JP2015532031A - 再構成可能アンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、再構成可能なアンテナにある。当該アンテナは、支持基板に取り付けられた平衡アンテナおよび非平衡アンテナを有する。平衡アンテナおよび非平衡アンテナは両方とも前記基板の同じ端部に位置している。当該アンテナは、シャーシアンテナとして携帯機器用に構成され、あるいは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）の用途用に構成されうる。【選択図】図１

Description

本発明は、再構成可能アンテナに関する。特に、しかし限定されることなく、本発明は、例えば携帯電話やノートパソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線機などの携帯電子機器で用いられる再構成可能な多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナに関する。

送信機および受信機の両方として複数のアンテナを利用する多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線システムは、多くのマルチパス環境の能力を高める可能性を有するため、ますます注目を集めている。そのようなシステムは、追加のスペクトル要求なしに、マルチパス伝搬の利用によって通信性能の向上（つまり、信号品質および信頼性の改善）を可能にするために用いることができる。これは、２Ｇおよび３Ｇの通信規格との関連で高データレート通信を実現するためのよく知られかつよく利用される解決策である。ルータ装置のような屋内無線機器に対しては、外部ダイポールアンテナおよび外部モノポールアンテナが広く用いられる。この例では、高利得、全方向性、ダイポールアレイおよびコーリニア（collinear）のアンテナが最も一般的である。しかし、ＭＩＭＯ機能を備えた携帯機器は市場ではほとんど入手できない。その主な理由は、携帯機器にいくつかの放射体を集める場合、アンテナ用の割り当てスペースが小さいために放射体同士を十分に分離することが制限されるからである。

本出願人は、国際公開公報ＷＯ２０１２／０７２９６９において最初の再構成可能なＭＩＭＯアンテナを説明した。実施の形態では、当該アンテナが、ＰＣＢの第１の端部に位置する平衡アンテナと、ＰＣＢの反対側の第２の端部に位置する２ポートのシャーシアンテナとを有することを説明した。しかし、ある用途では、この構成は、各アンテナを位置する２つの別々の領域を必要とするため、理想的でなく、実用的でさえない可能性がある。しかし、上記のようにこの間隔はアンテナ構造体同士を十分に分離するように選ばれた。

したがって、本発明の目的は、上記問題の対処に役立つ再構成可能アンテナを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、支持基板に取り付けられた平衡アンテナおよび不平衡アンテナを有し、前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナは両方とも前記基板の同じ端部に位置している、再構成可能アンテナが提供される。

したがって、本発明の実施の形態は、支持基板（例えば、ＰＣＢ）の一端部に位置し、かつ、例えば従来の携帯電話などの小型携帯機器に容易に組み込まれる、再構成可能アンテナを提供する。当該アンテナそれ自体は、例えば、国際公開公報ＷＯ２０１２／０７２９６９の再構成可能ＭＩＭＯアンテナと比較した場合、小型薄型で、製造も比較的安価でありうる。また、当該アンテナは、良好な性能（つまり、高効率高利得）、比吸収率（ＳＡＲ）の低下、広い周波数カバー範囲、および放射体同士の高い分離性を提供しうる。

前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナは、非共振でありうる。例えば、前記不平衡アンテナは、前記基板によってまたは前記基板上に形成された接地面に対して給電される非共振素子を有しうる。これに対し、前記平衡アンテナは、自身に対して給電されうる。

当該アンテナは、前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナを所望の動作周波数に調整するように配置された１以上の整合回路をさらに有しうる。例えば、当該アンテナは、ＤＶＢ−Ｈ、ＧＳＭ７１０、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ１９００、ＧＰＳ１５７５、ＵＭＴＳ２１００、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＴＥ、ＬＴＡ、および４Ｇ周波数帯の１以上をカバーするように構成されうる。

ある実施の形態では、前記不平衡アンテナ（例えば、非共振素子）は、前記平衡アンテナの近傍に位置し、前記平衡アンテナに少なくとも部分的に囲まれ、前記平衡アンテナの設置面積の範囲内にあり、または、前記平衡アンテナの少なくとも一部と横に配列されうる。

