(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地導体（９０２）及び送受信機を有する無線端末であって、前記送受信機は、少なくとも二つのアンテナ給電線及び少なくとも二つの平行板キャパシタ（５０４）を具え、前記平行板キャパシタの各々は、互いに絶縁された第１及び第２の板を具え、前記第１の板の各々が、前記接地導体から絶縁された導体板（５０６）を具え、前記第２の板の各々が、前記導体板の下の前記接地導体の表面（９０８）の一部を具え、前記少なくとも二つのアンテナ給電線の各々が、対応する導体板と対応する無線周波数出力／入力との間に接続され、第２の板がそれぞれ、インピーダンス変換を提供する溝（９１２）によって互いに分離されたことを特徴とする無線端末。
【請求項２】
前記第２の板が、前記接地導体の上面の部分を具え、前記上面が、前記無線端末の長軸に垂直に延在することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
【請求項３】
前記溝は当該無線端末の長軸に平行であることを特徴とする請求項２に記載の無線端末。
【請求項４】
前記接地導体は前記無線端末のハンドセットケースであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の無線端末。
【請求項５】
前記接地導体はプリント回路基板の接地導体であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の無線端末。
【請求項６】
前記送受信機と前記少なくとも二つの平行板キャパシタのそれぞれの前記アンテナ給電線との接続点との間にマッチング・ネットワークが設けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の無線端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯移動電話のような、アンテナダイバーシティを提供する無線端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯移動電話のような無線端末は、典型的に、ノーマルモードヘリカルアンテナ若しくはメアンダラインアンテナのような外部アンテナ、又は板状逆Ｆ字アンテナ（ＰＩＦＡ）若しくはそれと同等のような内部アンテナの何れかを組み込んでいる。
【０００３】
このようなアンテナは（波長に対して）小さく、従って、小さなアンテナの根本的な制限のために狭帯域である。しかし、セルラ無線通信システムは、典型的に、10％又はそれ以上の部分的な帯域幅を持つ。例えばＰＩＦＡから、このような帯域幅を達成するためには、パッチアンテナの前記帯域幅と体積との間に直接関係があるので、かなりの体積を必要とするが、このような体積は、小さなハンドセットに向かう現在の傾向では通用しない。この故に、上述した制限のため、今日の無線端末において小さなアンテナから効率の良い広帯域の放射を達成することは可能ではない。
【０００４】
無線端末の知られているアンテナ装置の他の問題は、前記アンテナ装置が一般にバランスが取れておらず、従って、前記端末ケースと強く結合していることである。結果としてかなりの量の放射が、前記アンテナというよりはむしろ前記端末自身から放射する。アンテナ給電線が前記端末ケースに直接結合した無線端末は、それによりこの状況に乗じて、我々の同時係属中の未公開イギリス特許出願0108899.6（出願人側整理番号PHGB010056）において開示されている。適切に給電されると、前記端末ケースは効率の良い広帯域送信アンテナとして働く。
【０００５】
多くの状況において、単一のアンテナにより得られる性能より性能を向上させるために、２つ又はそれ以上のアンテナが同時に使用されることによって、無線端末がアンテナダイバーシティを実施することが望まれている。一般に、アンテナダイバーシティはよりよい受信力、電力の節約及びこの故により長いバッテリの寿命に帰着する。しかし、携帯移動電話のような無線端末に、2つ又はそれ以上の従来のアンテナを設けることは、より小さなハンドセットに向かう現在の傾向を考えると望ましくない、かなりの余分な体積を必要とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アンテナダイバーシティ及び広帯域にわたって効率的な放射性質を持つ小型無線端末を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、接地導体と、各アンテナ給電線が前記接地導体に直接結合した複数のアンテナ給電線に結合した送受信機とを有する無線端末が提供されている。
【０００８】
前記接地導体（典型的にはハンドセット本体）は放射素子として使用されるので、アンテナダイバーシティを実施するのに必要とされる最小の余分な体積（単純に第２キャパシタ又は他の結合要素により占められる体積）が存在する。この故に、本発明は、既知の装置に比べ非常に縮小した体積の必要条件を提供し、また一方ではかなりより広い帯域幅を提供する。共通の放射素子に２つの給電線を使用することは２つのアンテナパターン間の高い相関に帰着することが期待されるかもしれないが、実際は低い相関（及びこの故良いダイバーシティ性能）が達成されることが示される。
【０００９】
