JP2010514240A - アンテナ構成 - Google Patents

Abstract

アンテナ構成は、共通の動作周波数で共振する２つのアンテナを含む。上記構成は、アンテナのそれぞれからの出力信号を結合して結合された信号出力を提供する回路を備える。各アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、三次元アンテナ素子構造とを有する。当該構造は、コアの表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む。

Description

本発明は、２００ＭＨｚを超える周波数で動作するアンテナ構成、及び当該アンテナ構成を含む移動端末に関する。

特許文献１、特許文献２、及び特許文献３はすべて、特定の共通する特徴を有する誘電体装荷アンテナの例を開示している。各アンテナは、比誘電率の高い固体円筒形セラミックコアと、軸に沿ってコアを通過し、遠位端で終端する同軸給電線と、コアの近位部にメッキされる導電性スリーブと、コアの円筒形表面上にメッキされ、遠位端面上のフィーダ終端との半径方向接続とスリーブのリムとの間に延びる複数の細長い螺旋状導電素子とを備える。導電性スリーブと同軸フィーダの外部スリーブとの組み合わせが１／４波長バランを形成し、この１／４波長バランは、フィーダとコアの遠位端の半径方向接続との接続において少なくともおおよそ平衡された状態を生み出す。

特許文献１は、２つの対として形成される４つの細長い螺旋状素子を有する４線巻バックファイアアンテナを開示しており、１対の素子の電気的長さは、他方の対の素子の電気的長さと異なる。この構造は、例えば、１５７５ＭＨｚの動作周波数で直交位相電流を発生させる効果を有し、その結果として、アンテナは、ＧＰＳ（全地球測位システム）衛星コンステレーション内の衛星によって送信されるような円偏波信号に関してほぼ全方向性の放射パターンを有する。

特許文献２は、ツイストループを形成して、アンテナの円筒軸に垂直に延びるヌル軸を中心としたヌルを除き、全方向性の放射パターンをもたらす単一の対の直径方向において対向する螺旋状素子を有するアンテナを開示している。このアンテナは、携帯電話での使用に特に適し、例えば、欧州ＧＳＭバンド（８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）及びＤＣＳバンド（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）のそれぞれ以内の周波数でループ共振を発生させるような寸法であることができる。他の適切なバンドとしては、米国のＡＭＰＳ（８４２ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）及びＰＣＮ（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）バンドが挙げられる。

特許文献３は、ＧＰＳと携帯電話システムとの組み合わせのようなデュアルサービスシステムにおける、特許文献１と同じ全体構造を有するアンテナの使用を開示しており、アンテナは、共振が４線巻（円偏波）モードの場合にはＧＰＳの受信に使用され、共振がシングルエンド（直線偏波）モードの場合には電話信号に使用される。

本出願人により、大半の用途において、直径１０ｍｍを有する上述したようなアンテナのコアが所要効率を提供することが分かった。特に、１５７５ＭＨｚでのＬバンドＧＰＳ受信に適するアンテナは約１０ｍｍの直径を有し、長手方向に延びるアンテナ素子は、約１２ｍｍの平均長手方向寸法を有する。１５７５ＭＨｚにおいて、導電性スリーブの長さは、通常、５ｍｍの範囲内にある。ボア内の同軸フィード構造の直径は、２ｍｍの範囲内にある。本出願人によって開示される他の誘電体装荷アンテナは同様の寸法を有し、大半の用途において、直径約１０ｍｍを有する。

上述したアンテナは、その小型サイズに起因するのみならず、人体のような物体の近くに配置されたときにはっきりとした離調を受けないため、小型ハンドヘルド装置での使用に特に適する。従来、直径１０ｍｍを有するアンテナは、大半の移動装置内に適合するのに十分に小さかった。他の種類の携帯装置と同様に、主な設計基準のうちの１つは小型化
である。したがって、移動装置製造業者は、１０ｍｍ未満の幅を有する誘電体装荷アンテナの必要性を認識した。しかし、上述したような誘電体装荷アンテナのサイズを低減させると、アンテナの効率が大幅に低下してしまう。これは、大まかに、効率が放射抵抗に比例し、放射抵抗が直径の二乗に反比例するためである。

英国特許出願公開第２２９２６３８号明細書 英国特許出願公開第２３０９５９２号明細書 英国特許出願公開第２３１１６７５号明細書

本発明の目的は、直径を低減した移動装置のアンテナ効率の低減を軽減又は回避することである。

本発明の第１の態様によれば、アンテナ構成は、共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つのアンテナと、周波数においてアンテナのそれぞれからの出力信号を結合して結合された信号出力を提供するように構成される回路とを備え、各アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、当該コアの表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造とを備える。

このような構成では、同様の寸法の単一アンテナを有する構成と比較して電磁放射の有効開口がより大きい。その結果、効率は、本発明によるアンテナ構成が、対応する単一アンテナ構成よりも小さな直径を有するアンテナを使用できる程度まで向上する。

