(57)【要約】  より低域、および高域の周波数帯域をサポートする折り返しモノポールアンテナ（２００）は、ＣＤＭＡ、ＷＬＡＮまたはその他の無線通信システム中で使用されてよい。折り返しモノポールアンテナは、垂直のグランド面（２２０）の隣のハンドセットに配置されてもよい。折り返しモノポールアンテナは少なくとも２回折り返され、リアクタンスを通してグランド面（２２０）に接続されてもよい。折り返しモノポールアンテナの異なる部分の寸法は、より低域および高域の周波数帯域特性を規定し、給電点（３００）のオフセットの配置は周波数帯域の帯域幅に影響を与える。アンテナとグランド面との間のリアクタンス（図４Ｂの３０５）は、周波数帯域を微調整するために選択可能である。共面導波管を含めた様々な給電点が用いられる。アンテナを様々な環境に適合させるために、給電点およびグランド線に動的な調整可能リアクタンスが使用される。
2006528465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第１共振周波数を実質的に規定する第１寸法を有する第１平面部分と、
前記第１平面部分と実質的に平行な第２平面部分であって、前記第１および第２平面部分が、本折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２共振周波数を実質的に規定するために組み合わされる第１および第２寸法を有する第２平面部分と、
前記第１平面部分を前記第２平面部分と接続する第３部分と、
第１位置で前記第１平面部分に接続され、本折り返しモノポールアンテナおよび外部装置に、またはそれらから無線周波数（ＲＦ）信号を給電するように適合された給電点であって、前記第１位置と前記第１平面部分の中心線との距離が前記第１共振周波数での第１帯域幅の一因となる給電点と、
前記第２平面部分とグランド面を前記第２平面部分の第２位置で接続するように適合されたリアクタンスであって、前記第１および第２平面部分の中心線からの、前記第１および第２位置間の距離が、本折り返しモノポールによってサポートされる前記第２共振周波数での第２帯域幅の一因となるリアクタンスと
を含むことを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
【請求項２】
前記リアクタンスは、前記第２共振周波数を微調整するために短絡と開放との間で、およびそれらを含めた範囲で選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項３】
前記リアクタンスは、本折り返しモノポールアンテナの作動中に選択可能であることを特徴とする請求項２に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項４】
前記リアクタンスは、前記第２平面部分と前記グランド面の間で分配される複数のリアクタンスを含むことを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項５】
少なくとも１つの選択可能な位置で、前記第２平面部分と前記グランド面とを接続するための複数のスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項６】
前記給電点は、前記第１平面部分上に分配される複数の給電点の中にあることを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項７】
前記給電点をイネーブルするための各スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項８】
前記給電点は、入力マッチングのためのリアクタンスを含むことを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項９】
前記給電点は共面導波管であることを特徴とする請求項１のモノポールアンテナ。
【請求項１０】
前記共面導波管の放射抵抗を変えるために調節可能に構成された前記共面導波管に付随する機構をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項１１】
前記第１帯域幅が９００ＭＨｚを含み、前記第２帯域幅が１．８５ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項１２】
前記第１帯域幅が２．４ＧＨｚを含み、前記第２帯域幅が５．２ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項１３】
ハンドヘルド型の通信装置で使用されることを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項１４】
無線ローカルエリアネットワーク装置で使用されることを特徴とする請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナ。
【請求項１５】
無線周波数（ＲＦ）信号を、折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第１共振周波数を実質的に規定する第１寸法を有する第１平面部分に結合させるステップと、
前記ＲＦ信号を、前記第１平面部分と実質的に平行な第２平面部分に結合させるステップであって、前記第１および第２平面部分が、前記折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２共振周波数を実質的に規定するために組み合わされる第１および第２寸法を有するステップと、
第１位置で、前記折り返しモノポールアンテナと外部装置の間で前記ＲＦ信号を送信または受信するステップであって、前記第１位置と前記第１平面部分の中心線との距離が前記第１共振周波数での第１帯域幅の一因となるステップと、
