(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナシステムにおいて、
縁を有する接地面と、
前記縁に沿って延伸する本体部と、支持アームとを有し、該支持アームが前記本体部を前記接地面に電気的に結合させる共振素子と、
送信部から信号を受信するように構成される給電部と、
前記縁に沿って配置された結合器とを含み、
該結合器が、前記給電部に電気的に結合し、前記共振素子と電気的に絶縁し、
前記結合器が、前記共振素子の前記本体部に容量結合し、かつ前記接地面に容量結合するように構成されていることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】
スミスチャートにおけるアンテナシステムのインピーダンスのプロットは、第１の位置にアンテナシステムの共振周波数を表すカールが含まれていて、
前記結合器が接地面の縁に沿って第１の距離を延伸し、
前記第１の距離をより大きな第２の距離に変更することが、スミスチャートにおけるアンテナインピーダンスのプロットの位置を第２の位置まで時計回りに回転させる請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記結合器と前記共振素子との間の容量結合の、前記結合器と前記接地面との間の容量結合に対する比率を増加させることが、前記カールを第１のサイズから第２のサイズに増加させる請求項２に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記給電部に電気的に結合した所定整合ネットワークをさらに含み、該所定整合ネットワークが、スミスチャートにおけるカールの位置をシフトして前記カールの実質的な部分を３の定在波比（ＳＷＲ）円の内に位置させるように構成されている請求項３に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記本体部と前記接地面との間に位置されている離散インダクターをさらに備える請求項４に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
前記インピーダンス整合ネットワークが前記給電部と直列のインダクター又はキャパシタの一方である請求項４に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
アンテナシステムにおいて、
スロットを有する回路基板にあって、前記スロットが、第１の長さを有し、かつ相対している第１と第２の縁を有し、前記スロットが当該スロットを横切る容量結合を提供するように構成される接地面と、
前記第１の縁から前記第２の縁まで延伸し、送受信器から信号を受信するように構成されている給電部と、
支持アームと本体部とを有し、前記支持アームが電気的に前記接地面に結合して、前記本体部が前記第２の縁に沿っている前記スロットの一側で前記接地面に容量結合するように位置していて、前記スロットは、動作中において前記給電部から送受信器に戻す信号電流経路が第１の方向に前記第２の縁に沿って移動し、第２の方向に前記第２の縁に沿って移動するように構成されている共振素子と、を含むことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項８】
前記接地面が前記回路基板の一部分であって、前記スロットが前記回路基板を貫いて延伸し、前記スロットが当該スロットの一側に前記回路基板の第１の部分を規定して、当該スロットの第２の側に第２の部分を規定する請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記共振素子が前記回路基板の前記第１の部分に支持されていて、前記共振素子が前記スロットを横切って延伸する請求項８に記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
前記第１の部分が主要部分であり、前記第２の部分が指状部であり、前記共振素子が前記指状部に取り付けられていて、前記共振素子が前記接地面の前記指状部の上方で延伸する請求項８に記載のアンテナシステム。
【請求項１１】
前記スロットが概略Ｕ状である請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
前記接地面と前記共振素子の前記本体部との間に直列に接続されている離散インダクターをさらに備える請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
前記給電部と電気的に通信する整合ネットワークをさらに備え、該整合ネットワークが、動作中に周波数範囲で３以下の定在波比（ＳＷＲ）を提供するために前記給電部のインピーダンスを対応する送受信器に整合させるように構成されている請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
前記整合ネットワークが前記給電部と直列に接続されているインダクターやキャパシタの一方で提供されている請求項１３に記載のアンテナシステム。
【請求項１５】
前記回路基板の縁部が切り欠きを含み、前記共振素子が前記回路基板の主要部分に取り付けられていて、前記共振素子の一部が前記切り欠きに沿っている請求項８に記載のアンテナシステム。
【請求項１６】
前記共振素子が第１の共振素子であり、前記アンテナシステムは、
前記接地面から離間した結合器と、
前記回路基板と前記結合器から離間した第２の共振素子と、
前記結合器に電気的に結合し、且つ前記送受信器から信号を受信するように構成された第２の給電部とをさらに含み、
前記第２の共振素子が第１と第２の本体部を有し、前記第２の共振素子が支持部を介して前記接地面に電気的に結合し、前記結合器が前記接地面に容量結合してかつ前記共振素子にも容量結合するように構成され、前記共振素子が前記第１の共振素子に関連付けられた所望の共振周波数の波長の約半分（１／２）になるように構成される請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項１７】
前記第２の共振素子が概略Ｌ状である請求項１６に記載のアンテナシステム。
【請求項１８】
前記第１の共振素子が少なくとも３００ＭＨｚで３以下の定在波比（ＳＷＲ）の周波数応答を有するように構成され、前記第２の共振素子が少なくとも１００ＭＨｚで３以下のＳＷＲを有するように構成される請求項１６に記載のアンテナシステム。
【請求項１９】
前記第１の共振素子が１７１０ＭＨｚと２１７０ＭＨｚとの間に中心のある周波数応答を有するように構成される請求項１８に記載のアンテナシステム。
【請求項２０】
前記第２の共振素子が８２０ＭＨｚと９６０ＭＨｚとの間に中心のある周波数応答を有するように構成される請求項１９に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年９月８日に出願された米国仮出願６１／２４０，６４４、２００９年１０月２８日に出願された米国仮出願６１／２５５，６０９、及び２０１０年３月３１日に出願された米国仮出願６１／３１９，５１４の優先権を主張し、それらの内容を引用して、ここに組み込まれているものとする。
【０００２】
本発明は、一般的にアンテナおよびアンテナ給電配列に関し、特に無線電子機器に適用するアンテナおよびアンテナ給電配列に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線信号を受信するのに適した現代的なデバイスには、発散することを要求されている。デバイスのサイズとコストとを削減するための一定の圧力がある一方、性能を改善するための一定の意欲がある。この点に関して、最適化する必要のある分野の一つはアンテナである。
【０００４】
アンテナを含むデバイスの製造には、アンテナが各環境条件において効率的に動作することを期待されているほかに、小型化と安価化も要求されている。従来には、アンテナが所望の周波数（例えば、８５０ＭＨｚまたは２．３ＧＨｚ）で効率的に機能するように、所望の共振周波数を持っているアンテナを提案したが、アンテナ素子のサイズは依然として重要な課題である。性能の観点から、広い周波数の範囲（例えば、十分な周波数帯域幅を持っている）において効率的に動作できるアンテナを構成することが望ましい。特に信号を送信するアンテナのためには、十分なインピーダンス帯域幅を持つことが有益である。その理由は、適切な周波数範囲外の伝送が、反射電力の増加を引き起こす可能性があるほかに、給電部や送信部を損傷する可能性もあるというものである。アンテナのインピーダンス帯域幅に対応する方法の一つは、グランドへの距離を増加することである。しかし、アンテナが使用できる空間の大きさは、通常に制限されている。結果的に、アンテナのインピーダンス帯域幅を向上させるための既存技術の原因で、アンテナ設計の段階においてある妥協が必要である。したがって、アンテナ設計のさらなる向上を望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
アンテナシステムの実施形態は、電気的に接地面に結合されている共振素子が含まれている。この共振素子は、結合器に容量結合されているように構成されている。また、この結合器は、電気的に給電部に結合されていて、この給電部は電気的に送信機（トランシーバーであってもよい）に結合されるように配置されている。したがって、当該共振素子は、間接的にこの給電部に結合されている。この結合器が給電部と、結合器素子と共振素子との間の容量結合と、結合器と接地面との間の容量結合とを介して送信機から信号を受信する時に、相当するサイズの共振素子や直接給電を使用していたシステムに対して改善された帯域幅を持つアンテナシステムを提供していることに寄与する。
