JP3902550B2 - 最小周波数偏移伸縮アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、携帯電話のような電子機器と協働して無線信号を送受信するためのアンテナ、方法、および装置に関連する。本発明は、特にそのような携帯電話と共に使用するための伸縮アンテナに関連する。
【０００２】
（背景技術）
多くの電子機器が格納式アンテナ、すなわち、電子機器のハウジングから伸長可能であり、かつ同ハウジング内へ格納可能であるアンテナを使用する。携帯電話のような電子機器または他の装置において、格納式のアンテナは、携帯電話のハウジング内においてプリント回路板上に含まれる信号処理回路に電気的に接続されている。最良に作動するためには、それぞれのインピーダンスがほぼ一致し、かつアンテナが所定周波数、または所定周波数範囲で作動するように、信号処理回路とアンテナとは相互接続しなければならない。携帯電話の大きさが物理的により小さくなってきていることによって、これらの種類の携帯電話のために使用されるアンテナシステムに関する問題が生じている。小型化により複雑な機械的および電気的接続を生じる。また、携帯電話のハウジング内へ後退する格納式アンテナは実際の製造の見地から不向きなものとなってきていることが分かっている。
【０００３】
米国特許第５，８５６，８０８号は、アンテナが伸長位置にある場合に同軸コンデンサーを規定するように構成される、格納式アンテナおよび固定フェルール接点を備える、無線電話用のシングル・フィードポイント・マッチング・システムを開示している。この従来技術のアンテナは、後退位置での作動と伸長位置での作動との間において周波数が偏移するので、依然不都合を有する。米国特許第５，９９０，８３９号は、トランシーバーと共に使用するための格納式アンテナを有する無線伝送装置を開示している。開示された格納式アンテナは、ハウジング内でロッドアンテナの周囲に配置された第１のコイルと、アンテナの拡張可能な部分に連結された第２のコイルとを有する。開示されたコイルは、後退位置および伸長位置の双方において信号を放射するために使用されることにより、アンテナシステムの有効性を低減している。
【０００４】
従って、セル方式電話装置のハウジング内に収容される必要がなく、アンテナの後退または収容位置と伸長または展開位置との間において最小限の周波数偏移を有する、セル方式電話装置と共に使用可能である格納式アンテナが必要とされている。
【０００５】
本発明は添付の図面と共に以下の記載を参照することによって最良に理解され得る。添付の図面のいくつかの図においては、同一の参照符号は同一の要素を識別するものである。
【０００６】
（発明の開示）
概して、伸縮アンテナは伸長位置と後退位置の双方においてほぼ一定の動作周波数を提供する。本発明の最小周波数偏移伸縮アンテナは、携帯電話（モトローラの型番ＳＵＧ１６９６ＡＡ）と共に使用されるが、無線信号を受信および／または送信する任意の種類の電気機器に利用することが可能である。本発明の一例において、アンテナは、携帯電話のハウジングの外部に取り付けられる。伸縮アンテナは、第１端部と第２端部を備えた支柱要素を有し、前記第１端部は携帯電話ハウジングに取り付けられて、携帯電話内の信号処理回路との電気的接続を確立している。アンテナは、さらに摺動可能に支柱要素を係合させる円筒状の放射要素を有する。後退または収容位置において、支柱要素の第１端部および円筒状放射要素の第１端部はほぼ隣接し、マスト要素の第２端部も円筒状要素内の第２端部とほぼ隣接する。装荷コイル要素は、円筒状の放射要素の第２端部に恒久的に接続された第１端部と、支柱要素の第２端部と係合可能な第２端部とを有する。アンテナが収容位置にある場合には、装荷コイル要素は支柱要素を係合させ、アンテナが展開位置にある場合には、装荷コイル要素は支柱要素から分離される。
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂはクラムシェル型携帯電話１００を示す。クラムシェル型携帯電話１００は、携帯電話１００の外部に装着されたアンテナ１０２を有している。図１Ａは、収容位置にあるアンテナ１０２を備えた閉位置にある携帯電話１００を示す。図１Ｂは、展開位置にあるアンテナ１０２を備えた開位置にある携帯電話１００を示す。携帯電話１００の閉位置において、カバー１０４は、携帯電話１００の本体１０８に取り付けられるキー１０６を被覆する。従来技術の伸縮アンテナは、通常、アンテナが、収容位置から展開位置に移動される場合の周波数偏移の問題を有する。