(57)【要約】【課題】本発明は、２周波数範囲で動作する移動局に特に適するアンテナ構造を提供する。【解決手段】支持コンポーネントとして且つ電気的特性を決定するコンポーネントとして、該アンテナは誘電体板２１を包含している。該誘電体板の一方の表面に、曲がりくねった形の放射エレメント２２があり、該誘電体板の反対側の表面には平らな放射エレメント２３がある。２つの周波数範囲での動作は、該構造が、互いに割合に離れた２つの共振周波数を有するという事実に基づいている。該ストリップは更に割合に幅が広く、そのために該アンテナは種々の位置で、また物体の付近で充分に動作する。該寄生エレメントは更に別の放射体として作用するギャップを有することもでき、この場合は、アンテナは３つの周波数範囲で動作する。本発明のアンテナは平であり、従って、これを移動局の後壁に固定することができ、ユーザーの頭部までの距離がなるべく大きくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の動作周波数範囲と第２の動作周波数範囲を有し、給電線に接続された第１エレメント（２２）と、少なくとも１つの寄生エレメント（２３）を備えたアンテナであって、
前記第１エレメント（２２）および寄生エレメント（２３）のための支持構造が誘電体板（２１）であり、第１のエレメント（２２）および寄生エレメント（２３）が前記誘電体板（２１）の互いに反対側の面に配置され、
前記第１エレメント（２２）が曲がりくねりエレメントであって前記第１の動作周波数範囲を決定し、その周波数範囲の幅が実質的に前記曲がりくねりエレメント（２２）の寸法によって決定され、
前記寄生エレメント（２３）が平面状の導体領域であって第２の動作周波数範囲を決定し、その周波数範囲の幅が実質的に前記寄生エレメントの（２３）の寸法によって決定され、
前記第１、第２の動作周波数範囲の少なくとも１つの幅を広くするために、前記曲がりくねりエレメント（２２）が前記寄生エレメント（２３）に電磁気的に結合されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
高さ方向における第１ポイントでの該曲がりくねりエレメントの幅（ｗ）は、該高さ方向における第２ポイントでの幅とは異なる請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項３】
該寄生エレメント（２３）の高さ（ｈｐ）は該曲がりくねりエレメント（２２）の高さ（ｈ）より小さい請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項４】
高さ方向における第１ポイントでの該寄生エレメント（２３）の幅（ｗｐ）は該高さ方向における第２ポイントでの幅とは異なる請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項５】
該誘電体板（２１）は印刷回路基板の誘電体部分である請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項６】
該曲がりくねりエレメント（２２）は前記印刷回路基板の第１表面上の導体領域であり、該寄生エレメント（２３）は前記印刷回路基板の第２の、反対側の表面上の導体領域である請求項５記載の構造を有するアンテナ。
【請求項７】
該寄生エレメント（２３）は放射ギャップ（５１）を有する請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項８】
第１寄生エレメントおよび第２寄生エレメント（５２）を有し、前記第２寄生エレメント（５２）は曲がりくねりエレメントとしての該誘電体板の同じ側の導体領域である請求項１記載の構造を有するアンテナ。
【請求項９】
第１の動作周波数範囲と第２の動作周波数範囲を有し、給電線に接続された第１エレメント（２２）と、少なくとも１つの寄生エレメント（２３）を備えたアンテナであって、
前記第１エレメント（２２）および寄生エレメント（２３）のための支持構造が誘電体板（２１）であり、第１のエレメント（２２）および寄生エレメント（２３）が前記誘電体板（２１）の互いに反対側の面に配置され、
