【誤訳訂正書】
【提出日】平成21年1月26日(2009.1.26)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      移動電話機用平衡ダイポールアンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  信号源と、送信回路と、受信回路と、信号源用ならびに送信回路および受信回路用にその上に形成された接地平面を有するプリント配線基板（ＰＷＢ）とを備えた移動電話機用の平衡ダイポールアンテナにおいて、
導電性材料から形成された放射素子と、
導電性材料から形成され、前記ＰＷＢ接地平面から電気的に絶縁されているカウンターポイズと、
前記信号源と前記放射素子と前記カウンターポイズとの間に結合され、大きさが実質的に等しいが１８０度だけ位相がずれている第１および第２の信号をそれぞれ発生させる信号平衡手段とを具備し、
平衡電流が前記放射素子と前記カウンターポイズとの中で循環し、それにより対称放射パターンを生成させる平衡ダイポールアンテナ。
【請求項２】  前記信号平衡手段は、
前記信号源に接続されている入力端子と、
前記放射素子と前記カウンターポイズとにそれぞれ接続されている第１および第２の出力端子とを備え、
前記信号平衡手段は単一端不平衡信号を前記信号源から受け取り、前記第１および第２の信号を出力する請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項３】  前記信号平衡手段は、
前記入力端子に接続されている第１の端部と、前記第１の出力端子に接続されている第２の端部とを有する第１のコンデンサと、
前記第１の出力端子に接続されている第１の端部と、前記接地平面に接続されている第２の端部とを有する第１のインダクタと、
前記入力端子に接続されている第１の端部と、前記第２の出力端子に接続されている第２の端部とを有する第２のインダクタと、
前記第２の出力端子に接続されている第１の端部と、前記接地平面に接続されている第２の端部とを有する第２のコンデンサとを備えている請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項４】  前記信号平衡手段は、
入力端子と第１および第２の出力端子とを有し、前記入力端子は前記信号源に接続されており、前記第１の出力端子は前記放射素子に接続されている電力スプリッタと、
前記第２の出力端子と前記カウンターポイズとの間に直列に接続されているインダクタとを備えている請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項５】  前記放射素子と前記カウンターポイズは実質的に等しい寸法を有する請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項６】  前記放射素子と前記カウンターポイズは実質的に同様な形状を有する請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項７】  前記カウンターポイズはＰＷＢ上にプリントされている請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項８】  前記カウンターポイズは導電性配線である請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項９】  前記カウンターポイズは金属ストリップである請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項１０】  前記第１および第２の信号はセルラ周波数帯中にある請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項１１】  前記第１および第２の信号はＰＣＳ周波数帯中にある請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項１２】  前記放射素子と前記カウンターポイズとのトータルの長さがλであり、λは動作周波数に対応した波長である請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項１３】  前記放射素子と前記カウンターポイズとのトータルの長さがλ／２であり、λは動作周波数に対応した波長である請求項１記載の平衡ダイポールアンテナ。