好ましくは、結合回路は出力ノード及び複数のアームを備え、各アームは、それぞれのアンテナと出力ノードとの間に接続される。通常、各アンテナは、アームのそれぞれの第１端に結合されたフィード接続を備え、アームの他端は出力ノードを構成する。本発明の好ましい実施形態では、結合回路は、各フィード接続が動作周波数において他の各フィード接続から分離されるように構成され、通常、これは、各アームが、動作周波数においてアーム両端間で９０°の位相シフトを行うとともに、アンテナのフィード接続において各アンテナ及び任意の介在する回路によって提示されるインピーダンスを逓昇する位相シフト素子及びインピーダンス変換素子を備えるように構成することによって達成され、このような位相シフト素子及びインピーダンス変換素子は、フィード接続において各対の素子間のキャンセル抵抗によって相互接続される。抵抗の値は、好ましくは、フィード接続対の各フィード接続において、対の他方のフィード接続での信号が出力ノードを介して２つのアームを通じて送られている結果として、そのフィード接続に存在する電圧成分が、キャンセル抵抗を介してソースフィード接続から送られている別の電圧成分と同じ大きさであり、且つ逆位相であるように選択される。これにより、２つの成分の和である、結果として発生する電圧は実質的にゼロである。したがって、アンテナフィード接続は互いに分離される。位相シフト素子及びインピーダンス変換素子は、１／４波長伝送線の区分又は集中構成要素であってよい。位相シフト素子及びインピーダンス変換素子が１／４波長伝送線の区分である場合、それらは好ましくはマイクロストリップ線であり、マイクロストリップ線は、２つのアンテナを有する構成の場合、通常、約√２×結合回路の出力インピーダンスという特性インピーダンスを有する。したがって、出力インピーダンスが５０Ωの場合、伝送線区分の特性インピーダンスは約７１Ωである。

好ましい実施形態では、構成は、マイクロストリップ伝送線によって出力ノードにそれぞれ接続される２つのアンテナを備える。単一の抵抗が、アンテナのフィード接続間に接続される。

各アンテナのコアは、好ましくは、軸に沿って通り、コアの遠位端で終端する同軸フィーダの長さを有する円筒体である。同軸フィーダは内部導体及び外部シールド導体を有し、これらは絶縁外装によって隔てられる。導電性スリーブがコアの近位端の周囲にメッキされ、コアの近位端において同軸フィーダのシールド導体に結合する。細長い導電性アンテナ素子は、好ましくは、コアの遠位端における同軸フィーダとの接続からコアの円筒表面上の導電性スリーブのリムとの接続まで延びる螺旋状のトラックである。導電性スリーブは、フィーダと協働してバランとして働き、実質的に平衡された状態を同軸フィーダと螺旋状素子との間の接続において促す。

アンテナは一般に、実質的に同じ寸法を共有し、好ましくは同一である。この構成のアンテナは、好ましくは、各アンテナの軸が他のアンテナの軸と平行になり、アンテナの第１及び第２の端面が実質的に、共通の第１の平面及び第２の平面内にあるように位置決めされる。

アンテナの軸は通常、実質的に回折パターンに伴う問題を回避するために、互いに動作周波数における半波長（１５７５ＭＨｚにおいて約９．５ｃｍ）よりも近い。有利なことに、アンテナの円筒表面は、アンテナ間の過度の結合を回避するために、少なくとも０．０５λだけ離れている。λは、動作周波数における無線波長である。このアンテナ間隔の範囲は、この構成を様々な装置、特に携帯電話のようなハンドヘルド装置に向くものとする。

この構成が、それぞれ中心軸を有する実質的に同一のヘリカルアンテナ対を備えることが特に有利であり、２つの軸は平行して離間され、２つのアンテナは、互いに同じ軸方向位置をさらに有し、それぞれの軸を中心としたアンテナの回転位置は１８０°異なる。これには、アンテナの間隔内で電荷結合させる効果があり、この構成の放射パターン全体に恩益がある。

これは、互いに近くに配置されて同じ向きを有し、同じ位相を有する信号によってそれぞれのフィード接続で駆動される２つのアンテナを有することの影響を考えることによってより明確に理解することができる。２つのアンテナが互いの徐々に近くに移動するにつれ、観察可能な第１の影響は、個々のアンテナの放射パターンが歪むことである。円偏波放射の２つのアンテナの場合、この影響の原因は、近傍界内で回転する２つのダイポールを考えることによって視覚化することができる。或る瞬間にダイポールが２つのアンテナを結ぶ線に沿って並んだ場合、アンテナが同様であり、且つ同様の向きを有するならば、アンテナ間の空間内の電荷は相殺される傾向を有し、中央領域内の全体的な電荷濃度が低減し、それにより、所与の瞬間での結合電荷パターンは、アンテナ対を横切る単一のダイポールに類似する。この結果、結合円偏波パターンが損なわれる。この損害は、上述したようにアンテナの向きを別々にすることによって軽減することができる。ここで、新しい向きの場合、所与の瞬間での２つの電荷ダイポールは、アンテナ間を結ぶ線に沿って並んだときに対向する。したがって、この特徴を使用して、放射パターンに関して要求される性能を維持しながら、アンテナを互いに、本発明を使用しない場合に実現可能な程度よりも近くに配置することが可能である。

