(57)【要約】通信装置２０のためのアンテナアセンブリ３０であって、前面２６及び後面２７を有し、前記装置により駆動されるように結合されて、所与の周波数帯域において電磁場を放射するフィード構造体２５と、フィード構造体２５の後面に隣接して配置される電気的リアクタンス性面２８であって、フィード構造体２５と電気的リアクタンス性面２８との間に空洞３５を画定し、これにより前記フィード構造体２５の前記後面上の前記電磁場を実質的にゼロにする電気的リアクタンス性面２８とを備えるアンテナアセンブリ。
2004525541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置のためのアンテナアセンブリであって、
前面及び後面を有し、前記装置により駆動されるように結合されて、所与の周波数帯域において電磁場を放射するフィード構造体と、
前記フィード構造体の後面に近接して配置される電気的リアクタンス性面であって、前記フィード構造体と該電気的リアクタンス性面との間に空洞を画定し、これにより前記フィード構造体の前記後面上の前記電磁場を実質的にゼロにする電気的リアクタンス性面と、を備えるアンテナアセンブリ。
【請求項２】
前記フィード構造体及び前記リアクタンス性面は、前記通信装置上に搭載されるようになっており、前記リアクタンス性面が、前記フィード構造体と、前記装置のユーザの頭部との間に介在し、前記頭部を放射場から遮蔽する請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記リアクタンス性面は、リアクタンス性回路エレメントのアレイを備える請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記リアクタンス性回路エレメントは、誘導子を備える請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記リアクタンス性回路エレメントは、コンデンサを備える請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記リアクタンス性面は、１又は複数の層に複数の面を有するプリント回路基板を備え、前記リアクタンス性回路エレメントは、前記プリント回路基板の少なくとも２面上にプリントされたトレースを備える請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記トレースは、誘導コイルを画定するようにプリントされる請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記トレースは、平行面コンデンサを画定するようにプリントされる請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記トレースは、インターディジテイテッド・キャパシタを画定するようにプリントされる請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記リアクタンス性回路エレメントは、相互に直列に接続される請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記リアクタンス性回路エレメントは、相互に並列に接続される請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記リアクタンス性面は、前記所与の周波数帯域において共振応答を有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記フィード構造体の後面は実質的に平面であって、前記リアクタンス性面は、前記フィード構造体の後面に実質的に平行に配置されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記フィード構造体はさらに上面を有しており、前記リアクタンス性面は前記フィード構造体の前記上面を実質的に覆うように構成及び配置されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記フィード構造体の前面及び後面は、その間に少なくとも１つの共振空洞を画定し、
該共振空洞は、前記所与の周波数帯域において共振現象を有し、前記フィード構造体の前面にある少なくとも１つの開口を通じて開口しており、
前記フィード構造体が前記装置により駆動されたとき、前記開口を介して電磁場が放射される請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの共振空洞は、空洞のアレイを備える請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記フィード構造体は少なくとも１つの伝送線路を備え、該伝送線路は、前記前面及び後面の間に前記少なくとも１つの共振空洞を形成するように構成される請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの伝送線路は、前記共振空洞を形成する導波路を画定する請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの伝送線路は、渦巻き形状を形成するように構成される請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの伝送線路は、蛇行している請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記伝送線路は、前記少なくとも１つの共振空洞が隅部を有して、前記共振空洞の隅部に隅部エレメントを備えるように構成され、前記隅部エレメントは、前記少なくとも１つの空洞の隅部における電磁放射線の反射を抑制するように配置される請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの伝送線路は、前記共振空洞が所与の周波数帯域内の４分の１波長にほぼ等しい電気長を有するように構成される請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの開口は、複数の開口を備える請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記フィード構造体は、前記少なくとも１つの開口を介して結合する１又は複数の集中回路エレメントを備える請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記フィード構造体は、１又は複数のフィンを備え、該フィンは、前記少なくとも１つの共振空洞に配置され、前記空洞のキャパシタンスを増強する請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