(57)【要約】【解決手段】本発明は、単一のハウジング／レードーム内に２個、３個又はそれ以上のアンテナが収容されたマルチバンドアンテナである。２個のトップロードモノポールアンテナは共に配置され、一方のアンテナが別のアンテナの接地プレート及び頂上プレート間に配置される。２個のトップロードモノポールアンテナのキャパシタンスを弱める誘導性シャントは、アンテナがきれいな５０Ω抵抗インピーダンスを実行することを補助するために、中空の導電性チューブにより提供することができる。第３マイクロストリップアンテナを外側のトップロードモノポールアンテナの頂上導電性プレートの頂上に配置してもよい。マイクロストリップアンテナ用のケーブルは、接地プレート、少なくとも一方のトップロードアンテナの頂上プレート及び一方の中空の誘電性シャント内側を通る。
2004527173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１トップロードモノポールアンテナと、
該第１トップロードアンテナ内に配置された第２トップロードモノポールアンテナと
を具備することを特徴とするマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項２】
前記第１トップロードアンテナの頂上に配置されたマイクロストリップアンテナをさらに具備することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項３】
前記第１及び第２トップロードアンテナ及び前記マイクロストリップアンテナを収容するレードームをさらに具備することを特徴とする請求項２記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項４】
前記レードームは、前記第１トップロードアンテナの接地プレートと嵌合して、前記第２トップロードアンテナ、前記マイクロストリップアンテナ、及び前記第１トップロードアンテナの少なくとも一部分を封入することを特徴とする請求項３記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項５】
前記第１トップロードアンテナが、第１導電性接地プレート、第１導電性頂上プレート、前記第１接地プレートに電気的に接続された第１導体、及び前記第１頂上プレートに電気的に接続された第２導体を具備し、
前記第２トップロードアンテナが、第２導電性接地プレート、第２導電性頂上プレート、前記第２接地プレートに電気的に接続された第１導体、及び前記第２頂上プレートに電気的に接続された第２導体を具備することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項６】
前記第２接地プレート及び前記第２頂上プレートは、前記第１接地プレート及び前記第１頂上プレート間に配置されていることを特徴とする請求項５記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項７】
前記第１トップロードアンテナは第１誘導性シャントをさらに具備することを特徴とする請求項６記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項８】
前記第１誘導性シャントは、前記第１接地プレートを前記第１頂上プレートに接続する少なくとも１個の導電性ポストを具備することを特徴とする請求項７記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項９】
前記導電性ポストは２個の導電性ポストからなることを特徴とする請求項８記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１０】
前記第２トップロードアンテナは第２誘導性シャントをさらに具備することを特徴とする請求項８記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１１】
前記第２誘導性シャントは、前記第２接地プレートを前記第１接地プレートに接続する導電性ポストを具備することを特徴とする請求項１０記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１２】
前記第１トップロードアンテナの頂上に配置されたマイクロストリップアンテナをさらに具備することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１３】
前記ポストは中空であり、
前記マルチバンドアンテナは、前記第１トップロードアンテナの頂上に配置されたマイクロストリップアンテナと、前記マイクロストリップアンテナへの又は前記マイクロストリップアンテナからの信号を結合するためのケーブルとを具備し、