円偏波がこのようなアンテナ構成に軸の方向において入射する場合、アンテナから供給されるそれぞれの信号の位相は１８０°異なるため、この好ましい構成は、アンテナのうちの一方フィード接続と結合回路の関連付けられる１／４波長伝送線との間に接続される
半波遅延線を有する。

さらなる態様によれば、本発明は、上記のアンテナ構成を備える移動端末を提供する。

本発明のさらなる態様によれば、移動端末は、２００ＭＨｚを超える周波数で動作する２つのアンテナを備え、当該アンテナはそれぞれ、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、少なくとも一対のアンテナ素子を有する三次元アンテナ素子構造と、フィード接続とを備え、当該移動端末は、回路構成であって、フィード接続を共通の出力ノードに結合し、当該フィード接続を当該フィード接続のうちの他方から絶縁し、それにより、結合された信号出力を提供する、回路構成をさらに備える。

なおさらなる態様によれば、本発明は、ハンドヘルド無線信号受信器用のアンテナ組立体であって、共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つの誘電体装荷アンテナであって、５よりも大きい比誘電率を有し、容積の大部分を占めると共に、コアの外表面によって画定される固体誘電材料の電気絶縁コアと、当該コアの外表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造と、アンテナ構造に結合される出力接続とをそれぞれ備える少なくとも２つの誘電体装荷アンテナと、アンテナのそれぞれの出力接続に結合されると共に、共通動作周波数において当該出力接続に提示される信号を結合して、結合信号出力を提供するように構成される信号結合器とを備え、アンテナは、組立体間に離間される関係で搭載される、アンテナ組立体を提供する。

なおさらなる態様によれば、本発明は、携帯クラムシェル端末であって、マイクロホンを収容し、内面を有する本体部と、イヤホンを収容するカバー部と、本体部の縁に関連して、カバー部を本体部に接続して、カバー部が、内面が露出される開位置と、内面を覆う閉位置との間で旋回できるようにするヒンジ構成とを備え、端末は、中心軸をそれぞれ有する少なくとも２つの誘電体装荷アンテナと、当該２つのアンテナによって受信した信号を結合する結合回路とをさらに備え、アンテナは、それぞれの中心軸が互いに平行し、本体部の内面に実質的に平行する状態でヒンジ構成の領域において本体部に取り付けられ、アンテナは、ヒンジ軸の方向において離間される並んだ構成である、携帯クラムシェル端末を提供する。

通常、アンテナの間隔は、端末の型に合うように、最も近いポイントで１０ｍｍ〜４０ｍｍである。

好ましくは、ヒンジ構成は、本体部のそれぞれの側に関連すると共に、共通のヒンジ軸を有する２つの軸方向において離間されたヒンジ部を備え、アンテナ構成は、ヒンジ部間に配置された一対のアンテナを備える。

なおさらなる態様によれば、本発明は、本体部と、本体部にヒンジ接続されるカバー部と、共通の動作周波数でそれぞれ共振すると共に、それぞれの対称軸をそれぞれ有する一対の誘電体装荷ヘリカルアンテナとを有する携帯クラムシェル端末であって、アンテナは、ヒンジ軸の領域に取り付けられ、それぞれの軸が平行になった状態で並んで離間された構成で取り付けられる、携帯クラムシェル端末を提供する。

上記のアンテナ構成は信号送信及び信号受信に対して有用である。したがって、本発明はまた、携帯端末用のアンテナ構成であって、共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つのアンテナと、入力信号を実質的に同一の分割信号に分割し、分割信号をアンテナのそれぞれに供給するように構成される回路とを備え、各アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、コアの表面上に、又は隣接して配置され
る、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造とを備える、アンテナ構成を提供する。

本発明について、図面を参照して例としてこれより説明する。

本発明による第１のアンテナ構成を組み込んだ移動端末の一部分の図である。 本発明による第１のアンテナ構成を組み込んだ移動端末の一部分の図である。 本発明により構成された第１のアンテナを組み込んだ移動端末の一部分の図である。 斜め上から見た、図１に示すアンテナ構成の部分を形成するアンテナの斜視図である。 斜め下から見た、図２に示すアンテナの別の斜視図である。 図２及び図３のアンテナのフィード構造の長手方向断面図である。 図３及び図４のフィード構造及びアンテナの概実質的な回路図である。 図１Ａ〜図１Ｃのアンテナ構成の結合回路の概実質的な図である。 図１Ａに示すアンテナの放射パターンの概実質的な図である。 本発明の代替の実施形態を含む移動端末の部分の図である。 本発明の代替の実施形態を含む移動端末の部分の図である。 本発明の代替の実施形態を含む移動端末の部分の図である。 本発明による携帯端末の斜視図である。

図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、本発明によるアンテナ構成２は、アンテナ搭載プリント回路基板（ＰＣＢ）８（又は他の適した基板）上に搭載される２つのアンテナ４、６を含む。ＰＣＢ８は細長く、アンテナ４、６は両側に配置される。結合回路１０が、ＰＣＢ８の下面、すなわち、アンテナが搭載される面とは逆の面に配置される。ＰＣＢ８は、素子ＰＣＢ１２に垂直に搭載される。受信器１４が素子ＰＣＢ１２上に搭載される。アンテナは結合回路１０に結合され、結合回路１０は受信器１４に結合される。アンテナ構成についてはより詳細に後述する。

