(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システム用の通信装置であって、
前記通信装置のシャーシに設けられたプリント配線板（ＰＣＢ）と、
前記プリント配線板に取り付けられ、所定の厚みを有する基板と、
前記基板に設けられ、複数のパッチ部を有するパッチアンテナと、
を有し、
前記パッチ部は、それぞれ少なくとも１つのスロットがその内部に形成されており、
前記パッチ部の内、第１パッチ部は、前記プリント配線板に配置されて第１周波数帯域に同調し、第２パッチ部は、前記基板上において前記プリント配線板の外側に配置されて前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域に同調することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記第１周波数帯域は、低周波数帯域であって、前記第２周波数帯域は、高周波数帯域であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置
【請求項３】
前記第２周波数帯域は、更に、２つの周波数範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記第１周波数帯域は、８００ＭＨｚ帯域と９００ＭＨｚ帯域の何れかであることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記第２周波数帯域内の前記周波数範囲の一方は、１９００ＭＨｚ周波数範囲であることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記周波数範囲の他方は１８００ＭＨｚ周波数範囲であることを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記パッチ部のそれぞれは、任意の立体形状であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項８】
前記パッチ部のそれぞれは、任意の平面形状であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項９】
前記パッチアンテナの入力インピーダンスをマッチングするマッチングブリッジを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記マッチングブリッジは給電ピンとグランドピンとの間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記マッチングブリッジの長さを変えることによって、前記パッチアンテナのマッチングを調整することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのスロットが、前記パッチ部のそれぞれをサブパートに分割することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１３】
各パッチ部のそれぞれのサブパートは、各パッチ部が同調している周波数帯域内の異なる周波数で励振することを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記パッチ部のそれぞれにおける前記少なくとも１つのスロットは、前記パッチ部で２つのらせん構造を作る形状であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１５】
各パッチ部が同調する周波数帯域は、パッチ部のサイズに依存することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１６】
前記パッチ部のサイズは、前記第１、第２周波数帯域の約１／４波長となるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１７】
前記パッチアンテナの帯域幅は、前記パッチ部のサイズ、前記少なくとも１つのスロットの形状及び位置、そして、前記基板の厚み及び誘電率、に依存することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのスロットの形状は任意であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項１９】
