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JP2010516110A - 分離型アンテナをもつハンドヘルド電子装置 - Google Patents

分離型アンテナをもつハンドヘルド電子装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ハンドヘルド電子装置においてアンテナを互いに分離する改良されたやり方を提供する。
【解決手段】少なくとも第1及び第2アンテナを有するワイヤレス通信回路を含むハンドヘルド電子装置が提供される。アンテナ分離素子は、アンテナ間の信号干渉を減少し、アンテナを互いに接近して使用できるようにする。平面接地素子は、第1及び第2アンテナにより接地部として使用される。第1アンテナは、平面共振素子が平面接地素子の長方形スロットの上に配置されるハイブリッド平面逆F及びスロット構成を使用して形成することができる。第2アンテナは、L字型ストリップから形成される。第1アンテナの平面共振素子は、第1及び第2のアームを有する。第1アームは、第2アンテナとの共通周波数において共振し、そして分離素子として働く。第2アームは、ハイブリッドアンテナのスロット部分とほぼ同じ周波数で共振する。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般に、ワイヤレス通信回路に係り、より詳細には、ハンドヘルド電子装置のためのワイヤレス通信回路に係る。
本出願は、2007年1月4日に出願された米国特許出願第11/650,071号の優先権を主張するものである。
ハンドヘルド電子装置は、益々普及してきている。ハンドヘルド装置は、例えば、ハンドヘルドコンピュータ、セルラー電話、メディアプレーヤ、及びこの形式の複数の装置の機能を含むハイブリッド装置を包含する。
ハンドヘルド電子装置は、一部分はそれらの移動性のために、多くの場合、ワイヤレス通信能力が設けられる。ハンドヘルド電子装置は、ワイヤレス通信を使用して、ワイヤレスベースステーションと通信することができる。例えば、セルラー電話は、850MHz、900MHz、1800MHz及び1900MHzのセルラー電話帯域を使用して通信することができる(例えば、移動通信又はGSMセルラー電話帯域のためのメイングローバルシステム)。又、ハンドヘルド電子装置は、他の形式の通信リンクを使用してもよい。例えば、ハンドヘルド電子装置は、2.4GHzのWiFi(登録商標)(IEEE802.11)帯域、及び2.4GHzのBluetooth(登録商標)帯域を使用して通信することができる。
フォームファクタの小さいワイヤレス装置のための消費者需要を満足するために、製造者は、これらの装置に使用されるコンポーネントのサイズを減少するために努力を続けている。例えば、製造者は、ハンドヘルド電子装置に使用するアンテナを小型化するために努力してきた。
典型的なアンテナは、回路ボード基板上に金属層をパターン化することにより製造されるか、又はホイルスタンピングプロセスを使用して薄い金属シートから形成される。多くの装置は、平面逆Fアンテナ(PIFA)を使用している。平面逆Fアンテナは、グランドプレーン上に平面共振素子を配置することにより形成される。これらの技術は、コンパクトなハンドヘルド装置の厳格な境界内にフィットするアンテナを形成するのに使用できる。
問題とする全通信帯域にわたり充分なワイヤレスカバレージを与えるために、近代的なハンドヘルド電子装置は、時々、複数のアンテナを収容する。例えば、近代的なハンドヘルド電子装置は、セルラー電話帯域内でセルラー電話通信を取り扱うための1つのアンテナと、データ通信帯域内でデータ通信を取り扱うための別のアンテナとを有する。セルラー電話アンテナ及びデータ通信アンテナの動作周波数は異なるが、一般的には、アンテナ間に望ましからぬ電磁結合の傾向が依然として存在する。
この電磁結合は、望ましからぬ形式の信号干渉を生じる。アンテナを互いに充分に分離しない限り、同時アンテナ動作を行うことができない。
2つのアンテナ間の電磁分離は、ハンドヘルド電子装置の境界内でアンテナをできるだけ離して配置することで、しばしば得ることができる。しかしながら、このような従来の空間的分離配置は、常に可能ではない。ある設計では、レイアウトの制約により、アンテナ干渉を減少するための空間的分離の使用が妨げられる。
それ故、ハンドヘルド電子装置においてアンテナを互いに分離する改良されたやり方を提供できることが望まれる。
本発明の実施形態によれば、ワイヤレス通信回路を伴うハンドヘルド電子装置が提供される。このハンドヘルド電子装置は、セルラー電話、音楽プレーヤ、又はハンドヘルドコンピュータの機能をもつことができる。ワイヤレス通信回路は、少なくとも第1及び第2のアンテナをもつことができる。
第1及び第2のアンテナは、ハンドヘルド電子装置内で互いに接近して配置されてもよい。1つの適当な構成では、第1アンテナがハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナであり、そして第2アンテナがL字型ストリップアンテナである。第1及び第2のアンテナは、各々、第1及び第2の平面共振素子をもつことができる。第1及び第2の平面共振素子は、絶縁体支持構造体に装着されるフレックス回路上に形成することができる。
長方形のグランドプレーン素子は、第1及び第2のアンテナに対する接地部として働くことができる。ハンドヘルド電子装置は、接地部へ短絡される金属ハウジング部分を有すると共に、第1及び第2の平面共振素子をカバーするプラスチックキャップ部分を有することができる。
長方形のグランドプレーン素子は、長方形の絶縁体充填スロットを含むことができる。平面共振素子は、そのスロットの上に配置することができる。第1の平面共振素子は2つのアームを有する。2つのアームのうちの第1アームは、第2アンテナとほぼ同じ周波数帯域で共振するように同調することができる。第1及び第2のアンテナが同時に動作されるときには、第1アームが第2アンテナからの干渉を打ち消すように働き、これにより、第1及び第2アンテナを互いに分離する上で役立つアンテナ分離素子として働く。2つのアームのうちの第2アームは、第1アンテナのスロット部分と同じ周波数で共振し、その周波数における第1アンテナの利得及び帯域巾を向上させるように構成される。
本発明の更に別の特徴、その特性及び種々の効果は、添付図面及び好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
本発明の一実施形態によるアンテナを伴うハンドヘルド電子装置を例示する斜視図である。 本発明の一実施形態によるアンテナを伴うハンドヘルド電子装置を例示する回路図である。 本発明の一実施形態によるアンテナを伴うハンドヘルド電子装置を例示する断面側面図である。 本発明の一実施形態に基づいて各伝送線により2つの関連アンテナ共振素子に結合された2つの高周波トランシーバを含むハンドヘルド電子装置を例示する部分概略上面図である。 本発明の一実施形態による平面逆Fアンテナ(PIFA)を例示する斜視図である。 本発明の一実施形態による図4に示す形式の平面逆Fアンテナを例示する断面側面図である。 定在波比(SWR)値が動作周波数の関数としてプロットされた図4及び5に示す形式のアンテナに対するアンテナ性能グラフである。 本発明の一実施形態によりアンテナの共振素子の下のアンテナグランドプレーンの一部分を除去してスロットを形成した平面逆Fアンテナの斜視図である。 本発明の一実施形態によるスロットアンテナの上面図である。 定在波比(SWR)値が動作周波数の関数としてプロットされた図8に示す形式のアンテナに対するアンテナ性能グラフである。 本発明の一実施形態に基づきアンテナが2つの同軸ケーブルフィードにより供給されるスロットアンテナに平面逆Fアンテナを結合することにより形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナを例示する斜視図である。 本発明の一実施形態に基づきハイブリッドPIFA/スロットアンテナ及びストリップアンテナを含むハンドヘルド装置に対する動作周波数の関数としてアンテナ定在波比(SWR)値がプロットされたワイヤレスカバレージグラフである。 本発明の一実施形態に基づきハンドヘルド電子装置の2つのアンテナのうちの第1アンテナがハンドヘルド電子装置の2つのアンテナのうちの第2アンテナとの干渉を減少するように働く関連分離素子を有するハンドヘルド電子装置のアンテナ配列を例示する斜視図である。 非分離アンテナ配列と、本発明の一実施形態による分離素子を伴うアンテナ配列とに対して、動作周波数の関数としてアンテナ分離性能がプロットされたグラフである。
本発明は、一般に、ワイヤレス通信に係り、より詳細には、ワイヤレス電子装置、及びワイヤレス電子装置のためのアンテナに係る。
アンテナは、広い帯域巾及び大きな利得を示す小フォームファクタアンテナである。
ワイヤレス電子装置は、ウルトラポータブルとも時々称される形式のラップトップコンピュータ又は小型ポータブルコンピュータのようなポータブル電子装置である。又、ポータブル電子装置は、若干小型の装置でもよい。小型のポータブル電子装置は、例えば、腕時計装置、ペンダント装置、ヘッドホン及びイヤホン装置、並びに他の着用可能な小型装置を含む。
