JP2007533194A - 大きく曲がったスロットを有するマルチバンドコンパクトｐｉｆａアンテナ - Google Patents

Abstract

平面アンテナ組立品は、プリント回路基板（ＰＰ）に搭載された平面逆Ｆアンテナと、i）プリント回路基板（ＰＰ）表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上と前記グラウンド層に直角な第２の平面上とにそれぞれ位置し互いにほぼ直角な第１の部分（ＲＥ１）と第２の部分（ＲＥ２）とを含む放射素子（ＲＥ１、ＲＥ２）と、ii）前記第２の部分（ＲＥ２）から前記プリント回路基板（ＰＰ）へのびるフィードタブ（ＦＴ）と、iii）選択された長さで前記放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２）の両側部間の選択された位置にて第２の部分（ＲＥ２）により画定される直線部（ＬＰ）及び直線部（ＬＰ）を第１の部分（ＲＥ１）へのばした曲折部（ＭＰ）と、を有するメインスロット（ＳＯ１）を備える。第２の部分（ＲＥ２）はメインスロット（ＳＯ１）を用いずに高周波数帯及び低周波数帯でそれぞれ等しく容量性及び誘導性があるように配置され、メインスロット（ＳＯ１）の長さは低周波数帯及び高周波数帯のほぼ相乗平均での導電性の４分の１波長である。

Description

発明の詳細な説明

［発明の属する技術分野］
本発明は、平面アンテナ又はその改良物に関し、特に、それに限るわけではないが、携帯電話に用いられるアンテナに関する。このような電話はＧＳＭ及びＤＣＳ１８００標準規格に従って動作する。

ＰＩＦＡ（平面逆Ｆアンテナ）は、頭部で失われる送信されたエネルギーが少ないことを意味する低ＳＡＲ（比吸収率）であり、小型で電話機筐体内のスペースをより効率的に使用して電話機回路上に組み込めるため、携帯電話に広く用いられている。このようなアンテナは通常、電話機のプラスチックカバーの裏側（または内部カバー上）に取り付けられる。

［発明の背景］
図１に示すように典型的なデュアルバンドＰＩＦＡは、グラウンドプレーンを含む電話機プリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰにフィードタブ（又はピン）ＦＴ及び短絡タブ（又はピン）ＳＴを介して接続された放射素子ＲＥを備える。放射素子ＲＥはまたほぼＵ型のスロットＳＯを含む。このようなアンテナは特に特許文献ＵＳ２００１／００３５８４３に記載されている。

このようなデュアルバンドＰＩＦＡのＳＡＲは図２に示すように、切断平面ファントム材料層ＰＭＬ及びスキン層ＳＬを用いてシミュレートすることができる。平面ファントム材料層ＰＭＬは、ファントム材料層とＰＣＢとの間隔が一定に保たれるため、曲がった代替物より比較シミュレーションにさらに適しているとみなされている。

ＧＳＭとＤＣＳ規格の両方でのファントムＰＭＬ及びスキン層ＳＬの比誘電率及び導電率の例が以下の表１に与えられる。

ファントム材料層の切断表面での反射を最小にするために、これらの表面はインピーダンス境界と定義され、用いられる誘電体の特性インピーダンスを有する。損失性誘電体の特性インピーダンスは以下の関係により与えられる。

ここでμは媒体の透磁率、εは媒体の誘電率、σはバルク伝導度、ωは角周波数（すなわち＝周波数の２π倍）である。

この関係を用いて、ＧＳＭとＤＣＳ規格の両方でのファントム層ＰＭＬ及びスキン層ＳＬの特性インピーダンスが以下の表２に与えられる。

ＧＳＭ（ａ）バンドとＤＣＳ（ｂ）バンドでのシミュレートしたＳＡＲの例を図３に示す。ＳＡＲはＷ／ｋｇでスケッチされ、１Ｗに規格化された許容電力に対応する。

小さいデュアルバンドＰＩＦＡアンテナはダイバーシティ動作が必要とされるという問題が知られている。このようなアンテナは狭周波数帯であり、限られた数の周波数帯でのみ動作し、広帯域アンテナ（ＳＡＲは局所量である）と比較して高いＳＡＲを示す。

