(57)【要約】無線デバイスおよびアンテナ構造１００であって、接地平面１１０と、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成した少なくとも第１と第２の放射器１２０，１３０とを含む。アンテナ構造は、さらに接地平面に接地点１２２、１３２で接地する両放射器のための個別の給電点１２４、１３４を含む。少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、第１の放射器を構成し、周波数帯域の少なくとも１つは、第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複する。さらに、少なくとも第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内における放射器相互の結合を実質的に回避する。
2006504308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ構造（１００）であって、少なくとも１つの接地平面（１１０）と、前記接地面からある距離に位置し、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、を含み、
前記アンテナ構造は、さらに少なくとも２つの前記放射器のための個別の給電点（１２４、１３４）を含み、
前記放射器は接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
前記アンテナ構造において少なくとも前記第１の放射器が、溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器相互の結合を実質的に回避する、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構造であって、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間の分離が実質的に１０ｄＢより大きく、好ましくは２０ｄＢより大きい、ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ構造であって、
前記放射器間の極性が実質的に直交であるので、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間のダイバシティレシオが実質的に殆ど零である、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ構造であって、
少なくとも１つの比較的低周波数帯域と少なくとも２つの比較的高周波数帯域とを含む少なくとも３つの周波数帯域を提供するように、前記第１の放射器が構成されている、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ構造であって、
前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複するように、前記第１の放射器の少なくとも１つの比較的高周波数帯域を構成する、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項６】
無線周波数信号を配信するためのアンテナ構造（１００）を含む無線デバイスであって、前記アンテナ構造は、少なくとも１つの接地平面（１１０）と、前記接地面からある距離に位置し、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、を含み、
前記アンテナ構造は、さらに少なくとも２つの前記放射器のための個別の給電点（１２４、１３４）を含み、
前記放射器を接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
少なくとも前記第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器相互の結合を実質的に回避し、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内で行われる無線周波信号の同時送受信を前記第１と前記第２の放射器との間で区別する、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の無線デバイスであって、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内において同時に送受信する前記無線周波数信号は、帯域通過フィルタ、高域通過フィルタあるいは低域通過フィルタにより濾波するように構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項８】
請求項６または７に記載の無線デバイスであって、ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信し、ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を受信するように、前記第１の放射器は構成され、
ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を送信するように、前記第２の放射器は構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項９】
請求項６または７に記載の無線デバイスであって、
ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信し、ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を送信するように、前記第１の放射器は構成され、
ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を受信するように、前記第２の放射器は構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の無線デバイスであって、
ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信するように、前記第２の放射器が同様に構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１１】
請求項６から１０のいずれか１項に記載の無線デバイスであって、
前記時分割無線周波数信号と前記周波数分割無線周波数信号との前記送受信を結合する結合手段を含む、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１２】
無線周波数信号を配信するためのアンテナ構造（１００）を含む無線デバイスであって、前記アンテナ構造は、少なくとも１つの接地平面（１１０）と、前記接地面からある距離に位置し、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、を含み、
前記アンテナ構造は、さらに少なくとも２つの前記放射器のための個別の給電点（１２４、１３４）を含み、
前記放射器は接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
少なくとも前記第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器相互の結合を実質的に回避し、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内で行われる無線周波信号の同時受信が、前記第１および前記第２の放射器によるダイバシティ受信として実行されるように構成されている、ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１３】
請求項６または１２に記載の無線デバイスであって、
前記放射器間の極性は実質的に直交であるので、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間のダイバシティレシオは実質的に殆ど零である、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１４】
請求項６から１３のいずれか１項に記載の無線デバイスであって、
前記無線デバイスが移動局であり、前記移動局と前記放射器の前記周波数帯域によりサポートされるシステムであるように、少なくとも次の：ＥＧＳＭ９００（８８０から９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０から１８８０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）、ＷＣＤＭＡ２０００（１９２０から２１７０ＭＨｚ）、ＵＳ−ＧＳＭ８５０（８２４から８９４ＭＨｚ）、ＵＳ−ＷＣＤＭＡ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）およびＵＳ−ＷＣＤＭＡ１７００／２１００（Ｔｘ１７１０から１７７０ＭＨｚ、Ｒｘ２１１０から２１７０ＭＨｚ）１つが構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ構造に関し、特に、移動局など無線デバイスにおいて使用する内部アンテナに関係する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信が段々一般的になると、益々新しい周波数帯域が種々の無線システムに必要になる。一方、幾つかの無線システムをサポートする移動局などの無線端末装置に対する要求も増大する。極最近の移動局モデルは、代表的に以下の幾つかのシステムおよび周波数帯域を採用する。即ち、ＥＧＳＭ９００（８８０から９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０から１８８０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）、ＷＣＤＭＡ２０００（１９２０から２１７０ＭＨｚ）、ＵＳ−ＧＳＭ８５０（８２４から８９４ＭＨｚ）、ＵＳ−ＷＣＤＭＡ１９００（１８５０から１９００ＭＨｚ）およびＵＳ−ＷＣＤＭＡ１７００／２１００（Ｔｘ１７１０から１７７０ＭＨｚ、Ｒｘ２１１０から２１７０ＭＨｚ）である。次いでＧＳＭ１９００および幾つかのＷＣＤＭＡの周波数帯域は、例えば少なくとも部分的に重複する。
【０００３】
移動局などの小規模無線デバイスでは、その目的は多くの場合、全てのシステムおよび周波数帯域において単一のアンテナにより送信と受信とを実現することであった。小規模無線デバイスにはスペースが殆ど無く、従って１つのアンテナのみを使用するのは多くの場合もっともなことである。このような場合、しかしながら損失を伴うスイッチにより種々の周波数帯域を１つの共通アンテナに統合しなければならない。この問題点は、特にＷＣＤＭＡシステムに関して深刻であり、ＷＣＤＭＡシステムでは送信と受信が同時に行われるので、送受信の両方に単一アンテナを使用すると「複式フィルタ（ｄｕｐｌｅｘ  ｆｉｌｔｅｒ）」が必要になる。ＵＳ−ＷＣＤＭＡ１９００では、例えば送信と受信との間の周波数の「二重分離（ｄｕｐｌｅｘ  ｓｅｐｒａｔｉｏｎ）」は非常に小さく、従って厳密なフィルタリングの要求によりセラミック送受切換器（ｄｕｐｌｅｘｅｒ）などの損失の出来るだけ小さい複式フィルタを使用しなければならない。そのような複式フィルタはかなり大きく、かつさらに典型的に有利にはアンテナ下部に実装され、これによりアンテナには少ししかスペースを与えられず、かつアンテナの放射効率が低下することを意味する。
【０００４】
