JP2000509581A - 2重帯域アンテナ - Google Patents

2重帯域アンテナ

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Abstract

(57)【要約】 外部アンテナ素子(104)に囲まれた内部アンテナ素子(102)を備える新規で改良された2重帯域アンテナシステム(100)。第1の実施態様において、内部アンテナ素子(102)は第1のRF帯域でRF信号を放射し、受信する。外部アンテナ素子(104)は第2のRF帯域でRF信号を放射し、受信する。任意で、内部アンテナと外部アンテナを、第1のRF帯域で作動しているとき結合させ、2重帯域アンテナ(100)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。第2の実施態様において、内部アンテナ素子(102)は第1と第2のRF帯域でRF信号を放射し、受信する。この第2の実施態様において、第2のRF帯域で作動しているとき、外部アンテナ素子(104)は接地され、よって、内部アンテナ素子(102)の信号長を変えて第2のRF帯域で共振する。

Description

【発明の詳細な説明】 2重帯域アンテナ 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、衛星無線電話機やセル 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(TD MA)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 ステムの必要性が叫ばれている。 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8 00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1 00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50 0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、80 0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40 4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、8 00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4 04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404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10 4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1 02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1 00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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU ,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH, CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G B,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP ,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU, LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,N Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI ,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ, VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.第1の周波数帯域内の第1のRF信号を受信するための第1の給電点を有 し,前記第1のRF信号を送信するための第1のアンテナ素子と、及び 第2の周波数帯域内の第2のRF信号を受信するための第2の給電点を有 し、前記第1のアンテナ素子を実質的に囲み、前記第2のRF信号を送信するた めの第2のアンテナ素子と、 を具備することを特徴とする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1の周波数帯域での波長の1/2の信号 長を有し、そして前記第2のアンテナ素子は前記第2の周波数帯域での波長の1 /2の信号長を有していることを特徴とする請求項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、そして前記第2のア ンテナ素子はスリーブアンテナであることを特徴とする請求項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、前記第1 のアンテナ素子を前記第2のアンテナ素子に結合させるための前記第1のアンテ ナ素子に結合されたスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項3に記載 の2重帯域アンテナシステム。 5.前記スイッチはダイオードであることを特徴とする請求項4に記載の2重 帯域アンテナシステム。 6.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 るための絶縁体をさらに具備することを特徴とする請求項5に記載の2重帯域ア ンテナシステム。 7.前記第1のRF信号を生成するための第1のトランシーバーと、 前記第1のトランシーバーと前記第1のアンテナ素子に結合され、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ための 第1の整合回路と、 前記第2のRF信号を生成するための第2のトランシーバーと、および 前記第2のトランシーバーと前記第2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2のアンテナ素子のインピーダンスを整合させるため の第2の整合回路とを, さらに具備する請求項1に記載の2重帯域アンテナシステム。 8.前記第1のアンテナ素子は前記第1の周波数帯域での波長の1/2の信号 長を有し,及び 前記第2のアンテナ素子は前記第2の周波数帯域での波長の1/2の信号 長を有する, ことを特徴とする請求項7に記載の2重帯域アンテナシステム。 9.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ことを特徴とする請求項8に記載の2重帯域アン テナシステム。 10.前記第1のアンテナ素子が前記第1のRF信号を送信しているとき、前記 第1のアンテナ素子を前記第2のアンテナ素子に結合させるための前記第1のア ンテナ素子に結合されたスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項9に 記載の2重帯域アンテナシステム。 11.前記スイッチはダイオードであることを特徴とする請求項10に記載の2 重帯域アンテナシステム。 12.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する ための絶縁体をさらに具備することを特徴とする請求項11に記載の2重帯域ア ンテナシステム。 13.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と第2のRF信号を送信するた めの第1のアンテナ素子と、及び 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信号を送信しているとき、前記第1のアンテナ素子の信号長を変える ための第2のアンテナ素子とを具備することを特徴とする2重帯域アンテナシス テム。 14.前記第1のアンテナ素子が前記第1のRF信号を送信しているとき、前記 第1のアンテナ素子を前記第1のRF信号に結合させ、前記第1のアンテナ素子 が前記第2のRF信号を送信しているとき、前記第1のアンテナ素子を前記第2 のRF信号に結合させるための第1のスイッチと、及び 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、前記第2 のアンテナ素子を接地に結合させるための第2のスイッチとを, さらに具備することを特徴とする請求項13に記載の2重帯域アンテナシ ステム。 15.前記第2のアンテナ素子が接地に結合されていないときは,前記第1のア ンテナ素子は前記第1の周波数帯域での波長の1/2の信号長を有し,そして 前記第2のアンテナ素子が接地に結合されているときは,前記第1のアン テナ素子は前記第2の周波数帯域での波長の1/2である信号長を有する, ことを特徴とする請求項14に記載の2重帯域アンテナシステム。 16.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ことを特徴とする請求項15に記載の2重帯域ア ンテナシステム。 17.前記第2のスイッチは、前記第1のアンテナ素子が前記第1のRF信号を 送信しているとき、前記第2のアンテナ素子を前記第1のRF信号に結合させる ことを特徴とする請求項16に記載の2重帯域アンテナシステム。 18.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する ための絶縁体をさらに具備することを特徴とする請求項17に記載の2重帯域ア ンテナシステム。 19.前記第1のRF信号を生成するための第1のトランシーバーと、 前記第1のトランシーバーと前記第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ため の第1の整合回路と、 前記第2のRF信号を生成するための第2のトランシーバーと、及び 前記第2のトランシーバーと前記第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するための 第2の整合回路とを, さらに具備することを特徴とする請求項13に記載の2重帯域アンテナシ ステム。 20.前記第1のアンテナ素子が前記第1のRF信号を送信しているとき、前記 第1のアンテナ素子を前記第1の整合回路に結合させ、前記第1のアンテナ素子 が前記第2のRF信号を送信しているとき、前記第1のアンテナ素子を前記第2 の整合回路に結合させるための,第1のスイッチと、及び 前記第1のアンテナ素子が前記第2のRF信号を送信しているとき、前記 第2のアンテナ素子を接地に結合させるための第2のスイッチとを, さらに具備することを特徴とする請求項19に記載の2重帯域アンテナシ ステム。 21.前記第2のアンテナ素子が接地に結合されていないとき,前記第1のアン テナ素子は前記第1の周波数帯域での波長の1/2の信号長を有し,そして 前記第2のアンテナ素子が接地に結合されているとき,前記第1のアンテ ナ素子は,前記第2の周波数帯域での波長の1/2の信号長を有する, ことを特徴とする請求項20に記載の2重帯域アンテナシステム。 22.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ことを特徴とする請求項21に記載の2重帯域ア ンテナシステム。 23.前記第1のアンテナ素子が前記第1のRF信号を送信しているとき、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の整合回路に結合させる ことを特徴とする請求項22に記載の2重帯域アンテナシステム。 24.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する ための絶縁体をさらに具備することを特徴とする請求項23に記載の2重帯域ア ンテナシステム。
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