JPH03502157A - バランス式薄型ハイブリッド・アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 バランス式薄型ハイブリッド・アンテナ技術分野 本発明は、小型携帯通信用受信機のアンテナに関し、ざらに詳しくは平衡した磁 界と電界応答特性を有する薄型ハイブリッド・アンテナに関する。

背景技術 ページャのような小型携帯通イ’＝用受信機のアンテナは、入射電磁波のＨフィ ールド成分にのみ応答するのに最適な磁気ループ・アンテナである。このような 従来技術の磁気ループ・アンテナは、フェライト・コアのような磁気材料を使用 しまたは使用しないで、単一または複数のループ・アンテナとして形成された丸 いまたは平坦な導体のいずれかによって製造された。コアを使用するかしないか というこの設計上の選択は、動作周波数と受信機のハウジング内にこのアンテナ を組み込むことのできる空間によって第１次的に行われた。これらの小型携帯通 信用受信機は、一般的にシャツのポケットの中に入れるまたはベルトに留める等 のようにして体に装着され、一般的にループは電磁界中に位置する人間の体を取 り囲む磁界に結合するように調整され、これによってこの受信機の感度を高めた 。このような携帯通信用受信機には「ボディ・エンハンスメント」効果を得ると いう利点があるが、この利点は、この受信機を体から取外した場合、またはテー ブルや机に置いた場合に生じるような動作のフリー・フィールド・モードの場合 に、しばしば感度が低下するという犠牲をはらって得られるものである。この従 来技術のアンテナ設計は、実質的にループに断面領域を有する携帯通信用受信機 に適した動作を提供しているが、これらの設計は「クレジット・カードｊ型のペ ージャのような薄い板状の受信機用のハウジングの場合のように、極端に薄い形 状を有する携帯通信用受信機の設計には不適当であることが分かった。このよう な薄い携帯通信用受信機に対して簡単に製造でき、優れた性能を提供するアンテ ナが必要である。

発明の開示 したがって、本発明の目的は、良好な感度を提供する薄型アンテナを提供するこ とである。

本発明の更に他の目的は、広い範囲の周波数に渡って動作することが可能な薄型 アンテナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、体に装着しても体から外しても良好な感度を与える薄 型アンテナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、磁界応答特性と電界応答特性のいずれも最適にする薄 型アンテナを提供することである。

これらおよび他の目的は、薄型携帯通信用受信機のアンテナによって提供される ことが明らかになる。このアンテナは、第１組の平行な対向する辺と第２組の平 行な対向する辺を有する一重のループに形成された導体によって構成され、この 第１組の辺は実質的に第２組の辺よりも長い。

このループは受信機に接続するために、第１組の辺の中点に対して対称な接続タ ブに終端される。誘電体コアは、このループの中に配置され、実質的にこのルー プを満たす。

このループ内のコアによって、このループはまた半波長の電気的ダイポールとし ても機能し、これによって電磁波の磁界と電界の両方に応答する薄型アンテナが 提供される。

図面の簡単な説明 新規であると信じられる発明の特徴は、添付の請求項に詳しく述べられる。発明 自体は、これの他の目的と利点と共に、添付の図面と関連させて以下の説明を参 照することによって最も良く理解でき、図中の同じ参照番号は同一の部品を表す 。

第１図は、本発明の好適な実施例を示す斜視図である。

第２Ａ図は、本発明の好適な実施例を示す別の図である。

第２Ｂ図は、第２Ａ図のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

第２Ｃ図は、第２Ａ図のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

第３図は、本発明の好適な実施例の受信機への電気的接続を示す概略図である。

第４図は、本発明の好適な実施例の性能を他の従来のアンテナの形状と比較瞥た 表である。

第５図は、本発明の誘電体コアを有する実施例と誘電体コアを有ざない実施例の 性能を比較した表である。

発明を実施するための最良の形態 第１ないし５図は、本発明の好適な実施例、すなわち電磁波の磁界成分と電界成 分に対して平衡した応答特性を提供する薄型ハイブリッド・アンテナの構造と性 能を示す。

