JP2006504328A - ミニチュアビルトイン多周波数帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】移動体電話のサイズと重量が減少しつつあるのに対応して、多数の周波数帯域と同調できるようなビルトイン式のミニチュアアンテナを提供する。
【解決手段】多周波数帯域アンテナ４００であって、低周波数帯域にチューンされた第１の共振部３２０と、前記低周波数帯域よりも高い周波数で第１の高周波数帯域にチューンされた第２の共振部３２２と、前記低周波数帯域よりも高い周波数でかつ前記第１の高周波数帯域と実質的に異なる第２の高周波数帯域にチューンされた第３の共振部４１０と、前記第１の共振部及び第２の共振部の部分を形成する第１の導体部とを備える。第１の導体部は、アースポイント３１４と、給電ポイント３１６と、給電ポイントに電気的に接続された第２の導体部とを有しており、第３の共振部が前記第２の導体部に電気的に接続されている。

Description

本発明は概ね無線（radio ）通信システムに関する。特に本発明は、無線通信装置のためのビルトイン（組み込み式）アンテナに関し、異なる無線周波数帯域での無線通信を遂行できるような無線通信装置のためのアンテナに関する。

現在、多くのアンテナが、例えば移動体電話のような無線装置についてモノポールアンテナやヘリカルアンテナなどが、無線通信装置のシャーシー上に直接搭載されている。しかしながら、調査と開発の進展により、かかる無線装置のサイズと重量は減少を続けており、モノポールアンテナやそれに類似したアンテナはそれ固有のサイズのために、利点よりも邪魔になることが多くなってきた。加えて、これらの無線通信装置の機能が急速に拡大しているため、多数の周波数帯域と同調（resonant・共鳴・共振）できるようなビルトイン式のミニチュアアンテナに対する要求が高まりつつある。

現在移動体電話に用いられている通常のビルトインアンテナには、マイクロストリップアンテナ、ワイヤ形状をした逆Ｆ字形アンテナ、平坦な逆Ｆ字形アンテナなどがある。マイクロストリップアンテナはサイズが小さく軽量である。しかしながら、移動体通信のための低い無線周波数帯域での用途、例えば無線周波数９００ＭＨｚを中心とするＧＳＭ９００帯域に対しては、マイクロストリップアンテナは移動体電話に収容するには大きくなりすぎてしまう。

他の方法として、移動体電話に平坦な逆Ｆ字形アンテナ（ＰＩＦＡ）を装着することもできる。このことは、英国、ロンドンで１９９４年２月に行われたＩＥＥでの、マイクロウエーブフィルタ及びパーソナル通信システムについての討論に関するｐｐ．３／１−３／６，「携帯可能な送受話器のための逆Ｆ字形アンテナ」として、キュー・カシム氏によって提案された。かかる従来のＰＩＦＡは、対象となる無線周波数帯域の中心周波数あるいは操作周波数の波長の４分の１の長さに等しい長さを有しているが、狭い周波数の範囲でしか操作することができない。

減少したアンテナサイズに加えて、次世代の移動体電話は、携帯電話、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）、及び他の無線通信用途のための多数の無線周波数帯域へとチューン（同調）するための能力を必要とするという問題に直面している。
このため、二重周波数帯域ＰＩＦＡ無線エレメントが、１９９７年１０月発行のＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＡＰ，４５巻，１０号，ｐｐ．１４５１−１４５７に記載されている，「二重周波数平坦形逆Ｆアンテナ」として、ゼット・ディー・リウ氏，ピー・エス・ホール氏，ディー・ウェイク氏によって提案された。かかる二重周波数帯域アンテナは、２つの給電ポイントを有し、それぞれ共通の給電ポイントを共有しており、複雑な給電構造あるいは狭い帯域幅という問題をかかえている。

米国特許第６１６６６９４号「プリントされた双子のスパイラル二重帯域アンテナ」では、多周波数帯域のビルトインアンテナが提案され、次世代の移動体電話に適するものとされている。このビルトインアンテナは２つのスパイラル導体と共振アームとを包含し、それらは異なる長さを有しかつ異なる周波数帯域にチューンできるようになっている。かかるアンテナの帯域幅を増加させるため、抵抗器を負荷させる技術が導入されている。しかしながら、帯域幅における改良はかかるビルトインアンテナのアンテナゲインを犠牲にして得られている。

現在、多くの移動体電話は次の３つの周波数帯域の１つ又は複数で動作するようになっている。すなわち、９００ＭＨｚの無線周波数を中心とするＧＳＭ帯域、１８００ＭＨｚの無線周波数を中心とするＤＣＳ帯域、１９００ＭＨｚの無線周波数を中心とするＰＣＳ帯域の３つである。

