(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２共振周波数に同調するヘリカルアンテナにおいて、
細長い伝導体からなり第１区間と第２区間とを有するらせんとして形成されたヘリカルアンテナであって、前記細長い伝導体は前記第１共振周波数の波長の約４分の１である長さを有し、
前記第１区間は第１ピッチ角度を有し、かつ前記第２区間は前記第１ピッチ角度とは異なる第２ピッチ角度を有し、
前記第１及び第２ピッチ角度を予め選択して、前記ヘリカルアンテナが前記第２共振周波数に同調するよう構成されたことを特徴とする、
第１及び第２共振周波数に同調するヘリカルアンテナ。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のヘリカルアンテナにおいて、前記細長い伝導体はソース端とその他の端部とを有するヘリカルアンテナ。
【請求項３】
請求の範囲第２項記載のヘリカルアンテナにおいて、前記第１ピッチ角度は前記第２ピッチ角度より大きいヘリカルアンテナ。
【請求項４】
請求項１、２又は３の何れかに記載のヘリカルアンテナにおいて、
前記第１区間は第１コイル直径を、前記第２区間は前記第１コイル直径とは異なる第２コイル直径とを有し、
前記第１および第２コイル直径は、前記ヘリカルアンテナが前記第２共振周波数に同調するよう予め選択されている、
ことを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項５】
請求の範囲第４項記載のヘリカルアンテナにおいて、前記細長い伝導体はさらに第３区間を含み、前記第３区間は前記第１コイル直径を有する、ヘリカルアンテナ。
【請求項６】
請求の範囲第４項記載のヘリカルアンテナにおいて、前記第１コイル直径は前記第２コイル直径より大きいヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求の範囲第４又は６項記載のヘリカルアンテナにおいて、前記細長い伝導体は２個の円錐らせんとして形成された、ヘリカルアンテナ。
【請求項８】
第１周波数ハイパーバンドを使用する少なくとも１つの第１型式の無線通信ネットワークと、第２周波数ハイパーバンドを使用する少なくとも１つの第２型式の無線通信ネットワークとにより通信可能な移動局において、前記移動局は、
２重ハイパーバンド、非一様ヘリカルアンテナと、
前記２重ハイパーバンド、非一様ヘリカルアンテナを使用して信号を送受信する送受信器と、
前記送受信器を制御し、前記信号を処理するプロセッサと、
を含む、移動局。
【請求項９】
請求の範囲第８記載の移動局において、前記２重ハイパーバンド、非一様アンテナは前記非一様ヘリカルアンテナの物理パラメータを基にして第１共振周波数と第２共振周波数とに同調される、移動局。
【請求項１０】
請求の範囲第９項記載の移動局において、前記物理パラメータは少なくとも１つのピッチ角度とらせん直径を含む、移動局。
【請求項１１】
第１所要共振周波数と第２所要共振周波数の両方に非一様ヘリカルアンテナを同調させる方法において、
前記第１所要共振周波数と関係する前記非一様ヘリカルアンテナの電線長を決定する段階と、
前記非一様ヘリカルアンテナのらせん高さを選択する段階と、
前記非一様ヘリカルアンテナと関係する第２共振周波数を測定する段階と、
前記測定第２共振周波数を前記所要第２共振周波数と比較する段階と、
前記比較段階の結果を基に、前記非一様ヘリカルアンテナの前記物理パラメータの少なくとも一つを調節する段階と、
を含む第１所要共振周波数と第２所要共振周波数の両方に非一様ヘリカルアンテナを同調させる方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項記載の方法において、前記調節段階はさらに、
前記非一様ヘリカルアンテナの一部のピッチ角度と直径の一方を調節する段階と、
を含む方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１１項記載の方法において、前記電線長を決定する段階はさらに、
前記第１所要共振周波数の４分の１波長を計算する段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
