JP2005507185A - ラップトップ応用例のための統合アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】コストが低く、信頼性の高い性能を有する、コンパクトな統合デュアル・バンド・アンテナを提供すること。
【解決手段】本発明は、ポータブル処理装置に一体化するためのアンテナに関する。このアンテナは、導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレーム［３０３］と、ディスプレイ・フレーム［３０３］から延びる１対の放射素子［３０１、３０２］と、第１放射素子および第２放射素子［３０１、３０２］に接続された、信号を搬送するための第１構成要素、およびディスプレイ・フレーム［３０３］に接続された、導電性手段を接地するための第２構成要素を有する、デュアル・バンド信号を導通するための手段と、を含むものである。
【選択図】図３
【解決手段】本発明は、ポータブル処理装置に一体化するためのアンテナに関する。このアンテナは、導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレーム［３０３］と、ディスプレイ・フレーム［３０３］から延びる１対の放射素子［３０１、３０２］と、第１放射素子および第２放射素子［３０１、３０２］に接続された、信号を搬送するための第１構成要素、およびディスプレイ・フレーム［３０３］に接続された、導電性手段を接地するための第２構成要素を有する、デュアル・バンド信号を導通するための手段と、を含むものである。
【選択図】図３
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに関し、より詳細には、モバイル・コンピュータ装置用のデュアル・バンド・アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ラップトップ(ラップトップ型コンピュータ)では、別のラップトップ、デスクトップ、サーバ、またはプリンタなどの別の処理装置と通信するために有線ケーブルが使用される。有線接続を用いずに通信するためには、アンテナが必要である。図１に、外部アンテナの２つの可能性を示す。アンテナは、より良好な無線周波数（ＲＦ）のクリアのためにラップトップ・ディスプレイ１００の頂部に配置することができ、または単にＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）カード１０１の外側に配置することができる。通常は、アンテナがディスプレイ１００の頂部に取り付けられる場合に、ラップトップは最適な無線性能を有することになる。しかし、外部アンテナは一般に内部アンテナよりも高価であり、損傷を受けやすい。あるいは、内部アンテナまたは埋込みアンテナは、一般に外部アンテナほどには良好に動作しない。埋込みアンテナの性能を改善するために一般的に用いられる方法は、ラップトップの金属構成部品から離れたところにアンテナを保つことである。ラップトップの設計とアンテナのタイプに応じて、アンテナと金属構成要素との距離は少なくとも１０ｍｍにすることができる。図２に、ある可能な埋込みアンテナの実装を示す。通常は２つのアンテナが使用されるが、１つのアンテナを実装する応用例も可能である。ある場合には、２つのアンテナが、ディスプレイの左縁部２００と右縁部２０１に配置される。１つのアンテナではなく２つのアンテナを使用することにより、ある方向にしたディスプレイによってもたらされる妨害が低減され、通信システムに空間ダイバーシティ（＝多様性）が提供される。その結果、アンテナの配置に対処するためにラップトップのサイズが大きくなる。別の構成では、１つのアンテナをディスプレイの一方の側（２００または２０１）に配置し、第２のアンテナをディスプレイの頂部２０２に配置することができる。この後者のアンテナ構成は、使用するアンテナ設計に応じてアンテナ偏波ダイバーシティを提供することもできる。
【０００３】
無線通信技術は急速に進歩しつつある。２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Instrument, Scientific, and Medical）帯が広く使用されている。たとえば、多くのラップトップ・コンピュータは、ポータブルおよび／または固定電子装置間のケーブルの置換えとしてBluetooth技術を組み込み、また、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）のためにＩＥＥＥ８０２．１１ｂ技術を組み込むことになる。８０２．１１ｂ装置を使用する場合、２．４ＧＨｚ帯は最大１１Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現することができる。データ転送速度をより高めるために、５ＧＨｚのＵ−ＮＩＩ（Unlicensed National Information Infrastructure）帯を使用することができる。Ｕ−ＮＩＩ装置は、最大５４Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現することができる。その結果、両方の帯域で動作するデュアル・バンド・アンテナの必要が高まっている。フィード（給電）が１つであるデュアル・バンド・アンテナは、携帯電話応用例に関して、マルチ・フィード・アンテナに勝るいくつかの利点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
処理装置間の無線通信がますます一般的になり、ますます複雑になっているので、コストが低く、信頼性の高い性能を有する、コンパクトな統合デュアル・バンド・アンテナが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ポータブル処理装置に一体化するためのアンテナに関する。本発明の一態様によれば、このアンテナは、導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレームと、支持フレームから延びる第１放射素子および第２放射素子と、第２放射素子に接続された、信号を搬送するための第１構成要素、および支持フレームに接続された、伝導手段を接地するための第２構成要素を有する、信号を伝導するための導体と、を備える。
