JP2007537648A - 高周波信号通信用アンテナを有する装置 - Google Patents

Abstract

高周波通信用の、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さな全方向アンテナ(2,3)が供される。二の平行素子(21,22)は、外側端部を介して互いに結合する。各素子(21,22)はギャップ(27,28)で隔てられた二の副次素子(23,24,25,26)を有する。素子の長さは、高周波信号の半波長未満である。アンテナ(2,3)は地面に対して動作する必要がなく、非平行位置で使用して良い。素子(21,22)は平面素子である。アンテナ(2,3)は、素子(21,22)の面に平行な面に位置する二のさらに別な素子(41,42)をさらに有する。これによりインピーダンスが増大し、アンテナ(2,3)の戻り損失が改善される。さらに別な素子(41)のうちの一は、ギャップ(47)で隔てられた二の副次素子(43,44)を有することで、一の落ち込みを有する戻り損失のシミュレーション結果を実現する。あるいはその代わりに、さらに別な素子の他方はギャップを有することで、デュアルバンド環境での二の落ち込みを有する戻り損失のシミュレーション結果を実現する。

Description

本発明は、他の装置と高周波信号で通信するためのアンテナを有する装置に関し、アンテナ及び方法にも関する。

そのような装置の例には、ホームシアター装置、サラウンド音響装置、ワイヤレスヘッドホン装置、セカンドルームワイヤレスオーディオ装置、携帯端末及びワイヤレスインターフェースがある。

従来技術のアンテナは、受動素子について開示している特許文献1から既知である。受動素子は、規定された方向の高周波を抑制する能力を有する。換言すれば、このアンテナユニットは全方向アンテナではない。
特開2002-271118号公報

既知のアンテナは、とりわけ全方向アンテナではないがゆえに欠点を有している。当然のことだが、全方向アンテナは、たとえば従来技術のダイポールアンテナのように既知である。ダイポールアンテナは半波長で共振する。たとえば864MHzでの大気開放下では、共振する値は約16cmに対応し、この値は比較的大きい。従来技術のダイポールアンテナの長さが小さくなると、アンテナインピーダンスが減少する。この減少したインピーダンスには、欠点を有する整合回路で整合させることになるだろう。整合しない場合には、アンテナインピーダンスが減少することで、電気効率が悪化し、戻り損失が悪化する（反射が増大する）。

本発明の目的はとりわけ、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さな全方向アンテナを有する装置の提供である。

本発明のさらに別な目的はとりわけ、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さな全方向アンテナ及び、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さな全方向アンテナを組み合わせて使用する方法の提供である。

本発明に従った装置は、他の装置と高周波通信するためのアンテナを有する。アンテナは、二の素子)を有し、素子の第1外側端部は互いに結合し、素子の第2外側端部は互いに結合し、各素子はギャップによって隔てられている二の副次素子を有し、素子の長さは高周波信号の波長の1/2未満である。

このアンテナは、高周波信号の波長の1/2未満の長さを有する。従って、アンテナは比較的小さい。アンテナの形状によって、全方向アンテナ及び、十分なアンテナインピーダンスを有するアンテナが実現する。このアンテナは、インピーダンス用の整合ネットワーク及び、はるかに大きな出力増幅器を必要とせず、余計な電力消費もないというさらに別な長所を有する。アンテナは。高周波信号の伝送及び受信に使用することが可能である。

従来技術の小さなダイポールアンテナでも、二の装荷コイルで共振させるものがあることには留意すべきである。これら従来技術のダイポールアンテナは、十分なアンテナインピーダンスを有しておらず、欠点を有する整合回路を必要とする。

装置はたとえば、集積ワイヤレスオーディオラジオIC及び集積ワイヤレスオーディオベースバンドプロセッサを有する集積ワイヤレスオーディオソリューションをさらに有する。高周波信号はたとえば、850MHzから950MHzの間である。

本発明に従った装置の実施例は、平行な素子によって画定される。素子の長さは、高周波信号の半波長の40%から80%で、素子の幅は、長さの0.1%から20%で、素子のギャップ距離は、長さの20%未満で、平行素子の素子間距離は、長さの0.1%から20%である。これらの条件の下でアンテナは最高性能を示す。