それ故、移動局の大きさおよび損失の最小化の両方のために、２つのアンテナを含むアンテナ構造を使用し、送信と受信を分割し、例えばＷＣＤＭＡシステムでは異なるアンテナ間で分割するのがより有利である。これにより大きくて、損失を招く複式フィルタを避け、より簡単な帯域通過フィルタによって代替することができる。
【０００５】
このような解決策では、上述の同時に送受信が行われる周波数帯域が重複することによる問題が生じる。２本のアンテナ、あるいはより正確には２つの放射器が、単一アンテナ構造に設けられ、かつ少なくとも部分的に同一周波数帯域で動作すると、使用中に互いに強く結合する。つまり電力を第１の放射器に供給すると、この電力の幾らかは第２の放射器に転送され、この電力転送が両放射器の放射電力を損ない、かつ移動局の付加的電力消費を引き起こす。換言すれば、２本のアンテナ、即ち放射器間の分離は不十分であり、代表的には１０ｄＢより少ないオーダである。
【０００６】
以前の本出願人の特許文献１では、無線デバイスのための平面アンテナ構造を開示している。この構造では平面放射器が少なくとも１つの電気的に非導電性の溝を含み、平面放射器を少なくとも２つの部分に分割することを可能にし、２つの部分により提供する周波数帯域は好ましくは異なる。そのようなアンテナ構造は、例えば多重周波数移動局においては有利であるが、同一周波数帯域内において同時に送信と受信が行われる場合に損失無く使用することは出来ない。上述の分離の問題もそのような構造だけでは解決できない。
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開１２０２３８６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、従って上述の課題を緩和することの出来るアンテナ構造を提供することである。本発明の目的は、独立請求項における開示が特徴とするアンテナ構造および無線デバイスにより達成される。
【０００９】
本発明の好ましい形態を従属請求項において開示する。
【００１０】
少なくとも部分的に同一周波数に整合する２つの放射器を含むアンテナ構造を使用し、放射器の少なくとも１つが、幾つかの周波数帯域に整合する上述の溝を含む平面アンテナであるとき、放射器間にかなりの分離がもたらされる、という予期せぬ発見に、本発明は基づく。従って少なくとも１つの接地平面、接地面からある距離に位置し、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成した、少なくとも第１と第２の放射器、および接地平面と放射器との間の分離層を上記のようなアンテナ構造は含む。
【００１１】
アンテナ構造は、さらに少なくとも２つの放射器のための個別の給電点を含み、放射器を接地点により少なくともある接地平面に接地し、かつ少なくとも第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、好ましくは１つの比較的低周波数帯域と、少なくとも１つの比較的高周波数帯域の、少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、溝を含む平面アンテナを構成し、周波数帯域の少なくとも１つが、第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複する。上述のアンテナ構造において、そのような溝を含む平面アンテナを使用すると結果として、放射器間に極めて強い分離が得られ、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内における放射器相互の結合は実質的に回避される。
【００１２】
測定結果によれば、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内における放射器間の分離は実質的に１０ｄＢより大きく、好ましくは２０ｄＢより大きい。
【００１３】
本発明の実施形態による無線デバイスは、無線周波信号の配信のために上述のアンテナ構造を含み、無線デバイスにおいて少なくとも部分的に重複する周波数帯域内で行われる無線周波信号の同時送信と受信を第１および第２の放射器の間で区別する。
【００１４】
さらに上述のアンテナ構造では、放射器間の極性は実質的に直交であり、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内における放射器間のダイバシティレシオは実質的に零に近い。本発明の好ましい実施形態によれば、上述のアンテナ構造を含む無線デバイスにおける無線周波信号の配信のためのダイバシティ受信の実現に、上述のアンテナ構造を利用することが出来、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内において行われる無線周波信号の同時受信を第１および第２の放射器によるダイバシティ受信として実行するように構成する。
【００１５】
本発明には、大きな利点がある。本発明のアンテナ構造の利点は、放射器間の分離がかなり強いことであり、これは１つの放射器から別の放射器への電力損失の発生がほとんど無い、あるいは無いことを意味する。一方、放射器の放射電力は重複する周波数帯域内においても極めて強い。本発明のアンテナ構造を利用する無線デバイスは、重複する周波数帯域内において行われる無線周波信号の同時送受信を異なる放射器間で区別することができ、比較的小さい構造および比較的少ない電力消費を可能にする利点を提供する。他方で、少なくとも部分的に重複する周波数帯域内における放射器間のダイバシティレシオが極めて小さいので、アンテナ構造により特にダイバシティ受信を実現可能にすることが、本発明のアンテナ構造の利点である。ＷＣＤＭＡシステムをサポートする無線デバイスの複式フィルタを、特にまたより小さい損失をもたらすより簡単な解決方法により代替可能であることが、本発明の好ましい実施形態の利点である。
【００１６】