【０００６】
第１放射素子と第２放射素子は同心であり、第１放射素子が第２放射素子内に配設される。第１放射素子は、逆Ｌ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である。
【０００７】
第２放射素子は、逆Ｆ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である。
【０００８】
インピーダンス整合は、低帯域でインピーダンスを増加させるためにフィード導体を第２放射素子の長手方向の中点に向けて配置し、また、低帯域でインピーダンスを減少させるためにフィード導体を第２放射素子の長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される。
【０００９】
信号を伝導させるための手段は、第２放射素子に接続された内部フィード導体と、支持フレームに接続された外部導体とを有する同軸ケーブルであることが望ましい。
【００１０】
第１放射素子および第２放射素子は、支持フレームの平面にほぼ沿って配設される。第１放射素子および第２放射素子は、支持フレーム上にほぼ横向きに配設される。
【００１１】
このアンテナは、２つの通信システムに接続されたデュープレクサ（帯域二重化器）と、２つの帯域で同時に送信するためのデュアル・バンド・アンテナとを含む。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、統合デュアル・バンド・アンテナを有する電子ディスプレイの後部に配設された導電性ＲＦ遮蔽フォイルと、スロット・アンテナを形成する穴にわたって部分的に延びるフィード部分とを含む統合アンテナの配列が提供される。
【００１３】
このアンテナ配列は、信号を伝導させるための、フィード部分に接続された第１構成要素と、伝導手段を接地するための、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された第２構成要素とを有する、信号を伝導させるための手段をさらに含む。
【００１４】
信号を伝導させるための手段は、フィード部分に接続された内部導体と、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された外部導体とを有する、同軸ケーブルである。
【００１５】
インピーダンス整合は、インピーダンスを増加させるためにフィード導体をアンテナ配列の長手方向の中点に向けて配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の端部に向けて配置することによって達成される。
【００１６】
このアンテナ配列は、信号を伝導させるための、フィード部分に接続された第１構成要素と、伝導手段を接地するための、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された第２構成要素とを有する、信号を伝導させるための手段をさらに備えていることが望ましい。信号を伝導させるための手段は、フィード部分に接続された内部導体と、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された外部導体と、を有する同軸ケーブルである。
【００１７】
インピーダンス整合は、インピーダンスを増加させるためにフィード導体をアンテナ配列の長手方向の開終端に配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される。導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレーム、ディスプレイ・フレームから延びる１対の放射素子、ならびに第１放射素子および第２放射素子に接続された、信号搬送用の第１構成要素と、ディスプレイ・フレームに接続された、伝導手段の接地用の第２構成要素とを備えるデュアル・バンド信号を伝導させるための手段。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態によるアンテナは、ＩＳＭ帯およびＵ−ＮＩＩ帯の応用例向けに設計されるが、デュアル・バンド携帯電話応用例などの他の応用例のために使用することもできる。本発明の一実施形態によれば、デュアル・バンド・アンテナ性能は、信号帯アンテナ内に放射素子を追加することによって達成される。その結果、本発明によるデュアル・バンド・アンテナのサイズが、単一バンド・アンテナより大きくならないようにすることができる。デュアル・バンド・アンテナは、２つの周波数、たとえば８００ＭＨｚと１９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚと５ＧＨｚなどのどちらでも動作することができる。
【００１９】
図３に、ほぼ支持フレームの平面に沿ってｘ−ｙ（幅−高さ）平面内に配設された、ディスプレイ・フレームに平行な２つのデュアル・バンド・アンテナ３０１〜３０２を示す。図４に、支持フレーム上に（ｘ−ｙ平面に対するｚ平面内に）ほぼ横向きに配設された支持フレームに垂直な２つのデュアル・バンド・アンテナ４０１〜４０２を示す。各アンテナはディスプレイ・フレーム３０３上に取り付けられる。ディスプレイ３０３の後部の金属支持体および／またはＲＦ遮蔽フォイルをアンテナの一部として含めることができる。産業上の設計の必要に応じて、平行アンテナまたは垂直アンテナを実装することができる。平行アンテナおよび垂直アンテナは類似の性能を有する。さらに、様々なアンテナ、たとえば同じ装置上に取り付けられた平行な逆Ｆ形アンテナと垂直スロット・アンテナを一緒に実装することができる。
【００２０】
スペースが限定される応用例では、デュアル・バンド逆Ｆ形アンテナ、たとえば図５および図６に示す５０１〜５０２や６０１〜６０２を使用することができる。逆Ｆ形アンテナは、スロット・アンテナの長さの約半分である。低周波数帯では、逆Ｆ形アンテナは広い定在波比（ＳＷＲ）帯域幅を有するが、利得値は、通常はスロット・アンテナよりも低い。スロット形のデュアル・バンド・アンテナと逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナのどちらでも、低帯域で、インピーダンスを増加させるために中心に向けてフィード・ラインを移動し、またはインピーダンスを減少させるために端部に向けて移動することによってインピーダンス整合が達成される。
