JP6677427B2 - 通信装置用の二重逆巻きアンテナ - Google Patents

Description

本発明はアンテナに関し、詳しくは、通信装置に用いられるヘリカルコイルアンテナに関する。

ポータブル双方向無線機などのバッテリ駆動型のポータブル通信装置は、しばしば外部アンテナを利用して動作する。そのようなデバイスに組み込まれたアンテナの設計においてサイズの制約や動作の効率は主要な関心事項である。極めて大きな構造物は、アンテナが非常に堅く破損しやすいだけでなく、空港、鉄道駅、バスターミナル、および出荷港のセキュリティなどの特定の作業環境では視覚的に目立つこともある。したがって、新しいアンテナ構造は、無線装置の物理的なユーザーインターフェースに対する影響やサイズを最小限に抑える必要がある。また、全体的な複雑さもコストや製造容易性に影響を与えるので、新しいアンテナ構造を開発する際に考慮する必要がある。

無線アンテナ設計の課題は、外部放射される送信の干渉が生じやすく無線受信機の感度を潜在的に低下させる環境で生じ得る。同様に、アンテナで発生した広帯域エミッションの放射も、そのエリア内の他の無線と干渉しないように最小限に抑える必要がある。設計課題の関心領域は、デュプレックスおよび／またはスプリット周波数動作に関連付けられた間隔の狭い送受信周波数帯域で動作するシステムに関係する。例えば、全二重無線動作は、送信周波数と受信周波数が異なり、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を異なるスロットで使用して「デュプレクス間隔」の周波数間隔により送信周波数と受信周波数とが分離されるトランスヨーロッパトランク無線（Trans-European Trunked Radio（ＴＥＴＲＡ））で得ることができるが、干渉の可能性は依然として大きいままである。混雑した無線環境の周辺カバレッジエリアにおけるそのようなデバイスの動作は、受信モード、特にデュプレクス間隔を有するシステムに対する干渉を容易に生じさせ得る。周辺カバレッジエリアの送信無線機がある会話で基地局に送信する場合、周辺カバレッジエリア内の近くの受信無線機が別の会話にあるかまたはスタンバイモードにある場合でも、近くの送信無線機からのトランクモード無線送信干渉が受信無線機に呼を落とさせるのに十分な電力で伝わり得るかまたはスタンバイ無線機が着信呼を受信するのを妨げる（妨害する）ものとなり得る。このため、干渉を排除することによってアンテナ性能を改善できることが非常に望ましい。また、送信モードでは、エリア内の他の無線と干渉しないように、アンテナから発生する広帯域エミッションの放射を最小限に抑える必要がある。帯域幅、効率、サイズ、および製造容易性などの無線機パラメータはすべて、アンテナの設計で考慮すべき要素である。

したがって、干渉を受けやすい環境で動作する特にポータブル無線機などのポータブル通信装置のための新しいアンテナを有することが有益となる。

いくつかの実施形態に従って形成され動作する切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナを組み込んだポータブル通信装置の断面図。 いくつかの実施形態による二重逆巻きアンテナを制御するスイッチの一例を示す図。 いくつかの実施形態に従って形成され動作する切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナを組み込んだポータブル通信装置のブロック図。 いくつかの実施形態に従って形成され動作する切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナを組み込んだポータブル通信装置の動作の一例のグラフを示す図。 いくつかの実施形態による二重逆巻きアンテナの１次ヘリカルコイルの内側ヘリカルアセンブリ部分の分解図。 いくつかの実施形態による二重逆巻きアンテナの２次ヘリカルコイルの外側ヘリカルアセンブリ部分の分解図。 いくつかの実施形態によるポータブル通信装置に組み込まれた、切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナの代替実施形態を示す図。 代替実施形態に従って切り替え可能に結合された代替実施形態の二重逆巻きアンテナを示す図。 図８の代替実施形態に従って形成されたオーバーラップアンテナの使用可能帯域幅の一例のグラフを示す図。 図８の代替実施形態に従って形成されたオーバーラップアンテナの干渉除去の一例のグラフを示す図。

添付の図面において、同様な参照番号は、図面全体を通じて同一の要素または機能的に同様な要素を示す。添付の図面は、以下の詳細な説明とともに本明細書に組み込まれて本明細書の一部を形成し、特許請求の範囲に記載された発明を含む概念の実施形態を例示するとともに、それらの実施形態の種々の原理および利点を説明する。

図中の要素は簡潔化および明瞭化を目的として示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを当業者は理解し得る。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解の向上を助けるべく、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図面において構成要素が従来の符号で表される場合もあるが、これは本発明の実施形態を理解することに関連する具体的な詳細のみを示すためのものであり、詳細により開示を不明瞭にしないためのものであることが、本明細書の記載の利益を有する当業者には容易に理解し得る。

