質的に回避するように構成されている。第１及び第２の導体は低周波数帯域の信号に対して約５０オーム（Ω）のインピーダンスを提供するように構成されていて、マイクロストリップ導体またはストリップライン導体として構築されている。

上記のように、第１の低周波数帯アンテナ９２０は、低周波数帯域にある電磁波に応答して放射するように構成されている。第２の低周波数帯アンテナ９２５は、第１の低周波数帯アンテナ９２０とは距離的に離れていて、また低周波数帯域にある電磁波に応答して放射するように構成されている。それ故、低周波数帯域にある電磁波に応答して共振することを回避するために、共通ＲＦ給電点９０３は、第１の低周波数帯アンテナ９２０を遠くに離れた第２の低周波数帯アンテナ９２５から電気的に絶縁することが出来る。更に、第１と第２の低周波数帯アンテナ９２０と９２５は、マルチバンド無線端末の中でお互いに少なくとも約２０ｍｍの間隔だけ離れている。

図１０は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンドアンテナシステム１０００を示すブロック図である。特に、送受信機１０２４が、第１の低周波数帯アンテナ１０２０とスイッチ１０３１とに共通ＲＦ給電点１００３を介して電気的に結合している。上記のように、共通ＲＦ給電点１００３は、低周波数帯域にある電磁波に応答して共振することをほぼ完全に避けるように構成された第１及び第２の導体を含んでいる。

スイッチ１０３１は、第２の低周波数帯アンテナ１０２５に電気的に接続されている。スイッチ１０３１は、２つの状態（開状態と閉状態）のうちの1つで動作するように構成されている。閉状態ではスイッチ１０３１は、送受信機１０２４を第２の低周波数帯アンテナ１０２５へ共通ＲＦ給電点１００３を介して電気的に結合させる。反対に、スイッチ１０３１が開状態のときは第２の低周波数帯アンテナ１０２５は、共通ＲＦ給電点１００３と送受信機１０２４からオーミックに絶縁される。スイッチ１０３１は、例えば高周波トランジスター、ＧＡスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオードまたはその他のスイッチ機構のような、低周波数帯域にて用いることが適しているどのようなタイプの電子部品であってもよい。

それ故、図１０に示した本発明のいくつかの実施例によるマルチバンドアンテナシステム１０００は、第２の低周波数帯アンテナ１０２５をマルチバンドアンテナシステム１０００に接続し、または切り離すように動作する。（スイッチ１０３１を開いて）第２の低周波数帯アンテナ１０２５がマルチバンドアンテナシステムから切り離されると、第１の低周波数帯アンテナ１０２０は、高周波数帯域でも低周波数帯域でも適切な動作性能を提供する。スイッチ１０３１が閉じられると第２の低周波数帯アンテナ１０２５がマルチバンドアンテナシステム１０００に含まれ、低周波数帯域の動作性能が改善され、一方、高周波数帯域の性能は適切状態が維持される。したがって本発明のいくつかの実施例によるマルチバンドアンテナシステム１０００の構成は、無線端末が動作する周波数帯に依存して適切に調節することが出来る。

ここで用いられているように、「オーミックに」という用語は、２つの要素間のインピーダンスが、Ｖを２つの要素間の電圧とし、Ｉをその間の電流としたときに、ほとんど全ての周波数において、実質的にインピーダンス＝Ｖ／Ｉの関係で与えられる構成を指す。（すなわち、オーミックに結合している要素間でのインピーダンスは全ての周波数において事実上同一である。）それゆえに、「オーミックに絶縁している」という用語は、２つの要素間のインピーダンスが（ＤＣのような）比較的低い周波数で事実上無限大であるような構成をいう。しかしながら、２つの要素がオーミックに絶縁していても、例えば２つの要素が互いに容量的に結合している場合には、２つの要素間のインピーダンスは周波数の関数となると理解されたい。例えば、金属導体によって相互に直接結合している２つの要素は互いにオーミックに絶縁してはいない。これに対して、容量性効果だけで互いに電気的に結合している２つの要素は、互いにオーミックには絶縁していて、電磁的には結合している。

