JP2010521085A - アンテナ装置と、前記アンテナ装置を含む携帯型無線通信装置 - Google Patents

Abstract

携帯型無線通信装置用のアンテナ装置は、放射素子（１０）と受信増幅器（３２）とを含む。動作中は、前記増幅器の出力が受信回路（４２）に接続される。送信動作中に前記放射素子と送信回路（４０）の出力とを相互に接続する手段（３４）が設けられている。導体（３３）が、送信と受信との両方の動作中に前記放射素子と前記受信回路の入力とを相互に接続して、前記放射素子を最小限の回路構成で送信と受信との両方に使用できるようにする。

Description

本発明は、一般的にはアンテナ装置に関するものであり、より具体的には、ＦＭ（周波数変調）帯域の無線信号のような周波数が相対的に低い無線信号に適した携帯電話などの、無線通信装置用のアンテナ装置に関するものである。

内部アンテナは先般来、携帯型無線通信装置に使用されている。内部アンテナの使用に関連する利点はいくつかあり、なかでも、それらが小型かつ軽量であって、携帯電話などのサイズおよび重量が重要な用途に好適であること言える。

しかしながら、携帯電話への内部アンテナの適用は、アンテナ要素の構成にいくつかの制約を課す。特に、携帯型無線通信装置では内部アンテナ配置のための空間が限られている。これらの制約によって、広い動作帯域を提供するアンテナ構成を見出すことが困難になる場合がある。これは、周波数が相対的に低い無線信号用を対象としたアンテナに関して特に当てはまる。なぜならば、かかるアンテナの所望の物理的長さが、相対的に高い周波数で動作するアンテナに比べて長いためである。

相対的に低い周波数帯域で動作する特定の用途の一つは、ＦＭ無線用途である。ＦＭ帯域は、欧州では８８〜１０８ＭＨｚ、米国では７６〜１１０ＭＨｚの周波数として定義されている。ループ・アンテナまたはモノポール・アンテナのような、携帯型無線通信装置の鋳造部内に嵌め込まれた先行技術の従来型アンテナ構成では満足のいく動作は得られず、かかるアンテナは、周波数帯域を十分な広さにすれば性能が悪すぎるか、性能を十分なものにすれば周波数帯域が狭すぎるかのどちらかである。

ＭＰ３プレーヤおよび携帯電話のような携帯型無線通信装置へのＦＭアンテナの最近の適用は、ＦＭ信号の受信用だけでなく送信用にも動作させるためのものある。これは、ＦＭ装置の使用者が座っている自動車に搭載されたカーステレオに低電力信号を送信するためのＦＭ送信器における事例もある。この事例および同様の事例では、周波数が１００ＭＨｚ前後のＦＭ信号のような、低周波数信号を送信して受信するための簡単なアンテナ解決法を有することは有利であると思われる。

本発明の目的は、携帯型無線通信装置用に、ＦＭ帯域の信号のようなＲＦ（無線周波数）信号の送信と受信との両方のために動作する簡易で安価なアンテナ装置を提供することである。

本発明は、無線通信装置の送信部および／または受信部をかかる各部の動作中に同じ放射素子に直接接続することができる、すなわち、一つの放射素子が配置され、送信と受信との間の切換えを行う単極双投式スイッチなしに最小限の回路構成で信号の送信と受信との両方を行うという理解に基づく。

本発明に従って、少なくとも第一の動作周波数帯域の無線信号を受信するのに適した携帯型無線通信装置用のアンテナ装置が提供され、前記アンテナ装置は、放射素子と、入力および出力を有する増幅器であって動作中に前記増幅器の前記出力が受信回路に接続される増幅器と、送信動作中に前記放射素子と前記送信回路の前記出力とを相互に接続する手段とを含み、前記アンテナ装置は、送信と受信との両方の動作中に導体が前記放射素子と前記受信回路の入力とを相互に接続すること、前記増幅器が前記放射素子に近接して設けられていることを特徴とする。

また、かかるアンテナ装置を含む携帯型無線通信装置も提供される。
よって、本発明は、前記放射素子を最小限の回路構成で送信と受信との両方に使用することのできるアンテナ装置を提供する。

さらなる好ましい実施形態が従属請求項に定義される。

以下に本発明を、添付の図面を参照して実施例として説明する。
本発明に従ったアンテナ装置および携帯型無線通信装置の好ましい実施形態の詳細な説明を、以下に示す。

以下の説明および特許請求の範囲では、放射素子という用語が使用される。この用語が、無線信号の送信および／または受信を行うために配置された導体素子を対象として含むように意図されたものであることを理解するべきである。

まず、図１を参照して、本発明に従ったアンテナ装置１の一般的構成を示す。アンテナ装置１は、金属薄板またはフレックス・フィルムのような、導電性材料の非共鳴片の形態で放射素子１０を含む。そのサイズの一例は、３０×１０ミリメーターであり、携帯型無線通信装置の裏ぶたに配置され、それに伴って内部アンテナ放射体を構成する。この種のアンテナ要素の標準的なインピーダンス値は、５−ｊ１０００オームであるが、これは用途によって変わる。