アンテナ４、６は同一であり、４線巻誘電体装荷アンテナである。

図２及び図３を参照すると、アンテナ６０は、５よりも大きい誘電率を有する電気絶縁材料の円筒コア６２を備える。アンテナは、円筒形セラミックコア６２の円筒外表面にメッキ又は別の方法で金属化される４つの軸方向において同一の広がりを有する螺旋状トラック６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄを有するアンテナ素子構造を備える。コアは、遠位端面６２Ｄからコア６２を通じて近位端面６２Ｐまで延びるボア（図示せず）の形態の軸方向通路を有する。これらの面は両方とも、コアの中心軸に垂直な平坦な面である。これらの面は、一方が遠位方向に向けられ、他方が近位方向に向けられるという点で逆に向けられる。ボア６２Ｂ内には、同軸フィーダ構造が収容される。図４に示すように、フィーダ構造は、導電性管状外側シールド７２と、第１の管状絶縁層７４と、層７４によってシールドから絶縁される細長い内部導体７６を有する同軸伝送線７０とを含む。この場合、絶縁層７４は第１の空気ギャップである。シールド７２は、外側に向かって突出し、一体形成されるバネタング７２Ｔ又はスペーサを有し、バネタング７２ＴＹ又はスペーサは、シールドをボアの壁から離間する。したがって、第２の管状空気ギャップが、シールド７２とボアの壁との間に存在する。

フィーダ構造の下部の近位端において、内部導体７６は、絶縁ブッシュ７８Ｂによってシールド７２内の中央に配置される。伝送線７０は、所定の特性インピーダンス、ここでは５０Ωを有し、アンテナ素子６０Ａ〜６０Ｄの遠位端を機器の無線周波（ＲＦ）回路に結合するアンテナコア６２を通り、無線周波（ＲＦ）回路にアンテナが接続される。アンテナ素子６０Ａ〜６０Ｄとフィーダとの間の結合は、ラミネートボード（ＰＣＢ）８０及び螺旋状トラック６０Ａ〜６０Ｄに関連する半径方向導体を介して行われ、これらの導体は、コア６２の遠位端面６２Ｄ上にメッキされた半径方向トラック６０ＡＲ、６０ＢＲ、６０ＣＲ、６０ＤＲとして形成される。各半径方向トラックは、それぞれの螺旋状トラックの遠位端からボア６２Ｂの端部に隣接する場所まで延びる。マッチングする相手方の組立体の構造及びその伝送線７０の遠位端への接続について後述する。伝送線７０の近位端において、内部導体７６は近位部７６Ｐ（図３参照）を有し、近位端７６Ｐは、機器回路に接続するために、ピンとしてコア６２の近位面６２Ｐから突出する。同様に、シールド７２の近位端上の一体型ラグ７２Ｆが、機器回路接地と接続するために、コア近位面６２Ｐを超えて突出する。

導電性スリーブ６４がコア６２の近位端上にメッキされる。コアの近位端面６２Ｐには導体６８がメッキされ、メッキ６８は、コアの近位端面６２Ｐ上の同軸外側シールド７２をスリーブ６４に接続する。ヘリカルアンテナ素子６０Ａ〜６０Ｄは、コア６２Ｄの遠位端における同軸フィード線との接続と導電性スリーブ６４のリム６６との接続との間に延びる。導電性スリーブ６４及び同軸フィードの外側スリーブはバランとして働き、螺旋状素子６０Ａ〜６０Ｄと同軸伝送線との間の接続において実質的に平衡された状態を促す。

スリーブ６４のリム６６の、コアの近位面６２Ｐからの距離が異なる結果として、４つのヘリカルアンテナ素子６０Ａ〜６０Ｄの長さは異なり、素子のうちの２つ６０Ｂ、６０Ｄは他方の２つ６０Ａ、６０Ｃよりも長い。したがって、より短いアンテナ素子６０Ａ、６０Ｃがスリーブ６４に接続される場合、リム６６は、より長いアンテナ素子１０Ｂ及び１０Ｄがスリーブ２０に接続される場所よりも近位面６２Ｐからわずかに離れる。

アンテナ素子６０Ａ〜６０Ｄの長さが異なることにより、アンテナが、円偏波信号の影響を受けやすい共振モードで動作する場合、より長い素子６０Ｂ、６０Ｄ内の電流とより短い素子６０Ａ、６０Ｃ内の電流との間にそれぞれ位相差が生じる。バランスリーブを有する４線巻誘電体装荷アンテナの動作については、英国特許出願公開第２２９２６３８号明細書及び英国特許出願公開第２３１０５４３号明細書において、より詳細に説明されている。

フィーダ構造の平坦なラミネートボード８０は、線７０の遠位端に接続される。ラミネートボード又はプリント回路基板（ＰＣＢ）８０は、コア６２Ｄの遠位端面とぴったりと対面接触する。ＰＣＢ８０の最大寸法はコア６２の直径よりも小さく、それにより、ＰＣＢ８０は完全に、コア６２の遠位端面６２Ｄの周縁内にある。

