(57)【要約】      （修正有）【課題】通信条件に合うようにアンテナの各々が好ましいアンテナ効率及び分離度を達成することを保証する一方、限られた空間に複数のアンテナ群を適切に配置する。【解決手段】無線通信装置のための無線周波数装置２０は、アンテナ配置領域２００と、複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナ２０２、２０４であって、複数の直線偏波アンテナ２０２、２０４の偏波方向が互いに直交するようにアンテナ配置領域２００に配置された複数の直線偏波アンテナ２０２、２０４と、複数の直線偏波アンテナ２０２、２０４の分離を促すように、複数の直線偏波アンテナ２０２、２０４のうちの何れかの直線偏波アンテナ２０２、２０４の接地端部２０２４に結合された接地共振要素２０６とを有する。【選択図】図２
2015012607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置のための無線周波数装置であって、
アンテナ配置領域と、
複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナであって、前記複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交するように前記アンテナ配置領域に配置された複数の直線偏波アンテナと、
前記複数の直線偏波アンテナの分離を促すように、前記複数の直線偏波アンテナのうちの何れかの直線偏波アンテナの接地端部に結合された接地共振要素と
を有する無線周波数装置。
【請求項２】
前記接地共振要素は少なくとも１つのスロットを形成する、請求項１に記載の無線周波数装置。
【請求項３】
前記接地共振要素が屈曲部又は開口部を有する、請求項１に記載の無線周波数装置。
【請求項４】
前記接地共振要素が、前記無線通信装置のプリント回路基板及び外面の間に配置されている、請求項１に記載の無線周波数装置。
【請求項５】
前記複数の直線偏波アンテナが、平面状逆Ｆアンテナ、ダイポールアンテナ、折り畳み式ダイポールアンテナ及び／又はスロットアンテナを有する、請求項１に記載の無線周波数装置。
【請求項６】
無線通信装置であって、
複数の無線信号を処理する無線周波数信号プロセッサと、
無線周波数装置と
を有し、前記無線周波数装置は、
アンテナ配置領域と、
複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナであって、前記複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交するように前記アンテナ配置領域に配置された複数の直線偏波アンテナと、
前記複数の直線偏波アンテナの分離を促すように、前記複数の直線偏波アンテナのうちの何れかの直線偏波アンテナの接地端部に結合された接地共振要素と
を有する、無線通信装置。
【請求項７】
前記接地共振要素は少なくとも１つのスロットを形成する、請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記接地共振要素が屈曲部又は開口部を有する、請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記接地共振要素が、前記無線通信装置のプリント回路基板及び外面の間に配置されている、請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記複数の直線偏波アンテナが、平面状逆Ｆアンテナ、ダイポールアンテナ、折り畳み式ダイポールアンテナ及び／又はスロットアンテナを有する、請求項６に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線周波数装置及び無線通信装置等に関連し、特に、限られた領域に設けられた複数のアンテナとともに、優れたアンテナ効率を維持しつつアンテナ分離度を向上させることが可能な無線周波数装置及び無線通信装置等に関連する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機能を備えた電子製品(例えば、ラップトップ、タブレットPC、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)、無線基地局、異同電話機、スマートメータ(smart  meters)、USBドングル(USB  dongles)等)は、アンテナを利用して電波を送受信し、無線信号を送信又はやり取りすることにより、無線ネットワークにアクセスする。ユーザが電子製品を用いて簡便に無線通信ネットワークにアクセスできるようにするため、アンテナの帯域幅は、より多くの通信プロトコルをまとめて処理できるように可能な限り広くなっているべきである一方、アンテナのサイズは電子製品の小型化の要請に合わせて最小化されるべきである。