JP2007502562A - アンテナ装置、並びに前記アンテナ装置を有するモジュール及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

移動電話のような無線通信装置のためのアンテナ装置であって、該アンテナ装置はほぼ平らなパッチ導体（１４）を有し、該ほぼ平らなパッチ導体は、無線回路への接続のための第１給電接続点（１８）及び接地面への接続のための第２給電接続点（２０）と、前記パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の差動の第１スロット（２２）と、前記パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されているデュアルバンドの第２スロット（２４）とを有し、前記第１スロット（２２）の長さは、４分の１波長よりも長く（例えば、２分の１波長）、前記アンテナの帯域幅を増加させる第３の共振周波数を提供する。前記パッチ導体の前記第１スロットと前記第２スロットとの間の幅（Ａ）は、低いインピーダンス変換と、これにより前記アンテナの離調を生じる低いアンテナ抵抗とを得るように選択される。電話機を握るユーザは、前記アンテナの抵抗を増加させ、このとき前記アンテナを調整する。

Description

本発明は、ほぼ平らなパッチ導体を有するアンテナの装置と、前記のような装置を組み込んでいるモジュール及び無線通信装置とに関する。

現代の移動電話機は、典型的には、板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）又は類似のもののような内蔵アンテナを組み込んでいる。ＰＩＦＡは、呈するＳＡＲが低く、電話機回路上に取り付けられ、従って当該電話機の筐体内の空間をより十分に利用するので、移動電話機において一般的である。

前記のようなアンテナは（波長に対して）小さく、従って小型アンテナの根本的な限界のために狭帯域である。しかしながら、移動無線通信システムは、典型的には１０％以上の比帯域（fractional width）を有する。パッチアンテナの帯域幅と該パッチアンテナの体積との間には直接的な関係があるため、ＰＩＦＡから前記のような帯域幅を達成するには、例えば、かなりの体積を必要とするが、前記のような体積は、小型電話機へと向かう現在の傾向により容易に利用可能ではない。更に、ＰＩＦＡは、前記パッチアンテナの高さが増加されるほど、共振に反応し易くなり、このことは、帯域幅を改善するのに必要である。

更なる問題は、デュアルバンドアンテナが必要とされている場合に生じる。この場合、単一の構造から２つの共振が必要とされ、このため、通常、２つの帯域間で妥協がなされる必要がある。

本出願人による同時係属中の国際特許出願第０２／０６０００５号は、従来型のＰＩＦＡに対する変更を開示しており、スロットが、前記ＰＩＦＡにおける給電ピンと短絡ピンとの間に取り入れられている。この装置は、大幅に改善されたインピーダンス特性を有すると共に、必要とする体積は従来型のＰＩＦＡよりも小さいアンテナを提供している。

本出願人による同時係属中の国際特許出願第０２／０７１５３５号は、接地面にほぼ平行に支持されている比較的小さなパッチ導体を有するアンテナ装置を開示している。前記パッチ導体は、無線回路及び接地面への接続のための第１及び第２接続点を含んでおり、更に、前記第１接続点と前記第２接続点との間にスロットを組み込んでいる。前記アンテナは、前記第１及び第２接続点に接続されているインピーダンスの変更により、複数のモードで動作されることができる。例えば、信号が前記第１接続点に供給される場合、前記第２接続点を接地に接続することにより高周波数アンテナが得られ、前記第２接続点を開回路のままにすることにより低周波数アンテナが得られる。様々な他の代替的な接続装置も、開示されている。これらの代替的な装置の１つにおいて、第３接続点が、前記第２接続点と該第３接続点との間の第２の差動スロットと共に、設けられている。この第２スロットは、インピーダンスを制御するために機能するものであり、４分の１波長のオーダの長さを有しており、前記パッチ導体は小型であるため、該パッチ導体の縁部に近接して延在している。この第２スロットを設けることにより、前記低周波数モードは、改善されたインピーダンス特性を有する差動的にスロットを設けられているＰＩＦＡとして動作することが可能になる。

電話機の筐体の外面のちょうど内側にＰＩＦＡを取り付けることによる問題は、これらが、ユーザの離調の影響を非常に受けやすいことにある。離調によって、アンテナの抵抗が、それぞれ約９００ＭＨｚ及び１．８ＧＨｚの比較的低いＧＳＭと比較的高いＤＣＳ周波数との両方において、上昇する。前記離調は、放射される電力の損失を生じさせ、無線の性能を劣化させる。