前記通信装置がユーザからの音声情報を受信するためのマイクロホン開口部と
前記通信装置が前記ユーザに音声情報を送信するためのスピーカ開口部と、
キーパッドと、
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して無線通信システムに関するものであり、特に、通信装置である携帯端末に組み入れることができ、携帯端末が様々な周波数帯域内で通信できるようにする、内蔵されたパッチアンテナを有する通信装置に関する。
【０００２】
セルラー電話産業は、アメリカ合衆国において、そしてその他世界中でも、驚異的な商業的発展をしてきた。主要都市での成長は予想をはるかに超え、急速にシステムのキャパシティを凌駕しつつある。この傾向が続くと、この産業の成長の効果はすぐ、最も小さな市場にすら達するだろう。このように増加するキャパシティのニーズを満たし、同時に、高品質のサービスを維持して、価格の上昇を回避するような、革新的なソリューションが待望されている。
【０００３】
世界を通じて、無線通信システムを改良する際の、１つの重要なステップは、アナログ伝送からデジタル伝送への変化である。また、次世代技術、例えば、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や符号分割多元接続（符号分割多重アクセス）、を実現するのに有効なディジタル伝送方式を選択することも、同様に重要である。さらに、広く認識されていることだが、快適に持ち運びができ、家、オフィス、ストリート、そして車内などでも、発着信できる、安価で、ポケットサイズの、コードレス電話、を採用したパーソナルコミュニケーションネットワーク（ＰＣＮｓ）の第１世代は、例えば、次世代ディジタルセルラシステムインフラストラクチャを利用するセルラキャリヤによって提供されるであろう。
【０００４】
許容レベルの設備互換性を提供するため、世界の様々な地域で標準規格が作成されてきている。例えば、ＡＭＰＳ（アドバンストモバイルフォンシステム）、ＮＭＴ（ノルディックモバイルテレフォン）、及びＥＴＡＣＳといったアナログ標準規格や、Ｄ−ＡＭＰＳ（例えば、ＥＩＡ／ＴＩＡ−ＩＳ−５４−Ｂ及びＩＳ−１３６）、及びＧＳＭ（ＥＳＴＩに採用された移動体通信用グローバルシステム）といったデジタル標準規格が、無線通信システム用の設計基準を標準化するために公表されてきた。これらの標準規格は、いったん作成されると、追加システムを特定するために、同一のまたは近似した形態で再利用される傾向がある。例えば、オリジナルのＧＳＭ方式に加えて、ＤＣＳ１８００（ＥＴＳＩ指定）及びＰＣＳ１９００（Ｊ−ＳＴＤ ００７のＪＴＣ指定される）が存在している。これらは両方ともＧＳＭを基礎としたものである。
【０００５】
しかしながら、セルラ通信サービスにおける近年の発展は、例えば、パーソナルコミュニケーションサービス（ＰＣＳ）用の移動体通信をハンドリングするのに使用する、追加周波数帯域の採用に伴うものである。例として米国についてみてみると、セルラーハイパーバンドは、８００ＭＨｚ領域で通信を実行、制御するため、２つの周波数帯域（一般的にＡ周波数帯域とＢ周波数帯域と呼ばれる）に割り当てられている。また、米国では、ＰＣＳハイパーバンドが、１９００ＭＨｚ周波数範囲の６つの異なる周波数帯域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦ）を含むように、指定されている。したがって、現在、米国の全ての既存のサービス・エリアで８つの周波数帯域が利用可能であり、通信サービスを容易にしている。  ある標準規格はＰＣＳハイパーバンド（例えば、ＰＣＳ１９００（Ｊ−ＳＴＤ−００７））のために承認され、一方で、他のものがセルラーハイパーバンド（例えば、Ｄ−ＡＭＰＳ（ＩＳ−１３６））のために承認されている。
【０００６】