本発明による実施形態を詳細に説明する前に、これらの実施形態は、種々の実施形態によるポータブル双方向無線機などのポータブル通信装置用のアンテナに主として存在することに留意されたい。ポータブル無線機において、ＴＥＴＲＡ、ＴＤＭＡを用いて全二重で動作することが可能な狭い送受信周波数間隔条件を有するもの、および／または同一のまたは同様の間隔条件を有する半二重動作を提供するものなどは、本明細書において提供されるアンテナによるすべての利益を得ることができる。種々の実施形態によって提供されるアンテナは、通過帯域の選択性および干渉除去の調整を選択的に提供することができる、より短くてより小型のアンテナが望まれる他のポータブル通信装置の用途に適している。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナは、同一の周波数帯域内で、第１の低応答動作モードと第２の高応答動作モードとを切り替える。切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナは、例えば、空港や鉄道駅などの輸送ステーションなどにおける混雑した無線トラフィック環境において、ポータブル無線機が干渉を受け難くすることを可能にする。送信動作モードでは、第１および第２の非オーバーラップヘリカルコイルがスイッチを介して互いに接続されることにより、低い広帯域ノイズ放射エミッションを可能とする放射アンテナ素子が形成される。受信（ＲＸ）動作モードでは、アンテナコイルが非接続とされることで、一方のヘリカルコイルが１次放射素子として動作し、他方の２次ヘリカルコイルが寄生素子として動作して、近くの無線機により生成され得る既知の干渉周波数での干渉をノッチアウトする。したがって、切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナは、混雑した無線トラフィック環境に適したものとなる。

いくつかの他の実施形態では、帯域外干渉の除去性能を達成しつつアンテナ長を低減するために使用可能な広帯域用途での非オーバーラップヘリカルコイルからなる、切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナが提供される。

図１は、いくつかの実施形態に従って形成されたアンテナを組み込んだポータブル通信装置の部分断面図である。ポータブル通信装置１００は、ハンドヘルド型の双方向無線機または他のポータブル電子装置などのバッテリ駆動型のポータブル無線機とすることができ、内部に１つまたは複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）１２２が実装されたハウジング１２０を含む。ＰＣＢ１２２上には無線回路およびハードウェアが実装されている。無線回路およびハードウェアは、これらに限定されないが、オーディオ回路１３０、コントローラ１４０、およびトランシーバ１５０を含み、それらは無線通信のために相互動作可能に結合されている。プッシュツートーク（ＰＴＴ）ボタン１２８は、ハウジング１２０の側面に位置し、無線送信機能を可能とするべくコントローラ１４０を介して相互動作可能に結合されている。本出願の目的のために、ポータブル通信装置１００は単に無線機とも呼ばれ得る。

無線回路の動作は、送信用のＰＴＴボタン１２８の制御の下で双方向の無線通信を提供し、ユーザはＰＴＴボタンを押して送信を行い、ボタンから手を離して送信を停止することにより、無線機をスタンバイモードにして無線通信を受信可能とする。いくつかの実施形態によれば、無線機１００は、例えばＴＥＴＲＡシステムで動作する。このＴＥＴＲＡシステムでは、送信周波数と受信周波数とがデュプレクスチャネル間隔に関連付けられた狭い間隔の周波数帯域によって分離されるが、それに付随した問題がある。プッシュツートーク（ＰＴＴ）ボタン１２８を用いて送信モードが有効にされることで基地局への送信が行われ、ＰＴＴボタンを解除して送信モードが無効にされることによりユーザの観点から見れば半二重の通信動作モードの動作であるが、全二重に関連付けられた狭いチャネル間隔を使用した動作となる。しかしながら、無線機１００の動作は、その無線機１００がいくつかの実施形態に従って形成され動作するアンテナ１０６を使用して、混雑した環境の周辺カバレッジエリアで動作している場合であっても（送信モードでのエミッションを最小限に抑えることができるとともに）受信モードでの所定の干渉を回避できることが有利である。

いくつかの実施形態によれば、アンテナ１０６は、１次ヘリカルコイル１０２と、１次ヘリカルコイル１０２に対して逆巻きにされた２次ヘリカルコイル１０４とを含む。この実施形態によれば、１次ヘリカルコイル１０２および２次ヘリカルコイル１０４は重なり合っていない。この実施形態では、２次ヘリカルコイル１０４は無線機ハウジング１２０の外部に位置してキャップまたはカバー１２４により覆われる一方、１次ヘリカルコイルは無線機ハウジングの内部に位置し、これにより無線機の全体的な物理的長さを最小化している。断面図は逆巻きを強調するために提供されており、この断面図は、コイルが完全に分離されて重なり合っていないときの１次ヘリカルコイル１０２と２次ヘリカルコイル１０４との間の非損失誘電体／空気を示している。

アンテナ構成は、１次ヘリカルコイル１０２に対して２次ヘリカルコイル１０４を切り替え可能に結合するためのスイッチ１１０を介して制御される。１次ヘリカルコイル１０２はメインＲＦアンテナとして常時動作したままである一方、２次ヘリカルコイル１０４は、着信呼を待っている間の受信またはスタンバイ中の高周波狭帯域動作モードにおける干渉をノッチアウトまたはブロックする寄生素子として（サックアウトトラップ（suckout trap）としても知られる）干渉除去の改善をもたらす。アンテナ１０６は、低周波狭帯域動作モードにおける送信モードの間、放射エミッションの改善をもたらす。

