(57)【要約】  無線通信装置において用いられるアンテナ装置および方法について開示する。アンテナは、通信装置（４０２）に結合されるように構成された第１の部分（１０２）を備える。アンテナは、第１の部分に結合されるように構成された第２の部分（１０６）も備える。第１の部分及び第２の部分は、全方向性の放射パターンおよび垂直の放射パターンを生成するように、第１の部分と第２の部分とを重ね合わせることによって結合される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置において用いられるアンテナにおいて、
第１の部分（１０２）であって、第１の部分の第１の端部は通信装置（４０２）に結合されるように構成されている、第１の部分と、
第２の部分（１０６）であって、第２の部分の第１の端部は第１の部分の第２の端部に結合されるように構成されている、第２の部分と、を備え、
第１の部分および第２の部分の運ぶ電流の振幅は等しく、第１の部分および第２の部分は、全方向性の放射パターンおよび垂直の放射パターンの両方を生成するべく、第１の部分と第２の部分との間の累積的な位相差が４分の１波長となるように、第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とを直接重ね合わせることによって、又は第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部との上に別の材料を重ね合わせることによって結合されている、アンテナ。
【請求項２】
第１の部分及び第２の部分を結合する際、第１の部分と第２の部分とのヌル放射要素の方向にエンドファイアアレー効果が適用される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とは、重なり合う伝導性シリンダ（３０２）によって結合される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とは、第１の部分及び第２の部分の近接しているコイル（４０４，４０６）を重ね合わせることによって結合される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
第１の部分はモノポールアンテナである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
無線通信装置において用いられるアンテナを構成する方法であって、
アンテナの第１の部分の第１の端部を通信装置に結合する工程と、
アンテナの第２の部分の第１の端部を第１の部分の第２の端部に結合する工程と、を備え、
第１の部分および第２の部分の運ぶ電流の振幅は等しく、第１の部分および第２の部分は、全方向性の放射パターンおよび垂直の放射パターンの両方を生成するべく、第１の部分と第２の部分との間の累積的な位相差が４分の１波長となるように、第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とを直接重ね合わせることによって、又は第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部との上に別の材料を重ね合わせることによって結合されている、方法。
【請求項７】
第１の部分及び第２の部分を結合する際、第１の部分と第２の部分とのヌル放射要素の方向にエンドファイアアレー効果を適用する工程をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の部分及び第２の部分の上に伝導性シリンダを重ね合わせることによって、第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とを結合する工程をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とを、第１の部分及び第２の部分の近接しているコイルを重ね合わせることによって結合する工程をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
無線通信装置において用いられるアンテナにおいて、
通信装置（４０２）に結合されるように構成された第１の部分（１０２）と、
第１の部分及び第２の部分を重ね合わせることによって第１の部分に結合されるように構成されている第２の部分（１０６）と、を備え、
第１の部分および第２の部分の運ぶ電流の振幅は等しく、第１の部分及び第２の部分を結合する際、第１の部分と第２の部分とのヌル放射要素の方向にエンドファイアアレー効果が適用され、第１の部分と第２の部分との間の累積的な位相差が４分の１波長である、アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にアンテナの構成に関し、より詳細には、水平面および垂直方向の両方において最適化された放射性能を有する最適化されたアンテナ構成を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、エネルギーを１つの形式から別の形式に変換する特殊な電子装置である。アンテナは、空き空間の無線波を、携帯ラジオ（無線機）、移動無線などの電子機器などによって使用される電流に結合する。受信の際、アンテナは、結合された電子機器の受信器によって増幅可能な電圧を生成するべく、電磁波の出力のうちの一部を遮断する。送信中、電子機器は無線周波数（ＲＦ）の電流を生成し、この電流は空き空間に放射される電磁波（無線波）へと変換されるべく、アンテナの端子に適用され得る。