セルラーハイパーバンド及びＰＣＳハイパーバンドに指定される各周波数帯域は、複数のトラヒック・チャネルと少なくとも１つのアクセスチャネル又は制御チャネルに割り当てられている。制御チャネルは、移動局で送受信される情報により移動局の動作を制御、又は管理するために用いられる。そのような情報は、着呼信号、発呼信号、ページ信号、ページ応答信号、位置登録信号、音声チャネル割り当て、メンテナンス指示、ハンドオフ、及び、移動局が１つのセルの無線カバレージから出て、別のセルの無線カバレージ内に移動する際のセル選択指示又はセル再選択指示、を含みうる。制御チャネル及び音声チャネルは、アナログ変調とディジタル変調のどちらかを使用することで動作できる。
【０００７】
基地局により、トラヒック上のダウンリンクにおいて、送信された信号は、少なくとも１つのアンテナを有する移動体端末又は携帯端末によって受信される。歴史的に、携帯端末は、エアインタフェース上で信号を送受信するために多くの異なるタイプのアンテナを用いてきた。例えば、導電面に垂直に設けられるモノポールアンテナは、良好な放射特性、好ましいドライブポイントインピーダンス、および比較的単純な構造を提供できることが知られている。モノポールアンテナは、様々な物理的形態で製造されうる。例えば、ロッドアンテナやホイップアンテナは、携帯端末と関連して頻繁に使用されてきた。高周波数のものでは、アンテナ長さを最小化すべきであり、他の選択肢としてヘリカルアンテナがある。
【０００８】
大きく異なる周波数帯域、例えば、８００ＭＨｚ領域の帯域と１９００ＭＨｚ領域の帯域と、で動作できる携帯端末を提供することは商業的に望ましい。このためには、両方の周波数帯域で適正な利得及び帯域幅を提供するアンテナを、携帯端末に用いることが必要となる。そのようなデュアルバンドアンテナを生みだすためいくつかの試みがなされてきている。
【０００９】
例えば、フィリップスらの米国特許番号４，５７１，５９５号には、鋸歯形の電導素子を有するデュアルバンドアンテナについての記載がある。そのデュアルバンドアンテナは、２つの近接した周波数帯域（例えば、９１５ＭＨｚと９６０ＭＨｚに）のどちらかに同調することができる。しかしながら、このアンテナ設計は、それが携帯電話のシャーシに物理的に非常に近接しているため、比較的効率が悪い。
【００１０】
日本国特許番号６−３７５３１は、内側に寄生的な金属棒を含むつる巻線を開示している。この特許では、金属棒の位置を調整することによって、アンテナを２つの共振周波数に同調させることができる。ところが、この設計での帯域幅はセルラ通信に使用するには狭過ぎる。
【００１１】
デュアルバンドの、プリントモノポールアンテナも知られているが、これは、プリントモノポールアンテナに非常に近接した寄生的ストリップを追加することによって、２元共振（dual resonance）を実現するものである。そのようなアンテナはセルラ通信のために十分な帯域幅を有するが、それは寄生的ストリップの追加を必要とする。スウェーデンのＭｏｔｅｃｏ  ＡＢは、コイルマッチングデュアルバンドホイップアンテナと、コイルアンテナを設計してきたが、これは、コイルマッチング成分（９００ＭＨｚ用に１／４λと、１８００ＭＨｚ用に１／２λ）を調整することによって、２元共振を実現するものである。このアンテナは、比較的良好な帯域幅、放射性能を有し、その長さはおよそ４０ｍｍである。
比較的小さい不均一（non-uniform）ヘリカルデュアルバンドアンテナが、同時係属一般指定米国特許出願番号０８／７２５，５０７に「マルチバンド不均一ヘリカルアンテナ」という名称で開示されている。
【００１２】
近年、移動体電話などの無線通信装置のためのアンテナは、その電話機のシャーシ上に直接取付けられる。しかしながら、携帯端末の大きさと重さが減少し続けるのに従って、上記のようなアンテナは、そのサイズ故に、あまり有効ではなくなっている。更に、これらの次世代コンパクト携帯端末の機能が増加するのに従って、複数の周波数帯域で励振することができる内蔵小型アンテナが必要となってきた。
【００１３】
