JP2004516699A - 仮想磁壁を有するアンテナ - Google Patents

Abstract

放射シールド（３６）が仮想磁壁（ＶＭＷ）を含み、このＶＭＷは、特定の周波数帯域内で放射アンテナ（３４）から放出されかつ特定の分極を伴う電場を有する電磁放射線を物体（３０）から避ける方向に反射するように、放射アンテナ（３０）と物体（３４）との間に配置されるようになっている。このＶＭＷによって反射される放射線の電場は、ＶＭＷ上に入射する放出放射線の電場と実質的に同相である。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
〔関連出願に対する相互参照〕
本出願は、本明細書に参照により組み入れられる２０００年１２月１４日付で出願された米国仮特許出願番号６０／２５５，５７０の利益を請求する。
本発明はアンテナに一般的に関し、特に、移動通信装置のユーザの体組織におけるその移動通信装置のアンテナからの放射線の比吸収率（ＳＡＲ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を抑制する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話の使用に関連した放射障害に関する関心が増大している。頭痛、めまい、および、疲労感の苦情が、携帯電話のヘビーユーザの中で一般的である。最近の研究調査によって、携帯電話のアンテナによって放出される無線周波数（ＲＦ）放射線に長期的さらされていると脳細胞の活動に対する干渉のせいで深刻な医療問題を引き起こす可能性があり、場合によっては脳腫瘍の原因となる可能性があるということが指摘されている。いくつかの政府が、携帯電話の使用に関連した危険性に関してすでにユーザに警告し始めている。最近では、英国政府が、自分の子供の移動電話の使用時間を親が制限するように勧告している。合衆国等の国々では、セルラヘッドセットおよび他のワイヤレスヘッドセットが、体組織における最大の比吸収率（ＳＡＲ）レベルを実現するという規制要件を満たさなければならない。
【０００３】
健康に対する携帯電話使用の悪影響に関する懸念が、携帯電話のアンテナがユーザの脳の非常に小さい領域に対して多量のＲＦエネルギーを送り込む可能性があるという事実から生まれている。多くの場合には、このアンテナによって８００−９００ＭＨｚ帯域で放出される電磁力の７０％以上が人間の頭部内に吸収される。ワイヤレスヘッドセットの無線周波数の放射電磁波は非電離（ｎｏｎ−ｉｏｎｉｚｉｎｇ）放射として分類されているが、あらゆる吸収性材料に対して熱の形でエネルギーを伝達する可能性がある。アンテナ位置、近距離場放出特性、無線周波数電力、および、周波数が、ＳＡＲの制限に適合するための基礎を定める。頭部におけるエネルギー吸収は、さらに、携帯電話自体の電力使用量に余計な損失をもたらし、特定のアンテナ放射電磁波レベルに対する電力消費の増加と電池寿命の低下との原因となる。
【０００４】
無線電話アンテナの健康被害を低減させるためのいくつかの試みが、頭部をシールドするためのＲＦ吸収材料を使用する。例えば、参照により本明細書に開示内容が組み入れられる米国特許第５，６６６，１２５号と同第５，７７７，５８６号が、開曲線形状（ｏｐｅｎ ｃｕｒｖｅｄ ｓｈａｐｅ）の輪郭の放射線吸収体を含むアンテナアセンブリを開示している。ユーザに向かう方向にアンテナから放出される放射線の少なくとも一部分が、その吸収体によって遮断される。同様に、参照により本明細書に開示内容が組み入れられている米国特許第５，６９４，１３７号が、アンテナの外部に沿って配置可能である、放射線に対して不透過性である材料で作られている円弧形状のシールドを開示している。こうした吸収シールドは頭部におけるＳＡＲを低減させるが、電力損失の問題はさらに悪化させるばかりである。したがって、最適なアンテナ設計は、体組織におけるＳＡＲを低下させる主要な手段として放射パターンの効率を改善することに基づいていなければならない。
【０００５】
吸収材料の代案として、製造業者が、アンテナからユーザをシールドするために導電性（接地）表面を使用する場合が多い。例えば、米国特許第６，０８８，５７９号が、アンテナとユーザとの間に導電性遮蔽レイヤを有する無線通信装置を開示している。この遮蔽レイヤは非使用時にはアンテナから取り外し可能であってもよい。同様に、米国特許第５，６１３，２２１号が、電話のアンテナロッドとユーザとの間に配置されている、金属帯鋼で作られている、ハンドヘルド携帯電話のための放射シールドを開示している。米国特許第６，０７５，９７７号が、既存のハンドヘルド携帯電話に後付けするための二目的のフリップシールド（ｆｌｉｐ ｓｈｉｅｌｄ）を開示している。磨かれた材料（好適にはアルミニウム）で作られているこのシールドは、ユーザを避ける方向における電磁波の高い反射率を実現するために、携帯電話の使用時に電話アンテナとユーザの頭部との間の位置に弾き上げられる。他の導電性アンテナ遮蔽装置が米国特許第６，０８８，６０３号、同第６，１３７，９９８号、同第６，０９７，３４０号、同第５，９９９，１４２号、および、同第５，３３５，３６６号に開示されている。本段落で言及したすべての特許の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０００６】
これらの特許で開示されているタイプの導電性シールドはアンテナのエネルギーを再方向付けすることにおいてはあまり効果的ではなく、特にモノポールアンテナが使用される場合にはあまり効果的でない。導電性シールドに関する問題点は、導電面上の電磁場の境界条件が、その導電面に対する接線方向の全電場がゼロであることを必要とするという事実から生じる。したがって、導電面は、電場における１８０°の位相ずれを伴う反射係数を有する必要がある。アンテナ電場が破壊的な干渉によってキャンセル（ショートアウト（ｓｈｏｒｔ ｏｕｔ）されないように、直達電場と反射電場とが同相であるために、アンテナと反射体（リフレクタ）との間の距離は４分の１波長でなければならず、この４分の１波長は８００−９００ＭＨｚ帯域では約８ｃｍである。モノポールアンテナを用いてこの解決策を実現することは、反射エレメントがユーザとアンテナとの間に配置されなければならず、このことがアンテナ自体がユーザの頭部から少なくとも８ｃｍの距離になければならないことを意味するので、困難である。