米国特許第６３４３２０８号「プリントされたマルチバンド（多帯域）パッチアンテナ」では、異なる周波数帯域にチューン（同調）されることが可能な異なるサイズのパッチエレメントを含むビルトイン型のパッチアンテナが提案されている。かかるアンテナは、多くの周波数帯域にチューンされ得るが、同時に多周波数帯域のそれぞれについて広範な帯域幅を必要とするという問題点を経験している。

さらに最近になって、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳの３つの帯域において動作する３バンドのビルトインアンテナが、ＰＣＴ出願公開番号ＷＯ０１／９１２３３及び米国特許出願番号０９／９０８８１７に開示されており、それぞれ添付図面の図１及び図２に示す。これらのアンテナは低周波数帯域と第１の高周波数帯域とで動作するメインの発振子（radiator）と、第２の高周波数帯域で動作する短いパラシチック（寄生）発振子とを包含している。パラシチック発振子はメイン発振子と同じ平面内に存在し、それゆえサイズがどんどん小さくなっている移動体電話で貴重なスペースを占有している。加えて、追加のパラシチック発振子のために用いられるパラシチック給電技術は、パラシチック発振子をチューニングする際に問題が発生する。実際に、パラシチック給電技術において、アンテナエレメント間相互のカップリングに起因し、パラシチック発振子をチューンすることは非常に難しい。１つの共振周波数にチューンすることは、同時に他方の共振周波数を反対方向に変化させることになる。

上述した従来型のアンテナでは、さらに多くの問題点が存在する。第１に従来技術によるアンテナの寸法はまだまだ大きい。第２に、無線通信装置に用いられるビルトインアンテナの傾向として、４つの周波数帯域、すなわちＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ帯域をカバーできることが求められてきている。さらに、これらの無線通信装置にとって、５つの周波数帯域、すなわちＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ，ＩＳＭ２４５０帯域を同時にカバーできることが求められる可能性もある。しかしながら、従来のビルトインアンテナはこれらの周波数帯域を同時にカバーすることはできない。

第３に、これらのアンテナは多周波数帯域にチューンするとしても、同時にこれら多周波数帯域の各々において広範な帯域幅を必要とするという問題がある。最後に、追加のパラシチック発振子のために用いられるパラシチック給電技術は、パラシチック発振子とのマッチングのためのチューニングに問題がある可能性がある。実際、パラシチック給電技術において、チューニングすることは、アンテナエレメント間の相互カップリングに起因して、困難である。１つの共振周波数にチューンすることは、同時に他方の共振周波数を変化させることになる。

従って、上述した問題点を解決できるようなビルトイン型のアンテナが要求されているのである。

本発明は第１の面において、多周波数帯域アンテナを提供する。このアンテナは、低周波数帯域にチューンされた第１の共振部と、
前記低周波数帯域よりも高い周波数で第１の高周波数帯域にチューンされた第２の共振部と、
前記低周波数帯域よりも高い周波数でかつ前記第１の高周波数帯域と実質的に異なる第２の高周波数帯域にチューンされた第３の共振部と、
前記第１の共振部及び前記第２の共振部の部分を形成する第１の導体部とを備え、
前記第１の導体部は、
アースポイントと、
前記第１の共振部及び前記第２の共振部の少なくとも１つに対し入力信号を給電しかつ前記第１の共振部及び前記第２の共振部の少なくとも１つから出力信号を受理するための給電ポイントと、
前記給電ポイントに電気的に接続された第２の導体部とを有しており、
前記第３の共振部が前記第２の導体部に電気的に接続されている多周波数帯域アンテナである。

本発明の実施態様が添付図面に示されている。図１〜図３は従来技術による多周波数帯域アンテナを示している。図４は本発明の１つの実施態様に基づき４つの周波数帯域で動作するための３発振子アンテナを示している。図５は図４に示す４帯域アンテナのリターンロス（反射減衰量）をシミュレーションした結果と測定した結果とを示している。図６は本発明の他の実施態様に基づき５つの周波数帯域で動作するための４発振子アンテナを示している。図７は図６に示す５帯域アンテナのリターンロスをシミュレーションした結果を示している。図８〜図１３は多周波数帯域での動作を実現するための本発明のさらに他の実施態様を示している。

上述した問題点を解決するため、本発明の実施態様についてこれから説明するが、それらはビルトイン型のアンテナであり、３つ，４つ，５つの周波数帯域での動作をカバーできるような無線通信を効果的に提供できるようになっている。これらのアンテナのリターンロスと放射（radiation ）性能は、測定及び商用のソフトウェアであるＸＦＤＴＤ５．３（商品名）を用いたシミュレーションを通じて調査されている。

