JP4259760B2 - 一平面デュアル・ストリップ・アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にアンテナ、特に、一平面デュアル・ストリップ・多周波アンテナ(a uniplanar dual strip multiple frequency antenna)に関する。本発明は、さらに無線装置用、特に改良された帯域幅および放射特性を有する内部アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナは、無線通信および無線通信システムの重要な構成要素である。アンテナは、多数の異なる形状およびサイズで利用可能であるが、各アンテナは同じ基本電磁原理に従って作動する。このアンテナは、案内波と自由空間波との間、またその逆の遷移の領域に関連した構造である。一般的な原理として、広がっている伝送線に沿って移動する案内波は、電磁波としても公知である自由空間波を放射する。
【０００３】
近年、携帯および移動セルラおよびパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）電話のようなパーソナル無線通信装置の使用の増加とともに、このような通信装置に適する小型アンテナに対する要求は増加している。集積回路および電池技術の最近の発達は、このような通信装置のサイズおよび重さを過去数年間にわたり大幅に減少することを可能にした。サイズの減少がなお望まれる１つの分野は通信装置アンテナである。このことは、アンテナのサイズが装置のサイズを減少させる際に重要な役割を演じることができるという事実による。さらに、アンテナサイズおよび形状は、装置美学および製造コストに影響を及ぼす。
【０００４】
無線通信装置用アンテナを設計する際に考察する１つの重要な要素はアンテナ放射パターンである。典型的な用途では、通信装置は、装置から任意の数の方向に置くことができる他のこのような装置あるいは基地局、ハブ(ｈｕｂ)、あるいは衛星と通信できなければならない。したがって、このような通信装置用アンテナがほぼ全指向性放射パターンを有することはきわめて重要である。
【０００５】
無線通信装置用アンテナを設計する際に考察される他の重要な要素はアンテナの帯域幅である。例えば、ＰＣＳ通信システムと併用される電話のような無線装置は、１．８５〜１．９９ＧＨｚの周波数バンドの間で作動するので、有効な帯域幅の７．２９パーセントを必要とする。典型的なセルラ通信システムと併用するための電話は、帯域幅の８．１４パーセントを必要とする８２４〜８９４ＭＨｚの周波数バンドの間で作動する。したがって、これらの型式の無線通信装置で使用するためのアンテナは、適切な帯域幅要件を満たすように設計されねばならないか、あるいは通信信号は厳密に減衰される。
【０００６】
無線通信装置で一般に使用される１つの型式のアンテナは、使用されていないときに装置の中に容易に引っ込められるホイップアンテナ(whip antenna)である。しかしながら、ホイップアンテナに関連するいくつかの欠点がある。しばしば、ホイップアンテナは、使用するために延ばされる場合、あるいは引っ込められる場合さえ物体、人あるいは表面に当たることによる損傷を受ける。ホイップアンテナがこのような損傷を防止するために引っ込めることができるように設計される場合さえ、ホイップアンテナは、装置の全寸法にわたって延びることができ、装置のいくつかの部分内の高等な機能および回路の配置を妨げる。ホイップアンテナは、引っ込められる場合、所望よりも大きい最小装置ハウジング寸法も必要とすることができる。このアンテナは、引っ込められる場合、サイズを減少させるように付加的な順に嵌め込む部分で構成できるが、このアンテナは、一般に消費者によってあまり審美的でなく、より壊れやすく、不安定で、あまり機能を果たしていないと認識される。
【０００７】
さらに、ホイップアンテナは、事実上中心にヌル(ｎｕｌｌ)を有する、環状体、すなわちドーナツ状である放射パターンを有する。このようなアンテナを使用するセルラ電話あるいは他の無線装置が地面あるいは局部水平面に対して９０°の角度で地面に垂直なアンテナとともに保持される場合、このヌルは９０°の角度にも傾斜される中心軸を有する。これは、入来信号はアンテナに対して９０°の角度で到達するように制約されていないために、信号の受信を防止しない。しかしながら、電話使用者は、使用中、そのセルラ電話をしばしば傾け、そのうえ任意の関連ホイップアンテナを傾斜させる。セルラ電話使用者は、一般的には局部水平面に対して約３０°の角度（垂直面から６０°）に自分の電話を傾斜し、ホイップアンテナを３０°の角度に傾斜させることが注目される。これは、３０°の角度にも向けられるヌル中心軸を生じる。この角度で、ヌルは３０°の角度で到達する入来信号の受信を防止する。あいにく、セルラ通信システムの入来信号は、約３０°あるいは３０°の範囲内でしばしば到達し、間違った向きのヌルがいくつかの信号を防止する可能性が増加する。
【０００８】
無線通信装置で使用するのに適しているように見える他の型式のアンテナは等角(conformal)アンテナである。通常、等角アンテナは、このアンテナが取り付けられ、通常非常に低いプロフィールを示す表面の形状を追跡する。パッチアンテナ、マイクロストリップ・アンテナおよびストリップ・ラインアンテナのようないくつかの異なる型式の正角アンテナがある。特に、マイクロ・ストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置で最近使用されている。
【０００９】
用語が示唆するように、マイクロ・ストリップ・アンテナは、一般に放射器パッチ(radiator patch)とも呼ばれるパッチあるいはマイクロ・ストリップ・素子を含んでいる。マイクロ・ストリップ素子の長さは、８００ＭＨｚあるいは１９００ＭＨｚのような関係のある周波数に一致するように選択される共振周波数ｆ０に関連する波長λ０に対して設定される。一般的に使用されるマイクロ・ストリップ素子の長さは、１／２波長（λ０／２）および１／４波長（λ０／４）である。若干の型式のマイクロストリップ・アンテナは最近無線通信装置で使用されているが、他の改良がいくつかの分野で望まれる。他の改良が望まれる１つのこのような分野は全サイズの減少である。著しい改良が必要とされる他の分野は帯域幅の分野である。最新パッチアンテナあるいはマイクロストリップ・アンテナの設計は、実際的なサイズの最新通信システムで使用するために望まれる所望の７．２９〜８．１４パーセントあるいはそれ以上の帯域幅特性を得るようには見えない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、新規のアンテナ構造およびアンテナを製造する技術は、最新の通信システム要求により相応する帯域幅を得る必要がある。さらに、アンテナ構造は、美学を非常に改良され、アンテナ損傷を減少される無線装置内に位置決めするより汎用的な構成要素を提供するために内部取り付け装置に導電的であるべきである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２次元構造を有する一平面デュアル・ストリップ・アンテナに向けられる。一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、各々が薄い平面基板上に印刷される第１および第２の金属ストリップを含んでいる。第１および第２のストリップは、非導電性材料の所定の間隙あるいは領域によって分離される。本発明によれば、第１および第２のストリップは、２線式伝送線の導体として使用される。空気あるいはストリップ間の基板上に付着された他の絶縁材料は、第１および第２のストリップ間の絶縁媒体の役を務める。本発明の一実施形態では、第１のストリップの長さは第２のストリップの長さよりも小さく、第１のストリップの幅は第２のストリップの幅よりも小さい。
【００１２】
同じ平面にある導波管は一平面デュアル・ストリップ・アンテナに結合される。同じ平面にある導波管は、金属をエッチングし、あるいは基板上に金属を付着することによって構成される。導波管の正端子は第１のストリップに電気的に接続される。導波管の負の端子は第１および第２のストリップの両方に接続されている。一方、同軸ケーブルは、同じ平面にある導波管の代わりにフィードとして使用できる。
【００１３】
本発明の一実施形態では、同じ平面にある導波管は、２つの負端子および正端子を有する。正端子は第１のストリップに接続されている。負端子は第２のストリップに接続されるのに対して、他の負端子は第１のストリップに接続されている。負端子は都合のよい位置で電気的に相互接続されている。
【００１４】
本発明の一実施形態では、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、金属ストリップを薄い可撓性基板上に印刷し、金属ストリップをエッチングするかあるいは金属ストリップを薄い可能性基板上に付着することによって構成される。同じ平面にある導波管もエッチングされるかあるいは可撓性基板上に付着される。本発明の他の実施形態では、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、金属ストリップをエッチングするかあるいはプリント回路（ＰＣ）板上に付着することによって構成される。これはデュアル・ストリップ・アンテナの製造を非常に簡単にする。
【００１５】
本発明の一実施形態では、第１および第２のストリップはほぼ互いに平行である。本発明の他の実施形態では、第１および第２のストリップは、第１および第２のストリップが空気あるいは自由空間との改良されたインピーダンスマッチングを行うために同じ平面にある導波管に電気的に接続されているところから離れるように伸張するように開放端で外側に朝顔形に広がる(flare out)。本発明のもう一つの実施形態では、第１および第２のストリップは実質的に曲げられる。第１および第２のストリップのためにいろいろの他の形状も使用できる。
【００１６】
本発明による一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、典型的な１／４波長あるいは１／２波長のパッチアンテナよりも帯域幅の増加をもたらす。一平面デュアル・ストリップ・アンテナがＰＣＳおよびセルラ電話にとって非常に有利であるほぼ８〜２０％の帯域幅を有することを実験結果が示した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
１．発明の概要および論議
従来のマイクロストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置で使用するのに適するようにするいくつかの特性を有するが、マイクロストリップ・アンテナの他の分野の更なる改良は、セルラ電話およびＰＣＳ電話のような無線通信装置で使用するのにさらに適するようにするためにさらに望まれる。他の改良が望まれる１つのこのような分野はその帯域幅である。通常、ＰＣＳ電話およびセルラ電話は、満足に作動させるために約８パーセントの帯域幅を必要とする。現在使用可能なマイクロストリップ・アンテナの帯域幅はほぼ１〜２パーセントの範囲内にあるので、その帯域幅の増加はＰＣＳ電話およびセルラ電話で使用するのにより適するために望まれる。
【００１８】
他の改良が望まれる他の分野はマイクロストリップ・アンテナのサイズである。例えば、マイクロストリップのサイズの減少は、マイクロストリップ・アンテナが使用される無線通信装置をよりコンパクトに、より審美的(aesthetic)にする。実際、これは、このようなアンテナが無線通信装置でともかく使用できるかあるいは全然使用できないかどうかを一様に決定できる。過去には、従来のマイクロストリップ・アンテナのサイズの減少は、使用されるいかなる絶縁基板の厚さも減少させるかあるいは誘電率を増加させることによって可能にされた。しかしながら、これはアンテナ帯域幅を減少させる望ましくない効果があり、それによって無線通信装置にあまり適しないようにする。
【００１９】
さらに、パッチ放射器のような従来のマイクロストリップ・アンテナの電界パターンは一般的には方向性である。大部分のパッチ放射器は、アンテナのための局部水平面に対して上部半球だけで放射する。前述のように、このパターンは、装置の移動とともに移動するかあるいは回転し、カバレッジに望ましくないヌルを形成できる。したがって、マイクロストリップ・アンテナは、その放射パターンに基づいて多数の無線通信装置で使用するのにあまり望ましくなかった。
【００２０】
本発明は、上記および他の問題に対する解決策を提供する。本発明は、２次元構造を有し、開放端の平行プレート導波管として作動するが非対称導体終端を有する一平面デュアル・ストリップ・アンテナに向けられる。
【００２１】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、他のアンテナ設計よりも増加された帯域幅およびサイズの減少をもたらすと同時に無線通信装置で使用するのが望ましい他の特性を保持する。
【００２２】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナは２次元構造を有しているので、このアンテナは、適合できるようにセルラ電話あるいは他の無線装置のプラスティックハウジング(plastic housing)のようないろいろの表面に接着できるかあるいはこの表面によって支持できる。一平面アンテナは、携帯電話のような無線通信装置の上部表面あるいは下部表面の近くに形成されてもよいし、あるいは無線通信装置のスピーカ、イヤホーン、Ｉ／Ｏ回路、キーパッド等のような他の要素の近くあるいは後ろに取り付けられてもよい。一平面アンテナは、無線通信装置が使用されてもよい自動車の表面上あるいはその中にも形成できる。
【００２３】
ホイップアンテナあるいは外部ヘリカルアンテナのいずれかと違って、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、物体あるいは表面に当たることによる損傷を受けにくい。さらに、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは無線通信装置の上部表面の近くあるいは壁に沿って形成できるので、このアンテナは、高度な機能および回路に対して必要とされる内部空間も使い尽くさないし、また引っ込められたときに収容する大きなハウジング寸法を必要としない。本発明のアンテナは、アンテナに関連する労力およびコストを減少させ、信頼性を増加させる自動化プロセスを使用して製造できる。さらに、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、多数の無線通信装置に適するようにするほぼ全方向性パターンを放射する。
【００２４】
２．実例環境
本発明を詳細に説明する前に、本発明が実施できる典型的な環境を説明することは役に立つことである。広い意味では、本発明は、パーソナル通信装置、無線電話、無線モデム、ファクシミリ装置、パーソナルコンピュータ、ポケットベル、メッセージ放送受信機等のようないかなる無線装置でも実施できる。１つのこのような環境は、セルラ、ＰＣＳあるいは他の商用通信サービスのために使用される電話のような携帯あるいはハンドヘルド無線電話である。対応する異なるハウジング形状および型式を有するいろいろなこのような無線電話は当該技術で公知である。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは、前述のセルラシステムおよびＰＣＳシステムのような無線通信システムで使用される典型的な無線電話１００を示している。図１（１Ａ、１Ｂ）に示された無線電話は、コンパクトのための「クラムシェル(clam shell)」折り畳み本体あるいはフリップ(flip-type)型式電話形状を有する。他の無線装置および電話は、よりありきたりの「バー(bar)」状ハウジングあるいは形状を使用する。