【請求項１４】  信号源と、送信回路と、受信回路と、信号源用ならびに送信回路および受信回路用にその上に形成されている接地平面を有するプリント配線基板（ＰＷＢ）とを備えた移動電話機用の平衡ダイポールアンテナにおいて、
導電性材料から形成され、前記ＰＷＢ接地平面から電気的に絶縁されている第１のダイポール素子と、
導電性材料から形成され、前記ＰＷＢ接地平面から電気的に絶縁されている第２のダイポール素子と、
前記信号源と前記第１のダイポール素子と前記第２のダイポール素子との間に結合され、大きさが実質的に等しいが１８０度だけ位相がずれている第１および第２の信号をそれぞれ発生させる信号平衡手段とを具備し、
前記信号平衡手段は、内部導体と外部導体とを有する同軸ケーブルを備え、
前記外部導体は第１および第２の分岐を有し、
前記内部導体は前記第１の外部導体分岐内で同軸的に伸び、前記第１の外部導体分岐は前記第１のダイポール素子に電気的に結合され、前記内部導体は前記第２のダイポール素子に電気的に結合され、
前記第２の外部導体分岐は前記第２のダイポール素子に電気的に結合され、
平衡電流が前記第１および第２のダイポール素子中で循環し、それにより対称放射パターンを生成させる平衡ダイポールアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は一般的にアンテナに関する。特にこの発明は移動体電話用平衡ダイポールアンテナに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
電子工学における最近の進歩は移動電話機の性能を著しく向上させている。例えば集積回路技術における進歩は高性能無線周波数（ＲＦ）回路を導いた。ＲＦ回路は移動電話機中に典型的に見られる、送信機、受信機および他の信号処理構成部品を構成するために使用される。また集積回路技術における進歩はＲＦ回路のサイズの減少を導き、これにより移動電話機の全体的なサイズの減少を導いた。
【０００３】
同様に、バッテリ技術における進歩は、移動電話機中で使用される、より小型で、より軽量で、より長く永続するバッテリを生み出すことになった。これらの進歩は一回の充電でより長い時間の間動作する、より小型でより軽量な移動電話機を生み出した。
【０００４】
一般的に、移動電話機のユーザはそのユーザから任意の方向に位置する他のユーザまたは地上局と通信できなければならない。この理由のために、ユーザの移動電話機中のアンテナはすべての方向からの信号を送受信できなければならない。結果的に、アンテナが方位方向に均一な利得を有する対称放射パターンを示すことが望ましい。
【０００５】
残念ながら、今日の典型的な移動電話機中で見られるアンテナは対称放射パターンを示さない。移動電話機は一般的にモノポールアンテナ（例えばホイップアンテナ）を利用し、不平衡電流のために、このモノポールアンテナは非対称放射パターンを示す。これは主にモノポールの形状および寸法がカウンターポイズとして使用されるプリント配線基板（ＰＷＢ）の接地平面の形状および寸法と等しくなく、結果としてモノポール中と接地平面中で不均一な電流分布になるという事実のためである。
【０００６】
結果として、対称放射パターンを示す移動電話機用のアンテナに対する必要性が存在することが認識されている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明はセルラおよびＰＣＳ電話機のような移動電話機用の平衡ダイポールアンテナに向けられている。平衡ダイポールアンテナは導電性材料から形成されている、放射素子とカウンターポイズを備えている。カウンターポイズは移動電話機のプリント配線基板（ＰＷＢ）から電気的に絶縁されている。
【０００８】
