(57)【要約】ＨＦ又はマイクロ波周波数（ＰＩＦＡ）に対する小型平面マルチバンドアンテナを開示する。このアンテナは、適用用途における接地電位を定義する金属面（４）により動作する。動作の原理は、少なくとも二つの構造（１１、２１）に基づいており、斯かる構造（１１、２１）は互いに実質上非依存関係にあり、異なる周波数範囲の放射を広い範囲に渡って行う。構造（１１、２１）を一つ以上の誘電構造（１、２）上に配置し、誘電構造（１、２）を適用用途における接地電位と高周波供給部との両方に接続する。共振結合又は容量結合可能な他の導電構造（６）により、別の周波数帯域を追加することが可能となる。従って、金属構造（１１、２１）の特別な設計により、従来のＰＩＦＡより出力容量（帯域幅）を高めること、又は、サイズが小さくとも出力容量を同じにすることが可能となる。
2006517370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の金属構造を有する平面マルチバンドアンテナであって、前記金属構造の各々は共振的に励振させられ得るものであり、前記金属構造が実質的に相互作用を及ぼすことなく動作するように各々が離間させられていることを特徴とする平面マルチバンドアンテナ。
【請求項２】
前記金属構造の少なくとも一つは、接地電位を構成する金属面の上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記金属構造は、共通のベース上で互いに隣接するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記金属構造の少なくとも一つは、基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記基板は、誘電率εｒ＞１及び／又は真空の誘電率μｒ＞１を有することを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記金属構造の少なくとも一つは、第１端子を介して接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
放射されるべき電磁エネルギーを前記アンテナに供給するため、又は、受け取った電磁エネルギーを解放するために、前記金属構造の少なくとも一つは、第２端子を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
少なくとも一つの他の共振周波数を生成する少なくとも一つのライン素子を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記ライン素子は、前記接地電位若しくは高周波ラインと共振結合若しくは静電結合され、又は、開放されていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアンテナを備えている通信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二つの周波数帯において動作可能な高周波域又はマイクロ波域に対する平面マルチバンドアンテナ（ＰＩＦＡ−平面逆Ｆアンテナ）に関する。また、本発明は、上記タイプの平面アンテナを備える通信デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にモバイル通信機器を使用する際、情報の伝達には高周波域又はマイクロ波域の電磁波を使用するのが一般的である。それぞれが十分に大きい帯域幅を有する幾つかの周波数帯で動作可能な、上記電波を送受信するように設計されたアンテナに対する需要が高まっている。
【０００３】
携帯電話の規格では、上記周波数帯は例えば、８８０ＭＨｚと９６０ＭＨｚとの間（ＧＳＭ９００）、１７１０ＭＨｚと１８８０ＭＨｚとの間（ＧＳＭ又はＤＣＳ１８００）、及び、１８５０ＭＨｚと１９９０ＭＨｚとの間（ＧＳＭ１９００又はＰＣＳ）に固定されている。また、特にＣＤＭＡ広帯域（１９２０ＭＨｚから１９８０ＭＨｚ、及び、２１１０ＭＨｚから２１７０ＭＨｚ）を含むＵＭＴＳ帯域（１８８０ＭＨｚから２２００ＭＨｚ）、１８８０ＭＨｚから１９００ＭＨｚの周波数帯の無線電話向けのＤＥＣＴ規格、２４００ＭＨｚから２４８３．５ＭＨｚの周波数帯のブルートゥース規格もあり、ブルートゥース規格は、例えば携帯電話、コンピュータ、コンピュータゲーム機器等の多様な電子デバイス同士のデータ交換に用いられている。