前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナには、ほぼ中央に位置する給電ラインが設けられうる。これは、当該アンテナが高性能であることを確保する上で有利である。

前記支持基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）で構成されうる。

前記不平衡アンテナは、前記基板に刻み込まれた少なくとも一部を有しうる。あるいは、前記不平衡アンテナは、前記基板に取り付けられる別の構造体に設けられた少なくとも一部を有しうる。

前記不平衡アンテナの形状および構造は、特に限定されず、特定の用途および／または所望の性能基準を満たすように設計されうる。同様に、前記平衡アンテナの形状および構造は、特に限定されず、特定の用途および／または所望の性能基準を満たすように設計されうる。

一実施の形態では、前記不平衡アンテナは、長方形でありうる。他の実施の形態では、前記不平衡アンテナは、例えば、前記基板にほぼ平行な第１の素子および前記基板にほぼ垂直な第２の素子を有する、ブラケット形でありうる。

一実施の形態では、前記平衡アンテナは、内向きに対向する２つのＬ字形アームを有しうる。他の実施の形態では、前記平衡アンテナは、ブラケット形（例えば、各アームが少なくとも１つの垂直素子を有する）であり、または、プリントダイポールによって構成されうる。

前記平衡アンテナは、前記基板の上方または前記基板の周囲（つまり、外側）に位置しうる。ある実施の形態では、前記基板は、ほぼ長方形であるも、前記平衡アンテナの下に位置する切り欠き部（cut-out）を有しうる。

前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナは、（前記基板の同じ端部にまだ位置しつつも）前記基板の反対面に設けられうる。ある実施の形態では、前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナは、前記基板のみの厚さだけ横方向に離されうる。

前記基板は、前記基板の第１の表面にプリントされた接地面を有しうる。前記不平衡アンテナも、前記第１の表面に設けられ、前記接地面から隙間をあけて配置されうる。

前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナのそれぞれに対して複数の整合回路を設けうる。前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナに対して異なる整合回路を選択することによって異なる動作モードが可能である。特定の動作モード（つまり、特定の周波数帯域）に対する所望の整合回路を選択するためにスイッチを設けうる。

各整合回路は、関係する平衡アンテナまたは不平衡アンテナの周波数を特定の周波数範囲にわたって調整するための少なくとも１つの可変コンデンサを有しうる。前記可変コンデンサは、複数のスイッチ付き固定コンデンサ、バラクタ、またはＭＥＭＳコンデンサによって構成されうる。

前記不平衡アンテナに関係する整合回路は、第１の信号ポートに接続され、前記平衡アンテナに関係する整合回路は、第２の信号ポートに接続されうる。

各信号ポートおよび／または各整合回路は、異なる分極（polarisation）に関係しうる。例えば、９０度の位相差を、所望の動作周波数において各ポート／整合回路の間に設けうる。

当該アンテナは、各ポートに接続され、かつ、所望の動作モードを選択する制御手段を有する、制御システムをさらに有しうる。

前記基板は、任意の手頃なサイズであり、一実施の形態では、従来の携帯機器に容易に収容できるように、約１１６×４０ｍｍ^２の表面積を有しうる。当然のことながら、前記基板の厚さは限定されないが、典型的には数ミリメートルの厚さ（例えば、１ｍｍ、１.５ｍｍ、２ｍｍ、２.５ｍｍ）である。

本発明の再構成可能アンテナは、シャーシアンテナとして携帯機器用に構成されうる。当該アンテナは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）の用途用に構成されうる。

