JP6486483B2 - マルチバンド・アンテナ及び端末デバイス - Google Patents

Description

本発明の実施形態はアンテナ技術に関連し、特に、マルチバンド・アンテナ及び端末デバイスに関連する。

ワイヤレス通信技術の進歩により、スマートフォンやタブレット・コンピュータのようなポータブル端末デバイスがますます使用されている。購入するように消費者を引き付けるため、ポータブル端末デバイスの製造業者は、ポータブル端末デバイスを継続的に改良しなければならない。

外見はポータブル端末デバイスについて消費者が持つ第1印象である。従って、ポータブル端末デバイスを購入するように消費者を引き付けるためには、ポータブル端末デバイスのソフトウェア及びハードウェアのパフォーマンスの継続的な改良に加えて、手に持った感じやポータブル端末デバイスの外見等のような外見ファクタが、ますます重要になってきている。現在、ハイエンド・スマートフォン又はタブレット・コンピュータのようなポータブル端末デバイスは、軽薄化の方向で進歩している。更に、製品の質感を高めるため、ポータブル端末デバイスの外観部分の設計において、(例えば、モバイル・フォンのリア・ハウジングのように)金属材料が主要なエレメントとして使用される。

しかしながら、現在、全てのポータブル端末デバイスは、例えば、Wi-Fi、GPS、ブルートゥース、CDMA、GSM及びLTEのような様々な移動通信のように、複数の規格のワイヤレス通信機能をサポートしている。マルチバンド・アンテナは、ポータブル端末デバイス用に構成される必要があり、ポータブル端末デバイスの外見を改善するために、ビルトイン設計がアンテナに使用される必要がある。ビルトイン・アンテナの長さは、一般に、共振周波数に対応する波長の四分の一である。端末デバイスにアンテナをより適切に適合させるために、アンテナ・サイズを小さくすることは、現在、緊急に解決されるべき課題である。

本発明の実施形態は、アンテナ・サイズを小型化することが可能なマルチバンド・アンテナ及び端末デバイスを提供する。

第1形態は、給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナを提供し；
給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、給電マッチング回路は給電無線周波数回路と給電回路との間に電気的に接続され；及び
放射部は給電回路及び接地部の双方に電気的に接続され；接地部は地板に電気的に接続され；給電回路から、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；第1共振回路は第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；第1共振周波数はGPS周波数であり；第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；第1共振回路の長さは第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にある。

第1形態に関し、第1形態の第1の可能な実現手段においては、放射部に溝が設けられ；溝は、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部から、接地部の方に延び；溝は放射部における第2共振回路を形成するように構成され；第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、第3共振周波数は、第1共振周波数及び第2共振周波数と異なる。

第1形態又は第1形態の第1の可能な実現手段に関し、第1形態の第2の可能な実現手段においては、キャパシタ・コンポーネントのキャパシタンス値は、第1共振周波数に逆比例する。

第1形態ないし第1形態の第2の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第1形態の第3の可能な実現手段においては、接地部の幅は第2共振周波数に逆比例する。

第1形態ないし第1形態の第3の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第1形態の第4の可能な実現手段においては、地板は回路基板の銅の層である。

第2形態は、ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスを提供し、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとはハウジング内に位置し；ベースバンド処理回路及び周波数ミキシング回路は給電無線周波数回路に接続され；
マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；
給電部は、給電回路を形成するようにキャパシタ・コンポーネントに接続され、給電マッチング回路は給電無線周波数回路と給電回路との間に電気的に接続され；及び
放射部は給電回路及び接地部の双方に電気的に接続され；接地部は地板に電気的に接続され；給電回路から、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；第1共振回路は第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；第1共振周波数はGPS周波数であり；第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；第1共振回路の長さは第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にある。

第2形態に関し、第2形態の第1の可能な実現手段においては、放射部に溝が設けられ；溝は、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部から、接地部の方に延び；溝は放射部における第2共振回路を形成するように構成され；第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、第3共振周波数は、第1共振周波数及び第2共振周波数と異なる。

第2形態ないし第2形態の第1の可能な実現手段に関し、第2形態の第2の可能な実現手段においては、キャパシタ・コンポーネントのキャパシタンス値は、第1共振周波数に逆比例する。

第2形態ないし第2形態の第2の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第2形態の第3の可能な実現手段においては、接地部の幅は第2共振周波数に逆比例する。

第2形態ないし第2形態の第3の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第2形態の第4の可能な実現手段においては、地板は端末デバイス内の回路基板の銅の層である。

第3形態は、給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナを提供し：
給電部は、給電回路を形成するようにキャパシタ・コンポーネントに接続され、給電マッチング回路は給電無線周波数回路と給電回路との間に電気的に接続され；及び
放射部は給電回路及び接地部の双方に電気的に接続され；接地部は地板に電気的に接続され；給電回路から、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；第1共振回路は第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍の周波数である。

第3形態に関し、第3形態の第1の可能な実現手段においては、放射部に溝が設けられ；溝は、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部から、接地部の方に延び；溝は放射部における第2共振回路を形成するように構成され；第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、第3共振周波数は、第1共振周波数及び第2共振周波数と異なる。

第3形態ないし第3形態の第1の可能な実現手段に関し、第3形態の第2の可能な実現手段においては、溝の長さは前記第3共振周波数に逆比例する。

第3形態ないし第3形態の第2の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第3形態の第3の可能な実現手段においては、接地部の幅は第2共振周波数に逆比例する。

第3形態ないし第3形態の第3の可能な実現手段のうちの何れかに関し、第3形態の第4の可能な実現手段においては、地板は回路基板の銅の層である。

第4形態は、ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスを提供し、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとはハウジング内に位置し；ベースバンド処理回路及び周波数ミキシング回路は給電無線周波数回路に接続され；
マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；
給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、給電マッチング回路は給電無線周波数回路と給電回路との間に電気的に接続され；及び
放射部は給電回路及び接地部の双方に電気的に接続され；接地部は地板に電気的に接続され；給電回路から、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；第1共振回路は第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍の周波数である。

第4形態に関し、第4形態の第1の可能な実現手段においては、放射部に溝が設けられ；溝は、放射部に属し且つ接地部から隔たっている端部から、接地部の方に延び；溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、第3共振周波数は、第1共振周波数及び第2共振周波数と異なる。

第4形態に関し、第4形態の第1の可能な実現手段においては、溝の長さは第3共振周波数に逆比例する。

第4形態ないし第4形態の第2の可能な実現手段のうち何れかに関し、第4形態の第3の可能な実現手段においては、接地部の幅は第2共振周波数に逆比例する。

第4形態ないし第4形態の第3の可能な実現手段のうち何れかに関し、第4形態の第4の可能な実現手段においては、前記地板は前記端末デバイス内の回路基板の銅の層である。

本発明の実施形態において提供されるマルチバンド・アンテナ及び端末デバイスによれば、給電部及び放射部の間にキャパシタ・コンポーネントを配置することは、アンテナの放射部に対して直列抵抗を配置することと等価であり、接地部とアンテナに属する給電部との間の経路は並列的なインダクタと等価である。給電部、直列抵抗及び並列インダクタは、アンテナ・サイズを削減することが可能であるCRLHの原理に従うマルチバンド・アンテナを形成する。