本発明の第１の態様に基づき、３共振器（resonator ）アンテナについて説明する。追加の共振器として金属製ストリップ（帯板）あるいは類似の導体（conductor ）が給電ストリップに直接連結され、かつアース（接地）平面及びメインの二重共振器を有するパッチ（patch ）発振子に垂直な（直交する）平面に位置している。一例として、アンテナデザインのコンセプトに基づき、４つの周波数帯域、すなわちＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ帯域をカバーできる４周波数帯域アンテナが実現される。さらにこのデザインコンセプトを用いて、この３発振子アンテナを、５つの周波数帯域、すなわちＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ，ＩＳＭ２４５０帯域をカバーできるような、本発明の第２の態様に基づく５周波数帯域アンテナを形成するように拡張することもできる。これは、給電ストリップに対し、第２の金属製ストリップあるいは類似の導体を連結することにより達成することができる。

本発明の他の実施態様である３つ，４つの共振器を有する異なる構造のアンテナについても説明する。かかる３，４共振器型のアンテナでは、従来の多周波数帯域アンテナに共振器を追加するためのパラシチック給電技術に関する前述した問題点は、軽減することができる。

本発明の実施態様における多共振器型のアンテナと従来の多周波数帯域アンテナとは非常に多くの相違点がある。第１に、ある実施態様のアンテナにおける追加の共振器はその実施態様アンテナの給電ストリップに直接連結されているが、一方従来の多周波数帯域アンテナでは追加の共振器は給電ストリップに直接連結されることのないパラシチックエレメントである。

さらに、実施態様アンテナにおける追加の共振器は、実施態様アンテナのアース平面及びメインの二重共振器を有するパッチ発振子に概ね垂直な（直交する）平面に位置している。しかしながら、従来の多周波数帯域アンテナでは、ショートさせるためのピンを介してアース平面に連結されている追加のパラシチック共振器は、メインの二重共振器を有するパッチ発振子から分離され、あるいは移動させられており、アース平面及びメインの二重共振器を有するパッチ発振子に概ね平行な平面内に位置している。

実施態様アンテナは無線通信システム、例えば移動体電話のような携帯可能な通信装置に用いるのに適している。これらのアンテナは、低周波数帯域及び多数の高周波数帯域での無線通信を提供するのに有用である。かくして、かかるアンテナを有する移動体電話や類似の携帯可能通信装置は、前述したような３つ，４つあるいは５つの周波数帯域、すなわちＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ，ＩＳＭ２４５０帯域で、その中心がそれぞれ９００ＭＨｚ，１８００ＭＨｚ，１９００ＭＨｚ，２０００ＭＨｚ，２４５０ＭＨｚである帯域での無線通信を実現することができる。しかしながら、実施態様アンテナは、これらの周波数帯域での使用に限定されるものではなく、他の現存するあるいは未来の周波数帯域についても同様に好適に用いることができる。

実施態様アンテナのアンテナデザインコンセプトは、従来の多周波数帯域アンテナで利用されたパラシチック給電技術ではなく、直接給電技術を含むものであり、その結果、実施態様アンテナの帯域幅を改良している。このアンテナデザインコンセプトを用いることにより、実施態様アンテナのチューニング（同調操作）は容易なプロセスとなる。それゆえ、実施態様アンテナは多周波数帯域に同調できると同時に、これら多周波数帯域の各々において広範な帯域幅を有することができる。しかしながら、従来の多周波数帯域アンテナでは、追加の共振器のために用いられるパラシチック給電技術が固有の問題を起こすことが経験されている。実際、パラシチック給電技術を用いる従来の多周波数アンテナを同調させることは、アンテナエレメント間の相互カップリングに起因して、困難である。１つの共振周波数にチューンすることは、同時に他方の共振周波数を変化させることになる。

好適には、実施態様アンテナの寸法は、３共振器アンテナについて、従来の多周波数帯域アンテナと比較して、１０〜２０％程度のオーダーで減少させることができ、このことは消費者の好みに応じて移動体電話がどんどん小さくなっていることからも好ましいこととなる。