第１図は、本発明の好適な実施例、すなわち１５０ＭＨｚないし１００１００Ｏ の広い周波数範囲に渡って動作することができる薄型アンテナ１０の斜視図を示 す。図のように、アンテナ１０はコア１６と導体１４によって構成される。導体 １４は実質的に水平で平行な対向する辺１５と１７Ａないし１７Ｂと実質的に垂 直で平行な対向する辺１９と２１を有する一重のループに形成される。辺１７Ａ ないし１７Ｂは統合接続タブに終端され、これらのタブは辺１７の中点に対して 対称に配置され、これによって中央で供給されるアンテナの構成が与えられる。

この−重ルー図のように、このループの形状は、薄い板状受信機で必要とされる ように極めて薄型であり、またアンテナへの接続がこれまで一般的に行われたよ うにループの端部ではなくて中点で行われるという点で、幾分従来のものと異な る。

この中央で供給する構成を選択することは、任意に行われるものではなく、第５ 図を参照して説明されるように、ループの辺のアスペクト（縦横）比が１より大 きい場合、すなわち水平に位置する辺１５と１７が実質的に垂直に位置する辺１ ９と２１より長い場合、端部で供給する構成に対しノで実質的なアンテナ感度の 改善が１ｑられるという事実に堺づくものである。

詳細に第１図を検討すると、統合接続タブ１８を有する導体１・１は、ａい導電 性の材料の平坦な板、または銅やベリリウム銅のような金属板から打ち１友きの ような適切な方法で形成することができる。円形の導体を使用することもできる 。しかし、通常の当業賃が理解するように、この平坦な導体は、最も低い抵抗を 維持しながら薄型のアンテナ−を作ることを可能にする。導体］４は、耐久性の ある表面合設けるの【、′７適φるように銅、ニッケル、錫のような金属によっ てメッキされ、この面は受信機との接続を行う相手方の導体２０と容易に半田付 けされ、これらはプリン１〜回路基板（Ｐ、Ｃ，Ｂ）１２上に設けられているが 、これは図法目的の７ｊめのみである。接続タブ１８のこの構成はアンテナ１０ の性能にとって重要ではなく、別のワイヤまたは導体をアンテナ１０に半田付け または溶接するような接続のための仙の構成も同様に良好に動作することに留意 するべきである。

導体１４によって形成されるループの面に垂直で実質的に長方形の断面を有する コア１６は、導体１４内で辺１５と１７との間、およびまた辺１９と２１との間 に配置される。コア１６はまた取り付けに便利なようにまたは他の物理的要求の ため、アンテナ１０の性能に影響を及ぼすことなく角部を面取りする、すなわち これにアールを付けることが可能である。コア１６はアンテナ１０の性能に関連 する幾つかの機能を与える誘電体材料から作られる。コア］６によって提供され る第１の機能は、受信機が体に近付いた場合アンテナ１０の同調が外れることを 最小にする、すなわち同調した中央周波数をシフトすることである。アンテナ１ ０の同調が外れることを最小にすることによっ′で、このアンテナは体に着けた 場合と体から離した場合のいずれでも最適の性能に同調できる。アンテナが最適 に同調されない状態で、受信機の動作に起因して結果として生じる感度の損失は 、このアンテナの感度に悪影響を及ぼさない。

コア１６によって提供される第２の機能は、アンテナ１０のインピーダンスを最 適にする手段を提供することである。

このようなインピーダンスの最適化によって、アンテナの受信機とのマツチング が従来のループ・アンテナよりも容易に行われる。コア１６の第３の最も重要な 機能は、アンテナの電界応答を最適化し、これによってアンテナ全体の性能を高 めることである。これは、接続タブ１８に対して対称な腕２３と２５を有する半 波長電気ダイポールを発生することによって実現される。この電気ダイポール応 答は、ダ、イボールの腕２３と２５の長さとコア１６の比誘電率を正しく選択す ることによって、１５０ＭＨ２から１０００ＭＨｚの動作周波数の範囲内のいず れの周波数に対しても最適にできる。これらの機能はこの明細書で詳細に説明す る。