前記ケーブルは前記導電性ポストを貫通することを特徴とする請求項８記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１４】
前記第１導体は前記第２導体を軸方向に取り囲むことを特徴とする請求項６記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１５】
前記第１及び第２導体は同軸ケーブルからなることを特徴とする請求項１４記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【請求項１６】
前記第１及び第２接地プレート、前記第１及び第２頂上プレート及び前記同軸ケーブルは同軸であることを特徴とする請求項１５記載のマルチバンドアンテナ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに関し、特に小型マルチバンドアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般大衆が無線すなわち高周波（ＲＦ）サービスをより利用できるようになるにつれ、小型アンテナに対するニーズが増大している。アンテナの寸法及び形状は固定通信用途では大きな問題ではないが、移動通信用途との関連では重大な問題になる。例えば、携帯電話、航法用途の衛星利用全地球測位（ＧＰＳ）システム及びデジタル衛星ラジオ／音響システムが含まれるがこれらに限定されない多重内蔵無線／高周波デバイスを自動車が有することは、今日では稀なことではない。現代の携帯電話自体は、異なる３バンド、すなわち８２４〜８９６ＭHzの帯域で作動するアナログバンド、８０６〜８９６ＭHzの帯域で作動する米国移動電話システム（ＡＭＰＳ）プロトコルに従ったデジタルバンド、及び１８５０〜１９９０ＭHzの帯域で作動する個人通信システム（ＰＣＳ）に従った第２デジタルバンドで送受信できる３モード電話である。
【０００３】
モノポールアンテナのデザインにおいて、アンテナマストは接地平面（接地プレート）から直交して延びるのが代表的である。国際標準によれば、アンテナは、送受信を意図された周波数帯域における入力端末で５０Ωの抵抗インピーダンスをきれいに示すことになっている。これは、送受信する信号の周波数で良好に共振する長さのアンテナマストを用いることにより達成することができる。簡単なモノポールアンテナのデザインにおいて、送受信する信号の１／４波長に略等しい長さのマストは、良好な共振を示し、入力が５０Ωに非常に良好に整合する。
【０００４】
しかし、アンテナマストが１／４波長に等しい長さを有することは、非現実的であったり不可能でさえあったりすることが多い。少なくとも、特に移動体（例えば、自動車）又は携帯（例えば、携帯電話、無線携帯情報端末）の用途において、アンテナ、特にアンテナマストを含む全ての電子関連部品の寸法を短縮させることは殆ど常に望ましい。
【０００５】
必要とされるマストの長さを短縮するために、「トップロード」モノポールアンテナが周知である。特に、第２導電プレートが接地平面に対して略直交してアンテナマストの末端に配置される場合、もっと短いアンテナマストで共振が得られる。特に、モノポールアンテナをトップロードすることは頂上プレート及び接地平面間にキャパシタンスをもたらし、周知のアンテナ理論によれば、電磁波の特定周波数の共振を達成するのに要するアンテナマストの必要とされる長さ（頂上プレート及び接地平面間の空間）を実質的に短縮する。接地平面及び頂上プレート間のキャパシタンスにもかかわらず、デバイスは依然として５０Ωの抵抗インピーダンスで共振を実行（emulate）する。
【０００６】
アンテナの別な一般的タイプは、マイクロストリップアンテナとして公知である。マイクロストリップアンテナは、良好なマイクロ波特性及び適当な厚さを有し両面に銅クラッドを有するシート状材料を具備するのが一般的である。このシートは、任意の数の形状をとってもよいが、対象波長の関数として決定される寸法の正方形であるのが通常である。一面の銅クラッドの一部は、所定の寸法にエッチングして除かれるのが通常である。マイクロストリップアンテナは複数の縁から放射し、非常に小型である。しかし、マイクロストリップアンテナは非常に狭い有効帯域幅を有するので、非常に狭い帯域幅上で作動する受信器、送信器、トランシーバにのみ適する。ＧＰＳ伝送用の帯域幅は非常に狭いので、ＧＰＳはマイクロストリップアンテナが有効に使用できるプロトコルの好例であろう。
【０００７】
また、マイクロストリップアンテナが、能動回路を有する印刷回路基板と共に一体のユニットとして販売されることも一般的である。特に、マイクロストリップアンテナは、能動回路が印刷回路基板の底面に配置された状態で例えば両面接着テープにより印刷回路基板の上面に取り付けられてもよい。印刷回路基板の底面は、回路を保護するために、通常「缶」と称されるエンクロージャで覆われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、改良されたマルチバンドアンテナ組立体を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、小型のマルチバンドアンテナ組立体を提供することを別の目的とする。
