JPH07508871A - 電子装置のためのアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電子装置のためのアンテナ 発明の背景 この発明は一般的にはアンテナおよび無線機器のためのアンテナ結合装置に関し 、かつより特定的には、可動ハウジングエレメントに装着されかつ携帯用無線送 受信機に結合されたアンテナ構造に関する。

携帯用無線機器のためのアンテナは効率および信頼性の領域で特定の問題を生じ る。好ましくは、アンテナは無線機の動作する波長に関係する大きさとすべきで あり、かつ導電性または吸収性の材料から離れた位置に配置されるべきである。

しかしながら、これらの基準に合致し得る外部に露出したアンテナはアンテナの 寿命を短縮する摩損および酷使にさらされる。

アンテナを携帯用無線電話のハウジングの内部の位置に配置することが可能なこ とが示されている。例えば、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第５．０１４ ，３４６号および第５，１７０，１７３号を参照。これらの米国特許に開示され たアンテナはハウジングの折りたたみ要素（ｆｌｉｐ　ｅｌｅｍｅｎｔ）に配置 され、それによってアンテナをハウジングの残りの部分から引き離しかつアンテ ナの放射／受信エレメントのための保護を実現する。アンテすに対するおよびア ンテナからの結合はヒンジの関節部またはナックル部（ｋｎｕｃｋｌｅｓ）に配 置された容量性または誘導性（トランスフォーマ）結合によって実現される。回 転ジヨイントを介する他の結合技術はちょうつがいになった（ｈｉｎｇｅｄ）エ レメントを橋渡しするために柔軟性あるばねワイパ素子または細い同軸ケーブル を使用する。これらの技術のいずれも問題がある。すなわち、同軸ケーブルはか さばり、機械的なノイズが大きく、かつ疲労障害を生じやすく、一方接触形のコ ネクタは電気的なノイズが大きくかつ摩損しやすい。ガラスのような媒体を介し てアンテナへ固定結合することは、セルラ無線電話のアンテナを車輌の窓ガラス に装着するために一般に使用されてきており、結合エレメントの移動に関連する 問題を受けない。そのような固定結合技術の教示は本発明の実施例にとっては限 られた価値しかない。

無線機ハウジングにまたは折りたたみ要素にアンテナを配置することはアンテナ の形状に妥協を必要とするであろう。これらの妥協に対して補償を行なうために は携帯用無線機においてより多くの物理的容積を消費する付加的な回路を必要と する。したがって、アンテナを無線機に結合する装置において容積およびエレメ ントの数を最小にしながらアンテナを保護用無線機ハウジングエレメント内に含 めることが望ましい。

発明の概要 したがって、これらの問題に対処するため、本発明は第１のインピーダンス値を 有しかつトランスフォーマ部分に結合された平衡導電性電磁エネルギ放射または 受信部を有するアンテナを包含する。前記トランスフォーマ部分は所定の値の誘 導性結合を有しかつ誘導性結合の値を実質的に変化させることなく互いに移動可 能な少なくとも２つの巻線を有する。前記トランスフォーマ部分は前記第１のイ ンピーダンス値を第２のインピーダンス値に整合させかつ前記平衡放射または受 信部を不平衡に変換する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明を使用することができる携帯用無線送受信機の斜視図である。