本発明の実施形態又は従来技術における技術的ソリューションをより一層明確に説明するために、以下、実施形態又は従来技術の説明に必要な添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しており、当業者は、創作的な労力を伴うこと無くこれらの添付図面から他の図面を更に導出して良い。

図1は米国特許US 6788257 (B2)に開示されているマルチバンド・アンテナである。

図2は実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態1の概略的な構造図である。

図3はキャパシタ・コンポーネントの異なるキャパシタンス値に対応する第1共振周波数のスペクトルの概略図である。

図4は接地部の異なる幅に対応する第1共振周波数のスペクトルの概略図である。

図5は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態2の概略的な構造図である。

図6は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態3の概略的な構造図である。

図7は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態4の概略的な構造図である。

図8は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態5の概略的な構造図である。

図9は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態6の概略的な構造図である。

図10は図9に示されるマルチバンド・アンテナのアンテナ放射効率の図である。

図11は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態7の概略的な構造図である。

図12Aないし図12Cは、図11に示されるマルチバンド・アンテナの表面電流分布及び電界部分の概略図である。 図12Aないし図12Cは、図11に示されるマルチバンド・アンテナの表面電流分布及び電界部分の概略図である。 図12Aないし図12Cは、図11に示されるマルチバンド・アンテナの表面電流分布及び電界部分の概略図である。

図13は本発明の実施形態による端末デバイスの実施形態1の概略的な構造図である。

図14は実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態8の概略的な構造図である。

図15は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態9の概略的な構造図である。

図16は本発明の実施形態による端末デバイスの実施形態2の概略的な構造図である。

本発明の実施形態の課題、技術的ソリューション及び利点を明確にするため、以下、本発明の実施形態における添付図面に関連して本発明の実施形態における技術的ソリューションを明確かつ十分に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本発明の実施形態の一部であって全部ではない。創作的な労力を伴うこと無く本発明の実施形態に基づいて当業者により得られる他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に該当する。

ポータブル端末デバイスはより多くの機能を統合するので、複数の共振周波数を提供することが可能なマルチバンド・アンテナが、ポータブル端末デバイス用に構成される必要がある。現在、ポータブル端末デバイスのアンテナは、主に、逆Fアンテナ(Inverted F Antenna，IFA)のアーキテクチャ又はプレーナ逆Fアンテナ(Planar Inverted F Antenna，PIFA)のアーキテクチャに基づいて設計されている。マルチバンド・アンテナは、主に、複数の共振回路プラス寄生回路のアーキテクチャを利用して設計される。

図1は米国特許US6788257(B2)に開示されているマルチバンド・アンテナである。マルチバンド・アンテナの技術的な実装方法は、アンテナにおける異なる長さの複数の共振回路を利用することによる励起を利用することで、異なる共振モードが同時に生成される、ということである。図1では、アンテナ11において、ポイントAは給電点であり；経路AB及び経路ACは2つの異なる共振回路であり、接地寄生回路12のセクションが、アンテナの給電点又は接地点の付近に加えられ；寄生回路12において、点Dは接地点であり；外部共振モードは経路DEで生成される。アンテナ11及び寄生回路12のサイズを調整することにより、図1に示されるアンテナは、異なる周波数の3つの共振モードを生成する。更に、図1に示されるアンテナの原理によれば、異なる周波数の3つより多い共振モードを生成するアンテナが設計されることも可能である。図1に示されるアンテナは依然としてIFAアーキテクチャに基づいており、基本周波数を生成するアンテナの共振回路のサイズは、概して、四分の一波長である。アンテナが複数の共振回路及び寄生回路を含む場合、アンテナの全体的なサイズは、基本周波数の波長の四分の一に基づいて増える。しかしながら、ますます小型化されるポータブル端末の設計動向に対して、そのようなサイズのアンテナは依然として比較的大きい。更に、IFA又はPIFAアーキテクチャに基づくアンテナが基本周波数で動作する場合、表面電流は、主に、アンテナの放射部(即ち、図1の点Bの付近)に集中する。アンテナの近くに接地端子が存在する場合、そのような設計は、アンテナの帯域幅及び放射効率の著しい低下を引き起こす。従って、IFA又はPIFAアーキテクチャに基づく図1に示されるアンテナは、全体的なメタル・バック・カバーを有するポータブル・デバイスには適合させづらい。

マルチバンド・アンテナのサイズが上記のポータブル端末デバイスにおいて比較的大きく、及び、図1のソリューションは全体的なメタル・バック・カバーを有するポータブル・デバイスには適合させづらい、という問題を解決するために、本発明の実施形態は、複合右手/左手系(Composite Right/Left Handed，CRLH)設計に基づくマルチバンド・アンテナ、及び、CRLHに基づくアンテナを利用する端末デバイスを提供する。

図2は実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態1の概略的な構造図である。図2に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナは、給電マッチング回路21、給電部22、キャパシタ・コンポーネント23、放射部24、及び、接地部25を含む。

給電部22は、給電回路26を形成するようにキャパシタ・コンポーネント23に接続され；給電マッチング回路21は、給電無線周波数回路27と給電部22との間に電気的に接続され；及び、キャパシタ・コンポーネント23は放射部24に接続される。給電マッチング回路21は、給電無線周波数回路27における無線周波数信号に整合し、その信号を給電回路26へ伝送するように構成される。給電部22は、給電無線周波数回路27により生成された無線周波数信号を放射部24へ供給し、或いは、放射部24により生成された無線周波数信号を給電無線周波数回路27へ供給するように構成される。放射部24は、キャパシタ・コンポーネント23及び接地部25の双方に電気的に接続され；接地部25は地板28に電気的に接続され；第1共振回路(即ち、図2におけるポイントFからポイントGへの経路)は、給電回路26から、放射部24に属し且つ接地部25から隔たっている端部にかけて形成され；第1共振回路は、第1共振周波数及び第2共振周波数を生成する。一般に、接地部25及び放射部24は、一体的な金属板であっても良く、即ち、地板28まで延びる放射部24の一部が接地部25である。接地部25の幅はWである。

給電部22、放射部24及び接地部25は、基本アンテナ構造を形成する。更に、給電無線周波数回路27と給電部22との間でインピーダンスは整合せず；それ故に、給電マッチング回路21が給電無線周波数回路27と給電部22との間に更に電気的に接続される。給電マッチング回路21は、給電無線周波数回路27及び給電部22における無線周波数信号を整合させるように構成され、その整合は：給電無線周波数回路27により伝送される信号を整合させ、整合させた信号を給電回路26へ伝送し、そして、整合させた信号を放射部24を利用して放射すること；或いは、給電回路26により伝送される放射部24により受信された信号を整合させ、そして、整合させた信号を給電無線周波数回路27へ伝送することを含む。更に、キャパシタ・コンポーネント23が、給電部22と放射部24との間に配置され、キャパシタ・コンポーネント23及び給電部22は、給電回路26を形成する。キャパシタ・コンポーネント23は、集中キャパシタであっても良いし、或いは、分散キャパシタであっても良い。キャパシタ・コンポーネント23が集中キャパシタである場合、集中キャパシタ・デバイスのキャパシタンス値は決定されており、その集中キャパシタ・デバイスが給電部22と放射部24との間に(例えば、溶接法により)接続される。キャパシタ・コンポーネント23が分散キャパシタである場合、給電部22と放射部24との間に、特定のギャップが確保されても良い。ギャップは、分散キャパシタの特性を与え、分散キャパシタのキャパシタンス値は、給電部22と放射部24との間のギャップの幅を調整することにより、調整されても良い。例えば、給電部22と放射部24との間のギャップの幅が0.3mmである場合、分散キャパシタのキャパシタンス値は、集中キャパシタの0.4pFのキャパシタンス値と等価である。