さらに、金属クラムシェル型携帯電話用のアンテナは、クラムシェル型電話がＲＦ（高周波）接地されている場合、８００ＭＨｚバンドにおいてバンド幅の低減を受けることが知られている。アースされたフリップを備えたこの種の電話の金属クラムシェル設計は、ＳＡＲ（比吸収率）を低減するだけでなく、狭いバンド幅を生じることが知られている。通常のヘリカルアンテナは、２５ＭＨｚのバンド幅を提供し得るに過ぎない。さらに、アンテナが携帯電話のハウジングの内部に後退しない場合に、アンテナへの切り替え可能な整合（ｍａｔｃｈ）を容易にするためのアンテナの収容位置および展開位置を検知するための簡単な方法は存在しない。本発明の新規なアンテナは、周波数偏移問題を有効に解決するとともに、４０Ｍｈｚの測定バンド幅を有する。更に、本発明は、アンテナの収容位置および展開位置の双方に対して機能する単一の整合を有するアンテナを提供する。
【０００８】
従来技術のアンテナが展開位置から収容位置へ移動される場合、その電気長の変化は、リターン・ロスに対してより高い帯域への周波数偏移をもたらす。アンテナが伸長されるほど、周波数偏移は大きくなる。図２および図３は、収容位置（図２）および展開位置（図３）にある本発明のアンテナを概略的に示す。アンテナは、円筒状放射要素２０２が摺動可能に係合し得る支柱要素２００を有する。支柱要素は第１端部２０４を有し、その第１端部２０４は携帯電話２０８のハウジング２０６に装着され、かつ携帯電話２０８内の信号処理回路２１０に電気的に接続している。円筒状の放射要素２０２は、円筒状放射要素２０２が収容位置にある場合に、支柱要素２００の第１端部２０４にほぼ隣接して位置する、第１端部２１２を有する。装荷コイル２１４は、円筒状放射要素２０２の第２端部２１６に連結された第１端部２１８を有している。装荷コイル２１４はさらに第２端部２２０を有し、その第２端部２２０は、アンテナが図２に示されるような収容位置にある場合に、支柱要素２００の第２端部２２２と係合可能である。携帯電話２０８の動作中に、電流路２２４は、図２に示されるように、支柱要素２００、装荷コイル２１４および円筒状放射要素２０２を通って確立される。
【０００９】
図３において、アンテナは展開位置にあり、電流経路３００が、支柱要素２００を通った後、円筒状放射要素２０２を通って生じる。本発明の円筒状伸縮アンテナは、金属クラムシェル型携帯電話２０８において使用された場合、非常に低いＳＡＲで良好な効率およびバンド幅を備えた、非常に優れた性能を有する。本発明の伸縮アンテナは、さらに携帯電話２０８の内部に空間を必要としないという長所を有する。従来技術において、単一の整合（ｓｉｎｇｌｅ ｍａｔｃｈ）を使用する場合、アンテナの収容位置および展開位置の双方に対して完全な整合を得るのは困難であった。これは、アンテナが展開位置から収容位置へ移動される場合、電気長の変化がリターン・ロスによって高い帯域への周波数偏移をもたらすためである。従来技術のこの損失は本発明のアンテナによって克服される。アンテナが展開位置（図３）にある場合、装荷コイル２１４が、アンテナの開放端（円筒状放射要素２１２の第２端部２１６）に位置するので、装荷コイル２１４はアンテナの性能に有意に影響しない。アンテナが収容位置にある場合、装荷コイル２１４は支柱要素２００を円筒状放射要素２０２に接続する。したがって、収容位置において、アンテナ性能に対する装荷コイル２１４の効果（アンテナの電気長を増大させる誘導性装荷）は著しく増大される。一方、装荷コイル２１４は展開位置におけるアンテナの調整には効果がない。収容されたアンテナによる共振周波数は、展開位置のアンテナの共振に一致するように、より低い帯域に引き寄せられる。後退または収容位置の共振周波数は、装荷コイル２１４の長さを調節することにより選択することが可能である。測定データは、ＲＥ接地された金属フリップ型携帯電話に対して、本発明のアンテナが収容位置において優れたバンド幅を有することを示した。このアンテナは、通常使用位置において、帯域の全体にわたって４５％〜６４％に達するとともに、特に８００ＭＨｚの帯域で良好なバンド幅および優れた放射効率を達成した。さらに、該アンテナは、特に低いＳＡＲを確立することが最も困難な帯域である８００ＭＨｚの帯域に対して、非常に低いＳＡＲを維持する。
【００１０】
