JP4242780B2 - 平衡マルチバンドアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は一般の無線アンテナに関し、特に携帯通信装置に関してのものである。

現代は、携帯電話のような携帯通信装置の設計をする際に相反する要望を指示している。一方では、消費者は、衣服や他の物によるダメージの影響を受け難い、内蔵型アンテナを有する小型電話に関心があり、また一方では、アンテナの電気的特性を適合させることも必要である。さらに、携帯電話のような無線携帯通信装置はＲＦ電力を伝送し、携帯電話からのＲＦ放射レベルは注意深く調べられている。

通常、内蔵アンテナは、携帯電話の裏面上部に配置される。しかしながら、電話機が急速に小型化していくに従い、この問題に関して、２つの技術的問題点がある。ａ）電話機を掴む使用者の手が、ほとんどアンテナを遮断してしまう。この問題は、良好なアンテナ特性を許容レベル以下に劣化させる。そしてｂ）内蔵アンテナは、使用者の近傍に位置する電話機の筐体上にＲＦ電磁波による励起電流を励起させる。これは電磁波曝露基準を満たすためにＲＦ電力の出力を減らすことが要求される。従って、小型電話機の裏面上部に収納されたアンテナの配置は望ましくない。

ＲＦ曝露の最も高いレベルは、殆どの場合、装置の筐体の導電部内もしくは、導電部上を流れるＲＦ電磁波であり、アンテナ上ではない。筐体のＲＦ電磁波を減少もしくは除去する従来技術は、大きくて、扱いにくいアンテナや、大きなＲＦ波を使用することになり、それはアンテナの大きな反応性近接場の原因となり、ＲＦ電磁波曝露の主要因となっている。どちらの場合においても、アンテナと電話機とが大きくなることは好ましくないことである。

携帯通信装置の大きさは、従来、組み込まれた電子部品とバッテリーの大きさによって決められてきた。使用者は通信装置の大きさが劇的に減少することを待ち望んでいた。その結果、通信中、アンテナはより高いＲＦ電磁波密度を、通信装置の小さい筐体、シャーシ、もしくは印刷回路基板上に無制限に誘起した。これらのＲＦ電磁波は、ＲＦ通信信号の放射に効果的に寄与すると言うより、むしろ、散乱させている。ＲＦ電力の散乱は、極めて小さい装置に悪影響を及ぼし兼ねない。さらに、この電力損失は通信の伝送品質を低下させ、装置の電池寿命を減らす。これらは、装置とアンテナ装置が複数の周波数帯で動作することを要求される時、問題を複雑にする。
米国特許第５，０１４，３４６号 米国特許第５，５４２，１０６号

従って、消費者の使用による信号劣化が起こる可能性が高くない多周波アンテナの構成を有する通信装置の要望がある。特に本発明は、使用者近傍から遠ざかるような方向へ向いているアンテナを形成するという利点がある。さらにアンテナの平衡状態から電話機のシャーシが外れるという利点も有するし、このことは従って、電話機シャーシ上のＲＦ電磁波を減らす。さらに、通話位置におけるアンテナ効率を減少させず、電池寿命を減らすこともなく、また、通信装置の大きさや費用を増すことなくこれらの要望を達成できれば有利である。

本発明は、装置の底部に取り付けられている可動フリップ部分に形成された平衡デュアルバンドアンテナを有する通信装置を提供するものである。有利な点は、この構造は、小型装置におけるアンテナ効率の解決策を提供し、それによって使用者の手がアンテナを遮断することがなく、アンテナと使用者の会話位置との間に多くの間隔が生じる。その結果、アンテナは使用者近傍から遠ざかるので、装置は消費者が使うことによって信号劣化を受ける可能性は下がる。さらに、平衡アンテナの構成はアンテナの平衡状態から電話機シャーシを除くことができる利点があり、その結果、電話機シャーシ上を伝わるＲＦ電磁波を減らす利点がある装置のＲＦ電磁波はより小さく、電話機上のなるべく有利な位置に配置される。これは結果的には、伝送効率を妨げずに電話機表面の近傍電磁界強度を下げることになる。さらに、平衡アンテナの構成はアンテナ装置のＲＦ電磁波を保持し続け、シャーシ、あるいは使用者近傍にある筐体のそれらの部分から離れているので、電池寿命が延び、通信装置の大きさや費用が増えない。