本発明の目的は、板状アンテナ装置のユーザの離調を緩和することにある。

本発明の第１の見地によれば、ほぼ平らなパッチ導体であって、無線回路への接続のための第１給電接続点、及び接地面への接続のための第２給電接続点と、該パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間に位置されている差動の第１スロットと、前記パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されている第２の、デュアルバンドスロットとを有するほぼ平らなパッチ導体を有するアンテナ装置において、前記第１スロットの長さは付加的な共振を与えるような長さであるアンテナの装置が提供される。

本発明の第２の見地によれば、プリント回路基板（ＰＣＢ）であって、接地面と該ＰＣＢ上に取り付けられた無線回路とアンテナ装置とを設けているプリント回路基板を有するモジュールであって、前記アンテナ装置は、ほぼ平らなパッチ導体であって、前記無線回路への接続のための第１給電接続点、及び前記接地面への接続のための第２給電接続点と、該パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の差動の第１スロットと、前記パッチ導体内の、前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されているデュアルバンドの第２スロットとを有するほぼ平らなパッチ導体を有する、プリント回路基板を有するモジュールにおいて、前記第１スロットの長さは付加的な共振を与えるような長さであるモジュールが提供される。

本発明の第３の見地によれば、プリント回路基板（ＰＣＢ）であって、接地面と該ＰＣＢ上に取り付けられた無線回路とアンテナ装置とを設けているプリント回路基板を含む筐体を有する無線通信装置であって、前記アンテナ装置は、ほぼ平らなパッチ導体であって、前記無線回路への接続用の第１給電接続点、及び前記接地面への接続のための第２給電接続点と、前記パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の差動の第１スロットと、前記パッチ導体内で、前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されているデュアルバンドの第２スロットを有するほぼ平らなパッチ導体を有する無線通信装置において、前記第１スロットの長さは付加的な共振を与えるような長さである無線通信装置が提供される。

付加的な共振を持つことで、前記付加的な共振と他の共振とを結合することにより前記アンテナ装置の帯域幅を広げることが可能である。

前記第１スロットは、ユーザ対話を改善するインピーダンス制御も提供する。

本発明は、本質的に、ＰＩＦＡ及び電話機ＰＣＢ（プリント回路基板）／筐体が、一連の共振構造として振舞うことの実現に基づく。従って、所与のシステムインピーダンスＺ_０、及び必要とされるアンテナ伝送係数｜τ｜^２に対して、前記帯域幅は、共振におけるアンテナの抵抗が、

によって与えられる場合に、最大であることが分かる。例として、５０Ωのシステムインピーダンスに対して、−６ｄＢよりも良好な反射損失と整合される必要があるアンテナを考える。最適なアンテナの抵抗は、３０Ωと計算される。

この抵抗は、前記システムインピーダンスよりも低いので、該抵抗を使用することにより、前記システムインピーダンスに向かってアンテナ抵抗を増加させる傾向があるユーザの離調に対する、いくらかの復元力を与える。高いレベルのユーザの離調を可能にするように低いアンテナ抵抗を有することにも利点がある。ユーザによる効果は、アンテナの帯域幅を増加させる傾向も有する。

ＰＩＦＡと関連する実際的な問題は、前記給電及び短絡ピンが、上方インピーダンス変換ネットワークとして振舞うことである。本発明によって作られる前記アンテナ装置において、前記アンテナの上部の平板内の前記給電ピンと前記短絡ピンとの間に差動スロットを設けることによって、低い変換係数、即ち低いアンテナ抵抗が生じる。しかしながら、前記差動スロットを、国際特許出願第０２／０７１５３５号に開示されているアンテナ装置において使用されているものよりも、例えば４分の１波長よりも長く（例えば、２分の１波長）にすることによって、スロット自体が共振し、当該アンテナの帯域幅を増加させる付加的な利点を提供する第３の共振を生じる。例えば、前記アンテナ装置は、ＧＳＭ、ＤＣＳ及びＵＭＴＳ周波数における共振を有することができる。前記差動スロットが更に延長された場合、前記第３の共振の周波数は低下し、この結果、前記第２の共振と共に、ＤＣＳ １８００、ＰＣＳ １９００及びＵＭＴＳ帯域を同時にカバーする広い共振帯域が作られる。