【００２１】
図７を参照すると、本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナは、ラップトップ・ディスプレイ・フレームによって設けられる接地板７０１、金属支持構造、またはディスプレイの後部の他のＲＦ遮蔽フォイルを含む。とりわけ７０２〜７０４および７０８を含むデュアル・バンド・アンテナは、単一の細いワイヤから形成することができ、または金属板から打ち抜くことができる。同軸ケーブル７０６の内部導体７０５も示されている。同軸ケーブル７０６の外部金属シールド７０７は、接地板７０１に接続される。本発明で提示されるアンテナ構造は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に容易に実装することができる。
【００２２】
図８に、本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナの一般的構成を示す。スロット・デュアル・バンド・アンテナは、逆Ｆ形アンテナの素子を含み、加えて外部ループを閉じる素子８０１を含む。
【００２３】
図９に、本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナの一般的構成を示す。スロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナは、スロット・アンテナの素子を含み、加えて内部ループを閉じる素子９０１を含む。
【００２４】
図１０に、逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理を示す。Ｈ＋Ｌ１は、低周波数帯の中心で約１／４波長である。Ｓ１を増加させる（フィード・ラインを右側に動かす）ことにより、低帯域でアンテナの入力インピーダンスが増加する。Ｗを狭くすることによっても同じ効果が達成される。Ｌ１の長さを増大させることにより、低周波数帯で共振周波数が低下する。Ｌ２＋（Ｈ−Ｓ）は、高帯域の中心で約１／４波長である。間隔ＳおよびＳ２により、高帯域でのアンテナの入力インピーダンス整合が決定される。図１１を参照すると、一般的に言えば、高帯域では以下の関係に従ってインピーダンスを変更することができる。縁部Ａを上方に移動するとインピーダンスが増加し、縁部Ｂを下方に移動するとインピーダンスが減少し、縁部Ｃを左側に、すなわちフィードに向けて移動するとインピーダンスが増加する。ライン・ストリップを広くし、Ｈを大きくすることにより、両方の帯域でアンテナの帯域幅が増大することになる。
【００２５】
本発明によるデュアル・バンド・アンテナでは、入力インピーダンス整合が、とりわけ間隔ＳおよびＳ２、ならびに高さＨを含む因子によって実施される。さらに、アンテナの帯域は諸関係に影響を及ぼす可能性があり、たとえば、２．４ＧＨｚ帯アンテナについて観測される諸関係は、５ＧＨｚ帯アンテナについて観測される諸関係とは同じではない可能性がある。したがって、本発明によるデュアル・バンド・アンテナについての入力インピーダンス整合は、実験に従って行うことができる。異なるアンテナについての実験および諸関係は、本発明に照らして当業者には明らかであろう。
【００２６】
図１２を参照すると、スロット形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理が示されている。この場合、２Ｈ＋Ｌ１が低周波数の中心で約半波長である。
【００２７】
図１３を参照すると、スロット−スロット形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理が示されている。この場合、２Ｈ＋Ｌ１が低周波数帯の中心で約半波長であり、Ｌ２＋２（Ｈ−Ｓ）が高帯域の中心で約半波長である。
【００２８】
図１２および１３のアンテナ構造でのアンテナ・インピーダンスおよび共振周波数は、図１０および図１１に関して説明したのと同様に調整される。
【００２９】
図１４に、金属板から打ち抜かれ、またはＰＣＢから製作された可能なアンテナ構成を示す。これらは、逆Ｆ形アンテナ１３０１、スロット・アンテナ１３０２、およびスロット−スロット・アンテナ１３０３を含む。
【００３０】
図１５に、ディスプレイの背面のＲＦ遮蔽フォイル１４０１上に構築された、図１４によるスロット形、スロット−スロット形、および逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナの例を示す。ＲＦ遮蔽フォイルで構築されたアンテナが望ましい効率を有することを保証するために、フォイル材料は、アルミニウム、銅、黄銅、または金など、良好な導電率を有するべきである。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、デュアル・バンド・アンテナは、たとえば０．０１インチＧＥＴＥＫ ＰＣＢ上に製作することができる。ＧＥＴＥＫ ＰＣＢ基板は、たとえば０．３ＧＨｚから６ＧＨｚで測定して、誘電率３．９８、損失正接０．０１４を有する。図１６は、ＧＥＴＥＫ ＰＣＢ上でのデュアル・バンド・アンテナの製造の例である。両面ＰＣＢが図示されているが、片面ＰＣＢも使用することができる。裏面１５０１上のストリップを除去することは、アンテナ性能に影響を与えない。ストリップは、任意の導電性材料、たとえば銅で作成することができる。
【００３２】
図１７および図１８にそれぞれ、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯でのアンテナの実測ＳＷＲを示す。アンテナは、２．４ＧＨｚ帯（２．４〜２．５ＧＨｚ）を完全にカバーするのに十分な２：１のＳＷＲ帯域幅を有する。５ＧＨｚ帯（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）での２：１のＳＷＲアンテナ帯域幅は、帯域の大部分をカバーする。しかし、最適化により帯域を完全にカバーすることができる。
【００３３】
表１に、様々な周波数での実測デュアル・バンド・アンテナ利得値を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