図３は二重周波数帯域で動作させるための２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ（平坦な逆Ｆ字形アンテナ）３００を表しており、これはアンテナデザインコンセプトのための出発点として好適に用いられる。かかる従来のアンテナ３００は、第１層に位置する屈曲形状の発振用パッチ３１０あるいは類似の共振（同調）構造、第２層に位置するアース平面３１２あるいは類似のアース用導体、ショート回路用アースストリップ３１４あるいは類似の導体、及び給電ストリップ３１６あるいは類似の導体を包含している。屈曲形状の発振用パッチ３１０はアース平面３１２の１つの側に位置し、かつショート回路用アースストリップ３１４を介してアース平面３１２に連結されており、給電ストリップ３１６を介して給電されている。給電ストリップ３１６は伝達ラインに連結される一方で、アース平面３１２の反対側に位置する電気回路（図示せず）に連結されている。

屈曲形状の発振用パッチ３１０は、発泡材などの絶縁基板３１８により、アース平面３１２から離間されている。第１層において、屈曲形状の発振用パッチ３１０は、長い曲がりくねり部分３２０あるいは類似の共振部を有し、この部分は比較的低い共振周波数例えば９００ＭＨｚを有するようにチューンされ、短いスパイラル部分３２２あるいは類似の共振部は高い共振周波数例えば１８００ＭＨｚを有するようにチューンされている。長い曲がりくねり部分３２０と短いスパイラル部分３２２は共通のアンテナ部３２４あるいは類似の導体を共有し、その上で各共振部の長さは動作に依存する。

２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ（平坦な逆Ｆ字形アンテナ）３００において、ショート回路用のアースストリップ３１４及び給電ストリップ３１６は直線状であることが好ましい。給電ストリップ３１６は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の第１層と第２層の両方に概ね垂直あるいは直交するように位置することが望ましい。しかしながら、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の変形例において、給電ストリップ３１６は２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の第１層及び第２層に対して傾斜させることもできる。給電ストリップ３１６は、共通アンテナ部３２４に沿った給電ポイントで屈曲形状の発振用パッチ３１０に連結されており、ショート回路用のアースストリップ３１４は共通アンテナ部３２４の端部にあるアースポイントで屈曲形状の発振用パッチ３１０に連結されており、共通アンテナ部３２４は短いスパイラル部３２２の一部を形成している。

屈曲した発振用パッチ３１０において、長い曲がりくねり部分３２０は、曲がりくねったパターンで相互に直角を形成する５つの直線状セグメントから形成されることが望ましく、第１の直線状セグメントはアースポイントへの末端となる給電ポイントから発する共通アンテナ部３２４の部分である。先頭側の４つの直線状セグメントはスパイラルを形成し、一方端部側の直線状セグメントはそのスパイラルから離れていく直角を形成している。短いスパイラル部３２２もまたスパイラル状パターンで相互に直角を形成している３つの直線状部分から形成されることが望ましく、第１の直線状セグメントはアースポイントに近接した給電ポイントから発する共通アンテナ部３２４の部分であり、短いスパイラル部３２２の３つの直線部は、長い曲がりくねり部分３２０の最初の４つの直線状セグメントによって形成されるスパイラルと反対側の方向へとスパイラルをなしている。

長い曲がりくねり部分３２０は比較的低い共振周波数、例えば９００ＭＨｚと、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の低周波数帯域を定義するための所定の帯域幅とを有するようにチューンされている。低い共振周波数は主として長い曲がりくねり部分３２０の長さによって決定されるかあるいは影響され、その長さは給電ポイントから長い曲がりくねり部分３２０の内側端部まで測定した長さであり、この長さは低共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

低周波数帯域における周波数での電気信号が２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の給電ポイントに供給された時は、対応する電磁信号が無線波として、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の長い曲がりくねり部分３２０から発射される。またこの反対に、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００が低周波数帯域の周波数を有する無線波の形をした電磁信号を受信した時は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の長い曲がりくねり部分３２０によって電気信号が生成され、この生成された電気信号は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００に連結された電気回路が受理することにより、給電ストリップ３１６によって感知される。

２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の短いスパイラル部分３２２は、第１の高共振周波数、例えば１８００ＭＨｚと、第１の高周波数帯域を定義するための所定の帯域幅とを有するようにチューンされる。第１の高共振周波数は主として短いスパイラル部分３２２の長さによって決定されるかあるいは影響され、その長さは給電ポイントから短いスパイラル部分３２２の内側端部まで測定した長さであり、この長さは第１の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

第１の高周波数帯域における周波数での電気信号が２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の給電ポイントに供給された時は、対応する電磁信号が無線波として、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の短いスパイラル部分３２２から発射される。またこの反対に、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００が第１の高周波数帯域の周波数を有する無線波の形をした電磁信号を受信した時は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の短いスパイラル部分３２２によって電気信号が生成され、この生成された電気信号もまた、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００に連結された電気回路が受理することにより、給電ストリップ３１６によって感知される。