本発明は、例として添付図面を参照することによって、以下に詳細に記載される。

前記添付図面において、同一の符号は、対応するフィーチャを示すように使用されている。

図１に示されている無線通信装置は、両側において無線回路構成要素（図示略）を担持していると共に、表面の該表面上に構成要素が取り付けられていない領域の全てを覆っている接地面（図示略）を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）１２を含む、破線で示されている筐体１０を有している。平らなパッチアンテナ１４（例えば、板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ））は、前記筐体の内側に取り付けられており、示されている当該実施例において大気中にある誘電体１６によって、前記ＰＣＢから離されている。給電ピン１８と短絡ピン２０とは、ＰＣＢ１２及びアンテナ１４上のそれぞれの接続点の間に接続されている。給電ピン１８は、短絡ピン２０から横に離されている。

アンテナ１４は、いくつかの既知の態様のいずれにおいても（例えば、金属シートから又は基板上の金属層として）作られることができ、実質的にＰＣＢ１２の幅である。差動スロット２２は、前記パッチアンテナ内に設けられており、前記給電ピンと前記短絡ピンとの間の点において、前記アンテナの縁部に開いている。互いに連通している複数の直線部を有するスロット２２は、４分の１波長と２分の１波長との間の長さを有する。デュアルバンドスロット２４は、アンテナ１４内に設けられており、前記給電ピン及び前記短絡ピンによって境界をつけられている領域を超えた位置において、前記アンテナの縁部に開いている。スロット２４は、スロット２２に似た形状であり、スロット２２に平行に延在していると共に、該スロット２２から一定に離間されている。スロット２４の長さは、１．８ＧＨｚにおける波長の４分の１よりも長く、かつ、９００ＭＨｚにおける波長の４分の１よりも短く選択される。

図２は、アンテナ１４を、やや詳細に示している。寸法ＡとＢとの比は、インピーダンス変換を制御する。Ｂの値は、スロット２２の長さに沿って変化し（例えば、Ｂ’及びＢ”を参照されたい）、いかなるインピーダンス計算においても、インピーダンスの計算において使用される比Ａ／Ｂは、スロット２２の長さに渡って平均される。Ａが小さい場合、インピーダンス変換は低い。

前記給電ピン及び前記短絡ピン１８，２０の間のスロット２２は、該スロットがおおよそλ／４とλ／２との間の長さである場合に生じる第３の共振を導入する。ここで、前記スロットは約４０ｍｍの長さであり、約２．５ＧＨｚにおける共振を与える。このことは、図３及び４に示されている。図３において、前記共振は、約９００ＭＨｚ、１．７５ＧＨｚ及び２．５ＧＨｚにおいて示されている。図４に示されているスミスチャートにおいて、印１、２及び３が、それぞれ９２０、１７４０及び２５４０ＭＨｚにある。ここで、この構成は、前記ＧＳＭの高い及び低い周波数帯域、並びに、第３の（高周波数）帯域をカバーすることができる。前記高周波数の共振は、２．４ないし２．５ＧＨｚにおけるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はブルートゥース、２．３ないし２．４ＧＨｚにおけるＴＤ−ＳＤＣＭＡ、及び２．５ないし２．７ＧＨｚにおけるＵＭＴＳの更なる拡張等をカバーするのに使用されることができる。図４は、３つの共振全てが、ユーザの離調の効果を考慮に入れるために、意図的に低いインピーダンスに同時に整合されることができることも示している。差動スロット２２が設けられていない場合、前記スミスチャート上のＳ_１１プロットは、誘導的に移動するであろう。スロット２２は、この効果に逆らい、軸上抵抗を減少する。電話機を持ち上げるユーザの前記効果は、Ｓ_１１プロットを、中央側、即ち１．００に移動させる。

図５に示されている本発明の第２実施例は、スロット２２が更に延長されていることにおいて、図２に示されている実施例とは異なる。デュアルバンドスロット２４の長さは、同じままである。スロット２２の拡張の効果は、前記第２及び第３の共振を結合し、広い第２共振を与えることである。このことは、ＤＣＳ１８００、ＰＣＳ１９００及びＵＭＴＳ帯域が、同時にカバーされることを可能にする。

図５に示されている構成のＳ_１１は、図６に与えられている。再度、前記抵抗は意図的に低く、ユーザ対話を可能にする。抵抗の制御は、スロット２２の位置を介して可能である。しかしながら、上方の周波数帯域は、ここで非常に広いことが明らかに分かっている。

示されていたアンテナに対する様々な変形がされることができ、例えば、スロット２２、２４は、更なる曲がり（meander）を有する及び／又は他の方向を有することができる。しかしながら、スロット２２の長さは、いまだ、前記第３の共振を決定し、比Ａ／Ｂ（図２）は、いまだ前記インピーダンスを決定する。