図１１と１２は、本発明のいくつかの実施例によるアンテナ系の、第２の低周波数帯アンテナのスイッチがそれぞれ開状態および閉状態のときのマルチバンド無線端末の動作性能例を示すＶＳＷＲ図である。特に図１１は、高周波数帯ＶＳＷＲ性能が３：４と２：１の間であり、低周波数帯域の帯域幅が少し狭くなる傾向にあり、ＶＳＷＲ性能は約３：１であることを示す。比較して、図１２に示すように、スイッチ１０３１が閉状態となって第２の低周波数帯アンテナ１０２５をマルチバンドアンテナシステム１０００の中に含むようになると、低周波数帯域の帯域幅は改善され、ＶＳＷＲ性能は約２：１に増加している。更に図１２は、高周波数帯域のＶＳＷＲ性能が第２の低周波数帯アンテナ１０２５を含むことによって減少する傾向にあることも示している。

図１３は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の動作性能例を従来の無線端末と比較して示す表である。特に図１３の表は、低周波数帯域と高周波数帯域での利得測定結果を示している。取られた測定データは約８２４ＭＨｚから約１９９０ＭＨｚに及んでいる。更に、第２の低周波数帯アンテナがマルチバンド無線端末の側端近く、及びマルチバンド無線端末の底部に含まれた上記実施例と、第２の低周波数帯アンテナのスイッチが閉状態と開状態のときの実施例が図１３に示されている。特に、図１３のデータは第２の低周波数帯アンテナがマルチバンド無線端末の底部近くに位置していた場合の実施例の性能が、従来の無線端末の性能に比較して、低周波数帯域及び高周波数帯域において全体的に改良された性能を持っていることを示している。

図１４Ａと１４Ｂは、本発明のいくつかの実施例によるクラムシェル型無線端末（時には折りたたみ式の無線電話機あるいは無線端末とも呼ばれる。）の概略図を示す。特に図１４Ａは、閉じた位置でのクラムシェル型無線端末１４００を示している。閉じた位置では、上部１４０５は中間部１４１０の近くにある蝶番の周りに回転してマルチバンド無線端末の底部１４１５に一致している。図１４Ｂはマルチバンドクラムシェル型無線端末１４００の開いた位置を示している。

図１４Ａおよび１４Ｂによれば、第１の低周波数帯アンテナ１４２０は、マルチバンドクラムシェル型無線端末１４００の中間部１４１０のほぼ近くに位置している。第２の低周波数帯アンテナ１４２５は、底部１４１５の近くに位置していて、第１の低周波数帯アンテナ１４２０から遠くに離れている。マルチバンドクラムシェル型無線端末１４００は、また浮遊寄生素子１４３０を含んでいる。それは第２の低周波数帯アンテナ１４２５の近くにあり、それとはオーミックには絶縁されており、容量的には結合している。この例においては、浮遊寄生素子１４３０は、高周波数帯域にある電磁波に応答して共振し、一方、第１及び第２の低周波数帯アンテナ１４２０と１４２５は、低周波数帯域にある電磁波に応答して共振するように構成されている。

当然のことながら、マルチバンドクラムシェル型無線端末１４００の性能は開状態と閉状態で変化する。特に、図１５はマルチバンドクラムシェル型無線端末１４００の開状態と閉状態間での性能の変化を示すＶＳＷＲ図である。図１５によれば、閉状態ではマーカ１と２の間の低周波数帯域におけるＶＳＷＲ性能は約３：１である。開状態では低周波数帯域でのＶＳＷＲ性能は約２：１に改善される。これに対して、高周波数帯域でのＶＳＷＲ性能は、開状態と閉状態でほとんど同じで約２：１である。

図１６は、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンドクラムシェル型無線端末と従来の無線端末とを比較した例示的データを示す表である。図１６に示すように、高周波数帯域における利得は、開状態と閉状態との間でほぼ同じである。それに比べて、低周波数帯域の利得は、開状態と閉状態との間で、ＧＳＭ周波数領域で約１ｄＢ減少し、一方ＥＧＳＭ周波数領域では約３．７ｄＢ減少する。

