(57)【要約】アンテナ装置は伝送線を規定する第一セクション（１０２）及び第二セクション（１０４）を有する折りたたみ構造（１００）を有する。これらのセクションは、メアンダライン素子又は他の物理的に短縮された電気素子、例えばヘリカル素子であってよい。セクション（１０２、１０４）のその自由端にそれぞれの給電点（１０３、１０５）が設けられ、これにより、伝送及び受信などの異なったモードによって独立した接続が可能になる。追加の実施例で、トップローディング及び追加の短絡回路素子が、性能を向上させアンテナ容積を低減させるために設けられることができる。導体の幅を調整するか、又は、セクションの一つを並列に接続された複数の導体として作製することにより、セクション（１０２、１０４）のインピーダンスを異ならせることができる。改良された設計の可能性を提供するためディスクリート部品がアンテナ構造中に含まれることができ、同一容積中に追加の折りたたみ構造を作製することによりマルチバンド動作が可能にされる。
2004516700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線を規定する第一セクション及び第二セクションを有する折りたたみ構造を有するアンテナ装置であって、前記第一セクション及び前記第二セクションのそれぞれが、その自由端にそれぞれの給電点を持つ物理的に短縮された電気素子を有するアンテナ装置。
【請求項２】
前記第一セクション及び前記第二セクションが互いに実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物理的に短縮された電気素子のそれぞれがメアンダライン素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
給電点をアースに接続するためのスイッチング手段が設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記折りたたみ構造が更に前記第一セクションと前記第二セクションとの間にトップロードを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第一セクションと前記第二セクションとの間に追加の短絡回路が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第一セクションと前記第二セクションとが異なった幅の導体を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第一セクションと前記第二セクションとの内少なくとも一つが、平行に接続された同様の形状の複数の導体を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記第一セクションと前記第二セクションとの内少なくとも一つがディスクリート部品を実装することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一セクション及び前記第二セクションのそれぞれの一部を回路内及び回路外へスイッチングするように動作可能なスイッチング手段が設けられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも一つの追加の折りたたみ構造を更に有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置を含む無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送線を規定する第一セクション及び第二セクションを持つ折りたたみ構造を有するアンテナ装置及びこのような装置を実装した無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば携帯電話機など、無線通信システムに用いられる端末はますます小型化してきている。従って、放射の性能又は効率を犠牲にすることなく、より小さなアンテナを提供する必要がある。他の要件は、種々の異なった無線システム、例えばＧＳＭ（汎欧州デジタルセルラーシステム）、ＵＭＴＳ（ユニバーサル移動電話システム）及びブルートゥースで動作することができるアンテナを提供することである。
【０００３】
種々のコンパクトなアンテナ装置、例えばヘリカルアンテナ及びメアンダライン（折れ曲がった）アンテナが既知であり、後者は例えば国際特許出願公開第ＷＯ ９７／４９１４１号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改良されたコンパクトなアンテナを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の側面によれば、伝送線を規定する第一セクション及び第二セクションを有する折りたたみ構造を有するアンテナ装置であって、第一セクション及び第二セクションのそれぞれが、その自由端にそれぞれの給電点を持つ物理的に短縮された電気素子を有するアンテナ装置が提供される。