現在、携帯電話で使用されている旧来型の内蔵アンテナとしてはマイクロストリップアンテナや平面逆Ｆアンテナが挙げられる。マイクロストリップアンテナは、サイズが小さく、重さも軽い。平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）は、移動体電話のハンドセット内にすでに実装されてきている。１９９４年２月に、イギリスのロンドンでのパーソナルコミュニケーションシステム用のマイクロ波フィルタ及びアンテナについてのＩＥＥ議事録Ｐ３／１〜Ｐ３／６に、Ｋ．Ｑａｓｓｉｍによって記述された、「ポータブルハンドセット用逆Ｆアンテナ」にその記載がある。より最近では、レイらが、蛇行状（メアンダリング）逆Ｆアンテナの説明を開示している（ＷＯ９６／２７２１９）。このアンテナは従来のＰＩＦＡアンテナのおよそ４０％の大きさである。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂは、レイら（ＷＯ９６／２７２１９）に記載される蛇行状逆Ｆアンテナと比較した、従来の平面パッチアンテナを示している。図１Ａの従来型平面パッチアンテナは、サイズと長さの両方とも、例えば、アンテナが励振するべき周波数の１／４波長と等しくなる。従来型平面パッチアンテナは、幅Ｗをも有する。また、図１Ｂで示される蛇行状逆Ｆアンテナの長さは、励振周波数の１／４波長と等しく、その幅はＷに等しい。しかしながら、蛇行状逆Ｆアンテナのサイズは、従来型平面パッチアンテナのおよそ４０％まで減少する。このサイズの減少は、アンテナの蛇行形状に起因している。
【００１５】
しかしながら、移動体電話はどんどん小さくなってきているので、従来型マイクロストリップパッチアンテナもＰＩＦＡアンテナも、両方とも、大きすぎて、次世代電話機のシャーシに合わせることはできない。同時係属の本出願人による米国特許出願０９／１１２，３６６「移動体端末用の小型プリントスパイラルアンテナ」には、マッチングポストを有するプリントスパイラル内蔵アンテナが提案されている。次世代携帯電話に適するように、そのサイズは、従来型ＰＩＦＡアンテナの２０−３０％であり、波長の１／１０以下となっている。
【００１６】
アンテナの小型化に加えて、次世代移動体電話には、セルラーの、ワイヤレスなローカル・エリア・ネットワーク、ＧＰＳ、及びダイバーシチーのために、１つ以上の周波数帯域に同調する能力が必要とされる。同時係属の、本出願人による米国特許出願０９／１１２，１５２「ツインスパイラルデュアルバンドアンテナ」には、次世代携帯電話に適したマルチバンド内蔵アンテナが、提案されている。その内蔵アンテナは、異なる長さの、異なる周波数帯域に同調することができる、二つの螺旋状の導電アームを有する。このデザインでは、細いストリップ線が放射体として使用されるので、アンテナの帯域幅は、更に小さくなる。アンテナの帯域幅を増大させるため、マッチングブリッジに抵抗負荷を導入することによって、補償方法が使用される。この手法は、より広い帯域幅を実現する一方で、利得の損失をもたらす。このアンテナは２つの周波数帯域において使用するために設計されているのである。
【００１７】
同時係属の、本出願人によるの米国特許出願０９／２１２，２５９「プリントマルチバンドパッチアンテナ」には、他の新しいタイプのデュアルバンドパッチアンテナが開示されている。放射体としての細いストリップ線を使用するツインスパイラルデュアルバンドアンテナと異なり、マルチバンドパッチアンテナはスロット切断によるパッチを使用する。そのパッチは、放射体として利用され、容易により広い帯域幅となる。また、マルチバンドパッチアンテナも、２つの周波数帯域のために設計される。
【００１８】
しかしながら、複数の周波数帯域に同調でき、同時に、それらの複数の周波数帯域において広い帯域幅を有する、高性能で、小型の内蔵アンテナの必要性は、なお存在している。さらに、そのようなアンテナは、複数の帯域内の多くの異なる周波数範囲に同調できるべきである。
【００１９】
＜概要＞
