(57)【要約】  平面アンテナ組立品は通信装置のプリント回路基板（ＰＰ）に同程度に対称になるように搭載され、ＭＥＭＳ切り替え回路により同時に制御される２つの平面逆Ｆアンテナ（Ａ１，Ａ２）を備える。それぞれの平面逆Ｆアンテナ（Ａ１，Ａ２）はプリント回路基板ＰＰ表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上に位置する放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２）と、放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２）からプリント回路基板ＰＰへほぼ直角にのびるフィードタブ（ＦＴ１，ＦＴ２）及び少なくとも１つの短絡タブ（ＳＴ１，ＳＴ２）と、を有する。さらにそれぞれの放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２）は任意の設計及び寸法のスロット（ＳＯ１，ＳＯ２）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路基板に同程度に対称になるように搭載され、ＭＥＭＳ切り替え回路により同時に制御される２つの平面逆Ｆアンテナを備え、それぞれの平面逆Ｆアンテナは前記プリント回路基板表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上に位置する放射素子と、前記放射素子から前記プリント回路基板へほぼ直角にのびるフィードタブ及び少なくとも１つの短絡タブと、を有し、それぞれの放射素子は任意の設計及び寸法のスロットを含むことを特徴とする平面アンテナ組立品。
【請求項２】
前記放射素子は略長方形であることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ組立品。
【請求項３】
前記２つの平面逆Ｆアンテナは同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ組立品。
【請求項４】
各スロットはＵ字型をなすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
【請求項５】
差動スロットを決定するため各スロットは対応するフィードタブと短絡タブの間で始まることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の平面アンテナ組立品。
【請求項６】
少なくとも１つの請求項１乃至５のいずれかによる平面アンテナ組立品を有することを特徴とする通信装置。
【請求項７】
携帯電話機を構成することを特徴とする請求項６記載の通信装置。
【請求項８】
少なくとも１つの請求項１乃至５のいずれかによる平面アンテナ組立品を有することを特徴とするＲＦモジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の属する技術分野］
本発明は、平面アンテナ又はその改良物に関し、特に、それに限るわけではないが、携帯電話に用いられるアンテナに関する。このような電話はＧＳＭ及びＤＣＳ１８００標準規格に従って動作する。
【０００２】
ＰＩＦＡ（平面逆Ｆアンテナ）は、頭部で失われる送信されたエネルギーが少ないことを意味する低ＳＡＲ（比吸収率）であり、小型で電話機筐体内のスペースをより効率的に使用して電話機回路上に組み込めるため携帯電話に広く用いられている。このようなアンテナは通常、電話機のプラスチックカバーの裏側（または内部カバー上）に取り付けられる。
【０００３】
［発明の背景］
図１に示すように典型的なデュアルバンドＰＩＦＡは、グラウンドプレーンを含む電話機プリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰにフィードタブ（又はピン）ＦＴ及び短絡タブ（又はピン）ＳＴを介して接続され、放射素子ＲＥを備える。放射素子ＲＥはまたほぼＵ型のスロットＳＯを含む。このようなアンテナは特に特許文献ＵＳ２００１／００３５８４３に記載されている。
【０００４】
このようなデュアルバンドＰＩＦＡのＳＡＲは図２に示すように、切断平面ファントム材料層ＰＭＬ及びスキン層ＳＬを用いてシミュレートすることができる。平面ファントム材料層ＰＭＬは、ファントム材料層とプリント回路基板との間隔が一定に保たれるため、曲がった代替物より比較シミュレーションにさらに適しているとみなされている。ＧＳＭとＤＣＳ規格の両方での比誘電率、ファントムＰＭＬ及びスキン層ＳＬの導電率の例を以下の表１に与える。
【表１】
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【０００５】
ファントム材料層の切断表面での反射を最小にするために、これらの表面はインピーダンス境界と定義され、用いられる誘電体の特性インピーダンスを有する。損失性誘電体の特性インピーダンスは以下の関係により与えられる。
【数１】
