JP2004509545A

JP2004509545A - ディスプレイと平面状放射部材をもつアンテナとを有した携帯型通信装置

Info

Publication number: JP2004509545A
Application number: JP2002528874A
Authority: JP
Inventors: イング，　ツィノング
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲット　エル　エム　エリクソン（パブル）
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2004-03-25
Also published as: WO2002025770A1; AU2001290450A1; EP1328999A1

Abstract

携帯通信装置（１０）はディスプレイ（１２）と平面状の放射部材（５０）を備えた第１のアンテナを有している。ディスプレイ（１２）と平面状の放射部材（５０）は多層構造（１６）に一体化されており、その構造は携帯通信装置に内蔵されている。第１のアンテナはＧＰＳのような衛星通信へと適合されるのが好ましい。

Description

【０００１】
技　術　分　野
本発明は無線通信の分野に関するものであり、特に、ディスプレイと少なくとも１つのアンテナを有したタイプの携帯通信装置に関するものである。
【０００２】
従　来　技　術
上述したような携帯通信装置の例は、移動体電話、コードレス電話、情報携帯端末、コミュニケータ、ページャー、電子支払機器、或いは、携帯航法機器などである。これらの内、移動体或いはセルラ電話は現在のところ、市場への浸透度合いや販売量からすれば最も顕著なものであると信じられている。それ故に、この文書の残りの部分では、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、或いはＤ−ＡＭＰＳのような何らかの商業的に利用可能な移動体通信ネットワークについての移動体或いはセルラ電話に言及する。しかしながら、本発明は単に移動体電話に限定されるものではない。これとは反対に、本発明は添付した独立した特許請求の範囲によって最も良く定義されるものである。
【０００３】
伝統的には、古い移動体電話は移動体通信ネットワークと、そして多くの場合には、公衆交換電話ネットワークを介して２つのユーザ間での普通の音声通信をすることができるだけであった。歴史的には、移動体電話にはしばしば、その電話を収容する装置の外にマウントされるモノポール（単極）アンテナが備えられていた。ロッド状アンテナ、ホイップアンテナ、及びヘリカルアンテナはそのような外部モノポールアンテナのいくつかの例である。
【０００４】
しかしながら、移動体電話のサイズや重量がどんどん小さくなるにつれ、上述したアンテナは利点が少なくなってきている。その結果、現代の移動体電話のいくつかには、誘電体物質をプリントパターンにした形の内蔵型アンテナが備えられている。マイクロストリップ・パッチ・アンテナや平面状の逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）はそのようなアンテナの例である。それらのアンテナは前述した従来のアンテナと比較して、サイズが小さく重量が軽いという点では利点がある。しかしながら、移動体電話はどんどん小型化するにつれ、従来のマイクロストリップ・パッチ・アンテナや従来のＰＩＦＡアンテナは依然として大型であり、サイズの小さくなった移動体電話のシャーシの中にはうまく入らない。特に、異なる目的の多数のアンテナを用いる、無線ＬＡＮ、衛星通信（ＧＰＳ）、及びその派生物にアクセスするセルラ電話のような新世代の移動体電話では、このことは問題となることが予想される。
【０００５】
内蔵型アンテナのサイズを小さくするための種々のやり方が提案されている。国際公開公報ＷＯ９６／２７２１９では、蛇行形状の逆Ｆ型アンテナが提案されており、これによりアンテナサイズを従来のＰＩＦＡアンテナのサイズの約４０％に削減することが可能になる。
【０００６】
国際公開公報ＷＯ００／０３４５３は移動体端末に内蔵するために適合された小型のプリントされた螺旋状のアンテナを提案している。アンテナマッチングはフィードピンと接地ポストとの間に置かれたマッチングブリッジによって達成される。このアンテナのサイズは従来のＰＩＦＡアンテナのサイズの２０〜３０％である。
