JP2001517011A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 ２つの広く離れた周波数帯域で電気信号の送受信を行うアンテナシステム（２０）であって、
螺旋（ヘリクス）アンテナ（３０）と、
前記螺旋アンテナに隣接する非励振素子（４０）とを備え、
前記周波数帯域の高い方における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステム（２０）に入ってきた場合、前記螺旋アンテナ（３０）の電気的長さが実効的に短くなるように前記螺旋アンテナ（３０）及び前記非励振素子（４０）が容量結合され、一方、前記周波数帯域の低い方における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステムに入ってきた場合、前記螺旋アンテナ（３０）は実質的に前記非励振素子（４０）から絶縁されるように、前記非励振素子（４０）が配置されており、
前記アンテナシステム（２０）の有効開口が、前記周波数帯域の両方において、実質的に同じであることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記非励振素子（４０）が、前記螺旋アンテナ（３０）の内部に対角線に沿って配置され、前記螺旋アンテナ上の２点だけに近接しているアンテナシステム。
【請求項３】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記非励振素子（４０）が、前記螺旋アンテナ（３０）の外部に配置され、前記螺旋アンテナ（３０）の少なくとも２巻き線に隣接しているアンテナシステム。
【請求項４】 請求項１，２，３のいずれかに記載のアンテナシステム（２０）であって、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）との間だけで、非隣接巻き線において、エネルギーが結合されるアンテナシステム。
【請求項５】 請求項１，２，３のいずれかに記載のアンテナシステム（２０）であって、前記非励振素子（４０）の一部が、前記螺旋アンテナ（３０）の少なくとも１つの巻き線に付着され、更に、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）とをそれらが付着されている点において物理的に絶縁する誘電体（４６）を備えるアンテナシステム。
【請求項６】 請求項１，２，３のいずれかに記載のアンテナシステム（２０）であって、前記螺旋アンテナ（３０）が、前記非励振素子（４０）とは独立に、前記周波数帯域の低い方で共振するアンテナシステム。
【請求項７】 請求項１，２，３のいずれかに記載のアンテナシステム（２０）であって、更に、前記螺旋アンテナ（３０）に隣接して第２の非励振素子（５２）を備え、
前記広く離れた周波数帯域の低い方より高い第３周波数帯域における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステム（２０）に入ってくると、前記螺旋アンテナ（３０）と前記第１及び第２の非励振素子（４０）、（５２）が容量結合し、一方、前記広く離れた周波数帯域の低い方における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステムに入ってくると、前記螺旋アンテナ（３０）は、前記第２の非励振素子（５２）から実質的に絶縁されるように、前記第２の非励振素子（５２）が配置されているアンテナシステム。
【請求項８】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、
送信器（１２）と、
受信器（１４）と、
ユーザーインターフェース（１６）と、
アンテナ給電システム（２２）と
を有する無線電話器と組み合わせたアンテナシステム。
【請求項９】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記螺旋アンテナ（３０）が、通常モードで動作するように構成されているアンテナシステム。
【請求項１０】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、アンテナ給電（２２）から見たインピーダンスが約５０オームであるアンテナシステム。
【請求項１１】 請求項１に記載のアンテナシステム（２０）であって、アンテナシステム（２０）は、８２４から８９４ＭＨｚ及び１８５０から１９９０ＭＨｚ周波数帯域の電気信号を送受信すべく構成され、前記螺旋アンテナ（３０）は、８２４から８９４ＭＨｚ周波数帯域において共振すべく設計されているアンテナシステム。
【請求項１２】 請求項１１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記螺旋アンテナ（３０）の直径が、約６−１０ミリメートルであって、前記螺旋アンテナ（３０）の軸長が、約２０−２５ミリメートルであるアンテナシステム。
【請求項１３】 請求項１１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記非励振素子（４０）が前記螺旋アンテナ（３０）の外にあって前記螺旋アンテナ（３０）の少なくとも２つの巻き線に隣接して配置されているアンテナシステム。
【請求項１４】 請求項１１に記載のアンテナシステム（２０）であって、前記非励振素子（４０）が約１０から１４ミリメートルの長さであり、非励振素子（４０）の少なくとも一部が、螺旋アンテナ（３０）から、約０．２ミリメートルのところに配置されているアンテナシステム。
【請求項１５】 ２つの離れた周波数帯域で通信を行うアンテナシステム（２０）を製造する方法であって、螺旋アンテナ（３０）を提供するステップと、前記螺旋アンテナ（３０）に隣接して非励振素子（４０）を提供するステップとを備え、更に、
前記周波数帯域の高い方における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステム（２０）に入ってきた場合、前記螺旋アンテナ（３０）の電気的長さが実効的に短くなるように前記螺旋アンテナ（３０）及び前記非励振素子（４０）が容量結合し、一方、前記周波数帯域の低い方における無線周波数エネルギーが前記アンテナシステム（２０）に入ってきた場合、前記螺旋アンテナ（３０）は実質的に前記非励振素子（４０）から絶縁されるように、前記非励振素子（４０）を配置するステップと、
前記アンテナシステム（２０）の有効開口が、前記周波数帯域の両方において、実質的に同じになるように、前記非励振素子（４０）を配置するステップと
を備える方法。
【請求項１６】 請求項１５に記載の方法であって、前記非励振素子（４０）が前記螺旋アンテナ（３０）の内部の対角線上に配置される方法。
【請求項１７】 請求項１５に記載の方法であって、螺旋アンテナ（３０）が通常モードで動作するように構成される方法。
【請求項１８】 請求項１５に記載の方法であって、前記螺旋アンテナ（３０）が、前記周波数帯域の低い方で前記非励振素子（４０）とは独立に共振する方法。
【請求項１９】 螺旋アンテナ（３０）と、前記螺旋アンテナ（３０）に隣接して配置された非励振素子（４０）とを備えた二重帯域アンテナシステム（２０）を使用する信号受信方法であって、前記非励振素子（４０）を螺旋アンテナ（３０）から実質的に絶縁して、前記螺旋アンテナ（３０）の共振周波数に対応する第１周波数帯域において前記螺旋アンテナ（３０）を介して信号を受信するステップを備え、更に、
前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）を容量結合させ、前記螺旋アンテナ（３０）の電気的長さを実効的に短くして、第１の周波数帯域より高い第２の周波数帯域において、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）の組み合わせを介して、信号を受信するステップを備える方法。
【請求項２０】 請求項１９に記載の方法であって、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）を容量結合させるステップを実行する際に、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）との間だけで、非隣接巻き線においてエネルギーが結合される方法。
【請求項２１】 請求項１９に記載の方法であって、前記アンテナシステム（２０）が、更に、前記螺旋アンテナ（３０）と前記非励振素子（４０）を物理的に絶縁する誘電体（４６）を備え、前記非励振素子（４０）の一部が、前記螺旋アンテナ（３０）の少なくとも１つの巻き線に巻かれている方法。