別の構成として、放射素子１０は外部ケーブルの形、好ましくは外部ヘッドセット・ケーブルの形態を取るが、その他のケーブルであってもよい。第二の放射素子はコネクタを有しており、第二のアンテナ要素１０が通信装置に接続可能である。

放射素子は、動作周波数帯域を超える周波数の信号を遮断して何らかの適切な濾波器により動作周波数帯域の信号を受け入れるように配置されている濾波および増幅段３０に接続されている。濾波器は、動作周波数帯域の信号の帯域通過濾波器の役割を果たすことが好ましい。ＦＭ帯域で動作する場合、通過帯域は、欧州では８８〜１０８ＭＨｚ、米国では７６〜１１０ＭＨｚである。

また、濾波器の機能には、ＥＳＤ（静電放電）保護回路の役割を果たしてＥＳＤパルス・スペクトラムの大部分を効果的に遮断するというものもある。また、濾波器は、電磁気妨害（ＥＭＩ）信号による干渉も解消するかまたは少なくとも軽減し、ＦＭアンテナよりもかなり高い周波数で動作するセルラー系ＧＳＭアンテナのような、同じ無線通信装置に設けられたその他のアンテナからの信号による干渉も、解消するかまたは少なくとも軽減するのではないかと思われる。

濾波および増幅段３０は、ＦＭ送信回路などの送信回路４０の出力４１に接続されている。
また、濾波および増幅段３０は、放射素子１０によって受信された信号を増幅するためにも配置されている。アンテナ装置１によって受信され濾波され増幅された信号は、ＦＭ受信回路などの受信回路４２に供給される。ＦＭ受信回路は、濾波および増幅段３０に接続されているＲＦ入力４３を含む。

濾波および増幅段は、外部ソースによる寄生効果および干渉を最小限に抑えるために放射素子１０の相対的に近くに設けることが好ましい。したがって、濾波および増幅段は前記放射素子に隣接して配置されている。

図１に示した一般的構成を実施する第一の実施形態を図２を参照して以下に説明する。この図では、濾波および増幅段３０が、アンテナ放射素子１０によって受信された信号を増幅するために配置されている低雑音受信増幅器３２の形で受信部を含むことが分かる。この受信増幅器は常時、すなわち、送信動作と受信との両方の動作中に、導体３３により放射素子１０に接続されている。前記増幅器は、アジレント・テクロジーズ社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）がＡＴＦ５５１４３という名称で製造する低雑音増幅器であってもよい。

また、濾波および増幅段３０は、受信動作中に前記放射素子から前記送信段を切断できるようにするために放射素子１０と送信回路４０との間に設けられている５０オームの単極単投式（ＳＰＳＴ）電気スイッチ３４も含む。このスイッチは、送信回路４０がその入力において５０オームのような、１０００オームをかなり下回る低インピーダンスを有する場合に必要である。

この配置の標準的なインピーダンス値を図２に示す。これらの数値は、実施例としてのみ記したものであるが、送信回路の出力インピーダンスが受信増幅器３２の入力インピーダンスよりも実質的に低いことを示している。これは、受信動作中にスイッチ３４をオフにして放射素子１０および受信増幅器３２の入力から、送信増幅器の出力を効果的に切断しなければならないことを意味する。よって、スイッチ３４は、受信動作中にはオフ状態であるために受信性能を妨害しない。

送信動作中、スイッチ３４はオンであり、送信回路４０の出力を直接、放射素子１０に効果的に接続する。放射素子１０と受信増幅器３２の入力とが永続的に相互に接続されているために、送信動作中にはまた、送信回路の出力と受信増幅器の入力も効果的に相互に接続される。送信動作中、受信増幅器３２はオフにされる。

本発明に従ったアンテナ装置の代替的な第二の実施形態を以下に、図３を参照して説明する。この第二の実施形態は、送信回路がほぼ１０００オーム以上程度の高出力インピーダンスを有する事例に適用できる。このような事例では、送信回路４０の出力インピーダンスは前出の事例よりも実質的に高く、アンテナ・インピーダンスに匹敵するかまたはそれを上回る。例示的な図では、送信回路４０の出力インピーダンスが１０００オームであるのに比べて、アンテナ・インピーダンスは５−ｊ×１０００オームであり、受信増幅器３２の入力インピーダンスは１０−ｊ×１０００オームである。

送信回路４０が高い出力インピーダンスを有するために、一方側である送信回路４０の出力と、他方側である放射素子１０および受信増幅器３２の入力との間にスイッチは必要ない。これは、送信器と増幅器との両方が、アンテナ・インピーダンスに匹敵するかまたはそれを上回る高インピーダンスを有するために互いにわずかに負荷を掛け合うだけであるという事実のおかげである。その代わりに導体１３４が常時、すなわち、送信と受信との両方の動作中に、放射素子１０と送信回路４０とを相互に接続する。

