JP2003526975A - 携帯無線通信装置用ハイブリッドアンテナシステム - Google Patents
携帯無線通信装置用ハイブリッドアンテナシステムInfo
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Abstract
Description
に構成された移動可能なホイップアンテナと隠しアンテナとを含むハイブリッド
アンテナシステムに関する
加し、WCDに適したアンテナへの需要がこれに伴って増加している。アンテナ
部品と製造の低コスト、サイズの小型化、全方向性利得と適切な周波数帯域幅、
高い信頼性、満足な美しさまたは外観、および快適な人間工学的なパッケージン
グを含む多くの重要な要求条件によって、そのようなアンテナの形状が決定され
る。
ンテナまたはモノポール/ダイポールアンテナが含まれる。1つのよく知られた
形状では、ホイップアンテナは、選択的にセルラ電話機のケーシングから伸長し
たりまたはその中に格納される。伸長したホイップアンテナはセルラ電話機およ
びユーザの頭部から離れて伸びているので、ユーザがセルラ電話機を頭の近くに
保持している時であっても、伸長したホイップアンテナは比較的均一な全方向性
利得パターンを好都合に維持する。よって、ホイップアンテナは、例えば、信号
カバーレッジゾーンの境界線上または室内のような比較的低い受信電力状態にお
いてよく動作する。逆に、ホイップアンテナの細長く、突き出た形状からもたら
される欠点としては、損傷を受けやすく、美しさに敏感な消費者に見苦しさを与
えるという点がある。
がセルラ電話機のケーシング内に格納された時に起動する短いヘリカルアンテナ
が含まれる。ヘリカルアンテナはより小型で、見た目がより美しく、ホイップア
ンテナよりも損傷を受けることが少ないが、一般的にホイップアンテナのそれと
ほぼ同じラジエータ長が含まれる。それにもかかわらず、ヘリカルアンテナはほ
ぼ常にセルラ電話機から突出しており、セルラ電話機の美しさに悪い印象を与え
、ヘリカルアンテナが損傷を受けやすくなっている。
全に収容され、セルラ電話機のケーシングによって保護される内部アンテナのよ
うな、ホイップアンテナおよびヘリカルアンテナに代わる、より見た目に美しい
他のものを提供する。内部に取り付けられたそのようなアンテナによって、セル
ラ電話機の製造業者は、滑らかで、見た目に美しく、人間工学的に満足なセルラ
電話機を作ることができる。内部アンテナはセルラ電話機内に包まれているので
、比較的高くて正常な受信信号電力状態においてはよく動作するが、受信信号電
力が比較的低い周辺のカバーレッジエリアではよく動作しない。また、ホイップ
アンテナよりも見た目はより受入れられるが、ユーザが内部アンテナの近くでケ
ーシングを握っている時や、ユーザがケーシング、すなわち内部アンテナを、ユ
ーザの頭の近くで保持している時には、内部アンテナ(および上述のヘリカルア
ンテナ)はアンテナの負荷によって悪いアンテナ利得変更を被る。
プアンテナの性能上の利点を内部アンテナに関連する美しくかつ人間工学的な利
点と組み合わせ、これらのアンテナタイプの各々に関する不利益を軽減する必要
がある。
リッドアンテナシステムには、携帯WCDのケーシングの内部に全体が固定して
実装された、隠された内部シールド基板アンテナが含まれる。ハイブリッドアン
テナシステムには、選択的にケーシングから伸長し、かつケーシングの内部に格
納することのできる、ホイップアンテナのような移動可能なアンテナも含まれる
。アンテナシステムには、移動可能なアンテナが伸長位置にある時には該アンテ
ナを携帯WCDの内部無線回路に電気的に接続し、移動可能なアンテナがケーシ
ング内への格納位置にある時には該アンテナを内部無線回路から電気的に絶縁す
る機構が含まれる。
非動作位置の両方にある時に、内部アンテナが動作するように無線回路に接続さ
れる。このように、内部アンテナと移動可能なアンテナは、移動可能なアンテナ
が伸長位置にある時には、動作するように無線回路に並列して接続されるが、移
動可能なアンテナが格納位置にある時には、内部アンテナのみが無線回路に接続
される。
れかのみが無線回路に接続される。具体的には、伸長した動作位置にある時には
移動可能なアンテナのみが無線回路に接続され、移動可能なアンテナがWCDケ
ーシング内部の非動作の格納位置にある時には、内部アンテナのみが無線回路に
接続される。第2の実施形態には配列を切り替える2つのアンテナが含まれる。
第1の配列にはアンテナ間で切り替える機械スイッチが含まれるが、第2の配列
