(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ＭＨｚを超える動作周波数を有するアンテナ（１２）であって、
中心軸（１２Ａ）を有し、比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成され、大部分が前記固体材料により占められている容積を画成する第１端面（１６Ｄ）、第２端面（１６Ｐ）および円筒形外側表面を更に有する円筒形の絶縁体（１６）と、
前記絶縁体の前記第２端面に隣接する前記円筒形外側表面上で前記絶縁体の一部分を取り囲んでいる導電性スリーブ（２４）と、
前記中心軸を横切って延びる、前記絶縁体の前記第２端面上の導電層（２６）と、
前記絶縁体の前記円筒形外側表面上の一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）と、
前記一対の導電性エレメントにそれぞれ接続されている、前記絶縁体の前記第１端面上の一対の半径方向の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）と、
前記導電層に接続されている前記第２端面から、前記フィーダ接続エレメントに接続されている前記第１端面へ向かって、前記絶縁体を前記中心軸に沿って通過するフィーダ構造（２０，２２，２３）とを備え、
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）のそれぞれは、前記フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）から前記絶縁体（１６）の前記第２端面（１６Ｐ）の方向で前記導電性スリーブ（２４）まで延びていて、
前記導電性スリーブ（２４）は、前記固体材料により略充填された、一端を開放端としかつ他端を前記導電層（２６）とする空洞を形成し、
前記比誘電率及び前記空洞の寸法は、前記開放端の周囲の電気的長さが前記動作周波数に対応する前記開放端の周囲の管内波長の整数（１、２、３・・・）に略等しいように適応されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記動作周波数は５ＧＨｚよりも低いことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記フィーダ構造（２０，２２，２３）は、不平衡な同軸線形式であり、前記一対の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）に接続された平衡な給電終端を有し、
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）は、該平衡な給電終端に接続された前記一対の導電性フィーダ接続エレメントから前記絶縁体（１６）の前記円筒形外側表面の対向する両側に沿って前記導電性スリーブ（２４）の前記空洞の開放端におけるリム（２
４Ｒ）上の直径に沿って対向する位置まで延びる一対の導電性軌道（１４Ａ、１４Ｂ）であり、
該軌道のそれぞれの電気的長さは、ｎλｇ／４に等しい、ただしｎは整数（１、２、３・・・）、λｇは前記動作周波数における前記軌道に沿った管内波長であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記フィーダ構造（２０，２２，２３）は、不平衡な同軸線形式であり、前記中心軸（１２Ａ）上の前記絶縁体（１６）を貫いて前記導電層（２６）と外部導体（２０）との接続から前記導電性スリーブ（２４）の前記空洞の前記開放端を越えて前記一対の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）に内部導体（２２）および前記外部導体をそれぞれ接続している平衡な給電終端まで延びる、フィード線（２３）を含み、
前記スリーブは、前記動作周波数における平衡不平衡変成器としての役割をして、それによって前記導電層に隣接する前記フィード線上の不平衡信号を、前記給電終端における平衡な信号に変換し、
前記絶縁体の材料の比誘電率は、５０から１００の範囲内、好ましくは約９０であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記動作周波数において円偏波放射についての放射パターンを有し、該放射パターンはカージオイド形であり、その最大値は前記絶縁体（１６）の前記中心軸（１２Ａ）に沿って前記導電性スリーブ（２４）の前記空洞の前記開放端から外向きに遠ざかることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記フィーダ構造（２０，２２，２３）は、不平衡な同軸線形式であり、
