JP2008526167A - 衛星との通信を改善するための無線通信デバイス・アンテナ - Google Patents

Abstract

無線通信デバイスは、無線通信信号を送信及び／又は受信可能な共振器（３２０）に結合される携帯無線通信信号生成及び受信回路（３１０）を含む。寄生要素（３４０）が共振器（３２０）にほぼ直交して結合されて、寄生要素（３４０）と共振要素（３２０）とが共振して無線通信信号を送信及び／または受信する。好適には、寄生要素（３４０）と共振器（３２０）とは無線通信デバイス端末（５００）の筐体（５２０）に収容されて、衛星（７００）との通信を改善する。

Description

本発明は一般にアンテナに関し、より詳細には無線通信端末と衛星との間の通信用アンテナに関する。

様々な種類の無線通信デバイスが当該技術分野において公知である。このようなデバイスは、共振回路、アンテナ、又は信号を送信及び受信するための他の手段を採用する必要がある。特定のアンテナの設計は、無線通信デバイス又はシステムの大きさ及び信号の制約に依存して変化する。

大きさ及び信号の制約は、モバイル・ステーション又は携帯電話のような無線通信デバイス用端末において特に重要である。このような携帯ユニットの利用がより拡大してくるにつれて、無線通信システムのオペレータはより多くの機能をユニットに加えて、ユニットの市場性とユーザへの利便性とを増加する。増加した機能の範囲の一部として、システム・オペレータは、無線通信デバイスと一つ以上の衛星との間の通信を必要とする機能を現在要求している。そのような機能の例には、ユーザ又はシステム・オペレータが電話機の地理的位置を追跡することが可能な、全地球測位システム（「ＧＰＳ」）衛星からのＧＰＳ信号の検出が含まれる。

しかし、携帯電話のような数多くの通信デバイスのアンテナ受信パターンにより、衛星との通信の性能特性の信頼性が低下する。

上記の必要性は、特に図面と協調して検討するとき、以下の詳細な記載に記載される衛星と通信するための無線通信デバイス用アンテナを用意することにより、少なくとも部分的に満たされる。

当業者は、図の要素が単純性及び明白性を目的として図示されており、縮尺どおりに描かれる必要がないことをと認識するであろう。例えば、図面における幾つかの要素の大きさ及び／又は相対的な位置は他の要素に比べて誇張されており、本発明の様々な実施形態の理解の向上に役立つ。商業的に実現可能な実施形態において利便性があるか又は必要である、共通しているが周知の要素も、本発明のこれら様々な実施形態の理解を妨げないように、しばしば描かれない。本明細書で利用される用語及び表現は、特定の意味が本明細書で説明されていない限り、調査及び研究の各々の対応する領域に関連して一致する用語及び表現として普通の意味を有する、ということも理解されるべきである。

一般的に、これら様々な実施形態に準拠して、無線通信デバイスは、共振回路に結合される携帯無線通信信号生成及び受信回路を含み、共振回路は電磁エネルギーを放射可能である。幾つかの他の集中定数リアクタンス素子が時にはアンテナ部品に結合されて電磁共振を生成したり、或いは通信帯域を広げる（例えばマッチング回路）が、共振回路は典型的にはアンテナ部品である。寄生素子が共振回路にほぼ直交した配置で結合されて、共振回路と寄生要素とが共に無線通信信号を送信及び受信する。

そのように構成されることにより、共振回路と寄生要素とはアッパー・ローブを向上させたアンテナ・パターンを生成する。アッパー・ローブを向上させることにより、衛星からの信号を送受信するための受信領域が改善される。従って、例えばＧＰＳに依存する機能のような、無線通信デバイスと衛星との間の受信に依存するシステム又はユニットの機能の信頼性はより高くなる。

図１を参照すると、従来の無線通信デバイスで利用されるアンテナ・システム１００が記載されている。従来のアンテナ・システム１００は、アンテナ給電点１２０を介して接地面１３０に結合されるメイン・アンテナ１１０を含む。軸ｘ及びｚは基準フレームを確立するために描かれる。従来のアンテナ・システム１００は、携帯電話用の端末のような無線通信デバイスで利用される基本的なシステムである。

従来技術のアンテナ・システム１００のアンテナ・パターンを表したものが図２である。アンテナ・パターンは、ｚ軸の正方向で指定されるパターンの上半球でヌルになり、メイン・ローブが、ｘ軸及びｙ軸に沿って指定される水平方向とｚ軸の負方向で指定される下方とに向かうことが示される。このようなパターンは、グランド・ベースのベース・ステーションと通信するには十分であるが、このパターンはしばしば、スペース・ベースの送受信器又は衛星との通信に対して、不適切且つ信頼できない通信領域を提供する。