それと共に、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００の長い曲がりくねり部分３２０と短いスパイラル部分３２２は屈曲した発振用パッチ３１０を形成し、これは本質的には二重帯域発振用パッチであり、例えば９００ＭＨｚと１８００ＭＨｚとの２つの周波数帯域で動作する携帯電話に用いることができる。

図４には、本発明の第１の実施態様に基づく３共振器アンテナ４００が示されている。このアンテナ４００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ４１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ４１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。しかしながら、従来の多周波数帯域アンテナでは、ショート用ピンを介してアース平面に連結されたパラシチック（寄生）ストリップは、メインの二重共振器パッチ発振子から、パラシチックストリップがアース平面と平行になりかつメインの二重共振器パッチ発振子と共通平面になる距離へと移動している。よく知られているように、多周波数帯域アンテナのサイズは、ミニチュアのビルトインアンテナのデザインでは非常にクリティカルなものである。

かくして、この３共振器アンテナ４００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。第１の追加発振ストリップ４１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第２の高共振周波数、例えば２１００ＭＨｚを有するようにチューンされる。第２の高共振周波数は主として第１の追加発振ストリップ４１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第１の追加発振ストリップ４１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第１の追加発振ストリップ４１０の自由端までの長さであり、この長さは第２の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。こうすることにより、３共振器アンテナ４００が動作する周波数範囲は３Ｇ帯域、すなわち１．８８５〜２．２ＧＨｚをカバーできるように拡張される。

図５には、４つの周波数帯域で動作する３共振器アンテナ４００のリターンロス（反射減衰量）を測定した結果とシミュレートした結果が示されている。３共振器アンテナ４００は８０ｍｍ×４０ｍｍの寸法を有するテストボード上でシミュレートされかつテストされた。両方の結果は良い一致を見た。−６ｄＢのリターンロスマッチングによれば、測定された帯域幅はＧＳＭ９００帯域で９１ＭＨｚ（８８６−９７７ＭＨｚ），ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００及び３Ｇ帯域で５２５ＭＨｚ（１６８５−２２１０）である。この３共振器アンテナ４００はＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００及び３Ｇ帯域をカバーする容量がある。図５に示されるリターンロス結果の各々は、低周波数帯域における１つの顕著な谷間と、２つの高周波数帯域における比較的接近した２つの谷間を含んでいる。３共振器アンテナ４００の高い側の帯域での広範な帯域幅は、給電ストリップ３１６に連結された第１の追加発振ストリップ４１０に起因するものであることが観察される。各周波数帯域でのゲイン（利得）の測定された値は０〜４ｄＢｉである。

図６には、本発明の第２の実施態様に基づく４共振器アンテナ６００が示され、これは第２の追加発振ストリップ６１０が給電ストリップ３１６に連結されることで５つの帯域で動作するようになっている。本質的に、第２の追加発振ストリップ６１０は第１の追加発振ストリップ４１０と同一平面内に位置しかつ平行になっている。さらに第２の追加発振ストリップ６１０はアース平面に隣接して配置されている。１つの例として、かかるアンテナ６００についてのシミュレートされたリターンロスが図７に示されている。この４共振器アンテナ６００はＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ及びＩＳＭ２４５０帯域をカバーできることが観察される。

かかるアンテナ６００は従来の２共振器ＰＩＦＡ３００，第１の追加発振ストリップ４１０あるいは類似の共振構造，及び第２の追加発振ストリップ６１０あるいは類似の共振構造を包含する。第１の追加発振用ストリップ４１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。同様に、第２の追加発振用ストリップ６１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面上に横たわる直線状のものである。この４共振器アンテナ６００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。

第２の追加発振ストリップ６１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第３の高共振周波数、例えば２４５０ＭＨｚを有するようにチューンされる。第３の高共振周波数は主として第２の追加発振ストリップ６１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第２の追加発振ストリップ６１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第２の追加発振ストリップ６１０の自由端までの長さであり、この長さは第３の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。こうすることにより、４共振器アンテナ６００が動作する周波数範囲はＩＳＭ２４５０帯域、すなわち２．４０〜２．４８ＧＨｚをカバーできるように拡張される。

図８には、本発明の第３の実施態様に基づく４共振器アンテナ８００が示され、これは第２の追加発振ストリップ８１０が給電ストリップ３１６に連結されることでＧＳＭ９００，ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００，３Ｇ及びＩＳＭ２４５０帯域の５つの帯域で動作するようになっている。しかしながら、第２の追加発振ストリップ８１０はアース平面３１２及び従来の２共振器ＰＩＦＡ３００と平行に配置され、かつ第１の追加発振ストリップ４１０から平行移動されており、その結果アース平面３１２に隣接して配置されている。第１の追加発振ストリップ４１０と第２の追加発振ストリップ８１０との間の追加的な分離は、その間での相互連結を減少させ、移動体電話の端部で丸いケーシング内にうまく適合できるようになっている。