背景
本発明は一般に無線通信装置に関係し、特に携帯端末に内蔵可能でかつ携帯端末が異なる周波数帯域内で通信することを可能とするアンテナに関係する。
携帯電話業界は米国及び世界の全ての商用営業に驚くべき進歩を遂げた。主要都市区域での成長は期待値をはるかに越え、システム容量を急速に上回っている。この傾向が続く場合、この業界の成長の効果はすぐに最小の市場にさえ到達するだろう。これらの増大する容量ニーズを満足すると共に高品質のサービスを保持し価格の上昇を避ける新規な解決方法が必要である。
世界中で、無線通信システムの進歩の重要な1段階は、アナログからディジタル通信への変更である。同様に重要なのは、次世代の技術、例えば時分割多重アクセス（TDMA）又はコード分割多重アクセス（CDMA）を実装するための効率的なディジタル伝送スキームの選択である。さらに、快適に持運びでき、家庭、会社、街角、車等で使用又は受信可能な低価格で、ポケット寸法の、無線電話を使用した第1世代の個人通信ネットワーク（PCNs）が、次世代ディジタル携帯システムのインフラストラクチャーを使用して、例えば携帯電話業者により提供される。
機器の互換性のアクセス可能なレベルを得るため、世界の色々な区域で基準が作成された。例えば、AMPS（Advanced Mobile Phone System、先進移動電話システム）、NMT（Nordic Mobile Telephone、北欧移動電話）及びETACSのようなアナログ基準と、D-AMPS（例えば、EIA/TIA-IS-54-B及びIS-136記載のような）及びGSM（ETSI採用のGlobal System for Mobile Communication,移動通信用世界システム）のようなディジタル基準が、無線通信システムの設計基準を標準化するため公表されている。一度作成されると、これらの基準は同様な形式で再使用され、その他のシステムを明示するようになる。例えば、本来のGSMシステムに加えて、共にGSMを基にしたDCS1800（ETSI明示）及びPCS1900（J-STD-007のJTC明示）も存在する。
しかしながら、携帯電話通信サービスの最近の発展は、移動通信、例えば個人通信サービス（PCS）サービスを処理する際に、使用する別の周波数帯域の採用を必要としている。例として米国を取上げると、800MHz域で通信を担持し制御するため、携帯用ハイパーバンドには２つの周波数帯域（一般にA周波数帯域とB周波数帯域と呼ばれる）が割当てられる。反対に、PCSハイパーバンドは米国では1900MHz域に６つの異なる周波数帯域（A、B、C、D、E及びF）を含むことが記載されている。従って、通信サービスを促進するため8個の周波数帯域が米国の任意の特定サービス区域で現在利用可能である。ある種の基準がPCSハイパーバンドに認証されている（例えば、PCS1900（J-STD-007）、CDMA（IS-95）及びD-AMPS（IS-136））が、携帯ハイパーバンドには他のものが認証されている（例えば、AMPS（IS-54））。
携帯及びPCSハイパーバンドに明示された周波数帯域の各々には、複数本のトラヒック・チャネルと少なくとも1本のアクセス又は制御チャネルが割当てられる。制御チャネルは、移動局との間で送受される情報により移動局の動作を制御又は監視するために使用される。前記の情報は、入呼信号、出呼信号、ページ信号、ページ応答信号、位置登録信号、音声チャネル割当て、保守命令、ハンドオフ、及び移動局があるセルの無線範囲から移動して他のセルの無線範囲に入った時のセル選択又は再選択命令を含む。制御又は音声チャネルはアナログ・モード、ディジタル・モードのどちらか、又は組合せモードで動作する。
トラヒック及び制御チャネルを通してダウンリンクで基地局により送信される信号は、各々が少なくとも1個のアンテナを有する移動又は携帯端末により受信される。歴史的に、携帯端末は大気インターフェースを介して信号を送受するため多数の異なる型式のアンテナを使用している。例えば、伝導面に垂直に取付けた単極アンテナは、良好な放射特性、望ましい駆動点インピーダンス及び相対的に簡単な構造を与えることが分かっている。単極アンテナは各種の物理的な形式で作成可能である。例えば、ロッド又はホイップアンテナが携帯端末と関連して頻繁に使用される。アンテナの長さを最小にしなければならない高周波応用例では、その他の選択はヘリカルアンテナである。図1に見られるように、その全長に沿ってアンテナを巻くことによりヘリカルアンテナは設計を短くできる。