本発明の様々な実施形態に従うアンテナ・システム３００が、図３を参照して記載される。軸ｘ及びｚが基準フレームを確立するために描かれる。アンテナ・システム３００は、携帯無線通信信号生成及び受信回路３１０を含む。回路３１０は、デバイスに信号を受信及び／又は送信することを可能にする公知の構造を含む。このような構造は、一つ以上のプロセッサ、メモリ・デバイス、ソフトウェア、又は他のサポート回路を含む。

回路３１０は、送信線３３０を経由し、給電点３６０を介して共振回路３２０に結合される。共振回路３２０は、無線通信信号を送信及び受信するに十分な電磁エネルギーを放射可能である。当業者は、共振回路３２０が単一のバー・アンテナの形態であってもよく、又は無線通信信号を送信及び／又は受信可能な他の構造であってもよいことを認識するであろう。例えば、このような共振器３２０は螺旋型又は二重螺旋型、モノポール型、メイン・アームを拡張できる型、又は他の適切な型を含む。

図３を参照し続けて、寄生要素３４０が共振器３２０にほぼ直交した配置で結合されて、寄生要素３４０と共振器３２０とが共振して無線通信信号を送信及び／又は受信する。当該技術分野において公知なように、寄生要素３４０は、無線通信信号生成及び受信回路３１０により能動的に駆動されないが、共振器３２０と接地面３５０とに受動的に結合して接地面３５０に流れる無線周波数（「ＲＦ」）信号を実質的に低減する。言い換えると、寄生要素３４０は、メイン共振器３２０と共に共振する第二共振器又は導体である。共振器３２０と寄生要素３４０との間の直交関係は、当該技術分野で公知のＶ型ダイポールを近似する。当業者は、Ｖ型ダイポールは、実質的にヌル（受信強度が小さいアンテナパターンの部位）が無い全方向の放射パターンを生成することを認識するであろう。

寄生要素３４０を伴う共振器３２０により生成されるアンテナ・パターンが図４に示される。ほぼ直交した関係になるように共振器３２０に寄生要素３４０を加えることで、ｚ軸の正方向で指定される、アンテナ・パターンのアッパー・ローブが劇的に改善された。共振器３２０と寄生要素３４０との配置により生成されたＶ型ダイポールは、アンテナ・システムが垂直な位置にあるときに、より全方位の放射パターンを形成し、アンテナ・パターンのアッパー・ローブのヌルを消去することに役立つことにより、この改善を成し遂げる。

図３を参照し続けて、アンテナ・システム３００は、アンテナ給電点３６０を介して共振器３２０に結合される接地面３５０を含む。好適な実施形態において、共振器３２０は接地面３５０と共振器２３０とが実質的に平行になるように接地面３５０から伸びるアームを含む。アームは、アンテナの給電点３６０から伸びるアンテナの型の任意の重要な部位である。好適には、寄生要素３４０も接地面３５０に平行である。そのような実施形態において、寄生要素３４０は接地面３５０に隣接した状態であり、共振器３２０は接地面３５０から離れて伸びる。更に、寄生要素３４０は共振器３２０のアンテナ給電点３６０の近くの接地面３５０に結合される。当業者は、共振器３２０と寄生要素３４０との物理的な大きさが、共振器３２０と寄生要素３４０とが共に共振して、所与のシステムにおいて無線通信信号を受信及び／又は送信するための適切な周波数で改善されたアンテナ・パターンを生成するように調整されることを認識するであろう。

別の実施形態が図５を参照して記載される。アンテナ・システム３００は無線通信端末５００に配置される。端末５００は、携帯電話用の端末のような無線通信デバイス用の任意の端末である。このような端末は、当該技術分野ではモバイル・ステーションとして公知である。好適には、接地面３５０は無線通信端末筐体５２０内に配置される絶縁基板５１０を含む。このような実施形態において、接地面３５０は共振器３２０と寄生要素３４０とに比べて有限の大きさを有する。絶縁基板５１０は好適には、無線通信信号生成及び受信回路３１０を埋め込んでいる。この実施形態において、寄生要素３４０は、プリント回路基板である絶縁基板５１０上にプリントされる。

図６に示される他の別の実施形態において、寄生要素３４０は無線通信端末５００の筐体５２０上に配置される。このような実施形態において、寄生要素３４０は筐体５２０上にリゾグラフィ又は他の方法により実現される。別例では、寄生要素３４０は筐体５２０の内側又は外側に接着された独立した要素又は導体である。いずれの場合においても、寄生要素３４０は、給電点３６０の近くに有線又は他の導体６００を介して接地面３５０に結合される。