アンテナ１０６の１次および２次ヘリカルコイル１０２，１０４によって狭い周波数帯域幅が制御される一方、相互接続スプリング１１４は、さらなる調整のために１次ヘリカルコイル１０２をＲＦ放射器ストリップ１１６に結合する。ＲＦ放射器トレース１１６はＰＣＢ１２２内にエッチング形成され、適切な層を介してトランシーバ１５０に接続される。トランシーバ１５０付近のマッチング構成要素（図示略）とあわせたＲＦ放射器トレース１１６の電気的長さ、スイッチ１１０のタイプ、非オーバーラップの逆巻きヘリカルコイル１０２，１０４の長さは、所定の間隔条件に対する特定の周波数用途に適合するように調整され得る。

二重逆巻きアンテナ１０６を組み込むことにより、無線機１００は、所望の関心周波数帯域内にて最適化されたアンテナ特性で動作するように選択された所定の関心周波数帯域で動作することができる。例えば、無線機１００は、ＴＥＴＲＡにおいて４４．５ＭＨｚのデュプレクス間隔を有するように４１５．５〜４２０ＭＨｚのアップリンク帯域と４６０〜４６４．５ＭＨｚのダウンリンク帯域で動作するように設計され得る。コイル材料およびチューニング構成要素を調整することにより、他の関心周波数帯域および他のチャネル間隔についても構成することができる。

図２は、いくつかの実施形態に従って１次ヘリカルコイル１０２と２次ヘリカルコイル１０４で形成された二重逆巻きアンテナ１０６を制御するためのスイッチ２００の一例である。コイル間の切り替えは、当該技術分野における周知の方法で、抵抗性、容量性、および誘導性の構成要素２０８を用いてバイアスされるＰＩＮダイオード２０４を介して行われる。コンデンサ２１２，２１４はコイルへの直流電流を阻止する。ピンダイオード２０４は、ＰＴＴの起動（制御トリガ）時に１次ヘリカルコイル１０２を２次ヘリカルコイル１０４に接続するＲＦスイッチとして動作する。ピンダイオード２０４は、図１のコントローラ１４０のスイッチ制御アルゴリズムに基づいてコントローラ１４０から受信した入力に応答して１次ヘリカルコイル１０２と２次ヘリカルコイル１０４との接続を遮断する。

スイッチ２００は無線周波数（ＲＦ）スイッチとして図示され説明されているが、他の構成、回路、さらには既知のまたはまだ開発されていない他のスイッチも想定され得る。動作スイッチ２００は単極単投動作を提供する。例えば、２つのヘリカルコイルが接続され、相互に結合されて導通し、切断／再接続されることを保証する方法でヘリカルコイルを介してＲＦ周波数を伝達するのに適したＭＥＭｓ技術または他のスイッチ技術を用いて形成されるスイッチが想定され得る。

図３は、いくつかの実施形態に従って形成され動作する切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナ１０６を組み込んだポータブル通信装置１００のブロック図である。このアンテナ１０６は、１次ヘリカルコイル１０２と２次ヘリカルコイル１０４とで形成された非オーバーラップ型の二重逆巻きアンテナ１０６である。スイッチ１１０は、単極単投スイッチとしてその動作形態で示されており、基本的には第１および第２のコイルを並列に結合しつつ、中央に装入された２次ヘリカルコイル１０４を切り替え可能に結合（接続／切断）する。

表１は、スイッチ１１０がオンの場合とオフの場合とにおける無線機１００の動作特性を示す。中央に装入された２次ヘリカルコイル１０４のスイッチ１１０は、同じ超高周波（ＵＨＦ）帯域内で低周波側（スイッチ１１０がオン）から高周波側（スイッチ１１０がオフ）にアンテナ応答性を切り替え可能とする。同じ物理的長さのアンテナの帯域幅は、最大でその帯域幅の２倍まで増加させることができ、帯域幅が固定の場合には、アンテナの長さを短くすることができる。高周波数帯域において、１次ヘリカルコイル１０２と２次ヘリカルコイル１０４との接続が遮断されると、１次コイルは干渉ノッチ素子、すなわち上記した「サックアウトトラップ」として動作して、近くの無線機からの不要信号の干渉除去を改善する。例えば、セルラーグローバル移動体通信システム（ＧＳＭ（登録商標））の帯域などの既知のデュプレクス周波数間隔によって分離された周波数で送信している近くの無線をブロックすることができる。

表２は、アンテナ１０６の動作の概要を示す。

したがって、いくつかの実施形態に従って形成されたアンテナ１０６は、スイッチがオンの場合に、Ｆ１を中心周波数とし、Ｆ２において除去する狭帯域アップリンク通過帯域と、スイッチがオフの場合に、Ｆ２を中心周波数とし、Ｆ１において除去する狭帯域ダウンリンク通過帯域とを含む通過帯域にわたって動作可能である。アンテナ１０６によって得られる同調性の利点は、スイッチがオンされたときよりもスイッチがオフされたときの干渉除去率を向上できることにある。この干渉除去率は設計パラメータに基づいて変化し得るが、同調性および２つの非オーバーラップ型ヘリカルコイル１０２，１０４を微調整する能力、特に、寄生素子としての２次ヘリカルコイル１０４は、アンテナ設計段階で、ポータブル無線機のＲＦ用途に非常に望ましいアンテナ１０６を構成する。