図１９および図２０にそれぞれ、２．４５ＧＨｚおよび５．２５ＧＨｚでの水平面放射パターンを示す。２．４５ＧＨｚでのアンテナは、垂直偏波と水平偏波をどちらも有するが、５．２５ＧＨｚ帯では実質上、垂直偏波を有する。放射パターンに対するラップトップ・ディスプレイの影響は明らかである。実線は水平偏波についてのものであり、破線は垂直偏波についてのものであり、一点鎖線は総合放射パターンである。放射パターン中のＨ、Ｖ、およびＴは、それぞれ水平電界、垂直電界、および総合電界を指す。図１９および図２０の凡例において、スラッシュ（／）の前の数字は、水平面上の平均利得値であり、スラッシュ（／）の後の数字はピーク利得値である。
【００３６】
図２１に、ラップトップが開かれ、かつディスプレイ２００１〜２００５と基部２００６〜２０１０の間の角度が９０度であるときの、図１９および図２０に示す放射測定値に対応するラップトップの向き（上面図）を示す。
【００３７】
図２２を参照すると、たとえばプリント回路板上に実装された、デュアル・バンド・アンテナおよびデュープレクサを使用して、２つの通信システムが同時に動作することができる。ラップトップ応用例では、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯のBluetooth（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）用の低帯域と、Ｕ−ＮＩＩ帯のＩＥＥＥ８０２．１１ａ用の高帯域である。その他の組合せは、本発明に照らして当業者には明らかであろう。
【００３８】
ラップトップ応用例のための統合デュアル・バンド・アンテナの好ましい実施形態を説明したが、上記の教示に照らして、当業者は修正および変形を行えることに留意されたい。したがって、特許請求の範囲によって定義される本発明の目的および考え方の範囲内で、開示された本発明の特定の実施形態において変更を行えることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】外部アンテナを備えるラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図２】スロット埋込みアンテナを備えるラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレームの平面に沿って配設された２つのスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレーム上に横向きに配設された２つのスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレームの平面に沿った２つの逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレーム上に横向きに配設された２つの逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による可能なアンテナ構成を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、ＲＦフォイル上に構築された可能なアンテナ構成を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるＰＣＢ実装を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による２．４ＧＨｚ帯での実測ＳＷＲを示すグラフである。
【図１８】本発明の一実施形態による５ＧＨｚ帯での実測ＳＷＲを示すグラフである。
【図１９】本発明の一実施形態による２．４５ＧＨｚでの実測放射パターンを示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施形態による５．２５ＧＨｚでの実測放射パターンを示すグラフである。
【図２１】図１９および２０での放射パターン測定値に対するアンテナの向きを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態によるデュープレクサを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００ ラップトップ・ディスプレイ
１０１ ＰＣＭＣＩＡカード
２００ ディスプレイの左縁部
２０１ ディスプレイの右縁部
２０２ ディスプレイの頂部
３０１、３０２、４０１、４０２ デュアル・バンド・アンテナ
３０３ ディスプレイ・フレーム
５０１、５０２、６０１、６０２ デュアル・バンド逆Ｆ形アンテナ
７０１ 接地板
７０５ 内部導体
７０６ 同軸ケーブル
７０７ 外部金属シールド
８０１ 外部ループを閉じる素子
９０１ 内部ループを閉じる素子
１３０１ 逆Ｆ形アンテナ
１３０２ スロット・アンテナ
１３０３ スロット−スロット・アンテナ
１４０１ ＲＦ遮蔽フォイル
２００１、２００２、２００３、２００４、２００５ ディスプレイ
２００６、２００７、２００８、２００９、２０１０ 基部
【０００１】
本発明はアンテナに関し、より詳細には、モバイル・コンピュータ装置用のデュアル・バンド・アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ラップトップ(ラップトップ型コンピュータ)では、別のラップトップ、デスクトップ、サーバ、またはプリンタなどの別の処理装置と通信するために有線ケーブルが使用される。有線接続を用いずに通信するためには、アンテナが必要である。図１に、外部アンテナの２つの可能性を示す。アンテナは、より良好な無線周波数（ＲＦ）のクリアのためにラップトップ・ディスプレイ１００の頂部に配置することができ、または単にＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）カード１０１の外側に配置することができる。通常は、アンテナがディスプレイ１００の頂部に取り付けられる場合に、ラップトップは最適な無線性能を有することになる。しかし、外部アンテナは一般に内部アンテナよりも高価であり、損傷を受けやすい。あるいは、内部アンテナまたは埋込みアンテナは、一般に外部アンテナほどには良好に動作しない。埋込みアンテナの性能を改善するために一般的に用いられる方法は、ラップトップの金属構成部品から離れたところにアンテナを保つことである。