信号の第１と第２の成分は合成されてマルチバンドアンテナ３００の第１の周波数帯で約２．５と約１．０の間の値の電圧定在波比（ＶＳＷＲまたはＳＷＲ）を提供する。マルチバンドアンテナ２２に関するＶＳＷＲは、マルチバンドアンテナ２２の給電点と無線端末の供給線または伝送線路のインピーダンス整合と関係する。ＲＦ電磁波を最小損失で放射するため、または受信ＲＦ電磁波を無線端末内の送受信機に最小損失で供給するためには、マルチバンドアンテナ３００のインピーダンスは、ＲＦ電磁波がマルチバンドアンテナ３００へ／から供給する伝送線路または給電点のインピーダンスと整合される必要がある。

当業者にとっては当然のことながら、アンテナは、ＦＲ４またはポリイミドのような誘電体基板上に、金属層をエッチングして誘電体基板上にパターンを形成して造られる。アンテナは、銅のような導電性物質から作られる。例えばアンテナは、銅シートから作られる。別方法としてアンテナは、誘電体基板上の銅層から作られる。当然のことながら、本発明の実施例によるアンテナは、他の導電物質から作ってもよく、銅には限定されない。

本発明の実施例によるアンテナは、色々な形、構成、及び／またはサイズを有し、ここに例示したものに限定されるものではない。例えば、本発明は、どのようなマイクロストリップアンテナにも実施できる。更に、本発明の実施例は、２つの分岐を持つ平板逆Ｆアンテナや、モノポールまたは折れ曲がりモノポールアンテナに限定されるものではない。

この開示のおかげで、本発明の考え方と技術範囲を逸脱すること無しに、多くの改造や変更が、この分野の通常の知識を備えたものによって可能である。ゆえに、当然のことながら、示された実施例は例としての目的でのみ開示されたものであり、それが次の請求項によって規定される本発明を制限するものではない。ゆえに、次の請求項は文字通り開示された要素の組み合わせだけでなく、実質的に同じ結果を得るために、実質的に同じ方法で、実質的に同じ機能を果たす、等価な全ての要素を含むように読まれるべきものである。請求項はこのように、上に具体的に表示したものや記述したもの、概念的に等価なもの、及び本発明の本質的な概念を取り込んだものを含むものと理解されるべきである。

本発明のいくつかの実施例によるステイック型マルチバンド無線端末の概略図である。 本発明のいくつかの実施例によるクラムシェル型マルチバンド無線端末の概略図である。 本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末に含まれる部品を表すブロック図である。 、 本発明のいくつかの実施例による第１及び第２の低周波数帯アンテナを持つステイック型マルチバンド無線端末の概略図である。 、 本発明のいくつかの実施例による例示的マルチバンド無線端末の性能を示すＶＳＷＲ図である。 従来の無線端末と比較して、本発明のいくつかの実施例による例示的マルチバンド無線端末の動作性能を示すＶＳＷＲ図である。 、 本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末に含まれる送受信機とマルチバンドアンテナシステムのブロック図である。 、 本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の例示的動作性能を示すＶＳＷＲ図である。 従来の無線端末と比較して、本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の実験による、及び推定による動作性能を示す表の図である。 、 それぞれ閉状態及び開状態にある本発明のいくつかの実施例によるクラムシェル型マルチバンド無線端末の概略図である。 図１４Ａと図１４Ｂに示した開状態および閉状態にある本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の例示的動作性能を示すＶＳＷＲ図である。 従来の無線端末と比較して、別の本発明のいくつかの実施例によるマルチバンド無線端末の実験的動作性能を示す表の図である。

Claims (31)