前記第１エレメント（２２）が曲がりくねりエレメントであって前記第１の動作周波数範囲を決定し、その周波数範囲の幅が実質的に前記曲がりくねりエレメント（２２）の寸法によって決定され、
前記寄生エレメント（２３）が平面状の導体領域であって第２の動作周波数範囲を決定し、その周波数範囲の幅が実質的に前記寄生エレメントの（２３）の寸法によって決定され、
前記第１、第２の動作周波数範囲の少なくとも１つの幅を広くするために、前記曲がりくねりエレメント（２２）が前記寄生エレメント（２３）に電磁気的に結合されていることを特徴とするアンテナを備えた移動局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分で定義されているアンテナ構造に関し、とくに２つの周波数範囲で動作する移動局に使用することのできるアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動局技術の発展は市場に新しい、多機能のモデルを今までにもたらし、またこれからももたらすであろう。そのモデルでは、新しい要件がアンテナに課される。即ち、該アンテナは例えば９００ＭＨｚ及び１．８ＧＨｚ等の、２つの周波数範囲で動作しなければならない。帯域幅は割合に大きくなければならない。放射特性及び受信特性は、装置及びアンテナがいろいろな姿勢になっていても、また外部の物体に関していろいろな場所にあっても、割合に良好でなければならない。また、該アンテナは割合に小型でコンパクトでなければならない。
【０００３】
図６は２つの周波数範囲で動作する従来公知のアンテナ構造を示している。
１）螺旋に基づく構造：
−  二重螺旋：  異なる共振周波数を有する２つの螺旋エレメント１０１及び１０２が、互いの中に挟み込むように置かれ、或いは互いの上に置かれる。該エレメントは共通又は別々のフィードを有する。
−  螺旋及び単極：  螺旋エレメント１０３の中に、異なる共振周波数を有するロッド・エレメント１０４が置かれている。これらのエレメントは共通又は別々のフィードを有する。
螺旋エレメントに基づく構造の欠点は、製造コストが割合に高いことと、該アンテナが装置のフレームに置かれたり、その近くに向けられたりしたときに特性が明らかに悪くなることとである。
２）マイクロストリップ構造
−  二重ストリップ：  放射ストリップ１０５が誘電体板の表面にあり、その中に、共振周波数の異なるもう一つのストリップ１０６がある。フィードは例えばストリップ１０５に対して行われ、ストリップ１０６は寄生的である。グランド平面１０７は、板の他方の側１０８にある。
−  ストリップ及び伝送線：  誘電体板１１１の表面にストリップ１０９と、短絡伝送線の一部分として作用するストリップ１１０とがある。その伝送線は、所望の２つの周波数のうちの一方で放射するように、寸法が決められている。
上記の、及びその他の対応するマイクロストリップ構造の欠点は、その帯域幅が割合に狭いことである。構造に寄生エレメントを付加することで改善が得られるけれども、そうすると構造のサイズが大きいということが欠点となる。
３）チップ構造
誘電体モノリシック・ボディー１１４の中に曲がりくねった形の２つの導体１１２及び１１３があり、それらは異なる周波数で放射する。これらの構造の欠点は、帯域幅が割合に狭いことである。
【０００４】
前述の構造の他に、半波長ダイポールに基づくダブルバンド・アンテナがある。その欠点はサイズが割合に大きいことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術に関連する上記の欠点を軽減することである。本発明のアンテナは、独立請求項に記載されている事項を特徴とする。本発明の幾つかの好ましい実施例が従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の基本的アイデアは次の通りである。即ち、印刷回路基板等の小さな誘電体板の一方の側に規則的に或いは殆ど規則的に繰り返す導体パターンがあり、その１端は受信用導体及びアンテナ・フィードに接続される。該板の反対側に、或いはその中に、寄生的に結合した伝導領域があり、この領域は、該構造が互いに割合に離れた２つの共振周波数を持つように形成される。
【０００７】