本発明に従った装置の実施例は、地面に対して動作しないアンテナで画定される。そのような地面は、アンテナ用の像として機能するように用いられる。これにより、アンテナを非水平位置で用いることが可能となり、アンテナに必要となる空間が減少する。アンテナは垂直位置で使用することが可能で、たとえばテレビ受信器背面に設置することが可能である。

本発明に従った装置の実施例は平面素子で画定される。素子の外側端部は他の平面素子を介して結合する。そのようなアンテナの集積は容易である。

本発明に従った装置の実施例は二のさらに別な素子を有するアンテナによって画定される。さらに別な素子の第1外側端部は互いに結合し、さらに別な素子の第2外側端部も互いに結合し、さらに別な素子の長さは高周波信号の半波長未満である。たとえば素子面に平行な面に設けられている、二のさらに別な素子を導入することで、アンテナのインピーダンスを増大させ、その結果アンテナの戻り損失を改善する。このことは特に、高周波信号の受信で重要となる。

本発明に従った装置の実施例は回路基板の第1面にプリントされた二の平面素子によって画定される。二のさらに別な素子は、回路基板の第2面にプリントされたさらに別な平面素子である。そのようなアンテナは集積が容易である。回路基板は、素子の組を電気的に互いに孤立させる。

本発明に従った装置の実施例は平行な素子によって画定される。さらに別な素子はさらに平行な素子であり、素子の長さは、高周波信号の半波長の40%から80%で、素子の幅は、長さの0.1%から20%で、素子のギャップ距離は、長さの20%未満で、平行素子の素子間距離は、長さの0.1%から20%で、素子の厚さは幅の10%以下で、回路基板は幅以下の厚さを有する基板材料を有する。これらの条件の下で、アンテナインピーダンスの増加したアンテナは最高性能を示す。

本発明に従った装置の実施例は、素子の給電ギャップに対して斜め反対側となるギャップによって隔離される二の副次素子を有するさらに別な素子のうちの一によって画定される。外側にある他の素子にはギャップは存在しない。このアンテナは通常のシミュレーションされた戻り損失を有し、その特性はある周波数範囲で一の落ち込み(dip)を有する。

本発明に従った装置の実施例は、少なくとも一の素子長の20%未満の長さを有するさらに別な素子の副次素子間のギャップ距離によって画定される。これらの条件の下で、アンテナインピーダンスの増加したアンテナは最高性能を示す。

本発明に従った装置の実施例は、素子の給電ギャップに対して斜め向かいとなるギャップによって隔離される二の副次素子を有するさらに別な素子のうちの一によって画定される。他のさらに別な素子はギャップを有していない。このアンテナは通常のシミュレーションされた戻り損失を有し、その特性はある周波数範囲で二の落ち込みを有する。そのようなアンテナはたとえば、2.5GHz及び5.2GHzのようなGSM/UMTS周波数及びWLAN周波数で、デュアルバンド環境において有利に使用することが可能である。

本発明に従ったアンテナの実施例及び、本発明に従った方法の実施例は、本発明に従った装置の実施例に対応する。

本発明は、とりわけ従来技術のダイポールアンテナが比較的大きい又は、その長さが減少する場合にアンテナインピーダンスが不十分なってしまうという知見、又はとりわけ、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さなアンテナは二の素子の第1外側端部素子を互いに結合させ、かつ第2外側端部素子を互いに結合させることで作製することが可能であるという基本構想に基づいている。各素子はギャップで隔てられた二の副次素子を有する。

本発明はとりわけ、十分なアンテナインピーダンスを有する比較的小さな全方向アンテナを提供し、とりわけ、インピーダンス整合用ネットワーク及び、はるかに大きな出力増幅器を必要とせず、余計な電力消費もないという長所を有する。アンテナは、高周波信号の伝送及び受信に使用することが可能である。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で説明される実施例を参照することで明らかとなる。

図1に図示された、本発明に従った装置1は、図示されていない他の装置と高周波通信を行うための本発明に従ったアンテナ2及びアンテナ3を有する。アンテナ2及びアンテナ3は、フィルタリング/スイッチング回路11と結合する。回路11は、集積ワイヤレスオーディオラジオIC回路12及び、集積ワイヤレスオーディオベースバンドプロセッサ回路13を有する集積ワイヤレスオーディオソリューション回路12、13を介してインターフェース14と結合する。伝送モードでは、インターフェース14はたとえばマイクロホン、コンピュータ、プレーヤーなどの信号源と結合する、又は信号源を形成する。受信モードでは、行先信号がアンテナ2及びアンテナ3のうちの一以上を介して到達し、回路11、回路12及び回路13を介して流れる。インターフェース14はたとえば、拡声器、コンピュータ、レコーダーなどの行き先と結合する、又はそのような行き先を形成する。装置1はたとえば、ホームシアターシステム（の一部）、サラウンド音響システム（の一部）、ワイヤレスヘッドホン装置（の一部）、セカンドルームワイヤレスオーディオ装置（の一部）、携帯端末及びワイヤレスインターフェースを有する。

