(57)【要約】携帯無線通信装置用のアンテナ装置は、放射要素（１０）、放射要素に接続されたフィルタ段（２０）、およびフィルタ段に接続され、無線信号用受信機装置（４０）に接続可能な増幅器段（３０）を備える。無条件に安定でない増幅器段を備えることによって、好都合な特性を有するアンテナ装置が達成される。
2010507968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の動作周波数帯域において無線信号を受信するように適合された携帯無線通信装置用のアンテナ装置であって、
放射要素（１０、１１０、２１０）と、
前記放射要素に接続されたフィルタ段（２０、１２０、２２０）と、
前記フィルタ段に接続され、無線信号用の受信機装置（４０）に接続可能な増幅器段（３０、１３０、２３０）と、
を備え、
前記増幅器段は無条件に安定でないことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記増幅器段（３０、１３０、２３０）はトランジスタ（３１、１３１）を備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記トランジスタ（３１、１３１）はゲート、ソース、およびドレインを備え、前記トランジスタは前記第１の動作周波数帯域において１ｄＢ未満の最小雑音指数と１５ｄＢを超える利得を有し、
前記トランジスタの前記ソースはグランドに直接接続され、
前記トランジスタの前記ゲートは前記フィルタ段に接続され、
前記トランジスタの前記ドレインは無線信号用の前記受信機装置（４０）に接続可能であり、
抵抗器（３２、１３２）が前記トランジスタの前記ドレインと給電電圧（ＶＤＤ）との間に接続され、
動作中に、前記フィルタ段は、前記第１の動作周波数帯域よりも高い周波数を有する信号を阻止し、前記第１の動作周波数帯域内の信号を許容する、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記トランジスタは電界効果トランジスタである、請求項２または３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記トランジスタ（３１、１３１）の雑音抵抗は１０Ω未満である、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記トランジスタとグランドの間に複数の接続ピンが配置される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記トランジスタ（３１、１３１）が接続されるグランド面は、トランジスタ部品が実装されるプリント基板（３１０）の反対側に設けられており、前記プリント基板（３１０）は０．５ｍｍ以下の厚さを有する、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記トランジスタ（３１、１３１）は、該トランジスタ自身が搭載される側と同じ側のプリント基板（３１０）上で接続される、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記トランジスタ（１３１）の前記ドレインと抵抗器（１３２）との間に設けられた第２のトランジスタ（１３３）を備え、該第２のトランジスタのソースは前記トランジスタの前記ドレインに接続され、前記第２のトランジスタのゲートはグランドに接続され、前記第２のトランジスタのドレインは前記抵抗器に接続される、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第２のトランジスタ（１３３）の前記ゲートとグランドとの間に接続されたコンデンサ（１３４）を備える、請求項９に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記放射要素（１０）は非共振である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記フィルタ段（２０、１２０、２２０）は前記第１の動作周波数帯域における信号を許容し、前記第１の動作周波数帯域未満およびそれを超える信号を阻止する帯域通過フィルタである、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記増幅器段（３０、１３０）は前記放射要素の側に抵抗性負荷を欠く、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記第１の動作周波数帯域はＦＭ周波数帯域である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記放射要素はモノポール要素（２１０）であり、前記フィルタ段（２３０）は接地されておらず、前記アンテナ装置は、第２のフィルタ段（２５０）をさらに備え、該第２のフィルタ段（２５０）は、接地されておらず、動作中に前記第１の動作帯域における信号を阻止し、前記第１の動作周波数帯域よりも高い第２の動作周波数帯域における信号を許容し、更に、前記第２のフィルタ段は前記