反射に帰せられる損失を避けるため、アンテナはその所要動作周波数に通常同調される。アンテナの同調は、入力インピーダンスが純粋に抵抗性に見られるよう、すなわち相当の無効成分のないように、その入力端子でアンテナから見たインピーダンスを整合させることを指す。例えば同調は、アンテナに関係する入力インピーダンスを測定又は評価し、適切なインピーダンス整合回路を提供することにより実行可能である。
上述したように、広く異なる周波数帯域、例えば900MHz域にある帯域と1800MHz域にある帯域で動作可能な携帯端末を提供することがすぐ商用的に望ましくなる。従って、両方の周波数帯域で適切な利得と帯域を与えるアンテナを近い将来の携帯端末に使用する必要がある。このような2重帯域アンテナを作成するいくつかの試みが行なわれている。
例えば、フィリップス他への米国特許第4,571,595号は鋸歯形状の伝導体素子を有する2重帯域アンテナを記述している。この2重帯域アンテナは2つの近接して隔置した周波数帯域（例えば915MHzと960MHzに中心を有する）のどちらかに同調可能である。しかしながら、これは移動電話のシャーシに物理的に非常に近接しているため、このアンテナの設計は相対的に不充分である。
カロイへの米国特許第4,356,492号は単一の共通入力点から広く分離した周波数で動作する複数個の別々な放射素子を含む多重帯域マイクロストリップ・アンテナを記述している。しかしながら、これらの放射素子は互いに直接接続され、前記放射素子から誘電基板の反対側を完全に覆う接地面を必要とする。従って、カロイの設計は単極アンテナの応用には非実用的であり、事実、完全に異なる方法で機能する。
シューメーカへの米国特許第5,363,114号は、全体が平らな、非伝導キャリア層と、キャリア層の表面に固定した全体的に曲がりくねったパターンに配置した所定長の全体的に平らな放射器とを含む平面状の曲がりくねったアンテナを開示している。このアンテナの1形式は曲がりくねったパターンを有し、放射器部分は並列に隔置した関係で2重周波数帯域動作を与える。しかしながら、共振が発生する２つの周波数は、各放射器部分の長さと第1及び第2端間の全体長と関係することが分かった。この配置はその意図した目的には適しているが、単極アンテナの方法では動作不能である。
従って、単極アンテナの所要特性を有し、携帯端末で使用するために寸法が相対的に小型のアンテナ設計が必要である。さらに、前記アンテナは、各種の重なり合った無線通信システムと互換性を保つため、２つ（又はそれ以上）の周波数帯域に同調されることが望ましい。
要旨
本発明の例示実施例によると、携帯端末は、非一様ヘリカル構造を用いて作成された2重帯域アンテナを備える。このようにして、高効率を有し、寸法が小型の、例えば従来のホイップアンテナの約3分の１の高さで同じ利得の2重帯域アンテナが作成される。
本発明の例示実施例は、携帯端末と関連して使用可能な非一様ヘリカルアンテナの異なる型式を提供する。例えば、第1の例示実施例によると、ヘリカルアンテナは一定の直径を有しているが異なるピッチ角度のコイルを有している、非一様ヘリカルアンテナが記述されている。
第2の例示実施例によると、2重帯域アンテナは異なる直径を有するヘリカル（らせん）区間を含む。第3の例示実施例によると、アンテナは円錐らせんのような形状のらせんを有する。
本発明の他の目的は、らせんのパラメータを変更することにより、２つの（又はそれ以上の）所要共振周波数の各々に2重帯域アンテナを同調する技術を提供することである。前記パラメータは、例えば、らせんの長さ、巻き数、ピッチ角度及び直径を含む。
本発明のさらに他の目的は、従来の2重帯域アンテナより製造が容易な2重帯域アンテナを提供することである。
【図面の簡単な説明】
本発明の以上の、及びその他の目的、特徴、及び利点は図面と関連して以下の詳細な説明を読めばより容易に理解できる。
図1は従来のヘリカルアンテナを図示する。
