JP4645922B2 - 複数の帯域にわたって動作するのに適したアンテナ装置を有する無線デバイス - Google Patents

Description

本発明は、前面カバー及び背面カバーを有するケーシングと、アンテナ装置と、無線周波回路装置と、アンテナ装置を無線周波回路装置に接続する整合ユニットとを備えている複数の帯域にわたって動作する無線デバイスに関する。

携帯電話機などの無線デバイスは、内部アンテナを内蔵している。このアンテナは、小型である（動作波長に対して）。そのため、大きい帯域用に整合させることは困難である。更に、無線デバイスは、８２０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚの範囲内にある複数の帯域にわたって動作しなければならない。別の要件は、放射エネルギーがユーザの頭に与える影響（ＳＡＲ）を可能な限り最低にすることである。

本発明の目的は、これらの多少矛盾した要件を全て満たすことにある。

本発明は、アンテナを整合させる手段を特に開示している特許出願ＷＯ０３／０９４２９０号、及び、板状逆Fアンテナ（ＰＩＦＡアンテナ）を開示している米国特許第６，６７４，４１１号の特許文献に基づいている。

本発明は、冒頭で規定したタイプの無線デバイスを提案するものであり、本発明の無線デバイスは、前述した要件を満たす見地で良好な性能を呈する。

また、本発明は、上述の無線デバイスに適したアンテナ装置を提案する。

このような無線デバイスは、
アンテナ装置が、少なくとも２つのアンテナ部分によって形成され、各アンテナ部分が一組の帯域に関連付けられ、
アンテナ部分が、共に近接して配置され、
アンテナ装置が、前面カバーに対して垂直な部分と、背面カバーの近くにある別の部分と、給電点とを備え、
整合ユニットが、アンテナ装置を各帯域にチューニングするための制御スイッチング手段を備える、ことに特徴付けられる。

本発明のこれらの要点及び他の要点は、非限定的な例による後述する実施例を参照して、明らかにしていく。

図１に、本発明による無線デバイス１を示す。この無線デバイスは、図示していないケーシング内に、多くの回路が配置されるＰＣＢ板１２を備え、それらの多くの回路の中で、ＲＦ回路（図示せず）をアンテナ装置１５に整合させるための整合回路ユニット１４を示してある。

本発明の一態様によるアンテナ装置は、高周波帯域に関連する高周波部分１７と低周波帯域に関連する低周波部分２０とを備える。各アンテナ部分は、前面カバー(即ち、ＰＣＢ１２)に対してほぼ垂直な垂直サブ部分２１及び２２（それぞれ、高周波部分１７用及び低周波部分２０用）と、前面カバーに対して平行な、背面カバーのサブ部分２７及び２６とを備える。関連帯域は、８２０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚの範囲にある。図示のアンテナ装置は、寸法４０ｘ２０ｘ８ｍｍ（慣例のデュアル／トライ・バンドのアンテナとほぼ同一の容積）内に収納される。ＰＣＢは、寸法１００ｘ４０ｘ１ｍｍであり、銅シートとして設計される。アンテナ装置は、主に直列共振特性を保持するように設計され、これは、損失を最小にしながら、直列コンポーネントのみを使用して、アンテナをチューニングすることができる。

低周波及び高周波アンテナの反射係数（それぞれＳ_１１及びＳ_２２）を、図２及び図３に示す。

２つのアンテナ間の絶縁性(Ｓ_２１)を、図４に示している。ここで、２つのアンテナ部分１７及び２０間で、それの近接配置にも関らず、対象となる帯域内において、２０ｄＢよりも良好な絶縁性を維持しなければならないことに留意する。