次に、添付の図面を参照し、好ましい形態と併せて、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照して、本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。図１は、接地平面１１０と、第１の放射器１２０と第２の放射器１３０とを含む、ＰＩＦＡ（Ｐｌａｎａｒ  Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｆ  Ａｎｔｅｎｎａ、平面逆Ｆ字アンテナ）アンテナ構造１００と呼ぶ平面アンテナ構造を示す。放射器１２０，１３０は接地平面１１０からある距離に位置し、空気あるいは他の誘電体材料が絶縁材料として接地平面１１０と放射器１２０，１３０との間に設けられる。第１の放射器１２０は、「溝を含む平面アンテナ」であり、このアンテナを接地点１２２により接地平面１１０に接続し、このアンテナに給電点１２４から放射電力を供給する。接地線を構成する接地点１２２は、放射器１２０の端部に実質的に位置する。給電点１２４を同軸給電装置、例えば接地平面からの引き出し装置として実現することが出来、接地平面は放射器の端部から実質上ある距離の所に存在する。接地点の配置と同様に、放射器１２０の端部に給電点を配置することにより、給電点１２４も実現することが出来る。
【００１８】
電気的導電性のある材料を含まない区画である第１の溝１２６と第２の溝１２８とを、平面放射器１２０に設ける。そのような溝を含む平面アンテナ構造は２以上の周波数帯域で使用するのに適する。第１の溝１２６の開放端部は、接地点１２２と給電点１２４との間の放射器１２０の端部１２０ａにある。第２の溝１２８の開放端部は、給電点１２４と端部１２０ｂとの間の放射器の端部１２０ａにある。右側の部分を放射器から分離することにより、第２の溝１２８は比較的低周波数帯域を作成し、一方、接地点１２２と給電点１２４との間にある第１の溝１２６はさらに、放射器１２０を２つの異なる部分、即ち接地点に面する要素と給電点に面する要素とに分割し、比較的高周波数帯域の作成を分担する。溝を含む平面アンテナが所望の通りに動作するために、接地点１２２と給電点１２４との間に設けられている直線要素が第１の溝１２６と交差するように、第１の溝１２６を接地点１２２と給電点１２４との間の放射器に配置し、これによって溝１２６のより小さい部分が特定の直線セグメントの溝１２６の開放端部の側、即ち端部１２０ａの側に設けられる。溝１２６全体の表面積の内、第１の溝１２６のより小さい部分の割合は典型的には最大で数パーセントのオーダである。
【００１９】
放射器１２０の寸法を変更することにより、例えば溝の形状、長さおよび幅を変更することによりおよび／または給電点あるいは接地点の位置を変更することにより、溝を含む平面アンテナの特性を所望の通りに設計することが出来る。そのような変更は放射器により生じる共振周波数と放射電力に常に影響を与える。本発明に関しては、少なくとも１つの比較的低周波数帯域内、および１または２以上の比較的高周波数帯域内において放射するように、溝を含む平面アンテナを構成するのが要点である。本出願に関連して、１ＧＨｚより実質的にやや低い周波数（およそ８００から１０００ＭＨｚ）を比較的低周波帯域と見なし、一方、実質的に２ＧＨｚの周波数（およそ１７００から２２００ＭＨｚ）を比較的高周波帯域と見なす。これらの周波数帯域は通常、種々の移動通信システムにより使用される。しかしながら、本発明のアンテナ構造はこれらの周波数のみに制限されることはなく、他の特に、実質的に２ＧＨｚを超える周波数にも適用することが出来る。欧州特許出願公開第１２０２３８６号では、溝を含む平面アンテナの実現およびその種々の実施形態に係わる詳細について詳しく述べている。
【００２０】
第２の放射器１３０は幅の狭い平面型の放射器であり、本実施形態におけるその表面積は、第１の放射器１２０の表面積より実質的に小さい。第２の放射器１３０もまた、放射器１３０を接地平面１１０に接続する接地点１３２と放射電力を供給する給電点１３４を含む。接地線を構成する接地点１３２は放射器１３０の端部に実質的に位置する。給電点１３４を同軸給電装置、例えば接地平面からの引き出し装置として実現することが出来、給電点は放射器の端部から実質上ある距離の所に存在する。接地点の配置と同様に、放射器１３０の端部に給電点を配置することにより、給電点１３４も実現することが出来る。第１の放射器の少なくとも１つの周波数帯域、好ましくは比較的高周波帯域と少なくとも部分的に重複する周波数帯域内で放射するように、第２の放射器を構成する。本発明の動作に関する限り、第２の放射器１３０の形状あるいは位置は、第１の放射器１２０に対して無関係である。両放射器にそれぞれ固有の給電点と、好ましいが、必ずしも共通でなくともよい接地平面を設けることが、唯一のポイントである。
【００２１】
図１のアンテナ構造を好ましくは多重周波数移動局のためのアンテナ構造として動作するように構成することが出来る。多重周波数移動局の例は、以下のシステムおよび周波数帯域をサポートするように構成した移動局である：ＥＧＳＭ９００（８８０から９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）、ＷＣＤＭＡ２０００（１９２０から２１７０ＭＨｚ）。次いで、ＧＳＭ１９００とＷＣＤＭＡ２０００の周波数帯域は部分的に重複する。類似の状況は、ＵＳ−ＷＣＤＭＡ１９００（１８５０から１９００ＭＨｚ）およびＧＳＭ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）の周波数帯域あるいはＵＳ−ＷＣＤＭＡ１７００／２１００（Ｔｘ１７１０から１７７０ＭＨｚ、Ｒｘ２１１０から２１７０ＭＨｚ）およびＧＳＭ１８００（１７１０から１８８０ＭＨｚ）システムを採用する移動局において生じる。上述の通り、移動局の大きさと損失の最小化の両方のために、そのような移動局では２本のアンテナを含むアンテナ構造を使用し、かつＷＣＤＭＡシステムにおける送信と受信を異なるアンテナ間で分割するのが有利である。これにより、損失を招く大きい複式フィルタを回避し、状況に応じて、低域通過、高域通過あるいは帯域通過フィルタであり得る２つのより簡単な低損失フィルタにより代替することが可能になる。