この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナにおいては、第1共振周波数は、グローバル・ポジショニング・システム(Global Positioning System，GPS)の周波数であっても良い。GPS周波数は3つの周波数バンド：L1、L2及びL3に分割され、それぞれの周波数は、L1周波数バンドについては1.57542 GHz、L2周波数バンドについては1.22760 GHz、及びL3周波数バンドについては1.38105 GHzである。この実施形態では、GPSのL1周波数バンドが一例として使用されており、即ち、第1共振周波数は1.57542 GHzである。第1共振回路(即ち、ポイントFからポイントGまでの経路)の長さは、第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にある。第1共振周波数が1.57542 GHzである場合、第1共振回路の算出される長さは、近似的に30.5mmないし34.3mmの範囲内にあっても良い。第2共振周波数は、第1共振周波数の乗数倍の周波数である。具体的には、第2共振周波数は第1共振周波数の1.5倍であっても良いし、第2共振周波数は第1共振周波数の2.5倍であっても良いし、或いは、第2共振周波数は第1共振周波数の3倍であっても良い。この実施形態では、第2共振周波数は、第1共振周波数の3.5倍であっても良い。例えば、第1共振周波数が1.57542 GHzである場合、第2共振周波数は約5.5GHzであり、約5.5GHzはワイヤレス・フィデリティ(Wireless-Fidelity，WiFi)の周波数である。接地部25の幅Wは0.5mmないし2.5mmの範囲内にあっても良く、例えば、接地部の幅Wは1mmに等しくても良い。明らかに、接地部25の幅は代替的に0.8mm、2mm又は2.2mmであっても良い。

この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナは、複数の無線周波数バンドで動作する必要がある端末デバイスに配置される。給電無線周波数回路27は端末デバイスに配置され、給電無線周波数回路27は、マルチバンド・アンテナを利用することで受信される無線周波数信号を処理し、或いは、生成された無線周波数信号をマルチバンド・アンテナを利用することで送信するように構成される。接地のための地板28も端末デバイスに配置される。地板28は、一般に、端末デバイスにおける回路基板上の銅カバー、例えば、回路基板の銅の層である。

図2に示されるマルチバンド・アンテナにおいては、接地部25と地板28との間の接続ポイントHから、給電回路26と放射部24との間の接続ポイントIに至る部分は、放射部24に並列的なインダクタを形成する。キャパシタ・コンポーネント23及び放射部24は、直列接続の関係にあり、その関係は直列抵抗と等価である。CRLHアンテナの原理によれば、並列インダクタ及び直列抵抗は、右手/左手系伝送線路の原理に従うコア・コンポーネント(a core component)を形成し、及び、マルチバンド・アンテナの放射部24に属し且つ接地部25から隔たっているポイントGから、給電部22と給電無線周波数回路27との間に接続されるポイントFに至る経路は、第1共振回路を形成する。第1共振回路は第1共振周波数を生成し、第1共振周波数はマルチバンド・アンテナの基本周波数である。更に、CRLHの原理によれば、第1共振回路は第2共振周波数も生成し、第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍である。第1共振周波数は左手系ルールに従い、第1共振回路の長さは、第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にある。例えば、第1共振回路の長さは、第1共振周波数に対応する波長の0.125倍の大きさである。第2共振周波数は右手系ルールに従う。従って、図2に示されるマルチバンド・アンテナは2つの共振周波数を生成し、第1共振周波数及び第2共振周波数は、マルチバンド・アンテナにおける様々な部分のサイズ及びパラメータを調整することにより、調整されて良い。ポイントGからポイントFまでの経路の長さを調整することにより、第1共振回路の長さが調整され、即ち、第1共振周波数の大きさが調整され、そして、第2共振周波数の大きさも変更される。キャパシタ・コンポーネント23のキャパシタンス値を調整することにより、共振周波数は第1共振回路に対して調整され、この場合において、キャパシタ・コンポーネント23のキャパシタンス値は、第1共振周波数に逆比例する。接地部25の幅Wを調整することにより、第2共振周波数も調整されて良く、この場合において、接地部25の幅Wは第2共振周波数に逆比例する。接地部25の幅Wを増やすことは、第1共振回路に並列的なインダクタの等価インダクタンス値を増やすことと等価である。

CRLHの原理に基づくアンテナの場合、基本周波数を生成する共振回路の長さは、近似的に、基本周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあることが、CRLHアンテナの原理から分かる。これに対して、IFA又はPIFAの原理に基づいて設計されるアンテナ(例えば、図1に示されるアンテナ)の場合、基本周波数を生成する共振回路の長さは、基本周波数に対応する波長の約0.25倍の大きさである。従って、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナに関し、基本周波数に対応する波長は、IFA又はPIFAの原理に基づくアンテナに対するものより0.09倍短くても良く、そのように短くて良いことは、ますます小型化される設計の端末デバイスに対して極めて重要である。この実施形態におけるマルチバンド・アンテナの基本周波数はGPSのL1周波数バンド内のGPS周波数で設計されるので、マルチバンド・アンテナの基本周波数の中心周波数は1575MHzであり、1575MHzに対応する波長は約190mmである。IFA又はPIFAの原理に基づいて設計されるアンテナが使用される場合、アンテナの長さは約47.6mmである。この実施形態で提供されるアンテナが使用される場合、アンテナの長さは近似的に30.5mmないし34.3mmの範囲内にある。両者のアンテナの長さの差は17.1mmに達する。例えばApple社のiphone4スマートフォンのような既存のメインストリーム・ポータブル端末デバイスは、わずか115.2×58.6×9.3mm³の輪郭寸法しか有しないことを考慮すると、17.1mmという差は、現在のポータブル端末デバイスにとって、非常に注目に値する。従って、端末デバイスが、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナを利用する場合、端末デバイスのスペースは節約され、それにより、端末デバイスのサイズは小さくなり、或いは、スペースが他のデバイスの利用のために確保され、その結果、端末デバイスの機能を強化する。

更に、この実施形態において、CRLHの原理に基づいて設計されるマルチバンド・アンテナに関し、マルチバンド・アンテナが基本周波数で動作する場合、マルチバンド・アンテナの放射部24における表面電流は、主に、接地部25付近に集中する。IFA又はPIFAアーキテクチャに基づいて設計される図1に示されるアンテナに関し、アンテナが基本周波数で動作する場合、基本周波数におけるアンテナ11の表面電流分布は、主に、アンテナ11に属し且つポイントBに近い端部に集中する。電流が主にアンテナ11のポイントB付近に集中する場合において、ポイントB付近に接地端子が存在すると、アンテナ11の電流は接地端子により影響を受け；その結果、キャパシタンス効果が生じ、それにより、アンテナ・パフォーマンスに深刻に影響を及ぼす。これに対して、図2に示されるマルチバンド・アンテナにおいては、電流は主に接地部25付近に集中する。この場合において、放射部24又は接地部25の近くに接地端子が存在する場合、放射部24に属し且つ接地端子から隔たっている場所での電流分布は比較的少ないので、その電流分布により生じるキャパシタンス効果は、アンテナ・パフォーマンスに関して比較的わずかな影響しか有しない。電流分布は、接地部25において比較的大きいが、接地部25は地板に電気的に接続されており；従って、接地部25付近の接地端子と放射部24との間で生じるキャパシタンス効果も、アンテナ・パフォーマンスに関して比較的わずかな影響しか有しない。このように、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナとともに構成される端末デバイスを利用することにより、全体的なメタル・バック・カバー又はその他の全体的な金属外観部の設計が使用されても良く、マルチバンド・アンテナのパフォーマンスは大幅には影響されない。