ＰＣＢ８０は、コアの遠位面６２Ｄの中心に配置される円盤の形態である。その直径は、半径方向トラック６０ＡＲ、６０ＢＲ、６０ＣＲ、６０ＤＲの内端及びそれぞれの部分的に環状の相互接続６０ＡＢ、６０ＣＤに重なるようなものである。ＰＣＢ８０は、同軸フィーダ構造の内部導体７６を受ける実質的に中央にある穴８２を有する。３つの中心からずれた穴８４が、シールド７２の遠位ラグ７２Ｇを受ける。ラグ７２Ｇは、同軸フィーダ構造に対するＰＣＢ８０の配置を支援するために曲げられるか、又は「湾曲」する。

ＰＣＢ８０は、複数の絶縁層及び複数の導電層を有するという点で多層ラミネートボードである。この実施形態では、ラミネートボードは、図５に示すように、同軸線７０とアンテナ素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄとの間にキャパシタンス及びインダクタンス
を提供するように構成される。ここで、アンテナ素子は導体９０で表され、同軸フィードは導体９２で表される。この構成のさらなる詳細については、同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２２５７号明細書に提供されている。

図３と併せて再び図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、アンテナ４、６は、それらの近位端面６２Ｐによってアンテナ搭載ＰＣＢ８に搭載される。ラグ７２Ｆ及び近位内部導体７６Ｐは、ＰＣＢ８に形成される穴を通り、ＰＣＢ８の下側から突出する。アンテナ４の内部導体７６Ｐは第１の回路ノード２６に接続され、アンテナ６の内部導体７６Ｐは第２の回路ノード２８に接続される。第１のノード２６は、装置の動作周波数において半波長に等しい長さを有する長さのマイクロストリップ伝送線３２によって第３の回路ノード３０に接続される。例えば、ＬバンドＧＰＳ信号は周波数１．５７５ＧＨｚを有し、波長約１９ｃｍを有する。伝送線３２の長さは９．５ｃｍを有効比誘電率の平方根で除算したものであり、有効比誘電率はマイクロストリップ線の寸法及びそれを載せている基板の材料に依存する。抵抗３４が、第３のノード３０と第２のノード２８との間に接続される。抵抗は、各アンテナのソースインピーダンスの２倍の値を有し、この場合、１００Ωの値を有する。回路は、２つの１／４波長マイクロストリップ伝送線３６、３８も備える。各線３６、３８の一端は、第２のノード２８及び第３のノード３０のそれぞれ１つに接続される。各伝送線の他端は出力ノード４０に接続される。伝送線３６、３８は、回路１０の出力インピーダンスの√２倍の特性インピーダンスを有し、本事例では、伝送線のそれぞれの特性インピーダンスは、通常、７１Ωである。

ラグ７２Ｆは導電性トラック部１６、１８に接続され、導電性トラック部１６、１８はそれぞれ、アンテナ搭載ＰＣＢ８上に形成される貫通穴２０、２２にも接続される。これらの貫通穴は、それらの内表面上にメッキされ、以降、ビアと呼ばれる。ＰＣＢ８の上表面に形成される導体２４もビア２０、２２に接続される。この導体は、回路１０と実質的に同じ面積を覆い、マイクロストリップ伝送線３２、３６、３８の接地平面導体である。

出力ノード４０は、はんだを使用して導電性トラック４２に接続され、導電性トラック４２は無線信号受信回路１４に接続される。導電性トラック１６、１８はさらに、素子ＰＣＢ１２においてビア４４、４６に接続される。ビア４４、４６は素子ＰＣＢ１２の接地平面４８に接続される。

図６を参照すると、ウィルキンソン結合器のマイクロストリップ伝送線は１／４波長変換器５０、５２として示され、第３のノード３０と第２のノード２８との間に接続された抵抗はＲとして示される。各アンテナのアンテナ素子構造はそれぞれ５４及び５６として示される。位相補償遅延線は半波変換器５８として示される。

図２に関連して上述したように、ヘリカルアンテナ素子のうちの２つ６０Ｂ、６０Ｄは、他方の２つのヘリカル素子６０Ａ、６０Ｃよりも長い。この長さの差は、円偏波信号を受信するアンテナの能力にとって重要である。使用に際して、無線信号がアンテナ６０によって受信されると、ダイポールがコア６２を横切って対向するアンテナ素子（例えば、６０Ｂ、６０Ｄ）との間に生成される。これは回転ダイポールであり、その向きは、任意の所与の瞬間において、時間のみならず、アンテナの向きにも依存する。（図１Ａ〜図１Ｃに示されるような）のアンテナを含むアンテナ構成によって受信された所与の受信無線信号の場合、長手軸を中心にした１８０度のアンテナの回転により、ダイポールの極性が逆になる。