本発明に従った図2のアンテナ2（及び/又はアンテナ3）は、たとえばプリント回路基板上面にたとえば平面素子のような二の素子21、22を有する。素子21及び素子22の第1外側端部は、たとえば他の平面素子29を介して互いに結合し、素子21及び素子22の第2外側端部は、たとえば他の平面素子30を介して互いに結合する。素子21（素子22）は、ギャップ27（28）によって隔てられた二の副次素子23、24（25、26）を有する。素子21及び素子22の長さは高周波信号の半波長未満である。

大抵の場合、伝送モードでのアンテナ2及びアンテナ3の出力及び、受信モードでのアンテナ2及びアンテナ3の出力は、（給電）ギャップ28に最近接位置に設けられている副次素子25及び副次素子26の外側端部によって形成される。従って、この（給電）ギャップ28は、比較的小さなギャップ距離を有する。ギャップ27のギャップ距離は、以下で画定される境界値まで大きくさせて良い。素子22は能動素子で、素子21は受動素子である。

アンテナ2（及び/又はアンテナ3）は、たとえばプリント回路基板底面にたとえば平面素子のような二のさらに別な素子41、42をさらに有する。さらに別な素子41、42の第1外側端部は、たとえば他の平面素子49を介して互いに結合し、さらに別な素子41、42の第2外側端部は、たとえば他の平面素子50を介して互いに結合する。さらに別な素子41は、ギャップ47によって隔てられた二の副次素子43、44を有する。さらに別な素子42はギャップを有していない。あるいはその代わりに、さらに別な素子41はギャップを有さず、さらに別な素子42がギャップを有する。さらに別な素子41、42の長さは高周波信号の半波長未満で、大抵の場合は受動素子である。

素子21及び素子22は平行素子であって、さらに別な素子41、42も平行素子であるのが好ましい。素子21、素子22、素子41及び素子42の長さは、高周波信号の半波長の40%から80%の間で、素子21、素子22、素子41及び素子42の幅は、長さの0.1%から20%である。ギャップ27、ギャップ28及びギャップ47のギャップ距離は長さの20%未満である。平行素子である素子21と素子22との間の素子距離及び、平行素子である素子41と素子42との間の素子距離は長さの0.1%から20%である。素子21、素子22、素子41及び素子42の厚さは幅の10%以下で、回路基板は幅以下の厚さを有する基板材料を有する。

従来のアンテナ理論に従うと、平行素子である素子21と素子22との間の素子距離及び、平行素子である素子41と素子42との間の素子距離はたとえば、1/4波長でなくてはならない。しかし本発明に従うと、この素子距離は、好適には1/4波長よりもはるかに小さい値であるべきである。その値とはおおよそ素子21、素子22、素子41及び素子42の幅である。

アンテナ2及びアンテナ3の長さは、高周波信号の半波長未満である。従って、アンテナ2及びアンテナ3は比較的小さい。アンテナの形状によって、全方向アンテナ及び、十分なアンテナインピーダンスを有するアンテナが実現する。高周波信号とはたとえば850MHzから950MHzの間の値である。アンテナ2及びアンテナ3は地面に対して動作する必要がない。これにより、アンテナ2及びアンテナ3を、たとえば垂直位置のような非水平位置で用いることが可能となり、アンテナに必要となる空間が減少する。アンテナ2及びアンテナ3は、たとえばテレビ受信器として装置1の背面に設置することが可能である。