第１図には示さないが、導体１４の中にコア１６を確実に載置するため、薄い粘 着性の膜を導体１４に付けることができる。

第２図は、本発明の好適な実施例の構造を更に詳しく図示する第１図の平面図を 示す。第２Ａ図に示すように、］コア６は導体１４の内部に位置し、アンテナ１ ０を形成する。アンテナ１０はざらにプリント回路基板１２の切り欠ぎ１３内に 位置する。プリント回路基板１２は、アンテナ１０と共にハウジング１１の内部 に位置する。このハウジング１１はプラスデック、ポリカーボネイト、または［ ＥＸＡＮのよ５な柔軟性のある材料によって構成される。この切り欠き１３は第 ２Ｂ図にｉ（すハウジング１１に必要な厚さを最小にし、ざら（アンテナ１０の 受信機との全ての相−９作用を制限りる。接続り１１８は、第２Ｃ図に示すよう に、アンテナ１０を切り欠き１３内に位置させ、同時にプリント回路導体２０と 接触させるように形成される。アンテナ１０は水平に１８０度回転づることか可 能であり、これによって、アンテナの性能に影響を及ぼすことなく接続タブ１８ を上部からプリント回路基板１２に接続することができることを当業者は理解す る。

第２Ｂ図に示すように、導体１４は、適切にメッキされた後、０．１１８インチ の幅２７と０．０１０インチの厚さ２９を有する。この導体１４によって形成さ れるループの内部寸法は、０．１４３インチ（辺１９または２１）×２．６イン チ（辺１５）であり、このループのこれらの辺に対（）で約１８のアスペクト比 を与える。このループとほぼ同じ寸法の誘電体コア１６が、このループ内に載置 される。誘電体コア１６は、０．１１８インチｘｏ、２４５イの断面を有し、導 体１４の端部を越えて伸びる。誘電体コア１６は、ジェネラル・エレクトリック 社で製造されるＡＩｓｉｍａ０１９２のような高層Ｎ率材料で、約１００の比誘 電率εＳを有する。選択されたこのループ長とコアの誘電率によって、２８０Ｍ Ｈｚの動作周波数で半波長電気ダイポールが得られ、その結果、アンテナのイン ピーダンスは約１０オームとなる。コアの比誘電率を一定とすれば、動作周波数 が増加するにしたがって、本発明によって製造した長方形のループ・アンテナの 寸法は減少することを、当業者は理解する。ざらに、このアンテナの寸法に適合 させるのに、３ないし２５０の比誘電率を有する種々の誘電体材料を使用するこ とができる。より低い比誘電率のコアを使用すると、同等のアンテナ感度を維持 するためには、全ての固定動作周波数でアンテナの寸法は増加する。さらに、比 誘電率εＳが３以上のコアを使用した場合、コアの幅は導体１４の幅以上に伸び る必要はない。フリンジングを防止するため、コア１６の幅は少なくとも導体１ ４の幅でなければならない。誘電体コアを取り付けると、平行な帯状線で生じる ように、相対的な電界は実質的にこのループの辺の間に制限され、この場合、前 述のように、受信機を体の近くに置いた場合一般的に生じる相互作用は大きく減 少する。

説明の目的のため、第３図の回路および第４図と第５図に示す動作特性を説明す るのに、２８０ＭＨｚの周波数で動作するアンテナを使用する。しかし、２００ ＭＨｚないし１００１００Ｏの範囲で動作するアンテナ１０もほぼ同じ特性を有 することに留意することが重要である。第３図は、受信機をアンテナ１０に同調 させ一致させる概略電気回路図を示す。アンテナ１０の動作周波数は、アンテナ １０の出力端子すなわち接続タブ１８の両端に接続される可変コンデンサ２２、 およびアンテナ１０の第１出力端子からアースに接続されたコンデンサ２４によ って決定される。可変コンデンサ２２は正確な中心動作周波数同調させるめに使 用される。２８０ＭＨｚの動作周波数の場合、可変コンデンサ２２は２ないし１ ０ピコフアラツドの範囲である。コンデンサ２４は、コないし３ピコフアラツド の範囲であり、これはコア１６の比誘電率によって変化する実際のアンテナ・イ ンピーダンスによって決まる。アンテナ１０の第２出力端子とアースとの間に接 続されたコンデンサ２６、およびアンテナ１０の第２出力端子とＲＦ増幅器３０ の入力端子との間に接続されたコンデンサ２８は、当業者に周知の方法で、アン テナ１０の出力インピーダンスをＲＦ増幅器３０の入力に一致させるために使用 される。

