JP2008011336A - 全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置を提供する。
【解決手段】全地球測位システム信号を受信可能なアンテナ装置１００は、無指向性チップアンテナ１２０により全地球測位信号を全方位受信する。一方、無指向性チップアンテナ１２０は、Ｌ形接地面１１０の欠け口１４０の中に配置されている。無指向性チップアンテナ１２０とＬ形接地面１１０との間に電磁接合効果が生じるため、全地球測位を受信する円偏波信号の強度を増強し、無指向性チップアンテナ１２０による測位の正確度を高めることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置に関し、詳細には全地球測位システム信号を受信することを可能なＬ形接地面を有するチップアンテナ装置に関する。

無線通信産業が迅速に発展しつつあるのに伴い、携帯電話、コンピュータまたはネットワークなどの電子設備は無線通信による信号を伝送する機能を備えてるようになってきている。無線通信産業の応用範囲では、携帯電話に全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）を加えることによって携帯電話に測位機能を持たせ、携帯電話の応用価値を高めつつある。

しかしながら、全地球測位システム機能付携帯電話は、その全地球測位システムアンテナと携帯電話とを共用することはできない。その理由の一つは、両者の周波数帯が異なることである。例えば全地球移動通信システム（Global System for Mobile Communications：ＧＳＭ）の周波数帯は９００ＭＨｚおよび１８００ＭＨｚであるのに対し、全地球測位システムの周波数帯は１５７５ＭＨｚである。また、他の理由は、信号の種類が異なることである。全地球測位システムは円偏波（circular polarization）信号であるのに対し、携帯電話は直線偏波信号である。従って、全地球測位システムアンテナを内蔵し、これを全地球測位システム受信機の回路に接続することが必要になる。

周知の全地球測位システムアンテナは、バッチアンテナ（patch antenna）により全地球測位システムの円偏波信号を受信するものである。バッチアンテナとは、アンテナ上方の無線信号を受信可能な指向性アンテナ（directional antenna）である。しかし、携帯電話に全地球測位システム機能を追加しても、使用者は特定方向の衛星信号しか受信できない。また使用者が移動中である場合、携帯電話の位置と角度とが一定ではないため、指向性アンテナは特定方向の衛星信号を持続的に受信することができなくなる。従って、信号受信が中断され測位ができないという問題が生じる。

上述の問題点に鑑みて、全地球測位システム機能付携帯電話に対し、全地球測位システムアンテナにより特定方向の信号しか受信できないという欠点を改善し、アンテナが信号を受信する強度があまりにも弱すぎて測位できないという問題を解決する必要がある。
本発明の主な目的は、全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置を提供することである。

本発明の全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置は、回路板上に配置されるＬ形接地面と、前記回路板上の前記Ｌ形接地面の欠け口の中に配置され、かつ前記Ｌ形接地面に電気的に接続される無指向性チップアンテナとを備える。
全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置は、無指向性チップアンテナ（omni- directional chip antenna）により全地球測位信号の全方位受信を達成し、かつＬ形接地面と無指向性チップアンテナを介して電磁接続効果を生成することにより受信した信号強度を増強し、チップアンテナ装置による測位の正確度を高めるものである。

本発明の実施形態による全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置はＬ形接地面と無指向性チップアンテナを備える。Ｌ形接地面は回路板上に配置され、無指向性チップアンテナは回路板上のＬ形接地面の欠け口の中に配置され、かつＬ形接地面に電気的に接続される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置の模式図を図１に示す。全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置（以下、「アンテナ装置」）１００は、Ｌ形接地面１１０と無指向性チップアンテナ１２０とを備える。Ｌ形接地面１１０は回路板１３０上に配置され、無指向性チップアンテナ１２０は回路板１３０上のＬ形接地面１１０の欠け口１４０中に配置されている。無指向性チップアンテナ１２０は、Ｌ形接地面１１０に電気的に接続されている。

アンテナ装置１００を構成する無指向性チップアンテナ１２０は、全地球測位システム信号を受信可能である。また無指向性チップアンテナ１２０は、方向の影響を受けることなく３６０°で信号を受信し、信号範囲を増やすことも可能である。
無指向性チップアンテナ１２０は、フィーディング１２２を有しており、フィーディング１２２を介して回路板１３０に信号を伝送可能である。一般的に言えば、無指向性チップアンテナ１２０は、アンテナの回路端部または任意の一部分をフィーディングとして信号を伝送することも可能である。

図１に示すように、無指向性チップアンテナ１２０は、Ｌ形接地面１１０の欠け口４０中に配置される。つまり、無指向性チップアンテナ１２０は、携帯電話の使用者の右上方の角部に配置される。また、Ｌ形接地面１１０は、欠け口１４０の両側面の長さが無指向性チップアンテナ１２０の長さを全面的に覆うようであればより好ましい。さらに、Ｌ形接地面１１０は、欠け口１４０の両側面の長さと一致させてもよく、一致させなくてもよい。