【００２６】
図１に示された電話は、ハウジング１０２から突き出すホイップアンテナ１０４と、このホイップと同心のヘリカルアンテナ１００とを含んでいる。当該技術分野で周知の典型的な無線電話部品であるスピーカ１１０、ディスプレイパネルあるいはスクリーン１１２、キーパッド１１４、マイクロホンあるいはマイクロホン・アクセスホール１１６、外部電源コネクタ１１８および電池１２０を支持するハウジングの正面が示される。図１Ｂでは、アンテナ１０４は、一般的には使用中見られる延ばされた位置で示されているのに対して、図１Ａでは、引っ込められたアンテナ１０４が示される（視角のために見えない）。本発明が使用されてもよいいろいろの無線装置および電話、ならびに関連物理的形状があるので、この電話は図示する目的のためだけに使用される。
【００２７】
前述のように、アンテナ１０４はいくつかの欠点がある。１つは、アンテナが使用中に延ばされたとき、引っ込められたときは時々他の物体あるいは表面に当たることによる損傷を受けることである。このアンテナは、電池のような電源を含む高度な機能および回路のための部品の配置を行うように電話の内部空間も使い尽くす。さらに、アンテナ１０４は、引っ込められたとき許容できないように大きい最小ハウジング寸法を必要としてもよい。アンテナ１０６は、使用中他の事項あるいは表面に当たることも欠点としてもち、電話ハウジング１０２の中に引っ込めることができない。
【００２８】
本発明は、この実例環境に関して説明される。これらの用語の説明は明瞭および便宜だけの目的のために行われる。本発明はこの実例環境の用途に限定されるべきであることを意図していない。下記の説明を読んだ後、いかに本発明を他の環境で実施するかは当業者に明らかになる。実際、本発明は、さらに後述されるように、例えば無線通信機能を有する携帯ファクシミリ機あるいは携帯コンピュータ等であるが、これに限定されない任意の無線通信装置で使用できることは明らかである。
【００２９】
図２は、従来のマイクロストリップ・パッチアンテナ２００を示している。アンテナ２００は、マイクロストリップ・素子２０４と、絶縁基板２０８と、アース平面２１２と、フィード点２１６とを含んでいる。マイクロストリップ・素子２０４（一般的に放射器パッチとも呼ばれる）およびアース平面２１２は、各々銅のプレートのような導電性材料の層から作られる。
【００３０】
マイクロストリップ・素子および円形のような他の形状を有する関連アース平面も使用されるけれども、最も一般的に使用されるマイクロストリップ・素子および関連アース平面は矩形要素からなる。マイクロストリップ・素子は、プリント回路板の一方の側に写真エッチングされることを含むいろいろの公知の技術を使用して製造できるのに対して、アース平面は、プリント回路板の他方の側あるいは他の層に写真エッチングされる。基板上に導電性材料を選択的に付着し、プレートを誘電体に接着するかあるいは導電性材料を有するプラスティックを被覆することによるような、マイクロストリップ素子およびアース平面が構成できるいろいろな他の方法がある。
【００３１】
図３は、従来のマイクロ・ストリップ・アンテナ２００の側面図を示している。中心導体２２０および外部導体２２４を有する同軸ケーブルはアンテナ２００に接続されている。中心導体（正端子）２２０は、フィード点２１６でマイクロストリップ・素子２０４に接続されている。外部コネクタ（負端子）２２４はアース平面２１２に接続されている。マイクロストリップ・素子２０４の長さＬは、絶縁基板２０８における関係のある周波数で１／２あるいは１／４の波長に通常等しく（Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃ．ＪｏｈｎｓｏｎおよびＨｅｎｒｙ Ｊａｓｉｋ著のアンテナ技術ハンドブック、第２版の第７章第７‐２ページを参照）、下記の関係によって示される。
【００３２】
Ｌ＝０．５λｄ＝０．５λ０／√εｒ、あるいは
Ｌ＝０．２５λｄ＝０．２５λ０／√εｒ
ここで、Ｌ＝マイクロストリップ・素子２０４の長さ、
εｒ＝絶縁基板２０８の相対誘電率、
λ０＝自由空間波長
λｄ＝絶縁基板２０８における波長である。
【００３３】
誘電率およびフィードインダクタンスの変動は、正確な寸法を予測することを困難にするので、試験要素は、通常正確な長さを決定するために形成される。厚さｔは、横方向電流あるいは横方向モードを最少にするかあるいは防止するために通常約０．０１λ０の波長よりも通常非常に小さい。ｔの選択値は、アンテナが作動しなければならない帯域幅に基づき、下記にさらに詳述される。
【００３４】
マイクロストリップ・素子２０４の幅「ｗ」は、絶縁基板材料における波長、すなわちλｄよりも小さくなければならないので、高次モードは励起されない。これに対する例外は、多信号フィードが高次モードを除去するために使用される場合である。
【００３５】
一般的に用いられている第２のマイクロストリップ・アンテナは１／４波長マイクロストリップ・アンテナである。１／４波長マイクロストリップ・アンテナのアース平面は、通常マイクロストリップ・素子のアース平面よりも非常に大きい面積を有する。マイクロストリップ・素子の長さは、基板材料における関係のある周波数でほぼ１／４波長である。アース平面の長さは、基板材料における関係のある周波数でほぼ１／２波長である。
【００３６】
１／４波長マイクロストリップ・アンテナの帯域幅は絶縁基板の厚さで決まる。前述のように、ＰＣＳおよびセルラ無線電話操作はほぼ８パーセントの帯域幅を必要とする。１／４波長マイクロストリップ・アンテナが８パーセント帯域幅要求を満たすために、絶縁基板２０８の厚さは、セルラ周波数バンド（８２４〜８９４ＭＨｚ）の場合ほぼ３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）およびＰＣＳ周波数バンドの場合１．２７ｃｍ（０．５インチ）でなければならない。この大きい厚さは、ほぼ０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）あるいはそれよりも小さい厚さが望まれる小型無線装置あるいはパーソナル通信装置において明らかに望ましくない。より大きい厚さを有するアンテナは、一般的には大部分の通信装置の使用可能容積内に収容できない。
【００３７】
３．本発明
本発明の一実施形態により構成され、作動する一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００が図４に示されている。図４において、一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、第１のストリップ４０４と、第２のストリップ４０８と、絶縁基板４１２と、同じ平面にある導波管４１６とを含んでいる。第１のストリップ４０４は、一方の端部あるいはこれに隣接して第２のストリップ４０８に電気的に接続されている。この端部は、アンテナ４００用「閉じられた端部」４０６と呼ばれる。
第１および第２のストリップ４０４および４０８は各々、絶縁基板４１２上にプリントされ、エッチングされるかあるいは付着され(deposited)、各々は、既知のインピーダンスおよび電流特性の影響を受ける例えば、銅、真鍮、アルミニウム、銀、金あるいは他の公知の導電性材料のような導電性材料で作られる。第１および第２のストリップ４０４および４０８は、所望のようにこのような使用のために公知の発泡体のような絶縁材料（通常空気）でも充填できる所定の間隙ｔだけ互いから離隔される。本発明の一実施形態では、第１および第２のストリップ４０４および４０８は、そのそれぞれの長さの上にほぼ互いに平行に置かれる。他の実施形態（例えば、図５Ａ〜図５Ｃおよび図９Ｂを参照）では、第１および第２のストリップは、空気あるいは自由空間と整合するより良いインピーダンスを提供するために開放端で外側に朝顔形に広がる。
【００３８】
正端子４２０および２つの負端子４２４および４２８を有する同じ平面にある導波管は、第１および第２のストリップ４０４および４０８に結合されている。本発明の一実施形態では、正負端子４２０、４２４および４２８は３つの平行金属ストリップによって形成される。中心ストリップは、正端子４２０として示され、第１のストリップ４０４に電気的に接続される。一方の外部ストリップは負端子４２４として示され、他方の外部ストリップは負端子４２８として示される。負端子４２４は、第１のストリップ４０４に電気的に接続され、負端子４２８は第２のストリップ４０８に電気的に接続される。本発明の一実施形態では、同じ平面にある導波管４１６は、金属を絶縁基板４１２上に印刷し、金属をエッチングするかあるいは金属を絶縁基板４１２上に付着することによって構成される。同じ平面にある導波管４１６は、銅、銀、金、アルミニウムあるいは他の公知の導電性材料のような導電性材料から作られる。一方、同軸ケーブルは同じ平面にある導波管の代わりにフィードとして使用される。
【００３９】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、２次元構造を有する。したがって、このアンテナは、セルラ電話のプラスティックハウジングのような多数の表面に適合できるように接着できる。本発明の一実施形態では、アンテナ４００は、エッチングされ、マイラ(Mylar)、キャップトン(Kapton)、あるいは他の公知の可撓性絶縁材料のような絶縁基板あるいは媒体としての役割を果たすことができる可撓性シート上にプリントされるかあるいは付着される。デュアル・ストリップ・アンテナが、後述されるように、無線移動電話のフリップ型式、クラムシェル(clam shell)あるいは折り畳みの部分のような無線装置の薄い部分上に取り付けることができることは有利なことである。
【００４０】
第１および第２のストリップ４０４および４０８の長さは、一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００の共振周波数を主に決定する。第１および第２のストリップ４０４および４０８の長さは、予め選択された所望の周波数を有する信号を受信および送信できる２線式伝送線の役目を果たすような適切な大きさにされる。所望の周波数で２線伝送線として作動するように第１および第２のストリップ４０４および４０８に対して適切な長さを選択する方法は当該技術分野で周知である。手短に述べると、第１および第２のストリップ４０４および４０８が２線式伝送線としての役目を果たすために、各々は約λ／４の長さを有しなければならない。ここで、λは電磁波の関係ある周波数での波長である。次に、２線式伝送線によって形成される結果として生じるアンテナの帯域幅は増加される。これは、第１のストリップの長さおよび幅を同時に減少させると同時に所望の帯域幅が得られるまで第２のストリップの長さおよび幅を増加させる。
【００４１】
同じ平面にある導波管４１６は、信号装置（図示せず）をデュアル・ストリップ・アンテナ４００に結合する。この信号装置は、信号源および／または信号受信機によって提供される機能性を示すためにここで使用されていることに注目。信号装置がこれらの機能性の１つあるいは両方を提供するかどうかはいかにアンテナ４００が作動するように構成されることによって決まる。アンテナ４００は、例えば、単に伝送素子として作動するように構成でき、その場合、信号装置は信号源として作動する。一方、信号装置はアンテナ４００が単に受信素子として作動するように構成される場合に信号受信機として作動する。この信号装置は、アンテナ４００が送受信素子の両方として作動するように構成される場合、トランシーバの形式で両方の機能性を提供する。
【００４２】
アンテナあるいはストリップは、例えば、１／４円状、半円状、半楕円状、放物線状、角状、円形状および平方のＣ状の両方、Ｌ状、Ｕ状およびＶ状であるが、これに限定されないいろいろの他の形状で形成できる。Ｖ状構造は９０°よりも小さい角度から殆ど１８０°まで変えることができる。湾曲構造は比較的小さい半径あるいは大きい半径を使用できる。導体、すなわち第１および第２のストリップ・の幅は、導体が狭い幅を先細にし、湾曲し、その他段階的に外部端（非フィード部）の方へ変えるように長さに沿って変えることができる。当業者によってはっきりと理解されるように、これらの効果あるいは形状のいくつかは単一アンテナ構造で結合できる。
【００４３】
本発明のストリップに対する他の実施形態あるいは形状のいくつかの平面図は、参照番号の最後の数字が内訳が第１のストリップあるいは第２のストリップ、すなわちそれぞれ４あるいは８であるかどうかを示す図５Ａ〜５Ｇ、図６Ａ〜６Ｃ、図７Ａ〜７Ｅおよび図８Ａ〜８Ｆに示されている。最初の番号および最後の文字は、素子が図５Ａに対する５０４Ａ、図７Ｂに対する７０８Ｂ等におけるように表示される図を示している。図面で明らかにする目的のために、これらの図で使用されるストリップのための幅は縮尺すべきでなく、通常同じである。しかしながら、前述されるように、その他容易に明らかなように、これらの２つのストリップは、通常所望の帯域幅を得るために異なる幅を有する。
【００４４】
図５Ａ〜５Ｇに示されたアンテナ実施形態は、ストリップを一緒に接続するために矩形遷移あるいは正方形遷移を使用する本発明のための他の形状を示している。すなわち、図５Ａ〜５Ｇに示された実施形態のアンテナの閉じられた端部に対して、第１および第２のストリップは、ほぼ一直線の導電性接続素子あるいは遷移ストリップ５０６（５０６Ａ〜５０６Ｇ）を使用して一緒に接続されるかあるいは接合される。さらに、互いに対するストリップのための方向の更なる変化はほぼ正方形のコーナーで行われる。方向の各変化は、前の部分にほぼ垂直である、すなわち９０°の角度にある各ストリップの新しい部分を位置決めすることを必要とする。もちろん、これらの角度は大部分の用途に対して正確である必要がなく、他の角度は、所望のように、湾曲されるかあるいは面取りをされたコーナーとともに使用できる。
【００４５】
図５Ｂは、より長い第２のストリップを収容するために、このストリップがアンテナ構造のために全所望の長さを保持するように折り畳めることができることを示している。図５Ｃは、折り目が第１のストリップがある平面の方にあるかあるいはこの平面から離れた所にあるかのいずれかであってもよいことを示している。図５Ｄは、第２のストリップが第１のストリップの周りに部分的あるいは完全にいずれかで後方に折り畳むことができることを示している。一方、図５Ｅは、折り畳まれたアーキテクチャを通る第１のストリップの延長もまた示している。図５Ｆは、より小さいステップで行われる第１および第２のストリップのための方向の変更を示している。一方、各ストリップの端部は、全Ｙ形状を形成するために図５Ｇに示されるような角度に曲げるかあるいは向けることができる。一般的には、分離角度は、より鈍いＹ状端部構造が許容できる場合のように必要とされないけれども、９０°の角度である。
【００４６】
図６Ａ〜６Ｃに示されたアンテナ実施形態は、一緒にストリップを接続するために湾曲遷移あるいは曲線遷移を使用する本発明に対する他の形状を示している。すなわち、図６Ａ〜６Ｃに示された実施形態では、第１および第２のストリップは、湾曲導電性接続素子あるいは遷移ストリップ６０６を使用して閉じられた端部に一緒に接続されるかあるいは接合される。ストリップ６０６は、１／４円、半円、半楕円、あるいは放物線あるいはその組み合わせを含むが、これに限定されないいろいろの形状を有することができる。湾曲構造は、特定の用途に対して望まれるように比較的小さい半径あるいは大きな半径を使用できる。さらに、ストリップの各々は、図５Ａ〜５Ｇに示されるように、アンテナ構造に対して全部の所望の長さを保持するように折り畳むことができる。図６Ａは、通常半円の湾曲遷移を示し、図６Ｂは、通常１／４円、あるいは楕円、湾曲の遷移を示し、図６Ｃは、通常放物線湾曲の遷移を示している。これらの型式の遷移は組み合わせでも使用できる。