【００１０】
本発明は、高い利得を有する効率のよいマルチバンドアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、２個以上のアンテナが単一のハウジング／レードーム内に収容されたマルチバンドアンテナである。本発明の第１の側面によれば、２個のトップロードモノポールアンテナが共に配置され、うち１個のアンテナが接地平面及びもう１個のアンテナの上面間に配置される。アンテナがきれいな５０Ω抵抗インピーダンスを実行できるようにするために、２個のトップロードモノポールアンテナにおけるキャパシタンスの影響を弱める誘導性シャントを中空の導電チューブで設けることができる。本発明の別の側面によれば、外側のトップロードモノポールアンテナの上側導電プレートの頂上に、第３のマイクロストリップアンテナを配置することができる。マイクロストリップアンテナ用ケーブルは、接地平面、少なくとも１枚のトップロードアンテナの頂上プレート、及び一方の中空誘導性シャントの内側を通る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１ないし図４は、３個のアンテナが単一のパッケージ内で一体化された、本発明の特定一実施形態によるマルチバンドアンテナを示す。本実施形態において、３個のアンテナは、８０６〜８９６ＭHzのＡＭＰＳ帯域幅で信号を送受信するよう設計されたトップロードモノポールＡＭＰＳアンテナ１１、１８５０〜１９９０ＭHzのＰＣＳ帯域幅で送受信するよう設計されたトップロードモノポールＰＣＳアンテナ１３、及び１５７５ＭHzのＧＰＳ帯域幅で送受信するよう設計されたマイクロストリップＧＰＳアンテナ１５である。しかし、本発明は、事実上任意の２以上の周波数帯域で送受信するアンテナにも適用可能であることが当業者に理解されるべきである。
【００１３】
プレート１２はＡＭＰＳアンテナ用の接地平面である。接地平面１２は、十分な大きさの導電プレートであり、アンテナの一体部分として設けられてもよい。しかし、別の実施形態において、接地平面１２は実際には、アンテナが実装された装置の一部からなることができる。例えば、自動車用途において、接地平面１２は、屋根又は後部パッケージトレー等の自動車の一部からなることができる。後部パッケージトレーは、典型的なセダン又はクーペタイプの自動車の客室後端部にある水平シェルフであり、その下には、オーディオシステム用の後部スピーカが実装されるのが典型的である。アンテナは後部パッケージトレーの底側に実装することができ、接地平面１２としてトレーの金属フレームを使用することができる。ＡＭＰＳアンテナは、頂上導電プレート１４をさらに具備し、当業界で周知であるようにマスト３４が１／４波長より短くできるように接地平面１２及び頂上プレート１４間にキャパシタンスを提供する。アンテナのマストは同軸ケーブル３４により提供される。同軸ケーブル３４は、アンテナ組立体１０を介して信号を送受信する１以上の送信器、受信器又はトランシーバに導く別の同軸ケーブルに接続するようになっているコネクタ３４ｄを具備する。同軸ケーブル３４は、外部導体３４ａ、外部導体３４ａと同軸でその中央を貫通する内部導体３４ｃ、並びに外部導体３４ａ及び内部導体３４ｃ間の誘電絶縁層３４ｂを具備する。外部同軸導体３４ａは接地平面１２と電気的に接触するが、内部導体層３４ｃは頂上プレート１４と電気的に接触する。従って、アンテナにより受信された（又は伝送するためにアンテナに送信された）電磁信号は、アンテナ技術の分野で周知の外部及び内部導体３４ａ，３４ｃ間の電磁場として、同軸ケーブルに沿って進む。
【００１４】
外部導体３４ａは、接地平面１２の孔１２ａを貫通し、（さらに後述されるように、第２アンテナの接地平面である）プレート１８で終端する。外部導体３４ａは接地平面１２及びプレート１８に半田付けされる。誘電絶縁層３４ｂは、外部導体３４ａの中央を貫通し、（前述の第２アンテナに関連してさらに後述される）プレート２０の底側で終端する。従って、内部導体３４ｃは、接地平面１２にもプレート１８にも電気的に接触してないが、（後述される）プレート２０と同様にＡＭＰＳの頂上プレート１４と電気的に接触する。内部導体３４ｃは、プレート２０及びＡＭＰＳアンテナの頂上プレート１４に半田付けされる。
【００１５】