様々な実施形態の利用が図７を参照して記載される。アンテナ・システム３００を含む無線通信デバイス端末５００は、共振器３２０と寄生要素３４０との配置により、衛星７００とベース・ステーション７１０と信頼できる状態で無線通信を行う。端末５００により受信された衛星からの信号は、マルチメディア・データ、ＧＰＳ信号、又は他の信号のような任意のタイプの信号である。例えば、ＧＰＳ衛星は約１．６ＧＨｚの周波数のＧＰＳ信号を典型的に送信する。アンテナ・システム３００は当業者により調整されて、例えばマッピング・プログラム等を含むＧＰＳ信号を利用する機能を特に、１．６ＧＨｚで信号を送信及び／受信する。

好適には、アンテナ・システム３００は、衛星７００から受信する信号で特徴付けられる以外の一つ以上の周波数領域で信号を送信及び／又は受信するように構成される。このような実施形態において、共振器３２０と寄生要素３４０とは、衛星７００から送信され且つ／又は受信される信号の周波数で共に共振するように調整される。しかし、共振器３２０は、無線通信デバイス端末５００がベース・ステーション７１０と通信するグランド・ベースのシステムの一部として無線通信を送信及び受信するための他の周波数の信号を送信及び受信するように更に動作可能である。そのような無線通信システムの例は、全地球測位システム（「ＧＰＳ」）通信システム、無線ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（「ＶｏＩＰ」）通信システム、無線送信制御プロトコル／インターネット・プロトコル（「ＴＣＰ／ＩＰ」）ベースのシステム、コード分割多重アクセス（「ＣＤＭＡ」）システム、一般パケット無線サービス（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ：「ＧＰＲＳ」）標準システム、又は類似物を含む。共振器３２０はアナログ通信用に別の周波数で信号を更に送信及び受信してもよい。当業者は、無線通信生成及び受信回路３１０の異なる構成により、無線通信デバイスの複数の中心周波数の動作が制御されることを認識するであろう。

そのように構成されて、無線通信デバイスは衛星と信頼性のある信号の送受信を行う。共振器と寄生要素との間のほぼ直行した構成は、無線通信デバイスのアンテナ・パターンのアッパー・ローブの改善をもたらし、衛星との通信の信頼性が向上する。このように改良された通信と共に、ＧＰＳ機能のような無線通信デバイスの機能は、ユーザにとってより身近なものになるであろう。

当業者は、広範囲に様々な改良、代替物及び組み合わせが、本発明の技術思想及び範囲から逸脱せずに上記実施形態に関してなされ得て、そのような改良、代替物及び組み合わせが、発明の概念の領域内として見られるべきであることを認識するであろう。

従来技術を利用したアンテナ・システムの平面図。 図１の従来技術を利用したアンテナ・システムのアンテナ・パターンを表す図。 本発明の様々な実施形態に従う構成物としてのアンテナ・システムの平面図。 図３のアンテナ・システムのアンテナ・パターンを表す図。 本発明の様々な実施形態に従う構成物としての端末の断面図。 本発明の様々な実施形態に従う構成物としての端末の投影的断面図。 本発明の様々な実施形態に従う構成物としてのブロック図。

Claims (11)

1. 装置であって、
   携帯無線通信信号生成及び受信回路と、
   前記無線通信信号生成及び受信回路に結合され、電磁エネルギーを放射可能な共振器と、
   前記共振器とほぼ直交した配置で結合され、前記共振器と共に無線通信信号を送信及び受信する寄生要素と、
   前記共振器に結合される接地面と
   を備える装置。
2. 前記共振器と前記寄生要素とが近似的にＶ型ダイポールを形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記共振器に結合される前記接地面は、絶縁基板を更に備え、且つ前記接地面は前記共振器のアンテナ給電点付近の前記寄生要素に結合される、請求項１に記載の装置。
4. 前記絶縁基板は前記携帯無線通信信号生成及び受信回路を内蔵し、且つ無線通信端末に収容される、請求項３に記載の装置。
5. 前記共振器に結合される前記接地面は、前記携帯通信無線信号生成及び受信回路を包囲する筐体内に配置される有限の大きさを更に備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記無線通信信号生成及び受信回路に結合される前記共振器は、前記接地面から延出して且つ前記接地面にほぼ平行なアームを更に備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記寄生要素はほぼ前記接地面に隣接して伸び、且つ前記接地面にほぼ平行に伸長している、請求項６に記載の装置。
8. 前記寄生要素はプリント基板上にプリントされる、請求項７に記載の装置。
9. 前記携帯無線通信信号生成及び受信回路は無線通信端末内に収容され、且つ前記寄生要素は前記無線通信端末の筐体上の導体を更に備える、請求項７に記載の装置。
10. 前記無線通信信号は衛星から送信される信号を更に備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記無線通信信号は全地球測位システム信号を更に備える、請求項１０に記載の装置。

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