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ここでμは媒体の透磁率、εは媒体の誘電率、σはバルク伝導度、ωは角周波数（すなわち＝周波数の２π倍）である。
【０００６】
この関係を用いて、ＧＳＭとＤＣＳ規格の両方でのファントム層ＰＭＬ及びスキン層ＳＬの特性インピーダンスが以下の表２に与えられる。
【表２】
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【０００７】
ＧＳＭ（ａ）バンドとＤＣＳ（ｂ）バンドでのシミュレートしたＳＡＲの例を図３に示す。ＳＡＲはＷ／ｋｇでスケッチされ、１Ｗに規格化された許容電力に対応する。
【０００８】
小さいデュアルバンドＰＩＦＡアンテナはダイバーシティ動作が必要とされるという問題が知られている。このようなアンテナは狭周波数帯であり、広帯域アンテナ（ＳＡＲは局所量である）と比較して高いＳＡＲを示す。
【０００９】
離れた周波数帯域を切り替える小さいアンテナはＭＥＭＳスイッチ（“マイクロメカトロニカルシステムスイッチ”）を用いて実現できる。シングルＭＥＭＳ切り替えアンテナの一例を図４に示す。図４内に現れる数字はミリメートル単位である。このようなアンテナは以下の表３に示されるような切り替えロジックを用いて低周波と高周波を切り替えることができる。
【表３】
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【００１０】
図４に示されるようなシングルＭＥＭＳ切り替えアンテナに基づくシミュレーションは図５に示されるような結果を与える。より正確には、低周波モード（左部分）と高周波モード（右部分）両方のＳ１１要素が図５にスケッチされている（１００Ωで規格化され、マーカｍ１は９２７ＭＨｚ、ｍ２は９８３ＭＨｚ、ｍ３は１６３７ＭＨｚ、ｍ４は１９０３ＭＨｚである）。
【００１１】
これらの結果はデュアルバンド動作ができることを示す。しかし低周波帯（左部分）のバンド幅は高周波帯（右部分）よりも極めて小さい。また、アンテナインピーダンスが不都合なことに高く、バンド幅ロス又は高周波帯と低周波帯の中心周波数比の減少なしに低くすることが出来ない。
【００１２】
さらに、シングルＭＥＭＳ切り替えアンテナは従来のデュアルバンドＰＩＦＡアンテナに比べてより高周波帯に大きなＳＡＲを有するという問題がある。これは（図６に示される）シングルＭＥＭＳ切り替えアンテナＳＡＲと（図３に示される）デュアルバンドＰＩＦＡアンテナＳＡＲとの比較からみてとれる。図６では、図３と同様に、ＧＳＭ（ａ）バンドとＤＣＳ（ｂ）バンドにてＷ／ｋｇでスケッチされ、１Ｗに規格化された許容電力に対応する。
【００１３】
従って、本発明の目的は、状況を改善することであり、より正確にはダイバーシティ受信を実現可能なままでＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナのバンド幅及び／又はＳＡＲを改善することである。
【００１４】
この目的のために、プリント回路基板に同程度に対称になるように搭載され、ＭＥＭＳ切り替え回路により同時に制御される２つの平面逆Ｆアンテナを備え、それぞれの平面逆Ｆアンテナは前記プリント回路基板表面上に取り付けられたグラウンド層に面しそれに平行な第１の平面上に位置する放射素子と、前記放射素子から前記プリント回路基板へほぼ直角にのびるフィードタブ及び少なくとも１つの短絡タブと、を有し、それぞれの放射素子は任意の設計及び寸法のスロットを含むことを特徴とする板上アンテナ組立品を提供する。
【００１５】
本発明によるアンテナ組立品は追加の特徴を別々に又は組み合わせて含んでも良く、特に、各放射素子は略長方形でも良く、２つのＰＩＦＡアンテナは同一でも良く、各スロットはＵ字型でも良く、差動スロットを決定するため各スロットは対応するフィードタブと短絡タブの間で始まっても良い。
【００１６】
また本発明は上記したようなアンテナ組立品を少なくとも１つ有する通信装置（例えば携帯電話機）や無線周波数（ＲＦ）モジュールを提供する。
【００１７】
本発明の他の特徴及び効果は以下の明細書及び添付した図面をみることで明らかになるであろう。
【００１８】
添付した図面は発明を達成するために役立つだけでなく、必要ならば、発明の定義に貢献できる。
【００１９】
［好適な実施例の説明］
本発明は、通常はより大きい１つのアンテナにより占有されている携帯電話機内のスペースに２つの小さいＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナを実装することを提案する。このようなデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナは図７に示される。
【００２０】
より正確には、このデュアルアンテナは第１のＰＩＦＡアンテナＡ１と第２のＰＩＦＡアンテナＡ２を有する。
【００２１】