通信技術が進化してきたので、アンテナ効率と電磁界曝露は双方向（伝送）携帯用無線通信製品で問題になっている。小さくて、携帯に便利な無線通信製品は市場からの要望があり、アンテナ効率と電磁界曝露の問題は、より困難になっている。本発明は、効率を妨げることなく使用者の近傍からアンテナを除去して、アンテナ放射を制御する平衡アンテナ装置を提供している。本発明はダイポールアンテナとループアンテナを組み合わせたアンテナで、１つの周波数帯以上で動作ができる新しい１つのアンテナの構成である。さらに、本発明は、アンテナ装置の動作を制約する、電話機のフリップ部上に他の装置を取り付ける一般的な方法を考慮している。例えば、フリップはフリップを閉じた時に、装置のディスプレイを見るための窓、あるいは様々なボタン、そしてフリップを閉じた状態にしたときの使用者の入力を可能にする表示、という機能を含んでいる。これらの装置は通常、フリップ部へ設置するためにアンテナ特性を劣化させる。

本発明は、これまで説明してきた好ましい実施例だけではない応用面を持っており、本説明は、ただ発明を図示し、説明したものであり、決して発明を制限するものではない。明細書が、新規性がある本発明の特徴を規定する請求項で結論付けられるのであって、本発明は、参照数字のある図と関連した後述の説明によってより良く理解されるであろう。本発明に定義されたとおりに、無線電話は、情報を無線周波数帯の電磁波を用いて基地局に通信する通信装置である。一般に、無線電話はポータブルで、使用時に通常、人間の耳の近くの頭部で支えられる。

本発明の概念は、ＲＦ信号を送受信するあらゆる電子製品において有利に利用され得る。好ましくは、通信装置の無線電話部は、パーソナル通信、ページャ、コードレス電話機、またはパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）無線電話に適応した携帯電話である。無線電話部は、アナログ通信標準、またはデジタル通信標準によって構成される。無線電話部は、一般に無線周波数（ＲＦ）伝送部、ＲＦ受信部、制御部、アンテナ部、バッテリー部、複式フィルタ部、周波数合成部、信号処理部、およびキーパッド、ディスプレイ、制御スイッチ、マイクロフォンのうち少なくとも１つを含むユーザーインタフェイスから構成されている。無線電話部はまた、ページャであっても良い。携帯電話と合体した電子機器、双方向無線またはページャのような選択性無線受信機は、当技術分野で周知のように、本発明の通信装置と組み合せられる。

図1は、本発明による通信装置を示している。一例として、通信装置は、当技術分野で
周知の、従来のセルラー式無線受信機の回路を有する携帯無線電話を具体化したもので、本発明では簡単化のために説明しない。携帯電話は、小型の筐体中で集積化されたユーザーインタフェイスのような、従来のセルラー式電話のハードウェア（これも、簡単化のために説明しない）で構成されており、さらに、本発明によるアンテナ装置も含まれる。個
々の通信装置は、この概念と、それぞれの応用のために選択される方法を実現する。

図１に示すように、アンテナ装置は、携帯無線電話機１０１のような通信装置に集積される。携帯無線電話機は可動フリップ部１０２を有する。フリップ部１０２は、関節機構１１４による携帯無線電話機１０１に取り付けられており、その関節機構１１４は、フリップ部１０２の複数の動作部分からなる。図に示す状態はフリップが開いている状態で、拡張された状態で筐体から外向きに伸ばした状態である。別の状態はフリップが閉じた状態である（図２）。他の中間動作状態のフリップ位置も使用される。本発明はフリップ部１０２に集積されたアンテナ装置１１２を提供する。フリップ部１０２は大きな露出部１０４も含み、それは窓、ディスプレイ、いくつかのキー、あるいは他のユーザーインタフェイスのために専有される。領域はフリップ部の反対側の表面を通した開口部で形成される。フリップ部１０２の領域１０４は、フリップ部を横切って拡がっているので、アンテナの集積には使用できない。

図３において、アンテナ１１２はフリップ部１０２とフリップカバー１１３との間に配置される。フリップ部１０２、フリップカバー１１３はともに、有機高分子のような、適切な誘電材料で作られている。フリップ部１０２はアンテナ１１２の収納場所を有する。アンテナ１１２はフリップ部１０２とフリップカバー１１３との間に挟まれている。３つの部品（アンテナ１１２、フリップ部１０２、そしてフリップカバー１１３）は全て、相互に接続され、これは接着剤、あるいは他のタイプの固着装置によって達成される。アンテナ１１２は銅、あるいは他の類似の性質の適切な導電体の薄い導電性ストライプで作られて、薄い誘電基板に埋め込まれる。