【０００７】
上述したことを要約すると、現代の移動体電話や類似の携帯通信機器がもつ問題は、小型化した装置サイズが内蔵アンテナに利用可能な表面積を制限していることである。その問題は特に、多数のアンテナをもつ移動体電話についてはっきりしている。ある将来型移動体電話は、伝統的なセルラ通信、おそらくは、狭域ネットワーク（ＬＡＮ）とそのダイバーシティ機能への無線アクセスに加えて、（ＧＰＳのような）衛星航法機能を提供すると信じられている。
【０００８】
小型化した移動体電話に内蔵ＧＰＳアンテナをフィットさせる問題は、ＧＰＳアンテナがセルラアンテナからはある程度のアイソレーションを必要とするという事実によって強調される。さらにその上、ＧＰＳ機能は通常の無指向性セルラアンテナよりも指向性のあるアンテナを必要としている。加えて、ＧＰＳは１．５７ＧＨｚで動作するので、その波長は約２１ｃｍである。それ故に、半波長のＧＰＳアンテナは制限のないところでは約１０ｃｍのサイズになる。
【０００９】
発　明　の　要　約
本発明は小型化された携帯通信装置に内蔵型アンテナが備えられるとき、その装置には十分に利用可能な表面積を見出すことが難しいという上述した問題を救済することを追求しているものである。特に、本発明の目的は、セルラアンテナには干渉せず、携帯電話外部には目に見えるどんな表面積をも占有しないが、十分に機能するＧＰＳアンテナを小型化した移動体電話が含むことを可能にすることである。
【００１０】
上述の目的は、多層構造の統合型ディスプレイ・アンテナ機器によって達成され、ここで、そのディスプレイ（好適にはＬＣＤ）が上層部に設けられ、平面状のパッチ・アンテナ要素が下層部としてディスプレイの下側にアタッチされる。好適には、多層構造はディスプレイ層に照明をあてるために適合された光ガイド部材とともに誘電アンテナ基板とを含み、その基板上にはパッチ・アンテナ基板が支持されている。また、その多層構造は、移動体電話のＧＰＳ無線回路に結合されたフィーディングピンとともに接地されたマッチングポストを有するアンテナフィーディング層を含んでいるのが好ましい。或いは、そのアンテナフィーディング層は２つのフィーディングピンを有しても良く、それらは１対２のマイクロストリップ・電力分割器の構成に結合され、２つのフィーディング・ピンは９０°の位相差をもち、環状の分極を得ている。
【００１１】
さらにその上、誘電基板層はグリッド形状の誘電体フレームワークを有しており、その誘電常数はその誘電体フレームワークのために選択された物質とグリッド密度とに依存して変化しても良い。これにより、パッチ・アンテナ要素の共鳴周波数が適切な周波数（例えば、１．５７ＧＨｚでのＧＰＳ周波数）にチューニングされることが可能になる。
【００１２】
本発明のこれらの目的は、好適な或いは代替の実施形態についての次の詳細な開示と含まれている図面と添付された請求の範囲とから明らかになるであろう。
【００１３】
さて、この明細書において用いられている“有する／“有している”という用語は、陳述される特徴、整数、工程、或いは要素の存在を特定するためにとられたものであり、１つ以上の他の特徴、整数、工程、要素、或いは、それらのグループの存在や付加を排除するものではないことを強調しておきたい。
【００１４】
本発明の好適な、また、それに替わる実施形態は、添付図面を参照しながら次に説明する詳細な開示で明らかになるであろう。
【００１５】
詳　細　な　開　示
図１と図２は夫々、移動体電話１０を正面と側面とから見たときの図を示している。移動体電話１０の主要な要素は、さらに図３のブロック図に図示されている。移動体電話１０は外部にマウントされたアンテナはもっておらず、その代わりに、その電話は内蔵セルラアンテナ２１をもっており、それはプリント回路基板２０にマウントされる。セルラ無線トランシーバ２２がまたプリント回路基板２０にはマウントされ、プリント回路基板２０上の適当な誘電パターン或いは配線を介してセルラアンテナ２１に電気的に接続される。それ自体は一般的に知られている方法で、移動体電話１０は、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、或いはＤ−ＡＭＰＳのような移動体通信ネットワーク３０における無線局（基地局）３２への無線リンク３４を確立することができる。