第２の動作周波数帯域の回路に対して送受信するように配置された回路（２６０）に接続可能である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記放射要素はヘッドフォンケーブルに含まれる、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記放射要素は携帯無線通信装置の導電性カバーを備える、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記フィルタ段の前に設けられた抵抗（８０）を備える、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記抵抗（８０）は前記放射要素（１０）の一部として備えられる、請求項１８に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
前記抵抗（８０）は少なくとも１つの集中抵抗器として備えられる、請求項１８に記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
前記抵抗器（８０）は、５〜≪１０００Ωであり、さらに好ましくは５〜１００Ωである、請求項２０に記載のアンテナ装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備える、携帯無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、アンテナ装置に関し、特に、ＦＭ帯域における無線信号など、比較的低い周波数を有する無線信号に適している携帯電話などの無線通信装置に使用されるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯無線通信装置には、しばらくの間、内部アンテナが使用されてきた。内部アンテナの使用に関連する利点はいくつかあり、中でも、内部アンテナは小型軽量であると言えることから携帯電話など寸法と重量が重要な装置に適したものとなる。
【０００３】
しかし、内部アンテナを携帯電話に利用することは、アンテナ要素の構成にいくつかの制約を生じさせる。特に、携帯無線装置においては、内部アンテナを配置する空間が制限される。このような制約によって、広い動作帯域を提供するアンテナの形態を見出すことが困難になる。比較的低い周波数の無線信号で使用するアンテナでは特にその傾向が強く、その理由は、そのようなアンテナの所望の物理長は比較的高い周波数で動作するアンテナに比べて大きいからである。
【０００４】
比較的低い周波数帯域で動作する１つの具体的な装置は、ＦＭ無線装置である。ＦＭ帯域は、欧州では８８〜１０８ＭＨｚの周波数で規定され、米国では７６〜１１０ＭＨｚで規定される。携帯無線通信装置のケーシング内に取り付けられるループアンテナやモノポールアンテナなどの、従来技術による通常のアンテナ構成では、アンテナは、十分に広い周波数帯域では性能が非常に悪いか、十分な性能を有するのは非常に狭い周波数帯域であるかのいずれかであるため、満足な動作が得られないことになる。
【０００５】
代わりに、携帯無線通信装置用の通常のＦＭアンテナは、通信装置にヘッドフォン線が接続されて提供される。比較的長いヘッドフォン線が接続されたこの構成では、低周波への応用に対しても十分なアンテナ長が可能になる。しかし、外部アンテナが認められない場合、このソリューションは実現可能でないことが明らかである。
【０００６】
いわゆる能動アンテナ装置では、場合によっては、トランジスタなど、ある種の半導体が増幅器段に使用されて受信信号または送信信号を増幅する。しかし、すべての周波数で安定であるようにするために、増幅器はアンテナ側に抵抗負荷が接続される。この負荷は、それはそれで無用な熱雑音を発生するため、増幅器の雑音指数を悪化させる。
【０００７】
もう１つの問題は、ＧＳＭアンテナなどの第２のアンテナがＦＭアンテナとして同じ通信装置内に備えられる場合、この第２のアンテナはＦＭアンテナの動作に干渉する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ＦＭ無線帯域など、比較的低い周波数を有する周波数帯域を通じて、十分な性能で動作する携帯無線通信装置用のアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、抵抗性負荷なしでインピーダンスなどのアンテナ・ラジエータ特性を考慮に入れ、無条件に安定でない、すなわち不安定になる可能性のある増幅器段が使用されうる好都合な特性を有するアンテナ装置を提供すべくこれを実現することに基本としている。このためには、フィルタを随意に組み合わせた増幅器段を慎重に選定する必要がある。
【００１０】
本発明によると、少なくとも第１の動作周波数帯域で無線信号を受信するように適合された携帯無線通信装置用のアンテナ装置が提供され、このアンテナ装置は放射素子、放射素子に接続されたフィルタ段、およびフィルタ段に接続され無線信号用受信機装置に接続可能な増幅器段を備え、アンテナ装置は増幅器段が無条件に安定でない、すなわち不安定になる可能性のあることを特徴とする。