たとえば素子21及び素子22の面に平行な面に設けられている、二のさらに別な素子41、42を導入することで、アンテナのインピーダンスが（さらに）増大する。その結果アンテナの戻り損失が改善される。このことは特に、高周波信号の受信で重要となる。これは、高周波信号受信用アンテナ2及びアンテナ3を使用するときに特に重要である。さらに別な素子41が、（給電）ギャップ28に対して斜め反対側となるギャップ47によって隔てられている二の副次素子43、44を有する場合、アンテナ2及びアンテナ3は、図7で図示されているように一の落ち込みを有する、通常の戻り損失のシミュレーション結果を有する。さらに別な素子41がギャップを有さず、さらに別な素子42が（給電）ギャップ28に対して斜めではない方向の反対側にギャップを有する場合、アンテナ2及びアンテナ3は、図11で図示されているように二の落ち込みを有する、通常の戻り損失のシミュレーション結果を有する。そのようなアンテナ2及びアンテナ3はたとえば、2.5GHz及び5.2GHzのようなGSM/UMTS周波数及びWLAN周波数で、デュアルバンド環境において有利に使用することが可能である。

素子21、素子22、素子41及び素子42の長さがx軸に対応し、素子21、素子22、素子41及び素子42の幅がy軸に対応する場合、素子21及び素子22のxy平面と、素子41及び素子42のxy平面とは実質的に平行な面となる。素子21、素子22、素子41及び素子42の厚さ及び基板材料の厚さがz軸に対応する。これらの各面は、z軸上では各異なる位置を有する。大抵の場合、面のうちの一での素子21及び素子22のx、yの大きさ及びx、y座標は実質的に（差異20%未満）、他の面での素子41及び素子42のx、yの大きさ及びx、y座標に対応する。

図3では、本発明に従ったアンテナ2及びアンテナ3の3次元像が図示されている。

図4では、900MHzでの、従来技術のダイポールアンテナ開口部の戻り損失のシミュレーション結果が、dB（y軸）及びGHz（x軸）で図示されている。この従来技術のダイポールアンテナは、各部が約80mmの長さを有する二の連続部分を有する。

図5では、900MHzでの、プリント回路基板上での従来技術のダイポールアンテナの戻り損失のシミュレーション結果が、dB（y軸）及びGHz（x軸）で図示されている。この従来技術のダイポールアンテナは、各部が約62mmの長さ及び約1mmの幅を有する二の連続部分を有する。

図6では、915MHzでの、本発明に従ったアンテナの3次元像が図示されている。それにより、素子21、素子22、素子41及び素子42は長さ38mm、幅2.5mm、素子間距離2.5mmを有する。基板材料の厚さは1.6mmで、銅の厚さは0.035mmである。

図7では、図6の発明に従ったアンテナの戻り損失のシミュレーション結果が、dB（y軸）及びGHz（x軸）で図示されている。

図8では、図6の発明に従ったアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。

図9では、図6の発明に従ったアンテナの3次元放射パターンのシミュレーション結果を図示している。

図10では、2.5GHz及び3.5GHzでのデュアルバンド動作における、本発明に従ったアンテナの3次元像を図示している。それにより、素子21、素子22、素子41及び素子42は長さ12mm、幅1mm、素子間距離1mmを有する。基板材料の厚さは1.6mmで、銅の厚さは0.035mmである。

図11では、図10の発明に従ったアンテナの戻り損失のシミュレーション結果が、dB（y軸）及びGHz（x軸）で図示されている。第2落ち込みは、さらに別の素子41がギャップを有さず、さらに別の素子42がギャップを有するという事実に起因する。

図12では、図10の発明に従ったアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。

図13では、図10の発明に従ったアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。

上述の実施例は本発明を限定するというよりは、むしろ本発明を図示するもので、当業者は、特許請求の範囲における請求項で定義される本発明の技術的範囲から離れることなく、本発明に関する多くの代替的実施例を設計することが可能であることに留意すべきである。本発明は、複数の明確に異なる装置を有するハードウエアの手段及び、適切にプログラミングされたコンピュータの手段によって実装することが可能である。複数の手段が列挙されている装置に関する請求項では、これらの手段のうちの複数が、ハードウエアにおける一及び同一の項目によって実施することが可能である。ある方法が、相互に異なる従属請求項において再掲されているという事実だけでは、これらの方法の組み合わせが利点を有しないということを示唆しない。