にはアンテナ間で切り替える電子スイッチが含まれる。
手段により実現されてもよい。 特徴および利点 ハイブリッドアンテナシステムは、ホイップアンテナの性能上の利点と、携帯
WCD内の隠れた内部アンテナに関連した美的で人間工学的な利点とを兼ね備え
ている接続。 WCDの正常使用時、すなわち、信号カバーレッジが比較的良好
である時は、ホイップアンテナは格納されて非動作であり、WCDケーシング内
に隠されている。動作する隠れた内部アンテナはそのような条件下で満足な性能
を提供する。このように、たいていの場合、WCDは滑らかで見た目のよい外観
を維持する。しかしながら信号カバーレッジが不十分な場合には、ユーザはより
高い性能のホイップアンテナを伸長して、この不十分な信号カバーレッジと効果
的に利用しようとすることによって、WCDの使用可能範囲を拡張する。
簡単な方法で構成されてまとめられ、アンテナシステム製造の複雑さ、コスト、
およびサイズを減少させる。
記の本発明の好ましい実施形態のより明確な説明から明らかになるであろう。
102、プリント回路板(PCB)に実装されるか、またはPCB上に形成され
たWCDの無線回路を有する第1のPCB104、および本発明の第1の実施形
態にしたがったハイブリッドアンテナシステム106が含まれる。ハイブリッド
アンテナ106とともに使用可能なWCD100の例には、パーソナルディジタ
ルアシスタント(PDA)、セルラ電話機、パーソナル通信サービス(PCS)
電話機、およびパームトップ(palm-top)コンピュータが含まれる。ケーシング1
02は、例えば、折りたたみ式電話機およびフリップトップ(flip-top)ハンドヘ
ルドコンピュータのために使用される“ブロックシェイプ(brick-shape) ”また
は“クラムシェル(clam-shell)”スタイルを含む、いかなる便利な形状およびス
タイルにおいても提供されることができる。
能なアンテナ108、および内部に隠れたアンテナ110が含まれ、本発明に固
有に構成され、ホイップアンテナの性能上の利点と内部アンテナに関連した美的
かつ人間工学的な利点を兼ね備えている。ハイブリッドアンテナシステム106
には、内部アンテナ110とホイップアンテナ108とをPCB104上の無線
回路にそれぞれ電気的に接続するための、第1の電導性コネクタ112および第
2の電導性コネクタ114も含まれる。好ましい実施形態において、コネクタ1
12と114は弾性スプリングクリップである。
またはガイドにより滑動可能に収容される。このように、ホイップアンテナ10
8を方向Vで移動させることができ、図1Aおよび1Bにそれぞれ図示されてい
るように、ケーシング102に対して選択的にケーシング102から伸長し、か
つケーシング102内部に格納することができる。ホイップアンテナ108は、
既知の構造のモノポールまたはダイポールラジエータであり、上部116Aと下
部116Bとを有する細長い電導性ラジエータを含む。絶縁シース(sheath)11
8は、ラジエータ上部116Aを覆って電気的に絶縁している。
基板すなわちPCB124上に形成された電導性トレース(trace)すなわちアン
テナ放射素子122と、信号供給領域126とが含まれる。PCB124は全体
がケーシング102内部に固定して実装されており、ケーシングから好都合に間
隔をあけて放射素子122を置き、WCDの使用中にユーザが頭部の近くでWC
D100を握っている時に生じるアンテナ負荷の影響を減少させる。導電性トレ
ース122には、望ましいアンテナラジエータ構造を形成する、複数の電気的に
相互接続されたトレースを含むことができる。導電性トレース122には、信号
供給領域126内に導電性パッド128が含まれ、導電性トレース122をWC
D100内の他の回路に接続する電気的接触を提供する。シールド基板アンテナ
110は、“多層シールド基板アンテナ”と題された、前述の出願中の特許出願
に述べられている原理にしたがって構成されてもよい。
ンシーバと、WCD100を動作させるためにPCBに実装され、またはその上
に形成された電子回路とを有する。無線トランシーバ回路には、信号の受信と送
信とを分離するためのデュプレクサ130、受信回路132および送信回路13
4が含まれる。導電性パッド136は、導電性トレース138を介して無線回路
に電気的に接続され、ホイップアンテナ108および内部アンテナ110を無線
回路に接続するための電気的接触を提供する。別々のPCB104と124に無
線回路と内部アンテナ110とをそれぞれ提供することによって、それぞれのP