1つの適当な構成では、ポータブル電子装置は、ハンドヘルド電子装置である。ハンドヘルド電子装置ではスペースが貴重であり、従って、このような装置では、高性能のコンパクトアンテナが特に効果的である。それ故、ここでは、ハンドヘルド装置の使用を一例として説明するが、必要に応じて適当な電子装置を本発明のアンテナと共に使用することができる。
ハンドヘルド装置とは、例えば、セルラー電話、ワイヤレス通信能力をもつメディアプレーヤ、ハンドヘルドコンピュータ(パーソナルデジタルアシスタントとも称される)、リモートコントローラ、グローバルポジショニングシステム(GPS)装置、及びハンドヘルドゲーム装置である。又、ハンドヘルド装置は、複数の従来の装置の機能を結合するハイブリッド装置でもよい。ハイブリッドハンドヘルド装置は、例えば、メディアプレーヤ機能を含むセルラー電話、ワイヤレス通信機能を含むゲーム装置、ゲーム及びe−メール機能を含むセルラー電話、並びにe−メールを受信し、移動電話コールをサポートし、ウェブブラウジングをサポートするハンドヘルド装置を含む。これらは、単なる例示に過ぎない。
本発明の一実施形態によるハンドヘルド電子装置が図1に示されている。この装置10は、適当なポータブル装置又はハンドヘルド電子装置でよい。
装置10は、ハウジング12を備え、そしてワイヤレス通信を取り扱うための2つ以上のアンテナを備えている。2つのアンテナを備えた装置10の実施形態を一例としてここに説明する。
装置10における2つのアンテナの各々は、各通信帯域又は通信帯域のグループにわたる通信を取り扱うことができる。例えば、2つのアンテナのうちの第1アンテナは、セルラー電話周波数帯域を取り扱うのに使用できる。2つのアンテナのうちの第2アンテナは、個別の通信帯域においてデータ通信を取り扱うのに使用できる。ここに一例として述べる1つの適当な構成では、第2のアンテナは、2.4GHz(例えば、WiFi及び/又はBluetooth周波数)を中心とする通信帯域においてデータ通信を取り扱うように構成される。アンテナの設計は、干渉を減少するのに役立ち、そして2つのアンテナが互いに比較的接近して動作するのを許す。
ケースとも時々称されるハウジング12は、プラスチック、ガラス、セラミック、金属、又は他の適当な材料、或いはこれら材料の組み合わせを含む適当な材料で形成することができる。ある状況では、ケース12が絶縁体材料又は他の低導電率材料から形成され、ケース12に接近配置された導電性アンテナ素子の動作が妨げられないようにする。他の状況では、ケース12が金属素子から形成される。ケース12が金属素子から形成されるシナリオでは、金属素子の1つ以上を、装置10におけるアンテナの一部分として使用することができる。例えば、ケース12の金属部分は、装置10に対するより大きなグランドプレーン素子を形成するために、装置10の内部グランドプレーンへ短絡することができる。
ハンドヘルド電子装置10は、ディスプレイスクリーン16のような入力−出力装置、ボタン23のようなボタン、ボタン19のようなユーザ入力制御装置18、並びにポート20及び入力−出力ジャック21のような入力−出力コンポーネントを有する。ディスプレイスクリーン16は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は1つ以上の異なる表示技術を使用する複数のディスプレイでよい。図1の例に示されたように、ディスプレイスクリーン16のようなディスプレイスクリーンは、ハンドヘルド電子装置10の前面22に装着することができる。必要に応じて、ディスプレイ16のようなディスプレイは、ハンドヘルド電子装置10の後面、装置10の側面、(例えば)ヒンジにより又は他の適当な装着構成を使用して装置10の主本体部分に取り付けられた装置10のフリップアップ部分、に装着することができる。
ハンドヘルド装置10のユーザは、ユーザ入力インターフェイス18を使用して入力コマンドを供給することができる。ユーザ入力インターフェイス18は、ボタン(例えば、アルファニューメリックキー、電源オン/オフ、電源オン、電源オフ、及び他の特殊なボタン、等)、タッチパッド、ポインティングスティック又は他のカーソル制御装置、タッチスクリーン(例えば、スクリーン16の一部分として実施されるタッチスクリーン)、或いは装置10を制御するための他の適当なインターフェイスを含むことができる。図1の例においてハンドヘルド電子装置10の上面22に形成されるものとして概略的に示されているが、ユーザ入力インターフェイス18は、一般的に、ハンドヘルド電子装置10の適当な部分に形成されてもよい。例えば、ボタン23のようなボタン(入力インターフェイスの一部分であると考えられる)、又は他のユーザインターフェイス制御器は、ハンドヘルド電子装置10の側面に形成されてもよい。又、ボタン及び他のユーザインターフェイス制御器は、装置10の上面、後面又は他の部分に配置することもできる。必要に応じて、装置10は、遠隔制御することができる(例えば、赤外線リモートコントローラ、高周波リモートコントローラ、例えば、Bluetoothリモートコントローラ、等を使用して)。
ハンドヘルド装置10は、この装置10を外部コンポーネントにインターフェイスできるようにするバスコネクタ20及びジャック21のようなポートを有することができる。典型的なポートは、装置10内のバッテリを再充電するか又は直流(DC)電源から装置10を動作するための電源ジャック、パーソナルコンピュータ又は周辺機器のような外部コンポーネントとデータを交換するデータポート、ヘッドホン、モニタ、又は他の外部オーディオ−ビデオ装置、等を駆動するためのオーディオ−ビジュアルジャックを含む。幾つか又は全てのこれら装置の機能、及びハンドヘルド電子装置10の内部回路は、入力インターフェイス18を使用して制御することができる。
ディスプレイ16及びユーザ入力インターフェイス18のようなコンポーネントは、(図1の例に示すように)装置10の前面22の利用可能な表面積のほとんどをカバーしてもよいし、又は前面22の僅かな部分しか占有しなくてもよい。ディスプレイ16のような電子的コンポーネントは、しばしば、多量の金属(例えば、高周波シールドを含むので、装置10内のアンテナ素子に対するこれらコンポーネントの位置を一般的に考慮しなければならない。装置のアンテナ素子及び電子的コンポーネントに対して適当に選択された位置は、ハンドヘルド電子装置10のアンテナを、電子的コンポーネントによって妨げられずに適切に機能できるようにする。
1つの適当な配列では、装置10のアンテナが、ポート20の近くで装置10の下端に配置される。装置10及びハウジング12の下部にアンテナを配置する効果は、装置10をユーザの頭部に保持するときに(例えば、セルラー電話のようなハンドヘルド装置においてマイクロホンに向かって話しそしてスピーカから聞くときに)ユーザの頭部から離してアンテナが配置されることである。これは、ユーザの付近に放射される高周波放射の量を減少し、近接効果を最小にする。しかしながら、両アンテナを装置10の同じ端に配置すると、アンテナが同時に動作されたときにアンテナ間の望ましからぬ干渉のおそれが高くなる。分離を満足なレベルに改善するために、アンテナの少なくとも1つには、アンテナ間の電磁結合を減少する分離素子を設けることができる。このように電磁結合を減少することにより、アンテナを同時に動作できることを妨げずに、アンテナを互いに比較的接近して配置することができる。
ハンドヘルド電子装置の実施形態を例示する回路図が図2に示されている。ハンドヘルド装置10は、移動電話、メディアプレーヤ能力を伴う移動電話、ハンドヘルドコンピュータ、リモートコントローラ、ゲームプレーヤ、グローバルポジショニングシステム(GPS)装置、そのような装置の組み合せ、又は他の適当なポータブル電子装置でよい。
図2に示すように、ハンドヘルド装置10は、記憶装置34を備えている。この記憶装置34は、1つ以上の異なる形式の記憶装置、例えば、ハードディスクドライブ記憶装置、不揮発性メモリ(例えば、フラッシュメモリ、又は他の電子的にプログラム可能なリードオンリメモリ)、揮発性メモリ(例えば、バッテリベースのスタティック又はダイナミックランダムアクセスメモリ)、等を含む。
処理回路36は、装置10の動作を制御するのに使用できる。処理回路36は、マイクロプロセッサ及び他の適当な集積回路のようなプロセッサをベースとするものである。1つの適当な構成では、処理回路36及び記憶装置34は、装置10のソフトウェア、例えば、インターネットブラウジングアプリケーション、ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル(VOIP)電話コールアプリケーション、e−メールアプリケーション、メディア再生アプリケーション、オペレーティングシステムファンクション、等を実行するのに使用される。処理回路36及び記憶装置34は、適当な通信プロトコルを実施するのに使用できる。処理回路36及び記憶装置34を使用して実施できる通信プロトコルは、インターネットプロトコル、ワイヤレスローカルエリアネットワークプロトコル(例えば、IEEE802.11プロトコル−−時々はWiFi(登録商標)とも称される、他のショートレンジワイヤレス通信リンクのためのプロトコル、例えば、Bluetooth(登録商標)プロトコル、等)を含む。
