JP2011528520A

JP2011528520A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2011528520A
Application number: JP2011517822A
Authority: JP
Inventors: アレクサンデルアザーリ，
Original assignee: ソニーエリクソンモバイルコミュニケーションズ，エービー
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US7821470B2; EP2311139B1; EP2311139A1; TW201006039A; CN102099962A; CN102099962B; KR20110031985A; US20100013714A1; WO2010006820A1

Abstract

本発明は、接地面と、給電素子と、給電素子に結合された放射素子であって、支持構造体の第１の面に配置された接地面と略平行で、かつ給電素子及び短絡素子によって接地面から垂直方向に離間された放射素子と、を備える新規のアンテナ装置に関し、アンテナ装置は、支持構造体に直接設けられた非励振素子をさらに備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナに関するものであり、特に非励振素子を備える、半平面型逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：semi-Planar Inverted F-Antenna）に関する。

例えば携帯電話や他の無線電話、無線ネットワーク（ＷｉＬＡＮ）コンポーネント、ＧＰＳ受信機、移動体無線装置、ページャ等の無線通信装置は、複数の無線通信周波数帯において無線信号を送受信するマルチバンドアンテナを使用している。故に、無線デバイスの重要な構成要素の１つはアンテナであり、アンテナは高い信号強度、弱い信号の良好な受信、拡張された（必要に応じて狭められた）帯域、及び小型化という高いパフォーマンスについての要求を満たすべきである。

移動体電気通信では、マイクロ波領域の電磁波が情報の転送に用いられる。そのため、電磁波の送受信を可能にするアンテナは電気通信デバイスに不可欠である。

セルラー方式は、ＧＳＭ（Global System for Mobile）及びＤＣＳ（Digital Communication System）と呼ばれる２つの異なる周波数帯にて動作しうる。欧州では、８８０〜９６０ＭＨｚの周波数帯域を有するＧＳＭ９００、及び１７１０〜１８８０ＭＨｚの周波数帯域を有するＧＳＭ１８００（ＤＣＳ）が使用されている。さらに、米国においては、８２４〜８９４ＭＨｚの周波数帯域を有するＧＳＭ８５０、及び１８５０〜１９９０ＭＨｚの周波数帯域を有するＧＳＭ１９００（ＰＣＳ）が主に使用されている。

平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）は多くの利点を有する。当該アンテナは、簡単に組み立てられ、単純構造を有し、製造コストもわずかである。今日、ＰＩＦＡは例えば携帯電話等の小型通信デバイスにおいて幅広く使用されている。これは、ＰＩＦＡのサイズが小型であるため、保護されたアンテナを提供するデバイス筐体への実装が容易だからである。ＰＩＦＡは、暴露の点について、例えば一般的なホイップアンテナに対しても更なる利点を提供する。ホイップアンテナが全方向性の放射場を有するのに対し、ＰＩＦＡはユーザに向かう放射場を比較的制限している。

ＰＩＦＡは一般的にλ／４共鳴構造であり、導電性の壁、板、あるいは柱を用いて、放射素子を接地面に短絡させることにより実現されている。従って、従前のＰＩＦＡ構造は、接地面に対して平行に配置された導電性の放射素子から構成され、通常は空気である誘電体により接地面と絶縁されている。当該放射素子は、通常は素子の一端に向かって配置される２つのピンに接続され、側面からみたときに逆”Ｆ”字状の外観を与える。第１のピンは接地面に放射素子を電気的に接続し、第２のピンはアンテナ給電装置を導く。ＰＩＦＡの周波数帯域幅、ゲイン、及び共振周波数は、導電性放射素子の高さ、幅、及び奥行きと、放射素子及び接地面に接続された第１のピンとアンテナ給電装置に接続された第２のピンとの距離とに依存する。

