JP2010522463A - アンテナデバイス及び同アンテナデバイスを備える携帯無線通信デバイス - Google Patents

Abstract

携帯無線通信デバイスのための、好ましくはＦＭ周波数帯のためのアンテナデバイスは、放射素子（１０）及び増幅段を備える。放射素子を半ループアンテナ放射素子として提供することにより、ゲインの変動にもかかわらず適切な信号対雑音比を提供しながら、ノイズの形は動作周波数帯の全体にわたって本質的に平らとなる。

Description

本発明は、一般にアンテナデバイスに関し、より詳しくは、ＦＭ帯における無線信号のような比較的に低い周波数を有する無線信号に適合され、携帯電話等の無線通信デバイス内で使用するためのアンテナデバイスに関する。

このところ内部アンテナが携帯無線通信デバイス内に使用されている。内部アンテナの使用に関連する多数の利点がある。それらの利点としては、内部アンテナが小型かつ軽量であることが挙げられ、携帯電話内のようにサイズ及び重量が重要である用途に対して内部アンテナを適切なものとする。

しかしながら、携帯電話内における内部アンテナの使用は、アンテナ素子の構成にいくらかの制約を課す。特に、携帯無線通信デバイスでは、内部アンテナの配置用の空間は限られている。これらの制約は、広い動作帯を提供するアンテナの配置を見出すことを困難にする。そのようなアンテナの所望の物理的長さが、比較的に高い周波数で動作するアンテナと比べて大きいため、これは、特に、比較的に低い周波数の無線信号で使用されることを目的とするアンテナに関して言えることである。

比較的低い周波数帯で動作する特定の用途は、ＦＭ無線の用途である。ＦＭ帯は、ヨーロッパでは８８〜１０８メガヘルツの周波数、米国では７６〜１１０メガヘルツの周波数として定義される。携帯無線通信デバイスのケーシング内に取付けられるループアンテナ又はモノポールアンテナのような従来のアンテナ配置は、アンテナが十分に広い周波数帯にわたるが非常に低い性能を有するものであったり、十分な性能を有するが周波数帯が狭すぎるものであったりするという不満足な動作を招く結果となる。

また、携帯無線通信デバイスのための従来のＦＭアンテナは、通信デバイスに有線で接続されたヘッドセット内に提供される。比較的に長い配線を有するこの配置は、低い周波数の用途に対しても十分なアンテナの長さを許容する。しかしながら、外部アンテナが全く許容されない場合、この解決手段は明らかに実行可能ではない。

携帯電話用グローバルシステム（ＧＳＭ）アンテナのような第２のアンテナがＦＭアンテナとしての同じ通信デバイス内に提供される場合、第２のアンテナはＦＭアンテナの動作と干渉するという別の問題がある。

本発明の目的は、ＦＭ無線帯のような比較的に低い周波数を有する周波数帯を通じて十分な性能で動作する、携帯無線通信デバイス内での使用のための内部アンテナデバイスを提供することにある。

本発明は、アクティブ内部アンテナが半ループアンテナとして構成されるという認識に基づくものである。
本発明に従い、少なくとも第１の動作周波数帯で無線信号を受信するために適合された携帯無線通信デバイスのためのアンテナデバイスが提供される。前記アンテナデバイスは、供給部を備える第１の放射素子と、接地面と、前記第１の放射素子の前記供給部に直接的に接続され、無線信号のための受信デバイスに接続可能な増幅段とを備える。前記第１の放射素子は前記接地面の一部を含むループの一部である。前記アンテナデバイスは、前記第１の放射素子の前記供給部、前記接地面、及び前記増幅段は、共通のプリント回路基板に提供され、かつ前記増幅段は前記基板上の前記第１の放射素子の前記供給部と同じ位置に配置されることを特徴とする。

また、そのようなアンテナデバイスを備える携帯無線通信デバイスが提供される。
本発明に従うアンテナデバイスは、ＦＭ無線帯のような比較的に低い周波数を有する周波数帯を通じて十分な性能を伴う動作を提供する。半ループアンテナを使用することにより、ゲインの変動にもかかわらず適切な信号対雑音比を提供しながら、ノイズの形は動作周波数帯の全体にわたって本質的に平らとなることを見出している。