【０００７】
導電性リフレクタの既知の欠点を考慮して、他の電気的エレメントを追加することによってこうした導電性リフレクタの性能を改善しようとする試みが行われている。例えば、参照により開示内容が本明細書に組み入れられる米国特許第６，１１４，９９９号が、移動電話用のアンテナ装置を開示しており、この特許では、小型化された放射器と小型化されたリフレクタとの間の距離が、導入された誘電材料によって短縮されている。ユーザに向かう方向にある電場を低減させるための追加の手段として、少なくとも２つの薄い絶縁金属帯鋼がリフレクタエレメントの端縁に沿って平行に延び、近距離場をチョーク間の領域に集中させるようにそのリフレクタの裏側にチョークを形成する。同様に参照により、その開示内容が本明細書に組み入れられる欧州特許出願ＥＰ ０ ５８８ ２７１ Ａ１が、非対称の放射パターンを有するポータブルトランシーバ用のアンテナを開示している。少なくとも１つのリフレクタがアンテナ放射器の裏側区域内に配置されることが可能である。リフレクタは、受動的（パッシブ）な方法で動作する同調ダイポールで形成されることが可能であり、または、密集間隔の水平巻回によって構成されている垂直反射スクリーンによって形成されることが可能である。
【０００８】
パッチアンテナやループアンテナの変形物のような他のアンテナ設計が、面倒なリフレクタエレメントに依存することなしに、より高い設計上の柔軟性を可能にする。しかし、こうした設計は、頭部におけるＳＡＲを低減させるための必要な近距離場振る舞いを未だに示していない。当業者に既知の別の慣行が、全方向性パターンではなく、準方向性の遠距離場自由空間パターンを発生させることである。例えば、参照により、その開示内容が本明細書に組み入れられる米国特許第６，０３１，４９５号が、ユーザの頭部に対して垂直な方向における高い減衰を伴う両方向性の放射パターンを生じさせるために１対の整相された放射エレメントを使用する、ＳＡＲを低下させるためのアンテナシステムを開示している。しかし、近距離場においては、ユーザに向かう方向のＲＦ電力密度は、このアプローチによっては必ずしも低減させられるとは限らない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
放射電磁場を方向付けるための改良された構造および方法を提供することが、本発明の目的である。
【００１０】
強化された近距離場方向特性を有するアンテナを提供することが、本発明のいくつかの形態の別の目的である。
【００１１】
携帯電話のようなパーソナル通信装置によって放出されるＲＦ放射のユーザの頭部におけるＳＡＲを低下させるための装置および方法を提供することが、本発明のいくつかの形態のさらなる別の目的である。
【００１２】
装置の電力使用量全体を減少させる、パーソナル通信装置と共に使用するためのアンテナを提供することが、本発明のいくつかの形態のさらなる別の目的である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施態様では、仮想磁壁（ＶＭＷ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｌｌ）が、携帯電話のようなパーソナル通信装置上のアンテナとユーザの頭部との間に挿入される。ＶＭＷは、アンテナによって放出された放射線を反射し、ユーザの頭部を避けるように選択的に方向付けられている近距離場放射パターンを生じさせる。上述の通りの導電性リフレクタは、その表面において入射電場をキャンセルし、それによって逆相で放射電場を反射しなければならない。一方、ＶＭＷは、入射場と同相である電場を反射しながら磁場をキャンセルするという意味で「磁気導体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」として作用する。この結果として、導電性リフレクタとは違って、ＶＭＷは電場の強め合い干渉を生じさせる。したがって、ＶＭＷは、必要に応じてアンテナに近接して配置されることが可能であると同時に、アンテナの近距離場放射パターンの効率的な抑制を実現することが可能である。
【００１４】
完全な磁気導体は自然界には存在しないことが知られている。その代わりに、ＶＭＷは、特定の周波数範囲と入射場の分極とに関してこうした磁気導体の振る舞いを近似する構造を備える。ＶＭＷは、そのＶＭＷの表面上に入射するアンテナの場に応答して、ユーザ頭部を避ける方向に放射を生じさせるように、同等の磁気流が、電流と正確に同相である形でＶＭＷ表面を流れるように設計され構成されることが好ましい。本発明の好ましい実施態様では、ＶＭＷは、こうした振る舞いを示す以下の要素の１つまたは複数を含む。
・ 開回路共振回路として働く空洞。
・ 空洞が裏側に付いており、かつ、主アンテナ放射器と正確に同相の形で励起されるスロットアレイ。
・ 電流が表面全体にわたって流れることを阻止するためのＲＦチョークとして働く、ひだ付き表面または装荷ひだ付き表面。
・ 入力端子において開回路を示すと同時に、好ましくは小さな体積しか占有しない、折り返し短絡伝送線路または蛇行短絡伝送線路によって形成されている空洞。
上述の基準を満たすＶＭＷの他の実現形態が、本発明の範囲内に含まれているとみなされる。
【００１５】