図3はキャパシタ・コンポーネントの異なるキャパシタンス値に対応する第1共振周波数のスペクトルの概略図である。図中、水平軸はGHzで測定される周波数を示し、縦軸はdBで測定されるリターン・ロス(Return Loss)を示す。図3に示されるように、図2に示される実施形態のマルチバンド・アンテナにおいて、キャパシタ・コンポーネント23は分散キャパシタであり、即ち、給電部22と放射部24との間に特定の幅のギャップが設けられることが仮定されている。カーブ31はギャップ幅が0.1mmである場合の第1共振周波数についての対応するスペクトル・カーブであり、カーブ32はギャップ幅が0.3mmである場合の第1共振周波数についての対応するスペクトル・カーブであり、カーブ33はギャップ幅が0.5mmである場合の第1共振周波数についての対応するスペクトル・カーブである。給電部22と放射部24との間のより狭いギャップは、等価的なキャパシタンス・コンポーネント23についてのより大きなキャパシタンス値を示す。キャパシタンス・コンポーネント23のキャパシタンス値が増加すると、第1共振周波数は低い周波数の方に移動することが、図3から分かる。

図4は接地部の異なる幅に対応する第1共振周波数のスペクトルの概略図である。図中、水平軸はGHzで測定される周波数を示し、縦軸はdBで測定されるリターン・ロスを示す。図4に示されるように、図2に示される実施形態のマルチバンド・アンテナにおいて、カーブ41は接地部25の幅Wが0.5mmである場合の第1共振周波数の対応するスペクトル・カーブであり、カーブ42は接地部25の幅Wが1mmである場合の第1共振周波数の対応するスペクトル・カーブであり、カーブ43は接地部25の幅Wが1.5mmである場合の第1共振周波数の対応するスペクトル・カーブである。接地部25のより狭い幅Wは、接地ポイントHからポイントIに至る経路についてのより大きな等価インダクタンス値を示す。接地部25の幅Wが広くなると、第1共振周波数は高い周波数の方へ移動することが、図4から分かる。

この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナによれば、給電部と放射部との間にキャパシタ・コンポーネントを配置することは、アンテナの放射部に関して直列抵抗を配置することと等価であり、アンテナに属する給電部と接地部と間の経路は並列的なインダクタと等価である。給電部、直列抵抗及び並列インダクタは、CRLHの原理に従うマルチバンド・アンテナを形成し、アンテナ・サイズを小さくし、及び、アンテナの表面電流分布が変更されるので、全体的な金属外観部を有する端末デバイスに、アンテナを適用可能にする。

図5は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態2の概略的な構造図である。図5に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナと図2に示されるマルチバンド・アンテナとの間の相違は、図5に示されるマルチバンド・アンテナでは、キャパシタ・コンポーネント23が給電部22と給電マッチング回路21との間に配置され、給電部22は放射部24に電気的に接続され、キャパシタ・コンポーネント23は給電マッチング回路21に電気的に接続される点にある。この実施形態におけるマルチバンド・アンテナでも依然として、給電回路26はキャパシタ・コンポーネント23及び給電部22により形成される。同様に、CRLHの原理に従うアンテナが、キャパシタ・コンポーネント23、及び、接地部25から給電部22に至る経路によって形成されても良い。

図2及び図5に示される実施形態において、キャパシタ・コンポーネント23は、集中キャパシタ又は分散キャパシタを利用することによって実現されても良い。しかしながら、分散キャパシタの設計が使用される場合、給電部22と放射部24との間のギャップは、キャパシタ・コンポーネント23のキャパシタンス値を制御するように、制御される必要がある。

図6は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態3の概略的な構造図である。図6に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナは図2に示されるマルチバンド・アンテナに基づいても良く、溝29が放射部24に設けられ、溝29は、放射部24に属し且つ接地部25から隔たっている端部(即ち、ポイントG)から、接地部25の方に延びる。

溝29は放射部24に設けられ、放射部24における溝29は、放射部24における電界分布を変える。溝29の中の電界分布は、放射部24における新たな共振周波数を生成し、即ち、溝29は放射部24における第2共振回路を形成する。第2共振回路は第3共振周波数を生成し、第3共振周波数は、放射部24における溝29の位置、長さ及び幅を調整することにより、調整されても良い。一般に、溝29の長さは、第3共振周波数に対応する波長の0.25倍の大きさである。溝29の長さ又は幅が増えると、第3共振周波数は低い周波数の方に移動する。

同様に、図7に示されるように、図6に示される実施形態における溝は、代替的に、図5に示される実施形態に基づいて設けられても良い。図7は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態4の概略的な構造図である。図7に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナと図6に示されるマルチバンド・アンテナとの間の相違は、図7に示されるマルチバンド・アンテナでは、キャパシタ・コンポーネント23が給電部22と給電マッチング回路21との間に配置され、給電部22は放射部24に電気的に接続され、キャパシタ・コンポーネント23は給電マッチング回路21に電気的に接続される点にある。

CRLHの原理に基づく図2又は図5に示されるマルチバンド・アンテナは、2つの共振周波数を提供する。図6又は図7に示される溝が付加された後、CRLHの原理に基づく本発明の実施形態により提供されるマルチバンド・アンテナは、3つの共振周波数を提供する。マルチバンド・アンテナの様々なパーツのサイズ及びパラメータを調整することにより、マルチバンド・アンテナは3つの異なる周波数バンドで動作しても良い。

図8は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態5の概略的な構造図である。図8に示されるように、この実施形態のマルチバンド・アンテナと図6に示されるマルチバンド・アンテナとの間の相違は、図6における溝29は「−」の形状である一方、図8における溝29は「L」の形状である点にある。溝29を「L」形状に設定することは、主に、溝29の長さを増やし、第3共振周波数を低くする。例えば、図8に示される実施形態において、第1共振周波数の中心は1575MHzに設定され、ポイントGからポイントFまでの経路の長さは約30.5mmである。第3共振周波数の中心が2442MHz(これは、WiFi周波数の2.4GHzである)に設定されなければならない場合、溝29の長さは約30.7mmである。溝29が「−」形状に設定される場合、放射部24の長さは不十分であることが分かる。そこで、溝29が「L」形状に設定され、それにより、第3共振周波数の中心が2442MHzに設定されても良い。

図9は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態6の概略的な構造図である。図9に示されるように、図8に示されるマルチバンド・アンテナに基づいて、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナは、更に、マッチング・キャパシタ30を含む。マッチング・キャパシタ30は、給電マッチング回路21と地板28との間に配置される。マッチング・キャパシタ20は、第2周波数に整合するように構成される。第2共振周波数が5GHzバンド(WiFiバンドの周波数のような5150Mhzないし5850Mhz)にある場合、マッチング・キャパシタ30は0.4pFに設定されても良い。同様に、この実施形態に示されるマッチング・キャパシタ30は、代替的に、本発明の他の実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナに配置されても良い。