バランは平衡ダイポールアンテナを信号源に結合する。バランは１つの入力端子と２つの出力端子とを有する。入力端子は信号源に接続されている。第１および第２の出力端子は放射素子およびカウンターポイズにそれぞれ接続されている。バランは信号源から単一端不平衡信号を受け取り、放射素子とカウンターポイズとにそれぞれ第１および第２の信号を供給する。第１および第２の信号は等しい大きさを有するが、１８０度だけ位相がずれている。第１および第２の信号は平衡電流を生み出し、これは放射素子とカウンターポイズとの中で循環し、それにより対称放射パターンを生み出す。
【０００９】
本発明のさらなる特徴および効果は本発明のさまざまな実施形態の構成および動作とともに、添付した図面を参照して以下で詳細に説明する。
【００１０】
図面では同一の参照数字は一般的に同一、機能的に類似、および／あるいは構造的に類似した構成要素を示している。構成要素が最初に現れる図面は参照番号中の最も左の数字により示されている。
【００１１】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
Ｉ．本発明の概略  
先に着目したように、今日の典型的な移動電話機に見られるアンテナは対称的な放射パターンを示さない。移動電話機は一般的にモノポールアンテナを使用し、このモノポールアンテナは不平衡電流が存在するために、非対称放射パターンを示す。これは図１および図２にさらに図示されている。
【００１２】
図１は典型的な移動電話機１０１で使用されるモノポールアンテナ１００を図示している。移動電話機１０１は送信／受信回路と、通話を送受信し、他のすべての通常電話動作を実行するのに必要とされる他の補助的な電子および機械構成部品を備えている。これらの構成部品はよく知られており、本発明の一部を形成しないことから示されておらず、さらに説明されていない。モノポールアンテナ１００は放射器（モノポール）１０４、プリント配線基板（ＰＷＢ）１０８、リアクタンス性整合ネットワーク１１２および信号源１１６を備えている。リアクタンス性整合ネットワーク１１２は第１および第２の出力１２０および１２４を備えている。第１の出力１２０はモノポール１０４に接続され、第２の出力１２４はＰＷＢ１０８の接地平面１２８に接続されている。接地平面１２８はアンテナ１００中の電流に対するリターンパスを提供するためにカウンターポイズとして機能する。
【００１３】
リアクタンス性整合ネットワーク１１２はモノポール１０４に対する不平衡フィードを形成する。不平衡フィードは不平衡電流が接地平面１２８に沿って流れるようにする。これは主にモノポール１０４の形状および寸法が接地平面１２８の形状および寸法と等しくなく、モノポール１０４中と接地平面１２８中で、等しくない電流分布となるという事実によるものである。結果として、モノポール１０４と接地平面１２８は非対称ダイポールを形成し、これにより非対称放射パターン（すなわち歪んだ放射パターン）を生じさせる。
【００１４】
図２はモノポール１０４中と接地平面１２８中のそれぞれにおける電流ベクトルＩ1およびＩ2を示している。接地平面１２８中の電流Ｉ2の水平成分Ｉ2xはモノポール１０４中の電流Ｉ1の水平成分Ｉ1xにより平衡にされている。しかしながら、接地平面１２８中の電流Ｉ2の垂直成分Ｉ2yは不平衡のままである。その理由はモノポール１０４中の対抗する垂直成分がないからである。モノポール１０４の形状および寸法は電流ベクトルＩ1の垂直成分の形成を妨げる。結果として、不平衡電流が接地平面１２８に沿って流れ、歪んだ放射パターンを生じさせる。
【００１５】
さらに、モノポールアンテナ１００はその放射パターンがＰＷＢ１０８のサイズおよび／または形状により余儀なくされるので柔軟性がより少ない。ＰＷＢ１０８のサイズおよび／または形状はＰＷＢ１０８を収納する移動電話機のケースのサイズおよび／または形状により大部分余儀なくされるので、設計者は移動電話機のケースにおける既存のサイズおよび／または形状により、放射パターンの選択にハンディキャップを負うことが多い。
【００１６】
本発明は先に言及した問題に対する解法を提供する。本発明は例えばＰＣＳ電話機やセルラ電話機のような移動電話機用の平衡ダイポールアンテナである。本発明は移動電話機中に平衡ダイポールアンテナを効果的に組み込み、これは移動電話機の放射パターンを顕著に改善する。さらに、本発明は設計者がＰＷＢの形状に制約を受けることなく、移動電話機用の所要放射パターンを選択できるようにする。