【０００６】
本発明の実行及び構造の組成および方式は、その一層の目的及び利点とともに、以下の説明と添付した図面を組み合わせて参照することでさらに明らかになるであろう。当該図面には、類似した参照符号が類似したパーツを指す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】高インピーダンス間接給電スロットアンテナの実施例の斜視図である。
【図２】図１に示されているアンテナの実施例の回路の代表図である。
【図３Ａ】インピーダンス整合の前に図１のアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図３Ｂ】インピーダンス整合の後に図１のアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図４】直接給電アンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図５Ａ】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図６Ａ】図５Ａに示されているアンテナの回路の代表図である。
【図６Ｂ】図５Ｂに示されているアンテナの回路の代表図である。
【図７Ａ】インピーダンス整合の前に図５Ａのアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図７Ｂ】インピーダンス整合の後に図５Ａのアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図８】直接給電アンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図９】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１０】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１１】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１２】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１３】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１４Ａ】ローインピーダンス間接給電スロットアンテナの別の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａのローインピーダンス間接給電スロットアンテナの断面図である。
【図１５】アンテナの実施形態の斜視図であり、当該アンテナがローインピーダンス給電スロットアンテナと寄生共振素子を設けた高インピーダンススロット給電アンテナを含む。
【図１６】図１５に示されているアンテナの実施形態のインピーダンス整合ネットワークの回路の代表図である。
【図１７Ａ】低周波数範囲での図１５のアンテナのアンテナインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図１７Ｂ】高周波数範囲での図１５のアンテナのアンテナインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図１８】図１５のアンテナの周波数範囲の隔離を説明するプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例示的な実施形態への下記具体説明は、明瞭的に開示されたもの組合せに対する限定ではない。そして、説明しなければ、ここで開示された特徴を組み合わせてほかの組合せを形成してもよいだろうが、簡潔のために、省略されている。
【０００９】
上記実施形態では、新型のアンテナを提供されていて、上記新型のアンテナが所定のアンテナボリュームにインピーダンス帯域幅を改善できる。高インピーダンススロット給電アンテナ（ＨＩＳＦＡ）と低インピーダンス給電スロットアンテナ（ＬＩＳＦＡ）によって、アンテナ給電の新しい技術を使用できるようになっている。携帯通信機器内にアンテナの利用できるスペースに限りがあるため、上記アンテナは、携帯通信機器内に利用できる。これらのＨＩＳＦＡとＬＩＳＦＡとは、アンテナシステムのさまざまな特性が個別に調整されることを許可できる。これによって、上記システムの特性の一方を調整しても、他のシステムの特性に大きな影響を引き起こさないため、開発サイクルの大幅な改善を提供することができる。
【００１０】
第１の実施形態は、図１に示すように、高インピーダンススロット給電アンテナ（ＨＩＳＦＡ）１０である。このＨＩＳＦＡは、回路基板１２と接続されている。この回路基板１２が接地面１３および送受信器１５を提供している。このＨＩＳＦＡ１０は、共振素子１４と結合器１８を含んでいる。この共振素子１４が接地アーム１６を介して当該接地面１３に接続されている。この結合器１８が回路基板１２と共振素子１４との両方から離間されている。給電部２０は、伝送線１５ａを介して、この送受信器１５と電気的に接続されている。この給電部２０は回路素子２１（それは、送受信器１５とアンテナ１０との間の優れたインピーダンス整合が許可できる１つまたは複数の素子かもしれない。）を有することがあり、この給電部２０がアンテナ１０に信号を送信させる入力を提供する。
【００１１】
図１に当該回路基板１２の一部を示している。回路基板１２の寸法および当該接地面１３（点線に示す）と送受信器１５（この送受信器１５が伝送線１５ｂを介して当該接地面１３に結合できる）の位置、構成は、特定のデバイスの設計パラメータに応じて変化することができる。通常、送信と受信の統合機能を持っている送受信器が当該回路基板１２に配置されているモジュール（モデュール）である。また、典型的な送受信器が送信と受信の統合効用を持っているが、注意すべきなのは、ここに使用されている送受信器という名詞が受信作用と送信作用を具備する効用モジュールのことを指し、この効用モジュールが送信部品と受信部品とを直接に統合している部品であるかどうかにかかわらない。なお、この送受信器が給電部に結合した伝送経路と接地面に結合した第二伝送経路を有する。
【００１２】
代表的に、接地面１３が当該回路基板１２の一つや複数の層に提供されている。また、説明のために、点線で分離領域を示す。一般的に、接地面１３が基本的に回路基板の全体を通過するように延伸するとともに、信号トレースが接地面を通って延ばせるために、様々なボイド（voids ）を提供する。例えば、上記の実施形態からわかるように、当該接地面１３が当該回路基板１２の大部分に沿って配置されていて、且つ当該接地面１３の配置する箇所が共振素子１４の位置されている領域に近い箇所である。また、この接地面１３が回路基板の縁部に延伸している。回路基板における上記接地面の作用は、当該技術分野で知られているので、特定の接地面設計における完全な形や大きさに対する討論も、簡潔さのために省略されます。そして、特定の回路基板の設計に応じて、異なる接地面の構成が適切に使用できる場合があると認識された。この接地面１３が縁２２を含み、一つの実施形態に、この縁２２が相対的な端部２４ａ、２４ｂの間の距離によって定義された長さを延伸することができる。
【００１３】
この共振素子１４は接地アーム１６を介して、当該回路基板１２に連続されていて、当該回路基板１２の接地面１３に結合された。上記共振素子１４は、矩形状、平面であり、反対側の自由の端部２４ａ、２４ｂとを含んでいる。共振素子１４の長さは両端２４ａ、２４ｂの間の距離によって定義されている。この共振素子１４は、接地面１３の縁２２から離間されている。なお、この共振素子１４は回路基板１２が配置されている平面の上方に配置されている。実施形態では、共振素子１４は回路基板１２の縁２２から約３ｍｍ離間し、回路基板２２の上方に約５ｍｍに位置されている。共振素子１４は、共振素子として使用するのに適した任意の望ましい導電性材料で形成することができる。
【００１４】
上記接地アーム１６は、Ｌ字型であるが、必要に応じて他の形状（例えば、ばねやポゴクリップ（pogo clip ）など）にすることもできる。好ましくは、上記接地アーム１６がインダクタンスを最小限に抑えるために短くされており、第１部２６と第２部２８を含む。接地アーム１６の第１部２６は、当該回路基板１２から延びており、基本的には回路基板１２に直交する。第２部２８は反対側の第１、２端部２９ａ、２９ｂを含む。第２部２８の第１端部２９ａが第１部２６の上端に固定されている。第２部２８は、一般的に第１部２６から垂直に延びている。この共振素子１４は、接地アーム１６の第２の端部２９ｂでその第２部２８に固定されている。接地アーム１６も、望ましい導電性材料で形成されることができ、この導電性材料が共振素子１４に使用されている材料と類似や異なる可能性がある。共振素子の性能に対する多い制御を提供するために、インダクタ（inductor）２５は、共振素子１４と直列に配置することができる。また、ある実施形態に、当該インダクタ２５は、接地アーム１６と接地面１３の間に配置してもよい。