従って、本発明の目的は、ダイバーシティ受信を実現したまま、状況を改善し、より正確に言えば帯域及び／又はコンパクトＰＩＦＡアンテナの動作帯域の数を改善することである。

この目的のために、プリント回路基板に搭載された平面逆Ｆアンテナと、プリント回路基板表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上とグラウンド層に直角な第２の平面上とにそれぞれ位置し互いにほぼ直角な第１の部分と第２の部分とを含む放射素子と、
第２の部分からプリント回路基板へのびるフィードタブ（又はピン）と、
選択された長さで放射素子の両側部間の選択された位置にて第２の部分により画定される直線部及び直線部を第１の部分へのばした曲折部を有するメインスロットと、を備え、
第２の部分はメインスロットを用いずに高周波数帯及び低周波数帯でそれぞれ等しく容量性及び誘導性があるように配置され、メインスロットの長さは低周波数帯及び高周波数帯のほぼ相乗平均の電波の４分の１波長である平面アンテナ組立品を提供する。

本発明による平面アンテナ組立品は別々に又は組み合わせて考えられる付加的な特徴を含んでもよく、特に：
少なくとも前記放射素子の前記両側部間の前記メインスロットの選択された位置により画定される周波数を有する二重共振を与える。これらの共振周波数は前記メインスロットの長さによっても決定される；
さらに、i）フィードタブとメインスロットの直線部との間の第２の部分からプリント回路基板までのびる短絡タブと、ii）その長さにより決定される周波数を有する追加の共振をもたらし、フィードタブと短絡タブとの間の放射素子の第１の部分及び第２の部分により画定される差動曲折スロットと、を有する；
少なくとも前記周波数帯の１つを広帯域化させるダイプレクサを有してもよい。このダイプレクサは周波数帯選択のための選択回路を有してもよい；
メインスロットの選択位置と前記放射素子の前記側部の１つとの間の前記差動曲折スロットの位置により決定される選択された公称抵抗値を与えてもよい；
ダイプレクサは周波数帯分離のためのブロッキングフィルタを有してもよい。ダイプレクサはさらにアンテナ帯域幅を広げ分離を増すための広帯域パラレル共振器を有してもよい；
変形物としてダイプレクサは位相回転回路を有してもよい。ダイプレクサはまた広帯域化のための直列共振回路を有してもよい；
プリント回路基板は追加の帯域をもたらすための少なくとも１つのノッチを有してもよい。

［好適な実施例の説明］
本発明はまた上で紹介したような平面アンテナ組立品を少なくとも１つ有する通信装置（例えば携帯電話機）及び無線周波数（ＲＦ）モジュールを与える。

本発明の他の特徴及び効果は以下の明細書及び添付した図面をみることで明らかになるであろう。

添付した図面は発明を達成するために役立つだけでなく、必要ならば、発明の定義に貢献できる。

本発明は、通常はすでにより大きいアンテナにより占有されている携帯電話機内のスペースに少なくとも１つの曲がったスロットを有するコンパクトＰＩＦＡアンテナ組立品を実装することを提案する。このようなＰＩＦＡアンテナの第１の実施例は図４に示される。

本発明によるコンパクトアンテナ組立品はプリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰに実装されるＰＩＦＡアンテナを有する。ＰＩＦＡアンテナは放射素子ＲＥ１、ＲＥ２、フィードタブ（又はピン）ＦＴ及び放射素子ＲＥ１、ＲＥ２にて画定される（デュアルバンドの）メインスロットＳＯ１を有する。

放射素子は互いに垂直な第１の部分ＲＥ１及び第２の部分ＲＥ２を備え、好ましくは略長方形をなしている。第１の部分ＲＥ１はプリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰの表面に実装されるグラウンドプレーンに面し、それと平行な第１の平面に位置する。第２の部分（又はトッププレート）ＲＥ２はグラウンドプレーンに垂直な第２の平面に位置する。