前記第２平面部分の第２位置で、リアクタンスを経由して前記ＲＦ信号をグランド面に接続するステップであって、前記第１および第２平面部分の中心線からの、前記第１および第２位置間の距離が、前記折り返しモノポールアンテナによってサポートされる前記第２共振周波数での第２帯域幅の一因となるステップと
を含むことを特徴とする折り返しモノポールアンテナの作動方法。
【請求項１６】
前記接続するステップは、前記第２共振周波数を微調整するために短絡および開放との間で、およびそれらを含めた範囲でリアクタンスを選択するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記選択するステップは、前記折り返しモノポールアンテナの作動中に前記リアクタンスを選択することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２平面部分と前記グランド面の間で分配される複数のリアクタンスを使用可能にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの選択可能な位置で、前記第２平面部分と前記グランド面とを接続するために複数のリアクタンスに結合した複数のスイッチを作動させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記送信または受信するステップは、前記第１平面部分上に分配される複数の給電点の中で１つの給電点を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の給電点のうちの少なくとも１つをイネーブルするために前記複数の給電点に結合した各スイッチを作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記送信または受信するステップは、入力マッチングのために給電点のリアクタンスを調整することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記送信または受信するステップは、共面導波管を経由して前記ＲＦ信号を前記第１平面部分に送信することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記共面導波管の放射抵抗をユーザが変えることができるようにするために、前記共面導波管の調整を容易にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１帯域幅が９００ＭＨｚを含み、前記第２帯域幅が１．８５ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１帯域幅が２．４ＧＨｚを含み、前記第２帯域幅が５．２ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
ハンドヘルド型の通信装置で使用されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
無線ローカルエリアネットワークで使用されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
本折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第１共振周波数を実質的に規定する第１手段と、
前記第１手段と実質的に平行な第２手段であって、前記第１および第２手段が、本折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２共振周波数を実質的に規定するために組み合わされる第１および第２寸法を有する第２手段と、
前記第１平面部分と前記第２平面部分を結合させる第３手段と、
前記第１手段の第１位置で、本モノポールアンテナおよび外部装置に、またはそれらから無線周波数（ＲＦ）信号を給電するための入力手段であって、前記第１位置と第１手段の中心線との距離が前記第１共振周波数での第１帯域幅の一因となる入力手段と、
前記第２手段の第２位置で前記第２平面部分とグランド面を接続するためのリアクタンス手段であって、前記第１および第２手段の中心線からの、前記第１および第２位置間の距離が、前記第２共振周波数での本折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２帯域幅の一因となるリアクタンス手段と
を含むことを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
【請求項３０】
折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第１共振周波数を実質的に規定する第１寸法を有する第１平面部分を形成するステップと、
前記第１平面部分と実質的に平行な第２平面部分を形成するステップであって、前記第１および第２平面部分が、前記折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２共振周波数を実質的に規定するために組み合わされる第１および第２寸法を有する第２平面部分を形成するステップと、
前記第１平面部分と前記第２平面部分を接続する第３部分を形成するステップと、
第１位置で前記第１平面部分に接続され、前記折り返しモノポールアンテナおよび外部装置に、またはそれらから無線周波数（ＲＦ）を給電するように適合された給電点を形成するステップであって、前記第１位置と前記第１平面部分の中心線との距離が前記第１共振周波数での第１帯域幅の一因となる給電点を形成するステップと、
