JP3902234B2 - ２重帯域アンテナ - Google Patents

Description

I．発明の背景
本発明は無線通信に関するものである。特に、本発明は無線電話機における新規で改良された２重帯域アンテナに関するものである。
II．関連技術の説明
無線通信形体は、ますます通信の標準的な手段となりつつある。家庭用コードレス電話機、無線モデム付きラップトップコンピュータ、衛生無線電話機やセルラ無線電話機はすべて、いかに技術が進歩してどこにいても人々が手にすることができるようになっているかを示す例である。
無線電話機のユーザーは、移動ライフスタイルがますます進み、これを満足するためにより小型、軽量の装置を求めている。この声に応えるために、多重通信機能が組み合わせられた単一ユニットが形成されている。このような通信装置の一例に、多重周波数帯域で情報伝達する無線電話機がある。
今日使われている無線電話システムはさまざまなタイプのものがある。この中には、たとえば先進移動電話システム（ＡＭＰＳ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）や符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）に基づくセルラシステムがある。また、２つのデジタル標準（ＴＤＭＡとＣＤＭＡ）に基づくパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）システムが開発され、自宅やオフィスで無線電話を使用し、それから自宅／オフィス局の範囲外でセルラサービスに切りかえることができるようになっている。
ＰＣＳシステムとセルラシステムは異なる周波数帯域で作動するので、最大送信効率を得るためにそれぞれ別のアンテナが必要となる。セルラシステムは通常８００メガヘルツ帯域で作動し、一方、ＰＣＳシステムは現在は１９００メガヘルツ帯域で作動するように設計されている。その結果、多重周波数帯域で単一の通信装置を作動させることができるような、より軽量で、より安価な２重帯域システムの必要性が呼ばれている。
発明の要約
本発明は新規で、改良された２重帯域アンテナ装置である。このアンテナ装置は第１の無線周波数帯域で第１の一連の信号を伝達し、第２の周波数帯域では第２の一連の信号を伝達する。このアンテナ装置は外部アンテナ素子に囲まれた内部アンテナ素子よりなる。
本発明の第１の実施態様において、内部アンテナ素子は第１のＲＦ帯域でＲＦ信号を放射、受信し、外部アンテナ素子は第２のＲＦ帯域でＲＦ信号を放射、受信する。この第１の実施態様では、内部アンテナの信号長は第１のＲＦ帯域で波長の１／２で、外部アンテナの信号長は第２のＲＦ帯域で波長の１／２である。任意に、内部アンテナと外部アンテナを第１のＲＦ帯域で作動させる場合に結合させ、２重帯域アンテナのアンテナゲインパターンを向上させるようにしてもよい。
本発明の第２の実施態様において、内部アンテナ素子は第１と第２のＲＦ帯域の両方でＲＦ信号を放射、受信する。この第２の実施態様では、内部アンテナの信号長は第１のＲＦ帯域で作動する場合は第１のＲＦ帯域の波長の１／２であり、第２のＲＦ帯域で作動する場合は第２のＲＦ帯域の波長の１／２である。第２のＲＦ帯域で作動する場合、外部アンテナ素子は接地され、第２のＲＦ帯域で共振するように内部アンテナ素子の信号長を変える。第１の実施態様同様、内部アンテナと外部アンテナは、任意で、第１のＲＦ帯域で作動させる場合に結合させて、２重帯域アンテナのアンテナゲインパターンを向上させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的と効果は、図面に関連させながら下で詳細に述べる説明からより明らかになるであろう。同様の参照符号は説明や以下の図面にわたり同様のものを示す。すなわち、
図１は、本発明の２重帯域アンテナの第１の実施態様を示しており、
図２は、本発明の２重帯域アンテナの第１の実施態様のブロック図であり、
図３は、本発明の２重帯域アンテナの第２の実施態様のブロック図であり、
図４は、本発明の２重帯域アンテナの第２の実施態様を示しており、および