したがって、ＶＭＷは、放射線がユーザの頭部を避ける方向に選択的に放出されるように携帯電話または他のパーソナル通信装置のアンテナの放射パターンを再方向付けすることが可能である。ＶＭＷは、アンテナの付近に任意に配置されることが可能なので、小さいサイズに作られることが可能であり、かつ、通信装置の機構設計に対しては最小限の影響しか与えない。さらに、ＶＭＷ自体が放射線に対して実質的に非吸収性であり、そしてユーザの頭部におけるアンテナからの放射線の吸収を低減させるので、ＶＭＷはアンテナの放射の効率を増大させ、および、装置の電力使用量全体を改善する。
【００１６】
本明細書で説明する好ましい実施態様はパーソナル通信装置に関するものであり、装置アンテナによって放出されたＲＦ放射線からこうした装置のユーザを保護することに特に関するものであるが、本発明の有用性はこうした用途だけに限定されるものでは決してない。むしろ、本発明の原理と技術は、他の用途のための電磁リフレクタおよび方向性アンテナアセンブリを製造するためにも同様に適用されることが可能である。
【００１７】
したがって、本発明の好ましい実施態様によって、仮想磁壁（ＶＭＷ）を含む放射線シールドが提供され、このＶＭＷは、このＶＭＷによって反射される放射線の電場が、このＶＭＷ上へ入射する放出された放射線の電場と実質的に同相であるように、特定の周波数帯域でアンテナから放出されかつ特定の分極を伴う電場を有する電磁放射を物体を避ける方向に反射するために、放射アンテナと物体との間に配置されるのに適する。
【００１８】
ＶＭＷは、そのＶＭＷによって反射される放射線の磁場の接線方向成分がそのＶＭＷに入射する放射線の磁場の接線方向成分に対して位相が約１８０°ずれているように、完全磁気伝導性表面をエミュレートするのに適していることが好ましい。
【００１９】
好ましい実施態様では、ＶＭＷは前面と後面とを含み、これらの表面は、特定の周波数の付近に共振を有する少なくとも１つの空洞をこれらの表面の間に画定する。この空洞の中に開口する少なくとも１つのスロットがＶＭＷの前面内に形成されていることが好ましい。この少なくとも１つのスロットが、放出された放射線の分極に応じて方向付けられている複数のスロットを含むことが最も好ましい。別の好ましい実施態様では、ＶＭＷは、この少なくとも１つのスロットを介して結合されている１つまたは複数の集中回路素子（ｌｕｍｐｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）も含む。少なくとも１つの空洞が複数の空洞を含むことが好ましい。
【００２０】
ＶＭＷが、空洞の静電容量を増強するために少なくとも１つの空洞の中に配置されている１つまたは複数のフィンを含むことが好ましい。この１つまたは複数のフィンの中の少なくとも１つのフィンが、ＶＭＷの表面に対してほぼ垂直な方向に方向付けられているか、または、その代わりに、ＶＭＷの表面に対してほぼ平行に方向付けられていることが最も好ましい。
【００２１】
ＶＭＷが、少なくとも１つの空洞の中に収容されている誘電材料または磁気材料を含むことがさらに好ましい。
【００２２】
別の好ましい実施態様では、ＶＭＷは、特定の周波数の付近に共振を有する１つまたは複数の回路を形成するように構成されている誘導子とコンデンサとのアレイを含む。このアレイは、コンデンサを画定するギャップを中に有する１つまたは複数の誘導コイルを含むことが好ましい。
【００２３】
さらに別の好ましい実施態様では、ＶＭＷは、周期的な起伏を有する表面を含み、これらの起伏は、表面全体にわたって電流が流れることを阻止するように構成されている。
【００２４】
さらに別の好ましい実施態様では、ＶＭＷは、表面と、この表面に入力端子を有しかつこの入力端子において開回路を示すように構成されている１つまたは複数の短絡伝送線路とを含む。この伝送線路が、折り返し伝送線路、または、この代わりに、もしくは、これに加えて、蛇行伝送線路を含むことが好ましい。この伝送線路が特定の周波数帯域におけるほぼ４分の１波長の長さであることが最も好ましい。
【００２５】
ＶＭＷが、開回路共振回路として入射放射線に対して応答するように構成されている、特定の周波数帯域において共振を有する構造を含むことが好ましい。この特定の周波数帯域が約８００−９００ＭＨｚであるか、または、約１８００−１９００ＭＨｚであることが最も好ましい。
【００２６】
本発明の好ましい実施態様によって、パーソナル通信装置のためのアンテナアセンブリが提供され、このアンテナアセンブリは、
特定の周波数帯域内でかつ特定の分極を伴って電磁放射線を放出するためにそのパーソナル通信装置によって駆動されるように結合されているアンテナと、
仮想磁壁（ＶＭＷ）によって反射される放射線の電場がこのＶＭＷ上に入射する放出放射線の電場と実質的に同相であるように、アンテナによって放出された放射線をそのパーソナル通信装置のユーザの頭部を避ける方向に反射するために、アンテナとそのパーソナル通信装置のユーザの頭部との間に配置されている仮想磁壁（ＶＭＷ）とを含む。
【００２７】
ＶＭＷは、放射線の波長の４分の１よりもかなり小さい、アンテナからの距離に配置されていることが好ましい。典型的には、このアンテナはモノポールアンテナを含む。この代わりに、または、これに加えて、このアンテナはアンテナのアレイを含むことも可能である。
【００２８】
さらに、本発明の好ましい実施態様によって、特定の周波数帯域内でアンテナによって放出されかつ特定の分極を伴う放射線から物体を遮蔽するための方法が提供される。この方法は、仮想磁壁（ＶＭＷ）によって反射される放射線の電場がこのＶＭＷ上に入射する放出された放射線の電場と実質的に同相であるように、アンテナによって放出された放射線を物体を避ける形で反射するために、このＶＭＷをアンテナと物体との間に配置することを含む。
【００２９】
本発明は、添付図面を参照しながら行う本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、より詳細に理解できるであろう。
【００３０】
【発明の実施の形態】