図２及び図３と併せて再び図１Ａを参照すると、アンテナ６は、そのアンテナ素子がアンテナ４の対応するアンテナ素子に対して１８０度のところにあるように配向される。特に、アンテナ４は、そのアンテナ素子６０Ｃ及び６０Ｃがアンテナ６に向けて方向付けら
れるように配向され、アンテナ６は、アンテナ素子６０Ｃ及び６０Ｄがアンテナ４に向けて方向付けられるように配向される。このようにして、無線信号が構成２に入射すると、各アンテナ４、６において生成されるダイポールが、図７に示すように、所与の任意の瞬間において他方のアンテナにおいて生成されるダイポールとは逆の極性を有する。したがって、ダイポールは互いの鏡像であるため、上述したように、アンテナ間の空間での電荷相殺が回避される。この結果、全方向性であり、アンテナ間で低減されない結合放射パターンが生じる。アンテナが相反法則に従うことが当業者には理解されるであろう。したがって、語句「放射パターン」は、当業者により理解される意味で、すなわち、アンテナが送信器に接続された場合のような放射エネルギーを必ずしも表す必要がないパターンを意味し、ひいては、電磁放射エネルギーの収集及び放射の両方に関するアンテナの能力を表すパターンを意味するために使用される。

この構成により、所与の受信無線信号に応答してアンテナ４、６によって生成される信号は、１８０度位相ずれする。半波変換線３２は、アンテナのうちの一方（アンテナ４）で生成された信号を半波長だけ遅延させることによってこれを補償する。

図８Ａ〜図８Ｃを参照して、本発明による代替のアンテナ構成１００を示す。当該アンテナ構成が図１Ａ〜図１Ｃに示される構成と共通して有する特徴は、同様の参照符号で示される。この実施形態では、結合回路１０は、アンテナ搭載ＰＣＢ８上ではなく素子ＰＣＢ１２上に形成される。各アンテナ４、６は、同軸フィード線がアンテナの近位端６２Ｐの表面を超えて延びる代替のフィード接続構成を有する。延長同軸フィード線は、近位内部導体１０２及び近位外部導体１０４を備える。内部導体１０２及び外部導体１０４は絶縁体によって隔てられる。外部導体１０４及び絶縁体の近位端は、端面６２Ｐから短い距離のところで互いに同一平面にある。内部導体１０２はフィード接続のこれらの部分を超えて延び、外部回路への接続を可能にする。内部導体１０２及び外部導体１０４は、アンテナ搭載ＰＣＢ８の貫通穴内に配置される。外部導体１０４は素子ＰＣＢ１２のビア１０６に接続され、ビア１０６は、素子ＰＣＢ１２の下面の接地平面１０８に接続あれる。内部導体１０２は、上表面、すなわち、接地平面が形成される表面とは逆の素子ＰＣＢ１２の表面に形成される導体トラックに結合される。結合回路１０は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述したものと同じである。アンテナ４、６は、図１Ａ〜図１Ｃを参照して上述したように配向される。

図１Ａ〜図１Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃを参照して、各軸を中心にして互いに１８０度回転して配向されるものとしてアンテナを説明した。代替の構成では、アンテナ４、６は、一方のアンテナ４の上面６２Ｄが他方のアンテナ６の上面６２Ｄの上又は下に半波長だけオフセットされるように配置される。この構成では、アンテナ４、６は異なる回転向きを有さない。換言すれば、移動端末内でのそれらの回転向きは同じである。この構成でも、各アンテナによって生成されるダイポールは、端末内の所与の軸高さで任意の所与の受信無線信号に対して逆の極性を有する。上述したように、これはアンテナ間の電荷相殺を防ぐ。

図９を参照して、図１〜図７を参照して上述したアンテナ構成を組み込んだ移動端末の一例を与えるために、携帯電話のようなクラムシェル端末１１０が開構成で示される。クラムシェル端末１１０は本体部１１２及びカバー部１１４を備え、これらは一対の同軸ヒンジ部１１６、１１８によって仮接続される。カバー部１１４は内面（図示せず）を備え、通常、ディスプレイを収容する。本体部１１２は内面（これも図示せず）を備え、通常、キーパッドを収容する。ヒンジ部１１６、１１８は、カバー部１１４が本体部１１２上にある閉構成（図示せず）と開構成との間で移動できるようにする。

アンテナ筐体１２０が、本体部の上縁部として本体部１１２と一体形成され、ヒンジ部
１１６、１１８の間に位置決めされる。２つの誘電体装荷円筒アンテナ４、６が、筐体１２０の両端に搭載される。アンテナ４、６は、少なくとも０．０５λだけ離間され、この場合、約２０ｍｍ離間される。それらの遠位端は本体部１１２の上縁から外向きに方向付けられ、それにより、携帯電話が使用中であるか、又は本体部１１２の内面を直立に保たれているとき、概して上を向くように向けられる。特に、アンテナ４、６は、それらの軸が本体部１１４の内面に実質的に平行し、内面に平行することに加えて、内面の背後に延びる平面を画定するように向けられる。軸は、軸に垂直な方向において離間され、本体部１１４の中心線を中心にして対称に配置される。

Claims (41)