図５は、本発明とともに用いるのに好適な携帯無線電話機とインタフェースをとる、本発明の２重帯域アンテナの第２の実施態様を示している。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明の好ましい実施態様において、２重帯域アンテナは２つの周波数帯域で、すなわち８００メガヘルツセルラと、１．９ギガヘルツＰＣＳ帯域で効率良く作動可能である。しかし、以下に述べる説明では、本発明の教示はその他の周波数帯域や用途にも同様に適用可能であることに注意されたい。たとえば、世界の多くの地域でセルラシステムは８００メガヘルツではなく９００メガヘルツで作動している。同様に、世界の多くの地域でＰＣＳシステムも、１．９ギガヘルツではなく、１．８ギガヘルツで作動している。例示の目的では、８００メガヘルツでも１．９ギガヘルツでも作動する２重帯域アンテナを説明することで十分であろう。
図１は２重帯域アンテナの第１の実施態様を示している。この実施態様は、導電スリーブアンテナ１０４に囲まれた内部ホイップアンテナ１０２からなる。スリーブアンテナ１０４はＰＣＳ帯域信号を与える給電点１０６に結合される。内部ホイップアンテナ１０２はセルラ帯域信号を供給する給電点１１０に結合される。給電点１０６と１１０は絶縁体１０８によって分離しているのが好ましい。スリーブアンテナ１０４の物理的寸法としては、スリーブアンテナ１０４が１．９ギガヘルツで効率的なＲＦ共振器として機能し、ホイップアンテナ１０２が８００メガヘルツで効率的なＲＦ共振器として機能するような寸法が選択される。
各アンテナ１０２と１０４の物理的寸法の選択は、一部、２重帯域アンテナ１００に近接する装置のＲＦ特性に依存している。たとえば、２重帯域アンテナが図５に示されるような携帯無線電話機５００で用いられる場合、無線電話機５００のハウジングと構造それ自体がＲＦエネルギーの測定可能な量を受取り、放射し、ひとつの補助アンテナとして機能する。従って、当該技術での標準的な慣行として、アンテナの信号長を選択するときに周囲の構造のＲＦ特性を考慮に入れるというのがある。携帯無線電話機アンテナの一般的な信号長は作動周波数で波長の３／８と５／８である。しかし、説明では、本発明は、信号長が８００メガヘルツで波長の１／２であるホイップアンテナ１０２と、信号長が１．９ギガヘルツで波長の１／２であるスリーブアンテナ１０４について述べるものとする。
なお、スリーブアンテナ１０４は当該技術では公知のさまざまな構造からなるものであってよい。たとえば、固体、らせん状、網目状であってよい。また、硬性でも可撓性であっても良く、さらに（図示しない）プラスチックのような絶縁体材料内に収めるようにしてもよい。同様に、ホイップアンテナ１０２は当該技術では公知のさまざまな構造からなるものでよい。たとえば、固定長のホイップ、伸縮式ホイップ、ループアレイやらせん状であってもよい。スリーブアンテナ１０４がホイップアンテナ１０２の周囲を実質的に囲むものである限りは、スリーブアンテナ１０４もホイップアンテナ１０２についても多くのさまざまな構造を考案してもよいことは明らかである。任意に、絶縁体（図示しない）をホイップアンテナ１０２と、スリーブアンテナ１０４の間に挿入してもよい。
本発明の第１の実施態様の電気的な接続は図２のブロック図に示されている。図２において、１．９ギガヘルツトランシーバー２０６が、インピーダンス整合回路２０４を介してスリーブアンテナ１０４に結合するように示されている。１．９ギガヘルツトランシーバー２０６で生成されるＲＦ信号はスリーブアンテナ１０４によって放射され、ホイップアンテナ１０２で捕獲されたＲＦ信号は１．９ギガヘルツのトランシーバー２０６に受信されて、復調される。同様に、８００メガヘルツトランシーバー２０８はインピーダンス整合回路２０２を介してホイップアンテナ１０２に結合するように示されている。８００メガヘルツトランシーバー２０８によって生成されるＲＦ信号はホイップアンテナ１０２によって、放射され、そしてホイップアンテナ１０２で捕獲されたＲＦ信号は、８００メガヘルツトランシーバー２０８によって受信され、復調される。
図１と図２の２重帯域アンテナの実施態様を用いる無線受信機は１．９ギガヘルツ周波数帯域で作動し、スリーブアンテナ１０４だけがＲＦエネルギーを放射し、受信する。しかし、無線受信機が８００メガヘルツ周波数帯域で作動している場合、ホイップアンテナ１０２が放射する信号はスリーブアンテナ１０４にも結合され、ホイップアンテナ１０２だけで達成される、より均一なアンテナゲインパターンとなる。ホイップアンテナ１０２のアンテナゲインパターン中に通常存在する空白はＲＦエネルギーのスリーブアンテナ１０４への結合により一部充填される。