【００１５】
上記結合器１８は、矩形状、平面形状を有し、アンテナと接地面との間によく適合する。また、上記結合器１８はほかの形状も使用できる。上記結合器１８が当該接地面１３の縁２２とこの共振素子１４との間に示されていて、この縁２２と離間する。なお、この結合器１８は、接地面１３と共振素子１４との間に配置されなくてもよい、その代わりに接地面と共振素子との間に所望の結合が発生させるように配置することができる。結合器１８も任意の望ましい導電性材料で製造することができる。後述するように、結合器１８は、必要に応じて調整できる長さを持っている。
【００１６】
給電部２０は、伝送線路１５ａを経由して送受信器１５と電気的に通信し、一般的に回路基板１２から結合器１８に延伸されている。給電部２０は、任意の適切な導電性素子から構成できる。また、給電部２０は、約５０Ｏｈｍｓのインピーダンスを持つことができる。
【００１７】
給電部が直接に共振素子に接続されて前記直接給電接続を提供する先行技術のアンテナとは異なり、図１に示すように、共振素子１４は、間接的に給電されている。具体的には、信号がアンテナ１０を介してワイヤレスでリモートの場所に送信されている場合に、直接接続は、給電部２０と共振素子１４との間に提供されていない。むしろ、給電部２０が送受信器１５（伝送線路１５ａを経由して）から信号を受信し、結合器１８に当該信号を送信する。結合器１８は、容量的に共振素子１４に結合され、これはその結合器に伝送されたエネルギーを当該共振素子に提供できるようになった（従来のアンテナのように、順番に信号を放射するように構成する）。共振素子１４の性能は、接地面１３と、結合器と共振素子の両方との間の容量結合に影響されている。同様に、信号がアンテナ１０によって受信されている場合には、この共振素子１４に受信される信号が、結合器１８を経由して電磁または容量結合と接地アーム１６によって提供された接地面１３への接続とを介して送受信器１５に送信される。アンテナ１０の全体の性能は、パスに配置された回路素子２１、２５の値を変えることに応じて調整することができ（可能性のある場所は、図１に示されている）、同様に、アンテナ１０の全体的な性能は容量結合されているアンテナの素子の間隔と向きを変えることによって調整することができる。言い換えれば、結合器１８と共振素子１４との間の間隔、縁２２と結合器１８との間の間隔及び縁２２と共振素子１４との間の間隔は、アンテナ１０の性能に影響を与える。さらに、結合器１８のサイズは、特定のアンテナ構成の性能に影響を与える可能性もある。当該縁２２が共振素子の全体の長さを延長しなかった場合、これは当然それらの間の容量結合に影響を与える。詳細は後に説明する。
【００１８】
図１のＨＩＳＦＡと同等である回路３０は、図２に示されている。回路３０は、回路基板１２の接地面１３と同等である接地面３２と、共振素子１４と同等である共振素子３４と、図１に示す給電部２０と同等である給電部３６とを含む。さらに、図２の等価回路３０はまたＣcoupling1 ３８、Ｃcoupling2 ４０、Ｃcoupling3 ４２、Ｌresonant４４とＬmatch ４６を含む。
【００１９】
Ｃcoupling1 ３８、Ｃcoupling2 ４０とＣcoupling3 ４２は図１のＨＩＳＦＡに存在する容量結合を表している。結合キャパシタＣcoupling1 ３８は共振素子１４と結合器１８の間の容量結合を表している。結合キャパシタＣcoupling2 ４０は結合器１８と接地面１３との間の容量結合を表している。結合キャパシタＣcoupling3 ４２は接地面１３と共振素子１４との間の容量結合を表している。Ｃcoupling1 ３８、Ｃcoupling2 ４０とＣcoupling3 ４２との間の関係は、アンテナ１０の性能を最適化する（特定のアプリケーションのために）ように共振の周波数範囲の幅を調整するために使用されている。
【００２０】
共振インダクタンスＬresonant４４は、共振素子１４を支持する接地アーム１６と回路基板１２の接地面１３の間のインダクタンスを表している。当該インダクタンスは、図１に示す回路素子２５によって提供され、離散インダクタンス（discrete inductance ）を提供する。この離散インダクタンスはある値を持っている。本文に述べるように、この値は共振素子３４、１４を特定の周波数で共振させるように選択して使用される。
【００２１】
具体的には、共振素子のサイズはその周波数応答に関連する。所望の周波数応答を提供するために共振素子のサイズを十分に増加させることを望まれていない（スペースの理由またはコスト上の理由）アプリケーションに応じて、共振インダクタンス（例えばＬresonant４４）を有する共振素子の長さを電気的に増加させるように、共振素子と接地面の間にインダクタを直列に配置することができる。理解できるように、スミスチャートを観察する時、カールの位置が低周波数（例えば、プロット図の右に向かって）に向かってシフトする傾向がある。
【００２２】
次に、以上のように、容量結合器の長さを調整することができる。容量結合器１８の長さを増加することが、共振素子（後述する）の周波数応答のプロット位置を時計回りにシフトさせることができる。従って、結合器１８の長さを変更することで、スミスチャートに示された全体プロット（カールとともに）の位置を変化することもできる。結合器の長さのみを変更することなどは、結合器と共振素子との間の容量結合及び結合器と接地面との間の容量結合の結合比に影響を及ぼす傾向がない。これによって、カールの位置を別々に調整することができるようになった。当業者は理解できるように、スミスチャートにおけるカールの合成位置は、アンテナシステムのインピーダンスと送受信器のインピーダンス（一般的に、約５０Ｏｈｍｓであるが、任意の望ましい値を目的値にできる）との整合を確保するために、異なる部品（と数値）を使用することが許可できる。そして、ＳＷＲが関心のある周波数に応じて、所望のレベルに達成する。
【００２３】
送受信器を配置されているアンテナシステムのインピーダンスを調整、整合するために、回路素子２１に提供された整合部品Ｌmatch ４６が、給電部３６と送受信器１５との間に、適当な値を提供する。ある実施形態において、整合部品Ｌmatch ４６は、選択されている離散インピーダンスであり、結合器１８と給電部２０とのインピーダンスを整合するために給電部２０と直列に配置する。図２に、スミスチャートにおけるカールの位置の原因で、インピーダンス整合部品４６を直列のインダクタとして例示されている。なお、理解できるように、そのカールがスミスチャートの右上部分に位置されていれば、インピーダンス整合部品４６の代わりに、直列キャパシタＣmatch を使用してもよい。一方、カールがスミスチャートの左下または左上部分に位置された場合に、インピーダンス整合部品は、並列インダクタまたはキャパシタであってもよい。
【００２４】
ＨＩＳＦＡ１０は、様々な通信規格の接続に利用されることができる。例えば、ある実施形態において、ＨＩＳＦＡは、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００標準のカバレッジを提供するために利用することができ、約−６ｄＢ以下のリターンロス（return loss ）を持っている。しかし、そのＨＩＳＦＡは、必要に応じてさまざまな周波数範囲に使用され得ることに留意すべきである。
【００２５】
周知するように、ＧＳＭ８５０標準は、情報を送信するために８２４から８４９ＭＨｚまでの周波数を利用し、情報を受信するために８６９から８９４ＭＨｚまでの周波数を利用している。ＧＳＭ９００標準は、情報を送信するために８９０から９１５ＭＨｚまでの周波数を利用し、情報を受信するために９３５から９６０ＭＨｚまでの周波数を利用している。従って、ＧＳＭ８５０とＧＳＭ９００標準を利用する場合に、共振素子の周波数応答の中心は約８９０ＭＨｚであるときに、ＨＩＳＦＡの性能が最適化することができる。８９０ＭＨｚの程度で、当該共振素子１４の共振を提供するために、アンテナ１０の周波数応答がインダクタを使用して、また接地アーム１６と接地面１３との間に分離インダクタを直列配置することによって同調されることができる。例えば、これは、共振インダクタンス４４を調整してこの共振素子１４を所望の周波数８９０ＭＨｚに共振させることができる。理解できるように、使用されている（所望されていれば）インダクタの値は共振素子の周波数応答の所望のシフトによって変化する。
【００２６】
図３Ａのスミスチャート５０は、図１に示すアンテナ１０の一実施形態のさまざまな周波数でのインピーダンスのプロット５６を提供する。従来と同様に、スミスチャート５０はゼロのアンテナインピーダンスを表する左側の基準点５２と無限大のインピーダンスを表す右側の基準点５４を提供る。曲線５６は、第一または先頭点５８及び第二または終点６０を含む。グラフ５０の上半分のポイントが正の虚数成分の有するインピーダンスを表し、グラフ５０の下半分のポイントが負の虚数成分の有するインピーダンスを表す。第一点５８は、約５００ＭＨｚの周波数でのアンテナのインピーダンス標識を提供している。第二点６０が約３ＧＨｚの周波数でのアンテナのインピーダンス標識を提供している。一般的に、周波数が増加することにつれて、アンテナのインピーダンスが高インピーダンスのポイントから、ローインピーダンスのポイントに時計回りに移動する。曲線５６は、カール６２を含む。カール６２が交点６３を有し、インピーダンスプロット５６は、この交点６３でそれ自身と交差する。カール６２に沿った点は、この共振素子１４が共鳴する周波数を表する（例えば、このアンテナの周波数帯域）。