本発明に従ったアンテナを有する、本発明に従った装置を概略的に図示している。 本発明に従ったアンテナの上面を概略的に図示している。 本発明に従ったアンテナの底面を概略的に図示している。 本発明に従ったアンテナの3次元像を図示している。 900MHzでの、従来技術のダイポールアンテナ開口部の戻り損失のシミュレーション結果を図示している。 900MHzでの、プリント回路基板上での従来技術のダイポールアンテナの戻り損失のシミュレーション結果を図示している。 915MHzでの、本発明に従ったアンテナの3次元像を図示している。 915MHzでの、従来技術のダイポールアンテナの戻り損失のシミュレーション結果を図示している。 915MHzでの、従来技術のダイポールアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。 915MHzでの、従来技術のダイポールアンテナの3次元放射パターンのシミュレーション結果を図示している。 2.5GHz及び3.5GHzでのデュアルバンド動作における、本発明に従ったアンテナの3次元像を図示している。 2.5GHz及び3.5GHzでのデュアルバンド動作における、本発明に従ったアンテナの戻り損失のシミュレーション結果を図示している。 2.5GHzでのデュアルバンド動作における、本発明に従ったアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。 5.2GHzでのデュアルバンド動作における、本発明に従ったアンテナの放射パターンのシミュレーション結果を図示している。

Claims (12)

1. 他の装置との高周波通信を行うためのアンテナを有する装置であって、
   前記アンテナは二の素子を有し、
   前記素子の第1外側端部は互いに結合し、
   前記素子の第2外側端部は互いに結合し、
   前記各素子はギャップによって隔てられた二の副次素子を有し、
   前記素子の長さは前記高周波信号の半波長未満である、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記素子が平行素子であって、
   前記素子の長さは前記高周波信号の半波長の40%から80%で、
   前記素子の幅は前記長さの0.1%から20%で、
   前記素子のギャップ距離は前記長さの20%未満で、
   前記の平行素子の素子間距離は前記長さの0.1%から20%である、
   ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
3. 前記アンテナは地面に対して動作しないことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
4. 前記素子が平面素子で、その外側端部は、他の平面素子を介して互いに結合することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
5. 前記アンテナがさらに別な二の素子を有し、
   前記さらに別な素子の第1外側端部は互いに結合し、
   前記さらに別な素子の第2外側端部は互いに結合し、
   前記さらに別な素子の長さは前記高周波信号の半波長未満である、
   ことを特徴とする装置。
6. 前記二の素子は、回路基板の第1面にプリントされた平面素子で、
   前記さらに別な二の素子は、前記回路基板の第2面にプリントされた平面素子である、
   ことを特徴とする、請求項5に記載の装置。
7. 前記素子が平行素子であって、
   前記のさらに別な素子もさらに別な平行素子であって、
   前記素子の長さは前記高周波信号の半波長の40%から80%で、
   前記素子の幅は前記長さの0.1%から20%で、
   前記素子のギャップ距離は前記長さの20%未満で、
   前記の平行素子の素子間距離は前記長さの0.1%から20%であって、
   前記素子の厚さは前記幅の10%以下であって、かつ、
   前記回路基板は、前記幅以下の厚さを有する基板材料を有する、
   ことを特徴とする、請求項6に記載の装置。
8. 前記のさらに別な素子のうちの一が、前記素子の給電ギャップに対して斜め向かいにあるギャップによって隔てられた二の副次素子を有し、
   前記さらに別な素子のうちの他方はギャップを有していない、
   ことを特徴とする、請求項5に記載の装置。
9. 前記のさらに別な素子の二の副次素子における前記ギャップのギャップ距離が、少なくとも一の素子長の20%未満であることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
10. 前記のさらに別な素子のうちの一が、前記素子の給電ギャップに対して斜めではない方向の向かい側にあるギャップで隔てられた二の副次素子を有し、
    前記さらに別な素子のうちの他方はギャップを有していない、
    ことを特徴とする、請求項5に記載の装置。
11. 他の装置との高周波通信を行うためのアンテナであって、
    二の素子を有し、
    前記素子の第1外側端部は互いに結合し、
    前記素子の第2外側端部は互いに結合し、
    前記各素子はギャップによって隔てられた二の副次素子を有し、
    前記素子の長さは前記高周波信号の半波長未満である、
    ことを特徴とするアンテナ。
12. 高周波信号通信を行う方法であって：
    二の素子を有し、
    前記素子の第1外側端部は互いに結合し、
    前記素子の第2外側端部は互いに結合し、
    前記各素子はギャップによって隔てられた二の副次素子を有し、
    前記素子の長さは前記高周波信号の半波長未満である、
    ことを特徴とするアンテナを使用する手順を有する方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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