本質的に、どの無線電話器も、何かしらの種類のアンテナシステムを使用して、通信信号を送信したり受信したりしている。歴史的に見ると、様々な無線電話器で最も広く使用されてきたのは、単極及び双極アンテナであろう。それは、構成が単純で、広帯域レスポンス、広い放射パタンを備え、そして費用が安いという特徴がある。特に、半波長（λ／２）単極、双極アンテナは、多数の無線電話器において使用され、成功を収めている。しかしながら、以下に述べるように、そのようなアンテナは、無線電話器の種類によっては、具合の悪いことがある。

螺旋アンテナは、軸モード、通常モード、あるいはその２つの正比例的組み合わせで動作しているとき、伝統的な双極あるいは単極アンテナでは大きすぎる多くのアプリケーションにおいて論理的選択となり、２つ又はそれ以上に広く分かれている周波数帯域で信号を送信及び・又は受信することのできる比較的小さなアンテナを要求する多数の無線電話がある。１例として、二重帯域セルラー電話があり、このセルラー電話は、８５０ＭＨｚと１９２０ＭＨｚというように２つの周波数帯域で動作するセルラー電話である。様々の人工衛星通信システムは、二重帯域能力を要求する他の例を提供し、このシステムは、典型的には、広く分かれた送信と受信の周波数帯域を持つ。しかしながら、残念なことに、前述のように、螺旋アンテナは、このようなアプリケーションには適していない。というのは、この種のアンテナは、通常モードで動作するとき、帯域幅制限により、広い周波数帯域で擬似全方向性放射パタンを提供することができないからである。

最後に、日本国特許５−１３６６２３号と、米国特許出願番号０８−７２５５０７号においては、付加的螺旋アンテナシステムが開示されている。そこでは、導電チューブと、可変ピッチ巻き線を使用した二重帯域動作が開示されている。しかしながら、これらのアプローチで使用される二重帯域動作を提供する機構は、つまり、隣接する巻き線の間の結合（カプリング）は、典型的には、周波数帯域の高い方における動作帯域幅が狭くし、設計の柔軟性も限定する。また、日本国特許５−１３６６２３号も、周波数帯域の高い方において効果が削減された開口（aperture）を備えている。

当業者にはわかるように、高い方の周波数帯域にある信号について生じる容量結合の量は、第一に、非励振素子４０と放射素子３０の巻き線との間の距離に依存する。本発明の好ましい実施の形態において、この距離は、放射素子３０に入ってくる高い方の周波数帯域におけるエネルギーの全部ではなく一部が、非励振素子４０に容量的に結合されるように選択される。このように、本実施の形態においては、非励振素子４０は、真性な電気的短絡としては動作せず、「分配的インピーダンス」を生成することによって、非励振素子４０によって橋渡しされる巻き線に対して、放射素子３０と非励振素子４０との間で、エネルギーが分けられる。このようにして、アンテナシステム２０を備えた構造全体が放射するのは、低い周波数帯域と高い周波数帯域の両方で動作するときであり、アンテナシステム２０の有効開口は、低い周波数帯域でも高い周波数帯域でも実質的に同じである。これにより、アンテナシステム２０は、前記周波数帯域の高い方で動作しているときに、受信信号を最大にすることができるという利点がある。というのは、アンテナのすべての巻き線が、その周波数帯域での電気信号の送信及び受信に使用されるからである。