より詳しくは、スイッチがオンされたとき、１次ヘリカルコイルが２次ヘリカルコイルに結合することにより、Ｆ１を第１の中心周波数とし、Ｆ２において除去する第１の所定の周波数通過帯域で動作可能なアンテナが提供される。スイッチがオフされたとき、１次ヘリカルコイルと２次ヘリカルコイルとの接続が遮断されることにより、Ｆ２を第２の中心周波数とし、Ｆ１において除去する第２の所定の周波数通過帯域で動作可能なアンテナが提供される。第１の所定の周波数通過帯域と第２の所定の周波数通過帯域は、互いに同じデュプレクスチャネル間隔内にある。

図４は、いくつかの実施形態に従って形成された二重逆巻きアンテナ１０６を組み込んだ無線機１００であって、ＴＥＴＲＡにおいて４４．５ＭＨｚのデュプレクス間隔を有するように４１５．５〜４２０ＭＨｚのアップリンク帯域と４６０〜４６４．５ＭＨｚのダウンリンク帯域で動作するように割り当てられた無線機１００の一例を提示したグラフ４００を示す。グラフ４００は、縦軸に全効率（ｄＢ）を示し、横軸４１０に沿って周波数（ＭＨｚ）を示しており、二組の狭帯域通過帯域サンプルを示している。ＲＦスイッチ１１０がオンにされた状態での通過帯域４０２，４１２は低通過帯域Ｆ１で示され、Ｆ２において除去する。ＲＦスイッチ１１０がオフにされた状態での通過帯域４０４，４１４はより高い通過帯域Ｆ２に移動し、Ｆ１において除去する。

したがって、グラフ４００は、無線機１００がＲＸモード（スイッチ１１０がオフ）で動作しており下位側の狭帯域通過帯域へ移行するとき、アンテナ１０６は、８ｄＢを超える除去率で外部送信干渉を「サックアウト」できることを示している。また、グラフ４００は、無線機がＴＸモード（スイッチがオン）にあり、上位側の狭通過帯域へと移行するとき、アンテナ１０６は「送信エミッションを最小化」できることを示している。

したがって、二重逆巻きアンテナ１０６を使用することで、干渉除去率を改善しつつ、送信エミッションの最小化を改善するシステム性能が達成される。このように、二重逆巻きアンテナは、スイッチが開状態とされて２次ヘリカルコイル１０４が干渉に対する「サックアウトトラップ」をもたらす寄生素子として動作する第２の動作モードで有益に動作可能である。

逆巻きアンテナを使用することにより、表２およびグラフ４００に示される使用の場合においてＲＸ帯域でさらなる（８ｄＢを越える）除去を達成することができる。表２は、干渉源がアンテナ１０６に近づくことができ、周囲の無線機へのアンテナ１０６の影響を低減するという観点でアンテナ１０６がどのように実行されるかについての概要を提示する。グラフ４００を引き続き参照すると、逆巻きアンテナについてのスイッチオンモードからスイッチオフモードへの動作切り替えのための使用の場合の例が以下に概説されている。

表２およびグラフ４００は、逆巻きアンテナ１０６を使用することによって、ＲＸ帯域でさらなる（８ｄＢを越える）除去を達成できるとともに、アンテナ１０６からの送信中に送信広帯域ノイズを１０ｄＢよりも大きな値で低減できることを示している。これは、空港やその他の輸送環境など、多くの無線機ユーザがいる混雑した場所では特に便利となる。１０ＭＨｚを超える値での送信広帯域ノイズに関するＥＴＳＩ要件ＥＮ３００−３９４−１は、−１００ｄＢｃ未満であることが必要とされる。逆巻きアンテナ１０６を使用することにより、ＲＸ帯域でさらなる（８ｄＢを越える）除去を達成することができる。

ＴＸ広帯域ノイズに関して、無線機１００は、近くの無線機に影響を及ぼし得ることが考えられる。無線機１００が標準的な通常のアンテナを有する場合、１３メートル離れた別の同様の無線機とノイズフロアからの干渉を起こし得るが、無線機１００がアンテナ１０６を組み込んでいる場合は、広帯域ノイズがサックアウトされることで、干渉を起こすことなく無線機１００を他の無線機に約４メートル近づけることが可能となる。

感度を抑えたＲＸ除去の場合、ＲＸ無線機で動作する通常のアンテナを有する無線機１００は、自由空間経路損失計算に基づいて、その範囲に影響を及ぼすことなく、入来する干渉源を引き起こす近くの全電力送信無線機から少なくとも４５メートル離して配置される必要がある。しかしながら、アンテナ１０６を無線機１００に組み込むことによって、ＲＸ無線機を干渉源に１８メートル近づけることができる。

範囲領域の観点で見ると、範囲は、半径Ａ＝ＰＩＲ＾２でカバーできる領域に基づいて計算される。この場合、範囲を５３０．９３平方メートルから５０．２７平方メートルに減らすことができる。これは、アンテナ１０６のノイズフロアからのノイズが他の無線機に大きな影響を与えないことを意味する。