記フィード構造体は、誘電材料及び磁性材料のうち少なくとも１つを備え、該材料は前記少なくとも１つの共振空洞に格納される請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記フィード構造体は、上面及び側面を備え、前記上面及び側面の少なくとも１つの上に突き出す遮蔽板をさらに備えて、前記構造体の後面への電磁放射線の漏洩を抑制する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記フィード構造体は、前記遮蔽板に近接配置されるコンデンサを備え、前記後面への電磁放射線の漏洩の抑制を増強する請求項２７に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記フィード構造体は、モノポールフィード構造を備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記フィード構造体は、逆Ｆ型フィード構造を備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記フィード構造体の前面は、蛇行導電体を備える請求項３０に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記フィード構造体の後面は、導電性である請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
所与の周波数帯域で動作する通信装置を使用するワイヤレス通信方法であって、
前面及び後面を有するフィード構造体が前記装置により駆動されて、前記所与の周波数帯域において電磁場を放射するように、該フィード構造体を前記通信装置に結合し、
前記フィード構造体と電気的リアクタンス性面との間に空洞を画定し、これにより前記フィード構造体の後面上の電磁場を実質的にゼロにするように、該電気的リアクタンス性面を前記フィード構造体の前記後面に近接して配置する方法。
【請求項３４】
前記のリアクタンス性面を配置することは、前記リアクタンス性面が、前記フィード構造体と、前記装置のユーザの頭部との間に介在して、前記頭部を放射場から遮蔽するように、前記リアクタンス性面を前記通信装置上に搭載することを備える請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記のリアクタンス性面を配置することは、リアクタンス性回路エレメントのアレイを、前記フィード構造体の後面に近接配置することを備える請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記リアクタンス性回路エレメントは、誘導子を備える請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記リアクタンス性回路エレメントは、コンデンサを備える請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記リアクタンス性面は、１又は複数の層に複数の面を有するプリント回路基板を備え、前記のリアクタンス性回路エレメントを配置することは、前記プリント回路基板の少なくとも２面上にトレースをプリントすること備える請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記リアクタンス性面は、前記所与の周波数帯域において共振応答を有する請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記フィード構造体の後面は実質的に平面であって、前記リアクタンス性面を配置することは、前記リアクタンス性面を前記フィード構造体の後面に実質的に平行に配置することを備える請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
前記フィード構造体はさらに上面を有しており、前記のリアクタンス性面を配置することは、前記フィード構造体の前記上面を実質的に覆うように、前記リアクタンス性面を構成することを備える請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記フィード構造体の前面及び後面は、その間に少なくとも１つの共振空洞を画定し、
該共振空洞は、前記所与の周波数帯域において共振現象を有し、前記フィード構造体の前面にある少なくとも１つの開口を通じて開口しており、
前記フィード構造体が前記装置により駆動されたとき、前記開口を介して電磁場が放射される請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの共振空洞は、空洞のアレイを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記のフィード構造体を結合することは、少なくとも１つの伝送線路を構成して、前記前面及び後面の間に前記少なくとも１つの共振空洞を形成することを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記の少なくとも１つの伝送線路を構成することは、少なくとも前記伝送線路を構成して、前記少なくとも１つの共振空洞を形成する導波路を画定することを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記の少なくとも１つの伝送線路を構成することは、前記少なくとも１つの伝送線路を渦巻き形状に形成して構成することを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記の少なくとも１つの伝送線路を構成することは、蛇行伝送線路を形成することを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記伝送線路は、前記少なくとも１つの共振空洞が隅部を有するように構成され、
前記少なくとも１つの共振空洞の隅部における電磁放射線の反射を抑制するように、前記共振空洞の隅部に隅部エレメントを配置することを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記の少なくとも１つの伝送線路を構成することは、前記共振空洞が所与の周波数帯域内の４分の１波長にほぼ等しい電気長を有するように、前記少なくとも１つの伝送線路を構成することを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの開口は、複数の開口を備える請求項４２に記載の方法。
【請求項５１】
前記のフィード構造体を結合することは、前記少なくとも１つの開口を介して１又は複数の集中回路エレメントを結合することを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項５２】