セルラアンテナ２１とセルラ無線トランシーバ２２の詳細は本発明には本質的なものではなく、それらは実際の適用に依存して商業的に利用可能な機器によって実現される。例えば、セルラアンテナ２１はマイクロストリップ・パッチ・アンテナ、ＰＩＦＡアンテナ、蛇行形状マイクロストリップ・アンテナなどで良い。セルラアンテナ２１は動作することが意図されている各周波数にチューニングされるであろう。例えば、もし、その移動体通信ネットワーク３０がＧＳＭネットワークであるなら、セルラアンテナ２１は９００ＭＨｚ帯と、オプション的には１８００ＭＨｚＤＣＳ帯と１９００ＭＨｚＰＣＳ帯の内少なくともいずれかのバンドとでの動作のためにチューニングされるであろう。
【００１６】
図１と図２とに見られるように、移動体電話１０は、ラウドスピーカ１１、カーソルキーのセット１３、英数字キーパッド１４、及びマイクロフォン１５のような数多くの従来の構成要素を有している。これらの構成要素はここでは詳細な説明を必要としてはいないと考えられる。
【００１７】
ディスプレイ１２はラウドスピーカ１１とカーソルキー１３との間の移動体電話１０の前面部に設けられている。その電話のユーザのために、ディスプレイ１２は従来のディスプレイであるように見え、それは従来のマンマシンインタフェースの一部として図形情報をユーザに呈示する。しかしながら、図２に見られるように、ディスプレイ１２は実際のところ、多層構造１６の上層部として形成され、それはセルラアンテナ２１とセルラ無線トランシーバ２２と比較して反対側のプリント回路基板２０にマウントされている。ディスプレイ層１２は配線１７を介してディスプレイドライバ１８に接続されており、そのドライバもまたプリント回路基板２０にマウントされている。次の説明からより明瞭に見えるように、多層構造１６はディスプレイ１２だけではなく、ＧＰＳ衛星４２への衛星リンク４４を確立させるための衛星アンテナをも有している。
【００１８】
衛星アンテナは、多層構造１６における１つの層を形成するパッチ・アンテナ要素を有している。衛星アンテナは、プリント回路基板２０上の多層構造１６に隣接してマウントされる衛星無線１９に接続されている。
【００１９】
結果として、多層構造１６は移動体電話１０のためのディスプレイと衛星アンテナとの統合機器を構成する。移動体電話１０の背面のセルラアンテナ２１の位置により、ユーザによりその電話が通常の会話位置に保持されるとき、このアンテナをうまく機能させることができる。内部のＧＰＳアンテナは移動体電話１０の前面部でディスプレイの下側にマウントされ、その結果、移動体電話１０が水平方向に保持されディスプレイ１２を上方に向けたとき、よい性能を発揮する。
【００２０】
本発明の利点は、多層構造１６のディスプレイ層の下側にパッチ・アンテナ要素が配置されるために、衛星アンテナが外側からは見えないことである。
【００２１】
ディスプレイと衛星アンテナとの統合機器１６をより詳細に図示した残りの図面に進む前に、上述の機器の概要レベルで図示した図３を参照する。図３に見られるように、移動体電話１０は好しくはプリント回路基板２０にマウントされるメインコントローラ２２を有している。メインコントローラ２２は何らかの商業的に利用可能なマイクロプロセッサ或いは別のタイプのプログラマブル論理回路によって実現されても良い。メインコントローラ２２は動作的には衛星無線１９、ディスプレイドライバ１８、及びセルラ無線２２に接続される。既に述べたように、衛星無線１９は内蔵されたディスプレイと衛星アンテナ１６とに接続される。さらにその上、ディスプレイドライバ１８はまた、前述の配線１７を介して内蔵されたディスプレイと衛星アンテナ１６に接続される。セルラ無線２２は、既に上述したように、セルラアンテナ２１に接続される。
【００２２】
統合型ディスプレイ・衛星アンテナ１６の好適な実施形態について図４〜図６を参照して説明する。図４に示されているように、統合されたディスプレイと衛星アンテナとは上層部に液晶（ＬＣＤ）の層１２をもつ多層構造１６として形成される。それ故に、好適な実施形態においては、ディスプレイ１２は液晶の最上層部によって形成される。光ガイド層１２ａはディスプレイ層１２の直下に位置している。光ガイド層１２ａの目的はディスプレイ１２に対する照明を提供することである。好適には、光ガイド層１２ａはプラスティック或いはガラスのような透明な物質でできている。光ガイド層１２ａは発光ダイオード（ＬＥＤ）のセット或いは他の光源に接続されており、それらは光ガイド層１２ａを通してディスプレイ１２のバックライトを提供するために適合されている。