いくつかの実施形態によれば、システム要件に基づいて所定の周波数間隔を有する他の所定の狭帯域通過帯域で動作するようにヘリカル巻線の導電トレース１１６を介してアンテナ１０６を調整することができる。例えば、システム要件に基づいて所定のデュプレクス間隔を有する他の所定の狭帯域通過帯域のアップリンク帯域および所定のダウンリンク帯域で動作するようにヘリカル巻線の導電トレース１１６を介してアンテナ１０６を調整することができる。例えば、地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ：Terrestrial Trunked Radio）システムおよびセルラーグローバル移動体通信システム（ＧＳＭ）の帯域で動作する無線機は、種々の実施形態によって説明されるアンテナの利点を得ることができる。

図５は、いくつかの実施形態に従って形成された二重逆巻きアンテナ１０６の１次ヘリカルコイル１０２の内部ヘリカルアセンブリ部分５００の分解図である。外部シールドが除去された状態で内部導体および誘電体を提供する内部同軸ケーブル５０２は２つの内部接点板５０４，５０６の間に結合され、好ましくは第１および第２のプラスチック部分５０８，５１０から形成されたハウジング内に収容される。バネ接点５０４およびプレート接点５０６は、ハウジングの外部からアクセス可能である。電気的フレックス部５１２もしくは適切な導体、またはヘリカルコイルの形成に適した他の適切な導体は、バネ接点５０４に結合され、ヘリカルコイルの形式でハウジング周囲に巻き付けられる。ハウジングは、フレックス部の巻き付けを容易にするために、予め位置決めされたアライメントタブまたは他のアライメント手段を有し得る。接点板５０６がハウジングの外部に延在することによって、回路基板との相互接続のための図１の相互接続スプリング１１４が提供される。完成したアセンブリは、図１のヘリカルコイル１０２として示される。他のアセンブリ方法も可能であるが、アセンブリ方法５００は、良好な性能を有した小型で目立たないアンテナが非常に望まれるビジネス双方向無線市場に適したポータブル無線機内への１次ヘリカルコイルの取り付けを容易にする。

図６は、いくつかの実施形態による二重逆巻きアンテナ１０６の２次ヘリカルコイル１０４の外側ヘリカルアセンブリ部分６００の分解図である。放射素子６０２は、フレックス部、ワイヤ、またはヘリカルコイルへと形成可能な他の適切な放射導体で形成することができる。この実施形態によれば、回転方向は、１次コイル５１２に対して逆巻きにされる必要がある。フレックス部６１２は、例えば、ヘリカルコイルアンテナを支持するのに適した非導電性で非損失性の誘電体材料で形成されたフレックス化粧管（dressing tube）などのチューブに巻き付けられ得る。オーバーモールド６０６は、金属接点６０８および金属スタッドコネクタ６１０の取り付けを可能にする追加の支持および剛性を提供する。このアセンブリはカバー６１４（図１のカバー１２４）によりキャップまたはオーバーモールドされるが、スタッドコネクタは無線機１００の無線機ハウジング１２０に取り付けるために露出させたままとされる。他の構成を使用することもできるが、長さ１０７ｍｍの無線機の場合は、全長約２０ｍｍが適切である。この場合も、アセンブリ方法の全体の目標は、二次ヘリカルコイルがポータブル無線機の外部にあるため、二次ヘリカルコイルがユーザにとって目立たないものとしつつ、１次ヘリカルコイルと協働して良好な性能を示す二次ヘリカルコイルを提供することに向けられている。

図７は、いくつかの代替の実施形態に従って形成され動作するアンテナ７０６を組み込んだポータブル通信装置７００のブロック図である。このポータブル通信装置７００は、コントローラ、オーディオ回路、およびトランシーバを有したポータブルなＰＴＴ双方向無線タイプの装置であり、狭通過帯域の動作周波数である狭帯域周波数で適切なサポート回路が動作するという点で上記説明したものと同様であるが、この実施形態での無線機のサイズはそれほど制限されておらず、上記実施形態で説明したものと性能は同様であるが、サイズの制約はない。

上記実施形態と同様に、ポータブル通信装置７００は、１次ヘリカルコイル７０２と２次ヘリカルコイル７０４とを備えるアンテナ７０６を動作させる。２次ヘリカルコイルは１次ヘリカルコイルに対して逆巻にされている。しかしながら、この実施形態では、双方のコイルはポータブル通信装置７００の外部に位置している。ポータブル通信装置７００の内部には、ＲＦスイッチ、ＭＥＭｓスイッチ、またはＲＦ周波数を伝達するための他の適切なスイッチなどのスイッチ７１０が位置し、スイッチ７１０は２つのヘリカルコイルの間に切り替え可能に装入されている。受信／スタンバイモードでスイッチ７１０が開くと、コイル間の電磁結合のみが許容され、送信モードでスイッチ７１０が閉じると、２つのコイルが短絡される。ＰＴＴ７２８を押すとスイッチ７１０が閉制御され、ＰＴＴ７２８が解除されるとスイッチが開く。スタンバイ中および受信中にスイッチは開状態のままとなる。

この実施形態では、ポータブル通信７００は図１〜３の無線機１００と同じサイズ制約を受けないのでアンテナ７０６を装置の外部に配置することができる。サイズ制約に対する制限が少ないので、１次および２次ヘリカルコイル７０２，７０４は無線機ハウジングの外側に位置し、無線機の制御トップによって許容される空間に応じて適切に取り付けられてスリーブ受けされる。適切な周波数帯域は、ＰＣＢ７２２内にエッチング形成された放射器ストリップ７１６、または給電点７１８およびトランシーバに関連付けられたＰＣＢ７２２上の他のマッチング構成要素（図示略）を用いて設計および調整され得る。