図４において、好ましい実施例では、アンテナ１１２はデュアルバンドで動作すべく構成される。しかし、一般には、アンテナの構成はただ２つの動作バンドに限定されない。アンテナの構成は、一組の対称性デルタ整合導体１０７に接続された対称性ベントダイポール１０５で、そのデルタ整合導体１０７は、第1の周波数で動作可能である。さらに、
対称性デルタ整合導体１０７とベントダイポール１０５の先端部は第２の周波数で動作するループアンテナを形成する。アンテナ１１２は平衡伝送線路１０６による給電点１１０で給電される。アンテナの構成は、フリップ１０２の縦中心軸に関して完全に対称である。アンテナ構成の対称性は、平衡給電伝送線路１０６の使用と同時に、アンテナ制御のモード平衡という役割も担っている。

ベントダイポール１０５は、フリップ部１０２の外側端の周りに配置される。ベントダイポール１０５はフリップ１０２の縦中心軸に関して対称である。ベントダイポール１０５の全長は、低い動作周波数帯における第1の共振を提供するような方法で選ばれる。好
ましくは、ダイポールは９００ＭＨｚに調整され、その全長は動作周波数の１／２波長近傍である。

一組の対称性デルタ整合導体１０７は、フリップ部１０２の専用領域１０４の端の周りに配置される。導体１０７はダイポール１０５と伝送線路１０６との間のインピーダンス変換をする。デルタ整合導体１０７は接触点１０８でダイポール１０５と接続される。接触点１０８の実際の位置は、低い動作周波数におけるダイポール１０５と伝送線路１０６との間で良好なインピーダンス整合特性が得られるように選択される。

デルタ整合導体１０７と接点１０８間のベントダイポール１０５の先端部は、２番目に高い周波数帯で動作可能な第２のループアンテナを形成する。第１と第２のアンテナはデルタ整合導体１０７を共有して、平衡デュアルバンド・ハイブリットアンテナ装置を形成する。ダイポールとループは、ループアンテナと同じ供給源で効率的に動かされながら、共通の伝送線路１０６と物理的に接続されているにもかかわらず、ダイポールはデルタ整
合導体によって接点で効率的に動かされている。任意で、１組の導電性アーム１０９は接点１０８に近接するデルタ整合導体１０７に接続され、同様に駆動される。好ましくは、これらの導電性アーム１０９は、第２の周波数帯もしくはその近傍で共振し、その周波数帯を調整するのに使われる。この場合、両導電性アーム１０９の長さは、高い周波数帯での周波数を調整するように選択される。有効な長さは他の構成要素との電磁結合によって変化する。さらに、物理的長さは、当技術分野で周知のような材料添加の加減によって最適化することにより変化する。あるいは、導電性アーム１０９は多周波数帯で動作させるために、第１、第２の周波数とは異なる、第３の周波数における共振を提供できるように選択し得る。追加した１組の導電性アームは、第３あるいはそれ以上の周波数で、多周波数帯での動作をするために同様の方法でアンテナ装置に取り付けられる。言い換えると、第１、第２の周波数とは異なる第３の、あるいは、それ以上の周波数である。

平衡伝送線路１０６は給電点１１０から通信装置１０１の受信回路（図示しない）へ、アンテナ装置と接続している。これはフリップ部１０２の図１の関節機構１１４による、フレキシブル配線で接続された接続（図示しない）によって実現できる。あるいは、受信機への接続は関節機構の静電、あるいは誘導結合によって達成できる。好ましくは、この接続は誘導性結合器１０３を介して回転式関節機構１１４と接続する。これは米国特許第５，０１４，３４６号に記載の１つに類似しており、参考のためにこの明細書に添付する。誘導性結合器１０３は平衡―不平衡モード変換器として動作し、伝送線路１０６上の、ＲＦ電磁波の不要不平衡モードの良好な抑制を示す。１組の結合１０３を図示するが、それ以上の関節点が異なる伝送線路結合（図示せず）の寄与に使われている。アンテナの対称で平衡給電構成は、アンテナ動作の平衡モードを形成する。これはアンテナ放射装置の構成部分となる電話機の胴体、電話機胴体上の不要ＲＦ電磁波の抑制、その結果、近傍電磁界の放射低減、アンテナ放射効率の増加を除去することができる。