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）は、それぞれが一端において前記一対の半径方向の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）を介して前記同軸フィーダ構造（２０，２２，２３）の平衡な給電終端に、かつ他端において前記スリーブ（２４）の前記開放端のリム（２４Ｒ）に接続されている、軸方向に共に延びるらせん形の要素（１４Ａ、１４Ｂ）を含み、
前記同軸フィーダ構造は、前記導電層（２６）を貫きかつ前記絶縁体（１６）を貫いて前記平衡な給電終端へと軸方向に延びる同軸送信ライン（２３）を含み、
該ラインの外部導体（２０）は、前記導電層に接続され、
該ラインの内部導体（２２）及び前記外部導体は、前記一対の導電性フィーダ接続エレメントにそれぞれ接続され、
前記スリーブ（２４）は、前記動作周波数における平衡不平衡変成器としての役割をして、それによって前記導電層に隣接する前記フィード線上の不平衡信号を、前記給電終端における平衡な信号に変換することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項７】
前記らせん形の要素の両端（１４ＡＥ、１４ＡＦ、１４ＢＥ、１４ＢＦ）は、前記中心軸（１２Ａ）を含む単一の平面（２８）内に略あり、前記アンテナはループ共振を示して、前記平面に略垂直に前記絶縁体（１６）を通る横軸上の零位を除いて全方向性の放射パターンを形成することを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
【請求項８】
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）は、前記一対の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）および前記フィーダ構造（２０，２２，２３）と共に、必要な動作周波数で前記空洞内の導波管共振を励起する回転フィードシステムを構成し、その共振は、前記空洞の前記開放端の直径を横切るように配向されかつ前記空洞の中心軸の回りをスピンする少なくとも１つの電圧双極によって特徴づけられており、それによって前記空洞の前記開放端から軸方向外側へ向けられる円偏波放射パターンを生じ、反対の軸方向ではゼロであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のアンテナと、該アンテナに結合され、前記アンテナの前記動作周波数において動作するように構成された無線周波数信号受信または送信段とを含む無線信号送受信システム。
【請求項１０】
前記受信または送信段が、第１の信号受信または送信周波数において動作するように構成されかつ前記アンテナ（１２）に連結された無線周波数のフロントエンド段（３０Ａ，３０Ｂ）を含み、
前記比誘電率と前記空洞の寸法とは、前記導電性スリーブ（２４）の前記空洞の開放端におけるリム（２４Ｒ）の周囲の電気的長さが前記第１の信号周波数に対応する管内波長の整数（１、２、３・・・）に略等しいように適応され、
前記フロントエンド段（３０Ａ，３０Ｂ）は、更に第２の信号受信または送信周波数において動作するようになっており、
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）は、前記フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）から前記絶縁体（１６）の前記第２端面（１６Ｐ）の方向で前記導電性スリーブの前記リムまで延びている一対の細長い導体であり、前記第２の信号周波数において前記第１の信号周波数とは異なる他の共振を示し、
前記システムは更に、前記アンテナの前記フィーダ構造（２０，２２，２３）に関連する共通信号線（３２Ａ）と、それぞれ前記第１および第２の信号受信周波数において動作するように接続する少なくとも２つの更なる信号線（３２Ｂ、３２Ｃ）とを有する、結合段（３２）を含むことを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記結合段（３２）は、共に前記フィーダ構造と前記更なる信号線（３２Ｂ、３２Ｃ）との間に接続される、インピーダンスを合わせる部分（３４）と信号を誘導する部分（３６）とを含み、該信号を誘導する部分（３６）は、前記第１の信号周波数における信号について、前記共通信号線（３２Ａ）と前記更なる信号線のうちの一方とを結合し、前記第２の信号周波数における信号において、前記共通信号線（３２Ａ）と前記更なる信号線のうちの他方とを結合するように配設されており、
前記一対の細長い導体は、該導体の両端が前記中心軸を含む単一の平面内に略ある状態の、ねじれたループとして形成され、それによって該導体は、前記絶縁体（１６）を通る横切る零位の軸の中心の零位を除いて全方向性の関連する放射パターンを前記第２の信号周波数において有することを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
間隔を置いて配置した少なくとも２つの周波数帯域において動作可能であり、アンテナ（１２）と、結合段（３２）と、無線周波数段とを含む携帯電話システム（１０）であって、