好適な実施形態において、前記第１の放射素子の前記供給部は、前記プリント回路基板の一端又はその一端に近接して提供され、前記供給部と反対側に位置する前記第１の放射素子の端部は前記プリント回路基板の他端又はその他端に近接して接地されている。このように、プリント回路基板の面積は最大限に使用される。

コンデンサが好ましくは提供される。同コンデンサは、前記供給部の近傍において前記第１の放射素子に直接的に接続された第１の端部と、前記接地面に接続された第２の端部とを有する。好ましくは１０〜４０ピコファラドの値を有するこのコンデンサは、増幅器のトランジスタで生じるソース抵抗を増大させることにより、ノイズを調和するとともに安定性を高める。

また、前記第１の放射素子は、ＧＳＭアンテナのような一次アンテナの電場が大きいところである、プリント回路基板の端部又はその端部に近接して実質的に接地されているため、この一次アンテナからの漏話が最小化される。

更なる好適な実施形態は、従属する請求項に定義される。

次に、添付の図面を参照しながら、例示によって本発明について説明する。
以下、本発明に従うアンテナデバイス及び携帯無線通信デバイスの好適な実施形態を詳細に説明する。

以下の説明及び請求の範囲において、放射素子という用語が使用される。この用語は、無線信号を送信及び／又は受信するために配置された電気的に導電性の素子を含むことを意図している。

まず図１を参照すると、本発明に従うアンテナデバイス１の概略構成が示されている。それは、電気的導電性材料からなる非共振の片の形態にある第１の放射素子１０を備える。第１の放射素子は半ループアンテナの一部であり、以下に後述する。半ループアンテナは、第１の放射素子がループの一部であることを意味することにより、ループは接地面の一部を備える。従って、電気的導電性材料からなる非共振の片は半ループを形成し、ループが接地面によって閉じられる。

第１の放射素子は、同第１の放射素子と共振するように配置された電力用コンデンサ２０に接続された供給部１１を有する。電力用コンデンサ２０は、増幅器の入力に直接的に接続されており、任意に静電保護回路に接続されてもよい。共振周波数応答は、動作周波数帯における信号のための帯域フィルタとして作用する。ＦＭ帯で動作する場合、通過帯域はヨーロッパでは８８〜１０８メガメルツであり、あるいは米国では７６〜１１０メガメルツである。

共振周波数応答の機能は、さらに静電保護回路として作用することであり、静電放電パルスのスペクトルの大部分を効果的に遮蔽する。また、フィルタは電磁干渉（ＥＭＩ）信号からの干渉と、同一の無線通信デバイス内に提供される他のアンテナ、例えばＦＭアンテナよりもかなり高い周波数で動作する携帯電話用グローバルシステム（ＧＳＭ）アンテナからの信号とを抑制或いは少なくとも低減する。

増幅段３０は、第１の放射素子１０によって受信された信号を増幅するために、電力用コンデンサ２０の後に配置されている。
アンテナデバイス１によって受信及び増幅された信号は、ＦＭ受信回路４０に供給される。ＦＭ受信回路４０はフィリップスセミコンダクターズ社によって製造され、かつＨＶＱＦＮ４０という商品名で販売される従来の回路であってもよい。ＦＭ受信回路は、増幅器３０に接続されたＲＦ入力４１を備える。

電力用コンデンサ２０及び増幅器３０は、寄生効果及び外部の発信源からの干渉を低減するために、第１の放射素子１０に比較的近接して提供されることが好ましい。従って、それらは第１の放射素子１０の供給部の近傍に提供される。

図１に示された一般的な概念の実施形態について、図２を参照して説明する。
増幅器３０は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３１を備える。同トランジスタ３１は、電力用コンデンサ２０に接続されたゲート、グランドに直接的に接続されたソース、及びＦＭ受信回路４０の入力４１に接続可能なドレインを有する。また、トランジスタ３１のドレインと供給電圧Ｖｄｄとの間に接続された負荷抵抗３２が存在する。

