JPH10509856A - デュアルバンドのアンテナ システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 携帯可能な通信装置に使用されるデュアル バンドのアンテナ システムがここに開示される。該アンテナ システムは低バンド及び高バンドの波長レンジの中で電磁エネルギーを放射するためのアンテナ要素（１０）を含んでいる。好ましい実施例において，低バンドのアイソレーター ネットワーク（２０）は該アンテナ要素（１０）に結合されており，高バンドの動作の間に高バンド及び低バンドの信号通路の間での信号アイソレーションを提供する。同様に，高バンドのアイソレーター ネットワーク（１８）は，低バンド波長レンジ上での動作の間に，高バンド及び低バンドの信号通路の間での信号アイソレーションを提供する。送信と受信の期間において，アンテナ（１０）を通過した低バンド及び高バンドの電磁エネルギーは，それぞれ低バンド及び高バンドのアイソレーター ネットワーク（２０）及び（１８）によって通過させられる。また，低バンド及び高バンドの整合ネットワーク（２８）及び（３６）が含まれ，それぞれは低バンド及び高バンドのアイソレーター ネットワーク（２０）及び（１８）を低バンド及び高バンドのトランシーバー回路に結合している。

Description

【発明の詳細な説明】 デュアルバンドのアンテナ システム 発明の背景 Ｉ．発明の技術分野 この発明は，デュアルバンドのアンテナに関し，特に携帯可能な通信装置にお こえ使用されるデュアルバンドのアンテナ システムに関する。 II．関連技術の開示 無線通信の分野において，デュアルバンドの携帯可能な通信装置の重要性はさ らに増加すると見込まれている。例えば，デュアルバンドの携帯可能な電話はセ ルラー バンド（８２４から８９２ＭＨＺ），及び提案されているパーソナル通 信ネットワーク（ＰＣＮ）バンド（１．８ＧＨＺから１．９６ＧＨＺ）上での運 用に向けて開発されてきた。各バンドにおいてエネルギーを効果的に送信及び受 信するのための外観的に簡単な方法は，与えられた周波数レンジでの運用に特に デザインされ，セパレートされたアンテナを使用する。不都合なことに，セパレ ートされたアンテナは，携帯可能な電話の価格，サイズ及び複雑さを増加させる ，特に，各アンテナを引っ込めるための付加スペースを設ける場合に。 ただ一つのアンテナを装備した携帯可能な装置で，デュアルバンド運用を行な うための簡明なアプローチは，各バンドのためにセパレートされた送信／受信の 回路を該アンテナに直接接続することである。送信／受信の回路に関する従前の 回路は，典型的には，例えば，送受切換器（デュープレクサ）に直列に接続され た通信トランシーバーを含んでいる。また，直列に接続された送受切換器とトラ ンシーバーとに該アンテナのインピーダンスを整合するためにネットワークの整 合が実施される。しかし，ただ一つのアンテナを装備したデュアルバンド装置に おいて，ある与えられた回路と他の回路を伴う該アンテナの結合インピーダンス との間でのインピーダンスの整合を図るために，与えられた回路についてのネッ トワークの整合をすることが必要とされる。一般に，アンテナと他の回路とのイ ンピーダンスは周波数により変化することから，これは複雑で困難なデザイン処 理を必要とする。 また，各バンドの通信ネットワークを装置の単一のアンテナにそれぞれ接続す るために，電子的又は電子機械的スイッチを使用することが考えられる。不都合 にも，デュアルバンドの装置にそのようなスイッチを採用するには，多くの困難 が予想される。例えば，アンテナの信号通路中でスイッチが存在することは，信 号損失，ノイズ，及び信号ひずみを引き起す。さらに，望まれる通信バンドを選 択するための命令制御信号を該スイッチに供するために，追加の電子器機が要求 される。さらにたぶん重要なことであるが，スイッチの使用は，装置の単一ポイ ント上の故障(single-point failure)に関する故障発生度を増加させる。 発明の要約 本発明は，単一のアンテナ要素に接続された別々の信号通路間に，信号エネル ギーが受動的に分けられるデュアル バンドのアンテナ システムを提供する。 各信号通路は単一の整合ネトワークを含んでおり，比較的簡単にデザインするこ とができる。 本発明は，携帯可能な通信装置に使用されるデュアル バンドのアンテナ シ ステムに向けられている。該アンテナシステムは，低バンドと高バンドの波長レ ンジ内で電磁エネルギーを放射するためのアンテナ要素を含んでいる。