前記第２平面部分の第２位置で前記第２平面部分と第２グランド面を接続するように適合された前記第２平面部分へリアクタンスを加えるステップであって、前記第１および第２平面部分の中心線からの、前記第１および第２位置間の距離が、前記折り返しモノポールによってサポートされる前記第２共振周波数での第２帯域幅の一因となるリアクタンスを加えるステップと
を含むことを特徴とする折り返しモノポールアンテナの製造方法。
【請求項３１】
前記リアクタンスを加えるステップは、前記第２共振周波数を微調整するために短絡および開放との間で、およびそれらを含めた範囲で選択可能なリアクタンスを加えることを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記折り返しモノポールアンテナの作動中に前記リアクタンスを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記リアクタンスを加えるステップは、前記第２平面部分と前記グランド面との間に分配される複数のリアクタンスを加えることを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１つの選択可能な位置で、前記第２平面部分と前記グランド面とを接続するために複数のスイッチを統合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記給電点を形成するステップは、前記第１平面部分上に分配される複数の給電点を形成することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の給電点のうちの少なくとも１つをイネーブルする複数のスイッチを接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記給電点を形成するステップは、リアクタンスを入力マッチングのために前記給電点に結合させることを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記給電点を形成するステップは、共面導波管を形成することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
機構を、前記共面導波管の放射抵抗を変えるように調節可能に構成された前記共面導波管に付随させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１帯域幅が９００ＭＨｚを含み、前記第２帯域幅が１．８５ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１帯域幅が２．４ＧＨｚを含み、前記第２帯域幅が５．２ＧＨｚを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記折り返しモノポールアンテナは、ハンドヘルド型の通信装置で使用されるように適合されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
前記折り返しモノポールアンテナは、無線ローカルエリアネットワーク装置で使用されるように適合されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線アプリケーションのための多重帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００３年７月２１日に出願した米国仮出願６０／４８９，１４９の利益を主張するものである。上述の出願の全ての教示は本明細書に援用される。
【０００３】
図１の通信システム１００のような符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）通信システムは、基地局１１０と、携帯電話１３０、携帯情報端末（ＰＤＡ）１４０または携帯電話モデムを備えた携帯コンピュータ（ＰＣ）１３５などの１つまたは複数の、移動式または携帯可能な加入者装置との間の無線通信を提供する。基地局は典型的に、ゲートウェイ（不図示）を経由してインターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）１１５に接続された地上の公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１１２に相互接続されたコンピュータ制御の送受信機のセットである。
【０００４】
基地局は、順方向リンク無線周波数信号１５０ａを移動式加入者装置に送信するためと、各移動式加入者装置から送信された逆方向リンク無線周波数信号１５０ｂを受信するためのアンテナ装置１０５をさらに含む。各移動式加入者装置もまた、順方向リンク信号の受信と逆方向リンク信号の送信のためのアンテナ装置を含む。類似の通信技術は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）１１７の中に見られ、そこでネットワークルータ１２０は無線アクセスポイント１２５をＷＡＮ１１５に接続する。ＣＤＭＡシステムまたはＷＬＡＮシステムのいずれかで、複数の移動式加入者装置が中心の等しい周波数上で信号の送信および受信を行う場合があるが、個々の加入者装置に送信される信号および、そこから受信した信号を固有の変調符号が識別する。
【０００５】
ＣＤＭＡに加えて、基地局と１つまたは複数の、移動式または携帯可能な装置との間の通信に用いられるその他の無線アクセス技術は、ＷＬＡＮ１１７の中で選択的に使用されている、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１１規格で説明されている技術、および当業界によって開発された無線Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格を含む。このような無線通信技術の全ては、受信と送信の両方の場所でアンテナの使用を必要とする。任意の無線通信システムでアンテナ利得を増大させることに有益な効果があることは、当分野の専門家には周知のことである。