電磁場が入射している完全電気導体２０と「完全磁気導体」２２との略側面図である図１を参照する。第１の矢印２４が導体２０、２２の表面に対して接線方向にある入射電場成分の位相を示し、一方、第２の矢印２６が反射電場の位相を示す。電気導体２０は入射場とは位相が１８０°異なる電場を反射し、一方、磁気導体２２は入射場と同相である電場を反射する。上述したように、「磁気導体」は自然界では知られていない。むしろ、本発明の好ましい実施形態では、図１に示す同相反射挙動を与えることによって完全磁気導体の振る舞いを近似する様々な構造が定義されている。
【００３１】
電気導体２０は（導体の表面における接線方向の電場Ｅ＝０である場合に）入射場を短絡させるが、磁気導体２２は「開回路」平面として働く。したがって、効率的な反射を生じさせるために４分の１波長だけアンテナから距離を置かれなければならない導電性リフレクタとは違って、磁気導体は、アンテナの非常に近くに配置されても導電性反射器と同一の機能を果たすことが可能である。磁気導体２２の表面においては、電場ではなく接線方向の磁場Ｈ_ｔａｎが非常に小さくなる。（ゼロの磁場は完全な開回路を意味するだろう。）したがって、アンテナの画像はアンテナ電流と同相であり、このことが、その表面を避ける方向に放射線を再度方向付ける働きをする。言い換えると、磁気導体２２は、アンテナにどれほど近接しているかに関わりなく、ユーザの頭部を避ける方向にアンテナの放射線を反射すると同時に、ユーザ頭部に向かう方向の放射線をゼロにする。
【００３２】
さらに詳細に後述するように、仮想磁壁（ＶＭＷ）は、特定の周波数範囲内の電磁放射線と分極とに関する完全磁気導体の振る舞いを近似的にエミュレートする構造である。ＶＭＷの動作は次のモデルのどれによっても物理的に記述されることが可能である。
・ 表面が近似的に磁気導体として作用する。
・ 従来の接地電気導体の位相外れ反射係数とは対照的に、表面が電場に関する同相の反射係数を生じさせる。
・ ＶＭＷの表面が高いインピーダンスを有し、このインピーダンスはＥ_ｔａｎ／Ｈ_ｔａｎと定義される。このインピーダンスの高い値は磁場の抑制を意味する。
・ 表面の裏側に、開回路共振回路として作用する１つまたは複数の空洞のような構造が付けられている。開回路は低磁場を意味する。
・ 入射電場に応答して、電流分布が磁気導体の表面全体にわたって生じさせられる。電流分布の位相は、電流によって発生する反射場の間の干渉が入射場の発生源に向かって戻る方向に放射を生じさせると同時に、磁気リフレクタを通過する方向の放射をゼロにするような位相である。
これらの特徴のどれかを示すリフレクタがＶＭＷとみなされることが可能である。
【００３３】
図２は、本発明の好ましい実施形態による、ユーザの頭部３０に隣接して保持されている携帯電話３２を示す略図である。電話３２は、当業者で既知であるように、典型的にはモノポールアンテナであるアンテナ３４を含む。ＶＭＷ３６は、アンテナからの放射線をユーザの頭部から避ける方向に方向付けるために、アンテナ３４と頭部３０との間で電話３２上に装着されている。頭部によって占められる角度範囲全体にわたって放射線の効果的な遮断を実現するために、図に示すように、ＶＭＷが湾曲していることが好ましい。あるいは、ＶＭＷは平らであってもよく、または、電話とアンテナとの機構的設計およびエルゴノミクスに適合した何らかの他の形状を有してもよい。いずれの場合にも、ＶＭＷ３６の効果は、アンテナ放射線が頭部を効果的にバイパスするように、アンテナ３４と頭部３０との間により広くかつ浅い開口分布を生じさせることである。こうしてＳＡＲが低下させられると同時に、アンテナの総合的な効率が増大させられる。
【００３４】
様々な構造がＶＭＷ３６を形成するために使用されることが可能である。本発明の好ましい実施形態では、これらの構造は次のものを含む。
・ ＶＭＷの前面全体にわたって分散した、好ましくは最小の深さの、裏側に空洞が付いたスロットの配列で作られているＶＭＷ。裏側に空洞が付いたこれらのスロットは頭部３０から避ける方向に放射し、この方向における主放射器からの放射線を強化し、および、頭部に向かう方向の放射をゼロにする。
・ 開口に取り付けられている集中コンデンサ／誘導子を有する１つまたは複数の空洞で作られているＶＭＷ。これらの集中エレメントは開回路共振回路を生じさせ、それによって表面全体にわたって全磁場を減少させる。
・ 電流が表面全体にわたって流れることを阻止するためのＲＦチョークとして作用する、場合によっては装荷ひだ付き表面であるひだ付き表面を有するＶＭＷ。この表面は、大きなリフレクタアンテナのフィードホーン（ｆｅｅｄ ｈｏｒｎ）（「波形ホーン」、または、「スカラーホーン」としても知られている）の内側とその開口の周囲とにおいて使用されることが多い。１次元に沿ってまたは２次元に沿って周期的である起伏を有する多波形表面（フォトニックバンドギャップ（ＰＧＢ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐとしても知られている）も、この目的のために使用可能である。
・ 開回路が伝送線路の入力端子において示されるように、入力端子に取り付けられている集中コンデンサまたは誘導子を伴うかまたは伴わない、典型的には（しかし必ずしもそうとは限らないが）長さが４分の１波長である折り返し短絡伝送線路もしくは蛇行短絡伝送線路、または、こうした伝送線路の組合せによって形成されている、１つまたは複数の空洞で作られているＶＭＷ。これらの端子はＶＭＷ表面と合致する。
これらの実施形態のいくつかの特定の具体例が後述の図に示されている。代替案の構造が当業者には明らかであろう。
【００３５】
次に、本発明の好ましい実施形態によるＶＭＷ３６の詳細を概略的に示す図３と図４を参照する。図３はアンテナ３４とＶＭＷ３６との図であり、一方、図４は、これらのエレメントの断面図を示す。この実施形態では、複数の互いに平行なスロット４２が、ＶＭＷの前面４０の中に形成されているかまたは切削されている。各々のスロットの裏側には、ＶＭＷの前面４０と後面４６との間に形成されている空洞４４が付けられている。スロット４２は、垂直アンテナ３４によって放出された電場の垂直分極と磁場の垂直分極とに一致するように水平方向に方向付けられている。空洞４４のサイズと形状は、アンテナ周波数において共振してアンテナの場と同相である強力な反射電場を発生させると当時に、反射磁場が入射磁場に対して位相が１８０°異なっているようなサイズと形状である。