【０００４】
少なくともある時間遷移の間に、ＧＳＭ周波数帯域及びＵＭＴＳ周波数帯域の両帯域において携帯電話を操作できることが特に望ましい。
【０００５】
通信機器は情報伝達以外にも、例えば周知のＧＰＳ周波数帯域での衛星ナビゲーション等、多様な他の機能及び用途に対しても使用されるが、その際にはアンテナが動作可能でなければならない。
【０００６】
上記及びその他の機能を携帯電話に盛り込むことがより一般的になり、可能な限り機器を小型化する努力が行われている現在において、利用可能な空間を十分に確保しなければならないという問題もあり、このことはアンテナを可能な限りコンパクトにしなければならないことを意味している。
【０００７】
欧州特許ＥＰ１０９６６０２号明細書（特許文献１）は、平面デュアルバンドマイクロ波アンテナを開示しており、このアンテナには接地面上に配置した平面導電面に矩形のスロットが設けられている。導電面はこのスロットにより異なった長さの二つの表面エリアに分割され、その各々はわずかに異なる共振周波数で励振可能である。上記アンテナは、これに垂直であってその導電面の片側に、接地面に向かう方向に延在する導電性の平面突出部を有し、斯かる突出部により、特に、より高い共振周波数の帯域幅を広げることができる。一方、より低い共振周波数の帯域幅は、基本的に変わらない。
【特許文献１】欧州特許ＥＰ１０９６６０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記及び他の平面デュアルバンドアンテナは、スロットにより分割された導電面の領域同士の相互作用のレベルが高いために、周波数帯域の少なくとも一つが必要な帯域幅を有さないという不具合を有することが多々ある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明の目的は、特定の用途に対して十分な帯域幅を有する、少なくとも二つの周波数帯域においてマルチバンドアンテナとして操作可能な、上述のタイプの平面アンテナを提案することである。
【００１０】
特に、上述の周波数帯のうち、一つがＧＳＭ９００帯である少なくとも二つの周波数帯域において、十分に大きい帯域幅を有する平面アンテナを提供することが必要である。
【００１１】
最後に、上述の周波数帯のうち少なくとも二つの周波数帯において動作可能であると共に、比較的寸法が小さい又はアンテナ体積を減少した平面アンテナを提供することが必要である。
【００１２】
この目的は、請求項１に記載の、少なくとも第１及び第２の金属構造を有する平面マルチバンドアンテナにより達成することができる。その構造の各々は、共振により励振可能であるが、少なくとも実質的にいかなる相互作用も生じることなく動作することができるように離間させる。
【００１３】
この解決策の特有の利点は、斯かる金属構造を幾つか組み合わせることにより、従来の技術より周知のシステムと比べて、共振周波数で特に大きな帯域幅を有するマルチバンドアンテナ、又は、より低い帯域幅の場合にはより小さい寸法を有するマルチバンドアンテナを製造する、非常に柔軟性のある方法を提供できることである。
【００１４】
従属請求項は、本発明の有利な実施の形態を特徴付けている。
【００１５】
請求項４及び５において定義する実施の形態からは、特に小さい寸法のアンテナを得ることができる。
【００１６】
請求項２、６及び７は、アンテナの放射特性及び有効性のレベルに関する利点を提供する実施の形態を特徴付ける。
【００１７】
請求項３において特徴付ける実施の形態は、製造が特に容易である。
【００１８】
請求項８及び９において定義する実施の形態では、追加的な共振周波数を発生させることができる。
【００１９】