前記無線周波数段は、それぞれ前記帯域内の周波数で動作するようになっている少なくとも２つのチャネルを有し、
前記アンテナは、請求項８記載のアンテナを含み、該アンテナの前記動作周波数は第１の動作周波数であり、
前記回転フィードシステムは、第２の動作周波数において直線偏波についての共振を示すループとしての役割をする、一対の細長い導体（１４Ａ、１４ＡＲ、１４Ｂ、１４ＢＲ）を含み、
円および直線の偏波についての前記共振が起こる動作周波数はそれぞれ、前記チャネルの動作周波数を含む前記間隔を置いて配置した帯域内にあり、
前記結合段（３２）は、前記アンテナの前記回転フィードシステムの前記フィーダ構造に接続された共通信号線（３２Ａ）と、前記無線周波数段の、それぞれ前記チャネルに関連する入力に接続する、更なる信号線（３２Ｂ、３２Ｃ）とを有することを特徴とする携帯電話システム（１０）。
【請求項１３】
中心軸（１２Ａ）を有し、比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成され、大部分が前
記固体材料により占められている容積を画成する第１端面（１６Ｄ）、第２端面（１６Ｐ）および円筒形外側表面を更に有する円筒形の絶縁体（１６）と、
前記絶縁体の前記第２端面に隣接する前記円筒形外側表面上で前記絶縁体の一部分を取り囲んでいる導電性スリーブ（２４）と、
前記中心軸を横切って延びる、前記絶縁体の前記第２端面上の導電層（２６）と、
前記絶縁体の前記円筒形外側表面上の一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）と、
前記一対の導電性エレメントにそれぞれ接続されている、前記絶縁体の前記第１端面上の一対の半径方向の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）と、
前記導電層に接続されている前記第２端面から、前記フィーダ接続エレメントに接続されている前記第１端面へ向かって、前記絶縁体を前記中心軸に沿って通過するフィーダ構造（２０，２２，２３）とを備え、
前記一対の導電性エレメント（１４Ａ，１４Ｂ）のそれぞれは、前記フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）から前記絶縁体（１６）の前記第２端面（１６Ｐ）の方向で前記導電性スリーブ（２４）まで延びていて、
前記導電性スリーブ（２４）は、前記固体材料により略充填された、一端を開放端としかつ他端を前記導電層（２６）とする空洞を形成し、
前記スリーブ（２４）の前記開放端の回りでリングモードの共振が起こる少なくとも１つの周波数において、周囲から吸収した信号を無線信号受信機装置に供給し、および／または、無線信号送信機装置からの信号を周囲に放射することを含み、前記吸収または放射される信号は円偏波であるアンテナの操作方法。
【請求項１４】
２００ＭＨｚを超える動作周波数を有するアンテナ（１２）であって、
中心軸（１２Ａ）を有し、比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成され、大部分が前記固体材料により占められている容積を画成する第１端面（１６Ｄ）、第２端面（１６Ｐ）および円筒形外側表面を更に有する円筒形の絶縁体（１６）と、
前記絶縁体の前記円筒形外側表面上に導電性トラックとして形成された一対のヘリカルアンテナエレメント（１４Ａ，１４Ｂ）と、
前記一対のヘリカルアンテナエレメントにそれぞれ接続されている、前記絶縁体の前記第１端面上の一対の半径方向の導電性フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）と、
前記中心軸において前記フィーダ接続エレメントに接続されているフィーダ構造（２０，２２，２３）と、
前記第２端面に隣接する前記絶縁体の一部分を取り囲むように、前記絶縁体の前記円筒形外側表面上に形成された環状の導電体（２４）とを備え、
前記一対のヘリカルアンテナエレメント（１４Ａ，１４Ｂ）のそれぞれは、前記フィーダ接続エレメント（１４ＡＲ，１４ＢＲ）から前記絶縁体（１６）の前記第２端面（１６Ｐ）の方向で前記環状の導電体（２４）まで延びていて、
前記比誘電率及び前記環状の導電体の寸法は、前記環状の導電体の電気的長さが前記動作周波数に対応する前記環状の導電体の周囲の管内波長の整数（１、２、３・・・）に略等しいように適応されたことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
［発明の分野］
【０００１】
本発明は、２００ＭＨｚを超える周波数で伝搬（動作）するアンテナ、およびそのアンテナを含む無線通信システムに関する。
【０００２】