【００２７】
図示のように、共振素子１４の共振しようとする周波数は、アンテナの使用目的によって決定される。従って、この共振素子１４が十分的に低い周波数に共振していないと、この共振素子１４の共振周波数は、インダクター（上述したように）を増設することによって、比較的にローになる。それはカール６２をスミスチャートに示されたプロットに沿って反時計回りにシフトさせることができる。デザイナーに対して、共振素子１４のサイズが増えなければならないようなことを避けることができる。
【００２８】
上述した実施形態において、この共振素子１４の共振周波数は、当該接地面１３、３２とこの共振素子１４、３４との間の共振インダクタンスＬresonant４４を提供することによってシフトされる。例えば、インダクタ２５／共振インダクタンスＬresonant４４が当該接地面１３、３２と共振素子１４、３４との間に位置されている場合に、この共振素子１４、３４の共振する周波数は減少される（例えば、スミスチャートに示されたプロットにおける、カール６２の配置されている位置が変更された）。例えば、所望の共振周波数が８９０ＭＨｚであり、また共振素子１４のサイズが８９０ＭＨｚで共振するには小さすぎると、この共振素子１４は、接地面１３と共振素子１４の接地アーム１６との間にインダクタ２５を適用することにより、８９０ＭＨｚで強制に共振させることができる。所望の共振周波数になるようにする共振素子の共振周波数の微調整は、Ｌresonant４４の値を増加するか減少することによって達成できる。例えば、設計者は共振素子１４が低い周波数で共振させれば、Ｌresonant４４の値を増やすことができる。一方、設計者は共振素子１４がより高い周波数で共振させければ、この設計者がＬresonant４４の値を減少させることができる。所望の周波数で共鳴を提供するようにアンテナ１０を調整することの他に、後述するように、アンテナ１０の性能もアンテナの帯域幅を増加させることによって最適化することができる。
【００２９】
カールが所望のサイズであれば、結合器１８のインピーダンスを送受信器のインピーダンスに整合させるようにこのシステムをより最適化させることができる。図３Ｂのスミスチャート７０に表示されているアンテナインピーダンスのプロット７４を利用して、このインピーダンス整合による調整を説明する。インピーダンス不整合が存在していなければ、何のエネルギーも反射していない他に、このアンテナが１．０の定在波比を提供している。インピーダンス不整合が存在していれば、エネルギーが反射しているほかに、定在波比が増加する。代表的に、給電部２０の所望のインピーダンスが５０Ｏｈｍｓである。従って、インピーダンス不整合の減少に寄与して、送受信器と結合器１８との間のインピーダンス不整合を減少させるために、Ｌmatch ４６（インダクターであってもよい、図１の回路素子２１に表示される）を結合器の前に直列に位置させることができる。スミスチャートにおいて、主要中心点６６に中心点を有する円が、定在波比（standing wave ratio ）を示す。１．０の定在波比が主要中心点６６自体で表示され、例えば、ゼロに等しい半径の円である。中心点６６において、給電部２０のインピーダンスが完全に結合器１８のインピーダンスと整合して、例えば、何の反射エネルギーもない。任意のアンテナにおいても、若干のインピーダンス不整合が存在しているが、その目標は、アンテナのインピーダンスを給電部にできるだけ近く一致させることでもあり、アンテナインピーダンス６６のプロットを主要中心点６６にできるだけ近く一致させることでもある。代表的に、３．０や３．０より低い定在波比が反射の許容範囲を提供できることと考えられている。従って、ＳＷＲが３である円７２は図３Ａと３Ｂのスミスチャート５０、７０に示され、そのアンテナのＳＷＲが３であることを示す。従って、アンテナ１０の帯域幅はＳＷＲが３である円７２内のプロット７４の部分を観察することと、プロット７２のその部分に関連付けられている周波数を決定することとにより決定できる。
【００３０】
前述したように、図３Ａがインピーダンス整合の前におけるアンテナ１０のインピーダンスを示している。図３Ａに示されているように、間接的な給電アンテナ１０のアンテナインピーダンスが、スミスチャート５０の高インピーダンス領域で開始され、例えば、高インピーダンス基準点５４に近接する。図３Ａに示す実施形態から理解できるように、インピーダンス整合が提供されていない場合には、プロット５６は、ＳＷＲが３である円７２内にない場合がある。図３Ｂが間接給電部を示し、Ｌmatch を利用することによってＨＩＳＦＡインピーダンスが５０Ωに整合した。図３Ｂに示されたアンテナインピーダンスのプロット７４の部分が第一の点７６から開始し、第二の点７８で終わる。プロット７４の示されている部分は実質的にアンテナインピーダンスプロットのカール部分だけが含まれている。従って、インピーダンス整合を利用して、プロット７４のカールは、所望されているように、ＳＷＲが３である円の範囲内になる。ある実施形態において、プロット７４の第一の点７６が８２０ＭＨｚの周波数に対応し、第二の点７８が９６０ＭＨｚの周波数に対応し、これは、インピーダンス整合したアンテナ１０の帯域幅が約８２０ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでの周波数を含んでいる。
【００３１】
注意されているように、共振素子の帯域幅が不十分であるため、単にスミスチャートの中心に向かってカールをシフトするだけでは十分ではない。言い換えれば、カールで覆われた周波数の範囲が小さすぎる。判断されたように、周波数範囲を拡大する一つの方法は、結合器と共振素子との間の容量結合と、結合器と接地面との間の容量結合との比率を変化させることである。この比率を増加させると、カールの周波数範囲を増加させる（例えば、カールのサイズを増加する）。決定されているように、通常には、カールのサイズを増やすことによる利点には制限があり、このカールがＳＷＲが３である円にあることが依然として所望されているからである。ＳＷＲが３である円より大きいカールは、実際にアンテナシステムの利用可能な帯域幅を減らすことがある可能性もある。従って、適切な整合ネットワークにより、容量結合比率を調整することとカールの位置を中心に向かって移動させることによって、カールのサイズをあるサイズに増加させることは、有益であるかもしれない。
【００３２】
比較例として、図４のスミスチャート８０がインピーダンスプロット８２を含み、このインピーダンスプロット８２がアンテナシステムのインピーダンス性能を表示し、このアンテナシステムが図３Ａと３Ｂのプロットを生じさせるための同様の共振素子１４を有し、標準直接給電を利用する。図３Ｂに示されているインピーダンスプロット７４のカール全体はＳＷＲが３である円７２にある場合と異なり、図４において、インピーダンスプロット８２のカールの一部だけはＳＷＲが３である円７２にある。具体的には、インピーダンスプロット８２はＳＷＲが３である円７２と交差する第一の点８４と、ＳＷＲが３である円７２と交差する第二の点８６がある。第一の交差点８４が８３１ＭＨｚの周波数に対応し、第二の交差点８６が９２０ＭＨｚの周波数に対応する。従って、図４に示されているように、同等的な直接給電アンテナの帯域幅が約８３１ＭＨｚから９２０ＭＨｚにかけてある。それは、上記範囲以外の周波数でアンテナを使用しようとすると、望ましくないＳＷＲ比率を持っている傾向があり、送受信器を損傷する可能性がある。
【００３３】
下記の表１は、標準直接給電方法による帯域幅と図１に示されたＨＩＳＦＡ１０の間接給電方法による帯域幅との比較を提供されている。表１に示されているように、標準直接給電アンテナが８９ＭＨｚの帯域幅を有する。相反的に、間接給電ＨＩＳＦＡ１０の帯域幅が１７０ＭＨｚである。ＨＩＳＦＡのインピーダンス特性はチェビシェフ整合（Chebychev ）のインピーダンス特性によく似ている。
【表１】
0005507692.tif 000002
表１から分かるように、図１のアンテナの新たな間接給電技術が利用されている場合に、１７０ＭＨｚの帯域幅が達成できる（周波数の観点から９１％増加する）。好ましくは、間接給電方法の使用は、直接給電アンテナの周波数応答の少なくとも１３０％（例えば、少なくとも１０５ＭＨｚ）を提供し、より好ましくは、直接給電アンテナの周波数応答の１６０％以上（例えば、少なくとも１３０ＭＨｚ）を提供することができる。さらに、ＨＩＳＦＡ１０の適切な構成で提供される帯域幅は、ＧＳＭ８５０とＧＳＭ９００の両方をカバーするのに十分である。従って、所定の共振素子１４（例えば、所定のボリューム）に対し、実質的により大きい帯域幅が、間接給電技術を使用して実現する可能性がある。注意できるよう、図１の共振素子１４の上記の述べた形状は、複数の可能な形状のいずれかの一つであり、特に説明するほかに、上記形状がこれに限定されていない。
【００３４】