ラップトップの設計とアンテナのタイプに応じて、アンテナと金属構成要素との距離は少なくとも１０ｍｍにすることができる。図２に、ある可能な埋込みアンテナの実装を示す。通常は２つのアンテナが使用されるが、１つのアンテナを実装する応用例も可能である。ある場合には、２つのアンテナが、ディスプレイの左縁部２００と右縁部２０１に配置される。１つのアンテナではなく２つのアンテナを使用することにより、ある方向にしたディスプレイによってもたらされる妨害が低減され、通信システムに空間ダイバーシティ（＝多様性）が提供される。その結果、アンテナの配置に対処するためにラップトップのサイズが大きくなる。別の構成では、１つのアンテナをディスプレイの一方の側（２００または２０１）に配置し、第２のアンテナをディスプレイの頂部２０２に配置することができる。この後者のアンテナ構成は、使用するアンテナ設計に応じてアンテナ偏波ダイバーシティを提供することもできる。
【０００３】
無線通信技術は急速に進歩しつつある。２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Instrument, Scientific, and Medical）帯が広く使用されている。たとえば、多くのラップトップ・コンピュータは、ポータブルおよび／または固定電子装置間のケーブルの置換えとしてBluetooth技術を組み込み、また、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）のためにＩＥＥＥ８０２．１１ｂ技術を組み込むことになる。８０２．１１ｂ装置を使用する場合、２．４ＧＨｚ帯は最大１１Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現することができる。データ転送速度をより高めるために、５ＧＨｚのＵ−ＮＩＩ（Unlicensed National Information Infrastructure）帯を使用することができる。Ｕ−ＮＩＩ装置は、最大５４Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現することができる。その結果、両方の帯域で動作するデュアル・バンド・アンテナの必要が高まっている。フィード（給電）が１つであるデュアル・バンド・アンテナは、携帯電話応用例に関して、マルチ・フィード・アンテナに勝るいくつかの利点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
処理装置間の無線通信がますます一般的になり、ますます複雑になっているので、コストが低く、信頼性の高い性能を有する、コンパクトな統合デュアル・バンド・アンテナが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ポータブル処理装置に一体化するためのアンテナに関する。本発明の一態様によれば、このアンテナは、導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレームと、支持フレームから延びる第１放射素子および第２放射素子と、第２放射素子に接続された、信号を搬送するための第１構成要素、および支持フレームに接続された、伝導手段を接地するための第２構成要素を有する、信号を伝導するための導体と、を備える。
【０００６】
第１放射素子と第２放射素子は同心であり、第１放射素子が第２放射素子内に配設される。第１放射素子は、逆Ｌ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である。
【０００７】
第２放射素子は、逆Ｆ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である。
【０００８】
インピーダンス整合は、低帯域でインピーダンスを増加させるためにフィード導体を第２放射素子の長手方向の中点に向けて配置し、また、低帯域でインピーダンスを減少させるためにフィード導体を第２放射素子の長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される。
【０００９】
信号を伝導させるための手段は、第２放射素子に接続された内部フィード導体と、支持フレームに接続された外部導体とを有する同軸ケーブルであることが望ましい。
【００１０】
第１放射素子および第２放射素子は、支持フレームの平面にほぼ沿って配設される。第１放射素子および第２放射素子は、支持フレーム上にほぼ横向きに配設される。
【００１１】
このアンテナは、２つの通信システムに接続されたデュープレクサ（帯域二重化器）と、２つの帯域で同時に送信するためのデュアル・バンド・アンテナとを含む。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、統合デュアル・バンド・アンテナを有する電子ディスプレイの後部に配設された導電性ＲＦ遮蔽フォイルと、スロット・アンテナを形成する穴にわたって部分的に延びるフィード部分とを含む統合アンテナの配列が提供される。
【００１３】
このアンテナ配列は、信号を伝導させるための、フィード部分に接続された第１構成要素と、伝導手段を接地するための、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された第２構成要素とを有する、信号を伝導させるための手段をさらに含む。
【００１４】
信号を伝導させるための手段は、フィード部分に接続された内部導体と、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された外部導体とを有する、同軸ケーブルである。
【００１５】
インピーダンス整合は、インピーダンスを増加させるためにフィード導体をアンテナ配列の長手方向の中点に向けて配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の端部に向けて配置することによって達成される。
【００１６】