【００１７】
簡単に説明すると、平衡ダイポールアンテナは放射素子とカウンターポイズとを備えており、この両者は導電性材料から形成されている。カウンターポイズは移動電話機のプリント配線基板（ＰＷＢ）の接地平面から電気的に絶縁されている。例えばバランである整合ネットワークは平衡電流をダイポールアンテナに提供し、結果的に対称放射パターンを生じさせる。平衡ダイポールアンテナは、移動電話機のユーザがすべての方向すなわち３６０度で一様に通信できるようにすることにより、今日の移動電話機で見られるような従来のアンテナ対して優れた性能を可能にする。
【００１８】
先に述べたように、本発明はダイポールアンテナの利点を移動電話機に組み込む。簡単に説明すると、ダイポールアンテナはダイバージング２線伝送線路である。図３はダイポールアンテナ３００を図示している。ダイポールアンテナ３００は第１および第２の放射器３０４および３０８を備えており、それぞれ２線伝送線路３１６により信号源３１２に接続されている。
【００１９】
ダイポールアンテナ３００はＬ＝λ、λ／２、λ／４のような任意の長さＬをとることができ、ここでλはダイポールアンテナ３００の動作周波数ｆの波長に対応している。第１および第２の放射器３０４および３０８中の電流分布は、各放射器の直径がλ／１００よりも小さいならばシヌソイドである。異なる長さの多数のダイポールアンテナにおける近似電流分布の例が図４に示されている。
【００２０】
ダイポールアンテナ３００は対称放射パターンを示している。対称放射パターンは３６０度で均一利得を提供し、これによりすべての方向で均一に有効な通信が可能になる。図５の（Ａ）および（Ｂ）は選択された長さを有するダイポールアンテナ３００の放射パターンを図示している。ダイポールアンテナ３００中の電流分布はシヌソイドであると仮定されている。
【００２１】
図５（Ａ）は長さＬ＝λ／２を有するダイポールアンテナの放射パターンを図示している。Ｌ＝λ／２に対する放射パターンは以下の等式により与えられる。  
Ｅ＝ｃｏｓ［（π／２）ｃｏｓθ］／ｓｉｎθ
【００２２】
図５（Ｂ）は長さＬ＝λを有するダイポールアンテナの放射パターンを図示している。Ｌ＝λに対する放射パターンは以下の等式により与えられる。  
Ｅ＝ｃｏｓ（πｃｏｓθ）＋１／ｓｉｎθ
【００２３】
ＩＩ．本発明  
図６は本発明の１つの実施形態にしたがった平衡ダイポールアンテナ６００を図示している。アンテナ６００は放射器６０４、カウンターポイズ６０８、ＰＷＢ６１２およびバラン６１６を備えている。
【００２４】
信号源６２０はバラン６１６に接続されている。信号源６２０は第１および第２の端子６２４および６２８をそれぞれ有する。第１の端子６２４はバラン６１６に接続されている。これに対して第２の端子６２８は接地されている。１つの実施形態では、信号源６２０はＰＷＢ６１２上に取り付けられている。動作において、信号源６２０は、第１の端子６２４により、単一端ＲＦ信号をバラン６１６に供給している。
【００２５】
信号源６２０に加えて、ＰＷＢ６１２は受信機、送信機、移動電話機の動作に必要とされる他の信号処理回路のようなオンボード回路もサポートする。ＰＷＢ６１２は接地平面６４４を有し、これはオンボード回路上のすべてのものに対する接地を提供する。
【００２６】
一般的に、バランの目的は平衡アンテナを不平衡源（あるいは不平衡伝送線路）に接続することである。この実施形態では、バラン６１６は放射器６０４およびカウンターポイズ６０８を不平衡源すなわち信号源６２０に接続する。信号源６２０の出力は単一端であることから、これは不平衡である。信号源６２０からの単一端出力が放射器６０４およびカウンターポイズ６０８に直接結合されると、アンテナ６００中に不平衡電流をもたらす。したがって、バラン６１６は不平衡源を平衡源に変換するのに使用される。
【００２７】
バラン６１６は第１および第２の出力端子６３２および６３６をそれぞれ有する。第１および第２の出力端子６３２および６３６はそれぞれ放射器６０４およびカウンターポイズ６０８に接続されている。バラン６１６は単一端信号を第１および第２の信号に変換し、これらはそれぞれ放射器６０４およびカウンターポイズ６０８に供給される。第１および第２の信号は等しい大きさを有するが、１８０度位相がずれている。バラン６１６の動作は後で詳細に説明する。