理解できるように、図１の特徴が特定の周波数のために構成されるように限定されない、その代わりに一般的周波数の範囲に適用可能である。上記デザインの利点の一つは、共振素子の周波数応答、カールの位置、カールのサイズ、アンテナインピーダンスを送受信器と整合させる整合ネットワークの構成が別々に調整されることである。これはシステムデザイナーに実質的な利点を提供し、慣用のシステムと異なり、複数の他の特性を変更せずに、これらの特性の何れかを調整することが可能になる（少なくとも他の特性が大幅に変更される必要はない）。
【００３５】
第２および第３の実施形態は、それぞれ図５Ａと５Ｂに示されている。図５Ａが低インピーダンススロット給電アンテナ（ＬＩＳＦＡ）１００の実施形態を示し、図５Ｂが低インピーダンススロット給電アンテナ（ＬＩＳＦＡ）１４０の他の実施形態を示す。図１のＨＩＳＦＡ１０と類似するように、図５Ａと５Ｂのアンテナ１００、１４０も間接給電されている。上記ＬＩＳＦＡアンテナが高帯域アンテナを提供するように構成され、高帯域アンテナの可能の目的の一つはＧＳＭ１８００、ＧＳＭ１９００と−６ｄＢのリターンロスがあるＵＭＴＳ帯域をカバーすることである。しかし、ＬＩＳＦＡも任意の所望周波数で機能するように構成されていることに注意すべきである（例えば、必要に応じて、低帯域またはいくつかの他の所望の周波数で動作することができる）。
【００３６】
図５ＡのＬＩＳＦＡ１００と図５ＢのＬＩＳＦＡ１４０がそれぞれ回路基板１０２に連続されているように設ける。両方の実施形態では、この回路基板１０２が実質的に同じである。回路基板１０２が接地面１１３を有し、送受信器１１５を支持している。接地面１１３と送受信器１１５の位置や構成は、特定のデバイスの設計パラメータに従って変化しようとする（上述した図１に関する説明のように）。
【００３７】
回路基板１０２は、一般的に平面であり、部分的に図５Ａと図５Ｂに示されている。回路基板１０２の寸法が特定のデバイスの設計パラメータに従って変化できる。スロット１０８は回路基板１０２における回路基板１０２の縁１１０と分離しているように回路基板１０２に設置されている。またこのスロット１０８はスロット１０８の側面を形成する縁部１１４によって指状部１１７を限定するのに役立つ。接地面１１３が指状部１１７に沿って延伸し、第１の縁１１６、第２の縁１２０とエンド縁１１８を含む。この第１の縁１１６が回路基板１０２の縁部１１４の沿って延伸する。この接地面１１３における第２の縁１２０が回路基板１０２の本体部１１２に支持される。このエンド縁１１８が第１の縁１１６と第２の縁１２０との間において延伸する。しかし、注意できるように、上記実施形態にスロット１０８を回路基板１０２に設置するが、ある実施形態において、接地面１１３だけが上記ボイドがあり、上記ボイドが上記スロットと類似にそのスロットを限定する。このように、スロット１０８の開放部は、給電部１０６を介してスロット１０８の第１の側に供給される信号が送受信器１１５（スロット１０８の第二の側にある）に返す前に縁１１６、１１８に限定された距離を通すことを要求している。例えば、スロット１０８の寸法（説明したように、ある実施形態に、接地面にしかない）が約１ｍｍの幅、１２ｍｍの長さである。ある実施形態において、スロット１０８が回路基板１０２の縁１１０から約１ｍｍに位置され、よって指状部１１７の幅が約１ｍｍであり、長さが約１２ｍｍである。しかし、特定共振素子の配置に所望のシステム性能を提供するために、下記のようにそれらの寸法を調整することができる。
【００３８】
ＬＩＳＦＡ１００が共振素子１０４を含み、この共振素子１０４がスロット１０８の第二の側に回路基板１０２の接地面１１３と連続している。図示のように、共振素子１０４が固定端部１２２と自由端部１２４を含む。この固定端部１２２が電気的に接地面１１３に結合する。この自由端部１２４がスロット１０８の第１の側にある。一般的に、共振素子１０４は支持部１２６、延長部１２８と本体部１３０を含む。給電部１０６が回路基板１０２の送受信器１１５に結合し（明瞭にする目的のために、図１に示されたような伝送線路が、ここに示されていない）、スロット１０８の第１の側に延伸する。従って、送受信器からの信号が給電部を通過し、スロットを周って送受信器に返す。接地面１１３が磁気的に共振素子１０４に結合し、自由端部１２４で電気的に接地面１１３から絶縁する。この分離は、指状部で生成された電流の逆方向の流れを持つような誘導電流が発生することを引き起こし、これによって、共振素子１０４のインピーダンスを増加する。上記のように、共振素子の周波数応答を調整するために、インダクターを直列に共振素子と接地面の間に設置することができる。注意できるように、この共振素子が矩形に描かれているが、任意の形状も使用できる。さらに、共振素子と接地面が実質的に平行していると図示されているが、共振素子と接地面とが必ず平行に配置する必要がない。
【００３９】
共振素子１０４の支持部１２６は接地面１１３に取り付けられる。図示のように、支持部１２６が接地面１１３に結合し、それがスロット１０８に近接する。共振素子１０４の延長部１２８が支持部１２６から本体部１３０に延伸する。図５Ａに示すように、ＬＩＳＦＡ１００の延長部１２８がスロット１０８を横切って延びる。共振素子１０４の本体部１３０が延長部１２８から延伸し、通常に、指状部１１７の上方に、並行に設置する。図示のように、共振素子１０４の支持部１２６、延長部１２８と本体部１３０は一体的に形成されている。ある実施形態において、必要に応じて間隔を調整できれば、共振素子１０４の支持部１２６が指状部１１７と本体部１３０との間に約５ｍｍのギャップを提供するように構成される。しかし、注意できるように、本体部１３０と指状部１１７との間の厳密なアライメントが必要ではなく、その代わりに、指状部に提供された本体部１３０と接地面１１３との間の容量結合の値は、アンテナシステムの性能を調整するために使用される。
【００４０】
給電部１０６は送受信器１１５に結合し、回路基板１０２のスロット１０８を横切て延伸し、スロット１０８の開放端１１９に近接する。給電部１０６が回路基板１０２の本体部１１２から接地面１１３の第１の縁１１６に延伸する。例えば、給電部１０６は同軸ケーブルによって提供される可能性がある。スロット１０８が給電部１０６によって給電される。指状部１１７と本体部１３０が容量結合されているので、送受信器１１５から給電部１０６を通過して、スロットを横切って、指状部１１７に沿って送受信器に返す出力（従って、これは、電流経路がスロットの一つの縁に沿った第１の方向とスロットの相対的な縁に沿った第２の方向を通させる）は、共振素子１０４が電磁波を放射させることを引き起こす（アンテナとして動作する）。指状部１１７と本体部１３０との間の距離（と指状部および／または本体部の幅）を変更することは、共振素子１０４の周波数応答に影響を与える可能性がある。さらに、スロットの寸法を変更することによって共振素子１０４の周波数応答を修正することができる。
【００４１】
例えば、スロットの長さを増加させることと図１に示す結合器１８の長さを増加させることと同様に作用していて、これは、スミスチャートにおけるプロット（カールも同様に）の位置を調整することが許可できる。指状部１１７と共振素子１０４の本体との間の容量結合の値の比率をスロット１０８にわたった容量結合の値の以上に増やすことは、カールのサイズを増やすことができる。さらに、カールの位置は適当な整合ネットワークによってスミスチャートの中心に向かってシフトできる。また、共振素子の周波数応答は、一つのインダクタを添加して電気的な長さを変えることによって調整することができる。従って、図１に示されたアンテナシステムのように、図５Ａに示すアンテナシステムは個別に調整できる様々な特性を有する。
【００４２】
注意できるように、両方のシステムの機能が類似しているが、図５Ａのシステムが接地面に結合器の代わりにスロットを利用している。特定の構成のために、スロットの所望の長さは、アンテナシステムをパッケージ化することを困難にさせる可能性がある。従って、分離結合器（separate coupler）を使用することが望ましいかもしれない。しかし、スロットを使用する利点は、結合器が必要とされていないことである。
【００４３】
図５Ｂに示す実施形態を説明しよう。ＬＩＳＦＡ１４０が固定端部１４４で電気的に接地面１１３に連続する共振素子１４２を含み、この固定端部１４４が回路基板１０２の接地面１１３と自由端部１４６に取り付けられている。図５ＢのＬＩＳＦＡ１４０の共振素子１４２は支持部１４８と本体部１５０とを含んでいるが、延伸部を含んでいない。図示のように、共振素子１４２の支持部１４８が第１の端１４４で電気的に接地面１１３に結合して、所望の位置に本体部１５０を支持する。図５Ｂの共振素子１４２の本体部１５０が支持部１４８から延伸し、指状部１１７で提供されている接地面１１３に容量結合するように構成されている。ある実施形態において、所望の距離は、システムの要件に応じて、システムごとにまたはアンテナごとに異なるものの、共振素子１４２の本体部１５０と指状部１１７で提供されている接地面１１３との間の５ｍｍのギャップを提供するために、この共振素子１４２の支持部１４８の長さが約５ｍｍである。
【００４４】
図５ＡのＬＩＳＦＡのアンテナ実施形態１００を代表する回路１６０が図６Ａに示されている。回路１６０が、回路基板１０２の接地面１１３を表示する接地面１６２と、共振素子１０４を表示する共振素子１６４と、給電部１０６を表示する給電部１６６を有する。代表的な回路１６０が素子Ｃcoupling１６８、Ｌresonant１７０、Ｌmatch １７２、Ｌreturn１７４、Ｃslot１７６とＬslot１７８をも含む。