【０００６】
第一セクション及び第二セクションは厳密に平行である必要はなく、例えば、これらは、傾斜した伝送線を規定することができる。同様に、第一セクション及び第二セクションは厳密に対称である必要ではないが、伝送線が規定されるようにほぼ同一の経路を取る必要はある。
【０００７】
このような装置は各動作モードに対して一つの給電点を使用することを可能にする。異なった動作モードは、伝送及び受信機能、異なったシステム（例えばＧＳＭ及びＵＭＴＳ）、異なった周波数帯又はこれらのモードのあらゆる組み合わせから構成され得る。各モードに対して別個の給電点を使用することで、全モードで最適な給電及び効率を提供することが著しく容易になる。
【０００８】
トップローディングが第一セクションと第二セクションとの間に設けられることができ、これにより、アンテナの性能が向上し、折りたたみ構造を通じてより均一な電流分布が提供される。追加の短絡回路素子が装置のインピーダンスを変化させるのに使用されることができる。
【０００９】
給電により示される相対インピーダンスは、第一セクション及び第二セクションの導体を異なった幅に構成するか、又は、セクションの一つが平行に接続された複数の導体を有するように構成することにより、変更することができる。
【００１０】
アンテナ装置は、特にＰＣＢ又はＬＴＣＣなどの基板上に作製されていれば、ディスクリート部品を含むことができる。このような部品は、折りたたみ構造上の電流分布を変化させるか、又はスイッチング機能を実行することができる。
【００１１】
マルチバンド動作は、同容積内で低減された縮尺での折りたたみ構造の複製により可能にされることができる。
【００１２】
本発明の第二の側面によると、本発明により作製されたアンテナ装置を含む無線通信装置が提供される。
【００１３】
本発明は、メアンダラインアンテナ又は他の物理的に短くされた電気アンテナを折り曲げることにより、低減された容積で向上された性能が提供されることができるという、従来技術には存在しない認識に基づいている。
【００１４】
本発明の実施例が、ここで例示により添付図面を参照して説明される。
【００１５】
同一の参照番号は対応する機能を示すのに用いられた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明の基本的な実施例は第一メアンダラインセクション１０２及び第二メアンダラインセクション１０４を有する折りたたみアンテナ１００を有する。示されるセクション１０２及び１０４は「ジグザグ」な型であるが、他の形、例えばヘリカル又はスクエア波（後者は国際特許出願公開番号ＷＯ ９７／４９１４１に示される）も可能である。メアンダラインの設計の主要な基準は、電流の水平成分（即ちセクション１０２及び１０４の軸に対して垂直な成分）が相殺され、電流の垂直成分は相殺されないというものである。折りたたみの両側１０２及び１０４がほぼ同一の経路を取り、これにより伝送線を規定するという条件の下では、アンテナは完全に対称的でなくてもよい。この要件の理由は以下の説明から明らかになる。
【００１７】
第一給電点１０３及び第二給電点１０５が第一セクション１０２及び第二セクション１０４の自由端にそれぞれ設けられ、第一供給源１０６及び第二供給源１０８からの信号が供給される。第一供給源１０６が使用されているときは、第二供給源１０８はダイオード１１０によりアースに接続されている。同様に、第二供給源１０８が使用されているときは、第一供給源はスイッチング手段（示されない）によりアースに接続されている。スイッチングは、ダイオード１１０の種々の代替物、例えばオンチップトランジスタや、又は、供給源１０６と１０８とが異なった周波数で動作すれば、受動的ＬＣ共振回路等によってすらも達成されることができる。
【００１８】
図１に示される構成は、我々の同時係属の未公開の英国特許出願第００２５７０９．７号（出願人参照番号ＰＨＧＢ０００１４５）に開示される安価で歪みの小さいスイッチの使用を可能にする。アンテナには複数の給電も設けられることができ、これにより、我々の同時係属の未公開の国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰＯ１／０６７６０号（出願人参照番号ＰＨＧＢ００００８３）に開示される分散型多重化装置での動作が可能になる。
【００１９】
