(57)【要約】本発明は、少なくとも第１および第２周波数帯域で動作可能な携帯無線通信デバイス用のアンテナ・デバイスを備える。アンテナ・デバイスは、無線周波数信号を供給して、かつ受信する無線通信デバイスの供給デバイス（ＲＦ）に接続可能な供給部を有する第１導電性放射素子と、第１放射素子から距離をおいて配置された第１接地面の部位と、第２接地面の部位と、第１および第２接地面の部位の間に配置され、第１および第２接地面の部位を選択的に接続、または切断する制御可能なスイッチとを備える。
2008512934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１および第２周波数帯域で動作可能な携帯無線通信デバイス用のアンテナ・デバイスであって、
無線周波数信号を供給し、かつ受信する前記無線通信デバイスの供給装置（ＲＦ）に接続可能な供給部を有する第１導電性放射素子と、
前記第１放射素子から距離をおいて配置された第１接地面の部位と
を備えたアンテナ・デバイスにおいて、
第２接地面の部位と、
前記第１および第２接地面の部位の間に接続され、前記無線周波数信号を通過させるハイパス・フィルタと、
前記第１および第２接地面の部位の間に配置されて、選択的に前記第１および第２接地面の部位を選択的に接続、または切断する制御可能なスイッチと
を設けたことを特徴とするアンテナ・デバイス。
【請求項２】
前記スイッチの状態が、制御電圧入力（Ｖスイッチ）により制御される、請求項１に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項３】
前記放射素子が一般的に平面状である、請求項１〜２のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項４】
前記第１および第２接地面の部位が、平行な法線を有する同一平面内に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項５】
前記第１および第２接地面が、ほぼ直交した法線に合わせて実質的な直交関係に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項６】
前記第２接地面は、前記制御電圧を前記スイッチに供給する供給部を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項７】
フィルタが、前記供給部と前記第２接地面との間に設けられる、請求項６に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項８】
前記フィルタが、前記少なくとも第１および第２周波数帯域のうち、低い方の周波数帯域以上の周波数信号を遮断するローパス・フィルタである、請求項６または７に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項９】
前記スイッチがＰＩＮダイオードを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項１０】
第２放射素子を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項１１】
前記第２放射素子が、２つ以上の共振周波数を与える構成を有する、請求項１０に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項１２】
前記第１放射素子が、２つ以上の共振周波数を与える構成を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイス。
【請求項１３】
前記第１放射素子が、前記第１接地面の部位への接続を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載のアンテナ・デバイス。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアンテナ・デバイスを含む、携帯無線通信デバイス。
【請求項１５】
第１および第２接地面の部位の上方に設けられた少なくとも１つの放射素子を有するアンテナに対する多帯特性を実現する方法であって、前記放射素子が前記第１接地面の部位に接続され、かつハイパス・フィルタが前記第１および第２接地面の部位の間に接続され、前記ハイパス・フィルタは前記無線周波数信号を通過させる、方法において、
無線周波数信号を前記放射素子に供給する段階と、