本発明の利点は、各動作範囲の帯域幅が従来公知の構造のそれより広くなることである。このことは、特に装置がいろいろな位置で使用されるとき、及び、特に位置がずれたために通過帯域が僅かにずれたときに、重要である。本発明の別の利点は、アンテナが短くて平であるとき、それを装置のフレームに近い保護位置へ回転させることが可能であると共に、装置フレームとの距離を割合に大きく保てるので、その時その電気的特性が充分に保たれることである。本発明の他の利点は、アンテナの形が平であるために、それを移動電話機の後壁に置くことができ、これでユーザーの頭部に吸収される電力（ＳＡＲ）がなるべく少なくなることである。本発明の他の利点は、構造が単純であるためにアンテナのコストが割合に低いことである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来公知の螺旋に基づくアンテナ構造の欠点である、製造コストが高いこと、およびアンテナが装置のフレームに置かれたり、その近くに向けられたりしたときに特性が悪くなることなどの欠点を軽減することができる。
【０００９】
また、従来公知のマイクロストリップ構造の欠点である、帯域幅が狭いこと、および構造のサイズが大きいことなどの欠点を軽減することができる。
【００１０】
さらに、従来公知のチップ構造の欠点である、帯域幅が狭いこと、およびサイズが割合に大きいことなどの欠点を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明を詳しく説明する。その説明では、添付図面を参照する。
【００１２】
図６の構造については従来技術の説明との関係で既に説明した。図１には本発明の構造が示されており、それは誘電体板２１と、アンテナのフィードライン２５に接続されている放射エレメント２２と、放射のための寄生エレメント２３とを含んでいる。この例では、誘電体板は、印刷回路基板の誘電体層である。エレメント２２は曲がりくねる型の矩形導体パターンであり、これは例えばエッチングによって板２１の他方の側に形成されている。この関係で、曲がりくねりという用語は枝を伴わないラインを意味し、そのラインでは一定の基本形又はその修正形、又は種々の基本形が同じ方向に順に繰り返す。曲がりくねるパターンの例が図４に示されている。以下の記述では、エレメント２２を曲がりくねりエレメントと称する。寄生エレメントという用語はシステムの他の導体から直流電流に関して絶縁されているけれども、他の導体と電磁的に結合する導体を意味する。この例では、寄生エレメント２３は曲がりくねりエレメントとは反対側の表面にエッチングによって形成された導体領域であり、これは曲がりくねりエレメントと電磁的に結合する。アンテナの特性に影響を及ぼす記号も図１に記入されている：それは、即ち、誘電体層の厚みｄ、曲がりくねりエレメント２２の高さｈ、曲がりくねりエレメントの幅ｗ、曲がりくねりエレメントの繰り返しパターンの高さｓ、曲がりくねりエレメントの導体の幅ｗ１、寄生エレメント２３の高さｈｐ、寄生エレメントの幅ｗｐ、曲がりくねりエレメント及び寄生エレメントの高さの差ｅ１＋ｅ２であり、そのうちのｅ１は構造の上端にあり、ｅ２は下端にある。高さ方向という用語は、ここでの記載と、特に請求項とにおいて曲がりくねりエレメントの最大寸法ｈの方向を意味する。
【００１３】
図１の構造は２つの共振周波数を持っており、そのうちの低い方は主として曲がりくねりエレメント２２により決まり、高い方は寄生エレメント２３によって決まる。当然に該エレメント同士は互いに作用し合うので、両方の共振周波数に影響を及ぼす。該構造は、共振周波数同士が割合に離れていることを特徴としており、その一方を例えばＧＳＭネットワークにより使用される周波数に設定し、他方をＰＣＮネットワーク又は衛星電話により使用される周波数に設定することができる。該構造は、特に、上側及び下側の両方の動作範囲の帯域幅が割合に大きいことを特徴とする。平らな寄生エレメントは広い上側帯域を生じさせると共に、下側の帯域を広げるように作用する。寸法設計によって帯域幅を調整することができる。例えば上側帯域がなるべく広い方がよいときには、寄生エレメントを幅の広いものとして寸法設計しなければならず、寸法ｅ１が割合に大きくなるように、それを下向きに配置しなければならない。曲がりくねりパターンのスペースを広げ、或いは寸法ｓを大きくし、同時に放射エレメントの高さｈ及びｈｐを大きくすることによって、共振周波数を変化させずに、より広い帯域幅を得ることもできる。従って、帯域幅とアンテナのサイズとを折衷しなければならない。アンテナの特性は、アンテナの寸法の影響を受けると共に、曲がりくねりエレメント及び寄生エレメントの間の物質の影響も受ける：誘電体板の誘電率が大きくなると上側共振周波数が低下する。