図２は、本発明において使用することができるアンテナ側トランスフォーマ巻線 の図である。

図３は、本発明において使用することができる無線機側トランスフォーマ巻線の 図である。

図４は、本発明において使用することができる同調されたトランスフォーマ結合 の回路モデルを示す。

図５は、本発明において有用なアンテナを収容できる携帯用無線送受信機の折り たたみエレメントを示す分解図である。

図６は、本発明において使用することができる折りたたみエレメントおよびヒン ジ装置を示す断面図である。

好ましい実施例の説明 本発明を好適に利用できる電子装置は図１に示されたもののような携帯用セルラ 無線電話１００である。そのような携帯用無線電話は、前面に配置されかつ使用 されない場合は可動折りたたみハウジング要素１０４によって覆うことができる 、電話のダイヤル用キーバッド１０２のような、ユーザインタフェース要素を有 する。折りたたみハウジング要素１０４の内側には、アンテナ放射および／また は受信エレメント１０６が損傷を受けない安全な所に配置されている（図１では 切断図で示されている）。そのような場所は無線機の残りの部分からの引き離し を提供する一方でアンテナエレメントのための物理的保護を可能にする。好まし い実施例では、折りたたみエレメントまたは折りたたみ要素１０４は２つのヒン ジ用ナックル部（ｈｉｎｇｅｋｎｕｃｋｌｅｓ）１１２を使用し、かつ無線機ハ ウジングは１つの大きな中央ナックル部１１４および２個の支持用ナックル部１ １６および１１８を使用する。（無線電話１００については単一のアンテナのみ が示されているが、好ましい実施例のアンテナは他の伝統的なアンテナ構造と共 に使用できることが理解されるべきである。例えば、単一のむち形（ｗｈ　ｉ　 ｐ−ｓ　ｔ　ｙ　ｌ　ｅ）のアンテナが携帯用無線電話の頭部に装着されかつ該 携帯用無線電話のためのアンテナダイバシティを提供するために使用される。２ つのアンテナによる手法の良く知られたスペースダイバシティの性質に加えて、 本発明のアンテナはまた前に述べたむち形アンテナと共に使用された場合に偏波 ダイパシティ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を提供する。

） 図１の切断部においてはまた結合装置１０８が見えており、該結合装置１０８は 折りたたみ要素１０４を無線機の残りの部分に機械的に結合するヒンジのナック ル部における２つの部分に、配置されている。

前記結合装置１０８は携帯用無線電話のハウジングに取り付けられた中央ナック ル部１１４における１つの巻線、または導電性ループ、および前記折りたたみ要 素部分１０４に取り付けられた１つのヒンジ用ナックル部１１２における第２の 巻線を有する誘導的に結合されたトランスフォーマ構造を有する。トランスフォ ーマ結合装置１０８の巻線２０１は折りたたみ要素のヒンジ用ナックル部１１２ 内に配置されている。図２を参照すると、巻線２０１は薄い単一平面の（ｍｏｎ ｏｐ　ｌ　ａｎａ　ｒ）金属（導電性）ループであって、０．９５ｃｍの外径お よび０．１５ｃｍの導電体幅を有しかつヒンジの回転軸２０６に対して対称であ る。巻線２０１は平衡巻線でありかつライン２０３および２０４を介してダイポ ールアンテナ１０６の両方のエレメントに結合されている。図３を参照すると、 ハウジングの中央ナックル部１１４における他の巻線３０１は薄い単一平面の金 属（導電性）ループであって０．９５ｃｍの外径および０．１５ｃｍの導電体幅 を有することが分かる。この巻線３０１は１．８ｐｆの容量３０３およびライン ３０７を介して無線機に結合されておりかつホール３０５を介して接地されてい る。したがって、このトランスフォーマ巻線は不平衡の巻線でありかつ巻線２０ １の軸２０６と同軸にかつ巻線２０１と直接対向して維持される。巻線２０１お よび３０１の自己インダクタンスを打ち消すために直列容量が必要であることが 分かったが、それは前記トランスフォーマは理想的なトランスフォーマではない からである。この容量については後に説明する。

２つの巻線の中心を同じ軸上に配置することにより、かつこの対称軸を前記ヒン ジ用ナックル部が回転する回転軸と同軸に整列させることにより、電磁エネルギ の非接触の結合が達成される。前に述べた、ヒンジ装置を通して電磁エネルギを 転送する他の技術は可動接点によりノイズを導入するかあるいはヒンジを橋渡し するケーブルの機械的な疲労により信頼性の問題を引き起こす。使用された誘導 性結合はこれら各々の問題を回避する。

トランスフォーマ結合の電気回路的な表現が図４に示されている。分析のため、 この回路図は平衡入力巻線３０１′および平衡出力巻線２０１′を示している。

４つの容量（Ｃ１〜Ｃ４）がトランスフォーマ巻線を同調させるために使用され ている。１つの個別（ｌｕｍｐｅｄ）素子の容量が使用されることが本発明の特 徴である。アンテナ側の巻線の２つの容量ＣおよびＣ４は、好ましい実施例では 、アンテナの各々のアームをその公称の４分の１波長からいくらか短い長さに短 縮して必要な容量リアクタンスを提供することによって除去している。−例とし て、アンテナの各々のエレメントは１．５ｃｍだけ短縮される。