【００２３】
次に、第３層には、銅、銀、或いは金のような導電体物質でできているパッチアンテナ要素５０が備えられている。パッチアンテナ要素５０は誘電基板層５２によって支持されており、アンテナフィーディング回路層５４がこれに続く。
【００２４】
ディスプレイ１２のサイズはパッチ・アンテナ要素５０以下であることが好ましい。衛星パッチアンテナ要素５０は好適な実施形態では四角形をしている。その形のサイズは基盤となる誘電基盤層５２の誘電特性に依存して、例えば、３ｃｍから１０ｃｍの範囲に及ぶ。誘電基盤層５２は本質的には１に等しい誘電常数ε_ｒをもつ場合、パッチアンテナ要素５０のサイズは、１．５７ＧＨｚ周波数バンドでのＧＰＳ衛星通信のための半波長アンテナとして作用するために、約１０ｃｍであろう。
【００２５】
図５には誘電基盤層５２がより詳細に図示されている。その層５２はグリッド形状をもつ誘電フレームワークを有している。そのグリッド５２は複数の誘電リブ５６を有しており、それらはパッチアンテナ要素５０とは平行であるが、２つの直交する方向に伸びている。誘電グリッドフレームワーク５２は好適には、テフロン、ノニル或いはポリスチレンでてきていると良い。好適には、リブ５６間に形成される立方体５８は空気のみを含む。誘電基板層５２全体の相当誘電常数ε_ｒはフレームワークについて異なる誘電物質を選択することにより、また、グリッド密度、即ち、隣接リブ５６間の距離を変化させることにより変えられる。結果として、パッチアンテナ要素５０の共振周波数をチューニングして、所望の周波数バンド、即ち、１．５７ＧＨｚのＧＰＳバンド内で共振が発生するようにできる。さらにその上、ε_ｒ＞１の相当誘電常数により、パッチアンテナ要素を１０ｃｍより小さいサイズ、好適には、３〜１０ｃｍに小さくすることが可能になる。
【００２６】
アンテナ・フィーディング・ネットワーク層５４は図６に詳細に図示されており、第１のアーム６２と第２のアーム６４とをもった１対２のマイクロストリップ電力分割器を有している。２つのアーム６２と６４とは統合されてＲＦターミナル６０に接続され、そのターミナルは衛星無線１９に接続されている。第１のフィーディングピン６６は第１のアーム６２の一端に接続され、層５４とマイクロストリップアーム６２には直交した垂直方向に突き出ている。これに対応して、第２のフィーディングピン６８は第２のマイクロストリップアーム６４の一端に備えられている。フィーディングピン６６、６８は誘電基板層５２（誘電フレームワークグリッド）を通って突き出ており、パッチアンテナ要素５０に接続されている。２つのフィーディングピン６６、６８は、衛星用のパッチアンテナ要素５０の環状の分極を創成する９０°の位相差をもつ、各衛星無線信号を供給するために適合されている。
【００２７】
好適には、アンテナフィーディングネットワーク層５４は、プリント回路基板２０の表面に直接マウントされるか、或いは、その層５４は、プリント回路基板２０の表面の一部を実際に形成する。フィーディングピン６６、６８は、金属のポーゴーピンとして実現されても良い。
【００２８】
さて、本発明の別の実施形態について図７〜図９を参照して説明する。図７に示されているように、統合されたディスプレイと衛星アンテナは、上述した好適な実施形態と同じように、その上層部に液晶（ＬＣＤ）の層１２をもつ多層構造１６として形成される。光ガイド層１２ａはディスプレイ層１２の直下に位置している。好適な実施形態のように、光ガイド層１２ａの目的はディスプレイ１２に対して照明を提供することである。好適には、光ガイド層１２ａはプラスティック或いはガラスのような透明の物質でできている。光ガイド層１２ａは発光ダイオード（ＬＥＤ）のセット或いは他の光源に接続されており、それらは光ガイド層１２ａを介してディスプレイ１２のバックライトを提供するために適合されている。
【００２９】
銅、銀、或いは金のような導電体物質でできているパッチアンテナ要素７０がディスプレイ１２と光ガイド１２ａの下に備えられている。パッチアンテナ要素７０は誘電基板層７２の上に支持されており、アンテナフィーディング回路層７４がこれに続く。