図10は図9に示されるマルチバンド・アンテナのアンテナ放射効率の図である。図中、水平軸はGhzで測定される周波数を示し、縦軸はdBで測定される効率を示す。図10に示される実施形態におけるマルチバンド・アンテナでは、第1共振周波数の中心は1575Mhz(GPS周波数)に設定され、第2共振周波数の中心は5500Mhz(WiFi周波数の5GHz)に設定され、第3共振周波数の中心は2442Mhz(WiFi周波数の2.4GHz)に設定される。図10において、カーブ101は図9に示される実施形態のマルチバンド・アンテナについての効率カーブである。図9に示される実施形態のマルチバンド・アンテナの効率は、GPS周波数において近似的に-2.36dBないし-2.92dBの範囲内にあり、WiFi周波数の5GHzでの効率は近似的に-2.24dBないし-3.73dBの範囲内にあり、WiFi周波数の2.4GHzでの効率は近似的に-2.74dBないし-3.93dBの範囲内にあることが、カーブ101から分かる。図9に示される実施形態のマルチバンド・アンテナは実際の動作条件に合致することが理解できる。

図11は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態7の概略的な構造図である。図11に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナと図7に示されるマルチバンド・アンテナとの間の相違は、図7に示されるマルチバンド・アンテナの様々なパーツは同一平面内に全て配置されており、例えば、その平面はマルチバンド・アンテナが配置される地板28であっても良い点にある。例えば、マルチバンド・アンテナはマイクロストリップ構造であっても良い。これに対して、図11に示されるマルチバンド・アンテナにおいては、給電マッチング回路21、給電部22、キャパシタ・コンポーネント23、及び、接地部25は同一平面に配置され、放射部24はその平面に垂直な平面に配置される。例えば、その平面はマルチバンド・アンテナが配置される地板28であっても良く、放射部24は地板28に垂直な平面に配置されても良い。

一般に、マルチバンド・アンテナを有するように構成される端末デバイスでは、マルチバンド・アンテナの放射効率を保証するために、マルチバンド・アンテナは端末デバイスのエッジに配置される。従って、図11に示される実施形態のマルチバンド・アンテナでは、マルチバンド・アンテナの放射効率を保証するために、放射部24は端末デバイスの側面に配置されても良い。図7に示されるマルチバンド・アンテナと比較すると、図11に示されるマルチバンド・アンテナは、端末デバイスのスペースを更に節約することが可能である。

図11に示されるマルチバンド・アンテナにおいては、給電部22と放射部24との間にギャップが存在し、ギャップはキャパシタ特性を与え、ギャップはキャパシタ・コンポーネント23であっても良い。

図12Aないし図12Cは、図11に示されるマルチバンド・アンテナの表面電流分布及び電界部分の概略図である。図11に示されるマルチバンド・アンテナでは、第1共振周波数は1575MHzであり、第2共振周波数は5500MHzであり、第3共振周波数は2442MHzであることが、仮定されている。図12Aでは、放射部24の表面電流分布の状態を示すために、放射部24の表面の塗りつぶし密度の度合いが使用されており、密な塗りつぶしは強い電流を示し、疎な塗りつぶしは弱い電流を示す。図12Aに示されるように、マルチバンド・アンテナは第1共振周波数1575MHzで動作し、マルチバンド・アンテナの表面電流分布は、主に、接地部25と地板28との間に接続されるポイントH付近に集中する一方、放射部24に属し且つ接地部から隔たっているポイントG付近では最低の表面電流が分布している。図12Aにおいて、放射部24の表面電流密度が定量化された後、ポイントH付近の電流密度は約500A/mである一方、ポイントG付近の電流密度は約10A/mでしかない。図12Bでは、放射部24の表面電流分布の状態を示すために、放射部24の表面の塗りつぶし密度の度合いが使用されており、密な塗りつぶしは強い電流を示し、疎な塗りつぶしは弱い電流を示す。図12Bに示されるように、マルチバンド・アンテナが第2共振周波数5500MHzで動作する場合、マルチバンド・アンテナの表面電流分布は、主に、接地部25と地板28との間に接続されるポイントH付近に集中する一方、放射部24に属し且つ接地部から隔たっているポイントG付近では最低の表面電流が分布している。図12Bにおいて、放射部24の表面電流密度が定量化された後、ポイントG付近の電流密度は約10A/mである一方、ポイントH付近の電流密度は約70-100A/mである。図12Cでは、溝29内部の電界強度の状態変化を示すために、溝29内部の塗りつぶし密度の度合いが使用されており、密な塗りつぶしは強い電界強度を示し、疎な塗りつぶしは弱い電界強度を示す。図12Cに示されるように、マルチバンド・アンテナが第3周波数で動作する場合、溝29における電界は、放射部24に近接し且つ接地部から隔たっているポイントGの側で比較的強い一方、給電回路26と放射部24との間に接続されるポイントI付近では電界は比較的弱い。図12Cにおいて、溝29の電界強度が定量化された後、ポイントG付近の側での電界は約10000V/mである一方、ポイントI付近の側での電界は約2000V/mである。

マルチバンド・アンテナが第1共振周波数及び第2共振周波数で動作する場合、マルチバンド・アンテナの電流は、放射部24の表面及びポイントH付近に集中する一方、ポイントG付近の電流は比較的弱いことが、図12Aないし図12Cに基づいて学習できる。従って、マルチバンド・アンテナの近くにメタル・バック・カバーが取り付けられる場合、放射部24における表面電流及びメタル・バック・カバーにより生じるキャパシタンス効果は、比較的小さい。この場合、マルチバンド・アンテナの動作は影響を受けない。しかしながら、マルチバンド・アンテナが第3共振周波数で動作する場合、電界は、放射部24の表面というよりもむしろ溝29に集中する。従って、マルチバンド・アンテナ付近のメタル・バック・カバーは、マルチバンド・アンテナに大幅には影響しない。

図13は本発明の実施形態による端末デバイスの実施形態1の概略的な構造図である。図13に示されるように、この実施形態で提供される端末デバイスは、ハウジング131、給電無線周波数回路27、マルチバンド・アンテナ133、周波数ミキシング回路135、及びベースバンド処理回路134を含み、給電無線周波数回路27、マルチバンド・アンテナ133、周波数ミキシング回路135、及びベースバンド処理回路134はハウジング131の内部に位置する。ハウジング131は別のデバイス136を更に含む。

給電無線周波数回路27は、マルチバンド・アンテナ133を利用することで受信した無線周波数信号を処理し、処理した信号を周波数ミキシング回路135へ、ダウンコンバージョン処理のために送るように構成される。周波数ミキシング回路135は、ダウンコンバージョンにより得られた中間周波数信号をベースバンド処理回路134へ処理のために送り、或いは、ベースバンド処理回路134は、ベースバンド信号を周波数ミキシング回路135へ、アップコンバージョンして無線周波数信号を取得するために送り、そして、周波数ミキシング回路135は無線周波数信号を給電無線周波数回路27へ送り、無線周波数信号はマルチバンド・アンテナ133を利用して送信される。