【０００６】
移動式加入者装置での送信および受信信号のための共通のアンテナは、モノポールアンテナ（または全方向性の放射パターンを有する任意のその他のアンテナ）である。モノポールアンテナは、単一のワイヤまたは加入者装置内の送受信機に接続されたアンテナエレメントから構成される。加入者装置からの送信のためのアナログまたはデジタル情報は送受信機に入力され、ＣＤＭＡシステムの場合、そこでその加入者装置に割り当てられる変調符号を使用して、ある周波数での搬送信号に変調される。変調された搬送信号は、加入者装置アンテナから基地局へ送信される。加入者装置アンテナによって受信された順方向リンク信号は、送受信機によって復調され、加入者装置内の処理回路に供給される。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，６００，４５６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の原理によれば、折り返しモノポールアンテナは３つの平面部分を含む。第１平面部分は、折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第１共振周波数を実質的に規定する第１寸法を有する。１つの実施形態で、第１寸法は最上部にある。第２平面部分は、実質的に第１平面部分と平行である。第１および第２平面部分は、折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２共振周波数を実質的に規定する第１および第２寸法をそれぞれが有している。第３部分は第１平面部分を第２平面部分に接続する。第１、第２および第３部分を作成するために、金属シートが９０度の角度で二回折り返されてもよい。給電点（input feed）は、第１位置で第１平面部分に接続されてもよく、折り返しモノポールアンテナおよび送受信機などの外部装置に、またはそこから無線周波数（ＲＦ）信号を給電するように適合されてもよい。第１位置と第１平面部分の中心線との距離（すなわち中心からのずれ）が、第１共振周波数での第１帯域幅の一因となる。例えば、給電点が中心線にある場合は、給電点が中心線からずっと離れている場合よりも、帯域幅は狭くなる。リアクタンスは、第２平面部分の第２位置で、第２平面部分とグランド面とを接続するように適合される。第１および第２平面部分の中心線からの第１の位置と第２の位置との距離（すなわち中心からのずれ）が、第２共振周波数での折り返しモノポールアンテナによってサポートされる第２帯域幅の一因となる。
【０００９】
折り返しモノポールアンテナでは様々な実施形態が可能である。例えば、リアクタンスは第２共振周波数を微調整するために、短絡と開放との間で、およびそれらを含めた範囲で選択可能であってよい。リアクタンスは、折り返しモノポールアンテナの作動中、選択可能であってよい。リアクタンスはまた、第２平面部分とグランド面との間で分配される複数のリアクタンスを含んでもよい。複数のリアクタンスの場合、少なくとも１つの選択可能な位置で、第２平面部分とグランド面とを選択的に接続するのに複数のスイッチの各々が使用されてもよい。
【００１０】
この給電点は第１平面部分の上に分配された複数の給電点の中のものであってよい。複数の給電点である場合、折り返しモノポールアンテナは給電点をイネーブルする各々のスイッチを含んでよい。給電点はまた、作動前、またはその最中に、任意に調節可能な入力マッチングのためのリアクタンス（すなわち虚数部分）を含んでもよい。給電点は共面導波管（co-planar waveguide）であってもよい。この機構は、入力インピーダンスのマッチングのために共面導波管の放射抵抗（すなわち実数部分）を変えるように共面導波管を調節可能に構成する機構が共面導波管に付随してもよい。
【００１１】
第１帯域幅は９００ＭＨｚを含んでよく、第２帯域幅は１．８５ＧＨｚを含んでもよい。別の実施形態で、第１帯域幅は２．４ＧＨｚを含んでよく、第２帯域幅は５．２ＧＨｚを含んでもよい。
【００１２】
折り返しモノポールアンテナは、ワイドエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）での使用のために、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）およびラップトップのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含めたハンドヘルド型、すなわち携帯型の無線通信装置で使用されてもよい。
【００１３】
対応する方法および製造方法もまた、本発明の原理の範囲内にある。
【００１４】
本発明の前述およびその他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面で示すように、以下の本発明の推奨実施形態のより詳細な説明より明らかとなるであろう。異なる図を通して、同じ参照符号は同じ部品を指す。図面は必ずしも縮尺に従っておらず、本発明の原理の説明に際しては強調的な表示が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の推奨実施形態を示す。
【００１６】
無線ハンドセット業界は、同業界のアプリケーションに適合するようにアンテナを最適化する方法を常に追求している。共通の問題は、消費者に訴える小型の構造にアンテナをいかに適合させるかということである。使用可能なサイズと空間形状が非常に限定されることがしばしばある。その他の問題として、特定のスペクトルの持ち主に対して利用可能な周波数帯域が断片化し、アンテナはこれらの周波数で、単一または複数で機能しなければならないということがある。性能向上の可能性を提供するために、アンテナは多様性（diversity）、選択性（selectivity）、精密性（smartness）を実現することが可能でなければならない。