本明細書及び添付請求項において、単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素の存在を排除するものではない。更に、「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。

本明細書を読むことにより、当業者にとって、他の変形が明らかになるであろう。このような変形は、平らなアンテナ装置及び該平らなアンテナ装置のための構成要素の設計、製造及び使用において既知である他のフィーチャを含んでも良く、該他のフィーチャは、本明細書に既に記載されたフィーチャの替わりに又はこれらに加えて使用され得る。前記請求項は、フィーチャの特定の組み合わせとして、本出願において示されているが、本特許出願の開示の範囲は、いずれかの請求項に現在記載されているのと同じ発明に関するものであるかどうかに係らず、かつ、本発明がするのと同じ技術的問題の何らか又は全てを緩和するかどうかに係らず、本明細書に明示的に又は黙示的に開示されているあらゆる新規なフィーチャ若しくはあらゆる新規なフィーチャの組み合わせ、又はこれらのあらゆる一般化も含んでいることが理解されるであろう。これによって、出願人は、本特許出願又は本特許出願から派生する何らかの他の出願の審査手続き中の前記フィーチャ及び／又は前記フィーチャの組み合わせによる新しい請求項が、作られ得ることも知らせている。

無線通信装置の模式的な斜視図である。 本発明によって作られるＰＩＦＡ装置の一実施例の斜視図である。 図２に示されているＰＩＦＡ装置のＳ_１１プロットである。 図２に示されている装置に関するスミスチャートである。 本発明によって作られるＰＩＦＡ装置の第２実施例の斜視図である。 図５に示されているＰＩＦＡ装置のＳ_１１プロットである。

Claims (10)

1. ほぼ平らなパッチ導体であって、無線回路への接続のための第１給電接続点及び接地面への接続のための第２給電接続点と、該パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の差動の第１スロットと、前記パッチ導体の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されているデュアルバンドの第２スロットとを持つほぼ平らなパッチ導体を有するアンテナ装置であって、前記差動の第１スロットの長さは、付加的な共振を提供するような長さである、アンテナ装置。
2. 前記第１スロットの長さが、４分の１波長よりも長いことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１スロットの長さが、前記付加的な共振が隣接する共振と結合するような長さであることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記パッチ導体の前記第１スロットと前記第２スロットとの間の幅が、所定のインピーダンス変換を得るように選択されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のアンテナ装置。
5. 前記パッチ導体の前記第１スロットと前記第２スロットとの間の幅が、システムインピーダンスよりも低いインピーダンスを与えるように選択されることを特徴とする、請求項４に記載のアンテナ装置。
6. プリント回路基板（ＰＣＢ）を有するモジュールであって、該プリント回路基板は、接地面と、該ＰＣＢ無線回路上に取り付けられた無線回路と、アンテナ装置とを設けており、前記アンテナ装置は、ほぼ平らなパッチ導体であって、前記無線回路への接続のための第１給電接続点、及び前記接地面への接続のための第２給電接続点と、該パッチ導体内の前記第１給電接続点と第２給電接続点との間の差動の第１スロットと、前記パッチ導体内の前記第１の給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外に位置されているデュアルバンドの第２スロットとを有するほぼ平らなパッチ導体を有し、前記第１スロットの長さは付加的な共振を提供するような長さである、モジュール。
7. 前記第１スロットの長さは４分の１波長よりも長いことを特徴とする、請求項６に記載のモジュール。
8. 前記第１スロットの長さは、前記付加的な共振が、隣接する共振と結合するような長さであることを特徴とする、請求項６に記載のモジュール。
9. 前記パッチ導体の前記第１スロットと前記第２スロットとの間の幅が、所定のインピーダンス変換を得るように選択されていることを特徴とする、請求項６、７又は８に記載のモジュール。
10. プリント回路基板を含む筐体を有する無線通信装置であって、前記プリント回路基板は、接地面、該ＰＣＢ上に取り付けられた無線回路及びアンテナ装置を提供し、該アンテナ装置は、前記無線回路への接続のための第１給電接続点と、前記接地面への接続のための第２給電接続点とを有するほぼ平らなパッチ導体であって、該パッチ導体内の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の差動の第１スロットと、前記パッチ導体の前記第１給電接続点と前記第２給電接続点との間の領域の外側に位置されているデュアルバンドの第２スロットとを有するほぼ平らなパッチ導体を有しており、前記第１スロットの長さは、付加的な共振を提供するような長さである、無線通信装置。

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