添付の図面が参照される以下の好適な実施の形態の記載から、本発明のその他の詳細、特徴及び利点が明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２は、本発明が提案する平面マルチバンドマイクロ波アンテナを異なる角度から見た図である。アンテナは、第１基板１及び第２基板２を備え、合成材料又はプラスチックからなる共通のベース３上にこれらの基板を搭載する。導電性の金属面４上にスペーサ（図示せず）によりこのベース３を金属面４から一定の距離を置いて取り付ける。面４は基準電位又は接地電位を構成すると共に、ボード５の（金属）面であり得るが、例えばその上には他の要素が取り付けられ、本例ではその中でもバッテリボックス５１を図示している。
【００２１】
二つの基板１、２の各々は略矩形のブロックの形状をなし、その長さ又は幅はその高さの約３倍乃至４０倍の大きさである。従って、以下の記載では、図面中各基板１、２の（大きい）上面を主上面、その反対側の面を主底面とし、それらに垂直な面を基板１、２の側面とする。
【００２２】
但し、基板１、２は矩形でなくとも、目的とする用途及び使用可能な空間の大きさに応じて、他の形状、例えば円形、三角形又は多角形の筒型体等にしてもよく、第１及び第２の基板１、２の形状が異なっていてもよい。また、基板１、２は、例えば材料及び重量を抑制するために空洞又は凹部を含むようにしてもよい。
【００２３】
二つの基板１、２は、セラミック材料及び／又は高周波の用途に対して適切な一つ以上の合成材料により、若しくは、ポリママトリックス内にセラミック粉末を埋め込むことにより、製造してもよい。又は、純粋なポリマ基板を使用してもよい。材料は可能な限り損失を少なくし、高周波特性は低い温度依存性を有していなければならない（ＮＰＯ又はいわゆるＳＬ材料）。
【００２４】
アンテナの大きさをさらに小さくするために、基板１、２は誘電率εｒ＞１及び／又は真空の誘電率μｒ＞１を有することが好ましい。但し、誘電率及び／又は真空の誘電率が高いか又は上昇する状況では、基板における達成可能な帯域幅が減少することに留意すべきである。第１及び第２の基板１、２は互いに、上記の率に関して異なっていてもよい。
【００２５】
二つの基板１、２の主上面は、例えば銀、銅、金、アルミニウム又は超電導材料等の高導電性の材料により製造した金属構造１１、２１を有し、その各々は共振面１１、２１をなす。
【００２６】
アンテナは少なくとも二つの電気端子を有する。斯かる端子の少なくとも一つは接地電位に接続し、少なくとも一つの他の端子は高周波供給部に接続する。特に、金属構造のうちの一つのみを高周波供給部に接続する場合には、供給を受ける金属構造によって他の金属構造を励振させるように離間の寸法を選択する。
【００２７】
第１の実施の形態では、二つの金属構造１１、２１は第１端子４１を介して接地電位、具体的には金属面４に接続する。図１及び図２に示す例の第１端子４１は、基板１、２の間の金属面４から略垂直方向上方に延在する第１のライン部と、二つの基板１、２の間の中央でそれらに対して垂直に延在する第２のライン部と、二つの基板１、２に垂直な第２のライン部の終端から延在する第３のライン部とを備え、この地点でそれらの側面は上方に延在し、金属構造１１、１２と接触する。
【００２８】
放射される電磁エネルギーをアンテナに供給すると共に、受け付けた電磁エネルギーを解放するための手段として、第２端子１２を設ける。図１に示すように、この第２端子はボード５上に取り付けたピン１２の形態を有する（金属面４から絶縁されている）。ピン１２は、第１基板１と同距離までベース３を通って延在する。ピン１２は、図１及び図２に示すように、基板の側面に配置した細片１２１を介して金属面１１と接触するか、又は、ピン１２の終端に接触パッドを設けることにより容量結合される。
【００２９】
第２端子１２は、第２基板２上に配置してもよい。
【００３０】
このアンテナの共振周波数の位置は、基本的に金属構造１１、１２の大きさにより決定され、二つの構造のうちの大きい方は、小さい表面積を有する構造より低い周波数範囲で動作する。但し、共振周波数の位置は、二つの端子４１、１２のそれぞれの全長によっても、基板１、２における上記二つの端子の終端又は連結点の位置によっても決まる。
【００３１】
このタイプのアンテナは、例えば以下の寸法を有する。
【００３２】