ＡＭＰＳアンテナ１１は１対の誘導性シャント１６ａ，１６ｂをさらに具備する。物品１６ａ，１６ｂは、構造的には接地平面１２及びＡＭＰＳアンテナ１１の頂上プレート１４間を垂直方向に延びる中空導電チューブである。シャント１６ａ，１６ｂは、それらの両端で接地平面１２及び導電プレート１４にそれぞれ導電接続される。導電性シャント１６ａ，１６ｂは、全体が銅等の導電性材料で形成されるか、導電性めっきが施された非導電性材料で形成されてもよい。さらに、導電性ポスト１６ａ，１６ｂは、接地平面１２上の頂上プレート１４用の物理的支持物として作用する。
【００１６】
本設計によるＡＭＰＳアンテナの有効回路は、キャパシタンスと並列でインダクタンスと並列の抵抗である。接地平面１２及び頂上プレート１４で形成されるキャパシタ及び部品１６ａ，１６ｂで形成されるインダクタはＬＣ並列回路を構成する。誘導性シャント１６ａ，１６ｂの寸法及び形状は、インダクタ及びキャパシタのリアクタンスが等しく且つキャンセルするように逆向きとなるか又は可能な限り近づけて互いに弱めるようにし、その結果、デバイスの入力がきれいな５０Ωの抵抗インピーダンスとして現れるように、選択されるべきである。実際、それが共振の定義である。
【００１７】
例えば、トップロードモノポールアンテナの有効キャパシタンスは次式で与えられる。
【００１８】
【数１】
2004527173.tif 000003
ここで、Ｃはキャパシタンス、εはプレート間の材料（代表的には空気）の誘電定数、Ａは接地平面上に突出した頂上プレート１４の面積（接地平面と平行なら、頂上プレートの面積合計でもよい）、及びｄは頂上プレート及び接地平面間の距離である。この式は、接地平面が無限大と見なしている。
【００１９】
頂上プレート１４及び接地平面１２間の所望のキャパシタンスは、所望のマスト長さの関数として主に選択される。次に、誘電ポスト１６ａ，１６ｂは、回路の共振周波数でのキャパシタンスに可能な限り近づけて弱めるようにするために、選択されたキャパシタンスの関数として寸法及び形状が設定することができる。ポストの有効インダクタンスは次式で与えられる。
【００２０】
【数２】
2004527173.tif 000004
ここで、Ｌはインダクタンス、ｌはポスト長さ、及びｒはポストの外側半径である。
【００２１】
ＡＭＰＳアンテナ１１内で、特に接地平面１２及びＡＭＰＳアンテナ１１の頂上プレート１４の間に配置されるのは、第２のトップロードモノポールアンテナ１３である。特に、プレート１８は基本的には接地平面であり、プレート２０はＰＣＳアンテナの頂上プレートである。ＰＣＳアンテナ１３は、ＡＭＰＳアンテナ１１と同じマスト用同軸ケーブル３４を使用する。特に、前述したように、同軸ケーブルマストの外部導体層３４ａは、ＰＣＳアンテナ１３の底プレート１８とＡＭＰＳアンテナ１１の接地平面１２の両方に接触する。同様に、内部導体３４ｃは、ＰＣＳアンテナ１３の頂上プレート２０とＡＭＰＳアンテナ１１の頂上プレート１４に接触する。よって、ＰＣＳ信号及びＡＭＰＳ信号は共に、同じ導体３４ａ，３４ｃの対に沿って各トランシーバへ進む。従って、ＰＣＳアンテナ１３はそのマストとしてプレート１８，２０間の距離に等しいマスト３４の長さ部分を使用するが、ＡＭＰＳアンテナ１１はそのマストとしてプレート１２，１４間の距離に等しいマスト３４の長さ部分を使用する。信号は、コネクタ３４ｄまで、及びコネクタ３４ｄからＰＣＳトランシーバ及びＡＭＰＳトランシーバの両方まで回ることができる。ここで、フィルタが各トランシーバ用の適切な周波数を隔離することができる。
【００２２】
ＰＣＳアンテナ１１はまた、プレート１８，２０間のキャパシタンスを弱めるために、シャント１６ａ，１６ｂに類似したデザインの別の誘導性シャント２２を具備する。特に、誘導性シャント２２は中空導電チューブからなる。チューブは、全体が銅等の導電性材料製であってもよく、また導電性材料層でコーティングされたプラスチックであってもよい。
【００２３】
ＡＭＰＳアンテナ１１の状況とは異なり、誘電性シャント２２は、ＰＣＳアンテナ１１のプレート１８，２０間よりもＰＣＳアンテナ１３の接地平面１８及びＡＰＭＳアンテナ１１の接地平面１２間に配置されると最もよく機能することが実験から判明している。
【００２４】
ＰＣＳ周波数バンド（１８５０〜１９９０ＭHz）はＡＭＰＳバンド幅（８０６〜８９６ＭHz）よりかなり高いので、プレート１８，２０はＡＭＰＳアンテナ１１の頂上プレート１４及び接地平面１２より小さくすることができ、ＰＣＳアンテナ１３の２枚のプレート１８，２０間の距離もＡＭＰＳアンテナ１１の接地平面１２及び頂上プレート１４間の距離より短い。従って、ＰＣＳアンテナ１３は、ＡＭＰＳアンテナ１１内に全体が配置されて容易に嵌まる。
【００２５】
本発明の別の側面によれば、第３アンテナ１５は、ＧＰＳ用に使用できるようなマイクロストリップアンテナであるが、ＡＭＰＳアンテナの頂上プレート１４上に配置される。ＧＰＳアンテナ１５は、印刷回路基板２８上に実装されたマイクロストリップ部分３０からなる点で、基本的に従来のＧＰＳアンテナである。印刷回路基板の底面は、マイクロストリップアンテナにより受信されるＧＰＳ信号を処理するための能動回路を有することができ、少なくとも一実施形態において、低ノイズ増幅器及びバンドパスフィルタ（図示せず）を具備する。回路は缶２４内に封入される。缶２４の底面は、両面接着テープによりプレート１４の上面に取り付けられてもよい。