【００１４】
アンテナの帯域特性は、しばしば、その反射減衰量Ａｒを周波数の関数として測定することによって調べられる。反射減衰量という用語は、アンテナに供給されるエネルギーと、それから戻ってくるエネルギーとの比を意味する。それは、反射係数の平方の逆数の絶対値、即ちパラメータＳ１１である。反射減衰量が大きいほど、アンテナに供給されたエネルギーの大きな部分が環境中に放射される、即ちアンテナがより良く作用する。理想的な場合には反射減衰量は無限大である。反射減衰量が１、即ち０ｄＢ、であるときには、アンテナは全く放射せず、それに供給されたエネルギーは全て供給源に戻る。アンテナの受信特性は送信特性に従う：アンテナが一定の周波数で一定の方向に効率よく送信するほど、アンテナは前記周波数で前記方向からより効率良く受信する。アンテナの帯域幅を種々の方法で確定することができる：それは、反射減衰量がその最善の値或いは最大値から３ｄＢ減少する周波数同士の差を意味することがある。また、帯域幅を、反射減衰量が１０ｄＢ又は１０の値となる周波数同士の差と見なすこともできる。これは定常波比ＳＷＲの値２に対応する。
【００１５】
図２は、いろいろな作動状態における本発明のアンテナの反射減衰量Ａｒの変化の例を周波数の関数として示している。測定結果は、次の通りの寸法のアンテナで得られたものである：ｈ＝２９．３ｍｍ；ｗ＝５．４ｍｍ；ｈｐ＝２４．４ｍｍ；ｗｐ＝５．４ｍｍ；ｅ１＝４．２ｍｍ；ｅ２＝０ｍｍ；ｓ＝１．６ｍｍ；ｗ１＝０．５ｍｍ；及びｄ＝０．７６ｍｍ。印刷回路基板の誘電率はεｒ＝２．５である。図２の測定範囲は８００ＭＨｚから２．２ＧＨｚまでである。細い実線カーブ３１は図３（ａ）の状態に対応する：アンテナ６１は外に出ていて上を向いており、その近くには他の物体は何もない。太い実線カーブ３２は図３（ｂ）の状態に対応する：人の頭部７１が移動局８１に隣接している。点線３３は図３（ｃ）の状態に対応する：アンテナ６１は外に出ているけれども、通常動作中の多機能移動局等のように傾斜姿勢となっている。ドットとダッシュの線３４は図３（ｄ）の状態に対応する：アンテナ６１は、移動局８１のフレームに隣接するなどの保護位置に回されている。次に、帯域限界は、アンテナが回されている場合３４を除いて、反射減衰量が８ｄＢ＝６．３（ＳＷＲ＝２．３）となる周波数として定義され、帯域幅は−３ｄＢのポイントに基づいて確定される。カーブ３１は、移動局が自由空間にあるときには下側の範囲が約９００〜９７５ＭＨｚで上側の範囲が約１６７０〜１９４０ＭＨｚであることを示している。カーブ３２は、通常通話状態では下側の範囲が約８８０〜９７５ＭＨｚで上側の範囲が約１６３０〜１９２０ＭＨｚであることを示している。カーブ３３は、多機能移動局の作動姿勢では下側範囲が約８８５〜９７５ＭＨｚで上側範囲が約１６９０〜２１００ＭＨｚであることを示している。カーブ３４は、アンテナが回されているときには下側範囲が約８４５〜９５５ＭＨｚで上側範囲が約１６２５〜１８９０ＭＨｚであることを示している。それらの範囲の位置と幅とはアンテナの姿勢と環境とによるけれども、全ての場合にそれらの範囲がＧＳＭネットワーク及びＰＣＮネットワークにより使用される範囲を包含していることが分かる。アンテナが回された位置にあるときには、通過帯域での平均反射減衰量は通常位置でのそれより１０ｄＢほど小さい。この時には送信電力はもちろん小さいけれども、殆どの場合になお充分である。
【００１６】