アンテナデバイス１を動作させるために、トランジスタは動作周波数帯において好ましくは１デジベル以下の最小限のノイズ波形及び１５デシベル以上のゲインを有する。また、トランジスタは、任意のアンテナ構成に対してできるだけ高い信号受信品質を達成するために、１０オーム未満の雑音抵抗Ｒｎを有することが好ましい。さらに好適なトランジスタの特徴は、高い入力インピーダンスを得るために、入力容量が好ましくは３ピコファラド未満と低いことである。

説明したアンテナデバイスは、アクティブデバイスであると認識されたい。説明した構成では、好ましくは第１の放射素子が増幅段と直接的に協調設計されている。第２の実施形態における本発明の概念の別の実施について、図３を参照して説明する。上述した第１の実施形態のように、このアンテナデバイスは、供給部を有する第１の放射素子、電力用コンデンサ、及び増幅段３０を備える。しかしながら、この第２の実施形態において、電力用コンデンサは調節可能であり、即ち、いわゆるバラクター１２０として実施されており、制御可能なアンテナデバイスを提供する。さらに、増幅段は、いわゆるカスコード増幅器１３０である。このカスコード増幅器は、電界効果トランジスタ１３１を備える。同トランジスタ３１は、第１の放射素子及び電力用コンデンサ２０に接続されたゲートと、グランドに直接的に接続されたソースと、第２の電界効果トランジスタ１３３のソースに接続されたドレインとを有する。第２の電界効果トランジスタ１３３のゲートは、コンデンサ１３４を介してグランドに接続されている。第２のトランジスタ１３３のドレインは、ＦＭ受信回路４０の入力４１に接続可能である。また、第２のトランジスタ３１のドレインと供給電圧Ｖｄｄとの間に接続された負荷抵抗１３２が存在する。

第２の実施形態において、ＦＭ送信回路１４０は、スイッチ１４１を介して第１の放射素子に接続されている。送信回路の入力インピーダンスＺ_ＴＸが、非常に低い場合、例えば受信回路４０の前に位置する増幅器１３０の入力インピーダンスＺ_ＲＸよりも１０倍低い場合、スイッチ１４１が必要である。しかしながら、送信回路の入力インピーダンスＺ_ＴＸが増幅器１３０の入力インピーダンスＺ_ＲＸと同じ桁である場合、このスイッチ１４１は省略されてもよい。

第１の放射素子１０に接続された送信回路を提供することにより、この放射素子は送信及び受信の双方のために共有されて機能する。送信回路は、供給部１１の近傍で第１の放射素子に接続されることが好ましい。

本発明に従うアンテナデバイスの第１の放射素子の一般的な配置について、図４及び図５を参照して説明する。プリント回路基板（ＰＣＢ）３１０は、携帯無線通信デバイス（これらの図には示されていない）内に適切に配置されている。接地面３１２は、プリント回路基板上に提供されている。上述した増幅器３０，１３０に対応する信号負荷が、好ましくは多層プリント回路基板であるプリント回路基板上に提供されている。好ましくは長尺状かつワイヤ状の電気的導線である第１の放射素子は、供給部１１において、好ましくはプリント回路基板の一端又はその一端に近接して増幅器に直接的に接続されている。従って、増幅器及び供給部は、この端部において同じ位置にある。第１の放射素子の供給部、接地面、及び増幅段は、このように共通のプリント回路基板上に提供されている。導線は、その長さの大部分について、プリント回路基板３１０から距離ｈだけ離れた位置においてプリント回路基板と実質的に平行に延びる。端部、即ち信号源に接続された導線１０の反対側の端部は、プリント回路基板の他の反対側の端部又はその端部に近接して、プリント回路基板３１０上に提供された接地面３１２に接続されている。これは、ループ面積がアンテナ性能に関して重要であるため、半ループを形成する第１の放射素子が最大限の空間を利用することを意味する。

コンデンサ２０は、第１の放射素子と接地面との間において供給部１１に比較的に近接して提供されている。即ち、それは供給部１１の近傍において提供されている。コンデンサ２０は、供給部１１の近傍において第１の放射素子に直接的に接続された第１の端部と、グランドに接続された第２の端部とを有する。好ましくは１０〜４０ピコファラドの値を有するこのコンデンサ２０は、増幅器のトランジスタで生じるソース抵抗を増大することにより、ノイズを調和するとともに安定性を高める。