【００１１】
このようなアンテナ装置を備える携帯無線通信装置も提供される。
本発明によるアンテナ装置は、安定した動作を提供する一方で高利得の増幅を行う結果、無線信号用受信機装置には比較的強力で低ノイズのＲＦ信号が到達することになる。
【００１２】
好ましい実施形態において、増幅器段は、放射要素側に抵抗性負荷を欠いており、増幅器段の性能を改善している。
好ましい実施形態において、いわゆるカスコード構成が採用される。この構成では、高利得を有する増幅器段の入出力間で高アイソレーションが達成されるため、増幅器の安定した動作が確保される。そのうえ、入力容量が小さいため広帯域ソリューションが得られる。
【００１３】
好ましい実施形態において、アンテナ装置は、安定性を改善するために抵抗が備えられ、ＧＳＭ／ＣＤＭＡクロストークを低減し、ＦＭ受信品質を損なうことなくＥＳＤの影響を緩和する。
【００１４】
さらに好ましい実施形態は、従属請求項において規定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、例として添付図面を参照して以下に説明される。
以下において、本発明によるアンテナ装置と携帯無線通信装置の好ましい実施形態が詳しく説明される。
【００１６】
以下の説明および特許請求の範囲において、放射要素という表現が使用される。当然のことながら、この表現は無線信号を受信するために配置される導電性要素を含むものである。
【００１７】
まず図１を参照すると、本発明によるアンテナ装置１の一般的な構成が示される。これは、シートメタルや軟質フィルムなど、非共振性導電性材料片の形態の放射要素１０を備える。放射要素１０の寸法の一例は３０ｍｍ×１０ｍｍで、携帯無線通信装置の裏カバーに配置される。放射要素は、給電部分１１を有し、その給電部分１１は動作周波数帯域よりも高い周波数を有する信号を阻止し、動作周波数帯域内の信号を許容するように配置されるフィルタ段２０、すなわち帯域通過フィルタブロックに接続されている。このフィルタ段は、動作周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタとしての機能を果たすことが好ましい。ＦＭ帯域内で動作する場合、通過帯域は、欧州では８８〜１０８MHｚであり、米国では７６〜１１０MHｚである。
【００１８】
フィルタ段２０の１つの機能は、ＥＳＤパルス・スペクトルの主要部分を効果的に阻止するＥＳＤ保護回路としての役割を果たすことである。さらに、フィルタは、電磁妨害（ＥＭＩ）信号による干渉を排除するか、または少なくとも抑制するとともに、可能性として、ＦＭアンテナを優に超える周波数で動作するセルラーＧＳＭアンテナなど、同じ無線通信装置内に備えられる他のアンテナから信号を排除するか、または少なくとも抑制する。
【００１９】
増幅器段３０は、フィルタ段２０の後に配置され、放射要素１０によって受信された信号を増幅する。
アンテナ装置１によって受信され増幅される信号は、ＦＭ受信機回路４０に供給され、この回路はフィリップスセミコンダクタ社（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）によって製造されHVQFN40の名で販売される通常の回路であってもよい。ＦＭ受信機回路はＲＦ入力４１を備え、ＲＦ入力は増幅器３０に接続される。
【００２０】
フィルタ段と増幅器段は、外界からの寄生効果と干渉を最小にするために、放射要素１０の比較的近くに備えられることが好ましい。
図１で表わされる概念の具体例が、図２を参照して以下で説明される。第１のフィルタ段２０は、ここでは、給電部分１１とグランドとの間で並列接続されたインダクタ２１とコンデンサ２２を備える接地ＬＣ回路として実現される。一実施形態において、インダクタ２１のインダクタンスは約４０ｎHで、コンデンサ２２の容量は約６０ｐFである。
【００２１】
インダクタ２１とコンデンサ２２はともに、ＦＭ帯域用の帯域通過フィルタを形成する。ＲＦ信号経路内に接続された直列インダクタの形態の低域通過フィルタ２５は、帯域通過フィルタの後に備えられる。インダクタの好ましいインダクタンス値は、５０〜２００ｍHで、ほぼ１００ｍHであることがさらに好ましい。
【００２２】
増幅器段３０は、ゲートがフィルタ２０に接続され、ソースがグランドに直接接続され、ドレインがＦＭ受信機回路４０の入力４１に接続可能な、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３１を備える。また、トランジスタ３１のドレインと給電電圧Ｖｄｄの間には、負荷抵抗器３２が接続される。
【００２３】
ＦＥＴのゲートとバイアス電圧との間に相互接続された抵抗器、またはＦＥＴのドレインとゲートとの間に接続されたフィードバック抵抗器など、装置の安定性を改善するために増幅器段に通常見られる負荷抵抗器は存在しないことに留意されたい。抵抗性負荷が欠けていることもあって、増幅器段はそれ自体すべての周波数で安定でない。ただし、放射要素と増幅器段とを協調設計することによって、その組合せ、すなわちアンテナ装置はすべての周波数で安定であるように設計されうるが、増幅器段は無条件に安定ではなく、すなわち不安定になる可能性がある。