この実施形態に示される端末デバイスは、モバイル・フォン及びタブレット・コンピュータのような、無線通信を実行する必要のある任意のタイプのポータブル端末デバイスであって良い。マルチバンド・アンテナ133は、図5、図6、図7、図8、図9又は図11に示される実施形態における任意のタイプのマルチバンド・アンテナであって良い。マルチバンド・アンテナ133の特定の構造及び実現の原理については、図2、図5、図6、図7、図8、図9又は図11に示される実施形態のマルチバンド・アンテナに関して説明されており、その詳細はここで改めて説明されない。

この実施形態で提供される端末デバイスでは、端末デバイスの全体寸法は140×70×7mm³であるが、マルチバンド・アンテナ133は20×6×7mm³しか占めていない。

この実施形態で示される端末デバイスでは、図2、図5、図6、図7、図8、図9又は図11に示されるマルチバンド・アンテナが使用され、マルチバンド・アンテナのサイズは比較的小さい。従って、端末デバイスの全体的なサイズは更に小型化され、その小型化は現在の端末デバイスの小型設計傾向に合致する。端末デバイスの外形寸法を変更しないことを前提とすると、節約されるスペースは、端末デバイスに関して更なる機能デバイスを導入するために使用されても良い。更に、マルチバンド・アンテナはCRLHの原理に従うので、マルチバンド・アンテナのハウジング131は、マルチバンド・アンテナのパフォーマンスに影響を及ぼすことなく、全体的な金属外観部を利用することにより生成されても良い。一般に、端末デバイスのハウジング131は、端末デバイスの外見を改良し且つ端末デバイスを手にした感じを向上させることが可能な金属材料で構成されも良く、それにより、購入するように消費者を引き付ける。

図14は実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態8の概略的な構造図である。図14に示されるように、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナは、給電マッチング回路141、給電部142、キャパシタ・コンポーネント143、放射部144、及び、接地部145を含む。

給電部142は、給電回路146を形成するようにキャパシタ・コンポーネント143に接続され；給電マッチング回路141は、給電無線周波数回路147と給電部142との間に電気的に接続され；及び、キャパシタ・コンポーネント143は放射部144に接続される。給電マッチング回路141は、給電無線周波数回路147及び給電回路146における無線周波数信号に整合するように構成される。給電部142は、給電無線周波数回路147により生成された無線周波数信号を放射部144へ供給し、或いは、放射部144により生成された無線周波数信号を給電無線周波数回路147へ供給するように構成される。放射部144は、キャパシタ・コンポーネント143及び接地部145の双方に電気的に接続され；接地部145は地板148に電気的に接続され；第1共振回路(即ち、図14におけるポイントFからポイントGへの経路)は、給電回路146から、放射部144に属し且つ接地部145から隔たっている端部にかけて形成され；第1共振回路は、第1共振周波数及び第2共振周波数を生成する。一般に、接地部145及び放射部144は、一体的な金属板であっても良く、即ち、地板148まで延びる放射部144の一部が接地部145である。接地部145の幅はWである。

給電部142、放射部144及び接地部145は、基本アンテナ構造を形成する。更に、給電無線周波数回路147と給電部142との間でインピーダンスは整合せず；それ故に、給電マッチング回路141が給電無線周波数回路147と給電部142との間に更に電気的に接続される。給電マッチング回路141は、給電無線周波数回路147及び給電部142における無線周波数信号を整合させるように構成され、その整合は：給電無線周波数回路147により伝送される信号を整合させ、整合させた信号を給電回路146へ伝送し、そして、整合させた信号を放射部144を利用して放射すること；或いは、給電回路146により伝送される放射部144により受信された信号を整合させ、そして、整合させた信号を給電無線周波数回路147へ伝送することを含む。更に、キャパシタ・コンポーネント143が、給電部142と放射部144との間に配置され、キャパシタ・コンポーネント143及び給電部142は、給電回路146を形成する。キャパシタ・コンポーネント143は、集中キャパシタであっても良いし、或いは、分散キャパシタであっても良い。キャパシタ・コンポーネント143が集中キャパシタである場合、集中キャパシタ・デバイスのキャパシタンス値は決定されており、その集中キャパシタ・デバイスが給電部142と放射部144との間に(例えば、溶接法により)接続される。キャパシタ・コンポーネント143が分散キャパシタである場合、給電部142と放射部144との間に、特定のギャップが確保されても良い。ギャップは、分散キャパシタの特性を与え、分散キャパシタのキャパシタンス値は、給電部142と放射部144との間のギャップの幅を調整することにより、調整されても良い。例えば、給電部142と放射部144との間のギャップの幅が0.3mmである場合、分散キャパシタのキャパシタンス値は、集中キャパシタの0.4pFのキャパシタンス値と等価である。

選択的に、溝149が放射部144に設けられ、溝149は、放射部144に属し且つ接地部145から隔たっている端部(即ち、ポイントG)から、接地部145の方へ延びる。

接地部145と地板148との間の接続ポイントHから、給電回路146と放射部144との間の接続ポイントIに至る部分は、放射部144に並列的なインダクタを形成する。キャパシタ・コンポーネント143及び放射部144は、直列接続の関係にあり、その関係は直列抵抗と等価である。CRLHアンテナの原理によれば、並列インダクタ及び直列抵抗は、右手/左手系伝送線路の原理に従うコア・コンポーネントを形成し、及び、マルチバンド・アンテナの放射部144に属し且つ接地部145から隔たっているポイントGから、給電部142と給電無線周波数回路147との間に接続されるポイントFに至る経路は、第1共振回路を形成する。第1共振回路は第1共振周波数を生成し、第1共振周波数はマルチバンド・アンテナの基本周波数である。更に、CRLHの原理によれば、第1共振回路は第2共振周波数も生成し、第2共振周波数は第1共振周波数の乗数倍である。第1共振周波数は左手系ルールに従い、第2共振周波数は右手系ルールに従う。溝149は放射部144に設けられ、放射部144における溝149は、放射部144における電界分布を変える。溝149の中の電界分布は、放射部144における新たな共振周波数を生成し、即ち、溝149は放射部144における第2共振回路を形成し、第2共振回路は第3共振周波数を生成する。

従って、図14に示されるマルチバンド・アンテナは3つの共振周波数を生成し、第1共振周波数、第2共振周波数及び第3共振周波数は、マルチバンド・アンテナにおける様々なパーツのサイズ及びパラメータを調整することにより、調整されても良い。ポイントGからポイントFまでの経路の長さを調整することにより、第1共振回路の長さが調整され、即ち、第1共振周波数の大きさが調整され、そして、第2共振周波数の大きさも変更される。キャパシタ・コンポーネント143のキャパシタンス値を調整することにより、共振周波数は第1共振回路に対して調整され、この場合において、キャパシタ・コンポーネント143のキャパシタンス値は、第1共振周波数に逆比例する。接地部145の幅Wを調整することにより、第2共振周波数も調整されて良く、この場合において、接地部145の幅Wは第2共振周波数に逆比例する。接地部145の幅Wを増やすことは、第1共振回路に並列的なインダクタの等価インダクタンス値を増やすことと等価である。放射部144における溝149の位置、長さ及び幅を調整することにより、第3周波数が調整されても良い。一般に、溝149の長さは、第3共振周波数に対応する波長の0.25倍の大きさである。溝149の長さ又は幅が増えると、第3共振周波数は低い周波数の方に移動する。