本発明は、アンテナ及び無線ハンドセットのインピーダンスが分離可能な非対称ダイポールのインピーダンスと同様であるという、先行技術には存在しない認識に基づいており、前記アンテナのインピーダンスは非放射結合要素に置き換えられることができるというさらなる認識に基づいている。
【００１０】
本発明の実施形態は、例により、添付した図面を参照して記述されるだろう。
【００１１】
図面において同じ参照符号は一致する機能を示すことに使用されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、無線ハンドセットのアンテナ給電点において、送信モードの送受信機により見られるインピーダンスのモデルを示す。前記インピーダンスは非対称ダイポールとしてモデル化され、第１アーム102が前記アンテナのインピーダンスを表し、第２アーム104が前記ハンドセットのインピーダンスを表し、両アームが電源106により駆動される。前記図に示されるように、このような装置の前記インピーダンスは、仮想的なアース108に対し個々に駆動される各アーム102、104のインピーダンスの和と実質的に同等である。前記モデルは、電源106を前記送受信機のインピーダンスにより置き換えることにより、同様に良く受信に使用されることができるが、これはシミュレートするのが幾分より難しい。
【００１３】
このモデルの正当性は、長さ40mm及び直径1mmの第１アーム102並びに長さ80mm及び直径1mmの第２アーム104に対して、よく知られたNEC（Numerical Electromagnetics Code）を使用するシミュレーションにより確認される。図２は、個々にインピーダンスをシミュレートし、その結果を合計することにより得られた結果と共に、組み合わされた装置（Ref R及びRef X）のインピーダンス（R+jX）の実部及び虚部について結果を示す。前記シミュレーション結果はかなり近いことがわかる。唯一の重大な偏差は、前記インピーダンスが正確にシミュレートすることが難しい半波共鳴領域である。
【００１４】
前記アンテナ給電点から見られるように、アンテナ及びハンドセットの組み合わせと同等な回路は図３に示される。R1及びjX1は、前記アンテナの前記インピーダンスを表し、一方R2及びjX2は前記ハンドセットの前記インピーダンスを表す。この同等な回路により、前記アンテナにより放射される電力P1及び前記ハンドセットより放射される電力P2の比は
【数１】
0004347567.tif 000002
により与えられることが推論されることができる。
【００１５】
もし前記アンテナの大きさが縮小されるならば、放射抵抗R1もまた下がるだろう。もし前記アンテナが微小に小さくなると、放射抵抗R1はゼロに落ちるだろうし、全ての放射は前記ハンドセットから発するだろう。もし前記ハンドセットのインピーダンスが前記ハンドセットを駆動する電源106に適しており、もし前記微小アンテナの容量性リアクタンスが前記ハンドセットとの容量バックカップリング（capacitive back-coupling）を増加することにより最小化されることができるならば、この状況は、有益にされることができる。
【００１６】
これらの修正により、前記同等な回路は、図４に示されるものに修正される。従って前記アンテナは、最大の結合及び最小のリアクタンスに対し大きな静電容量を持つように設計された物理的に非常に小さいバックカップリング・キャパシタ（back-coupling capacitor）に置き換えられている。前記バックカップリング・キャパシタの残留リアクタンスは、単純なマッチング回路により調整することができる。従来のアンテナは典型的におよそ50のQを持つのに対し、前記ハンドセットは低いQの放射素子（シミュレーションは典型的なQはおよそ1であることを示す）として働くので、前記ハンドセットの正確な設計により、結果として表れる帯域幅は、従来のアンテナ及びハンドセットの組み合わせによるものより非常に広くすることができる。
【００１７】
容量バックカップリングされたハンドセットの基礎的な実施例は図５に示される。ハンドセット502は現代の携帯電話ハンドセットの典型である、10×40×100mmの寸法を持つ。2×10×10mmの寸法を持つ平行板キャパシタは、通常はさらに大きなアンテナに占められる位置において、10×10mmの極板506を、ハンドセット502の上端508の2mm上に据え付けることにより形成される。結果として生ずる静電容量は、（ハンドセット502及び極板506の離隔距離を縮小させることにより増加されるであろう）静電容量と（ハンドセット502及び極板506の離隔距離に依存する）結合効果との間の妥協点を表す約0.5pFである。前記キャパシタは、前記ハンドセットケース502から絶縁されているサポート510を経て給電される。
【００１８】
この実施例のマッチング後の反射減衰量S11は、Ansoft Corporationから利用することができるHigh Frequency Structure Simulator（HFSS）を使用してシミュレートされ、1000ないし2800MHzの周波数fについて図６に示される結果になった。従来の２つのインダクタのＬ字ネットワークが1900MHzにおいてマッチングに使用された。7dBの反射減衰量（およそ90％の放射された入力電力に相当）において、結果として生ずる帯域幅は、およそ60MHz又即ち3％であり、有用であるが必要とされるほどは大きくない。同一の周波数範囲にわたるこの実施例のシミュレートされたインピーダンスを図示するスミス・チャートは図７において示される。