無線機側の巻線３０１′の２つの容量ＣおよびＣ２は、好ましい実施例の実現の 際には、（適切な等価直列容量リアクタンスを有する）１つの容量で置き換えら れる。無線機４０１の入力／出力は不平衡回路であるから不平衡巻線に対するこ の単一の容量は無線機４０１に結合するのに充分適している。好ましい実施例で は、この単一の容量は、チップ容量のような、容量部品、あるいは巻線３０１が 設けられた基板上に印刷された平衡プレートとして実施できる。したがって、前 記トランスフォーマ結合１０８はバラン（ｂａｌｕｎ）の機能を達成することが でき、すなわち平衡アンテナに結合するトランスフォーマ巻線２０１は平衡して おりかつ無線機に結合するトランスフォーマ巻線３０１は不平衡となっている。

好ましい実施例のアンテナ１０６は、図５に示されるように、′Ｃ”形状の平衡 ダイポールである。アンテナエレメント５０１および５０３の各々は折りたたみ ハウジング要素１０４の機械的な寸法内に適合しておりかつ木質的に対象である 。好ましい実施例では、無線機の動作帯域は８６５ＭＨｚから８９５ＭＨｚの周 波数範囲に広がっており（かつ、自由空間で３４ｃｍの公称波長、を有し）、ア ンテナは図５に示される寸法を有しかつ各エレメントは０．００３６ｃｍの厚さ の銅（ｃｏｐｐｅｒ）層からなる。前に述べたように、各々のグイボールアーム のこれらの寸法はこの周波数帯域において４分の１波長より１．５ｃｍだけ短縮 されている。各々のアームのこの短縮によってアンテナインピーダンスの一部と しての容量性リアクタンスが生成される。好ましい実施例では、この１．５ｃｍ の短縮によって１．８ｐｆに等価な容量性リアクタンスが生成され、このリアク タンスは大きさがアンテナ側のトランスフォーマ巻線の自己誘導性リアクタンス の大きさと等しいリアクタンスである。導電性エレメント５０１および５０３は グラスファイバーおよびテフロン、プラスチックまたは他の誘電材料からなる薄 い基板５０５上に配置されている。

このいくらかひずんだダイポールアンテナはほぼ１５オームの低減された放射抵 抗を有する。最適のエネルギ転送のために、アンテナインピーダンスを無線機の 典型的な５０オームに整合させるためにインピーダンス変換が必要である。前記 トランスフォーマ結合１０８はまたはこのインピーダンス変換を達成するのに適 している。巻線をさらに離して配置しかつより高いＱによる低減されたトランス フォーマ帯域幅を生じるよりはむしろ、同調された結合回路の特性が、各々の巻 線の自己インダクタンスをほぼ１８ｎＨｙに低減しかつ同時に結合対の相互イン ダクタンスをほぼ５ｎＨｙに低減することにより、１５オームから５０オームの トランスフォーマへと修正されている。各々の巻線のこのような修正は帯域幅を 保つが必要な容量の値を上に述べた１、８ｐｆの値に増大する。

前記巻線の間の間隔は携帯用ハウジングのナックル部の材料および折りたたみ要 素のナックル部の材料によってほぼ０．１８ｃｍに維持される。無線機ハウジン グのヒンジおよび折りたたみ要素１０４の断面を示す図６を参照されたい。無線 機側の巻線３０１およびアンテナ側の巻線２０１は、好ましい本実施例では、そ れらのそれぞれのナックル部のプラスチック材料上に配置されいる。２つのナッ クル部の間隔はばね６０１によって最小に維持され該ばね６０１はヒンジの無線 機ハウジング側に装着されかつばねの圧力が前記巻線を有する２つのナックル部 の面を一緒に押圧するように配置された移動止め（デテント：　ｄｅ　ｔ　ｅｎ ｔ）６０３を含む。

