(57)【要約】折返し縁部（３８）に沿って接続している第１の平面部分（３４）と第２の平面部分（３６）とを有するＬ字型受信素子（３０）を有する折返し逆Ｆ型アンテナ（ＦＩＦＡ）。ＰＣＢのアース面を形成する第２の平面部分（３６）には、プリント回路基板（ＰＣＢ）（４０）が垂直に配置されている。ＦＩＦＡは、第２の平面部分（３６）の下に、第２の平面部分（３６）とほぼ平行に配置された第２のアース面（４２）を有する。少なくとも１本の短絡導体（５４）が、受信素子（３０）を、ＰＣＢおよび第２のアース面（４０，４２）のうちの少なくとも一方に接続する。少なくとも１つの受信導体（５８）が、受信機回路（５０）を受信素子（３０）に接続する。ＦＩＦＡは、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星から位置信号を受信するために、携帯電話のような無線通信装置で使用することができる。ＦＩＦＡは、従来の平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）と比較した場合に、天頂方向に沿って伝搬する電磁場に対する感度が高く、かつアンテナ利得が高い。
2004511166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯用無線デバイス用のアンテナ・デバイスであって、
第１のアース面と、
前記第１のアース面に対してほぼ平行な第１の導体面と、
前記第１のアース面および第１の導体面に対してほぼ垂直な第２のアース面と、
前記第２のアース面に対してほぼ平行な第２の導体面と、
ｉ）前記第１のアース面と第１の導体面、およびｉｉ）前記第２のアース面および第２の導体面、のうちの少なくとも一方の間を延びる短絡導体と、
受信回路と、ｉ）前記第１の導体面およびｉｉ）前記第２の導体面のうちの少なくとも一方との間を延びる少なくとも１つの受信導体と、を備えたアンテナ・デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記第１のアース面が、前記無線デバイスのプリント回路基板（ＰＣＢ）を形成しているデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイスにおいて、前記プリント回路基板上に無線デバイス回路を設置する領域を形成するために、前記第１の導体面が前記第１のアース面から間隔を置いて配置されるデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記第１の導体面と前記第２の導体面が、折返し縁部を形成すべく共通の縁部において接続しているデバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ・デバイスにおいて、
前記受信導体が前記受信回路を前記第１および第２の導体面の折返し縁部に接続し、
第１の短絡導体が前記第１の導体面を前記第１のアース面に接続し、
第２の短絡導体が前記第２の導体面を前記第２のアース面に接続しているアンテナ・デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載のアンテナ・デバイスにおいて、前記第１および第２の導体面が全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星が送信した円偏向電磁放射フィールドを受信するアンテナ・デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のアンテナ・デバイスにおいて、
前記第１の導体面が水平方向の電磁放射フィールドに対して最大の感度となり、
前記第２の導体面が天頂方向の電磁放射フィールドに対して最大の感度となる、アンテナ・デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナ・デバイスにおいて、前記受信導体および短絡導体が、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星からの無線周波信号を受信するために、前記第１および第２の導体面上に位置するアンテナ・デバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のアンテナ・デバイスにおいて、前記受信導体が内部導体と外部導体とを有する同軸線であり、前記内部導体が、前記第１および第２の導体面と前記受信回路とのうちの少なくとも一方と接続しているアンテナ・デバイス。
【請求項１０】
無線通信システムにおいて、携帯用無線デバイスにより全地球測位システム（ＧＰＳ）から信号を受信するための方法であって、
受信素子の垂直面が天頂方向を向き、受信素子の平行面が水平方向を向くように、Ｌ字型受信素子を携帯用無線デバイス内に配置するステップと、
前記受信素子を、短絡導体を用いて、第１のアース面と第２のアース面のうちの少なくとも一方に接続するステップと、