【０００３】
アンテナの設計に応じて、無線波は全水平方向へと送信され、また全水平方向から受信されることが可能である（「無指向性（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）」）が、典型的には、１つ以上の方向（空または地面など）においては性能が低下する。これに代えて、指向性アンテナすなわちビーム・アンテナは、特定の方向において動作するように設計され得る。周波数および目的が異なる場合、それらのアンテナの設計には顕著な物理的差異が存在する。しかしながら、アンテナの機能および動作を決める基本的な特性が存在する。それらの特性のうちアンテナの設計において対象となることが最も多い１つの特性は、放射パターンである。アンテナの放射パターンは、放射されるエネルギーの空間の分布を決定する。例えば、垂直ワイヤアンテナは、水平面（方位面）において一様なカバレッジを与えるとともに、幾らかの垂直指向性を有するので、放送目的でしばしば用いられる。一様なカバレッジを提供する放射パターンに代えて、アンテナが指向性の放射パターンを有することも可能である。
【０００４】
無線通信の分野では、２つ以上の周波数帯において動作可能な無線通信装置を提供するというのが最近の傾向である。無線通信装置の例には、携帯ラジオ、移動無線、携帯電話などがある。例えば、これらの無線通信装置は、例えば、両アメリカで用いられる８５０／１９００メガヘルツ（ＭＨｚ）帯と、世界の他の部分で用いられる９００／１８００ＭＨｚ帯とで動作するように設計される。複数の個別の周波数帯において適切に動作可能なアンテナの構成は、関連する無線通信装置の設計に影響を与え得ることが理解される。
【０００５】
加えて、通信装置は、典型的には複数の目的に適うように、次第に複雑になっている。例えば、異なる周波数帯上で動作可能な携帯電話には、全地球測位システム（ＧＰＳ）に基づく衛星測位機能が組み込まれている。上述の通り、全方向性アンテナの放射パターンは、典型的には空または地面などの一定の方向において縮小される。したがって、全方向性アンテナを有する無線通信装置がＧＰＳ機能を備えていたとしても、全方向性アンテナの垂直指向性は典型的には空または地面の方向には減少するので、全方向性アンテナの組み込まれた無線通信装置におけるＧＰＳ機能については最適化の余地が残されている。アンテナ設計の分野における当業者には、水平面と空または地面の方向とにおいて同様の放射性能を提供することができる単一のアンテナ構造の設計は非常に困難であることが理解される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、水平面と空の方向との両方において最適化された放射性能を有する無線通信装置に適切である最適化されたアンテナ構成の必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
幾つかの実施形態は、無線通信装置において用いられるアンテナ装置および方法に関する。アンテナは第１の部分を備え、第１の部分の第１の端部は通信装置に結合されるように構成されている。アンテナは第２の部分も備え、第２の部分の第１の端部は第１の部分の第２の端部に結合されるように構成されている。第１の部分および第２の部分は、全方向性の放射パターンおよび垂直の放射パターンの両方を生成するべく、第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部とを直接重ね合わせることによって、又は第２の部分の第１の端部と第１の部分の第２の端部との上に別の材料を重ね合わせることによって結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】幾つかの実施形態によるアンテナの図。
【図２】幾つかの実施形態によって用いられるアンテナの構成の図。
【図３】幾つかの実施形態において用いられるカップリング技術を示す図。
【図４】幾つかの実施形態において用いられる別のカップリング技術を示す図。
【図５】幾つかの実施形態においてアンテナが結合される典型的な無線通信装置の構成要素を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付の図面は、類似の参照符号が個々の図を通じて同一又は機能的に同様の要素を指すものであるが、以下の詳細な説明とともに、明細書に組み込まれてその一部を形成するものであり、特許請求の範囲の発明を含む概念の実施形態をさらに示すべく働くとともに、それらの実施形態の様々な原理及び利点について説明するものである。