図2は異なる周波数帯域で動作する重なり合った無線通信システムを図示する。
図3は、本発明によるハイパーバンド及び周波数帯域選択基準によりプログラム可能な複数ハイパーバンド/モード移動局の簡略化したブロック線図である。
図４Aは本発明による例示非一様ヘリカルアンテナ構造を図示する。
図４Bは図４Aの例示非一様ヘリカルアンテナ構造を含む遠隔装置を図示する。
図５Aはアンテナ線長を図示する。
図５B−５Dは非一様らせんの各種パラメータを示す。
図６は本発明による例示２重帯域非一様ヘリカルアンテナを図示する。
図７は周波数の関数として図６のアンテナの不整合減衰量を図示するグラフである。
図８と図９は900及び1810MHzの各々での図６のアンテナの放射パターンを図示する。
図１０と図１１は本発明による非一様ヘリカルアンテナを同調する例示方法を記述する流れ図を図示する。
図１２A−１２Eは本発明による非一様ヘリカルアンテナの各種の別な構成を示す。
詳細な説明
本発明によるアンテナとアンテナを含む携帯端末を説明する前に、２重帯域システムの簡単な概観を以下に与えて本発明の状況を提供する。本願で使用される用語としての「ハイパーバンド」は、他のハイパーバンドに関係する周波数又は周波数帯域の群から広く隔置している周波数又は周波数帯域の群を指す。従って、各ハイパーバンドは、互いに幾分より蜜に隔置した周波数帯域をそれ自体含む。例えば、米国で公表されたAMPS基準では、携帯ハイパーバンドはダウンリンク・チャネル用の周波数帯域とアップリンク・チャネル用の周波数帯域とを含む。本発明は２重ハイパーバンド・アンテナと携帯端末に関連して記述するが、例えば、ヘリカル構造に別の巻き数を追加し、３つ又はそれ以上の異なる共振周波数に同調することにより、３つ又はそれ以上の異なるハイパーバンドでの動作を可能とするよう以下の技術を拡張可能であることが当業者には認められる。
ここで第２図を参照すると、２つの周波数ハイパーバンドを使用して無線通信サービスを提供している異なるネットワークとネットワーク事業者を有する例示セル構成を図示しているセル線図が図示されている。ここでは、任意の地理区域が第１事業者、すなわちサービス会社により制御される複数個のセル１０−１８と第２事業者すなわちサービス会社により制御されるセル２０−２６とに分割される。第１及び第２事業者は各々第１及び第２ハイパーバンドを利用した無線通信サービスを提供する。例えば、セル１０−１８は６画形図により表示され、DCS周波数ハイパーバンド、例えば1800MHz域を使用した複数チャネルを介して通信を提供する通信セルを含む。反対に、セル２０−２６は円で表示され、GSM周波数ハイパーバンド、例えば900MHz域による複数チャネルを介した携帯通信を移動局に提供する通信セルを含む。
DCSセル１０−１８の各々は、DCS周波数ハイパーバンドのあるチャネルを通した通信を促進するよう構成された少なくとも1つの基地局２８を含む。同様に、セル２０−２６の各々はGSM周波数のあるチャネルを通して通信を促進するよう設定された少なくとも１つの基地局３０を含む。もちろん、例えば、異なるサービス会社が同一セルの各ハイパーバンド内の異なる周波数でGSM通信サービスを提供している場合、各セル１０−１８と各セル２０−２６は各々1つ以上の基地局２８と３０を各々含んでもよいことを理解すべきである。
基地局２８と３０は各々セル１０−１８と２０−２６の各々の中心又はその近傍に位置的に配置されているのが図示してある。しかしながら、地理的又はその他の既知要因に応じて、基地局２８と３０のどちらか又は両方がセル１０−１８と２０−２６の各々の周辺部又はその近傍、又はそうでなければ中心から離れた所に代わりに配置されることもある。このような場合、基地局２８と３０は全方向性アンテナではなく指向性アンテナを使用してセル１０−１８と２０−２６内に位置する移動局３２に放送し通信する。基地局２８と３０の各々は当該技術において公知の方法と構成で1つ以上のアンテナに接続した複数個の送受信器を含む。
