JP6568259B2 - アンテナおよび端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信技術の分野に関し、詳細には、アンテナおよび端末装置に関する。

モバイル通信ネットワークにおける端末装置は、アンテナを使用して信号を送信および受信する。技術の開発および応用に伴い、端末装置製品のアンテナ帯域幅は、より広い帯域をカバーする必要がある。さらに、美的な外観を求めるために、アンテナのために確保されるスペースは、ますます小さくなっている。明らかに、従来の受動アンテナでは、適用シナリオの要件をほとんど満たすことができず、受動アンテナと調整可能なデバイスを組み合わせた調整可能なアンテナに、より注目が集まっている。

図１に、従来技術におけるＩＦＡ（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ、逆Ｆアンテナ）アーキテクチャに基づく調整可能なアンテナが示される。ＩＦＡは、古典的な受動アンテナである。単極双投スイッチがＩＦＡの接地点に直列に接続され、さらにインダクタまたは不変キャパシタが、単極双投スイッチを使用して接地を実現するように直列に接続される。ＩＦＡがインダクタまたは不変キャパシタを使用して接地されることは、図１に示される調整可能なアンテナのインピーダンス特性を必然的に変更し、その結果、動作帯域の変更を実現する。アンテナのすべての状態においてカバー可能な帯域幅の合計が、アンテナ帯域幅である。

しかし、調整可能なアンテナにおける低周波数の共振周波数は、アンテナの放射器（ｒａｄｉａｔｏｒ）のうち中間周波数または低周波数の放射器の長いブランチの長さに依存する。放射器の長さは、アンテナの全体的なサイズに影響する。すなわち、アンテナのサイズがある程度、限定される事例において、アンテナ帯域幅は、比較的狭い可能性があり、適用要件を満たすことができない。

本発明の実施形態は、アンテナ帯域幅が拡張されたアンテナおよび端末装置を提供する。

第１の態様によれば、キャパシタ構成要素と、少なくとも１の放射器とを含むアンテナであって、
その少なくとも１の放射器の各放射器の１の終端が、第１のノードを形成するように接続され、第１のノードは、第２のノードを形成するようにキャパシタ構成要素の１の終端に接続され、第２のノードは、接地され、
キャパシタ構成要素の他方の終端は、フィード信号を受け取るアンテナが提供される。

第１の態様を参照して、第１の可能な実施様態において、アンテナは、少なくとも１の整合回路をさらに含み、その少なくとも１の整合回路の各整合回路の１の終端は、第３のノードを形成するように接続され、第３のノードは、キャパシタ構成要素の他方の終端に接続され、キャパシタ回路の他方の終端は、その少なくとも１の整合回路の各整合回路を使用することによってフィード信号を受け取り、
整合回路は、インダクタおよび／またはキャパシタを含む。

第１の態様、または第１の態様の第１の可能な実施様態を参照して、第２の可能な実施様態において、アンテナは、少なくとも１の調整可能な回路をさらに含み、その少なくとも１の調整可能な回路の各調整可能な回路の１の終端は、第４のノードを形成するように接続され、第４のノードは、第２のノードに接続され、第２のノードは、その少なくとも１の調整可能な回路の各調整可能な回路を使用することによって接地され、
調整可能な回路は、静電性または誘導性である。

第１の態様の第２の可能な実施様態を参照して、第３の可能な実施様態において、調整可能な回路は特に、整合回路またはフィルタである。

第１の態様の第２の可能な実施様態を参照して、第４の可能な実施様態において、調整可能な回路は特に、単極双投スイッチであり、単極双投スイッチの可動の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、単極双投スイッチの１の不動の終端は、調整可能な回路の接地終端として働き、単極双投スイッチの他方の不動の終端は、空いている。

第１の態様の第２の可能な実施様態を参照して、第５の可能な実施様態において、調整可能な回路は、第１の整合回路と、第２の整合回路と、単極双投スイッチとを特に含み、
単極双投スイッチの可動の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、
単極双投スイッチの２の不動の終端は、第１の整合回路の１の終端、および第２の整合回路の１の終端にそれぞれ接続され、
第１の整合回路の他方の終端は、第５のノードを形成するように第２の整合回路の別の終端に接続され、第５のノードは、調整可能な回路の接地終端として働く。