【００１９】
前記低帯域幅は、ハンドセット502及びキャパシタ504の組み合わせが、1900MHzにおいておよそ3-j90Ωのインピーダンスを示すことによる。図８は、以前と同一の周波数範囲にわたり、HFSSを使用してシミュレートされた、抵抗の変化を示す。これは、例えば、我々の同時係属中の未公開イギリス特許出願0019335.9において論じられたように、溝又は細いハンドセットの使用により、抵抗を増すように前記ケースを再設計することにより改善されることができる。
【００２０】
アンテナダイバーシティを設けるためには、少なくとも２つの結合要素が必要とされる。これがどのように行われることができるのかという例は図９に示される。ダイバーシティハンドセット902は、２つの溝912が切られている10×40×100mmの寸法を持つ導体のケースを持つ。各溝912は幅3mm及び深さ29.5mmであり、ハンドセット902の側面から12mm内側に配置される。以前の実施例においてのように、キャパシタ504は、ハンドセット902の上面908の4mm上に、サポート510上に据え付けられた、10×10mmの寸法を持つ極板506から形成される。
【００２１】
この実施例の反射減衰量S11は、HFSSを使用してシミュレートされ、1000と2800MHzとの間の周波数fについて図１０に示される結果になった。前記シミュレーションにおいて、１つのキャパシタ504は、マッチングされずに、直接給電され、一方もう１つのキャパシタ504は開回路のままであった。２つの共鳴が存在し、１つは1.83GHzを中心にあり、もう１つは2.24GHzにある。前記第１共鳴は、もし我々の同時係属中の未公開イギリス特許出願0019335.9において示されるように、唯一のキャパシタ504及び溝912があった場合に得られたものと同様である。前記第２共鳴は、追加の溝912の存在による。前記第１共鳴の中心周波数は、第２溝912の存在により低くなり、この故、溝912の長さは、１つの溝を持つ実施例と比較して縮小される。同一の周波数範囲にわたるこの実施例のシミュレートされたインピーダンスを図示するスミス・チャートは図１１に示される。前記スミス・チャートにおいてインピーダンスの急な変化は、前記第２共鳴の狭帯域の性質を反映する。
【００２２】
この実施例の応答はマッチングにより改善させることができる。シミュレーションは、前記基礎的な実施例において用いられたものと同様な２つのインダクタのマッチング・ネットワークを使用し、しかし両方の給電線を同時にマッチングして実行される。これは、両方のアンテナが同時に利用することができるデュアル・レシーバ・ダイバーシティ・アーキテクチャに使用されるだろう。切り替えダイバーシティ構成において使用されるように、１つの給電線は接続されていないか又は他のインピーダンスで負荷されているが、接続及びマッチングされたもう１つの給電線により、同様な性能が得られることができる。
【００２３】
反射減衰量S11についての結果は、1000と2800MHzとの間の周波数fについて図１２に示される。7dBの反射減衰量において結果として生じる帯域幅は今度はおよそ750MHz即ち40％近くである。これは、1710ないし2170MHzの有効範囲を必要とするUMTS及びDCS1800バンドを同時にカバーするのに必要以上である。同一の周波数範囲にわたるこの実施例のシミュレートされたインピーダンスを図示するスミス・チャートは図１３に示される。
【００２４】
さらなるシミュレーションは、前記ハンドセットの最も下から60mmまでの周りに置かれ、３方向を囲む厚さ1cmの手により、前記ハンドセットが持たれている状態において実行された。前記手は、1900MHzにおいて誘電率49及び導電率1.6S/mを持つ複素誘電体の一様な塊としてシミュレートされた。反射減衰量S11の結果及びスミス・チャートは、それぞれ図１４及び１５に示される。前記ハンドセットが放射システムの一部として働いているにもかかわらず、アンテナ効率は、27％（入力電力の、前記シミュレーションにおいて問題としている空間の境界にわたり積分した電力との比として計算される）だけ下げられる。これは、効率において、従来のハンドセットが手に持たれたときに得たのと同様な下がり方である。
【００２５】
アンテナダイバーシティを有用にするためには、各個のアンテナの放射パターンが十分に無相関化されることが必要である。0.7未満の相関は一般的に良いダイバーシティ性能を示すとみなされる。ハンドセット902の相関は、マッチングされた給電線について、前記動作帯域間の３つの周波数において、及び多種多様な使用法のシナリオについて計算され、以下のような結果となった。
【００２６】
【表１】
0004347567.tif 000003
【００２７】
また、前記相関は、手に持ったハンドセットについて計算され、前記手はハンドセット902の３つの側面の下から60mmまでを覆った。下記の結果が得られた。
【００２８】
【表２】
0004347567.tif 000004
【００２９】
上の結果は明らかに、良いダイバーシティ性能が、広い帯域にわたり、様々な環境において得られたことを立証する。切り替えダイバーシティについての場合になるように、マッチングされていない負荷において終端処理をした１つのキャパシタ504により給電されるもう１つのキャパシタ504の場合について、結果は同様に良いと期待されるだろう。