これから、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１Ａは、ＰＣＢ上に取り付けられた本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの上面斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示すアンテナおよびＰＣＢの底面斜視図である。図１Ｃは、図１Ａに示すアンテナおよびＰＣＢの拡大端面斜視図である。 図２は、図１Ａ〜図１Ｃのアンテナに関係する回路のブロック図である。 図３は、図２のアンテナにおける非共振素子用の整合回路装置を示す回路図である。 図４は、図２のアンテナにおける平衡アンテナ用の整合回路装置を示す回路図である。 図５は、モード１で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^１とＭ_２ ^１を選択し可変コンデンサを変化させた場合）における図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。 図６は、モード２で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^２とＭ_２ ^２を選択した場合）における、図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。 図７は、モード３で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^３とＭ_２ ^３を選択した場合）における、図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。 図８は、ブラケット形の非共振素子および「半ブラケット」形の平衡アンテナを有する本発明の第２の実施の形態の拡大底面斜視図である。 図９は、図１Ｂに示す非共振素子よりも狭い非共振素子を有する本発明の第３の実施の形態の拡大底面斜視図である。 図１０は、プリントダイポール平衡アンテナを有する本発明の第４の実施の形態の拡大上面斜視図である。 図１１は、Ｌ字形プリントダイポール平衡アンテナを有する本発明の第５の実施の形態の拡大上面斜視図である。 図１２は、ＰＣＢの外側周囲に設けられた平衡アンテナを有する本発明の第６の実施の形態の拡大上面斜視図である。 図１３Ａは、図１１に示す平衡アンテナおよび図９に示す非共振素子を有する本発明の第７の実施の形態に係るアンテナの上面斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示すアンテナの底面斜視図である。図１３Ｃは、図１３Ａに示すアンテナの拡大底面下面斜視図である。 図１４は、各ポートが最適化されていない整合回路に接続され、ポート間の分離が乏しい場合における、図１Ａ〜図２のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。 図１５Ａは、図１４に示すように動作させた場合におけるポート１の放射パターンを示す図である。図１５Ｂは、図１４に示すように動作させた場合におけるポート２の放射パターンを示す図である。 図１６は、各ポートが最適化された整合回路に接続され、ポート間の分離が良好である場合における、図１Ａ〜図２のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。 図１７Ａは、図１６に示すように動作させた場合におけるポート１の放射パターンを示す図である。図１７Ｂは、図１６に示すように動作させた場合におけるポート２の放射パターンを示す図である。 図１８Ａは、図１Ａに示すものと同様であるが、前記平衡アンテナが浮動接地面に接続されている、本発明のさらなる実施の形態に係るアンテナの上面斜視図である。図１８Ｂは、図１８Ａのアンテナの背面図である。 図１９Ａは、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すものと同様であるが、前記平衡アンテナの対称アームの一方が他方の対称アームに対する浮動接地面を構成している、本発明のさらなる実施の形態に係るアンテナの上面斜視図である。図１９Ｂは、図１９Ａのアンテナの背面図である。 図２０は、図１９Ａおよび図１９Ｂのアンテナ用の整合回路装置を示す図である。

図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照すると、ＰＣＢ１２上に取り付けられた本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ１０が示されている。アンテナ１０は、ＰＣＢ１２の第１の表面１６に取り付けられた平衡アンテナ１４と、ＰＣＢ１２の反対側の第２の表面２０に取り付けられた非共振素子１８の形をした不平衡アンテナとを有する。平衡アンテナ１４および非共振素子１８は両方ともＰＣＢ１２の同じ端部２２に位置している。

平衡アンテナ１４は、ＰＣＢ１２の平面の上方にこれと平行に取り付けられる内向きに対向する２つのＬ字形アーム２４を有する。図１Ｃに最もよく示すように、各アーム２４は、その外縁部が、ＰＣＢ１２の長縁部からＰＣＢ１２の端部２２を過ぎて端部２２の中心の方に伸長する直交支持体２６に取り付けられている。換言すれば、平衡アンテナ１４は、ＰＣＢ１２の端部２２の周りのＵ字形切り欠き部の上方に懸架されている。特に、支持体２６およびアーム２４は、端部２２の中央で交わらず、それらの間に隙間２８を形成している。各アーム２４をそれぞれ給電するために、２つの給電ライン３０（第１の表面１６から伸長する）が、平衡アンテナ１４の中央に向かって、隙間２８の両側に１つずつ設けられている。