好適な実 施例において，低バンドのアイソレータ(isolator)ネットワークは，アンテナ要 素と結合して，高バンド波長上で高バンドと低バンドの信号通路の間で信号アイ ソレション(isolation)を提供する。同様に，高バンドのアイソレータ ネット ワークは，高バンドと低バンドの信号通路間で，低バンドの波長レンジを横切っ て，信号アイソレーションを提供する。動作期間中，低バンドの電磁エネルギー は，低バンドのアイソレータ ネットワークにより，アンテナと低バンド信号通 路間を通過する。同様の方法で，高バンドの波長レンジ内の電磁エネルギーは， 高バンドのアイソレータ ネットワークによりアンテナと高バンド信号通路間を 通過する。 第一の整合ネットワークは，低バンドのアイソレータ ネットワークに直列接 続され，低バンドの動作期間中，アンテナのインピーダンスを低バンド信号通路 のインピーダンスに整合させる。第二の整合ネットワークは，高バンドのアイソ レータ ネットワークに直列接続され，高バンドの波長レンジ上でのアンテナの インピーダンスを高バンド信号通路のインピーダンスに整合させる。 特別の実施において，低バンドのアイソレータ ネットワークは，次を含む。 (i)アンテナ要素と第一の整合ネットワーク間で直列にある第一の１／４波 長の送信ラインセグメント，及び (ii)分路して，該第一の送信ラインセグメントと，及び該第一の整合してい るネットワークと，に接続された第二の１／４波長の送信ラインセグメント。 同様に，高バンドのアイソレータ ネットワークは，第三の送信ラインセグメン トに分路して接続された第４の１／４波長送信と同様に，該アンテナ要素と直列 にある第三の１／４波長の送信ラインセグメントを含んで実現される。 他の実施例においては，平行及び直列の共振回路が，低バンド及び高バンドの アイソレータ ネットワークを実現するために使用される。各アイソレータ ネ ットワークは，平行共振回路に分路して接続された直列共振回路と同様に，アン テナ要素に直列接続された平行共振回路を含むようにデザインされる。低バンド のアイソレータ ネットワークの直列及び並列の共振回路は，高バンドの動作期 間中共振する。一方，高バンドのアイソレータ ネットワークの直列及び並列共 振回路は低バンドの動作期間中共振する 発明の簡単な説明 本発明の特徴，目的及び利点は，同様の参照記号と対応し，図面と連携して以 下に行われる詳細な説明からより明確になるであろう。 図１は，デュアル バンドの通信装置内に取り入れらた，本発明のアンテナシ ステムのブロック ダイアグラムを示している。 図２は，本発明の好ましい実施例に含まれる高バンド及び低バンドのアイソレ ーション ネットワークの変形実施例を図式的に説明するものである。 図３は，高バンド及び低バンドのアイソレーション ネットワークの共振回路 実施例を図式的に示すものである。 好ましい実施例の詳細な説明 図１には，デュアルバンドの通信装置内に取り入れられた本発明のアンテナシ ステムが示されている。該アンテナ システムは，単一のアンテナ１０を含んで いる。これは，デュアルバンドの通信装置の各波長バンド上での通信を支援する ようにデザインされている。前に述べたように，セルラーバンド（８２４ＨＺか ら８９２ＨＺ），及び提案されている個人通信ネットワーク（ＰＣＮ）バンド（ １．８ＧＨＺから１．９６ＧＨＺ）上での動作を意図したデュアル バンドの電 話に特に関心がある。しかし，本発明が教示するところは，どのような特定の周 波数バンドにも拘束されないことが理解されるべきである。セルラー及びＰＣＮ バンド上での動作は，セルラーバンド（すなわち，約２．５インチ）の中心波長 の約１／２に等しい長さ−ＰＣＮバンドの中心波長の１／４におおむね等しい− を有するホイップ アンテナを，該アンテナ要素１０とすることにより実現され 得る。 図１に示すように，アンテナの給電ライン１４は，高バンド及び低バンドのア イソレーション ネットワーク１８と２０にアンテナ要素１０を結合する。該給 電ライン１４は，例えば，マイクロストリップ或いはストリップラインの高周波 送信ラインで構成されている。低バンドのアイソレーション ネットワーク２０ は，アンテナの給電ライン１４と低バンドの信号通路との間に置かれ，その中に は，低バンドのトランシーバー２４及び低バンドの整合ネットワーク２８とを含 んでいる。