このアンテナ配列は、信号を伝導させるための、フィード部分に接続された第１構成要素と、伝導手段を接地するための、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された第２構成要素とを有する、信号を伝導させるための手段をさらに備えていることが望ましい。信号を伝導させるための手段は、フィード部分に接続された内部導体と、フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された外部導体と、を有する同軸ケーブルである。
【００１７】
インピーダンス整合は、インピーダンスを増加させるためにフィード導体をアンテナ配列の長手方向の開終端に配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される。導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレーム、ディスプレイ・フレームから延びる１対の放射素子、ならびに第１放射素子および第２放射素子に接続された、信号搬送用の第１構成要素と、ディスプレイ・フレームに接続された、伝導手段の接地用の第２構成要素とを備えるデュアル・バンド信号を伝導させるための手段。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態によるアンテナは、ＩＳＭ帯およびＵ−ＮＩＩ帯の応用例向けに設計されるが、デュアル・バンド携帯電話応用例などの他の応用例のために使用することもできる。本発明の一実施形態によれば、デュアル・バンド・アンテナ性能は、信号帯アンテナ内に放射素子を追加することによって達成される。その結果、本発明によるデュアル・バンド・アンテナのサイズが、単一バンド・アンテナより大きくならないようにすることができる。デュアル・バンド・アンテナは、２つの周波数、たとえば８００ＭＨｚと１９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚと５ＧＨｚなどのどちらでも動作することができる。
【００１９】
図３に、ほぼ支持フレームの平面に沿ってｘ−ｙ（幅−高さ）平面内に配設された、ディスプレイ・フレームに平行な２つのデュアル・バンド・アンテナ３０１〜３０２を示す。図４に、支持フレーム上に（ｘ−ｙ平面に対するｚ平面内に）ほぼ横向きに配設された支持フレームに垂直な２つのデュアル・バンド・アンテナ４０１〜４０２を示す。各アンテナはディスプレイ・フレーム３０３上に取り付けられる。ディスプレイ３０３の後部の金属支持体および／またはＲＦ遮蔽フォイルをアンテナの一部として含めることができる。産業上の設計の必要に応じて、平行アンテナまたは垂直アンテナを実装することができる。平行アンテナおよび垂直アンテナは類似の性能を有する。さらに、様々なアンテナ、たとえば同じ装置上に取り付けられた平行な逆Ｆ形アンテナと垂直スロット・アンテナを一緒に実装することができる。
【００２０】
スペースが限定される応用例では、デュアル・バンド逆Ｆ形アンテナ、たとえば図５および図６に示す５０１〜５０２や６０１〜６０２を使用することができる。逆Ｆ形アンテナは、スロット・アンテナの長さの約半分である。低周波数帯では、逆Ｆ形アンテナは広い定在波比（ＳＷＲ）帯域幅を有するが、利得値は、通常はスロット・アンテナよりも低い。スロット形のデュアル・バンド・アンテナと逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナのどちらでも、低帯域で、インピーダンスを増加させるために中心に向けてフィード・ラインを移動し、またはインピーダンスを減少させるために端部に向けて移動することによってインピーダンス整合が達成される。
【００２１】
図７を参照すると、本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナは、ラップトップ・ディスプレイ・フレームによって設けられる接地板７０１、金属支持構造、またはディスプレイの後部の他のＲＦ遮蔽フォイルを含む。とりわけ７０２〜７０４および７０８を含むデュアル・バンド・アンテナは、単一の細いワイヤから形成することができ、または金属板から打ち抜くことができる。同軸ケーブル７０６の内部導体７０５も示されている。同軸ケーブル７０６の外部金属シールド７０７は、接地板７０１に接続される。本発明で提示されるアンテナ構造は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に容易に実装することができる。
【００２２】
図８に、本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナの一般的構成を示す。スロット・デュアル・バンド・アンテナは、逆Ｆ形アンテナの素子を含み、加えて外部ループを閉じる素子８０１を含む。
【００２３】
図９に、本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナの一般的構成を示す。スロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナは、スロット・アンテナの素子を含み、加えて内部ループを閉じる素子９０１を含む。
【００２４】
図１０に、逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理を示す。Ｈ＋Ｌ１は、低周波数帯の中心で約１／４波長である。Ｓ１を増加させる（フィード・ラインを右側に動かす）ことにより、低帯域でアンテナの入力インピーダンスが増加する。Ｗを狭くすることによっても同じ効果が達成される。Ｌ１の長さを増大させることにより、低周波数帯で共振周波数が低下する。Ｌ２＋（Ｈ−Ｓ）は、高帯域の中心で約１／４波長である。間隔ＳおよびＳ２により、高帯域でのアンテナの入力インピーダンス整合が決定される。図１１を参照すると、一般的に言えば、高帯域では以下の関係に従ってインピーダンスを変更することができる。縁部Ａを上方に移動するとインピーダンスが増加し、縁部Ｂを下方に移動するとインピーダンスが減少し、縁部Ｃを左側に、すなわちフィードに向けて移動するとインピーダンスが増加する。ライン・ストリップを広くし、Ｈを大きくすることにより、両方の帯域でアンテナの帯域幅が増大することになる。
【００２５】