前記受信素子を、受信導体を用いて、受信機回路に接続するステップと、
前記天頂方向に沿って伝搬するＧＰＳ信号に対する感度を最大にするステップと、から成る方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記感度を最大にするステップが、
携帯用無線デバイスの形状に応じて前記短絡導体と前記受信導体の位置を調整するステップを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記短絡導体と前記受信導体が、前記天頂方向に平行から、平行から３０度までの範囲内の方向に沿って伝搬する電磁場に対する放射感度が最大になるように設置される方法。
【請求項１３】
全地球測位システム（ＧＰＳ）から信号を受信することができる携帯用無線通信装置で使用される逆Ｆ型アンテナであって、
第１の平面と頂縁部とを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）のアース面と、
前記ＰＣＢ平面に対して平行な第１の平面部分と、前記ＰＣＢ面に対して垂直な第２の平面部分とを有し、前記第１および第２の平面部分が、折返し縁部に沿って接続しているＬ字型受信素子と、
前記第２の平面部分の下に前記第２の平面部分とほぼ平行に配置されている第２のアース面と、
前記Ｌ字型受信素子を、前記ＰＣＢおよび第２のアース面のうちの少なくとも一方に接続している少なくとも１本の短絡導体と、
前記Ｌ字型受信素子を受信機回路に接続している少なくとも１本の受信導体と、を備えた逆Ｆ型アンテナ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の逆Ｆ型アンテナにおいて、前記第１の平面部分が、前記ＰＣＢのアース面にほぼ平行に間隔を置いて位置する逆Ｆ型アンテナ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の逆Ｆ型アンテナにおいて、前記受信機回路が、前記間隔を置いたＰＣＢのアース面と前記第１の平面部分との間に位置する逆Ｆ型アンテナ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の逆Ｆ型アンテナにおいて、
前記受信導体が前記受信機回路を前記受信素子の折返し縁部に接続し、
第１の短絡導体が前記第１の平面部分を前記ＰＣＢのアース面に接続し、
第２の短絡導体が前記第２の平面部分を前記第２のアース面に接続している逆Ｆ型アンテナ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の逆Ｆ型アンテナにおいて、前記短絡導体および受信導体が、天頂方向に沿って伝搬する電磁場に対する放射感度を最大にするように前記受信素子上に位置する逆Ｆ型アンテナ。
【請求項１８】
携帯用デバイス用のアンテナであって、
ＰＣＢ平面と頂縁部を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
ＰＣＢの平面に平行な第１の平面部分と、前記ＰＣＢ平面に垂直な第２の平面部分とを有し、前記第１および第２の平面部分が折返し縁部に沿って接続している放射素子と、を備えたアンテナ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のアンテナにおいて、前記ＰＣＢの少なくとも一部がアース面を含むアンテナ。
【請求項２０】
請求項１８に記載のアンテナにおいて、前記第１の平面部分と前記第２の平面部分のいずれかに平行なアース面をさらに備えるアンテナ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のアンテナにおいて、前記アース面が前記第１の平面部分および前記第２の平面部分のいずれかに電気的に接続しているアンテナ。
【請求項２２】
携帯電話であって、
ＰＣＢ平面と頂縁部を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
ＰＣＢの平面に平行な第１の導電性の平面部分と、前記ＰＣＢ平面に垂直な第２の導電性の平面部分とを有し、前記第１および第２の導電性の平面部分が折返し縁部に沿って接続しているを含む放射素子と、を備えた携帯電話。
【請求項２３】
請求項２２に記載の携帯電話において、前記放射素子が前記頂縁部の近くに位置する携帯電話。
【請求項２４】
請求項２２に記載の携帯電話において、前記第１の導電性の平面部分と前記第２の導電性の平面部分のいずれかに平行なアース面をさらに備える携帯電話。
【請求項２５】
請求項２２に記載の携帯電話において、前記放射素子に電気的に接続している全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機をさらに備える携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、携帯用無線通信装置で使用するためのアンテナに関し、特に全地球測位システム（ＧＰＳ）信号を受信するためのアンテナに関する。