更に、無線通信技術の進歩により、1つの電子製品に複数のアンテナ群が備わっている可能性がある。ロングタームエボリューション(LTE)及び無線ローカルネットワークプロトコルIEEE802.11nにおいては、例えば、複数入力複数出力(MIMO)通信技術等を利用する無線通信システムは、電子製品が複数のアンテナ群を用いて無線信号を送受信することを可能にしている。そのような状況では、システムの帯域幅や総送信電力消費等を犠牲にすることなく、無線通信システムのデータスループットや通信距離は大幅に増える。従って、無線通信システムのスペクトル利用効率及び通信速度は効果的に向上し、通信品質を改善することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、無線通信製品に複数のアンテナ群が備わっている場合があり、複数のアンテナパターンにより並列的な空間伝送路を形成し、MIMO通信技術を実現する。複数のアンテナ群は単一の製品に設けられるので、アンテナ間の干渉を考慮することがアンテナ設計における課題となる。
【０００４】
従来技術では、無線通信製品全体の中で最も遠く離れた側又は最長の対角線の両端に配置されるように、複数のアンテナ群が設計され、アンテナ間の干渉を減らし、複数のアンテナ群の相補性により特徴付けられる好ましい特性を達成しようとしている。しかしながら、無線通信製品の寸法が非常に小さくなった場合、或いはアンテナの配置に許容される領域が無線通信製品の中で比較的僅かな部分しか占めていない場合、配置のレイアウトだけでなく複数のアンテナ群の構造も、干渉を減らすために注意深く検討すべきである(従来は充分に検討されていない)。従って、そのようなアンテナの設計において更なる設計の問題が浮上する。
【０００５】
従って、通信条件に合うようにアンテナの各々が好ましいアンテナ効率及び分離度を達成することを保証する一方、限られた空間に複数のアンテナ群を如何にして配置するかは、対処及び議論すべき重要な課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一観点による無線通信装置のための無線周波数装置は、
アンテナ配置領域と、
複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナであって、前記複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交するように前記アンテナ配置領域に配置された複数の直線偏波アンテナと、
前記複数の直線偏波アンテナの分離を促すように、前記複数の直線偏波アンテナのうちの何れかの直線偏波アンテナの接地端部に結合された接地共振要素と
を有する無線周波数装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態による無線通信装置の概略図。
【図２】本発明の実施の形態による無線周波数装置の概略図。
【図３Ａ】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【図３Ｃ】図3A及び図3Bに示す無線周波数装置についての電圧定在波比(VSWR)を示す図。
【図４Ａ】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【図４Ｃ】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【図４Ｄ】図4Aないし4Cに示す無線周波数装置についての電圧定在波比(VSWR)を示す図。
【図５】本発明の実施の形態による無線周波数装置の構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施の形態の概要＞
本発明の実施の形態の課題は、アンテナ分離度を向上させ、小さなアンテナ配置領域に複数のアンテナを配置しつつ、優れたアンテナ効率を維持することが可能な無線周波数装置及び無線通信装置等を提供することである。
【０００９】
本発明の実施の形態は、無線通信装置のための無線周波数装置をもたらす。
【００１０】
無線周波数装置は、
アンテナ配置領域と、
複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナであって、前記複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交するように前記アンテナ配置領域に配置された複数の直線偏波アンテナと、
前記複数の直線偏波アンテナの分離度を促すように、前記複数の直線偏波アンテナのうちの何れかの直線偏波アンテナの接地端部に結合された接地共振要素と
を有する無線周波数装置である。
【００１１】
