JP2008535348A - アンテナ方式、アンテナに関連した方法、及びアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明はアンテナ方式に関し、それは送信用の構成部分（１、２、３、４）と、受信用の構成部分（４、３、10、11、12）と、それらに接続したアンテナ（５）を備える。本発明によれば、アンテナ（５）は、送信用の構成部分（１、２、３、４）又は受信用の構成部分（４、３、10、11、12）と異なった接続点（６、７、８）で接続するように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１記載のアンテナ方式に関する。

本発明はまた、アンテナに関連した方法及びアンテナに関する。

携帯電話のアンテナは、通常、広帯域で５０オームに構成されている。電力調整は、出力段の出力電圧を変化させることによって行われる。増幅器もまた、多くの場合５０オームであり、この場合、電力の損失のほとんどは、出力段からの損失にある。仮に増幅器を低インピーダンスにすることができて動作電圧を調整できれば、少なくとも高い電力レベルにおいて、電力が大幅に低減される。しかしながら、前述の適合のために、これは行われていない。特に携帯電話においては、すべての過剰の電力消費は、電話のバッテリーの動作時間を減少させるため、好ましくない。

広帯域のアンテナは、高価な帯域通過フィルターを必要とし、通常はＳＡＷ技術を用いて実施されているが、それは電子回路の総費用を増加させる。

本発明の目的は、従来技術の欠点を解決することであり、この目的のために全く新しい種類の方式、方法、アンテナを開発することである。

本発明は、インピーダンスを変化させるために、複数の給電点を備えたアンテナに基づいている。そして、例えば、送信電力は、常に電力所要量に基づいて、アンテナの給電点、従ってインピーダンスを変更することによって選択される。そして、出力増幅器は、電力消費量を最小にするために、可能な限り低いインピーダンスの状態にされる。本発明の好適な一実施形態において、アンテナは、狭帯域として高いＱ値で使用される。

本発明の第二の好適な実施形態において、アンテナは、同調のために、可変の静電容量を備えている。

より具体的には、本発明のアンテナ方式は、請求項１の特徴部分に記載された事項によって特徴付けられる。

つぎに、本発明の方法は、請求項５と１０の特徴部分に記載された事項によって特徴付けられる。

つぎに、本発明のアンテナは、請求項１１の特徴部分に記載された事項によって特徴付けられる。

本発明により、顕著な効果が得られる。

本発明の解決法によって、携帯電話などの装置の電力消費量を減少させることができ、電池式の装置の動作時間を顕著に増加させることができる。さらに、この方法においてアンテナをより効率的にし、電力消費量を減少させることが可能となる。狭帯域アンテナは、同調可能に作製することができる。最良のとき、アンテナの狭い帯域幅によって、高価な帯域通過フィルターをなくすることが可能となり、移動局の製造費用が著しく削減される。本発明の解決法によって、最良の場合には、携帯電話の高周波部品の全体を、アンテナの周辺近傍、或いはその内部に統合することができる。本発明はまた、受信側の雑音最適化のためにも用いることができる。

以下、本発明について、添付した図面に基づいた実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一つのアンテナ方式を示す。

図２は、本発明のアンテナの平面図を示す。

図３は、図２のアンテナの一つの可能な実施形態の側面図を示す。

図１は、携帯電話の出力段１、アンテナ５、プリアンプ12の簡単な概略を示す。アンテナ５のインピーダンスを実際の値にすることができるように、アンテナ５と並列に可変のコンデンサー９を設けることが好都合である。このことはまた、インピーダンスが変化したときにアンテナを良好に同調させることを可能にする。同一の回路はまた、アンテナを環境の変化に適合させるためにも用いることができる。アンテナへ供給される電力を知るために、電流と電圧の両方を測定しなければならない。較正を注意深く行った場合は、該当の周波数にアンテナが同調されたかどうかを判断するためには電圧と電流の位相のみの測定で十分である。問題の解決において、アンテナを狭帯域に構成することは都合がよく、それは同時にフィルターとしても動作する。その場合、受信側のフィルター回路11は、一つのＬＣ帯域通過フィルターとして使用され、高価なＳＡＷ（表面弾性波）技術を用いた従来技術のフィルターを使用する必要がなくなる。同様に、ＬＣ技術は、送信側のインピーダンス変換器２において用いることができる。

電力を調整するために、アンテナ５は別の給電点６、７、８から給電される。実際に、低電力要求量では上方の接続点６が用いられ、電力要求量が増加すると、スイッチ４は、より低いアンテナインピーダンスの方へ移動するように用いられる。接続点８において、最大送信電力になる。本発明の実施によって、従来技術の送受信スイッチ（ＴＲスイッチ）をなくすることができる。