以上、本発明のアンテナ構造とその特性とについて説明した。本発明は上記の解決策に限定されない。例えば、放射エレメントの個数と形状とは変化しても良い。図４は実現可能なバリエーションの例を示している。図４（ａ）では、曲がりくねりエレメント２２は図１の場合と同様に直線的なセクションから成っているけれども、導体セクション同士の間の角度は平角（平行）とは異なっている。更に、パターンの幅は下向き方向に増大している。図４（ｂ）では曲がりくねりエレメント２２は直線的なセクションからなっているが、それらは三角波のパターンを形成している。この例では、寄生エレメントは長方形ではなくて楕円形である。図４（ｃ）では、曲がりくねりエレメント２２は円弧と直線とから成っている。ギャップ５１が寄生エレメントに形成されており、ここで該ギャップは第３の周波数範囲で放射する。この様なアンテナは、３つのシステムにより使用される周波数範囲で動作するように寸法設計することができる。同じ意図で図４（ｄ）は、印刷回路基板の、フィード導体又は曲がりくねりエレメントと同じ側に第２の寄生エレメント５２を有する。誘電体板の材料もいろいろであってよい：印刷回路基板に通常使用される材料に加えて、それは例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）或いはその他のプラスチックであって良い。放射エレメントは、例えば蒸着や、或いは印刷回路基板の導体表面をツーリングするなど、エッチング以外の何らかの方法で誘電体板の表面に形成することもできる：例えば該板の表面に蒸着或いはスクリーン印刷法によって伝導材料を付けることができる。
【００１７】
図５は、本発明の有利な実施例のディジタル移動通信手段のブロック図である。この移動通信手段は、マイクロホン３０１と、キーボード３０７と、ディスプレイ３０６と、受話器口（イヤホーン）３１４と、アンテナ送受切り換え器即ちスイッチ３０８と、制御ユニット３０５とを有し、それらは全て在来の移動通信手段の典型的なコンポーネントである。更に、この移動通信手段は典型的な送信ブロック３０４及び受信ブロック３１１を含んでいる。送信ブロック３０４は、音声及びチャネル・コーディング、暗号化、及び変調に必要な機能と、送信のために信号を増幅する所要のＲＦ回路とを備えている。受信ブロック３１１は、所要の増幅回路と、信号の復調及び暗号解読を行うと共にチャネル及び音声コーディングを除去するために必要な機能とを備えている。マイクロホン３０１によって作られた信号は、増幅段３０２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３０３でディジタル形に変換され、その後にその信号は送信ブロック３０４に送られる。この送信ブロックは、そのディジタル信号を符号化して変調及び増幅されたＲＦ信号を作り、その後にそのＲＦ信号は送受切り換え器即ちスイッチ３０８を介してアンテナ３０９に送られる。受信ブロック３１１は、受信した信号を復調し、暗号化及びチャネル・コーディングを除去する。その結果として生じた音声信号はＤ／Ａ変換器３１２でアナログ形に変換され、その出力信号は増幅段３１３で増幅され、その後に、増幅された信号は受話器口３１４に送られる。制御ユニット３０５は、移動通信手段の機能を制御し、キーパッド３０７を介してユーザーから与えられたコマンドを読み、ディスプレイ３０７を介してメッセージをユーザーに表示する。移動通信手段は更にアンテナ構造３０９を有する。アンテナ構造３０９は、前述した本発明のアンテナ構造のいずれかに対応する構造或いは同等のアンテナ構造を好ましく有する。
【００１８】
以上の説明から、本発明の範囲内で種々の修正をなし得ることは当業者にとっては明白である。本発明の好ましい実施例について詳しく説明したけれども、多くの修正形及びそのバリエーションが可能であり、その全てが本発明の範囲に属することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の代表的なアンテナを示す。
【図２】本発明のアンテナの帯域特性を示す。
【図３】移動局に種々の状態で取り付けられているアンテナを示す。
【図４】本発明のアンテナの幾つかのバリエーションを示す。
【図５】本発明の移動通信手段を示す。
【図６】従来技術のデュアルバンド・アンテナを示す。
【符号の説明】
【００２０】
２１  誘電体板
２２  曲がりくねりエレメント
２３  寄生エレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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