【００３６】
図３と図４の実施形態と、後述の代案の実施形態では、空洞４４またはスロット４２の総数が１つから８つ以上であることが可能である。このスロットおよび空洞の物理的寸法が、必要とされる中心周波数と帯域幅とによって決定される。個々の空洞を隔てる壁が、空洞間の結合を強化するために、穿孔とワイヤとの組合せによって置き換えられてもよい。空洞４４の結合を改善するために、および、設計波長に比較して空洞４４のサイズを縮小するために、空洞４４を誘電材料または磁気材料４８で充填することが好ましい。この代わりに、または、これに加えて、ＶＭＷとアンテナとの間の領域も誘電材料または磁気材料で充填することが可能である。この目的のために使用可能な材料は、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）を材質とする誘電体、発泡体材料、ポリプロピレン、ポリイミド、フェライト材料、ケイ素、ゲルマニウム、並びに、当業者に既知の他の誘電材料および磁気材料を含む。
【００３７】
図５は、本発明の好ましい実施形態による別のＶＭＷベースのリフレクタ４９を伴うアンテナ３４の略図である。リフレクタ４９は上述のＶＭＷ３６に構造が類似しているが、集中回路エレメント５１がスロット４２上に追加されている。典型的にはコンデンサおよび／または誘導子を含む集中エレメント５１は、ＶＭＷ３６の表面４０全体にわたる磁場全体を減少させるために有効である。したがって、集中エレメント５１の適正な選択と配置とによって、ＶＭＷの性能を改善すること、または、所望の性能レベルを維持しながら空洞４４のサイズを縮小することが可能である。
【００３８】
図６は、本発明の別の好ましい実施形態によるＶＭＷ５０の略断面図である。この実施形態では、空洞の静電容量を増大させるために、および、したがって入射放射線に対する空洞の結合を増強するために、および／または、空洞のサイズを縮小するために、水平フィン５２が空洞４４の各々の中に加えられている。空洞４４は、上述のように、誘電材料または磁気材料で充填されていることが好ましい。別の実施形態（図示していない）では、コンデンサであることが好ましい集中エレメントが同じ目的のために空洞の開口上に配置されている。
【００３９】
次の表１が、４の誘電率を有する誘電材料が充填されている、３つの空洞４４からなるＶＭＷ５０の例示的な設計に関する典型的な寸法のリストである。この表における寸法は、アンテナ３４の放射線波長の単位で示してある。
【表１】

この構成では、アンテナアセンブリの遠距離場放射パターンは標準モノポールアンテナに比べて３ｄＢ強い。構造も、アンテナをそのフィードライン（ｆｅｅｄ ｌｉｎｅ）に整合させることを補助する。さらに、増強されたアンテナ効率が電話３２の電力使用量を減少させ、その結果として電話の電池寿命が延長される。
【００４０】
図７Ａと図７Ｂは、それぞれに、本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷ８０とＶＭＷ８５の略断面図である。これらの実施形態では、空洞４４の静電容量が、その空洞の内側に水平フィン８２を加えることによってさらに増強される。ＶＭＷ８０では２つのこうしたフィンが各空洞内に存在し、一方、ＶＭＷ８５では３つのフィンが存在する。他のフィン構成が当業者には明らかだろう。
【００４１】
図８と図９は、それぞれに、本発明のさらなる別の好ましい実施形態による、ＶＭＷ９０とＶＭＷ１００の略断面図である。これらの実施形態では、ＶＭＷは、静電容量の増強のための１つまたは複数の垂直フィン９２を伴う単一の空洞４４を含む。次の表２は、（図８に示す通りの複数スロットではなく）単一のスロット４２を有するＶＭＷ９０の例示的な設計に関する典型的な寸法をリストしている。空洞４４は、表１に示す具体例と同様に、４の誘電率を有する誘電材料によって充填されている。フィン９２は空洞の中心に位置している。
【表２】

この構成では、表１に示す構成の場合と同様に、アンテナアセンブリの遠距離場放射パターンは、標準モノポールアンテナに比べて３ｄＢ強く、および、アンテナはそのフィードラインに一致している。
【００４２】
図１０は、本発明の別の好ましい実施形態による、ＶＭＷ１１０を有するアンテナ３４の略図である。ＶＭＷ１１０は、誘導子として働く複数のコイル１１２を含む。コイル１１２内のギャップ１１４がコンデンサとして働き、アンテナ３４の動作周波数における共振を伴う共振回路を定義する。これの代わりに、または、これに加えて、集中コンデンサがギャップ１１４を介して使用されてもよい。ギャップ１１４と共にコイル１１２によって形成される共振回路が、上述の実施形態において空洞４４が実現する目的と実質的に同じ目的を実現する。
【００４３】
図１１は、本発明のさらなる別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナ３４の略図である。ＶＭＷ１２０は、垂直方向と水平方向の両方の周期的な起伏１２２によって形成されているひだ付き表面４０を有する。上述したように、これらの起伏は、電流が表面全体にわたって流れることを阻止するためのＲＦチョークとしての役割を果たす。ＶＭＷは、さらに、図５に示されているエレメント５１と同様である、多次元起伏の入力端子を介して、コンデンサと誘導子とのような集中エレメントを含むことも可能である。この集中エレメントも、同様に、上述したように、表面４０における磁場の強さを低減させる役割を果たし、および／または、より小さい空洞４４の使用を可能にする役割を果たす。
【００４４】