本発明において、アンテナの別の接続点６、７、８を利用することは、プリアンプ12の雑音の最適化においても都合がよい。プリアンプ12の最適なインピーダンスは、周波数に依存する。これは、特に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）型のプリアンプに当てはまる。５０オームのアンテナが使用される場合、プリアンプは、その最適条件が５０オームに一致するように選択されなければならない。もう一つの別の方法は、固定インピーダンス変換を行うことである。プリアンプ12を異なった周波数に最適化する場合、アンテナ５とプリアンプ12の間のインピーダンス変換を可変にする必要がある。本発明の方法において、図１に示すように、アンテナ５のインピーダンス変換のためにスイッチ４を用いることができる。スイッチ３を用いれば、従来技術を用いて実施するときに高価な部品となる、従来技術のＲＴ（送受信）スイッチをなくすることも可能となる。

スイッチ３、４の制御は、電気的に行われる。スイッチ４の制御において、上述のようにアンテナへの電力入力の測定、又はその代わりに、移動局プロトコルにより移動局へ送信される、携帯電話の基地局の見かけの電力を用いることが可能である。

図１は、インピーダンス整合器２と帯域通過フィルター11を示している。理論上は、帯域通過フィルター11は、十分に狭帯域のアンテナ５とそれに接続する可変コンデンサ９を用いることによってなくすることができるが、実際にはフィルター11は必要であり、しかしながら、それは、好都合なＬＣフィルターとして使用することができる。

受信部において、例えば、トランジスタ10を用いることによって、簡単な前置増幅を狭帯域アンテナと接続して用いることができる。トランジスタは好ましくはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）型のものである。受信側において、インピーダンス整合器31、固定と可変のいずれでもよい、も必要とされてもよい。

最も好ましい解決法は、ただ一つのアンテナ５からなり、それはスイッチ４、例えば電子微小機械のいわゆるＭＥＭＳスイッチであってもよい、を用いることによって異なった点６〜８から給電される。スイッチ４のアンテナ５への接続は、直流接続又は容量性接続であってもよい。同じ技術を用いて使用される第二のスイッチ３は、送信か受信のいずれかを選択するために用いられる。可変静電容量９は、可変容量ダイオード又はＭＥＭＳの静電容量であってもよいが、アンテナ５のインピーダンスの実際の調整に用いることができる。同じスイッチ３、４と可変静電容量９は、受信において使用することができる。受信において、スイッチ３、４は、プリアンプ12の雑音最適化のために用いられ、アンテナ５のインピーダンスは、可変静電容量９を用いることによって実際に保たれる。受信側のスイッチ３の後に、インピーダンス整合器31を加えてもよく、必要な場合は、フィルター11の前に第一の増幅段10を加えてもよい。第一の増幅段は、例えば、ＦＥＴトランジスタであってもよい。アンテナ５のＱ値が極めて大きい状態にされ、同時に狭帯域にされた場合には、フィルター11は、好都合なＬＣ帯域通過フィルターとして使用されてもよい。しかしながら、当該解決法は、できるだけ線形なプリアンプと、混合段を必要とする。従来技術においては携帯電話のアンテナのＱ値は一般に１０よりも小さいのに対し、この種の実施の場合において、Ｑ値は少なくとも１０、好ましくは１０〜１００の範囲にあるべきである。その場合において、アンテナの帯域幅Δｆは、例えば、９００ＭＨｚのＧＳＭ周波数において９〜９０ＭＨｚ程度である。

出力段１、プリアンプ12、スイッチ３、４、可変静電容量９をアンテナと一緒に、例えば、ＬＴＣＣケースに一体化するのが最良である。

同じケース中に、スイッチ３、４と可変静電容量９の制御機器のみならず、変調器と復調器を入れることも価値がある可能性がある。この解決法は、ＧＳＭの高周波部品の全体をアンテナの周辺近傍における単一のモジュールに入れることになる。

図２は、いわゆるＰＡＴＣＨ（パッチ）アンテナとしての本発明のアンテナの一実施例の平面図である。

図示されアンテナの特性と寸法は、以下のとおりである。
基板： ロジャーズ ＲＯ４００３
基板の誘電率 ε_ｒ＝３．３８
基板の損失角の正接 ｔａｎｄ＝０．００２７
絶縁体の厚さ ｔ＝１．５２ｍｍ
寸法 ａ＝１４５．８ｍｍ
寸法 ｂ＝８９．１ｍｍ
中心周波数 ｆ＝９００ＭＨｚ
帯域幅 Δｆ＝１０ＭＨｚ
Ｑ値 Ｑ： ｆ／Δｆ＝９０
放射効率 η＝８０％
インピーダンス： Ｚａｎｔ＝Ｒａｎｔ＋ｊ＊Ｘａｎｔ
Ｘａｎｔ＝８Ω
ｙ１＝３４．１ｍｍ＝＞Ｒａｎｔ１＝１７．５Ω
ｙ２＝４０．６ｍｍ＝＞Ｒａｎｔ２＝２．７Ω
Δｙ＝６．５ｍｍ
本発明によれば、アンテナは、その上側表面20に少なくとも２つの入力点21（ｙ１）、22（ｙ２）を備えており、そのおかげでスイッチを用いてアンテナの入力インピーダンスを調節することができる。