任意で、ホイップアンテナ１０２とスリーブアンテナ１０４の両方が８００メガヘルツトランシーバー２０８からＲＦ信号を直接送られるように、ダイオード２１０をインピーダンス整合回路２０２と２０４の間に接続させてもよい。この構造では、８００メガヘルツでのアンテナゲインパターンは、誘導結合や容量結合でなく、信号をスリーブアンテナ１０４に直接送るために、より向上する。しかしながら、電話機が望ましくない効率損失を回避するために１．９ギガヘルツで作動していると、ダイオード２１０はホイップアンテナ１０２へのＲＦ信号をブロックする。なお、ダイオード２１０に代えて、８００メガヘルツで作動するときはスリーブアンテナ１０４を整合回路２０２に結合し、１．９ギガヘルツで作動するときは整合回路２０２からスリーブアンテナ１０４を分離するスイッチを用いてもよい。
本発明の第２の実施態様を図４に示す。図４において、スリーブアンテナ４０４は実質的にホイップアンテナ４０２を囲むらせん状アンテナとして示されている。スリーブアンテナ４０４の最上部から延出するホイップアンテナ４０２の部分は１．９ギガヘルツで１／２の波長の信号長を有する。この第２の実施態様の動作は図３のブロック図に示されている。この第２の実施態様では、１．９ギガヘルツトランシーバー３０６と８００メガヘルツトランシーバー３０８がそれぞれ整合回路３０４と３０２を介して１対のスイッチ３１０と３１２に結合している。スリーブアンテナ４０４はスイッチ３１２の１つの極に結合し、ホイップアンテナ４０２はスイッチ３１０の１つの極に結合している。この第２の実施態様を用いた電話機が８００メガヘルツ周波数帯域で作動する場合、スイッチ３１０は端子３１８に結合し、スイッチ３１２は接地端子３１４に結合しないので、８００メガヘルツのＲＦ信号をホイップアンテナ４０２に与える。第１の実施態様においてすでに述べたとおり、ホイップアンテナ４０２のアンテナゲインパターンは取り囲むスリーブアンテナ４０４が存在するおかげで向上する。任意で、この第２の実施態様を用いた電話機が８００メガヘルツ周波数帯域で作動する場合、スイッチ３１２をオプションの端子３１６に結合させ、誘導結合や容量結合でなく信号を直接スリーブアンテナ４０４に送ることによって、さらにアンテナゲインパターンを向上させるようにしてもよい。
第１の実施態様とは対照的に、この第２の実施態様を用いた電話機を１．９メガヘルツ周波数帯域で作動させる場合、ＲＦ信号はスリーブアンテナ４０４を介して放射、受信されない。実際、１．９ギガヘルツ信号はスイッチ３１０を端子３２０に結合することにより、ホイップアンテナ４０２上で放射、受信され、スリーブアンテナ４０４はスイッチ３１２を接地端子３１４に結合させることによって接地される。ここで、図３ではスイッチ３１０と３１２は２つの分離したスイッチとして示されているものの、１つの双極、双投スイッチとしてもよい。
図４から明らかなように、（ここではらせん状アンテナとして示されている）スリーブアンテナ４０４はホイップアンテナ４０２を囲む。従って、スリーブアンテナ４０４は１．９ギガヘルツでの動作時には接地され、スリーブアンテナ４０４が囲むホイップアンテナ４０２のいかなる部分も遮蔽しているので、ホイップアンテナ４０２に与えられる１．９ギガヘルツ信号の効果的な給電点は給電点４１０からスリーブアンテナ４０４の最上部に移る。よって、第１の実施態様と比較すれば、第１の実施態様ではスリーブアンテナ１０４の物理的長さは、信号長が１．９ギガヘルツで１／２の波長であるように選択されるのに対し、第２の実施態様ではスリーブアンテナ４０４の物理的長さは、スリーブアンテナ４０４の最上部から突出するホイップアンテナ４０２の部分の信号長が１．９ギガヘルツで１／２の波長であるように選択される。図１に関してすでに述べたように、スリーブアンテナ４０４は当該技術で公知のさまざまな構造をとってよい。たとえば、固形、らせん状、網目状であってよい。また、硬性でも可撓性でもよく、プラスチックなどの絶縁材料内にさらに納められるようにしてもよい。スリーブアンテナ４０４がホイップアンテナ１０２を実質的に囲むものであるかぎり、スリーブアンテナ４０４についてもホイップアンテナ４０２についても多くのさまざまな構造を考案してもよいことは明らかである。