フリップを閉じた状態におけるアンテナ１１２の動作は、米国特許第５，５４２，１０６号に記載されているものに類似している方法で構成されており、参考のために明細書に添付する。フリップ部１０２が閉じた状態にある時、電話機１０１の近傍のため、その入力インピーダンスは変わる。好ましくは、無線電話機の筐体の前面部は、有機高分子のような非導電性材料で作られた方が良い。さらに好ましくは無線電話機の筐体の前面部は、少なくとも１つの導電性プレート（図１に示す１１１）を含み、その導電性プレートは、筐体の前面部に組み込まれているのが良い。フリップ部１０２が第２の（閉じた）状態にある時（図２に示す）、導電性プレート１１１はアンテナ装置の極めて近傍にあり、特にデルタ整合導体の近傍にある。導電性プレートは前述のような方法で、アンテナ導体と電気的に結合し、アンテナの入力インピーダンスは、アンテナを装置の他の導電性部に近づけることにより、インピーダンス変化を補償するために、補正される。言い換えると、導電性プレートは、平衡伝送線路１０６と整合をとることを防ぐ手段をとっている。フリップ部が開いた状態の時、導電性プレートは、アンテナのインピーダンスに最小限の効果をもたらす。

要約すると、本発明は、無線電話機のアンテナ―筐体の改善と技術を提案するもので、それは無線電話機の受信効率を最適化する。それ自体は、アンテナ素子、もしくは励振器としての役割を果たさない。ダイポール／ループの例を示したが、本発明は、当技術分野で周知の他のアンテナ構造として同じように応用されている。

専門用語もしくは技術用語は、説明のため、そして制限をしないように記述されると理解される。従って、本発明は、選択性、変更、等価性そして変化のような全ての事項について、請求項の範囲内であると思われる。

本発明によるアンテナ装置を有する、フリップが開いた状態にある無線電話の斜視図。 閉じた状態にある図１の斜視図。 図１の組合せアンテナを用いたフリップ部の分解図。 本発明によるアンテナ構成レイアウトの平面図。

Claims (10)

1. 筐体内に配置された送受信機を有する、通信装置用の平衡アンテナ装置であって、
   前記送受信機と電磁結合されている平衡伝送線路と；
   同平衡伝送線路と接続され、第1の周波数で動作可能な対称性ベントダイポールアンテナ素子と；
   前記平衡伝送線路に接続されており；
   同ベントダイポールアンテナ素子の部分を共有し、かつ；
   第２の周波数で動作可能な対称性ループアンテナと；からなる装置。
2. 前記ベントダイポールは、前記伝送線路に接続されている対称性デルタ整合導体と接続点で結合しており；
   前記ループアンテナは、前記デルタ整合導体、および接続点間の前記ベントダイポール素子部で形成されている、請求項１に記載の装置。
3. 接続点近傍の前記デルタ整合導体に接続された、1組の導体アーム部から更になる請求項２に記載の装置。
4. 前記ループアンテナを同調させる１組の導体アームからなる請求項３に記載の装置。
5. 第２の動作周波数近傍で共振する１組の導体アームからなる請求項３に記載の装置。
6. 第３の動作周波数で共振する１組の導体アームからなる請求項３に記載の装置。
7. 更に、前記接続点近傍で前記デルタ整合導体に接続され、かつ、第３の動作周波数で共振する第２の組の導体アームからなる請求項３に記載の装置。
8. 前記筐体に関節部品で接続される可動フリップ部を備え、前記通信装置のフリップ部内に配置された前記アンテナ装置、から更になる請求項１に記載の装置。
9. 前記関節部品を介して前記送受信機と誘導結合された伝送線路からなる請求項８に記載の装置。
10. 前記フリップ部は、開いた状態、および閉じた状態を有し、少なくとも１つの導電性プレートが配置された前記筐体で、前記フリップ部が閉じた状態の時、前記少なくとも１つの導体プレートが前記伝送線路に正しく整合するためにアンテナのインピーダンスを調整する、ことからなる請求項８に記載の装置。

Images