【００４５】
Ｃcoupling１６８が、ＬＩＳＦＡ１００に存在する、共振素子１０４、１６４と接地面１１３、１６２との間の容量結合を表示する。共振インダクタンスＬresonant１７０が接地面１１３、１６２と共振素子１０４、１６４との間にインピーダンスを提供する。図５Ａに示されていないが、共振インダクタンス１７０は一つまたは複数の離散素子になれる。この離散素子を選択して共振素子１０４を所望の周波数で共振させることができる。
【００４６】
インピーダンス整合部品Ｌmatch １７２が送受信器１１５と給電部１０６、１６６とに直列するインピーダンスを提供する。図５Ａに示されていないが、インピーダンス整合Ｌmatch １７２が離散素子や給電部１０６のインピーダンスを送受信器１１５のインピーダンスに整合するための素子であることがある。例えば、図６Ａに、インピーダンス整合部品１７２がインダクターとして図示されている。しかし、上述から理解できるように、インピーダンス整合部品１７２はスミスチャートのカールの位置によって、所望に応じて配置することができる。
【００４７】
電流回流経路が共振素子１０４に提供されている。共振素子１０４の電流回流経路におけるインダクタンスがインダクターによって図示されている。スロット１０８のインピーダンスはＣslot１７６とＬslot１７８によって図示されている。
【００４８】
図５ＢのＬＩＳＦＡ１４０を表示する回路１８０が図６Ｂに図示されている。回路は、回路基板１０２の接地面１１３に相当する接地面１８２と、この共振素子１４２に相当する共振素子１８４と、給電部１０６に相当する給電部１８６とを含む。回路１８０が素子Ｃcoupling１９０、Ｌresonant１９２、Ｌreturn１９４、Ｌmatch １９６、Ｌslot１９８とＣslot２００をも含む。
【００４９】
Ｃcoupling１９０が、ＬＩＳＦＡ１４０に存在する、共振素子１４２と接地面１１３、１８２との間の容量結合を表示する。上記のように、共振インダクタンスＬresonant１９２が回路基板１０２と共振素子１４２、１８４の間のインダクタンスを提供して、共振素子の電気的な長さを増やす。
【００５０】
電流回流経路が共振素子１４２、１８４によって提供される。共振素子１４２の電流回流経路におけるインダクタンスがインダクターＬreturn１９４によって図示されている。スロット１０６のインピーダンスがＣslot２００とＬslot１９８によって図示されている。等価回路１８０のトランスフォーマー２０２は、Ｌreturn１９４とＬslot１９８との間の相互結合を示している。
【００５１】
インピーダンス整合部品Ｌmatch １９６が給電部１０６、１８６と共振素子１４２、１８４と直列にするインピーダンスを提供する。図５Ｂに示されていないが、インピーダンス整合部品Ｌmatch １９６が離散素子（前に討論したように）であってもよい。給電部１０６のインピーダンスと送受信器１１５のインピーダンスとを整合させるように、この離散素子はカールのスミスチャートにおける位置に基づいて選択されて、これによってＳＷＲを減少する。
【００５２】
図７Ａと７Ｂのスミスチャート２２０、２２２が、図５Ａと５Ｂとに類似する、ＬＩＳＦＡのインピーダンスのプロットを提供する。低インピーダンス基準点２２４が各スミスチャート２２０、２２２の左に設置され、高インピーダンス基準点２２６がスミスチャート２２０、２２２の右に設置される。アンテナインピーダンスが各チャートの周波数の範囲でプロットされている。
【００５３】
ＨＩＳＦＡ１０の共振素子１４と同様に、より効果的にするために、ＬＩＳＦＡ１００、１４０の共振素子１０４、１４２が所望の周波数で共振すべきである。例えば、携帯電話が共振するための所望の周波数の例が１８５０ＭＨｚである。理解できるように、所望の周波数がアプリケーションによって異なる。図７Ａに示されたアンテナインピーダンスプロット２２８が約５００ＭＨｚの周波数で第一の点２３０を有し、約２５００ＭＨｚの周波数に関連する第二の点２３２に延伸する。第一／低周波数の点２３０で、アンテナインピーダンスが相対的に低く、また正の虚数成分（imaginary component ）を含む。アンテナに適用する信号の周波数が増加する場合に、共振素子１０４のインピーダンスが増加し、最大インピーダンスがスミスチャートの極右端側に基準点２２６に近接して達するまでである。周波数をより高くすることは、アンテナのインピーダンスを減少することと負の虚数成分とを引き起こす。
【００５４】
上記図３Ａと３Ｂに関して、素子の共振周波数はある点に表示されていて、プロット２２８がこの点で自身と交差してプロット２２８内のカールを形成する。プロット２２８が交差点２３７を有するカール２３６を含む。カール２３６に沿っている周波数はＬＩＳＦＡ１００、１４２の素子１０４、１４２が共振しようとする周波数の範囲を表示する。図７Ａに示されたプロット２２８のカール２３６が約１７４１ＭＨｚの周波数で開始し、約２０４８ＭＨｚの周波数で終わる。上記の例のように、所望の共振周波数が１８５０ＭＨｚであり、従って、アンテナ１００に提供された共振周波数の範囲に落ちることが容易である。素子１０４、１４２が所望の周波数で共振することに対して、素子１０４、１４２が使用できるボリュームが小さすぎると、回路基板１０２の接地面１１３と共振素子１０４、１４２との間に離散インダクターＬresonant１７０、１９２を設置することによって、共振素子１０４、１４２を共振させることができる。従って、カール２３６や交差の点の発生する周波数が、離散インダクターＬresonantの値を変更することによって、調整される。
【００５５】
図示のように、カールの位置が、対応するスロットの長さを増やすことによって調整することができ、これは、スミスチャートを回ってプロットの位置を時計回りに移動させる傾向がある。さらに、共振素子と指状部との間の容量結合の、スロットを横切る容量結合に対する比率を増やすことで、カールのサイズが増加できる。所望の周波数で共振を提供するためにアンテナを調整する他には、給電部１０６のインピーダンスを送受信器に整合することによって、アンテナ１００、１４０の性能を最適化することができる。これによって、カールが図７Ａと７Ｂにおいて３のＳＷＲを表示する円２４０に位置されている。
【００５６】
図示のように、図７Ａのスミスチャート２２０がＬＩＳＦＡに関連して、例えば、インピーダンス整合前のＬＩＳＦＡ１００や１４０である。アンテナインピーダンス２２８のプロットのカール２３６はほとんど完全にＳＷＲが３である円１４０の外側にある。これは、ほとんど顕著な反射を有しない共振周波数が提供されていない。
【００５７】
図５Ａと５ＢのＬＩＳＦＡ１００、１４０のインピーダンス整合が、離散整合回路Ｌmatch １７２、１９６を利用することで達成できる。しかし、注意できるように、適切整合回路の選択がスミスチャートにおけるカールの位置に依存する。図７Ｂのスミスチャート２２２が別々にカールのスミスチャートにおけるサイズと位置を最適化することのもたらす潜在的な利益を表示している。アンテナインピーダンスのプロット２４２が、約１７１０ＭＨｚの周波数に対応する第一の点２４４と約２１７０ＭＨｚの周波数に対応する第二の点２４６を含む。インピーダンス整合の結果として、プロット２４２のカール２４８が全部ＳＷＲが３である円２４０内に位置されている。カールが１７４１ＭＨｚから２０４８ＭＨｚまでの周波数範囲を含んでいる。整合したＬＩＳＦＡのインピーダンス特性が非常にチェビシェフ整合のインピーダンス特性に似ている。これは、改善されたインピーダンスの帯域幅に寄与する。
【００５８】
対比するために、図８のスミスチャート２５０が標準直接給電アンテナのプロット２５２を提供する。図８に表示されたアンテナの標準共振素子の寸法はアンテナ１４０の共振素子１４２の寸法によく似ている。しかし、回路基板１０２のスロット１０６は、スロット１０６と同じ寸法を有する切り欠き部によって置き換えられた。従って、標準直接給電アンテナにスロットが設けられていない。図８に示されているように、プロット２５２が標準直接給電アンテナの共振周波数を表示するカールの一部だけを含む。プロット２５２とＳＷＲが３である円２４０との間の第一の交差点２５６が約１７９８ＭＨｚの周波数に対応し、第二の交差点２５８が約１９７２ＭＨｚの周波数に対応する。従って、アンテナの帯域幅が１７９８ＭＨｚから１９７２ＭＨｚまでである。
【００５９】
下記の表２に示されているように、整合したＬＩＳＦＡのインピーダンス特性が、改善したアンテナの帯域幅に寄与している。整合したＬＩＳＦＡを使用して達成される帯域幅の改善は標準直接給電アンテナで達成される帯域幅と比較することがある。標準直接給電アンテナが１７４ＭＨｚの帯域幅を有するが、間接給電かつインピーダンス整合した同様なアンテナが３０７ＭＨｚの帯域幅に達成して、周波数が７６％増えた。従って、標準直接給電アンテナに比べて、ある実施形態において、ＬＩＳＦＡが少なくとも５０ＭＨｚの広い帯域幅を提供することができ、ある実施形態において、１００ＭＨｚ以上の改善を提供することができる。
【表２】
0005507692.tif 000003