【００４７】
図７Ａ〜７Ｅに示されたアンテナ実施形態は、ストリップを一緒に接続するためにＶ状遷移を使用する本発明に対する他の形状を示している。すなわち、図７Ａ〜７Ｅに示された実施形態では、第１および第２のストリップは、別個の導電性接続要素あるいは遷移ストリップを使用しないで、あるいは非常に小さいストリップを使用することによって閉じられた端部で一緒に接続されるかあるいは接合される。その代わりに、第１および第２のストリップは、外向き分離あるいは朝顔形に広げられた形状の共通接合部分から伸張する。さらに、前述のように、ストリップの各々は、図５Ａ〜図５Ｈに示されるように、アンテナ構造に対する全部の所望の長さを保持するように折り畳むことができる。
【００４８】
図７Ａおよび図７Ｂは、ストリップが一緒に接合する通常直線のＶ状あるいは鋭角遷移を示している。図７Ｂでは、２つのストリップは、通常平行なストリップを形成するかあるいは互いに対して減少された角度傾斜をもたらすように再び曲がる。図７Ｃ〜図７Ｅでは、２つのストリップの少なくとも１つは、最初のＶ状接合部分のあとに湾曲される。図７Ｃでは、両方のストリップが対数あるいは放物線曲線関数に従うように湾曲される。図７Ｄでは、１つのストリップだけが湾曲され、図７Ｅでは、両方のストリップが湾曲されるが、直立部に折り畳める。前述のように、これらの種類の遷移は、特定の用途に対して、所望のように組み合わせでも使用できる。
【００４９】
図８Ａ〜８Ｇは、湾曲ストリップ、角のあるストリップおよび複合ストリップを使用する本発明のストリップに対するいくつのかの他の実施形態あるいは形状を示している。ここで、ストリップは、そのそれぞれの長さにわたって互いにほぼ平行に置かれているが、ストリップが導電性接続素子あるいは遷移ストリップ８０６（８０６Ａ〜８０６Ｆ）を使用して閉じられた端部で一緒に接続されるかあるいは接合される円形の、蛇行しているかあるいはＶ状の経路から外向きに延びる円形の、蛇行しているかあるいはＶ状の経路をたどるかあるいは図８Ｇの円形あるいは楕円の場合には接続ストリップは全然使用されない。複合形状の使用は、回路あるいは個別部品あるいは装置にも支持する支持基板上へのアンテナ構造の形成を可能にするかあるいはターゲット無線装置内の他の装置の周りのクリアランス通路を可能にする。
【００５０】
一方、このアンテナ構造は単一平面にある２次元構造であり、平面が平坦である必要がないような適合あるいは適合可能な構造である。すなわち、支持基板を曲げるかあるいは成形することによって、一平面アンテナの形状も３次元で効果的に変えることができる。２次元で平たい平面表面として現れる一対のストリップは、弧に沿って曲げることができるかあるいは３次元である角度（ここではｚ）曲げることができる。一対のストリップ・がｚ方向に湾曲するか、あるいは曲がる本発明のいくつかの実施形態は図９Ａ〜９Ｃに示される。アンテナが無線装置内の所定の部品あるいは構造の周りで「適合状態」にあることを要する無線装置の所定の空間内にアンテナを配置することが望まれる場合、これらの実施形態は非常に役に立つ。
【００５１】
図９Ａは、簡単な曲線を使用して、３次元でそのそれぞれの長さに沿っても湾曲される図４で分かるような第１および第２のストリップを示している。図９Ｂは、Ｖ状あるいは鋭角遷移で一緒に接続されているが、Ｖ状オフセットで３次元で観察される図７Ａで分かるような第１および第２のストリップを示している。より複雑な曲線あるいは折り目のセットは、ストリップが図９Ｃにある平面を形作るために使用される。
【００５２】
デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、金属ストリップ・をエッチングするかあるいは絶縁基板の２つの対向する側に付着し、１つあるいはそれ以上のメッキ貫通バイア、ジャンパー、コネクタあるいはワイヤを使用することによって一端で一緒に金属ストリップを電気的に接続することによっても構成できる。この形式で、アンテナ４００は、基板材料のいくつかを２つのストリップ間に置かれた誘電体として利用する。これは、アンテナを設計する際に帯域幅および周知であるような他の特性だけ考慮される。デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、プラスティックあるいは他の公知の絶縁材料あるいは誘電体材料を成形して、所望の形状（Ｕ状、Ｖ状、Ｃ状、湾曲、矩形等）を有する支持構造にして、次に公知の方法を使用して、液体状の導電性材料を含む導電性材料を有するプラスティックを適切な部分の上にメッキするかあるいは被覆することによっても構成できる。
【００５３】
絶縁基板は、ハウジングを製造するために使用される材料で形成されるポスト(posts)、リッジ(ridges)、溝(channels)を使用して無線装置ハウジングの構成部分内に固定される。すなわち、このような支持体は、成形され、あるいは特に、例えば射出成形によって製造される場合、装置ハウジングの壁の中に形成される。したがって、これらの支持要素は、電話の組み立て中、これらの支持要素の上あるいは内部に挿入される場合、基板を所定の位置に保持する。他の技術は、装置ハウジング内にアセンブリを固定する接着材料の層、あるいは基板の中の穴あるいはエッジと相互に作用するある形式の締め金具あるいは保持器を使用することを含む。
【００５４】
前述のように、本発明によれば、第１および第２のストリップ・４０４および４０８（５０４、５０８；６０４、６０８；７０４、７０８；８０４、８０８等）は、２線式伝送線として機能する。２線式伝送線の１つの長所は、２線式伝送線がアース平面を必要としないことである。これは、アンテナ４００が無視できる厚さを有する２次元構造であることを可能にする。アンテナ４００の厚さの大部分は絶縁基板の厚さによって決定される。例えば、０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）〜０．００５０８ｃｍ（０．００２インチ）の範囲の厚さを有するマイラあるいはキャプトンの薄いシートは絶縁基板として使用されてもよい。それに反して、セルラ周波数バンドのために設計された従来のマイクロス・トリップ・アンテナは、３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）の厚さを有する絶縁基板を必要とするのに対して、ＰＣＳ周波数バンドのために設計されたマイクロストリップは１．２７ｃｍ（０．５インチ）の厚さを有する絶縁基板を必要とする。したがって、本発明は、アンテナの全部の厚さのかなりの減少を可能にし、それによってＰＣＳあるいはセルラ電話のようなパーソナル通信装置により望ましくする。しかしながら、当業者は、無線装置の使用中あるいは製造する際に取り付け中もしくはサービス中のいずれかの場合、アンテナのために所望の構造上の統一性を保持するためにより厚い材料を含む他の厚さが使用できることを容易に分かる。
【００５５】
本発明による一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、典型的な１／４波長あるいは１／２波長パッチアンテナよりも帯域幅の増加をもたらす。実験結果は、アンテナ４００がＰＣＳおよびセルラ電話に非常に望ましい約８〜２０パーセントの幅を有することを示している。前述のように、従来のマイクロ・ストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置での使用にあまり望ましくしないようにする非常に狭い帯域幅を有する。
【００５６】
本発明では、帯域幅の増加は、従来のマイクロ・ストリップ・パッチアンテナとしてよりもむしろ２線式伝送線としてアンテナ４００を作動させることによって主に可能にされる。放射器パッチおよびアース平面を有する従来のマイクロ・ストリップ・パッチアンテナ(patch)と違って、アンテナ４００において、第１および第２のストリップ４０４および４０８の両方はアクティブ放射器の役を務める。換言すると、第１および第２のストリップの長さおよび幅は、第１および第２のストリップ４０４および４０８の両方が関係のある波長あるいは周波数でアクティブ放射器の役を務めるようなサイズに注意深くされる。アンテナ４００の動作中、表面電流は、第１のストリップならびに第２のストリップに誘起される。最初に、本発明者は、当該技術分野で周知である解析方法およびＥＭシミュレーションソフトウェアを使用することによって、第１および第２のストリップの長さおよび幅である適切な寸法を選択した。その後、本発明者は、当該技術分野で公知である実験方法によってシミュレーション結果を検証した。
【００５７】
放射器あるいはアンテナの帯域幅を増すために、好ましい実施形態の各ストリップの寸法は、予め選択された方法で互いに関連する異なる中心周波数を生じさせるように選択される。例えば、ｆ０はアンテナの所望の中心周波数である。より短いストリップの長さは、その中心周波数がｆ０＋△ｆにあるかあるいはｆ０＋△ｆぐらにあるように選択され、より長いストリップの長さは、その中心周波数がｆ０−△ｆにあるかあるいはｆ０−△ｆぐらにあるように選択される。これは、アンテナに約３△ｆ／ｆ０〜４△ｆ／ｆ０の広い帯域幅を与える。すなわち、ｆ０に対して＋／−周波数オフセットの使用は、アンテナ放射器帯域幅を増す方式を生じる。この構成では、△ｆは、ｆ０よりも非常に小さくなるように選択されるので（△ｆ≪ｆ０）、２つのストリップの共振周波数は小さい。△ｆがｆ０ぐらいになるように選択される場合、アンテナは十分に実行しないと信じられている。換言すると、これは、デュアル・バンドアンテナとして使用することを意図しておらす、各ストリップは別個のアンテナ放射器の役を務める。
【００５８】
本発明では、帯域幅の増加はアンテナのサイズの対応する増加なしに得られる。これは、帯域幅がパッチアンテナの厚さを増加することによって非常に増加され、それによってパッチアンテナのより大きい全サイズを生じる従来のパッチアンテナの教示に反している。
【００５９】
本発明の一例実施形態では、アンテナ４００は、セルラ周波数バンド、すなわち８２４〜８９４ＭＨｚに対して適切な大きさにされる。セルラ周波数バンドに対するアンテナ４００の寸法は下記の表１に示されている。
【００６０】
【表１】
上記の例実施形態では、１オンス銅は、第１および第２のストリップ４０４および４０８を構成するために使用され、０．０７８７４ｃｍ（０．０３１インチ）厚さのＦＲ４（周知の商用プリント回路板（ＰＣＢ）材料）は絶縁基板４１２として使用された。さらに、同じ平面にある導波管４１６の正端子は、アンテナ４００の閉じられた端部から０．８３８２ｃｍ（０．３３０）インチの距離で第１のストリップ４０４に接続されている。
【００６１】
図１０は、セルラ周波数バンドにわたって作動するようなサイズにされたアンテナ４００の一実施形態の測定周波数応答を示している。図１０は、アンテナが８２５ＭＨｚで−１５．０１ｄＢ周波数応答および８９５．０ＭＨｚで−１８．３８ｄＢ周波数応答を有することを示している。したがって、アンテナは８．１４パーセント帯域幅を有する。
【００６２】
本発明の他の実例実施形態では、アンテナ４００は、ＰＣＢ周波数バンド、すなわち１．８５〜１．９９ＧＨｚにわたって作動するような大きさにされる。ＰＣＢ周波数バンドに対するアンテナ４００の寸法は下記の表２に示されている。
【００６３】
【表２】
上記実例実施形態では、１オンス銅は、再度第１および第２のストリップ４０４および４０８を構成するために使用され、０．０７８７４ｃｍ（０．０３１インチ）の厚いＦＲ４（ＰＣＢ材料）は絶縁基板４１２として使用された。さらに、同じ平面にある導波管４１６の正端子は、アンテナ４００の閉じられた端部から０．５０８ｃｍ（０．２インチ）の距離で第１のストリップ４０４に接続された。
【００６４】
図１１は、ＰＣＢ周波数バンドにわたって作動するようなサイズにされるアンテナ４００の一実施形態の測定周波数応答を示している。図１１は、アンテナが１．７９ＧＨｚで−９．９２ｄＢ応答および２．１６ＧＨｚで−１０．１８ｄＢ応答を有することを示している。したがって、本実施形態では、アンテナ４００は１８．８パーセント帯域幅を有する。
【００６５】
図１２および図１３は、ＰＣＢ周波数バンドにわたって作動するアンテナ４００の一実施形態の測定電界パターンを示している。特に、アジマス平面の電界パターンの大きさのプロットを示しているのに対して、図１３は、俯角平面の電界パターンの大きさのプロットを示している。図１２および図１３の両方は、デュアル・ストリップ・アンテナがほぼ全方向性放射パターンを有し、それによってパーソナル通信装置での使用に適するようにすることを示している。
【００６６】
一実施形態は、「Ｄ」状放射器ストリップ装置を使用して開発された。第２のストリップは、第１のストリップよりも非常に長く、所望のようにそれ自体の中に後方に一様に折り畳まれる第１のストリップの「内部」および第１のストリップから離れた所に延ばすように通常折り畳まれる。アンテナ１４００が基板１４１２上に置かれるかあるいは配置されているストリップ１４０４および１４０８を使用して形成されるこのアンテナ構造が、図１４に示されている。アンテナの上部は、「Ｃ」形状にわずかに湾曲される（あるいはＤの前縁）ものとして示されている第１の導電性ストリップ１４０４によって形成される。この湾曲は、湾曲側壁を有する装置ハウジングの側面におよびこのハウジングの側面に隣接してアンテナ１４００を配置することを可能にするために使用される。第２のストリップは、前述のように、第１のストリップよりも幅広く、帯域幅を改善する。
【００６７】
アンテナが置かれたクラムシェル型(clamshell type)無線電話のフリップトップ(flip-top)部の内部寸法に概略相当する約３７．５９ｍｍ（Ｙ）×５１．８９ｍｍ（Ｘ）の全寸法を有するこのようなアンテナのモデルが構成され、試験される。
【００６８】
アンテナ１４００は、フィード部１４１６を使用して無線装置内の適切なトランシーバ回路に接続される。要素１４２０は、いかにいろいろの公知の回路部品あるいは装置が基板１４１２上にも取り付けることができるかあるいはそれとは別にいろいろな部品あるいはケーブルが所望のように延びる通路あるいは穴１４２２を形成できるかを示している。
【００６９】
好ましい実施形態も、Ｄ状放射器ストリップ装置を使用して開発された。第２のストリップは、第１のストリップよりも非常に長く、幅広く、通常第１のストリップの周りを包むように延びている。アンテナ１５００が基板１５１２上に置かれるかあるいは配置されるストリップ１５０４および１５０８を使用して形成されるこのようなアンテナが図１５に示されている。さらに、第２のストリップによって形成されるようなアンテナ１５００の上部は、無線装置へのアンテナ１５００の改善された配置を可能にするようにわずかに曲げられたものとして示されている。
【００７０】
この種のアンテナは、信号を供給するために使用される導体を有する結合構造として形成できる。同軸フィード構造は、アンテナを形成する導体と同じ可撓性基板（１５１２）上に形成できる。マイラ、キャプトン、あるいはテフロンの薄いシートに基づく材料、全ては当該技術で周知の材料である。いかにこれを行うことができるかの例は、「同じ平面にある導波管」の形の長い可撓性信号フィード構造あるいはセクション１５２０が示されている図１５に示されている。導波管１５２０は、一端で終端し、一端を同じ平面にある導波管のアース部の一部を形成する負のフィードストリップに接続する。フィードストリップ１５２４は、フィードストリップ１５２８が第２のストリップ１５０８に接続される接続素子１５０６に接続するかあるいは結合される。正フィードストリップ１５２２あるいはフィード構造１５２０の中心は第１のストリップ１５０４に直接接続される。このフィードストリップのための接続点とストリップ１５２８との間の分離は、使用される周波数および公知であるような導電性材料１５０６の長さおよび他の寸法に従って所定のインピーダンスを提供するように選択される。