【００２２】
これにより、例えば図２のアンテナ構成を使用することが可能になる。図２のブロック図において、アンテナＡ１は図１の第１の放射器１２０に対応し、同様にアンテナＡ２は図１の第２の放射器１３０に対応する。全ての上述のシステムによればスイッチＳを介してアンテナＡ１を、データ伝送を受信（ＲＸ）するように構成する。さらにスイッチＳを介してアンテナＡ１を、ＧＳＭの両周波数、即ちＥＧＳＭ９００とＧＳＭ１９００における増幅器ブロックＡｍｐ１により増幅した信号を送信（ＴＸ）するように構成する。移動局がＧＳＭ周波数帯域のいずれかを使用すると、スイッチＳを使用して、特定の周波数帯域内において時分割的に生じる送信と受信の切り替えを制御する。もし他方で、ＷＣＤＭＡ２０００システムを使用すれば、常時スイッチＳを遮断し、かつ帯域通過フィルタＢＰＦ１により受信信号を正しい周波数帯に濾波する。増幅器Ａｍｐ２および帯域通過フィルタＢＰＦ２を介して供給するＷＣＤＭＡ２０００の信号のみを送信するように、アンテナＡ２を構成する。ＷＣＤＭＡ２０００システムにおいてはこのように、送信と受信は異なるアンテナ間で分割されている。
【００２３】
上述の如く、放射器の寸法を変更し、この変更が常に放射器により発生する共振周波数および放射電力に影響を与えるようにすることにより、溝を含むアンテナの特性を所望の通りに設計することが出来る。もし図１のアンテナ構造を図２の構成のように配置し、使用する周波数帯に関してアンテナの放射特性を最適にすれば、図３ａによる整合および図３ｂによる放射効率が放射器１２０および１３０に対して得られる。放射効率は放射器の整合を考慮した放射器の効率を意味する。
【００２４】
図３ａでは、第１の放射器１２０の整合を線Ｓ１１で示し、かつ第２の放射器１３０の整合を線Ｓ２２で示す。図３ａにおいて見られるように、第１の放射器１２０の第１の整合（比較的低周波数帯域）は実質的に９００から１０００ＭＨｚの周波数帯域内にあり、ピークはおよそ９３０ＭＨｚの値にある。さらに、第１の放射器１２０の第２の整合（比較的高周波数帯域）は実質的に１９００から２０２０ＭＨｚの周波数帯域内にあり、ピークはおよそ１９８０ＭＨｚの値にある。第２の放射器１３０を実質的に１８００から２１００ＭＨｚの周波数帯域内にあり、ピークはおよそ１９６０ＭＨｚの値にあるように構成する。５０％の効率（−３ｄＢ）を考慮すると、第１の放射器１２０の周波数帯はおよそ８８０から９８０ＭＨｚおよび１８２０から２０３０ＭＨｚの帯域内に落ち着くことが図３ｂにおいて見られる。同様に、第２の放射器１３０の周波数帯はおよそ１７８０から２１２０ＭＨｚの帯域内に落ち着く。第１の放射器１２０の第２の整合帯域および比較的高周波帯はこのように第２の放射器１３０の整合帯域および周波数帯と実質的に重複する。
【００２５】
本発明のアンテナ構造に関する限り、しかしながら図３ａにおいて線Ｓ２１により示す放射器１２０と１３０との間の分離が重要な点である。ＧＳＭ１９００およびＷＣＤＭＡ２０００の１９２０から１９９０ＭＨｚの重複する周波数帯域内およびこの周波数帯域の周りでは、放射器１２０と１３０との間の分離は実質的に２０ｄＢより大きいことを、これは示す。換言すれば、分離は極めて強く、１つの放射器から別の放射器への電力転送、即ち損失は最小限度であることを意味する。これは、また特に移動局の運用寿命を延長させると共に、電力消費と熱損失を低減する。
【００２６】
ＷＣＤＭＡアンテナ（放射器１３０）が２０８３ＭＨｚの周波数で動作中の場合の図１のアンテナ構造のシミュレーションによる電流分布を、図４に示す。ＧＳＭ／ＷＣＤＭＡアンテナ（放射器１２０）は受動的であり、信号を送信も受信もしない。能動的なＷＣＤＭＡアンテナ（放射器１３０）により、第１の溝１２６の閉端部の周りのＧＳＭ／ＷＣＤＭＡアンテナ（放射器１２０）に電流を誘導する。しかしながら、電流の向きは反対（反対方向の矢印）であり、これは電流が互いに打ち消し合うことを意味する。そのような場合、放射器１３０から放射器１２０へは実際上、電力は全く伝搬せず、これにより放射器１２０と１３０との間で極めて強い分離を達成することが可能になる。強力な分離の生成に関する限り、第２の放射器１３０の形状と位置は第１の放射器１２０に対して無関係である。両放射器にそれぞれ固有の給電点を設けること、および第１の放射器の少なくとも１つの比較的高周波数帯域と少なくとも部分的に重複する周波数帯域内で放射するように、第２の放射器を構成することがポイントである。
【００２７】
図４の電流分布により本発明の基本的考え方を示す。２つの放射器を同一接地平面に接続し、かつ放射器がそれぞれ固有の給電点を持ち、かつ放射器を部分的に同じ周波数帯域内で少なくとも放射するように構成し、かつ少なくとも放射器の１つが溝を含む平面アンテナである、アンテナ構造を使用する場合、実質的に強い分離が放射器間に得られる。溝を含む平面アンテナの種々の寸法を変更することにより、溝を含む平面アンテナの動作帯域と整合を調整することが出来る。このことは、例えば欧州特許出願公開第１２０２３８６号に記述している。しかしながら、本発明の実現に関する限り、一つの帯域が好ましくは比較的高周波帯域であり、第２の放射器の周波数帯域と少なくとも部分的に同じ周波数帯域内にある２つの周波数帯域内で少なくとも放射するように、溝を含む平面アンテナを構成することがポイントである。放射器間にもたらされる強い分離により、このように例えば図２で記述したアンテナ構成において使用することが出来、次いでこのことにより移動局の実現を都合良く簡単にし、かつ電力を節減することが可能になる。
【００２８】