前記第１および第２接地面の部位の間に設けられたスイッチを操作する段階とを備え、前記スイッチが、第１モードでは無線周波数信号に対して開放され、第２モードでは無線周波数信号に対して閉鎖されて、前記アンテナの実効的な動作周波数帯域を変更する方法。
【請求項１６】
前記スイッチは、第１ＤＣ電圧を前記第２接地面の部位に供給することにより前記第１モードに設定され、かつ第２ＤＣ電圧を前記接地面の部位に供給することにより前記第２モードに設定される、
請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアンテナ・デバイスに関し、より詳細には携帯電話のような携帯無線通信デバイスで利用するための、制御可能な内蔵型多帯域アンテナ・デバイスに関する。本発明はそのようなアンテナ・デバイスを備えた携帯無線通信デバイスにも関する。
【背景技術】
【０００２】
内蔵型アンテナは携帯無線通信デバイスで利用されてきた。内蔵型アンテナを利用する複数の利点がある。内蔵型アンテナは小さくて軽く、携帯電話のような大きさ及び重さが重要になるような物を作成するのに好適である。携帯無線通信デバイスで通常利用される内蔵型アンテナの型は板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）である。
【０００３】
しかし、携帯電話を内蔵アンテナに適用する際には、放射要素の大きさ、供給及び接地部位の正確な位置等のように、アンテナの構成で幾つかの拘束条件がある。これらの拘束条件により、動作帯域が広いアンテナの構成が難しくなる。二つ以上の離間した周波数帯域で動作するように構成される、多帯域での動作を目的としたアンテナにとっては、このことは特に重要である。典型的な二重帯域電話では、低周波数帯域は９００ＭＨｚを中心とするいわゆるＧＳＭ９００帯であり、一方の高周波数帯域は１８００又は１９００ＭＨｚを中心とする各々ＤＣＳ帯又はＰＣＳ帯である。アンテナ・デバイスの高周波数帯域が十分に広く、１８００及び１９００ＭＨｚ帯の両方を網羅する場合、３つの異なる標準帯域で動作する電話が得られる。近い将来には、４つ又は更に多くの異なる周波数帯域で動作するアンテナ・デバイスが予想される。
【０００４】
受動アンテナの周波数帯域の数はアンテナの大きさによって制限される。周波数帯域の数を更に増大すること及び／又はアンテナの大きさを小さくすることを可能にするために、能動的な周波数制御が利用される。能動的な周波数制御の例は日本国の特開平１０−１９０３４７号公報の概要に開示されており、この文献によって複数の周波数を複製することができるパッチ・アンテナ・デバイスが開示される。この目的を達成するために、基本パッチ部と別のパッチ部とが設けられ、これらのパッチ部はそれらを選択的に接続又は切り離しするように構成されたＰＩＮダイオードを使って相互に接続されている。これは周波数制御を可能にするが、アンテナ・デバイスの大きさは大きいままであり、ＧＳＭ帯とＤＡＭＳＰ帯との間及び／又はＤＣＳ帯とＰＣＳ帯との間のように、二つ以上の比較的離間した周波数帯域の間を切り替えることに適していない。
【０００５】
従来技術のデバイスのこの例は、最初の周波数帯域から離間した別の周波数帯域を生成するためではなく、別のパッチの切り替えが調整のために利用されてきた。
日本の特公開２０００−２３６２０９号公報の概要により、直線状の導体又は誘電体基板を備える単極アンテナが開示される（図１参照）。アンテナの放射部は、ダイオード・スイッチ回路を介して接続される少なくとも二つの金属部で構成されている。放射要素は、フィルタ回路の一端に接続された供給点を有し、フィルタにより高周波信号が取り除かれる。信号Ｖスイッチがダイオード・スイッチを制御するために利用される。開示された構成は単極又は双極アンテナに制限される。また、上で説明した日本の文献によるアンテナの目的は、小型のアンテナを提供することではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、従来技術のアンテナ・デバイスの問題は、大きさ及び容積が小さいＰＩＦＡ型で、且つ良好な性能を保つ高周波数帯域の多帯域アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題を少なくとも軽減するような装置及び方法を提供することが、本発明の主な目的である。
周波数特性が少なくとも二つの比較的広い周波数帯域にあるが、アンテナ・デバイスの全体の大きさは小さいという、最初に説明したようなアンテナ・デバイスを提供することが、本発明の目的である。
【０００８】
従来技術のデバイスよりもより良好な多帯域の性能を有するアンテナ・デバイスを提供することが、別の目的である。