【００１７】
本発明の１つの実施形態の出発点として選んだのはモノポールであるが、本明細書で説明する技術は、本発明の別の実施形態の中で、ダイポールまたはループにも適用可能である。電気的に小規模のアンテナを支配する根本的な物理原則を満たすために、最終的な製品はその出発点に関わらず本質的に同じものである。
【００１８】
上記の基準に従って、アンテナの設計、製造および使用に様々な技術が使用される。例えば、以下の技術が適用可能である。
【００１９】
電気的に小規模のアンテナは、極めて低い、または高い極値に達する放射抵抗を有する。モノポールの場合、極値は低い。それを増大させる技術は、折り返しのなされる対応物（counterpart）、すなわち折り返しモノポール構造を有することである。
【００２０】
より広い帯域幅をサポートするために、アンテナの幅は広げられる。
【００２１】
電気的に小規模のアンテナの最大の利得または帯域幅を達成するために、折り返し構造およびその幅が利用可能な空間を満たしてもよい。
【００２２】
ハンドセットについて、その物理的表面および空間はアンテナに割り当てられたものより数倍大きくてよい。このより大きな表面または容積はアンテナのグランドとして利用可能である。そのようにするとアンテナ系／システムはより大きくなるか、またはもはや電気的に小規模ではなくなることもあり、放射効率または利得帯域幅の結果は改善される。
【００２３】
給電エリアで、給電点をアンテナ内部に設置するために共面導波管が使用されてもよい。これによって、最適な放射中心に給電点が設置され、入力インピーダンスが所望の値に調整される。
【００２４】
リアクタンスは、二重帯域（dual band）および多重帯域（multiple bands）のために入力インピーダンスをさらに調整するために、給電回線に沿って加えられてもよい。
【００２５】
リアクタンスは折り返しモノポールのグランド部分に加えられてもよい。このことには、アンテナの実効長を変える効果があり、例えば誘導結合では長さが加わり、静電結合では長さが短くなる。実効長は共振周波数または周波数を直接支配する。
【００２６】
アンテナ幅の中間点で給電を中心に置く。これによって、アンテナの基本共振で広い共振が与えられ、また第２高調波で広い共振が与えられる。
【００２７】
アンテナ幅に沿ってエッジに向かって給電を置くことで、第２周波数に対する基本周波数の比率が変わる。これによって複数の周波数のカスタマイズが可能になる。
【００２８】
ハンドセットの別の部分の中に伸びているアンテナのグランド部分は、十分な大きさであるのが好ましい。十分な大きさとは、基本共振をサポートするのに必要とされるものより大きなサイズのことである。それが大きければ、アンテナの共振周波数は、ユーザがハンドセットに触れている、または持っている場合などの外的要因に対して過敏でなくなる。不必要な周波数シフトは、アンテナの有用性を決定する主な要因となる。
【００２９】
１つの実施形態で、設計が適切に寸法取りされた場合、以下の結果をもたらす。すなわち、２つの低帯域および２つの高帯域を生じさせる。２つの低帯域は合わせて１５％の帯域を占め、２つの高帯域は５％の帯域を占める。高帯域は低帯域より２．４倍高い。このことは、高帯域は低帯域の真の第２高調波ではないという事実を示している。周波数の偏りは、給電点が配置されるモノポールの部分の中心線（すなわち幅の中心）からの給電点の偏りの結果である。給電が端の方に偏っていない別の試作では、周波数率はもっと２：１に近い。帯域幅は、利得帯域幅よりもむしろ入力インピーダンス帯域幅によって定義される。帯域内領域とは、入力インピーダンスが−６ｄＢのミスマッチよりもよい領域のことである。インピーダンス帯域幅は、ビームが広く、その規定が難しいことから使用される。
【００３０】
上で概説した技術は、高性能なアンテナ実装に相応しい、多様な型を作り出すのに用いられる。サイズがコンパクトであることから、本発明の１つの実施形態に記載の折り返しモノポールアンテナは加入者装置での使用に理想的に適合する。
【００３１】
図２Ａから２Ｃは、本発明の原理に従った折り返しモノポールアンテナ（本明細書では「モノポール」とも言う）および上記の概念を用いた応用例である。
【００３２】
図２Ａは、本発明の原理に従った折り返しモノポールアンテナ２００の実施形態が用いられている携帯電話１３０の機械図である。携帯電話は、折り返しモノポールアンテナ２００に加えて、指向性アンテナ２０５を含む。グランド面２２０は、指向性アンテナ２０５との使用のために適合され、それに接続するために、携帯電話１３０の長さを折り返しモノポールアンテナ２００まで伸ばす。
【００３３】
指向性アンテナは、その全教示を本明細書に援用する特許文献１で説明されているような動的な方法で制御される、一対の受動アンテナエレメント２１５によって囲まれている能動アンテナエレメント２１０を含む。指向性アンテナ２０５は、周波数帯域がはっきりとわかる場合に使用される。周波数帯域がはっきりわからない場合、例えば異なるサービスプロバイダが「分割された（segmented）」周波数（すなわち送信と受信）を有する場合や、または二重使用が望まれている場合などはモノポール２００が使用される。例えば、二重使用とは、従来の携帯電話帯域（例えば９００ＭＨｚ）と非従来型のＰＣＳ帯域（すなわち１．８５ＧＨｚ）との使用を含む。その他の例として、ＩＥＥＥ８０２．１１（ｂ）または（ｇ）（すなわち２．４ＧＨｚ）、および８０２．１１（ａ）（すなわち５．２ＧＨｚ）を含む。いずれの二重使用の例でも、折り返しモノポールアンテナ２００は両方の周波数で設計され、使用されてもよく、サービスプロバイダの分配した送信および受信周波数をサポートするために、各周波数で十分に広い帯域幅を有してよい。モノポール２００は一般的に全指向性のビームパターンを有するが、より指向性の鋭いビームパターンを作るように変形されてもよい。