かかるアンテナ８００は従来の２共振器ＰＩＦＡ３００，第１の追加発振ストリップ４１０あるいは類似の共振構造，及び第２の追加発振ストリップ８１０あるいは類似の共振構造を包含する。第１の追加発振用ストリップ４１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。同様に、第２の追加発振用ストリップ８１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、アース平面３１２に平行な平面上に横たわる直線状のものである。この４共振器アンテナ８００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。

第２の追加発振ストリップ８１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第３の高共振周波数、例えば２４５０ＭＨｚを有するようにチューンされる。第３の高共振周波数は主として第２の追加発振ストリップ８１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第２の追加発振ストリップ８１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第２の追加発振ストリップ８１０の自由端までの長さであり、この長さは第３の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

図９には、本発明の第４の実施態様に基づく３共振器アンテナ９００が示されている。このアンテナ９００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ９１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ９１０は相互に直角に配置された２つの直線状セグメント９１０ａ，９１０ｂを包含し、第１の直線状セグメント９１０ａは給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわっている。しかしながら、第２の直線状セグメント９１０ｂは第１の直線状セグメント９１０ａから延伸し、３共振器アンテナ９００の側面のまわりに折り曲げられている。

第１の追加発振ストリップ９１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第２の高共振周波数、例えば１９００ＭＨｚを有するようにチューンされる。第２の高共振周波数は主として第１の追加発振ストリップ９１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第１の追加発振ストリップ９１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第１の追加発振ストリップ９１０の自由端までの長さであり、この長さは第２の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

図１０には、本発明の第５の実施態様に基づく３共振器アンテナ１０００が示されている。このアンテナ１０００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ１０１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ１０１０は給電ストリップ３１６及びショート回路用ストリップ３１４に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわっている。

第１の追加発振ストリップ１０１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第２の高共振周波数、例えば１９００ＭＨｚを有するようにチューンされる。第２の高共振周波数は主として第１の追加発振ストリップ１０１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第１の追加発振ストリップ１０１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第１の追加発振ストリップ１０１０の自由端までの長さであり、この長さは第２の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。給電ストリップ３１６とショート回路用ストリップ３１４との間の第１の追加発振ストリップ１０１０の部分１０２０は、３共振器アンテナ１０００をチューンするために用いることができ、これにより３共振器アンテナ１０００をチューンするための自由度を高める１つの手段を提供している。

図１１には、本発明の第６の実施態様に基づく４共振器アンテナ１１００が示され、これは第１の追加発振ストリップ１０１０と第２の追加発振ストリップ１１１０を追加し、かつこれらを給電ストリップ３１６に連結することにより、５つの帯域で動作可能になっている。このアンテナ１１００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ１０１０あるいは類似の共振構造と、第２の追加発振用ストリップ１１１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ１０１０は給電ストリップ３１６及びショート回路用ストリップ３１４に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。同様に、第２の追加発振用ストリップ１１１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面上に横たわる直線状のものである。この４共振器アンテナ１１００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。

第２の追加発振ストリップ１１１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第３の高共振周波数、例えば２４５０ＭＨｚを有するようにチューンされる。第３の高共振周波数は主として第２の追加発振ストリップ１１１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第２の追加発振ストリップ１１１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第２の追加発振ストリップ１１１０の自由端までの長さであり、この長さは第３の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

図１２には、本発明の第７の実施態様に基づく４共振器アンテナ１２００が示され、これは第１の追加発振ストリップ１０１０と第２の追加発振ストリップ１２１０を追加し、かつこれらを給電ストリップ３１６に連結することにより、５つの帯域で動作可能になっている。このアンテナ１２００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ１０１０あるいは類似の共振構造と、第２の追加発振用ストリップ１２１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ１０１０は給電ストリップ３１６及びショート回路用ストリップ３１４に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。同様に、第２の追加発振用ストリップ１２１０は給電ストリップ３１６及びショート回路用ストリップ３１４に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面上に横たわる直線状のものである。この４共振器アンテナ１２００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。