同様に，高バンドのアイソレーション ネットワーク１８が，アンテ ナの給電ライン１４と高バンドの信号通路との間に置かれていることが見て取れ ，その中には，高バンドのトランシーバー３２と高バンドの整合ネットワーク３ ６の直列接続を含んでいる。 動作期間中，高バンド及び低バンドの波長中にあるアンテナ要素１０により送 受信された信号エネルギーは，高バンド及び低バンドのトランシーバー３２と３ ４によりそれぞれ処理される。高バンドのトランシーバー３２の中で，高バンド デユプレクサ(duplexer)（図示していない）は，高バンド送信ＴＸ_HB及び受信 ＲＸ_HBチャンネル中に高バンドの波長レンジ内の信号エネルギーを分ける。同様 にして，低バンドのトランシーバー２４中の低バンドのデユプレクサ（図示して いない）は，低バンドの波長レンジ内の信号エネルギーを低バンドの送信ＴＸ_LB 及び受信ＲＸ_LBチャンネル中に二分する。他の実施例において，高バンドと低バ ンドのトランシーバー３２と３４の内での送信と受信は，異なる割り当てられた 時間スロットの間で生起する。そのような時間分割マルチプレクサされたアプロ ーチが働く時は，各トランシーバー３２と３４の内にデユープレクサを含むこと は不必要になる。 本発明の一つの観点に応じて，信号のアイソレーションのために，高バンド及 び低バンドのアイソレーション ネットワーク１８と２０が，低バンドと高バン ドの信号通路の間に配置される。さらに特別には，低バンドのアイソレーション ネットワーク２０が高バンド（例，ＰＣＮバンド）の動作波長上で給電ライン１ ４に非常に高いインピーダンスを示すために配置される。同様に，高バンドのア イソレーション ネットワーク１８は，低バンド動作波長（例．セルラーバンド ）を横切って給電ライン１４に非常に高いインピーダンス（すなわち，おおむね オープン回路）を提する。 低バンドの波長レンジ上でオープン回路インピーダンスに近付くことにより， 高バンドのアイソレーション ネットワーク１８は，低バンドの動作期間中，整 合ネットワーク２８からはアンテナ１０のインピーダンスに実質的に等しく見ら れるインピーダンスを呈する。 高バンドのアイソレーション ネットワーク１８により提供された信号 アイソ レーションの結果として，高バンド信号通路（すなわち，高バンドのトランシー バー及び高バンドの整合ネットワーク）のインピーダンスは，低バンドの整合ネ ットワークに示されたインピーダンスに事実上寄与しない。結果として，低バン ドの整合ネットワーク２８のデザインと同調は，大きく簡単化され，そして，高 バンドの信号通路のインピーダンスに実質的に依存しないで実施され得る。低バ ンドのアイソレーション ネットワーク２０の存在は．同様に高バンドの整合ネ ットワーク３６が 高バンドの波長レンジ上で低バンドの信号通路のインピーダ ンスに関係なく，高バンドの動作期間中にアンテナ１０により示されたインピー ダンスを高バンドの信号通路のインピーダンスに整合させることを可能とする。 図２を参照して，図式的な説明は，高バンド及び低バンドのアイソレーション ネットワーク２０と１８の送信ラインの変形実施例を備えている。低バンドのア イソレーション ネットワーク２０は第一の直列の送信ライン５０を含み，この ラインはオープン回路端５４を有する第一の分路送信ライン５２に平行に接続さ れる。該第一の直列及び分路送信ライン５０と５２は（λ_HBC）／４の長さを各 々有している。ここでλ_HBCは，高バンドの波長レンジ内の中心波長に対応して いる。同様に，高バンドのアイソレーション ネットワーク１８は第二の直列送 信ライン５８を含み，このラインはオープン回路端６２を有する第二の分路送信 ライン６０に平行に接続されている。該第二の直列及び分路送信ライン５８と６ ０は，（λ_LBC）／４の長さであり，ここでλ_LBCは低バンド波長レンジ内の中心 波長に対応している。 図２の低バンド及び高バンドの送信ラインの変形は，オープン回路化された分 路送信ライン５２と６０のインピーダンスの変化のために，それぞれ高バンド及 び低バンドの波長レンジ上で高インピーダンスを提する。例えば，波長λ_HBCで の信号エネルギーに関して，オープン回路化された分路送信ライン５２は電子的 分路回路として振る舞う。しかし，分路送信ライン５２の平面でのインピーダン スは，波長λ_HBCでの動作期間中，高バンドの整合ネットワーク３６に見られる ように，直列送信ライン５０により提供されたインピーダンスの変化の結果によ り，オープン回路のインピーダンスとして現れる。