図2に図示したサービス区域内で動作している多数の移動局３２が図示されている。これらの移動局３２の各々は少なくともGSM周波数ハイパーバンドとDCS周波数ハイパーバンドの両方（すなわち、複数ハイパーバンド通信可能）で動作する所要機能を所持し、異なるモード、例えばアナログ又はディジタル変調で動作可能である。移動局３２の構成と動作は本明細書で図３と関連して以下に詳細に記述される。
ここで図3を参照すると、本発明の例示実施例による複数ハイパーバンド、複数モード移動局３２の簡略化したブロック線図が図示されている。移動局３２は複数個の送受信器３６に接続したプロセッサ（CPU）３４を含む。送受信器３６は異なるハイパーバンドの周波数帯域とチャネルで動作するよう各々設定されている。例えば、送受信器３６（１）は900MHz周波数帯域の少なくとも1つの周波数帯域の複数チャネルで機能し、従ってGSMハイパーバンドを通して通信するため移動局３２により利用される。送受信器３６（２）は、反対に、1800MHz周波数域の少なくとも１つの周波数帯域の複数チャネルで機能し、従ってDCSハイパーバンドを通しての通信用に移動局３２により利用される。残りの送受信器３６（３）と３６（４）は、これが含まれている場合、例えば、その他のそのうちに利用可能となるハイパーバンドで識別される別の周波数域を含む、その他の周波数帯域で機能する。本発明の例示実施例は装置のコストを削減するため、送受信器３６（１）と３６（２）のみを含んでいることを当業者は認識している。または、どちらかの帯域、例えば、900MHz又は1800MHzで動作可能な1台の送受信器を使用することも可能である。プロセッサ３４からの出力信号により、送受信器３６が通信用に動作する周波数帯域とその中の正確なチャネルを選択してよい。加えて、各送受信器は2重モード・アナログ／ディジタル送受信器として適合可能である。このような装置は、例えば、1992年10月27日提出のポール・ダブリュー・デント他による「複数モード信号処理」という題名の米国特願一連番号第07/967,027号に記述されており、その開示は引用により本明細書に含まれる。このようにして、移動局32の各々は、ローミングしている間に出会うであろう異なる型式のネットワーク、例えばPCS1900とAMPSと通信可能である。
アンテナ３８が送受信器３６に接続されて、例えば図３の基地局２８と３０を利用して携帯通信ネットワークを通した無線通信（音声とデータの両方）を送受信する。本発明の例示実施例によると、アンテナ３８は以下でより詳細に記述するような非一様ヘリカルアンテナとして形成可能である。データ記憶素子３９（読取り専用メモリ−ROM−とランダム・アクセス・メモリ−RAMの形式が望ましい）もプロセッサ３４に接続される。データ記憶素子３９を用いて、移動局３２の動作を制御する際にプロセッサ３４により実行されるプログラムとデータを記憶する。移動局３２に含まれるその他の部品４１があり（受話器、キーパッド等）、図3には特に示していないが、その性質、動作及び図示部品との相互接続は当業者には公知である。
本発明によるアンテナ３８の例示実施例は、2つ以上の共振周波数に同調する非一様ヘリカル構造として設計可能である。例えば、アンテナ３８は図４Aに図示するように設計可能である。ここで、アンテナ３８は、非一様らせん４０、同軸給電ケーブル４２、プラスチック・シール４４及びらせん４０のコイル間に配置されたプラスチック充填材４６を含む。このアンテナ３８は図4Bに示すように遠隔装置４８（例えば、移動電話）は取付け可能である。
本発明による非一様ヘリカルアンテナを２つ（又はそれ以上）の共振周波数に同調する技術は、アンテナの分散容量値とインダクタンスを変更する原理を基にして、２つ（又はそれ以上）の所要共振周波数を得る。特に、分散容量値とインダクタンスを変更するため、非一様ヘリカル構造の物理パラメータを調節する。これらのパラメータを図５A−５Dの助けを得て以下に説明する。図５Aは本発明によるヘリカル構造を作成するために使用する電線を図示するが、まだ巻いていない状態である。この電線は長さＬ１を有し、本発明による２重帯域非一様ヘリカル構造の低い共振周波数はこのＬ１に依存しているため、またヘリカル構造は低い共振周波数で４分の１波長単極アンテナとして動作するため、この長さＬ１は重要である。従って、例えば、低い共振周波数として900MHzに同調する本発明による2重帯域非一様ヘリカルアンテナを作成するには、Ｌ１は約83mmであるように選択される。