CBを別々に構成し、WCD100内に各PCBを配列することに対する柔軟性
が好都合に加えられる。他の配列では、単一のPCB上に形成されるかまたはそ
れに接続された、無線回路(および他の電子回路)と内部アンテナ110との両
方を有する単一のPCB内に、別々のPCB104と124とを接続組み込むこ
とができる。そのような単一のPCBを使用することによって、部品の数を有利
に減少させ、WCD100内のPCB実装配列を単純にすることができる。
36に接続された対向する端が含まれ、PCB104上の内部アンテナ110と
無線回路との間の固定した電気接続が形成される。第2の弾性スプリングクリッ
プ114には、パッド136に固定された第1の端114Aとホイップアンテナ
108との接触内にバイアスされた第2の移動可能な端114Bとが含まれる。
図1を参照すると、ホイップアンテナが伸長した動作位置にある時には、クリッ
プ端114Bはホイップアンテナ108の導電性端116Bと接触し、内部アン
テナ110と並列な無線回路にホイップアンテナが電気的に接続される。
クリップ端114Bは導電体116Bの代わりに絶縁シース118と接触し、ホ
イップアンテナを無線回路から切断させる(即ち、電気的に絶縁させる)。これ
により内部アンテナ110のみが無線回路と電気的に接続されたままとなる。既
知の他のホイップアンテナ形状と、ホイップアンテナと無線回路とを接続、切断
する機構とが、本発明において用いられてもよいことが理解されなければならな
い。
ベルにある時には、ユーザは、ホイップアンテナ108をケーシング102内部
の格納された非動作位置に置き、これにより内部アンテナ110のみが信号を送
受信する。しかしながら、不十分な信号カバーレッジと格闘するためにさらなる
アンテナ性能が必要である時、すなわち、地方または周辺信号カバーレッジエリ
アにおいてWCDの信号強度が比較的低い時には、ユーザはホイップアンテナ1
08を伸長された動作位置に置き、これによりホイップアンテナ108と内部ア
ンテナ110との両方が信号を送受信する。
ルド基板アンテナ110との接続組み合わされた利点を実現するための簡単で低
コストのアプローチである。しかしながら、上述された並列接続されたアンテナ
の形状で内部アンテナ110と共に伸長されたアンテナ108を使用することに
より、アンテナ108および110の各々が互いに干渉しあう信号を受信する場
合、WCDでの受信信号性能が低下してしまうかもしれない。よって、後述され
る本発明の第2の実施形態によって、この欠点が回避される。
、図2Aおよび2Bで図示される。分かりやすくするために、ケーシング102
と無線回路とは、図2Aおよび2Bには示されていない。ハイブリッドアンテナ
システム200には、ホイップアンテナ108′(ホイップアンテナ108と類
似)、内部アンテナ110、内部アンテナ110とホイップアンテナ108′と
を無線回路にそれぞれ接続するための第1の電導性弾力コネクタ202および第
2の電導性弾力コネクタ204とが含まれる。例えば、スプリングクリップとし
て形成されたコネクタ202と204、およびホイップアンテナ108′は、後
述されるように、各アンテナ108′と110とを無線回路から電気的に接続、
切断する機械的なスイッチング機構としてともに動作する。ハイブリッドアンテ
ナシステム200によって、一度にアンテナ108′またはアンテナ110のど
ちらか一方のみを無線回路に電気的に接続することによる上述された干渉の影響
が好都合に避けられる。
れた対向する端部220とが含まれる。絶縁シース118′は対向する端部11
6Bと端部220との間に伸長している。シース118′は、端部116Bおよ
び220の直径よりも大きい直径を有する。スプリングクリップ204は、PC
B104上に形成された導電性パッド206および導電性トレース208を介し
て無線回路に電気的に接続される(分かりやすくするためにPCB104からず
らして図示されている)。スプリングクリップ204は、図2Aに示されるよう
に、ホイップアンテナが伸長位置にある時には、ホイップアンテナ108′の端
部116Bと接触するように調整され、これによりホイップアンテナを無線回路
に電気的に接続する。逆に、図2Bに示されるように、ホイップアンテナ108
′が格納位置にある時には、スプリングクリップ204は絶縁シース118′と
接触し、これによりホイップアンテナを無線回路から切断する。
電性トレース210により無線回路に接続された第1の端202Bが含まれる。
図2Bに示される(図2Aでは点線で示される)ように、ホイップアンテナ10