1. 無線端末用のマルチバンドアンテナシステムであって、
   動作状態で低周波数帯域における第１の電磁波に応答して共振するように構成された第１の低周波数帯アンテナと、
   前記第１の低周波数帯アンテナとは別とされ、前記動作状態で前記低周波数帯域にある第２の電磁波に応答して共振するように構成された第２のアンテナと、を備えるマルチバンドアンテナシステム。
2. それぞれ前記第１及び第２のアンテナに結合され、前記低周波数帯域の電磁波との共振を避けるように構成された第１及び第２の導体を含む共通無線周波数（ＲＦ）給電点を、更に備える請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
3. 前記第１及び第２の導体は、所定のインピーダンスを有するマイクロストリップ導体、ストリップライン導体、同軸ケーブルのいずれかを備える請求項２に記載のマルチバンドアンテナシステム。
4. 前記所定のインピーダンスは、動作周波数において、約５０オーム、約７５０オーム、約１００オームのいずれかである請求項３に記載のマルチバンドアンテナシステム。
5. 前記第１のアンテナは第１及び第２のアンテナ分岐を含む平板逆Ｆアンテナであり、
   前記第１のアンテナ分岐は、前記第１の電磁波に応答して共振するように構成され、
   前記第２のアンテナ分岐は、前記低周波数帯域より高い高周波数帯域における電磁波に応答して共振するように構成された請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
6. 前記第２のアンテナに電気的に結合され、開状態において前記第２のアンテナを前記第１のアンテナから電気的に絶縁するように構成されたスイッチをさらに備える請求項５に記載のマルチバンドアンテナシステム。
7. 前記第１の電磁波は、前記低周波数帯域内の第１の周波数帯にある第１の電磁波であり、
   前記第２の電磁波は、前記低周波数帯域内にあり、前記第１の周波数帯と重なる第２の周波数帯内の第２の電磁波である請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
8. 前記第１の周波数帯は、約８１０ＭＨｚから約８８５ＭＨｚであり、
   前記第２の周波数帯は、約８８０ＭＨｚから約９６０ＭＨｚである請求項７に記載のマルチバンドアンテナシステム。
9. 前記第１の周波数帯は、約８２４ＭＨｚから約８９４ＭＨｚであり、
   前記第２の周波数帯は、約８９３ＭＨｚから約９５８ＭＨｚである請求項７に記載のマルチバンドアンテナシステム。
10. 前記第１及び第２のアンテナは、少なくとも約２０ｍｍは離れている請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
11. 前記非折りたたみ式無線電話機の中に含まれ、
    前記第１のアンテナは、前記非折りたたみ式無線電話機の上部近傍に位置する請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
12. 前記第２のアンテナは、前記非折りたたみ式無線電話機の、前記上部とは距離をおいた底部近傍に位置する請求項１１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
13. 前記第２のアンテナは、前記非折りたたみ式無線電話機の底端部にほぼ平行に伸びる請求項１２に記載のマルチバンドアンテナシステム。
14. 前記第２のアンテナは、前記上部に向かって、前記非折りたたみ式無線電話機の側端部にほぼ平行に伸びる請求項１２に記載のマルチバンドアンテナシステム。
15. 前記非折りたたみ式無線電話機の中に含まれ、
    前記第１のアンテナは、前記非折りたたみ式無線電話機の中間部の近傍に位置する請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
16. 前記第２のアンテナの近傍に位置し、前記第２のアンテナとはオーミック的に絶縁される浮遊寄生素子を備え、
    前記浮遊寄生素子は、前記低周波数帯域よりは高い前記高周波数帯域内にある第３の電磁波を前記第２のアンテナへ電磁的に結合するように構成される請求項１２に記載のマルチバンドアンテナシステム。