前記のフィード構造体を結合することは、１又は複数のフィンを前記少なくとも１つの共振空洞に配置し、前記共振空洞のキャパシタンスを増強することを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項５３】
前記のフィード構造体を結合することは、誘電材料及び磁性材料のうち少なくとも１つを、前記少なくとも１つの共振空洞に充填することを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項５４】
前記フィード構造体は上面及び側面を備え、前記アンテナを結合することは、前記上面及び側面の少なくとも１つの上に突き出す遮蔽板を与えて、前記構造体の前記後面への電磁放射線の漏洩を抑制する請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記アンテナを結合することは、前記遮蔽板に近接してコンデンサを配置し、前記後面への電磁放射線の漏洩の抑制を増強する請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記のフィード構造体を結合することは、モノポールフィード構造体を前記装置に結合する請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記のフィード構造体を結合することは、逆Ｆ型フィード構造体を前記装置に結合する請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記フィード構造体の後面は、導電性である請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連する出願についての相互参照〕
本出願は、２０００年１２月１４日および２００１年７月６日にそれぞれ出願された、米国仮特許出願第６０／２５５，５７０号および第６０／３０３，９２３号の利益を主張する。また、本出願は２００１年１２月６日に出願されたＰＣＴ出願（発明の名称”仮想磁壁を有するアンテナ”）と関連する。これらの関連出願は、すべて本特許出願の譲受人に譲渡されており、そしてこれらに開示された内容は、参照により本出願内容に組み入れられる。
【０００２】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、一般にはアンテナに関し、特に、移動通信装置のユーザの体組織における、移動通信装置のアンテナから生じる放射線の比吸収率（ＳＡＲ： Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を抑制する装置及び方法に関する。
【０００３】
〔従来の技術〕
携帯電話の使用に関する放射線の危険に対する関心が高まっている。携帯電話のヘビーユーザの間には、頭痛、めまい及び疲労感といった不満がよく見られる。最近の研究では、携帯電話のアンテナから放出される無線周波数（ＲＦ）の放射線に長時間さらされていると、脳細胞の活動への干渉のために医学上深刻な問題が生じ、脳ガンにいたる可能性があることが指摘されている。いくつかの政府では、携帯電話の使用に関するリスクについてユーザに警告を行うことを始めている。最近では英国政府が、親達に対し彼らの子供達が移動電話を使用する時間を制限するように勧告を発布した。米国等の国々では、携帯電話用ヘッドセットおよび他のワイヤレスハンドセットは、身体細胞組織における非吸収率（ＳＡＲ）の最大値の法的要求値を満たすことが必要である。
【０００４】
携帯電話の使用による健康に対する悪影響についての関心は、次なる事実から生じるものである。すなわち、携帯電話のアンテナは、ユーザの脳の非常に小さい領域に非常に大きい無線周波数（ＲＦ）エネルギーを送り込むことがあるという事実である。多くの場合では、８００〜９００ＭＨｚ帯域においてアンテナから放射される電磁力の７０％以上が、人間の頭部に吸収される。ワイヤレスハンドセットの無線周波数放射は非電離（ｎｏｎ−ｉｏｎｉｚｉｎｇ）放射と分類されているが、これらは全ての吸収性物質に対して熱という形でエネルギーを伝達する可能性がある。ＳＡＲ制限値に適合するための基礎を定めるのは、アンテナの位置、近距離場放射特性（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）、無線周波数電力および周波数である。また頭部におけるエネルギー吸収は、携帯電話の電力使用量に余計な損失を生じ、特定のレベルのアンテナ放射電磁波の場合には、電力消費の増加と電池寿命の低下の原因となる。
【０００５】
無線周波数吸収材料を使用して頭部を保護する、無線電話のアンテナによる健康上の危険を減少させるためのいくつかの試みが行われている。例えば米国特許第５，６６６，１２５号および第５，７７７，５８６号（これらの開示内容は参照により本出願内容に組み入れられる）には、開曲線形状（ｏｐｅｎ ｃｕｒｖｅｄ ｓｈａｐｅ）の輪郭の放射線吸収体を含むアンテナ・アセンブリが記載されている。アンテナからユーザの方向へ放射された放射線の少なくとも一部は、この放射線吸収体により遮られる。
同様に、米国特許第５，６９４，１３７号（これらの開示内容は参照により本出願内容に組み入れられる）には、放射線を透過しない材料で作られ、アンテナ外部に沿って設置可能な弧形状のシールドが記載されている。このような吸収シールドは頭部内のＳＡＲを低減するかもしれないが、電力損失についての問題は悪化させるばかりである。したがって、最適なアンテナ設計は、体組織におけるＳＡＲを低下させる主要な手段として放射パターンの効率を改善することに基づいていなければならない。
【０００６】
吸収材料の代替手段として、メーカはしばしば（接地）導電性表面を使用して、アンテナからユーザを保護する。例えば米国特許第６，０８８，５７９号には、アンテナとユーザとの間に導電性保護レイヤを有する無線通信装置が記載されている。この保護レイヤは、使用しないときにはアンテナから取り外すことができる。同様に、米国特許第５，６１３，２２１号には、金属帯鋼で作られ、電話のアンテナロッドとユーザとの間に配置されるハンドヘルド携帯電話用の放射線シールドが記載されている。
米国特許第６，０７５，９７７号には、既存のハンドヘルド携帯電話に後付けする二目的フリップシールドが記載されている。このシールドは磨かれた材料（好適にはアルミニウム）でできていて、電話使用時にはね上げられて電話のアンテナとユーザの頭部との間に位置し、これによりユーザから電磁波を遠ざけるように、高い反射率で電磁波を反射する。米国特許第６，０８８，６０３号、第６，１３７，９９８号、第６，０９７，３４０号、第５，９９９，１４２号および第５，３３５，３６６号には、他の導電性アンテナシールド装置が記載されている。本段落において上述された全ての特許に開示された内容は、参照により本出願内容に組み入れられる。