前述のように、中心で供給を行う長方形のループ構成は、端部で供給を行う長方 形ループ構成よりも優れていることが分かった。第４図は、誘電体コアのないル ープ３１ないし３３に対するこれの比較を示す。比較の基準として、同じ面積の 円形ループ・アンテナ３１を使用する。比較した全てのアンテナは同じ断面積を 有し、電界応答と磁界応答の両方、磁界のみまたは磁界優先の応答、ざらに電界 のみまたは電界優先の応答を最大にする電磁界に配向される。

第３図に示すように、この円形ループ・アンテナ３１の応答は、予想通り、良好 な磁界優先感度と低い電界優先感度を持っていた。ざらに予想した通り、組み合 わされた電界十磁界の感度は、磁界優先感度のみを反映した。端部で供給を行う 長方形のループ・アンテナの電界十磁界感度は、同様の電界の結果を示したが、 このループよりも３．５ｄＢ悪いことが分かった。磁界優先感度は測定しなかっ たが、組み合わされた電界優先感度の測定結果は磁界優先感度の悪いことを示す 。この結果は、同じ面積の円形ループと比較して導体の長さによゆ長方形のルー プの高い抵抗に起因することが予想された。比較すると、中央で供給を行う長方 形ループ１４は、誘電体コアがなくても、円形ループよりも０．５ｄＢ良好な電 界十磁界感度を与えるが、これは、一部には電界感度が実質質的に増加したこと によるものである。端部で供給する長方形ループの結果と比較した場合、磁界優 先感度の低下は他の場合に予想されるよりも実質的に少ないことに留意すること もまた重要である。

誘電体コア１６を導体１４内に載置する場合、前述のように、電気的ダイポール 効果を最適化することができる。

誘電体材料を正しく選択することによって、中央で供給を行う長方形ループの腕 は、好適な実施例の動作周波数２８０ＭＨ２で半波長の電気的ダイポールとして 動作を行うことができる。第５八図ないし第５Ｃ図は、電気的ダイポール応答を 最適にすることによって得られた感度の結果を表にしたものでおる。第５図は、 また電界十磁界、電界優先および磁界優先感度の測定用の、中央で供給を行う長 方形ループの配向を示し、これによってこれらの感度の各々を独立して測定する ことが可能になる。垂直方向に極性を与えた電磁界でアンテナ１０を垂直に配置 することによって、電磁的ダイポールと電気的ダイポールの両方が、入射する電 磁波をインターセプトするように配向される。第５Ａ図に示すように、測定され た電界士磁界の感度は、コアがアンテナに与えられた場合、１ｄＢの改善となる 。第５Ｂ図に示すように、アンテナ１０を９０度回転させる、すなわち磁界に平 行にすると、このアンテナは電界優先の位置に配置され、その結果、電界感度が 実質的に２．５ｄＢ改善される。第５Ｃ図に示すように、アンテナ１０を磁界に 垂直な水平位置に回転させることによって、磁界優先感度が測定され、図示のよ うに、磁界感度は僅かに０．５ｄＢＬ、か低下しない。電界感度と磁界感度は電 気的ダイポール効果を最適化することによって平衡され、全体の電界感度士磁界 感度は、同じ面積の円形ループよりも１．５ｄＢｆｌれることに留意することも また重要である。

１８対１の辺のアスペクト比を有するアンテナについて本発明の好適な実施例を 説明したが、１０対１またはこれ以上のアスペクト比に対しても同等の性能特性 を得ることができる。しかし、アスペクト比が低いほど、アンテナ形状は厚くな ることが理解できる。

本発明の特定の実施例を図示し説明したが、当業者はさらに変形と改良を行うこ とができる。ここで開示され請求される基本的な基礎をなす原理を有する全ての 変形は本発明の範囲と精神に包含される。