【００３０】
上述したダイバーシティ実施例は、DCS1800及びUMTSバンド両方をカバーするために、前記給電線のマッチングを高めるために、前記ハンドセットケース902において溝912を使用した。他の実施例が可能であり（ハンドセットの溝が無いものを含める）、例えば帯域幅と体積とのトレードオフでもよい。溝が設けられた場合、前記溝は前記ハンドセットの全長を走るように延在してもよく、また、追加の溝がマルチバンド使用に拡張するために設けられてもよい。上述したダイバーシティ実施例において前記溝912の機能は、インピーダンス変換を提供することであり、それにより前記アンテナ給電線は50Ωの適当なマッチングを提供する。前記アンテナ給電線が前記接地導体902上において十分に離されるならば（例えば図９のものは、1711MHzにおいておよそ0.2波長離れている）、適切なダイバーシティ性能は達成されるべきである。
【００３１】
上で開示された実施例は、容量結合に基づいている。しかし、例えば誘電結合のように、他の何れかの犠牲（非放射）結合要素が代わりに使用されることができる。また、前記結合要素は、インピーダンス・マッチングを促進するために変更されることもできる。例えば、容量結合は、インダクタンス素子によって達成されることができる。これは、より広帯域の応答を生じる、より簡単なマッチングを許すだろう。
【００３２】
上記実施例において、導体のハンドセットケースは前記放射素子である。しかし、無線端末において他の接地導体が、同様な機能を果たすことができる。例は、ＥＭＣシールディング及びプリント回路基板（PCB）金属配線形成の領域で使用される導体、例えばグランド・プレーンを含む。
【００３３】
本開示を読むことにより、他の修正が当業者に明らかになるだろう。このような修正は、設計、製造並びに無線端末及びその構成部分の使用において既に知られていて、この中で既に記述された特徴の代わりに又は追加して使用され得る他の特徴を伴ってもよい。
【００３４】
本明細書及び請求項において、要素の先に来る「１つの」という単語は、複数のそのような要素の存在を除外しない。さらに、「有する」という単語は、記載したもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  アンテナ及び無線端末の組み合わせを表す非対称ダイポールアンテナのモデルを示す。
【図２】  非対称ダイポールのインピーダンスの構成要素の可分性を実証するグラフである。
【図３】  ハンドセット及びアンテナの組み合わせと同等な回路である。
【図４】  容量バックカップリングされたハンドセットと同等な回路である。
【図５】  基本的な容量バックカップリングされたハンドセットの斜視図である。
【図６】  図５の前記ハンドセットについてシミュレートされた、MHz単位の周波数fに対するdB単位の反射減衰量S11のグラフである。
【図７】  1000ないし2800MHzの周波数範囲にわたる図５の前記ハンドセットのシミュレートされたインピーダンスを示すスミス・チャートである。
【図８】  図５の前記ハンドセットのシミュレートされた抵抗を示すグラフである。
【図９】  ２つの給電線を持つ２重に溝がある容量バックカップリングされたハンドセットの斜視図である。
【図１０】  図９の前記ハンドセットの１つの給電線についてシミュレートされた、MHz単位の周波数fに対するdB単位の反射減衰量S11のグラフである。
【図１１】  1000ないし2800MHzの周波数範囲にわたる図９の前記ハンドセットのシミュレートされたインピーダンスを示すスミス・チャートである。
【図１２】  追加のマッチングを行われた図９の前記ハンドセットの１つの給電線についてシミュレートされた、Mhz単位の周波数に対するdB単位の反射減衰量S11のグラフである。
【図１３】  1000ないし2800MHzの周波数範囲にわたり、追加のマッチングを行った図９の前記ハンドセットの１つの給電線のシミュレートされたインピーダンスを表すスミス・チャートである。
【図１４】  追加のマッチングを行い、手に持たれた図９の前記ハンドセットの１つの給電線についてシミュレートされた、MHz単位の周波数fに対するdB単位の反射減衰量S11のグラフである。
【図１５】  1000ないし2800MHzの周波数範囲にわたり、追加のマッチングを行い、手の中に持たれた図９の前記ハンドセットの１つの給電線のシミュレートされたインピーダンスを表すスミス・チャートである。
【図１】
0004347567.tif 000005
【図２】
0004347567.tif 000006
【図３】
0004347567.tif 000007
【図４】
0004347567.tif 000008
【図５】
0004347567.tif 000009
【図６】
0004347567.tif 000010
【図７】
0004347567.tif 000011
【図８】
0004347567.tif 000012
【図９】
0004347567.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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