【００２４】
アンテナ装置１が動作するためには、トランジスタが動作周波数帯域において１ｄB未満の最小雑音指数と１５ｄBを超える利得とを有することが好ましい。さらに、任意のアンテナ構成に対して最大限度の信号受信品質を実現するために、トランジスタは１０Ω未満の雑音抵抗Ｒｎを有することが好ましい。
【００２５】
トランジスタがその入力で負性抵抗を示すとき、放射要素が増幅器段とは異なる共役リアクタンスを示すように増幅器段３０と放射要素１０とを協調設計することによって、アンテナ装置内で自励発振するリスクが排除されるか、または少なくとも最小化される。
【００２６】
フィードバックを最小にしてすべての関連周波数に対する負性抵抗を最小にするために、ＦＥＴ３１のソースとグランドとの間のＬｐで指定される寄生インダクタンスは、最小化されるべきである。これはいくつかの方法で実現されうるもので、その１つが図に示される。ＦＥＴのソースとグランドとの間に複数の接続ピン、好ましくは３つまたはそれ以上の接続ピンを備えることによって、インダクタンス値が減少し、ひいては、自己共振、すなわち不安定性のリスクが低下する。
【００２７】
ＦＥＴ３１のソースが接続されるグランド面は、通常、トランジスタ部品が実装されるプリント基板（ＰＣＢ）の反対側に設けられている。したがって、寄生インダクタンスを低減する１つの方法は、できる限り薄い、好ましくは０．５ｍｍまたはそれよりも薄いＰＣＢにＦＥＴ３１を実装することである。
【００２８】
より厚いＰＣＢの場合、ＦＥＴ３１のソースがトランジスタ部品そのものと同じ側でグランド面に接続されるようにグランド面を設けることもできる。
寄生インダクタンスを低減するさらにもう１つの方法は、トランジスタ部品のピンをできる限り短くすることである。
【００２９】
第２の実施形態の発明の発想の代替的実施形態が、図３を参照して以下に説明される。前述された第１の実施形態と同様に、このアンテナ装置は、第１の実施形態の部品に対応する部品を有するフィルタ段１２０に接続された給電部分１１１を有する放射要素１１０を備える。しかし、この第２の実施形態において、増幅器段はいわゆるカスコード増幅器１３０である。このカスコード増幅器は、ゲートがフィルタ１２０に接続され、ソースがグランドに直接接続され、ドレインが第２の電界効果トランジスタ１３３のソースに接続された電界効果トランジスタ１３１を備える。第２のトランジスタ１３３のゲートは、コンデンサ１３４を介してグランドに接続される。第２のトランジスタ１３３のドレインは、ＦＭ受信機回路４０の入力４１に接続可能である。第２のトランジスタ１３３のドレインと給電電圧Ｖｄｄとの間には、さらに負荷抵抗器１３２が接続される。
【００３０】
本発明によるアンテナ装置の第３の実施形態が、図４を参照して以下に説明される。モノポールアンテナの形態の放射要素２１０には、ＦＭ周波数帯域における信号を許容する帯域通過フィルタ２２０に接続された給電部分２１１が備えられる。前述された実施形態と対照的に、この帯域通過フィルタは接地されていない。帯域通過フィルタ２２０は、ＦＭ受信機回路４０のＲＦ入力４１に接続可能な増幅器段２３０に接続される。増幅器段は、前述された増幅器段３０または１３０のいずれであってもよい。
【００３１】
また、放射要素２１０の給電部分２１１は、第２のフィルタ段２５０に接続される。この第２のフィルタ段は、やはり接地されておらず、ＦＭ周波数帯域における信号を阻止し、携帯電話装置の周波数帯域における信号、たとえばＧＳＭ信号など、このＦＭ周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域における信号を許容するように配置される。第２のフィルタ段は、この第２の周波数帯域の送受信回路、たとえば、ＧＳＭ回路２６０に接続可能である。
【００３２】
したがって、アンテナ装置２０１は、１つの放射要素２１０を使って、ＦＭ周波数帯域と１つまたは複数のＧＳＭ帯域など、２つの相隔たる周波数範囲で動作している。
図１〜４を参照して前述されたように本発明によるアンテナ装置の好ましい位置が、図５を参照して以下に説明され、携帯電話など、携帯無線通信装置３００のケーシングの外形が描かれる。ケーシングはアンテナ装置の位置を分りにくくしないように部分的に破断されて示されており、アンテナ装置は図１〜４を参照して説明された装置のいずれであってもよい。
【００３３】
プリント基板（ＰＣＢ）３１０は、ケーシング内に備えられ、携帯電話で通常見られる回路（図示せず）を有している。また、ＰＣＢにはＦＭ受信機回路４０が実装される。ケーシングの上部には、ＧＳＭシステムなどのセルラー方式無線電話システム用ＲＦ信号を送受信するアンテナ放射要素３２０が備えられてもよい。
【００３４】