第１のＰＩＦＡアンテナＡ１は、略長方形をなしており、プリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰの表面に実装されるグラウンドプレーンに面し、それと平行な第１の平面に位置する放射素子ＲＥ１を有する。また、第１のＰＩＦＡアンテナＡ１はフィードタブＦＴ１と、この例では、互いに平行な２つの短絡タブＳＴ１を有する。フィードタブＦＴ１と短絡タブＳＴ１は放射素子ＲＥ１からプリント回路基板ＰＰへほぼ直角に延び、３つの接続点がそれぞれ（３）、（１）及び（２）と定義される。また、放射素子ＲＥ１は任意の設計、任意の寸法のスロットＳＯ１を有する。図示された例ではスロットＳＯ１はＵ字型であり、差動スロットを決めるためにフィードタブＦＴ１と短絡タブＳＴ１との間で始まる。
【００２２】
図示された例では第２のＰＩＦＡアンテナＡ２は第１のＰＩＦＡアンテナＡ１と同一である。これらのＰＩＦＡアンテナＡ１及びＡ２はプリント回路基板ＰＰに同じレベルで対称的に実装される。第２のＰＩＦＡアンテナＡ２は、略長方形をなしており、プリント回路基板（ＰＣＢ）ＰＰの表面に実装されるグラウンド層に面し、それと平行な第１の平面に位置する放射素子ＲＥ２を有する。また、第２のＰＩＦＡアンテナＡ２はフィードタブＦＴ２と、この例では、互いに平行な２つの短絡タブＳＴ２を有する。フィードタブＦＴ２と短絡タブＳＴ２は放射素子ＲＥ２からプリント回路基板ＰＰへほぼ直角に延び、３つの接続点がそれぞれ（５）、（４）及び（６）と定義される。また、放射素子ＲＥ２は任意の設計、任意の寸法のスロットＳＯ２を有する。図示された例ではスロットＳＯ２はＵ字型であり、差動スロットを決めるためにフィードタブＦＴ２と短絡タブＳＴ２との間で始まる。
【００２３】
このデュアルアンテナは少なくとも５つのモードで動作でき、低周波数で（Ｒｘを）受信する第１のモード（受信モード）、高周波数で（Ｒｘを）受信する第２のモード（受信モード）、高周波数で（Ｔｘ）を送信する第３のモード（送信モード）、低周波数で（Ｔｘを）送信する第４のモード、（Ｒｘの）受信及び（Ｔｘの）送信を行う第５の（ＵＭＴＳ）モード、である。
【００２４】
本発明によるデュアルアンテナの切り替えに適合するＭＥＭＳ切り替え回路の限定されない実施例を図８に示す。図８では“Antenna(6Port)”と参照が付けられている素子は放射素子ＲＥ１及びＲＥ２のフィードタブＦＴ１及びＦＴ２と短絡タブＳＴ１及びＳＴ２とに接続される６つの接続点（１）、（２）、（３）、（４）、（５）及び（６）を定めるコネクタである。
【００２５】
本発明によるデュアルアンテナは以下の表４で与えられるＭＥＭＳ切り替えロジック命令により切り替えられる。
【表４】
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【００２６】
スイッチＳ１０ａ及びＳ１１ａは図８に示される切り替え回路の例においては現れるが、テーブル４では省略される。これらのスイッチは（ＴＸ）送信モード及び（ＲＸ）受信モードを同時に機能させるＵＭＴＳを可能にするためにのみ必須である。しかしＵＭＴＳＴＸフィルタはＵＭＴＳＴＸ帯域には短絡回路、他のすべての周波数には開回路としてシミュレートされる。そのためスイッチＳ１０ａ及びＳ１１ａの機能性はスイッチＳ１０及びＳ１１の機能性とそれぞれ等しい。
【００２７】
テーブル４に示されるそれぞれのモードの詳細は以下に与えられる。すべての要素は無損失であるとする。
【００２８】
送信モード（Ｔｘ）のシミュレートされたＳ１１要素は図９に示され、ＳＡＲは図１０に示される。
【００２９】
より正確には、（５０Ωで規格化された）低周波モード（左部分）と高周波モード（右部分）両方でのＳ１１要素が図９にスケッチされている。Ｓ１１曲線から共振周波数がＧＳＭ（低周波）にとって少し高いことが分かる。しかし、（例えば図５に示される）シングルアンテナでのＳ１１要素との比較から、デュアル給電は低周波帯域を大きく増すことが明らかである。ＤＣＳ、ＰＣＳ及びＵＭＴＳ送信帯域はすべて高周波送信モードにおいて調和する。
【００３０】
図１０では、図３及び図６のように、ＧＳＭ（ａ）バンドとＤＣＳ（ｂ）バンドにてＷ／ｋｇでＳＡＲがスケッチされ、１Ｗに規格化された許容電力に対応する。
【００３１】
図３（ａ）及び図６（ａ）と図１０（ａ）との比較からわかるように、ＧＳＭ送信モード（Ｔｘ）ではデュアル給電はＳＡＲにほとんど影響がない。アンテナ近傍の磁場があるレベルより下がると、ＳＡＲピークはＰＣＢ共振の現行最大値付近に現れ、ＧＳＭ（低周波）でのすべてのＰＩＦＡ設定に対して現れる。これはバンド幅に不利な影響なしに低減できない。しかし高周波では、デュアルフィーディングはＳＡＲに有意な効果を有する。（図３（ａ）に示す）従来のＰＩＦＡとの比較から、（図１０（ａ）に示す）本発明によるデュアルアンテナのＳＡＲは約５０％低減されることが見てとれる。
【００３２】
受信モードでのシミュレートされたＳ（Ｓ１１及びＳ２１）要素を図１１に示す。より正確には図１１では、（５０Ωで規格化された）低周波モード（ＧＳＭ）及び高周波モード（ＤＣＳ／ＰＣＳ／ＵＭＴＳ）両方に対するＳ１１及びＳ２１要素がスケッチされている。