この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナは、複数の無線周波数バンドで動作する必要がある端末デバイスに配置される。給電無線周波数回路147は端末デバイスに配置され、給電無線周波数回路147は、マルチバンド・アンテナを利用することで受信される無線周波数信号を処理し、或いは、生成された無線周波数信号をマルチバンド・アンテナを利用することで送信するように構成される。接地のための地板148も端末デバイスに配置される。地板148は、一般に、端末デバイスにおける回路基板上の銅カバー、例えば、回路基板の銅の層である。

CRLHの原理に基づくアンテナの場合、基本周波数を生成する共振回路の長さは、近似的に、基本周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあることが、CRLHアンテナの原理から分かる。これに対して、IFA又はPIFAの原理に基づいて設計されるアンテナ(例えば、図1に示されるアンテナ)の場合、基本周波数を生成する共振回路の長さは、基本周波数に対応する波長の約0.25倍の大きさである。従って、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナに関し、基本周波数に対応する波長は、IFA又はPIFAの原理に基づくアンテナに対するものより0.09倍短くても良く、そのように短くて良いことは、ますます小型化される設計の端末デバイスに対して極めて重要である。例えば、この実施形態におけるマルチバンド・アンテナの基本周波数はGPSのL1周波数バンド内のGPS周波数で設計されるので、マルチバンド・アンテナの基本周波数の中心周波数は1575MHzであり、1575MHzに対応する波長は約190mmである。IFA又はPIFAの原理に基づいて設計されるアンテナが使用される場合、アンテナの長さは約47.6mmである。この実施形態で提供されるアンテナが使用される場合、アンテナの長さは近似的に30.5mmないし34.3mmの範囲内にある。両者のアンテナの長さの差は17.1mmに達する。例えばApple社のiphone4スマートフォンのような既存のメインストリーム・ポータブル端末デバイスは、わずか115.2×58.6×9.3mm³の輪郭寸法しか有しないことを考慮すると、17.1mmという差は、現在のポータブル端末デバイスにとって、非常に注目に値する。従って、端末デバイスが、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナを利用する場合、端末デバイスのスペースは節約され、それにより、端末デバイスのサイズは小さくなり、或いは、スペースが他のデバイスの利用のために確保され、その結果、端末デバイスの機能を強化する。

更に、この実施形態において、CRLHの原理に基づいて設計されるマルチバンド・アンテナに関し、マルチバンド・アンテナが基本周波数で動作する場合、マルチバンド・アンテナの放射部144における表面電流は、主に、接地部145付近に集中する。IFA又はPIFAアーキテクチャに基づいて設計される図1に示されるアンテナに関し、アンテナが基本周波数で動作する場合、基本周波数におけるアンテナ11の表面電流分布は、主に、アンテナ11に属し且つポイントBに近い端部に集中する。電流が主にアンテナ11のポイントB付近に集中する場合において、ポイントB付近に接地端子が存在すると、アンテナ11の電流は接地端子により影響を受け；その結果、キャパシタンス効果が生じ、それにより、アンテナ・パフォーマンスに深刻に影響を及ぼす。これに対して、図14に示されるマルチバンド・アンテナにおいては、電流は主に接地部145付近に集中する。この場合において、放射部144又は接地部145の近くに接地端子が存在する場合、放射部144に属し且つ接地端子から隔たっている場所での電流分布は比較的少ないので、その電流分布により生じるキャパシタンス効果は、アンテナ・パフォーマンスに関して比較的わずかな影響しか有しない。電流分布は、接地部145において比較的大きいが、接地部145は地板に電気的に接続されており；従って、接地部145付近の接地端子と放射部144との間で生じるキャパシタンス効果も、アンテナ・パフォーマンスに関して比較的わずかな影響しか有しない。このように、この実施形態で提供されるマルチバンド・アンテナとともに構成される端末デバイスを利用することにより、メタル・バック・カバー又はその他の金属外観部の設計が使用されても良く、マルチバンド・アンテナのパフォーマンスは大幅には影響されない。

図15は本発明の実施形態によるマルチバンド・アンテナの実施形態9の概略的な構造図である。図15に示されるように、この実施形態のマルチバンド・アンテナと図14に示されるマルチバンド・アンテナとの間の相違は、図14における溝149は「−」の形状である一方、図15における溝149は「L」の形状である点にある。溝149を「L」形状に設定することは、主に、溝149の長さを増やし、第3共振周波数を低くする。例えば、図15に示される実施形態において、第1共振周波数の中心は1575MHzに設定され、ポイントGからポイントFまでの経路の長さは約30.5mmである。第3共振周波数の中心が2442MHz(これは、WiFi周波数の2.4GHzである)に設定されなければならない場合、溝149の長さは約30.7mmである。溝149が「−」形状に設定される場合、放射部144の長さは不十分であることが分かる。そこで、溝149が「L」形状に設定され、それにより、第3共振周波数の中心が2442MHzに設定されても良い。

図16は本発明の実施形態による端末デバイスの実施形態2の概略的な構造図である。図16に示されるように、この実施形態で提供される端末デバイスは、ハウジング161、給電無線周波数回路147、マルチバンド・アンテナ163、ベースバンド処理回路164及び周波数ミキシング回路165を含み、給電無線周波数回路147、マルチバンド・アンテナ163、ベースバンド処理回路164及び周波数ミキシング回路165は、ハウジング131の内部に位置する。

給電無線周波数回路147は、マルチバンド・アンテナ163を利用することで受信した無線周波数信号を処理し、処理した信号を周波数ミキシング回路165へ、ダウンコンバージョン処理のために送るように構成される。周波数ミキシング回路165は、ダウンコンバージョンにより得られた中間周波数信号をベースバンド処理回路164へベースバンド処理のために送り、或いは、ベースバンド処理回路164は、ベースバンド信号を周波数ミキシング回路165へ、アップコンバージョンして無線周波数信号を取得するために送り、そして、周波数ミキシング回路165は無線周波数信号を給電無線周波数回路147へ送り、無線周波数信号はマルチバンド・アンテナ163を利用して送信される。

この実施形態に示される端末デバイスは、モバイル・フォン及びタブレット・コンピュータのような、無線通信を実行する必要のある任意のタイプのポータブル端末デバイスであって良い。マルチバンド・アンテナ163は、図14又は図15に示される実施形態における任意のタイプのマルチバンド・アンテナであって良い。マルチバンド・アンテナ163の特定の構造及び実現の原理については、図14又は図15に示される実施形態のマルチバンド・アンテナに関して説明されており、その詳細はここで改めて説明されない。

この実施形態で提供される端末デバイスでは、端末デバイスの全体寸法は140×70×7mm³であるが、マルチバンド・アンテナ133は20×6×7mm³しか占めていない。

この実施形態で示される端末デバイスでは、図14又は図15に示されるマルチバンド・アンテナが使用され、マルチバンド・アンテナのサイズは比較的小さい。従って、端末デバイスの全体的なサイズは更に小型化され、その小型化は現在の端末デバイスの小型設計傾向に合致する。端末デバイスの外形寸法を変更しないことを前提とすると、節約されるスペースは、端末デバイスに関して更なる機能デバイスを導入するために使用されても良い。更に、マルチバンド・アンテナはCRLHの原理に従うので、マルチバンド・アンテナのハウジング161は、マルチバンド・アンテナのパフォーマンスに影響を及ぼすことなく、金属外観部を利用することにより生成されても良い。一般に、端末デバイスのハウジング161のバック・カバーは、端末デバイスの外見を改良し且つ端末デバイスを手にした感じを向上させることが可能な金属材料で構成されも良く、それにより、購入するように消費者を引き付ける。