出願人は、多数の同時係属の特許出願の中で、絶縁体を搭載したアンテナの一群を開示している。開示しているアンテナに共通の特徴として、比誘電率の高い、中実の円筒形のセラミックのコアと、コアの軸を貫いて遠端における終端まで通っている同軸フィーダと、コアの基部上にメッキされて、遠端において少なくとも略平衡なフィーダの終端を作り出す、導電性の平衡不平衡変成器(balun)のスリーブと、コアの円筒形の表面上にメッキされて、一方では遠端面上のフィーダの終端との半径方向の接続まで、他方ではスリーブのリムまで、延びる、複数の細長いらせん形の導体要素とを含んでいる。
【０００３】
同時係属出願の１つであるＧＢ−Ａ−２２９２６３８号において、２対として形成された４個の同一の広がりを持つらせん形の要素を有する、４線巻バックファイアアンテナが開示されており、一方の対の各要素の電気的長さは、他方の対の各要素の電気的長さと異なる。この構造は、例えば１５７５ＭＨｚの動作周波数で直交位相の電流を作り出し、その結果、アンテナが、ＧＰＳ（全地球測位システム）の衛星群において衛星が送信するもの等の円偏波信号についてカージオイドの放射パターンを有する、という効果を有する。
【０００４】
ＧＢ−Ａ−２３０９５９２号において、アンテナは、１対の直径に沿って対向するらせん形の要素を有する。これらの要素はねじれたループを形成し、アンテナの円筒形の軸に垂直に延びる零位の軸が中心の零位を除いて全方向性の放射パターンをもたらす。このアンテナは、携帯電話において用いるのに特に適しており、例えばそれぞれ、ヨーロッパのＧＳＭ帯域（８９０から９６０ＭＨｚ）およびＤＣＳ帯域（１７１０から１８８０ＭＨｚ）内での周波数においてループ共鳴（共振）を有するような寸法にすることができる。他の関係する帯域には、アメリカのＡＭＰＳ（８４２から８９４ＭＨｚ）およびＰＣＮ（１８５０から１９９０ＭＨｚ）の帯域が含まれる。
【０００５】
ＧＢ−Ａ−２３１１６７５号は、ＧＢ−Ａ−２２９２６３８号において開示されてるものと一般的構造が同じアンテナの、ＧＰＳと携帯電話を組み合わせたシステム等のデュアルサービスシステムにおける使用を開示している。アンテナは、４線巻（円偏波）モードにおいて共鳴している場合にはＧＰＳ受信に用いられ、単一端（直線偏波）モードにおいて共鳴している場合には電話信号に用いられる。
【０００６】
出願人は、コアの基部を取り囲む導電性スリーブの直径を操作することによって、スリーブのリムの回りの定常波を特徴とし、例えば携帯電話や衛星測位受信機において用いる周波数のうちの１つにおいて起こる、共鳴（本明細書において「リング共鳴」と呼ぶ）を作成することが可能である、ということを発見した。リング共鳴は、事実上、サークルガイドモードまたはリングモードに関連する共鳴である。
［発明の概要］
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、２００ＭＨｚを超える周波数を伝搬するアンテナが提供される。アンテナは、中心軸を有し比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成された円筒形の絶縁体であって、
体積の大部分が固体材料である絶縁体の外側表面と、絶縁体の円筒形表面上の導電性スリーブと、中心軸を横切って延びる、絶縁体の表面上の導電層と、固体材料が充填された空洞の開放端を形成する導電性スリーブと導電層と、空洞と関連するフィーダ構造とを有する絶縁体を備える。そのなかで、比誘電率と空洞の寸法とは、開放端の周囲の電気的長さが、前記周波数に対応する周囲の導波管内の波長の整数（１、２、３・・・）に等しいように改良されている。
【０００８】
上述した、既知の絶縁体を搭載した４線巻バックファイアアンテナに関連する問題の１つは、アンテナの円偏波信号用の帯域幅が比較的狭い、ということである。これは、製造誤差が厳しくなる傾向にあることを意味しており、アンテナを個別に必要な周波数に調整する必要があるかもしれない。本発明によるアンテナでは、フィーダ構造がその開放端における空洞のリムの回りの回転する定常波を励起するように整えることが可能であり、円偏波に共鳴し、その垂直軸と共に用いるときには衛星からの信号を受信するのに適した関連するカージオイドの放射パターンを有する、アンテナを作成するようになっている。出願人は、このような共鳴に関連する帯域幅は、４線巻アンテナの帯域幅よりもはるかに広い、ということを発見した。
【０００９】
「励振」という用語は、この場面においてはアンテナを信号送信用に用いるということだけでなく、アンテナを信号受信用に用いるということを指すのにも用いられる、ということが注意されるべきである。周波数応答、放射パターン、等のアンテナの機能特性は、対応する送信および受信特性に関する相互依存関係に従うからである。同様に、信号を受信するアンテナの場面で「放射する」要素または部分と言う場合には、周囲の空間からエネルギーを吸収するが、相互依存関係によって、アンテナが送信用に用いられると仮定すれば放射するような要素または部分を含むように、解釈されるべきである。
【００１０】