【００３４】
図２Ｂは折り返しモノポールアンテナ２００が用いられる別の携帯電話１３０の実施例である。携帯電話１３０は、ハンドセット本体２３０およびプラスチックバッテリハウジング２２５を含む。プラスチックバッテリハウジング２２５はバッテリ２２０およびモノポール２００を中に収める。プラスチックバッテリハウジング２２５の中に組み込まれているのはアンテナグランド面２２０である。
【００３５】
モノポール２００はまた、しかるべく拡張されたグランド面２００を伴うハンドセット本体２３０の中でも配置されることを理解されたい。代替実施形態で、モノポール２００は携帯電話の付属品（不図示）中など携帯電話１３０のその他のエリア中に配置されてもよい。
【００３６】
図２Ｃは、ＣＤＭＡネットワークまたはＷＬＡＮネットワークへの無線通信部を有するパーソナルコンピュータ１３５の中でモノポール２００が用いられる例示的アプリケーションである。モノポール２００はＰＣ１３５の後部に位置するものとして示されているが、例えば、ＰＣＭＣＩＡカード（不図示）の中や、またはＲＦ互換バスを経由してＰＣ１３５に接続されたプラグインユニットのようなものを含めて、代替の領域に配置されてもよい。
【００３７】
図３Ａに、グランド面２２０の隣にある折り返しモノポールアンテナ２００を示す。モノポールアンテナは右側に示され、グランド面２２０は右の下部から左側全部の領域へ広がっている。モノポール２００は金属シートから作成されてもよい。
【００３８】
図３の実施形態で、モノポール２００は上部で２度機械的に折り返されており、それによって前部と後部を接ぐ第３（「頂き（top）」）部分を伴う第１（「前（front）」）および第２（「後ろ（rear）」）の平行部分が形成される。
【００３９】
後方部分はラインリアクタンス３０５を通してグランド面２２０に接続される。モノポール給電領域３００（「給電（feed）」）を右下に示す。本実施形態で、給電は、改良された放射抵抗を作るために金属シートモノポール２００に突き出している共面導波管である。給電リアクタンス３１０が入力リアクタンスを調節するために加えられてもよい。ラインリアクタンス３０５は、折り返し部分の実効長に影響を与えるので、変更可能なように作られた場合、周波数の調整や放射パターンの形状の制御に使用することができる。給電リアクタンス３１０はインピーダンスマッチングを最適化するために、変更可能に作られてもよい。
【００４０】
図３Ｂに、ＲＦケーブルおよびコネクタ組み立て部品（不図示）をモノポール２００の給電点（input feed）３００に接続することを容易にする同軸コネクタ３２０の三次元図を示す。また、モノポール２００とグランド面２２０との間のライン３０５に設置されたインダクタ３１５も示す。給電インダクタ３１０およびラインインダクタ３１５は、商業用に入手可能なチップの形式であってもよく、または各々の配置の限界内で収まるように適合された形式の別のインダクタであってもよい。１つの実施形態で、給電インダクタ３１０は５．６２ｎＨ、ラインインダクタ３１５は３．７４ｎＨである。
【００４１】
給電インダクタ３１０およびラインインダクタ３１５は起動処理中、または作動中に値を変えるために電子的に制御されてもよい。ラインインダクタ３１５の値を変える理由は、モノポールアンテナ２００によってサポートされる帯域幅の中心周波数を変えることを含む。
【００４２】
図３Ｃは、モノポールアンテナ２００およびグランド面２２０の二次元の機械図である。例示する寸法は携帯電話アプリケーションのためのものであり、英国単位系で示されている。給電点３００もまた英国単位系の寸法（dimensions）を含む。本実施例では、給電点３００はコネクタ組み立て部品３２０に接続された同軸回線（不図示）との入力インピーダンスをマッチングする共面導波管である。共面導波管は、手動調整での放射抵抗の広いレンジを許容するのに必要とされるよりも長くてよいモノポールの中へ、所与の深さまで伸びている。放射抵抗を調整するために、導電性テープまたは導電性摺り板（不図示）が共面導波管に適用されてもよい。摺り板の場合、摺り板は一度セットされた選択された機能を保持するようにスライドおよびホールド能力を高めるような方法で、レール上か、またはモノポールアンテナ２００に接続されたその他の機構にセットされてもよい。様々なラッチおよびロック機構が、この目的のために使用される摺り板とともに用いられる。
【００４３】
図４Ａは、給電点３００からモノポール２００とグランド面２２０との間を接続する回線へ通り抜けるＲＦ信号のたどる経路を示す構成図である。経路について説明する前に、モノポール２００のさらなる詳細を説明するためにいくつかの用語を示す。
【００４４】
モノポール２００の本実施形態で、モノポールは３つの部分に折り返されている。すなわち、第１（すなわちフロント）部分４０５、第２（すなわちリア）部分４１５および第３（すなわちトップ）部分４１０である。本実施形態で、フロント部分４０５、リア部分４１５とトップ部分４１０との間の交点は、それぞれ折り目４０７と４１２である。これらの折り目は９０度が好ましいが、代替実施形態では異なる角度でもよい。さらに、別の実施形態でトップ部分４１０は丸みを帯びているか、または異なる形であってもよい。さらなる別の実施形態で、折り目４０７および４１２は、本明細書で説明するＲＦアプリケーションでの使用に相応しい接続であってもよい。
【００４５】