本発明の別の実施の形態は、複数の無線信号を処理する無線周波数信号プロセッサと、無線周波数装置とを有する無線通信装置をもたらす。
【００１２】
無線周波数装置は、
アンテナ配置領域と、
複数の無線信号を送信及び受信するための複数の直線偏波アンテナであって、前記複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交するように前記アンテナ配置領域に配置された複数の直線偏波アンテナと、
前記複数の直線偏波アンテナの分離度を促すように、前記複数の直線偏波アンテナのうちの何れかの直線偏波アンテナの接地端部に結合された接地共振要素と
を有する無線周波数装置である。
【００１３】
様々な図又は図面と共に説明されている好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を理解することで、本発明に関する上記及び他の課題及び構成は少なくとも当業者にとって一層明らかになるであろう。
【００１４】
＜実施の形態の詳細な説明＞
図1を参照すると、本発明の実施の形態による無線通信装置10の概略図が示されている。無線通信装置10は、移動電話機、コンピュータシステム及び無線アクセスポイント等のような無線通信機能を有する任意の電子製品であってよい。簡明化のため、図１は、無線通信装置10が無線周波数装置100及び無線周波数信号プロセッサ102を含んでいることしか示していない。無線周波数装置100は無線通信装置10の無線通信機能を提供する。より具体的には、無線通信装置10は、同じ周波数バンドに属する複数の無線信号を同時に受信又は送信する機能を備え、無線周波数装置100がそのような動作における独立性又は分離を保証してもよい。「同じ周波数バンドに属する複数の無線信号を同時に受信又は送信する」という表現は、LTEやIEEE802.11n等のようなMIMO技術を利用する無線通信システムが無線信号を同時に受信又は送信することを意味する、或いはブルートゥース(登録商標)及びWi-Fi等のような同じ周波数バンドを利用する異なる無線通信システムが無線信号を同時に受信又は送信することを意味する。
【００１５】
図2を参照すると、本発明の実施の形態による無線周波数装置20の概略図が示されている。無線周波数装置20は、図1に示される無線通信装置10の無線周波数装置100を実現するために使用されてよいが、その例に限定されない。図2に示されているように、無線周波数装置20は、アンテナ配置領域200に配置された第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204を含む。この実施形態では、アンテナ配置領域200は3次元空間を占める。同じ周波数バンドに属する複数の無線信号を同時に送信及び受信する場合に、第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204の偏波方向が互いに直交するように、第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204はアンテナ配置領域200に配置される。無線周波数装置20は接地共振要素206を更に含み、接地共振要素206は第1の直線偏波アンテナ202の接地端部2024に結合され、第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204の分離を促すことにより、優れたアンテナ効率を達成できるようにする。
【００１６】
より詳細に説明すると、第1の直線偏波アンテナ202は、放射素子2020、給電端子2022及び接地端部2024を含む。給電端子2022は無線通信装置の無線周波数信号プロセッサに結合され、放射素子2020は無線信号を送信及び受信するために使用される。同様に、第2の直線偏波アンテナ204は、放射素子2040、給電端子2042及び接地端部2044を含み、給電端子2042は無線通信装置の無線周波数信号プロセッサに結合され、放射素子2040は無線信号を送信及び受信するために使用される。図2に示されているように、第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204は、アンテナ配置領域200の2つの平行な平面にそれぞれ配置されている。第1の直線偏波アンテナ202は平面状の逆Fアンテナである。給電端子2022及び放射素子2020の位置及び向きに応じて、第1の直線偏波アンテナ202は直線偏波方向がD1である無線信号を送信及び受信する。一方、第2の直線偏波アンテナ204はダイポールアンテナである。給電端子2042及び放射素子2040の位置及び向きに応じて、第2の直線偏波アンテナ204は直線偏波方向がD2である無線信号を送信及び受信し、D2は方向D1と直交する。接地共振要素206は、第1の直線偏波アンテナ202の接地端部2024に接続し、第1の直線偏波アンテナ202のインピーダンスを調整する。