スリーブにおける円形の定常波を励振する方法の１つは、絶縁体の表面上の細長いらせん形の要素を用いる、というものである。実際には、らせん形の要素は、スリーブまたはスリーブのリムにおいて励起の接線方向の成分を与えるので、このような要素は、接線方向の励振または給電の手段としてみなしてもよい。スリーブおよびらせん形の要素の比誘電率および寸法を適切に選択すれば、アンテナをデュアルモードのアンテナとして動作させることができ、円偏波モードはリング共鳴、すなわち空洞のリムの回りの定常波、と関連し、直線モードは、ねじれたループ構造に関連して上述したループ共鳴に関連する。
【００１１】
好ましくは、リングモードの共鳴の周波数において、らせん形の要素はそれぞれ、電気的長さがｎλｇ／４に等しい。ただしｎは整数（１、２、３・・・）、λｇはリング共鳴の周波数における要素に沿った管内波長である。
【００１２】
これに関して、当業者には、「管内波長」とは、測定に用いる経路、すなわち波がそこに沿って案内される経路、に沿って当該の周波数において波の１サイクルが表す距離を意味する、ということが理解されよう。この場合、測定経路は、それぞれのらせん形の要素またはスリーブのリムであり、管内波長は、自由空間における対応する波長よりもある係数だけ短く、この係数は、コア材料の比誘電率およびアンテナ構造の幾何学的形状によって決まる。コア材料の比誘電率は自由空間の比誘電率よりも本質的に大きいので、スリーブのリムの回りの、またはらせん形の要素に沿った管内波長λｇは、自由空間における波長よりもはるかに短いが、一般的にそれぞれの場合において同じでない、ということが理解されなければならない。リムの場合には、電流路は、関連する場が大部分誘電体材料の中であるので、誘電体材料によって非常に大きな影響を受ける。一方、らせん形の要素の電流路は、誘電体材料と空気との境界にあるので、影響がより少ない。
【００１３】
したがって、これに限られるものではないが、上記の帯域が狭い４線巻構造を用いずに、円偏波信号に適したマルチプルモードのアンテナを作成することが可能である。したがってこのアンテナは、好適には、マルチバンドの携帯電話、特にセルラー電話などの携帯機器、またはより詳細には、グローバルスターおよびイリジウムの衛星電話システム用の携帯電話、およびＧＰＳまたはＧＬＯＮＡＳＳ測位機能を有する携帯電話その他装置に用いられる。このような衛星サービスは、円偏波信号を用いるサービスである。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、無線信号受信および／または送信システムが提供される。このシステムは、第１の信号受信または送信周波数で動作するように構成された無線周波数のフロントエンド段と、フロントエンド段に結合したアンテナとを含む。このアンテナは、中心軸を有し、かつ比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成された円筒形の絶縁体であって、この誘電体の外面はその大部分が固体材料によって占められる体積を規定している、絶縁体と、軸を横切って延びる、誘電体の表面上の導電層であって、導電性スリーブと層とは、一緒になって、固体材料で略満たされた端を開放した空洞を形成している、と、空洞に関連するフィーダ構造と、を含む。上記比誘電率と空洞の寸法とは、開放端における空洞のリムの電気的長さが、上記第１の信号周波数に対応する管内波長の整数（１、２、３・・・）に略等しくなるようになっている。
【００１５】
第３の態様によれば、本発明はまた、２００ＭＨｚを超える必要な動作周波数の円偏波用の、絶縁して搭載した、空洞に支持されたアンテナも含む。このアンテナは、導電性の円筒形側壁と側壁に接合された導電性の底壁とを有する空洞であって、側壁は、底壁と反対側に開いた空洞を画成するリムと、空洞を略満たし比誘電率が５よりも大きい固体材料で形成された誘電体のコアと、回転給電システムとを含み、上記比誘電率と空洞の寸法とは、リムの外周が、必要な伝搬周波数における管内波長の整数倍（１、２、３・・・）に略等しくなるようになっていることを特徴とし、給電システムは、必要な伝搬周波数において空洞のリムで、導波管の共鳴を励振するようになっており、この共鳴は、開いており空洞の中心軸を中心として回転する空洞を、直径に沿って横切るように向いた、少なくとも１つの電圧の双極を特徴とし、それによって、空洞の開口部から軸方向に外向きであり、軸方向反対向きに零位を有する、円偏波放射パターンが作成される。
【００１６】
アンテナおよびシステムのさらなる好適な特徴は、本明細書の最後にある従属クレームにおいて述べる。
【００１７】
本発明を、図面を参照して例として説明する。
［好適な実施形態の詳細な説明］
【００１８】
図１を参照すると、ハンドヘルド通信装置、この場合は携帯電話、は、内方表面１０Ｉを有する電話本体１０を有する。内方表面１０Ｉの少なくとも一部は、電話をかけるのに用いるときに、通常、ユーザの頭に押しつけて配置され、イヤホン１０Ｅがユーザの耳に隣接するようになっている。電話本体１０は、図示のように中心軸１２Ａが電話本体１０の縦方向に延びている状態で電話本体１０の端に搭載された、アンテナ１２を有する。