本発明は、少なくとも３つの周波数範囲での操作を容易化して、次世代コンパクト移動体端末での使用に適した、小型、半内蔵マルチバンドプリントアンテナを提供することにより、上述の従来技術の課題を解決するものである。例示的な実施形態によれば、異なる周波数帯域にあわせられる異なるサイズのパッチ素子を含む、半内蔵マルチバンドプリントアンテナが提供される。それぞれのパッチ素子では、パッチ素子をサブパートに分割するスロットが形成されている。パッチ素子が調整されている同一周波数帯域における周波数で励振するように、パッチ素子のそれぞれのサブパートが構成されている。その結果、高性能で、広帯域性を有し、マルチバンドで、表面露出度の低いアンテナが実現でき、これは、３つの周波数範囲で用いられる。この周波数範囲の１つは、上記２つの周波数帯域の外側の１つである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下の記述においては、本発明をよく理解するため、特定の回路、回路素子、技術などといった、特定の細部が述べられているが、それらは説明を目的とするものであり、本発明を限定するものではない。しかしながら、本発明が、これらの特定の細部を持たない他の実施の形態においても実現できることは、当業者には明らかであろう。また、周知の、方法、装置、および回路については、本発明の説明が不明瞭にならないように、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
図２は、本発明の内蔵マルチバンドパッチアンテナを実装できる典型的な無線通信装置２００を示す図である。通信装置２００は、それぞれユーザの口と耳の位置にほとんど位置する、マイクロホン開口部２２０及びスピーカ開口部２３０を備えたシャーシ２１０を含んでいる。キーパッド２４０によれば、例えば、ダイヤルすべき電話番号を入力することによって、ユーザはその通信装置で対話可能となる。また、通信装置２００は、内蔵パッチアンテナアセンブリ２５０を含んでいる。その詳細について以下に説明する。
【００２２】
図３は、本発明に係る典型的な内蔵パッチアンテナアセンブリを示す図である。この典型的な内蔵パッチアンテナアセンブリは、異なるサイズの２つのパッチ部３０５及び３１０を含む。２つのパッチ部３０５及び３１０は、誘電体基板３２０を通してプリント配線板（ＰＣＢ：printed circuit board）３１５に取り付けられており、マッチングブリッジ３３０の両側に接続されている。スロット３４０は、各パッチ部３０５、３１０に形成され、パッチ部をサブパート３４５、３５０と３５５、３６０に分割する。その重要性について以下に詳しく述べる。パッチ部３０５、３１０はＰＣＢ３１５上に位置し、パッチ部とＰＣＢ３１５との間にスロットを形成する。当業者であれば、このパッチ部が本アンテナシステムのメイン放射体（又はセンサ）を形成することが理解できるであろう。
【００２３】
図３から明らかなように、パッチ部３０５及び３１０は、給電ピン３２５によって給電される。また、内蔵アンテナは給電ピン３２５とグランドポスト３３５の間にマッチングブリッジ３３０を含んでいる。マッチングブリッジ３３０は、アンテナを同調させるために起動し、給電ピン３２５とグランドポスト３３５の間に、小さいループアンテナを形成する。アンテナのチューニングとは、アンテナによってその入力端子に現れるインピーダンスを、純粋な、すなわち、全くリアクタンスを含まない抵抗となって現れるように、マッチングすることである。本発明のアンテナシステムのチューニングは、アンテナについての入力インピーダンスを測定又は評価し、適当なインピーダンスマッチング回路（すなわち、マッチングブリッジ）を提供することによって、実行される。本発明に係るアンテナのマッチングは、マッチングブリッジ３３０の長さを変えることによって、調整することができる。これは、単にグランドポスト３３５の位置を変更することによって、実現される。一般に、マッチングブリッジの長さは、およそ０．０１λから０．１λの間である。
【００２４】
アンテナシステムの２つのパッチ部３０５及び３１０が、異なる大きさであることは、図３から明らかである。パッチ部のサイズを制御することによって、アンテナを様々な周波数帯域に同調させることができる。マルチバンドアンテナの第１パッチ部３０５は、第１低周波数帯域の周波数で励振するような大きさ（一般には、パッチ部が同調すべき周波数帯域の１／４波長）となっている。そして、第２パッチ部は、第２高周波数帯域の周波数に励振するような大きさとなっている。２つのパッチ部は、いかなる周波数でも励振できる。例えば、第１周波数帯域はＧＳＭ帯域であってもよく、第２周波数帯域は、ＤＣＳ帯域であってもよい。低周波帯域と高周波帯域の組合せとしては、ＧＳＭ＋ＰＣＳ、ＧＳＭ＋ＷＣＤＭＡ、ＤＣＳ＋ＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ＋ＧＰＳ、ＧＳＭ＋ＩＳＭ、或いは、その他の如何なる組合せも可能である。