図４は本発明のアンテナの斜視図である。アンテナ４００は、機械的かつ電気的に携帯電話に接続するねじ山付コネクタ４０２を有する。ねじ山付コネクタ４０２は、電話のアースまたは金属ハウジングではなく信号処理回路２１０に接続する。この実施形態において、支柱要素４０４は、入れ子になった２つの部分４０６，４０８を備える。部分４０８が部分４０６上に入れ子状に嵌合してアンテナ４００を収容される。円筒状放射要素４１０は、アンテナ４００の収容位置となるために、支柱要素４０４の部分４０８上を摺動する。図４では、アンテナ４００が、展開位置で示されている。支柱要素４０４は１つの固定長を有するものであってもよいし、または複数の入れ子式部分を有してもよい。
【００１１】
図５は、本発明のアンテナの一実施形態の展開斜視図である。ねじ山付コネクタ５００は、携帯電話に機械的・電気的接続を提供する。ニッケルチタンワイヤ、または同等の材料のワイヤは、ニッケルチタンロッド５０２を形成する。そのニッケルチタンロッド５０２は、支柱要素５０６の１つの部分を形成する。ロッド５０２は絶縁スリーブ５０８を有する。支柱要素５０６の第２の部分はフェルールチューブ５０４である。該フェルールチューブ５０４は、例えば、黒色クロム仕上げまたは適当な表面仕上げを有するステンレス鋼から形成されている。低部摺動接触子５０５および上部停止接触子５１０は、支柱要素５０６を入れ子式になり得るようにさせるための構造を提供する。円筒状放射要素５１２は、真鍮材料または任意の同等の材料から形成される。円筒状放射要素５１２はブッシング５１４、絶縁体５１６および真鍮材料から構成される内部接点ブッシング５１８を収容する。この要素５１４，５１６，５１８のアセンブリは、円筒状放射要素５１２が摺動可能に支柱要素５０６を係合させることを可能にする。円筒状放射要素５１２はさらに、この実施形態では一重の平坦なコイル５２０である、装荷コイルを収容する。この実施形態において、一重の水平なコイル５２０は、炭素鋼であるピアノ線から形成される。円筒状放射要素５１２はさらに、円筒状放射要素５１２を被覆するプラスチックシェル５２２を有する。
【００１２】
図６は、収容位置にある図５に示したアンテナの横断面図である。この収容位置において、装荷コイル５２０は、上部停止接点５１０および内部接点ブッシング５１８を介して支柱要素５０６への電気的接続を確立する。図７は、単一の装荷コイル５２０の図面である。開示した実施形態において、装荷コイル５２０は、第１端部７００を有し、その第１端部７００は円筒状放射要素５１２にはんだ付けされるか、または緊縮される。装荷コイル５２０の第２端部７０２は、内部接点ブッシング５１８にはんだ付けされるか、または緊縮される。
【００１３】
図８および図９は、装荷コイル８００の代替実施形態を示す。この実施形態において、装荷コイル８００は、２ｍｍのコイルピッチを備えた右手方向の螺旋を形成する。該コイルは炭素鋼ピアノ線から形成される。装荷コイル８００は、図１０において本発明のアンテナの横断面図に示されている。
【００１４】
図１１〜図１２はさらに、本発明によるアンテナ１１００の横断面図である。図１１は、収容または後退位置にあるアンテナ１１００を示す。一方、図１２は、伸長または展開位置にあるアンテナ１１００を示している。後退位置においては、図１１に示されるように、アンテナ１１００は約３８ｍｍの全長を有する。また、該アンテナは展開位置においては、６２ｍｍの全長を有する。
【００１５】
したがって、本発明は、外部に装着され、かつ伸長位置および後退位置の双方においてほぼ一定の動作周波数を提供する、携帯電話のような電気装置上で使用するための伸縮アンテナを提供するという従来技術における要求を満たしている。本発明のアンテナは、後退位置および伸長位置において同一の整合（マッチング）を有することにより、切り替え可能なマッチング要素の必要性を排除するという長所を有する。ヘリカルモノポールアンテナと比較して、本発明のアンテナは、アンテナが後退位置にある場合、ＲＥ接地されたフリップ型携帯電話のためのバンド幅も改善した。更に、本発明のアンテナは、金属貝殻クラムシェル型携帯電話に使用された場合、後退位置および伸長位置の双方において、非常に低いＳＡＲを有する。
【００１６】
本発明は、示された装置の特定の詳細に制限されるものではなく、他の変更および応用例が考えられる。本願に包含する発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記に記載された装置に他の変更が為され得る。例えば、本発明のアンテナは、無線信号を送信および／または受信する任意の種類の電子機器と共に容易に使用され得る。更に、本発明では、後退位置および伸長位置の双方におけるアンテナの様々な長さ（用いられる入れ子式部分の数の関数として）、並びに、支柱要素に中心が合わせられていない円筒放射要素のような、円筒状放射要素に支柱要素を連結するための他の摺動可能かつ係合可能な構造が実施される。さらに、好ましい実施形態において示した装荷コイルより多いか、または少ない巻数を有する装荷コイル、並びに螺旋状以外の他の構成などの装荷コイルの他の構成は本発明の教示内にある。したがって、上記記載における内容は例証として解釈されるべきものであり、限定的な意味ではないことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明による格納式アンテナを有する携帯電話を示す図。