図８は、いくつかの実施形態による切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナ８００の代替の実施形態である。アンテナ８００は、１次ヘリカルコイル８０２と、２次ヘリカルコイル８０４と、それらの間に結合されたスイッチ８１０とで形成されたオーバーラップコイルを含み、オーバーラップコイル間には適切な非損失誘電体材料が配置されている。このようなアンテナ８００はサイズ制約が制限されていないポータブル無線機の外部に配置され得る。この場合、無線機モックアップは１０５×６５ｍｍであり、アンテナの長さは１０５ｍｍである。この無線機は、上記と同様に、トランシーバと、マイクロプロセッサの制御で動作可能でありスイッチ８１０を介して切り替え可能に結合されてＰＴＴの作動に応答して２次ヘリカルコイル８０４のスイッチングを制御するコントローラとを備える。

広帯域動作モードの間、スイッチ８１０は、１次ヘリカルコイル８０２を２次ヘリカルコイル８０４に接続し、これによって、逆巻きコイルを備えたアンテナの電気的な長さを増加させる。

狭帯域動作モードの間、スイッチ８１０は、１次ヘリカルコイル８０４と２次ヘリカルコイル８０４との接続を遮断し、２次ヘリカルコイルは、１次ヘリカルコイルに結合された寄生素子として動作する。

スイッチ８１０がオンされると、２つの共振周波数が近接した広帯域通過帯域が得られる。スイッチ８１０がオフされると、帯域外周波数において追加の干渉除去を伴う狭帯域通過帯域が得られる。したがって、狭帯域通過帯域と広帯域通過帯域の双方を有する１つの独立した周波数がアンテナ８００によって達成される。

図９Ａは、図８の代替実施形態に従って形成されたオーバーラップアンテナの使用可能帯域幅９０２の一例のグラフ９００を示す。グラフ９００は、縦軸９１０の周波数（ＭＨｚ）に対する横軸９２０のゲイン（ｄＢ）を示す。スイッチ８１０がオンされると、共振周波数（７２ＭＨｚおよび２０ＭＨｚ）の２つが接近して９２ＭＨｚの使用可能帯域幅が得られる。

図９Ｂは、図８の代替実施形態に従って形成されたオーバーラップアンテナの干渉除去の一例のグラフ９５０を示す。グラフ９５０は、縦軸９３０に全効率を示し、横軸に周波数（ＭＨｚ）９４０を示している。除去性を有さず４００ＭＨｚ〜４７０ＭＨｚの帯域にわたって広帯域応答を有する２つの基準アンテナ応答（標準的なスタビー（stubby）アンテナ９４２とホイップアンテナ９４４）が示されている。グラフ９５０は、２次コイル８０４が１次ヘリカルコイルに対して切り替え可能に非接続とされたときにアンテナ８００から得られる広帯域応答９５２であって、干渉除去を有さない広帯域応答をもたらすことを示している。グラフ９５０は、１次コイル８０２が２次コイル８０４に切り替え可能に接続されたときに得られる狭帯域応答９５４であって、大きな除去をもたらす狭帯域応答を示している。

表３は、アンテナ８００の特性をまとめたものである。

このようにオーバーラップ型二重逆巻きスイッチアンテナの方法は、標準的なホイップアンテナやスタビーアンテナに対して、追加の干渉除去をもたらす広帯域アンテナを提供できるため有利である。１次および２次ヘリカルコイルの各々の影響がアンテナ内で十分に規定されるため、表３に示されるようなアンテナ応答やアンテナ干渉の細かな調整は、各ヘリカルコイル（および他の無線機構成要素）を介して容易に調整可能である。

したがって、アンテナ８００は、１次および２次の逆巻きヘリカルコイルがオーバーラップして所定の広帯域動作モードと狭帯域動作モードとをスイッチで切り替え可能に動作する、切り替え可能に結合された二重逆巻きアンテナを提供する。このようなオーバーラップ型の逆巻き切り替え構造は、さらなる干渉保護と同調性の改善をもたらす追加の利点を有するオーバーラップ型の逆巻き切り替え方式を用いることによって、アンテナの設計をより短い物理的長さに再設計することを可能にする。

したがって、いくつかの実施形態によれば、切り替え可能な二重逆巻きアンテナが提供される。いくつかの実施形態は、非オーバーラップ型の切り替え可能な二重逆巻きアンテナを提供する。他の実施形態は、オーバーラップ型の切り替え可能な二重逆巻きアンテナを提供する。

非オーバーラップ型の切り替え可能な二重逆巻きアンテナは、受信機の感度低下と放射送信広帯域ノイズ性能を向上させることができる。非オーバーラップ型の切り替え可能な二重逆巻きアンテナを使用することで、ポータブル通信装置の全体的な内部体積を減少させるとともに外部長を低減させることができる。

オーバーラップ型の切り替え可能な二重逆巻きアンテナを使用することで、無線機アンテナの設計長さを短縮し、ポータブル通信装置の干渉除去のさらなる利点を提供することができる。このようなオーバーラップコイルを有した切り替え可能な二重逆巻きアンテナは、１つの独立した周波数の広帯域応答および狭帯域応答を提供する。