図９−１４にＬＩＳＦＡ概念のほかの可能性のある配置を示している。各実施形態において、アンテナが図５Ａと５Ｂに示された実施形態と類似に動作する。従って、簡明のためにその機能を詳細に説明しない。しかし、通常に、特定の配置に対して、共振素子を所望の周波数で共振させるためにＬresonantの値を変更することが可能であり（例えば、共振素子の潜在の帯域幅を増やすように、カールのサイズを変える）、スロットの長さを変更することによってスミスチャートにおけるプロットの位置を調整することが可能であり、容量の比率を調整することによってカールのサイズを調整することが可能であり、アンテナシステムのインピーダンスを調整するようにＬmatch を変更して送受信器のインピーダンスに対応することも可能である（これによって、所望のＳＷＲの値を提供する）。図示のように、ある点でカールのサイズをさらに増やすことはこれが所望のＳＷＲの値内に落ちないことを引き起こす場合があるから、各アンテナのために利用可能な帯域幅には限界があり、そして、減少したリターンを提供する。
【００６０】
図９がＬＩＳＦＡアンテナ２８０を示し、アンテナ２８０はスロット２９４を有する回路基板２９０、共振素子２８２と給電部２８３を含む。回路基板２９０が接地面２８９を含み、図１に示されたように送受信器２９１を含むこともある。それによって、給電部２８３が送受信器と通信する。共振素子２８２が、回路基板２９０の接地面２８９と電気的に通信し、支持部２８４と延伸部２８６と本体部２８８を含む。共振素子２８２の支持部２８４が第１の端で回路基板２９０で支持され、且つこの支持部２８４が基本的に回路基板２９０と直交して延伸する。支持部２８４はスロット２９４に近接して回路基板２９０の主要部分２９２に取り付けられている。共振素子２８２の延長部２８６が支持部２８４から延伸し、基本的に回路基板２９０と平行するように位置されている。ＬＩＳＦＡ２８０の延長部２８６がスロット２９４を横切って、回路基板２９０の縁部２９６を横切って延伸する。共振素子２８２の本体部２８８が延長部２８６から延伸し、基本的に回路基板２９０の縁部２９６の外に位置されていて、その縁部２９６と平行している。従って、理解できるように、本体部２８８は直接に接地面２８９上ではなく、まだそれと容量結合している。
【００６１】
図１０が共振素子３０２を有するＬＩＳＦＡ３００を示し、この共振素子３０２が回路基板３１０に設置されている接地面３０９と容量結合しているように配置されている。接地面３０９（と図示した回路基板３１０）がスロット３０８を有し、ここに指状部３１１（部分の接地面３０９をも含む）を形成して、給電部３０３も設置された。回路基板（上述したように）がアンテナと一緒に動作するように配置された送受信器を支持できる。給電部３０３は送受信器と通信し、共振素子３０２は回路基板３１０の接地面３０９と容量結合する。共振素子３０２は支持部３０４と本体部３０６を含み、その中に、素子３０２の本体部３０６が基本的に回路基板３１０と平行している面にある。共振素子３０２の本体部３０６は、一般的に回路基板３１０のスロット３０８に垂直に配置されて、回路基板３１０のスロット３０８を横切って延伸する。注意できるように、スロットに対して垂直や並行する方向の共振素子の実施形態が示されたが、他の方向も考えられている。また、他の共振素子の形状に対しても、明確な方向が予期できない。
【００６２】
図１１が回路基板３２２、給電部３２４、結合素子３２６と共振素子３２８を含むＬＩＳＦＡ３２０を示す。この共振素子３２８が支持部３３０と本体部３３２とを含む。回路基板３２２が接地面３２１と送受信器３２３（上述したように配置できる）を含む。給電部３２４が第１／低い端と第２／高い端を含む。給電部３２４の第１／低い端が送受信器３２３と通信する。給電部３２４が回路基板３２２の外側に延伸して、結合素子３２６（“Ｌ”状に示されている）まで延伸する。この結合素子３２６は一般的に共振素子３２８と平行に延伸し、図示のように、指状部に接地面として動作し（例えば、共振素子３２８に容量的に結合する）、接地面を回流経路として利用する。従って、例えば、結合素子３２６と共振素子３２８の本体部３３２との間の容量結合が図９における接地面と共振素子との間の容量結合と同等である。同様に、接地面３２１と結合素子３２６との間の容量結合が図９におけるスロットを横切る容量結合と同等である。図１１の実施形態の利点は、結合素子３２６が接地面とは別に設計できることであり、また、この結合素子の長さの大部分が実質的に他の部品から分離しているため、潜在的にシステムの調整することを容易にした。これは、共振素子３２８を接地面から遠く移動させることができ、共振素子の帯域幅を向上する傾向にもなる。
【００６３】
図１２がＬＩＳＦＡ３５０を示す。このＬＩＳＦＡ３５０が回路基板３５２に支持されている共振素子３５６、一般的に回路基板３５２の中心に位置されているスロット３５４とスロット３５４をクロースして接地面３５１の縁３５４ａから縁３５４ｂに延伸する給電部３５８を含む。回路基板３５２が上述したように送受信器（図示せず）を支持することもできる。共振素子３５６が回路基板３５３の接地面３５１と電気的に通信している。共振素子３５６が支持部３５７と本体部３５９を含み、この本体部３５９が接地面３５１と容量結合する。支持部３５７がスロット３５４の第１の縁３５４ａに固定されていて、スロットをクロースして延伸する本体部を支持する。従って、前の実施形態のように、システム性能を所望のように調整することができる。図示のように、支持部３５７の第１／低い端が一般的にスロット３５４の長さに沿って、ほぼ中心に位置されている。スロット３５４の周りの最短距離は給電部３５８のインピーダンスに影響を与えることがあり、これによって、共振素子が中心に位置されていれば、中心にする必要がないが、短いスロットが使用できる。注意できるように、給電部３５８から送受信器（これがある実施形態において、縁３５４ａに対応するスロットの一側に位置される）に返す電流経路が縁３５４ｃを周って渡すことができるが、直接に共振素子３５６の方向に揃えていない。しかし、上記のように、共振素子３５６が部分の本体部３５９上に給電部３５８に揃えている。
【００６４】
図１３がＬＩＳＦＡ３６０アンテナシステムを示し、接地面３５１、第１の側３６４ａと第２の側３６４ｂを有するスロット３６４、給電部３６６と共振素子３６８を含み、図１２に説明したアンテナシステムと類似に動作する（共振素子３６８の本体部３６９が接地面３５１に結合している）。ＬＩＳＦＡ３５０に基本的に線形であるスロット３５４を提供することでなく、このＬＩＳＦＡ３６０が基本的にＵ状であるスロット３６４を含む。スロット３６４が相対的な第１と第２の端の有する中央部３７０を含む。第１の延伸部３７２が第１の端でスロットの中央部３７０から延伸し、第２の延伸部３７２が第２の端でスロット３６４の中央部３７０から延伸する。第１と第２の延伸部３７２は大体中央部３７０に垂直である。図示のように、スロットの長さを増加することによって、スミスチャートにおけるプロットの位置を調整することができ、Ｕ状が接地面にスロットを含むことによって影響された領域を最小限にすることに役に立てる。
【００６５】
従って、図９−１３から分かるように、間接的に共振素子に給電するための多数の可能な構成がある。特定の構成では、共振素子は、主に接地面（図９、１０、１２と１３に示されているように）に結合し、他の構成では、共振素子は主に接地面とは区別されている結合器に結合する（図１１に示されているように）。所望の構成は、回路基板の設計と、使用可能なスペースと、離散結合器でシステムの性能を調整することが必要かどうかということに依存する。
【００６６】
図１４、１４Ａと１４ＢがＬＩＳＦＡのほかの実施形態３８０を示す。この実施形態３８０が回路基板３８２、回路基板３８２におけるスロット３８４、給電部３８７、空洞３８５と接地アーム３９０に支持されている共振素子３８９を含む。回路基板３８２が接地アームを介して共振素子３８９と通信する接地面３７７及び給電部３８７と通信する送受信器３７９を含む（図１に説明したように、接地面が基本的に全体の領域を延伸する）。前の実施形態において、給電部が共振素子３８９と容量結合している接地面に直接に行く。図５Ａ、５Ｂと９−１３に示されたＬＩＳＦＡが、各ＬＩＳＦＡのスロットが回路基板のすべての層を貫通し（例えば、このスロットが回路基板におけるスロットであるから）、これと違って、この実施形態３８０のスロット３８４が単に回路基板３８２の層の一部を貫通し、接地面３７７を透過して延伸するだけが必要であり、そして一つや複数のビア３８６を介して、第二の接地面３７８に結合する。好ましくは、図１４Ｂに示されているように、回路基板３８２のスロット３８４が回路基板３８２における空洞３８５と通信する。空洞３８５が回路基板３８２の上面３８１と回路基板３８２の下面３８３との間に設置されている。空洞３８５（示されているように、これは通常の回路基板材料などの誘電体材料で充填することができるが、接地面３７７と接地面３７８との間の電気的な接続を持っていない）の長さがＬcavityで、幅がＷcavityである。細長い開口部が上面３８１と接地面３７７を通過するように提供され、スロット３８５を空洞３８５と通信させるように、細長い開口部の長さが空洞３８５の周長に近似する。スロット３８４の長さがＬslotであり、幅がＷslotである。給電部３８７がスロット３８４の幅を横切って延伸する。スロットの長さＬslotがスロットの幅Ｗslotより大きい。空洞３８５とスロット３８４を設計しているとき、空洞の周りに延びる信号の電気的な長さＬcavityは、スロットの周りに行く電気的な長さＬslotより長いことは利益のあることである。両方の中の最短距離（例えば、空洞３８５の長さとスロット３８４の長さ）が長さＬslotを決定する。