非共振素子１８は、平衡アンテナ１４に取り囲まれたＰＣＢ１２の端部２２の上に長方形金属エッチングによって構成されている。しかし、図１Ｂに示すように、非共振素子１８は、Ｕ字形切り欠き部の端には至らず、非共振素子１８と、接地面３４を構成する第２の表面２０の残り部分との間には、隙間３２が設けられている。図示しないが、非共振素子１８には中央給電ラインが設けられている。

図２は、アンテナ１０に関係する回路のブロック図である。それによると、非共振素子１８は、ポート１を通じて整合回路４０を介して給電され、平衡アンテナ１４は、ポート２を通じて整合回路４２を介して給電されることが分かる。後述するように、外部の整合回路４０、４２は、広い動作周波数範囲を達成する必要がある。

図３は、非共振素子１８用の整合回路４０を示す回路図である。本実施の形態では、整合回路４０は、Ｍ_１ ^１、Ｍ_１ ^２、Ｍ_１ ^３で表される３つの代替的整合回路を有する。これらは、３つの異なる動作モード（それぞれモード１、モード２、モード３）を提供するために個別に選択可能である。その結果として、必要な動作モードを与えるためにポート１が非共振素子１８に所望の整合回路を介して接続されるように、各整合回路Ｍ_１ ^１、Ｍ_１ ^２、Ｍ_１ ^３は、制御システム（図示せず）を介してスイッチによって選択可能である。図示の実施の形態では、整合回路Ｍ_１ ^１が選択され、非共振素子１８はモード１での動作用に構成されている。

整合回路Ｍ_１ ^１は、可変コンデンサＣ_１１ ^１に並列接続された第１のインダクタＬ_１１ ^１を有する。一方、可変コンデンサＣ_１１ ^１は、第２のインダクタＬ_１２ ^１に接続されている。整合回路Ｍ_１ ^２は、第１のコンデンサＣ_１１ ^２に並列接続された第１のインダクタＬ_１１ ^２を有する。第１のコンデンサＣ_１１ ^２は、第２のインダクタＬ_１２ ^２に並列接続され、かつ、第２のコンデンサＣ_１２ ^２に直列接続されている。そして、第２のコンデンサＣ_１２ ^２は、第３のインダクタＬ_１３ ^２に並列接続されている。整合回路Ｍ_１ ^３は、第１のインダクタＬ_１１ ^３に並列接続された第１のコンデンサＣ_１１ ^３を有する。そして、第１のインダクタＬ_１１ ^３は、第２のコンデンサＣ_１２ ^３に並列接続されている。

図４は、平衡アンテナ１４用の整合回路装置４２を示す回路図である。本実施の形態では、整合回路４２は、Ｍ_２ ^１、Ｍ_２ ^２、Ｍ_２ ^３で表される３つの代替的整合回路を有する。これらも、３つの異なる動作モード（それぞれモード１、モード２、モード３）を提供するために個別に選択可能である。その結果として、必要な動作モードを与えるためにポート２が平衡アンテナ１４に所望の整合回路を介して接続されるように、各整合回路Ｍ_２ ^１、Ｍ_２ ^２、Ｍ_２ ^３は、制御システム（図示せず）を介してスイッチによって選択可能である。図示の実施の形態では、整合回路Ｍ_２ ^１が選択され、平衡アンテナ１４はモード１での動作用に構成されている。

整合回路Ｍ_２ ^１は、ポート２からの信号を第１の分岐と第２の分岐に分割するスプリッタＳ_２ ^１を有する。第１の分岐は、第１のインダクタＬ_２１ ^１に並列接続されかつ第２の（可変）コンデンサＣ_２２ ^１および第２のインダクタＬ_２２ ^１に直列接続された第１のコンデンサＣ_２１ ^１を有する。第２の分岐は、第４のインダクタＬ_２４ ^１に並列接続されかつ第３の（可変）コンデンサＣ_２３ ^１および第５のインダクタＬ_２５ ^１に直列接続された第３のインダクタＬ_２３ ^１を有する。