別の実施形態において、導線１０は、図５の２回巻きで例えば示されるように、１回巻き以上で提供される。第１の半ループの導線は、プリント回路基板内の孔３１４を通じて同プリント回路基板の下側に向かって導かれる。下側では、導線は、好ましくはマイクロストリップライン１０ａの形態で、プリント回路基板の一端から他端までプリント回路基板に沿って延びている。導線は、そこからプリント回路基板内の孔３１６を通じて同プリント回路基板の上側に向かって、一定の距離を隔ててプリント回路基板に沿って導かれる。このように、ループの巻き数の二乗に比例する放射抵抗が増大されて、アンテナの性能が向上する。

概略的に符号１４で参照されるループの内側のフェライトが、アンテナデバイスの性能を向上するために、図４及び図５の両実施形態で使用されてもよい。
図１〜図３を参照して上述した本発明に従うアンテナデバイスの第１の好適な位置について、図６を参照して説明する。携帯電話のような携帯無線通信デバイス３００のケーシングの概略が図示されている。図１〜３を参照して説明された任意のデバイスであってもよいが、アンテナデバイスの位置を不明瞭としないように、ケーシングは切り取られて示されている。

プリント回路基板３１０はケーシング内に提供され、携帯電話内で一般に見られる回路（図示しない）を有する。また、プリント回路基板上には、ＦＭ受信回路４０が実装されている。ケーシングの上部には、ＧＳＭシステムのような携帯電話システム用のＲＦ信号を送受信するための第２のアンテナ放射素子３２０が提供されている。この第２の放射素子３２０は、第１の放射アンテナ素子の供給部と同じ基板の側に提供されている。

また、バッテリパッケージ（図示しない）がケーシング３００の後部に向かって提供されている。
第１の放射素子１０は、好適に配置される。そのため、第１の放射素子１０は、第２の放射素子３２０が提供される端部と反対側のプリント回路基板の端部において、ＦＭ回路に接続される。そして、第１の放射素子は、プリント回路基板の他端に到達するまでプリント回路基板の長辺に沿って延びる。プリント回路基板の他端は、プリント回路基板３１０上に提供された接地面３１２に接地されている。

アンテナデバイスの方位に対する感度を低くするために、第１の放射素子１０が提供される。そのため、第１の放射素子１０は、プリント回路基板上に提供された接地面３１２に接地されるまで、プリント回路基板の短辺に沿っても延びている（図６参照）。

本発明に従うアンテナデバイスの好適な実施形態について説明した。しかしながら、当業者は、これらが発明の概念から逸脱しない範囲において、添付の請求の範囲内で改変されてもよいことを認識している。

本発明に従うアンテナデバイスの形状及びサイズは、添付の請求の範囲によって定義される範囲内で改変されてもよい。従って、正確なアンテナ構成は、無線通信デバイスの形状、所望される性能等に対応して改変されてもよい。

本発明に従うアンテナデバイスの上述の実施形態は、ＦＭ周波数帯における信号の受信のために適合されたアンテナデバイスとして説明されている。しかしながら、約４００〜８００メガヘルツの周波数帯におけるデジタルビデオ放送（ＤＶＢ）信号のための使用のように、他の用途にも利用可能である。

携帯無線通信デバイスのためのアンテナデバイスは、携帯電話内での使用を参照して説明されているが、本発明の概念は他の携帯無線通信デバイス、主として静止した使用を目的としているが携帯可能なデバイスにも適用可能であることを理解されたい。その例は、旅行用アラーム時計のような小型の時計、テレビ受像機、又はゲーム操作部である。本発明に従うアンテナデバイスの更に可能な用途は、携帯情報端末（ＰＡＤ）、ＭＰ３プレイヤー、ＣＤプレイヤー、ＦＭラジオ受信機、及びノート型コンピュータ内である。更なる用途は、自動車内である。従って、携帯無線通信デバイスという用語は、広い意味で構成されるべきである。

図６及び図７を参照する上述の実施形態は、ＧＳＭアンテナを備える。これは、その動作周波数がＦＭ帯のような低周波帯の動作周波数よりも非常に高い限りにおいて、異なるアンテナに置き換えられてもよいことを理解されたい。また、第２のアンテナは省略されてもよい。