【００７１】
材料１５１２に沿って短距離終端する正フィード１５２２が示され、導体１５２４および１５２８と同様な第３の中心導体１５２６に通常接続あるいは結合されるかあるいは導体１５２４および１５２８と同様な第３の中心導体１５２６になるように広がる。導体１５２６は、材料１５１２の長さに沿ってコネクタ端１５３０に延び、同じ平面にある導波管の中心部あるいは正の部分を形成する。
【００７２】
しかしながら、１つあるいはそれ以上のフィードストリップ導体を基板上の対向する側に配置することを含む他の形状を使用できる。例えば、正フィード導体は、材料１５１２の一方の側上に形成でき、負フィード導体は材料１５１２の他方の側上に形成できる。したがって、導電性バイアは、適切な場合に信号を材料を通して伝達するために使用される。導体およびバイアの他の組み合わせは、公知であるような信号伝達を実現するために使用されてもよい。
【００７３】
したがって、アンテナ１５００は、これらの導体（１５２２、１５２４、１５２８）とともに単一のモノリシック構造として形成でき、コストにおける増加された効率、信頼性、および製造効率をもたらす。フィード部１５２０上の導体（１５２４、１５２６、１５２８）は、一般的には、アンテナが結合される回路板上のいろいろのばね動作あるいはばね荷重コネクタを接続するために使用される導電性パッドあるいは小さいコネクタ１５３２で終端する。
【００７４】
図１５に使用される導波管あるいはフィード部１５２０および基板１５１２のための形状あるいは全形状は、例示だけの目的のためであり、図示されるような無線装置１００内に最も効果的に適合するためである。しかしながら、当業者は、他の形状が役に立ち得る、本発明の教示内にあるということを容易に分かる。例えば、約４５°の角度である導波管１５２０の長さに沿う角のある曲げを使用する代わりに、一連の９０°の曲げ、折り畳みあるいは回転が導体のために使用できる。このような折り畳みおよび回転は、導体のパス長を最少にするために使用されると同時に基板あるいはアンテナに加えられた物理的制約を受け入れる。さらに、導体１５２４、１５２６および１５２８は、一般的には、導波管１５２０に沿って１つあるいはそれ以上の地点で幅が狭くされ、これらの位置も特定の用途に従って変えてもよい。導体１５２４および１５２８を電気的に接合する図１５に示された小さい空気ブリッジは役に立つが、本発明には必要ない。
【００７５】
無線電話１００のような無線装置内に置かれた場合、フィード構造あるいは導波管１５２０は、無線装置内で使用されるアンテナ１００といろいろの受信素子および送信素子ならびに部品との間での有効な信号の伝達を可能にする。アンテナおよび同じ平面にある導波管を共通であるが薄くて可撓性の絶縁基板上に形成することによって、アンテナは、非常に小さい空間を占め、スピーカのような多数の他の個別部品の周りに形成できるので、アンテナは、装置の多数の構成部分内に取り付けることができる。フィード導体は、多数の無線装置（電話、コンピュータ）にあるような可撓性の回転あるいは折り畳みできる接合部分の周りに接続できる。
【００７６】
一方、ミニ同軸線は、同じ結果を得るために導波管(waveguide)（フィード）１５２０の代わりに使用できる。例えば、０．８ｍｍあるいは１．２ｍｍの直径を有する公知の型式の同軸線あるいはケーブルは、所望のように、アンテナ１５００と対応する回路あるいは適切な回路との間で信号を伝達する際に役に立ち得ることを示している。他の方式および型式の導体は、既知であるような信号伝達特性に応じて所定の用途のために使用されてもよい。
【００７７】
図１６および図１７は、図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の側面図および後部カットアウェイ(cutaway)図をそれぞれ示している。このような電話は、必要とされるかあるいは望まれるいろいろの機能を実行する１つあるいはそれ以上の回路板上に通常支持されるいろいろの内部部品を有する。回路板１６０２は、集積回路あるいはチップ１６０４のようないろいろの部品、抵抗器およびキャパシタのような個別部品およびいろいろのコネクタ１６０８を支持する、図１６および図１７のハウジングの内部に示されている。パネルディスプレイおよびキーボードは、一般的には電池あるいは外部電源、スピーカ、マイクロホン、あるいは回路板１６０２上の回路の他の同様な周知の素子と同様ないろいろの他の部品とインタフェースするワイヤ、導体、コネクタ（図示せず）で電話ハウジング１０２の前部を面する回路板１６０２の裏側に取り付けられる。
【００７８】
本実施形態では、スライドインあるいはプラグイン型式のコネクタ１６１０は、電話の前部の近くの回路板の下側に取り付けられ、アンテナ１５００のためのフィーダ部１５２０の接続端を受け入れるように構成される。一方、１つあるいはそれ以上の公知のばね接点あるいはクリップは、導電性パッドを端部１５３０上に接触させるために使用でき、アンテナ１５００を回路板１６０２に電気的に結合あるいは接続する。このようなばね接点あるいはクリップは、半田付けあるいは導電性接着剤のような周知の技術を使用して回路板１６０２上に取り付けられ、信号を所望の送受信回路へおよびこの送受信回路から伝達するように適切な導体に電気的に接続されている。しかしながら、半田の使用あるいは小型同軸コネクタ（小さいケーブルが使用される場合）の使用を含む他の型式の接続技術が役に立つものであることも公知である。所望のように、周知のように、フィード構造と相互接続するために無線装置内で使用される回路に専用インピーダンスマッチング素子もあり得る。
【００７９】
図１７の側面図では、回路板１６０２は、当該技術分野で多層回路板あるいはプリント回路板と呼ばれるものを形成するために一緒に接着される導電性材料および絶縁材料の多層を含むものとして示されている。このような回路板は、周知であり、当該技術分野で理解されている。これは、金属導体層１６１８を支持するかあるいは金属導体層１６１８に隣接して配置されている絶縁材料層１６１６に隣接して配置されている金属導体層１６１４に隣接して配置された絶縁材料層１６１２として示されている。導電性バイア（図示せず）は、異なる層あるいはレベルのいろいろな導体を外部表面上の部品と相互接続するために使用される。任意の所与の層上のエッチングされたパターンはこの層のための相互接続パターンを決定する。この形状では、層１６１４あるいは１６１８のいずれかは、当該技術分野で周知であるように、回路板１６０２のために普通に呼ばれているようなアース層あるいはアース平面を形成できる。
【００８０】
一般的には、一連の支持ポスト、スタンド、あるいはリッジ(ridges)１６２０は、ハウジング内に回路板あるいは他の部品を取り付けるために使用される。これらは、射出成形プラスティックによって形成される場合のようにハウジングの一部として形成できるし、あるいは特に例えば、接着剤あるいは他の周知の機構を使用することによって所定の場所に固定できる。さらに、一般的には、ハウジング１０２の取り外し可能カバーのような構成部分を互いに固定するように締め金具を収容するために使用される１つあるいはそれ以上の固定ポスト１６２２がある。
【００８１】
前述されるように、アンテナ１５００は、例えば、この機能に役に立つことが知られている接着剤、にかわ、テープ、注封材料、あるいは結合材料等の使用であるがこれに限定されないいくつかの公知の技術を使用してハウジング１０２の構成部分内に固定できる。例えば、アンテナ１５００は、基板１５１２に接着された接着剤層あるいはストリップ１６３０を使用して無線装置の側壁あるいは他の構成部分あるいは要素に対して支持できる。このアンテナは、一般にハウジングの側面に対して、好ましくは絶縁材料の上に、あるいは支え金具、ねじ、あるいは同様な固定要素を使用して所定の場所に取り付けることができる支え金具アセンブリに対して固定される。
【００８２】
所定の場所にアンテナを取り付けるかあるいは固定する他の機構は当該技術分野で公知である。例えば、ハウジングを製造するために使用される材料に形成されるリッジ、溝等は、基板を所定の場所に物理的に固定するために使用できる。一連の突起あるいは隆起も、アンテナを支持するために使用でき、所望の用途に適切であるようないろいろの形状を有することができる。
【００８３】
図１７で分かるように、基板１５１２は、ハウジングの形状にぴったりと合うようにあるいは無線装置内の他の素子、機能あるいは部品に適合するように湾曲あるいは特に曲げることができる。図において、スピーカの一部の周りに「包まれた」アンテナ放射器あるいはストリップに対して配置されたスピーカ１６３２が示されている。
【００８４】
この基板は、湾曲されるかあるいは折り畳まれた形状で製造あるいは設置中に変形できる。薄い基板を使用することによって、基板は、設置される場合、時々締め金具を必要としないで通常基板を所定の場所に固定するように曲げられた隣接表面に対して張力あるいは圧力を与えることができる。したがって、ある形式の捕獲は、隣接装置、部品、あるいは回路板および所定の場所に固定されるハウジングのカバーあるいは構成部分を装備することによって単に得られる。しかしながら、本発明が適切に機能するために製造中あるいは設置中のいずれか基板を変形あるいは湾曲する条件は全然ない。
【００８５】
図１８は、本発明が、例えば、携帯コンピュータ、モデム、データ端末、ファクシミリ機、あるいは同様な携帯電子装置であるがこれに限定されない、本発明が使用できる付加的な無線装置を示している。図１８において、上部コーナー部１８０４を有する主ハウジングあるいは本体１８０２を有する無線装置１８００を使用する無線装置が示されている。図１８のカットアウェイ図において、アンテナ５００は、上部コーナー１８０４の所定の場所に固定され、ケーブルあるいは導体セット１８０８は、アンテナフィード５１６を無線装置内の適切な回路に接続するために使用される。当業者は、他の形状および向きが本発明の教示内のアンテナに対して可能であることを容易に分かる。
【００８６】
本発明のいろいろの実施形態が上記に説明されているが、この実施形態が例としてだけ示されていて、これに限定されないことを理解すべきである。したがって、本発明の広がりおよび範囲は、前述の典型的な実施形態のいずれかによって検定されるべきでなく、上記の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、同じ参照番号が通常同一で、機能的に同じ要素、および／または構造的に同じ要素を示す添付図面を参照して説明され、要素が最初に生じるこの図面は参照番号において最も左の数字で示される。
【図１Ａおよび１Ｂ】 ホイップアンテナおよび外部ヘリカルアンテナを有する携帯電話を示している。
【図２】 従来のマイクロストリップ・パッチアンテナを示している。
【図３】 図２のマイクロストリップ・パッチアンテナの側面図を示している。
【図４】 本発明の一実施形態による一平面デュアル・ストリップ・アンテナを示している。
【図５Ａ〜５Ｇ】 ストリップ・を接続するために正方形遷移を使用する本発明のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図６Ａ〜６Ｃ】 ストリップ・を接続するために湾曲遷移を使用する本発明のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図７Ａ〜７Ｅ】 ストリップ・を接続するためにＶ状曲遷移を使用する本発明の他のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図８Ａ〜８Ｇ】 湾曲ストリップ・形状、角のあるストリップ・形状、および複合ストリップ・形状を使用する本発明の付加的な他の実施形態の平面図を示している。
【図９Ａ〜９Ｂ】 ある他の用途で役に立つ本発明のいくつかの他の実施形態の斜視図である。
【図１０】 セルラ電話で使用するのに適している本発明の一実施形態の測定周波数応答を示している。
【図１１】 ＰＣＳ無線電話で使用するのに適している本発明の他の実施形態の測定周波数応答を示している。
【図１２および１３】 本発明の一実施形態のための測定電界パターンを示している。
【図１４】 図１の電話で使用するための本発明の一実施形態の平面図を示している。
【図１５】 本発明の他の実施形態および図１の電話で使用するための信号フィード構造の平面図を示している。
【図１６】 図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の底部平面図および側面断面図を示している。
【図１７】 図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の底部平面図および側面断面図を示している。
【図１８】 本発明が使用されてもよい付加的無線装置を示している。
【符号の説明】
１００…ヘリカルアンテナ，１０２…ハウジング，１０４…ホイップアンテナ、１１０…スピーカ、１１２…ディスプレイパネル、１１４…キーパッド、１１６…マイクロホン，１１８…外部電源コネクタ，１２０…電池、４００…一平面デュアル・ストリップ・アンテナ，４０４…第１のストリップ，４０６…閉じられた端部，４０８…第２のストリップ，４１２…絶縁基板，４１６…導波管，４２０…正端子，４２４…負端子，４２８…負端子，５０６…遷移ストリップ，６０６…遷移ストリップ，８０６…遷移ストリップ，
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にアンテナ、特に、一平面デュアル・ストリップ・多周波アンテナ(a uniplanar dual strip multiple frequency antenna)に関する。本発明は、さらに無線装置用、特に改良された帯域幅および放射特性を有する内部アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナは、無線通信および無線通信システムの重要な構成要素である。アンテナは、多数の異なる形状およびサイズで利用可能であるが、各アンテナは同じ基本電磁原理に従って作動する。このアンテナは、案内波と自由空間波との間、またその逆の遷移の領域に関連した構造である。一般的な原理として、広がっている伝送線に沿って移動する案内波は、電磁波としても公知である自由空間波を放射する。
【０００３】
近年、携帯および移動セルラおよびパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）電話のようなパーソナル無線通信装置の使用の増加とともに、このような通信装置に適する小型アンテナに対する要求は増加している。集積回路および電池技術の最近の発達は、このような通信装置のサイズおよび重さを過去数年間にわたり大幅に減少することを可能にした。サイズの減少がなお望まれる１つの分野は通信装置アンテナである。このことは、アンテナのサイズが装置のサイズを減少させる際に重要な役割を演じることができるという事実による。さらに、アンテナサイズおよび形状は、装置美学および製造コストに影響を及ぼす。
【０００４】