【００２５】
上述したように、各パッチ部３０５及び３１０は、パッチ部をサブパートに分けるスロット３４０を含んでいる。パッチ部の各サブパートは、そのパッチ部が同調するのと同じ周波数帯域内で、異なる周波数で励振する。例えば、第１パッチ部３０５が、ＧＳＭ帯域の周波数で励振可能なサイズであれば、パッチ部３０５のサブパートは、そのＧＳＭ帯域内の異なる周波数で励振できるであろう。この結果、より広い帯域幅が実現される。
【００２６】
当業者であれば、この代わりに、各パッチ部に３つ又はそれ以上のサブパートを形成可能であることが理解できるであろう。図４は各パッチ部が３つのサブパートから形成される典型的な構成を示す図である。図示されるように、第１パッチ部４０５は、３つのサブパート４０５Ａ−４０５Ｃに切断されている。そして、第２パッチ部４１０も、３つのサブパート４１０Ａ−４１０Ｃに切断されている。各サブパートを、それぞれのパッチ部が励振するのと同じ周波数帯域内の異なる周波数で励振させることができる。そのような構成によって、より広い帯域幅を実現することができる。しかしながら、チューニングは、より難しくなる。
【００２７】
図３に戻り、パッチ部３０５及び３１０は、３次元形状を含むいかなる形状であっても良い。しかしながら、パッチ部のサイズは、そのパッチ部が同調すべき周波数の約１／４波長であるべきである。
【００２８】
内蔵マルチバンドパッチアンテナの励振周波数と帯域幅は、誘電体基板の面積と厚み、誘電体素材（即ち、誘電率）のタイプ、パッチのサイズ、そして、スロットのサイズ及び位置に依存している。当業者であれば、誘電体基板の面積又は厚みの増加、或いは、誘電率の低下が、結果として、実現できる帯域幅の増加をもたらすことは理解できるであろう。また、更に、帯域幅は、パッチ部で形成されたスロットのサイズと位置に依存する。
【００２９】
図３から明らかなように、ＰＣＢの端部に内蔵マルチプルバンドパッチアンテナをマウントすることができ、これにより、より良好な放射性能及び帯域幅を実現する。さらに、内蔵マルチバンドパッチアンテナは小型であるため、内蔵マルチバンドパッチアンテナ用のＰＣＢに必要なスペースは最小化される。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、ブロードバンドマルチバンドパッチアンテナを形成する技術を示す図である。図１Ａで示したような従来型パッチアンテナのスロットを、マッチングブリッジの軸に沿って形成することにより、従来型パッチアンテナからブロードバンドマルチバンドパッチアンテナを形成することができる。その場合、マッチングブリッジの両側に接続された２つのパッチ部が作成される（図５Ａ参照）。各パッチ部は、異なる周波数帯域内で励振できる大きさである。
大きい方のパッチ部５０５は、低周波数で励振し、小さい方のパッチ部５１０は、高周波数で励振する。実際のスロットの形成は、例えば、以下のいずれの方法によって、行ってもよい。カッティング、エッチング、ＭＩＤ（３Ｄ金属化）、または、化学的処理。
【００３１】
そして、スロットは、各パッチ部をサブパートに分割するように、各パッチ部内に形成される（図５Ｂ参照）。スロットは任意の形状でよい。しかしながら、スロットの形状もまた、実現できる帯域幅に影響を及ぼす。上述したように、パッチ部の各サブパートは、アンテナの帯域幅を増加した場合にパッチ部が同調するのと同じ周波数帯域内の、異なる周波数又は周波数範囲で励振する。
【００３２】
アンテナが３つの周波数範囲で動作できるようにするため、高周波数帯域（ハイバンド）パッチ部５１０を、変形してもよい。特に、ハイバンドパッチ部５１０を、（図３の）ＰＣＢ３１５の外部に移動してもよい。
【００３３】