本発明の上述の基本的考え方から明らかになるように、本発明は図１のアンテナ構造にのみ制限されず、類似の分離現象は、上述の要求を満たす全てのアンテナ構造において生じる。従って、例えば両放射器が溝を含む平面アンテナであるように、アンテナ構造を実現することが出来る。この構造は、例えば溝を含む平面アンテナにより、第２の放射器を代替することを除いてその他の点では、上述のアンテナ構造に類似のアンテナ構造として実現することが出来る。所望の周波数帯域を達成することを可能にする構造を有する両方の溝を含む平面アンテナを提供することにより、重複する周波数帯域内において溝を含む平面アンテナ間の分離が実質的に２０ｄＢより大きく、１つの放射器から他の放射器への最小限の電力転送、即ち損失が得られることを示すことが出来る。
【００２９】
上述の実施例では、ＧＳＭ周波数の送信と受信の両方およびＷＣＤＭＡの受信を１本のアンテナにより実現することにより、本発明のアンテナ構造を利用し、他のアンテナをＷＣＤＭＡの送信にのみ使用する。本発明は、しかしながらそのような構成に制限されず、実施形態による大部分のアンテナ構成に関する限り、同時に生じる送信と受信とを異なるアンテナ間で区別し、この場合有利なアンテナ構造により送信アンテナと受信アンテナとの間の十分な分離を達成することが可能になることがポイントである。
【００３０】
従って、ＷＣＤＭＡの送信とＷＣＤＭＡの受信が場所を変える以外に、その他の点では図２の構成と、構成が類似の図５ａの実施形態を、例えばアンテナ構成として使用することが出来る。移動局がＧＳＭ周波数帯域のいずれかを使用する場合、この構成ではまたスイッチＳを使用して、特定の周波数帯域内において時分割的に生じる送信と受信の切り替えを制御する。ＷＣＤＭＡ２０００システムを使用する場合、スイッチＳを常時遮断し、かつ増幅器Ａｍｐ２により増幅し、帯域通過フィルタＢＰＦ２を介して正しい周波数帯域に濾波したＷＣＤＭＡ２０００の信号を送信する。帯域通過フィルタＢＰＦ１により濾波する受信信号をのみを受信するように、アンテナＡ２構成する。またこの構成では、ＷＣＤＭＡ２０００システムにおける送信と受信とを異なるアンテナ間で分割する。
【００３１】
さらに、第２のアンテナＡ２がＷＣＤＭＡの送信アンテナあるいは受信アンテナとしてのみ動作するアンテナ構成に、本発明は制限されず、例えばあるＧＳＭ機能を第２のアンテナＡ２において構成することが出来る。従って、ＷＣＤＭＡ２０００システムの受信と共にＧＳＭ１９００システム（送信と受信）の機能を第２のアンテナＡ２に移すアンテナ構成として、例えば図５ｂの実施形態を使用することが出来る。そのような場合、上述の如くスイッチＳもまた第２のアンテナＡ２と接続して設け、使用するシステムの送信と受信を制御すべきである。
【００３２】
複式フィルタにより、ＧＳＭの全ての機能を１本のアンテナＡ１において構成し、かつ同様にＷＣＤＭＡの全ての機能（送信と受信）を他のアンテナＡ２において構成することも可能である。当然その場合、複式フィルタの使用を回避する利点は得られないが、にもかかわらずこのような構成においてもアンテナ間における強い分離により、またアンテナ間の電力損失が低減する。またこの構成により、好ましくは移動局の熱損失および電力消費が低減する。
【００３３】
さらに、一実施形態によれば、開示するアンテナ構成をまたダイバシティ受信において利用することが出来、複数の経路を伝搬した信号を幾つかのアンテナの部分を介して受信し、これにより結合信号の雑音とフェーディングと干渉による混信とを共に削減することが可能になる。次いで、システムのユーザ容量を次に増やす比較的低電力の信号を使用して、受信を実行することも出来る。さらに、比較的高品質により受信する信号によりデータ速度を向上させることが出来る。移動局のための既知のアンテナの解決方法では、アンテナ間の分離およびダイバシティレシオは一般的に不良であり、これは信号を強化するためのダイバシティ受信から得られる電力利得がまた最小限度であったことを意味するので、基地局の受信においては、一般的にダイバシティ受信が使用されていた。代わって、ここに開示するアンテナ構造では、アンテナ間の分離はかなり強く、一方ダイバシティレシオはかなり小さく、これにより移動局のダイバシティ受信においても、アンテナ構造を効率的に使用することが可能になる。
【００３４】
例えば、図１のアンテナ構造の第１と第２の放射器との間の極性は殆ど直交である。そして、放射器間のダイバシティレシオもまた非常に小さい。例えば第１の放射器の効率が実質的に５０％で、かつ第２の放射器の効率が実質的に７５％である、１９５０ＭＨｚの周波数においては、放射器間のダイバシティレシオは実質的に０．０２である。そのような構造は、従ってダイバシティ受信において使用するのに極めて良く適している。
【００３５】
図６は、ダイバシティ受信を実現するための好ましい実施形態を示すブロック図である。図６のブロック図で、アンテナＡ１は図１の第１の放射器１２０と対応し、かつ同様にアンテナＡ２は図１の第２の放射器１３０と対応する。スイッチＳを介して両ＧＳＭの周波数に従うデータ伝送を受信（ＲＸ）するように、アンテナＡ１を構成する。さらにスイッチＳを介して両ＧＳＭの周波数、即ちＥＧＳＭ９００およびＧＳＭ１９００において、増幅器ブロックＡｍｐ１により増幅した信号を送信（ＴＸ）するように、アンテナＡ１を構成する。さらに、主としてＷＣＤＭＡ２０００の受信を分担するＷＣＤＭＡ２０００システムの受信において、アンテナＡ１は第１のダイバシティ部（ＲＸ１）として動作する。移動局がＧＳＭの周波数帯域のいずれかを使用する場合、特定の周波数帯域内において時分割的に生じる送信と受信の切り替えを制御するためにスイッチＳを使用する。もし他方で、ＷＣＤＭＡ２０００システムを使用する場合、スイッチＳを常時遮断し、かつ帯域通過フィルタＢＰＦ１により受信信号を正しい周波数帯に濾波する。
【００３６】