【０００７】
しかし、これらの特許に記載された種類の導電性シールドは、アンテナのエネルギーの方向を変えることについてあまり効果的でない。特に、モノポールアンテナが使用されるときに効果的でない。導電性シールドに関する問題は次の事実に起因する。すなわち、導電面上の電磁場の境界条件は、導電面の接線方向の電場の全体がゼロとなることを必要とする。したがって、導電面が、電場における１８０°の位相シフトを伴う反射係数を有する必要がある。直達場および反射場が同相になり、アンテナ場が相殺的干渉によりキャンセル（短絡）されないためには、アンテナと反射体（リフレクタ）の間の距離は１／４波長でなければならない。これは８００〜９００ＭＨｚ帯域では約８ｃｍとなる。この解決策をモノポールアンテナで実行すると取り扱いが面倒なものとなる。というのは、反射エレメントは必ずユーザとアンテナの間に配置されなければならず、このことはアンテナそれ自身がユーザの頭部から少なくとも８ｃｍは離れていなければならないことを意味するからである。
【０００８】
導電性リフレクタの既知の欠点を考慮して、他の電気的エレメントを追加することによりその性能を改善する試みが行われてきた。例えば米国特許第６，１１４，９９９号（その開示内容は参照により本出願内容に組み入れられる）には、誘電材料を導入することにより小型化された放射器と小型化されたリフレクタとの間の距離を短くした移動電話用のアンテナ装置が記載されている。
ユーザに向かう方向にある場を低減させるための追加の手段として、少なくとも２つの薄い絶縁金属帯鋼がリフレクタエレメントの端縁に沿って平行に延び、近距離場をチョーク間の区域に集中させるようにそのリフレクタ裏側にチョークを形成する手段がある。同様に参照により開示内容が本出願内容に組み入れられる欧州特許出願ＥＰ  ０  ５８８  ２７１  Ａ１には、非対称の放射パターンを有するポータブルトランシーバ用のアンテナが記載されている。少なくとも１つのリフレクタがアンテナ放射器の裏側領域内に配置されることが可能である。リフレクタは、受動的な（パッシブな）方法で動作する同調ダイポールで形成されることが可能であり、または、密集間隔の水平巻回によって構成されている垂直反射スクリーンによって形成されることが可能である。
【０００９】
パッチアンテナやループアンテナの変形物のような他のアンテナ設計が、面倒なリフレクタエレメントに依存することなしに、より高い設計上の柔軟性を可能にする。しかし、こうした設計は、頭部におけるＳＡＲを低減させるために必要な近距離場の振る舞いを未だに示していない。当業者に既知の別の慣行は、全方向性パターンではなく、準方向性の遠距離場自由空間パターンを発生させることである。例えば、参照により開示内容が本出願内容に組み入れられる米国特許第６，０３１，４９５号が、ユーザの頭部に対して垂直な方向における高い減衰を伴う両方向性の放射パターンを生じさせるために１対の整相された放射エレメントを使用する、ＳＡＲを低下させるためのアンテナシステムを開示している。しかし、近距離場においては、ユーザに向かう方向のＲＦ電力密度は、このアプローチによっては必ずしも低減させられるとは限らない。
【００１０】
〔発明が解決しようとする課題〕
非対称な磁場及び／又は電場の近距離場分布を有するアンテナを作り出すために改善された構造及び方法を提供することが、本発明の目的である。
【００１１】
増強された近距離場方向特性を有するアンテナアセンブリを提供することが、本発明のいくつかの形態のさらなる目的である。
【００１２】
また、携帯電話のようなパーソナル通信装置から放出されたＲＦ放射線の、この装置のユーザ頭部におけるＳＡＲを低下させるための装置及び方法を提供することが、本発明のいくつかの形態のさらなる目的である。
【００１３】
また、装置の電力使用量全体を減少させる、パーソナル通信装置と共に使用するためのアンテナアセンブリを提供することが、本発明のいくつかの形態のさらなる目的である。
【００１４】
〔課題を解決するための手段〕
本発明の好適実施例によれば、パーソナル通信装置のアンテナは、パーソナル通信装置により駆動されて、この装置の動作周波数帯域の電磁場を放射するフィード構造体を備える。リアクタンス性面が、フィード構造体の後面に近接して、フィード構造体とユーザ頭部の間に配置される。したがって電気的非対称空洞は、通常導電性のフィード構造体後面と、これに近接するリアクタンス性面の間に画定される。
【００１５】
非対称空洞は、導電性面及びリアクタンス性面上の、この２つの面上を逆方向に（すなわち位相をずらして）流れる２つの並列電流分布を支持する。フィード構造体の前面では、導電性面上の電流だけが効果を有し、これによりアセンブリ前面上に、ユーザ頭部から避けるような強い場を作り出す。リアクタンス性面を流れる他の電流の効果は、導電性面によって遮蔽される。しかしながら、フィード構造体の後面では、導電性面とリアクタンス性面上の電流の個々の効果が相互に相殺するために、空洞内にゼロ場が作り出される。
【００１６】
フィード構造体は、動作周波数に比してその大きさを最小化するように設計することが望ましい。本発明のいくつかの好適実施例においてフィード構造体は、その装置の動作周波数帯域において共振周波数を有する、小型空洞、又はこのような空洞の好適なアレイを備える。本発明の他の好適実施例では、フィード構造体は、高さが減少したモノポールフィード、又は（好適には蛇行構造を有する）逆Ｆ型フィードを備える。代わりのフィード構造は、当業者には明らかであろう。
【００１７】
非対称空洞を有するフィード構造体の新規な組合せは、アンテナアセンブリにより放射された電磁場エネルギーの近距離場分布の強い非対称性を与える。したがって、アンテナからの放射線のユーザ頭部における吸収が減少される。これらフィード構造体およびリアクタンス性面の電気的および機械的特性は、アンテナアセンブリを小さく作ることを可能にし、通信装置の機械的設計に対する影響を最小限にとどめる。さらにフィード構造体とリアクタンス性面は、両方とも実質的に放射線を吸収しないので、アンテナ構造体は効率的にエネルギーを放射する。本方法によらなければユーザの頭部に吸収されていたエネルギーを「再生」することにより、アンテナアセンブリは、通信装置の電力使用量の全体を改善する。
【００１８】
ここで説明される好適実施例は、パーソナル通信装置に関するものであり、装置アンテナによって放出されたＲＦ放射線からこうした装置のユーザを保護することに特に関するものであるが、本発明の有用性はこうした用途だけに限定されるものでは決してない。むしろ本発明の原理と技術は、他の用途に使用する近距離場指向性アンテナアセンブリを製造するためにも同様に適用されることが可能である。
【００１９】
