JP2006526322A

JP2006526322A - ハウジングに組み込まれるアンテナ

Info

Publication number: JP2006526322A
Application number: JP2006506593A
Authority: JP
Inventors: ハイコ、ペルツァー
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US20060290575A1; CN1784808A; KR20060012597A; WO2004100312A1; EP1625636A1

Abstract

本発明は、装置のハウジングに組み込まれ、基板、共振プリント導体基板、および第１および第２の接続ピンを有する少なくとも１つのアンテナに関する。第１の接続ピンは、この場合、地電位に接続されており、第２の接続ピンは、プリント回路基板に高周波の給電をなすために設けられている。本発明はさらに、互いに別々に駆動することができる２つのアンテナがそのハウジングに組み込まれている装置に関する。本発明は、所定の場合に他のアンテナが存在するので、特に２ＧＨｚ範囲において帯域幅の増加があるこの実施形態の場合に特に有利である。

Description

本発明は、そのハウジングに組み込まれる少なくとも１つのアンテナを有する通信装置に関する。

移動体通信では、情報の送信に、マイクロ波領域の電磁波が使用されている。この例には、８９０から９６０ＭＨｚ（ＧＳＭ９００）、１７１０から１８８０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００またはＤＣＳ）および１８５０から１９９０ＭＨｚ（ＧＳＭ１９００またはＰＣＳ）の周波数範囲のＧＳＭ移動電話標準、および次世代では、ＵＭＴＳ帯域（１８８５から２２００ＭＨｚ）、および２４００から２４８０ＭＨｚの周波数範囲のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ標準があり、これらは、例えば移動電話と、例えばコンピュータや他の移動電話など他の電子装置との間でデータ交換ができるようにするために使用される。

ＧＳＭ周波数範囲内の現在のアプリケーションは、２０１０年頃まで保持されなければならないため、端末、特にこの２、３年のうちに市販されるものをＧＳＭ周波数範囲およびＵＭＴＳ周波数範囲の両方で動作させることが可能でなければならない。同時に、内部アンテナに移行する傾向が見られる。また、組み込む必要がある追加の機能のために、使用可能なスペース量はより小さくなる。というのは、次世代の移動電話は、現在あるものよりおそらく小さくなるからである。より小さく、しかし同時により性能の高いアンテナが必要である。また、電気環境が性能に重大な影響を与えることもわかる。したがって、アンテナのサイズだけが重要なのではなく、アプリケーションにおいてそれに合わせる必要もあり、これは、アンテナ構成の有効なサイズの主な決定要因であるもののうちの１つである。

使用されているアンテナは電磁エネルギーを放射するものであり、それを行うには電磁共振を設定する。アンテナの長さは、この場合に送信される放射の波長の少なくとも１／４に等しくなければならない。したがって、誘電体（ε_γ＝１）として空気を使用すると、得られたアンテナの長さは、１ＧＨｚの周波数では７５ｍｍである。アンテナ長は、例えば、アンテナのワイヤをらせんの形状に巻いて、いわゆるスタブアンテナにすることによって低減することができる。

アンテナのサイズを最低限に抑えるために、所与の波長の放出放射では、誘電率ε_γ＞１を有する誘電体をアンテナの基本構成要素（basic building block）として使用することができる。これによって、誘電体において放射の波長が

に低減する。したがって、この種の誘電体に基づいて設計されたアンテナのサイズも同様に同じだけ小さくなる。

この種のアンテナは、誘電体材料のブロック（基板）を含む。この基板の表面には、所望の動作周波数帯域に応じて、１つまたは複数の共振メタライズ基板（resonant metallized structure）が付けられている。共振周波数の値は、プリントメタライズ基板の寸法、およびその基板の誘電率の値に依存する。個々の共振周波数の値は、この場合、メタライズ基板の長さが延び、誘電率の値が高くなるにつれて下がる。この種のアンテナは、プリントワイヤアンテナ（printed wire antenna：ＰＷＡ）、または誘電体ブロックアンテナ（dielectric block antenna：ＤＢＡ）とも呼ばれ、例えばＥＰ１１９５８４５Ａ２およびＥＰ１２０４１６０Ａ２に開示されている。