増幅器Ａｍｐ２を介して供給するＷＣＤＭＡ２０００の信号を送信するように、アンテナＡ２を構成する。さらに、ＷＣＤＭＡ２０００の受信を間接的に分担するＷＣＤＭＡ２０００システムの受信において、アンテナＡ２は第２のダイバシティ部（ＲＸ１）として動作する。ＷＣＤＭＡ２０００システムの送信と受信の両方のためにアンテナＡ２を構成するので、送信部と受信部との間に複式フィルタＤＰＦを必要とする。しかしながらアンテナＡ２にＷＣＤＭＡ２０００システムの全ての機能（ＲＸ／ＴＸ）を設ける場合ほど、この複式フィルタの特性は決定的ではない。このように、ダイバシティ受信の上述の利点を同時に達成することが可能である一方、それ程複雑ではないフィルタリング特性を持つ比較的小さな複式フィルタを使用して、好ましくはダイバシティ受信を実現することが出来る。ダイバシティ受信を好ましくはまたＧＳＭシステムにおいても実現することが出来、この場合、ＧＳＭの受信はアンテナＡ１およびアンテナＡ２の両方を介して行われる。
【００３７】
本発明のアンテナ構造と関連して好ましくは適用することの出来る上記の実施形態における実施例として、説明上の理由で種々のＧＳＭおよびＷＣＤＭＡシステムを使用した。しかしながら、実質的に同じあるいは隣接する周波数帯域内において送信と受信とが同時に行われる他のあらゆる無線データ転送と関連して、本発明のアンテナ構造により達成するかなり強い分離を、また利用することが出来ることもこの技術に精通した人には明らかである。従って、例えば２４００から２４８３．５ＭＨｚの周波数帯域内で共に動作する、スプレッドスペクトラム技術を利用して無線ローカルエリアネットワークシステムＩＥＥＥ８０２．１１ｂに、および時分割技術を利用して無線ブルートゥースシステムに、本発明のアンテナ構造を好ましくは適用することが出来る。周波数帯域が重複する性質にもかかわらず、両システムを好ましくは本発明のアンテナ構造に接続することが出来る。さらに、ＧＰＳシステム（１２２７／１５７５ＭＨｚ）の周波数帯域は一般に使用するセルラー移動通信システムと重複しないとはいえ、ＧＰＳ衛星位置決めに使用するアンテナと種々のセルラー移動通信システムのアンテナとの間に強い分離を設けるべきである。
【００３８】
技術が進歩すれば、多くの異なる方法において本発明の基本的考え方を実現することが出来ることは、この技術に精通した人には明らかである。本発明およびその実施形態は、従って上述の実施例には制限されず、特許請求の範囲内において変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好ましい一実施形態によるアンテナ構造を示す図である。
【図２】本発明の好ましい一実施形態による送信と受信の前方終端部を示すブロック図である。
【図３ａ】図２の配置において配置した図１のアンテナ構造の放射器の周波数特性を示す図である。
【図３ｂ】図２の配置において配置した図１のアンテナ構造の放射器の周波数特性を示す図である。
【図４】図１のアンテナ構造のシミュレーションによる電流分布を示す図である。
【図５ａ】本発明の幾つかの好ましい実施形態による送信と受信の前方終端部を示すブロック図である。
【図５ｂ】本発明の幾つかの好ましい実施形態による送信と受信の前方終端部を示すブロック図である。
【図６】本発明の好ましい一実施形態によるダイバシティ受信の配置を示す図である。
【図１】
2006504308.tif 000003
【図２】
2006504308.tif 000004
【図３ａ】
2006504308.tif 000005
【図３ｂ】
2006504308.tif 000006
【図４】
2006504308.tif 000007
2006504308.tif 000008
【図６】
2006504308.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ構造（１００）であって、
少なくとも１つの接地平面（１１０）と、
前記接地面からある距離に位置し、個別の給電点（１２４、１３４）を持ち、かつ接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、
前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、
を含み、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
前記アンテナ構造において少なくとも前記第１の放射器が、溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における電力を消費する前記放射器相互の結合が最小限度である、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構造であって、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間の分離が実質的に１０ｄＢより大きく、好ましくは２０ｄＢより大きい、ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ構造であって、
前記放射器間の極性が実質的に直交であるので、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間のダイバシティレシオが実質的に殆ど零である、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ構造であって、
少なくとも１つの比較的低周波数帯域と少なくとも２つの比較的高周波数帯域とを含む少なくとも３つの周波数帯域を提供するように、前記第１の放射器が構成されている、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ構造であって、
前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複するように、前記第１の放射器の少なくとも１つの比較的高周波数帯域が構成されている、
ことを特徴とする、アンテナ構造。
【請求項６】