したがって、本発明の好適実施例によれば、通信装置のためのアンテナアセンブリであって、前面及び後面を有し、前記装置により駆動されるように結合されて所与の周波数帯域において電磁場を放射するフィード構造体と、フィード構造体の後面に近接して配置される電気的リアクタンス性面であって、フィード構造体とリアクタンス性面との間に空洞を画定し、これによりフィード構造体の後面上の電磁場を実質的にゼロにする電気的リアクタンス性面とを含むアンテナアセンブリが提供される。
【００２０】
フィード構造体及びリアクタンス性面は、通信装置上に搭載されることに適合して、リアクタンス性面がフィード構造体とその装置のユーザの頭部の間に介在して、放射場から頭部を遮蔽することが望ましい。
【００２１】
通常は、リアクタンス性面は、誘導子及び／又はコンデンサを含むリアクタンス性回路エレメントのアレイを含んでいる。好適実施例では、リアクタンス性面は、１又は複数のレイヤ内の複数の面を有するプリント回路基板を含んでおり、リアクタンス性回路エレメントは、プリント回路基板の少なくとも２面上に、プリントされた回路トレースを含む。このトレースは、誘導コイルを画定し、又はこれに代えて若しくはこれに加えて、平行面コンデンサまたはインターディジテイテッド・キャパシタ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を画定するようにプリントされていることが望ましい。リアクタンス性回路エレメントは、相互に直列に又は並列に接続されていてもよい。
【００２２】
リアクタンス性面は、所与の周波数帯域において共振反応を有することが望ましい。フィード構造体の後面が実質的に平面であり、リアクタンス性面が、フィード構造体の後面と実質的に平行に配置されていることがより好ましい。好適実施例においては、フィード構造体はさらに上面を有しており、リアクタンス性面は、フィード構造体の上面を実質的に覆うように構成され、配置されている。
【００２３】
いくつかの好適実施例において、フィード構造体の前面及び後面は、その間に、所与の周波数帯域において共振現象を有し、フィード構造体の前面内の少なくとも１つの開口を介して開口している、少なくとも１つの共振空洞を画定する。装置によってフィード構造体が駆動されると、この開口を通じて電磁場が放射される。この少なくとも１つの共振空洞は、空洞のアレイを含むことが望ましい。
【００２４】
フィード構造体は、前面及び後面の間に少なくとも１つの共振空洞を形成するために構成される、少なくとも１つの伝送線路を含むことが望ましい。この少なくとも１つの伝送線路は、共振空洞を形成する導波路を画定することが最も望ましい。通常この少なくとも１つの伝送線路は、渦巻き形状を形成して構成されるか、蛇行して構成される。好適実施例では、伝送線路は少なくとも１つの共振空洞が隅部を有し、共振空洞の隅部に隅部エレメントを含むように構成され、この隅部エレメントは、この少なくとも１つの空洞の隅部における電磁放射線の反射を抑制するために配置されている。この少なくとも１つの伝送線路は、共振空洞が、所与の周波数帯域内の４分の１波長とほぼ等しい電気長を有するように構成されることが望ましい。
【００２５】
好適な実施例においては、前記少なくとも１つの開口は、複数の開口を含むことが望ましい。さらなる好適実施例では、フィード構造体は、この少なくとも１つの開口を介して結合する、さらに１又は複数の集中回路エレメントを含んでいる。これに加えて又はこれに代えて、フィード構造体は、前記少なくとも１つの共振空洞内に配置される１又は複数のフィンを有しており、空洞内のキャパシタンスを増強させる。さらにこれに加えて又はこれに代えて、フィード構造体は、前記少なくとも１つの共振空洞内に格納される少なくとも１つの誘電材料及び磁性材料を含む。
【００２６】
他の好適実施例において、フィード構造体は上面及び側面を含み、さらにこの上面及び側面の少なくとも１つの上に突き出す遮蔽板を含む。この遮蔽板により、構造体の後面に向かう電磁放射線の漏洩を抑制する。フィード構造体は、遮蔽板に近接して配置されるコンデンサを含んで、後面に向かう電磁放射線の漏洩の抑制を増強することが望ましい。
【００２７】
さらなる他の好適実施例では、フィード構造体は、モノポールフィード構造を含む。またさらなる他の好適実施例では、フィード構造体は逆Ｆ型フィード構造を含み、ここに、フィード構造体の前面は蛇行導電体を含む。
【００２８】
フィード構造体の後面は、導電体であることが望ましい。
【００２９】
本発明の好適実施例によれば、所与の周波数帯域で動作する通信装置を使用するワイヤレス通信方法であって、前面及び後面を有するフィード構造体が前記通信装置により駆動されて前記所与の周波数帯域において電磁場を放射するように、このフィード構造体を前記通信装置に結合し、フィード構造体と電気的リアクタンス性面との間に空洞を画定し、これによりフィード構造体の後面上の電磁場を実質的にゼロにするように、このリアクタンス性面をフィード構造体の後面に近接して配置することを含む方法が提供される。
【００３０】
本発明は、添付図面を参照しながら行う本発明の好適実施例の以下の詳細な説明から、より詳細に理解できるであろう。
【００３１】
〔発明の実施の形態〕
図１は、ユーザの頭部２２近くに保持される本発明の好適実施例による携帯電話２０を示す略図である。電話２０は、フィード構造体（ｆｅｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）２５と電気的リアクタンス性遮蔽面（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）２８とから構成されるアンテナアセンブリ２４を備える。フィード構造体２５は、前面２６と図示されない後面を有する。以下、フィード構造体（またはアンテナアセンブリ）「前面」とは、図示するとおりアセンブリの、一般に頭部２２から離れる方向を向いている側面のことをいうこととし、「後面」とは、頭部方向を向いている側面のことをいうこととする。
通常は導電性のフィード構造体２５の後面とリアクタンス性面２８は共に、その間に非対称性の空洞を画定する。以下に続く図面において、フィード構造体と非対称性空洞の様々な実現例を詳細に示す。
【００３２】
非対称性空洞とフィード構造体の組合せは、アセンブリ前面における高い値と後面における非常に低い値の間における磁場及び／又は電場の鋭い降下によって、アンテナアセンブリの近距離場を強く非対称にする。アンテナアセンブリの設計は、頭部における放射線の吸収を低減するだけでなく、フィード構造体へ供給され、通信チャンネルへ供給されるエネルギーを再方向付け（リダイレクト）する。これにより、電話２０の電力使用量全体を改善する。
【００３３】