折りたたみアンテナ１００の電気的挙動は、二つのセクション１０２及び１０４で同一方向に流れる非平衡電流と、二つのセクション１０２及び１０４で反対方向に流れる平衡電流と、の重ねあわせとして考えることができる。放射は非平衡電流によってのみ発生させられる。放射モードのインピーダンスは、全長の同一な折りたたまれていない構造のインピーダンスの約四倍であり、典型的には短いアンテナの低いインピーダンスが約５０オームに変換されることを可能にする。平衡モードのインピーダンスは適切な長さの短絡回路伝送線のインピーダンスの約二倍である。
【００２０】
アンテナ１００により示される全インピーダンスは、二つのモードのインピーダンスの並列結合である。各セクション１０２及び１０４の電気的全長を波長の四分の一より短くすることにより、平衡モードのインピーダンスは、長さが波長の四分の一より短い短絡回路スタブのインピーダンスになる、すなわち誘導的になる。従って、このインピーダンスを、平衡モードの容量性リアクタンスを無視するのに用いることができる。
【００２１】
従って、基本的な実施例は、折りたたまれない等価のアンテナよりも短い長さを持ち、また、効率的なスイッチング及び（複数の給電を介した）多重周波数での動作をサポートする、コンパクトなアンテナを提供する。これは通常プリント構造として、無線トランシーバ中に元々存在する回路基板の一部、又は、別個のモジュールとして構築される。各モード（例えば伝送及び受信）に対して独立の給電を持つことにより、整合回路の設計が簡略化されつつ、アンテナをより狭い帯域に、従ってより小さく、することができる。
【００２２】
プリント構造の使用により新しい可能性も提供される。図２は、よく知られているようにアンテナのインピーダンスを改良し、より均一な電流分布を与えるトップローディング２０２の追加によりアンテナ２００が更に短縮された実施例を示す。
【００２３】
短絡回路２０４がセクション１０２と１０４との間に設けられ、これは、（アンテナの二つのセクション１０２及び１０４のそれぞれの対応する点は放射モードでは同一電位にあるため）放射モードの動作に影響を与えることなく（短絡回路スタブの長さを変化させることにより）平衡モードのインピーダンスを変化させる。よって、給電インピーダンスは、短絡回路２０４の位置を調整することにより容易に好都合な値に調整することができる。
【００２４】
給電におけるアンテナインピーダンスは他の態様によっても変化させられることができる。一つは、給電点１０３及び１０５のそれぞれにおける、独立した整合回路の追加による態様であり、これにより各給電のより効率的な整合及びブロードバンド化が可能になる。他の態様は、トラック幅、ワイヤ径、又はトラック若しくはワイヤの数を変化させることによりアンテナの各側の相対インピーダンスを変化させることである。
【００２５】
図３は、第一セクション３０２にはより幅の広いトラックが用いられ、第二セクション１０４の幅は変化していない、アンテナ３００の実施例を示す。従って、第一給電点１０３において示されるインピーダンスは第二給電点１０５におけるインピーダンスと比較して低減されている。よって、トランシーバでは、第一給電１０３は伝送電力増幅器に、第二給電１０５は受信低ノイズ増幅器に、接続されることができ、これにより改良された動作条件が提供される。
【００２６】
図４は、平行な二つのトラック４０２が第一セクションに用いられる、アンテナ４００の他の実施例を示し、これは同様に、第二給電点１０５と比較して第一給電点１０３において低減されたインピーダンスを示す。明らかに、任意のアプリケーションの特定の要件に合わせた種々の変形例が可能である。
【００２７】
ＰＣＢ（プリント回路基板）及びＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）等の基板上にプリント構造として容易に作製されるアンテナの他の利点は、アンテナ構造の中にディスクリート部品を含むことができる可能性である。図５は、アンテナ電流分布を変化させる塊の受動部品５０２及び５０４が実装されたアンテナ５００の実施例を示す。
【００２８】
スイッチング部品はアンテナ構造に実装されることもでき、例えばアンテナ構造の一部を動作に含めるか含めないかのスイッチングをすることにより、マルチモード動作を可能にする。図６は、図１のアンテナに基づいた、二重にチューニングされたアンテナ６００の例を示す。第一セクション１０２及び第二セクション１０４は分流スイッチ６１０により連結され、更に、第一直列スイッチ６１２及び第二直列スイッチ６１４により他のメアンダラインセクション６０２及び６０４に連結される。
【００２９】