本発明によるデュアル・バンド・アンテナでは、入力インピーダンス整合が、とりわけ間隔ＳおよびＳ２、ならびに高さＨを含む因子によって実施される。さらに、アンテナの帯域は諸関係に影響を及ぼす可能性があり、たとえば、２．４ＧＨｚ帯アンテナについて観測される諸関係は、５ＧＨｚ帯アンテナについて観測される諸関係とは同じではない可能性がある。したがって、本発明によるデュアル・バンド・アンテナについての入力インピーダンス整合は、実験に従って行うことができる。異なるアンテナについての実験および諸関係は、本発明に照らして当業者には明らかであろう。
【００２６】
図１２を参照すると、スロット形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理が示されている。この場合、２Ｈ＋Ｌ１が低周波数の中心で約半波長である。
【００２７】
図１３を参照すると、スロット−スロット形のデュアル・バンド・アンテナの動作原理が示されている。この場合、２Ｈ＋Ｌ１が低周波数帯の中心で約半波長であり、Ｌ２＋２（Ｈ−Ｓ）が高帯域の中心で約半波長である。
【００２８】
図１２および１３のアンテナ構造でのアンテナ・インピーダンスおよび共振周波数は、図１０および図１１に関して説明したのと同様に調整される。
【００２９】
図１４に、金属板から打ち抜かれ、またはＰＣＢから製作された可能なアンテナ構成を示す。これらは、逆Ｆ形アンテナ１３０１、スロット・アンテナ１３０２、およびスロット−スロット・アンテナ１３０３を含む。
【００３０】
図１５に、ディスプレイの背面のＲＦ遮蔽フォイル１４０１上に構築された、図１４によるスロット形、スロット−スロット形、および逆Ｆ形のデュアル・バンド・アンテナの例を示す。ＲＦ遮蔽フォイルで構築されたアンテナが望ましい効率を有することを保証するために、フォイル材料は、アルミニウム、銅、黄銅、または金など、良好な導電率を有するべきである。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、デュアル・バンド・アンテナは、たとえば０．０１インチＧＥＴＥＫ ＰＣＢ上に製作することができる。ＧＥＴＥＫ ＰＣＢ基板は、たとえば０．３ＧＨｚから６ＧＨｚで測定して、誘電率３．９８、損失正接０．０１４を有する。図１６は、ＧＥＴＥＫ ＰＣＢ上でのデュアル・バンド・アンテナの製造の例である。両面ＰＣＢが図示されているが、片面ＰＣＢも使用することができる。裏面１５０１上のストリップを除去することは、アンテナ性能に影響を与えない。ストリップは、任意の導電性材料、たとえば銅で作成することができる。
【００３２】
図１７および図１８にそれぞれ、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯でのアンテナの実測ＳＷＲを示す。アンテナは、２．４ＧＨｚ帯（２．４〜２．５ＧＨｚ）を完全にカバーするのに十分な２：１のＳＷＲ帯域幅を有する。５ＧＨｚ帯（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）での２：１のＳＷＲアンテナ帯域幅は、帯域の大部分をカバーする。しかし、最適化により帯域を完全にカバーすることができる。
【００３３】
表１に、様々な周波数での実測デュアル・バンド・アンテナ利得値を示す。
【００３４】
【表１】
図１９および図２０にそれぞれ、２．４５ＧＨｚおよび５．２５ＧＨｚでの水平面放射パターンを示す。２．４５ＧＨｚでのアンテナは、垂直偏波と水平偏波をどちらも有するが、５．２５ＧＨｚ帯では実質上、垂直偏波を有する。放射パターンに対するラップトップ・ディスプレイの影響は明らかである。実線は水平偏波についてのものであり、破線は垂直偏波についてのものであり、一点鎖線は総合放射パターンである。放射パターン中のＨ、Ｖ、およびＴは、それぞれ水平電界、垂直電界、および総合電界を指す。図１９および図２０の凡例において、スラッシュ（／）の前の数字は、水平面上の平均利得値であり、スラッシュ（／）の後の数字はピーク利得値である。
【００３６】
図２１に、ラップトップが開かれ、かつディスプレイ２００１〜２００５と基部２００６〜２０１０の間の角度が９０度であるときの、図１９および図２０に示す放射測定値に対応するラップトップの向き（上面図）を示す。
【００３７】
図２２を参照すると、たとえばプリント回路板上に実装された、デュアル・バンド・アンテナおよびデュープレクサを使用して、２つの通信システムが同時に動作することができる。ラップトップ応用例では、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯のBluetooth（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）用の低帯域と、Ｕ−ＮＩＩ帯のＩＥＥＥ８０２．１１ａ用の高帯域である。その他の組合せは、本発明に照らして当業者には明らかであろう。
【００３８】
ラップトップ応用例のための統合デュアル・バンド・アンテナの好ましい実施形態を説明したが、上記の教示に照らして、当業者は修正および変形を行えることに留意されたい。したがって、特許請求の範囲によって定義される本発明の目的および考え方の範囲内で、開示された本発明の特定の実施形態において変更を行えることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】外部アンテナを備えるラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図２】スロット埋込みアンテナを備えるラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレームの平面に沿って配設された２つのスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレーム上に横向きに配設された２つのスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレームの平面に沿った２つの逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、ディスプレイ・フレーム上に横向きに配設された２つの逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による逆Ｆ形デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるスロット・デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるスロット−スロット・デュアル・バンド・アンテナの動作を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による可能なアンテナ構成を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、ＲＦフォイル上に構築された可能なアンテナ構成を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるＰＣＢ実装を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による２．４ＧＨｚ帯での実測ＳＷＲを示すグラフである。