第１の態様の第２の可能な実施様態を参照して、第６の可能な実施様態において、調整可能な回路は、入力キャパシタと、低周波数キャパシタと、高周波数キャパシタと、単極双投スイッチとを特に含み、
入力キャパシタの１の終端は、単極双投スイッチの可動の終端に接続され、入力キャパシタの他方の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、
低周波数キャパシタの１の終端、および高周波数キャパシタの１の終端は、単極双投スイッチの２の不動の終端にそれぞれ接続され、低周波数キャパシタの他方の終端は、第６のノードを形成するように高周波数キャパシタの他方の終端に接続され、第６のノードは、調整可能な回路の接地終端として働く。

第１の態様、または第１の態様の第２の可能な実施様態、または第１の態様の第３の可能な実施様態、または第１の態様の第４の可能な実施様態、または第１の態様の第５の可能な実施様態、または第１の態様の第６の可能な実施様態を参照して、第７の可能な実施様態において、キャパシタ構成要素は、櫛形キャパシタおよび／または可変キャパシタを特に含む。

第２の態様によれば、前述されるアンテナのうちのいずれか１つを含む端末装置が提供される。

第１の態様において提供されるアンテナ、または第２の態様において提供される端末装置によれば、キャパシタ構成要素は、アンテナの信号フィード終端において追加され、そのキャパシタ構成要素と接地ケーブルの分散インダクタは、低周波数共振を生成することが可能である。その低周波数共振の周波数は、放射器の長さを変更する必要なしに、キャパシタ構成要素または分散インダクタを変更することによって調整されることが可能である。したがって、アンテナサイズがある程度、限定される事例において、本発明の実施形態において提供されるソリューションは、アンテナ帯域幅を拡張することができる。

添付の図面は、本発明のさらなる理解のために意図され、本明細書の一部分を形成する。それらは、本発明を解釈するのに本発明の実施形態と一緒に使用されるが、本発明に対する限定は全く構成しない。添付の図面において、
従来技術におけるアンテナの概略図である。 本発明の実施形態によるアンテナの第１の概略図である。 本発明の実施形態によるアンテナの第２の概略図である。 本発明の実施形態によるアンテナにおけるキャパシタ構成要素の概略図である。 本発明の実施形態によるアンテナにおける調整可能な回路の概略図である。 本発明の実施形態１によるアンテナの概略図である。 本発明の実施形態２によるアンテナの概略図である。

アンテナ帯域幅を拡張するソリューションを与えるのに、本発明の実施形態は、下記のアンテナおよび端末装置を提供する。以下は、本明細書の添付の図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。本明細書で説明される例示的な実施形態は、本発明を説明し、明らかにするのに使用されるに過ぎず、本発明を限定することは意図されないことを理解されたい。本出願における実施形態、および実施形態における特徴は、矛盾のない状況下で互いに組み合わされてもよい。

図２に示されるとおり、本発明の実施形態はキャパシタ構成要素Ｃと、少なくとも１の放射器ＢＮとを含むアンテナを提供するものであって、
その少なくとも１の放射器の各放射器ＢＮの１の終端は、第１のノードを形成するように接続され、第１のノードは、第２のノードを形成するようにキャパシタ構成要素Ｃの１の終端に接続され、第２のノードは、接地され、
キャパシタ構成要素Ｃの他方の終端は、フィード信号を受け取る。

すなわち、各放射器ＢＮの１の終端が接続され、次に、キャパシタ構成要素Ｃの１の終端に接続された後に形成されるノードが、第２のノードとして働き、第２のノードは、アンテナの接地終端Ｇとして働き、キャパシタ構成要素Ｃの他方の終端は、アンテナの信号フィード終端Ｆとして働く。