【００２８】
アンテナ６００が十分に動作するためには、カウンターポイズ６０８がＰＷＢ６１２の接地平面６４４から電気的に絶縁されていなければならない。カウンターポイズ６０８の絶縁は、電流が確実にカウンターポイズ６０８から接地平面６４４に流れないようにする。カウンターポイズ６０８が接地平面６４４から電気的に絶縁されていないと、不平衡電流が接地平面６４４に沿って流れ、それにより歪んだ放射パターンとなる。カウンターポイズ６０８に対する絶縁は、ＰＷＢ６１２とカウンターポイズ６０８との間にギャップを維持することによりもたらすことができる。例えば、カウンターポイズ６０８は図６に示されているようにＰＷＢ６１２と平行に配置することができる。代わりに、カウンターポイズ６０８は後に説明するさまざまな既知の技術によりＰＷＢ６１２上に構成することができる。そのケースでは、カウンターポイズ６０８は一般的に誘電性材料により接地平面６４４から分離される。
【００２９】
放射器６０４とカウンターポイズ６０８が、等しい大きさを持つが１８０度位相がずれている第１および第２の信号によりそれぞれ励起されるとき、放射器とカウンターポイズ中に平衡電流が循環する。結果として、アンテナ６００は対称放射パターンを生成する。
【００３０】
カウンターポイズ６０８は一般的に移動電話機のハウジング６４０内部に入れられる。言い換えると、カウンターポイズ６０８は外部から見えない。一方、放射器６０４は一般的に移動電話機のハウジング６４０の外に伸びている。したがって、外部から、本発明は移動電話機の外観を変更しない。
【００３１】
１つの実施形態では、放射器６０４およびカウンターポイズ６０８は実質的に同様な寸法および／または形状を有している。しかしながら、放射器６０４およびカウンターポイズ６０８は異なる形状および／または寸法を有していてもよい。カウンターポイズ６０８はＰＷＢ６１２上にプリントされてもよい。代わりにカウンターポイズ６０８は移動電話機のケース中に埋め込まれた金属スリップであってもよい。カウンターポイズ６０８は技術的に知られている他の技術を使用して構成してもよい。
【００３２】
本発明にしたがった平衡ダイポールアンテナを線形ダイポールアンテナとして説明してきたが、本発明の背後にある基礎となる概念は移動電話機中の他のアンテナに同様に適用できることが当業者に明らかになるであろう。実際、本発明の概念は移動電話機中の他のタイプのアンテナに有効に利用して、それにより平衡電流を提供することができる。
【００３３】
１つの実施形態では、アンテナ６００の長さはλであり、ここでλは動作周波数に対応する波長である。アンテナの長さは放射器６０４とカウンターポイズ６０８とのトータルの長さである。λ／２、λ／４などのような他の長さを使用することもできる。１つの実施形態では、アンテナ６００はセルラ周波数帯（約９００ＭＨｚ）に対して動作するように大きさが定められる。他の実施形態では、アンテナ６００はＰＣＳ周波数帯（約１．９ＧＨｚ）に対して動作するように大きさが定められる。
【００３４】
図７の（Ａ）および（Ｂ）はアンテナ１００すなわち１．９９ＧＨｚで動作する典型的な移動電話機中で使用される従来のホイップアンテナのコンピュータシミュレーション電界パターンを図示している。図７（Ａ）は（移動電話機の前面から測定された）前面パターン７０２を図示しており、図７（Ｂ）は（移動電話機の横から測定された）側面パターン７０４を図示している。両方のケースにおいて、アンテナ１００の電界パターンは非対称である。結果として、アンテナ１００はすべての方向において信号を均一に送信または受信しない。
【００３５】
図８の（Ａ）および（Ｂ）は１．９９ＧＨｚで動作する平衡ダイポールアンテナ６００のコンピュータシミュレーション電界パターンを図示している。図８（Ａ）は前面パターンを図示しており、図８（Ｂ）は側面パターンを図示している。両方のケースにおいて、電界パターンはまったく対称である。前面パターンのケースでは、最大電界は−５．３８度において２．０８ｄＢである一方、側面パターンのケースでは、最大電界は０度において１．９４ｄＢである。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、従来のアンテナに対して、本発明にしたがった平衡ダイポールアンテナにより示されている電界パターンが改善されていることを証明している。