【００６７】
アンテナ設計の１つの傾向は、伝統的な単一ポートの代わりに、アンテナに２つの別々のポートを有する前端モジュール（ＦＥＭ）を利用することである。２ポートＦＥＭでは、一方のポートは、第１の周波数範囲に使用することができ（例えば、ＧＳＭ８５０とＧＳＭ９００などの低周波数帯）、もう一方のポートは、第２の周波数範囲に使用することができる（例えば、ＧＳＭ１８００、ＧＳＭ１９００とＵＭＴＳ帯域Ｉなどの高周波数帯）。ある実施形態において、デュアルアンテナシステムは図１に示されるような２つのＨＩＳＦＡ（それぞれは異なる周波数範囲に構成されている）や図５Ａに示すような２つのＨＩＳＦＡ（それぞれは異なる周波数範囲に構成されている）を使用して提供することができる。他の実施形態において、図１に示されるようなＨＩＳＦＡは、図５Ａ、５Ｂと９−１４Ａに示されているようなＬＩＳＦＡと組み合わせて使用することができる。従って、アンテナシステムは、両方の組み合わせを提供することができる。理解できるように、このような設計は２ポートＦＥＭに適当し、コンパクトで効率的なアンテナ設計を許可できる。このようなデザインもポートの間に非常に良好な絶縁を持つことが期待されている（８００ＭＨｚから２．４ＧＨｚまでの間で−２０ｄＢの絶縁よりも良い可能性がある）。注意できるように、ＬＩＳＦＡおよび／またはＨＩＳＦＡの任意の望ましい構成は提供されることができるが、簡明のために、様々な実施形態を組み合わせて説明することが省略された。また、利用するＬＩＳＦＡとＨＩＳＦＡの特定な構成がアプリケーションによって決定することは当然である。
【００６８】
単一のＬＩＳＦＡを使用してＨＩＳＦＡと組み合わせることは、特定のアプリケーションに受け入れ可能な解決策を提供することができるが、さらなる改善が可能であることが決定されている。例えば、図１５に示したようなさらなる高帯域性能のあるアンテナシステム４００は、ＬＩＳＦＡがより大きな帯域幅を持つことができるようにＨＩＳＦＡとＬＩＳＦＡを組み合わせることによって達成できる。
【００６９】
図示のように、アンテナシステム４００が回路基板４０２に支持され、この回路基板４０２が２ポート送受信器４０３をも支持している。一つのポートが伝送線路４１５ａを介して給電部４０６に結合し、ＬＩＳＦＡを駆動する。もう一つのポートが伝送線路４１５ｂを介して給電部４１４に結合し、ＨＩＳＦＡを駆動する。ＬＩＳＦＡは回路基板４０２を全体にクロースして延伸するように描かれている接地面４０１に容量結合した共振素子４０８を含み、スロット４３１を提供している。このスロット４３１が指状部４３０を規定することに寄与し、図９に示された実施形態と類似しているように動作する（縁４２４、４２６によって規定された接地面における切り欠きがＬＩＳＦＡの帯域幅を改善するためである）。指状部４３０での接地面４０１が本体部４４８に容量結合し、支持部４４４とアーム４４６によって支持されている。従って、ＬＩＳＦＡは上述したように動作し、また、縁４３２、４３４の間の距離を調整して、その間の容量結合を変更することもできる。さらにスロット４３１の長さ（縁４３６によって規定する）を変更してスミスチャートにおける対応するプロットの位置を調整することができる。ＨＩＳＦＡは図１に説明したように動作し、共振素子４１０を含み、この共振素子４１０が結合器素子４１２と容量結合する他に、支持部４１６を介して接地面４０１にも電気的に結合する。しかし、共振素子４１０が第１の共振素子４１０ａと第２の共振素子４１０ｂを含み、これらは、共振素子４１０の所望の周波数応答を提供するための合計の長さを提供している。この共振素子４１０は、その長さがＬＩＳＦＡにサポートされている高周波数帯域（１９５０ＭＨｚ）の中心周波数の約半分の波長になるように構成されている。従って、この共振素子４１０が寄生共振素子として動作できる。
【００７０】
例えば、図１７Ｂにおいて、第２のカールを見ることができる。これは高域周波数のために寄生共振素子とする共振素子４１０によって提供された。理解できるように、第二のカールを持つことは所望のＳＷＲ値を超えることなくより大きな周波数応答を許可できる。寄生素子は、望ましい効果を提供するために、共振素子４１０の長さ（その一部分がＬＩＳＦＡ本体部に揃えて配置される）は、ＬＩＳＦＡの所望の共振周波数の約半分の波長になるように設定されている。実際には、第二共振素子４１０ｂが関心（インタレスト）のある周波数の増幅器として働いていることによって、高帯域アンテナの帯域幅を改善することに寄与する。
【００７１】
従って、操作において、送受信器４０３は送受信器４０３の第１のポートを介して（例えば、ＦＥＭの第１のポート４５６を介して）給電部４０６に印加する第１の駆動周波数（例えば、高帯域周波数）を発生する。これは共振素子４０８が共振することを引き起こせる。共振素子４１０の長さのために、スミスチャートは二重カール（そのサイズを上述した容量の比率を調整することによって大きくすることができる）を持ち、このことによって、共振素子が周波数の広い範囲で共振し、帯域幅を増加する。一方、第２の駆動周波数が送受信器４０３の第２のポートから給電部４１４に提供され、これによって、共振素子４１０が上述した様態と類似しているように動作する。
【００７２】
図１６に示されているように、その入力は送受信器によって送信や受信されていて、低帯域結合器４１２は、ＦＥＭポート−１  ４５６によって供給され、ＳＷＲが関心のある周波数の望ましい範囲になるように、インダクタＬ２（３６ｎＨの値を持つことができる）によってインピーダンス整合を調整することができる。低帯域アンテナの周波数応答を調整するために、アンテナと接地面４０１の間でＣ１とＬ１の並列回路を配置することによって共振インダクタンスを調整することができる。特定の実施形態に対して決定されたように、周波数応答がＬ１によって調整される可能性があり、高帯域（１９５０ＭＨｚ）の中心で（Ｌ１と）並列共振器を作成するようにＣ１の値を調整することができ、そして、この周波数範囲で合成寄生素子を地面から絶縁させることになる。高帯域アンテナがポート２に駆動された給電部４０６を含み、所望のインピーダンス整合を提供するために、キャパシタＣ２が直列に設置する。周波数応答が所望の関心のある周波数の中心で発生することを確保するように、高帯域アンテナはその自身と接地面の間に設置されているインダクターを有する。上記寄生素子には、ＬＩＳＦＡの共振素子が共振する周波数の範囲を増大する傾向があること（これによって帯域幅を増加する）を除いて、アンテナの実際の周波数応答は、上記のようにすることができる。理解できるように、スミスチャートにおけるプロットの位置及びカールのサイズと位置を調整することのさまざまな変化は、上述したように調整できる。
【００７３】
ある実施形態において、例えば、アンテナシステム４００が高周波数で動作するようにチューナされることができる。この高周波数が例えば、１７１０ＭＨｚから２１７０ＭＨｚまでの範囲にあるもので、その中に、約１９５０ＭＨｚで中心周波数になる。従って、寄生共振素子４１０が共振素子４０８を励起させるために、本体部４４８と揃えて示された寄生素子４１０の長さが、１９５０ＭＨｚの信号の約半分の波長であるように構成することができる。
【００７４】
図１７Ａと１７Ｂのスミスチャート４８０と４８２は、２つの周波数範囲で図１５に示されるアンテナシステム４００のインピーダンスのプロットを提供し、当該２つの周波数範囲にＬＩＳＦＡ４０８のインピーダンスとＨＩＳＦＡ４１０のインピーダンスが整合されている。上述したように、共振素子４０８の共振周波数はカールに沿っている周波数で表示される。図１７Ａは、低周波数帯域におけるＨＩＳＦＡ４０５のインピーダンスのプロット４８４を提供している。プロット４８４はカールの一部を含み、このカールが８２４ＭＨｚの周波数に関する第一の点４８６と９６０ＭＨｚの周波数に関する第二の点４８８を含む。図１７Ｂのプロット４９０が二つのカールを含み、第２のカールが寄生素子によって生成され、インピーダンスプロットが１７１０ＭＨｚから２１７０ＭＨｚまでの範囲における共振素子４０８の共振周波数を表す。従って、図１７Ａと１７Ｂから理解できるように、従来のアンテナ設計と比べて、ＨＩＳＦＡとＬＩＳＦＡとを有するシステムが上述したように構成されて、非常に小さなボリュームを使用して帯域幅の要求を満たすことができる。
【００７５】
アンテナシステム４００が２つの独立した給電接続４０６、４１４を使用しているため、給電部４０６と給電部４１４との間に十分な絶縁を提供することに対しては有益である。アンテナシステム４００のための絶縁は図１８に示されている。図示のように、−２０ｄＢ以上の絶縁は周波数範囲全体にわたって実現できる。部分的に、これは低帯域アンテナへの間接的な給電が結合器を介して提供されているためであり、この結合器が、優れた絶縁を提供することに寄与できる。
【００７６】
好ましい実施形態が説明されているが、当業者なら、添付の特許請求の範囲に定義されているような発明の趣旨または範囲を逸脱することなしに、各種の変更および修正が実施可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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