キャパシタ構成要素Ｃは、アンテナの信号フィード終端Ｆにおいて追加される。キャパシタ構成要素Ｃと接地ケーブルの分散インダクタは、低周波数共振を生成することが可能である。その低周波数共振の周波数は、キャパシタ構成要素Ｃまたは分散インダクタを変更することによって調整が可能である。

好ましくは、図３に示されるとおり、アンテナは少なくとも１の整合回路Ｍをさらに含み、その少なくとも１の整合回路の各整合回路Ｍの１の終端は第３のノードを形成するように接続され、第３のノードはキャパシタ構成要素Ｃの他方の終端に接続され、該キャパシタ構成要素Ｃの他方の終端は、その少なくとも１の整合回路の各整合回路Ｍを使用することによってフィード信号を受け取り、整合回路Ｍは、インダクタおよび／またはキャパシタを含む。

すなわち、２つのタイプのデバイス、すなわちインダクタおよびキャパシタが、整合回路Ｍ内に存在することが可能であり、インダクタまたはキャパシタの特定の数量や、それらの接続様態は限定されない。任意の数量のインダクタおよびキャパシタの直列接続、並列接続、またはハイブリッド接続が、本発明のこの実施形態において提供されるアンテナにおける整合回路Ｍの特定の実施様態として使用可能である。

整合回路Ｍが追加されると、アンテナ帯域幅は、信号フィード終端Ｆにインダクタまたはキャパシタを直列に接続することによって、拡張が可能である。

好ましくは、図３に示されるとおり、アンテナは、少なくとも１の調整可能な回路Ｔをさらに含み、その少なくとも１の調整可能な回路の各調整可能な回路Ｔの１の終端は、第４のノードを形成するように接続され、第４のノードは、第２のノードに接続され、第２のノードは、その少なくとも１の調整可能な回路の各調整可能な回路Ｔを使用することによって接地され、調整可能な回路Ｔは、静電性または誘導性である。

調整可能な回路Ｔを使用することによって、低周波数共振の周波数が調整されることが可能であり、アンテナのインピーダンス特性が変更されることが可能であり、アンテナのより多くの調整可能な状態が追加されることが可能である。

さらに、キャパシタ構成要素Ｃは、複数の様態で特に実施されることが可能であり、図４は、４つの様態を列挙する。

キャパシタ構成要素Ｃの第１の実施様態において、キャパシタ構成要素Ｃは特に、帯域幅が比較的広いが、不変である櫛形キャパシタである。

キャパシタ構成要素Ｃの第２の実施様態において、キャパシタ構成要素Ｃは特に、帯域幅が比較的狭く、不変である不変キャパシタＣ₁である。

キャパシタ構成要素Ｃの第３の実施様態において、キャパシタ構成要素Ｃは特に、帯域幅が比較的狭いが、可変である可変キャパシタＶＡＣである。

好ましくは、キャパシタ構成要素Ｃの第４の実施様態において、キャパシタ構成要素Ｃは、櫛形キャパシタと、帯域幅が比較的狭いが、可変である可変キャパシタＶＡＣとを特に含む。

前述の４つの特定の実施様態は、単に例示的であり、本発明を限定することは意図されていない。他の任意のキャパシタタイプのデバイス、またはキャパシタタイプのデバイスの組合せが、本発明のこの実施形態において提供されるアンテナにおけるキャパシタ構成要素Ｃの特定の実施様態として使用可能である。

さらに、調整可能な回路Ｔは特に、複数の様態において実施されることが可能であり、図５は、５つの様態を列挙する。

調整可能な回路Ｔの第１の実施様態において、調整可能な回路Ｔは特に、整合回路Ｍであり、好ましくは、整合回路Ｍは、可変キャパシタを含む。整合回路Ｍが可変キャパシタを含む場合、調整可能な状態は、限定されない。調整可能な状態が多くなるほど、アンテナ帯域幅は広くなる。