図１２は、本発明のさらなる別の好ましい実施形態による、折り返し短絡伝送線路１３２によって画定されている空洞から作られているＶＭＷ１３０を伴うアンテナ３４の略図である。各々の伝送線路１３２が４分の１波長の長さであり、かつ、開回路が表面４０の入力端子において示されるように構成されていることが好ましい（しかし、必ずしも必要とは限らない）。上述の実施形態の場合と同様に、集中エレメント（この図には示していない）が入力端子を介して接続されてもよい。
【００４５】
図１３は、本発明の好ましい実施形態による、別のＶＭＷ１４０を伴うアンテナ３４の略図である。この場合には、ＶＭＷ１４０は、蛇行伝送線路１４２によって画定されている空洞から作られている。
【００４６】
図１４は、本発明のさらなる別の好ましい実施形態による、アンテナアレイ１５０の略断面図である。アレイ１５０は、主放射器としてのアンテナ３４と、補助アンテナ１５２とを含む。ＶＭＷ３６が上述のようにアンテナ３４とユーザ頭部（この図には示していない）との間に挿入されている。アンテナ１５２はアンテナ３４に対して適切な位相でパッシブに駆動させられ、放射導波器としての役割を果たす。アンテナアレイとＶＭＷは、ユーザ頭部内に吸収される放射線をさらに減少させると共に伝送の効率を増大させる役割を果たすために協働して働く。ＶＭＷは、同様に、当業者に既知のように、他のタイプのアンテナおよびアンテナアレイと組み合わせて使用されることが可能である。
【００４７】
本明細書では、好ましい実施形態を特に携帯電話に関連付けて説明してあるが、本発明の原理は他のタイプの装置からの放射線の遮蔽と再方向付けとのための要素の構成に同様に適用可能である。したがって、上述の好ましい実施形態が例示のために取り上げられているということと、本発明が、特定の形で示されておりおよび上述されているものだけには限定されないということとが理解できるだろう。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組合せと副次的な組合せの両方と、上述の説明を理解することによって当業者に明らかになる、従来技術では開示されていないその変形と改変とを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理を理解するのに有用な２つの電磁気リフレクタの略側面図である。
【図２】
本発明の好ましい実施形態による、仮想磁壁（ＶＭＷ）アンテナシールドを伴う携帯電話の略図である。
【図３】
本発明の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図４】
図３のアンテナおよびＶＭＷの略断面図である。
【図５】
本発明の好ましい実施形態による、集中回路素子を含むＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図６】
本発明の別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略断面図である。
【図６】
ＶＭＷアンテナシールドを伴うアンテナとＶＭＷアンテナシールドを伴わないアンテナとによって放出される放射パターンを概略的に示す図である。
【図７Ａ】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略断面図である。
【図７Ｂ】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略断面図である。
【図８】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略断面図である。
【図９】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略断面図である。
【図１０】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図１１】
本発明の好ましい実施形態による、波形ＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図１２】
本発明の他の好ましい実施形態による、短絡伝送線路に基づいたＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図１３】
本発明の他の好ましい実施形態による、短絡伝送線路に基づいたＶＭＷを伴うアンテナの略図である。
【図１４】
本発明のさらに別の好ましい実施形態による、ＶＭＷを伴うアンテナアレイの略断面図である。

Claims (66)

1. 仮想磁壁（ＶＭＷ）を含む放射線シールドであって、前記ＶＭＷによって反射される放射線の電場が前記ＶＭＷ上に入射する放出された放射線の電場と実質的に同相であるように、特定の周波数帯域内で放射アンテナから放出されかつ特定の分極を伴う電場を有する電磁放射線を物体から避ける方向に反射するために、前記ＶＭＷは前記放射アンテナと前記物体との間に配置されるようになっている放射線シールド。
2. 前記ＶＭＷは完全磁気伝導表面をエミュレートするようになっている請求項１に記載のシールド。
3. 前記ＶＭＷによって反射される放射線の磁場の接線方向成分が前記ＶＭＷ上に入射する放射線の磁場の接線方向成分に対して位相が約１８０°ずれている請求項１に記載のシールド。
4. 前記ＶＭＷは前面と後面とを含み、前記前面と前記後面は、前記特定の周波数の付近に共振を有する少なくとも１つの空洞を間に画定する請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
5. 前記空洞の中に開口する少なくとも１つのスロットが前記ＶＭＷの前記前面内に形成されている請求項４に記載のシールド。
6. 前記少なくとも１つのスロットは複数のスロットを含む請求項５に記載のシールド。
7. 前記少なくとも１つのスロットは前記放出された放射線の分極に応じて方向付けられている請求項５に記載のシールド。