アンテナの取り付けが容易であることは利点である。アンテナを取り付けるには、アンテナは、表面実装（ＳＭＤ技術）によって、すなわち必要に応じて他の部品（コンポーネント）とともに基板にはんだ付けし、平らに接触させることによって、プリント回路基板（ＰＣＢ）に直接付けられる。別の利点は、アンテナの高さが低いことである。

しかし、こうしたアンテナについての不都合な点は、こうしたアンテナがプリント回路基板上で比較的大きいスペースを必要とし、したがって基板の設計にかなりの影響を与えるということである。例えば、アンテナの下にどんな接地メタライゼーション（grounding metallization）もあってはならない。というのは、アンテナの下の接地メタライゼーションは、アンテナの入力および出力の属性の両方に悪影響を及ぼすことになるからである。

本発明の目的は、可能な限りスペースを節約して、装置に組み込むことができるアンテナを提供することである。

この目的は、装置のハウジングに組み込まれるアンテナによって達成され、アンテナは、
・少なくとも１つの基板と、
・少なくとも１つの共振プリント導体基板（resonant printed conductor structure）と、
・少なくとも１つの第１の接続ピンおよび少なくとも１つの第２の接続ピンと、
を有し、第１の接続ピンが地電位（グランド電位）に接続されており、第２の接続ピンがプリント回路基板に高周波の給電をなすために設けられている。

この解決策の利点は、装置内のプリント回路基板上のアンテナのために特別な空きスペースが必要なく、プリント回路基板の設計がプリント回路基板へのアンテナの配置に合うように調整される必要がないことである。特に有利なことは、共振基板の設計に利用可能なエリアを拡張することができることである。というのは、アンテナを所定の位置に固定するためのはんだ接点が必要ないからである。同時に、プリント回路基板の設計への影響が大幅に低減される。

請求項２から４に記載の実施形態において、アンテナに属する第１のプリント導体基板は、第１の接点を介して、プリント回路基板の地電位に接続される。同時に、プリント回路基板上の第２のプリント導体は、第２の接点を介して、アンテナに属する第２のプリント導体基板に接続される。アンテナは、さらに、プリント回路基板と接触しておらず、さらに共振を生成することができるプリント導体基板を有していても良い。

第１および第２のプリント導体基板は、それぞれ第１および第２の接点で始まり、個別のそれぞれの端点で終わる。個々のプリント導体基板の個々の長さ（ｌ_ｉ）は、この場合、共振周波数の波長（ｆ_ｉ）の約半分に相当する。個々の長さ（ｌ_ｉ）は、ほぼ次に等しい。

また、本発明は、そのハウジングに組み込まれる少なくとも１つのアンテナを有する装置に関する。アンテナは、少なくとも１つの第１の共振プリント導体基板および少なくとも１つの第２の共振プリント導体基板を有し、これらの基板は、第１の接続点を介してプリント回路基板上の第１のプリント導体に接続される。アンテナは、少なくともさらに２つの接続点を有しており、それによって、プリント回路基板上のさらに２つのプリント導体がアンテナの接続のために備えられる。

請求項７から９に記載の実施形態において、互いに別々に駆動することができる少なくとも２つのアンテナが装置のハウジングに組み込まれる。この実施形態について特に有利なことは、所定の場合に他のアンテナが存在するので、特に２ＧＨｚ範囲において帯域幅の増加が起こることである。

受信特性に関して、例えば、第１および第２のアンテナから成るサブモジュールがある結果、偏波ダイバシティと呼ばれるものを使用することができる。偏波ダイバシティとは、２つのアンテナが異なる偏波の電磁放射を同じように十分受信しないことを意味する。このことは、装置（移動電話など）の位置に応じて、２つのアンテナのうちの一方がより良い受信をなすことを意味する。２つのアンテナを同時に駆動させ、しかし信号間で位相偏移を変えることによって、送信特性、およびこれに関連して特に指向性にアクティブに影響を与えることができる。これによって、アンテナからの最大レベルの放射を、ユーザの頭の方向とは反対に向ける機会が提供される。アンテナの寸法が非常に小さいため、その間に少なくとも１０ｄＢの許容可能なアイソレーションが得られる。

また、本発明は、装置のハウジングに組み込まれ、接続ピンを介してプリント回路基板に接続されるこの種のアンテナを少なくとも１つ有するプリント回路基板（ＰＣＢ）に関する。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載した実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して説明する。