従って、同じ周波数バンドに属する無線信号を同時に送信及び受信する条件を満たすように、第1の直線偏波アンテナ202及び第2の直線偏波アンテナ204間の分離又はアイソレーションが強められる。当業者に分かるように、複数のアンテナに優れたアンテナ分離特性(アイソレーション特性)を持たせると、同じ周波数バンドに属する無線信号が同時に送信及び受信される場合でも、無線通信システムにおける信号の衝突又は競合を減らすことができる。従って、アンテナ効率が増進し、データスループットも向上する。更に、接地共振要素206の構造を適切に調整又は設定することで、第1の直線偏波アンテナ202の共振周波数が減らされてもよい。従って、アンテナ配置領域200が事実上小さくされ、限られた空間の中に複数のアンテナ群を配置してもよい。
【００１７】
以下の説明は、無線周波数装置において異なる構造の接地共振要素を利用した場合の影響に関連している。図3A及び図3Bを参照すると、無線周波数装置30、32の構造がそれぞれ示されている。無線周波数装置30、32は図2に示されている無線周波数装置20の構造に関連している。図3A及び図3Bでは、第1の直線偏波アンテナ302、312及び接地共振要素306、316しか図示されていない。接地共振要素の構造的な相違を明確にする等の観点から、無線周波数装置30、32の他の要素は図示されていない。無線周波数装置30、32は類似している。無線周波数装置30及び無線周波数装置32の間の主な相違点は、無線周波数装置32の接地共振要素316が、縦方向に長く延びていることである。無線周波数装置30、32の電圧定在波比(VSWR)のグラフが図3Cに示されており、実線Aは無線周波数装置30のVSWRを示し、破線Bは無線周波数装置32のVSWRを示す。図3Cに示されているように、接地共振要素の長さは無線周波数装置のVSWRに影響を及ぼし；接地共振要素の寸法が長くなると、第1の直線偏波アンテナ312の共振周波数は、例えば1135MHzから1115MHzに減少する。
【００１８】
図4A、図4B、図4Cを参照すると、無線周波数装置40、42、44の構造がそれぞれ示されている。無線周波数装置40、42、44は図2に示されている無線周波数装置20の構造に関連している。図4Aないし図4Cでは、第1の直線偏波アンテナ402、412、422及び接地共振要素406、416、426しか図示されていない。接地共振要素の構造的な相違を明確にする等の観点から、無線周波数装置40、42、44の他の要素は図示されていない。図3A、図3Bに示す無線周波数装置30、32とは異なり、接地共振要素406はスロット4060を形成し、接地共振要素416は屈曲部4060を有し、及び/又は接地共振要素426は開口部4260を有する。スロットは孔又はスリット等と言及されてもよい。スロット4060、屈曲部4160又は開口部4260を形成することにより、接地共振要素における信号経路は延長され、これは接地共振要素の縦方向の長さを更に延長することと等価である。無線周波数装置40、42、44の電圧定在波比(VSWR)が図4Dに示されており、破線Cは無線周波数装置40のVSWRを表し、太線Dは無線周波数装置42のVSWRを表し、細線Eは無線周波数装置44のVSWRを表す。図3C及び図4Dから分かるように、第1の直線偏波アンテナ402の共振周波数は、スロット4060を形成する接地共振要素406を利用することにより1040MHzまで減少し、第1の直線偏波アンテナ412の共振周波数は、屈曲部4160を有する接地共振要素416を利用することにより960MHzまで減少し、第1の直線偏波アンテナ422の共振周波数は、開口部4260を有する接地共振要素426を利用することにより965MHzまで減少している。
【００１９】
特に、本発明は無線周波数装置及び無線通信装置を提供し、それらの装置では、偏波方向が互いに直交する複数の直線偏波アンテナ群がアンテナ配置領域内に配置されている。更に、無線周波数装置及び無線通信装置には接地共振要素が設けられ、接地共振要素の構造は、直線偏波アンテナに必要な寸法が減少するように、かつ複数の直線偏波アンテナ群の中でアンテナ分離度を高めるように、適切に設計されている。無線周波数装置20、30、32、40、42、44は本発明に関する実施の形態である。これらに対して当業者は変形及び/又は置換を適宜施すことが可能である。例えば、図2では第1の直線偏波アンテナ202が平面状の逆Fアンテナで実現され、第2の直線偏波アンテナ204がダイポールアンテナで実現されているが、他の実施形態では、折り畳み式のダイポールアンテナ及び/又はスロットアンテナ等のような直線偏向の無線電波を生じさせることが可能な何らかのアンテナが、第1の直線偏波アンテナ202及び/又は第2の直線偏波アンテナ204の代わりに使用されてよい。
【００２０】