【００１９】
図２に、アンテナ１２をより詳細に示す。明らかなように、アンテナは、セラミックのコア１６の円筒形の外面上の金属導体の軌道として形成された、２つの縦方向に延びる要素１４Ａ、１４Ｂを有する。コア１６は、内部金属ライニング２０を有する軸方向通路１８を有し、この通路は、軸方向内部供給導体２２を収容している。この場合、内部導体２２およびライニング２０が、コアを貫いて供給ライン２３を、コアの遠端面１６Ｄ上の供給位置においてアンテナ要素１４Ａ、１４Ｂと結合する、同軸送信ラインを形成する。コア上の導体はまた、遠端面１６Ｄ上の金属の軌道として形成された、対応して接続する半径方向のアンテナ要素１４ＡＲ、１４ＢＲも含む。アンテナ要素１４ＡＲ、１４ＢＲは、縦方向に延びる要素１４Ａ、１４Ｂそれぞれの直径に沿って対向する端１４ＡＥ、１４ＢＥを、供給ラインに接続する。このような半径方向の要素と軸方向の送信ラインとを連結することによって、平衡な給電終端が構成される。アンテナ要素１４Ａ、１４Ｂの他方の端１４ＡＦ、１４ＢＦもまた、直径に沿って対向しており、コア１６の基端部を取り囲むメッキされたスリーブの形の円筒形の導体２４によって連結されている。このスリーブが今度は、コア１６の基端面１６Ｐ上を横切って延びている導電層２６によって、軸方向通路１８のライニング２２に接続されている。スリーブ２４と導電層２６とは、共に、コアの誘電体材料で満たされた端を開放した空洞を形成しており、空洞の開放端は、コアの中心軸１２Ａおよびアンテナ全体と垂直な平面内に略存在しているリム２４Ｒによって、画成されている。
【００２０】
したがって、スリーブ２４はアンテナのコア１６の基部を覆っており、それによって、ライニング２０および内部導体２２によって形成される同軸送信ラインを取り囲んでおり、コア１６の材料は、スリーブ２４とライニング２０との間の全空間を満たしている。上記の同時係属出願において説明されているように、スリーブ２４と横切る層２６とは、共に平衡不平衡変成器(balun)を形成しており、供給ラインにおける信号が、アンテナの基端における不平衡な状態から、遠端面１６Ｄにおける少なくとも略平衡な状態へと、変換されるようになっている。
【００２１】
スリーブ２４のさらなる効果は、スリーブ２４のリム２４Ｒが、供給ラインの外部導体によって表される接地から絶縁された環状電流路を事実上構成することができる、ということである。これは、この絶縁状態においては、細長いらせん形の要素１４Ａ、１４Ｂ内を循環している電流がリム２４Ｒに閉じ込められ、このような要素、リム、および半径方向の要素１４ＡＲ、１４ＢＲが共に絶縁ループを形成するようになっていることを意味する。
【００２２】
図示のアンテナにおいて、縦方向に延びるらせん形の要素１４Ａ、１４Ｂは、長さが同じであり、それぞれ簡単ならせんの形であって、コア１６の軸１２Ａを中心として１／２回転しており、らせん形の要素の遠端および基端はそれぞれ、図２の鎖線２８で示すように、共通の平面内に配置されている。送信ラインの平衡な終端もまた、明らかに、この平面内にある。この構造の効果の１つは、アンテナがループモードにおいて共鳴する場合、軸１２Ａを横切り平面２８に垂直な方向に、その放射パターンにおける零位を有することである。したがってこの放射パターンは、図３に示すように、軸１２Ａを横切る水平な平面においても垂直な平面においても、略８の字型である。図２に示すアンテナに関する放射パターンの向きを、図１、図２、および図３において示す軸ｘ、ｙ、ｚを含む軸体系によって示す。放射パターンはアンテナのそれぞれの側に１つずつ、２つの切り欠きを有している。放射パターンの零位のうちの一方をユーザの頭の方向に向けるために、図１に示すように、アンテナの中心軸１２Ａと平面２８とがハンドセット１０の内面１０Ｉと平行になるようにアンテナを搭載する。アンテナ、その放射パターン、および電話本体１０の相対的な配向は、図２に示す軸体系ｘ、ｙ、ｚを図１および図３にある軸体系の表示と比較することによって、明らかである。
【００２３】
図２に示すアンテナはまた、導波管としての役割をするスリーブに起因する共鳴を有する。特に、スリーブの外周が、他にとり得る必要な伝搬周波数における管内波長の整数倍に等しい場合には、リングモードの共鳴が生じる。これは、空洞の開放部を直径に沿って横切るように配置された、少なくとも１つの電圧の双極を特徴とする。半径方向の接続１４ＡＲ、１４ＢＲおよび送信ライン２０、２２とともに給電システムとしての役割をするらせん形の要素１４Ａ、１４Ｂは、双極に回転成分を与えて、中心軸１２Ａを中心として回転するようにしている。この効果を、図４の平面図に概略的に示す。図４において、双極を、２つの直径に沿って対向する高電圧振幅の位置「Ｈ」同士の間に延びているものとして示す。矢印は、回転成分を示す。