第一の実施形態の場合と同様に、受信増幅器３２は、送信回路４０によって送信される電力による損傷を避けるために送信動作中にオフにされる。
図１から図３を参照して上記で説明したような本発明に従ったアンテナ装置の好ましい位置を以下に、携帯電話などの携帯型無線通信装置３００の鋳造部の一般的概略を示した図４を参照して説明する。鋳造部は部分切取り図で示され、図１から図３を参照して説明した装置のいずれかであるアンテナ装置の位置が不明瞭にならないように示している。

鋳造部には、プリント回路基板（ＰＣＢ）３１０が設けられており、携帯電話に従来見られる回路（図示せず）がある。また、ＰＣＢにはＦＭ受信回路４０も搭載されている。鋳造部の上部には、ＧＳＭシステムなどのセルラー系携帯電話システム用のＲＦ信号を受信および送信するためのアンテナ放射素子３２０が設けられている。

また、鋳造部３００の後方にはバッテリー・パッケージ３３０も設けられている。このバッテリー・パッケージは、コネクタ（図示せず）によりＰＣＢに接続されている。第一の内部放射素子１０は、好ましくは裏ぶたに配置される。この放射素子は、放射素子として設けられているヘッドセット・ケーブル１０を含むことができる。

本発明に従ったアンテナ装置の好ましい実施形態について説明してきた。しかしながら当業者は、これらを本発明的アイデアから逸脱することなく特許請求の範囲内で変更することができることを十分に理解する。

本発明に従ったアンテナ装置の形状およびサイズが、特許請求の範囲によって定義された範囲内で変更可能であることが十分に理解される。よって、厳密なアンテナ構成は、無線通信装置の形状、所望の性能などに対応するように変更することができる。

本発明に従ったアンテナ装置の上記実施形態を、ＦＭ周波数帯域の無線信号の受信に適したアンテナ装置として説明してきた。しかしながら、約４００ＭＨｚ〜約８００ＭＨｚの周波数範囲のデジタル・ビデオ・ブロードキャスティング（ＤＶＢ）信号用などの、その他の用途も可能である。

携帯型無線通信装置用のアンテナ装置を、携帯電話での使用を参照して説明してきたが、本発明的アイデアがその他の携帯型無線通信装置にも、また、携帯可能であるが主として固定用に意図された装置にも適用できることが正しく理解されるであろう。それらの実施例は、旅行用目覚まし時計のような小型時計、テレビ受像機またはゲーム機であることも可能である。さらに、本発明に従ったアンテナ装置の考えられる用途は、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ＭＰ３およびＣＤプレーヤ、ＦＭ無線受信機並びにラップトップ型コンピュータに対するものである。さらなる用途は自動車に対するものである。よって、携帯型無線通信装置という用語は、広い意味で解釈されるべきである。

本発明に従ったアンテナ装置が送信回路および受信回路に接続されている様子を示す概略図である。 本発明に従ったアンテナ装置の第一の実施形態を示す図である。 本発明に従ったアンテナ装置の第二の実施形態を示す図である。 本発明に従ったアンテナ装置が携帯型無線通信装置に搭載されている様子を示す部分切取り斜視図である。

Claims (7)

1. 少なくとも第一の動作周波数帯域の無線信号を受信するのに適した携帯型無線通信装置用のアンテナ装置であって、
   放射素子（１０）と、
   入力および出力を有する増幅器（３２）であって、動作中に前記増幅器の前記出力が受信回路（４２）に接続される増幅器と、
   送信動作中に前記放射素子と送信回路（４０）の前記出力とを相互に接続する手段（３４，１３４）と
   を備えたアンテナ装置において、
   送信と受信との両方の動作中に、前記放射素子と前記受信回路の入力とを相互接続する導体（３３）とを備え、
   前記増幅器が前記放射素子に隣接して設けられていることを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記放射素子と前記送信回路の前記出力とを相互に接続する前記手段が、片側である前記送信回路（４０）の前記出力（４１）と反対側である前記放射素子（１０）および前記増幅器（３２）の前記入力との間のスイッチ（３４）を含み、前記送信回路（４０）の出力インピーダンスが前記増幅器（３２）の入力インピーダンスよりも実質的に低い、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記スイッチ（３４）が単極単投式電気スイッチである、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記放射素子と前記送信回路の前記出力とを相互に接続する前記手段が、片側である前記送信回路（４０）の前記出力（４１）と反対側である前記放射素子（１０）および前記増幅器（３２）の前記入力との間の導体（１３４）を含み、前記送信回路（４０）の出力インピーダンスが前記増幅器（３２）の入力インピーダンスと実質的に等しい、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記動作周波数帯域がＦＭ帯域である、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記放射素子（１０）が非共鳴性である、請求項１から５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 請求項１に記載のアンテナ装置を含む携帯型無線通信装置。

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