無線周波数信号を配信するためのアンテナ構造（１００）を含む無線デバイスであって、前記アンテナ構造は、少なくとも１つの接地平面（１１０）と、前記接地平面からある距離に位置し、個別の給電点（１２４、１３４）を持ち、かつ接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、を含み、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
前記アンテナ構造において、少なくとも前記第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における電力を消費する前記放射器相互の結合が最小限度であり、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内で行われる無線周波信号の同時送受信を前記第１と前記第２の放射器との間で区別する、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の無線デバイスであって、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内において同時に送受信される前記無線周波数信号は、帯域通過フィルタ、高域通過フィルタあるいは低域通過フィルタにより濾波するように構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項８】
請求項６または７に記載の無線デバイスであって、ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信し、ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を受信するように、前記第１の放射器は構成され、
ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を送信するように、前記第２の放射器は構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項９】
請求項６または７に記載の無線デバイスであって、
ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信し、ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を送信するように、前記第１の放射器は構成され、
ＷＣＤＭＡ信号などの周波数分割無線周波数信号を受信するように、前記第２の放射器は構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の無線デバイスであって、
ＧＳＭ信号などの時分割無線周波数信号を送受信するように、また前記第２の放射器は構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１項に記載の無線デバイスであって、
前記時分割無線周波数信号と前記周波数分割無線周波数信号との前記送受信を結合する結合手段を含む、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１２】
無線周波数信号を配信するためのアンテナ構造（１００）を含む無線デバイスであって、前記アンテナ構造は、少なくとも１つの接地平面（１１０）と、前記接地平面からある距離に位置し、個別の給電点（１２４、１３４）を持ち、かつ接地点（１２２、１３２）により前記接地平面に接地され、少なくとも１つの共振周波数を提供して、少なくとも１つの周波数帯域を提供するように構成された、少なくとも第１と第２の放射器（１２０、１３０）と、前記接地平面と前記放射器との間の分離層と、を含み、
少なくとも２つの周波数帯域を提供するように、少なくとも前記第１の放射器は構成され、前記周波数帯域の少なくとも１つが、前記第２の放射器が提供する少なくとも１つの周波数帯域と少なくとも部分的に重複し、
前記アンテナ構造において、少なくとも前記第１の放射器が溝を含む平面アンテナであり、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における電力を消費する前記放射器相互の結合が最小限度であり、
少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内で行われる無線周波信号の同時受信が、前記第１および前記第２の放射器によるダイバシティ受信として実行されるように構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１３】
請求項６または１２に記載の無線デバイスであって、
前記放射器間の極性は実質的に直交であるので、少なくとも前記部分的に重複する周波数帯域内における前記放射器間のダイバシティレシオは実質的に殆ど零である、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【請求項１４】
請求項６から１３のいずれか１項に記載の無線デバイスであって、
前記無線デバイスが移動局であり、前記移動局と前記放射器の前記周波数帯域によりサポートされるシステムであるように、少なくとも次の１つ：ＥＧＳＭ９００（８８０から９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０から１８８０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）、ＷＣＤＭＡ２０００（１９２０から２１７０ＭＨｚ）、ＵＳ−ＧＳＭ８５０（８２４から８９４ＭＨｚ）、ＵＳ−ＷＣＤＭＡ１９００（１８５０から１９９０ＭＨｚ）およびＵＳ−ＷＣＤＭＡ１７００／２１００（Ｔｘ１７１０から１７７０ＭＨｚ、Ｒｘ２１１０から２１７０ＭＨｚ）が構成されている、
ことを特徴とする、無線デバイス。
【国際調査報告】
2006504308.tif 000010
2006504308.tif 000011
2006504308.tif 000012