【００１０】
図中の要素は簡潔明瞭に示されており、必ずしも縮尺に応じていないことが当業者には認められる。例えば、本発明の実施形態についての理解の向上を助けるべく、図中の一部の要素の寸法は他の要素に対して誇張されている場合がある。
【００１１】
ここで図１を参照すると、幾つかの実施形態において実装されるアンテナ１００が示されている。アンテナ１００は、超高周波（ＵＨＦ）共振のベースとして、第１の部分１０２（モノポールアンテナであってよい）を備える。第１の部分１０２を本明細書ではモノポールアンテナ１０２と呼ぶ場合もある。第１の部分１０２は伝導性ベース１０８を備え、伝導性ベース１０８は端部１０４を有する。使用時には、端部１０４は、伝導性部材に対し伝導性に取り付けられている。幾つかの実施形態では、端部１０４には螺子が切られており、既知の手法により関連する通信装置の伝導性グランド面（図示せず）に対し機械的及び電気的に取り付けられることが可能となる。端部１０４から反対側では、モノポールアンテナ１０２が第２の部分１０６（全地球測位システム（ＧＰＳ）アンテナとも呼ばれる）の１つの端部へ取り付けられ／結合されている。２つの部分１０２，１０６は、他方からガルバニ的に分断され、互いから分離されており、主なＧＰＳ放射はアンテナ１００の上側の部分に集中する。
【００１２】
アンテナ１００は、移動無線、携帯ラジオ、携帯電話など、通信装置に取り付けられるように構成されている。通信リンクでは、第１の通信装置の発信器回路は、同軸ケーブル、マイクロストリップ伝送路、又は他のそうした手段を通じてアンテナ１００に接続されてよい。送信される信号は、空き空間に放射され、第２の通信装置の別のアンテナによって「ピックアップ」される。第２の通信装置では、受信された信号は、別の同軸ケーブル、マイクロストリップ伝送路、又は他の類似の構造を通じて受信器回路に与えられる。
【００１３】
図２は、幾つかの実施形態によって用いられるアンテナの構成の図である。フィードライン（給電線）２０２は、取り付けられた通信装置の受信器回路および／または送信器回路にモノポールアンテナ１０２を接続する。フィードライン２０２は、送信器回路からモノポールアンテナ１０２まで、モノポールアンテナ１０２から受信器回路まで、又はその両方において無線周波数（ＲＦ）エネルギーを輸送するが、エネルギー自体の放射や遮断は行わない。
【００１４】
当業者には知られているように、アンテナアレイは、指向性の放射パターンを生成するように配置される個々の放射要素からなる構成である（この場合、モノポールアンテナ／第１の部分１０２およびＧＰＳアンテナ／第２の部分１０６）。アレイの放射パターンは、その構成、要素間の距離、要素の振幅および位相励起、及び個々の要素の放射パターンに依存する。単一要素のアンテナは広い放射パターンを有することから、長距離通信には適切でない低い方向性を有するので、一実施形態では、ヌル放射要素の方向にエンドファイアアレー効果が適用される。当技術分野において知られているように、エンドファイアアレーは、その放射が１つの端部から発する直線上又は円筒状のアンテナアレイである。エンドファイアアレー配置では、最大放射はアレイの軸線に沿っている。エンドファイアアレーは、１つの線に沿って配置され等しい振幅の電流を運ぶ複数の同一の均等に離間して配置されたアンテナ（この場合、第１の部分１０２および第２の部分１０６）からなる。第１の部分１０２および第２の部分１０６は、エンドファイアアレーにおいて、隣接した部分１０２，１０６の間の波長で表現される累積的な位相差が存在するように励起される。図２に示す実施形態では、エンドファイアアレーにおける部分１０２，１０６の間の累積的な位相差は、波長の４分の１（４分の１波長）である。第１の部分１０２および第２の部分１０６を、それらの部分１０２，１０６の間の累積的な位相差が波長の４分の１であるエンドファイアアレーに配列することによって、エンドファイアアレー効果を用いて、通信装置に実装されるＧＰＳ機能用に最適化された上半球の効率（現在の業界基準の２倍と計算される）を提供することが可能である。この第１の部分１０２および第２の部分１０６の構成によって、図２に示すアンテナは、個別の周波数帯（例えば、８００／９００ＭＨｚの周波数帯）において動作するとともに、最適化されたＧＰＳ性能を提供するように構成されることができる。
【００１５】
当業者には知られているように、アンテナは、そのアンテナが結合される通信装置の使用中に離調される（振動数シフト）。例えば、アンテナが結合される無線が手の中に保持される場合、又は頭の近くに配置される場合、典型的にはアンテナは離調する。アンテナ１００の一実施形態では、必要な性能を達成するようにキャパシタンス又はカップリングが制御／計算される場合、振動数シフト又は離調は生じない。特に、重なりのキャパシタンスが元の４分の１波長アンテナキャパシタンスの４倍に制御／計算される場合、そのアンテナはユーザの手の中にある時に離調を生じない。