図３は、同じアンテナの折り返した変形例の入力点21、22における断面を示す。これは、いわゆる折り返しＰＡＴＣＨアンテナである。図２の数値上の寸法は、このアンテナに適用できない。このように、図３のアンテナは、いわゆる折り返し構造として使用され、その中には上側表面20と基平面27、及びそれらの間の絶縁層23がある。信号は、出力段から、又はプリアンプへ、基平面に形成された接続孔26を通って、信号導線24、25によって絶縁層23を通って、接続点21、22からもたらされる（及び取り込まれる）。本発明の好適な一実施形態において、電子回路とスイッチは、絶縁層23の内側に位置している。

本発明の構成において、一つの目的は、アンテナをただ一つのモードで時間的に動作させることであり、言い換えると、多重チャンネルの電話において、必要な場合にのみ動作させるために、アンテナの様々なモードの導線を接続することである。この方法によって、そして同調用の静電容量を用いることによって、アンテナの放射効率を改善することができる。

その代わりに、アンテナのインピーダンスが一定に保たれている場合には、インピーダンスをアンテナの前に配置されたインピーダンス変換器を用いて変化させてもよい。このインピーダンス変換器とスイッチ３、４の並行動作もまた、本発明の範囲内であると考えられる。

Claims (15)

1. 送信用の構成部分（１、２、３、４）と、受信用の構成部分（４、３、10、11、12）と、それらに接続したアンテナ（５）を備えたアンテナ方式であって、前記アンテナ（５）は、前記送信用の構成部分（１、２、３、４）又は前記受信用の構成部分（４、３、10、11、12）と異なった接続点（６、７、８）で接続するように配置されたことを特徴とするアンテナ方式。
2. 前記アンテナ（５）を異なった周波数に同調させるために、電気的に可変のコンデンサー（９）が前記アンテナ（５）と並列に接続されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ方式。
3. 前記アンテナ（５）と接続して配置され電気的に制御可能なスイッチ（４）を備え、それにより前記アンテナの前記接続点が調整可能であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ方式。
4. 前記アンテナ（５）に供給される電力を測定するための電力測定手段（30）を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項記載のアンテナ方式。
5. 電力がアンテナ（５）に供給され、前記アンテナ（５）によって生起される放射電力が調整されるアンテナに関連した方法であって、前記アンテナ（５）によって生起された放射電力が前記アンテナ（５）の電力接続点（６、７、８）を変更することによって調整されることを特徴とするアンテナに関連した方法。
6. 前記放射電力が前記アンテナ（５）に供給される電力に基づいて調整されることを特徴とする請求項５記載のアンテナに関連した方法。
7. 前記放射電力が前記アンテナ（５）から受信された電力に基づいて調整されることを特徴とする請求項５記載のアンテナに関連した方法。
8. 前記アンテナ（５）がそれに並列に接続した電気的に可変のコンデンサー（９）を用いて電気的に同調されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のアンテナに関連した方法。
9. 前記接続点が電気的に制御可能なスイッチ（４）によって調節されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項記載のアンテナに関連した方法。
10. 電力がアンテナ（５）から受信され、受信部（12）の雑音が最小にされるアンテナ（５）に関連した方法であって、前記受信部の雑音が前記アンテナ（５）の電力接続点（６、７、８）を変更することによって最小にされることを特徴とするアンテナに関連した方法。
11. 導電性表面（20）と、前記導電性表面に形成された接続点（21）と、前記接続点（21）に接続された信号供給導線（24）を備えたアンテナ（５）であって、前記アンテナの前記接続点として一度に一つを選択可能な複数の接続点（21、22）が前記導電性表面（20）に配置されたことを特徴とするアンテナ。
12. 電気的に可変のコンデンサー（９）が前記アンテナ（５）と並列に接続されたことを特徴とする請求項１１記載のアンテナ。
13. 電気的に制御可能なスイッチ（４）が前記接続点（21、22）に接続された信号供給導線（24、25）に接続されたことを特徴とする請求項１１又は１２記載のアンテナ。
14. ＰＡＴＣＨアンテナであることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか1項記載のアンテナ。
15. 折り返しＰＡＴＣＨアンテナであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか1項記載のアンテナ。

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