【０００２】
（背景技術）
基地局へ／から無線周波（ＲＦ）信号を送受信するために、携帯電話ハンドセットでは、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）が広く使用されている。図１は先行技術のＰＩＦＡである。従来のＰＩＦＡ１０は通常、ほぼ並列に配置されたプレート導体とアース導体を含む。プレート導体およびアース導体は、通常、短絡ピン（図示せず）により接続しており、同軸線が通常給電ピン（同様に図示せず）として使用されている。
【０００３】
ＰＩＦＡは平面アンテナであるので、通常、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２のアース面に並列に装着される。携帯電話ハンドセットは小型であるので、通常、アンテナ放射用として、ＰＩＦＡの第１の共振モードだけが使用される。第１の共振モードの最大放射１４の方向は、図に示すように、アンテナの面に対して垂直である。
【０００４】
さらに、ＰＩＦＡは、自立型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ）全地球測位システム（ＧＰＳ）用途にも使用されてきた。ＧＰＳ用途の場合には、ＰＩＦＡは、通常、自動車または自立型ボックスの頂部に装着されるので、一般に、アース面に対して平行になっている。このような方向を向いているので、最大放射／受信の方向は、アース面に対して垂直である。すなわち、ＧＰＳ信号が送信される空のほうを向いている。
【０００５】
携帯電話からの緊急（Ｅ９１１）電話呼出しの確立に関するＦＣＣ（連邦通信委員会）規定が施行されたために、ＧＰＳチップまたは地球上の位置を知る受信機を所有するためにも、ＧＰＳ衛星が送信するＧＰＳ位置データを受信するためにも、携帯電話が必要である。携帯電話または他の携帯用無線通信装置にＧＰＳチップを装着すれば、ユーザは、自分が危険に遭遇した場合や医療が必要になった場合に、９１１ボタンまたは非常ボタンを押すことができる。次に、携帯用無線デバイスは、多数のＧＰＳ衛星からの位置信号を分析する。次に、無線デバイスから、位置信号が警察、消防署、医療緊急機関に送信され、その結果、ユーザの位置を容易に特定することができる。
【０００６】
ＧＰＳ信号を受信するためにＰＩＦＡを使用する場合には、ＰＩＦＡは、通常、他の携帯電話の用途のように、ＰＣＢアース面に平行に装着される。しかし、携帯電話は通常、使用中はほぼ垂直位置に保持される。この位置では、ＰＩＦＡの最大放射／受信の方向は水平線の方を向いており、その最小放射／受信の方向は空の方を向いている。一般に、最小放射／受信方向のＰＩＦＡのアンテナ利得は、最大放射／受信方向のそれと比較した場合、１０ｄＢ低い。それ故、ＧＰＳ信号を受信するためにＰＩＦＡを使用すると、通信リンクの性能が下がるか、呼出しを受信することができない。この問題に対する１つの有力な解決方法は、その最大放射／受信方向が空の方向を向くように、携帯電話ハウジングの頂部にＰＩＦＡ全体を装着するという方法である。しかし、現在使用されている小型の携帯電話ハウジングは、この方法で装着されているＰＩＦＡをサポートするだけの十分なスペースを持っていない。それ故、ＧＰＳ衛星からの位置信号を効果的に受信することができる逆Ｆ型アンテナの開発が待望されている。
【０００７】
本発明は、上記および他の問題を解決する、ＧＰＳ信号を受信するための新規な改良形の逆Ｆ型アンテナに関する。
本発明は、種々の構成要素および構成要素の組み合わせとして、および種々のステップおよび種々のステップを組み合わせて実行することができる。図面は好適な実施形態を例証的に説明するためだけのものであって、本発明を制限するものと考えるべきではない。
【０００８】
（発明の開示）
図２について説明すると、本発明の折返し逆Ｆ型アンテナ（ＦＩＦＡ）２０は、アンテナ２０の受信素子３０を形成しているＬ字型のまたは折返し導体プレートを含む。好適には、受信素子３０は誘電基板３２上に装着されることが好ましい。アンテナは二役を行う素子であるので、導体プレート３０は、無線周波（ＲＦ）信号を送信するための放射素子としての働きと、ＲＦ信号を検出するための受信素子としての働きの、少なくとも何れか一方の働きを果たすことに留意されたい。受信素子３０は、折返し縁部３８を共有する平行面３４と垂直面３６からなる。好適には、平行面と垂直面の間の折返し角度は、約９０度であることが好ましい。しかし、受信素子の折返し角度は９０度より小さくてもよいし、９０度より大きくてもよいことを理解されたい。図２に示すように、折返し放射／受信素子３０は、平行面３４がＰＣＢに平行になり、垂直面３６がＰＣＢに垂直になるように、プリント回路基板（ＰＣＢ）のアース面４０の上部に装着される。ＰＣＢは携帯電話および他の無線通信装置での標準的な素子である。携帯電話に関して本発明の実施について説明するが、ＦＩＦＡは携帯情報端末（ＰＤＡ）や自立型ＧＰＳ局のような他の無線通信装置でも使用することができることを理解されたい。