このアンテナ構造をコンピュータによってシミュレーション（キンバリー・コミュニケーションズ・コンサルタンツ社のマイクロストライプスのパッケージを用いて作成）することによって、リング共鳴は、図４Ｂに示すように、スリーブのリム２４Ｒにおいてだけでなく、横切る導電層すなわち底壁２６に向かってスリーブの内面を延びる、直径に沿って対向する位置「Ｈ」において、電流密度が最大になるということを特徴とするということが明らかになる。図４Ｂにおける点線は、スリーブの内面上の電流密度が一定の部分のおよその輪郭線を示す。図４Ａおよび図４Ｂに示すパターンは、リム２４Ｒの外周が、他にとり得る必要な伝搬周波数における波長λｇに略等しい場合に生じる、リング共鳴に対応している。管内波長がリムの外周の約数であって、例えばリム２４Ｒ、およびスリーブ２４の内面の回りに間隔を置いて配置された、対向する２対または３対の電流および電圧の最大値が存在するようになっている場合、さらなるリング共鳴が存在する。したがって、一般的な場合においては、図４Ｂに示す対のような、直径に沿って対向する電流の最大値の１つまたはそれよりも多い対が、その伝搬周波数において存在してもよい。
【００２４】
図５に示すように、それぞれの場合において、リング共鳴によって、それぞれの周波数における円偏波放射についてのカージオイド(cardioid)の放射パターンが生じる。したがって、このアンテナは、空洞の開放端が上向きを指している状態で配置されている場合に、特に円偏波信号の受信に適している、ということになる。このようにして、視野に入っている衛星は、それ自体の位置に略関係なく、カージオイド応答の上部半球(upper dome)に入る。
【００２５】
したがって出願人は、平衡不平衡変成器(balun)として用いるスリーブ２４を、共鳴の円誘導モードにおいて励振される導波管を形成するのにも利用している。これは、ＧＢ−Ａ−２２９２６３８号において開示されている従来技術の４線巻アンテナ等の直交位相調整するアンテナ要素構造なしで、達成される。このような構造は、直交関係にある２対の直径に沿って対向するらせん形の要素を特徴としており、一方の対の要素が、他方の対の要素を含む導電路よりも長い導電路の一部を形成するように配置されている。
【００２６】
上記の回転する双極は、直径に沿って対向する位置にある供給システムのらせん系の要素に接続されたリムが与える、接線方向の励起成分によって達成される。有利には、らせん形の要素１４Ａ、１４Ｂと接続要素１４ＡＲ、１４ＢＲとのそれぞれの直列の組み合わせは、電気的長さが１／４管内波長の整数倍に等しい。図２に示す好適な実施形態は、らせん形の要素と半径方向の要素との組み合わせを有し、これらはそれぞれ、電気的長さが、そのような要素に沿った管内波長の１／２であり、遠端面１６Ｄ上の平衡な給電終端における電流の最大値が、らせん形の要素１４Ａ、１４Ｂのリム２４Ｒとの連結点１４ＡＦ、１４ＢＦにおける電流の最大値に移動されるようになっている。遠端面１６Ｄ上の終端における平衡は、リング共鳴の周波数における平衡不平衡変成器(balun)としての役割をしているスリーブ２４によって達成される。
【００２７】
図２を参照して上記したアンテナは、１６１０から１６２６．５ＭＨｚというグローバルスターのアップリンク（ユーザから衛星へ）送信帯域においてリング共鳴を、そして８９０から９６０ＭＨｚというヨーロッパのＧＳＭセルラー電話帯域においてループ共鳴を行うような構成および寸法になっている。このような帯域のうちの第１のものは、イリジウム衛星電話システム用のアップリンク帯域でもある。第１の帯域において、スリーブのリム２４Ｒの電気的長さは、少なくとも管内波長λｇに略等しい（すなわち、らせん形の要素１４Ａ、１４Ｂとリム２４Ｒとの連結点同士の間のそれぞれの半円によって、帯域内のある周波数における位相のずれが約１８０°になる）。それぞれのらせん形の要素１４Ａ、１４Ｂおよびその関連する半径方向の接続要素１４ＡＲ、１４ＢＲは、電気的長さがλｇ／２である。らせん形の要素と半径方向の要素とのそれぞれの組み合わせは、下にあるリムの半円よりもかなり長いが、電気的長さは同様である。この２つの電流路が経験する比誘電率の実効値が異なっていて、同じ周波数において、リムに沿ったλｇが、らせん系の要素と半径方向の要素とに沿ったλｇよりも短いようになっているからである。
【００２８】
本実施形態においてはＧＳＭ帯域内であるループ共鳴は、半径方向の要素とらせん形の要素１４ＡＲ、１４Ａと、リム２４Ｒの半円のうちのどちらか一方と、他方のらせん形の要素と半径方向の要素１４Ｂ、１４ＢＲとによって表されるループ導電路の電気的長さが１波長（すなわち、３６０°の相転移）である場合に起こる。
【００２９】
通常こういった共鳴は、セラミックのコア１６の比誘電率εｒが９０、コア１６の直径が１０ｍｍ、平衡不平衡変成器のスリーブ２４の軸方向の長さが４ｍｍ、かつ、らせん形の要素１４Ａ、１４Ｂの軸方向の長さ（すなわち、軸１２Ａに平行）が約１４．８５ｍｍである場合に見られる。他の点では、アンテナ構造は、上記の、以前に公表されておりその開示が参照によって本明細書に援用される特許出願において、説明されているとおりである。本出願における好適な実施形態においてコア１６に用いる特定の材料は、チタン酸塩バリウム(barium titanate)またはチタン酸塩バリウムニオブ(barium-neobidium titanate)である。