入力−出力装置38は、装置10へデータを供給できるようにすると共に、装置10から外部装置へデータを付与できるようにするために使用される。図1のディスプレイスクリーン16及びユーザ入力インターフェイス18は、入力−出力装置38の一例である。
入力−出力装置38は、ユーザ入力−出力装置40、例えば、ボタン、タッチスクリーン、ジョイスティック、クリックホイール、スクロールホイール、タッチパッド、キーパッド、キーボード、キーボード、マイクロホン、カメラ、等を含むことができる。ユーザは、ユーザ入力装置40を経てコマンドを供給することにより装置10の動作を制御することができる。ディスプレイ及びオーディオ装置42は、液晶ディスプレイ(LCD)スクリーンと、発光ダイオード(LED)と、視覚情報及び状態データを与える他のコンポーネントとを含む。又、ディスプレイ及びオーディオ装置42は、音声を発生するスピーカ及び他の装置のようなオーディオ装置も含む。ディスプレイ及びオーディオ装置42は、外部ヘッドホン及びモニタのためのジャック及び他のコネクタのようなオーディオ−ビデオインターフェイス装置を含む。
ワイヤレス通信装置44は、1つ以上の集積回路から形成された高周波(RF)トランシーバ回路、電力増幅回路、受動的RFコンポーネント、2つ以上のアンテナ、及びRFワイヤレス信号を取り扱う他の回路のような通信回路を備えている。又、ワイヤレス信号は、光を使用して(例えば、赤外線通信を使用して)送信することもできる。
装置10は、経路50で示されたように、アクセサリー46及びコンピューティング装置48のような外部装置と通信することができる。経路50は、ワイヤード及びワイヤレス経路を含む。アクセサリー46は、ヘッドホン(例えば、ワイヤレスセルラーヘッドセット又はオーディオヘッドホン)及びオーディオ−ビデオ装置(例えば、ワイヤレススピーカ、ゲームコントローラ、又はオーディオ及びビデオコンテンツを受信して再生する他の装置)を含む。
コンピューティング装置48は、適当なコンピュータでよい。1つの適当な構成では、コンピューティング装置48は、関連ワイヤレスアクセスポイント(ルーター)を有するか、或いは装置10とのワイヤレス接続を確立する内部又は外部ワイヤレスカードを有するコンピュータである。このコンピュータは、サーバー(例えば、インターネットサーバー)、インターネットアクセスを伴うか又は伴わないローカルエリアネットワークコンピュータ、ユーザ自身のパーソナルコンピュータ、ピア装置(例えば、別のハンドヘルド電子装置10)、或いは他の適当なコンピューティング装置でよい。
装置10のアンテナ及びワイヤレス通信装置は、適当なワイヤレス通信帯域にわたって通信をサポートすることができる。例えば、ワイヤレス通信装置44は、通信周波数帯域、例えば、850MHz、900MHz、1800MHz及び1900MHzのセルラー電話帯域や、データサービス帯域、例えば、2170MHz帯域の3Gデータ通信帯域(一般的にUMTS即ちユニバーサル移動テレコミュニケーションシステムと称される)、2.4GHz及び5.0GHzのWiFi(登録商標)(IEEE802.11)帯域、2.4GHzのBluetooth(登録商標)帯域、及び1550MHzのグローバルポジショニングシステム(GPS)帯域をカバーするのに使用される。これらは、装置44を動作できる通信帯域を例示するものに過ぎない。新たなワイヤレスサービスが利用できるようになるにつれて、付加的なローカル及びリモート通信帯域が将来展開されると予想される。ワイヤレス装置44は、問題とする既存のサービス又は新規なサービスをカバーするために適当な帯域(1つ又は複数)にわたり動作するように構成される。必要に応じて、3つ以上のアンテナをワイヤレス装置44に設けて、より多くの帯域をカバーすることができるが、ここでは、主として2つのアンテナの使用を一例として述べる。
ハンドヘルド電子装置を例示する断面図が図3Aに示されている。図3Aの例において、装置10は、導電性部分12−1及びプラスチック部分12−2で形成されたハウジングを有する。導電性部分12−1は、適当な導体でよい。1つの適当な構成では、ケース部分12−1は、型抜された304ステンレススチールのような金属から形成される。ステンレススチールは、導電率が高く、そして魅力的な見掛けを有するように高光沢仕上げへと研磨することができる。必要に応じて、他の金属、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、それら金属の合金、及び他の金属、等をケース部分12−1に使用することができる。
ハウジング12−2は、絶縁体で形成することができる。ハウジング12−2に絶縁体を使用する効果は、装置10のアンテナ54のアンテナ共振素子54−1A及び54−1Bがハウジング12の金属側壁と干渉せずに動作するのを許すことである。1つの適当な構成では、ハウジング部分12−2は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマーをベースとするプラスチック(時々ABSプラスチックと称される)から形成されるプラスチックキャップである。これらは、装置10のためのハウジング材料を単に例示するものに過ぎない。例えば、装置10のハウジングは、実質的にプラスチック又は他の絶縁体で形成され、実質的に金属又は他の導体で形成され、或いは他の適当な材料又は材料の組み合わせで形成される。
コンポーネント52のようなコンポーネントは、装置10内の1つ以上の回路ボードに装着することができる。典型的なコンポーネントは、集積回路、LCDスクリーン、及びユーザ入力インターフェイスボタンを含む。又、装置10は、典型的に、(一例として)ハウジング12の後面に沿って装着されるバッテリも含む。又、装置10内の1つ以上の回路ボードにはトランシーバ回路52A及び52Bも装着される。必要に応じて、より多くのトランシーバがあってもよい。2つのアンテナ及び2つのトランシーバがある装置10の構成では、各トランシーバは、各アンテナを通して高周波信号を送信するのに使用されると共に、各アンテナを通して高周波信号を受信するのに使用される。例えば、トランシーバ52Aは、セルラー電話の高周波信号を送信及び受信するのに使用され、そしてトランシーバ52Bは、通信帯域、例えば、2170MHz帯域の3Gデータ通信帯域(一般的にUMTS即ちユニバーサル移動テレコミュニケーションシステムと称される)、2.4GHz及び5.0GHzのWiFi(登録商標)(IEEE802.11)帯域、2.4GHzのBluetooth(登録商標)帯域、又は1550MHzのグローバルポジショニングシステム(GPS)帯域において信号を送信するのに使用される。
装置10内の回路ボード(1つ又は複数)は、適当な材料から形成することができる。1つの例示的な構成では、装置10には、多層のプリント回路ボードが設けられる。それらの層の少なくとも1つは、グランドプレーン54−2のようなグランドプレーンを形成する導体の大きな非中断平面領域を有することができる。典型的なシナリオでは、グランドプレーン54−2は、装置10及びハウジング12の一般的な長方形形状に適合し且つハウジング12の長方形横寸法に一致する長方形である。グランドプレーン54−2は、必要に応じて、導電性ハウジング部分12−1に電気的に接続される。
多層プリント回路ボードに対する適当な回路ボード材料は、フェノール樹脂が含浸されたペーパー、エポキシ樹脂が含浸されたガラスファイバマットのようなガラスファイバで強化された樹脂(時々FR−4と称される)、プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、及びセラミックを含む。FR−4のような材料から製造された回路ボードは、通常入手できるもので、法外な費用がかかるものではなく、複数の金属層(例えば、4つの層)で製造することができる。ポリイミドのような柔軟な回路ボード材料を使用して形成されるいわゆるフレックス回路も、装置10に使用することができる。例えば、フレックス回路は、アンテナ54に対するアンテナ共振素子を形成するのに使用できる。
図3Aの例示的構成に示したように、グランドプレーン素子54−2及びアンテナ共振素子54−1Aは、装置10の第1アンテナを形成する。グランドプレーン素子54−2及びアンテナ共振素子54−1Bは、装置10に対する第2アンテナを形成する。これら2つのアンテナに加えて、必要に応じて、他のアンテナを装置10に対して設けることができる。このような付加的なアンテナは、必要に応じて、問題とする重畳する周波数帯域(即ち、これらアンテナ54の1つが動作する帯域)に対して付加的な利得を与えるように構成されてもよいし、又は問題とする異なる周波数帯域(即ち、アンテナ54の範囲外の帯域)においてカバレージを与えるように使用されてもよい。
アンテナのグランドプレーン素子54−2並びに共振素子54−1A及び54−1Bを形成するのに適当な導電性材料を使用することができる。アンテナのための適当な導電性材料は、例えば、銅、黄銅、銀及び金のような金属を含む。又、必要に応じて、金属以外の導体も使用できる。アンテナ54の導電性素子は、典型的に薄いものである(例えば、0.2mm)。
トランシーバ回路52A及び52B(即ち、図2のトランシーバ回路44)は、1つ以上の集積回路及びそれに関連した個別コンポーネント(例えば、フィルタリングコンポーネント)の形態で設けることができる。これらのトランシーバ回路は、1つ以上の送信器集積回路、1つ以上の受信器集積回路、スイッチング回路、増幅器、等を含む。トランシーバ回路52A及び52Bは、同時に動作することができる(例えば、一方が送信する間に他方が受信でき、両方が同時に送信でき、又は両方が同時に受信できる)。