本発明は、放射要素の有効周波数帯域をスイッチを制御することによって制御することができるようにアンテナを配列することにより、幾つかの周波数帯域を物理的に非常に小さなアンテナで提供できるという理解に基づく。すなわち、放射要素は第一のモードで第一周波数帯域又は周波数帯域の第一の集合に調整され、スイッチを動作することによる第二のモードで第二周波数帯域又は周波数帯域の第二の集合に調整される。
本発明と同じ出願人によってスウェーデン国で出願された特許出願第０３０１２００−２号、第０３０２９７９−０号、第０４００２０３−６号は本発明と同様のことに関連し、参照によって本明細書に組み込まれる。同じ出願人によって本発明と同日にスウェーデン国で同時に行われた出願も同じ分野に関連し、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００９】
放射要素が二つの部品に分割されて、スイッチで接続され、その結果上記の目的が達成されるであろうことが示唆されている。そのようなスイッチはダイオードである。しかし、ダイオードは理想的な部品ではないので、幾つかの標準には耐えられない急激な高調波を引き起こすことが発見されていた。本発明者は、ダイオード、またはスイッチを接地面上に提供することにより、ダイオードが放射素子上に提供されたときの電流に比べて、ダイオードの電流がはるかに小さくなり、これらの高調波は全く支障をきたすほどではなく、いろいろな規格により規定される制限を守るアンテナを設計することが、より容易であることを発見した。
【００１０】
ダイオードを接地面上に取り付けることにより、ダイオードの電流により引き起こされる高調波は、それらが接地近傍の励起（ｇｒｏｕｎｄ  ｎｅａｒ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）により閉じ込められるために伝達されない。
【００１１】
このようにして、約２ｃｍ３程度の小さなアンテナ容積の多帯アンテナ・デバイスが提供される。すなわち、標準的な多帯パッチ・アンテナに比べてアンテナの大きさが著しく縮小されるが、ＲＦ性能が保持され、またはＲＦ性能が向上されることを意味する。また、本発明のアンテナ・デバイスの帯域幅は、大きさを増加することなく対応する先行技術の装置に比べて改良される。これは、アンテナ構造の基本周波数モードの使用したであると考えられる。その例として、従来の先行技術のアンテナ・デバイスにおける９〜１０％に比べて、より高い周波数帯域の中心周波数の１５％もの帯域幅を取得した。
【００１２】
本発明の第一の態様に従って、これらの目的は少なくとも第一及び第二の周波数帯域で動作可能な携帯無線通信デバイス用のアンテナ・デバイスによって達成される。アンテナ・デバイスは、無線通信デバイスの供給デバイス（ＲＦ）に接続可能な供給部位を有する、供給及び無線周波数信号受信用の第一導電性放射要素と、第１放射素子から距離をおいて配置された第１接地面の部位と、第２接地面の部位と、第１と第２接地面の部位の間に配置されて、選択的に第１および第２接地面の部位を接続、または切断する制御可能なスイッチを備える。
【００１３】
本発明の第二の態様に従って、上記の目的は、第１及び第２接地面の上方に少なくとも一つの放射要素が設置されるアンテナの多帯域特性を実現するための方法によって達成される。放射要素は、第１接地面の部位に接続され、無線周波数信号を放射要素に供給する段階と、第１及び第２接地面間に設置されるスイッチを動作する段階を備える。スイッチは、第一モードでは無線周波数信号に対して開放され、第二モードではアンテナの有効動作周波数帯域を変更する。
【００１４】
本発明の第三の態様に従って、上記の目的はそのようなアンテナ・デバイスを備える携帯無線通信デバイスによって達成される。
接地面を２つの部分に分割してこれらの２つの部分をスイッチと接続することにより接地面の構成を制御することができ、それによりアンテナの共振周波数を制御することが可能である。
【００１５】
本発明の一実施例では、スイッチはＰＩＮダイオードを備える。
本発明の一実施例では、スイッチの状態は制御電圧入力（Ｖスイッチ）により制御される。
【００１６】
スイッチとしてＰＩＮダイオードを用いることにより、スイッチの状態は、電圧入力を与えることにより容易に制御可能である。
本発明の一実施例では、ハイパス・フィルタが第１及び第２接地面の部位の間に接続され、このハイパス・フィルタは無線周波数信号を通過させる。これは、接地面内に制御可能な長さのスリットを有する可能性を提供する。
【００１７】