無線通信装置用アンテナを設計する際に考察する１つの重要な要素はアンテナ放射パターンである。典型的な用途では、通信装置は、装置から任意の数の方向に置くことができる他のこのような装置あるいは基地局、ハブ(ｈｕｂ)、あるいは衛星と通信できなければならない。したがって、このような通信装置用アンテナがほぼ全指向性放射パターンを有することはきわめて重要である。
【０００５】
無線通信装置用アンテナを設計する際に考察される他の重要な要素はアンテナの帯域幅である。例えば、ＰＣＳ通信システムと併用される電話のような無線装置は、１．８５〜１．９９ＧＨｚの周波数バンドの間で作動するので、有効な帯域幅の７．２９パーセントを必要とする。典型的なセルラ通信システムと併用するための電話は、帯域幅の８．１４パーセントを必要とする８２４〜８９４ＭＨｚの周波数バンドの間で作動する。したがって、これらの型式の無線通信装置で使用するためのアンテナは、適切な帯域幅要件を満たすように設計されねばならないか、あるいは通信信号は厳密に減衰される。
【０００６】
無線通信装置で一般に使用される１つの型式のアンテナは、使用されていないときに装置の中に容易に引っ込められるホイップアンテナ(whip antenna)である。しかしながら、ホイップアンテナに関連するいくつかの欠点がある。しばしば、ホイップアンテナは、使用するために延ばされる場合、あるいは引っ込められる場合さえ物体、人あるいは表面に当たることによる損傷を受ける。ホイップアンテナがこのような損傷を防止するために引っ込めることができるように設計される場合さえ、ホイップアンテナは、装置の全寸法にわたって延びることができ、装置のいくつかの部分内の高等な機能および回路の配置を妨げる。ホイップアンテナは、引っ込められる場合、所望よりも大きい最小装置ハウジング寸法も必要とすることができる。このアンテナは、引っ込められる場合、サイズを減少させるように付加的な順に嵌め込む部分で構成できるが、このアンテナは、一般に消費者によってあまり審美的でなく、より壊れやすく、不安定で、あまり機能を果たしていないと認識される。
【０００７】
さらに、ホイップアンテナは、事実上中心にヌル(ｎｕｌｌ)を有する、環状体、すなわちドーナツ状である放射パターンを有する。このようなアンテナを使用するセルラ電話あるいは他の無線装置が地面あるいは局部水平面に対して９０°の角度で地面に垂直なアンテナとともに保持される場合、このヌルは９０°の角度にも傾斜される中心軸を有する。これは、入来信号はアンテナに対して９０°の角度で到達するように制約されていないために、信号の受信を防止しない。しかしながら、電話使用者は、使用中、そのセルラ電話をしばしば傾け、そのうえ任意の関連ホイップアンテナを傾斜させる。セルラ電話使用者は、一般的には局部水平面に対して約３０°の角度（垂直面から６０°）に自分の電話を傾斜し、ホイップアンテナを３０°の角度に傾斜させることが注目される。これは、３０°の角度にも向けられるヌル中心軸を生じる。この角度で、ヌルは３０°の角度で到達する入来信号の受信を防止する。あいにく、セルラ通信システムの入来信号は、約３０°あるいは３０°の範囲内でしばしば到達し、間違った向きのヌルがいくつかの信号を防止する可能性が増加する。
【０００８】
無線通信装置で使用するのに適しているように見える他の型式のアンテナは等角(conformal)アンテナである。通常、等角アンテナは、このアンテナが取り付けられ、通常非常に低いプロフィールを示す表面の形状を追跡する。パッチアンテナ、マイクロストリップ・アンテナおよびストリップ・ラインアンテナのようないくつかの異なる型式の正角アンテナがある。特に、マイクロ・ストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置で最近使用されている。
【０００９】
用語が示唆するように、マイクロ・ストリップ・アンテナは、一般に放射器パッチ(radiator patch)とも呼ばれるパッチあるいはマイクロ・ストリップ・素子を含んでいる。マイクロ・ストリップ素子の長さは、８００ＭＨｚあるいは１９００ＭＨｚのような関係のある周波数に一致するように選択される共振周波数ｆ０に関連する波長λ０に対して設定される。一般的に使用されるマイクロ・ストリップ素子の長さは、１／２波長（λ０／２）および１／４波長（λ０／４）である。若干の型式のマイクロストリップ・アンテナは最近無線通信装置で使用されているが、他の改良がいくつかの分野で望まれる。他の改良が望まれる１つのこのような分野は全サイズの減少である。著しい改良が必要とされる他の分野は帯域幅の分野である。最新パッチアンテナあるいはマイクロストリップ・アンテナの設計は、実際的なサイズの最新通信システムで使用するために望まれる所望の７．２９〜８．１４パーセントあるいはそれ以上の帯域幅特性を得るようには見えない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、新規のアンテナ構造およびアンテナを製造する技術は、最新の通信システム要求により相応する帯域幅を得る必要がある。さらに、アンテナ構造は、美学を非常に改良され、アンテナ損傷を減少される無線装置内に位置決めするより汎用的な構成要素を提供するために内部取り付け装置に導電的であるべきである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２次元構造を有する一平面デュアル・ストリップ・アンテナに向けられる。一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、各々が薄い平面基板上に印刷される第１および第２の金属ストリップを含んでいる。第１および第２のストリップは、非導電性材料の所定の間隙あるいは領域によって分離される。本発明によれば、第１および第２のストリップは、２線式伝送線の導体として使用される。空気あるいはストリップ間の基板上に付着された他の絶縁材料は、第１および第２のストリップ間の絶縁媒体の役を務める。本発明の一実施形態では、第１のストリップの長さは第２のストリップの長さよりも小さく、第１のストリップの幅は第２のストリップの幅よりも小さい。
【００１２】
同じ平面にある導波管は一平面デュアル・ストリップ・アンテナに結合される。同じ平面にある導波管は、金属をエッチングし、あるいは基板上に金属を付着することによって構成される。導波管の正端子は第１のストリップに電気的に接続される。導波管の負の端子は第１および第２のストリップの両方に接続されている。一方、同軸ケーブルは、同じ平面にある導波管の代わりにフィードとして使用できる。
【００１３】
本発明の一実施形態では、同じ平面にある導波管は、２つの負端子および正端子を有する。正端子は第１のストリップに接続されている。負端子は第２のストリップに接続されるのに対して、他の負端子は第１のストリップに接続されている。負端子は都合のよい位置で電気的に相互接続されている。
【００１４】
本発明の一実施形態では、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、金属ストリップを薄い可撓性基板上に印刷し、金属ストリップをエッチングするかあるいは金属ストリップを薄い可能性基板上に付着することによって構成される。同じ平面にある導波管もエッチングされるかあるいは可撓性基板上に付着される。本発明の他の実施形態では、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、金属ストリップをエッチングするかあるいはプリント回路（ＰＣ）板上に付着することによって構成される。これはデュアル・ストリップ・アンテナの製造を非常に簡単にする。
【００１５】
本発明の一実施形態では、第１および第２のストリップはほぼ互いに平行である。本発明の他の実施形態では、第１および第２のストリップは、第１および第２のストリップが空気あるいは自由空間との改良されたインピーダンスマッチングを行うために同じ平面にある導波管に電気的に接続されているところから離れるように伸張するように開放端で外側に朝顔形に広がる(flare out)。本発明のもう一つの実施形態では、第１および第２のストリップは実質的に曲げられる。第１および第２のストリップのためにいろいろの他の形状も使用できる。
【００１６】
本発明による一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、典型的な１／４波長あるいは１／２波長のパッチアンテナよりも帯域幅の増加をもたらす。一平面デュアル・ストリップ・アンテナがＰＣＳおよびセルラ電話にとって非常に有利であるほぼ８〜２０％の帯域幅を有することを実験結果が示した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
１．発明の概要および論議
従来のマイクロストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置で使用するのに適するようにするいくつかの特性を有するが、マイクロストリップ・アンテナの他の分野の更なる改良は、セルラ電話およびＰＣＳ電話のような無線通信装置で使用するのにさらに適するようにするためにさらに望まれる。他の改良が望まれる１つのこのような分野はその帯域幅である。通常、ＰＣＳ電話およびセルラ電話は、満足に作動させるために約８パーセントの帯域幅を必要とする。現在使用可能なマイクロストリップ・アンテナの帯域幅はほぼ１〜２パーセントの範囲内にあるので、その帯域幅の増加はＰＣＳ電話およびセルラ電話で使用するのにより適するために望まれる。
【００１８】
他の改良が望まれる他の分野はマイクロストリップ・アンテナのサイズである。例えば、マイクロストリップのサイズの減少は、マイクロストリップ・アンテナが使用される無線通信装置をよりコンパクトに、より審美的(aesthetic)にする。実際、これは、このようなアンテナが無線通信装置でともかく使用できるかあるいは全然使用できないかどうかを一様に決定できる。過去には、従来のマイクロストリップ・アンテナのサイズの減少は、使用されるいかなる絶縁基板の厚さも減少させるかあるいは誘電率を増加させることによって可能にされた。しかしながら、これはアンテナ帯域幅を減少させる望ましくない効果があり、それによって無線通信装置にあまり適しないようにする。
【００１９】
さらに、パッチ放射器のような従来のマイクロストリップ・アンテナの電界パターンは一般的には方向性である。大部分のパッチ放射器は、アンテナのための局部水平面に対して上部半球だけで放射する。前述のように、このパターンは、装置の移動とともに移動するかあるいは回転し、カバレッジに望ましくないヌルを形成できる。したがって、マイクロストリップ・アンテナは、その放射パターンに基づいて多数の無線通信装置で使用するのにあまり望ましくなかった。
【００２０】
本発明は、上記および他の問題に対する解決策を提供する。本発明は、２次元構造を有し、開放端の平行プレート導波管として作動するが非対称導体終端を有する一平面デュアル・ストリップ・アンテナに向けられる。
【００２１】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、他のアンテナ設計よりも増加された帯域幅およびサイズの減少をもたらすと同時に無線通信装置で使用するのが望ましい他の特性を保持する。
【００２２】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナは２次元構造を有しているので、このアンテナは、適合できるようにセルラ電話あるいは他の無線装置のプラスティックハウジング(plastic housing)のようないろいろの表面に接着できるかあるいはこの表面によって支持できる。一平面アンテナは、携帯電話のような無線通信装置の上部表面あるいは下部表面の近くに形成されてもよいし、あるいは無線通信装置のスピーカ、イヤホーン、Ｉ／Ｏ回路、キーパッド等のような他の要素の近くあるいは後ろに取り付けられてもよい。一平面アンテナは、無線通信装置が使用されてもよい自動車の表面上あるいはその中にも形成できる。
【００２３】
ホイップアンテナあるいは外部ヘリカルアンテナのいずれかと違って、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、物体あるいは表面に当たることによる損傷を受けにくい。さらに、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは無線通信装置の上部表面の近くあるいは壁に沿って形成できるので、このアンテナは、高度な機能および回路に対して必要とされる内部空間も使い尽くさないし、また引っ込められたときに収容する大きなハウジング寸法を必要としない。本発明のアンテナは、アンテナに関連する労力およびコストを減少させ、信頼性を増加させる自動化プロセスを使用して製造できる。さらに、一平面デュアル・ストリップ・アンテナは、多数の無線通信装置に適するようにするほぼ全方向性パターンを放射する。
【００２４】
２．実例環境
本発明を詳細に説明する前に、本発明が実施できる典型的な環境を説明することは役に立つことである。広い意味では、本発明は、パーソナル通信装置、無線電話、無線モデム、ファクシミリ装置、パーソナルコンピュータ、ポケットベル、メッセージ放送受信機等のようないかなる無線装置でも実施できる。１つのこのような環境は、セルラ、ＰＣＳあるいは他の商用通信サービスのために使用される電話のような携帯あるいはハンドヘルド無線電話である。対応する異なるハウジング形状および型式を有するいろいろなこのような無線電話は当該技術で公知である。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは、前述のセルラシステムおよびＰＣＳシステムのような無線通信システムで使用される典型的な無線電話１００を示している。図１（１Ａ、１Ｂ）に示された無線電話は、コンパクトのための「クラムシェル(clam shell)」折り畳み本体あるいはフリップ(flip-type)型式電話形状を有する。他の無線装置および電話は、よりありきたりの「バー(bar)」状ハウジングあるいは形状を使用する。
【００２６】
図１に示された電話は、ハウジング１０２から突き出すホイップアンテナ１０４と、このホイップと同心のヘリカルアンテナ１００とを含んでいる。当該技術分野で周知の典型的な無線電話部品であるスピーカ１１０、ディスプレイパネルあるいはスクリーン１１２、キーパッド１１４、マイクロホンあるいはマイクロホン・アクセスホール１１６、外部電源コネクタ１１８および電池１２０を支持するハウジングの正面が示される。図１Ｂでは、アンテナ１０４は、一般的には使用中見られる延ばされた位置で示されているのに対して、図１Ａでは、引っ込められたアンテナ１０４が示される（視角のために見えない）。本発明が使用されてもよいいろいろの無線装置および電話、ならびに関連物理的形状があるので、この電話は図示する目的のためだけに使用される。
【００２７】
前述のように、アンテナ１０４はいくつかの欠点がある。１つは、アンテナが使用中に延ばされたとき、引っ込められたときは時々他の物体あるいは表面に当たることによる損傷を受けることである。このアンテナは、電池のような電源を含む高度な機能および回路のための部品の配置を行うように電話の内部空間も使い尽くす。さらに、アンテナ１０４は、引っ込められたとき許容できないように大きい最小ハウジング寸法を必要としてもよい。アンテナ１０６は、使用中他の事項あるいは表面に当たることも欠点としてもち、電話ハウジング１０２の中に引っ込めることができない。
【００２８】
本発明は、この実例環境に関して説明される。これらの用語の説明は明瞭および便宜だけの目的のために行われる。本発明はこの実例環境の用途に限定されるべきであることを意図していない。下記の説明を読んだ後、いかに本発明を他の環境で実施するかは当業者に明らかになる。実際、本発明は、さらに後述されるように、例えば無線通信機能を有する携帯ファクシミリ機あるいは携帯コンピュータ等であるが、これに限定されない任意の無線通信装置で使用できることは明らかである。