無指向性チップアンテナ１２０が全地球測位システムからの信号を受信する際、Ｌ形接地面１１０と無指向性チップアンテナ１２０との間に電磁接続効果が生じる。そのため、受信した円偏波信号の強度は増強される。また、無指向性チップアンテナ１２０とＬ形接地面１１０との間の距離がゼロになることはない。つまり、Ｌ形接地面１１０が無指向性チップアンテナ１２０の受信機能に深刻な影響を与えることを防止するために無指向性チップアンテナ１２０の周囲には空間が予め確保される。

近年の全地球測位視システム信号は、右旋円偏波（right-handed circular polarization：ＲＨＣＰ）により伝送される。従って、アンテナ装置１００は、Ｌ形接地面１１０と無指向性チップアンテナ１２０とを配置することにより全地球測位システム信号を受信する右旋円偏波の信号強度を増強することが可能である。

また、右旋円偏波信号は、地面において反射すると、地面の反射効果により左旋円偏波に変化する。従って、地面で反射した全地球測位システムの信号を受信すると、信号の極性は変化する。しかし、アンテナ装置１００は、上方から右旋円偏波信号を受信可能であり、下方から左旋円偏波信号を受信可能である。そのため、地面で反射した信号は、無指向性チップアンテナ１２０により受信される。

本発明の他の実施形態では、Ｌ形接地面を反転して回路板２３０上に配置することも可能である。本発明の他の実施形態による全地球測位システム信号を受信可能なアンテナ装置を示す模式図を図２に示す。図に示すアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置１００とほぼ同じまたは類似の構成である。
図２に示すように、アンテナ装置２００は、Ｌ形接地面２１０と無指向性チップアンテナ２２０とを備える。無指向性チップアンテナ２２０は、Ｌ形接地面２１０の欠け口２４０に配置される。このとき、無指向性チップアンテナ２２０は、全地球測位システム信号を受信するように携帯電話の使用者の左上方の角部に配置される。従って、当業者であれば、必要に応じて無指向性チップアンテナ２２０とＬ形接地面２１０とを選択し、これらを回路板２３０上の適切な位置に配置することが可能である。

Ｌ形接地面１１０、２１０は、金属銅などの金属、合金、またはほかの導電材質からなる。無指向性チップアンテナ１２０、２２０の基板の材質は、ＦＲ４などの誘電材料であり、その回路の材質は金属銅などの金属、合金または他の導電材質である。
図３Ａに示すのは図１のアンテナ装置１００がＸ−Ｚ面に形成した放射パターンである。図３Ｂに示すのは図１のアンテナ１００装置がＹ−Ｚ面に形成した放射パターンである。図４Ａに示すのは図２のアンテナ装置２００がＸ−Ｚ面に形成した放射パターンである。図４Ｂに示すのは図２のアンテナ装置２００がＹ−Ｚ面に生成した放射パターンである。

これらの放射パターンから、無指向性チップアンテナ１２０、２２０の放射パターンは全方位であることが判明した。使用者が全地球測位システムと全地球移動通信システムを統合した携帯電話を使用する時、特定方向に照準を合わせる必要なく全地球測位システム信号を受信することが可能である。
図５は、アンテナ装置１００、２００のアンテナ反射損失の周波数応答を示すグラフである。図５において、縦軸はアンテナの反射損失を示し、その単位はｄＢである。横軸はアンテナの周波数を示し、その単位はＭＨｚである。図５に示すようにアンテナ装置１００の周波数応答曲線５０２と、アンテナ装置２００の周波数応答曲線５０４とは、異なっている。つまり、無指向性チップアンテナとＬ形接地面との設置位置が異なると、アンテナ反射損失の周波数応答は影響を受ける。

図６Ａに示すのはアンテナ装置１００がＸ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図６Ｂに示すのはアンテナ装置１００がＹ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図６において、縦軸は円形極性化軸比を示し、横軸は角度を示し、その単位はｄｅｇである。図７Ａに示すのはアンテナ装置２００がＸ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフであり、図７Ｂに示すのはアンテナ装置２００がＹ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図７において、縦軸は円形極性化軸比を示し、横軸は角度を示し、その単位はｄｅｇである。

上述の各実施形態によるアンテナ装置１００、２００の円形極性化軸比から、回路板上における無指向性チップアンテナおよびＬ形接地面の配置は、放射パターンの円偏波特性に影響を与えることが判明した。従って、直接に信号を受信する際、および反射した信号を受信する際、回路板上の適切な位置に無指向性チップアンテナとＬ形接地面とを配置することにより、直接受信する信号と反射した信号とをともに強度を高めて受信することができる。