8. 前記ＶＭＷは、さらに、前記少なくとも１つのスロットを介して結合している１つまたは複数の集中回路エレメントを含む請求項５に記載のシールド。
9. 前記少なくとも１つの空洞は複数の空洞を含む請求項４に記載のシールド。
10. 前記ＶＭＷは、前記空洞の静電容量を増強するために前記少なくとも１つの空洞の中に配置されている１つまたは複数のフィンを含む請求項４に記載のシールド。
11. 前記１つまたは複数のフィンの中の少なくとも１つのフィンは、前記ＶＭＷの前記表面に対してほぼ垂直な方向に方向付けられている請求項１０に記載のシールド。
12. 前記１つまたは複数のフィンの中の少なくとも１つのフィンは、前記ＶＭＷの前記表面に対してほぼ平行な方向に方向付けられている請求項１０に記載のシールド。
13. 前記ＶＭＷは前記少なくとも１つの空洞の中に収容されている誘電材料または磁気材料を含む請求項４に記載のシールド。
14. 前記ＶＭＷは、前記特定の周波数の付近に共振を有する１つまたは複数の回路を形成するように構成されている誘導子とコンデンサとのアレイを含む請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
15. 前記アレイは、前記コンデンサを画定するギャップを中に有する１つまたは複数の誘導コイルを含む請求項１３に記載のシールド。
16. 前記ＶＭＷは周期的な起伏を有する表面を含み、前記起伏は、電流が前記表面全体にわたって流れることを阻止するように構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
17. 前記ＶＭＷは、表面と、前記表面に入力端子を有しかつ前記入力端子において開回路を示すように構成されている１つまたは複数の短絡伝送線路とを含む請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
18. 前記伝送線路は折り返し伝送線路を含む請求項１７に記載のシールド。
19. 前記伝送線路は蛇行伝送線路を含む請求項１７に記載のシールド。
20. 前記伝送線路は前記特定の周波数帯域におけるほぼ４分の１波長の長さである請求項１７に記載のシールド。
21. 前記ＶＭＷは前記特定の周波数帯域における共振を有する構造を含み、前記構造は開回路共振回路として前記入射放射線に応答するように構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
22. 前記特定の周波数帯域は約８００−９００ＭＨｚである請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
23. 前記特定の周波数帯域は約１８００−１９００ＭＨｚである請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド。
24. パーソナル通信装置のためのアンテナアセンブリであって、
    特定の周波数帯域内のかつ特定の分極を伴う電磁放射線を放出するために前記装置によって駆動されるように結合されているアンテナと、
    仮想磁壁（ＶＭＷ）によって反射される放射線の電場が、前記ＶＭＷ上に入射する放出された放射線の電場と実質的に同相であるように、前記アンテナから放出された前記放射線を前記装置のユーザの頭部から避ける方向に反射するために、前記放射アンテナと前記ユーザ頭部との間に配置されているＶＭＷとを含むアンテナアセンブリ。
25. 前記ＶＭＷは、前記アンテナから、前記放射の波長の４分の１よりもかなり小さい距離に配置されている請求項２４に記載のアセンブリ。
26. 前記ＶＭＷは、完全磁気伝導性表面をエミュレートするようになっている請求項２４に記載のアセンブリ。
27. 前記ＶＭＷによって反射される放射線の磁場の接線方向成分が、前記ＶＭＷ上に入射する放射線の磁場の接線方向成分に対して位相が約１８０°ずれている請求項２４に記載のアセンブリ。
28. 前記ＶＭＷは前面と後面とを含み、前記前面と前記後面は、前記特定の周波数の付近に共振を有する少なくとも１つの空洞を間に画定する請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
29. 前記空洞の中に開口する少なくとも１つのスロットが前記ＶＭＷの前記前面内に形成されている請求項２８に記載のアセンブリ。
30. 前記少なくとも１つのスロットは複数のスロットを含む請求項２９に記載のアセンブリ。
31. 前記少なくとも１つのスロットは前記放出された放射線の分極に応じて方向付けられている請求項２９に記載のアセンブリ。
32. 前記ＶＭＷは、さらに、前記少なくとも１つのスロットを介して結合している１つまたは複数の集中回路エレメントを含む請求項２９に記載のアセンブリ。
33. 前記少なくとも１つの空洞は複数の空洞を含む請求項２８に記載のアセンブリ。
34. 前記ＶＭＷは、前記空洞の静電容量を増強するために前記少なくとも１つの空洞の中に配置されている１つまたは複数のフィンを含む請求項２８に記載のアセンブリ。
35. 前記１つまたは複数のフィンの少なくとも１つのフィンは、前記ＶＭＷの前記表面に対してほぼ垂直な方向に方向付けられている請求項３４に記載のアセンブリ。
36. 前記１つまたは複数のフィンの少なくとも１つのフィンは、前記ＶＭＷの前記表面に対してほぼ平行な方向に方向付けられている請求項３４に記載のアセンブリ。
37. 前記ＶＭＷは、前記少なくとも１つの空洞の中に収容されている誘電材料または磁気材料を含む請求項２８に記載のアセンブリ。
38. 前記ＶＭＷは、前記特定の周波数の付近に共振を有する１つまたは複数の回路を形成するように構成されている誘導子とコンデンサとのアレイを含む請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
39. 前記アレイは、前記コンデンサを画定するギャップを中に有する１つまたは複数の誘導コイルを含む請求項３８に記載のアセンブリ。