アンテナ３８を小型にするため、例えば図５Bに図示するようにらせん４０に巻かれる。これは、例えば、約83mmの電線長Ｌ１を使用して約20mmであるらせん長Ｌ２を生じる。図５Ｂから分かるように、しかしながら、らせん４０は非一様である、すなわち区間Ｌ３は区間Ｌ４と異なる。この特別な例では、区間Ｌ３のピッチ角度は区間Ｌ４のものより小さい。
本発明によるアンテナに非一様ヘリカル構造を使用する理由は、アンテナを第２周波数に選択的に同調させることを可能にするためである。ヘリカル構造が一様、すなわち一定のピッチ角度とその全長に渡って一定のらせん径、である場合、第２共振周波数は標準的には波長の約４分の３で発生する。本明細書で記述する例では、長さＬ１が900MHzの低い共振周波数を生じるように選択されており、これは2700MHzの高共振周波数を生じる。しかしながら、アンテナをその他の高共振周波数に同調させることが普通望ましい。例えば、上述したように、遠隔装置の設計者がアンテナをDCSシステムの使用のために同調させたい場合には、2700MHzの代わりに約1800MHzの高共振周波数を有することが望ましい。
本発明の例示実施例による非一様ヘリカルアンテナを同調させる第1段階は、高共振周波数での遠隔装置のシャーシの効果を考慮することである。標準的には、シャーシもアンテナとして作用し、これは高共振周波数を、例えば上述の例では2700MHzから2400MHzへ下げる傾向がある。高共振周波数をさらに低く移動させるため、従ってヘリカルアンテナ構造のコイル間の結合（すなわち、容量性及び誘導性結合）を増大させることが望ましい。本発明によると、これはヘリカル構造を非一様にすることにより、例えばピッチ角度及び／又はらせん径を変更することにより達成できる。これらのヘリカル・パラメータを以下に詳細に説明する。
破線５０により図示される軸を有するものとしてらせんが図５Cに図示されている。らせんのこの部分は各々が巻き長Lを有する４コイル又は巻き数を有する。コイル、又は巻きは各々間隔距離Sだけ互いに隔置している。このらせんは、2本の外部破線５２と５４により与えられる直径を有する仮想的な円筒に等価な直径Dを有する。
らせんを定義するために一般的に使用されるその他のパラメータはピッチ・パラメータである。らせんを平面に展開した場合、コイル間隔S、コイル長L及びらせん径Dとの間の関係は図５Bに図示するような三角形である。ピッチ角度はここに図示され、S/Dπの逆正接として計算可能である。
ヘリカルアンテナの１箇所以上の区間でこれらのパラメータを調節し、所要高共振周波数に選択的に同調した非一様ヘリカルアンテナを作成する。例えば、ヘリカル構造のある区間に沿ってピッチ角度を小さくすることにより、容量性結合は増大し、これは高共振周波数を低下させる。直径を調節すると、共振周波数の帯域に効果を与える。この技術の理解を助けるため、図６に関連して以下に特定の例を与えるが、しかしながら、数値は単に図解用に与えたものであることは当業者には理解できる。
図６の例では、非一様ヘリカルアンテナは適当な共振周波数（例えば、約900MHzと1800MHz）に同調しており、従ってこのアンテナを使用する携帯端末は900MHz域と1800MHz域の両方、例えばGSMとDCSシステムの両方で使用可能である。アンテナ６０は給電又はソース点６２を有し、保護プラスチック被覆に覆われている。上述したように、電線長Ｌ１はこの例では約83mmに選択され、従って低共振周波数は約900MHzである。次いで、アンテナ構造の所要高さに基づいて長さＬ２を選択する。Ｌ２の選択には各種の考慮、例えば、アンテナが格納式であるかどうか、遠隔装置のシャーシの寸法、遠隔装置の使用意図、等をまとめればよい。本発明による非一様ヘリカルアンテナの利点の一つは、任意長Ｌ２を選択し、次いでこの選択に従ってらせんパラメータを調節してアンテナを所要周波数に同調させる能力である。