各トランシーバは、送信及び受信される高周波信号が搬送される関連同軸ケーブル又は他の伝送線を有する。図3Aの例に示すように、伝送線56A(例えば、同軸ケーブル)は、トランシーバ52A及びアンテナ共振素子54−1Aを相互接続するのに使用され、そして伝送線56B(例えば、同軸ケーブル)は、トランシーバ52B及びアンテナ共振素子54−1Bを相互接続するのに使用される。この形式の構成では、トランシーバ52Bは、共振素子54−1B及びグランドプレーン54−2から形成されたアンテナを経てWiFi送信を取り扱うことができ、一方、トランシーバ52Aは、共振素子54−1A及びグランドプレーン54−2から形成されたアンテナを経てセルラー電話送信を取り扱うことができる。
本発明の一実施形態による例示的装置10の上面図が図3Bに示されている。図3Bに示すように、トランシーバ52A及びトランシーバ52Bのようなトランシーバ回路は、各伝送線56A及び56Bを経てアンテナ共振素子54−1A及び54−1Bと相互接続される。グランドプレーン54−2は、実質的に長方形の形状を有する(即ち、グランドプレーン54−2の横方向寸法は、装置10のそれに一致する)。グランドプレーン54−2は、1つ以上のプリント回路ボード導体、導電性ハウジング部分(例えば、図3Aのハウジング部分12−1)、又は他の適当な導電性構造体から形成される。
アンテナ共振素子54−1A及び54−1B、並びにグランドプレーン54−2は、適当な形状で形成することができる。ここに例示する1つの構成では、アンテナ54の1つ(即ち、共振素子54−1Aから形成されたアンテナ)は、その少なくとも一部分は、平面逆Fアンテナ(PIFA)構造をベースとするものであり、そして他のアンテナ(即ち、共振素子54−1Bから形成されたアンテナ)は、平面ストリップ構成をベースとするものである。この実施形態は、ここで一例として説明するが、必要に応じて、共振素子54−1A及び54−1Bに他の適当な形状が使用されてもよい。
装置10に使用できる例示的PIFA構造体が図4に示されている。図4に示すように、PIFA構造体54は、グランドプレーン部分54−2及び平面共振素子部分54−1を有する。アンテナは、正の信号及び接地信号を使用してフィードされる。正の信号が与えられるアンテナの部分は、時々、アンテナの正端子又はフィード端子と称される。又、この端子は、アンテナの信号端子又は中心導体端子とも称される。接地信号が与えられるアンテナの部分は、アンテナの接地部、アンテナの接地端子、アンテナのグランドプレーン、等と称される。図4のアンテナ54では、フィード導体58は、正のアンテナ信号を信号端子60からアンテナ共振素子54−1へルーティングするのに使用される。接地端子62は、アンテナの接地部を形成するグランドプレーン54−2へ短絡される。
図4のアンテナ54のようなPIFAアンテナにおけるグランドプレーンの寸法は、一般的に、装置10のハウジング12により許された最大サイズに適合するサイズとされる。アンテナグランドプレーン54−2は、横方向寸法68の巾W及び横方向寸法66の長さLを有する長方形の形状である。寸法66であるアンテナ54の長さは、その動作周波数に影響する。寸法68及び66は、時々、水平寸法と称される。共振素子54−1は、典型的に、垂直寸法に沿って、グランドプレーン54−2から数mm離間される。寸法64であるアンテナ54のサイズは、時々、アンテナ54の高さHと称される。
図4のPIFAアンテナ54の断面図が図5に示されている。図5に示すように、信号端子60及び接地端子62を使用して、高周波信号がアンテナ54にフィードされ(送信時)、及びアンテナ54から受信される(受信時)。典型的な構成では、同軸導体又は他の伝送線は、その中心導体が点60に電気的に接続され、そしてその接地導体が点62に電気的に接続される。
図4及び5に例示するアンテナ54により表された形式のアンテナの予想性能のグラフが図6に示されている。予想される定在波比(SWR)値が、周波数の関数としてプロットされている。図4及び5のアンテナ54の性能が実線63で示されている。図示されたように、周波数f1にSWR値の減少があり、これは、アンテナが周波数f1を中心とする周波数帯域で良く機能することを示している。又、PIFAアンテナ54は、周波数f2のような高調波でも動作する。周波数f2は、PIFAアンテナ54の第2高調波を表す(即ち、f2=2f1)。アンテナ54の寸法は、周波数f1及びf2が、問題とする通信帯域と整列されるように選択される。周波数f1(及び高調波周波数2f1)は、寸法66であるアンテナ54の長さLに関連している(Lは、周波数f1における波長の1/4にほぼ等しい)。
寸法64である図4及び5のアンテナ54の高さHは、共振素子54−1Aとグランドプレーン54−2との間の近フィールド結合の量により制限される。指定のアンテナ帯域巾及び利得に対して、性能に悪影響を及ぼさずに高さHを減少することはできない。他の変数が全て等しいとすれば、高さHを減少すると、アンテナ54の帯域巾及び利得が減少させられる。
図7に示すように、PIFAアンテナの最小垂直寸法は、アンテナ共振素子54−1Aの下のエリアに絶縁体領域70を導入することにより最小帯域巾及び利得制約を依然満足しながら、減少することができる。絶縁体領域70は、空気、プラスチック又は他の適当な絶縁体が充填され、グランドプレーン54−2の破断又は除去部分を表す。除去又は空領域70は、グランドプレーン54−2における1つ以上の穴から形成される。これらの穴は、方形、円形、楕円、多角形、等で良く、グランドプレーン54−2の付近の隣接導電性構造体を通して延びる。図7に示す1つの適当な構成では、除去領域70は、長方形であり、スロットを形成する。スロットは、適当なサイズでよい。例えば、スロットは、図3Bの上面図の方向から見て共振素子54−1A及び54−2の最も外側の長方形輪郭より若干小さくてよい。典型的な共振素子の横方向寸法は、0.5cmから10cm程度である。
スロット70が存在すると、共振素子54−1Aとグランドプレーン54−2との間の近フィールド電磁結合を減少し、帯域巾及び利得制約の所定セットを満足しながら、垂直寸法64の高さHを、そうでない場合に考えられるものより小さくすることができる。例えば、高さHは、1−5mmの範囲でよく、2−5mmの範囲でよく、2−4mmの範囲でよく、1−3mmの範囲でよく、1−4mmの範囲でよく、1−10mmの範囲でよく、10mmより低くてもよく、4mmより低くてもよく、3mmより低くてもよく、2mmより低くてもよく、或いはグランドプレーン素子54−2より上の垂直変位の他の適当な範囲内でもよい。
必要に応じて、スロット70を含むグランドプレーン54−2の部分は、スロットアンテナを形成するのに使用されてもよい。スロットアンテナ構造体をPIFA構造体と同時に使用して、ハイブリッドアンテナ54を形成することができる。PIFA動作特性及びスロットアンテナ動作特性の両方を示すようにアンテナ54を動作することにより、アンテナ性能を改善することができる。
例示的スロットアンテナの上面図が、図8に示されている。図8のアンテナ72は、典型的に、紙面に向かって寸法が薄い(即ち、アンテナ72は、その平面が紙面に横たわる状態で平坦である)。アンテナ70の中央にスロット70が形成される。ケーブル56A又は他の伝送線経路のような同軸ケーブルを使用して、アンテナ72にフィードする。図8の例では、アンテナ72は、同軸ケーブル56Aの中心導体82が信号端子80(即ち、アンテナ72の正端子又はフィード端子)に接続され、且つケーブル56Aの接地導体を形成する同軸ケーブル56Aの外側編組が接地端子78に接続されるように、フィードされる。
図8の構成を使用してアンテナ72がフィードされるときには、アンテナの性能が図9のグラフにより与えられる。図9に示すように、アンテナ72は、中心周波数f2を中心とする周波数帯域で動作する。中心周波数f2は、スロット70の寸法により決定される。スロット70は、内周Pが、寸法Xの2倍と寸法Yの2倍との和に等しい(即ち、P=2X+2Y)というものである。中心周波数f2では、周囲Pが1波長に等しい。
中心周波数f2は、周囲Pの適切な選択により同調できるので、図8のスロットアンテナは、図9のグラフの周波数f2が図6のグラフの周波数f2と一致するように構成することができる。スロット70がPIFA構造体と結合されるアンテナ設計では、スロット70の存在で、周波数f2におけるアンテナの利得が増加する。周波数f2の付近では、スロット70の使用による性能の増加で、図6に点線79により与えられたアンテナ性能プロットが生じる。
端子80及び78の位置は、インピーダンス整合のために選択される。必要に応じて、スロット70の1つの角の周りに延びる端子84及び86のような端子を使用して、アンテナ72にフィードすることができる。この状況では、端子84と86との間の距離は、アンテナ72のインピーダンスを適切に調整するよう選択される。図8に示す構成では、端子84及び86は、例えば、スロットアンテナ接地端子及びスロットアンテナ信号端子として各々構成されて示されている。必要であれば、端子84を接地端子として使用でき、そして端子86を信号端子として使用できる。スロット70は、典型的に、空気充填であるが、一般的に、適当な絶縁体が充填されてもよい。