【００３０】
図８には誘電基盤層７２がより詳細に図示されている。アンテナフィーディン層７４は図９に詳細に図示されている。
【００３１】
図９に示されているように、アンテナフィーディング層７４はフィーディングピン８４を有しており、その一端はＲＦターミナル８６に接続されており、そのターミナルは次に衛星無線１９に接続されている。アンテナフィーディング層７４はまた、マッチングポスト８２を有しており、それは図９に示されているように、一端が接地されている。フィーディングピン８４とマッチングポスト８２の他端（図９に見られるように上端）は、（図９の７８と７６によって示されるように）誘電基板７２を通って突き出ており、パッチアンテナ要素７０に接続されている。好適には、フィーディングピン８４、７８、マッチングポスト８２、７６は金属で被覆されたスルーホールとして実現されると良い。或いは、それらは金属のポーゴーピンとして実現されても良い。パッチアンテナ要素７０の共振周波数は、図８に示されているように、フィーディングピン８４、７８とマッチングポスト８２、７６との間の距離８０によってチューニングされても良い。都合良く、フィーディングピンとマッチングポストが配置される平面は、ディスプレイの長辺に付随し、さらにその上、ディスプレイドライバ１８に垂直となり、ディスプレイドライバとパッチアンテナ要素との間の干渉を最小化すべきである。このことは、ディスプレイドライバ１８が（図２の場合のように）ディスプレイ／アンテナ構造１６から離れて置かれるのではなく、その代わりに多層構造１６のディスプレイ１２に非常に近接して置かれる場合には、特に利点がある。
【００３２】
本発明をいくつかの実施形態に関して上述のように説明した。しかしながら、上述したものの他の実施形態も同様に本発明の範囲内にあり、その範囲は添付した独立の請求の範囲によって最も良く定義されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
好適な実施形態に従う携帯通信装置の正面図とそれが動作するために適合された環境とを示す図である。
【図２】
図１で示された携帯通信装置の側断面図である。
【図３】
図１と図２で示された携帯通信装置のブロック図である。
【図４】
図１〜図３の携帯通信装置においてディスプレイとアンテナとが統合された機器の斜視断面図である。
【図５】
図４に示されたディスプレイとアンテナの統合部の詳細を図示している。
【図６】
図４の別の詳細を図示している。
【図７】
代替の実施形態に従うディスプレイとアンテナとが統合された機器の斜視断面図である。
【図８】
図７に示される実施形態の詳細を図示している。
【図９】
図７に示される実施形態の別の詳細を図示している。

Claims

ディスプレイ（１２）と平面状の放射部材（５０、７０）を備えた第１のアンテナを有した携帯通信装置（１０）であって、
前記アンテナのディスプレイ（１２）と平面状の放射部材（５０、７０）は多層構造（１６）で一体化されていることを特徴とする携帯通信装置。
前記平面状の放射部材（５０、７０）は、パッチ・アンテナ要素であることを特徴とする請求項１に記載の携帯通信装置。
前記ディスプレイ（１２）は、液晶の層を有していることを特徴とする請求項２に記載の携帯通信装置。
前記ディスプレイ（１２）と前記放射部材（５０、７０）との間に挿入される平面状の光ガイド部材（１２ａ）をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の携帯通信装置。
前記放射部材（５０、７０）を支持する誘電基板（５２、７２）をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の携帯通信装置。
前記誘電基板は、グリッド形状の誘電体のフレームワーク（５２）を有していることをさらに特徴とする請求項５に記載の携帯通信装置。
無線回路（１９、６０）と、
前記無線回路には夫々の第１の端部で、各フィーディングピン（６６，６８）には夫々の第２の端部で接続される第１と第２のマイクロストリップ・アーム（６２、６４）を有するアンテナ・フィーディング・ネットワーク（５４）とをさらに有し、