17. 前記第２のアンテナはモノポールアンテナ，折れ曲がりモノポールアンテナ，または平板逆Ｆアンテナを備える請求項１に記載のマルチバンドアンテナシステム。
18. 前記第２のアンテナは、個別のキャパシタまたは個別のインダクタと直列に第２の導体に電気的に結合する前記折れ曲がりモノポールアンテナを備える請求項２に記載のマルチバンドアンテナシステム。
19. マルチバンド無線端末であって、
    空洞を形成する筺体と、
    前記空洞の中に配され、マルチバンド無線通信信号を受信し、マルチバンド無線通信信号を送信する送受信機と、
    前記空洞の中に配され、前記送受信機に電気的に結合され、それぞれ前記第１及び第２のアンテナに結合され、前記アンテナの動作する前記周波数帯の電磁波に応答した共振を避けるように構成された第１及び第２の導体を含む共通無線周波数（ＲＦ）給電点と、前記空洞において、動作状態で前記第１の導体と電気的に結合され、前記低周波数帯域における第１の電磁波に応答して共振するように構成された第１の低周波数帯アンテナと、前記第２の導体に電気的に結合され、前記第１の低周波数帯アンテナとは別とされ、前記動作状態で前記低周波数帯域にある第２の電磁波に応答して共振するように構成された第２のアンテナを備えるマルチバンドアンテナシステムと、を備えるマルチバンド無線端末。
20. 前記第１及び第２の導体は、所定のインピーダンスを有するマイクロストリップ導体またはストリップライン導体を備える請求項１９に記載のマルチバンド無線端末。
21. 前記所定のインピーダンスは、動作周波数において、約５０オーム、約７５０オーム、約１００オームのいずれかである請求項２０に記載のマルチバンド無線端末。
22. 前記第１のアンテナは第１及び第２のアンテナ分岐を含む平板逆Ｆアンテナであり、
    前記第１のアンテナ分岐は、前記第１の電磁波に応答して共振するように構成され、
    前記第２のアンテナ分岐は、前記低周波数帯域より高い高周波数帯域における電磁波に応答して共振するように構成された請求項１９に記載のマルチバンド無線端末。
23. 前記第２のアンテナに電気的に結合され、開状態において前記第２のアンテナを前記第１のアンテナから電気的に絶縁するように構成されたスイッチをさらに備える請求項２２に記載のマルチバンド無線端末。
24. 前記第１の電磁波は、前記低周波数帯域内の第１の周波数帯にある第１の電磁波であり、
    前記第２の電磁波は、前記低周波数帯域内にあり、前記第１の周波数帯と重なる第２の周波数帯内の第２の電磁波である請求項１９に記載のマルチバンド無線端末。
25. 前記第１の周波数帯は、約８２４ＭＨｚから約８９４ＭＨｚであり、
    前記第２の周波数帯は、約８８０ＭＨｚから約９６０ＭＨｚである請求項２４に記載のマルチバンド無線端末。
26. 前記第２のアンテナは、折れ曲がりモノポールアンテナまたは平板逆Ｆアンテナを備える請求項１９に記載のマルチバンド無線端末。
27. マルチバンド無線電話機であって、
    関連する上部、中間部及び底部を有する筺体と、
    前記上部の近傍または前記中間部の近傍に位置し、動作状態で低周波数帯域における第１の電磁波に応答して共振するように構成された第１の低周波数帯アンテナと、
    前記第１の低周波数帯アンテナとは別とされ、前記底部の近傍に位置し、前記上部とは離され、前記動作状態で前記低周波数帯域にある第２の電磁波に応答して共振するように構成された第２のアンテナとを備えるマルチバンド無線電話機。
28. 前記第２のアンテナは、無線電話機の底端部にほぼ平行に伸びる請求項２７に記載のマルチバンド無線電話機。
29. 前記第２のアンテナは、前記上部に向かって、前記無線電話機の側端部にほぼ平行に伸びる請求項２７に記載のマルチバンド無線電話機。
30. 前記第２のアンテナの近傍に位置し、前記第２のアンテナとはオーミック的に絶縁される浮遊寄生素子を備え、
    前記浮遊寄生素子は、前記低周波数帯域よりは高い前記高周波数帯域内にある第３の電磁波を前記第２のアンテナへ電磁的に結合するように構成される請求項２７に記載のマルチバンド無線電話機。
31. 前記第２のアンテナは、折れ曲がりモノポールアンテナまたは平板逆Ｆアンテナを備える請求項２７に記載のマルチバンド無線電話機。

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