【００２９】
図２は、従来のマイクロストリップ・パッチアンテナ２００を示している。アンテナ２００は、マイクロストリップ・素子２０４と、絶縁基板２０８と、アース平面２１２と、フィード点２１６とを含んでいる。マイクロストリップ・素子２０４（一般的に放射器パッチとも呼ばれる）およびアース平面２１２は、各々銅のプレートのような導電性材料の層から作られる。
【００３０】
マイクロストリップ・素子および円形のような他の形状を有する関連アース平面も使用されるけれども、最も一般的に使用されるマイクロストリップ・素子および関連アース平面は矩形要素からなる。マイクロストリップ・素子は、プリント回路板の一方の側に写真エッチングされることを含むいろいろの公知の技術を使用して製造できるのに対して、アース平面は、プリント回路板の他方の側あるいは他の層に写真エッチングされる。基板上に導電性材料を選択的に付着し、プレートを誘電体に接着するかあるいは導電性材料を有するプラスティックを被覆することによるような、マイクロストリップ素子およびアース平面が構成できるいろいろな他の方法がある。
【００３１】
図３は、従来のマイクロ・ストリップ・アンテナ２００の側面図を示している。中心導体２２０および外部導体２２４を有する同軸ケーブルはアンテナ２００に接続されている。中心導体（正端子）２２０は、フィード点２１６でマイクロストリップ・素子２０４に接続されている。外部コネクタ（負端子）２２４はアース平面２１２に接続されている。マイクロストリップ・素子２０４の長さＬは、絶縁基板２０８における関係のある周波数で１／２あるいは１／４の波長に通常等しく（Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃ．ＪｏｈｎｓｏｎおよびＨｅｎｒｙ Ｊａｓｉｋ著のアンテナ技術ハンドブック、第２版の第７章第７‐２ページを参照）、下記の関係によって示される。
【００３２】
Ｌ＝０．５λｄ＝０．５λ０／√εｒ、あるいは
Ｌ＝０．２５λｄ＝０．２５λ０／√εｒ
ここで、Ｌ＝マイクロストリップ・素子２０４の長さ、
εｒ＝絶縁基板２０８の相対誘電率、
λ０＝自由空間波長
λｄ＝絶縁基板２０８における波長である。
【００３３】
誘電率およびフィードインダクタンスの変動は、正確な寸法を予測することを困難にするので、試験要素は、通常正確な長さを決定するために形成される。厚さｔは、横方向電流あるいは横方向モードを最少にするかあるいは防止するために通常約０．０１λ０の波長よりも通常非常に小さい。ｔの選択値は、アンテナが作動しなければならない帯域幅に基づき、下記にさらに詳述される。
【００３４】
マイクロストリップ・素子２０４の幅「ｗ」は、絶縁基板材料における波長、すなわちλｄよりも小さくなければならないので、高次モードは励起されない。これに対する例外は、多信号フィードが高次モードを除去するために使用される場合である。
【００３５】
一般的に用いられている第２のマイクロストリップ・アンテナは１／４波長マイクロストリップ・アンテナである。１／４波長マイクロストリップ・アンテナのアース平面は、通常マイクロストリップ・素子のアース平面よりも非常に大きい面積を有する。マイクロストリップ・素子の長さは、基板材料における関係のある周波数でほぼ１／４波長である。アース平面の長さは、基板材料における関係のある周波数でほぼ１／２波長である。
【００３６】
１／４波長マイクロストリップ・アンテナの帯域幅は絶縁基板の厚さで決まる。前述のように、ＰＣＳおよびセルラ無線電話操作はほぼ８パーセントの帯域幅を必要とする。１／４波長マイクロストリップ・アンテナが８パーセント帯域幅要求を満たすために、絶縁基板２０８の厚さは、セルラ周波数バンド（８２４〜８９４ＭＨｚ）の場合ほぼ３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）およびＰＣＳ周波数バンドの場合１．２７ｃｍ（０．５インチ）でなければならない。この大きい厚さは、ほぼ０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）あるいはそれよりも小さい厚さが望まれる小型無線装置あるいはパーソナル通信装置において明らかに望ましくない。より大きい厚さを有するアンテナは、一般的には大部分の通信装置の使用可能容積内に収容できない。
【００３７】
３．本発明
本発明の一実施形態により構成され、作動する一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００が図４に示されている。図４において、一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、第１のストリップ４０４と、第２のストリップ４０８と、絶縁基板４１２と、同じ平面にある導波管４１６とを含んでいる。第１のストリップ４０４は、一方の端部あるいはこれに隣接して第２のストリップ４０８に電気的に接続されている。この端部は、アンテナ４００用「閉じられた端部」４０６と呼ばれる。
第１および第２のストリップ４０４および４０８は各々、絶縁基板４１２上にプリントされ、エッチングされるかあるいは付着され(deposited)、各々は、既知のインピーダンスおよび電流特性の影響を受ける例えば、銅、真鍮、アルミニウム、銀、金あるいは他の公知の導電性材料のような導電性材料で作られる。第１および第２のストリップ４０４および４０８は、所望のようにこのような使用のために公知の発泡体のような絶縁材料（通常空気）でも充填できる所定の間隙ｔだけ互いから離隔される。本発明の一実施形態では、第１および第２のストリップ４０４および４０８は、そのそれぞれの長さの上にほぼ互いに平行に置かれる。他の実施形態（例えば、図５Ａ〜図５Ｃおよび図９Ｂを参照）では、第１および第２のストリップは、空気あるいは自由空間と整合するより良いインピーダンスを提供するために開放端で外側に朝顔形に広がる。
【００３８】
正端子４２０および２つの負端子４２４および４２８を有する同じ平面にある導波管は、第１および第２のストリップ４０４および４０８に結合されている。本発明の一実施形態では、正負端子４２０、４２４および４２８は３つの平行金属ストリップによって形成される。中心ストリップは、正端子４２０として示され、第１のストリップ４０４に電気的に接続される。一方の外部ストリップは負端子４２４として示され、他方の外部ストリップは負端子４２８として示される。負端子４２４は、第１のストリップ４０４に電気的に接続され、負端子４２８は第２のストリップ４０８に電気的に接続される。本発明の一実施形態では、同じ平面にある導波管４１６は、金属を絶縁基板４１２上に印刷し、金属をエッチングするかあるいは金属を絶縁基板４１２上に付着することによって構成される。同じ平面にある導波管４１６は、銅、銀、金、アルミニウムあるいは他の公知の導電性材料のような導電性材料から作られる。一方、同軸ケーブルは同じ平面にある導波管の代わりにフィードとして使用される。
【００３９】
一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、２次元構造を有する。したがって、このアンテナは、セルラ電話のプラスティックハウジングのような多数の表面に適合できるように接着できる。本発明の一実施形態では、アンテナ４００は、エッチングされ、マイラ(Mylar)、キャップトン(Kapton)、あるいは他の公知の可撓性絶縁材料のような絶縁基板あるいは媒体としての役割を果たすことができる可撓性シート上にプリントされるかあるいは付着される。デュアル・ストリップ・アンテナが、後述されるように、無線移動電話のフリップ型式、クラムシェル(clam shell)あるいは折り畳みの部分のような無線装置の薄い部分上に取り付けることができることは有利なことである。
【００４０】
第１および第２のストリップ４０４および４０８の長さは、一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００の共振周波数を主に決定する。第１および第２のストリップ４０４および４０８の長さは、予め選択された所望の周波数を有する信号を受信および送信できる２線式伝送線の役目を果たすような適切な大きさにされる。所望の周波数で２線伝送線として作動するように第１および第２のストリップ４０４および４０８に対して適切な長さを選択する方法は当該技術分野で周知である。手短に述べると、第１および第２のストリップ４０４および４０８が２線式伝送線としての役目を果たすために、各々は約λ／４の長さを有しなければならない。ここで、λは電磁波の関係ある周波数での波長である。次に、２線式伝送線によって形成される結果として生じるアンテナの帯域幅は増加される。これは、第１のストリップの長さおよび幅を同時に減少させると同時に所望の帯域幅が得られるまで第２のストリップの長さおよび幅を増加させる。
【００４１】
同じ平面にある導波管４１６は、信号装置（図示せず）をデュアル・ストリップ・アンテナ４００に結合する。この信号装置は、信号源および／または信号受信機によって提供される機能性を示すためにここで使用されていることに注目。信号装置がこれらの機能性の１つあるいは両方を提供するかどうかはいかにアンテナ４００が作動するように構成されることによって決まる。アンテナ４００は、例えば、単に伝送素子として作動するように構成でき、その場合、信号装置は信号源として作動する。一方、信号装置はアンテナ４００が単に受信素子として作動するように構成される場合に信号受信機として作動する。この信号装置は、アンテナ４００が送受信素子の両方として作動するように構成される場合、トランシーバの形式で両方の機能性を提供する。
【００４２】
アンテナあるいはストリップは、例えば、１／４円状、半円状、半楕円状、放物線状、角状、円形状および平方のＣ状の両方、Ｌ状、Ｕ状およびＶ状であるが、これに限定されないいろいろの他の形状で形成できる。Ｖ状構造は９０°よりも小さい角度から殆ど１８０°まで変えることができる。湾曲構造は比較的小さい半径あるいは大きい半径を使用できる。導体、すなわち第１および第２のストリップ・の幅は、導体が狭い幅を先細にし、湾曲し、その他段階的に外部端（非フィード部）の方へ変えるように長さに沿って変えることができる。当業者によってはっきりと理解されるように、これらの効果あるいは形状のいくつかは単一アンテナ構造で結合できる。
【００４３】
本発明のストリップに対する他の実施形態あるいは形状のいくつかの平面図は、参照番号の最後の数字が内訳が第１のストリップあるいは第２のストリップ、すなわちそれぞれ４あるいは８であるかどうかを示す図５Ａ〜５Ｇ、図６Ａ〜６Ｃ、図７Ａ〜７Ｅおよび図８Ａ〜８Ｆに示されている。最初の番号および最後の文字は、素子が図５Ａに対する５０４Ａ、図７Ｂに対する７０８Ｂ等におけるように表示される図を示している。図面で明らかにする目的のために、これらの図で使用されるストリップのための幅は縮尺すべきでなく、通常同じである。しかしながら、前述されるように、その他容易に明らかなように、これらの２つのストリップは、通常所望の帯域幅を得るために異なる幅を有する。
【００４４】
図５Ａ〜５Ｇに示されたアンテナ実施形態は、ストリップを一緒に接続するために矩形遷移あるいは正方形遷移を使用する本発明のための他の形状を示している。すなわち、図５Ａ〜５Ｇに示された実施形態のアンテナの閉じられた端部に対して、第１および第２のストリップは、ほぼ一直線の導電性接続素子あるいは遷移ストリップ５０６（５０６Ａ〜５０６Ｇ）を使用して一緒に接続されるかあるいは接合される。さらに、互いに対するストリップのための方向の更なる変化はほぼ正方形のコーナーで行われる。方向の各変化は、前の部分にほぼ垂直である、すなわち９０°の角度にある各ストリップの新しい部分を位置決めすることを必要とする。もちろん、これらの角度は大部分の用途に対して正確である必要がなく、他の角度は、所望のように、湾曲されるかあるいは面取りをされたコーナーとともに使用できる。
【００４５】
図５Ｂは、より長い第２のストリップを収容するために、このストリップがアンテナ構造のために全所望の長さを保持するように折り畳めることができることを示している。図５Ｃは、折り目が第１のストリップがある平面の方にあるかあるいはこの平面から離れた所にあるかのいずれかであってもよいことを示している。図５Ｄは、第２のストリップが第１のストリップの周りに部分的あるいは完全にいずれかで後方に折り畳むことができることを示している。一方、図５Ｅは、折り畳まれたアーキテクチャを通る第１のストリップの延長もまた示している。図５Ｆは、より小さいステップで行われる第１および第２のストリップのための方向の変更を示している。一方、各ストリップの端部は、全Ｙ形状を形成するために図５Ｇに示されるような角度に曲げるかあるいは向けることができる。一般的には、分離角度は、より鈍いＹ状端部構造が許容できる場合のように必要とされないけれども、９０°の角度である。
【００４６】
図６Ａ〜６Ｃに示されたアンテナ実施形態は、一緒にストリップを接続するために湾曲遷移あるいは曲線遷移を使用する本発明に対する他の形状を示している。すなわち、図６Ａ〜６Ｃに示された実施形態では、第１および第２のストリップは、湾曲導電性接続素子あるいは遷移ストリップ６０６を使用して閉じられた端部に一緒に接続されるかあるいは接合される。ストリップ６０６は、１／４円、半円、半楕円、あるいは放物線あるいはその組み合わせを含むが、これに限定されないいろいろの形状を有することができる。湾曲構造は、特定の用途に対して望まれるように比較的小さい半径あるいは大きな半径を使用できる。さらに、ストリップの各々は、図５Ａ〜５Ｇに示されるように、アンテナ構造に対して全部の所望の長さを保持するように折り畳むことができる。図６Ａは、通常半円の湾曲遷移を示し、図６Ｂは、通常１／４円、あるいは楕円、湾曲の遷移を示し、図６Ｃは、通常放物線湾曲の遷移を示している。これらの型式の遷移は組み合わせでも使用できる。
【００４７】
図７Ａ〜７Ｅに示されたアンテナ実施形態は、ストリップを一緒に接続するためにＶ状遷移を使用する本発明に対する他の形状を示している。すなわち、図７Ａ〜７Ｅに示された実施形態では、第１および第２のストリップは、別個の導電性接続要素あるいは遷移ストリップを使用しないで、あるいは非常に小さいストリップを使用することによって閉じられた端部で一緒に接続されるかあるいは接合される。その代わりに、第１および第２のストリップは、外向き分離あるいは朝顔形に広げられた形状の共通接合部分から伸張する。さらに、前述のように、ストリップの各々は、図５Ａ〜図５Ｈに示されるように、アンテナ構造に対する全部の所望の長さを保持するように折り畳むことができる。
【００４８】
図７Ａおよび図７Ｂは、ストリップが一緒に接合する通常直線のＶ状あるいは鋭角遷移を示している。図７Ｂでは、２つのストリップは、通常平行なストリップを形成するかあるいは互いに対して減少された角度傾斜をもたらすように再び曲がる。図７Ｃ〜図７Ｅでは、２つのストリップの少なくとも１つは、最初のＶ状接合部分のあとに湾曲される。図７Ｃでは、両方のストリップが対数あるいは放物線曲線関数に従うように湾曲される。図７Ｄでは、１つのストリップだけが湾曲され、図７Ｅでは、両方のストリップが湾曲されるが、直立部に折り畳める。前述のように、これらの種類の遷移は、特定の用途に対して、所望のように組み合わせでも使用できる。
【００４９】