フィードタブＦＴは（デュアルバンド）メインスロットＳＯ１からプリント回路基板ＰＰへ延びる。

メインスロットＳＯ１は選択された長さを有し、側部間の選択された場所での放射素子の第２の部分ＲＥ２にて画定される直線部ＬＰと、直線部ＬＰを放射素子の第１の部分ＲＥ１へのばした曲折部ＭＰとを備える。

図４においてメインスロットの直線部ＬＰの選択された場所は両側部から距離Ａ及びＢで分割される軸ＸＸにより表され、比率Ａ／Ｂは所望の周波数で共振が起きるように変えることができる（メインスロットＳＯ１の長さの微調整も行える）。

第２の部分ＲＥ２は、（デュアルバンド）メインスロットＳＯ１無しで、高周波帯及び低周波帯でそれぞれ等しく容量的かつ誘導的であるように配置される。さらにメインスロットＳＯ１の長さは低周波帯及び高周波帯のほぼ相乗平均である電波の４分の１波長である。

図４に示されるアンテナ組立品のシミュレートされたＳ_１１要素は図５に示される（マーカＡ１は８８０ＭＨｚ、マーカＡ２は９６０ＭＨｚ、マーカＢ１は１７１０ＭＨｚ、マーカＢ２は１８８０ＭＨｚを表す）。

Ｓ_１１曲線から２重共振が実現できることがわかる。そのため図４に示すアンテナ組立品の一例はデュアルバンドに適応される。

追加の共振を取り入れるため、アンテナ組立品はさらに短絡タブＳＴ及び差動曲折スロットを備える。このような装置は図６に示される。

描かれているように、短絡タブＳＴは放射素子の第２の部分ＲＥ２からプリント回路基板ＰＰへ延びており、フィードタブＦＴとメインスロットＳＯ２の直線部ＬＰとの間にある。

差動曲折スロットＳＯ２は、追加の共振を取り入れるため、フィードタブＦＴと短絡タブＳＴとの間の放射素子の第１の部分ＲＥ１と第２の部分ＲＥ２とに画定される。この追加の共振の周波数は差動曲折スロットＳＯ２の長さにより決定される。

この差動曲折スロットＳＯ２はＰＩＦＡの直列共振性を許容し、ＰＣＢケースの端末を保つ。また、既存の共振を損なうことなく追加の共振を取り入れることができる。

図６に示されるように、デュアルバンドメインスロットＳＯ１の先端Ｅはわずかに異なる周波数での共振を与えるために変更され得る。

図６に示されるアンテナ組立品のシミュレートされたＳ_１１要素が図７に示される（マーカＡ１は８２４ＭＨｚ、マーカＡ２は９６０ＭＨｚ、マーカＢ１は１７１０ＭＨｚ、マーカＢ２は２１７０ＭＨｚを表す）。

Ｓ_１１曲線から差動曲折スロットＳＯ２は高周波数帯での追加の共振を取り入れることがわかり、その周波数は差動曲折スロットの長さにより決定される。

図６に示されるように、ブルートゥース／ＷｉＦｉバンド受信のためにＰＩＦＡの下のプリント回路基板ＰＰにノッチＮを追加することができる。

また、差動曲折スロットＳＯ２の長さ及びメインスロットＳＯ１の選択された場所ＸＸと放射素子ＲＥ１、ＲＥ２の両側部の一方との間の場所（位置）によって、インピーダンスは変換される。

図６では差動曲折スロットＳＯ２の位置は軸ＹＹにより表され、ＹＹは放射素子の最も近い側部から距離Ｃで位置ＸＸから距離Ｄに分割する。アンテナ組立品の公称抵抗値は比率Ｃ／Ｄを変えることにより容易に変更できる。

追加の共振を与えるために用いられている差動曲折スロットＳＯ２はインピーダンス制御にも用いることができる。そのため、少なくとも周波数帯の１つを広げるためにダイプレクサをコンパクトＰＩＦＡアンテナに結合することができる。図８はこの広帯域化機能を実行できるダイプレクサＤＸの限定されない一例を示す。