電界効果トランジスタは好適なトランジスタの型であると説明されている。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のような他の型も使用されてもよいことを理解されたい。

Ｔｘ部は、図２に示される第１の実施形態にも実施されてもよいことを理解されたい。同様に、第１の実施形態のコンデンサ２０はバラクターで置き換えられてもよい。

ＦＭ受信回路に接続された、本発明に従うアンテナを示す概略図である。 本発明に従うアンテナの第１の実施形態をより詳細に示す図である。 本発明に従うアンテナの第２の実施形態をより詳細に示す図である。 本発明に従うアンテナの第１の放射素子の構成を示す概略図である。 本発明に従うアンテナの複数巻きの第１の放射素子の構成を示す概略図である。 携帯無線通信デバイス内に実装された本発明に従うアンテナを部分的に切り取って示す斜視図である。 携帯無線通信デバイス内に実装された本発明に従う別のアンテナを部分的に切り取って示す斜視図である。

Claims (16)

1. 少なくとも第１の動作周波数帯における無線信号を受信するために適合された携帯無線通信デバイスのためのアンテナデバイスであって、
   供給部（１１；１１１）を備える第１の放射素子（１０）と、
   接地面（３１２）と、
   前記第１の放射素子の前記供給部に直接的に接続され、無線信号のための受信デバイスに接続可能な増幅段（３０）とを備え、
   前記第１の放射素子は前記接地面の一部を含むループの一部であるアンテナデバイスにおいて、
   前記第１の放射素子の前記供給部、前記接地面、及び前記増幅段は、共通のプリント回路基板（３０）上に提供され、かつ前記増幅段は前記基板上の前記第１の放射素子の前記供給部と同じ位置に配置されることを特徴とするアンテナデバイス。
2. 前記第１の放射素子の前記供給部（１１）は、前記接地面の一端又はその一端に近接して提供され、前記供給部と反対側に位置する前記第１の放射素子の端部は前記接地面の他端又はその他端に近接して接地されている請求項１に記載のアンテナデバイス。
3. 前記供給部（１１）の近傍において前記第１の放射素子に直接的に接続された第１の端部と、前記接地面（３１２）に接続された第２の端部とを有するコンデンサ（２０；１２０）を備える請求項１又は２に記載のアンテナデバイス。
4. 前記コンデンサ（２０；１２０）は１０〜４０ピコファラドの値を有する請求項３に記載のアンテナデバイス。
5. 前記コンデンサ（２０；１２０）は調節可能な静電容量値を有する請求項３又は４に記載のアンテナデバイス。
6. 前記第１の放射素子（１０）は長尺状であり、前記プリント回路基板の長辺に沿って延びる請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
7. 前記第１の放射素子（１０）は、さらに前記プリント回路基板（３１０）の短辺に沿って延びる請求項６に記載のアンテナデバイス。
8. 前記第１の放射素子（１０）は、複数の巻きを備える請求項１〜７の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
9. 前記第１の放射素子（１０）の一部は、マイクロストリップライン（１０ａ）として部分的に提供される請求項８に記載のアンテナデバイス。
10. 前記第１の放射素子は、増幅段と直接的に協調設計されている請求項１〜９の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
11. 前記第１の放射素子の半ループの内側にフェライト（１４）を備える請求項１〜１０の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
12. 前記第１の放射素子（１０）は、送信回路（４０）に接続可能である請求項１〜１１の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
13. 前記第１の動作周波数帯はＦＭ帯である請求項１〜１２の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
14. 少なくとも第２の動作周波数帯で動作するように適合された第２の放射素子（３２０）を更に備える請求項１〜１３の何れか１項に記載のアンテナデバイス。
15. 前記第２の放射アンテナ素子は前記第１の放射アンテナ素子の前記供給部と同じ前記基板の側に提供され、前記第１の放射素子の前記供給部（１１）は前記基板の一端又はその一端に近接して提供され、前記第２の放射素子は前記基板の反対側の端部又はその端部に近接して提供される請求項１４に記載のアンテナデバイス。
16. 請求項１〜１５の何れか１項に記載のアンテナデバイスを備える携帯無線通信デバイス（３００）。

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