図２は、従前のＰＩＦＡ（２００）の構造を示している。従前のＰＩＦＡ（２００）はアンテナの放射素子（２０９）を形成する導電性の板を含む。放射素子（２０９）は基板（２１１）上に形成された接地面（２１０）に対して略平行に配置される。放射素子（２０９）と接地面（２１０）とのを平行に配置することで最適なパフォーマンスを提供するが、他の配置関係としてもよい。放射素子（２０９）は、同調素子または短絡素子（２１２）を介して接地面（２１０）に電気的に接続される。大抵の場合、同調素子または短絡素子（２１２）は、放射素子及び給電素子の一方に配置される。給電素子（２１３）は、接地面（２１０）から電気的に多少絶縁されている。接地面（２１０）上に取り付けられた放射素子（２０９）に対して、給電素子（２１３）を介して電流が供給されると、放射素子（２０９）及び接地面（２１０）は励起され、放射デバイスとして機能する。ＰＩＦＡ（２００）の動作周波数あるいは共振周波数は、放射素子（２０９）の大きさ及び形状の調整、あるいは同調素子（２１２）に対する給電素子（２１３）位置の移動により変更されうる。共振周波数は同調素子（２１２）の高さ及び幅を変更することによっても、若干変更可能である。従って、従前のＰＩＦＡにおいて、動作周波数または共振周波数は、給電素子（２１３）、同調素子（２１２）、あるいは放射素子（２０９）それぞれの、サイズ、形状、あるいは位置により決定される。ＰＩＦＡ（２００）の帯域幅を変更するために、ＰＩＦＡ（２００）の高さを増加させる必要がある。このことは、アンテナ全体のサイズにおける好ましくない増加を導くであろう。

より小型の端末、即ち、より薄く、短い移動端末が好まれる傾向があり、アンテナ素子（ＧＳＭ／ＷＣＤＭＡ）に利用可能な空間が極めて制限されているため、−６ｄＢＳ１１におけるハイバンド、ＤＣＳ、ＰＣＳ、及びＵＭＴＳ（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）の帯域幅は、より実現が困難になってきている。

非励振素子を有するＰＩＦＡは、今日、ハイバンドの帯域幅を拡張するために用いられているが、ＰＣＢ上の追加の接続手段（ｃクリップ、またはＰｏｇｏピン）とともに、アンテナキャリア上の柔軟なフィルムを使用するのが普通である。

本発明の１つの目的は、マイクロストリップ非励振素子（ＭＰＥ：Microstrip Parasitic Element）を、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）等の支持構造物の接地層の一部として採用することであり、このようにすることで、アンテナの整合及び帯域幅を改善し、向上させる。

上述の目的は、接地面と、給電素子と、給電素子に結合された放射素子であって、支持構造体の第１の面に配置された接地面と略平行で、かつ給電素子及び短絡素子によって接地面から垂直方向に離間された放射素子と、を備えるアンテナ装置により達成される。アンテナ装置は、支持構造体の接地層の一部として、当該支持構造体に直接設けられた非励振素子をさらに備える。好ましくは、非励振素子はマイクロストリップであり、接地クリアランス領域に配置される。非励振素子は、支持構造体の端部を超えて延びてもよい。非励振素子は、支持構造体の第２の面まで延びてもよい。支持構造体は、プリント基板である。

また、発明はアンテナを備える無線通信装置に関し、アンテナは支持構造体に備えられた接地面と、給電素子と、給電素子に結合された放射素子であって、接地面と略平行で、かつ給電素子及び短絡素子によって接地面から垂直方向に離間された放射素子と、を備える。アンテナは、支持構造体の接地層の一部として、支持構造体に直接設けられた非励振素子をさらに備える。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の多くの実施形態を図示すると共に、図面の説明とともに本発明を説明する。

本発明に係る無線通信デバイスのブロック図を示している従来技術に係る標準のＰＩＦＡの構造を示している発明に係る半ＰＩＦＡを示している発明に係る無線通信デバイスのブロック図を示しているＰＣＢの一部を通る断面を示している

以下の詳細な説明に記載されるアンテナ構造は、「平面」アンテナである。「平面」アンテナは、概して平面に沿った状態である幅のある形状を有する。即ち、アンテナは３次元形状を有しうるが、１つの次元は他の２つの次元よりも少ないオーダーを有する。