種々の実施形態によって提供されるアンテナは、通過帯域選択性および干渉除去の調整を選択的に提供可能としたより短くてより小型のアンテナが望まれるポータブル通信装置の用途に適している。

以上、特定の実施形態について説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形や変更を行うことができることを理解する。したがって、明細書および図面は限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきであり、そのような変更のすべては本教示の範囲内に含まれることが意図される。

利益、利点、課題解決策、さらには、利益、利点、解決策をもたらし得るすべての要素は、いずれかまたはすべての請求項の重要な、必須の、または不可欠な機能もしくは要素と解釈されるべきではない。本発明は、本出願の係属中になされる補正を含む請求項およびそれら請求項の均等物によってのみ定義される。

本明細書において、第１、第２、上部、下部などの関係性用語は、あるエンティティまたは動作を別のエンティティまたは動作と区別するためにのみ使用され得るものであり、そのようなエンティティ間または動作間における実際の関係性または順序を必要としたり示唆したりするものではない。「備える」、「有する」、「含む」、「含有する」、またはそれらを変形させた用語は非排他的な包含を意図しており、要素のリストを備える、有する、含む、含有する処理、方法、物品、または装置は、それらの要素のみを含むわけではなく、明示的には列挙されていないがそのような処理、方法、物品、または装置に内在する他の要素も含み得る。「〜を備える」、「〜を有する」、「〜を含む」、「〜を含有する」の後に続く要素は、その要素を備える、有する、含む、含有する処理、方法、物品、または装置に含まれる追加の特定の要素を排除しない。「１つ」という用語は、本明細書で明示的に述べられていない限り、１つまたは複数のものとして定義される。「実質的に」、「本質的に」、「およそ」、「約」、またはその変形などの用語は、当業者によって理解されるものに近いものと定義され、この用語は、非限定的な実施形態において１０％以内、別の実施形態では５％以内、別の実施形態では１％以内、別の実施形態では０．５％以内であると定義される。本明細書で使用する「結合される」という用語は、接続されるものとして定義されるが、必ずしも直接的であることや機械的であることを必要としない。特定の方法で「構成される」装置または構造は、少なくともそのように構成されるものであり、列挙されていない方法でも構成され得る。

いくつかの実施形態は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、専用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数の汎用または専用プロセッサ（または「処理装置」）と、その１つまたは複数のプロセッサを制御して、本明細書に記載の方法および／または装置の機能のいくつか、大部分、またはすべてを特定の非プロセッサ回路と協働して実行するための固有の格納プログラム命令（ソフトウェアおよびファームウェアの両方を含む）とからなる。あるいは、機能のいくつかまたはすべては、プログラム命令を格納していないステートマシンによって実行されてもよいし、または各機能もしくは特定の機能の組み合わせがカスタムロジックとして実装された１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって実行されてもよい。もちろん、これらの２つのアプローチを組み合わせて使用してもよい。

また、一実施形態は、本明細書および特許請求の範囲に記載の方法を実行するコンピュータ（例えば、プロセッサを含む）をプログラミングするためのコンピュータ可読コードを格納したコンピュータ可読記憶媒体として実施され得る。このようなコンピュータ可読記憶媒体の例は、これらに限定されるものではないが、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、磁気記憶装置、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラマブル読み取り専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能かつプログラム可能な読み出し専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能かつプログラム可能な読み出し専用メモリ）、およびフラッシュメモリを含む。また、多大な努力を要するかどうか、さらには、例えば利用可能な時間、現在の技術、および経済的考慮によって動機付けられる多くの設計選択があるかどうかによらず、当業者は、本明細書に開示された概念および原理によって導かれることにより、最小限の実験でこのようなソフトウェア命令やプログラムおよびＩＣを容易に生成可能となり得ることが期待される。

本開示の要約は、読者が技術的開示の本質を迅速に確認できるようにするために提供され、請求項の範囲または意味を解釈または制限するために使用されるべきものではない。また、上述した詳細な説明は、本開示を合理化する目的で種々の実施形態において種々の特徴をまとめている。本開示の方法は、請求項に記載された実施形態が各請求項に明示的に記載されたものよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、請求項に記載されるように、発明の主題は、開示された一つの実施形態のすべての特徴よりも少ない。したがって、請求項は発明の詳細な説明に組み込まれ、各請求項は別々に請求される主題として独立している。

Claims (17)