前記フィーディングピン（６６，６８）は、前記誘電基板（５２）を通って突き出しており、そして前記パッチ・アンテナ要素（５０）に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の携帯通信装置。
無線回路（１９、８６）と、
第１の端部で前記パッチ・アンテナ要素（７０）に、第２の端部で前記無線加回路に接続されるフィーディングピン（８４）と、
第１の端部で前記パッチ・アンテナ要素（７０）に、第２の端部で接地されるマッチングポスト（８２）とをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の携帯通信装置。
前記第１のアンテナは、１．５７ＧＨｚ周波数帯で衛星通信に適合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の携帯通信装置。
移動体通信ネットワーク（３０）と通信するために適合されている第２のアンテナ（２１）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の携帯通信装置。
前記装置は移動体電話であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の携帯通信装置。
携帯通信装置（１０）のためのディスプレイとアンテナとが統合された機器（１６）であって、
第１の平面に拡がったディスプレイ（１２）と、
前記第１の平面とは本質的には平行である第２の平面に拡がった放射部材（５０、７０）とを有し、
前記放射部材は前記ディスプレイに多層構造（１６）で一体化されていることを特徴とするディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記平面状の放射部材（５０、７０）は、パッチ・アンテナ要素であることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記ディスプレイ（１２）は、液晶の層を有していることを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記ディスプレイ（１２）と前記放射部材（５０、７０）との間に挿入された平面状の光ガイド部材（１２ａ）をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記放射部材（５０、７０）を支持する誘電基板（５２、７２）をさらに有することを特徴とする請求項１５に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記誘電基板（５２、７２）はグリッド形状で誘電体のフレームワーク（５２）を有することを特徴とする請求項１６に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
無線回路（１９、６０）と、
前記無線回路には夫々の第１の端部で、各フィーディングピン（６６，６８）には夫々の第２の端部で接続される第１と第２のマイクロストリップ・アーム（６２、６４）を有するアンテナ・フィーディング・ネットワーク（５４）とをさらに有し、
前記フィーディングピン（６６、６８）は、前記誘電基板（５２）を通って突き出しており、そして前記パッチ・アンテナ要素（５０）に接続されていることを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
無線回路（１９、８６）と、
第１の端部で前記パッチ・アンテナ要素（７０）に、第２の端部で前記無線加回路に接続されるフィーディングピン（８４）と、
第１の端部で前記パッチ・アンテナ要素（７０）に、第２の端部で接地されるマッチングポスト（８２）とをさらに有することを特徴とする請求項１６に記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記放射基板は、１．５７ＧＨｚ周波数帯で衛星通信に適合されていることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれかに記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。
前記機器は移動体電話（１０）に置かれることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載のディスプレイとアンテナとが統合された機器。