図１は、例示的な無線通信デバイス（１０）のブロック図を示している。無線通信デバイス（１０）は、制御器（１０１）、メモリ（１０２）、ユーザインタフェース（１０３）、送受信機（１０４）、キー入力ユニット（１０５）、表示ユニット（１０６）、及びマルチバンドアンテナ（１００）を、筐体（１１）内に備える。送受信機（１０４）は、アンテナ（１００）を用いて、無線通信デバイス（１０）を無線ネットワークに接続する。送受信機（１０４）は、本技術分野に属する当業者に既知の１以上の任意の既知の無線通信標準に従って信号を送受信しうる。制御器（１０１）は、メモリ（１０２）に格納されたプログラム、及びインタフェース（１０３）を介してユーザによりなされた指示に応じて、無線通信デバイス（１０）の動作を制御する。

ＰＣＢ上の接地面の部品としてマイクロストリップ非励振素子を有する、本発明に係るアンテナ構成は、整合及び待機幅を改善し、向上させる。

図３は、本発明に係るアンテナ、所謂半ＰＩＦＡを示している。ＰＩＦＡ（３００）は、基板（３１１）上に形成された接地面（３１０）を含む。本実施形態では、接地面（３１０）は基板（３１１）上に直接組み込まれているように示されている（即ち、プリント回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board））。また、当該基板（３１１）は、デバイスの他の電子構成部品（不図示）を有していてもよい。このことは、アンテナがＰＣＢの比較的近くに実装されうるという利点をもたらし、故に無線デバイス内の体積を抑えることができる。ＰＩＦＡは、ローバンド放射素子及びハイバンド放射素子のそれぞれで構成されている、放射素子（３０９）をさらに備えてもよい。放射素子（３０９）は、いかなる既知の構成や形態であってよく、帯域幅、動作周波数、放射パターン等を最適化するため、様々なサイズを有する。放射素子（３０９）は、同調素子あるいは短絡素子（３１２）を介して接地面（３１０）に電気的に接続される。給電素子（３１３）は、無線あるいは他のＲＦ送信機、受信機、あるいは送信機（不図示）から放射素子（３０９）に対して、信号源を接続する。給電素子（３１３）は、そこから接地されないように、接地面（３１０）から多少電気的に絶縁されることが好ましい。

高帯域の整合及び帯域幅を向上させるために、非励振素子（３１５）は接地面（３１０）から延びて、好ましくはアンテナ接地クリアランス領域上に配置される。非励振素子は、矩形、円形、蛇行形状等の所望の形状を有してよい。

非励振素子のサイズ（即ち、長さ及び幅）が十分でない（例えば、アンテナ接地クリアランスが１０ｍｍ未満）場合、マイクロストリップをＰＣＢの裏面、あるいは適切な方向に延ばすことが可能である。このことは図５に示されており、３１５’及び３１５’’は、ＰＣＢ３１１の端部及び裏面のそれぞれに亘る、非励振素子の延長部分を意味している。非励振素子３１５’’は、ビアホールを通じて延長されてもよい。

狭帯域のワイドビームアンテナであってよい、発明に係る非励振素子は、接地面を形成する基板に接着された連続する金属層とともに、絶縁された誘電体の基板に接着された金属配線にアンテナ素子パターンをエッチングすることにより作られる。一般的なマイクロストリップアンテナの放射素子の形状は正方形、矩形、円形、及び楕円形であるが、あらゆる連続的な形状が可能である。最も一般的に採用されているマイクロストリップアンテナは、矩形パッチである。矩形パッチアンテナは矩形マイクロストリップ伝送ラインの約１／２波長部分である。アンテナ基板が空気の場合、矩形パッチアンテナは、自由空間波の約１／２波長である。アンテナは基板としての誘電体を有しているため、回路の比誘電率が増加するにつれて、アンテナの長さは短くなる。

図４は、本発明の実施形態に基づく、無線通信端末（４０）の構造を図示したブロック図である。図４を参照すると、無線通信端末（４０）は、メモリ（４０２）、キー入力ユニット（４０５）、表示ユニット（４０６）、送受信機（４０４）、ＰＩＦＡ（４００）、非励振素子（４１５）、及び制御器（４０１）を備える。制御器（４０１）は、音声信号、及び通話プロトコル、データ通信、あるいは無線インターネットアクセスに係るデータを処理する。さらに、制御器（４０１）は、キー入力ユニット（４０５）からキー入力を受信し、当該キー入力に応じた画像情報を生成及び提供するように表示ユニット（４０６）を制御する。制御器（４０１）はユーザあるいはＢＳから現在位置情報を受信する。受信された位置情報を介して、制御器（４０１）はメモリ（４０２）内に含まれる地域周波数メモリ（４０８）から、現在位置に割り当てられた周波数帯域を特定する。