次に図５を参照すると、本発明の２重帯域アンテナ１００を用いた携帯無線電話機５００が示されている。好ましい実施態様において、スリーブアンテナ１０４は無線電話機５００のハウジングの外側に露出しており、ホイップアンテナ１０２は露出位置に延出するか、無線電話機５００のハウジング内の保管位置に引き戻されるようにしてもよい。いずれの周波数帯域での作動中でも、ホイップアンテナ１０２は最適な性能をもたらすためには露出位置に延出しているのが好ましい。しかし、携帯無線電話機５００のユーザーは、８００メガヘルツから１．９ギガヘルツの作動、あるいはその逆に切り換える場合に、２重帯域アンテナ１００を再調整する必要はない。また、ホイップアンテナ１０２が保管位置に引き戻されるとき、２重帯域アンテナ１００はコンパクトで頑丈になる。あるいは、２重帯域アンテナアセンブリ１００全体を無線電話機５００のハウジング内に引込めるようにしてもよい。
好ましい実施態様についてのこれまでの説明は、当業者が本発明を製造、利用できるようするためのものである。これらの実施態様をさまざまに変更することは当業者であれば容易に理解されるであろうし、ここで定義した包括的な原理を、発明性のある技能を用いることなく、その他の実施態様に適用してもよい。よって、本発明はここに示した実施態様に限定されるものではなく、ここで開示された原理と新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲と一致するべきものである。

Claims (6)

1. 第１の周波数帯域内の第１のＲＦ信号と、第２の周波数帯域内の第２のＲＦ信号とを受信するための給電点を有し、前記第１および第２のＲＦ信号を送信するための第１のアンテナ素子、
   前記第１のアンテナ素子を実質的に囲み、前記第１のアンテナ素子が前記第２のＲＦ信号を送信するときに、前記第１のアンテナ素子の給電点を変化させる第２のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子が前記第１のＲＦ信号を送信するときに前記第１のＲＦ信号へ前記第１のアンテナ素子を結合させ、前記第１のアンテナ素子が前記第２のＲＦ信号を送信するときに前記第２のＲＦ信号へ前記第１のアンテナ素子を結合させる第１のスイッチと、
   前記第１のアンテナ素子が前記第２のＲＦ信号を送信するときに、前記第２のアンテナ素子を接地に結合させる第２のスイッチ、
   とを具備する２重帯域アンテナシステム：
2. 前記第１のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子が接地に結合していないときに、前記第１の周波数帯域で１／２波長の信号長を有し、前記第１のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子が接地に結合しているときに、前記第２の周波数帯域で１／２波長の信号長を有する、請求項１に記載の２重帯域アンテナシステム。
3. 前記第１のアンテナ素子はホイップアンテナであり、前記第２のアンテナ素子はスリーブアンテナである、請求項２に記載の２重帯域アンテナシステム。
4. 前記第１のアンテナ素子が前記第１のＲＦ信号を送信するときに、前記第２のスイッチは、前記第２のアンテナ素子を前記第１のＲＦ信号へ結合させる、請求項３の２重帯域アンテナシステム。
5. 前記第１のアンテナ素子を前記第２のアンテナ素子から電気的に絶縁させる絶縁体をさらに具備する、請求項４の２重帯域アンテナシステム。
6. 前記第１のＲＦ信号を生成させる第１のトランシーバと、
   前記第１のトランシーバと前記第１のアンテナ素子とに結合され、前記第１の周波数帯域で前記第１のアンテナ素子のインピーダンスを整合させる第１の整合回路と、
   前記第２のＲＦ信号を生成させる前記第２のトランシーバと、及び
   前記第２のトランシーバと前記第１のアンテナ素子とに結合され、前記第２の周波数帯域で前記第１のアンテナ素子のインピーダンスを整合させる第２の整合回路とを、
   さらに具備する、請求項１記載の２重帯域アンテナシステム。

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