8′が格納位置にある時には、スプリングクリップ202は、スプリングクリッ
プの第2の移動可能端202Aを内部アンテナ110の導電性パッド128と接
触させるようにバイアスするよう調整され形作られる。これにより内部アンテナ
110が無線回路に接続される。逆に、図2Aに示されるように、ホイップアン
テナが伸長位置にある時には、ホイップアンテナ108′のシース118′がス
プリングクリップ202と接触し、これによりクリップ端202Aがパッド12
8から離れて移動し、ホイップアンテナが無線回路から切断される。したがって
、ホイップアンテナがそれぞれ伸長または格納位置にある時には、ホイップアン
テナ108′または内部アンテナ110のみが無線回路に電気的に接続される。
に示される。ハイブリッドアンテナシステム300では、機械的および電気的ス
イッチング技術の組み合わせが用いられ、無線回路に対してホイップアンテナ1
08または内部アンテナ110のいずれかが選択的に接続される。図1Aおよび
1Bと関連して記述されたものと同様の方法で、ホイップアンテナがそれぞれ伸
長および格納位置にある時には、ハイブリッドアンテナシステム300には、ホ
イップアンテナ108をPCB104上の導電性トレース304に対して選択的
に、電気的接続および切断するための機械的コネクタ302が含まれる。図1A
および1Bと関連して記述されたものと同様の方法で、内部アンテナ110は、
固定の電気接続を使用してPCB104上の導電性トレース306に電気的に接
続される。
た第1の入力320、導電性トレース306に接続された第2の入力322、お
よび無線回路(集合的に参照番号330により表示される)に接続された出力3
24を有するPCB104上の電子スイッチ310が含まれる。ホイップアンテ
ナが伸長動作位置および格納された非作動位置をそれぞれ占める時には、電子ス
イッチ310は第1の入力320を無線回路330に接続することによりホイッ
プアンテナ108が無線回路330に接続され、或いは第2の入力322を無線
回路330に接続することにより内部アンテナ110が無線回路330に接続さ
れる。
図4でに機能的に図示されているスイッチング素子340含まれる。スイッチン
グ素子340は、選択線342を介してスイッチング素子340に加えられたス
イッチング制御電圧に応じて、入力320(実線で示される)または入力322
(点線で示される)のいずれかを出力324に接続する。スイッチング素子34
0は、一般に知られているように、スイッチング制御電圧により制御されるスイ
ッチングピンダイオードを用いて構成されてもよい。電子スイッチ310には、
コネクタ302およびPCBトレース304を介してホイップアンテナ108が
入力320に接続された時を検出し、検出された負荷に応じてスイッチング素子
340に加えられるスイッチング制御電圧を得るアンテナ負荷検出回路346も
含まれる。電子スイッチ310を動作させるため、供給電圧VCCと地気電位G
NDが、スイッチ310の端子350と352とにそれぞれ加えられる。
が伸長して動作するようコネクタ302によって入力320に接続される時には
、50または75オームのアンテナ負荷を検出する。これに応じて検出回路34
6は、適当な制御電圧をスイッチング素子340に加え、ホイップアンテナ10
8を無線回路330(図4では実線で示す)に接続させる。逆に、アンテナ負荷
検出回路346は、ホイップアンテナ108が格納され、コネクタ302により
入力320から切断されている時には、アンテナ負荷がないことを検出する。こ
れに応じて検出回路346は、適当な制御電圧をスイッチング素子340に加え
てホイップアンテナ108を無線回路330(図4では点線で図示)から切断し
て内部アンテナをそれに接続する。
れており、限定でないことが理解されねばならない。このように本発明の広さと
範囲とは前述の実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、次のクレ
ームとその均等物によってのみ定義されるべきである。
のハイブリッドアンテナシステムの第1の実施形態の図である。 図1Bは、ホイップアンテナが格納された非動作位置で図示されている、図1
Aのハイブリッドアンテナシステムの図である。
テナが非動作状態で図示されている、WCD用ハイブリッドアンテナシステムの
第2の実施形態の図である。 図2Bは、ホイップアンテナが格納された非動作位置で図示されており、内部
アンテナが動作状態で図示されている、図2Aのハイブリッドアンテナシステム