図２は、本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリ３０を示す略図である。アセンブリは、その内部構造を示すために、側壁の無い断面図で示されている。この実施例では、フィード構造体２５は、単一の放射空洞３６を備えており、放射空洞はフィードライン３４により電話２０から給電されて、フィード構造体の前面２６内に、通常はスロット形状である開口３７により開口している。空洞は、短絡伝送線路、又は電話２０の動作帯域における４分の１波長の等価電気長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）の導波路として作用する、折り返し伝送線路又は蛇行伝送線路３２により形成される（同等に前記空洞を、動作帯域において共振現象を与えるために適切な値のインダクタンスおよびキャパシタンスを有する共振回路と見ることができる）。伝送線路３２は密に折り曲げられて、所望の４分の１波長の空洞長を実現しつつ空洞３６の総体積を最小化することが望ましい。８００〜９００ＭＨｚのセルラ帯域において動作する空洞の通常の寸法は、幅４２ｍｍ×高さ２０ｍｍ×奥行き８である。空洞を、それぞれ１から２０（場合によってはそれ以上）の範囲の誘電率又は透磁率を有する誘電材料又は磁性材料で充填することとしてもよい。このとき自然の、又は人工の磁性材料を使用することができる。
【００３４】
非対称性空洞３５は、リアクタンス性面２８により画定されて、フィード構造体２５の後面２７に近接して配置される。リアクタンス性面は、フィード構造体２５の上端の上方に折り曲げられて、フィード構造体の上端からユーザの頭部に到達しうる放射線をさらに低下させることが望ましい。
上述のように、空洞３５は導電性後面２７とリアクタンス性面２８の中に２つの平行な電流分布を支持する。この電流分布は、２つの面上において反対方向に流れている（すなわち、位相がずれている）。フィード構造体２５の前面２６では、導電性面２７上の電流だけが効果を有するため、これによりアンテナアセンブリ３０の前面上に、ユーザの頭部から避けるような強い場が作り出される。アンテナアセンブリの前面上では、リアクタンス性面２８上を流れる電流の効果が、導電性面２７によってシールドされる。しかし、フィード構造体２５の後面上では、導電性面２７上の電流及びリアクタンス性面２８上の電流の個々の効果が、相互に相殺されるために、空洞３５内の場はゼロとなる。
【００３５】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の好適実施例によるリアクタンス性面２８の略図である。図３Ａは面２８の一般的な前面図であり、図３Ｂは面２８の細部を示している。リアクタンス性面２８は、この面に好適に半田付けなどにより結合された集中誘導子（ｌｕｍｐｅｄ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）３８のアレイを備える。図３Ｂに示すように、シールドは、誘導子３８を基板上に結合するためのパッド（ｐａｄ）４８を有するプリント回路基板３９を備えることが望ましい。この誘導子は、プリントされた回路トレース４６により直列に接続されることが望ましい。図３Ｃに示す他の実施例では、前記結合される誘導子に加え又はその代わりに、プリント回路基板それ自体がその表面にプリントされた誘導コイルを有している。
【００３６】
誘導子３８のインダクタンス値およびその位置は、フィード構造体２５から放出された場が、導電性面２７上に流れる電流と逆位相の電流をリアクタンス性面２８に流して、空洞３５を励振するように選択する。これにより、リアクタンス性面を流れる電流は、フィード構造体２５後面における電磁場をゼロにする。この意味において、リアクタンス性面２８は、上述のＰＣＴ出願（発明の名称”仮想磁壁を有するアンテナ”）に記載されている仮想磁壁（ＶＷＭ： ｖｉｒｔｕａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｌｌ）として作用する。図３に示される誘導子アレイの代わりに、上記ＰＣＴ出願に記載される代わりのＶＷＭ構造を、リアクタンス性面２８内に使用することとしてもよい。
【００３７】
誘導子３８の値及びその間隔は、電話２０の１つ又は複数の動作周波数帯域内で、共振応答を与えるように選択する。通常は、８００〜９００ＭＨｚのセルラ帯域において動作するには、表面２８上の誘導子アレイの単位セルの大きさは４ｍｍ×４ｍｍで、Ｌ＝８．３ｎＨの集中誘導子を有する。他の例では、単位セルの大きさは３．５ｍｍ×３．５ｍｍであり、誘導子の値は１０ｎＨである。空洞３５の奥行きは、２ｍｍであることが望ましい。
他の実施例では、誘導子だけでなくコンデンサも使用される。コンデンサの追加は、特にアンテナアセンブリをデュアルバンド動作用に設計するときに有益である。
【００３８】
図３Ｃは、本発明の他の好適実施例によるリアクタンス性面２８の細部を示す略図である。この実施例では、表面２８は、プリント回路基板３９で作られており、プリント回路基板３９上には、誘導子３８がコイルの形状で直列にプリントされている。各コイルは、プリント回路基板３９の上層レイヤまたは上面にプリントされた上部セグメント４３と、基板の下層レイヤまたは下面にプリントされた下部セグメント４５を備える。上部セグメント及び下部セグメントは、フィードスルー４７（貫通接続、両面間接続端子）により接続される。任意に、プリント回路基板の未使用領域（例えば、コイル中心）を穿孔して貫通させる。誘導子アレイを形成する他の方法も、当業者には明らかであろう。
【００３９】
図３Ｄは、本発明のさらなる他の好適実施例によるリアクタンス性面２８の詳細を示す略図である。ここではコンデンサ４９が、プリント回路基板３９の上層レイヤ及び下層レイヤ、またはプリント回路基板３９の両面にそれぞれプリントされた平行平板５３及び５５により形成されている。コンデンサ４９は、相互に並列に接続される。その代わりにコンデンサを直列に接続し、基板３９に半田付けなどにより結合されるチップコンデンサや、インターディジテイテッド・キャパシタ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）のような他のプリントコンデンサ構造を構成してもよい。簡単のため、図３Ｄではコンデンサしか図示されていないが、通常このようなコンデンサ素子は、先行する図に示されるような誘導素子と同時に使用されて複合リアクタンス性面（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を形成する。
【００４０】