この例では、Ｌ２は20mmに選択される。次の段階は高共振周波数を約2400MHzから約1800MHzへ低下させることである。これはらせん巻き間の容量性結合の所定量を与えることにより実現され、この量は以下で説明するように、実験により繰返しで決定可能である。この例では、アンテナ６０は２つのらせん区間６６と６８を含む。充分な容量性結合を与えるため、区間６６は２巻きと約4.5度のピッチ角度を有し、4mmの長さＬ４を生じるよう実験的に決定された。区間６８は約９度のより大きなピッチ角度と16mmの長さＬ３を有する。生成した非一様ヘリカル構造の直径は9mmである。
図７−９は図６の例示非一様ヘリカルアンテナの性能を図示する。図７では、不整合減衰量対周波数グラフが、このアンテナは約900MHzの第1共振周波数で約-14.48dBの応答を、約1800MHzの第2共振周波数で約-23.62dBの応答を示すことを図示している。さらに、各大域の-10dB帯域幅は900HMz域では約136MHz（BW1）で、1800MHz域では約110MHz（BW２）である。これは十分広い帯域内で十分な利得を与え、従ってアンテナ性能はGSMとDCS基準の両方による動作に対して受入れ可能である。
図8と図９は図６の例示非一様２重帯域ヘリカルアンテナのアンテナ放射パターンを図示する。特に、図８は10dBmの送信信号強度の900MHzでのX-Z面での放射パターンを図示し、一方図９は10dBmの送信信号強度の1810MHzでのX-Z面での放射パターンを図示する。これらの図面から、本発明によるこの例示非一様２重帯域ヘリカルアンテナのアンテナ利得は、寸法が従来のホイップアンテナの約1/3であるにも係らず、それにより発生されるものと大体同じであることが分かる。
上述したように、非一様ヘリカル構造を第2（及び別の）共振周波数に同調する本発明による技術は実験的で本質的に反復的である。これらの技術は以下のように一般化可能である。図10は、本発明に従って非一様ヘリカル構造を同調するのに使用可能な一般的段階を図示する流れ図である。ここで、段階１００で、所要の共振周波数、例えば900MHzと1800MHzを識別する。次いで段階１１０で、最も低い所要共振周波数に基づいて非一様ヘリカルアンテナの電線長が選択される。例えば、電線長は関係式ｆ（MHz単位）＝300／λ（メータ単位）を基にして主に決定可能で、これから4分の１波長が必要である。しかしながら、ヘリカルアンテナ構造がアンテナを保護封入するために使用された誘電充填材（例えば、プラスチック又はゴム）を含む場合、電線の電気長に対するこの充填材の効果も以下で説明するように考慮可能である。段階１２０で、例えば、上述した設計基準を基に、らせん高さ（例えば、図６のＬ２）を選択する。
アンテナ構造に対してこれらのパラメータを設定した後、実験段階が開始される。ブロック１３０で、ヘリカル構造の１つ以上の共振周波数が測定される。当業者には認識されるように、これはネットワーク・アナライザを使用して実行可能である。上述した例示２重モード実施例では、標準的には単一の高共振周波数のみが測定される。次いで段階１４０で、測定した共振周波数（複数）を段階１００で識別した所要共振周波数（複数）と比較する。所要共振周波数（複数）が得られた場合、この過程は終了する。それ以外では、流れ図は段階１５０に進み、ここで上述した１個以上のヘリカル・パラメータを調節する。例えば、上述の例を使用したこの過程の第１反復では、ヘリカル構造の高共振周波数（変更前）は約2400MHzであるものと測定されたとする。この例の所要高共振周波数は1800MHzであるため、調節が行われる、すなわちらせんの1巻き以上に関係するピッチ角度を減少することにより容量性結合を増大し、次いでブロック１３０と１４０の過程が繰返される。
段階１４０で行なわれる調節は、特に、測定共振周波数が所要の共振周波数より高いか低いかに依存する。図１１は段階１４０をさらに詳細に図示する。測定共振周波数（複数）が所要共振周波数（複数）より高い場合（段階１６０で決定）、非一様ヘリカル構造内の全体の容量性結合を段階１７０で減少させなければならない。そうでなければ、全体の容量性結合を段階１８０で増大させなければならない。当業者には明らかなように、ヘリカル巻き間の容量性結合の変更は、らせんのピッチ角度又は直径のどちらかを変更することにより達成可能である、何故なら容量性結合は導体間の距離と導体の表面積の関数であるからである。図６に与えた例はらせんとピッチ角度のみを変更しているのを図示しているが、特定のらせん長Ｌ２の選択により課された設計状の制約により、また所要共振周波数を囲むある帯域幅を与えたいため、直径も変更する必要もある。