【００３０】
異なるサービスに合う異なる組み合わせの共鳴を与える、他にとり得るアンテナは、例えば、以下の方法で設計することができる。まず、上記のＧＢ−Ａ−２３０９５９２号において説明されているねじったループに適した寸法を確立して、必要な伝搬周波数のうちの１つに合わせ、次にスリーブの直径を操作して、管内波長の必要な整数倍を作成し、他方の必要な伝搬周波数に合わせる、というものである。上記のシミュレーションのパッケージを用いて、アンテナまたはアンテナの各部分のソフトウェアモデルにおける電流および電場の密度を考察することができる。リング共鳴は、図４Ｂを参照して上述した、特定の識別できる特性を有する。異なる比誘電率および寸法を選択することによってだけではなく、リムの電気的長さ、らせん形の要素およびそれらの半径方向の接続、並びに平衡不平衡変成器(balun)の深さを、管内波長と１／４管内波長のうちの適当なほうの整数倍と同等になるようにすることによっても、様々な周波数の組み合わせが利用できる。平衡不平衡変成器の深さと、空洞の横切る導電層すなわち底壁の半径との和は通常、コアの遠端面１６Ｄにおける平衡を達成するために、λｇ／４の範囲にある。その代わりに、λｇまたはλｇ／４の奇数倍を用いてもよい。
【００３１】
更に、リング共鳴を、上記の以前に公表された出願において説明されている構造の、擬単極共鳴を含む他の共鳴と組み合わせてもよい。擬単極共鳴は、単一端モードを特徴とし、半径方向の接続１４ＡＲ、１４ＢＲ、らせん形の要素１４Ａ、１４Ｂ、およびスリーブ２４が組み合わさって、遠端面１６Ｄの供給終端から、横切る導電層２６の、送信ラインの外部スクリーン２０との連結点までの、直線経路を形成する。
【００３２】
本発明の他の実施形態において、リング共鳴のみを用いてもよい。ループモードの共鳴なしで済ましている他にとり得る構造を、図７に示す。この場合、それぞれのらせん形の要素１４Ａ、１４Ｂは、１／４回転の要素（図２の実施形態における１／２回転の要素とは対照的）であり、それぞれのらせん形の要素およびその関連する半径方向の接続１４ＡＲ、１４ＢＲの電気的長さは、略λｇ／４に等しく、リング共鳴の周波数における電気的ループを完全な３６０°にしている（リム２４Ｒのそれぞれの半円は、電気的長さがλｇ／２である）。
【００３３】
アンテナのマルチバンドの実施形態において、信号は、図６に示すように、アンテナと、結合段を経由して接続された無線通信装置の無線周波数（ＲＦ）フロントエンド段のそれぞれの部分との間を通ってもよい。該装置は、図２を参照して上記したアンテナ１２と、それぞれの動作周波数帯域において信号を受信および／または送信するように構成された別個のＲＦチャネルを形成するＲＦフロントエンド段部３０Ａ、３０Ｂとを有する、ハンドヘルド電話装置１０であってもよい。このようなフロントエンド部３０Ａ、３０Ｂは、結合段３２によってアンテナ１２に接続されている。結合段３２は、アンテナの供給ライン用の共通信号線３２Ａと、フロントエンド部３０Ａ、３０Ｂのそれぞれ用の２つの信号線３２Ｂ、３２Ｃとを有する。上記の以前に公表されたＧＢ−Ａ−２３１１６７５号は、ダイプレクサーの形の結合段を開示しており、アンテナ１２を異なる周波数帯域において同時に用いることが必要な場合に、その原理を用いることができる。または、図８を参照すると、インピーダンスを合わせる部分３４と二方向ＲＦスイッチ３６（通常ＰＩＮダイオードデバイス）との単なる組み合わせを用いてもよい。スイッチ３６の状態によって、共通線３２Ａは２つのさらなる信号線すなわちポート３２Ｂ、３２Ｃのうちの一方または他方と結合され、そこに異なるフロントエンド部を接続してもよい。当業者であれば、アンテナ１２を、図６に示すような単一の装置１０ではなく別個の物理的装置同士の間で分割される通信装置とともに用いてもよい、ということを理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるアンテナを含む携帯電話の斜視図である。
【図２】  図１におけるアンテナの斜視図である。
【図３】  アンテナがループモードにおいて共鳴する場合に作成される、水平偏波の放射パターンを示す図である。
【図４】  図４Ａ及び図４Ｂ。
図２のアンテナの一部を形成するスリーブにおけるリングモードの共鳴を示す図である。
【図５】  アンテナがリングモードにおいて共鳴する場合に作成される、円偏波の放射パターンを示す図である。
【図６】  図１における電話のブロック図である。
【図７】  図１および図６に示す電話用のカプラを示す図である。
【図８】  本発明による第２のアンテナの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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