図８Ａ〜８Ｇは、湾曲ストリップ、角のあるストリップおよび複合ストリップを使用する本発明のストリップに対するいくつのかの他の実施形態あるいは形状を示している。ここで、ストリップは、そのそれぞれの長さにわたって互いにほぼ平行に置かれているが、ストリップが導電性接続素子あるいは遷移ストリップ８０６（８０６Ａ〜８０６Ｆ）を使用して閉じられた端部で一緒に接続されるかあるいは接合される円形の、蛇行しているかあるいはＶ状の経路から外向きに延びる円形の、蛇行しているかあるいはＶ状の経路をたどるかあるいは図８Ｇの円形あるいは楕円の場合には接続ストリップは全然使用されない。複合形状の使用は、回路あるいは個別部品あるいは装置にも支持する支持基板上へのアンテナ構造の形成を可能にするかあるいはターゲット無線装置内の他の装置の周りのクリアランス通路を可能にする。
【００５０】
一方、このアンテナ構造は単一平面にある２次元構造であり、平面が平坦である必要がないような適合あるいは適合可能な構造である。すなわち、支持基板を曲げるかあるいは成形することによって、一平面アンテナの形状も３次元で効果的に変えることができる。２次元で平たい平面表面として現れる一対のストリップは、弧に沿って曲げることができるかあるいは３次元である角度（ここではｚ）曲げることができる。一対のストリップ・がｚ方向に湾曲するか、あるいは曲がる本発明のいくつかの実施形態は図９Ａ〜９Ｃに示される。アンテナが無線装置内の所定の部品あるいは構造の周りで「適合状態」にあることを要する無線装置の所定の空間内にアンテナを配置することが望まれる場合、これらの実施形態は非常に役に立つ。
【００５１】
図９Ａは、簡単な曲線を使用して、３次元でそのそれぞれの長さに沿っても湾曲される図４で分かるような第１および第２のストリップを示している。図９Ｂは、Ｖ状あるいは鋭角遷移で一緒に接続されているが、Ｖ状オフセットで３次元で観察される図７Ａで分かるような第１および第２のストリップを示している。より複雑な曲線あるいは折り目のセットは、ストリップが図９Ｃにある平面を形作るために使用される。
【００５２】
デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、金属ストリップ・をエッチングするかあるいは絶縁基板の２つの対向する側に付着し、１つあるいはそれ以上のメッキ貫通バイア、ジャンパー、コネクタあるいはワイヤを使用することによって一端で一緒に金属ストリップを電気的に接続することによっても構成できる。この形式で、アンテナ４００は、基板材料のいくつかを２つのストリップ間に置かれた誘電体として利用する。これは、アンテナを設計する際に帯域幅および周知であるような他の特性だけ考慮される。デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、プラスティックあるいは他の公知の絶縁材料あるいは誘電体材料を成形して、所望の形状（Ｕ状、Ｖ状、Ｃ状、湾曲、矩形等）を有する支持構造にして、次に公知の方法を使用して、液体状の導電性材料を含む導電性材料を有するプラスティックを適切な部分の上にメッキするかあるいは被覆することによっても構成できる。
【００５３】
絶縁基板は、ハウジングを製造するために使用される材料で形成されるポスト(posts)、リッジ(ridges)、溝(channels)を使用して無線装置ハウジングの構成部分内に固定される。すなわち、このような支持体は、成形され、あるいは特に、例えば射出成形によって製造される場合、装置ハウジングの壁の中に形成される。したがって、これらの支持要素は、電話の組み立て中、これらの支持要素の上あるいは内部に挿入される場合、基板を所定の位置に保持する。他の技術は、装置ハウジング内にアセンブリを固定する接着材料の層、あるいは基板の中の穴あるいはエッジと相互に作用するある形式の締め金具あるいは保持器を使用することを含む。
【００５４】
前述のように、本発明によれば、第１および第２のストリップ・４０４および４０８（５０４、５０８；６０４、６０８；７０４、７０８；８０４、８０８等）は、２線式伝送線として機能する。２線式伝送線の１つの長所は、２線式伝送線がアース平面を必要としないことである。これは、アンテナ４００が無視できる厚さを有する２次元構造であることを可能にする。アンテナ４００の厚さの大部分は絶縁基板の厚さによって決定される。例えば、０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）〜０．００５０８ｃｍ（０．００２インチ）の範囲の厚さを有するマイラあるいはキャプトンの薄いシートは絶縁基板として使用されてもよい。それに反して、セルラ周波数バンドのために設計された従来のマイクロス・トリップ・アンテナは、３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）の厚さを有する絶縁基板を必要とするのに対して、ＰＣＳ周波数バンドのために設計されたマイクロストリップは１．２７ｃｍ（０．５インチ）の厚さを有する絶縁基板を必要とする。したがって、本発明は、アンテナの全部の厚さのかなりの減少を可能にし、それによってＰＣＳあるいはセルラ電話のようなパーソナル通信装置により望ましくする。しかしながら、当業者は、無線装置の使用中あるいは製造する際に取り付け中もしくはサービス中のいずれかの場合、アンテナのために所望の構造上の統一性を保持するためにより厚い材料を含む他の厚さが使用できることを容易に分かる。
【００５５】
本発明による一平面デュアル・ストリップ・アンテナ４００は、典型的な１／４波長あるいは１／２波長パッチアンテナよりも帯域幅の増加をもたらす。実験結果は、アンテナ４００がＰＣＳおよびセルラ電話に非常に望ましい約８〜２０パーセントの幅を有することを示している。前述のように、従来のマイクロ・ストリップ・アンテナは、パーソナル通信装置での使用にあまり望ましくしないようにする非常に狭い帯域幅を有する。
【００５６】
本発明では、帯域幅の増加は、従来のマイクロ・ストリップ・パッチアンテナとしてよりもむしろ２線式伝送線としてアンテナ４００を作動させることによって主に可能にされる。放射器パッチおよびアース平面を有する従来のマイクロ・ストリップ・パッチアンテナ(patch)と違って、アンテナ４００において、第１および第２のストリップ４０４および４０８の両方はアクティブ放射器の役を務める。換言すると、第１および第２のストリップの長さおよび幅は、第１および第２のストリップ４０４および４０８の両方が関係のある波長あるいは周波数でアクティブ放射器の役を務めるようなサイズに注意深くされる。アンテナ４００の動作中、表面電流は、第１のストリップならびに第２のストリップに誘起される。最初に、本発明者は、当該技術分野で周知である解析方法およびＥＭシミュレーションソフトウェアを使用することによって、第１および第２のストリップの長さおよび幅である適切な寸法を選択した。その後、本発明者は、当該技術分野で公知である実験方法によってシミュレーション結果を検証した。
【００５７】
放射器あるいはアンテナの帯域幅を増すために、好ましい実施形態の各ストリップの寸法は、予め選択された方法で互いに関連する異なる中心周波数を生じさせるように選択される。例えば、ｆ０はアンテナの所望の中心周波数である。より短いストリップの長さは、その中心周波数がｆ０＋△ｆにあるかあるいはｆ０＋△ｆぐらにあるように選択され、より長いストリップの長さは、その中心周波数がｆ０−△ｆにあるかあるいはｆ０−△ｆぐらにあるように選択される。これは、アンテナに約３△ｆ／ｆ０〜４△ｆ／ｆ０の広い帯域幅を与える。すなわち、ｆ０に対して＋／−周波数オフセットの使用は、アンテナ放射器帯域幅を増す方式を生じる。この構成では、△ｆは、ｆ０よりも非常に小さくなるように選択されるので（△ｆ≪ｆ０）、２つのストリップの共振周波数は小さい。△ｆがｆ０ぐらいになるように選択される場合、アンテナは十分に実行しないと信じられている。換言すると、これは、デュアル・バンドアンテナとして使用することを意図しておらす、各ストリップは別個のアンテナ放射器の役を務める。
【００５８】
本発明では、帯域幅の増加はアンテナのサイズの対応する増加なしに得られる。これは、帯域幅がパッチアンテナの厚さを増加することによって非常に増加され、それによってパッチアンテナのより大きい全サイズを生じる従来のパッチアンテナの教示に反している。
【００５９】
本発明の一例実施形態では、アンテナ４００は、セルラ周波数バンド、すなわち８２４〜８９４ＭＨｚに対して適切な大きさにされる。セルラ周波数バンドに対するアンテナ４００の寸法は下記の表１に示されている。
【００６０】
【表１】
【００６１】
図１０は、セルラ周波数バンドにわたって作動するようなサイズにされたアンテナ４００の一実施形態の測定周波数応答を示している。図１０は、アンテナが８２５ＭＨｚで−１５．０１ｄＢ周波数応答および８９５．０ＭＨｚで−１８．３８ｄＢ周波数応答を有することを示している。したがって、アンテナは８．１４パーセント帯域幅を有する。
【００６２】
本発明の他の実例実施形態では、アンテナ４００は、ＰＣＢ周波数バンド、すなわち１．８５〜１．９９ＧＨｚにわたって作動するような大きさにされる。ＰＣＢ周波数バンドに対するアンテナ４００の寸法は下記の表２に示されている。
【００６３】
【表２】
【００６４】
図１１は、ＰＣＢ周波数バンドにわたって作動するようなサイズにされるアンテナ４００の一実施形態の測定周波数応答を示している。図１１は、アンテナが１．７９ＧＨｚで−９．９２ｄＢ応答および２．１６ＧＨｚで−１０．１８ｄＢ応答を有することを示している。したがって、本実施形態では、アンテナ４００は１８．８パーセント帯域幅を有する。
【００６５】
図１２および図１３は、ＰＣＢ周波数バンドにわたって作動するアンテナ４００の一実施形態の測定電界パターンを示している。特に、アジマス平面の電界パターンの大きさのプロットを示しているのに対して、図１３は、俯角平面の電界パターンの大きさのプロットを示している。図１２および図１３の両方は、デュアル・ストリップ・アンテナがほぼ全方向性放射パターンを有し、それによってパーソナル通信装置での使用に適するようにすることを示している。
【００６６】
一実施形態は、「Ｄ」状放射器ストリップ装置を使用して開発された。第２のストリップは、第１のストリップよりも非常に長く、所望のようにそれ自体の中に後方に一様に折り畳まれる第１のストリップの「内部」および第１のストリップから離れた所に延ばすように通常折り畳まれる。アンテナ１４００が基板１４１２上に置かれるかあるいは配置されているストリップ１４０４および１４０８を使用して形成されるこのアンテナ構造が、図１４に示されている。アンテナの上部は、「Ｃ」形状にわずかに湾曲される（あるいはＤの前縁）ものとして示されている第１の導電性ストリップ１４０４によって形成される。この湾曲は、湾曲側壁を有する装置ハウジングの側面におよびこのハウジングの側面に隣接してアンテナ１４００を配置することを可能にするために使用される。第２のストリップは、前述のように、第１のストリップよりも幅広く、帯域幅を改善する。
【００６７】
アンテナが置かれたクラムシェル型(clamshell type)無線電話のフリップトップ(flip-top)部の内部寸法に概略相当する約３７．５９ｍｍ（Ｙ）×５１．８９ｍｍ（Ｘ）の全寸法を有するこのようなアンテナのモデルが構成され、試験される。
【００６８】
アンテナ１４００は、フィード部１４１６を使用して無線装置内の適切なトランシーバ回路に接続される。要素１４２０は、いかにいろいろの公知の回路部品あるいは装置が基板１４１２上にも取り付けることができるかあるいはそれとは別にいろいろな部品あるいはケーブルが所望のように延びる通路あるいは穴１４２２を形成できるかを示している。
【００６９】
好ましい実施形態も、Ｄ状放射器ストリップ装置を使用して開発された。第２のストリップは、第１のストリップよりも非常に長く、幅広く、通常第１のストリップの周りを包むように延びている。アンテナ１５００が基板１５１２上に置かれるかあるいは配置されるストリップ１５０４および１５０８を使用して形成されるこのようなアンテナが図１５に示されている。さらに、第２のストリップによって形成されるようなアンテナ１５００の上部は、無線装置へのアンテナ１５００の改善された配置を可能にするようにわずかに曲げられたものとして示されている。
【００７０】
この種のアンテナは、信号を供給するために使用される導体を有する結合構造として形成できる。同軸フィード構造は、アンテナを形成する導体と同じ可撓性基板（１５１２）上に形成できる。マイラ、キャプトン、あるいはテフロンの薄いシートに基づく材料、全ては当該技術で周知の材料である。いかにこれを行うことができるかの例は、「同じ平面にある導波管」の形の長い可撓性信号フィード構造あるいはセクション１５２０が示されている図１５に示されている。導波管１５２０は、一端で終端し、一端を同じ平面にある導波管のアース部の一部を形成する負のフィードストリップに接続する。フィードストリップ１５２４は、フィードストリップ１５２８が第２のストリップ１５０８に接続される接続素子１５０６に接続するかあるいは結合される。正フィードストリップ１５２２あるいはフィード構造１５２０の中心は第１のストリップ１５０４に直接接続される。このフィードストリップのための接続点とストリップ１５２８との間の分離は、使用される周波数および公知であるような導電性材料１５０６の長さおよび他の寸法に従って所定のインピーダンスを提供するように選択される。
【００７１】
材料１５１２に沿って短距離終端する正フィード１５２２が示され、導体１５２４および１５２８と同様な第３の中心導体１５２６に通常接続あるいは結合されるかあるいは導体１５２４および１５２８と同様な第３の中心導体１５２６になるように広がる。導体１５２６は、材料１５１２の長さに沿ってコネクタ端１５３０に延び、同じ平面にある導波管の中心部あるいは正の部分を形成する。
【００７２】
しかしながら、１つあるいはそれ以上のフィードストリップ導体を基板上の対向する側に配置することを含む他の形状を使用できる。例えば、正フィード導体は、材料１５１２の一方の側上に形成でき、負フィード導体は材料１５１２の他方の側上に形成できる。したがって、導電性バイアは、適切な場合に信号を材料を通して伝達するために使用される。導体およびバイアの他の組み合わせは、公知であるような信号伝達を実現するために使用されてもよい。
【００７３】
したがって、アンテナ１５００は、これらの導体（１５２２、１５２４、１５２８）とともに単一のモノリシック構造として形成でき、コストにおける増加された効率、信頼性、および製造効率をもたらす。フィード部１５２０上の導体（１５２４、１５２６、１５２８）は、一般的には、アンテナが結合される回路板上のいろいろのばね動作あるいはばね荷重コネクタを接続するために使用される導電性パッドあるいは小さいコネクタ１５３２で終端する。
【００７４】
図１５に使用される導波管あるいはフィード部１５２０および基板１５１２のための形状あるいは全形状は、例示だけの目的のためであり、図示されるような無線装置１００内に最も効果的に適合するためである。しかしながら、当業者は、他の形状が役に立ち得る、本発明の教示内にあるということを容易に分かる。例えば、約４５°の角度である導波管１５２０の長さに沿う角のある曲げを使用する代わりに、一連の９０°の曲げ、折り畳みあるいは回転が導体のために使用できる。このような折り畳みおよび回転は、導体のパス長を最少にするために使用されると同時に基板あるいはアンテナに加えられた物理的制約を受け入れる。さらに、導体１５２４、１５２６および１５２８は、一般的には、導波管１５２０に沿って１つあるいはそれ以上の地点で幅が狭くされ、これらの位置も特定の用途に従って変えてもよい。導体１５２４および１５２８を電気的に接合する図１５に示された小さい空気ブリッジは役に立つが、本発明には必要ない。
【００７５】