図６Ａで示すように、本発明の実施形態おいては、ハイバンドパッチ素子６１０は、ＰＣＢ６１５の外部に配置される。これにより、高周波数帯域におけるアンテナの実効空間（equivalent volume）が増加する。小型アンテナは、実効空間が小さく、これにより帯域幅が小さくなる。これは図６Ｂと図６Ｃで示される。図６Ｂを参照すると、アンテナ６１０がＰＣＢ６１５上に取付けられると、アンテナの実効空間６７５はＰＣＢ６１５の上側に存在する。アンテナ６１０を図６Ｃで示すようにＰＣＢ６１５の外部に配置すれば、アンテナの実効空間６７５は、ＰＣＢ６１５の上下両側にあり、より広い帯域幅をもたらす。ハイバンドアンテナ６１０に対応する電磁波（EM wave）６６０は、ＰＣＢの外側にアンテナがある場合、その空間により容易にマッチし、より広い帯域幅をもたらす。図６Ｂのハイバンドアンテナ素子６１０の電磁波６６０は、図のように放射される。そのＰＣＢは、導電素子からなるものでも良く、電波がＰＣＢを介して伝搬することを防止する。図６Ｃで示される本実施の形態では、電磁波はハイバンドアンテナ６１０の位置に起因してＰＣＢの両面に広がる。ハイバンドパッチがＰＣＢから離れて配置されるように、基板がハイバンドパッチの放射素子を支持しても良い。また、通信装置の外部にエッチングしてもよい。基板は例えばプラスチックであってもよい。
【００３４】
ここでは、ハイバンドパッチ部５１０がＰＣＢの外側にあるので、これを立体的にプリントしてもよく、そのフレキシビリティは、一定の商品にとっては有用である。美観上の理由で、ハンドセットは、従来型の長方形や、ボックス形にはデザインされないかもしれない。例えば、湾曲形にデザインされるかもしれない。したがって、内蔵アンテナは３次元形状となるであろう。ここでは、ＤＣＳとＰＣＳの両方に同調するのにハイバンド素子６１０を使用することができる一方で、ローバンド素子６０５は、なおＧＳＭ帯域に同調する。
【００３５】
２個のパッチ、すなわち、ハイバンド素子６１０、およびローバンド素子６０５は、両側からマッチングブリッジ６３０に接続される。マッチングブリッジ６３０の一端はアンテナ給電ピン６２５であり、他端はマッチンググランドポスト６３５である。上述したように、大きい方のパッチは低周波数帯域で励振するローバンド要素６０５であり、小さい方のパッチは、高周波数で励振するハイバンド要素６１０である。
【００３６】
パッチサイズがデュアルバンド励振周波数を決定するので、本発明のアンテナは、ＧＳＭ周波数、ＤＣＳ周波数、およびＰＣＳ周波数用に設計することもできる。このパッチは、いかなる形状であってもよい。それぞれのパッチは、平面状であって、非常に薄く、立体的な外観を与えないものであってもよい。また、ハイバンド素子も、プラスチックや他の同様の構成に囲まれる従来型アンテナと、同様の外観でもよい。
【００３７】
それぞれのパッチ素子６０５及び６２５の一端は、マッチングブリッジ６３０に接続されている。パッチ素子の他端は、マッチングブリッジ６３０には接続されない。図３を参照して上述したように、パッチ３０５及び３１０上のスロット３４０は、パッチをサブパートに分割する。同様に、本出願人の発明の典型的な実施形態によれば、図６で示されるように、スロット６４０はパッチ６０５及び６１０をサブパートに分割する。これらの各サブパートは、パッチの設計に応じた各周波数帯域内の、特定の周波数で励振する。そのような、ローバンド素子６０５に対応する２つのサブパート６４５及び６５０と、ハイバンド素子６１０に対応する２つのサブパート６５５及び６６０とが、図６に示されている。これらのサブパートにより、上述したようなより広帯域性のパッチアンテナが実現する。サブパートは、様々な形状をとることができる。
【００３８】
各パッチ素子の特性に関しては、図３を参照して上述した通りである。例えば、帯域幅は、パッチのサイズ、パッチの形状、スロットの形状、スロットの位置、基板の厚み、および基板材料に依存する。パッチの面積が大きければ、アンテナの帯域幅はより広くなる。また、パッチとＰＣＢの端部との間のギャップが大きければ大きいほど、アンテナの帯域幅は広くなる。マッチングブリッジの長さは、アンテナのマッチングを調整するために変更できる。
【００３９】
本発明の一実施形態に係るアンテナは図７で示されている。ここで、ハイバンド素子７１０は長方形であって、ＰＣＢ７１５の上端に配置される。その素子７１０とＰＣＢ７１５との間の空間により、アンテナはＰＣＤ周波数範囲及びＤＣＳ周波数範囲に同調可能となる。図８は、他の典型的なアンテナデザインを示している。ここでも、ハイバンド素子８１０がＰＣＢ８１５の上端にあるが、ここでは湾曲型に形成されている。同様に、図９では、ハイバンド素子９１０が、ＰＣＢ９１５の上端にあり、その一端が上向きに突出するように形成されている。図１０では、ハイバンド素子１０１０は、ＰＣＢ１０１５の上端に設けられ、スタブを形成するように変形可能な蛇行状素子である。