これは，高バンドの整合ネッ トワーク３６へ電流を好ましく流れさせ，そして高バンドの波長レンジ上での動 作の期間において，低バンドの整合ネットワーク２８へ電流が流れるのを阻止す る。同様の方法で，高バンドの送信ラインの変形は，低バンドの動作期間中にお いて波長ガイド１４から低バンドの整合ネットワーク２８へ電流を流す。 図３を参照して，低バンド及び高バンドのアイソレーション ネットワーク２ ０と１８で採用された共振回路が図式的に示されている。図３において，低バン ドのアイソレーション ネットワーク２０は，インダクターＬ１とキャパシター Ｃ１により構成された第一の並行ＬＣ共振回路，及びインダクターＬ２とキャパ シターＣ２により構成された第一の直列共振回路を含んでいる。該第一の直列及 び平行ＬＣ共振回路はおのおの低バンドのネットワーク２０に結び付いた帯域通 過転送特性の中のロス ポール(loss pole)に対応する。特に，Ｌ１，Ｌ２，Ｃ １及びＣ２の値は，該第一の直列及び平行ＬＣ共振回路がそれぞれ波長λ_HBCに おいてオープン及びショート回路に近いように，選択される。このデュアル ポ ール帯域通過アイソレーションは，高バンドの波長レンジ上での動作期間中，ア ンテナ１０のインピーダンスのみを主にみている，高バンドの整合ネットワーク ３６に帰結する。 また図３において，高バンドのアイソレーション ネットワーク２０はインダ クーＬ３とキャパシターＣ１３により構成された第二の平行ＬＣ共振回路，及び インダクーＬ４とキャパシターＣ４により構成された第二の直列共振回路を含ん でいる。該第二の直列及び並列ＬＣ共振回路は，高バンドのアイソレーション ネットワーク２０を特徴付ける帯域通過転送機能の中のロス ポールを形成する ようにデザインされる。すなわち，要素Ｌ３，Ｌ４，Ｃ３及びＣ４の値が，それ ぞれ波長_LBCにおいて，該第二の直列及び並列のＬＣ共振回路がオープン及びシ ョート回路に近付くように選択される。ふたたび，これは低バンドの動作期間中 において高バンドの信号通路のインピーダンスがアンテナ１０により示されたイ ンピーダンスを変えることを阻止することにより，低バンドの整合ネットワーク ２８のデザインを簡単にする。 好ましい実施例に関してこれまでの記述は，当技術分野の当業者が本発明を作 成し又は使用できるようにする。これらの実施例の種々の変形は，当業者には明 白であり，ここに定義された一般的原理が発明的な能力を要することなく他の実 施例に応用することができる。このように，本発明は，ここに示された実施例に 限定される意図は無く，ここに開示された原理的な新規な特徴をもってより広く 一致されるべきものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 コーンフェルド、 リチャード・ケー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92129、サン・ディエゴ、ブリッケラ・ド ライブ 12384 (72)発明者 ウエイランド、 アナ・エル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92054、オーシャンサイド、エス・トレモ ント 1930 (72)発明者 ウォーリス、 レイモンド・シー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92103、サン・ディエゴ、ラーク・ストリ ート 4065 【要約の続き】 トランシーバー回路に結合している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第一及び第二の波長バンドの中で電磁エネルギーを放射するためのアンテナ 要素； 前記アンテナ要素に結合し，前記第二の波長バンド上で信号アイソレーショ ンを提供する第一の送信ライン アイソレーター； 前記アンテナ要素に結合し，前記第一の波長バンド上で信号アイソレーショ ンを提供する第二の送信ライン アイソレーター； 前記第一の送信ライン アイソレーターと直列にあり，第一の信号通路のイ ンピーダンスに前記第一の波長バンド上で前記アンテナのインピーダンスを整合 するための，第一の整合ネットワーク；および 前記第二の送信ライン アイソレーターと直列にあり，第二の信号通路のイ ンピーダンスに前記第二の波長バンド上で前記アンテナのインピーダンスを整合 するための，第二の整合ネットワーク； とを有するデュアル バンドのアンテナ システム。 ２．