調整可能な回路Ｔの第２の実施様態において、調整可能な回路Ｔは特に、フィルタ（Ｆｉｌｔｅｒ）である。この事例において、調整可能な状態は限定される。

調整可能な回路Ｔの第３の実施様態において、調整可能な回路Ｔは特に、単極双投スイッチであり、単極双投スイッチの可動の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、単極双投スイッチの１の不動の終端は、調整可能な回路の接地終端として働き、単極双投スイッチの他方の不動の終端は、空いている。この事例において、スイッチング損失が存在し、調整可能な状態は限定される。

調整可能な回路Ｔの第４の実施様態において、調整可能な回路Ｔは、第１の整合回路Ｍ₁と、第２の整合回路Ｍ₂と、単極双投スイッチとを特に含み、
単極双投スイッチの可動の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、単極双投スイッチの２の可動の終端は、第１の整合回路の１の終端、および第２の整合回路の１の終端にそれぞれ接続され、第１の整合回路の他方の終端は、第５のノードを形成するように第２の整合回路の別の終端に接続され、第５のノードは、調整可能な回路の接地終端として働く。この事例において、スイッチング損失が存在し、調整可能な状態は、その２つの整合回路の特定の実施に依存する。

調整可能な回路Ｔの第５の実施様態において、調整可能な回路Ｔは、入力キャパシタＣ₀と、低周波数キャパシタＣ_Lと、高周波数キャパシタＣ_Hと、単極双投スイッチとを特に含み、
入力キャパシタの１の終端は、単極双投スイッチの可動の終端に接続され、入力キャパシタの他方の終端は、第４のノードを形成する調整可能な回路の１の終端として働き、低周波数キャパシタの１の終端、および高周波数キャパシタの１の終端は、単極双投スイッチの２の不動の終端にそれぞれ接続され、低周波数キャパシタの他方の終端は、第６のノードを形成するように高周波数キャパシタの他方の終端に接続され、第６のノードは、調整可能な回路の接地終端として働く。この事例においてスイッチング損失が存在し、調整可能な状態は限定される。

前述の５つの特定の実施様態は、単に例示的であり、本発明を限定することは意図されない。任意の他の静電性または誘導性のデバイスまたは回路が、本発明のこの実施形態において提供されるアンテナにおける調整可能な回路Ｔの特定の実施様態として働くことが可能である。

以下は、特定の実施形態を使用することによって添付の図面を参照して、本発明において提供されるアンテナについて詳述する。

実施形態１
本発明の実施形態１において提供されるアンテナは、ＧＳＭ９００／１８００／１９００、およびＷＣＤＭＡ２１００に適用可能である。

図６は、キャパシタ構成要素と、２つの放射器ＢＮ₁およびＢＮ₂と、整合回路Ｍとを含む、本発明の実施形態１において提供されるアンテナであって、
キャパシタ構成要素は特に、可変キャパシタＶＡＣであり、
放射器ＢＮ₁の１の終端、放射器ＢＮ₂の１の終端、および可変キャパシタＶＡＣの１の終端は接続され、その３つの終端が接続された後に形成されるノードが、アンテナの接地終端Ｇとして働き、
可変キャパシタＶＡＣの他方の終端は、整合回路Ｍの１の終端に接続され、整合回路Ｍの別の終端は、アンテナの信号フィード終端Ｆとして働くアンテナを示す。

本発明の実施形態１において提供されるアンテナにおいて、可変キャパシタＶＡＣと接地ケーブルの分散インダクタは、低周波数共振周波数ｆ₁を生成する。

低周波数共振周波数ｆ₁は、分散インダクタを変更すること、すなわち、接地ケーブルの長さを変更することによって調整が可能である。実験は、接地ケーブルの長さが、一般に、導波路波長の１／８未満であることを証明し、導波路波長は、アンテナ適用帯域幅の中心周波数の信号波長である。所与のインダクタンス値範囲において、分散インダクタンスが大きくなるほど、低周波数共振周波数ｆ₁は高くなる。

また、低周波数共振周波数ｆ₁は、可変キャパシタＶＡＣのキャパシタンス値を変更することによっても微調整可能である。所与のキャパシタンス値範囲において、可変キャパシタＶＡＣのキャパシタンス値が大きくなるほど、低周波数共振周波数ｆ₁は低くなる。