スロット70を共振素子54−1のようなPIFA形式の共振素子と組み合わせて使用することにより、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナが形成される。ハンドヘルド電子装置10は、必要に応じて、この形式のPIFA/スロットハイブリッドアンテナ(例えば、セルラー電話通信用の)及びストリップアンテナ(例えば、WiFi/Bluetooth通信用の)を有することができる。
図10には、共振素子54−1A、スロット70、及びグランドプレーン54−2により形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナが2つの同軸ケーブル(又は他の伝送線)を使用してフィードされる構成が示されている。アンテナが図10に示すようにフィードされるときには、アンテナのPIFA及びスロットの両アンテナ部分がアクティブである。その結果、図10のアンテナ54は、ハイブリッドPIFA/スロットモードで動作する。同軸ケーブル56A−1及び56A−2は、各々、内側導体82−1及び82−2を有している。又、同軸ケーブル56A−1及び56A−2は、各々、外側の導電性編組接地導体も有する。同軸ケーブル56A−1の外側編組導体は、接地端子88においてグランドプレーン54−2へ電気的に短絡される。ケーブル56A−2の接地部分は、接地端子92においてグランドプレーン54−2へ短絡される。同軸ケーブル56A−1及び56A−2からの信号接続は、各々、信号端子90及び94において行われる。
図10の構成では、アンテナ端子の2つの個別のセットが使用される。同軸ケーブル56A−1は、接地端子88及び信号端子90を使用してハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分にフィードし、そして同軸ケーブル56A−2は、接地端子92及び信号端子94を使用してハイブリッドPIFA/スロットアンテナのスロットアンテナ部分にフィードする。それ故、アンテナターミナルの各セットは、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナに対する個別のフィードとして動作する。信号端子90及び接地端子88は、アンテナのPIFA部分に対するアンテナ端子として働き、一方、信号端子94及び接地端子92は、アンテナ54のスロット部分に対するアンテナフィード点として働く。これら2つの個別のアンテナフィードは、アンテナが、そのPIFA及びそのスロット特性の両方を同時に使用して機能するのを許す。必要に応じて、フィードの向きを変えることができる。例えば、同軸ケーブル56A−2は、点94を接地端子として且つ点92を信号端子として使用するか、又はスロット70の周囲に沿って他の点に配置された接地及び信号端子を使用して、スロット70に接続することができる。
伝送線56A−1及び56−2のような複数の伝送線がハイブリッドPIFA/スロットアンテナに使用されるときには、各伝送線を各トランシーバ回路(例えば、図3A及び3Bのトランシーバ回路52Aのような2つの対応するトランシーバ回路)に関連付けることができる。
ハンドヘルド装置10の動作中に、図3Bの共振素子54−1Aから形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナ、及びグランドプレーン54−2において素子54−1Aの下に配置された対応するスロットは、850及び900MHz並びに1800及び1900MHz(又は他の適当な周波数帯域)におけるGSMセルラー電話帯域をカバーするように使用でき、一方、ストリップアンテナ(又は他の適当なアンテナ構造体)は、周波数fnを中心とする付加的な帯域(又は別の適当な1つ又は複数の周波数帯域)をカバーするように使用できる。共振素子54−1Bから形成されるストリップアンテナ又は他のアンテナのサイズを調整することにより、周波数fnは、問題とする適当な周波数帯域(例えば、Bluetooth/WiFiについては2.4GHz、UMTSについては2170MHz、又はGPSについては1550MHz)に合致するように制御することができる。
2つのアンテナ(例えば、共振素子54−1A及び対応スロットから形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナ、並びに共振素子54−2から形成されたアンテナ)を使用するときの装置10のワイヤレス性能を示すグラフが図11に示されている。図11の例では、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA動作特性は、850/900MHz及び1800/1900MHzのGSMセルラー電話帯域をカバーするように使用され、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのスロットアンテナ動作特性は、1800/1900MHzレンジにおける付加的な利得及び帯域巾を与えるように使用され、そして共振素子54−1Bから形成されたアンテナは、fnを中心とする周波数帯域(例えば、Bluetooth/WiFiについては2.4GHz、UMTSについては2170MHz、又はGPSについては1550MHz)をカバーするように使用される。この構成は、4つのセルラー電話帯域及びデータ帯域のためのカバレージを与える。
必要に応じて、共振素子54−1A及びスロット70から形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナは、単一同軸ケーブル又は他のそのような伝送線を使用してフィードされる。単一伝送線を使用してハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分及びスロット部分の両方を同時にフィードし、且つ共振素子54−1Bから形成されたストリップアンテナを使用して装置10の付加的な周波数カバレージを与える例示的構成が図12に示されている。グランドプレーン54−2は、(例えば)金属から形成される。グランドプレーン54−2のエッジ96は、グランドプレーン54−2の金属を上方に曲げることにより形成される。ハウジング12(図3)に挿入するときに、エッジ96は、金属ハウジング部分12−1の側壁内に載せられる。必要に応じて、グランドプレーン54−2は、プリント回路ボードの1つ以上の金属層、金属ホイル、ハウジング12の部分、又は他の適当な導電性構造体を使用して形成されてもよい。
図12の実施形態では、共振素子54−1Bは、導電性の枝122及び導電性の枝120から形成されたL字型の導電性ストリップを有する。枝120及び122は、絶縁体支持構造体102によって支持される金属から形成される。1つの適当な構成では、図12の共振素子構造体は、支持構造体102に(例えば、接着剤で)取り付けられるパターン化されたフレックス回路の一部分として形成される。
同軸ケーブル56B又は他の適当な伝送線は、接地端子132に接続される接地導体、及び信号端子124に接続される信号導体を有する。伝送線をアンテナに取り付けるために適当なメカニズムが使用される。図12の例では、同軸ケーブル56Bの外側の編組接地導体は、金属タブ130を使用して接地端子132に接続される。金属タブ130は、ハウジング部分12−1に短絡される(例えば、導電性接着剤を使用して)。伝送線接続構造体126は、例えば、小型UFL同軸コネクタである。コネクタ126の接地部は、端子132に短絡され、そしてコネクタ126の中心導体は、導電性経路124に短絡される。
アンテナ54−1Bにフィードするときに、端子132は、アンテナの接地端子を形成すると考えられ、そしてコネクタ126の中心導体及び/又は導電性経路124は、アンテナの信号端子を形成すると考えられる。導電性経路124が導電性ストリップ120と合流するところの寸法128に沿った位置は、インピーダンス整合のために調整することができる。
図12のハイブリッドPIFA/スロットアンテナの平面アンテナ共振素子54−1Aは、短いアーム98及び長いアーム100を伴うF字型構造体を有する。アーム98及び100の長さ、並びにスロット70及びグランドプレーン54−2のような他の構造体の寸法は、装置10の周波数カバレージ及びアンテナ分離特性を同調するように調整することができる。例えば、グランドプレーン54−2の長さLは、共振素子54−1Aで形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分が850/900MHzのGSM帯域で共振して、図11の周波数f1においてカバレージを与えるように構成することができる。アーム100の長さは、1800/1900MHz帯域で共振するように選択され、PIFA/スロットアンテナが図11の周波数f2においてカバレージを与える上で助けとなる。スロット70の周囲は、1800/1900MHz帯域で共振するように構成され、これにより、アーム100の共振を強化し、更に、PIFA/スロットアンテナが図11の周波数f2においてカバレージを与える上で助けとなる(即ち、図6に示すように、性能を実線63から周波数f2付近の点線79へ改善することにより)。