本発明の一実施例では、放射素子は一般的に平面状である。
本発明の一実施例では、第１及び第２接地面の部位は平行な法線を有する同一平面内に配置される。すなわち、２つの接地面の部位は、放射素子の下部に並んで配置される。
【００１８】
本発明の一実施例では、第１および第２接地面は、ほぼ直交した法線を有する実質的な直交関係に配置される。すなわち、第１接地面の部位が、実質的に完全な放射素子の下部に設けられるとともに、第２接地面の部位が、第１接地面の部位および放射素子の側部に設けられる。
【００１９】
本発明の一実施例では、第２接地面は制御電圧をスイッチに供給する供給部を含む。供給部は無線通信デバイス内の接続可能な制御ロジックであり、アンテナがどの動作モードを取るべきかを無線通信デバイスが選択できる。
【００２０】
本発明の一実施例では、フィルタが制御電圧をスイッチに供給する供給部と第２接地面との間に設けられる。本発明の一実施例では、フィルタは、少なくとも第１および第２周波数帯域のうち、低い方の周波数帯域以上の周波数信号を遮断するローパス・フィルタである。これは、高周波信号が供給部に接続された制御ロジックに到達することを防止する。
【００２１】
本発明の一実施例では、アンテナは第２放射素子を含む。放射素子は、所望の周波数の共振を実現するための種々の設計が可能である。
本発明の一実施例では、第１および／または第２放射素子は２つ以上の共振周波数を与える構成を有する。周知の事実に基づいて、２つの異なる周波数帯域で共振するようにＰＩＦＡアンテナを設計することが可能である。したがってスイッチを操作することにより、４つの異なる周波数帯域で動作するアンテナを実現することが可能である。
【００２２】
本発明の一実施例では、第１放射素子は第１接地面の部位への接続を含む。
本発明の更なる特性及びそれによる利点は以下の本発明の実施形態の詳細な記載から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下で与えられる本発明の実施例の詳細な記載と添付した図１及び図２とから、本発明はより完全に理解されるであろう。添付した図１〜図５は図説のみの方法で与えられるので、従って、本発明の制限ではない。
【００２４】
以下の記載では、制限ではなく説明をする目的で、本発明を完全に理解してもらうために特定の技術及び適応物のような特定の詳細が説明される。しかし、これら特定の詳細から乖離した他の実施形態で本発明が実施されるかもしれないことは、当業者には明らかであろう。他の例では、周知の方法及び装置の詳細な記載は省略されて、不要な詳細で本発明の詳細が不明確にならないようにしている。
【００２５】
図１は携帯無線通信デバイス（図示せず）のような無線周波数信号供給器１０３に接続可能な供給点１０２を有する放射素子１０１を示す、本発明の第１実施例の概略図である。放射要素１０１がほぼ長方形の板状のものとして図示されているが、従来技術で説明されたように、他の形状をなして所望の周波数帯域に調整されてもよい。このような形状は、Ｕ形、Ｅ形、Ｗ形、蛇行形又は任意の他の適切な形状を含み、且つ能動又は受動素子を備える。放射要素１０１はコイル、コンデンサ又はダイオードのような能動素子に接続される幾つかの部品から構成されていてもよい。しかし、アンテナは一般には平板だが、接地面に向けて突出するように折り曲げられた部位を備えてもよい。
【００２６】
放射素子１０１は第１接地面の部位１０４へ接続される（１０８）。第１接地面の部位１０４は一般的に、接地接続１０５を介して携帯無線通信デバイスの接地に接続される。さらに、第１接地面の部位はスイッチ１０７を介して第２接地面の部位１０６に接続される。基本的に、アンテナは、可調整接地面構成を有する板状逆Ｆアンテナである。スイッチ１０７が開いているとき、放射素子１０１は第１接地面の部位１０４を接地面全体とするが、スイッチ１０７が閉じられているとき、放射素子１０１は結合された第１および第２接地面の部位１０４および１０６を接地面全体とする。これが、アンテナに対する共振周波数の位置に影響を与えるであろう。
【００２７】
したがって、スイッチ１０７を操作することにより、アンテナは、２つの異なる動作モードの間で切り替えられる。例えば、アンテナは、スイッチがオフであるとき、ＤＡＭＰＳおよびＤＣＳ規格に対応する８５０Ｍｈｚおよび１８００Ｍｈｚのような２つの共振周波数を有するように調整されて、スイッチがオンであるとき、ＧＳＭおよびＰＣＳに対応する９００Ｍｈｚおよび１９００Ｍｈｚのような他の２つの共振周波数を有するように調整される。したがって、４つの異なる周波数帯域で通信可能なアンテナが実現される。