40. 前記ＶＭＷは周期的な起伏を有する表面を含み、前記起伏は、電流が前記表面全体にわたって流れることを阻止するように構成されている請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
41. 前記ＶＭＷは、表面と、前記表面に入力端子を有しかつ前記入力端子において開回路を示すように構成されている１つまたは複数の短絡伝送線路とを含む請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
42. 前記伝送線路は折り返し伝送線路を含む請求項４１に記載のアセンブリ。
43. 前記伝送線路は蛇行伝送線路を含む請求項４１に記載のアセンブリ。
44. 前記伝送線路は前記特定の周波数帯域においてほぼ４分の１波長の長さである請求項４１に記載のアセンブリ。
45. 前記ＶＭＷは、前記特定の周波数帯域における共振を有する構造を含み、前記構造は、開回路共振回路として前記入射放射線に応答するように構成されている請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
46. 前記アンテナはモノポールアンテナを含む請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
47. 前記アンテナはアンテナのアレイを含む請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
48. 前記特定の周波数帯域は約８００−９００ＭＨｚである請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
49. 前記特定の周波数帯域は約１８００−１９００ＭＨｚである請求項２４から２７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
50. 特定の周波数帯域内でアンテナによって放出されかつ特定の分極を有する放射線から物体を遮蔽する方法であって、仮想磁壁（ＶＭＷ）によって反射される放射線の電場が、前記ＶＭＷ上に入射する放出された放射線の電場と実質的に同相であるように、前記アンテナによって放出された電磁放射線を物体から避ける方向に反射するために、前記アンテナと前記物体との間に前記ＶＭＷを配置することを含む方法。
51. 前記ＶＭＷを配置することは、前記アンテナから、前記放射の波長の４分の１よりもかなり小さい距離に前記ＶＭＷを配置することを含む請求項５０に記載の方法。
52. 前記ＶＭＷを配置することは、完全磁気伝導性表面をエミュレートする装置を前記アンテナと前記物体との間に配置することを含む請求項５０に記載の方法。
53. 前記ＶＭＷを配置することは、前記ＶＭＷによって反射される放射線の磁場の接線方向成分が前記ＶＭＷ上に入射する放射線の磁場の接線方向成分に対して位相が約１８０°ずれているように、前記アンテナと前記物体との間に前記ＶＭＷを配置することを含む請求項５０に記載の方法。
54. 前記ＶＭＷを配置することは、前記特定の周波数の付近に共振を有する空洞を前記アンテナと前記物体との間に設けることを含む請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
55. 前記空洞を設けることは、前記空洞の中に開口する少なくとも１つのスロットを前記ＶＭＷの前面内に形成することを含む請求項５４に記載の方法。
56. 前記少なくとも１つのスロットを形成することは、前記放出された放射線の分極に応じて前記スロットを方向付けることを含む請求項５５に記載の方法。
57. 前記空洞を設けることは、さらに、前記少なくとも１つのスロットを介して１つまたは複数の集中回路エレメントを結合することを含む請求項５５に記載の方法。
58. 前記空洞を設けることは、複数の空洞を設けることを含む請求項５４に記載の方法。
59. 前記空洞を設けることは、前記空洞の静電容量を増強するために前記空洞内に１つまたは複数のフィンを配置することを含む請求項５４に記載の方法。
60. 前記空洞を設けることは、前記空洞を誘電材料または磁気材料で充填することを含む請求項５４に記載の方法。
61. 前記ＶＭＷを配置することは、前記アンテナと前記物体との間に誘導子とコンデンサとのアレイを配置することを含み、前記誘導子と前記コンデンサは、前記特定の周波数の付近に共振を有する１つまたは複数の回路を形成するように構成されている請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
62. 前記ＶＭＷを配置することは、前記アンテナと前記物体との間に表面を設けることを含み、前記表面は周期的な起伏を含み、前記起伏は、前記表面全体にわたって電流が流れることを阻止するように構成されている請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
63. 前記ＶＭＷを配置することは、前記アンテナと前記物体との間に表面を設けることと、前記表面に入力端子を有する１つまたは複数の短絡伝送線路を設けることとを含み、前記伝送線路は前記入力端子において開回路を示すように構成されている請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
64. 前記ＶＭＷを配置することは、前記アンテナと前記物体との間に共振構造を配置することを含み、前記構造は特定の周波数帯域内に共振を有し、および、開回路共振回路として入射放射線に応答するように構成されている請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
65. 前記特定の周波数帯域は約８００−９００ＭＨｚである請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。
66. 前記特定の周波数帯域は約１８００−１９００ＭＨｚである請求項５０から５３のいずれか一項に記載の方法。