放射器ＢＮ₁を使用することによって、高周波数共振周波数ｆ₂が生成されることが可能であり、放射器ＢＮ₂を使用することによって、高周波数共振周波数ｆ₃が生成されることが可能である。

低周波数共振周波数ｆ₁が、キャパシタ構成要素のキャパシタンス値、すなわち、可変キャパシタＶＡＣを変更することによって調整された場合、高周波数共振周波数ｆ₂およびｆ₃がわずかに影響される。

すなわち、本発明の実施形態１において提供されるアンテナの帯域幅は、共振周波数ｆ₁、ｆ₂およびｆ₃によって範囲に含まれる帯域である。

実施形態２
本発明の実施形態２において提供されるアンテナは、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳ／ＷＣＤＭＡ／ＬＴＥに適用可能である。

図７は、キャパシタ構成要素と、３つの放射器ＢＮ₁、ＢＮ₂、およびＢＮ₃と、整合回路Ｍと、調整可能な回路とを含む、本発明の実施形態２において提供されるアンテナであって、
キャパシタ構成要素は特に、不変キャパシタＣ₁であり、調整可能な回路は特に、可変キャパシタＶＡＣであり、
５つの終端、すなわち、放射器ＢＮ₁の１の終端、放射器ＢＮ₂の１の終端、放射器ＢＮ₃の１の終端、可変キャパシタＶＡＣの１の終端、および不変キャパシタＣ₁の１の終端が接続され、
不変キャパシタＣ₁の他方の終端は、整合回路Ｍの１の終端に接続され、整合回路Ｍの他方の終端は、アンテナの信号フィード終端Ｆとして働き、
可変キャパシタＶＡＣの他方の終端は、アンテナの接地終端Ｇとして働くアンテナを示す。

本発明の実施形態２において提供されるアンテナにおいて、不変キャパシタＣ₁と接地ケーブルのインダクタは、低周波数共振周波数ｆ₁を生成する。

接地ケーブルのインダクタンス値は、可変キャパシタＶＡＣのキャパシタンス値を変更することによって変更が可能であり、さらに低周波数共振周波数ｆ₁が調整可能である。所与のキャパシタンス値範囲において、可変キャパシタＶＡＣのキャパシタンス値が大きくなるほど、低周波数共振周波数ｆ₁は高くなる。

放射器ＢＮ₁を使用して、高周波数共振周波数ｆ₂を生成可能であり、放射器ＢＮ₂を使用して、高周波数共振周波数ｆ₃を生成可能であり、放射器ＢＮ₃を使用して、高周波数共振周波数ｆ₄を生成可能である。

低周波数共振周波数ｆ₁が、調整可能な回路を変更することによって、すなわち可変キャパシタＶＡＣのキャパシタンス値を変更することによって調整された場合、高周波数共振周波数ｆ_2、ｆ₃、およびｆ₄は影響されない。

すなわち、本発明の実施形態２において提供されるアンテナの帯域幅は、共振周波数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、およびｆ₄によってカバーされる帯域である。

アンテナサイズがある程度限定される事例において、本発明のこの実施形態において提供されるソリューションは、帯域幅を拡張でき、より多くの適用シナリオの要件を満たせることを見て取ることができる。

実施形態３
本発明の実施形態３は、図２、図３、図６、および図７のいずれかに示されるアンテナを含む端末装置をさらに提供する。

本発明のいくつかの例示的な実施形態が説明されてきたものの、当業者は、当業者が、基本的な発明の概念を学んだ後、これらの実施形態に変更および変形を行うことができることを理解するはずである。したがって、添付の特許請求の範囲は、例示的な実施形態、ならびに本発明の範囲内に入るすべての変更および変形を範囲に含むように解釈されることが意図される。

明らかに、当業者は、本発明の実施形態の趣旨および範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に様々な変形および改変を行うことができる。本発明は、これらの変形および改変を、それらが、添付の特許請求の範囲、およびそれらと均等の技術によって規定される保護の範囲内に入るという条件付きで、範囲に含むように意図される。