前記第一の送信ライン アイソレーターは，前記アンテナ要素と前記第一の 整合ネットワークとの間で直列の第一の送信ライン セグメントと，前記第一の 送信ライン セグメントと及び前記第一の整合ネットワークとに分路して結合さ れた第二の送信ライン セグメントとを含んでおり，前記第一と第二の送信ライ ン セグメントの両者は前記第二の波長バンドの中心波長の４分の１に等しい長 さである，請求項１に記載されたシステム。 ３．前記第二の送信ライン アイソレーターは，前記アンテナ要素と直列の第三 の送信ライン セグメントと，前記第三の送信ライン セグメントと分路して接 続された第四の送信ライン セグメントとを含み，前記第三及び第四の送信ライ ン セグメントの両者は前記第一の波長バンドの中心波長の４分の１に等しい長 さである，請求項２に記載されたシステム。 ４．前記第二の送信ライン セグメントは，前記第一の送信ライン セグメント に接続された第一の端部と，第二のオープン回路端部とを含んでいる，請求項２ に記載されたシステム。 ５．前記第一の波長バンドの中心波長は，前記第二の波長バンドの中心波長の倍 数である，請求項１に記載されたシステム。 ６．第一及び第二の波長バンドの中で電磁エネルギーを放射するためのアンテナ 要素； 前記アンテナ要素と低バンドの信号通路との間で結合され，前記第一の波長 バンド上で信号 アイソレーションを提供するための第一の直列共振回路を含ん でいる第一の帯域通過アイソレーション ネットワーク； 前記アンテナ要素と高バンドの信号通路との間で結合され，前記第二の波長 バンド上で信号 アイソレーションを提供するための第二の直列共振回路を含ん でいる，第二の帯域通過アイソレーション ネットワーク； 前記第一の帯域通過アイソレーション ネットワークに直列に接続された， 第一の整合ネットワーク；及び 前記第二の帯域通過アイソレーション ネットワークに直列に接続された， 第二の整合ネットワーク；とを具備し， ここにおいて，前記第一の帯域通過アイソレーション ネットワークは，前 記アンテナ要素と前記低バンドの信号通路との間で前記第二の波長バンドの中で 電磁エネルギーを通過させ，そして前記第二の帯域通過アイソレーションネット ワークは前記アンテナ要素と前記高バンドの信号通路との間で前記第一の波長バ ンドの中で電磁エネルギーを通過させる， 第一及び第二の波長バンド上で動作する通信装置において使用するためのデュ アルバンドのアンテナ システム。 ７．前記第一の帯域通過アイソレーション ネットワークは，前記アンテナ要素 と直列の第一の共振回路，及び前記第一の共振回路と分路して接続された第二の 共振回路を含み，ここで前記第二の共振回路は前記第一の波長バンドの中心波長 においてショート回路に近い，請求項６に記載されたシステム。 ８．前記第二の帯域通過アイソレーション ネットワークは，前記アンテナ要素 と直列の第三の共振回路，及び前記第三の共振回路と分路して接続された第四の 共振回路とを含み，ここで前記第三の共振回路は前記第二の波長バンドの中心波 長においてショート回路に近い，請求項７に記載されたシステム。 ９．前記第一の共振回路は前記第一の波長バンド上で高いインピーダンスを提供 するように同調され，ここにおいて前記第三の共振回路は前記第二の波長バンド 上で高いインピーダンスを提供するために同調されている，請求項８に記載され たシステム。 １０．第一の波長バンド上で動作する第一のトランシーバー ネットワーク及び 第二の波長バンド上で動作する第二のトランシーバー ネットワークとを有する 装置であって， 前記第一と第二の波長バンドの中で電磁エネルギーを放射するためのアンテ ナ要素； 前記アンテナ要素に結合され，前記第二の波長バンド上で信号アイソレーシ ョンを提供する第一のアイソレーターネットワーク； 前記第一のアイソレーター ネットワーク及び前記第一のトランシーバーと の間に挿入された第一のインピーダンスが整合ネットワーク； 前記アンテナ要素に結合され，前記第一の波長バンド上で信号アイソレーシ ョンを提供する第二のアイソレーター ネットワーク；及び 前記第二のアイソレーター ネットワーク及び前記第二のトランシーバーと の間に挿入された第二のインピーダンスが整合ネットワーク； とを具備しているデュアル バンドの通信装置。 １１．前記第一及び第二のアイソレーター ネットワークは各々直列及び分路し た送信ライン セグメントを含む，請求項１０に記載された通信装置。 １２．前記第一及び第二のアイソレーター ネットワークは各々直列及び分路し た共振回路を含む，請求項１０に記載された通信装置。