図１には、ハウジング２に組み込まれる、本発明による第１のアンテナ１の第１の実施形態が示されている。アンテナ１は、接続ピン３および４を介してプリント回路基板５に接続される。接続ピン３および４は、アンテナ１のほぼ中程に配置され、したがってアンテナ１は、プリント回路基板５に対して中央配置されている。

アンテナ１は、マルチバンドアンテナであり、サイズ約１７×３×２ｍｍ^３の実質的に平行６面体ブロックの形のセラミック基板を含む。基板材として使用されるものは、１より大きい誘電率または相対浸透率を有するキャリア材料である。一般の材料は、損失が少なく、高周波数特性がほんのわずかだけ温度に依存する、高周波使用に適した基板である（ＮＰＯまたはいわゆるＳＬ材料）。また、セラミックパウダーがポリマーマトリクスに組み込まれる結果、１以外の誘電率ε_γおよび相対浸透率μ_γを有する基板も使用しても良い。

平行６面体の基板ではなく、適切なプリント導体基板が付けられる、例えば円柱形など可能な他の形状もある。しかし、基板は、例えば図１に示したように、ハウジングに容易に組み込むことができることを確実にするために、できるだけ浅くすべきである。

アンテナは、２つの電気接続を有する。第１の接続Ａは、アプリケーション（例えば通信端末）の接地電極と接し、第１の接続ピン３を含む。第２の接続Ｂは、プリント基板５への高周波給電ライン（一般に５０Ω）と接し、同様に、接続ピン、つまり第２の接続ピン４を含む。２つの接続は、そこから前方に延び、幅が異なり得るメタライゼーションのそれぞれの端末点を形成する。接続Ａから分岐するのは、その全体の長さが最低共振周波数（ＧＳＭ９００など）を定義するメタライゼーションである。第１の高調波は、いくつかの結合機構によって所望の帯域（ＤＣＳ１８００など）にシフトでき、アンテナが有効に動作できる別の周波数帯域を決定する。他の共振は、高周波給電ラインまたは接地メタライゼーションへの導電接続を有していないメタライゼーションの別のエリアによって生成することができる。

アンテナのメタライズ基板は、例えば銀、銅、金、アルミニウム、または超電導体などの高い導電率の材料から成る。

図２では、同じ部品は同じ参照番号によって識別されている。図２に示されている第２の実施形態において、いわゆるダイバシティアンテナサブモジュールは、プリント回路基板５に取り付けられている２つの誘電ブロックアンテナ（ＤＢＡ）１および６から成る。第２のアンテナ６も、接続ピン７および８を介してプリント回路基板５に接続されている。図２に示した実施形態では、第１のアンテナ１および第２のアンテナ２は、同じ構造のものである。

また、この実施形態は、２つのアンテナ１および６が互いに別々に駆動することができるという利点を有する。所定の場合に他のアンテナが存在するので、特に２ＧＨｚ範囲において帯域幅の増加がある。受信特性に関して、例えば、このサブモジュールによって、偏波ダイバシティと呼ばれるものを使用することができる。２つのアンテナは、この場合、同じように上手く異なる偏波の電磁放射を受信することができず、このことは、移動電話の位置に応じて、２つのアンテナのうちの一方がより良い受信をなすことを意味する。２つのアンテナを同時に駆動させ、しかし信号間で位相偏移を変えることによって、送信特性、およびこれに関連して特に指向性にアクティブに影響を与えることができる。これによって、アンテナからの最大レベルの放射を、ユーザの頭の方向とは反対に向ける機会が提供される。アンテナ１および６が非常に小さいため、その間に少なくとも１０ｄＢの許容可能なアイソレーションが得られる。その上、個々のアンテナの設計にわずかなバリエーションをもたせることによって、複数の周波数帯域をカバーすることができる（例えばアンテナ１によってＡＭＰＳ＋ＤＣＳをカバー、アンテナ２によってＧＳＭ９００＋ＰＣＳをカバー）。

図３には、プリント回路基板５におけるアンテナ１の２つの異なる位置についてのＳ_１１パラメータの形のアンテナ１の入力特性を示している。実線は、プリント回路基板のより短い側に取り付けられている、図１に示すアンテナ１のＳ_１１パラメータの曲線であり、点線は、同じアンテナ１の、しかしプリント回路基板の長い側に取り付けられている場合のＳ_１１パラメータの曲線である。