第２の追加発振ストリップ１２１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第３の高共振周波数、例えば２４５０ＭＨｚを有するようにチューンされる。第３の高共振周波数は主として第２の追加発振ストリップ１２１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第２の追加発振ストリップ１２１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第２の追加発振ストリップ１２１０の自由端までの長さであり、この長さは第３の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。給電ストリップ３１６とショート回路用ストリップ３１４との間の第２の追加発振ストリップ１２１０の部分１２２０は、４共振器アンテナ１２００をチューンするために用いることができ、これにより４共振器アンテナ１２００をチューンするための自由度を高める１つの手段を提供している。

図１３には、本発明の第８の実施態様に基づく４共振器アンテナ１３００が示され、これは第１の追加発振ストリップ４１０と第２の追加発振ストリップ１２１０を追加し、かつこれらを給電ストリップ３１６に連結することにより、５つの帯域で動作可能になっている。このアンテナ１３００は、２つの共振器を有する従来のＰＩＦＡ３００と、第１の追加発振用ストリップ４１０あるいは類似の共振構造と、第２の追加発振用ストリップ１２１０あるいは類似の共振構造を包含している。第１の追加発振用ストリップ４１０は給電ストリップ３１６に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面でかつ屈曲した発振用パッチ３１０及びアース平面３１２に概ね垂直な平面上に横たわる直線状のものである。同様に、第２の追加発振用ストリップ１２１０は給電ストリップ３１６及びショート回路用ストリップ３１４に直接連結され、かつ好適には、給電ストリップ３１６が横たわる平面上に横たわる直線状のものである。この４共振器アンテナ１３００は従来のアンテナデザインよりもサイズ縮小という利点が得られる。

第２の追加発振ストリップ１２１０は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似した動作を行い、第３の高共振周波数、例えば２４５０ＭＨｚを有するようにチューンされる。第３の高共振周波数は主として第２の追加発振ストリップ１２１０の長さによって定められあるいは影響され、その長さは第２の追加発振ストリップ１２１０が給電ストリップ３１６に連結されているポイントから第２の追加発振ストリップ１２１０の自由端までの長さであり、この長さは第３の高共振周波数における波長の４分の１に対応する長さである。

本発明の実施態様によるアンテナが携帯電話に用いられるときは、アンテナのアクティブな部分は、携帯電話のハウジング壁の内側に近接して配置されるか、あるいは接着剤などを用いて内側に固定することもできる。かかるケースでは、ハウジング材料の絶縁特性や実施態様アンテナの機能に与える影響などを考慮しなければならない。

本発明の実施態様によれば、アンテナには第２の導体部分の形状をした第２の高帯域部分を設けて、その平面がＰＣＢ（プリント回路基板）及びメインの発振子平面に垂直な外面に横たわるようにすることもできる。第２の導体部分は第１の導体部分と同様に、同一のアースポイント及び給電ポイントを共有する。かくして、第２の高帯域部分は逆Ｆ字形アンテナ（ＩＦＡ）に類似する。アンテナの第２の高帯域部分は第２の高共振周波数、例えば１９００ＭＨｚと、第２の高周波数帯域を定義するための所定の帯域幅とを有するようにチューンされる。第２の高共振周波数は主として第２の導体部分の長さによって定められるかあるいは影響され、この長さは第２の高周波数における波長の４分の１の長さに対応する。

他の方法として、アンテナの第１の高帯域部分は、２つの高帯域共振周波数のうちの高い方、ここでは１９００Ｍｚにチューンされ、アンテナの第２の高帯域部分は、２つの高帯域共振周波数のうちの低い方、ここでは１８００Ｍｚにチューンすることができる。

図４において、アンテナのメイン発振子がＰＣＢから間隔をあけていることが最も明瞭に観察できる。アンテナのメイン発振子とＰＣＢとの間のスペースには、アンテナの好適な機能を果たすように選定された物理的寸法と特定の絶縁特性を有するような絶縁基板が設けられている。

上述の説明において、ミニチュアのビルトイン多周波数帯域アンテナについて記述してきた。本発明の多数の実施態様について説明してきたが、当業者であれば、上述の開示から、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの変形及び／又は修正を加えられることは明らかであろう。

従来技術による多周波数帯域アンテナの斜視図。 従来技術による多周波数帯域アンテナの斜視図。 従来技術による多周波数帯域アンテナの斜視図。 本発明の１つの実施態様に基づき４つの周波数帯域で動作するための３発振子アンテナの斜視図。 図４に示す４帯域アンテナのリターンロスをシミュレーションした結果と測定した結果とを示すグラフ。 本発明の他の実施態様に基づき５つの周波数帯域で動作するための４発振子アンテナを示す斜視図。 図６に示す５帯域アンテナのリターンロスをシミュレーションした結果を示すグラフ。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。 多周波数帯域での動作を実現するための他の実施態様の斜視図。