【００４０】
本発明の効果を示すために、図１１に、図７で示される典型的なデュアルバンドパッチアンテナでのシミュレーションの結果について示す。純粋に、本発明を例示する目的のために、半内蔵マルチバンドプリントアンテナについて、上に列挙した様々なパラメータとして、以下の値を使用できる。アンテナ、すなわち図７の下側及び上側パッチ素子７０５及び７１０は、両方とも、３０ｍｍＸ４０ｍｍの大きさである。アンテナの高さは５ｍｍである。上側パッチ素子７１０とＰＣＢ７１５との空間７７５は５ｍｍとできる。基板は、プラスチックでもよく、厚みは１ｍｍとできる。上下のパッチ素子のパーツは、ＧＳＭ周波数範囲、ＤＣＳ周波数範囲、およびＰＣＳ周波数範囲で励振する。
【００４１】
図１１は、この設計でのＶＳＷＲ性能を示す図である。この帯域幅は、２．３５：１以下のＶＳＷＲのＧＳＭ帯域で、８．７％（すなわち、約８０ＭＨｚ）である。ＤＣＳ周波数帯域では、その帯域幅は、３．２：１以下のＶＳＷＲで、１５．６％（すなわち、約２８０ＭＨｚ）である。最後に、ＰＣＳ帯域では、その帯域幅は、３．２：１以下のＶＳＷＲで１４．６％（すなわち、約２８０ＭＨｚ）である。図１１から明らかなように、このアンテナは、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳの３つの周波数に適用する要件を備えている。
【００４２】
以上、本発明の、原則、好適な実施の形態、及び動作方法について説明した。しかしながら、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明のアンテナを、主として放射体として議論してきたが、当業者であれば、本発明のデュアルバンドパッチアンテナを、特定周波数で情報を受信するセンサとしても使用されることが理解できるであろう。したがって、上記実施形態は、限定的にではなく例示的にとらえられるべきである。そして、請求の範囲において定義した本発明の技術的範囲を逸脱することなく、当業者によって、これらの実施形態を変形可能であると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  従来の逆Ｆアンテナと比較した従来の平面パッチアンテナを示す図である。
【図１Ｂ】  従来の蛇行状逆Ｆアンテナと従来の平面パッチアンテナを比較して示す図である。
【図２】  本発明のアンテナが装着可能な無線通信装置の例を示す図である。
【図３】  プリント配線板上でデュアルバンド２パッチプリントアンテナを示す図である。
【図４】  それぞれのパッチ部が３つのサブパートから形成されるアンテナ構成を示す図である。
【図５Ａ】  広帯域マルチバンドアンテナを形成するプロセスを示す図である。
【図５Ｂ】  広帯域マルチバンドアンテナを形成するプロセスを示す図である。
【図６Ａ】  本発明の半内蔵マルチバンドプリントアンテナを示す図である。
【図６Ｂ】  プリント配線板（ＰＣＢ）上に配置されたアンテナの電磁場を示す図である。
【図６Ｃ】  プリント配線板の外部に配置したアンテナの電磁場を示す図である。
【図７】  本発明に係る長方形半内蔵マルチバンドプリントアンテナの平面図である。
【図８】  アーチ形のハイバンド素子を備えた本発明の半内蔵マルチバンドプリントアンテナの平面図である。
【図９】  突出端を有するハイバンド素子を備えた本発明の半内蔵マルチバンドプリントアンテナの平面図である。
【図１０】  ハイバンド素子の端部がスタブを形成する曲線となる、本発明の半内蔵マルチバンドプリントアンテナの平面図である。
【図１１】  本発明に係るアンテナの１例の例示的なＶＳＷＲ性能を示すグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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