好適な実施例では、スロット３０及び３１を設ける。これらのスロット３０及び３１は、図５に示すように、携帯電話の前面カバー及び背面カバーに垂直なアンテナの平面内に位置させている。この位置にスロットを設ける利点は、ユーザが自分の手をスロット情報に置いて、その電気性能を変更することはめったにないからである。また、これらの位置にスロットを設ける代わりに、アンテナ基板に配置される個別のコンポーネント、即ちインダクタ／コンデンサを用いることもできる。後述するように、整合ユニット１４に含まれるスイッチ及びチューニングコンポーネントにおける損失を抑えるために、まず、アンテナを、これらのアンテナがカバーする帯域グループの中心周波数にほぼチューニングする。これは、アンテナのスロット３０及び３１か、又はアンテナに配置する個別の回路素子のいずれかを用いて達成することができる。スロット(又は、個別のコンポーネント)は、アンテナの動作帯域にて直列インダクタンスとして機能し、ここでは、帯域幅を保持するようにアンテナサイズを減少させてスロット(又は、個別のコンポーネント)を形成する。スロットは、これらが他方のアンテナの動作帯域にて直列接続型の帯域消去フィルタとして作用するように構成して、アンテナ間の絶縁性を増大させることもできる。

図５のアンテナ装置は、幾つかの要所箇所を有する。即ち、Ａは、アンテナ部分１７用の給電点であり、Ｄは、アンテナ部分２０用の給電点である。要所箇所Ｂ及びＣは、それぞれアンテナ部分２１及び２２のピン４０及び４１を短絡するための短絡接点である。これらの短絡接続は、アンテナの入力端子間の分路インダクタンスを高める効果を有する。この分路インダクタンスは、何らかの分路キャパシタンスを用いてチューニングアウト（tuned out）することができ、これは、バンドパスフィルタリングの効果を与えるものであり、また、アンテナの帯域エッジ抵抗を増大させる（制限された“ダブルチューニング”による）。これは、主に直列共振のアンテナ特性を維持しながら行うことができる。同様に、これは、直列のチューニングコンポーネントだけを必要とするから、整合ユニットにおける損失を最小にする。

スロットと給電及び短絡ピンの双方は、分路キャパシタと相俟ってバンドパスフィルタとして機能し、２つのアンテナ間の絶縁性を増大させることができる。また、スロットと短絡ピンの双方は、分路キャパシタと相俟って、アンテナの最悪ケースの反射係数を減少させ、後続の整合回路ユニットの損失を最小にすることができる。

給電及び短絡ピンの幅は、アンテナ抵抗が公称的にシステム・インピーダンスよりも低くなるように選定する。これは、各アンテナでカバーする必要がある広い帯域幅にわたって反射係数を最小にする。このような構成は、さらに、（アンテナのＱファクタを減少させつつ）アンテナ抵抗を増大させる傾向があるユーザ干渉を許容する。

アンテナ抵抗は、各帯域にわたって約２０オームよりも大きくすることに留意する。何ら更なる手段を講じなければ、アンテナによってフロントエンド回路に与えられる最悪ケースの抵抗は、５オーム未満になる。慣例のスイッチは、数オームの典型的な“オン”抵抗を有するので、これは、かなりの損失をもたらすことになる。そこで、ＭＥＭＳスイッチが、これを軽減するのに必要とされる。スロット、短絡ピン及びダブルチューニング用コンデンサにより、最悪ケースの抵抗は、約２５オームになる。ここで、許容損失を有する慣例のスイッチを用いることができる。