Claims (21)

1. 多周波数帯域アンテナであって、
   低周波数帯域にチューンされた第１の共振部と、
   前記低周波数帯域よりも高い周波数で第１の高周波数帯域にチューンされた第２の共振部と、
   前記低周波数帯域よりも高い周波数でかつ前記第１の高周波数帯域と実質的に異なる第２の高周波数帯域にチューンされた第３の共振部と、
   前記第１の共振部及び前記第２の共振部の部分を形成する第１の導体部とを備え、
   前記第１の導体部は、
   アースポイントと、
   前記第１の共振部及び前記第２の共振部の少なくとも１つに対し入力信号を供給しかつ前記第１の共振部及び前記第２の共振部の少なくとも１つから出力信号を受理するための給電ポイントと、
   前記給電ポイントに電気的に接続された第２の導体部とを有しており、
   前記第３の共振部が前記第２の導体部に電気的に接続されている多周波数帯域アンテナ。
2. 請求項１記載のアンテナであって、さらに前記アースポイントに電気的に接続されている第３の導体部を有するアンテナ。
3. 請求項２記載のアンテナであって、前記第３の共振部が前記第３の導体部に電気的に接続されているアンテナ。
4. 請求項２記載のアンテナであって、前記第３の導体部がアース平面に電気的に接続されているアンテナ。
5. 請求項４記載のアンテナであって、前記第３の共振部が前記第１の導体部及び前記アース平面に介在するように配置されているアンテナ。
6. 請求項４記載のアンテナであって、前記第１の導体部、前記第１の共振部及び前記第２の共振部が概ね共通平面上に配置されているアンテナ。
7. 請求項６記載のアンテナであって、前記第１の導体部、前記第１の共振部及び前記第２の共振部が概ね前記アース平面に平行に配置されているアンテナ。
8. 請求項７記載のアンテナであって、前記第１の導体部が直線状になっているアンテナ。
9. 請求項８記載のアンテナであって、前記第１の共振部が第１の複数直線状セグメントからなり、第１の複数直線状セグメントの各々は、第１の複数直線状セグメントの他の１つに対し概ね直交しながら連鎖状になっているアンテナ。
10. 請求項９記載のアンテナであって、前記第１の複数直線状セグメントの集合的な長さが前記低周波数帯域の中心周波数の波長の４分の１の長さに概ね等しいアンテナ。
11. 請求項１０記載のアンテナであって、前記第２の共振部が第２の複数直線状セグメントからなり、第２の複数直線状セグメントの各々は、第２の複数直線状セグメントの他の１つに対し概ね直交しながら連鎖状になっているアンテナ。
12. 請求項１１記載のアンテナであって、前記第２の複数直線状セグメントの集合的な長さが前記第１の高周波数帯域の中心周波数の波長の４分の１の長さに概ね等しいアンテナ。
13. 請求項１２記載のアンテナであって、前記第１の複数直線状セグメント及び前記第２の複数直線状セグメントが前記第１の導体部の長手方向軸線の同一の側部に配置されているアンテナ。
14. 請求項１３記載のアンテナであって、前記給電ポイントが前記長手方向軸線の側部に関し、前記第１の複数直線状セグメント及び前記第２の複数直線状セグメントと反対方向に配置されているアンテナ。
15. 請求項１３記載のアンテナであって、前記第２の導体部が直線状になっているアンテナ。
16. 請求項１５記載のアンテナであって、前記第２の導体部の平坦部が前記第１の導体部の平坦部及び前記アース平面の平坦部に対して概ね直交しているアンテナ。
17. 請求項１４記載のアンテナであって、前記第３の共振部が直線状であり、前記第３の共振部の長さが前記第２の高周波数帯域の中心周波数の波長の４分の１の長さに概ね等しいアンテナ。
18. 請求項１７記載のアンテナであって、前記第３の共振部が前記第２の導体部に対して概ね直交して配置されているアンテナ。
19. 請求項２記載のアンテナであって、さらに前記低周波数帯域よりも高い周波数でかつ前記第１の高周波数帯域及び前記第２の高周波数帯域と実質的に異なる第３の高周波数帯域にチューンされた第４の共振部が包含されているアンテナ。
20. 請求項１９記載のアンテナであって、前記第４の共振部が前記第３の導体部に電気的に接続されているアンテナ。
21. 請求項２記載のアンテナであって、さらに前記第１の導体部、前記第１の共振部、前記第２の共振部及び前記アース平面の間に積み上げられた絶縁体基板が包含されているアンテナ。
    

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