【００３３】
優れた性能が得られることがわかる。ＤＣＳ／ＰＣＳ及びＵＭＴＳの高周波受信範囲は１８０５−２１７０ＭＨｚ帯域が要求されるのに対し、ＧＳＭでは９２５−９６０ＭＨｚ帯域が要求されるのみである。これは容易に得られる。
【００３４】
受信モードでは両方のアンテナが同時に受信できる（Ｓ２２＝Ｓ１１）。アンテナの相関はダイバーシティ性能を決定する。一般の伝搬環境を表す広範囲のデータを用いると、相関係数はＧＳＭでは０．２５−０．８５、ＤＣＳ／ＰＣＳ／ＵＭＴＳでは０−０．６の範囲であることがわかる。優れたダイバーシティ性能のためには０．７より小さい相関係数が求められる。事実上すべてのケースでこれは達成される。
【００３５】
マルチバンド動作、ダイバーシティ及び改善されたデュアル平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡｓ）からのＳＡＲを達成する手段が上記されている。本発明によるデュアルＰＩＦＡアンテナは携帯電話機の内部に実装できる。ＧＳＭとＤＣＳ／ＰＣＳ／ＵＭＴＳ両方の切り替え動作を行うことができる。また、プリント回路基板のシールド効果による低ＳＡＲを有する。送信モードにて両方のアンテナに同時にフィードすることによりＳＡＲ及びバンド幅は改善される。受信モードにおいてダイバーシティ受信を行うことができる。
【００３６】
本発明は上述の一例に過ぎない平面アンテナ組立品（デュアルＰＩＦＡアンテナ）及び通信装置（携帯電話機）の実施例に限定されず、以下の請求の範囲の目的内において当業者により考えられるすべての代替実施例が含まれる。
【００３７】
この明細書及び請求の範囲において要素の前の語句“ａ”や“ａｎ”はこの要素の複数の存在を除外するものではない。さらに語句“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”は挙げられている以外の要素及びステップの存在を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来のデュアルバンドＰＩＦＡの概略図である。
【図２】切断平面ファントム材料層及びスキン層を用いたデュアルバンドＰＩＦＡのシミュレーションの概略図である。
【図３】ＧＳＭバンド（ａ）及びＤＣＳバンド（ｂ）における従来のデュアルバンドＰＩＦＡでのシミュレートしたＳＡＲ線の概略図である。
【図４】ＭＥＭＳ切り替え回路の一例を有するシングルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナの概略図である。
【図５】低周波モード（左部分）及び高周波モード（右部分）両方でのシングルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナのＳ１１要素を示す図である。
【図６】ＧＳＭバンド（ａ）及びＤＣＳバンド（ｂ）におけるシングルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナでのシミュレートしたＳＡＲ線の図である。
【図７】本発明によるデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナの一例の概略図である。
【図８】図７に示されるデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナ用のＭＥＭＳ切り替え回路の実施例の概略図である。
【図９】低周波モード（左部分）及び高周波モード（右部分）両方での図７に示されるデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナのＳ１１要素を示す図である。
【図１０】ＧＳＭバンド（ａ）及びＤＣＳバンド（ｂ）における図７に示されるデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナでのシミュレートしたＳＡＲ線の図である。
【図１１】低周波受信モード及び高周波受信モード両方での図７に示されるデュアルＭＥＭＳ切り替えＰＩＦＡアンテナのＳ１１及びＳ２１要素を示す図である。
【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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【図７】
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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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【国際調査報告】
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