更に、上記の実施形態は、主に、本発明の概念を説明するための具体例として、2つのアンテナ一組を有する無線周波数装置を使用している(すなわち、複数の直線偏波アンテナの偏向方向が互いに直交するように、複数の直線偏波アンテナがアンテナ配置領域内に配置され、アイソレーションを向上させるために接地共振要素が無線周波数装置に付加されている)。しかしながら実際の本発明の範囲は2アンテナ一組だけで複数のアンテナ群を形成する応用例に限定されない。無線周波数装置に2つより多いアンテナ群が必要な応用例にも同じ考え方が応用されてもよい。更に、無線周波数装置における直線偏波アンテナの位置、向き、形状及び素子(例えば、給電端部)は、上記の例に限定されない。複数の直線偏波アンテナの偏波方向が互いに直交する限り、上記の実施形態に対する代替例及び変形例も本発明の範囲内に属する。
【００２１】
また、接地共振要素は、プリント回路基板上の導電性材料(アルミ箔、銅箔、アルミニウム板、銅板、ニッケル銀、鉄、鋼鉄その他の金属等)により形成されていてもよい。選択される材料の特性に依存して、スロット、屈曲部及び/又は開口部のうちの1つ以上を含む接地共振要素の形状は、直線偏波アンテナのインピーダンスの整合を調整するために接地共振要素上で適切な信号経路が形成されるように設計されてもよい。特に、寸法や形状だけでなく、接地共振要素の任意の屈曲部、スロット及び開口部は様々であってよく、同一平面上になくてもよく；すなわち、接地共振要素は、無線周波数装置又は無線通信装置の他の要素にとって不要な場所である利用可能な場所(他の要素が占める必要のない場所)に形成されてもよい。例えば、接地共振要素は、無線通信装置のプリント回路基板と筐体面(shell)との間に配置され(筐体面は外面、ハウジング面等と言及されてもよい)、無線通信装置全体の寸法が、接地共振要素を包含することのために大型化しなくて済むようにする。
【００２２】
図5を参照すると、本発明の実施の形態による無線周波数装置50の構造が示されている。無線周波数装置50は図2に示されている無線周波数装置20の構造に関連しているので；優れたアンテナアイソレーション特性及び高いアンテナ効率を示す。無線周波数装置50は、第1の直線偏波アンテナ502と、第2の直線偏波アンテナ504と、接地共振要素506とを有し、無線通信装置の中で使用されてもよい。接地共振要素506は、スロット5060を形成しかつ開口部5062を有し、優れたアンテナアイソレーション特性を発揮するだけでなく、無線通信装置の中で利用可能なスペースをもたらす(他の用途に使用できる余地を残す)。アンテナの動作周波数はアンテナの放射素子の寸法に密接に関連しているので、第1の直線偏波アンテナ502及び第2の直線偏波アンテナ504の寸法はシステムの条件に基づいて適切に調整される。例えば、図5に示されている第1の直線偏波アンテナ502及び第2の直線偏波アンテナ504は、3G(第3世代)アプリケーションのようなミリメートル波周波数バンドアプリケーションに準拠するように調整されてもよい。接地共振要素506に関する適切な構造設計とともに、第1の直線偏波アンテナ502及び第2の直線偏波アンテナ504は、3Gアプリケーションの場合に25.7mm×23.8mm×70.7mmの空間に収まる程度に小さくできる。また、無線通信装置において無線周波数装置50を利用することで、優れたアンテナアイソレーション特性、高データスループット、及び好ましいアンテナ効率等が達成される。
【００２３】
以上、本発明は、接地共振要素を含む無線通信装置及び無線周波数装置を提供し、複数のアンテナ間のアイソレーションを促し、無線通信システムの信号衝突を減らす。接地共振要素についての構造的な具体例が説明され、適切な構造の接地共振要素はアンテナ効率を向上させる。
【００２４】
本発明による教示の本質を保持しつつ装置及び方法についての多数の変形や置換がなされてもよいことを、当業者は認めるであろう。上記の明示的に示された形態は添付の特許請求の範囲に該当する例の目安ないし基礎として解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２５】
10  無線通信装置
100  無線周波数装置
102  無線周波数信号プロセッサ
【図１】
2015012607.tif 000003
【図２】
2015012607.tif 000004
【図３Ａ】
2015012607.tif 000005
【図３Ｂ】
2015012607.tif 000006
【図３Ｃ】
2015012607.tif 000007
【図４Ａ】
2015012607.tif 000008
【図４Ｂ】
2015012607.tif 000009
【図４Ｃ】
2015012607.tif 000010
【図４Ｄ】
2015012607.tif 000011
【図５】
2015012607.tif 000012