整合回路Ｍ_２ ^２は、ポート２からの信号を第１の分岐と第２の分岐に分割するスプリッタＳ_２ ^２を有する。第１の分岐は、第２のコンデンサＣ_２２ ^２に並列接続されかつ第３のコンデンサＣ_２３ ^２に直列接続された第１のコンデンサＣ_２１ ^２を有する。第２の分岐は、第４のコンデンサＣ_２４ ^２に並列接続されかつ第５のコンデンサＣ_２５ ^２に直列接続された第１のインダクタＬ_２１ ^２を有する。

整合回路Ｍ_２ ^３は、ポート２からの信号を第１の分岐と第２の分岐に分割するスプリッタＳ_２ ^３を有する。第１の分岐は、第１の直列インダクタＬ_２１ ^３を有する。第２の分岐は、第２のインダクタＬ_２２ ^３に並列接続されかつ第３のインダクタＬ_２３ ^３に直列接続された第１のコンデンサＣ_２１ ^３を有する。

要するに、整合回路Ｍ_１ ^１には１つの可変コンデンサがあり、整合回路Ｍ_２ ^１には２つの可変コンデンサがある。これらの可変コンデンサは、いくつかのスイッチ付き固定コンデンサや、バラクタ、ＭＥＭＳコンデンサなどを有しうる。

図３および図４の整合回路は、３つのＬＴＥ周波数帯域（つまり、６９８ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ、２３００ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）および他の通常必要とされる周波数範囲をカバーするように設計されている。より具体的には、モード１で動作する（つまり、整合回路Ｍ_１ ^１とＭ_２ ^１が選択された）場合、ポート１およびポート２は、ＬＴＥの低帯域である６９８ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、ならびに、ＧＳＭ７１０、ＧＳＭ８５０、およびＧＳＭ９００をカバーすることができる。モード２で動作する（つまり、整合回路Ｍ_１ ^２とＭ_２ ^２が選択された）場合、ポート１およびポート２は、ＬＴＥの中帯域である１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ、および、ＵＭＴＳ２１００をカバーすることができる。モード３で動作する（つまり、整合回路Ｍ_１ ^３とＭ_２ ^３が選択された）場合、ポート１は、ＬＴＥの高帯域２３００ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ、Ｗｉ−Ｆｉ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈをカバーすることができ、ポート２は、ＬＴＥ高帯域の大部分２５００ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚの大部分をカバーすることができる。当然のことながら、さらなる動作モードを提供するためにスイッチで選択される追加の整合回路を含めることによって他の周波数帯域をカバーすることができる。

図５は、モード１で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^１とＭ_２ ^１を選択し可変コンデンサを変化させた場合）における、図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。それによると、コンデンサの値を変えることによって、動作帯域に対して少なくとも３７ｄＢ分離しつつ約６９８ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの帯域をカバーするようにポート１およびポート２の共振周波数を調整することができる。

図６は、モード２で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^２とＭ_２ ^２を選択した場合）における、図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。それによると、動作帯域に対して少なくとも２０ｄＢ分離しつつ約１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの周波数をカバーすることができる。

図７は、モード３で動作させた場合（つまり、整合回路Ｍ_１ ^３とＭ_２ ^３を選択した場合）における、図１Ａ〜図４のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。それによると、動作帯域に対して少なくとも２０ｄＢ分離しつつ約２３００ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚの周波数をカバーすることができる。