図４は、本発明の他の好適実施例によるアンテナアセンブリ４０を示す部分断面略図である。この実施例ではフィード構造体２５は、渦巻き状伝送線路４２により形成される空洞４１のアレイを備える。図２に関連して上述したように、この線路は密に巻かれて、電話２０の動作波長の等価電気長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）の４分の１波長となるように構成されることが好ましい。任意に、通常はコンデンサである集中エレメント４４は、空洞４２の開口部において、開口３７を介して結合されてもよい。これら集中エレメントの使用は、アンテナアセンブリの所望の性能レベルを保ちつつ、空洞４１の大きさを小型化することを可能にする。集中エレメント４４は、図４においてのみ明示されているが、ここに示される他のいかなる他の実施例に付加することも可能であり、同様の効果を奏する。
【００４１】
フィードライン３４は、底部空洞４１に接続される同軸ケーブルを備えることが望ましい。またはその代わりに、フィードラインを底部空洞から飛び出させ、いくつかの又は全部の上部空洞と接続してもよい。フィードラインに直接接続しない空洞部は、開口３７及び集中エレメント４４を介して結合されることによって励振される。これに代えて、又はこれに加えて空洞４１を分けている壁を、下記の図６Ｂに示す方法と同様に、穿孔（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）とワイヤの組合せにより置き換えて、空洞間の結合を増強してもよい。
【００４２】
図４では、フィードライン３４は空洞４２に内部から接続されているように示されるが、これではモノポールアンテナとして作動するようにしか構成されえない。ここでは、上述のＰＣＴ出願および仮特許出願に記載される方法と同様に、図５に示すようにフィードラインを空洞並びに、空洞、集中エレメント４４、及びリフレクタとして作用するリアクタンス性面２８から構成される構造体の前面に配置する。
【００４３】
図５は、本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナアセンブリ５０を示す部分断面略図である。この実施例では、フィード構造体２５は、蛇行伝送線路５２により形成される空洞５１のアレイを備える。フィードライン３４は、前面２６に近接するモノポールアンテナ５４に給電する。空洞５１は、上述のように、モノポールアンテナより放射された場の同相リフレクタとして作用する。
【００４４】
図６Ａは、本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナアセンブリ６０を示す断面図である。ここでも、フィード構造体２５は、渦巻き状伝送線路６２により形成される空洞のアレイを備える。各空洞を介して障害なく場が伝搬することを保証するために、固体三角導体６４が各渦の隅部（または屈曲部）に挿入される。導体６４は、空洞隅部の場の逆反射（ｂａｃｋ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を防ぎ、実質的に、各渦の幾何学的中心内の伝搬経路の終端においてのみ、場の反射が生じるようにする。その結果、伝搬経路に沿った正味の位相差が約９０°となる。
【００４５】
伝送線路６２によって形成される空洞は、適切な４分の１波長の電気長を与えるために必要な伝送線路の物理的長さを減少させるために、誘電材料又は磁性材料６６によって充填されることが好ましい。これにより、フィード構造体２５をよりコンパクトに作ることが可能となる。誘電材料又は磁性材料は、本発明の他の好適実施例のフィード構造体２５の空洞内にも、同様に使用することができる。
【００４６】
図６Ｂは、本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリ６０内の伝送線路６２により形成される空洞を分割する壁６８の１つを示す上面図である。空洞間の結合を増強するために、壁６８は、開口６９により分割される導電性ストリップ（ｓｔｒｉｐ）６７からできている。他の穿孔された構造もこの目的のために使用することが可能である。
【００４７】
図７及び８は、本発明のさらなる好適実施例によるアンテナアセンブリ７０の略図であり、図７はその側面断面図であり、図８は図７内の直線ＶＩＩＩ〜ＶＩＩＩに沿った上面断面図である。フィード構造体２５は、（図６に示すような三角導体を隅部に有する）蛇行伝送線路７２のアレイを備える。フィード構造体は、導電性材料からなり、開口３７からフィード構造体の後部への漏洩をさらに遮蔽するための上端遮蔽板７４及び側面遮蔽板７８を含む。フィードライン３４へのフィード構造体のインピーダンス・マッチングを助長させ、かつこの方向への放射の遮蔽を増強するために、コンデンサ７６が上端遮蔽板７４に近接して挿入されることが望ましい。同様のコンデンサを側方遮蔽板に追加してもよい。さらに図７及び８に示すタイプの遮蔽板を、本発明の他の好適実施例に使用されるフィード構造体に同様に追加してもよい。上端遮蔽板および側方遮蔽板は、アセンブリ７０のように同時に使用してもよく、また個別に使用してもよい。
【００４８】
図９は、本発明の他の好適実施例によるアンテナアセンブリ８０の断面略図である。ここに、フィード構造体２５は、前面２６に複数の開口８４を有する単一の空洞８２を備える。１〜８個の開口を前面２６に設けるのが好適であるが、より多数の開口を、面上の位置および方向を様々に変更して使用してもよい。集中エレメント及び充填誘電体を、上述の実施例のようにこの実施例に使用してもよい。フィードライン３４は、長さＬのピン８８に電力を供給し、空洞８２内に距離Ｄだけ突き出た同軸ケーブル８６を備えることが望ましい。
【００４９】
距離Ｄ及び長さＬの値は、空洞８２の寸法と同様にフィード構造体の所望の中心共振周波数及び帯域幅に依存する。８００〜９００ＭＨｚのセルラ帯域幅内で動作するための通常の空洞８２の寸法は、幅４２ｍｍ×高さ２０ｍｍ×奥行き８ｍｍである。空洞は１〜２０又はそれより高い、それぞれ誘電率又は透磁率を有する誘電材料又は磁性材料で充填することができる。同軸ケーブル８６の空洞内への突出量は２５〜３５ｍｍであり、ピン８８の長さは２〜５ｍｍである。
【００５０】
図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリ９０及び１００の断面略図である。これらのアセンブリは、設計及び動作おいて図９に示すアセンブリ８０と同様であるが、さらにその空洞８２内に１又は複数の導電性フィン９２を含んでいる。このフィンは、空洞内のキャパシタンスを増加させ、これによりその大きさに比して放射効率を増強させる。フィン９２は、固体導体シート又は上述の穿孔（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）とワイヤの組合せを備えることとしてよい。
【００５１】