1. 携帯端末のためのアンテナ構成であって、
   共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つのアンテナと、
   前記周波数において前記アンテナのそれぞれからの出力信号を結合して結合された信号出力を提供するように構成される回路とを備え、
   各アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、該コアの表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造とを備える、アンテナ構成。
2. 前記結合回路は出力ノード及び複数のアームを備え、各アームは、それぞれのアンテナと前記出力ノードとの間に接続される、請求項１に記載の構成。
3. 前記アンテナはそれぞれ、フィード接続を備え、該フィード接続は、前記アームの各第１端に結合される請求項２に記載の構成。
4. 各フィード接続は、前記動作周波数において該フィード接続又は各フィード接続から分離されるように構成される、請求項３に記載の構成。
5. 各アームは、動作周波数においてその両端間で位相を９０度シフトさせる位相シフト素子を備え、前記結合回路は、前記それぞれの対又は各それぞれの対のフィード接続を相互接続するキャンセル抵抗をさらに備え、前記キャンセル抵抗は、前記位相シフト素子と併せて、各フィード接続を前記それぞれの対の他方のフィード接続から絶縁する、請求項４に記載の構成。
6. 各アームは、前記それぞれのアンテナ及び該アンテナの前記フィード接続における任意の介在する回路によって提示される前記インピーダンスを逓昇するインピーダンス変換素子を備え、前記結合回路は、前記それぞれの対又は各それぞれの対のフィード接続を相互接続するキャンセル抵抗をさらに備え、該キャンセル抵抗は、前記インピーダンス変換素子と併せて、各フィード接続を前記それぞれの対の他方のフィード接続から絶縁する、請求項４に記載の構成。
7. 各前記素子は１／４波長伝送線区分を備える、請求項５又は６に記載の構成。
8. 前記１／４波長伝送線区分は１／４波マイクロストリップ伝送線である、請求項７に記載の構成。
9. 各前記マイクロストリップ伝送線は、約√２×前記結合回路の前記出力インピーダンスという特性インピーダンスを有する、請求項８に記載の構成。
10. 前記マイクロストリップ伝送線はそれぞれ、約７１Ωの特性インピーダンスを有する、請求項９に記載の構成。
11. 前記アンテナは、該アンテナのそれぞれの近傍界が該アンテナ間の空間内で建設的に結合するように互いに対して配向される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の構成。
12. 前記構成は２つのアンテナを備え、前記結合回路は２つのアームを備え、単一の抵抗構成要素が、前記アンテナのうちの一方の前記フィード接続と前記アンテナのうちの他方の前記フィード接続との間に接続される、請求項３〜１１のいずれか１項に記載の構成。
13. 前記アンテナは、円筒形であり、各アンテナの軸が他のアンテナのそれぞれの軸と平行になり、該アンテナの端面が実質的に同じ平面内にあるように位置決めされる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の構成。
14. 前記アンテナの前記軸は、動作周波数における半波長の半分より離れていない、請求項１３に記載の構成。
15. 前記アンテナの前記円筒表面は、少なくとも０．０５λだけ離れており、λは、動作周波数における無線波長である、請求項１４に記載の構成。
16. 各アンテナの前記アンテナ素子は、前記円筒コアの一端面から他端面の方向において前記円筒形表面上にそれぞれ延びる導電性螺旋状トラックを備える、請求項１５に記載の構成。
17. 各アンテナの前記アンテナ素子構造は、前記コアを囲み、前記コアの前記一端面から離れた位置にある前記アンテナ素子の端を相互接続するリンク導体をさらに備える、請求項１６に記載の構成。
18. 前記アンテナは、該アンテナの中心軸に配置される同軸伝送線区分をさらに備える、請求項１７に記載の構成。
19. 各アンテナの前記フィード接続は前記コアの近位端にあり、同軸伝送線は、前記フィード接続を前記コアの遠位端にある前記アンテナ素子に接続する、請求項１７に記載の構成。
20. 各アンテナの前記同軸伝送線は内部導体及び外部導体を有し、該内部導体は第１の対のアンテナ素子に結合され、該外部導体は第２の対の素子に結合され、前記アンテナは、アンテナのそれぞれの前記第１の対のアンテナ素子が前記アンテナのうちの他方に向けて方向付けられるように配向される、請求項１９に記載の構成。
21. 半波遅延線をさらに備え、該半波遅延線は、前記アンテナのうちの一方の前記フィード接続と前記結合回路の関連付けられるアームとの間に接続される、請求項２０に記載の構成。
22. 請求項１〜２１のいずれか１項に記載の前記アンテナ構成を備える移動端末。
23. ２００ＭＨｚを超える周波数で動作する２つのアンテナを備える移動端末であって、該アンテナはそれぞれ、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、少なくとも一対のアンテナ素子を有する三次元アンテナ素子構造と、フィード接続とを備え、該移動端末は、回路構成であって、該フィード接続を共通の出力ノードに結合し、該フィード接続を該フィード接続のうちの他方から絶縁し、それにより、結合された信号出力を提供する、回路構成をさらに備える、移動端末。
24. 前記回路構成は少なくとも２つのアームを備え、各前記アームは、前記アンテナのうちのそれぞれの一方のフィード接続を前記共通出力ノードに接続する、請求項２３に記載の移動端末。