【００１６】
様々なカップリング技術がアンテナ１０２，１０６を接続するために用いられてよい。図３は、幾つかの実施形態において用いられるカップリング技術を示す図である。図３では、図１および図２に示したようにアンテナ１０２およびアンテナ１０６を重ね合わせるのではなく、アンテナ１０２およびアンテナ１０６は重なり合う伝導性シリンダ３０２によって結合される。幾つかの実施形態では、金属クリンプがアンテナ１０２およびアンテナ１０６に重なり合ってキャパシタンスを制御し、アンテナに付けられた通信装置が人間の手の中にある時、振動数シフトを０とすることが可能である。一実施形態では、アンテナ１０２およびアンテナ１０６の各々は、１つの同軸ケーブルから構築される。アンテナ１０２，１０６の同軸ケーブルは、管状の編まれた金属シールドに包囲されたワイヤ導体を含む。この導体は、誘電体（通常、中実なポリエチレン又はポリエチレンフォーム）によってシールドの中心に保持されている。シールドは無線周波数（ＲＦ）グランドに接続され、中心導体がＲＦ信号を運ぶ。シールドは、その名前が意味するように、ケーブルの内部の電磁界が漏れることを防止し、また電磁エネルギーが外部からケーブルに入ることを防止する。この構成では、２つの同軸のダイポールの端部フィードアレイによって、６０パーセントまでの上半球効率がアンテナで達成される。当技術分野において知られているように、現在のアンテナの上半球効率は、約１７パーセントである。
【００１７】
図４は、幾つかの実施形態において用いられる別のカップリング技術を示す図である。図４では、アンテナ１０２およびアンテナ１０６は、近接するコイル同士を重ね合わせることによって結合される。アンテナ１０２，１０６のコイルは、様々な手法により結合されてよい（例えば、４０４，４０６に示すように）。通信装置４０２のシャシーの中心にインダクタンスを置くことによって、図４のアンテナ構成に極超短波（ＵＨＦ）共振が加えられる。この実施形態に示すアンテナ構成は、個別の周波数帯（例えば、ＵＨＦ、７００／８００／ＧＰＳ帯）において動作してもよい。このアンテナ構成の実際のサイズは、アンテナ構成が取り付けられている通信装置４０２の寸法に依存する。
【００１８】
上述のアンテナ構成は、したがって、通信装置用に最適化されたＧＰＳ性能を提供する。また、上述のアンテナ構成は、改良されたインハンド（手中）性能を有する。幾つかの実施形態では、制御された上側負荷カップリングによって、主周波数において３デシベル、手中性能が改良される。上述のアンテナの機械的な構造は単純化されているので、製造の軽減及び経費の削減が可能となる。
【００１９】
図５は、幾つかの実施形態において用いられるアンテナ構成が結合される典型的な無線通信装置の構成要素を示すブロック図である。本発明の一実施形態では、通信装置５００は、キーパッド、ディスプレイ、又はタッチセンサなど、ユーザインタフェース５０２と、無線機の動作機能を制御するプロセッサ５０４と、メモリ５０６（例えば、データおよびコンピュータプログラムコードコンポーネントを記憶する）と、無線ネットワーク通信インタフェース５０８（無線機が他の無線機と無線通信を行うことを可能とする）と、を備える。無線ネットワーク通信インタフェース５０８は、本明細書に記載のアンテナ構成のうちの１つを組み込むように構成されている。ユーザインタフェース５０２、メモリ５０６、および通信インタフェース５０８は、プロセッサ５０４に対し動作可能に各々接続されている。メモリ５０２が、当技術分野において周知である様々なタイプのメモリ（ランダムアクセスメモリ（例えば、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ））、読出専用メモリ（例えば、プログラマブル読取専用メモリ（ＰＲＯＭ））、電気的消去可能なプログラマブル読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、又はハイブリッドメモリ（例えば、フラッシュ（ＦＬＡＳＨ））など）を備えてよいことが当業者には認められる。プロセッサ５０４は、メモリ５０２におけるコンピュータ使用可能媒体にアクセスする。この媒体は、本明細書に記載の機能を通信装置に実行させるように構成されたコンピュータ可読プログラムコードコンポーネントを含んでいる。
【００２０】
上述においては特定の実施形態について記載した。しかしながら、特許請求の範囲において述べられる発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が行われることが可能であることが当業者には認められる。したがって、明細書及び図面は限定ではなく例示と見なされるべきものであり、そうした修正は全て本教示の範囲内に含まれることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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