アーム98は、共振素子54−1Aから形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナと、共振素子54−1Bから形成されたL字型ストリップアンテナとの間の干渉を減少する分離素子として働くことができる。アーム98の寸法は、希望の周波数において最大となる分離を導入するように構成することができ、これは、アームなしでは存在しないものである。アーム98の寸法を構成することで、共振素子54−1Aから接地平面54−2に誘起される電流を操作できると考えられる。この操作は、共振素子54−1Bの信号及び接地エリアの周りに誘起される電流を最小にすることができる。これらの電流を最小にすることで、ひいては、2つのアンテナフィード間の信号結合を減少する。この構成では、アーム98は、共振素子54−1Bから形成されたアンテナのフィードにおいて(即ち、経路122及び124の付近で)アーム100により誘起される電流を最小にする周波数で共振するように構成することができる。
更に、アーム98は、素子54−1Aに対する放射アームとして働くことができる。その共振は、素子54−1Aの帯域巾に追加することができ、そしてたとえその共振がスロット70及びアーム100により定義されたものとは異なるとしても、帯域内効率を改善することができる。典型的に、素子51−1Bからの周波数分離を減少する放射素子51−1Aの帯域巾の増加は、分離にとって有害となる。しかしながら、アーム98によって与えられる余分な分離が、この否定的な作用を除去し、更に、アーム98を伴わない素子54−1Aと54−1Bとの間の分離に対して著しい改善を与える。
アーム98のような分離素子の使用が装置10のアンテナ分離性能に及ぼす影響が、図13のグラフに示されている。他のアンテナに対する信号の結果として1つのアンテナに現れる信号の量(アンテナに対するS21値)が、周波数の関数としてプロットされている。装置10に要求される分離の量は、トランシーバに使用される回路の形式、望ましいデータレートの形式、予想される外部干渉の量、動作の周波数帯域、装置10で実行されるアプリケーションの形式、等、に依存する。一般的に、7dB以下の分離レベルでは不充分であると考えられ、20−25dBの分離レベルが良好と考えられる。ここに例示するハンドヘルド電子装置のための望ましい最小分離レベルが実線142で示されている。この例が示すように、アンテナ干渉の量に対して所与の設計で許容し得る周波数依存性がある。分離の要求は、(例えば)周波数f2付近での動作の方が、周波数f1及びfnで動作するときより少なくてよい。
図13の例では、ストリップアンテナは、2.4GHz(例えば、WiFi/Bluetoothのための)で動作するように構成されている。一点鎖線144は、アーム98のような分離素子を使用しないときのアンテナの分離性能を表す。この線144で示されたように、この形式のアンテナ構成に対する分離性能は、2.4GHzでの分離が7dB未満であるから、不充分である。対照的に、破線140は、アーム98のような分離素子を使用する図12に示す形式のアンテナの分離性能を示す。アーム98が使用されたときには、分離性能が改善される。線140の位置で示されたように、図12に示すアンテナの分離性能は、線142により設定された最小要件を満足し又はそれを越える。
図12に示すように、共振素子54−1A及び共振素子54−1Bのアーム98及び100は、支持構造体102に装着することができる。支持構造体102は、プラスチック(例えば、ABSプラスチック)又は他の適当な絶縁体で形成される。この構造体102の表面は、フラットでもよいし、カーブしていてもよい。共振素子54−1A及び54−1Bは、支持構造体102に直接形成されてもよいし、又は(例えば)支持構造体102に取り付けられるフレックス回路基板のような個別構造体に形成されてもよい。
共振素子54−1A及び54−Bは、金属の型抜、導電性テープ又は他の柔軟な構造体のカッティング、エッチング又はミリング、プラスチック又は他の適当な基板にスパッタ堆積された金属のエッチング、導電性スラリからの印刷(例えば、スクリーン印刷技術による)、接着剤、スクリュー又は他の適当な固定メカニズムにより支持体102に取り付けられたフレックス回路基板の一部分を形成する銅のような金属のパターン化、等の適当なアンテナ製造技術によって形成される。
導電性ストリップ104のような導電性経路は、共振素子54−1Aを端子106においてグランドプレーン54−2に電気的に接続するのに使用される。端子106におけるスクリュー又は他の固定具を使用して、ストリップ104(ひいては、共振素子54−1A)をグランドプレーン54−2のエッジ96に電気的及び機械的に接続することができる。又、ストリップ104のような導電性構造体、及びアンテナにおける他のそのような構造体は、導電性接着剤を使用して互いに電気的に接続することができる。
ケーブル56A又は他の伝送線のような同軸ケーブルは、高周波信号を送信及び受信するためにハイブリッドPIFA/スロットアンテナに接続することができる。同軸ケーブル又は他の伝送線は、適当な電気的及び機械的取り付けメカニズムを使用してハイブリッドPIFA/スロットアンテナの構造体に接続することができる。図12に示す構成に示されたように、小型UFL同軸コネクタ110を使用して、同軸ケーブル56A又は他の伝送線をアンテナ導体112に接続することができる。同軸ケーブルの中心導体又は他の伝送線は、コネクタ110の中心コネクタ108に接続される。同軸ケーブルの外側の編組接地導体は、点115においてコネクタ110を経てグランドプレーン54−2に電気的に接続される(そして必要に応じて、コネクタ110の上流の他の取り付け点においてグランドプレーン54−2に短絡されてもよい)。
導体108は、アンテナ導体112に電気的に接続される。導体112は、支持構造体102の側壁面に形成された金属のストリップのような導電性素子から形成される。導体112は、共振素子54−1Aへ直接電気的に接続されてもよいし(例えば、部分116に)、或いは同調キャパシタ114又は他の適当な電気的コンポーネントを経て共振素子54−1Aに電気的に接続されてもよい。同調キャパシタ114のサイズは、アンテナ54を同調すると共に、アンテナ54が装置10の当該周波数帯域をカバーすることを保証するように、選択することができる。
スロット70は、図12の共振素子54−1Aの下に横たわる。中心導体108からの信号は、アンテナ導体112、任意のキャパシタ114又は他のそのような同調コンポーネント、アンテナ導体117、及びアンテナ導体104から形成された導電性経路を使用して、スロット70の付近でグランドプレーン54−2上の点106へルーティングされる。
図12の構成は、単一の同軸ケーブル又は他の伝送線経路が、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分及びスロット部分の両方に同時にフィードするのを許す。
接地部115は、グランドプレーン54−2においてスロット70により形成されたハイブリッドPIFA/スロットアンテナのスロットアンテナ部分に対する接地端子として機能する。点106は、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのスロットアンテナ部分に対する信号端子として働く。信号は、導電性経路112、同調素子114、経路117及び経路104により形成された経路を経て点106にフィードされる。
ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分については、点115がアンテナ接地部として働く。中心導体108、及び導体112へのその取り付け点は、PIFAに対する信号端子として働く。導体112は、フィード導体として働き、信号端子108からPIFA共振素子54−1へ信号をフィードする。
動作中に、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分及びスロットアンテナ部分は、両方とも、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナの性能に貢献する。
ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA機能は、点115をPIFA接地端子として使用し(図7の端子62のように)、同軸中心導体が導電性構造体112に接続する点108をPIFA信号端子として使用し(図7の端子60のように)、且つ導電性構造体112をPIFAフィード導体として使用する(図7のフィード導体58のように)ことにより、得られる。動作中に、アンテナ導体112は、図4及び5において導体58が高周波信号を端子60から共振素子54−1Aへルーティングするのと同様に、高周波信号を端子108から共振素子54−1Aへルーティングするように働き、一方、導電性の線104は、図4及び5の接地部分61と同様に、共振素子54−1をグランドプレーン54−2に終端するように働く。
ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのスロットアンテナ機能は、接地部115をスロットアンテナ接地端子として使用し(図8の端子86のように)、アンテナ導体112、同調素子114、アンテナ導体117、及びアンテナ導体104で形成された導電性経路を図8の導体82又は図10の導体82−2として使用し、且つ端子106をスロットアンテナ信号端子として使用する(図8の端子84のように)ことにより、得られる。