注目すべきは、モード２およびモード３に対しては同調回路がなく、したがって、可変コンデンサを使用する必要がないことである。これは、固定部品と共に整合回路が所要の周波数帯域をカバーできるためである。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ５０の拡大底面斜視図である。アンテナ５０は、非共振素子５２および平衡アンテナ５４の構造が若干異なるという点を除けば、図１Ａ〜図１Ｃに示すアンテナとほぼ同様である。より具体的には、非共振素子５２は、ブラケットの形をしており、平面非共振素子１８を構成する部分の端部２２に沿って取り付けられた細長い垂直端部５６を有する。さらに、平衡アンテナ５４は、Ｌ字形アーム２４用の支持体５８が、ＰＣＢ１２の長縁部に沿ってのみ設けられ、内向きに端部２２の中心の方に伸長していないという点で、「半ブラケット」の形をしている。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ６０の拡大底面斜視図である。アンテナ６０は、非共振素子６２の幅が非共振素子１８の幅の約半分であるという点を除けば、図１Ａ〜図１Ｃに示すアンテナとほぼ同様である。したがって、隙間３２は、平衡アンテナ１４の下のＵ字形切り欠き部の端部よりも、端部２２のほうに近い。

図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ７０の拡大上面斜視図である。アンテナ７０は、平衡アンテナ７２がプリントダイポールによって構成されているという点を除けば、図１Ａ〜図１Ｃに示すアンテナとほぼ同様である。プリントダイポールは、各アーム７５を分離する、中央のほぼＴ字形の切り欠き部７４と、ＰＣＢ１２の長縁部に隣接する、各アーム２４の最も端にある小さな長方形の切り欠き部７６とを有する。また、ＰＣＢ１２には切り欠き部がない。平衡アンテナ７２とＰＣＢ１２との距離がアンテナ７０の効率に直接影響を及ぼすということにも注意すべきである。したがって、平衡アンテナ７２は、ロハセル（Rohacell）（登録商標）発泡体など（図示せず）によってＰＣＢ１２の上方に適当な距離を置いて支持されている。

図１１は、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ８０の拡大上面斜視図である。アンテナ８０は、アーム２４がもはや支持体２６に取り付けられることなく、代わりに、発泡体の支持体など（図示せず）によってＰＣＢ１２の上に取り付けられるように、平衡アンテナ８２がＬ字形プリントダイポールによって構成されているという点を除けば、図１Ａ〜図１Ｃに示すアンテナとほぼ同様である。

図１２は、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ９０の拡大上面斜視図である。アンテナ９０は、平衡アンテナ９２がＰＣＢ１２の外側周囲に設けられ、また、ＰＣＢ１２には切り欠き部が設けられていないという点を除けば、図１Ａ〜図１Ｃに示すアンテナとほぼ同様である。図１０および図１１の通り、平衡アンテナ９２は、発泡体の支持体など（図示せず）によってＰＣＢ１２に取り付けられている。

図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、本発明の第７の実施の形態に係るアンテナ１００を示している。アンテナ１００は、図１１の平衡アンテナ８２および図９の非共振素子６２を有する。本実施の形態では、平衡アンテナ８２と非共振素子６２との距離は単にＰＣＢ１２の厚さだけである（つまり、追加の支持体は設けられていない）。

図１４は、各ポート（ポート１およびポート２）が最適化されていない整合回路４０、４２にそれぞれ接続され、ポート間の分離が乏しい（各ポートに対して約７３２ＭＨｚである動作周波数において約１ｄＢ）場合における、図１Ａ〜図２のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。出願人は、この場合の分離の悪さを信号分極との関連で説明できることを見出した。図１５Ａおよび図１５Ｂは、図１４に示すように動作させた場合におけるポート１およびポート２の放射パターンをそれぞれ示している。各ポートの指向性は若干異なるものの、各場合の分極は同一平面（図示するＺＸ平面）内にあり、これが図１４に示す分離の悪さの原因と考えられる。

図１６は、各ポート（ポート１およびポート２）が最適化された整合回路４０、４２にそれぞれ接続され、ポート間の分離が良好である（各ポートに対して約７３２ＭＨｚである動作周波数において約４０ｄＢ以上）場合における、図１Ａ〜図２のアンテナに対する、周波数に対するリターンロスのグラフである。図１６における高い分離性は、図１７Ａおよび図１７Ｂにそれぞれ示す、各ポートの放射パターンから説明することができる。より具体的には、図１７Ａは、ポート１の分極がＺＸ平面内にあること、ポート２の分極がＺＹ平面内にあることを示している。したがって、分極は約９０度の位相差を持ち、これにより、図１６に示すように各ポートが良好に分離されるという結果になる。