【図１８】本発明の一実施形態による５ＧＨｚ帯での実測ＳＷＲを示すグラフである。
【図１９】本発明の一実施形態による２．４５ＧＨｚでの実測放射パターンを示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施形態による５．２５ＧＨｚでの実測放射パターンを示すグラフである。
【図２１】図１９および２０での放射パターン測定値に対するアンテナの向きを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態によるデュープレクサを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００ ラップトップ・ディスプレイ
１０１ ＰＣＭＣＩＡカード
２００ ディスプレイの左縁部
２０１ ディスプレイの右縁部
２０２ ディスプレイの頂部
３０１、３０２、４０１、４０２ デュアル・バンド・アンテナ
３０３ ディスプレイ・フレーム
５０１、５０２、６０１、６０２ デュアル・バンド逆Ｆ形アンテナ
７０１ 接地板
７０５ 内部導体
７０６ 同軸ケーブル
７０７ 外部金属シールド
８０１ 外部ループを閉じる素子
９０１ 内部ループを閉じる素子
１３０１ 逆Ｆ形アンテナ
１３０２ スロット・アンテナ
１３０３ スロット−スロット・アンテナ
１４０１ ＲＦ遮蔽フォイル
２００１、２００２、２００３、２００４、２００５ ディスプレイ
２００６、２００７、２００８、２００９、２０１０ 基部
Claims (16)
- ポータブル処理装置に一体化するためのアンテナであって、
導電性素子を接地するための電子ディスプレイ金属支持フレームと、
支持フレームから延びる第１放射素子および第２放射素子と、
前記第２放射素子に接続された、信号を搬送するための第１構成要素、および前記支持フレームに接続された、伝導手段を接地するための第２構成要素を備えた、信号を伝導させるための導体と、
を有するアンテナ。 - 前記第１放射素子および前記第２放射素子が同心であり、前記第１放射素子が前記第２放射素子内に配設される、請求項１に記載のアンテナ。
- 前記第１放射素子が、逆Ｌ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である、請求項１に記載のアンテナ。
- 前記第２放射素子が、逆Ｆ形アンテナとスロット・アンテナのいずれか一方である、請求項１に記載のアンテナ。
- インピーダンス整合が、低帯域でインピーダンスを増加させるためにフィード導体を前記第２放射素子の長手方向の中点に向けて配置し、低帯域でインピーダンスを減少させるためにフィード導体を前記第２放射素子の長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される、請求項４に記載のアンテナ。
- 前記信号を伝導させるための前記手段が、前記第２放射素子に接続された内側のフィード導体と、前記支持フレームに接続された外側の導体とを有する同軸ケーブルである、請求項１に記載のアンテナ。
- 前記第１放射素子および前記第２放射素子が、前記支持フレームの平面にほぼ沿って配設される、請求項１に記載のアンテナ。
- 前記第１放射素子および前記第２放射素子が、支持フレーム上にほぼ横向きに配設される、請求項１に記載のアンテナ。
- ２つの通信システムに接続されたデュープレクサ（二重化器）と、２つの帯域で同時に送信するためのデュアル・バンド・アンテナとをさらに有する、請求項１に記載のアンテナ。
- 統合デュアル・バンド・アンテナを有する電子ディスプレイの後部に配設された導電性ＲＦ遮蔽フォイルと、
スロット・アンテナを形成する穴にわたって部分的に延びるフィード部分と、
を有する統合アンテナ配列。 - 前記フィード部分に接続された、前記信号を伝導させるための第１構成要素と、前記フィード部分と反対側でＲＦフォイルに接続された、伝導手段を接地するための第２構成要素とを備えた、前記信号を伝導させるための手段、をさらに有する請求項１０に記載のアンテナ配列。
- 前記信号を伝導させるための前記手段が、前記フィード部分に接続された内側の導体と、前記フィード部分と反対側で前記ＲＦフォイルに接続された外側の導体と、を有する同軸ケーブルである、請求項１１に記載のアンテナ配列。
- インピーダンス整合が、インピーダンスを増加させるためにフィード導体を前記アンテナ配列の長手方向の中点に向けて配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の端部に向けて配置することによって達成される、請求項１０に記載のアンテナ配列。
- 前記フィード部分に接続された、前記信号を伝導させるための第１構成要素と、前記フィード部分と反対側で前記ＲＦフォイルに接続された、伝導手段を接地するための第２構成要素とを備えた、前記信号を伝導させるための手段、をさらに有する請求項１０に記載のアンテナ配列。
- 前記信号を伝導させるための前記手段が、前記フィード部分に接続された内側の導体と、前記フィード部分と反対側で前記ＲＦフォイルに接続された外側の導体と、を有する同軸ケーブルである、請求項１０に記載のアンテナ配列。
- インピーダンス整合が、インピーダンスを増加させるためにフィード導体を前記アンテナ配列の長手方向の開終端に向けて配置し、インピーダンスを減少させるために長手方向の閉終端に向けて配置することによって達成される、請求項１０に記載のアンテナ配列。
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