次に、Ｌ形接地面の欠け口の大きさ、即ちチップアンテナ周囲の空域の大きさがアンテナ装置の円偏波特性、アンテナ反射損失の周波数応答および放射パターンに与える影響を以下に説明する。接地面の大きさが異なると、アンテナ装置の円偏波特性、アンテナ反射損失の周波数応答および放射パターンには、変化が生じる。

図８に、本発明の他の実施形態による全地球測位システム信号を受信可能なアンテナ装置の模式図を示す。アンテナ装置８００は、Ｌ形接地面８１０と無指向性チップアンテナ８２０とを備える。Ｌ形接地面８１０は回路板８３０上に配置されている。無指向性チップアンテナ８２０は、回路板８３０上のＬ形接地面８１０の欠け口８４０中に配置され、かつＬ形接地面８１０に電気的に接続される。

無指向性チップアンテナ８２０は、フィーディング８２２を有し、フィーディング８２２を介して回路板８３０に信号を伝送可能である。一般的に言えば、無指向性チップアンテナ８２０はアンテナの回路端部または任意の一部分をフィーディングとして信号を伝送することも可能である。
図８に示すように、無指向性チップアンテナ８２０は、携帯電話の使用者の右上方の角部に配置される。Ｌ形接地面８１０は、欠け口８４０の両側面の長さが無指向性チップアンテナ８２０の長さを全面的に覆うように設定すればさらに好ましい。Ｌ形接地面８１０は、欠け口８４０の両側面の長さが一致してもよいし、一致しなくてもよい。無指向性チップアンテナ８２０が全地球測位システムを受信する際、Ｌ形接地面８１０と無指向性チップアンテナ８２０との間には電磁接続効果が生じる。そのため、受信した円偏波信号の強度は増強される。また、無指向性チップアンテナ８２０とＬ形接地面８１０との間の距離はゼロとなる。

近年の全地球測位視システム信号は、右旋円偏波（right-handed circular polarization：ＲＨＣＰ）により伝送される。従って、アンテナ装置８００は、Ｌ形接地面８１０と無指向性チップアンテナ８２０とを配置することにより全地球測位システム信号を受信する右旋円偏波の信号強度を増強することが可能である。

また、右旋円偏波信号は、地面において反射すると、地面の反射効果により左旋円偏波に変化する。従って、地面で反射した全地球測位システムの信号を受信すると、信号の極性は変化する。しかし、アンテナ装置１００は、上方から右旋円偏波信号を受信可能であり、下方から左旋円偏波信号を受信可能である。そのため、地面で反射した信号は、無指向性チップアンテナ１２０により受信される。

続いて、本発明のさらに他の実施形態として、図９に示すようにＬ形接地面を反転して回路板９３０上に配置してもよい。図９は、本発明のさらに他の実施形態によるアンテナ装置を示す模式図である。図９に示すアンテナ装置は、図８に示すアンテナ装置の構成と概ね同一または類似の構成である。
図９に示すように、アンテナ装置９００は、Ｌ形接地面９１０と無指向性チップアンテナ９２０とを備える。無指向性チップアンテナ９２０は、Ｌ形接地面９１０の欠け口９４０中に配置される。このとき無指向性チップアンテナ９２０は、全地球測位システム信号を受信するように携帯電話の使用者の左上方の角部に配置される。従って、当業者であれば、必要に応じ無指向性チップアンテナ９２０とＬ形接地面９１０とを選択し、これらを回路板９３０上の適切な位置に配置することが可能である。

Ｌ形接地面８１０、９１０は、金属銅などの金属、合金または他の導電材質からなる。無指向性チップアンテナ８２０、９２０の基板の材質は、ＦＲ４などの誘電材料であり、その回路の材質は金属銅などの金属、合金または他の導電材質である。
図１０Ａに示すのは図８に示すアンテナ装置８００がＸ−Ｚ面に生成した放射パターンである。図１０Ｂに示すのはアンテナ装置８００がＹ−Ｚ面に生成した放射パターンである。図１１Ａに示すのは図９のアンテナ装置９００がＸ−Ｚ面に生成した放射パターンである。図１１Ｂに示すのはアンテナ装置９００がＹ−Ｚ面に生成した放射パターンである。

これらの放射パターンから、無指向性チップアンテナ８２０、９２０の放射パターンは全方位であることが判明した。使用者が全地球測位システムと全地球移動通信システムを統合した携帯電話を使用する時、特定方向に照準を合わせる必要なく全地球測位システム信号を受信することが可能である。
図１２は、アンテナ装置８００、９００のアンテナ反射損失の周波数応答を示すグラフである。図１２において、縦軸はアンテナの反射損失を示し、その単位はｄＢである。横軸はアンテナの周波数を示し、その単位はＭＨｚである。図１２に示すようにアンテナ装置８００の周波数応答曲線１２０２とアンテナ装置９００の周波数応答曲線１２０４とは、異なっている。つまり無指向性チップアンテナとＬ形接地面との設置位置が異なると、アンテナ反射損失の周波数応答は影響を受ける。