図10に例示される構成は、スロットアンテナ接地端子92及びPIFAアンテナ接地端子88がグランドプレーン54−2上の個別の位置でどのように形成されるかを示す。図12の構成では、単一の同軸ケーブルを使用して、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分、及びこのアンテナのスロット部分の両方にフィードすることができる。これは、端子115が、ハイブリッドアンテナのPIFA部分に対するPIFA接地端子、及びハイブリッドアンテナのスロットアンテナ部分に対するスロットアンテナ接地端子の両方として働くからである。又、ハイブリッドアンテナのPIFA及びスロットアンテナ部分の接地端子が、共通の接地端子構造体により与えられると共に、導電性経路112、117及び104が、PIFA及びスロットアンテナ動作のために必要に応じて高周波信号を共振素子54−1A及びグランドプレーン54−2へ及びそれらから分配するように働くので、単一伝送線(例えば、同軸導体56)を使用して、高周波信号を送信及び受信することができ、これらの信号は、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA及びスロットの両部分を使用して送信及び受信される。
必要に応じて、ハイブリッドPIFA/スロット動作をサポートする他のアンテナ構成を使用してもよい。例えば、同調キャパシタ114の高周波同調能力は、1つ以上のインダクタ、1つ以上の抵抗器、直接短絡金属ストリップ、キャパシタ、又はそのようなコンポーネントの組み合わせのような、他の適当な同調コンポーネントのネットワークにより設けることができる。又、1つ以上の同調ネットワークを、アンテナ構造体の異なる位置においてハイブリッドアンテナに接続することもできる。これらの構成は、単一フィード及びマルチフィード伝送線配列と共に使用できる。
更に、ハイブリッドPIFA/スロットアンテナにおける信号端子及び接地端子の位置は、図12に示すものとは異なってもよい。例えば、接続導体112、117及び104が適当に変更されるならば、端子115/108及び端子106を、図12に示す位置に対して移動することができる。
ハイブリッドPIFA/スロットアンテナのPIFA部分は、図12のアーム98及び100のような1つ以上のアームを有する実質的にF字型の導電性素子を使用するか、又は他の構成(例えば、まっすぐ、曲がりくねった、カーブした、90°の屈曲を有する、180°の屈曲を有する、等のアーム)を使用して、設けることができる。又、共振素子54−1Bで形成されたストリップアンテナを、他の形状の導体から形成することもできる。共振素子54−1A及び54−1Bのアーム又は他の部分に対して異なる形状を使用することは、アンテナ設計者がアンテナ54の周波数応答をその希望の動作周波数に対して適合させそして分離を最大にする上で助けとなる。共振素子54−1A及び54−1Bの構造体のサイズは、必要に応じて調整することができる(例えば、特定の動作帯域に対して利得及び/又は帯域巾を増加又は減少し、特定の周波数において分離を改善し、等々のために)。
以上、本発明の原理を例示したが、当業者であれば、本発明の範囲及び精神から逸脱せずに種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。
10:ハンドヘルド電子装置
12:ハウジング
16:ディスプレイスクリーン
18:入力制御装置
19、23:ボタン
20:ポート
21:入力−出力ジャック
22:前面
34:記憶装置
36:処理回路
38:入力−出力装置
40:ユーザ入力装置
42:ディスプレイ及びオーディオ装置
44:ワイヤレス通信装置
46:アクセサリー
48:コンピューティング装置
50:経路
52A、52B:トランシーバ回路
54:アンテナ
54−1A、54−1B:アンテナ共振素子
54−2:グランドプレーン
56A、56B:伝送線
58:フィード導体
62:接地端子
70:スロット
72:アンテナ

Claims (30)

  1. ハンドヘルド電子装置のワイヤレス通信回路において、
    高周波信号を送信及び受信する第1及び第2のワイヤレストランシーバ回路と、
    前記第1及び第2のワイヤレストランシーバ回路に各々関連し、高周波信号を搬送するために第1及び第2の伝送線と、
    前記第1伝送線に接続された第1アンテナ、及び前記第2伝送線に接続された第2アンテナと、
    前記第1アンテナに関連し、前記第2アンテナが動作する周波数帯域で共振し、そして同時アンテナ動作中に前記第1アンテナと第2アンテナとの間の干渉を減少する分離素子と、
    を備えたワイヤレス通信回路。
  2. 前記第1アンテナは、平面アンテナ共振素子を含み、前記分離素子は、前記平面アンテナ共振素子の一部分として形成される、請求項1に記載のワイヤレス通信回路。
  3. 前記第1アンテナは、ハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナを含み、前記分離素子は、前記ハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナの平面逆F共振素子の一部分として形成される、請求項1に記載のワイヤレス通信回路。
  4. 前記第1アンテナは、平面逆F共振素子を有するハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナを含み、前記平面逆F共振素子は、短いアーム及び長いアームを含み、そして前記分離素子は、前記短いアームから形成される、請求項1に記載のワイヤレス通信回路。
  5. 前記第1アンテナは、平面逆F共振素子を有するハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナを含み、前記第2アンテナは、ストリップアンテナを含み、前記平面逆F共振素子は、短いアーム及び長いアームを含み、そして前記分離素子は、前記短いアームから形成される、請求項1に記載のワイヤレス通信回路。
  6. 横方向寸法を有するハウジングと、
    横方向寸法が前記ハウジングの横方向寸法に実質的に等しい実質的に長方形のグランドプレーン素子であって、この長方形のグランドプレーン素子の部分が、その長方形のグランドプレーン素子の一端に絶縁体充填長方形スロットを画成するようなグランドプレーン素子と、
    各第1及び第2アンテナ共振素子を有する第1及び第2のアンテナであって、その第1アンテナは、前記第1アンテナ共振素子が前記スロットの上に配置された平面共振素子を含むようなハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナを含み、前記平面共振素子は、前記第2アンテナとの共通周波数で共振し、且つ前記第1及び第2アンテナの同時動作中に前記第2アンテナと第1アンテナとの間の干渉を減少する分離素子を含むような第1及び第2アンテナと、
    を備えたハンドヘルド電子装置。
  7. 前記第2共振素子は、2.4GHzの通信帯域で共振する導電性ストリップを含み、そして前記分離素子は、2.4GHzの通信帯域において第1及び第2アンテナを分離する上で役立つ、請求項6に記載のハンドヘルド電子装置。
  8. 第1トランシーバ回路及び第2トランシーバ回路を更に備え、前記第1アンテナ及び前記第1トランシーバ回路は、少なくとも850MHz及び900MHzのセルラー電話帯域を含む第1通信周波数レンジ、並びに少なくとも1800MHz及び1900MHzのセルラー電話帯域を含む第2通信周波数レンジで動作するように構成され、前記第2アンテナ共振素子は、2.4GHzの通信帯域で共振する導電性ストリップを含み、そして前記分離素子は、2.4GHzの通信帯域で第1及び第2アンテナを分離する上で役立つ、請求項6に記載のハンドヘルド電子装置。
  9. 第1トランシーバ回路及び第2トランシーバ回路を更に備え、前記第1アンテナ及び前記第1トランシーバ回路は、少なくとも850MHz及び900MHzのセルラー電話帯域を含む第1通信周波数レンジ、並びに少なくとも1800MHz及び1900MHzのセルラー電話帯域を含む第2通信周波数レンジで動作するように構成され、前記第2アンテナ共振素子は、2.4GHzの通信帯域で共振する導電性構造体を含み、前記分離素子は、2.4GHzの通信帯域で第1及び第2アンテナを分離する上で役立ち、そして前記第1アンテナ共振素子は、前記分離素子として働く第1アーム、及び前記第2通信周波数レンジで共振する第2アームを含む、請求項6に記載のハンドヘルド電子装置。
  10. 第1トランシーバ回路及び第2トランシーバ回路を更に備え、前記第1アンテナ及び前記第1トランシーバ回路は、少なくとも850MHz及び900MHzのセルラー電話帯域を含む第1通信周波数レンジ、並びに少なくとも1800MHz及び1900MHzのセルラー電話帯域を含む第2通信周波数レンジで動作するように構成され、前記第2アンテナ共振素子は、2.4GHzの通信帯域で共振するL字型金属ストリップを含み、前記分離素子は、2.4GHzの通信帯域で第1及び第2アンテナを分離する上で役立ち、前記第1アンテナ共振素子は、前記分離素子として働く短いアーム、及び前記第2通信周波数レンジで共振する長いアームを含み、そして前記スロットは、前記第1アンテナが前記第2通信周波数レンジで共振するように構成される、請求項6に記載のハンドヘルド電子装置。