【０００９】
個々のアンテナのアース面４２は、受信素子３０の垂直面３６の下に、垂直面３６とほぼ平行に配置されている。一実施形態では、ＰＣＢ４０は、平行面３４に対するアース面としての働きをする。他の実施形態では、別のアース面（図示せず）が、ＰＣＢの他に平行面３２に対してほぼ平行に装着される。ＰＣＢ４０が平行面３４に対するアース面としての働きをする上記実施形態の場合には、ＦＩＦＡの帯域幅は広い。
【００１０】
ＰＣＢが平行面に対するアース面としての働きをする図２の実施形態では、平行面３４とＰＣＢのアース面４０との間に受信回路５０が配置されている。アンテナ回路またはアンテナの構成要素を収容するために、平行面とＰＣＢのアース面との間のスペースを利用すれば、全面積を効率的に使用することができ、それにより、より小さな電話ハウジング内で本発明を容易に使用することができる。
【００１１】
ＦＩＦＡは、Ｌ字型受信素子３０を第１のアース面４２および／またはＰＣＢのアース面４０に接続する、少なくとも１つの短絡ピンまたは導体５４を含む。さらに、受信導体または受信ライン５８が、アンテナの受信回路５０を受信素子３０に接続している。好適には、内部導体と外部アースシールドを含む同軸ケーブルを、受信導体５８として使用することが好ましい。短絡導体５４と受信導体５８の位置はアンテナの性能に影響を与えることを理解されたい。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、ＦＩＦＡの短絡導体の位置と受信導体の位置の代替実施形態を示す。図３Ａは、短絡導体５４と受信導体５８の両方が受信素子３０の平行面３４にそれぞれ接続している実施形態を示す。図３Ｂは、受信導体５８が受信素子３０の垂直面３６に接続しており、短絡導体５４が受信素子の平行面３４に接続している代替実施形態を示す。図３Ｃは、短絡導体５４と受信導体５８の両方が受信素子３０の垂直面３６に接続しているさらに別の実施形態である。このような各実施形態のアンテナの性能は、受信素子３０の平行面および／または垂直面上での、受信導体および／または短絡導体の位置を変えることにより変化することを理解されたい。
【００１２】
再び図２に戻って説明すると、以下にさらに詳細に説明するように、短絡導体５４および受信導体５８は、それぞれ全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星によって送信される電磁場に対する感度が最大になるように調整される。地表面上のＧＰＳ衛星の位置により、送信されたＧＰＳ信号は、頂点の方向に沿って、すなわち、空から伝搬する。
【００１３】
より詳細に説明すると、地上位置の受信機５０とそれに連結したＦＩＦＡアンテナ２０は、無線デバイスに埋設ＧＰＳ機能を提供する。ＧＰＳ機能とは、衛星のＧＰＳのコンステレーションを使用することにより、自分で位置を決定する機能である。全地球測位システム（ＧＰＳ）は、衛星のコンステレーションから受信した信号から、地表面上または地表面近くのＧＰＳ受信機の位置を決定するために使用することができる。地球上の任意の地点で少なくとも４つの衛星から信号を受信できるように、ＧＰＳ衛星の軌道は複数の面内に配置される。より一般的には、地表面上の大部分の位置で６つまたは８つの衛星から信号の受信が行われる。ＧＰＳ衛星の軌道は、固定地上局から正確に決定され、航空機に中継される。地表面に近い任意の点の緯度、経度および高度は、４つまたはそれ以上の衛星からの電磁信号の伝搬時間から計算することができる。
【００１４】
「擬似距離（ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ ）」と呼ばれる測定距離は、そのような伝搬時間に基づいて、ＧＰＳ受信機および衛星間で決定される。測定距離が擬似距離と呼ばれるのは、衛星上のタイミング・クロックとＧＰＳ受信機のクロックとの間には通常は時間のズレがあるためである。３次元の位置を決定するためには、時間のズレと３次元の位置とで表される４つの未知数の解を見つけるために、少なくとも４つの衛星信号が必要になる。ＧＰＳ衛星から送信される信号の性質は、文献から周知である。
【００１５】
各ＧＰＳ衛星は、２つの拡散スペクトル、すなわち、Ｌ１信号およびＬ２信号と呼ばれるＬバンド搬送波信号を送信する。電離層での送信信号の屈折によるすべての誤差をなくすためには、望まれる場合には、２つの信号が必要になる。各ＧＰＳ衛星からのＬ１信号は、当業者にとって周知の象限内の２つの擬似ランダム・コードにより変調された二値位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ）である。