したがって、出願人は、ポート間の高い分離性が、動作周波数における各ポートからの信号の分極に関して（例えば、９０度の）位相差を導入することによって達成できることを見出した。また、出願人は、整合回路それ自体の性質および使用する部品の数は、分離の観点からは、分極状態よりも重要度がずっと低いと考える。また、高性能であることは、平衡アンテナおよび不平衡アンテナが両方ともＰＣＢの同じ端部に位置しており、不平衡アンテナは平衡アンテナの下または真ん中に位置し、各アンテナ用の給電ラインは各アンテナの中央に位置し、各アンテナはそれぞれの整合回路に接続されているという事実の結果として、可能である。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１Ａに示すものと同様であるが、平衡アンテナ１４が浮動接地面１１２に接続されている、本発明のさらなる実施の形態に係るアンテナ１１０を示している。浮動接地面１１２は、ＰＣＢ１２の第１の表面１６に位置し給電ライン３０の下ほぼ中央に位置する長方形の金属パッチによって構成されている。図示しないが、平衡アンテナ１４の対称アーム２４に起動信号を送る整合回路は、浮動接地面１１２に位置している。図１Ｂの通り、非共振素子１８の形をした不平衡アンテナは、ＰＣＢ１２の反対側の第２の表面２０に取り付けられている。非共振素子１８は、ＰＣＢ１２上の整合回路に接続されている。上記のように、平衡アンテナおよび不平衡アンテナに対するポート間の高い分離性は、分極配向に９０度の差を設けるように各アンテナの整合回路を最適化することによって達成される。アンテナ１１０の回路設計および結果は、図２〜図７に示す通りである。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すものと同様であるが、平衡アンテナ８２の対称アーム１２２の一方が他方の対称アーム１２２に対する浮動接地面を構成している、本発明のさらなる実施の形態に係るアンテナ１２０を示している。図示しないが、平衡アンテナ８２に起動信号を送る整合回路は、浮動接地面を構成する対称アーム１２２に位置している。図１９Ｂに関して、非放射素子６２は、ＰＣＢ１２の接地面３４上の整合回路に接続されている。

図２０は、図１９Ａおよび図１９Ｂのアンテナ１２０用の整合回路装置を示している。このように、非共振素子６２および対称アーム１２２の一方は、別々の整合回路１２４を介して別々のポート（ポート１、ポート２）に接続されている。各整合回路１２４は、１つの可変コンデンサＣ_１と２つの固定インダクタＬ_１、Ｌ_２とを有する。各整合回路１２４内の構成部品の値は、アンテナ１２０のリターンロス性能を最適化するように計算されている。この場合の高い分離性は、両方のアンテナ８２、６２が同じ垂直位置で（つまり、同じ横軸上で）給電される場合に達成される。

上記によれば、本発明の実施の形態は、例えば、ＤＶＢ−Ｈ、ＧＳＭ７１０、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ１９００、ＧＰＳ１５７５、ＵＭＴＳ２１００、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＴＥ、ＬＴＡ、および４Ｇ周波数帯などの多数のセルラーサービスをカバーすることができる再構成可能アンテナを提供する。また、当該アンテナは、多重解像度スペクトルセンシング機能を必要とするかもしれないコグニティブ無線システム（Cognitive Radio systems）に適している。したがって、提案されたアンテナは、マルチサービスアクセスを必要とする携帯機器用の理想的な候補であり、特に、例えば、スマートフォンやノートパソコン、ＰＤＡなどの小型端末に関係する用途によく適している。

本発明の範囲を逸脱することなく上記実施の形態に様々な変更を加えうることは当業者に認められるであろう。特に、一実施の形態に関連して記載した特徴は他の実施の形態にも組み入れうる。