Claims (8)

1. キャパシタ構成要素と少なくとも１つの放射器とを備えるアンテナであって、
   前記少なくとも１つの放射器の各放射器の一方の終端が接続されて第１のノードを形成
   し、前記第１のノードは前記キャパシタ構成要素の一方の終端に接続されて第２のノード
   を形成し、前記第２のノードは接地ケーブルを介して接地され、
   前記キャパシタ構成要素の他方の終端はフィード信号を受け取り、
   前記アンテナは、少なくとも１つの整合回路をさらに備え、前記少なくとも１つの整合
   回路の各整合回路の一方の終端は接続されて第３のノードを形成し、前記第３のノードは
   前記キャパシタ構成要素の他方の終端に接続され、前記キャパシタ構成要素の他方の終端
   は前記少なくとも１つの整合回路の各整合回路を使用することによってフィード信号を受
   け取り、
   前記整合回路はインダクタまたはキャパシタの少なくとも一つを備え、前記キャパシタ
   構成要素および前記接地ケーブルの分散インダクタは低周波共振を生成することが可能で
   あり、前記接地ケーブルの長さは前記低周波共振の波長の１／８未満であることを特徴とするアンテナ。
2. 少なくとも１つの調整可能な回路をさらに備え、前記少なくとも１つの調整可能な回路
   の各調整可能な回路の一方の終端は、接続されて第４のノードを形成し、前記第４のノー
   ドは前記第２のノードに接続され、前記第２のノードは前記少なくとも１つの調整可能な
   回路の各調整可能な回路を使用することによって接地され、
   前記調整可能な回路は、容量性または誘導性であることを特徴とする請求項１に記載の
   アンテナ。
3. 前記調整可能な回路は特に、整合回路またはフィルタであることを特徴とする請求項２
   に記載のアンテナ。
4. 前記調整可能な回路は特に、単極双投スイッチであり、前記単極双投スイッチの可動の
   終端は、前記第４のノードを形成する前記調整可能な回路の前記一方の終端として働き、
   前記単極双投スイッチの１つの不動の終端は、前記調整可能な回路の接地終端として働き
   、前記単極双投スイッチの他の不動の終端は、空いていることを特徴とする請求項２に記
   載のアンテナ。
5. 前記調整可能な回路は、第１の整合回路と、第２の整合回路と、単極双投スイッチとを
   特に備え、
   前記単極双投スイッチの可動の終端は、前記第４のノードを形成する前記調整可能な回
   路の前記一方の終端として働き、
   前記単極双投スイッチの２つの不動の終端は、前記第１の整合回路の一方の終端、およ
   び前記第２の整合回路の一方の終端にそれぞれ接続され、
   前記第１の整合回路の他方の終端は、前記第２の整合回路の他方の終端に接続されて第
   ５のノードを形成し、前記第５のノードは、前記調整可能な回路の接地終端として働くこ
   とを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
6. 前記調整可能な回路は、入力キャパシタと、低周波数キャパシタと、高周波数キャパシ
   タと、単極双投スイッチとを特に備え、
   前記入力キャパシタの一方の終端は、前記単極双投スイッチの可動の終端に接続され、
   前記入力キャパシタの他方の終端は、前記第４のノードを形成する前記調整可能な回路の
   前記一方の終端として働き、
   前記低周波数キャパシタの一方の終端、および前記高周波数キャパシタの一方の終端は
   、前記単極双投スイッチの２つの不動の終端にそれぞれ接続され、前記低周波数キャパシ
   タの他方の終端は、前記高周波数キャパシタの他方の終端に接続されて第６のノードを形
   成し、前記第６のノードは、前記調整可能な回路の接地終端として働くことを特徴とする
   請求項２に記載のアンテナ。
7. 前記キャパシタ構成要素は、櫛形キャパシタおよび可変キャパシタの少なくともいずれ
   かを特に備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナを備えることを特徴とする端末装置。

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