【００３６】
図９は１つの実施形態にしたがったバラン９００を図示している。バラン９００は信号源から単一端不平衡信号を受け取り、平衡信号をダイポールアンテナに出力している。バラン９００は２つのインダクタ９０４、９０８と２つのコンデンサ９１２、９１６を備えている。インダクタ９０４およびコンデンサ９１２は一端において信号源９２０に接続されている。インダクタ９０８は一端においてコンデンサ９１２に接続されている一方、インダクタ９０８の他端は接地されている。コンデンサ９１６は一端においてインダクタ９０４に接続されている一方、コンデンサ９１６の他端は接地されている。出力信号９２４および９２８は平衡にされ、互いに１８０度だけ位相シフトされている。
【００３７】
図１０は他の実施形態にしたがったバラン１０００を図示している。バラン１０００は電力スプリッタ１００４を備え、この電力スプリッタ１００４は信号源１０２４から単一端出力を受け取って、出力端子１００８および１０１２において平衡信号を出力する。インダクタまたはチョーク１０１６は直列に出力端子１０１２に接続されている。出力端子１００８は放射器１０３０に接続されている一方、出力端子１０１２はインダクタ１０１６を通してカウンターポイズ１０２０に接続されている。
【００３８】
電力スプリッタ１００４の機能は信号源１０２４からの信号をそれぞれ等しい大きさを持つ２つの信号に分割することである。第１の信号は放射器１０３０に供給される。第２の信号はインダクタ１０１６により１８０度位相シフトされ、この位相シフトされた信号はカウンターポイズ１０２０に供給される。バラン９００および１０００は例示目的のためだけに説明したものである。
【００３９】
図１１は折り返しバラン１１００を図示しており、これは同軸線１１０２のダイポールアンテナ１１０８への直接的な接続を可能にする。同軸外部導体１１１２は中央導体１１２０から給電されるポール１１１６に接続されている。同軸ケーブル１１１２は４分の１波長用のフィーダ同軸ケーブル１１０４と横に並んでいる。他のポール１１２８はフィーダ同軸ケーブル１１０４のシールドに直接接続している。いくつかの選択されたバランを説明したが、他のタイプのバランも本発明において容易に使用することができることは当業者に明らかになるであろう。
【００４０】
本発明のさまざまな実施形態を上記で説明したが、これらは例示のためだけに提示したものであり、限定のために提示したものでないことを理解すべきである。したがって、本発明の広さおよび範囲は上記で説明した例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびその均等物にしたがってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は典型的な移動電話機中で使用されるモノポールアンテナを図示している。
【図２】
図２はモノポールアンテナ中の電流ベクトルを示している。
【図３】
図３はダイポールアンテナを図示している。
【図４】
図４は異なる長さのダイポールアンテナ中の電流分布を示している。
【図５】
図５の（Ａ）は半波長ダイポールアンテナの放射パターンを図示し、（Ｂ）は全波長ダイポールアンテナの放射パターンを図示している。
【図６】
図６は本発明の１つの実施形態にしたがった平衡ダイポールアンテナを図示している。
【図７】
図７の（Ａ）および（Ｂ）は従来のアンテナのコンピュータシミュレーション電界パターンを図示している。
【図８】
図８の（Ａ）および（Ｂ）は１つの実施形態にしたがった平衡ダイポールアンテナのコンピュータシミュレーション電界パターンを図示している。
【図９】
図９は本発明の実施形態にしたがったバランを図示している。
【図１０】
図１０は本発明の実施形態にしたがったバランを図示している。
【図１１】
図１１は本発明の実施形態にしたがったバランを図示している。