Claims (20)

1. 支持基板に取り付けられた平衡アンテナおよび不平衡アンテナを有し、前記基板は、任意選択的にプリント回路板によって構成されており、
   前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナは両方とも前記基板の同じ端部に位置している、
   再構成可能アンテナ。
2. 前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナは、非共振であり、任意選択的に、前記不平衡アンテナは、前記基板によってまたは前記基板上に形成された接地面に対して給電される非共振素子を有し、前記平衡アンテナは、自身に対して給電される、
   請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナを所望の動作周波数に調整するように配置された１以上の整合回路をさらに有し、当該アンテナは、任意選択的に、ＤＶＢ−Ｈ、ＧＳＭ７１０、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ１９００、ＧＰＳ１５７５、ＵＭＴＳ２１００、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＴＥ、ＬＴＡ、および４Ｇ周波数帯の１以上をカバーするように構成されている、
   先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
4. 前記平衡アンテナおよび／または前記不平衡アンテナに対して異なる整合回路を選択することによって異なる動作モードが可能であり、任意選択的に、特定の動作モードに対する所望の整合回路を選択するためにスイッチが設けられている、
   請求項３に記載のアンテナ。
5. 各整合回路は、関係する平衡アンテナまたは不平衡アンテナの周波数を特定の周波数範囲にわたって調整するための少なくとも１つの可変コンデンサを有し、前記可変コンデンサは、任意選択的に、複数のスイッチ付き固定コンデンサ、バラクタ、またはＭＥＭＳコンデンサによって構成されている、
   請求項３または４に記載のアンテナ。
6. 前記不平衡アンテナに関係する整合回路は、第１の信号ポートに接続され、前記平衡アンテナに関係する整合回路は、第２の信号ポートに接続されており、任意選択的に、各信号ポートおよび／または各整合回路は、異なる分極に関係している、
   請求項３から５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記不平衡アンテナは、前記平衡アンテナの近傍に位置し、前記平衡アンテナに少なくとも部分的に囲まれ、前記平衡アンテナの設置面積の範囲内にあり、または、前記平衡アンテナの少なくとも一部と横に配列されている、
   先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
8. 前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナには、ほぼ中央に位置する給電ラインが設けられている、
   先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
9. 前記不平衡アンテナは、前記基板に刻み込まれた少なくとも一部、および／または、前記基板に取り付けられる別の構造体に設けられた少なくとも一部を有する、
   先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
10. 前記不平衡アンテナは、前記基板にほぼ平行な第１の素子および前記基板にほぼ垂直な第２の素子を有するブラケットの形をしている、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
11. 前記平衡アンテナは、内向きに対向する２つのＬ字形アームを有する、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
12. 前記平衡アンテナは、各アームが少なくとも１つの垂直素子を有するブラケットの形をしている、
    請求項１１に記載のアンテナ。
13. 前記平衡アンテナは、プリントダイポールによって構成されている、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のアンテナ。
14. 前記基板は、ほぼ長方形であるも、前記平衡アンテナの下に位置する切り欠き部を有する、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
15. 前記平衡アンテナおよび前記不平衡アンテナは、前記基板の反対面に設けられている、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
16. 前記基板は、前記基板の第１の表面にプリントされた接地面を有し、任意選択的に、前記不平衡アンテナも、前記第１の表面に設けられ、前記接地面から隙間をあけて配置されている、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
17. 各ポートまたは各整合回路の間には、所望の動作周波数において９０度の位相差が設けられており、当該アンテナは、任意選択的に、各ポートに接続され、かつ、所望の動作モードを選択する制御手段を有する、制御システムをさらに有する、
    請求項２８に記載のアンテナ。
18. シャーシアンテナとして携帯機器用に構成され、または、多入力多出力（ＭＩＭＯ）の用途用に構成されている、
    先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
19. 先行する請求項のいずれかに記載のアンテナを有する携帯電子機器。
20. 添付の図面を参照して、ほぼ以上に記載の通りのアンテナ。

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