図１３Ａに示すのはアンテナ装置８００がＸ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図１３Ｂに示すのはアンテナ装置８００がＹ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図１３において、縦軸は円形極性化軸比を示し、、横軸は角度を示し、その単位はｄｅｇである。図１４Ａに示すのはアンテナ装置９００がＸ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフであり、図１４Ｂに示すのはアンテナ装置９００がＹ−Ｚ面に生成した円形極性化軸比を示すグラフである。図１４において、縦軸は円形極性化軸比を示し、横軸は角度を示し、その単位はｄｅｇである。

上述の各実施形態によるアンテナ装置８００、９００の円形極性化軸比から、回路板上における無指向性チップアンテナおよびＬ形接地面の配置は、放射パターンの円偏波特性に影響を与えることが判明した。従って、直接に信号を受信する際、および反射した信号を受信する際、回路板上の適切な位置に無指向性チップアンテナとＬ形接地面とを配置することにより、直接受信する信号と反射した信号とをともに強度を高めて受信することができる。

上述の本発明の実施形態の通り、本発明はアンテナ装置を提供する。全地球測位システム信号を受信可能なアンテナ装置は、無指向性チップアンテナにより全地球測位信号を全方位受信する。一方、無指向性チップアンテナはＬ形接地面の欠け口の中に位置付けられ、チップアンテナとＬ形接地面の間に電磁接合効果が生じるため、全地球測位を受信する円偏波信号の強度を増強し、チップアンテナによる測位の正確度を高めることが可能である。

上述したものは本発明の好ましい一例に過ぎず本発明を限定することができないため、当業者であれば本発明の精神と範疇を逸脱しない限り修飾と変更を加えるのはすべて本発明の請求範囲に属すべきである。

本発明の一実施形態によるアンテナ装置を示す模式図。 本発明の他の実施形態によるアンテナ装置を示す模式図。 図１に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＸ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図１に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図２に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＸ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図２に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図１および図２に示すアンテナ装置のアンテナ反射損失の周波数応答を示す模式図。 図１に示すアンテナ装置がＸ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図１に示すアンテナ装置がＹ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図２に示すアンテナ装置がＸ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図２に示すアンテナ装置がＹ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 本発明のさらに他の実施形態によるアンテナ装置を示す模式図。 本発明のさらに他の実施形態によるアンテナ装置を示す模式図。 図８に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＸ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図８に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図９に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＸ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図９に示すアンテナ装置の無指向性チップアンテナがＹ−Ｚ面に生成する放射パターンを示す模式図。 図８および図９に示すアンテナ装置のアンテナ反射損失の周波数応答を示す模式図。 図８に示すアンテナ装置がＸ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図８に示すアンテナ装置がＹ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図９に示すアンテナ装置がＸ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。 図９に示すアンテナ装置がＹ−Ｚ面に生成する円形極性化軸比を示す模式図。

符号の説明

１００：アンテナ装置、１１０：Ｌ形接地面、１２０：無指向性チップアンテナ、１２２：フィーディング、１３０：回路板、１４０：欠け口、１５０：ケーブル、２００：アンテナ装置、２１０：Ｌ形接地面、２２０：無指向性チップアンテナ、２２２：フィーディング、２３０：回路板、２４０：欠け口、２５０：ケーブル、５０２：周波数応答曲線、５０４：周波数応答曲線、８００：アンテナ装置、８１０：Ｌ形接地面、８２０：無指向性チップアンテナ、８２２：フィーディング、８３０：回路板、８４０：欠け口、８５０：ケーブル、９００：アンテナ装置、９１０：Ｌ形接地面、９２０：無指向性チップアンテナ、９２２：フィーディング、９３０：回路板、９４０：欠け口、９５０：ケーブル、１２０２：周波数応答曲線、１２０４：周波数応答曲線

Claims (4)

1. 回路板上に配置されるＬ形接地面と、
   前記回路板上の前記Ｌ形接地面の欠け口の中に配置され、かつ前記Ｌ形接地面に電気的に接続される無指向性チップアンテナと
   を備える全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置。
2. 前記無指向性チップアンテナはフィーディングを有し、
   前記フィーディングは前記無指向性チップアンテナの信号を回路板に伝送可能である請求項１に記載の全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置。
3. 前記Ｌ形接地面と前記無指向性チップアンテナとの間の距離は、ゼロにならない請求項１に記載の全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置。
4. 前記Ｌ形接地面の材料は、金属、合金、または他の導電材質からなる請求項１に記載の全地球測位システム信号を受信可能なチップアンテナ装置。
   
   
   
   

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