ここで、部分４０５、４１０、４１５に沿って給電点３００からグランド線３０５に伸びて描かれているＲＦ電流経路４２０ａおよび４２０ｂ（まとめて４２０）を示す矢印を参照する。第１経路４２０ａは、フロント部分４０５の最下部から前部分の頂上へ向かって真っ直ぐ上方に伸び、トップ部分４１０からリア部分４１５へ通り抜けて、リア部分４１５の頂上からグランド線３０５に向かって垂直に突出している。第１経路４２０ａは、電源（すなわち給電点３００へ接続されたコネクタ３２０）からグランド面２２０に向かってモノポール２００を通る最短の電流経路である。第２経路４２０ｂは、給電点３００からフロント部分４０５の頂上の左角に向かって対角線的に伸び、トップ部分４１０の左端を通り抜けて、リア部分４１５の頂上の左角からグランド線３０５に向かって対角線的に突出している矢印として示されている。
【００４６】
図４Ｂに、給電点３００がフロント部分４０５の右側（すなわちオフセット）に配置されているモノポールの別の実施形態を示す。グランド線３０５もまた、リア部分４１５の右側（すなわちオフセット）に配置されている。給電点３００からグランド面２２０に向かってモノポール２００を通る、対応の第１経路４２０ａ（すなわち最短のＲＦ電流経路）は、モノポール２００のこの向き付け（orientation）において給電点３００が垂直方向の中心（すなわち「中心線（centerline）」）（すなわち中心）に配置されている場合と同じ長さである。しかしながら、別の矢印の組み合わせで示したように、対角線電流経路４２０ｃは、給電点３００およびグランド線３０５が中心線に配置されている対角線電流経路４２０ｂよりも長い。図５、６Ａおよび６Ｂを参照して以下で詳細に論ずるように、この増やされた対角線電流経路４２０ｃはモノポール２００によってサポートされる帯域幅を増大させる。
【００４７】
モノポール２００の周波数および帯域幅の特性を概括する前に、ＲＦ電流経路のさらなる考察を述べる。
【００４８】
図４Ｃは、図４Ａを参照して上で説明したものと同じモノポール２００の構成である。図４Ｃで、給電点３００とグランド線３０５は再び中心に置かれている。モノポール２００のフロント部分４０５を上下して動くＲＦ電流経路を示す矢印が図示されている。最短電流経路４２５ａはフロント部分４０５を真っ直ぐ上下に伸びる。より長い電流経路４２５ｂは、より長い対角線の矢印によって表されている。
【００４９】
図４Ｄは、給電点３００およびグランド線３０５がオフセットした図４Ｂを参照して上で説明したものと同じモノポール２００の構成である。最短電流経路４２５ａは再び矢印として図示され、より長い電流経路４２５ｃは再び対角線の矢印として図示されている。
【００５０】
モノポール２００を規定する二次元部分４０５および４１５の寸法は、モノポール２００の周波数特性を本質的に規定する。しかしながら、トップ部分４１０の寸法、および拡散などのその他のＲＦ電流効果が周波数特性の一因となることを理解されたい。
【００５１】
図５は、寸法を図３Ａから３Ｃに明記した、図４Ａから４Ｄのモノポール２００に対応したシミュレーションを通して生成されたスペクトル図である。スペクトル図５００は２つの曲線を含む。すなわち、中心給電曲線５０５とオフセット給電曲線５１０である。「中心（centered）」および「オフセット（offset）」という語句は、フロント部分４０５上の給電点３００の位置、およびリア部分４１５上のグランド線３０５の位置に対応している。中心給電曲線５０５およびオフセット給電曲線５１０は、それぞれ３つの配置で「良好な（good）」周波数マッチング特性（すなわち共振）を有している。中心給電曲線５０５はポイント５１５ａ、５１５ｂおよび５２０ａで周波数マッチング特性を有している。オフセット給電曲線５１０はポイント５１５ｃ、５１５ｄおよび５２０ｂで良好なマッチング特性を有している。中心給電（centered feed）の帯域セパレーション（すなわちポイント５１５ａと５１５ｂ間、および５１５ｃと５１５ｄ間）は、図４Ａおよび４Ｃの中心給電構成の方が、図４Ｂおよび４Ｄのオフセット給電構成（offset feed configuration）よりも近いことを注意されたい。帯域セパレーションが異なるのは、対角線電流経路４２０ｂ（図４Ａ）および４２０ｃ（図４Ｂ）の長さの違いが反映されているからである。
【００５２】
図５の曲線５０５、５１０によって示される周波数特性は、以下の折り返しモノポールアンテナの寸法に対応している。曲線５０５および５１５の各々の各最低共振５１５ａおよび５１５ｃは、給電点３００とグランド線３０５との間のＲＦ信号が通過する総電流経路によって規定される。曲線５０５、５１０の第２の最低共振５２０ａ、５２０ｂは、図４Ａおよび図４Ｂに図示する非対角線の電流経路によって規定される。
【００５３】
図からわかる通り、最低共振５１５ｃは給電点３００をモノポール２００の中心線からずっと遠くに移動することによって、またグランド線３０５を同方向からずっと遠くに移動する（図４Ｂ参照）ことによって作られる。給電点３００およびグランド線３０５が中心線にあるか、モノポールの一方の端の方にあるかは関係なく、給電点３００とグランド線３０５との間の最短電流経路は変わらないので、電源およびグランド線が中心から外れている場合の方が低周波での帯域幅は広い。つまり、中心構成とオフセット構成との間の経路の長さの違いが帯域幅を決定する。
【００５４】
高周波共振５１５ｂおよび５１５ｃはフロント部分４０５の高さによって決定される。低周波帯域と同様に、高周波帯域は、図４Ｃおよび４Ｄに示すように、最短電流経路４２５ａの往復の経路距離と、フロント部分４０５のより長い経路距離４２５ｂ、４２５ｃとの違いによって決定される。
【００５５】