最後に、上記の実施形態は本発明の技術的ソリューションを単に説明するように意図されているに過ぎないことに留意すべきである。本発明は上記の実施形態に関連して詳細に説明されているが、当業者は、上記の実施形態で説明される技術的ソリューションに対して更なる修正を施しても良いこと、或いは、実施形態の全部又は一部の技術的特徴に対して均等な置換を施しても良いことを、理解するであろう。従って、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の保護範囲に委ねられる。

Claims (20)

1. 給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナであって；前記マルチバンド・アンテナは複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
   前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
   前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；前記第1共振周波数はグローバル・ポジショニング・システム(GPS)周波数であり；前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；前記第1共振回路の長さは前記第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、前記接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にあり；
   前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にある、マルチバンド・アンテナ。
2. 前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なる、請求項1に記載のマルチバンド・アンテナ。
3. 前記地板は回路基板の銅の層である、請求項1又は2に記載のマルチバンド・アンテナ。
4. 給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナの製造方法であって；前記マルチバンド・アンテナは複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
   前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
   前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；前記第1共振周波数はグローバル・ポジショニング・システム(GPS)周波数であり；前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；前記第1共振回路の長さは前記第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、前記接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にあり；
   前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にあり；
   前記第1共振周波数は、前記キャパシタ・コンポーネントのキャパシタンス値を調整することにより定められ、前記キャパシタンス値が大きいほど低い前記第1共振周波数を得る、マルチバンド・アンテナの製造方法。
5. 前記第2共振周波数は、前記接地部の幅を調整することにより定められ、前記幅が狭いほど高い前記第2共振周波数を得る、請求項4に記載のマルチバンド・アンテナの製造方法。
6. ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスであって、前記ベースバンド処理回路と、前記周波数ミキシング回路と、前記給電無線周波数回路と、前記マルチバンド・アンテナとは前記ハウジング内に位置し；前記ベースバンド処理回路は前記周波数ミキシング回路に接続され、前記周波数ミキシング回路は前記給電無線周波数回路に接続され；
   前記マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
   前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
   前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；前記第1共振周波数はグローバル・ポジショニング・システム(GPS)周波数であり；前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；前記第1共振回路の長さは前記第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、前記接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にあり；
   前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にある、端末デバイス。
7. 前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なる、請求項6に記載の端末デバイス。
8. 前記地板は前記端末デバイス内の回路基板の銅の層である、請求項6又は7に記載の端末デバイス。
9. ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスの製造方法であって、前記ベースバンド処理回路と、前記周波数ミキシング回路と、前記給電無線周波数回路と、前記マルチバンド・アンテナとは前記ハウジング内に位置し；前記ベースバンド処理回路は前記周波数ミキシング回路に接続され、前記周波数ミキシング回路は前記給電無線周波数回路に接続され；
   前記マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
   前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
   前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；前記第1共振周波数はグローバル・ポジショニング・システム(GPS)周波数であり；前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；前記第1共振回路の長さは前記第1共振周波数に対応する波長の0.12倍ないし0.18倍の大きさの範囲内にあり；及び、前記接地部の幅は0.5ミリメートルないし2.5ミリメートルの範囲内にあり；
   前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にあり；
   前記第1共振周波数は、前記キャパシタ・コンポーネントのキャパシタンス値を調整することにより定められ、前記キャパシタンス値が大きいほど低い前記第1共振周波数を得る、端末デバイスの製造方法。
10. 前記第2共振周波数は、前記接地部の幅を調整することにより定められ、前記幅が狭いほど高い前記第2共振周波数を得る、請求項9に記載の端末デバイスの製造方法。
11. 給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナであって；前記マルチバンド・アンテナは複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
    前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
    前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；
    前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にある、マルチバンド・アンテナ。
12. 前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なる、請求項11に記載のマルチバンド・アンテナ。
13. 前記地板は回路基板の銅の層である、請求項11又は12に記載のマルチバンド・アンテナ。
14. 給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有するマルチバンド・アンテナの製造方法であって；前記マルチバンド・アンテナは複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
    前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
    前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり、
    前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なり；
    前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にあり；
    前記第3共振周波数は、前記溝の長さを調整することにより定められ、前記溝の長さが長いほど低い前記第3共振周波数を得る、マルチバンド・アンテナの製造方法。
15. 前記第2共振周波数は、前記接地部の幅を調整することにより定められ、前記幅が狭いほど高い前記第2共振周波数を得る、請求項14に記載のマルチバンド・アンテナの製造方法。
16. ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスであって、前記ベースバンド処理回路と、前記周波数ミキシング回路と、前記給電無線周波数回路と、前記マルチバンド・アンテナとは前記ハウジング内に位置し；前記ベースバンド処理回路及び前記周波数ミキシング回路は前記給電無線周波数回路に接続され；
    前記マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
    前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
    前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり；
    前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にある、端末デバイス。
17. 前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なる、請求項16に記載の端末デバイス。
18. 前記地板は前記端末デバイス内の回路基板の銅の層である、請求項16又は17に記載の端末デバイス。
19. ハウジングと、ベースバンド処理回路と、周波数ミキシング回路と、給電無線周波数回路と、マルチバンド・アンテナとを有する端末デバイスの製造方法であって、前記ベースバンド処理回路と、前記周波数ミキシング回路と、前記給電無線周波数回路と、前記マルチバンド・アンテナとは前記ハウジング内に位置し；前記ベースバンド処理回路及び前記周波数ミキシング回路は前記給電無線周波数回路に接続され；
    前記マルチバンド・アンテナは：給電マッチング回路と、給電部と、キャパシタ・コンポーネントと、放射部と、接地部とを有し；複合右手／左手系伝送路（CRLH）アンテナであり；
    前記給電部は、給電回路を形成するように前記キャパシタ・コンポーネントに接続され、前記給電マッチング回路は給電無線周波数回路と前記給電回路との間に電気的に接続され；及び
    前記放射部は前記給電回路及び前記接地部の双方に電気的に接続され；前記接地部は地板に電気的に接続され；前記給電回路から、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部にかけて、第1共振回路が形成され；前記第1共振回路は、CRLHの原理に従い第1共振周波数及び第2共振周波数を生成し；及び、前記第2共振周波数は前記第1共振周波数の乗数倍の周波数であり、
    前記放射部に溝が設けられ；前記溝は、前記放射部に属し且つ前記接地部から隔たっている端部から、前記接地部の方に延び；前記溝は前記放射部における第2共振回路を形成するように構成され；前記第2共振回路は第3共振周波数を生成し；及び、前記第3共振周波数は、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と異なり；
    前記給電回路及び前記接地部は第１平面上にあり、前記放射部は前記第１平面に垂直な第２平面上にあり；
    前記第3共振周波数は、前記溝の長さを調整することにより定められ、前記溝の長さが長いほど低い前記第3共振周波数を得る、端末デバイスの製造方法。
20. 前記第2共振周波数は、前記接地部の幅を調整することにより定められ、前記幅が狭いほど高い前記第2共振周波数を得る、請求項19に記載の端末デバイスの製造方法。

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