【００１６】
搬送波信号の位相を変調するために２進擬似ランダム・コードを使用すると、搬送波抑圧スペクトル拡散信号が発生する。各衛星からのＬ２信号は、１つの擬似ランダム・コードだけで変調されたＢＰＳＫである。擬似ランダム・コードを使用すれば、受信機の位置を決定し、ナビゲーション情報を提供するために、複数のＧＰＳ衛星信号を使用することができる。特定のＧＰＳ衛星が送信した信号は、その特定の衛星に対する擬似ランダム・コードを発生し、照合し、相関をチェックすることにより選択される。擬似ランダム・コードのあるものは周知であり、ＧＰＳ受信機により発生し、記憶される。他の擬似ランダム・コードは公開されていない。
【００１７】
再び図２について説明すると、受信素子３０の平行面３４および垂直面３６の両方は、平行面および垂直面に垂直な方向に、最大放射感度６０、６２を有する。すなわち、携帯電話をほぼ垂直方向に向けた場合には、受信素子３０の平行面３４は、水平方向に最大放射感度６０を有し、受信素子３０の垂直面３６は、天頂方向に最大放射感度６２を有する。これらの２つの最大放射感度６０，６２は、連続放射感度フィールド６４を形成する。好適には、ＦＩＦＡの放射感度フィールドは、携帯電話が、ほぼ垂直から、垂直から約３０度までの範囲内のユーザの位置に位置している場合に、ＧＰＳ位置信号を受信することができるようになることが好ましい。
【００１８】
受信導体５８および短絡導体５４の位置は、無線デバイス・ハウジングの物理的な形状に応じて変えることができる。例えば、電話機本体に対して開閉する可動部分を有するあるタイプの携帯電話で使用するためのＦＩＦＡの位置は、従来の「キャンディ・バー」タイプの携帯電話とは異なる受信導体および短絡導体の位置を有する。すなわち、受信素子の平行面３４と垂直面３６上の受信導体５８と短絡導体５４の接触位置は、携帯電話がどの方向を向いていようとも、空または天頂の方向を指すように、最大放射感度全体を調整するために移動する。好適には、放射感度フィールドは、携帯電話がほぼ垂直から、ほぼ垂直から約３０度の方向を向いている場合に、ＧＰＳ信号が最大放射感度内に位置するように調整されていることが好ましい。ＦＩＦＡ２０の天頂方向の信号に対する利得は、従来の平面逆Ｆ型アンテナと比較した場合に、約６ｄＢ高い。
【００１９】
引き続き図３Ａ−図３Ｃについて説明すると、１本の受信ピン５８と１本の短絡ピン５４（図３Ａ−図３Ｃ）を備えたＦＩＦＡ構成は、直線的に偏向した（ＬＰ）信号を受信することができるアンテナを提供する。ＧＰＳ衛星は、円偏向（ＣＰ）信号を送信する。しかし、ＧＰＳ衛星が送信した任意のＣＰフィールドは、９０度の位相差を有する２つの直交ＬＰフィールドに分解することができる。この場合、２つのＬＰフィールドの一方は、ＦＩＦＡアンテナの偏向と一致する。
【００２０】
図４と、引き続き図３Ａ−図３Ｃとを参照すると、代替実施形では、ＦＩＦＡは、受信／放射素子３０上の２本の短絡導体５４１、５４２および１つの受信導体５８により、ＣＰ信号を送信／受信するように構成されている。一実施形態では、受信導体５８は、折返し縁部３８において受信素子３０と接触している。図４に示すように、一方の短絡導体５４２は平行面３４に接続しており、もう一方の短絡導体５４１は垂直面３６に接続している。短絡導体の相対的な位置を調整することにより、ＦＩＦＡは、ＣＰフィールドを必要な方向で受信／送信することができるように、その感度／放射フィールドの強さおよび位相を変えることができるようになっている。ＣＰフィールドは、平行面および垂直面それぞれの上に１つずつ位置する２つの受信導体と受信／放射素子への１つの短絡導体とを接続することにより検出／送信することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】携帯電話のプリント回路基板（ＰＣＢ）に装着されている従来のＰＩＦＡの斜視図である。
【図２】本発明の折返し逆Ｆ型アンテナ（ＦＩＦＡ）の斜視図である。
【図３Ａ】本発明のＦＩＦＡの代替実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明のＦＩＦＡの代替実施形態の斜視図である。
【図３Ｃ】本発明のＦＩＦＡの代替実施形態の斜視図である。
【図４】本発明の円偏向信号を送受信することができるＦＩＦＡの代替実施形態の斜視図である。
【国際公開パンフレット】
2004511166.tif 000003
2004511166.tif 000004
2004511166.tif 000005
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2004511166.tif 000017
2004511166.tif 000018
【国際調査報告】
2004511166.tif 000019
2004511166.tif 000020
2004511166.tif 000021