【図１Ｂ】 本発明による格納式アンテナを有する携帯電話を示す図。
【図２】 収容または後退位置にある本発明のアンテナを示す概略図。
【図３】 展開または伸長位置にある本発明のアンテナを示す概略図。
【図４】 本発明によるアンテナの例の斜視図。
【図５】 本発明のアンテナの一例の構成要素の展開斜視図。
【図６】 後退位置にある本発明によるアンテナの一例の横断面図。
【図７】 本発明の一例であるとともに、図６アンテナ中で使用されるような装荷コイルの一実施形態を示す図。
【図８】 本発明のアンテナの一例と共に使用するための装荷コイルの代替実施形態を示す図。
【図９】 本発明のアンテナの一例と共に使用するための装荷コイルの代替実施形態を示す図。
【図１０】 後退位置にあり、図８および図９に示したような装荷コイルを使用した本発明のアンテナの一例の横断面図。
【図１１】 伸長または展開位置にある本発明のアンテナの一例の横断面図。
【図１２】 後退または収容位置にある本発明のアンテナの一例の横断面図。

Claims (8)

1. ハウジングおよび少なくとも処理モジュールを有する電子機器と共に使用するためのアンテナシステムにおいて、
   第１端部および第２端部を有する支柱要素であって、その第１端部は電子機器のハウジングに機械的に連結し、かつ電子機器内の処理モジュールに電気的に接続する、支柱要素と、
   支柱要素と摺動可能に係合し得る放射要素であって、第１端部および第２端部を有する放射要素と、
   放射要素の第２端部に取り付けられ、かつ第１端部および第２端部を有する装荷コイルであって、該装荷コイルの第１端部は放射要素の第２端部に電気的に接続される、装荷コイルとを備え、
   前記放射要素は、装荷コイルの第２端部が支柱要素の第２端部に電気的に接続されるように、該放射要素が支柱要素の少なくとも一部上の後退位置に位置することによって規定される収容位置を有し、
   前記放射要素は、放射要素の第１端部が支柱要素の第２端部に連結されることによって、装荷コイルの第２端部が支柱要素から電気的に分離されるように、該放射要素が支柱要素に対する伸長位置に位置することによって規定される展開位置を有することを特徴とするアンテナシステム。
2. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、支柱要素は入れ子式の構成を有するアンテナシステム。
3. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、放射要素はほぼ円筒状の構成を有するアンテナシステム。
4. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、放射要素は、支柱要素をほぼ包囲し、かつ支柱要素の上に入れ子式に嵌合可能であるアンテナシステム。
5. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、装荷コイルが、アンテナシステムの動作周波数が放射要素および支柱要素の収容位置および展開位置に対してほぼ一定となるように構成されるアンテナシステム。
6. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、装荷コイルがほぼ螺旋形の構成を有するアンテナシステム。
7. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、装荷コイルがほぼ平坦な構成を有するアンテナシステム。
8. 請求項１に記載のアンテナシステムであって、収容位置において、該アンテナシステムは、処理モジュールから支柱要素をその第１端部から第２端部へと通り、装荷コイルをその第２端部から第１端部へと通り、放射要素をその第２端部から第１端部へと通る電流路を有し、展開位置において、該アンテナシステムは、支柱要素をその第１端部から第２端部へと通り、放射要素をその第１端部から第２端部へと通る電流路を有する、アンテナシステム。

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