の図である。
、本発明にしたがった第2の実施形態のハイブリッドアンテナシステムの他の配
列の図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 下記を具備する、携帯通信装置用アンテナシステム: 該携帯通信装置のケーシングの内部に全体的に実装された第1のアンテナ; 選択的に該ケーシングから伸長し、かつ該ケーシング内部に格納可能な第2の
アンテナ;および 該第2のアンテナが伸長した位置にある時には該第2のアンテナを該携帯通信
装置の内部無線回路に接続し、該第2のアンテナが格納位置にある時には該第2
のアンテナを該内部無線回路から電気的に絶縁するための第1の接続手段。 - 【請求項2】 該第2のアンテナが格納位置にある時には該第1のアンテナ
を該無線回路に電気的に接続し、該第2のアンテナが伸長した位置にある時には
該第1のアンテナを該無線回路から電気的に絶縁する第2の接続手段をさらに具
備する、請求項1のアンテナシステム。 - 【請求項3】 前記第2の接続手段は、該第2のアンテナのインピーダンス
を検出し、スイッチング回路が該第2のアンテナにおいて所定のインピーダンス
を検出する時には該第1のアンテナを該無線回路から絶縁する該スイッチング回
路を具備する、請求項2のアンテナシステム。 - 【請求項4】 前記第2の接続手段は、該第2のアンテナが格納位置にある
時には該第1のアンテナを該無線回路に接続する電導性弾力コネクタを具備する
、請求項2のアンテナシステム。 - 【請求項5】 前記弾力コネクタは、該内部無線回路に電気的に接続された
固定端および該第1のアンテナと接触するようにバイアスされた移動可能な端を
含み、それにより該第2のアンテナが格納位置にある時には該第1のアンテナを
該無線回路に電気的に接続し、ここで前記移動可能な端は該第2のアンテナが該
伸長位置にある時には該第1のアンテナから離れて置かれ、これにより該第1の
アンテナを該内部無線回路から電気的に絶縁する、請求項4のアンテナシステム
。 - 【請求項6】 前記固定電気コネクタは該第2のアンテナが伸長と格納位置
との両方にある間は該第1のアンテナを該内部無線回路に電気的に接続する、請
求項1のアンテナシステム。 - 【請求項7】 プリント回路板(PCB)をさらに具備し、その上に該内部
無線回路の部品が形成され、前記第1のアンテナが該PCB上に形成される、請
求項1のアンテナシステム。 - 【請求項8】 下記をさらに具備する、請求項1のアンテナシステム: 該内部無線回路の部品が形成される第1のプリント回路板(PCB);および 該第1のアンテナが形成される第2のPCB。
- 【請求項9】 前記第2のアンテナが細長いラジエータを含むモノポールお
よびダイポールホイップアンテナのいずれかである、請求項1のアンテナシステ
ム。 - 【請求項10】 前記第1のアンテナが下記を具備するシールド基板アンテ
ナである、請求項1のアンテナシステム: WCDのケーシングの内部に固定されたプリント回路板上に形成された電導性
トレース。 - 【請求項11】 内部無線回路を含む無線通信装置においてハイブリッドア
ンテナシステムを動作させる方法であって、ハイブリッドアンテナシステムは、
ケーシングの内部に全体が固定して実装された第1のシールド基板アンテナと、
選択的にWCDのケーシングから伸長し、かつケーシング内部に格納される第2
の移動可能なアンテナを有し、以下の工程を具備する: 第2のアンテナが伸長位置にあるときにはWCDの内部無線回路に第2のアン
テナを電気的に接続し、第2のアンテナが格納位置にあるときには、内部無線回
路から第2のアンテナを電気的に絶縁する; 第2のアンテナが格納位置にあるときには、内部無線回路に第1のアンテナを
電気的に接続する。 - 【請求項12】 該第2のアンテナが伸長位置にある時には該第1のアンテ
ナを該内部無線回路から電気的に切断する工程をさらに具備する、請求項11の
方法。 - 【請求項13】 ゼロオームよりも大きい該第2のアンテナのインピーダン
スを検出し、該第2のアンテナの該インピーダンスが検出された時には該第1の
アンテナを該無線回路から絶縁する工程をさらに具備する、請求項12の方法。 - 【請求項14】 該第2のアンテナが弾性電気接触を使用して格納および伸
長位置にある時には、該第1のアンテナと該内部無線回路とを電気的に接続およ
び切断する工程をさらに具備する、請求項12の方法。
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