  11. 第1アームから形成されたアンテナ分離素子を有すると共に、第2アームを有する第1平面共振素子を含む第1アンテナと、
    第2平面共振素子及びフィードを有する第2アンテナと、
    を備え、前記第1アームは、前記第2アンテナのフィードにおいて前記第2アームにより誘起される電流を最小にする周波数で共振する、ワイヤレスハンドヘルド電子装置回路。
  12. 少なくとも第1アンテナに対する接地部として働く平面接地素子を更に備え、この平面接地素子は、前記第1平面共振素子に隣接する長方形の絶縁体充填スロットを有する実質的に長方形の平面接地素子を含む、請求項11に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置回路。
  13. 前記第1及び第2のアンテナ共振素子が装着される絶縁体支持構造体を更に備えた、請求項11に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置回路。
  14. 前記第1アンテナ及び第2アンテナのための接地部として働く平面接地素子と、
    前記第1及び第2のアンテナ共振素子が装着される絶縁体支持構造体と、
    を更に備えた請求項11に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置回路。
  15. 絶縁体支持構造体を更に備え、前記第1及び第2のアンテナ共振素子は、フレックス回路から形成され、そして前記フレックス回路は、前記絶縁体支持構造体に装着される、請求項11に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置回路。
  16. データを記憶する記憶装置と、
    前記記憶装置に結合されて、ワイヤレス送信のためのデータを発生すると共に、ワイヤレス受信したデータを処理する処理回路と、
    トランシーバ回路、第1及び第2アンテナ、第1及び第2の伝送線、を含むワイヤレス通信回路と、
    を備え、前記第1伝送線は、接地導体を有し且つ信号導体を有すると共に、前記トランシーバ回路と前記第1アンテナとの間で前記第1アンテナのための高周波信号を搬送し、前記第2伝送線は、接地導体を有し且つ信号導体を有すると共に、前記トランシーバ回路と前記第2アンテナとの間で前記第2アンテナのための高周波信号を搬送し、前記第1アンテナは、第1周波数レンジ及び第2周波数レンジで動作し、前記第2アンテナは、前記第1及び第2周波数レンジとは異なる第3周波数レンジで動作し、前記第1アンテナは、絶縁体充填スロットを伴う平面接地素子と、そのスロットの上に配置された平面共振素子とを備え、そして前記平面共振素子は、前記第3周波数レンジにおいて共振して前記第3周波数レンジにおいて前記第1アンテナ及び第2アンテナを分離するアンテナ分離素子を含む、ワイヤレスハンドヘルド電子装置。
  17. 端を有する長方形ハウジングを更に備え、前記第1アンテナは、ハイブリッド平面逆F及びスロットアンテナを含み、そして第2アンテナと共に前記長方形ハウジングの前記端に配置される、請求項16に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置。
  18. 前記平面共振素子は、前記アンテナ分離素子として働く第1アームと、前記スロットとの共通周波数レンジで共振する第2アームとを含む、請求項16に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置。
  19. 前記平面共振素子は、
    それ自身に折り返され且つ前記アンテナ分離素子として働く第1アームと、
    それ自身に折り返された第2アームと、
    を含み、前記ワイヤレスハンドヘルド電子装置は、更に、前記第1及び第2アンテナをカバーするプラスチックキャップを含む、請求項16に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置。
  20. 前記平面共振素子は、前記アンテナ分離素子として働く第1アームと、前記スロットとの共通周波数レンジで共振する第2アームとを含み、前記絶縁体充填スロットは、空気が充填された長方形スロットを含み、前記ワイヤレスハンドヘルド電子装置は、更に、金属から少なくとも部分的に形成されて前記第1及び第2アンテナに対するアンテナ接地素子として働くハウジングを備えた、請求項16に記載のワイヤレスハンドヘルド電子装置。
  21. 横方向寸法をもつ実質的に長方形のハウジングを有するハンドヘルド装置に使用するための第1及び第2アンテナにおいて、
    横方向寸法が前記ハウジングの横方向寸法に実質的に等しい実質的に長方形のグランドプレーンアンテナ素子であって、前記第1及び第2アンテナに対する接地部として働くようなグランドプレーンアンテナ素子と、
    前記第1アンテナに関連した第1の平面アンテナ共振素子、及び前記第2アンテナに関連した第2の平面アンテナ共振素子であって、前記第1アンテナが第1周波数レンジ及び第2周波数レンジで動作し、前記第2アンテナが、前記第1及び第2の周波数レンジとは異なる第3周波数レンジで動作するような第1及び第2の平面アンテナ共振素子と、
    前記第3周波数レンジで共振し、且つ前記第3周波数レンジにおいて前記第1アンテナ及び第2アンテナを分離させるアンテナ分離素子と、
    を備えたアンテナ。
  22. 前記アンテナ分離素子は、前記第1アンテナに関連し、前記第1の平面アンテナ共振素子は、少なくとも1つのアームを有する、請求項21に記載のアンテナ。
  23. 前記第1の平面アンテナ共振素子は、分離素子として働く第1アームを有すると共に、この第1アームより長い第2アームを有し、前記分離素子は、フレックス回路に形成された金属のストリップを含む、請求項21に記載のアンテナ。
  24. 前記第1の平面アンテナ共振素子は、分離素子として働く第1アームを有すると共に、この第1アームより長い第2アームを有する、請求項21に記載のアンテナ。
  25. 前記分離素子は、フレックス回路に形成された金属のストリップを含む、請求項21に記載のアンテナ。
  26. ハンドヘルド電子装置のワイヤレス通信回路において、
    高周波信号を送信及び受信する第1及び第2のワイヤレストランシーバ回路と、
    各第1及び第2のアンテナ共振素子を含む第1及び第2のアンテナであって、前記第1アンテナ及び前記第1のワイヤレストランシーバ回路は、少なくとも第1の通信帯域で動作し、そして前記第2アンテナ及び前記第2のワイヤレストランシーバ回路は、前記第1の通信帯域とは異なる少なくとも第2の通信帯域で動作するような第1及び第2のアンテナと、
    前記第1のアンテナ共振素子に関連したアンテナ分離素子であって、このアンテナ分離素子及び前記第2アンテナは前記第2の通信帯域で共振するように構成され、そして前記第2のワイヤレストランシーバ回路が前記第2アンテナを通してワイヤレス高周波信号を送信するときに、前記アンテナ分離素子が前記第1アンテナと第2アンテナとの間の信号干渉を減少するようなアンテナ分離素子と、
    を備えたワイヤレス通信回路。
  27. 前記第1のワイヤレストランシーバと前記第1アンテナとの間に接続された第1の同軸ケーブル、及び前記第2のワイヤレストランシーバと前記第2アンテナとの間に接続された第2の同軸ケーブルを更に備えた、請求項26に記載のワイヤレス通信回路。
  28. 前記第1のワイヤレストランシーバと前記第1アンテナとの間に接続された第1の同軸ケーブル、及び前記第2のワイヤレストランシーバと前記第2アンテナとの間に接続された第2の同軸ケーブルを更に備え、前記第1アンテナは、前記第1通信帯域及び第2通信帯域とは異なる第3通信帯域で動作するように構成され、そして前記第2通信帯域は、2.4GHzの通信帯域を含む、請求項26に記載のワイヤレス通信回路。
  29. 前記第1のワイヤレストランシーバと前記第1アンテナとの間に接続された第1の同軸ケーブル、及び前記第2のワイヤレストランシーバと前記第2アンテナとの間に接続された第2の同軸ケーブルを更に備え、前記第1アンテナは、前記第1通信帯域及び第2通信帯域とは異なる第3通信帯域で動作するように構成され、前記第1通信帯域は、850MHz及び900MHzのセルラー電話周波数をカバーし、そして前記第3通信帯域は、1800MHz及び1900MHzのセルラー電話周波数をカバーする、請求項26に記載のワイヤレス通信回路。
  30. 前記第1のワイヤレストランシーバと前記第1アンテナとの間に接続された第1の同軸ケーブル、及び前記第2のワイヤレストランシーバと前記第2アンテナとの間に接続された第2の同軸ケーブルを更に備え、前記第1アンテナは、前記第1通信帯域及び第2通信帯域とは異なる第3通信帯域で動作するように構成され、前記第1通信帯域は、850MHz及び900MHzのセルラー電話周波数をカバーし、前記第3通信帯域は、1800MHz及び1900MHzのセルラー電話周波数をカバーし、そして前記第2通信帯域は、2.4GHzの通信帯域を含む、請求項26に記載のワイヤレス通信回路。
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