【００２６】
マイクロストリップアンテナ１５により受信される信号は、第２同軸ケーブル３２を介してＧＰＳ受信器に届く。本発明の好適実施形態において、同軸ケーブル３２は、接地プレート１２の孔１２ｂ及び頂上プレート１４の孔１４ａを貫通し、ＧＰＳアンテナ１５上のコネクタ２８と嵌合する。
【００２７】
接地平面１２を除くアンテナ組立体全体１０はレードーム３６内に収容される。レードーム３６は、適当なマイクロ波特性を有するプラスチック等の任意の材料製とすることができる。適当なマイクロ波特性は、一般的に１〜５の間の誘電定数及び0.01〜0.001の間の損失正接を有する。
【００２８】
より大きなＡＭＰＳアンテナ内により小さいＰＣＳアンテナを配置することにより、２つのモノポールトップロードアンテナが、アンテナの一方に以前要求された体積内に嵌まるように製造できる。さらに、マルチバンドアンテナに要求された体積は、ＧＰＳマイクロストリップアンテナ用のケーブルが誘電性シャント１６ａ，１６ｂの一方を貫通することにより、最小にされる。
【００２９】
さらに、２つのトップロードモノポールアンテナ１１，１３の有効キャパシタンスを打ち消す誘電性シャントの使用は、アンテナの有効キャパシタンスを打ち消すことによりアンテナの効率を増大させるので、入力端子及び出力端子の一方又は両方できれいな５０Ω抵抗インピーダンスをアンテナが実行することができる。
【００３０】
本発明のいくつかの特定実施形態を説明したが、種々の変形、変更及び改良をすることは当業者には容易であろう。このような変形、変更及び改良は、本開示により明白であるように、本明細書に明示されていないものも本明細書の説明の一部であることを意図しており、本発明の真髄及び範囲内であることを意図している。従って、前述の説明は、例示目的であって限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲に定義されたもの及びその均等物にのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態によるマルチバンドアンテナの分解斜視図である。
【図２】図１に示されたマルチバンドアンテナの平面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った、図１のマルチバンドアンテナの断面図である。
【図４】図１ないし図３に示されたアンテナの側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  トップロードモノポールＡＭＰＳアンテナ（第１トップロードモノポールアンテナ）
１２  接地平面
１３  トップロードモノポールＰＣＳアンテナ（第２トップロードモノポールアンテナ）
１４  頂上プレート
１５  マイクロストリップＧＰＳアンテナ
１６ａ，１６ｂ  導電性シャント
２０  頂上プレート
３４  同軸ケーブル
３６  レードーム
【図１】
2004527173.tif 000005
【図２】
2004527173.tif 000006
【図３】
2004527173.tif 000007
【図４】
2004527173.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004527173.tif 000009
2004527173.tif 000010
2004527173.tif 000011
2004527173.tif 000012
2004527173.tif 000013
2004527173.tif 000014
2004527173.tif 000015
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2004527173.tif 000017
2004527173.tif 000018
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2004527173.tif 000020
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2004527173.tif 000022
2004527173.tif 000023
2004527173.tif 000024
2004527173.tif 000025
2004527173.tif 000026
2004527173.tif 000027
【国際調査報告】
2004527173.tif 000028
2004527173.tif 000029
2004527173.tif 000030