また、バッテリパッケージ３３０がケーシング３００の背部に備えられる。このバッテリパッケージは、コネクタ（図示せず）を用いてＰＣＢに接続される。ＦＭアンテナラジエータは裏カバーに配置されることが好ましい。ラジエータは、バッテリを周回する細いストライプを備える。裏カバーが金属製であるとき、その裏カバーがＦＭアンテナラジエータ要素として直接利用されうる。あるいは、ヘッドフォンケーブルがＦＭアンテナラジエータ要素として使用されうる。
【００３５】
図６にはさらに他の実施形態の概略図が示される。この実施形態において、マッチング回路７０が増幅器段３０の出力とＦＭ受信機回路４０との間に備えられる。この回路は、たとえば、より高い利得を実現するために、高い出力増幅器インピーダンスを５０Ωインタフェースに整合するように配置される。また、マッチング回路7０は、周波数帯域全域で利得が等化されるように使用されうる。
【００３６】
図７にはさらに他の実施形態の概略図が示される。この実施形態は図１に示される実施形態に似ており、したがって、放射要素１０、フィルタ段２０、およびＦＭ受信機回路４０に接続された増幅器段３０を備える。ただし、フィルタ段２０の前、すなわち、放射要素１０とフィルタ段の間のいずれかの箇所、またはさらに放射要素のいずれかの箇所に抵抗８０が備えられる。この抵抗は多数の異なる方法で実現されうる。１つのソリューションは、ＲＦ信号に対して増加した抵抗を有するように設計した放射要素を提供することである。これは、比較的高い抵抗を有する材料から放射要素を製造することによって達成されうる。この場合、放射要素が導電性ポリマーなどの比較的廉価な材料で製作されうるので好都合である。あるいは、抵抗は、１つまたは複数の集中抵抗器として、すなわち個別部品、好ましくは表面実装部品として備えられる。
【００３７】
抵抗８０は、好ましくは５Ω〜値≪１０００Ωの値を有し、さらに好ましくは５〜１００Ωの値を有する。
放射要素１０と増幅器段３０（分圧器の機能を果たす）はいずれも１０００Ωなどの高いインピーダンスインタフェースを有するので、アンテナ装置の性能は直列抵抗≪１０００Ωによる影響を実質的に受けない。
【００３８】
本発明によるアンテナ装置の好ましい実施形態を説明した。しかし、これらは発明の発想から逸脱することなく添付の特許請求の範囲内で変更されうることを当業者は認識する。
【００３９】
本発明によるアンテナ装置の形状と寸法は添付の特許請求の範囲で規定された範囲内で変更されうることが分る。したがって、正確なアンテナ構成は、無線通信装置の形状、所望の性能などに対応するように変更されうる。
【００４０】
本発明によるアンテナ装置の前述された実施形態は、ＦＭ周波数帯域における無線信号を受信するように適合されたアンテナ装置として説明されてきた。しかし、約４００〜８００ＭＨｚの周波数範囲におけるディジタル・ビデオ・ブロードキャスティング（ＤＶＢ）信号用など、他の装置も可能である。
【００４１】
携帯無線通信装置用のアンテナ装置は携帯電話での使用に関連して説明されてきたが、発明の発想は他の携帯無線通信装置にも適用可能であり、携帯用ではあるが主に固定されて使用される装置にも適用可能であることは理解されよう。その適用例は、旅行用目覚まし時計、テレビ受像機、またはゲーム機などの小型時計でありうる。さらに、本発明によるアンテナ装置の可能な応用には、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ＭＰ３およびＣＤプレーヤ、ＦＭラジオ受信機、ならびにラップトップコンピュータがある。さらなる応用に、自動車がある。したがって、携帯無線通信装置という表現は広義に解釈されるべきである。
【００４２】
ＦＥＴは、好ましいトランジスタタイプであるとして説明されてきた。当然ながら、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）など、他のタイプのトランジスタも同様に使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＦＭ受信機回路に接続された本発明によるアンテナ装置を示す概略図である。
【図２】本発明によるアンテナ装置の第１の実施形態をさらに詳しく示す図である。
【図３】本発明によるアンテナ装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明によるアンテナ装置の第３の実施形態を示す図である。
【図５】携帯無線通信装置に実装された本発明によるアンテナ装置の斜視部分破断図である。
【図６】アンテナ装置とＦＭ受信機回路との間にマッチング回路を使用することを示す概略図である。
【図７】アンテナ装置内の抵抗を増加することを示す概略図である。
【図１】
2010507968.tif 000003
【図２】
2010507968.tif 000004
【図３】
2010507968.tif 000005
【図４】
2010507968.tif 000006
【図５】
2010507968.tif 000007
【図６】
2010507968.tif 000008
【図７】
2010507968.tif 000009
【国際調査報告】
2010507968.tif 000010
2010507968.tif 000011
2010507968.tif 000012