このダイプレクサＤＸはバンド選択のためスイッチ回路を備えてもよい。

図９は図６に示されるアンテナ組立品のＳ_１１要素を示し、多重化ネットワークの入力において図７に示されるダイプレクサＤＸへ結合される（マーカＡ１は８２４ＭＨｚ、マーカＡ２は９６０ＭＨｚ、マーカＢ１は１７１０ＭＨｚ、マーカＢ２は２１７０ＭＨｚ、マーカＣ１は２４００ＭＨｚ、マーカＣ２は２４８３ＭＨｚを表す）。

Ｓ_１１曲線からＡＭＰＳ，ＧＳＭ，ＤＣＳ，ＰＣＳ，ＵＭＴＳ及びブルートゥース／ＷｉＦｉバンドはこのような方法でカバーされることが分かる。ＰＣＢ／モジュールの最上部（ここがこのようなアンテナにとってユーザインタラクション（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を避けるために一番良い場所である）の追加ノッチを用いてＧＰＳ及び５ＧＨｚＷＬＡＮ周波数もカバーできる。

直列接続されたブロッキングフィルタを帯域分割のために用いることができるため、ダイプレクサＤＸはアンテナの直列共振特性を保つ。さらにアンテナ周波数帯を広げ、アイソレーションを増すために広帯域化パラレル共振器を用いることができる。また、広帯域化のために直列共振回路を用いることができるように、ダイプレクス機能を実行するために位相回転回路を用いることができる（例えばハイパス、ローパスダイプレクサを用いることができる）。

第２の実施例は２つの大きく曲折したスロットを有し容易に調整できるアンテナ組立品設計を提案する。このアンテナ組立品は主に両方の周波数帯で直列共振であり、それゆえダイプレクス後、相補的パラレル共振回路により広帯域化される。２００３年８月１５日に出願され、係属中のＵＫ特許出願ｎｏ．０３１９２１１．９に述べられているように、ユーザインタラクションがあるとき、アンテナは最適性能のため低インピーダンスを有する。

直列共振アンテナインピーダンスを保つことで、スイッチングによる共振周波数の調整は簡単なことである。例えば、ダイプレクサのＡＭＰＳ／ＧＳＭ側では、ＡＭＰＳ性能を向上させるために直列インダクタが回路へ切り替えられる。同様に位相回転のため、スイッチに接続されたダイプレクサ短絡が実行される。

ブルートゥースノッチは携帯電話機のアンテナから分離する。すべての場合で分離は−１５ｄＢより良い。

本発明によるコンパクトＰＩＦＡアンテナは携帯電話機内に搭載できる。それはマルチバンド動作を達成するために採用される。複数の共振は大きく曲折したスロットを用いることで実現できる。アンテナ性能は曲折したスロットの長さと位置に基づいて容易に予測することができる。スロットはまたアンテナに直列共振特性を保たせることができ、それはダイプレクサと結合してアンテナのバンド幅を広げ、簡単な周波数帯調整を実現できる。ＧＳＭ及びＤＣＳ／ＰＣＳ／ＵＭＴＳ、最終的にはブルートゥース及び／又はＷｉＦｉ及び／又はＧＰＳ及び／又は５ＧＨｚＷＬＡＮのスイッチ動作をすることができる。ＰＣＢのシールド効果により低いＳＡＲをも有する。

本発明は上述の一例に過ぎない平面アンテナ組立品（ＰＩＦＡアンテナ）及び通信装置（携帯電話機）の実施例に限定されず、以下の請求の範囲の目的内において当業者により考えられるすべての代替実施例が含まれる。

この明細書及び請求の範囲において要素の前の語句“ａ”や“ａｎ”はこの要素の複数の存在を除外するものではない。さらに語句“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”は挙げられている以外の要素及びステップの存在を除外するものではない。