図１１Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ本発明の他の好適実施例によるアンテナアセンブリ１１０の略図であり、ここに図１１Ａはアセンブリの絵画図であり、図１１Ｂ及び１１Ｃは、それぞれその前面図及び側面図である。この実施例では、フィード構造体２５は、短縮された高さの平面モノポールフィード（ｐｌａｎａｒ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｆｅｅｄ）１１２を備える。モノポールフィードは、同軸ケーブル８６の中心導体１１６により駆動される。ケーブル８６のシールド１１４は、リアクタンス性面２８に接続されて、帰還電流経路としての機能を果たす。この場合における電気的非対称空洞３５は、モノポールフィード１１２の後面とリアクタンス性面２８の間に形成される。本実施例におけるフィード構造体２５の違いにもかかわらず、アセンブリ１１０により放射される電磁場上の空洞３５及びリアクタンス面２８の効果は、上述の実施例におけるそれと実質的に同様である。
【００５２】
図１２Ａ及び１２Ｂはそれぞれ、本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナアセンブリ１２０の絵画図及び側面図である。ここにフィード構造体２５は、その前面２６としての蛇行導電性線路を有している、同軸ケーブル８６の導体１１６により給電される逆Ｆ型フィード（ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｆ ｆｅｅｄ）を備える。逆Ｆ型の接地面として働く後面２７はシールド１１４に接続されている。蛇行前面は、所望の蛇行を作る切欠１２２により遮られる金属レイヤを有するプリント回路基板を備えることが好ましい。回路短絡帯１２４は、前面２６上の金属レイヤ１２１を、後面２７に接続する。
【００５３】
他のフィード構造体及びこれに関連する空洞構成も当業者には明らかであり、本発明の範囲内にあるとみなされるであろう。
【００５４】
さらに、ここに記載される好適実施例では、特に携帯電話に関連付けて説明してあるが、本発明の原理は他のタイプの装置からの放射線の遮蔽と再方向付けとのための要素の構成に同様に適用可能である。したがって、上述の好適実施形態が例示のために取り上げられているということと、本発明が、特定の形で示されておりおよび上述されているものだけには限定されないということとが理解できるだろう。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組合せと副次的な組合せの両方と、上述の説明を理解することによって当業者に明らかになる、従来技術では開示されていないその変形と改変とを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリを有する携帯電話の略図である。
【図２】
本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリの細部を示す部分断面略図である。
【図３Ａ】
本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリに使用されるリアクタンス性面の前面図である。
【図３Ｂ】
図３Ａのリアクタンス性面の細部を示す図である。
【図３Ｃ】
本発明のさらなる好適実施例によるアンテナアセンブリに使用されるリアクタンス性面の細部を示す図である。
【図３Ｄ】
本発明のさらなる好適実施例によるアンテナアセンブリに使用されるリアクタンス性面の細部を示す図である。
【図４】
本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリを示す部分断面略図である。
【図５】
本発明の好適実施例によるアンテナアセンブリを示す部分断面略図である。
【図６Ａ】
本発明の他の好適実施例によるアンテナアセンブリの断面略図である。
【図６Ｂ】
図６Ａのアセンブリの空洞間面の上面図である。
【図７】
本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナアセンブリの断面略図である。
【図８】
図７のアンテナアセンブリの断面図である。
【図９】
本発明のさらなる他の実施例によるアンテナアセンブリの断面略図である。
【図１０Ａ】
本発明のさらなる好適実施例によるアンテナセンブリの断面略図である。
【図１０Ｂ】
本発明のさらなる好適実施例によるアンテナセンブリの断面略図である。
【図１１Ａ】
本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナセンブリの絵画図である。
【図１１Ｂ】
図１１Ａのアンテナアセンブリの前面図である。
【図１１Ｃ】
図１１Ａのアンテナアセンブリの側面図である。
【図１２Ａ】
本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナセンブリの絵画図である。
【図１２Ｂ】
本発明のさらなる他の好適実施例によるアンテナセンブリの側面図である。
【国際公開パンフレット】
2004525541.tif 000003
2004525541.tif 000004
2004525541.tif 000005
2004525541.tif 000006
2004525541.tif 000007
2004525541.tif 000008
2004525541.tif 000009
2004525541.tif 000010
2004525541.tif 000011
2004525541.tif 000012
2004525541.tif 000013
2004525541.tif 000014
2004525541.tif 000015
2004525541.tif 000016
2004525541.tif 000017
2004525541.tif 000018
2004525541.tif 000019
2004525541.tif 000020
2004525541.tif 000021
2004525541.tif 000022
2004525541.tif 000023
2004525541.tif 000024
2004525541.tif 000025
2004525541.tif 000026
2004525541.tif 000027
2004525541.tif 000028
2004525541.tif 000029
2004525541.tif 000030
2004525541.tif 000031
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525541.tif 000032
2004525541.tif 000033
【国際調査報告】
2004525541.tif 000034
2004525541.tif 000035