無線電話１００のような無線装置内に置かれた場合、フィード構造あるいは導波管１５２０は、無線装置内で使用されるアンテナ１００といろいろの受信素子および送信素子ならびに部品との間での有効な信号の伝達を可能にする。アンテナおよび同じ平面にある導波管を共通であるが薄くて可撓性の絶縁基板上に形成することによって、アンテナは、非常に小さい空間を占め、スピーカのような多数の他の個別部品の周りに形成できるので、アンテナは、装置の多数の構成部分内に取り付けることができる。フィード導体は、多数の無線装置（電話、コンピュータ）にあるような可撓性の回転あるいは折り畳みできる接合部分の周りに接続できる。
【００７６】
一方、ミニ同軸線は、同じ結果を得るために導波管(waveguide)（フィード）１５２０の代わりに使用できる。例えば、０．８ｍｍあるいは１．２ｍｍの直径を有する公知の型式の同軸線あるいはケーブルは、所望のように、アンテナ１５００と対応する回路あるいは適切な回路との間で信号を伝達する際に役に立ち得ることを示している。他の方式および型式の導体は、既知であるような信号伝達特性に応じて所定の用途のために使用されてもよい。
【００７７】
図１６および図１７は、図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の側面図および後部カットアウェイ(cutaway)図をそれぞれ示している。このような電話は、必要とされるかあるいは望まれるいろいろの機能を実行する１つあるいはそれ以上の回路板上に通常支持されるいろいろの内部部品を有する。回路板１６０２は、集積回路あるいはチップ１６０４のようないろいろの部品、抵抗器およびキャパシタのような個別部品およびいろいろのコネクタ１６０８を支持する、図１６および図１７のハウジングの内部に示されている。パネルディスプレイおよびキーボードは、一般的には電池あるいは外部電源、スピーカ、マイクロホン、あるいは回路板１６０２上の回路の他の同様な周知の素子と同様ないろいろの他の部品とインタフェースするワイヤ、導体、コネクタ（図示せず）で電話ハウジング１０２の前部を面する回路板１６０２の裏側に取り付けられる。
【００７８】
本実施形態では、スライドインあるいはプラグイン型式のコネクタ１６１０は、電話の前部の近くの回路板の下側に取り付けられ、アンテナ１５００のためのフィーダ部１５２０の接続端を受け入れるように構成される。一方、１つあるいはそれ以上の公知のばね接点あるいはクリップは、導電性パッドを端部１５３０上に接触させるために使用でき、アンテナ１５００を回路板１６０２に電気的に結合あるいは接続する。このようなばね接点あるいはクリップは、半田付けあるいは導電性接着剤のような周知の技術を使用して回路板１６０２上に取り付けられ、信号を所望の送受信回路へおよびこの送受信回路から伝達するように適切な導体に電気的に接続されている。しかしながら、半田の使用あるいは小型同軸コネクタ（小さいケーブルが使用される場合）の使用を含む他の型式の接続技術が役に立つものであることも公知である。所望のように、周知のように、フィード構造と相互接続するために無線装置内で使用される回路に専用インピーダンスマッチング素子もあり得る。
【００７９】
図１７の側面図では、回路板１６０２は、当該技術分野で多層回路板あるいはプリント回路板と呼ばれるものを形成するために一緒に接着される導電性材料および絶縁材料の多層を含むものとして示されている。このような回路板は、周知であり、当該技術分野で理解されている。これは、金属導体層１６１８を支持するかあるいは金属導体層１６１８に隣接して配置されている絶縁材料層１６１６に隣接して配置されている金属導体層１６１４に隣接して配置された絶縁材料層１６１２として示されている。導電性バイア（図示せず）は、異なる層あるいはレベルのいろいろな導体を外部表面上の部品と相互接続するために使用される。任意の所与の層上のエッチングされたパターンはこの層のための相互接続パターンを決定する。この形状では、層１６１４あるいは１６１８のいずれかは、当該技術分野で周知であるように、回路板１６０２のために普通に呼ばれているようなアース層あるいはアース平面を形成できる。
【００８０】
一般的には、一連の支持ポスト、スタンド、あるいはリッジ(ridges)１６２０は、ハウジング内に回路板あるいは他の部品を取り付けるために使用される。これらは、射出成形プラスティックによって形成される場合のようにハウジングの一部として形成できるし、あるいは特に例えば、接着剤あるいは他の周知の機構を使用することによって所定の場所に固定できる。さらに、一般的には、ハウジング１０２の取り外し可能カバーのような構成部分を互いに固定するように締め金具を収容するために使用される１つあるいはそれ以上の固定ポスト１６２２がある。
【００８１】
前述されるように、アンテナ１５００は、例えば、この機能に役に立つことが知られている接着剤、にかわ、テープ、注封材料、あるいは結合材料等の使用であるがこれに限定されないいくつかの公知の技術を使用してハウジング１０２の構成部分内に固定できる。例えば、アンテナ１５００は、基板１５１２に接着された接着剤層あるいはストリップ１６３０を使用して無線装置の側壁あるいは他の構成部分あるいは要素に対して支持できる。このアンテナは、一般にハウジングの側面に対して、好ましくは絶縁材料の上に、あるいは支え金具、ねじ、あるいは同様な固定要素を使用して所定の場所に取り付けることができる支え金具アセンブリに対して固定される。
【００８２】
所定の場所にアンテナを取り付けるかあるいは固定する他の機構は当該技術分野で公知である。例えば、ハウジングを製造するために使用される材料に形成されるリッジ、溝等は、基板を所定の場所に物理的に固定するために使用できる。一連の突起あるいは隆起も、アンテナを支持するために使用でき、所望の用途に適切であるようないろいろの形状を有することができる。
【００８３】
図１７で分かるように、基板１５１２は、ハウジングの形状にぴったりと合うようにあるいは無線装置内の他の素子、機能あるいは部品に適合するように湾曲あるいは特に曲げることができる。図において、スピーカの一部の周りに「包まれた」アンテナ放射器あるいはストリップに対して配置されたスピーカ１６３２が示されている。
【００８４】
この基板は、湾曲されるかあるいは折り畳まれた形状で製造あるいは設置中に変形できる。薄い基板を使用することによって、基板は、設置される場合、時々締め金具を必要としないで通常基板を所定の場所に固定するように曲げられた隣接表面に対して張力あるいは圧力を与えることができる。したがって、ある形式の捕獲は、隣接装置、部品、あるいは回路板および所定の場所に固定されるハウジングのカバーあるいは構成部分を装備することによって単に得られる。しかしながら、本発明が適切に機能するために製造中あるいは設置中のいずれか基板を変形あるいは湾曲する条件は全然ない。
【００８５】
図１８は、本発明が、例えば、携帯コンピュータ、モデム、データ端末、ファクシミリ機、あるいは同様な携帯電子装置であるがこれに限定されない、本発明が使用できる付加的な無線装置を示している。図１８において、上部コーナー部１８０４を有する主ハウジングあるいは本体１８０２を有する無線装置１８００を使用する無線装置が示されている。図１８のカットアウェイ図において、アンテナ５００は、上部コーナー１８０４の所定の場所に固定され、ケーブルあるいは導体セット１８０８は、アンテナフィード５１６を無線装置内の適切な回路に接続するために使用される。当業者は、他の形状および向きが本発明の教示内のアンテナに対して可能であることを容易に分かる。
【００８６】
本発明のいろいろの実施形態が上記に説明されているが、この実施形態が例としてだけ示されていて、これに限定されないことを理解すべきである。したがって、本発明の広がりおよび範囲は、前述の典型的な実施形態のいずれかによって検定されるべきでなく、上記の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、同じ参照番号が通常同一で、機能的に同じ要素、および／または構造的に同じ要素を示す添付図面を参照して説明され、要素が最初に生じるこの図面は参照番号において最も左の数字で示される。
【図１Ａおよび１Ｂ】 ホイップアンテナおよび外部ヘリカルアンテナを有する携帯電話を示している。
【図２】 従来のマイクロストリップ・パッチアンテナを示している。
【図３】 図２のマイクロストリップ・パッチアンテナの側面図を示している。
【図４】 本発明の一実施形態による一平面デュアル・ストリップ・アンテナを示している。
【図５Ａ〜５Ｇ】 ストリップ・を接続するために正方形遷移を使用する本発明のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図６Ａ〜６Ｃ】 ストリップ・を接続するために湾曲遷移を使用する本発明のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図７Ａ〜７Ｅ】 ストリップ・を接続するためにＶ状曲遷移を使用する本発明の他のいくつかの他の実施形態の平面図を示している。
【図８Ａ〜８Ｇ】 湾曲ストリップ・形状、角のあるストリップ・形状、および複合ストリップ・形状を使用する本発明の付加的な他の実施形態の平面図を示している。
【図９Ａ〜９Ｂ】 ある他の用途で役に立つ本発明のいくつかの他の実施形態の斜視図である。
【図１０】 セルラ電話で使用するのに適している本発明の一実施形態の測定周波数応答を示している。
【図１１】 ＰＣＳ無線電話で使用するのに適している本発明の他の実施形態の測定周波数応答を示している。
【図１２および１３】 本発明の一実施形態のための測定電界パターンを示している。
【図１４】 図１の電話で使用するための本発明の一実施形態の平面図を示している。
【図１５】 本発明の他の実施形態および図１の電話で使用するための信号フィード構造の平面図を示している。
【図１６】 図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の底部平面図および側面断面図を示している。
【図１７】 図１の電話内に取り付けられた本発明の一実施形態の底部平面図および側面断面図を示している。
【図１８】 本発明が使用されてもよい付加的無線装置を示している。
【符号の説明】
１００…ヘリカルアンテナ，１０２…ハウジング，１０４…ホイップアンテナ、１１０…スピーカ、１１２…ディスプレイパネル、１１４…キーパッド、１１６…マイクロホン，１１８…外部電源コネクタ，１２０…電池、４００…一平面デュアル・ストリップ・アンテナ，４０４…第１のストリップ，４０６…閉じられた端部，４０８…第２のストリップ，４１２…絶縁基板，４１６…導波管，４２０…正端子，４２４…負端子，４２８…負端子，５０６…遷移ストリップ，６０６…遷移ストリップ，８０６…遷移ストリップ，
Claims (13)
- 絶縁基板の第１面上に取り付けられた第１の導電性金属ストリップおよび第２の導電性金属ストリップを備えている一平面デュアル・ストリップ・アンテナであって、
前記第１および第２のストリップが、選択された一定のギャップだけ互いに離隔され、
前記第１および第２のストリップの長さおよび幅が、電磁エネルギーを受信しおよび送信する２線式伝送線を形成するように選択され、
さらに、正負端子を有する同じ平面にある導波管を具備し、前記同じ平面にある導波管は前記基板上に金属を配置することにより形成され、正の端子は前記第１のストリップに電気的に連結され、負の端子は前記第１と第２のストリップに電気的に連結され、
前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナが前記同じ平面にある導波管を介して電気信号により付勢される場合に、表面電流が前記第１及び第２のストリップ上に形成される、
前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。 - 前記第１および第２のストリップが、前記絶縁基板の同じ面上にプリントされた金属ストリップを含む、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１および第２のストリップが、前記絶縁基板の同じ面上に付着された金属ストリップを含む、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１のストリップが、前記第２のストリップに実質的に平行である、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１のストリップの長さが前記第２のストリップの長さよりも短い、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１のストリップの長さが前記第２のストリップの長さに等しい、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１のストリップの幅が前記第２のストリップの幅よりも小さい、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記第１のストリップの幅が前記第２のストリップの幅に等しい、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 前記絶縁基板が、絶縁媒体の役を務めることができる可撓性シートである、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 第１および第２のストリップの長さおよび幅は、前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナが１．８５〜１．９９ＧＨｚの周波数範囲を有する信号を受信しおよび送信できるような大きさである、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 第１および第２のストリップの長さおよび幅は、一平面デュアル・ストリップ・アンテナが８２４〜８９４ＭＨｚの周波数範囲を有する信号を受信しおよび送信できるような大きさである、請求項１に記載の一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
- 絶縁基板上に取り付けられた第１の導電性金属ストリップおよび第２の導電性金属ストリップを備えている一平面デュアル・ストリップ・アンテナであって、
前記第１および第２のストリップが、選択された一定のギャップだけ互いに離隔され、
前記第１および第２のストリップの長さおよび幅が、電磁エネルギーを受信しおよび送信する２線式伝送線を形成するように選択されている、
前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。 - 絶縁基板上に取り付けられた第１の導電性金属ストリップおよび第２の導電性金属ストリップを備えている一平面デュアル・ストリップ・アンテナであって、
前記第１および第２のストリップが、選択された一定のギャップだけ互いに離隔され、
前記第１および第２のストリップの長さおよび幅が、電磁エネルギーを受信しおよび送信する２線式伝送線を形成するように選択され、
さらに、正負端子を有する同じ平面にある導波管を具備し、前記同じ平面にある導波管は前記基板の同一面上に金属を配置することにより形成され、正の端子は前記第１のストリップに電気的に連結され、負の端子は前記第１と第２のストリップに電気的に連結され、
前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナが前記同じ平面にある導波管を介して電気信号により付勢される場合に、表面電流が前記第１及び第２のストリップ上に形成される、
前記一平面デュアル・ストリップ・アンテナ。
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