従来のデュアルバンドＰＩＦＡの概略図である。 切断平面ファントム材料層及びスキン層を用いたデュアルバンドＰＩＦＡのシミュレーションの概略図である。 ＧＳＭバンド（ａ）及びＤＣＳバンド（ｂ）における従来のデュアルバンドＰＩＦＡでのシミュレートしたＳＡＲ線の概略図である。 本発明による第１の実施例の大きく曲がったデュアルバンドスロットを有するＰＩＦＡアンテナの概略図である。 図４に示されるＰＩＦＡアンテナのＳ_１１要素を示す図である。 本発明による第２の実施例の２つの大きく曲がったスロットを有するＰＩＦＡアンテナの概略図である。 図６に示されるＰＩＦＡアンテナのＳ_１１要素を示す図である。 図７に示されるようなＰＩＦＡアンテナを広帯域化するためのダイプレクサを示す図である。 図７に示されるようなＰＩＦＡアンテナを広帯域化するためのダイプレクサを示す図である。 図６に示されるＰＩＦＡアンテナのＳ_１１要素及び図８に示されるダイプレクサに連結されたＳ_１１要素を示す図である。

Claims (15)

1. プリント回路基板に搭載された平面逆Ｆアンテナと、前記プリント回路基板表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上と前記グラウンド層に直角な第２の平面上とにそれぞれ位置し互いにほぼ直角な第１の部分と第２の部分とを含む放射素子と、前記第２の部分から前記プリント回路基板へのびるフィードタブと、選択された長さで前記放射素子の両側部間の選択された位置にて前記第２の部分により画定される直線部及び前記直線部を前記第１の部分へのばした曲折部を有するメインスロットと、を備え、前記第２の部分は前記メインスロットを用いずに高周波数帯及び低周波数帯でそれぞれ等しく容量性及び誘導性があるように配置され、前記メインスロットの長さは前記低周波数及び高周波数帯のほぼ相乗平均の電波の４分の１波長であることを特徴とする平面アンテナ組立品。
2. 前記第１の部分及び前記第２の部分は略長方形であることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ組立品。
3. 少なくとも前記放射素子の前記両側部間の前記メインスロットの選択された位置により決定される周波数を有する二重共振を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ組立品。
4. 前記共振周波数は前記メインスロットの長さによっても決定されることを特徴とする請求項３に記載の平面アンテナ組立品。
5. さらに、前記フィードタブと前記メインスロットの前記直線部との間の前記第２の部分から前記プリント回路基板までのびる短絡タブと、その長さにより決定される周波数を有する追加の共振をもたらし、前記フィードタブと前記短絡タブとの間の前記放射素子の前記第１の部分及び前記第２の部分により画定される差動曲折スロットと、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
6. 少なくとも前記周波数帯の１つを広帯域化させるダイプレクサを有することを特徴とする請求項５に記載の平面アンテナ組立品。
7. 前記ダイプレクサは周波数帯選択のための選択回路を有することを特徴とする請求項６に記載の平面アンテナ組立品。
8. 前記メインスロットの選択位置と前記放射素子の前記側部の１つとの間の前記差動曲折スロットの位置により決定される選択された公称抵抗値を与えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
9. 前記ダイプレクサは周波数帯分離のためのブロッキングフィルタを有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
10. 前記ダイプレクサはアンテナ帯域幅を広げ分離を増すための広帯域パラレル共振器を有することを特徴とする請求項９に記載の平面アンテナ組立品。
11. 前記ダイプレクサは位相回転回路を有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
12. 前記ダイプレクサは広帯域化のための直列共振回路を有することを特徴とする請求項１１に記載の平面アンテナ組立品。
13. 前記プリント回路基板は追加の帯域をもたらすための少なくとも１つのノッチを有することを特徴とする請求項５乃至１２のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
14. 少なくとも１つの請求項１乃至１３のいずれかによる平面アンテナ組立品を有することを特徴とする通信装置。
15. 少なくとも１つの請求項１乃至１３のいずれかによる平面アンテナ組立品を有することを特徴とするＲＦモジュール。

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