両方の位置で、アンテナは、ＧＳＭ９００周波数帯域の領域において共振する。しかし、周波数に関して上側の共振がある点は、アンテナがプリント回路基板の短い側に取り付けられているか、長い側に取り付けられているかによって決まる。第１の場合、共振は、ＤＣＳ周波数帯域にあり、第２の場合は、ＰＣＳ周波数帯域、およびＵＭＴＳ帯域の一部の領域にある。こうした周波数の偏移は、設計のわずかなバリエーションによって補ったり、取り除いたりすることができる。

図４には、図２に示したダイバシティアンテナサブモジュールの測定されたＳ_１１パラメータ（実線）が示されている。破線は、ダイバシティアンテナサブモジュールのＳ_２２パラメータの曲線である。曲線は、アンテナ１と６との間の相互作用がＤＣＳ／ＰＣＳスペクトル（１８５０から１９００ＭＨｚ）、およびＵＭＴＳスペクトル（１８８５から２２００ＭＨｚ）の一部の帯域幅の増加の役割を担っていることを明らかに示している。

短い側に取り付けられているアンテナ１（Ｓ_１１）の共振がＧＳＭ９００周波数帯域の領域においてＴｘ（送信）範囲の最適な受信範囲を提供し、プリント回路基板の長い側に取り付けられているアンテナ２（Ｓ_２２）がＲｘ（受信）範囲のために最適化されるように、ダイバシティアンテナサブモジュールのアンテナを調和させる。周波数範囲の部分に合わせたこの種の最適化が行われない場合、共振は互いにほとんど重なり、したがって、上記のダイバシティの原理を最適に使用できるようになる。上側の周波数範囲において、ＤＣＳ周波数帯域は、アンテナ２によってカバーされる。一方、帯域幅の拡大のために、ＰＣＳ周波数帯域、およびＵＭＴＳ周波数の帯域の一部において両方のアンテナが共振し、したがって、この周波数範囲において上記のダイバシティの原理を使用できるようになる。

図５には、ダイバシティアンテナサブモジュールのアンテナ間で測定されたアイソレーションが示されている。アイソレーションは、９００ＭＨｚでは、アンテナ間の距離が波長の１／４未満の場合でさえ、−１０ｄＢより良い。

装置のハウジングに組み込まれた第１のアンテナを示す図である。２つの誘電ブロックアンテナ（ＤＢＡ）を含む、いわゆるダイバシティアンテナサブモジュールを示す図である。アンテナの第１の実施形態のＳ_１１パラメータがたどる曲線を示す図である。アンテナの第２の実施形態のＳ_１１パラメータがたどる曲線を示す図である。

Claims

装置のハウジングに組み込まれるアンテナであって、
少なくとも１つの基板と、
少なくとも１つの共振プリント導体基板と、
少なくとも１つの第１の接続ピンおよび少なくとも１つの第２の接続ピンと、
を有し、前記第１の接続ピンが地電位に接続されており、前記第２の接続ピンがプリント回路基板に高周波の給電をなすために設けられている
アンテナ。
前記第１および第２の接続ピンが接点を介してそれぞれのプリント導体基板に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記第１の接続ピンが第１の接点を介して第１の共振プリント導体基板に接続され、前記第１の共振プリント導体基板の長さが第１の周波数帯域に調整されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナが前記プリント回路基板と接していない別のプリント導体基板を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記接続ピンがスプリングピンの形であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
少なくとも１つの基板と、
少なくとも１つの共振プリント導体基板と、
少なくとも１つの第１の接続ピンおよび少なくとも１つの第２の接続ピンと、
を有し、前記第１の接続ピンが地電位に接続されており、前記第２の接続ピンが高周波の給電をなすために設けられている
第１のアンテナがそのハウジングに組み込まれている装置。
少なくとも１つの第１のアンテナおよび少なくとも１つの第２のアンテナが送信または受信のために前記ハウジングに設けられていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記第１および第２のアンテナ（１および６）が互いに別々に駆動されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナによる接触が前記プリント回路基板の２つの異なる側で行われることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記第１のアンテナおよび／または前記第２のアンテナがパッシブ共振基板の形で備えられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
請求項１に記載のアンテナを有する、特に電子部品の表面実装のためのプリント回路基板。