したがって、上記アンテナおよびトランスフォーマカプラは携帯用無線電話の折 りたたみ要素内に信頼性あるかつ効率的な電磁放射器を生成可能にする。該トラ ンスフォーマカプラは非接触でまたは同軸ケーブルを通すことなく折りたたみ要 素のヒンジを通して電磁エネルギを転送しかつ単一平面アンテナを無線機に結合 する。前記トランスフォ−マカプラはアンテナの低いインピーダンスを無線機の インピーダンスに整合させ、かつ平衡アンテナと不平衡無線機との間のバラン回 路となる。

ＦＩＧ、”１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．アンテナ装置であって、 第１のインピーダンス値を有する平衡導電性電磁エネルギ放射または受信部、そ して 前記平衡導電性電磁エネルギ放射または受信部に結合され、所定の値の誘導性結 合を有するトランスフォーマであつて、該トランスフォーマはさらに該トランス フォーマの前記誘導性結合の値の実質的な変動なしに互いに移動可能な少なくと も２つの巻線を有し、かつ前記トランスフォーマは（ａ）前記第１のインピーダ ンス値を第２のインピーダンス値に変換するインピーダンス変換部、および（ｂ ）前記平衡放射または受信部を不平衡に変換するバラン部を含むもの、 を具備するアンテナ装置。
2. ２．さらに、前記少なくとも２つのトランスフォーマ巻線の１つに結合され、前 記少なくとも２つのトランスフォーマ巻線の前記１つの自己インダクタンスのリ アクタンスの大きさに等しい大きさを有する容量リアクタンスを備えた、請求項 １に記載のアンテナ装置。
3. ３．前記導電性電磁エネルギ放射または受信部はさらにほぼ“Ｃ”形状の単一平 面導電性条片を具備する、請求項１に記載のアンテナ装置。
4. ４．前記アンテナ装置は所定の波長を有する電磁エネルギを放射または受信する ためのものであり、かつ前記放射または受信部はさらに前記所定の波長の半分よ り所定量短い値に等しい総合電気的長さを有する導電性条片を具備する、請求項 １に記載のアンテナ装置。
5. ５．前記少なくとも２つの巻線の各々はさらに軸を有しかつ前記少なくとも２つ の巻線のうちの他のものの前記軸に対し同軸に配置されている単一平面導電性ル ープを備えた、請求項１に記載のアンテナ装置。
6. ６．無線機および可動ハウジング要素を含む電子装置であって、 第１のインピーダンス値を有する平衡導電性電磁エネルギ放射または受信エレメ ント、 回転軸の回りに互いに回転可能な少なくとも２つの部分を有し、該少なくとも２ つの部分のうちの１つは前記可動ハウジングに結合されかつ前記少なくとも２つ の部分のうちの他のものは前記電子装置に結合されたヒンジ装置、そして 前記無線機および前記導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントの間に電気 的に結合され、前記少なくとも２つのヒンジ部のうちの前記１つに配置された第 １の巻線および前記少なくとも２つのヒンジ部のうちの前記他のものに配置され た第２の巻線を有し、かつ前記無線機の第２のインピーダンス値を前記第１のイ ンピーダンス値に整合させるためのインピーダンス変換部および前記平衡放射ま たは受信エレメントを不平衡に変換するためのバラン部を含むトランスフォーマ 、 を具備する無線機および可動ハウジング要素を含む電子装置。
7. ７．さらに、前記少なくとも２つのトランスフォーマ巻線のうちの１つに結合さ れ、前記少なくとも２つのトランスフォーマ巻線のうちの前記１つの自己インダ クタンスのリアクタンスの大きさと等しい大きさを有する容量性リアクタンスを 備えた、請求項６に記載の電子装置。
8. ８．前記導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントはさらにほぼ“Ｃ”形状 の単一平面導電性条片を具備する、請求項６に記載の電子装置。
9. ９．前記平衡導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントは所定の波長で電磁 エネルギを放射または受信するためのものであり、かつ前記放射または受信エレ メントはさらに前記所定の波長の半分より所定の量だけ短い長さに等しい総合電 気的長さを有する導電性条片を具備する、請求項６に記載の電子装置。
10. １０．前記第１の巻線および前記第２の巻線は各々さらに軸を有しかつ他のもの の前記軸に対し同軸に配置された単一平面導電性ループを具備し、かつ前記第１ の巻線および前記第２の巻線の双方の軸は前記回転軸と同軸に配置されている、 請求項６に記載の電子装置。