第１基板１は、長さ（バッテリボックス５１に向かう方向）２３ｍｍ、幅１０ｍｍを有し、第２基板は、長さ２３ｍｍ、幅２０ｍｍを有する。基板１、２の離間距離は５ｍｍであり、基板１、２は厚さ２ｍｍを有する。一方、プラスチックベース３の厚さは１ｍｍであり、金属面４からの距離は３ｍｍである。従って、金属面４と基板１、２の主底面との距離は４ｍｍである。最後に、二つの基板１、２は、バッテリボックス５１から２ｍｍの距離に位置する。第１端子４１の第２のライン部は、（図１及び図２に示すように）二つの基板１、２の間の中央部に約５ｍｍの長さに渡って延在し、第２端子１２は、第１端子４１に隣接して第１基板１の角部においてその下に位置する。当然のことながら、上記寸法及び位置の総ては、アンテナの特性を反映するよう、所望の通りに変更することができる。
【００３３】
図３は、図１及び図２に示すアンテナの周波数（ＭＨｚ）の関数として測定した反射パラメタＳ１１（ｄＢ）を示す。約９３０ＭＨｚと約１８００ＭＨｚとにおいて、二つの共振周波数が存在することが明確に見て取れる。必要に応じて、この共振周波数のより高い高調波を使用することができる。
【００３４】
一つ以上のラインの形態のライン素子及び／又は導電面によって他の共振周波数を生成してもよい。これらのライン素子を第２端子１２と接地電位との両方に接続すると共に、第２端子１２と高周波ラインとに接続してもよく、それらはそれぞれ共振結合又は静電結合によるものであってよい。但し、ライン素子は接続しなくてもよく、その場合、ライン素子は純粋に受動的なものとなる。
【００３５】
図４に示す本発明の第２の実施の形態により、この例を説明する。図１及び図２のアンテナと同一か又はそれらに対応する部分及び要素については、図１及び図２において使用したものと同じ参照番号を用いて示し、それらに関する説明は省略する。
【００３６】
アンテナは、ベース３の底面及び第２基板の下に、共振ラインの形態で第２基板２の片側に沿って延在するライン素子６を有しており、このライン素子６は、第１端子４１を介して接地電位、即ち、金属面４に接続される。このライン素子６の経路及び長さもまた、結果として生じる（第３の）共振周波数の位置を決定する。
【００３７】
図５は、図４に示すアンテナに対する周波数（ＭＨｚ）の関数として反射パラメータＳ１１（ｄＢ）を示す図である。この第２の実施の形態では、三つの共振周波数を生成することができ、それらの共振周波数は約９３０ＭＨｚ（ＧＳＭ９００）、約１８００ＭＨｚ（ＤＣＳ１８００及びＰＣＳ１９０）、約２１５０ＭＨｚ（ＣＤＭＡ広帯幅）にある。その各々は比較的大きい帯域幅を有しており、これらの周波数においてアンテナを十分に使用することができる。
【００３８】
斯かるライン素子６を他にも設ける場合には、金属面４に対向するベース３の底面に設け、別の共振周波数を生成できることが好ましい。
【００３９】
図１及び図２、又は、図４に示す実施の形態と対比として、両（又は全）金属構造１１、１２に共通の基板を用いてもよいが、この場合、この基板上の金属構造１１、１２が少なくとも実質的な電気的相互作用を及ぼすことなく動作できる距離を有するように、構造１１、１２を離間させる。
【００４０】
故に、金属構造１１、１２及び導電素子６を特別なレイアウトにすることにより、従来のＰＩＦＡより出力容量（帯域幅）を高める、又は（適度に高い誘電率及び／又は真空の誘電率を有する基板を用いる場合）サイズは小さくても、出力容量を同じにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態の概略図。
【図２】第１の実施の形態を示す別の概略図。
【図３】図１及び図２に示すアンテナの共振スペクトルを示す図。
【図４】第２の実施の形態の概略図。
【図５】図４に示すアンテナの共振スペクトルを示す図。
【図１】
2006517370.tif 000003
【図２】
2006517370.tif 000004
【図３】
2006517370.tif 000005
【図４】
2006517370.tif 000006
【図５】
2006517370.tif 000007
【国際調査報告】
2006517370.tif 000008
2006517370.tif 000009
2006517370.tif 000010