「備える」という文言は、列挙された以外の他の要素あるいはステップの存在を排除するものでなく、要素に先立った「ある」や「１つの」という文言は、複数の当該要素の存在を排除するものではないことは留意されるべきである。さらに、いかなる参照符号も特許請求の範囲を限定するものではないこと、発明がその少なくとも一部をハードウェア及びソフトウェアの両方によって実施されうること、また、複数の「手段」、「ユニット」、あるいは「デバイス」は同一のハードウェアにより表されうるものであることは留意されるべきである。

上述した実施形態は、例示としてのみ提供されたものであり、本発明を限定するものであってはならない。以下に請求される本発明の範囲に含まれる他の解決方法、使用、目的、及び機能は、本技術分野に属する当業者にとって明らかである。

本発明は、アンテナに関するものであり、特に非励振素子を備える、平面型逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：Planar Inverted F-Antenna）に関する。

本発明に係る無線通信デバイスのブロック図を示している従来技術に係る標準のＰＩＦＡの構造を示している発明に係るＰＩＦＡを示している発明に係る無線通信デバイスのブロック図を示しているＰＣＢの一部を通る断面を示している

図３は、本発明に係るアンテナ、所謂ＰＩＦＡを示している。ＰＩＦＡ（３００）は、基板（３１１）上に形成された接地面（３１０）を含む。本実施形態では、接地面（３１０）は基板（３１１）上に直接組み込まれているように示されている（即ち、プリント回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board））。また、当該基板（３１１）は、デバイスの他の電子構成部品（不図示）を有していてもよい。このことは、アンテナがＰＣＢの比較的近くに実装されうるという利点をもたらし、故に無線デバイス内の体積を抑えることができる。ＰＩＦＡは、ローバンド放射素子及びハイバンド放射素子のそれぞれで構成されている、放射素子（３０９）をさらに備えてもよい。放射素子（３０９）は、いかなる既知の構成や形態であってよく、帯域幅、動作周波数、放射パターン等を最適化するため、様々なサイズを有する。放射素子（３０９）は、同調素子あるいは短絡素子（３１２）を介して接地面（３１０）に電気的に接続される。給電素子（３１３）は、無線あるいは他のＲＦ送信機、受信機、あるいは送信機（不図示）から放射素子（３０９）に対して、信号源を接続する。給電素子（３１３）は、そこから接地されないように、接地面（３１０）から多少電気的に絶縁されることが好ましい。

Claims

接地面（３１０）と、
給電素子（３１３）と、
前記給電素子（３１３）に結合された放射素子（３０９）であって、支持構造体の第１の面に配置された前記接地面（３１０）と略平行で、かつ前記給電素子及び短絡素子によって前記接地面（３１０）から垂直方向に離間された放射素子（３０９）と、を備えるアンテナ装置であって、
前記支持構造体の接地層の一部として、当該支持構造体（３１１）に直接設けられた非励振素子（３１５、４１５）をさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。
前記非励振素子は、マイクロストリップであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記非励振素子は、接地クリアランス領域に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記非励振素子は、前記支持構造体の端部を超えて延びることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記非励振素子は、前記支持構造体の第２の面まで延びることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記支持構造体は、プリント基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
アンテナ（３００、４００）を備える無線通信装置（４０）であって、
前記アンテナは、
支持構造体（３１１）に備えられた接地面（３１０）と、
給電素子と、
前記給電素子に結合された放射素子であって、前記接地面と略平行で、かつ前記給電素子及び短絡素子によって前記接地面から垂直方向に離間された放射素子と、を備え、
前記アンテナ（３００、４００）は、前記支持構造体の接地層の一部として、前記支持構造体（３１１）に直接設けられた非励振素子（３１５、４１５）をさらに備えることを特徴とする無線通信装置。