上記図６及び図７の例に示したように、各同調共振周波数の帯域幅は異なることも可能である。大きいピッチ角度を有する長い区間６８を給電点６２に近接して配置し、小さなピッチ角度を有する短い区間６６を離して配置することにより、900MHzの低共振周波数のまわりの帯域幅は1800MHzの高共振周波数のまわりの帯域幅より大きくなる。
段階１４０で実行可能な異なるヘリカル・パラメータ調節の数（例えば、ピッチ角度の変更及び／又はらせん直径の変更）と調節の特定の選択に課された異なる設計制約の数（例えば、らせんの所要長（Ｌ２）、選択した共振周波数での所要帯域幅、等）により、当業者は、本発明による非一様ヘリカルアンテナの多数の異なる物理的構成が可能であることを認識できる。いくつかの例は図１２Ａ−１２Ｅに示され、以下で説明される。
図１２Ａ−１２Ｅに図示した例はアンテナの給電点を明確に図示してはいないが、給電点（ソース点）は各図示アンテナの最下端点であるものと想定すべきように方向付けられている。従って、図１２Ａは、区間２００と２０２の位置が図６の構成に対して逆転している非一様ヘリカルアンテナを図示している。従って、より小さなピッチ角度を有している区間２００はここではソース端に近接し、一方大きなピッチ角度を有している区間２０２はソース端からより離れている。この構成は、例えば、図７に図示した帯域幅と比較して、低共振周波数にまわりに小さな帯域幅と高共振周波数のまわりに大きな帯域幅とを与える。
らせんのピッチ角度パラメータの変更に加えて、ヘリカルコイルの直径も変更して、本発明によるアンテナを２つ以上の共振周波数に同調可能である。例えば、図１２Ｂでは、第１直径ｄを有する第１区間２０４はアンテナソース端に近接し、第２直径Ｄを有する第２区間２０６はソース端からより離れている。図面から分かるように、第１直径ｄは第２直径Ｄより小さい。一般的に言って、この構成は低共振周波数より高共振周波数でより大きな帯域幅を与えることになる。この区間を逆の順序に製造して（図１２Ｃに図示するように）、より大きなコイル径を有する区間２０６をアンテナのソース端に近接して配置し、一方小さなコイル径を有する区間２０４をより離して配置可能である。従って、一般的に言って、図１２Ｃの構成は高共振周波数より低共振周波数でより大きな帯域幅を与えることになる。
他の例示、非一様構成が図１２Ｄに図示されている。ここでは、第１及び第３ヘリカルアンテナ区間２０８は第１直径Ｄ'を有し、その間に挿入された第２ヘリカルアンテナ区間２１０はＤ'より小さい第２直径を有する。図１２Ｅに示したさらに他の例示実施例によると、非一様ヘリカルアンテナはその最も狭い点で互いに接している２個の円錐らせんの形式を取りうる。
前述したように、本発明による非一様ヘリカルアンテナは、折り曲げやその他の損傷からアンテナを防御するため、例えばプラスチックのような材料で包むことが可能である。加えて、図４Ａに示すように、アンテナを、プラスチックやゴムのような充填材に埋め込み、さらにアンテナを保護可能である。充填材はアンテナの電気長に影響する誘電体であることを当業者は認識している。特に、誘電体は、充填材のない同様のアンテナと比較して、アンテナの共振周波数を低下させる。誘電体負荷はらせんの巻き間の結合を増大させるため、充填材の影響は高共振周波数に関してより劇的である。
上述の例示実施例は本発明の限定的な意味ではなく、全ての面で例示のための意図である。従って、本発明は当業者により本明細書に含まれた説明から得られる詳細な実装に多数の変形が可能である。例えば、本発明はGSMとDCSハイパーバンドでの動作に関して説明してきたが、開示の発明は多数の利用可能なハイパーバンド、例えば米国のAMPS（800MHz域）とPCS（1900MHz域）で実装してもよいことを理解すべきである。このような全ての変形と修正は添付の請求の範囲に定める本発明の範囲と要旨内にあるものと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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