ＦＩＧ、２Ｂ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成２年１０月９日 特許庁長官　　植　松　　敏　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８９１０１２３５ ２、発明の名称 バランス式簿型ハイブリッド・アンテナ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国イリノイ州シャンバーグ、イースト・アルゴンフィン・ ロード１３０３名　称　モトローラ・インコーホレーテッド１９８９１８月２２ 日 ６、添付書類の目録 補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　　　　　］通請求の範囲 １、薄い携帯受信機用のアンテナであって：動作周波数の４分の１波長以下の長 さを有する第１組の２つの対向する平行な辺と、前記第１組の辺よりも短い第２ 組の対向する平行な辺とを具備する一重の長方形ループに形成された導体であっ て、受信機との接続を行うように前記ループは接続タブに終端されかつ前記第１ 組の辺の中点に対して対称的に配置される、ところの導体：および前記ループ内 に配置され実質的に前記ループを満たす誘電体コアでおって、動作周波数の２分 の１波長電気ダイポールを前記接続タブについて対称的に形成する、ところの誘 電体コア； によって構成されるアンテナ。

２、前記導体が平坦な金属板であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。

３、前記金属板かベリリウム銅であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ 。

４、前記誘電体コアは前記ループの面と垂直な実質的に長方形の断面を有するこ とを特徴とする請求項１記載のアンテナ。

５、前記誘電体コアの幅は少なくとも前記導体の幅であることを特徴とする請求 項４記載のアンテナ。

６、前記誘電体コアは３ないし２５０の比誘電率を有することを特徴とする請求 項１記載のアンテナ。

７、前記所定の動作周波数が１５０ＭＨｚより大きいことを特徴とする請求項７ 記載のアンテナ。

８、入射電磁波で動作し【いる場合において、当該アンテナは受信した入射電磁 波に対し・て垂直の優れた磁界応答を有することを特徴とする請求項１記載のア ンチｔ０９、入射電磁波で動作しく゛いる場合において、当該アンテナは受信し た入射電磁波に対して水平の優れた電界応答を有することを特徴とする請求項１ 記載のアンチｔ０１０、前記第１組の平行な辺と前記第２組の平行な辺との間の 縦横比が少なくとも１０対１′ｃ′あることを特徴とする請求項１記較の７ンデ ±。

１１、当該アンテナは中心周波数に同調され、前記中心周波数は人体が存在する 場合も安定であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。

１臣際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．薄い携帯受信機用のアンテナであって：第１組の２つの対同ずる平行な辺と 第２組の対向する平行な辺とを有する一重の長方形ループに形成された導体であ って、前記第１組の辺は前記第２組の辺よりも実質的に長く、受信機との接続を 行うように前記ループは接続タプに終端されかつ前記第１組の辺の中点に対して 対称的に配置される、ところの導体；および 前記ループ内に配置され実質的に前記ループを満たす誘電体コア； によって構成されるアンテナ。
2. ２．前記導体が平坦な金属板であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. ３．前記金属板がベリリウム銅であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ 。
4. ４．前記誘電体コアは前記ループの面と垂直な実質的に長方形の断面を有するこ とを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
5. ５．前記誘電体コアの幅は少なくとも前記導体の幅であることを特徴とする請求 項４記載のアンテナ。
6. ６．前記誘電体コアは３ないし２５０の比誘電率を有することを特徴とする請求 項１記載のアンテナ。
7. ７．前記受信機が所定の動作周波数で動作し、誘電体コアを有する前記ループが 前記所定の動作周波数で半波長電気ダイポール共振として機能し、前記電気ダイ ポールが前記接続タプに対して対称的であることを特徴とする請求項１記載のア ンテナ。
8. ８．前記所定の動作周波数が１５０ＭＨＺより大きいことを特徴とする請求項７ 記載のアンテナ。
9. ９．入射電磁波で動作している場合において、当該アンテナは受信した入射電磁 波に対して垂直の優れた磁界応答を有することを特徴とする請求項１記載のアン テナ。
10. １０．入射電磁波で動作している場合において、当該アンテナは受信した入射電 磁波に対して水平の優れた電界応管を有することを特徴とする請求項１記載のア ンテナ。
11. １１．前記水平な位置の辺と前記垂直な位置の辺との間のアスペクト比が少なく とも１０対１であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
12. １２．当該アンテナは中心周波数に同調され、前記中心周波数は人体が存在する 場合も安定であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。