図６に示す整合ユニットは、下記の表１に示すような帯域に従って動作させるのに適している。

図６では、帯域ポートに、表１に従って参照番号を付してある。帯域ポートＢ１〜Ｂ６は、アンテナ部分２０にリンクされ、ポートＢ７−Ｂ１４は、アンテナ部分１７にリンクされる。この図に示しているフィルタＦ１〜Ｆ８は、考慮下の帯域の中心周波数にチューニングする。移相器を、整合の改善を考慮して、これらのフィルタに関連付けることがよくある。移相器ＰＳ１−ＰＳ６は、それぞれフィルタＦ２，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７及びＦ８に関連付ける。この整合ユニット１４は、７つの枝路ＢＲ１〜ＢＲ７によって形成されている。帯域ポートＢ１は枝路ＢＲ１に接続され、帯域ポートＢ２及びＢ３は枝路ＢＲ２に接続され、帯域ポートＢ４，Ｂ５及びＢ６は枝路ＢＲ３に接続され、帯域ポートＢ７は枝路ＢＲ４に接続され、帯域ポートＢ８及びＢ９は枝路ＢＲ５に接続され、帯域ポートＢ１０，Ｂ１１及びＢ１２は枝路ＢＲ６に接続され、帯域ポートＢ１３及びＢ１４は枝路ＢＲ７に接続される。様々な帯域にアンテナ装置を整合させるために、数個の制御手段を設ける。これらの制御手段は、スイッチによって構成する。スイッチＳＷｌ，ＳＷ２，…ＳＷ７は、枝路ＢＲｌ，ＢＲ２，…ＢＲ７の出力端に接続する。枝路ＢＲ２及びＢＲ５にそれぞれ挿入したスイッチＳＷ１０及びＳＷｌ１は、前者用には帯域ポートＢ２又はＢ３に依存して、後者用には帯域ポートＢ８又はＢ９に依存して制御される。スイッチＳＷ２１及びＳＷ２２は、前者用には帯域ポートＢ４又はＢ５に従って、後者用には帯域ポートＢ１０又はＢ１１に従って切り換えられる。幾つかのコンデンサＣ１〜Ｃ７は、インダクタＬ１〜Ｌ６と相俟って整合を改善する。アンテナ部分１７−Ａ及び２０−Ｄの近くに配置する２つの追加のコンデンサＣＭｌ及びＣＭ２は、整合を完全にするために設ける。各帯域ポートに対して、僅か２つのスイッチを用いるだけでアンテナ装置に接続するために、これらのスイッチの損失及び寄生効果を最小にすることに留意しなければならない。

高周波部分及び低周波部分を備えるアンテナ装置を有する、発明による無線デバイスを示す図である。 低周波アンテナ部分の反射係数を示すスミスチャートである。 高周波アンテナ部分の反射係数を示すスミスチャートである。 ２つのアンテナ部分間の絶縁性を表すグラフである。 本発明によるアンテナ装置を有する無線デバイスの好適な実施例を示す図である。 本発明による図５の無線デバイスに適した整合ユニットの回路図である。

Claims (7)

1. 複数の帯域にわたって動作する無線デバイスであって、前面カバー及び背面カバーを有するケーシングと、アンテナ装置と、無線周波回路装置と、前記アンテナ装置を前記無線周波回路装置に接続するための整合ユニットとを備えている無線デバイスにおいて、
   前記アンテナ装置は、少なくとも２つのアンテナ部分によって形成され、各アンテナ部分は、異なる一組の帯域に関連付けられ、
   前記アンテナ部分は、共に近接して配置され、
   前記アンテナ装置は、前面カバーに対して垂直な部分と、背面カバーの近くにある別の部分と、給電点とを備え、
   前記整合ユニットは、前記アンテナ装置を各帯域にチューニングする制御スイッチング手段を備え、
   アンテナの共振周波数をチューニングするとともに、前記少なくとも２つのアンテナ部分の間を絶縁するために、前記垂直な部分にスロットを設けるようにした、ことを特徴とする無線デバイス。
2. 請求項１に記載の無線デバイスにおいて、前記スロットは、前記アンテナ装置の動作帯域にて直列インダクタンスとして機能することを特徴とする無線デバイス。
3. 請求項１に記載の無線デバイスにおいて、アンテナの共振周波数をチューニングするとともに、前記少なくとも２つのアンテナ部分の間を絶縁するために、前記垂直な部分に個別素子を設けるようにしたことを特徴とする無線デバイス。
4. 請求項１又は２に記載の無線デバイスにおいて、短絡ピンを前記垂直な部分に設けるようにしたことを特徴とする無線デバイス。
5. 複数のアンテナ部分を備えるアンテナ装置であって、各アンテナ部分は、異なる一組の帯域に関連付けられ、アンテナ部分の各々は、第２の部分に対して垂直な第１の部分を有し、前記第１の部分は、給電点及び短絡ピンを備え、前記第２の部分は、放射素子を備え、
   アンテナの共振周波数をチューニングするとともに、前記少なくとも２つのアンテナ部分の間を絶縁するために、前記垂直な部分にスロットを設けるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項５に記載の無線デバイスにおいて、前記スロットは、前記アンテナ装置の動作帯域にて直列インダクタンスとして機能することを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項５に記載の無線デバイスにおいて、前記第１の部分は、アンテナの共振周波数をチューニングするとともに、前記少なくとも２つのアンテナ部分の間を絶縁するために、前記垂直な部分に個別素子を備えることを特徴とするアンテナ装置。

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