25. 前記アームは１／４波長変換器である、請求項２４に記載の移動端末。
26. 前記変換器は１／４波長伝送線である、請求項２５に記載の移動端末。
27. 前記回路構成は、前記フィード接続間に接続される抵抗構成要素をさらに備える、請求項２６に記載の移動端末。
28. 前記アンテナは、使用中に実質的に垂直に方向付けられる前記端末の一端に配置される、請求項２３〜２８のいずれか１項に記載の移動端末。
29. ハンドヘルド無線信号受信器用のアンテナ組立体であって、
    共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つの誘電体装荷アンテナであって、５よりも大きい比誘電率を有し、容積の大部分を占めると共に、前記コアの外表面によって画定される固体誘電材料の電気絶縁コアと、該コアの外表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造と、該アンテナ構造に結合される出力接続とをそれぞれ備える少なくとも２つの誘電体装荷アンテナと、
    前記アンテナの前記それぞれの出力接続に結合されると共に、該共通動作周波数において該出力接続に提示される信号を結合して、結合信号出力を提供するように構成される信号結合器とを備え、
    前記アンテナは、該組立体内に離間される関係で搭載される、アンテナ組立体。
30. 携帯クラムシェル端末であって、マイクロホンを収容し、内面を有する本体部と、イヤホンを収容するカバー部と、前記本体部の縁に関連して、該カバー部を該本体部に接続して、該カバー部が、前記内面が露出される開位置と、該内面を覆う閉位置との間で旋回できるようにするヒンジ構成とを備え、該端末は、中心軸をそれぞれ有する少なくとも２つの誘電体装荷アンテナと、共通動作周波数において該２つのアンテナによって受信した信号を結合する結合回路とをさらに備え、前記アンテナは、それぞれの中心軸が互いに平行し、前記本体部の前記内面に実質的に平行する状態で前記ヒンジ構成の領域において前記本体部に取り付けられ、前記アンテナは、前記ヒンジ軸の方向において離間される並んだ構成である、携帯クラムシェル端末。
31. 前記アンテナは、前記共通の動作周波数において０．０５λ〜０．２０λの距離だけ離間される、請求項３０に記載の携帯端末。
32. 前記ヒンジ構成は、前記本体部の前記それぞれの側に関連すると共に、共通のヒンジ軸を有する２つの軸方向において離間されたヒンジ部を備え、前記アンテナ構成は、前記ヒンジ間に配置された一対のアンテナを備える、請求項３０又は３１に記載の携帯端末。
33. 本体部と、該本体部にヒンジ接続されるカバー部と、共通の動作周波数でそれぞれ共振すると共に、それぞれの対称軸をそれぞれ有する一対の誘電体装荷ヘリカルアンテナとを有する携帯クラムシェル端末であって、前記アンテナは、前記ヒンジ軸の前記領域に取り付けられ、それぞれの軸が平行になった状態で並んで離間された構成で取り付けられる、携帯クラムシェル端末。
34. 携帯端末用のアンテナ構成であって、
    共通の動作周波数でそれぞれ共振する少なくとも２つのアンテナと、入力信号を実質的に同一の分割信号に分割し、該分割信号を前記アンテナのそれぞれに供給するように構成される回路とを備え、
    各アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁コアと、前記コアの表面上に、又は隣接して配置される、少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を含む三次元アンテナ素子構造とを備える、アンテナ構成。
35. 前記分割回路は入力ノード及び複数のアームを備え、各アームは、それぞれのアンテナと出力ノードとの間に接続される、請求項３４に記載のアンテナ構成。
36. 前記アンテナはそれぞれ、フィード接続を備え、該フィード接続は、前記アームの各第１端に結合される、請求項３５に記載のアンテナ構成。
37. 各フィード接続は、前記動作周波数において該フィード接続又は各フィード接続から分離されるように構成される、請求項３６に記載のアンテナ構成。
38. 各アームは、前記動作周波数においてその両端間で位相を９０度シフトさせる位相シフト素子を備え、前記分割回路は、前記それぞれの対又は各ぞれぞれの対のフィード接続を相互接続するキャンセル抵抗をさらに備え、前記キャンセル抵抗は、前記位相シフト素子と併せて、各フィード接続を前記それぞれの対の他方のフィード接続から絶縁する、請求項３７に記載のアンテナ構成。
39. 各アームは、前記それぞれのアンテナ及び該アンテナの前記フィード接続における任意の介在する回路によって提示される前記インピーダンスを逓昇するインピーダンス変換素子を備え、前記分割回路は、それぞれの対又は各ぞれぞれの対のフィード接続を相互接続するキャンセル抵抗をさらに備え、該キャンセル抵抗は、前記インピーダンス変換素子と併せて、各フィード接続を各対の他方のフィード接続から絶縁する、請求項３７に記載のアンテナ構成。
40. 一対の前記アンテナを有し、該アンテナは、平行し離間された２つの軸をそれぞれの中心軸として有する実質的に同一のヘリカルアンテナであり、前記２つのアンテナは互いに同じ軸方向位置を有し、前記アンテナのそれぞれの軸を中心とした該アンテナの回転位置は１８０度異なる、請求項３４〜３９のいずれか１項に記載のアンテナ構成。
41. 実質的に、本明細書に記載され、図面に示されるように構築及び構成されるアンテナ構成。

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