1. アンテナであって、
   １次ヘリカルコイルと、
   前記１次ヘリカルコイルに対して逆巻きとされた２次ヘリカルコイルと、
   前記２次ヘリカルコイルを前記１次ヘリカルコイルに対して切り替え可能に結合するためのスイッチと、を備え、前記２次ヘリカルコイルは、前記スイッチにより非接続とされたときに前記１次ヘリカルコイルに対して電磁的に結合される、アンテナ。
2. 前記１次ヘリカルコイルと前記２次ヘリカルコイルとがオーバーラップしていない、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記スイッチは無線周波数（ＲＦ）スイッチであり、前記１次ヘリカルコイルと前記２次ヘリカルコイルとがオーバーラップしていない、請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記スイッチは単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチであり、前記１次ヘリカルコイルと前記２次ヘリカルコイルとがオーバーラップしていない、請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記スイッチは単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチであり、前記１次ヘリカルコイルと前記２次ヘリカルコイルとがオーバーラップしている、請求項１に記載のアンテナ。
6. アンテナであって、
   １次ヘリカルコイルと、
   前記１次ヘリカルコイルに対して逆巻きとされた２次ヘリカルコイルと、
   前記２次ヘリカルコイルを前記１次ヘリカルコイルに対して切り替え可能に結合するためのスイッチと、を備え、前記アンテナは、狭帯域通過帯域のアップリンク帯域と所定のデュプレクス間隔を有する所定のダウンリンク帯域とにわたって動作する、アンテナ。
7. アンテナであって、
   １次ヘリカルコイルと、
   前記１次ヘリカルコイルに対して逆巻きとされた２次ヘリカルコイルと、
   前記２次ヘリカルコイルを前記１次ヘリカルコイルに対して切り替え可能に結合するためのスイッチと、を備え、前記アンテナは、
   前記スイッチがオンの場合に、Ｆ１を中心周波数とし、Ｆ２において除去する狭帯域アップリンク通過帯域と、
   前記スイッチがオフの場合に、Ｆ２を中心周波数とし、Ｆ１において除去する狭帯域ダウンリンク通過帯域と、を含む通過帯域にわたって動作し、
   前記スイッチがオフされたときの除去率は、前記スイッチがオンされたときよりも大きい、アンテナ。
8. 前記アンテナは、
   前記スイッチがオンされたときに、前記１次ヘリカルコイルが前記２次ヘリカルコイルに結合することにより、Ｆ１を第１の中心周波数とし、Ｆ２において除去する第１の所定の周波数通過帯域で動作可能なアンテナが提供され、
   前記スイッチがオフされたときに、前記１次ヘリカルコイルと前記２次ヘリカルコイルとの接続が遮断されることにより、Ｆ２を第２の中心周波数とし、Ｆ１において除去する第２の所定の周波数通過帯域で動作可能なアンテナが提供される、ように所定の通過帯域で動作可能であり、
   前記第１の所定の周波数通過帯域と前記第２の所定の周波数通過帯域は、互いに同じデュプレクスチャネル間隔内にある、請求項７に記載のアンテナ。
9. ポータブル電子装置であって、
   コントローラと、
   トランシーバと、
   前記コントローラおよび前記トランシーバに動作可能に結合されたプッシュツートーク（ＰＴＴ）ボタンと、
   無線周波数通信を提供する切り替え可能に結合された二重逆巻きヘリカルアンテナと、を備えるポータブル電子装置。
10. 前記切り替え可能に結合された二重逆巻きヘリカルアンテナは、第１の所定の狭帯域周波数通過帯域と第２の所定の狭帯域周波数通過帯域とにわたる動作を提供する非オーバーラップコイルを備える、請求項９に記載のポータブル電子装置。
11. 前記切り替え可能に結合された二重逆巻きヘリカルアンテナは、同一の動作帯域内で２つの狭帯域応答を生じさせる所定の周波数通過帯域内の独立した共振周波数で動作する、請求項１０に記載のポータブル電子装置。
12. 前記切り替え可能に結合された二重逆巻きヘリカルアンテナは、オーバーラップしており、所定の広帯域動作モードと狭帯域動作モードとにわたる切り替え可能な動作を提供する、請求項９に記載のポータブル電子装置。
13. 前記切り替え可能に結合された二重逆巻きヘリカルアンテナは、
    第１のヘリカルコイルと、第２のヘリカルコイルと、スイッチとを備え、
    前記第１のヘリカルコイルは、狭帯域動作モードと広帯域動作モードの双方でアンテナとして動作し、
    前記広帯域動作モードの間、前記スイッチは、前記第１のヘリカルコイルを前記第２のヘリカルコイルに接続して、逆巻きコイルによる前記アンテナの電気的長さを増加させ、
    前記狭帯域動作モードの間、前記スイッチは、前記第１のヘリカルコイルと前記第２のヘリカルコイルとの接続を解除し、前記第２のヘリカルコイルが前記第１のヘリカルコイルに結合された寄生素子として動作する、請求項１０に記載のポータブル電子装置。
14. 前記第１のヘリカルコイルは高周波アンテナとして動作し、前記スイッチは、前記第１のヘリカルコイルを前記第２のヘリカルコイルに接続して逆巻きコイルによる前記アンテナの電気的長さを増加させるとき、前記第１のヘリカルコイルを低周波アンテナとして動作させる、請求項１３に記載のポータブル電子装置。
15. 前記第１のヘリカルコイルと前記第２のヘリカルコイルとは前記スイッチを介して接続され、各ヘリカルコイルは、前記広帯域動作モードの間、所定の周波数帯域内の独立した共振周波数で動作する、請求項１３に記載のポータブル電子装置。
16. 前記ポータブル電子装置は、ＴＥＴＲＡ通信帯域で動作するポータブル無線機である、請求項１２に記載のポータブル電子装置。
17. 前記ポータブル電子装置は、モバイル（ＧＳＭ）帯域で動作するポータブル無線機である、請求項１２に記載のポータブル電子装置。