図６に示されるように、分流スイッチ６１０は閉じており、直列スイッチ６１２及び６１４は開回路である。これにより、アンテナの最上部は回路外にスイッチングされる。三つ全てのスイッチの状態を反対にすることで、電流は他のセクション６０２及び６０４を介するように経路を設定される。よって、デュアルバンド動作が任意のバンドのペアで可能になる。従って、アンテナ６００は、ＬＣ共振回路が該ＬＣ共振回路の共振周波数においてアンテナの実効長さを変化させる、ＬＣトラップウィップとの電子的な等価物である。他のスイッチは、マルチバンド動作を可能にすることの他に、図２の短絡回路トラック２０４により提供された方法と同じ方法で（特性をスイッチングすることなく）アンテナのインピーダンスを変化させることにも使用されることができる。このようなスイッチングは、他のディスクリート部品を回路内外へスイッチングするのにも使用することができる。
【００３０】
スイッチ６１０、６１２及び６１４はいかなる適切な部品を用いても構築することができる。これらは、ダイオードの他にマイクロ電磁システム（ＭＥＭＳ）スイッチのようなより新しい開発例も含む。ＭＥＭＳは、従来の可変キャパシタに伴う非線形性の問題のない可変キャパシタとしても用いられることができる。
【００３１】
図７は、容積変化を最小にしてアンテナ構造を複製することによりマルチバンドアンテナ７００が得られる他の実施例を示す。第一セクション１０２及び第二セクション１０４を有する第一折りたたみメアンダラインに加えて、アンテナ７００は第三セクション７０２及び第四セクション７０４並びに第三供給源７０６及び第四供給源７０８を有する他の折りたたみメアンダラインを有する。図示された構成は四つのバンドで動作可能である。他のメアンダラインが基板の異なった層又は側にプリントされていたら、これは第一メアンダラインと重なることすらできる。より少数の給電点が必要なのであれば、第一給電点１０３及び第三給電点７０３、又は第一給電点１０５及び第三給電点７０５、又は両方の給電点の組は、合成されることができる。
【００３２】
全ての上記技術は容易に組み合わせられることができ、これは多様なアプリケーションに適した低容積アンテナの設計を可能にする。
【００３３】
上述の実施例は、セクション１０２及び１０４のそれぞれが単一の直線を有する軸を持つ折りたたみモノポールアンテナに関するが、他の構造、例えば「Ｌ」型も可能である。唯一の制約は、セクション１０２及び１０４が、典型的には実質的に平行であることにより、伝送線を規定するのに十分に類似した経路を辿るということである。
【００３４】
本発明の上述の実施例はメアンダラインアンテナ１００を用いる。しかし、他の種類の物理的に短縮された電気アンテナを代わりに用いることもできる。このようなアンテナは、自身の電気的長さよりも物理的に小さく、主に電場を受信する、モノポール又はダイポールに類似したアンテナである。このような代替アンテナの例はヘリカルアンテナである。
【００３５】
本開示を読むことにより、他の変形例も当業者には明らかになるであろう。このような変形は、アンテナ装置及びその構成要素の、既知の、設計、製造及び使用に関するほかの特徴と関連していることができ、これらの特徴は、ここで説明された特徴に代わって、又は追加して、使用することができる。
【００３６】
本発明や請求項において、要素の前に付した「一つの（ａ又はａｎ）」という単語は、その要素が複数あることを排除するものではない。更に、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、記載された以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により作製された基本的なアンテナ装置の図。
【図２】トップローディングを有するアンテナ装置の図。
【図３】トラック幅に違いを与えることにより提供される、異なったインピーダンスのセクションを有するアンテナ装置の図。
【図４】追加のトラックの実装により提供される、異なったインピーダンスのセクションを有するアンテナ装置の図。
【図５】ディスクリート部品を実装したアンテナ装置の図。
【図６】スイッチングされたアンテナ装置の図。
【図７】マルチバンドアンテナ装置の図。
【国際公開パンフレット】
2004516700.tif 000003
2004516700.tif 000004
2004516700.tif 000005
2004516700.tif 000006
2004516700.tif 000007
2004516700.tif 000008
2004516700.tif 000009
2004516700.tif 000010
2004516700.tif 000011
2004516700.tif 000012
2004516700.tif 000013
2004516700.tif 000014
2004516700.tif 000015
2004516700.tif 000016
【国際調査報告】
2004516700.tif 000017
2004516700.tif 000018
2004516700.tif 000019
2004516700.tif 000020
2004516700.tif 000021