したがって、モノポール２００の周波数特性の変更は、フロント部分４０５またはリア部分４１５の寸法の変更によってなされる。また、グランド線３０５またはグランド線インダクタ３１５（図３Ｂ）も、低周波帯域の中心の僅かな調節すなわち微調整に使用可能である。より大きいインダクタンスが給電点３００とグランド面２２０との間の経路の有効な電気的長さを伸ばし、より小さいインダクタンスがこの有効な電気的長さを短くする。当業者にはよく理解されている通り、図５のスペクトル図で、共振すなわち最低点が、所与の周波数でモノポール２００中のインダクタンスとキャパシタンスが互いに打ち消しあう点を示し、抵抗だけが残されるということを理解されたい。
【００５６】
図６Ａは、５．６ｎＨの給電インダクタンス３１０と、グランド線３０５および３．９ｎＨのグランド線インダクタンス３１５を有する、図３Ａから３Ｃの折り返しモノポールアンテナ２００についての測定されたスペクトル図６００ａである。最低共振５１５ｃでのマーカー＃２は９００ＭＨｚで観測され、その次の共振はおよそ１．０ＧＧＨｚである。最高共振５１５ｄは、およそ１．８５ＧＨｚで観測される。ただし、マーカ＃３および＃４はそれぞれ１．８ＧＨｚおよび１．９ＧＨｚである。測定は、上で論じたように、図４Ａおよび４Ｃの給電点およびグランド線を中心に置いた実施形態よりも広い帯域幅を有する、図４Ｂおよび４Ｄのオフセット給電の実施形態のためのものである。
【００５７】
図６Ｂは、図６Ａの曲線によって示されるモノポール２００の測定されたスペクトル応答に対応したスミスチャート６００ｂである。標準のスミスチャート分析を適用する。
【００５８】
図７は、図４Ａのモノポール２００の代替実施形態である。本実施形態で、複数の給電点３００およびグランド線３０５は、ＲＦスイッチの使用を通して選択的にイネーブルまたはディセーブルとなる。特に、給電点はスイッチ７００ａ、７００ｂおよび７００ｃ（まとめて７００）を通して選択的にイネーブルまたはディセーブルとなる。グランド線はスイッチ７０５ａ、７０５ｂおよび７０５ｃ（まとめて７０５）を通して選択的にイネーブルまたはディセーブルとなる。任意のスイッチ７００または７０５の起動または停止は、設定サイクルの最中または作動中になされる。したがって、帯域幅は設定または作動の最中に選択的に調整可能である。
【００５９】
別の実施形態で、入力線３００およびグランド線３０５はまた、共振周波数および各帯域幅を変えるために、フロント部分４０５およびリア部分４１５の側面に配置されてもよい。同様に、インダクタ、コンデンサ、集中インピーダンス、短絡、開放、遅延線、または実際もしくは実効のＲＦ電流経路４２０、４２５（図４Ａから４Ｄ）を短くする、または伸ばすその他の手段を含むインダクタンスまたはその他のリアクタンスエレメントが、モノポール２００の設定または作動の最中に、電気的または機械的手段によって調整されてよい。
【００６０】
本発明を具体的に示し、その推奨実施形態を参照して説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部について様々な変更がなされることを当業者には理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の原理による折り返しモノポールアンテナが用いられる例示的ネットワーク図である。
【図２Ａ】本発明の原理による折り返しモノポールアンテナを用いたハンドヘルド型の通信装置の機械図である。
【図２Ｂ】図２Ａのハンドヘルド型の通信装置の代替実施形態の機械図である。
【図２Ｃ】図２Ａの折り返しモノポールアンテナを用いたパーソナルコンピュータの図である。
【図３Ａ】図２Ａの折り返しモノポールアンテナの機械図である。
【図３Ｂ】図２Ａの折り返しモノポールアンテナの機械図である。
【図３Ｃ】図２Ａの折り返しモノポールアンテナの機械図である。
【図４Ａ】図３Ａの折り返しモノポールアンテナの、中心およびオフセットの実施形態の無線周波数（ＲＦ）電流経路図である。
【図４Ｂ】図３Ａの折り返しモノポールアンテナの、中心およびオフセットの実施形態の無線周波数（ＲＦ）電流経路図である。
【図４Ｃ】図３Ａの折り返しモノポールアンテナの、中心およびオフセットの実施形態の無線周波数（ＲＦ）電流経路図である。
【図４Ｄ】図３Ａの折り返しモノポールアンテナの、中心およびオフセットの実施形態の無線周波数（ＲＦ）電流経路図である。
【図５】シミュレーションを通して規定された、図３Ａの折り返しモノポールアンテナの周波数マッチングを示すスペクトル図である。
【図６Ａ】図４Ｂの折り返しモノポールアンテナの周波数マッチングを示す曲線を含む測定スペクトル図である。
【図６Ｂ】図６Ａの測定スペクトル図に対応する曲線を含むスミスチャートである。
【図７】図３Ａの折り返しモノポールアンテナの別の実施形態の図である。
【図１】
2006528465.tif 000003
【図２Ａ】
2006528465.tif 000004
【図２Ｂ】
2006528465.tif 000005
【図２Ｃ】
2006528465.tif 000006
【図３Ａ】
2006528465.tif 000007
【図３Ｂ】
2006528465.tif 000008
【図３Ｃ】
2006528465.tif 000009
【図４Ａ】
2006528465.tif 000010
【図４Ｂ】
2006528465.tif 000011
【図４Ｃ】
2006528465.tif 000012
【図４Ｄ】
2006528465.tif 000013
【図５】
2006528465.tif 000014
【図６Ａ】
2006528465.tif 000015
【図６Ｂ】
2006528465.tif 000016
【図７】
2006528465.tif 000017
【国際調査報告】
2006528465.tif 000018