【００２８】
図２は、スイッチがダイオード２０１を用いて実現される、本発明の第２実施例の概略図である。図１および図２内の同じ細部は同じ参照番号で示される。第２接地面の部位には、ローパス・フィルタ２０４を介して制御可能なＤＣ供給器２０３に接続されたＤＣ供給２０２が設けられている。ＤＣ供給器は、０ボルトである第１電圧、１ボルトと５ボルトの間のＶスイッチである第２電圧の２つの異なる電圧を取るように制御される。供給点２０２に電圧が印加されないとき、ダイオード２０１は開状態であり、第１および第２接地面の部位１０４および１０６内の電流は２つの接地面の部位の間を移動することができず、その結果、第１接地面の部位１０４だけが接続１０８を介して放射素子１０１に接続される。
【００２９】
Ｖスイッチが第２接地面の部位１０６に印加されるとき、ダイオード２０１は導通状態になり、基本的に、第１接地面の部位１０４と第２接地面の部位１０６の間を短絡する。その結果、第１および第２接地面の部位の両方は、接続１０８およびダイオード２０１を介して放射素子１０１に接続される。したがって、第２接地面１０６に電圧を印加することにより接地面の構成を制御することができ、それによりアンテナの共振周波数を制御することが可能である。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施例の概略図である。同じ細部は、図２と同じ参照番号で示された。この実施例では、第１および第２接地面の部位１０４および１０６は、コンデンサのようなＤＣブロック３０１で接続される。その結果、第１および第２接地面の部位は、ダイオード２０１のモードと関係なく、ＲＦ信号を通過させるＤＣブロックを介して無線周波数信号に接続される。この構成は、接地面内にスリットを有することと類似しており、スリットの大きさは、Ｖスイッチを印加することにより制御可能である。
【００３１】
図４は、本発明の第４実施例の概略図である。同じ細部は、図２と同じ参照番号で示された。図４に明確に示されているように、第２接地面の部位４０１は、第１接地面の部位１０４に対して実質的な直交関係となるように方向付けられている。ダイオード４０２は、第１および第２接地面の部位を接続し、かつＤＣ供給点４０３は、電圧Ｖスイッチを与えてスイッチ４０２を操作するために、ＤＣ電圧４０４に接続される。
【００３２】
第２接地面の部位４０１を第１接地面の部位１０４に対して直交するように配置することにより、放射素子１０１の全体の領域を実質的に覆うように第１接地面の部位を設けることができる。これは、アンテナが携帯無線通信デバイス内に実装される多くの場合、人間の頭部の方向になる第１接地面の部位１０４の方向への放射を抑える点で有益である。したがって、この配置はＳＡＲを減少させる。
【００３３】
図５は、図３に関して説明された実施例と同様に、コンデンサのようなＤＣブロック５０１を第１と第２接地部の間に設けてある、本実施形態の第５実施例の概略図である。同じ細部は、図４と同じ参照番号で示される。
【００３４】
本発明が複数の方法で変更されてもよいことは明白であろう。例えば、第２接地面の部位が放射素子と並んで配置されてもよいし、または第２接地面の部位がＵ形を有して、第１部分が第１接地面の部位と平行であり、かつ第２部分が放射素子と平行になるようにしてもよい。このような実施例は、本発明の範囲からの逸脱と見なされるべきではない。当業者にとって明白であろうすべてのこのような変更は、添付の請求項の範囲内に含まれことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】スイッチを含む本発明の第１実施例の概略図。
【図２】スイッチがダイオードを用いて実現される、本発明の第２実施例の概略図。
【図３】スイッチがダイオードを用いて実現され、かつコンデンサが存在している、本発明の第３実施例の概略図。
【図４】スイッチがダイオードを用いて実現され、かつ接地面が折り曲げられている、本発明の第４実施例の概略図。
【図５】スイッチがダイオードおよびコンデンサを用いて実現され、かつ接地面が折り曲げられている、本発明の第５実施例の概略図。
【図１】
2008512934.tif 000003
【図２】
2008512934.tif 000004
【図３】
2008512934.tif 000005
【図４】
2008512934.tif 000006
【図５】
2008512934.tif 000007
【国際調査報告】
2008512934.tif 000008
2008512934.tif 000009
2008512934.tif 000010